センサ、半導体基板、および半導体基板の製造方法
【課題】効率よく光電変換ができる光吸収体を有する半導体基板、半導体基板の製造方法、および当該半導体基板を含む光センサを提供する。
【解決手段】シリコンを含むベース基板と、ベース基板上方に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備え、光熱吸収体が、光熱吸収体に入射する入射光または光熱吸収体に加わる熱に応じて電気信号を出力するセンサを提供する。また、シリコンを含むベース基板と、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の表面を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体と、開口の内部に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備える半導体基板を提供する。
【解決手段】シリコンを含むベース基板と、ベース基板上方に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備え、光熱吸収体が、光熱吸収体に入射する入射光または光熱吸収体に加わる熱に応じて電気信号を出力するセンサを提供する。また、シリコンを含むベース基板と、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の表面を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体と、開口の内部に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備える半導体基板を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ、半導体基板、および半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、信号転送回路が形成された信号転送回路基板（シリコン基板）上方に光電変換部が設けられた固体撮像素子を開示する。光電変換部は、例えば４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＡｌＰからなる第１光電変換層、５２０から５８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＧａＡｌＰからなる第２光電変換層、及び６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つＧａＡｓからなる第３光電変換層を積層して構成されている。
（特許文献１）特開２００６−６６４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
直接遷移型の化合物半導体は、光吸収における量子効率が高いことから、センサ材料に適している。しかし、シリコン基板上に化合物半導体をエピタキシャル成長させる場合、シリコン基板とエピタキシャル成長層との格子定数の違いに起因して、結晶層を貫通する欠陥が形成される場合がある。センサを形成する化合物半導体に貫通欠陥があると、センサの性能が低下するので好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、シリコンを含むベース基板と、ベース基板の上方に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備え、光熱吸収体が、光熱吸収体に入射する入射光または光熱吸収体に加わる熱に応じて電気信号を出力するセンサが提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、シリコンを含むベース基板と、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の表面を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体と、開口の内部に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備える半導体基板が提供される。
【０００６】
上記のセンサまたは半導体基板は、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体をさらに備え、シード体が、開口の内部に形成されていてもよい。当該阻害体が複数の開口を有し、当該センサは、複数の開口内に形成された複数の光熱吸収体を備えてもよい。
【０００７】
当該センサまたは半導体基板においては、例えば、光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）を有し、シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる。当該光熱吸収体は、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体であってもよい。
【０００８】
また、シード体は、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、基板とシード体との界面に接して、基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域をさらに含んでもよい。
【０００９】
上記のセンサまたは半導体基板は、例えば、光熱吸収体の側壁に接して形成され、光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな半導体または光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな誘電体を有し、側壁におけるキャリアの再結合を抑制する再結合抑制体をさらに備える。光熱吸収体は、ベース基板に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有してもよい。光熱吸収体は、ｘ１≠１である場合に、中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布を有してもよい。
【００１０】
当該センサまたは半導体基板において、ベース基板は、例えば、シリコンのバルク領域が有する不純物と反対の伝導型の不純物を有する不純物領域を有し、光熱吸収体は、シード体を介して不純物領域と電気的に結合されている。また、ベース基板は不純物を有する不純物領域を有し、シード体は不純物領域に接して設けられ、複数の光熱吸収体のうちの少なくとも２つの光熱吸収体が、シード体を介して不純物領域と電気的に結合されていてもよい。
【００１１】
さらに、当該センサは、入射光の少なくとも一部を集光して光熱吸収体に入射する集光部をさらに備えてもよい。当該集光部が、ベース基板に対して、光熱吸収体が設けられている側と反対の側に設けられており、入射光を集光してベース基板を介して光熱吸収体に入射当該センサは、入射光が光熱吸収体に入射する経路に配置された光学フィルタをさらに備えてもよい。
【００１２】
当該センサが、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する複数の開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体と、複数の開口に設けられた複数のシード体と、各々対応する複数のシード体に設けられ、対応するシード体とそれぞれ格子整合または擬格子整合する複数の光熱吸収体とを備え、集光部は、複数の光熱吸収体のそれぞれに入射光の少なくとも一部を入射してもよい。
【００１３】
また、当該センサは、例えば、複数の光熱吸収体のそれぞれに対応してベース基板に形成された複数の増幅素子と、複数の増幅素子および複数の光熱吸収体を接続し、阻害体上方に形成されている配線とをさらに備える。上記のシード体が入射光に応じて電気信号を発生してもよい。
【００１４】
本発明の第３の態様においては、シリコンを含むベース基板の上方に阻害体を形成する段階と、阻害体に、ベース基板の表面を露出する開口を形成する段階と、開口の内部にシード体を形成する段階と、シード体を加熱する段階と、加熱されたシード体の上方に、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体を、シード体に格子整合または擬格子整合させてエピタキシャル成長させる段階とを備える半導体基板の製造方法が提供される。
【００１５】
当該製造方法は、シード体を加熱する段階をさらに備え、光熱吸収体を形成する段階においては、加熱されたシード体の上方に光熱吸収体をエピタキシャル成長させてもよい。また、シード体を形成する段階においては、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなるシード体を形成し、シード体を加熱する段階においては、ベース基板とシード体との界面に接して、ベース基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域を形成し、光熱吸収体を形成する段階においては、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる光熱吸収体をエピタキシャル成長させてもよい。
【００１６】
シード体を加熱する段階においては、シード体の吸収係数が阻害体の吸収係数よりも大きい電磁波を照射してもよい。当該電磁波は、例えばレーザー光である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】半導体基板１００の断面の一例を示す。
【図１Ｂ】センサ１５０の断面の一例を示す。
【図２】センサ２００の断面の一例を示す。
【図３】センサ２００の製造過程における断面例を示す。
【図４】センサ２００の製造過程における断面例を示す。
【図５】センサ２００の製造過程における断面例を示す。
【図６】センサ３００の断面の一例を示す。
【図７】センサ４００の断面の一例を示す。
【図８】半導体基板１００における光熱吸収体のエネルギーバンドの一例を示す。
【図９】センサ９００の断面の一例を示す。
【図１０】センサ１０００の断面の一例を示す。
【図１１】センサ１１００の断面の一例を示す。
【図１２】センサ１２００の断面の一例を示す。
【図１３】センサ１３００の断面を概略的に示す。
【図１４】センサ１３００を表面側から観察したレーザー顕微鏡写真である。
【図１５】センサ１３００の光電流−電圧特性および暗電流−電圧特性を示す。
【図１６】Ｓｉ基板とＧｅ結晶層との界面近傍における断面ＳＥＭ写真を示す。
【図１７】図１６の分析領域におけるエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析の結果を示す。
【図１８】ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンスによる６５０ｎｍ発光像を示す。
【図１９】ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンスによる７００ｎｍ発光像を示す。
【図２０】センサ１４００の断面の一例を概略的に示す。
【図２１】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２２】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２３】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２４】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２５】センサ１５００の断面の一例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１Ａは、半導体基板１００の断面の一例を示す。半導体基板１００は、ベース基板１０２、阻害体１０４、シード体１１０、および光熱吸収体１２０を備える。
【００１９】
ベース基板１０２はシリコンを含む。シリコンを含む基板として表面がシリコンである基板が挙げられる。例えば、ベース基板１０２は、基板全体がシリコンであるＳｉ基板（Ｗａｆｅｒ）、または、基板の一部がシリコンであるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。ベース基板１０２は、例えばＢドーピング量が２．０×１０１９ｃｍ−３のＳｉ基板である。
【００２０】
阻害体１０４は、ベース基板１０２の上方に形成される。阻害体１０４は、ベース基板１０２の表面を露出する開口１０６を有する。阻害体１０４は、結晶の成長を阻害する。具体的には、エピタキシャル成長法により半導体の結晶を成長させる場合において、阻害体１０４の表面では、半導体結晶のエピタキシャル成長が阻害される。その結果、半導体結晶は、開口１０６の内部で選択的にエピタキシャル成長する。
【００２１】
阻害体１０４の厚みは、例えば０．０５μｍ以上５μｍ以下である。開口１０６の大きさは、開口１０６の内部に選択成長する半導体を無転位で形成することができる大きさであることが好ましい。阻害体１０４は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層等、またはこれらを積層した層である。阻害体１０４は、例えば、熱酸化法およびＣＶＤ法等により形成される。
【００２２】
シード体１１０は、開口１０６の内部に形成される。シード体１１０は、例えば、ベース基板１０２に格子整合または擬格子整合する半導体である。例えば、シード体１１０は、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）である。つまり、シード体１１０は、例えばＳｉ、Ｇｅの一元系半導体または金属である。シード体１１０は、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＳｎ、ＧｅＳｎのような二元系化合物半導体であってもよい。シード体１１０は、ＣＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＳｎのような三元系化合物であってもよい。シード体１１０は、ＣＳｉＧｅＳｎのような四元系化合物であってもよい。
【００２３】
本明細書において、「擬格子整合」とは、完全な格子整合ではないが、互いに接する２つの半導体の格子定数の差が小さく、格子不整合による欠陥の発生が顕著でない範囲で、互いに接する２つの半導体を積層できる状態をいう。このとき、各半導体の結晶格子が、弾性変形できる範囲内で変形することで、上記格子定数の差が吸収される。例えば、ＧｅとＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、またはＩｎＧａＰとの積層状態は、擬格子整合した状態である。
【００２４】
また、シード体１１０は、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）であってもよい。例えば、シード体１１０はＧａＡｓである。
【００２５】
シード体１１０が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、ベース基板１０２とシード体１１０との界面よりもベース基板１０２に近い側に、Ｃｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０≦ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなる結晶層をさらに含んでもよい。
【００２６】
シード体１１０は、複数の層を含んでもよい。シード体１１０は、光熱吸収体１２０の結晶成長に適した結晶シード面を提供する。シード体１１０は、ベース基板１０２の表面に存在する不純物が、光熱吸収体１２０の結晶性に悪影響を及ぼすことを抑制する。シード体１１０は、開口１０６の内部に表面を露出するベース基板１０２に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００２７】
光熱吸収体１２０は、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体である。例えば、光熱吸収体１２０は、光を吸収すると電子および正孔を生成し、電気信号を出力する。光熱吸収体１２０は、熱を受けることによって増加する電子および正孔の量に応じた電気信号を出力する熱センサとして機能してもよい。
【００２８】
光熱吸収体１２０は、一例として、シード体１１０に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。光熱吸収体１２０は、複数の層を有してもよい。光熱吸収体１２０は、ヘテロ接合を有してもよい。光熱吸収体１２０は、ＰＮ接合を有してもよい。
【００２９】
光熱吸収体１２０は、例えば、シード体１１０に接して、エピタキシャル成長によって形成される。半導体基板１００は、シード体１１０と光熱吸収体１２０との間に、他の半導体を備えてもよい。例えば、光熱吸収体１２０は、シード体１１０と光熱吸収体１２０との間に形成されたバッファ層上でエピタキシャル成長することにより形成されてもよい。
【００３０】
図１Ｂは、センサ１５０の断面の一例を示す。センサ１５０は、ベース基板１０２、シード体１１０、および光熱吸収体１２０を備える。センサ１５０は、半導体基板１００から阻害体１０４を削除することにより形成されている。センサ１５０においては、半導体基板１００と同様に、阻害体１０４を備え、阻害体１０４に形成された開口１０６の内部にシード体１１０が形成されていてもよい。
【００３１】
図２は、センサ２００の断面の一例を示す。センサ２００は、例えば、入射する光を検出する。センサ２００は、ベース基板２０２、ウェル２０３、阻害体２０４、第１シード体２１２、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、コンタクト層２２２、パッシベーション層２２４、絶縁膜２２６、上部電極層２２８、および配線２３０を備える。
【００３２】
センサ２００は、阻害体２０４に形成された複数の開口２０６内部に形成されている複数の光熱吸収体を備える。図２においては、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の２つ光熱吸収体を例示するが、センサ２００は、更に多くの光熱吸収体を備えてもよい。また、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は、同じ構成を有してよい。従って、以下の説明においては光熱吸収体Ｃ１を中心に説明するが、特別に光熱吸収体Ｃ２の説明を加える場合を除き、光熱吸収体Ｃ１についての説明は光熱吸収体Ｃ２にも適用できる。
【００３３】
ベース基板２０２は、図１Ａにおけるベース基板１０２に対応する。ベース基板２０２は、例えば、不純物原子のドーピング量が１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３のＰ型Ｓｉ基板である。一例として、ベース基板２０２は、Ｂのドーピング量が２×１０１９ｃｍ−３のＰ型Ｓｉ基板である。
【００３４】
阻害体２０４は阻害体１０４に対応する。阻害体２０４は、例えば複数の開口２０６を有する。センサ２００は、阻害体２０４に二つの開口２０６が設けられ、各々の開口２０６の内部に、第１シード体２１２等を選択成長させることによって形成される。
【００３５】
センサ２００が備えるシード体は、２層構造を有してもよい。例えば、光熱吸収体Ｃ１は、第１シード体２１２および第２シード体２１４を有する。第１シード体２１２および第２シード体２１４は、図１Ａにおけるシード体１１０に対応する。
【００３６】
第１シード体２１２および第２シード体２１４は、それぞれ異なる組成を有してもよい。例えば、ベース基板２０２がＳｉ基板であり、アノード層２１６がＧａＡｓである場合に、第１シード体２１２はＳｉＧｅ結晶であり、第２シード体２１４はＧａＡｓに近い格子定数を有するＧｅ結晶である。光熱吸収体Ｃ１が上記の組成を有することにより、ＳｉとＧａＡｓとの格子定数の違いによる内部応力をより効果的に緩和でき、結晶欠陥の形成を抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施形態において、アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０が、ベース基板２０２の側からこの順に積層されて光センサが構成される例を説明しているが、アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０が積層される順序は逆でもよい。例えば、カソード層２２０、ドリフト層２１８、アノード層２１６の順にベース基板２０２の側から積層されてもよい。この場合、カソード層２２０は、第２シード体２１４に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）であってよい。以下に説明する実施態様および実施例において、ベース基板を基準としたアノード層、ドリフト層およびカソード層の積層順序は、アノード層、ドリフト層、カソード層の順、またはカソード層、ドリフト層、アノード層の順の何れでもよい。
【００３８】
第１シード体２１２は、不純物原子のドーピング量が１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下のＰ型ＳｉＧｅである。一例として、第１シード体２１２は、Ｇａ、Ａｌ、またはＢのドーピング量が２×１０１９ｃｍ−３のＰ型Ｓｉ０．１Ｇｅである。第１シード体２１２は、例えば０．００１μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、第１シード体２１２は、０．０２μｍの厚さを有する。
【００３９】
第２シード体２１４は、例えばＧｅである。第２シード体２１４は、例えば０．０５μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する。一例として、第２シード体２１４は２．０μｍの厚さを有する。
【００４０】
アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０は、図１Ａに示した光熱吸収体１２０に対応する。アノード層２１６は、第２シード体２１４に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。
【００４１】
アノード層２１６は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下のＰ型ＩｎＧａＡｓである。一例として、アノード層２１６は、Ｚｎのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３以上のＰ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓである。アノード層２１６は、例えば０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、アノード層２１６は、０．５μｍの厚さを有する。
【００４２】
アノード層２１６は、第２シード体２１４に接して、エピタキシャル成長によって形成される。光熱吸収体Ｃ１は、アノード層２１６と第２シード体２１４との間に他の半導体層を有してもよい。例えば、光熱吸収体Ｃ１はアノード層２１６と第２シード体２１４との間に設けられたバッファ層を有する。この場合に、アノード層２１６は、当該バッファ層上でエピタキシャル成長することにより形成されてもよい。
【００４３】
