(57)【要約】【課題】半導体メサを上部面積のばらつき少なく、より安定して形成できるようにした光センサの製造方法、赤外線センサの製造方法、光センサ及び化合物半導体基板を提供する。【解決手段】基板１０上に、III-V族化合物半導体からなるｎ型半導体層１２と、ｉ型半導体層１３と、ｉ型半導体層１３よりもエネルギーバンドギャップが大きいｐ型のバリア層１４と、ｐ型半導体層１５及びキャップ層１６、を該順番で積層して化合物半導体積層部１１を形成する。次に、化合物半導体積層部１１上にレジストマスク１８を形成する。さらに、レジストマスク１８下から露出している化合物半導体積層部１１をウェットエッチングして半導体メサ１１ａを形成する。キャップ層１６は、メサ形成工程で用いるエッチャントの変化によるエッチングレートの変動幅がｐ型半導体層１５よりも小さい材料からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、III-V族化合物半導体からなるｎ型の第１半導体層と、III-V族化合物半導体からなるｉ型又はｐ型の第２半導体層と、III-V族化合物半導体からなり、前記第２半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きいｐ型のバリア層と、III-V族化合物半導体からなるｐ型の第３半導体層と、III-V族化合物半導体からなるキャップ層と、を該順番で積層して化合物半導体積層部を形成する積層工程と、
前記化合物半導体積層部上に予め設定したパターン形状のマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記化合物半導体積層部の前記マスク層下から露出している部分をウェットエッチングして半導体メサを形成するメサ形成工程とを備え、
前記積層工程では、前記キャップ層として、前記メサ形成工程で用いるエッチャントの変化によるエッチングレートの変動幅が前記第３半導体層よりも小さい材料からなる層を形成することを特徴とする光センサの製造方法。
【請求項２】
前記積層工程では、前記キャップ層として、前記バリア層と同一の材料からなるｐ型半導体層を形成することを特徴とする請求項１に記載の光センサの製造方法。
【請求項３】
前記積層工程では、前記キャップ層として、前記バリア層と同一種類のｐ型ドーパントを同一濃度含むｐ型半導体層を形成することを特徴とする請求項２に記載の光センサの製造方法。
【請求項４】
前記積層工程では、
前記第１半導体層、前記第２半導体層及び前記第３半導体層としてＩｎＳｂからなる層をそれぞれ形成し、
前記キャップ層及び前記バリア層としてＡｌＩｎＳｂからなる層をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光センサの製造方法。
【請求項５】
前記エッチャントは、少なくともＨＣｌ及びＨ２Ｏ２を含むことを特徴とする請求項４に記載の光センサの製造方法。
【請求項６】
前記積層工程と前記マスク層形成工程との間に、
前記キャップ層の表面から自然酸化膜を除去し、該自然酸化膜が除去されたキャップ層の表面を酸化することで酸化膜を形成する酸化膜形成工程、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光センサの製造方法。
【請求項７】
前記酸化膜形成工程では、前記酸化膜を熱酸化法で形成することを特徴とする請求項６に記載の光センサの製造方法。
【請求項８】
前記メサ形成工程の後で、
前記マスク層を除去するマスク層除去工程と、
前記キャップ層を除去するキャップ層除去工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光センサの製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光センサの製造方法を行うことによって、該光センサとして赤外線センサを製造することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に形成された半導体メサと、を備え、
前記半導体メサは、前記基板側から、III-V族化合物半導体からなるｎ型の第１半導体層と、III-V族化合物半導体からなるｉ型又はｐ型の第２半導体層と、III-V族化合物半導体からなり、前記第２半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きいｐ型のバリア層と、III-V族化合物半導体からなるｐ型の第３半導体層と、キャップ層とを該順番で積層した化合物半導体積層部からなり、
