JP2011071306A - Photodetector, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光検知器及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a photodetector and a manufacturing method thereof.
近年、InAs/GaSb系のタイプII型の超格子を赤外線検知器に適用するための研究が行われている。 In recent years, research has been conducted to apply an InAs / GaSb type II superlattice to an infrared detector.
しかし、量子井戸層の材料をInAsとし、障壁層の材料をGaSbとした場合、検知可能な波長の調整と感度の向上との両立が困難である。例えば、赤外線検知器では、大気透過率の大きな8μm〜12μm帯の波長域が広く使用されているが、この波長域の赤外線の検知が可能なように量子井戸層及び障壁層の厚さを調整すると、励起遷移確率、つまり吸収係数が低下し、十分な感度を得ることができない。逆に、吸収係数が高くなるように量子井戸層及び障壁層の厚さを調整すると、8μm〜12μm帯の赤外線を検知することができなくなる。 However, when the material of the quantum well layer is InAs and the material of the barrier layer is GaSb, it is difficult to achieve both adjustment of the detectable wavelength and improvement of sensitivity. For example, in the infrared detector, the wavelength range of 8 μm to 12 μm, which has a large atmospheric transmittance, is widely used. The thickness of the quantum well layer and the barrier layer is adjusted so that infrared rays in this wavelength range can be detected. Then, the excitation transition probability, that is, the absorption coefficient is lowered, and sufficient sensitivity cannot be obtained. Conversely, if the thicknesses of the quantum well layer and the barrier layer are adjusted so that the absorption coefficient becomes high, infrared rays in the 8 μm to 12 μm band cannot be detected.
そこで、従来、GaSbにInSbを添加した混晶(GaInSb)を障壁層の材料として用い、バンド構造を変調させる技術が提案されている。また、GaSb層を薄くして、InAs層中の伝導帯の波動関数同士の結合によりミニバンド幅を上下に広げて、伝導帯−価電子帯間の遷移エネルギを低くする技術が提案されている。 Therefore, conventionally, a technique has been proposed in which a mixed crystal (GaInSb) in which InSb is added to GaSb is used as a material for the barrier layer to modulate the band structure. In addition, a technique has been proposed in which the GaSb layer is thinned and the miniband width is widened up and down by coupling of wave functions of the conduction band in the InAs layer to lower the transition energy between the conduction band and the valence band. .
しかしながら、GaInSbを用いた場合には、障壁層中にInのクラスタが発生し、光電流の流れが阻害されてしまう。このため、光電流の検出が困難になり、高い感度を得にくい。また、GaSb層を薄くした場合には、感度の向上は僅かであり、十分な感度を得ることは困難である。 However, when GaInSb is used, In clusters are generated in the barrier layer, and the flow of photocurrent is hindered. For this reason, it becomes difficult to detect the photocurrent and it is difficult to obtain high sensitivity. Further, when the GaSb layer is thinned, the sensitivity is only slightly improved and it is difficult to obtain sufficient sensitivity.
本発明の目的は、高い感度を得ることができる光検知器及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a photodetector and a method for manufacturing the same, which can obtain high sensitivity.
光検知器の一態様には、下部電極と、前記下部電極上方に形成された活性層と、前記活性層上方に形成された上部電極と、が設けられている。前記活性層には、障壁層と、前記障壁層と格子整合する量子井戸層と、が設けられている。前記障壁層及び前記量子井戸層は、タイプII型の超格子を構成している。前記障壁層及び前記量子井戸層の少なくとも一方には、第1の化合物半導体層と、前記第1の化合物半導体層の結晶に格子歪を生じさせる第2の化合物半導体層と、が設けられている。なお、障壁層を構成する結晶の格子定数と、量子井戸層を構成する結晶の格子定数とが完全に一致している必要はなく、例えばエピタキシャル成長が可能な程度にこれらの格子定数の間に相違があってもよい。 One aspect of the photodetector includes a lower electrode, an active layer formed above the lower electrode, and an upper electrode formed above the active layer. The active layer is provided with a barrier layer and a quantum well layer lattice-matched with the barrier layer. The barrier layer and the quantum well layer constitute a type II superlattice. At least one of the barrier layer and the quantum well layer is provided with a first compound semiconductor layer and a second compound semiconductor layer that causes lattice distortion in the crystal of the first compound semiconductor layer. . Note that the lattice constant of the crystal constituting the barrier layer and the lattice constant of the crystal constituting the quantum well layer do not need to be completely matched, and for example, there is a difference between these lattice constants to such an extent that epitaxial growth is possible. There may be.
上記の光検知器によれば、格子歪の影響によりバンド構造が変化し、高い感度を得ることができる。 According to the above photodetector, the band structure changes due to the influence of lattice distortion, and high sensitivity can be obtained.
(実施形態に至った経緯)
本願発明者は、従来のGaInSbを障壁層の材料として用いる技術について詳細に検討した結果、検知可能な帯域(遮断波長)の調整は、GaInSbの使用に伴うバンド幅の変調がなくとも、量子井戸層の格子歪の制御により可能であることを見いだした。
(Background to the embodiment)
The inventor of the present application has studied in detail a technique using conventional GaInSb as a material for the barrier layer, and as a result, adjustment of the detectable band (cutoff wavelength) can be performed even if there is no bandwidth modulation accompanying the use of GaInSb. We found that this is possible by controlling the lattice strain of the layer.
ここで、図1に、種々のIII-V族化合物半導体における格子定数(温度:0K)とΓ点でのバンド幅との関係を示す。なお、図1に示す物性定数の出典は、「I. Vurgaftman et al., J. of Appl. Phys. Vol. 89, 5815(2001)」である。図1から分かるように、GaSbにInSbを添加すると、その結果、得られる混晶(GaInSb)の格子定数は、GaSb及びInSbの割合に応じて、約6.10Å(GaSbの格子定数)から約6.48Å(InSbの格子定数)までの間で大きく変化する。一方、InAsの格子定数は約6.06Åである。従って、GaInSb障壁層とInAs量子井戸層とがエピタキシャルに組み合わされている場合、InAs量子井戸層には、その格子定数を大きくする方向の格子歪が生じ、GaInSb障壁層には、その格子定数を小さくする方向の格子歪が生じる。そして、これらの格子歪は、GaInSb障壁層中のInの割合が高いほど大きくなる。 Here, FIG. 1 shows the relationship between the lattice constant (temperature: 0 K) and the bandwidth at the Γ point in various III-V compound semiconductors. The source of the physical property constants shown in FIG. 1 is “I. Vurgaftman et al., J. of Appl. Phys. Vol. 89, 5815 (2001)”. As can be seen from FIG. 1, when InSb is added to GaSb, the resulting mixed crystal (GaInSb) has a lattice constant of about 6.10 Å (GaSb lattice constant) depending on the ratio of GaSb and InSb. It greatly changes up to 6.48Å (the lattice constant of InSb). On the other hand, the lattice constant of InAs is about 6.06Å. Therefore, when the GaInSb barrier layer and the InAs quantum well layer are epitaxially combined, lattice strain in the direction of increasing the lattice constant is generated in the InAs quantum well layer, and the lattice constant is set in the GaInSb barrier layer. Lattice distortion in the direction of decreasing occurs. These lattice strains increase as the In ratio in the GaInSb barrier layer increases.
従来のGaInSbを障壁層の材料として用いる技術では、このような格子歪の発生に伴って遮断波長の調整が可能となっているのである。このように、Inクラスタが生じるような混晶を用いずとも、適切な格子歪を量子井戸層に生じさせれば、遮断波長の調整が可能であることが判明した。 In the technique using conventional GaInSb as the material of the barrier layer, the cutoff wavelength can be adjusted with the occurrence of such lattice strain. As described above, it has been found that the cutoff wavelength can be adjusted by generating an appropriate lattice strain in the quantum well layer without using a mixed crystal in which In clusters are generated.
以下、実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。図2は、第1の実施形態に係る光検知器の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the photodetector according to the first embodiment.
