JPH10341028A - 半導体赤外線検出装置 - Google Patents
半導体赤外線検出装置Info
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- JPH10341028A JPH10341028A JP9151225A JP15122597A JPH10341028A JP H10341028 A JPH10341028 A JP H10341028A JP 9151225 A JP9151225 A JP 9151225A JP 15122597 A JP15122597 A JP 15122597A JP H10341028 A JPH10341028 A JP H10341028A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、化合物半導体層からなる多重量子井
戸層内に発生する量子準位間遷移或いはサブバンド（ミ
ニバンド）間遷移を利用し、赤外光を吸収して電気信号
に変換する半導体赤外線検出装置に関し、主赤外線吸収
部の厚さをあまり厚くしないで、赤外線の吸収効率を維
持し、かつ暗電流を低減する。 【解決手段】井戸層と障壁層とが交互に複数積層された
多重量子井戸層を有し、多重量子井戸層内での赤外線の
吸収により電子が量子準位間を遷移する現象を用いて赤
外線の強度を検出する半導体赤外線検出装置において、
多重量子井戸層内の障壁層のうち少なくとも一つの障壁
層１２１ａ又は１２１ｂは他の障壁層２２２ａ〜２２２
ｄよりも電子に対する障壁の効果を高めてなる。
戸層内に発生する量子準位間遷移或いはサブバンド（ミ
ニバンド）間遷移を利用し、赤外光を吸収して電気信号
に変換する半導体赤外線検出装置に関し、主赤外線吸収
部の厚さをあまり厚くしないで、赤外線の吸収効率を維
持し、かつ暗電流を低減する。 【解決手段】井戸層と障壁層とが交互に複数積層された
多重量子井戸層を有し、多重量子井戸層内での赤外線の
吸収により電子が量子準位間を遷移する現象を用いて赤
外線の強度を検出する半導体赤外線検出装置において、
多重量子井戸層内の障壁層のうち少なくとも一つの障壁
層１２１ａ又は１２１ｂは他の障壁層２２２ａ〜２２２
ｄよりも電子に対する障壁の効果を高めてなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体赤外線検出
装置に関し、より詳しくは、化合物半導体層からなる多
重量子井戸層内に発生する量子準位間遷移或いはサブバ
ンド（ミニバンド）間遷移を利用し、赤外光を吸収して
電気信号に変換する半導体赤外線検出装置に関する。
装置に関し、より詳しくは、化合物半導体層からなる多
重量子井戸層内に発生する量子準位間遷移或いはサブバ
ンド（ミニバンド）間遷移を利用し、赤外光を吸収して
電気信号に変換する半導体赤外線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は、従来の量子井戸構造を有する
半導体赤外線検出装置（赤外線センサ）の全体の構成を
示す断面図である。図１１に示すように、溝９により相
互に分離され、各々が１つの画素となる複数の凸状部分
１０ａ，１０ｂと、全画素に共通の電極となる共通電極
７が下部のコンタクト層１又は１ａに接続された共通電
極接続部１１とを有する。更に、凸状部分１０ａ，１０
ｂの半導体層にはそれぞれ電極８ａ，８ｂが接触してい
る。
半導体赤外線検出装置（赤外線センサ）の全体の構成を
示す断面図である。図１１に示すように、溝９により相
互に分離され、各々が１つの画素となる複数の凸状部分
１０ａ，１０ｂと、全画素に共通の電極となる共通電極
７が下部のコンタクト層１又は１ａに接続された共通電
極接続部１１とを有する。更に、凸状部分１０ａ，１０
ｂの半導体層にはそれぞれ電極８ａ，８ｂが接触してい
る。
【０００３】また、半導体赤外線検出装置全体の強度を
保持するため、各凸状部分１０ａ，１０ｂの下部のコン
タクト層１又は１ａの下側に半導体層４が形成されてい
る。更に、共通電極７及び電極８ａ，８ｂの接続部を除
き、素子の表面は保護絶縁膜６により被覆されている。
各凸状部分１０ａ，１０ｂの詳細な構造を図９に示す。
同図に示すように、下部のコンタクト層１又は１ａと、
井戸層１０２ａ〜１０２ｍと障壁層１０１ａ〜１０１ｎ
とを交互に積層した多重量子井戸層からなる主赤外線吸
収部２と、上部のコンタクト層３又は３ａと、裏面から
凸状部分１０ａ，１０ｂに入射した赤外光を反射し、散
乱させる不図示の回折格子と反射膜からなる反射層５と
が積層されている。この場合、井戸層１０２ａ〜１０２
ｍはすべて同じ厚さとされ、障壁層１０１ａ〜１０１ｎ
はすべて同じ厚さとされる。図９中の上の図は主赤外線
吸収部２の詳細な層構成を示し、下の図は、伝導帯（Ｅ
ｃ）のみを示したエネルギバンド図を示す。
保持するため、各凸状部分１０ａ，１０ｂの下部のコン
タクト層１又は１ａの下側に半導体層４が形成されてい
る。更に、共通電極７及び電極８ａ，８ｂの接続部を除
き、素子の表面は保護絶縁膜６により被覆されている。
各凸状部分１０ａ，１０ｂの詳細な構造を図９に示す。
同図に示すように、下部のコンタクト層１又は１ａと、
井戸層１０２ａ〜１０２ｍと障壁層１０１ａ〜１０１ｎ
とを交互に積層した多重量子井戸層からなる主赤外線吸
収部２と、上部のコンタクト層３又は３ａと、裏面から
凸状部分１０ａ，１０ｂに入射した赤外光を反射し、散
乱させる不図示の回折格子と反射膜からなる反射層５と
が積層されている。この場合、井戸層１０２ａ〜１０２
ｍはすべて同じ厚さとされ、障壁層１０１ａ〜１０１ｎ
はすべて同じ厚さとされる。図９中の上の図は主赤外線
吸収部２の詳細な層構成を示し、下の図は、伝導帯（Ｅ
ｃ）のみを示したエネルギバンド図を示す。
【０００４】ところで、多重量子井戸構造を有する高性
能の赤外線センサを実現するには、赤外線を受光しない
場合に流れる暗電流を低減する必要がある。暗電流の主
成分として、井戸層１０２ａ〜１０２ｍ内に閉じ込めら
れた電子が障壁層１０１ａ〜１０１ｎをトンネルして外
部に流れだすトンネル電流と、井戸層１０２ａ〜１０２
ｍ内の電子等が熱的に障壁層１０１ａ〜１０１ｎのポテ
ンシャルを越えるようなエネルギを得て生成される熱励
起電流とがある。従って、暗電流は、低温時にはトンネ
ル電流によって支配され、周囲温度が高くなるに伴い、
熱励起電流によって支配されるようになる。
能の赤外線センサを実現するには、赤外線を受光しない
場合に流れる暗電流を低減する必要がある。暗電流の主
成分として、井戸層１０２ａ〜１０２ｍ内に閉じ込めら
れた電子が障壁層１０１ａ〜１０１ｎをトンネルして外
部に流れだすトンネル電流と、井戸層１０２ａ〜１０２
ｍ内の電子等が熱的に障壁層１０１ａ〜１０１ｎのポテ
ンシャルを越えるようなエネルギを得て生成される熱励
起電流とがある。従って、暗電流は、低温時にはトンネ
ル電流によって支配され、周囲温度が高くなるに伴い、
熱励起電流によって支配されるようになる。
【０００５】トンネル電流を抑制するためには、図１０
に示すように、井戸層１０４ａ〜１０４ｍの間に介在す
る障壁層１０３ａ〜１０３ｎの厚さを増加させることが
有効である。図１０中、上の図は主赤外線吸収部２ａの
詳細な層構成を示し、下の図は、伝導帯（Ｅｃ）のみを
示したエネルギバンド図を示す。また、熱励起電流を低
減するためには、通常、井戸層１０２ａ〜１０２ｍ，１
０４ａ〜１０４ｍのドーピング濃度を減少させる手段が
用いられる。しかし、ドーピング濃度の低減は同時に赤
外線吸収効率をも低下させるため、赤外線吸収効率を維
持するためには井戸層１０２ａ〜１０２ｍ，１０４ａ〜
１０４ｍの積層数を増やす必要がある。
に示すように、井戸層１０４ａ〜１０４ｍの間に介在す
る障壁層１０３ａ〜１０３ｎの厚さを増加させることが
有効である。図１０中、上の図は主赤外線吸収部２ａの
詳細な層構成を示し、下の図は、伝導帯（Ｅｃ）のみを
示したエネルギバンド図を示す。また、熱励起電流を低
減するためには、通常、井戸層１０２ａ〜１０２ｍ，１
０４ａ〜１０４ｍのドーピング濃度を減少させる手段が
用いられる。しかし、ドーピング濃度の低減は同時に赤
外線吸収効率をも低下させるため、赤外線吸収効率を維
持するためには井戸層１０２ａ〜１０２ｍ，１０４ａ〜
１０４ｍの積層数を増やす必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、暗電流
を低減させようとすると、必然的に主赤外線吸収部２又
は２ａの厚さを厚くせざるを得なくなる。このため、各
画素を分離する溝９を形成するためのエッチングが難し
くなったり、凸状部分１０ａ，１０ｂの側面部の表面リ
ークが増加するという問題がある。
を低減させようとすると、必然的に主赤外線吸収部２又
は２ａの厚さを厚くせざるを得なくなる。このため、各
画素を分離する溝９を形成するためのエッチングが難し
くなったり、凸状部分１０ａ，１０ｂの側面部の表面リ
ークが増加するという問題がある。
【０００７】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、主赤外線吸収部の厚さをあまり
厚くしないで、赤外線の吸収効率を維持し、かつ暗電流
を低減することができる半導体赤外線検出装置を提供す
るものである。
創作されたものであり、主赤外線吸収部の厚さをあまり
厚くしないで、赤外線の吸収効率を維持し、かつ暗電流
を低減することができる半導体赤外線検出装置を提供す
るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、井戸層と障壁層とが交互に複数積層された多重
量子井戸層を有し、該多重量子井戸層内での赤外線の吸
収により電子が量子準位間を遷移する現象を用いて前記
赤外線の強度を検出する半導体赤外線検出装置におい
て、前記多重量子井戸層内の障壁層のうち少なくとも一
つの障壁層は他の障壁層よりも前記電子に対する障壁の
効果を高めてなることを特徴とする半導体赤外線検出装
置によって解決され、第２の発明である、前記電子に対
する障壁の効果を高めた障壁層は、前記多重量子井戸層
内で周期的に配置されていることを特徴とする第１の発
明に記載の半導体赤外線検出装置によって解決され、第
３の発明である、前記電子に対する障壁の効果を高めた
障壁層の膜厚は他の障壁層の膜厚よりも厚くなっている
ことを特徴とする第１又は第２の発明に記載の半導体赤
外線検出装置によって解決され、第４の発明である、前
記電子に対する障壁の効果を高めた障壁層のポテンシャ
ルの高さは、前記他の障壁層のポテンシャルの高さより
も高いことを特徴とする第１乃至第３の発明のいずれか
に記載の半導体赤外線検出装置によって解決され、第５
の発明である、前記各井戸層間の前記量子準位は相互に
作用せず、各々孤立していることを特徴とする第１乃至
第４の発明のいずれかに記載の半導体赤外線検出装置に
よって解決され、第６の発明である、前記各井戸層内の
量子準位が相互に作用し、前記電子に対する障壁の効果
を高めた障壁層を除く領域に量子準位のミニバンドが形
成されていることを特徴とする第１乃至第４の発明のい
ずれかに記載の半導体赤外線検出装置によって解決さ
れ、第７の発明である、前記他の障壁層のポテンシャル
の高さは前記量子準位のうち少なくとも基底準位の次に
高い励起準位の高さよりも高く、前記電子に対する障壁
の効果を高めた障壁層のポテンシャルの高さは前記励起
準位の高さと同じか又はそれよりも高く、かつ前記他の
障壁層のポテンシャルの高さは前記電子に対する障壁の
効果を高めた障壁層のポテンシャルの高さよりも高くな
っており、前記形成されている量子準位のミニバンド
は、前記基底準位のミニバンドと前記励起準位のミニバ
ンドであることを特徴とする第６の発明に記載の半導体
赤外線検出装置によって解決される。
である、井戸層と障壁層とが交互に複数積層された多重
量子井戸層を有し、該多重量子井戸層内での赤外線の吸
収により電子が量子準位間を遷移する現象を用いて前記
赤外線の強度を検出する半導体赤外線検出装置におい
て、前記多重量子井戸層内の障壁層のうち少なくとも一
つの障壁層は他の障壁層よりも前記電子に対する障壁の
効果を高めてなることを特徴とする半導体赤外線検出装
置によって解決され、第２の発明である、前記電子に対
する障壁の効果を高めた障壁層は、前記多重量子井戸層
内で周期的に配置されていることを特徴とする第１の発
明に記載の半導体赤外線検出装置によって解決され、第
３の発明である、前記電子に対する障壁の効果を高めた
障壁層の膜厚は他の障壁層の膜厚よりも厚くなっている
ことを特徴とする第１又は第２の発明に記載の半導体赤
外線検出装置によって解決され、第４の発明である、前
記電子に対する障壁の効果を高めた障壁層のポテンシャ
ルの高さは、前記他の障壁層のポテンシャルの高さより
も高いことを特徴とする第１乃至第３の発明のいずれか
に記載の半導体赤外線検出装置によって解決され、第５
の発明である、前記各井戸層間の前記量子準位は相互に
作用せず、各々孤立していることを特徴とする第１乃至
第４の発明のいずれかに記載の半導体赤外線検出装置に
よって解決され、第６の発明である、前記各井戸層内の
量子準位が相互に作用し、前記電子に対する障壁の効果
を高めた障壁層を除く領域に量子準位のミニバンドが形
成されていることを特徴とする第１乃至第４の発明のい
ずれかに記載の半導体赤外線検出装置によって解決さ
れ、第７の発明である、前記他の障壁層のポテンシャル
の高さは前記量子準位のうち少なくとも基底準位の次に
高い励起準位の高さよりも高く、前記電子に対する障壁
の効果を高めた障壁層のポテンシャルの高さは前記励起
準位の高さと同じか又はそれよりも高く、かつ前記他の
障壁層のポテンシャルの高さは前記電子に対する障壁の
効果を高めた障壁層のポテンシャルの高さよりも高くな
っており、前記形成されている量子準位のミニバンド
は、前記基底準位のミニバンドと前記励起準位のミニバ
ンドであることを特徴とする第６の発明に記載の半導体
赤外線検出装置によって解決される。
【０００９】本発明においては、多重量子井戸層内の障
壁層のうち少なくとも一つの障壁層は他の障壁層よりも
電子に対する障壁の効果を高めてなる。電子に対する障
壁の効果を高める構造として、例えば、その障壁層の膜
厚を他の障壁層の膜厚よりも厚くしたもの、その障壁層
のポテンシャルの高さを他の障壁層のポテンシャルの高
さよりも高くしたものを採用する。
壁層のうち少なくとも一つの障壁層は他の障壁層よりも
電子に対する障壁の効果を高めてなる。電子に対する障
壁の効果を高める構造として、例えば、その障壁層の膜
厚を他の障壁層の膜厚よりも厚くしたもの、その障壁層
のポテンシャルの高さを他の障壁層のポテンシャルの高
さよりも高くしたものを採用する。
【００１０】従って、赤外線を照射していないときに電
子に対する障壁の効果を高めた障壁層によりトンネル電
流や熱励起電流となる電子の移動を抑制するとともに、
電子に対する障壁の効果を高めた障壁層以外の部分多重
量子井戸層からなる主赤外線吸収部内では、暗電流を抑
制するための何らの制約なく、光電気変換効率や赤外線
吸収効率の向上のために、井戸層のキャリア濃度を増や
したり、障壁層の膜厚を薄くしてトンネル確率を増大さ
せたり、基底準位や励起準位をミニバンド化したり、或
いは障壁層のポテンシャルの高さを低くしてトンネル確
率を増大させたりすることができる。
子に対する障壁の効果を高めた障壁層によりトンネル電
流や熱励起電流となる電子の移動を抑制するとともに、
電子に対する障壁の効果を高めた障壁層以外の部分多重
量子井戸層からなる主赤外線吸収部内では、暗電流を抑
制するための何らの制約なく、光電気変換効率や赤外線
吸収効率の向上のために、井戸層のキャリア濃度を増や
したり、障壁層の膜厚を薄くしてトンネル確率を増大さ
せたり、基底準位や励起準位をミニバンド化したり、或
いは障壁層のポテンシャルの高さを低くしてトンネル確
率を増大させたりすることができる。
【００１１】なお、励起準位をミニバンド化する場合に
は、電子に対する障壁の効果を高めた障壁層を除く多重
量子井戸層内の障壁層のポテンシャルの高さを励起準位
に相当するエネルギレベルよりも高くする。この場合
も、電子に対する障壁の効果を高めた障壁層のポテンシ
ャルの高さが他の障壁層よりも低くても、ミニバンドが
電子に対する障壁の効果を高めた障壁層に形成されず、
かつその膜厚が他の障壁層の膜厚に比べて厚いので、暗
電流を抑制する効果がある。
は、電子に対する障壁の効果を高めた障壁層を除く多重
量子井戸層内の障壁層のポテンシャルの高さを励起準位
に相当するエネルギレベルよりも高くする。この場合
も、電子に対する障壁の効果を高めた障壁層のポテンシ
ャルの高さが他の障壁層よりも低くても、ミニバンドが
電子に対する障壁の効果を高めた障壁層に形成されず、
かつその膜厚が他の障壁層の膜厚に比べて厚いので、暗
電流を抑制する効果がある。
【００１２】以上のように、本発明によれば、暗電流を
抑制するために多重量子井戸層内の全ての障壁層の厚さ
を不必要に厚くする必要はない。また、光電気変換効率
や赤外線吸収効率の向上のために主赤外線吸収部内の井
戸層の層数を不必要に増やす必要はない。従って、素子
全体の厚さの増大を抑制しつつ、暗電流を抑制し、光電
気変換効率や赤外線吸収効率の向上を図ることができ
る。
抑制するために多重量子井戸層内の全ての障壁層の厚さ
を不必要に厚くする必要はない。また、光電気変換効率
や赤外線吸収効率の向上のために主赤外線吸収部内の井
戸層の層数を不必要に増やす必要はない。従って、素子
全体の厚さの増大を抑制しつつ、暗電流を抑制し、光電
気変換効率や赤外線吸収効率の向上を図ることができ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 （１）第１の実施の形態 図８（ａ）は、本発明の実施の形態に係る量子井戸構造
を有する半導体赤外線検出装置（赤外線センサ）の全体
の構成を示す断面図である。
いて図面を参照しながら説明する。 （１）第１の実施の形態 図８（ａ）は、本発明の実施の形態に係る量子井戸構造
を有する半導体赤外線検出装置（赤外線センサ）の全体
の構成を示す断面図である。
【００１４】図８（ａ）に示すように、分離溝１９によ
り分離され、各々が１つの画素となる複数の凸状部分２
０ａ，２０ｂと、全画素に共通の電極となる共通電極１
７が下部のコンタクト層１１４に接続された共通電極接
続部２１とを有する。複数の凸状部分２０ａ，２０ｂに
はそれぞれ電極１８ａ，１８ｂが形成されている。ま
た、半導体赤外線検出装置全体の強度を保持するため、
各画素２０ａ，２０ｂのコンタクト層１１４の下側に半
導体層１１２，１１３が形成されている。更に、共通電
極１７及び電極１８ａ，１８ｂの接触部を除いて素子の
全表面はＳｉＯＮ膜からなる保護膜１６で被覆されてい
る。
り分離され、各々が１つの画素となる複数の凸状部分２
０ａ，２０ｂと、全画素に共通の電極となる共通電極１
７が下部のコンタクト層１１４に接続された共通電極接
続部２１とを有する。複数の凸状部分２０ａ，２０ｂに
はそれぞれ電極１８ａ，１８ｂが形成されている。ま
た、半導体赤外線検出装置全体の強度を保持するため、
各画素２０ａ，２０ｂのコンタクト層１１４の下側に半
導体層１１２，１１３が形成されている。更に、共通電
極１７及び電極１８ａ，１８ｂの接触部を除いて素子の
全表面はＳｉＯＮ膜からなる保護膜１６で被覆されてい
る。
【００１５】各凸状部分２０ａ，２０ｂは、半導体層１
１５，１１６と、主赤外線吸収部１３と、裏面から凸状
部分２０ａ，２０ｂに入射した赤外光を反射し、散乱さ
せる回折格子が形成された反射層１５とが積層され、電
極１８ａ，１８ｂを兼ねた反射膜が形成されている。反
射層１５及び反射膜の詳細を図８（ｂ）に示す。主赤外
線吸収部１３の詳細な構造を図１に示す。同図に示すよ
うに、主赤外線吸収部１３は井戸層と障壁層とが交互に
積層された多重量子井戸層からなる。それらの障壁層の
うち、電子に対する障壁の効果を高めた障壁層（以下、
高障壁層と称する。）１２１ａ〜１２１ｎが障壁層の５
層目毎に周期的に形成されている。それらの高障壁層１
２１ａ〜１２１ｎは電子に対する障壁の効果を高めるた
め、他の障壁層の膜厚２５ｎｍよりも厚い膜厚７５ｎｍ
となっている。高障壁層１２１ａ〜１２１ｎ及びそれ以
外の他の障壁層としてi-Al0.3Ga0.7As層が用いられてい
る。
１５，１１６と、主赤外線吸収部１３と、裏面から凸状
部分２０ａ，２０ｂに入射した赤外光を反射し、散乱さ
せる回折格子が形成された反射層１５とが積層され、電
極１８ａ，１８ｂを兼ねた反射膜が形成されている。反
射層１５及び反射膜の詳細を図８（ｂ）に示す。主赤外
線吸収部１３の詳細な構造を図１に示す。同図に示すよ
うに、主赤外線吸収部１３は井戸層と障壁層とが交互に
積層された多重量子井戸層からなる。それらの障壁層の
うち、電子に対する障壁の効果を高めた障壁層（以下、
高障壁層と称する。）１２１ａ〜１２１ｎが障壁層の５
層目毎に周期的に形成されている。それらの高障壁層１
２１ａ〜１２１ｎは電子に対する障壁の効果を高めるた
め、他の障壁層の膜厚２５ｎｍよりも厚い膜厚７５ｎｍ
となっている。高障壁層１２１ａ〜１２１ｎ及びそれ以
外の他の障壁層としてi-Al0.3Ga0.7As層が用いられてい
る。
【００１６】以下、高障壁層１２１ａ〜１２１ｎの間に
ある部分的な多重量子井戸層を部分多重量子井戸層１２
２ａ〜１２２ｍという。この実施の形態では、部分多重
量子井戸層１２２ａ〜１２２ｍを２０層とし、高障壁層
１２１ａ〜１２１ｎを２１層としている。部分多重量子
井戸層１２２ａ〜１２２ｍの詳細な構造を図２に示す。
図２中、上の図は部分多重量子井戸層１２２ａ〜１２２
ｍの詳細な層構成を示し、下の図は、伝導帯（Ｅｃ）の
みを示したエネルギバンド図を示す。
ある部分的な多重量子井戸層を部分多重量子井戸層１２
２ａ〜１２２ｍという。この実施の形態では、部分多重
量子井戸層１２２ａ〜１２２ｍを２０層とし、高障壁層
１２１ａ〜１２１ｎを２１層としている。部分多重量子
井戸層１２２ａ〜１２２ｍの詳細な構造を図２に示す。
図２中、上の図は部分多重量子井戸層１２２ａ〜１２２
ｍの詳細な層構成を示し、下の図は、伝導帯（Ｅｃ）の
みを示したエネルギバンド図を示す。
【００１７】図２に示すように、部分多重量子井戸層１
２２ａ〜１２２ｍは井戸層２２１ａ〜２２１ｅと障壁層
２２２ａ〜２２２ｄとが交互に積層されている。井戸層
２２１ａ〜２２１ｅを５層とし、障壁層２２２ａ〜２２
２ｄを４層としている。この場合、井戸層２２１ａ〜２
２１ｅは、すべて膜厚５ｎｍのn-GaAs層からなり、障壁
層２２２ａ〜２２２ｄは、すべて膜厚２５ｎｍのi-Al
0.3Ga0.7As層からなる。また、障壁層２２２ａ〜２２２
ｄの膜厚が厚く、量子準位が相互に作用しあうほど井戸
層２２１ａ〜２２１ｅ間が近くないので、各井戸層２２
１ａ〜２２１ｅ内の基底準位（ＥL0）及び励起準位（Ｅ
L1）は、各井戸層２２１ａ〜２２１ｅ間で孤立してい
る。そして、井戸層２２１ａ〜２２１ｅ内の励起準位
（ＥL1）は、障壁層２２２ａ〜２２２ｄのポテンシャル
の高さとほぼ同じところにある。
２２ａ〜１２２ｍは井戸層２２１ａ〜２２１ｅと障壁層
２２２ａ〜２２２ｄとが交互に積層されている。井戸層
２２１ａ〜２２１ｅを５層とし、障壁層２２２ａ〜２２
２ｄを４層としている。この場合、井戸層２２１ａ〜２
２１ｅは、すべて膜厚５ｎｍのn-GaAs層からなり、障壁
層２２２ａ〜２２２ｄは、すべて膜厚２５ｎｍのi-Al
0.3Ga0.7As層からなる。また、障壁層２２２ａ〜２２２
ｄの膜厚が厚く、量子準位が相互に作用しあうほど井戸
層２２１ａ〜２２１ｅ間が近くないので、各井戸層２２
１ａ〜２２１ｅ内の基底準位（ＥL0）及び励起準位（Ｅ
L1）は、各井戸層２２１ａ〜２２１ｅ間で孤立してい
る。そして、井戸層２２１ａ〜２２１ｅ内の励起準位
（ＥL1）は、障壁層２２２ａ〜２２２ｄのポテンシャル
の高さとほぼ同じところにある。
【００１８】次に、上記半導体赤外線検出装置の製造方
法について図７及び図８を参照しながら説明する。成膜
は分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）等により行う。ま
ず、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板１
１上に膜厚３００ｎｍのi-GaAs層１１１と膜厚３００ｎ
ｍのi-In0.52Ga0.48P 層１１２とを堆積する。i-GaAs層
１１１はi-In0.52Ga0.48P 層１１２を成長させるための
バッファ層としての機能を有する。また、i-In0.52Ga
0.48P 層１１２はＧａＡｓ基板１１を裏面からエッチン
グする際のエッチングストッパ層としての機能を有す
る。
法について図７及び図８を参照しながら説明する。成膜
は分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）等により行う。ま
ず、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板１
１上に膜厚３００ｎｍのi-GaAs層１１１と膜厚３００ｎ
ｍのi-In0.52Ga0.48P 層１１２とを堆積する。i-GaAs層
１１１はi-In0.52Ga0.48P 層１１２を成長させるための
バッファ層としての機能を有する。また、i-In0.52Ga
0.48P 層１１２はＧａＡｓ基板１１を裏面からエッチン
グする際のエッチングストッパ層としての機能を有す
る。
【００１９】次いで、i-In0.52Ga0.48P 層１１２上に膜
厚０．５μｍのi-GaAs層１１３と膜厚０．５μｍのn-Ga
As層１１４とを堆積する。i-GaAs層１１３はＧａＡｓ基
板１１を除去後に素子の強度を補強する機能を有し、n-
GaAs層１１４は共通電極とのオーミック接触を得る機能
を有する。次に、n-GaAs層１１４上に膜厚３０ｎｍのi-
In0.52Ga0.48P 層１１５とn-GaAs層１１６とを堆積す
る。i-In0.52Ga0.48P 層１１５はエッチングにより共通
電極部と分離溝を形成する際のエッチングストッパ層と
しての機能を有し、n-GaAs層１１６はその上に堆積する
多重量子井戸層（ＭＱＷ層）を結晶性良く成長させるた
めのバッファ層としての機能を有する。
厚０．５μｍのi-GaAs層１１３と膜厚０．５μｍのn-Ga
As層１１４とを堆積する。i-GaAs層１１３はＧａＡｓ基
板１１を除去後に素子の強度を補強する機能を有し、n-
GaAs層１１４は共通電極とのオーミック接触を得る機能
を有する。次に、n-GaAs層１１４上に膜厚３０ｎｍのi-
In0.52Ga0.48P 層１１５とn-GaAs層１１６とを堆積す
る。i-In0.52Ga0.48P 層１１５はエッチングにより共通
電極部と分離溝を形成する際のエッチングストッパ層と
しての機能を有し、n-GaAs層１１６はその上に堆積する
多重量子井戸層（ＭＱＷ層）を結晶性良く成長させるた
めのバッファ層としての機能を有する。
【００２０】次いで、n-GaAs層１１６上に、図１に示す
主赤外線吸収部１３を形成する。最初に、膜厚７５ｎｍ
のAl0.3Ga0.7As層（高障壁層）１２１ａを成長する。続
いて、その上に、部分多重量子井戸層１２２ａを成長さ
せる。図２に示すように、部分多重量子井戸層１２２ａ
は、井戸層２２１ａ〜２２１ｄとして膜厚５ｎｍのn-Ga
As層と、障壁層２２２ａ〜２２２ｄとして膜厚２５ｎｍ
のi-Al0.3Ga0.7As層とを交互に積層し、最後にAl0.3Ga
0.7As層２２２ｄの上にn-GaAs層２２１ｅを堆積する。
ここでは、井戸層２２１ａ〜２２１ｅを５層とし、障壁
層２２２ａ〜２２２ｄを４層とする。井戸層２２１ａ〜
２２１ｅのn-GaAs層の成長時にはｎ型不純物、例えばSi
を含有させて、濃度１×１０17ｃｍ-3とする。
主赤外線吸収部１３を形成する。最初に、膜厚７５ｎｍ
のAl0.3Ga0.7As層（高障壁層）１２１ａを成長する。続
いて、その上に、部分多重量子井戸層１２２ａを成長さ
せる。図２に示すように、部分多重量子井戸層１２２ａ
は、井戸層２２１ａ〜２２１ｄとして膜厚５ｎｍのn-Ga
As層と、障壁層２２２ａ〜２２２ｄとして膜厚２５ｎｍ
のi-Al0.3Ga0.7As層とを交互に積層し、最後にAl0.3Ga
0.7As層２２２ｄの上にn-GaAs層２２１ｅを堆積する。
ここでは、井戸層２２１ａ〜２２１ｅを５層とし、障壁
層２２２ａ〜２２２ｄを４層とする。井戸層２２１ａ〜
２２１ｅのn-GaAs層の成長時にはｎ型不純物、例えばSi
を含有させて、濃度１×１０17ｃｍ-3とする。
【００２１】次いで、部分多重量子井戸層１２２ａ上に
膜厚７５ｎｍのAl0.3Ga0.7As層（高障壁層）１２１ｂを
成長した後、上記と同じようにして、部分多重量子井戸
層１２２ｂ〜１２２ｍと、Al0.3Ga0.7As層１２１ｃ〜１
２１ｎとを交互に積層していく。ここでは、部分多重量
子井戸層１２２ａ〜１２２ｍを２０層とし、Al0.3Ga0 .7
As層１２１ａ〜１２１ｎを２１層とする。主赤外線吸収
部１３の全体の厚さは凡そ4.075 μｍとなる。
膜厚７５ｎｍのAl0.3Ga0.7As層（高障壁層）１２１ｂを
成長した後、上記と同じようにして、部分多重量子井戸
層１２２ｂ〜１２２ｍと、Al0.3Ga0.7As層１２１ｃ〜１
２１ｎとを交互に積層していく。ここでは、部分多重量
子井戸層１２２ａ〜１２２ｍを２０層とし、Al0.3Ga0 .7
As層１２１ａ〜１２１ｎを２１層とする。主赤外線吸収
部１３の全体の厚さは凡そ4.075 μｍとなる。
【００２２】次に、Al0.3Ga0.7As層１２１ｎ上に、膜厚
０．５μｍのn-GaAs層からなるコンタクト層１４を形成
する。続いて、コンタクト層１４上にエッチングストッ
パ層となる膜厚５ｎｍのAl0.3Ga0.7As層１１７と光結合
層となる膜厚０．７μｍのn-GaAs層１１８とを形成す
る。次いで、n-GaAs層１１８を３μｍの周期で幅約１．
５μｍずつエッチングし、１．５μｍの間隔を開けて幅
約１．５μｍの回折格子を形成する。
０．５μｍのn-GaAs層からなるコンタクト層１４を形成
する。続いて、コンタクト層１４上にエッチングストッ
パ層となる膜厚５ｎｍのAl0.3Ga0.7As層１１７と光結合
層となる膜厚０．７μｍのn-GaAs層１１８とを形成す
る。次いで、n-GaAs層１１８を３μｍの周期で幅約１．
５μｍずつエッチングし、１．５μｍの間隔を開けて幅
約１．５μｍの回折格子を形成する。
【００２３】次に、複数の画素を分離形成するため、積
層構造をエッチングストッパ層１１５上のn-GaAs層１１
６までエッチングし、除去して分離溝１９を形成する。
同時に共通電極部２１となる領域をエッチングし、除去
して共通電極部２１を形成する。このとき、積層構造の
厚さが比較的薄いので、分離溝１９を形成するためのエ
ッチングを容易に行うことができる。
層構造をエッチングストッパ層１１５上のn-GaAs層１１
６までエッチングし、除去して分離溝１９を形成する。
同時に共通電極部２１となる領域をエッチングし、除去
して共通電極部２１を形成する。このとき、積層構造の
厚さが比較的薄いので、分離溝１９を形成するためのエ
ッチングを容易に行うことができる。
【００２４】次いで、素子表面にＳｉＯＮ膜を形成した
後、凸状部分２０ａ，２０ｂ及び共通電極部２１にコン
タクトホールを形成する。続いて、ＡｕＧｅ膜を形成し
た後、パターニングして、オーミック接触部１８ｃを形
成し、さらにＡｕＧｅ膜を形成した後、パターニングし
て、共通電極１７及び電極１８ａ，１８ｂを形成する。
後、凸状部分２０ａ，２０ｂ及び共通電極部２１にコン
タクトホールを形成する。続いて、ＡｕＧｅ膜を形成し
た後、パターニングして、オーミック接触部１８ｃを形
成し、さらにＡｕＧｅ膜を形成した後、パターニングし
て、共通電極１７及び電極１８ａ，１８ｂを形成する。
【００２５】次いで、金膜を形成し、回折格子の反射膜
であり、電極部の機能を併せ持たせた後、電極１８ａ，
１８ｂの上方の金膜上に図示しないＩｎ膜からなるバン
プ電極を形成する。次に、裏面のＧａＡｓ基板１１とi-
GaAs層１１１とをエッチングにより除去すると、図８
（ａ）に示す半導体赤外検出装置が完成する。
であり、電極部の機能を併せ持たせた後、電極１８ａ，
１８ｂの上方の金膜上に図示しないＩｎ膜からなるバン
プ電極を形成する。次に、裏面のＧａＡｓ基板１１とi-
GaAs層１１１とをエッチングにより除去すると、図８
（ａ）に示す半導体赤外検出装置が完成する。
【００２６】上記第１の実施の形態においては、多重量
子井戸層内の障壁層のうち周期的に障壁層（高障壁層）
１２１ａ〜１２１ｎの膜厚を厚くして他の障壁層２２２
ａ〜２２２ｄよりも電子に対する障壁の効果を高めてい
る。従って、赤外線を照射していないときに高障壁層１
２１ａ〜１２１ｎによりトンネル電流や熱励起電流とな
る電子の移動を抑制するとともに、高障壁層１２１ａ〜
１２１ｎ以外の部分多重量子井戸層１２２ａ〜１２２ｍ
内では、暗電流を抑制するための何らの制約もなく、光
電気変換効率や赤外線吸収効率の向上のために、井戸層
２２１ａ〜２２１ｅのキャリア濃度を増やしたり、障壁
層２２２ａ〜２２２ｄの膜厚を薄くしてトンネル確率を
増大させたりすることができる。
子井戸層内の障壁層のうち周期的に障壁層（高障壁層）
１２１ａ〜１２１ｎの膜厚を厚くして他の障壁層２２２
ａ〜２２２ｄよりも電子に対する障壁の効果を高めてい
る。従って、赤外線を照射していないときに高障壁層１
２１ａ〜１２１ｎによりトンネル電流や熱励起電流とな
る電子の移動を抑制するとともに、高障壁層１２１ａ〜
１２１ｎ以外の部分多重量子井戸層１２２ａ〜１２２ｍ
内では、暗電流を抑制するための何らの制約もなく、光
電気変換効率や赤外線吸収効率の向上のために、井戸層
２２１ａ〜２２１ｅのキャリア濃度を増やしたり、障壁
層２２２ａ〜２２２ｄの膜厚を薄くしてトンネル確率を
増大させたりすることができる。
【００２７】これにより、暗電流を抑制するために多重
量子井戸層内の全ての障壁層の厚さを不必要に厚くする
必要はなく、また、光電気変換効率や赤外線吸収効率の
向上のために主吸収部内の井戸層の層数を不必要に増や
す必要はない。従って、素子全体の厚さの増大を抑制し
つつ、暗電流を抑制し、光電気変換効率や赤外線吸収効
率の向上を図ることができる。
量子井戸層内の全ての障壁層の厚さを不必要に厚くする
必要はなく、また、光電気変換効率や赤外線吸収効率の
向上のために主吸収部内の井戸層の層数を不必要に増や
す必要はない。従って、素子全体の厚さの増大を抑制し
つつ、暗電流を抑制し、光電気変換効率や赤外線吸収効
率の向上を図ることができる。
【００２８】（２）第２の実施の形態 図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体赤外線
検出装置における主赤外線吸収部の部分多重量子井戸層
の詳細を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態
に係る半導体赤外線検出装置の主赤外線吸収部１３の構
造は図１の構造と同じである。
検出装置における主赤外線吸収部の部分多重量子井戸層
の詳細を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態
に係る半導体赤外線検出装置の主赤外線吸収部１３の構
造は図１の構造と同じである。
【００２９】第１の実施の形態と異なるところは、図３
に示すように、部分多重量子井戸層１２２ａ〜１２２ｍ
内の障壁層２２４ａ〜２２４ｄのポテンシャルの高さが
高障壁層１２１ａ〜１２１ｎのポテンシャルの高さより
も低くなっていることである。このため、障壁層２２４
ａ〜２２４ｄとしてAl0.25Ga0.75As層を用いるほか、化
合物半導体材料や膜厚は第１の実施の形態と同じとす
る。
に示すように、部分多重量子井戸層１２２ａ〜１２２ｍ
内の障壁層２２４ａ〜２２４ｄのポテンシャルの高さが
高障壁層１２１ａ〜１２１ｎのポテンシャルの高さより
も低くなっていることである。このため、障壁層２２４
ａ〜２２４ｄとしてAl0.25Ga0.75As層を用いるほか、化
合物半導体材料や膜厚は第１の実施の形態と同じとす
る。
【００３０】なお、第１の実施の形態と同じように、障
壁層２２４ａ〜２２４ｄの膜厚が厚く、量子準位が相互
に作用しあうほど井戸層２２３ａ〜２２３ｅ間が近くな
いので、各井戸層２２３ａ〜２２３ｅ内の基底準位（Ｅ
L0）及び励起準位（ＥL1）は各井戸層２２３ａ〜２２３
ｅ間で孤立している。そして、井戸層２２３ａ〜２２３
ｅ内の励起準位（ＥL1）は、障壁層２２４ａ〜２２４ｄ
のポテンシャルの高さよりも高いところにある。
壁層２２４ａ〜２２４ｄの膜厚が厚く、量子準位が相互
に作用しあうほど井戸層２２３ａ〜２２３ｅ間が近くな
いので、各井戸層２２３ａ〜２２３ｅ内の基底準位（Ｅ
L0）及び励起準位（ＥL1）は各井戸層２２３ａ〜２２３
ｅ間で孤立している。そして、井戸層２２３ａ〜２２３
ｅ内の励起準位（ＥL1）は、障壁層２２４ａ〜２２４ｄ
のポテンシャルの高さよりも高いところにある。
【００３１】上記第２の実施の形態によれば、第１の実
施の形態と同様に、素子全体の厚さを厚くせずに暗電流
を抑制することができる。しかも、部分多重量子井戸層
１２２ａ〜１２２ｍ内の障壁層２２４ａ〜２２４ｄのポ
テンシャルの高さが低いので、素子全体の厚さを厚くせ
ずに光電気変換効率や赤外線吸収効率を向上させること
ができるとともに、より低いエネルギの赤外線を吸収さ
せることができる。
施の形態と同様に、素子全体の厚さを厚くせずに暗電流
を抑制することができる。しかも、部分多重量子井戸層
１２２ａ〜１２２ｍ内の障壁層２２４ａ〜２２４ｄのポ
テンシャルの高さが低いので、素子全体の厚さを厚くせ
ずに光電気変換効率や赤外線吸収効率を向上させること
ができるとともに、より低いエネルギの赤外線を吸収さ
せることができる。
【００３２】（３）第３の実施の形態 図４は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体赤外線
検出装置における主赤外線吸収部１３の構造を示す断面
図である。第１及び第２の実施の形態とは、部分多重量
子井戸層１２４ａ〜１２４ｅと高障壁層１２３ａ〜１２
３ｄとを交互に積層することが同じであるが、個々の部
分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｅ内の障壁層２２６
ａ〜２２６ｄの厚さを１０ｎｍと薄くしていることが異
なっている。これに対応して、個々の部分多重量子井戸
層１２４ａ〜１２４ｅは凡そ2.875 μｍと、第１及び第
２の実施の形態の場合よりも薄く、全体の厚さも薄くな
っている。なお、上記障壁層２２６ａ〜２２６ｄの厚さ
以外は第１の実施の形態と同じ化合物半導体材料を用
い、同じ厚さとしている。
検出装置における主赤外線吸収部１３の構造を示す断面
図である。第１及び第２の実施の形態とは、部分多重量
子井戸層１２４ａ〜１２４ｅと高障壁層１２３ａ〜１２
３ｄとを交互に積層することが同じであるが、個々の部
分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｅ内の障壁層２２６
ａ〜２２６ｄの厚さを１０ｎｍと薄くしていることが異
なっている。これに対応して、個々の部分多重量子井戸
層１２４ａ〜１２４ｅは凡そ2.875 μｍと、第１及び第
２の実施の形態の場合よりも薄く、全体の厚さも薄くな
っている。なお、上記障壁層２２６ａ〜２２６ｄの厚さ
以外は第１の実施の形態と同じ化合物半導体材料を用
い、同じ厚さとしている。
【００３３】図５は、主赤外線吸収部１３の部分多重量
子井戸層１２４ａの詳細を示す断面図である。第１及び
第２の実施の形態と異なるところは、障壁層２２６ａ〜
２２６ｄの厚さを１０ｎｍと薄くして井戸層２２５ａ〜
２２５ｅ間を近付けているので、井戸層２２５ａ〜２２
５ｅ間で量子準位の相互作用が起こって、部分多重量子
井戸層１２４ａ〜１２４ｅ全体にわたって基底準位（Ｅ
B0）がミニバンド化していることである。このとき、基
底準位（ＥB0）の次に高い励起準位（ＥB1）は障壁層２
２６ａ〜２２６ｄのポテンシャルの頂上とほぼ一致する
エネルギレベルのところに形成されるため、障壁層部の
伝導帯内に縮退しており、各井戸層２２５ａ〜２２５ｅ
間で孤立している。
子井戸層１２４ａの詳細を示す断面図である。第１及び
第２の実施の形態と異なるところは、障壁層２２６ａ〜
２２６ｄの厚さを１０ｎｍと薄くして井戸層２２５ａ〜
２２５ｅ間を近付けているので、井戸層２２５ａ〜２２
５ｅ間で量子準位の相互作用が起こって、部分多重量子
井戸層１２４ａ〜１２４ｅ全体にわたって基底準位（Ｅ
B0）がミニバンド化していることである。このとき、基
底準位（ＥB0）の次に高い励起準位（ＥB1）は障壁層２
２６ａ〜２２６ｄのポテンシャルの頂上とほぼ一致する
エネルギレベルのところに形成されるため、障壁層部の
伝導帯内に縮退しており、各井戸層２２５ａ〜２２５ｅ
間で孤立している。
【００３４】この場合、高障壁層１２３ａ〜１２３ｄの
領域では量子準位やミニバンドが形成されず、かつ高障
壁層１２３ａ〜１２３ｄの膜厚が他の障壁層の膜厚に比
べて厚いので、暗電流を抑制する効果がある。従って、
赤外線を照射していないときに高障壁層１２３ａ〜１２
３ｄによりトンネル電流や熱励起電流となる電子の移動
を抑制することができるとともに、暗電流を抑制するた
めに部分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｅ内の全ての
障壁層２２６ａ〜２２６ｄの厚さを不必要に厚くする必
要はない。また、光電気変換効率や赤外線吸収効率は低
減しないため、部分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｅ
内の井戸層２２５ａ〜２２５ｅの層数を不必要に増やす
必要はない。
領域では量子準位やミニバンドが形成されず、かつ高障
壁層１２３ａ〜１２３ｄの膜厚が他の障壁層の膜厚に比
べて厚いので、暗電流を抑制する効果がある。従って、
赤外線を照射していないときに高障壁層１２３ａ〜１２
３ｄによりトンネル電流や熱励起電流となる電子の移動
を抑制することができるとともに、暗電流を抑制するた
めに部分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｅ内の全ての
障壁層２２６ａ〜２２６ｄの厚さを不必要に厚くする必
要はない。また、光電気変換効率や赤外線吸収効率は低
減しないため、部分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｅ
内の井戸層２２５ａ〜２２５ｅの層数を不必要に増やす
必要はない。
【００３５】これにより、素子全体の厚さの増大を抑制
しつつ、暗電流の抑制、及び光電気変換効率や赤外線吸
収効率の向上を図ることができる。 （４）第４の実施の形態 図６は、第４の実施の形態に係る主赤外線吸収部の多重
量子井戸層の詳細を示す断面図である。
しつつ、暗電流の抑制、及び光電気変換効率や赤外線吸
収効率の向上を図ることができる。 （４）第４の実施の形態 図６は、第４の実施の形態に係る主赤外線吸収部の多重
量子井戸層の詳細を示す断面図である。
【００３６】第３の実施の形態と異なるところは、障壁
層２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの高さを高くして
励起準位が障壁層２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの
頂上よりも５０ｍｅＶ程度低いところに形成され、基底
準位（ＥB0）のみならず励起準位（ＥB1）もミニバンド
化していることである。この場合、障壁層２２８ａ〜２
２８ｄとしてAl0.37Ga0.63As層を用いるほか、化合物半
導体材料や膜厚は第３の実施の形態と同じとする。
層２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの高さを高くして
励起準位が障壁層２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの
頂上よりも５０ｍｅＶ程度低いところに形成され、基底
準位（ＥB0）のみならず励起準位（ＥB1）もミニバンド
化していることである。この場合、障壁層２２８ａ〜２
２８ｄとしてAl0.37Ga0.63As層を用いるほか、化合物半
導体材料や膜厚は第３の実施の形態と同じとする。
【００３７】上記第４の実施の形態においては、基底準
位（ＥB0）や励起準位（ＥB1）がミニバンド化している
ので、トンネル確率がさらに増大し、光電気変換効率や
赤外線吸収効率を一層向上させることができる。この場
合、部分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｍ内の障壁層
２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの高さを励起準位の
生じるエネルギレベルよりも高くしているため、高障壁
層１２３ａ〜１２３ｎのポテンシャルの高さが他の障壁
層２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの高さよりも低く
なるが、ミニバンドが高障壁層１２３ａ〜１２３ｎに形
成されず、かつ高障壁層１２３ａ〜１２３ｎの膜厚が他
の障壁層２２８ａ〜２２８ｄの膜厚に比べて厚いので、
暗電流を抑制する効果を維持することができる。
位（ＥB0）や励起準位（ＥB1）がミニバンド化している
ので、トンネル確率がさらに増大し、光電気変換効率や
赤外線吸収効率を一層向上させることができる。この場
合、部分多重量子井戸層１２４ａ〜１２４ｍ内の障壁層
２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの高さを励起準位の
生じるエネルギレベルよりも高くしているため、高障壁
層１２３ａ〜１２３ｎのポテンシャルの高さが他の障壁
層２２８ａ〜２２８ｄのポテンシャルの高さよりも低く
なるが、ミニバンドが高障壁層１２３ａ〜１２３ｎに形
成されず、かつ高障壁層１２３ａ〜１２３ｎの膜厚が他
の障壁層２２８ａ〜２２８ｄの膜厚に比べて厚いので、
暗電流を抑制する効果を維持することができる。
【００３８】従って、赤外線を照射していないときに高
障壁層１２３ａ〜１２３ｎによりトンネル電流や熱励起
電流となる電子の移動を抑制することができるととも
に、暗電流を抑制するために部分多重量子井戸層１２４
ａ〜１２４ｍ内の全ての障壁層２２８ａ〜２２８ｄの厚
さを不必要に厚くする必要はない。また、量子準位のミ
ニバンド化により光電気変換効率や赤外線吸収効率を向
上させることができるため、部分多重量子井戸層１２４
ａ〜１２４ｅ内の井戸層２２７ａ〜２２７ｅの層数を不
必要に増やす必要はない。
障壁層１２３ａ〜１２３ｎによりトンネル電流や熱励起
電流となる電子の移動を抑制することができるととも
に、暗電流を抑制するために部分多重量子井戸層１２４
ａ〜１２４ｍ内の全ての障壁層２２８ａ〜２２８ｄの厚
さを不必要に厚くする必要はない。また、量子準位のミ
ニバンド化により光電気変換効率や赤外線吸収効率を向
上させることができるため、部分多重量子井戸層１２４
ａ〜１２４ｅ内の井戸層２２７ａ〜２２７ｅの層数を不
必要に増やす必要はない。
【００３９】これにより、素子全体の厚さの増大を抑制
しつつ、暗電流の抑制、及び光電気変換効率や赤外線吸
収効率の向上を図ることができる。
しつつ、暗電流の抑制、及び光電気変換効率や赤外線吸
収効率の向上を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、多重
量子井戸層内の障壁層のうち少なくとも一つの障壁層は
他の障壁層よりも電子に対する障壁の効果を高めてな
る。従って、赤外線を照射していないときに電子に対す
る障壁の効果を高めた障壁層によりトンネル電流や熱励
起電流となる電子の移動を抑制するとともに、電子に対
する障壁の効果を高めた障壁層以外の部分多重量子井戸
層からなる主赤外線吸収部内では、暗電流を抑制するた
めの何らの制約なく、光電気変換効率や赤外線吸収効率
の向上のために、井戸層のキャリア濃度を増やしたり、
障壁層の膜厚を薄くしてトンネル確率を増大させたり、
基底準位や励起準位をミニバンド化したり、或いは障壁
層のポテンシャルの高さを低くしてトンネル確率を増大
させたりすることができる。
量子井戸層内の障壁層のうち少なくとも一つの障壁層は
他の障壁層よりも電子に対する障壁の効果を高めてな
る。従って、赤外線を照射していないときに電子に対す
る障壁の効果を高めた障壁層によりトンネル電流や熱励
起電流となる電子の移動を抑制するとともに、電子に対
する障壁の効果を高めた障壁層以外の部分多重量子井戸
層からなる主赤外線吸収部内では、暗電流を抑制するた
めの何らの制約なく、光電気変換効率や赤外線吸収効率
の向上のために、井戸層のキャリア濃度を増やしたり、
障壁層の膜厚を薄くしてトンネル確率を増大させたり、
基底準位や励起準位をミニバンド化したり、或いは障壁
層のポテンシャルの高さを低くしてトンネル確率を増大
させたりすることができる。
【００４１】このため、暗電流を抑制するために多重量
子井戸層内の全ての障壁層の厚さを不必要に厚くする必
要はなく、また、光電気変換効率や赤外線吸収効率の向
上のために主赤外線吸収部内の井戸層の層数を不必要に
増やす必要はない。これにより、素子全体の厚さの増大
を抑制しつつ、暗電流の抑制、及び光電気変換効率や赤
外線吸収効率の向上を図ることができる。
子井戸層内の全ての障壁層の厚さを不必要に厚くする必
要はなく、また、光電気変換効率や赤外線吸収効率の向
上のために主赤外線吸収部内の井戸層の層数を不必要に
増やす必要はない。これにより、素子全体の厚さの増大
を抑制しつつ、暗電流の抑制、及び光電気変換効率や赤
外線吸収効率の向上を図ることができる。
【図１】図１は、本発明の第１及び第２の実施の形態に
係る半導体赤外線センサの主赤外線吸収部について示す
断面図である。
係る半導体赤外線センサの主赤外線吸収部について示す
断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る部分
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る部分
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
【図４】図４は、本発明の第３及び第４の実施の形態に
係る半導体赤外線センサの主赤外線吸収部について示す
断面図である。
係る半導体赤外線センサの主赤外線吸収部について示す
断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る部分
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施の形態に係る部分
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
多重量子井戸層の詳細な構造について示す断面図及びエ
ネルギバンド図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の実施の形態に係る半導
体赤外線センサの製造方法について示す断面図であり、
図７（ｂ）は主赤外線吸収部の下層部の詳細を示す断面
図である。
体赤外線センサの製造方法について示す断面図であり、
図７（ｂ）は主赤外線吸収部の下層部の詳細を示す断面
図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施の形態に係る半導
体赤外線センサの全体の構造について示す断面図であ
り、図８（ｂ）は図８（ａ）の回折格子の部分の詳細な
構造を示す断面図である。
体赤外線センサの全体の構造について示す断面図であ
り、図８（ｂ）は図８（ａ）の回折格子の部分の詳細な
構造を示す断面図である。
【図９】図９は、従来例に係る半導体赤外線センサの主
赤外線吸収部について示す断面図及びエネルギバンド図
である。
赤外線吸収部について示す断面図及びエネルギバンド図
である。
【図１０】図１０は、他の従来例に係る半導体赤外線セ
ンサの主赤外線吸収部について示す断面図及びエネルギ
バンド図である。
ンサの主赤外線吸収部について示す断面図及びエネルギ
バンド図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る半導体
赤外線センサの全体の構造について示す断面図である。
赤外線センサの全体の構造について示す断面図である。
１１ ＧａＡｓ基板、 １２ 主赤外線吸収部の下層部、 １３ 主赤外線吸収部、 １４ コンタクト層、 １５ 反射層、 １６ 保護絶縁層、 １７ 共通電極、 １８ａ，１８ｂ 電極、 １８ｃ 電極オーミック接触部、 １９ 分離溝、 ２０ａ，２０ｂ 凸状部分（画素）、 ２１ 共通電極部、 １１１，１１３ i-GaAs層、 １１２，１１５，１１９ i-In0.52Ga0.48P 層、 １１４，１１６，１１８，１２０ n-GaAs層、 １１７ i-Al0.3Ga0.7P 層、 １２１ａ〜１２１ｎ 電子に対する障壁の効果を高めた
障壁層（高障壁層）、 １２２ａ〜１２２ｍ 部分多重量子井戸層、 ２２１ａ〜２２１ｅ，２２３ａ〜２２３ｅ，２２５ａ〜
２２５ｅ，２２７ａ〜２２７ｅ 井戸層、 ２２２ａ〜２２２ｄ，２２４ａ〜２２４ｄ，２２６ａ〜
２２６ｄ，２２８ａ〜２２８ｄ 障壁層。
障壁層（高障壁層）、 １２２ａ〜１２２ｍ 部分多重量子井戸層、 ２２１ａ〜２２１ｅ，２２３ａ〜２２３ｅ，２２５ａ〜
２２５ｅ，２２７ａ〜２２７ｅ 井戸層、 ２２２ａ〜２２２ｄ，２２４ａ〜２２４ｄ，２２６ａ〜
２２６ｄ，２２８ａ〜２２８ｄ 障壁層。
Claims (7)
- 【請求項１】 井戸層と障壁層とが交互に複数積層され
た多重量子井戸層を有し、該多重量子井戸層内での赤外
線の吸収により電子が量子準位間を遷移する現象を用い
て前記赤外線の強度を検出する半導体赤外線検出装置に
おいて、 前記多重量子井戸層内の障壁層のうち少なくとも一つの
障壁層は他の障壁層よりも前記電子に対する障壁の効果
を高めてなることを特徴とする半導体赤外線検出装置。 - 【請求項２】 前記電子に対する障壁の効果を高めた障
壁層は、前記多重量子井戸層内で周期的に配置されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体赤外線検出
装置。 - 【請求項３】 前記電子に対する障壁の効果を高めた障
壁層の膜厚は他の障壁層の膜厚よりも厚くなっているこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体赤
外線検出装置。 - 【請求項４】 前記電子に対する障壁の効果を高めた障
壁層のポテンシャルの高さは、前記他の障壁層のポテン
シャルの高さよりも高いことを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれかに記載の半導体赤外線検出装置。 - 【請求項５】 前記各井戸層間の前記量子準位は相互に
作用せず、各々孤立していることを特徴とする請求項１
乃至請求項４のいずれかに記載の半導体赤外線検出装
置。 - 【請求項６】 前記各井戸層内の量子準位が相互に作用
し、前記電子に対する障壁の効果を高めた障壁層を除く
領域に量子準位のミニバンドが形成されていることを特
徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導
体赤外線検出装置。 - 【請求項７】 前記他の障壁層のポテンシャルの高さは
前記量子準位のうち少なくとも基底準位の次に高い励起
準位の高さよりも高く、前記電子に対する障壁の効果を
高めた障壁層のポテンシャルの高さは前記励起準位の高
さと同じか又はそれよりも高く、かつ前記他の障壁層の
ポテンシャルの高さは前記電子に対する障壁の効果を高
めた障壁層のポテンシャルの高さよりも高くなってお
り、前記形成されている量子準位のミニバンドは、前記
基底準位のミニバンドと前記励起準位のミニバンドであ
ることを特徴とする請求項６に記載の半導体赤外線検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9151225A JPH10341028A (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 半導体赤外線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9151225A JPH10341028A (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 半導体赤外線検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10341028A true JPH10341028A (ja) | 1998-12-22 |
Family
ID=15513987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9151225A Pending JPH10341028A (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 半導体赤外線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10341028A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100313889B1 (ko) * | 1999-03-31 | 2001-11-17 | 구자홍 | 양자점 적외선 수광소자 및 그 제조방법 |
| JP2013058580A (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Fuji Electric Co Ltd | 量子型赤外線検出器 |
| JP2016051707A (ja) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 富士通株式会社 | 光センサ、光半導体素子及び光撮像装置 |
| CN111739972A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-02 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双面环形Ge基长波红外和太赫兹探测器和制备方法 |
-
1997
- 1997-06-09 JP JP9151225A patent/JPH10341028A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100313889B1 (ko) * | 1999-03-31 | 2001-11-17 | 구자홍 | 양자점 적외선 수광소자 및 그 제조방법 |
| JP2013058580A (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Fuji Electric Co Ltd | 量子型赤外線検出器 |
| JP2016051707A (ja) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 富士通株式会社 | 光センサ、光半導体素子及び光撮像装置 |
| CN111739972A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-02 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双面环形Ge基长波红外和太赫兹探测器和制备方法 |
| CN111739972B (zh) * | 2020-07-01 | 2023-11-10 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种双面环形Ge基长波红外和太赫兹探测器和制备方法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060619 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070123 |
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|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070515 |