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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022091702
(43)【公開日】2022-06-21
(54)【発明の名称】赤外線検出素子
(51)【国際特許分類】
H01L 31/10 20060101AFI20220614BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20220614BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 A
G01J1/02 C
G01J1/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021193661
(22)【出願日】2021-11-29
(31)【優先権主張番号】P 2020204465
(32)【優先日】2020-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100165951
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 憲悟
(74)【代理人】
【識別番号】100180655
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 俊樹
(72)【発明者】
【氏名】安田 大貴
【テーマコード（参考）】
2G065
5F849
【Ｆターム（参考）】
2G065AB02
2G065BA09
2G065BA14
2G065BB27
2G065DA08
5F849AA03
5F849AB07
5F849BA04
5F849CB01
5F849CB05
5F849CB14
5F849DA02
5F849DA44
5F849FA05
5F849FA13
5F849GA06
5F849HA07
5F849HA12
5F849HA13
5F849LA01
5F849XB03
5F849XB18
5F849XB40
(57)【要約】
【課題】波長９．５μｍにおけるＳ／Ｎ特性の高い量子型の赤外線検出素子を提供する。
【解決手段】赤外線検出素子（１）は、波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子であって、第１導電型半導体層（２１）の少なくとも一部と、受光層（２２）と、第２導電型半導体層（２３）と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部（２０）と、メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜（３１）と、を備え、受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）であり、第１保護膜は、酸化シリコンであり、かつ、メサ型化合物半導体積層部の側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、メサ型化合物半導体積層部は基板の一方の主面上に配置され、基板の一部と、第１導電型半導体層のメサ型化合物半導体積層部に含まれない領域の一部が側面となる凹部を有し、凹部の側面及び底面が第１保護膜に覆われる。
【選択図】図１
【解決手段】赤外線検出素子（１）は、波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子であって、第１導電型半導体層（２１）の少なくとも一部と、受光層（２２）と、第２導電型半導体層（２３）と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部（２０）と、メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜（３１）と、を備え、受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）であり、第１保護膜は、酸化シリコンであり、かつ、メサ型化合物半導体積層部の側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、メサ型化合物半導体積層部は基板の一方の主面上に配置され、基板の一部と、第１導電型半導体層のメサ型化合物半導体積層部に含まれない領域の一部が側面となる凹部を有し、凹部の側面及び底面が第１保護膜に覆われる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子であって、
第１導電型半導体層の少なくとも一部と、受光層と、第２導電型半導体層と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部と、
前記メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜と、を備え、
前記受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）であり、
前記第１保護膜は、酸化シリコンであり、かつ、前記メサ型化合物半導体積層部の前記側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、
前記メサ型化合物半導体積層部は基板の一方の主面上に配置され、
前記基板の一部と、前記第１導電型半導体層の前記メサ型化合物半導体積層部に含まれない領域の一部が側面となる凹部を有し、
前記凹部の側面及び底面が前記第１保護膜に覆われる、
赤外線検出素子。
第１導電型半導体層の少なくとも一部と、受光層と、第２導電型半導体層と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部と、
前記メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜と、を備え、
前記受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）であり、
前記第１保護膜は、酸化シリコンであり、かつ、前記メサ型化合物半導体積層部の前記側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、
前記メサ型化合物半導体積層部は基板の一方の主面上に配置され、
前記基板の一部と、前記第１導電型半導体層の前記メサ型化合物半導体積層部に含まれない領域の一部が側面となる凹部を有し、
前記凹部の側面及び底面が前記第１保護膜に覆われる、
赤外線検出素子。
【請求項2】
前記第１保護膜の膜厚は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、
請求項１に記載の赤外線検出素子。
請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項3】