第1の実施形態では、下部電極1上に、障壁層2及びその上に位置する量子井戸層3の積層構造が複数形成されている。そして、最も上方に位置する量子井戸層3の上に障壁層2が形成され、この障壁層2上に上部電極4が形成されている。障壁層2及び量子井戸層3は互いに格子整合している。また、障壁層2及び量子井戸層3はタイプII型の超格子を構成している。このような障壁層2及び量子井戸層3が活性層9に含まれている。
In the first embodiment, a plurality of stacked structures of the
下部電極1は、例えば、厚さが1000nmで、Teが8×1017cm-3の濃度でドーピングされたGaSb層である。障壁層2は、例えば、厚さが2.5nmのGaSb層である。上部電極4は、例えば、厚さが300nmで、Beが7×1017cm-3の濃度でドーピングされたGaSb層である。
The
また、量子井戸層3には、基層(第1の化合物半導体層)3a、その上に位置する歪生成層(第2の化合物半導体層)3b、及びその上に位置する基層(第1の化合物半導体層)3cが含まれている。量子井戸層3の総厚は2.5nmである。基層3a及び3cは、例えばInAs層であり、歪生成層3bは、例えばInSb層である。基層3a、歪生成層3b及び基層3cは互いに格子整合している。そして、基層3a及び3cが障壁層2に対して量子井戸として作用し、歪生成層3bが基層3a及び3cの結晶に格子歪を生じさせる。
The
このように構成された第1の実施形態では、量子井戸層3の基層3a及び3cを構成するInAsの格子定数が、障壁層2を構成するGaSbの格子定数及び歪生成層3bを構成するInSbの格子定数よりも小さい。このため、基層3a及び3cを構成するInAsには格子定数が大きくなる方向の大きな格子歪が生じる。
In the first embodiment configured as described above, the lattice constant of InAs constituting the base layers 3a and 3c of the
そして、この格子歪の大きさは、例えば基層3a及び3cの総厚と歪生成層3bの厚さとの割合によって変化する。図3は、ベガード則を援用した歪生成層3bの厚さと量子井戸層3を構成する結晶の平均格子定数との関係を示す図である。図3に示すように、歪生成層3bの厚さが0nmの場合、つまり、量子井戸層3の全体がInAsから構成されている場合の平均格子定数は約6.06Åである。また、歪生成層3bの厚さが2.5nmの場合、つまり、量子井戸層3の全体がInSbから構成されている場合の平均格子定数は約6.48Åである。従って、ベガード則を援用すると、歪生成層3bの厚さが1.1nmの場合、量子井戸層3の平均格子定数は約6.25Åである。
The magnitude of the lattice strain changes depending on the ratio between the total thickness of the base layers 3a and 3c and the thickness of the
その一方で、従来のGaInSbを障壁層の材料として用いる技術に関し、Ga0.6In0.4Sb障壁層の厚さが2.5nm、InAs量子井戸層の厚さが2.5nmの場合に、遮断波長が10.7μmとなるとの報告がある。そして、Ga0.6In0.4Sbの格子定数は、ベガード則を援用すると、約6.25Åである。 On the other hand, regarding the technology using conventional GaInSb as the material of the barrier layer, when the thickness of the Ga 0.6 In 0.4 Sb barrier layer is 2.5 nm and the thickness of the InAs quantum well layer is 2.5 nm, the cutoff wavelength is There is a report of 10.7 μm. And the lattice constant of Ga 0.6 In 0.4 Sb is about 6.25Å with the help of Vegard's law.
従って、本実施形態においても、歪生成層3bの厚さが1.1nmの場合に、10.7μm程度の遮断波長が得られるといえる。また、歪生成層3bの厚さを調整すれば、8μm〜12μm帯の赤外線を吸収することが可能である。更に、障壁層2及び量子井戸層3の厚さを感度が低下する程度まで調整する必要はないため、高い感度を得ることも可能である。
Therefore, also in this embodiment, when the thickness of the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。図4は、第2の実施形態に係る光検知器の構造を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the photodetector according to the second embodiment.
第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、下部電極1上に、障壁層2及びその上に位置する量子井戸層3の積層構造が複数形成されている。そして、最も上方に位置する量子井戸層3の上に障壁層2が形成され、この障壁層2上に上部電極4が形成されている。障壁層2及び量子井戸層3は互いに格子整合している。また、障壁層2及び量子井戸層3はタイプII型の超格子を構成している。このような障壁層2及び量子井戸層3が活性層9に含まれている。但し、障壁層2及び量子井戸層3の構成が第1の実施形態と相違している。
In the second embodiment, as in the first embodiment, a plurality of stacked structures of the
即ち、障壁層2には、基層(第1の化合物半導体層)2a、その上に位置する歪生成層(第12の化合物半導体層)2b、及びその上に位置する基層(第1の化合物半導体層)2cが含まれている。障壁層2の総厚は2.5nmである。基層2a及び2cは、例えばGaSb層であり、歪生成層2bは、例えばInSb層である。基層2a、歪生成層2b及び基層2cは互いに格子整合している。量子井戸層3は、例えば、厚さが2.5nmのInAs層である。そして、基層2a及び2cが量子井戸層3に対して障壁として作用し、歪生成層2bが基層2a及び2cの結晶に格子歪を生じさせる。
That is, the
このように構成された第2の実施形態では、障壁層2の歪生成層2bを構成するInSbの格子定数が、基層2a及び2cを構成するGaSbの格子定数よりも大きい。このため、障壁層2を構成する結晶の平均格子定数は、GaSbそのものの格子定数よりも大きくなる。その一方で、量子井戸層3は障壁層2と格子整合している。従って、量子井戸層3を構成するInAsには、障壁層2がGaSbのみからなる場合と比較して、より大きな格子歪が生じる。
In the second embodiment configured as described above, the lattice constant of InSb constituting the
そして、この格子歪の大きさは、例えば基層2a及び2cの総厚と歪生成層2bの厚さとの割合によって変化する。歪生成層2bの厚さが0nmの場合、つまり、障壁層2の全体がGaSbから構成されている場合の平均格子定数は約6.10Åである。また、歪生成層2bの厚さが2.5nmの場合、つまり、障壁層2の全体がInSbから構成されている場合の平均格子定数は約6.48Åである。従って、ベガード則を援用すると、歪生成層2bの厚さが1.0nmの場合、障壁層2の平均格子定数は約6.25Åである。
The magnitude of the lattice strain changes depending on the ratio between the total thickness of the base layers 2a and 2c and the thickness of the
その一方で、上述のように、従来のGaInSbを障壁層の材料として用いる技術に関し、Ga0.6In0.4Sb障壁層の厚さが2.5nm、InAs量子井戸層の厚さが2.5nmの場合に、遮断波長が10.7μmとなるとの報告がある。そして、Ga0.6In0.4Sbの格子定数は、ベガード則を援用すると、約6.25Åである。 On the other hand, as described above, regarding the technology using conventional GaInSb as the material of the barrier layer, the thickness of the Ga 0.6 In 0.4 Sb barrier layer is 2.5 nm and the thickness of the InAs quantum well layer is 2.5 nm. In addition, there is a report that the cutoff wavelength is 10.7 μm. And the lattice constant of Ga 0.6 In 0.4 Sb is about 6.25Å with the help of Vegard's law.
従って、本実施形態においては、歪生成層2bの厚さが1.0nmの場合に、第1の実施形態で歪生成層3bが1.1nmの場合よりも10.7μmに近い遮断波長が得られるといえる。これは、第1の実施形態では、従来の技術と量子井戸層及び障壁層の両構成が相違しているのに対し、第2の実施形態では、量子井戸層の構成が共通しているからである。また、第1の実施形態と同様に、歪生成層2bの厚さを調整すれば、8μm〜12μm帯の赤外線を吸収することが可能である。更に、障壁層2及び量子井戸層3の厚さを感度が低下する程度まで調整する必要はないため、高い感度を得ることも可能である。
Therefore, in this embodiment, when the thickness of the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。図5は、第3の実施形態に係る光検知器の構造を示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the photodetector according to the third embodiment.
