(57)【要約】【課題】受光感度の高い赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサを提供する。【解決手段】半導体基板１の表面１ａ側に設けられ、第１導電型の第１半導体層１１、及び、第１半導体層１１上に積層された第２導電型の第２半導体層１２を含む第１メサ部１０と、第１メサ部１０の上面に形成された第１電極部４１と、を有する。第１メサ部１０の側面１０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第１の角度θ１は、６０°より大きく７５°以下である。また、半導体基板１の表面１ａ側であって第１メサ部１０の下方に設けられた第２メサ部２０、をさらに有してもよい。第１メサ部１０は第１半導体層１１の上側部位１１２を含む。第２メサ部２０は第１半導体層１１の下側部位１１１を含む。第２メサ部２０の側面２０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第２の角度θ２は、第１の角度θ１よりも大きく、かつ９０°以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の面側に設けられ、第１導電型の第１半導体層、及び、前記第１半導体層上に積層された第２導電型の第２半導体層を含む第１メサ部と、
前記第１メサ部の上面に形成された電極部と、を有し、
前記第１メサ部の側面と前記半導体基板の一方の面とが成す第１の角度は、６０°より大きく７５°以下である赤外線受光素子。
【請求項２】
前記半導体基板の一方の面側であって前記第１メサ部の下方に設けられた第２メサ部、をさらに有し、
前記第１メサ部は前記第１半導体層の上側部位を含み、
前記第２メサ部は前記第１半導体層の下側部位を含み、
前記第２メサ部の側面と前記半導体基板の一方の面とが成す第２の角度は、前記第１の角度よりも大きく、かつ９０°以下である請求項１に記載の赤外線受光素子。
【請求項３】
前記第１メサ部は、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に位置する真性の第３半導体層、をさらに含む請求項１又は請求項２に記載の赤外線受光素子。
【請求項４】
前記第１メサ部の上面及び側面を覆う絶縁膜、をさらに有し、
前記電極部は、前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通して前記第１メサ部の上面に接合され、
前記電極部は、前記第１メサ部の上面全体を覆っている請求項１から請求項３の何れか一項に記載の赤外線受光素子。
【請求項５】
半導体基板の一方の面側に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層上に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、
前記第２半導体層と前記第１半導体層とに順次ドライエッチング処理を施して、前記第１半導体層と、前記第１半導体層上に積層された前記第２半導体層とを含む第１メサ部を形成する工程と、を備え、
前記第１メサ部を形成する工程では、前記第２半導体層及び前記第１半導体層をエッチングするためのエッチングガスの組成にハロゲンを含み、かつ全体のガス流量に対する酸素ガスの流量比が０％以上１５％以下である赤外線受光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１メサ部を形成する工程の後で、前記半導体基板の一方の面側であって前記第１メサ部の下方に第２メサ部を形成する工程、をさらに備え、
前記第１メサ部を形成する工程では、前記第２半導体層と前記第１半導体層の上側部位とに順次ドライエッチング処理を施して、前記第１半導体層の上側部位と、前記第１半導体層上に積層された前記第２半導体層とを含む第１メサ部を形成し、
前記第２メサ部を形成する工程では、前記第１半導体層の上側部位から露出した下側部位にドライエッチング処理を施して、前記第１半導体層の下側部位を含む第２メサ部を形成する請求項５に記載の赤外線受光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の赤外線受光素子と、
赤外線を発光する赤外線発光部と、
前記赤外線発光部から前記赤外線受光素子に至る光路上に、外部からガスを導入することが可能な筐体と、を備えるガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、赤外線受光素子を使用した量子型の赤外線センサとがある。量子型の赤外線センサは、熱型の赤外線センサに比べて、高感度、高速応答、静態検知が可能といった大きな特徴がある。
赤外線受光素子では、半導体が赤外線を吸収することによって生じた電子及び正孔が、半導体層中のＰＮ接合（または、ＰＩＮ接合）の空乏層における内部電界によって分離されることで、電気信号に変換される（例えば、特許文献１、２参照）。赤外線受光素子を使用した量子型の赤外線センサは、人体を検知する人感センサや非接触温度センサ、ガスセンサ等の分野で使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１１４５４号公報
【特許文献２】特開２００８−６６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
量子型の赤外線センサは普及しつつあり、またその応用分野も広がりつつある。このような状況下で、赤外線センサに使用される赤外線受光素子のさらなる高性能化が望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、受光感度の高い赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサ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赤外線受光素子は、半導体基板の一方の面側に設けられ、第１導電型の第１半導体層、及び、前記第１半導体層上に積層された第２導電型の第２半導体層を含む第１メサ部と、前記第１メサ部の上面に形成された電極部と、を有し、前記第１メサ部の側面と前記半導体基板の一方の面とが成す第１の角度は、６０°より大きく７５°以下であることを特徴とする。
【０００６】
本発明の一態様に係る赤外線受光素子の製造方法は、半導体基板の一方の面側に第１導電型の第１半導体層を形成する工程と、前記第１半導体層上に第２導電型の第２半導体層を形成する工程と、前記第２半導体層と前記第１半導体層とに順次ドライエッチング処理を施して、前記第１半導体層と、前記第１半導体層上に積層された前記第２半導体層とを含む第１メサ部を形成する工程と、を備え、前記第１メサ部を形成する工程では、前記第２半導体層及び前記第１半導体層をエッチングするためのエッチングガスの組成にハロゲンを含み、かつ全体のガス流量に対する酸素ガスの流量比が０％以上１５％以下であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の一態様に係るガスセンサは、上記の赤外線受光素子と、赤外線を発光する赤外線発光部と、前記赤外線発光部から前記赤外線受光素子に至る光路上に、外部からガスを導入することが可能な筐体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、受光感度の高い赤外線受光素子とその製造方法、ガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る赤外線受光素子１００の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る第１、第２の角度θ１、θ２と、比較例に係る角度θ１’を模式的に示す断面図である。
【図３】赤外線受光素子１００の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】赤外線受光素子１００の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る赤外線センサ２００の構成例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るガスセンサ３００の構成例を示す模式図である。
【図７】ハロゲンガスと酸素ガスの流量比と、ドライエッチングのエッチングレートとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
＜赤外線受光素子＞
（１）構成
図１は、本発明の実施形態（以下、本実施形態）に係る赤外線受光素子１００の構成例を示す断面図である。図１に示すように、この赤外線受光素子１００は、半導体基板１の一方の面（以下、表面）１ａ側に設けられた第１メサ部１０と、半導体基板１の表面１ａ側であって第１メサ部１０の下方に設けられた第２メサ部２０と、第１メサ部１０の上面１０ａ及び側面１０ｂと、第２メサ部２０の上面２０ａ及び側面２０ｂとを連続して覆っている絶縁膜３０と、絶縁膜３０に設けられた第１コンタクトホール３５を通して第１メサ部１０の上面に接合された第１電極部４１と、を備える。
【００１２】
また、この赤外線受光素子１００は、絶縁膜に設けられた第２コンタクトホール３６を通して第２メサ部２０の上面に接合された第２電極部４２と、第１電極部４１及び第２電極部４２と一体に形成された配線部４３と、を備える。第１導電型はｎ型及びｐ型のうちの一方であり、第２導電型はｎ型及びｐ型のうちの他方である。なお、第１導電型と第２導電型は異なる導電型である。半導体基板１は、例えば、単結晶のＧａＡｓ基板である。
なお、図１では、半導体基板１の表面１ａ側に、赤外線受光素子１００を覆うパッシベーション膜５０が設けられている状態を示している。パッシベーション膜５０は絶縁性の保護膜である。
【００１３】
