JPH06302846A - デルタドーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器 - Google Patents
デルタドーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器Info
- Publication number
- JPH06302846A JPH06302846A JP6043496A JP4349694A JPH06302846A JP H06302846 A JPH06302846 A JP H06302846A JP 6043496 A JP6043496 A JP 6043496A JP 4349694 A JP4349694 A JP 4349694A JP H06302846 A JPH06302846 A JP H06302846A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- delta
- layer
- doped
- infrared
- active layer
- 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.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 4
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 101100240461 Dictyostelium discoideum ngap gene Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
- H01L31/035263—Doping superlattices, e.g. nipi superlattices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 デルタドーピング濃度の調節により検出され
る赤外線光の波長を調節し得る、デルタドーピングされ
た半導体を利用する赤外線光検出器を提供する。 【構成】 半導体基板１と、該基板１上に形成される活
性層２と、該活性層２内部に形成されるデルタドーピン
グ層２ａ，２ｂ，２ｃと、該活性層２上に形成される電
流注入層３と、該電流注入層３上に形成されるキャップ
層４と、該キャップ層４上に形成される電極５とを備え
る。
る赤外線光の波長を調節し得る、デルタドーピングされ
た半導体を利用する赤外線光検出器を提供する。 【構成】 半導体基板１と、該基板１上に形成される活
性層２と、該活性層２内部に形成されるデルタドーピン
グ層２ａ，２ｂ，２ｃと、該活性層２上に形成される電
流注入層３と、該電流注入層３上に形成されるキャップ
層４と、該キャップ層４上に形成される電極５とを備え
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、デルタドーピングされ
た半導体を利用した赤外線光検出器（Ｉｎｆｒａｒｅｄ
Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ δ−Ｄｏｐｅｄ Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）に関するものであり、詳し
くは、デルタドーピングされた半導体（δ−Ｄｏｐｅｄ
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）を利用し、常温で３
〜２０μｍ波長の赤外線光を検出し得る赤外線光検出器
に関するものである。
た半導体を利用した赤外線光検出器（Ｉｎｆｒａｒｅｄ
Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ δ−Ｄｏｐｅｄ Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）に関するものであり、詳し
くは、デルタドーピングされた半導体（δ−Ｄｏｐｅｄ
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）を利用し、常温で３
〜２０μｍ波長の赤外線光を検出し得る赤外線光検出器
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、軍需用および民需用として適用
される可能性を有した３〜２０μｍ波長の赤外線光（Ｆ
ａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ；ＦＩＲ）を検出する方式にお
いては、ＭｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）のようなＩＩ−ＶＩ化
合物半導体を利用するｐ−ｉ−ｎダイオード方式と、量
子井戸のサブバンド（ｓｕｂｂａｎｄ）間遷移を利用す
る方式とがある。
される可能性を有した３〜２０μｍ波長の赤外線光（Ｆ
ａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ；ＦＩＲ）を検出する方式にお
いては、ＭｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）のようなＩＩ−ＶＩ化
合物半導体を利用するｐ−ｉ−ｎダイオード方式と、量
子井戸のサブバンド（ｓｕｂｂａｎｄ）間遷移を利用す
る方式とがある。
【０００３】そして、前記ｐ−ｉ−ｎダイオード方式を
利用し光検出器を製造する場合は、ＩＩ−ＶＩ化合物半
導体の煩雑な成長条件を解決するため、ＭＢＥ（Ｍｏｌ
ｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等のような
成長技術が要求され、ｐ−ｎドーピング技術および金属
電極の形成技術も追加して要求される。
利用し光検出器を製造する場合は、ＩＩ−ＶＩ化合物半
導体の煩雑な成長条件を解決するため、ＭＢＥ（Ｍｏｌ
ｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等のような
成長技術が要求され、ｐ−ｎドーピング技術および金属
電極の形成技術も追加して要求される。
【０００４】かつ、量子井戸のサブバンド間遷移を利用
する方式により赤外線光検出器を製造する場合は、ＭＢ
ＥまたはＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
等のような成長技術を利用し良質の量子井戸を形成する
成長技術が要求され、ｎドーピング領域および金属電極
の形成技術等が追加して要求される。このようなこと
は、Ｄ．Ａｈｎ ａｎｄＳ．Ｌ．Ｃｈｕａｎｇ，Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ ３５，４１４９（１９８７）と、Ｂ．
Ｆ．Ｌｅｖｉｎｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．５０，２７３（１９８７）およびアメリ
カ合衆国特許４，８７３，５５５に記載されている。ま
た、ＭＣＴを利用するｐ−ｉ−ｎダイオード方式の赤外
線光検出器においては、多くの文献に記載されているの
で説明を省略する。
する方式により赤外線光検出器を製造する場合は、ＭＢ
ＥまたはＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
等のような成長技術を利用し良質の量子井戸を形成する
成長技術が要求され、ｎドーピング領域および金属電極
の形成技術等が追加して要求される。このようなこと
は、Ｄ．Ａｈｎ ａｎｄＳ．Ｌ．Ｃｈｕａｎｇ，Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ ３５，４１４９（１９８７）と、Ｂ．
Ｆ．Ｌｅｖｉｎｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．５０，２７３（１９８７）およびアメリ
カ合衆国特許４，８７３，５５５に記載されている。ま
た、ＭＣＴを利用するｐ−ｉ−ｎダイオード方式の赤外
線光検出器においては、多くの文献に記載されているの
で説明を省略する。
【０００５】さらに、従来の量子井戸のサブバンド間遷
移を利用した赤外線光検出器においては、図７に示した
ように、ｎ+ −ｉ−ｎ+ 構造を有し、ここで、ｉ領域は
ドーピングされていない真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）領
域であって、量子井戸構造を包含しているものである。
移を利用した赤外線光検出器においては、図７に示した
ように、ｎ+ −ｉ−ｎ+ 構造を有し、ここで、ｉ領域は
ドーピングされていない真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）領
域であって、量子井戸構造を包含しているものである。
【０００６】このような従来の赤外線光検出器は、両方
側のｎ+ 領域に電圧が印加する場合、ｉ領域は実質的に
電流遮断層として動作するので、赤外線光が外部から入
射されないと電流が流れなくなる。一方、赤外線光が外
部から入射すると、ｉ領域の量子井戸にいる基底状態の
電子が第２次サブバンドに励起され、該励起された電子
は電子障壁を超えて電流が流れるようになる。したがっ
て、入射する赤外線光の検出が可能になる。この場合、
検出される赤外線光の波長は、量子井戸の幅を調節し、
サブバンド間のエネルギー差を調節することによりある
程度調節することができる。
側のｎ+ 領域に電圧が印加する場合、ｉ領域は実質的に
電流遮断層として動作するので、赤外線光が外部から入
射されないと電流が流れなくなる。一方、赤外線光が外
部から入射すると、ｉ領域の量子井戸にいる基底状態の
電子が第２次サブバンドに励起され、該励起された電子
は電子障壁を超えて電流が流れるようになる。したがっ
て、入射する赤外線光の検出が可能になる。この場合、
検出される赤外線光の波長は、量子井戸の幅を調節し、
サブバンド間のエネルギー差を調節することによりある
程度調節することができる。
【０００７】そして、従来のＭＣＴを利用するｐ−ｉ−
ｎダイオード方式の赤外線光検出器においては、暗電流
が比較的大きいので、前記赤外線光検出器が作動される
ためには液体窒素により７７°Ｋまでの低温状態が維持
されるようになっていた。
ｎダイオード方式の赤外線光検出器においては、暗電流
が比較的大きいので、前記赤外線光検出器が作動される
ためには液体窒素により７７°Ｋまでの低温状態が維持
されるようになっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の量子井戸のサブバンド間遷移を利用する方式
の赤外線光検出器においては、暗電流が相対的に少ない
ので赤外線光検出器の動作が常温で可能になり、気体窒
素により低温状態が維持される必要はないが、良質の量
子井戸の構造が形成されなければならないという不都合
な点があった。
うな従来の量子井戸のサブバンド間遷移を利用する方式
の赤外線光検出器においては、暗電流が相対的に少ない
ので赤外線光検出器の動作が常温で可能になり、気体窒
素により低温状態が維持される必要はないが、良質の量
子井戸の構造が形成されなければならないという不都合
な点があった。
【０００９】また、従来のＭＣＴを利用するｐ−ｉ−ｎ
ダイオード方式の赤外線光検出器においては、暗電流が
比較的大きいので、光検出器の動作のため液体窒素によ
り７７°Ｋまでの低温状態が維持されるようになるとい
う不都合な点があった。
ダイオード方式の赤外線光検出器においては、暗電流が
比較的大きいので、光検出器の動作のため液体窒素によ
り７７°Ｋまでの低温状態が維持されるようになるとい
う不都合な点があった。
【００１０】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
良質の量子井戸の構造を形成する必要性が低減され、常
温の動作温度による冷却装置の必要性が低減され、デル
タドーピング濃度の調節により検出される赤外線光の波
長を調節し得る、デルタドーピングされた半導体を利用
した赤外線光検出器を提供することにある。
良質の量子井戸の構造を形成する必要性が低減され、常
温の動作温度による冷却装置の必要性が低減され、デル
タドーピング濃度の調節により検出される赤外線光の波
長を調節し得る、デルタドーピングされた半導体を利用
した赤外線光検出器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明によるデルタド
ーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器は、半
導体基板と、該半導体基板上に形成される活性層と、該
活性層内部に形成され検出される赤外線光の波長を調節
するためドーピング濃度の調節されるデルタドーピング
された層と、該活性層上に形成される電流注入層と、該
電流注入層上に形成されるキャップ層と、該キャップ層
上に形成される電極と、を備えている。
ーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器は、半
導体基板と、該半導体基板上に形成される活性層と、該
活性層内部に形成され検出される赤外線光の波長を調節
するためドーピング濃度の調節されるデルタドーピング
された層と、該活性層上に形成される電流注入層と、該
電流注入層上に形成されるキャップ層と、該キャップ層
上に形成される電極と、を備えている。
【００１２】好ましくは、半導体基板は、ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＧａＰおよびＩｎＰからなる群から選ばれるいずれか
１つにて形成されるとよい。
ｎＧａＰおよびＩｎＰからなる群から選ばれるいずれか
１つにて形成されるとよい。
【００１３】また、好ましくは、デルタドーピングされ
る層のドーパントは、ｎ型不純物のＳｉおよびＲａから
なる群から選ばれるいずれか１つにてなるとよい。
る層のドーパントは、ｎ型不純物のＳｉおよびＲａから
なる群から選ばれるいずれか１つにてなるとよい。
【００１４】さらに、好ましくは、デルタドーピングさ
れた層は、該層の厚さが５〜３０Åであるとよい。
れた層は、該層の厚さが５〜３０Åであるとよい。
【００１５】
【実施例】本発明に係るデルタドーピングされた半導体
を利用する赤外線光検出器の実施例に対し、図面を用い
て詳細に説明する。
を利用する赤外線光検出器の実施例に対し、図面を用い
て詳細に説明する。
【００１６】図１に示したように、半導体基板１が形成
されている。該半導体基板１は、たとえば、ＧａＡｓ基
板、ＩｎＧａＰ基板、ＩｎＰ基板中のいずれか１つによ
り形成されるが、本実施例ではＧａＡｓ基板が使用され
ている。次いで、該半導体基板１上に、同様な物質の活
性層２がＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）またはＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａ
ｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）工程により単結晶成長される間に、１〜２個
の単分子層のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）であるデルタ
ドーピング層２ａ，２ｂ，２ｃが積層されている。すな
わち、半導体基板１上に、活性層２が所定高さに単結晶
成長された後、該活性層２の単結晶成長が一時中止さ
れ、次いで、該活性層２の表面上にｎ型不純物のＳｉま
たはＢａが所定キャリア密度で積層され、１〜２個の単
分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）が形成される。したがっ
て、該単分子層は５〜３０Å厚さのデルタドーピング層
２ａになり、その後、このような方法が２回反復行なわ
れて前記活性層２が単結晶成長する間、所定キャリア密
度で積層されたデルタドーピングされた層２ｂ，２ｃが
活性層２内にそれぞれ形成される。
されている。該半導体基板１は、たとえば、ＧａＡｓ基
板、ＩｎＧａＰ基板、ＩｎＰ基板中のいずれか１つによ
り形成されるが、本実施例ではＧａＡｓ基板が使用され
ている。次いで、該半導体基板１上に、同様な物質の活
性層２がＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）またはＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａ
ｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）工程により単結晶成長される間に、１〜２個
の単分子層のドーパント（ｄｏｐａｎｔ）であるデルタ
ドーピング層２ａ，２ｂ，２ｃが積層されている。すな
わち、半導体基板１上に、活性層２が所定高さに単結晶
成長された後、該活性層２の単結晶成長が一時中止さ
れ、次いで、該活性層２の表面上にｎ型不純物のＳｉま
たはＢａが所定キャリア密度で積層され、１〜２個の単
分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）が形成される。したがっ
て、該単分子層は５〜３０Å厚さのデルタドーピング層
２ａになり、その後、このような方法が２回反復行なわ
れて前記活性層２が単結晶成長する間、所定キャリア密
度で積層されたデルタドーピングされた層２ｂ，２ｃが
活性層２内にそれぞれ形成される。
【００１７】そこで、該活性層２には、デルタドーピン
グされた層２ａ，２ｂ，２ｃとそれぞれ相応するｎ＝
１，ｎ＝２およびｎ＝３の状態における電子に対する量
子井戸障壁が、図２に示したように形成され、該量子井
戸により拘束される電子は不連続的な状態に存在する。
かつ、それらデルタドーピングされた層２ａ，２ｂ，２
ｃに存在する電子は、量子井戸障壁のため、他のエネル
ギー帯域への遷移が難しくなる。また、前記活性層２に
存在する量子井戸に拘束された電子のエネルギーレベル
は、図３に示したように、デルタドーピングされた層の
表面濃度Ｎｓの関数で表示される。すなわち、電子のエ
ネルギーレベルはデルタドーピング濃度の増加に従い増
加され、ｎ＝１およびｎ＝２状態におけるエネルギーの
差はＮｓ1/ 3 に比例する。したがって、基底状態と励起
された状態との電子エネルギーの差は、デルタドーピン
グされた層の表面濃度Ｎｓにより調節し得るようにな
る。
グされた層２ａ，２ｂ，２ｃとそれぞれ相応するｎ＝
１，ｎ＝２およびｎ＝３の状態における電子に対する量
子井戸障壁が、図２に示したように形成され、該量子井
戸により拘束される電子は不連続的な状態に存在する。
かつ、それらデルタドーピングされた層２ａ，２ｂ，２
ｃに存在する電子は、量子井戸障壁のため、他のエネル
ギー帯域への遷移が難しくなる。また、前記活性層２に
存在する量子井戸に拘束された電子のエネルギーレベル
は、図３に示したように、デルタドーピングされた層の
表面濃度Ｎｓの関数で表示される。すなわち、電子のエ
ネルギーレベルはデルタドーピング濃度の増加に従い増
加され、ｎ＝１およびｎ＝２状態におけるエネルギーの
差はＮｓ1/ 3 に比例する。したがって、基底状態と励起
された状態との電子エネルギーの差は、デルタドーピン
グされた層の表面濃度Ｎｓにより調節し得るようにな
る。
【００１８】しかるに、電子が基底状態から励起された
状態に遷移されるためには、該電子が基底状態と励起さ
れた状態間に存在する電位障壁を超えなければならず、
この場合、該電子の吸収する光の波長λは次の式（１）
により求められる。
状態に遷移されるためには、該電子が基底状態と励起さ
れた状態間に存在する電位障壁を超えなければならず、
この場合、該電子の吸収する光の波長λは次の式（１）
により求められる。
【００１９】λ＝１．２４／ΔＥ …（１） ここで、ΔＥはデルタドーピングされた層間の光エネル
ギーの差異を示したものである。
ギーの差異を示したものである。
【００２０】すなわち、ｎ＝１およびｎ＝２状態間のエ
ネルギー差異（ΔＥ）が０．１ＥＶの場合、電子が励起
されるとき、吸収する光の波長が１２．４μｍになるの
で、吸収する光の波長はデルタドーピングされた層２
ａ，２ｂ，２ｃの濃度により決定される。
ネルギー差異（ΔＥ）が０．１ＥＶの場合、電子が励起
されるとき、吸収する光の波長が１２．４μｍになるの
で、吸収する光の波長はデルタドーピングされた層２
ａ，２ｂ，２ｃの濃度により決定される。
【００２１】本発明に係る半導体基板１は、図４に示し
たように、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰまたはＩｎＰ中のいず
れか１つを使用すればよいが、本実施例ではＧａＡｓ基
板が使用されている。かつ、活性層２がＭＢＥまたはＭ
ＯＣＶＤ工程により半導体基板１表面上に成長される間
に、１〜２個の単分子層のドーパントでなるデルタドー
ピング層２ａ，２ｂ，２ｃが積層される。すなわち、前
記半導体基板１上面に、活性層２が所定厚さに単結晶成
長された後、該活性層２の単結晶成長が一時停止され、
次いで、該活性層２の表面上にＳｉまたはＢａが所定キ
ャリア密度で積層され、１〜２個の単分子層が形成され
る。したがって、該単分子層が５〜３０Å厚さのデルタ
ドーピングされた層２ａになり、その後、このような方
法が２回反復され該活性層２が単結晶成長する間、所定
キャリア密度で積層されたデルタドーピング層２ｂ，２
ｃが該活性層２の内部にそれぞれ形成される。
たように、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰまたはＩｎＰ中のいず
れか１つを使用すればよいが、本実施例ではＧａＡｓ基
板が使用されている。かつ、活性層２がＭＢＥまたはＭ
ＯＣＶＤ工程により半導体基板１表面上に成長される間
に、１〜２個の単分子層のドーパントでなるデルタドー
ピング層２ａ，２ｂ，２ｃが積層される。すなわち、前
記半導体基板１上面に、活性層２が所定厚さに単結晶成
長された後、該活性層２の単結晶成長が一時停止され、
次いで、該活性層２の表面上にＳｉまたはＢａが所定キ
ャリア密度で積層され、１〜２個の単分子層が形成され
る。したがって、該単分子層が５〜３０Å厚さのデルタ
ドーピングされた層２ａになり、その後、このような方
法が２回反復され該活性層２が単結晶成長する間、所定
キャリア密度で積層されたデルタドーピング層２ｂ，２
ｃが該活性層２の内部にそれぞれ形成される。
【００２２】その後、前記半導体基板１と活性層２との
エネルギーバンドギャップよりも小さいエネルギーバン
ドギャップを有し、半導体基板１と同様な物質の電流注
入層３が前記活性層２表面上に積層される。ここで、該
電流注入層３は、高濃度のｎ型不純物にドーピングされ
た状態である。
エネルギーバンドギャップよりも小さいエネルギーバン
ドギャップを有し、半導体基板１と同様な物質の電流注
入層３が前記活性層２表面上に積層される。ここで、該
電流注入層３は、高濃度のｎ型不純物にドーピングされ
た状態である。
【００２３】次いで、該電流注入層３上面に、前記半導
体基板１と同様な物質のキャップ層４が積層され、該キ
ャップ層４上面に金属電極５が形成されて、赤外線光検
出器が構成される。ここで、前記キャップ層４は、高濃
度のｎ型不純物でドーピングされた状態になる。
体基板１と同様な物質のキャップ層４が積層され、該キ
ャップ層４上面に金属電極５が形成されて、赤外線光検
出器が構成される。ここで、前記キャップ層４は、高濃
度のｎ型不純物でドーピングされた状態になる。
【００２４】このように構成された本発明に係るデルタ
ドーピングされた半導体を利用する赤外線光検出器にお
いては、図５に示したようなエネルギー帯域を有し、該
赤外線光検出器に外部から電界が印加すると、活性層２
のデルタドーピングされた層２ａ，２ｂ，２ｃの不純物
濃度差によりエネルギー障壁が存在するので、電流が流
れなくなる。しかし、このような状態で光が赤外線光検
出器に入射すると、デルタドーピングされた量子障壁内
の電子が該入射光のエネルギーにより基底状態から励起
状態に遷移し、前記量子障壁を超えるので、電流が流れ
るようになる。よって、前記電流に入射する赤外線光が
検出される。
ドーピングされた半導体を利用する赤外線光検出器にお
いては、図５に示したようなエネルギー帯域を有し、該
赤外線光検出器に外部から電界が印加すると、活性層２
のデルタドーピングされた層２ａ，２ｂ，２ｃの不純物
濃度差によりエネルギー障壁が存在するので、電流が流
れなくなる。しかし、このような状態で光が赤外線光検
出器に入射すると、デルタドーピングされた量子障壁内
の電子が該入射光のエネルギーにより基底状態から励起
状態に遷移し、前記量子障壁を超えるので、電流が流れ
るようになる。よって、前記電流に入射する赤外線光が
検出される。
【００２５】一方、図６に示したように、デルタドーピ
ングされた各層のサブバンド間の光吸収係数は、該デル
タドーピングされた各層の表面濃度Ｎｓがそれぞれ増加
することにより増加される。これは、吸収される光のエ
ネルギーがデルタドーピングされた層の表面濃度の調節
により制御されるということを示す。すなわち、デルタ
ドーピングされた層の濃度が１×１０12／ｃｍ2 の場
合、吸収される赤外線光のエネルギーは４０ｍｅＶにな
るので、吸収される赤外線光の波長は前記式（１）によ
り３０μｍになる。かつ、デルタドーピングされた層の
濃度が５×１０12／ｃｍ2 の場合、吸収される光のエネ
ルギーは１２０ｍｅＶになるので、吸収される赤外線光
の波長は前記式（１）により１０μｍになる。したがっ
て、活性層２は十分に大きい光吸収係数を有しているの
で、３〜３０μｍの長波長の赤外線光が常温においても
検出されるようになる。
ングされた各層のサブバンド間の光吸収係数は、該デル
タドーピングされた各層の表面濃度Ｎｓがそれぞれ増加
することにより増加される。これは、吸収される光のエ
ネルギーがデルタドーピングされた層の表面濃度の調節
により制御されるということを示す。すなわち、デルタ
ドーピングされた層の濃度が１×１０12／ｃｍ2 の場
合、吸収される赤外線光のエネルギーは４０ｍｅＶにな
るので、吸収される赤外線光の波長は前記式（１）によ
り３０μｍになる。かつ、デルタドーピングされた層の
濃度が５×１０12／ｃｍ2 の場合、吸収される光のエネ
ルギーは１２０ｍｅＶになるので、吸収される赤外線光
の波長は前記式（１）により１０μｍになる。したがっ
て、活性層２は十分に大きい光吸収係数を有しているの
で、３〜３０μｍの長波長の赤外線光が常温においても
検出されるようになる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るデル
タドーピングされた半導体を利用する赤外線光検出器に
おいては、デルタドーピングされた層の表面濃度が調節
されて検出される赤外線光の波長が調節されるようにな
っているため、従来のような、良質の量子井戸の形成お
よび冷却装置が省かれ、常温で良好な光検出を行ない得
るという効果がある。
タドーピングされた半導体を利用する赤外線光検出器に
おいては、デルタドーピングされた層の表面濃度が調節
されて検出される赤外線光の波長が調節されるようにな
っているため、従来のような、良質の量子井戸の形成お
よび冷却装置が省かれ、常温で良好な光検出を行ない得
るという効果がある。
【図１】本発明に係る３個のデルタドーピング層を有す
る半導体層が基板上に形成された状態を示した断面図で
ある。
る半導体層が基板上に形成された状態を示した断面図で
ある。
【図２】本発明に係る３個のデルタドーピング層の電子
に対応する量子井戸障壁を示した表示図である。
に対応する量子井戸障壁を示した表示図である。
【図３】本発明に係る３個のデルタドーピング層のドー
ピング濃度と拘束された電子のエネルギーとの関係を示
した図である。
ピング濃度と拘束された電子のエネルギーとの関係を示
した図である。
【図４】本発明に係るデルタドーピングされた半導体を
利用した赤外線光検出器を示した断面図である。
利用した赤外線光検出器を示した断面図である。
【図５】図４に示した赤外線光検出器の電子エネルギー
帯域図である。
帯域図である。
【図６】本発明に係るデルタドーピングされた半導体層
のドーピング濃度に対する光エネルギーと吸収係数との
関係を示した図である。
のドーピング濃度に対する光エネルギーと吸収係数との
関係を示した図である。
【図７】従来の量子井戸の構造を利用した赤外線光検出
器のエネルギー帯域図である。
器のエネルギー帯域図である。
１ 半導体基板 ２ 活性層 ２ａ，２ｂ，２ｃ デルタドーピングされた層 ３ 電流注入層 ４ キャップ層 ５ キャップ層の電極 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (4)
- 【請求項１】 デルタドーピングされた半導体を利用し
た赤外線光検出器であって、 半導体基板と、 該半導体基板上に形成される活性層と、 該活性層内部に形成され検出される赤外線光の波長を調
節するためドーピング濃度の調節されるデルタドーピン
グされた層と、 該活性層上に形成される電流注入層と、 該電流注入層上に形成されるキャップ層と、 該キャップ層上に形成される電極と、を備えた、デルタ
ドーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器。 - 【請求項２】 前記半導体基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａ
ＰおよびＩｎＰからなる群から選ばれるいずれか１つに
て形成される、請求項１記載のデルタドーピングされた
半導体を利用した赤外線光検出器。 - 【請求項３】 前記デルタドーピングされる層のドーパ
ントは、ｎ型不純物のＳｉおよびＲａからなる群から選
ばれるいずれか１つにてなる、請求項１記載のデルタド
ーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器。 - 【請求項４】 前記デルタドーピングされた層は、該層
の厚さが５〜３０Åである、請求項１記載のデルタドー
ピングされた半導体を利用した赤外線光検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930004109A KR960004594B1 (ko) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 적외선 광 검출기 |
| KR93P4109 | 1993-03-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302846A true JPH06302846A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=19352325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6043496A Pending JPH06302846A (ja) | 1993-03-17 | 1994-03-15 | デルタドーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5757025A (ja) |
| JP (1) | JPH06302846A (ja) |
| KR (1) | KR960004594B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170010371A (ko) * | 2014-05-27 | 2017-01-31 | 더 실라나 그룹 피티와이 리미티드 | n-형 및 p-형 초격자를 포함하는 전자 디바이스 |
| US11862750B2 (en) | 2014-05-27 | 2024-01-02 | Silanna UV Technologies Pte Ltd | Optoelectronic device |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000021731A (ja) * | 1998-07-02 | 2000-01-21 | Advantest Corp | 荷電粒子ビーム露光装置 |
| US6344650B1 (en) * | 1999-04-23 | 2002-02-05 | Sandia Corporation | Electron gas grid semiconductor radiation detectors |
| GB0030204D0 (en) * | 2000-12-12 | 2001-01-24 | Secr Defence | Reduced noise semiconductor photodetector |
| US20090218563A1 (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-03 | Bruce Alvin Gurney | Novel fabrication of semiconductor quantum well heterostructure devices |
| WO2010077984A2 (en) * | 2008-12-16 | 2010-07-08 | California Institute Of Technology | Digital alloy absorber for photodetectors |
| KR101376976B1 (ko) * | 2012-06-29 | 2014-03-21 | 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 | 반도체 발광 디바이스 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4882609A (en) * | 1984-11-19 | 1989-11-21 | Max-Planck Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschafter E.V. | Semiconductor devices with at least one monoatomic layer of doping atoms |
| US5060234A (en) * | 1984-11-19 | 1991-10-22 | Max-Planck Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften | Injection laser with at least one pair of monoatomic layers of doping atoms |
| US4894526A (en) * | 1987-01-15 | 1990-01-16 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Infrared-radiation detector device |
| US4873555A (en) * | 1987-06-08 | 1989-10-10 | University Of Pittsburgh Of The Commonwealth System Of Higher Education | Intraband quantum well photodetector and associated method |
| US5023685A (en) * | 1988-06-06 | 1991-06-11 | Bethea Clyde G | Quantum-well radiation-interactive device, and methods of radiation detection and modulation |
| US4929064A (en) * | 1988-07-21 | 1990-05-29 | American Telephone And Telegraph Company | Optical communications modulator device |
| US4974044A (en) * | 1989-04-21 | 1990-11-27 | At&T Bell Laboratories | Devices having asymmetric delta-doping |
| US5031012A (en) * | 1989-04-21 | 1991-07-09 | At&T Bell Laboratories | Devices having asymmetric delta-doping |
| US5013685A (en) * | 1989-11-02 | 1991-05-07 | At&T Bell Laboratories | Method of making a non-alloyed ohmic contact to III-V semiconductors-on-silicon |
| US5311009A (en) * | 1992-07-31 | 1994-05-10 | At&T Bell Laboratories | Quantum well device for producing localized electron states for detectors and modulators |
-
1993
- 1993-03-17 KR KR1019930004109A patent/KR960004594B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-03-15 JP JP6043496A patent/JPH06302846A/ja active Pending
-
1995
- 1995-08-22 US US08/517,671 patent/US5757025A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170010371A (ko) * | 2014-05-27 | 2017-01-31 | 더 실라나 그룹 피티와이 리미티드 | n-형 및 p-형 초격자를 포함하는 전자 디바이스 |
| US11862750B2 (en) | 2014-05-27 | 2024-01-02 | Silanna UV Technologies Pte Ltd | Optoelectronic device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR940022927A (ko) | 1994-10-22 |
| KR960004594B1 (ko) | 1996-04-09 |
| US5757025A (en) | 1998-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6614086B2 (en) | Avalanche photodetector | |
| US5121181A (en) | Resonant tunneling photodetector for long wavelength applications | |
| US20100133637A1 (en) | Avalanche photodiode | |
| EP1581986A2 (en) | Temperature insensitive quantum dot lasers and photonic gain devices having proximity-placed acceptor impurities, and methods therefor | |
| JPS6328506B2 (ja) | ||
| JPH06302846A (ja) | デルタドーピングされた半導体を利用した赤外線光検出器 | |
| US7081639B2 (en) | Semiconductor photodetection device and fabrication process thereof | |
| JPS582077A (ja) | 半導体デバイス | |
| EP0380939B1 (en) | Resonant tunneling photodetector for long wavelength applications | |
| US20230299223A1 (en) | Photodiode structures | |
| JP3157509B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2695092B2 (ja) | 超格子受光素子 | |
| JPH0862554A (ja) | 半導体光変調器 | |
| KR0175441B1 (ko) | 애벌랜치 포토다이오드의 제조방법 | |
| JP2825929B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP2712724B2 (ja) | 量子井戸構造 | |
| JP3114496B2 (ja) | 赤外アバランシェ・フォトダイオード | |
| JP2666841B2 (ja) | アバランシェ型半導体受光素子の製造方法 | |
| Cheng et al. | Near infrared avalanche photodiodes with bulk Al 0.04 Ga 0.96 Sb and GaSb/AlSb superlattice gain layers | |
| JP2825930B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JPH0832104A (ja) | 光電変換装置 | |
| Mackal et al. | Lasers with thin strained InAs layers in GaAs electro-optical characterisation and operation at elevated temperatures | |
| JPH0148663B2 (ja) | ||
| JPH03165071A (ja) | 半導体受光素子 | |
| Towe et al. | The promise of quantum-dot infrared photodetectors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040413 |