第3の実施形態では、第1の実施形態と同様に、下部電極1上に、障壁層2及びその上に位置する量子井戸層3の積層構造が複数形成されている。そして、最も上方に位置する量子井戸層3の上に障壁層2が形成され、この障壁層2上に上部電極4が形成されている。障壁層2及び量子井戸層3は互いに格子整合している。また、障壁層2及び量子井戸層3はタイプII型の超格子を構成している。このような障壁層2及び量子井戸層3が活性層9に含まれている。但し、障壁層2の構成が第1の実施形態と相違している。
In the third embodiment, as in the first embodiment, a plurality of stacked structures of the
即ち、障壁層2には、基層2a、その上に位置する歪生成層2b、及びその上に位置する基層2cが含まれている。障壁層2の総厚は2.5nmである。基層2a及び2cは、例えばGaSb層であり、歪生成層2bは、例えばInSb層である。基層2a、歪生成層2b及び基層2cは互いに格子整合している。
That is, the
このように、第3の実施形態は、第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせたような構成を備えている。従って、第3の実施形態によっても第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。また、歪生成層2b及び歪生成層3bが含まれているので、より広範囲にわたって遮断波長を調整することができる。
As described above, the third embodiment has a configuration in which the first embodiment and the second embodiment are combined. Therefore, the third embodiment can provide the same effects as those of the first and second embodiments. Further, since the
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。図6は、第4の実施形態に係る光検知器の構造を示す断面図である。第24の実施形態に係る光検知器(赤外線検知器)には、複数の画素が設けられているが、図6には、1個の画素のみを示す。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the photodetector according to the fourth embodiment. Although the light detector (infrared detector) according to the twenty-fourth embodiment is provided with a plurality of pixels, FIG. 6 shows only one pixel.
第4の実施形態では、GaSb基板等の基板10上に下部電極11が形成されている。下部電極11は、例えば不純物が導入されたGaSb層であり、下部電極11の厚さは1000nm程度である。例えば、下部電極11中の不純物はTeであり、その濃度は8×1017cm-3程度である。
In the fourth embodiment, a
下部電極11上に、障壁層12及びその上に位置する量子井戸層13の積層構造が複数(例えば10個)形成されている。障壁層2及び量子井戸層3は互いに格子整合している。また、障壁層12及び量子井戸層13はタイプII型の超格子を構成している。このような障壁層12及び量子井戸層13が活性層19に含まれている。障壁層12は、例えば、厚さが2.5nmのGaSb層である。量子井戸層13には、基層(第1の化合物半導体層)13a、その上に位置する歪生成層(第2の化合物半導体層)13b、及びその上に位置する基層(第1の化合物半導体層)13cが含まれている。量子井戸層13の総厚は2.5nmである。基層13a及び13cは、例えばInAs層であり、歪生成層13bは、例えばInSb層である。基層13a、歪生成層13b及び基層13cは互いに格子整合している。そして、基層13a及び13cが障壁層12に対して量子井戸として作用し、歪生成層13bが基層13a及び13cの結晶に格子歪を生じさせる。
On the
そして、最も上方に位置する量子井戸層13の上に障壁層12が形成され、この障壁層12上に上部電極14が形成されている。上部電極14は、例えば不純物が導入されたGaSb層であり、上部電極14の厚さは300nm程度である。例えば、上部電極14中の不純物はBeであり、その濃度は7×1017cm-3程度である。
A
本実施形態では、障壁層12、量子井戸層13及び上部電極14に画素同士を分離する分離溝17が形成されている。そして、下部電極11の分離溝17から露出した部分に端子16が形成されている。また、上部電極14上に端子15が形成されている。
In the present embodiment, isolation grooves 17 that isolate pixels from each other are formed in the
このように構成された第4の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、高い感度を得ながら、所定の帯域の赤外線を検知することができる。 According to the fourth embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, it is possible to detect infrared rays in a predetermined band while obtaining high sensitivity.
次に、第4の実施形態に係る光検知器の製造方法について説明する。図7A及び図7Bは、第4の実施形態に係る光検知器の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, the manufacturing method of the photodetector which concerns on 4th Embodiment is demonstrated. 7A and 7B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a photodetector according to the fourth embodiment in the order of steps.
