特許 7327101 赤外線検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-07

(45)【発行日】2023-08-16

(54)【発明の名称】赤外線検出器

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/10 20060101AFI20230808BHJP

【ＦＩ】

H01L31/10 D

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019207921

(22)【出願日】2019-11-18

(65)【公開番号】P2021082680

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】尾▲崎▼ 一男

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３２３７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８８３１８７９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０６３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３５５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１２５４７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１９２６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０４６９７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０２－３１／０３９２，３１／０８－３１／１１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の導電型の半導体により形成された第１の電極層と、
前記第１の電極層の上に形成された第１の波長の赤外線を吸収する第１の吸収層と、
前記第１の吸収層の上に形成された第２の導電型の半導体により形成された第２の電極層と、
前記第２の電極層の上に形成された第２の波長の赤外線を吸収する第２の吸収層と、
前記第２の吸収層の上に形成された第１の導電型の半導体により形成された第３の電極層と、
前記第１の吸収層、前記第２の電極層、前記第２の吸収層、前記第３の電極層を分離する画素分離溝と、
前記画素分離溝の側面に形成された絶縁膜と、
を有し、
前記赤外線は、前記第１の電極層の側より入射するものであって、
前記第１の電極層は、前記赤外線が入射する入射面を有し、
前記入射面に対する前記画素分離溝の側面のテーパー角が、前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面よりも、前記第３の電極層の側面において小さいことを特徴とする赤外線検出器。

【請求項2】

前記入射面に対する前記画素分離溝の側面のテーパー角が、前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面よりも、前記第２の電極層の側面において小さいことを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出器。

【請求項3】

前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面におけるテーパー角は、８０°以上、９０°以下であり、
前記第３の電極層の側面におけるテーパー角は、７０°以上、８０°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線検出器。

【請求項4】

前記第２の電極層の側面におけるテーパー角は、７０°以上、８０°以下であることを特徴とする請求項３に記載の赤外線検出器。

【請求項5】

前記第１の波長は、前記第２の波長よりも短い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。

【請求項6】

前記第１の吸収層及び前記第２の吸収層は、半導体材料により形成された超格子吸収層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。

【請求項7】

前記第１の吸収層及び前記第２の吸収層は、ＩｎＡｓとＧａＡｓとによる超格子により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の赤外線検出器。

【請求項8】

前記第２の吸収層の側面に形成される前記絶縁膜の厚さは、前記第１の吸収層の側面に形成される前記絶縁膜の厚さよりも、厚いことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の赤外線検出器。

【請求項9】

前記第１の吸収層と前記第２の電極層との界面近傍、前記第２の電極層と前記第２の吸収層との界面近傍、前記第２の吸収層と前記第３の電極層との界面近傍のいずれかには、前記第１の電極層、前記第１の吸収層、前記第２の電極層、前記第２の吸収層、前記第３の電極層に含まれる元素とは異なる原子を含む半導体のモニタ層が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の赤外線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、赤外線検出器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、赤外線検出器として、ＧａＳｂを用いた超格子構造であるＴ２ＳＬ（Type II Super-Lattice：タイプＩＩ超格子）構造を有する赤外線検出器の開発が進められている。Ｔ２ＳＬ構造を有する赤外線検出器は、ＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）を用いた赤外線フォトダイオードに迫る感度が期待できる上、ＭＣＴを用いた場合よりも、大きなウェハが得られることや、ＭＣＴよりも進んだＧａＡｓ系のプロセス技術が適用可能である。これにより、ＭＣＴを用いた赤外線フォトダイオードよりも大規模化（多画素化）が可能であり、更には、異なる２つの波長帯に感度を有する２波長検出の赤外線検出器の製作が可能になるため、将来的にはＭＣＴに代わる材料として注目されている。

【0003】

このような赤外線検出器においては、画素分離溝により分離された複数の画素を形成した赤外線検出アレイがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１７０６４５号公報

【文献】特開２００７－３１８１１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

Ｔ２ＳＬ構造を有する２波長検出の赤外線検出器では、２つの光吸収層が積層されているため、１波長検出の赤外線検出器と比べて、厚さが厚くなることから、形成される画素分離溝の深さは深くなり、非常にアスペクト比の高い形状となる。

【0006】

しかしながら、アスペクト比が高いと、画素分離溝の側面に、十分な膜厚の絶縁膜を形成することができず、パッシベーションとしての機能が十分ではなく、表面リーク電流の発生の原因となる。

【0007】

このため、Ｔ２ＳＬ構造を有する２波長検出の赤外線検出器において、画素分離溝の側面における表面リーク電流が抑制された赤外線検出器が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実施の形態の一観点によれば、赤外線検出器は、第１の導電型の半導体により形成された第１の電極層と、前記第１の電極層の上に形成された第１の波長の赤外線を吸収する第１の吸収層と、前記第１の吸収層の上に形成された第２の導電型の半導体により形成された第２の電極層と、前記第２の電極層の上に形成された第２の波長の赤外線を吸収する第２の吸収層と、前記第２の吸収層の上に形成された第１の導電型の半導体により形成された第３の電極層と、前記第１の吸収層、前記第２の電極層、前記第２の吸収層、前記第３の電極層を分離する画素分離溝と、前記画素分離溝の側面に形成された絶縁膜と、を有し、前記赤外線は、前記第１の電極層の側より入射するものであって、前記第１の電極層は、前記赤外線が入射する入射面を有し、前記入射面に対する前記画素分離溝の側面のテーパー角が、前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面よりも、前記第３の電極層の側面において小さいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

開示の赤外線検出器によれば、Ｔ２ＳＬ構造を有する２波長検出の赤外線検出器において、画素分離溝の側面における表面リーク電流を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】２波長検出の赤外線検出器の構造図（１）

【図2】２波長検出の赤外線検出器の構造図（２）

【図3】第１の実施の形態における赤外線検出器の構造図

【図4】第１の実施の形態における赤外線検出器の画素分離溝の形成方法の説明図（１）

【図5】第１の実施の形態における赤外線検出器の画素分離溝の形成方法の説明図（２）

【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（１）

【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（２）

【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（３）

【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（４）

【図10】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）

【図11】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）

【図12】第１の実施の形態における赤外線検出器の変形例の構造図

【図13】第２の実施の形態における半導体装置の構造図

【図14】第３の実施の形態における半導体装置の構造図

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。また、説明の便宜上、図面における縦横の縮尺等は実際と異なる場合がある。

【0012】

〔第１の実施の形態〕
最初に、Ｔ２ＳＬ構造を有する２波長検出の赤外線検出器について、図１に基づき説明する。この赤外線検出器は、ｎ－コンタクト層１１、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２を有している。ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）により形成されている。

【0013】

この赤外線検出器では、破線矢印に示されるように、赤外線がｎ－コンタクト層１１の表面となる入射面１１ａより入射する。このように、ｎ－コンタクト層１１の入射面１１ａより入射した赤外線のうち、第１の超格子吸収層２０において、波長が３μｍ～５μｍのＭＷ（Middle Wave）帯の赤外線が吸収され、検出される。また、第２の超格子吸収層４０において、波長が８μｍ～１０μｍのＬＷ（Long wave）帯の赤外線が吸収され、検出される。本願においては、波長が３μｍ～５μｍのＭＷ帯の赤外線を第１の波長の赤外線と記載し、波長が８μｍ～１０μｍのＬＷ帯の赤外線を第２の波長の赤外線と記載する場合がある。

【0014】

ｎ－コンタクト層１１は、膜厚が１００ｎｍのＩｎＡｓＳｂにより形成されており、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされている。

【0015】

ｎ－超格子層１２は、厚さが４．０ｎｍのｎ－ＩｎＡｓ層と、厚さが４．０ｎｍのＧａＳｂ層とを交互に５０層積層することにより形成された超格子層であり、膜厚は４００ｎｍである。ｎ－ＩｎＡｓ層には、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされている。

【0016】

第１の超格子吸収層２０は、厚さが４．０ｎｍのＩｎＡｓ層と、厚さが４．０ｎｍのＧａＳｂ層とを交互に４００層積層することにより形成された超格子層であり、膜厚は３２００ｎｍである。

【0017】

ｐ－超格子層３１は、厚さが４．０ｎｍのＩｎＡｓ層と、厚さが４．０ｎｍのｐ－ＧａＳｂ層とを交互に５０層積層することにより形成された超格子層であり、膜厚は４００ｎｍである。ｐ－ＧａＳｂ層には、ｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされている。

【0018】

ｐ－コンタクト層３２は、膜厚が１００ｎｍのＩｎＡｓＳｂにより形成されており、ｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされている。

【0019】

ｐ－超格子層３３は、厚さが５．１ｎｍのＩｎＡｓ層と、厚さが４．０ｎｍのｐ－ＧａＳｂ層とを交互に５０層積層することにより形成された超格子層であり、膜厚は４５５ｎｍである。ｐ－ＧａＳｂ層には、ｐ型となる不純物元素としてＢｅがドープされている。

