JP7600451B1 - Infrared device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能の赤外線デバイス及び赤外線デバイスの製造方法が提供される。
【解決手段】赤外線デバイスは、基板(10)と、基板(10)上に設けられ、第1の半導体層(21)と、活性層(23)と、第2の半導体層(25)を有する半導体積層部(20)と、基板(10)と半導体積層部(20)との間に位置し、基板(10)と半導体積層部(20)との間の電気抵抗の増加に寄与する電気障壁層(30)と、を備え、半導体積層部(20)は複数であって、複数の半導体積層部(20)が直列接続されている。
【選択図】図1
A high performance infrared device and a method for manufacturing the infrared device are provided.
[Solution] The infrared device comprises a substrate (10), a semiconductor laminate (20) provided on the substrate (10) and having a first semiconductor layer (21), an active layer (23) and a second semiconductor layer (25), and an electrical barrier layer (30) located between the substrate (10) and the semiconductor laminate (20) and contributing to an increase in electrical resistance between the substrate (10) and the semiconductor laminate (20), and the semiconductor laminate (20) is provided in plurality, with the plurality of semiconductor laminates (20) being connected in series.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本開示は赤外線デバイス及び赤外線デバイスの製造方法に関する。 This disclosure relates to infrared devices and methods for manufacturing infrared devices.
例えば2~15μm程度の波長の赤外線は、気体分子に特有の吸収帯を多く含むことから、非分散赤外吸収式のガス濃度測定装置に用いられている。ガス濃度測定装置に用いられる赤外線デバイスは、検出分解能といった主要性能を大きく左右する重要な部材であり、所望の波長における高い発光強度又は受光感度が求められている。ここで、赤外線デバイスは赤外線発光素子又は赤外線受光素子であって、これらの総称として用いられる。例えば、発光素子として発光ダイオード(LED)が用いられる。また、例えば、受光素子としてフォトダイオード(PD)が用いられる。このような半導体を用いる赤外線デバイスは、材料設計により、所望の波長帯での受発光が可能であり、特定の気体を検出するガス濃度測定装置などに用いられる。ガス濃度測定装置は、例えばNDIR(non dispersive infrared)方式ガスセンサ(例えば特許文献1)である。NDIR方式ガスセンサは、検出対象ガスに応じた吸収波長帯の赤外線を受光する赤外線受光素子及びその吸収波長帯の赤外線を発光する赤外線発光素子を用いて、ガス濃度を計測することができる。 For example, infrared rays with wavelengths of about 2 to 15 μm contain many absorption bands specific to gas molecules, and are therefore used in non-dispersive infrared absorption gas concentration measuring devices. The infrared devices used in gas concentration measuring devices are important components that greatly affect key performance such as detection resolution, and are required to have high emission intensity or light receiving sensitivity at the desired wavelength. Here, the infrared device is an infrared light emitting element or an infrared light receiving element, and is used as a general term for these. For example, a light emitting diode (LED) is used as the light emitting element. Also, for example, a photodiode (PD) is used as the light receiving element. Infrared devices using such semiconductors can receive and emit light in the desired wavelength band due to material design, and are used in gas concentration measuring devices that detect specific gases. The gas concentration measuring device is, for example, an NDIR (non dispersive infrared) type gas sensor (for example, Patent Document 1). The NDIR type gas sensor can measure the gas concentration using an infrared receiving element that receives infrared rays in an absorption wavelength band corresponding to the gas to be detected and an infrared light emitting element that emits infrared rays in that absorption wavelength band.
ここで、赤外線デバイスには、発光強度又は検出感度をさらに向上させることが求められている。例えば単位素子である小さな発光ダイオード又は小さなフォトダイオードを直列接続することによって、発光強度又は検出感度を向上させる手法が知られている。ここで、単位素子は、半導体の積層構造で基板上に形成される。基板へリークする電流があると、赤外線デバイスの発光強度又は検出感度が低下する。 Infrared devices are now required to have a further improved emission intensity or detection sensitivity. For example, a method is known for improving emission intensity or detection sensitivity by connecting small light-emitting diodes or small photodiodes, which are unit elements, in series. Here, the unit elements are formed on a substrate in a semiconductor layered structure. If current leaks to the substrate, the emission intensity or detection sensitivity of the infrared device decreases.
本開示はこのような事情を鑑みてされたものであって、高性能の赤外線デバイス及び赤外線デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in light of these circumstances, and aims to provide a high-performance infrared device and a method for manufacturing an infrared device.
(1)本開示の一実施形態に係る赤外線デバイスは、
基板と、
前記基板上に設けられ、第1の半導体層と、活性層と、第2の半導体層を有する半導体積層部と、
前記基板と前記半導体積層部との間に位置し、前記基板と前記半導体積層部との間の電気抵抗の増加に寄与する電気障壁層と、を備え、
前記半導体積層部は複数であって、複数の前記半導体積層部が直列接続されている。
(1) An infrared device according to an embodiment of the present disclosure,
A substrate;
a semiconductor lamination portion provided on the substrate, the semiconductor lamination portion having a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer;
an electrical barrier layer located between the substrate and the semiconductor laminate and contributing to an increase in electrical resistance between the substrate and the semiconductor laminate;
The semiconductor laminated portion is provided in plurality, and the plurality of semiconductor laminated portions are connected in series.
(2)本開示の一実施形態として、(1)において、
前記電気障壁層は、アモルファス又はポリマーの層である。
(2) As one embodiment of the present disclosure, in (1),
The electrical barrier layer is an amorphous or polymeric layer.
(3)本開示の一実施形態として、(2)において、
前記電気障壁層は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、熱窒化ケイ素、シリカゲル、一酸化ケイ素、エポキシ樹脂又はポリイミドの層である。
(3) As one embodiment of the present disclosure, in (2),
The electrical barrier layer is a layer of silicon nitride, silicon dioxide, aluminum oxide, thermal silicon nitride, silica gel, silicon monoxide, epoxy resin or polyimide.
(4)本開示の一実施形態として、(1)から(3)のいずれかにおいて、
前記電気障壁層は、複数の前記半導体積層部の間の領域である第1の領域に存在し、前記第1の領域における前記電気障壁層の積層方向の厚さは、前記第1の領域でない第2の領域における前記電気障壁層の積層方向の厚さに比べて薄い。
(4) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (3),
The electrical barrier layer is present in a first region which is a region between a plurality of the semiconductor laminated portions, and the thickness of the electrical barrier layer in the laminated direction in the first region is thinner than the thickness of the electrical barrier layer in the laminated direction in a second region which is not the first region.
(5)本開示の一実施形態として、(1)から(4)のいずれかにおいて、
前記半導体積層部を設ける側の前記基板の面を基準面として、
前記第1の半導体層の側面が前記基準面に平行な面と成す第1の角度と、前記電気障壁層の側面が前記基準面に平行な面と成す第2の角度が異なっている。
(5) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (4),
The surface of the substrate on which the semiconductor laminate is to be provided is set as a reference surface,
A first angle that a side surface of the first semiconductor layer makes with a plane parallel to the reference plane is different from a second angle that a side surface of the electrical barrier layer makes with a plane parallel to the reference plane.
(6)本開示の一実施形態として、(1)から(5)のいずれかにおいて、
前記電気障壁層は、前記基板の窪みに形成される。
(6) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (5),
The electrical barrier layer is formed in a recess in the substrate.
(7)本開示の一実施形態として、(1)から(6)のいずれかにおいて、
前記電気障壁層の積層方向の厚さは、500nm以上である。
(7) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (6),
The electrical barrier layer has a thickness in the lamination direction of 500 nm or more.
(8)本開示の一実施形態として、(1)から(7)のいずれかにおいて、
前記電気障壁層の屈折率は、前記半導体積層部の平均屈折率より低い。
(8) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (7),
The refractive index of the electrical barrier layer is lower than the average refractive index of the semiconductor laminate.
(9)本開示の一実施形態として、(1)から(8)のいずれかにおいて、
波長λp[nm]にピークを有する光学特性を有しており、
前記半導体積層部の積層方向の厚さをt[nm]、0以上の整数をmとする場合に、以下の式(1)が満たされる。
It has optical characteristics having a peak at a wavelength λ p [nm],
When the thickness of the semiconductor laminate in the lamination direction is t [nm] and m is an integer of 0 or more, the following formula (1) is satisfied.
(10)本開示の一実施形態として、(1)において、
前記電気障壁層は、半導体の層である。
(10) As an embodiment of the present disclosure, in (1),
The electrical barrier layer is a semiconductor layer.
(11)本開示の一実施形態として、(10)において、
前記電気障壁層は、前記第1の半導体層の材料よりエネルギーギャップが大きい材料が用いられる。
(11) As an embodiment of the present disclosure, in (10),
The electrical barrier layer is made of a material having a larger energy gap than the material of the first semiconductor layer.
(12)本開示の一実施形態として、(10)又は(11)において、
前記電気障壁層は、前記第1の半導体層と導電型が異なる。
(12) As an embodiment of the present disclosure, in (10) or (11),
The electrical barrier layer has a conductivity type different from that of the first semiconductor layer.
(13)本開示の一実施形態として、(10)から(12)のいずれかにおいて、
前記電気障壁層は、前記基板の材料よりエネルギーギャップが小さい材料が用いられる。
(13) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (10) to (12),
The electrical barrier layer is made of a material having a smaller energy gap than the material of the substrate.
(14)本開示の一実施形態として、(10)から(13)のいずれかにおいて、
前記電気障壁層は、前記基板と導電型が異なる。
(14) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (10) to (13),
The electrical barrier layer has a different conductivity type than the substrate.
(15)本開示の一実施形態として、(1)から(14)のいずれかにおいて、
前記第1の半導体層が前記活性層と直接に接しており、前記第1の半導体層のうち前記活性層と接する層の材料は、前記活性層よりエネルギーギャップが大きい。
(15) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (14),
The first semiconductor layer is in direct contact with the active layer, and the material of the layer in contact with the active layer of the first semiconductor layer has a larger energy gap than the active layer.
(16)本開示の一実施形態として、(1)から(15)のいずれかにおいて、
前記第2の半導体層が前記活性層と直接に接しており、前記第2の半導体層のうち前記活性層と接する層の材料は、前記活性層よりエネルギーギャップが大きい。
(16) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (15),
The second semiconductor layer is in direct contact with the active layer, and the material of the layer in contact with the active layer of the second semiconductor layer has a larger energy gap than the active layer.
(17)本開示の一実施形態として、(1)から(16)のいずれかにおいて、
赤外線が出射又は入射する側がn型の導電型である。
(17) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (16),
The side from which infrared rays are emitted or incident has n-type conductivity.
(18)本開示の一実施形態に係る赤外線デバイスの製造方法は、
基板上に
犠牲層と半導体積層膜とを積層し、
前記犠牲層を除去し、
前記基板とは別の基板上にアモルファス又はポリマーからなる電気障壁層を形成し、
前記電気障壁層上に前記半導体積層膜を接合し、
前記半導体積層膜をエッチングし複数の半導体積層部を形成し、
複数の前記半導体積層部を直列接続する。
(18) A method for manufacturing an infrared device according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of:
A sacrificial layer and a semiconductor laminate film are laminated on a substrate,
removing the sacrificial layer;
forming an amorphous or polymeric electrical barrier layer on a substrate separate from the substrate;
bonding the semiconductor laminated film onto the electrical barrier layer;
The semiconductor laminated film is etched to form a plurality of semiconductor laminated portions;
A plurality of the semiconductor laminated portions are connected in series.
本開示によれば、高性能の赤外線デバイス及び赤外線デバイスの製造方法を提供することができる。 This disclosure provides a high-performance infrared device and a method for manufacturing an infrared device.
<赤外線デバイス>
図1は、本開示の一実施形態に係る赤外線デバイスの構成例を示す図である。本実施形態に係る赤外線デバイスは、波長λpにピークを有する光学特性を有してよい。赤外線デバイスの光学特性のピークは複数であってよい。例えば波長λpは、光学特性の複数のピークのうちの任意の1つであってよい。赤外線デバイスは、基板10と、半導体積層部20と、電気障壁層30と、を備える。半導体積層部20は複数であって、複数の半導体積層部20が直列接続されている。
<Infrared Device>
1 is a diagram showing a configuration example of an infrared device according to an embodiment of the present disclosure. The infrared device according to this embodiment may have optical characteristics having a peak at a wavelength λ p . The infrared device may have multiple peaks in its optical characteristics. For example, the wavelength λ p may be any one of the multiple peaks of the optical characteristics. The infrared device includes a
ここで、赤外線デバイスは、赤外線発光素子又は赤外線受光素子であって、これらをまとめた名称である。以下に説明される赤外線デバイスの構造で赤外線発光素子が実現され、また、同じ構造で赤外線受光素子が実現される。赤外線デバイスは、赤外線発光素子である場合に、具体的には発光ダイオード(LED)であってよい。また、赤外線デバイスは、赤外線受光素子である場合に、具体的にはフォトダイオード(PD)であってよい。 Here, the term "infrared device" refers to an infrared light emitting element or an infrared light receiving element, and is a collective name for both. An infrared light emitting element is realized with the structure of an infrared device described below, and an infrared light receiving element is realized with the same structure. If the infrared device is an infrared light emitting element, it may specifically be a light emitting diode (LED). Also, if the infrared device is an infrared light receiving element, it may specifically be a photodiode (PD).
