紅外線檢測(cè)元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種由InAsSb/InAs/InAsSb結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的紅外線檢測(cè) 元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 在專利文獻(xiàn)1中記載有現(xiàn)有的紅外線檢測(cè)元件。該紅外線檢測(cè)元件具有由上下的 化合物半導(dǎo)體層（InSb、InAsSb或InSbN)夾持中間層（InAsSb、GaInSb、AlAs、InAs、GaAs、 AlSb、或GaSb)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該文獻(xiàn)可知，在這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)將中間層制成超晶格 結(jié)構(gòu)，將構(gòu)成超晶格結(jié)構(gòu)的各層的厚度設(shè)定為臨界膜厚以下，從而可以提高元件特性。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2009-246207號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 然而，本申請(qǐng)發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，在中間層包含InAs，且上下的化 合物半導(dǎo)體層為InAsSb的情況下，將中間層的膜厚設(shè)定為臨界膜厚以下無(wú)法改善元件特 性。
[0008] 本發(fā)明是鑒于這樣的技術(shù)問(wèn)題而成的，其目的在于提供一種在中間層為InAs，并 且上下的化合物半導(dǎo)體層為InAsSb的情況下，能夠具有優(yōu)異的檢測(cè)特性的紅外線檢測(cè)元 件。
[0009] 解決技術(shù)問(wèn)題的手段
[0010] 在現(xiàn)有技術(shù)中，將構(gòu)成中間層的各層的厚度設(shè)定為臨界膜厚以下的理由被認(rèn)為是 基于如果作用于各層的應(yīng)力超過(guò)臨界膜厚，則各自的結(jié)晶性劣化的見(jiàn)解。換而言之，認(rèn)為在 InAs層為臨界膜厚以下的的情況下，各個(gè)InAs層的結(jié)晶缺陷可以改善。
[0011] 然而，本申請(qǐng)發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有的見(jiàn)解不同，特別是在一對(duì)InAsSb層間夾持中 間層的結(jié)構(gòu)的情況下，并且在該中間層中采用包含InAs層的超晶格結(jié)構(gòu)的情況下，在晶體 生長(zhǎng)時(shí)裂縫或失配位錯(cuò)等位錯(cuò)缺陷等的缺陷會(huì)自基底的InAsSb層與InAs層的界面延伸，經(jīng) 延伸的缺陷的生長(zhǎng)無(wú)法在較薄厚度的InAs層停止。因此，發(fā)現(xiàn)在不采用超晶格結(jié)構(gòu)，并且將 InAs層的厚度設(shè)定為較臨界膜厚大時(shí)，自界面延伸的缺陷的生長(zhǎng)停止，改善這些化合物半 導(dǎo)體層的結(jié)晶性，提高檢測(cè)特性。
[0012] 即，本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的紅外線檢測(cè)元件其特征在于，具備:第llnAsSb層； InAs層，其生長(zhǎng)在所述第1 InAsSb層上;及第2InAsSb層，其生長(zhǎng)在所述InAs層上，所述InAs 層的臨界膜厚he與所述InAs層的厚度t滿足hc<0^關(guān)系。
[0013] 在該情況下，紅外線檢測(cè)元件可以具有優(yōu)異的檢測(cè)特性。
[0014] 特別是，在所述第llnAsSb層及所述第2InAsSb層中的As的組成比X分別為0.58以 上且1.0以下的情況下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7以上且0.9以下的情況下，可以改善InAs層及第 2InAsSb層的結(jié)晶性。
[0015] 另外，所述InAs層的厚度t優(yōu)選進(jìn)一步滿足t$2.0ym。其原因是由于在厚度t超過(guò) 2. Own的情況下，制造過(guò)程時(shí)間明顯變長(zhǎng)，不適于量產(chǎn)。
[0016] 發(fā)明的效果
[0017] 本發(fā)明的紅外線檢測(cè)元件可以具有優(yōu)異的檢測(cè)特性。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是表示紅外線檢測(cè)元件的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0019] 圖2是表示各層的材料、導(dǎo)電類型、雜質(zhì)濃度、厚度的圖表。
[0020] 圖3是表示InAsSb/InAs/InAsSb結(jié)構(gòu)的截面TEM圖像(實(shí)施例)的圖。
[0021] 圖4是表示InAsSb/(InAsSb/InAs超晶格結(jié)構(gòu))/InAsSb結(jié)構(gòu)的截面TEM圖像（比較 例）的圖。
[0022]圖5是表示入射光的波長(zhǎng)(μπι)與比檢測(cè)能力（cm · HzV2/W)的關(guān)系的曲線圖。
[0023]圖6是表示InAsSb中的As的組成比X與InAs層的臨界膜厚hc(nm)的關(guān)系的曲線圖。 [0024]圖7是用于說(shuō)明臨界膜厚he的計(jì)算式的圖表。
