红外线检测元件的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种由InAsSb/InAs/InAsSb结构的化合物半导体构成的红外线检测 元件。
【背景技术】
[0002] 在专利文献1中记载有现有的红外线检测元件。该红外线检测元件具有由上下的 化合物半导体层（InSb、InAsSb或InSbN)夹持中间层（InAsSb、GaInSb、AlAs、InAs、GaAs、 AlSb、或GaSb)的结构。根据该文献可知，在这样的结构的情况下，通过将中间层制成超晶格 结构，将构成超晶格结构的各层的厚度设定为临界膜厚以下，从而可以提高元件特性。
[0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本特开2009-246207号公报
【发明内容】
[0006] 发明所要解决的技术问题
[0007] 然而，本申请发明者们发现，在上述现有技术中，在中间层包含InAs，且上下的化 合物半导体层为InAsSb的情况下，将中间层的膜厚设定为临界膜厚以下无法改善元件特 性。
[0008] 本发明是鉴于这样的技术问题而成的，其目的在于提供一种在中间层为InAs，并 且上下的化合物半导体层为InAsSb的情况下，能够具有优异的检测特性的红外线检测元 件。
[0009] 解决技术问题的手段
[0010] 在现有技术中，将构成中间层的各层的厚度设定为临界膜厚以下的理由被认为是 基于如果作用于各层的应力超过临界膜厚，则各自的结晶性劣化的见解。换而言之，认为在 InAs层为临界膜厚以下的的情况下，各个InAs层的结晶缺陷可以改善。
[0011] 然而，本申请发明者们发现，与现有的见解不同，特别是在一对InAsSb层间夹持中 间层的结构的情况下，并且在该中间层中采用包含InAs层的超晶格结构的情况下，在晶体 生长时裂缝或失配位错等位错缺陷等的缺陷会自基底的InAsSb层与InAs层的界面延伸，经 延伸的缺陷的生长无法在较薄厚度的InAs层停止。因此，发现在不采用超晶格结构，并且将 InAs层的厚度设定为较临界膜厚大时，自界面延伸的缺陷的生长停止，改善这些化合物半 导体层的结晶性，提高检测特性。
[0012] 即，本发明的实施方式所涉及的红外线检测元件其特征在于，具备:第llnAsSb层； InAs层，其生长在所述第1 InAsSb层上;及第2InAsSb层，其生长在所述InAs层上，所述InAs 层的临界膜厚he与所述InAs层的厚度t满足hc<0^关系。
[0013] 在该情况下，红外线检测元件可以具有优异的检测特性。
[0014] 特别是，在所述第llnAsSb层及所述第2InAsSb层中的As的组成比X分别为0.58以 上且1.0以下的情况下，进一步优选为0.7以上且0.9以下的情况下，可以改善InAs层及第 2InAsSb层的结晶性。
[0015] 另外，所述InAs层的厚度t优选进一步满足t$2.0ym。其原因是由于在厚度t超过 2. Own的情况下，制造过程时间明显变长，不适于量产。
[0016] 发明的效果
[0017] 本发明的红外线检测元件可以具有优异的检测特性。
【附图说明】
[0018] 图1是表示红外线检测元件的截面结构的图。
[0019] 图2是表示各层的材料、导电类型、杂质浓度、厚度的图表。
[0020] 图3是表示InAsSb/InAs/InAsSb结构的截面TEM图像(实施例)的图。
[0021] 图4是表示InAsSb/(InAsSb/InAs超晶格结构)/InAsSb结构的截面TEM图像（比较 例）的图。
[0022]图5是表示入射光的波长(μπι)与比检测能力（cm · HzV2/W)的关系的曲线图。
[0023]图6是表示InAsSb中的As的组成比X与InAs层的临界膜厚hc(nm)的关系的曲线图。 [0024]图7是用于说明临界膜厚he的计算式的图表。
[0025]图8是表示为了进行X射线衍射测定而使用的层叠结构的图。
[0026]图9是表示X射线衍射测定中InAsSb层的As的组成比X与摇摆曲线的半峰宽FWHM (弧秒)的关系的曲线图。
[0027]符号的说明：
[0028] 1…半导体基板、2…缓冲层、3…缓冲层、4…缓冲层、5…光吸收层、6…阻挡层、7… 帽层、8…保护膜、9,10…电极、IR···红外线。
【具体实施方式】
[0029] 以下，对实施方式所涉及的红外线检测元件进行说明。对相同要素使用相同符号， 并省略重复的说明。
[0030] 图1是表示红外线检测元件的截面结构的图。
[0031]该红外线检测元件具备多个化合物半导体层，且具备在半绝缘性的半导体基板1 上依序层叠缓冲层2、缓冲层3(第llnAsSb层）、缓冲层4(InAs层）、光吸收层5(第2InAsSb 层）、阻挡层6、及帽层7而成的半导体结构。这些各化合物半导体层是通过分子束外延(MBE) 法而在半导体基板1上生长而成的。
[0032]该半导体结构的一部分区域通过自表面侧蚀刻而被除去。即，帽层(cap layer)7、 阻挡层6、光吸收层5及缓冲层4的一部分的区域自这些的各表面沿着厚度方向被蚀刻，通过 该蚀刻，从而缓冲层4的表面露出，形成有台面结构。另外，由非掺杂形成的半绝缘性的缓冲 层2的表面也直至其一部分露出为止对元件间实施蚀刻，在制造时邻接的红外线检测元件 彼此分离。即，使缓冲层4的表面露出之后，进一步以包围红外线检测元件的方式进行缓冲 层4及缓冲层3的蚀刻，进行元件间分离。上述蚀刻可以采用干式蚀刻及湿式蚀刻的任一种。
[0033]以覆盖缓冲层2的表面、缓冲层4的表面、半导体结构的侧面、帽层7的一部分的表 面的方式形成有保护膜8。保护膜8由氧化硅(Si02)或氮化硅(SiNx)等无机绝缘体构成，保 护各红外线检测元件，并且防止因灰尘或尘埃等引起的邻接的红外线检测元件间的短路， 维持这些元件间的绝缘。多个红外线检测元件也可以在制造后个别地分开使用，由于维持 了各元件间的绝缘，因此，也可以用作红外线光电二极管阵列。
[0034] 保护膜8的一部分的区域被除去，在通过除去而形成的接触孔内形成有电极。即， 在帽层7上的保护膜8的接触孔内，第1电极9与帽层7接触而形成，在缓冲层4上的保护膜8的 接触孔内，第2电极10与缓冲层4接触而形成。在自基板侧入射红外线IR的情况下，电极材料 只要是与对象的化合物半导体层欧姆接触的，就不特别限定，因此，可以使用金(Au)或铝 (A1)等的金属。
[0035] 在自与基板相反侧入射红外线的情况下，电极材料只要是与对象的化合物半导体 层欧姆接触的，并且只要由红外线透过的材料构成或者为较薄的金属膜，另外，具有网眼或 开口的形状，就不特别限定。在该情况下，作为电极材料，也可以使用上述的金或铝等金属。
[0036] 上述半导体结构构成了红外线光电二极管。即，自半导体基板1的背面侧依次经由 半导体基板1、缓冲层2、3、4而入射至光吸收层5的光在光吸收层5内发生光电转换，在光吸 收层5内产生电子空穴对。阻挡层6、光吸收层5、缓冲层4各层的能带隙E6、E5、E4的大小关系 满足E6>E5、E4>E5。阻挡层6的晶格常数a6、光吸收层5的晶格常数a5、缓冲层4的晶格常数 a4例如可以设定为a6<a5、a4<a5。
[0037] 另外，如果使红外线自表面侧入射，则在帽层7中红外线的一部分被大幅吸收，因 此，优选红外线IR自背面侧入射。红外线IR可以透过能带隙比光吸收层5大的半导体基板1、 缓冲层2、4,入射至光吸收层5。另外，红外线IR在通过缓冲层2之后，也透过厚度比光吸收层 薄的缓冲层3,由于在此处产生若干的吸收，因此，缓冲层3可以尽可能地薄。但是，在缓冲层 3过薄的情况下，其上的缓冲层4的结晶性劣化，因此，缓冲层3的厚度优选为Ο.?μπι以上且 0.5ym以下。
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