<基板>
本実施形態に係る赤外線デバイスは基板10を備えている。基板10は半導体積層部20を支持する基板であれば特に制限されない。例えばGaAs基板、InP基板、GaN基板、Si基板、石英基板、アルミニウム基板、酸化物基板、窒化アルミニウム基板、ポリイミドフレキシブル基板などがあげられる。例えば基板10はIC回路を含むSi系基板が用いられてよい。
<Substrate>
The infrared device according to this embodiment includes a
本実施形態に係る赤外線デバイスでは、電気障壁層30によって、半導体積層部20から基板10にリークする電流(以下「リーク電流」)を抑制することができる。不純物濃度(キャリア濃度)の低い基板10又は半絶縁性の基板10が用いられることによって、リーク電流をさらに抑制することができる。また中赤外長波長域において、電子又はホールによる自由電子吸収が顕著になり得る。例えば不純物濃度の低い基板10又は半絶縁性の基板10を用いることにより、自由電子吸収を抑制する効果を高めることができる。
In the infrared device according to this embodiment, the
ここで、図1に示される基準面10aは、半導体積層部20を設ける側の基板10の面である。
Here, the
<半導体積層部>
本実施形態に係る赤外線デバイスは、基板10上に設けられる半導体積層部20を備えている。半導体積層部20は、基板10側から、第1の半導体層21と、活性層23と、第2の半導体層25を有している。第1の半導体層21と第2の半導体層25は、活性層23に直接接続されている。半導体積層部20と電極部50が単位素子を構成している。赤外線デバイスが赤外線発光素子の場合に、必要な発光強度を得るために、また、適切な駆動電圧及び電流を実現するために、複数の単位素子が直列に接続される。本実施形態において、単位素子が1つの発光ダイオードを構成する。また、赤外線デバイスが赤外線受光素子の場合に、出力された信号を増幅回路によって増幅するにあたり、扱いやすい抵抗値を実現するため、複数の単位素子が直列に接続される。本実施形態において、単位素子が1つのフォトダイオードを構成する。
<Semiconductor laminate>
The infrared device according to this embodiment includes a
基板10上に第1の半導体層21、活性層23及び第2の半導体層25が積層される方向が、以下の説明において「積層方向」と称されることがある。本実施形態において、積層方向は基準面10aに対して直交する。
The direction in which the
<第1の半導体層>
第1の半導体層21は第1導電型の半導体層である。第1導電型は、本実施形態においてn型であってよい。第1の半導体層21の構成材料として、InSb、GaAs、InAs、InGaAs、InAlSb、GaAsSb又はInGaPなどが用いられるがこれらに限定されない。また、第1の半導体層21は複数の材料による積層構造で構成されてよい。上記材料に不純物ドープが行われて、不純物濃度(キャリア濃度)が制御される。
<First Semiconductor Layer>
The
ここで不純物としては、例えばSn、Teがn型ドープの材料として用いられ、Zn、Be、Geがp型ドープの材料として用いられる。またSiは、母体の半導体に応じて、n型又はp型のドープ材料として用いられる。しかしながら不純物の材料は、これらに限定されない。不純物濃度については、例えば二次イオン質量分析法(SIMS)により評価することができる。また、第1の半導体層21はドナー不純物又はアクセプター不純物によりn型又はp型にドーピングされていることが好ましいが、第1導電型を有するのであればドープされていなくてよい。また、第1の半導体層21は転位フィルタ層を含んでよい。また、第1の半導体層21は複数の層からなっていてよい。ここで、第1の半導体層21が活性層23と直接に接する場合、拡散電流低減の観点から、第1の半導体層21のうち活性層23と接する層の材料は、活性層23よりエネルギーギャップの大きいものであることが好ましい。
Here, for example, Sn and Te are used as n-type doped materials, and Zn, Be and Ge are used as p-type doped materials as impurities. Si is used as an n-type or p-type doped material depending on the semiconductor of the base material. However, the impurity material is not limited to these. The impurity concentration can be evaluated by, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS). The
<活性層>
