(57)【要約】【課題】中赤外線、遠赤外線を検出する受光層と積層可能な、近赤外線を検出するタイプＩＩ超格子構造であって、その吸収効率を向上させることができる超格子構造を備えた赤外線検出器を実現する。【解決手段】赤外線検出器は、基板１及びバッファ層２、又はバッファ層２と、バッファ層２の上方に形成された超格子構造１０と、超格子構造１０を挟む一対の電極１１，１２とを備えており、超格子構造１０は、ＩｎＡｓを含有する第１層と、ＡｌＳｂを含有する第２層と、第１層と第２層との少なくとも一方の界面に設けられ、基板又はバッファ層よりも格子定数が大きい第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板及びバッファ層、又は前記バッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された超格子構造と、
前記超格子構造を挟む一対の電極と
を備えており、
前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含有する第１層と、ＡｌＳｂを含有する第２層と、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられ、前記基板又は前記バッファ層よりも格子定数が大きい第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項２】
前記基板は、ＧａＳｂ基板又はＩｎＡｓ基板であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
【請求項３】
前記バッファ層は、前記基板と同じ材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線検出器。
【請求項４】
前記第３層は、少なくともＩｎＳｂを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
【請求項５】
超格子構造と、
前記超格子構造を挟む一対の電極と
を備えており、
前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含む第１層と、ＡｌＳｂを含む第２層と、少なくともＩｎＳｂを含有し、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられた第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項６】
前記第２層は、ＡｌＳｂ層と前記基板の格子定数より小さい第４層との少なくとも２層によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
【請求項７】
前記第２層は、ＡｌＳｂ層とＡｌＡｓＳｂ層との少なくとも２層によって構成されていることを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出器。
【請求項８】
前記第３層は、ＩｎＡｓＳｂ層、ＩｎＧａＳｂ層、及びＡｌＩｎＳｂ層からなる群から選ばれた１層、又は前記群から選ばれた２層以上によって構成されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
【請求項９】
前記第３層は、ＩｎＳｂ及びＧａＳｂの積層体であることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
【請求項１０】
複数の赤外線検出器と、
前記赤外線検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記赤外線検出器は、
基板及びバッファ層、又は前記バッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された超格子構造と、
前記超格子構造を挟む一対の電極と
を有し、
前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含有する第１層と、ＡｌＳｂを含有する第２層と、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられ、前記基板又は前記バッファ層よりも格子定数が大きい第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなることを特徴とする撮像素子。
【請求項１１】
複数の赤外線検出器と、
前記赤外線検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記赤外線検出器は、
超格子構造と、
前記超格子構造を挟む一対の電極と
を有し、
前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含む第１層と、ＡｌＳｂを含む第２層と、少なくともＩｎＳｂを含有し、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられた第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなることを特徴とする撮像素子。
【請求項１２】
赤外線センサ部と、
前記赤外線センサ部を制御する制御部と、
撮像された赤外線画像を表示する表示部と
を備えており、
前記赤外線センサ部は、
赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子を冷却する冷却部と、
前記赤外線撮像素子に赤外線を入射させるためのレンズと
を備えており、
前記赤外線撮像素子は、
複数の赤外線検出器と、
前記赤外線検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記赤外線検出器は、
基板及びバッファ層、又は前記バッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された超格子構造と、
前記超格子構造を挟む一対の電極と
を備えており、
前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含有する第１層と、ＡｌＳｂを含有する第２層と、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられ、前記基板又は前記バッファ層よりも格子定数が大きい第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなることを特徴とする撮像システム。
【請求項１３】
赤外線センサ部と、
前記赤外線センサ部を制御する制御部と、
撮像された赤外線画像を表示する表示部と
を備えており、
前記赤外線センサ部は、
赤外線撮像素子と、
前記赤外線撮像素子を冷却する冷却部と、
前記赤外線撮像素子に赤外線を入射させるためのレンズと
を備えており、
前記赤外線撮像素子は、
複数の赤外線検出器と、
前記赤外線検出器を駆動する駆動部と
を備えており、
前記赤外線検出器は、
超格子構造と、
前記超格子構造を挟む一対の電極と
を備えており、