[0025]圖8是表示為了進(jìn)行X射線衍射測(cè)定而使用的層疊結(jié)構(gòu)的圖。
[0026]圖9是表示X射線衍射測(cè)定中InAsSb層的As的組成比X與搖擺曲線的半峰寬FWHM (弧秒)的關(guān)系的曲線圖。
[0027]符號(hào)的說(shuō)明：
[0028] 1…半導(dǎo)體基板、2…緩沖層、3…緩沖層、4…緩沖層、5…光吸收層、6…阻擋層、7… 帽層、8…保護(hù)膜、9,10…電極、IR···紅外線。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下，對(duì)實(shí)施方式所涉及的紅外線檢測(cè)元件進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)相同要素使用相同符號(hào)， 并省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0030] 圖1是表示紅外線檢測(cè)元件的截面結(jié)構(gòu)的圖。
[0031]該紅外線檢測(cè)元件具備多個(gè)化合物半導(dǎo)體層，且具備在半絕緣性的半導(dǎo)體基板1 上依序?qū)盈B緩沖層2、緩沖層3(第llnAsSb層）、緩沖層4(InAs層）、光吸收層5(第2InAsSb 層）、阻擋層6、及帽層7而成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這些各化合物半導(dǎo)體層是通過(guò)分子束外延(MBE) 法而在半導(dǎo)體基板1上生長(zhǎng)而成的。
[0032]該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分區(qū)域通過(guò)自表面?zhèn)任g刻而被除去。即，帽層(cap layer)7、 阻擋層6、光吸收層5及緩沖層4的一部分的區(qū)域自這些的各表面沿著厚度方向被蝕刻，通過(guò) 該蝕刻，從而緩沖層4的表面露出，形成有臺(tái)面結(jié)構(gòu)。另外，由非摻雜形成的半絕緣性的緩沖 層2的表面也直至其一部分露出為止對(duì)元件間實(shí)施蝕刻，在制造時(shí)鄰接的紅外線檢測(cè)元件 彼此分離。即，使緩沖層4的表面露出之后，進(jìn)一步以包圍紅外線檢測(cè)元件的方式進(jìn)行緩沖 層4及緩沖層3的蝕刻，進(jìn)行元件間分離。上述蝕刻可以采用干式蝕刻及濕式蝕刻的任一種。
[0033]以覆蓋緩沖層2的表面、緩沖層4的表面、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的側(cè)面、帽層7的一部分的表 面的方式形成有保護(hù)膜8。保護(hù)膜8由氧化硅(Si02)或氮化硅(SiNx)等無(wú)機(jī)絕緣體構(gòu)成，保 護(hù)各紅外線檢測(cè)元件，并且防止因灰塵或塵埃等引起的鄰接的紅外線檢測(cè)元件間的短路， 維持這些元件間的絕緣。多個(gè)紅外線檢測(cè)元件也可以在制造后個(gè)別地分開(kāi)使用，由于維持 了各元件間的絕緣，因此，也可以用作紅外線光電二極管陣列。
[0034] 保護(hù)膜8的一部分的區(qū)域被除去，在通過(guò)除去而形成的接觸孔內(nèi)形成有電極。即， 在帽層7上的保護(hù)膜8的接觸孔內(nèi)，第1電極9與帽層7接觸而形成，在緩沖層4上的保護(hù)膜8的 接觸孔內(nèi)，第2電極10與緩沖層4接觸而形成。在自基板側(cè)入射紅外線IR的情況下，電極材料 只要是與對(duì)象的化合物半導(dǎo)體層歐姆接觸的，就不特別限定，因此，可以使用金(Au)或鋁 (A1)等的金屬。
[0035] 在自與基板相反側(cè)入射紅外線的情況下，電極材料只要是與對(duì)象的化合物半導(dǎo)體 層歐姆接觸的，并且只要由紅外線透過(guò)的材料構(gòu)成或者為較薄的金屬膜，另外，具有網(wǎng)眼或 開(kāi)口的形狀，就不特別限定。在該情況下，作為電極材料，也可以使用上述的金或鋁等金屬。
[0036] 上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)構(gòu)成了紅外線光電二極管。即，自半導(dǎo)體基板1的背面?zhèn)纫来谓?jīng)由 半導(dǎo)體基板1、緩沖層2、3、4而入射至光吸收層5的光在光吸收層5內(nèi)發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，在光吸 收層5內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。阻擋層6、光吸收層5、緩沖層4各層的能帶隙E6、E5、E4的大小關(guān)系 滿足E6>E5、E4>E5。阻擋層6的晶格常數(shù)a6、光吸收層5的晶格常數(shù)a5、緩沖層4的晶格常數(shù) a4例如可以設(shè)定為a6<a5、a4<a5。
[0037] 另外，如果使紅外線自表面?zhèn)热肷洌瑒t在帽層7中紅外線的一部分被大幅吸收，因 此，優(yōu)選紅外線IR自背面?zhèn)热肷?。紅外線IR可以透過(guò)能帶隙比光吸收層5大的半導(dǎo)體基板1、 緩沖層2、4,入射至光吸收層5。另外，紅外線IR在通過(guò)緩沖層2之后，也透過(guò)厚度比光吸收層 薄的緩沖層3,由于在此處產(chǎn)生若干的吸收，因此，緩沖層3可以盡可能地薄。但是，在緩沖層 3過(guò)薄的情況下，其上的緩沖層4的結(jié)晶性劣化，因此，緩沖層3的厚度優(yōu)選為Ο.?μπι以上且 0.5ym以下。
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