JP6720710B2 - 赤外線検知素子 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線検知素子に関する。

特許文献１は、選択拡散型イメージセンサを開示する。特許文献２は、メサ型イメージセンサを開示する。

特開２００１−１００７９６号公報 特開２００１−１４４２７８号公報

選択拡散型イメージセンサは、製造工程において、亜鉛（Ｚｎ）の気相拡散を用いる。気相拡散は、選択拡散型イメージセンサの製造工程に大きな負担を強いている。また、メサ型イメージセンサは、受光層を含むメサ構造を有する。メサ構造内の受光層の側面は、パッシベーション膜に覆われて、受光層の側面とパッシベーション膜との界面は、暗電流が生じる再結合中心を生成して、暗電流源として作用する。また、メサ構造は、メサ構造に関連する画素毎に受光層を区画して、受光層をメサ内に閉じ込める。メサ型イメージセンサは、その裏面に、光を受ける光入射エリアを有するけれども、入射光の一部はメサに入射できず、光電流に変換されない。求められることは、気相拡散により生成される不純物プロファイルを持つことなく、暗電流源になる上記界面を持つこと避けることである。

本発明の一側面は、キャリアを生成する受光領域を光入射エリアに提供すると共に、該受光領域によって生成されたキャリアを流すための半導体領域をフォトダイオードアレイに設けることができる赤外線検知素子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検知素子は、支持体と、前記支持体上にアレイ状に設けられたフォトダイオードと、を含み、前記フォトダイオードの各々は、第１導電型を有する第１半導体層を含む第１メサと、前記第１導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間において前記フォトダイオード構造のアレイに共通に設けられ、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第３半導体層と、前記フォトダイオードのアレイに共通に基準面に沿って設けられ、構成元素としてアンチモンを含む半導体を含む超格子領域と、を備え、前記第１メサ及び第２半導体層は、前記基準面に交差する第１軸の方向に配列され、前記第１メサの高さは、前記第１半導体層の厚さより大きく、前記第２半導体層は、前記第３半導体層と前記超格子領域との間に設けられる。

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、赤外線検知素子が提供される。この赤外線検知素子は、キャリアを生成する受光領域を光入射エリアに提供すると共に、該受光領域によって生成されたキャリアを流すための半導体領域をフォトダイオードアレイに設けることができる。

図１は、実施形態に係る赤外線検知素子を模式的に示す図面である。 図２は、本実施形態に係る赤外線検知素子における３つのフォトダイオードの配列を模式的に示す図面である。 図３は、実施例における二段メサ型フォトダイオードＰ、及び実施例のフォトダイオードと同じエピ構造を含む拡散型フォトダイオードＣの暗電流及び光電流を示す図面である。 図４は、本実施形態に係る赤外線検知素子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５は、本実施形態に係る赤外線検知素子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６は、本実施形態に係る赤外線検知素子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７は、本実施形態に係る赤外線検知素子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８は、本実施形態に係る赤外線検知素子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９は、本実施形態に係る赤外線検知素子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、いくつかの具体例を説明する。

具体例に係る赤外線検知素子は、（ａ）支持体と、（ｂ）前記支持体上にアレイ状に設けられたフォトダイオードと、を含み、前記フォトダイオードの各々は、第１導電型を有する第１半導体層を含む第１メサと、前記第１導電型を有する第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間において前記フォトダイオードのアレイに共通に設けられ、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第３半導体層と、前記フォトダイオードのアレイに共通に基準面に沿って設けられ、構成元素としてアンチモンを含む半導体を含む超格子領域と、を備え、前記第１メサ及び第２半導体層は、前記基準面に交差する第１軸の方向に配列され、前記第１メサの高さは、前記第１半導体層の厚さより大きく、前記第２半導体層は、前記第３半導体層と前記超格子領域との間に設けられる。

赤外線検知素子によれば、第１メサ及び第２半導体層は、基準面に交差する第１軸の方向に配列されて、第２半導体層が、第１メサの位置に合わせてフォトダイオード毎に設けられる。第３半導体層が、第１メサ内の第１半導体層と第２半導体層との間に設けられ、第２半導体層は、第３半導体層と超格子領域との間に設けられて、第３半導体層及び超格子領域は、フォトダイオードのアレイに共通に設けられる。第３半導体層、第２半導体層及び超格子領域の積み重ねは、第２半導体層が第３半導体層及び超格子領域に空乏層を生成することを可能にする。第１半導体層の厚さより高い第１メサは、上記の空乏層が第１メサの幅及び第２半導体層のサイズに応じて広がることを可能にする。赤外線検知素子に入射した光は、第３半導体層及び／又は超格子領域において電子正孔対を生成して、生成されたキャリアは、第３半導体層及び／又は超格子領域を伝導して、フォトダイオードのアレイにそれぞれ設けられた第１メサのいずれかに流れ込む。共通の第３半導体層及び超格子領域並びにフォトダイオード毎の第１メサによれば、光電変換及びキャリアの伝搬に利用可能な半導体領域を深いメサにより限定することなく、共通の半導体領域を利用できる構造を提供できる。

具体例に係る赤外線検知素子では、前記第１半導体層は、前記第１メサの側面に到達し、前記第１メサの前記側面は、絶縁膜で覆われ、前記第１メサは、前記第３半導体層内に底部を有する。

赤外線検知集積素子によれば、第１メサは、第２半導体層が第３半導体層及び超格子領域に生成する空乏層の広がりを規定できる。

具体例に係る赤外線検知素子では、前記フォトダイオードの各々は、前記第２半導体層を含む第２メサを更に備え、前記第２メサは、前記第２半導体層の厚さ以上の高さを有し、前記第３半導体層は、前記第２メサを埋め込む。

赤外線検知素子によれば、第２メサの埋込みは、フォトダイオード毎に設けられた第２半導体層とフォトダイオード毎に設けられた第１メサとの間に、フォトダイオードのアレイに共通に設けられた第３半導体層を設けることを可能にする。

具体例に係る赤外線検知素子では、前記第２半導体層は、ｐ型導電性のＩｎＧａＡｓを含み、前記ＩｎＧａＡｓは、５×１０^１５ｃｍ^−３以上５×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲のｐ型ドーパント濃度を有する。

赤外線検知素子よれば、隣接する半導体に空乏層を広げることができる。

具体例に係る赤外線検知素子では、前記第２半導体層は、ｐ型導電性のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子を含み、前記ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上５×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲のｐ型ドーパント濃度を有する。

赤外線検知素子よれば、隣接する半導体に空乏層を広げることができる。

具体例に係る赤外線検知素子では、前記第３半導体層は、ｎ型ＩｎＧａＡｓを含み、前記第３半導体層は、前記第２半導体層及び前記超格子領域に接触を成す。

赤外線検知素子によれば、第３半導体層と第２半導体層及び超格子領域との接触により、ｐｎ接合が規定される。

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、本発明の赤外線検知素子、赤外線検知素子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、実施形態に係る赤外線検知素子を模式的に示す図面である。赤外線検知素子１１は、支持体１３と、フォトダイオード１５とを含む。支持体１３は、主面１３ａ及び裏面１３ｂを含む。支持体１３は、その主面１３ａ上にアレイ状に配列されたフォトダイオード１５を搭載する。フォトダイオード１５の各々は、第１導電型（ｐ型及びｎ型の一方）を有する第１半導体層１７と、第１導電型（ｐ型及びｎ型の一方）を有する第２半導体層１９と、第２導電型（ｐ型及びｎ型の他方）を有する第３半導体層２１と、構成元素としてアンチモンを含む半導体を含む超格子領域２３とを備える。第１導電型は、第２導電型と異なり、例えば第１導電型がｐ型（ｎ型）であるとき、第２導電型はｎ型（ｐ型）である。第１半導体層１７は、フォトダイオード１５毎に設けられた第１メサ２５に含まれる。フォトダイオード１５は、それぞれの第１メサ２５を含み、第１メサ２５は、支持体１３上にアレイ状に設けられる。第１メサ２５の各々は、上面２５ａ及び側面２５ｂを含む。第２半導体層１９は、側面１９ａ、上面１９ｂ及び底面１９ｃを有する。第２半導体層１９は、第３半導体層２１と超格子領域２３との間に設けられ、本実施例では、第２半導体層１９は側面１９ａ及び上面１９ｂを有し、側面１９ａ及び上面１９ｂを介して第３半導体層２１に接続され、底面１９ｃを介して底面１９ｃに接続される。第３半導体層２１は、第１半導体層１７と第２半導体層１９との間においてフォトダイオード１５のアレイに共通に設けられる。超格子領域２３は、フォトダイオード１５のアレイに共通に設けられ、また基準面ＲＥＦに沿って延在する。本実施例では、フォトダイオード１５は、二次元アレイを構成するように配列されており、一次元アレイを構成するように配列されることができる。第２半導体層１９及び第１メサ２５は、基準面ＲＥＦに交差する第１軸Ａｘ１の方向に配列される。第１メサ２５の高さＭＳ１は、第１半導体層１７の厚さＤ１７より大きい。超格子領域２３は、例えばタイプＩＩの量子井戸構造ＭＱＷを有する。量子井戸構造ＭＱＷは、井戸層２３ａ及び障壁層２３ｂを含む。

