JP2021057365A - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021057365A JP2021057365A JP2019176181A JP2019176181A JP2021057365A JP 2021057365 A JP2021057365 A JP 2021057365A JP 2019176181 A JP2019176181 A JP 2019176181A JP 2019176181 A JP2019176181 A JP 2019176181A JP 2021057365 A JP2021057365 A JP 2021057365A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- contact layer
- infrared sensor
- contact
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 51
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 57
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000003475 lamination Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 339
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 38
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 description 33
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 24
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 18
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 9
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 8
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 5
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 silicon oxide nitride Chemical class 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
【課題】良好な特性を有する赤外線センサを提供する。【解決手段】赤外線センサは、基板１と、基板上に形成され、ＩｎＳｂからなる第１導電型の第１コンタクト層２と、第１コンタクト層上に形成される、第１導電型の第２コンタクト層３と、第２コンタクト層上に形成され、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなる活性層５と、活性層上に形成され、少なくともＩｎ及びＳｂを含む第２導電型の第３コンタクト層７と、を備え、第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、赤外線センサに関する。
一般に、赤外線センサは、熱型赤外線センサと量子型赤外線センサとに分けられる。熱型赤外線センサは、赤外線のエネルギーを熱として利用したセンサであり、赤外線の熱エネルギーによりセンサ自体の温度が上昇し、その温度上昇による効果（抵抗変化、容量変化、起電力、自発分極）を電気信号に変換する素子である。この熱型赤外線センサには、焦電型（ＰＺＴ、ＬｉＴａＯ３）、熱起電力型（サーモパイル、熱電対）、導電型（ボロメータ、サーミスタ）などがあり、感度に波長依存性がなく、冷却は不要である。しかし、応答速度が遅く、検出能力もあまり高くない。
一方、量子型赤外線センサは、半導体に赤外線が照射されると、その光量子によって発生する電子や正孔を利用するセンサであり、光導電型（ＨｇＣｄＴｅなど）や光起電力型（ＩｎＡｓなど）がある。この量子型赤外線センサは、感度の波長依存性があり、高感度で、応答速度が速いという特長があるが、冷却する必要があり、ペルチェ素子やスターリングクーラーなどの冷却機構とともに用いるのが一般的であった。
量子型赤外線センサは、上述したように、光導電効果や光起電力効果等を利用し、赤外線を電気信号に変換する素子であり、一般に冷却して用いられるが、室温で動作可能な量子型赤外線センサも提案されている。例えば、特許文献１に記載の量子型赤外線センサは、基板上に設けられた化合物半導体層により赤外線を検知して電気信号を出力する化合物半導体センサ部と、この化合物半導体センサ部からの電気信号を演算する集積回路部とを備え、この化合物半導体センサ部と集積回路部とを同一パッケージ内に収納したものである。
これにより、電磁ノイズや熱ゆらぎの影響を受けにくくするとともに、室温での検知を可能とし、モジュールの小型化を可能にしたものである。ここで、化合物半導体センサ部の光吸収層となる活性層の材料は、主としてＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＮなどである。
これらの量子型赤外線センサの応用例としては、人を検知することによって、照明やエアコン、ＴＶなどの家電機器の自動オンオフを行う人感センサや、防犯用の監視センサなどが代表的な例である。最近、省エネルギーや、ホームオートメーション、セキュリテイシステム等への応用面で非常に注目されてきている。
特許文献１によれば、光吸収層の材料としてＩｎＡｓＳｂを用いた場合、その混晶組成を変えることで、赤外線検出のピーク波長を７．３μｍから１０μｍまで制御可能であることから、例えば１０μｍ帯に大きな感度をもつ赤外線センサとして、人感センサなどへの応用が期待されている。
しかしながら、ＩｎＡｓＳｂはＩｎＳｂと比較すると、良好な結晶を得るのが非常に難しく、赤外線センサにおいて、期待されているような良好な特性が得られていないのが実情である。特に、量子型赤外線センサにおいて、赤外線を吸収する光吸収層の結晶性は、赤外線センサの特性に非常に重要である。光吸収層の結晶性が低い（すなわち欠陥が多い）場合には、欠陥に起因した再結合電流が多く流れてしまうため、素子抵抗Ｒ０は低下してしまう。センサ性能を示すＳＮＲは、Ｒ０の平方根に比例するため、欠陥が多いと赤外線センサの特性が悪化する。従って、量子型の赤外線センサにおいては、光吸収層の結晶性を向上させることで、赤外線センサ自体の特性を向上させることが可能となる。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、良好な特性を有する赤外線センサを実現することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の発明により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の一態様に係る赤外線センサは、基板と、基板上に形成され、ＩｎＳｂからなる第１導電型の第１コンタクト層と、第１コンタクト層上に形成される、第１導電型の第２コンタクト層と、第２コンタクト層上に形成され、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなる活性層と、活性層上に形成され、少なくともＩｎ及びＳｂを含む第２導電型の第３コンタクト層と、を備え、第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有することを特徴とする。
すなわち、本発明の一態様に係る赤外線センサは、基板と、基板上に形成され、ＩｎＳｂからなる第１導電型の第１コンタクト層と、第１コンタクト層上に形成される、第１導電型の第２コンタクト層と、第２コンタクト層上に形成され、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなる活性層と、活性層上に形成され、少なくともＩｎ及びＳｂを含む第２導電型の第３コンタクト層と、を備え、第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有することを特徴とする。
本発明によれば、良好な特性を有する赤外線センサを実現することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。また、本発明の実施形態は、以下で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
＜赤外線センサ＞
図１は、本発明の実施形態に係る化合物半導体積層体の構成例を示す断面図である。図１に示す化合物半導体積層体は、本発明の実施形態に係る赤外線センサを作製するための積層体である。
図１は、本発明の実施形態に係る化合物半導体積層体の構成例を示す断面図である。図１に示す化合物半導体積層体は、本発明の実施形態に係る赤外線センサを作製するための積層体である。
本発明の実施形態に係る化合物半導体積層体は、基板１と、基板１の一方の面（以下、表面）上に形成され、ＩｎＳｂからなる第１導電型の第１コンタクト層２と、第１コンタクト層２上に形成される、第１導電型の第２コンタクト層３と、第２コンタクト層３上に形成され、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなる活性層５と、活性層５上に形成され、少なくともＩｎ及びＳｂを含む第２導電型の第３コンタクト層７と、を備え、第２コンタクト層３は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有する。ここで「基板１の表面上に形成され」とは、基板１の表面上に第１コンタクト層２が直接形成されていてもよく、また、基板１と第１コンタクト層２との間にその他の層が形成されていてもよい。本発明において、「〜の直上に形成され」でない「〜上に形成され」という表現はすべてこの意味を表すものである。
図１の構成例では、化合物半導体積層体は、さらに、第２コンタクト層３上に形成された第１バリア層４と、活性層５上に形成された第２バリア層６と、第２バリア層６上に形成された第３コンタクト層７とを備える。すなわち、基板１の上に、第１コンタクト層２、第２コンタクト層３、第１バリア層４、活性層５、第２バリア層６、第３コンタクト層７が順次積層されている。本発明に係る化合物半導体積層体は、図１に示される構成であってもよいし、第１バリア層４および第２バリア層６の少なくとも一方を省略した構成であってもよい。
図１に示す化合物半導体積層体は、各種の成膜方法を用いて形成される。例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法などは好ましい方法である。これらの方法により、化合物半導体積層体を形成することが可能である。
図２は、本発明の実施形態に係る赤外線センサの構成例を示す断面図である。図２に示すように、本発明の実施形態に係る赤外線センサは、図１を参照しながら説明した化合物半導体積層体を備える。
また、図２に示すように、この量子型赤外線センサは、基板１上に形成されて化合物半導体積層体を覆うパッシベーション層８と、このパッシベーション層８に形成された開口部を通して化合物半導体積層体に電気的に接続する電極９とを備える。
以下、本発明の実施形態に係る量子型赤外線センサを構成する各構成部について、より具体的に説明する。
（１）基板
基板１は、一般に単結晶を成長できるものであれば特に制限されず、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板などの単結晶基板などが好ましく用いられる。また、それらの単結晶基板がドナー不純物やアクセプタ不純物によって、ｎ型やｐ型にドーピングされていても良い。
基板１は、一般に単結晶を成長できるものであれば特に制限されず、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板などの単結晶基板などが好ましく用いられる。また、それらの単結晶基板がドナー不純物やアクセプタ不純物によって、ｎ型やｐ型にドーピングされていても良い。
単結晶基板の面方位は、特に制限はないが、（１００）、（１１１）、（１１０）等が好ましい。また、これらの面方位に対して１°から５°傾けた面方位を用いることもある。
基板１の表面上に形成された複数個の赤外線センサを、電極９で直列接続して用いる場合、各赤外線センサは電極９以外の部分では絶縁分離されていることが好ましい。従って、基板１は単結晶を形成できるものであって、かつ、半絶縁性か、または化合物半導体積層体部分と基板１とが絶縁分離可能であるような基板を用いることが好ましい。
さらに、基板１として、赤外線を透過するような材料を用いることにより、赤外線を基板１の裏面側から入射させることが可能となる。基板１の裏面は、上記の表面と異なる他方の面である。この場合、電極９により赤外光が遮られることがないため、素子の受光面積をより広く取ることができて好ましい。このような基板１の材料としては、半絶縁性のＳｉやＧａＡｓ等が好ましく用いられる。
通常行われるように、基板の表面を平坦化させ、清浄化させる目的で、基板と同じ材質の半導体を形成したものを本発明の「基板」として使用しても良い。ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ層を形成したものを「基板」として使用することは、この最も代表的な例である。
（２）第１コンタクト層
第１コンタクト層２は基板１の表面上に形成される。第１コンタクト層２は、その上に形成される活性層５の結晶性を改善するための層として機能する。
第１コンタクト層２は基板１の表面上に形成される。第１コンタクト層２は、その上に形成される活性層５の結晶性を改善するための層として機能する。
第１コンタクト層２の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂなどが挙げられる。バッファ層として機能する第１コンタクト層２は、これらのうちの一つの単層でも良いし、これらの複数の層が積層された多層でも良い。また、材料の組成を連続的或いは階段状に変化させながら、格子定数を第２コンタクト層３の組成に近づけるような、グレーデッドバッファ層を用いても良い。
活性層５にＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）を用いる場合には、第１コンタクト層２の材料としては、ＩｎＳｂの単層であることが好ましい。ＩｎＳｂは、良好な結晶性を得るのが容易であり、且つ活性層５との格子定数も近いため、本発明の効果をより得ることが可能となる。
第１コンタクト層２の膜厚は、薄すぎると活性層５の結晶性改善の効果がなくなり、厚すぎると形成に時間がかかり、かつ、素子分離のためのメサエッチング工程が困難になるため、０．３μｍ以上１．５μｍ以下が好ましい。
赤外線を基板１の裏面側から入射させる場合、第１コンタクト層２での光吸収を低減する目的で、第１コンタクト層２をｎ型ドーピングしても良い。第１コンタクト層２にある程度の高濃度ドーピングをすると、バースタイン−モス効果が生じ、第１コンタクト層２における光の無駄な吸収を防ぐことが可能になる。ドーピング量が多い程効果が得られるが、多すぎると結晶性の劣化を招くので、第１コンタクト層２へのドーピング量は、１×１０１８／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３以下が好ましい。ｎ型ドーパントは何でも良いが、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅなどが挙げられる。特にＳｎは活性化率が高く好ましい。
（３）第２コンタクト層
第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有する。
第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有する。
転位フィルタ層とは、線欠陥すなわち転位の密度低減を目的に母材（バッファ層）に導入される、母材と格子定数が大きく異なる薄い層のことである。母材と転位フィルタ層との格子定数差により発生するミスフィット応力が、薄い転位フィルタ層に集中することで、転位が横方向に曲折する。複数の曲折した転位同士が衝突することで消滅するため、上層への転位の伝播が抑制される。転位フィルタ層は厚さが比較的薄いにもかかわらず転位を低減でき、成膜時間や素子形成プロセス難度の増加が比較的小さいため、好んで用いられる。
母材（バッファ層）は、第１コンタクト層に用いられるＩｎＳｂや活性層５に用いられるＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）と格子定数が近く、且つ、結晶性が良い材料であることが好ましい。格子定数の観点からは、ＩｎＳｂや、活性層５と組成が同一のＩｎＡｓＳｂ、活性層５と格子定数が近いＡｌＩｎＳｂなどが好ましい。この中でも、ＩｎＳｂはＩｎＡｓＳｂやＡｌＩｎＳｂと比較して結晶性が良く、活性層５の欠陥を減らす効果が大きく、より好ましい。
母材（バッファ層）の膜厚は、薄すぎると活性層５の結晶性改善の効果がなくなり、厚すぎると形成に時間がかかり、かつ、素子分離のためのメサエッチング工程が困難になるため、０．１μｍ以上０．７μｍ以下が好ましい。
転位フィルタ層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含み、母材（バッファ層）であるＩｎＳｂと格子定数が異なるものであれば何でも良く、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂなどが挙げられる。中でも組成制御が容易なIII族元素の混晶である、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂは好ましい。
転位フィルタ層にIII族元素の混晶を材料として用いた場合、Ｉｎ元素以外のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ元素の混晶比率の和は大きいほど、母材（バッファ層）のＩｎＳｂとの格子定数の差は大きく、活性層５の欠陥低減の効果が大きいが、臨界膜厚を超えてしまうと欠陥が増えてしまうので、１０％以上４０％以下が好ましく、２０％以上３０％以下がより好ましい。
転位フィルタ層の膜厚は、大きいほど活性層５の欠陥低減の効果が大きいが、臨界膜厚を超えてしまうと欠陥が増えてしまうので、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。
ここで転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、繰り返す回数は多いほど活性層５の欠陥を低減する効果はあるが、多すぎると形成に時間がかかり、かつ、素子分離のためのメサエッチング工程が困難になるため、２回以上５回以下が好ましい。
赤外線を基板１の裏面側から入射させる場合、第２コンタクト層３での光吸収を低減する目的で、第２コンタクト層３をｎ型ドーピングしても良い。第２コンタクト層３にある程度の高濃度ドーピングをすると、バースタイン‐モス効果が生じ、第１コンタクト層２における光の無駄な吸収を防ぐことが可能になる。ドーピング量が多い程効果が得られるが、多すぎると結晶性の劣化を招くので、第２コンタクト層３へのドーピング量は、１×１０１８／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３以下が好ましい。ｎ型ドーパントは何でも良いが、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅなどが挙げられる。特にＳｎは活性化率が高く好ましい。
（４）活性層
活性層５はＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなり、赤外線センサにおける光吸収層の役割を果たす。Ａｓの組成比ｘは、特に限定されないが、Ａｓの組成比ｘを所望の値に設定することで、赤外線検出のピーク波長を、６μｍから１０μｍの広範囲にわたり制御することが可能である。また、本発明により結晶性改善の効果が特に得られることの観点から、Ａｓの組成比ｙは、０＜ｙ≦０．３の範囲が好ましい。一般的に、Ａｓの組成比ｘが０．５付近に近くなるにつれて、ＩｎＡｓＳｂの結晶性は悪化する傾向があるため、０＜ｙ≦０．３の範囲では、特に本発明の効果が顕著となる。
活性層５はＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなり、赤外線センサにおける光吸収層の役割を果たす。Ａｓの組成比ｘは、特に限定されないが、Ａｓの組成比ｘを所望の値に設定することで、赤外線検出のピーク波長を、６μｍから１０μｍの広範囲にわたり制御することが可能である。また、本発明により結晶性改善の効果が特に得られることの観点から、Ａｓの組成比ｙは、０＜ｙ≦０．３の範囲が好ましい。一般的に、Ａｓの組成比ｘが０．５付近に近くなるにつれて、ＩｎＡｓＳｂの結晶性は悪化する傾向があるため、０＜ｙ≦０．３の範囲では、特に本発明の効果が顕著となる。
活性層５の膜厚は、光吸収量を増やすには厚くした方が良いが、厚すぎると形成に時間がかかり、かつ、素子分離のためのメサエッチング工程が困難になるため、０．５μｍ以上３μｍ以下が好ましい。
また、ＩｎＡｓＳｂはバンドギャップが非常に小さいため、真性キャリア密度が非常に大きい。このことは、拡散電流の増大や、オージェ再結合過程の促進をもたらす。これらの影響を低減するために、活性層５にｐ型ドーピングしても良い。ドーピング量は適宜選択することができる。ｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃ、Ｍｇ、Ｇｅなどが好ましく用いられる。ｐ型ドーパントとして、特に、Ｚｎは活性化率が高く、毒性も低いため、より好ましく用いられる。
（５）第３コンタクト層
第３コンタクト層７は、光吸収層が赤外線を吸収することにより発生した光電流を取り出すための、電極との第３コンタクト層７として機能する。第３コンタクト層７の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂなどが挙げられる。第３コンタクト層７のシート抵抗は、熱ノイズであるジョンソンノイズの原因となるため、シート抵抗はできるだけ小さい方が良い。また、活性層５と第３コンタクト層７の格子定数差は小さい方が、その界面での欠陥を減らすことができるため良い。シート抵抗低減の観点からは、第３コンタクト層７の材料はＩｎＳｂが好ましいが、組成制御により活性層５との格子定数差を小さくできるＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂなどはより好ましい。
第３コンタクト層７は、光吸収層が赤外線を吸収することにより発生した光電流を取り出すための、電極との第３コンタクト層７として機能する。第３コンタクト層７の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂなどが挙げられる。第３コンタクト層７のシート抵抗は、熱ノイズであるジョンソンノイズの原因となるため、シート抵抗はできるだけ小さい方が良い。また、活性層５と第３コンタクト層７の格子定数差は小さい方が、その界面での欠陥を減らすことができるため良い。シート抵抗低減の観点からは、第３コンタクト層７の材料はＩｎＳｂが好ましいが、組成制御により活性層５との格子定数差を小さくできるＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂなどはより好ましい。
第３コンタクト層７の膜厚は、シート抵抗を下げるために、なるべく厚い方が好ましい。しかし、厚すぎると形成に時間がかかり、かつ、素子分離のためのメサエッチング工程が困難になる。このため、第３コンタクト層７の膜厚は０．１μｍ以上１μｍ以下が好ましい範囲として挙げられる。
第１コンタクト層２、第２コンタクト層３にｎ型ドーピングされている場合、第３コンタクト層７には、ＰＩＮダイオードを形成するためにｐ型ドーピングが必要である。また、コンタクト抵抗を下げるために十分なｐ型ドーピングがされることが必要である。そのため、ｐ型ドーピング濃度としては、１×１０１８／ｃｍ３以上が好ましい。またｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃ、Ｍｇ、Ｇｅなどが好ましく用いられる。ｐ型ドーパントとして、特に、Ｚｎは活性化率が高く、毒性も低いため、より好ましく用いられる。
（６）第２バリア層
活性層５と第３コンタクト層７との間に、第２導電型の第２バリア層６を備えても良い。第２バリア層６は活性層５からの拡散電流を防ぐための層として機能する。この場合、第２バリア層６は、光吸収層である活性層５に対し、十分なバンドオフセットが取れればよく、バンドギャップが広い材料を選択することが好ましい。
活性層５と第３コンタクト層７との間に、第２導電型の第２バリア層６を備えても良い。第２バリア層６は活性層５からの拡散電流を防ぐための層として機能する。この場合、第２バリア層６は、光吸収層である活性層５に対し、十分なバンドオフセットが取れればよく、バンドギャップが広い材料を選択することが好ましい。
第２バリア層６の材料としては、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂなどが挙げられるが特にこれには限定されない。活性層５と第２バリア層６の格子定数が異なる場合、第２バリア層６の膜厚が臨界膜厚を超えてしまうと、結晶性の劣化を招くので、材料選択の際には、バンドオフセット、結晶性の劣化の効果の両方を考慮の上、適宜選択される。
第２バリア層６の膜厚は、センサの抵抗を下げるために、なるべく薄い方が良いが、電極と光吸収層との間にトンネルリークが発生しないだけの膜厚が必要である。このため、第２バリア層６の膜厚は１０ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは２０ｎｍ以上である。なお、第２バリア層６の膜厚の上限については、活性層５と第２バリア層６との格子定数との差によって決まる臨界膜厚によって制限される。
第１コンタクト層２、第２コンタクト層３にｎ型ドーピングされている場合、第２バリア層６では、拡散電流を防ぐことの他、光吸収層で発生した正孔が、第２バリア層６側へ流れ込むことも重要である。そのため、第２バリア層６には十分なｐ型ドーピングをする必要があり、ドーピング濃度は１×１０１８／ｃｍ３以上が好ましい。ｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃ、Ｍｇ、Ｇｅなどが好ましく用いられる。ｐ型ドーパントとして、特に、Ｚｎは活性化率が高く、毒性も低いため、より好ましく用いられる。
（７）第１バリア層
活性層５と第２コンタクト層３との間に、第２導電型の第１バリア層４を備えても良い。第１バリア層４は活性層５からの拡散電流を防ぐための層として機能する。この場合、第１バリア層４は、光吸収層である活性層５に対し、十分なバンドオフセットが取れればよく、バンドギャップが広い材料を選択することが好ましい。
活性層５と第２コンタクト層３との間に、第２導電型の第１バリア層４を備えても良い。第１バリア層４は活性層５からの拡散電流を防ぐための層として機能する。この場合、第１バリア層４は、光吸収層である活性層５に対し、十分なバンドオフセットが取れればよく、バンドギャップが広い材料を選択することが好ましい。
第２バリア層６の材料としては、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂなどが挙げられるが特にこれには限定されない。活性層５と第２バリア層６の格子定数が異なる場合、第２バリア層６の膜厚が臨界膜厚を超えてしまうと、結晶性の劣化を招くので、材料選択の際には、バンドオフセット、結晶性の劣化の効果の両方を考慮の上、適宜選択される。
第１バリア層４の膜厚は、センサの抵抗を下げるために、なるべく薄い方が良いが、電極と光吸収層との間にトンネルリークが発生しないだけの膜厚が必要である。このため、第１バリア層４の膜厚は１０ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは２０ｎｍ以上である。なお、第１バリア層４の膜厚の上限については、活性層５と第１バリア層４との格子定数との差によって決まる臨界膜厚によって制限される。
第１コンタクト層２、第２コンタクト層３にｎ型ドーピングされている場合、第１バリア層４では、拡散電流を防ぐことの他、光吸収層で発生した電子が、第１バリア層４側へ流れ込むことも重要である。そのため、第１バリア層４には十分なｎ型ドーピングをする必要があり、ドーピング濃度は１×１０１８／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３以下が好ましい。ｎ型ドーパントは何でも良いが、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅなどが挙げられる。特にＳｎは活性化率が高く好ましい。
（８）パッシベーション層
パッシベーション層８は、絶縁性の膜であればよい。パッシベーション層として、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）又はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）などが挙げられる。
パッシベーション層８は、絶縁性の膜であればよい。パッシベーション層として、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）又はシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）などが挙げられる。
（９）電極
電極９は、例えば、ｐ型コンタクト層７に電気的に接続する第１の電極と、第１コンタクト層２に電気的に接続する第２の電極とを有する。電極９は、導電性の膜で構成されていればよい。電極９を構成する導電性の膜として、Ａｕ／Ｔｉや、Ａｕ／Ｃｒ等の積層膜などが挙げられる。なお、上記の積層膜では、Ａｕが上層の膜で、Ｔｉ又はＣｒが下層の膜である。
電極９は、例えば、ｐ型コンタクト層７に電気的に接続する第１の電極と、第１コンタクト層２に電気的に接続する第２の電極とを有する。電極９は、導電性の膜で構成されていればよい。電極９を構成する導電性の膜として、Ａｕ／Ｔｉや、Ａｕ／Ｃｒ等の積層膜などが挙げられる。なお、上記の積層膜では、Ａｕが上層の膜で、Ｔｉ又はＣｒが下層の膜である。
＜赤外線センサの製造方法＞
本発明の実施形態に係る量子型赤外線センサの製造方法を説明する。本発明の実施形態では、図１に示した化合物半導体積層体を用いて、図２に示した量子型赤外線センサを作製することが可能である。
本発明の実施形態に係る量子型赤外線センサの製造方法を説明する。本発明の実施形態では、図１に示した化合物半導体積層体を用いて、図２に示した量子型赤外線センサを作製することが可能である。
図３は、本発明の実施形態に係る赤外線センサの製造方法を工程順に示す断面図である。図３（ａ）に示すように、まずは、基板１の表面上に、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法を用いて化合物半導体積層体を形成後、酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などを用いて、第３コンタクト層７と、第２バリア層６と、活性層５と、第１バリア層４、第２コンタクト層３とを順次、部分的に除去して、第１コンタクト層２とコンタクトを取るための段差形成を行う。
次いで、図３（ｂ）に示すように、段差形成がされた化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングを行う。ここでは、段差の底部に現れている第１コンタクト層２を部分的に除去する。これにより、素子分離領域では、基板１の表面が露出する。
次いで、ＳｉＮやＳｉＯ２などのパッシベーション層８を形成して、基板１の表面及び素子分離された化合物半導体積層体の表面及び側面を覆う。次いで、図３（ｃ）に示すように、パッシベーション層８のうち電極９を形成する部分をエッチングして除去し、貫通穴１１を形成する。（すなわち、窓開けする）。そして、この貫通穴１１を埋め込むように、Ａｕ／ＴｉやＡｕ／Ｃｒ等の電極９を形成する。電極９はリフトオフ法などで形成する。このようにして、図２に示した赤外線センサを作製する。
本発明の実施形態では、基板１上に作製した複数の量子型赤外線センサを、電気的に直列接続する構造とすることも好ましい。このような構造とすることで、単一の量子型赤外線センサの出力を足し合わせることが可能となり、出力を飛躍的に向上させることができる。
量子型赤外線センサは、この量子型赤外線センサから出力される電気信号を処理する集積回路部と、同一パッケージ内にハイブリッドに形成しても良い。量子型赤外線センサと集積回路部との電気的な接続法は特に限定されない。パッケージに関しても、赤外線の透過率が高い材料であれば特に制限はなく、中空パッケージなどを用いても良い。また、特定の光の影響を完全に避けるため、量子型赤外線センサの受光面（例えば、基板１の裏面側）にフィルタを取り付けてもよい。さらに、検知する距離や方向性を定め、集光性をより高めるため、量子型赤外線センサの受光面（例えば、基板１の裏面側）にフレネルレンズを設けてもよい。
＜実施形態の効果＞
本発明の実施形態によれば、ＩｎＳｂからなる第１導電型の第１コンタクト層と、第１コンタクト層上に形成される、第１導電型の第２コンタクト層と、第２コンタクト層上に形成され、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなる活性層と、活性層上に形成され、少なくともＩｎ及びＳｂを含む第２導電型の第３コンタクト層と、を備える。第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有することにより、第２コンタクト層上に形成される活性層の欠陥を軽減することができる。
本発明の実施形態によれば、ＩｎＳｂからなる第１導電型の第１コンタクト層と、第１コンタクト層上に形成される、第１導電型の第２コンタクト層と、第２コンタクト層上に形成され、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなる活性層と、活性層上に形成され、少なくともＩｎ及びＳｂを含む第２導電型の第３コンタクト層と、を備える。第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有することにより、第２コンタクト層上に形成される活性層の欠陥を軽減することができる。
これにより、活性層が光吸収層として用いられる赤外線センサでは、光吸収層の欠陥が少ないため、欠陥に起因する電子、正孔の再結合、すなわち、素子抵抗Ｒ０の低下を抑制することができる。センサ性能を示すＳＮＲは、Ｒ０の平方根に比例するため、良好な特性を有する赤外線センサを実現が可能となる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、その発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは言うまでもない。
（実施例１）
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第２コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１μｍ形成した。また、第２コンタクト層として、Ｓｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．２６Ｉｎ０．７４Ｓｂ層を０．０２μｍ形成し、その上にＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を０．３μｍ形成した積層構造を、２回繰り返し積層した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第２コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１μｍ形成した。また、第２コンタクト層として、Ｓｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．２６Ｉｎ０．７４Ｓｂ層を０．０２μｍ形成し、その上にＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を０．３μｍ形成した積層構造を、２回繰り返し積層した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。
活性層の線欠陥密度については、平面ＴＥＭによる観察を行うことで測定可能である。具体的には、試料作成を日立製ＦＩＢ装置（ＦＢ−２１００）を用いてＦＩＢ法により加工を行い、日立製ＳＴＥＭ装置（ＨＤ−２３００Ａ）を用いて平面ＴＥＭ像観察を行い、３０μｍ２以上の面積の連続した視野の線欠陥の本数を計測し、単位面積当たりの線欠陥の本数を求めることで、線欠陥密度の算出を行うことができる。その結果、活性層の線欠陥密度は４．３×１０７［本／ｃｍ２］であった。すなわち非常に少ない欠陥密度を得ることができた。
この化合物半導体積層体を用いて、量子型赤外線センサを作製した。ここでは、第１コンタクト層であるＩｎＳｂ層をｎ型コンタクト層として用い、活性層を光吸収層として用いた。
まず、ｎ型コンタクト層とのコンタクトをとるための段差形成を酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などを用いて行った。次いで、段差形成がされた化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングを行った。その後、全面（ＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ基板上に形成された化合物半導体積層体）をＳｉＮパッシベーション層で覆った。次いで、形成されたＳｉＮパッシベーション層上で、電極形成部分のみ窓開けを行った。次いで、ｎ型コンタクト層の段差部分上及びｐ型コンタクト層上の２箇所に、Ａｕ／ＴｉをＥＢ（電子ビーム）蒸着し、リフトオフ法により電極を形成した。
赤外線センサの素子抵抗Ｒ０を評価したところ、後述する比較例１の場合と比較して１．４倍の値を得た。赤外線センサの性能ＳＮＲはＲ０の平方根に比例するので、性能は１．２倍向上した。
（比較例１）
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１．６μｍ形成した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。この化合物半導体積層体は、第２コンタクト層がなく、第１コンタクト層を厚膜化している。活性層の線欠陥密度は３．０×１０８［本／ｃｍ２］であった。実施例１と比較すると７倍近く多い結果となった。
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１．６μｍ形成した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。この化合物半導体積層体は、第２コンタクト層がなく、第１コンタクト層を厚膜化している。活性層の線欠陥密度は３．０×１０８［本／ｃｍ２］であった。実施例１と比較すると７倍近く多い結果となった。
この化合物半導体積層体を用いて、量子型赤外線センサを作製した。ここでは、第１コンタクト層であるＩｎＳｂ層をｎ型コンタクト層として用い、活性層を光吸収層として用いた。
まず、ｎ型コンタクト層とのコンタクトをとるための段差形成を酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などを用いて行った。次いで、段差形成がされた化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングを行った。その後、全面（ＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ基板上に形成された化合物半導体積層体）をＳｉＮパッシベーション層で覆った。次いで、形成されたＳｉＮパッシベーション層上で、電極形成部分のみ窓開けを行った。次いで、ｎ型コンタクト層の段差部分上及びｐ型コンタクト層上の２箇所に、Ａｕ／ＴｉをＥＢ（電子ビーム）蒸着し、リフトオフ法により電極を形成した。
（比較例２）
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第２コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１μｍ形成した。また、第２コンタクト層として、Ｓｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．２６Ｉｎ０．７４Ｓｂ層を０．０２μｍ形成し、その上にＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を０．３μｍ形成した積層構造を、２回繰り返し積層した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。この化合物半導体積層体では、転位フィルタのバッファがＩｎＡｓＳｂである。活性層の線欠陥密度は７．７×１０８［本／ｃｍ２］であった。実施例１と比較すると１８倍近く多い結果となった。
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第２コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１μｍ形成した。また、第２コンタクト層として、Ｓｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．２６Ｉｎ０．７４Ｓｂ層を０．０２μｍ形成し、その上にＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を０．３μｍ形成した積層構造を、２回繰り返し積層した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。この化合物半導体積層体では、転位フィルタのバッファがＩｎＡｓＳｂである。活性層の線欠陥密度は７．７×１０８［本／ｃｍ２］であった。実施例１と比較すると１８倍近く多い結果となった。
この化合物半導体積層体を用いて、量子型赤外線センサを作製した。ここでは、第１コンタクト層であるＩｎＳｂ層をｎ型コンタクト層として用い、活性層を光吸収層として用いた。
まず、ｎ型コンタクト層とのコンタクトをとるための段差形成を酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などを用いて行った。次いで、段差形成がされた化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングを行った。その後、全面（ＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ基板上に形成された化合物半導体積層体）をＳｉＮパッシベーション層で覆った。次いで、形成されたＳｉＮパッシベーション層上で、電極形成部分のみ窓開けを行った。次いで、ｎ型コンタクト層の段差部分上及びｐ型コンタクト層上の２箇所に、Ａｕ／ＴｉをＥＢ（電子ビーム）蒸着し、リフトオフ法により電極を形成した。
赤外線センサの素子抵抗Ｒ０を評価したところ、比較例１の場合と比較して０．６６倍の値を得た。赤外線センサの性能ＳＮＲはＲ０の平方根に比例するので、性能は０．８倍に劣化した。
（比較例３）
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第２コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１μｍ形成した。また、第２コンタクト層として、Ｓｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．２６Ｉｎ０．７４Ｓｂ層を０．０２μｍ形成し、その上にＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．３μｍ形成した積層構造を、２回繰り返し積層した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。この化合物半導体積層体では、転位フィルタのバッファがＡｌＩｎＳｂである。活性層の線欠陥密度は４．１×１０８［本／ｃｍ２］であった。実施例１と比較すると９．５倍近く多い結果となった。
ＭＢＥ法により、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板上に、第１コンタクト層、第２コンタクト層、第１バリア層、活性層、第２バリア層、第３コンタクト層、を順次積層した。この積層工程では、第１コンタクト層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＳｂ層を１μｍ形成した。また、第２コンタクト層として、Ｓｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．２６Ｉｎ０．７４Ｓｂ層を０．０２μｍ形成し、その上にＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．３μｍ形成した積層構造を、２回繰り返し積層した。また、第１バリア層としてＳｎを７×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、活性層として、Ｚｎを３×１０１７／ｃｍ３ドーピングしたＩｎＡｓ０．０５Ｓｂ０．９５層を１．４μｍ形成した。また、第２バリア層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍ形成した。また、第３コンタクト層として、Ｚｎを３×１０１８／ｃｍ３ドーピングしたＡｌ０．０５Ｉｎ０．９５Ｓｂ層を０．５μｍ形成した。この化合物半導体積層体では、転位フィルタのバッファがＡｌＩｎＳｂである。活性層の線欠陥密度は４．１×１０８［本／ｃｍ２］であった。実施例１と比較すると９．５倍近く多い結果となった。
この化合物半導体積層体を用いて、量子型赤外線センサを作製した。ここでは、第１コンタクト層であるＩｎＳｂ層をｎ型コンタクト層として用い、活性層を光吸収層として用いた。
まず、ｎ型コンタクト層とのコンタクトをとるための段差形成を酸によるウェットエッチングまたはイオンミリング法などを用いて行った。次いで、段差形成がされた化合物半導体積層体に対して、素子分離のためのメサエッチングを行った。その後、全面（ＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ基板上に形成された化合物半導体積層体）をＳｉＮパッシベーション層で覆った。次いで、形成されたＳｉＮパッシベーション層上で、電極形成部分のみ窓開けを行った。次いで、ｎ型コンタクト層の段差部分上及びｐ型コンタクト層上の２箇所に、Ａｕ／ＴｉをＥＢ（電子ビーム）蒸着し、リフトオフ法により電極を形成した。
赤外線センサの素子抵抗Ｒ０を評価したところ、比較例１の場合と比較して０．４７倍の値を得た。赤外線センサの性能ＳＮＲはＲ０の平方根に比例するので、性能は０．６９倍に劣化した。
（付記）
以上、本発明について実施形態及び実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態及び実施例に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であり、また、上記実施形態及び実施例を任意に組み合わせてもよい。その様な変更等が加えられた態様も本発明の技術的範囲に含まれ得る。
以上、本発明について実施形態及び実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態及び実施例に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることが可能であり、また、上記実施形態及び実施例を任意に組み合わせてもよい。その様な変更等が加えられた態様も本発明の技術的範囲に含まれ得る。
１ 基板
２ 第１コンタクト層
３ 第２コンタクト層
４ 第１バリア層
５ 活性層
６ 第２バリア層
７ 第３コンタクト層
８ パッシベーション層
９ 電極
１１ 貫通穴
２ 第１コンタクト層
３ 第２コンタクト層
４ 第１バリア層
５ 活性層
６ 第２バリア層
７ 第３コンタクト層
８ パッシベーション層
９ 電極
１１ 貫通穴
Claims (4)
- 基板と、
前記基板上に形成され、ＩｎＳｂからなる第１導電型の第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層上に形成される、前記第１導電型の第２コンタクト層と、
前記第２コンタクト層上に形成され、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ（０＜ｘ≦０．３）からなる活性層と、
前記活性層上に形成され、少なくともＩｎ及びＳｂを含む第２導電型の第３コンタクト層と、を備え、
前記第２コンタクト層は、少なくともＩｎ及びＳｂを含む転位フィルタ層と、前記転位フィルタ層の直上に形成され、膜厚が０．１μｍ以上のＩｎＳｂからなるバッファ層と、の積層構造を、少なくとも２回以上繰り返す構造を有する、赤外線センサ。 - 前記活性層と前記第３コンタクト層との間に、前記第２導電型の第２バリア層を備える、請求項１に記載の赤外線センサ。
- 前記活性層と前記第２コンタクト層との間に、前記第１導電型の第１バリア層を備える、請求項１または２に記載の赤外線センサ。
- 前記転位フィルタ層は、ＡｌＩｎＳｂ、ＧａＩｎＳｂおよびＡｌＧａＩｎＳｂのうちのいずれかからなる、請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019176181A JP2021057365A (ja) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019176181A JP2021057365A (ja) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 赤外線センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021057365A true JP2021057365A (ja) | 2021-04-08 |
Family
ID=75271110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019176181A Pending JP2021057365A (ja) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021057365A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113629164A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-09 | 苏州矩阵光电有限公司 | 下入光式红外传感器元件及其制造方法 |
| CN113644158A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-12 | 苏州矩阵光电有限公司 | 上入光式红外传感器元件及其制造方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070235758A1 (en) * | 2003-07-02 | 2007-10-11 | Philip Klipstein | Depletion-Less Photodiode with Supressed Dark Current and Method for Producing the Same |
| JP2008103742A (ja) * | 2003-09-09 | 2008-05-01 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 赤外線センサｉｃ |
| JP2009246207A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 赤外線センサ、及び赤外線センサｉｃ |
| JP2012209357A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 量子型赤外線センサ |
| US20140225064A1 (en) * | 2013-02-11 | 2014-08-14 | California Institute Of Technology | Barrier infrared detectors on lattice mismatch substrates |
| US20140374701A1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-12-25 | L-3 Communications Cincinnati Electronics Corporation | Superlattice Structures and Infrared Detector Devices Incorporating the Same |
| JP2017175006A (ja) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 量子型赤外線センサ |
