JP4669281B2 - Quantum dot infrared detector - Google Patents

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Description

本発明は量子ドット型赤外線検知器に関するものであり、特に、暗電流を低減するための電位障壁機構に特徴のある量子ドット型赤外線検知器に関するものである。   The present invention relates to a quantum dot infrared detector, and more particularly to a quantum dot infrared detector characterized by a potential barrier mechanism for reducing dark current.

従来、１０μｍ帯近傍の遠中赤外線を検知する赤外線ディテクタとしては、Ｃｄ組成比が０．２近傍、例えば、Ｃｄ組成比が０．２２のＨｇＣｄＴｅ層に形成したｐｎ接合ダイオードをフォトダイオードしたものを用い、このフォトダイオードを一次元アレイ状或いは二次元アレイ状に配列するとともに、読出回路との電気的なコンタクトを取るために赤外線フォトダイオードアレイ基板及びＳｉ信号処理回路基板とを、双方に形成したＩｎ等の金属のバンプで貼り合わせた赤外線検知装置が知られている。   Conventionally, as an infrared detector for detecting far-infrared rays in the vicinity of the 10 μm band, a pn junction diode formed on a HgCdTe layer having a Cd composition ratio of about 0.2, for example, a Cd composition ratio of 0.22, is a photodiode. The photodiodes were arranged in a one-dimensional array or a two-dimensional array, and an infrared photodiode array substrate and an Si signal processing circuit substrate were formed on both sides to make electrical contact with the readout circuit. Infrared detectors bonded with metal bumps such as In are known.

しかし、このようなＨｇＣｄＴｅ赤外線ディテクタの場合には、結晶性の良好な大面積基板の入手が困難であったり、或いは、結晶成長等のプロセスが非常に困難な材料系であり、且つ、毒性も強いために、製造コストが非常に高くなるという問題がある。   However, in the case of such an HgCdTe infrared detector, it is difficult to obtain a large area substrate with good crystallinity, or a material system in which a process such as crystal growth is very difficult, and the toxicity is also high. Since it is strong, there is a problem that the manufacturing cost becomes very high.

そこで、近年、この様な問題を解決するために、結晶性の良好な大面積基板の入手が容易であるＧａＡｓ系半導体を用い、且つ、量子井戸におけるサブバンド間の遷移による光吸収を利用した量子井戸型赤外線検知器が開発されている。   Therefore, in recent years, in order to solve such problems, a GaAs-based semiconductor, which is easy to obtain a large-area substrate with good crystallinity, is used, and light absorption by transition between subbands in a quantum well is used. Quantum well infrared detectors have been developed.

特に、この様な量子井戸型赤外線検知器の中でも、光吸収層として三次元閉じ込め量子井戸である量子ドットを用いた量子ドット型赤外線検知器（ＱＤＩＰ；Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）が注目を集めている（例えば、非特許文献１参照）。   In particular, among such quantum well infrared detectors, quantum dot infrared detectors (QDIP) using a quantum dot that is a three-dimensional confined quantum well as a light absorption layer are attracting attention. (For example, refer nonpatent literature 1).

このＱＤＩＰは量子ドット構造のサブバンド間遷移を利用した検知器であり、近年の量子ドット自己形成法（例えば、特許文献１参照）等の成長技術の革新によりデバイスとして実現するに至ったものである。   This QDIP is a detector using the intersubband transition of the quantum dot structure, and has been realized as a device by innovation of growth technology such as a recent quantum dot self-forming method (for example, refer to Patent Document 1). is there.

この量子ドット自己形成技術とは、結晶成長において基板上に基板とは格子定数の大きく異なる材料を成長させることにより、歪みによる三次元成長を誘発し、結果としてピラミッド状やキャップ状をした量子ドットを形成させるものである。   This quantum dot self-formation technology is a crystal growth that induces three-dimensional growth due to strain by growing a material with a lattice constant that differs greatly from that of the substrate on the substrate, resulting in pyramidal or cap-shaped quantum dots. Is formed.

また、量子ドットを三次元閉じ込め量子井戸構造とするためには、ドット材料のバンドギャップが量子ドットを覆う半導体層のバンドギャップより小さい必要があり、この条件を満たすために、ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓドットを形成する事例が多く、ＱＤＩＰにおいてもこの組合せが良く用いられるので、ここで、図６を参照して従来のＱＤＩＰの一例を説明する。   In addition, in order for the quantum dot to have a three-dimensional confined quantum well structure, the band gap of the dot material needs to be smaller than the band gap of the semiconductor layer covering the quantum dot. In order to satisfy this condition, an InAs layer is formed on the GaAs substrate. Since there are many cases where dots are formed and this combination is often used in QDIP, an example of conventional QDIP will be described with reference to FIG.

図６参照
図６は、従来のＱＤＩＰの概念的断面図であり、半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上にｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層５２及びｉ型ＧａＡｓ中間層５３を順次堆積させたのち、Ｉｎ，Ａｓ原料を例えば２分子層分供給してＩｎＡｓ量子ドット５４を自己形成し、次いで、再び、薄いｉ型ＧａＡｓ中間層５５、ＩｎＡｓ量子ドット５４の成長を必要とする層数だけ繰り返したのち、比較的厚いｉ型ＧａＡｓ中間層５６を成長させて光吸収層５７を構成し、最後にｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層５８を設けたものである。 See FIG.
FIG. 6 is a conceptual cross-sectional view of a conventional QDIP. After an n-type GaAs lower contact layer 52 and an i-type GaAs intermediate layer 53 are sequentially deposited on a semi-insulating GaAs substrate 51, In and As raw materials are used, for example. By supplying two molecular layers, the InAs quantum dots 54 are self-formed, and after repeating the number of layers that require the growth of the thin i-type GaAs intermediate layer 55 and InAs quantum dots 54 again, the relatively thick i-type is formed. A light absorption layer 57 is formed by growing a GaAs intermediate layer 56, and finally an n-type GaAs upper contact layer 58 is provided.

このＱＤＩＰにおいては、通常時はＩｎＡｓ量子ドット５４内に捕獲されている電子が赤外線を吸収することにより励起され、ＩｎＡｓ量子ドット５４外へと流出することにより光電流、即ち、電気信号を発生させることになる。   In this QDIP, normally, electrons captured in the InAs quantum dots 54 are excited by absorbing infrared rays, and flow out of the InAs quantum dots 54 to generate a photocurrent, that is, an electric signal. It will be.

