JP2021150576A - 赤外線検出器 - Google Patents

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Abstract

【課題】感度を向上するとともにノイズを抑制可能な赤外線検出器を提供する。【解決手段】赤外線検出器１０は、コンタクト層３，７と、光電変換層４と、障壁層５と、挿入層６とを備える。コンタクト層３，７の各々は、ドーパントがドープされている。光電変換層４は、コンタクト層３とコインタクト層７との間に配置され、量子層（量子ドット４１１）と中間層４１２とを含む。障壁層５は、コンタクト層７と光電変換層４との間に配置される。挿入層６は、コンタクト層７と障壁層５との間にコンタクト層７および障壁層５に接して配置される。【選択図】図１

Description

この発明は、赤外線検出器に関する。
量子ドット型赤外線検出器（ＱＤＩＰ：Quantum Dot Infrared Photodetector）は、高感度、高温動作、高速応答および波長選択性を特徴とする量子型赤外線検出器として期待されており、活発な研究開発が行われている。
そして、量子ドット型赤外線検出器において、高感度化および高温動作を実現するために量子ドットの積層方向の一方側にＡｌ組成が０．３であるＡｌＧａＡｓからなる片側障壁層を設けた量子ドット型赤外線検出器が提案されている（非特許文献１，２）。この片側障壁層は、コンタクト層に接して配置される。
S. Chakrabarti, A. D. Stiff-Roberts, P. Bhattacharya, S. Gunapala, S. Bandara, S. B. Rafol, and S. W. Kennerly, "High-Temperature Operation of InAs-GaAs Quantum-Dot Infrared Photodetectors With Large Responsivity and Detectivity", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 16,1361 (2004). S. Chakrabarti, A. D. Stiff-Roberts, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa and A. G. U. Perera, "High-performance mid-infrared quantum dot infrared photodetectors", JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS 38, 2135(2005).
しかし、非特許文献１，２に記載のＡｌＧａＡｓからなる片側障壁層は、Ａｌ組成が０．３のＡｌＧａＡｓであるためＤＸセンターという欠陥準位が存在する。ＤＸセンターは、ドナーとなる置換型不純物が大きな格子緩和を伴う事により生じたものと考えられており、Ａｌ組成が０．２２以上であるＡｌＧａＡｓでは禁制帯中にＤＸセンター（深い局在準位）を生成する。その結果、量子ドット型赤外線検出器におけるノイズが増大するという問題がある。
そこで、この発明の実施の形態によれば、感度を向上するとともにノイズを抑制可能な赤外線検出器を提供する。
（構成１）
この発明の実施の形態によれば、赤外線検出器は、第１および第２のコンタクト層と、光電変換層と、障壁層と、挿入層とを備える。第１および第２のコンタクト層の各々は、ドーパントがドープされている。光電変換層は、第１のコンタクト層と第２のコインタクト層との間に配置され、量子層と中間層とを含む。障壁層は、第１および第２のコンタクト層の一方のコンタクト層のみと光電変換層との間に配置される。挿入層は、一方のコンタクト層と障壁層との間に一方のコンタクト層および障壁層に接して配置される。
（構成２）
構成１において、中間層および挿入層は、同じ材料からなる。
（構成３）
構成２において、中間層および挿入層は、ＧａＡｓからなる。
（構成４）
構成１から構成３のいずれかにおいて、障壁層は、ＡｌＧａＡｓからなる。
（構成５）
構成４において、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成は、０．２２以上である。
（構成６）
構成１から構成５のいずれかにおいて、挿入層は、１０ｎｍ以上の膜厚を有する。
（構成７）
構成１から構成６のいずれかにおいて、挿入層は、１×１０１７ｃｍ−３以下のドーパントを含む。
（構成８）
構成７において、挿入層は、５×１０１５ｃｍ−３以下のドーパントを含む。
（構成９）
構成１から構成８のいずれかにおいて、一方のコンタクト層は、基板側に配置される。
（構成１０）
構成１から構成９のいずれかにおいて、一方のコンタクト層のドーパントは、Ｓｉからなる。
感度を向上できるとともにノイズを抑制できる。