第１メサ部１０は、第１導電型の第１半導体層１１と、第１半導体層上に積層された第２導電型の第２半導体層１２と、を含む。ここで「第１半導体層１１上に設けられた」という第２半導体層１２に関する文言は、第１半導体層１１上に第２半導体層１２が形成されていることを意味するが、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間に別の層がさらに存在する場合もこの表現に含まれる。その他の層同士の関係を表現する場合に「上の」という文言を使用する場合にも、同様の意味を有するものとする。
【００１４】
例えば、第１メサ部１０は、第１半導体層１１の上側部位１１２と、第２半導体層１２と、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間に位置する真性の第３半導体層１３と、を含む。また、第２メサ部２０は、第１半導体層１１の下側部位１１１を含む。
第１半導体層１１は、ｎ型のＩｎＳｂ層（以下、ｎ＋ＩｎＳｂ層）である。第２半導体層１２は、ｐ型の積層膜であり、ｐ型のＡｌＩｎＳｂ層（以下、ｐ＋ＡｌＩｎＳｂ層）１２１と、このｐ＋ＡｌＩｎＳｂ層１２１上に形成されたｐ型のＩｎＳｂ層（以下、ｐ＋ＩｎＳｂ層）１２２とを含む。
【００１５】
ただし、第１半導体層１１、第２半導体層１２は上記材料に限定されることはなく、例えばＧａ、Ａｓ、Ｐなどの材料を含んでもよい。また、それぞれの元素の比率も適宜調整することが出来る。
このように、第１メサ部１０は、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間に、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合のフォトダイオード構造を有する。なお、本実施形態において、半導体基板１の表面１ａ及び裏面１ｂと、第１メサ部１０の上面１０ａは、互いに平行（または、略平行）となっている。
【００１６】
絶縁膜３０には第１コンタクトホール３５と第２コンタクトホール３６とが設けられている。第１コンタクトホール３５は第１メサ部１０の上面１０ａを底面とし、第２コンタクトホール３６は第２メサ部２０の上面２０ａを底面としている。
第１電極部４１は、第１メサ部１０の上面１０ａを覆っている。例えば、第１電極部４１は、第１メサ部１０の上面１０ａの面積の６０％以上を覆っていることが望ましく、上面１０ａの面積の６５％以上を覆っていることがより望ましく、上面１０ａの面積の１００％を覆っている（つまり、上面１０ａ全体を覆っている）ことがさらに望ましい。後述の図６では、第１電極部４１ａが第１メサ部１０の上面１０ａ全体を覆っている場合を示している。
【００１７】
また、配線部４３は、絶縁膜３０を介して、第１メサ部１０の側面１０ｂ及び第２メサ部２０の側面２０ｂや、半導体基板１の表面１ａに形成されている。第１電極部４１及び第２電極部４２と配線部４３は、導電性が高く、しかも光の反射率に優れた金属膜で構成されている。このような金属膜として、例えばＡｌ又はＡｕ、Ｔｉ、Ｐｔ等が挙げられる。
【００１８】
図２（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る第１の角度θ１及び第２の角度θ２と、比較例に係る角度θ１’とを模式的に示す断面図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態に係る赤外線受光素子１００において、第１メサ部１０の側面１０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第１の角度θ１は、６０°より大きく７５°以下である。すなわち、６０°＜θ１≦７５°、である。また、この赤外線受光素子１００において、第２メサ部２０の側面２０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第２の角度θ２は、第１の角度θ１以上、かつ９０°以下であることが好ましい。すなわち、θ１≦θ２≦９０°、である。なお、第２の角度θ２は第１の角度θ１よりも大きくてもよい。
【００１９】
一方、図２（ｂ）に示す比較例に係る赤外線受光素子５００では、第１メサ部５１０の側面５１０ｂと半導体基板５０１の表面５０１ａとが成す角度θ１’は４５°である。
図２（ａ）に示す第１の角度θ１は６０°より大きく７５°以下であり、図２（ｂ）に示す角度θ１’よりも大きい角度である。これにより、第１メサ部の厚さ（すなわち、第２メサ部の上面から第１メサ部の上面までの高さ）が同じ大きさの場合、本実施形態は、比較例と比べて、第１メサ部の上面の面積を広くすることができる。
【００２０】
例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る第１メサ部１０の上面１０ａの幅をＷとし、比較例に係る第１メサ部５１０の上面５１０ａの幅をＷ’とする。このとき、第１メサ部１０、５１０の厚さが同じであれば、Ｗ＞Ｗ’とすることができる。第１メサ部１０、５１０の上面の平面視による形状は、例えば多角形又は円形であり、その幅Ｗ、Ｗ’が大きいほど大面積となる。
【００２１】
（２）製造方法
次に、図１に示した赤外線受光素子１００の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜図４（ｂ）は、本実施形態に係る赤外線受光素子１００の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２２】
（２．１）半導体積層工程
図３（ａ）に示すように、まず、半導体基板１の表面側に第１導電型の第１半導体層１１を形成する。次に、第１半導体層１１上に真性の第３半導体層１３を形成する。そして、第３半導体層１３上に第２導電型の第２導電型の第２半導体層１２を形成する。つまり、半導体基板１上に、第１半導体層１１、第３半導体層１３及び第２半導体層１２を、この順で成膜する。第１半導体層１１、第３半導体層１３及び第２半導体層１２の成膜は、例えば、エピタキシャル成長装置のチャンバ内で、予め設定した真空度を保持したまま連続して行う。
【００２３】
（２．２）第１メサ部の形成工程
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、第２半導体層１２膜上に第１のレジストパターン５１を形成する。なお、第１のレジストパターン５１を形成する前に、第２半導体層１２上に酸化膜等を形成して、第１のレジストパターン５１が第２半導体層１２に直に接触しないようにしてもよい。
次に、第１のレジストパターン５１をマスクに、第２半導体層１２、第３半導体層１３及び第１半導体層１１の上側部位とに順次ドライエッチング処理（例えば、プラズマエッチング処理）を施す。これにより、図３（ｃ）に示すように、第１メサ部１０を形成する。
【００２４】
この第１メサ部１０を形成する工程では、第２半導体層１２、第３半導体層１３及び第１半導体層１１の上側部位１１２をエッチングするためのエッチングガスとして、ハロゲンを組成に含むガス（以下、ハロゲンガス）を用いる。また、このエッチングガスとして、ハロゲンガスと酸化作用を持つガスとの混合ガスを用いてもよい。ハロゲンガスの例として、塩素ガス（Ｃｌ２）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、臭化水素ガス（ＨＢｒ）等が挙げられる。また、酸化作用を持つガスの一例として酸素（Ｏ２）が挙げられる。
エッチングガスとして、ハロゲンガスのみ、ハロゲンガスと酸化作用を持つガスとの混合ガス、又は、これらのガスにさらに他のガスを含む混合ガスであってもよい。ハロゲンガスのみ、又は、混合ガス中におけるハロゲンガスの割合が高いほうが、第１の角度θ１（図２（ａ）参照）を大きく形成することができる。
【００２５】
この観点から、エッチングガス全体のガス流量に対する酸素ガスの流量比は０％以上１５％以下であることが好ましい。例えば、ハロゲンガスの量と酸素の流量の比は、ハロゲンガスの流量：酸素の流量＝８５：１５  〜  ９９．９：０．１の範囲内であることが好ましい。
これらのエッチングガスを用いることにより、第１メサ部１０の側面１０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第１の角度θ１（図２（ａ）参照）を６０°より大きく７５°以下にすることができる。なお、このエッチング処理では、第１半導体層１１の下側部位１１１は半導体基板１の表面１ａ上に残しておく。エッチング処理後、第１のレジストパターンを除去する。
【００２６】
（２．３）第２メサ部の形成工程（素子分離工程）
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、第１メサ部１０とその周辺部を覆うレジストパターン又はハードマスクパターン（図示せず）を形成し、第１半導体層１１の下側部位１１１にドライエッチング処理を施す。
これにより、図４（ａ）に示すように、第１メサ部１０下に第２メサ部２０が形成されるとともに、第１メサ部１０及び第２メサ部２０を含むメサ積層体が、隣り合う他のメサ積層体から電気的に分離される（すなわち、素子分離される）。
【００２７】
この第２メサ部を形成するための（すなわち、素子分離するための）、第１半導体層１１の下側部位１１１に対するエッチング処理は、ドライエッチング処理（例えば、プラズマエッチング処理）で行う。このドライエッチング処理では、第１半導体層１１の下側部位１１１をエッチングするためのエッチングガスとして、ハロゲンを含有するガスと酸素との混合ガスを用いる。また、このエッチング処理は、イオンミリングで行ってもよい。
【００２８】
上記混合ガスによるドライエッチング、又は、イオンミリングにより、第２メサ部２０の側面２０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第２の角度θ２（図２（ａ）参照）を、θ１よりも大きく、かつ９０°以下にすることができる。
次に、半導体基板１の上方全体に絶縁膜３０を形成して、第１メサ部１０及び第２メサ部２０を覆う。
【００２９】
（２．４）第１、第２電極部、配線部の形成工程
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、絶縁膜のうちの第１メサ部１０の上面１０ａを覆う部分に第１コンタクトホールを形成するとともに、第２メサ部２０の上面２０ａを覆う部分に第２コンタクトホールを形成する。
次に、半導体基板１の上方全体にＡｕ等の金属膜を形成する。金属膜の形成は、スパッタリング等で行う。また、この金属膜を形成する工程では、その下地膜としてバリアメタル層を形成してもよい。Ａｕ等の金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、金属膜を電極・配線形状にパターニングする。これにより、図４（ｂ）に示すように、第１コンタクトホールを埋め込んで第１メサ部１０の上面１０ａに接合した第１電極部４１と、第２コンタクトホールを埋め込んで第２メサ部２０の上面２０ａに接合した第２電極部４２と、第１電極部４１及び第２電極部４２にそれぞれ接続する配線部４３とを形成する。
【００３０】
（２．５）以降の工程
その後、半導体基板１に対してダイシングし、個別の赤外線受光素子としてもよく、また、ダイシング後に、パッケージ工程を有していてもよい。
さらに、赤外線発光部と、外部からガスを導入する筐体と、パッケージされた赤外線受光素子とを組み立てて、ガスセンサとしてもよい。
【００３１】
＜赤外線センサ＞
図５は、本実施形態に係る赤外線センサ２００の構成例を示す平面図である。
図５に示すように、本実施形態に係る赤外線センサ２００は、図１に示した赤外線受光素子１００を複数個有する。例えば、複数個の赤外線受光素子１００は同一の半導体基板１上に形成されている。これら複数個の赤外線受光素子１００は、第１電極部４１及び第２電極部４２と配線部４３とによって、互いに直列又は並列に接続されている。
【００３２】
＜ガスセンサ＞
図６は、本実施形態に係るガスセンサ３００の構成例を示す模式図である。
図６に示すように、本実施形態に係るガスセンサ３００は、上述した赤外線受光素子１００と、赤外線を発光する赤外線発光部３１０と、赤外線発光部３１０から赤外線受光素子１００に至る光路上に、外部からガスを導入することが可能な筐体３２０と、を備える。
【００３３】
赤外線受光素子１００と赤外線発光部３１０は、例えば筐体３２０内で互いに向かい合って配置されている。また、筐体３２０には、その内部と外部との間を貫通する貫通穴３２１が設けられている。ガスは、この貫通穴３２１を通って筐体３２０の外部から内部へ導入される。
なお、図６では、赤外線受光素子１００を上述した赤外線センサ２００に置き換えてもよい。このガスセンサ３００により検出されるガスの一例として、二酸化炭素（ＣＯ２）が挙げられる。
【００３４】
＜本実施形態の効果＞
本実施形態は、以下の効果を奏する。
（１）図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、第１メサ部１０の側面１０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第１の角度θ１は６０°より大きく７５°以下であり、比較例の角度θ１’よりも角度が大きい。これにより、本実施形態は、比較例と比べて、第１メサ部１０の上面１０ａの面積を広くすることができる。
【００３５】
（２）また、本実施形態では、この上面１０ａを第１電極部４１が覆っている。ここで、図２（ａ）の矢印で示すように、第１電極部４１は、半導体基板１の裏面に垂直に入射してきた赤外線を、入射方向とは反対方向に反射させる反射面として機能する。本実施形態では、第１メサ部１０の上面１０ａの面積が広いため、これを覆う第１電極部（反射面）の面積も広くすることができる。
したがって、半導体基板１の裏面に垂直に入射してきた赤外線を、上面１０ａを覆う第１電極部４１により、入射方向とは反対方向へより多く反射させることができ、この反射光を第１メサ部１０内のＰＮ接合部（またはＰＩＮ接合部）により多く通すことができる。
【００３６】
これにより、半導体基板１の裏面に垂直に入射してきた赤外線について、より多くの電子正孔対を発生させることができ、光電変換の効率を高めることができる。それゆえ、半導体基板１の裏面に垂直に入射してくる赤外線（つまり、特定方向から入射してくる赤外線）に対して、より受光感度の高い赤外線受光素子を実現することができる。
以上から、本実施形態は、特定方向から入射してくる光に対して、特に感度が高いことが求められるような赤外線受光素子、赤外線センサ、ガスセンサ等に好適に用いることができる。
【００３７】
（３）また、本実施形態は、比較例と比べて、第１メサ部１０の上面１０ａの面積を広くすることができるので、その上に形成される第１コンタクトホールの径を大きくしたり、第１コンタクトホールの数を増やしたりすることができる。これにより、第１メサ部１０と第１電極部４１との接触面積を増やすことができるので、第１メサ部１０と第１電極部４１との接触抵抗の低減や、第１メサ部１０と第１電極部４１との接合強度の向上、接合信頼性の向上に寄与することができる。
【００３８】
（４）また、第１メサ部１０の側面１０ｂと半導体基板１の表面１ａとが成す第１の角度θ１を、６０°より大きく７５°以下とすることで、第１メサ部１０を製造バラツキ少なく形成することができる。この点については、次の［実験とその結果］の欄で説明する。第１メサ部１０を製造バラツキ少なく形成することができる。
【００３９】
＜実験とその結果＞
本発明者は、「ＰＮ接合又はＰＩＮ接合を含む半導体積層膜にドライエッチング処理を施して第１メサ部を形成する工程では、エッチングするためのエッチングガスの組成にハロゲンを含み、かつ全体のガス流量に対する酸素ガスの流量比が０％以上１５％以下であることで、エッチレートのバラツキを低く抑えることができ、また、第１メサ部の側面と半導体基板の表面とが成す角度が６０°より大きく７５°以下とすることができる」ということを見出した。
【実施例】
【００４０】
＜実施例１＞
ＧａＡｓ基板の表面側に、エピタキシャル成長装置で、第１半導体層であるｎ型のＩｎＳｂ層を形成した。次に、ｎ型のＩｎＳｂ層上に真性の第３半導体層であるｐ型のＡｌＩｎＳｂ層を形成した。次に、ｐ型のＡｌＩｎＳｂ層に第２導電型の第２半導体層であるｐ型のＩｎＳｂ層を形成した。
フォトリソグラフィ技術を用いて、レジストパターンを形成した。次に、レジストパターンをマスクに、エッチングガスでドライエッチング処理を行い、第１メサ部を形成した。このとき、エッチングガスは、酸素ガスは使わず（全体のエッチングガスの流量に対する、酸素ガスの流量比が０％）、ハロゲンガスのみでエッチングした（ハロゲンガスの流量比が１００％）。エッチングの前後で、レーザ顕微鏡を用いて、第１メサ部の厚みを測定した。測定で得られた厚みをエッチングのための時間で除算して、エッチングレート（［ｎｍ/ｍｉｎ］）を求めた。
【００４１】
エッチング処理後、レジストパターンを除去し、ｎ型のＩｎＳｂ層の下側部位にドライエッチング処理を施した。これにより、第２メサ部を形成するとともに、素子分離を行った。
実施例１の断面において、ＧａＡｓ基板の主面の仮想直線と、第１メサ部の側面の主斜面の仮想直線とが交差する角度（テーパ角度）を求めたところ、７０°であった。
以上を、３枚のウェハで実験し（ｎ＝３）、エッチングレート、角度を測定した。
【００４２】
＜実施例２＞
エッチングガスの流量比を変更したこと以外は、実施例１と同じ実験を行った。
実施例２では、エッチングガスを、全体のガス流量に対する酸素ガスの流量比が１１％であり、ハロゲンガスの流量比を８９％とした。
実施例２の断面において、ＧａＡｓ基板の主面の仮想直線と、第１メサ部の側面の主斜面の仮想直線とが交差する角度（テーパ角度）を求めたところ、６１°であった。
【００４３】
＜比較例１＞
エッチングガスの流量比を変更したこと以外は、実施例１と同じ実験を行った。
比較例１では、エッチングガスを、全体のガス流量に対する酸素ガスの流量比が１８％であり、ハロゲンガスの流量比を８２％とした。
比較例１の断面において、ＧａＡｓ基板の主面の仮想直線と、第１メサ部の側面の主斜面の仮想直線とが交差する角度（テーパ角度）を求めたところ、４５°であった。
【００４４】
図７は、本発明者が行った実験の結果を示す図であり、ハロゲンガスと酸素ガスの流量比と、ドライエッチングのエッチングレートとの関係を示す図である。図７の横軸は、ハロゲンガスと酸素ガスの流量比を示す。また、図７の縦軸は、エッチングレートを示す。
図７に示すように、テーパ角度が４５°となった酸素ガスの流量比が高い場合はエッチレートのバラツキは大きかったが、テーパ角度が６１°、７０°となった酸素ガスの流量比が低い場合はエッチレートのバラツキは小さかった。
エッチレートのバラツキは、第１メサ部１０のサイズのバラツキの原因となり、ひいては、赤外線受光素子の性能のばらつきにつながる。したがって、第１メサ部を形成するエッチング工程において、エッチレートのバラツキはできるだけ小さいことが望ましい。
【符号の説明】
【００４５】
１  半導体基板
１ａ  表面
１ｂ  裏面
１０  第１メサ部
１０ａ、２０ａ  上面
１０ｂ、２０ｂ  側面
１１  第１半導体層
１２  第２半導体層
１３  第３半導体層
２０  第２メサ部
３０  絶縁膜
３５  第１コンタクトホール
３６  第２コンタクトホール
４１  第１電極部
４２  第２電極部
４３  配線部
５０  パッシベーション膜
５１  第１のレジストパターン
１００  赤外線受光素子
１１１  下側部位
１１２  上側部位
１２１  ｐ＋ＡｌＩｎＳｂ層
１２２  ｐ＋ＩｎＳｂ層
２００  赤外線センサ
３００  ガスセンサ
３１０  赤外線発光部
３２０  筐体
３２１  貫通穴
【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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