CN103843158A - 光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法 - Google Patents

光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103843158A
CN103843158A CN201380003240.0A CN201380003240A CN103843158A CN 103843158 A CN103843158 A CN 103843158A CN 201380003240 A CN201380003240 A CN 201380003240A CN 103843158 A CN103843158 A CN 103843158A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light receiving
layer
gasb
receiving element
inp substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380003240.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103843158B (zh
Inventor
三浦广平
稻田博史
猪口康博
齐藤格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN103843158A publication Critical patent/CN103843158A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103843158B publication Critical patent/CN103843158B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02392—Phosphides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02463—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02466—Antimonides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
    • H01L21/02507—Alternating layers, e.g. superlattice
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/02546—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/02549—Antimonides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14694—The active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明提供了光接收元件等，其在近红外至中红外区内具有高响应性，并且稳定地具有高质量，同时维持经济效率。该光接收元件的特征在于提供有：InP衬底，其对于波长为3-12μm的光是透明的；中间层，其外延生长在InP衬底上；GaSb缓冲层，其被设置成与中间层接触；光接收层，即II型多量子阱结构，其外延生长在GaSb缓冲层上。该光接收元件的特征还在于，GaSb缓冲层外延在超过正常晶格匹配条件的范围的情形下生长在中间层上。

Description

光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法
技术领域
本发明涉及光接收元件、半导体外延晶片和检测装置，其都接收近红外至中红外区中的光，并且涉及制造该光接收元件的方法。
背景技术
近红外至中红外区中的光对应于与诸如植物和动物的生物对象以及环境相关的吸收光谱区。因此，已经进行了在这个波长区中的光检测器的开发。包括由III-V族化合物半导体构成的光接收层的光接收元件已经变成主流。例如，检测器的已知例子包括通过使用扩展型InGaAs作为光接收层而具有扩展至2.6μm波长的响应性的光接收元件阵列（NPL1）。在该光接收元件阵列中，使用与InGaAs光接收层晶格匹配的InAsP作为窗口层。
还已经提出了包括GaSb衬底和设置在GaSb衬底上的光接收层的光接收元件，该光接收层具有II型（InAs/GaSb）多量子阱结构（NPL2）。描述了这个光接收元件具有高达接近12μm波长的响应性。
还已经提出了具有n-B-m（n型层/势垒层/n型层）结构的光接收元件，其中，具有II型（InAs/GaSb）多量子阱结构的光接收层被设置在GaSb衬底上并且势垒层被设置在光接收层的中间（NPL3）。相比于具有p-i-n结构的光接收元件，具有n-B-n结构的光接收元件具有以下优点：由于利用空穴的扩散检测光，因此可以使用于像素隔离的台面蚀刻的深度浅并且可以降低台面结构的侧壁中流动的噪声电流。
引用列表
非专利文献
NPL1：Hideo Takahashi等人，“InGaAs photodetector fornear-infrared”（用于近红外的InGaAs光检测器），OPTRONICS（《光电子学》）（1997），第3期，第107-113页
NPL2：Binh-Minh Nguyen、Darin Hoffman、Yajun Wei、Pierre-YvesDelaunay、Andrew Hood和Manijeh Razeghi，“Very high quantumefficiency in type-II InAs/GaSb superlattice photodiode with cutoff of12μm”（截止波长为12μm的II型InAs/GaSb超晶格光电二极管中的极高量子效率），Appl.Phys.Lett.（《应用物理学》），第90卷，231108
NPL3：H.S.Kim、E.Plis、J.B.Rodriguez、G.D.Bishop、Y.D.Sharma、L.R.Dawson、S.Krishna、J.Bundas、R.Cook、D.Burrows、R.Dennis、K.Patnaude、A.Reisinger和M.Sundaram，“Mid-IR focalplane array based on type-II InAs/GaSb strain layer superlattice detectorwith nBn design”（基于具有nBn设计的II型InAs/GaSb应变层超晶格检测器的中IR焦平面阵列），Appl.Phys.Lett.（《应用物理学》），第92卷，183502
发明内容
技术问题
然而，在NPL1中描述的用于近红外的InGaAs光检测器（图像传感器）中，光接收元件由具有与InP衬底晶格不匹配的组分的InGaAs构成。因此，光检测器的暗电流增加，从而噪声增加。另外，难以实现超过2.6μm的可检测波长。
NPL2中描述的光接收元件的问题是批量生产方面，因为GaSb衬底价格贵并且衬底的质量显著变化。特别严重的问题在于，由于GaSb在中红外区中由于自由载流子而具有光吸收，因此在从GaSb衬底的后表面入射光的结构中，响应性降低，该结构是成阵列像素所必需的。
NPL3中描述的光接收元件具有与NPL2中相同的问题并且在批量生产方面有困难。
本发明的目的在于，提供光接收元件、用于制备光接收元件的半导体外延晶片和检测装置，其都在近红外至中红外区中具有高响应性并且稳定地具有高质量，同时保持经济效率，并且提供制造光接收元件的方法。
问题的解决方案
通过使用III-V族化合物半导体来形成根据本发明的光接收元件。光接收元件包括：InP衬底，其对于具有3μm至12μm的波长的光是透明的；中间层，其外延生长在InP衬底上；缓冲层，其被定位为与中间层接触；以及光接收层，其外延生长在缓冲层上并且包括具有3μm或更大的截止波长的II型多量子阱结构。缓冲层外延生长在中间层上，而|a1-a0|/a0的值在正常晶格匹配条件的范围内，|a2-a1|/a1和|a2-a0|/a0的值超过正常晶格匹配条件的范围，其中，a2代表缓冲层的晶格常数，a1代表中间层的晶格常数，a0代表InP衬底的晶格常数。缓冲层由GaSb层构成。
在III-V族化合物半导体中，通过改变元素的组分来改变晶格常数。因此，通常，当生长外延层时，细微改变外延层的组分，使得外延层的晶格常数与下层的晶格常数匹配。因此，形成具有低晶格缺陷密度的III-V族化合物半导体的层叠体，暗电流可以减小，暗电流是光接收元件中的最重要指标之一。为了不仅在光接收元件中而且在其它半导体元件中得到一定水平的特性，需要减小晶格缺陷密度。考虑到III-V族化合物半导体特有的或不限于III-V族化合物半导体的化合物半导体特有的这些情况，考虑将重点放在低晶格缺陷密度。在这种情况下，通常，晶格失配度|s1-s2|/（s2或s1）优选地尽可能地小，其中，s1代表下层的晶格常数并且s2代表外延生长在下层上的上层的晶格常数。例如，在InGaAs/InP基的化合物半导体中，晶格失配度优选地是（0.002至0.003）或更小。通常已知的是，术语“晶格匹配”是指晶格失配度是0.005或更小的情况。将这些一起考虑，0.005或更小的晶格失配度的范围可以被视为是正常晶格匹配条件的范围。也就是说，短语“超过正常晶格匹配条件的范围”意味着晶格失配度超过0.005。
