(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メサ構造を有する量子型赤外線デバイスの製造方法であって、
基板上に、Ｉｎ及びＳｂを含む第１導電型の第１の化合物半導体層と前記第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の第２の化合物半導体層とが、前記基板側からこの順に積層されてなる化合物半導体積層部を、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントを用いてウェットエッチング処理し、前記第１の化合物半導体層の一部が露出した前記メサ構造を形成するメサ形成工程を備える量子型赤外線デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記メサ形成工程の後に、前記メサ構造が形成された前記化合物半導体積層部に配線層を形成する工程を更に備える請求項１に記載の量子型赤外線デバイスの製造方法。
【請求項３】
基板上に、Ｉｎ及びＳｂを含む第１導電型の第１の化合物半導体層と前記第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の第２の化合物半導体層とが、前記基板側からこの順に積層されてなる化合物半導体積層部をウェットエッチング処理して前記第１の化合物半導体層の一部が露出したメサ構造を形成する工程で用いられるエッチャントであって、
前記エッチャントは、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含む量子型赤外線デバイス製造用のエッチャント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子型赤外線デバイスの製造方法及び量子型赤外線デバイス製造用のエッチャントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に波長が５μｍ以上の長波長帯の赤外線は、その熱的効果やガスによる赤外線吸収の効果から、人体を検知する人感センサや非接触温度センサ、ガスセンサ等に使用されている。これらの使用例のうち、人体検知や非接触温度センサとして用いられる赤外線センサとしては、焦電センサやサーモパイルの様な熱型の赤外線センサと、半導体受光素子を使用した量子型の赤外線センサとがある。これら赤外線センサは、熱型の赤外線センサに比べて、量子型の赤外線センサの方が、高感度、高速応答、静体検知可能といった大きな特徴がある。
【０００３】
このような量子型の赤外線センサとしては、インジウム（Ｉｎ）とアンチモン（Ｓｂ）とを含む化合物半導体積層部を備えたものが広く使われている。
ＩｎとＳｂとを含む化合物半導体積層部を備えた量子型の赤外線デバイスはメサ形状の動作部を形成することが一般的であり、その製造プロセスにはエッチングの工程が必要になる。なお、ここでいう量子型の赤外線デバイス（量子型赤外線デバイスともいう）とは、量子型赤外線センサあるいは、赤外線受光素子や赤外線発光素子等、赤外線を検出または放出するようなデバイスのことをいう。
代表的なエッチング技術としては、ドライエッチングとウェットエッチングとがある。ウェットエッチングは、ドライエッチングと比較すると装置単価も安く、多くのウェハを同時処理可能といったメリットが存在する。ウェットエッチングは半導体とエッチング液との化学反応を利用したエッチングである（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７２２１７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１１４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、Ｉｎ及びＳｂとを含む化合物半導体積層部を備えた量子型の赤外線デバイスにおいては、配線抵抗のばらつき等の少ない良好な配線層を得ることは信頼性向上のためにも極めて重要である。
しかしながら、従来のウェットエッチングの条件では、化合物半導体積層部の各層の成膜過程における結晶成長時の欠陥由来のエッチピット（くぼみ）が発生し、このエッチピット部分にメタル配線がなされた場合、配線抵抗にばらつき等が生じる可能性がある。
