JP2020009861A - 赤外線検出器、赤外線検出装置及び赤外線検出器の製造方法 - Google Patents

赤外線検出器、赤外線検出装置及び赤外線検出器の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】暗電流の低い、赤外線吸収層がＴ２ＳＬ構造により形成されている画素分離された赤外線検出器を提供する。【解決手段】半導体結晶基板と、前記半導体結晶基板の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成された第１のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された画素を分離する画素分離壁と、前記画素分離壁により囲まれた領域において、前記第１のコンタクト層及び前記画素分離壁の側面の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に、化合物半導体により形成された赤外線吸収層と、前記赤外線吸収層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された第２のコンタクト層と、前記第２のコンタクト層の上に形成された上部電極と、前記第１のコンタクト層の上に形成された下部電極と、を有することを特徴とする赤外線検出器により上記課題を解決する。【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線検出器、赤外線検出装置及び赤外線検出器の製造方法に関するものである。
半導体材料により形成された赤外線を検出する赤外線検出器としては、例えば、ＧａＳｂ基板の上に、赤外線吸収層をＩｎＡｓ／ＧａＳｂのtype-II超格子（Ｔ２ＳＬ）構造により形成したものがある。このＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造は、type-II型のバンドラインナップを有しているため、超格子の膜厚・周期を調整することにより、波長が３〜５μｍの中赤外（ＭＷ：Middle Wave）から波長が８〜１０μｍの遠赤外（ＬＷ：Long Wave）までの赤外線の検出が可能である。このようなＴ２ＳＬ構造の赤外線検出器は、現在普及しているMercury-Cadmium-Tellurium（ＭＣＴ）を用いたものと比較して、少数キャリア寿命が長く、高感度、高温動作が期待されている。
赤外線検出器では、画素を分離するための画素分離溝を形成し、電気的に分離された複数の画素を形成することにより、ＦＰＣ（Focal Plane Array）が形成され、２次元画像を検出することができる。
特開２０１６−１１１２９５号公報 特開２０１７−２２０６４８号公報
ところで、Ｔ２ＳＬ構造を形成しているＧａＳｂは酸化されやすく、画素分離溝を形成してＧａＳｂ層の端面が露出すると、この部分が大気に晒され酸化される。このように、ＧａＳｂが酸化された部分は界面準位が形成され、電流が流れやすくなり、暗電流が増加する。暗電流が増加すると、赤外線検出器におけるＳ／Ｎ比が低下するため好ましくない。
このため、暗電流の低い、赤外線吸収層がＴ２ＳＬ構造により形成されている画素分離された赤外線検出器が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、半導体結晶基板と、前記半導体結晶基板の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成された第１のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された画素を分離する画素分離壁と、前記画素分離壁により囲まれた領域において、前記第１のコンタクト層及び前記画素分離壁の側面の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に、化合物半導体により形成された赤外線吸収層と、前記赤外線吸収層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された第２のコンタクト層と、前記第２のコンタクト層の上に形成された上部電極と、前記第１のコンタクト層の上に形成された下部電極と、を有することを特徴とする。
開示の赤外線検出器によれば、赤外線吸収層がＴ２ＳＬ構造により形成されている画素分離された赤外線検出器において、暗電流の増加を抑制することができる。
画素分離溝が形成された赤外線検出器の構造図 第１の実施の形態における赤外線検出器の構造図 第１の実施の形態における赤外線検出器の上面図 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（１） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（２） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（３） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（４） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（５） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（６） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（７） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（８） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（９） 第１の実施の形態における赤外線検出器の製造方法の工程図（１０） 第１の実施の形態における赤外線検出装置の構造図 第１の実施の形態における赤外線検出装置の斜視図 第２の実施の形態における赤外線検出器の構造図