然而，现实中，晶格失配度的阈值取决于材料系。因此，在作为本发明的关注点的GaSb/InP中，即使当晶格失配度高时，也可以形成具有优良晶体质量的III-V族化合物半导体的层叠体。在通过正常引入仅晶格常数而确定的晶格匹配条件下，不能确定上层是否是外延生长在下层上。本发明是基于经证实数据并且精确应用这种例子的发明。
本文中，在不使用短语“缓冲层与中间层晶格匹配”的情况下使用短语“在中间层上外延生长缓冲层”的原因如下。术语“晶格匹配”可以暗示，生长层的晶格常数和其上生长该生长层的层的晶格常数彼此接近。为了避免这种误解，使用短语“外延生长”。换句话讲，短语“外延生长”是指生长层以低晶格缺陷密度生长在层上同时维持“晶格匹配”或“基本晶格匹配”，即使生长层的晶格常数与其上生长该生长层的层的晶格常数显著不同。
根据以上结构，使用已知具有优良晶体质量的InP衬底，在InP衬底上外延生长中间层，在中间层上外延生长相对于中间层来说与InP衬底不匹配晶格匹配条件的缓冲层。然后，可以在缓冲层上外延生长所需的多量子阱结构（也被简称为“MQW”）。从晶格常数的观点看，多量子阱结构和缓冲层在晶格匹配条件的范围内。
使用InP衬底的意义如下。具体地讲，由于InP的带隙是1.35eV，因此InP衬底在将被具有3μm的截止波长的光接收层接收的波长范围内不吸收光。1.35eV的带隙对应于略小于1μm的短波长。因此，在光一定会从衬底后表面入射的、包括二维排列的像素的光接收元件中，目标光没有被衬底吸收，因此可以维持高响应性。在形成具有3μm或更大的截止波长的多量子阱结构的情况下，即使在II型多量子阱结构的情况下，通常也使用由晶格常数比InP的晶格常数（晶格常数：
Figure BDA0000483776750000051
）大的III-V族化合物半导体构成的衬底。即使当通过使用II型多量子阱结构减小光接收中的电子的跃迁能量时，为了实现3μm的截止波长的长波长（小跃迁能量），也经常假设衬底的晶格常数大于InP的晶格常数是适宜的。然而，由于包括大晶格常数的各种因素，导致晶格常数大于InP衬底的晶格常数的这种衬底在近红外至中红外区中吸收光。由于衬底的厚度大，因此由衬底吸收目标光造成响应性的显著降低。
通过在InP衬底上生长的中间层（下文中被表达为“InP衬底/中间层”）上设置由GaSb层构成的缓冲层，并且如上所述设置具有截止波长为3μm或更大的多量子阱结构的光接收层，可以得到在近红外至中红外区中具有高响应性的光接收元件。对于插入InP衬底和GaSb缓冲层之间的中间层，选择表面平面化的材料。尽管InP衬底如上所述具有优良的晶体质量，但例如在已经通过加热去除氧化物膜之后，其表面不够平坦。通过外延生长具有优良平坦度的中间层，可以得到具有更好平坦度的表面。通过在具有优良平坦度的中间层上外延生长GaSb缓冲层，可以在具有II型多量子阱结构以及设置在GaSb缓冲层上的光接收层中得到优良的晶体质量。结果，可以实现较低的暗电流。
使用InP衬底/中间层而非GaSb衬底的优点如下。如上所述，可以稳定地得到具有优良晶体质量的InP衬底，并且中间层具有优良的平坦度。因此，即使晶格缺陷密度被传递到上层，晶体质量的显著降低或平坦度的显著降低也被抑制。因此，可以稳定地得到具有多量子阱结构并且具有优良的晶体质量和优良平坦度的光接收层并且可以减小暗电流。InP衬底/中间层的稳定的、优良晶体质量和平坦度使所得到的光接收元件的特性均匀并且提高了良率。此外，可以得到直径比由其它III-V族化合物半导体构成的衬底的直径大的衬底，因此使用InP衬底/中间层在批量生产方面也是优良的。
在通过重复成对的a层和b层形成多量子阱结构的情况下，从X射线衍射（XRD）图案的周期性确定MQW的晶格常数。缓冲层的晶格常数是在具有预定厚度并且生长在InP衬底上的缓冲层的整个厚度内的平均值，但基本上与材料特有的晶格常数相同，该晶格常数在手册等中有描述。
缓冲层由GaSb层构成。替代地，缓冲层可以由在与InP衬底/中间层的关系方面与GaSb层具有相同晶体性质的层（下文中，称为“与GaSb层等价的层”）构成。本文中，短语“在与InP衬底/中间层的关系方面与GaSb层具有相同晶体性质的层（下文中，称为“与GaSb层等价的层）”意味着，该层包含Sb，具有与GaSb层的晶格常数基本上相同的晶格常数，并且以上述方式外延生长，但与InP衬底/中间层的晶格失配度偏离晶格匹配条件。该短语还意味着，光接收层可以形成在与GaSb层等价的层上，同时和与GaSb等价的层晶格匹配。
使用磷化铟（InP）（晶格常数
Figure BDA0000483776750000061
）作为衬底，并且使用相对于InP在晶格匹配条件范围内的III-V族化合物半导体作为中间层。在这种情况下，在长波长侧具有响应性的光接收层可以外延生长在InP衬底/中间层上，且GaSb（晶格常数
Figure BDA0000483776750000062
）层或与GaSb层等价的层处于其间。GaSb层或与GaSb层等价的层的晶格常数显著大于InP衬底/中间层的晶格常数。缓冲层的厚度不受具体限制，但优选地是0.2μm或更大。当缓冲层的厚度小于0.2μm时，出现下面的问题。具体地讲，在缓冲层中形成地电极的情况下，当从上层向着对应于缓冲层的预定厚度的位置蚀刻外延层时，需要停止缓冲层内的蚀刻。当缓冲层的厚度小于0.2μm时，蚀刻停止位置不位于蚀刻停止的变化范围内。缓冲层的厚度上限是1μm或更大，优选地是1.5μm或更大或2μm或更大，因为当缓冲层在预定范围内具有较大厚度时，可以使表面层的晶体质量优良。
从与中间层（假设其晶格常数与InP的晶格常数基本上相同）/GaSb缓冲层中的临界膜厚度的关系的观点看，0.2μm或更大的缓冲层的厚度显著大于临界膜厚度，在以下实施例中将对此进行详细描述。当晶格失配度是0.038时，估计临界膜厚度至多是大约4nm（0.004μm）。因此，缓冲层的厚度是临界膜厚度的数十倍或更大。GaSb缓冲层的厚度是临界膜厚度的至少50倍或更大。GaSb缓冲层的厚度可以是临界膜厚度的100倍或更大。据信，这是因为Sb的诸如表面活化效应的特定性质也是有关的。
从晶格匹配的观点看，InP衬底/中间层/由GaSb层或与GaSb层等价的层构成的缓冲层被视为用作GaSb衬底的替代。然而，在使用GaSb衬底的情况下，GaSb衬底吸收被光接收层设定为目标的光，因为GaSb在中红外区中由于自由载流子而具有光吸收。由于衬底具有大厚度，因此由GaSb衬底吸收目标光造成响应性显著降低。如上所述，由于InP衬底不吸收具有3μm或更大的波长光，因此可以维持优良的响应性。
由于相比于GaSb衬底，InP衬底稳定地具有优良的晶体质量，因此可以使所得到的光接收元件的特性均匀并且可以提高良率。InP衬底在批量生产方面是优良的，因为可以得到直径比GaSb衬底的直径大的InP衬底。此外，InP衬底的价格非常低，因此可以提供具有优良经济效率的高质量光接收元件。
如上所述，当设置中间层时，堆叠在中间层上的外延层的平坦度可以通过中间层的优良平坦度而提高。例如，可以使中间层的表面的均方根粗糙度（Rms粗糙度）是InP衬底的表面的Rms粗糙度的3/5或更小。至于其表面平坦度不好并且期望改进的GaSb缓冲层，通过堆叠GaSb缓冲层使其与中间层接触来提高平坦度。另外，在这种情况下，在相对值方面比较中间层的Rms粗糙度与GaSb缓冲层的Rms粗糙度，例如，中间层的表面的Rms粗糙度是GaSb缓冲层的Rms粗糙度的大约1/5或更小。
在InP衬底上外延生长层的情况下，通常，通过执行热处理去除氧化物层。在这个步骤中，尽管显露了新的InP衬底表面，但表面的平坦度略有降低。选择具有优良平坦度的III-V族化合物半导体作为中间层的材料。由于中间层具有平坦度优良的表面，因此外延生长在这个中间层上的GaSb缓冲层也可以具有优良平坦度。这个优良平坦度被传递到具有II型多量子阱结构的光接收层，因此可以得到具有多量子阱结构和优良平坦度的光接收层。因此，可以减小暗电流。
中间层优选地是InGaAs层或GaAsSb层。
可以通过采用已经开发了各种技术的现有方法，来形成具有优良平坦度的中间层。这个优良平坦度被传递到GaSb缓冲层和具有II型多量子阱结构的光接收层。可以通过调节组分，使InGaAs中间层或GaAsSb中间层的晶格常数与InP的晶格常数相同。
中间层的厚度优选地为50nm或更大。
当中间层的厚度优选地为50nm或更大时，当通过加热来去除InP衬底上的氧化物膜等时被降低的表面平坦度可以被可靠地恢复，并且可以表现出中间层的平坦度。
对于具有3μm至12μm的波长的光透明的InP衬底优选地是没有添加硫（S）的InP衬底。
包含硫（S）的InP衬底的透射率从3μm或更大波长开始减小，在5μm波长下变成接近几乎零，在5μm或更大波长下变成零。为此原因，使用无硫InP衬底作为InP衬底。
对于具有3μm至12μm的波长的光透明的InP衬底特别优选地是包含Fe的InP衬底或未掺杂的InP衬底。
当使用包含Fe的InP衬底或未掺杂的InP衬底时，InP衬底对于具有3μm至12μm的波长的光是透明的，因此增强了在这个波长范围内接收光的本发明的光接收元件的响应性。
光接收层可以在其中具有p-n结。
利用这个结构，可以提供用于红外区的光接收元件，光接收元件具有高响应性和p-i-n结构。
替代地，光接收层可以包括由III-V族化合物半导体构成并且与光接收层晶格匹配的插入层，并且插入层的导带底部比光接收层的导带底部高。
利用这个结构，可以提供用于红外区的光接收元件，光接收元件具有高响应性和n-B-n（n型层/势垒层/n型层）结构。另外，可以减小漏电流，同时可靠地实现像素的独立性。
