JP5815772B2 - Quantum dot infrared detector, quantum dot infrared detector, and quantum dot infrared imaging device - Google Patents
Quantum dot infrared detector, quantum dot infrared detector, and quantum dot infrared imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5815772B2 JP5815772B2 JP2014034918A JP2014034918A JP5815772B2 JP 5815772 B2 JP5815772 B2 JP 5815772B2 JP 2014034918 A JP2014034918 A JP 2014034918A JP 2014034918 A JP2014034918 A JP 2014034918A JP 5815772 B2 JP5815772 B2 JP 5815772B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum dot
- layer
- thickness
- layers
- spacer
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
本発明は量子ドット型赤外線検知素子、量子ドット型赤外線検知器及び量子ドット型赤外線撮像装置に関する。 The present invention relates to a quantum dot infrared detector, a quantum dot infrared detector, and a quantum dot infrared imaging device.
近年、10μm帯の赤外線を検知する赤外線検知器として量子構造を利用した量子型赤外線検知器が用いられている。量子型赤外線検知器は、赤外線に対し活性な半導体層(活性層)と、その両端に形成された電極層によって構成される。検知器素子に赤外線が入射すると、活性層において光電変換され、検知器素子に光電流が流れる。素子に流れる電流の変化を読み取ることで光信号を検出する。 In recent years, a quantum infrared detector using a quantum structure has been used as an infrared detector for detecting infrared rays in the 10 μm band. The quantum infrared detector includes a semiconductor layer (active layer) active against infrared rays and electrode layers formed on both ends thereof. When infrared rays are incident on the detector element, photoelectric conversion is performed in the active layer, and a photocurrent flows through the detector element. An optical signal is detected by reading a change in current flowing through the element.
その中でも垂直に入射した赤外線の検知が可能な量子ドット型赤外線検知器(Quantum Dot Infrared Photodetector;QDIP)が注目を集めている。量子ドット型赤外線検知器の活性層は量子ドットをバンドギャップがより大きい半導体層中に埋め込むことで形成される(例えば、特許文献1参照)。 Among them, a quantum dot infrared detector (QDIP) capable of detecting vertically incident infrared rays is attracting attention. The active layer of the quantum dot infrared detector is formed by embedding quantum dots in a semiconductor layer having a larger band gap (see, for example, Patent Document 1).
図7は、従来の量子ドット型赤外線検知素子の説明図であり、図7(a)は概念的断面図であり、図7(b)は赤外線検知原理の説明図である。図7(a)に示すように、従来の量子ドット型赤外線検知素子は、InAsからなる複数の量子ドット52で構成される量子ドット層を、量子ドット層よりもバンドギャップの大きいAlGaAsからなる中間層53中に埋め込んだ活性層51と、活性層51の上下に形成されたn型GaAsからなる電極形成層54,55によって構成される。
7A and 7B are explanatory diagrams of a conventional quantum dot infrared detecting element, FIG. 7A is a conceptual cross-sectional view, and FIG. 7B is an explanatory diagram of the principle of infrared detection. As shown in FIG. 7 (a), the conventional quantum dot infrared detector includes a quantum dot layer composed of a plurality of
また、各電極形成層54,55には、それぞれエミッタ電極56及びコレクタ電極57が形成され、赤外線を検知する際には、エミッタ電極56及びコレクタ電極57を介して電源により活性層51に電圧を印加する。
In addition, an
図7(b)に示すように、外部から電圧が印加されることにより、エミッタ電極56はコレクタ電極57よりもエネルギー的に高い状態となり、活性層51には電界傾斜が形成される。赤外線60が活性層51に入射すると、量子ドット52の伝導帯側の量子準位58に束縛されていた電子59が励起されて束縛から脱出し、電界によってコレクタ電極57へ移動して光電流を形成する。
As shown in FIG. 7B, when a voltage is applied from the outside, the
また、この時、電子59が活性層51から流出することにより活性層51では平均空間電荷が電子1個分正に傾くため、活性層51のポテンシャル(電位障壁)が低下し、エミッタ電極56から活性層51への電子の流入が促進される。
At this time, since the electrons 59 flow out of the
エミッタ電極56から活性層51に流入した後、そのままコレクタ電極57へ流出する電子もまた、光電流を形成する。したがって、電子59が励起されて束縛から脱出する際のポテンシャル変化量が大きいほど発生する光電流も大きいため、赤外線入射量の変化に対するポテンシャル変化量が大きい検知器は感度が大きくなる。
The electrons that flow from the
