CN104218118A - 外延晶片及其制造方法、光电二极管和光学传感器装置 - Google Patents

外延晶片及其制造方法、光电二极管和光学传感器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及外延晶片及其制造方法、光电二极管和光学传感器装置。制造外延晶片的方法包括在III-V族半导体衬底上生长外延层结构的步骤，该外延层结构包括III-V族半导体多量子阱和III-V族半导体表面层，其中执行在衬底上生长外延层结构的步骤，使得多量子阱相对于衬底的晶格失配△ω满足-0.13％≤△ω<0％或0％<△ω≤+0.13％的范围，该范围的中心偏离零，并且源自多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有30秒或更小的半峰全宽(FWHM)。

Description

外延晶片及其制造方法、光电二极管和光学传感器装置
技术领域
本发明涉及一种外延晶片、该外延晶片的制造方法、光电二极管和光学传感器装置。具体地，本发明涉及一种包括由III-V族化合物半导体形成的且具有与近红外区到远红外区相对应的带隙的多量子阱(MQW)的外延晶片、该外延晶片的制造方法、光电二极管和光学传感器装置。
背景技术
是由III-V族化合物形成的InP基半导体具有与范围从近红外区到远红外区的区域相对应的带隙能量，因此进行了大量研究来开发用于通讯、夜间图像捕捉等的光电二极管。例如，R.Sidhu等的“ALong-Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-MatchedGaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells(使用晶格匹配的GsInAs-GaSaSb II型量子阱在InP上的长波长光电二极管)”，IEEEPhotonics Technology Letters(IEEE光子学技术通讯)，Vol.17，No.12(2205)，2715-2717页和R.Sidhu等的“A2.3μm Cutoff WavelengthPhotodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-IIQuantum Wells(使用晶格匹配的GsInAs-GaSaSb II型量子阱在InP上的2.3μm截止波长光电二极管)”，2005International Conference onIndium Phosphide and Related Materials(2005关于磷化铟和相关材料的国际会议)，148-151页描述了一种光电二极管，其中在InP衬底上形成InGaAs/GaAsSb II型MQW，该光电二极管具有在近红外区中的特性灵敏度。日本未审专利申请公布No.2009-206499提出了一种平面光电二极管，其中在InP衬底上形成InGaAs/GaAsSb II型MQW并且通过选择扩散掩模图案选择性扩散用作p型杂质的锌(Zn)，使得像素被形成为以非扩散区在它们之间而彼此隔离。在该MQW上，布置InP窗口层和InGaAs扩散浓度分布调节层。这种平面光电二极管的构造消除了进行蚀刻用来形成台式结构的必要性，结果，允许暗电流的降低。发明内容
上述的每个光电二极管都包括外延生长在InP(100)衬底上的InGaAs/GaAsSb II型MQW。在该MQW中，GaAsSb包含锑(Sb)，这是不容易控制的，因此不容易实现高的结晶度。尤其是，利用适合批量制造的金属有机气相外延，不容易以高产率且稳定地获得具有高结晶度的InGaAs/GaAsSb II型MQW。
具体地，为了制造诸如光电二极管的产品以便以高产率且稳定地具有一致的质量，控制整个外延层结构是基本重要的。然而，在实际制造时，更有效的是主要控制一些趋向具有低结晶度的特定外延层。
因此，本发明的目的是提供一种外延晶片，其包括多量子阱，并且在实际制造中能够被制造为具有高的结晶度；一种制造该外延晶片的方法；光电二极管；和光学传感器装置。
根据本发明的实施例的制造外延晶片的方法包括在III-V族半导体衬底上生长外延层结构的步骤，该外延层结构包括III-V族半导体多量子阱和III-V族半导体表面层，其中执行在衬底上生长外延层结构的步骤，使得多量子阱相对于衬底的晶格失配△ω满足-0.13％≤△ω<0％或0％<△ω≤+0.13％的范围，该范围的中心偏离零，并且源自多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有30秒或更小的半峰全宽(FWHM)。该方法可通过金属有机气相外延进行。
例如，根据本发明的实施例的制造外延晶片的方法允许在实际制造时制造高结晶度的外延晶片。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的外延晶片。
图2是由图1中的外延晶片制造的光电二极管的截面图。
图3示出了包含图2中的光电二极管的光学传感器装置。
图4是示出图1中的外延晶片的X射线衍射ω-2θ扫描图案的示意图。
图5示出了源于图4中的多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线。
图6是根据实施例的制造外延晶片和光电二极管的方法的流程图。
具体实施方式
在下文，将顺序描述根据本发明的实施例的特征。
1.制造外延晶片的方法
(1)制造方法
该方法包括通过金属有机气相外延在III-V族半导体衬底上生长外延层结构的步骤，该外延层结构包括III-V族半导体多量子阱和III-V族半导体表面层，其中执行在衬底上生长外延层结构的步骤使得多量子阱相对于衬底的晶格失配Δω满足-0.13％≤Δω<0％或0％<Δω≤+0.13％的范围，该范围的中心偏离零，并且源自多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有30秒或更小的半峰全宽(FWHM)。
(2)X射线摇摆曲线
执行该制造方法使得，在X射线衍射(XRD)中，源自多量子阱的零阶衍射峰偏离源自衬底的零阶衍射峰。然而，与衍射峰彼此的这种偏离相比，重要的是源自多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有小的半峰全宽(FWHM)。大的FWHM表明低的结晶度和高的晶格缺陷密度，因此由这种外延晶片制造的光电二极管具有高的暗电流。为此，优选通过确认半峰全宽(FWHM)小而不是通过确认源自多量子阱的零阶衍射峰偏离源自衬底的衍射峰来控制具有多量子阱的外延晶片的实际制造。制造时，当源自衬底的衍射峰与源自多量子阱的零阶衍射峰重叠时，由于衬底衍射峰具有高的密度，所以变得难以精确地测量源自多量子阱的零阶衍射峰中X射线摇摆曲线的FWHM值。为此，为了使衍射峰彼此偏离，调节多量子阱相对于衬底的晶格失配使得满足中心偏离零的范围。衍射峰的这种彼此偏离使得能够精确地确认源自多量子阱的零阶衍射峰中X射线摇摆曲线的FWHM为30秒或更小。因此，能够预测，由实际制造提供的光电二极管具有足够低的暗电流。通过将FWHM降低至27秒或更小，能够制造具有较低暗电流的光电二极管。以X射线入射方向是<0-11>和入射面是(400)测量X射线摇摆曲线。
(3)晶格失配
在衬底上的多量子阱由多对用作单对的层a和层b构成的情况下，多量子阱的晶格失配确定如下。当层a相对于衬底的晶格失配由Δωa表示以及层b相对于衬底的晶格失配由Δωb时，整个多量子阱的晶格失配Δω是通过{∑(Δωa×层a的厚度+Δωb×层b的厚度)}/{∑(层a的厚度+层b的厚度)}计算的。在该公式中，Δωa是通过(层a的晶格常数-衬底的晶格常数)/衬底的晶格常数计算的；Δωb是通过(层b的晶格常数-衬底的晶格常数)/衬底的晶格常数计算的；以及∑表示关于对的总和。该公式的分母是多量子阱的总厚度。层a和b的晶格常数取决于这些层的组分。因此，确定多量子阱中层a和b的组分以及层a和b的厚度能计算晶格失配Δω。不必说，衬底的晶格常数是已知的。
通过调节晶格失配Δω使得满足-0.13％≤Δω<0％或0％<Δω≤+0.13％的范围，该范围的中心偏离零，例如，能够使得反射面为(400)的衬底的衍射峰和多量子阱的衍射峰之间的角度差ΔH满足-300s≤ΔH<0s或0s<ΔH≤+300s的范围。也就是说，能够调节这些衍射峰以便不重叠。因此，能够精确地确定源自多量子阱的衍射峰中X射线摇摆曲线的FWHM。结果，能够检测到缺陷，并且能够不在最终的制造步骤中采取措施而是在外延晶片的早期阶段采取措施。
可以调节晶格失配Δω以满足-0.13％≤Δω<+0.01％或+0.01％<Δω≤+0.13％的范围。该范围可以被减窄至-0.13％≤Δω<-0.02％或+0.02％<Δω≤+0.13％，以确保衍射峰之间的分离，使得能够精确地测量X射线摇摆曲线的FWHM。通常，在该技术领域中，定义外延层以满足晶格匹配条件；并且该条件是晶格失配Δω满足-0.01％≤Δω≤+0.01％。相比之下，实施例的条件-0.13％≤Δω<-0.01％或+0.01％<Δω≤+0.13％与标准晶格匹配条件不重叠并且完全不在该条件的范围内，因此是该技术领域中的非常特别的条件。通过形成多量子阱使其肯定在晶格匹配条件的范围之外，衬底的衍射峰和多量子阱的衍射峰重叠是不可能的。结果，能够精确地确定多量子阱的X射线摇摆曲线的FWHM。
(4)InGaAs/GaAsSb II型多量子阱
可以执行用于制造外延晶片的方法使得衬底是InP衬底且多量子阱是InGaAs/GaAsSb II型多量子阱。该方法允许实际上以高产率且稳定地制造具有对近红外区灵敏和具有低暗电流的光电二极管。希望形成该InGaAs/GaAsSb II型多量子阱使得，例如，在InP衬底和多量子阱之间插入含InGaAs的缓冲层用于提供具有小FWHM的多量子阱的目的。在制造平面光电二极管的情况下，希望在表面层和多量子阱之间插入InGaAs层。其原因如下。多量子阱对于如Zn的杂质是脆弱的。在通过选择扩散锌(Zn)形成像素的情况下，希望在表面层和多量子阱之间布置InGaAs层以抑制Zn以高浓度扩散到多量子阱中和引起的结晶度劣化。例如，在表面层由InP形成的情况下，在下面的InGaAs层中的Zn的扩散速率比在InP表面层中更低。因此，在InGaAs层中，能够容易形成过渡区，其中出现Zn的浓度从表面层高浓度区到低浓度区的急剧下降。于是，允许形成延伸至多量子阱的低浓度区的InGaAs层用作Zn的扩散浓度分布调节层。
在准备InP衬底并且在其上生长InGaAs/GaAsSb II型多量子阱，该多量子阱包括多对(通常，50或更多且400或更少个对)用作单个对的InGaAs层和GaAsSb层的情况下，多量子阱的晶格失配Δω确定如下。当InGaAs层相对于InP衬底的晶格失配由Δωa表示以及GaAsSb层相对于InP衬底的晶格失配由Δωb表示时，整个多量子阱的晶格失配Δω是通过{∑(Δωa×InGaAs层的厚度+Δωb×GaAsSb层的厚度)}/{∑(InGaAs层的厚度+GaAsSb层的厚度)}计算的。在该公式中，Δωa是通过(InGaAs层的晶格常数-InP衬底的晶格常数)/InP衬底的晶格常数计算的；Δωb是通过(GaAsSb层的晶格常数-InP衬底的晶格常数)/InP衬底的晶格常数计算的；以及∑表示关于对的总和。该公式的分母是多量子阱的总厚度。InGaAs和GaAsSb的晶格常数取决于这些层的组分。因此，确定多量子阱中InGaAs和GaAsSb的厚度能计算晶格失配。当决定目标吸收波长区时，多量子阱中InGaAs和GaAsSb的可用组分缩小。要提供的吸收波长区不仅仅取决于单一组分。吸收波长区还会受到多量子阱的厚度的强烈影响。尤其是，吸收波长区会受到Sb组分和GaAsSb的膜厚度的强烈影响。控制这些因素以允许目标波长区并且还调节其他组分使得相对于衬底的晶格失配满足偏离零的上述范围。InP衬底的晶格常数为0.5869nm。其中用x表示Ga组分的InGaAs的晶格常数(nm)满足下面的公式：In1-xGaxAs的晶格常数＝0.60583-0.04050x。其中用y表示Sb组分的GaAsSb的晶格常数(nm)满足下面的公式：GaAs1-ySby的晶格常数＝0.56533+0.04427y。在调节多量子阱相对于衬底的晶格失配以满足如上所述的偏离零的范围的情况下，可形成缓冲层以具有与多量子阱或衬底相同的晶格常数。
(5)金属有机气相外延
(i)FWHM和生长方法
通常，通过分子束外延(MBE)或金属有机气相外延生长由达到约10对的多对构成的且具有相对小的总膜厚度的多量子阱。在这种情况下，只要晶格失配Δω基本满足-0.1％≤Δω≤+0.1％，多量子阱的FWHM就能够减小至实际层面上小的值。通常，通过MBE生长由大于50对构成的且具有大的总膜厚度的另一个多量子阱。在这种情况下，除非晶格失配Δω满足-0.01％≤Δω≤+0.01％，否则难以使多量子阱的FWHM减小至实际层面上小的值。这是因为，即使当具有不同膜厚度的多量子阱具有相同的晶格失配时，在具有大的膜厚度的多量子阱中积累应变并且结晶度趋于劣化。这种趋势在由100对、200对或者更多对构成的多量子阱中会变强。难以提供既满足大的晶格失配又满足大的总膜厚度的多量子阱。然而，本发明的发明人发现，通过在比标准温度低的生长温度下生长多量子阱至表面层，即使在相对大的晶格失配的情况下，多量子阱的FWHM也能够减少至30秒或更小。具体地，在通过金属有机气相外延从多量子阱到表面层的伸长期间的生长温度优选为525℃或更低，更优选500℃或更低，还更优选475℃或更低。通过采用这种低的生长温度，即使当相对于衬底的晶格失配在上述范围内时，衍射峰中X射线摇摆曲线的FWHM也能够减少至30秒或更小。
(ii)源气体
GaAsSb优选用三乙基镓(TEGa)、三丁基胂(TBAs)和三甲基锑(TMSb)沉积。InGaAs可用TEGa、三甲基铟(TMIn)和TBAs沉积。这些源气体是全金属有机气体并且是高分子量化合物。因此，这些源气体能够在400℃或更高且525℃或更低的相对低的温度下完全分解，有助于晶体生长。Ga(镓)源的示例包括TEGa(三乙基镓)和TMGa(三甲基镓)。In(铟)源的示例包括TMIn(三甲基铟)和三乙基铟(TEIn)。As(砷)源的示例包括TBAs(三丁基胂)和三甲基砷(TMAs)。Sb(锑)源的示例包括TMSb(三甲基锑)、三乙基锑(TESb)、三异丙基锑(TIPSb)和三二甲氨基锑(TDMASb)。当表面层由InP形成时，源气体优选是TMIn(三甲基铟)和叔丁基膦(TBP)。这是因为这些源气体在低温下分解并且能够进行在525℃或更低的低温下的生长。通过使用这样的源，能够获得包括具有低杂质浓度、高结晶度和小FWHM的MQW的外延晶片。结果，当使用这种外延晶片来制造，例如，光电二极管时，该光电二极管具有低的暗电流和高的灵敏度。能够使用这种光电二极管来提供能够捕获较清楚图像的光学传感器装置，例如，图像拾取装置。
2.外延晶片
根据本发明的实施例的外延晶片包括III-V族半导体层结构。该外延晶片包括III-V族半导体衬底；和布置在衬底上的III-V族半导体多量子阱，其中多量子阱相对于衬底的晶格失配Δω满足-0.13％≤Δω<0％或0％<Δω≤+0.13％，并且源自外延晶片的多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有30秒或更小的半峰全宽(FWHM)。
当采用这样的构造时，能够通过确认源自每个多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有小的半峰全宽(FWHM)，来控制包括多量子阱的外延晶片的实际制造。当源自衬底的零阶衍射峰与源自多量子阱的零阶衍射峰重叠时，由于源自衬底的衍射峰具有高的强度，所以变得难以测量源自多量子阱的零阶衍射峰中X射线摇摆曲线的FWHM值。为此，为了使零阶衍射峰彼此偏离，如上所述，调节多量子阱相对于衬底的晶格失配以满足中心偏离零的范围。当调节源自多量子阱的零阶衍射峰中X射线摇摆曲线的FWHM为30秒或更小时，例如，通过实际制造提供的光电二极管具有充分低的暗电流。通过使FWHM减少至27秒或更小，能够制造具有低暗电流的光电二极管。
3.光电二极管
已证明，在实际制造时，具有上述的外延晶片的层结构的光电二极管具有足够小的FWHM的多量子阱。因此，当由这样的外延晶片制造光电二极管时，得到的光电二极管具有低的暗电流和高的质量。当集成这样的光电二极管和读出集成电路(IC)以制造诸如图像拾取装置的光学传感器装置时，该装置具有低的暗电流并且能够提供具有高的信噪(S/N)比的图像。
4.本发明的实施例的基本原理
本发明的实施例的基本原理满足挑战常用技术常识的以下的两个特征：(1)调节多量子阱相对于衬底的晶格失配以满足偏离零的范围，(2)调节源自多量子阱的衍射峰中X射线摇摆曲线的半峰全宽(FWHM)使其为30秒或更小。当满足这两个特征时，能够精确地控制外延晶片或光电二极管中的多量子阱的结晶度。
在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施例的包括外延晶片的具体示例。然而，本发明不限于这些示例。本发明的范围是由权利要求表示的并且意指包含在权利要求的含义和其等效范围内的所有修改。
图1是示出根据本发明的实施例的外延晶片10的截面图。在图1中，外延晶片10具有以下由在InP衬底1上的III-V族化合物形成的外延层结构。
n型InGaAs缓冲层2/用作吸收层3的II型(InGaAs/GaAsSb)多量子阱/InGaAs扩散浓度分布调节层4/InP窗口层(表面层)5
由多对InGaAs/GaAsSb构成的II型多量子阱可具有例如In0.59Ga0.41As和GaAs0.57Sb0.43的组分。然而，该组分能够根据目标晶格失配Δω改变。没有特别地限制InGaAs/GaAsSb的膜厚度的组合并且每层的膜厚度能够从2至6nm的范围适当地选择。例如，InGaAs/GaAsSb优选具有5nm/5nm的膜厚度。对的数量为150或更多，例如250，因为用作吸收层3的II型多量子阱通过多量子阱界面的电子跃迁来吸收光，因此优选具有很多的界面，即，很多对。缓冲层2可由InGaAs或InP形成，或者可以是由InGaAs和InP形成的复合层。
图2是由图1中的外延晶片10形成的光电二极管50的截面图。如图2所示，光电二极管50具有以下构造：
InP衬底1/n型InGaAs缓冲层2/用作吸收层3的II型(In0.59Ga0.41As/GaAs0.57Sb0.43)多量子阱/InGaAs扩散浓度分布调节层4/InP窗口层5
光电二极管50是包括像素P的平面光电二极管，利用其中没有扩散杂质的区域像素P与相邻像素P隔离。可选地，根据该实施例的外延晶片10可应用到包括利用机械形成的沟槽隔离的像素的台型光电二极管。在平面光电二极管中，p型区9从InP窗口层5延伸到扩散浓度分布调节层4。这些p型区9是通过穿过用作选择扩散掩模图案27的SiN膜的开口选择性扩散用作p型杂质的Zn而形成的。p型区9利用其中没有扩散杂质的区域与相邻的p型区9隔离。因此，像素P被构造成输出各个吸收数据。
在每个p型区9上，布置由AuZn形成的p电极11以与p型区9形成欧姆接触。在缓冲层2的暴露的表面端部上布置由AuGeNi形成的n电极12以与缓冲层2形成欧姆接触，该缓冲层2布置得与InP衬底1接触。缓冲层2掺杂有n型杂质以具有预定的导电水平。在这种情况下，InP衬底1可以是n型衬底或者半绝缘衬底如掺杂铁(Fe)的InP衬底。掺杂铁(Fe)的InP衬底用在图2中的光电二极管中。光穿过其背表面进入InP衬底中。为了抑制入射光的反射，例如，由SiON形成的抗反射(AR)膜35覆盖InP衬底1的背表面。
在对应于p型区9前面的边界的位置形成p-n结15。通过在p电极11和n电极12之间施加反向偏压，在吸收层3中，在其中n型杂质的浓度较低的一侧(n型杂质基底侧)的较大区域中形成耗尽层。具有II型多量子阱的吸收层3中或InGaAs扩散浓度分布调节层4中的基底杂质浓度，在n型杂质浓度(载流子浓度)方面，为约1×1016cm-3或更低。通过基底(n型载流子浓度)和具有多量子阱的吸收层3或InGaAs扩散浓度分布调节层4中的p型杂质Zn的浓度分布的交叉点确定p-n结15的位置。在InGaAs扩散浓度分布调节层4中，穿过InP窗口层5的表面选择性扩散的p型杂质的浓度从InP窗口层5一侧的高浓度区(约1×1018至约5×1018cm-3)到吸收层3一侧急剧下降。从而，在InGaAs扩散浓度分布调节层4中，能够容易获得5×1016cm-3或更低的Zn浓度。因此，形成InGaAs扩散浓度分布调节层4用于以下目的：控制杂质的扩散使得调节多量子阱3中的杂质的浓度以使其不变高，而p-n结15形成在其中趋向于由杂质引起结晶度的劣化的II型多量子阱3的上表面，或者多量子阱3的上表面附近的区域中。然而，可省略扩散浓度分布调节层4的形成。
期望根据本发明的实施例的光电二极管10具有从近红外区到更长波长范围的灵敏度。因此，由具有比吸收层3的带隙能量更大的带隙能量的材料形成窗口层(表面层)5。为此，窗口层通常由InP形成，其是带隙能量比吸收层更大的材料，并且晶格匹配高。可选地，可以使用InAlAs，其具有与InP基本相同的带隙能量。InGaAs扩散浓度分布调节层4具有比InP更小的带隙能量，但是具有比InP更低的Zn扩散率，因此适合调节Zn杂质浓度。
