JP6917350B2 - 赤外線検出素子 - Google Patents
赤外線検出素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6917350B2 JP6917350B2 JP2018161748A JP2018161748A JP6917350B2 JP 6917350 B2 JP6917350 B2 JP 6917350B2 JP 2018161748 A JP2018161748 A JP 2018161748A JP 2018161748 A JP2018161748 A JP 2018161748A JP 6917350 B2 JP6917350 B2 JP 6917350B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- detection element
- infrared detection
- light receiving
- type
- 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)
Description
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(1))−240 (0.11≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(1))+427 (0.19<y(1)−x(1)≦0.33)、
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(2))−240 (0.11≦y(1)−x(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(2))+427 (0.19<y(1)−x(2)≦0.33)、
0<x(1)<0.18、および、
0<x(2)<0.18
を満たすものである。
0<ty(1)≦2360×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))−240 (0.11≦y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))+427 (0.19<y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.33)、
0<ty(1)≦2360×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))−240 (0.11≦y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))+427 (0.19<y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.33)、
0<x(1)+p(1)<0.18、
0<x(2)+p(2)<0.18、および
0<q(1)/(y(1)+q(1))≦1
を満たすものである。
本実施形態に係る赤外線検出素子は、半導体基板と、半導体基板上に形成され、第1導電型を有する第1層と、第1層上に形成された受光層と、受光層上に形成され、第2導電型を有する第2層と、を備え、第1層は、Alx(1)In1−x(1)Sbを含む層と、膜厚がty(1)[nm]でありAly(1)In1−y(1)Sbを含む層と、Alx(2)In1−x(2)Sbを含む層と、をこの順に有し、ty(1)、x(1)、x(2)及びy(1)は、
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(1))−240 (0.11≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(1))+427 (0.19<y(1)−x(1)≦0.33)、
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(2))−240 (0.11≦y(1)−x(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(2))+427 (0.19<y(1)−x(2)≦0.33)、
0<x(1)<0.18、および、
0<x(2)<0.18
を満たすものである。
本実施形態に係る赤外線検出素子における半導体基板は、この半導体基板上に後述の第1層を積層することができれば特に制限されない。一例としては、半導体基板としてGaAs基板、Si基板、InP基板、InSb基板が挙げられるがこの限りではない。化合物半導体の結晶成長が容易であるという観点から、GaAs基板が好ましい。
本実施形態に係る赤外線検出素子における第1層は、半導体基板上に形成され、第1導電型(n型、i型及びp型のいずれか)を有するものである。また第1層は、Alx(1)In1−x(1)Sb(0<x(1)<1)を含む層と、膜厚がty(1)でありAly(1)In1−y(1)Sb(0<y(1)<1)を含む層と、Alx(2)In1−x(2)Sb(0<x(2)<1)を含む層と、をこの順に有し、
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(1))−240 (0.11≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(1))+427 (0.19<y(1)−x(1)≦0.33)、
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(2))−240 (0.11≦y(1)−x(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(2))+427 (0.19<y(1)−x(2)≦0.33)、
を満たすものである。
第1層が有する各層のAl組成は、二次イオン質量分析(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)法により以下のように求めた。測定にはCAMECA社製磁場型SIMS装置IMS 7fを用いた。この手法は、固体表面にビーム状の一次イオン種を照射することで、スパッタリング現象により深さ方向に掘り進めながら、同時に発生する二次イオンを検出することで、組成分析を行う手法である。なおここで、Al組成とは、各層に含まれる全13族元素に対するAl元素の比率を指す。
第1層が有する各層の膜厚は断面TEM(TEM:Transmission Electron Spectroscopy)法により測定することが可能である。具体的には、およそ500nm以下の厚みの試料作成を日立ハイテクノロジーズ社製FIB装置(FB−2100)を用いてFIB法により行い、日立製STEM装置(HD−2300A)を用いて加速電圧200kVにて透過像で断面観察を行い各層の厚さを測定した。第1層以外の層の膜厚についても、同様の測定方法を用いることで測定可能である。
0<ty(1)≦6901×(y(1)−x(1))−1087 (0.16≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−2673×(y(1)−x(1))+699 (0.19<y(1)−x(1)≦0.25)、
0<ty(1)≦6901×(y(1)−x(2))−1087 (0.16≦y(1)−x(2)≦0.19)、および、
0<ty(1)≦−2673×(y(1)−x(2))+699 (0.19<y(1)−x(2)≦0.25)
を満たすことが好ましく、
