量子ドット型赤外線検出器の製造方法
【課題】 量子ドット型赤外線検出器の製造方法に関し、ＩｎＡｓを含む量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層を成長させる時に量子ドットの再配列又は再蒸発を抑制する。
【解決手段】 Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記中間層上にキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低くＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを含む量子ドット層を形成する工程と、前記量子ドット層の上にＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記量子ドット層と前記量子ドット層の表面を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程とを少なくとも有し、前記ＡｌＡｓ層を形成する工程において、Ａｓ／Ａｌ供給比を前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比よりも大きくする。
【解決手段】 Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記中間層上にキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低くＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを含む量子ドット層を形成する工程と、前記量子ドット層の上にＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記量子ドット層と前記量子ドット層の表面を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程とを少なくとも有し、前記ＡｌＡｓ層を形成する工程において、Ａｓ／Ａｌ供給比を前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比よりも大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を照射した際に量子ドットに形成される量子準位を占有するキャリアの励起によって生じる光電流を検出する量子ドット型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＱＤＩＰ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、１０μｍ近傍の赤外線を検出する赤外線検出器として量子準位を利用した赤外線検出器が用いられている。このうち、量子井戸型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＱＷＩＰ）は垂直入射光を吸収できないという問題がある。
【０００３】
そこで、３次元的にキャリアを閉じ込めることができる量子ドットを用いた垂直入射光を吸収できる量子ドット型赤外線検出器（ＱＤＩＰ) が注目されている。このＱＤＩＰ構造に関して、赤外域に感度があることと、又分子線エピタキシー法などを用いて、量子ドットを自己組織化過程により比較的容易に作製できることから、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系ＱＤＩＰ素子が多く研究されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系ＱＤＩＰ素子においては、量子ドットとしてＩｎＡｓを用いるとともに、ＩｎＡｓ量子ドットを挟み込む中間層としてＧａＡｓが用いられている。その中でも、赤外線の検出感度を向上させる方法として、少なくともＩｎＡｓ量子ドットと中間層との間にＡｌＡｓ層を配置することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
図１０は、従来のＡｌＡｓ層を設けた量子ドット型赤外線検出器の概念的断面図である。まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板４１上にＧａＡｓバッファ層４２、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４３を順次形成する。次いで、ｉ型ＡｌＧａＡｓ中間層４４、ＡｌＡｓ層４５を順次形成したのち、複数のＩｎＡｓ量子ドット４６を自己組織化形成して量子ドット層とする。
【０００６】
次いで、再配列によるＩｎＡｓ量子ドット４６の消滅を抑制して赤外線の検出感度を向上させるためにＡｌＡｓ層４７を形成したのち、再び、ｉ型ＡｌＧａＡｓ中間層４４を形成する。この一連の成長工程を必要とする量子ドット層の層数だけ繰り返すことによって量子ドット積層構造からなる活性領域４８を形成する。
【０００７】
次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４９を形成したのち、適当な素子サイズになるように、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４３が露出するまで掘り下げる。次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４３の露出部及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層４９にＡｕＧｅ及びＡｕを順次蒸着して陰極及び陽極（図示は省略）を形成することによって量子ドット型赤外線検出器の基本的構成が完成する。
【０００８】
一般的に素子特性は結晶品質が良いほど向上する。ＱＤＩＰ素子の場合も同様に、結晶品質が良いほど素子特性が向上すると考えられるので、ＡｌＡｓ層の結晶品質を向上することで、ＱＤＩＰ素子の赤外線の感度特性が向上すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２５６５８８号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
結晶品質を判断する一つの指標として、結晶表面の平坦性が挙げられ、結晶表面の平坦性が良い程、高品質な結晶であると考えられる。III-Ｖ族化合物半導体を分子線エピタキシー法で成長する時、最も表面が平坦になる最適なIII 族とＶ族原料の供給比は、反射高エネルギー電子線回折（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＲＨＥＥＤ）法を用いることで明確にすることができる。
【００１１】
図１１は、ＡｌＡｓ層成長時のＲＨＥＥＤ回折像のスペキュラスポット強度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図である。スペキュラスポット強度が大きいほど、表面が平坦であることを示している。基板温度６００℃においては、Ａｓ／Ａｌ比が３０付近で最も平坦な表面が得られ、基板温度５４０℃においては約２０、基板温度４７０℃の時は１５〜２０である。
【００１２】
なお、Ａｓ／Ａｌ比は、分子線エピタキシー法による成長における原料Ａｓと原料Ａｌの供給比であり、成長が行われる基板と同じ位置で真空計を用いて測定して決定する。又、本発明では、スペキュラスポット強度が最も強くなるＡｓ／Ａｌ比を、最も表面が平坦になる最適なＡｓ／Ａｌ比として定義する。
【００１３】
このように、ＲＨＥＥＤ法を用いてＡｌＡｓ層の成長時に最も表面が平坦になる最適なＡｓ／Ａｌ比を決定することで、高品質なＡｌＡｓ層が得られる。しかし、このような条件でＱＤＩＰ素子を作製すると、ＱＤＩＰ素子の赤外線の検出感度が十分に得られないという問題がある。
【００１４】
鋭意研究の結果、これはＡｌＡｓ層の成長時に最も表面が平坦になる最適なＡｓ／Ａｌ比でＡｌＡｓ層を成長すると、ＡｌＡｓ成長中に、ＩｎＡｓ量子ドットの再蒸発又は再配列が促進され、ＩｎＡｓ量子ドットが消滅するためと考えられる。赤外線に対する応答は、ＩｎＡｓ量子ドット内に閉じ込められたキャリアの励起によって起こるため、ＩｎＡｓ量子ドットが消滅すると、赤外線に対する応答がなくなり十分な検出感度が得られない。
【００１５】
したがって、本発明は、ＩｎＡｓを含む量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層を成長させる時に量子ドットの再配列又は再蒸発を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
開示される一観点からは、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記中間層上にキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低くＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを含む量子ドット層を形成する工程と、前記量子ドット層の上にＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記量子ドット層と前記量子ドット層の表面を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程とを少なくとも有する量子ドット型赤外線検出器の製造方法であって、前記ＡｌＡｓ層を形成する工程において、Ａｓ／Ａｌ供給比を前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比よりも大きくする量子ドット型赤外線検出器の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
開示の量子ドット型赤外線検出器の製造方法によれば、ＩｎＡｓを含む量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層を成長させる時に量子ドットの再配列又は再蒸発を抑制することができ、それによって、赤外線の検出感度を向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の製造途中の概念的断面図である。
【図２】基板温度が４７０℃における赤外線の検出感度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器の図３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器の図４以降の製造工程の説明図である。
【図６】量子ドット型赤外線検出器を用いた量子ドット型赤外線撮像装置の概略的斜視図である。
【図７】本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の図７以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図９】本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の図８以降の製造工程の説明図である。
【図１０】従来のＡｌＡｓ層を設けた量子ドット型赤外線検出器の概念的断面図である。
【図１１】ＡｌＡｓ層成長時のＲＨＥＥＤ回折像のスペキュラスポット強度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の製造方法を説明する。図１は、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の製造途中の概念的断面図であり、分子線エピタキシー法によりコンタクト層１上にＡｌ組成比ｘが０≦ｘ＜１のｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層２及びＡｌＡｓ層３を順次形成する。なお、この下層側のＡｌＡｓ層３は必須ではない。
【００２０】
次いで、Ｉｎ組成比ｙが０＜ｙ≦１のＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット４を自己組織化により複数形成して量子ドット層とする。次いで、ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット４の表面を覆うＡｌＡｓ層５を形成する。この時、Ａｓ／Ａｌ比を最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比より大きなＡｓ／Ａｌ比、好適には３倍以上のＡｓ／Ａｌ比を用いて成長する。
【００２１】
図２は、基板温度が４７０℃における赤外線の検出感度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図であり、図に示すように赤外線の検出感度が向上するＡｓ／Ａｌ比は７２〜１０８であり、その近傍においても充分な検出感度の向上が期待できる。
【００２２】
基板温度が４７０℃における最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比は、図１１に示したように１５〜２０である。したがって、赤外線の検出感度が向上するＡｓ／Ａｌ比の最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比に対する割合は、３（≒７２／２０）倍以上、８（≒１０８／１５）倍以下となる。
【００２３】
したがって、ＡｌＡｓ層を形成する時のＡｓ／Ａｌ比は、最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比より大きなＡｓ／Ａｌ比、好適には３倍以上のＡｓ／Ａｌ比を用いて成長する。但し、Ａｓ／Ａｌ比が大きいと、ＡｌＡｓ層５の表面平坦性が悪化してＱＤＩＰ素子の赤外線の検出感度特性に影響するので、好適には８倍以下とする。これにより、赤外線の感度特性が向上する。
【００２４】
以降は図示を省略するが、再びｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層２を形成したのち、ＡｌＡｓ層３の形成工程、ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット４の形成工程、ＡｌＡｓ層５の形成工程、ｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層２の形成工程を所定周期繰り返す。最後にコンタクト層を形成したのち、陰極及び陽極を形成することによって、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の基本的構成が完成する。
【００２５】
なお、コンタクト層１をｎ型半導体で構成した場合には、伝導帯側に形成される量子準位を利用して電子をキャリアとする赤外線検出器となる。反対に、コンタクト層１をｐ型半導体で構成した場合には、価電子側に形成される量子準位を利用して正孔をキャリアとする赤外線検出器となる。
【実施例１】
【００２６】
以上を前提として、次に、図３乃至図６を参照して本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器を説明する。まず、図示は省略するが、（１００）面を主面とする半絶縁性ＧａＡｓ基板１１をＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置の基板導入室に導入する。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１は準備室で例えば、４００℃に加熱して脱ガス処理が施される。
【００２７】
次いで、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を１０-10 Ｔｏｒｒより真空度の高い超高真空に保持された成長室へ搬送し、表面の自然酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で例えば、６４０℃まで加熱される。
【００２８】
次いで、図３（ａ）に示すように、基板温度を例えば、６００℃とし、基板表面の平坦性を良くするために、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の上に、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２を成長させる。次いで、Ｓｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが２５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を成長させる。
【００２９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４を成長させる。次いで、図３（ｃ）に示すように、ＡｌＡｓ層１５を数分子層、例えば、１原子層成長させる。
【００３０】
次いで、図３（ｄ）に示すように、基板温度を例えば、４７０℃にし、厚さが２〜３原子層分に相当するＩｎＡｓを供給する。ここで、初期のＩｎＡｓ供給では、ＩｎＡｓが平坦に２次元的に成長して濡れ層を形成するが、その後のＩｎＡｓ供給では、ＡｌＡｓとＩｎＡｓとの格子定数の差異から発生する歪みによってＩｎＡｓが島状に３次元的に成長してＩｎＡｓ量子ドット１６を自己形成する。
【００３１】
このＩｎＡｓ量子ドット１６は、直径約１０ｎｍ〜５０ｎｍで、高さ約２〜８ｎｍであり、約１０10個／ｃｍ2 〜１０11個／ｃｍ2 存在する。この多数のＩｎＡｓ量子ドット１６を纏めて量子ドット層と称する。
【００３２】
次いで、図４（ｅ）に示すように、基板温度を４７０℃に維持した状態で、ＡｌＡｓ層１７を数分子層、例えば、３原子層分成長させて、ＩｎＡｓ量子ドット１６を覆う。この時、上述のようにＡｌＡｓ層１７を成長する時のＡｓ／Ａｌ比を、ＡｌＡｓの表面平坦性が最も良くなる最適なＡｓ／Ａｌ比より大きい値、例えば、７２〜１０８の範囲とする。
【００３３】
次いで、図４（ｆ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４を成長させる。次いで、図４（ｇ）に示すように、ＡｌＡｓ層１５の形成工程、ＩｎＡｓ量子ドット１６の形成工程、ＡｌＡｓ層１７の形成工程及びｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４の形成工程を必要とする周期分、例えば、１０〜２０周期分繰り返す。
【００３４】
次いで、図５（ｈ）に示すように、最上層のｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４上にＳｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが１５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８を成長させる。
【００３５】
次いで、図５（ｉ）に示すように、マスクを用いたエッチングによりｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８乃至最下層のｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４までを選択的に２次元マトリクス状にエッチングし、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を露出させる。次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３の露出面及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８の表面にＡｕＧｅ、Ｎｉ及びＡｕ順次蒸着してＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ積層構造の陰極１９及び陽極２０を形成することによって、量子ドット型赤外線検出器１０の基本構造が得られる。
【００３６】
図６は、上述の量子ドット型赤外線検出器を用いた量子ドット型赤外線撮像装置の概略的斜視図であり、上述の量子ドット型赤外線検出器１０の陰極１９を共通電極とし、陽極２０を個別電極として、陽極上に接続電極となるバンプ２１を設ける。このバンプ２１を設けた量子ドット型赤外線検出器１０を、信号読出回路基板２２の上にフリップチップボンディングすることで量子ドット型赤外線撮像装置が得られる。量子ドット型赤外線検出器１０の画素数は必要に応じて増減できるものであり例えば、数百×数百以上の画素数として暗視装置等として利用できる。
【実施例２】
【００３７】
図７乃至図９を参照して本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の製造工程を説明する。まず、図示は省略するが、実施例１と同様に、（１００）面を主面とする半絶縁性ＧａＡｓ基板１１をＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置の基板導入室に導入する。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１は準備室で例えば、４００℃に加熱して脱ガス処理が施される。
【００３８】
次いで、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を１０-10 Ｔｏｒｒより真空度の高い超高真空に保持された成長室へ搬送し、表面の自然酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で例えば、６４０℃まで加熱される。
【００３９】
次いで、図７（ａ）に示すように、基板温度を例えば、６００℃とし、基板表面の平坦性を良くするために、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の上に、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２を成長させる。次いで、Ｓｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが２５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を成長させる。次いで、図７（ｂ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ中間層２３を成長させる。
【００４０】
次いで、図７（ｃ）に示すように、基板温度を例えば、４７０℃にし、厚さが２〜３分子層分に相当するＩｎＡｓを供給して、島状のＩｎＡｓ量子ドット１６を自己組織化により形成する。このＩｎＡｓ量子ドット１６は、直径約１０ｎｍ〜５０ｎｍで、高さ約２〜８ｎｍであり、約１０10個／ｃｍ2 〜１０11個／ｃｍ2 存在する。この多数のＩｎＡｓ量子ドット１６を纏めて量子ドット層と称する。
【００４１】
次いで、図７（ｄ）に示すように、基板温度を４７０℃に維持した状態で、ＡｌＡｓ層１７を数分子層、例えば、３原子層分成長させて、ＩｎＡｓ量子ドット１６を覆う。この時も実施例１と同様に、ＡｌＡｓ層１７を成長する時のＡｓ／Ａｌ比を、ＡｌＡｓの表面平坦性が最も良くなる最適なＡｓ／Ａｌ比より大きい値、例えば、７２〜１０８の範囲とする。
【００４２】
次いで、図８（ｅ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ中間層２３を成長させる。次いで、図８（ｆ）に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１６の形成工程、ＡｌＡｓ層１７の形成工程及びｉ型ＧａＡｓ中間層２３の形成工程を必要とする周期分、例えば、１０〜２０周期分繰り返す。
【００４３】
次いで、図９（ｇ）に示すように、最上層のｉ型ＧａＡｓ中間層２３上にＳｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが１５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８を成長させる。
【００４４】
次いで、図９（ｈ）に示すように、マスクを用いたエッチングによりｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８乃至最下層のｉ型ＧａＡｓ中間層２３までを選択的に２次元マトリクス状にエッチングし、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を露出させる。次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３の露出面及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８の表面にＡｕＧｅ、Ｎｉ及びＡｕ順次蒸着してＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ積層構造の陰極１９及び陽極２０を形成することによって、量子ドット型赤外線検出器３０の基本構造が得られる。
【００４５】
この場合も図６と同様に、陽極２０にバンプを設けて信号読出回路基板２２の上にフリップチップボンディングすることによって、量子ドット型赤外線撮像装置が得られる。
【００４６】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではない。例えば、上記の各実施例においては、赤外線撮像装置を前提として説明しているが、単体の赤外線センサとして用いても良いものである。
【符号の説明】
【００４７】
１ コンタクト層
２ ｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層
３ ＡｌＡｓ層
４ ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット
５ ＡｌＡｓ層
１０ 量子ドット型赤外線検出器
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１４ ｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層
１５ ＡｌＡｓ層
１６ ＩｎＡｓ量子ドット
１７ ＡｌＡｓ層
１８ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１９ 陰極
２０ 陽極
２１ バンプ
２２ 信号読出回路基板
２３ ｉ型ＧａＡｓ中間層
３０ 量子ドット型赤外線検出器
４１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
４２ ＧａＡｓバッファ層
４３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
４４ ｉ型ＡｌＧａＡｓ中間層
４５ ＡｌＡｓ層
４６ ＩｎＡｓ量子ドット
４７ ＡｌＡｓ層
４８ 活性領域
４９ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を照射した際に量子ドットに形成される量子準位を占有するキャリアの励起によって生じる光電流を検出する量子ドット型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＱＤＩＰ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、１０μｍ近傍の赤外線を検出する赤外線検出器として量子準位を利用した赤外線検出器が用いられている。このうち、量子井戸型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＱＷＩＰ）は垂直入射光を吸収できないという問題がある。
【０００３】
そこで、３次元的にキャリアを閉じ込めることができる量子ドットを用いた垂直入射光を吸収できる量子ドット型赤外線検出器（ＱＤＩＰ) が注目されている。このＱＤＩＰ構造に関して、赤外域に感度があることと、又分子線エピタキシー法などを用いて、量子ドットを自己組織化過程により比較的容易に作製できることから、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系ＱＤＩＰ素子が多く研究されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系ＱＤＩＰ素子においては、量子ドットとしてＩｎＡｓを用いるとともに、ＩｎＡｓ量子ドットを挟み込む中間層としてＧａＡｓが用いられている。その中でも、赤外線の検出感度を向上させる方法として、少なくともＩｎＡｓ量子ドットと中間層との間にＡｌＡｓ層を配置することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
図１０は、従来のＡｌＡｓ層を設けた量子ドット型赤外線検出器の概念的断面図である。まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板４１上にＧａＡｓバッファ層４２、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４３を順次形成する。次いで、ｉ型ＡｌＧａＡｓ中間層４４、ＡｌＡｓ層４５を順次形成したのち、複数のＩｎＡｓ量子ドット４６を自己組織化形成して量子ドット層とする。