第１半導体層１７は、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓを含むことができ、第２半導体層１９は、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓ、ｐ型ＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓＳｂを含むことができる。第３半導体層２１は、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓを含むことができる。第２半導体層１９のキャリア濃度は、第１半導体層１７のキャリア濃度より小さい。第１半導体層１７のキャリア濃度は、第３半導体層２１のキャリア濃度より大きい。第３半導体層２１のキャリア濃度は、第２半導体層１９のキャリア濃度より小さく、空乏層が第３半導体層２１に生成される。第２半導体層１９のキャリア濃度は、超格子領域２３のキャリア濃度より大きく、空乏層が超格子領域２３に生成される。第３半導体層２１は、第１半導体層１７に接触を成す。第１半導体層１７の底面（存在するならば側面）と第３半導体層２１との接触により、第１ｐｎ接合が規定される。本実施例では。第１ｐｎ接合は、第１メサ２５の側面に到達する。第３半導体層２１は、第２半導体層１９及び超格子領域２３に接触を成す。第２半導体層１９の上面及び側面と第３半導体層２１との接触により、第２ｐｎ接合が規定される。

赤外線検知素子１１によれば、第２半導体層１９及び第１メサ２５は、基準面ＲＥＦに交差する第１軸Ａｘ１の方向に配列されて、第２半導体層１９が、第１メサ２５の位置に合わせてフォトダイオード１５毎に設けられる。第３半導体層２１が、第１メサ２５内の第１半導体層１７と第２半導体層１９との間に設けられ、第２半導体層１９は、第３半導体層２１と超格子領域２３との間に設けられて、第３半導体層２１及び超格子領域２３は、フォトダイオード１５のアレイに共通に設けられる。第３半導体層２１、第２半導体層１９及び超格子領域２３の積み重ねは、第２半導体層１９が第３半導体層２１及び超格子領域２３に空乏層を生成することを可能にする。第１半導体層１７の厚さＤ１７より高い第１メサ２５は、上記の空乏層が第１メサ２５の幅Ｗ２５及び第２半導体層１９の幅Ｗ１９に応じて広がることを可能にする。赤外線検知素子１１に入射した光ＬＩＮは、第３半導体層２１及び／又は超格子領域２３において電子正孔対（Ｅ、Ｈ）を生成して、生成されたキャリアは、第３半導体層２１及び／又は超格子領域２３を伝導して、フォトダイオード１５のアレイにそれぞれ設けられた第１メサ２５のいずれかに流れ込む。共通の第３半導体層２１及び超格子領域２３並びにフォトダイオード１５毎の第１メサ２５によれば、光電変換及びキャリアの伝搬に利用可能な半導体領域を深いメサにより限定することなく、共通の半導体領域（２１、２３）を利用できる構造を提供できる。

第１メサ２５内の空乏層は、幅Ｗ１７の第１半導体層１７から広がって、幅Ｗ２５の第１メサ２５によって制限される。赤外線検知集積素子では、図１に示されるように、第１半導体層１７は第１メサ２５の側面２５ｂに到達する。第１メサ２５の側面２５ｂは、絶縁膜３１で覆われる。絶縁膜３１は、例えばシリコン系無機絶縁膜（例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物）を含む。第１メサ２５は、第３半導体層２１内に底部２５ｃを有する。赤外線検知素子１１によれば、第１メサ２５は、第２半導体層１９が第３半導体層２１及び超格子領域２３に生成する空乏層の広がりを規定できる。

