(57)【要約】【課題】メサ間のピッチを小さくし、かつ電極を形成することが可能な受光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】第１層、光吸収層、第２層、および第３層を含む半導体層を成長する工程と、第１開口部、および幅の大きい第２開口部を有する第１マスクを、半導体層の上に形成する工程と、第２開口部内において第１開口部内よりもエッチングが進行するように半導体層をエッチングする工程と、第１開口部に重なる第３開口部と、第２開口部に重なりかつ幅の大きい第４開口部と、を有する第２マスクを形成する工程と、第３開口部に挟まれた領域にメサが形成され、第４開口部内にｎ型コンタクト領域が形成されるように半導体層をエッチングする工程と、メサの上に第１電極を形成し、ｎ型コンタクト領域の上に第２電極を形成する工程と、を有し、第１マスクに覆われ、かつ第４開口部から露出する領域がｎ型コンタクト領域になる受光素子の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体で形成された半導体基板上に、順に積層される第１の導電型の第１層、光吸収層、第２の導電型の第２層、および前記第２の導電型の第３層を含む半導体層を成長する工程と、
第１開口部、および前記第１開口部から離間し前記第１開口部よりも幅の大きい第２開口部を有する第１マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、
前記半導体層のうち、前記第２開口部内において前記第１開口部内の部分よりもエッチングが進行するように、前記第１マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、
前記第１開口部に重なる第３開口部と、前記第２開口部に重なりかつ前記第２開口部よりも幅の大きい第４開口部と、を有する第２マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、
前記半導体層のうち前記第３開口部に挟まれた領域にメサが形成され、前記第４開口部内に第１層からなるｎ型コンタクト領域が形成されるように、前記第２マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、
前記メサの上に前記第３層と電気的に接続される第１電極を形成し、前記ｎ型コンタクト領域の上に前記第１層と電気的に接続される第２電極を形成する工程と、を有し、
前記メサは前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含み、
前記半導体層のうち、前記第１マスクに覆われ、かつ前記第２マスクの前記第４開口部から露出する領域が、前記第２マスクを用いたエッチングの後、前記ｎ型コンタクト領域になる受光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２マスクを形成する工程において、前記第１マスクの前記第２開口部に隣接する部分を除去することにより、前記第１マスクから前記第２マスクを形成する請求項１に記載の受光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１マスクを形成する工程は、第１フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第１マスクに前記第１開口部および前記第２開口部を形成する工程を含み、
前記第２マスクを形成する工程は、第２フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第１マスクの前記第２開口部に隣接する部分を除去することで前記第４開口部を形成する工程を含む、請求項１または２に記載の受光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２マスクを用いてエッチングする工程において、前記半導体層の前記第１開口部および前記第３開口部に重なる領域は前記第１層までエッチングされ、前記半導体層の前記第３開口部と前記第４開口部とに挟まれた領域に、前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含むテラスが形成され、前記第２開口部および前記第４開口部に重なる位置に前記半導体基板に到達する溝が形成される請求項１から３のいずれか一項に記載の受光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ｎ型コンタクト領域は、前記テラスと前記溝との間に位置する請求項４に記載の受光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１マスクは格子状の前記第１開口部を有し、
前記第２マスクは、前記第１開口部と重なる格子状の前記第２開口部を有し、
前記第２マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程において、前記半導体層のうち前記第３開口部に囲まれた領域に複数のメサが形成される請求項１から５のいずれか一項に記載の受光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２開口部の幅は前記第１開口部の幅の１０倍以上であり、
前記第４開口部の幅は前記第３開口部の幅の１０倍以上である請求項１から６のいずれか一項に受光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１層はｎ型超格子層であり、
前記第２層はｐ型超格子層である請求項１から７のいずれか一項に記載の受光素子の製造方法。
【請求項９】
前記メサおよび前記テラスそれぞれの上面および側面を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記メサの上に位置する第５開口部と、前記ｎ型コンタクト領域および前記溝の上に位置する第６開口部とを形成する工程と、を有し、
前記第１電極は、前記第５開口部から露出する前記第３層と接触し、
前記第２電極は、前記第６開口部から露出する前記第１層と接触する請求項１から８のいずれか一項に記載の受光素子の製造方法。
【請求項１０】
化合物半導体で形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に順に積層された第１の導電型の第１層、光吸収層、第２の導電型の第２層、および前記第２の導電型の第３層を含み、前記半導体基板の中央側から外周側にかけて、メサ、テラス、ｎ型コンタクト領域および溝が形成された半導体層と、
前記メサの上に設けられ、前記第３層と電気的に接続された第１電極と、
前記テラスの上から前記溝の内側にかけて設けられ、前記ｎ型コンタクト領域において前記第１層と接触し、かつ電気的に接続された第２電極と、を具備し、
前記メサおよび前記テラスは前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含み、
前記ｎ型コンタクト領域は前記第１層で形成されている受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は受光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メサ構造を有し、光を受光して電気信号を発生させる受光素子が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４４２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば受光素子を赤外線センサなどとする場合、高画素化のためにメサ間のピッチを小さくすることが好ましい。また、暗電流を低減するために、電極を光吸収層の近くに設けることが好ましい。しかし、メサ間のピッチを小さくすると電極の形成が難しくなる。
【０００５】
そこで、メサ間のピッチを小さくし、かつ電極を形成することが可能な受光素子およびその製造方法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】
【０００６】
本発明に係る受光素子の製造方法は、化合物半導体で形成された半導体基板上に、順に積層される第１の導電型の第１層、光吸収層、第２の導電型の第２層、および前記第２の導電型の第３層を含む半導体層を成長する工程と、第１開口部、および前記第１開口部から離間し前記第１開口部よりも幅の大きい第２開口部を有する第１マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち、前記第２開口部内において前記第１開口部内の部分よりもエッチングが進行するように、前記第１マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記第１開口部に重なる第３開口部と、前記第２開口部に重なりかつ前記第２開口部よりも幅の大きい第４開口部と、を有する第２マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち前記第３開口部に挟まれた領域にメサが形成され、前記第４開口部内に第１層からなるｎ型コンタクト領域が形成されるように、前記第２マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記メサの上に前記第３層と電気的に接続される第１電極を形成し、前記ｎ型コンタクト領域の上に前記第１層と電気的に接続される第２電極を形成する工程と、を有し、前記メサは前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含み、前記半導体層のうち、前記第１マスクに覆われ、かつ前記第２マスクの前記第４開口部から露出する領域が、前記第２マスクを用いたエッチングの後、前記ｎ型コンタクト領域になるものである。
【０００７】
本発明に係る受光素子は、化合物半導体で形成された半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層された第１の導電型の第１層、光吸収層、第２の導電型の第２層、および前記第２の導電型の第３層を含み、前記半導体基板の中央側から外周側にかけて、メサ、テラス、ｎ型コンタクト領域および溝が形成された半導体層と、前記メサの上に設けられ、前記第３層と電気的に接続された第１電極と、前記テラスの上から前記溝の内側にかけて設けられ、前記ｎ型コンタクト領域において前記第１層と接触し、かつ電気的に接続された第２電極と、を具備し、前記メサおよび前記テラスは前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含み、前記ｎ型コンタクト領域は前記第１層で形成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記発明によれば、メサ間のピッチを小さくし、かつ電極を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は第１実施形態に係る受光素子を例示する平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）は受光素子の製造方法を例示する平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
【図５】図５（ａ）は受光素子の製造方法を例示する平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は受光素子の製造方法を例示する断面図である。
【図７】図７（ａ）は比較例１に係る受光素子を例示する断面図である。図７（ｂ）は比較例２に係る受光素子を例示する断面図である。図７（ｃ）は比較例３に係る受光素子を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１１】
