JP2019145580A - 赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法 - Google Patents

赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2019145580A
JP2019145580A JP2018026211A JP2018026211A JP2019145580A JP 2019145580 A JP2019145580 A JP 2019145580A JP 2018026211 A JP2018026211 A JP 2018026211A JP 2018026211 A JP2018026211 A JP 2018026211A JP 2019145580 A JP2019145580 A JP 2019145580A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
recess
superlattice layer
mask
light receiving
semiconductor
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
JP2018026211A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6933157B2 (ja
Inventor
大資 木村
Daishi Kimura
大資 木村
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
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 JP2018026211A priority Critical patent/JP6933157B2/ja
Priority to US16/276,402 priority patent/US10665736B2/en
Publication of JP2019145580A publication Critical patent/JP2019145580A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6933157B2 publication Critical patent/JP6933157B2/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
    • H01L31/0352—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
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • 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
    • 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
    • H01L31/035272—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 characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • 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
    • H01L31/035272—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 characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/03529—Shape of the 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
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • 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
    • 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
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

【課題】画素アレイに所望の画素密度を提供すると共に画素アレイの外側にコンタクトエリアを提供する赤外線受光装置を提供する。【解決手段】赤外線受光装置は、支持体と支持体上に順に配列された第１超格子層、第２超格子層、及び半導体領域を含む積層体とを含み、積層体に設けられフォトダイオードのための半導体メサのアレイ及びアレイを規定する窪みを有する構造物と、積層体の第１超格子層に接続された第１電極と、を備え、第１超格子層はｎ導電性を有し、半導体領域はｐ導電性を有し、第１超格子層はタイプＩＩ構造を有すると共に支持体にヘテロ接合を成し、窪みは、第１窪部４６及び第２窪部４８を含み、第２窪部は、第１超格子層内に位置する底を有し、第１窪部は第２窪部より深い。【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法に関する。
特許文献１は、受光素子アレイを開示する。
特開２００１−１４４２７８号公報
特許文献１は、メサ構造を形成するためにエッチングを用いて、アレイ状の受光素子を有する受光素子アレイを形成している。特許文献１における受光素子アレイでは、メサ構造を形成するためのエッチングは、光吸収層において停止され、光吸収層下のｎ型ＩｎＰ層及び該ｎ型ＩｎＰ層下のｎ型ＩｎＰ基板は、エッチングされずに残される。
発明者等の知見によれば、タイプＩＩの超格子構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体受光層とＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子層とを含む半導体受光素子では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子層が、望まれない生成・再結合電流を発生している。この半導体受光素子の作製では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光層のための超格子構造をエッチングして、ＩＩＩ−Ｖ族半導体受光層を含むメサ構造を形成する一方で、エッチングは、メサ構造がＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子層の全てを含むような深さまでは行われない。メサ構造を形成するエッチングの前後において、ＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子層の体積は大きく変化しない。このメサ構造におけるＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子層からの生成・再結合電流は、半導体受光素子が所望の受光感度を低下させている。受光素子アレイのサイズ及びピッチを小さくすると、受光素子アレイ内のＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子層の体積を小さくできる。良好な受光感度を半導体受光素子に提供する一方法は、半導体受光素子のＩＩＩ−Ｖ族半導体超格子層の体積を小さくすることである。
本発明の一側面は、受光感度の低下を抑制できる半導体受光素子アレイを提供することを目的とする。本発明の他側面は、この半導体受光素子アレイを作製する方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る赤外線受光装置は、赤外線受光装置であって、支持体と前記支持体上に順に配列された第１超格子層、第２超格子層、及び半導体領域を含む積層体とを含み、前記積層体に設けられフォトダイオードのための半導体メサのアレイ及び前記アレイを規定する窪みを有する構造物と、前記積層体の前記第１超格子層に接続された第１電極と、を備え、前記第１超格子層はｎ導電性を有し、前記半導体領域はｐ導電性を有し、前記第１超格子層はタイプＩＩ構造を有すると共に前記支持体にヘテロ接合を成し、前記窪みは、第１窪部及び第２窪部を含み、前記第２窪部は、前記第１超格子層内に位置する底を有し、前記第１窪部は前記第２窪部より深い。
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、受光感度の低下を抑制できる半導体受光素子アレイが提供される。本発明の他側面によれば、この半導体受光素子アレイを作製する方法が提供される。
図１は、本実施形態に係る赤外線受光装置を概略的に示す平面図である。 図２は、図１に示されたＩＩａ−ＩＩａ線及びＩＩｂ−ＩＩｂ線にそってとられた断面を示す図面である。 図３は、図１に示されたＩＩＩａ−ＩＩＩａ線及びＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線にそってとられた断面を示す図面である。 図４は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図５は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における第１マスク及びエピタキシャル基板を示す平面図である。 図６は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図７は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する工程における第２マスクのマスクパターンを示す平面図である。 図８は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図９は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１０は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１１は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１２は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１３は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１４は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する工程における第１マスクのパターンを示す平面図である。 図１５は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１６は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１７は、本実施形態に係る他の赤外線受光装置を作製する工程における第２マスクのパターンを示す平面図である。 図１８は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図１９は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。 図２０は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
いくつかの具体例を説明する。
具体例に係る赤外線受光装置は、（ａ）支持体と前記支持体上に順に配列された第１超格子層、第２超格子層、及び半導体領域を含む積層体とを含み、フォトダイオードのための半導体メサのアレイ及び前記アレイを規定する窪みを前記積層体に有する構造物と、（ｂ）前記積層体の前記第１超格子層に接続された第１電極と、を備え、前記第１超格子層はｎ導電性を有し、前記半導体領域はｐ導電性を有し、前記第１超格子層はタイプＩＩ構造を有すると共に前記支持体にヘテロ接合を成し、前記窪みは、第１窪部及び第２窪部を含み、前記第２窪部は、前記第１超格子層内に位置する底を有し、前記第１窪部は前記第２窪部より深い。
赤外線受光装置によれば、第１窪部が、第１超格子層内に位置する底を持つ第２窪部より深い底を有すると共に、第２窪部より深い窪みは、積層体において第１超格子層の体積を小さくする。この体積の低減は、第１超格子層における生成・再結合電流の量を小さくする一方で、第１超格子層内に位置する底を有する第２窪部は、半導体メサのアレイが第１超格子層を介して互いに繋がることを可能にする。この相互接続は、第１電極が、第１超格子層を介して半導体メサのアレイからのキャリアを受けることを可能にする。
具体例に係る赤外線受光装置では、前記第１窪部は、前記支持体内に位置する底を有する。
赤外線受光装置によれば、支持体内に位置する底を有する第１窪部は、第１超格子層及びヘテロ接合を貫通する。
具体例に係る赤外線受光装置では、前記構造物の前記窪みは、第１軸の方向に延在する複数の第１溝と、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する複数の第２溝とを含み、前記第１溝の各々は、前記第１窪部を提供できる深さを有し、前記第２溝の各々は、前記第２窪部を提供できる深さを有する。
赤外線受光装置によれば、深さの異なる第１溝及び第２溝を用いて、第１超格子層の体積を低減できる。
具体例に係る赤外線受光装置では、前記構造物の前記第１超格子層は、第１軸の方向に延在する複数の帯部を含み、前記第１電極は、前記第１超格子層の前記帯部の各々に接触を成す。
赤外線受光装置によれば、第１超格子層の帯部の配列は、第１超格子層の体積の低減及び第１電極の第１超格子層への接続の両方を可能にする。
具体例に係る赤外線受光装置を作製する方法では、（ａ）赤外線受光装置を作製する方法であって、第１超格子層、第２超格子層、及び半導体領域を含む半導体積層体と該半導体積層を搭載する基板とを有するエピタキシャル基板を準備する工程と、（ｂ）フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて前記エピタキシャル基板を加工して、フォトダイオードのための半導体メサのアレイを規定する窪みを前記エピタキシャル基板に形成する工程と、を備え、前記第１超格子層、前記第２超格子層、及び前記半導体領域は、前記基板上に順に配列され、前記第１超格子層はｎ導電性を有し、前記半導体領域はｐ導電性を有し、前記第１超格子層はタイプＩＩ構造を有すると共に支持体にヘテロ接合を成し、前記窪みは、第１窪部及び第２窪部を含み、前記第２窪部は、前記第１超格子層内に位置する底を有し、前記第１窪部は前記第２窪部より深い。
赤外線受光装置を作製する方法によれば、半導体メサのアレイを規定する窪みに複数の深さを提供する。具体的には、第１窪部が、第１超格子層内に位置する底を持つ第２窪部より深い底を有すると共に、第２窪部より深い窪みは、積層体において第１超格子層の体積を小さくする。この体積の低減は、第１超格子層における生成・再結合電流の量を小さくする一方で、第１超格子層内に位置する底を有する第２窪部は、半導体メサのアレイが第１超格子層を介して互いに繋がることを可能にする。この相互接続は、半導体メサのアレイからのキャリアが第１超格子層を流れて電極に到達することを可能にする。
具体例に係る赤外線受光装置を作製する方法では、窪みを前記エピタキシャル基板に形成する前記工程は、第１軸の方向に延在する開口を有する第１マスクを前記エピタキシャル基板上に形成する工程と、前記第１窪部及び前記第２窪部より浅い第３窪部を前記エピタキシャル基板に前記第１マスクを用いた加工により形成して、第１基板生産物を得る工程と、前記第１軸の方向に延在する第１開口及び前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する第２開口を有する第２マスクを前記第１基板生産物上に形成する工程と、前記第２マスクを用いて前記第１基板生産物を加工して、前記第１窪部及び前記第２窪部を前記第１基板生産物に形成する工程と、前記第２マスクを除去して、第２基板生産物を得る工程と、を備え、前記第２基板生産物における前記第１窪部及び前記第２窪部は、それぞれ、前記第２マスクの前記第１開口及び前記第２開口の位置に形成され、前記第２マスクの前記第１開口は、前記第１マスクの前記開口に位置合わせされる。
赤外線受光装置を作製する方法によれば、第１マスクを用いて第１窪部及び第２窪部より浅い第３窪部を可能にする第１加工を行うと共に、第２マスクを用いて第２窪部の深さを可能にする第２加工を行う。第２窪部の深さを可能にする第２加工を第３窪部に行って、第２加工の結果、第１窪部の深さ及び第２窪部の深さの窪みを形成できる。
具体例に係る赤外線受光装置を作製する方法では、窪みを前記エピタキシャル基板に形成する前記工程は、第１開口を有する第１マスクを前記エピタキシャル基板上に形成する工程と、前記第１マスクを用いて前記エピタキシャル基板に第１エッチングを適用する工程と、前記第１エッチングの後に前記第１マスクを除去して、第１基板生産物を得る工程と、第２開口を有する第２マスクを前記第１基板生産物上に形成する工程と、前記第２マスクを用いて前記第１基板生産物に第２エッチングを適用する工程と、前記第２エッチングの後に前記第２マスクを除去して、前記第１窪部及び前記第２窪部を含む第２基板生産物を得る工程と、を備え、前記第１エッチング及び前記第２エッチングの一方は、前記第１窪部の深さを可能にする第１条件で行われ、前記第１エッチング及び前記第２エッチングの他方は、前記第２窪部の深さを可能にする第２条件で行われる。
赤外線受光装置を作製する方法によれば、第１エッチング及び第２エッチングにより、第１窪部及び第２窪部を含む第２基板生産物を形成する。第１エッチング及び第２エッチングの一方は、第１窪部の深さを可能にする第１条件で行われると共に、第１エッチング及び第２エッチングの他方は、第２窪部の深さを可能にする第２条件で行われる。
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、赤外線受光装置及び赤外線受光装置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受光装置を概略的に示す平面図である。図２の（ａ）部は、図１に示されたＩＩａ−ＩＩａ線に沿って取られた断面を示し、図２の（ｂ）部は、図１に示されたＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿って取られた断面を示す。図３の（ａ）部は、図１に示されたＩＩＩａ−ＩＩＩａ線に沿って取られた断面を示し、図３の（ｂ）部は、図１に示されたＩＩＩａ−ＩＩＩａ線に沿って取られた断面を示す。図１、図２の（ａ）部及び（ｂ）部、並びに図３の（ａ）部及び（ｂ）部を参照すると、直交座標系Ｒが描かれている。図１を参照しながら行われる引き続く説明は、図２の（ａ）部及び（ｂ）部並びに図３の（ａ）部及び（ｂ）部に示される構造を有する赤外線受光装置１０について為される。しかしながら、本実施形態に係る赤外線受光装置１０は、図２の（ａ）部及び（ｂ）部並びに図３の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるいずれか一方の構造を有するようにしてよく、具体的には、図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示される構造を有することができ、或いは図３の（ａ）部及び（ｂ）部に示される構造を有することができる。
赤外線受光装置１０は、構造物２０及び第１電極３０を備える。構造物２０は、支持体２１と、支持体２１上に設けられた積層体２２とを含む。積層体２２は、第１超格子層２３、第２超格子層２４、及び半導体領域２５を含む。構造物２０は、フォトダイオードのための半導体メサＭＳのアレイ４２と、窪み４４とを有する。半導体メサＭＳのアレイ４２は、積層体２２に設けられる。窪み４４は、半導体メサＭＳのアレイ４２を規定する。具体的には、窪み４４は、複数の半導体メサＭＳを形作るように延在する。第１電極３０は、積層体２２の第１超格子層２３に接続される。
積層体２２の第１超格子層２３及び半導体領域２５は、それぞれ、ｎ導電性及びｐ導電性を有する。第１超格子層２３は、タイプＩＩ構造を有し、支持体２１にヘテロ接合ＨＪを成す。第２超格子層２４は、タイプＩＩ構造を有し、赤外領域の光を吸収して光キャリアを生成する。半導体領域２５は、タイプＩＩ構造を有する。
窪み４４は、一又は複数の第１窪部４６、及び一又は複数の第２窪部４８を含む。第１窪部４６は、第２窪部４８より深く、第２窪部４８は、第１超格子層２３内に位置する底４８ｂを有する。
赤外線受光装置１０によれば、第１窪部４６が、第１超格子層２３内に位置する底４８ｂを持つ第２窪部４８より深い底４６ｂを有すると共に、第２窪部４８より深い窪みは、積層体２２において第１超格子層２３の体積を小さくする。この体積の低減は、第１超格子層２３における生成・再結合電流の量を小さくする一方で、第１超格子層２３内に位置する底４８ｂを有する第２窪部４８は、アレイ４２内の半導体メサＭＳが第１超格子層２３を介して互いに接続されることを可能にする。この接続は、第１電極３０が、第１超格子層２３を介して半導体メサＭＳのアレイ４２からキャリアを受けることを可能にする。
図１を参照すると、本実施例では、窪み４４は、例えば、半導体メサＭＳの二次元アレイを規定するように延在している。必要な場合には、窪み４４は、半導体メサＭＳの一次元アレイを規定するように延在することもできる。
引き続き、赤外線受光装置１０を具体的に説明する。
支持体２１は、ｎ型ＧａＳｂ基板といった基板２１ａを含む。必要な場合には、支持体２１は、バッファ層２１ｂを更に含むことができ、バッファ層２１ｂは、基板２１ａ上に設けられる。
第１超格子層２３は、互いに異なるバンドギャップを有する第１ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２３ｃ及び第２ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２３ｄを含む単位構造の積層を備える。単位構造は、例えば、ｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓを含むことができる。
本実施例では、第１超格子層２３のｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子層が、支持体２１のバッファ層２１ｂのｎ型ＧａＳｂにヘテロ接合ＨＪを成す。このヘテロ接合ＨＪは、ｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子層２３ａとバッファ層２１ｂとの界面にヘテロ障壁を形成する。第１電極３０、具体的にはカソード電極が、第１超格子層２３のｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子層に接触を成す。
第２超格子層２４は、互いに異なるバンドギャップを有する第３ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２４ｃ及び第４ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２４ｄを含む単位構造の積層を備える。単位構造は、例えばＧａＳｂ／ＩｎＡｓを含む。第２超格子層２４は、タイプＩＩの超格子構造を含む光吸収層２４ａとして働く。
半導体領域２５は、タイプＩＩの超格子層２５ａを含み、この超格子層２５ａは、互いに異なるバンドギャップを有する第５ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２５ｃ及び第６ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２５ｄを含む単位構造の積層を備える。単位構造は、例えばＧａＳｂ／ＩｎＡｓを含む。必要な場合には、半導体領域２５は、更に、超格子層２５ａ上に設けられたｐ型コンタクト層２５ｂを含む、ｐ型コンタクト層２５ｂは、例えばｐ型ＧａＳｂ層を含むことができる。第２電極３２、具体的にはアノード電極は、半導体領域２５上に設けられ、ｐ型ＧａＳｂコンタクト層２５ｂに接触を成す。
本実施形態では、第２窪部４８が第１超格子層２３内に位置する底４８ｂを有する。支持体２１内に位置する底４６ｂを有する第１窪部４６は、第１超格子層２３及びヘテロ接合ＨＪを貫通する。第１超格子層２３を貫通する第１窪部４６は、第１超格子層２３の体積低減を赤外線受光装置１０にもたらす。ヘテロ接合ＨＪを貫通しない第２窪部４８は、半導体メサＭＳを接続することを可能にする。第１超格子層２３を用いる半導体メサＭＳを相互接続は、光キャリアに伝導経路を提供できる。