前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含む第１層と、ＡｌＳｂを含む第２層と、少なくともＩｎＳｂを含有し、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられた第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなることを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出器、撮像素子、及び撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、いわゆるタイプＩＩ超格子を用いた赤外線検出器が盛んに研究されている。特に、次世代の赤外線検出器として、同一画素において中赤外線（波長３μｍ〜５μｍ）、遠赤外線（波長８μｍ〜１２μｍ）を検出する受光層と積層可能な、近赤外線（０．７５〜２．５μｍ）を検出することができる受光層を有する赤外線検出器が注目されている。近赤外線を検出する赤外線検出器の受光層として、ＩｎＰ基板上にＧａＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓが繰り返し積層された超格子構造（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ超格子構造）が提案されている（特許文献１を参照）。また、ＧａＳｂ基板上にＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、及びＡｌＳｂが繰り返し積層された超格子構造（ＩｎＡｓ，ＧａＳｂ及びＡｌＳｂ超格子構造）が提案されている（非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８２３４８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett., vol. 100, pp. 211101（2012）.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
中赤外線や遠赤外線を検出するタイプＩＩ超格子構造は、多くの場合、ＧａＳｂ基板上にＧａＳｂ基板に格子整合するように形成される。ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ超格子構造はＧａＳｂ基板と格子整合しないため、同一画素に形成することが難しい。また、特許文献１では、暗電流を小さくするために、キャリアの有効質量を大きくしている。このため、波動関数が井戸層の外に染み出し難くなり、電子と正孔の波動関数の重なりが減少し、吸収効率が低下するという問題がある。
【０００６】
一方、ＩｎＡｓ，ＧａＳｂ及びＡｌＳｂ超格子構造は、ＧａＳｂ基板と格子整合するが、近赤外領域の長波長側の光を検出できるようにするためには、ＩｎＡｓの膜厚を厚くする必要がある。このため、ＩｎＡｓ中に閉じ込められた電子の波動関数と、ＧａＳｂ中に閉じ込められた正孔の波動関数との重なりが減少し、吸収効率が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、赤外線の吸収効率を向上させることができる超格子構造を備えた赤外線検出器、撮像素子、及び撮像システム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】
【０００８】
一つの態様では、赤外線検出器は、基板及びバッファ層、又は前記バッファ層と、前記バッファ層の上方に形成された超格子構造と、前記超格子構造を挟む一対の電極とを備えており、前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含有する第１層と、ＡｌＳｂを含有する第２層と、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられ、前記基板又は前記バッファ層よりも格子定数が大きい第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなる。
【０００９】
一つの態様では、赤外線検出器は、超格子構造と、前記超格子構造を挟む一対の電極とを備えており、前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含む第１層と、ＡｌＳｂを含む第２層と、少なくともＩｎＳｂを含有し、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられた第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなる。
【００１０】
一つの態様では、撮像素子は、複数の赤外線検出器と、前記赤外線検出器を駆動する駆動部とを備えており、前記赤外線検出器は、基板及びバッファ層、又は前記バッファ層と、前記バッファ層の上方に形成された超格子構造と、前記超格子構造を挟む一対の電極とを有し、前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含有する第１層と、ＡｌＳｂを含有する第２層と、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられ、前記基板又は前記バッファ層よりも格子定数が大きい第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなる。
【００１１】
一つの態様では、撮像素子は、複数の赤外線検出器と、前記赤外線検出器を駆動する駆動部とを備えており、前記赤外線検出器は、超格子構造と、前記超格子構造を挟む一対の電極とを有し、前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含む第１層と、ＡｌＳｂを含む第２層と、少なくともＩｎＳｂを含有し、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられた第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなる。
【００１２】
一つの態様では、撮像システムは、赤外線センサ部と、前記赤外線センサ部を制御する制御部と、撮像された赤外線画像を表示する表示部とを備えており、前記赤外線センサ部は、赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子を冷却する冷却部と、前記赤外線撮像素子に赤外線を入射させるためのレンズとを備えており、前記赤外線撮像素子は、複数の赤外線検出器と、前記赤外線検出器を駆動する駆動部とを備えており、前記赤外線検出器は、基板及びバッファ層、又は前記バッファ層と、前記バッファ層の上方に形成された超格子構造と、前記超格子構造を挟む一対の電極とを有し、前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含有する第１層と、ＡｌＳｂを含有する第２層と、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられ、前記基板又は前記バッファ層よりも格子定数が大きい第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなる。
【００１３】
