JP2012109462A - 光検知素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】障壁層12内に量子ドット11が埋め込まれた層が積層されてなる第1の量子ドット層1と、第1の量子ドット層1を挟み込む一対の電極層2,3と、障壁層14内に量子ドット13が埋め込まれた層が積層されてなる第2の量子ドット層4と、第2の量子ドット層4を透過した赤外線を反射させる赤外線反射層5とを有するように、赤外線検知素子を構成する。
【選択図】図1
Description
赤外線検知素子の一例を図7に示す。この赤外線検知素子は、量子ドットを含む量子ドット層101と、量子ドット層101を挟み込む一対の電極層102,103と、量子ドット層101を透過した赤外線を反射させる赤外線反射層104とを備えて構成される。量子ドット層101は、量子井戸となる複数の量子ドット111が障壁層112内に埋め込まれた層が積層されてなる。量子ドット層101では、量子ドット111が例えばInAsを材料として、障壁層112が例えばAlGaAsを材料として形成される。量子ドット層101では、互いに直交する3方向に量子閉じ込めのなされた量子井戸が形成され、基底準位及び励起準位の如き複数の量子準位が形成される。
しかしながら、赤外線反射層104で反射した赤外線の反射光に対する検知効率は十分ではない。そこで、この赤外線の反射光に対する検知効率を高めるべく、図10に示すように、赤外線反射層104の代わりに反射構造として1次元反射型回折格子105を用いた赤外線検知素子が案出されている。
図10の赤外線検知素子では、赤外線は1次元反射型回折格子105で斜め方向に反射する。そのため、図10の赤外線検知素子における上記の距離(図10中、d2で示す。)については、当該距離は図9の赤外線検知素子における当該距離(図9中、d1で示す。)より大きく、赤外線の検知効率を高めることができる。
図10の赤外線検知素子では、1次元反射型回折格子105で反射する赤外線は、その波長に拠らずに1つの面内に反射する。ここで、x−z面内の斜め1方向に赤外線を反射する1次元反射型回折格子を用いる場合を考える。波長λ2を持つ赤外線については、サブバンド間遷移を引き起こすy方向の電界成分の大きさは、図9の赤外線反射層104で反射された場合の大きさと比べて変わらない。従って、量子ドット層101を通過する距離が長くなることから得られる効果により、赤外線の検知効率は高まる。
以下、本実施形態による赤外線検知素子の構成について説明する。
この赤外線検知素子は、量子ドットを含む第1の量子ドット層1と、第1の量子ドット層1を挟み込む一対の電極層2,3と、量子ドットを含む第2の量子ドット層4と、第2の量子ドット層4を透過した赤外線を反射させる赤外線反射層5とを備えて構成される。
本実施形態では、量子ドット11,13の材料としてInAsを、障壁層12,14の材料としてAlGaAsをそれぞれ用いる場合を例示する。
先ず、図2及び図3(第1の量子ドット層1の量子ドット11の記載を省略する。)を用いて、y方向に電界成分を有する波長λ2の赤外線について考える。
│000>→│300>及び│000>→│030>
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│000>→│300>及び│010>→│020>
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遷移先はx方向に量子数の増加する励起準位であり、これより放出される赤外線はx方向に電界成分を有し、その方向はy−z面内に制約される。このとき、図10の1次元反射型回折格子105を用いる場合とは異なり、x方向の電界成分が弱められることなく第1の量子ドット層1を通過する距離が長くなることから、第2の量子ドット層4を設けることにより、この赤外線に対する検知効率が高くなる。
以下、本実施形態による赤外線検知素子の製造方法について説明する。
図5及び図6は、本実施形態による赤外線検知素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
詳細には、例えば分子線エピタキシャル法により、GaAs基板1上にn型GaAsを、基板温度を例えば600℃として成長する。n型GaAsの厚みは例えば1000nm程度とし、n型不純物として例えばシリコン(Si)を用い、その濃度を例えば2×1018/cm3とする。以上により、電極層22が形成される。
詳細には、先ず、分子線エピタキシャル法により、電極層22上にAlGaAs層31を成長する。AlGaAs層31のAl組成比は例えば0.2とし、厚みは例えば50nm程度とする。AlGaAs層31を成長する間に、基板温度を600℃から量子ドットの自己組織化形成が起こり得る温度、例えば500℃に低下させる。
詳細には、例えば分子線エピタキシャル法により、第1の量子ドット層23上にn型GaAsを、基板温度を例えば600℃として成長する。n型GaAsの厚みは例えば1000nm程度とし、n型不純物として例えばSiを用い、その濃度を例えば2×1018/cm3とする。以上により、電極層24が形成される。