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。尚、本願の図面に示される各々の層の膜厚については、説明の便宜上、正確な膜厚が反映されていない場合がある。
〔第１の実施の形態〕
最初に、画素分離溝を形成することにより画素分離された赤外線検出器について、図１に基づき説明する。図１に示される構造の赤外線検出器は、ＧａＳｂ基板１０の上に、第１のコンタクト層２０、バッファ層４０、ｐ−Ｔ２ＳＬ層５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層５３、第２のコンタクト層６０が積層して形成されている。また、第２のコンタクト層６０、ｎ−Ｔ２ＳＬ層５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層５１、バッファ層４０を除去することにより画素分離溝８０が形成されており、画素分離溝８０により分離されたメサ８１により赤外線検出器の各々の画素が形成される。各々の画素となるメサ８１の第２のコンタクト層６０の上には、個別電極となる上部電極７１が形成されており、第１のコンタクト層２０の上には、共通電極となる下部電極７２が形成されている。
第１のコンタクト層２０は、ｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされた厚さが１０００ｎｍのｐ−ＧａＡｓにより形成されており、バッファ層４０はｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされたｐ−ＧａＡｓにより形成されている。ｐ−Ｔ２ＳＬ層５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層５３は、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂのＴ２ＳＬ構造により形成されている。ｐ−Ｔ２ＳＬ層５１にはｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされており、ｎ−Ｔ２ＳＬ層５３にはｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされている。第２のコンタクト層６０はｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされたｎ−ＩｎＡｓにより形成されている。
このような構造の赤外線検出器では、画素分離溝８０を形成することにより、画素となるメサ８１が形成されるが、メサ８１の側面８１ａでは、ｎ−Ｔ２ＳＬ層５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層５１の端面が露出している。ｎ−Ｔ２ＳＬ層５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層５１は、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂの超格子構造であり、特に、ＧａＳｂは大気に晒されると酸化されやすい。ＧａＳｂ等が酸化されると、界面準位が形成され、破線で囲まれたＴ２ＳＬの酸化された部分８１ｂにおいては電流が流れやすくなるため、暗電流が増加し、赤外線検出器におけるＳ／Ｎ比が低下してしまう。尚、メサ８１の側面８１ａにプラズマ処理により窒化膜を形成する方法も考えられるが、窒化膜であっても界面準位が形成され、また、窒化膜を形成してもＧａＳｂ等の酸化を完全に阻むことはできない。
このため、赤外線吸収層がＴ２ＳＬ構造により形成されている画素分離された赤外線検出器において、暗電流が低く、Ｓ／Ｎ比の高い赤外線検出器が求められている。
（赤外線検出器）
次に、第１の実施の形態における赤外線検出器について説明する。本実施の形態における赤外線検出器１００は、半導体結晶基板であるＧａＳｂ基板１１０の上に、化合物半導体層を分子線エピタキシー（ＭＢＥ： molecular beam epitaxy）によりエピタキシャル成長させることにより形成されている。具体的には、図２に示されるように、ＧａＳｂ基板１１０の上に、第１のコンタクト層１２０が形成されており、第１のコンタクト層１２０の上には、画素を分離するための画素分離壁１３０が形成されている。画素分離壁１３０は、各々の画素を囲むように形成されており、断面の形状は台形であり、側面１３０ａが傾斜している。
画素分離壁１３０に囲まれた領域の第１のコンタクト層１２０の上には、バッファ層１４０、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、第２のコンタクト層１６０が積層されている。このように、画素分離壁１３０により囲まれた領域に形成されたバッファ層１４０、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、第２のコンタクト層１６０により、各々の画素１８１が形成される。各々の画素１８１の第２のコンタクト層１６０の上には、個別電極となる上部電極１７１が形成されており、第１のコンタクト層１２０の上には、共通電極となる下部電極１７２が形成されている。