前記キャップ層は、ｐ型のＡｌＩｎＳｂ又はｐ型のＧａＩｎＳｂからなることを特徴とする光センサ。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に形成された化合物半導体積層部と、を備え、
前記化合物半導体積層部は、前記基板側から、III-V族化合物半導体からなるｎ型の第１半導体層と、III-V族化合物半導体からなるｉ型又はｐ型の第２半導体層と、III-V族化合物半導体からなり、前記第２半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きいｐ型のバリア層と、III-V族化合物半導体からなるｐ型の第３半導体層と、キャップ層とを該順番で積層してなり、
前記キャップ層は、ＡｌＩｎＳｂ又はＧａＩｎＳｂからなることを特徴とする化合物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ等の光センサの製造方法、赤外線センサの製造方法、光センサ、及び、光センサの製造に好適な化合物半導体基板に関し、特に、半導体メサを上部面積のばらつき少なく、より安定して形成できるようにした光センサの製造方法、赤外線センサの製造方法、光センサ及び化合物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線センサの製造方法としては、ｐ−ｎ接合面を有し、さらに拡散電流を抑制するためのバリア層を有する、赤外線センサを作製する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、III-V族化合物半導体からなるｎ型半導体層、ｉ型半導体層、バリア層、ｐ型半導体層を基板上に順に成長させ、これらをウェットエッチングして半導体メサを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８１２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体メサを有する赤外線センサでは、半導体メサの形状（以下、メサ形状）のばらつきが大きくなると、半導体メサの上部面積のばらつきが大きくなり、素子抵抗などのばらつきが大きくなる。このように、赤外線センサの素子特性はメサ形状に大きく依存するため、素子特性のばらつきを制御するためには、メサ形状の安定化が重要である。しかしながら、特に、半導体メサをウェットエッチングで形成する場合、メサ形状はエッチャントの組成変化や液の撹拌等によって変化し易かった。このため、半導体メサを上部面積のばらつき少なく形成することは難しかった。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、半導体メサを上部面積のばらつき少なく、より安定して形成できるようにした光センサの製造方法、赤外線センサの製造方法、光センサ及び化合物半導体基板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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る光センサの製造方法は、基板上に、III-V族化合物半導体からなるｎ型の第１半導体層と、III-V族化合物半導体からなるｉ型又はｐ型の第２半導体層と、III-V族化合物半導体からなり、前記第２半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きいｐ型のバリア層と、III-V族化合物半導体からなるｐ型の第３半導体層と、III-V族化合物半導体からなるキャップ層と、を該順番で積層して化合物半導体積層部を形成する積層工程と、前記化合物半導体積層部上に予め設定したパターン形状のマスク層を形成するマスク層形成工程と、前記化合物半導体積層部の前記マスク層下から露出している部分をウェットエッチングして半導体メサを形成するメサ形成工程とを備え、前記積層工程では、前記キャップ層として、前記メサ形成工程で用いるエッチャント（即ち、エッチング液）の変化によるエッチングレートの変動幅が前記第３半導体層よりも小さい材料からなる層を形成することを特徴とする。
【０００６】
ここで、光センサの「光」とは、例えば赤外線又は紫外線である。即ち、「光」は、赤外線以外の波長領域の光であってもよい。また、III-V族化合物半導体とは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムなどの周期表III族(13族)元素と、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスなどのV族(15族)元素との化合物を含む半導体のことである。また、半導体メサの形状（即ち、メサ形状）は、化合物半導体積層部の上部のサイドエッチングレートに大きく依存する。
【０００７】
また、上記の光センサの製造方法において、前記積層工程では、前記キャップ層として、前記バリア層と同一の材料からなるｐ型半導体層を形成することを特徴としてもよい。    
また、上記の光センサの製造方法において、前記積層工程では、前記キャップ層として、前記バリア層と同一種類のｐ型ドーパントを同一濃度含むｐ型半導体層を形成することを特徴としてもよい。
【０００８】
また、上記の光センサの製造方法において、前記積層工程では、前記第１半導体層、前記第２半導体層及び前記第３半導体層としてＩｎＳｂからなる層をそれぞれ形成し、前記キャップ層及び前記バリア層としてＡｌＩｎＳｂからなる層をそれぞれ形成することを特徴としてもよい。
また、上記の光センサの製造方法において、前記エッチャントは、少なくともＨＣｌ及びＨ２Ｏ２を含むことを特徴としてもよい。
【０００９】
また、上記の光センサの製造方法において、前記積層工程と前記マスク層形成工程との間に、前記キャップ層の表面から自然酸化膜を除去し、該自然酸化膜が除去されたキャップ層の表面を酸化することで酸化膜を形成する酸化膜形成工程、をさらに備えることを特徴としてもよい。
また、上記の光センサの製造方法において、前記酸化膜形成工程では、前記酸化膜を熱酸化法で形成することを特徴としてもよい。
【００１０】
また、上記の光センサの製造方法において、前記メサ形成工程の後で、前記マスク層を除去するマスク層除去工程と、前記キャップ層を除去するキャップ層除去工程と、をさらに備えることを特徴としてもよい。
本発明の別の態様に係る赤外線センサの製造方法は、上記の光センサの製造方法を行うことによって、該光センサとして赤外線センサを製造することを特徴とする。
【００１１】
本発明のさらに別の態様に係る光センサは、基板と、前記基板上に形成された半導体メサと、を備え、前記半導体メサは、前記基板側から、III-V族化合物半導体からなるｎ型の第１半導体層と、III-V族化合物半導体からなるｉ型又はｐ型の第２半導体層と、III-V族化合物半導体からなり、前記第２半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きいｐ型のバリア層と、III-V族化合物半導体からなるｐ型の第３半導体層と、キャップ層とを該順番で積層した化合物半導体積層部からなり、前記キャップ層は、ｐ型のＡｌＩｎＳｂ又はｐ型のＧａＩｎＳｂからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明のさらに別の態様に係る化合物半導体基板は、基板と、前記基板上に形成された化合物半導体積層部と、を備え、前記化合物半導体積層部は、前記基板側から、III-V族化合物半導体からなるｎ型の第１半導体層と、III-V族化合物半導体からなるｉ型又はｐ型の第２半導体層と、III-V族化合物半導体からなり、前記第２半導体層よりもエネルギーバンドギャップが大きいｐ型のバリア層と、III-V族化合物半導体からなるｐ型の第３半導体層と、キャップ層とを該順番で積層してなり、前記キャップ層は、ＡｌＩｎＳｂ又はＧａＩｎＳｂからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、化合物半導体体積層部の上部であるキャップ層は、その直下に位置するｐ型の第３半導体層と比べて、エッチャントが変化しても（例えば、エッチャント作成時の各組成（即ち、各成分）の混合量のばらつきや、作成したエッチャントの経時による組成変化、エッチング処理を行うことによる組成変化、又は、撹拌等によるエッチャント濃度の均一化などが生じても）エッチングレートの変動幅は小さく、エッチャント変化の影響を受けにくい。従って、半導体メサを上部面積のばらつき少なく、より安定して形成することができる。例えば、基板内やロット内、ロット間又はバッチ間で、メサ形状を安定させることができるので、光センサの素子特性のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る赤外線センサ１００の製造方法における主要工程を示す図。
【図２】実施形態に係る赤外線センサ１００の製造方法を工程順に示す断面図。
【図３】実施形態に係る赤外線センサ１００の製造方法を工程順に示す断面図。
【図４】エッチャントの組成変化とメサ角度との関係を示す図。
【図５】実施形態の変形例に係る赤外線センサ１００の製造方法を示す断面図。
【図６】本発明の実施例と比較例とにおいて、メサ半導体層の上部面積のばらつきを比較した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る赤外線センサ１００の製造方法における主要工程を示す図である。図２及び図３は、赤外線センサ１００の製造方法を工程順に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態では、まず、基板上に化合物半導体積層部を形成する（工程Ｓ１０）。
【００１６】
［化合物半導体積層部の形成］
図１の工程Ｓ１０は、図２（ａ）に示すように、基板１０上に、III-V族化合物半導体からなるｎ型半導体層１２、III-V族化合物半導体からなるｉ型半導体層１３、III-V族化合物半導体からなるバリア層１４、III-V族化合物半導体からなるｐ型半導体層１５及びIII-V族化合物半導体からなるキャップ層１６を、該順番で積層する積層工程である。
【００１７】
本実施形態では、ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３、バリア層１４、ｐ型半導体層１５及びキャップ層１６を合わせて、III-V族化合物半導体積層部１１と称する。III-V族化合物半導体積層部１１は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ:Molecular Beam Epitaxy）装置やＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置などに代表される半導体成膜装置によって基板上に形成することが可能である。基板１０としては、例えばＧａＡｓ半導体を用いる。
III-V族化合物半導体層１１をＭＢＥ法を用いて成膜する場合は、図１に示すように、工程Ｓ１０を以下の工程Ｓ１〜Ｓ６のように行うことができる。
【００１８】
まず工程Ｓ１において、基板１０上に、III-V族化合物半導体からなるｎ型半導体層１２を成長させる。ｎ型半導体層１２は例えば、公知のｎ型ドーパントを含むｎ型ＩｎＳｂ（ｎ−ＩｎＳｂ）からなる。次に、工程Ｓ２において、ｎ型半導体層１２の上に、ｉ型半導体層１３を成長させる。ｉ型半導体層１３は真性半導体層からなり、例えばＩｎＳｂからなる。さらに、工程Ｓ３において、ｉ型半導体層１３の上にバリア層１４を成長させる。バリア層１４はｐ型半導体層であり、ｉ型半導体層１３と比較して充分に大きなエネルギーバンドギャップをもつ材料からなる。例えば、ｉ型半導体層１３がＩｎＳｂである場合、バリア層はＡｌＩｎＳｂからなる。
【００１９】
次に、工程Ｓ４において、バリア層１４の上にｐ型半導体層１５を成長させる。ｐ型半導体層１５は例えば、公知のｐ型ドーパントを含むｐ型ＩｎＳｂ（ｐ−ＩｎＳｂ）からなる。さらに、工程Ｓ５において、ｐ型半導体層１５の上に、キャップ層１６を成長させる。本実施形態では、キャップ層１６は、例えばバリア層１４と同一の材料からなる。例えば、キャップ層１６は、バリア層１４と同一の材料からなり、同一種類のｐ型ドーパントを同一濃度含む、ｐ型ＡｌＩｎＳｂ（ｐ−ＡｌＩｎＳｂ）からなる。
【００２０】
本実施形態では、上記の工程Ｓ１０によって得られた化合物半導体積層部１１と基板１０とからなるマテリアルを、エピタキシャルウエハ５０と称する。エピタキシャルウエハ５０において、III-V族化合物半導体積層部１１は、ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３、バリア層１４、ｐ型半導体層１５及びキャップ層１６を含んでいる。ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３、バリア層１４、ｐ型半導体層１５及びキャップ層１６は、該順番で下側（即ち、基板１０側）から順に配置されている。このエピタキシャルウエハ５０は、赤外線センサの製造に好適な基板である。このエピタキシャルウエハ５０に対して、次に説明する酸化膜形成工程、マスク層形成工程、メサ形成工程等を順次行うことにより、赤外線センサを製造することができる。
【００２１】
[酸化膜、レジストマスク、半導体メサの形成]
工程Ｓ２０は、図２（ｂ）に示すように酸化膜１７を形成する酸化膜形成工程である。この工程Ｓ２０では、キャップ層１６の表面から自然酸化膜を除去し、自然酸化膜を除去することにより露出した表面を酸化することによって、該表面に酸化膜１７を形成する。酸化膜１７は、キャップ層１６の酸化物である。例えばキャップ層１６がＡｌＩｎＳｂからなるとき、酸化膜１７はＡｌＩｎＳｂの酸化物である。