より好ましくは
0<ty(1)≦1993×(y(1)−x(1))−242 (0.13≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1040×(y(1)−x(1))+324 (0.19<y(1)−x(1)≦0.29)、
0<ty(1)≦1993×(y(1)−x(2))−242 (0.13≦y(1)−x(2)≦0.19)、および、
0<ty(1)≦−1040×(y(1)−x(2))+324 (0.19<y(1)−x(2)≦0.29)
を満たすことが好ましく、
さらに好ましくは 0<ty(1)≦3067×(y(1)−x(1))−472 (0.16≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1188×(y(1)−x(1))+322 (0.19<y(1)−x(1)≦0.25)、
0<ty(1)≦3067×(y(1)−x(2))−472 (0.16≦y(1)−x(2)≦0.19)、および、
0<ty(1)≦−1188×(y(1)−x(2))+322 (0.19<y(1)−x(2)≦0.25)
を満たすことがより好ましい。
0<ty(i)≦2360×(y(i)−x(i))−240 (0.11≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1215×(y(i)−x(i))+427 (0.19<y(i)−x(i)≦0.33)、
0<ty(i)≦2360×(y(i)−x(i+1))−240 (0.11≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1215×(y(i)−x(i+1))+427 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.33)、
0<x(i)<0.18、および、
0<x(i+1)<0.18
を満たすことが好ましい。
0<ty(i)≦6901×(y(i)−x(i))−1087 (0.16≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−2673×(y(i)−x(i))+699 (0.19<y(i)−x(i)≦0.25)、
0<ty(i)≦6901×(y(i)−x(i+1))−1087 (0.16≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、および、
0<ty(i)≦−2673×(y(i)−x(i+1))+699 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.25)
を満たすことが好ましく、
より好ましくは、
0<ty(i)≦1993×(y(i)−x(i))−242 (0.13≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1040×(y(i)−x(i))+324 (0.19<y(i)−x(i)≦0.29)、
0<ty(i)≦1993×(y(i)−x(i+1))−242 (0.13≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、および、
0<ty(i)≦−1040×(y(i)−x(i+1))+324 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.29)
を満たすことがより好ましく、
さらに好ましくは
0<ty(i)≦3067×(y(i)−x(i))−472 (0.16≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1188×(y(i)−x(i))+322 (0.19<y(i)−x(i)≦0.25)、
0<ty(i)≦3067×(y(i)−x(i+1))−472 (0.16≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、および、
0<ty(i)≦−1188×(y(i)−x(i+1))+322 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.25)
を満たすことがより好ましい。このとき、互いに異なる層のAly(i)In1−y(i)Sbについて、Al組成y(i)の値は同一の値をとることもできるし、異なる値をとることもできる。
本実施形態に係る赤外線検出素子における受光層は、第1層上に形成される層である。受光層の材料は、波長が2μm以上の赤外線に相当するバンドギャップを有する化合物半導体であれば特に制限されない。例えば、AlAs、GaAs、InAs、AlSb、GaSb、InSb、InPの単体もしくは混晶の単層またはそれらの積層構造などが挙げられる。
本実施形態に係る赤外線検出素子における第2層は、受光層上に形成され、第2導電型(n型、i型及びp型のいずれか)を有する層である。
本発明の実施形態において、赤外線検出素子は次のような積層構造を有する。
半導体基板と、
半導体基板上に形成され、第1導電型を有する第1層と、
第1層上に形成された受光層と、
受光層上に形成され、第2導電型を有する第2層と、を備え、
第1層は、Alx(1)Gap(1)In1−x(1)−p(1)Sbを含む層と、膜厚がty(1)[nm]でありAly(1)Gaq(1)In1−y(1)−q(1)Sbを含む層と、Alx(2)Gap(2)In1−x(2)−p(2)Sbを含む層と、をこの順に有し、
ty(1)、x(1)、x(2)、y(1)p(1)、p(2)、およびq(1)は、
0<ty(1)≦2360×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))−240 (0.11≦y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))+427 (0.19<y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.33)、
0<ty(1)≦2360×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))−240 (0.11≦y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))+427 (0.19<y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.33)、
0<x(1)+p(1)<0.18、
0<x(2)+p(2)<0.18、および
0<q(1)/(y(1)+q(1))≦1
を満たす層を含む形態をとることができる。
例えば図3に示すように、半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)上に、MBE装置を用いて
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層23)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層24)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層25)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層26)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層27)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(バリア層22)、
ノンドープのAl0.08In0.92Sb層(受光層30)を1μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.27In0.73Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50を形成した。
表1および表2に従って、転位フィルタ層24(Y(1)層)と転位フィルタ層26(Y(2)層)のAl組成y(i)等を変えた。
表2に従って、受光層30のAl組成zとバッファ層23(X(1)層)、25(X(2)層)、27(X(3)層)のAl組成等を変えた。バリア層のAl組成は0.26とした。
表2に従って、受光層30のAl組成zとバッファ層23(X(1)層)、25(X(2)層)、27(X(3)層)のAl組成等を変えた。バリア層のAl組成は0.33とした。
例えば図2に示すように、半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)上に、MBE装置を用いて
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.75μmと(バッファ層23)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層24)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.75μmと(バッファ層25)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(バリア層22)、
ノンドープのAl0.08In0.92Sb層(受光層30)を1μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.27In0.73Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50を形成した。
例えば図4示すように、半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)上に、MBE装置を用いて
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層23)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層24)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.333μmと(バッファ層25)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層26)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.333μmと(バッファ層27)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層28)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.333μmと(バッファ層29)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(バリア層22)、
ノンドープのAl0.08In0.92Sb層(受光層30)を1μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.27In0.73Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50を形成した。
例えば図3に示すように、半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)上に、MBE装置を用いて
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層23)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Ga0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層24)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層25)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Ga0.27In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層26)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層27)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(バリア層22)、
ノンドープのAl0.08In0.92Sb層(受光層30)を1μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.27In0.73Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50を形成した。
例えば図3に示すように、半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)上に、MBE装置を用いて
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層23)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.13Ga0.14In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層24)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層25)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.13Ga0.14In0.73Sb層を0.02μmと(転位フィルタ層26)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層27)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(バリア層22)、
ノンドープのAl0.08In0.92Sb層(受光層30)を1μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.27In0.73Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50を形成した。
比較例は、ダブルバリアの構造を有する。比較例1では、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(バッファ層23相当)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.27In0.73Sb層を0.02μmと(バリア層22相当)、
