專利名稱：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體受光元件、制作Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法、受光元件及 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件、制作IIi-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法、受光元件及外延晶片。
背景技術(shù)：
在非專利文獻(xiàn)1中，記載有制作截止波長為2. 39微米的光電二極管。受光元件包含設(shè)置在InP襯底上的受光層、及ρ型InGaAs窗層。該受光層包含InGaAs/GaAsSb的第二型量子阱構(gòu)造。在臺面蝕刻后，在P型InGaAs窗層上形成S^2鈍化膜?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn) 1 :R. Sidhu,「Long—wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells」 IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17，No.12(2005)，pp.2715—271
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)發(fā)明人的見解，在使用InGaAs窗層時(shí)，暗電流較hP窗層有所增加。因此，在 InP襯底上具有受光層的受光元件所用的外延膜構(gòu)造中，該膜構(gòu)造的最上層使用InP窗層。 在以外延層為入射面的表面入射型光電二極管中，InP窗層不吸收應(yīng)到達(dá)受光層的近紅外線。另外，如已述那樣，InP窗層對暗電流的抑制也有效。該光電二極管的外延疊層利用有機(jī)金屬氣相成長法而成長。外延疊層包含受光層。當(dāng)該受光層包含化6仏8/6仏$13第二型量子阱構(gòu)造之類的含有Sb作為V族構(gòu)成元素的 III-V化合物半導(dǎo)體時(shí)，在該外延疊層的成長中，成長出含有Sb作為V族構(gòu)成元素的III-V 化合物半導(dǎo)體層后，進(jìn)行InP窗層的結(jié)晶成長。然后，在外延疊層的一部分上選擇性地形成陽極區(qū)域而形成pn接合。在如此制作的光電二極管的特性測定時(shí)，發(fā)明人遭遇了預(yù)料之外的電氣特性(暗電流增加)。根據(jù)該預(yù)料之外的特性的進(jìn)一步的調(diào)查，原本表現(xiàn)出η型的InP窗層表現(xiàn)出ρ 型導(dǎo)電性。若hP窗層表現(xiàn)出P型導(dǎo)電，則在選擇性地形成的陽極區(qū)域以外的區(qū)域中也形成pn接合，因此存在以下問題pn接合區(qū)域擴(kuò)大；以及由于pn接合在表面露出而引起表面泄漏電流增大，由此導(dǎo)致暗電流增大。而且，發(fā)明人在調(diào)查其主要原因的過程中發(fā)現(xiàn)存在如下情況。例如發(fā)現(xiàn)，InP窗層的成長中未供給的銻以超過本底水平(kickgroimd level)的量作為雜質(zhì)而混入至MP中。根據(jù)發(fā)明人的研究，銻的混入是InP所特有的。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在提供一種III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件及其制作方法，該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件具有含有含Sb作為V族構(gòu)成元素的 III-V化合物半導(dǎo)體層的受光層及η型InP窗層，且可減少暗電流，另外，本發(fā)明的目的在提供一種可減少暗電流的受光元件及外延晶片。本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件具備(a)半導(dǎo)體襯底，具有
7主面；(b)受光層，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上；(c) InP層，設(shè)置在上述受光層上， 具有第一及第二部分；及(d)陽極區(qū)域，包含自上述InP層的上述第一部分的表面朝上述受光層的方向延伸的P型半導(dǎo)體。上述受光層的帶隙小于^P的帶隙，上述InP層中添加有 η型摻雜劑，上述InP層的上述第二部分中的多數(shù)載體為電子，上述InP層的上述第二部分中的電子濃度為lX1016cm_3以上。根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，由于受光層的III-V族化合物半導(dǎo)體層的成長時(shí)所供給的銻殘留在成長爐中(即記憶效應(yīng))，所以成長在受光層上的InP層中含有銻作為雜質(zhì)。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，InP層中的銻雜質(zhì)生成空穴。添加至InP層中的η型摻雜劑補(bǔ)償該生成載體，而使InP層的第二部分中的多數(shù)載體成為電子。由于電子濃度為 IXlO16cnT3以上，所以InP層的第二部分表現(xiàn)出充分的η導(dǎo)電性。因此，選擇性地形成的陽極區(qū)域以外的區(qū)域成為η導(dǎo)電性，由此可形成選擇性的ρη接合，所以減少暗電流。本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件具備(a)半導(dǎo)體襯底，具有主面；(b)受光層，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上；及(c) InP層，設(shè)置在上述受光層上。上述受光層的帶隙小于^P的帶隙，上述InP層中添加有施體，上述InP層的施體密度為 lX1016cnT3 以上。根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，由于受光層的III-V族化合物半導(dǎo)體層的成長時(shí)所供給的銻殘留在成長爐中(即記憶效應(yīng))，所以成長在受光層上的InP層中含有銻作為雜質(zhì)。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，InP層中的銻雜質(zhì)生成空穴。InP層中的施體補(bǔ)償該生成載體，而使InP層的第二部分中的多數(shù)載體成為電子。由于施體密度為1 X IO16CnT3以上，所以InP層的第二部分表現(xiàn)出充分的η導(dǎo)電性。因此，選擇性地形成的陽極區(qū)域以外的區(qū)域成為η導(dǎo)電性，由此可形成選擇性的ρη接合，所以減少暗電流。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述InP層中的施體密度可為 IXlO19cnT3以下。另外，在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述InP層中的施體可為娃。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述受光層可具有至少含有銻作為V族元素的III-V族化合物半導(dǎo)體層。另外，在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述InP 層可含有銻作為雜質(zhì)。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述InP層的上述第二部分中的電子濃度可為IX IO19CnT3以下。根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，在InP層的第二部分具有不超過 IXlO19cnT3的電子濃度時(shí)，可對陽極區(qū)域賦予適當(dāng)?shù)奶匦?。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述InP層中的銻濃度可為IX IO17CnT3 以上，上述InP層中的銻濃度可為IXlO19cnT3以下。根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，InP層中的混入銻濃度為上述范圍，該濃度范圍的銻雜質(zhì)的一部分以提供空穴的方式作用。硅的添加具有補(bǔ)償該所提供的空穴載體、進(jìn)而使多數(shù)載體成為電子的功能，選擇性地形成的陽極區(qū)域以外的區(qū)域成為η導(dǎo)電性， 由此可形成選擇性的ρη接合，所以可減少暗電流。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，可進(jìn)而具備設(shè)置在上述受光層與上述 InP層之間的非摻雜的InGaAs層。上述InP層的上述銻濃度高于上述InGaAs層的銻濃度。
根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，InGaAs層發(fā)揮調(diào)整陽極區(qū)域相對于受光層的位置的作用。另一方面，雖然該InGaAs層也含有銻作為雜質(zhì)，但I(xiàn)nP層的銻濃度高于 InGaAs層的銻濃度。因此InGaAs層可為非摻雜。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，可進(jìn)而具備包含覆蓋上述InP層的上述第二部分的表面的由絕緣體構(gòu)成的鈍化膜。根據(jù)III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，可減少由窗層的材料引起的暗電流，并且也可減少表面泄漏電流。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述受光層可具有包含InGaAs層及 GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造、以及包含^JnNAs層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造的至少任一種，上述受光層可含有GaAsSb層。根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，可獲得所需波長靈敏度的受光層。在該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件中，上述半導(dǎo)體襯底包含導(dǎo)電性hP，該 III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件可進(jìn)而具備設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底的背面的陰極電極。根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，InP襯底可提供良好受光靈敏度的受光層。另外，通過選擇性形成在InP層的第一部分的包含由自表面到達(dá)受光層的P型半導(dǎo)體的陽極區(qū)域與InP襯底的陰極，可提供良好的受光特性。本發(fā)明的其它側(cè)面是一種制作III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法。該方法包括(a)在成長爐中配置襯底的步驟；(b)在上述成長爐中，成長上述III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件所用的半導(dǎo)體疊層而形成外延襯底的步驟；(c)在受光層上形成InP層后，自上述成長爐中取出上述外延襯底的步驟；及(d)自上述成長爐中取出上述外延襯底后，自上述InP層的表面導(dǎo)入ρ型摻雜劑，形成包含朝上述受光層的方向延伸的P型半導(dǎo)體的陽極區(qū)域的步驟。成長上述半導(dǎo)體疊層的上述步驟包括(bl)將含有銻原料及V族原料的原料氣體供給于上述成長爐，在上述襯底的主面上形成具有至少含有銻作為V族構(gòu)成元素的 III-V族化合物半導(dǎo)體層的上述受光層的步驟；及( )停止對上述成長爐供給銻原料后， 將包含η型摻雜劑、銦原料及磷原料的原料氣體供給于上述成長爐，在上述受光層上形成η 型導(dǎo)電性的上述InP層的步驟。上述受光層的帶隙小于^P的帶隙，上述InP層含有銻作為雜質(zhì)，上述InP層中的電子濃度為IXlO16cnT3以上。根據(jù)該方法，雖然在受光層上成長InP層時(shí)未對成長爐供給銻，但由于受光層的 III-V族化合物半導(dǎo)體層成長時(shí)所供給的銻殘留在成長爐中(即記憶效應(yīng))，所以InP層中含有銻作為雜質(zhì)。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，InP層中的銻雜質(zhì)生成空穴。添加至InP層中的η型摻雜劑補(bǔ)償該生成載體，而使InP層的第二部分中的多數(shù)載體成為電子。由于電子濃度為 1 X IO16CnT3以上，因此LP層的第二部分表現(xiàn)出充分的η導(dǎo)電性。本發(fā)明的其它側(cè)面是一種制作III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法。該方法包括(a)在成長爐中配置襯底的步驟；(b)在上述成長爐中，成長上述III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件所用的半導(dǎo)體疊層而形成外延襯底的步驟；(c)在受光層上形成InP層后，自上述成長爐中取出上述外延襯底的步驟；及(d)自上述成長爐中取出上述外延襯底后，自上述InP層的表面導(dǎo)入ρ型摻雜劑，形成包含朝上述受光層的方向延伸的P型半導(dǎo)體的陽極區(qū)域的步驟。成長上述半導(dǎo)體疊層的上述步驟包括(bl)在上述襯底的主面上形成上述受光層的步驟；及(b2)將含有η型摻雜劑、銦原料及磷原料的原料氣體供給于上述成長爐，在
9上述受光層上形成η型導(dǎo)電性的上述InP層的步驟。上述受光層的帶隙小于MP的帶隙， 上述InP層中的施體密度為lX1016cm_3以上。根據(jù)該方法，雖然在受光層上成長InP層時(shí)未對成長爐供給銻，但由于受光層的 III-V族化合物半導(dǎo)體層成長時(shí)所供給的銻殘留在成長爐中(即記憶效應(yīng))，所以InP層中含有銻作為雜質(zhì)。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，InP層中的銻雜質(zhì)生成空穴。InP層中的施體補(bǔ)償該生成載體，而使InP層的第二部分中的多數(shù)載體成為電子。由于施體密度為IXlO16cnT3以上，因此InP層的第二部分表現(xiàn)出充分的η導(dǎo)電性。在該方法中，上述InP層中的施體密度可為IXlO19cnT3以下。另外，在該方法中， 上述InP層中的施體可為硅。該方法可包括將含有銻原料及V族原料的原料氣體供給于上述成長爐的步驟，上述受光層可具有至少含有銻作為V族元素的III-V族化合物半導(dǎo)體層。另外，在該方法中， 上述InP層可含有銻作為雜質(zhì)。在該方法中，上述InP層的上述第二部分中的電子濃度可為lX1019cm_3以下。根據(jù)該方法，在InP層具有不超過1 X IO19CnT3的電子濃度時(shí)，可不增加用以形成陽極區(qū)域的P型摻雜劑量而對陽極區(qū)域賦予適當(dāng)?shù)奶匦?。在該方法中，上述LP層中的銻濃度可為1 X IO17CnT3以上，上述LP層中的銻濃度可為IXlO19Cm-3以下。根據(jù)該方法，InP層中的混入銻濃度為上述范圍，該濃度范圍的銻雜質(zhì)的一部分以提供空穴的方式作用。該方法可進(jìn)而包括在成長上述InP層之前，將含有III族原料及V族原料的原料氣體供給于上述成長爐，在上述受光層上成長InGaAs層的步驟。上述InGaAs層的銻濃度低于上述InP層的上述銻濃度。根據(jù)該方法，InGaAs層發(fā)揮調(diào)整陽極區(qū)域相對于受光層的位置的作用。另一方面，雖然該InGaAs層也含有銻作為雜質(zhì)，但I(xiàn)nP層的銻濃度高于InGaAs層的銻濃度。因此 InGaAs層為非摻雜。在該方法中，上述受光層可具有包含InGaAs層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造、以及包含fe^nNAs層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造的至少任一種，上述受光層可含有GaAsSb層。根據(jù)該方法，可形成所需波長靈敏度的受光層。在該方法中，上述受光層及上述InP層的成長可通過有機(jī)金屬氣相成長法進(jìn)行。 根據(jù)該方法，雖然可成長良好特性的受光層及InP層，但在^P的成長中產(chǎn)生銻的記憶效應(yīng)。本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的受光元件的特征在于，其具備襯底，包含III-V族半導(dǎo)體； 受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V 族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體；并且上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間，上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間，包含上述窗層及上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的半導(dǎo)體區(qū)域包含沿著與上述受光層的接合面依次配置的第一及第二區(qū)域，上述第一區(qū)域含有規(guī)定的雜質(zhì)元素且與上述第二區(qū)域鄰接，上述第一區(qū)域的導(dǎo)電型為P型，自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面在上述第二區(qū)域中朝上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值在 5 X IO15cm-3以上、IX IO19cnT3以下的范圍內(nèi)。若載體濃度不足5 X IO15CnT3或超過1 X 1019cm_3，則在兩個(gè)受光元件作為像素而鄰接時(shí)，該鄰接像素間未形成良好的pnp接合，鄰接像素中發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。另外，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面(擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的界面)，由于空穴性缺陷的產(chǎn)生、或帶不連續(xù)(band discontinuity)所導(dǎo)致的載體的空乏化，在鄰接像素間未形成良好的pnp接合，可能導(dǎo)致鄰接像素中發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。相對于此，本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的受光元件使擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面的η型載體濃度高于擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層及窗層，由此可減少暗電流。在該受光元件中，上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值可大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)且與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值。如此，僅在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面附近提高載體濃度，特別可減少暗電流。本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的受光元件的特征在于，具備襯底，包含III-V族半導(dǎo)體；受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體；并且上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間，上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間，包含上述窗層及上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的半導(dǎo)體區(qū)域包含沿著與上述受光層的接合面依次配置的第一及第二區(qū)域，上述第一區(qū)域僅含有規(guī)定的雜質(zhì)元素且與上述第二區(qū)域鄰接，上述第一區(qū)域的導(dǎo)電型為P型，自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面朝上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值在5X1015cnT3以上、 IXlO19cnT3以下的范圍內(nèi)。若載體濃度不足5 X IO15CnT3或超過1 X 1019cm_3，則在兩個(gè)受光元件作為像素而鄰接時(shí)，該鄰接像素間未形成良好的pnp接合，鄰接像素中發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。另外，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面，由于空穴性缺陷的產(chǎn)生、或帶不連續(xù)所致的載體的空乏化，鄰接像素間未形成良好的pnp接合，可能導(dǎo)致鄰接像素中發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。相對于此，本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的受光元件使擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面的η型載體濃度高于擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層及窗層，由此可減少暗電流。而且，通過添加施體雜質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)如上所述的載體濃度。在該受光元件中，上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值可大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)且與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值。如此，僅在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面附近提高施體濃度，特別可減少暗電流。進(jìn)而，上述規(guī)定區(qū)域的厚度可為0. 02 μ m以上、0. 2 μ m以下。若規(guī)定區(qū)域的厚度小于0. 02 μ m, 則無法補(bǔ)償空穴性缺陷的產(chǎn)生、或帶不連續(xù)所致的載體的空乏化，而無法減少暗電流。若規(guī)定區(qū)域的厚度超過0. 2 μ m，則由于過量的η型載體而暗電流增大。在該受光元件中，上述施體可為Si。通過使用Si，可容易地控制η型載體濃度或施體濃度。在該受光元件中，上述雜質(zhì)元素可為Zn。通過摻雜Si作為雜質(zhì)元素而形成ρ型區(qū)