先ず、図7A(a)に示すように、基板10上に下部電極11を分子線エピタキシ(MBE:molecular beam epitaxy)法により形成する。このときの基板温度は、例えば530℃程度とする。
First, as shown in FIG. 7A (a), a
次いで、図7A(b)に示すように、下部電極11上に障壁層12をMBE法により形成する。このときの基板温度は、例えば390℃とする。
Next, as shown in FIG. 7A (b), the
その後、図7A(c)に示すように、障壁層12上に基層13a、歪生成層13b及び基層13cをMBE法により形成する。つまり、障壁層12上に量子井戸層13を形成する。このときの基板温度は、例えば390℃とする。
Thereafter, as shown in FIG. 7A (c), a
続いて、図7B(d)に示すように、量子井戸層13上に障壁層12を形成する。このような障壁層12の形成及び量子井戸層13の形成を繰り返し、下部電極11上に、障壁層12及び量子井戸層13の組が10組位置するようにする。更に、最も上方に位置する量子井戸層13の上に障壁層12を形成する。この結果、下部電極11の上方には、11個の障壁層12及び10個の量子井戸層13を含む活性層19が存在することになる。
Subsequently, as shown in FIG. 7B (d), the
次いで、図7B(e)に示すように、最も上方に位置する障壁層12の上に上部電極14をMBE法により形成する。このときの基板温度は、例えば390℃とする。
Next, as shown in FIG. 7B (e), the upper electrode 14 is formed on the
その後、リソグラフィ技術及びエッチング技術により、障壁層12、量子井戸層13及び上部電極14に分離溝17を形成する。つまり、画素分離を行う。更に、上部電極14上に端子15を形成し、下部電極11の分離溝17から露出している部分上に端子16を形成する(図6参照)。
Thereafter, isolation grooves 17 are formed in the
このようにして光検知器を製造することができる。 In this way, the photodetector can be manufactured.
なお、第4の実施形態には、活性層として機能する部分に第1の実施形態と同様の構成が採用されているが、この部分に第2の実施形態又は第3の実施形態と同様の構成が採用されていてもよい。 In the fourth embodiment, the same function as that of the first embodiment is adopted for the portion functioning as the active layer, but this portion is the same as that of the second embodiment or the third embodiment. A configuration may be employed.
また、各層の形成をMBE法以外の方法により行ってもよい。例えば、有機金属気相成長(MOCVD)法等を採用してもよい。 Each layer may be formed by a method other than the MBE method. For example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or the like may be employed.
いずれの実施形態においても、上部電極又は下部電極に添加される不純物の種類及び濃度は特に限定されない。 In any embodiment, the type and concentration of impurities added to the upper electrode or the lower electrode are not particularly limited.
また、障壁層及び量子井戸層の材料も特に限定されない。障壁層/量子井戸層の材料の組み合わせとしては、例えば、GaSb/InAs、GaSb/InGaAs、GaSbAs/InAs、GaSbAs/InGaAs、GaAlSb/InAs、GaAlSb/InGaAs、AlSb/InAs、AlSb/InGaAs、AlSbAs/InAs、AlSbAs/InGaAs等が挙げられる。 Moreover, the material of the barrier layer and the quantum well layer is not particularly limited. Examples of the combination of the barrier layer / quantum well layer include GaSb / InAs, GaSb / InGaAs, GaSbAs / InAs, GaSbAs / InGaAs, GaAlSb / InAs, GaAlSb / InGaAs, AlSb / InAs, AlSb / InGaAs, and AlSbAs / InAs. AlSbAs / InGaAs and the like.
また、歪生成層の材料は特に限定されない。例えば、図1中のGaAs、AlAs、InP、AlSb等の化合物半導体を用いてもよい。また、これらの混晶を用いてもよい。但し、Inを含む混晶はInクラスタを発生させる可能性があるため、Inを含む混晶を含む歪生成層は薄いことが好ましい。 Moreover, the material of the strain generation layer is not particularly limited. For example, a compound semiconductor such as GaAs, AlAs, InP, and AlSb in FIG. 1 may be used. Moreover, you may use these mixed crystals. However, since a mixed crystal containing In may generate In clusters, it is preferable that the strain generation layer containing the mixed crystal containing In is thin.
また、歪生成層の厚さは種々の方法により決定することができる。例えば、上述のように、GaInSb障壁層及びInAs量子井戸層を用いた場合に得られる遮断波長を参考にして歪生成層の厚さを決定してもよい。また、歪生成層の厚さと遮断波長との関係を求めておき、この関係から遮断波長に応じて歪生成層の厚さを決定してもよい。 Further, the thickness of the strain generation layer can be determined by various methods. For example, as described above, the thickness of the strain generation layer may be determined with reference to a cutoff wavelength obtained when a GaInSb barrier layer and an InAs quantum well layer are used. Further, a relationship between the thickness of the strain generation layer and the cutoff wavelength may be obtained, and the thickness of the strain generation layer may be determined according to the cutoff wavelength from this relationship.
また、量子井戸層中の歪生成層の位置及び障壁層中の歪生成層の位置は特に限定されない。歪生成層が量子井戸層又は障壁層の厚さ方向の中心に位置していてもよく、それよりも下方又は上方に位置していてもよい。また、量子井戸層又は障壁層の厚さ方向の複数箇所に歪生成層が設けられていてもよい。 The position of the strain generation layer in the quantum well layer and the position of the strain generation layer in the barrier layer are not particularly limited. The strain generating layer may be located at the center in the thickness direction of the quantum well layer or the barrier layer, and may be located below or above it. In addition, strain generation layers may be provided at a plurality of locations in the thickness direction of the quantum well layer or the barrier layer.
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)
下部電極と、
前記下部電極上方に形成された活性層と、
前記活性層上方に形成された上部電極と、
を有し、
前記活性層は、
障壁層と、
前記障壁層と格子整合する量子井戸層と、
を有し、
前記障壁層及び前記量子井戸層は、タイプII型の超格子を構成し、
前記障壁層及び前記量子井戸層の少なくとも一方は、
第1の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層の結晶に格子歪を生じさせる第2の化合物半導体層と、
を有することを特徴とする光検知器。
(Appendix 1)
A lower electrode;
An active layer formed above the lower electrode;
An upper electrode formed above the active layer;
Have
The active layer is
A barrier layer;
A quantum well layer lattice matched to the barrier layer;
Have
The barrier layer and the quantum well layer constitute a type II superlattice,
At least one of the barrier layer and the quantum well layer is
A first compound semiconductor layer;
A second compound semiconductor layer that causes lattice distortion in a crystal of the first compound semiconductor layer;
An optical detector comprising:
(付記2)
前記活性層は、前記障壁層及び前記量子井戸層を交互に積層した積層構造を複数有することを特徴とする付記1に記載の光検知器。
(Appendix 2)
The photodetector according to
(付記3)
前記障壁層は、GaSb層であり、
前記第1の化合物半導体層は、InAs層であることを特徴とする付記1又は2に記載の光検知器。
(Appendix 3)
The barrier layer is a GaSb layer;
3. The photodetector according to
(付記4)
前記量子井戸層は、InAs層であり、
前記第1の化合物半導体層は、GaSb層であることを特徴とする付記1又は2に記載の光検知器。
(Appendix 4)
The quantum well layer is an InAs layer;
3. The photodetector according to
(付記5)
前記第2の化合物半導体層は、InSb層であることを特徴とする付記3又は4に記載の光検知器。
(Appendix 5)
The photodetector according to
(付記6)
前記第1の化合物半導体層は、2以上設けられており、
前記第2の化合物半導体層は、前記第1の化合物半導体層に挟まれていることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の光検知器。
(Appendix 6)
Two or more first compound semiconductor layers are provided,
6. The photodetector according to any one of
(付記7)
下部電極上方に活性層を形成する工程と、
前記活性層上方に上部電極を形成する工程と、
を有し、
前記活性層を形成する工程は、
障壁層を形成する工程と、
前記障壁層と格子整合する量子井戸層を形成する工程と、
を有し、
前記障壁層及び前記量子井戸層は、タイプII型の超格子を構成し、
前記障壁層及び前記量子井戸層の少なくとも一方は、
第1の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層の結晶に格子歪を生じさせる第2の化合物半導体層と、
を有することを特徴とする光検知器の製造方法。
(Appendix 7)
Forming an active layer above the lower electrode;
Forming an upper electrode above the active layer;
Have
The step of forming the active layer includes:
Forming a barrier layer;
Forming a quantum well layer lattice matched to the barrier layer;
Have
The barrier layer and the quantum well layer constitute a type II superlattice,
At least one of the barrier layer and the quantum well layer is
A first compound semiconductor layer;
A second compound semiconductor layer that causes lattice distortion in a crystal of the first compound semiconductor layer;
The manufacturing method of the photodetector characterized by having.