光接收元件的光接收层中的多量子阱结构可以是作为II型多量子阱结构的{（InAs/GaSb）、（InAs/InGaSb）、（InAsSb/GaSb）和（InAsSb/InGaSb）}中的任何一种。
利用这个结构，光接收元件可以包括在近红外至中红外区（3μm至12μm的波长）中具有响应性的光接收层。注意的是，InAs的晶格常数是
Figure BDA0000483776750000091
GaSb的晶格常数是
Figure BDA0000483776750000092
In0.2Ga0.8Sb的晶格常数是
Figure BDA0000483776750000093
InAs0.92Sb0.08的晶格常数是
Figure BDA0000483776750000094
光接收元件可以具有光从InP衬底的后表面入射的结构。
利用这个InP衬底的后表面起入射表面作用的结构，可以得到混合检测装置，通过用微凸块结合方法将二维排列的光接收元件（像素）连接到读出集成电路（ROIC）的读出电极以具有紧凑结构，来减小了该混合检测装置的尺寸。换句话讲，在不使用微凸块结合方法的情况下，不能得到这种紧凑的、用户友好的混合检测装置。此外，由于InP衬底在近红外至中红外区中不吸收光，因此可以得到在这个波长范围内具有高响应性的光接收元件。
本文中，例如，设置在衬底后表面上的抗反射（AR）膜对应于光从衬底侧入射的结构。二维排列的像素（包括在光接收元件中）也对应于这个结构，因为这种二维排列的像素是在光从衬底后表面入射的前提下布置的。
根据本发明的检测装置包括上述光接收元件中的任何一种，以及读出集成电路（ROIC）。在检测装置中，光接收元件中的像素电极利用插入在像素电极和ROIC中的读出电极之间的凸块而被连接到读出电极。
利用这个结构，可以得到在近红外至中红外区中具有高响应性的紧凑且尺寸较小的检测装置。
根据本发明的一种半导体外延晶片通过使用III-V族化合物半导体形成。半导体外延晶片包括：InP衬底，其对于具有3μm至12μm的波长的光是透明的；中间层，其外延生长在InP衬底上；GaSb缓冲层，其被定位为与中间层接触；以及光接收层，其外延生长在GaSb缓冲层上并且具有II型多量子阱结构。GaSb缓冲层外延生长在中间层上，而|a1-a0|/a0的值在正常晶格匹配条件的范围内，|a2-a1|/a1和|a2-a0|/a0的值超过正常晶格匹配条件的范围，其中，a2代表缓冲层的晶格常数，a1代表中间层的晶格常数，a0代表InP衬底的晶格常数。
关于III-V族化合物半导体中的外延生长、正常晶格匹配条件等，原样适用光接收元件中的描述。由GaSb层构成的缓冲层的技术意义也与上述的相同。由与GaSb层等价的层构成的缓冲层的技术意义也与上述的相同。
利用以上结构，使用已知具有优良晶体质量的InP衬底和中间层，据信晶格常数与InP晶格不匹配的缓冲层被形成为GaSb层等，因此可以使缓冲层的晶体质量相对优良。可以在这个半导体外延晶片上生长与缓冲层晶格匹配的外延层。从某种意义上说，可以实现晶格常数不同于InP的衬底，同时使用InP衬底/中间层。
在半导体外延晶片中，中间层优选地是InGaAs层或GaAsSb层。
由于形成具有优良平坦度的中间层，可以使GaSb缓冲层的平坦度和II型多量子阱结构的平坦度优良。
在半导体外延晶片中，对于具有3μm至12μm的波长的光透明的InP衬底可以是包含Fe的InP衬底或未掺杂的InP衬底。
利用这个结构，具有大厚度的衬底不吸收具有在3μm至12μm范围内的波长的光。因此，可以增强在这个波长范围内接收光的根据本发明的光接收元件的响应性。
在半导体外延晶片中，多量子阱结构可以是作为II型多量子阱结构的{（InAs/GaSb）、（InAs/InGaSb）、（InAsSb/GaSb）和（InAsSb/InGaSb）}中的任何一种。
利用这个结构，可以提供用于制备在近红外至中间红外区（波长为3μm至12μm）中具有高响应性的光接收元件的半导体外延晶片。
根据本发明的一种用于制造光接收元件的方法是用于制造其中堆叠有III-V族化合物半导体的光接收元件的方法。该方法包括以下步骤：制备对于具有3μm至12μm的波长的光透明的InP衬底；在InP衬底上外延生长中间层；在中间层上外延生长GaSb缓冲层；在GaSb缓冲层上形成光接收层，光接收层包括具有3μm或更大的截止波长的II型多量子阱结构。多量子阱结构是作为II型多量子阱结构的{（InAs/GaSb）、（InAs/InGaSb）、（InAsSb/GaSb）和（InAsSb/InGaSb）}中的任何一种。
根据以上方法，通过使用从通常意义上说被视为是与InP衬底/中间层晶格不匹配的材料的GaSb层等，可以形成达到可以在缓冲层上外延生长多量子阱结构的程度的、具有优良晶体质量的缓冲层。结果，出于上述原因，可以得到在3μm或更大的波长下具有高响应性的光接收元件。另外，具有大直径并且稳定地具有优良晶体质量的InP衬底是可用的，因此可以提供具有优良经济效率的高质量光接收元件。注意的是，如上所述，缓冲层可以由与GaSb层等价的层构成。
在用于制造光接收元件的方法中，优选地生长InGaAs层或GaAsSb层作为中间层。
在这种情况下，可以得到具有优良平坦度的GaSb缓冲层和II型多量子阱结构。
本发明的有益效果
根据本发明的光接收元件等，在近红外至中红外区中得到高响应性并且稳定地得到高质量，同时保持经济效率。具体地讲，由于使用InP衬底作为衬底，因此在以上波长区中没有出现光吸收并且可以得到优良的响应性。此外，通过使用具有大直径的InP衬底，可以实现高批量产率。
附图说明
图1A示出根据本发明的实施例1的光接收元件，并且是示出包括二维排列的像素的光接收元件的视图。
图1B示出根据本发明的实施例1的光接收元件，并且是示出包括单个像素的光接收元件的视图。
图2是示出InP衬底的透射率的图表。
图3是示出GaSb衬底的透射率的图表。
图4是示出将图1A中示出的光接收元件和读出集成电路组合的混合检测装置的截面图。
图5是示出本发明的半导体外延晶片的视图。
图6是示出用于制造图1A中示出的光接收元件的方法的流程图。
图7是示出根据本发明的实施例2的光接收元件的截面图。
图8A示出根据本发明的实施例3的外延晶片。
图8B示出根据本发明的实施例3的光接收元件。
图9是示出实例中的测试样本S3的GaSb缓冲层的不平整形貌的图表。
图10是示出实例中作为参考例描述的测试样本R1的GaSb缓冲层的不平整形貌的图表。
图11A是示出实例中的测试样本S3（InP衬底）的不平整形貌的图表。
图11B是示出实例中的InGaAs中间层的不平整形貌的图表。
图12是示出实例中的表面粗糙度的均方根粗糙度的测量结果的表格。
参考符号列表
1InP衬底、2GaSb缓冲层、3光接收层、5n型接触层、6n型区、9光接收元件的凸块、10光接收元件、11像素电极、12地电极、12e布线电极、15p-n结、21n+型MQW、22n型MQW、23势垒层、24n+型MQW、35抗反射膜、36选择性扩散掩膜图案、43保护膜、50混合检测装置、55p型接触层、70读出集成电路、71读出电极、72地电极、73绝缘膜、79凸块、101掺杂有铁的InP（100）衬底、P像素。
具体实施方式
（实施例1）
图1A和图1B是均示出根据本发明的实施例1的光接收元件10的视图。图1A是示出包括其中二维排列像素的光接收元件的视图。图1B是示出包括单个像素的光接收元件的视图。这些光接收元件均是本发明的光接收元件。对包括二维排列的像素的光接收元件的描述覆盖包括单个像素的光接收元件的描述。因此，现在将描述包括二维排列的像素的光接收元件。
参照图1A，光接收元件10包括下面的III-V族半导体分层结构：
<InP衬底1/InGaAs中间层7/p型GsSb缓冲层2/II型（InAs/GaSb）多量子阱结构（MQW）/n型接触层5>
其中，II型（InAs/GaSb）MQW用作光接收层3。MQW具有3μm或更大的截止波长，并且对近红外至中红外区中的光（具有例如3μm至12μm的波长）具有响应性。关于这个MQW，例如，（InAs/GaSb）的单元构成一对，优选地形成大约100对至300对的（InAs/GaSb）。InAs层和GaSb层的厚度可以在1.5nm至7nm的范围内，例如，InAs层的厚度可以是3.6nm并且GaSb层的厚度可以是2.1nm。在构成MQW的层之中，在InP衬底1侧上形成数十对的GaSb层优选地掺杂有诸如铍（Be）的p型杂质。在构成MQW的层之中，在接触层5侧上形成数十对的InAs层优选地掺杂有诸如Si的n型杂质，使得接触层5侧的数十对变成n型层。InP衬底1侧上的数十对和接触层5侧上的数十对之间的中间层没有掺杂杂质，使得中间层变成i型（本征型）层。通过在MQW中形成这些导电型区域，可以制造p-i-n光电二极管。通过台面结构的凹槽确保各个像素P的独立性。
通过掺杂或不掺杂杂质，在MQW3中形成p-n结或p-i-n结。
像素P的电极11优选地由例如AuGeNi合金构成，以与n型接触层5建立欧姆接触。地电极12优选地由例如Ti/Pt/Au构成，以与p型GaSb缓冲层2建立欧姆接触。在这个结构中，缓冲层优选地具有1E18cm-3或更大的载流子浓度。
从InP衬底1的后表面入射光。抗反射（AR）膜35覆盖InP衬底1的后表面，以防止入射光被反射。AR膜35被布置在InP衬底1的后表面上的这个结构是允许光从衬底侧入射的结构。此外，由于在像素P的二维阵列中采用用于连接到读出集成电路的微凸块结合方法，因此光需要从衬底侧入射。因此，像素P的这个二维阵列也是允许光从衬底侧入射的结构。
本实施例中的特征在于下面几点。
（1）InP衬底1的晶格常数a0是
Figure BDA0000483776750000151
并且通过调节组分来使InGaAs中间层7的晶格常数a1与InP衬底1的晶格常数a0相同。相比之下，GaSb的晶格常数a2是
Figure BDA0000483776750000152
这非常大。如下地确定InGaAs中间层7和InP之间的晶格匹配度：|a2-a1|/a1=0.038(3.8%)。尽管下层和上层之间的晶格常数差异非常大，但GaSb缓冲层2在InGaAs中间层7上外延生长，同时具有相对优良的晶体质量。目前，并不清楚这样的原因。基于对之前研究的结果等的全面考虑，据信，GaSb缓冲层的大厚度和Sb的诸如表面活化效应的特定性质也与这种优良的晶体质量相关。
通常，晶格匹配度越大，将要生长的层的厚度越小，这一定是因为失配位错的数量增加并且不能得到具有优良晶体质量的外延膜。因此，在晶体生长领域，提供临界膜厚度的概念，并且通常认为，当外延膜具有等于或大于临界膜厚度的膜厚度时，不能得到具有优良晶体质量的外延膜。通过基于机械平衡理论的Matthews-Blakeslee等式（例如，A.Braun等人，Journal of Crystal Growth（《晶体生长期刊》）241（2002）第231-234页）或基于能量平衡理论的People-Bean等式确定临界膜厚度。在“Masayoshi Umeno和Tetsuo Soga，Handbook of CrystalGrowth（《晶体生长手册》）（由Hiroshi Komatsu编辑，Kyoritsu Shuppan有限公司，1995），第699页”中示出表示基于这些公式的临界膜厚度和晶格匹配度之间的关系的曲线图。在InP/GaSb中，如上所述，晶格匹配度是0.038。参照《晶体生长手册》的曲线图，在这种情况下，临界膜厚度基于People-Bean等式是大约4nm（0.004μm）并且基于Matthews-Blakeslee等式是大约1nm（0.001μm）。
如上所述，GaSb缓冲层2的厚度优选地是0.2μm或更大。因此，在本实施例中，GaSb缓冲层2的厚度是临界膜厚度的数十倍或更大。即使基于通过由其计算出的临界膜厚度是大值的People-Bean等式而确定的大约4nm的临界膜厚度，GaSb缓冲层2的厚度是临界膜厚度的50倍或更大。GaSb缓冲层2的厚度可以是临界膜厚度的100倍或更大。
（2）设置InGaAs中间层7的理由如下。InP衬底1具有优良的晶体质量并且具有平坦度优良的表面。然而，当InP衬底1在膜沉积室中被热处理以便去除氧化物膜等时，表面上的氧化物膜被去除并且表面的平坦度降低，从而增加了粗糙度。已经确认的是，GaSb缓冲层可以在其上直接外延生长。然而，通过在出于去除氧化物膜目的而被热处理的InP衬底1上外延生长InGaAs中间层7，可以得到InGaAs中间层7的表面，该表面具有优良的平坦度。通过在这个InGaAs中间层7上外延生长GaSb缓冲层2，GaSb缓冲层2的表面的粗糙度减小，因此可以得到具有优良平坦度的GaSb缓冲层。当在这个GaSb缓冲层2上生长II型（InAs/GaSb）MQW时，还可以得到具有优良平坦度的多量子阱结构。如上所述，由于堆叠了具有大约1.5nm至5nm的厚度的数百个单层，因此为了得到具有优良晶体质量的多量子阱结构，表面的平坦度是非常重要的。多量子阱结构中的单层的厚度越小，平坦度变得越重要。如上所述，在单层的厚度为1.5nm的情况下，除非平坦度优良，否则不能形成所需的多量子阱结构。
用于测量平坦度的标准的例子包括用原子力显微镜等测量的Rms粗糙度和表面不平整形貌。通过使用任何标准来观察与晶体质量的关联性。然而，发现的是，表面的不平整形貌与晶体质量或暗电流有很好的关联性，但这个标准在数值定量确定方面并不令人满意。
InGaAs中间层7上生长的GaSb缓冲层2具有镜面表面，在其表面上没有不平整处，而是平坦的。关于GaSb缓冲层2，XRD中的主衍射峰的半峰全宽（FWHM）优选地是300秒或更短。为了稳定地实现欧姆接触，p型GaSb缓冲层2具有1E18cm-3或更大的载流子浓度。
（3）InP衬底1具有1.35eV的带隙能量。这个带隙对应于比1μm略小的波长。因此，InP衬底1不吸收将被光接收层3接收的光。
图2是示出均具有350μm厚度的InP衬底的透射率的结果，透射率是用傅立叶红外光谱计（FT-IR）测量的（在室温下）。掺杂有Fe的（高电阻）InP衬底在2μm至12μm的范围内是透明的并且在这个范围内没有吸收带。图2还示出掺杂有硫的InP衬底的透射率。掺杂有硫的这个InP衬底在5μm或更大波长下的透射率几乎为零。小于5μm的波长下的低透射率是由于衬底后表面的粗研磨的影响导致的。由于在5μm或更大波长下的透射率为零，因此包含硫InP衬底不能用作作为被本发明设定为目标的红外区的光接收元件的衬底。
在形成截止波长为3μm或更大的II型MQW的情况下，通常，具有比InP的晶格常数大的晶格常数的III-V族化合物半导体被用作形成MQW的层的材料。当使用与InP晶格匹配的III-V族化合物半导体时，即使在通过使用II型MQW减小光接收中的电子的跃迁能量差异的情况下，也不能实现3μm或更大的截止波长。由于图1A和图1B中的InGaAs中间层7与InP衬底晶格匹配，因此InGaAs中间层7的带隙没有小到以致InGaAs中间层7吸收被II型MQW接收的光。因此，可以假设对于近红外至中红外区中的光而言InGaAs中间层7等同于InP衬底1。
在通过使用II型MQW实现3μm或更大的截止波长的情况下，例如，常常使用GaSb衬底。诸如GaSb的具有大晶格常数的III-V族化合物半导体通常在近红外至中红外区的波长范围中具有吸收带。例如，GaSb在中红外区中由于自由载流子而具有吸收率，如图3中所示。图3是示出均具有500μm的厚度的GaSb衬底的透射率的结果的图表，透射率是用FT-IR测量的（在室温下）。参照图3，关于未掺杂的GaSb衬底，在5μm或更大波长下的透射率几乎为零。类似地，关于掺杂有Te的GaSb衬底，该衬底略高于未掺杂的GaSb衬底的透射率的的透射率，透射率从大约5μm波长下的大约70%开始减小，在大约6.5μm的波长下变成大约50%，并且在8μm或更大波长下减小至25%或更小。难以在目标为红外区的光接收元件中使用表现出上述透射率的GaSb衬底。在制造外延晶片之后，例如，需要去除GaSb衬底或者显著减小GaSb衬底的厚度。在这种情况下，步骤的数量增加并且质量降低。
然而，根据以上结构，可以在InP衬底1/InGaAs中间层7上生长具有优良晶体质量的GaSb缓冲层2，InGaAs中间层7和InP衬底1在近红外至中红外区中没有吸收带，具有3μm或更大的截止波长的II型（InAs/GaSb）MQW被形成在GaSb缓冲层2上的光接收层。因此，InGaAs中间层7、具有大厚度的InP衬底1不吸收目标光。结果，可以提高对目标光的响应性。
（4）相比于GaSb衬底，可以稳定地得到具有优良晶体质量的InP衬底。
因此，即使当通过外延生长形成由InP衬底1/InGaAs中间层7/GaSb缓冲层2/具有（InAs/GaSb）MQW的光接收层3构成的层叠体时，可以在任何位置和任何场合得到具有（InAs/GaSb）MQW并且具有优良晶体质量的光接收层3。结果，可以以高良率制造具有均匀特性的元件。
此外，InP衬底在批量生产方面是优良的，因为相比于GaSb衬底，可以得到具有大直径的衬底。此外，InP衬底比GaSb衬底的价格更低。因此，可以提供在经济效率方面优良的光接收元件10和（此外）检测装置50。
图4是示出其中图1中示出的光接收元件10连接到硅（Si）上形成的读出集成电路70的混合检测装置的视图。读出集成电路70是互补型金属氧化物半导体（CMOS）。与n型接触层5电连接的像素电极11利用像素电极11的凸块9和读出电极71的凸块79电连接到读出电极71，凸块9和79被插入在像素电极11和读出电极71之间。与p型缓冲层2电连接的地电极12电连接到布线电极12e，布线电极12e沿着保护膜43延伸并且具有与像素电极11的高度相同的高度。布线电极12e利用插入布线电极12e和CMOS的地电极72之间的凸块电连接到地电极72。
根据通过凸块进行的上述连接，连接是通过微凸块连接方法建立的，即使当像素节距减小时，也可以得到紧凑且减小尺寸的检测装置，使得像素被以高密度布置。
图5是示出在制备图1中示出的光接收元件10的过程中的半导体外延晶片1a的平面图。在具有8.5mm×10mm的尺寸并且其中大约80,000个像素以30μ膜的节距布置在垂直方向和水平方向上的芯片（光接收元件）的情况下，可以从直径为2英寸的InP衬底得到大约11个芯片，但这取决于光接收元件10的规格。可以从具有4英寸直径的InP衬底得到大约52个芯片。如上所述，相比于使用GaSb衬底的情况，通过使用具有大直径的InP衬底，可以实现高批量生产效率。
图5中示出的半导体外延晶片1a处于GaSb缓冲层2在InP衬底1/InGaAs中间层7上生长的状态下。GaSb缓冲层2具有1μm或更大的厚度，具有镜面表面，在其表面上没有不平整处，是平坦的。另外，XRD中的主峰的FWHM是300秒或更短。然而，|a2-a1|/a1=大约0.038（3.8%）。据信，这种优良的晶体质量是由于GaSb缓冲层具有大厚度并且缓冲层包含Sb的事实导致的。
在光接收层3、接触层5、台面结构、电极11和12形成在光接收元件10上并且芯片的轮廓基本上变清晰的状态下，从半导体外延晶片1a成片地切割出光接收元件10。图5是示出形成GaSb缓冲层2的状态的视图。
图6是示出用于制造图1中示出的光接收元件10的方法的流程图。首先，制备InP衬底。加热同时用砷（As）的分子束照射InP衬底，以去除氧化物膜。然后，在InP衬底上外延生长InGaAs中间层7。调节InGaAs中间层7的组分，使得其晶格常数变成与InP衬底的晶格常数相同。外延生长InGaAs中间层7以具有0.05μm或更大的厚度，例如，大约0.15μm。在InGaAs中间层7上生长GaSb缓冲层2，其具有1μm或更大的厚度。生长方法不受具体限制。例如，可以采用分子束外延（MBE）方法或金属有机气相外延（MOVPE）方法。在生长GaSb缓冲层2之后，生长具有II型（InAs/GaSb）MQW的光接收层3。由于通过InAs和GaSb之间的界面进行II型的跃迁（光接收），因此对长波长侧的响应性随着界面数量的增加而增加。因此，在对长波长侧的响应性重要的情况下，MQW优选地总共包括大约150对或更多。为了在光接收层3中，即在MQW中形成p-n结，在MQW的生长期间，用Be掺杂在靠近InP衬底1的一侧形成大约50对MQW的GaSb层，Be是p型杂质。此后形成的MQW未被掺杂，以用作本征（i型）半导体。随后，利用Si掺杂形成最后大约50对MQW的InAs层，Si是n型杂质。因此，可以得到p-i-n型或n-i-p型光电二极管。p-i-n结也是一种类型的p-n结。在一些结构中，在光接收层可能只存在p-i结。然而，当还考虑电极所接触的区域时，p-i结被视为是p-i-n结。这个p-i-n结还可解释为位于光接收层中的p-n结。
接下来，通过蚀刻形成在像素P之间设置有沟槽的台面结构。使用磷酸、双氧水和水的湿蚀刻或者使用碘化氢或氯化硅气体的干蚀刻进行蚀刻。因此，各像素P变成独立于周围的像素，从而防止串扰等。接下来，如图1中所示，台面结构的表面被保护该表面的保护膜（钝化膜）43覆盖。例如，优选地使用SiO2膜作为保护膜（钝化膜）43。
随后，通过光刻形成像素电极11和地电极12。
在上述的光接收元件10中，在InP衬底1上的GaSb缓冲层2上设置具有II型（InAs/GaSb）MQW并且具有3μm或更大的截止波长的光接收层3。因此，即使在从衬底的后表面入射光的情况下，响应性也能增加，因为具有大厚度的InP衬底1不吸收具有目标波长的光。
通过使用具有优良晶体质量的InP衬底和InGaAs中间层7来作为GaSb缓冲层2的下面的基底，可以得到具有优良晶体质量的GaSb缓冲层2，但并不完全清楚这样的原因。结果，可以得到包括具有低晶格缺陷的II型（InAs/GaSb）MQW的光接收层3，并且可以减小光接收元件的暗电流。
此外，由于InP衬底1比GaSb衬底的价格低，因此可以提供在经济效率方面优良的光接收元件和检测装置。
（实施例2）
图7是示出根据本发明的实施例2的光接收元件10的截面图。在光接收元件10中，像素P均包括通过从SiN选择性扩散掩膜图案36的开口的选择性扩散而形成的n型区6，和位于n型区6端部的p-n结15，作为主要部分。p-n结15达到光接收层3的内部。如上所述，p-n结15可以是p-i结。像素P中的每一个通过不经受选择性扩散的区域与周围像素隔开。
III-V族化合物半导体的层叠体具有由<InP衬底1/InGaAs中间层7/p型GsSb缓冲层2/具有II型（InAs/GaSb）MQW的光接收层3/p型接触层55>构成的结构。在本实施例中，像素电极11所接触的区域是其中选择性扩散n型杂质的n型区6。像素P通过不经受选择性扩散的区域彼此隔开并且晶体层维持它们原本的状态。因此，不同于台面结构，没有暴露像素的侧壁，因此晶体不容易受损。结果，容易实现低暗电流。
关于其它结构和操作，实施例1中的描述原样应用于本实施例。
（实施例3）
图8A是示出根据本发明的实施例3的外延晶片的截面图，图8B是示出根据本发明的实施例3的光接收元件10的截面图。图8A中示出的半导体外延晶片具有下面的分层结构。<掺杂有Fe的InP（100）衬底101/InGaAs中间层7/掺杂有Te的GaSb缓冲层2/具有由（InAs/GaSb）构成的n+型MQW21的光接收层/具有由（InAs/GaSb）构成的n型MQW22的光接收层/具有比设置在其上面和下面的MQW的导带底部高的导带底部的势垒层23/具有由（InAs/GaSb）构成的n+型MQW24的接触层>
在形成光接收层的n+型MQW21和n型MQW22之中，包括例如60对的数十对并且位于与缓冲层2相邻的一侧的n+型MQW21是n型，并且具有2E18cm-3或更大的n型载流子浓度。在这种情况下，InAs掺杂有作为n型杂质的硅（Si），并且GaSb未被掺杂。由（InAs/GaSb）构成并且位于n+型MQW21上的n型MQW22包括例如100对并且具有1E16cm-3的n型载流子浓度。可以在没有有意引入n型杂质的情况下实现n型MQW22中的1E16cm-3的这个n型载流子浓度。
势垒层23具有宽带隙并且可以由具有比设置在其上面和下面的MQW的导带底部高的导带底部的AlGaSb、AlAsSb等构成。势垒层23常常是单层，但可以具有MQW。在单层的情况下，优选地，势垒层23由Al0.2Ga0.8Sb构成并且具有大约100nm的厚度。
上面将要布置像素电极11的接触层包括例如20对并且是具有2E18cm-3或更大的载流子浓度的n+型MQW24。另外，在这种情况下，InAs掺杂有作为n型杂质的硅（Si），并且GaSb未被掺杂。
在图8B中示出的光接收元件10中，只有由n+型MQW24构成的接触层或接触层和势垒层的一部分被台面蚀刻，从而将像素P与外围部分隔离。尽管在图中未示出，但在排列像素的情况下，只有由n+型MQW24构成的接触层被台面蚀刻，从而将像素与相邻的像素隔离。像素电极11由Ti/Pt/Au合金等构成，以与由n+型MQW24构成的n型接触层建立欧姆接触。地电极12优选地由Ti/Pt/Au合金等构成，以与被定位成与缓冲层2接触的n+型MQW21建立欧姆接触。在本实施例中，像素电极11和地电极12均是n侧电极。
在根据本实施例的光接收元件10中，在通过光接收产生的电子-空穴对当中，扩散并且达到像素电极的空穴被捕获，从而检测光接收。由于空穴向着像素电极的移动是由扩散造成的，因此隔离像素的台面结构的沟槽的深度可以减小。结果，流入台面结构的侧壁的噪声电流可以被抑制成低。
为了制造检测装置，利用AR膜、保护膜等覆盖表面，如实施例1中一样。此外，像素电极11利用插入在像素电极11和ROIC的读出电极之间的凸块电连接到读出电极。地电极还彼此电连接。
在本实施例中，通过在InP衬底1/InGaAs中间层7上设置GaSb缓冲层2而实现的优点等与实施例1和实施例2中的优点是一样的。
实例
制备图5中示出的半导体外延晶片1a（在形成光接收层3之前）并且进行测试。用于制备本发明实例的半导体外延晶片的方法如下。
<测试样本>：
在MBE方法中使用的膜沉积室中装入InP衬底1。加热并且同时利用砷（As）分子束照射InP衬底1，以去除氧化物膜。通过MBE方法在InP衬底1上外延生长InGaAs中间层7，使其具有0.15μm的厚度，InGaAs中间层7的组分被调节成使得InGaAs中间层7的晶格常数与InP的晶格常数相同。随后，通过MBE方法生长GaSb缓冲层。在400℃的衬底温度下以3.9的V/III比率生长GaSb缓冲层，使其具有2μm的厚度。生长速率是1.1μm/小时（大约1ML/秒）。对于通过上述方法制备的半导体外延晶片，执行测量表面粗糙度（均方根粗糙度（Rms粗糙度））和分析横截面形貌。通过根据JISB0651、JISB0601等使用原子力显微镜执行测量和分析。
为了检验InGaAs中间层7的功能，还制备在制造过程中下面的测试样本并且使用测试样本执行测量。
（S1）：紧接在生长InGaAs中间层7之前，也就是说，在进行加热以去除氧化物膜之后的InP衬底1
（S2）：在InP衬底1上生长InGaAs中间层7之后的InP衬底1
（S3）：在InP衬底1上生长InGaAs中间层7并且随后在InGaAs中间层7上生长GaSb缓冲层2之后的InP衬底1
（R1）：在作为供参考的测试样本的、在InP衬底1上直接生长GaSb缓冲层2之后的InP衬底1
<横截面形貌>
图9是示出测试样本（S3）的GaSb缓冲层的表面的不平整形貌的图表。具体地，图9示出由InP衬底1/InGaAs中间层7/GaSb缓冲层2构成的结构中的GaSb缓冲层7的表面的平坦度。图10是示出参考例的测试样本（R1）中当在InP衬底1上直接生长GaSb缓冲层时的表面的不平整形貌的图表。比较图9与图10，其中设置有InGaAs中间层7的图9中的表面形貌清楚地表明，相比于图10中的表面形貌，表面的不平整处的尺寸小并且具有优良的平坦度。因此，InGaAs中间层7的功能是提高在InGaAs中间层7上外延生长的GaSb缓冲层2的平坦度。
图11A和图11B是均示出图9中示出的测试样本（S3）的制备过程中的表面形貌的视图。图11A示出在出于去除氧化物膜而执行热处理之后，测试样本（S1）的InP衬底1的表面形貌。图11B示出在InP衬底1上外延生长的InGaAs中间层7的表面形貌。与由图11A的纵坐标表示的高度（不平整处）相关的灵敏度比图11B的小一半。尽管图11A中示出的测量灵敏度低，但图11A中示出的不平整处的高度基本上与图11B中示出的不平整处的高度相同或略高于图11B中示出的不平整处的高度。在InP衬底1上外延生长InGaAs中间层之后，InGaAs中间层7的不平整处被平滑化并且平坦度明显提高。
因此，在InP衬底1/InGaAs中间层2上生长GaSb缓冲层的情况下，相比于在InP衬底1上直接生长GaSb缓冲层2的情况，可以得到具有优良平坦度的GaSb缓冲层。包括数十至数百对层并且形成在GaSb缓冲层2上的多量子阱结构的晶体质量明显受下面的基底的平坦度的影响。如上所述，多量子阱结构中的单层的厚度越小，平坦度变得越重要。通过使用InGaAs中间层7，可以在构成光接收层的II型多量子阱结构中得到改善的优良晶体质量，并且可以实现低的暗电流。