詳細には、先ず、分子線エピタキシャル法により、電極層24上にAlGaAs層35を成長する。AlGaAs層35のAl組成比は例えば0.2とし、厚みは例えば50nm程度とする。AlGaAs層35を成長する間に、基板温度を600℃から量子ドットの自己組織化形成が起こり得る温度、例えば500℃に低下させる。
詳細には、例えば分子線エピタキシャル法により、第2の量子ドット層25上にGaAsを、基板温度を例えば600℃として成長する。このGaAsを保護膜として機能させるべく、GaAsの厚みは例えば50nm程度とする。これにより、GaAs層26が形成される。
詳細には、リソグラフィー及びドライエッチングにより、GaAs層26及び第2の量子ドット層25を掘削し、電極層24の表面の一部を露出させる。
次に、リソグラフィー及びドライエッチングにより、電極層24及び第1の量子ドット層23を掘削し、電極層22の表面の一部を露出させる。
詳細には、例えば金属蒸着法により、GaAs層26上にTi/Auを積層形成する。同様に金属蒸着法により、電極層22の露出した表面上と、電極層24の露出した表面上とにそれぞれAuGe/Auを積層形成する。以上により、GaAs層26上には赤外線反射層27が、電極層22,24の露出した表面上には電極28,29がそれぞれ形成される。
前記第1の量子ドット層に所定の電圧を印加する一対の電極と、
前記第1の量子ドット層の上方に、前記第1の量子ドット層と同一材料からなる複数の量子ドットが積層されてなる第2の量子ドット層と、
前記第2の量子ドット層の上方に設けられた光反射層と
を含むことを特徴とする光検知素子。
前記量子ドット層は、前記量子ドットをInAs,InGaAs,InAlAs,InAlGaAsから選ばれた少なくとも1種を材料とし、前記障壁層をGaAs,AlGaAs,AlAs,InGaAs,InAlGaAs,InAlAsから選ばれた少なくとも1種を材料として、前記量子ドットの材料と前記障壁層の材料とが同一組成のものである場合には、前記量子ドットの材料のIn組成比が前記障壁層の材料のIn組成比よりも大きいことを特徴とする付記3に記載の光検知素子。
前記第1の量子ドット層の上方に、前記第1の量子ドット層と同一材料を用いて複数の量子ドットを積層して第2の量子ドット層を形成する工程と、
前記第2の量子ドット層の上方に光反射層を形成する工程と
を含むことを特徴とする光検知素子の製造方法。
2,3,22,24,102,103 電極層
4,25 第2の量子ドット層4
5,27,104 赤外線反射層
11,13,32,36,111 量子ドット
12,14,33,37,112 障壁層
21 GaAs基板
26 GaAs層
31,35 AlGaAs層
34,38 半導体層
28,29 電極
101 量子ドット層
105 1次元反射型回折格子
Claims (6)
- 検知対象の光に対して活性となる複数の量子ドットが積層されてなる第1の量子ドット層と、
前記第1の量子ドット層に所定の電圧を印加する一対の電極と、
前記第1の量子ドット層の上方に、前記第1の量子ドット層と同一材料からなる複数の量子ドットが積層されてなる第2の量子ドット層と、
前記第2の量子ドット層の上方に設けられた光反射層と
を含むことを特徴とする光検知素子。 - 前記第2の量子ドット層は前記第1の量子ドット層よりも前記量子ドットの積層数が多いことを特徴とする請求項1に記載の光検知素子。
- 前記第1の量子ドット層及び前記第2の量子ドット層は、障壁層内に複数の量子ドットが埋め込み形成されてなる量子ドット層が複数積層されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の光検知素子。
- 検知対象の光が赤外線であり、
前記量子ドット層は、前記量子ドットをInAs,InGaAs,InAlAs,InAlGaAsから選ばれた少なくとも1種を材料とし、前記障壁層をGaAs,AlGaAs,AlAs,InGaAs,InAlGaAs,InAlAsから選ばれた少なくとも1種を材料として、前記量子ドットの材料と前記障壁層の材料とが同一組成のものである場合には、前記量子ドットの材料のIn組成比が前記障壁層の材料のIn組成比よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載の光検知素子。 - 検知対象の光に対して活性となる複数の量子ドットを積層して第1の量子ドット層を形成する工程と、
前記第1の量子ドット層の上方に、前記第1の量子ドット層と同一材料を用いて複数の量子ドットを積層して第2の量子ドット層を形成する工程と、
前記第2の量子ドット層の上方に光反射層を形成する工程と
を含むことを特徴とする光検知素子の製造方法。 - 前記第2の量子ドット層を、前記第1の量子ドット層よりも前記量子ドットの積層数を多く形成することを特徴とする請求項5に記載の光検知素子の製造方法。
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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