一つの態様では、撮像システムは、赤外線センサ部と、前記赤外線センサ部を制御する制御部と、撮像された赤外線画像を表示する表示部とを備えており、前記赤外線センサ部は、赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子を冷却する冷却部と、前記赤外線撮像素子に赤外線を入射させるためのレンズとを備えており、前記赤外線撮像素子は、複数の赤外線検出器と、前記赤外線検出器を駆動する駆動部とを備えており、前記赤外線検出器は、超格子構造と、前記超格子構造を挟む一対の電極とを有し、前記超格子構造は、ＩｎＡｓを含む第１層と、ＡｌＳｂを含む第２層と、少なくともＩｎＳｂを含有し、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の界面に設けられた第３層とを有する単位構造が繰り返し積層されてなる。
【発明の効果】
【００１４】
一つの側面では、赤外線の吸収効率を向上させることができる超格子構造を備えた赤外線検出器が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】図１に引き続き、第１の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、第１の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続き、第１の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第１の実施形態による赤外線検出器の他の例を示す概略断面図である。
【図６】第１の実施形態による赤外線検出器における超格子構造のエネルギー状態について、比較例との比較に基づいて示す特性図である。
【図７】第２の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図８】図７に引き続き、第２の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図９】図８に引き続き、第２の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１０】図９に引き続き、第２の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１１】第２の実施形態による赤外線検出器の他の例を示す概略断面図である。
【図１２】図１に引き続き、第３の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１３】図１２に引き続き、第３の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１４】図１３に引き続き、第３の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図１５】第３の実施形態による赤外線検出器の他の例を示す概略断面図である。
【図１６】第４の実施形態による赤外線撮像素子の概略構成を示す斜視図である。
【図１７】第４の実施形態による赤外線撮像素子の一部を拡大して示す概略断面図である。
【図１８】第５の実施形態による赤外線撮像システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について説明する。本実施形態では、赤外線検出器を開示し、その構成について製造方法と共に説明する。
図１〜図４は、第１の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００１７】
図１（ａ）〜図３（ｂ）において、各層は、例えば分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）を用いたエピタキシャル成長法により形成される。その他、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）等を用いても良い。
【００１８】
先ず、図１（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＳｂ基板１上にバッファ層２を形成する。
詳細には、基板として例えばｎ型ＧａＳｂ基板１を用意し、ｎ型ＧａＳｂ基板１をＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。準備室において、ｎ型ＧａＳｂ基板１を脱ガス処理する。その後、ｎ型ＧａＳｂ基板１を超高真空に保持された成長室へ搬送する。成長室へ搬送されたｎ型ＧａＳｂ基板１を、例えばＳｂ雰囲気下で加熱処理し、基板表面の酸化膜を除去する。酸化膜が除去されたｎ型ＧａＳｂ基板１の表面上に、例えばｎ型ＧａＳｂ基板１と同じ材料であるＧａＳｂを、例えば基板温度５００℃で１００ｎｍ程度の厚みに成長する。このＧａＳｂを形成することにより、ｎ型ＧａＳｂ基板１の表面の平坦性が向上する。以上により、ｎ型ＧａＳｂ基板１上にバッファ層２が形成される。
【００１９】
基板としては、ＧａＳｂ基板以外に、例えばＩｎＡｓ基板を用いても良い。この場合においても、後述する第３層の材料の格子定数は、基板のＩｎＡｓの格子定数よりも大きいものである。
【００２０】
続いて、図１（ｂ）に示すように、バッファ層２上にエッチングストッパ層３を形成する。
詳細には、バッファ層２上に例えばＩｎＡｓＳｂを３００ｎｍ程度の厚みに成長する。この場合、ＩｎＡｓＳｂの混晶組成は、バッファ層２のＧａＳｂに格子整合するように設定することが好ましい。ここでは、例えばＩｎＡｓ0.91Ｓｂ0.09である。以上により、バッファ層２上にエッチングストッパ層３が形成される。なお、エッチングストッパ層３を形成しない場合もある。
【００２１】
続いて、図１（ｃ）に示すように、エッチングストッパ層３上に下部電極層４を形成する。
詳細には、エッチングストッパ層３上に、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が１×１０18ｃｍ-3程度のｐ型ＧａＳｂを１５００ｎｍ程度の厚みに成長する。以上により、エッチングストッパ層３上に下部電極層４が形成される。
【００２２】
続いて、図２（ａ）に示すように、下部電極層４上にｐ型超格子５を形成する。
詳細には、先ず、ＡｌＳｂを含有する材料、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＡｌＳｂを５原子層成長し、第２層を形成する。次いで、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、例えばＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。次いで、同様にして、例えばＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。以上のようにして形成される第２層、第３層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第１単位構造５ａ（図２（ａ）中、左上に拡大して示す）として、例えば８０回繰り返し成長する。以上により、下部電極層４上にｐ型超格子５が形成される。
【００２３】
続いて、図２（ｂ）に示すように、ｐ型超格子５上にｉ型超格子６を形成する。
詳細には、先ず、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを５原子層成長し、第２層を形成する。次いで、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、例えばＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。次いで、同様にして、例えばＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。第１層、第２層、及び第３層はいずれもアンドープで形成する。以上のようにして形成される第２層、第３層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第２単位構造６ａ（図２（ｂ）中、左上に拡大して示す）として、例えば３００回繰り返し成長する。以上により、ｐ型超格子５上にｉ型超格子６が形成される。