ドリフト層２１８は、アノード層２１６に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。ドリフト層２１８は、例えば、アノード層２１６に接して、エピタキシャル成長によって形成される。
【００４４】
ドリフト層２１８は、Ｉ型ＩｎＧａＡｓであってよく、または不純物原子のドーピング量が２×１０１６ｃｍ−３未満のＰ型ＩｎＧａＡｓである。一例として、ドリフト層２１８は、Ｐ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓである。ドリフト層２１８は、例えば０．３μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有する。一例として、ドリフト層２１８は、１．５μｍの厚さを有する。
【００４５】
カソード層２２０は、ドリフト層２１８に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。カソード層２２０は、ドリフト層２１８に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００４６】
カソード層２２０は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３のＮ型ＩｎＧａＡｓである。その一例として、カソード層２２０は、Ｓｉのドーピング量が２×１０１８ｃｍ−３以下のＮ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓである。カソード層２２０は、例えば０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、カソード層２２０は、０．１μｍの厚さを有する。
【００４７】
アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０は、Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓによって構成される場合に、例えば１．３５ｅＶの禁制帯幅を有する。センサ２００は、可視光および近赤外線を吸収して検知することができる。
【００４８】
コンタクト層２２２は、その上方に形成される上部電極層２２８とカソード層２２０との電気的伝導性を確保するために設けられた半導体である。コンタクト層２２２は、例えば、カソード層２２０と同一の伝導型を有する。コンタクト層２２２は、カソード層２２０に格子整合または擬格子整合する半導体である。コンタクト層２２２は、例えば、カソード層２２０上にエピタキシャル成長法により形成される。
【００４９】
コンタクト層２２２は、例えば、不純物原子のドーピング量が１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下のＮ型ＧａＡｓである。一例として、コンタクト層２２２は、Ｓｉのドーピング量が６×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＧａＡｓである。コンタクト層２２２は、例えば０．０２μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、コンタクト層２２２は、０．０５μｍの厚さを有する。
【００５０】
コンタクト層２２２は、例えば、カソード層２２０に接して、エピタキシャル成長によって形成される。光熱吸収体Ｃ１は、カソード層とコンタクト層２２２との間に、他の半導体層を有してもよい。光熱吸収体Ｃ１は、カソード層とコンタクト層２２２との間に、例えばウインドウ層を有する。
【００５１】
第１シード体２１２、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、およびコンタクト層２２２は、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法として、化学気相析出法（ＣＶＤ法と称する）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法と称する）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法と称する）および原子層成長法（ＡＬＤ法と称する）等を例示できる。
【００５２】
例えば、ベース基板２０２の上方に熱酸化法により阻害体２０４を形成して、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ベース基板２０２の表面を露出する開口２０６を阻害体２０４に形成する。そして、ＭＯＣＶＤ法により、当該開口２０６の内部に第１シード体２１２を選択成長させる。続いて、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０およびコンタクト層２２２を順次選択成長させる。
【００５３】
第１シード体２１２を開口１０６の内部に選択成長させることにより、第１シード体２１２とベース基板２０２との格子定数の相違による格子欠陥の生成を抑制できる。その結果、結晶性の高い第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、およびコンタクト層２２２が得られるので、センサ２００の感度を高めることができる。第１シード体２１２、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、およびコンタクト層２２２は、阻害体２０４の開口２０６の内部に形成されてよく、開口２０６からはみ出て、阻害体２０４の上方にその一部が形成されてもよい。
【００５４】
上部電極層２２８は、例えばコンタクト層２２２に接して形成される。上部電極層２２８は、光熱吸収体Ｃ１が発生する電力を外部に出力する。上部電極層２２８は、導電性を有し、光熱吸収体Ｃ１に入射する光を遮断しない材料を有する。上部電極層２２８の材料として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）およびＺｎＯ等を例示できる。上部電極層２２８の形成方法としては、スパッタ法等を例示できる。
【００５５】
ウェル２０３は、ベース基板２０２に含まれるシリコンに形成される低抵抗シリコン結晶層である。光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は、第１シード体２１２、ウェル２０３、および第２シード体２１４を介して、電気的に結合される。ウェル２０３は、一例として、当該シリコンのバルク領域からは電気的に分離されている。例えば、ウェル２０３は、当該シリコンと異なる伝導型を有する場合には、ウェル２０３と当該シリコンとの間にＰＮ接合が形成されるので、ウェル２０３は当該シリコンのバルク領域から電気的に分離される。光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２が発生する電気信号を、ウェル２０３および上部電極層２２８の間から取り出すことができる。
【００５６】
ウェル２０３は、イオン注入法により形成することができる。例えば、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ベース基板２０２の上方に、ウェル２０３が形成される予定位置に開口が設けられたマスクを形成してからイオン注入することにより、ウェル２０３を形成することができる。例えば、Ｎ型Ｓｉベース基板２０２にＢを注入してＰ型ウェル２０３を形成する。
【００５７】
パッシベーション層２２４は、光熱吸収体Ｃ１の側壁に形成され、当該側壁における電荷の再結合を抑制する。パッシベーション層２２４は、アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０等の、光熱吸収体を構成する半導体よりも大きい禁制帯幅を有してよい。パッシベーション層２２４の材料として、誘電体を例示できる。パッシベーション層２２４の形成方法として、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、およびＡＬＤ法等を例示できる。
【００５８】
絶縁膜２２６は、各光熱吸収体を電気的に分離する。絶縁膜２２６の材料として、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、およびＺｒＯ２等を例示できる。絶縁膜２２６は、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ法、ＣＶＤ法、およびＭＯＣＶＤ法等により形成することができる。
【００５９】
配線２３０は、上部電極層２２８に接続されている。配線２３０は、上部電極層２２８を介して、光熱吸収体Ｃ１が発生する電力を取り出す。配線２３０の材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ等を例示できる。配線２３０の形成方法としては、ＣＶＤ法、真空蒸着法、およびスパッタ法等を例示できる。
【００６０】
図３から図５は、センサ２００の製造過程における断面例を示す。センサ２００は、ウェルを形成する段階、阻害体を形成する段階、シード体を形成する段階、シード体を加熱する段階、光熱吸収体を形成する段階、およびパッシベーション処理をする段階を備える半導体基板を製造する方法により半導体基板を実施した後で、光熱吸収体を接続することにより製造される。
【００６１】
ウェルを形成する段階においては、ベース基板２０２にウェル２０３を形成する。例えば、Ｎ型シリコン基板のベース基板２０２にＰ型ウェル２０３を形成する場合には、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ベース基板２０２の上方に、ウェル２０３が形成される予定位置に開口を有するマスクを形成してから、Ｂイオンを注入することによりウェル２０３を形成することができる。
【００６２】
阻害体を形成する段階においては、図３に示すように、ベース基板２０２の上方に、ベース基板２０２に達する開口２０６を有する阻害体２０４を形成する。阻害体２０４の形成は、例えば、熱酸化法によって、まずベース基板２０２の全面に酸化シリコン膜を形成する。エッチング等のフォトリソグラフィ法により、酸化シリコン膜に、ベース基板２０２の表面を露出する複数の開口２０６を形成することにより、阻害体２０４を形成することができる。
【００６３】
シード体を形成する段階においては、図４に示すように、開口２０６の内部に、選択エピタキシャル成長法により、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる第１シード体２１２および第２シード体２１４を形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｐ型ＳｉＧｅの第１シード体２１２と、Ｐ型Ｇｅの第２シード体２１４とをエピタキシャル成長させることができる。
【００６４】
具体的には、開口２０６を有する阻害体２０４が形成されたＳｉベース基板２０２を、減圧バレル型ＭＯＣＶＤ炉の加熱台に載置する。炉内を高純度水素で十分置換した後、ベース基板２０２の加熱を開始する。結晶成長時の基板温度は、例えば５００℃から８００℃である。ベース基板２０２が適切な温度に安定したところで、炉内にＳｉ原料を導入し、続いてＧｅ原料を導入して、Ｐ型ＳｉＧｅの第１シード体２１２をエピタキシャル成長させてよい。また、第１シード体２１２の上方に、Ｐ型Ｇｅの第２シード体２１４をエピタキシャル成長させてもよい。
【００６５】
Ｓｉの原料として、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、シラン、またはジシランを例示できる。Ｇｅの原料として、ゲルマン、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）等を例示できる。アクセプタ不純物原子をＧａにして、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いてもよい。
【００６６】
エピタキシャル成長条件の一例として、反応炉内圧力０．１ａｔｍ、成長温度６５０℃、成長速度１〜３μｍ／ｈｒが挙げられる。原料のキャリアガスとして、高純度水素を用いることができる。後述の各半導体を形成する場合においても、同じＭＯＣＶＤ法を用いて、原料ガス、炉内圧力、成長温度、成長時間等のパラメータを調整することによって、エピタキシャル成長させることができる。
【００６７】
シード体を加熱する段階においては、第１シード体２１２および第２シード体２１４を加熱する。第１シード体２１２および第２シード体２１４を加熱することで、ベース基板２０２と第１シード体２１２および第２シード体２１４との格子定数の違い等によって第１シード体２１２および第２シード体２１４の内部に発生した転位等の格子欠陥を低減して、第１シード体２１２および第２シード体２１４の結晶性を向上させることができる。上記加熱は、複数回に分けて実施してもよい。例えば、第１シード体２１２および第２シード体２１４の融点に達しない温度での高温アニールを実施した後、高温アニールの温度より低い温度での低温アニールを実施する。このような２段階のアニールを複数回繰り返してもよい。
【００６８】
シード体を加熱する段階において、ベース基板２０２と第１シード体２１２との界面よりもベース基板２０２の側に、Ｃｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）からなる結晶層を形成してもよい。シード体を加熱する段階においては、例えばシード体の吸収係数が阻害体の吸収係数よりも大きい電磁波を、シード体に選択的に照射する。上記電磁波は、例えばレーザー光である。
【００６９】
第１シード体２１２および第２シード体２１４を全て形成した後で第１シード体２１２および第２シード体２１４を加熱してもよい。Ｐ型ＳｉＧｅの第１シード体２１２だけを形成した後で、上記加熱を施してもよい。この場合に、高温アニールの温度および時間は、例えば、８５０〜９００℃で２〜１０分間である。低温アニールの温度および時間は、例えば、６５０〜７８０℃で２〜１０分間である。
【００７０】
光熱吸収体を形成する段階において、図４に示すように、エピタキシャル成長法により、第２シード体２１４の上方に、第２シード体２１４に格子整合または擬格子整合させて、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなるアノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０を順次形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、まず、第２シード体２１４に接して、Ｐ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓのアノード層２１６をエピタキシャル成長させる。その後、アノード層２１６の上方に、順次Ｐ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓのドリフト層２１８およびＮ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓのカソード層２２０をエピタキシャル成長させてよい。更に、Ｎ型ＧａＡｓのコンタクト層２２２をエピタキシャル成長させてよい。
【００７１】
Ａｓの原料として、アルシン（ＡｓＨ３）を例示できる。Ｉｎの原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を例示できる。アクセプタ不純物原子として、更にＣ、Ｚｎ等を例示できる。ドナー不純物原子として、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｇｅ、Ｓｎ、ＴｅおよびＳ等を例示できる。
【００７２】
パッシベーション処理する段階においては、図５に示すように、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の側壁にパッシベーション層２２４および絶縁膜２２６を形成して、上部電極層２２８を形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の側面に、ＩｎＧａＰのパッシベーション層２２４をエピタキシャルに形成する。絶縁膜２２６は、例えば、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、ＺｒＯ２膜をスパッタ法により形成する。
【００７３】
次に、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、上部電極層２２８を形成する位置の絶縁膜２２６を部分的に除去して開口を設け、コンタクト層２２２を露出する。続いて、上部電極層２２８を形成する位置に開口が設けられたマスクを形成してから、スパッタ法により、例えばＩＴＯからなる上部電極層２２８を形成する。その後、マスクをリフトオフすることにより、図５に示すように、上部電極層２２８を形成する。
【００７４】
光熱吸収体を接続する段階においては、図２に示すように、配線２３０を形成して光熱吸収体Ｃ１と光熱吸収体Ｃ２とを接続する。例えば、配線２３０を形成する位置に開口が設けられたマスクを形成してから、真空蒸着法により、例えばＡｌからなる金属膜を蒸着する。その後、マスクをリフトオフすることにより、配線２３０を形成することができる。
【００７５】
図２において、光熱吸収体Ｃ１のアノード層２１６と光熱吸収体Ｃ２のアノード層２１６とが、ウェル２０３を介して電気的に接続されている。従って、配線２３０によって、それぞれのカソード層２２０を接続すれば、光熱吸収体Ｃ１と光熱吸収体Ｃ２とを並列に接続することができる。
【００７６】
図６は、センサ３００の断面の一例を示す。センサ３００は、ベース基板３０２、ウェル３０３、阻害体３０４、シード体３１２、バッファ層３１４、アノード層３１６、ドリフト層３１８、カソード層３２０、ウインドウ３２１、コンタクト層３２２、パッシベーション層３２４、絶縁膜３２６、上部電極層３２８、および配線３３０を備える。
【００７７】
ベース基板３０２は、図２におけるベース基板２０２に対応する。ウェル３０３は、図２におけるウェル２０３に対応する。阻害体３０４は、図２における阻害体２０４に対応する。シード体３１２は、図２における第１シード体２１２に対応し、例えばＳｉＧｅである。
【００７８】
コンタクト層３２２は、図２におけるコンタクト層２２２に対応する。パッシベーション層３２４は、図２におけるパッシベーション層２２４に対応する。絶縁膜３２６は、図２における絶縁膜２２６に対応する。上部電極層３２８は、図２における上部電極層２２８に対応する。配線３３０は、図２における配線２３０に対応する。センサ３００の説明において、センサ２００と同様の構成部についての説明を省略する場合がある。
【００７９】
バッファ層３１４は、アノード層３１６、ドリフト層３１８、およびカソード層３２０より大きい禁制帯幅を有してよい。バッファ層３１４は、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の光電効果により生成した電荷の再結合を抑制する半導体である。バッファ層３１４は、例えば、シード体３１２の上方に形成される。バッファ層３１４は、シード体３１２に格子整合または擬格子整合する半導体である。
【００８０】
バッファ層３１４は、不純物原子のドーピング量が１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＰ型ＩｎＰである。その一例として、バッファ層３１４は、Ｚｎのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３以上のＰ型ＩｎＰである。バッファ層３１４は、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する。一例として、バッファ層３１４は、０．５μｍの厚さを有する。
【００８１】
バッファ層３１４は、シード体３１２に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。エピタキシャル成長法として、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、およびＡＬＤ法等を例示できる。例えば、バッファ層３１４は、ＭＯＣＶＤ法により、阻害体３０４の開口３０６の内部で選択成長したシード体３１２に接して、エピタキシャル成長によって形成される。バッファ層３１４は、阻害体３０４の開口３０６の内部に形成されてよく、開口３０６からはみ出て、阻害体３０４の上方にその一部が形成されてもよい。ＩｎＰのバッファ層３１４を形成する場合には、Ｉｎの原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を例示できる。Ｐの原料として、ホスフィン（ＰＨ３）を例示できる。
【００８２】
アノード層３１６は、図２におけるアノード層２１６に対応する。アノード層３１６は、例えば、バッファ層３１４に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。
【００８３】
アノード層３１６は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＰ型ＩｎＧａＡｓである。その一例として、アノード層３１６は、Ｚｎのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３以上のＰ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓである。アノード層３１６は、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下の厚さを有する。一例として、アノード層３１６は、０．２μｍの厚さを有する。アノード層３１６は、バッファ層３１４に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００８４】
ドリフト層３１８は、図２におけるドリフト層２１８に対応する。ドリフト層３１８は、例えば、アノード層３１６に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。ドリフト層３１８は、アノード層３１６に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００８５】
ドリフト層３１８は、Ｉ型ＩｎＧａＡｓであってよく、または不純物原子のドーピング量が２×１０１６ｃｍ−３未満のＰ型ＩｎＧａＡｓであってもよい。一例として、ドリフト層３１８は、Ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓである。ドリフト層３１８は、０．３μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有してよい。一例として、ドリフト層３１８は、１．５μｍの厚さを有する。
【００８６】
カソード層３２０は、図２におけるカソード層２２０に対応する。カソード層３２０は、例えば、ドリフト層３１８に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。カソード層３２０は、ドリフト層３１８に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００８７】
カソード層３２０は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＮ型ＩｎＧａＡｓである。一例として、カソード層３２０は、Ｓｉのドーピング量が２×１０１８ｃｍ−３のＮ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓである。カソード層３２０は、０．１μｍ以上２μｍ以下の厚さを有する。一例として、カソード層３２０は、０．１μｍの厚さを有する。
【００８８】
アノード層３１６、ドリフト層３１８、およびカソード層３２０は、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓによって構成される場合に、０．８９ｅＶの禁制帯幅を有する。センサ３００は、近赤外線を吸収して検知することができる。
【００８９】
ウインドウ３２１は、光熱吸収体の光電効果により生成した電荷の再結合を抑制する半導体である。ウインドウ３２１は、アノード層３１６、ドリフト層３１８、およびカソード層３２０より大きい禁制帯幅を有してもよい。ウインドウ３２１は、例えば、カソード層３２０の上方に形成される。ウインドウ３２１は、カソード層３２０に格子整合または擬格子整合する半導体である。
【００９０】
ウインドウ３２１は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＮ型ＩｎＰである。一例として、ウインドウ３２１は、Ｓｉのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＩｎＰである。ウインドウ３２１は、例えば０．０５μｍ以上２μｍ以下の厚さを有する。一例として、ウインドウ３２１は、０．１μｍの厚さを有する。
【００９１】
ウインドウ３２１は、カソード層３２０に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。エピタキシャル成長法として、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、およびＡＬＤ法等を例示できる。例えば、ウインドウ３２１は、ＭＯＣＶＤ法により、選択成長したカソード層３２０に接して、エピタキシャル成長によって形成される。ウインドウ３２１は、阻害体３０４の開口３０６の内部に形成されてよく、開口３０６からはみ出て、阻害体３０４の上方にその一部が形成されてもよい。ＩｎＰのウインドウ３２１を形成する場合に、Ｉｎの原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を例示できる。Ｐの原料として、ホスフィン（ＰＨ３）を例示できる。
【００９２】
図７は、センサ４００の断面の一例を示す。センサ４００は、ベース基板４０２、ウェル４０３、阻害体４０４、開口４０６、第１シード体４１２、第２シード体４１４、アノード層４１６、ドリフト層４１８、カソード層４２０、コンタクト層４２２、パッシベーション層４２４、絶縁膜４２６、上部電極層４２８、および配線４３０を備える。
【００９３】
ベース基板４０２は、図２におけるベース基板２０２に対応する。ウェル４０３は、図２におけるウェル２０３に対応する。阻害体４０４および開口４０６は、図２における阻害体２０４および開口２０６に対応する。第１シード体４１２は、図２における第１シード体２１２に対応する。第２シード体４１４は、図２における第２シード体２１４に対応し、例えばＳｉＧｅまたはＧｅである。
【００９４】
アノード層４１６は、図２におけるアノード層２１６に対応する。カソード層４２０は、図２におけるカソード層２２０に対応する。コンタクト層４２２は、図２におけるコンタクト層２２２に対応する。パッシベーション層４２４は、図２におけるパッシベーション層２２４に対応する。絶縁膜４２６は、図２における絶縁膜２２６に対応する。
【００９５】
上部電極層４２８は、図２における上部電極層２２８に対応する。配線４３０は、図２における配線２３０に対応する。センサ４００の説明において、センサ２００と同様の構成部について説明を省略する場合がある。
【００９６】
ドリフト層４１８は、図２におけるドリフト層２１８に対応する。ドリフト層４１８は、例えば、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体である。
【００９７】
例えば、ＩｎＧａＡｓを第１層、ＩｎＧａＡｓの禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有するＧａＩｎＰを第２層とした２層構造を７５回繰り返して、超格子構造体を形成することができる。当該超格子構造体において、ＩｎＧａＡｓの第１層は、例えば０．００３μｍ以上０．０２μｍ以下の厚さを有する。一例として、ＩｎＧａＡｓの第１層は、０．００５μｍの厚さを有する。ＧａＩｎＰの第２層は、０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の厚さを有してよい。一例として、ＧａＩｎＰの第２層は、０．０１３μｍの厚さを有する。
【００９８】
ドリフト層４１８が超格子構造を有することによって、伝導帯内にサブバンドが形成されるので、当該サブバンド間の電子遷移により、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は波長の長い光を吸収できる。光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は、例えば当該禁制帯幅に対応する遠赤外線等の光を吸収して検知することができる。
【００９９】
図８は、半導体基板１００における光熱吸収体のエネルギーバンドの一例を示す。図８の上部は、半導体基板１００の断面を示す。図８の下部は、光熱吸収体１２０のエネルギーバンドを示す。横軸は、光熱吸収体１２０におけるベース基板１０２に平行する面内位置を示す。縦軸は、光熱吸収体１２０のエネルギーバンドを示す。下の曲線は価電子帯の上端を示し、上の曲線は伝導帯の下端を示す。上の曲線と下の曲線との間隔は禁制帯幅を示す。
【０１００】
光熱吸収体１２０は、例えば、ベース基板１０２に平行する面内において、ベース基板１０２に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有する。つまり、光熱吸収体１２０は、中心部に比較して周辺部の禁制帯幅が大きくなるような組成分布を有してよい。
【０１０１】
例えば、図８に示すように、光熱吸収体１２０の中心部にＥｇ１の禁制帯幅を有し、周辺部にＥｇ１より大きいＥｇ２の禁制帯幅を有する。光熱吸収体１２０がＳｉＧｅである場合に、中心部から周辺部に向かって徐々にＳｉの組成を増やすことにより、光熱吸収体１２０は、図８に示すように変化する禁制帯幅を有する。光熱吸収体１２０がＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である場合に、ｘ１≠１の時、中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布とすることにより、光熱吸収体１２０は、図８に示すように変化する禁制帯幅を有する。
【０１０２】
光熱吸収体１２０の周辺部が、中心部より広い禁制帯幅Ｅｇ２を有することによって、光電変換によって発生したキャリアが周辺部において再結合することを抑制することができる。上記のセンサ２００におけるアノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０のいずれの層においても、ベース基板２０２に平行する面内において、図８に示すように変化する禁制帯幅を有してもよい。
【０１０３】
図９は、センサ９００の断面の一例を示す。センサ９００は、ベース基板９０２、上部電極層９７２、配線９７８、光学フィルタ９７９、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、光熱吸収体Ｃ３、集光部材９８２、および封止部材９８４を備える。
【０１０４】
ベース基板９０２は、センサ２００におけるベース基板２０２に対応する。上部電極層９７２は、上部電極層２２８に対応する。配線９７８は、配線２３０に対応する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２および光熱吸収体Ｃ３は、センサ２００、センサ３００またはセンサ４００における光熱吸収体Ｃ１に対応する。以下の説明において、光熱吸収体Ｃ１を中心に説明するが、特別に光熱吸収体Ｃ２または光熱吸収体Ｃ３の説明を加える場合を除き、光熱吸収体Ｃ１についての説明は光熱吸収体Ｃ２および光熱吸収体Ｃ３にも適用することができる。
【０１０５】
集光部材９８２は、入射された光を集光する集光部材である。集光部材９８２は、光学レンズである。集光部材９８２は、例えば、ガラスまたはプラスチック等のように、光を透過する材料によって構成される。集光部材９８２は、光を集束できるレンズ効果を有する部材である。
【０１０６】
集光部材９８２は、集光した光が光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、または光熱吸収体Ｃ３に入射するように、配置されている。センサ９００は、各光熱吸収体のそれぞれに対応して配置された複数の集光部材９８２を備えてもよい。各光熱吸収体に入射する光を集束する複数の集光部材９８２は、図９に示すように一体に形成されていてもよい。
【０１０７】
光学フィルタ９７９は、例えば入射光の経路上に配置される。光学フィルタ９７９は、例えば、光熱吸収体Ｃ１の禁制帯幅に相当する波長より長い波長の光を吸収または反射する機能を有する。光学フィルタ９７９は、重金属を含有して耐放射線機能を有してもよい。
【０１０８】
図９に示すように、封止部材９８４を用いてセンサ９００が一体になるように封止してもよい。封止部材９８４は、例えば、ガラスまたはプラスチック等のような透明な材料によって構成される。封止部材９８４は、集光部材９８２と一体で形成されてもよい。集光部材９８２は、封止部材９８４により保持されてもよい。
【０１０９】
センサ９００は、それぞれの光熱吸収体に対応する、ベース基板９０２に形成された増幅素子を備えてもよい。当該増幅素子は、各光熱吸収体のそれぞれに、配線９７８を通じて接続される。当該増幅素子は、各光熱吸収体が発生する電気信号を増幅する。配線９７８は、例えば阻害体の上方に形成される。
【０１１０】
図１０は、センサ１０００の断面の一例を示す。センサ１０００は、ベース基板１００２、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、光熱吸収体Ｃ３、集光部材１０８２、および封止部材１０８４を備える。ベース基板１００２は、センサ９００におけるベース基板９０２に対応する。
【０１１１】
センサ１０００は、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３が設けられたベース基板１００２の面の反対面から入射する光を検出する。例えば、入射光がシリコンを通過する赤外光である場合には、入射光がベース基板１００２を通過して光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３に入射する。
【０１１２】
集光部材１０８２は、センサ９００における集光部材９８２に対応する。集光部材１０８２は、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３に入射する光を集光する。集光部材１０８２は、集光された光が光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、または光熱吸収体Ｃ３に入射するように、配置されている。センサ９００は、各光熱吸収体のそれぞれに対応して配置された複数の集光部材１０８２を備えてもよい。各光熱吸収体に入射する光を集束する複数の集光部材１０８２は、図１０に示すように一体に形成されてもよい。
【０１１３】
ベース基板１００２がＳｉ基板である場合には、集光部材１０８２は、Ｓｉベース基板１００２を透過できる赤外線を集束して、光熱吸収体Ｃ１に入射するレンズであってもよい。Ｓｉベース基板１００２は、Ｓｉの禁制帯幅以上のエネルギーを有する光を吸収して、一種のフィルタ効果を果たす。
【０１１４】
図１１は、センサ１１００の一例を示す。センサ１１００は、ベース基板１１０２、ウェル１１０３、阻害体１１０４、上部電極層１１７２、配線１１７８、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を備える。
【０１１５】
ベース基板１１０２は、センサ２００におけるベース基板２０２に対応する。ウェル１１０３は、ウェル２０３に対応する。阻害体１１０４は、阻害体２０４に対応する。上部電極層１１７２は、上部電極層２２８に対応する。配線１１７８は、配線２３０に対応する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３は、センサ２００における光熱吸収体Ｃ１に対応する。
【０１１６】
図１１に示すように、センサ１１００において、各光熱吸収体の底部に接するウェル１１０３は、互いに分離して独立している。配線１１７８によって、光熱吸収体Ｃ２の下部に形成されたウェル１１０３に光熱吸収体Ｃ３の上部電極層１１７２を接続するとともに、光熱吸収体Ｃ１の下部に形成されたウェル１１０３に光熱吸収体Ｃ２の上部電極層１１７２を接続すれば、光吸収対Ｃ１、光吸収対Ｃ２、および光吸収対Ｃ３を直列に接続することができる。センサ１１００が発生する電気信号は、例えば、光熱吸収体Ｃ１における上部電極層１１７２と光熱吸収体Ｃ３におけるウェル１１０３との間から出力される。
【０１１７】
また、光熱吸収体Ｃ１の上部電極層１１７２、光熱吸収体Ｃ２の上部電極層１１７２、および光熱吸収体Ｃ３上部電極層１１７２を配線１１７８によって接続するとともに、光熱吸収体Ｃ１の下部にあるウェル１１０３、光熱吸収体Ｃ２の下部にあるウェル１１０３、および光熱吸収体Ｃ３の下部にあるウェル１１０３を配線１１７８と異なる配線によって接続すれば、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を並列に接続することもできる。以上、３つの光熱吸収体を接続する例を示したが、センサ１１００は、互いに接続された、より多くの光熱吸収体を備えてもよい。
【０１１８】
図１２は、センサ１２００の一例を示す。センサ１２００は、ベース基板１２０２、阻害体１２０４、上部電極層１２７２、配線１２７８、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を備える。
【０１１９】
ベース基板１２０２は、センサ２００におけるベース基板２０２に対応する。阻害体１２０４は、阻害体２０４に対応する。上部電極層１２７２は、上部電極層２２８に対応する。配線１２７８は、配線２３０に対応する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２および光熱吸収体Ｃ３は、センサ２００における光熱吸収体Ｃ１に対応する。
【０１２０】
ベース基板１２０２は、基板全体が導電性を有する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３のアノード層は、例えば、シード体を介して、ベース基板１２０２に電気的に結合する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３のアノード層は、ベース基板１２０２を通じて、互いに電気的に結合してもよい。この場合、光熱吸収体Ｃ１の上部電極層１２７２、光熱吸収体Ｃ２の上部電極層１２７２、および光熱吸収体Ｃ３上部電極層１２７２を配線１２７８によって接続すれば、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を並列に接続することもできる。以上、３つの光熱吸収体を接続する例を示したが、センサ１２００は、互いに接続された、より多くの光熱吸収体を備えてもよい。
【０１２１】
以上の実施態様において、Ｓｉを含む基板の上方に、開口を有する阻害体を形成して、当該開口内に選択的にシード体、光熱吸収体をエピタキシャルに成長させた。これにより、Ｓｉと化合物半導体との格子定数の相違に起因する格子欠陥を低減し、結晶性の高い光熱吸収体を形成することができた。光熱吸収体の結晶性を高めたことによって、安定した特性を有するセンサが得られた。また、集光部材を組み合わせることによって、効率よく光を集束して光熱吸収体に光を入射でき、センサの感度を高めることができた。
【実施例】
【０１２２】
（実施例１）
図１３に示すセンサ１３００を作製した。シリコンを含むベース基板１３０２として、ベース基板１３０２の全体がシリコンであるｐ型Ｓｉ基板を準備した。ベース基板１３０２の表面に、阻害体１３０４として、熱酸化法により酸化シリコン層を形成した。酸化シリコン層の厚さの平均値は、０．１μｍであった。フォトリソグラフィ法により、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成した。開口１３０６の大きさは、２０μｍ×２０μｍとした。
【０１２３】
ベース基板１３０２を反応炉の内部に配置し、第１シード体１３１２として、Ｇｅ結晶層を形成した。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口１３０６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ゲルマンを原料ガスに用いて、反応炉内の圧力を２．６ｋＰａ、温度を６００℃にして、１μｍの厚さで成膜した。
【０１２４】
次に、反応炉の中で、Ｇｅ結晶層をアニール処理した。温度を８００℃、時間を１０分間としてアニールを実行した後、温度を６８０℃、時間を１０分間とするアニールを１０回繰り返した。アニール処理は、Ｇｅ結晶層を形成した後、ベース基板１３０２を反応炉から取り出すことなく実施した。
【０１２５】
Ｇｅ結晶層をアニールした後、第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層をＭＯＣＶＤ法により形成した。ＧａＡｓ結晶層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いて結晶成長させた。ＧａＡｓ結晶層は、まず５５０℃の成長温度でＧａＡｓ結晶を成長した後、成長温度を６５０℃とし、反応炉内の圧力を８．０ｋＰａの条件で成膜した。ＧａＡｓ結晶層は、開口１３０６の内部で、Ｇｅ結晶層の表面をシード面として成長した。
【０１２６】
得られたＧｅ結晶層とＧａＡｓ結晶層の表面をエッチピット法により検査したところ、いずれの結晶層の表面にも欠陥は発見されなかった。透過型電子顕微鏡によりこれらの結晶層の断面観察をしたところ、いずれの結晶層を貫通する転位も発見されなかった。
【０１２７】
得られたＧａＡｓ結晶層の上に、カソード層１３２０としてのＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層、ドリフト層１３１８としてのＧａＡｓ結晶層、アノード層１３１６としてのＧａＡｓ結晶層をベース基板１３０２側からこの順でＭＯＣＶＤ法により形成した。アノード層１３１６、ドリフト層１３１８およびカソード層１３２０は、光熱吸収体１２０に対応する。ＧａＡｓ結晶層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いた。ＩｎＧａＰ結晶層は、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびホスフィンを原料ガスに用いた。以上のようにして半導体基板が作製できた。
【０１２８】
引き続き、フォトリソグラフィ法による加工を行い、アノード層１３１６、ドリフト層１３１８およびカソード層１３２０を用いたセンサ１３００を作製した。アノード層１３１６およびドリフト層１３１８をエッチングしてメサ構造を形成し、アノード層１３１６の上にアノード電極１３２２を形成した。そしてカソード層１３２０の上にカソード電極１３２４を形成した。
【０１２９】
図１４は、作製したセンサ１３００を半導体基板の表面側から観察したレーザー顕微鏡写真である。図１５は、アノード電極１３２２およびカソード電極１３２４間の電流−電圧特性を、暗電流Ｉｄおよび光電流Ｉｐについて測定した結果を示す。図１５において実線が暗電流Ｉｄを示し、破線が光電流Ｉｐを示す。図１５に示す通り、逆バイアス電圧において２桁以上の光感度が観察され、暗電流Ｉｄおよび光電流Ｉｐのそれぞれにおいて正常なダイオード特性が観察された。すなわちセンサ１３００は、正常に動作することが確認された。
【０１３０】
また、暗電流Ｉｄの電流−電圧特性において、デバイス品質の良し悪しを決める理想因子（ｎ値）が１．１８であった。ｎ値が理想値である１に近いことから、結晶性の高い光吸収体が得られたことを示している。さらに光電流Ｉｐの電流−電圧特性において、逆方向バイアスから順方向バイアスまで光感度を持ち、高感度なセンサとして動作することが確認できた。なお、理想因子（ｎ値）とは、降伏していない領域におけるｐｎ接合ダイオードの電流−電圧特性を、Ｊ＝Ｊ０（ｅｘｐ（ｑＶ／ｎｋＴ）−１）の式（ただし、Ｊを電流、Ｖを電圧、Ｊ０を逆方向飽和電流、ｑを電気素量、ｋをボルツマン定数、Ｔを温度とする。）に当てはめた場合のｎの値であり、実験により求められる。
【０１３１】
図１６は、Ｓｉ基板とＧｅ結晶層との界面近傍における断面ＳＥＭ写真を示す。図１７は、図１６の分析領域におけるエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析の結果を示す。図１７に示すように、分析領域がＳｉ基板とＧｅ結晶層との界面よりＳｉ基板側にあるにも関わらず、Ｇｅ元素の信号が強く検出された。この結果は、Ｇｅ原子がＳｉ基板内に拡散し、ベース基板１３０２であるＳｉ基板と第１シード体１３１２であるＧｅ結晶層との界面に接して、ＳｉＧｅである界面領域をベース基板１３０２の内部に含むことを示している。
【０１３２】
（実施例２）
開口１３０６の大きさを３０μｍ×３０μｍとした以外は、実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成した。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールした後に、第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成した。
【０１３３】
実施例２においては、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、光吸収体となるＩｎＧａＰ結晶層を形成した。このＩｎＧａＰ結晶層の禁制帯幅近傍の電子状態を、カソードルミネッセンス（ＣＬと記す）分光法により解析した。
【０１３４】
図１８は、ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンス分光による６５０ｎｍ発光像を示す。図１９は、ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンス分光による７００ｎｍ発光像を示す。図１８に示す６５０ｎｍ発光像は、１．９１電子ボルト（ｅＶと記す）の遷移エネルギーに相当する発光像であり、図１９に示す７００ｎｍ発光像は、１．７７ｅＶの遷移エネルギーに相当する発光像である。
【０１３５】
図１８および図１９から、中心部の発光強度に比べて周辺部の発光強度は、７００ｎｍ発光像において低く、６５０ｎｍ発光像において高いことがわかる。また、ＩｎＧａＰ結晶層の室温カソードルミネッセンス分光測定のスペクトル分析から、ＩｎＧａＰ結晶層の中心部における禁制帯幅は、６８０ｎｍ発光の遷移エネルギーに相当する１．８２ｅＶ程度であった。
【０１３６】
これらの結果は、ＩｎＧａＰ結晶層が、図８に示すようなバンド構造、すなわち周辺部が中心部より広い禁制帯幅を有するバンド構造であることに起因すると考えられる。周辺部が中心部より広い禁制帯幅を有するので、光電変換によって発生したキャリア（電子正孔対）の周辺部における再結合が抑制され、実施例１に示たように、センサ１３００が高感度に動作したと考えられる。
【０１３７】
（実施例３）
実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１３８】
実施例３においては、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、アノード層、ドリフト層、およびカソード層を、ベース基板１３０２の側からアノード層、ドリフト層、カソード層の順に形成する。アノード層をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層、ドリフト層をＧａＡｓ結晶層、カソード層をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。アノード層、ドリフト層、およびカソード層は、光吸収体に対応する。
【０１３９】
フォトリソグラフィ法によりアノード層、ドリフト層、およびカソード層を加工してメサ構造を形成し、アノード層に接するアノード電極、および、カソード層に接するカソード電極を形成する。このようにしてアノード層、ドリフト層、およびカソード層を用いた光センサを作製した。カソード電極とアノード電極との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１４０】
（実施例４）
実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、ベース基板１３０２を反応炉の内部に配置して、シード体としてＧｅ結晶層を形成した。さらに反応炉の中でＧｅ結晶層をアニール処理する。
【０１４１】
Ｇｅ結晶層をアニール後、実施例４においては、Ｇｅ結晶層の上にアノード層、ドリフト層、およびカソード層を、ベース基板１３０２の側からアノード層、ドリフト層、カソード層の順に形成する。アノード層をＩｎＧａＡｓ結晶層、ドリフト層をＩｎＧａＡｓ結晶層、カソード層をＩｎＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。アノード層、ドリフト層およびカソード層は、光吸収体に対応する。ＩｎＧａＡｓ結晶層の形成では、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、およびアルシンを原料ガスに用いる。ＩｎＧａＡｓ結晶層は、開口１３０６の内部で、Ｇｅ結晶層の表面をシード面として成長させる。ＩｎＧａＡｓ結晶層からなるカソード層の上に、ＧａＡｓ結晶層からなるコンタクト層をＭＯＣＶＤ法により形成する。
【０１４２】
コンタクト層であるＧａＡｓ結晶層の上に、パッシベーション層として絶縁膜であるＳｉＯ２層をＣＶＤ法により形成する。これらにより、半導体基板を作製する。フォトリソグラフィ法によりパッシベーション層、コンタクト層、アノード層、ドリフト層、およびカソード層を加工してメサ構造を形成し、アノード層に接するアノード電極、カソード層に接するカソード電極を形成する。このようにしてアノード層、ドリフト層およびカソード層を用いた光センサを作製する。カソード電極とアノード電極との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１４３】
（実施例５）
図２０は、センサ１４００の断面の一例を概略的に示す。シリコンを含むベース基板１４０２として、ベース基板１４０２の全体が低抵抗シリコン結晶であるＳｉ基板を準備する。実施例１と同様にして、Ｓｉ基板の上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１４０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１４４】
第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、実施例５においては、アノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０を、ベース基板１４０２の側からアノード層１４１６、ドリフト層１４１８、カソード層１４２０の順に形成する。アノード層１４１６をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層、ドリフト層１４１８をＧａＡｓ結晶層、カソード層１４２０をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。アノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０は、光吸収体に対応する。
【０１４５】
アノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０を、フォトリソグラフィ法により加工してメサ構造を形成し、アノード層１４１６に接するアノード電極１４２２、カソード層１４２０に接するカソード電極１４２４を形成する。このようにしてアノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０を用いた光センサを作製する。アノード電極１４２２とカソード電極１４２４との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１４６】
また、ベース基板１４０２の裏面に裏面アノード電極１４２６を形成し、カソード電極１４２４と裏面アノード電極１４２６との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。この結果から、光吸収体が低抵抗シリコン結晶と電気的に結合されていることが確認できたる。
【０１４７】
（実施例６）
実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１４８】
実施例６においては、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、カソード層、ドリフト層およびアノード層を、ベース基板１３０２の側からカソード層、ドリフト層およびアノード層の順に形成する。カソード層をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層とし、ドリフト層を厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＰ結晶層と厚さ４０ｎｍのＧａＡｓ結晶層の積層を１０周期繰り返す構造からなる超格子構造とし、アノード層をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。カソード層、ドリフト層およびアノード層は、光吸収体に対応する。
【０１４９】
カソード層、ドリフト層およびアノード層を、フォトリソグラフィ法により加工してメサ構造を形成し、アノード層に接するアノード電極、カソード層に接するカソード電極を形成する。このようにしてカソード層、ドリフト層およびアノード層を用いた光センサを作製する。カソード電極とアノード電極との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１５０】
（実施例７）
図２１から図２４は、センサ１５００の製造過程における断面例を示す。図２５は、センサ１５００の断面の一例を概略的に示す。図２１に示すように、実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１５１】
次に図２２に示すように、第２シード体１３１４を覆う酸化シリコン層１５０２を形成し、後に光吸収体が形成される領域に開口１５０４を形成する。開口１５０４の内部に露出される、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、カソード層１５０６、ドリフト層１５０８、およびアノード層１５１０を、ベース基板１３０２の側からカソード層１５０６、ドリフト層１５０８およびアノード層１５１０の順に形成する。カソード層１５０６をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層とし、ドリフト層１５０８をＧａＡｓ結晶層とし、アノード層１５１０をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。カソード層１５０６、ドリフト層１５０８およびアノード層１５１０は、光吸収体に対応する。
【０１５２】
次に図２３に示すように、アノード層１５１０を覆う酸化シリコン層１５１２を形成し、後に増幅素子が形成される領域に開口１５１４を形成する。開口１５１４の内部に露出される、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、コレクタ層１５１６としてＧａＡｓ結晶層を、ベース層１５１８としてＩｎＧａＰ結晶層を、エミッタ層１５２０としてＩｎＧａＡｓ結晶層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。コレクタ層１５１６、ベース層１５１８およびエミッタ層１５２０からなるエピタキシャル積層構造は、増幅素子であるヘテロ接合バイポーラトランジスタになる。
【０１５３】
次に図２４に示すように、アノード層１５１０の上にある酸化シリコン層１５１２を除去して開口１５２２を形成し、カソード層１５０６、ドリフト層１５０８およびアノード層１５１０を、フォトリソグラフィ法により加工してメサ構造を形成し、カソード層１５０６に接するカソード電極１５２４、アノード層１５１０に接するアノード電極１５２６を形成する。このようにしてカソード層１５０６、ドリフト層１５０８、およびアノード層１５１０を用いた光センサ素子を作製する。アノード電極１５２６とカソード電極１５２４の間の電流−電圧特性を測定して光センサ素子の動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１５４】
さらに、フォトリソグラフィ法によりコレクタ層１５１６、ベース層１５１８、およびエミッタ層１５２０を加工してメサ構造を形成し、コレクタ層１５１６に接してコレクタ電極１５２８を、ベース層１５１８に接してベース電極１５３０を、エミッタ層１５２０に接してエミッタ電極１５３２を形成して増幅素子を作製する。
【０１５５】
最後に、図２５に示すように、光センサ素子および増幅素子を覆う絶縁層１５３４を形成し、絶縁層１５３４にエッチングを施してビアホールを形成する。当該ビアホールを介して、カソード電極１５２４、アノード電極１５２６、コレクタ電極１５２８、ベース電極１５３０、およびエミッタ電極１５３２の間を相互に接続する配線１５３６を形成する。以上のようにして、センサ１５００を製造する。
【０１５６】
絶縁層１５３４としてポリイミド膜が挙げられる。配線１５３６として、アルミニウム、金、チタニウムと金の２層構造、チタニウム、白金、及び金の３層構造等の金属膜が挙げられる。配線１５３６は、阻害体１３０４を挟んで形成される光センサ素子と増幅素子とを接続するべく、阻害体１３０４の上に形成される。コレクタ電極１５２８、ベース電極１５３０およびエミッタ電極１５３２の間の電気特性を測定して、増幅素子であるヘテロ接合バイポーラトランジスタの動作試験を実施する。ヘテロ接合バイポーラトランジスタは正常な動作が確認される。
【０１５７】
なお、配線１５３６が形成できる場合には絶縁層１５３４は必要でない。また、阻害体１３０４と酸化シリコン層１５０２との間、または酸化シリコン層１５０２と酸化シリコン層１５１２との間に配線を形成して、当該配線を配線１５３６とのインターコネクトに利用してもよい。
【符号の説明】
【０１５８】
１００ 半導体基板、１０２ ベース基板、１０４ 阻害体、１０６ 開口、１１０ シード体、１２０ 光熱吸収体、１５０ センサ、２００ センサ、２０２ ベース基板、２０３ ウェル、２０４ 阻害体、２０６ 開口、２１２ 第１シード体、２１４ 第２シード体、２１６ アノード層、２１８ ドリフト層、２２０ カソード層、２２２ コンタクト層、２２４ パッシベーション層、２２６ 絶縁膜、２２８ 上部電極層、２３０ 配線、３００ センサ、３０２ ベース基板、３０３ ウェル、３０４ 阻害体、３０６ 開口、３１２ シード体、３１４ バッファ層、３１６ アノード層、３１８ ドリフト層、３２０ カソード層、３２１ ウインドウ、３２２ コンタクト層、３２４ パッシベーション層、３２６ 絶縁膜、３２８ 上部電極層、３３０ 配線、４００ センサ、４０２ ベース基板、４０３ ウェル、４０４ 阻害体、４０６ 開口、４１２ 第１シード体、４１４ 第２シード体、４１６ アノード層、４１８ ドリフト層、４２０ カソード層、４２２ コンタクト層、４２４ パッシベーション層、４２６ 絶縁膜、４２８ 上部電極層、４３０ 配線、９００ センサ、９０２ ベース基板、９７２ 上部電極層、９７８ 配線、９７９ 光学フィルタ、９８２ 集光部材、９８４ 封止部材、１０００ センサ、１００２ ベース基板、１０８２ 集光部材、１０８４ 封止部材、１１００ センサ、１１０２ ベース基板、１１０３ ウェル、１１０４ 阻害体、１１７２ 上部電極層、１１７８ 配線、１２００ センサ、１２０２ ベース基板、１２０４ 阻害体、１２７２ 上部電極層、１２７８ 配線、１３００ センサ、１３０２ ベース基板、１３０４ 阻害体、１３０６ 開口、１３１２ 第１シード体、１３１４ 第２シード体、１３１６ アノード層、１３１８ ドリフト層、１３２０ カソード層、１３２２ アノード電極、１３２４ カソード電極、１４００ センサ、１４０２ ベース基板、１４１６ アノード層、１４１８ ドリフト層、１４２０ カソード層、１４２２ アノード電極、１４２４ カソード電極、１４２６ 裏面アノード電極、１５００ センサ、１５０２ 酸化シリコン層、１５０４ 開口、１５０６ カソード層、１５０８ ドリフト層、１５１０ アノード層、１５１２ 酸化シリコン層、１５１４ 開口、１５１６ コレクタ層、１５１８ ベース層、１５２０ エミッタ層、１５２２ 開口、１５２４ カソード電極、１５２６ アノード電極、１５２８ コレクタ電極、１５３０ ベース電極、１５３２ エミッタ電極、１５３４ 絶縁層、１５３６ 配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ、半導体基板、および半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、信号転送回路が形成された信号転送回路基板（シリコン基板）上方に光電変換部が設けられた固体撮像素子を開示する。光電変換部は、例えば４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＡｌＰからなる第１光電変換層、５２０から５８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＧａＡｌＰからなる第２光電変換層、及び６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つＧａＡｓからなる第３光電変換層を積層して構成されている。
（特許文献１）特開２００６−６６４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
直接遷移型の化合物半導体は、光吸収における量子効率が高いことから、センサ材料に適している。しかし、シリコン基板上に化合物半導体をエピタキシャル成長させる場合、シリコン基板とエピタキシャル成長層との格子定数の違いに起因して、結晶層を貫通する欠陥が形成される場合がある。センサを形成する化合物半導体に貫通欠陥があると、センサの性能が低下するので好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、シリコンを含むベース基板と、ベース基板の上方に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備え、光熱吸収体が、光熱吸収体に入射する入射光または光熱吸収体に加わる熱に応じて電気信号を出力するセンサが提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、シリコンを含むベース基板と、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の表面を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体と、開口の内部に設けられたシード体と、シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体とを備える半導体基板が提供される。
【０００６】
上記のセンサまたは半導体基板は、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体をさらに備え、シード体が、開口の内部に形成されていてもよい。当該阻害体が複数の開口を有し、当該センサは、複数の開口内に形成された複数の光熱吸収体を備えてもよい。
【０００７】
当該センサまたは半導体基板においては、例えば、光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）を有し、シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる。当該光熱吸収体は、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体であってもよい。
【０００８】
また、シード体は、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、基板とシード体との界面に接して、基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域をさらに含んでもよい。
【０００９】
上記のセンサまたは半導体基板は、例えば、光熱吸収体の側壁に接して形成され、光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな半導体または光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな誘電体を有し、側壁におけるキャリアの再結合を抑制する再結合抑制体をさらに備える。光熱吸収体は、ベース基板に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有してもよい。光熱吸収体は、ｘ１≠１である場合に、中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布を有してもよい。
【００１０】
当該センサまたは半導体基板において、ベース基板は、例えば、シリコンのバルク領域が有する不純物と反対の伝導型の不純物を有する不純物領域を有し、光熱吸収体は、シード体を介して不純物領域と電気的に結合されている。また、ベース基板は不純物を有する不純物領域を有し、シード体は不純物領域に接して設けられ、複数の光熱吸収体のうちの少なくとも２つの光熱吸収体が、シード体を介して不純物領域と電気的に結合されていてもよい。
【００１１】
さらに、当該センサは、入射光の少なくとも一部を集光して光熱吸収体に入射する集光部をさらに備えてもよい。当該集光部が、ベース基板に対して、光熱吸収体が設けられている側と反対の側に設けられており、入射光を集光してベース基板を介して光熱吸収体に入射当該センサは、入射光が光熱吸収体に入射する経路に配置された光学フィルタをさらに備えてもよい。
【００１２】
当該センサが、ベース基板の上方に形成され、ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する複数の開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体と、複数の開口に設けられた複数のシード体と、各々対応する複数のシード体に設けられ、対応するシード体とそれぞれ格子整合または擬格子整合する複数の光熱吸収体とを備え、集光部は、複数の光熱吸収体のそれぞれに入射光の少なくとも一部を入射してもよい。
【００１３】
また、当該センサは、例えば、複数の光熱吸収体のそれぞれに対応してベース基板に形成された複数の増幅素子と、複数の増幅素子および複数の光熱吸収体を接続し、阻害体上方に形成されている配線とをさらに備える。上記のシード体が入射光に応じて電気信号を発生してもよい。
【００１４】
本発明の第３の態様においては、シリコンを含むベース基板の上方に阻害体を形成する段階と、阻害体に、ベース基板の表面を露出する開口を形成する段階と、開口の内部にシード体を形成する段階と、シード体を加熱する段階と、加熱されたシード体の上方に、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体を、シード体に格子整合または擬格子整合させてエピタキシャル成長させる段階とを備える半導体基板の製造方法が提供される。
【００１５】
当該製造方法は、シード体を加熱する段階をさらに備え、光熱吸収体を形成する段階においては、加熱されたシード体の上方に光熱吸収体をエピタキシャル成長させてもよい。また、シード体を形成する段階においては、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなるシード体を形成し、シード体を加熱する段階においては、ベース基板とシード体との界面に接して、ベース基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域を形成し、光熱吸収体を形成する段階においては、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる光熱吸収体をエピタキシャル成長させてもよい。
【００１６】
シード体を加熱する段階においては、シード体の吸収係数が阻害体の吸収係数よりも大きい電磁波を照射してもよい。当該電磁波は、例えばレーザー光である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】半導体基板１００の断面の一例を示す。
【図１Ｂ】センサ１５０の断面の一例を示す。
【図２】センサ２００の断面の一例を示す。
【図３】センサ２００の製造過程における断面例を示す。
【図４】センサ２００の製造過程における断面例を示す。
【図５】センサ２００の製造過程における断面例を示す。
【図６】センサ３００の断面の一例を示す。
【図７】センサ４００の断面の一例を示す。
【図８】半導体基板１００における光熱吸収体のエネルギーバンドの一例を示す。
【図９】センサ９００の断面の一例を示す。
【図１０】センサ１０００の断面の一例を示す。
【図１１】センサ１１００の断面の一例を示す。
【図１２】センサ１２００の断面の一例を示す。
【図１３】センサ１３００の断面を概略的に示す。
【図１４】センサ１３００を表面側から観察したレーザー顕微鏡写真である。
【図１５】センサ１３００の光電流−電圧特性および暗電流−電圧特性を示す。
【図１６】Ｓｉ基板とＧｅ結晶層との界面近傍における断面ＳＥＭ写真を示す。
【図１７】図１６の分析領域におけるエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析の結果を示す。
【図１８】ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンスによる６５０ｎｍ発光像を示す。
【図１９】ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンスによる７００ｎｍ発光像を示す。
【図２０】センサ１４００の断面の一例を概略的に示す。
【図２１】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２２】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２３】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２４】センサ１５００の製造過程における断面例を示す。
【図２５】センサ１５００の断面の一例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１Ａは、半導体基板１００の断面の一例を示す。半導体基板１００は、ベース基板１０２、阻害体１０４、シード体１１０、および光熱吸収体１２０を備える。
【００１９】
ベース基板１０２はシリコンを含む。シリコンを含む基板として表面がシリコンである基板が挙げられる。例えば、ベース基板１０２は、基板全体がシリコンであるＳｉ基板（Ｗａｆｅｒ）、または、基板の一部がシリコンであるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。ベース基板１０２は、例えばＢドーピング量が２．０×１０１９ｃｍ−３のＳｉ基板である。
【００２０】
阻害体１０４は、ベース基板１０２の上方に形成される。阻害体１０４は、ベース基板１０２の表面を露出する開口１０６を有する。阻害体１０４は、結晶の成長を阻害する。具体的には、エピタキシャル成長法により半導体の結晶を成長させる場合において、阻害体１０４の表面では、半導体結晶のエピタキシャル成長が阻害される。その結果、半導体結晶は、開口１０６の内部で選択的にエピタキシャル成長する。
【００２１】
阻害体１０４の厚みは、例えば０．０５μｍ以上５μｍ以下である。開口１０６の大きさは、開口１０６の内部に選択成長する半導体を無転位で形成することができる大きさであることが好ましい。阻害体１０４は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層等、またはこれらを積層した層である。阻害体１０４は、例えば、熱酸化法およびＣＶＤ法等により形成される。
【００２２】
シード体１１０は、開口１０６の内部に形成される。シード体１１０は、例えば、ベース基板１０２に格子整合または擬格子整合する半導体である。例えば、シード体１１０は、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）である。つまり、シード体１１０は、例えばＳｉ、Ｇｅの一元系半導体または金属である。シード体１１０は、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、ＳｉＳｎ、ＧｅＳｎのような二元系化合物半導体であってもよい。シード体１１０は、ＣＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＳｎのような三元系化合物であってもよい。シード体１１０は、ＣＳｉＧｅＳｎのような四元系化合物であってもよい。
【００２３】
本明細書において、「擬格子整合」とは、完全な格子整合ではないが、互いに接する２つの半導体の格子定数の差が小さく、格子不整合による欠陥の発生が顕著でない範囲で、互いに接する２つの半導体を積層できる状態をいう。このとき、各半導体の結晶格子が、弾性変形できる範囲内で変形することで、上記格子定数の差が吸収される。例えば、ＧｅとＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、またはＩｎＧａＰとの積層状態は、擬格子整合した状態である。
【００２４】
また、シード体１１０は、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）であってもよい。例えば、シード体１１０はＧａＡｓである。
【００２５】
シード体１１０が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、ベース基板１０２とシード体１１０との界面よりもベース基板１０２に近い側に、Ｃｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０≦ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなる結晶層をさらに含んでもよい。
【００２６】
シード体１１０は、複数の層を含んでもよい。シード体１１０は、光熱吸収体１２０の結晶成長に適した結晶シード面を提供する。シード体１１０は、ベース基板１０２の表面に存在する不純物が、光熱吸収体１２０の結晶性に悪影響を及ぼすことを抑制する。シード体１１０は、開口１０６の内部に表面を露出するベース基板１０２に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００２７】
光熱吸収体１２０は、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体である。例えば、光熱吸収体１２０は、光を吸収すると電子および正孔を生成し、電気信号を出力する。光熱吸収体１２０は、熱を受けることによって増加する電子および正孔の量に応じた電気信号を出力する熱センサとして機能してもよい。
【００２８】
光熱吸収体１２０は、一例として、シード体１１０に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。光熱吸収体１２０は、複数の層を有してもよい。光熱吸収体１２０は、ヘテロ接合を有してもよい。光熱吸収体１２０は、ＰＮ接合を有してもよい。
【００２９】
光熱吸収体１２０は、例えば、シード体１１０に接して、エピタキシャル成長によって形成される。半導体基板１００は、シード体１１０と光熱吸収体１２０との間に、他の半導体を備えてもよい。例えば、光熱吸収体１２０は、シード体１１０と光熱吸収体１２０との間に形成されたバッファ層上でエピタキシャル成長することにより形成されてもよい。
【００３０】
図１Ｂは、センサ１５０の断面の一例を示す。センサ１５０は、ベース基板１０２、シード体１１０、および光熱吸収体１２０を備える。センサ１５０は、半導体基板１００から阻害体１０４を削除することにより形成されている。センサ１５０においては、半導体基板１００と同様に、阻害体１０４を備え、阻害体１０４に形成された開口１０６の内部にシード体１１０が形成されていてもよい。
【００３１】
図２は、センサ２００の断面の一例を示す。センサ２００は、例えば、入射する光を検出する。センサ２００は、ベース基板２０２、ウェル２０３、阻害体２０４、第１シード体２１２、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、コンタクト層２２２、パッシベーション層２２４、絶縁膜２２６、上部電極層２２８、および配線２３０を備える。
【００３２】
センサ２００は、阻害体２０４に形成された複数の開口２０６内部に形成されている複数の光熱吸収体を備える。図２においては、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の２つ光熱吸収体を例示するが、センサ２００は、更に多くの光熱吸収体を備えてもよい。また、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は、同じ構成を有してよい。従って、以下の説明においては光熱吸収体Ｃ１を中心に説明するが、特別に光熱吸収体Ｃ２の説明を加える場合を除き、光熱吸収体Ｃ１についての説明は光熱吸収体Ｃ２にも適用できる。
【００３３】
ベース基板２０２は、図１Ａにおけるベース基板１０２に対応する。ベース基板２０２は、例えば、不純物原子のドーピング量が１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３のＰ型Ｓｉ基板である。一例として、ベース基板２０２は、Ｂのドーピング量が２×１０１９ｃｍ−３のＰ型Ｓｉ基板である。
【００３４】
阻害体２０４は阻害体１０４に対応する。阻害体２０４は、例えば複数の開口２０６を有する。センサ２００は、阻害体２０４に二つの開口２０６が設けられ、各々の開口２０６の内部に、第１シード体２１２等を選択成長させることによって形成される。
【００３５】
センサ２００が備えるシード体は、２層構造を有してもよい。例えば、光熱吸収体Ｃ１は、第１シード体２１２および第２シード体２１４を有する。第１シード体２１２および第２シード体２１４は、図１Ａにおけるシード体１１０に対応する。
【００３６】
第１シード体２１２および第２シード体２１４は、それぞれ異なる組成を有してもよい。例えば、ベース基板２０２がＳｉ基板であり、アノード層２１６がＧａＡｓである場合に、第１シード体２１２はＳｉＧｅ結晶であり、第２シード体２１４はＧａＡｓに近い格子定数を有するＧｅ結晶である。光熱吸収体Ｃ１が上記の組成を有することにより、ＳｉとＧａＡｓとの格子定数の違いによる内部応力をより効果的に緩和でき、結晶欠陥の形成を抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施形態において、アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０が、ベース基板２０２の側からこの順に積層されて光センサが構成される例を説明しているが、アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０が積層される順序は逆でもよい。例えば、カソード層２２０、ドリフト層２１８、アノード層２１６の順にベース基板２０２の側から積層されてもよい。この場合、カソード層２２０は、第２シード体２１４に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）であってよい。以下に説明する実施態様および実施例において、ベース基板を基準としたアノード層、ドリフト層およびカソード層の積層順序は、アノード層、ドリフト層、カソード層の順、またはカソード層、ドリフト層、アノード層の順の何れでもよい。
【００３８】
第１シード体２１２は、不純物原子のドーピング量が１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下のＰ型ＳｉＧｅである。一例として、第１シード体２１２は、Ｇａ、Ａｌ、またはＢのドーピング量が２×１０１９ｃｍ−３のＰ型Ｓｉ０．１Ｇｅである。第１シード体２１２は、例えば０．００１μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、第１シード体２１２は、０．０２μｍの厚さを有する。
【００３９】
第２シード体２１４は、例えばＧｅである。第２シード体２１４は、例えば０．０５μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する。一例として、第２シード体２１４は２．０μｍの厚さを有する。
【００４０】
アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０は、図１Ａに示した光熱吸収体１２０に対応する。アノード層２１６は、第２シード体２１４に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。
【００４１】
アノード層２１６は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下のＰ型ＩｎＧａＡｓである。一例として、アノード層２１６は、Ｚｎのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３以上のＰ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓである。アノード層２１６は、例えば０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、アノード層２１６は、０．５μｍの厚さを有する。
【００４２】
アノード層２１６は、第２シード体２１４に接して、エピタキシャル成長によって形成される。光熱吸収体Ｃ１は、アノード層２１６と第２シード体２１４との間に他の半導体層を有してもよい。例えば、光熱吸収体Ｃ１はアノード層２１６と第２シード体２１４との間に設けられたバッファ層を有する。この場合に、アノード層２１６は、当該バッファ層上でエピタキシャル成長することにより形成されてもよい。
【００４３】
ドリフト層２１８は、アノード層２１６に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。ドリフト層２１８は、例えば、アノード層２１６に接して、エピタキシャル成長によって形成される。
【００４４】
ドリフト層２１８は、Ｉ型ＩｎＧａＡｓであってよく、または不純物原子のドーピング量が２×１０１６ｃｍ−３未満のＰ型ＩｎＧａＡｓである。一例として、ドリフト層２１８は、Ｐ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓである。ドリフト層２１８は、例えば０．３μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有する。一例として、ドリフト層２１８は、１．５μｍの厚さを有する。
【００４５】
カソード層２２０は、ドリフト層２１８に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。カソード層２２０は、ドリフト層２１８に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００４６】
カソード層２２０は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３のＮ型ＩｎＧａＡｓである。その一例として、カソード層２２０は、Ｓｉのドーピング量が２×１０１８ｃｍ−３以下のＮ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓである。カソード層２２０は、例えば０．０５μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、カソード層２２０は、０．１μｍの厚さを有する。
【００４７】
アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０は、Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓによって構成される場合に、例えば１．３５ｅＶの禁制帯幅を有する。センサ２００は、可視光および近赤外線を吸収して検知することができる。
【００４８】
コンタクト層２２２は、その上方に形成される上部電極層２２８とカソード層２２０との電気的伝導性を確保するために設けられた半導体である。コンタクト層２２２は、例えば、カソード層２２０と同一の伝導型を有する。コンタクト層２２２は、カソード層２２０に格子整合または擬格子整合する半導体である。コンタクト層２２２は、例えば、カソード層２２０上にエピタキシャル成長法により形成される。
【００４９】
コンタクト層２２２は、例えば、不純物原子のドーピング量が１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下のＮ型ＧａＡｓである。一例として、コンタクト層２２２は、Ｓｉのドーピング量が６×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＧａＡｓである。コンタクト層２２２は、例えば０．０２μｍ以上１μｍ以下の厚さを有する。一例として、コンタクト層２２２は、０．０５μｍの厚さを有する。
【００５０】
コンタクト層２２２は、例えば、カソード層２２０に接して、エピタキシャル成長によって形成される。光熱吸収体Ｃ１は、カソード層とコンタクト層２２２との間に、他の半導体層を有してもよい。光熱吸収体Ｃ１は、カソード層とコンタクト層２２２との間に、例えばウインドウ層を有する。
【００５１】
第１シード体２１２、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、およびコンタクト層２２２は、エピタキシャル成長法により形成することができる。エピタキシャル成長法として、化学気相析出法（ＣＶＤ法と称する）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法と称する）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法と称する）および原子層成長法（ＡＬＤ法と称する）等を例示できる。
【００５２】
例えば、ベース基板２０２の上方に熱酸化法により阻害体２０４を形成して、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ベース基板２０２の表面を露出する開口２０６を阻害体２０４に形成する。そして、ＭＯＣＶＤ法により、当該開口２０６の内部に第１シード体２１２を選択成長させる。続いて、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０およびコンタクト層２２２を順次選択成長させる。
【００５３】
第１シード体２１２を開口１０６の内部に選択成長させることにより、第１シード体２１２とベース基板２０２との格子定数の相違による格子欠陥の生成を抑制できる。その結果、結晶性の高い第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、およびコンタクト層２２２が得られるので、センサ２００の感度を高めることができる。第１シード体２１２、第２シード体２１４、アノード層２１６、ドリフト層２１８、カソード層２２０、およびコンタクト層２２２は、阻害体２０４の開口２０６の内部に形成されてよく、開口２０６からはみ出て、阻害体２０４の上方にその一部が形成されてもよい。
【００５４】
上部電極層２２８は、例えばコンタクト層２２２に接して形成される。上部電極層２２８は、光熱吸収体Ｃ１が発生する電力を外部に出力する。上部電極層２２８は、導電性を有し、光熱吸収体Ｃ１に入射する光を遮断しない材料を有する。上部電極層２２８の材料として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）およびＺｎＯ等を例示できる。上部電極層２２８の形成方法としては、スパッタ法等を例示できる。
【００５５】
ウェル２０３は、ベース基板２０２に含まれるシリコンに形成される低抵抗シリコン結晶層である。光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は、第１シード体２１２、ウェル２０３、および第２シード体２１４を介して、電気的に結合される。ウェル２０３は、一例として、当該シリコンのバルク領域からは電気的に分離されている。例えば、ウェル２０３は、当該シリコンと異なる伝導型を有する場合には、ウェル２０３と当該シリコンとの間にＰＮ接合が形成されるので、ウェル２０３は当該シリコンのバルク領域から電気的に分離される。光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２が発生する電気信号を、ウェル２０３および上部電極層２２８の間から取り出すことができる。
【００５６】
ウェル２０３は、イオン注入法により形成することができる。例えば、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ベース基板２０２の上方に、ウェル２０３が形成される予定位置に開口が設けられたマスクを形成してからイオン注入することにより、ウェル２０３を形成することができる。例えば、Ｎ型Ｓｉベース基板２０２にＢを注入してＰ型ウェル２０３を形成する。
【００５７】
パッシベーション層２２４は、光熱吸収体Ｃ１の側壁に形成され、当該側壁における電荷の再結合を抑制する。パッシベーション層２２４は、アノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０等の、光熱吸収体を構成する半導体よりも大きい禁制帯幅を有してよい。パッシベーション層２２４の材料として、誘電体を例示できる。パッシベーション層２２４の形成方法として、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、およびＡＬＤ法等を例示できる。
【００５８】
絶縁膜２２６は、各光熱吸収体を電気的に分離する。絶縁膜２２６の材料として、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、およびＺｒＯ２等を例示できる。絶縁膜２２６は、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタ法、ＣＶＤ法、およびＭＯＣＶＤ法等により形成することができる。
【００５９】
配線２３０は、上部電極層２２８に接続されている。配線２３０は、上部電極層２２８を介して、光熱吸収体Ｃ１が発生する電力を取り出す。配線２３０の材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ等を例示できる。配線２３０の形成方法としては、ＣＶＤ法、真空蒸着法、およびスパッタ法等を例示できる。
【００６０】
図３から図５は、センサ２００の製造過程における断面例を示す。センサ２００は、ウェルを形成する段階、阻害体を形成する段階、シード体を形成する段階、シード体を加熱する段階、光熱吸収体を形成する段階、およびパッシベーション処理をする段階を備える半導体基板を製造する方法により半導体基板を実施した後で、光熱吸収体を接続することにより製造される。
【００６１】
ウェルを形成する段階においては、ベース基板２０２にウェル２０３を形成する。例えば、Ｎ型シリコン基板のベース基板２０２にＰ型ウェル２０３を形成する場合には、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ベース基板２０２の上方に、ウェル２０３が形成される予定位置に開口を有するマスクを形成してから、Ｂイオンを注入することによりウェル２０３を形成することができる。
【００６２】
阻害体を形成する段階においては、図３に示すように、ベース基板２０２の上方に、ベース基板２０２に達する開口２０６を有する阻害体２０４を形成する。阻害体２０４の形成は、例えば、熱酸化法によって、まずベース基板２０２の全面に酸化シリコン膜を形成する。エッチング等のフォトリソグラフィ法により、酸化シリコン膜に、ベース基板２０２の表面を露出する複数の開口２０６を形成することにより、阻害体２０４を形成することができる。
【００６３】
シード体を形成する段階においては、図４に示すように、開口２０６の内部に、選択エピタキシャル成長法により、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる第１シード体２１２および第２シード体２１４を形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、Ｐ型ＳｉＧｅの第１シード体２１２と、Ｐ型Ｇｅの第２シード体２１４とをエピタキシャル成長させることができる。
【００６４】
具体的には、開口２０６を有する阻害体２０４が形成されたＳｉベース基板２０２を、減圧バレル型ＭＯＣＶＤ炉の加熱台に載置する。炉内を高純度水素で十分置換した後、ベース基板２０２の加熱を開始する。結晶成長時の基板温度は、例えば５００℃から８００℃である。ベース基板２０２が適切な温度に安定したところで、炉内にＳｉ原料を導入し、続いてＧｅ原料を導入して、Ｐ型ＳｉＧｅの第１シード体２１２をエピタキシャル成長させてよい。また、第１シード体２１２の上方に、Ｐ型Ｇｅの第２シード体２１４をエピタキシャル成長させてもよい。
【００６５】
Ｓｉの原料として、クロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、シラン、またはジシランを例示できる。Ｇｅの原料として、ゲルマン、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）等を例示できる。アクセプタ不純物原子をＧａにして、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いてもよい。
【００６６】
エピタキシャル成長条件の一例として、反応炉内圧力０．１ａｔｍ、成長温度６５０℃、成長速度１〜３μｍ／ｈｒが挙げられる。原料のキャリアガスとして、高純度水素を用いることができる。後述の各半導体を形成する場合においても、同じＭＯＣＶＤ法を用いて、原料ガス、炉内圧力、成長温度、成長時間等のパラメータを調整することによって、エピタキシャル成長させることができる。
【００６７】
シード体を加熱する段階においては、第１シード体２１２および第２シード体２１４を加熱する。第１シード体２１２および第２シード体２１４を加熱することで、ベース基板２０２と第１シード体２１２および第２シード体２１４との格子定数の違い等によって第１シード体２１２および第２シード体２１４の内部に発生した転位等の格子欠陥を低減して、第１シード体２１２および第２シード体２１４の結晶性を向上させることができる。上記加熱は、複数回に分けて実施してもよい。例えば、第１シード体２１２および第２シード体２１４の融点に達しない温度での高温アニールを実施した後、高温アニールの温度より低い温度での低温アニールを実施する。このような２段階のアニールを複数回繰り返してもよい。
【００６８】
シード体を加熱する段階において、ベース基板２０２と第１シード体２１２との界面よりもベース基板２０２の側に、Ｃｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）からなる結晶層を形成してもよい。シード体を加熱する段階においては、例えばシード体の吸収係数が阻害体の吸収係数よりも大きい電磁波を、シード体に選択的に照射する。上記電磁波は、例えばレーザー光である。
【００６９】
第１シード体２１２および第２シード体２１４を全て形成した後で第１シード体２１２および第２シード体２１４を加熱してもよい。Ｐ型ＳｉＧｅの第１シード体２１２だけを形成した後で、上記加熱を施してもよい。この場合に、高温アニールの温度および時間は、例えば、８５０〜９００℃で２〜１０分間である。低温アニールの温度および時間は、例えば、６５０〜７８０℃で２〜１０分間である。
【００７０】
光熱吸収体を形成する段階において、図４に示すように、エピタキシャル成長法により、第２シード体２１４の上方に、第２シード体２１４に格子整合または擬格子整合させて、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなるアノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０を順次形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、まず、第２シード体２１４に接して、Ｐ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓのアノード層２１６をエピタキシャル成長させる。その後、アノード層２１６の上方に、順次Ｐ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓのドリフト層２１８およびＮ型Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ａｓのカソード層２２０をエピタキシャル成長させてよい。更に、Ｎ型ＧａＡｓのコンタクト層２２２をエピタキシャル成長させてよい。
【００７１】
Ａｓの原料として、アルシン（ＡｓＨ３）を例示できる。Ｉｎの原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を例示できる。アクセプタ不純物原子として、更にＣ、Ｚｎ等を例示できる。ドナー不純物原子として、Ｐ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｇｅ、Ｓｎ、ＴｅおよびＳ等を例示できる。
【００７２】
パッシベーション処理する段階においては、図５に示すように、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の側壁にパッシベーション層２２４および絶縁膜２２６を形成して、上部電極層２２８を形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の側面に、ＩｎＧａＰのパッシベーション層２２４をエピタキシャルに形成する。絶縁膜２２６は、例えば、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、ＺｒＯ２膜をスパッタ法により形成する。
【００７３】
次に、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、上部電極層２２８を形成する位置の絶縁膜２２６を部分的に除去して開口を設け、コンタクト層２２２を露出する。続いて、上部電極層２２８を形成する位置に開口が設けられたマスクを形成してから、スパッタ法により、例えばＩＴＯからなる上部電極層２２８を形成する。その後、マスクをリフトオフすることにより、図５に示すように、上部電極層２２８を形成する。
【００７４】
光熱吸収体を接続する段階においては、図２に示すように、配線２３０を形成して光熱吸収体Ｃ１と光熱吸収体Ｃ２とを接続する。例えば、配線２３０を形成する位置に開口が設けられたマスクを形成してから、真空蒸着法により、例えばＡｌからなる金属膜を蒸着する。その後、マスクをリフトオフすることにより、配線２３０を形成することができる。
【００７５】
図２において、光熱吸収体Ｃ１のアノード層２１６と光熱吸収体Ｃ２のアノード層２１６とが、ウェル２０３を介して電気的に接続されている。従って、配線２３０によって、それぞれのカソード層２２０を接続すれば、光熱吸収体Ｃ１と光熱吸収体Ｃ２とを並列に接続することができる。
【００７６】
図６は、センサ３００の断面の一例を示す。センサ３００は、ベース基板３０２、ウェル３０３、阻害体３０４、シード体３１２、バッファ層３１４、アノード層３１６、ドリフト層３１８、カソード層３２０、ウインドウ３２１、コンタクト層３２２、パッシベーション層３２４、絶縁膜３２６、上部電極層３２８、および配線３３０を備える。
【００７７】
ベース基板３０２は、図２におけるベース基板２０２に対応する。ウェル３０３は、図２におけるウェル２０３に対応する。阻害体３０４は、図２における阻害体２０４に対応する。シード体３１２は、図２における第１シード体２１２に対応し、例えばＳｉＧｅである。
【００７８】
コンタクト層３２２は、図２におけるコンタクト層２２２に対応する。パッシベーション層３２４は、図２におけるパッシベーション層２２４に対応する。絶縁膜３２６は、図２における絶縁膜２２６に対応する。上部電極層３２８は、図２における上部電極層２２８に対応する。配線３３０は、図２における配線２３０に対応する。センサ３００の説明において、センサ２００と同様の構成部についての説明を省略する場合がある。
【００７９】
バッファ層３１４は、アノード層３１６、ドリフト層３１８、およびカソード層３２０より大きい禁制帯幅を有してよい。バッファ層３１４は、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２の光電効果により生成した電荷の再結合を抑制する半導体である。バッファ層３１４は、例えば、シード体３１２の上方に形成される。バッファ層３１４は、シード体３１２に格子整合または擬格子整合する半導体である。
【００８０】
バッファ層３１４は、不純物原子のドーピング量が１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＰ型ＩｎＰである。その一例として、バッファ層３１４は、Ｚｎのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３以上のＰ型ＩｎＰである。バッファ層３１４は、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する。一例として、バッファ層３１４は、０．５μｍの厚さを有する。
【００８１】
バッファ層３１４は、シード体３１２に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。エピタキシャル成長法として、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、およびＡＬＤ法等を例示できる。例えば、バッファ層３１４は、ＭＯＣＶＤ法により、阻害体３０４の開口３０６の内部で選択成長したシード体３１２に接して、エピタキシャル成長によって形成される。バッファ層３１４は、阻害体３０４の開口３０６の内部に形成されてよく、開口３０６からはみ出て、阻害体３０４の上方にその一部が形成されてもよい。ＩｎＰのバッファ層３１４を形成する場合には、Ｉｎの原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を例示できる。Ｐの原料として、ホスフィン（ＰＨ３）を例示できる。
【００８２】
アノード層３１６は、図２におけるアノード層２１６に対応する。アノード層３１６は、例えば、バッファ層３１４に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。
【００８３】
アノード層３１６は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＰ型ＩｎＧａＡｓである。その一例として、アノード層３１６は、Ｚｎのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３以上のＰ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓである。アノード層３１６は、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下の厚さを有する。一例として、アノード層３１６は、０．２μｍの厚さを有する。アノード層３１６は、バッファ層３１４に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００８４】
ドリフト層３１８は、図２におけるドリフト層２１８に対応する。ドリフト層３１８は、例えば、アノード層３１６に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。ドリフト層３１８は、アノード層３１６に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００８５】
ドリフト層３１８は、Ｉ型ＩｎＧａＡｓであってよく、または不純物原子のドーピング量が２×１０１６ｃｍ−３未満のＰ型ＩｎＧａＡｓであってもよい。一例として、ドリフト層３１８は、Ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓである。ドリフト層３１８は、０．３μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有してよい。一例として、ドリフト層３１８は、１．５μｍの厚さを有する。
【００８６】
カソード層３２０は、図２におけるカソード層２２０に対応する。カソード層３２０は、例えば、ドリフト層３１８に格子整合または擬格子整合するＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である。カソード層３２０は、ドリフト層３１８に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。
【００８７】
カソード層３２０は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＮ型ＩｎＧａＡｓである。一例として、カソード層３２０は、Ｓｉのドーピング量が２×１０１８ｃｍ−３のＮ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓである。カソード層３２０は、０．１μｍ以上２μｍ以下の厚さを有する。一例として、カソード層３２０は、０．１μｍの厚さを有する。
【００８８】
アノード層３１６、ドリフト層３１８、およびカソード層３２０は、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓによって構成される場合に、０．８９ｅＶの禁制帯幅を有する。センサ３００は、近赤外線を吸収して検知することができる。
【００８９】
ウインドウ３２１は、光熱吸収体の光電効果により生成した電荷の再結合を抑制する半導体である。ウインドウ３２１は、アノード層３１６、ドリフト層３１８、およびカソード層３２０より大きい禁制帯幅を有してもよい。ウインドウ３２１は、例えば、カソード層３２０の上方に形成される。ウインドウ３２１は、カソード層３２０に格子整合または擬格子整合する半導体である。
【００９０】
ウインドウ３２１は、不純物原子のドーピング量が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下のＮ型ＩｎＰである。一例として、ウインドウ３２１は、Ｓｉのドーピング量が５×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＩｎＰである。ウインドウ３２１は、例えば０．０５μｍ以上２μｍ以下の厚さを有する。一例として、ウインドウ３２１は、０．１μｍの厚さを有する。
【００９１】
ウインドウ３２１は、カソード層３２０に接して、例えばエピタキシャル成長によって形成される。エピタキシャル成長法として、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、およびＡＬＤ法等を例示できる。例えば、ウインドウ３２１は、ＭＯＣＶＤ法により、選択成長したカソード層３２０に接して、エピタキシャル成長によって形成される。ウインドウ３２１は、阻害体３０４の開口３０６の内部に形成されてよく、開口３０６からはみ出て、阻害体３０４の上方にその一部が形成されてもよい。ＩｎＰのウインドウ３２１を形成する場合に、Ｉｎの原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を例示できる。Ｐの原料として、ホスフィン（ＰＨ３）を例示できる。
【００９２】
図７は、センサ４００の断面の一例を示す。センサ４００は、ベース基板４０２、ウェル４０３、阻害体４０４、開口４０６、第１シード体４１２、第２シード体４１４、アノード層４１６、ドリフト層４１８、カソード層４２０、コンタクト層４２２、パッシベーション層４２４、絶縁膜４２６、上部電極層４２８、および配線４３０を備える。
【００９３】
ベース基板４０２は、図２におけるベース基板２０２に対応する。ウェル４０３は、図２におけるウェル２０３に対応する。阻害体４０４および開口４０６は、図２における阻害体２０４および開口２０６に対応する。第１シード体４１２は、図２における第１シード体２１２に対応する。第２シード体４１４は、図２における第２シード体２１４に対応し、例えばＳｉＧｅまたはＧｅである。
【００９４】
アノード層４１６は、図２におけるアノード層２１６に対応する。カソード層４２０は、図２におけるカソード層２２０に対応する。コンタクト層４２２は、図２におけるコンタクト層２２２に対応する。パッシベーション層４２４は、図２におけるパッシベーション層２２４に対応する。絶縁膜４２６は、図２における絶縁膜２２６に対応する。
【００９５】
上部電極層４２８は、図２における上部電極層２２８に対応する。配線４３０は、図２における配線２３０に対応する。センサ４００の説明において、センサ２００と同様の構成部について説明を省略する場合がある。
【００９６】
ドリフト層４１８は、図２におけるドリフト層２１８に対応する。ドリフト層４１８は、例えば、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体である。
【００９７】
例えば、ＩｎＧａＡｓを第１層、ＩｎＧａＡｓの禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有するＧａＩｎＰを第２層とした２層構造を７５回繰り返して、超格子構造体を形成することができる。当該超格子構造体において、ＩｎＧａＡｓの第１層は、例えば０．００３μｍ以上０．０２μｍ以下の厚さを有する。一例として、ＩｎＧａＡｓの第１層は、０．００５μｍの厚さを有する。ＧａＩｎＰの第２層は、０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の厚さを有してよい。一例として、ＧａＩｎＰの第２層は、０．０１３μｍの厚さを有する。
【００９８】
ドリフト層４１８が超格子構造を有することによって、伝導帯内にサブバンドが形成されるので、当該サブバンド間の電子遷移により、光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は波長の長い光を吸収できる。光熱吸収体Ｃ１および光熱吸収体Ｃ２は、例えば当該禁制帯幅に対応する遠赤外線等の光を吸収して検知することができる。
【００９９】
図８は、半導体基板１００における光熱吸収体のエネルギーバンドの一例を示す。図８の上部は、半導体基板１００の断面を示す。図８の下部は、光熱吸収体１２０のエネルギーバンドを示す。横軸は、光熱吸収体１２０におけるベース基板１０２に平行する面内位置を示す。縦軸は、光熱吸収体１２０のエネルギーバンドを示す。下の曲線は価電子帯の上端を示し、上の曲線は伝導帯の下端を示す。上の曲線と下の曲線との間隔は禁制帯幅を示す。
【０１００】
光熱吸収体１２０は、例えば、ベース基板１０２に平行する面内において、ベース基板１０２に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有する。つまり、光熱吸収体１２０は、中心部に比較して周辺部の禁制帯幅が大きくなるような組成分布を有してよい。
【０１０１】
例えば、図８に示すように、光熱吸収体１２０の中心部にＥｇ１の禁制帯幅を有し、周辺部にＥｇ１より大きいＥｇ２の禁制帯幅を有する。光熱吸収体１２０がＳｉＧｅである場合に、中心部から周辺部に向かって徐々にＳｉの組成を増やすことにより、光熱吸収体１２０は、図８に示すように変化する禁制帯幅を有する。光熱吸収体１２０がＧａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）である場合に、ｘ１≠１の時、中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布とすることにより、光熱吸収体１２０は、図８に示すように変化する禁制帯幅を有する。
【０１０２】
光熱吸収体１２０の周辺部が、中心部より広い禁制帯幅Ｅｇ２を有することによって、光電変換によって発生したキャリアが周辺部において再結合することを抑制することができる。上記のセンサ２００におけるアノード層２１６、ドリフト層２１８、およびカソード層２２０のいずれの層においても、ベース基板２０２に平行する面内において、図８に示すように変化する禁制帯幅を有してもよい。
【０１０３】
図９は、センサ９００の断面の一例を示す。センサ９００は、ベース基板９０２、上部電極層９７２、配線９７８、光学フィルタ９７９、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、光熱吸収体Ｃ３、集光部材９８２、および封止部材９８４を備える。
【０１０４】
ベース基板９０２は、センサ２００におけるベース基板２０２に対応する。上部電極層９７２は、上部電極層２２８に対応する。配線９７８は、配線２３０に対応する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２および光熱吸収体Ｃ３は、センサ２００、センサ３００またはセンサ４００における光熱吸収体Ｃ１に対応する。以下の説明において、光熱吸収体Ｃ１を中心に説明するが、特別に光熱吸収体Ｃ２または光熱吸収体Ｃ３の説明を加える場合を除き、光熱吸収体Ｃ１についての説明は光熱吸収体Ｃ２および光熱吸収体Ｃ３にも適用することができる。
【０１０５】
集光部材９８２は、入射された光を集光する集光部材である。集光部材９８２は、光学レンズである。集光部材９８２は、例えば、ガラスまたはプラスチック等のように、光を透過する材料によって構成される。集光部材９８２は、光を集束できるレンズ効果を有する部材である。
【０１０６】
集光部材９８２は、集光した光が光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、または光熱吸収体Ｃ３に入射するように、配置されている。センサ９００は、各光熱吸収体のそれぞれに対応して配置された複数の集光部材９８２を備えてもよい。各光熱吸収体に入射する光を集束する複数の集光部材９８２は、図９に示すように一体に形成されていてもよい。
【０１０７】
光学フィルタ９７９は、例えば入射光の経路上に配置される。光学フィルタ９７９は、例えば、光熱吸収体Ｃ１の禁制帯幅に相当する波長より長い波長の光を吸収または反射する機能を有する。光学フィルタ９７９は、重金属を含有して耐放射線機能を有してもよい。
【０１０８】
図９に示すように、封止部材９８４を用いてセンサ９００が一体になるように封止してもよい。封止部材９８４は、例えば、ガラスまたはプラスチック等のような透明な材料によって構成される。封止部材９８４は、集光部材９８２と一体で形成されてもよい。集光部材９８２は、封止部材９８４により保持されてもよい。
【０１０９】
センサ９００は、それぞれの光熱吸収体に対応する、ベース基板９０２に形成された増幅素子を備えてもよい。当該増幅素子は、各光熱吸収体のそれぞれに、配線９７８を通じて接続される。当該増幅素子は、各光熱吸収体が発生する電気信号を増幅する。配線９７８は、例えば阻害体の上方に形成される。
【０１１０】
図１０は、センサ１０００の断面の一例を示す。センサ１０００は、ベース基板１００２、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、光熱吸収体Ｃ３、集光部材１０８２、および封止部材１０８４を備える。ベース基板１００２は、センサ９００におけるベース基板９０２に対応する。
【０１１１】
センサ１０００は、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３が設けられたベース基板１００２の面の反対面から入射する光を検出する。例えば、入射光がシリコンを通過する赤外光である場合には、入射光がベース基板１００２を通過して光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３に入射する。
【０１１２】
集光部材１０８２は、センサ９００における集光部材９８２に対応する。集光部材１０８２は、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３に入射する光を集光する。集光部材１０８２は、集光された光が光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、または光熱吸収体Ｃ３に入射するように、配置されている。センサ９００は、各光熱吸収体のそれぞれに対応して配置された複数の集光部材１０８２を備えてもよい。各光熱吸収体に入射する光を集束する複数の集光部材１０８２は、図１０に示すように一体に形成されてもよい。
【０１１３】
ベース基板１００２がＳｉ基板である場合には、集光部材１０８２は、Ｓｉベース基板１００２を透過できる赤外線を集束して、光熱吸収体Ｃ１に入射するレンズであってもよい。Ｓｉベース基板１００２は、Ｓｉの禁制帯幅以上のエネルギーを有する光を吸収して、一種のフィルタ効果を果たす。
【０１１４】
図１１は、センサ１１００の一例を示す。センサ１１００は、ベース基板１１０２、ウェル１１０３、阻害体１１０４、上部電極層１１７２、配線１１７８、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を備える。
【０１１５】
ベース基板１１０２は、センサ２００におけるベース基板２０２に対応する。ウェル１１０３は、ウェル２０３に対応する。阻害体１１０４は、阻害体２０４に対応する。上部電極層１１７２は、上部電極層２２８に対応する。配線１１７８は、配線２３０に対応する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３は、センサ２００における光熱吸収体Ｃ１に対応する。
【０１１６】
図１１に示すように、センサ１１００において、各光熱吸収体の底部に接するウェル１１０３は、互いに分離して独立している。配線１１７８によって、光熱吸収体Ｃ２の下部に形成されたウェル１１０３に光熱吸収体Ｃ３の上部電極層１１７２を接続するとともに、光熱吸収体Ｃ１の下部に形成されたウェル１１０３に光熱吸収体Ｃ２の上部電極層１１７２を接続すれば、光吸収対Ｃ１、光吸収対Ｃ２、および光吸収対Ｃ３を直列に接続することができる。センサ１１００が発生する電気信号は、例えば、光熱吸収体Ｃ１における上部電極層１１７２と光熱吸収体Ｃ３におけるウェル１１０３との間から出力される。
【０１１７】
また、光熱吸収体Ｃ１の上部電極層１１７２、光熱吸収体Ｃ２の上部電極層１１７２、および光熱吸収体Ｃ３上部電極層１１７２を配線１１７８によって接続するとともに、光熱吸収体Ｃ１の下部にあるウェル１１０３、光熱吸収体Ｃ２の下部にあるウェル１１０３、および光熱吸収体Ｃ３の下部にあるウェル１１０３を配線１１７８と異なる配線によって接続すれば、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を並列に接続することもできる。以上、３つの光熱吸収体を接続する例を示したが、センサ１１００は、互いに接続された、より多くの光熱吸収体を備えてもよい。
【０１１８】
図１２は、センサ１２００の一例を示す。センサ１２００は、ベース基板１２０２、阻害体１２０４、上部電極層１２７２、配線１２７８、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を備える。
【０１１９】
ベース基板１２０２は、センサ２００におけるベース基板２０２に対応する。阻害体１２０４は、阻害体２０４に対応する。上部電極層１２７２は、上部電極層２２８に対応する。配線１２７８は、配線２３０に対応する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２および光熱吸収体Ｃ３は、センサ２００における光熱吸収体Ｃ１に対応する。
【０１２０】
ベース基板１２０２は、基板全体が導電性を有する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３のアノード層は、例えば、シード体を介して、ベース基板１２０２に電気的に結合する。光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３のアノード層は、ベース基板１２０２を通じて、互いに電気的に結合してもよい。この場合、光熱吸収体Ｃ１の上部電極層１２７２、光熱吸収体Ｃ２の上部電極層１２７２、および光熱吸収体Ｃ３上部電極層１２７２を配線１２７８によって接続すれば、光熱吸収体Ｃ１、光熱吸収体Ｃ２、および光熱吸収体Ｃ３を並列に接続することもできる。以上、３つの光熱吸収体を接続する例を示したが、センサ１２００は、互いに接続された、より多くの光熱吸収体を備えてもよい。
【０１２１】
以上の実施態様において、Ｓｉを含む基板の上方に、開口を有する阻害体を形成して、当該開口内に選択的にシード体、光熱吸収体をエピタキシャルに成長させた。これにより、Ｓｉと化合物半導体との格子定数の相違に起因する格子欠陥を低減し、結晶性の高い光熱吸収体を形成することができた。光熱吸収体の結晶性を高めたことによって、安定した特性を有するセンサが得られた。また、集光部材を組み合わせることによって、効率よく光を集束して光熱吸収体に光を入射でき、センサの感度を高めることができた。
【実施例】
【０１２２】
（実施例１）
図１３に示すセンサ１３００を作製した。シリコンを含むベース基板１３０２として、ベース基板１３０２の全体がシリコンであるｐ型Ｓｉ基板を準備した。ベース基板１３０２の表面に、阻害体１３０４として、熱酸化法により酸化シリコン層を形成した。酸化シリコン層の厚さの平均値は、０．１μｍであった。フォトリソグラフィ法により、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成した。開口１３０６の大きさは、２０μｍ×２０μｍとした。
【０１２３】
ベース基板１３０２を反応炉の内部に配置し、第１シード体１３１２として、Ｇｅ結晶層を形成した。Ｇｅ結晶層は、ＣＶＤ法により、開口１３０６の内部に選択的に形成した。Ｇｅ結晶層は、ゲルマンを原料ガスに用いて、反応炉内の圧力を２．６ｋＰａ、温度を６００℃にして、１μｍの厚さで成膜した。
【０１２４】
次に、反応炉の中で、Ｇｅ結晶層をアニール処理した。温度を８００℃、時間を１０分間としてアニールを実行した後、温度を６８０℃、時間を１０分間とするアニールを１０回繰り返した。アニール処理は、Ｇｅ結晶層を形成した後、ベース基板１３０２を反応炉から取り出すことなく実施した。
【０１２５】
Ｇｅ結晶層をアニールした後、第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層をＭＯＣＶＤ法により形成した。ＧａＡｓ結晶層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いて結晶成長させた。ＧａＡｓ結晶層は、まず５５０℃の成長温度でＧａＡｓ結晶を成長した後、成長温度を６５０℃とし、反応炉内の圧力を８．０ｋＰａの条件で成膜した。ＧａＡｓ結晶層は、開口１３０６の内部で、Ｇｅ結晶層の表面をシード面として成長した。
【０１２６】
得られたＧｅ結晶層とＧａＡｓ結晶層の表面をエッチピット法により検査したところ、いずれの結晶層の表面にも欠陥は発見されなかった。透過型電子顕微鏡によりこれらの結晶層の断面観察をしたところ、いずれの結晶層を貫通する転位も発見されなかった。
【０１２７】
得られたＧａＡｓ結晶層の上に、カソード層１３２０としてのＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層、ドリフト層１３１８としてのＧａＡｓ結晶層、アノード層１３１６としてのＧａＡｓ結晶層をベース基板１３０２側からこの順でＭＯＣＶＤ法により形成した。アノード層１３１６、ドリフト層１３１８およびカソード層１３２０は、光熱吸収体１２０に対応する。ＧａＡｓ結晶層は、トリメチルガリウムおよびアルシンを原料ガスに用いた。ＩｎＧａＰ結晶層は、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびホスフィンを原料ガスに用いた。以上のようにして半導体基板が作製できた。
【０１２８】
引き続き、フォトリソグラフィ法による加工を行い、アノード層１３１６、ドリフト層１３１８およびカソード層１３２０を用いたセンサ１３００を作製した。アノード層１３１６およびドリフト層１３１８をエッチングしてメサ構造を形成し、アノード層１３１６の上にアノード電極１３２２を形成した。そしてカソード層１３２０の上にカソード電極１３２４を形成した。
【０１２９】
図１４は、作製したセンサ１３００を半導体基板の表面側から観察したレーザー顕微鏡写真である。図１５は、アノード電極１３２２およびカソード電極１３２４間の電流−電圧特性を、暗電流Ｉｄおよび光電流Ｉｐについて測定した結果を示す。図１５において実線が暗電流Ｉｄを示し、破線が光電流Ｉｐを示す。図１５に示す通り、逆バイアス電圧において２桁以上の光感度が観察され、暗電流Ｉｄおよび光電流Ｉｐのそれぞれにおいて正常なダイオード特性が観察された。すなわちセンサ１３００は、正常に動作することが確認された。
【０１３０】
また、暗電流Ｉｄの電流−電圧特性において、デバイス品質の良し悪しを決める理想因子（ｎ値）が１．１８であった。ｎ値が理想値である１に近いことから、結晶性の高い光吸収体が得られたことを示している。さらに光電流Ｉｐの電流−電圧特性において、逆方向バイアスから順方向バイアスまで光感度を持ち、高感度なセンサとして動作することが確認できた。なお、理想因子（ｎ値）とは、降伏していない領域におけるｐｎ接合ダイオードの電流−電圧特性を、Ｊ＝Ｊ０（ｅｘｐ（ｑＶ／ｎｋＴ）−１）の式（ただし、Ｊを電流、Ｖを電圧、Ｊ０を逆方向飽和電流、ｑを電気素量、ｋをボルツマン定数、Ｔを温度とする。）に当てはめた場合のｎの値であり、実験により求められる。
【０１３１】
図１６は、Ｓｉ基板とＧｅ結晶層との界面近傍における断面ＳＥＭ写真を示す。図１７は、図１６の分析領域におけるエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析の結果を示す。図１７に示すように、分析領域がＳｉ基板とＧｅ結晶層との界面よりＳｉ基板側にあるにも関わらず、Ｇｅ元素の信号が強く検出された。この結果は、Ｇｅ原子がＳｉ基板内に拡散し、ベース基板１３０２であるＳｉ基板と第１シード体１３１２であるＧｅ結晶層との界面に接して、ＳｉＧｅである界面領域をベース基板１３０２の内部に含むことを示している。
【０１３２】
（実施例２）
開口１３０６の大きさを３０μｍ×３０μｍとした以外は、実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成した。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールした後に、第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成した。
【０１３３】
実施例２においては、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、光吸収体となるＩｎＧａＰ結晶層を形成した。このＩｎＧａＰ結晶層の禁制帯幅近傍の電子状態を、カソードルミネッセンス（ＣＬと記す）分光法により解析した。
【０１３４】
図１８は、ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンス分光による６５０ｎｍ発光像を示す。図１９は、ＩｎＧａＰ結晶の室温カソードルミネッセンス分光による７００ｎｍ発光像を示す。図１８に示す６５０ｎｍ発光像は、１．９１電子ボルト（ｅＶと記す）の遷移エネルギーに相当する発光像であり、図１９に示す７００ｎｍ発光像は、１．７７ｅＶの遷移エネルギーに相当する発光像である。
【０１３５】
図１８および図１９から、中心部の発光強度に比べて周辺部の発光強度は、７００ｎｍ発光像において低く、６５０ｎｍ発光像において高いことがわかる。また、ＩｎＧａＰ結晶層の室温カソードルミネッセンス分光測定のスペクトル分析から、ＩｎＧａＰ結晶層の中心部における禁制帯幅は、６８０ｎｍ発光の遷移エネルギーに相当する１．８２ｅＶ程度であった。
【０１３６】
これらの結果は、ＩｎＧａＰ結晶層が、図８に示すようなバンド構造、すなわち周辺部が中心部より広い禁制帯幅を有するバンド構造であることに起因すると考えられる。周辺部が中心部より広い禁制帯幅を有するので、光電変換によって発生したキャリア（電子正孔対）の周辺部における再結合が抑制され、実施例１に示たように、センサ１３００が高感度に動作したと考えられる。
【０１３７】
（実施例３）
実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１３８】
実施例３においては、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、アノード層、ドリフト層、およびカソード層を、ベース基板１３０２の側からアノード層、ドリフト層、カソード層の順に形成する。アノード層をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層、ドリフト層をＧａＡｓ結晶層、カソード層をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。アノード層、ドリフト層、およびカソード層は、光吸収体に対応する。
【０１３９】
フォトリソグラフィ法によりアノード層、ドリフト層、およびカソード層を加工してメサ構造を形成し、アノード層に接するアノード電極、および、カソード層に接するカソード電極を形成する。このようにしてアノード層、ドリフト層、およびカソード層を用いた光センサを作製した。カソード電極とアノード電極との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１４０】
（実施例４）
実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、ベース基板１３０２を反応炉の内部に配置して、シード体としてＧｅ結晶層を形成した。さらに反応炉の中でＧｅ結晶層をアニール処理する。
【０１４１】
Ｇｅ結晶層をアニール後、実施例４においては、Ｇｅ結晶層の上にアノード層、ドリフト層、およびカソード層を、ベース基板１３０２の側からアノード層、ドリフト層、カソード層の順に形成する。アノード層をＩｎＧａＡｓ結晶層、ドリフト層をＩｎＧａＡｓ結晶層、カソード層をＩｎＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。アノード層、ドリフト層およびカソード層は、光吸収体に対応する。ＩｎＧａＡｓ結晶層の形成では、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、およびアルシンを原料ガスに用いる。ＩｎＧａＡｓ結晶層は、開口１３０６の内部で、Ｇｅ結晶層の表面をシード面として成長させる。ＩｎＧａＡｓ結晶層からなるカソード層の上に、ＧａＡｓ結晶層からなるコンタクト層をＭＯＣＶＤ法により形成する。
【０１４２】
コンタクト層であるＧａＡｓ結晶層の上に、パッシベーション層として絶縁膜であるＳｉＯ２層をＣＶＤ法により形成する。これらにより、半導体基板を作製する。フォトリソグラフィ法によりパッシベーション層、コンタクト層、アノード層、ドリフト層、およびカソード層を加工してメサ構造を形成し、アノード層に接するアノード電極、カソード層に接するカソード電極を形成する。このようにしてアノード層、ドリフト層およびカソード層を用いた光センサを作製する。カソード電極とアノード電極との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１４３】
（実施例５）
図２０は、センサ１４００の断面の一例を概略的に示す。シリコンを含むベース基板１４０２として、ベース基板１４０２の全体が低抵抗シリコン結晶であるＳｉ基板を準備する。実施例１と同様にして、Ｓｉ基板の上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１４０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１４４】
第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、実施例５においては、アノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０を、ベース基板１４０２の側からアノード層１４１６、ドリフト層１４１８、カソード層１４２０の順に形成する。アノード層１４１６をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層、ドリフト層１４１８をＧａＡｓ結晶層、カソード層１４２０をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。アノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０は、光吸収体に対応する。
【０１４５】
アノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０を、フォトリソグラフィ法により加工してメサ構造を形成し、アノード層１４１６に接するアノード電極１４２２、カソード層１４２０に接するカソード電極１４２４を形成する。このようにしてアノード層１４１６、ドリフト層１４１８およびカソード層１４２０を用いた光センサを作製する。アノード電極１４２２とカソード電極１４２４との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１４６】
また、ベース基板１４０２の裏面に裏面アノード電極１４２６を形成し、カソード電極１４２４と裏面アノード電極１４２６との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。この結果から、光吸収体が低抵抗シリコン結晶と電気的に結合されていることが確認できたる。
【０１４７】
（実施例６）
実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１４８】
実施例６においては、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、カソード層、ドリフト層およびアノード層を、ベース基板１３０２の側からカソード層、ドリフト層およびアノード層の順に形成する。カソード層をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層とし、ドリフト層を厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＰ結晶層と厚さ４０ｎｍのＧａＡｓ結晶層の積層を１０周期繰り返す構造からなる超格子構造とし、アノード層をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。カソード層、ドリフト層およびアノード層は、光吸収体に対応する。
【０１４９】
カソード層、ドリフト層およびアノード層を、フォトリソグラフィ法により加工してメサ構造を形成し、アノード層に接するアノード電極、カソード層に接するカソード電極を形成する。このようにしてカソード層、ドリフト層およびアノード層を用いた光センサを作製する。カソード電極とアノード電極との間の電流−電圧特性を測定して光センサの動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１５０】
（実施例７）
図２１から図２４は、センサ１５００の製造過程における断面例を示す。図２５は、センサ１５００の断面の一例を概略的に示す。図２１に示すように、実施例１と同様にして、ベース基板１３０２であるｐ型Ｓｉ基板上に、阻害体１３０４として酸化シリコン層を形成し、阻害体１３０４の一部にベース基板１３０２を露出する複数の開口１３０６を形成する。引き続き、実施例１と同様に、第１シード体１３１２としてＧｅ結晶層を形成し、Ｇｅ結晶層をアニールし、この後第２シード体１３１４としてＧａＡｓ結晶層を形成する。
【０１５１】
次に図２２に示すように、第２シード体１３１４を覆う酸化シリコン層１５０２を形成し、後に光吸収体が形成される領域に開口１５０４を形成する。開口１５０４の内部に露出される、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、カソード層１５０６、ドリフト層１５０８、およびアノード層１５１０を、ベース基板１３０２の側からカソード層１５０６、ドリフト層１５０８およびアノード層１５１０の順に形成する。カソード層１５０６をＧａＡｓ結晶層およびＩｎＧａＰ結晶層とし、ドリフト層１５０８をＧａＡｓ結晶層とし、アノード層１５１０をＧａＡｓ結晶層とする。各層はＭＯＣＶＤ法により形成する。カソード層１５０６、ドリフト層１５０８およびアノード層１５１０は、光吸収体に対応する。
【０１５２】
次に図２３に示すように、アノード層１５１０を覆う酸化シリコン層１５１２を形成し、後に増幅素子が形成される領域に開口１５１４を形成する。開口１５１４の内部に露出される、第２シード体１３１４であるＧａＡｓ結晶層の上に、コレクタ層１５１６としてＧａＡｓ結晶層を、ベース層１５１８としてＩｎＧａＰ結晶層を、エミッタ層１５２０としてＩｎＧａＡｓ結晶層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。コレクタ層１５１６、ベース層１５１８およびエミッタ層１５２０からなるエピタキシャル積層構造は、増幅素子であるヘテロ接合バイポーラトランジスタになる。
【０１５３】
次に図２４に示すように、アノード層１５１０の上にある酸化シリコン層１５１２を除去して開口１５２２を形成し、カソード層１５０６、ドリフト層１５０８およびアノード層１５１０を、フォトリソグラフィ法により加工してメサ構造を形成し、カソード層１５０６に接するカソード電極１５２４、アノード層１５１０に接するアノード電極１５２６を形成する。このようにしてカソード層１５０６、ドリフト層１５０８、およびアノード層１５１０を用いた光センサ素子を作製する。アノード電極１５２６とカソード電極１５２４の間の電流−電圧特性を測定して光センサ素子の動作試験を実施する。光センサは正常に動作することが確認される。
【０１５４】
さらに、フォトリソグラフィ法によりコレクタ層１５１６、ベース層１５１８、およびエミッタ層１５２０を加工してメサ構造を形成し、コレクタ層１５１６に接してコレクタ電極１５２８を、ベース層１５１８に接してベース電極１５３０を、エミッタ層１５２０に接してエミッタ電極１５３２を形成して増幅素子を作製する。
【０１５５】
最後に、図２５に示すように、光センサ素子および増幅素子を覆う絶縁層１５３４を形成し、絶縁層１５３４にエッチングを施してビアホールを形成する。当該ビアホールを介して、カソード電極１５２４、アノード電極１５２６、コレクタ電極１５２８、ベース電極１５３０、およびエミッタ電極１５３２の間を相互に接続する配線１５３６を形成する。以上のようにして、センサ１５００を製造する。
【０１５６】
絶縁層１５３４としてポリイミド膜が挙げられる。配線１５３６として、アルミニウム、金、チタニウムと金の２層構造、チタニウム、白金、及び金の３層構造等の金属膜が挙げられる。配線１５３６は、阻害体１３０４を挟んで形成される光センサ素子と増幅素子とを接続するべく、阻害体１３０４の上に形成される。コレクタ電極１５２８、ベース電極１５３０およびエミッタ電極１５３２の間の電気特性を測定して、増幅素子であるヘテロ接合バイポーラトランジスタの動作試験を実施する。ヘテロ接合バイポーラトランジスタは正常な動作が確認される。
【０１５７】
なお、配線１５３６が形成できる場合には絶縁層１５３４は必要でない。また、阻害体１３０４と酸化シリコン層１５０２との間、または酸化シリコン層１５０２と酸化シリコン層１５１２との間に配線を形成して、当該配線を配線１５３６とのインターコネクトに利用してもよい。
【符号の説明】
【０１５８】
１００ 半導体基板、１０２ ベース基板、１０４ 阻害体、１０６ 開口、１１０ シード体、１２０ 光熱吸収体、１５０ センサ、２００ センサ、２０２ ベース基板、２０３ ウェル、２０４ 阻害体、２０６ 開口、２１２ 第１シード体、２１４ 第２シード体、２１６ アノード層、２１８ ドリフト層、２２０ カソード層、２２２ コンタクト層、２２４ パッシベーション層、２２６ 絶縁膜、２２８ 上部電極層、２３０ 配線、３００ センサ、３０２ ベース基板、３０３ ウェル、３０４ 阻害体、３０６ 開口、３１２ シード体、３１４ バッファ層、３１６ アノード層、３１８ ドリフト層、３２０ カソード層、３２１ ウインドウ、３２２ コンタクト層、３２４ パッシベーション層、３２６ 絶縁膜、３２８ 上部電極層、３３０ 配線、４００ センサ、４０２ ベース基板、４０３ ウェル、４０４ 阻害体、４０６ 開口、４１２ 第１シード体、４１４ 第２シード体、４１６ アノード層、４１８ ドリフト層、４２０ カソード層、４２２ コンタクト層、４２４ パッシベーション層、４２６ 絶縁膜、４２８ 上部電極層、４３０ 配線、９００ センサ、９０２ ベース基板、９７２ 上部電極層、９７８ 配線、９７９ 光学フィルタ、９８２ 集光部材、９８４ 封止部材、１０００ センサ、１００２ ベース基板、１０８２ 集光部材、１０８４ 封止部材、１１００ センサ、１１０２ ベース基板、１１０３ ウェル、１１０４ 阻害体、１１７２ 上部電極層、１１７８ 配線、１２００ センサ、１２０２ ベース基板、１２０４ 阻害体、１２７２ 上部電極層、１２７８ 配線、１３００ センサ、１３０２ ベース基板、１３０４ 阻害体、１３０６ 開口、１３１２ 第１シード体、１３１４ 第２シード体、１３１６ アノード層、１３１８ ドリフト層、１３２０ カソード層、１３２２ アノード電極、１３２４ カソード電極、１４００ センサ、１４０２ ベース基板、１４１６ アノード層、１４１８ ドリフト層、１４２０ カソード層、１４２２ アノード電極、１４２４ カソード電極、１４２６ 裏面アノード電極、１５００ センサ、１５０２ 酸化シリコン層、１５０４ 開口、１５０６ カソード層、１５０８ ドリフト層、１５１０ アノード層、１５１２ 酸化シリコン層、１５１４ 開口、１５１６ コレクタ層、１５１８ ベース層、１５２０ エミッタ層、１５２２ 開口、１５２４ カソード電極、１５２６ アノード電極、１５２８ コレクタ電極、１５３０ ベース電極、１５３２ エミッタ電極、１５３４ 絶縁層、１５３６ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含むベース基板と、
前記ベース基板の上方に設けられたシード体と、
前記シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体と
を備え、
前記光熱吸収体が、前記光熱吸収体に入射する入射光または前記光熱吸収体に加わる熱に応じて電気信号を出力するセンサ。
【請求項２】
前記ベース基板の上方に形成され、前記ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体をさらに備え、
前記シード体が、前記開口の内部に形成されている請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記ベース基板は、前記シリコンのバルク領域が有する不純物と反対の伝導型の不純物を有する不純物領域を有し、
前記光熱吸収体は、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項１または請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記阻害体が複数の前記開口を有し、前記複数の開口内に形成された複数の前記光熱吸収体を備える請求項２に記載のセンサ。
【請求項５】
前記ベース基板は不純物を有する不純物領域を有し、
前記シード体は前記不純物領域に接して設けられ、
前記複数の光熱吸収体のうちの少なくとも２つの光熱吸収体が、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記複数の光熱吸収体のそれぞれに対応して前記ベース基板に形成された複数の増幅素子と、
前記複数の増幅素子および前記複数の光熱吸収体を接続し、前記阻害体上に形成されている配線と
をさらに備える請求項４または請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）を有し、
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる請求項１から請求項６の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が前記第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体である請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、
前記ベース基板と前記シード体との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域をさらに含む請求項７または請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記光熱吸収体の側壁に接して形成され、前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな半導体または前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな誘電体を有し、前記側壁における前記キャリアの再結合を抑制する再結合抑制体をさらに備える請求項１から請求項９の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記光熱吸収体は、前記ベース基板に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有する請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記光熱吸収体は、ｘ１≠１である場合に、前記中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布を有する請求項７から請求項１１の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記シード体が前記入射光に応じて電気信号を発生する請求項１から請求項１２の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１４】
シリコンを含むベース基板と、
前記ベース基板の上方に設けられたシード体と、
前記シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体と
を備える半導体基板。
【請求項１５】
前記ベース基板の上方に形成され、前記ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体をさらに備え、
前記シード体が、前記開口の内部に形成されている請求項１４に記載の半導体基板。
【請求項１６】
前記ベース基板は、前記シリコンのバルク領域が有する不純物と反対の伝導型の不純物を有する不純物領域を有し、
前記光熱吸収体は、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項１４または請求項１５に記載の半導体基板。
【請求項１７】
前記阻害体が複数の前記開口を有し、前記複数の開口内に形成された複数の前記光熱吸収体を備える請求項１５に記載の半導体基板。
【請求項１８】
前記ベース基板は不純物を有する不純物領域を有し、
前記シード体は前記不純物領域に接して設けられ、
前記複数の光熱吸収体のうちの少なくとも２つの光熱吸収体が、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項１７に記載の半導体基板。
【請求項１９】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）を有し、
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる請求項１４から請求項１８の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２０】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が前記第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体である請求項１９に記載の半導体基板。
【請求項２１】
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、
前記基板と前記シード体との界面に接して、前記基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域をさらに含む請求項１９または請求項２０に記載の半導体基板。
【請求項２２】
前記光熱吸収体の側壁に接して形成され、前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな半導体または前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな誘電体を有し、前記側壁における前記キャリアの再結合を抑制する再結合抑制体をさらに備える請求項１４から請求項２１の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２３】
前記光熱吸収体は、前記ベース基板に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有する請求項１４から請求項２２の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２４】
前記光熱吸収体は、ｘ１≠１である場合に、前記中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布を有する請求項１９から請求項２３の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２５】
シリコンを含むベース基板の上方に阻害体を形成する段階と、
前記阻害体に、前記ベース基板の表面を露出する開口を形成する段階と、
前記開口の内部にシード体を形成する段階と、
前記シード体を加熱する段階と、
前記加熱された前記シード体の上方に、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体を、前記シード体に格子整合または擬格子整合させてエピタキシャル成長させる段階と
を備える半導体基板の製造方法。
【請求項２６】
前記シード体を加熱する段階をさらに備え、
前記光熱吸収体を形成する段階においては、前記加熱された前記シード体の上方に前記光熱吸収体をエピタキシャル成長させる請求項２５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２７】
前記シード体を形成する段階においては、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる前記シード体を形成し、
前記シード体を加熱する段階においては、前記ベース基板と前記シード体との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域を形成し、
前記光熱吸収体を形成する段階においては、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる前記光熱吸収体をエピタキシャル成長させる請求項３０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２８】
前記シード体を加熱する段階においては、前記シード体の吸収係数が前記阻害体の吸収係数よりも大きい電磁波を照射する請求項２７に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１】
シリコンを含むベース基板と、
前記ベース基板の上方に設けられたシード体と、
前記シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体と
を備え、
前記光熱吸収体が、前記光熱吸収体に入射する入射光または前記光熱吸収体に加わる熱に応じて電気信号を出力するセンサ。
【請求項２】
前記ベース基板の上方に形成され、前記ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体をさらに備え、
前記シード体が、前記開口の内部に形成されている請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記ベース基板は、前記シリコンのバルク領域が有する不純物と反対の伝導型の不純物を有する不純物領域を有し、
前記光熱吸収体は、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項１または請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記阻害体が複数の前記開口を有し、前記複数の開口内に形成された複数の前記光熱吸収体を備える請求項２に記載のセンサ。
【請求項５】
前記ベース基板は不純物を有する不純物領域を有し、
前記シード体は前記不純物領域に接して設けられ、
前記複数の光熱吸収体のうちの少なくとも２つの光熱吸収体が、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記複数の光熱吸収体のそれぞれに対応して前記ベース基板に形成された複数の増幅素子と、
前記複数の増幅素子および前記複数の光熱吸収体を接続し、前記阻害体上に形成されている配線と
をさらに備える請求項４または請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）を有し、
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる請求項１から請求項６の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が前記第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体である請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、
前記ベース基板と前記シード体との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域をさらに含む請求項７または請求項８に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記光熱吸収体の側壁に接して形成され、前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな半導体または前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな誘電体を有し、前記側壁における前記キャリアの再結合を抑制する再結合抑制体をさらに備える請求項１から請求項９の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記光熱吸収体は、前記ベース基板に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有する請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記光熱吸収体は、ｘ１≠１である場合に、前記中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布を有する請求項７から請求項１１の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記シード体が前記入射光に応じて電気信号を発生する請求項１から請求項１２の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１４】
シリコンを含むベース基板と、
前記ベース基板の上方に設けられたシード体と、
前記シード体に格子整合または擬格子整合し、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体と
を備える半導体基板。
【請求項１５】
前記ベース基板の上方に形成され、前記ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害体をさらに備え、
前記シード体が、前記開口の内部に形成されている請求項１４に記載の半導体基板。
【請求項１６】
前記ベース基板は、前記シリコンのバルク領域が有する不純物と反対の伝導型の不純物を有する不純物領域を有し、
前記光熱吸収体は、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項１４または請求項１５に記載の半導体基板。
【請求項１７】
前記阻害体が複数の前記開口を有し、前記複数の開口内に形成された複数の前記光熱吸収体を備える請求項１５に記載の半導体基板。
【請求項１８】
前記ベース基板は不純物を有する不純物領域を有し、
前記シード体は前記不純物領域に接して設けられ、
前記複数の光熱吸収体のうちの少なくとも２つの光熱吸収体が、前記シード体を介して前記不純物領域と電気的に結合されている請求項１７に記載の半導体基板。
【請求項１９】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）を有し、
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる請求項１４から請求項１８の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２０】
前記光熱吸収体が、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる第１層と、Ｇａｘ４Ｉｎ１−ｘ４Ｎｙ４Ｐｚ４Ａｓｗ３Ｓｂ１−ｙ４―ｚ４−ｗ３（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、０≦ｗ３≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなり、禁制帯幅が前記第１層の禁制帯幅より大きな第２層とを積層した超格子構造体である請求項１９に記載の半導体基板。
【請求項２１】
前記シード体が、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）からなり、
前記基板と前記シード体との界面に接して、前記基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域をさらに含む請求項１９または請求項２０に記載の半導体基板。
【請求項２２】
前記光熱吸収体の側壁に接して形成され、前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな半導体または前記光熱吸収体よりも禁制帯幅の大きな誘電体を有し、前記側壁における前記キャリアの再結合を抑制する再結合抑制体をさらに備える請求項１４から請求項２１の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２３】
前記光熱吸収体は、前記ベース基板に平行な面の中心からの距離がより大きな位置において、より大きな禁制帯幅となる組成分布を有する請求項１４から請求項２２の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２４】
前記光熱吸収体は、ｘ１≠１である場合に、前記中心からの距離がより大きな位置において、Ｉｎの割合がより小さくなる組成分布を有する請求項１９から請求項２３の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項２５】
シリコンを含むベース基板の上方に阻害体を形成する段階と、
前記阻害体に、前記ベース基板の表面を露出する開口を形成する段階と、
前記開口の内部にシード体を形成する段階と、
前記シード体を加熱する段階と、
前記加熱された前記シード体の上方に、光または熱を吸収してキャリアを生成する３−５族化合物半導体からなる光熱吸収体を、前記シード体に格子整合または擬格子整合させてエピタキシャル成長させる段階と
を備える半導体基板の製造方法。
【請求項２６】
前記シード体を加熱する段階をさらに備え、
前記光熱吸収体を形成する段階においては、前記加熱された前記シード体の上方に前記光熱吸収体をエピタキシャル成長させる請求項２５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２７】
前記シード体を形成する段階においては、Ｃｘ２Ｓｉｙ２Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、かつ０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１）、または、Ｇａｘ３Ｉｎ１−ｘ３Ｎｙ３Ｐｚ３Ａｓｗ２Ｓｂ１−ｙ３−ｚ３−ｗ２（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、０≦ｗ２≦１、かつ０≦ｙ３＋ｚ３＋ｗ２≦１）からなる前記シード体を形成し、
前記シード体を加熱する段階においては、前記ベース基板と前記シード体との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がＣｘ２Ｓｉｙ２´Ｇｅｚ２Ｓｎ１−ｘ２−ｙ２−ｚ２（０＜ｘ２≦１、０＜ｙ２´≦１、０≦ｚ２≦１、０＜ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≦１、かつｙ２＜ｙ２´＜１）である界面領域を形成し、
前記光熱吸収体を形成する段階においては、Ｇａｘ１Ｉｎ１−ｘ１Ｎｙ１Ｐｚ１Ａｓｗ１Ｓｂ１−ｙ１−ｚ１−ｗ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、０≦ｗ１≦１、かつ０≦ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１）からなる前記光熱吸収体をエピタキシャル成長させる請求項３０に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項２８】
前記シード体を加熱する段階においては、前記シード体の吸収係数が前記阻害体の吸収係数よりも大きい電磁波を照射する請求項２７に記載の半導体基板の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１４８９８（Ｐ２０１１−１４８９８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８３６８（Ｐ２０１０−１２８３６８）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]