また、電子59が脱出した量子ドット52は、電子を再捕獲するまで電子のない状態であり、入射赤外線に応答しない。検知器が継続的に赤外線を検知するためには、光励起による電子59の脱出と量子準位58が空状態の量子ドット52による電子の捕獲が平行して発生する必要がある。
Further, the
電子59の捕獲が十分に行われない状態では赤外線に対する応答性が低く、検知器の感度雑音比が悪い。高い感度雑音比を持つ量子ドット型赤外線検知素子を実現するには、十分に電子の捕獲が行われる状態にする必要がある。なお、電極形成層をp型半導体で形成した場合には、価電子帯側に形成された量子準位に拘束された正孔により光電流が流れる。 In a state where electrons 59 are not sufficiently captured, the response to infrared rays is low, and the sensitivity / noise ratio of the detector is poor. In order to realize a quantum dot infrared detector having a high sensitivity-to-noise ratio, it is necessary to sufficiently capture electrons. Note that in the case where the electrode formation layer is formed of a p-type semiconductor, a photocurrent flows due to holes constrained by a quantum level formed on the valence band side.
一方、量子ドット型赤外線検知素子の感度を向上させるために、活性層を挟むようにスペーサ層を配置することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。図8は、従来のスペーサ層を設けた量子ドット型赤外線検知素子の説明図であり、図8(a)は概念的断面図であり、図8(b)はバンドダイアグラムである。 On the other hand, in order to improve the sensitivity of the quantum dot infrared detection element, it has been proposed to arrange a spacer layer so as to sandwich the active layer (see, for example, Patent Document 2). 8A and 8B are explanatory diagrams of a conventional quantum dot infrared detecting element provided with a spacer layer. FIG. 8A is a conceptual cross-sectional view and FIG. 8B is a band diagram.
InAsからなる複数の量子ドット52で構成される量子ドット層を、量子ドット層よりもバンドギャップの大きいAlGaAsからなる中間層53中に埋め込んだ活性層51の上下にn型AlGaAsからなるスペーサ層61,62を設ける。また、このスペーサ層61,62の外側には、n型GaAsからなる電極形成層54,55が設けられ、この電極形成層54,55には、それぞれエミッタ電極56及びコレクタ電極57が形成される。
A
スペーサ層61,62を設けた場合には、光励起された電子59の抜け出しによるポテンシャルの変動は、活性層51における変動ΔE1の他に、スペーサ層61,62における変動ΔE2も生起する。したがって、電極形成層54,55からみた電子に対するポテンシャル変動は、ΔE1+ΔE2となり、スペーサ層54,55を設けない場合の変動ΔE1より、ΔE2だけ大きくなる。その結果、光励起された電子59の抜け出しによる光電流に引きずられて誘起される光電流が増加することになる。
In the case where the
この時、スペーサ層の厚さの量子ドット積層構造の厚さに対する比を0.5〜1.4にすることで、光電流の増加を確実にすることができる。この場合、スペーサ層61,62は両側に対称に設けており、変動ΔE2に対する寄与は両方のスペーサ層61,62によるものであるので、上下のスペーサ層の厚さの和の量子ドット積層構造の厚さに対する比としては、1〜2.8となる。
At this time, the increase in photocurrent can be ensured by setting the ratio of the thickness of the spacer layer to the thickness of the quantum dot stacked structure to 0.5 to 1.4. In this case, since the
赤外線検知器は、精度良く赤外線を検知するために高い感度雑音比特性を持つことが望まれ、高い感度雑音比を持つ赤外線検知素子を実現するには、上述のように、十分にキャリアの捕獲が行われる状態にする必要がある。 Infrared detectors are required to have high sensitivity-to-noise ratio characteristics in order to detect infrared rays with high accuracy. To realize an infrared detector with a high sensitivity-to-noise ratio, as described above, sufficient carrier capture is required. Need to be in a state where
しかし、感度向上のためにスペーサ層を設けた量子ドット型赤外線検知器においては、キャリアの再捕獲が困難になるという問題がある。図8(b)に示すように、エミッタ電極56から活性層51に流入した電子63は、何らかの散乱によってエネルギーを失わない限り一定のエネルギーを保つ。
However, a quantum dot infrared detector provided with a spacer layer to improve sensitivity has a problem that it is difficult to recapture carriers. As shown in FIG. 8B, the
印加されている電界により、活性層51のエネルギーポテンシャルはコレクタ電極57に近い側で低くなるため、電子63はコレクタ電極57に近い領域で運動エネルギーが大きく、即ち、速度が大きくなる。このため、コレクタ電極57により近い位置にある量子ドット層を電子63は短時間で横断するため、量子準位に捕獲されにくくなる。
Due to the applied electric field, the energy potential of the
したがって、スペーサ層を設けた量子ドット型赤外線検知素子において、より高い感度雑音比を実現することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a higher sensitivity-to-noise ratio in a quantum dot infrared detecting element provided with a spacer layer.
開示する一観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が1〜2.8であることを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子が提供される。 From one aspect to be disclosed, a quantum dot stacked structure in which a quantum dot layer composed of a plurality of quantum dots and the quantum dot layer are sandwiched and a plurality of stacked structures composed of an intermediate layer having a wider band gap than the quantum dots are stacked; Upper and lower spacer layers sandwiching the dot stack structure, upper and lower electrode forming layers provided outside the upper and lower spacer layers, emitter electrodes provided on one of the upper and lower electrode forming layers, and provided on the other of the upper and lower electrode forming layers and a collector electrode, the thickness of the emitter electrode side of the spacer layer, the rather thin than the thickness of the collector electrode side of the spacer layer, and the quantum dot multilayer structure of the sum of the thickness of the upper and lower spacer layer A quantum dot infrared detecting element characterized in that the ratio of the thickness to the thickness is 1 to 2.8 .
また、開示する別の観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と、前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が1〜2.8である量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けたことを特徴とする量子ドット型赤外線検知器が提供される。 Further, from another viewpoint to be disclosed, a quantum dot stacked structure in which a plurality of stacked structures including a quantum dot layer composed of a plurality of quantum dots and an intermediate layer having a wider band gap than the quantum dots are sandwiched between the quantum dot layer and the quantum dot layer Upper and lower spacer layers sandwiching the quantum dot stacked structure, upper and lower electrode forming layers provided outside the upper and lower spacer layers, emitter electrodes provided on one of the upper and lower electrode forming layers, and the upper and lower electrode forming layers and a collector electrode provided in the other, the thickness of the emitter electrode side of the spacer layer, the rather thin than the thickness of the collector electrode side of the spacer layer, and wherein the sum of the thicknesses of the upper and lower spacer layer to form a quantum dot infrared element ratio to the thickness of the quantum dot multilayer structure is 1 to 2.8 in a matrix, wherein each quantum dot Quantum dot infrared detectors, characterized in that a projecting electrode on the electrode forming layer of the collector electrode side of the infrared sensing device is provided.
また、開示するさらに別の観点からは、複数の量子ドットからなる量子ドット層と前記量子ドット層を挟み込むとともに前記量子ドットよりバンドギャップが広い中間層からなる積層構造を複数積層した量子ドット積層構造と、前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極とを有し、前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が1〜2.8である量子ドット型赤外線検知素子をマトリクス状に形成するとともに、前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けた量子ドット型赤外線検知器と、前記各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有するとともに、信号処理回路を備えた半導体集積回路装置とを有する量子ドット型赤外線撮像装置が提供される。 Further, from another viewpoint to be disclosed, a quantum dot stacked structure in which a plurality of stacked structures including a quantum dot layer composed of a plurality of quantum dots and an intermediate layer having a wider band gap than the quantum dots are sandwiched between the quantum dot layers Upper and lower spacer layers sandwiching the quantum dot stacked structure, upper and lower electrode forming layers provided outside the upper and lower spacer layers, emitter electrodes provided on one of the upper and lower electrode forming layers, and the upper and lower electrode forming layers and a collector electrode provided in the other, the thickness of the emitter electrode side of the spacer layer, the rather thin than the thickness of the collector electrode side of the spacer layer, and wherein the sum of the thicknesses of the upper and lower spacer layer to form a quantum dot infrared element ratio to the thickness of the quantum dot multilayer structure is 1 to 2.8 in a matrix, wherein each quantum de A quantum dot infrared detector provided with a protruding electrode on the electrode forming layer on the collector electrode side of the G-shaped infrared detecting element, a connection pad at a position corresponding to each protruding electrode, and a signal processing circuit A quantum dot infrared imaging device having a semiconductor integrated circuit device is provided.
開示の量子ドット型赤外線検知素子、量子ドット型赤外線検知器及び量子ドット型赤外線撮像装置によれば、より高い感度雑音比を実現することが可能になる。 According to the disclosed quantum dot infrared detector, quantum dot infrared detector, and quantum dot infrared imaging device, it is possible to achieve a higher sensitivity-to-noise ratio.
ここで、図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検知素子を説明する。図1は本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検知素子の説明図であり、図1(a)は、概念的断面図であり、図1(b)はバンドダイアグラムである。 Here, with reference to FIG.1 and FIG.2, the quantum dot type | mold infrared detection element of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory diagram of a quantum dot infrared detecting element according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a conceptual cross-sectional view, and FIG. 1 (b) is a band diagram.
図1(a)に示すように、複数の量子ドット2からなる量子ドット層と量子ドット層を挟み込むとともに量子ドット2よりバンドギャップが広い中間層3からなる積層構造を複数積層して量子ドット積層構造1を形成する。この量子ドット積層構造1を挟み込むように、上下のスペーサ層4,5を設けるとともに、上下のスペーサ層4,5の外側に上下の電極形成層6,7を設ける。また、一方の電極形成層6にエミッタ電極8を設け、他方の電極形成層7にコレクタ電極9を設ける。
As shown in FIG. 1A, a quantum dot stack is formed by stacking a plurality of stacked structures including a quantum dot layer composed of a plurality of
ここで、エミッタ電極8側のスペーサ層4の厚さを、コレクタ電極9側のスペーサ層5の厚さより薄くするとともに、上下のスペーサ層4,5の厚さの和が量子ドット積層構造1の厚さの1倍から2.8倍となるようにして光電流の増加をより確実にする。また、スペーサ層4,5は典型的には中間層3と同じ組成とする。
Here, the thickness of the spacer layer 4 on the
なお、各層の組成は検出する赤外線の波長に応じて任意である。典型的には、量子ドット2としてはIn1−xGaxAs(0≦x<1)を、中間層3としては、AlyGa1−yAs(0≦y<1)を、スペーサ層4,5としてはAlzGa1−zAs(0≦z<1)を用いる。
The composition of each layer is arbitrary depending on the wavelength of infrared rays to be detected. Typically, In 1-x Ga x As (0 ≦ x <1) is used as the
図1(b)に示すように、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検知素子においては、エミッタ電極8側のスペーサ層4の厚さを、コレクタ電極9側のスペーサ層5の厚さより薄くしている。したがって、エミッタ電極8から活性層に流入したキャリア10は、運動エネルギーの少ない状態で量子ドット積層構造1を横断することになるため、量子ドット2に形成された量子準位に捕獲されやすく、高い感度雑音比を得られる。
As shown in FIG. 1B, in the quantum dot infrared detecting element according to the embodiment of the present invention, the thickness of the spacer layer 4 on the
図2は、S/N比のスペーサ層の厚さ配分依存性の説明図であり、ここでは、量子ドット積層構造の厚さを300nmとし、スペーサ層4,5の総厚さを一定の725nmとし、スペーサ層をAl0.2Ga0.8Asとし、中間層もAl0.2Ga0.8Asとした場合の結果を示している。図2における3点の試料のスペーサ層4の厚さ:スペーサ層5の厚さは、左から195nm:530nm、365nm:360nm、535nm:190nmである。図2から明らかなように、エミッタ電極8側のスペーサ層4がより薄い条件において、より高い感度雑音比が得られていることがわかる。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the dependency of the S / N ratio on the thickness distribution of the spacer layer. Here, the thickness of the quantum dot stacked structure is 300 nm, and the total thickness of the spacer layers 4 and 5 is a constant 725 nm. And the spacer layer is Al 0.2 Ga 0.8 As, and the intermediate layer is Al 0.2 Ga 0.8 As. The thickness of the spacer layer 4 of the three samples in FIG. 2: the thickness of the spacer layer 5 is 195 nm: 530 nm, 365 nm: 360 nm, 535 nm: 190 nm from the left. As is apparent from FIG. 2, it can be seen that a higher sensitivity-to-noise ratio is obtained under the condition that the spacer layer 4 on the