图3示出了包含图2中的光电二极管50的光学传感器装置90。在图3中，没有示出诸如透镜的光学部分。光电二极管50连接到用作读出集成电路(读出IC)的互补金属氧化物半导体(CMOS)70。CMOS70的读出电极71经由互连凸块31连接到光电二极管50的像素电极(p电极)11。用于光电二极管50的像素的共地电极(n电极，未示出)也经由凸块连接到CMOS70的接地电极(未示出)。CMOS70与光电二极管50组合，以便像素被构造成收集各个吸收数据，由此提供光学传感器装置90，诸如图像拾取装置。如上所述，由根据本发明的实施例的外延晶片制造的光电二极管50具有从近红外区到远红外区的灵敏度，且具有低的暗电流(漏电流)。因此，例如，在研究诸如动物和植物的活体和环境监测时，使用光电二极管50允许高精度检查。
图4是图1中的外延晶片10的XRDω-2θ扫描图案的示意图。在图4中，源自衬底1的衍射峰P0位于角度ω0，且源自多量子阱3的零阶衍射峰P1位于角度ω1。图5是图4中的位于角度ω1的源自多量子阱3的零阶衍射峰P1的X射线摇摆曲线图案的示意图。在图4中，源自衬底1且位于角度ω0上的衍射峰P0和源自多量子阱3且位于角度ω1上的零阶衍射峰P1分开△H。因此，在图5的X射线摇摆曲线图案中，能够以高精度单独测量源自多量子阱3的零阶衍射峰P1的半峰全宽(FWHM)。在△H为零且两个衍射峰P0和P1重叠的情况下，由于源自衬底1的衍射峰P0相比源自多量子阱3的零阶衍射峰P1具有强得多的衍射强度，因此隐藏了零阶衍射峰P1。在这种情况下，在图5的X射线摇摆曲线图案中，很难高精度测量源自多量子阱3的零阶衍射峰P1的FWHM G。为此，调节源自衬底1的衍射峰P0和源自多量子阱3的零阶衍射峰P1，使其彼此分离。
然而，XRDω-2θ扫描图案中的峰角度差△H会依据诸如测量反射面的条件而显著变化。因此，使用相对于衬底的晶格失配△ω，其等同于△H，来代替XRDω-2θ扫描图案中的峰角度差△H。△ω被认为与△H等同。△ω不受测量的反射面的影响。如上所述，确定InGaAs和GaAsSb的组分、InP衬底的晶格常数和多量子阱3中InGaAs和GaAsSb的厚度允许计算△ω。
图6是根据实施例的制造方法的流程图。在生长腔中进行金属有机气相外延，以在InP衬底1上形成缓冲层2，该缓冲层2是InGaAs层、InP层或InGaAs/InP复合层。继续，在同一生长腔中，生长InGaAs/GaAsSb II型多量子阱，使得晶格失配△ω满足上述范围。该生长优选地利用在如上文“1.制造外延晶片的方法”的“(5)金属有机气相外延”中描述的源和生长温度来进行。结果，能够满足晶格失配△ω的条件，并且能够将InGaAs/GaAsSb II型多量子阱的衍射峰的FWHM调整为30秒或更小。随后，生长InGaAs扩散浓度分布调节层4，以使其与多量子阱3接触，并在其上生长InP窗口层5。由此，制造了图1中的外延晶片10。从生长多量子阱3开始到生长InP窗口层5结束，在同一生长腔内进行连续生长。结果，图2中的界面16和17没有形成为再生长界面，因此不包含残留的1×1017cm-3或更高的高浓度的氧或碳。由此，能够有效地抑制暗电流。
随后，从外延晶片10采样X射线摇摆曲线。在该X射线摇摆曲线中，当源自多量子阱3的零阶衍射峰的FWHM被发现是30秒或更小时，外延晶片10被送往用于制造光电二极管随后步骤，包括选择扩散和电极的形成。能够适当的决定在发现FWHM大于30秒的情况下采取的动作。
示例
制造四个外延晶片(样品)，每个都具有与图1中相同的层结构。具体地，每个样品具有包括InP衬底1、n型InGaAs缓冲层2、由250对InGaAs(5nm)和GaAsSb(5nm)组成的II型多量子阱3、InGaAs扩散浓度分布调节层4和InP窗口层5的层结构。在525℃或更低的生长温度下进行金属有机气相外延。尤其是，在500℃下生长多量子阱。制造每个样品，以通过调节上述GaAsSb的Sb组分，使得具有下面的晶格失配。
样品A1：晶格失配△ω＝0.06％
样品A2：晶格失配△ω＝-0.03％
样品A3：晶格失配△ω＝0.11％
样品B1：晶格失配△ω＝-0.14％
从四个外延晶片样品采样关于(400)面的X射线摇摆曲线，并测量每个曲线的FWHM。对这四个外延晶片样品进行处理，以提供每个包含单个像素的平面光电二极管(图2示出了平面光电二极管的示例)。在-50℃的温度下，并且在-1V的电压下，关于暗电流测量这些光电二极管，并评估为三个等级中的一个：等级A(暗电流小于5pA)，等级B(暗电流为5至100pA)，和等级D(暗电流为1,000至3,000pA)。结果汇总在下面的表中。
表
表格表明：在根据本发明的实施例的样品A1至A3中，光电二极管具有低的暗电流，在它们每个中源自多量子阱的零阶衍射峰具有30秒或更小的FWHM。尤其是，具有小FWHM的样品A1具有非常低的暗电流。相反，具有大于30秒的FWHM的样品B1具有高的暗电流，且不能实际使用。示例的结果表明关于X射线摇摆曲线测量外延晶片的重要性。具体地，调节源自多量子阱的零阶衍射峰，以偏离源自衬底的零阶衍射峰，使得精确地测量源自多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线的FWHM。结果，能够以充分高的精确评估要提供的光电二极管的暗电流。
根据本发明的实施例，源自多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线是从外延晶片采样的，并且X射线摇摆曲线的FWHM被精确测量，使得能够以高精度评估要提供的光电二极管中的暗电流。为了实现精确测量FWHM，重要的是调节源自多量子阱的零阶衍射峰，以偏离源自衬底的零阶衍射峰。当具有从近红外区到远红外区灵敏度的光电二极管的使用在未来变得广泛时，期望本发明的实施例有助于高产量且可靠地批量制造光电二极管。

Claims (11)

1.一种制造外延晶片的方法，所述方法包括：
在III-V族半导体衬底上生长外延层结构的步骤，所述外延层结构包括III-V族半导体多量子阱和III-V族半导体表面层，
其中执行在所述衬底上生长外延层结构的步骤，使得所述多量子阱相对于所述衬底的晶格失配△ω满足-0.13％≤△ω<0％或0％<△ω≤+0.13％的范围，所述范围的中心偏离零，并且源自所述多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有30秒或更小的半峰全宽。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶格失配△ω满足-0.13％≤△ω<-0.01％或+0.01％<△ω≤+0.13％的范围。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述衬底是InP衬底，且所述多量子阱是InGaAs/GaAsSb II型多量子阱。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述多量子阱包括50或更多对量子阱。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外延层结构是通过金属有机气相外延来生长的。
6.一种包括III-V族半导体层结构的外延晶片，所述外延晶片包括：
III-V族半导体衬底；和
布置在所述衬底上的III-V族半导体多量子阱，
其中所述多量子阱相对于所述衬底的晶格失配△ω满足-0.13％≤△ω<0％或0％<△ω≤+0.13％的范围，并且源自所述外延晶片的所述多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有30秒或更小的半峰全宽。
7.根据权利要求6所述的外延晶片，其中所述晶格失配△ω满足-0.13％≤△ω<-0.01％或+0.01％<△ω≤+0.13％的范围。
8.根据权利要求6或7所述的外延晶片，其中所述衬底是InP衬底，且所述多量子阱是InGaAs/GaAsSb II型多量子阱。
9.根据权利要求6或7所述的外延晶片，其中所述多量子阱包括50或更多对量子阱。
10.一种光电二极管，所述光电二极管包括根据权利要求6或7所述的外延晶片的层结构。
11.一种光传感器装置，所述光传感器装置包括：根据权利要求10所述的光电二极管，和读出集成电路。
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