【００２２】
酸化膜１７の形成は、熱酸化法によって行うことが望ましい。熱酸化法を用いることによって、キャップ層１６の表面を意図的に酸化して酸化膜１７を形成することができ、キャップ層１６の表面を酸化膜１７で十分に覆うことができる。なお、酸化膜１７は、大気中において不可避に形成される自然酸化膜とは異なる。即ち、酸化膜１７は、予め設定した膜厚及び膜質となるように酸化条件（例えば、酸化温度、酸化種、酸化時間等）を制御して形成しており、この点で自然酸化膜等とは明確に異なる。
なお、本実施形態において、酸化膜形成工程は必須の工程ではないが、この制御して形成された酸化膜１７により、次に説明するウェットエッチングにおいて、サイドエッチングレートのばらつきをさらに低減することができる。
【００２３】
工程Ｓ３０は、図２（ｃ）に示すように、酸化膜１７上にレジストマスク１８を形成するマスク層形成工程である。このレジストマスク１８は、III-V族化合物半導体積層部１１をウェットエッチングして半導体メサを形成するためのマスク層である。レジストマスク１８のパターンは、例えばフォトリソグラフィ技術を用いて、半導体メサを形成したい領域の酸化膜１７上にレジストを残し、それ以外の領域からレジストを除去するように形成する。
工程Ｓ４０は、図２（ｄ）に示すように、レジストマスク１８を用いてIII-V族化合物半導体積層部１１をウェットエッチングすることにより、基板１０上にIII-V族化合物半導体積層部からなる半導体メサ１１ａを形成するメサ形成工程である。
【００２４】
このメサ形成工程では、酸化膜１７、キャップ層１６、ｐ型半導体層１５、バリア層１４、ｉ型半導体層１３及びｎ型半導体層１２が、該順番でウェットエッチングされる。半導体メサ１１ａは、エッチングされた酸化膜１７ａと、エッチングされたキャップ層１６ａと、エッチングされたｐ型半導体層１５ａと、エッチングされたバリア層１４ａ、エッチングされたｉ型半導体層１３ａ及びエッチングされたｎ型半導体層１２ａを含む。半導体メサ１１ａを形成した後、レジストマスク１８を除去する（マスク層除去工程）。
【００２５】
[エッチャントの組成変化の影響]
ところで、III-V族化合物半導体積層部１１が、ＩｎＳｂからなるｐ−ｉ−ｎ型半導体層（即ち、ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３及びｐ型半導体層１５）、ＡｌＩｎＳｂからなるバリア層１４及びキャップ層１６を有するとき、ウェットエッチングのエッチャントは、その組成（即ち、成分）として少なくともＨＣｌ及びＨ２Ｏ２を含むことが好ましい。本実施形態では、メサ形成工程で用いるエッチャントとして、例えば、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏを含む液体を用いる。少なくともＨＣｌとＨ２Ｏ２を含むエッチャントを用いることが好ましい理由は、該エッチャントを用いたウェットエッチングでは、ＩｎＳｂよりもＡｌＩｎＳｂの方が、エッチャントの組成変化によるメサ角度への影響、つまりサイドエッチングレートへの影響が小さいからである。この点について、本発明者が行った実験の結果に基づいて説明する。
【００２６】
図４は、本発明者が行った実験の結果を示す図であり、エッチャントの組成変化とメサ角度との関係を示す図である。図４の横軸はエッチャント濃度にＨＣｌとＨ２Ｏ２との比（ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２）を乗じた値を示す。ここで、エッチャント濃度は、例えば（ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ２）／（ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ）＊１００[％]である。また、図４の縦軸は、半導体メサのメサ角度θ[°]を示す。なお、このメサ角度θとは、例えば図２（ｄ）に示すように、半導体メサ１１ａの側面と底面とが成す角度のことを意味する。
【００２７】
図４では、Ｈ２Ｏ２の混合量が４０ｍｌ、３０ｍｌ、２５ｍｌ及び２０ｍｌである４種類のエッチャントを用意した。各エッチャントは、Ｈ２Ｏの混合量を一定とし、ＨＣｌの混合量を変化させている。そして、各エッチャントについてウェットエッチングをバッチ処理で行い、バッチ毎にエッチャントの組成とメサ角度θを調査した。
図４に示すように、上記の各エッチャントを用いたエッチングでは、何れの場合も、ｐ型ドーピングされたＩｎＳｂ（即ち、ｐ−Ｉｎｓｂ）からなる半導体層よりも、ＡｌＩｎＳｂからなる半導体層の方が、エッチャントの組成変化によるメサ角度θへの影響、つまりサイドエッチングレートへの影響は小さくなることがわかる。
【００２８】
キャップ層がない場合には、表層がＩｎＳｂであるため、エッチャントの組成変化によるメサ角度θへの影響が大きく、バッチ間でメサ角度θは大きく異なってしまう（即ち、メサ角度θのばらつきが大きい）。これに対して、ＡｌＩｎＳｂからなるキャップ層１６がある場合は、エッチャントが組成変化してもメサ角度θはほぼ一定、つまり、サイドエッチングレートはほぼ一定である。このため、エッチング後のメサ形状を均一に近づけることができる。
このように、本実施形態では、エッチャントの組成変化によるエッチングレートの変動幅がｐ−Ｉｎｓｂよりも小さい、ＡｌＩｎＳｂからなるキャップ層１６が存在することにより、安定したメサ形状を得ることができる。
【００２９】
［配線層の形成］
本実施形態では、例えば図３（ａ）に示すように、上記の半導体メサ１１ａを同一の基板１０上に同時に複数形成する。そして、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、隣り合う半導体メサ１１ａの間を分離する。また、酸化膜１７ａも例えばウェットエッチングにより除去する。
【００３０】
次に、図３（ｃ）に示すように、基板１０上に絶縁膜２１を堆積する。絶縁膜２１は例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であり、その形成は例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で行う。次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、絶縁膜２１のうちのキャップ層１６ａの直上に位置する部分を除去し、キャップ層１６ａを底面とするコンタクトホール２３を形成する。
【００３１】
次に、このコンタクトホール２３を埋め込むように基板１０の上方に金属膜を堆積する。金属膜の堆積は、例えば蒸着法又はスパッタ法で行う。そして、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、この金属膜を部分的に除去する。これにより、図３（ｄ）に示すように、配線層２５を形成する。この配線層２５により、複数の半導体メサ１１ａを例えば直列に接続して、単一センサを構成する。その後、例えばＣＶＤ法を用いて、基板１０上に絶縁性の保護膜２７を堆積する。この保護膜２７により、配線層や半導体メサが水分等に触れることを防ぐことができる。以上の工程を経て、複数の半導体メサ１１ａを備えた赤外線センサ１００が完成する。
【００３２】
この実施形態では、ｎ型半導体層１２、１２ａが本発明の「第１半導体層」に対応し、ｉ型半導体層１３、１３ａが本発明の「第２半導体層」に対応し、ｐ型半導体層１５、１５ａが本発明の「第３半導体層」に対応している。また、レジストマスク１８が本発明の「マスク層」に対応している。さらに、赤外線センサ１００が本発明の「光センサ」に対応し、エピタキシャルウエハ５０が本発明の「化合物半導体基板」に対応している。
【００３３】
＜実施形態の効果＞
本発明の実施形態は、以下の効果を奏する。
（１）キャップ層１６は、ｐ型半導体層１５と比べて、ウェットエッチングで用いるエッチャントが変化しても（例えば、エッチャント作成時の各組成（即ち、各成分）の混合量のばらつきや、作成したエッチャントの経時による組成変化、エッチング処理を行うことによる組成変化、又は、撹拌等によるエッチャント濃度の均一化などが生じても）エッチングレートの変動幅は小さく、エッチャントの変化の影響を受けにくい。従って、キャップ層１６を設けた状態で化合物半導体積層部１１をウェットエッチングすることにより、半導体メサ１１ａを上部面積のばらつき少なく、より安定して形成することができる。例えば、基板１０内や、ロット内、ロット間又はバッチ間で、メサ形状を安定させることができるので、赤外線センサ１００の素子特性のばらつきを低減することができる。
【００３４】
