(57)【要約】      （修正有）【課題】画素アレイに所望の画素密度と、画素アレイ外側にコンタクトエリア有する赤外線受光装置を提供する。【解決手段】赤外線受光装置１１は、画素構造物及びコンタクト構造物を含む半導体積層体を含む構造物と、コンタクト構造物に接触する共通電極１５とを備え、半導体積層体はタイプＩＩの第２超格子構造を含み、画素構造物はフォトダイオードの半導体メサの配列を規定する第１溝２９を含み、構造物の第２部分１３ｂは第１溝２９の幅より大きい幅を有する第２溝３１を含み、第１溝２９は第２超格子構造内に位置する底を有し、第２溝３１は第２超格子構造を貫通し、コンタクト構造物は第２溝３１の幅より小さい幅を有する第３溝を有し、第３溝は第２溝に接続される第１部及び第１部から離れた第２部を有し、第３溝の底面は第１部から第２部に向けて単調に変化する深さの傾斜部分を有し、共通電極１５は傾斜部分において第２超格子構造に接触する。【選択図】図１
2019135744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線受光装置であって、
第１基準面に沿って配置された第１部分及び第２部分を備える構造物と、
前記構造物の前記第２部分上に設けられた共通電極と、
を備え、
前記構造物は、前記第１基準面に交差する第１軸の方向に配置された半導体積層体及び支持体を含み、前記半導体積層体は、前記第１基準面に沿って配置された画素構造物及びコンタクト構造物を含み、前記第１部分は前記画素構造物を含み、前記第２部分は前記コンタクト構造物を含み、
前記半導体積層体は、第１導電型半導体領域、第１超格子構造、及び第２導電型半導体領域を含む積層を有し、前記第１導電型半導体領域は第２超格子構造を含み、前記第２超格子構造は、タイプＩＩ構造を有し、
前記画素構造物は、フォトダイオードのための半導体メサの配列及び前記半導体メサを規定する第１溝を含み、前記第１溝は、前記第２超格子構造内に位置する底を有し、
前記第２部分は、前記第１溝の幅より大きい幅を有する第２溝を含み、前記第２溝は、前記第２超格子構造を貫通し、前記コンタクト構造物は、前記第２溝の幅より小さい幅を有する第３溝を有し、前記第３溝は、前記第２溝に接続される第１部及び該第１部と異なる第２部を有し、前記第３溝の底面は、前記第１部から前記第２部に向けて単調に変化する深さの傾斜部分を有し、前記共通電極は、前記傾斜部分において前記第２超格子構造に接触を成し、前記第１部及び前記第２部は第１深さ及び第２深さを有し、前記第１深さは前記第２深さより大きい、赤外線受光装置。
【請求項２】
前記第１導電型半導体領域は第１半導体層を更に含み、前記第２超格子構造は前記第１半導体層にヘテロ接合を成す、請求項１に記載された赤外線受光装置。
【請求項３】
前記第２部分の前記半導体積層体は、前記画素構造物から前記第３溝を隔てる半導体壁を含み、
前記第３溝は、前記第１部から前記第２部に向けて単調に変化する幅の部分を有し、前記第１部の幅は前記第２部の幅より大きく、
前記赤外線受光装置は、前記半導体積層体上に設けられた絶縁層を更に備え、前記絶縁層は、前記第１部及び前記傾斜部分上にコンタクト開口を有し、前記共通電極は、前記コンタクト開口を介して前記傾斜部分に接触を成す、請求項１又は請求項２に記載された赤外線受光装置。
【請求項４】
前記第１超格子構造は、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ光吸収層を含み、
前記第２超格子構造は、ｎ導電性のＧａＳｂ／ＩｎＡｓ構造を含み、
前記第２導電型半導体領域は、ｐ導電性のＧａＳｂ／ＩｎＡｓ構造を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された赤外線受光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、クロストークを低減できる受光素子アレイを開示する。
【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】
フォトダイオードのアレイは、光吸収による電子・正孔対の生成のための超格子層、及び画素のための半導体メサに繋がる導電性の超格子層を含み、下側電極は、光吸収のための超格子層の下に延在する導電性の超格子層に接続される。
【０００５】
画素アレイの半導体メサは狭い溝によって規定され、狭い溝は、高い画素密度のフォトダイオードのアレイを可能にする。しかし、半導体メサ間の狭い溝は、画素アレイ内の該溝内に下側電極を設けることに高い困難さをもたらす。高い画素密度のフォトダイオードのアレイでは、結果として、下側電極が画素アレイの外側のエリアに置くことになる。
【０００６】
発明者の知見によれば、光吸収のための超格子層は、画素アレイにおいて必要である一方で、広いコンタクトエリアを提供する妨げになる。コンタクトエリアを画素エリアの外側に設ける構造において求められることは、光吸収のための超格子層を除去すると共に、画素エリアに繋がる導電性超格子層を残すことである。
【０００７】
本発明の一側面は、画素アレイに所望の画素密度を提供すると共に画素アレイの外側にコンタクトエリアを提供する赤外線受光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】
【０００８】
本発明の一側面に係る赤外線受光装置は、第１基準面に沿って配列された第１部分及び第２部分を備える構造物と、前記構造物の前記第２部分上に設けられた共通電極と、を備え、前記構造物は、前記第１基準面に交差する第１軸の方向に配列された半導体積層体及び支持体を含み、前記半導体積層体は、前記第１基準面に沿って配列された画素構造物及びコンタクト構造物を含み、前記第１部分は前記画素構造物を含み、前記第２部分は前記コンタクト構造物を含み、前記半導体積層体は、第１導電型半導体領域、第１超格子構造、及び第２導電型半導体領域を含む積層を有し、前記第１導電型半導体領域は第２超格子構造を含み、前記第２超格子構造は、タイプＩＩ構造を有し、前記画素構造物は、フォトダイオードのための半導体メサの配列及び前記半導体メサを規定する第１溝を含み、前記第１溝は、前記第２超格子構造内に位置する底を有し、前記第２部分は、前記第１溝の幅より大きい幅を有する第２溝を含み、前記第２溝は、前記第２超格子構造を貫通し、前記コンタクト構造物は、前記第２溝の幅より小さい幅を有する第３溝を有し、前記第３溝は、前記第２溝に接続される第１部及び該第１部から離れた第２部を有し、前記第３溝の底面は、前記第１部から前記第２部に向けて単調に変化する深さの傾斜部分を有し、前記共通電極は、前記傾斜部分において前記第２超格子構造に接触を成し、前記第１部及び前記第２部は第１深さ及び第２深さを有し、前記第１深さは前記第２深さより大きい。
【０００９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、画素アレイに所望の画素密度を提供すると共に画素アレイの外側にコンタクトエリアを提供する赤外線受光装置が供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係る赤外線受光装置を概略的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示されたＩＩ−ＩＩ線に沿って取られた断面を示す図面である。
【図３】図３は、図１に示された（二本）ＩＩＩ−ＩＩＩ線の各々に沿って取られた断面を示す図面である。
【図４】図４は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法に用いる第１マスクを示す平面図である。
【図６】図５は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法に用いる第１マスクの第３開口を示す平面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における第１マスクを作製する工程を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における第１マスクの作製を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法におけるメサを形成するエッチングを模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法におけるメサを形成するエッチングを模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における絶縁膜の堆積及び第２マスクの作製を模式的に示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における絶縁膜の堆積及び第２マスクの作製を模式的に示す図面である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法におけるコンタクト開口のためのエッチングを模式的に示す図面である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法におけるコンタクト開口のためのエッチングを模式的に示す図面である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における共通電極及び上部電極の形成を模式的に示す図面である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係る赤外線受光装置を作製する方法における共通電極及び上部電極の形成を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
いくつかの具体例を説明する。
【００１３】
