(57)【要約】【課題】、画素の独立性を確保し、製造から製品にいたる間一瞬もｐｎ接合を大気に露出しない構造を有する受光デバイス等を提供する。【解決手段】  受光デバイスは、受光層３と、受光層の上に位置する絶縁層開口パターン２５と、絶縁層開口パターンの開口２５ｈごとに該開口の壁よりも高くなるように下地層からエピタキシャル成長された、画素の部分となるｐ型選択成長層７と、を備え、受光層において、選択成長層７に対応する領域ごとにｐｎ接合１５が位置し、かつ隣の選択成長層７に対応する領域のｐｎ接合１５と離れていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に画素が配列された受光デバイスであって、
前記半導体基板の上に形成された受光層と、
前記受光層の上に位置する絶縁層開口パターンと、
前記絶縁層開口パターンの開口ごとに該開口の壁よりも高くなるように下地層からエピタキシャル成長された、前記画素の部分となる第１導電型の選択成長層と、を備え、
前記受光層において、前記選択成長層に対応する領域ごとにｐｎ接合が位置し、かつ隣の選択成長層に対応する領域のｐｎ接合と離れていることを特徴とする、受光デバイス。
【請求項２】
前記絶縁層開口パターンは、（Ｓ１）前記受光層に接して位置し、または、（Ｓ２）前記受光層に接して位置する中間層に接して位置し、前記選択成長層は、（Ｓ１）前記下地層が受光層であって前記開口の領域の受光層から成長している、または、（Ｓ２）前記下地層が中間層であって前記開口の領域の中間層から成長している、ことを特徴とする、請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項３】
前記選択成長層が前記開口の領域の中間層から成長する場合（Ｓ２）において、該選択成長層に接する該中間層の領域で第１導電型であり、前記絶縁層開口パターンにおける非開口の下の前記中間層の領域で第２導電型であり、前記中間層の第１導電型の領域が前記中間層の第２導電型の領域によって取り囲まれていることを特徴とする、請求項２に記載の受光デバイス。
【請求項４】
前記中間層内における前記第１導電型の領域の第１導電型不純物のキャリア濃度が、前記受光層に接する位置で５Ｅ１６ｃｍ−３以下であることを特徴とする、請求項３に記載の受光デバイス。
【請求項５】
前記受光層が、タイプＩＩの多重量子井戸構造またはバルク単層、で構成されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の受光デバイス。
【請求項６】
（前記半導体基板がＩｎＰ基板であり、前記受光層がタイプＩＩのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ多重量子井戸構造）、（前記半導体基板がＧａＡｓＳｂ基板もしくはＧａＡｓ基板もしくは化合物半導体被覆されたＩｎＰ基板であり、前記受光層がタイプＩＩのＧａＳｂ／ＩｎＡｓ多重量子井戸構造）、および（前記半導体基板がＩｎＰ基板であり、前記受光層がＩｎＧａＡｓ層）、のなかのいずれかであることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載の受光デバイス。
【請求項７】
前記選択成長層が、ＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＰ層、のいずれか一方、または両方、の層からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の受光デバイス。
【請求項８】
前記選択成長層が、ＧａＳｂ層およびＩｎＡｓ層、のいずれか一方、または両方、の層からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の受光デバイス。
【請求項９】
前記絶縁層開口パターンは、パッシベーション膜でもあり、該絶縁層の材料がＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜およびＳｉＯ２膜のいずれか、またはそれらの組み合わせ、であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の受光デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の受光デバイスと、読み出し回路（ＲＯＩＣ:Read-Out  IC）とを備えることを特徴とする、センシング装置。
【請求項１１】
画素が配列された受光デバイスの製造方法であって、
半導体基板の上に受光層を形成する工程と、
前記受光層の上に開口パターンが形成された絶縁層開口パターンを形成する工程と、
前記絶縁層開口パターンの開口ごとに該開口の壁よりも高くなるように、前記画素の部分となる第１導電型の選択成長層を下地層からエピタキシャル成長する工程とを備え、
前記選択成長層の成長工程において、該選択成長層にドープした第１導電型不純物を前記下地側に拡散させて、前記受光層の、前記選択成長層に対応する領域ごとにｐｎ接合を形成し、かつ隣の選択成長層に対応する領域のｐｎ接合と離れるようにすることを特徴とする、受光デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁層開口パターンを、（Ｓ１）前記受光層に接するように形成し、または、（Ｓ２）前記受光層に接して中間層をエピタキシャル成長したあとその中間層に接するように形成し、前記選択成長層を、（Ｓ１）前記受光層を前記下地層として前記開口の領域の受光層から成長させ、または、（Ｓ２）前記中間層を前記下地層として前記開口の領域の中間層から成長させる、ことを特徴とする、請求項１１に記載の受光デバイスの製造方法。
【請求項１３】
少なくとも前記選択成長層を、全有機金属気相成長法（全有機ＭＯＶＰＥ法）により、成長温度４５０℃以上５５０℃以下で成長して、前記受光層に該選択成長層に対応する領域ごとにｐｎ接合を形成することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の受光デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記選択成長層の形成工程において、成長時間の経過に対して、前記第１導電型不純物のドープ量をノンドープもしくは微量ドープから、徐々にまたはステップ状に増やすことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の受光デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記絶縁層開口パターンの絶縁層の材料を、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜およびＳｉＯ２膜のいずれか、またはこれらの組み合わせ、として、該受光デバイスのパッシベーション膜として製品の構成部分とすることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の受光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外域〜赤外域のいずれかの波長域に対して感度を有する受光デバイス、その製造方法、およびセンシング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近赤外を含む赤外域の光は、動植物などの生体や環境に関連した吸収スペクトル域に対応するため、受光層にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた赤外光の受光デバイスの開発が行われている。