(57)【要約】【課題】コンタクト層におけるピットの発生を抑制し、キャリアトラップを抑制し、暗電流の低減、感度の増大を実現する。【解決手段】化合物半導体装置を、半導体基板１と、半導体基板の上方に設けられ、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層２と、半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層４と、第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層５とを含み、半導体層から拡散したＳｂ組成が、第１ＩｎＡｓ層と第２ＩｎＡｓ層との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、界面から第２ＩｎＡｓ層の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層３とを備えるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられ、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、前記第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含み、前記半導体層から拡散したＳｂ組成が、前記第１ＩｎＡｓ層と前記第２ＩｎＡｓ層との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、前記界面から前記第２ＩｎＡｓ層の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層とを備えることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記半導体層は、ＧａＳｂ層、ＩｎＡｓＳｂ層又はＡｌＳｂ層であることを特徴とする、請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
前記第１ＩｎＡｓ層は、５ｎｍ以上の厚さを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記第１ＩｎＡｓ層は、１０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層は、活性層を構成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
前記半導体基板は、ＧａＳｂ基板又はＧａＡｓ基板であり、
前記活性層は、ＩｎＡｓ層及びＧａＳｂ層を含む超格子構造、ＩｎＡｓ層及びＩｎＡｓＳｂ層を含む超格子構造、ＩｎＡｓ層及びＡｌＳｂ層を含む超格子構造、ＩｎＡｓＳｂバルク層、又は、ＡｌＳｂバルク層を含むことを特徴とする、請求項５に記載の化合物半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置と、
前記化合物半導体装置に接続された読出回路とを備えることを特徴とする赤外線検出器。
【請求項８】
半導体基板の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、前記第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含み、前記半導体層から拡散したＳｂ組成が前記第１ＩｎＡｓ層と前記第２ＩｎＡｓ層との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、前記界面から前記第２ＩｎＡｓ層の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層を形成する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に第１成長温度３９０℃〜４３０℃で５ｎｍ以上の厚さを有する第１ＩｎＡｓ層を形成し、前記第１ＩｎＡｓ層上に第２成長温度５００℃〜５４０℃で第２ＩｎＡｓ層を形成することによって、前記半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、前記第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含むコンタクト層を形成する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記コンタクト層を形成する工程において、前記第１ＩｎＡｓ層を形成した後、前記第２ＩｎＡｓ層を形成する前に、Ａｓ照射下で昇温する工程を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法、赤外線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＧａＳｂ基板上に設けられたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造は、Ｔｙｐｅ−ＩＩ型のバンドラインナップを有する。
そして、このようなＴｙｐｅ−ＩＩ型超格子構造（Type-II Super Lattice；Ｔ２ＳＬ）を備える化合物半導体装置は、超格子の膜厚・周期を調整することで、中赤外（Mid Wavelength Infrared；ＭＷ）から遠赤外（Long Wavelength Infrared；ＬＷ）の波長帯に感度を有する赤外線検出器への適用が可能である。
【０００３】
このようなＴ２ＳＬ型赤外線検出器は、サブバンド間の光吸収を利用したＱＤＩＰ（Quantum Dot Infrared Photodetector）やＱＷＩＰ（Quantum Well Infrared Photodetector）構造と比較して、少数キャリアの寿命が長く、暗電流の低減、感度の増大が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−００９７１６号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９４７６１号公報
【特許文献３】特開２０１４−１５７９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、Ｔ２ＳＬ型赤外線検出器を構成する化合物半導体装置では、Ｔｙｐｅ−ＩＩ型のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造上にキャップ層（コンタクト層）としてＩｎＡｓ層を設けるのが一般的である。
しかしながら、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造の最上層となるＧａＳｂ層上にコンタクト層としてＩｎＡｓ層を設けると、ピットが形成され、これがキャリアトラップとなり、暗電流の低減、感度の増大を実現するのが難しいことがわかった。
【０００６】
なお、このほか、例えばＩｎＡｓＳｂ層やＡｌＳｂ層などの半導体層上にコンタクト層としてＩｎＡｓ層を設ける場合も同様の課題がある。つまり、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層上にコンタクト層としてＩｎＡｓ層を設ける場合に上述のような課題がある。
本発明は、コンタクト層におけるピットの発生を抑制し、キャリアトラップを抑制し、暗電流の低減、感度の増大を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、化合物半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上方に設けられ、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層と、半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含み、半導体層から拡散したＳｂ組成が、第１ＩｎＡｓ層と第２ＩｎＡｓ層との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、界面から第２ＩｎＡｓ層の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層とを備える。
【０００８】
１つの態様では、赤外線検出器は、上述の化合物半導体装置と、化合物半導体装置に接続された読出回路とを備える。
１つの態様では、化合物半導体装置の製造方法は、半導体基板の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層を形成する工程と、半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含み、半導体層から拡散したＳｂ組成が第１ＩｎＡｓ層と第２ＩｎＡｓ層との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、界面から第２ＩｎＡｓ層の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層を形成する工程とを含む。
【０００９】
１つの態様では、化合物半導体装置の製造方法は、半導体基板の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層を形成する工程と、半導体層上に第１成長温度３９０℃〜４３０℃で５ｎｍ以上の厚さを有する第１ＩｎＡｓ層を形成し、第１ＩｎＡｓ層上に第２成長温度５００℃〜５４０℃で第２ＩｎＡｓ層を形成することによって、半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含むコンタクト層を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面として、コンタクト層におけるピットの発生を抑制し、キャリアトラップを抑制し、暗電流の低減、感度の増大を実現することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】ＧａＳｂ上にＩｎＡｓを低温１段成長させて形成したＩｎＡｓ層のＡＦＭ像を示す図である。
【図３】ＧａＳｂ上にＩｎＡｓを高温１段成長させて形成したＩｎＡｓ層のＡＦＭ像を示す図である。
【図４】ＧａＳｂ上にＩｎＡｓを低温／高温２段成長させて形成したＩｎＡｓ層のＡＦＭ像を示す図である。
【図５】低温／高温２段成長を適用した試料の２次イオン質量分析法による分析結果であるＳｂ濃度プロファイル（２次イオン強度）を示す図である。
【図６】ＧａＳｂ上に形成したＩｎＡｓの膜厚が約５ｎｍの場合のＡＦＭ像を示す図である。
【図７】ＧａＳｂ上に形成したＩｎＡｓの膜厚が約１０ｎｍの場合のＡＦＭ像を示す図である。
【図８】ＧａＳｂ上に形成したＩｎＡｓの膜厚が約２０ｎｍの場合のＡＦＭ像を示す図である。
【図９】本実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１０】本実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１１】本実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１２】本実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１３】本実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１４】本実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１５】本実施形態の具体的構成例の化合物半導体装置の構成及び製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】本実施形態の具体的構成例の化合物半導体装置の構成及び製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】本実施形態の具体的構成例の化合物半導体装置の構成及び製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】本実施形態の具体的構成例の化合物半導体装置の構成及び製造方法を説明するための断面図である。
【図１９】本実施形態にかかる赤外線検出器の構成を示す断面図である。
【図２０】本実施形態にかかる赤外線検出器の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法、赤外線検出器について、図１〜図２０を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる化合物半導体装置は、例えばＧａＳｂ基板上に設けられたＴｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造を備える化合物半導体装置であって、例えば超格子の膜厚・周期を調整することで中赤外から遠赤外の波長帯に感度を有する赤外線検出器に適用される。
【００１３】
なお、超格子構造を化合物半導体構造又は化合物半導体積層構造ともいう。また、化合物半導体装置は、超格子構造を含む化合物半導体積層構造からなる。また、化合物半導体積層構造をエピタキシャル構造ともいう。
本実施形態では、化合物半導体装置は、図１に示すように、ＧａＳｂ基板（半導体基板）１と、ＧａＳｂ基板１の上方に設けられ、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造）２Ａを有する活性層２と、活性層２上に設けられたコンタクト層３とを備える。
【００１４】
ここで、活性層２は、最上層にＧａＳｂ層を含む。
また、コンタクト層３は、ｎ型又はｐ型（ここではｎ型）にドーピングされている。このため、コンタクト層３を第１導電型コンタクト層ともいう。また、コンタクト層３を上部コンタクト層ともいう。また、コンタクト層３をキャップ層ともいう。
そして、コンタクト層３は、活性層２の最上層を構成するＧａＳｂ層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層４と、第１ＩｎＡｓ層４上に設けられた第２ＩｎＡｓ層５とを含む。
【００１５】
また、コンタクト層３は、ＧａＳｂ層から拡散したＳｂ組成が、第１ＩｎＡｓ層４と第２ＩｎＡｓ層５との界面で約５００ｐｐｍ〜約１５００ｐｐｍ（好ましくは約１０００ｐｐｍ又はその近傍）であり、界面から第２ＩｎＡｓ層５の反対側の面へ向けて約６ｐｐｍ／ｎｍ〜約１０ｐｐｍ／ｎｍ（好ましくは約８ｐｐｍ／ｎｍ又はその近傍）の割合で低下するようにしたコンタクト構造を有する。
【００１６】
このようなコンタクト構造を有するコンタクト層３は、第１成長温度約３９０℃〜約４３０℃（好ましくは約４００℃又はその近傍）で約５ｎｍ以上の厚さを有する第１ＩｎＡｓ層４を形成し、第１ＩｎＡｓ層４上に第２成長温度５００℃〜５４０℃（好ましくは約５２０℃又はその近傍）で第２ＩｎＡｓ層５を形成することによって形成することができる。
【００１７】
ここでは、コンタクト層３を構成する第１ＩｎＡｓ層４、第２ＩｎＡｓ層５は、それぞれ、ｎ型又はｐ型（ここではｎ型）にドーピングされている。このため、第１ＩｎＡｓ層４を、第１導電型ＩｎＡｓからなる第１ＩｎＡｓ層ともいう。また、第２ＩｎＡｓ層５を、第１導電型ＩｎＡｓからなる第２ＩｎＡｓ層ともいう。
このように、コンタクト層３に、コンタクト抵抗を低減し、表面の酸化を防止するためにＩｎＡｓを用いながら、ピットの発生が抑制されるようにしている。
【００１８】
また、コンタクト層３は、約２０ｎｍ以上の厚さを有することが好ましい。また、コンタクト層３は、約３０ｎｍ以上の厚さを有することがより好ましい。
これは、コンタクト層３としての機能を確保するためである。例えば、コンタクト層３上には金属電極６が形成されるが（例えば図１４参照）、金属電極６を構成する金属元素がコンタクト層３を介して活性層２に拡散してしまうのを防止するためである。
【００１９】
また、第１ＩｎＡｓ層４は、約５ｎｍ以上の厚さを有することが好ましい。
これは、後述の検討結果に基づくものであり、この範囲であれば、第１成長温度約３９０℃〜約４３０℃（好ましくは約４００℃又はその近傍）で第１ＩｎＡｓ層４を成長させた場合に、第１ＩｎＡｓ層４と第２ＩｎＡｓ層５との界面で、ＧａＳｂ層から拡散したＳｂ組成を約５００ｐｐｍ〜約１５００ｐｐｍ（好ましくは約１０００ｐｐｍ又はその近傍）にすることができるからである。
【００２０】
また、第１ＩｎＡｓ層４は、約１０ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。
これは、後述の検討結果に基づくものであり、この範囲であればピットが発生することなくＩｎＡｓ層を形成することができるからである。
また、第２ＩｎＡｓ層５は、厚さが第１ＩｎＡｓ層４よりも厚いことが好ましい。
