(57)【要約】【課題】リーク電流を低減可能な構造を有する半導体受光素子を提供する。【解決手段】半導体受光素子１１は、構成元素として酸素を含むパッシベーション膜１５とメサ構造１３の側面１３ａとの間に窒化層１７を有する。窒化層１７は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の構成元素の窒化物を備える。半導体層の構成元素としてのアンチモンは酸化されやすいけれども、窒化層１７により、第１化合物半導体層３１及び第２化合物半導体層３３がパッシベーション膜１５の構成元素としての酸素から隔てられる。この窒化層１７の配置により、パッシベーション膜１５の構成元素としての酸素が、第１化合物半導体層３１及び第２化合物半導体層３３に接することを回避できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体受光素子であって、
半導体領域上に設けられた光吸収層を含むメサ構造と、
前記メサ構造の側面上に設けられたパッシベーション膜と、
前記メサ構造の前記側面と前記パッシベーション膜との間に設けられた窒化層と、
を備え、
前記光吸収層は、交互に配列された第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を含み、
前記第１化合物半導体層は構成元素としてアンチモンを含み、
前記第２化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の材料と異なり、
前記パッシベーション膜は構成元素として酸素を含む、半導体受光素子。
【請求項２】
前記パッシベーション膜はシリコン系無機絶縁体を備える、請求項１に記載された半導体受光素子。
【請求項３】
前記半導体領域は基板を含み、該基板はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を備え、前記基板は主面及び裏面を有し、前記メサ構造は前記基板の前記主面上に設けられ、前記メサ構造の前記光吸収層は前記基板の前記裏面を通して入射する光を受け、
当該半導体受光素子は前記メサ構造の上面上に設けられた電極を更に備え、
前記窒化層及び前記パッシベーション膜は、前記メサ構造の前記側面上から延在して前記メサ構造の前記上面を覆い、前記電極は前記窒化層及び前記パッシベーション膜の開口を介して前記メサ構造の前記上面に接触を成す、請求項１又は請求項２に記載された半導体受光素子。
【請求項４】
半導体受光素子を作製する方法であって、
光吸収層を含む半導体積層を基板上に成長する工程と、
前記半導体積層をエッチングして、メサを形成する工程と、
窒素イオンを含むプラズマに前記メサをさらして、前記メサの側面の窒化を行う工程と、
前記窒化の後に、基板上にパッシベーション膜を成長する工程と、
を備え、
前記光吸収層は、交互に配列された第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を含み、
前記第１化合物半導体層は構成元素としてアンチモンを含み、
前記第２化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の材料と異なり、
前記パッシベーション膜は構成元素として酸素を含む、半導体受光素子を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子、半導体受光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、化合物半導体受光素子アレイを開示する。非特許文献１は、タイプＩＩ型ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超格子構造を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１１／０８９９４９号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】”Ammonium  sulfide  passivation  of  Type-II  InAs/GaSb  superlattice  photodiodes”,  APPLIED  PHYSICS  LETTERS  VOLUME  84,  NUMBER  12  22  MARCH  2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アンチモンを構成元素として含む半導体、例えばＧａＳｂとＩｎＡｓとの超格子構造を含む受光層は、例えば中赤外光に感応し、またイメージセンサのフォトダイオ−ドに利用される。フォトダイオ−ドのためのメサ構造を形成するために、ドライエッチング又はウエットエッチングによる加工を用いる。イメージセンサの作製では、この加工は、画素分離のためメサ構造のアレイを含む基板生産物の形成を可能にする。エッチング加工の後に、メサ構造上にパッシベーション膜を成長する。このパッシベーション膜の成長のために、基板生産物は、エッチング加工のための装置から取り出されて成膜装置に移される。
