JP2021057366A - 赤外線センサ - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、本発明の一態様に係る赤外線センサは、基板と、前記基板上に形成された、第1導電型を有する第1コンタクト層と、前記第1コンタクト層上に形成された、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た、第2導電型を有するバリア層と、前記バリア層上に形成された、第2導電型を有する第2コンタクト層と、を備え、前記バリア層と前記第2コンタクト層のうちいずれか一方はAlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)を含み、且つ、前記AlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)層と前記活性層とのc軸方向の格子定数の差、すなわち格子ミスマッチは0%以上0.25%以下であり、且つ、前記AlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)層の膜厚は0.3μm以上であることを特徴とする
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。
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。
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3の結晶性を改善するための層として機能する。
活性層3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3と第2コンタクト層との間に、第2導電型のバリア層4を備える。バリア層4は活性層3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、バリア層4は、光吸収層である活性層3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。
aAlInSb=xaAlSb+(1−x)aInSb … 式(1)
第2コンタクト層5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7との第2コンタクト層5として機能する。第2コンタクト層5の材料としては、InSb、InAsSb、AlInSb、GaInSb、AlGaInSb、AlInAsSb、GaInAsSb、AlGaInAsSbなどが挙げられる。第2コンタクト層5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3と第2コンタクト層5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。活性層3と同じ組成のInAsSbを第2コンタクト層として用いれば、格子定数ミスマッチは0%にできる。しかしながら、活性層3と同じ材料としてしまうと、第2コンタクト層5も光を吸収してしまう。これを避けるためには、第2コンタクト層は活性層3よりバンドギャップが大きい材料の方が好ましい。シート抵抗低減の観点からは、第2コンタクト層5の材料はInSbが好ましいが、組成制御により活性層3との格子定数差を小さくでき、且つバンドギャップを大きくすることが可能なAlInSb、GaInSb、AlGaInSb、AlGaInAsSbなどはより好ましい。
パッシベーション層6は、絶縁性の膜であればよい。パッシベーション層6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。
電極7は、例えば、第2コンタクト層5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7は、導電性の膜で構成されていればよい。電極7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。
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よれば、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、InAsxSb1−x(0<x≦0.3)からなる活性層と、活性層上に形成される、バリア層と、バリア層上に形成される第2コンタクト層とを備える。バリア層と第2コンタクト層のうちいずれか一方はAlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)からなり、且つ、AlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)層と活性層とのc軸方向の格子定数の差、すなわち格子ミスマッチは0%以上0.25%以下であり、且つ、AlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)層の膜厚は0.3μm以上であることを特徴とする。その結果、第1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。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたAl0.06In0.94Sb層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.01%だった。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたAl0.016In0.984Sb層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.24%だった。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたAl0.105In0.895Sb層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.23%だった。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたAl0.03Ga0.03In0.94Sb層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.01%だった。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたAl0.01Ga0.01In0.98As0.05Sb0.95層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.11%だった。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたAl0.02In0.98As0.05Sb0.95層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.11%だった。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたInSb層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.33%だった。
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、活性層、バリア層、第2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、さらに、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、さらにバリア層として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、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2コンタクト層として、Znを3×1018/cm3ドーピングしたAl0.12In0.88Sb層を0.5μm形成した。このとき活性層と第2コンタクト層のc軸方向の格子ミスマッチは0.31%だった。
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。
2 第1コンタクト層
3 活性層
4 バリア層
5 第2コンタクト層
6 パッシベーション層
7 電極
11 貫通穴
Claims (4)
- 基板と、
前記基板上に形成された、第1導電型を有する第1コンタクト層と、
前記第1コンタクト層上に形成された、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た、第2導電型を有するバリア層と、
前記バリア層上に形成された、第2導電型を有する第2コンタクト層と、を備え、
前記バリア層と前記第2コンタクト層のうちいずれか一方はAlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)を含み、
且つ、前記AlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)層と前記活性層とのc軸方向の格子定数の差、すなわち格子ミスマッチは0%以上0.25%以下であり、
且つ、前記AlyGazIn1−y−zAsvSb1−v(y+z>0)層の膜厚は0.3μm以上であることを特徴とする赤外線センサ。 - 前記バリア層と前記第2コンタクト層のうちいずれか一方はAlyIn1−yAsvSb1−v(y>0)を含み、
且つ、前記AlyIn1−yAsvSb1−v(y>0)と前記活性層とのc軸方向の格子定数の差、すなわち格子ミスマッチは0%以上0.25%以下であり、
且つ、前記AlyIn1−yAsvSb1−v(y>0)の膜厚は0.3μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。 - 前記バリア層と前記第2コンタクト層のうちいずれか一方はAlyGazIn1−y−zSb(y+z>0)を含み、
且つ、前記AlyGazIn1−y−zSb(y+z>0)層と前記活性層とのc軸方向の格子定数の差、すなわち格子ミスマッチは0%以上0.25%以下であり、
且つ、前記AlyGazIn1−y−zSb(y+z>0)層の膜厚は0.3μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。 - 前記バリア層と前記第2コンタクト層のうちいずれか一方はAlyIn1−ySb(y>0)を含み、
且つ、前記AlyIn1−ySb(y>0)層と前記活性層とのc軸方向の格子定数の差、すなわち格子ミスマッチは0%以上0.25%以下であり、
且つ、前記AlyIn1−ySb(y>0)層の膜厚は0.3μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。
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