活性層23は、発光層又は受光層である。活性層23の材料として、InAsSbなどが用いられるがこれらに限定されない。ここで、活性層23は、真性半導体であってよいし、p型にドープされていてよい。特にエネルギーギャップが狭い場合に、活性層23は、P型にスライトドープされる(slightly doped)ことがある。スライトドープの一例として、1016/cm3から1018/cm3の不純物ドープが行われる。
<Active layer>
The
<第2の半導体層>
第2の半導体層25は第2導電型の半導体層である。第2導電型は、第1導電型と異なる導電型であって、本実施形態においてp型である。別の例として、第1導電型がp型で、第2導電型がn型であってよい。第2の半導体層25の構成材料として、InSb、GaAs、InAs、InGaAs、InAlSb、GaAsSb又はInGaPなどが用いられるがこれらに限定されない。また、第2の半導体層25は複数の材料による積層構造で構成されてよい。ここで、第2の半導体層25が活性層23と直接に接する場合、拡散電流低減の観点から、第2の半導体層25のうち活性層23と接する層の材料は、活性層23よりエネルギーギャップの大きいものであることが好ましい。また、発光素子における赤外線の出射方向又は受光素子における赤外線の入射方向は、基板10の上下どちらでも構わない。赤外線素子のバーシュタインモス効果による赤外線透過率の向上の観点から、赤外線が出射又は入射する側がn型の導電型であることが好ましい。
<Second Semiconductor Layer>
The
<電極部>
電極部50の材料としては、中赤外長波長域において反射率の高い材料が好まれる。電極部50の材料として、例えばAu、Alを用いることができる。また、電極部50は、接触抵抗の低減、密着性の向上及び電極材料と半導体材料との相互拡散防止のために、異なる電極材料を積層することができる。例えばTi、Pt、Ni、Cr、Cuなども用いることができる。ただし、電極の材料はこれらに限定されない。
<Electrode part>
A material having a high reflectance in the mid-infrared long wavelength region is preferred as the material of the
電極部50は、第1の部分において第1の半導体層21と電気的に接合(コンタクト)しており、第1の半導体層21に対して、電流を注入する又は電流を取り出す。電極部50は、第2の部分において第2の半導体層25と電気的に接合(コンタクト)しており、第2の半導体層25に対して、電流を注入する又は電流を取り出す。
The
<電気障壁層>
電気障壁層30は、基板10と半導体積層部20との間に位置し、基板10と半導体積層部20との間の電気抵抗の増加に寄与する。電気障壁層30によって、リーク電流が抑制されるため、発光強度又は検出感度を低下させない高性能の赤外線デバイスが実現される。絶縁性の観点から、電気障壁層30の積層方向の厚さは500nm以上であることが好ましい。
<Electric Barrier Layer>
The
電気障壁層30は、アモルファス又はポリマーの層であってよい。例えば電気障壁層30は、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、熱窒化ケイ素、シリカゲル、一酸化ケイ素(SiO)、エポキシ樹脂又はポリイミドの層とすることができる。電気障壁層30の材料がアモルファス又はポリマーである場合に、予め形成された半導体積層部20を、電気障壁層30を介して基板10に接続し、電極部50によって隣接する半導体積層部20を接続することによって、赤外線デバイスが製造される。
The
ここで、電気障壁層30の材料がアモルファス又はポリマーである場合に、MBE又はMOCVDを用いて電気障壁層30上に半導体積層部20を形成することは困難である。MBE及びMOCVDは下地となる層の結晶の情報を引き継いで結晶を成長させる方法である。下地となるアモルファス又はポリマーは非結晶である為、結晶の情報(方位、原子間隔など)を含まないためである。本開示の一実施形態に係る赤外線デバイスの製造方法は以下の通りである。まず基板10とは別の基板a(図18A参照)上に、のちに除去される犠牲層bが積層されて(図18B参照)、さらに半導体積層膜Xが形成される(図18C参照)。形成の方法として、MBE又はMOCVDなどがあげられる。次に犠牲層bが除去され、半導体積層膜Xのみが剥離されて、電気障壁層30を介して半導体積層膜Xが基板10に接合される(図18D参照)。ここで、基板10への接合は、例えば貼り合わせることで行われる。犠牲層bを除去する方法として、エッチングなどがあげられる。電気障壁層30と半導体積層膜Xを接合する方法として、原子拡散接合法又は表面活性化法などがあげられる。半導体積層膜Xのうち、基板10に接合する面は、犠牲層bに接していた面cであってよいし、犠牲層bと接していた面cの反対側の面dであってよい。これにより、基板10上に電気障壁層30と半導体積層膜Xとを積層した構造eを形成することができる(図18E参照)。続いて構造eの半導体積層膜Xを適宜エッチングすることで、複数の半導体積層部20を形成することができる。このエッチングの際のマスクに用いた層がそのまま赤外線デバイスの保護層として用いられてよい。続いて適宜保護層を形成し電極部50によって隣接する半導体積層部20を接続することによって、赤外線デバイスが製造される。
