JP2013161876A - Light detecting semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光検知半導体装置に関する。 The present invention relates to a light detection semiconductor device.
物体から自発的に放射される電磁波の強度は赤外線帯域で強いことから、赤外線は物体の像を認識する電磁波として利用される。物体から放射される赤外線の光量は、主にその物体の温度が高いほど多くなる。 Since the intensity of the electromagnetic wave spontaneously radiated from the object is strong in the infrared band, the infrared light is used as an electromagnetic wave for recognizing the image of the object. The amount of infrared light emitted from an object increases mainly as the temperature of the object increases.
赤外線を放射する物体として例えば人体が挙げられるが、室温より高い温度をもつ人体から放射される赤外線の光量は、室温と同程度の温度をもつ周辺環境から放射される赤外線の光量よりも多くなる。 An example of an object that emits infrared rays is the human body, but the amount of infrared light emitted from a human body having a temperature higher than room temperature is greater than the amount of infrared light emitted from the surrounding environment having a temperature comparable to room temperature. .
従って、光量により応答出力が変わる赤外線検知装置を用いることにより、人体を像として画面に表示することが可能になる。 Therefore, it is possible to display the human body as an image on the screen by using the infrared detecting device whose response output changes depending on the amount of light.
赤外線検知装置として、MOS構造、HEMT構造を持つ画像検知装置が知られている。例えばMOS構造の画像検知装置においては、半導体基板内の上部の不純物拡散層上にソース電極とドレイン電極が形成され、それらの電極の間の不純物拡散層の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成された構造を有している。さらに、ゲート絶縁膜の中に量子ドットが形成され、また、ゲート電極は半導体層から形成されている。 As an infrared detection device, an image detection device having a MOS structure and a HEMT structure is known. For example, in an image sensing device having a MOS structure, a source electrode and a drain electrode are formed on an upper impurity diffusion layer in a semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on the impurity diffusion layer between these electrodes via a gate insulating film. Has a formed structure. Further, quantum dots are formed in the gate insulating film, and the gate electrode is formed from a semiconductor layer.
その画像検知装置によれば、ゲート電極への正電圧の印加により量子ドットの量子準位とチャネル領域のフェルミ準位が揃うので、不純物拡散層のチャネル内の電子がゲート絶縁膜を量子力学的にすり抜けて量子ドット内に移動する。 According to the image sensing device, application of a positive voltage to the gate electrode aligns the quantum level of the quantum dot and the Fermi level of the channel region, so that electrons in the channel of the impurity diffusion layer cause the quantum mechanical action on the gate insulating film. Slips through and moves into the quantum dot.
量子ドットに閉じこめられた電子は、クーロンポテンシャルによりチャネル中の電子を遠ざけ、チャネルを流れる電流を減少させる。その後に、ゲート絶縁膜に赤外線を照射すると量子ドット中の電子が光励起して離れ、これにより、複数の量子ドット中の電子が減少し、チャンネル中の電流が増加する。そのような電流の増加を観察することにより赤外線照射が検知され、チャネル中の電流は光量を増やすに従い、ほぼ同じ割合で増加する。 The electrons confined in the quantum dots move away the electrons in the channel due to the Coulomb potential and reduce the current flowing through the channel. Thereafter, when the gate insulating film is irradiated with infrared rays, the electrons in the quantum dots are photoexcited and separated, thereby reducing the electrons in the plurality of quantum dots and increasing the current in the channel. Infrared irradiation is detected by observing such an increase in current, and the current in the channel increases at approximately the same rate as the amount of light increases.
