JP2018186201A - 赤外線検知半導体デバイス - Google Patents

赤外線検知半導体デバイス Download PDF

Info

Publication number
JP2018186201A
JP2018186201A JP2017087359A JP2017087359A JP2018186201A JP 2018186201 A JP2018186201 A JP 2018186201A JP 2017087359 A JP2017087359 A JP 2017087359A JP 2017087359 A JP2017087359 A JP 2017087359A JP 2018186201 A JP2018186201 A JP 2018186201A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor region
semiconductor
layer
filter film
optical filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017087359A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6787240B2 (ja
Inventor
バーラセカラン スンダララジャン
Balasekaran Sundararajan
バーラセカラン スンダララジャン
博史 稲田
Hiroshi Inada
博史 稲田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2017087359A priority Critical patent/JP6787240B2/ja
Priority to US15/958,862 priority patent/US10600927B2/en
Publication of JP2018186201A publication Critical patent/JP2018186201A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6787240B2 publication Critical patent/JP6787240B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H01L31/02164—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers, cold shields for infrared detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03042—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds characterised by the doping material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

【課題】光吸収層の光応答特性を補償可能なフィルタを含む赤外線検知半導体デバイスを提供する。【解決手段】赤外線検知半導体デバイスは、赤外線を透過可能な支持体、タイプＩＩの光吸収層、及び８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓのフィルタ膜を備える。光フィルタ膜は、第１半導体領域、第２半導体領域及び第３半導体領域を含み、これらの半導体領域は第１軸に沿って順に配列され、第１半導体領域は、第１半導体領域と第２半導体領域との境界において第１値のｎ型ドーパント濃度を有し、第３半導体領域は第２半導体領域と前記第３半導体領域との境界において第１値より小さい第２値のｎ型ドーパント濃度を有し、第２半導体領域は光フィルタ膜のｎ型ドーパントプロファイルが第１値から第２値に単調に変化する部分を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、赤外線検知半導体デバイスに関する。
非特許文献１は、タイプＩＩ量子井戸構造を有する短波及び中波域フォトダイオードを開示する。
Baile Chen, Weiyang Jiang, Jinrong Yuan, Archie L. Holmes, Jr., and Bora. M. Onat "SWIR/MWIR InP-Based p-i-n Photodiodes with InGaAs/GaAsSb Type-II Quantum Wells," IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 47, NO. 9, SEPTEMBER 2011
ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子は、波長１．３〜２．５マイクロメートの範囲に光応答特性を示す。発明者の知見によれば、この波長域における光応答特性は、波長間の感度差の点で改善されれば、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子を用いるフォトダイオードといった検知半導体デバイスの用途を広げる可能性がある。
本発明の一側面は、光吸収層の光応答特性を補償可能なフィルタを含む赤外線検知半導体デバイスを提供することを目的とする。
本発明に係る赤外線検知半導体デバイスは、赤外線を透過可能な支持体と、タイプＩＩの光吸収層と、８．０×１０１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓの光フィルタ膜と、を備え、前記光吸収層、前記光フィルタ膜及び前記支持体は、第１軸に沿って順に配列されており、前記光フィルタ膜は、第１半導体領域、第２半導体領域及び第３半導体領域を含み、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域は、前記光吸収層上において前記第１軸に沿って順に配列され、前記第１半導体領域は、２．０×１０１９ｃｍ−３以上のｎ型ドーパント濃度を含み、前記第３半導体領域は、３．０×１０１８ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度を含み、前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との境界において第１値のｎ型ドーパント濃度を有し、前記第２半導体領域は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との境界において第２値のｎ型ドーパント濃度を有し、前記第１値は、前記第２値より大きく、前記第２半導体領域は、前記光フィルタ膜のｎ型ドーパントプロファイルが前記第１半導体領域から前記第３半導体領域の方向に前記第１値から前記第２値に単調に変化する領域部分を有する。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、光吸収層の光応答特性を補償可能なフィルタを含む赤外線検知半導体デバイスが提供される。
図１は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスの半導体層の構造を概略的に示す図面である。 図２は、ＩｎＧａＡｓにおいて、ｎ型ドーパント濃度と光遷移禁制帯との関係を例証する図面である。 図３は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスにおける光フィルタ膜の実施例を示す図面である。 図４は、実施例に係る赤外線検知半導体デバイスを模式的に示す一部破断図である。 図５は、実施例１に係る赤外線検知半導体デバイスの光フィルタ膜を示す平面図である。 図６は、実施例１に係る赤外線検知半導体デバイスの別の光フィルタ膜を示す平面図である。 図７は、実施例２に係る赤外線検知半導体デバイスの別の光フィルタ膜のｎ型ドーパント濃度プロファイルを示す図面である。 図８は、実施例３に係る赤外線検知半導体デバイスの光フィルタ膜の形状、及び光フィルタ膜のｎ型ドーパント濃度プロファイルを示す図面である。 図９は、本実施形態に係る光フィルタ膜による光応答特性の補償を示す図面である。 図１０は、光フィルタ膜を含まない赤外線検知半導体デバイスの半導体層の構造を概略的に示す図面である。 図１１は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを備える測定システムを概略的に示す図面である。 図１２は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１３は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１４は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１５は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１６は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１７は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
引き続き具体例を説明する。
具体例に係る赤外線検知半導体デバイスは、（ａ）赤外線を透過可能な支持体と、（ｂ）タイプＩＩの光吸収層と、（ｃ）８．０×１０１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓの光フィルタ膜と、を備え、前記光吸収層、前記光フィルタ膜及び前記支持体は、第１軸に沿って順に配列されており、前記光フィルタ膜は、第１半導体領域、第２半導体領域及び第３半導体領域を含み、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域は、前記光吸収層上において前記第１軸に沿って順に配列され、前記第１半導体領域は、２．０×１０１９ｃｍ−３以上のｎ型ドーパント濃度を含み、前記第３半導体領域は、３．０×１０１８ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度を含み、前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との境界において第１値のｎ型ドーパント濃度を有し、前記第２半導体領域は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との境界において第２値のｎ型ドーパント濃度を有し、前記第２半導体領域は、前記光フィルタ膜のｎ型ドーパントプロファイルが前記第１半導体領域から前記第３半導体領域の方向に前記第１値から前記第２値に単調に変化する部分を有する。
この赤外線検知半導体デバイスによれば、８．０×１０１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度のＩｎＧａＡｓは、モス−バースタイン効果により、ホスト半導体のＩｎＧａＡｓのバンドギャップより大きい光遷移禁制帯を示し、アンドープ又は軽ドープのＩｎＧａＡｓが吸収する光の波長帯において該ＩｎＧａＡｓに比べて高い透過率を有する。８．０×１０１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度のＩｎＧａＡｓは、そのドーパント濃度に応じた光遷移禁制帯の幅を有する。フィルタ膜は、８．０×１０１７ｃｍ−３より大きい濃度範囲において互いに異なるｎ型ドーパント濃度を有する半導体領域を含み、これらの半導体領域は、そのドーパント濃度に応じたそれぞれの光吸収特性を有する。光吸収層に入射する光の量は、これらの半導体領域の光吸収特性に応じて変更されて、赤外線検知半導体デバイスの光応答特性は、光吸収層自体の光応答特性と光フィルタ膜の光透過特性とを合成した光吸収特性に依る。この結果、赤外線検知半導体デバイスの光応答特性は、８．０×１０１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度のＩｎＧａＡｓによって調整可能になる。
具体例に係る赤外線検知半導体デバイスでは、前記光フィルタ膜の前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域は、それぞれ、第１断面積、第２断面積及び第３断面積を有し、前記第１断面積は前記第２断面積より大きく、前記第２断面積は前記第３断面積より大きく、前記第１断面積、前記第２断面積及び前記第３断面積の各々は、前記第１軸に交差する平面上において規定される。
この赤外線検知半導体デバイスによれば、フィルタ膜内の最も軽いドープであって小さい断面積の第３半導体領域が、赤外線検知半導体デバイスの受光波長範囲における長波側から短波側の光を吸収し、フィルタ膜内の中位のドープであって第３半導体領域より大きな断面積の第２半導体領域は、赤外線検知半導体デバイスの受光波長範囲における中波から短波の光を吸収し、フィルタ膜内の最も重いドープであって第２半導体領域より大きな断面積の第１半導体領域は、赤外線検知半導体デバイスの受光波長範囲における短波域の光を吸収する。
具体例に係る赤外線検知半導体デバイスでは、前記光吸収層は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸構造を有する。
赤外線検知半導体デバイスによれば、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸構造の光吸収層における光応答特性を調整可能である。
具体例に係る赤外線検知半導体デバイスは、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層に接触を成す第１電極と、前記第２導電型半導体層に接触を成す第２電極と、を更に備え、前記光吸収層は前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられ、前記光フィルタ膜は、前記第１導電型半導体層に接触を成す。
赤外線検知半導体デバイスによれば、フィルタ膜は、キャリアの伝搬経路上に設けられず、電気的特性から独立して光吸収特性のためのｎ型ドーパントプロファイルを付与できる。
具体例に係る赤外線検知半導体デバイスでは、前記第１導電型半導体層は、８．０×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓを備える。
赤外線検知半導体デバイスによれば、８．０×１０１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓのフィルタ膜は、８．０×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓ上に設けられる。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、赤外線検知半導体デバイス、及び赤外線検知半導体デバイスを作製する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図１は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスの半導体層の構造を概略的に示す図面である。図２は、ＩｎＧａＡｓにおいて、ｎ型ドーパント濃度と光遷移禁制帯との関係を例証する図面である。
赤外線検知半導体デバイス１０は、支持体１１、光フィルタ膜１３及びフォトダイオード構造１５を含む。光フィルタ膜１３は、支持体１１とフォトダイオード構造１５との間に設けられる。フォトダイオード構造１５は、光吸収層１７を含み、光吸収層１７は、タイプＩＩの超格子構造を有する。光フィルタ膜１３の材料は、ｎ型ＩｎＧａＡｓであり、８．０×１０１７ｃｍ−３（「８．０Ｅ１７ｃｍ−３」と記す）より大きいｎ型ドーパント濃度を有する。赤外線検知半導体デバイス１０において、光吸収層１７は、第１導電型半導体層１９と第２導電型半導体層２１との間に設けられる。支持体１１、光フィルタ膜１３及び光吸収層１７は、第１軸Ａｘ１の方向に沿って順に配列される。支持体１１は、光吸収層１７が光応答を示す波長範囲の赤外線を透過可能な材料からなる。支持体１１は、例えば、ベース１１ａ及びフィリング１１ｂを備えることができる。ベース１１ａは、フォトダイオード構造１５のための半導体層のエピ成長用の基板と異なる材料からなることができ、例えばシリコン基板、ＩｎＰ基板であることができる。フィリング１１ｂは、エポキシ樹脂といった樹脂体を備えることができる。支持体１１は、更に、光フィルタ膜１３をベース１１ａに貼り合わせる接合層１１ｃを備えることができ、接合層１１ｃは、シリコン系無機絶縁体（例えば、シリコン酸化物）といった無機膜を含むことができる。支持体１１を通過した光は、光フィルタ膜１３を介して光吸収層１７に入射する。