ノンドープのAl0.08In0.92Sb層(受光層30相当)を2μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.27In0.73Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層相当)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.08In0.92Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層相当)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50に対応する構造を形成した。
比較例は、ダブルバリアの構造を有する。比較例2では、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.04In0.96Sb層を0.5μmと(バッファ層23相当)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.26In0.74Sb層を0.02μmと(バリア層22相当)、
ノンドープのAl0.04In0.96Sb層(受光層30相当)を2μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.26In0.74Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層相当)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.04In0.96Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層相当)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50に対応する構造を形成した。
比較例は、ダブルバリアの構造を有する。比較例3では、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型InSb層21を0.5μmと、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.13In0.87Sb層を0.5μmと(バッファ層23相当)、
Snを7×1018[cm−3]ドーピングしたn型Al0.33In0.67Sb層を0.02μmと(バリア層22相当)、
ノンドープのAl0.13In0.87Sb層(受光層30相当)を2μmと、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型l0.33In0.67Sb層を0.02μmと(第2層40を構成するバリア層相当)、
Znを3×1018[cm−3]ドーピングしたp型Al0.13In0.87Sb層を0.5μmと(第2層40を構成するp層相当)、
を半絶縁性GaAs基板(半導体基板10)側からこの順に積層し、化合物半導体層50に対応する構造を形成した。
上記実施例1〜22及び比較例1〜3により形成した赤外線検出素子について、赤外線検出素子の内部を通る電流に対するメサ形状の単位面積当たり抵抗率Raを比較した。具体的には構成するメサ構造の面積および周囲長が異なる複数の赤外線検出素子について、順方向に5nVの電圧を印加した際に流れる電流値を測定し、続いて逆方向に5nVの電圧を印加した際に流れる電流値を測定し、両者の電流値の絶対値が互いに10%以上差を含まないことを確認した。これらの電流値を基に、順方向の素子抵抗と逆方向の素子抵抗を求め、これらの平均値をダイオードの段数で割り返すことで、ダイオード1段当たりの素子抵抗R0を得た。各々のサイズおよび周囲長のダイオードについて得られたR0を、各々の素子のメサ面積Sと周囲長Lを用いて、1/(R0・S)をL/Sに対してプロットし、切片からRaを求めた。ここで、Raは比較例1により形成した赤外線検出素子のRaを1としている。
0<ty(1)≦2360×(y(i)−x(i))−240 (0.11≦y(i)−x(i)≦0.19) … 式(A)
0<ty(1)≦−1215×(y(i)−x(i))+427 (0.19<y(i)−x(i)≦0.33) … 式(B)
0<ty(1)≦2360×(y(i)−x(i+1))−240 (0.11≦y(i)−x(i+1)≦0.19) … 式(C)
0<ty(1)≦−1215×(y(i)−x(i+1))+427 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.33) … 式(D)
0<ty(1)≦6901×(y(i)−x(i))−1087 (0.16≦y(i)−x(i)≦0.19) … 式(I)
0<ty(1)≦−2673×(y(i)−x(i))+699 (0.19<y(i)−x(i)≦0.25) … 式(J)
0<ty(1)≦6901×(y(i)−x(i+1))−1087 (0.16≦y(i)−x(i+1)≦0.19) … 式(K)
0<ty(1)≦−2673×(y(i)−x(i+1))+699 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.25) … 式(L)
0<ty(1)≦1993×(y(i)−x(i))−242 (0.13≦y(i)−x(i)≦0.19) … 式(M)
0<ty(1)≦−1040×(y(i)−x(i))+324 (0.19<y(i)−x(i)≦0.29) … 式(N)
0<ty(1)≦1993×(y(i)−x(i+1))−242 (0.13≦y(i)−x(i+1)≦0.19) … 式(O)
0<ty(1)≦−1040×(y(i)−x(i+1))+324 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.29) … 式(P)
0<ty(1)≦3067×(y(i)−x(i))−472 (0.16≦y(i)−x(i)≦0.19) … 式(E)
0<ty(1)≦−1188×(y(i)−x(i))+322 (0.19<y(i)−x(i)≦0.25) … 式(F)
0<ty(1)≦3067×(y(i)−x(i+1))−472 (0.16≦y(i)−x(i+1)≦0.19) … 式(G)
0<ty(1)≦−1188×(y(i)−x(i+1))+322 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.25) … 式(H)
上記実施例13、14及び比較例2により形成した赤外線検出素子について、上記実施例1〜12及び比較例1と同様にしてRaを求めた。ここで、Raは比較例2により形成した赤外線検出素子のRaを1としている。ここで、実施例1〜12、18〜20及び比較例1と、実施例13、14及び比較例2とでは、受光層のAl組成、すなわち受光層のバンドギャップが異なり、受光層のキャリア濃度が異なるため、単純に比較することができない。したがって、実施例13、14については、比較例2をRaの比較対象としている。
20 第1層
21 InSb層
22 バリア層
23 バッファ層(X(1)層)
24 転位フィルタ層(Y(1)層)
25 バッファ層(X(2)層)
26 転位フィルタ層(Y(2)層)
27 バッファ層(X(3)層)
30 受光層
40 第2層
50 化合物半導体層
100 赤外線検出素子
Claims (20)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、第1導電型を有する第1層と、
前記第1層上に形成された受光層と、
前記受光層上に形成され、第2導電型を有する第2層と、を備え、
前記第1層は、Alx(1)In1−x(1)Sbを含む層と、膜厚がty(1)[nm]でありAly(1)In1−y(1)Sbを含む層と、Alx(2)In1−x(2)Sbを含む層と、をこの順に有し、
前記ty(1)、前記x(1)、前記x(2)及び前記y(1)は、
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(1))−240 (0.11≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(1))+427 (0.19<y(1)−x(1)≦0.33)、
0<ty(1)≦2360×(y(1)−x(2))−240 (0.11≦y(1)−x(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)−x(2))+427 (0.19<y(1)−x(2)≦0.33)、
0<x(1)<0.18、および、
0<x(2)<0.18
を満たす赤外線検出素子。 - 前記ty(1)、前記x(1)、前記x(2)及び前記y(1)は、
0<ty(1)≦6901×(y(1)−x(1))−1087 (0.16≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−2673×(y(1)−x(1))+699 (0.19<y(1)−x(1)≦0.25)、
0<ty(1)≦6901×(y(1)−x(2))−1087 (0.16≦y(1)−x(2)≦0.19)、および、
0<ty(1)≦−2673×(y(1)−x(2))+699 (0.19<y(1)−x(2)≦0.25)
を満たす請求項1に記載の赤外線検出素子。 - 前記ty(1)、前記x(1)、前記x(2)及び前記y(1)は、
0<ty(1)≦1993×(y(1)−x(1))−242 (0.13≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1040×(y(1)−x(1))+324 (0.19<y(1)−x(1)≦0.29)、
0<ty(1)≦1993×(y(1)−x(2))−242 (0.13≦y(1)−x(2)≦0.19)、および、
0<ty(1)≦−1040×(y(1)−x(2))+324 (0.19<y(1)−x(2)≦0.29)
を満たす請求項1または請求項2に記載の赤外線検出素子。 - 前記ty(1)、前記x(1)、前記x(2)及び前記y(1)は、
0<ty(1)≦3067×(y(1)−x(1))−472 (0.16≦y(1)−x(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1188×(y(1)−x(1))+322 (0.19<y(1)−x(1)≦0.25)、
0<ty(1)≦3067×(y(1)−x(2))−472 (0.16≦y(1)−x(2)≦0.19)、および、
0<ty(1)≦−1188×(y(1)−x(2))+322 (0.19<y(1)−x(2)≦0.25)
を満たす請求項1〜3のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記第1層は、1からn(2≦n≦6)までの整数iについて、Alx(i)In1−x(i)Sbを含む層と、膜厚がty(i)[nm]でありAly(i)In1−y(i)Sbを含む層と、をこの順にn層ずつ順次積層された積層構造と、膜厚がty(n)[nm]でありAly(n)In1−y(n)Sbを含む層の直上にAlx(n+1)In1−x(n+1)Sbを含む層と、を有し、
前記ty(i)、前記x(i)、x(i+1)及び前記y(i)は、
0<ty(i)≦2360×(y(i)−x(i))−240 (0.11≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1215×(y(i)−x(i))+427 (0.19<y(i)−x(i)≦0.33)、
0<ty(i)≦2360×(y(i)−x(i+1))−240 (0.11≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1215×(y(i)−x(i+1))+427 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.33)、
0<x(i)<0.18、および、
0<x(i+1)<0.18
を満たす請求項1〜4のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記ty(i)、前記x(i)、前記x(i+1)及び前記y(i)は、
0<ty(i)≦6901×(y(i)−x(i))−1087 (0.16≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−2673×(y(i)−x(i))+699 (0.19<y(i)−x(i)≦0.25)、
0<ty(i)≦6901×(y(i)−x(i+1))−1087 (0.16≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、および、
0<ty(i)≦−2673×(y(i)−x(i+1))+699 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.25)
を満たす請求項5に記載の赤外線検出素子。 - 前記ty(i)、前記x(i)、前記x(i+1)及び前記y(i)は、
0<ty(i)≦1993×(y(i)−x(i))−242 (0.13≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1040×(y(i)−x(i))+324 (0.19<y(i)−x(i)≦0.29)、
0<ty(i)≦1993×(y(i)−x(i+1))−242 (0.13≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、および、
0<ty(i)≦−1040×(y(i)−x(i+1))+324 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.29)
を満たす請求項5または請求項6に記載の赤外線検出素子。 - 前記ty(i)、前記x(i)、前記x(i+1)及び前記y(i)は、
0<ty(i)≦3067×(y(i)−x(i))−472 (0.16≦y(i)−x(i)≦0.19)、
0<ty(i)≦−1188×(y(i)−x(i))+322 (0.19<y(i)−x(i)≦0.25)、
0<ty(i)≦3067×(y(i)−x(i+1))−472 (0.16≦y(i)−x(i+1)≦0.19)、および、
0<ty(i)≦−1188×(y(i)−x(i+1))+322 (0.19<y(i)−x(i+1)≦0.25)
を満たす請求項5〜7のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記第1導電型がn型であり、前記第2導電型がp型である
請求項1〜8のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記半導体基板はGaAs基板であり、
前記第1層のうち、前記GaAs基板と接する層はInSbからなる層である請求項1〜9のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記受光層はAlzIn1-zSb(0<z<0.18)を含む
請求項1〜10のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記x(1)、前記x(2)は
0<x(1)<0.09、および、
0<x(2)<0.09
を満たす請求項1〜11のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記受光層はAlzIn1-zSb(0<z<0.09)を含む請求項1〜12のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
- 前記Alx(1)In1−x(1)Sbを含む層、前記Aly(1)In1−y(1)Sbを含む層及び前記Alx(2)In1−x(2)Sbを含む層の少なくともいずれかの層は、全V族元素に対する割合が3%以下のAsをさらに含む
請求項1〜13のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 前記ty(1)は臨界膜厚の6倍以下である請求項1〜14のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
- 前記ty(1)は100nm以下である請求項1〜15のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
- 前記受光層の線欠陥密度が3.0×108[本/cm2]以下である
請求項1〜16のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、第1導電型を有する第1層と、
前記第1層上に形成された受光層と、
前記受光層上に形成され、第2導電型を有する第2層と、を備え、
前記第1層は、Alx(1)Gap(1)In1−x(1)−p(1)Sbを含む層と、膜厚がty(1)[nm]でありAly(1)Gaq(1)In1−y(1)−q(1)Sbを含む層と、Alx(2)Gap(2)In1−x(2)−p(2)Sbを含む層と、をこの順に有し、
前記ty(1)、前記x(1)、前記x(2)、前記y(1)、前記p(1)、前記p(2)、および前記q(1)は、
0<ty(1)≦2360×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))−240 (0.11≦y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))+427 (0.19<y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.33)、
0<ty(1)≦2360×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))−240 (0.11≦y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1215×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))+427 (0.19<y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.33)、
0<x(1)+p(1)<0.18、
0<x(2)+p(2)<0.18、および
0<q(1)/(y(1)+q(1))≦1
を満たす赤外線検出素子。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、第1導電型を有する第1層と、
前記第1層上に形成された受光層と、
前記受光層上に形成され、第2導電型を有する第2層と、を備え、
前記第1層は、Alx(1)Gap(1)In1−x(1)−p(1)Sbを含む層と、膜厚がty(1)[nm]でありAly(1)Gaq(1)In1−y(1)−q(1)Sbを含む層と、Alx(2)Gap(2)In1−x(2)−p(2)Sbを含む層と、をこの順に有し、
前記ty(1)、前記x(1)、前記x(2)、前記y(1)、前記p(1)、前記p(2)、および前記q(1)は、
0<ty(1)≦1993×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))−242 (0.13≦y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1040×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))+324 (0.19<y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.29)、
0<ty(1)≦1993×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))−242 (0.13≦y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1040×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))+324 (0.19<y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.29)、
を満たす請求項18に記載の赤外線検出素子。 - 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、第1導電型を有する第1層と、
前記第1層上に形成された受光層と、
前記受光層上に形成され、第2導電型を有する第2層と、を備え、
前記第1層は、Alx(1)Gap(1)In1−x(1)−p(1)Sbを含む層と、膜厚がty(1)[nm]でありAly(1)Gaq(1)In1−y(1)−q(1)Sbを含む層と、Alx(2)Gap(2)In1−x(2)−p(2)Sbを含む層と、をこの順に有し、
前記ty(1)、前記x(1)、前記x(2)、前記y(1)、前記p(1)、前記p(2)、および前記q(1)は、
0<ty(1)≦3067×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))−472 (0.16≦y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1188×(y(1)+q(1)−x(1)−p(1))+322 (0.19<y(1)+q(1)−x(1)−p(1)≦0.25)、
0<ty(1)≦3067×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))−472 (0.16≦y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.19)、
0<ty(1)≦−1188×(y(1)+q(1)−x(2)−p(2))+322 (0.19<y(1)+q(1)−x(2)−p(2)≦0.25)、
を満たす請求項18または請求項19に記載の赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/286,943 US11935973B2 (en) | 2018-02-28 | 2019-02-27 | Infrared detecting device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018034760 | 2018-02-28 | ||
JP2018034760 | 2018-02-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019153770A JP2019153770A (ja) | 2019-09-12 |
JP6917350B2 true JP6917350B2 (ja) | 2021-08-11 |
Family
ID=67947023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018161748A Active JP6917350B2 (ja) | 2018-02-28 | 2018-08-30 | 赤外線検出素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6917350B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021057365A (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-08 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ |
JP2021144966A (ja) | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線検出素子 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005086868A2 (en) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Science & Technology Corporation @ Unm | Metamorphic buffer on small lattice constant substrates |
JP5266521B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-08-21 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ、及び赤外線センサic |
JP6487284B2 (ja) * | 2015-06-30 | 2019-03-20 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ素子及びその製造方法 |
JP6734678B2 (ja) * | 2016-03-29 | 2020-08-05 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 量子型赤外線センサ |
-
2018
- 2018-08-30 JP JP2018161748A patent/JP6917350B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019153770A (ja) | 2019-09-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6080092B2 (ja) | 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、検出装置および受光素子の製造方法 | |
JP6132746B2 (ja) | 赤外線検出素子 | |
JP5975417B2 (ja) | 受光素子の製造方法 | |
JP6487284B2 (ja) | 赤外線センサ素子及びその製造方法 | |
JP6917350B2 (ja) | 赤外線検出素子 | |
JP2022031353A (ja) | 赤外線発光素子 | |
US10644185B2 (en) | Infrared detecting device | |
WO2008028181A2 (en) | High operation temperature split-off band infrared detectors | |
US11069825B2 (en) | Optoelectronic devices formed over a buffer | |
US11935973B2 (en) | Infrared detecting device | |
JP6764705B2 (ja) | 赤外線受光素子 | |
US11715808B2 (en) | Infrared detecting device | |
JP2019114772A (ja) | 赤外線発光素子 | |
US8530995B2 (en) | High operating temperature split-off band infrared detector with double and/or graded barrier | |
US10797198B2 (en) | Infrared light emitting device having light emitting layer containing Al, In, and Sb | |
US20230395733A1 (en) | Compound semiconductor device | |
JP2023143360A (ja) | 赤外線センサ | |
Plis et al. | Room temperature operation of InAs/GaSb SLS infrared photovoltaic detectors with cut-off wavelength~ 5 µm | |
Bell et al. | Iii-nitride heterostructure layered tunnel barriers for a tunable hyperspectral detector | |
JP2023179376A (ja) | 化合物半導体装置 | |
JP2022091702A (ja) | 赤外線検出素子 | |
Niraula et al. | Development of large-area imaging arrays using epitaxially grown thick single crystal CdTe layers on Si substrates | |
Saxler et al. | UV photodetectors based on AlxGa1-xN grown by MOCVD | |
Saxier et al. | Uv pizotodetectors based on Al, Ga1N grown by MOCVD | |
JP2010232298A (ja) | Iii−v族化合物半導体素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200302 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210224 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210323 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210507 |
|
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: 20210706 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210719 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6917350 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |