JP3776266B2 - Infrared detector and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線検知器とその製造方法に関し、より詳しくは、焦点面アレイを有する多重量子井戸構造の赤外線検知器とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
焦点面アレイを有する多重量子井戸赤外線検出器(QWIP(quantum-well infrared photodetectors))は、波長8〜12μmの範囲の赤外線の像を検出するために使用されている。
そのような多重量子井戸(MQW)赤外線検出器は、例えばB. F. Levine, J. Appl. Phys. 74 (8), 15 October 1993に記載されている。
【0003】
その多重量子井戸赤外線検出器は、AlGaAsとGaAsを交互に形成してなるMQW構造を有するGaAs基板から構成されている。そのMQW層は、リソグラフィーによってパターニングされて断面メサ形状の複数の素子又は断面メサ形状の複数の画素となる。そのようなMQW層を有する赤外線検出器としては、例えば図1に示すような構造のものがある。
【0004】
図1(a),(b) において、GaAs基板1の上にはMQW層2を有する構造が形成され、さらにMQW層2はリソグラフィー法による溝3によって区切られ、区切られた部分にはシリコン基板9内の半導体回路(図示せず)が接続されている。そして、溝3によって区切られた領域は、画素pxとなる。
赤外線は、GaAs基板1の裏側から照射される。照射される赤外線などの電磁波はGaAs基板1面に平行な成分Ey とEx を有する。さらに、その赤外線検知器の1つの画素領域における断面構造は、例えば図2に示すようになっている。
【0005】
図2において、n型GaAs基板1の上には、GaAsよりなるn型層1a、MQW層2、GaAsよりなるn型層3が順に形成されている。そのn型層3の上面には回折格子4が形成されている。また、さらに、その回折格子4の上にはインジウムよりなるバンプ5を介してシリコン基板9に接続されている。なお、図2において符号6は隣合う画素を分割するための溝を示している。
【0006】
GaAs基板1を通して画素に入った赤外線などの電磁波は、MQW層2での光誘導電子遷移によって検知される。そして、1画素の赤外線検出器において受光された光は電流に変換され、シリコン基板9に形成された電子回路(不図示)に出力されることになる。
しかし、そのMQW層は、エピタキシャル面に垂直な電界の成分を有する電磁波のみを吸収する。これは、通常、吸収されるべき入射電磁波方向について、検知器の画素の内部でその方向に変えることが要求されているということを意味する。
【0007】
入射電磁波の方向を変化させるためには、図2に示すように、画素の上面でエッチングにより形成された回折格子4が使用されている。回折格子4により回折された電磁波は、総合的な内部反射によって画素内に閉じ込められる。
QWIPにおいて、電磁波の吸収を容易にするためのいくつかの構成のうちの光結合の構成は、上記したLevineの文献において評論されている。
【0008】
光結合についての研究は、基板の縁に研磨によって形成された角度45°傾斜面を通してMQW層に光を照射する単純な方法から始まっている。
結合係数の改善は、初期の研究では、面上に形成された金属製の細長い格子によってなされ、この格子は90°に近い角度で光を回折することができる。その後に、基板上の反射層の内部に一次元又は二次元の周期的格子をエッチングにより形成することによって、角度45°傾斜面の光結合形状の場合に比べて、一次元周期格子では結合係数が2倍、二次元周期格子では結合係数が4倍とそれぞれ改善されている。
【0009】
二次元の周期的格子としては図3(a) に示す周期的格子4があり、1つのユニット4aの中央には図3(b),(c) に示すような1つの凹部4bがエッチングによって形成され、そのユニット4aは図3(a) に示すように縦横に複数配置された構造を有している。
Andersonらは、J. Appl. Phys. 71(7), 1 April 1992, pp.3600-3610又はUSP 5,229,614において、理論的な分析について詳述しそして実験を行なって、8〜10μmの波長範囲で、傾斜角度45°による結合形状に比べて光結合係数が2〜3倍に達成していることを示している。しかしながら、図3に示すような、反射層(3)内での周期格子は、反射膜内でMQW層2を通る2つの光の経路を形成しているだけである。
【0010】
Sarusi等は、Appl. Phys. Lett. 64(1994), pp.960-962において、スード(疑似)ランダム格子を採用することによってMQW層を通る経路の数を増加し、さらにスードランダム格子によって角度45°傾斜面の光結合よりも結合効率が約14倍になること、を示している。なお、ピーク応答波長が16.4μmでは、角度45°傾斜面によるカップリングの結合係数に比べて8倍の結合係数が得られることが実験的に実証された。これらの実験での画素への光の閉じ込めは薄いGaAs基板によって達成されている。
【0011】
スードランダム格子は、例えば図4に示すように高さが異なる3段の面4c,4d,4eを有する構造のものがあり、2回のエッチング工程によって形成されている。その最大のユニットセルの大きさは約5.7μmであり、最小の形状は1.25μmである。
さらに、Gunpala 等が発表した、IEEE Trans. Electron Devices, 44(1997), pp.45-50の文献では15μmの波長用のQWIPにスードランダム格子を使用し、さらに、IEEE Trans. Electron Devices, 44(1997), pp.51-57の文献では8.5μmの波長用のQWIP素子にスードランダム格子を使用している。しかし、それらの素子は非常に低い応答であり、8.5μm波長では応答は0.3A/Wであり、14μm波長では応答は0.4A/Wとなっている。この応答は、45°傾斜面の光結合の応答の2倍よりもわずかに小さい値となっている。8.5μm波長では、最適なスードランダム格子は幅2.9μmのユニットセルを持ち、そのサイズの場合には、実際上、作製が難しい幅0.4μmの最小幅が必要とされる。
【0012】
したがって、波長8.5μmでは、上記したスードランダムよりも大きな最小線幅を有する周期格子を使用せざるを得ない、と考えられてきた。このことは、結果的に回折能力がさらに低くなる原因となる。
上記したように、QWIPにおいて非常に高い光結合能力を持つ光結合構造はスードランダム格子を使用している。しかし、この光結合構造は、短い波長で目的を果たすことは難しい。通常、スードランダム格子に比べて低い結合能力しかない十字状に配置された周期的格子は、ピーク波長が約8.5μmで適していると考えられていた。初期の構造としては、反射格子と組み合わされた画素の上面に角度をつける構造や、面状の金属格子やノコギリ波状格子などがある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図3に示すような二次元の周期回折格子を用いる場合には、2度目の回折の時に、光が周期格子によって基板面に対して90°で反射するために(不図示)、図2、図4に示すようなスードランダム回折格子のような大きな光結合能力が得られない。
【0014】
しかし、波長8.5μmで使用されるスードランダム格子を、図4に示すような構造から構成する場合には、上記したように2回のリソグラフィーが必要となって工数が多くなり、しかも、最も低いステップ領域の幅が約0.4μm程度と小さく、その幅を高精度でパターニングすることは難しく、さらに、2回のリソグラフィーのパターンの位置合わせが難しい。
【0015】
もし、そのパターニング精度が低下すると、多重量子井戸赤外線検知器での光結合が弱くなる。
本発明の目的は、パターニング回数を少なくして短波長の赤外線を検出することができる新たな格子パターンを有する赤外線検知器とその赤外線検知器の製造方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、図5〜図7に例示するように、基板11の上に形成され、量子井戸構造を有する光吸収層13と、前記光吸収層13の上に形成された光透過層14と、前記光透過層14の上面に形成され、第1の楕円曲線と該第1の楕円曲線を囲み楕円の中心が同じで長軸が直交する第2の楕円曲線とで挟まれる形状を、該第2の楕円曲線の長軸と短軸に沿って4分割した形状を含み、且つ断面が1段のステップ形状の溝14aを有する回折パターン14bとを有することを特徴とする赤外線検知器によって解決する。
【0017】
上記した赤外線検知器において、前記溝14aは前記回折パターン14bの最上面に対して1段のステップ形状を有することを特徴とする。
上記した赤外線検知器において、前記回折パターン14bは、反射膜16で覆われていることを特徴とする。
上記した赤外線検知器において、前記回折パターン14bは、前記基板11側から前記光吸収層13を通過した光を回折し、前記光吸収層13の面に平行に近い角度で強く、かつ前記光吸収層13の前記面に垂直な線から18度近い角度で弱くなる光強度分布を付与することを特徴とする。
【0018】
上記した赤外線検知器において、前記回折パターン14bを構成する前記溝14aは、前記光吸収層13の吸収波長の半分よりも小さな値の深さαを有していることを特徴とする。
【0019】
上記した赤外線検知器において、前記回折パターンのうち前記溝が形成されている領域の面積とされていない面積が等しいことを特徴とする。
上記した赤外線検知器において、前記光吸収層13は、多重量子井戸層、量子細線又は量子箱のいずれかの構造を有していることを特徴とする。この場合、多重量子井戸層は、化合物半導体からなる。その多重量子井戸層は、GaAsとAlGaAsとを交互に複数層重ねた構造を採用してもよい。
【0020】
上記した課題は、図5〜図7に例示するように、基板11上に量子井戸構造を有する光吸収層13を形成する工程と、前記光吸収層13の上に光透過層14を形成する工程と、第1の楕円曲線と該第1の楕円曲線を囲み楕円の中心が同じで長軸が直交する第2の楕円曲線とで挟まれる形状を、該第2の楕円曲線の長軸と短軸に沿って4分割した形状を有するパターンが形成されたマスク15を前記光透過層14の上に形成する工程と、前記マスク15に覆われない領域の前記光透過層14をエッチングすることにより、前記光透過層14に回折パターン14bを形成する工程と、前記マスク15を除去する工程とを有することを特徴とする赤外線検知器の製造方法によって解決する。
【0021】
上記した赤外線検知器において、前記回折パターン14bは、断面を1段の溝14aにエッチングして形成されることを特徴とする。
なお、上記した図番、符号は本発明の理解を容易にするために引用したものであって、これに限定されるものではない。
次に、本発明の作用について説明する。
【0022】
本発明によれば、平面形状に曲線(例えば楕円曲線)を有する回折パターンを多重量子井戸構造の光吸収層の上に形成している。
このような回折パターンは、波長8.5μmの赤外線に対する光結合率が高くなることが確認された。また、その回折パターンを構成する溝は1段のステップ形状であるために、1回のリソグラフィーで形成することができ、製造工程を短縮化することができる。しかも、その回折パターンの最小パターン幅は0.6μm程度であり、パターン形成が容易である。
【0023】
【発明の実施の形態】
多重量子井戸赤外線検知器(QWIP)の光結合格子の設計プロセスは、回折理論を用いて画素の内部での回折光の計算に基づいて行なわれる。本願発明者は、理論的に高い結合係数を得ることができ、しかも波長8.5μmという短い波長で使用することができる回折パターン(回折格子)を見つけた。
【0024】
以下に、本発明のQWIPの回折パターンの形成工程とそのQWIPの構造について以下に説明する。
まず、図5(a) に示すように、多重量子井戸赤外線検出器(QWIP)を構成する半導体層を形成する。即ち、n型GaAs基板11の上に厚さ1μmの第1のn型GaAs層12とMQW層13と厚さ2μmの第2のn型GaAs層14を形成する。MQW層13は、ガリウム砒素(GaAs)とアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)、又は、ガリウム砒素とインジウムガリウム砒素(InGaAs)、又はそれらを組み合わせたものをそれぞれ交互に複数層形成して構成されるものである。
【0025】
第1のn型GaAs層12から第2のn型GaAs層14までの層の成長は、例えばMOVPE法、MBE法などによって形成する。
続いて、図5(b) に示すように、第2のn型GaAs層14の上にレジストを塗布し、これを露光、現像してレジストパターン15を形成する。
そのレジストパターン15は、曲線を含む回折パターンであって、例えば図6(a) に示すように第2の楕円(長円)カーブの中にそれより小さな第1の楕円カーブを有するパターンを4つに分割した開口平面形状を有している。その第1の楕円と第2の楕円の配置は互いに90°ズレた関係を有している。図6(a) に示す基本形状を集積した回折パターンとして、例えば図6(b) 、図7(a) に示すような平面形状のものがある。
【0026】
以上のようなレジストパターン15を形成した後に、図5(c) に示すように、第2のn型GaAs層14のうちレジストパターン15に覆われない部分をエッチングして第2のn型GaAs層14の上面に平面形状が楕円曲線の一部を含み、断面形状が1段のステップを有する溝14aを形成する。図7(a) のパターンが第2のn型GaAs層14に転写された結果、その上面には図7(b) に示すような断面の回折格子14aが現れる。第2のn型GaAs層14のエッチング深さαは、例えばMQW層13により吸収される光のうち最も強い吸収を示す波長λ′p の1/2と同等又はそれ以下に相当する量とする。
【0027】
なお、図7(a) に示す1/4楕円形状のパターンが接続している部分は、エッチング部分であり、そのエッチング領域の総面積は、エッチングされない領域の総面積とほぼ等しくなるようにしている。
このように、第2のn型GaAs層14の上面に楕円曲線を有する溝14aを形成した後に、レジストパターン15を溶剤によって除去する。これにより、第2のn型GaAs層14の上面には溝14aを有する新規な回折パターンが形成されることになる。
【0028】
続いて、図5(d) に示すように、凹部14aの内部と第2のn型GaAs層14の上に金、銀、アルミニウム等の高い反射率を持つ材料よりなる反射膜16をスパッタ或いは真空蒸着によって形成する。導電材よりなるその反射膜16はカソードとして使用される。
その後に、反射膜16をリソグラフィー法によりパターニングし、その反射膜16上にインジウム(In)よりなるバンプ17を形成し、そのバンプをシリコン基板(不図示)に形成された半導体集積回路に接続する。これにより赤外線検知器の基本的な構造が完成する。
【0029】
以上のような赤外線検知器の製造工程では、1枚のレジストパターン15を用いた1回のフォトリソグラフィーによって回折パターンが形成されるために、図4に示した2以上のフォトリソグラフィー工程が要求される従来のスードランダム格子の形成に比べて、工程が短くなる。
しかも、本実施形態における回折パターンを構成するパターンのうち最も狭い幅は0.6μm程度で済むので、パターン精度を高くすることができる。
【0030】
次に、受光素子の1画素の頂面の回折パターンを構成する図6に示す基本パターン形状に基づいて、エッチングされるべき領域とエッチングされない領域を数式によって示す。
まず、図6に示した1/4楕円形状のパターンの長手方向をx軸、短手方向をy軸、エッチング方向をz軸として、エッチングされるべき領域における点Pの座標を(x.y,z)とする。そして、基準点の座標を(x0 ,y0 ,z0 )とする。
【0031】
点Pのxはx0 <x≦x0 +Cの範囲にあり、点Pのyはy0 <y≦y0 +Cの範囲内にある。Cは、定数である。
次の(1)〜(8)は、4分割された楕円形状の違いによるエッチング領域を示している。なお、(1)〜(8)において、記号dは、第2のn型GaAs層14のエッチングの深さを表し、z=z0 −dはエッチングされた凹部14aを示し、z=z0 はエッチングされない領域を示している。a1 とb1 は、それぞれ図6(a) に示す第1の楕円の短軸の半分と長軸の半分を示し、a2 とb2 は、それぞれ図6(a) に示す第2の楕円の長軸の半分と短軸の半分を示している。
(1)図8に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=y0+[a1 2b1 2−b1 2(x −x0)2]1/2 /a1,
y2=y0+[a2 2b2 2−b2 2(x −x0)2]1/2 /a2 とすると、
エッチングされる領域は、x0<x ≦x0+a1と y1 <y ≦y2の条件を満たす領域、又は、x0+a1<x ≦x0+a2とy0<y ≦y2の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C の条件を満たす領域である。
【0032】
▲2▼エッチングされない領域:▲1▼以外の領域はエッチングされずにz = z0 となる。
(2)図9に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=(y0 +C)+[a1 2b1 2−a1 2(x −x0)2]1/2 /b1,
y2=(y0 +C)+[a2 2b2 2−a2 2(x −x0)2]1/2 /b2 とすると、
エッチングされる領域は、x0<x ≦x0+b1と y2 <y ≦ y1 の条件を満たす領域、又は、x0+b1<x ≦x0+b2と y2 <y ≦y0+C の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C の条件を満たす領域である。
【0033】
▲2▼エッチングされない領域:▲1▼以外の領域はエッチングされずにz = z0 となる。
(3)図10に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=(y0 +C)+[a1 2b1 2−b1 2(x −C −x0)2]1/2 /a1,
y2=(y0 +C)+[a2 2b2 2−b2 2(x −C −x0)2]1/2 /a2 とすると、
エッチングされる領域は、(x0 +C −a2)<x ≦(x0 +C −a1) とy2<y ≦ y0 +C の条件を満たす領域、又は、(x0 +C −a1)<x ≦(x0 +C)とy2<y ≦y1の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C の条件を満たす領域である。
【0034】
▲2▼エッチングされない領域:▲1▼以外の領域はエッチングされずにz = z0 となる。
(4)図11に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=y0+[a1 2b1 2−a1 2(x −C −x0)2]1/2 /b1,
y2=y0+[a2 2b2 2−a2 2(x −C −x0)2]1/2 /b2 とすると、
エッチングされる領域は、(x0 +C −b2)<x ≦(x0 +C −b1) とy0<y ≦ y2 の条件を満たす領域、又は、(x0 +C −b1) <x≦(x0 +C)とy0<y ≦ y1 の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C の条件を満たす領域である。
【0035】
▲2▼エッチングされない領域:▲1▼以外の領域はエッチングされずにz = z0 となる。
(5)図12に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=y0+[a1 2b1 2−b1 2(x −C −x0)2]1/2 /a1,
y2=y0+[a2 2b2 2−b2 2(x −C −x0)2]1/2 /a2 とすると、
エッチングされる領域は、(x0 +C −a2)< x≦(x0 +C −a1) とy0<y ≦y2の条件を満たす領域、又は(x0 +C −a1) < x ≦ (x0+C ) とy1<y ≦ y2 の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C の条件を満たす領域である。
【0036】
▲2▼エッチングされない領域:▲1▼以外の領域はエッチングされずにz = z0 となる。
(6)図13に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=y0+[a1 2b1 2−a1 2(x −x0)2]1/2 /b1,
y2=y0+[a2 2b2 2−a2 2(x −x0)2]1/2 /b2 とすると、
エッチングされる領域は、x0<x ≦(x0 +b1) と y1 <y ≦ y2 の条件を満たす領域、又は、(x0 +b1) <x ≦(x0 +b2) と y0 <y ≦y2の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C を条件を満たす領域である。
【0037】
▲2▼エッチングされない領域:▲1▼以外の領域はエッチングされずにz = z0 となる。
(7)図14に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=(y0 +C)+[a1 2b1 2−b1 2(x −x0)2]1/2 /a1,
y2=(y0 +C)+[a2 2b2 2−b2 2(x −x0)2]1/2 /a2 とすると、
エッチングされる領域は、x0<x ≦x0+a1と y2 <y ≦y1の条件を満たす領域、又は、x0+a1<x ≦x0+a2とy2<y ≦y0+C の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C の条件を満たす領域である。
(8)図15に示すエッチングパターン形状の条件
▲1▼ z=z0−d の深さまでエッチングされる領域:
y1=(y0 +C)+[a1 2b1 2−a1 2(x −C −x0)2]1/2 /b1,
y2=(y0 +C)+[a2 2b2 2−a2 2(x −C −x0)2]1/2 /b2とすると、
エッチングされる領域は、(x0 +C −b2)<x ≦(x0 +C −b1) とy2<y ≦y0の条件を満たす領域、又は、(x0 +C −b1)<x ≦(x0 +C)とy2<y ≦ y1 の条件を満たす領域であり、そしてy0≦y2≦y0+C とy0≦y1≦y0+C の条件を満たす領域である。
【0038】
▲2▼エッチングされない領域:▲1▼以外の領域はエッチングされずにz = z0 となる。
なお、(1)〜(8)において、x0 とy0 はx0 =mC、y0 =nCのようなステップで増加する。ただし、m、nはともに整数である。
応答波長を8.5μmとするとCの最大値は3.5μmであり、a1 、b1 、a2 及びb2 は、それぞれ0.4μm、0.9μm、3.0μm、2.4μmとなる。
【0039】
(1)〜(8)に示した式を用いて図7(a) に示すパターンが形成される。
回折パターンの最も小さな姿は、図6(a) に示すようなパターンが図6(b) に示すように2つ合わされた時に現れる。この場合、最も小さい形状の幅は2a1 となる。そのa1 の値は、条件(1)〜(8)で、波長8.5μmの場合に0.4μmとなる。図6(b) の最も小さな形状は楕円であって長方形でhないが、平均的な幅は0.8μmではなくて0.6μmとなる。
【0040】
回折パターン14b で回折された光は、例えば図7(b) に示すようにMQW層13の面に平行に近い成分が強く、かつ、その面に垂直な線から18度近い角度の成分が弱く成る強度分布をもつ。
図4に示した従来のスードランダム格子の設計値からのエッチング領域のズレ(増減)と相関的応答を図16の破線で示す一方、本発明の楕円形溝を有する格子の設計値からのエッチング領域のズレ(増減)と相関的応答を図16の実線で示す。これらを比較すると、本発明において設計値からのズレに対する応答の減少が少ないことから製造のマージンが大きいことが明らかになった。
【0041】
図16は、QWIPの結合系数の製造誤りへの影響の論理的な評価を示している。従来のスードランダム格子の場合に、第1のエッチングは誤り無く構成されるとしても、第2のエッチングで生じるエッチング領域の誤差のために応答が低くなる。
上記した図7の楕円成分を有する格子の溝の平面形状は、直線成分を含まないパターンであるが、図17,図18に示すように直線部分を含むパターンの溝を採用してもよい。
【0042】
図17(a) は、1辺が28μmの長さの正方形の画素について、楕円曲線を含む回折パターンの別の例を示している。この場合、上記した(1)〜(8)での長さCは3.5μmであり、a2 は3.0μm、b2 は2.6μm、a1 は0.4μm、b1 は0.9μmとなる。そして、図17(a) のII−II線断面は、図17(b) のようになる。
【0043】
図18(a) は、1辺が28μmの長さの正方形の画素について、楕円曲線を含む格子のさらに別な例を示している。この場合、上記した(1)〜(8)での長さCは3.5μmであり、a2 は3.0μm、b2 は2.8μm、a1 は0.5μm、b1 は0.7μmとなる。そして、図18(a) のIII −III 線断面は、図18(b) のようになる。
【0044】
波長8.5μmの光を赤外線検知器に入射する場合に、図17(a) に示す格子は、図18に示す格子よりもその長円率の大きいことに起因して、その光結合率が約18%高くなった。
なお、上記した赤外線検知器は、光吸収層をMQW層から構成しているが、量子細線又は量子箱(ドット)から構成してもよい。
【0045】
また、上記した量子井戸型赤外線検知器は、例えば赤外線焦点面アレー(IRFPA(infrared focal plane array))に用いられる。
【0046】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、平面形状に曲線(例えば楕円曲線)を有し且つ断面が1段のステップ形状の溝を有する回折格子を量子井戸構造の光吸収層の上に形成することによって、光吸収層での吸収光量を増やすことができ、波長8.5μmの赤外線に対する光結合率を高くすることができる。
【0047】
その回折格子を構成する溝は1段のステップ形状であるために、1回のリソグラフィーで形成することができ、製造工程を短縮化することができる。しかも、その回折格子の最小パターン幅は0.6μm程度であり、パターン精度の低下を防止できる。さらに、図16で示したように製造余裕が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a) は、従来の赤外線検出器の平面図、図1(b)は、その赤外線光検出器の断面図である。
【図2】図2は、従来のスードランダム格子を有する光検出器の断面図である。
【図3】図3(a) は、従来の2次元周期回折格子の平面図、図3(b) は、その回折格子の1画素の平面図、図3(c) は、その回折格子の1画素の断面図である。
【図4】図4(a) は、従来のスードランダム格子の平面図、図4(b) は、その格子の1画素の平面図、図4(c) は、その格子の1画素の断面図である。
【図5】図5(a) 〜図5(d) は、本発明の一実施形態の赤外線検出素子の製造工程を示す断面図である。
【図6】図6(a) は、本発明の実施形態の回折パターンを構成する基本パターンを示す平面図であり、図6(b) は、その基本パターンを2つ合わせた回折パターンの平面図である。
【図7】図7(a) は、本発明の実施形態に係る回折パターンの第1例を示す平面図、図7(b) は、図7(a) のI-I 線断面図である。
【図8】図8は、図7(a) を構成するパターンの第1の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図9】図9は、図7(a) を構成するパターンの第2の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図10】図10は、図7(a) を構成するパターンの第3の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図11】図11は、図7(a) を構成するパターンの第4の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図12】図12は、図7(a) を構成するパターンの第5の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図13】図13は、図7(a) を構成するパターンの第6の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図14】図14は、図7(a) を構成するパターンの第7の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図15】図15は、図7(a) を構成するパターンの第8の要素のエッチング領域と非エッチング領域を示す図である。
【図16】図16は、本発明の実施形態と従来のQWIPにおける結合効率と設計値からのエッチング領域のズレ(増減)との関係を示す図である。
【図17】図17(a) は、本発明の実施形態に係る回折パターンの第2例を示す平面図、図17(b) は、図17(a) のII-II 線断面図である。
【図18】図18(a) は、本発明の実施形態に係る回折パターンの第3例を示す平面図、図18(b) は、図18(a) のIII-III 線断面図である。
【符号の説明】
11…GaAs基板、12…第1のn型GaAs層、13…MQW層(光吸収層)、14…第2のn型GaAs層、14a …溝(ステップ)、14b …回折パターン、16…反射膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared detector and a manufacturing method thereof, and more particularly to an infrared detector having a multi-quantum well structure having a focal plane array and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Multiple quantum well infrared detectors (QWIP) having a focal plane array are used to detect infrared images in the wavelength range of 8-12 μm.
Such multiple quantum well (MQW) infrared detectors are described, for example, in B. F. Levine, J. Appl. Phys. 74 (8), 15 October 1993.
[0003]
The multiple quantum well infrared detector is composed of a GaAs substrate having an MQW structure in which AlGaAs and GaAs are alternately formed. The MQW layer is patterned by lithography to form a plurality of elements having a cross-sectional mesa shape or a plurality of pixels having a cross-sectional mesa shape. As an infrared detector having such an MQW layer, for example, there is a structure as shown in FIG.
[0004]
1A and 1B, a structure having an
Infrared rays are irradiated from the back side of the
[0005]
In FIG. 2, an n-
[0006]
An electromagnetic wave such as an infrared ray entering the pixel through the
However, the MQW layer absorbs only electromagnetic waves having an electric field component perpendicular to the epitaxial surface. This usually means that the direction of the incident electromagnetic wave to be absorbed is required to change in that direction inside the detector pixel.
[0007]
In order to change the direction of the incident electromagnetic wave, a
In QWIP, the configuration of optical coupling among several configurations for facilitating the absorption of electromagnetic waves has been reviewed in the aforementioned Levine literature.
[0008]
Research on optical coupling begins with a simple method of illuminating the MQW layer through a 45 ° inclined surface formed by polishing on the edge of the substrate.
The improvement in the coupling coefficient was made in early work by a metal elongated grating formed on the surface, which can diffract light at an angle close to 90 °. Thereafter, a one-dimensional or two-dimensional periodic grating is formed by etching inside the reflective layer on the substrate, so that the coupling coefficient is smaller in the one-dimensional periodic grating than in the case of the optical coupling shape having an inclined surface of 45 °. Is improved by 2 times, and in the two-dimensional periodic grating, the coupling coefficient is improved by 4 times.
[0009]
As a two-dimensional periodic grating, there is a
Anderson et al. In J. Appl. Phys. 71 (7), 1 April 1992, pp. 3600-3610 or USP 5,229,614 detail theoretical analysis and perform experiments in the 8-10 μm wavelength range. It shows that the optical coupling coefficient is achieved 2 to 3 times as compared with the coupling shape with the inclination angle of 45 °. However, the periodic grating in the reflective layer (3) as shown in FIG. 3 only forms two light paths through the
[0010]
Sarusi et al., In Appl. Phys. Lett. 64 (1994), pp. 960-962, increased the number of paths through the MQW layer by adopting a pseudo-random lattice, and further angled by a pseudo-random lattice. It shows that the coupling efficiency is about 14 times that of the optical coupling of the 45 ° inclined surface. It has been experimentally verified that when the peak response wavelength is 16.4 μm, a coupling coefficient that is eight times the coupling coefficient of the coupling by the inclined surface having an angle of 45 ° can be obtained. The light confinement to the pixels in these experiments is achieved by a thin GaAs substrate.
[0011]
For example, as shown in FIG. 4, the pseudo random lattice has a structure having three-
Furthermore, according to the document of IEEE Trans. Electron Devices, 44 (1997), pp. 45-50 published by Gunpala et al., A pseudorandom grating is used for QWIP for a wavelength of 15 μm. Further, IEEE Trans. Electron Devices, 44 (1997), pp. 51-57, a pseudorandom grating is used for a QWIP element for a wavelength of 8.5 μm. However, these devices have a very low response, with a response of 0.3 A / W at a wavelength of 8.5 μm and a response of 0.4 A / W at a wavelength of 14 μm. This response is slightly smaller than twice the optical coupling response of the 45 ° inclined surface. At an 8.5 μm wavelength, an optimal pseudorandom grating has a unit cell with a width of 2.9 μm, and for that size, a minimum width of 0.4 μm, which is practically difficult to produce, is required.