第１のコンタクト層１２０は、ｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされた厚さが１０００ｎｍのｐ−ＧａＡｓにより形成されており、バッファ層１４０はｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされたｐ−ＧａＡｓにより形成されている。ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３は、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂのＴ２ＳＬ構造により形成されている。ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１にはｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされており、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３にはｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされており、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２には不純物元素がドープされていないノンドープ層である。第２のコンタクト層１６０はｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされたｎ−ＩｎＡｓにより形成されている。
本実施の形態における赤外線検出器は、化合物半導体層が形成されていないＧａＳｂ基板１１０の裏面より入射した赤外線が検出される。尚、本願においては、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２及びｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３を赤外線吸収層と記載する場合がある。
本実施の形態における赤外線検出器においては、画素分離壁１３０を形成することにより、各々の画素１８１の端は、画素分離壁１３０の傾斜した側面１３０ａの上に積層して形成される。このため、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１の端面が露出することはなく、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１が大気に晒されないため、酸化されることもない。よって、暗電流が増加することはなく、赤外線検出器におけるＳ／Ｎ比の低下を防ぐことができる。
尚、バッファ層１４０は、画素分離壁１３０の側面１３０ａにおいて画素分離壁１３０と接しており、画素分離壁１３０はｎ−ＧａＳｂにより形成されており、バッファ層１４０はｐ−ＧａＳｂにより形成されている。よって、画素分離壁１３０の側面１３０ａにはｐｎ接合による空乏層が形成されるため、各々の画素１８１間における絶縁性が保たれている。
図３は、本実施の形態における赤外線検出器において、赤外線が入射する入射面とは反対側の面の平面図である。尚、図３は、便宜上、大きさの比率や、画素１８１の数等が、図２とは異なっている。本実施の形態における赤外線検出器は、一辺の長さＬ１が約５０μｍの略正方形の画素１８１が２次元状に配列されている。画素１８１と画素１８１との間には画素分離壁１３０が形成されており、隣り合う画素１８１と画素１８１との間隔Ｗ１は約１０μｍである。
（赤外線検出器の製造方法）
次に、本実施の形態における赤外線検出器の製造方法について、図４〜図１３に基づき説明する。
最初に、図４に示されるように、ＧａＳｂ基板１１０の上に、第１のコンタクト層１２０、分離壁形成層１３０ｆを積層して形成する。第１のコンタクト層１２０、分離壁形成層１３０ｆは、固体ソース分子線エピタキシー（ＳＳＭＢＥ：solid-source molecular beam epitaxy）により形成する。具体的には、ＧａＳｂ基板１１０を固体ソース分子線エピタキシー装置のチャンバー内に入れ、ＧａＳｂ基板１１０を加熱する。ＧａＳｂ基板１１０の温度が４００℃に到達したら、ＧａＳｂ基板１１０の表面にＳｂビームを照射しながら、更にＧａＳｂ基板１１０を加熱する。ＧａＳｂ基板１１０の温度が５００℃に到達すると、ＧａＳｂ基板１１０の表面の酸化膜が解離しはじめ、ＧａＳｂ基板１１０の温度が５３０℃で、ＧａＳｂ基板１１０の表面にＳｂビームを２０分間照射し、ＧａＳｂ基板１１０の表面の酸化膜を完全に脱離させる。
この後、Ｓｂビームを照射した状態で、ＧａＳｂ基板１１０の温度を５２０℃にして、更に、Ｇａビーム及びＢｅビームを照射し、ＧａＳｂ基板１１０の上に、厚さが約１０００ｎｍのｐ−ＧａＳｂ膜を成膜することにより、第１のコンタクト層１２０を形成する。この際、第１のコンタクト層１２０にドープされる不純物元素となるＢｅの濃度は、例えば、１．０×１０１８ｃｍ−３である。
この後、Ｂｅビームの照射を停止し、Ｓｉビームの照射を開始し、第１のコンタクト層１２０の上に、厚さが約３０００ｎｍのｎ−ＧａＳｂ膜を成膜することにより、分離壁形成層１３０ｆを形成する。この際、分離壁形成層１３０ｆにドープされる不純物元素となるＳｉの濃度は、例えば、１．０×１０１８ｃｍ−３である。
この後、Ｇａビーム及びＳｉビームの照射を停止し、Ｓｂビームを照射した状態のままで、ＧａＳｂ基板１１０の温度を降温し、ＧａＳｂ基板１１０の温度が４００℃になったらＳｂビームの照射を停止する。更に、ＧａＳｂ基板１１０の温度が１００℃以下になったらチャンバー内より、第１のコンタクト層１２０及び分離壁形成層１３０ｆが形成されたＧａＳｂ基板１１０を取り出す。
次に、図５に示されるように、分離壁形成層１３０ｆの上に、酸化シリコンマスク１９０を形成する。具体的には、分離壁形成層１３０ｆまで形成されたＧａＳｂ基板１１０をＰＥ−ＣＶＤ（Plasma enhanced chemical vapor deposition）装置のチャンバー内に入れ、分離壁形成層１３０ｆの上に酸化シリコン膜を成膜する。形成された酸化シリコン膜は膜厚が約１００ｎｍであり、３５０℃の成膜温度で成膜することにより形成する。この後、酸化シリコン膜が成膜されたＧａＳｂ基板１１０をＰＥ−ＣＶＤ装置のチャンバー内より取り出し、酸化シリコン膜の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、不図示のレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、酸化シリコン膜において酸化シリコンマスク１９０が形成される領域の上に形成される。この後、レジストパターンの形成されていない領域の酸化シリコン膜をＤＨＦ（希フッ酸）を用いたウェットエッチングにより除去することにより、分離壁形成層１３０ｆの表面を露出させ、開口部１９０ａを有する酸化シリコンマスク１９０を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。
図６は、酸化シリコンマスク１９０が形成されている面の平面図である。尚、図６は、便宜上、大きさの比率等が、図５とは異なっている。酸化シリコンマスク１９０は、一辺の幅が長さＬ２が約５０μｍの略正方形の開口部１９０ａが２次元状に配列されている。また、開口部１９０ａと開口部１９０ａとの間の酸化シリコンマスク１９０の幅Ｗ２は約１０μｍである。
次に、図７に示されるように、燐酸、過酸化水素水、水を含むエッチング液を用いたウェットエッチングにより、酸化シリコンマスク１９０の開口部１９０ａにおける分離壁形成層１３０ｆを除去する。これにより、残存する分離壁形成層１３０ｆにより画素分離壁１３０が形成される。このように形成される画素分離壁１３０は、画素が形成される領域を囲むように形成されている。画素分離壁１３０は、ウェットエッチングにより形成されるため、側面１３０ａは（１１１）面が露出し傾斜している。第１のコンタクト層１２０の表面は（００１）面であり、第１のコンタクト層１２０の表面に対する画素分離壁１３０の側面１３０ａの傾斜角度は、約５４°である。
次に、図８に示されるように、第１のコンタクト層１２０の上に、固体ソース分子線エピタキシーにより、バッファ層１４０、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、第２のコンタクト層１６０を積層して形成する。具体的には、画素分離壁１３０が形成されたＧａＳｂ基板１１０を固体ソース分子線エピタキシー装置のチャンバー内に入れ、ＧａＳｂ基板１１０を加熱する。ＧａＳｂ基板１１０の温度が４００℃に到達したら、第１のコンタクト層１２０及び画素分離壁１３０の表面にＳｂビームを照射しながら、更にＧａＳｂ基板１１０を加熱する。ＧａＳｂ基板１１０の温度が５００℃に到達すると、第１のコンタクト層１２０及び画素分離壁１３０の表面の酸化膜が解離しはじめる。この後、ＧａＳｂ基板１１０の温度が５３０℃で、第１のコンタクト層１２０及び画素分離壁１３０の表面にＳｂビームを２０分間照射し、第１のコンタクト層１２０及び画素分離壁１３０の表面の酸化膜を完全に脱離させる。
この後、Ｓｂビームを照射した状態で、ＧａＳｂ基板１１０の温度を５２０℃にして、更に、Ｇａビーム及びＢｅビームを照射する。これにより、第１のコンタクト層１２０及び画素分離壁１３０の側面１３０ａの上に、ｐ−ＧａＳｂ膜を成膜することにより、バッファ層１４０を形成する。バッファ層１４０は、画素の中央部分における厚さが約１０００ｎｍであり、ｐ型となる不純物元素としてＢｅが、例えば、５．０×１０１７ｃｍ−３の濃度でドープされている。尚、バッファ層１４０はエピタキシャル成長により形成されるため、第１のコンタクト層１２０及び画素分離壁１３０の側面１３０ａの上には成長するが、酸化シリコンマスク１９０はアモルファスであるため、酸化シリコンマスク１９０の上には成長しない。従って、酸化シリコンマスク１９０は選択成長マスクとして機能し、バッファ層１４０は、酸化シリコンマスク１９０により画素ごとに分離して形成される。
この後、Ｇａビーム及びＢｅビームの照射を停止し、Ｓｂビームを照射した状態のままで、ＧａＳｂ基板１１０の温度が４５０℃になるまで降温させ、ＧａＳｂ基板１１０の温度が４５０℃で、バッファ層１４０の上に、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１を形成する。ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１は、例えば、厚さが３ｎｍのｉ−ＩｎＡｓ層と厚さが１ｎｍのｐ−ＧａＳｂ層とを１周期とし、これを２００周期繰り返すことにより形成したものであり、厚さは８００ｎｍである。ｉ−ＩｎＡｓ層は不純物元素がドープされていない層であり、ＩｎビームとＡｓビームを照射することにより形成する。ｐ−ＧａＳｂ層はｐ型となる不純物元素としてＢｅが、１．０×１０１７ｃｍ−３の濃度でドープされている層であり、Ｇａビーム、Ｓｂビーム、Ｂｅビームを照射することにより形成する。
この後、ＧａＳｂ基板１１０の温度が４５０℃のままで、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１の上に、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２を形成する。ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２は、例えば、厚さが３ｎｍのｉ−ＩｎＡｓ層と厚さが１ｎｍのｉ−ＧａＳｂ層とを１周期とし、これを２００周期繰り返すことにより形成したものであり、厚さは８００ｎｍである。ｉ−ＩｎＡｓ層は不純物元素がドープされていない層であり、ＩｎビームとＡｓビームを照射することにより形成する。ｉ−ＧａＳｂ層は不純物元素がドープされていない層であり、Ｇａビーム、Ｓｂビームを照射することにより形成する。
この後、ＧａＳｂ基板１１０の温度が４５０℃のままで、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２の上に、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３を形成する。ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３は、例えば、厚さが３ｎｍのｐ−ＩｎＡｓ層と厚さが１ｎｍのｉ−ＧａＳｂ層とを１周期とし、これを２００周期繰り返すことにより形成したものであり、厚さは８００ｎｍである。ｎ−ＩｎＡｓ層はｎ型となる不純物元素としてＳｉが、１．０×１０１７ｃｍ−３の濃度でドープされている層であり、Ｉｎビーム、Ａｓビーム、Ｓｉビームを照射することにより形成する。ｉ−ＧａＳｂ層は不純物元素がドープされていない層であり、Ｇａビーム、Ｓｂビームを照射することにより形成する。
この後、ＧａＳｂ基板１１０の温度が４５０℃のままで、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３の上に、ｎ−ＩｎＡｓ膜を成膜することにより、第２のコンタクト層１６０を形成する。第２のコンタクト層１６０は、厚さが約１００ｎｍであり、ｎ型となる不純物元素としてＳｉが、例えば、５．０×１０１７ｃｍ−３の濃度でドープされており、Ｉｎビーム、Ａｓビーム、Ｓｉビームを照射することにより形成する。
尚、上記のｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、第２のコンタクト層１６０はエピタキシャル成長により形成されるため、化合物半導体結晶の上には成長するが、酸化シリコンマスク１９０の上には成長しない。従って、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、第２のコンタクト層１６０は、酸化シリコンマスク１９０により画素ごとに分離して形成される。
この後、Ｉｎビーム及びＳｉビームの照射を停止し、Ａｓビームを照射した状態のままで、ＧａＳｂ基板１１０の温度を降温し、ＧａＳｂ基板１１０の温度が４００℃になったらＡｓビームの照射を停止する。更に、ＧａＳｂ基板１１０の温度が１００℃以下になったらチャンバー内より、第２のコンタクト層１６０まで形成されたＧａＳｂ基板１１０を取り出す。
次に、図９に示すように、酸化シリコンマスク１９０を除去した後、画素１８１が形成される領域の上に、レジストパターン１９１を形成する。具体的には、酸化シリコンマスク１９０をＤＨＦにより除去し、第２のコンタクト層１６０及び画素分離壁１３０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、画素１８１が形成される領域に、レジストパターン１９１を形成する。レジストパターン１９１は、下部電極７２が形成される領域を含む領域に開口部１９１ａを有している。
次に、図１０に示すように、レジストパターン１９１の開口部１９１ａにおける第２のコンタクト層１６０、ｎ−Ｔ２ＳＬ層１５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層１５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層１５１、バッファ層１４０をウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングでは、燐酸、過酸化水素水、水を含むエッチング液が用いられ、これにより、レジストパターン１９１の開口部１９１ａにおいて、第１のコンタクト層１２０の表面、画素分離壁１３０の側面１３０ａが露出する。
次に、図１１に示すように、レジストパターン１９１を有機溶剤等により除去した後、上部電極１７１及び下部電極１７２が形成される領域に開口部１９２ａ及び１９２ｂを有するレジストパターン１９２を形成する。レジストパターン１９２は、第２のコンタクト層１６０、画素分離壁１３０、第１のコンタクト層１２０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより形成する。
次に、図１２に示すように、第２のコンタクト層１６０、第１のコンタクト層１２０、レジストパターン１９２の上に、金等の金属膜１７０を真空蒸着により成膜する。
次に、図１３に示すように、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターン１９２の上の金属膜１７０をレジストパターン１９２とともに除去する。これにより、レジストパターン１９２の開口部１９２ａにおいて残存する金属膜１７０により上部電極１７１が形成され、開口部１９２ｂにおいて残存する金属膜１７０により下部電極１７２が形成される。
以上の工程により、本実施の形態における赤外線検出器を製造することができる。上記においては、ＭＢＥによるエピタキシャル成長により形成する場合について説明したが、本実施の形態における赤外線検出器は、ＭＯＶＰＥ（metal-organic vapor phase epitaxy）により形成してもよい。
（赤外線検出装置）
本実施の形態における赤外線検出装置は、図１４及び図１５に示されるように、赤外線検出器１００に信号読み出し回路素子５００が接続されている。このため、赤外線検出器１００の各々の画素１８１の上部電極１７１の上にはバンプ１７３が形成されており、下部電極１７２の上にはバンプ１７４が形成されている。また、信号読み出し回路素子５００は、表面に信号読み出し回路が形成されており、信号読み出し回路素子５００の電極５１１、５１２の上には、バンプ５１３、５１４が形成されている。バンプ１７３とバンプ５１３、バンプ１７４とバンプ５１４とは対応して形成されており、対応するバンプ１７３とバンプ５１３、バンプ１７４とバンプ５１４とを接続することにより、赤外線検出器１００と信号読み出し回路素子５００とが接続される。これにより、本実施の形態における赤外線検出装置が形成される。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における赤外線検出器について説明する。本実施の形態における赤外線検出器は、第１の実施の形態における赤外線検出器におけるｐ型とｎ型とが逆に配置されている構造のものである。
本実施の形態における赤外線検出器２００は、図１６に示されるように、ＧａＳｂ基板２１０の上に、第１のコンタクト層２２０が形成されており、第１のコンタクト層２２０の上には、画素を分離するための画素分離壁２３０が形成されている。画素分離壁２３０は、各々の画素を囲むように形成されており、断面の形状は台形であり、側面２３０ａが傾斜している。
画素分離壁２３０に囲まれた領域の第１のコンタクト層２２０の上には、バッファ層２４０、ｎ−Ｔ２ＳＬ層２５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層２５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層２５３、第２のコンタクト層２６０が積層して形成されている。このように、画素分離壁２３０により囲まれた領域に形成されたバッファ層２４０、ｎ−Ｔ２ＳＬ層２５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層２５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層２５３、第２のコンタクト層２６０により、各々の画素２８１が形成される。各々の画素２８１の第２のコンタクト層２６０の上には、個別電極となる上部電極２７１が形成されており、第１のコンタクト層２２０の上には、共通電極となる下部電極２７２が形成されている。
第１のコンタクト層２２０は、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされた厚さが１０００ｎｍのｎ−ＧａＡｓにより形成されており、バッファ層２４０はｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされたｎ−ＧａＡｓにより形成されている。ｎ−Ｔ２ＳＬ層２５１、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層２５２、ｐ−Ｔ２ＳＬ層２５３は、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂのＴ２ＳＬ構造により形成されている。ｎ−Ｔ２ＳＬ層２５１にはｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされており、ｐ−Ｔ２ＳＬ層２５３にはｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされている。第２のコンタクト層２６０はｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされたｐ−ＩｎＡｓにより形成されている。
本実施の形態における赤外線検出器においては、画素分離壁２３０を形成することにより、各々の画素２８１の端は、画素分離壁２３０の傾斜した側面２３０ａの上に積層して形成される。このため、ｐ−Ｔ２ＳＬ層２５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層２５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層２５１の端面が露出することはなく、ｐ−Ｔ２ＳＬ層２５３、ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層２５２、ｎ−Ｔ２ＳＬ層２５１が大気に晒されないため、酸化されることもない。よって、暗電流が増加することはなく、赤外線検出器におけるＳ／Ｎ比の低下を防ぐことができる。
尚、バッファ層２４０は、画素分離壁２３０の側面２３０ａにおいて画素分離壁２３０と接しており、画素分離壁２３０はｐ−ＧａＳｂにより形成されており、バッファ層２４０はｎ−ＧａＳｂにより形成されている。よって、画素分離壁２３０の側面２３０ａには、ｐｎ接合による空乏層が形成されるため、各々の画素２８１間における絶縁性が保たれている。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体結晶基板と、
前記半導体結晶基板の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成された第１のコンタクト層と、
前記第１のコンタクト層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された画素を分離する画素分離壁と、
前記画素分離壁により囲まれた領域において、前記第１のコンタクト層及び前記画素分離壁の側面の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に、化合物半導体により形成された赤外線吸収層と、
前記赤外線吸収層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された第２のコンタクト層と、
前記第２のコンタクト層の上に形成された上部電極と、
前記第１のコンタクト層の上に形成された下部電極と、
を有することを特徴とする赤外線検出器。
（付記２）
前記赤外線吸収層は、超格子構造により形成されていることを特徴とする付記１に記載の赤外線検出器。
（付記３）
前記赤外線吸収層は、ＩｎＡｓとＧａＳｂとによる超格子構造により形成されていることを特徴とする付記１に記載の赤外線検出器。
（付記４）
前記赤外線吸収層は、
前記バッファ層の上に形成された第１の導電型の超格子構造層と、
前記第１の導電型の超格子構造層の上に形成されたノンドープの超格子構造層と、
ノンドープの超格子構造層の上に形成された第２の導電型の超格子構造層と、
を有することを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記５）
前記１のコンタクト層は、第１の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されており、
前記画素分離壁は、第２の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されており、
前記バッファ層は、第１の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記６）
前記第１の導電型はｐ型であり、前記第２の導電型はｎ型であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記７）
前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記８）
前記半導体結晶基板は、ＧａＳｂにより形成されており、
前記第２のコンタクト層は、第２の導電型のＩｎＡｓを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記９）
付記１から８のいずれかに記載の赤外線検出器と、
前記赤外線検出器に接続される信号読み出し回路素子と、
を有することを特徴とする赤外線検出装置。
（付記１０）
半導体結晶基板の上に、エピタキシャル成長により、第１の導電型の化合物半導体により第１のコンタクト層、第２の導電型の化合物半導体により分離壁形成層を積層して形成する工程と、
前記分離壁形成層の上に酸化シリコンマスクを形成する工程と、
前記酸化シリコンマスクをマスクとして、前記分離壁形成層を除去することにより、画素分離壁を形成する工程と、
前記第１のコンタクト層及び前記画素分離壁の側面の上に、エピタキシャル成長により、第１の導電型の化合物半導体によりバッファ層、化合物半導体により赤外線吸収層、第２の導電型の化合物半導体により第２のコンタクト層を積層して形成する工程と、
前記第２のコンタクト層の上に上部電極、前記第１のコンタクト層の上に下部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
（付記１１）
前記画素分離壁を形成する工程は、前記酸化シリコンマスクをマスクとして前記分離壁形成層をウェットエッチングにより除去することを特徴とする付記１０に記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１２）
前記バッファ層、前記赤外線吸収層、前記第２のコンタクト層を積層して形成する工程は、前記画素分離壁の上の前記酸化シリコンマスクを残した状態で、前記バッファ層、前記赤外線吸収層、前記第２のコンタクト層を選択成長させることを特徴とする付記１０または１１に記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１３）
前記赤外線吸収層は、超格子構造により形成されていることを特徴とする付記１０から１２のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１４）
前記赤外線吸収層は、ＩｎＡｓとＧａＳｂとによる超格子構造により形成されていることを特徴とする付記１０から１３のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１５）
前記赤外線吸収層は、
前記バッファ層の上に形成された第１の導電型の超格子構造層と、
前記第１の導電型の超格子構造層の上に形成されたノンドープの超格子構造層と、
ノンドープの超格子構造層の上に形成された第２の導電型の超格子構造層と、
を有することを特徴とする付記１０から１４のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１６）
前記１のコンタクト層は、第１の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されており、
前記画素分離壁は、第２の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されており、
前記バッファ層は、第１の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１０から１５のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１７）
前記第１の導電型はｐ型であり、前記第２の導電型はｎ型であることを特徴とする付記１０から１６のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１８）
前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であることを特徴とする付記１０から１６のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記１９）
前記半導体結晶基板は、ＧａＳｂにより形成されており、
前記第２のコンタクト層は、第２の導電型のＩｎＡｓを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１０から１８のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
（付記２０）
前記エピタキシャル成長は、分子線エピタキシーによるものであることを特徴とする付記１０から１９のいずれかに記載の赤外線検出器の製造方法。
１００ 赤外線検出器
１１０ ＧａＳｂ基板
１２０ 第１のコンタクト層
１３０ 画素分離壁
１３０ａ 側面
１４０ バッファ層
１５１ ｐ−Ｔ２ＳＬ層
１５２ ｉ−Ｔ２ＳＬ吸収層
１５３ ｎ−Ｔ２ＳＬ層
１６０ 第２のコンタクト層
１７１ 上部電極
１７２ 下部電極
１８１ 画素

Claims (10)

  1. 半導体結晶基板と、
    前記半導体結晶基板の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成された第１のコンタクト層と、
    前記第１のコンタクト層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された画素を分離する画素分離壁と、
    前記画素分離壁により囲まれた領域において、前記第１のコンタクト層及び前記画素分離壁の側面の上に、第１の導電型の化合物半導体により形成されたバッファ層と、
    前記バッファ層の上に、化合物半導体により形成された赤外線吸収層と、
    前記赤外線吸収層の上に、第２の導電型の化合物半導体により形成された第２のコンタクト層と、
    前記第２のコンタクト層の上に形成された上部電極と、
    前記第１のコンタクト層の上に形成された下部電極と、
    を有することを特徴とする赤外線検出器。
  2. 前記赤外線吸収層は、超格子構造により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
  3. 前記赤外線吸収層は、ＩｎＡｓとＧａＳｂとによる超格子構造により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。
  4. 前記赤外線吸収層は、
    前記バッファ層の上に形成された第１の導電型の超格子構造層と、
    前記第１の導電型の超格子構造層の上に形成されたノンドープの超格子構造層と、
    ノンドープの超格子構造層の上に形成された第２の導電型の超格子構造層と、
    を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の赤外線検出器。
  5. 前記１のコンタクト層は、第１の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されており、
    前記画素分離壁は、第２の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されており、
    前記バッファ層は、第１の導電型のＧａＳｂを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の赤外線検出器。
  6. 前記第１の導電型はｐ型であり、前記第２の導電型はｎ型であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の赤外線検出器。
  7. 前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の赤外線検出器。
  8. 請求項１から７のいずれかに記載の赤外線検出器と、
    前記赤外線検出器に接続される信号読み出し回路素子と、
    を有することを特徴とする赤外線検出装置。
  9. 半導体結晶基板の上に、エピタキシャル成長により、第１の導電型の化合物半導体により第１のコンタクト層、第２の導電型の化合物半導体により分離壁形成層を積層して形成する工程と、
    前記分離壁形成層の上に酸化シリコンマスクを形成する工程と、
    前記酸化シリコンマスクをマスクとして、前記分離壁形成層を除去することにより、画素分離壁を形成する工程と、
    前記第１のコンタクト層及び前記画素分離壁の側面の上に、エピタキシャル成長により、第１の導電型の化合物半導体によりバッファ層、化合物半導体により赤外線吸収層、第２の導電型の化合物半導体により第２のコンタクト層を積層して形成する工程と、
    前記第２のコンタクト層の上に上部電極、前記第１のコンタクト層の上に下部電極を形成する工程と、
    を有することを特徴とする赤外線検出器の製造方法。
  10. 前記画素分離壁を形成する工程は、前記酸化シリコンマスクをマスクとして前記分離壁形成層をウェットエッチングにより除去することを特徴とする請求項９に記載の赤外線検出器の製造方法。
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