光フィルタ膜１３は、第１半導体領域２３、第２半導体領域２５及び第３半導体領域２７を含み、第１半導体領域２３、第２半導体領域２５及び第３半導体領域２７は、第１導電型半導体層１９上において第１軸Ａｘ１の方向に沿って順に配列される。第１半導体領域２３は、２．０Ｅ１９ｃｍ−３以上のｎ型ドーパント濃度を含み、第３半導体領域２７は、３．０Ｅ１８ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度を含む。第２半導体領域２５は、第１半導体領域２３と第２半導体領域２５との境界において第１値（例えば、２．０Ｅ１９ｃｍ−３未満）のｎ型ドーパント濃度を有し、第２半導体領域２５と第３半導体領域２７との境界において第２値（例えば、３．０Ｅ１８ｃｍ−３より大きい）のｎ型ドーパント濃度を有する。第２半導体領域２５は、光フィルタ膜１３のｎ型ドーパントプロファイルが第１半導体領域２３から第３半導体領域２７の方向に第１値から第２値に単調に変化する領域部分を有し、また光吸収層１７から光フィルタ膜１３への方向に単調に増加していても良い。また、第１半導体領域２３は、第１半導体領域２３と第２半導体領域２５との境界において２．０Ｅ１９ｃｍ−３以上のｎ型ドーパント濃度を有し、第３半導体領域２７は、第２半導体領域２５と第３半導体領域２７との境界において３．０Ｅ１９ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度を有する。第２半導体領域２５は、光フィルタ膜１３のｎ型ドーパントプロファイルが３．０Ｅ１８ｃｍ−３以上２．０Ｅ１９ｃｍ−３以下の範囲において第１半導体領域２３から第３半導体領域２７の方向に単調に変化する部分を有し、また光吸収層１７から光フィルタ膜１３への方向に単調に減少していても良い。
８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度ＮＤのＩｎＧａＡｓは、モス−バースタイン効果により、ホスト半導体のＩｎＧａＡｓのバンドギャップＥ０より大きい光遷移禁制帯を示し、そのｎ型ドーパント濃度ＮＤに応じたそれぞれの光吸収特性を有する。８．０Ｅ１７ｃｍ−３より軽いドープ及びアンドープのＩｎＧａＡｓによって吸収される光の波長帯における光は、モス−バースタイン効果を示すようにｎ型ドーパントを添加したＩｎＧａＡｓを透過できる。８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度ＮＤのＩｎＧａＡｓは、そのドーパント濃度に応じた光遷移禁制帯の幅を有する。光フィルタ膜１３は、８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きい濃度範囲において互いに異なるｎ型ドーパント濃度ＮＤを有する半導体領域（２１、２３、２５）を含み、この赤外線検知半導体デバイス１０によれば、光吸収層１７に入射する光の量は、これらの半導体領域（２１、２３、２５）の光吸収特性に応じて変更されて、光フィルタ膜１３によって補償された赤外線検知半導体デバイス１０の光応答特性は、光吸収層１７自体の光吸収特性ではなく、光吸収層１７自体の光吸収特性と光フィルタ膜１３の光吸収特性とを合成した光吸収特性に示す。この結果、赤外線検知半導体デバイス１０の光応答特性は、８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度のＩｎＧａＡｓによって調整可能になる。
図２を参照しながら、ｎ型ドーパントを含むＩｎＧａＡｓにおけるモス−バースタイン効果を説明する。図２の（ａ）部は、アンドープＩｎＸＧａ１−ＸＡｓの伝導帯及び価電子帯を示す。アンドープＩｎＧａＡｓバルクの伝導帯と価電子帯とのエネルギー差は、０．７２８ｅＶ（ＩｎＰに格子整合するＩｎ組成Ｘ＝０．５３における値）の光子エネルギーに相当し、約１．７マイクロメートルの波長に対応する。図２の（ｂ）部は、８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度、例えば３．０Ｅ１８ｃｍ−３のｎ型ドーパント濃度ＮＤのＩｎＧａＡｓの伝導帯Ｅｃ、価電子帯Ｅｖ及びフェルミ面Ｅｆを示す。このＩｎＧａＡｓの伝導帯Ｅｃ内のフェルミ面Ｅｆと価電子帯Ｅｖとのエネルギー差は、元のＧａＩｎＡｓのバンドギャップ（０．７２８ｅＶ）に加えて、０．０４８ｅＶだけ大きい値を示す。この理由は、３．０Ｅ１８ｃｍ−３のｎ型ドーパントの添加により、フェルミ準位がバンドギャップ内から伝導帯Ｅｃ内にシフトされる。価電子帯Ｅｖから励起する電子は、価電子帯Ｅｖから伝導帯Ｅｃのフェルミ面Ｅｆ上に到達できる遷移エネルギーＥ１を必要とする。図２の（ｃ）部は、８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度ＮＤ、例えば３．０Ｅ１９ｃｍ−３のｎ型ドーパント濃度のＩｎＧａＡｓの伝導帯Ｅｃ及び価電子帯Ｅｖを示す。このＩｎＧａＡｓの伝導帯Ｅｃのフェルミ面Ｅｆと価電子帯Ｅｖとのエネルギー差は、元のＧａＩｎＡｓのバンドギャップ（０．７２８ｅＶ）に加えて、０．２８１ｅＶだけ大きい値を示す。この理由は、３．０Ｅ１９ｃｍ−３のｎ型ドーパントの添加により、フェルミ準位がバンドギャップ内から伝導帯Ｅｃ内にシフトされる。価電子帯Ｅｖから励起する電子は、価電子帯Ｅｖから伝導帯Ｅｃのフェルミ面Ｅｆ上に到達できる遷移エネルギーＥ２を必要とする。
上記の説明から理解されるように、８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパントを含むＩｎＧａＡｓでは、ｎ型ドーパント濃度の増加に伴って、電子の光学遷移のためのエネルギーが、ＩｎＧａＡｓバルクのバンドギャップより大きくなる。
図１に示されるように、光フィルタ膜１３の第１半導体領域２３、第２半導体領域２５及び第３半導体領域２７は、光吸収層１７から光フィルタ膜１３への方向に順に配列される。第１半導体領域２３、第２半導体領域２５及び第３半導体領域２７は、それぞれ、第１断面積Ｓ１、第２断面積Ｓ２及び第３断面積Ｓ３を有する。第１断面積Ｓ１は第２断面積Ｓ２より大きく、第２断面積Ｓ２は第３断面積Ｓ３より大きい。第１断面積Ｓ１、第２断面積Ｓ２及び第３断面積Ｓ３の各々は、第１軸Ａｘ１に交差する平面上において規定される。
この赤外線検知半導体デバイス１０によれば、光フィルタ膜１３内において小さい第３断面積Ｓ３を有し最も軽いドープの第３半導体領域２７は、赤外線検知半導体デバイス１０の受光波長範囲における長波から短波の波長帯における光を吸収する。光フィルタ膜１３内において第３断面積Ｓ３より大きな第２断面積Ｓ２を有し中位のドープの第２半導体領域２５は、赤外線検知半導体デバイス１０の受光波長範囲における中波から短波の波長帯内の光を吸収する。光フィルタ膜１３内において第２断面積Ｓ２より大きな第１断面積Ｓ１を有し最も軽いドープの第１半導体領域２３は、赤外線検知半導体デバイス１０の受光波長範囲における短波域の光を吸収する。
断面積比の例示。
半導体領域（断面積）：断面積の相対値。
第１半導体領域２３（Ｓ１）：Ｓ３＝４。
第２下側半導体領域２５ａ（Ｓ２Ｄ、Ｓ２）：Ｓ２Ｕ＝８。
第２上側半導体領域２５ｂ（Ｓ２Ｕ、Ｓ２）：Ｓ２Ｄ＝１２。
第３半導体領域２７（Ｓ３）：Ｓ３＝１６。
光吸収層１７は、第１半導体層１７ａ及び第２半導体層１７ｂを含み、第１半導体層１７ａ及び第２半導体層１７ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に交互に配列されている。第１半導体層１７ａの材料は、例えばアンドープＩｎＧａＡｓであり、第２半導体層１７ｂの材料は、例えばＧａＡｓＳｂである。
