光検知器およびその製造方法
【課題】暗電流を抑制させるとともに素子温度の変化に対してシステムの動作を安定させることができる。
【解決手段】障壁層１２ａ上に形成された量子ドット１１と、量子ドット１１の上面を覆うように形成された障壁層１２ｂとを有する量子ドット層１３と、動作時に、量子ドット層１３に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層１３下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層１６と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層１５と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層１５よりも高濃度の不純物がドープされた導電層１４と、を順に有する導電構造１７と、で構成されて、導電層１４と障壁層１２ｂとの電位障壁の高さが温度に依存するようになる。
【解決手段】障壁層１２ａ上に形成された量子ドット１１と、量子ドット１１の上面を覆うように形成された障壁層１２ｂとを有する量子ドット層１３と、動作時に、量子ドット層１３に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層１３下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層１６と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層１５と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層１５よりも高濃度の不純物がドープされた導電層１４と、を順に有する導電構造１７と、で構成されて、導電層１４と障壁層１２ｂとの電位障壁の高さが温度に依存するようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光検知器およびその製造方法に関し、特に、量子ドットを利用した光検知器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光吸収構造に量子ドットを用いた赤外線などを検知する光検知器は、量子ドットをその光感知部として利用している。以下に、その原理について図を用いて説明する。
図６は、量子ドットおよびそれを用いた光検出原理の模式図である。図６（Ａ）では、量子ドット１００を、図６（Ｂ）では、量子ドット１００が光１０１を検知する原理を模式的に示している。
【０００３】
光を検知するために、図６（Ａ）に示すように、量子ドット１００に光１０１を入射させる。
この時、量子ドット１００のエネルギーポテンシャルは、図６（Ｂ）に示すように、例えば、量子井戸１００ｂの量子閉じ込め準位１００ｃに存在する電子１００ａが、光１０１からエネルギーを受けて、励起し、ポテンシャル１００ｄを飛び越えて、流れ出し、電流が発生する。この励起した電子１００ａによる電流を計ることによって、光を検知することができる。
【０００４】
なお、上記説明では、キャリアとして電子を用いたが、キャリアが正孔であっても同様の原理によって同様の効果が得られる。したがって、以下、キャリアとして電子を例に挙げて説明を行う。
【０００５】
このような、入射光による電子の励起を利用した光検知器の感知部分に、上記のような量子ドットの他、量子井戸、量子細線などを利用したものでも同様の効果を得ることができる。しかし、特に、感知部分に量子ドットを利用すると、素子面に垂直に入射する光に対しても感度が高く、光励起された電子などのキャリアが再び量子ドットに捕獲される確率が少ないために光電流利得が高いなどの利点を有することから、大きな光電流が得られ、高感度の光検知器として期待されている。
【０００６】
ところが、量子ドットの電子は、検出した光によって励起されるだけでなく、量子ドットを備えた素子の動作温度によっても励起される。すなわち、励起した電子による電流が得られたとしても、光だけでなく温度に起因した励起であれば、正確に光の検知ができない。したがって、量子ドットを利用した光検知器は、雑音源となる温度による励起電子に起因した電流（暗電流）をできる限り抑える必要がある。
【０００７】
次に、その暗電流を低減させるために一般的に行われている光検知器の原理について、図を用いて説明する。
図７は、暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の模式図であって、図８は、暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の原理図および暗電流の温度依存性を示すグラフである。
【０００８】
光検知器２００は、図７に示すように、量子ドット２０２は障壁層２０３ａ，２０３ｂで覆われ、電子を供給するための導電層２０１とともに構成されている。
この光検知器２００の電位分布について模式的に示したものが図８（Ａ）である。左から、導電層の電位２０１ａ、障壁層の電位２０３ｂａ、量子ドットの電位２０２ａおよび障壁層の電位２０３ａａを示している。さらに、導電層の電位２０１ａおよび量子ドットの量子閉じ込め準位２０５ａには電子２０４ｂ，２０４ａがそれぞれ存在しており、電子２０４ａは、光励起されるとポテンシャルを飛び越えて流れた電流が測定されて光の検出が行われ、電子２０４ｂは、温度によって励起されて暗電流の原因となる。
【０００９】
光検知器２００では、量子ドット２０２を障壁層２０３ａ，２０３ｂで覆っているために、導電層２０１と障壁層２０３ｂとの間に電位障壁が生じる。この時の電位障壁をＥaとすると、一般的に暗電流Ｉdは次の式（１）で表すことができる。なお、ｋをボルツマン定数、Ｔを動作温度とする。
【００１０】
Ｉd∝ｅｘｐ（−Ｅa／ｋＴ）・・・式（１）
さらに、暗電流Ｉdと温度Ｔ［Ｋ］との関係を示したものが図８（Ｂ）である。ただし、図８（Ｂ）では、ｘ軸を１／Ｔとし、ｙ軸をＬｏｇ［Ｉd］として示している。
【００１１】
そして、図８（Ｂ）にて、素子の動作温度が高温になるほど、つまり、ｘ軸で０に近づくほど、暗電流Ｉdが増加することが分かる。すなわち、温度の増加によって多くのエネルギーを得た電子２０４ｂが励起されて暗電流Ｉdの増加に寄与していることが示唆される。一方、低温になるほど、つまり、ｘ軸で増加方向に進むと、暗電流Ｉdが減少することが分かる。
【００１２】
また、この傾きの大きさは、式（１）から｜Ｅa／ｋ｜として導かれ、電位障壁Ｅaに依存している。図８（Ｂ）のグラフでは、電位障壁Ｅaによる傾きα1，α2（ただし、｜α1｜＜｜α2｜とする。）の場合について示しており、電位障壁Ｅaが大きい方、つまり、傾きα2の場合の方が、素子温度の変化に対する暗電流Ｉdの変化量も大きいことから、電位障壁Ｅaを大きくすると、素子温度の低下量が小さくても、暗電流Ｉdを大きく減少させることが可能となる。
【００１３】
したがって以上のように、量子ドットを障壁層で覆うことによって、導電層と障壁層との間に電位障壁が導入されて、暗電流を抑制させることが可能となった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記の方法では、全体的に暗電流が抑制することはできるが、光検知器を用いたシステムの動作の不安定性が増大してしまうという問題点があった。すなわち、暗電流抑制の機構が電位障壁によるものであるため、電位障壁の増大は、素子温度の変化に対する暗電流の活性化エネルギーが増大し、そして、このことは素子温度の変化に対する暗電流の変動の程度が大きくなることを意味している。したがって、暗電流の素子温度変動が大きいと、光検知器の動作点が、動作に最良な動作点からずれてしまい、動作の安定性が低下してしまう。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、暗電流を抑制させるとともに素子温度の変化に対してシステムの動作を安定させることができる光検知器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では上記課題を解決するために、量子ドット１１を利用した光検知器１０において、図１に示すように、障壁層１２ａと、障壁層１２ａ上に形成された量子ドット１１と、量子ドット１１の上面を覆うように形成された障壁層１２ｂとを有する量子ドット層１３と、動作時に、量子ドット層１３に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層１３下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層１６と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層１５と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層１５よりも高濃度の不純物がドープされた導電層１４と、を順に有する導電構造１７と、を有することを特徴とする光検知器１０が提供される。
【００１７】
このような光検知器によれば、障壁層上に形成された量子ドットと、量子ドットの上面を覆うように形成された障壁層とを有する量子ドット層と、動作時に、量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、で構成されて、導電層と障壁層との電位障壁の高さが温度に依存するようになる。
【００１８】
また、本発明では上記課題を解決するために、量子ドットを利用した光検知器の製造方法において、第１の障壁層を形成する工程と、前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層を形成する工程と、動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造を形成する工程と、を有することを特徴とする光検知器の製造方法が提供される。
【００１９】
このような光検知装置の製造方法によれば、第１の障壁層が形成され、第１の障壁層上に形成された量子ドットと、量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層が形成され、動作時に、量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造が形成されるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、障壁層上に形成された量子ドットと、量子ドットの上面を覆うように形成された障壁層とを有する量子ドット層と、動作時に、量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、で構成される光検知器は、導電層と障壁層との電位障壁の高さが温度に依存するようにした。これにより、温度変化による暗電流の増減を補償させることによって、光検知器の暗電流の温度変化に対する安定性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されない。
まず、本発明の概要について説明し、その後に、本発明を用いた実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の概要図であって、図２は、本発明における電位障壁およびエネルギーバンドを示した模式図である。
図１に示す光検知器は、入射した光によって量子ドットの電子を励起させることにより電流を発生させて、光を検知するものである。また、図２（Ａ）は、この光検知器の電位分布、図２（Ｂ）は、光検知器の導電層と低濃度不純物層とにおけるエネルギーバンドの模式図をそれぞれ示している。
【００２３】
光検知器１０は、量子ドット１１および量子ドット１１を覆う障壁層１２ａ，１２ｂを備える量子ドット層１３と、導電層１４、低濃度不純物層１５および不純物層１６を備える導電構造１７とを有する。なお、動作時に、量子ドット層１３の垂直方向に流れる電子の量子ドット層１３から上流側に向かって、不純物層１６、低濃度不純物層１５および導電層１４の順に導電構造１７が構成される。さらに、不純物層１６の導電型は、導電層１４および低濃度不純物層１５と異なる。
【００２４】
また、電位障壁模式図２０は、図２（Ａ）に示すように、上述の各層によって構成される光検知器１０の電位分布を模式的に示したものであって、左から、導電層の電位１４ａ、低濃度不純物層の電位１５ａ、障壁層の電位１２ｂａ、量子ドットの電位１１ａおよび障壁層の電位１２ａａを示している。なお、図２（Ａ）に示すように、低濃度不純物層の電位１５ａと障壁層の電位１２ｂａとの界面領域２１において、伝導帯の電位を押し上げるために、低濃度不純物層１５と反対の導電型（反導電型）の不純物がドープされた不純物層１６を導入するために、反導電型の電荷がドープされている。
【００２５】
そして、エネルギーバンド模式図２２は、同様に光検知器１０の導電層１４および低濃度不純物層１５のエネルギーバンドを模式的に示したものであって、導電層のエネルギーバンド１４ｂおよび低濃度不純物層のエネルギーバンド１５ｂを示している。なお、図２（Ｂ）に示すように、光検知器１０を構成することで、フェルミ準位が等しくなるように、導電層１４と低濃度不純物層１５とのエネルギーバンドが結合される。なお、図２については後ほど再度説明に用いる。
【００２６】
次に、光検知器１０をこのような構成にした理由について説明する。
既述の通り、暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器では、電位障壁の差を大きくすることによって、全体としての暗電流を低減させることは可能となったが、一方で、動作温度の変化にしたがって動作点も変化してしまい、システム全体が不安定となったことが課題であった。
【００２７】
このような課題を解決するために、まず、図７に示した一般的な光検知器のように、導電層に、よりバンドギャップ幅の大きな障壁層を形成すると、既述の通り、その界面に電位障壁が形成されて電位分布が形成される。さらにこの場合、導電層と障壁層との中でのフェルミ準位が均一になるように（＝熱平衡状態）全体の電位分布が決定される。
【００２８】
ここで、このような導電層と障壁層との間にもう一層、導電層と同導電型の不純物を低濃度ドープした半導体である低濃度不純物層を挿入することを考える。
この場合、図２（Ｂ）に示すように、不純物濃度Ｎdの低濃度不純物層におけるフェルミ準位Ｅfの伝導帯Ｅc2からの深さＥc2−Ｅfは、その領域での電荷中性条件から、次の式（２）で与えられる。なお、ｋをボルツマン定数、Ｔを素子温度、Ｎcを材料の有効状態濃度とする。
【００２９】
Ｅc−Ｅf＝ｋＴｌｎ（Ｎc／Ｎd）・・・式（２）
式（２）から分かるように、低濃度不純物層の濃度が十分に低い（Ｎd＜＜Ｎc）場合、低濃度不純物層でのフェルミ準位は、温度が上昇するに従って深くなる。これは言い換えると、このような低濃度不純物層を導電層と障壁層との間に挟みこむように形成すると、導電層からみて障壁層に向かって、低濃度不純物層の伝導帯の電位を押し上げようとすることを意味している。
【００３０】
一方、このままでは低濃度不純物層と障壁層との界面近傍で、電界の境界条件を満たさない。隣接する２層間での境界条件は、ガウスの法則より、［低濃度不純物層と障壁層との界面の領域内部に含まれる電荷］＝［低濃度不純物層と障壁層との界面の領域に出入りする電界の総和］×［誘電率］、を満たすことが要求される。界面の両側での電界が反符号であるため、この界面近傍に、ガウスの法則を満足する電荷がなければならない。そこで、例えば、電子に対して「反発」の電位分布として負電荷をドープする。従って、この界面近傍に、空間電荷として負電荷を持つ不純物、つまりアクセプタとなる不純物をドープすることによって、図２（Ａ）のような電位分布を実現することが可能となる。
【００３１】
この電位分布の電位障壁の差Ｅaはおおむね、次の式（３）で表すことができる。
Ｅa∝［材料の組合せによる電位障壁］＋ｋＴｌｎ（Ｎc／Ｎd）・・・式（３）
したがって、例えば、温度上昇に対しては電位障壁の差Ｅaを大きくする方向、つまり電流の増加を抑える方向に作用することとなる。
【００３２】
次に、本発明による光検知器と一般的な量子ドットを利用した光検知器とにおける暗電流について説明する。
図３は、本発明および一般的な量子ドットを利用した光検知器における暗電流の素子温度依存性を示したグラフである。
【００３３】
暗電流が界面での電位障壁の差で決定されるとした場合、素子温度＝２００Ｋで、暗電流密度が１×１０-5Ａ／ｃｍ2になるように初期動作点を設定したとして、それぞれの素子構造での暗電流の素子温度に対する変化を示している。なお、低濃度不純物層は、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）と仮定し、低濃度不純物層の不純物濃度は１×１０17ｃｍ-3としている。
【００３４】
このグラフによれば、従来技術である一般的な光検知器では、温度の増加につれて暗電流密度も増加している。一方、本発明の光検知器では、同様に温度の増加につれて暗電流密度が増加しているものの、一般的な光検知器よりも暗電流密度の増加は小さい。
【００３５】
したがって、本発明のように光検知器を構成させて、電位障壁の高さの差を素子の動作温度変化に追随させて、温度変化による暗電流の増減を補償させることによって、光検知器の暗電流の温度変化に対する安定性を改善させることができる。
【００３６】
次に本発明の実施の形態について説明する。
図４は、本実施の形態における製造途中の光検知器を示した断面模式図、図５は、本実施の形態における光検知器を示した断面模式図である。
【００３７】
本実施の形態では、本発明の概要において、量子ドット構造が複数回積層されている光検知器を例に挙げており、その製造方法について以下に図を用いて説明する。
まず、基板として形成したＧａＡｓ基板３１上に、周知の結晶成長技術、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法によって、ＧａＡｓ緩衝層３２、ＧａＡｓ下部電極層３３を順に積層させる。なお、ＧａＡｓ緩衝層３２、ＧａＡｓ下部電極層３３の膜厚はそれぞれ１００ｎｍおよび５００ｎｍとする。また、ＧａＡｓ下部電極層３３は、不純物として、例えば、シリコン（Ｓｉ）（濃度１×１０18ｃｍ-3）がドープされている。
【００３８】
ＳｉがドープされたＧａＡｓ下部電極層３３上に、ＧａＡｓ層を積層するとともに、低濃度（濃度１×１０15ｃｍ-3）の不純物としてＳｉをドープして、ＧａＡｓ低濃度不純物層３４（膜厚５０ｎｍ）を形成する。
【００３９】
ＧａＡｓ低濃度不純物層３４上に、再びＧａＡｓ層を積層するとともに、Ｐ型の不純物（濃度１×１０17ｃｍ-3）である、ベリリウム（Ｂｅ）をドープして、Ｐ−ＧａＡｓ不純物層３５（膜厚５ｎｍ）を形成する。
【００４０】
Ｐ−ＧａＡｓ不純物層３５上に、後に形成する量子ドットの障壁層として、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）によって、ＡｌＧａＡｓ障壁層３６ａ（膜厚５０ｎｍ、Ａｌ組成１５％）を積層する。
【００４１】
ＡｌＧａＡｓ障壁層３６ａ上に、光検知器の受光活性部となる量子ドットとして、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）によって、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａを形成する。なお、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａは、供給速度０．２分子層毎秒、総供給量２．３分子層相当を、温度４７０度で供給して形成される。
【００４２】
ＡｌＧａＡｓ障壁層３６ａ上に形成されたＩｎＡｓ量子ドット３７ａを埋め込むようにして、障壁層としてＡｌＧａＡｓ障壁層３６ｂ（膜厚５０ｎｍ、Ａｌ組成１５％）を積層する。
【００４３】
なお、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａと、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａを埋め込むように形成されたＡｌＧａＡｓ障壁層３６ｂとで構成される量子ドット層３７を所望の回数、例えば、１０回繰り返して所望の量子ドット構造を形成する。
【００４４】
１０層目の量子ドット層３７上に、ＧａＡｓ上部電極層３８を積層する。なお、ＧａＡｓ下部電極層３３と同様に、不純物として、例えば、Ｓｉ（濃度１×１０18ｃｍ-3）がドープされている。
【００４５】
以上の形成工程によって、光検知器３０の形成が終了する（以上、図４）。
そして、最後に、この光検知器３０に周知の半導体プロセス技術を用いて必要な電極３９ａ，３９ｂなどを形成することにより、図５に示す、光検知器３０ａが形成される。
【００４６】
なお、本実施の形態において、ＭＢＥ法を例にとって説明したが、他の結晶成長方法として、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法であってもかまわない。
【００４７】
また、本実施の形態では、光検知器の吸収層に量子ドットを用いた光検知器の場合を例に挙げて説明したが、本発明は導電層から吸収層への電流の輸送過程に関するものであるため、この過程を共通して用いる量子井戸や量子細線を用いた光検知器でも同様の効果が得られる。
【００４８】
また、本実施例における低濃度不純物層の不純物としてＳｉをドープする場合を例に挙げて説明したが、所望の不純物濃度をドープする代わりに、あらかじめ所望の導電型ならびに不純物濃度が得られることが分かっている、意図的に不純物をドープしない層などを用いても同様の効果が得られる。
【００４９】
また、量子ドットとして、ＩｎＡｓを用いたが、この代わりに、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を用いても同様の効果を得ることができる。
また、障壁層として、ＡｌＧａＡｓを用いたが、この代わりに、ＧａＡｓを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、導電層として、ＧａＡｓを用いたが、この代わりに、ＡｌＧａＡｓを用いても同様の効果を得ることができる。
以上のように、導電層と障壁層との間に、導電層と同じ導電型で低濃度の不純物がドープされた低濃度不純物層と、低濃度不純物層と異なる導電型の不純物層とを導入することによって、導電層と障壁層との電位障壁の高さを素子の動作温度変化に追随させて、温度変化による暗電流の増減を補償させて、光検知器の暗電流の温度変化に対する安定性を改善させることができる。
【００５１】
今回示した実施例は、光検知器を構成する材料として、上記に挙げた材料を実施例としたが、その他、本発明の光検知器を構成可能な材料系の組み合わせにしても同様の効果が得られる。
【００５２】
（付記１） 量子ドットを利用した光検知器において、
第１の障壁層と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、
を有することを特徴とする光検知器。
【００５３】
（付記２） 前記量子ドット、前記第１および前記第２の障壁層、前記不純物層、前記低濃度不純物層および前記導電層は、３−５族化合物半導体によって構成されていることを特徴とする付記１記載の光検知器。
【００５４】
（付記３） 前記量子ドットは、インジウム砒素またはインジウムガリウム砒素によって形成されていることを特徴とする付記２記載の光検知器。
（付記４） 前記第１および前記第２の障壁層、前記導電層は、アルミニウムガリウム砒素またはガリウム砒素によって形成されていることを特徴とする付記２または３に記載の光検知器。
【００５５】
（付記５） 前記不純物層および前記低濃度不純物層は、ガリウム砒素によって形成されていることを特徴とする付記２乃至４に記載の光検知器。
（付記６） 前記第１の導電型の不純物はベリリウムであることを特徴とする付記１乃至５に記載の光検知器。
【００５６】
（付記７） 前記第２の導電型の不純物はシリコンであることを特徴とする付記１乃至６に記載の光検知器。
（付記８） 前記低濃度不純物層に代わって、新たに、前記第２の導電型の不純物種によって形成されていることを特徴とする付記１乃至７に記載の光検知器。
【００５７】
（付記９） 前記量子ドット層が複数回積層されていることを特徴とする付記１乃至８に記載の光検知器。
（付記１０） 前記量子ドットに代わって、新たに、量子井戸または量子細線が利用されていることを特徴とする付記１乃至９に記載の光検知器。
【００５８】
（付記１１） 量子ドットを利用した光検知器の製造方法において、
第１の障壁層を形成する工程と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層を形成する工程と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする光検知器の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の概要図である。
【図２】本発明における電位障壁およびエネルギーバンドを示した模式図である。
【図３】本発明および一般的な量子ドットを利用した光検知器における暗電流の素子温度依存性を示したグラフである。
【図４】本実施の形態における製造途中の光検知器を示した断面模式図である。
【図５】本実施の形態における光検知器を示した断面模式図である。
【図６】量子ドットおよびそれを用いた光検出原理の模式図である。
【図７】暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の模式図である。
【図８】暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の原理図および暗電流の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 光検知器
１１ 量子ドット
１２ａ，１２ｂ 障壁層
１３ 量子ドット層
１４ 導電層
１５ 低濃度不純物層
１６ 不純物層
１７ 導電構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は光検知器およびその製造方法に関し、特に、量子ドットを利用した光検知器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光吸収構造に量子ドットを用いた赤外線などを検知する光検知器は、量子ドットをその光感知部として利用している。以下に、その原理について図を用いて説明する。
図６は、量子ドットおよびそれを用いた光検出原理の模式図である。図６（Ａ）では、量子ドット１００を、図６（Ｂ）では、量子ドット１００が光１０１を検知する原理を模式的に示している。
【０００３】
光を検知するために、図６（Ａ）に示すように、量子ドット１００に光１０１を入射させる。
この時、量子ドット１００のエネルギーポテンシャルは、図６（Ｂ）に示すように、例えば、量子井戸１００ｂの量子閉じ込め準位１００ｃに存在する電子１００ａが、光１０１からエネルギーを受けて、励起し、ポテンシャル１００ｄを飛び越えて、流れ出し、電流が発生する。この励起した電子１００ａによる電流を計ることによって、光を検知することができる。
【０００４】
なお、上記説明では、キャリアとして電子を用いたが、キャリアが正孔であっても同様の原理によって同様の効果が得られる。したがって、以下、キャリアとして電子を例に挙げて説明を行う。
【０００５】
このような、入射光による電子の励起を利用した光検知器の感知部分に、上記のような量子ドットの他、量子井戸、量子細線などを利用したものでも同様の効果を得ることができる。しかし、特に、感知部分に量子ドットを利用すると、素子面に垂直に入射する光に対しても感度が高く、光励起された電子などのキャリアが再び量子ドットに捕獲される確率が少ないために光電流利得が高いなどの利点を有することから、大きな光電流が得られ、高感度の光検知器として期待されている。
【０００６】
ところが、量子ドットの電子は、検出した光によって励起されるだけでなく、量子ドットを備えた素子の動作温度によっても励起される。すなわち、励起した電子による電流が得られたとしても、光だけでなく温度に起因した励起であれば、正確に光の検知ができない。したがって、量子ドットを利用した光検知器は、雑音源となる温度による励起電子に起因した電流（暗電流）をできる限り抑える必要がある。
【０００７】
次に、その暗電流を低減させるために一般的に行われている光検知器の原理について、図を用いて説明する。
図７は、暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の模式図であって、図８は、暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の原理図および暗電流の温度依存性を示すグラフである。
【０００８】
光検知器２００は、図７に示すように、量子ドット２０２は障壁層２０３ａ，２０３ｂで覆われ、電子を供給するための導電層２０１とともに構成されている。
この光検知器２００の電位分布について模式的に示したものが図８（Ａ）である。左から、導電層の電位２０１ａ、障壁層の電位２０３ｂａ、量子ドットの電位２０２ａおよび障壁層の電位２０３ａａを示している。さらに、導電層の電位２０１ａおよび量子ドットの量子閉じ込め準位２０５ａには電子２０４ｂ，２０４ａがそれぞれ存在しており、電子２０４ａは、光励起されるとポテンシャルを飛び越えて流れた電流が測定されて光の検出が行われ、電子２０４ｂは、温度によって励起されて暗電流の原因となる。
【０００９】
光検知器２００では、量子ドット２０２を障壁層２０３ａ，２０３ｂで覆っているために、導電層２０１と障壁層２０３ｂとの間に電位障壁が生じる。この時の電位障壁をＥaとすると、一般的に暗電流Ｉdは次の式（１）で表すことができる。なお、ｋをボルツマン定数、Ｔを動作温度とする。
【００１０】
Ｉd∝ｅｘｐ（−Ｅa／ｋＴ）・・・式（１）
さらに、暗電流Ｉdと温度Ｔ［Ｋ］との関係を示したものが図８（Ｂ）である。ただし、図８（Ｂ）では、ｘ軸を１／Ｔとし、ｙ軸をＬｏｇ［Ｉd］として示している。
【００１１】
そして、図８（Ｂ）にて、素子の動作温度が高温になるほど、つまり、ｘ軸で０に近づくほど、暗電流Ｉdが増加することが分かる。すなわち、温度の増加によって多くのエネルギーを得た電子２０４ｂが励起されて暗電流Ｉdの増加に寄与していることが示唆される。一方、低温になるほど、つまり、ｘ軸で増加方向に進むと、暗電流Ｉdが減少することが分かる。
【００１２】
また、この傾きの大きさは、式（１）から｜Ｅa／ｋ｜として導かれ、電位障壁Ｅaに依存している。図８（Ｂ）のグラフでは、電位障壁Ｅaによる傾きα1，α2（ただし、｜α1｜＜｜α2｜とする。）の場合について示しており、電位障壁Ｅaが大きい方、つまり、傾きα2の場合の方が、素子温度の変化に対する暗電流Ｉdの変化量も大きいことから、電位障壁Ｅaを大きくすると、素子温度の低下量が小さくても、暗電流Ｉdを大きく減少させることが可能となる。
【００１３】
したがって以上のように、量子ドットを障壁層で覆うことによって、導電層と障壁層との間に電位障壁が導入されて、暗電流を抑制させることが可能となった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記の方法では、全体的に暗電流が抑制することはできるが、光検知器を用いたシステムの動作の不安定性が増大してしまうという問題点があった。すなわち、暗電流抑制の機構が電位障壁によるものであるため、電位障壁の増大は、素子温度の変化に対する暗電流の活性化エネルギーが増大し、そして、このことは素子温度の変化に対する暗電流の変動の程度が大きくなることを意味している。したがって、暗電流の素子温度変動が大きいと、光検知器の動作点が、動作に最良な動作点からずれてしまい、動作の安定性が低下してしまう。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、暗電流を抑制させるとともに素子温度の変化に対してシステムの動作を安定させることができる光検知器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では上記課題を解決するために、量子ドット１１を利用した光検知器１０において、図１に示すように、障壁層１２ａと、障壁層１２ａ上に形成された量子ドット１１と、量子ドット１１の上面を覆うように形成された障壁層１２ｂとを有する量子ドット層１３と、動作時に、量子ドット層１３に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層１３下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層１６と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層１５と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層１５よりも高濃度の不純物がドープされた導電層１４と、を順に有する導電構造１７と、を有することを特徴とする光検知器１０が提供される。
【００１７】
このような光検知器によれば、障壁層上に形成された量子ドットと、量子ドットの上面を覆うように形成された障壁層とを有する量子ドット層と、動作時に、量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、で構成されて、導電層と障壁層との電位障壁の高さが温度に依存するようになる。
【００１８】
また、本発明では上記課題を解決するために、量子ドットを利用した光検知器の製造方法において、第１の障壁層を形成する工程と、前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層を形成する工程と、動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造を形成する工程と、を有することを特徴とする光検知器の製造方法が提供される。
【００１９】
このような光検知装置の製造方法によれば、第１の障壁層が形成され、第１の障壁層上に形成された量子ドットと、量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層が形成され、動作時に、量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造が形成されるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、障壁層上に形成された量子ドットと、量子ドットの上面を覆うように形成された障壁層とを有する量子ドット層と、動作時に、量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、第２の導電型と同型であって、低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、で構成される光検知器は、導電層と障壁層との電位障壁の高さが温度に依存するようにした。これにより、温度変化による暗電流の増減を補償させることによって、光検知器の暗電流の温度変化に対する安定性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されない。
まず、本発明の概要について説明し、その後に、本発明を用いた実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の概要図であって、図２は、本発明における電位障壁およびエネルギーバンドを示した模式図である。
図１に示す光検知器は、入射した光によって量子ドットの電子を励起させることにより電流を発生させて、光を検知するものである。また、図２（Ａ）は、この光検知器の電位分布、図２（Ｂ）は、光検知器の導電層と低濃度不純物層とにおけるエネルギーバンドの模式図をそれぞれ示している。
【００２３】
光検知器１０は、量子ドット１１および量子ドット１１を覆う障壁層１２ａ，１２ｂを備える量子ドット層１３と、導電層１４、低濃度不純物層１５および不純物層１６を備える導電構造１７とを有する。なお、動作時に、量子ドット層１３の垂直方向に流れる電子の量子ドット層１３から上流側に向かって、不純物層１６、低濃度不純物層１５および導電層１４の順に導電構造１７が構成される。さらに、不純物層１６の導電型は、導電層１４および低濃度不純物層１５と異なる。
【００２４】
また、電位障壁模式図２０は、図２（Ａ）に示すように、上述の各層によって構成される光検知器１０の電位分布を模式的に示したものであって、左から、導電層の電位１４ａ、低濃度不純物層の電位１５ａ、障壁層の電位１２ｂａ、量子ドットの電位１１ａおよび障壁層の電位１２ａａを示している。なお、図２（Ａ）に示すように、低濃度不純物層の電位１５ａと障壁層の電位１２ｂａとの界面領域２１において、伝導帯の電位を押し上げるために、低濃度不純物層１５と反対の導電型（反導電型）の不純物がドープされた不純物層１６を導入するために、反導電型の電荷がドープされている。
【００２５】
そして、エネルギーバンド模式図２２は、同様に光検知器１０の導電層１４および低濃度不純物層１５のエネルギーバンドを模式的に示したものであって、導電層のエネルギーバンド１４ｂおよび低濃度不純物層のエネルギーバンド１５ｂを示している。なお、図２（Ｂ）に示すように、光検知器１０を構成することで、フェルミ準位が等しくなるように、導電層１４と低濃度不純物層１５とのエネルギーバンドが結合される。なお、図２については後ほど再度説明に用いる。
【００２６】
次に、光検知器１０をこのような構成にした理由について説明する。
既述の通り、暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器では、電位障壁の差を大きくすることによって、全体としての暗電流を低減させることは可能となったが、一方で、動作温度の変化にしたがって動作点も変化してしまい、システム全体が不安定となったことが課題であった。
【００２７】
このような課題を解決するために、まず、図７に示した一般的な光検知器のように、導電層に、よりバンドギャップ幅の大きな障壁層を形成すると、既述の通り、その界面に電位障壁が形成されて電位分布が形成される。さらにこの場合、導電層と障壁層との中でのフェルミ準位が均一になるように（＝熱平衡状態）全体の電位分布が決定される。
【００２８】
ここで、このような導電層と障壁層との間にもう一層、導電層と同導電型の不純物を低濃度ドープした半導体である低濃度不純物層を挿入することを考える。
この場合、図２（Ｂ）に示すように、不純物濃度Ｎdの低濃度不純物層におけるフェルミ準位Ｅfの伝導帯Ｅc2からの深さＥc2−Ｅfは、その領域での電荷中性条件から、次の式（２）で与えられる。なお、ｋをボルツマン定数、Ｔを素子温度、Ｎcを材料の有効状態濃度とする。
【００２９】
Ｅc−Ｅf＝ｋＴｌｎ（Ｎc／Ｎd）・・・式（２）
式（２）から分かるように、低濃度不純物層の濃度が十分に低い（Ｎd＜＜Ｎc）場合、低濃度不純物層でのフェルミ準位は、温度が上昇するに従って深くなる。これは言い換えると、このような低濃度不純物層を導電層と障壁層との間に挟みこむように形成すると、導電層からみて障壁層に向かって、低濃度不純物層の伝導帯の電位を押し上げようとすることを意味している。
【００３０】
一方、このままでは低濃度不純物層と障壁層との界面近傍で、電界の境界条件を満たさない。隣接する２層間での境界条件は、ガウスの法則より、［低濃度不純物層と障壁層との界面の領域内部に含まれる電荷］＝［低濃度不純物層と障壁層との界面の領域に出入りする電界の総和］×［誘電率］、を満たすことが要求される。界面の両側での電界が反符号であるため、この界面近傍に、ガウスの法則を満足する電荷がなければならない。そこで、例えば、電子に対して「反発」の電位分布として負電荷をドープする。従って、この界面近傍に、空間電荷として負電荷を持つ不純物、つまりアクセプタとなる不純物をドープすることによって、図２（Ａ）のような電位分布を実現することが可能となる。
【００３１】
この電位分布の電位障壁の差Ｅaはおおむね、次の式（３）で表すことができる。
Ｅa∝［材料の組合せによる電位障壁］＋ｋＴｌｎ（Ｎc／Ｎd）・・・式（３）
したがって、例えば、温度上昇に対しては電位障壁の差Ｅaを大きくする方向、つまり電流の増加を抑える方向に作用することとなる。
【００３２】
次に、本発明による光検知器と一般的な量子ドットを利用した光検知器とにおける暗電流について説明する。
図３は、本発明および一般的な量子ドットを利用した光検知器における暗電流の素子温度依存性を示したグラフである。
【００３３】
暗電流が界面での電位障壁の差で決定されるとした場合、素子温度＝２００Ｋで、暗電流密度が１×１０-5Ａ／ｃｍ2になるように初期動作点を設定したとして、それぞれの素子構造での暗電流の素子温度に対する変化を示している。なお、低濃度不純物層は、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）と仮定し、低濃度不純物層の不純物濃度は１×１０17ｃｍ-3としている。
【００３４】
このグラフによれば、従来技術である一般的な光検知器では、温度の増加につれて暗電流密度も増加している。一方、本発明の光検知器では、同様に温度の増加につれて暗電流密度が増加しているものの、一般的な光検知器よりも暗電流密度の増加は小さい。
【００３５】
したがって、本発明のように光検知器を構成させて、電位障壁の高さの差を素子の動作温度変化に追随させて、温度変化による暗電流の増減を補償させることによって、光検知器の暗電流の温度変化に対する安定性を改善させることができる。
【００３６】
次に本発明の実施の形態について説明する。
図４は、本実施の形態における製造途中の光検知器を示した断面模式図、図５は、本実施の形態における光検知器を示した断面模式図である。
【００３７】
本実施の形態では、本発明の概要において、量子ドット構造が複数回積層されている光検知器を例に挙げており、その製造方法について以下に図を用いて説明する。
まず、基板として形成したＧａＡｓ基板３１上に、周知の結晶成長技術、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法によって、ＧａＡｓ緩衝層３２、ＧａＡｓ下部電極層３３を順に積層させる。なお、ＧａＡｓ緩衝層３２、ＧａＡｓ下部電極層３３の膜厚はそれぞれ１００ｎｍおよび５００ｎｍとする。また、ＧａＡｓ下部電極層３３は、不純物として、例えば、シリコン（Ｓｉ）（濃度１×１０18ｃｍ-3）がドープされている。
【００３８】
ＳｉがドープされたＧａＡｓ下部電極層３３上に、ＧａＡｓ層を積層するとともに、低濃度（濃度１×１０15ｃｍ-3）の不純物としてＳｉをドープして、ＧａＡｓ低濃度不純物層３４（膜厚５０ｎｍ）を形成する。
【００３９】
ＧａＡｓ低濃度不純物層３４上に、再びＧａＡｓ層を積層するとともに、Ｐ型の不純物（濃度１×１０17ｃｍ-3）である、ベリリウム（Ｂｅ）をドープして、Ｐ−ＧａＡｓ不純物層３５（膜厚５ｎｍ）を形成する。
【００４０】
Ｐ−ＧａＡｓ不純物層３５上に、後に形成する量子ドットの障壁層として、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）によって、ＡｌＧａＡｓ障壁層３６ａ（膜厚５０ｎｍ、Ａｌ組成１５％）を積層する。
【００４１】
ＡｌＧａＡｓ障壁層３６ａ上に、光検知器の受光活性部となる量子ドットとして、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）によって、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａを形成する。なお、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａは、供給速度０．２分子層毎秒、総供給量２．３分子層相当を、温度４７０度で供給して形成される。
【００４２】
ＡｌＧａＡｓ障壁層３６ａ上に形成されたＩｎＡｓ量子ドット３７ａを埋め込むようにして、障壁層としてＡｌＧａＡｓ障壁層３６ｂ（膜厚５０ｎｍ、Ａｌ組成１５％）を積層する。
【００４３】
なお、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａと、ＩｎＡｓ量子ドット３７ａを埋め込むように形成されたＡｌＧａＡｓ障壁層３６ｂとで構成される量子ドット層３７を所望の回数、例えば、１０回繰り返して所望の量子ドット構造を形成する。
【００４４】
１０層目の量子ドット層３７上に、ＧａＡｓ上部電極層３８を積層する。なお、ＧａＡｓ下部電極層３３と同様に、不純物として、例えば、Ｓｉ（濃度１×１０18ｃｍ-3）がドープされている。
【００４５】
以上の形成工程によって、光検知器３０の形成が終了する（以上、図４）。
そして、最後に、この光検知器３０に周知の半導体プロセス技術を用いて必要な電極３９ａ，３９ｂなどを形成することにより、図５に示す、光検知器３０ａが形成される。
【００４６】
なお、本実施の形態において、ＭＢＥ法を例にとって説明したが、他の結晶成長方法として、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法であってもかまわない。
【００４７】
また、本実施の形態では、光検知器の吸収層に量子ドットを用いた光検知器の場合を例に挙げて説明したが、本発明は導電層から吸収層への電流の輸送過程に関するものであるため、この過程を共通して用いる量子井戸や量子細線を用いた光検知器でも同様の効果が得られる。
【００４８】
また、本実施例における低濃度不純物層の不純物としてＳｉをドープする場合を例に挙げて説明したが、所望の不純物濃度をドープする代わりに、あらかじめ所望の導電型ならびに不純物濃度が得られることが分かっている、意図的に不純物をドープしない層などを用いても同様の効果が得られる。
【００４９】
また、量子ドットとして、ＩｎＡｓを用いたが、この代わりに、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を用いても同様の効果を得ることができる。
また、障壁層として、ＡｌＧａＡｓを用いたが、この代わりに、ＧａＡｓを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、導電層として、ＧａＡｓを用いたが、この代わりに、ＡｌＧａＡｓを用いても同様の効果を得ることができる。
以上のように、導電層と障壁層との間に、導電層と同じ導電型で低濃度の不純物がドープされた低濃度不純物層と、低濃度不純物層と異なる導電型の不純物層とを導入することによって、導電層と障壁層との電位障壁の高さを素子の動作温度変化に追随させて、温度変化による暗電流の増減を補償させて、光検知器の暗電流の温度変化に対する安定性を改善させることができる。
【００５１】
今回示した実施例は、光検知器を構成する材料として、上記に挙げた材料を実施例としたが、その他、本発明の光検知器を構成可能な材料系の組み合わせにしても同様の効果が得られる。
【００５２】
（付記１） 量子ドットを利用した光検知器において、
第１の障壁層と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、
を有することを特徴とする光検知器。
【００５３】
（付記２） 前記量子ドット、前記第１および前記第２の障壁層、前記不純物層、前記低濃度不純物層および前記導電層は、３−５族化合物半導体によって構成されていることを特徴とする付記１記載の光検知器。
【００５４】
（付記３） 前記量子ドットは、インジウム砒素またはインジウムガリウム砒素によって形成されていることを特徴とする付記２記載の光検知器。
（付記４） 前記第１および前記第２の障壁層、前記導電層は、アルミニウムガリウム砒素またはガリウム砒素によって形成されていることを特徴とする付記２または３に記載の光検知器。
【００５５】
（付記５） 前記不純物層および前記低濃度不純物層は、ガリウム砒素によって形成されていることを特徴とする付記２乃至４に記載の光検知器。
（付記６） 前記第１の導電型の不純物はベリリウムであることを特徴とする付記１乃至５に記載の光検知器。
【００５６】
（付記７） 前記第２の導電型の不純物はシリコンであることを特徴とする付記１乃至６に記載の光検知器。
（付記８） 前記低濃度不純物層に代わって、新たに、前記第２の導電型の不純物種によって形成されていることを特徴とする付記１乃至７に記載の光検知器。
【００５７】
（付記９） 前記量子ドット層が複数回積層されていることを特徴とする付記１乃至８に記載の光検知器。
（付記１０） 前記量子ドットに代わって、新たに、量子井戸または量子細線が利用されていることを特徴とする付記１乃至９に記載の光検知器。
【００５８】
（付記１１） 量子ドットを利用した光検知器の製造方法において、
第１の障壁層を形成する工程と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層を形成する工程と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする光検知器の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の概要図である。
【図２】本発明における電位障壁およびエネルギーバンドを示した模式図である。
【図３】本発明および一般的な量子ドットを利用した光検知器における暗電流の素子温度依存性を示したグラフである。
【図４】本実施の形態における製造途中の光検知器を示した断面模式図である。
【図５】本実施の形態における光検知器を示した断面模式図である。
【図６】量子ドットおよびそれを用いた光検出原理の模式図である。
【図７】暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の模式図である。
【図８】暗電流を低減させる一般的な量子ドットを利用した光検知器の原理図および暗電流の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 光検知器
１１ 量子ドット
１２ａ，１２ｂ 障壁層
１３ 量子ドット層
１４ 導電層
１５ 低濃度不純物層
１６ 不純物層
１７ 導電構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドットを利用した光検知器において、
第１の障壁層と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、
を有することを特徴とする光検知器。
【請求項２】
前記量子ドット、前記第１および前記第２の障壁層、前記不純物層、前記低濃度不純物層および前記導電層は、３−５族化合物半導体によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の光検知器。
【請求項３】
前記量子ドット層が複数回積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光検知器。
【請求項４】
前記量子ドットに代わって、新たに、量子井戸または量子細線が利用されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光検知器。
【請求項５】
量子ドットを利用した光検知器の製造方法において、
第１の障壁層を形成する工程と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層を形成する工程と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする光検知器の製造方法。
【請求項１】
量子ドットを利用した光検知器において、
第１の障壁層と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造と、
を有することを特徴とする光検知器。
【請求項２】
前記量子ドット、前記第１および前記第２の障壁層、前記不純物層、前記低濃度不純物層および前記導電層は、３−５族化合物半導体によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の光検知器。
【請求項３】
前記量子ドット層が複数回積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光検知器。
【請求項４】
前記量子ドットに代わって、新たに、量子井戸または量子細線が利用されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光検知器。
【請求項５】
量子ドットを利用した光検知器の製造方法において、
第１の障壁層を形成する工程と、
前記第１の障壁層上に形成された前記量子ドットと、前記量子ドットの上面を覆うように形成された第２の障壁層とを有する量子ドット層を形成する工程と、
動作時に、前記量子ドット層に対して垂直方向に流れる電流の前記量子ドット層下流側に向かって、第１の導電型の不純物がドープされた不純物層と、アンドープまたは第２の導電型の不純物がドープされた低濃度不純物層と、前記第２の導電型と同型であって、前記低濃度不純物層よりも高濃度の不純物がドープされた導電層と、を順に有する導電構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする光検知器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２２７３２３（Ｐ２００８−２２７３２３Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６６００４（Ｐ２００７−６６００４）
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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