【０００６】
次いで、再配列によるＩｎＡｓ量子ドット４６の消滅を抑制して赤外線の検出感度を向上させるためにＡｌＡｓ層４７を形成したのち、再び、ｉ型ＡｌＧａＡｓ中間層４４を形成する。この一連の成長工程を必要とする量子ドット層の層数だけ繰り返すことによって量子ドット積層構造からなる活性領域４８を形成する。
【０００７】
次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４９を形成したのち、適当な素子サイズになるように、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４３が露出するまで掘り下げる。次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４３の露出部及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層４９にＡｕＧｅ及びＡｕを順次蒸着して陰極及び陽極（図示は省略）を形成することによって量子ドット型赤外線検出器の基本的構成が完成する。
【０００８】
一般的に素子特性は結晶品質が良いほど向上する。ＱＤＩＰ素子の場合も同様に、結晶品質が良いほど素子特性が向上すると考えられるので、ＡｌＡｓ層の結晶品質を向上することで、ＱＤＩＰ素子の赤外線の感度特性が向上すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２５６５８８号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
結晶品質を判断する一つの指標として、結晶表面の平坦性が挙げられ、結晶表面の平坦性が良い程、高品質な結晶であると考えられる。III-Ｖ族化合物半導体を分子線エピタキシー法で成長する時、最も表面が平坦になる最適なIII 族とＶ族原料の供給比は、反射高エネルギー電子線回折（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＲＨＥＥＤ）法を用いることで明確にすることができる。
【００１１】
図１１は、ＡｌＡｓ層成長時のＲＨＥＥＤ回折像のスペキュラスポット強度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図である。スペキュラスポット強度が大きいほど、表面が平坦であることを示している。基板温度６００℃においては、Ａｓ／Ａｌ比が３０付近で最も平坦な表面が得られ、基板温度５４０℃においては約２０、基板温度４７０℃の時は１５〜２０である。
【００１２】
なお、Ａｓ／Ａｌ比は、分子線エピタキシー法による成長における原料Ａｓと原料Ａｌの供給比であり、成長が行われる基板と同じ位置で真空計を用いて測定して決定する。又、本発明では、スペキュラスポット強度が最も強くなるＡｓ／Ａｌ比を、最も表面が平坦になる最適なＡｓ／Ａｌ比として定義する。
【００１３】
このように、ＲＨＥＥＤ法を用いてＡｌＡｓ層の成長時に最も表面が平坦になる最適なＡｓ／Ａｌ比を決定することで、高品質なＡｌＡｓ層が得られる。しかし、このような条件でＱＤＩＰ素子を作製すると、ＱＤＩＰ素子の赤外線の検出感度が十分に得られないという問題がある。
【００１４】
鋭意研究の結果、これはＡｌＡｓ層の成長時に最も表面が平坦になる最適なＡｓ／Ａｌ比でＡｌＡｓ層を成長すると、ＡｌＡｓ成長中に、ＩｎＡｓ量子ドットの再蒸発又は再配列が促進され、ＩｎＡｓ量子ドットが消滅するためと考えられる。赤外線に対する応答は、ＩｎＡｓ量子ドット内に閉じ込められたキャリアの励起によって起こるため、ＩｎＡｓ量子ドットが消滅すると、赤外線に対する応答がなくなり十分な検出感度が得られない。
【００１５】
したがって、本発明は、ＩｎＡｓを含む量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層を成長させる時に量子ドットの再配列又は再蒸発を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
開示される一観点からは、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記中間層上にキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低くＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを含む量子ドット層を形成する工程と、前記量子ドット層の上にＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記量子ドット層と前記量子ドット層の表面を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程とを少なくとも有する量子ドット型赤外線検出器の製造方法であって、前記ＡｌＡｓ層を形成する工程において、Ａｓ／Ａｌ供給比を前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比よりも大きくする量子ドット型赤外線検出器の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
開示の量子ドット型赤外線検出器の製造方法によれば、ＩｎＡｓを含む量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層を成長させる時に量子ドットの再配列又は再蒸発を抑制することができ、それによって、赤外線の検出感度を向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の製造途中の概念的断面図である。
【図２】基板温度が４７０℃における赤外線の検出感度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器の図３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器の図４以降の製造工程の説明図である。
【図６】量子ドット型赤外線検出器を用いた量子ドット型赤外線撮像装置の概略的斜視図である。
【図７】本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の図７以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図９】本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の図８以降の製造工程の説明図である。
【図１０】従来のＡｌＡｓ層を設けた量子ドット型赤外線検出器の概念的断面図である。
【図１１】ＡｌＡｓ層成長時のＲＨＥＥＤ回折像のスペキュラスポット強度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の製造方法を説明する。図１は、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の製造途中の概念的断面図であり、分子線エピタキシー法によりコンタクト層１上にＡｌ組成比ｘが０≦ｘ＜１のｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層２及びＡｌＡｓ層３を順次形成する。なお、この下層側のＡｌＡｓ層３は必須ではない。
【００２０】
次いで、Ｉｎ組成比ｙが０＜ｙ≦１のＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット４を自己組織化により複数形成して量子ドット層とする。次いで、ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット４の表面を覆うＡｌＡｓ層５を形成する。この時、Ａｓ／Ａｌ比を最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比より大きなＡｓ／Ａｌ比、好適には３倍以上のＡｓ／Ａｌ比を用いて成長する。
【００２１】
図２は、基板温度が４７０℃における赤外線の検出感度のＡｓ／Ａｌ比依存性の説明図であり、図に示すように赤外線の検出感度が向上するＡｓ／Ａｌ比は７２〜１０８であり、その近傍においても充分な検出感度の向上が期待できる。
【００２２】
基板温度が４７０℃における最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比は、図１１に示したように１５〜２０である。したがって、赤外線の検出感度が向上するＡｓ／Ａｌ比の最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比に対する割合は、３（≒７２／２０）倍以上、８（≒１０８／１５）倍以下となる。
【００２３】
したがって、ＡｌＡｓ層を形成する時のＡｓ／Ａｌ比は、最も表面が平坦になる最適Ａｓ／Ａｌ比より大きなＡｓ／Ａｌ比、好適には３倍以上のＡｓ／Ａｌ比を用いて成長する。但し、Ａｓ／Ａｌ比が大きいと、ＡｌＡｓ層５の表面平坦性が悪化してＱＤＩＰ素子の赤外線の検出感度特性に影響するので、好適には８倍以下とする。これにより、赤外線の感度特性が向上する。
【００２４】
以降は図示を省略するが、再びｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層２を形成したのち、ＡｌＡｓ層３の形成工程、ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット４の形成工程、ＡｌＡｓ層５の形成工程、ｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層２の形成工程を所定周期繰り返す。最後にコンタクト層を形成したのち、陰極及び陽極を形成することによって、本発明の実施の形態の量子ドット型赤外線検出器の基本的構成が完成する。
【００２５】
なお、コンタクト層１をｎ型半導体で構成した場合には、伝導帯側に形成される量子準位を利用して電子をキャリアとする赤外線検出器となる。反対に、コンタクト層１をｐ型半導体で構成した場合には、価電子側に形成される量子準位を利用して正孔をキャリアとする赤外線検出器となる。
【実施例１】
【００２６】
以上を前提として、次に、図３乃至図６を参照して本発明の実施例１の量子ドット型赤外線検出器を説明する。まず、図示は省略するが、（１００）面を主面とする半絶縁性ＧａＡｓ基板１１をＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置の基板導入室に導入する。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１は準備室で例えば、４００℃に加熱して脱ガス処理が施される。
【００２７】
次いで、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を１０-10 Ｔｏｒｒより真空度の高い超高真空に保持された成長室へ搬送し、表面の自然酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で例えば、６４０℃まで加熱される。
【００２８】
次いで、図３（ａ）に示すように、基板温度を例えば、６００℃とし、基板表面の平坦性を良くするために、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の上に、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２を成長させる。次いで、Ｓｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが２５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を成長させる。
【００２９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４を成長させる。次いで、図３（ｃ）に示すように、ＡｌＡｓ層１５を数分子層、例えば、１原子層成長させる。
【００３０】
次いで、図３（ｄ）に示すように、基板温度を例えば、４７０℃にし、厚さが２〜３原子層分に相当するＩｎＡｓを供給する。ここで、初期のＩｎＡｓ供給では、ＩｎＡｓが平坦に２次元的に成長して濡れ層を形成するが、その後のＩｎＡｓ供給では、ＡｌＡｓとＩｎＡｓとの格子定数の差異から発生する歪みによってＩｎＡｓが島状に３次元的に成長してＩｎＡｓ量子ドット１６を自己形成する。
【００３１】
このＩｎＡｓ量子ドット１６は、直径約１０ｎｍ〜５０ｎｍで、高さ約２〜８ｎｍであり、約１０10個／ｃｍ2 〜１０11個／ｃｍ2 存在する。この多数のＩｎＡｓ量子ドット１６を纏めて量子ドット層と称する。
【００３２】
次いで、図４（ｅ）に示すように、基板温度を４７０℃に維持した状態で、ＡｌＡｓ層１７を数分子層、例えば、３原子層分成長させて、ＩｎＡｓ量子ドット１６を覆う。この時、上述のようにＡｌＡｓ層１７を成長する時のＡｓ／Ａｌ比を、ＡｌＡｓの表面平坦性が最も良くなる最適なＡｓ／Ａｌ比より大きい値、例えば、７２〜１０８の範囲とする。
【００３３】
次いで、図４（ｆ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４を成長させる。次いで、図４（ｇ）に示すように、ＡｌＡｓ層１５の形成工程、ＩｎＡｓ量子ドット１６の形成工程、ＡｌＡｓ層１７の形成工程及びｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４の形成工程を必要とする周期分、例えば、１０〜２０周期分繰り返す。
【００３４】
次いで、図５（ｈ）に示すように、最上層のｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４上にＳｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが１５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８を成長させる。
【００３５】
次いで、図５（ｉ）に示すように、マスクを用いたエッチングによりｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８乃至最下層のｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層１４までを選択的に２次元マトリクス状にエッチングし、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を露出させる。次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３の露出面及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８の表面にＡｕＧｅ、Ｎｉ及びＡｕ順次蒸着してＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ積層構造の陰極１９及び陽極２０を形成することによって、量子ドット型赤外線検出器１０の基本構造が得られる。
【００３６】
図６は、上述の量子ドット型赤外線検出器を用いた量子ドット型赤外線撮像装置の概略的斜視図であり、上述の量子ドット型赤外線検出器１０の陰極１９を共通電極とし、陽極２０を個別電極として、陽極上に接続電極となるバンプ２１を設ける。このバンプ２１を設けた量子ドット型赤外線検出器１０を、信号読出回路基板２２の上にフリップチップボンディングすることで量子ドット型赤外線撮像装置が得られる。量子ドット型赤外線検出器１０の画素数は必要に応じて増減できるものであり例えば、数百×数百以上の画素数として暗視装置等として利用できる。
【実施例２】
【００３７】
図７乃至図９を参照して本発明の実施例２の量子ドット型赤外線検出器の製造工程を説明する。まず、図示は省略するが、実施例１と同様に、（１００）面を主面とする半絶縁性ＧａＡｓ基板１１をＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置の基板導入室に導入する。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１は準備室で例えば、４００℃に加熱して脱ガス処理が施される。
【００３８】
次いで、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を１０-10 Ｔｏｒｒより真空度の高い超高真空に保持された成長室へ搬送し、表面の自然酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で例えば、６４０℃まで加熱される。
【００３９】
次いで、図７（ａ）に示すように、基板温度を例えば、６００℃とし、基板表面の平坦性を良くするために、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の上に、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２を成長させる。次いで、Ｓｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが２５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を成長させる。次いで、図７（ｂ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ中間層２３を成長させる。
【００４０】
次いで、図７（ｃ）に示すように、基板温度を例えば、４７０℃にし、厚さが２〜３分子層分に相当するＩｎＡｓを供給して、島状のＩｎＡｓ量子ドット１６を自己組織化により形成する。このＩｎＡｓ量子ドット１６は、直径約１０ｎｍ〜５０ｎｍで、高さ約２〜８ｎｍであり、約１０10個／ｃｍ2 〜１０11個／ｃｍ2 存在する。この多数のＩｎＡｓ量子ドット１６を纏めて量子ドット層と称する。
【００４１】
次いで、図７（ｄ）に示すように、基板温度を４７０℃に維持した状態で、ＡｌＡｓ層１７を数分子層、例えば、３原子層分成長させて、ＩｎＡｓ量子ドット１６を覆う。この時も実施例１と同様に、ＡｌＡｓ層１７を成長する時のＡｓ／Ａｌ比を、ＡｌＡｓの表面平坦性が最も良くなる最適なＡｓ／Ａｌ比より大きい値、例えば、７２〜１０８の範囲とする。
【００４２】
次いで、図８（ｅ）に示すように、ノンドープで厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ中間層２３を成長させる。次いで、図８（ｆ）に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１６の形成工程、ＡｌＡｓ層１７の形成工程及びｉ型ＧａＡｓ中間層２３の形成工程を必要とする周期分、例えば、１０〜２０周期分繰り返す。
【００４３】
次いで、図９（ｇ）に示すように、最上層のｉ型ＧａＡｓ中間層２３上にＳｉをドーパントとして、例えば、電子濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが１５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８を成長させる。
【００４４】
次いで、図９（ｈ）に示すように、マスクを用いたエッチングによりｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８乃至最下層のｉ型ＧａＡｓ中間層２３までを選択的に２次元マトリクス状にエッチングし、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を露出させる。次いで、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３の露出面及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層１８の表面にＡｕＧｅ、Ｎｉ及びＡｕ順次蒸着してＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ積層構造の陰極１９及び陽極２０を形成することによって、量子ドット型赤外線検出器３０の基本構造が得られる。
【００４５】
この場合も図６と同様に、陽極２０にバンプを設けて信号読出回路基板２２の上にフリップチップボンディングすることによって、量子ドット型赤外線撮像装置が得られる。
【００４６】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した条件に限られるものではない。例えば、上記の各実施例においては、赤外線撮像装置を前提として説明しているが、単体の赤外線センサとして用いても良いものである。
【符号の説明】
【００４７】
１ コンタクト層
２ ｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ中間層
３ ＡｌＡｓ層
４ ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ量子ドット
５ ＡｌＡｓ層
１０ 量子ドット型赤外線検出器
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１４ ｉ型Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ａｓ中間層
１５ ＡｌＡｓ層
１６ ＩｎＡｓ量子ドット
１７ ＡｌＡｓ層
１８ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１９ 陰極
２０ 陽極
２１ バンプ
２２ 信号読出回路基板
２３ ｉ型ＧａＡｓ中間層
３０ 量子ドット型赤外線検出器
４１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
４２ ＧａＡｓバッファ層
４３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
４４ ｉ型ＡｌＧａＡｓ中間層
４５ ＡｌＡｓ層
４６ ＩｎＡｓ量子ドット
４７ ＡｌＡｓ層
４８ 活性領域
４９ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、
前記中間層上にキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低くＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを含む量子ドット層を形成する工程と、
前記量子ドット層の上にＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記量子ドット層と前記量子ドット層を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程とを少なくとも有する量子ドット型赤外線検出器の製造方法であって、前記量子ドット層と前記量子ドット層を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程において、Ａｓ／Ａｌ供給比を前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比よりも大きくする量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項２】
前記量子ドット層と下地側の前記中間層との界面にもＡｌＡｓ層を形成する工程を有する請求項１に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項３】
前記中間層、前記量子ドット層及び前記ＡｌＡｓ層の成長方法が、分子線エピタキシー法である請求項１又は請求項２に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項４】
前記量子ドット層と前記量子ドット層を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程におけるＡｓ／Ａｌ供給比が、前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比の３倍〜８倍である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項５】
前記量子ドット層と前記量子ドットを覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程における基板温度が４７０℃であり、且つ、前記Ａｓ／Ａｌ供給比が、７２〜１０８である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項６】
前記中間層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０≦ｘ＜１）からなり、且つ、前記量子ドット層がＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ（但し、０＜ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項１】
Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、
前記中間層上にキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低くＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを含む量子ドット層を形成する工程と、
前記量子ドット層の上にＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなる中間層を形成する工程と、前記量子ドット層と前記量子ドット層を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程とを少なくとも有する量子ドット型赤外線検出器の製造方法であって、前記量子ドット層と前記量子ドット層を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程において、Ａｓ／Ａｌ供給比を前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比よりも大きくする量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項２】
前記量子ドット層と下地側の前記中間層との界面にもＡｌＡｓ層を形成する工程を有する請求項１に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項３】
前記中間層、前記量子ドット層及び前記ＡｌＡｓ層の成長方法が、分子線エピタキシー法である請求項１又は請求項２に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項４】
前記量子ドット層と前記量子ドット層を覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程におけるＡｓ／Ａｌ供給比が、前記ＡｌＡｓ層が最も平坦な表面を有するように成長するＡｓ／Ａｌ供給比の３倍〜８倍である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項５】
前記量子ドット層と前記量子ドットを覆う中間層との界面にＡｌＡｓ層を形成する工程における基板温度が４７０℃であり、且つ、前記Ａｓ／Ａｌ供給比が、７２〜１０８である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【請求項６】
前記中間層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（但し、０≦ｘ＜１）からなり、且つ、前記量子ドット層がＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ（但し、０＜ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３３０７（Ｐ２０１２−２３３０７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６２０３０（Ｐ２０１０−１６２０３０）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、防衛省、「２波長赤外線センサ（その２）」試作研究請負契約、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、防衛省、「２波長赤外線センサ（その２）」試作研究請負契約、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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