（２）また、ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３、バリア層１４、ｐ型半導体層１５及びキャップ層１６は全て、III-V族化合物半導体からなる。このため、これら各層を例えばＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により、同一装置内で連続して成膜することが可能である。これにより、III-V族化合物半導体積層部１１を構成する各層間に不純物が混入することを防ぐことができ、高品質のエピタキシャルウエハ、又は、高品質の半導体メサを得ることができる。
（３）また、キャップ層１６は、ｐ型半導体からなり、ｐ型半導体層１５と同一導電型である。これにより、メサ形成工程の後でキャップ層１６上に配線層を形成する場合でも、キャップ層１６を介して配線層２５とｐ型半導体層１５ａとを導通させることができる。
【００３５】
（４）また、キャップ層１６は、バリア層１４と同一の材料からなり、さらに同一種類のｐ型ドーパントを同一濃度含む。これにより、キャップ層１６とバリア層１４は同一のエッチャントに対して、より同一に近いレートでサイドエッチングされる。これにより、キャップ層１６ａのメサ角度とバリア層１４ａのメサ角度とを同一の角度の近づけることができる。メサ形成工程で、半導体メサ１１ａのメサ角度θが、例えばバリア層１４で変化することを抑制することができる。
（５）また、キャップ層１６及びバリア層１４はＡｌＩｎＳｂからなり、ｎ型半導体層１２、ｉ型半導体層１３及びｐ型半導体層１５はＩｎＳｂからなる。ＡｌＩｎＳｂは、ＩｎＳｂに比べて、ＨＣｌ及びＨ２Ｏ２を含むエッチャントの組成変化の影響を受けにくい。このため、ＨＣｌ及びＨ２Ｏ２を含むエッチャントを用いることにより、半導体メサを上部面積のばらつき少なく形成することが容易となる。
【００３６】
（６）また、III-V族化合物半導体層１１を形成した後で、キャップ層１６の表面から自然酸化膜を除去し、その後、例えば熱酸化法により酸化膜１７を意図的に形成する（工程Ｓ２０）。これにより、キャップ層１６の表面に膜厚及び膜質が制御された（例えば、均一で安定した）酸化膜を容易に形成することができる。その結果、ウェットエッチングにおけるサイドエッチングレートのばらつきをさらに低減することが可能となる。なお、酸化膜１７の形成は、熱酸化法に限定されるものではない。熱酸化法以外の方法、例えば、ＣＶＤ法で酸化膜１７を形成した場合でも、その膜厚及び膜質が制御されていれば、サイドエッチングレートのばらつき低減に寄与することができる。
【００３７】
＜変形例＞
（１）上記の実施形態では、キャップ層１６がバリア層１４と同一の材料からなる場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではない。キャップ層１６の材料は、エッチャントが変化してもエッチングレートの変動幅が小さい材料であれば、バリア層１４と同一の材料でなくてもよい。また、キャップ層１６の材料はＡｌＩｎＳｂに限定されるものでもなく、例えばＧａＩｎＳｂなどでもよい。このような構成であっても、上記の実施形態の効果（１）〜（３）、（６）を奏する。
【００３８】
（２）また、上記の実施形態では、半導体メサ１１ａ上にキャップ層１６ａを残した状態で、半導体メサ１１ａに接続する配線層２５を形成する場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図５（ａ）の破線で示すように、半導体メサ１１ａ上から酸化膜１７ａ、キャップ層１６ａを順次除去してもよい（キャップ層除去工程）。そして、キャップ層除去工程の後で、図５（ｂ）に示すように絶縁膜２１を成膜し、成膜した絶縁膜２１にコンタクトホール２３を形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、配線層２５及び保護膜２７を順次形成してもよい。このような場合であっても、上記の実施形態の効果（１）、（２）、（４）〜（６）を奏する。
また、この変形例（２）では、赤外線センサ１００の素子抵抗の直列成分として、酸化膜１７ａ及びキャップ層１６ａが加わることはないため、赤外線センサ１００の素子抵抗の増大を抑制することができる。また、酸化膜１７ａ及びキャップ層１６ａを除去することにより、これらがその後のプロセス工程の妨げとなることがない。
【００３９】