この際に、一旦、電子が放出された量子ドットへは、光吸収部を挟むように形成された一方のコンタクト層、例えば、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層５８から電子が注入され、その電子が量子ドットへ再捕獲されることで電流が継続できるように働いている。   At this time, electrons are once injected into the quantum dots from which electrons have been emitted from one contact layer formed so as to sandwich the light absorption portion, for example, the n-type GaAs upper contact layer 58. It works so that the current can be continued by being recaptured by the dots.

しかし、量子ドット構造がある面内、即ち、量子ドット層において、ＩｎＡｓ量子ドット５４は点状にしか存在しないため、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層５８から注入された電子の一部が光吸収部を走行する間に量子ドット層を通過する際にＩｎＡｓ量子ドット５４の脇をすり抜けてＩｎＡｓ量子ドット５４に捕まらずにｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層５２まで到達してしまう電流が発生していた。   However, since the InAs quantum dots 54 exist only in the form of dots in the plane where the quantum dot structure is present, that is, in the quantum dot layer, some of the electrons injected from the n-type GaAs upper contact layer 58 have a light absorbing portion. When passing through the quantum dot layer while traveling, a current that passes through the side of the InAs quantum dot 54 and reaches the n-type GaAs lower contact layer 52 without being caught by the InAs quantum dot 54 was generated.

この電流は光励起とは無関係に流れてしまうため、所謂、暗電流として検知素子の性能を悪化させる要因となっていた。
そこで、不要な暗電流を低減させるために、光吸収部内に中間層よりもエネルギー障壁が高い障壁層を設けた量子ドット型赤外線検知器も提案されている（例えば、〔非〕特許文献２参照）ので、図７を参照して説明する。 Since this current flows regardless of photoexcitation, it is a factor that deteriorates the performance of the sensing element as a so-called dark current.
Therefore, in order to reduce unnecessary dark current, a quantum dot infrared detector in which a barrier layer having a higher energy barrier than the intermediate layer is provided in the light absorption unit has also been proposed (see, for example, [Non-Patent Document 2]. ) Will be described with reference to FIG.

図７参照
図７は、従来の改良型ＱＤＩＰの概念的断面図であり、ＩｎＡｓ量子ドット５４と薄いｉ型ＧａＡｓ中間層５５からなる量子ドット層の中間にＡｌＧａＡｓからなる障壁層５９を設けたものである。
特開平０９−３２６５０６号公報 Ａｐｐｌｅｉｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８２，ｐ．５５３，２００３ ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．３８，ｐ．１２３４，２００２ See FIG.
FIG. 7 is a conceptual cross-sectional view of a conventional improved QDIP, in which a barrier layer 59 made of AlGaAs is provided in the middle of a quantum dot layer made of InAs quantum dots 54 and a thin i-type GaAs intermediate layer 55.
JP 09-326506 A Applied Physics Letters Vol. 82, p. 553, 2003 IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 38, p. 1234, 2002

しかし、上述の改良型ＱＤＩＰにおいても、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層５８から注入される全ての電子に対して障壁層５９が電流をブロックするように働くため、光電流が発生した場合のＩｎＡｓ量子ドット５４への電子再供給も絶たれてしまうようになり、それによって、暗電流低減と同時に光電流も減少してしまうという問題がある。   However, even in the above-described improved QDIP, since the barrier layer 59 works to block the current against all electrons injected from the n-type GaAs upper contact layer 58, the InAs quantum dots when a photocurrent is generated There is a problem that the electron resupply to 54 is also cut off, thereby reducing the dark current and the photocurrent simultaneously.

したがって、本発明は、特殊な製造工程を用いることなく、光電流を低減することなく暗電流を低減することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce dark current without reducing photocurrent without using a special manufacturing process.

図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、量子ドット型赤外線検知器において、中間層２と格子定数が異なり且つ中間層２より電子エネルギーポテンシャルが低い第１の量子ドット１と、中間層２と格子定数が異なり且つ中間層２より電子エネルギーポテンシャルが高い第２の量子ドット４とを互いに異なる部位になるように中間層２中に設けるとともに、第１の量子ドット１と中間層２の格子定数の大小関係が、第２の量子ドット４と中間層２の格子定数の大小関係と逆であることを特徴とする。 FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
See FIG. 1 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a quantum dot infrared detector that includes a first quantum dot 1 having a lattice constant different from that of the intermediate layer 2 and having an electron energy potential lower than that of the intermediate layer 2. The second quantum dot 4 having a lattice constant different from that of the layer 2 and having an electron energy potential higher than that of the intermediate layer 2 is provided in the intermediate layer 2 so as to be different from each other, and the first quantum dot 1 and the intermediate layer 2 are provided. The size relationship of the lattice constants is opposite to the size relationship of the lattice constants of the second quantum dots 4 and the intermediate layer 2.

このように、相対的に電子エネルギーポテンシャルが高い第２の量子ドット４を、光吸収部となる第１の量子ドット１と異なる部位に設けることにより、第１の量子ドット１の脇をすり抜ける電子６に対する電位障壁となるが、赤外線を吸収して光電流が発生した第１の量子ドット１へコンタクト層７またはコンタクト層８から再供給される電子６に対する電位障壁とはならないので、光電流を低減することなく暗電流を低減することが可能になる。   As described above, by providing the second quantum dot 4 having a relatively high electron energy potential at a site different from the first quantum dot 1 serving as the light absorbing portion, electrons passing through the side of the first quantum dot 1. 6 but does not become a potential barrier for electrons 6 re-supplied from the contact layer 7 or the contact layer 8 to the first quantum dot 1 that has absorbed infrared rays and generated a photocurrent. Dark current can be reduced without reduction.

この様な構成は、第１の量子ドット１におけるバンド間遷移を利用した赤外線検知器にも適用することも可能であるが、第１の量子ドット１におけるサブバンド間遷移を利用することにより遠中赤外線に感度を有する赤外線検知器を実現することができる。   Such a configuration can also be applied to an infrared detector using interband transition in the first quantum dot 1, but it is far away by using intersubband transition in the first quantum dot 1. An infrared detector having sensitivity to the mid-infrared can be realized.

また、第２の量子ドット４で電位障壁を形成するためには、第１の量子ドット１を中間層２で埋め込んで第１の量子ドット構造層３とするとともに第２の量子ドット４を中間層２で埋め込んで第２の量子ドット構造層５とし、第１の量子ドット構造層３と第２の量子ドット構造層５とを積層すれば良く、その場合に、第１の量子ドット１の２０％以上が電子供給側の直上の第２の量子ドット４と成長方向に重ならないように積層することが望ましい。   In order to form a potential barrier with the second quantum dots 4, the first quantum dots 1 are embedded with the intermediate layer 2 to form the first quantum dot structure layer 3 and the second quantum dots 4 are intermediate. The second quantum dot structure layer 5 may be embedded by embedding in the layer 2, and the first quantum dot structure layer 3 and the second quantum dot structure layer 5 may be stacked. It is desirable to stack so that 20% or more does not overlap with the second quantum dots 4 immediately above the electron supply side in the growth direction.

また、第１の量子ドット１及び第２の量子ドット４を、中間層２と量子ドット間の格子定数差を利用した自己形成型量子ドットとすることによって、第１の量子ドット１と第２の量子ドット４とが成長方向に重ならないように形成することができる。   In addition, the first quantum dot 1 and the second quantum dot 4 are self-formed quantum dots using a lattice constant difference between the intermediate layer 2 and the quantum dots, so that the first quantum dots 1 and the second quantum dots 4 The quantum dots 4 can be formed so as not to overlap in the growth direction.

また、第１の量子ドット構造層一層に対して第２の量子ドット構造層５を二層以上設けることが望ましく、それによって電位障壁機能を高めることができる。   In addition, it is desirable to provide two or more second quantum dot structure layers 5 with respect to the first quantum dot structure layer, whereby the potential barrier function can be enhanced.

また、第１の量子ドット構造層３と第２の量子ドット構造層５とを周期的に積層することによって、多重量子井戸構造的な構成を実現することができ、それによって、光吸収層を実効的に増加することができるので、光出力を大きくすることができる。   In addition, by periodically laminating the first quantum dot structure layer 3 and the second quantum dot structure layer 5, it is possible to realize a multi-quantum well structure configuration, whereby a light absorption layer is formed. Since it can be increased effectively, the light output can be increased.

なお、この場合の中間層２としては、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓのいずれかが好適であり、また、第１の量子ドット１としては中間層２よりバンドギャップが小さく且つ格子定数の大きなＩｎＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓのいずれかが好適であり、且つ、第２の量子ドット４としては中間層２よりバンドギャップが大きく且つ格子定数の小さなＧａＰ、ＡｌＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＰのいずれかが好適である。   In this case, any one of GaAs, AlAs, and AlGaAs is suitable as the intermediate layer 2, and InAs, InAlAs having a smaller band gap and a larger lattice constant than the intermediate layer 2 are used as the first quantum dots 1. , InGaAs, or InAlGaAs are suitable, and the second quantum dot 4 is one of GaP, AlP, AlGaP, InGaP, InAlP, and InGaAlP having a band gap larger than that of the intermediate layer 2 and a smaller lattice constant. Is preferred.

本発明によれば、光電流が発生した量子ドットへ再供給される電子に対する電位障壁を選択的に且つ自己形成的に形成することができるので、特殊な製造工程を要することなく、より暗電流の少ない量子ドット型赤外線検知器を実現することができ、ひいては、赤外線撮像装置などの性能向上に寄与するところが大きい。   According to the present invention, a potential barrier for electrons re-supplied to the quantum dots in which the photocurrent is generated can be selectively and self-formed, so that a dark current can be reduced without requiring a special manufacturing process. It is possible to realize a quantum dot type infrared detector with a small amount of light, and this contributes greatly to improving the performance of an infrared imaging device or the like.

本発明は、量子ドットを埋め込む中間層に対して光吸収部となる量子ドットのバンドギャップを小さくするとともに格子定数を大きくし、電位障壁となる量子ドットのバンドギャップを大きくするとともに格子定数を小さくし、且つ、中間層を薄く形成することによって、光吸収部となる量子ドットと電位障壁となる量子ドットとが成長方向において互いに重ならないように自己形成したものである。   The present invention reduces the band gap of a quantum dot that serves as a light absorbing portion and increases the lattice constant relative to the intermediate layer in which the quantum dot is embedded, and increases the band gap of the quantum dot that serves as a potential barrier and reduces the lattice constant. In addition, by forming the intermediate layer thinly, the quantum dots serving as the light absorbing portion and the quantum dots serving as the potential barrier are self-formed so as not to overlap each other in the growth direction.

ここで、図２及び図３を参照して、本発明の実施例１のＱＤＩＰの製造工程を説明する。
図２参照
まず、主面が（１００）面の半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法を用いて、厚さが、例えば、２０ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２、厚さが、例えば、５００ｎｍでｎ型不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ中間層１４を順次堆積させる。 Here, with reference to FIG.2 and FIG.3, the manufacturing process of QDIP of Example 1 of this invention is demonstrated.
See Figure 2
First, an i-type GaAs buffer layer 12 having a thickness of, for example, 20 nm is formed on a semi-insulating GaAs substrate 11 having a main surface of (100) using a molecular beam epitaxial (MBE) method. , An n-type GaAs lower contact layer 13 having an n-type impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 at 500 nm and an i-type GaAs intermediate layer 14 having a thickness of, for example, 50 nm are sequentially deposited.

次いで、２分子層分のＩｎ原料及びＡｓ原料を供給してＩｎＡｓ量子ドット１５を形成する。
この場合、ＧａＡｓとＩｎＡｓの格子定数が異なっているので、成長初期では層状の二次元成長であった状態が次第に格子定数の違いを緩和させるように島状に三次元成長することによってＩｎＡｓ量子ドット１５が自己形成される。 Next, an In material and an As material for two molecular layers are supplied to form InAs quantum dots 15.
In this case, since the lattice constants of GaAs and InAs are different, an InAs quantum dot is formed by three-dimensionally growing in an island shape so that the state of layered two-dimensional growth at the initial stage of growth gradually reduces the difference in lattice constant. 15 is self-formed.

次いで、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＧａＡｓ中間層１６を成長させてＩｎＡｓ量子ドット１５を埋め込んだのち、３分子層分のＧａ原料及びＰ原料を供給することによってＧａＡｓよりバンドギャップが大きく且つ格子定数の小さなＧａＰからなるＧａＰ障壁ドット１７を自己形成する。   Next, after growing an i-type GaAs intermediate layer 16 having a thickness of, for example, 5 nm and embedding the InAs quantum dots 15, a band gap is larger than that of GaAs by supplying a Ga material and a P material for three molecular layers. In addition, GaP barrier dots 17 made of GaP having a small lattice constant are self-formed.

この場合、ｉ型ＧａＡｓ中間層１６の膜厚が薄いため、ＩｎＡｓ量子ドット１５の直上周辺のｉ型ＧａＡｓ中間層１６が格子定数の大きなＩｎＡｓ量子ドット１５の存在により引張応力が作用して通常のＧａＡｓよりも格子定数がやや歪んで大きくなっている。   In this case, since the film thickness of the i-type GaAs intermediate layer 16 is small, the i-type GaAs intermediate layer 16 around the InAs quantum dots 15 is subjected to a tensile stress due to the presence of the InAs quantum dots 15 having a large lattice constant. The lattice constant is slightly distorted and larger than that of GaAs.

この状態でのｉ型ＧａＡｓ中間層１６上に、ＧａＡｓより格子定数の小さいＧａＰを用いてＧａＰ障壁ドット１７の形成を行うと、ＧａＰ障壁ドット１７は格子定数差の緩和を進めるように、歪んだｉ型ＧａＡｓ中間層１６上よりもＩｎＡｓ量子ドット１５が直下に存在しない歪んでいないｉ型ＧａＡｓ中間層１６上に優先的にＧａＰ障壁ドット１７が形成されるようになるため、ＧａＰ障壁ドット１７とＩｎＡｓ量子ドット１５とが投影的に重なることがない。   When the GaP barrier dot 17 was formed on the i-type GaAs intermediate layer 16 in this state using GaP having a lattice constant smaller than that of GaAs, the GaP barrier dot 17 was distorted so as to promote the relaxation of the lattice constant difference. Since the GaP barrier dot 17 is preferentially formed on the undistorted i-type GaAs intermediate layer 16 in which the InAs quantum dots 15 do not exist immediately below the i-type GaAs intermediate layer 16, the GaP barrier dots 17 and 17 There is no projection overlap with the InAs quantum dots 15.

図３参照
次いで、ｉ型ＧａＡｓ中間層１８、厚さが、例えば、５ｎｍでｎ型不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１９、及び、ｉ型ＧａＡｓ中間層２０を、全体の厚さが、例えば、５０ｎｍになるように堆積させる。
なお、このｎ型ＧａＡｓ層１９は多層周期構造を形成する場合の直列抵抗の増大を軽減するために挿入する。 See Figure 3
Next, the entire thickness of the i-type GaAs intermediate layer 18, the thickness of, for example, the n-type GaAs layer 19 having an n-type impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 and an i-type GaAs intermediate layer 20 of 5 nm. Is deposited to be 50 nm, for example.
The n-type GaAs layer 19 is inserted in order to reduce the increase in series resistance when a multilayer periodic structure is formed.

次いで、再び、２分子層分のＩｎ原料及びＡｓ原料を供給してＩｎＡｓ量子ドット２１を形成する。
この場合、下地となるｉ型ＧａＡｓ中間層２０乃至ｉ型ＧａＡｓ中間層１８の全体の厚さが５０ｎｍと厚いため、ＧａＰ障壁ドット１７による歪みの影響はｉ型ＧａＡｓ中間層２０の表面にほとんど表れないため、ＩｎＡｓ量子ドット２１はＧａＰ障壁ドット１７の位置とは無関係に形成される。 Next, the In material quantum dots 21 are formed by supplying the In material and the As material for two molecular layers again.
In this case, since the entire thickness of the underlying i-type GaAs intermediate layer 20 to i-type GaAs intermediate layer 18 is as thick as 50 nm, the influence of distortion due to the GaP barrier dots 17 appears almost on the surface of the i-type GaAs intermediate layer 20. Therefore, the InAs quantum dots 21 are formed regardless of the position of the GaP barrier dot 17.

この積層構造を必要とする周期分成長工程を繰り返したのち、最後に厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ中間層３０及び厚さが、例えば、３００ｎｍで、ｎ型不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層３１を順次堆積させる。
なお、ここでは、便宜上、３周期構造を示している。 After repeating the growth process for a period requiring this laminated structure, finally, the i-type GaAs intermediate layer 30 having a thickness of, for example, 50 nm, the thickness of, for example, 300 nm, and the n-type impurity concentration of 1 × 10 An 18 cm −3 n-type GaAs upper contact layer 31 is sequentially deposited.
Here, for the sake of convenience, a three-period structure is shown.

次いで、素子分離溝をエッチングにより形成してアレイ化したのち、全面にＳｉＯＮからなる保護膜を形成し、次いで、電極形成用の開口部を形成し、開口部を介してｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層３１に対してＡｕＧｅ／Ａｕからなる電極（いずれも図示を省略）を形成することによって、量子ドット型赤外線検知器が完成する。   Next, after element isolation grooves are formed by etching to form an array, a protective film made of SiON is formed on the entire surface, and then an opening for forming an electrode is formed, and an n-type GaAs lower contact layer is formed through the opening. By forming electrodes made of AuGe / Au (both not shown) on 13 and the n-type GaAs contact layer 31, a quantum dot infrared detector is completed.

図４参照
図４は、本発明の実施例１におけるＱＤＩＰの動作原理の説明図であり、左図はＱＤＩＰの概念的断面図であり、右図はＩｎＡｓ量子ドットを含む層及びＧａＰ障壁ドットを含む層のバンドダイヤグラムである。
なお、バンドダイヤグラムにおいては、ＩｎＡｓ量子ドット２１を含む層及びＧａＰ障壁ドット２３を含む層を代表させて図示している。 See Figure 4
FIG. 4 is an explanatory diagram of the operating principle of QDIP in Example 1 of the present invention, the left diagram is a conceptual cross-sectional view of QDIP, and the right diagram is a layer including InAs quantum dots and a layer including GaP barrier dots. It is a band diagram.
In the band diagram, a layer including InAs quantum dots 21 and a layer including GaP barrier dots 23 are shown as representatives.

右図に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１５，２１，２７を含む層においては、赤外線３２が入射した場合、ＩｎＡｓ量子ドット１５，２１，２７に形成された伝導帯側の量子井戸に形成された量子準位３３に電子３４が存在する場合、赤外線３２を吸収することによって電子３４は励起され、ＩｎＡｓ量子ドット１５，２１，２７外へと流出することにより光電流となる。   As shown in the right figure, in the layer containing InAs quantum dots 15, 21, 27, when infrared rays 32 are incident, it is formed in the quantum well on the conduction band side formed in InAs quantum dots 15, 21, 27. When the electron 34 exists in the quantum level 33, the electron 34 is excited by absorbing the infrared rays 32, and flows out of the InAs quantum dots 15, 21, and 27 to become a photocurrent.

また、空になった量子準位３３を満たすように、一方のコンタクト層、ここでは、バイアスの状態によりｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層３１から電子３５が供給されて、光電流を発生させたＩｎＡｓ量子ドット１５，２１，２７の量子準位３３を占有する。   Further, in order to satisfy the vacant quantum level 33, the InAs quantum that has been supplied with electrons 35 from one contact layer, here, the n-type GaAs upper contact layer 31 depending on the bias state, generates a photocurrent. Occupies the quantum level 33 of the dots 15, 21, 27.

この時、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層３１から供給される電子３５が、ＩｎＡｓ量子ドット１５，２１，２７の間を通過しようとすると、ＧａＰ障壁ドットを含む層において電位障壁の高いＧａＰ障壁ドット１７，２３，２９によって電子走行が妨げられ、ＧａＰ障壁ドット１７，２３，２９がないエネルギーの低いｉ型ＧａＡｓからなる中間層部へと電流経路が逸らされるようになる。   At this time, when the electrons 35 supplied from the n-type GaAs upper contact layer 31 try to pass between the InAs quantum dots 15, 21, 27, the GaP barrier dots 17, 17 having a high potential barrier in the layer including the GaP barrier dots are used. Electron travel is prevented by 23, 29, and the current path is diverted to an intermediate layer portion made of low-energy i-type GaAs without GaP barrier dots 17, 23, 29.

このためＧａＰ障壁ドット１７，２３，２９のない中間層部の直下に存在するＩｎＡｓ量子ドット１５，２１，２７へと電流が集中することになり、「障壁」が存在するにも関らず有効にＩｎＡｓ量子ドット１５，２１，２７への電子供給が行われることになる。
したがって、従来の改良型ＱＤＩＰとは異なり光電流の減少を抑制しながら暗電流を削減することが可能となる。 For this reason, the current concentrates on the InAs quantum dots 15, 21, and 27 that exist immediately below the intermediate layer portion without the GaP barrier dots 17, 23, and 29, which is effective despite the existence of the “barrier”. In addition, electrons are supplied to the InAs quantum dots 15, 21, and 27.
Therefore, unlike the conventional improved QDIP, it is possible to reduce the dark current while suppressing the decrease in the photocurrent.

次に、図５を参照して、本発明の実施例２のＱＤＩＰを説明するが、ＧａＰ障壁ドットを２重構造にしただけで、基本的な製造工程は上記の実施例１と同様であるので、最終的な素子構造のみを示す。
図５参照
図５は、本発明の実施例２のＱＤＩＰの概念的断面図であり、一層の光吸収層に対して二層の障壁ドット層を設けたものである。 Next, the QDIP of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5. The basic manufacturing process is the same as that of the first embodiment described above, except that the GaP barrier dot has a double structure. Therefore, only the final device structure is shown.
See Figure 5
FIG. 5 is a conceptual cross-sectional view of the QDIP according to the second embodiment of the present invention, in which two barrier dot layers are provided for one light absorption layer.

即ち、ＩｎＡｓ量子ドット１５を形成したのち、厚さが、例えば、５ｎｍの薄いｉ型ＧａＡｓ中間層１６を成長させてＩｎＡｓ量子ドット１５を埋め込み、次いで、３分子層分のＧａ原料及びＰ原料を供給することによって上述のようにＧａＰ障壁ドット１７を形成する。   That is, after the InAs quantum dots 15 are formed, a thin i-type GaAs intermediate layer 16 having a thickness of, for example, 5 nm is grown to embed the InAs quantum dots 15, and then the Ga source material and the P source material for three molecular layers are added. By supplying, GaP barrier dots 17 are formed as described above.

次いで、厚さが、例えば、５ｎｍの薄いｉ型ＧａＡｓ中間層３６を成長させてＧａＰ障壁ドット１７を埋め込んだのち、再び、３分子層分のＧａ原料及びＰ原料を供給することによってＧａＰ障壁ドット３７を形成する。   Next, after growing a thin i-type GaAs intermediate layer 36 having a thickness of, for example, 5 nm to embed GaP barrier dots 17, GaP barrier dots are again supplied by supplying Ga raw material and P raw material for three molecular layers. 37 is formed.

この場合もｉ型ＧａＡｓ中間層３６の膜厚が薄いため、ＧａＰ障壁ドット１７の直上周辺のｉ型ＧａＡｓ中間層３６が格子定数の小さなＧａＰ障壁ドット１７の存在により圧縮応力が作用して通常のＧａＡｓよりも格子定数がやや歪んで小さくなっている。   Also in this case, since the film thickness of the i-type GaAs intermediate layer 36 is thin, the i-type GaAs intermediate layer 36 immediately above the GaP barrier dot 17 is subjected to compressive stress due to the presence of the GaP barrier dot 17 having a small lattice constant. The lattice constant is slightly distorted and smaller than that of GaAs.

この状態でのｉ型ＧａＡｓ中間層３６上に、ＧａＡｓより格子定数の小さいＧａＰを用いてＧａＰ障壁ドット３７の形成を行うと、ＧａＰ障壁ドット３７は格子定数差の緩和を進めるように、再び歪んだｉ型ＧａＡｓ中間層３６上に優先的にＧａＰ障壁ドット３７が形成されるようになるため、ＧａＰ障壁ドット１７と投影的に重なるように自己形成される。   When GaP barrier dots 37 are formed on the i-type GaAs intermediate layer 36 in this state using GaP having a lattice constant smaller than that of GaAs, the GaP barrier dots 37 are distorted again so as to promote the relaxation of the lattice constant difference. Since the GaP barrier dots 37 are preferentially formed on the i-type GaAs intermediate layer 36, they are self-formed so as to overlap the GaP barrier dots 17 in a projection manner.

次いで、ｉ型ＧａＡｓ中間層１８、厚さが、例えば、５ｎｍでｎ型不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１９、及び、ｉ型ＧａＡｓ中間層２０を、全体の厚さが、例えば、５０ｎｍになるように堆積させ、この工程を必要とする周期だけ繰り返せば良い。 Next, the entire thickness of the i-type GaAs intermediate layer 18, the thickness of, for example, the n-type GaAs layer 19 having an n-type impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 and an i-type GaAs intermediate layer 20 of 5 nm. However, for example, the film may be deposited to have a thickness of 50 nm, and this process may be repeated for a necessary period.

この様に、本発明の実施例２においては、障壁ドット層を２重構造にしているので、ＩｎＡｓ量子ドット間をすり抜けようとする電子をより効果的にブロックすることができ、それによって、暗電流を低減することができる。   Thus, in Example 2 of the present invention, since the barrier dot layer has a double structure, it is possible to more effectively block electrons that try to pass through between InAs quantum dots, thereby reducing darkness. The current can be reduced.

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、各実施例に記載した周期数は３周期であるが、使用目的に応じて１以上の任意の周期にすれば良い。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the conditions and configurations described in the embodiments, and various modifications are possible. For example, the cycle described in each embodiment The number is three periods, but may be any period of 1 or more depending on the purpose of use.

また、上記の各実施例においては、中間層をＧａＡｓで構成するとともに、量子ドットをＩｎＡｓで且つ障壁ドットをＧａＰで構成しているが、これらの組合せに限られるものではなく、量子ドットは中間層と格子定数が異なり且つ中間層より電子エネルギーポテンシャルが低い半導体材料で構成し、且つ、障壁ドットは中間層と格子定数が異なり且つ中間層より電子エネルギーポテンシャルが高い半導体材料で構成すれば良く、その場合、量子ドットと中間層の格子定数の大小関係が、障壁ドットと中間層の格子定数の大小関係と逆になるようにする必要がある。
なお、通常は、バンドギャップが大きいほど格子定数が小さいので、一般的構成としては、量子ドットは中間層より格子定数が大きく、障壁ドットは中間層より格子定数が小さくなる。 In each of the above embodiments, the intermediate layer is made of GaAs, the quantum dots are made of InAs, and the barrier dots are made of GaP. However, the present invention is not limited to these combinations. The layer is made of a semiconductor material having a lattice constant different from that of the intermediate layer and having a lower electron energy potential than the intermediate layer, and the barrier dot may be made of a semiconductor material having a lattice constant different from that of the intermediate layer and having an electron energy potential higher than that of the intermediate layer. In that case, it is necessary to make the magnitude relationship between the lattice constants of the quantum dots and the intermediate layer reverse to the magnitude relationship between the lattice constants of the barrier dots and the intermediate layer.
In general, the larger the band gap, the smaller the lattice constant. Therefore, as a general configuration, the quantum dot has a larger lattice constant than the intermediate layer, and the barrier dot has a smaller lattice constant than the intermediate layer.

例えば、中間層としては、ＧａＡｓの代わりに、ＡｌＧａＡｓ或いはＡｌＡｓを用いても良く、或いは、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、及び、ＡｌＡｓを組み合わせて用いても良いものである。   For example, as the intermediate layer, AlGaAs or AlAs may be used instead of GaAs, or a combination of GaAs, AlGaAs, and AlAs may be used.

また、量子ドットとしては、ＩｎＡｓの代わりにＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、或いは、ＩｎＡｌＧａＡｓで構成しても良いが、量子井戸を形成するためには中間層を構成する半導体よりバンドギャップの小さな材料を用いる必要がある。   The quantum dots may be composed of InAlAs, InGaAs, or InAlGaAs instead of InAs, but in order to form quantum wells, it is necessary to use a material having a smaller band gap than the semiconductor constituting the intermediate layer. is there.

また、障壁トッドとしては、ＧａＰの代わりにＡｌＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、或いは、ＩｎＧａＡｌＰを用いても良いが、障壁として機能させるためには中間層を構成する半導体よりバンドギャップの大きな材料を用いる必要がある。   As the barrier tod, AlP, AlGaP, InGaP, InAlP, or InGaAlP may be used instead of GaP, but in order to function as a barrier, a material having a larger band gap than the semiconductor constituting the intermediate layer is used. There is a need.

また、上記の各実施例においては、サブバンド間遷移により光吸収を行うＱＤＩＰとして説明しているが、かならずしも、サブバンド間遷移により光吸収を行うＱＤＩＰに限られるものではなく、本発明の障壁ドット構造は、量子ドットのバンド間遷移により光吸収を行うＱＤＩＰにも適用されるものである。   Further, in each of the above embodiments, QDIP that absorbs light by intersubband transition is described. However, the present invention is not limited to QDIP that absorbs light by intersubband transition. The dot structure is also applied to QDIP that absorbs light by interband transition of quantum dots.

また、上記の各実施例においては、ＧａＰ障壁ドットを覆う中間層にｎ型層を挿入しているが、繰り返し周期数が少ない場合には、このｎ型層は必ずしも必要はないものである。   In each of the above embodiments, an n-type layer is inserted in the intermediate layer covering the GaP barrier dots. However, when the number of repetition periods is small, this n-type layer is not necessarily required.

また、上記の各実施例においては、ＭＢＥ法を用いて結晶成長を行っているが、結晶成長法はＭＢＥ法に限られるものではなく、上述の特許文献１に開示されているようにＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いても良いものである。   In each of the above embodiments, the crystal growth is performed using the MBE method. However, the crystal growth method is not limited to the MBE method, and the MOCVD method is disclosed in Patent Document 1 described above. (Organic metal vapor phase epitaxy) may be used.

また、上記の各実施例においては特に言及していないが、上下のＩｎＡｓ量子ドットの投影的重なりはあまり問題にはならないが、ＩｎＡｓ量子ドットと電子供給側の直上のＧａＰ障壁ドットとの重なりは、各層においてＩｎＡｓ量子ドットの２０％以上が直上のＧａＰ障壁ドットと重ならないようにすれば良く、このような重なり率は特段の考慮をしなくとも、ＧａＰ障壁ドットの形成位置がＩｎＡｓ量子ドットによる歪みによりＩｎＡｓ量子ドットと異なった位置から優先的形成されため通常の構成として得られる。   Although not particularly mentioned in the above embodiments, the projection overlap of the upper and lower InAs quantum dots is not a problem, but the overlap between the InAs quantum dot and the GaP barrier dot directly above the electron supply side is In each layer, 20% or more of the InAs quantum dots need not be overlapped with the GaP barrier dots directly above, and the formation position of the GaP barrier dots is determined by the InAs quantum dots without special consideration. Since it is preferentially formed from a position different from the InAs quantum dot due to distortion, it is obtained as a normal configuration.

また、上記の各実施例においては障壁ドット層に挟まれる量子ドットを一層にしているが、多層構造にしても良く、この場合には、実施例２における障壁ドットの形成工程と同様に、上下の量子ドットが投影的に重なるように自己形成される。   Further, in each of the above embodiments, the quantum dots sandwiched between the barrier dot layers are formed in one layer, but a multi-layer structure may be used. In this case, as in the barrier dot forming process in the second embodiment, upper and lower The quantum dots are self-formed so as to overlap in a projection manner.

また、上記の実施例２においては障壁ドット層を２重構造にしているが、３重構造等の多重構造にしても良く、この場合も、実施例２における障壁ドットの形成工程と同様に、中間に設ける中間層を歪みの影響が表面に表れるように十分薄くすることによって上下の量子ドットを投影的に重なるように自己形成することができる。   Further, although the barrier dot layer has a double structure in the second embodiment, a multiple structure such as a triple structure may be used. In this case, as in the barrier dot forming process in the second embodiment, By making the intermediate layer provided in the middle sufficiently thin so that the influence of distortion appears on the surface, the upper and lower quantum dots can be self-formed so as to overlap in a projection manner.

ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図１参照
（付記１） 中間層２と格子定数が異なり且つ中間層２より電子エネルギーポテンシャルが低い第１の量子ドット１と、前記中間層２と格子定数が異なり且つ中間層２より電子エネルギーポテンシャルが高い第２の量子ドット４とを互いに異なる部位になるように中間層２中に設けるとともに、前記第１の量子ドット１と前記中間層２の格子定数の大小関係が、前記第２の量子ドット４と前記中間層２の格子定数の大小関係と逆であることを特徴とする量子ドット型赤外線検知器。
（付記２） 上記第１の量子ドット１におけるサブバンド間遷移により赤外線を検知することを特徴とする付記１記載の量子ドット型赤外線検知器。
（付記３） 上記第１の量子ドット１を上記中間層２で埋め込んで第１の量子ドット構造層３とするとともに上記第２の量子ドット４を前記中間層２で埋め込んで第１の量子ドット構造層５とし、前記第１の量子ドット構造層３と第１の量子ドット構造層５とを前記第１の量子ドット１の２０％以上が電子供給側の直上の前記第２の量子ドット４と成長方向に重ならないように積層したことを特徴とする付記１または２に記載の量子ドット型赤外線検知器。
（付記４） 上記第１の量子ドット１及び第２の量子ドット４が、中間層２と量子ドット間の格子定数差を利用した自己形成型量子ドットであることを特徴とする付記３記載の量子ドット型赤外線検知器。
（付記５） 上記第１の量子ドット構造層一層に対して、上記第１の量子ドット構造層５を二層以上設けたことを特徴とする付記３または４に記載の量子ドット型赤外線検知器。
（付記６） 上記第１の量子ドット構造層３と上記第１の量子ドット構造層５とを周期的に積層したことを特徴とする付記３乃至５のいずれか１に記載の量子ドット型赤外線検知器。
（付記７） 上記中間層２をＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓのいずれかで構成するとともに、上記第１の量子ドット１をＩｎＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓのいずれかで構成し且つ上記第２の量子ドット４をＧａＰ、ＡｌＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＰのいずれかで構成することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の量子ドット型赤外線検知器。 The detailed features of the present invention will be described again with reference to FIG. 1 again.
Again see Figure 1
(Supplementary note 1) The first quantum dot 1 having a lattice constant different from that of the intermediate layer 2 and having an electron energy potential lower than that of the intermediate layer 2 is different from that of the intermediate layer 2 and having a higher electron energy potential than that of the intermediate layer 2. 2 quantum dots 4 are provided in the intermediate layer 2 so as to be different from each other, and the magnitude relationship between the lattice constants of the first quantum dots 1 and the intermediate layer 2 is the same as that of the second quantum dots 4 2. A quantum dot infrared detector, which is opposite to the magnitude relation of the lattice constant of the intermediate layer 2.
(Supplementary note 2) The quantum dot infrared detector according to supplementary note 1, wherein infrared rays are detected by intersubband transition in the first quantum dots 1.
(Supplementary Note 3) The first quantum dots 1 are embedded by the intermediate layer 2 to form the first quantum dot structure layer 3 and the second quantum dots 4 are embedded by the intermediate layer 2. As the structure layer 5, the first quantum dot structure layer 3 and the first quantum dot structure layer 5 are the second quantum dots 4 in which 20% or more of the first quantum dots 1 are directly above the electron supply side. The quantum dot infrared detector according to appendix 1 or 2, wherein the quantum dot infrared detector is stacked so as not to overlap with a growth direction.
(Supplementary note 4) The supplementary note 3, wherein the first quantum dot 1 and the second quantum dot 4 are self-forming quantum dots using a lattice constant difference between the intermediate layer 2 and the quantum dots. Quantum dot infrared detector.
(Additional remark 5) Two or more said 1st quantum dot structure layers 5 were provided with respect to said 1st quantum dot structure layer one layer, The quantum dot type infrared detector of Additional remark 3 or 4 characterized by the above-mentioned .
(Supplementary note 6) The quantum dot infrared ray according to any one of supplementary notes 3 to 5, wherein the first quantum dot structure layer 3 and the first quantum dot structure layer 5 are periodically stacked. Detector.
(Supplementary Note 7) The intermediate layer 2 is made of any one of GaAs, AlAs, and AlGaAs, and the first quantum dot 1 is made of any of InAs, InAlAs, InGaAs, and InAlGaAs, and the second quantum dot The quantum dot infrared detector according to any one of appendices 1 to 6, wherein 4 is formed of any one of GaP, AlP, AlGaP, InGaP, InAlP, and InGaAlP.

本発明の活用例としては、ＱＤＩＰ素子を二次元アレイ状に配列させた遠中赤外線撮像装置が典型的なものであるが、一次元アレイ状に配列したＱＤＩＰ素子と回転ミラーとを組み合わせて遠中赤外線撮像装置としても良く、或いは、単体のＱＤＩＰ素子として遠中赤外線センサとして用いても良いものである。   A typical application of the present invention is a far-infrared imaging device in which QDIP elements are arranged in a two-dimensional array. However, a combination of a QDIP element and a rotating mirror arranged in a one-dimensional array is a far field. A mid-infrared imaging device may be used, or a single QDIP element may be used as a far-infrared infrared sensor.

本発明の原理的構成の説明図である。It is explanatory drawing of the fundamental structure of this invention. 本発明の実施例１のＱＤＩＰの途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of QDIP of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１のＱＤＩＰの図２以降の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 2 of QDIP of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１のＱＤＩＰの動作原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of operation of QDIP of Example 1 of this invention. 本発明の実施例２のＱＤＩＰの概念的断面図である。It is a conceptual sectional view of QDIP of Example 2 of the present invention. 従来のＱＤＩＰの概念的断面図である。It is a conceptual sectional view of conventional QDIP. 従来の改良型ＱＤＩＰの概念的断面図である。It is a conceptual sectional view of the conventional improved QDIP.

符号の説明Explanation of symbols

１ 第１の量子ドット
２ 中間層
３ 第１の量子ドット構造層
４ 第２の量子ドット
５ 第２の量子ドット構造層
６ 電子
７ コンタクト層
８ コンタクト層
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層
１４ ｉ型ＧａＡｓ中間層
１５ ＩｎＡｓ量子ドット
１６ ｉ型ＧａＡｓ中間層
１７ ＧａＰ障壁ドット
１８ ｉ型ＧａＡｓ中間層
１９ ｎ型ＧａＡｓ層
２０ ｉ型ＧａＡｓ中間層
２１ ＩｎＡｓ量子ドット
２２ ｉ型ＧａＡｓ中間層
２３ ＧａＰ障壁ドット
２４ ｉ型ＧａＡｓ中間層
２５ ｎ型ＧａＡｓ層
２６ ｉ型ＧａＡｓ中間層
２７ ＩｎＡｓ量子ドット
２８ ｉ型ＧａＡｓ中間層
２９ ＧａＰ障壁ドット
３０ ｉ型ＧａＡｓ中間層
３１ ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層
３２ 赤外線
３３ 量子準位
３４ 電子
３５ 電子
３６ ｉ型ＧａＡｓ中間層
３７ ＧａＰ障壁ドット
３８ ｉ型ＧａＡｓ中間層
３９ ＧａＰ障壁ドット
４０ ｉ型ＧａＡｓ中間層
４１ ＧａＰ障壁ドット
５１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
５２ ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層
５３ ｉ型ＧａＡｓ中間層
５４ ＩｎＡｓ量子ドット
５５ ｉ型ＧａＡｓ中間層
５６ ｉ型ＧａＡｓ中間層
５７ 光吸収層
５８ ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層
５９ 障壁層 Reference Signs List 1 first quantum dot 2 intermediate layer 3 first quantum dot structure layer 4 second quantum dot 5 second quantum dot structure layer 6 electron 7 contact layer 8 contact layer 11 semi-insulating GaAs substrate 12 i-type GaAs buffer Layer 13 n-type GaAs lower contact layer 14 i-type GaAs intermediate layer 15 InAs quantum dot 16 i-type GaAs intermediate layer 17 GaP barrier dot 18 i-type GaAs intermediate layer 19 n-type GaAs layer 20 i-type GaAs intermediate layer 21 InAs quantum dots 22 i-type GaAs intermediate layer 23 GaP barrier dot 24 i-type GaAs intermediate layer 25 n-type GaAs layer 26 i-type GaAs intermediate layer 27 InAs quantum dot 28 i-type GaAs intermediate layer 29 GaP barrier dot 30 i-type GaAs intermediate layer 31 n-type GaAs Upper contact layer 32 Infrared 33 Quantum level 34 Electron 35 Electron 36 i Type GaAs intermediate layer 37 GaP barrier dot 38 i type GaAs intermediate layer 39 GaP barrier dot 40 i type GaAs intermediate layer 41 GaP barrier dot 51 Semi-insulating GaAs substrate 52 n type GaAs lower contact layer 53 i type GaAs intermediate layer 54 InAs quantum Dot 55 i-type GaAs intermediate layer 56 i-type GaAs intermediate layer 57 light absorption layer 58 n-type GaAs upper contact layer 59 barrier layer

Claims (5)

中間層と格子定数が異なり且つ中間層より電子エネルギーポテンシャルが低い第１の量子ドットと、前記中間層と格子定数が異なり且つ中間層より電子エネルギーポテンシャルが高い第２の量子ドットとを互いに異なる部位になるように中間層中に設けるとともに、前記第１の量子ドットと前記中間層の格子定数の大小関係が、前記第２の量子ドットと前記中間層の格子定数の大小関係と逆であることを特徴とする量子ドット型赤外線検知器。 The first quantum dot having a lattice constant different from that of the intermediate layer and having an electron energy potential lower than that of the intermediate layer is different from the intermediate layer and the second quantum dot having a lattice constant different from that of the intermediate layer and having an electron energy potential higher than that of the intermediate layer. And the relationship between the lattice constants of the first quantum dots and the intermediate layer is opposite to the relationship between the lattice constants of the second quantum dots and the intermediate layer. Quantum dot infrared detector. 上記第１の量子ドットを上記中間層で埋め込んで第１の量子ドット構造層とするとともに上記第２の量子ドットを前記中間層で埋め込んで第２の量子ドット構造層とし、前記第１の量子ドット構造層と第２の量子ドット構造層とを前記第１の量子ドットの２０％以上が電子供給側の直上の前記第２の量子ドットと成長方向に重ならないように積層したことを特徴とする請求項１記載の量子ドット型赤外線検知器。 The first quantum dots are embedded in the intermediate layer to form a first quantum dot structure layer, and the second quantum dots are embedded in the intermediate layer to form a second quantum dot structure layer. The dot structure layer and the second quantum dot structure layer are laminated so that 20% or more of the first quantum dots do not overlap with the second quantum dots immediately above the electron supply side in the growth direction. The quantum dot infrared detector according to claim 1. 上記第１の量子ドット構造層一層に対して、上記第２の量子ドット構造層を二層以上設けたことを特徴とする請求項２記載の量子ドット型赤外線検知器。 3. The quantum dot infrared detector according to claim 2, wherein two or more of the second quantum dot structure layers are provided for the first quantum dot structure layer. 上記第１の量子ドット構造層と上記第２の量子ドット構造層とを周期的に積層したことを特徴とする請求項２または３に記載の量子ドット型赤外線検知器。 The quantum dot infrared detector according to claim 2 or 3, wherein the first quantum dot structure layer and the second quantum dot structure layer are periodically stacked. 上記中間層をＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓのいずれかで構成するとともに、上記第１の量子ドットをＩｎＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓのいずれかで構成し且つ上記第２の量子ドットをＧａＰ、ＡｌＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＰのいずれかで構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検知器。 The intermediate layer is made of any one of GaAs, AlAs, and AlGaAs, the first quantum dot is made of any of InAs, InAlAs, InGaAs, and InAlGaAs, and the second quantum dot is made of GaP, AlP, AlGaP. 5. The quantum dot infrared detector according to claim 1, comprising any one of InGaP, InGaP, InAlP, and InGaAlP.
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