とくに近赤外から受光感度の長波長化が推進されている。これら受光デバイスでは、低い暗電流を重視して選択拡散によってｐｎ接合を形成することで選択拡散していない領域により画素分離を実現するプレーナ型フォトダイオードとすることが多い。しかしながら、プレーナ型フォトダイオードでは入射面に占める開口部、または選択拡散の領域の面積率、すなわちフィルファクタ（Fill  Factor）が小さいため、感度向上に制限が課せられる。
一方、プレーナ型フォトダイオードと対比されるメサ型フォトダイオードは、フィルファクタが大きく、その上で画素分離を実現することができる（特許文献１）。ここで開示されている受光素子では、画素分離を確実にするために、メサ構造の溝は、ＩｎＧａＡｓ受光層内のｐｎ接合を突き抜けてＩｎＰ基板直上の高濃度不純物層まで届かせている。
またＧａＳｂ基板上のＩｎＡｓ／ＧａＳｂタイプＩＩ量子井戸構造を受光層とする中赤外センサにおいてメサ構造によって素子分離をはかることが開示されている（非特許文献１）。この場合、量子井戸の厚みを変えて２種類の波長域を受光可能とする構造（ｐｉｎ構造およびｎｉｐ構造）において、メサ溝はｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造を突き抜けている。これらのメサ構造によって各画素は確実に分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６９９７８号公報
【０００４】
【非特許文献１】R.Rehm,  et  al.,  “Type-II  Superlattices；The Fraunhoffer  Perspective”,  Proceeding  of  SPIE,  vol.7660,  76601G-1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のメサ型フォトダイオードでは、ｐｎ接合がメサ構造の溝の壁面に露出するとリーク電流が増加して暗電流増加の原因となる。ｐｎ接合が、受光デバイスにおいてメサ溝の壁面に露出している場合、もちろん暗電流は大きくなる。さらに製作途中にｐｎ接合が一瞬でも大気にさらされる場合、大気中の水分や導電性不純物が付着してリーク電流の原因になる。したがってデバイスの状態で、露出したｐｎ接合の端を保護膜で被覆していてもリーク電流増大の原因になる。
【０００６】
本発明は、画素の独立性を確保しながら、暗電流を抑制するために製造から製品にいたる間一瞬たりともｐｎ接合を大気に露出しない構造を有する受光デバイス、その製造方法、およびセンシング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の受光デバイスは、半導体基板上に画素が配列された受光デバイスである。この受光デバイスは、半導体基板の上に形成された受光層と、受光層の上に位置する絶縁層開口パターンと、絶縁層開口パターンの開口ごとに該開口の壁よりも高くなるように下地層からエピタキシャル成長された、画素の部分となる第１導電型の選択成長層と、を備え、受光層において、選択成長層に対応する領域ごとにｐｎ接合が位置し、かつ隣の選択成長層に対応する領域のｐｎ接合と離れていることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成では、受光層は画素にわたって連続していて、画素の独立性もしくは画素の分離は、開口ごとにエピタキシャル成長した選択成長層によって確保される。その選択成長層は、開口ごとに壁（絶縁層の壁面）よりも高く成長し、受光層内のｐｎ接合は、その選択成長層に対応する領域ごとに形成され、しかも隣の選択成長層に対応する領域のｐｎ接合とは離れている。この開口ごとに成長した選択成長層と、受光層における選択成長層に対応する領域ごとのｐｎ接合によって画素の分離は確保される。ｐｎ接合が受光層に形成されるメカニズムについては、このあと製造方法において説明する。
ここで、選択成長層に対応する領域とは、開口の領域に対応する、離散配列した選択成長層の下方に位置する受光層の領域、をいう。
上記の構成において、選択成長層に対応する領域ごとのｐｎ接合の端は、絶縁層開口パターンの非開口の部分（絶縁層）によって被覆されており、大気等に露出していない。さらに、製造方法の項で詳しく説明するが、絶縁層開口パターンが形成されたあとｐｎ接合が形成され、当該ｐｎ接合が形成された後も絶縁層開口パターンはパッシベーション膜として残るので、製造途中一瞬でもｐｎ接合の端が大気等に露出することはない。このため、ｐｎ接合の端において大気中の酸素等による付着がなくクリーンに保たれるので、暗電流を抑制することができる。
【０００９】
絶縁層開口パターンは、（Ｓ１）受光層に接して位置し、または、（Ｓ２）受光層に接して位置する中間層に接して位置し、選択成長層は、（Ｓ１）下地層が受光層であって開口の領域の受光層から成長している、または、（Ｓ２）下地層が中間層であって開口の領域の中間層から成長している、ように構成することができる。
上記の構成により、たとえば（Ｓ２）中間層を受光層と選択成長層との間に挿入することで、選択成長層から第１導電型不純物が中間層を経て拡散して受光層に入ってゆく量（濃度）を調整することができる。すなわち中間層を、第１導電型不純物の受光層内への拡散の濃度調整に用いることができる。この結果、たとえば受光層の結晶性が脆弱であり、不純物濃度が高くなると結晶性が劣化するようなタイプＩＩ多重量子井戸構造などの場合、この中間層を利用して不純物濃度分布を調整することができる。もちろん、結晶性が安定な受光層に対して中間層を用いてもよい。
また、選択成長層の成長温度を非常に低くした場合、受光層内に確実に第１導電型不純物を拡散させてｐｎ接合を形成するために、場合（Ｓ１）のように、中間層を用いないで、受光層から選択成長層をエピタキシャル成長させるのがよい。
さらに、これも製造方法において説明するが、選択成長層の成長時、第１導電型不純物のドーピング量を成長初期でゼロもしくは少なく絞って、成長とともに徐々にまたはステップ的に高濃度にする方策を用いることができる。（Ｓ1）中間層なしで、受光層が結晶性が劣化するタイプＩＩ多重量子井戸構造でも、良好な結晶性の受光層を得ることができる。選択成長層を比較的、電気伝導性が高い半導体材料で形成することで、第１導電型不純物が低い厚み範囲があっても電気抵抗が高くなるなどの不都合は抑制することができる。
【００１０】
選択成長層が開口の領域の中間層から成長する場合（Ｓ２）において、該選択成長層に接する該中間層の領域で第１導電型であり、絶縁層開口パターンにおける非開口の下の中間層の領域で第２導電型であり、中間層の第１導電型の領域が中間層の第２導電型の領域によって取り囲まれている構成をとることができる。
中間層を用いる場合（Ｓ２）、開口ごとの選択成長層から第１導電型不純物が、中間層を経て受光層へと拡散する。このため、離散配列している選択成長層に接する中間層の領域は、第１導電型不純物が分布し、その第１導電型の領域の周囲は、非開口の下に位置するので、第１導電型不純物の拡散はなく、第２導電型の領域となる。この第２導電型領域の取り囲みによって各画素は隣の画素と分離される。
【００１１】
中間層を設ける場合（Ｓ２）、中間層内における第１導電型の領域の第１導電型不純物のキャリア濃度が、受光層に接する位置で５Ｅ１６ｃｍ−３以下であるようにできる。
第１導電型不純物の濃度を、受光層に入る入口（中間層内の受光層との界面）で、５Ｅ１６ｃｍ−３以下のレベルとすることで、たとえば結晶性が脆弱で不純物濃度が高くなると劣化するような受光層の結晶性を良好に保つことができる。
【００１２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を形成するとき、意図して不純物をドープすることがなくても、たとえば第２導電型不純物（ｎ型不純物）であるシリコン（Ｓｉ）等が、１Ｅ１６ｃｍ−３程度混入する。このため真性半導体（ｉ型：intrinsic）とするつもりでも、ｎ−型（希薄な濃度の第２導電型）の半導体が形成されるのが通例である。これは中間層、受光層の別なく生じる現象である。受光層は、ノンドープとするが、製造してみるとｎ−型（第２導電型）となっている。このような第２導電型不純物の濃度をバックグランド濃度と呼び、上記のように１Ｅ１６ｃｍ−３程度である。
受光層に、第１導電型不純物が上記のように低濃度で拡散してきて、ｐｎ接合を形成する。ここで、ｐｎ接合は、選択成長層から拡散してくる第１導電型不純物の濃度が、受光層の第２導電型不純物のバックグランド濃度と等しくなる箇所において形成される。このため、ｐｉ接合とみることもできるが、ｐｉ接合とｐｎ接合とを区別しないで、ｐｎ接合と総称する。  
【００１３】
受光層が、タイプＩＩの多重量子井戸構造またはバルク単層、で構成されることができる。
これによって、選択成長層を比較的高い成長温度で成長しなければならない場合でも、中間層の厚みを調整することで、受光層の中間層側の厚み範囲の第１導電型不純物の濃度を低く抑え、かつｐｎ接合の位置を上面側（中間層側）に位置させることができる。感度を確保するために、ｐｎ接合に逆バイアス電圧を印加して、受光層においてｐｎ接合から空乏層を不純物が低い方の領域に広く広げておく必要がある。そのためには、受光層の上面に近い位置にｐｎ接合を位置させておくのがよい。
【００１４】
（半導体基板がＩｎＰ基板であり、受光層がタイプＩＩのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ多重量子井戸構造）、（半導体基板がＧａＡｓＳｂ基板もしくはＧａＡｓ基板もしくは化合物半導体被覆されたＩｎＰ基板であり、受光層がタイプＩＩのＧａＳｂ／ＩｎＡｓ多重量子井戸構造）、および（半導体基板がＩｎＰ基板であり、受光層がＩｎＧａＡｓ層）、のなかのいずれかであるようにできる。多重量子井戸構造は、ＭＱＷ（Multiple  Quantum  Well）と記す場合がある。
上記の受光層によって、近赤外域〜赤外域に感度を有する受光デバイスを得ることができる。
【００１５】
選択成長層の成長時、第１導電型不純物のドーピング量を成長初期でゼロもしくは少なく絞って、成長とともに徐々にまたはステップ的に高濃度にする方策を用いることができる。この方策により（Ｓ1）中間層なしで、受光層が結晶性が劣化するタイプＩＩ多重量子井戸構造でも、良好な結晶性の受光層を得ることができる。
【００１６】
選択成長層が、ＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＰ層、のいずれか一方、または両方、の層からなるようにできる。
これによって、近赤外域〜赤外域において吸収が比較的大きくなく、かつ電気抵抗が小さい半導体層である、ＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＰ層により中間層を形成することができる。とくにＩｎＧａＡｓは不純物濃度が低くても電気抵抗は低い。ＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＰ層ともに、これまでの多くの技術蓄積がある。
ここで、中間層にＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＰ層を用いる前提として、半導体基板には、ＩｎＰ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＡｓＳｂ基板、化合物半導体被覆されたＩｎＰ基板、の中のいずれかを用いる。
【００１７】
また選択成長層が、ＧａＳｂ層およびＩｎＡｓ層、のいずれか一方、または両方、の層からなるようにしてもよい。
これによって中赤外に受光感度をもつタイプＩＩのＧａＳｂ／ＩｎＡｓ多重量子井戸構造に対して、選択成長層によって素子分離を遂行することができる。
【００１８】
絶縁層開口パターンは、パッシベーション膜でもあり、該絶縁層の材料がＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜およびＳｉＯ２膜のいずれか、またはそれらの組み合わせ、であるようにできる。
これによって、絶縁層開口パターンをそのままパッシベーション膜として製品に残すので、製造途中、一瞬でもｐｎ接合の端が大気等にさらされることがなくなる。この結果、大気中の酸素の付着はなくなり、暗電流の抑制を得ることができる。
【００１９】
本発明のセンシング装置は、上記のいずれかの受光デバイスと、読み出し回路（ＲＯＩＣ:Read-Out  IC）とを備えることを特徴とする。
これによって、暗電流の小さく、画質の良好な受光デバイスを用いて近赤外域〜赤外域に感度をもつセンシング装置を提供することが可能となる。
【００２０】
本発明の受光デバイスの製造方法は、画素が配列された受光デバイスの製造方法である。この製造方法は、半導体基板の上に受光層を形成する工程と、受光層の上に開口パターンが形成された絶縁層開口パターンを形成する工程と、絶縁層開口パターンの開口ごとに該開口の壁よりも高くなるように、画素の部分となる第１導電型の選択成長層を下地層からエピタキシャル成長する工程とを備え、選択成長層の成長工程において、該選択成長層にドープした第１導電型不純物を下地側に拡散させて、受光層の、選択成長層に対応する領域ごとにｐｎ接合を形成し、かつ隣の選択成長層に対応する領域のｐｎ接合と離れるようにすることを特徴とする。
【００２１】
上記の製造方法によれば、絶縁層開口パターンを形成した後、開口内に選択成長層を成長させながら、第１導電型不純物を受光層側に向けて拡散させて、受光層内にｐｎ接合を形成する。選択成長層は開口ごとに離散的に成長しており、選択成長層から受光層側に向けて拡散することで形成される第１導電型不純物領域も、開口のパターンに合わせて離散的に形成される。選択成長層からの第１導電型不純物の拡散は、厚み方向（縦方向）に大きく進行するが、横方向にも少しの程度進行する。この横方向への少しの程度の拡散の進行によって、第１導電型不純物領域は、開口の大きさより少し大きく広がる。すなわち、第１導電型不純物領域の端は、開口の縁よりも少し広がって、開口パターンの下地層（受光層または中間層）の表面に現れる。この下地層で第１導電型不純物領域の端が現れる表面の位置は、開口よりも少し大きいため非開口の範囲であるので絶縁層で被覆されている。この絶縁層は、絶縁層開口パターンの絶縁層であり、パッシベーション膜として存在し続ける。この結果、ｐｎ接合の端は、製造途中、一瞬たりとも大気に露出することはなく、さらに製造し終わった製品の状態でも大気に露出することはない。したがって、ｐｎ接合の端に大気中の酸素や水分等の不純物が付着することはなく、暗電流を低く抑えることが可能になる。
また、選択成長層は、開口パターンに合わせて離散的に分布して、上記のｐｎ接合も横方向に広がるといっても開口の間隔に比べれば微小なので、画素の独立性を確保することができる。
【００２２】
絶縁層開口パターンを、（Ｓ１）受光層に接するように形成し、または、（Ｓ２）受光層に接して中間層をエピタキシャル成長したあとその中間層に接するように形成し、選択成長層を、（Ｓ１）受光層を下地層として開口の領域の受光層から成長させ、または、（Ｓ２）中間層を下地層として開口の領域の中間層から成長させる、ことができる。
これによって、たとえば比較的高温で選択成長層を成長しなければならないとき、不純物は長い距離を拡散するので、（Ｓ２）中間層を受光層と選択成長層との間に挿入して、選択成長層から第１導電型不純物が受光層に入ってゆく濃度を調整することができる。これにより、中間層を第１導電型不純物の受光層内への拡散の濃度調整に用いることができる。この結果、たとえば受光層の結晶性が脆弱であり、不純物濃度が高くなると結晶性が劣化するようなタイプＩＩ多重量子井戸構造などの場合、この中間層を利用して不純物濃度分布を調整することができる。結晶性が安定な受光層に対して中間層を用いてもよい。
さらに中間層がない場合（Ｓ１）でも、選択成長層の成長時、第１導電型不純物のドーピング量を成長初期でゼロもしくは少なく絞って、成長とともに徐々にまたはステップ的に高濃度にする方策を用いることができる。
また、選択成長層の成長温度を非常に低くした場合、受光層内に確実に第１導電型不純物を拡散させてｐｎ接合を形成するために、（Ｓ１）のように、中間層を用いないで、受光層から選択成長層をエピタキシャル成長させるのがよい。この場合（Ｓ１）でも、受光層には、結晶性が安定しているバルク単層、および、不純物濃度が高くなると結晶性が劣化しやすいタイプＩＩ多重量子井戸構造、を用いることができる。
【００２３】
少なくとも選択成長層を、全有機金属気相成長法（全有機ＭＯＶＰＥ法）により、成長温度４５０℃以上５５０℃以下で成長して、受光層に該選択成長層に対応する領域ごとにｐｎ接合を形成することができる。
上記の全有機金属気相成長法によれば、低温で分解しやすい有機金属気体を原料に用いる。このため、まず第１に、所定温度を超える高温になると分解する傾向が強いタイプＩＩ多重量子井戸構造を受光層に含むデバイスの場合、その受光層の結晶性を良好に保ちながら選択成長層を形成することができる。
なお、上記の全有機金属気相成長法による選択成長層の成長温度が、タイプＩＩ多重量子井戸構造の分解を防止できる温度範囲であることと、選択成長層からの第１導電型不純物の拡散長が大きいかどうかということとは、関係はするが別の問題である。全有機金属気相成長法によって成長温度を低く、４５０℃以上５５０℃以下にすることは、選択成長層からの第１導電型不純物の拡散長を抑制することに有利には作用するが、中間層が必要かどうか、また中間層の厚みをいかにするか等は、実際のデバイスごとに判断しなければならない。
【００２４】
選択成長層の形成工程において、成長時間の経過に対して、第１導電型不純物のドープ量をノンドープもしくは微量ドープから、徐々にまたはステップ状に増やすことができる。
これによれば、とくに中間層がない場合（Ｓ１）において、受光層への第１導電型不純物の拡散量を調節して低くできる。このため、中間層がない場合（Ｓ１）でもタイプＩＩＭＱＷの受光層を良好な結晶性の状態で形成可能となる。もちろん、中間層がある場合（Ｓ２）において、上記のドープ方法を用いてもよい。選択成長層を比較的、電気伝導性が高い半導体材料で形成することで、第１導電型不純物濃度が低い厚み範囲があっても電気抵抗が高くなるなどの不都合は抑制することができる。
【００２５】
絶縁層開口パターンの絶縁層の材料を、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜およびＳｉＯ２膜のいずれか、またはこれらの組み合わせ、として、該受光デバイスのパッシベーション膜として製品の構成部分とすることができる。
これによって、ｐｎ接合の端を製造時から製品状態まで、一瞬たりとも大気に暴露することがない。このため暗電流の低い受光デバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、画素の独立性を確保しながら、暗電流を抑制するために製造から製品にいたる間一瞬たりともｐｎ接合を大気に露出しない構造を有する受光デバイス等を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における受光デバイスを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、である。
【図２】図１の受光デバイスの製造方法を示し、（ａ）は受光層上に中間層を成長、（ｂ）は中間層上に絶縁層開口パターンを形成、（ｃ）は選択成長層を成長、（ｄ）は選択成長層に画素電極を形成、した段階の図である。
【図３】図１（ｂ）に示した絶縁層開口パターンの平面図である。
【図４】選択成長層を拡散源として拡散したｐ型領域およびｐｎ接合を示し、（ａ）は概要図、（ｂ）はｐｎ接合の端の部分拡大図、である。
【図５】本発明の実施の形態１における受光デバイスの変形例を示す図である。
【図６】図５の変形例の受光デバイスを用いて読み出し回路と組み合わせたセンシング装置を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２における受光デバイスを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３における受光デバイスを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態４における受光デバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における受光デバイスの断面図であり、図１（ｂ）は、平面図である。複数の画素Ｐが、ＩｎＰ基板１上に形成され、受光信号を相互に独立に検出できるように離されて配列されている。図１によれば、受光デバイス１０は次のＩＩＩ−Ｖ族半導体積層構造を備える。
（ＩｎＰ基板１／バッファ層２／タイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷ受光層３／中間層５／開口２５ｈに限定された選択成長層７）
バッファ層２は、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、またはＩｎＧａＡｓで形成することができる。また、中間層５は、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＰで形成するのがよい。光は、ＩｎＰ基板１の裏面から入射され、そのＩｎＰ基板１の裏面に、受光量増大のためＳｉＯＮや多層膜からなる反射防止膜１９を配置しておくのがよい。
ＩｎＰ基板１は、ｎ＋型でありグランド電極１２が端の部分にオーミック接続されている。バッファ層２もｎ＋型（第２導電型）とする。タイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷ受光層３は、ノンドープで成長させる。しかしｎ型不純物のＳｉ等が１Ｅ１６ｃｍ−３以下のレベルで混入する。中間層５も、ノンドープで成長させるが、図１（ａ）に示すように、ｐ型（第１導電型）不純物領域９が画素Ｐの領域に分かれて形成されている。絶縁膜開口パターン２５の開口２５ｈに限定されてエピタキシャル成長した選択成長層はｐ＋型であり、画素電極であるｐ側電極１１のコンタクト層となっている。ｐ＋型領域の選択成長層７にはＡｕＺｎによるｐ側電極１１が、またｎ＋型であるＩｎＰ基板１の裏面にはＡｕＧｅＮｉのｎ側電極（グランド電極）１２が、それぞれオーミック接触するように設けられている。グランド電極１２については、このあと図５等において説明するように、バッファ層上に設けて、ＩｎＰ基板は鉄（Ｆｅ）ドープの半絶縁性ＩｎＰ基板としてもよい。
【００２９】
図１（ｂ）の平面図によれば、画素Ｐは、平面的に見て絶縁膜２５の開口２５ｈに合わせて開口２５ｈごとに形成されている。厳密には、ｐ型領域９の大きさが開口２５ｈの正方形よりも少し大きく、画素Ｐは平面的にはｐ型領域９の大きさに一致する。画素Ｐの配列は、たとえば画素ピッチは３０μｍであり、正方形の開口２５ｈの一辺の長さ２０μｍ〜２５μｍとするのがよい。画素Ｐは受光素子の一単位であり、図１（ｂ）に示すように画素Ｐが縦横に面状に配列することで、撮像等をすることが可能になる。上記の例では、開口２５ｈは矩形もしくは正方形であるが、円形などでもよい。
【００３０】
＜本実施の形態におけるポイント＞
＜１＞画素Ｐの骨格：
本実施の形態では、絶縁層開口パターン２５の開口２５ｈ内に限定して選択成長された選択成長層７によって、画素Ｐの機械的な骨格が形成される。絶縁層開口パターンをＩｎＧａＡｓ等の中間層５に接して形成した後、ｐ型ＩｎＧａＡｓの選択成長層７を成長させると、開口２５ｈに露出している中間層５の領域に選択成長層７がエピタキシャル成長する。絶縁層開口パターン２５の絶縁膜にはＩｎＧａＡｓは成長しない。このため、開口２５ｈに合わせて選択成長層７が成長する。本実施の形態ではメサ構造の形成またはメサエッチング等は一切しないが、選択成長層７の間の間隙が、メサ溝ととることができる。この開口２５ｈに限定された選択成長層７によって画素Ｐの骨格が決まる。しかし、画素Ｐは骨格だけでは形成されない。
＜２＞ｐｎ接合の形成：
画素Ｐには、受光層３に空乏層を張るためのｐｎ接合もしくはｐｉ接合が必要である。しかも画素Ｐごとにｐｎ接合は分離されていなければならない。本実施の形態では、選択成長層７を成長温度４５０℃以上でエピタキシャル成長させるときｐ型（第１導電型）不純物である亜鉛（Ｚｎ）をドープする。このＺｎが、選択成長層７の成長中に、濃度勾配を駆動力として、中間層５／受光層３の側へと熱拡散する。中間層５および受光層３は、上記のように希薄なｎ型不純物を含む。このため、Ｚｎは、選択成長層７の底部から中間層５にｐ型領域９を形成しながら当該中間層５を経て受光層３に至り、受光層３の上面に近い位置にｐｎ接合１５を形成する。
ｐｎ接合１５に、ｎ側電極１２とｐ側電極１１との間に逆バイアス電圧を印加すると、ｐｎ接合１５から低濃度の不純物領域、すなわち希薄なｎ型不純物の領域へと大きく、不純物濃度に逆比例して、空乏層が張られる。すなわち受光層３の下面に向けて空乏層が張り出される。光がＩｎＰ基板１の裏面から入射して空乏層で受光が生じると、電子・正孔対が形成されて、ｎ側電極１２へ電子が、ｐ側電極１１へ正孔が引かれて受光量に比例した電荷が蓄積される。空乏層があってはじめて受光現象を捉えることができる。画素Ｐごとの空乏層によって受光の強度分布が得られて撮像等が可能になる。
隣の画素Ｐのｐｎ接合１５からの分離は、製造方法で詳細に説明する。その説明の際、本発明の最大の目的の一つである暗電流の抑制について合わせて説明する。
【００３１】
図２（ａ）〜（ｄ）は、図１の受光デバイス１０の製造方法の概略を示す図である。厚みや濃度などの数値は実施例において例示する。エピタキシャル積層体を成長する成長法は、成長温度をある程度低くできれば何でもよいが、全有機気相成長法は原料の有機金属気体の分子が大きく、低温で分解して成膜しやすいので、全有機気相成長法で成長するのがよい。
まず、図２（ａ）に示すように、ｎ＋型ＩｎＰ基板１上に接してｎ＋型バッファ層２を、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、またはＩｎＧａＡｓによりエピタキシャル成長する。次いでバッファ層２上に、タイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷ受光層３をノンドープで形成する。ＭＱＷにおけるＩｎＧａＡｓとＧａＡｓＳｂのペア数は、５０〜５００程度とするのがよい。この受光層３上に接して中間層５をＩｎＧａＡｓまたはＩｎＰによりノンドープでエピタキシャル成長する。その中間層５上に接して絶縁層開口パターン２５をＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２等のいずれかで形成する。図３に絶縁層開口パターン２５を示す。上記のように開口２５ｈの正方形の一辺は２０μｍ〜２５μｍ、開口２５ｈの縦横ピッチは３０μｍ程度とするのがよい。図３と図１（ｂ）とを比較して、開口２５ｈが平面的に見て画素Ｐの中心領域に対応することが分かる。図２（ｂ）は、絶縁層開口パターン２５を形成した状態を示す図である。
このあとｐ型不純物原料に有機金属のＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）などを用いて選択成長層７を、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはＩｎＧａＡｓとＩｎＰとの複合層、の中のいずれかにより形成する。下地層が中間層５なので、選択成長層７は中間層５からエピタキシャル成長し、非開口領域の絶縁膜からは何も成長しない。成長温度は４５０℃以上５５０℃以下とするのがよい。この成長温度を用いることで、タイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷの結晶性が劣化せず、またＩｎＧａＡｓ選択成長層の結晶性を良好に保つことができる。さらに、この成長温度は、上記のＤＥＺｎがｐ型不純物のＺｎに分解して、Ｚｎの濃度勾配を駆動力にして、選択成長層７の底部から中間層５にｐ型領域９を形成しながら受光層３内に拡散するのに十分な温度である。
逆に、中間層５の厚みを調整することによって、上記の成長温度の下、全有機気相成長法によりＩｎＧａＡｓ選択成長層７を成長して、受光層３内の上面近くにおいてＺｎ濃度が受光層３のｎ型不純物のバックグランド濃度である１Ｅ１６ｃｍ−３程度になるようにするのがよい。これによって成膜能率が高く、基板サイズが制約を受けにくい全有機金属気相成長法を用いて、受光層３内の所望の位置にｐｎ接合１５は配置させることが可能となる。ｐｎ接合１５を受光層３内に形成した状態が、図２（ｃ）に示す状態である。ここでｐｎ接合の端Ｋが中間層５の表面に位置することに注意する必要がある。ｐ型不純物は選択成長層７から主に厚み方向（深さ方向もしくは縦方向）に拡散するが、横方向（層の面に沿う方向）にも少し拡散する。このためｐ型領域９は、平面的に見て開口２５ｈよりも少し広がる。このため、ｐｎ接合１５も平面的に見て開口領域よりも大きくなる。この結果、ｐｎ接合１５の端Ｋは中間層の表面に位置するが、絶縁層開口パターンの非開口領域すなわち絶縁膜で被覆されるため、大気中の酸素等の不純物がｐｎ接合の端Ｋに付着することはない。図２（ｃ）において、太い破線が画素Ｐの範囲を画定する。平面的に見てｐ型領域９の範囲が画素Ｐに対応する。このあと、ｐ＋型選択成長層７をコンタクト層としてｐ側電極１１を形成し、図１の受光デバイス１０の完成に至る。絶縁層開口パターン２５は、パッシベーション膜として機能させるために、このまま製品中に残す。
【００３２】
本発明の最大の目標の一つである暗電流の抑制は、上記の製造方法によって実現される。
＜３＞：暗電流の抑制：
ｐｎ接合１５の端Ｋが大気に触れると大気中の酸素等が付着して暗電流増大の原因となる。このため、製品になった段階でｐｎ接合１５の端Ｋが大気に露出しないようにするだけは足りない。製造中に一瞬でも大気や成長室の雰囲気に露出させても酸素等の不純物の付着は生じるので、製造途中のどの段階でも大気や成長室雰囲気に露出しないようにする構造でなければならない。本実施の形態では、図２（ｃ）に示すように、ｐ＋型選択成長層７からＺｎを受光層３にまで拡散させてｐｎ接合１５を形成した段階で端Ｋは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、中間層５の表面に現れる。この時点でｐｎ接合１５の端Ｋはすでに絶縁層開口パターン２５の非開口領域または絶縁膜に覆われている。絶縁層開口パターン２５は、このままパッシベーション膜として製品に残されるので、このあと一瞬たりともｐｎ接合１５の端Ｋが大気等にさらされることはない。この結果、ｐｎ接合１５の端Ｋは、大気や成長室の雰囲気にさらされることはなく、低い暗電流を保つことが可能となる。
画素Ｐの独立性は、骨格が上記のように離散的な選択成長層７により形成されるので、あとはｐｎ接合１５が隣の画素Ｐのｐｎ接合１５とどれだけ確実に分離されるかによる。図４（ｂ）に示すように、横方向へのｐ型不純物の拡散により隣の画素Ｐどうし近づくが、選択成長層７のピッチまたは開口２５ｈのピッチを一定以上確保することで、確実に分離することが可能である。
＜４＞：受光層の結晶性の確保：
受光層がタイプＩＩＭＱＷの場合、結晶性がそれほど安定ではなく、所定温度以上の高温、不純物濃度の影響を受けて、結晶性が劣化する。結晶性劣化の態様は、分解や結晶配列の乱れなどである。このうち、温度については、低温でも良好な結晶膜を成長可能な成長法を選択することで、中間層５および選択成長層７を成長する温度を、たとえば６００℃以下さらには５５０℃以下にすることができる。
一方、不純物濃度については、選択成長層７の成長中にｐ型（第１導電型）不純物が、受光層３に過度に流入しないように、一つの方策として中間層５の厚みを調整するのがよい。換言すれば、中間層５をｐ型不純物の拡散濃度分布の調整層として利用する。その場合、当然、中間層５内に、選択成長層（拡散源）７側から受光層３側に向かって、Ｚｎ濃度は単調に減少する。ただしヘテロ界面では、Ｚｎのパイルアップが生じ、局所的に小ピークが現れる場合がある。濃度分布上、中間層５内での受光層３との界面において、ヘテロ界面でパイルアップがあっても（局所範囲に限定されるので）ｐ型不純物のキャリア濃度５Ｅ１６ｃｍ−３以下にすることができる。ヘテロ界面でのパイルアップの影響を含めて上記の位置のキャリア濃度を５Ｅ１６ｃｍ−３以下とすれば、受光層３のｎ型不純物のバックグランド濃度は１Ｅ１６ｃｍ−３程度なので、受光層３内の中間層５に近い範囲にｐｎ接合１５を形成することができる。
上記のタイプＩＩＭＱＷとしては、（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）、（ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ）などが対象となる。（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）タイプＩＩＭＱＷはＩｎＰ基板に形成される。また、（ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ）タイプＩＩＭＱＷは、（ＧａＡｓＳｂ基板、ＧａＡｓ基板、および化合物半導体（ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＳｂなど）に被覆されたＩｎＰ基板）の中のいずれか１つに形成される。
【００３３】
中間層５を配置する場合（Ｓ２）、上記の構造によって、受光層３内のｐ型不純物濃度を低くできる。また、中間層がない場合（Ｓ１）であっても、選択成長層７の形成工程において、成長時間の経過に対して、ｐ型不純物のドープ量をノンドープもしくは微量ドープから、徐々にまたはステップ状に増やす方策を用いることができる。
上記のドープ量調整方法によれば、とくに中間層がない場合（Ｓ１）において、受光層３への第１導電型不純物の拡散量を調節して低くできる。このため、中間層がない場合（Ｓ１）でもタイプＩＩＭＱＷの受光層３を良好な結晶性の状態で形成可能となる。もちろん、中間層がある場合（Ｓ２）において、上記のドープ方法を用いてもよい。選択成長層を希薄濃度でも比較的、電気伝導性が高い半導体材料（たとえばＩｎＧａＡｓ）で形成することで、ｐ型不純物が低い厚み範囲があっても電気抵抗が高くなるなどの不都合は抑制することができる。
【００３４】
図５は、図１の変形例であり、本発明の実施の形態である。変形例では、グランド電極１２の位置およびＩｎＰ基板１の伝導型が変化する。グランド電極１２をｎ＋型バッファ層２にオーミック接続しており、この場合、ＩｎＰ基板１は、鉄（Ｆｅ）ドープの半絶縁性基板とするのがよい。ＦｅドープＩｎＰ基板は近赤外域の光吸収がないからである。
この変形例の受光デバイス１０は、読み出し回路（ＲＯＩＣ）と組み合わせてセンシング装置５０を形成するとき、接続構造が簡単になる。図６は、図５に示す変形例の受光デバイス１０を、読み出し回路７０と組み合わせた、センシング装置５０を示す図である。受光デバイス１０のグランド電極１２をバッファ層２に配置することで、配線電極１３を絶縁膜開口パターンの端の絶縁膜上を伝わせて画素電極１１と同じ高さにすることで、読み出し回路本体７０ａのグランド電極７２に対向させることができる。配線電極１３は、読み出し回路本体７０ａのグランド電極７２とバンプ（図示せず）により導電接続することができる。バンプは、読み出し回路本体７０ａのグランド電極７２および受光デバイス１０の配線電極１３の両方にともに配置しておくのがよい。画素電極１１と読み出し回路の読み出し電極７１との導電接続にも、両方の電極１１，７１ともにバンプ（図示せず）を配置しておいて周知の方法で接続するのがよい。
センシング装置５０の受光デバイス１０に上記の工夫をしたものを用いることで、暗電流が低く、画素分離性が良い、高感度の、センシング装置を得ることができる。このセンシング装置は、近赤外域〜赤外域のいずれかの波長域に良好な感度をもつ。
【００３５】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における受光デバイスの断面図である。本実施の形態では、受光層３にＩｎＧａＡｓ層を用いた点が実施の形態１と異なる。その他の点は共通である。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の積層構造はつぎのとおりである。
（ＩｎＰ基板１／バッファ層２／ＩｎＧａＡｓ受光層３／中間層５／開口２５ｈに限定された選択成長層７）
バッファ層２は、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、またはＩｎＧａＡｓで形成することができる。また、中間層５は、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＰで形成するのがよい。
上記の構成により、実施の形態１において説明した作用＜１＞〜＜３＞は共通であり、本実施の形態にも適用される。ただ、＜４＞受光層の結晶性の確保については、ＩｎＧａＡｓ受光層３はバルク単層なので、その結晶性は比較的安定ある。より好ましい結晶性を目指す場合、バルク単層の受光層であっても、受光層３の上層である中間層５，選択成長層７の成長温度は低く、かつ受光層内の不純物濃度は低いほうが好ましい
【００３６】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における受光デバイスの断面図である。本実施の形態では、受光層３にＩｎＧａＡｓ層を用い、かつ中間層が欠落している点が実施の形態１と異なる。その他の点は共通である。すなわち、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の積層構造はつぎのとおりである。
（ＩｎＰ基板１／バッファ層２／ＩｎＧａＡｓ受光層３／開口２５ｈに限定された選択成長層７）
バッファ層２は、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、またはＩｎＧａＡｓで形成することができる。
本実施の形態では、選択成長層７は受光層３を下地層として受光層３からエピタキシャル成長する。すなわち中間層がない場合（Ｓ１）に該当する。この場合（Ｓ１）において受光層３にバルク単層を用いる技術的意義などはすでに記載したとおりである。
【００３７】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４における受光デバイスの断面図である。本実施の形態では、受光層３にタイプＩＩのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂＭＱＷを用い、かつ中間層が欠落している点がポイントである。その他の点はほかの実施の形態と大きな差はない。ＩＩＩ−Ｖ族半導体の積層構造はつぎのとおりである。
（ＩｎＰ基板１／バッファ層２／タイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷ受光層３／開口２５ｈに限定された選択成長層７）：中間層はない。
バッファ層２は、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、またはＩｎＧａＡｓで形成することができる。
本実施の形態では、選択成長層７は、タイプＩＩのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂＭＱＷ受光層３を下地層としてその受光層３からエピタキシャル成長する。中間層を用いない場合、選択成長層７の形成のとき、ｐ型不純物のドーピング量の調整をするのがよい。選択成長層７の成長時間の経過に対して、Ｚｎ（ｐ型不純物）のドープ量をゼロから徐々にまたはステップ状に増やす方策をとるのがよい。成長途中にドーピング量を一定レベルにしてもよい。成長の初期段階で一定レベルにしてもよいし、最終時に一定レベルに到達してもよい。この方法によって、中間層がなくても受光層３内のｐ型不純物の濃度を低く制御しながら、受光層３内のｐｎ接合１５の位置を選択成長層7に近い範囲に配置することが可能となる。ｐｎ接合１５は、ｐ型キャリア濃度が、受光層３内のｎ型キャリア濃度のバックグランド１Ｅ１６ｃｍ−３と同じになる位置に形成される。
上記の選択成長層７形成時のドーピング量の調整を行うことで、上記の＜１＞〜＜４＞の作用を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
図１に示す受光デバイス１０を試作した。基本的な製造方法は、実施の形態１で概要を説明したので、厚みなど数値に関連した事項を、この実施例で説明することとする。
（図２（ａ）の工程）：
成長法には、全有機金属気相成長法を用いた。２インチのｎ型ＳドープＩｎＰ基板１に、ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層２を厚み０．５μｍに成長した。ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層２のキャリア濃度は１．５Ｅ１８ｃｍ−３とした。このキャリア濃度は１〜２Ｅ１８ｃｍ−３の範囲であればよい。そのｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層２上に、受光層３として、ノンドープのタイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ（５ｎｍ）／ＧａＡｓＳｂ（５ｎｍ））ＭＱＷを、２５０ペア成長した。その受光層３上に、中間層５として、ノンドープＩｎＰを厚み０．１μｍで成長した。中間層５には、ＩｎＧａＡｓを用いてもよい。
【００３９】
（図２（ｂ）の工程）：
次いで、上記のエピタキシャルウエハに対して、プラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法を用いて、絶縁層開口パターン２５の絶縁膜であるＳｉＮ膜を厚み０．１μｍで形成した。次いでフォトリソグラフィにより１辺が２２．５μｍの矩形の開口２５ｈを３０μｍピッチで縦横に形成した。ＳｉＮ絶縁膜の開口を形成するエッチャントにはバッファードフッ酸を用いた。この矩形の開口は、正方形が好ましいが正方形に近ければよい。一辺は２０μｍ〜２５μｍの範囲にあればよい。また矩形でなくて、円形の開口でもよい。円形の開口の場合、直径は２０μｍ〜２５μｍの範囲にあればよい。これによって、横３２０個、縦２５６個の開口の配列を１つのユニットとして、２インチエピタキシャルウエハ面内に１１ユニット形成した。１１個の受光デバイスに対応する。
【００４０】
（図２（ｃ）の工程）：
絶縁層開口パターン２５が形成されたエピタキシャルウエハを再び、ＭＯＶＰＥ成長室に装入して、選択成長層７であるｐ型ＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成長した。ｐ型キャリア濃度は３．５Ｅ１８ｃｍ−３とした。このｐ型キャリア濃度は１Ｅ１８ｃｍ−３〜１Ｅ１９ｃｍ−３の範囲にあればよい。選択成長層７の厚みは０．４μｍとした。この厚みは選択成長層７の成長温度にもよるが、０．１μｍ〜１．５μｍの範囲から選択するのがよい。成長温度は５００℃とした。このとき絶縁層開口パターン２５の非開口領域にあたるＳｉＮ膜の上にエピタキシャル成長は起こらず、矩形の開口２５ｈの中に限定されて選択成長層７がエピタキシャル成長した。
受光層３の形成工程の後、ＩｎＰ中間層５およびＩｎＧａＡｓ選択成長層７の形成に用いた全有機金属気相成長法では、Ｖ族のＡｓ原料にターシャリブチルアルシン（ＴＢＡ）、燐原料にターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）を用いるのがよい。これによって６００℃以下、より好ましくは５５０℃以下の低い成長温度でエピタキシャル成長が可能となり、下層に位置するタイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷ受光層３の結晶性を劣化させることがない。上記のように選択成長層７の成長中に、ｐ型不純物のＺｎが受光層３に向かって拡散するが、中間層５内でＺｎの濃度曲線は減少して中間層５内の中間層／受光層界面において５Ｅ１６ｃｍ−３以下に低くなっている。このため、タイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷの結晶性を劣化させることはない。ｐ型不純物には、本実施例ではＺｎを用いたが、カーボン等を用いてもよい。
また、選択成長層７の成長中にＺｎの、濃度勾配を駆動力とする拡散によってｐｎ接合１５は受光層３内に形成される。タイプＩＩ（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）ＭＱＷ受光層３内のｎ型不純物のバックグランド濃度は１Ｅ１６ｃｍ−３程度であり、受光層３内でＺｎの濃度がバックグランド濃度と同じになる位置、すなわちｎ型キャリア濃度とｐ型キャリア濃度がクロスする位置、にｐｎ接合１５は形成される。
【００４１】
ｐｎ接合１５の端Ｋは、中間層５の表面に現れるが絶縁層開口パターン２５は、このまま製品内のパッシベーション膜として存続するので、製造中に生成されたときから製品になるまで、一瞬も大気や成長槽内の雰囲気にふれることはない。このため端Ｋに不純物の酸素等が付着することはなく、暗電流は抑制される。
このあと図２（ｄ）の工程で、選択成長層７上にｐ側電極１１をオーミック接続させる。
【００４２】
図６に示す、センシング装置５０における受光デバイス１０を形成するには、上記の横３２０画素×縦２５６画素の周囲を囲むようにバッファ層２内に到達するメサ壁を形成する。露出したバッファ層２上にｎ側電極１２をオーミック配置する。図６のセンシング装置５０では、配線電極１３をメサの上底まで引き上げて画素電極１１と同じ高さに揃えるのがよい。一方、図１に示す受光デバイス１０を読み出し回路と組み合わせる場合、ＩｎＰ基板１の裏面にグランド電極１２があるので、グランド電極１２と読み出し回路本体７０ａのグランド電極７２とを金線などのワイヤで導電接続するのがよい。
【００４３】
上記の実施例、実施の形態では、赤外域の受光デバイスについては説明しなかったが、タイプＩＩ（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）ＭＱＷ受光層を用いて中赤外域〜遠赤外域の受光デバイス１０を作製してもよい。
【００４４】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の受光デバイス等によれば、画素の独立性を確保しながら、暗電流を抑制するために製造から製品にいたる間一瞬たりともｐｎ接合を大気に露出しない構造を有する受光デバイスを提供することができる。この受光デバイスの製造方法および構造は簡単であり、近赤外域〜赤外域のいずれかの波長域に感度をもつ受光デバイスだけでなく、およそ受光デバイスには汎用的に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  半導体基板、２  バッファ層、３  受光層、５  中間層、７  選択成長層、９  第１導電型領域（ｐ型領域）、１０  受光素子、１１  画素電極、１２  グランド電極、１３  配線電極、１５  ｐｎ接合（ｐｉ接合）、１９  反射防止膜、２５  絶縁層開口パターン、２５ｈ  開口、５０  センシング装置、７０  読み出し回路、７０ａ  読み出し回路本体、７１  読み出し電極、７２  グランド電極、Ｋ  ｐｎ接合の端、Ｐ  画素。
【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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