互いに異なるｎ型ドーパント濃度の複数のＩｎＧａＡｓ領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）によれば、赤外波長域に光感度を有するタイプＩＩの光吸収層１７の光応答特性の波長依存性を補償して、赤外線検知半導体デバイス１０に所望の光応答特性を提供できる。
図３は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスにおける光フィルタ膜の実施例を示す図面である。図３の（ａ）部に示される光フィルタ膜１３は、４つの半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）を含む。
半導体領域（断面積）：ｎ型ドーパント濃度（ｃｍ−３）。
第１半導体領域２３（Ｓ１）：３Ｅ１９。
第２下側半導体領域２５ａ（Ｓ２Ｄ、Ｓ２）：９Ｅ１８。
第２上側半導体領域２５ｂ（Ｓ２Ｕ、Ｓ２）：６Ｅ１８。
第３半導体領域２７（Ｓ３）：３Ｅ１８。
これらの半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）は、光吸収層１７から光フィルタ膜１３（外側）への方向にｎ型ドーパント濃度が単調に変化するように配列されている。最も高濃度の第１半導体領域２３が光吸収層１７上に設けられ、高い中濃度の第２下側半導体領域２５ａが第１半導体領域２３上に設けられ、低い中濃度の第２上側半導体領域２５ｂが第２下側半導体領域２５ａ上に設けられ、最も低濃度の第３半導体領域２７が第２上側半導体領域２５ｂ上に設けられる。
図３の（ｂ）部を参照すると、これらの半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）の光遷移禁制帯が示されており、最も大きな光学禁制帯の第１半導体領域２３が光吸収層１７上に設けられ、次に大きな光学禁制帯の第２下側半導体領域２５ａが第１半導体領域２３上に設けられ、次に大きな光学禁制帯の第２上側半導体領域２５ｂが第２下側半導体領域２５ａ上に設けられ、最も小さい光学禁制帯の第３半導体領域２７が第２上側半導体領域２５ｂ上に設けられる。この図には、代表的な５つの波長の光（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５）が示されている。これらの光の波長は、第１光Ｐ１（最も長波長の光）、第２光Ｐ２、第３光Ｐ３、第４光Ｐ４、及び第５光Ｐ５（最も短波長の光）の順に短くなる。第１光Ｐ１は、半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）を透過できる。第２光Ｐ２は、半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ）を透過できるが、半導体領域（２７）によって吸収される。第３光Ｐ３は、半導体領域（２３、２５ａ）を透過できるが、半導体領域（２５ｂ、２７）によって吸収される。第４光Ｐ４は、半導体領域（２３）を透過できるが、半導体領域（２５ａ、２５ｂ、２７）によって吸収される。第５光Ｐ５は、半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）によって吸収される。互いに異なる濃度の半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）がｎ型ドーパント濃度の大きい順に光吸収層１７から光フィルタ膜１３への方向に配列される光フィルタ膜１３では、半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）は、半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）の断面積（第１軸Ａｘ１に交差する平面において規定される断面積）がｎ型ドーパント濃度の小さい順に従って小さくなるように配列される。この配列によれば、最も低いｎ型ドーパント濃度の半導体領域（２７）が最上になると共に、最も高いｎ型ドーパント濃度の半導体領域（２３）が最下になる。
第１光Ｐ１は、第１半導体領域２３、第２下側半導体領域２５ａ、第２上側半導体領域２５ｂ、及び第３半導体領域２７を透過可能である。第２光Ｐ２は、第３半導体領域２７の外側では、最初に、第２上側半導体領域２５ｂに入射する。第３光Ｐ３は、第３半導体領域２７及び第２上側半導体領域２５ｂの外側では、最初に、第２下側半導体領域２５ａに入射する。第４光Ｐ４は、第３半導体領域２７、第２上側半導体領域２５ｂ及び第２下側半導体領域２５ａの外側では、最初に、第１半導体領域２３に入射する。第５光Ｐ５は、第１半導体領域２３、第２下側半導体領域２５ａ、第２上側半導体領域２５ｂ、及び第３半導体領域２７を透過できない。
半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）の断面積の比率により、赤外線検知半導体デバイス１０の入射面に入射する入射光（Ｐ１〜Ｐ５、図１における参照符合「Ｌ１」）の透過量が変更される。
（実施例１）
図４は、実施例に係る赤外線検知半導体デバイスを模式的に示す一部破断図である。赤外線検知半導体デバイス１０ａは、支持体１１と、支持体１１上に設けられた光フィルタ膜１３と、光フィルタ膜１３上に設けられたフォトダイオード構造１５とを備える。赤外線検知半導体デバイス１０ａは、光フィルタ膜１３及びフォトダイオード構造１５を覆うパッシベーション膜３７、並びにフォトダイオード構造１５上に設けられた第１電極３９及び第２電極４１を含む。フォトダイオード構造１５はメサ構造ＭＳを有する。メサ構造ＭＳは、光吸収層１７を含む。具体的には、第１電極３９は、第１導電型半導体層１９に接触を成すと共に、第２電極４１は、第２導電型半導体層２１に接触を成す。メサ構造ＭＳの上面は、第１電極３９を搭載すると共に、フォトダイオード構造１５の下面、具体的には第１導電型半導体層１９は、光フィルタ膜１３に接触を成す。メサ構造ＭＳは、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成される。また、パッシベーション膜３７は、化学的気相成長法により成長される酸化シリコンといったシリコン系無機絶縁膜を含み、またシリコン系無機絶縁膜は、フォトリソグラフィ及びエッチングによりパターン形成される。第１電極３９及び第２電極４１は、例えばＡｕＴｉ／ＡｕＺｎＡｕ（Ｐ−電極）及びＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ（Ｎ−電極）であることができる。
赤外線検知半導体デバイス１０における半導体層の例示構造。
光フィルタ膜１３：８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度のＩｎＧａＡｓ。
第１半導体領域２３：２．０Ｅ１９ｃｍ−３以上のｎ型ドーパント濃度を含むＳｉドープＩｎＧａＡｓ、厚さ１０００〜２０００ｎｍ。
第２半導体領域２５：３．０Ｅ１８ｃｍ−３以上２．０Ｅ１９ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度を含むＳｉドープＩｎＧａＡｓ、厚さ１０００〜４０００ｎｍ。
第３半導体領域２７：３．０Ｅ１８ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度を含むＳｉドープＩｎＧａＡｓ、厚さ１０００〜２０００ｎｍ。
フォトダイオード構造１５：８．０Ｅ１７ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体領域。
第１導電型半導体層１９（ｐ型コンタクト層）：ＺｎドープＩｎＰ、厚さ８００ｎｍ。
半導体層３３：アンドープＩｎＧａＡｓ、厚さ８００ｎｍ。
光吸収層１７：ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸構造、５０〜４００の繰り返し、厚さ５００ｎｍ〜４０００ｎｍ。
第２導電型半導体層２１（ｎ型コンタクト層）：ＳｉドープＩｎＧａＡｓ（ＮＤ＝１Ｅ１８ｃｍ−３）コンタクト層、厚さ１００ｎｍ。
半導体層３３は、例えばフォトキャリアを生成可能である。
ｐ型コンタクト層２９は、光フィルタ膜１３に接触して、ｐｎ接合を形成する。
これらの半導体層は、基板３５の主面３５ａ上に分子線エピタキシー法又は有機金属気相成長法で成長される。
支持体１１：シリコン基板、エポキシ樹脂、及びシリコン酸化膜。