<均方根粗糙度（Rms粗糙度）>
在图12中示出结果。均方根粗糙度表现出与图9、图10、图11A和图11B中示出的横截面形貌的不平整处形貌的趋势基本上相同的趋势。当在InP衬底1上生长InGaAs中间层7时，均方根粗糙度变成一半或更小。结果，在InP衬底1/InGaAs中间层7上生长GaSb缓冲层的情况下，相比于在InP衬底1上直接生长GaSb缓冲层2的情况，GaSb缓冲层的均方根粗糙度变小。然而，均方根粗糙度的数值差异减小，因为据信相比于横截面形貌中的原始不平整处形貌，均方根粗糙度被平均。
根据包括InGaAs中间层7的半导体外延晶片1a，可以生长具有II型MQW并且具有大晶格常数的光接收层，使其与具有优良平坦度的GaSb缓冲层2接触，但晶格常数大。这个光接收层具有3μm或更大的截止波长，InP衬底不吸收这个波长范围内的光。相比之下，在使用GaSb衬底的情况下，GaSb衬底在以上波长范围内由于自由载流子而具有吸收带。由于衬底的厚度大，因此这个吸收造成响应性显著降低。通过如本发明实例中一样地使用InP衬底/InGaAs中间层，避免了衬底吸收的问题，并且有3μm或更大的波长下可以维持高响应性。
以上已经描述了本发明的实施例和实例。以上公开的本发明的实施例和实例只是示例性的，本发明的范围不限于本发明的这些实施例。要理解，本发明的范围由权利要求书的描述限定并且包括权利要求书中的描述的等同物和权利要求书范围内的所有修改形式。
工业适用性
根据本发明的光接收元件等，可以在近红外至中红外区内维持高响应性。此外，由于使用具有稳定质量、可以具有大直径、在经济效率方面优良的InP衬底作为衬底，因此可以以低成本提供高质量的光接收元件等。

Claims (16)

1.一种通过使用III-V族化合物半导体来形成的光接收元件，所述光接收元件包括：
InP衬底，所述InP衬底对于具有3μm至12μm的波长的光是透明的；
中间层，所述中间层外延生长在所述InP衬底上；
缓冲层，所述缓冲层被定位为与所述中间层接触；以及
光接收层，所述光接收层外延生长在所述缓冲层上并且包括具有3μm或更大的截止波长的II型多量子阱结构，
其中，所述缓冲层外延生长在所述中间层上，且|a1-a0|/a0的值在正常晶格匹配条件的范围内，并且|a2-a1|/a1和|a2-a0|/a0的值超过正常晶格匹配条件的范围，其中，a2代表所述缓冲层的晶格常数，a1代表所述中间层的晶格常数，并且a0代表所述InP衬底的晶格常数；并且所述缓冲层由GaSb层构成。
2.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述中间层是InGaAs层或GaAsSb层。
3.根据权利要求1或2所述的光接收元件，其中，所述中间层具有50nm或更大的厚度。
4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的光接收元件，其中，对于具有3μm至12μm的波长的光透明的所述InP衬底是没有被添加硫（S）的InP衬底。
5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的光接收元件，其中，对于具有3μm至12μm的波长的光透明的所述InP衬底是包含Fe的InP衬底或未掺杂的InP衬底。
6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的光接收元件，其中，所述光接收层在其中具有p-n结。
7.根据权利要求1至5中的任何一项所述的光接收元件，其中，所述光接收层包括由III-V族化合物半导体构成并且与所述光接收层晶格匹配的插入层，并且所述插入层的导带的底部比所述光接收层的导带的底部高。
8.根据权利要求1至7中的任何一项所述的光接收元件，其中，所述多量子阱结构是作为II型多量子阱结构的{（InAs/GaSb）、（InAs/InGaSb）、（InAsSb/GaSb）和（InAsSb/InGaSb）}中的任何一种。
9.根据权利要求1至8中的任何一项所述的光接收元件，其中，所述光接收元件具有光从所述InP衬底的后表面入射的结构。
10.一种检测装置，所述检测装置包括根据权利要求1至9中的任何一项所述的光接收元件，以及读出集成电路（ROIC），其中，利用插入在所述光接收元件中的像素电极和所述ROIC中的读出电极之间的凸块，所述像素电极被连接到所述读出电极。
11.一种通过使用III-V族化合物半导体来形成的半导体外延晶片，所述半导体外延晶片包括：
InP衬底，所述InP衬底对于具有3μm至12μm的波长的光是透明的；
中间层，所述中间层外延生长在所述InP衬底上；
GaSb缓冲层，所述GaSb缓冲层被定位为与所述中间层接触；以及
光接收层，所述光接收层外延生长在所述GaSb缓冲层上并且具有II型多量子阱结构，
其中，所述GaSb缓冲层外延生长在所述中间层上，且|a1-a0|/a0的值在正常晶格匹配条件的范围内，并且|a2-a1|/a1和|a2-a0|/a0的值超过正常晶格匹配条件的范围，其中，a2代表所述缓冲层的晶格常数，a1代表所述中间层的晶格常数，并且a0代表所述InP衬底的晶格常数。
12.根据权利要求11所述的半导体外延晶片，其中，所述中间层是InGaAs层或GaAsSb层。
13.根据权利要求11或12所述的半导体外延晶片，其中，对于具有3μm至12μm的波长的光透明的所述InP衬底是包含Fe的InP衬底或未掺杂的InP衬底。
14.根据权利要求11至13中的任何一项所述的半导体外延晶片，其中，所述多量子阱结构是作为II型多量子阱结构的{（InAs/GaSb）、（InAs/InGaSb）、（InAsSb/GaSb）和（InAsSb/InGaSb）}中的任何一种。
15.一种用于制造光接收元件的方法，在所述光接收元件中堆叠有III-V族化合物半导体，所述方法包括以下步骤：
制备对于具有3μm至12μm的波长的光透明的InP衬底；
在所述InP衬底上外延生长中间层；
在所述中间层上外延生长GaSb缓冲层；以及
在所述GaSb缓冲层上形成光接收层，所述光接收层包括具有3μm或更大的截止波长的II型多量子阱结构，
其中，所述多量子阱结构是作为II型多量子阱结构的{（InAs/GaSb）、（InAs/InGaSb）、（InAsSb/GaSb）和（InAsSb/InGaSb）}中的任何一种。
16.根据权利要求15所述的用于制造光接收元件的方法，其中，生长InGaAs层或GaAsSb层作为所述中间层。
CN201380003240.0A 2012-05-30 2013-05-16 光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法 Active CN103843158B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-123515 2012-05-30
JP2012123515A JP6080092B2 (ja) 2012-05-30 2012-05-30 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、検出装置および受光素子の製造方法
PCT/JP2013/063668 WO2013179901A1 (ja) 2012-05-30 2013-05-16 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、検出装置および受光素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103843158A true CN103843158A (zh) 2014-06-04
CN103843158B CN103843158B (zh) 2016-09-28

Family

ID=49673104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380003240.0A Active CN103843158B (zh) 2012-05-30 2013-05-16 光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9391229B2 (zh)
EP (1) EP2750202A4 (zh)
JP (1) JP6080092B2 (zh)
CN (1) CN103843158B (zh)
WO (1) WO2013179901A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104576811A (zh) * 2015-01-27 2015-04-29 苏州苏纳光电有限公司 近中红外波双色探测器及其制备方法
CN110061076A (zh) * 2018-12-25 2019-07-26 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 背入射式共面电极多单元芯片及其制备方法
CN110071185A (zh) * 2018-01-23 2019-07-30 中国科学院物理研究所 多量子阱红外探测器
CN113644158A (zh) * 2021-08-10 2021-11-12 苏州矩阵光电有限公司 上入光式红外传感器元件及其制造方法
CN113972292A (zh) * 2021-03-29 2022-01-25 南京大学 一种基于InP基带隙可调的结构及光电转换器件

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5748176B2 (ja) * 2011-11-01 2015-07-15 住友電気工業株式会社 受光素子、エピタキシャルウエハおよびその製造方法
JP6233070B2 (ja) * 2014-02-05 2017-11-22 住友電気工業株式会社 半導体積層体および半導体装置、ならびにそれらの製造方法
JP2015149335A (ja) * 2014-02-05 2015-08-20 住友電気工業株式会社 半導体積層体、半導体積層体の製造方法および半導体装置の製造方法
JP2015216172A (ja) * 2014-05-08 2015-12-03 住友電気工業株式会社 アレイ型受光素子
JP6488854B2 (ja) * 2015-04-22 2019-03-27 住友電気工業株式会社 半導体積層体および受光素子
WO2016171009A1 (ja) 2015-04-22 2016-10-27 住友電気工業株式会社 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法
JP6488855B2 (ja) * 2015-04-22 2019-03-27 住友電気工業株式会社 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法
JP6673038B2 (ja) * 2016-06-10 2020-03-25 富士通株式会社 半導体結晶基板、赤外線検出装置、半導体結晶基板の製造方法及び赤外線検出装置の製造方法
JP6720710B2 (ja) * 2016-06-14 2020-07-08 住友電気工業株式会社 赤外線検知素子
JP2018006375A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 日本放送協会 固体撮像素子およびその製造方法
EP3488468A1 (en) * 2016-07-25 2019-05-29 L3 Cincinnati Electronics Corporation Infrared detector devices and focal plane arrays having a transparent common ground structure and methods of fabricating the same
JP6823256B2 (ja) * 2017-01-05 2021-02-03 富士通株式会社 赤外線検知器及び撮像装置
US10008620B1 (en) 2017-03-16 2018-06-26 United Arab Emirates University Method of making gallium antimonide near infrared photodetector
JP2018182261A (ja) * 2017-04-21 2018-11-15 住友電気工業株式会社 半導体受光デバイス
JP6863093B2 (ja) * 2017-06-01 2021-04-21 住友電気工業株式会社 受光素子およびその製造方法
JP2019114650A (ja) * 2017-12-22 2019-07-11 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
JP7027969B2 (ja) * 2018-03-07 2022-03-02 住友電気工業株式会社 半導体受光素子
JP7103409B2 (ja) * 2018-05-11 2022-07-20 日本電気株式会社 光検出素子および赤外線検出装置
JP7115111B2 (ja) * 2018-07-26 2022-08-09 富士通株式会社 赤外線検出器、これを用いた撮像装置、及び赤外線検出器の製造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61239679A (ja) * 1985-04-15 1986-10-24 Takeshi Kobayashi 半導体装置
JP2003173977A (ja) * 2001-12-07 2003-06-20 Sumitomo Chem Co Ltd 化合物半導体の製造方法
US20070160100A1 (en) * 2006-01-11 2007-07-12 Huffaker Diana L Misfit dislocation forming interfacial self-assembly for growth of highly-mismatched III-Sb alloys
US20090224229A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Manijeh Razeghi POLARITY INVERSION OF TYPE-II InAs/GaSb SUPERLATTICE PHOTODIODES
US20100171097A1 (en) * 2009-01-05 2010-07-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Detection device and method for manufacturing the same
US20110204214A1 (en) * 2010-02-21 2011-08-25 Technion Research & Development Foundation Ltd. Method and system for detecting light
US20120032145A1 (en) * 2010-08-03 2012-02-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Detection device, light-receiving element array, semiconductor chip, method for manufacturing the same, and optical sensor apparatus

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH088354B2 (ja) 1989-03-28 1996-01-29 松下電器産業株式会社 ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
US6746777B1 (en) * 2000-05-31 2004-06-08 Applied Optoelectronics, Inc. Alternative substrates for epitaxial growth
US6888179B2 (en) * 2003-04-17 2005-05-03 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc GaAs substrate with Sb buffering for high in devices
CA2732807A1 (en) * 2008-08-04 2010-02-11 Firestone Polymers, Llc Adducts of metathesis polymers and preparation thereof
JP2011071306A (ja) * 2009-09-25 2011-04-07 Fujitsu Ltd 光検知器及びその製造方法
JP2011082348A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体素子および半導体ウエハ
JP2012009777A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体ウエハおよび半導体装置
WO2012073539A1 (ja) 2010-12-01 2012-06-07 住友電気工業株式会社 受光素子、検出装置、半導体エピタキシャルウエハ、およびこれらの製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61239679A (ja) * 1985-04-15 1986-10-24 Takeshi Kobayashi 半導体装置
JP2003173977A (ja) * 2001-12-07 2003-06-20 Sumitomo Chem Co Ltd 化合物半導体の製造方法
US20070160100A1 (en) * 2006-01-11 2007-07-12 Huffaker Diana L Misfit dislocation forming interfacial self-assembly for growth of highly-mismatched III-Sb alloys
US20090224229A1 (en) * 2008-03-07 2009-09-10 Manijeh Razeghi POLARITY INVERSION OF TYPE-II InAs/GaSb SUPERLATTICE PHOTODIODES
US20100171097A1 (en) * 2009-01-05 2010-07-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Detection device and method for manufacturing the same
US20110204214A1 (en) * 2010-02-21 2011-08-25 Technion Research & Development Foundation Ltd. Method and system for detecting light
US20120032145A1 (en) * 2010-08-03 2012-02-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Detection device, light-receiving element array, semiconductor chip, method for manufacturing the same, and optical sensor apparatus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F.M.MOHAMMEDY ET AL: "Growth and characterization of GaAsSb metamorphic samples on an InP substrate", 《JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY A》 *
F.M.MOHAMMEDY ET AL: "Growth and characterization of GaAsSb metamorphic samples on an InP substrate", 《JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY A》, vol. 24, no. 3, 31 May 2006 (2006-05-31), XP012090959, DOI: doi:10.1116/1.2194024 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104576811A (zh) * 2015-01-27 2015-04-29 苏州苏纳光电有限公司 近中红外波双色探测器及其制备方法
CN104576811B (zh) * 2015-01-27 2016-08-31 苏州苏纳光电有限公司 近中红外波双色探测器及其制备方法
CN110071185A (zh) * 2018-01-23 2019-07-30 中国科学院物理研究所 多量子阱红外探测器
CN110061076A (zh) * 2018-12-25 2019-07-26 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 背入射式共面电极多单元芯片及其制备方法
CN110061076B (zh) * 2018-12-25 2024-05-24 芯思杰技术(深圳)股份有限公司 背入射式共面电极多单元芯片及其制备方法
CN113972292A (zh) * 2021-03-29 2022-01-25 南京大学 一种基于InP基带隙可调的结构及光电转换器件
CN113972292B (zh) * 2021-03-29 2024-03-19 南京大学 一种基于InP基带隙可调的结构及光电转换器件
CN113644158A (zh) * 2021-08-10 2021-11-12 苏州矩阵光电有限公司 上入光式红外传感器元件及其制造方法
CN113644158B (zh) * 2021-08-10 2024-04-12 苏州矩阵光电有限公司 上入光式红外传感器元件及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013179901A1 (ja) 2013-12-05
US9391229B2 (en) 2016-07-12
US20140312304A1 (en) 2014-10-23
JP6080092B2 (ja) 2017-02-15
JP2013251341A (ja) 2013-12-12
CN103843158B (zh) 2016-09-28
EP2750202A1 (en) 2014-07-02
EP2750202A4 (en) 2015-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103843158B (zh) 光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法
JP5975417B2 (ja) 受光素子の製造方法
US9312422B2 (en) Light receiving element, semiconductor epitaxial wafer, method for manufacturing the light receiving element, method for manufacturing the semiconductor epitaxial wafer, and detecting device
Gunapala et al. 640$\,\times\, $512 Pixels Long-Wavelength Infrared (LWIR) Quantum-Dot Infrared Photodetector (QDIP) Imaging Focal Plane Array
US7875906B2 (en) Photodetector and production method thereof
Aifer et al. Shallow-etch mesa isolation of graded-bandgap “W”-structured type II superlattice photodiodes
Xie et al. InP-based near infrared/extended-short wave infrared dual-band photodetector
JP2014236067A (ja) 半導体素子およびその製造方法
WO2015059988A1 (ja) エピタキシャルウエハおよびその製造方法
US10720455B2 (en) Semiconductor crystal substrate, infrared detector, method for producing semiconductor crystal substrate, and method for producing infrared detector
Park et al. Monolithic two-color short-wavelength InGaAs infrared photodetectors using InAsP metamorphic buffers
Zhao et al. Optimization of long-wavelength InAs/GaSb superlattice photodiodes with Al-free barriers
Zhang et al. Gas source MBE grown wavelength extending InGaAs photodetectors
US20230253522A1 (en) Methods of fabricating planar infrared photodetectors
JP6589662B2 (ja) 半導体積層体および受光素子
JP6613923B2 (ja) 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法
JPWO2018042534A1 (ja) 半導体結晶基板、赤外線検出装置、光半導体装置、半導体装置、熱電変換素子、半導体結晶基板の製造方法及び赤外線検出装置の製造方法
JP6488855B2 (ja) 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法
Szyszka et al. A cross‐sectional scanning capacitance microscopy characterization of GaAs based solar cell structures
Gautam Unipolar barrier strained layer superlattice infrared photodiodes: physics and barrier engineering
WO2012073934A1 (ja) 受光素子、半導体エピタキシャルウエハ、これらの製造方法および検出装置
JP7078049B2 (ja) 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法
JP7147570B2 (ja) 半導体積層体および受光素子
Majumdar et al. High-responsivity high-gain In/sub 0.53/Ga/sub 0.47/As-InP quantum-well infrared photodetectors grown using metal-organic vapor phase epitaxy
CN104218118A (zh) 外延晶片及其制造方法、光电二极管和光学传感器装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant