知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2023179376
(43)【公開日】2023-12-19
(54)【発明の名称】化合物半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/10 20060101AFI20231212BHJP
H01L 33/44 20100101ALI20231212BHJP
H01L 33/30 20100101ALI20231212BHJP
H01L 31/02 20060101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 A
H01L33/44
H01L33/30
H01L31/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023091205
(22)【出願日】2023-06-01
(31)【優先権主張番号】P 2022092524
(32)【優先日】2022-06-07
(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】櫻井 允喜
(72)【発明者】
【氏名】安田 大貴
【テーマコード（参考）】
5F149
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F149AA04
5F149AB07
5F149AB17
5F149BA04
5F149CB14
5F149DA02
5F149DA05
5F149DA30
5F149EA02
5F149EA07
5F149EA18
5F149FA05
5F149FA13
5F149GA06
5F149HA12
5F149HA13
5F149LA01
5F149XB03
5F149XB18
5F149XB37
5F241AA21
5F241CA34
5F241CA46
5F241CA66
5F241CB11
(57)【要約】
【課題】ＳＮＲの高い化合物半導体装置が提供される。
【解決手段】化合物半導体装置（１）は、絶縁性基板（１０）と、絶縁性基板の一方の主面上に形成された、第１導電型を有する第１の化合物半導体層（２１）と、化合物半導体材料からなる活性層（２３）と、第２導電型を有する第２の化合物半導体層（２５）と、がこの順に積層された複数の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に接するように形成された第１保護膜（３１）と、第１保護膜上に形成された、第１保護膜より膜密度が大きい材料からなる第２保護膜（３２）と、凹部側面（４０ａ）と凹部底面（４０ｂ）とを有し、複数のメサ型化合物半導体積層部を分離する凹部（４０）と、を備え、凹部側面及び凹部底面が第１保護膜及び第２保護膜に覆われている。
【選択図】図１
【解決手段】化合物半導体装置（１）は、絶縁性基板（１０）と、絶縁性基板の一方の主面上に形成された、第１導電型を有する第１の化合物半導体層（２１）と、化合物半導体材料からなる活性層（２３）と、第２導電型を有する第２の化合物半導体層（２５）と、がこの順に積層された複数の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に接するように形成された第１保護膜（３１）と、第１保護膜上に形成された、第１保護膜より膜密度が大きい材料からなる第２保護膜（３２）と、凹部側面（４０ａ）と凹部底面（４０ｂ）とを有し、複数のメサ型化合物半導体積層部を分離する凹部（４０）と、を備え、凹部側面及び凹部底面が第１保護膜及び第２保護膜に覆われている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の一方の主面上に形成された、第１導電型を有する第１の化合物半導体層と、化合物半導体材料からなる活性層と、第２導電型を有する第２の化合物半導体層と、がこの順に積層された複数の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に接するように形成された第１保護膜と、
前記第１保護膜上に形成された、前記第１保護膜より膜密度が大きい材料からなる第２保護膜と、少なくとも一部が前記第１の化合物半導体層の側面の一部と対向する凹部側面と少なくとも一部が前記絶縁性基板の前記第１の化合物半導体層側の表面の一部と対向する凹部底面とを有し、前記複数のメサ型化合物半導体積層部を分離する凹部と、を備え、
前記凹部側面及び前記凹部底面が前記第１保護膜及び前記第２保護膜に覆われている、化合物半導体装置。
前記絶縁性基板の一方の主面上に形成された、第１導電型を有する第１の化合物半導体層と、化合物半導体材料からなる活性層と、第２導電型を有する第２の化合物半導体層と、がこの順に積層された複数の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に接するように形成された第１保護膜と、
前記第１保護膜上に形成された、前記第１保護膜より膜密度が大きい材料からなる第２保護膜と、少なくとも一部が前記第１の化合物半導体層の側面の一部と対向する凹部側面と少なくとも一部が前記絶縁性基板の前記第１の化合物半導体層側の表面の一部と対向する凹部底面とを有し、前記複数のメサ型化合物半導体積層部を分離する凹部と、を備え、
前記凹部側面及び前記凹部底面が前記第１保護膜及び前記第２保護膜に覆われている、化合物半導体装置。
【請求項2】
前記活性層は少なくともＩＩＩ族元素を含む、請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項3】
前記活性層は３００Ｋにおいて４．１×１０１６ｃｍ―３以下のキャリア濃度である、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項4】
前記活性層はＩｎ及びＳｂ又はＡｓを少なくとも含む、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項5】
前記活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合がｎ［％］（０≦ｎ＜１８）である、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項6】
前記活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合がｎ［％］（０≦ｎ＜９．８）である、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項7】
前記第１保護膜は膜密度が２．２５ｇ／ｃｍ３よりも小さい材料からなる、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項8】
前記第１保護膜は酸化シリコンである、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項9】
前記第２保護膜は窒化シリコンである、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項10】
前記第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚より大きい、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項11】
前記第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚の２倍以上である、請求項１０に記載の化合物半導体装置。
【請求項12】
前記第１保護膜の膜厚が前記凹部の深さより薄い、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項13】
前記第１保護膜と前記第２保護膜の総膜厚が前記凹部の深さより薄い、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項14】
前記凹部底面に対向する前記絶縁性基板の表面の一部は、前記絶縁性基板の一部が削られて構成される、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項15】
前記第１保護膜と前記第２保護膜の総膜厚が、前記絶縁性基板の削られた部分と削られていない部分との最大の深さより薄い、請求項１４に記載の化合物半導体装置。
【請求項16】
前記絶縁性基板の他方の主面が光入射面又は光出射面である、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は化合物半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
化合物半導体装置は化合物半導体を用いた各種デバイスである。化合物半導体装置としては、例えば、特許文献１に記載の量子型の赤外線検出素子がある。特許文献１に記載の化合物半導体装置は、センサ部分の化合物半導体の積層構造及び素子構造により拡散電流を抑制する。さらに信号増幅用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）とセンサのパッケージを改良することにより、室温動作が可能であり、かつ小型の赤外線検出素子が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【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】
【0004】
このように、化合物半導体装置の特性改良のための研究開発がなされているが、さらなるＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）特性の向上が望まれている。
【0005】
上記に鑑みてなされた本開示の目的は、ＳＮＲの高い化合物半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本開示の一実施形態に係る化合物半導体装置は、
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の一方の主面上に形成された、第１導電型を有する第１の化合物半導体層と、化合物半導体材料からなる活性層と、第２導電型を有する第２の化合物半導体層と、がこの順に積層された複数の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に接するように形成された第１保護膜と、
前記第１保護膜上に形成された、前記第１保護膜より膜密度が大きい材料からなる第２保護膜と、少なくとも一部が前記第１の化合物半導体層の側面の一部と対向する凹部側面と少なくとも一部が前記絶縁性基板の前記第１の化合物半導体層側の表面の一部と対向する凹部底面とを有し、前記複数のメサ型化合物半導体積層部を分離する凹部と、を備え、
前記凹部側面及び前記凹部底面が前記第１保護膜及び前記第２保護膜に覆われている。
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の一方の主面上に形成された、第１導電型を有する第１の化合物半導体層と、化合物半導体材料からなる活性層と、第２導電型を有する第２の化合物半導体層と、がこの順に積層された複数の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に接するように形成された第１保護膜と、
前記第１保護膜上に形成された、前記第１保護膜より膜密度が大きい材料からなる第２保護膜と、少なくとも一部が前記第１の化合物半導体層の側面の一部と対向する凹部側面と少なくとも一部が前記絶縁性基板の前記第１の化合物半導体層側の表面の一部と対向する凹部底面とを有し、前記複数のメサ型化合物半導体積層部を分離する凹部と、を備え、
前記凹部側面及び前記凹部底面が前記第１保護膜及び前記第２保護膜に覆われている。
【0007】
（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記活性層は少なくともＩＩＩ族元素を含む。
前記活性層は少なくともＩＩＩ族元素を含む。
【0008】
（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記活性層は３００Ｋにおいて４．１×１０１６ｃｍ―３以下のキャリア濃度である。
前記活性層は３００Ｋにおいて４．１×１０１６ｃｍ―３以下のキャリア濃度である。
【0009】
（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記活性層はＩｎ及びＳｂ又はＡｓを少なくとも含む。
前記活性層はＩｎ及びＳｂ又はＡｓを少なくとも含む。
【0010】
（５）本開示の一実施形態として、（１）から（４）のいずれかにおいて、
前記活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合がｎ［％］（０≦ｎ＜１８）である。
前記活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合がｎ［％］（０≦ｎ＜１８）である。
【0011】
（６）本開示の一実施形態として、（１）から（５）のいずれかにおいて、
前記活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合がｎ［％］（０≦ｎ＜９．８）である。
前記活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合がｎ［％］（０≦ｎ＜９．８）である。
【0012】
（７）本開示の一実施形態として、（１）から（６）のいずれかにおいて、
前記第１保護膜は膜密度が２．２５ｇ／ｃｍ３よりも小さい材料からなる。
前記第１保護膜は膜密度が２．２５ｇ／ｃｍ３よりも小さい材料からなる。
【0013】
（８）本開示の一実施形態として、（１）から（７）のいずれかにおいて、
前記第１保護膜は酸化シリコンである。
前記第１保護膜は酸化シリコンである。
【0014】
（９）本開示の一実施形態として、（１）から（８）のいずれかにおいて、
前記第２保護膜は窒化シリコンである。
前記第２保護膜は窒化シリコンである。
【0015】
（１０）本開示の一実施形態として、（１）から（９）のいずれかにおいて、
前記第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚より大きい。
前記第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚より大きい。
【0016】
（１１）本開示の一実施形態として、（１０）において、
前記第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚の２倍以上である。
前記第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚の２倍以上である。
【0017】
（１２）本開示の一実施形態として、（１）から（１１）のいずれかにおいて、
前記第１保護膜の膜厚が前記凹部の深さより薄い。
前記第１保護膜の膜厚が前記凹部の深さより薄い。
【0018】
（１３）本開示の一実施形態として、（１）から（１２）のいずれかにおいて、
前記第１保護膜と前記第２保護膜の総膜厚が前記凹部の深さより薄い。
前記第１保護膜と前記第２保護膜の総膜厚が前記凹部の深さより薄い。
【0019】
（１４）本開示の一実施形態として、（１）から（１３）のいずれかにおいて、
前記凹部底面に対向する前記絶縁性基板の表面の一部は、前記絶縁性基板の一部が削られて構成される。
前記凹部底面に対向する前記絶縁性基板の表面の一部は、前記絶縁性基板の一部が削られて構成される。
【0020】
（１５）本開示の一実施形態として、（１４）において、
前記第１保護膜と前記第２保護膜の総膜厚が、前記絶縁性基板の削られた部分と削られていない部分との最大の深さより薄い。
前記第１保護膜と前記第２保護膜の総膜厚が、前記絶縁性基板の削られた部分と削られていない部分との最大の深さより薄い。
【0021】
（１６）本開示の一実施形態として、（１）から（１５）のいずれかにおいて、
前記絶縁性基板の他方の主面が光入射面又は光出射面である。
前記絶縁性基板の他方の主面が光入射面又は光出射面である。
【発明の効果】
【0022】
本開示によれば、ＳＮＲの高い化合物半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
［化合物半導体装置］
本開示の一実施形態に係る化合物半導体装置は、絶縁性基板と、メサ型化合物半導体積層部と、第１保護膜と、第２保護膜と、を備える。メサ型化合物半導体積層部は、絶縁性基板上に形成され、第１導電型を有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上に形成され、化合物半導体材料からなる活性層と、活性層上に形成され、第２導電型を有する第２の化合物半導体層と、を備える。メサ型化合物半導体積層部は、第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層されている。ここで、「第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層される」とは、これらの層の関係において、第１の化合物半導体層、活性層、第２の化合物半導体層の積層順であればよい。「第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層される」構成の形態には、例えば第１の化合物半導体層と活性層との間に他の層が挿入される場合が含まれる。また、「第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層される」構成の形態には、活性層と第２の化合物半導体層との間に他の層が挿入される場合が含まれる。また、メサ型化合物半導体積層部は、絶縁性基板の一方の主面上に配置される。ここで、主面とは、絶縁性基板の板厚方向に垂直な表面であって、絶縁性基板を形成する６面の中で面積が最大である面である。本実施形態において、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形成される。第２保護膜は、第１保護膜よりも膜密度が大きい（高い）材料からなり、第１保護膜上に形成される。本実施形態に係る化合物半導体装置は、絶縁性基板の一部が少なくとも底面となる凹部を有する。換言すると、化合物半導体装置は凹部を有し、凹部の底面の少なくとも一部が絶縁性基板に接する。凹部の側面及び底面は第１保護膜及び第２保護膜に覆われる。
本開示の一実施形態に係る化合物半導体装置は、絶縁性基板と、メサ型化合物半導体積層部と、第１保護膜と、第２保護膜と、を備える。メサ型化合物半導体積層部は、絶縁性基板上に形成され、第１導電型を有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上に形成され、化合物半導体材料からなる活性層と、活性層上に形成され、第２導電型を有する第２の化合物半導体層と、を備える。メサ型化合物半導体積層部は、第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層されている。ここで、「第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層される」とは、これらの層の関係において、第１の化合物半導体層、活性層、第２の化合物半導体層の積層順であればよい。「第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層される」構成の形態には、例えば第１の化合物半導体層と活性層との間に他の層が挿入される場合が含まれる。また、「第１の化合物半導体層と、活性層と、第２の化合物半導体層と、がこの順に積層される」構成の形態には、活性層と第２の化合物半導体層との間に他の層が挿入される場合が含まれる。また、メサ型化合物半導体積層部は、絶縁性基板の一方の主面上に配置される。ここで、主面とは、絶縁性基板の板厚方向に垂直な表面であって、絶縁性基板を形成する６面の中で面積が最大である面である。本実施形態において、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形成される。第２保護膜は、第１保護膜よりも膜密度が大きい（高い）材料からなり、第１保護膜上に形成される。本実施形態に係る化合物半導体装置は、絶縁性基板の一部が少なくとも底面となる凹部を有する。換言すると、化合物半導体装置は凹部を有し、凹部の底面の少なくとも一部が絶縁性基板に接する。凹部の側面及び底面は第１保護膜及び第２保護膜に覆われる。
【0025】
［メサ型化合物半導体積層部］
メサ型化合物半導体積層部は、メサ構造を有している。メサ型化合物半導体積層部の構成は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合による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を有する。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ない。また、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は複数の材料による積層構造で構成されてよい。
メサ型化合物半導体積層部は、メサ構造を有している。メサ型化合物半導体積層部の構成は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合による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を有する。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ない。また、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は複数の材料による積層構造で構成されてよい。
【0026】
ここで化合物半導体装置のＳＮＲは、赤外線がメサ型化合物半導体積層部に入射したときに発生する光電流Ｉｐと化合物半導体装置の素子抵抗Ｒ０の平方根の積に比例する。すなわち、ＳＮＲは式（１）のように表される。
【0027】
【数1】
【0028】
したがって、光電流Ｉｐを低下させることなく、素子抵抗Ｒ０を大きくすることで、化合物半導体装置のＳＮＲ特性が向上する。
【0029】
化合物半導体装置の素子抵抗Ｒ０は、エッチング工程によって電気的に分離されたメサ型化合物半導体積層部の間のリーク電流によって劣化することが知られている。図７は複数のメサ型化合物半導体積層部の配置を例示する図である。一般に、化合物半導体装置は複数のメサ型化合物半導体積層部を含んで構成される。化合物半導体装置における複数のメサ型化合物半導体積層部間のリーク電流を抑制することで、素子抵抗Ｒ０を大きくすることができる。本実施形態に係る化合物半導体装置は、後述する構造によってリーク電流を抑制することができる。
【0030】
活性層は、受光層又は発光層である。活性層の材料としては、化合物半導体材料からなり、光を受光又は発光し光電流を生じる材料であれば特に制限されない。特に２．５～６．０μｍの波長の赤外線を受光又は発光し光電流を生じる材料であることが好ましい。また、活性層は複数の材料による積層構造であってよい。活性層は、少なくともＩＩＩ族元素を含むことが好ましく、特性及び量産性の観点からＡｌｘＩｎ１－ｘＳｂ（０≦ｘ≦１８）を用いることが好ましい。つまり、活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合が０～１８％であることが好ましい。より好ましくはＡｌｘＩｎ１－ｘＳｂ（０≦ｘ≦９．８）を用いるのが良い。つまり、活性層の層内の全ＩＩＩ族元素に占めるＡｌ組成の割合が０～９．８％であることがより好ましい。また、Ｓｂの代わりにＡｓが用いられてよい。つまり、活性層はＩｎ及びＳｂ又はＡｓを少なくとも含んでよい。また、素子抵抗Ｒ０の低下を防ぐ観点から、活性層中のキャリア濃度はＺｎ、Ｓｎなどのドーピングによって十分小さくなるように調整されていることが望ましい。具体的には、３００Ｋにおいて４．１×１０１６ｃｍ―３以下のキャリア濃度であることが望ましい。
【0031】
メサ型化合物半導体積層部は、第１導電型半導体層と活性層の間に、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さらに備えていてよい。また、メサ型化合物半導体積層部は、第２導電型半導体層と活性層の間に、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さらに備えていてよい。ワイドバンドギャップ層は活性層からの拡散電流を防ぐ層として機能する。ワイドバンドギャップ層は活性層に対し、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。
【0032】
（Ａｌ組成の測定方法）
メサ型化合物半導体積層部の各層のＡｌ組成は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法によって求めることができる。測定には、ＣＡＭＥＣＡ社製の磁場型ＳＩＭＳ装置「ＩＭＳ ７ｆ」を用いてよい。この手法は、固体表面にビーム状の一次イオン種を照射することで、スパッタリング現象により深さ方向に掘り進めながら、同時に発生する二次イオンを検出することで、組成分析を行う手法である。ここで、各層のＡｌ組成とは、各層に含まれる全ＩＩＩ族元素（１３族元素）に対するＡｌ元素の比率を指す。
メサ型化合物半導体積層部の各層のＡｌ組成は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法によって求めることができる。測定には、ＣＡＭＥＣＡ社製の磁場型ＳＩＭＳ装置「ＩＭＳ ７ｆ」を用いてよい。この手法は、固体表面にビーム状の一次イオン種を照射することで、スパッタリング現象により深さ方向に掘り進めながら、同時に発生する二次イオンを検出することで、組成分析を行う手法である。ここで、各層のＡｌ組成とは、各層に含まれる全ＩＩＩ族元素（１３族元素）に対するＡｌ元素の比率を指す。
【0033】
具体的には、一次イオン種をセシウムイオン（Ｃｓ＋）、一次イオンエネルギーを２．５ｋｅＶ、ビーム入射角を６７．２°とし、検出二次イオン種としてマトリックス効果が小さいＭＣｓ＋（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｂ等）を検出することができる。
【0034】
ここで、目的とする層の深さまでスパッタリングを行うことで、目的とする層の組成分析を行うことができる。目的とする層の深さは、後述の断面ＴＥＭ測定によって得られる各層の厚さから求めることができる。ＳＩＭＳ分析におけるスパッタリングの時間は、目的とする層までの深さと、スパッタレートに基づいて求められる。スパッタレートは、例えば試料（後述の標準資料など）の測定時のスパッタリング時間と、触針式の段差計を用いて測定した試料における深さなどを用いて求めることができる。
【0035】
各層におけるＡｌ組成は、上記のＭＣｓ＋の信号強度から求められる。例えばＡｌＩｎＳｂ層の場合、Ａｌ組成は（ＡｌＣｓ＋の信号強度）÷（（ＡｌＣｓ＋の信号強度）＋（ＩｎＣｓ＋の信号強度））から求めることができる。ここで、各層が深さ方向に均一な組成であっても、スパッタリングの影響により信号強度が深さ方向に分布を生じる場合がある。深さ方向の分布が生じる場合に、最大の信号強度が各層の信号強度の代表値とされてよい。
【0036】
ここで、分析で求められるＡｌ組成定量値は真値からのずれを伴い得る。この真値からのずれを補正するために、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｎ）法から得られる格子定数値を求めた別サンプルが用意されて、Ａｌ組成値が既知である標準試料として用いられる。そして、第１の化合物半導体層が有する各層のＡｌ組成についての測定条件を用いてＳＩＭＳ分析を行うことで、信号強度に対するＡｌ組成の感度係数を求めることができる。第１の化合物半導体層が有する各層のＡｌ組成は、各層におけるＳＩＭＳ信号強度に感度係数を乗じることでより正確に求めることができる。
【0037】
標準試料用の別サンプルとして、ＧａＡｓ基板上に積層された膜厚８００ｎｍのＡｌｘＩｎ１－ｘＳｂを用いることができる。このサンプルについて格子定数を求めて、標準試料としてのＡｌ組成ｘが求められてよい。格子定数は、例えばスペクトリス株式会社製のＸ線回折装置「Ｘ’Ｐｅｒｔ ＭＰＤ」を用いて、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法によって求めることができる。
【0038】
Ｘ線回折による２θ－ωスキャンを行うことにより、基板表面の面方位に対応する面の面指数の２θ－ωスキャンにおけるピーク位置から、メサ型化合物半導体積層部の各層の基板表面に対する法線方向の格子定数が求められる。そして、ＡｌｘＩｎ１－ｘＳｂ層の異方的な歪みはないものとして、法線方向の格子定数からベガード則を用いてＡｌ組成ｘを決定することができる。ベガード則は具体的には以下の式（２）で表される。
【0039】
【数2】
【0040】
ここで、ａＡｌＳｂはＡｌＳｂの格子定数である。ａＩｎＳｂはＩｎＳｂの格子定数である。また、ａＡｌＩｎＳｂは上記のＸ線回折により求まるＡｌｘＩｎ１－ｘＳｂ層の格子定数である。ａＡｌＳｂには６．１３５５Åを使用してよい。また、ａＩｎＳｂには６．４７９４Åを使用してよい。
【0041】
ＳＩＭＳ測定で用いられる標準試料として、Ａｌ組成ｘが０．１０＜ｘ＜０．１５のものを用いてよい。
【0042】
［第１保護膜］
第１保護膜は、メサ型化合物半導体積層部の側面と直接に接するように形成された絶縁材料からなる保護膜であり、メサ型化合物半導体積層部の側面を覆う。本実施形態の化合物半導体装置における第１保護膜は、側面だけでなく、隣接するメサ型化合物半導体積層部の間に設けられた凹部も覆う。第１保護膜の材料としては、メサ型化合物半導体積層部へのストレスを最小化し特性劣化を抑制する観点から、膜密度が第２保護膜より小さい材料を用いる必要がある。第１保護膜は、膜密度が２．２５ｇ／ｃｍ３より小さい材料からなることが望ましい。具体的には、第１保護膜が酸化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）であることが望ましい。また、第１保護膜として膜密度が小さい（低い）材料、つまり吸湿性の高い材料を用いる場合に、吸湿による体積膨張によって第１保護膜上に形成された第２保護膜にクラックが生じるおそれがある。そのため第１保護膜の吸湿を抑制する観点から、第１保護膜は凹部に埋め込まれた構造であること、つまり第１保護膜の膜厚が凹部の深さより薄いことが望ましい。
第１保護膜は、メサ型化合物半導体積層部の側面と直接に接するように形成された絶縁材料からなる保護膜であり、メサ型化合物半導体積層部の側面を覆う。本実施形態の化合物半導体装置における第１保護膜は、側面だけでなく、隣接するメサ型化合物半導体積層部の間に設けられた凹部も覆う。第１保護膜の材料としては、メサ型化合物半導体積層部へのストレスを最小化し特性劣化を抑制する観点から、膜密度が第２保護膜より小さい材料を用いる必要がある。第１保護膜は、膜密度が２．２５ｇ／ｃｍ３より小さい材料からなることが望ましい。具体的には、第１保護膜が酸化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）であることが望ましい。また、第１保護膜として膜密度が小さい（低い）材料、つまり吸湿性の高い材料を用いる場合に、吸湿による体積膨張によって第１保護膜上に形成された第２保護膜にクラックが生じるおそれがある。そのため第１保護膜の吸湿を抑制する観点から、第１保護膜は凹部に埋め込まれた構造であること、つまり第１保護膜の膜厚が凹部の深さより薄いことが望ましい。
【0043】
［第２保護膜］
第２保護膜は、第１保護膜上に形成された絶縁材料からなる保護膜であり、第１保護膜の材料より吸湿性が低い。つまり第２保護膜は、第１保護膜より膜密度が大きい材料からなることを特徴とする。具体的には、膜密度が２．３５ｇ／ｃｍ３より大きいことが望ましい。第２保護膜として、例えば窒化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）又は酸窒化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｎｉｔｒｉｄｅ）などを選択することができる。材料特性の制御性及び量産性の観点から、第１保護膜を酸化シリコンとした場合に、第２保護膜は、酸化シリコンと同様にプラズマＣＶＤ装置で容易に形成が可能な窒化シリコンであることが望ましい。また、第１保護膜が吸湿膨張した場合でもクラックが生じにくく、高品質な化合物半導体装置を実現する観点から、第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚の２倍以上であることが望ましい。
第２保護膜は、第１保護膜上に形成された絶縁材料からなる保護膜であり、第１保護膜の材料より吸湿性が低い。つまり第２保護膜は、第１保護膜より膜密度が大きい材料からなることを特徴とする。具体的には、膜密度が２．３５ｇ／ｃｍ３より大きいことが望ましい。第２保護膜として、例えば窒化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）又は酸窒化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｎｉｔｒｉｄｅ）などを選択することができる。材料特性の制御性及び量産性の観点から、第１保護膜を酸化シリコンとした場合に、第２保護膜は、酸化シリコンと同様にプラズマＣＶＤ装置で容易に形成が可能な窒化シリコンであることが望ましい。また、第１保護膜が吸湿膨張した場合でもクラックが生じにくく、高品質な化合物半導体装置を実現する観点から、第２保護膜の膜厚が第１保護膜の膜厚の２倍以上であることが望ましい。
【0044】
（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、日立ハイテクノロジーズ社製のＦＩＢ装置「ＦＢ－２１００」を用いることができる。ＦＩＢ法によって測定しながら作製された５００ｎｍ以下の厚みの試料に対し、日立製の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、保護膜の膜厚が測定された。
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、日立ハイテクノロジーズ社製のＦＩＢ装置「ＦＢ－２１００」を用いることができる。ＦＩＢ法によって測定しながら作製された５００ｎｍ以下の厚みの試料に対し、日立製の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、保護膜の膜厚が測定された。
【0045】
［絶縁性基板］
本実施形態の化合物半導体装置は、メサ型化合物半導体積層部が絶縁性基板の一方の主面上に配置され、絶縁性基板の他方の主面が光入射面又は光出射面であることが好ましい。絶縁性基板の一例としては、半導体基板が挙げられ、具体的にはＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板、ＩｎＰ基板、ＩｎＳｂ基板、ＩｎＡｓ基板が挙げられるがこの限りではなくそれ以外の絶縁性基板であってよい。一例としては、セラミックなどが挙げられる。
本実施形態の化合物半導体装置は、メサ型化合物半導体積層部が絶縁性基板の一方の主面上に配置され、絶縁性基板の他方の主面が光入射面又は光出射面であることが好ましい。絶縁性基板の一例としては、半導体基板が挙げられ、具体的にはＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板、ＩｎＰ基板、ＩｎＳｂ基板、ＩｎＡｓ基板が挙げられるがこの限りではなくそれ以外の絶縁性基板であってよい。一例としては、セラミックなどが挙げられる。
【0046】
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。電極が設けられない他方の主面を光入射面又は光射出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又は効率的に赤外線をメサ型化合物半導体積層部から射出することが可能になる。このとき、絶縁性基板側から光を入射すること又は絶縁性基板側から光を射出することになるため、活性層よりもバンドギャップが大きな材料の絶縁性基板を用いることが好ましい。この場合、活性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。
【0047】
絶縁性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。
【0048】
絶縁性基板上に形成した複数のメサ型化合物半導体積層部を直列又は並列に接続するためには、各メサ型化合物半導体積層部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メサ型化合物半導体積層部が他のメサ型化合物半導体積層部と電気的かつ物理的につながらないように各メサ型化合物半導体積層部間の導電材料をエッチング等により除去すればよい。また、エッチング不足による導通を防ぐために、各メサ型化合物半導体積層部間に絶縁性基板を少なくとも底面とする凹部を形成することが好ましい。導電材料の除去及び凹部を形成する方法としては、例えばドライエッチング法を用いればよい。その後、第１保護膜として、ＰＣＶＤ等を用いて全面に均一な絶縁材料からなる保護膜が成膜される。さらに、第１保護膜の吸湿による変質及び破壊を防ぐため、第２保護膜が成膜される。そのため、本実施形態の化合物半導体装置は凹部を備え、凹部の側面（凹部側面）及び底面（凹部底面）が第１保護膜及び第２保護膜に覆われている。ここで、本実施形態において、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。
【0049】
［バンドパスフィルタ］
本実施形態の化合物半導体装置は、少なくとも２．５～６．０μｍの波長の範囲に含まれる任意の波長帯の光を５０％以上透過するバンドパスフィルタをさらに備えていてよい。バンドパスフィルタを備えることで、化合物半導体装置の感度波長域を制限することができ、ガス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。
本実施形態の化合物半導体装置は、少なくとも２．５～６．０μｍの波長の範囲に含まれる任意の波長帯の光を５０％以上透過するバンドパスフィルタをさらに備えていてよい。バンドパスフィルタを備えることで、化合物半導体装置の感度波長域を制限することができ、ガス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。
【0050】
［電極部］
本実施形態の化合物半導体装置は、さら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。
本実施形態の化合物半導体装置は、さら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。
【0051】
以下、図面を参照しながら、本実施形態の化合物半導体装置の構成例が説明される。本実施形態の化合物半導体装置の具体的な構成例として、実施例１、実施例２及び実施例３が以下に説明される。また、本実施形態の化合物半導体装置の効果を確認するために、一部が異なる比較形態の構成例として、比較例１及び比較例２が以下に説明される。
【0052】
図１及び図２は、実施例１及び実施例２の化合物半導体装置１の断面模式図である。図１は、第１保護膜３１及び第２保護膜３２を部分的に除去して電極部５０が設けられる前の状態を示す。つまり、図１の状態から、メサ型化合物半導体積層部２０の頂部の一部及び第１導電型半導体層２１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、電極部５０が設けられて、実施例１及び実施例２の化合物半導体装置１の断面（図２）となる。ここで、図２に示すように、第１導電型半導体層２１を段差部分で分けて、上部２１ｔと下部２１ｂとを区別することがある。
【0053】
化合物半導体装置１は、絶縁性基板１０と、第１導電型半導体層２１と、第１ワイドバンドギャップ層２２と、活性層２３と、第２ワイドバンドギャップ層２４と、第２導電型半導体層２５と、を備える。第１導電型半導体層２１と、第１ワイドバンドギャップ層２２と、活性層２３と、第２ワイドバンドギャップ層２４と、第２導電型半導体層２５とがメサ型化合物半導体積層部２０となる。また、実施例１及び実施例２の化合物半導体装置１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をさらに備える。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。実施例１及び実施例２の化合物半導体装置１は凹部４０を有する。凹部４０は凹部側面４０ａと凹部底面４０ｂとを有する。凹部側面４０ａは、少なくとも一部が第１導電型半導体層２１（第１の化合物半導体層）の側面２１ａの一部と対向する。凹部底面４０ｂは、少なくとも一部が絶縁性基板１０の第１導電型半導体層２１側の表面１０ｂの一部と対向する。また、凹部底面４０ｂは、凹部４０の２つの凹部側面４０ａを接続する底面である。凹部４０は複数のメサ型化合物半導体積層部を分離する（図７参照）。実施例１及び実施例２の化合物半導体装置１は、第１保護膜３１の上面に第２保護膜３２をさらに備える。別の例として、化合物半導体装置１は、第２保護膜３２を備えずに、凹部底面４０ｂに第１保護膜３１が直接接する構成であってよい。凹部４０の凹部側面４０ａ及び凹部底面４０ｂを酸化シリコンの第１保護膜３１で覆うことで、凹部４０を介して隣接するメサ型化合物半導体積層部２０との間でリーク電流の発生を抑制することができる。さらに、第１保護膜３１を膜密度が大きく、吸湿性の低い窒化シリコンの第２保護膜３２で覆うことで、第１保護膜３１の吸湿膨張を抑制することができる。すなわち、凹部側面４０ａ及び凹部底面４０ｂが第１保護膜３１及び第２保護膜３２に覆われていることがさらに好ましい。
【0054】
また、凹部４０の深さ（図１のｄ）より第１保護膜３１の膜厚（図１のｔ１）が薄く、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）より低くなっている。つまり、凹部底面４０ｂに対向する絶縁性基板１０の表面の一部は、絶縁性基板１０の一部が削られて構成される。図１のｄｓは、絶縁性基板１０の削られた部分と削られていない部分との最大の深さを示す。ｄｓは、０以上であるが、第１保護膜３１が凹部４０内に埋め込まれる構成の場合に０より大きい値となる。このような構成により、第１保護膜３１の吸湿膨張が抑制される。さらに、長期間の多湿環境に置かれたことによって第１保護膜３１が吸湿してしまった場合であっても、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機能し、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。ここで、第２保護膜の膜厚（図１のｔ２）が第１保護膜の膜厚より大きくてよい。例えば図８Ａに示すように、第２保護膜の膜厚（ｔ２）が第１保護膜３１の膜厚（ｔ１）の２倍以上の場合に、電極部５０の亀裂（ｃ）の数が１で、亀裂深さを１１３ｎｍに抑えることができた。また、例えば図８Ｂに示すように、第２保護膜の膜厚（ｔ２）が第１保護膜３１の膜厚（ｔ１）の１倍以上で２倍未満の場合に、電極部５０の亀裂（ｃ）の数が２に増えたが、亀裂深さを１２１ｎｍに抑えることができた。一方、例えば図８Ｃに示すように、第２保護膜の膜厚（ｔ２）が第１保護膜３１の膜厚（ｔ１）より小さい場合に、電極部５０の亀裂（ｃ）の数が２であって、亀裂深さも３１６ｎｍになった。図８Ａ～図８Ｃの実験例の比較から明らかなように、第１保護膜３１の膜厚（ｔ１）が第２保護膜の膜厚（ｔ２）より薄いほど、電極被膜性が向上し、高品質の化合物半導体装置１が得られるとの結果が得られた。ここで、図８Ａ～図８Ｃは、図２のｒで示される領域に対応する。
【0055】
さらに、凹部４０の深さより、第１保護膜３１と第２保護膜３２を足した膜厚（ｔ１＋ｔ２）が薄いように構成されてよい。つまり、凹部４０において、第２保護膜３２も凹部４０内に埋め込まれて、第２保護膜３２の上面が凹部４０の上面より低くなっていてよい。また、図９に示すように、第１保護膜と第２保護膜の総膜厚（ｔ１＋ｔ２）が、絶縁性基板１０の削られた部分と削られていない部分との最大の深さ（ｄｓ）より薄くてよい。つまり、第２保護膜３２の上面が絶縁性基板１０と第１導電型半導体層２１の境界より低くなっているように構成されてよい。
【0056】
図３は、実施例３の化合物半導体装置１の断面模式図である。実施例３の化合物半導体装置１は、実施例１及び実施例２の化合物半導体装置１と比較して、第１ワイドバンドギャップ層２２を備えていない。
【0057】
図４は、比較例１の化合物半導体装置１の断面模式図である。実施例３の化合物半導体装置１と比較して、比較例１の化合物半導体装置１は凹部４０に第１保護膜３１を備えていない。
【0058】
図５は、比較例２の化合物半導体装置１の断面模式図である。実施例３の化合物半導体装置１と比較して、比較例２の化合物半導体装置１は凹部４０だけでなく、全体として第１保護膜３１を備えていない。
【0059】
以下、実施例１～３及び比較例１～２のそれぞれの詳細が説明される。
【0060】
［実施例１］
絶縁性基板１０としての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２２、活性層２３、第２ワイドバンドギャップ層２４、第２導電型半導体層２５、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０．５μｍのｎ型ＩｎＳｂ層及びＳｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｎ型Ａｌ０．０９８Ｉｎ０．９０２Ｓｂ層が形成された。また、第１ワイドバンドギャップ層２２として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｎ型Ａｌ０．３０Ｉｎ０．７０Ｓｂ層が形成された。また、活性層２３として、２．０μｍのノンドープのＡｌ０．０９８Ｉｎ０．９０２Ｓｂ層が形成された。また、第２ワイドバンドギャップ層２４として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｐ型Ａｌ０．３０Ｉｎ０．７０Ｓｂ層が形成された。また、第２導電型半導体層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｐ型Ａｌ０．０９８Ｉｎ０．９０２Ｓｂ層が形成された。
絶縁性基板１０としての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２２、活性層２３、第２ワイドバンドギャップ層２４、第２導電型半導体層２５、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０．５μｍのｎ型ＩｎＳｂ層及びＳｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｎ型Ａｌ０．０９８Ｉｎ０．９０２Ｓｂ層が形成された。また、第１ワイドバンドギャップ層２２として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｎ型Ａｌ０．３０Ｉｎ０．７０Ｓｂ層が形成された。また、活性層２３として、２．０μｍのノンドープのＡｌ０．０９８Ｉｎ０．９０２Ｓｂ層が形成された。また、第２ワイドバンドギャップ層２４として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｐ型Ａｌ０．３０Ｉｎ０．７０Ｓｂ層が形成された。また、第２導電型半導体層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｐ型Ａｌ０．０９８Ｉｎ０．９０２Ｓｂ層が形成された。
【0061】
次いで、上記の化合物半導体の積層構造の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２０が作製された。さらに複数のメサ型化合物半導体積層部２０のそれぞれ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２０）にＰＣＶＤを用いて第１保護膜３１として７０ｎｍの酸化シリコン層が形成された。この酸化シリコン層上にＰＣＶＤを用いて第２保護膜３２として２００ｎｍの窒化シリコン層が形成された。第１保護膜３１及び第２保護膜３２の膜密度は、それぞれ２．１８ｇ／ｃｍ３と２．６１ｇ／ｃｍ３であった。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５０が形成されて、６３個の直列接続された化合物半導体装置１が得られた。得られた化合物半導体装置１は、図２に示した断面模式図のような構造となる。凹部４０の深さが約８００ｎｍであったのに対し、第１保護膜３１の酸化シリコン層の膜厚は７０ｎｍであった。
【0062】
［実施例２］
絶縁性基板１０としての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２２、活性層２３、第２ワイドバンドギャップ層２４、第２導電型半導体層２５、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０．５μｍのｎ型ＩｎＳｂ層及びＳｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｎ型Ａｌ０．０６２Ｉｎ０．９３８Ｓｂ層が形成された。また、第１ワイドバンドギャップ層２２として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｎ型Ａｌ０．２２Ｉｎ０．７８Ｓｂ層が形成された。また、活性層２３として、２．０μｍのノンドープのＡｌ０．０６２Ｉｎ０．９３８Ｓｂ層が形成された。また、第２ワイドバンドギャップ層２４として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｐ型Ａｌ０．２２Ｉｎ０．７８Ｓｂ層が形成された。また、第２導電型半導体層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｐ型Ａｌ０．０６２Ｉｎ０．９３８Ｓｂ層が形成された。これらの層以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体装置１が得られた。
絶縁性基板１０としての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２２、活性層２３、第２ワイドバンドギャップ層２４、第２導電型半導体層２５、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０．５μｍのｎ型ＩｎＳｂ層及びＳｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｎ型Ａｌ０．０６２Ｉｎ０．９３８Ｓｂ層が形成された。また、第１ワイドバンドギャップ層２２として、Ｓｎを７×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｎ型Ａｌ０．２２Ｉｎ０．７８Ｓｂ層が形成された。また、活性層２３として、２．０μｍのノンドープのＡｌ０．０６２Ｉｎ０．９３８Ｓｂ層が形成された。また、第２ワイドバンドギャップ層２４として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｐ型Ａｌ０．２２Ｉｎ０．７８Ｓｂ層が形成された。また、第２導電型半導体層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｐ型Ａｌ０．０６２Ｉｎ０．９３８Ｓｂ層が形成された。これらの層以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体装置１が得られた。
【0063】
［実施例３］
活性層２３として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングした２．０μｍのＩｎＳｂ層が形成され、第１ワイドバンドギャップ層２２を形成せず、第１保護膜３１の酸化シリコン層の膜厚が１７０ｎｍであるように形成された。これらの違い以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体装置１が得られた。
活性層２３として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングした２．０μｍのＩｎＳｂ層が形成され、第１ワイドバンドギャップ層２２を形成せず、第１保護膜３１の酸化シリコン層の膜厚が１７０ｎｍであるように形成された。これらの違い以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体装置１が得られた。
【0064】
［比較例１］
絶縁性基板１０としてのＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層２１、活性層２３、第２ワイドバンドギャップ層２４、第２導電型半導体層２５、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１μｍのｎ型ＩｎＳｂ層が形成された。また、活性層２３として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングした２．０μｍのＩｎＳｂ層が形成された。また、第２ワイドバンドギャップ層２４として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層が形成された。また、第２導電型半導体層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｐ型ＩｎＳｂ層が形成された。
絶縁性基板１０としてのＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ装置を用いて、第１導電型半導体層２１、活性層２３、第２ワイドバンドギャップ層２４、第２導電型半導体層２５、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１μｍのｎ型ＩｎＳｂ層が形成された。また、活性層２３として、Ｚｎを３×１０１７［ｃｍ－３］ドーピングした２．０μｍのＩｎＳｂ層が形成された。また、第２ワイドバンドギャップ層２４として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．０２μｍのｐ型Ａｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂ層が形成された。また、第２導電型半導体層２５として、Ｚｎを３×１０１８［ｃｍ－３］ドーピングした０．５μｍのｐ型ＩｎＳｂ層が形成された。
【0065】
次いで、上記の化合物半導体の積層構造の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２０が作製された。さらに複数のメサ型化合物半導体積層部２０のそれぞれが電気的に独立になるように、酸化シリコンのハードマスクが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。素子分離のためのエッチングによって、２００ｎｍ程度までエッチングされた酸化シリコンのハードマスクは、そのまま第１保護膜３１となる。その後、全面（ＧａＡｓ基板及びメサ型化合物半導体積層部２０上に形成されている酸化シリコン層）にＰＣＶＤを用いて、第２保護膜３２として窒化シリコン層が２００ｎｍの厚さで形成された。第１保護膜３１及び第２保護膜３２の膜密度は、それぞれ２．２５ｇ／ｃｍ３と２．３５ｇ／ｃｍ３であった。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５０が形成されて、６３個の直列接続された化合物半導体装置１が得られた。得られた化合物半導体装置１は、図４に示した断面模式図のような構造となり、凹部４０に第１保護膜３１を備えていない。
【0066】
［比較例２］
第１保護膜３１を形成せず、窒化シリコンの第２保護膜３２がメサ型化合物半導体積層部２０の側面と直接接するようにした以外は、比較例１と同様の方法で化合物半導体装置１が得られた。
第１保護膜３１を形成せず、窒化シリコンの第２保護膜３２がメサ型化合物半導体積層部２０の側面と直接接するようにした以外は、比較例１と同様の方法で化合物半導体装置１が得られた。
【0067】
＜評価＞
実施例１～３及び比較例１～２で得られた化合物半導体装置１の無バイアス近傍領域における電気抵抗が測定された。化合物半導体装置１の無バイアス近傍領域における電気抵抗は、上記の式（１）における化合物半導体装置１の素子抵抗Ｒ０に対応するため、以下において「Ｒ０」と表記される。
実施例１～３及び比較例１～２で得られた化合物半導体装置１の無バイアス近傍領域における電気抵抗が測定された。化合物半導体装置１の無バイアス近傍領域における電気抵抗は、上記の式（１）における化合物半導体装置１の素子抵抗Ｒ０に対応するため、以下において「Ｒ０」と表記される。
【0068】
図６は、実施例１～３及び比較例１～２の測定結果に基づいて、得られた化合物半導体装置１の無バイアス近傍領域における電気抵抗（Ｒ０）を示す。
【0069】
図６に示すように、実施例１～３の化合物半導体装置１の無バイアス近傍領域における電気抵抗は、比較例１～２に比べて大きい。すなわち、上記の実施形態で説明した化合物半導体装置１の構造を有することによって、ＳＮＲ特性を高めることができることが示された。
【0070】
ここで、本開示における化合物半導体装置１は、主に受光素子であるとして説明されたが、同一の構造で発光素子を作製することができる。同一の構造を有する発光素子としての化合物半導体装置１は、受光素子の場合と同じようにメサ型化合物半導体積層部２０の間のリーク電流抑制効果を奏する。発光素子としての化合物半導体装置１においては、リーク電流抑制によって、活性層２３への電荷注入効率が改善される。すなわち発光効率の高い化合物半導体装置１を実現することができる。
【符号の説明】
【0071】
１ 化合物半導体装置
１０ 絶縁性基板
１０ｂ 表面
２０ メサ型化合物半導体積層部
２１ 第１導電型半導体層
２１ａ 側面
２２ 第１ワイドバンドギャップ層
２３ 活性層
２４ 第２ワイドバンドギャップ層
２５ 第２導電型半導体層
３１ 第１保護膜
３２ 第２保護膜
４０ 凹部
４０ａ 凹部側面
４０ｂ 凹部底面
５０ 電極部
１０ 絶縁性基板
１０ｂ 表面
２０ メサ型化合物半導体積層部
２１ 第１導電型半導体層
２１ａ 側面
２２ 第１ワイドバンドギャップ層
２３ 活性層
２４ 第２ワイドバンドギャップ層
２５ 第２導電型半導体層
３１ 第１保護膜
３２ 第２保護膜
４０ 凹部
４０ａ 凹部側面
４０ｂ 凹部底面
５０ 電極部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】