11域，因此可在外延晶片中形成數(shù)組狀地排列的多個(gè)受光元件。在該受光元件中，上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層可包含InGaAs。與hP中相比，InGaAs 中的ai的擴(kuò)散速度更慢，因此ai的擴(kuò)散深度的控制性提高。在該受光元件中，上述窗層可包含hP。在InP的結(jié)晶表面形成鈍化膜的技術(shù)與在 InGaAs的表面形成鈍化膜的技術(shù)相比，存在蓄積，而可容易地控制表面的暗電流泄漏。包含^P的窗層在設(shè)定成以外延層為入射面?zhèn)鹊臉?gòu)造時(shí)，防止較受光層更靠入射側(cè)的近紅外光的吸收等，并且在暗電流的抑制方面有效地發(fā)揮作用。在該受光元件中，上述受光層可為第二型多量子阱構(gòu)造。因此，可制作對近紅外區(qū)的長波長側(cè)(波長>2μπι)具有受光靈敏度的受光元件。在該受光元件中，上述多量子阱構(gòu)造可包含化力^^/^^⑴.38彡χ彡0.68)與 GaAs1^ySby (0. 36 ^ y ^ 0. 62)的對、或 GiVtlntNuAShJO. 4 彡 t 彡 0. 8、0 < u 彡 0. 2)與 GaAs1^vSbv(0. 36 ^ ν ^ 0. 62)的對。由此，可在保持良好的結(jié)晶性的基礎(chǔ)上、高效率地大量制造對近紅外區(qū)具有受光靈敏度的光電二極管等。本發(fā)明的一側(cè)面的外延晶片的特征在于，具備襯底，包含III-V族半導(dǎo)體；受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體；并且上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間，上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間，自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面朝該窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值在5 X IO15CnT3以上、1 X 1019cm_3以下的范圍內(nèi)。若載體濃度不足5 X IO15CnT3或超過1 X 1019cm_3，則在兩個(gè)受光元件作為像素而在外延晶片內(nèi)鄰接時(shí)，該鄰接像素間未形成良好的pnp接合，鄰接像素中發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。另外，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面，由于空穴性缺陷的產(chǎn)生、或帶不連續(xù)所致的載體的空乏化，在鄰接像素間未形成良好的pnp接合，可能鄰接像素中發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。相對于此，本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的外延晶片使擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面的η型載體濃度高于擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層及窗層，由此可減少暗電流。在該外延晶片中，上述窗層的上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值可大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)且與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值。如此，僅在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面附近提高載體濃度，特別可減少暗電流。本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的外延晶片的特征在于，具備襯底，包含III-V族半導(dǎo)體；受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體；并且上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間，上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間，自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面朝該窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值在5Χ IO15CnT3以上、IXlO19cnT3以下的范圍內(nèi)。若載體濃度不足5 X IO15CnT3或超過1 X 1019cm_3，則在兩個(gè)受光元件作為像素而在外延晶片內(nèi)鄰接時(shí)，該鄰接像素間未形成良好的pnp接合，鄰接像素中發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。另外，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面，由于空穴性缺陷的產(chǎn)生、或帶不連續(xù)所致的載體的空乏化，在鄰接像素間未形成良好的Pnp接合，可能導(dǎo)致鄰接像素發(fā)生電流泄漏而暗電流增加。相對于此，本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的外延晶片使擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面的η型載體濃度高于擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層及窗層，由此可減少暗電流。并且，通過添加施體雜質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)如上所述的載體濃度。在該外延晶片中，上述窗層的上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值可大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)且與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值。如此，僅在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層與窗層的接合面附近提高施體濃度，特別可減少暗電流。在該外延晶片中，上述施體可為Si。通過使用Si，可容易地控制η型載體濃度或施體濃度。進(jìn)而，上述規(guī)定區(qū)域的厚度可為0.02μπι以上、0.2μπι以下。若規(guī)定區(qū)域的厚度小于0. 02 μ m,則無法補(bǔ)償空穴性缺陷的產(chǎn)生、或帶不連續(xù)所致的載體的空乏化，而無法減少暗電流。若規(guī)定區(qū)域的厚度超過0. 2 μ m，則由于過量的η型載體而暗電流增大。因此，本發(fā)明可提供一種包含III-V族半導(dǎo)體、且暗電流得到減少的受光元件及外延晶片。本發(fā)明的各側(cè)面的上述目的及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)參照附圖而進(jìn)行的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)說明，可更容易明白。發(fā)明效果如以上所說明，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面，可提供一種III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其具有含有含Sb作為V族構(gòu)成元素的III-V化合物半導(dǎo)體層的受光層以及η型InP 窗層，且可減少暗電流。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面，可提供一種制作III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法。


圖1是表示本實(shí)施方式的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的構(gòu)造的圖；圖2 (a)、圖2 (b)是表示制作本實(shí)施方式的III_V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法中的主要步驟的圖；圖3 (a)、圖3 (b)是表示制作本實(shí)施方式的III_V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法中的主要步驟的圖；圖4 (a)、圖4 (b)是表示制作本實(shí)施方式的III_V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法中的主要步驟的圖；圖5 (a)、圖5 (b)是表示2種外延襯底的構(gòu)造的圖；圖6是表示通過二次離子質(zhì)譜法對圖5中所示的2種外延襯底的第二 InGaAs層及InP窗層進(jìn)行測定所得的Sb濃度的圖；圖7是表示實(shí)施例1所示的光電二極管的構(gòu)造的圖；圖8是表示實(shí)施例1中的硅濃度、電子或空穴濃度、暗電流的關(guān)系的圖；圖9是表示用以說明本實(shí)施方式的受光元件的構(gòu)成的圖；圖10 (a)、圖10(b)是用以說明本實(shí)施方式的受光元件的效果的圖；圖11是用以說明本實(shí)施方式的外延晶片的構(gòu)成的圖12是表示本實(shí)施方式的受光元件的實(shí)施例及比較例的圖；及圖13是表示本實(shí)施方式的受光元件的實(shí)施例及比較例的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的見解可通過參照作為例示而示出的附圖并考慮以下的詳細(xì)說明而容易地理解。繼而，一面參照隨附圖，一面對本發(fā)明的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件、制作 III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法、受光元件、及外延晶片的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在可能的情況下，對相同部分標(biāo)注相同標(biāo)號。(第一實(shí)施方式)圖1是表示本實(shí)施方式的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的圖。III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件例如為光電二極管。參照圖1，示出正交坐標(biāo)系S。III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11具備半導(dǎo)體襯底13、半導(dǎo)體疊層15、及陽極區(qū)域17。半導(dǎo)體疊層15設(shè)置在半導(dǎo)體襯底13上，且包含受光層21及InP層23。半導(dǎo)體疊層15內(nèi)的半導(dǎo)體層(例如受光層21及InP層23)在半導(dǎo)體襯底13的主面13a的法線軸 Ax方向上疊層。半導(dǎo)體襯底13具有主面13a及背面13b。另外，主面13a包含第一及第二區(qū)域13c、13d，第二區(qū)域13d包圍第一區(qū)域13c。受光層21設(shè)置在半導(dǎo)體襯底13的主面 13a上，且設(shè)置在半導(dǎo)體襯底13與InP層23之間。受光層21具有至少含有銻作為V族構(gòu)成元素的III-V族化合物半導(dǎo)體層。III-V族化合物半導(dǎo)體層例如包含GaAsSb等。受光層 21可包含塊狀構(gòu)造、量子阱構(gòu)造等。III-V族化合物半導(dǎo)體層的帶隙Eabsp小于MP的帶隙EhP，III-V族化合物半導(dǎo)體層利用自半導(dǎo)體疊層15的主面1 入射經(jīng)由InP層23到達(dá)受光層21的光而生成電子/空穴對。受光層21具有第一及第二部分21c、21d，第一及第二部分21c、21d分別設(shè)置在第一及第二區(qū)域13c、13d上。InP層23設(shè)置在受光層21上，且具有第一及第二部分23c、23d。第一及第二部分23c、23d分別設(shè)置在第一及第二區(qū)域13c、 13d上。第一部分21c設(shè)置在第一部分23c與第一區(qū)域13c之間。第二部分21d設(shè)置在第二部分23d與第二區(qū)域13d之間。陽極區(qū)域17包含自InP層23的第一部分23c的表面到達(dá)受光層21的ρ型半導(dǎo)體。陽極區(qū)域17中添加有ρ型摻雜劑，作為ρ型摻雜劑，例如可使用鋅(Zn)等。在III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11中，InP層23含有銻作為雜質(zhì)，并且在InP 層23中添加有η型摻雜劑。η型摻雜劑例如可使用硅、硫等。InP層23的第二部分23d中的多數(shù)載體為電子，InP層23的第二部分23d中的電子濃度為IX 1016cm_3以上。根據(jù)該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11，由于受光層21的III-V族化合物半導(dǎo)體層成長時(shí)供給于成長爐中的銻的殘留(即記憶效應(yīng))，所以成長在受光層21上的MP層 23中含有在其成長中未供給的銻作為雜質(zhì)。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，InP層23中的銻雜質(zhì)生成空穴。該生成載體通過添加至InP層23中的η型摻雜劑加以補(bǔ)償，結(jié)果InP層23的第二部分23d中的多數(shù)載體成為電子。由于電子濃度為1 X IO16CnT3以上，因此LP層23的第二部分23d表現(xiàn)出充分的η導(dǎo)電性。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，InP層23中的銻濃度可為IX 1017cm_3以上，且InP層23中的銻濃度可為IXlO19cnT3以下。InP層23中的混入銻濃度為上述范圍，該濃度范圍的銻雜質(zhì)的至少一部分以提供空穴的方式作用。
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InP層23的第二部分23d中的電子濃度可為IX IO19CnT3以下。在該第二部分 23d具有IXlO19cnT3以下的電子濃度時(shí)，可不增加用以形成陽極區(qū)域的ρ型摻雜劑量而使陽極區(qū)域17具有適當(dāng)?shù)碾姎馓匦?。InP層23的硅濃度例如可為IX 1016cm_3以上，且為 IXlO19Cm-3 以下。受光層21可具有包含InGaAs層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造、以及包含^JnNAs 層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造的至少任一種，III-V族化合物半導(dǎo)體層可含有GaAsSb層。 根據(jù)該受光元件11，可獲得所需波長靈敏度的受光層21。在III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11中，半導(dǎo)體疊層15可進(jìn)而具備InGaAs層 25。InGaAs層25設(shè)置在受光層21與InP層23之間。有在InGaAs層25中測定出作為雜質(zhì)的銻的情形，InP層23的銻濃度高于InGaAs層25的銻濃度。InGaAs層25發(fā)揮調(diào)整陽極區(qū)域17相對于受光層21的位置的作用。另一方面，雖然該InGaAs層25也含有銻作為雜質(zhì)，但I(xiàn)nP層23的銻濃度高于InGaAs層25的銻濃度。因此InGaAs層25可為非摻雜。 另外，InGaAs層25的厚度可大于InP層23的厚度。InGaAs層25具有第一及第二部分25c、25d，第一及第二部分25c、25d分別設(shè)置在第一及第二區(qū)域13c、13d上。陽極區(qū)域17包含第一部分25c及第一部分23c，且位于第一部分21c上。陽極區(qū)域17的底面與第一部分21c形成pn接合^a，陽極區(qū)域17的側(cè)面與第二部分25d及第二部分23d形成pn接合^bJ9c。在III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11中，半導(dǎo)體疊層15可進(jìn)而具備其它的 InGaAs層27。InGaAs層27設(shè)置在受光層21與半導(dǎo)體襯底13之間。InGaAs層27實(shí)質(zhì)上不含銻作為雜質(zhì)。InGaAs層27的帶隙大于受光層21的III-V族化合物半導(dǎo)體層的帶隙。 該InGaAs層27中添加有η型摻雜劑，作為η型摻雜劑，例如可使用硅(Si)等。InGaAs層 27的硅濃度例如可為1 X IO16CnT3以上，且為1 X IO19cnT3以下。InGaAs層27具有第一及第二部分270、27(1，第一及第二部分27(3、27(1分別設(shè)置在第一及第二區(qū)域13(3、13(1上。InGaAs 層27與InP半導(dǎo)體區(qū)域形成接觸。半導(dǎo)體襯底13例如可包含hP。該InP表現(xiàn)出導(dǎo)電性。必要時(shí)，可在半導(dǎo)體襯底 13的主面13a上設(shè)置緩沖層，該緩沖層例如包含hP。InP襯底可提供良好的受光靈敏度的受光層。另外，通過包含自InP層23的第一部分23c的表面到達(dá)受光層的ρ型半導(dǎo)體的陽極區(qū)域17與InP襯底的陰極，可提供良好的受光特性。受光層21的可受光波長可為1. 0微米以上，且為3. 0微米以下。III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11可包含與半導(dǎo)體疊層15的主面1 形成接觸的陽極電極33。陽極電極33的邊緣33a位于通過第一區(qū)域13c的邊界且在法線軸Ax方向上延伸的柱狀假想圖的內(nèi)側(cè)，另外，pn接合^b 位于沿著假想圖的大致側(cè)面的位置。在具有通過陽極電極33的中央的軸Ax上的Z軸的坐標(biāo)系S中，規(guī)定通過軸Ax的基準(zhǔn)平面。 在任意的基準(zhǔn)平面上，陽極電極33的邊緣33a的X坐標(biāo)及Y坐標(biāo)小于第一區(qū)域13c的X坐標(biāo)及Y坐標(biāo)。III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11可進(jìn)而具備設(shè)置在半導(dǎo)體襯底13的背面1 的陰極電極35。陰極電極35覆蓋半導(dǎo)體襯底13的背面13b，且與背面1 形成接觸。III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件11可進(jìn)而具備覆蓋InP層23的第二部分23d的表面的絕緣膜37，該絕緣膜37作為鈍化膜而發(fā)揮功能。絕緣膜37具有開口 37a，開口 37a提供用以使陽極電極33與InP層23形成接觸的路徑。根據(jù)該受光元件11，可減少由窗層 23的材料引起的暗電流，并且也可減少表面泄漏電流。絕緣膜37的開口 37a的邊緣37b位于通過第一區(qū)域13c的邊界且在法線軸Ax方向上延伸的柱狀假想圖的內(nèi)側(cè)。在上述基準(zhǔn)平面中，陽極電極33的邊緣33a的X坐標(biāo)可分別位于絕緣膜37的開口 37a的邊緣37b的X坐標(biāo)與pn接合^b、29c的X坐標(biāo)之間。另外， 陽極電極33的邊緣33a的Y坐標(biāo)可分別位于絕緣膜37的開口 37a的邊緣37b的Y坐標(biāo)與 pn接合的Y坐標(biāo)之間。圖2、圖3、圖4是表示制作本實(shí)施方式的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法中的主要步驟的圖。一面參照圖2 圖4，一面對制作III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法加以說明。在步驟SlOl中，在成長爐IOa中配置襯底41。襯底41例如可為InP襯底。 在步驟S102中，使用成長爐10a，成長III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件所用的半導(dǎo)體疊層 Epi0連續(xù)的結(jié)晶成長例如可通過有機(jī)金屬氣相成長法進(jìn)行。作為用以進(jìn)行有機(jī)金屬氣相成長的鎵(Ga)原料、銦(In)原料、砷(As)原料、磷(P)原料及銻(Sb)原料，分別可使用 TEGa, TMIn, TBAs, TBP、TMSb。η 型的摻雜例如可使用 TeESi。首先，在步驟S102-1中，將第一原料供給于成長爐10a，在襯底41的主面41a上成長第一 InGaAs層43。第一原料Gl包含鎵原料、銦原料及砷原料，可含有TeESi作為η型摻雜劑。繼而，在步驟S102-2中，如圖2(b)所示，將第二原料G2供給于成長爐10a，在襯底 41的主面41a上成長受光層45。受光層45包含至少含有銻作為V族元素的III-V族化合物半導(dǎo)體層。該III-V族化合物半導(dǎo)體層的帶隙小于后續(xù)步驟中作為窗層而成長的InP的帶隙。在本實(shí)施方式中，第二原料G2例如包含鎵原料、砷原料及銻原料，例如在第一 InGaAs 層43的主面上成長單一的GaAsSb層。GaAsSb層例如為非摻雜，該層的多數(shù)載體為電子。受光層45可具有包含InGaAs層及GaAs釙層的單一或多量子阱構(gòu)造、以及包含 GaInNAs層及GaAsSb層的單一或多量子阱構(gòu)造的至少任一種。通過該構(gòu)造，可形成所需波長靈敏度的受光層。含Sb的III-V族化合物半導(dǎo)體層可含有GaAsSb層。受光層45例如可具有第二型量子阱構(gòu)造，此時(shí)可例示 InxGa1^xAs (0. 38 ^ X ^ 0. 68)與 GaAs1^Sby (0. 36 彡 Y 彡 0. 62)的對、或 Ga1^uInuNvAs1-V(0. 4 ^ U ^ 0. 8,0 < V ^ 0. 2)與 GaAs1^zSbz(0. 36 彡 Z 彡 0. 62)的對。必要時(shí)，例如可在停止供給鎵原料及銻原料后將例如砷原料供給于成長爐，并且設(shè)置用以使成長中斷的步驟。在步驟S102-3中，在停止向成長爐IOa供給銻原料后，如圖3(a)所示，將第三原料G3供給于成長爐10a，在受光層45上成長第二 InGaAs層47。第三原料G3包含鎵原料、 銦原料及砷原料。InGaAs層47例如為非摻雜，該層的多數(shù)載體為電子。在步驟S102-4中，如圖3(b)所示，銻原料未被供給于成長爐10a。將第四原料G4 供給于成長爐10a，在受光層45及第二 InGaAs層47上成長η型導(dǎo)電性的InP層49。第四原料氣體G4例如包含η型摻雜劑、銦原料及磷原料。InP層49含有銻作為雜質(zhì)，并且含有η型摻雜劑(例如硅)。InP層49的多數(shù)載體為電子，InP層49中的電子濃度為IXlO16cnT3以上。通過該些步驟，而制作出外延襯底Ε。在襯底41上形成InP層49后，在步驟S103
16中自成長爐IOa中取出外延襯底E。在步驟S104中，在外延襯底E上形成包含ρ型半導(dǎo)體的陽極區(qū)域51。在本實(shí)施方式中，通過導(dǎo)入P型摻雜劑形成陽極區(qū)域51。P型摻雜劑的導(dǎo)入例如利用熱擴(kuò)散。自成長爐IOa中取出外延襯底E后，在外延襯底E上形成絕緣膜53。絕緣膜53具有與陽極區(qū)域 51的位置對準(zhǔn)的開口 53a，使用熱處理裝置IOb在鋅環(huán)境中自InP層49的表面49a導(dǎo)入ρ 型摻雜劑，形成到達(dá)受光層45的陽極區(qū)域51。通過熱處理，自開口 53a導(dǎo)入的Si朝襯底擴(kuò)散，并且也在橫方向上擴(kuò)散。結(jié)果陽極區(qū)域51也擴(kuò)散至絕緣膜53下。通過該步驟，制作出襯底產(chǎn)物P。在使用熱擴(kuò)散的陽極區(qū)域51的形成中，必要時(shí)，InGaAs層47的厚度能以調(diào)整陽極區(qū)域51相對于受光層45的位置的方式確定。在S105中，在襯底產(chǎn)物P上形成電極。例如形成與陽極區(qū)域51形成接觸的陽極電極55，并且形成與襯底41的背面形成接觸的陰極電極57。根據(jù)該方法，雖然在受光層45上成長InP層49時(shí)未對成長爐IOa供給銻，但由于受光層45的含有Sb的III-V族化合物半導(dǎo)體層的成長時(shí)供給的銻殘留在成長爐IOa中 (即記憶效應(yīng))，所以銻作為雜質(zhì)而混入至InP層49中。根據(jù)發(fā)明人的調(diào)查，InP層49中的銻雜質(zhì)生成空穴。InP層49中的η型添加摻雜劑補(bǔ)償該生成載體，使InP層49中的多數(shù)載體成為電子。由于電子濃度為1 X IO16CnT3以上，因此LP層49表現(xiàn)出充分的η導(dǎo)電性。 另外，InP層49中的電子濃度可為IXlO19cnT3以下。此時(shí)，可不增加用以形成陽極區(qū)域51 的P型摻雜劑量而對陽極區(qū)域51賦予適當(dāng)?shù)碾姎馓匦?。根?jù)發(fā)明人的估算，InP層49中的銻濃度為1 X IO17CnT3以上，且銻濃度為 IXlO19cnT3以下。InP層49中的混入銻濃度為上述范圍，該濃度范圍的銻雜質(zhì)的一部分以提供空穴的方式作用。另一方面，InGaAs層47含有銻作為雜質(zhì)，InGaAs層47的銻濃度低于InP層49的銻濃度。雖然InGaAs層47也含有銻作為雜質(zhì)，但I(xiàn)nP層49的銻濃度高于InGaAs層47的銻濃度。因此InGaAs層47可為非摻雜，必要時(shí)可稍許添加η型摻雜劑。如以上所說明，自受光層45至hP層49為止的成長是通過有機(jī)金屬氣相成長法進(jìn)行。根據(jù)該方法，雖然可成長良好特性的受光層45及InP層49，但^P的成長中無法避免銻的記憶效應(yīng)。然而，根據(jù)發(fā)明人的研究，可通過在InP中添加η型摻雜劑而避免由銻的記憶效應(yīng)所致的P型化的問題。圖5表示2種外延襯底的構(gòu)造。圖5(a)對于受光層使用包含InGaAs層及GaAsSb 層的多量子阱構(gòu)造。圖5(b)對受光層使用GaAsSb層。圖6表示通過二次離子質(zhì)譜法對圖 5所示的2種外延襯底的第二 InGaAs層、及InP窗層進(jìn)行測定而得的Sb濃度。參照圖5 (a) 及圖6，在構(gòu)造A中，InP窗層中含有IX IO18CnT3左右的銻。但是，GaAsSb受光層與^iP窗層之間的第二 InGaAs層的銻量為二次離子質(zhì)譜法的檢測極限以下的不足lX1016cnT3。通過CV測定求出構(gòu)造A的hP窗層的載體濃度，結(jié)果空穴濃度為lX1016cm_3。參照圖5(b) 及圖6，在構(gòu)造B中，^iP窗層中含有IX IO19CnT3左右的銻。但是，GaAsSb受光層與^iP窗層之間的第二 InGaAs層的銻量為二次離子質(zhì)譜法的檢測極限以下的不足lX1016cnT3。通過CV測定求出構(gòu)造B的hP窗層的載體濃度，結(jié)果空穴濃度為2X1017cnT3。如圖5及圖6 所示，雖然第二 InGaAs層中銻分布Sb暫時(shí)變低，但是在InGaAs層成長后使InP層成長時(shí)， InP層中銻分布Sb再次變高。
(實(shí)施例1)制作圖7所示的構(gòu)造的光電二極管。準(zhǔn)備η型InP襯底。在該InP襯底上，將 TMh (三甲基銦)及TBP (第三丁基膦)供給于成長爐，在攝氏500度的襯底溫度下成長η 型InP緩沖層。緩沖層的厚度例如為lOnm，緩沖層的η型摻雜是使用TeESi。繼而，在η型 InP緩沖層上，將TMh(三甲基銦)及TEfe(三乙基鎵)、TBA(第三丁基胂)供給于成長爐， 在攝氏500度下成長η型InGaAs層。InGaAs層的厚度例如為150nm。制作多量子阱構(gòu)造的受光層。在該實(shí)施例1中，形成(InGaAs/GaAsSb)的多量子阱構(gòu)造的受光層。形成單位量子阱構(gòu)造的InGaAs層、GaAsSb層的厚度為5nm，且成長50對的數(shù)量(單位量子阱的重復(fù)數(shù))。Sb原料是使用TMSb。繼而，在受光層上，作為Si擴(kuò)散導(dǎo)入時(shí)的擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層， 在攝氏500度下成長厚度為1 μ m的InGaAs層。最后，在攝氏500度下成長厚度為1 μ m的 η型MP窗層。在η型MP窗層中添加有硅，如圖8所示，分別制作硅濃度不同的光電二極管A2 A7 (稱為實(shí)施例Al A7)。另外，也制作代替添加有硅的η型MP窗層、而成長含有硅且有意不添加摻雜劑的InP窗層而成的光電二極管Al。對于該實(shí)施例Al A7，通過二次離子質(zhì)譜法測定硅濃度，通過CV測定來測定載體類型及電子或空穴濃度。實(shí)施例A2 A7中，硅濃度為5 X IO15 (cm"3) 5 X IO19 (cm_3)，實(shí)施例Al中，硅濃度為二次離子質(zhì)譜法的檢測極限以下的不足lX1015cm_3。實(shí)施例Al、A2的載體類型為ρ型，關(guān)于空穴濃度，Al中為lX1016(cnT3)，Α2中為5 X IO15 (cm-3)。另一方面，實(shí)施例A3 A7的載體類型為η型，關(guān)于電子濃度，A3 中為 5 X IO15 (cm"3), A4 中為 IX IO16 (cm"3), A5 中為 IX IO17 (cm"3), A6 中為 IXlO19 (cm"3)，A7 中為 5 X IO19 (cm"3)。在實(shí)施例Al A7的InP窗層的表面成長SiN膜后，對SiN膜進(jìn)行圖案形成而形成開口部。然后，自開口部選擇擴(kuò)散Si而朝(InGaAs/GaAsSb)多量子阱構(gòu)造的受光層內(nèi)形成P型區(qū)域。選擇擴(kuò)散Si而形成陽極區(qū)域后，在hP窗層的表面形成包含AuSi的ρ側(cè)電極，并且在襯底背面形成包含AuGeNi的η側(cè)電極。在其它實(shí)施例中，形成(fe^nNAs/GaAsSb)的多量子阱構(gòu)造的受光層代替 (InGaAs/GaAsSb)的受光層。形成單位量子阱構(gòu)造的fe^nNAs層或GaAsSb層的厚度為5nm， 且成長50對的數(shù)量(單位量子阱的重復(fù)數(shù))。Sb原料是使用TMSb。對所制作的光電二極管在室溫下的逆向電流電壓特性進(jìn)行研究。該光電二極管的受光徑為100微米。實(shí)施例A1、A2的光電二極管在室溫下的泄漏電流在-5V的施加電壓下為20 μ A。實(shí)施例A3的光電二極管在室溫下的泄漏電流在-5V的施加電壓下為10 μ Α。另一方面，實(shí)施例M Α6的光電二極管在室溫下的泄漏電流在-5V的施加電壓下為2 μ A。 另外，實(shí)施例A7的光電二極管在室溫下的泄漏電流在-5V的施加電壓下為200 μ Α。如此， 通過于hP窗層中摻雜硅(電子濃度為lX1016cm_3 IX IO19CnT3)而控制為η型，暗電流可減小1位數(shù)左右。(第二實(shí)施方式)近來，對于使用InP襯底的III-V是化合物半導(dǎo)體而言，由于其帶隙能對應(yīng)于近紅外區(qū)域，因此正在進(jìn)行大量的研究開發(fā)。在非專利文獻(xiàn)(R. Sidhu, Γ Long-wave length Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells」， IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17，No. 12(2005), pp. 2715-2717)中報(bào)告有如下的光電二極管其在InP襯底上形成有InGaAs-GaAsSb的第二型量子阱構(gòu)造的受光層，且形成有P型或η型外延層的pn接合，截止波長為2. 39微米。在該非專利文獻(xiàn)(稱為非專利文獻(xiàn)幻中，進(jìn)而，為使截止波長進(jìn)一步長波長化而需要應(yīng)變補(bǔ)償構(gòu)造，而提出有使用 InGaAs-GaAsSb的應(yīng)變補(bǔ)償量子阱構(gòu)造的截止波長O微米(μ m) 5微米(μ m))的光電二極管。但是，上述非專利文獻(xiàn)2的情況下，在InGaAs上形成電極及鈍化膜，而預(yù)料到會產(chǎn)生相對較大的暗電流。特別是對于InGaAs的結(jié)晶表面形成鈍化膜的技術(shù)而言，正處在開發(fā)中途，尚不足成使暗電流減少。在該第二實(shí)施方式中，提供一種包含III-V族半導(dǎo)體且暗電流得到減少的受光元件及外延晶片。圖9是表示該第二實(shí)施方式的受光元件1_1的構(gòu)成的圖。受光元件1_1具備襯底1_3、半導(dǎo)體層1_5、受光層1_7、擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9、窗層1_11、絕緣膜1_13、ρ型電極1_15及η型電極1_17。半導(dǎo)體層1_5是隔著包含η型MP的未圖示的緩沖層而設(shè)置在襯底1_3上，該緩沖層與半導(dǎo)體層1_5的背面接觸。受光層7設(shè)置在半導(dǎo)體層1_5的表面，擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9設(shè)置在受光層1_7 上。擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的背面與受光層1_7接觸。受光層1_7設(shè)置在半導(dǎo)體層1_5 與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9之間(換言之，受光層1_7設(shè)置在襯底1_3與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9之間)。受光層1_7具有多個(gè)量子阱層與多個(gè)阻擋層交替疊層的多量子阱構(gòu)造。擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9設(shè)置在受光層1_7與窗層1_11之間。在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9上設(shè)有窗層1_11，擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的表面與窗層1_11的背面接觸。在窗層1_11的表面設(shè)置有絕緣膜1_13，絕緣膜1_13具有開口。在窗層1_11的表面設(shè)有ρ型電極1_15，且與窗層1_11的表面接觸。包含擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9及窗層1_11的半導(dǎo)體區(qū)域包含第二區(qū)域1_19及第一區(qū)域1_21。第一區(qū)域1_21具有與第二區(qū)域1_19接觸的面。第一區(qū)域1_21成為雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域1_25，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域1_25中含有(摻雜有)規(guī)定的雜質(zhì)元素(本實(shí)施方式中為Si)。ρ型電極1_15配置在絕緣膜1_13的開口內(nèi)。ρ型電極1_15與窗層1_11的連接是歐姆連接。η型電極1_17設(shè)置在襯底1_3的背面，且與該背面接觸。η型電極1_17與襯底1_3的連接是歐姆連接。襯底1_3包含作為III-V族半導(dǎo)體的hP。襯底1_3摻雜有S而具有η型導(dǎo)電型。襯底1_3上的緩沖層(未圖示)包含η型hP，且具有IOnm左右的厚度。