[0012]
Therefore, it has been considered that at a wavelength of 8.5 μm, a periodic grating having a minimum line width larger than the above pseudorandom must be used. This results in a further lowering of the diffraction capability.
As described above, the optical coupling structure having very high optical coupling capability in QWIP uses a pseudo random grating. However, this optical coupling structure is difficult to achieve at short wavelengths. Usually, a periodic grating arranged in a cross shape having a low coupling ability compared to a pseudorandom grating was considered suitable for a peak wavelength of about 8.5 μm. As an initial structure, there is a structure in which the upper surface of a pixel combined with a reflection grating is angled, a planar metal grating, a sawtooth wave grating, or the like.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a two-dimensional periodic diffraction grating as shown in FIG. 3 is used, light is reflected by 90 ° with respect to the substrate surface by the periodic grating at the second diffraction (not shown). 2. A large optical coupling ability like the pseudo random diffraction grating as shown in FIG. 4 cannot be obtained.
[0014]
However, when a pseudorandom grating used at a wavelength of 8.5 μm is constructed from a structure as shown in FIG. 4, the number of steps is increased as described above, and the number of steps is increased. The width of the low step region is as small as about 0.4 μm, and it is difficult to pattern the width with high accuracy, and it is difficult to align the pattern of the lithography twice.
[0015]
If the patterning accuracy is lowered, the optical coupling in the multiple quantum well infrared detector is weakened.
An object of the present invention is to provide an infrared detector having a new grating pattern that can detect infrared rays having a short wavelength by reducing the number of times of patterning, and a method of manufacturing the infrared detector.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
As illustrated in FIGS. 5 to 7, the above-described problems are formed on the
[0017]
In the above-described infrared detector, the
In the above infrared detector, the diffraction pattern 14 b is covered with a reflective film 16.
In the infrared detector described above, the diffraction pattern 14b diffracts light that has passed through the
[0018]
In the infrared detector described above, the
[0019]
In the above-described infrared detector, the area of the diffraction pattern that is not the area of the region where the groove is formed is equal.
In the infrared detector described above, the
[0020]
The above-described problems are, as illustrated in FIGS. 5 to 7, the step of forming the
[0021]
In the above-described infrared detector, the diffraction pattern 14b is formed by etching a cross section into a
In addition, the above-mentioned figure number and code | symbol were quoted in order to make an understanding of this invention easy, and are not limited to this.
Next, the operation of the present invention will be described.
[0022]
According to the present invention, a diffraction pattern having a curved surface (for example, an elliptic curve) in a planar shape is formed on a light absorption layer having a multiple quantum well structure.
Such a diffraction pattern was confirmed to have a high optical coupling factor with respect to infrared rays having a wavelength of 8.5 μm. Further, since the grooves constituting the diffraction pattern have a single step shape, they can be formed by one lithography, and the manufacturing process can be shortened. Moreover, the minimum pattern width of the diffraction pattern is about 0.6 μm, and pattern formation is easy.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical coupling grating design process of the multiple quantum well infrared detector (QWIP) is based on the calculation of diffracted light inside the pixel using diffraction theory. The inventor of the present application has found a diffraction pattern (diffraction grating) that can obtain a theoretically high coupling coefficient and can be used at a wavelength as short as 8.5 μm.
[0024]
Below, the formation process of the QWIP diffraction pattern and the structure of the QWIP according to the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 5A, a semiconductor layer constituting a multiple quantum well infrared detector (QWIP) is formed. That is, a first n-
[0025]
The growth of the layers from the first n-
Subsequently, as shown in FIG. 5 (b), a resist is applied on the second n-
The resist
[0026]
After forming the resist
[0027]
The portion where the 1/4 elliptical pattern shown in FIG. 7 (a) is connected is an etched portion, and the total area of the etched region is made substantially equal to the total area of the non-etched region. Yes.
Thus, after forming the
[0028]
Subsequently, as shown in FIG. 5 (d), a reflective film 16 made of a material having a high reflectivity such as gold, silver, or aluminum is sputtered or deposited on the inside of the
Thereafter, the reflective film 16 is patterned by lithography, bumps 17 made of indium (In) are formed on the reflective film 16, and the bumps are connected to a semiconductor integrated circuit formed on a silicon substrate (not shown). . This completes the basic structure of the infrared detector.
[0029]
In the manufacturing process of the infrared detector as described above, since a diffraction pattern is formed by one photolithography using one resist
Moreover, since the narrowest width of the patterns constituting the diffraction pattern in this embodiment is about 0.6 μm, the pattern accuracy can be increased.
[0030]
Next, based on the basic pattern shape shown in FIG. 6 constituting the diffraction pattern of the top surface of one pixel of the light receiving element, a region to be etched and a region not to be etched are shown by mathematical expressions.
First, the coordinate of the point P in the region to be etched is (xy) with the longitudinal direction of the 1/4 elliptical pattern shown in FIG. 6 as the x axis, the short direction as the y axis, and the etching direction as the z axis. , Z). And the coordinates of the reference point (x0, Y0, Z0).
[0031]
X at point P is x0<X ≦ x0Is in the range of + C and y at point P is y0<Y ≦ y0Within the range of + C. C is a constant.
The following (1) to (8) show etching regions due to the difference in the elliptical shape divided into four. In (1) to (8), the symbol d represents the etching depth of the second n-
(1) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= Y0+ [A1 2b1 2−b1 2(x −x0)2]1/2/ A1,
y2= Y0+ [A2 2b2 2−b2 2(x −x0)2]1/2/ A2 Then,
The area to be etched is x0<X ≤ x0+ A1And y1<Y ≤ y2An area that satisfies the condition or x0+ A1<X ≤ x0+ A2And y0<Y ≤ y2An area that satisfies the condition0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0It is an area that satisfies the condition of + C.
[0032]
(2) Area not etched: Areas other than (1) are not etched and z = z0It becomes.
(2) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= (Y0+ C) + [a1 2b1 2−a1 2(x −x0)2]1/2/ B1,
y2= (Y0+ C) + [a2 2b2 2−a2 2(x −x0)2]1/2/ B2 Then,
The area to be etched is x0<X ≤ x0+ B1And y2<Y ≤ y1An area that satisfies the condition or x0+ B1<X ≤ x0+ B2And y2<Y ≤ y0An area that satisfies the condition + C, and y0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0It is an area that satisfies the condition of + C.
[0033]
(2) Area not etched: Areas other than (1) are not etched and z = z0It becomes.
(3) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= (Y0+ C) + [a1 2b1 2−b1 2(x −C −x0)2]1/2/ A1,
y2= (Y0+ C) + [a2 2b2 2−b2 2(x −C −x0)2]1/2/ A2 Then,
The region to be etched is (x0+ C -a2) <x ≤ (x0+ C -a1) And y2<Y ≤ y0An area that satisfies the condition of + C or (x0+ C -a1) <x ≤ (x0+ C) and y2<Y ≤ y1An area that satisfies the condition0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0It is an area that satisfies the condition of + C.
[0034]
(2) Area not etched: Areas other than (1) are not etched and z = z0It becomes.
(4) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= Y0+ [A1 2b1 2−a1 2(x −C −x0)2]1/2/ B1,
y2= Y0+ [A2 2b2 2−a2 2(x −C −x0)2]1/2/ B2 Then,
The region to be etched is (x0+ C -b2) <x ≤ (x0+ C -b1) And y0<Y ≤ y2An area that satisfies the condition0+ C -b1) <x ≦ (x0+ C) and y0<Y ≤ y1An area that satisfies the condition0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0It is an area that satisfies the condition of + C.
[0035]
(2) Area not etched: Areas other than (1) are not etched and z = z0It becomes.
(5) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= Y0+ [A1 2b1 2−b1 2(x −C −x0)2]1/2/ A1,
y2= Y0+ [A2 2b2 2−b2 2(x −C −x0)2]1/2/ A2 Then,
The region to be etched is (x0+ C -a2) <x ≦ (x0+ C -a1) And y0<Y ≤ y2Or (x0+ C -a1) <x ≤ (x0+ C) and y1<Y ≤ y2An area that satisfies the condition0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0It is an area that satisfies the condition of + C.
[0036]
(2) Area not etched: Areas other than (1) are not etched and z = z0It becomes.
(6) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= Y0+ [A1 2b1 2−a1 2(x −x0)2]1/2/ B1,
y2= Y0+ [A2 2b2 2−a2 2(x −x0)2]1/2/ B2 Then,
The area to be etched is x0<X ≤ (x0+ B1) And y1<Y ≤ y2An area that satisfies the condition0+ B1) <X ≤ (x0+ B2) And y0<Y ≤ y2An area that satisfies the condition0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0This is a region that satisfies + C.
[0037]
(2) Area not etched: Areas other than (1) are not etched and z = z0It becomes.
(7) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= (Y0+ C) + [a1 2b1 2−b1 2(x −x0)2]1/2/ A1,
y2= (Y0+ C) + [a2 2b2 2−b2 2(x −x0)2]1/2/ A2 Then,
The area to be etched is x0<X ≤ x0+ A1And y2<Y ≤ y1An area that satisfies the condition or x0+ A1<X ≤ x0+ A2And y2<Y ≤ y0An area that satisfies the condition + C, and y0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0It is an area that satisfies the condition of + C.
(8) Conditions for the etching pattern shape shown in FIG.
▲ 1 ▼ z = z0Area etched to a depth of −d:
y1= (Y0+ C) + [a1 2b1 2−a1 2(x −C −x0)2]1/2/ B1,
y2= (Y0+ C) + [a2 2b2 2−a2 2(x −C −x0)2]1/2/ B2Then,
The region to be etched is (x0+ C -b2) <x ≤ (x0+ C -b1) And y2<Y ≤ y0An area that satisfies the condition0+ C -b1) <x ≤ (x0+ C) and y2<Y ≤ y1An area that satisfies the condition0≦ y2≦ y0+ C and y0≦ y1≦ y0It is an area that satisfies the condition of + C.
[0038]
(2) Area not etched: Areas other than (1) are not etched and z = z0It becomes.
In (1) to (8), x0And y0Is x0= MC, y0Increase in steps such as nC. However, m and n are both integers.
When the response wavelength is 8.5 μm, the maximum value of C is 3.5 μm, and a1, B1, A2And b2Are 0.4 μm, 0.9 μm, 3.0 μm, and 2.4 μm, respectively.
[0039]
The pattern shown in FIG. 7A is formed using the equations shown in (1) to (8).
The smallest figure of the diffraction pattern appears when two patterns as shown in FIG. 6 (a) are combined as shown in FIG. 6 (b). In this case, the width of the smallest shape is 2a1It becomes. That a1The value is 0.4 μm when the wavelength is 8.5 μm under the conditions (1) to (8). The smallest shape in FIG. 6B is an ellipse, a rectangle and not h, but the average width is not 0.8 μm but 0.6 μm.
[0040]
For example, as shown in FIG. 7B, the light diffracted by the diffraction pattern 14b has a strong component close to the plane of the
While the deviation (increase / decrease) in the etching region from the design value of the conventional pseudorandom grating shown in FIG. 4 and the correlation response are shown by the broken line in FIG. The deviation (increase / decrease) in the area and the correlation response are shown by the solid line in FIG. When these are compared, it has been clarified that the manufacturing margin is large because there is little decrease in the response to the deviation from the design value in the present invention.
[0041]
FIG. 16 shows a logical evaluation of the influence of the QWIP coupling system number on manufacturing errors. In the case of a conventional pseudorandom grating, even if the first etching is configured without error, the response becomes low due to an error in the etching region caused by the second etching.
The planar shape of the grating grooves having the elliptical component shown in FIG. 7 is a pattern that does not include a linear component. However, as shown in FIGS. 17 and 18, a groove having a pattern including a linear portion may be adopted.
[0042]
FIG. 17A shows another example of a diffraction pattern including an elliptic curve for a square pixel with a side of 28 μm. In this case, the length C in the above (1) to (8) is 3.5 μm, and a2Is 3.0 μm, b2Is 2.6 μm, a1Is 0.4 μm, b1Is 0.9 μm. The cross section taken along the line II-II in FIG. 17 (a) is as shown in FIG. 17 (b).
[0043]
FIG. 18A shows still another example of a lattice including an elliptic curve for a square pixel with a side of 28 μm. In this case, the length C in the above (1) to (8) is 3.5 μm, and a2Is 3.0 μm, b2Is 2.8 μm, a1Is 0.5 μm, b1Is 0.7 μm. The cross section taken along the line III-III in FIG. 18 (a) is as shown in FIG. 18 (b).
[0044]
When light with a wavelength of 8.5 μm is incident on an infrared detector, the grating shown in FIG. 17 (a) has an optical coupling factor that is greater than that of the grating shown in FIG. About 18% higher.
In the above infrared detector, the light absorption layer is composed of an MQW layer, but may be composed of a quantum wire or a quantum box (dot).
[0045]
The quantum well infrared detector described above is used, for example, in an infrared focal plane array (IRFPA).
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a diffraction grating having a curved surface (for example, an elliptic curve) in a planar shape and having a step-shaped groove having a single cross section is formed on a light absorption layer having a quantum well structure. As a result, the amount of light absorbed by the light absorption layer can be increased, and the optical coupling factor for infrared rays having a wavelength of 8.5 μm can be increased.
[0047]
Since the grooves constituting the diffraction grating have a single step shape, they can be formed by one lithography, and the manufacturing process can be shortened. In addition, the minimum pattern width of the diffraction grating is about 0.6 μm, and a reduction in pattern accuracy can be prevented. Furthermore, the manufacturing margin is large as shown in FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a plan view of a conventional infrared detector, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view of the infrared photodetector.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a photodetector having a conventional pseudorandom grating.
3A is a plan view of a conventional two-dimensional periodic diffraction grating, FIG. 3B is a plan view of one pixel of the diffraction grating, and FIG. 3C is a plan view of the diffraction grating. It is sectional drawing of 1 pixel.
4A is a plan view of a conventional pseudorandom lattice, FIG. 4B is a plan view of one pixel of the lattice, and FIG. 4C is a cross section of one pixel of the lattice. FIG.
FIGS. 5 (a) to 5 (d) are cross-sectional views showing a manufacturing process of an infrared detection element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 (a) is a plan view showing a basic pattern constituting the diffraction pattern of the embodiment of the present invention, and FIG. 6 (b) is a plane of the diffraction pattern obtained by combining the two basic patterns. FIG.
7 (a) is a plan view showing a first example of a diffraction pattern according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 (b) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 7 (a).
FIG. 8 is a diagram showing an etched region and a non-etched region of the first element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 9 is a diagram showing an etched region and a non-etched region of the second element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 10 is a diagram showing an etched region and a non-etched region of the third element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 11 is a diagram showing an etched region and a non-etched region of the fourth element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 12 is a diagram showing an etched region and a non-etched region of the fifth element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 13 is a diagram showing an etching region and a non-etching region of the sixth element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 14 is a diagram showing an etching region and a non-etching region of a seventh element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 15 is a diagram showing an etched region and a non-etched region of the eighth element of the pattern constituting FIG. 7 (a).
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the coupling efficiency and the shift (increase / decrease) of the etching region from the design value in the embodiment of the present invention and the conventional QWIP.
17 (a) is a plan view showing a second example of the diffraction pattern according to the embodiment of the present invention, and FIG. 17 (b) is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 17 (a). .
18 (a) is a plan view showing a third example of the diffraction pattern according to the embodiment of the present invention, and FIG. 18 (b) is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 18 (a). .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記光吸収層の上に形成された光透過層と、
前記光透過層の上面に形成され、第1の楕円曲線と該第1の楕円曲線を囲み楕円の中心が同じで長軸が直交する第2の楕円曲線とで挟まれる形状を、該第2の楕円曲線の長軸と短軸に沿って4分割した形状を含み、且つ断面が1段のステップ形状の溝を有する回折パターンと
を有することを特徴とする赤外線検知器。A light absorption layer formed on the substrate and having a quantum well structure;
A light transmission layer formed on the light absorption layer ;
A shape formed on the upper surface of the light transmission layer and sandwiched between a first elliptic curve and a second elliptic curve that surrounds the first elliptic curve and has the same center of the ellipse and whose major axes are orthogonal to each other. An infrared detector comprising: a diffraction pattern including a step-shaped groove having a cross section of one step including a shape divided into four along the major axis and minor axis of the elliptic curve .
前記光吸収層の上に光透過層を形成する工程と、
第1の楕円曲線と該第1の楕円曲線を囲み楕円の中心が同じで長軸が直交する第2の楕円曲線とで挟まれる形状を、該第2の楕円曲線の長軸と短軸に沿って4分割した形状を有するパターンが形成されたマスクを前記光透過層の上に形成する工程と、
前記マスクに覆われない領域の前記光透過層をエッチングすることにより、前記光透過層に回折パターンを形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と
を有することを特徴とする赤外線検知器の製造方法。Forming a light absorption layer having a quantum well structure on a substrate;
Forming a light transmission layer on the light absorption layer;
A shape sandwiched between a first elliptic curve and a second elliptic curve surrounding the first elliptic curve and having the same center of the ellipse and the major axis orthogonal to each other is defined as a major axis and a minor axis of the second elliptic curve. Forming a mask formed with a pattern having a shape divided into four along the light-transmitting layer;
Forming a diffraction pattern in the light transmission layer by etching the light transmission layer in a region not covered by the mask; and
And a step of removing the mask.
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