量子ドット型光検知器及びその製造方法
【課題】感度を向上させることができる量子ドット型光検出器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】中間層４上に、ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット５が形成されている。中間層４上で量子ドット５の間の領域には、真性ＡｌＡｓからなるＡｌＡｓ層６が形成されている。ＡｌＡｓ層６の厚さは、量子ドット５の高さよりも小さい。更に、量子ドット５上に、真性ＡｌＳｂからなるＡｌＳｂ層７が量子ドット５の表面に倣って形成されている。また、ＡｌＡｓ層６及びＡｌＳｂ層７を覆う中間層４が形成されている。この中間層４も真性ＧａＡｓからなる。量子ドット５、ＡｌＡｓ層６、ＡｌＳｂ層７及びこれらを覆う中間層４から光吸収単位層が構成されている。そして、このような光吸収単位層が更に９層積層されている。従って、総計で１０層の光吸収単位層が設けられている。なお、薄いＡｌＡｓ層６が量子ドット５とＡｌＳｂ層７との間に介在していてもよい。
【解決手段】中間層４上に、ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット５が形成されている。中間層４上で量子ドット５の間の領域には、真性ＡｌＡｓからなるＡｌＡｓ層６が形成されている。ＡｌＡｓ層６の厚さは、量子ドット５の高さよりも小さい。更に、量子ドット５上に、真性ＡｌＳｂからなるＡｌＳｂ層７が量子ドット５の表面に倣って形成されている。また、ＡｌＡｓ層６及びＡｌＳｂ層７を覆う中間層４が形成されている。この中間層４も真性ＧａＡｓからなる。量子ドット５、ＡｌＡｓ層６、ＡｌＳｂ層７及びこれらを覆う中間層４から光吸収単位層が構成されている。そして、このような光吸収単位層が更に９層積層されている。従って、総計で１０層の光吸収単位層が設けられている。なお、薄いＡｌＡｓ層６が量子ドット５とＡｌＳｂ層７との間に介在していてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ等に好適な量子ドット型光検知器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光検知器の一種として、量子ドット型光検知器が知られている。図５は、従来の量子ドット型光検知器の構造を示す断面図である。
【０００３】
従来の量子ドット型光検知器では、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０３上に、真性ＧａＡｓからなる中間層１０４が形成されている。中間層１０４上に、ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット１０５が形成されている。そして、量子ドット１０５を覆うようにして他の中間層１０４が形成され、このような量子ドット１０５と中間層１０４との組み合わせが１０組程度積層されている。そして、最上層の中間層１０４上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０８が形成されている。
【０００４】
このように構成された量子ドット型光検知器に光（赤外線）が入射すると、図６に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１０５内でエネルギーが低い基底準位に存在する電子が光吸収によりエネルギーを得てドット内の高エネルギーの準位（励起準位）へと光励起される。そして、光励起された電子がＩｎＡｓ量子ドット１０５の外へ放出されることにより、光電流が発生する。この時、中間層１０４は障壁層として機能する。この光電流に基づいて光（赤外線）が検知される。従って、光検知器の感度は、光吸収を起こす際に量子ドット１０５内の準位間を遷移する確率に依存する。この遷移確率には、量子準位である基底準位（遷移元）と励起準位（遷移先）との間の波動関数の重なりが大きく関与しており、重なりが強いほど量子ドット型赤外線検収器の感度が向上する。
【０００５】
しかしながら、上述の量子ドット型光検知器では、その製造の際に、ＩｎＡｓ量子ドット１０５を覆うＧａＡｓ中間層１０４を形成する際に、図７に示すように、これらの界面近傍にＩｎＡｓ及びＧａＡｓの混晶層１１１が形成されてしまう。混晶層１１１が形成されると、図７に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１０５からバリアとなるＧａＡｓ中間層１０４へのポテンシャル変化（伝導帯の底）が緩やかになる。この結果、ポテンシャル井戸内の底側に近い基底準位と頂上側に近い励起準位との間で波動関数の拡がりに大きな相違が生じ、両者の重なりが減少してしまう。このため、従来の量子ドット型光検知器の感度は十分ではない。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２５６５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、感度を向上させることができる量子ドット型光検出器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者等は、従来技術の問題点を解明すべく検討を行ったところ、図８に示すように、量子ドット１０５とその上に形成する中間層１０４との間に、ＡｌＡｓ層１０６をキャップ層として形成することにより、ＩｎＡｓとＧａＡｓとの混晶化を抑制することができることを見出した。ＡｌＡｓ層１０６が存在していると、ＩｎＡｓ量子ドット１０５から脱離するＩｎの表面拡散がＡｌによって抑制されるのである。また、ＡｌＡｓが高エネルギーの障壁層としても作用するため、図９に示すように、ＩｎＡｓからバリアへと向かうポテンシャル勾配が急峻となり、基底準位と励起準位との間の波動関数の重なりが強くなる。
【０００９】
ところが、本願発明者等が更に検討を重ねたところ、ＡｌＡｓ層１０６はＧａＡｓ中間層１０４上に優先的に形成され、ＩｎＡｓ量子ドット１０５上には形成されにくいことが判明した。この結果、混晶化が抑制される程度の厚さのＡｌＡｓ層１０６を量子ドット１０５上に形成しようとすると、中間層１０４上に厚いＡｌＡｓ層１０６が形成される。そして、厚いＡｌＡｓ層１０６は、図１０に示すように、電子１１２の移動を妨げ、光電流１１３に対する電流ブロック層として作用してしまう。このため、混晶化を抑制することができても、十分な光電流を得ることができず、十分な感度を得ることができない。
【００１０】
このようなＡｌＡｓ層１０６の選択的な成長は、ＡｌＡｓ及びＩｎＡｓ間の格子定数の差、並びにＡｌＡｓ及びＧａＡｓ間の格子定数の差に起因する。つまり、ＡｌＡｓの格子定数が、中間層１０４を構成するＧａＡｓの格子定数とほぼ等しいのに対し、量子ドット１０５を構成するＩｎＡｓの格子定数より小さく、これらの格子定数の間には、「ＡｌＡｓ（キャップ層）≒ＧａＡｓ（中間層１０４）＜ＩｎＡｓ（量子ドット１０５）」の関係が成り立つ。このため、ＡｌＡｓ層１０６は中間層１０４上に優先的に成長する。そこで、ＩｎＡｓからなる量子ドット１０５を覆うキャップ層の材料は、その格子定数がＩｎＡｓの格子定数に近いものであることが好ましいと考えられる。
【００１１】
そして、本願発明者等は、このような知見に基づいて鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１２】
本発明に係る量子ドット型光検知器には、第１の中間層と、前記第１の中間層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層と、前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層と、前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層と、が設けられている。前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さい。また、前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きい。
【００１３】
本発明に係る量子ドット型光検知器の製造方法では、第１の中間層上に量子ドットを形成し、その後、前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層を形成する。次に、前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層を形成する。そして、前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層を形成する。なお、前記第１の中間層、量子ドット、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さくなり、前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きくなるものを用いる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１のキャップ層及び第２のキャップ層の格子定数が適切に規定されているため、光電流を妨げることなく、量子ドットと第２の中間層との間の混晶化を抑制することができる。このため、高い感度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知器（赤外線センサ）の構造を示す断面図である。
【００１６】
本実施形態においては、例えば表面のミラー指数が（００１）のＧａＡｓからなる基板１上に、例えばＧａＡｓからなるバッファ層２が形成されている。また、バッファ層２上に、例えばｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３が形成されている。コンタクト層３におけるｎ型不純物の濃度は、例えば１×１０18ｃｍ-3である。更に、コンタクト層３上に、真性ＧａＡｓからなる中間層４が形成されている。中間層４の厚さは、例えば５０ｎｍ程度である。
【００１７】
そして、この中間層４上に、ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット５が形成されている。例えば、量子ドット５の直径は２５ｎｍ程度であり、高さは４ｎｍ程度である。また、量子ドット５は、５×１０10個／ｃｍ-2程度の密度で中間層４上に分散している。また、中間層４上で量子ドット５の間の領域には、真性ＡｌＡｓからなるＡｌＡｓ層６が第１のキャップ層として形成されている。つまり、量子ドット５の側面のうちで少なくとも中間層４と接する部分がＡｌＡｓ層６により覆われている。また、中間層４の表面の量子ドット５が形成されていない領域がＡｌＡｓ層６により覆われている。ＡｌＡｓ層６の厚さは、量子ドット５の高さよりも小さく、例えば０．５ｎｍ程度である。更に、量子ドット５上に、真性ＡｌＳｂからなるＡｌＳｂ層７が、第２のキャップ層として、量子ドット５の表面に倣って形成されている。ＡｌＳｂ層７の厚さは、例えば０．５ｎｍ程度である。また、ＡｌＡｓ層６及びＡｌＳｂ層７を覆う中間層４が形成されている。この中間層４も真性ＧａＡｓからなり、その厚さは、例えば５０ｎｍ程度である。量子ドット５、ＡｌＡｓ層６、ＡｌＳｂ層７及びこれらを覆う中間層４から光吸収単位層が構成されている。そして、このような光吸収単位層が更に９層積層されている。従って、本実施形態には、総計で１０層の光吸収単位層が設けられている。なお、薄いＡｌＡｓ層６が量子ドット５とＡｌＳｂ層７との間に介在していてもよい。
【００１８】
また、最上層の中間層４の上に、例えばｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８が形成されている。コンタクト層８におけるｎ型不純物の濃度は、例えば１×１０18ｃｍ-3である。そして、コンタクト層３上に電極１１が形成され、コンタクト層８上に電極１２が形成され、電極１１及び電極１２間に直流電圧が印加される。
【００１９】
このような本実施形態では、中間層４、量子ドット５、ＡｌＡｓ層６（第１のキャップ層）及びＡｌＳｂ層７の夫々を構成する物質の格子定数に、「ＡｌＡｓ（第１のキャップ層）≒ＧａＡｓ（中間層４）＜ＩｎＡｓ（量子ドット５）＜ＡｌＳｂ（第２のキャップ層）」のような関係が成立している。つまり、「ＡｌＡｓ（第１のキャップ層）とＧａＡｓ（中間層４）との間の格子定数の差が、ＡｌＡｓ（第１のキャップ層）とＩｎＡｓ（量子ドット５）との間の格子定数の差よりも小さい」という条件、及び「ＡｌＳｂ（第２のキャップ層）とＧａＡｓ（中間層４）との間の格子定数の差が、ＡｌＳｂ（第２のキャップ層）とＩｎＡｓ（量子ドット５）との間の格子定数差よりも大きい」という条件が満たされている。このため、ＡｌＡｓ層６は中間層４上に成長しやすく、ＡｌＳｂ層７は量子ドット５上に成長しやすい。また、ＡｌＡｓ層６は量子ドット５上には成長しにくく、ＡｌＳｂ層７は中間層４上にほとんど成長しない。このため、ＡｌＡｓ層６により、量子ドット５の側面の下部及び中間層４の表面が覆われ、ＡｌＳｂ層７により、量子ドット５の上部が覆われている。
【００２０】
このため、ＡｌＡｓ層６により、量子ドット５から脱離しようとするＩｎの表面拡散が抑制され、この表面拡散に起因する混晶化が抑制される。また、ＡｌＡｓ層６の厚さ（例えば０．５ｎｍ）は、量子ドット５の高さ（例えば４ｎｍ）よりも低く、例えば量子ドット５の高さの１／８程度であるため、ＡｌＡｓ層６による光電流の阻害はほとんど生じない。
【００２１】
また、ＡｌＳｂ層７によっても、ＩｎＡｓとＧａＡｓとの混晶化が抑制される。更に、図２及び図３に示すように、ＡｌＡｓと同様に、ＡｌＳｂにおいてもＩｎＡｓに対する伝導帯側のポテンシャルが高いため、障壁層として機能する中間層４のＧａＡｓよりも高いエネルギーの障壁によりＩｎＡｓが取り囲まれたエネルギーバンドが得られる。従って、本実施形態によれば、基底準位と励起準位との間の波動関数の重なりを強くすることができ、感度を向上することができる。また、上述のように、ＡｌＡｓ層６による光電流の阻害が生じにくいため、感度の低下も生じにくい。
【００２２】
次に、上述のような量子ドット型光検知器を製造する方法について説明する。図４Ａ乃至図４Ｈは、本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。ここでは、量子ドット型光検知装置として、複数の光検知素子がアレイ状に並んだ撮像装置を製造する方法について説明する。
【００２３】
先ず、図４Ａに示すように、基板１上にバッファ層２及びコンタクト層３を順次形成する。次に、コンタクト層３上に中間層４を形成し、更に、この中間層４上に、量子ドット５、ＡｌＡｓ層６、ＡｌＳｂ層７及び中間層４を備えた光吸収単位層を、例えば１０層積そうすることにより、光吸収部２１を形成する。次いで、光吸収部２１上にコンタクト層８を形成する。これらの各半導体層は、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法又は有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法により形成することができる。量子ドット５の形成に当たっては、例えば、基板１の温度を５００℃以下に設定し、Ｉｎ及びＡｓの分子線照射を行えばよく、この処理により量子ドット５が自己組織化により成長する。
【００２４】
その後、図４Ｂに示すように、形成しようとする光検知素子毎に、コンタクト層８に回折格子６１を形成する。
【００２５】
続いて、図４Ｃに示すように、コンタクト層８及び光吸収部２１を選択的にメサ状にウェットエッチングすることにより、コンタクト層３の一部を露出させる。
【００２６】
次に、図４Ｄに示すように、表面全体に、例えばＳｉＯＮからなる保護膜６２を形成し、この保護膜６２に、形成しようとする光検知素子毎にコンタクト層８まで到達する第１の開口部を形成する。また、コンタクト層３まで到達する第２の開口部も保護膜６２に形成する。これらの開口部は、例えばドライエッチングにより形成することができる。次いで、各開口部内にオーミック電極６３を形成する。オーミック電極６３の形成に当たっては、例えば、コンタクト層３及び８上にＡｕＧｅ膜を形成した後、その上にＡｕ膜を形成する。ＡｕＧｅ膜及びＡｕ膜は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００２７】
その後、図４Ｅに示すように、保護膜６２に、形成しようとする光検知素子毎にコンタクト層８まで到達する第３の開口部を第１の開口部よりも大きく形成する。また、コンタクト層３まで到達する第４の開口部も保護膜６２に第２の開口部よりも大きく形成する。これらの開口部は、例えばドライエッチングにより形成することができる。続いて、各開口部内にミラー電極６４を形成する。ミラー電極６４の形成に当たっては、例えば、コンタクト層３及び８並びにオーミック電極６３上にＴｉＷ膜を形成した後、その上にＡｕ膜を形成する。ＴｉＷ膜及びＡｕ膜は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００２８】
次に、図４Ｆに示すように、形成しようとする光検知素子を互いに分離する分離溝６５を形成する。分離溝６５は、光吸収部２１の底面よりも深くするが、コンタクト層３の底面よりも浅くする。分離溝６５は、例えば保護膜６２に対するドライエッチング及び半導体層に対するドライエッチングにより形成することができる。
【００２９】
次いで、図４Ｇに示すように、表面全体に、例えばＳｉＯＮからなる保護膜６６を形成し、この保護膜６６に、形成しようとする光検知素子毎にミラー電極６４まで到達する第５の開口部を形成する。また、コンタクト層３上のミラー電極６４まで到達する第６の開口部も保護膜６６に形成する。その後、各開口部内に下地電極６７を形成する。下地電極６７の形成に当たっては、例えば、ミラー電極６４上にＴｉ膜を形成した後、その上にＰｔ膜を形成する。Ｔｉ膜及びＰｔ膜は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００３０】
続いて、図４Ｈに示すように、下地電極６７上に、例えばＩｎからなるバンプ電極６８を形成する。バンプ電極は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００３１】
このようにして形成された量子ドット型光検知装置では、コンタクト層８上の電極は光検知素子毎のものとして使用され、コンタクト層３上の電極は各光検知素子に共通のものとして使用される。そして、各電極には、読み出し回路が接続される。
【００３２】
このような製造方法によれば、上述のように、ＡｌＡｓ層６（第１のキャップ層）を厚く形成せずとも、ＡｌＳｂ層７により量子ドット５と中間層４との間の混晶化を抑制することができる。
【００３３】
なお、上記の実施形態では、基板１の材料としてＧａＡｓを用いているが、ＩｎＰ等を用いてもよい。また、量子ドット５の材料としてＩｎＡｓを用いているが、ＩｎＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｓ等を用いてもよい。また、中間層４、第１のキャップ層及び第２のキャップ層の材料も、夫々、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂに限定されない。例えば、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＧａＮ又はＡｌＮ等を用いてもよく、これらの混晶を用いてもよい。量子ドット５の材料がＩｎＧａＡｓ又はＩｎＡｌＡｓの場合、例えば、第１のキャップ層の材料はＡｌＧａＡｓであり、第２のキャップ層の材料はＡｌＧａＳｂである。但し、どの材料を用いる場合であっても、各層を構成する材料の格子定数の間に、
（１）「第１のキャップ層と中間層との間の格子定数の差が、第１のキャップ層と量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さい」という条件、及び
（２）「第２のキャップ層と中間層との間の格子定数の差が、第２のキャップ層と量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きい」という条件が満たされている必要がある。
【００３４】
また、「電荷（電子又は正孔）に対するポテンシャルが、第１及び第２のキャップ層のいずれにおいても、中間層より大きい」という条件も満たされていることが好ましい。これは、十分な量子効果を得るためである。
【００３５】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００３６】
（付記１）
第１の中間層と、
前記第１の中間層上に形成された量子ドットと、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層と、
を有し、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さく、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きいことを特徴とする量子ドット型光検知器。
【００３７】
（付記２）
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きいことを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光検知器。
【００３８】
（付記３）
前記第１のキャップ層の厚さは、前記量子ドットの高さより小さいことを特徴とする付記１又は２に記載の量子ドット型光検知器。
【００３９】
（付記４）
前記量子ドットと前記第２のキャップ層とを備えた光吸収単位層が複数互いに積層されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器。
【００４０】
（付記５）
前記第１及び第２の中間層は、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＧａＮ、及びＡｌＮからなる群から選択された１種の半導体、又は前記群から選択された２種以上の半導体の混晶からなることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器。
【００４１】
（付記６）
前記量子ドットは、ＩｎＧａＡｓ又はＩｎＡｌＡｓからなり、
前記第１のキャップ層は、ＡｌＧａＡｓからなり、
前記第２のキャップ層は、ＡｌＧａＳｂからなることを特徴とする付記５に記載の量子ドット型光検知器。
【００４２】
（付記７）
前記第１のキャップ層は、前記第１の中間層の表面の前記量子ドットが形成されていない領域を覆っていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器。
【００４３】
（付記８）
第１の中間層上に量子ドットを形成する工程と、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層を形成する工程と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層を形成する工程と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層を形成する工程と、
を有し、
前記第１の中間層、量子ドット、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さくなり、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きくなるものを用いることを特徴とする量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４４】
（付記９）
前記第１の中間層、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きくなるものを用いることを特徴とする付記８に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４５】
（付記１０）
前記第１のキャップ層の厚さを、前記量子ドットの高さより小さくすることを特徴とする付記８又は９に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４６】
（付記１１）
前記量子ドットと前記第２のキャップ層とを備えた光吸収単位層を複数互いに積層することを特徴とする付記８乃至１０のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４７】
（付記１２）
前記第１及び第２の中間層の材料として、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＧａＮ、及びＡｌＮからなる群から選択された１種の半導体、又は前記群から選択された２種以上の半導体の混晶を用いることを特徴とする付記８乃至１１のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４８】
（付記１３）
前記量子ドットの材料として、ＩｎＧａＡｓ又はＩｎＡｌＡｓを用い、
前記第１のキャップ層の材料として、ＡｌＧａＡｓを用い、
前記第２のキャップ層の材料として、ＡｌＧａＳｂを用いることを特徴とする付記１２に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４９】
（付記１４）
前記第１のキャップ層として、前記第１の中間層の表面の前記量子ドットが形成されていない領域を覆うものを形成することを特徴とする付記８乃至１３のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知器（赤外線センサ）の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるエネルギー構造を示すバンドダイアグラムである。
【図３】本発明の実施形態におけるポテンシャル井戸内の波動関数を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｄに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｅに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｆに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｈ】図４Ｇに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図５】従来の量子ドット型光検知器の構造を示す断面図である。
【図６】従来の量子ドット型光検知器におけるエネルギー構造を示すバンドダイアグラムである。
【図７】従来の量子ドット型光検知器におけるポテンシャル井戸内の波動関数を示す図である。
【図８】ＡｌＳｂ層１０６を有する量子ドット型光検知器の構造を示す断面図である。
【図９】ＡｌＳｂ層１０６を有する量子ドット型光検知器におけるポテンシャル井戸内の波動関数を示す図である。
【図１０】ＡｌＳｂ層１０６を有する量子ドット型光検知器の欠点を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１：基板
２：バッファ層
３、８：コンタクト層
４：中間層
５：量子ドット
６：ＡｌＡｓ層
７：ＡｌＳｂ層
１１、１２：電極
２１：光吸収部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ等に好適な量子ドット型光検知器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光検知器の一種として、量子ドット型光検知器が知られている。図５は、従来の量子ドット型光検知器の構造を示す断面図である。
【０００３】
従来の量子ドット型光検知器では、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０３上に、真性ＧａＡｓからなる中間層１０４が形成されている。中間層１０４上に、ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット１０５が形成されている。そして、量子ドット１０５を覆うようにして他の中間層１０４が形成され、このような量子ドット１０５と中間層１０４との組み合わせが１０組程度積層されている。そして、最上層の中間層１０４上に、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０８が形成されている。
【０００４】
このように構成された量子ドット型光検知器に光（赤外線）が入射すると、図６に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１０５内でエネルギーが低い基底準位に存在する電子が光吸収によりエネルギーを得てドット内の高エネルギーの準位（励起準位）へと光励起される。そして、光励起された電子がＩｎＡｓ量子ドット１０５の外へ放出されることにより、光電流が発生する。この時、中間層１０４は障壁層として機能する。この光電流に基づいて光（赤外線）が検知される。従って、光検知器の感度は、光吸収を起こす際に量子ドット１０５内の準位間を遷移する確率に依存する。この遷移確率には、量子準位である基底準位（遷移元）と励起準位（遷移先）との間の波動関数の重なりが大きく関与しており、重なりが強いほど量子ドット型赤外線検収器の感度が向上する。
【０００５】
しかしながら、上述の量子ドット型光検知器では、その製造の際に、ＩｎＡｓ量子ドット１０５を覆うＧａＡｓ中間層１０４を形成する際に、図７に示すように、これらの界面近傍にＩｎＡｓ及びＧａＡｓの混晶層１１１が形成されてしまう。混晶層１１１が形成されると、図７に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１０５からバリアとなるＧａＡｓ中間層１０４へのポテンシャル変化（伝導帯の底）が緩やかになる。この結果、ポテンシャル井戸内の底側に近い基底準位と頂上側に近い励起準位との間で波動関数の拡がりに大きな相違が生じ、両者の重なりが減少してしまう。このため、従来の量子ドット型光検知器の感度は十分ではない。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２５６５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、感度を向上させることができる量子ドット型光検出器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者等は、従来技術の問題点を解明すべく検討を行ったところ、図８に示すように、量子ドット１０５とその上に形成する中間層１０４との間に、ＡｌＡｓ層１０６をキャップ層として形成することにより、ＩｎＡｓとＧａＡｓとの混晶化を抑制することができることを見出した。ＡｌＡｓ層１０６が存在していると、ＩｎＡｓ量子ドット１０５から脱離するＩｎの表面拡散がＡｌによって抑制されるのである。また、ＡｌＡｓが高エネルギーの障壁層としても作用するため、図９に示すように、ＩｎＡｓからバリアへと向かうポテンシャル勾配が急峻となり、基底準位と励起準位との間の波動関数の重なりが強くなる。
【０００９】
ところが、本願発明者等が更に検討を重ねたところ、ＡｌＡｓ層１０６はＧａＡｓ中間層１０４上に優先的に形成され、ＩｎＡｓ量子ドット１０５上には形成されにくいことが判明した。この結果、混晶化が抑制される程度の厚さのＡｌＡｓ層１０６を量子ドット１０５上に形成しようとすると、中間層１０４上に厚いＡｌＡｓ層１０６が形成される。そして、厚いＡｌＡｓ層１０６は、図１０に示すように、電子１１２の移動を妨げ、光電流１１３に対する電流ブロック層として作用してしまう。このため、混晶化を抑制することができても、十分な光電流を得ることができず、十分な感度を得ることができない。
【００１０】
このようなＡｌＡｓ層１０６の選択的な成長は、ＡｌＡｓ及びＩｎＡｓ間の格子定数の差、並びにＡｌＡｓ及びＧａＡｓ間の格子定数の差に起因する。つまり、ＡｌＡｓの格子定数が、中間層１０４を構成するＧａＡｓの格子定数とほぼ等しいのに対し、量子ドット１０５を構成するＩｎＡｓの格子定数より小さく、これらの格子定数の間には、「ＡｌＡｓ（キャップ層）≒ＧａＡｓ（中間層１０４）＜ＩｎＡｓ（量子ドット１０５）」の関係が成り立つ。このため、ＡｌＡｓ層１０６は中間層１０４上に優先的に成長する。そこで、ＩｎＡｓからなる量子ドット１０５を覆うキャップ層の材料は、その格子定数がＩｎＡｓの格子定数に近いものであることが好ましいと考えられる。
【００１１】
そして、本願発明者等は、このような知見に基づいて鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１２】
本発明に係る量子ドット型光検知器には、第１の中間層と、前記第１の中間層上に形成された量子ドットと、前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層と、前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層と、前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層と、が設けられている。前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さい。また、前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きい。
【００１３】
本発明に係る量子ドット型光検知器の製造方法では、第１の中間層上に量子ドットを形成し、その後、前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層を形成する。次に、前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層を形成する。そして、前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層を形成する。なお、前記第１の中間層、量子ドット、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さくなり、前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きくなるものを用いる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１のキャップ層及び第２のキャップ層の格子定数が適切に規定されているため、光電流を妨げることなく、量子ドットと第２の中間層との間の混晶化を抑制することができる。このため、高い感度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知器（赤外線センサ）の構造を示す断面図である。
【００１６】
本実施形態においては、例えば表面のミラー指数が（００１）のＧａＡｓからなる基板１上に、例えばＧａＡｓからなるバッファ層２が形成されている。また、バッファ層２上に、例えばｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３が形成されている。コンタクト層３におけるｎ型不純物の濃度は、例えば１×１０18ｃｍ-3である。更に、コンタクト層３上に、真性ＧａＡｓからなる中間層４が形成されている。中間層４の厚さは、例えば５０ｎｍ程度である。
【００１７】
そして、この中間層４上に、ＩｎＡｓからなる複数の量子ドット５が形成されている。例えば、量子ドット５の直径は２５ｎｍ程度であり、高さは４ｎｍ程度である。また、量子ドット５は、５×１０10個／ｃｍ-2程度の密度で中間層４上に分散している。また、中間層４上で量子ドット５の間の領域には、真性ＡｌＡｓからなるＡｌＡｓ層６が第１のキャップ層として形成されている。つまり、量子ドット５の側面のうちで少なくとも中間層４と接する部分がＡｌＡｓ層６により覆われている。また、中間層４の表面の量子ドット５が形成されていない領域がＡｌＡｓ層６により覆われている。ＡｌＡｓ層６の厚さは、量子ドット５の高さよりも小さく、例えば０．５ｎｍ程度である。更に、量子ドット５上に、真性ＡｌＳｂからなるＡｌＳｂ層７が、第２のキャップ層として、量子ドット５の表面に倣って形成されている。ＡｌＳｂ層７の厚さは、例えば０．５ｎｍ程度である。また、ＡｌＡｓ層６及びＡｌＳｂ層７を覆う中間層４が形成されている。この中間層４も真性ＧａＡｓからなり、その厚さは、例えば５０ｎｍ程度である。量子ドット５、ＡｌＡｓ層６、ＡｌＳｂ層７及びこれらを覆う中間層４から光吸収単位層が構成されている。そして、このような光吸収単位層が更に９層積層されている。従って、本実施形態には、総計で１０層の光吸収単位層が設けられている。なお、薄いＡｌＡｓ層６が量子ドット５とＡｌＳｂ層７との間に介在していてもよい。
【００１８】
また、最上層の中間層４の上に、例えばｎ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８が形成されている。コンタクト層８におけるｎ型不純物の濃度は、例えば１×１０18ｃｍ-3である。そして、コンタクト層３上に電極１１が形成され、コンタクト層８上に電極１２が形成され、電極１１及び電極１２間に直流電圧が印加される。
【００１９】
このような本実施形態では、中間層４、量子ドット５、ＡｌＡｓ層６（第１のキャップ層）及びＡｌＳｂ層７の夫々を構成する物質の格子定数に、「ＡｌＡｓ（第１のキャップ層）≒ＧａＡｓ（中間層４）＜ＩｎＡｓ（量子ドット５）＜ＡｌＳｂ（第２のキャップ層）」のような関係が成立している。つまり、「ＡｌＡｓ（第１のキャップ層）とＧａＡｓ（中間層４）との間の格子定数の差が、ＡｌＡｓ（第１のキャップ層）とＩｎＡｓ（量子ドット５）との間の格子定数の差よりも小さい」という条件、及び「ＡｌＳｂ（第２のキャップ層）とＧａＡｓ（中間層４）との間の格子定数の差が、ＡｌＳｂ（第２のキャップ層）とＩｎＡｓ（量子ドット５）との間の格子定数差よりも大きい」という条件が満たされている。このため、ＡｌＡｓ層６は中間層４上に成長しやすく、ＡｌＳｂ層７は量子ドット５上に成長しやすい。また、ＡｌＡｓ層６は量子ドット５上には成長しにくく、ＡｌＳｂ層７は中間層４上にほとんど成長しない。このため、ＡｌＡｓ層６により、量子ドット５の側面の下部及び中間層４の表面が覆われ、ＡｌＳｂ層７により、量子ドット５の上部が覆われている。
【００２０】
このため、ＡｌＡｓ層６により、量子ドット５から脱離しようとするＩｎの表面拡散が抑制され、この表面拡散に起因する混晶化が抑制される。また、ＡｌＡｓ層６の厚さ（例えば０．５ｎｍ）は、量子ドット５の高さ（例えば４ｎｍ）よりも低く、例えば量子ドット５の高さの１／８程度であるため、ＡｌＡｓ層６による光電流の阻害はほとんど生じない。
【００２１】
また、ＡｌＳｂ層７によっても、ＩｎＡｓとＧａＡｓとの混晶化が抑制される。更に、図２及び図３に示すように、ＡｌＡｓと同様に、ＡｌＳｂにおいてもＩｎＡｓに対する伝導帯側のポテンシャルが高いため、障壁層として機能する中間層４のＧａＡｓよりも高いエネルギーの障壁によりＩｎＡｓが取り囲まれたエネルギーバンドが得られる。従って、本実施形態によれば、基底準位と励起準位との間の波動関数の重なりを強くすることができ、感度を向上することができる。また、上述のように、ＡｌＡｓ層６による光電流の阻害が生じにくいため、感度の低下も生じにくい。
【００２２】
次に、上述のような量子ドット型光検知器を製造する方法について説明する。図４Ａ乃至図４Ｈは、本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。ここでは、量子ドット型光検知装置として、複数の光検知素子がアレイ状に並んだ撮像装置を製造する方法について説明する。
【００２３】
先ず、図４Ａに示すように、基板１上にバッファ層２及びコンタクト層３を順次形成する。次に、コンタクト層３上に中間層４を形成し、更に、この中間層４上に、量子ドット５、ＡｌＡｓ層６、ＡｌＳｂ層７及び中間層４を備えた光吸収単位層を、例えば１０層積そうすることにより、光吸収部２１を形成する。次いで、光吸収部２１上にコンタクト層８を形成する。これらの各半導体層は、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法又は有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法により形成することができる。量子ドット５の形成に当たっては、例えば、基板１の温度を５００℃以下に設定し、Ｉｎ及びＡｓの分子線照射を行えばよく、この処理により量子ドット５が自己組織化により成長する。
【００２４】
その後、図４Ｂに示すように、形成しようとする光検知素子毎に、コンタクト層８に回折格子６１を形成する。
【００２５】
続いて、図４Ｃに示すように、コンタクト層８及び光吸収部２１を選択的にメサ状にウェットエッチングすることにより、コンタクト層３の一部を露出させる。
【００２６】
次に、図４Ｄに示すように、表面全体に、例えばＳｉＯＮからなる保護膜６２を形成し、この保護膜６２に、形成しようとする光検知素子毎にコンタクト層８まで到達する第１の開口部を形成する。また、コンタクト層３まで到達する第２の開口部も保護膜６２に形成する。これらの開口部は、例えばドライエッチングにより形成することができる。次いで、各開口部内にオーミック電極６３を形成する。オーミック電極６３の形成に当たっては、例えば、コンタクト層３及び８上にＡｕＧｅ膜を形成した後、その上にＡｕ膜を形成する。ＡｕＧｅ膜及びＡｕ膜は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００２７】
その後、図４Ｅに示すように、保護膜６２に、形成しようとする光検知素子毎にコンタクト層８まで到達する第３の開口部を第１の開口部よりも大きく形成する。また、コンタクト層３まで到達する第４の開口部も保護膜６２に第２の開口部よりも大きく形成する。これらの開口部は、例えばドライエッチングにより形成することができる。続いて、各開口部内にミラー電極６４を形成する。ミラー電極６４の形成に当たっては、例えば、コンタクト層３及び８並びにオーミック電極６３上にＴｉＷ膜を形成した後、その上にＡｕ膜を形成する。ＴｉＷ膜及びＡｕ膜は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００２８】
次に、図４Ｆに示すように、形成しようとする光検知素子を互いに分離する分離溝６５を形成する。分離溝６５は、光吸収部２１の底面よりも深くするが、コンタクト層３の底面よりも浅くする。分離溝６５は、例えば保護膜６２に対するドライエッチング及び半導体層に対するドライエッチングにより形成することができる。
【００２９】
次いで、図４Ｇに示すように、表面全体に、例えばＳｉＯＮからなる保護膜６６を形成し、この保護膜６６に、形成しようとする光検知素子毎にミラー電極６４まで到達する第５の開口部を形成する。また、コンタクト層３上のミラー電極６４まで到達する第６の開口部も保護膜６６に形成する。その後、各開口部内に下地電極６７を形成する。下地電極６７の形成に当たっては、例えば、ミラー電極６４上にＴｉ膜を形成した後、その上にＰｔ膜を形成する。Ｔｉ膜及びＰｔ膜は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００３０】
続いて、図４Ｈに示すように、下地電極６７上に、例えばＩｎからなるバンプ電極６８を形成する。バンプ電極は、例えばリフトオフ法により形成することができる。
【００３１】
このようにして形成された量子ドット型光検知装置では、コンタクト層８上の電極は光検知素子毎のものとして使用され、コンタクト層３上の電極は各光検知素子に共通のものとして使用される。そして、各電極には、読み出し回路が接続される。
【００３２】
このような製造方法によれば、上述のように、ＡｌＡｓ層６（第１のキャップ層）を厚く形成せずとも、ＡｌＳｂ層７により量子ドット５と中間層４との間の混晶化を抑制することができる。
【００３３】
なお、上記の実施形態では、基板１の材料としてＧａＡｓを用いているが、ＩｎＰ等を用いてもよい。また、量子ドット５の材料としてＩｎＡｓを用いているが、ＩｎＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｓ等を用いてもよい。また、中間層４、第１のキャップ層及び第２のキャップ層の材料も、夫々、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂに限定されない。例えば、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＧａＮ又はＡｌＮ等を用いてもよく、これらの混晶を用いてもよい。量子ドット５の材料がＩｎＧａＡｓ又はＩｎＡｌＡｓの場合、例えば、第１のキャップ層の材料はＡｌＧａＡｓであり、第２のキャップ層の材料はＡｌＧａＳｂである。但し、どの材料を用いる場合であっても、各層を構成する材料の格子定数の間に、
（１）「第１のキャップ層と中間層との間の格子定数の差が、第１のキャップ層と量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さい」という条件、及び
（２）「第２のキャップ層と中間層との間の格子定数の差が、第２のキャップ層と量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きい」という条件が満たされている必要がある。
【００３４】
また、「電荷（電子又は正孔）に対するポテンシャルが、第１及び第２のキャップ層のいずれにおいても、中間層より大きい」という条件も満たされていることが好ましい。これは、十分な量子効果を得るためである。
【００３５】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００３６】
（付記１）
第１の中間層と、
前記第１の中間層上に形成された量子ドットと、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層と、
を有し、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さく、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きいことを特徴とする量子ドット型光検知器。
【００３７】
（付記２）
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きいことを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光検知器。
【００３８】
（付記３）
前記第１のキャップ層の厚さは、前記量子ドットの高さより小さいことを特徴とする付記１又は２に記載の量子ドット型光検知器。
【００３９】
（付記４）
前記量子ドットと前記第２のキャップ層とを備えた光吸収単位層が複数互いに積層されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器。
【００４０】
（付記５）
前記第１及び第２の中間層は、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＧａＮ、及びＡｌＮからなる群から選択された１種の半導体、又は前記群から選択された２種以上の半導体の混晶からなることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器。
【００４１】
（付記６）
前記量子ドットは、ＩｎＧａＡｓ又はＩｎＡｌＡｓからなり、
前記第１のキャップ層は、ＡｌＧａＡｓからなり、
前記第２のキャップ層は、ＡｌＧａＳｂからなることを特徴とする付記５に記載の量子ドット型光検知器。
【００４２】
（付記７）
前記第１のキャップ層は、前記第１の中間層の表面の前記量子ドットが形成されていない領域を覆っていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器。
【００４３】
（付記８）
第１の中間層上に量子ドットを形成する工程と、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層を形成する工程と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層を形成する工程と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層を形成する工程と、
を有し、
前記第１の中間層、量子ドット、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さくなり、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きくなるものを用いることを特徴とする量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４４】
（付記９）
前記第１の中間層、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きくなるものを用いることを特徴とする付記８に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４５】
（付記１０）
前記第１のキャップ層の厚さを、前記量子ドットの高さより小さくすることを特徴とする付記８又は９に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４６】
（付記１１）
前記量子ドットと前記第２のキャップ層とを備えた光吸収単位層を複数互いに積層することを特徴とする付記８乃至１０のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４７】
（付記１２）
前記第１及び第２の中間層の材料として、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＧａＮ、及びＡｌＮからなる群から選択された１種の半導体、又は前記群から選択された２種以上の半導体の混晶を用いることを特徴とする付記８乃至１１のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４８】
（付記１３）
前記量子ドットの材料として、ＩｎＧａＡｓ又はＩｎＡｌＡｓを用い、
前記第１のキャップ層の材料として、ＡｌＧａＡｓを用い、
前記第２のキャップ層の材料として、ＡｌＧａＳｂを用いることを特徴とする付記１２に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【００４９】
（付記１４）
前記第１のキャップ層として、前記第１の中間層の表面の前記量子ドットが形成されていない領域を覆うものを形成することを特徴とする付記８乃至１３のいずれか１項に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知器（赤外線センサ）の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるエネルギー構造を示すバンドダイアグラムである。
【図３】本発明の実施形態におけるポテンシャル井戸内の波動関数を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｄに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｅに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｆに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図４Ｈ】図４Ｇに引き続き、係る量子ドット型光検知器を製造する方法を示す断面図である。
【図５】従来の量子ドット型光検知器の構造を示す断面図である。
【図６】従来の量子ドット型光検知器におけるエネルギー構造を示すバンドダイアグラムである。
【図７】従来の量子ドット型光検知器におけるポテンシャル井戸内の波動関数を示す図である。
【図８】ＡｌＳｂ層１０６を有する量子ドット型光検知器の構造を示す断面図である。
【図９】ＡｌＳｂ層１０６を有する量子ドット型光検知器におけるポテンシャル井戸内の波動関数を示す図である。
【図１０】ＡｌＳｂ層１０６を有する量子ドット型光検知器の欠点を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１：基板
２：バッファ層
３、８：コンタクト層
４：中間層
５：量子ドット
６：ＡｌＡｓ層
７：ＡｌＳｂ層
１１、１２：電極
２１：光吸収部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の中間層と、
前記第１の中間層上に形成された量子ドットと、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層と、
を有し、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さく、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きいことを特徴とする量子ドット型光検知器。
【請求項２】
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット型光検知器。
【請求項３】
前記第１のキャップ層の厚さは、前記量子ドットの高さより小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の量子ドット型光検知器。
【請求項４】
第１の中間層上に量子ドットを形成する工程と、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層を形成する工程と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層を形成する工程と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層を形成する工程と、
を有し、
前記第１の中間層、量子ドット、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さくなり、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きくなるものを用いることを特徴とする量子ドット型光検知器の製造方法。
【請求項５】
前記第１の中間層、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きくなるものを用いることを特徴とする請求項４に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【請求項６】
前記第１のキャップ層の厚さを、前記量子ドットの高さより小さくすることを特徴とする請求項４又は５に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【請求項１】
第１の中間層と、
前記第１の中間層上に形成された量子ドットと、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層と、
を有し、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さく、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きいことを特徴とする量子ドット型光検知器。
【請求項２】
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の量子ドット型光検知器。
【請求項３】
前記第１のキャップ層の厚さは、前記量子ドットの高さより小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の量子ドット型光検知器。
【請求項４】
第１の中間層上に量子ドットを形成する工程と、
前記量子ドットの側面のうちで少なくとも前記第１の中間層と接する部分を覆う第１のキャップ層を形成する工程と、
前記量子ドットの、少なくとも前記第１のキャップ層により覆われていない部分を覆う第２のキャップ層を形成する工程と、
前記第１及び第２のキャップ層の上から前記量子ドットを覆う第２の中間層を形成する工程と、
を有し、
前記第１の中間層、量子ドット、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第１のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも小さくなり、
前記第２のキャップ層と前記第１の中間層との間の格子定数の差が、前記第２のキャップ層と前記量子ドットとの間の格子定数の差よりも大きくなるものを用いることを特徴とする量子ドット型光検知器の製造方法。
【請求項５】
前記第１の中間層、第１のキャップ層、第２のキャップ層及び第２の中間層の材料として、
前記第１及び第２のキャップ層の電荷に対するポテンシャルが、前記第１及び第２の中間層のものよりも大きくなるものを用いることを特徴とする請求項４に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【請求項６】
前記第１のキャップ層の厚さを、前記量子ドットの高さより小さくすることを特徴とする請求項４又は５に記載の量子ドット型光検知器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２０５３９７（Ｐ２００８−２０５３９７Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４２７３３（Ｐ２００７−４２７３３）
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【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４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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