上記の画像検知装置により人体の像を検知する場合には、人体とその周辺環境が検知対象となる。その周辺環境に人体が存在しない状況では、画像検知装置により周辺環境だけが検知されることになる。この場合、画像検知装置では、周辺環境の温度、例えば室温と同程度の温度に応じた光量に応答する電流が流れる。 When an image of a human body is detected by the image detection device described above, the human body and its surrounding environment are the detection targets. In a situation where no human body exists in the surrounding environment, only the surrounding environment is detected by the image detection device. In this case, in the image detection apparatus, a current that responds to the amount of light corresponding to the temperature of the surrounding environment, for example, a temperature that is about the same as room temperature flows.
その周辺環境に人体が入ると、人体から光を入射する画素では、室温より高い人体の体温に応じた赤外線光量に対応する電流が流れる。そこで、周辺環境と人体のそれぞれの温度に応じた電流値の差分を取ることで人体の像を選択して検知することが可能となる。 When a human body enters the surrounding environment, a current corresponding to the amount of infrared light corresponding to the body temperature of the human body, which is higher than room temperature, flows in a pixel that receives light from the human body. Therefore, it is possible to select and detect an image of the human body by taking a difference between current values corresponding to the temperatures of the surrounding environment and the human body.
しかし、周辺環境検知時の画像検知装置における応答電流は、人体を検知対象物とする上では余剰なものであり、これにより検知効率は低下する。 However, the response current in the image detection apparatus at the time of detecting the surrounding environment is excessive when the human body is used as a detection target, and the detection efficiency is thereby lowered.
一般的に、画像検知装置では応答電流のダイナミックレンジが制限され、人体検知時の応答電流が丁度ダイナミックレンジに収まるように調整される。しかし、周辺環境の応答電流を排除して、人体を検知するための応答電流のみを検知し、画像検知時のダイナミックレンジを人体検知だけで占めるのが最も理想的である。 In general, in an image detection apparatus, the dynamic range of response current is limited, and adjustment is performed so that the response current at the time of human body detection is just within the dynamic range. However, it is most ideal that the response current in the surrounding environment is eliminated, only the response current for detecting the human body is detected, and the dynamic range at the time of image detection is occupied only by the human body detection.
従って、光検知半導体装置では、検知対象以外の環境に由来する応答電流を低減させることが要求される。 Therefore, the photodetection semiconductor device is required to reduce the response current derived from the environment other than the detection target.
本発明の目的は、検知対象の応答電流を選択的に大きくすることができる光検知半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a photodetection semiconductor device capable of selectively increasing a response current to be detected.
本実施形態の1つの観点によれば、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成され、前記第1の半導体層に比べてエネルギーバンドギャップが大きく、前記第1の半導体層との界面のうち前記第1の半導体層側にチャネルが形成される第2の半導体層と、前記第2の半導体層の上に形成され、前記第2の半導体層に比べてエネルギーバンドギャップが小さい第3の半導体層と、前記第3の半導体層の上で不純物がドープされて形成され、前記第1の半導体層に比べてエネルギーバンドギャップが小さい量子ドットと、前記第3の半導体層及び前記量子ドットの上に形成され、前記第3の半導体層と同じ材料から形成される第4の半導体層と、前記第4の半導体層の上に形成される第1の電極と、前記第1の電極の両側方のそれぞれで前記第1の半導体層の上に形成される第2、第3の電極と、を有する光検知半導体装置が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解されるものである。
According to one aspect of the present embodiment, the first semiconductor layer is formed on the first semiconductor layer and has a larger energy band gap than the first semiconductor layer. A second semiconductor layer in which a channel is formed on the first semiconductor layer side in an interface with the layer, and an energy band gap formed on the second semiconductor layer, as compared with the second semiconductor layer. A third semiconductor layer having a small size, a quantum dot formed by doping impurities on the third semiconductor layer, and having an energy band gap smaller than that of the first semiconductor layer, and the third semiconductor layer And a fourth semiconductor layer formed on the quantum dot and made of the same material as the third semiconductor layer, a first electrode formed on the fourth semiconductor layer, and On each side of one electrode The second is formed on the serial first semiconductor layer, a third electrode, a light sensing semiconductor device including a is provided.
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims. It is to be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention.
本発明によれば、量子ドットに不純物をドープし、量子ドット中の電子を光照射により励起して量子準位から離脱させ、これによりチャネルのフェルミエネルギーを低下させ、閾値以上の光量でチャネルに電流が流れるようにしている。また、閾値以下の光量で、チャネルに流れる電流が極めて小さくなるようにしている。これにより、ある光量を越える光を放出する検出対象の受光に対する応答電流のみでダイナミックレンジを占めるようにすることができ、検知効率の高い装置を実現することができる。 According to the present invention, the quantum dot is doped with an impurity, and the electrons in the quantum dot are excited by light irradiation to leave the quantum level, thereby reducing the channel Fermi energy, and the channel with a light amount equal to or greater than the threshold value. Current is flowing. In addition, the current flowing through the channel is made extremely small with the light quantity below the threshold. As a result, the dynamic range can be occupied only by the response current with respect to the light reception of the detection target that emits light exceeding a certain amount of light, and a device with high detection efficiency can be realized.
以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.
図1は、実施形態に係る光検知半導体装置を形成する化合物半導体層の積層工程の一例を示す断面図である。化合物半導体層の形成方法として分子線エピタキシャル(MBE)法を採用するが、MOCVD法、その他の形成方法を採用してもよい。 FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a stacking process of compound semiconductor layers that form the photodetection semiconductor device according to the embodiment. The molecular beam epitaxy (MBE) method is employed as a method for forming the compound semiconductor layer, but an MOCVD method or other formation methods may be employed.
まず、ガリウム砒素(GaAs)基板1の上に、第1のi型GaAs層2を例えば600℃の基板温度で例えば約1000nmの厚さに形成する。i型は、ノンドープで形成される層を示している。
First, a first i-
続いて、第1のi型GaAs層2の上に、n型アルミニウムガリウム砒素(AlxGa1−xAs)層3を例えば約600℃の基板温度で例えば約50nmの厚さに形成する。この場合、組成比xを例えば0.2とする。n型不純物として例えばシリコン(Si)を使用し、その不純物濃度を例えば約5×1016/cm3とする。
Subsequently, an n-type aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1-x As)
n型AlxGa1−xAs層3のエネルギーバンドギャップは、第1のi型GaAs層2のエネルギーバンドギャップよりも広く、障壁層となり、それらの界面のi型GaAs層2側にはチャネルが形成され、チャネルには二次元電子ガス2DEGが生成される。これにより、第2のi型GaAs層2はチャネル層となる。
The energy band gap of the n-type Al x Ga 1-x As
さらに、n型AlxGa1−xAs層3の上に、n型AlxGa1−xAs層3よりもエネルギーバンドギャップの狭い第2のi型GaAs層4を例えば約50nmの厚さに形成する。第2のi型GaAs層4の形成開始から形成終了に至る過程で、基板温度を600℃から降下させる。基板温度降下の目標温度は、第2のi型GaAs層4上で量子ドットの自己組成形成が起こり得る温度、例えば約500℃に設定される。
Further, a second i-
次に、基板温度を約500℃に維持したままで、第2のi型GaAs層4の上に、自己組織化形成法により、インジウム砒素(InAs)を0.1原子層/秒(ML/s)の成長速度で2.5ML供給する。InAsの供給過程で、InAsに加わる圧縮歪が増し、InAsが3次元成長して量子ドット5が形成される。量子ドット5は、チャネル領域を有する第1のi型GaAs層2に比べてエネルギーバンドギャップが狭い材料から形成される。InAsを供給する際に、同時に、n型不純物として例えばシリコン(Si)をInAsに供給する。Siの供給量は、1つの量子ドット5につき約1原子となし、1つの量子ドット5に概ね1個の電子を供給できるように制御される。
Next, while maintaining the substrate temperature at about 500 ° C., indium arsenide (InAs) is deposited on the second i-
続いて、第2のi型GaAs層4及びInAs量子ドット5の上に、第3のi型GaAs層6を例えば約50nmの厚さに形成する。第3のi型GaAs層6の形成開始から形成終了に至る過程で、基板温度を500℃から例えば約600℃に上昇させる。
Subsequently, a third i-
次に、第3のi型GaAs層6の上に、第4のi型GaAs層7を約600℃の温度で例えば約500nmの厚さに形成する。
Next, a fourth i-
次に、図2に示すように、第4のi型GaAs層7の上に、CVD法によりシリコン酸化膜21を形成した後に、フォトリソグラフィー技術とエッチングを使用してシリコン酸化膜21をパターニングすることにより、間隔をおいてソース領域とドレイン領域に例えば10μmの間隔で2つの開口部21a、21bを形成する。
Next, as shown in FIG. 2, after the silicon oxide film 21 is formed on the fourth i-
その後に、シリコン酸化膜21をマスクに使用し、例えば、塩素系ガスを使用するドライエッチングにより開口部21a、21bを通して第4のi型GaAs層7から第2のi型GaAs層4までをエッチングする。これにより、開口部21a、21bから第1のi型GaAs層2を露出させる。露出した第1のi型GaAs層2の2つの領域の間はチャネル領域となる。その後に、シリコン酸化膜21を例えばフッ酸を使用してエッチングして除去する。
Thereafter, using the silicon oxide film 21 as a mask, for example, etching is performed from the fourth i-
次に、図3に例示するように、露出した2つの領域の第1のi型GaAs層2の上にソース電極8とドレイン電極9を形成するとともに、それらの間の領域に残された第4のi型GaAs層7の上にゲート電極10を形成する。ソース電極8、ドレイン電極9及びゲート電極10として、例えばスパッタ法、蒸着法等により金ゲルマニウム(AuGe)膜と金(Au)膜の積層金属、或いはその他の金属を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 3, the
その後に、例えば400〜450℃の温度で加熱する。これにより、ソース電極8とドレイン電極9のそれぞれと第2のGaAs層2の接合部分は合金化される。同様に、ゲート電極10と第4のi型GaAs層7の接合部分も合金化される。
Then, it heats at the temperature of 400-450 degreeC, for example. As a result, the junction between each of the
ソース電極8とドレイン電極9の間隔の長さ、即ちチャネル長を例えば約10μmと大きく設定しているので、チャネル領域上の量子ドット5の数は1より遙かに多く、例えば約1000個〜10000個に形成される。
Since the length of the gap between the
以上により光検知半導体装置の基本構造が形成される。光検知半導体装置は、図3に例示するように、ソース電極8とドレイン電極9に直流電源11を接続するとともに、直流電源11とソース電極8の間、又は、直流電源11とドレイン電極9の間に電流検出器12を直列に接続する。また、ゲート電極10にスイッチ回路14を介してゲート電圧供給電源13を接続する。なお、直流電源11、ゲート電圧供給電源13、スイッチ回路14は、CMOSを含む回路(不図示)に接続されてオン・オフや電圧が制御される。また、電流検出器12は電流増幅回路(不図示)を有している。
Thus, the basic structure of the light detection semiconductor device is formed. As illustrated in FIG. 3, the photodetection semiconductor device has a
なお、図1〜図3に示す構造は、光検知半導体装置のうちの1画素部分の説明であって、光検知半導体装置は、複数のゲート電極10等を含み、複数の画素を有している。
The structure shown in FIGS. 1 to 3 is an explanation of one pixel portion of the light detection semiconductor device, and the light detection semiconductor device includes a plurality of
上記の光検知装置において、ゲート電極10に電圧を印加した状態で第1のi型GaAs層2から第4のGaAs層7までの層の縦方向断面におけるそれらのエネルギーバンド構造の伝導帯Ec側のプロファイルは例えば図4(a)に示すようになる。量子ドット5には上記のようにn型不純物が添加されているので、初期状態で各量子ドット5にはそれぞれ概ね1個の電子eが供給される。
In the above-described photodetector, the conduction band Ec side of the energy band structure in the longitudinal section of the layers from the first i-
これにより、フェルミエネルギーEfは量子ドット5の量子準位Ebとほぼ同じ準位に位置する。また、2次元電子ガス2DEGのチャネルを生成する第1のi型GaAs層2とn型AlxGa1−xAs層3のエネルギーバンドギャップは、量子ドット5のエネルギーバンドギャップよりも大きくなっている。このため、チャネルの量子準位は、初期状態ではフェルミエネルギーEfよりも概ね高い状態に位置する。
Thereby, the Fermi energy E f is located at substantially the same level as the quantum level E b of the
また、ゲート電極10にプラス電圧を印加すると、第4のi型GaAs層7のエネルギーポテンシャルが低下して伝導帯Ecも押し下げられる。このような状態で赤外線が入射されないと、量子ドット5には電子eが存在し、チャネルのエネルギーはフェルミエネルギーEfよりも高くなっているので、チャネルには殆ど電流が流れない。
Further, when applying a positive voltage to the
さらに、GaAs基板1を透過して量子ドット5に赤外線が入射すると、量子ドット5に拘束されていた電子eが赤外線のエネルギーを吸収して励起される。これにより、量子ドット5内で光励起された電子eは、サブバンド間遷移が生じ、或いは、ゲート電極10に向けて移動し、量子ドット5から位置的に離れる。
Further, when infrared rays are incident on the
これにより、量子ドット5での空間電荷が正となり、図4(b)に例示するように、量子ドット5近傍で伝導帯Ec端が押し下げられ、この影響を受けてチャネルのエネルギーも押し下げられ、チャネル内の二次元電子ガス2DEGの電子eが流れる土壌ができる。
Thereby, the space charge in the
しかし、光検知半導体装置に1光子が入ったような状態では、1つの量子ドット5の近傍でそのような作用をするだけであり、ソース電極8とドレイン電極9による電界によりチャネルの全域で電流が流れる状態にはならない。
However, in a state where one photon enters the photodetecting semiconductor device, such an action is performed only in the vicinity of one
そこで、光強度を徐々に強くして光量を増やし、ある程度の数の量子ドットで図4(b)に示すような光励起が起こると、ソース電極8とドレイン電極9の間の全領域がチャネルで繋がった状態になり、図5に例示するように光入射の応答として電流が流れ始める。なお、1回の像の検知を行った後には、スイッチ回路14によって、ゲート電圧供給電源13からゲート電極10に印加する電圧を制御して、第4のi型GaAs層7のエネルギーポテンシャルを高くして伝導帯Ecを押し上げ、各量子ドット5に電子eを供給する。
Therefore, when the light intensity is gradually increased to increase the amount of light and photoexcitation as shown in FIG. 4B occurs with a certain number of quantum dots, the entire region between the
従って、本実施形態の光検知半導体装置を使用して人体の存在位置を検知する場合に、人体の周囲の環境から放出される光量の少ない赤外線については、ソース電極8とドレイン電極9の間に流れる電流は極めて小さい。これに対し、人体から放出される光量の閾値Lth以上の大きな赤外線に対してはソース電極8とドレイン電極9の間に流れる電流を光量に応じて大きくすることができる。従って、人体から出射される赤外線により生じる電流と周辺環境から出射される赤外線により生じる電流の差を求める必要がなく、人体を特定するためのダイナミックレンジを高くすることができ、検出感度を高めることができる。
Therefore, when detecting the presence position of the human body using the photodetection semiconductor device of this embodiment, between the
次に、比較例に係る光検知装置の構造を説明する。図6は、比較例に係る光検知半導体装置を示している。 Next, the structure of the light detection device according to the comparative example will be described. FIG. 6 shows a photodetection semiconductor device according to a comparative example.
比較例に係る光検知半導体装置は、半導体基板31上に、基板側障壁層32、量子井戸層33、障壁半導体層34、ゲート電極36が順に形成された構造を有している。障壁半導体層34内には、量子ドット35が形成されている。さらに、ゲート電極36の両側方では、障壁半導体層34から基板側障壁層32の深さに形成されたオーミック接触合金37a、37bを介して第1、第2のオーミック電極38、39が形成されている。
The photodetection semiconductor device according to the comparative example has a structure in which a substrate-
そのような構造を有する光検知半導体装置において、第1のオーミック電極38と第2のオーミック電極39に直流電源40を直列に接続するとともに、直流電源40と第1のオーミック電極38の間に電流検出器41を直列に接続する。また、ゲート電極36にゲート電圧供給電源42を接続する。
In the photodetection semiconductor device having such a structure, a
ゲート電圧供給電源42からゲート電極36に正電圧を印加すると、基板側障壁層32の表面ポテンシャルが下方に押し下げられる。このため、図7に例示するように、量子井戸層33のフェルミ準位と量子ドット35の量子準位が揃った時に、チャネルである量子井戸層33内の電子が量子力学的に障壁半導体層34をすり抜けて量子ドット35中に閉じこめられる。
When a positive voltage is applied to the
これにより、量子ドット35に捕らえられた電子eのクーロンポテンシャルの斥力により量子井戸層33内の電子が遠ざけられて、第1、第2のオーミック電極38間の量子井戸層33内の電流量が減少する。即ち、初期状態で流れている電流量が、ゲート電極36への電圧印加により低減する。
Thereby, the electrons in the
その後に、ゲート電極36が閾値電圧以下になると基板側障壁層32のポテンシャルは上がるので、外部から光を照射して量子ドット35の捕獲電子eにエネルギーを与えて励起させ、外部に飛び出させると、チャネルである量子井戸層33内の電流は流れ易くなって電流量が増加する。
After that, when the
なお、ゲート電極36に閾値以上の電圧を与えると、光照射により量子ドット35内の電子eは外部に飛び出すと同時に量子井戸層33から量子ドット35に電子eが供給されるので、量子井戸層33内の電流量は減少したままとなる。
When a voltage equal to or higher than the threshold value is applied to the
従って、比較例の光検知半導体装置によれば、光量が多くなるに従って量子ドットの捕獲電子eが少なくなってくるので、図8に例示するように、光量の多さに従ってほぼ同じ割合で電流量が増加することになる。 Therefore, according to the light detection semiconductor device of the comparative example, the number of trapped electrons e of the quantum dots decreases as the amount of light increases. Therefore, as illustrated in FIG. 8, the amount of current is approximately the same according to the amount of light. Will increase.
このため、複数の量子ドット35を有する画素の光検知半導体装置により、人体とその周辺環境の双方から放射される赤外線を受光し、人体の像を抽出して検知するためには、人体とその周辺環境のそれぞれの赤外線検知による電流量の差を求め、その差が存在する部分を人体の像として画像表示する。これによれば、周辺環境の電流量の分だけ人体に対するダイナミックレンジが小さくなり、しかも人体を鮮明な像にするためには電流量の差を演算する回路を必要として構造の簡素化に支障をきたす。
For this reason, in order to detect and detect an image of a human body by receiving infrared rays emitted from both the human body and its surrounding environment by a photodetection semiconductor device having a plurality of
これに対し、本実施形態の光検知半導体装置によれば、初期状態で量子ドット5の量子準位に電子eが存在し、しかも赤外線が照射されない状態でソース電極8とドレイン電極9の間に電流が殆ど流れないように化合物半導体層の材料を調整している。
このため、閾値Lth以下の光量で赤外線が照射されてもソース電極8とドレイン電極9の間の応答電流が低くなり、周辺環境からの光量に対しては大きな電流が流れない。さらに、閾値Lthより大きな光量の増加に対しては応答電流が急峻に増加する構造となる。
On the other hand, according to the photodetection semiconductor device of this embodiment, electrons e exist in the quantum level of the
Therefore, the threshold value L th is infrared radiation in the following quantity response current is reduced between the
これにより、比較例において必要になる人体を抽出するための電流の差の演算が不要になり、しかも、人体の像に対するダイナミックレンジを大きく確保することができ、鮮明な画像表示ができる。なお、本実施形態の光検知半導体装置において、図5の光量と応答電流量の関係に示される閾値Lthの調整は、量子ドット5の数、チャネルの長さなどのパラメータの調整により行うことができる。
Thereby, the calculation of the difference in current for extracting the human body required in the comparative example becomes unnecessary, and a large dynamic range for the human body image can be ensured, and a clear image display can be performed. In the optical sensing semiconductor device of the present embodiment, adjustment of the threshold L th, shown in relation of the amount of light and the response current of FIG. 5, it is done by adjusting parameters such as the number of
ところで、上記の実施形態では、量子ドット5の周囲をGaAs層で形成し、さらに、二次元電子ガス2DEGの電子走行層としてGaAs層を形成しているが、他の材料を使用してもよい。例えば、GaAs層の代わりにAlyGa1−yAs層を形成してもよく、組成比yとして上記のエネルギーバンドギャップの大小の関係を保持する値、例えば0.1以下を選択する。また、電子供給層として形成されるn型AlyGa1−yAs層3によりGaAs層2の伝導帯がベンドれるが、n型AlxGa1−xAs層3に含まれるn型不純物濃度があまり高すぎると、量子ドット5からの電子抜けに対するベンド効果が弱くなるので、上記の濃度が好ましい。
By the way, in the above-described embodiment, the periphery of the
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。 All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It should be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
1 GaAs基板
2、4、6、7 i型GaAs層
3 n型AlxGa1−xAs層
5 量子ドット
8 ソース電極
9 ドレイン電極
10 ゲート電極
1
Claims (5)
前記第1の半導体層の上に形成され、前記第1の半導体層に比べてエネルギーバンドギャップが大きく、前記第1の半導体層との界面のうち前記第1の半導体層側にチャネルが形成される第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成され、前記第2の半導体層に比べてエネルギーバンドギャップが小さい第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の上で不純物がドープされて形成され、前記第1の半導体層に比べてエネルギーバンドギャップが小さい量子ドットと、
前記第3の半導体層及び前記量子ドットの上に形成され、前記第3の半導体層と同じ材料から形成される第4の半導体層と、
前記第4の半導体層の上に形成される第1の電極と、
前記第1の電極の両側方のそれぞれで前記第1の半導体層の上に形成される第2、第3の電極と、
を有する光検知半導体装置。 A first semiconductor layer;
Formed on the first semiconductor layer, has an energy band gap larger than that of the first semiconductor layer, and a channel is formed on the first semiconductor layer side of the interface with the first semiconductor layer. A second semiconductor layer,
A third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having an energy band gap smaller than that of the second semiconductor layer;
A quantum dot formed by doping impurities on the third semiconductor layer and having a smaller energy band gap than the first semiconductor layer;
A fourth semiconductor layer formed on the third semiconductor layer and the quantum dots and made of the same material as the third semiconductor layer;
A first electrode formed on the fourth semiconductor layer;
Second and third electrodes formed on the first semiconductor layer on both sides of the first electrode,
A photodetection semiconductor device comprising:
前記第1の電極には光検知時に正電圧を印加する電圧源が接続されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光検知半導体装置。 A DC power source is connected to the second and third electrodes,
The photodetecting semiconductor device according to claim 1, wherein a voltage source that applies a positive voltage at the time of light detection is connected to the first electrode.
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