本願発明の一形態は、（１）化合物半導体で形成された半導体基板上に、順に積層される第１の導電型の第１層、光吸収層、第２の導電型の第２層、および前記第２の導電型の第３層を含む半導体層を成長する工程と、第１開口部、および前記第１開口部から離間し前記第１開口部よりも幅の大きい第２開口部を有する第１マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち、前記第２開口部内において前記第１開口部内の部分よりもエッチングが進行するように、前記第１マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記第１開口部に重なる第３開口部と、前記第２開口部に重なりかつ前記第２開口部よりも幅の大きい第４開口部と、を有する第２マスクを、前記半導体層の上に形成する工程と、前記半導体層のうち前記第３開口部に挟まれた領域にメサが形成され、前記第４開口部内に第１層からなるｎ型コンタクト領域が形成されるように、前記第２マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程と、前記メサの上に前記第３層と電気的に接続される第１電極を形成し、前記ｎ型コンタクト領域の上に前記第１層と電気的に接続される第２電極を形成する工程と、を有し、前記メサは前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含み、前記半導体層のうち、前記第１マスクに覆われ、かつ前記第２マスクの前記第４開口部から露出する領域が、前記第２マスクを用いたエッチングの後、前記ｎ型コンタクト領域になる受光素子の製造方法である。これにより、ｎ型コンタクト領域を通じて第２電極と第１層とを電気的に接続することができる。また、メサ間に第２電極を設けなくてよいため、メサの間のピッチを小さくすることができる。
（２）前記第２マスクを形成する工程において、前記第１マスクの前記第２開口部に隣接する部分を除去することにより、前記第１マスクから前記第２マスクを形成してもよい。これにより工程が簡略化される。
（３）前記第１マスクを形成する工程は、第１フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第１マスクに前記第１開口部および前記第２開口部を形成する工程を含み、前記第２マスクを形成する工程は、第２フォトレジストを用いたエッチングにより、前記第１マスクの前記第２開口部に隣接する部分を除去することで前記第４開口部を形成する工程を含んでもよい。これにより工程が簡略化される。また、第１レジストマスクおよび第２レジストマスクの面積が小さくなり、変質層の発生が抑制される。変質層によるエッチングの阻害が発生しにくく、第１レジストマスクおよび第２レジストマスクの除去も効果的に行われる。
（４）前記第２マスクを用いてエッチングする工程において、前記半導体層の前記第１開口部および前記第３開口部に重なる領域は前記第１層までエッチングされ、前記半導体層の前記第３開口部と前記第４開口部とに挟まれた領域に、前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含むテラスが形成され、前記第２開口部および前記第４開口部に重なる位置に前記半導体基板に到達する溝が形成されてもよい。二回のエッチングにより、メサおよびｎ型コンタクト領域を形成することができ、工程が簡略化される。
（５）前記ｎ型コンタクト領域は、前記テラスと前記溝との間に位置してもよい。第２電極と光吸収層との距離を小さくすることができ、第１層の格子欠陥および不純物などに起因する暗電流を低減することができる。
（６）前記第１マスクは格子状の前記第１開口部を有し、前記第２マスクは、前記第１開口部と重なる格子状の前記第２開口部を有し、前記第２マスクを用いて前記半導体層をエッチングする工程において、前記半導体層のうち前記第３開口部に囲まれた領域に複数のメサが形成されてもよい。
（７）前記第２開口部の幅は前記第１開口部の幅の１０倍以上であり、前記第４開口部の幅は前記第３開口部の幅の１０倍以上でもよい。これによりマイクロローディング効果を伴うエッチングが行われる。
（８）前記第１層はｎ型超格子層であり、前記第２層はｐ型超格子層でもよい。第１層に接続される第２電極はｎ型の導電型を有し、第１層に接続される第１電極はｐ型の導電型を有する。
（９）前記メサおよび前記テラスそれぞれの上面および側面を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、前記メサの上に位置する第５開口部と、前記ｎ型コンタクト領域および前記溝の上に位置する第６開口部とを形成する工程と、を有し、前記第１電極は、前記第５開口部から露出する前記第３層と接触し、前記第２電極は、前記第６開口部から露出する前記第１層と接触してもよい。絶縁膜により、第２電極と光吸収層および第２層とは絶縁される。また絶縁膜により化合物半導体層を保護することができる。
（１０）化合物半導体で形成された半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層された第１の導電型の第１層、光吸収層、第２の導電型の第２層、および前記第２の導電型の第３層を含み、前記半導体基板の中央側から外周側にかけて、メサ、テラス、ｎ型コンタクト領域および溝が形成された半導体層と、前記メサの上に設けられ、前記第３層と電気的に接続された第１電極と、前記テラスの上から前記溝の内側にかけて設けられ、前記ｎ型コンタクト領域において前記第１層と接触し、かつ電気的に接続された第２電極と、を具備し、前記メサおよび前記テラスは前記第１層、前記光吸収層、前記第２層および前記第３層を含み、前記ｎ型コンタクト領域は前記第１層で形成されている受光素子である。これにより、ｎ型コンタクト領域において第２電極と第１層とを電気的に接続することができる。また、メサ間に第２電極を設けなくてよいため、メサの間のピッチを小さくすることができる。