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、エッチピットの発生を抑制し良好な配線層を得ることの可能な量子型赤外線デバイスの製造方法及び量子型赤外線デバイス製造用のエッチャントを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様による量子型赤外線デバイスの製造方法は、メサ構造を有する量子型赤外線デバイスの製造方法であって、基板上に、Ｉｎ及びＳｂを含む第１導電型の第１の化合物半導体層と前記第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の第２の化合物半導体層とが、前記基板側からこの順に積層されてなる化合物半導体積層部を、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントを用いてウェットエッチング処理し、前記第１の化合物半導体層の一部が露出した前記メサ構造を形成するメサ形成工程を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の態様による量子型赤外線デバイス製造用のエッチャントは、基板上に、Ｉｎ及びＳｂを含む第１導電型の第１の化合物半導体層と前記第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の第２の化合物半導体層とが、前記基板側からこの順に積層されてなる化合物半導体積層部をウェットエッチング処理して前記第１の化合物半導体層の一部が露出したメサ構造を形成する工程で用いられるエッチャントであって、前記エッチャントは、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、エッチピットの発生を低減することができ、配線抵抗のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの製造工程の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの、エッチピットの比率を説明するための説明図である。
【図３】実施例１における量子型赤外線デバイスの第１導電型の化合物半導体層の表面形状を示す画像の一例である。
【図４】比較例１における量子型赤外線デバイスの第１導電型の化合物半導体層の表面形状を示す画像の一例である。
【図５】比較例１における量子型赤外線デバイスとしての量子型赤外線センサの断面形状を示す画像の一例である。
【図６】実施例２における量子型赤外線デバイスの第１導電型の化合物半導体層の表面形状を示す画像の一例である。
【図７】実施例３における量子型赤外線デバイスの第１導電型の化合物半導体層の表面形状を示す画像の一例である。
【図８】実施例４における量子型赤外線デバイスの第１導電型の化合物半導体層の表面形状を示す画像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
【００１２】
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの製造方法は、基板上に、Ｉｎ及びＳｂを含む第１導電型の第１の化合物半導体層と第２導電型の第２の化合物半導体層とが、基板側からこの順に積層されてなる化合物半導体積層部を、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントを用いてウェットエッチング処理し、第１の化合物半導体層の一部が露出したメサ形状の化合物半導体積層部を形成するメサ形成工程を備える。なお、第２導電型は、第１導電型とは導電型が異なる。
ちなみに、従来は、より高い塩酸濃度のエッチャントでウェットエッチングを行っており、例えば特許文献２の実施例では塩酸濃度が１４．４ｗｔ％〜２３．０ｗｔ％のエッチャントを用いている。
【００１３】
本発明の一実施形態では、上述ように、ＩｎとＳｂとを含む第１導電型の化合物半導体層を有する化合物半導体積層部を、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントを用いてウェットエッチング処理することで、従来よりもエッチピットを低減することが可能になる。
また、本発明の一実施形態の量子型赤外線デバイスの製造方法は、化合物半導体積層部からの信号を効率的に外部に取り出す観点や、複数のメサ形状の化合物半導体積層部を直列または並列に接続し、出力を向上させる観点から、メサ形成工程の後に、配線層を形成する工程をさらに備えていてもよい。
また、本発明の一実施形態の量子型赤外線デバイスの製造方法は、メサ形成工程の後に、量子型赤外線デバイスを個片化する個片化工程や、封止樹脂によるパッケージ工程を更に備えていてもよい。
【００１４】
本実施形態の量子型赤外線デバイスは、基板と、基板上に形成されたメサ形状の化合物半導体積層部と、を備え、化合物半導体積層部は、基板側から、メサ形状の化合物半導体積層部のメサ底部をなすＩｎ及びＳｂを含む第１導電型の第１の化合物半導体層と、メサ形状の化合物半導体積層部のメサ上部をなす、第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の第２の化合物半導体層とがこの順に積層されてなり、メサ形状の化合物半導体積層部を平面視したときの、第１の化合物半導体層表面の面積に対する、第１の化合物半導体表面に存在するエッチピットの面積の比率が０．０９以下である。
【００１５】
第１の化合物半導体表面に存在するエッチピットの面積の比率を０．０９以下とすることにより、従来よりも配線抵抗のばらつき等を抑制し、高信頼性の量子型赤外線デバイスを得ることができる。
本発明の一実施形態の量子型赤外線デバイスは、第１の化合物半導体層上及び第２の化合物半導体層上に配線層を有していてもよい。
本発明の一実施形態の量子型赤外線デバイスを製造する方法は特に制限されないが、例えば後述する本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの製造方法により製造することができる。
【００１６】
＜量子型赤外線デバイスの構成要素の説明＞
以下、本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの製造方法及び量子型赤外線デバイスにおける各構成要素について説明する。以下に記載される各構成要素の特徴は、本発明の技術思想を逸脱しない範囲でそれぞれ単独又は組み合わせて適用可能である。
なお、本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスとして、例えば、量子型赤外線センサや、赤外線発光素子や、赤外線受光素子等を適用することができる。
【００１７】
［基板］
図１（ａ）に示すように、本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスにおいて、基板１０は、この基板１０上にＩｎとＳｂとを含む第１導電型の第１の化合物半導体層２１と、第１の化合物半導体層２１とは導電型の異なる第２の導電型の第２の化合物半導体層２３と、を有する化合物半導体積層部２０を形成可能なものであれば特に制限されない。
高品質なＩｎとＳｂとを含む第１導電型の第１の化合物半導体層２１を形成する観点から、基板１０は、第１の化合物半導体層２１と格子定数が近いものを用いることが好ましい。基板１０としては、一例として、シリコン（Ｓｉ）基板やヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板を適用することができる。また、特定の材料からなる基板１０上にいわゆるバッファ層を形成したものも一体として基板１０とみなすことができる。例えばＳｉ基板上にＧａＡｓバッファ層を形成し、その上に第１の化合物半導体層２１が形成されている場合、Ｓｉ基板とＧａＡｓバッファ層とを合わせて基板１０とみなすことができる。
【００１８】
化合物半導体積層部２０からの信号を効率的に外部に取り出す観点や、複数のメサ形状の化合物半導体積層部２０を直列又は並列に接続して出力を向上させることを可能にする観点から、基板１０は絶縁性又は半絶縁性の材料であることが好ましい。絶縁性又は半絶縁性の材料からなる基板１０として、シリコン（Ｓｉ）基板やヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板を適用することができる。特に制限されないが、基板１０は、１×１０５［Ω・ｃｍ］以下の電気抵抗率の材料であることが好ましい。
【００１９】
［化合物半導体積層部］
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスにおいて、化合物半導体積層部２０は、前述のように、ＩｎとＳｂとを含む第１導電型の第１の化合物半導体層２１とＩｎとＳｂとを含む第２導電型の第２の化合物半導体層２３と、を有する。
なお、第２の化合物半導体層２３は、必ずしもＩｎとＳｂとを含む化合物半導体層でなくともよく、メサ形状を形成する際に用いられるエッチャントでエッチング可能な化合物半導体層であればよく、量子型赤外線デバイスの目的等に応じた半導体層を適用することができる。
また、本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスにおいて、第１の化合物半導体層２１の表面の面積に対する、第１の化合物半導体層２１の表面に存在するエッチピットの面積の比率は０．０９以下である。
【００２０】
ここで、量子型赤外線デバイスの従来の製造方法で得られた量子型赤外線デバイスにおいても、一定量のエッチピットが存在していたが、このエッチピットによる、赤外線センサの特性に対する影響は特段気にされていなかった。しかしながら、量子型赤外線センサに含まれる配線層の配線抵抗のばらつき等を低減し、量子型赤外線センサの寿命等の信頼性を改善するためには、このエッチピットのさらなる低減が重要であることを本発明者は見出し、特に第１の化合物半導体層２１の表面の面積に対する、第１の化合物半導体層２１の表面に存在するエッチピットの面積の比率を０．０９以下とすることで、量子型赤外線デバイスにおける配線層の配線抵抗のばらつき等が低減し、高信頼性の量子型赤外線デバイスを実現できることを見出した。
【００２１】
なお、第１導電型及び第２導電型は、それぞれ異なる極性の半導体特性を示すことを意味し、例えば、第１導電型がｎ型の場合は、第２導電型はｐ型となり、第１導電型がｐ型の場合は、第２導電型はｎ型となる。ｎ型の導電型とするためには、ｎ型の導電型となる第１の化合物半導体層２１又は第２の化合物半導体層２３の形成領域に、ドーピング材料としてアンチモン（Ｓｎ）をドーピングする方法が挙げられる。また、ｐ型の導電型とするためには、ｐ型の導電型となる第１の化合物半導体層２１又は第２の化合物半導体層２３の形成領域に、ドーピング材料として亜鉛（Ｚｎ）をドーピングする方法が挙げられる。
ドーピングの量は特に制限されないが、良好なセンサ特性の量子型赤外線デバイスを得る観点から、ドーピングの量は、本発明の一態様では１×１０１６［ｃｍ−２］以上１×１０２０［ｃｍ−２］以下の範囲であり、また、一態様では、１×１０１７［ｃｍ−２］以上５×１０１９［ｃｍ−２］以下の範囲であり、さらに一態様では、１×１０１８［ｃｍ−２］以上１×１０１９［ｃｍ−２］以下の範囲である。
【００２２】
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスにおいて、化合物半導体積層部２０は、図１（ｂ）に示すように、メサ構造２０ａを備えており、第１の化合物半導体層２１がメサ構造２０ａの底部となり、第２の化合物半導体層２３がメサ構造２０ａの上部となる。
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスは、その製造過程において、化合物半導体積層部２０をウェットエッチングする工程では、量産性の観点からウェハ状であることが好ましい。ウェハ状の化合物半導体積層部として、メサ構造２０ａを有する複数の化合物半導体積層部２０を形成することにより、一度に多くの量子型赤外線デバイスを得ることができる。
【００２３】
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスにおいて、化合物半導体積層部２０は、量子型赤外線デバイスが利用される目的及び量子型赤外線デバイスに所望される特性に応じて、さらに別の層を含んでもよい。例えば、高感度化の観点から、図１（ａ）に示すように、第１の化合物半導体層２１と第２の化合物半導体層２３との間に、ノンドープの化合物半導体層又は、第１の化合物半導体層２１や第２の化合物半導体層２３よりもドーピング量の低い化合物半導体層からなる第３の化合物半導体層２２を備えていてもよい。この場合、第３の化合物半導体層２２と下層及び上層に形成された第１の化合物半導体層２１及び第２の化合物半導体層２３とはｐｉｎ接合となる。
【００２４】
また、第１の化合物半導体層２１や第２の化合物半導体層２３よりもバンドギャップの大きい化合物半導体層をさらに備えていてもよい。本発明の一態様では、バンドギャップのより大きい化合物半導体層は、第１の化合物半導体層２１と第２の化合物半導体層２３との間に形成されている。このバンドギャップのより大きい化合物半導体層は、電子や正孔に対するバリア層として機能することが出来る。
また、第１の化合物半導体層２１や第２の化合物半導体層２３よりもドーピング量の多い化合物半導体層を第１の化合物半導体層２１と第２の化合物半導体層２３との間に備えていてもよい。このドーピング量の多い化合物半導体層は、コンタクト層として機能することが出来る。
【００２５】
［エッチャント］
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの製造方法において、化合物半導体積層部２０をウェットエッチングする工程において用いられるエッチャントは、塩酸と過酸化水素とを含む。塩酸の質量濃度は、３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下に調整される。塩酸の質量濃度を調整する方法は特に制限されないが、例えば、用いる塩酸の量を調整する方法や水を加える方法を用いることで実現することができる。
過酸化水素の質量濃度は特に制限されないが、量産性の観点から、本発明の一態様では、０．５ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下である。エッチピット低減の観点から、本発明の一態様では、過酸化水素の質量濃度は２．０ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下であり、また、一態様では、２．５ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下である。
本発明の一実施形態において化合物半導体積層部２０をウェットエッチングする工程で用いられる、質量濃度が、３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下に調整された塩酸と過酸化水素とを含むエッチャントの温度は、このエッチャントの温度によるエッチピット生成への影響が小さいため、特に制限されないが、反応時間の制御を容易にする観点から、エッチャントの温度は、本発明の一態様では２０℃以下であり、また、一態様では１０℃以下である。
【００２６】
［メサ形成工程］
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの製造方法において、メサ構造２０ａを形成するメサ形成工程は、化合物半導体積層部２０を所定のエッチャントでウェットエッチング処理し、第１の化合物半導体層２１の一部が露出したメサ形状の化合物半導体積層部２０を形成する工程である。第１の化合物半導体層２１の一部が露出したメサ形状の化合物半導体積層部２０を形成する方法は特に制限されないが、本発明の一態様では、図１（ａ）に示すように、第２の化合物半導体層２３上に、エッチャントに対して耐性のある保護膜３０を形成してからウェットエッチング処理を行う。
保護膜３０としては、パターニングされた樹脂フィルムやフォトリソグラフィーでパターニングが可能なフォトレジスト等を適用することができる。
エッチング処理は、第１の化合物半導体層２１の一部が露出するまで行うことができれば、特に制限されず、エッチャントと化合物半導体積層部２０に含まれる化合物半導体層の種類等に応じて、エッチング処理の時間や、温度、圧力等を制御すればよい。
【００２７】
［配線層］
本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスにおいて、配線層は、化合物半導体積層部２０からの信号が取り出し可能な導電性を示すものであれば特に制限されない。例えば金、銀、銅、白金、ニッケル、プラチナ、チタン等の金属の単層又は積層を用いることができる。
例えばメサ構造２０ａを有する複数の化合物半導体積層部２０を直列接続する場合、第１の化合物半導体層２１から第２の化合物半導体層２３に配線層を形成すればよい。この時、本発明の一態様では、配線層の第１の化合物半導体層２１とのコンタクト部及び配線層の第２の化合物半導体層２３とのコンタクト部以外は、絶縁層を介して化合物半導体積層部２０上に配線層を形成する。絶縁層としては酸化シリコンや窒化シリコン等を用いることが出来る。配線層の形成方法は特に制限されないが、例えばエッチング法やリフトオフ法等の公知の方法で形成可能である。
【００２８】
［個片化工程］
化合物半導体積層部が複数形成されたウェハを切断し、量子型赤外線デバイスに個片化する方法は特に制限されないが、ブレードダイシング法やレーザーダイシング法等の公知の切断方法を採用することが出来る。
［パッケージ工程］
量子型赤外線デバイスを封止樹脂でパッケージングする方法は特に制限されないが、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂組成物を用いる方法等の公知のパッケージング方法を採用することが出来る。
【００２９】
＜量子型赤外線デバイスの説明＞
次に、本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスの製造方法及び量子型赤外線デバイスを、図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す第１の実施形態の量子型赤外線デバイスの製造方法を説明するための断面模式図である。
まず、図１（ａ）に示すように、基板１０と、基板１０側から順に基板１０上に積層された、ＩｎとＳｂとを含む第１導電型の第１の化合物半導体層２１と、ノンドープの第３の化合物半導体層２２と、第２導電型の第２の化合物半導体層２３とからなる化合物半導体積層部２０を有する半導体ウェハを準備し、第２の化合物半導体層２３上の一部に保護膜３０を形成する。
【００３０】
次いで、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントを用い、保護膜３０をマスクとしてウェットエッチング処理を施し、図１（ｂ）に示すように、第１の化合物半導体層２１の一部が露出した、化合物半導体積層部からなるメサ構造２０ａを形成する。
次いで、図１（ｃ）に示すように、メサ構造２０ａどうしの間に、絶縁溝４０ａを形成し、メサ構造２０ａ及び絶縁溝４０ａを含む化合物半導体積層部２０全面に絶縁層４０を形成する。そして、第１の化合物半導体層２１上の一部と第２の化合物半導体２３上の一部のそれぞれにコンタクト部となる開口部４０ｂを形成する。
さらに、図１（ｄ）に示すように、開口部４０ｂを覆うように、配線層５０を形成する。これにより、量子型赤外線デバイスを得ることが出来る。また、図１（ｄ）に示したパターンが複数直列接続した量子型赤外線デバイスも得ることが出来る。
【００３１】
図２は本発明の一実施形態における量子型赤外線デバイスにおいて、第１の化合物半導体層２１の表面の面積に対する、第１の化合物半導体層２１の表面に存在するエッチピットの面積の比率Ａｐを説明するための平面模式図である。
量子型赤外線デバイスを観察したときに、図２（ａ）に示すような平面が観察される。図２（ａ）において、２１ａはメサ構造２０ａの部分であり、２１ｂがエッチピットである。この時、第１の化合物半導体層２１の表面の面積は図２（ｂ）のＳ１で示す領域となり、第１の化合物半導体層２１の表面に存在するエッチピット２１ｂの面積は図２（ｃ）にＳ２で示すエッチピットの領域の総和となる。したがって、Ｓ２／Ｓ１を求めることで、その比率Ａｐを求めることが出来る。
比率を求める方法としては、深さ方向のデータ解析が可能であり、エッチピット２１ｂ部分と平面部分とを認識して画像処理が可能である観点から、レーザー顕微鏡を用いる。
【００３２】
＜実施形態の効果＞
このように、本実施形態では、半導体基板上に、Ｉｎ及びＳｂを含む第１導電型の第１の化合物半導体層と、第２導電型の第２の化合物半導体層とが、半導体基板側からこの順に積層された化合物半導体積層部を、質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントを用いてウェットエッチング処理してメサ形状を形成するようにしたため、第１の化合物半導体層２１の表面に存在するエッチピット２１ｂを低減することができ、第１の化合物半導体層２１の表面の面積に対する、第１の化合物半導体層２１の表面に存在するエッチピット２１ｂの面積の割合である、比率Ａｐを低減することができ、Ａｐを０．０９０以下とすることができる。
【００３３】
そして、比率Ａｐを低減することができるということは、すなわちエッチピット２１ｂを低減することと同等であるため、第１の化合物半導体層２１を成膜する際の結晶成長時の欠陥に由来して生じるエッチピットにより、このエッチピット上に形成される配線層に配線抵抗のばらつき等が生じることを抑制することができ、結果的に量子型赤外線デバイスの信頼性向上を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の技術的範囲には限定されない。上述した実施形態に、多様な変更又は改良を加えることも可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例に基づき、本実施形態の量子型赤外線デバイスの製造方法及び量子型赤外線デバイスによる効果を説明する。
［実施例１］
半絶縁性ＧａＡｓ基板（基板１０）上に、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）装置によりＳｎを１×１０19［ｃｍ−３］ドーピングした、ＩｎＳｂ層からなるｎ型化合物半導体層（第１の化合物半導体層２１）、Ｚｎを２×１０16［ｃｍ−３］ドーピングしたＩｎＳｂ層からなる活性層（第３の化合物半導体層２２）、及びＺｎを１×１０18［ｃｍ−３］ドーピングしたＩｎＳｂ層からなるｐ型化合物半導体層（第２の化合物半導体層２３）が、基板１０側からこの順で積層された化合物半導体積層部２０を形成した。
【００３５】
次いで、化合物半導体積層部２０上にフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、塩酸の質量濃度が５．４０ｗｔ％、過酸化水素の質量濃度が１．４１ｗｔ％であるエッチャント（１０℃）でエッチングして、ｎ型化合物半導体層（第１の化合物半導体層２１）の一部が露出したメサ形状の化合物半導体積層部２０を形成した。
エッチピットによる第１導電型の化合物半導体層としてのｎ型化合物半導体層（第１の化合物半導体層２１）の表面形状の評価を行うため、第１導電型の化合物半導体層２１の面積（Ｓ１）に対する、第１導電型の化合物半導体層２１のエッチピット２１ｂ部分の面積の総和（Ｓ２）の割合（Ｓ２／Ｓ１）をＡｐと定義する。
【００３６】
第１導電型の化合物半導体層としてのｎ型化合物半導体層（第１の化合物半導体層２１）の表面形状の観察をキーエンス社製のレーザー顕微鏡「ＶＫ−９５００」を用いて、高さ方向を０．０２ｕｍ刻みで測定することによって行った。レーザー顕微鏡にて得られた画像を図３に示す。
得られた画像データを、キーエンス社製のデータ解析ソフト「ＶＫ  Ａｎａｌｙｚｅｒ」を用いて解析したところＡｐ＝０．０９０であった。
【００３７】
次いで、図１(ｄ)に示すように、酸化シリコンからなる絶縁層４０を形成し、開口部４０ｂを形成した後、ニッケル（Ｎｉ）とＮｉの上に形成した金（Ａｕ）との積層からなる配線層５０を形成し、４００個のメサ構造２０ａを有する化合物半導体積層部が直列接続された量子型赤外線デバイスを作製した。作成した量子型赤外線デバイスとしての量子型赤外線センサの断面を観察したところ、所望の膜厚を有する配線層を得ることができ、また、いずれのセンサにおいても所望の膜厚を有する配線層を得ることができた。つまり、比率Ａｐ＝０．０９０程度のエッチピットは確認されたが、所望の膜厚を有する配線層を得ることができた。
【００３８】
［比較例１］
塩酸の質量濃度が７．５０ｗｔ％、過酸化水素の質量濃度が１．３１ｗｔ％であるエッチャント（１０℃）によりエッチングしたこと以外は実施例１と同様の方法でメサ構造２０ａを有する化合物半導体積層部２０を形成した。形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の、レーザー顕微鏡により得られた画像を図４に示す。
実施例１と同様の手順で、形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の測定と評価とを行い、化合物半導体積層部２０の表面形状を観察したところ、Ａｐ＝０．２２６であった。
また、実施例１と同様の手順で量子型赤外線デバイスを作成し、センサの断面を観察したところ、図５に示すように、エッチピット上に形成された配線層に膜厚が薄くなっている箇所Ｍが存在することが確認された。
【００３９】
［実施例２］
塩酸の質量濃度が３．８６ｗｔ％、過酸化水素の質量濃度が１．５１ｗｔ％であるエッチャント（１０℃）によりエッチングしたこと以外は実施例１と同様の方法でメサ形状の化合物半導体積層部２０を形成した。形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の、レーザー顕微鏡により得られた画像を図６に示す。
実施例１と同様の手順で、形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の測定と評価とを行い、化合物半導体積層部２０の表面形状を観察したところ、Ａｐ＝０．０３２であった。
【００４０】
［実施例３］
塩酸の質量濃度が４．０４ｗｔ％、過酸化水素の質量濃度が０．５３ｗｔ％であるエッチャント（１０℃）によりエッチングしたこと以外は実施例１と同様の方法でメサ形状の化合物半導体積層部２０を形成した。形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の、レーザー顕微鏡にて得られた画像を図７に示す。
実施例１と同様の手順で、形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の測定と評価とを行い、化合物半導体積層部２０の表面形状を観察したところ、Ａｐ＝０．００２であった。
【００４１】
［実施例４］
塩酸の質量濃度が３．６３ｗｔ％、過酸化水素の質量濃度が２．８４ｗｔ％のエッチャント（１０℃）によりエッチングしたこと以外は実施例１と同様の方法でメサ形状の化合物半導体積層部２０を形成した。形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の、レーザー顕微鏡にて得られた画像を図８に示す。
実施例１と同様の手順で、形成された化合物半導体積層部２０の表面形状の測定と評価とを行い、化合物半導体積層部２０の表面形状を観察したところ、Ａｐ＝０．００１であった。
以上の結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0006510265.tif 000002
【００４３】
表１から、化合物半導体積層部２０を、質量濃度が３．６３ｗｔ％以上５．４ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントを用いてウェットエッチング処理することにより、比率Ａｐを０．０９０以下とすることができることが確認できた。また、これまでの評価から、塩酸と過酸化水素とを含むエッチャントにおいては、塩酸の濃度が３．５ｗｔ％未満（例えば２．７ｗｔ％）の場合は化合物半導体積層物の形状安定性が悪く、５．５ｗｔ％より大きい場合は比較例１の様にエッチピットの面積の比率が増大することが分かっている。このような知見から、塩酸の質量濃度が３．５ｗｔ％以上５．５ｗｔ％以下の塩酸と、過酸化水素とを含むエッチャントであれば、比率Ａｐを０．０９０以下とすることができることが見出された。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、配線抵抗のばらつき等の小さい信頼性の高い、量子型赤外線センサ、赤外線受光素子や赤外線発光素子等の量子型赤外線デバイスとして好適である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  基板
２０  化合物半導体積層部
２１  第１の化合物半導体層
２２  第３の化合物半導体層
２３  第２の化合物半導体層
３０  保護膜
４０  絶縁層
４０ａ  絶縁溝
４０ｂ  開口部
５０  配線層
【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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