構造物２０の窪み４４は、図１に示されるように、第１軸Ｂｘ１の方向に延在する一又は複数の第１溝４７と、第２軸Ｂｘ２の方向に延在する一又は複数の第２溝４９とを含む。第２軸Ｂｘ２の方向は、第１軸Ｂｘ１の方向に交差する方向であって、本実施例では、第１軸Ｂｘ１の方向及び第２軸Ｂｘ２の方向は、それぞれ、直交座標系ＲのＸ軸及びＹ軸の方向を指す。第１溝４７の各々は、第１窪部４６を提供できる深さを有し、第２溝４９の各々は、第２窪部４８を提供できる深さを有する。第１溝４７及び第２溝４９は、交差するように配列されて、半導体メサＭＳのアレイを形成する。第２溝４９は、第１溝４７及び第２溝４９の交差点では、第２窪部４８の深さより深い。既に為された第１窪部４６及び第２溝４９の記述から理解されるように、第１溝４７の第１窪部４６は、第２溝４９の第２窪部４８より深く、第１溝４７及び第２溝４９の底は、それぞれ、第１窪部４６及び第２窪部４８によって提供される。
赤外線受光装置１０では、例えば、第１溝４７は、支持体２１内に位置する底４６ｂを有することができる。支持体２１内に位置する底４６ｂを有する第１溝４７は、第１超格子層２３及びヘテロ接合ＨＪを貫通する。第１超格子層２３を貫通する第１溝４７は、第１超格子層２３の体積低減を赤外線受光装置１０にもたらす。ヘテロ接合ＨＪを貫通しない第２溝４９は、半導体メサＭＳを接続することを可能にする。第１超格子層２３を用いる半導体メサＭＳを相互接続は、光キャリアに伝導経路を提供できる。
赤外線受光装置１０では、構造物２０は、半導体メサＭＳのアレイの外側に位置するコンタクト構造４３と、半導体メサＭＳのアレイを囲む半導体壁４５とを含む。コンタクト構造４３は、第１電極３０が、積層体２２の第１超格子層２３に接触を成すことを可能にする。本実施例では、第１電極３０は、コンタクト孔４３ａに位置する第１超格子層２３の表面に接触を成す。第１電極３０は、半導体壁４５の側面上を延在して半導体壁４５の上面に到達する。半導体壁４５の上面の第１電極３０は、第２電極３２と実質的に同じ高さに位置する。
半導体壁４５は、窪み４４の延在が閉じるように窪み４４の外縁を規定する。閉じた半導体壁４５は、コンタクト孔４３ａが窪み４４に繋がることを避けることを可能にする。半導体壁４５は、赤外線受光装置１０の製造方法において、エッチングガスの流れを制御して、窪み４４の幅及び深さの加工精度を高めることができる。本実施例では、半導体壁４５は、窪み４４及びコンタクト構造４３によって規定される。具体的には、閉じた半導体壁４５の内側は、窪み４４の最外周の第１溝４７及び第２溝４９によって規定され、閉じた半導体壁４５の外側は、コンタクト構造４３のコンタクト孔４３ａによって規定される。
赤外線受光装置１０では、構造物２０の第１超格子層２３は、複数の帯部２６を含む。帯部２６は、第１軸Ｂｘ１の方向に延在して、第１軸Ｂｘ１の方向の配列される半導体メサＭＳを接続する。帯部２６は、半導体メサＭＳの幅に実質的に等しい又はより大きい幅Ｗ２６を有する。帯部２６は、半導体メサＭＳのアレイの一端から他端まで延在すると共に更に半導体壁４５の下を通過して、コンタクト構造４３においてより大きなサイズの第１超格子層２３に繋がる。構造物２０は、閉じた半導体壁４５に延在する閉じた第１超格子層２３を提供でき、本実施例では、半導体壁４５下の第１超格子層２３は、複数の帯部２６の配列を束ねる。第１超格子層２３の帯部２６の配列は、第１超格子層２３の体積低減及び第１電極３０の第１超格子層２３への接続を可能にする。受光素子アレイのサイズ及び半導体メサＭＳのピッチを小さくすると、受光素子アレイ内の第１超格子層２３の体積を小さくできる。
赤外線受光装置１０は、構造物２０を覆う絶縁膜８２を更に備えることができる。具体的には、絶縁膜８２は、半導体メサＭＳのアレイ、コンタクト構造４３、及び半導体壁４５を覆うと共に、コンタクト孔４３ａに位置する第１超格子層２３上に位置する第１開口８２ａと、個々の半導体メサＭＳの上面上に位置する第２開口８２ｂとを含む。本実施例では、絶縁膜８２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物といったシリコン系無機絶縁体を備えることができる。
赤外線受光装置１０の構造。
支持体２１：５００〜７００マイクロメートル厚のｎ型ＧａＳｂ基板、及び０．３〜１マイクロメートル厚のｎ型ＧａＳｂのバッファ層２１ｂ。
第１超格子層２３：ｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子層（タイプＩＩ）、１〜５マイクロメートル厚。
第２超格子層２４：ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子光吸収層（タイプＩＩ）、１〜４マイクロメートル厚。
半導体領域２５：ｐ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子層（タイプＩＩ）、０．２〜０．８マイクロメートル厚。
半導体領域２５：ｐ型ＧａＳｂコンタクト層、０．０５〜０．４マイクロメートル厚。
図２の（ａ）部及び（ｂ）部を参照すると、それぞれ、第１溝４７及び第２溝４９の断面が示される。第１溝４７は、図２の（ａ）部に示されるように、第１窪部４６において、深さの異なる淺底４６ｃ及び深底４６ｄを有する。深底４６ｄは支持体２１内に位置し、淺底４６ｃは第１超格子層２３内に位置する。隣合う半導体メサＭＳの側面の下縁の間隔Ｗ４６は、深底４６ｄの幅Ｗ４６ｄよりも大きい。赤外線受光装置１０では、互いに深さの異なる第１溝４７及び第２溝４９を用いて、第１超格子層２３の体積を低減できる。また、第２溝４９は、図２の（ｂ）部に示されるように、第２窪部４８において、底４８ｂを有しており、底４８ｂは、淺底４６ｃに実質的に等しく、第１超格子層２３内に位置する。
図３の（ａ）部及び（ｂ）部を参照すると、それぞれ、第１溝４７及び第２溝４９の断面が示される。第１溝４７は、図３の（ａ）部に示されるように、第１窪部４６において、深底４６ｄを有する。深底４６ｄは支持体２１内に位置する。深底４６ｄの幅Ｗ４６ｄは、隣合う半導体メサＭＳの側面の下縁の間隔である。赤外線受光装置１０では、隣合う半導体メサＭＳの側面の下縁の一方から他方までの深い底面を有する第１溝４７を用いて、第１超格子層２３の体積を低減できる。また、第２溝４９は、図３の（ｂ）部に示されるように、第２窪部４８において、隣合う半導体メサＭＳの側面の下縁の一方から他方までの浅い底４８ｂを有しており、底４８ｂの幅Ｗ４８は、隣合う半導体メサＭＳの側面の下縁の間隔である。第２溝４９の底４８ｂは、第１超格子層２３内に位置する。
引き続き、図４〜図２０を参照しながら、赤外線受光装置１０を作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、赤外線受光装置１０のための参照符合を以下の説明において用いる。図４〜図２０にも、直交座標系Ｒが描かれている。
工程Ｓ１０１では、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いてエピタキシャル基板ＥＰを加工して、フォトダイオードのための半導体メサ（ＭＳ）のアレイ（４２）を規定する窪み（４４）をエピタキシャル基板ＥＰに形成する。
本実施例では、マスクの形成に先立って、エピタキシャル基板ＥＰを準備する。図４の（ａ）部及び（ｂ）部を参照すると、エピタキシャル基板ＥＰは、半導体積層体ＳＰと、半導体積層体ＳＰを搭載する半導体基板６０とを有する。半導体積層体ＳＰは、第１超格子層２３のための第１半導体層６１、第２超格子層２４のための第２半導体層６２、及び半導体領域２５のための第３半導体層６３を含む。
エピタキシャル基板ＥＰの準備は、例えば、以下のように行われる。具体的には、結晶成長のための半導体基板６０を準備すると共に、半導体基板６０上に半導体積層体ＳＰをエピタキシャルに成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長法及び／又は分子線エピタキシー法によって行われることができる。半導体積層体ＳＰは、半導体基板６０上に設けられたバッファ層２１ｂのための半導体層６４を含み、半導体基板６０の主面上、具体的には半導体層６４上に順に設けられた第１半導体層６１、第２半導体層６２及び第３半導体層６３を含む。半導体層６４は、必要な場合に成長される。
エピタキシャル基板ＥＰの具体例。
半導体基板６０：ｎ型ＧａＳｂ基板。
第１半導体層６１：ｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子層。
第２半導体層６２：ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子光吸収層。
第３半導体層６３：ｐ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子層及びｐ型ＧａＳｂコンタクト層。
図４〜図１３を参照しながら、図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示される構造を有する赤外線受光装置を作製する方法を説明する。
上記のように準備されたエピタキシャル基板ＥＰの主面ＥＰＳ上に、例えばシリコン系無機絶縁体から成る絶縁膜を形成すると共に、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、この絶縁膜を加工し、第１マスクＭ１１を形成する。第１マスクＭ１１のための絶縁膜は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて形成することができる。図５を参照すると、第１マスクＭ１１及びエピタキシャル基板が示される。図４の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、図５に示されたＩＶａ−ＩＶａ線及びＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿ってとられた断面を示す。これらの断面、及び引き続く進捗の工程の説明に参照される断面は、それぞれ、当該方法により作製されるべき赤外線受光装置１０を示す図２の（ａ）部の断面、並びに図２の（ｂ）部の断面に対応する。引き続く製造方法において、図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示される赤外線受光装置を作製する。
具体的には、エピタキシャル基板ＥＰの主面ＥＰＳ上に第１マスクＭ１１を形成する。第１マスクＭ１１は、複数の第１開口ＡＰ１Ｍ１１を有し、第１開口ＡＰ１Ｍ１１は、赤外線受光装置１０の窪み４４が延在する第１軸Ｂｘ１の方向及び第２軸Ｂｘ２の方向のいずれか一方、例えば第１軸Ｂｘ１の方向に延在し、また第２軸Ｂｘ２の方向に配列される。
本実施例では、第１マスクＭ１１は、例えばシリコン系無機絶縁体を備える。
第１開口ＡＰ１Ｍ１１の幅Ｍ１１Ｗ：０．５〜５μｍ。
第１開口ＡＰ１Ｍ１１は、図２の（ａ）部に示される第１溝４７における深底を形成すべきエリアに位置する。
工程Ｓ１０２では、図６の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第１マスクＭ１１を用いてエピタキシャル基板ＥＰをエッチングして、第１基板生産物ＳＰ１１を作製する。図６の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、図４の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。図６の（ａ）部に示されるように、エッチングは、第２半導体層６２において停止される。エッチングによって、第３窪部５３がエピタキシャル基板ＥＰに形成される。第３窪部５３は、図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示された深さが異なる底面（深底４６ｄ及び淺底４６ｃ）を有する第１溝４７に関連している。本実施例では、エッチングの後に、第１マスクＭ１１を除去せずに第１マスクＭ１１を残す。
エッチングガスは、例えばハロゲン系ガスである。
第３窪部５３の深さＤＰ５３；１．２〜４マイクロメートル。
第３窪部５３の深さは、図２の（ａ）部に示される第１溝４７における深底と淺底との差に関連している。
工程Ｓ１０３では、図７、図８の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第１基板生産物ＳＰ１１上にエッチングマスクＲＭを形成する。図７は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する工程におけるエッチングマスクＲＭ及びエピタキシャル基板ＥＰを示す平面図である。図８の（ａ）部は、図７に示されたＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線に沿ってとられた断面を示す図であり、図８の（ｂ）部は、図７に示されたＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。図８の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、図６の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。エッチングマスクＲＭは、フォトリソグラフィを用いて、第１マスクＭ１１上に作製される。エッチングマスクＲＭは、例えばレジストマスクである。
図７に示されるように、エッチングマスクＲＭは、第１開口ＡＰ１ＲＭ及び第２開口ＡＰ２ＲＭを有する。本実施例では、第１開口ＡＰ１ＲＭは、第１軸Ｂｘ１の方向に延在し、第２開口ＡＰ２ＲＭは、第２軸Ｂｘ２の方向に延在する。エッチングマスクＲＭの第１開口ＡＰ１ＲＭは、第３窪部５３に位置合わせされており、第３窪部５３の全体及び下地の第１マスクＭ１１が、第１開口ＡＰ１ＲＭに現れる。第２開口Ａ２ＰＭ１１には、下地の第１マスクＭ１１が現れる。第１開口ＡＰ１ＲＭは、図２の（ａ）部に示された第１溝４７を規定すると共に、第２開口ＡＰ２ＲＭは、図２の（ｂ）部に示された第２溝４９を規定する。
エッチングマスクＲＭ：レジスト。
第１開口ＡＰ１ＲＭの幅Ｗ１ＲＭ：３〜１０μｍ。
第２開口ＡＰ２ＲＭ幅Ｗ２ＲＭ：３〜１０μｍ。
工程Ｓ１０４では、図９の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、エッチングマスクＲＭを用いて第１マスクＭ１１をエッチングし、その後エッチングマスクＲＭを除去して第２マスクＭ２１を形成する。本実施例では、第２マスクＭ２１は、第１マスクＭ１１と同じ材料、本実施例ではシリコン系無機絶縁体を備える。図９の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、図８の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。
第２マスクＭ２１は、エッチングマスクＲＭのパターンがエッチングにより転写されたパターンを有する。第２マスクＭ２１は、図７に示されるエッチングマスクＲＭに実質的に同じパターンを有しており、第１開口ＡＰ１Ｍ２１（第１開口ＡＰ１ＲＭの転写）及び第２開口ＡＰ２Ｍ２１（第２開口ＡＰ２ＲＭの転写）を有する。本実施例に係る第２マスクＭ２１では、第１開口ＡＰ１Ｍ２１は、第１軸Ｂｘ１の方向に延在し、第２開口ＡＰ２Ｍ２１は、第２軸Ｂｘ２の方向に延在する。第２マスクＭ２１の第１開口ＡＰ１Ｍ２１は、第３窪部５３に位置合わせされており、第３窪部５３の全体及び下地の第１マスクＭ１１が、第１開口ＡＰ１Ｍ２１に現れる。第２開口ＡＰ２Ｍ２１には、下地の第１マスクＭ１１が現れる。第２マスクＭ２１の第１開口ＡＰ１Ｍ２１は、図２の（ａ）部に示された第１溝４７を規定すると共に、第２マスクＭ２１の第２開口ＡＰ２Ｍ２１は、図２の（ｂ）部に示された第２溝４９を規定する。
工程Ｓ１０５では、図１０の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第２マスクＭ２１を用いて第１基板生産物ＳＰ１１をエッチングする。エッチングにおいて、第２マスクＭ２１の第１開口ＡＰ１Ｍ２１及び第２開口ＡＰ２Ｍ２１は、それぞれ、第２基板生産物ＳＰ２１における第１窪部４６及び第２窪部４８を形成するために用いられる。図１０の（ａ）部及び（ｂ）部は、図９の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。図１０の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、エッチングは、第１窪部４６の底４６ｂが半導体基板６０に達する深さにおいて停止される。エッチングにより、第２マスクＭ２１の第１開口ＡＰ１Ｍ２１及び第２開口ＡＰ２Ｍ２１には、それぞれ、第１軸Ｂｘ１の方向に延在する第１溝４７及び第２軸Ｂｘ２の方向に延在する第２溝４９が形成される。このエッチングによれば、図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示される第１溝４７及び第２溝４９が形成される。エッチングの後に、第２マスクＭ２１を除去して、第２基板生産物ＳＰ２１を得る。