【００１２】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る受光素子およびその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１３】
（第１実施形態）
図１（ａ）は第１実施形態に係る受光素子１００を例示する平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図中の黒点は複数のメサ１３などが設けられていることを示す。
【００１４】
（受光素子１００）
図１（ａ）に示すように受光素子１００は矩形のチップであり、一辺は例えば５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である。図１（ｂ）に示すように、受光素子１００は、半導体基板１０と半導体層１１とを備える。半導体基板１０は、例えば厚さ３００μｍ以上、７００μｍ以下のｎ型ガリウムアンチモン（ＧａＳｂ）により形成されている。半導体層１１は、半導体基板１０に近い方から順に、ｎ型半導体層１２（第１層）、光吸収層１４、ｐ型半導体層１６（第２層）、およびｐ型コンタクト層１８（第３層）を積層したものである。ｎ型半導体層１２と半導体基板１０との間に例えばＧａＳｂからなるバッファ層を設けてもよい。半導体基板１０の下面（半導体層１１とは反対側の面）には反射防止膜２１が設けられている。
【００１５】
ｎ型半導体層１２は、例えばＧａＳｂ層とインジウム砒素層とを積層し、シリコン（Ｓｉ）をドープしたｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造を有する。厚さは例えば１〜５μｍであり、ドーピング濃度は例えば２×１０１８ｃｍ−３である。光吸収層１４は、例えばノンドープＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造を有し、厚さは例えば１〜４μｍである。ｐ型半導体層１６は、例えばベリリウム（Ｂｅ）をドープしたｐ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造を有する。厚さは例えば０．２〜０．８μｍであり、ドーピング濃度は例えば２×１０１８ｃｍ−３である。超格子構造はタイプＩＩのバンド構造を有している。ｐ型コンタクト層１８は例えばｐ型ＧａＳｂで形成され、厚さは例えば０．０５〜０．４μｍである。
【００１６】
ｎ型半導体層１２、ｐ型半導体層１６およびｐ型コンタクト層１８は赤外光に対して高い透過率（例えば９０％以上）を有し、赤外光を透過させる。光吸収層１４は、例えば波長３〜１５μｍなどの赤外光を受光する。すなわち、赤外光を例えば半導体基板１０側から入射すると、受光素子１００の光吸収層１４において光電変換され、光吸収層１４はフォトキャリア（電子および正孔）を発生させる。すなわち受光素子１００はフォトダイオードとして機能する。受光素子１００と接続された読み取り回路などにはフォトキャリアに起因した電流が流れ、電流に基づいて例えば画像情報を生成する。
【００１７】
受光素子１００の半導体基板１０の中央側から外周側にかけて、メサ１３、テラス１５および１９、溝１７が形成されている。複数のメサ１３は、受光素子１００の中央部に２次元アレイ状に設けられている。メサ１３、テラス１５および１９はｎ型半導体層１２、光吸収層１４、ｐ型半導体層１６およびｐ型コンタクト層１８を含む。各メサ１３がフォトダイオードとして機能する。溝１７はｎ型半導体層１２に達している。メサ１３の高さはテラス１５の高さと等しい。メサ１３間はｎ型半導体層１２に達する溝で分離され、かつｎ型半導体層１２により電気的に接続される。メサ１３の設けられた領域を囲むようにテラス１５が設けられている。テラス１５よりも外周側には、テラス１５を囲む溝１７が設けられ、溝１７はさらに外周側のテラス１９に囲まれる。
【００１８】
テラス１５と溝１７との間にｎ型コンタクト領域１２ａが設けられ、溝１７とテラス１９との間にｎ型コンタクト領域１２ｂが設けられている。図１（ａ）に示すように、ｎ型コンタクト領域１２ａはテラス１５を囲み、ｎ型コンタクト領域１２ｂは溝１７を囲む。図１（ｂ）に示すように、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂは台地状の領域であり、ｎ型半導体層１２で形成され、電極２４と接触する。溝１７はｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂに挟まれている。
【００１９】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すメサ１３のピッチ（隣り合うメサ１３間の距離）Ｐ１は例えば０．５〜３μｍである。テラス１５の幅Ｗ１は例えば５０〜１００μｍ、溝１７の幅Ｗ２は例えば２０〜２９０μｍ、テラス１９の幅Ｗ３は例えば５５〜３００μｍである。テラス１５の幅Ｗ１はメサ１３の幅よりも大きく、例えばメサ１３の幅の２倍以上である。図１（ｂ）に示すｎ型コンタクト領域１２ａの幅Ｗ４は例えば３〜３０μｍ、ｎ型コンタクト領域１２ｂの幅Ｗ５は例えば０〜３０μｍである。つまりｎ型コンタクト領域１２ｂは設けられなくてもよい。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、メサ１３、テラス１５および１９の表面（上面および側面）は、絶縁膜２０により覆われている。絶縁膜２０は、例えば厚さ１００〜４００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（ＳｉＮ）などの絶縁体により形成されている。絶縁膜２０は、メサ１３の上に開口部２０ａ（第５開口部）を有し、テラス１５および１９間に開口部２０ｂ（第６開口部）を有する。開口部２０ａからはｐ型コンタクト層１８が露出し、開口部２０ｂからはｎ型半導体層１２および半導体基板１０が露出する。ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂ、溝１７は開口部２０ｂの内側に位置する。