(付記8)
前記活性層は、前記障壁層及び前記量子井戸層を交互に積層した積層構造を複数有することを特徴とする付記7に記載の光検知器の製造方法。
(Appendix 8)
8. The method of manufacturing a photodetector according to appendix 7, wherein the active layer has a plurality of stacked structures in which the barrier layers and the quantum well layers are alternately stacked.
(付記9)
前記障壁層は、GaSb層であり、
前記第1の化合物半導体層は、InAs層であることを特徴とする付記7又は8に記載の光検知器の製造方法。
(Appendix 9)
The barrier layer is a GaSb layer;
9. The method of manufacturing a photodetector according to appendix 7 or 8, wherein the first compound semiconductor layer is an InAs layer.
(付記10)
前記量子井戸層は、InAs層であり、
前記第1の化合物半導体層は、GaSb層であることを特徴とする付記7又は8に記載の光検知器の製造方法。
(Appendix 10)
The quantum well layer is an InAs layer;
9. The method of manufacturing a photodetector according to appendix 7 or 8, wherein the first compound semiconductor layer is a GaSb layer.
1:下部電極
2:障壁層
2a、2c:基層
2b:歪生成層
3:量子井戸層
3a、3c:基層
3b:歪生成層
4:上部電極
9:活性層
10:基板
11:下部電極
12:障壁層
13:量子井戸層
13a、13c:基層
13b:歪生成層
14:上部電極
19:活性層
1: Lower electrode 2:
Claims (6)
前記下部電極上方に形成された活性層と、
前記活性層上方に形成された上部電極と、
を有し、
前記活性層は、
障壁層と、
前記障壁層と格子整合する量子井戸層と、
を有し、
前記障壁層及び前記量子井戸層は、タイプII型の超格子を構成し、
前記障壁層及び前記量子井戸層の少なくとも一方は、
第1の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層の結晶に格子歪を生じさせる第2の化合物半導体層と、
を有することを特徴とする光検知器。 A lower electrode;
An active layer formed above the lower electrode;
An upper electrode formed above the active layer;
Have
The active layer is
A barrier layer;
A quantum well layer lattice matched to the barrier layer;
Have
The barrier layer and the quantum well layer constitute a type II superlattice,
At least one of the barrier layer and the quantum well layer is
A first compound semiconductor layer;
A second compound semiconductor layer that causes lattice distortion in a crystal of the first compound semiconductor layer;
An optical detector comprising:
前記第1の化合物半導体層は、InAs層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光検知器。 The barrier layer is a GaSb layer;
The photodetector according to claim 1, wherein the first compound semiconductor layer is an InAs layer.
前記第1の化合物半導体層は、GaSb層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光検知器。 The quantum well layer is an InAs layer;
The photodetector according to claim 1, wherein the first compound semiconductor layer is a GaSb layer.
前記活性層上方に上部電極を形成する工程と、
を有し、
前記活性層を形成する工程は、
障壁層を形成する工程と、
前記障壁層と格子整合する量子井戸層を形成する工程と、
を有し、
前記障壁層及び前記量子井戸層は、タイプII型の超格子を構成し、
前記障壁層及び前記量子井戸層の少なくとも一方は、
第1の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層の結晶に格子歪を生じさせる第2の化合物半導体層と、
を有することを特徴とする光検知器の製造方法。 Forming an active layer above the lower electrode;
Forming an upper electrode above the active layer;
Have
The step of forming the active layer includes:
Forming a barrier layer;
Forming a quantum well layer lattice matched to the barrier layer;
Have
The barrier layer and the quantum well layer constitute a type II superlattice,
At least one of the barrier layer and the quantum well layer is
A first compound semiconductor layer;
A second compound semiconductor layer that causes lattice distortion in a crystal of the first compound semiconductor layer;
The manufacturing method of the photodetector characterized by having.
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JP2018138903A (en) * | 2017-02-24 | 2018-09-06 | 富士通株式会社 | Infrared detector, imaging device, and imaging system |
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2009
- 2009-09-25 JP JP2009220975A patent/JP2011071306A/en not_active Withdrawn
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