【００２４】
続いて、図３（ａ）に示すように、ｉ型超格子６上にｎ型超格子７を形成する。
詳細には、先ず、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを５原子層成長し、第２層を形成する。次いで、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、ｎ型不純物として例えばＳｉをドーピングした電子濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｎ型ＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。ｎ型不純物としては、Ｓｉの代わりにＴｅを用いても良い。次いで、同様にして、例えばＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。以上のようにして形成される第２層、第３層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第３単位構造７ａ（図３（ａ）中、左上に拡大して示す）として、例えば８０回繰り返し成長する。以上により、ｉ型超格子６上にｎ型超格子７が形成される。
【００２５】
以上のように、ｐ型超格子５、ｉ型超格子６、及びｎ型超格子７が積層されて、超格子構造１０が形成される。ここでは、超格子構造１０として所謂ｐｉｎ構造のものを例示したが、ｉ型超格子の部分をｎ型又はｐ型のものとしても良い。また、超格子構造１０において適宜、暗電流を抑制するためのバリア層が挿入されていても良い。
【００２６】
超格子構造１０では、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きいＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂからなる第３層を、ＩｎＡｓからなる第１層に隣接（接触）するように配置する。この構成により、ＩｎＡｓからなる第１層に歪を加えることが可能となる。
【００２７】
超格子構造１０において、ｐ型超格子５、ｉ型超格子６、及びｎ型超格子７の第２層の材料としては、ＡｌＡｓbＳｂ1-b（０≦ｂ＜１）を用いても良い。
また、ｐ型超格子５、ｉ型超格子６、及びｎ型超格子７の第３層としては、基板材料よりも格子定数が大きい材料であれば良い。そのため、ＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）の代わりに、ＩｎＡｓcＳｂ1-c（０≦ｃ＜０．９１）、ＩｎdＡｌ1-dＳｂ（０＜ｄ≦１）を用いても良い。また、これらの３種から選ばれた２種、或いは３種全てを積層して第３層を形成するようにしても良い。また、第３層として、ＩｎＳｂ及びＧａＳｂからなる積層体を形成するようにしても良い。
本実施形態では、第３層は、第２層上で第１層を挟むように第１層の上下の界面にそれぞれ配置されているが、いずれか一方の界面のみに配置するようにしても良い。即ち第３層は、第１層及び第２層の少なくとも一方の界面に配置される。
【００２８】
続いて、図３（ｂ）に示すように、超格子構造１０上に上部電極層８を形成する。
詳細には、超格子構造１０上に、ｎ型不純物として例えばＳｉをドーピングした電子濃度が１×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＩｎＡｓを３０ｎｍ程度の厚みに成長する。ｎ型不純物としては、Ｓｉの代わりにＴｅを用いても良い。以上により、超格子構造１０上に上部電極層８が形成される。
【００２９】
続いて、図４に示すように、所定のエッチング、絶縁膜９、及び電極１１，１２を形成する。
詳細には、先ず、レジストマスク等を用いたエッチングにより、上部電極層８から下部電極層４の表面が露出するまで選択的にエッチングする。ここで、下部電極層４と超格子構造１０との間に所定のエッチングストッパ層を形成しておき、上記の選択的エッチングの際にエッチングストッパとして用いるようにしても良い。
【００３０】
次いで、全面を覆うように、例えばＣＶＤ法により例えばＳｉＮを堆積し、絶縁膜９を形成する。次いで、エッチングにより、下部電極層４上及び上部電極層８上の絶縁膜９の一部を開口して、下部電極層４の表面の一部及び上部電極層８の表面の一部を露出させる。当該開口を埋め込むように、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを堆積し、電極１１，１２を形成する。
以上により、本実施形態による赤外線検出器を得ることができる。
【００３１】
ここで、赤外線検出器では裏面（下部電極層側）から光入射する構成を採るため、図５に示すように、ｎ型ＧａＳｂ基板１及びバッファ層２の一部、又は全てを除去するようにしても良い。ｎ型ＧａＳｂ基板１の一部を除去する例を（ａ）に、ｎ型ＧａＳｂ基板１の全て及びバッファ層２の一部を除去する例を（ｂ）に、ｎ型ＧａＳｂ基板１及びバッファ層２の全てを除去する例を（ｃ）にそれぞれ示す。これらの除去は、ウェットエッチング又は研磨等により行われる。当該除去工程を行った場合には、そのときに本実施形態による赤外線検出器を得る。
【００３２】
図６は、第１の実施形態による赤外線検出器における超格子構造のエネルギー状態について、比較例との比較に基づいて示す特性図であり、（ａ）が比較例、（ｂ）が本実施形態に対応する。比較例の赤外線検出器では、ＧａＳｂ基板上にＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、及びＡｌＳｂが繰り返し積層された超格子構造が形成されている。
【００３３】
比較例では、超格子構造を構成するＧａＳｂからなる第３層が基板材料であるＧａＳｂと同じ材料であるため、ＩｎＡｓからなる第１層には歪が殆ど導入されていない。
これに対して本実施形態では、超格子構造を構成する第３層がＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎＧａＳｂからなる。本実施形態の第３層は、基板材料（又はバッファ層の材料）であるＧａＳｂよりも格子定数が大きい材料であるため、ＩｎＡｓを含有する第１層に引っ張り歪が生じ、第１層の伝導帯下端のエネルギーが下がる。即ち、第１層に閉じ込められる電子のエネルギー準位が低下する。その結果、超格子構造のエネルギーギャップが小さくなり、受光可能な光の波長を長波長化し、近赤外領域の長波長側を検出することがすることができる。従って、第１層の膜厚を薄くすることができるため、電子の波動関数と正孔の波動関数との重なりが増加し、吸収効率の向上が達成される。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、赤外線の吸収効率を向上させることができる超格子構造１０を備えた赤外線検出器が実現する。
【００３５】
［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に赤外線検出器を開示し、その構成について製造方法と共に説明するが、基板の材料及び超格子構造の構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。
図７〜図１０は、第２の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００３６】
図７（ａ）〜図９（ｂ）において、各層は、例えばＭＢＥを用いたエピタキシャル成長法により形成される。その他、ＭＯＣＶＤ等を用いても良い。
【００３７】
先ず、図７（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１上にバッファ層２２を形成する。
詳細には、基板として例えばｎ型ＩｎＡｓ基板２１を用意し、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１をＭＢＥ装置の基板導入室の中に導入する。準備室において、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１を脱ガス処理する。その後、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１を超高真空に保持された成長室へ搬送する。成長室へ搬送されたｎ型ＩｎＡｓ基板２１を、例えばＡｓ雰囲気下で加熱処理し、基板表面の酸化膜を除去する。酸化膜が除去されたｎ型ＩｎＡｓ基板２１の表面上に、例えばｎ型ＩｎＡｓ基板２１と同じ材料であるＩｎＡｓを、例えば基板温度５００℃で１００ｎｍ程度の厚みに成長する。このＩｎＡｓを形成することにより、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１の表面の平坦性が向上する。以上により、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１上にバッファ層２２が形成される。
【００３８】
基板としては、ＩｎＡｓ基板以外に、例えばＧａＳｂ基板を用いても良い。この場合においても、後述する第３層の材料の格子定数は、基板のＧａＳｂの格子定数よりも大きいものである。
【００３９】
続いて、図７（ｂ）に示すように、バッファ層２１上にエッチングストッパ層２３を形成する。
詳細には、バッファ層２２上に例えばＡｌＧａＳｂを３００ｎｍ程度の厚みに成長する。ここでは、例えばＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｓｂである。以上により、バッファ層２２上にエッチングストッパ層２３が形成される。なお、エッチングストッパ層２３を形成しない場合もある。
【００４０】
続いて、図７（ｃ）に示すように、エッチングストッパ層２３上に下部電極層２４を形成する。
詳細には、エッチングストッパ層２３上に、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が１×１０18ｃｍ-3程度のｐ型ＩｎＡｓを１５００ｎｍ程度の厚みに成長する。以上により、エッチングストッパ層２３上に下部電極層２４が形成される。
【００４１】
続いて、図８（ａ）に示すように、下部電極層２４上にｐ型超格子２５を形成する。
詳細には、先ず、ＡｌＳｂを含有する材料、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＡｌＳｂを５原子層成長し、第２層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、例えばＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。次いで、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１（又はバッファ層２２のＩｎＡｓ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。以上のようにして形成される第２層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第１単位構造２５ａ（図８（ａ）中、左上に拡大して示す）として、例えば３０回繰り返し成長する。以上により、下部電極層２４上にｐ型超格子２５が形成される。
【００４２】
続いて、図８（ｂ）に示すように、ｐ型超格子２５上にｉ型超格子２６を形成する。
詳細には、先ず、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを５原子層成長し、第２層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、例えばＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。次いで、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１（又はバッファ層２２のＩｎＡｓ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。第１層、第２層、及び第３層はいずれもアンドープで形成する。以上のようにして形成される第２層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第２単位構造２６ａ（図８（ｂ）中、左上に拡大して示す）として、例えば１００回繰り返し成長する。以上により、ｐ型超格子２５上にｉ型超格子２６が形成される。
【００４３】
続いて、図９（ａ）に示すように、ｉ型超格子２６上にｎ型超格子２７を形成する。
詳細には、先ず、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを５原子層成長し、第２層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、ｎ型不純物としてＳｉをドーピングした電子濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｎ型ＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成するｎ型不純物としては、Ｓｉの代わりにＴｅを用いても良い。次いで、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１（又はバッファ層２２のＩｎＡｓ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。以上のようにして形成される第２層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第３単位構造２７ａ（図９（ａ）中、左上に拡大して示す）として、例えば３０回繰り返し成長する。以上により、ｉ型超格子２６上にｎ型超格子２７が形成される。
【００４４】
以上のように、ｐ型超格子２５、ｉ型超格子２６、及びｎ型超格子２７が積層されて、超格子構造２０が形成される。ここでは、超格子構造２０として所謂ｐｉｎ構造のものを例示したが、ｉ型超格子の部分をｎ型又はｐ型のものとしても良い。また、超格子構造２０において適宜、暗電流を抑制するためのバリア層が挿入されていても良い。
【００４５】
超格子構造２０では、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１（又はバッファ層２２のＩｎＡｓ）よりも格子定数の大きいＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｓｂからなる第３層を、ＩｎＡｓからなる第１層に隣接（接触）するように配置する。この構成により、ＩｎＡｓからなる第１層に歪を加えることが可能となる。
【００４６】
超格子構造２０において、ｐ型超格子２５、ｉ型超格子２６、及びｎ型超格子２７の第２層の材料としては、ＡｌＡｓbＳｂ1-b（０≦ｂ＜１）を用いても良い。
また、ｐ型超格子２５、ｉ型超格子２６、及びｎ型超格子２７の第３層としては、基板材料よりも格子定数が大きい材料であれば良い。そのため、ＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）の代わりに、ＩｎＡｓcＳｂ1-c（０≦ｃ＜１）、ＩｎdＡｌ1-dＳｂ（０＜ｄ≦１）を用いても良い。また、これらの３種から選ばれた２種、或いは３種全てを積層して第３層を形成するようにしても良い。また、第３層として、ＩｎＳｂ及びＧａＳｂからなる積層体を形成するようにしても良い。
【００４７】
続いて、図９（ｂ）に示すように、超格子構造２０上に上部電極層２８を形成する。
詳細には、超格子構造２０上に、ｎ型不純物として例えばＳｉをドーピングした電子濃度が１×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＩｎＡｓを３０ｎｍ程度の厚みに成長する。ｎ型不純物としては、Ｓｉの代わりにＴｅを用いても良い。以上により、超格子構造２０上に上部電極層２８が形成される。
【００４８】
続いて、図１０に示すように、所定のエッチング、絶縁膜９、及び電極１１，１２を形成する。
詳細には、先ず、レジストマスク等を用いたエッチングにより、上部電極層２８から下部電極層２４の表面が露出するまで選択的にエッチングする。ここで、下部電極層２４と超格子構造２０との間に所定のエッチングストッパ層を形成しておき、上記の選択的エッチングの際にエッチングストッパとして用いるようにしても良い。
【００４９】
次いで、全面を覆うように、例えばＣＶＤ法により例えばＳｉＮを堆積し、絶縁膜９を形成する。次いで、エッチングにより、下部電極層２４上及び上部電極層２８上の絶縁膜９の一部を開口して、下部電極層２４の表面の一部及び上部電極層２８の表面の一部を露出させる。当該開口を埋め込むように、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを堆積し、電極１１，１２を形成する。
以上により、本実施形態による赤外線検出器を得ることができる。
【００５０】
ここで、赤外線検出器では裏面（下部電極層側）から光入射する構成を採るため、図１１に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１及びバッファ層２２の一部、又は全てを除去するようにしても良い。ｎ型ＩｎＡｓ基板２１の一部を除去する例を（ａ）に、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１の全て及びバッファ層２２の一部を除去する例を（ｂ）に、ｎ型ＩｎＡｓ基板２１及びバッファ層２２の全てを除去する例を（ｃ）にそれぞれ示す。これらの除去は、ウェットエッチング又は研磨等により行われる。当該除去工程を行った場合には、そのときに本実施形態による赤外線検出器を得る。
【００５１】
本実施形態では、超格子構造を構成する第３層がＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎＧａＳｂからなる。本実施形態の第３層は、基板材料（又はバッファ層の材料）であるＩｎＡｓよりも格子定数が大きい材料であるため、ＩｎＡｓを含有する第１層に引っ張り歪が生じ、第１層の伝導帯下端のエネルギーが下がる。即ち、第１層に閉じ込められる電子のエネルギー準位が低下する。その結果、超格子構造のエネルギーギャップが小さくなり、受光可能な光の波長を長波長化し、近赤外領域の長波長側を検出することがすることができる。従って、第１層の膜厚を薄くすることができるため、電子の波動関数と正孔の波動関数との重なりが増加し、吸収効率の向上が達成される。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、赤外線の吸収効率を向上させることができる超格子構造２０を備えた赤外線検出器が実現する。
【００５３】
［第３の実施形態］
以下、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に赤外線検出器を開示し、その構成について製造方法と共に説明するが、超格子構造の構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。
図１２〜図１４は、第３の実施形態による赤外線検出器の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００５４】
図１２（ａ）〜図１３（ｂ）において、各層は、例えばＭＢＥを用いたエピタキシャル成長法により形成される。その他、ＭＯＣＶＤ等を用いても良い。
【００５５】
先ず、第１の実施形態と同様に、図１（ａ）〜（ｃ）の各工程を順次行う。
【００５６】
続いて、図１２（ａ）に示すように、下部電極層４上にｐ型超格子３１を形成する。
詳細には、先ず第２層を形成する。ＡｌＳｂを含有する材料、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＡｌＳｂを２原子層成長する。ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の小さい材料である例えばＡｌＡｓＳｂを含有する材料、ここではＡｌＡｓeＳｂ1-e（０＜ｅ≦１）、具体的にはＡｌＡｓ0.16Ｓｂ0.84を５原子層成長し、第４層を形成する。再び、ＡｌＳｂを含有する材料、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＡｌＳｂを２原子層成長する。以上により、ｐ型ＡｌＳｂで第４層を挟持してなる第２層が形成される。
【００５７】
次いで、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、例えばＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。次いで、同様にして、例えばＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。以上のようにして形成される第２層（第４層を含む）、第３層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第１単位構造３１ａ（図１２（ａ）中、左上に拡大して示す）として、例えば８０回繰り返し成長する。以上により、下部電極層４上にｐ型超格子３１が形成される。
【００５８】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、ｐ型超格子３１上にｉ型超格子３２を形成する。
詳細には、先ず第２層を形成する。ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを２原子層成長する。ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の小さい材料である例えばＡｌＡｓＳｂを含有する材料、ここではＡｌＡｓeＳｂ1-e（０＜ｅ≦１）、具体的にはＡｌＡｓ0.16Ｓｂ0.84を５原子層成長し、第４層を形成する。再び、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを２原子層成長する。以上により、ＡｌＳｂで第４層を挟持してなる第２層が形成される。
【００５９】
次いで、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、例えばＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。次いで、同様にして、例えばＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。第１層、第２層、及び第３層はいずれもアンドープで形成する。以上のようにして形成される第２層（第４層を含む）、第３層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第２単位構造３２ａ（図１２（ｂ）中、左上に拡大して示す）として、例えば３００回繰り返し成長する。以上により、ｐ型超格子３１上にｉ型超格子３２が形成される。
【００６０】
続いて、図１３（ａ）に示すように、ｉ型超格子３２上にｎ型超格子３３を形成する。
詳細には、先ず第２層を形成する。ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを２原子層成長する。ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の小さい材料である例えばＡｌＡｓＳｂを含有する材料、ここではＡｌＡｓeＳｂ1-e（０＜ｅ≦１）、具体的にはＡｌＡｓ0.16Ｓｂ0.84を５原子層成長し、第４層を形成する。再び、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを２原子層成長する。以上により、ＡｌＳｂで第４層を挟持してなる第２層が形成される。
【００６１】
次いで、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きい材料である例えばＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）、具体的にはＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。次いで、ＩｎＡｓを含有する材料、ｎ型不純物として例えばＳｉをドーピングした電子濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｎ型ＩｎＡｓを６原子層成長し、第１層を形成する。ｎ型不純物としては、Ｓｉの代わりにＴｅを用いても良い。次いで、同様にして、例えばＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂを１原子層成長し、第３層を形成する。以上のようにして形成される第２層（第４層を含む）、第３層、第１層、及び第３層が順に積層されてなる積層体を第３単位構造３３ａ（図１３（ａ）中、左上に拡大して示す）として、例えば８０回繰り返し成長する。以上により、ｉ型超格子３２上にｎ型超格子３３が形成される。
【００６２】
以上のように、ｐ型超格子３１、ｉ型超格子３２、及びｎ型超格子３３が積層されて、超格子構造３０が形成される。本実施形態において、第４層は、基板の格子定数より小さければ、ＡｌＡｓeＳｂ1-e（０＜ｅ≦１）で、単位構造の平均組成が基板と格子整合するように、平均組成を適宜変更しても良い。また、第４層はＡｌＳｂと積層されていれば良く、ＡｌＳｂ中の位置は問わない。
【００６３】
また、超格子構造３０として所謂ｐｉｎ構造のものを例示したが、ｉ型超格子の部分をｎ型又はｐ型のものとしても良い。また、超格子構造３０において適宜、暗電流を抑制するためのバリア層が挿入されていても良い。
【００６４】
超格子構造３０では、ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の大きいＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｓｂからなる第３層を、ＩｎＡｓからなる第１層に隣接（接触）するように配置する。この構成により、ＩｎＡｓからなる第１層に歪を加えることが可能となる。
【００６５】
また、第２層にｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）の格子定数より小さいＡｌＡｓ0.16Ｓｂ0.84が含まれているため、超格子構造３０の単位構造の平均格子定数をｎ型ＧａＳｂ基板１基板と格子整合させることが可能である。これにより、吸収効率を向上させるために、超格子構造３０の膜厚を厚くした場合でも、転位等の発生が抑制され、結晶品質の良い赤外線検出器が得られる。
【００６６】
超格子構造３０において、ｐ型超格子３１、ｉ型超格子３２、及びｎ型超格子３３の第３層としては、基板材料よりも格子定数が大きい材料であれば良い。そのため、ＩｎaＧａ1-aＳｂ（０＜ａ≦１）の代わりに、ＩｎＡｓcＳｂ1-c（０≦ｃ＜０．９１）、ＩｎdＡｌ1-dＳｂ（０＜ｄ≦１）を用いても良い。また、これらの３種から選ばれた２種、或いは３種全てを積層して第３層を形成するようにしても良い。また、第３層として、ＩｎＳｂ及びＧａＳｂからなる積層体を形成するようにしても良い。
本実施形態では、第３層は、第２層上で第１層を挟むように第１層の上下の界面にそれぞれ配置されているが、いずれか一方の界面のみに配置するようにしても良い。即ち第３層は、第１層及び第２層の少なくとも一方の界面に配置される。
【００６７】
続いて、図１３（ｂ）に示すように、超格子構造３０上に上部電極層８を形成する。
詳細には、超格子構造３０上に、ｎ型不純物として例えばＳｉをドーピングした電子濃度が１×１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＩｎＡｓを３０ｎｍ程度の厚みに成長する。ｎ型不純物としては、Ｓｉの代わりにＴｅを用いても良い。以上により、超格子構造３０上に上部電極層８が形成される。
【００６８】
続いて、図１４に示すように、所定のエッチング、絶縁膜９、及び電極１１，１２を形成する。
詳細には、先ず、レジストマスク等を用いたエッチングにより、上部電極層８から下部電極層４の表面が露出するまで選択的にエッチングする。ここで、下部電極層４と超格子構造３０との間に所定のエッチングストッパ層を形成しておき、上記の選択的エッチングの際にエッチングストッパとして用いるようにしても良い。
【００６９】
次いで、全面を覆うように、例えばＣＶＤ法により例えばＳｉＮを堆積し、絶縁膜９を形成する。次いで、エッチングにより、下部電極層４上及び上部電極層８上の絶縁膜９の一部を開口して、下部電極層４の表面の一部及び上部電極層８の表面の一部を露出させる。当該開口を埋め込むように、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを堆積し、電極１１，１２を形成する。
以上により、本実施形態による赤外線検出器を得ることができる。
【００７０】
ここで、赤外線検出器では裏面（下部電極層側）から光入射する構成を採るため、図１５に示すように、ｎ型ＧａＳｂ基板１及びバッファ層２の一部、又は全てを除去するようにしても良い。ｎ型ＧａＳｂ基板１の一部を除去する例を（ａ）に、ｎ型ＧａＳｂ基板１の全て及びバッファ層２の一部を除去する例を（ｂ）に、ｎ型ＧａＳｂ基板１及びバッファ層２の全てを除去する例を（ｃ）にそれぞれ示す。これらの除去は、ウェットエッチング又は研磨等により行われる。当該除去工程を行った場合には、そのときに本実施形態による赤外線検出器を得る。
【００７１】
本実施形態では、超格子構造を構成する第３層がＩｎＳｂを含有する材料、ここではＩｎＧａＳｂからなる。本実施形態の第３層は、基板材料（又はバッファ層の材料）であるＧａＳｂよりも格子定数が大きい材料であるため、ＩｎＡｓを含有する第１層に引っ張り歪が生じ、第１層の伝導帯下端のエネルギーが下がる。即ち、第１層に閉じ込められる電子のエネルギー準位が低下する。その結果、超格子構造のエネルギーギャップが小さくなり、受光可能な光の波長を長波長化し、近赤外領域の長波長側を検出することがすることができる。従って、第１層の膜厚を薄くすることができるため、電子の波動関数と正孔の波動関数との重なりが増加し、吸収効率の向上が達成される。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態によれば、赤外線の吸収効率を向上させることができる超格子構造３０を備えた赤外線検出器が実現する。
【００７３】
なお、上述した第２の実施形態において、その超格子構造２０の第２層に第３の実施形態の超格子構造３０の第２層を適用しても良い。
この場合、超格子構造２０を構成するｐ型超格子２５において、第２層を以下のように形成する。即ち、ＡｌＳｂを含有する材料、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＡｌＳｂを２原子層成長する。ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の小さい材料である例えばＡｌＡｓＳｂを含有する材料、ここではＡｌＡｓeＳｂ1-e（０＜ｅ≦１）、具体的にはＡｌＡｓ0.16Ｓｂ0.84を５原子層成長し、第４層を形成する。再び、ＡｌＳｂを含有する材料、ｐ型不純物として例えばＢｅをドーピングした正孔濃度が５×１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＡｌＳｂを２原子層成長する。以上により、ｐ型ＡｌＳｂで第４層を挟持してなる第２層が形成される。
【００７４】
超格子構造２０を構成するｉ型超格子２６及びｎ型超格子２７の夫々において、第２層を以下のように形成する。即ち、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを２原子層成長する。ｎ型ＧａＳｂ基板１（又はバッファ層２のＧａＳｂ）よりも格子定数の小さい材料である例えばＡｌＡｓＳｂを含有する材料、ここではＡｌＡｓeＳｂ1-e（０＜ｅ≦１）、具体的にはＡｌＡｓ0.16Ｓｂ0.84を５原子層成長し、第４層を形成する。再び、ＡｌＳｂを含有する材料、例えばＡｌＳｂを２原子層成長する。以上により、ＡｌＳｂで第４層を挟持してなる第２層が形成される。
【００７５】
［第４の実施形態］
以下、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第３の実施形態から選ばれた１種の赤外線検出器を備えた赤外線撮像素子を開示する。
【００７６】
図１６は、第４の実施形態による赤外線撮像素子の概略構成を示す斜視図である。図１７は、第４の実施形態による赤外線撮像素子の一部を拡大して示す概略断面図である。
この赤外線撮像素子は、赤外線撮像パネル４１及び駆動回路４２を備えており、赤外線撮像パネル４１と駆動回路４２とがバンプ４３により電気的に接続されている。
【００７７】
赤外線撮像パネル４１は、第１〜第３の実施形態から選ばれた１種の赤外線検出器、ここでは例えば第１の実施形態による赤外線検出器４０が複数マトリクス状に平面配置されている。各赤外線検出器４０が画素となる。赤外線撮像パネル４１では、各赤外線検出器４０において、ｎ型ＧａＳｂ基板１、バッファ層２、エッチングストッパ層３、下部電極層４、及び電極１１が共通とされている。上述のように、ｎ型ＧａＳｂ基板１の一部、ｎ型ＧａＳｂ基板１の全部及びバッファ層２の一部、又はｎ型ＧａＳｂ基板１及びバッファ層２の全部は、除去される場合がある。各赤外線検出器４０の絶縁膜９上には表面電極４４が形成されており、各表面電極４４上にバンプ４３が形成されている。バンプ４３の一部は各赤外線検出器４０の共通電極４３ａとされている。各表面電極４４は、一端で電極１１又は電極１２と電気的に接続されている。
【００７８】
駆動回路４２は、各赤外線検出器４０の駆動部であり、複数のトランジスタ４５と、電源電圧ＶAを印加する電源線４６とを有している。各トランジスタ４５は、バンプ４３と電気的に接続されており、電源線４６は、共通電極４３ａと電気的に接続されている。電源電圧ＶAを印加することにより、各赤外線検出器４０に出力電流が流れる。
【００７９】
本実施形態によれば、赤外線の吸収効率を向上させることができる超格子構造を有する赤外線検出器４０を備えた信頼性の高い赤外線撮像素子が実現する。
【００８０】
［第５の実施形態］
以下、第５の実施形態について説明する。本実施形態では、第５の実施形態による赤外線撮像素子を備えた赤外線撮像システムを開示する。
【００８１】
図１８は、第５の実施形態による赤外線撮像システムの概略構成を示す模式図である。
この赤外線撮像システムは、センサ部５１、制御演算部５２、及び表示部５３を備えている。
【００８２】
センサ部５１は、入射光を集光するレンズ５４と、第４の実施形態による赤外線撮像素子５０と、赤外線撮像素子５０を冷却するための冷却部５５とを備えている。制御演算部５２は、赤外線撮像素子５０の駆動回路４２を制御するものである。表示部５３は、制御演算部５２から送信された撮像信号に基づいて、赤外線撮像素子５０で撮像された赤外線画像を表示する。
【００８３】
本実施形態によれば、赤外線の吸収効率を向上させることができる超格子構造を有する赤外線検出器４０を備えた信頼性の高い赤外線撮像システムが実現する。
【符号の説明】
【００８４】
１  ｎ型ＧａＳｂ基板
２，２２  バッファ層
３，２３  エッチングストッパ層
４，２４  下部電極層
５，２５，３１  ｐ型超格子
５ａ，２５ａ，３１ａ  第１単位構造
６，２６，３２  ｉ型超格子
６ａ，２６ａ，３２ａ  第２単位構造
７，２７，３３  ｎ型超格子
７ａ，２７ａ，３３ａ  第３単位構造
８，２８  上部電極層
９  絶縁膜
１０，２０，３０  超格子構造
１１，１２  電極
４０  赤外線検出器
４１  赤外線撮像パネル
４２  駆動回路
４３  バンプ
４３ａ  共通電極
４４  表面電極
４５  トランジスタ
４６  電源線
５０  赤外線撮像素子
５１  センサ部
５２  制御演算部
５３  表示部
５４  レンズ
５５  冷却部
【図１】
2018138903.tif 000003
【図２】
2018138903.tif 000004
【図３】
2018138903.tif 000005
【図４】
2018138903.tif 000006
【図５】
2018138903.tif 000007
【図６】
2018138903.tif 000008
【図７】
2018138903.tif 000009
【図８】
2018138903.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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