半導(dǎo)體層1_5包含η型hGaAs，且具有150nm左右的厚度。受光層1_7具有受光層1_7中所含的多個(gè)^GaAs層與多個(gè)GaAsSb層交替疊層的第二型多量子阱構(gòu)造。受光層1_7 中含有例如50組(對)的InGaAs層及GaAs釙層。InGaAs層的厚度為5nm左右， GaAsSb層的厚度也為5nm左右。受光層1_7的InGaAs層及GaAsSb層的具體組成是 InxGa1^xAs (0. 38 ≤χ ≤0. 68)、及 GaASl_ySby (0. 36 ≤y ≤0. 62)。再者，受光層 1_7 也可為包含 50 組的 GiVt IntNllAs1-U (0. 4≤t ≤0. 8、0<u≤0. 2)與 GaAs1^Sbv (0. 36 ≤ν ≤0. 62) 的構(gòu)成。擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9包含作為III-V族半導(dǎo)體的InGaAs，且具有1. Oym左右的厚度。擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9未經(jīng)摻雜。窗層1_11包含作為III-V族半導(dǎo)體的hP，且具有0. 8μπι左右的厚度。窗層1_11 具有大于擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的帶隙能。窗層1_11中摻雜有作為η型摻雜劑的Si。 再者，擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9中第一區(qū)域1_21所含的部分、與窗層1_11中第一區(qū)域1_21所含的部分均成為P型，窗層1_11中第二區(qū)域1_19成為η型。如此，第二區(qū)域1_19具有與第一區(qū)域1_21不同的導(dǎo)電型。自窗層1_11與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的接合面(為窗層1_11的背面或擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的表面，窗層1_11與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9 的界面)至少朝窗層1_11內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域1J6內(nèi)的η型載體濃度或施體(Si)濃度在 5X IO15CnT3以上、IX IO19CnT3以下的范圍內(nèi)。圖9記載的區(qū)域1J6僅在窗層1_11內(nèi)擴(kuò)散， 但也存在區(qū)域1J6不僅在窗層1_11內(nèi)而且也在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9內(nèi)擴(kuò)散的情形。 該區(qū)域1J6的厚度L(自窗層1_11與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的接合面朝窗層1_11的內(nèi)側(cè)或擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的內(nèi)側(cè)的方向的區(qū)域1J6的寬度)為0. 02 0. 2 μ m左右。 若區(qū)域1J6的厚度L小于0. 02 μ m,則無法補(bǔ)償空穴性缺陷的產(chǎn)生、或帶不連續(xù)所致的載體的空乏化，而無法減少暗電流。若區(qū)域1J6的厚度L超過0. 2 μ m，則由于過量的η型載體而暗電流增大。繼而，對受光元件1_1的制造方法進(jìn)行說明。作為fe、In、AS、P、Sb的原料，分別使用 TEGa、TI\On、TBAs、TBP、TMSb。η 型的摻雜是使用 TeESi。首先，通過 MOVPE (Metal-organic Vapor Phase Epitaxy，有機(jī)金屬氣相外延)法制作圖11所示的外延晶片1_27。準(zhǔn)備摻雜有 S的襯底1_北。在該摻雜有S的襯底1_北上成長IOnm的包含經(jīng)η型摻雜的hP的緩沖層 (未圖示)，在該緩沖層上成長0. 15微米的包含經(jīng)η型摻雜的hGaAs的半導(dǎo)體層Ijb，在該半導(dǎo)體層1_恥上成長由InGaAs-GaAsSb的第二型多量子阱構(gòu)造所構(gòu)成的受光層l_7b。該多量子阱構(gòu)造是自襯底側(cè)交替疊層5nm的非摻雜InGaAs層、5nm的非摻雜GaAsSb層，并將該二層構(gòu)造重復(fù)50對而成的構(gòu)造。將直至以上的受光層的形成為止的所有層的結(jié)晶成長溫度設(shè)為攝氏500度。在直至以上的受光層的形成為止的所有層的結(jié)晶成長中，對GaAsSb 使用TEfeu TBAs及TMSb作為原料氣體，對InGaAs使用TEfeu TMIn及TBAs作為原料氣體， 對InP使用TMh及TBP作為原料氣體。繼而，在攝氏500度下，在受光層l_7b上成長包含InGaAs的擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層 1_%，進(jìn)而在該擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9b上成長包含InP的窗層1_11。自擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9b與窗層l_llb的接合面朝擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9b內(nèi)具有0. 05微米的厚度的部分、與自擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9b與窗層l_llb的接合面朝窗層l_llb內(nèi)具有0. 05微米的厚度的部分的形成時(shí)，均以達(dá)到后述實(shí)施例A8 All的任一種η型載體濃度的方式調(diào)整TeESi的供給量。通過以上操作而制作出外延晶片1_27后，使用該外延晶片1_27制作受光元件 1_1。通過自SiN膜的選擇擴(kuò)散屏蔽圖案的開口部使P型雜質(zhì)的Si選擇擴(kuò)散，而形成自窗層l_llb的表面朝受光層l_7b的背面?zhèn)妊由斓腜型區(qū)域(與受光元件1_1的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域1_25相對應(yīng))。分別以歐姆接觸的方式，在屬于該P(yáng)型區(qū)域的窗層l_llb的表面設(shè)置包含AuSi的ρ型電極1_15，進(jìn)而在襯底IJBb的背面設(shè)置包含AuGeNi的η型電極1_17。在襯底IJb的背面?zhèn)冗M(jìn)而設(shè)置SiON膜的抗反射膜，在以外延晶片1_27的表面?zhèn)?窗層l_llb 側(cè))為入射面時(shí)，防止外延晶片1_27的背面?zhèn)?襯底1_北側(cè))的反射，而使串?dāng)_等減少。 以如上方式使用外延晶片1_27制作受光元件1_1。在以外延晶片1_27的背面?zhèn)?襯底1_3 側(cè))為入射面時(shí)，將η型電極1_17形成為環(huán)狀或框狀，在其中央部分設(shè)置SiON膜的抗反射膜，提高成為測定對象的光的進(jìn)入效率。再者，受光元件1_1的襯底1_3是外延晶片1_27的襯底1_北的一部分，受光元件1_1的半導(dǎo)體層1_5是外延晶片1_27的半導(dǎo)體層Ijb的一部分，受光元件1_1的受光層 1_7是外延晶片1_27的受光層l_7b的一部分，受光元件1_1的擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9是外延晶片1_27的擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9b的一部分，受光元件1_1的窗層1_11是外延晶片1_27的窗層l_llb的一部分。繼而，將受光元件1_1的實(shí)施例A8 Al 1、及相對于實(shí)施例A8 Al 1的比較例1 3各自的η型載體濃度及施體濃度分別示于圖12及圖13中。另外，將比較例1 3的受光元件l_la示于圖10(a)中。受光元件l_la具備襯底l_3a、半導(dǎo)體層l_5a、受光層l_7a、 擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a、窗層l_lla、ρ型電極l_15a、η型電極l_17a及雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域 l_25a，它們分別對應(yīng)于受光元件1_1的襯底1_3、半導(dǎo)體層1_5、受光層1_7、擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9、窗層l_ll、p型電極l_15、n型電極1_17及雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域l_25a。另外，具有對應(yīng)于受光元件1_1的區(qū)域1J6的區(qū)域lJ6a(未圖示)。圖12中，就實(shí)施例A8 All及比較例1 比較例3分別示出以下的各實(shí)測值窗層1_11或窗層1_1 Ia內(nèi)的η型載體濃度的最大值、區(qū)域1J6或區(qū)域l_26a (自窗層1_11與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的接合面朝窗層1_11內(nèi)及擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9內(nèi)分別延伸 0. Iym的區(qū)域，或自窗層l_lla與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a的接合面朝窗層l_lla內(nèi)及擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a內(nèi)分別延伸0. 1 μ m的區(qū)域)內(nèi)的η型載體濃度的最大值、擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9或擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a內(nèi)的η型載體濃度的最大值、及_5V(Volts) 下的暗電流(受光徑15 μ πιΦ換算)。再者，圖12所示的η型載體濃度是在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9及窗層1_11中去掉雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域1_25的區(qū)域內(nèi)的值，進(jìn)而，其是在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a及窗層l_lla中去掉雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域l_25a的區(qū)域內(nèi)的值。進(jìn)而，將實(shí)施例A8 All、及比較例1 3的各施體濃度示于圖13中。圖13中， 就實(shí)施例A8 All及比較例1 比較例3分別示出以下的各實(shí)測值窗層1_11或窗層 l_lla內(nèi)的施體濃度的最大值、區(qū)域1J6或區(qū)域lJ6a(自窗層1_11與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9的接合面朝窗層1_11內(nèi)及擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9內(nèi)均延伸0. Iym的區(qū)域，或自窗層l_lla與擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a的接合面朝窗層l_lla內(nèi)及擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層 l_9a內(nèi)均延伸0. Iym的區(qū)域)內(nèi)的施體濃度的最大值、擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9或擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a內(nèi)的施體濃度的最大值、及-5V(Volts)下的暗電流(受光徑15μπιΦ 換算)。以上所說明的構(gòu)成的受光元件1_1(實(shí)施例Α8 All)中，擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層 1_9與窗層1_11的接合面的η型載體濃度(區(qū)域1J6內(nèi)的η型載體濃度)的最大值為 5X IO1W3以上、lX1019cm_3以下的范圍內(nèi)，且與該接合面附近(區(qū)域1J6附近)的η型載體濃度相比，相對較高，進(jìn)而，擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9與窗層1_11的接合面的施體濃度 (區(qū)域1J6內(nèi)的施體濃度)的最大值也為5X IO15CnT3以上、IX IO19CnT3以下的范圍內(nèi)，且與該接合面附近(區(qū)域1_26附近)的施體濃度相比，相對較高。相對于此，對于比較例1的受光元件l_la而言，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a與窗層l_lla的接合面(區(qū)域l_26a內(nèi))，η型載體濃度的最大值與該接合面附近(區(qū)域l_26a附近)的η型載體濃度為同等程度或較其更低，進(jìn)而，擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a與窗層l_lla 的接合面的施體濃度(區(qū)域l_26a內(nèi)的施體濃度)也與該接合面附近(區(qū)域附近) 的施體濃度為同等程度或較其更低。因此，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a與窗層l_lla的接合面(區(qū)域內(nèi))中，可能由于產(chǎn)生空乏化或空穴性缺陷l_31(p型化)等而導(dǎo)致暗電流增大。對于比較例2 3的受光元件l_la而言，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a與窗層 l_lla的接合面(區(qū)域l_26a內(nèi))，η型載體濃度的最大值在5Χ 1015cm_3以上、1 X 1019cm_3 以下的范圍外，進(jìn)而，擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a與窗層l_lla的接合面的施體濃度(區(qū)域 l_26a內(nèi)的施體濃度)也在5X1015cm_3以上、IXlO19cnT3以下的范圍外。因此，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_9a與窗層l_lla的接合面(區(qū)域內(nèi))，可能由于產(chǎn)生空乏化或空穴性缺陷1_31 (ρ型化)等而導(dǎo)致暗電流增大。因此，在受光元件l_la彼此鄰接的情形時(shí)，可能暗電流自相鄰接的受光元件l_la 中的一個(gè)向另一個(gè)泄漏，而對于受光元件1_1而言，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層1_9與窗層1_11 的接合面(區(qū)域1_26內(nèi))，n型載體濃度及施體濃度(Si)相對較高(5X IO15CnT3以上)，因此可抑制受光元件l_la的情形的ρ型化，所以暗電流得到減少。因此如圖10(b)所示，對于該第二實(shí)施方式的受光元件1_1而言，由于相鄰接的兩個(gè)受光元件1之間的界面處形成 pnp接合，因此在相鄰接的其中一個(gè)受光元件1_1側(cè)(橫方向)減少泄漏電流的產(chǎn)生。在優(yōu)選實(shí)施方式中對本發(fā)明的原理進(jìn)行圖示并進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，本發(fā)明在不偏離上述原理的情況下可對配置及細(xì)節(jié)進(jìn)行變更。本發(fā)明并不限定在本實(shí)施方式所揭示的特定構(gòu)成。因此，對由權(quán)利要求及其精神范圍所得的所有修正及變更請求專利權(quán)。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明提供一種受光元件，其包含III-V族半導(dǎo)體，具有含有含Sb作為V族構(gòu)成元素的III-V化合物半導(dǎo)體層的受光層及η型InP窗層，且截止波長為2 μ m以上、3 μ m以下，并可減少暗電流。標(biāo)號說明
IOa成長爐
11 III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件
13半導(dǎo)體襯底
13a半導(dǎo)體襯底主面
13b半導(dǎo)體襯底背面
13c、13d半導(dǎo)體襯底主面的區(qū)域
15半導(dǎo)體疊層
15a半導(dǎo)體疊層主面
17陽極區(qū)域
21受光層
21c、21d受光層的部分
23 InP 層
23c,23d InP層的部分
25 InGaAs層
25c、25d InGaAs 層的部分
29a、29b、29c pn 接合
22
27 InGaAs 層27c、27d MGaAs 層的部分33陽極電極33a、37b 邊緣35陰極電極37絕緣膜37a、53a 開口41 襯底41a 主面43 第一 MGaAs 層45受光層47 第二 MGaAs 層49 InP 層49a 表面51陽極區(qū)域53絕緣膜55陽極電極57陰極電極l_l、l_la 受光元件l_3、l_3a、l_3b 襯底l_5、l_5a、l_5b 半導(dǎo)體層l_7、l_7a、l_7b 受光層l_9、l_9a、l_9b擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層l_ll、l_lla、l_llb 窗層1_13 絕緣膜l_15a、l_15 ρ 型電極l_17、l_17a η 型電極1_19 第二區(qū)域1_21 第一區(qū)域l_25、l_25a雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域1_26 區(qū)域1_27外延晶片1_31空穴性缺陷Ax法線軸E外延襯底G2 G4 原料L 厚度S坐標(biāo)系SlOl S105 步驟
X、Y 坐標(biāo)Z 軸
權(quán)利要求
1.一種III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，具備 半導(dǎo)體襯底，具有主面；受光層，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上； InP層，設(shè)置在上述受光層上，具有第一及第二部分；及陽極區(qū)域，包含自上述InP層的上述第一部分的表面朝上述受光層的方向延伸的P型半導(dǎo)體，上述受光層的帶隙小于MP的帶隙，上述InP層中添加有η型摻雜劑，上述InP層的上述第二部分中的多數(shù)載體為電子，上述InP層的上述第二部分中的電子濃度為IXlO16cnT3以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 上述InP層的上述第二部分中的電子濃度為IXlO19cnT3以下。
3.—種III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，具備 半導(dǎo)體襯底，具有主面；受光層，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底的上述主面上；及 InP層，設(shè)置在上述受光層上， 上述受光層的帶隙小于MP的帶隙， 上述InP層中添加有施體， 上述InP層的施體密度為1 X IO16CnT3以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 上述InP層中的施體密度為lX1019cm_3以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 上述InP層中的施體為硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 上述受光層具有至少含有銻作為V族元素的III-V族化合物半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 上述InP層含有銻作為雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 上述InP層中的銻濃度為lX1017cm_3以上，上述InP層中的銻濃度為IXlO19cnT3以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 還具備設(shè)置在上述受光層與上述InP層之間的非摻雜的InGaAs層，上述InP層的上述銻濃度高于上述MGaAs層的銻濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，還具備包含覆蓋上述InP層的上述第二部分的表面的絕緣體的鈍化膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，上述受光層具有包含InGaAs層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造以及包含fe^nNAs層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造中的至少任一種多量子阱構(gòu)造， 上述受光層含有GaAsSb層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，上述半導(dǎo)體襯底包含導(dǎo)電性hP，該III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件還具備設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底的背面的陰極電極。
13.一種制作III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法，其特征在于，包括 在成長爐中配置襯底的步驟；在上述成長爐中，成長上述III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件所用的半導(dǎo)體疊層而形成外延襯底的步驟；在受光層上形成InP層后，自上述成長爐中取出上述外延襯底的步驟；及自上述成長爐中取出上述外延襯底后，自上述InP層的表面導(dǎo)入ρ型摻雜劑，形成包含朝上述受光層的方向延伸的P型半導(dǎo)體的陽極區(qū)域的步驟， 成長上述半導(dǎo)體疊層的上述步驟包括 在上述襯底的主面上形成上述受光層的步驟；及將包含η型摻雜劑、銦原料及磷原料的原料氣體供給于上述成長爐，在上述受光層上形成η型導(dǎo)電性的上述InP層的步驟， 上述受光層的帶隙小于MP的帶隙， 上述InP層中的電子濃度為IXlO16cnT3以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于， 上述InP層中的電子濃度為lX1019cm_3以下。
15.一種制作III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件的方法，其特征在于，包括 在成長爐中配置襯底的步驟；在上述成長爐中，成長上述III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件所用的半導(dǎo)體疊層而形成外延襯底的步驟；在受光層上形成InP層后，自上述成長爐中取出上述外延襯底的步驟；及自上述成長爐中取出上述外延襯底后，自上述InP層的表面導(dǎo)入P型摻雜劑，形成包含朝上述受光層的方向延伸的P型半導(dǎo)體的陽極區(qū)域的步驟， 成長上述半導(dǎo)體疊層的上述步驟包括 在上述襯底的主面上形成上述受光層的步驟；及將包含η型摻雜劑、銦原料及磷原料的原料氣體供給于上述成長爐，在上述受光層上形成η型導(dǎo)電性的上述InP層的步驟， 上述受光層的帶隙小于MP的帶隙， 上述InP層中的施體密度為lX1016cm_3以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于， 上述InP層中的施體密度為lX1019cm_3以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于， 上述InP層中的施體為硅。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括將包含銻原料及V族原料的原料氣體供給于上述成長爐的步驟， 上述受光層具有至少含有銻作為V族元素的III-V族化合物半導(dǎo)體層。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 上述InP層含有銻作為雜質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 上述InP層中的銻濃度為lX1017cm_3以上，上述InP層中的銻濃度為IXlO19cnT3以下。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括在成長上述InP層之前，將包含III族原料及V族原料的原料氣體供給于上述成長爐，在上述受光層上成長InGaAs層的步驟，上述MGaAs層的銻濃度低于上述InP層的上述銻濃度。
22.根據(jù)權(quán)利要求13至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，上述受光層具有包含InGaAs層及GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造以及包含fe^nNAs層及 GaAsSb層的多量子阱構(gòu)造中的至少任一種多量子阱構(gòu)造， 上述受光層含有GaAsSb層。
23.根據(jù)權(quán)利要求13至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 上述受光層及上述InP層的成長是通過有機(jī)金屬氣相成長法進(jìn)行的。
24.一種受光元件，其特征在于，具備 襯底，包含III-V族半導(dǎo)體；受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體，上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間， 上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間， 包含上述窗層及上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的半導(dǎo)體區(qū)域包含沿著與上述受光層的接合面依次配置的第一及第二區(qū)域，上述第一區(qū)域含有規(guī)定的雜質(zhì)元素且與上述第二區(qū)域鄰接， 上述第一區(qū)域的導(dǎo)電型為P型，自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面在上述第二區(qū)域中朝上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值在5Χ IO15CnT3以上、IX IO19cnT3以下的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的受光元件，其特征在于，上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)的、與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值。
26.一種受光元件，其特征在于，具備 襯底，包含III-V族半導(dǎo)體；受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體，上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間， 上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間， 包含上述窗層及上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的半導(dǎo)體區(qū)域包含沿著與上述受光層的接合面依次配置的第一及第二區(qū)域，上述第一區(qū)域含有規(guī)定的雜質(zhì)元素且與上述第二區(qū)域鄰接， 上述第一區(qū)域的導(dǎo)電型為P型，自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面朝上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度在5X IO15CnT3以上、lX1019cm_3以下的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的受光元件，其特征在于，上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)的、與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值。
28.根據(jù)權(quán)利要求M至27中任一項(xiàng)所述的受光元件，其特征在于， 上述規(guī)定區(qū)域的厚度為0. 02 μ m以上、0. 2 μ m以下。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈至28中任一項(xiàng)所述的受光元件，其特征在于， 上述施體為Si。
30.根據(jù)權(quán)利要求M至四中任一項(xiàng)所述的受光元件，其特征在于， 上述雜質(zhì)元素為Si。
31.根據(jù)權(quán)利要求M至30中任一項(xiàng)所述的受光元件，其特征在于， 上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層包含InGaAs。
32.根據(jù)權(quán)利要求M至31中任一項(xiàng)所述的受光元件，其特征在于， 上述窗層包含hP。
33.根據(jù)權(quán)利要求M至32中任一項(xiàng)所述的受光元件，其特征在于， 上述受光層為第二型多量子阱構(gòu)造。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的受光元件，其特征在于，上述多量子阱構(gòu)造包含 hfa^As (0. 38 彡 χ 彡 0. 68)與 GaASl_ySby (0. 36 ^ y ^ 0. 62) 的對、或 GiVtlntNuAShJO. 4彡 t 彡 0. 8、0<u彡 0. 2)與 GaAs1^Sbv (0. 36 ^ ν ^ 0. 62)的對。
35.一種外延晶片，其特征在于，具備 襯底，包含III-V族半導(dǎo)體；受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體，上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間， 上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間， 自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面朝該窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值在5X1015cm_3以上、1 X 1019cm_3以下的范圍內(nèi)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的外延晶片，其特征在于，上述窗層的上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)的、與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的η型載體濃度的最大值。
37.一種外延晶片，其特征在于，具備 襯底，包含III-V族半導(dǎo)體；受光層，設(shè)置在上述襯底上；擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層，與上述受光層鄰接而設(shè)置，包含III-V族半導(dǎo)體；及窗層，與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層鄰接而設(shè)置，具有大于上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的帶隙能，包含III-V族半導(dǎo)體，上述受光層設(shè)置在上述襯底與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層之間， 上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層設(shè)置在上述受光層與上述窗層之間， 自上述窗層與上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層的接合面朝該窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)延伸的規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值在5Χ IO15CnT3以上、IXlO19cnT3以下的范圍內(nèi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的外延晶片，其特征在于，上述窗層的上述規(guī)定區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值大于位于上述窗層內(nèi)或上述擴(kuò)散濃度分布調(diào)整層內(nèi)的、與上述規(guī)定區(qū)域鄰接的其它區(qū)域內(nèi)的施體濃度的最大值。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的外延晶片，其特征在于， 上述施體為Si。
40.根據(jù)權(quán)利要求35至39中任一項(xiàng)所述的外延晶片，其特征在于， 上述規(guī)定區(qū)域的厚度為0. 02 μ m以上、0. 2 μ m以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件，其具有含有含Sb作為V族構(gòu)成元素的III-V化合物半導(dǎo)體層的受光層及n型InP窗層，且可減少暗電流。由于受光層(21)的GaAsSb層成長時(shí)所供給的銻的記憶效應(yīng)，所以成長在受光層(21)上的InP層(23)中含有銻作為雜質(zhì)。在III-V族化合物半導(dǎo)體受光元件(11)中，InP層(23)含有銻作為雜質(zhì)，并且在InP層(23)中添加有硅作為n型摻雜劑。雖然InP層(23)中的銻雜質(zhì)以生成空穴的方式作用，但添加至InP層(23)中的硅補(bǔ)償該生成載體，從而InP層(23)的第二部分(23d)表現(xiàn)充分的n導(dǎo)電性。
文檔編號H01L31/10GK102292833SQ201080005491
公開日2011年12月21日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者永井陽一, 石塚貴司, 秋田勝史, 藤井慧 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社