支持体１１は、ベース１１ａとして働くシリコン基板、フィリング１１ｂとして働くエポキシ樹脂、及び接合層１１ｃとして働く無機膜を備える。無機膜は、例えばシリコン酸化膜を含む。接合層１１ｃは、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体からなる光フィルタ膜１３を支持体１１に固定する。接合層１１ｃは、ベース１１ａ及びＩＩＩ−Ｖ化合物半導体との間の接合に親和性を示す材料からなり、またベース１１ａ上に設けられる。光フィルタ膜１３のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、熱処理、加圧処理、或いはこれら両方の処理によって。支持体１１の接合層１１ｃに接合される。フィリング１１ｂは、光フィルタ膜１３と支持体１１の主面との間に残る空隙を埋める。フィリング１１ｂの形成では、例えば流動性を有する樹脂を空隙に供給すると共に、樹脂により空隙を埋めた後に該樹脂を硬化させる。フィリング１１ｂは、例えばフィラーを含むエポキシ樹脂を備え、フィリング１１ｂを赤外線が透過できるように、フィラーの粒径は、１０〜５０ナノメートル（フィラーは、例えば溶融シリカであって、粒径が１０から５０ナノメートルである）であることがよい。
具体的には、第２導電型半導体層２１は、光フィルタ膜１３のバンドギャップ及び光吸収層１７のバンドギャップより大きなバンドギャップのｐ型ＩｎＰといったｐ型コンタクト層２９を備える。８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓの光フィルタ膜１３は、ｐ型ＩｎＰコンタクト層上に設けられる。赤外線検知半導体デバイス１０ａによれば、光吸収層１７は、光入射に応答して光キャリアを生成する。光吸収層１７からの光キャリアは、光フィルタ膜１３内を伝搬しない。光フィルタ膜１３は、フォトダイオード構造１５の電気的特性から独立した、光吸収特性のためのｎ型ドーパントプロファイルを有する。
図５は、実施例１に係る赤外線検知半導体デバイスの光フィルタ膜を示す平面図である。半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）の断面積は矩形又は正方形である。
半導体領域（断面積）、正方形の一辺の長さ（ｍ）
第１半導体領域２３（Ｓ１）：１８Ｅ−６。
第２下側半導体領域２５ａ（Ｓ２Ｄ、Ｓ２）：１３．５Ｅ−６。
第２上側半導体領域２５ｂ（Ｓ２Ｕ、Ｓ２）：９．０Ｅ−６。
第３半導体領域２７（Ｓ３）：４．５Ｅ−６。
図６は、実施例１に係る赤外線検知半導体デバイスの別の光フィルタ膜を示す平面図である。半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）の断面積は円形又は楕円形である。
半導体領域（断面積）、円の半径（ｍ）
第１半導体領域２３（Ｓ１）：９Ｅ−６。
第２下側半導体領域２５ａ（Ｓ２Ｄ、Ｓ２）：６．７５Ｅ−６。
第２上側半導体領域２５ｂ（Ｓ２Ｕ、Ｓ２）：９４．５Ｅ−６。
第３半導体領域２７（Ｓ３）：２．２５Ｅ−６。
図１〜図６を参照した説明から理解されるように、断面積は、矩形、正方形、円形及び楕円形といった特定の形状の例示に限定されることなく、三角形、ｎ多角形（ｎは５以上の自然数）といった様々な形状を有することができる。所望の断面形状を有する半導体領域（２３、２５ａ、２５ｂ、２７）は、実施例１に係る赤外線検知半導体デバイスに所望の光応答特性を提供できるように、それぞれの断面積の比を有する。これらの断面積は、モス−バースタイン効果による光禁制帯幅の変化を考慮して決定される。
（実施例２）
図７は、実施例２に係る赤外線検知半導体デバイスの別の光フィルタ膜のｎ型ドーパント濃度プロファイルを示す図面である。光フィルタ膜１３のｎ型ドーパント濃度プロファイルは、ステップ型のプロファイルに限定されることなく、第１軸Ａｘ１の方向に単調に変化する傾斜型のプロファイルであることができる。或いは、光フィルタ膜１３のｎ型ドーパント濃度は、ステップ型及び傾斜型のプロファイルの組み合わせであることができる。
（実施例３）
図８は、実施例３に係る赤外線検知半導体デバイスの光フィルタ膜の形状、及び光フィルタ膜のｎ型ドーパント濃度プロファイルを示す図面である。
図８の（ａ）部を参照すると、赤外線検知半導体デバイス１０ａが示される。赤外線検知半導体デバイス１０ａの光フィルタ膜１３は、階段形状の外観を有する。光フィルタ膜１３の階段形状は、フォトリソグラフィ及びエッチングの繰り返しにより作製される。また、赤外線検知半導体デバイス１０ａの光フィルタ膜１３は、図８の（ｃ）部に示されるステップ型のｎ型ドーパント濃度プロファイルを備えることができ、或いは図８の（ｄ）部に示される傾斜型のｎ型ドーパント濃度プロファイルを備えることができる。
図８の（ｂ）部を参照すると、赤外線検知半導体デバイス１０ｂが示されている。赤外線検知半導体デバイス１０ｂの光フィルタ膜１３は、凸曲面形状の外観を有する。光フィルタ膜１３の凸曲面形状は、光フィルタ膜１３の外縁を規定するパターン形成された厚いレジストを光フィルタ膜１３のためのドープされた半導体膜上に形成し、この厚いレジストを熱処理により変形させると共に、変形レジスト及び半導体をエッチングにより加工して、ドープされた半導体膜に厚いレジストの三次元形状を転写する。赤外線検知半導体デバイス１０ｂの光フィルタ膜１３は、図８の（ｄ）部に示される傾斜型のｎ型ドーパント濃度プロファイルを備えることができ、或いは図８の（ｃ）部に示されるステップ型のｎ型ドーパント濃度プロファイルを備えることができる。
（実施例４）
図９は、本実施形態に係る光フィルタ膜による光応答特性の補償を示す図面である。図１０は、光フィルタ膜を含まない赤外線検知半導体デバイスの半導体層の構造を概略的に示す図面である。具体的には、図９の（ａ）部は、本実施形態に係る光フィルタ膜によって補償された光応答特性を示し、図９の（ｂ）部は、図１０に示されるフォトダイオード構造４の光応答特性（光フィルタ膜によって補償されない光応答特性）を示す。
図１０のフォトダイオード構造４のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体領域。
ｐ型コンタクト層４１ａ：ＺｎドープＩｎＰ、厚さ５００ｎｍ。
半導体層４１ｂ：アンドープＩｎＧａＡｓ、厚さ５００ｎｍ。
光吸収層４１ｃ：タイプＩＩのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸構造、２００の繰り返し、厚さ１０００ｎｍ。
ｎ型コンタクト層４１ｄ：ＳｉドープＩｎＧａＡｓ（ＮＤ＝１Ｅ１７ｃｍ−３）、厚さ５００ｎｍ。
ｎ型半導体層４１ｅ：ＳｉドープＩｎＰ（ＮＤ＝１Ｅ１８ｃｍ−３）
図９の（ａ）部に示される光応答特性を提供できる光フィルタ膜の構造。
半導体領域（断面積）、厚さ、ｎ型ドーパント濃度。
第１半導体領域２３（Ｓ１）：２０００ｎｍ、３Ｅ１９ｃｍ−３。
第２下側半導体領域２５ａ（Ｓ２Ｄ）：２０００ｎｍ、９Ｅ１８ｃｍ−３。
第２上側半導体領域２５ｂ（Ｓ２Ｕ）：２０００ｎｍ、６Ｅ１８ｃｍ−３。
第３半導体領域２７（Ｓ３）：２０００ｎｍ、３Ｅ１８ｃｍ−３。
例えば、波長１．６マイクロメートルの光を吸収できるドーパント濃度は、９．４Ｅ１７ｃｍ−３である。
断面積比：Ｓ１／Ｓ２Ｄ／Ｓ２Ｕ／Ｓ３＝４／３／２／１。
図９の（ａ）部に示されるように、波長１．２〜２．３５マイクロメートルの範囲において、光応答特性の差が−１０％〜＋１０％の範囲になり、この実施例に係る赤外線検知半導体デバイスは、平坦な光応答特性を示す。
図１１は、本実施形態に係る赤外線検知半導体デバイスを備える測定システムを概略的に示す図面である。測定システム４３は、赤外線光源４５（光波長１．２〜２．３５マイクロメートル）からの光をモノクロメータ４７によって単色化して、測定対象物ＳＭＰＬに照射する。赤外線検知半導体デバイス１０は、測定対象物ＳＭＰＬからの反射光を受ける。赤外線光源４５からの光の波長をモノクロメータ４７により走査すると共に、走査に同期して測定対象物ＳＭＰＬからの反射光を赤外線検知半導体デバイス１０（１０ａ、１０ｂ）によって受ける。赤外線検知半導体デバイス１０（１０ａ、１０ｂ）からの測定値は、処理装置４９に送られる。この測定システム４３によれば、測定対象物ＳＭＰＬの赤外線反射スペクトルにおいて、赤外線検知半導体デバイス１０（１０ａ、１０ｂ）における光応答特性の差による影響が低減される。これによって、測定対象物ＳＭＰＬの赤外線反射スペクトルにおいて、赤外線検知半導体デバイス１０（１０ａ、１０ｂ）の光応答特性の差による影響が低減される。
