红外线检测元件制造技术

本发明专利技术涉及一种红外线检测元件。该红外线检测元件具备缓冲层(InAsSb层)(3)、缓冲层(InAs层)(4)、及光吸收层(InAsSb层)(5)。InAs层的临界膜厚hc与InAs层的厚度t满足hc＜t的关系。在该情况下，可以改善形成于缓冲层(3)上的InAs的缓冲层(4)及InAsSb的光吸收层(5)的结晶性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由InAsSb/InAs/InAsSb结构的化合物半导体构成的红外线检测元件。
技术介绍
在专利文献1中记载有现有的红外线检测元件。该红外线检测元件具有由上下的化合物半导体层(InSb、InAsSb或InSbN)夹持中间层(InAsSb、GaInSb、AlAs、InAs、GaAs、AlSb、或GaSb)的结构。根据该文献可知，在这样的结构的情况下，通过将中间层制成超晶格结构，将构成超晶格结构的各层的厚度设定为临界膜厚以下，从而可以提高元件特性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-246207号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题然而，本申请专利技术者们发现，在上述现有技术中，在中间层包含InAs，且上下的化合物半导体层为InAsSb的情况下，将中间层的膜厚设定为临界膜厚以下无法改善元件特性。本专利技术是鉴于这样的技术问题而成的，其目的在于提供一种在中间层为InAs，并且上下的化合物半导体层为InAsSb的情况下，能够具有优异的检测特性的红外线检测元件。解决技术问题的手段在现有技术中，将构成中间层的各层的厚度设定为临界膜厚以下的理由被认为是基于如果作用于各层的应力超过临界膜厚，则各自的结晶性劣化的见解。换而言之，认为在InAs层为临界膜厚以下的的情况下，各个InAs层的结晶缺陷可以改善。然而，本申请专利技术者们发现，与现有的见解不同，特别是在一对InAsSb层间夹持中间层的结构的情况下，并且在该中间层中采用包含InAs层的超晶格结构的情况下，在晶体生长时裂缝或失配位错等位错缺陷等的缺陷会自基底的InAsSb层与InAs层的界面延伸，经延伸的缺陷的生长无法在较薄厚度的InAs层停止。因此，发现在不采用超晶格结构，并且将InAs层的厚度设定为较临界膜厚大时，自界面延伸的缺陷的生长停止，改善这些化合物半导体层的结晶性，提高检测特性。即，本专利技术的实施方式所涉及的红外线检测元件其特征在于，具备：第1InAsSb层；InAs层，其生长在所述第1InAsSb层上；及第2InAsSb层，其生长在所述InAs层上，所述InAs层的临界膜厚hc与所述InAs层的厚度t满足hc＜t的关系。在该情况下，红外线检测元件可以具有优异的检测特性。特别是，在所述第1InAsSb层及所述第2InAsSb层中的As的组成比X分别为0.58以上且1.0以下的情况下，进一步优选为0.7以上且0.9以下的情况下，可以改善InAs层及第2InAsSb层的结晶性。另外，所述InAs层的厚度t优选进一步满足t≦2.0μm。其原因是由于在厚度t超过2.0μm的情况下，制造过程时间明显变长，不适于量产。专利技术的效果本专利技术的红外线检测元件可以具有优异的检测特性。附图说明图1是表示红外线检测元件的截面结构的图。图2是表示各层的材料、导电类型、杂质浓度、厚度的图表。图3是表示InAsSb/InAs/InAsSb结构的截面TEM图像(实施例)的图。图4是表示InAsSb/(InAsSb/InAs超晶格结构)/InAsSb结构的截面TEM图像(比较例)的图。图5是表示入射光的波长(μm)与比检测能力(cm·Hz1/2/W)的关系的曲线图。图6是表示InAsSb中的As的组成比X与InAs层的临界膜厚hc(nm)的关系的曲线图。图7是用于说明临界膜厚hc的计算式的图表。图8是表示为了进行X射线衍射测定而使用的层叠结构的图。图9是表示X射线衍射测定中InAsSb层的As的组成比X与摇摆曲线的半峰宽FWHM(弧秒)的关系的曲线图。符号的说明：1…半导体基板、2…缓冲层、3…缓冲层、4…缓冲层、5…光吸收层、6…阻挡层、7…帽层、8…保护膜、9,10…电极、IR…红外线。具体实施方式以下，对实施方式所涉及的红外线检测元件进行说明。对相同要素使用相同符号，并省略重复的说明。图1是表示红外线检测元件的截面结构的图。该红外线检测元件具备多个化合物半导体层，且具备在半绝缘性的半导体基板1上依序层叠缓冲层2、缓冲层3(第1InAsSb层)、缓冲层4(InAs层)、光吸收层5(第2InAsSb层)、阻挡层6、及帽层7而成的半导体结构。这些各化合物半导体层是通过分子束外延(MBE)法而在半导体基板1上生长而成的。该半导体结构的一部分区域通过自表面侧蚀刻而被除去。即，帽层(caplayer)7、阻挡层6、光吸收层5及缓冲层4的一部分的区域自这些的各表面沿着厚度方向被蚀刻，通过该蚀刻，从而缓冲层4的表面露出，形成有台面结构。另外，由非掺杂形成的半绝缘性的缓冲层2的表面也直至其一部分露出为止对元件间实施蚀刻，在制造时邻接的红外线检测元件彼此分离。即，使缓冲层4的表面露出之后，进一步以包围红外线检测元件的方式进行缓冲层4及缓冲层3的蚀刻，进行元件间分离。上述蚀刻可以采用干式蚀刻及湿式蚀刻的任一种。以覆盖缓冲层2的表面、缓冲层4的表面、半导体结构的侧面、帽层7的一部分的表面的方式形成有保护膜8。保护膜8由氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)等无机绝缘体构成，保护各红外线检测元件，并且防止因灰尘或尘埃等引起的邻接的红外线检测元件间的短路，维持这些元件间的绝缘。多个红外线检测元件也可以在制造后个别地分开使用，由于维持了各元件间的绝缘，因此，也可以用作红外线光电二极管阵列。保护膜8的一部分的区域被除去，在通过除去而形成的接触孔内形成有电极。即，在帽层7上的保护膜8的接触孔内，第1电极9与帽层7接触而形成，在缓冲层4上的保护膜8的接触孔内，第2电极10与缓冲层4接触而形成。在自基板侧入射红外线IR的情况下，电极材料只要是与对象的化合物半导体层欧姆接触的，就不特别限定，因此，可以使用金(Au)或铝(Al)等的金属。在自与基板相反侧入射红外线的情况下，电极材料只要是与对象的化合物半导体层欧姆接触的，并且只要由红外线透过的材料构成或者为较薄的金属膜，另外，具有网眼或开口的形状，就不特别限定。在该情况下，作为电极材料，也可以使用上述的金或铝等金属。上述半导体结构构成了红外线光电二极管。即，自半导体基板1的背面侧依次经由半导体基板1、缓冲层2、3、4而入射至光吸收层5的光在光吸收层5内发生光电转换，在光吸收层5内产生电子空穴对。阻挡层6、光吸收层5、缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外线检测元件，其特征在于，所述红外线检测元件具备：第1InAsSb层；InAs层，其生长于所述第1InAsSb层上；及第2InAsSb层，其生长于所述InAs层上，所述InAs层的临界膜厚hc与所述InAs层的厚度t满足hc＜t的关系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.05 JP 2013-2296291.一种红外线检测元件，其特征在于，
所述红外线检测元件具备：
第1InAsSb层；
InAs层，其生长于所述第1InAsSb层上；及
第2InAsSb层，其生长于所述InAs层上，
所述InAs层的临界膜厚hc与所述InAs层的厚度t满足hc＜t的关
系。
2.如权利要求1所述的红外线检测元...

【专利技术属性】
技术研发人员：三嶋飞鸟，押村吉德，
申请(专利权)人：浜松光子学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP