JP2010103202A - 量子ドット型赤外線検知素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板と、同一平面上に形成された複数の量子ドットと前記量子ドットを覆う中間層を有する複数の量子ドット層が、前記半導体基板上に積層された複数の光電変換層と、前記半導体基板に整合した、p型半導体層とn型半導体層が積層された歪緩衝層を具備し、前記歪緩衝層を介して複数の前記光電変換層が積層されていること。
【選択図】 図4
Description
K. W. Berryman, S. A. Lyon, and Mordechai Segev. Appl. Phys. Lett. 70, 1861(1977).
(1)構成および製造方法
図4は、本実施の形態に従う量子ドット赤外線検知素子の構成を説明する要部断面図である。
本ステップでは、第1の電極層4となるGaAs層が形成される。
本ステップでは、複数の量子ドット12とこの量子ドット12を覆う中間層14によって形成される量子ドット層16が複数積層された半導体積層構造が形成される。この半導体積層構造は、第1の光電変換層となる。
本ステップでは、n型半導体層44とp型半導体層46が積層され、歪緩衝層48となる半導体積層構造が形成される。ここで、n型半導体層44及びp型半導体層46は、夫々基板21に格子整合している。
本ステップでは、複数の量子ドット12とこの量子ドット12を覆う中間層14によって形成される量子ドット層16が複数積層され、第2の光電変換層38となる半導体積層構造が形成される。
本ステップでは、第2の電極層8となるGaAs層が形成される。
次に、上記「(i)第1の電極層4の形成」〜「(V)第2の電極層8の形成」によって形成された半導体積層構造を、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いて、円柱状のメサに加工する。ここでドライエッチングは、第1の電極層4が露出するまで行われる。
次に、第1及び第2の電極層4,8夫々に、AuGe/Au製の第1及び第2の電極56,58が夫々形成される。
次に、第2の電極58が形成された領域を除く第2の電極層8の表面全体に、Ti層の上にAuが積層された反射金属層10が形成される。
(i)内部電界の増強
次に、本実施の形態に従う量子ドット赤外線検知素子40の動作を説明する。
上述したように、基板21の裏面から入射した赤外線(図示せず)の一部は第1及び第2の光電変換層36,38を通過し、反射金属層10によって反射される。このため、入射光と反射光が干渉して、量子ドット赤外線検知素子40の内部に定在波が形成される。
本実施の形態は、実施の形態1に従う量子ドット赤外線検知素子40を備えた赤外線検出装置に関する。
以上説明した例では、歪緩衝層48の厚さは720nm(=360nm+360nm)であるが、歪緩衝層48の厚さはこの値に限られるものではない。但し、歪緩衝層48の厚さは、格子歪が概ね消滅する50nmより厚いことが好ましく、ドライエッチングによるメサ加工に支障が生じない5μm以下であることが好ましい。
6・・・光電変換層 8・・・第2の電極層
10・・・反射金属層 12,12´・・・量子ドット
14,14´・・・中間層 16・・・量子ドット層
20,20´・・・赤外線
21・・・基板 22・・・電子
24・・・基底準位 26・・・励起準位
28・・・電界 30・・・伝導帯端
32・・・歪緩衝層 34・・・量子ドット赤外線検知素子
36・・・第1の光電変換層 38・・・第2の光電変換層
40・・・量子ドット赤外線検知素子(実施の形態1)
42・・・i型Al0.2Ga0.8As層 44・・・n型半導体層
46・・・p型半導体層 48・・・歪緩衝層(実施の形態1)
50・・・最下層の中間層 52・・・最上層の量子ドット
54・・・最上層の中間層 56・・第1の電極
58・・・第2の電極 60・・・外部回路
61・・・定電圧源 62・・・正電極
63・・・電流検出器 64・・・負電極
66・・・定在波の包絡線 68・・・入射波
70・・・反射波 72・・・入射面
74・・・(量子ドット赤外線検知素子の)表面
76・・・赤外線検出装置
Claims (7)
- 半導体基板と、
複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆う中間層とを有する複数の量子ドット層が、前記半導体基板上に積層された複数の光電変換層と、
前記半導体基板に整合した、p型半導体層とn型半導体層が積層された歪緩衝層を具備し、
前記歪緩衝層は、前記複数の光電変換層間に配置されてなることを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。 - 請求項1に記載の量子ドット型赤外線検知素子において、
光の入射面に対向する表面に形成された、赤外線を反射する反射金属層を有することを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。 - 請求項2に記載の量子ドット型赤外線検知素子において、
前記表面からの距離が検出対象の光が有する波長の半分の自然数倍となる位置に、前記歪緩衝層の内部が位置するように形成されていることを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。 - 請求項1又は2に記載の量子ドット型赤外線検知素子において、
前記歪緩衝層の厚さが、50nm以上5μm以下であり、
前記中間層の厚さが、30nm以上で且つ50nmより薄いことを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の量子ドット型赤外線検知素子において、
前記量子ドットが、InAs及びInGaAsの何れか一方で形成されており、
前記中間層が、GaAs及びAlGaAsの何れか一方で形成されていることを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。 - 半導体基板と、複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆う中間層とを有する複数の量子ドット層が、前記半導体基板上に積層された複数の光電変換層と、前記半導体基板に整合した、p型半導体層とn型半導体層が積層された歪緩衝層を具備し、前記歪緩衝層は、前記複数の光電変換層間に配置されてなる量子ドット型赤外線検知素子と、
前記p型半導体層に接する前記光電変換層に正電位を供給し、
前記n型半導体層に接する前記光電変換層に負電位を供給する電圧発生源を具備する赤外線検出装置。 - 半導体基板と、複数の量子ドットと前記複数の量子ドットを覆う中間層とを有する複数の量子ドット層が、前記半導体基板上に積層された複数の光電変換層と、前記半導体基板に整合した、p型半導体層とn型半導体層が積層された歪緩衝層と、光の入射面に対向する表面に形成された、赤外線を反射する反射金属層を具備し、前記歪緩衝層は、前記複数の光電変換層間に配置されてなる量子ドット型赤外線検知素子と、
前記p型半導体層に接する前記光電変換層に正電位を供給し、
前記n型半導体層に接する前記光電変換層に負電位を供給する電圧発生源を具備する赤外線検出装置。
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