具体例に係る赤外線受光装置は、（ａ）第１基準面に沿って配列された第１部分及び第２部分を備える構造物と、（ｂ）前記構造物の前記第２部分上に設けられた共通電極と、を備え、前記構造物は、前記第１基準面に交差する第１軸の方向に配列された半導体積層体及び支持体を含み、前記半導体積層体は、前記第１基準面に沿って配列された画素構造物及びコンタクト構造物を含み、前記第１部分は前記画素構造物を含み、前記第２部分は前記コンタクト構造物を含み、前記半導体積層体は、第１導電型半導体領域、第１超格子構造、及び第２導電型半導体領域を含む積層を有し、前記第１導電型半導体領域は第２超格子構造を含み、前記第２超格子構造は、タイプＩＩ構造を有し、前記画素構造物は、フォトダイオードのための半導体メサの配列及び前記半導体メサを規定する第１溝を含み、前記第１溝は、前記第２超格子構造内に位置する底を有し、前記第２部分は、前記第１溝の幅より大きい幅を有する第２溝を含み、前記第２溝は、前記第２超格子構造を貫通し、前記コンタクト構造物は、前記第２溝の幅より小さい幅を有する第３溝を有し、前記第３溝は、前記第２溝に接続される第１部及び該第１部から離れた第２部を有し、前記第３溝の底面は、前記第１部から前記第２部に向けて単調に変化する深さの傾斜部分を有し、前記共通電極は、前記傾斜部分において前記第２超格子構造に接触を成し、前記第１部及び前記第２部は第１深さ及び第２深さを有し、前記第１深さは前記第２深さより大きい。
【００１４】
赤外線受光装置によれば、第２溝の幅より小さい幅の第１溝によって規定される半導体メサの高密度配列を画素構造物内に提供すると共に、異なる深さの第２溝及び第３溝を第２部分及びコンタクト構造物内に提供する。第２溝は、光検知に用いられないコンタクト構造物における所望のエリアから超格子構造を除くことを可能にする。第２溝より小さい幅の第３溝は、該第３溝の第１部から第２部に向けて単調に変化する深さの傾斜部分を提供でき、第３溝の底面に含まれる傾斜部分は、第１基準面に沿って第１部分及び第２部分を延在する第２超格子層の側面を含む。一方、第１溝は、第２超格子構造内に位置する底を有して、半導体メサは、残された第２超格子層を介して互いに接続される。第１溝の幅より大きい幅の第２溝及び該第２溝に接続される第３溝は、共通電極が、画素構造物ではなく第２部分の第３溝の傾斜部分に接触を成すことを可能にする。
【００１５】
具体例に係る赤外線受光装置では、前記第１導電型半導体領域は第１半導体層を更に含み、前記第２超格子構造は前記第１半導体層にヘテロ接合を成す。
【００１６】
赤外線受光装置によれば、共通電極は、ヘテロ接合に起因するヘテロ障壁を横切る経路を避けて傾斜部分において第２超格子構造に接触を成す。
【００１７】
具体例に係る赤外線受光装置では、前記第２部分の前記半導体積層体は、前記画素構造物から前記第３溝を隔てる半導体壁を含み、前記第３溝は、前記第１部から前記第２部に向けて単調に変化する幅の部分を有し、前記第１部の幅は前記第２部の幅より大きく、前記赤外線受光装置は、前記半導体積層体上に設けられた絶縁層を更に備え、前記絶縁層は、前記第１部及び前記傾斜部分を含むエリア上にコンタクト開口を有し、前記共通電極は、前記コンタクト開口を介して前記傾斜部分に接触を成す。
【００１８】
赤外線受光装置によれば、絶縁層は、第３溝の第２部より大きな幅の第１部を含むエリア内にコンタクト開口を有する。コンタクト開口の位置は、狭い幅の第３溝の第２部をしっかりと絶縁層で覆うと共に、プロセス上の制約に煩わされずに第１部の近傍にコンタクト開口及び共通電極を設けることを可能にする。
【００１９】
具体例に係る赤外線受光装置では、前記第１超格子構造は、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ光吸収層を含み、前記第２超格子構造は、ｎ導電性のＧａＳｂ／ＩｎＡｓ構造を含み、前記第２導電型半導体領域は、ｐ導電性のＧａＳｂ／ＩｎＡｓ構造を含む。
【００２０】
赤外線受光装置によれば、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ系半導体の赤外線受光デバイスが提供される。
【００２１】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、赤外線受光装置に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る赤外線受光装置を概略的に示す平面図である。図２は、図１に示されたＩＩ−ＩＩ線に沿って取られた断面を示す図面である。図３は、図１に示された二本のＩＩＩ−ＩＩＩ線の各々に沿って取られた断面を示す図面である。
【００２３】
赤外線受光装置１１は、構造物１３及び共通電極１５を備える。構造物１３は、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを備え、第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂは、第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って配列される。第１部分１３ａは第２部分１３ｂと異なる。共通電極１５は、構造物１３の第２部分１３ｂ上に設けられる。
【００２４】
構造物１３は、半導体積層体１７及び支持体１９を含み、半導体積層体１７及び支持体１９は、第１基準面Ｒ１ＥＦに交差する第１軸Ａｘ１の方向に配列される。支持体１９は半導体積層体１７を搭載する。半導体積層体１７は、画素構造物２１及びコンタクト構造物２３を含み、画素構造物２１及びコンタクト構造物２３は、第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って配列される。第１部分１３ａは画素構造物２１を含み、第２部分１３ｂはコンタクト構造物２３を含む。
【００２５】
半導体積層体１７は、積層２５を有し、積層２５は、例えば第１導電型半導体領域２５ａ、第１超格子構造２５ｂ、及び第２導電型半導体領域２５ｃを含む。第１超格子構造２５ｂは、タイプＩＩ構造を有し、赤外領域の光を感応して光キャリアを生成する。第１導電型半導体領域２５ａは第２超格子構造２５ｄを含み、第２超格子構造２５ｄは、タイプＩＩ構造を有する。
【００２６】
画素構造物２１は、フォトダイオードのための複数の半導体メサ２７の配列及び半導体メサ２７を規定する一又は複数の第１溝２９を含む。第１溝２９は、第２超格子構造２５ｄ内に位置する底を有する。半導体メサ２７は、一次元又は二次元に配置される。本実施例では、単一の窪みが、半導体メサ２７の二次元配列を規定するように格子形状を有する。第１溝２９は、画素のための半導体メサ２７の形状に高い相対精度を与えるために、実質的に均一な幅（Ｗ２９）及び実質的に均一な深さ（Ｄ０）を有する。
【００２７】
第２部分１３ｂは、第２溝３１を含み、本実施例では、第２溝３１は、第１溝２９の幅Ｗ２９より大きい幅Ｗ３１を有する。第２溝３１は、第２超格子構造２５ｄを貫通して、支持体１９内に位置する底を有する。
【００２８】
コンタクト構造物２３は、第３溝３３を有し、第３溝３３は、第２溝３１の幅より小さい幅Ｗ３３を有する。第３溝３３は、第１部３３ａ及び第２部３３ｂを有しており、第２部３３ｂは、第１部３３ａに繋がる。第１部３３ａは、第２溝３１に接続される。第１部３３ａ及び第２部３３ｂは、それぞれ、第１深Ｄ１及び第２深Ｄ２を有し、第１深Ｄ１は第２深Ｄ２より大きい。
【００２９】
第３溝３３の底面は、傾斜部分３３ｃを有し、傾斜部分３３ｃは、第１部３３ａから第２部３３ｂに向かう方向に単調に変化する深さを有する。共通電極１５は、傾斜部分３３ｃにおいて第２超格子構造２５ｄに接触を成し、必要な場合には、第１半導体層２５ｅに接触を成すことができる。
【００３０】
赤外線受光装置１１によれば、第２溝３１の幅Ｗ３１より小さい幅（Ｗ２９）の第１溝２９によって規定される半導体メサ２７の高密度配列を画素構造物２１内に提供すると共に、異なる深さの第２溝３１及び第３溝３３を第２部分１３ｂ及びコンタクト構造物２３内に提供する。
【００３１】
第２溝３１は、光検知に用いられないコンタクト構造物２３における所望のエリアから超格子層を除くことを可能にする。第２溝３１より小さい幅の第３溝３３は、該第３溝３３の第１部３３ａから第２部３３ｂに向けて単調に変化する深さの傾斜部分３３ｃを提供でき、第３溝３３の底面３３ｄに含まれる傾斜部分３３ｃは、第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを延在する第２超格子構造２５ｄの側面を含む。一方、第１溝２９は、第２超格子構造２５ｄ内に位置する底を有して、半導体メサ２７は、残された第２超格子構造２５ｄを介して互いに接続される。第１溝２９の幅（Ｗ２９）より大きい幅の第２溝３１及び該第２溝３１に接続される第３溝３３は、共通電極１５が、画素構造物２１ではなく第２部分１３ｂの第３溝３３の傾斜部分３３ｃ及び第２溝３１の底面に接触を成すことを可能にする。
【００３２】
第１導電型半導体領域２５ａは、超格子構造を含まないバルクの第１半導体層２５ｅを更に含み、第２超格子構造２５ｄは第１半導体層２５ｅにヘテロ接合ＨＪを成す。赤外線受光装置１１によれば、共通電極１５は、傾斜部分３３ｃにおいて第２超格子構造２５ｄに接触を成す。ヘテロ障壁を有するヘテロ接合ＨＪは、傾斜部分３３ｃに到達する。共通電極１５は、傾斜部分３３ｃにおいて第２超格子構造２５ｄに接触を成し、また第１半導体層２５ｅに接触を成すことができる。
【００３３】
画素構造物２１は、半導体メサ２７の各々の上面上に設けられた上部電極１６を含む。また、支持体１９は、第１半導体層２５ｅ、及び第１半導体層２５ｅを搭載する基板２６を含む。基板２６は、画素が検知する光を透過できる。
【００３４】
図２及び図３を参照すると、第２導電型半導体領域２５ｃは、第３超格子構造２５ｆと、超格子構造を含まないバルクの第２半導体層２５ｇを含むことができ、第２半導体層２５ｇは、上部電極１６に良好なオーミック接触を提供するコンタクト層として働く。上部電極１６は、絶縁層３９のコンタクト開口３９ｂを介して半導体メサ２７の上面、例えばコンタクト層に接触を成す。
【００３５】
赤外線受光装置１１の構造。
基板２６：ｎ型ＧａＳｂ、５００〜７００マイクロメートル厚。
第１導電型半導体領域２５ａの第１半導体層２５ｅ：ｎ型ＧａＳｂ、０．３〜１マイクロメートル厚。
第１導電型半導体領域２５ａの第２超格子構造２５ｄ：ｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ（タイプＩＩ）、１〜５マイクロメートル厚。
第１超格子構造２５ｂ：アンドープＧａＳｂ／ＩｎＡｓ（タイプＩＩ）、１〜４マイクロメートル厚。
第２導電型半導体領域２５ｃの第３超格子構造２５ｆ：ｐ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ、０（タイプＩＩ）．２〜０．８マイクロメートル厚。
第２導電型半導体領域２５ｃの第２半導体層２５ｇ：ｐ型ＧａＳｂ、０．０５〜０．４マイクロメートル厚。
第１導電型半導体領域２５ａでは、第１半導体層２５ｅ（ｎ型ＧａＳｂ）は、第２超格子構造２５ｄ（ｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ）にヘテロ接合を成す。
【００３６】
図１の（ａ）部を参照すると、コンタクト構造物２３は、第２溝３１に繋がる第３溝３３を含むコンタクト領域２３ａ（２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ，２３ｍ、２３ｎ）を含むことができる。図１の（ｂ）部〜（ｆ）部は、図１の（ａ）部に示される赤外線受光装置に用いることができる例示的なコンタクト領域２３ａ（２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ）を示す。コンタクト領域２３ａ（２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ）の第３溝３３は、コンタクト構造物２３の第２溝３１の内辺から画素構造物２１への方向に配置された第１部３３ａ及び第２部３３ｂを含む。第１部３３ａの長さは、例えば３〜３０マイクロメートルの範囲にあることができ、第２部３３ｂの長さは、例えば３〜２０マイクロメートルの範囲にあることができる。第１部３３ａは、第２溝３１に接続される位置において１０〜５０マイクロメートルの幅を有しており、第２部３３ｂに接続される位置において０．５〜５マイクロメートルの幅を有することができる。本実施例では、コンタクト領域２３ａ（２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ）が、それぞれ、図１の（ｂ）部〜（ｆ）部に示される第３溝３３を備える。しかしながら、本実施形態に係る赤外線受光装置１１は、単一種類のコンタクト領域２３ａは、例えばコンタクト領域２３ａ（２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ）のいずれか一種類を含むことができる。
【００３７】
図１の（ｂ）部を参照すると、コンタクト領域２３ａ（２３ｂ）は、コンタクト構造物２３の第２溝３１の内辺から画素構造物２１への内向き方向に延在する軸に沿って配列された第１部３３ａ及び第２部３３ｂを含む。第１部３３ａは、内向き方向に単調に小さくなるテーパー形状を有し、第２部３３ｂに繋がる。第１部３３ａの幅及び第２部３３ｂの幅は連続的に変化する。
【００３８】
図１の（ｃ）部を参照すると、コンタクト領域２３ａ（２３ｃ）は、コンタクト構造物２３の第２溝３１の内辺から画素構造物２１への内向き方向に延在する軸に沿って配列された第１部３３ａ及び第２部３３ｂを含む、第１部３３ａは、第１部３３ａから第２部３３ｂへの内向き方向に単調に小さくなるテーパー形状を有し、第２部３３ｂに繋がる。第１部３３ａが第２部３３ｂに繋がる位置において、第１部３３ａの幅及び第２部３３ｂの幅は不連続に変化する。
【００３９】
図１の（ｄ）部を参照すると、コンタクト領域２３ａ（２３ｄ）は、コンタクト構造物２３の第２溝３１の内辺から画素構造物２１への内向き方向に延在する軸に沿って配列された第１部３３ａ及び第２部３３ｂを含む。第１部３３ａは、第１部３３ａから第２部３３ｂへの内向き方向に実質的に単一の幅を有し、第２部３３ｂに繋がる。第１部３３ａが第２部３３ｂに繋がる位置において、第１部３３ａの幅及び第２部３３ｂの幅は不連続に変化する。
【００４０】
図１の（ｅ）部を参照すると、コンタクト領域２３ａ（２３ｄ）は、コンタクト構造物２３の第２溝３１の内辺から画素構造物２１への内向き方向に延在する軸に沿って配列された第１部３３ａ及び第２部３３ｂを含む。第１部３３ａは、内向き方向に単調に大きくなるテーパー形状を有し、第２部３３ｂに繋がる。第１部３３ａが第２部３３ｂに繋がる位置において、第１部３３ａの幅及び第２部３３ｂの幅は不連続に変化する。
【００４１】
図１の（ｆ）部を参照すると、コンタクト領域２３ａ（２３ｄ）は、コンタクト構造物２３の第２溝３１の内辺から画素構造物２１への内向き方向に延在する軸に沿って配列された第１部３３ａ及び第２部３３ｂを含む。第２部３３ｂは、内向き方向に交差する方向に延在する。第１部３３ａは、内向き方向に単調に小さくなるテーパー形状を有し、第２部３３ｂの側辺に繋がる。第１部３３ａが第２部３３ｂに繋がる位置において、第１部３３ａの幅及び第２部３３ｂの幅は不連続に変化する。
【００４２】
図２及び図３を参照すると、第２部分１３ｂにおいて、半導体積層体１７は、画素構造物２１から第３溝３３を隔てる半導体壁３５を含む。半導体壁３５は、第１溝２９によって半導体メサ２７の配列から隔てられる。本実施例では、半導体壁３５は、画素構造物２１を囲むように閉じている。赤外線受光装置１１によれば、半導体壁３５の囲みは、第１溝２９が第２溝３１及び第３溝３３に繋がることを妨げて、第１溝２９の深さの均一性、及び第１溝２９の底に位置する残余の第２超格子構造２５ｄの厚さの均一性を高める。
【００４３】
赤外線受光装置１１は、半導体壁３５の上面３５ａに設けられ共通電極１５に接続されたパッド電極３７を更に備える。
【００４４】
また、第３溝３３は、半導体壁３５の側面３５ｂに到達する。具体的には、第３溝３３は、第２部分１３ｂから第１部分１３ａへの方向に延在する部分を有する。或いは、第３溝３３は、半導体壁３５の側面３５ｂに沿って延在する部分を有する。赤外線受光装置１１によれば、共通電極１５は、半導体壁３５に到達する第３溝３３の底面に接触を成しており、第３溝３３に沿って延在して半導体壁３５の側面３５ｂに到達できる。
【００４５】
赤外線受光装置１１は、半導体積層体１７上に設けられた絶縁層３９を更に備える。絶縁層３９は、第１部３３ａ及び第２部３３ｂ、具体的には傾斜部分３３ｃ上にコンタクト開口３９ａを有し、共通電極１５は、コンタクト開口３９ａを介して傾斜部分３３ｃ及び第２部３３ｂに接触を成す。第３溝３３は、第１部３３ａから第２部３３ｂに向けて単調に変化する幅の部分を有し、第１部３３ａの幅は第２部３３ｂの幅より大きい。第３溝３３の幅の変化は、第３溝３３の底面に傾斜部分３３ｃを提供できる。
【００４６】
赤外線受光装置１１によれば、絶縁層３９は、第３溝３３の第２部３３ｂより大きな幅の第１部３３ａ及び第２溝３１を含むエリア内にコンタクト開口３９ａを有する。コンタクト開口３９ａは、狭い幅の第３溝３３の第２部３３ｂの上面及び傾斜部分３３ｃに加えて、第１部３３ａの近傍に位置することができ、プロセス上の制約に煩わされずに、コンタクト開口３９ａ及び共通電極１５を設けることを可能にする。
【００４７】
具体的には、第３溝３３は、第１部３３ａにおいて第１溝２９の幅（Ｗ２９）より大きい溝幅と、第３溝３３は、コンタクト構造物２３の半導体壁によって規定される。第２部３３ｂにおいて第１溝２９の幅（Ｗ２９）以下の溝幅とを有することができる。
【００４８】
赤外線受光装置１１によれば、半導体積層体１７内の半導体壁３５が、第１部３３ａにおいて第１溝２９の幅より大きい溝幅と、第２部３３ｂにおいて第１溝２９の幅以下の溝幅とを有する第３溝３３を規定する。半導体積層体１７内の半導体壁３５の高さと、第１溝２９の幅以下の溝幅とは、第２部３３ｂにおいて高いアスペクト比を提供する。高いアスペクト比の溝を形成するエッチングでは、第２部３３ｂにおけるエッチャントの供給量は第１部３３ａにおけるエッチャントの供給量より少なくなる。
【００４９】
第１溝２９のアスペクト比は、２〜８マイクロメートルの範囲にあることがよい。第１溝２９の幅は例えば０．５〜３マイクロメートルの範囲にあることがよい。第２溝３１の幅は例えば５０〜３００マイクロメートルの範囲にあることがよい。半導体壁３５の幅は例えば５０〜１００マイクロメートルの範囲にあることがよい。
【００５０】
第２超格子構造２５ｄは、ｎ導電性を有することができる。共通電極１５を第２部分１３ｂに設けて、共通電極１５に煩わされることなく、第１溝２９の狭幅によって半導体メサ２７のピッチを小さくでき、フォトダイオードアレイの多画素化、高精細化が可能となる。
【００５１】
赤外線受光装置１１によれば、ＧａＳｂ系化合物半導体を用いるフォトダイオードアレイを提供できる。赤外波長領域の光を検知する赤外線受光装置１１では、第１超格子構造２５ｂは、ガリウム及びアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ半導体の第１層及びインジウム及びヒ素を含むＩＩＩ−Ｖ半導体の第２層を含む光吸収層を含む。第２超格子構造２５ｄは、ガリウム及びアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ半導体の第３層及びインジウム及びヒ素を含むＩＩＩ−Ｖ半導体の第４層を含む。第２導電型半導体領域２５ｃの第３超格子構造２５ｆは、ガリウム及びアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ半導体の第５層及びインジウム及びヒ素を含むＩＩＩ−Ｖ半導体の第６層を含む。
具体例。
第１超格子構造２５ｂ：ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ光吸収層。
第２超格子構造２５ｄ：ｎ導電性のＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造。
第３超格子構造２５ｆ：ｐ導電性のＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造。
【００５２】
引き続き、図４〜図１５を参照しながら、赤外線受光装置１１を作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、赤外線受光装置１１のための参照符合を以下の説明において用いる。
【００５３】
工程Ｓ１０１では、図４に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰを準備する。エピタキシャル基板ＥＰは、第１導電型半導体領域２５ａ、第１超格子構造２５ｂ、及び第２導電型半導体領域２５ｃのための半導体膜を含む半導体積層５３、並びに半導体積層５３を搭載する基板５１を有する。
【００５４】
本実施例では、エピタキシャル基板ＥＰを作製する。具体的には、結晶成長のための基板５１を準備すると共に、基板５１上に半導体積層５３をエピタキシャルに成長して、エピタキシャル基板ＥＰを作製する。この成長は、例えば有機金属気相成長法及び／又は分子線エピタキシー法によって行われることができる。半導体積層５３は、第１半導体層２５ｅのための第１半導体膜５５、第２超格子構造２５ｄのための第１超格子層５６、第１超格子構造２５ｂのための第２超格子層５７、第３超格子構造２５ｆのための第３超格子層５８、及び第２半導体層２５ｇのための第２半導体膜５９を備える。第１超格子層５６は、交互に配列された第１層５６ａ及び第２層５６ｂを含み、第２超格子層５７は、交互に配列された第３層５７ａ及び第４層５７ｂを含み、第３超格子層５８は、交互に配列された第５層５８ａ及び第６層５８ｂを含む。
基板５１：ｎ型ＧａＳｂ。
第１導電型半導体領域２５ａのための第１半導体膜５５：ｎ型ＧａＳｂ、厚さ０．３〜１マイクロメートル。
第１導電型半導体領域２５ａのための第１超格子層５６：ｎ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ（タイプＩＩ）、厚さ１〜５マイクロメートル。
第１超格子構造２５ｂのための第２超格子層５７：アンドープＧａＳｂ／ＩｎＡｓ（タイプＩＩ）、厚さ０．８〜４マイクロメートル。
第２導電型半導体領域２５ｃのための第３超格子層５８：ｐ型ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ、（タイプＩＩ）．厚さ０．２〜０．８マイクロメートル。
第２導電型半導体領域２５ｃのための第２半導体膜５９：ｐ型ＧａＳｂ、厚さ０．０５〜０．４マイクロメートル。
【００５５】
工程Ｓ１０２では、図５及び図６に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰの主面５４上に第１マスクＭ１を形成する。第１マスクＭ１は、例えばシリコン系無機絶縁体を備える。主面５４は、第１部分１３ａが形成されるべき第１エリア５４ａ、及び第２部分１３ｂが形成されるべき第２エリア５４ｂを含む。
【００５６】
具体的には、第１マスクＭ１は、第１エリア５４ａ上に位置する第１開口６１ａと、第２エリア５４ｂ上に位置する第２開口６１ｂ及び第３開口６１ｃを含む。図７は、図５に示されたＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ってとられた断面を示し、当該断面は、第１開口６１ａ、第２開口６１ｂ及び第３開口６１ｃを含む。図８は、図５に示されたＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ってとられた断面を示し、当該断面は、第１開口６１ａ及び第２開口６１ｂを含み、第３開口６１ｃを含まない。
【００５７】
第１開口６１ａは、フォトダイオードのための半導体メサ２７の配列を規定する第１溝２９を規定する。第２開口６１ｂは、第１溝２９の幅より大きい幅を有する第２溝３１を規定する。第３開口６１ｃは、第２溝３１の幅より小さい幅を有する第３溝３３を規定する。
第１開口６１ａの幅：０．５〜３マイクロメートル。
第２開口６１ｂの幅：５０〜３００マイクロメートル。
【００５８】
図６を参照すると、実施例に係る第３開口６１ｃの形状が示される。第３開口６１ｃは、第２開口６１ｂに接続され、また第２開口６１ｂに接続される第１部６１ｂａ及び該第１部６１ｂａから離れた第２部６１ｂｂを有する。本実施例では、第３開口６１ｃの第１部６１ｂａ及び第２部６１ｂｂの各々は、第１部６１ｂａから第２部６１ｂｂに向く方向に単調に変化する幅のテーパー部分を有する。
例示的な開口の寸法。
第２部６１ｂｂの第２長（Ｈ２）：３〜２０マイクロメートル。
第２部６１ｂｂの先端幅（Ｗ１）：０．５〜３マイクロメートル。
第２部６１ｂｂの根元幅（Ｗ２）：０．５〜５マイクロメートル。
根元幅（Ｗ２）は端幅（Ｗ１）以上である。
第１部６１ｂａの第１長（Ｈ１）：３〜３０マイクロメートル。
第１部６１ｂａの片幅（Ｗ３）：０〜５マイクロメートル。
第１部６１ｂａの片幅（Ｗ４）：０〜５マイクロメートル。
第１部６１ｂａの底幅（Ｗ５）：１０〜５０マイクロメートル。
両片幅（Ｗ３、Ｗ４）及び根元幅（Ｗ２）の和は底幅（Ｗ５）以下。
第３開口６１ｃの奥行き（Ｈ１＋Ｈ２）：４０マイクロメートル以下。
第１開口６１ａ、第２開口６１ｂ、及び第３開口６１ｃの形状は、それぞれ、第１溝２９、第２溝３１、及び第３溝３３の形状に係る説明から理解される。
【００５９】
工程Ｓ１０３では、図９及び図１０に示されるように、第１マスクＭ１を用いてエピタキシャル基板ＥＰをドライエッチングする。エッチングガスは、例えばハロゲン系ガスである。図９及び図１０は、それぞれ、図７及び図８における断面の進捗を示す。エッチングの後に、第１マスクＭ１を除去して、基板生産物ＳＰを形成する。
【００６０】
基板生産物ＳＰは、第１エリア５４ａに設けられた画素構造物２１及び第２エリア５４ｂに設けられたコンタクト構造物２３を有する。このエッチングにより、第１開口６１ａにより規定される第１溝２９、第２開口６１ｂにより規定される第２溝３１、及び第３開口６１ｃにより規定される第３溝３３が一緒に形成される。画素構造物２１は、第１溝２９によって規定される半導体メサ２７の配列を含む。第１溝２９は、第１超格子層５６内に位置する底を有する。第２溝３１は、第１溝２９より大きな幅を有して、コンタクト構造物２３において、画素構造物２１を囲む。第２溝３１は、第１溝２９より深い底を有する。第３溝３３は、第２溝３１に接続される。
【００６１】
工程Ｓ１０４では、図１１及び図１２に示されるように、第１マスクＭ１を除去した後に、基板生産物ＳＰ上に絶縁膜６３を気相成長により形成すると共に、コンタクトのための開口を絶縁膜６３に形成する第２マスクＭ２を絶縁膜６３上に形成する。図１１及び図１２は、それぞれ、図９及び図１０における断面の進捗を示す。具体的には、第２マスクＭ２を絶縁膜６３上に形成する。第２マスクＭ２は、コンタクト構造物２３の第２溝３１及び第３溝３３上に開口６５ａと、半導体メサ２７の上面上に開口６５ｂとを有しており、開口６５ａ、６５ｂには、絶縁膜６３が現れている。
【００６２】
工程Ｓ１０５では、図１３及び図１４に示されるように、第２マスクＭ２を用いて絶縁膜６３をエッチングして、絶縁層３９形成する。図１３及び図１４は、それぞれ、図１１及び図１２における断面の進捗を示す。エッチャントは、例えばバッファードフッ酸である。エッチングの後に、第２マスクＭ２を除去する。コンタクト開口３９ａが第２溝３１及び第３溝３３内の絶縁膜６３に形成されて、絶縁層３９が提供される。
【００６３】
工程Ｓ１０６では、図１５及び図１６に示されるように、絶縁層３９を形成した後に、コンタクト開口３９ａを介して第２超格子構造２５ｄに接触を成す共通電極１５を形成すると共に、コンタクト開口３９ｂを介して半導体メサ２７の上面に接触を成す上部電極１６を形成する。共通電極１５及び上部電極１６の各々は、リフトオフマスクの形成、金属膜の蒸着及びリフトオフによって形成される。
【００６４】
これらの工程によって、赤外線受光装置１１が完成する。
【００６５】
通常，異なる深さの溝を形成するために、浅い溝を規定するマスクを用いたエッチングと、深い溝を規定するマスクを用いたエッチングとを行って、異なる深さの溝を得る。具体的には、狭い溝は、狭い開口を有するマスクを用いてエッチングにより形成される。広い溝は、広い開口を有するマスクを用いて別のエッチングにより形成される。
【００６６】
画素構造物２１では、微細な画素を規定する半導体メサ２７の配列を狭い溝を用いて規定する。半導体メサ２７は、フォトダイオード構造を有しており、フォトダイオード構造は、半導体メサ２７の各々の上面に個別の上部電極１６を備える。フォトダイオード構造は、また半導体メサ２７の下側を延在する超格子層（２５ｄ）を介して接続される。発明者の知見によれば、画素構造物２１の形成と一緒のエッチングでコンタクト構造物２３における大きな幅のコンタクト溝（第２溝３１）を形成すると、このコンタクト溝は、フォトダイオード構造に連なる超格子層（２５ｄ）を貫通してしまう。発明者の検討によれば、第３溝３３のための第３開口をエッチングマスクに追加すると、大きな幅のコンタクト溝はフォトダイオード構造に連なる超格子層（２５ｄ）を貫通する一方で、第３溝３３には、超格子層（２５ｄ）の傾斜面（３３ｃ）を形成できる。第３溝３３を第２溝３１に繋げると、共通電極１５の配置が容易になる。
【００６７】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、画素アレイに所望の画素密度を提供すると共に画素アレイの外側にコンタクトエリアを提供する赤外線受光装置が提供される。
【符号の説明】
【００６９】
１１…赤外線受光装置、１３…構造物、１３ａ…第１部分、１３ｂ…第２部分、１５…共通電極、Ｒ１ＥＦ…第１基準面、１７…半導体積層体、１９…支持体、２１…画素構造物、２３…コンタクト構造物、２５…積層、２７…半導体メサ、２９…第１溝、３１…第２溝、３３…第３溝。
【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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