JPH01129476A - Infrared photodetector - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、例えば放射温度計、暗視ての監視装百等に
具え、赤外線を検知して電流に変換するための受光素子
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a light receiving element for detecting infrared rays and converting them into electric current, which is included in, for example, radiation thermometers, night vision monitoring equipment, and the like.
(従来の技術)
従来、熱源等より放射される赤外線を検知するための、
当該赤外線を電流に変換する赤外線受光素子として、例
えば文献: ” XV InternationalQ
uantum Electronics Conf
erence、丁echnicalDiqest”(X
V インターナショナル・カンタム・エレクトロニク
ス・コンファレンス、テクニカル・ダイジェスト)(第
8〜9頁、講演番号MCC2゜1987年4月27日)
に開示される素子か知られでいる。この赤外線受光素子
(以下、単に素子と称する場合も有る。)は、■−■族
の化合物半導体であるガリウム−砒素(GaAs)系の
半導体を用いで構成され、n型#jxGa+−xAsか
ら成る障壁層とn型GaAsから成る井戸層とを順次積
層して多重量子井戸を形成し、この多重量子井戸の伝導
帯に生しる2つのサブバンド間で光の吸収が起きること
を利用している。(Prior art) Conventionally, in order to detect infrared rays emitted from heat sources, etc.,
As an infrared receiving element that converts the infrared rays into electric current, for example, literature: "XV InternationalQ
uantum Electronics Conf
erence, mechanical Diquest” (X
V International Quantum Electronics Conference, Technical Digest) (pages 8-9, lecture number MCC2゜April 27, 1987)
The device disclosed in This infrared receiving element (hereinafter sometimes simply referred to as an element) is constructed using a gallium-arsenide (GaAs)-based semiconductor, which is a ■-■ group compound semiconductor, and is composed of n-type #jxGa+-xAs. A barrier layer and a well layer made of n-type GaAs are sequentially laminated to form a multiple quantum well, and light absorption occurs between two subbands in the conduction band of this multiple quantum well. There is.
以下、図面を参照して、上述した文献に開示される受光
素子の構成につき説明する。Hereinafter, the structure of the light receiving element disclosed in the above-mentioned document will be explained with reference to the drawings.
第2図は、従来の赤外線受光素子を概略的断面により示
す説明図である。図中、11はGaAsJ:つ成る基板
、13はn型GaAsよつ成りオーミック′lを有する
第一コンタクト層、15はn型AQ xGa l −X
Asよつ成る障壁層、17はn型GaAsよつ成る井戸
層、19は上述の井戸層17と、当該層17に接する2
つの障壁層15とにより形成される1子弁戸層、21は
量子井戸層19を複数積層()て構成される多重量子井
戸層、23はn型GaAsがら成りオーミック性を有す
る第二コシタクト層、25は赤外線受光素子、27a及
び27bは素子25から光電流を取り出す1とめに配設
される第一電極または第二電極である。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a conventional infrared light receiving element in cross section. In the figure, 11 is a substrate made of GaAsJ, 13 is a first contact layer made of n-type GaAs and has an ohmic 'l, and 15 is an n-type AQ x Ga l -X.
17 is a well layer made of n-type GaAs; 19 is the above-mentioned well layer 17; 2 is in contact with the layer 17;
21 is a multi-quantum well layer formed by laminating a plurality of quantum well layers 19, and 23 is a second cositact layer made of n-type GaAs and having ohmic properties. , 25 is an infrared light receiving element, and 27a and 27b are first electrodes or second electrodes disposed at the first point for extracting photocurrent from the element 25.
尚、以下の説明にあいでは、同一の機能を有する構成成
分かネ・戸数存在する場合には、その一部に符号をイボ
1ノで示すと共に、同一の構成成分ではハツチングを統
一し、さらに、一部の構成成分につきハツチングを省略
して示1ノでいる。In the following explanation, if there are components that have the same function, some of them will be marked with a symbol, and the same components will be hatched uniformly. , some of the constituent components are shown as 1 with hatching omitted.
以下、この素子の作製工程に従って素子構造を説明する
。The device structure will be explained below according to the manufacturing process of this device.
上述の文献によれば、分子線エピタキシャル(Mole
cular Beam Epitaxy:MBE)法に
よって第一コンタクト層13ヲ基板11上に堆積する。According to the above-mentioned literature, molecular beam epitaxial (Mole
A first contact layer 13 is deposited on the substrate 11 by a cural beam epitaxy (MBE) method.
続いて、同様の被着方法により、上述の第一コンタクト
層13の上側に、順次、障壁層15と井戸層17とを繰
り返し堆積する。ここで、障壁層15と井戸層17と(
こより構成される複数の量子井戸層19か繰り返し構成
され、多重量子井戸層21を形成する。このような多重
量子井戸層(構造)を構築するに当り、夫々の障壁層1
5は約1.4 X 10”(cm″3)の不純物濃度を
以って膜厚9.8(nm)のn型GaAsにより構成さ
れ、夫々の井戸層17は膜厚6.5(nm)のAQ、
o24Gao76Asにより構成される。Subsequently, a barrier layer 15 and a well layer 17 are sequentially and repeatedly deposited on the above-described first contact layer 13 using a similar deposition method. Here, the barrier layer 15 and the well layer 17 (
A plurality of quantum well layers 19 composed of the above are repeatedly constructed to form a multiple quantum well layer 21. In constructing such a multi-quantum well layer (structure), each barrier layer 1
5 is made of n-type GaAs with a film thickness of 9.8 (nm) and an impurity concentration of about 1.4 x 10"(cm"3), and each well layer 17 has a film thickness of 6.5 (nm). )'s AQ,
It is composed of o24Gao76As.
上述した文献では、量子井戸層19を、繰り返し50回
堆積し、最上部として堆積される50層目の井戸層の上
側に、ざらに障壁層15を堆積し、合計して約821.
5(nm)の膜厚を以って多重量子井戸層21を形成す
る。In the above-mentioned document, the quantum well layer 19 is repeatedly deposited 50 times, and the barrier layer 15 is deposited roughly on top of the 50th well layer deposited as the top layer, for a total of about 821.
A multiple quantum well layer 21 is formed with a thickness of 5 (nm).
続いて、上述した多重量子井戸層21の上側表面に、第
二コンタクト層23ヲ被着形成する。然る後、第一コン
タクト層13及び第二コンタクト層23の夫々に、第一
電極27aまたは第二電極27bを配設し、赤外線受光
素子25か完成する。Subsequently, a second contact layer 23 is formed on the upper surface of the multiple quantum well layer 21 described above. After that, a first electrode 27a or a second electrode 27b is provided on each of the first contact layer 13 and the second contact layer 23, and the infrared light receiving element 25 is completed.
以下、このようにLyで作製された素子25の動作につ
き簡単に説明する。The operation of the element 25 made of Ly in this way will be briefly explained below.
ます、上述の素子25に具えられた第一電極27aと第
二電極27bとの間に所定の電位差を設けて、多重量子
井戸層21に電界を加える。図示のような素子に電位差
を設けるに当り、高電位側或いは低電位側となる電極は
設計に応して任意好適に選ぶことかできるか、以下の説
明においては、基板11例の電極である第一電極27a
をアースして低電位側とし、第二電極27bに正電位を
付与して高電位側とした場合につき説明する。First, a predetermined potential difference is provided between the first electrode 27a and the second electrode 27b provided in the above-described element 25, and an electric field is applied to the multiple quantum well layer 21. When creating a potential difference in the element shown in the figure, can the electrodes on the high potential side or the low potential side be arbitrarily selected depending on the design? First electrode 27a
A case will be described in which the second electrode 27b is set to the low potential side by being grounded, and the second electrode 27b is set to the high potential side by applying a positive potential.
このような電位差(及び電界)を設りた状態の下で、素
子25の基板11側から光(図中、矢印pを付して示す
。)が入射すると、各量子井戸層19.5
(特に井戸層17)内の夫々に束縛されている電子か励
起され、障壁層15を透過(トンネル)する。When light (indicated by an arrow p in the figure) is incident from the substrate 11 side of the element 25 under such a potential difference (and electric field), each quantum well layer 19.5
The electrons bound in each well layer 17 (in particular, the well layer 17) are excited and pass through (tunnel) the barrier layer 15.
この励起された電子は、多重量子井戸層21に加えられ
でいる電位差(こ従って、第一コンタクト層13側から
第二コンタクト層23側に向かって移動し、光電流か流
れることとなる。従って、この光電流の強弱を第一電極
27a及び第二電極27bによって検知し、素子25に
入射した光の強弱を知ることかできる。The excited electrons move from the first contact layer 13 side to the second contact layer 23 side due to the potential difference applied to the multiple quantum well layer 21, causing a photocurrent to flow. The intensity of this photocurrent is detected by the first electrode 27a and the second electrode 27b, and the intensity of the light incident on the element 25 can be determined.
(発明か解決しようとする問題点)
しかしながら、上述した従来の赤外線受光素子(こおい
て、前述の文献に開示されるように、多重量子井戸層中
で励起された電子の平均自由行程は約250(nm)程
度である。これかため、例えば素子の感度を向上させる
目的で、多重量子井戸層の膜厚を上述の自由行程よりも
大きくすれば、光の入射側の量子井戸層で励起された電
子か他端側の第二コンタクト層に到達する効率が低下す
る。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the conventional infrared receiving element described above (as disclosed in the above-mentioned literature), the mean free path of electrons excited in the multi-quantum well layer is approximately This is about 250 (nm).For example, if the thickness of the multi-quantum well layer is made larger than the above-mentioned free path for the purpose of improving the sensitivity of the device, the excitation in the quantum well layer on the light incident side can be increased. The efficiency with which the ejected electrons reach the second contact layer on the other end side is reduced.
これがため、光の検知感度を向上するためには、基板表
面における素子の配設面積を大きくする必要か有り、当
該素子における光電流の利得を損なうことなく感度の向
上を図ることか難しいという問題点か有った。Therefore, in order to improve the light detection sensitivity, it is necessary to increase the area where the element is placed on the substrate surface, and it is difficult to improve the sensitivity without impairing the photocurrent gain of the element. There was a point.
この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、赤外
線受光素子の検知感度を向上せしめるに当り、上述した
電子の平均自由行程よりも大きな膜厚を以って構成して
も光電流の利得を損なうことかなく、かつ低面積化を図
ることか可能な、優れた赤外線受光素子を提供すること
に有る。In view of the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to improve the detection sensitivity of an infrared receiving element, and to improve the detection sensitivity of an infrared receiving element, even if the film is constructed with a film thickness larger than the above-mentioned mean free path of electrons, it is possible to reduce the photocurrent. It is an object of the present invention to provide an excellent infrared receiving element that can be made smaller in area without impairing gain.
(問題点を解決するための手段)
この目的の達成を図る1とめ、この発明の赤外線受光素
子によれば、
障壁層により井戸層を挟持して成る量子井戸層を複数構
成して多重量子井戸層を形成し、この多重量子井戸層を
第一コンタクト層と第二コンタクト層とで挟持し、さら
に、第一コンタクト層及び第二コンタクト層に、電極を
夫々接続して成る赤外線受光素子において、
上述の多重量子井戸層を構成する量子井戸層間に、夫々
、層間コンタクト層を個別に設け、例えば上述の第一コ
ンタクト層側から奇数番目の層間コンタクト層と、偶数
番目の層間コンタクト層とを電気的に分離された状態で
、上述した第一コンタクト層または第二コンタウド層に
夫々接続して成る
ことを特徴としている。(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, the infrared light receiving device of the present invention has a plurality of quantum well layers each having a well layer sandwiched between barrier layers. In an infrared receiving element, the multiple quantum well layer is sandwiched between a first contact layer and a second contact layer, and electrodes are connected to the first contact layer and the second contact layer, respectively. Interlayer contact layers are individually provided between the quantum well layers constituting the above-mentioned multiple quantum well layer, and, for example, the odd-numbered interlayer contact layers and the even-numbered interlayer contact layers from the above-mentioned first contact layer side are electrically connected. It is characterized in that it is connected to the first contact layer or the second contact layer, respectively, while being separated from each other.
(作用)
この発明の赤外線受光素子によれば、上述した構成とす
ることにより、層間コンタクト層を挟設することによっ
て、厚さ方向に多層構造とした複数の多重量子井戸層か
ら、各々、光電流を取り出すことかできる。これかため
、前述した電子の平均自由行程を超える膜厚を以って受
光素子を形成しても、素子感度を低下させることがない
。(Function) According to the infrared light-receiving device of the present invention, with the above-described configuration, light is transmitted from each of the multiple quantum well layers having a multilayer structure in the thickness direction by sandwiching the interlayer contact layer. It is possible to extract electric current. For this reason, even if the light-receiving element is formed with a film thickness exceeding the above-mentioned mean free path of electrons, the sensitivity of the element will not be reduced.
(実施例)
以下、図面%9照して、この発明の赤外線受光素子の実
施例につき説明する。尚、以下の説明では、この発明の
理解を容易とするため、寸法、形状、数値的条件及びそ
の他特定の条件により説明するが、この発明は、これら
条件にのみ限定されるものではないことを理解されたい
。また、以下の説明で参照する図面においでは、この発
明の特徴となる構成成分を除いて、既に説明した構成成
分と同一の機能を有する構成成分につき、同一の符号を
付して示し、詳細な説明を省略する場合も有る。ざらに
、この発明の理解を容易とするため、実施例に係る素子
の製造工程に従って説明するものとする。(Example) Examples of the infrared light receiving element of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, in order to facilitate understanding of the present invention, dimensions, shapes, numerical conditions, and other specific conditions will be used. However, it should be understood that the present invention is not limited only to these conditions. I want to be understood. In addition, in the drawings referred to in the following description, components having the same functions as the components already explained, except for components that are characteristic of the present invention, are shown with the same reference numerals, and detailed explanations are given. In some cases, the explanation may be omitted. In order to make it easier to understand the present invention, the manufacturing process of an element according to an embodiment will be briefly explained.
第1図(A)〜(G)は、この実施例の赤外線受光素子
の各製造工程に従って、第2図と同様にして概略的素子
断面により示す説明図である。FIGS. 1A to 1G are explanatory diagrams showing schematic cross-sections of the infrared light-receiving element according to the present embodiment in the same way as in FIG. 2, according to each manufacturing process.
尚、以下の説明においては、説明の理解を容易とするた
め、前述した素子の構成においで層間コンタクト層に挟
持される構成成分を、多重量子井戸層とした場合につき
図示し、多重量子井戸層を構成する、量子井戸層、及び
当該量子井戸層を構成する井戸層と障壁層の図示を省略
するものとする。また、以下参照する図面での膜厚、形
状等は、この発明か理解できる程度に概略的に示してあ
るに過ぎず、この発明は図示例にのみ限定されるもので
はない。In the following explanation, in order to make the explanation easier to understand, the case where the component sandwiched between the interlayer contact layers in the structure of the element described above is a multiple quantum well layer is illustrated, and the multiple quantum well layer is The illustration of the quantum well layer constituting the quantum well layer and the well layer and barrier layer constituting the quantum well layer will be omitted. Further, the film thickness, shape, etc. in the drawings referred to below are merely shown schematically to the extent that the present invention can be understood, and the present invention is not limited to the illustrated examples.
まず始めに、半絶縁性のGaAs基板11上に、前述し
たMBE法、有機金属気相成長(Metalorqan
icChemical Vapor Depositi
on:MOCVD)法、またはその他任意好適な被着方
法により、約1umの膜厚を以って、n型GaAsより
成る第一コンタクト層13ヲ被着する。この第一コンタ
クト層13ヲ構成するに当っては、約2〜3 x 10
”(cm−3)のn型不純物濃度を以って形成し、オー
ミック性を持たせた。First, on a semi-insulating GaAs substrate 11, the above-mentioned MBE method and metal organic vapor phase epitaxy (Metalorqan) are applied.
icChemical Vapor Deposit
A first contact layer 13 of n-type GaAs is deposited to a thickness of approximately 1 um by MOCVD or any other suitable deposition method. When configuring this first contact layer 13, approximately 2 to 3 x 10
It was formed with an n-type impurity concentration of 1.5 cm-3 to give ohmic properties.
然る後、障壁層、井戸層の順で、15層の量子井戸層を
堆積し、15層目の量子井戸層の最上面に堆積された井
戸層上に、ざらに障壁層を堆積して多重量子井戸層21
を形成する。この多重量子井戸層21ヲ形成するに当っ
ては、l障壁層及び井戸層の膜厚を従来と同程度とし、
多重量子井戸層21全体としての膜厚か前述()た電子
の平均自由行程である約250(nm)程度以下となる
ように行なうのが好適である。また、夫々の層を構成す
る化合物半導体の組成として、井戸層に約1.5 x
10”(cm−3)の不純物濃度を有するn型GaAs
、及びIII壁層にはAQ、0.2aGao、 711
ASを用いで、従来と同様な材料構成とした。After that, 15 quantum well layers were deposited in the order of the barrier layer and the well layer, and the barrier layer was roughly deposited on the well layer deposited on the top surface of the 15th quantum well layer. Multiple quantum well layer 21
form. When forming this multiple quantum well layer 21, the film thicknesses of the l barrier layer and the well layer are made to be about the same as conventional ones,
It is preferable that the thickness of the multiple quantum well layer 21 as a whole is approximately 250 (nm) or less, which is the mean free path of electrons mentioned above. In addition, the composition of the compound semiconductor constituting each layer is approximately 1.5 x
n-type GaAs with an impurity concentration of 10" (cm-3)
, and AQ, 0.2aGao, 711 for the III wall layer.
By using AS, the material composition was the same as the conventional one.
次に、上述した多重量子井戸層21の上側表面に、この
発明の素子の特徴となる層間コンタクト層29を堆積す
る。この層間コンタクト層291よ、前述した第一コン
タクト層13と同様に、約2ヘ−4x to”(cm−
3)のn型不純物濃度を以ってオーミック性を持たせ、
約1 (um)の膜厚で堆積して形成した。Next, an interlayer contact layer 29, which is a feature of the device of the present invention, is deposited on the upper surface of the multiple quantum well layer 21 described above. This interlayer contact layer 291, like the first contact layer 13 described above, has a thickness of approximately 2 to 4x to” (cm-
3) Provide ohmic properties with n-type impurity concentration,
The film was deposited to a thickness of about 1 (um).
続いて、上述の工程により第一コンタクト層13上に、
当該層13から見て第1番目の、多重量子井戸層21と
層間コンタクト層29とを形成した後、これら層の上側
に、多重量子井戸層21と層間コンタクト層29とを、
順次、設計に応した積層数を以って形成する。但し、こ
のような積層工程を行なうに当り、層間コンタクト層2
9の夫々を多重量子井戸層21で挟持する構成とする。Subsequently, on the first contact layer 13 by the above-mentioned process,
After forming the first multiple quantum well layer 21 and interlayer contact layer 29 as seen from the layer 13, the multiple quantum well layer 21 and interlayer contact layer 29 are formed above these layers.
The number of laminated layers is sequentially formed according to the design. However, when performing such a lamination process, the interlayer contact layer 2
9 are sandwiched between multiple quantum well layers 21.
然る後、最後に堆積した多重量子井戸層21の上側に、
前述した第一コンタクト層13と同様な材料構成で、膜
厚か約1.75 (u m)の第二コンタクト層23を
堆積する。After that, on the upper side of the multi-quantum well layer 21 deposited last,
A second contact layer 23 having a material composition similar to that of the first contact layer 13 described above and having a thickness of about 1.75 (um) is deposited.
このようにして、この実施例では、6層の層間コンタク
ト層29の夫々を多重量子井戸層21によって挟持し、
ざらに、これらを第一コンタクト層13尺び第二コンタ
クト層23て挟持し、第1図(A)に示す状態を得る。In this way, in this embodiment, each of the six interlayer contact layers 29 is sandwiched between the multiple quantum well layers 21,
These are roughly sandwiched between the first contact layer 13 and the second contact layer 23 to obtain the state shown in FIG. 1(A).
次(こ、上述した第二コンタクト層23の一方の端部側
のみに段差を形成するため、レジストパターン31ヲ形
成する。然る後、従来周知のエツチング技術により、第
二コンタクト層23の一方の端部側に、約1.25 (
um)の高さの段差部33及び端面aを形成する(第1
図(B))。Next, in order to form a step only on one end side of the second contact layer 23 described above, a resist pattern 31 is formed. After that, one side of the second contact layer 23 is etched using a conventionally well-known etching technique. Approximately 1.25 (
Step portion 33 with a height of um) and end surface a are formed (first
Figure (B)).
このエツチング除去では、形成後の第二コンタクト層2
3か、光電流を取り出すためのオーミックコンタクト層
として機能し得るように、所定の膜厚(この実施例では
0.5(um))を以って残存せしめる。In this etching removal, the second contact layer 2 after being formed is
3, the film is left with a predetermined thickness (0.5 (um) in this example) so that it can function as an ohmic contact layer for extracting photocurrent.
続いて、上述したレジストパターン31を除去した後、
レジストパターン35ヲ形成する。このレジストパター
ン35は、少なくとも上述した段差部端面aを完全に被
覆し、かつ段差部33を設計に応した所定の幅(後述す
る電極の配設に必要な幅)1どけ残存し得るように形成
する。Subsequently, after removing the resist pattern 31 described above,
A resist pattern 35 is formed. This resist pattern 35 is designed to completely cover at least the end face a of the step portion described above, and to leave the step portion 33 with a predetermined width (width necessary for arranging electrodes to be described later) according to the design. Form.
このようにして形成したレジストパターン35ヲエツチ
ングマスク”とし、後述の工程により締縛膜を堆積可能
な斜面す、と、前述した段差部33とは(よ平行な段差
部37aとを形成する(第1図(C))。The resist pattern 35 thus formed is used as an "etching mask" to form an inclined surface on which a constraining film can be deposited in the process described later. Figure 1 (C)).
このようにして形成される段差部37aは、段差部33
ヲ形成した第二コンタクト層23から見て偶数番目の層
間コンタクト層に形成する。即ち、前述した段差部33
の膜厚か約0.5(urn)、多重量子井戸層21の膜
厚か0.25 (u m) 、及び層間コンタクト層2
9の膜厚が1 (um)であることを考慮して、上述の
エツチングを行なう膜厚の合計が約2.5(um)とす
れば、このエツチングにより形成される段差部37aの
膜厚は約0.5(um)となるのか理解できる。The stepped portion 37a formed in this way is similar to the stepped portion 33.
The interlayer contact layer is formed on an even-numbered interlayer contact layer when viewed from the second contact layer 23 formed above. That is, the step portion 33 mentioned above
The film thickness of the multiple quantum well layer 21 is approximately 0.5 (urn), the film thickness of the multiple quantum well layer 21 is approximately 0.25 (um), and the interlayer contact layer 2 is approximately 0.25 (um) thick.
Considering that the film thickness of 9 is 1 (um), if the total film thickness for the above-mentioned etching is about 2.5 (um), then the film thickness of the stepped portion 37a formed by this etching is It can be understood that is approximately 0.5 (um).
また、この斜面b1と段差部37aとの形成は、周知で
ある種々のエツチング技術により達成し得るか、例えば
反応性イオンエツチング法のような方向性を有するエツ
チング技術によって、斜面37a及び段差部1)+’&
同時に形成することか可能である。Further, the formation of the slope b1 and the stepped portion 37a can be achieved by various well-known etching techniques, or by etching the slope 37a and the stepped portion 1 by a directional etching technique such as reactive ion etching. )+'&
It is possible to form them at the same time.
続いて、上述した工程を繰り返すことにより、基板11
の一方の側に段差部37b〜37dと斜面b2〜b4と
を形成する(第1図(D))。但し、この実施例のよう
に偶数倍の積層数を以って層間コンタクト層29を堆積
した場合、最後に形成される段差部37dは、第二コン
タクト層13の膜厚そ前述のように1LImとしたこと
により、基板11ヲ約0.75(um)に亙ってエツチ
ング除去して形成されることとなる。また、上述した説
明からも明らかなように、段差部37a〜37dは、い
ずれも、第一コンタクト層13から数えて奇数番目の層
間コンタクト層に形成されることとなる(但し、第二コ
ンタクト層23から数えれば、いずれも偶数番目)。Subsequently, by repeating the steps described above, the substrate 11
Step portions 37b to 37d and slopes b2 to b4 are formed on one side of the surface (FIG. 1(D)). However, when the interlayer contact layer 29 is deposited with an even number of laminated layers as in this embodiment, the finally formed step portion 37d has a thickness of 1 LIm as described above. As a result, the substrate 11 is formed by etching away approximately 0.75 (um). Furthermore, as is clear from the above description, the step portions 37a to 37d are all formed in odd-numbered interlayer contact layers counting from the first contact layer 13 (however, the step portions 37a to 37d are formed in the odd-numbered interlayer contact layers counting from the first contact layer 13). If you count from 23, all are even numbers).
次に、第1図(A)〜(D)I?照して説明した段差部
及び斜面の形成工程を、これらとは相対する側の積層端
面に対して行ない、段差部37e〜37h及び斜面b5
〜b8を形成して第1図(E)に示す状態を得る。この
工程により形成される段差部のうち、段差部37e〜3
79は、いずれも、第一コンタクト層13から数えて偶
数番目の層間コンタクト層に形成される(但し、第二コ
ンタクト層23から数えれば、いずれも奇数番目)。Next, Fig. 1 (A) to (D) I? The process of forming the step portions and slopes described above is performed on the stacked end face on the side opposite to these, and the step portions 37e to 37h and the slope b5 are formed.
~b8 is formed to obtain the state shown in FIG. 1(E). Among the step portions formed by this step, step portions 37e to 3
79 are all formed in even-numbered interlayer contact layers counting from the first contact layer 13 (however, they are all odd-numbered when counting from the second contact layer 23).
このようにして得られた第1図(E)に示す状態の素子
基板上の全面に、例えば二酸化ケイ素(S10□)より
成る絶縁層を堆積する。この絶縁層を堆積する際に、一
連の斜面す、〜b8には所定の勾配を設けであるため、
絶縁層が連続して被着する。An insulating layer made of silicon dioxide (S10□), for example, is deposited over the entire surface of the element substrate thus obtained in the state shown in FIG. 1(E). When depositing this insulating layer, a predetermined slope is provided on the series of slopes S, B8,
An insulating layer is applied in succession.
続いて、周知のホトリソエツチング技術により、段差部
37a〜37c及び段差部37e〜37hの夫々に対応
してストライブ状の溝39a〜39c及び39e〜39
hを形成すると共に、第二コシタクト層23の上側表面
の所定部分にも同様な溝cを形成する。このようにして
、斜面b1〜b、の夫)?を被覆する絶縁パターン41
a〜411か形成され、第1図(F)に示す状態を得る
。Next, stripe-shaped grooves 39a to 39c and 39e to 39 are formed corresponding to the stepped portions 37a to 37c and the stepped portions 37e to 37h, respectively, by a well-known photolithography technique.
In addition to forming grooves h, similar grooves c are also formed in predetermined portions of the upper surface of the second cositact layer 23. In this way, the slopes b1-b, husband)? Insulating pattern 41 covering
A to 411 are formed to obtain the state shown in FIG. 1(F).
続いて、上述の絶縁パターン41a〜411を形成した
基板11の上側全面(こ、金−ゲルマニウム−ニッケル
(Au−Ge−Ni)合金またはその他任意好適な導電
材料を、段切れの生じない程度の充分な膜厚を以って被
着する。然る後、既に説明した絶縁パターンのうち、第
二コンタクト層23と、当該層23から見て最も近い層
間コンタクト層との間に形成された結締パターン41e
上の任意好適な部分(図中、矢印1付して示す、)にス
トライブ状の溝を形成し、第一電極43a及び第二電極
43bを形成して、この発明の実施例に係る赤外線受光
素子45か得られる(第1図(G))。Next, the entire upper surface of the substrate 11 on which the above-mentioned insulating patterns 41a to 411 have been formed (gold-germanium-nickel (Au-Ge-Ni) alloy or any other suitable conductive material is coated to the extent that no breakage occurs). The film is deposited to a sufficient thickness.Then, among the insulation patterns already described, a bond formed between the second contact layer 23 and the interlayer contact layer closest to the layer 23 is formed. pattern 41e
A stripe-shaped groove is formed in an arbitrary suitable portion (indicated by an arrow 1 in the figure) on the top, and a first electrode 43a and a second electrode 43b are formed to form an infrared ray according to an embodiment of the present invention. A light receiving element 45 is obtained (FIG. 1(G)).
第1図(G)からも理解できるように、このようにして
形成された第一電極43aは、第二コンタクト層23と
、当該層23から数えて偶数番目の層間コンタクト層の
みを電気的に接続する。他方、第二電極43bは、第一
コンタクト層13と、第二コンタクト層23から数えて
奇数番目の層間コンタクト層のみを接続する。換言すれ
ば、この実施例に係る赤外線受光素子45においでは、
積層の基礎となる第一コンタクト層13から見た場合、
偶数番目に形成された層間コンタクト層と第一コンタク
ト層とを第一電極43a、及び奇数番目に形成された層
間コンタクト層と第二コンタクト層23と第二電極とを
、一連の絶縁パターンによって分離した状態で、−括し
て別個に接続することができる。As can be understood from FIG. 1(G), the first electrode 43a formed in this way electrically connects only the second contact layer 23 and the even-numbered interlayer contact layers counting from the layer 23. Connecting. On the other hand, the second electrode 43b connects only the first contact layer 13 and odd-numbered interlayer contact layers counted from the second contact layer 23. In other words, in the infrared receiving element 45 according to this embodiment,
When viewed from the first contact layer 13 which is the basis of lamination,
Even-numbered interlayer contact layers and first contact layers are separated by a first electrode 43a, and odd-numbered interlayer contact layers, second contact layers 23, and second electrodes are separated by a series of insulating patterns. In this state, they can be connected separately.
以下、上述した素子45の動作につき簡単に説明する。Hereinafter, the operation of the above-mentioned element 45 will be briefly explained.
第2図ヲ譬照して既に説明したのと同様に、この実施例
に係る素子45では、第一コンタクト層13と接続され
る第二′11極43bを接地して低電位側とし、第一電
極43aに正電位を加えることによって動作させた場合
につき説明する。このように夫々の電極間に電位差を設
けることにより、第1図(G)からも理解できるように
、第一コンタクト層13と、当該層13に最も近い眉間
コンタクト層とにより、最下層として堆積された多重量
子井戸層に電界か加えられる。以下、夫々の多重量子井
戸層に、順次、第一電極43aと第二電極43bとによ
り電界か加えられ、各々の多重量子井戸層か素子として
の最小単位として機能し、光(矢印pで示す。)の入射
により発生する光電流を減衰させることなく取り出し得
ることが理解できる。In the same manner as already explained with reference to FIG. A case will be described in which the operation is performed by applying a positive potential to one electrode 43a. By providing a potential difference between the respective electrodes in this way, as can be seen from FIG. An electric field is applied to the multi-quantum well layer. Thereafter, an electric field is sequentially applied to each multiple quantum well layer by the first electrode 43a and the second electrode 43b, and each multiple quantum well layer functions as the minimum unit as an element, and light (indicated by arrow p) is applied to each multiple quantum well layer. ) can be extracted without attenuation.
従って、この実施例のように、多重量子井戸層21を用
いて層間コンタクト層の挟設数を6とした場合には、多
重量子井戸層の膜厚を前述の平均自由行程とした従来構
成の素子に比して、素子6個分の光電流を期待し得る。Therefore, when the multi-quantum well layer 21 is used and the number of interlayer contact layers is set to 6 as in this embodiment, the conventional structure in which the film thickness of the multi-quantum well layer is set to the above-mentioned mean free path. A photocurrent equivalent to six elements can be expected.
換言すれば、素子全体としての厚さが電子の平均自由行
程を超えるものであっても、夫々の層間コンタクト層間
の膜厚が当該行程以下であれば、減衰することなく、光
電流を有効に取り出すことができ、層間コンタクト層の
暦数に応じて、素子感度を向上させることができる。In other words, even if the thickness of the device as a whole exceeds the mean free path of electrons, as long as the film thickness between each interlayer contact layer is less than that distance, photocurrent can be effectively generated without attenuation. The element sensitivity can be improved depending on the number of interlayer contact layers.
以上、この発明の実施例につき説明したが、この発明は
、上述ルた実施例にのみ限定されるものではない。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments.
例えば、多重量子井戸層を構成するに当り、前述した組
成を有するflGaAs系の材料を用いたか、例えば障
壁層を構成する材料に関して、AQxGa+−xAsの
組成式における価数Xを変更した場合、井戸層と11M
壁層との膜厚の関係を変更することにより対処し得る。For example, when constructing a multi-quantum well layer, if a flGaAs material having the above-mentioned composition is used, or if the valence X in the composition formula of AQxGa+-xAs is changed for the material constituting the barrier layer, Layer and 11M
This can be dealt with by changing the relationship between the film thickness and the wall layer.
ざらには、GaAs系の化合物半導体の代わりに、従来
周知のインジウム−リン(InP)系の材料を用いても
、上述と同様な効果を得ることかできる。In general, the same effect as described above can be obtained by using a conventionally well-known indium-phosphide (InP)-based material instead of a GaAs-based compound semiconductor.
また、多重量子井戸層を形成するに当って、井戸層とi
l!壁層との間に応力を持たせ、所謂、歪み超格子を以
って構成することも可能である。In addition, when forming a multi-quantum well layer, the well layer and i
l! It is also possible to create a so-called strained superlattice by applying stress to the wall layer.
これら材料、寸法、図示の形状、積層数、配百開係及び
その他の条件は、この目的の聞囲内で、任意好適な設計
の変更及び変形を行ない得ること明らかである。It is clear that any suitable design changes and modifications may be made to these materials, dimensions, shapes shown, number of laminated layers, distribution ratio and other conditions within the scope of this purpose.
(発明の効果)
上述した説明からも明らかなよう(こ、この発明の赤外
線受光素子によれば、層間コンタクト層を挟設すること
によって、厚さ方向に多層構造とした複数の多重量子井
戸層から、各々、光電流か減衰することなく取り出すこ
とがてきるつこれかため、前述した電子の平均自由行程
を超える膜厚を以って受光素子を形成しても、素子感度
を低下させることかない。(Effects of the Invention) As is clear from the above description (according to the infrared receiving element of the present invention, a plurality of multiple quantum well layers are formed into a multilayer structure in the thickness direction by interposing an interlayer contact layer). Therefore, even if the photodetector is formed with a film thickness that exceeds the mean free path of the electrons mentioned above, the sensitivity of the device will decrease. It's fleeting.
従って、赤外線受光素子の検知感度を向上せしめるに当
り、光電流の利得を損なうことがなく、かつ低面積化を
図ることか可能な、優れた赤外線受光素子r8提供する
ことができる。Therefore, in improving the detection sensitivity of the infrared light receiving element, it is possible to provide an excellent infrared light receiving element r8 that does not impair the photocurrent gain and can be made smaller in area.
第1図(A)−(G)は、この発明の詳細な説明するた
め、赤外線受光素子の製造工程に従って概略的な断面に
より示す説明図、第2図は、従来の赤外線受光素子を概
略的な断面により示す説明図である。
11・・・・基板、13・・・・第一コンタクト層15
・・・・障壁層、17・・・・井戸層、」・・・・量子
井戸層と・・・・多重量子井戸層、23・・・・第二コ
ンタクト層ひ、的・・・・赤外線受光素子
27a、43a・・・・第一電極、27b、43b・・
・・第二電極29・・・・層間コンタクト層
31、35・・・・レジストバクーシ
33.37a 〜37h−−−−段差部39a〜39h
、 c・・・・ストライブ状の溝41a〜411・・・
・絶縁バクーン
p・・・・赤外線の入射方向
a・・・・壁面、b1〜b8・・・・斜面。
特許出願人 沖電気工業株式会社h 「)
一、、 蜜 ζ1℃ ≧よ
一一一ゴーーーーー
ロー1(A)-(G) are explanatory diagrams schematically showing cross-sections according to the manufacturing process of an infrared receiving element in order to explain the present invention in detail, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a conventional infrared receiving element. FIG. 11...Substrate, 13...First contact layer 15
...Barrier layer, 17..Well layer, Quantum well layer and...Multiple quantum well layer, 23..Second contact layer, Target...Infrared light. Light receiving elements 27a, 43a...first electrode, 27b, 43b...
...Second electrode 29...Interlayer contact layer 31, 35...Resist cover 33.37a to 37h---Step portion 39a to 39h
, c...Stripe-shaped grooves 41a to 411...
・Insulating Bakun p...Infrared rays incident direction a...Wall surface, b1 to b8...Slope. Patent applicant: Oki Electric Industry Co., Ltd. ``) 1,, honey ζ1℃ ≧yo 111 gooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
Claims (1)
複数構成して多重量子井戸層を形成し、該多重量子井戸
層を第一コンタクト層と第二コンタクト層とで挟持し、
該第一コンタクト層及び第二コンタクト層に、電極を夫
々接続して成る赤外線受光素子において、 前記多重量子井戸層を構成する量子井戸層間に、夫々、
層間コンタクト層を個別に設け、前記第一コンタクト層
側から奇数番目の前記層間コンタクト層と偶数番目の前
記層間コンタクト層とを電気的に分離して、前記第一コ
ンタクト層または第二コンタクト層に夫々接続して成る ことを特徴とする赤外線受光素子。(1) A multiple quantum well layer is formed by configuring a plurality of quantum well layers each having a well layer sandwiched between barrier layers, and the multiple quantum well layer is sandwiched between a first contact layer and a second contact layer,
In an infrared receiving element in which electrodes are connected to the first contact layer and the second contact layer, respectively, between the quantum well layers constituting the multiple quantum well layer,
interlayer contact layers are individually provided, and the odd-numbered interlayer contact layers and the even-numbered interlayer contact layers are electrically separated from the first contact layer side, and the first contact layer or the second contact layer is electrically isolated from the first contact layer side. An infrared receiving element characterized in that it is formed by connecting each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62288964A JPH01129476A (en) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | Infrared photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62288964A JPH01129476A (en) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | Infrared photodetector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01129476A true JPH01129476A (en) | 1989-05-22 |
Family
ID=17737080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62288964A Pending JPH01129476A (en) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | Infrared photodetector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01129476A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001028455A (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Hitachi Ltd | Optical semiconductor device, manufacture thereof, and optical transmission module |
US6534783B1 (en) * | 1989-12-27 | 2003-03-18 | Raytheon Company | Stacked multiple quantum well superlattice infrared detector |
JP2011013205A (en) * | 2009-06-05 | 2011-01-20 | Denso Corp | Temperature sensor, and method for manufacturing the same |
JP2019153672A (en) * | 2018-03-02 | 2019-09-12 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Semiconductor device, manufacturing method thereof, infrared photoelectric conversion element, infrared detector, and infrared light-emitting element |
-
1987
- 1987-11-16 JP JP62288964A patent/JPH01129476A/en active Pending
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