JP4812656B2 - Quantum dot photodetector and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a quantum dot photodetector suitable for an infrared sensor and the like and a method for manufacturing the same.
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。 Conventionally, a quantum dot type photodetector is known as a kind of photodetector. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional quantum dot photodetector.
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。
In a conventional quantum dot photodetector, an
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。
When light (infrared rays) is incident on the thus configured quantum dot photodetector, as shown in FIG. 6, electrons existing at a low ground level in the InAs
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。
However, in the above-described quantum dot-type photodetector, when the GaAs
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。 An object of the present invention is to provide a quantum dot photodetector capable of improving sensitivity and a method for manufacturing the same.
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。
The inventors of the present application have studied to solve the problems of the prior art. As shown in FIG. 8, the
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。
However, as the inventors of the present application have further studied, it has been found that the
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。
Such selective growth of the
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。 As a result of intensive studies based on such knowledge, the inventors of the present application have come up with the following aspects of the invention.
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。 The quantum dot photodetector according to the present invention includes a first intermediate layer, a quantum dot formed on the first intermediate layer, and at least the first intermediate layer among side surfaces of the quantum dot. A first cap layer that covers a portion in contact with the first cap layer; a second cap layer that covers at least a portion of the quantum dot that is not covered by the first cap layer; and the first and second cap layers. To a second intermediate layer covering the quantum dots. The difference in lattice constant between the first cap layer and the first intermediate layer is smaller than the difference in lattice constant between the first cap layer and the quantum dot. Further, the difference in lattice constant between the second cap layer and the first intermediate layer is larger than the difference in lattice constant between the second cap layer and the quantum dots.
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。 In the method for manufacturing a quantum dot photodetector according to the present invention, quantum dots are formed on the first intermediate layer, and then, at least a portion of the side surface of the quantum dot that is in contact with the first intermediate layer is covered. A first cap layer is formed. Next, a second cap layer that covers at least a portion of the quantum dot that is not covered by the first cap layer is formed. Then, a second intermediate layer covering the quantum dots is formed from above the first and second cap layers. In addition, as a material of the first intermediate layer, quantum dots, first cap layer, second cap layer, and second intermediate layer, a gap between the first cap layer and the first intermediate layer is used. The difference in lattice constant is smaller than the difference in lattice constant between the first cap layer and the quantum dot, and the difference in lattice constant between the second cap layer and the first intermediate layer. However, a material having a larger lattice constant difference between the second cap layer and the quantum dots is used.
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。 According to the present invention, since the lattice constants of the first cap layer and the second cap layer are appropriately defined, the mixed crystal between the quantum dots and the second intermediate layer can be obtained without disturbing the photocurrent. Can be suppressed. For this reason, high sensitivity can be obtained.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a quantum dot photodetector (infrared sensor) according to an embodiment of the present invention.
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。
In the present embodiment, for example, a
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。
A plurality of quantum dots 5 made of InAs are formed on the
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。
A
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。
In this embodiment, the lattice constants of the substances constituting the
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。
For this reason, the AlAs
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。
In addition, the
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。 Next, a method for manufacturing the above quantum dot photodetector will be described. 4A to 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a quantum dot photodetection device according to an embodiment of the present invention in the order of steps. Here, a method for manufacturing an imaging device in which a plurality of photodetecting elements are arranged in an array as a quantum dot photodetecting device will be described.
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。
First, as shown in FIG. 4A, a
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。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, a
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。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the
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。
Next, as shown in FIG. 4D, a
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。
Thereafter, as shown in FIG. 4E, a third opening that reaches the
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。
Next, as shown in FIG. 4F,
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。
Next, as shown in FIG. 4G, a
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。
Subsequently, as shown in FIG. 4H, a
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。
In the quantum dot photodetection device thus formed, the electrode on the
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。
According to such a manufacturing method, as described above, the
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。
In the above embodiment, GaAs is used as the material of the substrate 1, but InP or the like may be used. Further, although InAs is used as the material of the quantum dots 5, InAlAs, InGaAs, or the like may be used. Further, the materials of the
(1) The condition that “the difference in lattice constant between the first cap layer and the intermediate layer is smaller than the difference in lattice constant between the first cap layer and the quantum dot”, and (2) “ The condition that the difference in lattice constant between the second cap layer and the intermediate layer is larger than the difference in lattice constant between the second cap layer and the quantum dot needs to be satisfied.
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。 Further, it is preferable that the condition that “the potential with respect to charges (electrons or holes) is larger than that of the intermediate layer in both the first and second cap layers” is also satisfied. This is to obtain a sufficient quantum effect.
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(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。
(Appendix 1)
A first intermediate layer;
Quantum dots formed on the first intermediate layer;
A first cap layer that covers at least a portion of the side surface of the quantum dot that is in contact with the first intermediate layer;
A second cap layer that covers at least a portion of the quantum dot that is not covered by the first cap layer;
A second intermediate layer covering the quantum dots from above the first and second cap layers;
Have
A difference in lattice constant between the first cap layer and the first intermediate layer is smaller than a difference in lattice constant between the first cap layer and the quantum dots;
The quantum constant difference between the second cap layer and the first intermediate layer is larger than the lattice constant difference between the second cap layer and the quantum dot. Dot-type photo detector.
(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。
(Appendix 2)
2. The quantum dot photodetector according to claim 1, wherein the first and second cap layers have a charge potential with respect to that of the first and second intermediate layers.
(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。
(Appendix 3)
The quantum dot photodetector according to
(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。
(Appendix 4)
4. The quantum dot photodetector according to claim 1, wherein a plurality of light absorption unit layers including the quantum dots and the second cap layer are stacked on each other.
(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。
(Appendix 5)
The first and second intermediate layers are one type of semiconductor selected from the group consisting of InAs, GaAs, AlAs, InP, GaP, AlP, InSb, GaSb, AlSb, InN, GaN, and AlN, or the group The quantum dot photodetector according to any one of appendices 1 to 4, wherein the quantum dot photodetector is composed of a mixed crystal of two or more semiconductors selected from the group consisting of:
(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。
(Appendix 6)
The quantum dot is made of InGaAs or InAlAs,
The first cap layer is made of AlGaAs,
The quantum dot photodetector according to appendix 5, wherein the second cap layer is made of AlGaSb.
(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。
(Appendix 7)
The quantum dot type according to any one of appendices 1 to 6, wherein the first cap layer covers a region of the surface of the first intermediate layer where the quantum dots are not formed. Photo detector.
(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。
(Appendix 8)
Forming quantum dots on the first intermediate layer;
Forming a first cap layer that covers at least a portion of the side surface of the quantum dot that is in contact with the first intermediate layer;
Forming a second cap layer that covers at least a portion of the quantum dot that is not covered by the first cap layer;
Forming a second intermediate layer covering the quantum dots from above the first and second cap layers;
Have
As materials for the first intermediate layer, quantum dots, first cap layer, second cap layer, and second intermediate layer,
The difference in lattice constant between the first cap layer and the first intermediate layer is smaller than the difference in lattice constant between the first cap layer and the quantum dots;
The difference in lattice constant between the second cap layer and the first intermediate layer is larger than the difference in lattice constant between the second cap layer and the quantum dots. A method for producing a featured quantum dot photodetector.
(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。
(Appendix 9)
As materials for the first intermediate layer, the first cap layer, the second cap layer, and the second intermediate layer,
The quantum dot photodetector according to
(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。
(Appendix 10)
The method of manufacturing a quantum dot photodetector according to
(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。
(Appendix 11)
11. The method of manufacturing a quantum dot photodetector according to any one of
(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。
(Appendix 12)
As the material of the first and second intermediate layers, one kind of semiconductor selected from the group consisting of InAs, GaAs, AlAs, InP, GaP, AlP, InSb, GaSb, AlSb, InN, GaN, and AlN, or 12. The method for manufacturing a quantum dot photodetector according to any one of
(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。
(Appendix 13)
As the material of the quantum dot, InGaAs or InAlAs is used,
As the material of the first cap layer, AlGaAs is used,
The method of manufacturing a quantum dot photodetector according to appendix 12, wherein AlGaSb is used as a material of the second cap layer.
(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。
(Appendix 14)
The quantum according to any one of
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
1: Substrate 2:
Claims (6)
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。 A first intermediate layer;
Quantum dots formed on the first intermediate layer;
A first cap layer that covers at least a portion of the side surface of the quantum dot that is in contact with the first intermediate layer;
A second cap layer that covers at least a portion of the quantum dot that is not covered by the first cap layer;
A second intermediate layer covering the quantum dots from above the first and second cap layers;
Have
A difference in lattice constant between the first cap layer and the first intermediate layer is smaller than a difference in lattice constant between the first cap layer and the quantum dots;
The quantum constant difference between the second cap layer and the first intermediate layer is larger than the lattice constant difference between the second cap layer and the quantum dot. Dot-type photo detector.
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。 Forming quantum dots on the first intermediate layer;
Forming a first cap layer that covers at least a portion of the side surface of the quantum dot that is in contact with the first intermediate layer;
Forming a second cap layer that covers at least a portion of the quantum dot that is not covered by the first cap layer;
Forming a second intermediate layer covering the quantum dots from above the first and second cap layers;
Have
As materials for the first intermediate layer, quantum dots, first cap layer, second cap layer, and second intermediate layer,
The difference in lattice constant between the first cap layer and the first intermediate layer is smaller than the difference in lattice constant between the first cap layer and the quantum dots;
The difference in lattice constant between the second cap layer and the first intermediate layer is larger than the difference in lattice constant between the second cap layer and the quantum dots. A method for producing a featured quantum dot photodetector.
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。 As materials for the first intermediate layer, the first cap layer, the second cap layer, and the second intermediate layer,
5. The quantum dot photodetector according to claim 4, wherein the first and second cap layers have a potential with respect to electric charges larger than that of the first and second intermediate layers. Manufacturing method.
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