これらの工程により、図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示される赤外線受光装置の窪部が作製される。具体的には、第２マスクＭ２１を作製すると共に、第２マスクＭ２１を用いて第１基板生産物ＳＰ１１を加工することにより、第１窪部４６及び第２窪部４８が第１基板生産物ＳＰ１１に形成される。
工程Ｓ１０６では、図１１の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第２基板生産物ＳＰ２１に、半導体メサＭＳのアレイを囲む溝を形成するための第３マスクＭ３を形成する。図１１の（ａ）部及び（ｂ）部は、図１０の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示される赤外線受光装置は、図１を参照すると、半導体メサＭＳのアレイを囲む周辺領域にコンタクト構造４３を備える。第３マスクＭ３は、第２基板生産物ＳＰ２１の半導体積層体ＳＰを加工する際にコンタクト構造４３のコンタクト孔４３ａを規定するパターンを有する。具体的には、第３マスクＭ３は、開口ＡＰ１Ｍ３を有しており、開口ＡＰ１Ｍ３は、第１溝４７及び第２溝４９のアレイの外側に設けられ、本実施例では閉じた帯形状を有する。
工程Ｓ１０７では、図１２の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第３マスクＭ３を用いて第２基板生産物ＳＰ２１をエッチングして、第１電極３０を第１超格子層に接続するためのコンタクト構造４３のコンタクト孔４３ａを形成する。コンタクト構造４３のコンタクト孔４３ａが、第１超格子層のための第１半導体層６１に到達する深さに形成される。図１２の（ａ）部及び（ｂ）部は、図１１の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。エッチングの後に、第３マスクＭ３を除去して、第３基板生産物ＳＰ３を作製する。
工程Ｓ１０８では、図１３の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、アノード電極及びカソード電極を第３基板生産物ＳＰ３上に形成する。図１３の（ａ）部及び（ｂ）部は、図１２の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。本実施例では、これらの電極の形成に先立って、第１開口８２ａ及び第２開口８２ｂを有する絶縁膜８２を第３基板生産物ＳＰ３上に形成する。第１開口８２ａ及び第２開口８２ｂは、それぞれ、コンタクト構造４３のコンタクト孔４３ａ及び半導体メサＭＳの上面上に位置する。絶縁膜８２のための堆積は、気相成長により行われる。絶縁膜８２を形成した後に、コンタクト構造４３の第１超格子層に接触を成す第１電極３０を形成すると共に、半導体メサＭＳの上面に接触を成す第２電極３２を形成する。第１電極３０及び第２電極３２の各々は、リフトオフマスクの形成、金属膜の蒸着及びリフトオフによって形成される。これらの工程によって、図２の（ａ）部及び（ｂ）部に示される赤外線受光装置が完成する。
図１４〜図２０を参照しながら、図３の（ａ）部及び（ｂ）部に示される赤外線受光装置を作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、赤外線受光装置１０のための参照符合を以下の説明において用いる。引き続く製造方法において、図３の（ａ）部及び（ｂ）部に示される赤外線受光装置を作製する。
エピタキシャル基板ＥＰを準備する工程に引き続いて、以下の工程を行う。
工程Ｓ２０１では、図１４、図１５の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰの主面ＥＰＳ上に第１マスクＭ１２を形成する。図１４を参照すると、本実施形態に係る他の赤外線受光装置を作製する工程における第１マスクＭ１２のパターンが示される。図１５の（ａ）部は、図１４に示されたＸＶａ−ＸＶａ線に沿ってとられた断面を示し、図１５の（ｂ）部は、図１４に示されたＸＶｂ−ＸＶｂ線に沿ってとられた断面を示す。これらの断面、及び引き続く進捗の工程の説明に参照される断面は、それぞれ、当該方法により作製されるべき赤外線受光装置１０を示す図３の（ａ）部の断面、並びに図３の（ｂ）部の断面に対応する。
第１溝４７及び第２溝４９の一方、例えば第１溝４７を規定する第１マスクＭ１２をエピタキシャル基板ＥＰの主面ＥＰＳ上に形成する。第１マスクＭ１２は、第１窪部４６を規定する複数の第１開口ＡＰ１Ｍ１２を有する。第１開口ＡＰ１Ｍ１２は、第１軸Ｂｘ１の方向に沿って延在すると共に、第２軸Ｂｘ２の方向に配列される。第１開口ＡＰ１Ｍ１２は、フォトダイオードのための半導体メサＭＳの配列を規定する窪み４４のうちの第１溝４７を規定する。
第１開口ＡＰ１Ｍ１２の幅Ｗ１Ｍ１２：０．５〜５μｍ。
第１マスクＭ１２は、例えばシリコン系無機絶縁体を備える。
工程Ｓ２０２では、図１６の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第１マスクＭ１２を用いた第１エッチングをエピタキシャル基板ＥＰに適用する。図１６の（ａ）部及び（ｂ）部は、図１５の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。本実施例では、第１エッチングは、この第１窪部４６の深さを可能にする第１条件で行われることができる。具体的には、第１窪部４６の底４６ｂは、第１エッチングにより半導体基板６０に位置する。エッチングガスは、例えばハロゲン系ガスである。第１エッチングの後には、第１マスクＭ１２を除去して、第１基板生産物ＳＰ１２を作製する。
工程Ｓ２０３では、図１７、図１８の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第２マスクＭ２２を形成する。図１８の（ａ）部及び（ｂ）部は、図１６の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。本実施例では、第１溝４７及び第２溝４９の他方、例えば第２溝４９を規定する第２マスクＭ２２を第１基板生産物ＳＰ１２上に形成する。図１７を参照すると、本実施形態に係る他の赤外線受光装置を作製する工程における第２マスクのパターンが示される。図１８の（ａ）部は、図１７に示されたＸＶＩＩＩａ−ＸＶＩＩＩａ線に沿ってとられた断面を示すであり、図１８の（ｂ）部は、図１７に示されたＸＶＩＩＩｂ−ＸＶＩＩＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。
具体的には、第２マスクＭ２２は、第２窪部４８を規定する複数の第２開口ＡＰ２Ｍ２２を有する。第２開口ＡＰ２Ｍ２２は、第２軸Ｂｘ２の方向に沿って延在すると共に、第１軸Ｂｘ１の方向に配列される。第２開口ＡＰ２Ｍ２２は、フォトダイオードのための半導体メサＭＳの配列を規定する窪み４４のうちの第２溝４９を規定する。
第２開口ＡＰ２Ｍ２２の幅Ｗ２Ｍ２２：０．５〜５μｍ。
第２マスクＭ２２は、例えばシリコン系無機絶縁体を備える。
工程Ｓ２０４では、図１９の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、第２マスクＭ２２を用いた第２エッチングを第１基板生産物ＳＰ１２に適用する。図１９の（ａ）部及び（ｂ）部は、図１８の（ａ）部及び（ｂ）部に示された断面の進捗を示す。本実施例では、第２エッチングは、第１半導体層６１に到達するように行われることができる。具体的には、第２エッチングは、第２窪部４８の深さを可能にする第２条件で行われる。第２エッチングの後に、第２マスクＭ２２を除去して、第２基板生産物ＳＰ２２を作製する。第２基板生産物ＳＰ２２は、第１窪部４６及び第２窪部４８を含む。
第２マスクＭ２２を用いた第２エッチングが、第１マスクＭ１２を用いた第１エッチングに先だって行われるようにしてもよい。