前記第１保護膜の膜厚は５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載の赤外線検出素子。
請求項１又は２に記載の赤外線検出素子。
【請求項4】
前記受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０８≦ｘ≦０．１６）である、
請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項5】
前記第１保護膜の上面に更に窒化シリコンからなる第２保護膜を備える、
請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項6】
前記メサ型化合物半導体積層部のメサ角度が５０度以上８０度以下である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
請求項１から５のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項7】
前記メサ型化合物半導体積層部の側面に対して垂直方向の前記第１保護膜の膜厚ｔ１と、前記メサ型化合物半導体積層部の最上面に対して垂直方向の前記第１保護膜の膜厚ｔ２が、０．７５＜ｔ１／ｔ２≦１を満たす、
請求項１から６のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
請求項１から６のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項8】
前記基板の他方の主面が光入射面である、
請求項１から７のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
請求項１から７のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項9】
前記凹部の深さよりも前記第１保護膜の膜厚が薄い、
請求項１から８のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
請求項１から８のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【請求項10】
少なくとも波長９．５μｍの光を透過するバンドパスフィルタを更に備える、
請求項１から９のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
請求項１から９のいずれか一項に記載の赤外線検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は波長９．５μｍに感度を有する量子型の赤外線検出素子に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に波長が２μｍ以上の長波長帯の赤外線は、その熱的効果及びガスによる赤外線吸収の効果から、人体を検知する人感センサ、非接触温度センサ及びガスセンサ等に使用されている。例えばガスセンサは、大気環境の監視及び保護、更には火災の早期検知などにも使用可能であり、近年注目されている。特に波長２．５μｍから波長１０．０μｍまでの領域は各種ガスに固有の吸収帯が数多く存在し、ガスセンサに用いるのに適した波長帯である。例えば、波長９．５μｍにはアルコールの吸収帯が存在する。アルコール検出器で測定した呼気中のアルコール濃度と自動車のエンジンを連動させたアルコールインターロック装置は、飲酒運転による事故を未然に防ぐことのできるシステムとして普及が期待されている。
【0003】
赤外線を使用したガスセンサの原理は次のようなものである。例えば、赤外線の光源と赤外線検出素子の間の空間にガスが注入されると、特定のガスは特定の波長の赤外線を吸収するため、ガスの注入前と注入後の波長スペクトルを解析することでガスの種類及び濃度を測定することが出来る。ここで、赤外線検出素子としては、例えば焦電センサ、サーモパイルのような熱型の赤外線検出素子と、半導体受光素子を使用した量子型の赤外線検出素子がある。熱型の赤外線検出素子に比べて、量子型の赤外線検出素子は、応答が高速という利点がある。
【0004】
ここで、特許文献１によれば、光吸収層の材料としてＩｎＡｓＳｂを用いた場合、その混晶組成を変えることで、赤外線検出のピーク波長を７．３μｍから１０μｍまで制御可能である。例えば９．５μｍ帯に大きな感度をもつ量子型の赤外線検出素子は、アルコールセンサとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第２００５／０２７２２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ここで、光吸収層の材料としてＩｎＡｓＳｂを用いた、波長９．５μｍに感度を有する量子型の赤外線検出素子は、更なるＳ／Ｎ特性向上が望まれている。
【0007】
上記に鑑みてなされた本開示の目的は、波長９．５μｍにおけるＳ／Ｎ特性の高い量子型の赤外線検出素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一実施形態に係る赤外線検出素子は、
波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子であって、
第１導電型半導体層の少なくとも一部と、受光層と、第２導電型半導体層と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部と、
前記メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜と、を備え、
前記受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）であり、
前記第１保護膜は、酸化シリコンであり、かつ、前記メサ型化合物半導体積層部の前記側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、
前記メサ型化合物半導体積層部は基板の一方の主面上に配置され、
前記基板の一部と、前記第１導電型半導体層の前記メサ型化合物半導体積層部に含まれない領域の一部が側面となる凹部を有し、
前記凹部の側面及び底面が前記第１保護膜に覆われる。
波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子であって、
第１導電型半導体層の少なくとも一部と、受光層と、第２導電型半導体層と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部と、
前記メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜と、を備え、
前記受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）であり、