この発明の実施の形態１による赤外線検出器の断面図である。 図１に示す赤外線検出器の製造方法を示す第１の工程図である。 図１に示す赤外線検出器の製造方法を示す第２の工程図である。 図１に示す赤外線検出器の製造方法を示す第３の工程図である。 図１に示す赤外線検出器のバンド図である。 コンタクト層と障壁層との間に挿入層（ＧａＡｓ）を挿入する有無を比較したポテンシャル分布を示す図である。 暗電流の電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す図である。 暗電流の電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す図である。 暗電流の電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す図である。 実施の形態２による赤外線検出器の断面図である。 図１０に示す赤外線検出器の製造方法を示す第１の工程図である。 図１０に示す赤外線検出器の製造方法を示す第２の工程図である。 図１０に示す赤外線検出器の製造方法を示す第３の工程図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
以下に説明する赤外線検出器は、「感度を向上するとともにノイズを抑制可能な赤外線検出器を提供する」との課題を解決するものである。即ち、以下に説明する赤外線検出器は、感度の向上とノイズの抑制との両立が困難であるとの課題を解決するものである。そして、この課題は、従来、当業者によって認識されていない新規な課題である。
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による赤外線検出器の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による赤外線検出器１０は、半導体基板１と、バッファ層２と、コンタクト層３，７と、光電変換層４と、障壁層５と、挿入層６と、電極８，９とを備える。
バッファ層２は、半導体基板１の一方の面に接して半導体基板１上に配置される。コンタクト層３は、バッファ層２に接してバッファ層２上に配置される。
光電変換層４は、コンタクト層３に接してコンタクト層３上に配置される。障壁層５は、光電変換層４に接して光電変換層４上に配置される。挿入層６は、障壁層５に接して障壁層５上に配置される。
コンタクト層７は、挿入層６に接して挿入層６上に配置される。電極８は、コンタクト層７に接してコンタクト層７上に配置される。電極９は、コンタクト層３に接してコンタクト層３上に配置される。
半導体基板１は、例えば、半絶縁性のＧａＡｓからなる。バッファ層２は、例えば、ＧａＡｓからなる。コンタクト層３は、例えば、ｎ＋ＧａＡｓからなる。障壁層５は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≧０．２２）からなる。
挿入層６は、例えば、ＧａＡｓからなる。コンタクト層７は、例えば、ｎ＋ＧａＡｓからなる。電極８，９の各々は、ｎ型電極であり、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕからなる。
光電変換層４は、複数の量子ドット層４１からなる。複数の量子ドット層４１の各々は、量子ドット４１１と、中間層４１２とからなる。
量子ドット４１１は、中間層４１２によって隔てられる。量子ドットは、例えば、ＩｎＡｓまたはＩｎＧａＡｓからなる。中間層４１２は、例えば、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなる。
量子ドット４１１は、ピラミッド形状を有し、例えば、高さが５ｎｍであり、ピラミッド形状の底辺の長さが２５ｎｍである。また、量子ドット４１１の積層方向における量子ドット４１１と量子ドット４１１との間隔は、例えば、５０ｎｍである。
なお、図１においては、５層の量子ドット層４１が示されているが、一般的には、量子ドット層４１は、２層以上であればよい。
バッファ層２は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有する。コンタクト層３，７の各々は、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有する。そして、コンタクト層３，７の各々におけるドーパント（例えば、Ｓｉ）濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３である。障壁層５は、例えば、４０ｎｍの厚さを有する。
挿入層６は、例えば、２０ｎｍの厚さを有する。そして、挿入層６は、ドーパント（例えば、Ｓｉ）を含んでいてもよく、ドーパント濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下であり、好ましくは、５×１０１５ｃｍ−３以下である。電極８，９の各々は、例えば、１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有する。