【００２１】
電極２２はメサ１３の上に設けられ、開口部２０ａから露出するｐ型コンタクト層１８に接触する。電極２４は、テラス１５の上から溝１７の内側、およびテラス１９の上にかけて設けられ、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂにおいてｎ型半導体層１２に接触し、溝１７の内側において半導体基板１０に接触する。ｐ型半導体層１６、ｐ型コンタクト層１８および電極２２は互いに電気的に接続されている。ｐ型半導体層１６およびｐ型コンタクト層１８はｐ型半導体層であり、電極２２はｐ型電極として機能する。ｎ型半導体層１２と電極２４とは、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂにおいて電気的に接続されている。ｎ型半導体層１２はｐ型半導体層１６などとは異なる導電型を有し、ｎ型半導体層である。電極２４はｎ型電極として機能し、基準電位（例えばグランド電位）を有する。電極２２および２４は、例えば下から順に積層したチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）で形成されている。電極２２および２４の上に、例えばインジウム（Ｉｎ）などで形成されたバンプが設けられてもよい。バンプは、受光素子１００と読み出し回路との電気的な接続に用いられる。
【００２２】
（受光素子１００の製造方法）
図２（ａ）および図２（ｂ）、図４（ａ）から図４（ｃ）、図６（ａ）から図６（ｃ）は受光素子１００の製造方法を例示する断面図である。図３（ａ）は受光素子１００の製造方法を例示する平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図５（ａ）は受光素子１００の製造方法を例示する平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、ウェハ状態の半導体基板１０の上に、ｎ型半導体層１２、光吸収層１４、ｐ型半導体層１６およびｐ型コンタクト層１８を順にエピタキシャル成長する。ｎ型半導体層１２の成長に先立ち、バッファ層を半導体基板１０の上に成長してもよい。成長には、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法または分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法などを用いることができる。ｐ型コンタクト層１８の上面に、例えば厚さ０．５〜２μｍのＳｉＮまたはＳｉＯ２などの絶縁体で形成された絶縁体膜マスク層４０（第１マスク）を設ける。絶縁体膜マスク層４０の上に厚さ１〜３μｍのフォトレジストを塗布し、レジストパターニングを行うことで、レジストマスク４２（第１レジストマスク）を形成する。レジストマスク４２には開口部４２ａおよび４２ｂが形成され、絶縁体膜マスク層４０は開口部４２ａおよび４２ｂから露出する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより絶縁体膜マスク層４０を成型する。レジストマスク４２の開口部４２ａおよび４２ｂから露出する絶縁体膜マスク層４０が除去され、絶縁体膜マスク層４０の中央側に開口部４０ａ（第１開口部）が形成され、外周側には中央部を囲むような開口部４０ｂ（第２開口部）が形成される。開口部４０ａおよび４０ｂからはｐ型コンタクト層１８が露出する。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、開口部４０ｂは開口部４０ａから離間している。開口部４０ａは例えば格子状であり、開口部４０ｂは開口部４０ａを囲むリング状の開口部である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、レジストマスク４２を除去した後、例えばハロゲン系ガスを用いたドライエッチングを行う。図３（ａ）に斜線で示した領域がエッチングされる部分である。半導体層１１のうち、開口部４０ａまたは４０ｂから露出する部分がエッチングされ、溝４１および４３が形成される。開口部４０ａおよび溝４１の幅Ｗ６は、例えば図１（ａ）および図１（ｂ）に示したピッチＰ１と等しく、０．５〜３μｍである。開口部４０ｂおよび溝４３の幅Ｗ７は、例えば図１（ａ）および図１（ｂ）に示した溝１７の幅Ｗ２と等しく、例えば２０〜２９０μｍである。このとき、幅の小さい開口部４０ａ内よりも、幅の大きい開口部４０ｂ内においてエッチングが大きく進行する（マイクロローディング効果）。エッチング時間は、開口部の幅、半導体層１１の材料、および所望のエッチングの深さなどに応じて定める。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、絶縁体膜マスク層４０の上にフォトレジストを塗布し、レジストパターニングを行うことでレジストマスク４４（第２レジストマスク）を形成する。レジストマスク４４は、半導体層１１の溝４１を覆い、開口部４４ａを有する。レジストマスク４４の開口部４４ａは半導体層１１の溝４３および絶縁体膜マスク層４０の開口部４０ｂよりも大きく、開口部４４ａの内側に溝４３および開口部４０ｂが位置する。絶縁体膜マスク層４０のうち、開口部４０ａに隣接する領域４０ｃおよび４０ｄは開口部４４ａから露出する。領域４０ｃは溝４３と溝４１との間に位置し、領域４０ｄは溝４３よりも外周側に位置する。領域４０ｃの幅は例えば１０〜５０μｍであり、領域４０ｄの幅は例えば０〜５０μｍである。つまり領域４０ｄはなくてもよい。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、レジストマスク４４をマスクとし、例えばフッ酸などを用いたウェットエッチングにより、絶縁体膜マスク層４０の領域４０ｃおよび４０ｄを除去する。これにより、絶縁体膜マスク層４０（第２マスク）には、開口部４０ｂと重なる位置に、開口部４０ｂよりも大きな開口部４０ｅ（第４開口部）が形成される。開口部４０ａは残存する（第３開口部）。図４（ｃ）に示すように、レジストマスク４４を除去し、絶縁体膜マスク層４０は残存させる。