| JP2019153770A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線検出素子 |
| JP2019161066A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ |
-
2019
- 2019-09-26 JP JP2019176181A patent/JP2021057365A/ja active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070235758A1 (en) * | 2003-07-02 | 2007-10-11 | Philip Klipstein | Depletion-Less Photodiode with Supressed Dark Current and Method for Producing the Same |
| JP2008103742A (ja) * | 2003-09-09 | 2008-05-01 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 赤外線センサｉｃ |
| JP2009246207A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 赤外線センサ、及び赤外線センサｉｃ |
| JP2012209357A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 量子型赤外線センサ |
| US20140225064A1 (en) * | 2013-02-11 | 2014-08-14 | California Institute Of Technology | Barrier infrared detectors on lattice mismatch substrates |
| US20140374701A1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-12-25 | L-3 Communications Cincinnati Electronics Corporation | Superlattice Structures and Infrared Detector Devices Incorporating the Same |
| JP2017175006A (ja) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 量子型赤外線センサ |
| JP2019153770A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線検出素子 |
| JP2019161066A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113629164A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-09 | 苏州矩阵光电有限公司 | 下入光式红外传感器元件及其制造方法 |
| CN113644158A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-12 | 苏州矩阵光电有限公司 | 上入光式红外传感器元件及其制造方法 |
| CN113629164B (zh) * | 2021-08-10 | 2024-04-12 | 苏州矩阵光电有限公司 | 下入光式红外传感器元件及其制造方法 |
| CN113644158B (zh) * | 2021-08-10 | 2024-04-12 | 苏州矩阵光电有限公司 | 上入光式红外传感器元件及其制造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6734678B2 (ja) | 量子型赤外線センサ | |
| JP4086875B2 (ja) | 赤外線センサｉｃ、赤外線センサ及びその製造方法 | |
| JP5512583B2 (ja) | 量子型赤外線センサ | |
| US9178089B1 (en) | Strain-balanced extended-wavelength barrier detector | |
| Razeghi | Overview of antimonide based III-V semiconductor epitaxial layers and their applications at the center for quantum devices | |
| JP5266521B2 (ja) | 赤外線センサ、及び赤外線センサｉｃ | |
| JP5528882B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP5063929B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP6750996B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2008103742A (ja) | 赤外線センサｉｃ | |
| JP2021057365A (ja) | 赤外線センサ | |
| JP5606374B2 (ja) | 量子型赤外線センサ用化合物半導体積層体の製造方法および量子型赤外線センサ | |
| JPH10190021A (ja) | 非冷却式量子井戸構造を有する赤外線検出器 | |
| JP6633437B2 (ja) | 量子型赤外線センサ | |
| JP2019161066A (ja) | 赤外線センサ | |
| JP4138853B2 (ja) | 赤外線センサｉｃ | |
| JP6764705B2 (ja) | 赤外線受光素子 | |
| JP2021057366A (ja) | 赤外線センサ | |
| CN216054742U (zh) | 上入光式红外传感器 | |
| CN116344661B (zh) | 一种高温工作InAs-InAsSb二类超晶格红外探测器材料结构 | |
| Plis et al. | Room temperature operation of InAs/GaSb SLS infrared photovoltaic detectors with cut-off wavelength~ 5 µm | |
| JP2023143360A (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2023143359A (ja) | 赤外線センサ | |
| JP5840408B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| sul Kim | Investigation of InAs/GaSb superlattice based nBn detectors and focal plane arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220602 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230620 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230815 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231018 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240116 |