これは、ピットが発生しないようにするためには第１ＩｎＡｓ層４の厚さを薄くする必要がある一方、コンタクト層全体としてはある程度の厚さを確保する必要があるからである。
【００２１】
このように、Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａを有する活性層２の最上層を構成するＧａＳｂ層上に、コンタクト層３としてＩｎＡｓ層を設ける場合に、コンタクト層３を、第１成長温度約３９０℃〜約４３０℃（好ましくは約４００℃又はその近傍）で約５ｎｍ以上の厚さを有する第１ＩｎＡｓ層４を形成し、第１ＩｎＡｓ層４上に第２成長温度５００℃〜５４０℃（好ましくは約５２０℃又はその近傍）で第２ＩｎＡｓ層５を形成することによって形成する。
【００２２】
これにより、コンタクト層３を、第１ＩｎＡｓ層４と第２ＩｎＡｓ層５とを含み、ＧａＳｂ層から拡散したＳｂ組成が、第１ＩｎＡｓ層４と第２ＩｎＡｓ層５との界面で約５００ｐｐｍ〜約１５００ｐｐｍ（好ましくは約１０００ｐｐｍ又はその近傍）であり、界面から第２ＩｎＡｓ層５の反対側の面へ向けて約６ｐｐｍ／ｎｍ〜約１０ｐｐｍ／ｎｍ（好ましくは約８ｐｐｍ／ｎｍ又はその近傍）の割合で低下するものとしている。
【００２３】
このようにして、コンタクト層３を、ヘテロ成長初期のＩｎＡｓ表面の歪分布を低く抑えることができる低温成長で形成した第１ＩｎＡｓ層４と、Ｉｎの表面マイグレーションが長くなり、（００１）面主流で安定して成長が進行し、ピットが形成されにくい高温成長で形成した第２ＩｎＡｓ層５とからなるものとすることで、ピットの発生を抑制したコンタクト層３を実現している。
【００２４】
これにより、コンタクト層３におけるピットの発生を抑制し、キャリアトラップを抑制し、暗電流の低減、感度の増大（赤外線検出器の感度の増大）を実現している。
ところで、上述のような構成を採用しているのは、以下の理由による。
Ｔ２ＳＬ型赤外線検出器を構成する化合物半導体装置では、Ｔｙｐｅ−ＩＩ型のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造を有する赤外線吸収層（受光層）上に、金属電極とのコンタクト形成のために、キャップ層（コンタクト層）としてＩｎＡｓ層（バルクＩｎＡｓ層）を設けるのが一般的である。
【００２５】
これは、ショットキー障壁の低減によるコンタクト抵抗の低減を図るとともに、酸化しやすいＳｂによる表面の酸化を防ぐためである。つまり、ＧａＳｂよりもバンドギャップの小さいＩｎＡｓで金属電極とのエネルギー障壁を小さくすることでコンタクト抵抗の低減を図るとともに、Ｓｂ化合物による表面の酸化を防ぐためである。
しかしながら、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造の最上層となるＧａＳｂ層上にコンタクト層としてＩｎＡｓ層を設けると、表面にピットが形成されることがわかった。そして、このＩｎＡｓ層のピットは、キャリアトラップとなり、感度の低下（赤外線検出器の感度低下）を引き起こすため、暗電流の低減、感度の増大を実現するのが難しいことがわかった。
【００２６】
そこで、以下のような検討を行なった。
まず、ピットが抑制されたＩｎＡｓ層を得るために、成長シーケンスに着目し、ＧａＳｂ上のＩｎＡｓ成長を試みた。
ここで、図２は、ＧａＳｂ上に成長温度約４００℃でＩｎＡｓを約１００ｎｍ成長（低温１段成長）させて形成したＩｎＡｓ層の表面モフォロジーを示すＡＦＭ（Atomic Force Microscope）像を示している。
【００２７】
また、図３は、ＧａＳｂ上に成長温度約５２０℃でＩｎＡｓを約１００ｎｍ成長（高温１段成長）させて形成したＩｎＡｓ層の表面モフォロジーを示すＡＦＭ像を示している。
また、図４は、ＧａＳｂ上に成長温度約４００℃でＩｎＡｓを約５ｎｍ成長させた後、Ａｓ照射下で約５２０℃まで昇温し、成長温度約５２０℃でＩｎＡｓを約９５ｎｍ成長（低温／高温２段成長）させて形成したＩｎＡｓ層の表面モフォロジーを示すＡＦＭ像を示している。
【００２８】
図２、図３に示すように、成長温度約４００℃の低温で１段成長させた場合、約５２０℃の高温で１段成長させた場合のいずれの場合もピットが発生してしまった。
これに対し、図４に示すように、成長温度約４００℃の低温で約５ｎｍ成長させた後、成長温度約５２０℃の高温で残りを成長させる２段成長（低温／高温２段成長）を行なった場合、ピットが抑制され、同時に非常に高い平坦性を有する表面が得られた。
【００２９】
ここで、図５は、上述の低温／高温２段成長を適用した試料の２次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry；SIMS）による分析結果であるＳｂ濃度プロファイル（２次イオン強度）を示している。
なお、図５中、黒丸は、上述の低温／高温２段成長を適用した試料の分析結果を示しており、白丸は、上述の高温１段成長を適用した試料の分析結果を示している。
【００３０】
図５中、白丸で示すように、上述の高温１段成長を適用した試料では、ＧａＳｂから拡散したＳｂ組成が、ＧａＳｂとＩｎＡｓの界面（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ界面）から約５ｎｍのところで、約４０００ｐｐｍとなっている。
これに対し、図５中、黒丸で示すように、上述の低温／高温２段成長を適用した試料では、ＧａＳｂから拡散したＳｂ組成が、ＧａＳｂとＩｎＡｓの界面（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ界面）から約５ｎｍのところで、即ち、低温成長させた約５ｎｍのＩｎＡｓ層（第１ＩｎＡｓ層４）と高温成長させた約９５ｎｍのＩｎＡｓ層（第２ＩｎＡｓ層５）との界面で、約１０００ｐｐｍとなっている。
【００３１】
このように、上述の低温／高温２段成長を適用することで、ＧａＳｂからのＳｂの拡散が低く抑えられることがわかる。
このように、ＩｎＡｓの成長初期のＳｂ拡散が低く抑えられるため、低温成長させた約５ｎｍのＩｎＡｓ層の表面に発生する歪分布も小さくなる。
また、ＩｎＡｓの成長初期以降、即ち、ＩｎＡｓを約５ｎｍ成長させた後の残りのＩｎＡｓは、上述の低温／高温２段成長を適用した試料も上述の高温１段成長を適用した試料も、約５２０℃の高温で成長させることになり、Ｓｂが上方へ拡散されやすくなる。
【００３２】
しかしながら、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ界面から約５ｎｍのところのＧａＳｂから拡散したＳｂ組成が異なるため、その後のＳｂの組成勾配は異なるものとなる。
つまり、上述の低温／高温２段成長を適用した試料では、上述の高温１段成長を適用した試料と比較して、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ界面から約５ｎｍのところのＧａＳｂからのＳｂの拡散が低く抑えられているため、その後のＳｂの組成勾配は緩やかになり、約８ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下することになる。
【００３３】
このように、上述の低温／高温２段成長を適用した試料では、ＧａＳｂから拡散したＳｂ組成が、低温成長させた約５ｎｍのＩｎＡｓ層と高温成長させた約９５ｎｍのＩｎＡｓ層との界面で、約１０００ｐｐｍとなっているため、その後に約５２０℃の高温でＩｎＡｓを成長すると、Ｓｂ組成が約８ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するものとなる。
なお、ここでは、低温成長の場合の成長温度を約４００℃とし、高温成長の場合の成長温度を約５２０℃とする場合を例に挙げて説明しているが、例えば、低温成長の場合の成長温度を約３９０℃〜約４３０℃の範囲とし、高温成長の場合の成長温度を約５００℃〜約５４０℃の範囲とする場合にも同様であると考えられる。
【００３４】
また、ここでは、ＧａＳｂから拡散したＳｂ組成が、低温成長させた約５ｎｍのＩｎＡｓ層と高温成長させたＩｎＡｓ層との界面で、約１０００ｐｐｍとなるようにして、ＧａＳｂからのＳｂの拡散を低く抑え、低温成長させたＩｎＡｓ層の表面に発生する歪分布を小さくする場合を例に挙げて説明しているが、例えば、低温成長させるＩｎＡｓ層の厚さを約５ｎｍ以上とする場合、又は、例えば、ＧａＳｂから拡散したＳｂ組成が、低温成長させたＩｎＡｓ層と高温成長させたＩｎＡｓ層との界面で、約５００ｐｐｍ〜約１５００ｐｐｍとなるようにする場合も同様であると考えられる。
【００３５】
また、ここでは、ＧａＳｂから拡散したＳｂ組成を約１０００ｐｐｍ（約５００ｐｐｍ〜約１５００ｐｐｍ）となるようにして、ＩｎＡｓ表面に発生する歪分布を小さくした上で、約５２０℃の高温でＩｎＡｓを成長し、Ｓｂ組成が約８ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するようにする場合を例に挙げて説明しているが、例えば、ＧａＳｂから拡散したＳｂ組成を約１０００ｐｐｍ（約５００ｐｐｍ〜約１５００ｐｐｍ）となるようにして、ＩｎＡｓ表面に発生する歪分布を小さくした上で、約５００℃〜約５４０℃の高温でＩｎＡｓを成長し、Ｓｂ組成が約６ｐｐｍ／ｎｍ〜約１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するようにする場合も同様であると考えられる。
【００３６】
ここで、上述の低温／高温２段成長によってＩｎＡｓ表面のピットが抑制される理由について考察する。
例えばＧａＳｂ（００１）基板上で、格子定数の異なるＧａＳｂ上にＩｎＡｓを成長した場合、ある一定厚さ（臨界膜厚）になると系の歪エネルギーと表面エネルギーを下げるために（００１）面以外の成長が出現し、ピットが形成される。
【００３７】
安定面の形成はＩｎのキネティクス（表面マイグレーション）によって異なる。
Ｉｎの表面マイグレーションが長くなる高温成長時は、（００１）面が主流で成長が進行するため、ピットが形成されにくい（例えば図３、図４参照）。
また、ピット形成はＩｎの表面マイグレーションに加えて、ヘテロ成長初期の表面の状態にも影響を受ける。例えば、ヘテロ成長初期のＩｎＡｓ表面の歪分布は、Ｓｂ拡散の小さい低温成長の方が低く抑えられる。
【００３８】
上述の高温１段成長では、（００１）面主流の成長モードで成長が進行する一方で、成長初期に形成された歪分布の影響で局所的に歪エネルギーが臨界点に達し、より安定な（００１）面以外の面方位が出現し、ピット形成につながる（例えば図３参照）。
これに対し、上述の低温／高温２段成長を適用すると、低温成長で形成される歪分布が小さいＩｎＡｓの下地に加えて、高温成長で（００１）面主流で成長が安定するため、ピットの形成をさらに抑えることができる（例えば図４参照）。
【００３９】
さらに、成長温度約４００℃におけるＧａＳｂ上のＩｎＡｓ成長の膜厚依存性を検討した。
ここで、図６〜図８は、ＩｎＡｓの膜厚が約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍの場合のＡＦＭ像を示している。
図６に示すように、ＩｎＡｓの膜厚が約５ｎｍでは、コヒーレント（２次元）成長が保持されており、ピットが発生することなく成長できた。
【００４０】
また、図７に示すように、ＩｎＡｓの膜厚が約１０ｎｍでは、三次元成長がはじまるものの、ほとんどピットが発生することなく成長できた。
一方、図８に示すように、ＩｎＡｓの膜厚が約２０ｎｍでは、三次元成長となり、多くのピットが発生してしまった。
このように、ＩｎＡｓの膜厚が増加するとピットが発生するが、ＩｎＡｓの膜厚が約１０ｎｍまではほとんどピットが発生することなく成長が可能であることがわかった。
【００４１】
なお、ここでは、成長温度約４００℃でＧａＳｂ上にＩｎＡｓを成長させる場合を例に挙げて説明しているが、例えば成長温度を約３９０℃〜約４３０℃の範囲とする場合にも同様であると考えられる。
このため、成長温度約３９０℃〜約４３０℃（好ましくは約４００℃又はその近傍）でＧａＳｂ上にＩｎＡｓを成長させる場合、即ち、低温成長の場合、ＩｎＡｓ層の膜厚を約１０ｎｍ以下にすることが好ましいことがわかった。
【００４２】
このような検討を行なった結果、コンタクト層３を、ヘテロ成長初期のＩｎＡｓ表面の歪分布を低く抑えることができる低温成長で形成した第１ＩｎＡｓ層４（好ましくは約１０ｎｍ以下のＩｎＡｓ層）と、Ｉｎの表面マイグレーションが長くなり、（００１）面主流で安定して成長が進行し、ピットが形成されにくい高温成長で形成した第２ＩｎＡｓ層５とからなるものとすることで、ピットの発生を抑制した（好ましくはピットの発生がない）コンタクト層３を実現できることがわかった。
【００４３】
そこで、上述のような構成を採用することとし、これにより、コンタクト層３におけるピットの発生を抑制し、キャリアトラップを抑制し、暗電流の低減、感度の増大を実現している。つまり、コンタクト層３における転位や欠陥の低減が可能となり、コンタクト層３における転位や欠陥に起因するキャリアトラップや発生電流を抑制することが可能となる。
【００４４】
なお、ここでは、活性層２を、ＩｎＡｓ層とＧａＳｂ層を積層させたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａを有するものとしているが、これに限られるものではなく、例えば、歪み補償のために、ＩｎＡｓ層とＧａＳｂ層の間にＩｎＳｂ層が挿入されていても良い。つまり、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａに代えて、図９に示すように、ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ／ＧａＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ／ＧａＳｂ超格子構造）２Ｂを有する活性層２としても良い。
【００４５】
また、ここでは、活性層２を、アンドープのＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａを有するものとしているが、これに限られるものではなく、例えば、ｐ型にドーピングされたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造、アンドープのＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造、ｎ型にドーピングされたＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造を積層させて、ｐｉｎ構造を有するものとしても良い。
【００４６】
このように活性層２がドーピングされた半導体層を含む場合もあるが、コンタクト層３は高濃度にドーピングされるため、活性層２を構成する半導体層のドーピング濃度よりも、コンタクト層３のドーピング濃度の方が高くなる。
また、ここでは、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａを有する活性層２の最上層を構成するＧａＳｂ層上にコンタクト層３としてＩｎＡｓ層を設ける場合の課題を解決するための構成を説明しているが、これに限られるものではない。
【００４７】
例えばＩｎＡｓＳｂ層やＡｌＳｂ層などの半導体層上にコンタクト層３としてＩｎＡｓ層を設ける場合、即ち、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層上にコンタクト層３としてＩｎＡｓ層を設ける場合にも、同様の課題があり、この課題を解決するための構成として、上述のコンタクト構造を有するコンタクト層３を採用することもできる。
【００４８】
つまり、ここでは、コンタクト層３の下地層がＧａＳｂ層となる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、コンタクト層３の下地層は、例えばＩｎＡｓＳｂ層、ＡｌＳｂ層などであっても良い。
例えば、コンタクト層３の下地層がＩｎＡｓＳｂ層となる場合としては、図１０に示すように、活性層２が、ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓＳｂ超格子構造）２Ｃを有し、その最上層にＩｎＡｓＳｂ層を含む場合、図１１に示すように、活性層２をＩｎＡｓＳｂバルク層２Ｄとする場合などがある。
【００４９】
つまり、活性層２を、ＩｎＡｓＳｂ層とＩｎＡｓ層を積層させたＩｎＡｓ／ＩｎＡｓＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓＳｂ超格子構造）２Ｃを有するものとしても良いし、ＩｎＡｓＳｂバルク層２Ｄとしても良い。なお、ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓＳｂ超格子構造２Ｃは、アンドープでも良いし、ｐｉｎ構造でも良い。
また、例えば、コンタクト層３の下地層がＡｌＳｂ層となる場合としては、図１２に示すように、活性層２が、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造）２Ｅを有し、その最上層にＡｌＳｂ層を含む場合、図１３に示すように、活性層２をＡｌＳｂバルク層２Ｆとする場合などがある。
【００５０】
つまり、活性層２を、ＡｌＳｂ層とＩｎＡｓ層を積層させたＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造）２Ｅを有するものとしても良いし、ＡｌＳｂバルク層２Ｆとしても良い。なお、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造２Ｅは、アンドープでも良いし、ｐｉｎ構造でも良い。
なお、これらの超格子構造２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｅやバルク層２Ｄ、２Ｆを組み合わせて活性層２を構成しても良い。
【００５１】
例えば、上述のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａを有する活性層２の一部をＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造２Ｅで置き換えても良い。つまり、活性層２を、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２ＡとＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造２Ｅを備えるものとして構成しても良い。
また、例えば、上述のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａを有する活性層２を構成するＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２ＡとＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａの間にＡｌＳｂバルク層２Ｆを挟んでも良いし、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２Ａ上にＡｌＳｂバルク層２Ｆを設けても良い。つまり、活性層２を、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造２ＡとＡｌＳｂバルク層２Ｆを備えるものとして構成しても良い。
【００５２】
また、ここでは、活性層２を、超格子構造（超格子層）２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｅを有するもの、又は、バルク層２Ｄ、２Ｆとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、量子井戸構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型量子井戸構造）を有するものとしても良いし、量子ドット構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型量子ドット構造）を有するものとしても良い。
このようにして活性層２を構成する場合、活性層２は、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ及びＳｂの中の少なくとも１種を含む構造を有するものとなる。
【００５３】
上述のように、コンタクト層３の下地層は、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）であれば良い。これは、コンタクト層３としてＩｎＡｓ層を設ける場合の上述の課題は、その下地層に用いられる半導体（半導体材料）とＩｎＡｓとの間に格子定数差があることに起因して生じていると考えられるためである。
【００５４】
この場合、化合物半導体装置は、半導体基板１と、半導体基板１の上方に設けられ、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）と、半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層４と、第１ＩｎＡｓ層４上に設けられた第２ＩｎＡｓ層５とを含み、半導体層から拡散したＳｂ組成が、第１ＩｎＡｓ層４と第２ＩｎＡｓ層５との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、界面から第２ＩｎＡｓ層５の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層（第１導電型コンタクト層）３とを備えるものとなる。
【００５５】
そして、半導体層は、ＧａＳｂ層、ＩｎＡｓＳｂ層又はＡｌＳｂ層であれば良い。上述の場合、半導体層は、活性層２を構成する。また、活性層２は、ＩｎＡｓ層及びＧａＳｂ層を含む超格子構造２Ａ、ＩｎＡｓ層及びＩｎＡｓＳｂ層を含む超格子構造２Ｃ、ＩｎＡｓ層及びＡｌＳｂ層を含む超格子構造２Ｅ、ＩｎＡｓＳｂバルク層２Ｄ、又は、ＡｌＳｂバルク層２Ｆを含む。なお、半導体層は、活性層を構成する半導体層でなくても良く、例えばコンタクト層３と活性層２の間に挟まれた半導体層であっても良い。
【００５６】
ところで、本実施形態では、化合物半導体装置は、図１４に示すように、コンタクト層（上部コンタクト層）３上に設けられた第１金属電極６を備える。ここでは、コンタクト層３を構成する第２ＩｎＡｓ層５上に設けられた第１金属電極６を備える。
また、本実施形態では、化合物半導体装置は、ＧａＳｂ基板１と活性層２との間に設けられたコンタクト層（下部コンタクト層）７を備える。
【００５７】
ここで、下部コンタクト層７は、ｎ型又はｐ型（ここではｐ型）にドーピングされている。このため、下部コンタクト層７を第２導電型コンタクト層ともいう。また、下部コンタクト層７は、ＧａＳｂからなるＧａＳｂ層であり、ｎ型又はｐ型（ここではｐ型）にドーピングされている。このため、ＧａＳｂを第２導電型ＧａＳｂともいう。また、ＧａＳｂ層７を第２導電型ＧａＳｂ層ともいう。
【００５８】
そして、本実施形態では、下部コンタクト層７上に設けられた第２金属電極８を備える。
ところで、上述のように構成される化合物半導体装置の製造方法は、半導体基板１の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）を形成する工程と、半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）上に第１成長温度約３９０℃〜約４３０℃（好ましくは約４００℃又はその近傍）で約５ｎｍ以上の厚さを有する第１ＩｎＡｓ層４を形成し、第１ＩｎＡｓ層４上に第２成長温度約５００℃〜約５４０℃（好ましくは約５２０℃又はその近傍）で第２ＩｎＡｓ層５を形成することによって、半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）上に設けられた第１ＩｎＡｓ層４と、第１ＩｎＡｓ層４上に設けられた第２ＩｎＡｓ層５とを含むコンタクト層（第１導電型コンタクト層）３を形成する工程とを含むものとすれば良い（例えば図１、図９〜図１４参照）。
【００５９】
また、上述のように構成される化合物半導体装置の製造方法は、半導体基板１の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）を形成する工程と、半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）上に設けられた第１ＩｎＡｓ層４と、第１ＩｎＡｓ層４上に設けられた第２ＩｎＡｓ層５とを含み、半導体層（２、２Ａ〜２Ｆ）から拡散したＳｂ組成が第１ＩｎＡｓ層４と第２ＩｎＡｓ層５との界面で約５００ｐｐｍ〜約１５００ｐｐｍ（好ましくは約１０００ｐｐｍ又はその近傍）であり、界面から第２ＩｎＡｓ層５の反対側の面へ向けて約６ｐｐｍ／ｎｍ〜約１０ｐｐｍ／ｎｍ（好ましくは約８ｐｐｍ／ｎｍ又はその近傍）の割合で低下するコンタクト層３を形成する工程とを含むものとすれば良い。
【００６０】
この場合、コンタクト層３を形成する工程において、１０ｎｍ以下の厚さを有する第１ＩｎＡｓ層４を形成することが好ましい。
また、コンタクト層３を形成する工程において、厚さが第１ＩｎＡｓ層４よりも厚い第２ＩｎＡｓ層５を形成することが好ましい。
また、コンタクト層３を形成する工程において、第１ＩｎＡｓ層４を形成した後、第２ＩｎＡｓ層５を形成する前に、Ａｓ照射下で昇温する工程を含むことが好ましい。第１ＩｎＡｓ層４からＡｓが抜けて欠陥が生じてしまうのを防止するためである。
【００６１】
また、コンタクト層３を形成する工程において、成長装置から取り出さずに第１ＩｎＡｓ層４及び第２ＩｎＡｓ層５を形成することが好ましい。
また、コンタクト層３を形成する工程において、分子線エピタキシー（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法によってコンタクト層を形成することが好ましい。
例えば、半導体層は、ＧａＳｂ層、ＩｎＡｓＳｂ層又はＡｌＳｂ層である。また、コンタクト層３は、２０ｎｍ以上の厚さを有する。また、第２ＩｎＡｓ層５上に第１金属電極６を形成する工程を含む。
【００６２】
また、半導体層は、活性層２を構成する。この場合、上述の半導体層を形成する工程は、活性層２を形成する工程に含まれることになる。そして、活性層２を形成する工程において、例えば、ＩｎＡｓ層及びＧａＳｂ層を含む超格子構造２Ａ、ＩｎＡｓ層及びＩｎＡｓＳｂ層を含む超格子構造２Ｃ、ＩｎＡｓ層及びＡｌＳｂ層を含む超格子構造２Ｅ、ＩｎＡｓＳｂバルク層２Ｄ、又は、ＡｌＳｂバルク層２Ｆを含む活性層２を形成すれば良い（例えば図１、図９〜図１３参照）。また、半導体基板１は、ＧａＳｂ基板とすれば良い。
【００６３】
また、半導体基板１と活性層２との間に、第２導電型ＧａＳｂからなる第２導電型コンタクト層７を形成する工程を含むものとしても良い（例えば図１４参照）。また、第２導電型コンタクト層７上に第２金属電極８を形成する工程を含むものとしても良い（例えば図１４参照）。
以下、具体的構成例を挙げて、より具体的に説明する。
【００６４】
本具体的構成例では、化合物半導体装置は、図１５、図１８に示すように、ｎ型ＧａＳｂ基板１上に、ＧａＳｂ層（バッファ層）９、ｐ型ＧａＳｂ層（下部コンタクト層）７、ｐ型ＩｎＡｓ０．９１Ｓｂ０．０９層（エッチングストッパ層）１０、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造）２Ａを有する活性層２、ｎ型ＩｎＡｓ層（第１ＩｎＡｓ層）４及びｎ型ＩｎＡｓ層（第２ＩｎＡｓ層）５からなる上部コンタクト層（キャップ層）３を積層させた化合物半導体積層構造を備える。
【００６５】
特に、上部コンタクト層３は、活性層２の最上層を構成するＧａＳｂ層から拡散したＳｂ組成が、第１ＩｎＡｓ層４と第２ＩｎＡｓ層５との界面で約１０００ｐｐｍであり、界面から第２ＩｎＡｓ層５の反対側の面へ向けて約８ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するようにしたコンタクト構造を有する。
なお、ここでは、エッチングストッパ層として設けられるｐ型ＩｎＡｓＳｂ層１０は、ＧｓＳｂに格子整合する組成を有するものとしている。また、このエッチングストッパ層にＩｎＡｓ層を用いると、ＧａＳｂ上にＩｎＡｓバルク層を成長することになり、ピットが発生することになり、好ましくないため、ＩｎＡｓＳｂ層を用いている。
【００６６】
そして、図１８に示すように、表面がＳｉＮパッシベーション膜（絶縁膜）１１で覆われており、上部コンタクト層３を構成するｎ型ＩｎＡｓ層５上に第１金属電極６が設けられており、下部コンタクト層７であるｐ型ＧａＳｂ層上に第２金属電極８が設けられている。
なお、この化合物半導体装置を適用した赤外線検出器を、Ｔ２ＳＬ型赤外線検出器ともいう。
【００６７】
次に、本具体的構成例の化合物半導体装置の製造方法について、図１５〜図１８を参照しながら説明する。
まず、図１５に示すように、（００１）面から約０．３５°傾斜（微傾斜）したｎ型ＧａＳｂ基板１を固体ソース分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置に導入し、ヒータ加熱により基板温度を昇温する。
【００６８】
なお、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｂの各材料源は、標準的なセル、又は、Ｖ族のＡｓ、Ｓｂはバルブドクラッカーセルを適用する。
ここでは、基板温度が約４００℃に達した時点で、ＳｂをＧａＳｂ基板１に照射する。例えば、Ｓｂのビームフラックスは約５．０×１０−７Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−５Ｐａ）とする。
【００６９】
そして、基板温度の昇温を続けると、約５５０℃に達した付近でＧａＳｂ表面酸化膜が解離する。その後、Ｓｂビーム照射下で基板温度を約５７０℃まで昇温し、約１０分間保持し、表面酸化膜を完全に脱離させる。
次に、Ｓｂビーム照射下で基板温度を約５２０℃に設定し、Ｇａを照射し、ＧａＳｂ層（バッファ層）９を形成する。
【００７０】
例えば、Ｇａのビームフラックスは約５．０×１０−８Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−６Ｐａ）とする。Ｖ／ＩＩＩ比は約１０となる。この条件下では例えばＧａＳｂ成長速度は約０．３０μｍ／ｈとなる。
そして、ＧａＳｂ層９を約１００ｎｍ形成した時点で、Ｂｅを追加照射する。
次に、Ｇａ及びＢｅの照射を継続し、ｐ型ＧａＳｂ層（下部コンタクト層；第２導電型コンタクト層）７を形成する。例えば、キャリア濃度が約５．０×１０１８ｃｍ−３となるようにＢｅセル温度を調整する。
【００７１】
続いて、ｐ型ＧａＳｂ層７を約５００ｎｍ形成した時点でＢｅ、Ｇａの照射を停止し、Ｓｂ雰囲気下で成長温度を約４００℃まで降温し、温度が安定した時点でＳｂの供給を停止し、約３秒間成長を中断する。
次に、Ｂｅ、Ｉｎ、Ａｓ及びＳｂを照射し、ｐ型ＩｎＡｓ０．９１Ｓｂ０．０９層（エッチングストッパ層）１０を約１００ｎｍ形成する。
【００７２】
例えば、Ｉｎのビームフラックスは約５．０×１０−８Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−６Ｐａ）とする。また、Ａｓのビームフラックスは約７．５×１０−７Ｔｏｒｒ（約１．０×１０−４Ｐａ）とする。また、Ｓｂのビームフラックスは約１．０×１０−８Ｔｏｒｒ（約１．３×１０−６Ｐａ）とする。Ｖ／ＩＩＩ比は約１０とする。この時、例えばＩｎＡｓＳｂの成長速度は約０．３０μｍ／ｈとなる。また、キャリア濃度が約５．０×１０１８ｃｍ−３となるようにＢｅセル温度を調整する。
【００７３】
次に、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造）２Ａを成長させて活性層２を形成する。
まず、Ｂｅ、Ｓｂの照射を停止し、ＩｎとＡｓを照射する。
例えば、Ｉｎのビームフラックスは約５．０×１０−８Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−６Ｐａ）とする。また、Ａｓのビームフラックスは約７．５×１０−７Ｔｏｒｒ（約１．０×１０−４Ｐａ）とする。Ｖ／ＩＩＩ比は約１５とする。この時、例えばＩｎＡｓの成長速度は約０．３０μｍ／ｈとなる。
【００７４】
そして、ＩｎＡｓを約２ｎｍ形成した時点でＩｎおよびＡｓの供給を停止する。
続いて、真空下で約３秒間成長を中断する。
次に、ＧａとＳｂを照射する。
例えば、Ｇａのビームフラックスは約５．０×１０−８Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−６Ｐａ）とする。また、Ｓｂのビームフラックスは約５．０×１０−７Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−５Ｐａ）とする。Ｖ／ＩＩＩ比は約１０とする。この時、例えばＧａＳｂの成長速度は約０．３０μｍ／ｈとなる。
【００７５】
そして、ＧａＳｂを約２ｎｍ形成した時点でＧａおよびＳｂの供給を停止する。
続いて、真空下で約３秒間成長を中断する。
このようなＩｎＡｓとＧａＳｂの形成を１サイクル（１周期）とし、例えば２００サイクル（２００周期）繰り返し、トータルの厚さが約８００ｎｍのＴｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子（Ｔ２ＳＬ）構造（超格子層）２Ａを有する活性層２を形成する。
【００７６】
次に、上述のコンタクト構造を有するコンタクト層（上部コンタクト層；第１導電型コンタクト層；ここではｎ型ＩｎＡｓコンタクト層）３を形成する。
まず、Ｔ２ＳＬ構造２Ａを有する活性層２と同じ成長温度約４００℃で、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｉを照射し、ｎ型ＩｎＡｓ層（第１導電型ＩｎＡｓ層；第１ＩｎＡｓ層）４を約５ｎｍ形成する。
【００７７】
例えば、Ｉｎのビームフラックスは約５．０×１０−８Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−６Ｐａ）とする。また、Ａｓのビームフラックスは約７．５×１０−７Ｔｏｒｒ（約１．０×１０−４Ｐａ）とする。Ｖ／ＩＩＩ比は約１５とする。この時、例えばＩｎＡｓの成長速度は約０．３０μｍ／ｈとなる。また、キャリア濃度が約５．０×１０１８ｃｍ−３となるようにＳｉセル温度を調整する。
【００７８】
続いて、Ａｓ照射下で成長温度を約５２０℃まで昇温する。
例えば、Ａｓのビームフラックスは約７．５×１０−７Ｔｏｒｒ（約１．０×１０−４Ｐａ）とする。
次に、約５２０℃で成長温度が安定した後、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｉを照射し、ｎ型ＩｎＡｓ層（第１導電型ＩｎＡｓ層；第２ＩｎＡｓ層）５を形成する。
【００７９】
例えば、Ｉｎのビームフラックスは約５．０×１０−８Ｔｏｒｒ（約６．７×１０−６Ｐａ）とする。また、Ａｓのビームフラックスは約７．５×１０−７Ｔｏｒｒ（約１．０×１０−４Ｐａ）とする。Ｖ／ＩＩＩ比は約１５とする。この時、例えばＩｎＡｓの成長速度は０．３０μｍ／ｈとなる。例えばキャリア濃度が５．０×１０１８ｃｍ−３となるようにＳｉセル温度を調整する。
【００８０】
そして、ｎ型ＩｎＡｓ層５を約９５ｎｍ形成した時点でＩｎ、Ｓｉの供給を停止する。
このようにして、ｎ型ＩｎＡｓ層４とｎ型ＩｎＡｓ層５とからなるｎ型ＩｎＡｓコンタクト層３が形成される。
そして、ｎ型ＩｎＡｓコンタクト層３の厚さは、約４００℃で成長したｎ型ＩｎＡｓ層４の約５ｎｍと、約５２０℃で成長したｎ型ＩｎＡｓ層５の約９５ｎｍと合わせて、約１００ｎｍとなる。
【００８１】
また、ｎ型ＩｎＡｓコンタクト層３は、Ｔ２ＳＬ構造２Ａを有する活性層２の最上層を構成するＧａＳｂ層から拡散してきたＳｂ組成が、ｎ型ＩｎＡｓ層４とｎ型ＩｎＡｓ層５との界面（界面近傍）で約１０００ｐｐｍ程度であり、界面からｎ型ＩｎＡｓ層５の反対側の面へ向けて約８ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するものとなる。
その後、Ａｓビーム照射下で降温し、基板温度が約４００℃になった時点でＡｓビーム照射を停止する。
【００８２】
このようにして、ｎ型ＩｎＡｓ層４及びｎ型ＩｎＡｓ層５からなり、ＧａＳｂ層から拡散したＳｂ組成が、ｎ型ＩｎＡｓ層４とｎ型ＩｎＡｓ層５との界面で約１０００ｐｐｍであり、界面からｎ型ＩｎＡｓ層５の反対側の面へ向けて約８ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するようにしたコンタクト構造を有する上部コンタクト層３を形成する。
このようにして化合物半導体積層構造を形成した後、上述のようにして各半導体層をエピタキシャル成長させたＧａＳｂ基板（図１５参照）をＭＢＥ装置から取り出す。
【００８３】
そして、各半導体層をエピタキシャル成長させたＧａＳｂ基板（図１５参照）に、例えば約５０μｍ×約５０μｍの領域を残し、周辺部を開口したレジストパターンをパターニングする。ここでは、ピクセル数（画素数）は例えば２５６×２５６とする。また、トータル面積は約１５．３６ｍｍ×約１５．３６ｍｍとなる。
次に、ドライエッチング装置に導入し、例えばＣＦ４系のガスを用いてエッチングし、図１６に示すように、メサ構造を形成する。
【００８４】
次に、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）装置に導入し、図１７に示すように、例えばＳｉＨ４及びＮＨ３系のガスを用いてＳｉＮパッシベーション膜（絶縁膜）１１を例えば約１００ｎｍ形成する。
そして、電極開口エリアをレジストでパターニングし、再び、ドライエッチング装置に導入し、例えばＣＦ４系のガスでＳｉＮパッシベーション膜１１をエッチングし、電極開口エリア１２を形成する。
【００８５】
次に、再び、電極開口エリア１２をレジストでパターニングし、スパッタリング法及びリフトオフによって、図１８に示すように、第１金属電極６及び第２金属電極８（ここではＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極）を形成する。
このようにして、本具体的構成例の化合物半導体装置１３を製造することができる。
なお、本実施形態では、半導体基板としてＧａＳｂ基板１を用いた化合物半導体積層構造に本発明を適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、半導体基板として例えばＧａＡｓ基板を用いても良い。この場合、ＧａＡｓ基板上に例えばＧａＩｎＳｂ傾斜組成層（格子定数差緩和層）を介して上述の化合物半導体積層構造を設ければ良い。
【００８６】
また、本実施形態では、ｎ型ＧａＳｂ基板（ｎ型半導体基板）１を用いた場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えばｐ型ＧａＳｂ基板（ｐ型半導体基板）を用いることもできる。この場合、例えばＧａＳｂ層９（例えば図１８参照）は設けなくても良い。
また、本実施形態では、エッチングストッパ層としてｐ型ＩｎＡｓＳｂ層１０を設ける場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、エッチングストッパ層を備えないものとして構成することもできる。
【００８７】
また、本実施形態では、基板側（下側）の導電型をｐ型とし、表面側（上側）の導電型をｎ型としており、例えば下部コンタクト層７をｐ型コンタクト層（第２導電型コンタクト層）とし、上部コンタクト層３をｎ型コンタクト層（第１導電型コンタクト層）としているが、これに限られるものではなく、導電型を上下逆にしても良い。つまり、基板側（下側）の導電型をｎ型とし、表面側（上側）の導電型をｐ型としても良く、例えば下部コンタクト層７をｎ型コンタクト層（第２導電型コンタクト層）とし、上部コンタクト層３をｐ型コンタクト層（第１導電型コンタクト層）としても良い。
【００８８】
ところで、例えば図１９、図２０に示すように、上述のように構成される化合物半導体装置１３に、読出回路チップ１４に含まれる読出回路（信号読出回路）を接続することで、赤外線検出器１５を構成することができる。
この場合、赤外線検出器１５は、上述のように構成される化合物半導体装置１３と、この化合物半導体装置１３に接続された読出回路とを備えるものとなる。
【００８９】
例えば、図１９、図２０に示すように、上述のように構成される化合物半導体装置１３に、読出回路を含む読出回路チップ１４を、バンプ電極１６を介して、フリップチップ接合することで、赤外線検出器１５を構成することができる。なお、図１９中、符号１７は引き出し電極であり、符号１８は電極である。
このように構成される赤外線検出器１５では、化合物半導体装置１３に備えられるＧａＳｂ基板１の裏面側から入射する赤外線を検出することになる。なお、赤外線検出器１５をＧａＳｂ系赤外線検出器ともいう。
【００９０】
したがって、本実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法、赤外線検出器は、コンタクト層３におけるピットの発生を抑制し、キャリアトラップを抑制し、暗電流の低減、感度の増大を実現することができるという効果を有する。
例えば、上述の実施形態のコンタクト層３を適用することで、Ｔ２ＳＬ赤外線検出器１５のコンタクト層３におけるピットの発生が抑制され、キャリアトラップが抑制され、単体素子の感度増加を実現することができる。また、本実施形態のＴ２ＳＬ赤外線検出器１５をＦＰＡ（Focal Plane Array）に適用することで、欠陥画素数を低減することができ、歩留まりを向上させることが可能となる。
【００９１】
なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられ、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層と、
前記半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、前記第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含み、前記半導体層から拡散したＳｂ組成が、前記第１ＩｎＡｓ層と前記第２ＩｎＡｓ層との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、前記界面から前記第２ＩｎＡｓ層の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層とを備えることを特徴とする化合物半導体装置。
【００９２】
（付記２）
前記コンタクト層は、第１導電型ＩｎＡｓからなる第１ＩｎＡｓ層と、第１導電型ＩｎＡｓからなる第２ＩｎＡｓ層とを含む第１導電型コンタクト層であることを特徴とする、付記１に記載の化合物半導体装置。
（付記３）
前記半導体層は、ＧａＳｂ層、ＩｎＡｓＳｂ層又はＡｌＳｂ層であることを特徴とする、付記１又は２に記載の化合物半導体装置。
【００９３】
（付記４）
前記第１ＩｎＡｓ層は、５ｎｍ以上の厚さを有することを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
（付記５）
前記第１ＩｎＡｓ層は、１０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【００９４】
（付記６）
前記第２ＩｎＡｓ層は、厚さが前記第１ＩｎＡｓ層よりも厚いことを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
（付記７）
前記コンタクト層は、２０ｎｍ以上の厚さを有することを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【００９５】
（付記８）
前記第２ＩｎＡｓ層上に設けられた第１金属電極を備えることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
（付記９）
前記半導体層は、活性層を構成することを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【００９６】
（付記１０）
前記半導体基板は、ＧａＳｂ基板又はＧａＡｓ基板であり、
前記活性層は、ＩｎＡｓ層及びＧａＳｂ層を含む超格子構造、ＩｎＡｓ層及びＩｎＡｓＳｂ層を含む超格子構造、ＩｎＡｓ層及びＡｌＳｂ層を含む超格子構造、ＩｎＡｓＳｂバルク層、又は、ＡｌＳｂバルク層を含むことを特徴とする、付記９に記載の化合物半導体装置。
【００９７】
（付記１１）
前記半導体基板と前記活性層との間に設けられ、第２導電型ＧａＳｂからなる第２導電型コンタクト層を備えることを特徴とする、付記９又は１０に記載の化合物半導体装置。
（付記１２）
前記第２導電型コンタクト層上に設けられた第２金属電極を備えることを特徴とする、付記１１に記載の化合物半導体装置。
【００９８】
（付記１３）
付記１〜１２のいずれか１項に記載の化合物半導体装置と、
前記化合物半導体装置に接続された読出回路とを備えることを特徴とする赤外線検出器。
（付記１４）
半導体基板の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、前記第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含み、前記半導体層から拡散したＳｂ組成が前記第１ＩｎＡｓ層と前記第２ＩｎＡｓ層との界面で５００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍであり、前記界面から前記第２ＩｎＡｓ層の反対側の面へ向けて６ｐｐｍ／ｎｍ〜１０ｐｐｍ／ｎｍの割合で低下するコンタクト層を形成する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【００９９】
（付記１５）
半導体基板の上方に、ＩｎＡｓと異なる格子定数を有し、Ｓｂを含む半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に第１成長温度３９０℃〜４３０℃で５ｎｍ以上の厚さを有する第１ＩｎＡｓ層を形成し、前記第１ＩｎＡｓ層上に第２成長温度５００℃〜５４０℃で第２ＩｎＡｓ層を形成することによって、前記半導体層上に設けられた第１ＩｎＡｓ層と、前記第１ＩｎＡｓ層上に設けられた第２ＩｎＡｓ層とを含むコンタクト層を形成する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【０１００】
（付記１６）
前記コンタクト層を形成する工程において、１０ｎｍ以下の厚さを有する前記第１ＩｎＡｓ層を形成することを特徴とする、付記１４又は１５に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１７）
前記コンタクト層を形成する工程において、厚さが前記第１ＩｎＡｓ層よりも厚い前記第２ＩｎＡｓ層を形成することを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【０１０１】
（付記１８）
前記コンタクト層を形成する工程において、前記第１ＩｎＡｓ層を形成した後、前記第２ＩｎＡｓ層を形成する前に、Ａｓ照射下で昇温する工程を含むことを特徴とする、付記１４〜１７のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１９）
前記コンタクト層を形成する工程において、成長装置から取り出さずに前記第１ＩｎＡｓ層及び前記第２ＩｎＡｓ層を形成することを特徴とする、付記１４〜１８のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【０１０２】
（付記２０）
前記コンタクト層を形成する工程において、分子線エピタキシー法によって前記コンタクト層を形成することを特徴とする、付記１４〜１９のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１０３】
１  ＧａＳｂ基板（半導体基板）
２  活性層
２Ａ  ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造）
２Ｂ  ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ／ＧａＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ／ＧａＳｂ超格子構造）
２Ｃ  ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＩｎＡｓＳｂ超格子構造）
２Ｄ  ＩｎＡｓＳｂバルク層
２Ｅ  ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造（Ｔｙｐｅ−ＩＩ型ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造）
２Ｆ  ＡｌＳｂバルク層
３  コンタクト層（ｎ型コンタクト層；第１導電型コンタクト層；上部コンタクト層）
４  第１ＩｎＡｓ層（ｎ型ＩｎＡｓ層；第１導電型ＩｎＡｓ層）
５  第２ＩｎＡｓ層（ｎ型ＩｎＡｓ層；第１導電型ＩｎＡｓ層）
６  第１金属電極（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極）
７  コンタクト層（ｐ型コンタクト層；第２導電型コンタクト層；下部コンタクト層）
８  第２金属電極（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極）
９  ＧａＳｂ層（バッファ層）
１０  ｐ型ＩｎＡｓ０．９１Ｓｂ０．０９層（エッチングストッパ層）
１１  ＳｉＮパッシベーション膜（絶縁膜）
１２  電極開口エリア
１３  化合物半導体装置
１４  読出回路チップ
１５  赤外線検出器
１６  バンプ電極
１７  引き出し電極
１８  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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