これらの工程により、図３の（ａ）部及び（ｂ）部に示される赤外線受光装置の窪部が作製される。
工程Ｓ２０５では、図２０の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、絶縁膜８２を形成すると共に、コンタクト構造４３及び半導体メサＭＳの上面に第１電極３０及び第２電極３２を形成する。これらの作製は、図１１の（ａ）部及び（ｂ）部、図１２の（ａ）部及び（ｂ）部、並びに図１３の（ａ）部及び（ｂ）部を参照される工程から理解される。例えば、第１電極３０及び第２電極３２の各々は、リフトオフマスクの形成、金属膜の蒸着及びリフトオフによって形成される。これらの工程によって、赤外線受光装置１０ｐが完成される。
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、受光感度の低下を抑制できる半導体受光素子アレイ、及びこの半導体受光素子アレイを作製する方法が提供される。
１０…赤外線受光装置、２０…構造物、２３…第１超格子層、２４…第２超格子層、２５…半導体領域、２１…支持体、２２…積層体、３０…第１電極、４６…第１窪部、４７…第１溝、４８…第２窪部、４９…第２溝、Ｂｘ１…第１軸、Ｂｘ２…第２軸、ＭＳ…半導体メサ。

Claims (7)

  1. 赤外線受光装置であって、
    支持体と前記支持体上に順に配列された第１超格子層、第２超格子層、及び半導体領域を含む積層体とを含み、前記積層体に設けられフォトダイオードのための半導体メサのアレイ及び前記アレイを規定する窪みを有する構造物と、
    前記積層体の前記第１超格子層に接続された第１電極と、
    を備え、
    前記第１超格子層はｎ導電性を有し、前記半導体領域はｐ導電性を有し、前記第１超格子層はタイプＩＩ構造を有すると共に前記支持体にヘテロ接合を成し、
    前記窪みは、第１窪部及び第２窪部を含み、前記第２窪部は、前記第１超格子層内に位置する底を有し、前記第１窪部は前記第２窪部より深い、赤外線受光装置。
  2. 前記第１窪部は、前記支持体内に位置する底を有する、請求項１に記載された赤外線受光装置。
  3. 前記構造物の前記窪みは、第１軸の方向に延在する複数の第１溝と、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する複数の第２溝とを含み、
    前記第１溝の各々は、前記第１窪部を提供できる深さを有し、
    前記第２溝の各々は、前記第２窪部を提供できる深さを有する、請求項１又は請求項２に記載された赤外線受光装置。
  4. 前記構造物の前記第１超格子層は、第１軸の方向に延在する複数の帯部を含み、
    前記第１電極は、前記第１超格子層の前記帯部の各々に接触を成す、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された赤外線受光装置。
  5. 赤外線受光装置を作製する方法であって、
    第１超格子層、第２超格子層、及び半導体領域を含む半導体積層体と該半導体積層を搭載する基板とを有するエピタキシャル基板を準備する工程と、
    フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて前記エピタキシャル基板を加工して、フォトダイオードのための半導体メサのアレイを規定する窪みを前記エピタキシャル基板に形成する工程と、
    を備え、
    前記第１超格子層、前記第２超格子層、及び前記半導体領域は、前記基板上に順に配列され、
    前記第１超格子層はｎ導電性を有し、前記半導体領域はｐ導電性を有し、前記第１超格子層はタイプＩＩ構造を有すると共に支持体にヘテロ接合を成し、
    前記窪みは、第１窪部及び第２窪部を含み、前記第２窪部は、前記第１超格子層内に位置する底を有し、前記第１窪部は前記第２窪部より深い、赤外線受光装置を作製する方法。
  6. 窪みを前記エピタキシャル基板に形成する前記工程は、
    第１軸の方向に延在する開口を有する第１マスクを前記エピタキシャル基板上に形成する工程と、
    前記第１窪部及び前記第２窪部より浅い第３窪部を前記エピタキシャル基板に前記第１マスクを用いた加工により形成して、第１基板生産物を得る工程と、
    前記第１軸の方向に延在する第１開口及び前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する第２開口を有する第２マスクを前記第１基板生産物上に形成する工程と、
    前記第２マスクを用いて前記第１基板生産物を加工して、前記第１窪部及び前記第２窪部を前記第１基板生産物に形成する工程と、
    前記第２マスクを除去して、第２基板生産物を得る工程と、
    を備え、
    前記第２基板生産物における前記第１窪部及び前記第２窪部は、それぞれ、前記第２マスクの前記第１開口及び前記第２開口の位置に形成され、
    前記第２マスクの前記第１開口は、前記第１マスクの前記開口に位置合わせされる、請求項５に記載された赤外線受光装置を作製する方法。
  7. 窪みを前記エピタキシャル基板に形成する前記工程は、
    第１開口を有する第１マスクを前記エピタキシャル基板上に形成する工程と、
    前記第１マスクを用いて前記エピタキシャル基板に第１エッチングを適用する工程と、
    前記第１エッチングの後に前記第１マスクを除去して、第１基板生産物を得る工程と、
    第２開口を有する第２マスクを前記第１基板生産物上に形成する工程と、
    前記第２マスクを用いて前記第１基板生産物に第２エッチングを適用する工程と、
    前記第２エッチングの後に前記第２マスクを除去して、前記第１窪部及び前記第２窪部を含む第２基板生産物を得る工程と、
    を備え、
    前記第１エッチング及び前記第２エッチングの一方は、前記第１窪部の深さを可能にする第１条件で行われ、
    前記第１エッチング及び前記第２エッチングの他方は、前記第２窪部の深さを可能にする第２条件で行われる、請求項５に記載された赤外線受光装置を作製する方法。
JP2018026211A 2018-02-16 2018-02-16 赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法 Active JP6933157B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018026211A JP6933157B2 (ja) 2018-02-16 2018-02-16 赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法
US16/276,402 US10665736B2 (en) 2018-02-16 2019-02-14 Infrared light receiving device, method for fabricating infrared light receiving device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018026211A JP6933157B2 (ja) 2018-02-16 2018-02-16 赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019145580A true JP2019145580A (ja) 2019-08-29
JP6933157B2 JP6933157B2 (ja) 2021-09-08

Family

ID=67618145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018026211A Active JP6933157B2 (ja) 2018-02-16 2018-02-16 赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10665736B2 (ja)
JP (1) JP6933157B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118016738B (zh) * 2024-04-10 2024-06-18 山西创芯光电科技有限公司 一种超晶格红外探测器焦平面芯片结构及其制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101924113A (zh) * 2009-04-03 2010-12-22 台湾积体电路制造股份有限公司 图像传感器及半导体制造工艺
JP2012129247A (ja) * 2010-12-13 2012-07-05 Fujitsu Ltd 赤外線撮像装置
JP2013175686A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Sumitomo Electric Ind Ltd 受光素子、その製造方法、および検出装置
CN103887360A (zh) * 2014-04-16 2014-06-25 中国科学院半导体研究所 InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制备方法
US20140191195A1 (en) * 2013-01-04 2014-07-10 Mani Sundaram Focal plane array with pixels defined by modulation of surface fermi energy
CN104134712A (zh) * 2014-07-08 2014-11-05 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种梯度掺杂的ⅱ类超晶格材料及其制备方法
JP2014229810A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 ソニー株式会社 固体撮像装置、および電子機器
JP2015155839A (ja) * 2014-02-20 2015-08-27 富士通株式会社 赤外線検出器及びその製造方法
JP2016129225A (ja) * 2015-01-05 2016-07-14 住友電気工業株式会社 半導体受光装置、半導体受光素子
JP2017037871A (ja) * 2015-08-06 2017-02-16 住友電気工業株式会社 受光装置、受光装置を作製する方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001144278A (ja) 1999-11-12 2001-05-25 Nippon Sheet Glass Co Ltd 受光素子アレイ

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101924113A (zh) * 2009-04-03 2010-12-22 台湾积体电路制造股份有限公司 图像传感器及半导体制造工艺
JP2012129247A (ja) * 2010-12-13 2012-07-05 Fujitsu Ltd 赤外線撮像装置
JP2013175686A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Sumitomo Electric Ind Ltd 受光素子、その製造方法、および検出装置
US20140191195A1 (en) * 2013-01-04 2014-07-10 Mani Sundaram Focal plane array with pixels defined by modulation of surface fermi energy
JP2014229810A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 ソニー株式会社 固体撮像装置、および電子機器
JP2015155839A (ja) * 2014-02-20 2015-08-27 富士通株式会社 赤外線検出器及びその製造方法
CN103887360A (zh) * 2014-04-16 2014-06-25 中国科学院半导体研究所 InAs/GaSb超晶格红外光电探测器及其制备方法
CN104134712A (zh) * 2014-07-08 2014-11-05 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种梯度掺杂的ⅱ类超晶格材料及其制备方法
JP2016129225A (ja) * 2015-01-05 2016-07-14 住友電気工業株式会社 半導体受光装置、半導体受光素子
JP2017037871A (ja) * 2015-08-06 2017-02-16 住友電気工業株式会社 受光装置、受光装置を作製する方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190259891A1 (en) 2019-08-22
JP6933157B2 (ja) 2021-09-08
US10665736B2 (en) 2020-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10115800B1 (en) Vertical fin bipolar junction transistor with high germanium content silicon germanium base
JP5303819B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US20160211402A1 (en) Photodetector
JP5326806B2 (ja) 半導体光素子を作製する方法
JP5148976B2 (ja) 積層型化合物半導体太陽電池
JP2009164558A (ja) 半導体装置とその製造方法、並びにトレンチゲートの製造方法
US7955961B2 (en) Process for manufacture of trench Schottky
CN107230736B (zh) 半导体元件及其形成方法
JP6933157B2 (ja) 赤外線受光装置及び赤外線受光装置を作製する方法
JP6459460B2 (ja) 半導体受光素子を作製する方法
US20070235778A1 (en) Semiconductor device having bulb-shaped recess gate and method for fabricating the same
JP2008159927A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体装置とその製造方法
JP2002232080A5 (ja)
TW201330283A (zh) 具有台面終端的碳化矽蕭基二極體元件及製造方法
JP6572640B2 (ja) 半導体受光素子を作製する方法
JP2019135744A (ja) 赤外線受光装置
JP4945931B2 (ja) 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよびその製造方法
JP2005244213A (ja) 光電子集積回路およびその製造方法
JP6981383B2 (ja) 半導体受光デバイス
JP6083254B2 (ja) 光半導体素子及びその製造方法
TWI819895B (zh) 半導體雷射及半導體雷射製造方法
JP7077889B2 (ja) 半導体受光素子
JP2010114163A (ja) 半導体装置製造方法
US20200273702A1 (en) Defect-free heterogeneous substrates
WO2022217542A1 (zh) 半导体结构及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210615

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210706

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210720

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210802

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6933157

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250