赤外線検知集積素子は、支持体１３の主面１３ａを部分的に露出させるように設けられた第３メサ２９を含む。支持体１３の主面１３ａは、第１部分１３ｃと第２部分１３ｄとを有する。第３メサ２９は、主面１３ａの第２部分１３ｄ上に設けられる。第３メサ２９は、第１メサ２５のアレイを含み、第２メサ２７のアレイを含む。第１メサ２５は幅Ｗ２５を有し、第２メサ２７は幅Ｗ２７を有する。絶縁膜３１は、第１メサ２５の上面２５ａに位置する第１開口３１ａと、主面１３ａの第２部分１３ｄ上に位置する第２開口３１ｂとを含む。赤外線検知集積素子は、第１開口３１ａを介して第１メサ２５の上面２５ａに接触を成す第１電極３３を含み、第２開口３１ｂを介して支持体１３の主面１３ａに接触を成す第２電極３５を含む。

赤外線検知素子１１では、フォトダイオード１５の各々は、第２半導体層１９を含む第２メサ２７を更に備える。第２メサ２７は、第２半導体層１９の厚さＤ１９以上の高さＭＳ２を有する。第３半導体層２１は、第２メサ２７を埋め込んで、第２メサ２７の側面２７ａ及び上面２７ｂを覆う。第２メサ２７の埋込は、フォトダイオード１５毎に設けられた第２半導体層１９とフォトダイオード１５毎に設けられた第１メサ２５との間に、フォトダイオード１５のアレイに共通に設けられた第３半導体層２１を設けることを可能にする。本実施例では、第２メサ２７は、第２半導体層１９に加えて、超格子領域２３の一部分（具体的には、一又は複数の半導体層（井戸層２３ａ又は障壁層２３ｂの少なくともいずれか）を含むことができる。

赤外線検知素子１１の一例。
支持体１３：ＩｎＰ。
支持体１３の表面の導電型：ｎ型。
第１半導体層１７：ＺｎドープＩｎＧａＡｓ。
第１半導体層１７のドーパント濃度：１×１０^１８〜３×１０^１８ｃｍ^−３。
第１半導体層１７の厚さ：３００〜１０００ｎｍ。
第２半導体層１９：ＺｎドープＩｎＧａＡｓ。
第２半導体層１９のドーパント濃度：５×１０^１５〜５×１０^１６ｃｍ^−３。
第２半導体層１９の厚さ：１０〜１００ｎｍ。
第２メサ２７は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂのＺｎドープ超格子を含むことができる。
第３半導体層２１：アンドープ（ｎ型）ＩｎＧａＡｓ。
第３半導体層２１のキャリア濃度：ｎ型不純物濃度で１×１０^１５ｃｍ^−３以下。
第３半導体層２１の厚さ（第２メサ上における層厚）：２００〜１０００ｎｍ。
第３半導体層２１の厚さ（第１メサ間における層厚）：１２０〜１０００ｎｍ。
超格子領域２３（井戸層２３ａ／障壁層２３ｂ）：ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ。
第１電極３３：Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕ。
第２電極３５：Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕ。
本実施例では、第２メサ２７の最上層は、第３半導体層２１と実質的に同じ組成を有することが好ましく、第２半導体層１９及び第３半導体層２１はホモｐｎ接合を形成でき、また第１半導体層１７及び第２半導体層１９はホモｐｎ接合を形成する。

ｐ型導電性のＩｎＧａＡｓを含む第２半導体層１９では、このＩｎＧａＡｓは、５×１０^１５ｃｍ^−３以上５×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲のｐ型ドーパント濃度を有する。或いは、ｐ型導電性のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子を含む第２半導体層１９では、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上５×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲のｐ型ドーパント濃度を有する。

図２は、本実施形態に係る赤外線検知素子における３つのフォトダイオードの配列を模式的に示す図面である。光ＬＩＮが、赤外線検知素子１１の裏面に入射する。赤外線検知素子１１は、裏面照射タイプである。図２を参照すると、３つのフォトダイオード１５の真ん中に位置するフォトダイオード１５及びその周囲において生成される電子正孔対（電子Ｅ、正孔Ｈ）が示される。この光ＬＩＮは、第３半導体層２１及び／又は超格子領域２３において電子正孔対（Ｅ、Ｈ）を生成する。フォトダイオード１５は、第１メサ２５及び第２メサ２７を有しており、これら２つのメサを設けることは、フォトダイオード１５の配列が第３半導体層２１及び超格子領域２３を共有することを可能にする。具体的には、この共有によれば、第１メサ２５及び第２メサ２７の形状に依存せずに、第３半導体層２１及び／又は超格子領域２３は、裏面から入射した光を光電変換によって電子・正孔に生成できる。また、第１メサ２５の幅Ｗ２５及び第２メサ２７の幅Ｗ２７（第２半導体層１９の幅Ｗ１９）に応じて、空乏層が広がることを可能にする。

また、第１メサ２５の底は、第３半導体層２１内に位置し、第１メサ２５は第２メサ２７上に位置する。メサの縦配列は、第１半導体層１７を含む第１メサ２５の底と第２メサ２７内の第２半導体層１９との間に空乏層を生成することを可能にし、またフォトダイオード１５に大きな電圧の印加を行うことを必要とせずに、第２半導体層１９から空乏層を超格子領域２３に広げることを可能にする。

第２半導体層１９は、第２メサ２７によって区切られて、フォトダイオード１５の配列によって共有されない。第２メサ２７内の第２半導体層１９は、フォトダイオード１５の配列が第３半導体層２１及び超格子領域２３を共有する一方で、個々のフォトダイオード１５が画素として働くことを可能にする。

図２では、光電変換によって生成された電子Ｅ及び正孔Ｈのうちの電子流は、カソードに引かれ、電子Ｅ及び正孔Ｈのうちの正孔流は、アノードに引かれる。図２に示される３つのメサ縦配列の間の共有エリアに入射した光も、電子Ｅ、正孔Ｈに変換されて、フォトダイオード１５の配列における電界分布に応じて、いずれかのフォトダイオード１５に流れ込む。

図３は、実施例における二段メサ型フォトダイオードＰ、及び実施例のフォトダイオードと同じエピ構造を含む拡散型フォトダイオードＣの暗電流及び光電流を示す。縦軸は電流（単位：アンペア）を示し、二段メサ型フォトダイオードＰの特性が紙面に対して左側に示され、拡散型フォトダイオードＣの特性が紙面に対して右側に示される。摂氏−６０度の温度において、拡散型フォトダイオードＣは、１×１０^−１１アンペア以下の暗電流を示し、二段メサ型フォトダイオードＰは、拡散型フォトダイオードＣに匹敵する暗電流特性ＤＣを有する。二段メサ型フォトダイオードＰは、波長１９６０ｎｍの光に対して１×１０^−９アンペア以上の光電流を示し、拡散型フォトダイオードＣより優れた光電流特性ＰＣを有する。実施例の構造において、暗電流特性ＤＣは第１メサ２５の高さに依存する。二段メサ型フォトダイオードＰでは、外部電圧の印加の開始により、第１半導体層１７と第３半導体層２１とのｐｎ接合に空乏層が形成され、この空乏層は低い電圧レベルにおいて第２メサ２７に到達する。第２メサ２７は、第１半導体層１７と同じ導電性（例えばｐ導電性）の第２半導体層１９を有し、第２半導体層１９は、低い電圧レベルにおいて超格子領域２３に空乏層を形成できる。単一のフォトダイオードにおいて、空乏層の横広がりは、第１メサ２５及び第２メサ２７の横サイズにより規定される。フォトダイオードのアレイは、第３半導体層２１及び超格子領域２３を共有するけれども、空乏層は、個々のフォトダイオード毎に独立して形成される。個々の空乏層は、フォトダイオード間の半導体領域において生成されたキャリアを受ける。

図４〜図７を参照しながら、赤外線検知素子を作製する方法を説明する。可能な場合には、理解を容易にするために、図１を参照しながら行われた説明において用いられた参照符合を引き続く開示において用いる。

図４の（ａ）部に示されるように、エピ成長用の基板５１を準備すると共に、基板５１の主面５１ａ上に第１エピタキシャル領域５０を成長して、エピタキシャル基板ＥＰを形成する。第１エピタキシャル領域５０は、基板５１の主面５１ａ上に成長され光吸収層のためのタイプＩＩ超格子ＳＬを含む超格子構造５３（例えば、アンドープＩｎＧａＡｓ／アンドープＧａＡｓＳｂ）と、超格子構造５３上に成長され第２半導体層１９のための第１半導体膜５５（ｐ型ＩｎＧａＡｓ）とを含む。この成長は、例えば分子線エピタキシ法により行われる。

図４の（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰの第１エピタキシャル領域５０上に第２メサ２７の形状を規定するマスク５７をフォトリソグラフィ及びエッチングにより形成する。マスク５７は、例えばシリコン窒化物を備える。

図５の（ａ）部及び（ｂ）部に示されるように、マスク５７を用いて、第２メサを形成するためのエッチングをエピタキシャル基板ＥＰに行う。このエッチングは、ウエットエッチング及び／又はドライエッチングにより行われる。ドライエッチングのエッチャントはＨＩ／ＳｉＣｌ_４を含むことができる。第１エピタキシャル領域５０は、例えば５０ｎｍ程度の量でエッチングされて、第２半導体層１９のための第１半導体膜５５が分離されて、半導体膜５５ａが形成される。また、超格子構造５３の上部分もエッチングされる。具体的には、ドライエッチングを第１エピタキシャル領域５０に適用すると、図５の（ａ）部に示されるように、マスク５７のパターンが実質的に転写されて、第２メサ２７のための台地が形成される。この台地の側面は、実質的に垂直であることができ、逆メサではない。或いは、ウエットエッチングのエッチャントはＨ_３ＰＯ_４Ｈ、又はＢｒ系を含むことができる。ウエットエッチングを第１エピタキシャル領域５０に適用すると、図５の（ｂ）部に示されるように、順メサの台地が第２メサ２７のために形成される。この台地は、マスク５７のパターンに対して裾を引く側面であることができ、逆メサではない。或いは、第２メサを形成するためのエッチングは、例えば、ドライエッチング及びウエットエッチングによって行われることができる。この実施例では、エピタキシャル基板ＥＰの加工にドライエッチングを適用する。

引き続く説明では、図５の（ａ）部に示されるドライエッチング工程を引き継ぐ。図６の（ａ）部に示されるように、マスク５７を除去して、第１基板生産物ＳＰ１を形成する。マスク５７のＳｉＮの除去には、フッ化水素酸が用いられる。

マスク５７を除去した後に、図６の（ｂ）部に示されるように、第１基板生産物ＳＰ１の全面に第２エピタキシャル領域５９を成長して、第２基板生産物ＳＰ２を形成する。第２エピタキシャル領域５９は、第１基板生産物ＳＰ１の超格子構造５３の上面並びに半導体膜５５ａ（第２半導体層１９）の側面及び上面上に成長され第３半導体層２１のための単一の半導体膜６１と、半導体膜６１上に成長され第１半導体層１７のための半導体膜６３とを含む。単一の半導体膜６１は、ｎ型ＩｎＧａＡｓ膜であり、半導体膜６３は、ｐ型ＩｎＧａＡｓ膜である。この成長は、例えば有機金属気相成長法により行われる。

図６の（ｃ）部に示されるように、第２基板生産物ＳＰ２の第２エピタキシャル領域５９上に第１メサ２５を規定するマスク６７をフォトリソグラフィ及びエッチングにより形成する。マスク６７は、例えばシリコン窒化物を備える。

図７の（ａ）部に示されるように、マスク６７を用いて、第２メサを形成するためのエッチングを第２基板生産物ＳＰ２に行う。このエッチングは、例えばドライエッチングにより行われる。ドライエッチングのエッチャントはＨＩ／ＳｉＣｌ_４を含むことができる。第２エピタキシャル領域５９は、例えば５００ｎｍ程度の量でエッチングされて、第１半導体層１７のための半導体膜６３が分離されて、半導体膜６３ａが形成されると共に、第３半導体層２１のための半導体膜６１もエッチングされ半導体層６１ａが形成されて、第１メサ２５が形成される。具体的には、ドライエッチングを第２エピタキシャル領域５９に適用すると、図７の（ａ）部に示されるように、マスク６７のパターンが実質的に転写されて、第１メサ２５のための台地が形成される。この台地の側面は、実質的に垂直であることができ、逆メサではない。必要な場合には、図７の（ｂ）部に示されるように、このエッチングは、ドライエッチングに替えて、ウエットエッチングを用いて行われることができる。ウエットエッチングのエッチャントはＨ_３ＰＯ_４Ｈ、又はＢｒ系を含むことができる。ウエットエッチングを第２エピタキシャル領域５９に適用すると、マスク６７のパターンに対して裾を引く順メサの台地が第１メサ２５のために形成される。この台地の側面は、順メサであることができ、逆メサではない。或いは、第２メサを形成するためのエッチングは、例えば、ドライエッチング及びウエットエッチングによって行われることができる。この実施例では、第２基板生産物ＳＰ２の加工にドライエッチングを適用する。エッチングが終了しても、マスク６７を除去しない。

引き続く説明では、図７の（ａ）部に示されるドライエッチング工程を引き継ぐ。マスク６７を残したまま、図８の（ａ）部に示されるように、マスク６７を残したまま、ドライエッチングにより生じる可能性のあるダメージ領域をウエットエッチングにより除去する。このエッチングのエッチャントは、例えばＨ_３ＰＯ_４系又はＢｒ系であることができる。このエッチングの後に、マスク６７を除去して、第３基板生産物ＳＰ３を形成する。マスク６７の除去は、例えばフッ化水素酸により行われることができる。

マスク６７を除去した後に、図８の（ｂ）部に示されるように、第３基板生産物ＳＰ３の全面に保護のための絶縁膜６９を形成する。絶縁膜６９は、例えばシリコン酸化物を備える。シリコン酸化膜の厚さは、例えば３００ｎｍである。

図９の（ａ）部に示されるように、絶縁膜６９に開口を形成すると共に、該開口を介して第１メサ２５の上面２５ａに接触を成す電極７１を形成する。絶縁膜６９の開口６９ａの形成は、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングにより行われる。電極７１の形成は、例えば金属膜の堆積及びリフトオフにより行われる。電極７１は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを備える。

図９の（ｂ）部に示されるように、基板５１の裏面を研磨して、所望の厚さの支持体５１ｂを形成する。支持体５１ｂの裏面５１ｃ上に、ＡＲコート７３を形成する。ＡＲコート７３は、例えばＳｉＯＮ膜であることができる。支持体５１ｂの厚さは、例えば１００〜３００マイクロメートルであることができる。

ＡＲコート７３を形成した後に、図９の（ｃ）部に示されるように、電極７１上にバンプ電極ＢＰを形成する。バンプ電極ＢＰは、例えばインジウムを備える。

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、赤外線検知素子が提供される。この赤外線検知素子は、キャリアを生成する受光領域を光入射エリアに提供すると共に、該受光領域によって生成されたキャリアを流すための半導体領域をフォトダイオードアレイに設けることができる。

１１…赤外線検知素子、１３…支持体、１５…フォトダイオード、１５…フォトダイオード、１７…第１半導体層、１９…第２半導体層、２１…第３半導体層、２３…超格子領域、２５…第１メサ、２７…第２メサ、ＭＱＷ…量子井戸構造、２３ａ…井戸層、２３ｂ…障壁層。

Claims (6)

1. 赤外線検知素子であって、
   支持体と、
   前記支持体上にアレイ状に設けられたフォトダイオードと、
   を含み、
   前記フォトダイオードの各々は、
   第１導電型を有する第１半導体層を含む第１メサと、
   前記第１導電型を有する第２半導体層と、
   前記第１半導体層と前記第２半導体層との間において前記フォトダイオードのアレイに共通に設けられ、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第３半導体層と、
   前記フォトダイオードのアレイに共通に基準面に沿って設けられ、構成元素としてアンチモンを含む半導体を含む超格子領域と、
   を備え、
   前記第１メサ及び第２半導体層は、前記基準面に交差する第１軸の方向に配列され、
   前記第１メサの高さは、前記第１半導体層の厚さより大きく、
   前記第２半導体層は、前記第３半導体層と前記超格子領域との間に設けられる、赤外線検知素子。
2. 前記第１半導体層は、前記第１メサの側面に到達し、
   前記第１メサの前記側面は、絶縁膜で覆われ、
   前記第１メサは、前記第３半導体層内に底部を有する、請求項１に記載された赤外線検知素子。
3. 前記フォトダイオードの各々は、前記第２半導体層を含む第２メサを更に備え、
   前記第２メサは、前記第２半導体層の厚さ以上の高さを有し、
   前記第３半導体層は、前記第２メサを埋め込む、請求項１又は請求項２に記載された赤外線検知素子。
4. 前記第２半導体層は、ｐ型導電性のＩｎＧａＡｓを含み、
   前記ＩｎＧａＡｓは、５×１０^１５ｃｍ^−３以上５×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲のｐ型ドーパント濃度を有する、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素子。
5. 前記第２半導体層は、ｐ型導電性のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子を含み、
   前記ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ超格子は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上５×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲のｐ型ドーパント濃度を有する、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素子。
6. 前記第３半導体層は、ｎ型ＩｎＧａＡｓを含み、
   前記第３半導体層は、前記第２半導体層及び前記超格子領域に接触を成す、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された赤外線検知素子。

Images