また、この量子ドット型赤外線検知素子を二次元マトリクス状に集積化することによって、量子ドット型赤外線検知器となる。また、量子ドット型赤外線検知素子の陽極側の電極形成層に突起状電極を設け、この各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有する信号処理回路を備えた半導体集積回路装置と接合することによって量子ドット型赤外線撮像装置となる。 Also, by integrating the quantum dot infrared detectors in a two-dimensional matrix, a quantum dot infrared detector is obtained. Also, a protruding electrode is provided on the electrode forming layer on the anode side of the quantum dot infrared detecting element, and it is bonded to a semiconductor integrated circuit device having a signal processing circuit having a connection pad at a position corresponding to each protruding electrode. Thus, a quantum dot infrared imaging device is obtained.
次に、図3乃至図5を参照して、本発明の実施例1の量子ドット型赤外線検知素子を説明する。図3(a)に示すように、まず、分子線エピタキシー法により、基板温度を600℃とした状態で、半絶縁性GaAs基板21上に下部電極形成層となる厚さが1000nmで、Siを2×1018cm−3ドープしたn型GaAs層22を成長する。
Next, with reference to FIG. 3 thru | or FIG. 5, the quantum dot type | mold infrared detection element of Example 1 of this invention is demonstrated. As shown in FIG. 3A, first, the thickness of the lower electrode formation layer on the
引き続いて、図3(b)に示すように、下部スペーサ層となる厚さが200nmでSiを1×1016cm−3ドープしたn型Al0.2Ga0.8As層23を成長する。引き続いて、下地層となる厚さが30nmのノンドープのi型Al0.2Ga0.8As層24を成長する。この下地層は後述する中間層と実効的に同じ機能を有する。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, an n-type Al 0.2 Ga 0.8 As
次いで、図3(c)に示すように、基板温度を600℃から470℃に降下させ、成長速度を0.2ML/sとして、InAsを2.0ML分供給して多数のInAs量子ドット25からなる量子ドット層を成長する。この時、ある程度の量のInAsを供給することによりInAsに加わる圧縮歪が増し、InAsが3次元成長をしてInAs量子ドット25が自己形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, the substrate temperature is lowered from 600 ° C. to 470 ° C., the growth rate is set to 0.2 ML / s, and 2.0 mL of InAs is supplied to increase the number of
次いで、図4(d)に示すように、基板温度を470℃から再び600℃まで上昇させて、中間層として、厚さが30nmのアンドープのi型Al0.2Ga0.8As層26を成長する。この量子ドット層の成長と中間層の成長をさらに9回繰り返すことによって10層の量子ドット層を有する量子ドット積層構造からなる活性層27を形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, the substrate temperature is increased again from 470 ° C. to 600 ° C., and an undoped i-type Al 0.2 Ga 0.8 As
次いで、図4(e)に示すように、基板温度を600℃としたままで、上部スペーサ層となる厚さが500nmでSiを1×1016cm−3ドープしたn型Al0.2Ga0.8As層28を成長する。引き続いて、上部電極形成層となる厚さが1000nmでSiを1×1018cm−3ドープしたn型GaAs層29を成長させる。
Next, as shown in FIG. 4E, the n-type Al 0.2 Ga doped with Si at 1 × 10 16 cm −3 with a thickness of 500 nm as the upper spacer layer with the substrate temperature kept at 600 ° C. 0.8 As
次いで、図5(f)に示すように、標準的なリソグラフィー及びドライエッチングにより、n型GaAs層22の一部を露出させる。次いで、図5(g)に示すように、標準的な金属蒸着法により、n型GaAs層22の露出部及びn型GaAs層29の表面に、AuGe層及びAu層を順次蒸着してAuGe/Au構造のエミッタ電極30及びコレクタ電極31を形成する。
Next, as shown in FIG. 5F, a part of the n-
このエミッタ電極30及びコレクタ電極31をCMOS回路などに接続し、n型GaAs層22とn型GaAs層29との間に電位差を与えてその間に流れる電流を検知器32で計測する。なお、図5(f)における電源33はCMOS回路などによる等価的な電源を示している。