【0020】

第２の超格子吸収層４０は、厚さが５．１ｎｍのＩｎＡｓ層と、厚さが４．０ｎｍのＧａＳｂ層とを交互に４００層積層することにより形成された超格子層であり、膜厚は３６４０ｎｍである。

【0021】

ｎ－超格子層５１は、厚さが５．１ｎｍのｎ－ＩｎＡｓ層と、厚さが４．０ｎｍのＧａＳｂ層とを交互に５０層積層することにより形成された超格子層であり、膜厚が４５５ｎｍである。ｎ－ＩｎＡｓ層には、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされている。

【0022】

ｎ－コンタクト層５２は、膜厚が５０ｎｍのＩｎＡｓにより形成されており、ｎ型となる不純物元素としてＳｉがドープされている。

【0023】

このように形成されたｎ－コンタクト層１１～ｎ－コンタクト層５２の半導体層の厚さは、約８．８μｍである。また、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２を除去することにより、画素分離溝７０が形成されている。

【0024】

画素分離溝７０は、塩素系ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチングにより形成されており、赤外線が入射するｎ－コンタクト層１１の入射面１１ａに対し略垂直となる側面７０ａを有している。このように形成される画素分離溝７０は、深さＤが約８．７μｍ、開口部の幅Ｗ１は約２μｍであり、アスペクト比が高い。

【0025】

図１に示される赤外線検出器では、画素分離溝７０の側面７０ａ及び底面７０ｂ、ｎ－コンタクト層５２の上に、パッシベーション膜として絶縁膜６０が形成されている。絶縁膜６０は、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）により成膜された酸化シリコンまたは窒化シリコンにより形成されている。

【0026】

絶縁膜６０をプラズマＣＶＤにより形成した場合、ｎ－コンタクト層５２の上の絶縁膜６０の膜厚が、３００ｎｍ～５００ｎｍとなるように成膜しても、画素分離溝７０の側面７０ａでは、絶縁膜６０の膜厚は、１００ｎｍ以下しか成膜されない。これは、画素分離溝７０のアスペクト比が高いため、画素分離溝７０の奥まで、絶縁膜６０を成膜する成膜粒子が入りにくいからである。このように、画素分離溝７０の側面７０ａの絶縁膜６０の膜厚が薄いと、パッシベーション膜としての機能を十分に果たすことができず、画素分離溝７０の側面７０ａにおいて、表面リーク電流が大きくなるため、好ましくない。

【0027】

尚、プラズマＣＶＤにより絶縁膜６０を成膜した場合、画素分離溝７０の開口の入口部分では、絶縁膜６０は画素分離溝７０の入口が狭くなるように成長するため、特に、成膜粒子が入りにくくなり、画素分離溝７０の側面７０ａの絶縁膜６０の膜厚は薄くなる。よって、絶縁膜６０を長時間成膜しても、画素分離溝７０の側面７０ａの絶縁膜６０の膜厚を十分に厚くすることは困難である。

【0028】

このため、図２に示されるように、Ｔ２ＳＬ構造を有する２波長検出の赤外線検出器において、図１に示される赤外線検出器よりも、テーパー角θの小さい側面７１ａを有する画素分離溝７１を形成する。尚、本願においては、テーパー角θとは、赤外線が入射するｎ－コンタクト層１１の表面、即ち、入射面１１ａに対する角度を意味する。ｎ－コンタクト層１１及びｎ－超格子層１２等は、ＭＢＥにより形成されるため、ｎ－コンタクト層１１の表面と、ｎ－コンタクト層１１とｎ－超格子層１２との界面は略平行である。よって、ｎ－コンタクト層１１とｎ－超格子層１２との界面に対する画素分離溝７１の側面７１ａの角度はテーパー角θとして考えることができる。

【0029】

図１に示される赤外線検出器における画素分離溝７０のテーパー角が略垂直であるのに対し、図２に示される赤外線検出器における画素分離溝７１のテーパー角θは約７０°であり、テーパー角θが小さい。図２に示されるように、テーパー角θの小さい画素分離溝７１を形成することにより、画素分離溝７１の入口部分が広くなるため、図１に示す場合よりも、画素分離溝７１の内部に成膜粒子が入りやすくなる。これにより、画素分離溝７１の側面７１ａにおける絶縁膜６０の膜厚を、図１に示される赤外線検出器よりも、厚くすることができる。