なお、赤外線検出器１０においては、中間層４１２がＧａＡｓからなるとき、挿入層６および中間層４１２は、同じ材料からなる。
ＱＤＩＰ構造の光電変換層としては、典型的な量子ドット構造であるＧａＡｓ基板上のＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子ドットとＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）中間層で構成される量子ドット構造以外に、ＧａＡｓ基板上のＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子ドットとＩｎｚＧａ１−ｚＰ（０≦ｚ≦１）中間層で構成される量子ドット構造、およびＩｎＰ基板上のＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子ドットとＩｎｐＡｌ１−ｐＡｓ（０≦ｐ≦１）中間層で構成される量子ドット構造がある。
本願においては、典型的なＧａＡｓ基板上のＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子ドットとＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）中間層で構成される量子ドット構造からなる光電変換層に加えて、光電変換層の一方側のみに配置されたＡｌＧａＡｓからなる障壁層（片側障壁層）を採用した赤外線検出器について着目した。
片側障壁層のコンセプトとしては、一方のコンタクト層と光電変換層（量子ドット層）の間のみに高いバリア（障壁）を設けることで、量子ドットで生成されたキャリア（光電流）の移動に影響を与えず、コンタクト層からの暗電流のみを抑制できる構造である。その結果、高感度化および高温動作化が可能である。なお、両側に障壁層を設けた構造の場合、光電流も抑制してしまうが、暗電流を低減できるので高感度化および高温動作化が可能である。両側に障壁層を設けた構造の場合でも、本願のように挿入層を追加することで、障壁層における欠陥生成の抑制効果を発揮することができるので、本願の構成を採用することが望ましい。
その他、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子ドットとＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）中間層で構成される量子ドット構造からなる光電変換層を有する典型的な赤外線検出器において、中間層にＡｌ組成が０．２２以上であるＡｌＧａＡｓを挿入する構造も考えられる。上記構造においては、典型的なＧａＡｓからなる中間層と比べて暗電流の抑制が期待できるが、光励起されたキャリアにとっても障壁となるため、光電流が大幅に低下してしまう。Ａｌ組成が０．２２以上であるＡｌＧａＡｓの厚みが大きくなるほど、印加電圧を大きくする必要があるが、片側障壁層の場合、低電圧化することが可能となり、優れている。
また、一般的に、典型的なＧａＡｓと比べてワイドギャップの材料は、品質が悪くなりやすいため、片側障壁層構造の場合であれば、片側障壁層のみの厚み（例えば、４０ｎｍ）とすることができるため、最小限のワイドギャップ材料の使用とすることができ、その結果、高品質となり好ましい。
図２から図４は、それぞれ、図１に示す赤外線検出器１０の製造方法を示す第１から第３の工程図である。
図２を参照して、赤外線検出器１０の製造が開始されると、半絶縁性のＧａＡｓからなる半導体基板１を分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）装置内に支持する（図２の工程（ａ））。
そして、ＭＢＥ法によって成長温度５８０℃でバッファ層２を半導体基板１上に形成する（図２の工程（ｂ））。この場合、例えば、バッファ層２として２００ｎｍの厚さのＧａＡｓ層を形成する。バッファ層２の形成によって、バッファ層２上に形成される光電変換層４の結晶性を向上させることができる。その結果、光電変換層４での受光効率が確保された赤外線検出器を提供することができる。
工程（ｂ）の後、ＭＢＥ法によってバッファ層２上にコンタクト層３を形成する（図２の工程（ｃ））。この場合、例えば、コンタクト層３として１０００ｎｍのｎ＋ＧａＡｓ層を形成する。
引き続いて、ＭＢＥ法によって、量子ドット４１１と中間層４１２とを含む量子ドット層４１をコンタクト層３上に形成する（図２の工程（ｄ））。
この場合、量子ドット４１１は、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ（Ｓ−Ｋ）成長と呼ばれる方法によって形成される。
より具体的には、中間層４１２としてＧａＡｓ層を結晶成長させ、その後、自己組織化機構によって、ＩｎＡｓからなる量子ドット４１１を形成する。その後、中間層４１２としてＧａＡｓ層を結晶成長させることによって量子ドット層４１を形成する。なお、量子ドット４１１の形成時に、キャリア供給を目的としてドーピングしてもよい。ドーパントは、例えば、Ｓｉである。