The
本発明の実施例1においては、エミッタ電極側のスペーサ層の厚さをコレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄くしているので、エミッタ電極30から注入された電子はInAs量子ドット25に形成された量子準位に効率的に捕獲されることになる。その結果、上下のスペーサ層を同じ厚さにした場合に比べてより高い感度雑音比が得られる。
In Example 1 of the present invention, since the thickness of the spacer layer on the emitter electrode side is made thinner than the thickness of the spacer layer on the collector electrode side, electrons injected from the
次に、図6を参照して、本発明の実施例2の量子ドット型赤外線撮像装置を説明するが、基本的な製造工程は、上記の実施例1と全く同様であるので製造工程の図示は省略する。図6は、本発明の実施例2の量子ドット型赤外線撮像装置の概念的斜視図である。量子ドット型赤外線検知器41が、半絶縁性GaAs基板側がアップサイドになるようにして、バンプ43を介して信号処理回路を備えたSi集積回路装置42上にフリップチップボンディングされている。
Next, the quantum dot infrared imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6, but the basic manufacturing process is exactly the same as the first embodiment, and the manufacturing process is illustrated. Is omitted. FIG. 6 is a conceptual perspective view of a quantum dot infrared imaging device according to
この場合の量子ドット型赤外線検知器41は、実施例1における図5(f)の工程において、二次元マトリクスアレイ状に素子を分離し、n型GaAs層22に共通のエミッタ電極を形成するとともに、n型GaAs層29に個別のコレクタ電極を設けたものである。
In this case, the quantum dot
また、バンプ43はn型GaAs層29に設けた個別のコレクタ電極に接続するように設けられている。なお、この場合の画素数は任意であるが、例えば、数百×数百以上の画素数とする。
The
このように、本発明の実施例2においては、量子ドット積層構造の上下にスペーサ層を形成しているので、高い光電流を得ることが可能になり、且つ、エミッタ電極側のスペーサ層を薄くしているので、高い感度雑音比の赤外線撮像装置が得られる。 Thus, in Example 2 of the present invention, since the spacer layers are formed above and below the quantum dot stacked structure, a high photocurrent can be obtained, and the spacer layer on the emitter electrode side is made thin. Therefore, an infrared imaging device having a high sensitivity / noise ratio can be obtained.
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではない。例えば、成長方法として分子線エピタキシャル法を用いているが、分子線エピタキシャル法に限られるものではなく、例えば、MOCVD法(有機金属気相成長法)を用いても良い。 As mentioned above, although each Example of this invention was described, this invention is not restricted to the conditions shown in each Example. For example, although the molecular beam epitaxial method is used as the growth method, the method is not limited to the molecular beam epitaxial method, and for example, an MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition method) may be used.
また、上記の各実施例においては、中間層とスペーサ層とを同じ組成比のAlGaAsで形成しているが、組成比は必ずしも同じである必要はなく、例えば、スペーサ層のAl組成比を中間層のAl組成比より低くしても良い。この場合、電極形成層に存在する電子から見たスペーサ層による電位障壁は低くなる。 In each of the above embodiments, the intermediate layer and the spacer layer are formed of AlGaAs having the same composition ratio, but the composition ratio is not necessarily the same. For example, the Al composition ratio of the spacer layer is intermediate. It may be lower than the Al composition ratio of the layer. In this case, the potential barrier due to the spacer layer as seen from the electrons present in the electrode formation layer is lowered.
