JP4583194B2 - Infrared detector - Google Patents
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本発明は、赤外線検知器に関し、特に、量子ドットを複数の埋め込み層で埋め込んだ量子ドット構造体を用い、量子ドット構造体に赤外線が吸収されたときの電子遷移を利用して赤外線を検知する赤外線検知器に関する。 The present invention relates to an infrared detector, and in particular, uses a quantum dot structure in which quantum dots are embedded with a plurality of embedded layers, and detects infrared rays using electronic transitions when infrared rays are absorbed by the quantum dot structure. It relates to an infrared detector.
従来、赤外線検知器には、赤外線を吸収してキャリアを放出する量子井戸層を、そこから放出されたキャリアを受けるバリア層で埋め込んだ量子井戸構造体を用いた量子井戸型赤外線検知器(Quantum Well Infrared Photodetector、QWIP)が利用されていた。 Conventionally, an infrared detector has a quantum well type infrared detector (Quantum infrared detector) that uses a quantum well structure in which a quantum well layer that absorbs infrared rays and emits carriers is embedded with a barrier layer that receives carriers emitted therefrom. Well Infrared Photodetector (QWIP) was used.
近年では、量子井戸構造体に比べてより感度を高めることのできる量子ドット構造体を赤外線検知器に用いる試みもなされている。このような量子ドット型赤外線検知器(Quantum Dot Infrared Photodetector、QDIP)は、赤外線を吸収してキャリアを放出する量子ドットを、キャップ層とバリア層とで埋め込んだ量子ドット構造体を用いる。QDIPでは、赤外線を吸収して量子ドットからキャリアが放出された後、他の量子ドットにそのキャリアが捕獲されるまでの時間が長く、量子ドットのキャリア数変動に対する電流量変動が大きくなる。これは、光伝導ゲインが大きいことを表し、単位フォトン数に対する感度が高いことを表している。 In recent years, an attempt has been made to use a quantum dot structure that can increase sensitivity as compared with a quantum well structure for an infrared detector. Such a quantum dot infrared detector (Quantum Dot Infrared Photodetector, QDIP) uses a quantum dot structure in which quantum dots that absorb infrared rays and emit carriers are embedded with a cap layer and a barrier layer. In QDIP, after the infrared rays are absorbed and carriers are released from the quantum dots, it takes a long time until the carriers are captured by other quantum dots, and the amount of current variation with respect to the variation in the number of carriers in the quantum dots increases. This indicates that the photoconductive gain is large and that the sensitivity to the number of unit photons is high.
ここで、キャリア数変動には、ノイズ成分としてのキャリア数変動も含まれ、例えば、次のような式で定義される。
S=Iphoto=eΦηg ・・・(1)
N=(4eIphotogB)0.5=2eg(ΦηB)0.5 ・・・(2)
式(1)、(2)において、S及びIphotoは信号値、eは電荷量、Φは単位フォトン数、ηはフォトンからキャリアへの変換効率、gは光伝導ゲイン、Nはノイズ信号値、Bは周波数である。
Here, the carrier number fluctuation includes a carrier number fluctuation as a noise component, and is defined by the following equation, for example.
S = I photo = eΦηg ... (1)
N = (4eI photo gB) 0.5 = 2eg (ΦηB) 0.5 (2)
In equations (1) and (2), S and I photo are signal values, e is the charge amount, Φ is the number of unit photons, η is the conversion efficiency from photons to carriers, g is the photoconductive gain, and N is the noise signal value. , B is the frequency.
しかし、目標となる赤外線以外の要素、例えば背景光等によってキャリア数変動が常に起こっている状況では、ノイズ成分としてのキャリア数変動に対する電流量変動も大きい。式(1)、(2)から明らかなように、光伝導ゲインgが大きくなると、信号値Sだけでなくてノイズ信号値Nも大きくなる。 However, in a situation where the number of carriers fluctuates constantly due to factors other than the target infrared light, such as background light, the amount of current variation with respect to the number of carriers as a noise component is also large. As is clear from the equations (1) and (2), when the photoconductive gain g increases, not only the signal value S but also the noise signal value N increases.
このノイズ信号値Nを小さくするため、量子ドットから放出されたキャリアを受けるバリア層において、量子ドットに極めて近い位置にバリア層より電子エネルギポテンシャルが低いキャップ層を形成している。このキャップ層は、電子エネルギポテンシャルの低いキャリアを捕獲し、量子ドットにキャリアを再充電している。つまり、キャップ層は、量子ドットから放出されたキャリアを捕獲し、光伝導ゲインgを小さくしている。ここで、キャリアが十分に捕獲されると光伝導ゲインgが小さくなって感度が低くなってしまうので、通常は量子ドット構造体を約5回から10回繰り返し積層することによって赤外線吸収量を増加させて感度を高めるようにしている。 In order to reduce the noise signal value N, a cap layer having an electron energy potential lower than that of the barrier layer is formed at a position very close to the quantum dots in the barrier layer that receives carriers emitted from the quantum dots. This cap layer captures carriers having a low electron energy potential and recharges the carriers to the quantum dots. That is, the cap layer captures the carriers emitted from the quantum dots and reduces the photoconductive gain g. Here, if the carriers are sufficiently trapped, the photoconductivity gain g is reduced and the sensitivity is lowered. Usually, the quantum dot structure is repeatedly stacked about 5 to 10 times to increase the infrared absorption amount. To increase the sensitivity.
ところで、GaAs基板やGaAs層上に、InAsの量子ドットを散在させ、この上に、キャップ層とするInGaAs、バリア層とするGaAsを順にエピタキシャル成長させ、これを繰り返し積層することにより、量子ドット構造体の積層構造を形成する技術が提案されている(特許文献1参照)。
しかし、特許文献1によって開示された量子ドット構造体のように、InAsの量子ドットを埋め込むキャップ層及びバリア層にそれぞれInGaAs及びGaAsを用いた場合には、両者の格子定数の差が比較的大きいため、キャップ層とバリア層との間の格子不整合が大きくなる。量子ドット構造体にこのような大きな格子不整合が存在すると、これを積層したときに結晶欠陥が発生しやすくなるという問題点があった。 However, in the case where InGaAs and GaAs are used for the cap layer and the barrier layer in which the InAs quantum dots are embedded, as in the quantum dot structure disclosed in Patent Document 1, the difference between the lattice constants is relatively large. Therefore, the lattice mismatch between the cap layer and the barrier layer is increased. If such a large lattice mismatch exists in the quantum dot structure, there is a problem that crystal defects are likely to occur when these are stacked.
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、量子ドット構造体をより多く繰り返し積層可能な赤外線検知器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the infrared detector which can laminate | stack many quantum dot structures more repeatedly.
本発明では、上記課題を解決するために、図1に例示するように、赤外線を検知する赤外線検知器において、AlGaAsのバリア層と、前記バリア層の上方に配置された量子ドットと、前記量子ドットを埋め込むGaAsのキャップ層と、を有する量子ドット構造体を備える赤外線検知器が提供される。 In the present invention, in order to solve the above-described problem, as illustrated in FIG. 1, in an infrared detector that detects infrared rays, an AlGaAs barrier layer, a quantum dot disposed above the barrier layer, and the quantum detector infrared detector comprising a quantum dot structure having a GaAs cap layer embedding the dots are provided.
このような赤外線検知器によれば、キャップ層1bにGaAsを用いてバリア層1cにAlGaAsを用い、格子定数の類似する材料を用いる。それにより、キャップ層1b及びバリア層1cの間の格子不整合が小さくなるので、量子ドット構造体を積層した場合でも結晶欠陥の発生が抑えられる。 According to such an infrared detector, using AlGaAs barrier layer 1c using GaAs to caps layer 1b, using similar materials lattice constant. Thereby, since the lattice mismatch between the cap layer 1b and the barrier layer 1c is reduced, the occurrence of crystal defects can be suppressed even when the quantum dot structures are stacked.
本発明では、赤外線を吸収してキャリアを放出する量子ドットを、格子定数の類似するキャップ層及びバリア層によって埋め込むようにする。
このようにすると、量子ドット構造体を積層した場合でも結晶欠陥の発生が抑えられるようになるので、量子ドット構造体をより多く繰り返し積層可能になる。これにより、高感度の赤外線検知器が実現可能になる。
In the present invention, quantum dots that absorb infrared rays and emit carriers are embedded by a cap layer and a barrier layer having similar lattice constants.
In this way, even when the quantum dot structures are stacked, the generation of crystal defects can be suppressed, so that more quantum dot structures can be stacked repeatedly. Thereby, a highly sensitive infrared detector can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、第1の実施の形態について説明する。図1は第1の実施の形態の光吸収部の一例の要部断面模式図、図2は量子ドット構造体のエネルギ帯構造図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an example of the light absorption part of the first embodiment, and FIG. 2 is an energy band structure diagram of the quantum dot structure.
赤外線検知器は、複数の量子ドット構造体が積層された光吸収部1を有している。量子ドット構造体は、キャップ層1bが量子ドット1aの上面に接するようにして設けられ、これら量子ドット1a及びキャップ層1bがバリア層1cで埋め込まれた構成を有している。 The infrared detector has a light absorption unit 1 in which a plurality of quantum dot structures are stacked. The quantum dot structure has a configuration in which the cap layer 1b is provided so as to be in contact with the upper surface of the quantum dot 1a, and the quantum dot 1a and the cap layer 1b are embedded in the barrier layer 1c.
ここで、量子ドット1aには、InAs、InGaAs、InAlAsまたはInGaAlAsが用いられる。キャップ層1bには、GaAsまたはAlGaAsが用いられる。バリア層1cには、AlGaAsが用いられる。ただし、バリア層1cには、キャップ層1bにAlGaAsが用いられる場合、バリア層1cのAsの組成がキャップ層1bのAlの組成よりも大きいAlGaAsが用いられる。 Here, InAs, InGaAs, InAlAs, or InGaAlAs is used for the quantum dots 1a. GaAs or AlGaAs is used for the cap layer 1b. AlGaAs is used for the barrier layer 1c. However, when AlGaAs is used for the cap layer 1b, the barrier layer 1c uses AlGaAs in which the As composition of the barrier layer 1c is larger than the Al composition of the cap layer 1b.
このような構成の光吸収部1は、まず、分子線エピタキシャル成長(Molecular Beam Epitaxy、MBE)法により、例えばGaAs基板上に、外部への電気的接続のために厚さ約5000Åのn型の下部コンタクト層を成長させた後、その上に例えば厚さ約300Å〜500ÅのAlGaAsを成長させてバリア層1cを形成する。次いで、例えば分子層単位で2ML〜3MLのInAsを通常よりも低温の約500℃で供給し、自己組織化現象を利用してInAsを島状に形成する。これにより、直径約200Å〜400Å、高さ約30Å〜50ÅのInAsの量子ドット1aが形成される。次いで、この量子ドット1aを上面から埋め込むように、例えば厚さ約30Å〜50ÅのGaAsを成長させ、キャップ層1bを形成する。次いで、このキャップ層1b上に、例えば厚さ約300Å〜500ÅのAlGaAsを成長させてバリア層1cを形成する。このようにしてバリア層1c、量子ドット1a及びキャップ層1bを繰り返し成長させることにより、下部コンタクト層の上に光吸収部1を形成する。光吸収部1の形成後は、さらにその上に外部への電気的接続用として厚さ約5000Åのn型の上部コンタクト層を成長させる。 The light absorbing portion 1 having such a configuration is first formed by an molecular beam epitaxy (MBE) method, for example, on a GaAs substrate, for example, on an n-type lower portion having a thickness of about 5000 mm for electrical connection to the outside. After growing the contact layer, for example, AlGaAs having a thickness of about 300 to 500 mm is grown thereon to form the barrier layer 1c. Next, for example, 2 to 3 ML of InAs in molecular layer units is supplied at about 500 ° C., which is lower than usual, and InAs is formed in an island shape by utilizing a self-organization phenomenon. As a result, InAs quantum dots 1a having a diameter of about 200 to 400 inches and a height of about 30 to 50 inches are formed. Next, for example, GaAs having a thickness of about 30 to 50 mm is grown so as to bury the quantum dots 1a from the upper surface, thereby forming a cap layer 1b. Next, on this cap layer 1b, for example, AlGaAs having a thickness of about 300 to 500 mm is grown to form a barrier layer 1c. In this way, the light absorbing portion 1 is formed on the lower contact layer by repeatedly growing the barrier layer 1c, the quantum dots 1a, and the cap layer 1b. After the formation of the light absorbing portion 1, an n-type upper contact layer having a thickness of about 5000 mm is further grown thereon for electrical connection to the outside.
ここで述べたようにキャップ層1bにGaAs、バリア層1cにAlGaAsを用いるほか、キャップ層1b及びバリア層1cに上記のような材料を用いた場合、両層の格子定数が類似するので、格子定数の差が従来のようにキャップ層及びバリア層にそれぞれInGaAs及びGaAsを用いた場合に比べて小さくなり、両層間の格子不整合が抑えられるようになる。 As described above, when GaAs is used for the cap layer 1b and AlGaAs is used for the barrier layer 1c, and the above materials are used for the cap layer 1b and the barrier layer 1c, the lattice constants of both layers are similar. The difference between the constants is smaller than in the conventional case where InGaAs and GaAs are used for the cap layer and the barrier layer, respectively, and lattice mismatch between the two layers can be suppressed.
このようにして形成される光吸収部1の量子ドット構造体において、量子ドット1a、キャップ層1b及びバリア層1cの伝導帯のエネルギ準位は、図2に例示するように、それぞれ準位A、準位B及び準位Cである。このように、キャップ層1bは、電子エネルギポテンシャルが量子ドット1aよりも高く、バリア層1cは、電子エネルギポテンシャルがキャップ層1bよりも高い。 In the quantum dot structure of the light absorbing portion 1 formed in this way, the energy levels of the conduction bands of the quantum dot 1a, the cap layer 1b, and the barrier layer 1c are respectively the level A as illustrated in FIG. , Level B and level C. Thus, the cap layer 1b has an electron energy potential higher than that of the quantum dots 1a, and the barrier layer 1c has an electron energy potential higher than that of the cap layer 1b.
次に、図1の模式図の動作について説明する。
量子ドット1aから放出されたキャリアは、量子ドット1a、キャップ層1b及びバリア層1cの伝導帯を移動できるエネルギを得ると、上部と下部のコンタクト層間に与えられた電界に従って流れる。すなわち、赤外線の吸収によって量子ドット1aの価電子帯のキャリアが励起され、量子ドット1aの準位A、キャップ層1bの準位B、バリア層1cの準位Cを超えると、上部と下部のコンタクト層間に電流が流れるようになる。
Next, the operation of the schematic diagram of FIG. 1 will be described.
Carriers emitted from the quantum dots 1a flow according to an electric field applied between the upper and lower contact layers when energy that can move through the conduction bands of the quantum dots 1a, the cap layer 1b, and the barrier layer 1c is obtained. That is, carriers in the valence band of the quantum dot 1a are excited by absorption of infrared rays and exceed the level A of the quantum dot 1a, the level B of the cap layer 1b, and the level C of the barrier layer 1c. Current flows between the contact layers.
その後、バリア層1cで、量子ドット1aから放出されたキャリアが、与えられた電界に従って電流が流れる。また、キャップ層1bにより、ノイズ成分としての量子ドット1aから放出されたキャリアが捕獲され、量子ドット1aにキャリアが再充電される。 Thereafter, in the barrier layer 1c, a carrier flows from the quantum dot 1a and a current flows according to the applied electric field. Moreover, the carrier emitted from the quantum dot 1a as a noise component is captured by the cap layer 1b, and the carrier is recharged in the quantum dot 1a.
赤外線検知器は、このような光吸収部1を1画素とし、例えば1枚のGaAs基板上に多数の光吸収部1を整列配置して構成される。各光吸収部1では、多くの赤外線が吸収されるとその分多くのキャリアが放出されるため、それを利用することにより、赤外線検知器では、対象物の温度に応じた画像が生成されるようになる。 The infrared detector has such a light absorption unit 1 as one pixel, and is configured by arranging a large number of light absorption units 1 on a single GaAs substrate, for example. In each of the light absorption units 1, when a large amount of infrared light is absorbed, a larger amount of carriers are released, and by using this, an image corresponding to the temperature of the object is generated in the infrared detector. It becomes like this.
