量子ドット型赤外線検知器
【課題】赤外線を検出する検出感度をより向上させた量子ドット型赤外線検知器を提供する。
【解決手段】中間層１と、中間層１に挟まれ、且つ、キャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドット４を含む量子ドット層２により形成される量子ドット構造７を有する量子ドット型赤外線検出器である。中間層１と量子ドット４が、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、中間層１と量子ドット４を含む量子ドット層２との界面の一方で、且つ、少なくとも量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層５が設けられている。量子ドット３と中間層１を構成する元素の相互拡散を防止して量子ドット／中間層界面を急峻にし、それによって検出感度を向上する。
【解決手段】中間層１と、中間層１に挟まれ、且つ、キャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドット４を含む量子ドット層２により形成される量子ドット構造７を有する量子ドット型赤外線検出器である。中間層１と量子ドット４が、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、中間層１と量子ドット４を含む量子ドット層２との界面の一方で、且つ、少なくとも量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層５が設けられている。量子ドット３と中間層１を構成する元素の相互拡散を防止して量子ドット／中間層界面を急峻にし、それによって検出感度を向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線を検出する赤外線検知器に係り、特に、赤外線を照射した際に量子ドット内の電子又は正孔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センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、入射した光を吸収した場合に流れる電流を捕えることによって光を検知する光検知器において、垂直入射光を吸収できない量子井戸型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＱＷＩＰ）より、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て垂直入射光を吸収できる量子ドット型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＱＤＩＰ）が注目されている。
【０００３】
このＱＤＩＰ構造に関しては、赤外域に感度があることと、また分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法などを用いて、キャリアを３次元的に閉じ込める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、中間層としてＧａＡｓ、量子ドットとしてＩｎＡｓを用いた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）。
【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】
【０００４】
本発明の目的は、赤外線を検出する検出感度をより向上させた量子ドット型赤外線検知器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様による量子ドット型赤外線検知器は、中間層と、前記中間層に挟まれ、且つ、キャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドットを含む量子ドット層により形成される量子ドット構造を有する量子ドット型赤外線検出器であって、前記中間層と前記量子ドットが、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、前記中間層と前記量子ドットを含む量子ドット層との界面の一方で、且つ、少なくとも前記量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、中間層と量子ドットが、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、中間層と量子ドットを含む量子ドット層との界面の一方で、且つ、少なくとも量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層を設けたので、量子ドット３と中間層１を構成する元素の相互拡散を防止して量子ドット／中間層界面を急峻にし、赤外線の検出感度を向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
［提案されている量子ドット型赤外線検知器］
本発明による量子ドット型赤外線検知器の説明の前に、本発明との比較のため、既に提案されている量子ドット型赤外線検知器について、図８乃至図１０を用いて説明する。
【０００８】
図８は提案されている量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図であり、図９は提案されている量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造を示すエネルギーバンド図であり、図１０は提案されている量子ドット型赤外線検知器における遷移元と遷移先の波動関数の重なりを示すエネルギーバンド図である。
【０００９】
図８に示すように、提案されているＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系量子ドット型赤外線検出器は、ＧａＡｓ基板３１上にＧａＡｓバッファ層３２を介してｎ型ＧａＡｓコンタクト層３３及びＧａＡｓ障壁層３４を設けたのち、ＭＢＥ法を用いてＩｎ及びＡｓを供給する。
【００１０】
このとき、半導体層構造における格子歪を利用したストランスキー−クラスタノフ（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）結晶成長モードによる自己形成現象により、まず、成長初期においてＧａＡｓバッファ層３２の結晶構造を引き継いだ形でＩｎＡｓ濡れ層３５が成長する。
【００１１】
さらに、ＭＢＥ法を用いてＩｎ及びＡｓの供給を続けると、下地材料との格子定数の違いによる歪のエネルギーを緩和するため、この面状の構造から再配列を起こして３次元的なＩｎＡｓ量子ドット３６が形成される。
【００１２】
次いで、ＩｎＡｓの供給を停止してＧａＡｓを供給することによって、ＧａＡｓ中間層３７を成長させてＩｎＡｓ量子ドット３６を埋め込む。
【００１３】
図８では、説明を簡単にするために一個の量子ドットのみを図示しているが、実際には多数の量子ドットが形成され、且つ、中間層を介して多層に積層されている。
【００１４】
図９は、提案されている量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造を示すエネルギーバンド図である。このＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系ＱＤＩＰ素子では、キャリアのエネルギーに対してＧａＡｓ障壁層３４及びＧａＡｓ中間層３７がポテンシャル障壁として作用し、ＩｎＡｓ量子ドット３６がポテンシャル井戸として作用する。ＩｎＡｓ量子ドット３６内部に離散的に２つの量子準位、すなわち、基底準位３９と第１励起準位４０が形成される。
【００１５】
形成された２つの量子準位間のエネルギー差に相当する光が入射した場合、キャリアが励起され信号電流として検出される。
【００１６】
この場合の検出器の感度は、光子が１個入射した時、電子が何個励起（遷移）するかにより決まるが、この確率は遷移元と遷移先の波動関数の重なりの大きさにより決まる。即ち、波動関数の重なりが大きいほど、検出器の感度が大きいことになる。
【００１７】
この遷移元と遷移先の波動関数の重なりは、キャリア対するエネルギーポテンシャル構造が急峻に変化する場合、即ち、障壁層／井戸層の界面であるヘテロ界面が急峻に変化している場合に大きくなるので、ヘテロ界面が急峻に変化していることが望まれる。
【００１８】
しかし、本願発明者は、鋭意研究の結果、一般的な組合せである上述のＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系量子ドット構造は、ＧａとＩｎとが相互に拡散しやすいために、ＩｎＡｓドットをＧａＡｓで埋め込む時などに、中間層となるＧａＡｓと混晶化してしまい、これにより、量子ドットと中間層との界面付近でキャリアに対するエネルギーポテンシャルの変化がなだらかになる。このため、遷移元と遷移先の波動関数の重なりが減少し、ＱＤＩＰ素子の検出感度が小さくなっているとの結論に至った。
【００１９】
図１０は、提案されている量子ドット型赤外線検知器における遷移元と遷移先の波動関数の重なりを示すエネルギーバンド図である。図１０（ａ）は、量子ドットと中間層の界面が急峻な場合を示し、図１０（ｂ）は、量子ドットと中間層の界面がなだらかな場合を示している。
【００２０】
図１０（ａ）に示すように、界面が急峻な場合には、基底準位３９における波動関数４１と第１励起準位４０における波動関数４２の重なりが大きく、赤外線の検出感度が大きい。なお、図における符号４３は波動関数の重なる領域を示す。
【００２１】
一方、図１０（ｂ）に示すように、ＧａとＩｎとの相互拡散が生じて混晶化領域３８が形成されて界面がなだらかな場合には、第１励起準位４０における波動関数４２が空間的に広がるため基底準位３９における波動関数４１に対する第１励起準位４０における波動関数４２の重なりが小さくなり、赤外線の検出感度が低下することになる。
【００２２】
このように、提案された量子ドット型赤外線検知器では、量子ドットと中間層の界面がなだらかになると、赤外線の検出感度の低下を招くという問題があった。
【００２３】
本発明は、提案された量子ドット型赤外線検知器において、量子ドットと中間層を構成する元素の相互拡散を防止して、量子ドットと中間層の界面を急峻にして、赤外線の検出感度を向上させるためになされたものである。
【００２４】
［本発明の原理］
本発明の原理について図1の本発明の原理的構成図を用いて説明する。
【００２５】
本発明は、中間層１，６、中間層１，６に挟まれ且つキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドット４を含む量子ドット層２により形成される量子ドット構造７を有する量子ドット型赤外線検出器であって、中間層１，６と量子ドット４とがＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなるとともに、中間層１，６と量子ドット４を含む量子ドット層２との界面の一方で、且つ、少なくとも量子ドット４を覆うようにＡｌＡｓ層５が設けられていることを特徴とする。
【００２６】
一般に、ＡｌＡｓにおけるＩｎの拡散係数は、ＧａＡｓにおけるＩｎの拡散係数より小さいので、少なくとも量子ドット４を覆うようにＡｌＡｓ層５を設けることによって混晶化領域の発生を抑制して中間層１，６／量子ドット４界面を急峻に保つことができ、それによって、検出感度を高めることができる。
【００２７】
この場合の量子ドット層２は、量子ドット４のみから構成されても良いが、典型的にはストランスキー−クラスタノフ成長モードによる量子ドット層２のように量子ドット４と濡れ層３からなり、この場合には、濡れ層３もＡｌＡｓ層５で覆うようにする。
【００２８】
また、ＡｌＡｓ層５の厚さは、キャリアがトンネルできる厚さ以下であることが必要である。
【００２９】
なお、中間層１，６全体をＡｌＡｓとした場合には、このＡｌＡｓがコンタクトから注入されるキャリアに対するバリアとなって感度が低下するとともに、検出波長が所望の波長からずれることになる。
【００３０】
また、１０μｍ帯の赤外線を検知するためには、中間層１，６としては、ＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓのいずれかが典型的であり、また、量子ドット層２としては、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）が典型的である。
【００３１】
また、量子ドット構造７が繰り返し積層されていることが望ましく、それによって、光電流を積層数に応じて増大することができる。
【００３２】
本発明によれば、量子ドットを中間層で埋め込む前に薄いＡｌＡｓ層で覆うことによって相互拡散を抑制しているので、中間層／量子ドッド界面を急峻に保つことができ、それによって、量子準位間の波動関数の重なりの減少を抑制できるため、検出器の感度が向上する。
【００３３】
本発明の活用例としては、１０μｍ帯の赤外線検知器が典型的なものであるが、量子ドットを構成する半導体材料を変更することによって、近赤外線検知器にも適用されるものである。特に、サブバンド間遷移を利用した量子ドット型赤外線検知器を構成する量子ドット構成材料の拡散を抑制するための構成に特徴のある量子ドット型赤外線検知器に関するものである。
【００３４】
［一実施形態］
本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＱＤＩＰ）について、図２乃至図４を参照して説明する。図２は本実施形態による量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図であり、図３は本実施形態による量子ドット型赤外線検知器のエネルギーバンド図であり、図４は本実施形態の量子ドット型赤外線検知器におけるＡｌＡｓ厚さ（原子層）と赤外線感度との関係を示すグラフである。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態の赤外線検知器では、主面が（１００）面である半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２、厚さが、例えば、２５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３が、形成されている。
【００３６】
ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３上に、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１４が形成されている。ｉ型ＧａＡｓ障壁層１４上に、ＩｎＡｓが平坦に２次元的に成長して厚さが２〜３原子層分に相当する濡れ層１５と、ＩｎＡｓが島状に３次元的に成長した量子ドット１６からなる量子ドット層が形成されている。濡れ層１５及び量子ドット１６を覆うように形成され、ＡｌＡｓを例えば１原子層分のＡｌＡｓ拡散防止層１７が形成され、更に、その上に、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１８が形成されている。
【００３７】
その上には、濡れ層１５と量子ドット１６からなる量子ドット層、ＡｌＡｓ拡散防止層１７、ｉ型ＧａＡｓ障壁層１８とが、例えば、３回繰り返し形成されて、量子ドット構造１９を形成している。
【００３８】
量子ドット構造１９上に、厚さが、例えば、１５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０が形成されている。
【００３９】
ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３上に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極２１が形成され、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０上に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極２２が形成されている。
【００４０】
次に、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造について、図３を用いて説明する。
【００４１】
本実施形態では、ＡｌＡｓ拡散防止層１７を設けているため、混晶化領域２３は殆ど形成されず、ヘテロ界面は急峻になる。
【００４２】
したがって、基底準位２４における波動関数２５と第１励起準位２６における波動関数２７との重なりが大きくなり、感度が向上することになる。なお、符号２８は波動関数が重なる領域を模式的に示したものである。
【００４３】
なお、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さは１原子層としているので、電子はＡｌＡｓ拡散防止層１７をトンネルして流れるので、ＡｌＡｓ拡散防止層１７が電子に対してポテンシャル障壁として作用することはない。
【００４４】
また、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さは１原子層としているので、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドット構造が持つ電子に対するエネルギーポテンシャル構造が大きく変わることはなく、従来と同様に１０μｍ帯の赤外線に対して大きな感度を持つことができる。
【００４５】
また、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さは１原子層としているので、ＩｎＡｓの成長工程と同様に５００℃の基板温度で成長させても結晶性に問題はないため、ＡｌＡｓの成長過程が既に形成されているＩｎＡｓ量子ドットに影響を与えることはない。
【００４６】
なお、ＡｌＡｓ拡散防止層１７は電子がトンネル通過でき、かつ、低温成長しても結晶性に問題がない範囲であれば1原子層ではなくてもよい。
【００４７】
図４に、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器における、ＡｌＡｓ厚さ（原子層）と、赤外線感度との関係を示す。
【００４８】
図４に示すように、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さが５原子層程度までであれば、十分な赤外線感度を有していることがわかる。ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さが厚すぎる場合は、悪影響が及ぶため赤外線感度を減じることとなる。
【００４９】
ちなみに、ＧａＡｓ障壁層全体をＡｌＡｓ障壁層或いはＡｌＧａＡｓ障壁層に置き換えた場合には、所定の膜厚で所定の結晶性を得るためには、障壁層の成長温度を６００℃以上にしなければならず、既に形成されているＩｎＡｓ量子ドットに悪影響を与えることになる。
【００５０】
次に、図５乃至図５を参照して、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、図５（ａ）に示すように、主面が（１００）面である半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入するが、導入された半絶縁性ＧａＡｓ基板１１は準備室において例えば４００℃に加熱され、脱ガス処理される。
【００５２】
次いで、脱ガス処理された半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を１０-10Ｔｏｒｒ以下の超高真空に保持された成長室へ搬送し、成長室内において、表面の酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で例えば、６４０℃まで加熱してサーマルクリーニングを行う。
【００５３】
次いで、酸化膜を除去した後は、基板表面の平坦性を良くするために、分子線エピタキシャル成長法によって、例えば、６００℃の基板温度において、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１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（図５（ａ））。
【００５４】
引き続いて、厚さが、例えば、２５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１４を順次堆積させる（図５（ａ））。
【００５５】
次いで、基板温度を例えば５００℃にし、厚さが２〜３原子層分に相当するＩｎＡｓを供給する。
【００５６】
この時、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１５を形成するが（図５（ｂ））、その後のＩｎＡｓ供給では、ＧａＡｓ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次元的に成長して量子ドット１６を形成する（図５（ｃ））。この量子ドット１６は、直径約１０ｎｍ〜５０ｎｍで、高さ約２〜８ｎｍであり、約１０10個／ｃｍ2 〜１０11個／ｃｍ2 の密度で形成される。
【００５７】
次いで、成長温度を５００℃に維持した状態で、ＩｎＡｓの供給を停止してＡｌＡｓを例えば１原子層分供給して量子ドット１６を覆うようにＡｌＡｓ拡散防止層１７を成長させる（図５（ｄ））。
【００５８】
引き続いて、ＡｌＡｓの供給を停止してＧａＡｓを供給することによって、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１８を成長させて量子ドット１６を埋め込む（図６（ａ））。
【００５９】
以降は、このような工程を必要とする積層数、例えば、３回繰り返すことによって、計４層の量子ドット構造１９を成長させたのち、基板温度６００℃に昇温し、厚さが、例えば、１５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０を堆積させる（図６（ｂ））。
【００６０】
次いで、リソグラフィー、ドライエッチングを用いてｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０乃至ｉ型ＧａＡｓ障壁層１４の一部を選択的にエッチングしてｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３の表面の一部を露出させる（図７（ａ））。
【００６１】
次いで、金属蒸着法を用いて上下コンタクト層にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極２１，２２を形成することによって、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の基本構成が完成する（図７（ｂ））。
【００６２】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６３】
例えば、上記実施形態では、量子ドットをＩｎＡｓで構成しているが、ＩｎＡｓに限られるものではなくＩｎＧａＡｓ等の他の半導体にも適用されるものであり、検知対象となる赤外線の波長に応じて適宜選択すれば良いものである。
【００６４】
また、上記実施形態では、障壁層をＧａＡｓで構成しているが、ＡｌＧａＡｓを用いることも可能であり、障壁層がこれらの材料による複数の積層構造から構成されても良いものである。
【００６５】
また、上記実施形態では、量子ドットを分子線エピタキシャル成長法によって形成しているが、分子線エピタキシャル成長法に限られるものではなく、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の他の結晶成長法を用いても良いものである。
【００６６】
また、上記の実施例の説明においては、結晶成長用の基板にＧａＡｓを用いているが、これをＩｎＰとしても良く、この場合には障壁層としてＩｎＰと格子整合するようなＩｎＧａＡｌＡｓで構成されていても良い。
【００６７】
また、上記実施形態では、量子ドット構造の積層数を４層としているが、８〜１０層構造等により多層化しても良いものであり、或いは、逆に、１層構造で形成しても良いものであり、積層数は任意である。
【００６８】
また、上記実施形態では、量子ドット層をＳＫ結晶成長モードによる量子ドットと濡れ層からなる量子ドット層として説明しているが、濡れ層の伴わない量子ドットのみからなる量子ドット層にも適用されるものであり、障壁層と量子ドットの材料の組合せ、成長方法、成長条件により量子ドットのみからなる量子ドット層の成長が可能である。
【００６９】
また、上記実施形態では、伝導帯側の量子ドットにおけるサブバンド間遷移として、即ち、光を検出するキャリアが電子の場合として説明しているが、光を検出するキャリアは電子に限られるものではなく、光を検出するキャリアが正孔の場合、即ち、価電子帯側の量子ドットにおけるサブバンド間遷移を利用したＱＤＩＰ素子にも適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器のエネルギーバンド図である。
【図４】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器におけるＡｌＡｓ厚さ（原子層）と赤外線感度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の製造方法の工程断面図（その１）である。
【図６】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の製造方法の工程断面図（その２）である。
【図７】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の製造方法の工程断面図（その３）である。
【図８】提案されている量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図である。
【図９】提案されている量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造を示すエネルギーバンド図である。
【図１０】提案されている量子ドット型赤外線検知器における遷移元と遷移先の波動関数の重なりを示すエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 中間層
２ 量子ドット層
３ 濡れ層
４ 量子ドット
５ ＡｌＡｓ層
６ 中間層
７ 量子ドット構造
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層
１４ ｉ型ＧａＡｓ障壁層
１５ 濡れ層
１６ 量子ドット
１７ ＡｌＡｓ拡散防止層
１８ ｉ型ＧａＡｓ障壁層
１９ 量子ドット構造
２０ ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層
２１ 電極
２２ 電極
２３ 混晶化領域
２４ 基底準位
２５ 波動関数
２６ 第１励起準位
２７ 波動関数
２８ 波動関数が重なる領域
３１ ＧａＡｓ基板
３２ ＧａＡｓバッファ層
３３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
３４ ＧａＡｓ障壁層
３５ ＩｎＡｓ濡れ層
３６ ＩｎＡｓ量子ドット
３７ ＧａＡｓ中間層
３８ 混晶化領域
３９ 基底準位
４０ 第１励起準位
４１ 波動関数
４２ 波動関数
４３ 波動関数が重なる領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線を検出する赤外線検知器に係り、特に、赤外線を照射した際に量子ドット内の電子又は正孔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センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、入射した光を吸収した場合に流れる電流を捕えることによって光を検知する光検知器において、垂直入射光を吸収できない量子井戸型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＱＷＩＰ）より、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て垂直入射光を吸収できる量子ドット型赤外線検出器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＱＤＩＰ）が注目されている。
【０００３】
このＱＤＩＰ構造に関しては、赤外域に感度があることと、また分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法などを用いて、キャリアを３次元的に閉じ込める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、中間層としてＧａＡｓ、量子ドットとしてＩｎＡｓを用いた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）。
【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】
【０００４】
本発明の目的は、赤外線を検出する検出感度をより向上させた量子ドット型赤外線検知器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様による量子ドット型赤外線検知器は、中間層と、前記中間層に挟まれ、且つ、キャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドットを含む量子ドット層により形成される量子ドット構造を有する量子ドット型赤外線検出器であって、前記中間層と前記量子ドットが、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、前記中間層と前記量子ドットを含む量子ドット層との界面の一方で、且つ、少なくとも前記量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、中間層と量子ドットが、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、中間層と量子ドットを含む量子ドット層との界面の一方で、且つ、少なくとも量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層を設けたので、量子ドット３と中間層１を構成する元素の相互拡散を防止して量子ドット／中間層界面を急峻にし、赤外線の検出感度を向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
［提案されている量子ドット型赤外線検知器］
本発明による量子ドット型赤外線検知器の説明の前に、本発明との比較のため、既に提案されている量子ドット型赤外線検知器について、図８乃至図１０を用いて説明する。
【０００８】
図８は提案されている量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図であり、図９は提案されている量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造を示すエネルギーバンド図であり、図１０は提案されている量子ドット型赤外線検知器における遷移元と遷移先の波動関数の重なりを示すエネルギーバンド図である。
【０００９】
図８に示すように、提案されているＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系量子ドット型赤外線検出器は、ＧａＡｓ基板３１上にＧａＡｓバッファ層３２を介してｎ型ＧａＡｓコンタクト層３３及びＧａＡｓ障壁層３４を設けたのち、ＭＢＥ法を用いてＩｎ及びＡｓを供給する。
【００１０】
このとき、半導体層構造における格子歪を利用したストランスキー−クラスタノフ（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）結晶成長モードによる自己形成現象により、まず、成長初期においてＧａＡｓバッファ層３２の結晶構造を引き継いだ形でＩｎＡｓ濡れ層３５が成長する。
【００１１】
さらに、ＭＢＥ法を用いてＩｎ及びＡｓの供給を続けると、下地材料との格子定数の違いによる歪のエネルギーを緩和するため、この面状の構造から再配列を起こして３次元的なＩｎＡｓ量子ドット３６が形成される。
【００１２】
次いで、ＩｎＡｓの供給を停止してＧａＡｓを供給することによって、ＧａＡｓ中間層３７を成長させてＩｎＡｓ量子ドット３６を埋め込む。
【００１３】
図８では、説明を簡単にするために一個の量子ドットのみを図示しているが、実際には多数の量子ドットが形成され、且つ、中間層を介して多層に積層されている。
【００１４】
図９は、提案されている量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造を示すエネルギーバンド図である。このＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系ＱＤＩＰ素子では、キャリアのエネルギーに対してＧａＡｓ障壁層３４及びＧａＡｓ中間層３７がポテンシャル障壁として作用し、ＩｎＡｓ量子ドット３６がポテンシャル井戸として作用する。ＩｎＡｓ量子ドット３６内部に離散的に２つの量子準位、すなわち、基底準位３９と第１励起準位４０が形成される。
【００１５】
形成された２つの量子準位間のエネルギー差に相当する光が入射した場合、キャリアが励起され信号電流として検出される。
【００１６】
この場合の検出器の感度は、光子が１個入射した時、電子が何個励起（遷移）するかにより決まるが、この確率は遷移元と遷移先の波動関数の重なりの大きさにより決まる。即ち、波動関数の重なりが大きいほど、検出器の感度が大きいことになる。
【００１７】
この遷移元と遷移先の波動関数の重なりは、キャリア対するエネルギーポテンシャル構造が急峻に変化する場合、即ち、障壁層／井戸層の界面であるヘテロ界面が急峻に変化している場合に大きくなるので、ヘテロ界面が急峻に変化していることが望まれる。
【００１８】
しかし、本願発明者は、鋭意研究の結果、一般的な組合せである上述のＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系量子ドット構造は、ＧａとＩｎとが相互に拡散しやすいために、ＩｎＡｓドットをＧａＡｓで埋め込む時などに、中間層となるＧａＡｓと混晶化してしまい、これにより、量子ドットと中間層との界面付近でキャリアに対するエネルギーポテンシャルの変化がなだらかになる。このため、遷移元と遷移先の波動関数の重なりが減少し、ＱＤＩＰ素子の検出感度が小さくなっているとの結論に至った。
【００１９】
図１０は、提案されている量子ドット型赤外線検知器における遷移元と遷移先の波動関数の重なりを示すエネルギーバンド図である。図１０（ａ）は、量子ドットと中間層の界面が急峻な場合を示し、図１０（ｂ）は、量子ドットと中間層の界面がなだらかな場合を示している。
【００２０】
図１０（ａ）に示すように、界面が急峻な場合には、基底準位３９における波動関数４１と第１励起準位４０における波動関数４２の重なりが大きく、赤外線の検出感度が大きい。なお、図における符号４３は波動関数の重なる領域を示す。
【００２１】
一方、図１０（ｂ）に示すように、ＧａとＩｎとの相互拡散が生じて混晶化領域３８が形成されて界面がなだらかな場合には、第１励起準位４０における波動関数４２が空間的に広がるため基底準位３９における波動関数４１に対する第１励起準位４０における波動関数４２の重なりが小さくなり、赤外線の検出感度が低下することになる。
【００２２】
このように、提案された量子ドット型赤外線検知器では、量子ドットと中間層の界面がなだらかになると、赤外線の検出感度の低下を招くという問題があった。
【００２３】
本発明は、提案された量子ドット型赤外線検知器において、量子ドットと中間層を構成する元素の相互拡散を防止して、量子ドットと中間層の界面を急峻にして、赤外線の検出感度を向上させるためになされたものである。
【００２４】
［本発明の原理］
本発明の原理について図1の本発明の原理的構成図を用いて説明する。
【００２５】
本発明は、中間層１，６、中間層１，６に挟まれ且つキャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドット４を含む量子ドット層２により形成される量子ドット構造７を有する量子ドット型赤外線検出器であって、中間層１，６と量子ドット４とがＶ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなるとともに、中間層１，６と量子ドット４を含む量子ドット層２との界面の一方で、且つ、少なくとも量子ドット４を覆うようにＡｌＡｓ層５が設けられていることを特徴とする。
【００２６】
一般に、ＡｌＡｓにおけるＩｎの拡散係数は、ＧａＡｓにおけるＩｎの拡散係数より小さいので、少なくとも量子ドット４を覆うようにＡｌＡｓ層５を設けることによって混晶化領域の発生を抑制して中間層１，６／量子ドット４界面を急峻に保つことができ、それによって、検出感度を高めることができる。
【００２７】
この場合の量子ドット層２は、量子ドット４のみから構成されても良いが、典型的にはストランスキー−クラスタノフ成長モードによる量子ドット層２のように量子ドット４と濡れ層３からなり、この場合には、濡れ層３もＡｌＡｓ層５で覆うようにする。
【００２８】
また、ＡｌＡｓ層５の厚さは、キャリアがトンネルできる厚さ以下であることが必要である。
【００２９】
なお、中間層１，６全体をＡｌＡｓとした場合には、このＡｌＡｓがコンタクトから注入されるキャリアに対するバリアとなって感度が低下するとともに、検出波長が所望の波長からずれることになる。
【００３０】
また、１０μｍ帯の赤外線を検知するためには、中間層１，６としては、ＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓのいずれかが典型的であり、また、量子ドット層２としては、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）が典型的である。
【００３１】
また、量子ドット構造７が繰り返し積層されていることが望ましく、それによって、光電流を積層数に応じて増大することができる。
【００３２】
本発明によれば、量子ドットを中間層で埋め込む前に薄いＡｌＡｓ層で覆うことによって相互拡散を抑制しているので、中間層／量子ドッド界面を急峻に保つことができ、それによって、量子準位間の波動関数の重なりの減少を抑制できるため、検出器の感度が向上する。
【００３３】
本発明の活用例としては、１０μｍ帯の赤外線検知器が典型的なものであるが、量子ドットを構成する半導体材料を変更することによって、近赤外線検知器にも適用されるものである。特に、サブバンド間遷移を利用した量子ドット型赤外線検知器を構成する量子ドット構成材料の拡散を抑制するための構成に特徴のある量子ドット型赤外線検知器に関するものである。
【００３４】
［一実施形態］
本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＱＤＩＰ）について、図２乃至図４を参照して説明する。図２は本実施形態による量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図であり、図３は本実施形態による量子ドット型赤外線検知器のエネルギーバンド図であり、図４は本実施形態の量子ドット型赤外線検知器におけるＡｌＡｓ厚さ（原子層）と赤外線感度との関係を示すグラフである。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態の赤外線検知器では、主面が（１００）面である半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２、厚さが、例えば、２５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３が、形成されている。
【００３６】
ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３上に、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１４が形成されている。ｉ型ＧａＡｓ障壁層１４上に、ＩｎＡｓが平坦に２次元的に成長して厚さが２〜３原子層分に相当する濡れ層１５と、ＩｎＡｓが島状に３次元的に成長した量子ドット１６からなる量子ドット層が形成されている。濡れ層１５及び量子ドット１６を覆うように形成され、ＡｌＡｓを例えば１原子層分のＡｌＡｓ拡散防止層１７が形成され、更に、その上に、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１８が形成されている。
【００３７】
その上には、濡れ層１５と量子ドット１６からなる量子ドット層、ＡｌＡｓ拡散防止層１７、ｉ型ＧａＡｓ障壁層１８とが、例えば、３回繰り返し形成されて、量子ドット構造１９を形成している。
【００３８】
量子ドット構造１９上に、厚さが、例えば、１５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０が形成されている。
【００３９】
ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３上に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極２１が形成され、ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０上に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極２２が形成されている。
【００４０】
次に、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造について、図３を用いて説明する。
【００４１】
本実施形態では、ＡｌＡｓ拡散防止層１７を設けているため、混晶化領域２３は殆ど形成されず、ヘテロ界面は急峻になる。
【００４２】
したがって、基底準位２４における波動関数２５と第１励起準位２６における波動関数２７との重なりが大きくなり、感度が向上することになる。なお、符号２８は波動関数が重なる領域を模式的に示したものである。
【００４３】
なお、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さは１原子層としているので、電子はＡｌＡｓ拡散防止層１７をトンネルして流れるので、ＡｌＡｓ拡散防止層１７が電子に対してポテンシャル障壁として作用することはない。
【００４４】
また、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さは１原子層としているので、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドット構造が持つ電子に対するエネルギーポテンシャル構造が大きく変わることはなく、従来と同様に１０μｍ帯の赤外線に対して大きな感度を持つことができる。
【００４５】
また、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さは１原子層としているので、ＩｎＡｓの成長工程と同様に５００℃の基板温度で成長させても結晶性に問題はないため、ＡｌＡｓの成長過程が既に形成されているＩｎＡｓ量子ドットに影響を与えることはない。
【００４６】
なお、ＡｌＡｓ拡散防止層１７は電子がトンネル通過でき、かつ、低温成長しても結晶性に問題がない範囲であれば1原子層ではなくてもよい。
【００４７】
図４に、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器における、ＡｌＡｓ厚さ（原子層）と、赤外線感度との関係を示す。
【００４８】
図４に示すように、ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さが５原子層程度までであれば、十分な赤外線感度を有していることがわかる。ＡｌＡｓ拡散防止層１７の厚さが厚すぎる場合は、悪影響が及ぶため赤外線感度を減じることとなる。
【００４９】
ちなみに、ＧａＡｓ障壁層全体をＡｌＡｓ障壁層或いはＡｌＧａＡｓ障壁層に置き換えた場合には、所定の膜厚で所定の結晶性を得るためには、障壁層の成長温度を６００℃以上にしなければならず、既に形成されているＩｎＡｓ量子ドットに悪影響を与えることになる。
【００５０】
次に、図５乃至図５を参照して、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、図５（ａ）に示すように、主面が（１００）面である半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を、ＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入するが、導入された半絶縁性ＧａＡｓ基板１１は準備室において例えば４００℃に加熱され、脱ガス処理される。
【００５２】
次いで、脱ガス処理された半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を１０-10Ｔｏｒｒ以下の超高真空に保持された成長室へ搬送し、成長室内において、表面の酸化膜を除去するために、Ａｓ雰囲気下で例えば、６４０℃まで加熱してサーマルクリーニングを行う。
【００５３】
次いで、酸化膜を除去した後は、基板表面の平坦性を良くするために、分子線エピタキシャル成長法によって、例えば、６００℃の基板温度において、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１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（図５（ａ））。
【００５４】
引き続いて、厚さが、例えば、２５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１４を順次堆積させる（図５（ａ））。
【００５５】
次いで、基板温度を例えば５００℃にし、厚さが２〜３原子層分に相当するＩｎＡｓを供給する。
【００５６】
この時、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１５を形成するが（図５（ｂ））、その後のＩｎＡｓ供給では、ＧａＡｓ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次元的に成長して量子ドット１６を形成する（図５（ｃ））。この量子ドット１６は、直径約１０ｎｍ〜５０ｎｍで、高さ約２〜８ｎｍであり、約１０10個／ｃｍ2 〜１０11個／ｃｍ2 の密度で形成される。
【００５７】
次いで、成長温度を５００℃に維持した状態で、ＩｎＡｓの供給を停止してＡｌＡｓを例えば１原子層分供給して量子ドット１６を覆うようにＡｌＡｓ拡散防止層１７を成長させる（図５（ｄ））。
【００５８】
引き続いて、ＡｌＡｓの供給を停止してＧａＡｓを供給することによって、厚さが、例えば、５０ｎｍのノン・ドープのｉ型ＧａＡｓ障壁層１８を成長させて量子ドット１６を埋め込む（図６（ａ））。
【００５９】
以降は、このような工程を必要とする積層数、例えば、３回繰り返すことによって、計４層の量子ドット構造１９を成長させたのち、基板温度６００℃に昇温し、厚さが、例えば、１５０ｎｍでＳｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０を堆積させる（図６（ｂ））。
【００６０】
次いで、リソグラフィー、ドライエッチングを用いてｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層２０乃至ｉ型ＧａＡｓ障壁層１４の一部を選択的にエッチングしてｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層１３の表面の一部を露出させる（図７（ａ））。
【００６１】
次いで、金属蒸着法を用いて上下コンタクト層にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極２１，２２を形成することによって、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の基本構成が完成する（図７（ｂ））。
【００６２】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６３】
例えば、上記実施形態では、量子ドットをＩｎＡｓで構成しているが、ＩｎＡｓに限られるものではなくＩｎＧａＡｓ等の他の半導体にも適用されるものであり、検知対象となる赤外線の波長に応じて適宜選択すれば良いものである。
【００６４】
また、上記実施形態では、障壁層をＧａＡｓで構成しているが、ＡｌＧａＡｓを用いることも可能であり、障壁層がこれらの材料による複数の積層構造から構成されても良いものである。
【００６５】
また、上記実施形態では、量子ドットを分子線エピタキシャル成長法によって形成しているが、分子線エピタキシャル成長法に限られるものではなく、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の他の結晶成長法を用いても良いものである。
【００６６】
また、上記の実施例の説明においては、結晶成長用の基板にＧａＡｓを用いているが、これをＩｎＰとしても良く、この場合には障壁層としてＩｎＰと格子整合するようなＩｎＧａＡｌＡｓで構成されていても良い。
【００６７】
また、上記実施形態では、量子ドット構造の積層数を４層としているが、８〜１０層構造等により多層化しても良いものであり、或いは、逆に、１層構造で形成しても良いものであり、積層数は任意である。
【００６８】
また、上記実施形態では、量子ドット層をＳＫ結晶成長モードによる量子ドットと濡れ層からなる量子ドット層として説明しているが、濡れ層の伴わない量子ドットのみからなる量子ドット層にも適用されるものであり、障壁層と量子ドットの材料の組合せ、成長方法、成長条件により量子ドットのみからなる量子ドット層の成長が可能である。
【００６９】
また、上記実施形態では、伝導帯側の量子ドットにおけるサブバンド間遷移として、即ち、光を検出するキャリアが電子の場合として説明しているが、光を検出するキャリアは電子に限られるものではなく、光を検出するキャリアが正孔の場合、即ち、価電子帯側の量子ドットにおけるサブバンド間遷移を利用したＱＤＩＰ素子にも適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器のエネルギーバンド図である。
【図４】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器におけるＡｌＡｓ厚さ（原子層）と赤外線感度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の製造方法の工程断面図（その１）である。
【図６】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の製造方法の工程断面図（その２）である。
【図７】本発明の一実施形態による量子ドット型赤外線検知器の製造方法の工程断面図（その３）である。
【図８】提案されている量子ドット型赤外線検知器の構成を示す断面図である。
【図９】提案されている量子ドット型赤外線検知器の量子ドット構造を示すエネルギーバンド図である。
【図１０】提案されている量子ドット型赤外線検知器における遷移元と遷移先の波動関数の重なりを示すエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 中間層
２ 量子ドット層
３ 濡れ層
４ 量子ドット
５ ＡｌＡｓ層
６ 中間層
７ 量子ドット構造
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ型ＧａＡｓ下部コンタクト層
１４ ｉ型ＧａＡｓ障壁層
１５ 濡れ層
１６ 量子ドット
１７ ＡｌＡｓ拡散防止層
１８ ｉ型ＧａＡｓ障壁層
１９ 量子ドット構造
２０ ｎ型ＧａＡｓ上部コンタクト層
２１ 電極
２２ 電極
２３ 混晶化領域
２４ 基底準位
２５ 波動関数
２６ 第１励起準位
２７ 波動関数
２８ 波動関数が重なる領域
３１ ＧａＡｓ基板
３２ ＧａＡｓバッファ層
３３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
３４ ＧａＡｓ障壁層
３５ ＩｎＡｓ濡れ層
３６ ＩｎＡｓ量子ドット
３７ ＧａＡｓ中間層
３８ 混晶化領域
３９ 基底準位
４０ 第１励起準位
４１ 波動関数
４２ 波動関数
４３ 波動関数が重なる領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間層と、前記中間層に挟まれ、且つ、キャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドットを含む量子ドット層により形成される量子ドット構造を有する量子ドット型赤外線検出器であって、
前記中間層と前記量子ドットが、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、
前記中間層と前記量子ドットを含む量子ドット層との界面の一方で、且つ、少なくとも前記量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層が設けられている
ことを特徴とする量子ドット型赤外線検出器。
【請求項２】
前記ＡｌＡｓ層が、前記量子ドット層を構成する濡れ層を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１記載の量子ドット型赤外線検出器。
【請求項３】
前記ＡｌＡｓ層の厚さが、キャリアがトンネルできる厚さ以下である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赤外線検出器。
【請求項４】
前記中間層が、ＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｌＡｓのいずれかからなり、
前記量子ドット層が、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器。
【請求項５】
前記量子ドット構造が繰り返し積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器。
【請求項１】
中間層と、前記中間層に挟まれ、且つ、キャリアに対するエネルギーポテンシャルが低い量子ドットを含む量子ドット層により形成される量子ドット構造を有する量子ドット型赤外線検出器であって、
前記中間層と前記量子ドットが、Ｖ族元素がＡｓであるIII-Ｖ族化合物半導体からなり、
前記中間層と前記量子ドットを含む量子ドット層との界面の一方で、且つ、少なくとも前記量子ドットを覆うようにＡｌＡｓ層が設けられている
ことを特徴とする量子ドット型赤外線検出器。
【請求項２】
前記ＡｌＡｓ層が、前記量子ドット層を構成する濡れ層を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１記載の量子ドット型赤外線検出器。
【請求項３】
前記ＡｌＡｓ層の厚さが、キャリアがトンネルできる厚さ以下である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赤外線検出器。
【請求項４】
前記中間層が、ＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｌＡｓのいずれかからなり、
前記量子ドット層が、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（但し、０＜ｘ≦１）からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器。
【請求項５】
前記量子ドット構造が繰り返し積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の量子ドット型赤外線検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−６５１４２（Ｐ２００９−６５１４２Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【公開請求】
【出願番号】特願２００８−２０５２７７（Ｐ２００８−２０５２７７）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【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１９年度、防衛省、「２波長赤外線センサ（その１）」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】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０５２７７（Ｐ２００８−２０５２７７）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【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１９年度、防衛省、「２波長赤外線センサ（その１）」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】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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