引き続いて図１２〜図１７を参照しながら、赤外線検知半導体デバイスを作製する方法を説明する。
工程Ｓ１０１では、図１２の（ａ）部に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰを準備する。エピタキシャル基板ＥＰは、ＩｎＰ基板５１と、ＩｎＰ基板５１の主面５１ａ上に成長されたフォトダイオード構造５３を含む。フォトダイオード構造５３は、第１導電型コンタクトのためのｎ型ＩｎＧａＡｓ層５５、タイプＩＩのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸構造の光吸収層５７、ＩｎＧａＡｓ層５９及び第２導電型コンタクトのためのｐ型ＩｎＰ層６１を備える。ｎ型ＩｎＧａＡｓ層５５、タイプＩＩのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸構造の光吸収層５７、ＩｎＧａＡｓ層５９及び第２導電型コンタクトＩｎＰ層６１は、例えば分子線エピタキシー法又は有機金属気相成長法により成長される。
工程Ｓ１０２では、図１２の（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰの主面（ｐ型ＩｎＰ層６１）に運搬用ウエハＷに貼り付けて、第１基板生産物ＳＰ１を作製する。運搬用ウエハＷは、例えばＳｉ基板またはＩｎＰ基板（Ｓｉ又はＩｎＰ）を含み、貼り付けは、例えばエポキシ樹脂、フォトレジスト、ワックス等を用いた接着（エポキシ／フォトレジスト／ワックス）といったボンディング法により行われる。
工程Ｓ１０３では、図１３の（ａ）部に示されるように、運搬用ウエハＷにボンディングされたエピタキシャル基板ＥＰのＩｎＰ基板５１を除去する。除去は、例えば装置ＴＯＯＬ１を用いた研磨といった機械的処理、又はウエットエッチングといった化学的処理の少なくともいずれかにより行われる。
工程Ｓ１０４では、図１３の（ｂ）部に示されるように、ＩｎＰ基板５１の除去により現れたｎ型ＩｎＧａＡｓ層５５上に、光フィルタ膜１３のための８．０Ｅ１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパント濃度を有するＩｎＧａＡｓ領域６５を成長する。このＩｎＧａＡｓ領域６５は、例えば分子線エピタキシー法又は有機金属気相成長法により成長される。ＩｎＧａＡｓ領域６５の成長では、例えばステップ状又は傾斜状といった、膜厚の方向に単調に変化するｎ型ドーパントプロファイルを形成できるように、ドーパントガスの供給を変化させる。本実施例では、ＩｎＧａＡｓ領域６５は、第１ＩｎＧａＡｓ層６５ａ、第２ＩｎＧａＡｓ層６５ｂ、第３ＩｎＧａＡｓ層６５ｃ及び第４ＩｎＧａＡｓ層６５ｄを含む。第１ＩｎＧａＡｓ層６５ａのｎ型ドーパント濃度、第２ＩｎＧａＡｓ層６５ｂのｎ型ドーパント濃度、第３ＩｎＧａＡｓ層６５ｃのｎ型ドーパント濃度、及び第４ＩｎＧａＡｓ層６５ｄのｎ型ドーパント濃度は、順に小さくなる。
工程Ｓ１０５では、図１４の（ａ）部に示されるように、光フィルタ膜１３を提供できるように、ＩｎＧａＡｓ領域６５をエッチングにより加工する。加工は、フォトリソグラフィ及びエッチングにより行われることができる。本実施例では、ＩｎＧａＡｓ領域６５のうちの第２ＩｎＧａＡｓ層６５ｂ、第３ＩｎＧａＡｓ層６５ｃ及び第４ＩｎＧａＡｓ層６５ｄにそれぞれのパターン形成を行う。例えば、第４ＩｎＧａＡｓ層６５ｄ上にレジストマスク６７ａを形成すると共に、第３ＩｎＧａＡｓ層６５ｃの一部が現れるように、レジストマスク６７ａを用いて第４ＩｎＧａＡｓ層６５ｄをエッチングする。第３ＩｎＧａＡｓ層６５ｃもフォトリソグラフィ及びエッチングを用いて加工する。図１４の（ｂ）部に示されるように、第２ＩｎＧａＡｓ層６５ｂ上にレジストマスク６７ｂを形成すると共に、第１ＩｎＧａＡｓ層６５ａの一部が現れるように、レジストマスク６７ｂを用いて第２ＩｎＧａＡｓ層６５ｂをエッチングする。このように、ＩｎＧａＡｓ領域６５を加工して、光フィルタ膜１３を形成する。光フィルタ膜１３では、第４ＩｎＧａＡｓ層６５ｄに覆われることなく第３ＩｎＧａＡｓ層６５ｃの一部が現れ、第３ＩｎＧａＡｓ層６５ｃに覆われることなく第２ＩｎＧａＡｓ層６５ｂの一部が現れ、第２ＩｎＧａＡｓ層６５ｂに覆われることなく第１ＩｎＧａＡｓ層６５ａの一部が現れる。これらの工程により、第２基板生産物ＳＰ２が作製される。
工程Ｓ１０６では、図１５の（ａ）部に示されるように、上記の工程により、第２基板生産物ＳＰ２が準備された。支持体生産物ＳＰＴを準備する。本実施例では、支持体生産物ＳＰＴを以下のように作製する。シリコンウエハ６９を準備すると共に、シリコンウエハ６９上にシリコン酸化膜７１を成長する。シリコン酸化膜７１は、例えば（１０ｎｍ）０．０１〜１マイクロメートルの範囲にあることができる。
工程Ｓ１０７では、図１５の（ｂ）部に示されるように、上記の工程により、第２基板生産物ＳＰ２を支持体生産物ＳＰＴに貼り合わせて、第３基板生産物ＳＰ３を作製する。第２基板生産物ＳＰ２の光フィルタ膜１３の最上層を支持体生産物ＳＰＴのシリコン酸化膜７１に接触させると共に、押圧した状態で第１装置ＴＯＯＬ２を用いて熱処理を行う。熱処理の温度は、例えば摂氏１００〜３５０度である。第２基板生産物ＳＰ２は接合層ＪＣＴを介して支持体生産物ＳＰＴに張り合わされる。
工程Ｓ１０８では、図１６の（ａ）部に示されるように、第３基板生産物ＳＰ３における第２基板生産物ＳＰ２と支持体生産物ＳＰＴとの空隙にアンドフィルを形成するために、例えばフィラー入りエポキシ樹脂７３を充填して、第４基板生産物ＳＰ４を形成する。
工程Ｓ１０９では、図１６の（ｂ）部に示されるように、第４基板生産物ＳＰ４から運搬用ウエハＷを除去して、第５基板生産物ＳＰ５を形成する。この除去は、例えば接着に用いた樹脂等の材料に応じて選ばれる溶剤により行われる。
工程Ｓ１１０では、図１７の（ａ）部に示されるように、メサ構造ＭＳを形成する。運搬用ウエハＷを除去して現れたｐ型ＩｎＰ層６１上に、メサ構造ＭＳの形状を規定するマスク７５を形成すると共に、マスク７５を用いてｐ型ＩｎＰ層６１、ＩｎＧａＡｓ層５９及び光吸収層５７をエッチングして、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層５５に到達する溝７７を形成する。この溝７７の形成により、フォトダイオード構造１５のためのメサ構造ＭＳが形成される。
工程Ｓ１１１では、図１７の（ｂ）部に示されるように、メサ構造ＭＳを形成した後に、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層５５に接触を成す第１電極７９と、ｐ型ＩｎＰ層６１に接触を成す第２電極８１を形成する。これらの電極のための金属膜の堆積に先立って、パッシベーション膜８３を形成する。パッシベーション膜８３は、例えばシリコン酸化膜であることができる。パッシベーション膜８３は、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層５５上に位置する第１開口８３ａと、ｐ型ＩｎＰ層６１に位置する第２開口８３ｂとを備える。
これらの工程により、赤外線検知半導体デバイス１０のための生産物が完成する。この生産物を分離して、チップ状の赤外線検知半導体デバイス１０を作製する。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施形態によれば、光吸収層の光応答特性を補償可能なフィルタを含む赤外線検知半導体デバイスが提供される。
１０、１０ａ、１０ｂ…赤外線検知半導体デバイス、１１…支持体、１３…光フィルタ膜、１５…フォトダイオード構造、１７…光吸収層、１９…第１導電型半導体層、２１…第２導電型半導体層、２３…第１半導体領域、２５…第２半導体領域、２７…第３半導体領域、２５ａ…第２下側半導体領域、２５ｂ…第２上側半導体領域、２７…第３半導体領域、２９…ｐ型コンタクト層、３３…半導体層。