フォトダイオードのメサ構造の側面とこの側面上のパッシベーション膜とに係る界面にはダングリングボンドが形成される。ダングリングボンドは電子を捕獲するので、上記の界面は電流のリークパスになり得る。このパスに流れるリーク電流は、受光素子、例えば中赤外イメージセンサのような受光素子において暗電流として観察される。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、リーク電流を低減可能な構造を有する半導体受光素子を提供することにあり、またこの半導体受光素子を作製する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】
【０００７】
本発明の一側面に係る半導体受光素子は、半導体領域上に設けられた光吸収層を含むメサ構造と、前記メサ構造の側面上に設けられたパッシベーション膜と、前記メサ構造の前記側面と前記パッシベーション膜との間に設けられた窒化層と、を備え、前記光吸収層は、交互に配列された第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を含み、前記第１化合物半導体層は構成元素としてアンチモンを含み、前記第２化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の材料と異なり、前記パッシベーション膜は構成元素として酸素を含む。
【０００８】
本発明の別の側面に係る半導体受光素子を作製する方法は、光吸収層を含む半導体積層を基板上に成長する工程と、前記半導体積層をエッチングして、メサを形成する工程と、窒素イオンを含むプラズマに前記メサをさらして、前記メサの側面の窒化を行う工程と、前記窒化の後に、基板上にパッシベーション膜を成長する工程と、を備え、前記光吸収層は、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を含み、前記第１化合物半導体層は構成元素としてアンチモンを含み、前記第２化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の材料と異なり、前記パッシベーション膜は構成元素として酸素を含む。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、リーク電流を低減可能な構造を有する半導体受光素子が提供され、またこの半導体受光素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施の形態に係る半導体受光素子の構造を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る半導体受光素子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３】図３は、光吸収層のための半導体超格子構造と二酸化ケイ素膜との界面付近の走査型透過電子顕微鏡像を示す図面である。
【図４】図４は、光吸収層のための半導体超格子構造と窒化層及び二酸化ケイ素膜との界面付近の走査型透過電子顕微鏡像を示す図面である。
【図５】図５は、窒化層を含まずシリコン系無機絶縁膜を備えるパッシベーション構造における酸化物／半導体の界面近傍を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、窒化層及びシリコン系無機絶縁膜の両方を備えるパッシベーション構造における酸化物／半導体の界面近傍を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
いくつかの具体例を説明する。
【００１２】
一形態に係る半導体受光素子は、（ａ）半導体領域上に設けられた光吸収層を含むメサ構造と、（ｂ）前記メサ構造の側面上に設けられたパッシベーション膜と、（ｃ）前記メサ構造の前記側面と前記パッシベーション膜との間に設けられた窒化層と、を備え、前記光吸収層は、交互に配列された第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を含み、前記第１化合物半導体層は構成元素としてアンチモンを含み、前記第２化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の材料と異なり、前記パッシベーション膜は構成元素として酸素を含む。
【００１３】
この半導体受光素子によれば、構成元素として酸素を含むパッシベーション膜とメサ構造の側面との間に窒化層を設けている。窒化層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の構成元素の窒化物を備える。半導体層の構成元素としてのアンチモンは酸化されやすいけれども、窒化物により、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層がパッシベーション膜の構成元素としての酸素から隔てられる。この窒化層配置により、パッシベーション膜の構成元素としての酸素が第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層に接することを回避できる。
【００１４】
一形態に係る半導体受光素子では、前記パッシベーション膜はシリコン系無機絶縁体を備えることが良い。この半導体受光素子によれば、構成元素として酸素を含むパッシベーション膜に、シリコン系無機絶縁体を適用できる。
【００１５】
一形態に係る半導体受光素子では、前記半導体領域は基板を備え、該基板はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を備え、前記基板は主面及び裏面を備え、前記メサ構造は前記基板の前記主面上に設けられ、前記メサ構造の前記光吸収層は前記基板の前記裏面を通して入射する光を受け、当該半導体受光素子は前記メサ構造の上面上に設けられた電極を更に備え、前記窒化層及び前記パッシベーション膜は、前記メサ構造の前記側面上から延在して前記メサ構造の前記上面を覆い、前記電極は前記窒化層及び前記パッシベーション膜の開口を介して前記メサ構造の前記上面に接触を成すことができる。この半導体受光素子によれば、窒化層及びパッシベーション膜を含む多層構造によって覆われる半導体を備えるメサ構造を、裏面入射型のフォトダイオードに提供できる。
【００１６】
一形態に係る半導体受光素子を作製する方法は、（ａ）光吸収層を含む半導体積層を基板上に成長する工程と、（ｂ）前記半導体積層をエッチングして、メサを形成する工程と、（ｃ）窒素イオンを含むプラズマに前記メサをさらして、前記メサの側面の窒化を行う工程と、（ｄ）前記窒化の後に、引き続き、基板上にパッシベーション膜を成長する工程と、を備え、前記光吸収層は、第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を含み、前記第１化合物半導体層は構成元素としてアンチモンを含み、前記第２化合物半導体層は、前記第１化合物半導体層の材料と異なり、前記パッシベーション膜は構成元素として酸素を含む。
【００１７】
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、半導体受光素子、半導体受光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る半導体受光素子の構造を模式的に示す図面である。半導体受光素子１１は、メサ構造１３と、パッシベーション膜１５と、窒化層１７とを備える。メサ構造１３は、半導体領域２１上に設けられた光吸収層２３を含む。また、メサ構造１３は、第１導電型半導体領域２５及び第２導電型半導体領域２７を含み、光吸収層２３は第１導電型半導体領域２５と第２導電型半導体領域２７との間に設けられる。パッシベーション膜１５はメサ構造１３の側面１３ａ上に設けられる。窒化層１７は、メサ構造１３の側面１３ａとパッシベーション膜１５との間に設けられる。光吸収層２３は、第１化合物半導体層３１及び第２化合物半導体層３３を含み、第１化合物半導体層３１及び第２化合物半導体層３３が交互に配列されて超格子構造３５を構成する。第１化合物半導体層３１は第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、第２化合物半導体層３３は第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。例えば第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は構成元素としてアンチモンを含むとき、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の材料と異なる。パッシベーション膜１５は、構成元素として酸素を含む無機材料、具体的には酸化物を備える。
【００１９】
この半導体受光素子１１によれば、構成元素として酸素を含むパッシベーション膜１５とメサ構造１３の側面１３ａとの間に窒化層１７を設けている。窒化層１７は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の構成元素の窒化物を備える。光吸収層は、構成元素としてアンチモンを備える半導体層を含む。アンチモンは酸化されやすいけれども、窒化層１７により、第１化合物半導体層３１及び第２化合物半導体層３３がパッシベーション膜１５の構成元素としての酸素から隔てられる。この窒化層１７の配置により、パッシベーション膜１５の構成元素としての酸素が、第１化合物半導体層３１及び第２化合物半導体層３３に接することを回避できる。
【００２０】
半導体受光素子１１の構造の一例。
第１導電型半導体領域２５：ｐ型半導体  GaSb。
第２導電型半導体領域２７：ｎ型半導体  GaSb。
図１には基板側からN-I-Pの積層構造を示すが、ｐ基板（例えばノンドープのGaSb基板）を用いて基板側からP-I-N積層構造としてもよい。
光吸収層２３：超格子構造３５。
第１化合物半導体層３１：ＧａＳｂ。
第２化合物半導体層３３：ＩｎＡｓ。
パッシベーション膜：ＳｉＯ２。
【００２１】