そして、工程（ｄ）を、例えば、５回繰り返すことによって、５層の量子ドット層４１を積層した構造からなる光電変換層４をコンタクト層３上に形成する（図２の工程（ｅ））。
図２の工程（ｅ）の後、ＭＢＥ法によって、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層５を光電変換層４上に形成する（図３の工程（ｆ））。障壁層５を含め、光電変換層４の形成後における成長温度は、量子ドットへの影響を避けるため、５３０℃とした。
引き続いて、ＭＢＥ法によってＧａＡｓからなる挿入層６を障壁層５上に形成する（図３の工程（ｇ））。
そして、ＭＢＥ法によって、コンタクト層７を挿入層６上に形成する（図３の工程（ｈ））。この場合、例えば、コンタクト層７として５００ｎｍの厚さを有するｎ＋ＧａＡｓ層を結晶成長させる。これにより、ｎ＋ｉｎ＋構造が形成される。
引き続いて、積層体をＭＢＥ装置から取り出し、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングを用いて、光電変換層４、障壁層５、挿入層６およびコンタクト層７の一部を除去する（図４の工程（ｉ））。そして、コンタクト層７上に電極８を形成し、コンタクト層３上に電極９を形成する。これによって、赤外線検出器１０が完成する（図４の工程（ｊ））。
図５は、図１に示す赤外線検出器１０のバンド図である。なお、図５に示すバンド図は、赤外線検出器１０に電圧が印加された状態における伝導帯のバンド図である。
図５を参照して、ＩｎＡｓからなる量子ドット（ＱＤ）とＧａＡｓからなる中間層とを含む光電変換層の一方側には、ｎ＋ＧａＡｓコンタクト層が配置され、光電変換層の他方側には、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる障壁層が配置される。
そして、ＧａＡｓからなる挿入層が障壁層に接して配置され、ｎ＋ＧａＡｓコンタクト層が挿入層に接して配置される。
図２から図４に示す赤外線検出器１０の製造工程によれば、障壁層、挿入層およびｎ＋ＧａＡｓコンタクト層の順に障壁層、挿入層およびｎ＋ＧａＡｓコンタクト層が光電変換層上に積層される（図３の工程（ｇ），（ｈ）参照）。
その結果、ｎ＋ＧａＡｓコンタクト層は、挿入層上に形成されるため、ｎ＋ＧａＡｓコンタクト層の形成中にｎ＋ＧａＡｓコンタクト層のドーパントであるシリコン（Ｓｉ）原子が障壁層中へ拡散するのを抑制できる。また、障壁層によって赤外線検出器における暗電流を低減できる。
従って、障壁層におけるＤＸセンターの形成が抑制され、赤外線検出器１０の感度を向上できるとともにノイズを抑制できる。
コンタクト層７と障壁層５との間に挿入層６を挿入することによる暗電流および量子層に印加される平均電界への影響をデバイスシミュレーションを用いて検証した。
より具体的には、シュレディンガー−ポアソン方程式と、ドリフト−拡散電流方程式とを自己無撞着に解いた。
挿入層（ＧａＡｓ）の挿入による効果を検証するため、計算では、簡単化のため量子層として量子井戸層を仮定した。
シミュレーションにおける計算条件を表１に示す。
Figure 2021150576
 図６は、コンタクト層と障壁層との間に挿入層（ＧａＡｓ）を挿入する有無を比較したポテンシャル分布を示す図である。図６において、縦軸は、エネルギーを表し、横軸は、積層方向の距離を表す。また、実線は、挿入層（ＧａＡｓ）を挿入したときのポテンシャル分布を示し、破線は、挿入層（ＧａＡｓ）を挿入しないときのポテンシャル分布を示す。
図６を参照して、挿入層（ＧａＡｓ）を挿入することによって障壁層のポテンシャルバリアが増大する。また、挿入層（ＧａＡｓ）の有無によって、量子層（井戸層）に印加される平均電界は、大きな変化が無いが、暗電流は、挿入層（ＧａＡｓ）が有るとき、４Ａ／ｃｍ２であり、挿入層（ＧａＡｓ）が無いとき、１１Ａ／ｃｍ２であった。
従って、コンタクト層と障壁層との間に挿入層（ＧａＡｓ）を挿入することによる副次効果として、暗電流を抑制できることが分かった。よって、更なる高感度化および高温動作が可能である。
図７から図９は、暗電流の電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す図である。図７から図９において、縦軸は、電流密度を表し、横軸は、量子井戸領域の電界を表す。
また、図７において、●は、挿入層を用いず、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層を用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、▲は、１０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す。■は、２０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、◇は、３０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、△は、４０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す。