前記第１保護膜は、酸化シリコンであり、かつ、前記メサ型化合物半導体積層部の前記側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり、
前記メサ型化合物半導体積層部は基板の一方の主面上に配置され、
前記基板の一部と、前記第１導電型半導体層の前記メサ型化合物半導体積層部に含まれない領域の一部が側面となる凹部を有し、
前記凹部の側面及び底面が前記第１保護膜に覆われる。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、波長９．５μｍにおけるＳ／Ｎ特性の高い量子型の赤外線検出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
［赤外線検出素子］
本開示の一実施形態に係る赤外線検出素子は、波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子であって、第１導電型半導体層の少なくとも一部と、受光層と、第２導電型半導体層と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部と、メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜と、を備え、第１保護膜は酸化シリコンであり、かつ、膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることを満たすものである。
本開示の一実施形態に係る赤外線検出素子は、波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子であって、第１導電型半導体層の少なくとも一部と、受光層と、第２導電型半導体層と、がこの順で積層されたメサ型化合物半導体積層部と、メサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた第１保護膜と、を備え、第１保護膜は酸化シリコンであり、かつ、膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることを満たすものである。
【0012】
ここで、波長９．５μｍに感度を有する赤外線検出素子とはＤ＊（比検出感度）が５×１０６［ｃｍ・√Ｈｚ／Ｗ］以上の素子のことを言う。Ｄ＊は１Ｗの光入力があったときに、検出素子の交流的なＳ／Ｎがどれだけあるかを示すもので、検出素子面積によらず材料の特性そのものを比較できるパラメータである。Ｓ／Ｎ特性が高い赤外線検出素子は、Ｄ＊が高い赤外線検出素子と言い換えることができる。
【0013】
（赤外線検出素子のＤ＊の測定方法）
赤外線検出素子のＤ＊の測定は例えば以下のように行うことができる。測定において、点光源黒体炉、波長９．５μｍを中心透過波長とするバンドパスフィルタ、受光感度が既知の校正されたサーモパイルが用いられる。点光源黒体炉の開口部から出射された赤外線がバンドパスフィルタを通過してサーモパイルに入射するように、バンドパスフィルタとサーモパイルを配置する。サーモパイルは点光源黒体炉の開口部から１０ｃｍの位置に配置される。このときのサーモパイルの出力値から、点光源黒体炉の開口部から１０ｃｍ離れた位置での放射照度が算出される。次に、サーモパイルが測定対象の赤外線検出素子に置き換えられて、赤外線検出素子の出力電流値が測定される。また、赤外線検出素子の雑音電流と検出素子面積が測定される。
赤外線検出素子のＤ＊の測定は例えば以下のように行うことができる。測定において、点光源黒体炉、波長９．５μｍを中心透過波長とするバンドパスフィルタ、受光感度が既知の校正されたサーモパイルが用いられる。点光源黒体炉の開口部から出射された赤外線がバンドパスフィルタを通過してサーモパイルに入射するように、バンドパスフィルタとサーモパイルを配置する。サーモパイルは点光源黒体炉の開口部から１０ｃｍの位置に配置される。このときのサーモパイルの出力値から、点光源黒体炉の開口部から１０ｃｍ離れた位置での放射照度が算出される。次に、サーモパイルが測定対象の赤外線検出素子に置き換えられて、赤外線検出素子の出力電流値が測定される。また、赤外線検出素子の雑音電流と検出素子面積が測定される。
【0014】
Ｄ＊は以下の式（１）から求められる。Ｓは赤外線検出素子の出力電流（信号）である。Ｎは雑音電流である。Ｐは入射エネルギー［Ｗ／ｃｍ２］である。Ａは検出素子面積［ｃｍ２］である。また、Δｆは雑音帯域幅［Ｈｚ］を表す。
【0015】
【数1】
【0016】
本実施形態において、点光源黒体炉の駆動条件は、温度を５００℃、光チョッピング周波数を１０Ｈｚ、アパーチャを２２．２ｍｍとし、１Ｈｚの雑音帯域幅での室温におけるＤ＊が測定された。
【0017】
［化合物半導体積層部］
本実施形態の赤外線検出素子における化合物半導体積層部は、メサ構造を有している。化合物半導体積層部は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合によるフォトダイオード構造を含むものであれば特に制限されない。第１導電型半導体層と第２導電型半導体層は反対の導電型である。例えば第１導電型半導体層がｐ型であれば第２導電型半導体層はｎ型である。例えば第１導電型半導体層がｎ型であれば第２導電型半導体層はｐ型である。第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ等があるがこれらに制限されず、また、複数の材料による積層構造であってよい。
本実施形態の赤外線検出素子における化合物半導体積層部は、メサ構造を有している。化合物半導体積層部は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合によるフォトダイオード構造を含むものであれば特に制限されない。第１導電型半導体層と第２導電型半導体層は反対の導電型である。例えば第１導電型半導体層がｐ型であれば第２導電型半導体層はｎ型である。例えば第１導電型半導体層がｎ型であれば第２導電型半導体層はｐ型である。第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の材料としては、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ等があるがこれらに制限されず、また、複数の材料による積層構造であってよい。
【0018】
受光層には波長９．５μｍの赤外線を受光可能なバンドギャップを有するＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）を用いることが好ましい。より好ましくはＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０８≦ｘ≦０．１６）を用いるのが良い。
【0019】
化合物半導体積層部は、第１導電型半導体層と受光層の間に、第１導電型半導体層よりもバンドギャップの大きい第１ワイドバンドギャップ層を更に備えていてよい。また、化合物半導体積層部は、第２導電型半導体層と受光層の間に、第２導電型半導体層よりもバンドギャップの大きい第２ワイドバンドギャップ層を更に備えていてよい。ワイドバンドギャップ層は受光層からの拡散電流を防ぐ層として機能する。この場合、ワイドバンドギャップ層は受光層に対し、十分なバンドオフセットが取れればよく、バンドギャップが広い材料を選択することが好ましい。ワイドバンドギャップ層の材料は、特に限定されないが、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂなどが一例として挙げられる。
【0020】
（受光層のＡｓ組成の測定方法）
受光層のＡｓ組成は、受光層の格子定数をスペクトリス株式会社製Ｘ線回折装置Ｘ´Ｐｅｒｔ ＭＰＤを用いて、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による逆光子空間マッピングで求められる。具体的には２θをある値に固定して、ロッキングカーブ測定を行った後、２θを少しだけ変化させて、再びロッキングカーブ測定を行うことを繰り返す。得られた逆格子空間マッピング像の受光層のピーク位置から、受光層の基板面内方向の格子定数ａと基板表面に対する法線方向の格子定数ｃが求められる。受光層の結晶のポアソン比νを用いると、無歪みのときの格子定数ａ０と測定した格子定数ａ、ｃ及びΔａ＝ａ－ａ０の関係は以下の式（２）で表される。
受光層のＡｓ組成は、受光層の格子定数をスペクトリス株式会社製Ｘ線回折装置Ｘ´Ｐｅｒｔ ＭＰＤを用いて、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による逆光子空間マッピングで求められる。具体的には２θをある値に固定して、ロッキングカーブ測定を行った後、２θを少しだけ変化させて、再びロッキングカーブ測定を行うことを繰り返す。得られた逆格子空間マッピング像の受光層のピーク位置から、受光層の基板面内方向の格子定数ａと基板表面に対する法線方向の格子定数ｃが求められる。受光層の結晶のポアソン比νを用いると、無歪みのときの格子定数ａ０と測定した格子定数ａ、ｃ及びΔａ＝ａ－ａ０の関係は以下の式（２）で表される。
【0021】
【数2】
【0022】
多くの半導体結晶の場合νは１／３に近いので、近似的にΔａ＝（ｃ－ａ）／２とし、無歪みのときの受光層の格子定数ａ０が決定される。
【0023】
そして、求めた受光層の格子定数ａ０からベガード則を用いてＡｓ組成ｘが決定される。ベガード則は具体的には以下の式（３）で表される。
【0024】
【数3】
【0025】
ここでａＩｎＡｓはＩｎＡｓの格子定数である。ａＩｎＳｂはＩｎＳｂの格子定数である。ａＩｎＡｓＳｂは上記のＸ線回折により求まるＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘの格子定数ａ０である。ａＩｎＡｓは６．０５８Åが使用される。また、ａＩｎＳｂは６．４７９４Åが使用される。
【0026】
［保護膜］
本実施形態の赤外線検出素子における第１保護膜はメサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた酸化シリコンであり、メサ型化合物半導体積層部の側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。膜厚はより好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下が良い。更により好ましくは５ｎｍ以上４０ｎｍ以下が良い。
本実施形態の赤外線検出素子における第１保護膜はメサ型化合物半導体積層部の側面と直接接するように設けられた酸化シリコンであり、メサ型化合物半導体積層部の側面に対して垂直方向の膜厚が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。膜厚はより好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下が良い。更により好ましくは５ｎｍ以上４０ｎｍ以下が良い。
【0027】
第１保護膜の上面には更に窒化シリコンからなる第２保護膜を備えていてよい。窒化シリコンは耐湿性に優れていることが知られており、赤外線検出素子を保護するのに好適である。
【0028】
メサ型化合物半導体化積層部の側面とこの側面上に直接接するように設けられる第１保護膜との界面にはダングリングボンドが形成される。上記の界面は電流のリークパスとなり、赤外線検出素子の受光感度を低下させる要因となる。そのため、メサ型化合物半導体化積層部の側面と第１保護膜との接触面積を少なくする観点からメサ型化合物半導体積層部のメサ角度は５０度以上が好ましい。
【0029】
また、受光層だけでなく、保護膜のような受光層以外の構成材料が赤外線を吸収し、赤外線検出素子の受光感度を低下させる。受光層として用いられるＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）の波長９．５μｍにおける屈折率が約４で、第１保護膜として用いられる酸化シリコンの波長９．５μｍにおける屈折率が約２．７であるため、受光層から第１保護膜へ入射する波長９．５μｍの赤外線の全反射角は約４２度となる。したがって、受光層からメサ型化合物半導体積層部の側面に接する第１保護膜へ赤外線が入射して吸収損失となることを避ける観点から、メサ型化合物半導体積層部のメサ角度は５０度以上が好ましい。
【0030】
ここで、メサ角度が大きいと、第１保護膜の被覆性悪化などの問題が発生するため、メサ角度は８０度以下が好ましい。
【0031】
ここで、メサ角度とはメサ型化合物半導体積層部の側面と化合物半導体の積層面とがなす角度を言う。メサ型化合物半導体積層部の側面は、２段階以上の角度を有してよい。２段階以上の角度を有する場合には、一番下の１段階目の側面と、積層面とがなす角度がメサ角度となる。
【0032】
詳細について後述するが、第１保護膜の膜厚変化に対する赤外線検出素子の波長９．５μｍにおける感度変化が大きいため、均一な膜厚であることが望ましい。応力集中による第１保護膜の剥がれを避けるため、メサ型化合物半導体積層部の側面に対して垂直方向の第１保護膜の膜厚ｔ１と最上面に対して垂直方向の第１保護膜の膜厚ｔ２はなるべく近いほうが好ましい。
【0033】
具体的には、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２とが、０．７５＜ｔ１／ｔ２≦１を満たすことが好ましい。例えば、後述する複数の赤外線検出素子を電気的に分離するためのエッチングを施した後に、ＰＣＶＤ等を用いることによって、赤外線検出素子の全面に第１保護膜（酸化シリコン）が成膜され得る。このとき一般的に、斜面上に成膜される膜は平面上に成膜される膜よりも薄くなる。
【0034】
従来、酸化シリコンのハードマスクを２００～５００ｎｍ形成したのちに、複数の赤外線検出素子を電気的に分離するためのエッチングが行われていた。この場合に、酸化シリコンのハードマスクもエッチングによって削られるが、残った酸化シリコンが第１保護膜として用いられた。一般的に斜面部分のエッチングの方が平面部分のエッチングより早く進むため、メサ型化合物半導体積層部の側面と最上面の酸化シリコン残膜の膜厚均一性を保つのは難しかった。例えば、従来方法で作製した後述の比較例２では、酸化シリコンの膜厚ｔ１が１９７ｎｍ、膜厚ｔ２が２７７ｎｍであった。本実施形態に係る赤外線検出素子では、後述する手法によって、均一な膜厚の酸化シリコンを製膜する。
【0035】
（保護膜の膜厚の測定方法）
保護膜の膜厚は断面ＴＥＭ（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法により測定することが可能である。具体的には、およそ５００ｎｍ以下の厚みの試料作製を日立ハイテクノロジーズ社製ＦＩＢ装置（ＦＢ－２１００）を用いてＦＩＢ法により行い、日立製ＳＴＥＭ装置（ＨＤ－２３００Ａ）を用いて加速電圧２００ｋＶにて透過像で断面観察を行い保護膜の膜厚を測定した。
保護膜の膜厚は断面ＴＥＭ（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法により測定することが可能である。具体的には、およそ５００ｎｍ以下の厚みの試料作製を日立ハイテクノロジーズ社製ＦＩＢ装置（ＦＢ－２１００）を用いてＦＩＢ法により行い、日立製ＳＴＥＭ装置（ＨＤ－２３００Ａ）を用いて加速電圧２００ｋＶにて透過像で断面観察を行い保護膜の膜厚を測定した。
【0036】
［基板］
本実施形態の赤外線検出素子は、メサ型化合物半導体積層部が基板の一方の主面上に配置され、基板の他方の主面が光入射面であることが好ましい。
本実施形態の赤外線検出素子は、メサ型化合物半導体積層部が基板の一方の主面上に配置され、基板の他方の主面が光入射面であることが好ましい。
【0037】
メサ型化合物半導体積層部の上面には電流を外部に取り出すための電極が設けられるが、電極が設けられない他方の主面を光入射面にすることにより、効率的に赤外線をメサ型化合物半導体積層部に入射することが可能になる。このとき、基板側から光を入射することになるため、受光層よりもバンドギャップが大きな材料を基板として用いる必要がある。一例としては、基板としてＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板、ＩｎＰ基板、ＩｎＳｂ基板が挙げられるがこの限りではない。受光層よりもバンドギャップが大きく、かつ、化合物半導体の結晶成長が容易であることから、ＧａＡｓ基板が好ましい。
【0038】
基板はドナー不純物又はアクセプター不純物によるドーピングの制限がない。ただし、基板上に形成された独立の複数の赤外線検出素子を直列又は並列に接続可能にする観点から、半絶縁性であること又は化合物半導体積層部とは絶縁分離可能であることが望ましい。
【0039】
基板上に形成した複数の赤外線検出素子を直列又は並列に接続するためには、各赤外線検出素子を電気的に分離する必要がある。電気的に分離するためには各赤外線検出素子の第１導電型半導体層が他の赤外線検出素子とつながらないように第１導電型半導体層（特に最下層部）をエッチング等により除去すればよい。除去する方法としては、例えばドライエッチング法を用いればよい。このときエッチングされてほしくない第１導電型半導体層の領域には、レジストを設けてマスクとして用いるか、酸化シリコン等を設けてハードマスクとして用いればよい。酸化シリコンをハードマスクとして用いた場合、エッチング後に残った酸化シリコンを第１保護膜として使用することが考えられる。しかしながら、プロセス上の面内ばらつき及び生産上での装置揺らぎを考慮すると、エッチング後の酸化シリコンの残膜を５ｎｍ以上７０ｎｍ以下に制御することは難しい。そのため、マスクとして使用した物質はエッチング後に除去し、ＰＣＶＤ等を用いて全面に均一な酸化シリコンを成膜し、第１保護膜とする。そのため、本実施形態の赤外線検出素子は、基板の一部と、第１導電型半導体層のメサ型化合物半導体積層部に含まれない領域の一部が側面となる凹部を更に備え、凹部の側面及び底面が第１保護膜に覆われている。ここで、凹部の深さよりも第１保護膜の膜厚が薄くなっており、第１保護膜は凹部内に埋め込まれている。
【0040】
［バンドパスフィルタ］
本実施形態の赤外線検出素子は、少なくとも波長９．５μｍの光を５０％以上透過するバンドパスフィルタを更に備えていてよい。バンドパスフィルタを備えることで、赤外線検出素子の感度波長域を制限することができ、アルコールセンサとして利用するときに他の波長域に吸収帯をもつ干渉ガスの影響を受けづらくなる。
本実施形態の赤外線検出素子は、少なくとも波長９．５μｍの光を５０％以上透過するバンドパスフィルタを更に備えていてよい。バンドパスフィルタを備えることで、赤外線検出素子の感度波長域を制限することができ、アルコールセンサとして利用するときに他の波長域に吸収帯をもつ干渉ガスの影響を受けづらくなる。
【0041】
［電極部］
本実施形態の赤外線検出素子は、更にメサ型化合物半導体積層部の第１導電型半導体層に電気的に接続される第１の電極と、メサ型化合物半導体積層部の第２導電型半導体層に電気的に接続される第２の電極を備える。電極の構成材料としては、化合物半導体積層部とのコンタクト抵抗が低いもの、電気抵抗が低いものであることが好ましい。具体的にはＴｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕなどがあげられる。また電極は複数の電極材料の積層体で構成されていてよい。
本実施形態の赤外線検出素子は、更にメサ型化合物半導体積層部の第１導電型半導体層に電気的に接続される第１の電極と、メサ型化合物半導体積層部の第２導電型半導体層に電気的に接続される第２の電極を備える。電極の構成材料としては、化合物半導体積層部とのコンタクト抵抗が低いもの、電気抵抗が低いものであることが好ましい。具体的にはＴｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕなどがあげられる。また電極は複数の電極材料の積層体で構成されていてよい。
【0042】
以下、図面を参酌しながら、本実施形態の赤外線検出素子の構成例が説明される。
【0043】
図１は、第１の実施形態に係る赤外線検出素子の断面模式図である。赤外線検出素子１は、基板１０と、第１導電型半導体層２１と、受光層２２と、第２導電型半導体層２３と、を備える。第１導電型半導体層２１の上部２１ａと、受光層２２と、第２導電型半導体層２３とがメサ型化合物半導体積層部２０となる。メサ型化合物半導体積層部２０のメサ角度はθである。また、第１の実施形態に係る赤外線検出素子は、メサ型化合物半導体積層部２０の側面と直接接触するように第１保護膜３１を更に備える。第１保護膜３１はメサ型化合物半導体積層部２０の最上面及び第１導電型半導体層２１の下部２１ｂの上面とも直接に接している。また基板１０の一部と、第１導電型半導体層２１の下部２１ｂの側面とで囲まれる凹部４０を有し、第１保護膜３１はその表面とも直接接している。更に、第１の実施形態に係る赤外線検出素子１は、第１保護膜３１の上面に第２保護膜３２を更に備える。凹部４０の側面及び底面を酸化シリコンの第１保護膜３１で覆うことで、凹部からのリークの影響を抑えることができる。
【0044】
また、凹部４０の深さ（図１のｄ）よりも第１保護膜３１の膜厚（図１のｔ３）が薄く、凹部において、第１保護膜３１は凹部４０内に埋め込まれており、第１保護膜３１の上面が凹部４０の上面（上端）よりも低くなっている。これにより、吸湿性が高い酸化シリコンの第１保護膜３１においても、吸湿膨張した時に凹部４０の第１保護膜３１が設けられていない空間が緩衝領域としてはたらいて、第１保護膜３１の膜剥がれを防止でき、絶縁性が良い状態が保たれる。
【0045】
さらに、凹部４０の深さよりも第１保護膜３１と第２保護膜３２を足した膜厚が薄く、凹部において、第２保護膜３２も凹部４０内に埋め込まれており、第２保護膜３２の上面は凹部４０の上面（上端）よりも低くなっていてよい。
【0046】
図２は、第２の実施形態に係る赤外線検出素子の断面模式図である。図１の赤外線検出素子と比較して、メサ型化合物半導体積層部２０の側面が傾斜角度の異なる側面を有している。この場合、上記のとおり一番下の１段階目の側面（第１化合物半導体層の上部２１ａの側面）と、積層面（第１化合物半導体層の下部２１ｂの上面）とがなす角度θをメサ角度とする。
【0047】
図３は、第３の実施形態に係る赤外線検出素子の断面模式図である。図１の赤外線検出素子と比較して、メサ型化合物半導体積層部２０が、第１ワイドバンドギャップ層２４と、第２ワイドバンドギャップ層２５を更に備えている。また、第１保護膜３１及び第２保護膜３２が部分的に除去されて、メサ型化合物半導体積層部２０の頂部の一部及び第１化合物半導体層の下部２１ｂの上面の一部においてコンタクトホールが形成されて、そこに接するように電極部５０が設けられている。
【実施例0048】
［実施例１］
基板１０としての半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層２１、第１ワイドバンドギャップ層２４、受光層２２、第２ワイドバンドギャップ層２５、第２導電型半導体層２３、が順次積層された。この積層工程では、
第１導電型半導体層２１として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
第１ワイドバンドギャップ層２４として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
受光層２２として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．１４Ｓｂ０．８６層を２．４μｍと、
第２ワイドバンドギャップ層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
第２導電型半導体層２３として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
基板１０としての半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層２１、第１ワイドバンドギャップ層２４、受光層２２、第２ワイドバンドギャップ層２５、第２導電型半導体層２３、が順次積層された。この積層工程では、
第１導電型半導体層２１として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
第１ワイドバンドギャップ層２４として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
受光層２２として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．１４Ｓｂ０．８６層を２．４μｍと、
第２ワイドバンドギャップ層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
第２導電型半導体層２３として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
【0049】
次いで、化合物半導体積層部上にレジストパターンが形成され、エッチングを施すことで、メサ型化合物半導体積層部が作製された。更に各赤外線検出素子が電気的に独立になるように、再びレジストパターンが形成されて、素子分離のためのエッチングを行うことで、凹部４０が形成された。レジストパターンの除去後、全面（ＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ基板上に形成されたメサ型化合物半導体積層部）にＰＣＶＤを用いて第１保護膜として５ｎｍの酸化シリコン層が形成された。次いで、この酸化シリコン層上にＰＣＶＤを用いて第２保護膜として２００ｎｍの窒化シリコン層が形成された。この２層の保護膜の一部にコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを覆うようにチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）をこの順に堆積して電極部が形成されて、６４３個の直列接続された赤外線検出素子が得られた。得られた赤外線検出素子は、図３に示した断面模式図のような構造となる。第１保護膜の酸化シリコン層の側面に対して垂直方向の第１保護膜の膜厚ｔ１は４ｎｍであった。また、第１保護膜の酸化シリコン層の最上面に対して垂直方向の第１保護膜の膜厚ｔ２は５ｎｍであった。
【0050】
［実施例２］
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を１４ｎｍ、膜厚ｔ２を１７ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を１４ｎｍ、膜厚ｔ２を１７ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0051】
［実施例３］
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を２１ｎｍ、膜厚ｔ２を２４ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を２１ｎｍ、膜厚ｔ２を２４ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0052】
［実施例４］
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を４０ｎｍ、膜厚ｔ２を４７ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を４０ｎｍ、膜厚ｔ２を４７ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0053】
［実施例５］
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を５１ｎｍ、膜厚ｔ２を６０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を５１ｎｍ、膜厚ｔ２を６０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0054】
［実施例６］
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を６８ｎｍ、膜厚ｔ２を８０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
第１保護膜である酸化シリコン層の膜厚ｔ１を６８ｎｍ、膜厚ｔ２を８０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0055】
［比較例１］
半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層、第１ワイドバンドギャップ層、受光層、第２ワイドバンドギャップ層、第２導電型半導体層、が順次積層された。この積層工程では、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．１４Ｓｂ０．８６層（受光層）を２．４μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層、第１ワイドバンドギャップ層、受光層、第２ワイドバンドギャップ層、第２導電型半導体層、が順次積層された。この積層工程では、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．１４Ｓｂ０．８６層（受光層）を２．４μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
【0056】
次いで、化合物半導体積層部上にレジストパターンが形成され、エッチングを施すことで、メサ型化合物半導体積層部が作製された。更に各赤外線検出素子が電気的に独立になるように、再びレジストパターンが形成され、素子分離のためのエッチングが行われた。レジストパターンの除去後、全面（ＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ基板上に形成されたメサ型化合物半導体積層部）にＰＣＶＤを用いて保護膜として窒化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）層が２００ｎｍの厚さで形成された。この窒化シリコン層の一部にコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを覆うようにチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）をこの順に堆積して電極部が形成されて、６４３個の直列接続された赤外線検出素子が得られた。得られた赤外線検出素子は、図４に示した断面模式図のような構造となる。
【0057】
［比較例２］
半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層、第１ワイドバンドギャップ層、受光層、第２ワイドバンドギャップ層、第２導電型半導体層、が順次積層された。この積層工程では、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．１４Ｓｂ０．８６層（受光層）を２．４μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層、第１ワイドバンドギャップ層、受光層、第２ワイドバンドギャップ層、第２導電型半導体層、が順次積層された。この積層工程では、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．１４Ｓｂ０．８６層（受光層）を２．４μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
【0058】
次いで、化合物半導体積層部上にレジストパターンが形成され、エッチングを施すことで、メサ型化合物半導体積層部が作製された。更に各赤外線検出素子が電気的に独立になるように、酸化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）のハードマスクが３５０ｎｍの厚さで形成されて、素子分離のためのエッチングが行われた。その後、全面（ＧａＡｓ基板及びメサ型化合物半導体積層部上に形成されている酸化シリコン層）にＰＣＶＤを用いて窒化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）層が２００ｎｍの厚さで形成された。この２層の保護膜の一部にコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを覆うようにチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）をこの順に堆積して電極部が形成されて、６４３個の直列接続された赤外線検出素子が得られた。得られた赤外線検出素子は、図５に示した断面模式図のような構造となる。赤外線検出素子作製後の酸化シリコン層の膜厚ｔ１は１９７ｎｍであった。また、膜厚ｔ２は２７７ｎｍであった。
【0059】
＜評価（１）＞
実施例１～６及び比較例１、２で得られた赤外線検出素子の波長９．５μｍにおける感度とＤ＊が測定された。感度はＦＴ－ＩＲ装置にて測定した。具体的には、光源にＩＲ光源を用いて、ＩＶ変換アンプ及びロックインアンプを用いて信号増幅及びノイズ除去を行った上で、赤外線検出素子からの出力が測定された。Ｄ＊は上記の測定方法で測定された。
実施例１～６及び比較例１、２で得られた赤外線検出素子の波長９．５μｍにおける感度とＤ＊が測定された。感度はＦＴ－ＩＲ装置にて測定した。具体的には、光源にＩＲ光源を用いて、ＩＶ変換アンプ及びロックインアンプを用いて信号増幅及びノイズ除去を行った上で、赤外線検出素子からの出力が測定された。Ｄ＊は上記の測定方法で測定された。
【0060】
実施例１～６及び比較例１、２の測定結果に基づいて、図６及び図７に示される関係が得られた。図６は、第１保護膜の膜厚ｔ１と波長９．５μｍの感度の関係を示す。図７は、第１保護膜の膜厚ｔ１と波長９．５μｍのＤ＊の関係を示す。
【0061】
図７に示すように、第１保護膜（酸化シリコン層）の膜厚ｔ１が５ｎｍ以上７０ｎｍ以下であれば、波長９．５μｍにおいてＤ＊の高い、すなわちＳ／Ｎ特性の高い、赤外線検出素子が実現できる。膜厚ｔ１は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。膜厚ｔ１は５ｎｍ以上４０ｎｍ以下が更に好ましい。
【0062】
［実施例７］
基板１０としての半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層２１、第１ワイドバンドギャップ層２４、受光層２２、第２ワイドバンドギャップ層２５、第２導電型半導体層２３、が順次積層された。この積層工程では、
第１導電型半導体層２１として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
第１ワイドバンドギャップ層２４として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
受光層２２として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．０６Ｓｂ０．９４層を２μｍと、
第２ワイドバンドギャップ層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
第２導電型半導体層２３として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
基板１０としての半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層２１、第１ワイドバンドギャップ層２４、受光層２２、第２ワイドバンドギャップ層２５、第２導電型半導体層２３、が順次積層された。この積層工程では、
第１導電型半導体層２１として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型ＩｎＳｂ層を１μｍと、
第１ワイドバンドギャップ層２４として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｎ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
受光層２２として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングしたＩｎＡｓ０．０６Ｓｂ０．９４層を２μｍと、
第２ワイドバンドギャップ層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層を０．０２μｍと、
第２導電型半導体層２３として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングしたｐ型ＩｎＳｂ層を０．５μｍと、が形成された。
【0063】
次いで、化合物半導体積層部上にレジストパターンが形成され、エッチングを施すことで、メサ型化合物半導体積層部が作製された。更に各赤外線検出素子が電気的に独立になるように、再びレジストパターンが形成されて、素子分離のためのエッチングが行われた。レジストパターンの除去後、全面（ＧａＡｓ基板及びＧａＡｓ基板上に形成されたメサ型化合物半導体積層部）にＰＣＶＤを用いて１７ｎｍの酸化シリコン層が形成された。次いで、この酸化シリコン層上にＰＣＶＤを用いて２００ｎｍの窒化シリコン層が形成された。この２層の保護膜の一部にコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを覆うようにチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）をこの順に堆積して電極部が形成されて、４８６個の直列接続された赤外線検出素子が得られた。
【0064】
［実施例８］
受光層をＩｎＡｓ０．０９４Ｓｂ０．９０６とした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
受光層をＩｎＡｓ０．０９４Ｓｂ０．９０６とした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0065】
［実施例９］
受光層をＩｎＡｓ０．１３３Ｓｂ０．８６７とした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
受光層をＩｎＡｓ０．１３３Ｓｂ０．８６７とした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0066】
［実施例１０］
受光層をＩｎＡｓ０．１８８Ｓｂ０．８１２とした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
受光層をＩｎＡｓ０．１８８Ｓｂ０．８１２とした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0067】
［参考例１］
受光層をＩｎＳｂとした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
受光層をＩｎＳｂとした以外は、実施例７と同様の方法で赤外線検出素子が得られた。
【0068】
＜評価（２）＞
実施例７～１０及び参考例１の赤外線検出素子について、評価（１）と同様の方法で、波長９．５μｍにおける感度とＤ＊が測定された。実施例７～１０及び参考例１の測定結果に基づいて、図８及び図９に示される関係が得られた。図８は、受光層のＡｓ組成ｘと波長９．５μｍの感度の関係を示す。図９は、受光層のＡｓ組成ｘと波長９．５μｍのＤ＊の関係を示す。
実施例７～１０及び参考例１の赤外線検出素子について、評価（１）と同様の方法で、波長９．５μｍにおける感度とＤ＊が測定された。実施例７～１０及び参考例１の測定結果に基づいて、図８及び図９に示される関係が得られた。図８は、受光層のＡｓ組成ｘと波長９．５μｍの感度の関係を示す。図９は、受光層のＡｓ組成ｘと波長９．５μｍのＤ＊の関係を示す。
【0069】
図９に示すように、受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０５≦ｘ≦０．２）のときに、異なるＡｓ組成の受光層を用いる赤外線検出素子と比べて、波長９．５μｍにおいてＤ＊の高い、すなわちＳ／Ｎ特性の高い、赤外線検出素子が実現できる。受光層はＩｎＡｓｘＳｂ１－ｘ（０．０８≦ｘ≦０．１６）がより好ましい。
【符号の説明】
【0070】
１ 赤外線検出素子
１０ 基板
２０ メサ型化合物半導体積層部
２１ 第１導電型半導体層
２２ 受光層
２３ 第２導電型半導体層
２４ 第１ワイドバンドギャップ層
２５ 第２ワイドバンドギャップ層
３１ 第１保護膜
３２ 第２保護膜
４０ 凹部
５０ 電極部
１０ 基板
２０ メサ型化合物半導体積層部
２１ 第１導電型半導体層
２２ 受光層
２３ 第２導電型半導体層
２４ 第１ワイドバンドギャップ層
２５ 第２ワイドバンドギャップ層
３１ 第１保護膜
３２ 第２保護膜
４０ 凹部
５０ 電極部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】