窒化層１７は、フォトダイオードのベース半導体の構成元素と窒素とを含む化合物を備える。この化合物としては、ベース半導体の構成元素に依存して、ＧａＮ、ＩｎＮ等のＩＩＩ族窒化物が例示される。窒化層１７の厚さは、例えば１〜２ｎｍ程度であることができる。窒化層１７として以下のように理解される：窒素のための原料、及び窒素と化合物を形成する別元素のための原料の両方を成膜装置に供給するのではなく、メサ形状の半導体積層を含む基板生産物をプラズマ成膜装置に配置した後に窒素のための原料（例えば、窒素ガスやアンモニアガス）をプラズマ成膜装置に供給する。窒素プラズマをメサ表面に適用して、基板生産物の半導体積層の表面に、該半導体積層の構成元素の窒化物を形成する。窒素プラズマ照射の結果、半導体積層の表面が窒化されて、半導体積層の構成元素の窒化物が半導体領域を覆うことになる。
【００２２】
光吸収層２３の超格子構造３５は、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子に限定されることなく、ＧａＡｓＳｂ／ＧａＩｎＡｓ超格子を用いることができる。また、上記の構造は、構成元素としてアンチモンを備える半導体超格子といった半導体層に適用される。
【００２３】
パッシベーション膜１５は例えばシリコン系無機絶縁体を備えることができ、シリコン系無機絶縁体としては、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）だけでなく、必要な場合にはシリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）等を備えることができる。窒化層１７上に設けられるパッシベーション膜１５は単一の層に限定されることなく、半導体表面の不導体化及びその補助に役立つ一又は複数の層を含むことができる。この半導体受光素子１１によれば、構成元素として酸素を含むパッシベーション膜１５に、シリコン系無機絶縁体を適用できる。パッシベーション膜１５の厚さは、例えば３００〜５００ｎｍ程度であることができる。
【００２４】
半導体受光素子１１では、半導体領域２１は、支持体として役立つ基板３７を備えることができる。基板３７が成長用基板として用いられる場合には、基板３７の主面３７ａは例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を備える。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、InAs、InSb等であることができる。基板３７が、成長用基板として用いられた後に、引き続き支持体として利用されることができる。
【００２５】
基板３７は主面３７ａ及び裏面３７ｂを備える。基板３７の主面３７ａ上にメサ構造１３が設けられる。一実施例では、メサ構造１３の光吸収層２３は、基板３７の裏面を通して入射する光Ｌを受けることができる。この構造を裏面入射型として参照する。必要な場合には、基板３７の裏面３７ｂ上に反射防止（ＡＲ）膜３９を設けることができる。
【００２６】
窒化層１７及びパッシベーション膜１５は、メサ構造１３の側面１３ａ上から延在してメサ構造１３の上面１３ｂを覆っている。半導体受光素子１１はアノード電極及びカソード電極を備える。アノード電極及びカソード電極のいずれか一方の電極４１は、半導体受光素子１１のメサ構造１３の上面１３ｂ上に設けられる（上面電極）。この電極４１は窒化層１７の開口１７ａ及びパッシベーション膜１５の開口１５ａを介してメサ構造１３の上面１３ｂに接触を成す。アノード電極及びカソード電極のいずれか他方の電極４３は、基板３７の主面３７ａ上においてメサ構造１３のアレイの外側に設けられ、或いは基板３７の裏面３７ｂに設けられることができる。この半導体受光素子１１によれば、裏面入射型のフォトダイオードに、窒化層１７及びパッシベーション膜１５を含む多層構造４５により被覆される半導体を含むメサ構造１３を提供できる。
【００２７】
（実施例）
図２を参照しながら、メサ型中赤外イメージセンサの作製を説明する。成長用の基板を準備する。この基板として、例えばＧａＳｂ基板５１、InAs基板、GaSb基板、InP基板等を用いることができる。本実施例では、図２の（ａ）部に示されるように、N型ＧａＳｂ基板５１上に半導体積層５３を形成する。半導体積層５３は、光吸収層５３ａのための超格子構造と、この光吸収層５３ａを挟むｐ型半導体層及びｎ型半導体層とを含む。引き続く説明では、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の一方を第１層５３ｂとして参照され、他方を第２層５３ｃとして参照される。超格子構造の形成のために、ＧａＳｂ層及びＩｎＡｓ層を繰り返し成長する。この成長には、例えば分子線エピタキシー成長法が適用される。超格子構造を構成する半導体層（ＧａＳｂ層及びＩｎＡｓ層の各々）の厚さは、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲にあることができる。超格子構造を構成する半導体層の繰り返しは、例えば１００〜５００層であることができる。第１層５３ｂの材料は、例えばN型のGaSbであり、第１層５３ｂの厚さは５００ｎｍである。第２層５３ｃの材料は、例えばP型のGaSbであり、第２層５３ｃの厚さは５０ｎｍである。
【００２８】
次いで、半導体積層上にシリコン窒化膜を成長する。このシリコン窒化膜に、メサ形状を規定するパターンを転写して、図２の（ｂ）部に示されるように、絶縁膜マスク５５を形成する。本実施例では、ドライエッチングを用いて、窒化シリコンの絶縁膜マスク５５を形成した。この絶縁膜マスク５５を用いて、半導体積層５３をエッチングして個々のフォトダイオード毎の半導体メサを規定する分離溝を形成する。分離溝の深さは１μｍ〜５μｍの範囲に有り、本実施例では３μｍである。半導体積層内の超格子層をエッチングするためには、クエン酸系のエッチャントを用いたウエットエッチング、又はハロゲン系ガスやメタンと水素の混合ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングを適用できる。ドライエッチングに使用するプラズマ装置は誘導結合型プラズマが望ましい。そして、窒化シリコンの絶縁膜マスクを使って半導体積層５３をエッチングして、メサ５７を形成する。メサ５７は分離溝により規定される。
【００２９】
メサ５７を形成した後に、図２の（ｃ）部に示されるように、絶縁膜マスク５５の窒化シリコンをバッファードフッ酸により除去する。パッシベーション膜を成長する成膜装置に移動するために分離溝を形成するエッチング装置から基板生産物を取り出した後に、基板生産物は、酸素を含む大気に触れる。この接触に起因して、基板生産物のメサ５７の表面には、メサ５７の半導体の構成元素と酸素との化合物（酸化物）が自然酸化物として形成される。
【００３０】
大気にさらされた基板生産物のエッチングを行って、基板生産物の表面に形成されたダメージ領域（ドライエッチングによるダメージを含む部分）を除去する。このために、本実施例では、ウエットエッチングを適用する。ウエットエッチングのエッチャントは、りん酸、過酸化水素及び水の混合液を用い、この混合液の配合比率の例示は、りん酸／過酸化水素／水は１２／２５／２５０である（容量比）。このエッチャントにより、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造はエッチングされる。ダメージ層除去のためのエッチング量は、膜厚として例えば５ｎｍ〜１０ｎｍ程度であることができる。
【００３１】
このエッチングの後に、図２の（ｄ）部に示されるように、基板生産物をプラズマＣＶＤ装置に配置する。この後に、プラズマＣＶＤ装置に窒素（Ｎ２）を導入して、プラズマ放電に点火する。
プラズマ放電の条件の例示。
圧力：０．４Ｔｏｒｒ。
高周波電源の出力：２０Ｗ（１３．５６Ｍｈｚ）。
ステージ温度：摂氏１５０度。
プラズマ処理時間：３０秒。
窒素流量：２００ｓｃｃｍ（この値はＳＩ系では、１０１３hPa、摂氏０度の状態で換算して毎分２００ｃｍ３の流量）。
窒素源として、窒素ガス、アンモニアガス等を用いることができる。活性化された窒素（例えば窒素イオン及び／又は窒素ラジカル）を含む窒素プラズマに、構成元素としてＳｂ及び／又はＧａを含む半導体を適用することにより、プラズマ中の活性化窒素が半導体表面の構成元素（例えばＩＩＩ族元素）と反応して窒化物を形成する。この結果、基板生産物の表面に窒化層５９が形成される。発明者の観察によれば、この窒素プラズマの適用により、半導体超格子構造の側面上の非晶質層の表面が平坦化されていた。この平坦化は、半導体層へのイオンの衝突によって生じていると考えられる。本実施例では、窒化層５９の厚みは１ｎｍ以上であることが好ましく、これにより酸素イオンや酸素ラジカルの半導体層への打ち込みを抑制が可能である。窒化層の厚みは５ｎｍ以下であることが好ましく、これにより窒素イオンや窒素ラジカルによるプラズマダメージを低減可能である。
【００３２】
次いで、プラズマＣＶＤ装置の真空を破ることなく引き続いて、図２の（ｅ）部に示されるように、パッシベーション膜６１を成長する。本実施例では、パッシベーション膜６１としてシリコン系無機絶縁膜を成長する。より具体的には、パッシベーション膜６１として二酸化ケイ素膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する。パッシベーション膜６１は例えば３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、本実施例では３００ｎｍである。二酸化ケイ素膜の成膜のために、本実施例ではプラズマ成膜装置に、シランと亜酸化窒素を含むプロセスガスを供給する。成膜のために、容量結合型プラズマを適用可能なプラズマ成膜装置を用いることができ、或いはマイクロ波プラズマを適用できる。酸化剤として、亜酸化窒素等を用いることができ、シリコン源として、シラン、ジシラン等を用いることができ。
パッシベーション膜６１の成膜条件。
亜酸化窒素の流量：１００ｓｃｃｍ（この値はＳＩ系では、１０１３hPa、摂氏０度の状態で換算して毎分１００ｃｍ３の流量）。
シランの流量：２ｓｃｃｍ（この値はＳＩ系では、１０１３hPa、摂氏０度の状態で換算して毎分２ｃｍ３の流量）。
チャンバ内圧力：１．７Ｔｏｒｒ。
高周波出力：２０Ｗ。
ステージ温度：摂氏１５０度。
先に形成された窒化層が、酸化剤から供給される酸素に対するバリアとして働いて、半導体の酸化が表面から更に進むことを回避できる。また、窒化層は、シリコンと酸素とを構成元素として含む化合物が、半導体表面に直接に接する自然酸化物（ＩＩＩ族酸化物）に接触すること、及びベースの半導体に接触することを避けることを可能にする。
【００３３】
本実施例では、窒化処理及び不導体化処理の後に、図２の（ｆ）部に示されるように、メサ構造６３の上面６３ａに到達する開口を窒化層５９及びパッシベーション膜６１に形成する。フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて二酸化ケイ素膜及び窒化層を部分的に除去して、電極コンタクトのための開口を二酸化ケイ素膜及び窒化層の各々に形成する。この後に、リフトオフ法により電極を形成する。一方の電極はオーミックコンタクトをとるために、メサ構造の上面上に順に配列されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕの多層構造を形成する。他方の電極は、オーミックコンタクトをとるために、ｎ型GaSb層上、メサ構造の隣接する溝部の底面に設けられ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕの多層構造を備える。
【００３４】
必要な場合には、ＧａＳｂ基板の裏面を研磨して、研磨済みＧａＳｂ基板を形成する。研磨済みＧａＳｂ基板の裏面は研磨面を含む。研磨済みＧａＳｂ基板の厚さは、例えば１００μｍ以下である。薄いＧａＳｂ基板により、赤外線入射光が基板を透過する際における光吸収を低減できる。
【００３５】
この実施例において作製された中赤外センサ（カットオフ６μｍ）における暗電流密度は、６×１０−５Ａ／ｃｍ２であった。これに対して、窒化層の形成がないプロセスフローにより作製された中赤外センサ（カットオフ６μｍ）における暗電流密度は、６×１０−４Ａ／ｃｍ２であった。窒化層の形成により、リーク電流は低減されている。
【００３６】
また、上記の実施例では、超格子構造の形成のためにＧａＳｂ層及びＩｎＡｓ層を繰り返し成長している。この成長に替えて、超格子構造の形成のためにＧａＡｓＳｂ層及びＩｎＧａＡｓ層を繰り返し成長してもよい。
【００３７】
フォトダイオードアレイを作製したときには、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ電極上にＩｎバンプをリフトオフ法により形成する。このようにして形成された基板生産物から、フォトダイオードのアレイを含む半導体チップをダイシングにより切り出す。フリップチップボンディングにより、読み出し回路を含むシリコン集積素子にバンプを介して半導体チップを接合する。シリコン集積素子と半導体チップとの隙間にアンダーフィルとして樹脂を充填した後に、アンダーフィルを加熱して硬化させて樹脂体を形成する。
【００３８】
引き続く説明から理解されるように、中赤外センサ及び中赤外イメージセンサにおいてパッシベーション膜の構造が暗電流低減のために重要となる。
【００３９】
図３は、光吸収層のための半導体超格子構造と二酸化ケイ素膜との界面付近の走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）像を示す。図３の（ａ）部を参照すると、図面の左側のエリアに、ＩｎＡｓ結晶／ＧａＳｂ結晶の超格子が白地として表されている。図面の右側のエリアにおいて、二酸化ケイ素が黒地として表されている。黒地の二酸化ケイ素が白地のＩｎＡｓ結晶／ＧａＳｂ結晶の超格子に出会う図面中央のエリアにおいて、半導体の構成元素（Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｂ）の非晶質が灰色として表されている。ＳＴＥＭ像において、ＧａＳｂ層は、隣のＩｎＡｓ層に対して後退しており、界面に窪みを形成している。超格子層と二酸化ケイ素膜との界面は平坦ではない。
【００４０】
図３の（ｂ）部に示されるＳＴＥＭ像上におけるマーク位置に対してエネルギー分散Ｘ線スペクトル法により構成元素の定性分析を行った。マーク位置は、超格子層の大きな窪みにある。その結果によれば、窪みを満たす物質は、ガリウム、インジウム、アンチモン、ヒ素、ケイ素、及び酸素を含有している。光吸収層の超格子構造の側面においては、二酸化ケイ素はＧａＳｂ層の窪みに入り込んでおり、２つのＩｎＡｓ層の間に形成された溝内の物質にはシリコンと酸素との化合物を含む。
【００４１】
図４は、光吸収層のための半導体超格子構造と窒化層及び二酸化ケイ素膜との界面付近の走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）像を示す。図４の（ａ）部を参照すると、図面の左側のエリアにおいて、ＩｎＡｓ結晶／ＧａＳｂ結晶の超格子が白地として表されている。図面の右側のエリアにおいて、二酸化ケイ素が黒地として表されている。下縁から上縁へ右上がりの破線は窒化層を示す。このパッシベーション構造では、窒化層が半導体超格子構造の側面を覆っており、窒化層上に二酸化ケイ素膜が設けられる。ＳＴＥＭ像において、隣のＩｎＡｓ層に対するＧａＳｂ層の後退はほとんど観察されない。窒化層の寄与により、超格子層の側面の平坦性は改善されている。
【００４２】
図４の（ｂ）部に示されるＳＴＥＭ像上におけるマーク位置に対してエネルギー分散Ｘ線スペクトル法により構成元素の定性分析を行った。マーク位置は、窒化層とＩｎＡｓ結晶／ＧａＳｂ結晶の超格子との間の白地にある。その結果によれば、窪みを満たす物質は、ガリウム、インジウム、アンチモン、ヒ素を含有しており、酸素は実質的に含まれない。光吸収層の超格子構造の側面においては、窒化層のバリアにより、二酸化ケイ素からの酸素は、ＩｎＡｓ結晶／ＧａＳｂ結晶の超格子及び該超格子側面上の非晶質半導体に接触しない。
【００４３】
図５は、窒化層を含まずシリコン系無機絶縁膜を備えるパッシベーション構造における酸化物／半導体の界面近傍を模式的に示す図面である。図５の（ａ）部に示されるように、半導体メサを形成するためのドライエッチ後に、超格子表面に、エッチングのダメージに起因する酸化物層（ＧａＳｂ、ＩｎＡｓからの酸化物層）が形成される。図５の（ｂ）部に示されるように、エッチングのダメージの除去のために、りん酸、過酸化水素、水を含むエッチャントを用いるウエットエッチングを行うと、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造の半導体表面は非晶質層で覆われる。この非晶質層はベース半導体の構成元素の非晶質を備える。非晶質層が大気に触れると、非晶質層の表面は酸化される。図５の（ｃ）部に示されるように、二酸化ケイ素を成膜するために成膜装置に供給された酸化剤（Ｎ２Ｏ）のプラズマに、酸化された非晶質層がさらされると、非晶質層の酸化が更に進む。また、酸化した非晶質層上に二酸化ケイ素膜が形成される。アンチモン（Ｓｂ）及びヒ素（Ａｓ）の酸化物は、パッシベーションと半導体との界面におけるリーク電流の原因となり、半導体受光素子において暗電流を増加させる。
【００４４】
図６は、窒化層及びシリコン系無機絶縁膜の両方を備えるパッシベーション構造における酸化物／半導体の界面近傍を模式的に示す図面である。図６の（ａ）部に示されるように、半導体メサを形成するためのドライエッチ後に、超格子表面にエッチングのダメージに起因するＧａＳｂ、ＩｎＡｓの酸化物層が形成される。図６の（ｂ）部に示されるように、エッチングのダメージの除去のために、りん酸、過酸化水素、水を含むエッチャントを用いるウエットエッチングを行うと、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造の半導体表面は、ベース半導体の構成元素を備える非晶質層で覆われる。この非晶質層が大気に触れると、その表面は酸化される。図６の（ｃ）部に示されるように、パッシベーション膜の成長に先立って、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造は窒素プラズマ放電にさらされる。窒素プラズマ中に窒素イオンは、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ超格子構造の半導体表面を覆う非晶質層に衝突する。この衝突により、非晶質層と一緒に自然酸化膜の一部又は全部が除去される。非晶質層の除去量は、超格子構造において窪みを形成しない半導体結晶、例えばＩｎＡｓ結晶の表面が露出する程度であることが好ましい。窒素プラズマ処理中において、非晶質表面が除去されながら、超格子構造のＩＩＩ族構成元素、例えばガリウム及びインジウムの窒化が進行する。従って、ＩＩＩ族構成元素の窒化物の形成により、窒素プラズマ放電後の非晶質層表面は、Ｇａ−Ｎ結合及びＩｎ−Ｎ結合を持つ窒化物を備える。この窒化層が、窒化工程の後に行われるシリコン系無機絶縁体、例えば二酸化ケイ素の堆積における酸素に対してバリアとして働いて、二酸化ケイ素成膜中に非晶質層及び超格子層が酸化されることを抑制できる。
【００４５】
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】
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、リーク電流を低減可能な構造を有する半導体受光素子を提供でき、またこの半導体受光素子を作製する方法を提供できる。
【符号の説明】
【００４７】
１１…半導体受光素子、１５…パッシベーション膜、１７…窒化層、２１…半導体領域、２３…光吸収層、２５…第１導電型半導体領域、２７…第２導電型半導体領域、３１…第１化合物半導体層、３３…第２化合物半導体層、３５…超格子構造、３７…基板、４１…電極、４３…電極。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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