【００２８】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、絶縁体膜マスク層４０および例えばハロゲン系ガスを用い、半導体層１１をドライエッチングする。図５（ａ）の斜線の領域がエッチングされる部分である。エッチング時間は、開口部の幅、半導体層１１の材料、および所望のエッチングの深さなどに応じて定める。マイクロローディング効果により、絶縁体膜マスク層４０の開口部４０ａ内よりも、開口部４０ｅ内においてエッチングは大きく進行する。開口部４０ａ内では、図３（ｂ）に示した溝４１がさらにエッチングされ、ｎ型半導体層１２に到達する溝が形成される。開口部４０ｅ内では、溝４３がさらにエッチングされ、半導体基板１０まで到達する溝１７が形成される。半導体層１１のうち、格子状の開口部４０ａに囲まれた領域にメサ１３が形成され、開口部４０ａと開口部４０ｅとに挟まれた領域にテラス１５が形成される。すなわち、図５（ａ）に示すように、２次元アレイ状に並ぶ複数のメサ１３が形成され、その外側にリング状の溝１７およびテラス１５が形成される。半導体層１１のうち溝１７の両側の部分はｎ型半導体層１２までエッチングされ、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂが形成される。開口部４０ｅよりも外周側にはテラス１９が形成される。
【００２９】
図６（ａ）に示すように、絶縁体膜マスク層４０を除去した後、例えば化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により絶縁膜２０を形成する。絶縁膜２０はメサ１３、テラス１５および１９の表面、溝１７の底面を覆う。図６（ｂ）に示すように、例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチング、またはバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングなどにより、絶縁膜２０をエッチングし、開口部２０ａおよび２０ｂを形成する。溝１７、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂは開口部２０ｂの内側に位置する。
【００３０】
図６（ｃ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法により、電極２２および２４を設ける。電極２２は開口部２０ａから露出するｐ型コンタクト層１８に接触する。テラス１５の上から、ｎ型コンタクト領域１２ａの表面、溝１７の内側、さらにｎ型コンタクト領域１２ｂの上にかけて電極２４を設ける。電極２４はｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂにおいてｎ型半導体層１２に接触し、溝１７内において半導体基板１０に接触する。半導体基板１０の下面に反射防止膜２１を形成し、ウェハをダイシングすることで受光素子１００を形成する。なお、例えば電極２２および２４の上にバンプを設けてもよい。
【００３１】
（比較例１）
図７（ａ）は比較例１に係る受光素子１００Ｒを例示する断面図である。第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。図７（ａ）に示すメサ１３間のピッチＰ２は、図１（ｂ）に示したピッチＰ１より大きい。このため、メサ１３間に電極２４を設けることができる。しかし、ピッチＰ２が大きいため受光素子１００Ｒに形成できるメサ１３の数が受光素子１００よりも少なく、例えば赤外線センサとして用いた際の画素数が小さくなる。画素数を多くするためにはメサ１３を多く設ければよいが、受光素子１００Ｒが大型化してしまう。
【００３２】
（比較例２）
図７（ｂ）は比較例２に係る受光素子２００Ｒを例示する断面図である。第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。メサ１３間のピッチは比較例１のＰ２よりも小さいＰ１である。このためメサ１３を多く設けることができるが、メサ１３間に電極２４を設けることは困難である。このため、メサ１３よりも半導体基板１０の外周側に位置する溝１７ａに電極２４を設ければよい。
【００３３】
比較例２においては、メサ１３、テラス１５および１９、溝１７ａを、一回のエッチングで形成する。すなわち、溝１７ａは、メサ１３間の溝と同時に形成される。しかし、マイクロローディング効果により、幅の小さいメサ１３間よりも、幅の大きいテラス１５〜１９間の領域において、エッチングの進行度が大きくなり、エッチングがｎ型半導体層１２で停止しない。この結果、図７（ｂ）に破線で示すように、半導体基板１０まで達する溝１７ｂが形成されてしまう。この場合、ｎ型半導体層１２と電極２４とを電気的に接続することが困難である。ｎ型半導体層１２を厚くすることで、ｎ型半導体層１２を底面に持つ溝１７ａを形成できる。しかしｎ型半導体層１２の結晶欠陥が発生し、暗電流が増加する恐れがある。
【００３４】
（比較例３）
図７（ｃ）は比較例３に係る受光素子の製造方法を例示する断面図である。図７（ｃ）に示すように、絶縁体膜マスク層４０を成型するために、レジストマスク４２を用いる。比較例３におけるレジストマスク４２は開口部４２ａを有するが、開口部４２ｂは有さない。レジストマスク４２を用いたエッチングにより絶縁体膜マスク層４０を成形し、絶縁体膜マスク層４０を用いたエッチングによりメサ１３を形成する。その後、メサ１３を覆うマスクを用いたエッチングにより、テラスおよび溝などを形成する。しかしレジストマスク４２の面積が大きいため、エッチングの際にレジストマスク４２から変質層が発生する恐れがある。変質層により、エッチングが阻害され、またエッチング後のレジストマスクの除去が困難になる。
【００３５】
これに対し、本実施形態によれば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように開口部４０ａおよび４０ｂを有する絶縁体膜マスク層４０を用いて半導体層１１をエッチングし、さらに図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように開口部４０ａおよび４０ｅを有するマスクを用いて半導体層１１をエッチングする。開口部４０ａは開口部４０ｂおよび４０ｅとは離間している。また、開口部４０ｂおよび４０ｅの幅は開口部４０ａよりも大きい。このため、エッチングは開口部４０ａ内よりも開口部４０ｂおよび４０ｅ内で大きく進行する。これにより、メサ１３、テラス１５および１９を形成し、かつ開口部４０ｅ内に溝１７、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂを形成する。図６（ｃ）に示すように、電極２４はｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂの上に形成され、ｎ型半導体層１２に接触する。
【００３６】
すなわち、エッチングを二回行うことで、メサ１３よりも受光素子１００の外周側にｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂを形成し、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂにおいて電極２４とｎ型半導体層１２とを電気的に接続することができる。電極２４が光吸収層１４の近くに位置するため、暗電流を低減することができる。メサ１３間に電極を設けなくてよいため、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すようにメサ１３間のピッチＰ１を小さくすることができる。多数のメサ１３を形成することで、受光素子１００の高画素化などが可能となる。
【００３７】
半導体層１１のうち、一回目のエッチングの際に絶縁体膜マスク層４０に覆われ、かつ二回目のエッチングの際に開口部４０ｅから露出する領域が、二回目のエッチング後にｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂになる。このようにエッチングの範囲を調整することでｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂを形成できるため、工程が簡略化される。また、二回のエッチングにより、メサ１３、溝１７、テラス１５および１９、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂが形成されるため、工程が簡略化される。
【００３８】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、絶縁体膜マスク層４０の開口部４０ｂに隣接する部分を除去することにより、開口部４０ｅを形成する。言い換えれば、開口部４０ｂを大きくすることで開口部４０ｅを形成する。これにより工程が簡略化される。例えば、一回目のエッチングの後に絶縁体膜マスク層４０を除去し、溝４３を含む幅広の開口部を有する別のマスクを設け、そのマスクを用いて二回目のエッチングを行ってもよい。
【００３９】
図２（ａ）に示すように絶縁体膜マスク層４０を成型するためのレジストマスク４２は開口部４２ｂを有し、図４（ａ）に示すようにレジストマスク４４は開口部４４ａを有する。こうしたレジストマスク４２および４４を用いて絶縁体膜マスク層４０をエッチングすることで、絶縁体膜マスク層４０に開口部４０ａ、４０ｂおよび４０ｅを形成する。このため工程が簡略化される。また、レジストマスク４２および４４が幅広の開口部４２ｂおよび４４ａを有する。このため、比較例３に比べて、レジストマスク４２および４４の面積が小さくなり、変質層の発生が抑制される。これにより変質層によるエッチングの阻害は発生しにくく、レジストマスク４２および４４の除去も効果的に行われる。
【００４０】
図１（ｂ）に示すように、ｎ型コンタクト領域１２ａは、テラス１５と溝１７との間に位置する。これにより、電極２４と光吸収層１４との距離を小さくすることができる。すなわち、光吸収層１４と電極２４との間に介在するｎ型半導体層１２の体積が小さくなる。このため、例えばｎ型半導体層１２の格子欠陥および不純物などに起因する暗電流を低減することができる。
【００４１】
図３（ａ）および図５（ａ）に示したように、絶縁体膜マスク層４０の開口部４０ａは格子状である。図５（ｂ）に示したように、エッチングにより、開口部４０ａに囲まれた部分にメサ１３が形成される。複数のメサ１３は２次元アレイ状に配置される。開口部４０ａの幅Ｗ６を小さくすることにより、メサ１３間のピッチＰ１を小さくすることができる。多数のメサ１３を形成することで、受光素子１００の高画素化が可能となる。開口部４０ａは格子状でなく、例えば複数本の溝でもよい。半導体層１１のうち開口部４０ａに挟まれた領域にメサ１３が形成される。
【００４２】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示す開口部４０ｂの幅Ｗ７は、開口部４０ａの幅Ｗ６の例えば１０倍以上である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示す開口部４０ｅの幅は開口部４０ａの幅の例えば１０倍以上である。これによりマイクロローディング効果を伴うエッチングが行われる。すなわち、開口部４０ａ内に比べ、開口部４０ｂおよび４０ｅ内においてエッチングの進行度が大きくなる。この結果、溝１７、ｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂを形成することができる。
【００４３】
絶縁膜２０は、メサ１３およびテラス１５それぞれの上面および側面を覆う。これにより半導体層１１を異物および水分などから保護することができる。また、光吸収層１４、ｐ型半導体層１６およびｐ型コンタクト層１８と電極２４との間に絶縁膜２０が介在するため、これらは絶縁される。なお、エッチングは上から行うため、テラス１５および１９の側面を覆う絶縁膜２０のうち一部のみを除去し、ｎ型半導体層１２の側面を露出させることは困難である。したがって、図６（ｂ）に示すように、平坦なｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂを設け、その上の絶縁膜２０を除去して開口部２０ｂを形成することが好ましい。絶縁膜２０の開口部２０ａにおいて、電極２２とｐ型コンタクト層１８とが接触し、開口部２０ｂにおいて電極２４とｎ型半導体層１２とが接触する。これにより電極２２はｐ型電極、電極２４はｎ型電極として機能する。
【００４４】
電極２４はテラス１５の上から、ｎ型コンタクト領域１２ａ、溝１７およびｎ型コンタクト領域１２ｂにかけて設けられ、これらの表面を覆う。このため電極２４の接合強度が向上し、剥離および断線などが抑制される。電極２４はｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂの上面および側面に接触するため、接触抵抗が低下する。なお、ｎ型コンタクト領域１２ａにおいて電極２４とｎ型半導体層１２とを接続することができるため、ｎ型コンタクト領域１２ｂは設けなくてもよい。
【００４５】
ｎ型半導体層１２、光吸収層１４およびｐ型半導体層１６は、それぞれ異なる半導体層を含む超格子構造を有する。例えば、ｎ型半導体層１２はＧａＳｂ／ＩｎＡｓのｎ型超格子層であり、ｐ型半導体層１６はＧａＳｂ／ＩｎＡｓのｐ型超格子層である。これらの層の格子欠陥および不純物などに起因して暗電流が発生する恐れがある。電極２２をメサ１３の上、電極２４をｎ型コンタクト領域１２ａおよび１２ｂ上に設けることで、電極２２および２４と光吸収層１４との距離が小さくなる。この結果、暗電流を抑制することができる。各層の材料を変更してもよい。例えば光吸収層１４は、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓＳｂ超格子層でもよい。また、超格子構造を有する半導体層１１は、ＧａＳｂの半導体基板１０と格子整合する。半導体基板１０は他の化合物半導体で形成されてもよい。
【００４６】
ｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１６とは互いに異なる導電型を有していればよく、層のうち一方をｎ型、他方をｐ型とする。ｎ型半導体層１２、光吸収層１４およびｐ型半導体層１６は、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造以外の化合物半導体など、他の半導体で形成されてもよい。光吸収層１４は赤外光帯域とは異なる波長の光を吸収し、ｎ型半導体層１２およびｐ型半導体層１６が当該波長の光に対して高い透過率（例えば９０％以上）を有してもよい。半導体基板１０はＧａＳｂで形成されるとしたが、他の化合物半導体で形成されてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０                                              半導体基板
１１                                              半導体層
１２                                              ｎ型半導体層
１２ａ、１２ｂ                                    ｎ型コンタクト領域
１３                                              メサ
１４                                              光吸収層
１５、１９                                        テラス
１６                                              ｐ型半導体層
１７、１７ａ、１７ｂ、４１、４３                  溝
１８                                              ｐ型コンタクト層
２０                                              絶縁膜
２０ａ、２０ｂ、４０ａ、４０ｂ、４０ｅ、４４ａ    開口部
２２、２４                                        電極
４０                                              絶縁体膜マスク層
４０ｃ、４０ｄ                                    領域
４２、４４                                        レジストマスク
１００                                            受光素子
【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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