このように、第1の実施の形態の赤外線検知器では、量子ドット構造体のキャップ層1b及びバリア層1cの間の格子不整合が小さくなるようにしたので、量子ドット構造体を積層して光吸収部1を形成したときに結晶欠陥が発生しにくい。量子ドット構造体を上記のような材料を用いて形成すれば、これを20回以上繰り返し積層することが可能になる。そして、それにより、1つの光吸収部1内すなわち1画素内に、より多くの量子ドット1aを存在させることが可能になるので、赤外線検知器の感度を高めることができるようになる。 As described above, in the infrared detector according to the first embodiment, since the lattice mismatch between the cap layer 1b and the barrier layer 1c of the quantum dot structure is reduced, the quantum dot structure is stacked. Crystal defects are less likely to occur when the light absorbing portion 1 is formed. If the quantum dot structure is formed using the material as described above, it can be repeatedly laminated 20 times or more. As a result, a larger number of quantum dots 1a can be present in one light absorber 1, that is, in one pixel, so that the sensitivity of the infrared detector can be increased.
また、この第1の実施の形態では、ノイズ成分としてのキャリアをキャップ層1bが捕獲するので、キャリア数変動に対する電流量変動を小さく抑えることが可能になる。
なお、この第1の実施の形態では、1種の材料でキャップ層1bを形成する場合を例にして述べたが、キャップ層1bを複数の材料を適当な準位で積層した構成にすれば、量子ドット1aから放出されたキャリアの捕獲量を微調整して赤外線検知器の感度を調整することも可能になる。
In the first embodiment, since the cap layer 1b captures the carrier as the noise component, it is possible to suppress the current amount fluctuation with respect to the carrier number fluctuation.
In the first embodiment, the case where the cap layer 1b is formed of one kind of material has been described as an example. However, if the cap layer 1b is configured by laminating a plurality of materials at appropriate levels. The sensitivity of the infrared detector can be adjusted by finely adjusting the trapped amount of carriers emitted from the quantum dots 1a.
また、この第1の実施の形態では、キャップ層1bを量子ドット1aの上面に接するようにして設けた場合を例にして述べたが、量子ドット1aの下面に接するようにして設けてもよい。その場合も、赤外線の検出は上記同様にして行われる。 In the first embodiment, the case where the cap layer 1b is provided in contact with the upper surface of the quantum dot 1a is described as an example. However, the cap layer 1b may be provided in contact with the lower surface of the quantum dot 1a. . In that case, infrared detection is performed in the same manner as described above.
また、光吸収部1を構成する各層間に、キャリアを供給するためのn型のエピタキシャル層をさらに設けるようにしてもよい。
次に、第2の実施の形態について説明する。図3は、第2の実施の形態の光吸収部の一例の要部断面模式図である。
Further, an n-type epitaxial layer for supplying carriers may be further provided between the layers constituting the light absorption unit 1.
Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an example of the light absorption unit according to the second embodiment.
赤外線検知器は、複数の量子ドット構造体が積層された光吸収部2を有している。量子ドット構造体は、キャップ層2bが量子ドット2aの上面に接するようにして設けられ、これら量子ドット2a及びキャップ層2bがバリア層2cで埋め込まれた構成を有している。また、発生した電流を光吸収部2から取り出すための電流出口2d、光吸収部2にキャリアを充電するための電流入口2eを有している。また、複数のチャネルとしてのキャップ層を直列接続するビア2fを有している。
The infrared detector has a light absorbing portion 2 in which a plurality of quantum dot structures are stacked. The quantum dot structure has a configuration in which the cap layer 2b is provided in contact with the upper surface of the quantum dot 2a, and the quantum dot 2a and the cap layer 2b are embedded with the barrier layer 2c. In addition, it has a
ここで、第1の実施の形態で利用される材料は、第2の実施の形態においても利用される。また、電流の発生原理は第1の実施の形態と同様であり、電流経路の方向は量子ドットを含んだキャップ層をチャネルとしてキャップ層と平行方向である。また、構成要素の名称が同一の場合、機能も同一である。また、量子ドット2a、キャップ層2b及びバリア層2cにおいて、エネルギ帯構造は第1の実施の形態と同様である。 Here, the material used in the first embodiment is also used in the second embodiment. The principle of current generation is the same as in the first embodiment, and the direction of the current path is parallel to the cap layer with the cap layer including quantum dots as a channel. Moreover, when the name of a component is the same, the function is also the same. In addition, in the quantum dots 2a, the cap layer 2b, and the barrier layer 2c, the energy band structure is the same as that in the first embodiment.