【0030】

しかしながら、図２に示される赤外線検出器の場合、画素分離溝７１の開口部の幅Ｗ２は６μｍ～７μｍとなり、この分、第１の超格子吸収層２０及び第２の超格子吸収層４０における赤外線の受光面積が狭くなり、感度が低下する。例えば、各々の画素における画素ピッチを２０μｍ以下となることを想定した場合、画素分離溝７１の開口部の幅Ｗ２が６μｍ～７μｍになると、所望の特性を得ることができなくなる。

【0031】

このため、画素分離溝の開口部の幅をあまり広げることなく、画素分離溝の側面における表面リーク電流が抑制された構造の赤外線検出器が求められている。

【0032】

（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、図３に基づき説明する。本実施の形態における赤外線検出器は、ｎ－コンタクト層１１、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２を有している。

【0033】

本実施の形態における赤外線検出器は、ｎ－コンタクト層１１の入射面１１ａから入射した赤外線のうち、第１の超格子吸収層２０において、波長が３μｍ～５μｍのＭＷ帯の赤外線が吸収されて、検出される。また、第２の超格子吸収層４０において、波長が８μｍ～１０μｍのＬＷ帯の赤外線が吸収され、検出される。

【0034】

また、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２を除去することにより、画素分離溝１７０が形成されている。

【0035】

画素分離溝１７０の側面は、各々の層に対応した側面１７０ａ～側面１７０ｈにより形成されている。即ち、画素分離溝１７０の側面は、ｎ－超格子層１２の側面１７０ａ、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂ、ｐ－超格子層３１の側面１７０ｃ、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄ、ｐ－超格子層３３の側面１７０ｅ、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆ、ｎ－超格子層５１の側面１７０ｇ、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈにより形成されている。

【0036】

また、画素分離溝１７０の側面１７０ａ～１７０ｈ及び底面、ｎ－コンタクト層５２の上には、パッシベーション膜として絶縁膜１６０が形成されている。絶縁膜１６０は、プラズマＣＶＤにより成膜された酸化シリコンまたは窒化シリコンにより形成されている。

【0037】

本実施の形態においては、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈのテーパー角θｈは、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂ及び第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆのテーパー角θｆよりも小さい角度で形成されている。

【0038】

このように、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈのテーパー角θｈを小さくすることにより、側面１７０ｈは傾斜を有し、画素分離溝１７０は、入口部分に向かって徐々に広がるように形成される。画素分離溝１７０の入口部分が広がることにより、画素分離溝１７０に入り込む成膜粒子が増えるため、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂ及び第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆに成膜される絶縁膜１６０ｂ及び１６０ｆを厚くすることができる。

【0039】

同様に、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄは、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂよりも小さい角度で形成されている。

【0040】

このように、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄを小さくすることにより、側面１７０ｄは傾斜を有し、画素分離溝１７０は、入口部分に向かって徐々に広がるように形成される。これにより、ｐ－コンタクト層３２よりも奥の画素分離溝１７０に入り込む成膜粒子が増えるため、ｐ－コンタクト層３２よりも奥の第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂに成膜される絶縁膜１６０ｂを厚くすることができる。

【0041】

即ち、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆのテーパー角θｆは垂直に近い角度であるが、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈのテーパー角θｈを小さくすることにより、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆの近傍に到達する成膜粒子が増える。これにより、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆの絶縁膜１６０ｆの厚さを厚くすることができる。

【0042】

また、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂは垂直に近い角度であるが、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄ等を小さくすることにより第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂの近傍に到達する成膜粒子が増える。これにより、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂの絶縁膜１６０ｂの厚さを厚くすることができる。尚、画素分離溝１７０において、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂは、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆよりも奥に存在しており、画素分離溝１７０の奥に入り込む成膜粒子は徐々に減少する。このため、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆに成膜される絶縁膜１６０ｆは、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂに成膜される絶縁膜１６０ｂよりも厚くなる。

【0043】

本実施の形態においては、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄ、及び、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈのテーパー角θｈは、７０°以上、８０°以下が好ましく、更には、７０°以上、７５°以下が好ましい。

【0044】

また、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂ、及び、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆのテーパー角θｆは、８０°以上、９０°以下が好ましく、更には、８５°以上、９０°以下が好ましい。

【0045】

更に、ｎ－超格子層１２の側面１７０ａのテーパー角θａは、７０°以上、８０°以下が好ましく、更には、７０°以上、７５°以下が好ましい。これは、画素分離溝１７０の底面近傍は、画素分離溝１７０の入口から最も離れており、成膜粒子が進入しにくい。このため、ｎ－超格子層１２の側面１７０ａのテーパー角θａを小さくして傾斜を設けることにより、成膜される絶縁膜１６０ａの厚さが厚くなるようにしている。

【0046】

尚、図３に示される赤外線検出器では、ｎ－超格子層５１の側面１７０ｇのテーパー角θｇは、７０°以上、８０°以下、より好ましくは、７０°以上、７５°以下となるように形成されている。また、ｐ－超格子層３１の側面１７０ｃテーパー角θｃ、及び、ｐ－超格子層３３の側面１７０ｅのテーパー角θｅは、８０°以上、９０°以下、より好ましくは、８５°以上、９０°以下となるように形成されている。

【0047】

本実施の形態における赤外線検出器においては、画素分離溝１７０の側面の全体が傾斜しているのではなく、一部が傾斜しているだけであるため、入口部分の幅Ｗ３は、２μｍ～３μｍとなり、あまり広くはならない。即ち、膜厚の厚い第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆのテーパー角θｆ及び第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂは、垂直に近いため、画素分離溝１７０の幅があまり広くはならない。よって、第１の超格子吸収層２０及び第２の超格子吸収層４０の面積もあまり狭くはならず、感度の低下も微小であり、特性には殆ど影響がない。

【0048】

本実施の形態における赤外線検出器において、絶縁膜１６０は、ｎ－コンタクト層５２の上の膜厚が３００ｎｍ～５００ｎｍとなるようにプラズマＣＶＤにより成膜されている。このように成膜された絶縁膜１６０は、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆにおける絶縁膜１６０ｆの厚さは、１５０ｎｍ～２００ｎｍとなり、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂにおける絶縁膜１６０ｂの厚さは、１００ｎｍ～１５０ｎｍとなる。よって、図１に示される赤外線検出器よりも厚くなる。このように、絶縁膜１６０ｂ、１６０ｆの厚さを厚くすることにより、パッシベーション膜としての機能を十分に果たすことができ、画素分離溝１７０の側面における表面リーク電流を低減させることができる。

【0049】

（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説明する。最初に、半導体層にＲＩＥ等のドライエッチングにより形成される溝について説明する。半導体層にドライエッチングにより溝を形成する際、図４及び図５に示されるように、半導体層１１０の表面にマスク１２０を形成して、ＲＩＥ等のドライエッチングを行う。ドライエッチングの際の基板温度が７０℃等の比較的低い温度の場合には、図４に示されるように、半導体層１１０に形成される溝１１１の側面１１１ａのテーパー角θは小さくなり、例えば、約７０°になる。また、ドライエッチングの際の基板温度が２００℃等の比較的高い温度の場合には、図５に示されるように、半導体層１１０に形成される溝１１１の側面１１１ａのテーパー角θは広くなり、例えば、垂直となる９０°に近くなる。従って、ＲＩＥ等のドライエッチングにおける基板温度を変えることにより、溝１１１の側面１１１ａのテーパー角を変化させることができる。尚、マスク１２０は、ドライエッチングの際に温度を上げるため、酸化シリコン等により形成されている。

【0050】

本実施の形態における赤外線検出器の製造方法は、上記の技術に基づくものである。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６から図１１に基づき説明する。

【0051】

最初に、図６に示されるように、ＧａＳｂ基板１０の上に、ＭＢＥによるエピタキシャル成長により半導体層を形成する。具体的には、ＧａＳｂ基板１０の上に、ｎ－コンタクト層１１、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２を順に形成する。

【0052】

次に、図７に示されるように、半導体層に共通コンタクト溝１８０を形成する。共通コンタクト溝１８０は、外周部に沿って形成され、共通コンタクト溝１８０の内側に、各々の画素が形成される。具体的には、ｎ－コンタクト層５２の上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行うことにより、共通コンタクト溝１８０が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの開口部におけるｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２を除去する。これにより、共通コンタクト溝１８０を形成する。共通コンタクト溝１８０は、ウェットエッチングにより形成してもよい。

【0053】

次に、図８に示されるように、共通コンタクト溝１８０の側面及び底面、共通コンタクト溝１８０の外側の近傍のｎ－コンタクト層５２の上に、引出電極１８１を形成し、ｎ－コンタクト層５２の上に表面電極１８２を形成する。具体的には、ｎ－コンタクト層５２等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、引出電極１８１及び表面電極１８２が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、スパッタリングにより、Ｔｉ／Ｐｔ（Ｐｔが表面側）の金属積層膜を成膜し、有機溶剤に浸漬させることにより、不図示のレジストパターンとともに、レジストパターンの上の金属積層膜をリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により、引出電極１８１及び表面電極１８２を形成する。

【0054】

次に、図９に示されるように、半導体層に画素分離溝１７０を形成する。具体的には、引出電極１８１、表面電極１８２及びｎ－コンタクト層５２の上に、不図示の酸化シリコン膜を成膜し、酸化シリコン膜の上にフォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行う。これにより、画素分離溝１７０が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの開口部における酸化シリコン膜を除去することにより、残存する酸化シリコン膜により不図示のハードマスクを形成する。この後、レジストパターンを有機溶剤等により除去し、ハードマスクの開口部における半導体層をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、画素分離溝１７０を形成する。

【0055】

具体的には、最初に、基板温度を約７０℃にして、ｎ－コンタクト層５２及びｎ－超格子層５１をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈ、及び、ｎ－超格子層５１の側面１７０ｇを形成する。これにより、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈのテーパー角θｈ、及び、ｎ－超格子層５１の側面１７０ｇのテーパー角θｇは、小さい角度、例えば、７０°となるように形成される。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングを一旦停止する。

【0056】

次に、基板温度を約２００℃にして、第２の超格子吸収層４０及びｐ－超格子層３３をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆ、及び、ｐ－超格子層３３の側面１７０ｅを形成する。これにより、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆのテーパー角θｆ、及び、ｐ－超格子層３３の側面１７０ｅのテーパー角θｅは、垂直に近い角度、例えば、８５°となるように形成される。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングを一旦停止する。

【0057】

次に、基板温度を約７０℃にして、ｐ－コンタクト層３２をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄを形成する。これにより、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄは、小さい角度、例えば、７０°となるように形成される。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングを一旦停止する。

【0058】

次に、基板温度を約２００℃にして、ｐ－超格子層３１及び第１の超格子吸収層２０をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、ｐ－超格子層３１の側面１７０ｃ、及び、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂを形成する。これにより、ｐ－超格子層３１の側面１７０ｃのテーパー角θｃ、及び、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂは、垂直に近い角度、例えば、８５°となるように形成される。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングを一旦停止する。

【0059】

次に、基板温度を約７０℃にして、ｎ－コンタクト層１１をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、ｎ－コンタクト層１１の側面１７０ａを形成する。これにより、ｎ－コンタクト層１１の側面１７０ａのテーパー角θａは、小さい角度、例えば、７０°となるように形成される。

【0060】

以上の工程により、画素分離溝１７０を形成する。この後、酸化シリコンにより形成されたハードマスクは、必要に応じてエッチング等により除去する。

【0061】

次に、図１０に示されるように、画素分離溝１７０の側面及び底面、引出電極１８１及び表面電極１８２等の上に、パッシベーション膜となる絶縁膜１６０を形成する。絶縁膜１６０は、酸化シリコンをプラズマＣＶＤで成膜することにより形成し、ｎ－コンタクト層５２の上の膜厚が、３００ｎｍ～５００ｎｍとなるように形成する。この後、絶縁膜１６０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、コンタクトホール１６１ａ、及び、１６１ｂが形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングにより、レジストパターンの開口部における絶縁膜１６０を除去し、引出電極１８１及び表面電極１８２の表面を露出させることにより、コンタクトホール１６１ａ、及び、１６１ｂを形成する。この後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。

【0062】

次に、図１１に示されるように、コンタクトホール１６１ａにおいて露出している引出電極１８１の上、コンタクトホール１６１ｂにおいて露出している表面電極１８２の上に、外部回路チップと接続するための接続用電極となるバンプ１８３を形成する。具体的には、絶縁膜１６０、引出電極１８１及び表面電極１８２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像を行うことにより、バンプ１８３が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＩｎ膜を成膜し、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上のＩｎ膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより残存するＩｎ膜によりバンプ１８３を形成する。尚、ＧａＳｂ基板１０は、この後、研磨等により除去される。

【0063】

以上により、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。

【0064】

（変形例）
また、本実施の形態は、図１２に示されるように、ｐ－超格子層３１の側面１７０ｃのテーパー角θｃ、及び、ｐ－超格子層３３の側面１７０ｅのテーパー角θｅが、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄと同じ角度となるように形成してもよい。即ち、ｐ－超格子層３１の側面１７０ｃのテーパー角θｃ、及び、ｐ－超格子層３３の側面１７０ｅのテーパー角θｅは、７０°以上、８０°以下、より好ましくは、７０°以上、７５°以下となるように形成してもよい。

【0065】

尚、本願においては、ｎ－コンタクト層１１を第１のコンタクト層と記載し、ｐ－コンタクト層３２を第２のコンタクト層と記載し、ｎ－コンタクト層５２を第３のコンタクト層と記載する場合がある。第１のコンタクト層は、ｎ－コンタクト層１１及びｎ－超格子層１２により形成される場合がある。第２のコンタクト層は、ｐ－コンタクト層３２と、ｐ－超格子層３１若しくはｐ－超格子層３３のうちのいずれか、または、ｐ－コンタクト層３２と、ｐ－超格子層３１及びｐ－超格子層３３により形成されている場合がある。第３のコンタクト層は、ｎ－超格子層５１及びｎ－コンタクト層５２により形成されている場合がある。

【0066】

〔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。本実施の形態は、図１３に示されるように、画素分離溝１７０の側面におけるテーパー角が変化する部分の界面の近傍に、ＡｌＳｂ層２１１～２１４が設けられている構造のものである。

【0067】

具体的には、本実施の形態における赤外線検出器は、ｎ－超格子層１２と第１の超格子吸収層２０との界面より、第１の超格子吸収層２０の側に数ｎｍの部分に、膜厚が数ｎｍのＡｌＳｂ層２１１が設けられている。また、ｐ－超格子層３１とｐ－コンタクト層３２との界面より、ｐ－コンタクト層３２の側に数ｎｍの部分に、膜厚が数ｎｍのＡｌＳｂ層２１２が設けられている。また、ｐ－コンタクト層３２とｐ－超格子層３３との界面より、ｐ－超格子層３３の側に数ｎｍの部分に、膜厚が数ｎｍのＡｌＳｂ層２１３が設けられている。また、第２の超格子吸収層４０とｎ－超格子層５１との界面より、ｎ－超格子層５１の側に数ｎｍの部分に、膜厚が数ｎｍのＡｌＳｂ層２１４が設けられている。

【0068】

ＲＩＥ等のドライエッチングにより画素分離溝１７０を形成する際には、プラズマ発光モニタを用いてエッチング状況を観察しながら、ドライエッチングを行うことができる。ｎ－コンタクト層１１、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２にはＡｌは含まれていない。これに対し、ＡｌＳｂ層２１１、２１２、２１３、２１４には、Ａｌが含まれている。よって、Ａｌのプラズマ発光を検出した場合には、一旦、ドライエッチングを中止し、基板温度を変え、所定の基板温度に到達したら、再びドライエッチングを再開する。

【0069】

本願においては、ＡｌＳｂ層２１１、２１２、２１３、２１４をモニタ層と記載する場合がある。モニタ層は、ｎ－コンタクト層１１、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－超格子層３１、ｐ－コンタクト層３２、ｐ－超格子層３３、第２の超格子吸収層４０、ｎ－超格子層５１、ｎ－コンタクト層５２に含まれる元素とは異なる元素を含んでいる。

【0070】

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。

【0071】

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について、図１４に基づき説明する。本実施の形態における赤外線検出器は、ｎ－コンタクト層１１、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－コンタクト層３２、第２の超格子吸収層４０、ｎ－コンタクト層５２を有している。また、ｎ－超格子層１２、第１の超格子吸収層２０、ｐ－コンタクト層３２、第２の超格子吸収層４０、ｎ－コンタクト層５２を除去することにより、画素分離溝１７０が形成されている。本実施の形態においては、ｎ－コンタクト層１１とｎ－超格子層１２とにより第１のコンタクト層が形成されているものとする。

【0072】

即ち、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いて、ｐ－超格子層３１、ｐ－超格子層３３、ｎ－超格子層５１を除いた構造のものである。このような構造であっても、２波長の赤外線を検出することが可能である。

【0073】

画素分離溝１７０の側面は、ｎ－超格子層１２の側面１７０ａ、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂ、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄ、第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆ、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈにより形成されている。

【0074】

また、画素分離溝１７０の側面及び底面、ｎ－コンタクト層５２の上には、パッシベーション膜として絶縁膜１６０が形成されている。絶縁膜１６０は、プラズマＣＶＤにより成膜された酸化シリコンまたは窒化シリコンにより形成することができる。

【0075】

本実施の形態においては、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈのテーパー角θｈは、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂ及び第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆのテーパー角θｆよりも小さい角度で形成されている。

【0076】

このように、ｎ－コンタクト層５２の側面１７０ｈのテーパー角θｈを小さくすることにより、側面１７０ｈは傾斜を有し、画素分離溝１７０は、入口部分に向かって徐々に広がるように形成される。画素分離溝１７０の入口部分を広くすることにより、画素分離溝１７０に入り込む成膜粒子が増えるため、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂ及び第２の超格子吸収層４０の側面１７０ｆに成膜される絶縁膜１６０ｂ及び１６０ｆを厚くすることができる。

【0077】

同様に、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄは、第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂのテーパー角θｂよりも小さい角度で形成されている。

【0078】

このように、ｐ－コンタクト層３２の側面１７０ｄのテーパー角θｄを小さくすることにより、側面１７０ｄは傾斜を有し、画素分離溝１７０は、入口部分に向かって徐々に広がるように形成される。これにより、ｐ－コンタクト層３２よりも奥の画素分離溝１７０に入り込む成膜粒子が増えるため、ｐ－コンタクト層３２よりも奥の第１の超格子吸収層２０の側面１７０ｂに成膜される絶縁膜１６０ｂを厚くすることができる。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１の導電型の半導体により形成された第１の電極層と、
前記第１の電極層の上に形成された第１の波長の赤外線を吸収する第１の吸収層と、
前記第１の吸収層の上に形成された第２の導電型の半導体により形成された第２の電極層と、
前記第２の電極層の上に形成された第２の波長の赤外線を吸収する第２の吸収層と、
前記第２の吸収層の上に形成された第１の導電型の半導体により形成された第３の電極層と、
前記第１の吸収層、前記第２の電極層、前記第２の吸収層、前記第３の電極層を分離する画素分離溝と、
前記画素分離溝の側面に形成された絶縁膜と、
を有し、
前記赤外線は、前記第１の電極層の側より入射するものであって、
前記第１の電極層の前記赤外線の入射面に対する前記画素分離溝の側面のテーパー角が、前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面よりも、前記第３の電極層の側面が小さいことを特徴とする赤外線検出器。
（付記２）
前記第１の電極層の前記赤外線の入射面に対する前記画素分離溝の側面のテーパー角が、前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面よりも、前記第２の電極層の側面が小さいことを特徴とする付記１に記載の赤外線検出器。
（付記３）
前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面におけるテーパー角は、８０°以上、９０°以下であり、
前記第３の電極層の側面におけるテーパー角は、７０°以上、８０°以下であることを特徴とする付記１または２に記載の赤外線検出器。
（付記４）
前記第１の吸収層の側面、及び、前記第２の吸収層の側面におけるテーパー角は、８５°以上、９０°以下であり、
前記第３の電極層の側面におけるテーパー角は、７０°以上、７５°以下であることを特徴とする付記１または２に記載の赤外線検出器。
（付記５）
前記第２の電極層の側面におけるテーパー角は、７０°以上、８０°以下であることを特徴とする付記３または４に記載の赤外線検出器。
（付記６）
前記第２の電極層の側面におけるテーパー角は、７０°以上、７５°以下であることを特徴とする付記３または４に記載の赤外線検出器。
（付記７）
前記第１の波長は、前記第２の波長よりも短いことを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記８）
前記第１の吸収層及び前記第２の吸収層は、半導体材料により形成された超格子吸収層であ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）
前記第１の吸収層及び前記第２の吸収層は、ＩｎＡｓとＧａＡｓとによる超格子により形成されていることを特徴とする付記８に記載の赤外線検出器。
（付記１０）
前記第２の吸収層の側面に形成される前記絶縁膜の厚さは、前記第１の吸収層の側面に形成される前記絶縁膜の厚さよりも、厚いことを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記１１）
前記第１の吸収層と前記第２の電極層との界面近傍、前記第２の電極層と前記第２の吸収層との界面近傍、前記第２の吸収層と前記第３の電極層との界面近傍のいずれかには、前記第１の電極層、前記第１の吸収層、前記第２の電極層、前記第２の吸収層、前記第３の電極層に含まれる元素とは異なる原子を含む半導体のモニタ層が設けられていることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記１２）
前記モニタ層は、ＡｌＳｂ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１１に記載の赤外線検出器。
（付記１３）
前記絶縁膜は、酸化シリコンまたは窒化シリコン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１２のいずれかに記載の赤外線検出器。
（付記１４）
前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型がｐ型であることを特徴とする付記１から１３のいずれかに記載の赤外線検出器。

【符号の説明】

【0082】

１１ ｎ－コンタクト層
１１ａ 入射面
１２ ｎ－超格子層
２０ 第１の超格子吸収層
３１ ｐ－超格子層
３２ ｐ－コンタクト層
３３ ｐ－超格子層
４０ 第２の超格子吸収層
５１ ｎ－超格子層
５２ ｎ－コンタクト層
１６０ 絶縁膜
１６０ｂ、１６０ｆ 絶縁膜
１７０ 画素分離溝
１７０ａ～１７０ｈ 側面
θ、θａ～θｈ テーパー角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】