Claims (5)

  1. 赤外線検知半導体デバイスであって、
    赤外線を透過可能な支持体と、
    第１導電型半導体層と、
    第２導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられたタイプＩＩの光吸収層と、
    ８．０×１０１７ｃｍ−３より大きいｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓの光フィルタ膜と、
    を備え、
    前記光吸収層、前記光フィルタ膜及び前記支持体は、第１軸に沿って順に配列されており、
    前記光フィルタ膜は、第１半導体領域、第２半導体領域及び第３半導体領域を含み、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域は、前記光吸収層上において前記第１軸に沿って順に配列され、
    前記第１半導体領域は、２．０×１０１９ｃｍ−３以上のｎ型ドーパント濃度を含み、
    前記第３半導体領域は、３．０×１０１８ｃｍ−３以下のｎ型ドーパント濃度を含み、
    前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との境界において第１値のｎ型ドーパント濃度を有し、前記第２半導体領域は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との境界において第２値のｎ型ドーパント濃度を有し、前記第１値は前記第２値より大きく、
    前記第２半導体領域は、前記光フィルタ膜のｎ型ドーパントプロファイルが前記第１半導体領域から前記第３半導体領域の方向に前記第１値から前記第２値に単調に変化する領域部分を有する、赤外線検知半導体デバイス。
  2. 前記光フィルタ膜の前記第１半導体領域、前記第２半導体領域及び前記第３半導体領域は、それぞれ、第１断面積、第２断面積及び第３断面積を有し、前記第１断面積は前記第２断面積より大きく、前記第２断面積は前記第３断面積より大きく、前記第１断面積、前記第２断面積及び前記第３断面積の各々は、前記第１軸に交差する平面上において規定される、請求項１に記載された赤外線検知半導体デバイス。
  3. 前記光吸収層は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ量子井戸構造を有する、請求項１又は請求項２に記載された赤外線検知半導体デバイス。
  4. 第１導電型半導体層と、
    第２導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層に接触を成す第１電極と、
    前記第２導電型半導体層に接触を成す第２電極と、
    を更に備え、
    前記光吸収層は前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられ、
    前記光フィルタ膜は、前記第１導電型半導体層に接触を成す、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された赤外線検知半導体デバイス。
  5. 前記第１導電型半導体層は、８．０×１０１７ｃｍ−３以下のｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＧａＡｓを備える、請求項４に記載された赤外線検知半導体デバイス。
JP2017087359A 2017-04-26 2017-04-26 赤外線検知半導体デバイス Active JP6787240B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017087359A JP6787240B2 (ja) 2017-04-26 2017-04-26 赤外線検知半導体デバイス
US15/958,862 US10600927B2 (en) 2017-04-26 2018-04-20 Infrared detecting semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017087359A JP6787240B2 (ja) 2017-04-26 2017-04-26 赤外線検知半導体デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018186201A true JP2018186201A (ja) 2018-11-22
JP6787240B2 JP6787240B2 (ja) 2020-11-18

Family

ID=63917359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017087359A Active JP6787240B2 (ja) 2017-04-26 2017-04-26 赤外線検知半導体デバイス

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10600927B2 (ja)
JP (1) JP6787240B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020058734A (ja) * 2018-10-12 2020-04-16 株式会社三洋物産 遊技機
WO2021240998A1 (ja) * 2020-05-26 2021-12-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018190798A (ja) * 2017-04-28 2018-11-29 住友電気工業株式会社 赤外線検知半導体デバイス
JP6909165B2 (ja) * 2018-01-15 2021-07-28 富士通株式会社 赤外線検出器、撮像素子、撮像システム、赤外線検出器の製造方法
CN110970514B (zh) * 2019-12-13 2021-12-07 上海科技大学 一种基于二型量子阱的双波段红外光电探测器
CN112117345B (zh) * 2020-09-25 2021-11-19 中国科学院半导体研究所 一种衍射环结构ii类超晶格红外探测器及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL225872A (en) * 2013-04-22 2015-03-31 Semi Conductor Devices An Elbit Systems Rafael Partnership Photo detector semi-conductor with barrier

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020058734A (ja) * 2018-10-12 2020-04-16 株式会社三洋物産 遊技機
WO2021240998A1 (ja) * 2020-05-26 2021-12-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子

Also Published As

Publication number Publication date
US20180315872A1 (en) 2018-11-01
JP6787240B2 (ja) 2020-11-18
US10600927B2 (en) 2020-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6787240B2 (ja) 赤外線検知半導体デバイス
US8513759B2 (en) Photodiode array
WO2011027624A1 (ja) Ｉｉｉ－ｖ族化合物半導体受光素子、ｉｉｉ－ｖ族化合物半導体受光素子を作製する方法、受光素子、及び、エピタキシャルウェハ
US9583654B2 (en) Light receiving device and image sensor
JP5857774B2 (ja) 半導体受光素子
EP2337082A2 (en) Multi-band, reduced-volume radiation detectors and methods of formation
JP6471120B2 (ja) 光電変換素子およびそれを備えた光電変換装置
WO2012029896A1 (ja) アバランシ・フォトダイオード
US9548330B2 (en) Method for producing semiconductor light receiving device and semiconductor light receiving device
JP2007227744A (ja) 量子ドット型光半導体装置及びその製造方法
US20190319143A1 (en) Semiconductor crystal substrate, device, and method for manufacturing semiconductor crystal substrate
CN109148638B (zh) 红外探测器及其制备方法
US20210210646A1 (en) Broadband uv-to-swir photodetectors, sensors and systems
JP2011258809A (ja) 半導体受光素子
JP2003023173A (ja) ｐｉｎ型受光素子
US10079324B2 (en) Semiconductor light-receiving device
US10396222B2 (en) Infrared light-receiving device
US20220045230A1 (en) Short wavelength infrared optoelectronic devices having graded or stepped dilute nitride active regions
JP2018107278A (ja) 光スイッチ及び光スイッチ装置
US20180308999A1 (en) Semiconductor light receiving device
JP2004319684A (ja) 半導体受光装置及びその製造方法
US20210305442A1 (en) Dilute nitride optoelectronic absorption devices having graded or stepped interface regions
JP6083254B2 (ja) 光半導体素子及びその製造方法
JP2006228819A (ja) 光検知器
JP7059771B2 (ja) 受光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191223

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200923

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200929

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201012

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6787240

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250