また、上記の各実施例においては、基板側をエミッタ側としているが、基板側をコレクタ層として基板側の電極形成層を成長層側の電極形成層より厚くしても良い。また、上記の各実施例においては、電極形成層等をn型として電子をキャリアにしているが、電極形成層等をp型として正孔をキャリアにしても良い。 In each of the above embodiments, the substrate side is the emitter side. However, the substrate side may be the collector layer, and the substrate side electrode formation layer may be thicker than the growth layer side electrode formation layer. In each of the above embodiments, the electrode forming layer or the like is n-type and electrons are used as carriers. However, the electrode forming layer or the like may be p-type and holes are used as carriers.
1 量子ドット積層構造
2 量子ドット
3 中間層
4,5 スペーサ層
6,7 電極形成層
8 エミッタ電極
9 コレクタ電極
10 キャリア
21 半絶縁性GaAs基板
22 n型GaAs層
23 n型Al0.2Ga0.8As層
24 i型Al0.2Ga0.8As層
25 InAs量子ドット
26 i型Al0.2Ga0.8As層
27 活性層
28 n型Al0.2Ga0.8As層
29 n型GaAs層
30 エミッタ電極
31 コレクタ電極
32 検知器
33 電源
41 量子ドット型赤外線検知器
42 Si集積回路装置
43 バンプ
51 活性層
52 量子ドット
53 中間層
54,55 電極形成層
56 エミッタ電極
57 コレクタ電極
58 量子準位
59 電子
60 赤外線
61,62 スペーサ層
63 電子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quantum dot laminated
Claims (5)
前記量子ドット積層構造を挟み込む上下のスペーサ層と、
前記上下のスペーサ層の外側に設ける上下の電極形成層と
前記上下の電極形成層の一方に設けるエミッタ電極と、
前記上下の電極形成層の他方に設けるコレクタ電極と
を有し、
前記エミッタ電極側のスペーサ層の厚さが、前記コレクタ電極側のスペーサ層の厚さより薄く、且つ、
前記上下のスペーサ層の厚さの和の前記量子ドット積層構造の厚さに対する比が1〜2.8であることを特徴とする量子ドット型赤外線検知素子。 A quantum dot stacked structure in which a plurality of stacked structures including a quantum dot layer composed of a plurality of quantum dots and an intermediate layer having a wider band gap than the quantum dots are sandwiched therebetween,
Upper and lower spacer layers sandwiching the quantum dot stacked structure;
Upper and lower electrode forming layers provided outside the upper and lower spacer layers; and an emitter electrode provided on one of the upper and lower electrode forming layers;
A collector electrode provided on the other of the upper and lower electrode forming layers,
The thickness of the emitter electrode side of the spacer layer is rather thin than the thickness of the collector electrode side of the spacer layer, and,
The quantum dot infrared detection element , wherein a ratio of a sum of thicknesses of the upper and lower spacer layers to a thickness of the quantum dot stacked structure is 1 to 2.8 .
前記各量子ドット型赤外線検知素子のコレクタ電極側の電極形成層に突起状電極を設けたことを特徴とする量子ドット型赤外線検知器。 A quantum dot stacked structure in which a plurality of stacked structures including a quantum dot layer composed of a plurality of quantum dots and the quantum dot layer and an intermediate layer having a wider band gap than the quantum dots are stacked, and upper and lower layers sandwiching the quantum dot stacked structure A spacer layer; upper and lower electrode forming layers provided outside the upper and lower spacer layers; an emitter electrode provided on one of the upper and lower electrode forming layers; and a collector electrode provided on the other of the upper and lower electrode forming layers. the thickness of the emitter electrode side of the spacer layer, the rather thin than the thickness of the collector electrode side of the spacer layer, and the ratio to the thickness of the quantum dot multilayer structure of the sum of the thickness of the upper and lower spacer layer While forming the quantum dot type | mold infrared detection element which is 1-2.8 in a matrix form,
A quantum dot infrared detector, wherein a protruding electrode is provided on an electrode forming layer on the collector electrode side of each quantum dot infrared detector.