このような構成の光吸収部2は、第1の実施の形態と同様の形成過程の後、SiCl4、Cl2、及び、Arのエッチングガスが使用され、約0.5Paの圧力が加えられ、約100Wの高周波電源が使用されるドライエッチングにより、電流出口2d、電流入口2e及びビア2fが形成される。
After the formation process similar to that of the first embodiment, the light absorption unit 2 having such a configuration is subjected to etching gas of SiCl4, Cl2, and Ar, and a pressure of about 0.5 Pa is applied. The
ここで述べたようにキャップ層2bにGaAs、バリア層2cにAlGaAsを用いるほか、キャップ層2b及びバリア層2cに上記のような材料を用いた場合、両層の格子定数が類似するので、格子定数の差が、従来のようにキャップ層及びバリア層にそれぞれInGaAs及びGaAsを用いた場合に比べて小さくなり、両層の間の格子不整合が抑えられるようになる。 As described herein, when GaAs is used for the cap layer 2b and AlGaAs is used for the barrier layer 2c, and when the above materials are used for the cap layer 2b and the barrier layer 2c, the lattice constants of both layers are similar. The difference between the constants is smaller than in the conventional case where InGaAs and GaAs are used for the cap layer and the barrier layer, respectively, and lattice mismatch between the two layers can be suppressed.
次に、図3の模式図の動作について説明する。
量子ドット2aから放出されたキャリアは、量子ドット2a、キャップ層2b及びバリア層2cの伝導帯を移動できるエネルギを得ると、与えられた電界に従って流れる。すなわち、赤外線の吸収によって量子ドット2aの価電子帯のキャリアが励起され、量子ドット2aの準位A、キャップ層2bの準位B、バリア層2cの準位Cを超えると、電流が流れるようになる。
Next, the operation of the schematic diagram of FIG. 3 will be described.
Carriers emitted from the quantum dots 2a flow according to an applied electric field when energy that can move through the conduction bands of the quantum dots 2a, the cap layer 2b, and the barrier layer 2c is obtained. That is, carriers in the valence band of the quantum dot 2a are excited by absorption of infrared rays, and a current flows when the level A of the quantum dot 2a, the level B of the cap layer 2b, and the level C of the barrier layer 2c are exceeded. become.
その後、キャップ層2bで、量子ドット2aから放出されたキャリアが、キャップ層と平行方向に与えられた電界に従って電流が流れる。
その後、電流出口2dにより、発生した電流が光吸収部2から取り出される。また、電流入口2eにより、光吸収部2にキャリアが充電される。
Thereafter, in the cap layer 2b, current flows from the carriers emitted from the quantum dots 2a in accordance with the electric field applied in the direction parallel to the cap layer.
Thereafter, the generated current is taken out from the light absorption unit 2 by the
赤外線検知器は、このような光吸収部2を1画素とし、例えば1枚のGaAs基板上に多数の光吸収部2を整列配置して構成される。各光吸収部2では、多くの赤外線が吸収されるとその分多くのキャリアが放出されるため、それを利用することにより、赤外線検知器では、対象物の温度に応じた画像が生成されるようになる。 The infrared detector has such a light absorbing portion 2 as one pixel, and is configured by arranging a large number of light absorbing portions 2 on a single GaAs substrate, for example. In each light absorbing unit 2, when a lot of infrared rays are absorbed, a larger amount of carriers are emitted, and by using this, an image corresponding to the temperature of the object is generated in the infrared detector. It becomes like this.
このように、第2の実施の形態の赤外線検知器では、量子ドット構造体のキャップ層2b及びバリア層2cの間の格子不整合が小さくなるようにしたので、量子ドット構造体を積層して光吸収部2を形成したときに結晶欠陥が発生しにくい。量子ドット構造体を上記のような材料を用いて形成すれば、これを20回以上繰り返し積層することが可能になる。そして、それにより、1つの光吸収部2内すなわち1画素内に、より多くの量子ドット2aを存在させることが可能になるので、赤外線検知器の感度を高めることができるようになる。また、光吸収部2のビア2f等の加工時において、光吸収部2に対するダメージが少ない。 As described above, in the infrared detector according to the second embodiment, since the lattice mismatch between the cap layer 2b and the barrier layer 2c of the quantum dot structure is reduced, the quantum dot structure is stacked. Crystal defects are less likely to occur when the light absorbing portion 2 is formed. If the quantum dot structure is formed using the material as described above, it can be repeatedly laminated 20 times or more. As a result, more quantum dots 2a can be present in one light absorber 2, that is, in one pixel, so that the sensitivity of the infrared detector can be increased. Further, the damage to the light absorbing portion 2 is small at the time of processing the via 2f and the like of the light absorbing portion 2.
また、量子ドット構造体を積層して各チャネルを直列に接続して電流経路を長くでき、ノイズ成分としてのキャリアを量子ドット2aが捕獲しやすくなるので、ノイズ成分としてのキャリア数変動に対する電流量変動は小さい。 In addition, the quantum dot structure can be stacked and each channel can be connected in series to lengthen the current path, and the quantum dot 2a can easily capture carriers as a noise component. The fluctuation is small.
また、光吸収部2に対して溝を設けられる。図4は、第2の実施の形態の光吸収部の一例の要部平面模式図である。ここで、光吸収部2に溝2g、2hを設け、電流経路を迂回させて電流経路を長くしている。このようにすると、電流経路が長くでき、ノイズ成分としてのキャリアを量子ドット2aが捕獲しやすくなるので、ノイズ成分としてのキャリア数変動に対する電流量変動は小さい。 Further, a groove is provided for the light absorbing portion 2. FIG. 4 is a schematic plan view of a main part of an example of the light absorption unit according to the second embodiment. Here, grooves 2g and 2h are provided in the light absorber 2, and the current path is bypassed to lengthen the current path. In this way, the current path can be lengthened, and the quantum dots 2a can easily capture carriers as a noise component, so that the current amount fluctuation with respect to the carrier number fluctuation as the noise component is small.
なお、この第2の実施の形態では、1種の材料でキャップ層2bを形成する場合を例にして述べたが、キャップ層2bを複数の材料を適当な準位で積層した構成にすれば、量子ドット2aから放出されたキャリアの捕獲量を微調整して赤外線検知器の感度を調整することも可能になる。 In the second embodiment, the case where the cap layer 2b is formed of one kind of material has been described as an example. However, if the cap layer 2b is formed by laminating a plurality of materials at appropriate levels. The sensitivity of the infrared detector can be adjusted by finely adjusting the trapped amount of carriers emitted from the quantum dots 2a.
また、この第2の実施の形態では、キャップ層2bを量子ドット2aの上面に接するようにして設けた場合を例にして述べたが、量子ドット2aの下面に接するようにして設けてもよい。その場合も、赤外線の検出は上記同様にして行われる。 In the second embodiment, the case where the cap layer 2b is provided so as to be in contact with the upper surface of the quantum dot 2a has been described as an example. However, the cap layer 2b may be provided so as to be in contact with the lower surface of the quantum dot 2a. . In that case, infrared detection is performed in the same manner as described above.
また、光吸収部2を構成する各層間に、キャリアを供給するためのn型のエピタキシャル層をさらに設けるようにしてもよい。
(付記1) 赤外線を検知する赤外線検知器において、
赤外線を吸収してキャリアを放出する量子ドットが、格子定数の類似する複数の埋め込み層によって埋め込まれた量子ドット構造体を有する光吸収部を備えることを特徴とする赤外線検知器。
Further, an n-type epitaxial layer for supplying carriers may be further provided between the layers constituting the light absorption unit 2.
(Supplementary note 1) In an infrared detector for detecting infrared rays,
An infrared detector, comprising: a quantum dot structure in which a quantum dot that absorbs infrared rays and emits carriers is embedded with a plurality of buried layers having similar lattice constants.