（３）また、上記の実施形態では、本発明の「第２半導体層」として、ｉ型半導体層を形成する場合について説明した。しかしながら、本実施形態において、「第２半導体層」はｉ型に限定されず、ｐ型半導体層１５よりもｐ型ドーパントの濃度が低いｐ−型半導体層であってもよい。このような構成であっても、上記の実施形態の効果（１）〜（６）を奏する。なお、「第２半導体層」がｐ−型半導体層の場合、バリア層１４はこのｐ−型半導体層よりも高濃度のｐ型半導体層であることが望ましい。即ち、バリア層１４は、第２半導体層と比較して、ｐ型ドーパントの濃度が高いIII-V族化合物半導体材料からなることが望ましい。これにより、第２半導体層（ｐ−型半導体層）とバリア層との間のビルトインポテンシャルをより大きくすることができ、赤外線入射によって生成される電子のバリア層側への移動（即ち、拡散電流）をより効果的に抑制することができる。
【実施例】
【００４０】
図６は、本発明の実施例と比較例とにおいて、半導体メサの上部面積（以下、メサ上部面積ともいう。）のばらつきを比較した図である。この実施例では、ＧａＡｓ基板上に、Ｓｎを濃度１×１０１９［ｃｍ−３］ドーピングしたｎ型半導体であるＩｎＳｂ層を１μｍ形成する。さらに、その上にＺｎを濃度２．５×１０１６［ｃｍ−３］ドーピングしたｉ型半導体であるＩｎＳｂ層を２μｍ形成する。さらに、その上にＺｎを濃度９．５×１０１７［ｃｍ−３］ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂバリア層を２０ｎｍ形成する。さらに、その上にＺｎを濃度９．５×１０１７［ｃｍ−３］ドーピングしたｐ型半導体のＩｎＳｂ層を０．５μｍ形成し、この積層体を比較例に係る構造（１）とした。
【００４１】
また、上記の構造（１）にさらにＺｎを濃度９．５×１０１７［ｃｍ−３］ドーピングしたＡｌ０．１８Ｉｎ０．８２Ｓｂキャップ層を２０ｎｍ形成して、これを実施例に係る構造（２）とした。
図６は、構造（１）、（２）にそれぞれウェットエッチング処理を施し、形成されたメサ上部面積のばらつきを比較した結果を示している。
ここで、構造（１）、（２）について、それぞれ同じメサ角度である４７°度（メサ上部面積では２４０μｍ２）とするために、構造（１）に対してはＨＣｌ：Ｈ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２＝１１０：５０５：３０の組成比のエッチャントを用い、構造（２）に対してはＨＣｌ：Ｈ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２＝９０：５０５：３０の組成比のエッチャントを用いた。また、レジストマスクは東京応化工業株式会社のＴＨＭＲｉｐ３１００を使用して作成した。
【００４２】
構造（１）のウエハ面内３３点の平均メサ上部面積は２３８．８ｃｍ２であり、構造（２）の平均メサ上部面積は２４０．６ｃｍ２であり、メサ上部面積の平均値はほぼ一致していた。しかし、構造（１）及び構造（２）のウエハ面内３３点のメサ上部面積ばらつき３σ／ａｖｅを比較すると、図６に示した通り、キャップ層がない構造（１）ではばらつきが４．０％（最大値：２４５．８ｃｍ２、最小値：２２８．３ｃｍ２）であるのに対して、キャップ層がある構造（２）ではばらつきが１．９％（最大値：２４４．６ｃｍ２、最小値：２３７．７ｃｍ２）であった。σは標準偏差、ａｖｅは平均値である。
以上のように、実施例に係る構造（２）は、比較例に係る構造（１）と比べて、半導体メサの上部面積のばらつきが大幅に改善されることを確認した。
【００４３】
＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態に設計の変更等を加えてもよく、そのような変更が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。また、本発明の光センサは赤外線センサに限定されるものでなく、赤外線発光装置、紫外線センサ、紫外線発光装置等でもよい。例えば、センサ又は発光装置を構成する化合物半導体積層部の各層の材料を種々選択することにより、本発明を、赤外線センサのほか、赤外線発光装置、紫外線センサ、紫外線発光装置等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  基板
１１  化合物半導体積層部
１１ａ  半導体メサ
１２、１２ａ  ｎ型半導体層
１３、１３ａ  ｉ型半導体層
１４、１４ａ  バリア層
１５、１５ａ  ｐ型半導体層
１６、１６ａ  キャップ層
１７、１７ａ  酸化膜
１８  レジストマスク
２１  絶縁膜
２３  コンタクトホール
２５  配線層
２７  保護膜
５０  エピタキシャルウエハ
１００  赤外線センサ
【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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