Here, when the material of the
また、電気障壁層30は、半導体の層であってよい。この場合に、赤外線デバイスは公知の半導体製造手法によって製造される。電気障壁層30の材料が半導体である場合に、リーク電流を流れにくくするため、電気障壁層30には、第1の半導体層21の材料よりエネルギーギャップ(バンドギャップ)が大きい材料が用いられてよい。エネルギーギャップの小さい材料に対して大きい材料にはポテンシャル障壁が形成されることを利用し、エネルギーギャップが小さい第1の半導体層21からエネルギーギャップが大きい電気障壁層30へのキャリアの流入を制限し、リーク電流を低減できる。ここで、電気障壁層30は、基板10の材料よりエネルギーギャップが小さい材料が用いられてよい。これにより、エネルギーギャップが小さい電気障壁層30からエネルギーギャップが大きい基板10へのキャリアの流入を制限し、リーク電流を低減できる。また、電気障壁層30は、第1の半導体層21と導電型が異なっていてよい。また、電気障壁層30は、基板10と導電型が異なっていてよい。これは異なる導電型においてはポテンシャル障壁が形成されるため、キャリアの流入を制限できリーク電流を低減できるためである。
The
ここで、図1に示すように、複数の半導体積層部20の間の領域が「第1の領域」とされて、第1の領域でない領域が「第2の領域」とされる。換言すると、第2の領域が上記の単位素子の主な部分が形成されている領域であって、隣接する単位素子の間の接続領域が第1の領域である。ここで、単位素子の主な部分は、半導体積層部20が後述する第2の層21bを含む場合に、単位素子から第2の層21bを除く部分であり、半導体積層部20が第2の層21bを含まない場合に、単位素子と同じである。電気障壁層30は、少なくとも第2の領域に設けられる。電気障壁層30は、図1のように第1の領域に存在しなくてよい。別の例として、図2に示すように、電気障壁層30は、第1の領域に存在するように形成されてよい。また、図3に示すように、電気障壁層30は、第1の領域に存在し、さらに第1の保護膜31を分断するように形成されてよい。ここで、第1の保護膜31は半導体積層部20の側面及び上面に形成されて、半導体積層部20を保護する膜である。第1の保護膜31として、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ハフニウムなどを選択することができる。また、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などを選択することができる。電気障壁層30が第1の領域にも存在するように形成されると、被覆性がよくなるため、リーク電流抑制の効果がさらに高まる。
Here, as shown in FIG. 1, the region between the plurality of semiconductor laminated
ここで、第1の保護膜31は半導体積層部20の側面及び上面で、直接に接するように形成されてよいし、第2の保護膜32を介して接するように形成されてよい。図4、図5及び図6の赤外線デバイスは、第2の保護膜32を備えており、電気障壁層30の構成がそれぞれ図1、図2、図3に対応している。
Here, the first
また、別の例として、電気障壁層30は基板10の窪み(凹部)に形成されてよい。この場合に、電気障壁層30は図7のように第1の領域の一部で存在しないように(分断されるように)形成されてよいし、図8のように第1の領域に存在するように形成されてよい。
As another example, the
また、上記のように、電気障壁層30が第1の領域にも存在するように形成されるとリーク電流抑制の効果が高まるが、第1の半導体層21を性質の異なる複数の層で構成することで、さらにリーク電流を抑制することができる。図9及び図10の赤外線デバイスは、2層で構成される第1の半導体層21を備えており、電気障壁層30の構成がそれぞれ図2、図3に対応している。第1の層21aは抵抗が相対的に低い層である。第2の層21bは抵抗が相対的に高い層である。第2の層21bの抵抗が、第1の層21aの抵抗より高くなるように、構成材料又はドープが調整されて、第1の半導体層21が形成される。図9、図10のように第2の層21bが第1の領域に存在していてよい。
As described above, the effect of suppressing leakage current is enhanced when the
また、図11に示すように、電気障壁層30は、第1の領域に存在し、第1の領域における電気障壁層30の積層方向の厚さ(h1)が、第2の領域における電気障壁層30の積層方向の厚さ(h2)に比べて薄いように形成されてよい。この場合に、第1の領域と第2の領域の境界において電気障壁層30の厚さが変化するため、電気障壁層30の表面に沿った距離(沿面距離)を延ばすことができる。沿面距離が延びることによって、隣接する単位素子とのESD(Electro Static Discharge)耐性を向上させることができる。ここで、図12に示すように、電気障壁層30が第1の保護膜31を分断するように形成されてよい。
Also, as shown in FIG. 11, the
また、半導体積層部20の側面部分についても、沿面距離を延ばすことが好ましい。図13は、赤外線デバイスの部分断面図であって、第1の半導体層21の側面の角度と電気障壁層30の側面の角度の例を示す図である。第1の半導体層21の側面が基準面10aに平行な面と成す第1の角度(θ1)と、電気障壁層30の側面が基準面10aに平行な面と成す第2の角度(θ2)が異なっており、第2の角度は、第1の角度より大きくてよい。第1の角度が第2の角度と異なることによって、第1の角度を第2の角度に揃える場合に比べて、第1の半導体層21の側面部分の沿面距離を延ばすことができる。沿面距離が延びることによって、隣接する単位素子とのESD耐性をさらに向上させることができる。ここで、図14に示すように、積層方向の厚さが薄い部分を電気障壁層30が有する場合に、薄い部分を除いて第2の角度が定められる。また、図16及び図17に示すように、第2の角度は、第1の角度より小さくてよい。第2の角度は、第1の角度より小さい場合、第1の半導体層21及び電気障壁層30の上にさらに電極及び保護層を形成する際に、第1の半導体層21及び電気障壁層30との密着性を向上することができる。
It is also preferable to extend the creepage distance for the side portion of the
ここで、本実施形態において、電気障壁層30の屈折率は、半導体積層部20の平均屈折率より低くてよい。例えば半導体積層部20の平均屈折率が3~4であって、電気障壁層30の屈折率が1.5未満であり得る。また、基板10の屈折率は、例えば3~4であり得る。また、半導体積層部20の上面の電極(電極部50の一部)がミラーとして機能するため、赤外線デバイスは共振構造を取りえるため、波長λp[nm]にピークを有する光学特性を有しえる。半導体積層部20の積層方向の厚さをt[nm]、0以上の整数をmとする場合に、以下の式(1)が満たされる。
Here, in this embodiment, the refractive index of the
詳細に説明すると、半導体積層部20の積層方向の厚さ(t)は、半導体積層部20の平均屈折率を「n」とすれば、以下の式(2)で計算される。
In more detail, the thickness (t) of the
ここで平均屈折率とは、半導体積部の各々の層の屈折率について膜厚で重みづけをした平均値を指す。ここで、図15は半導体積層部20の積層方向の厚さと、共振構造の内部に閉じ込められる光のエネルギーの大きさ(|E|2)との関係を示す。共振構造において、図15のように金属と半導体積層部20との界面に固定端、及び半導体積層部と電気障壁層30との界面に自由端が位置しており、半導体積層部20の積層方向の厚さtと波長λpが式(2)のような関係式にある。また、本実施形態における半導体積層部20の平均屈折率(3~4)を式(2)に代入することによって、式(1)が得られる。本実施形態に係る赤外線デバイスは、式(1)を満たすように、積層構造の厚さなどを設計することで、所望の波長λpにピークを有する光学特性を有することができる。
Here, the average refractive index refers to the average value weighted by the film thickness for the refractive index of each layer of the semiconductor laminate. Here, FIG. 15 shows the relationship between the thickness of the
以上、実施形態を諸図面及び実施例に基づき説明したが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意すべきである。例えば、各部材、各手段などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段などを1つに組み合わせたり又は分割したりすることが可能である。 Although the embodiment has been described above based on the drawings and examples, it should be noted that a person skilled in the art would easily be able to make various modifications and corrections based on this disclosure. It should be noted, therefore, that these modifications and corrections are included in the scope of this disclosure. For example, the functions included in each component, each means, etc. can be rearranged so as not to cause logical inconsistencies, and multiple means, etc. can be combined into one or divided.
10 基板
20 半導体積層部
21 第1の半導体層
21a 第1の層
21b 第2の層
23 活性層
25 第2の半導体層
30 電気障壁層
31 第1の保護膜
32 第2の保護膜
50 電極部
REFERENCE SIGNS LIST 10: Substrate 20: Semiconductor laminate portion 21:
Claims (17)
前記基板上に設けられ、第1の半導体層と、活性層と、第2の半導体層を有する半導体積層部と、
前記基板と前記半導体積層部との間に位置し、前記基板と前記半導体積層部との間のリーク電流を抑制する電気障壁層と、を備え、
前記半導体積層部は複数であって、複数の前記半導体積層部が直列接続されていて、
前記半導体積層部を設ける側の前記基板の面を基準面として、
前記第1の半導体層の側面が前記基準面に平行な面と成す第1の角度と、前記電気障壁層の側面が前記基準面に平行な面と成す第2の角度が異なっていて、
前記第1の半導体層の側面と前記電気障壁層の側面とが接している、赤外線デバイス。 A substrate;
a semiconductor lamination portion provided on the substrate, the semiconductor lamination portion having a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer;
an electric barrier layer located between the substrate and the semiconductor laminate and suppressing leakage current between the substrate and the semiconductor laminate ;
The semiconductor laminated portion is a plurality of portions, and the plurality of semiconductor laminated portions are connected in series,
The surface of the substrate on which the semiconductor laminate is to be provided is set as a reference surface,
a first angle that a side surface of the first semiconductor layer forms with a plane parallel to the reference plane is different from a second angle that a side surface of the electrical barrier layer forms with a plane parallel to the reference plane,
An infrared device, wherein a side of the first semiconductor layer is in contact with a side of the electrical barrier layer .
前記半導体積層部の積層方向の厚さをt[nm]、0以上の整数をmとする場合に、以下の式(1)が満たされる、請求項1から3のいずれか一項に記載の赤外線デバイス。
4. The infrared device according to claim 1, wherein the following formula (1) is satisfied, where t [nm] is a thickness in a stacking direction of the semiconductor stack and m is an integer of 0 or more.
犠牲層と半導体積層膜とを積層し、
前記犠牲層を除去し、
前記基板とは別の基板上にアモルファス又はポリマーからなる電気障壁層を形成し、
前記電気障壁層上に前記半導体積層膜を接合し、
前記半導体積層膜をエッチングし複数の半導体積層部を形成し、
複数の前記半導体積層部を直列接続する、赤外線デバイスの製造方法であって、
製造される前記赤外線デバイスが、
前記基板と、
前記基板上に設けられ、第1の半導体層と、活性層と、第2の半導体層を有する前記半導体積層部と、
前記基板と前記半導体積層部との間に位置し、前記基板と前記半導体積層部との間のリーク電流を抑制する電気障壁層と、を備え、
前記半導体積層部は複数であって、複数の前記半導体積層部が直列接続されていて、
前記半導体積層部を設ける側の前記基板の面を基準面として、
前記第1の半導体層の側面が前記基準面に平行な面と成す第1の角度と、前記電気障壁層の側面が前記基準面に平行な面と成す第2の角度が異なっていて、
前記第1の半導体層の側面と前記電気障壁層の側面とが接している、赤外線デバイスの製造方法。 A sacrificial layer and a semiconductor laminate film are laminated on a substrate,
removing the sacrificial layer;
forming an amorphous or polymeric electrical barrier layer on a substrate separate from the substrate;
bonding the semiconductor laminated film onto the electrical barrier layer;
The semiconductor laminated film is etched to form a plurality of semiconductor laminated portions;
A method for manufacturing an infrared device , comprising connecting a plurality of the semiconductor laminated portions in series, the method comprising the steps of:
The infrared device to be manufactured comprises:
The substrate;
the semiconductor laminate portion provided on the substrate and having a first semiconductor layer, an active layer, and a second semiconductor layer;
an electric barrier layer located between the substrate and the semiconductor laminate and suppressing leakage current between the substrate and the semiconductor laminate;
The semiconductor laminated portion is a plurality of portions, and the plurality of semiconductor laminated portions are connected in series,
The surface of the substrate on which the semiconductor laminate is to be provided is set as a reference surface,
a first angle that a side surface of the first semiconductor layer forms with a plane parallel to the reference plane is different from a second angle that a side surface of the electrical barrier layer forms with a plane parallel to the reference plane,
A method for manufacturing an infrared device, wherein a side surface of the first semiconductor layer is in contact with a side surface of the electrical barrier layer.
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002525839A (en) | 1998-07-10 | 2002-08-13 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | Thin-film semiconductor structure having a heat conducting layer |
| US20070158664A1 (en) | 2004-04-05 | 2007-07-12 | Commissariat A L'energie Atomique | Mesa structure photon detection circuit |
| JP2013138128A (en) | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Univ Of Tsukuba | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
| JP2015088602A (en) | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Semiconductor optical device |
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