(付記2) 前記複数の埋め込み層のうち、電子エネルギポテンシャルが前記量子ドットよりも高い一の埋め込み層が前記量子ドットの上面または下面に接して設けられ、電子エネルギポテンシャルが前記一の埋め込み層よりも高い他の埋め込み層によって前記量子ドットと前記一の埋め込み層とが埋め込まれることを特徴とする付記1記載の赤外線検知器。 (Supplementary Note 2) Among the plurality of embedded layers, one embedded layer having an electron energy potential higher than that of the quantum dots is provided in contact with an upper surface or a lower surface of the quantum dots, and the electron energy potential is higher than that of the one embedded layer. 2. The infrared detector according to claim 1, wherein the quantum dot and the one embedded layer are embedded by another higher embedded layer.
(付記3) 前記一の埋め込み層は、前記一の埋め込み層以外の前記複数の埋め込み層の厚さの和より、薄いことを特徴とする付記2記載の赤外線検知器。
(付記4) 前記量子ドットがInAs、InGaAs、InAlAsまたはInGaAlAsで形成され、前記一の埋め込み層がGaAsまたはAlGaAsで形成され、前記他の埋め込み層がAlGaAsで形成されることを特徴とする付記2記載の赤外線検知器。
(Supplementary note 3) The infrared detector according to supplementary note 2, wherein the one buried layer is thinner than a sum of thicknesses of the plurality of buried layers other than the one buried layer.
(Supplementary note 4) The quantum dot is formed of InAs, InGaAs, InAlAs, or InGaAlAs, the one embedded layer is formed of GaAs or AlGaAs, and the other embedded layer is formed of AlGaAs. Infrared detector as described.
(付記5) 前記他の埋め込み層は、前記一の埋め込み層がAlGaAsで形成される場合、前記他の埋め込み層のAsの組成が前記一の埋め込み層のAlの組成よりも大きいAlGaAsで形成されることを特徴とする付記4記載の赤外線検知器。 (Supplementary Note 5) When the one buried layer is made of AlGaAs, the other buried layer is made of AlGaAs in which the composition of As in the other buried layer is larger than the composition of Al in the one buried layer. The infrared detector according to supplementary note 4, wherein
(付記6) 前記光吸収部は、複数の前記量子ドット構造体が積層されて構成されることを特徴とする付記1記載の赤外線検知器。
(付記7) 前記量子ドット構造体の積層数が20層以上可能であることを特徴とする付記6記載の赤外線検知器。
(Supplementary note 6) The infrared detector according to supplementary note 1, wherein the light absorption unit is configured by stacking a plurality of the quantum dot structures.
(Supplementary note 7) The infrared detector according to supplementary note 6, wherein the number of stacked quantum dot structures is 20 or more.
(付記8) 前記光吸収部は、前記一の埋め込み層が形成されている面に対して平行方向の電流経路を有することを特徴とする付記2記載の赤外線検知器。
(付記9) 前記光吸収部が複数の前記量子ドット構造体が積層されて構成される場合、前記各電流経路が直列に接続されることを特徴とする付記8記載の赤外線検知器。
(Additional remark 8) The said light absorption part has an electric current path of a parallel direction with respect to the surface in which the said 1 embedded layer is formed, The infrared detector of Additional remark 2 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 9) When the said light absorption part is comprised by laminating | stacking the said some quantum dot structure, the said each current path is connected in series, The infrared detector of Additional remark 8 characterized by the above-mentioned.
(付記10) 前記量子ドット構造体の一部を除去することにより、前記電流経路を長くしたことを特徴とする付記8記載の赤外線検知器。 (Supplementary note 10) The infrared detector according to supplementary note 8, wherein the current path is lengthened by removing a part of the quantum dot structure.
1 光吸収部
1a 量子ドット
1b キャップ層
1c バリア層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light absorption part 1a Quantum dot 1b Cap layer 1c Barrier layer
Claims (5)
前記バリア層の上方に配置された量子ドットと、
前記量子ドットを埋め込むGaAsのキャップ層と、
を有する量子ドット構造体を備えることを特徴とする赤外線検知器。 An AlGaAs barrier layer;
Quantum dots disposed above the barrier layer;
A cap layer of GaAs embedding the quantum dots;
Infrared detectors, characterized in that it comprises a quantum dot structure with.
前記バリア層の電子エネルギポテンシャルが前記キャップ層よりも高いことを特徴とする請求項1記載の赤外線検知器。 The infrared detector according to claim 1, wherein an electron energy potential of the barrier layer is higher than that of the cap layer.
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