更に、図８において、●は、挿入層を用いず、Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層を用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、▲は、１０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す。■は、２０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、◇は、３０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、△は、４０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す。
更に、図９において、●は、挿入層を用いず、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層を用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、▲は、１０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．４ａ０．６Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す。■は、２０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、◇は、３０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示し、△は、４０ｎｍの膜厚を有するＧａＡｓ層（挿入層）と、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる４０ｎｍの膜厚を有する障壁層とを用いたときの電流密度と量子井戸領域の電界との関係を示す。
図７から図９を参照して、障壁層として、Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ａｓ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７ＡｓおよびＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓのいずれかを用いたとき、暗電流の電流密度は、量子井戸領域の各電界において、挿入層（ＧａＡｓ）の膜厚が増加するに伴って減少し、挿入層（ＧａＡｓ）の膜厚が３０ｎｍ以上で飽和することが分かった。
このように、挿入層（ＧａＡｓ）をコンタクト層と障壁層との間の設けることによって、暗電流を低減できるという効果を得ることができる。この効果は、当業者が予測困難な効果である。
［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２による赤外線検出器の断面図である。図１０を参照して、実施の形態２による赤外線検出器１０Ａは、図１に示す赤外線検出器１０の障壁層５および挿入層６をそれぞれ障壁層５Ａおよび挿入層６Ａに変えたものであり、その他は、赤外線検出器１０と同じである。
挿入層６Ａは、コンタクト層３に接してコンタクト層３上に配置される。障壁層５Ａは、挿入層６Ａに接して挿入層６Ａ上に配置される。
赤外線検出器１０Ａにおいては、光電変換層４は、障壁層５Ａに接して障壁層５Ａ上に配置され、コンタクト層７は、光電変換層４に接して光電変換層４上に配置される。
障壁層５Ａは、上述した障壁層５と同じ材料からなり、障壁層５と同じ膜厚を有する。挿入層６Ａは、上述した挿入層６と同じ材料からなり、挿入層６と同じ膜厚を有する。
図１１から図１３は、それぞれ、図１０に示す赤外線検出器１０Ａの製造方法を示す第１から第３の工程図である。
図１１を参照して、赤外線検出器１０Ａの製造が開始されると、図２に示す工程（ａ）〜工程（ｃ）と同じ工程が順次実行される（図１１の工程（ａ）〜工程（ｃ））。
そして、工程（ｃ）の後、ＭＢＥ法によって挿入層６Ａをコンタクト層３上に形成する（図１１の工程（ｄ））。
引き続いて、成長温度を５８０℃に設定し、ＭＢＥ法によって、障壁層５Ａを挿入層６Ａ上に形成する（図１１の工程（ｅ））。
赤外線検出器１０Ａを製造する場合、障壁層５Ａは、実施の形態１における障壁層５よりも高い成長温度で成長されるので（実施の形態１では、例えば、５３０℃）、障壁層５Ａを構成するＡｌＧａＡｓの結晶性を向上でき、高品質なＡｌＧａＡｓを得ることができる。
図１１の工程（ｅ）の後、図２の工程（ｄ），（ｅ）と同じ工程を順次実行して、５層の量子ドット層４１からなる光電変換層４を障壁層５Ａ上に形成する（図１２の工程（ｆ），（ｇ））。
図１２の工程（ｇ）の後、ＭＢＥ法によって、コンタクト層７を光電変換層４上に形成する（図１２の工程（ｈ））。この場合、例えば、コンタクト層７として５００ｎｍの厚さを有するｎ＋ＧａＡｓ層を結晶成長させる。これにより、ｎ＋ｉｎ＋構造が形成される。
引き続いて、積層体をＭＢＥ装置から取り出し、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングを用いて、光電変換層４、障壁層５Ａ、挿入層６Ａおよびコンタクト層７の一部を除去する（図１３の工程（ｉ））。そして、コンタクト層７上に電極８を形成し、コンタクト層３上に電極９を形成する。これによって、赤外線検出器１０Ａが完成する（図１３の工程（ｊ））。
このように、赤外線検出器１０Ａの製造方法においては、障壁層５Ａを形成するときの成長温度を実施の形態１における障壁層５を形成するときの成長温度よりも高くするので、赤外線検出器１０Ａは、コンタクト層３からのドーパント（例えば、Ｓｉ）の拡散の影響を受け易い構造を有するが、コンタクト層３と障壁層５Ａとの間に挿入層６Ａが存在するためコンタクト層３からのドーパント（例えば、Ｓｉ）の拡散の影響を抑制することができる。
その結果、障壁層５Ａにおける欠陥準位の形成を抑制して暗電流を低減できる。従って、赤外線検出器１０Ａは、実施の形態１における赤外線検出器１０と同じ効果を享受できる。
実施の形態２におけるその他の説明は、実施の形態１における説明と同じである。
上述した実施の形態１においては、障壁層５を光電変換層４の上側に配置し、障壁層５とコンタクト層７との間に挿入層６を挿入した赤外線検出器１０について説明した。
また、実施の形態２においては、障壁層５Ａを光電変換層４の下側に配置し、コンタクト層３と障壁層５Ａとの間に挿入層６Ａを挿入した赤外線検出器１０Ａについて説明した。
従って、この発明の実施の形態による赤外線検出器は、ドーパントがドープされた第１のコンタクト層と、ドーパントがドープされた第２のコンタクト層と、第１のコンタクト層と第２のコインタクト層との間に配置され、量子層と中間層とを含む光電変換層と、第１および第２のコンタクト層の一方のコンタクト層のみと光電変換層との間に配置され、Ａｌ組成が０．２２以上であるＡｌＧａＡｓからなる障壁層と、一方のコンタクト層と障壁層との間に一方のコンタクト層および障壁層に接して配置された挿入層とを備えていればよい。
赤外線検出器は、このような構成を備えていれば、コンタクト層のドーパントが障壁層へ拡散するのを挿入層によって抑制し、暗電流を低減できるので、ノイズを抑制できるとともに感度を向上できるからである。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、赤外線検出器に適用される。
１ 半導体基板、２ バッファ層、３，７ コンタクト層、４光電変換層、５，５Ａ 障壁層、６，６Ａ 挿入層、８，９ 電極、１０，１０Ａ 赤外線検出器、４１ 量子ドット層、４１１ 量子ドット、４１２ 中間層。

Claims (10)

  1. ドーパントがドープされた第１のコンタクト層と、
    ドーパントがドープされた第２のコンタクト層と、
    前記第１のコンタクト層と前記第２のコインタクト層との間に配置され、量子層と中間層とを含む光電変換層と、
    前記第１および第２のコンタクト層の一方のコンタクト層のみと前記光電変換層との間に配置された障壁層と、
    前記一方のコンタクト層と前記障壁層との間に前記一方のコンタクト層および前記障壁層に接して配置された挿入層とを備える赤外線検出器。
  2. 前記中間層および前記挿入層は、同じ材料からなる、請求項１に記載の赤外線検出器。
  3. 前記中間層および前記挿入層は、ＧａＡｓからなる、請求項２に記載の赤外線検出器。
  4. 前記障壁層は、ＡｌＧａＡｓからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
  5. 前記ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成は、０．２２以上である、請求項４に記載の赤外線検出器。
  6. 前記挿入層は、１０ｎｍ以上の膜厚を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
  7. 前記挿入層は、１×１０１７ｃｍ−３以下のドーパントを含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
  8. 前記挿入層は、５×１０１５ｃｍ−３以下のドーパントを含む、請求項７に記載の赤外線検出器。
  9. 前記一方のコンタクト層は、基板側に配置される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
  10. 前記一方のコンタクト層のドーパントは、Ｓｉからなる、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
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