前記各突起状電極に対応する位置に接続パッドを有するとともに、信号処理回路を備えた半導体集積回路装置と
を有する量子ドット型赤外線撮像装置。 A quantum dot stacked structure in which a plurality of stacked structures including a quantum dot layer composed of a plurality of quantum dots and the quantum dot layer and an intermediate layer having a wider band gap than the quantum dots are stacked, and upper and lower layers sandwiching the quantum dot stacked structure A spacer layer; upper and lower electrode forming layers provided outside the upper and lower spacer layers; an emitter electrode provided on one of the upper and lower electrode forming layers; and a collector electrode provided on the other of the upper and lower electrode forming layers; the thickness of the emitter electrode side of the spacer layer, the rather thin than the thickness of the collector electrode side of the spacer layer, and the ratio to the thickness of the quantum dot multilayer structure of the sum of the thickness of the upper and lower spacer layer is 1 the quantum dot infrared detection element is 2.8 so as to form a matrix, wherein the collector electrodes of the quantum dot infrared device And quantum dot infrared detectors provided with protruding electrodes to the electrode forming layer,
A quantum dot infrared imaging device having a connection pad at a position corresponding to each protruding electrode and a semiconductor integrated circuit device having a signal processing circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014034918A JP5815772B2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Quantum dot infrared detector, quantum dot infrared detector, and quantum dot infrared imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014034918A JP5815772B2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Quantum dot infrared detector, quantum dot infrared detector, and quantum dot infrared imaging device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015162478A JP2015162478A (en) | 2015-09-07 |
JP5815772B2 true JP5815772B2 (en) | 2015-11-17 |
Family
ID=54185411
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014034918A Active JP5815772B2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Quantum dot infrared detector, quantum dot infrared detector, and quantum dot infrared imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5815772B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6801229B2 (en) * | 2016-05-24 | 2020-12-16 | 日本電気株式会社 | Quantum dot infrared detector |
CN112703609A (en) | 2018-09-12 | 2021-04-23 | Ns材料株式会社 | Infrared sensor and method for manufacturing same |
JP2021150576A (en) * | 2020-03-23 | 2021-09-27 | シャープ株式会社 | Infrared detector |
-
2014
- 2014-02-26 JP JP2014034918A patent/JP5815772B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015162478A (en) | 2015-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4571920B2 (en) | Light detector | |
US9941431B2 (en) | Photodiode having a superlattice structure | |
US9209218B2 (en) | Infrared solid-state imaging device | |
US20130043459A1 (en) | Long Wavelength Infrared Superlattice | |
JP2018032663A (en) | Photodetector and imaging apparatus | |
JP4809684B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5815772B2 (en) | Quantum dot infrared detector, quantum dot infrared detector, and quantum dot infrared imaging device | |
US8426845B2 (en) | Long wavelength infrared superlattice | |
US20130043458A1 (en) | Long Wavelength Infrared Superlattice | |
JP2016162989A (en) | Quantum confinement structure optical detector and infrared imaging apparatus | |
JP5302270B2 (en) | Quantum dot infrared detector and quantum dot infrared imaging device | |
US10541341B2 (en) | Semiconductor light receiving device having a type—II superlattice | |
JP2008187022A (en) | Infrared ray detector | |
JP5870721B2 (en) | Photodetection semiconductor device | |
JP7505320B2 (en) | Dual wavelength photodetector and image sensor using same | |
JP5282361B2 (en) | Quantum well type photodetector and manufacturing method thereof | |
US9728577B2 (en) | Infrared image sensor | |
JP4927911B2 (en) | Quantum dot photodetector | |
US10651228B2 (en) | Photodetector, method for manufacturing the same, and imaging apparatus | |
JP6056249B2 (en) | Photodetector, imaging device using the same, and method of manufacturing photodetector | |
JP2015015346A (en) | Quantum well type optical detector and process of manufacturing the same | |
JP6969199B2 (en) | Light receiving element | |
JP4694417B2 (en) | Quantum dot optical semiconductor device | |
JP5522639B2 (en) | Photodetector and imaging device | |
JP2018182261A (en) | Semiconductor light-receiving device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150908 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150924 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5815772 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |