DE112012001626T5 - Lichtempfangselement und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

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Takashi Ishizuka
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Abstract

Es wird zum Beispiel eine Photodiode angegeben, in welcher eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge in dem Nahinfrarotbereich erzielt werden kann, ohne den Dunkelstrom zu erhöhen. Eine Photodiode gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Absorptionsschicht 3, die auf einem InP-Substrat 1 angeordnet ist und einen Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau aufweist, in dem eine InGaAs-Schicht 3a und eine GaAsSb-Schicht 3b alternierend geschichtet sind, wobei die InGaAs-Schicht oder die GaAsSb-Schicht einen Zusammensetzungsgradienten in der Dickenrichtung aufweist, in dem sich die Bandlückenenergie des InGaAs oder des GaAsSb zu der oberen Fläche oder der unteren Fläche der Schicht hin vermindert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photodiode und ein Verfahren zum Herstellen der Photodiode. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Photodiode, die einen Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau (nachfolgend als MQW bezeichnet) mit einer Empfindlichkeit im Nahinfrarotbereich aufweist, wobei eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge erzielt werden kann, ohne den Dunkelstrom zu erhöhen, sowie weiterhin ein Verfahren zum Herstellen der Photodiode.
  • Stand der Technik
  • InP-basierte Halbleiter, die III-V-Verbindungshalbleiter sind, weisen eine Bandlückenenergie in Entsprechung zu dem Nahinfrarotbereich auf, wobei eine große Anzahl von Studien durchgeführt wurden, um Photodioden für Kommunikationen, nächtliche Bildaufnahmen und ähnliches zu entwickeln.
  • Zum Beispiel schlägt die nicht-Patentliteratur 1 eine Photodiode vor, in der ein InGaAs/GaAsSb-Typ-II-MQW auf einem InP-Substrat ausgebildet ist und ein p-n-Übergang mit einer p-Typ oder n-Typ-Epitaxialschicht ausgebildet ist, um eine Grenzwellenlänge von 2,39 μm zu erzielen, wobei die Photodiode eine charakteristische Empfindlichkeit in einem Wellenlängenbereich von 1,7 μm bis 2,7 μm aufweist.
  • Außerdem beschreibt die nicht-Patentliteratur 2 eine Photodiode mit einer Typ-II-MQW-Absorptionsschicht, die 150 geschichtete Paare aufweist, wobei jeweils 5 nm InGaAs und 5 nm GaAsSb ein einzelnes Paar bilden, wobei die Photodiode eine charakteristische Empfindlichkeit (200 K, 250 K und 295 K) in einem Wellenlängenbereich von 1 μm bis 3 μm aufweist.
  • Referenzliste
  • Nicht-Patentliteratur
    • NPL1: R. Sidhu et al. „A Long-Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 12 (2005), pp. 2715–2717
    • NPL2: R. Sidhu et al. „A 2.3 μm Cutoff Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells”, 2005 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials, pp. 148–151
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Problemstellung
  • Um die Anwendungsmöglichkeiten der oben beschriebenen Photodioden aus Halbleiterelementen zu erweitern, sollte der Empfindlichkeitsbereich zu einer möglichst langen Wellenlänge erweitert werden. Unabhängig von dem Typ I oder dem Typ II gilt: Je kleiner die Bandlückenenergie ist, desto höher wird der Dunkelstrom. Insbesondere wurde die folgende analytische Lösung erhalten: Je kleiner die Bandlückenenergie, desto höher ist der Diffusionsstrom und der Generations-Rekombinations-Strom, die die Hauptkomponenten des Dunkelstroms sind. Während also der Dunkelstrom durch Verbesserungen in anderen Faktoren als der Bandlückenenergie adressiert wird, wird eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge durch eine Verminderung der Bandlückenenergie angestrebt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Photodiode, in der eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge in dem Nahinfrarotbereich erzielt werden kann, ohne den Dunkelstrom zu erhöhen, und weiterhin ein Verfahren zum Herstellen der Photodiode anzugeben.
  • Problemlösung
  • Eine Photodiode gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen III-V-Verbindungshalbleiter. Diese Photodiode enthält eine Absorptionsschicht, die auf einem III-V-Verbindungshalbleitersubstrat angeordnet ist und einen Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau aufweist, in dem eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht alternierend geschichtet sind, wobei die erste Halbleiterschicht einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweist, in dem sich eine Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu einer oberen Fläche oder einer unteren Fläche der ersten Halbleiterschicht hin vermindert.
  • In der oben beschriebenen Konfiguration weist die Schicht einen Zusammensetzungsgradienten auf, in dem sich die Bandlückenenergie zu einer Endfläche (oberen Fläche oder unteren Fläche) der Schicht hin vermindert, wobei die Bandlückenenergie an der Endfläche minimiert ist. Das heißt, dass das Valenzband auf dem höchsten Energieniveau ist und das Leitungsband auf dem niedrigsten Energieniveau ist. Dementsprechend ist unabhängig davon, ob die erste Halbleiterschicht in einem Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau die Schicht mit einem höheren Valenzband oder die Schicht mit einem niedrigeren Valenzband ist, die Bandlückenenergie des Typ-II-Übergangs (Energiedifferenz des Typ-II-Übergangs) klein.
  • Insbesondere (1) wenn die erste Halbleiterschicht die Schicht mit einem höheren Valenzband ist, vollzieht bei einem Empfang von Licht ein Elektron in dem Valenzband der ersten Halbleiterschicht einen Typ-II-Übergang zu dem Leitungsband der zweiten Halbleiterschicht. In diesem Fall befindet sich das Valenzband der ersten Halbleiterschicht auf einem hohen Energieniveau aufgrund des oben beschriebenen Zusammensetzungsgradienten, sodass die Energiedifferenz des Typ-II-Übergangs klein ist. Daraus resultiert, dass eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge erzielt wird.
  • Wenn alternativ hierzu (2) die erste Halbleiterschicht die Schicht mit einem niedrigeren Valenzband ist, vollzieht bei einem Empfang von Licht ein Elektron in dem Valenzband der zweiten Halbleiterschicht einen Typ-II-Übergang zu dem Leitungsband der ersten Halbleiterschicht. In diesem Fall befindet sich das Leitungsband der ersten Halbleiterschicht auf einem niedrigen Energieniveau aufgrund des oben beschriebenen Zusammensetzungsgradienten, sodass die Energiedifferenz des Typ-II-Übergangs klein ist. Daraus resultiert, dass eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge erzielt wird.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unabhängig davon, ob die erste Halbleiterschicht die Schicht mit einem höheren Valenzband oder die Schicht mit einem niedrigeren Valenzband ist, die Energiedifferenz des Typ-II-Übergangs klein ist und eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge erzielt wird.
  • Im Folgenden wird der Dunkelstrom beschrieben. In der ersten Halbleiterschicht ist die Bandlückenenergie an einer Endfläche maximiert, die sich auf der Seite gegenüber der Endfläche befindet, an welcher die Bandlückenenergie minimiert ist. Eine Bandlückenenergie in Entsprechung zu der durchschnittlichen Zusammensetzung der ersten Halbleiterschicht ist die durchschnittliche Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht. Der Dunkelstrom hängt von dieser durchschnittlichen Bandlückenenergie ab. Wenn also zum Beispiel der Dunkelstrom bei einer konstanten Größe auf der Basis der durchschnittlichen Zusammensetzung der ersten Halbleiterschicht gehalten wird, kann die Bandlückenenergie an einer Endfläche der ersten Halbleiterschicht minimiert werden, um die Erweiterung zu einer längeren Wellenlänge zu erzielen.
  • Es ist zu beachten, dass die Bezeichnungen „erste” oder „zweite” für die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht nicht als Angabe zu einer Schichtungsreihenfolge oder ähnlichem zu verstehen sind. Zum Beispiel könnte die Bezeichnung „erste” auch durch „eine” und die Bezeichnung „zweite” durch „eine andere” ersetzt werden. Die erste Halbleiterschicht in dem Bandaufbau eines Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbaus kann die Schicht mit einem höheren Valenzband oder die Schicht mit einem niedrigeren Valenzband sein.
  • Die zweite Halbleiterschicht kann einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweisen, in dem sich eine Bandlückenenergie der zweiten Halbleiterschicht zu einer Fläche der zweiten Halbleiterschicht hin vermindert, wobei die Fläche in Kontakt mit einer Endfläche der ersten Halbleiterschicht ist, die den Gradienten aufweist, in dem sich die Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu der Endfläche hin vermindert.
  • In der oben beschriebenen Konfiguration kann eine Fläche der zweiten Halbleiterschicht, zu welcher hin sich die Bandlückenenergie vermindert und an welcher die Bandlückenenergie minimiert ist, in einen Kontakt mit einer Fläche der ersten Halbleiterschicht gebracht werden, an welcher die Bandlückenenergie minimiert ist. Dieser Kontakt zwischen den Flächen, an welchen die Bandlückenenergie minimiert ist, sieht den folgenden Bandaufbau an dieser Schnittfläche vor: Das Valenzband der Schicht mit einem höheren Valenzband befindet sich auf einem hohen Energieniveau, während sich das Leitungsband der Schicht mit einem niedrigen Valenzband auf einem niedrigen Energieniveau befindet. Daraus resultiert, dass bei einem Empfang von Licht, der einen Typ-II-Übergang veranlasst, ein Elektron in dem Valenzband der Schicht mit einem höheren Valenzband einen Übergang zu dem Leitungsband der Schicht mit einem niedrigeren Valenzband vollzieht. Die Energiedifferenz wird also zu ihrer unteren Grenze vermindert, sodass diese Schnittfläche als eine Schnittfläche an einer unteren Grenze der effektiven Bandlückenenergie bezeichnet wird.
  • In den ersten und zweiten Halbleiterschichten sind an Flächen auf der Seite gegenüber der Schnittfläche an der unteren Grenze die Bandlückenenergien der Schichten aufgrund der Zusammensetzungsgradienten maximiert, wobei diese Schnittfläche als eine Schnittfläche an einer oberen Grenze der effektiven Bandlückenenergie bezeichnet wird. Die Schnittfläche an einer unteren Grenze der effektiven Bandlückenenergie und die Schnittfläche an einer oberen Grenze der effektiven Bandlückenenergie sind alternierend in der Dickenrichtung angeordnet.
  • In wenigstens einer Halbleiterschicht, die aus der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ausgewählt ist und den Zusammensetzungsgradienten aufweist, entspricht eine Zusammensetzung an einer Endfläche, an welcher die Bandlückenenergie minimiert ist, vorzugsweise einer Gitterfehlanpassung von mehr als 0,2% hinsichtlich der Variation in der Gitterkonstante in Bezug auf eine durchschnittliche Zusammensetzung der Halbleiterschicht.
  • In diesem Fall kann eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs der Photodiode zu einer längeren Wellenlänge erzielt werden und kann der Dunkelstrom auf einen niedrigen Wert gedrückt werden.
  • In wenigstens einer Halbleiterschicht, die aus der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ausgewählt ist, entspricht eine durchschnittliche Zusammensetzung vorzugsweise einer Gitterfehlanpassung innerhalb von ±1% hinsichtlich der Variation in der Gitterkonstante in Bezug auf das III-V-Verbindungshalbleitersubstrat.
  • In diesem Fall kann die durchschnittliche Gitterfehlanpassung einer derartigen Halbleiterschicht in Bezug auf das III-V-Verbindungshalbleitersubstrat innerhalb des vorbestimmten Bereichs begrenzt werden. Während also der Zusammensetzungsgradient in der Dickenrichtung vorgesehen wird, kann eine Erzeugung von Fehlanpassungs-Dislokationen unterdrückt werden.
  • Eine der ersten und zweiten Halbleiterschichten, die ein höheres Valenzband hinsichtlich der Potentialenergie aufweist als die andere der ersten und zweiten Halbleiterschichten, enthält vorzugsweise wenigstens eines von Ga, As und Sb.
  • In diesem Fall kann in einem Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau die Halbleiterschicht mit einem höheren Valenzband aus einem III-V-Verbindungshalbleiter wie etwa GaAsSb ausgebildet werden.
  • Eine der ersten und zweiten Halbleiterschichten, die ein niedrigeres Valenzband hinsichtlich der Potentialenergie aufweist als die andere der ersten und zweiten Halbleiterschichten kann aus einem III-V-Verbindungshalbleiter wie etwa InGaAs ausgebildet werden.
  • Der Mehrfachquantentopfaufbau ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine InxGa1-xAs-Schicht eine durchschnittliche Zusammensetzung xave (0,38 ≤ xave ≤ 0,68) aufweist und eine GaAs1-ySby-Schicht eine durchschnittliche Zusammensetzung yave (0,36 ≤ yave ≤ 0,62) aufweist.
  • In diesem Fall kann bei der Ausbildung eines Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbaus die durchschnittliche Gitterfehlanpassung der InGaAs-Schicht und der GaAsSb-Schicht in Bezug auf das Substrat innerhalb eines vorbestimmten Bereichs begrenzt werden. Die oben beschriebenen Zusammensetzungsgradienten können also einfach in der Dickenrichtung vorgesehen werden, ohne Fehlanpassungs-Dislokationen einzuführen.
  • Es ist zu beachten, dass unter „eine InxGa1-xAs-Schicht weist eine durchschnittliche Zusammensetzung xave (0,38 ≤ xave ≤ 0,68)” Folgendes zu verstehen ist: In einer Verbindungshalbleiterschicht, die durch eine chemische Formel InxGa1-xAs wiedergegeben wird, gibt das x in der Formel an, dass ein Gradient in der Dickenrichtung der Verbindungshalbleiterschicht vorhanden ist, wobei natürlich der durchschnittliche Wert xave in der Dickenrichtung gegeben ist und der Bereich des durchschnittlichen Werts xave bei 0,38 ≤ xave ≤ 0,68 liegt. Ähnlich ist yave in der GaAs1-ySby-Schicht zu verstehen.
  • Wenn der Bereich der durchschnittlichen Zusammensetzung der InxGa1-xAs-Schicht und der Bereich der durchschnittlichen Zusammensetzung der GaAs1-ySby-Schicht von einem Ende zu dem anderen Ende des gesamten Bereichs verwendet werden, können Fälle auftreten, in denen ein ternärer Verbindungshalbleiter nicht an der oben beschriebenen Endfläche ausgebildet wird. Auch wenn in diesem Fall zum Beispiel kein GaAsSb, aber GaSb an der Endfläche ausgebildet wird und eine GaSb-Schicht an der Endfläche deponiert wird und diese Schicht eine Dicke von ungefähr einem Atom aufweist, kann die Halbleiterschicht ohne die Einführung von Fehlanpassungs-Dislokationen gezüchtet werden. Außerdem wird der Dunkelstrom nicht vergrößert. Dementsprechend sollten Halbleiterkristalle an den oben beschriebenen Endflächen in einem breiten und flexiblen Sinn aufgefasst werden.
  • Das III-V-Verbindungshalbleitersubstrat ist vorzugsweise ein InP-Substrat.
  • In diesem Fall kann eine effiziente Massenproduktion von Photodioden mit InP-Substraten mit einem großen Durchmesser, die einfach erhältlich sind, erzielt werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Photodiode gemäß der vorliegenden Erfindung sieht eine Photodiode mit einem darin enthaltenen III-V-Verbindungshalbleiter vor. Dieses Herstellungsverfahren umfasst einen Schritt zum Ausbilden einer Absorptionsschicht mit einem Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau durch das alternierende Schichten einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht auf einem InP-Substrat, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des Mehrfachquantentopfaufbaus die erste Halbleiterschicht derart ausgebildet wird, dass sie einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweist, in dem sich eine Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu einer oberen Fläche oder einer unteren Fläche der ersten Halbleiterschicht hin vermindert.
  • Unter Verwendung dieses Verfahrens kann eine Erweiterung des Absorptionsbereichs zu einer längeren Wellenlänge erzielt werden, ohne den Dunkelstrom zu verändern (zu vergrößern).
  • In dem Schritt zum Ausbilden des Mehrfachquantentopfaufbaus wird die zweite Halbleiterschicht vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweist, in dem sich eine Bandlückenenergie der zweiten Halbleiterschicht zu einer Fläche der zweiten Halbleiterschicht hin vermindert, wobei die Fläche in Kontakt mit einer Endfläche der ersten Halbleiterschicht ist, die den Gradienten aufweist, in dem sich die Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu der Endfläche hin vermindert.
  • In diesem Fall kann die Schnittfläche an einer unteren Grenze der effektiven Bandlückenenergie einfach ausgebildet werden, um die Energiedifferenz des Typ-II-Übergangs weiter zu vermindern. In diesem Fall wird natürlich die Schnittfläche an einer oberen Grenze der effektiven Bandlückenenergie auch alternierend ausgebildet. Dementsprechend werden die durchschnittlichen Zusammensetzungen nicht verändert und wird auch die durchschnittliche Bandlückenenergie nicht verändert. Deshalb kann ein niedriger Dunkelstrom aufrechterhalten werden.
  • Wenn der Mehrfachquantentopfaufbau durch eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen derart durchgeführt wird, dass die erste Halbleiterschicht oder sowohl die erste Halbleiterschicht als auch die zweite Halbleiterschicht mit einem Zusammensetzungsgradienten ausgebildet werden, wird der Zusammensetzungsgradient vorzugsweise vorgesehen, indem ein Massenflussregler (MFC) in einem Züchtungssystem für die metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen eingestellt wird. Unter der metallorganischen Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen ist eine Epitaxie zu verstehen, in der nur metallorganische Quellen aus metallorganischen Verbindungen als die Quellen für die Dampfphasen-Epitaxie verwendet werden, was auch als eine MOVPE mit nur metallorganischen Quellen bezeichnet wird.
  • Durch die metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen kann die Züchtungstemperatur vermindert werden und kann ein epitaktischer, geschichteter Körper mit einer hohen Qualität erhalten werden. Während der metallorganischen Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen werden die Zuführraten der Komponenten der ersten und zweiten Halbleiterschichten mit Massenflussreglern gesteuert, um gewünschte Variationen in den Zusammensetzungen zu erzielen. Die Steuerung der Zuführraten mittels Massenflussregler kann präzise mit einer hohen Genauigkeit erzielt werden. Dementsprechend können die oben beschriebenen Gradienten stabil mit einer hohen Reproduzierbarkeit vorgesehen werden.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • In einer Photodiode oder ähnlichem gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge in dem Nahinfrarotbereich erzielt werden und gleichzeitig ein niedriger Dunkelstrom aufrechterhalten werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Photodiode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Absorptionsschicht 3 weist einen Mehrfachquantentopfaufbau auf, der durch die Schichtung von 50 bis 300 Quantentöpfen in InGaAs 3a/GaAsSb 3b ausgebildet wird. An den Schnittflächen 16 und 17 einer Photodiode 10 sind die Sauerstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen jeweils kleiner als 1 × 1017 cm–3.
  • 2 ist eine erläuternde Ansicht zu den Zusammensetzungsgradienten einer InxGa1-xAs-Schicht und einer GaAs1-ySby-Schicht eines MQW. Die linke Hälfte von 2 zeigt die Halbleiterschichten. Die rechte Hälfte von 2 zeigt Verteilungen von Zusammensetzungen in den Halbleiterschichten.
  • 3 zeigt einen Bandaufbau für den Fall, dass sowohl InGaAs als auch GaAsSb Zusammensetzungsgradienten aufweisen.
  • 4 zeigt einen Bandaufbau für den Fall, dass nur GaAsSb einen Zusammensetzungsgradienten aufweist und InGaAs eine flache Zusammensetzung aufweist.
  • 5 zeigt das Rohrsystem und ähnliches einer Depositionsvorrichtung, die eine MOVPE mit nur metallorganischen Quellen verwendet.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Photodiode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Liste der Bezugszeichen
    • 1 ... InP-Substrat; 2 ... Pufferschicht (InP und/oder InGaAs); 3 ... Typ-II-MQW-Absorptionsschicht; 3a ... InGaAs-Schicht; 3b ... GaAsSb-Schicht; 4 ... InGaAs-Schicht (Diffussiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht); 5 ... InP-Fensterschicht; 6 ... p-Typ-Bereich; 10 ... Photodiode; 11 ... p-Elektrode (Bildpunktelektrode); 12 ... Erdelektrode (n-Elektrode); 16 ... Schnittfläche zwischen dem MQW und der InGaAs-Schicht; 17 ... Schnittfläche zwischen der InGaAs-Schicht und der InP-Fensterschicht; 35 ... Antireflexion(AR)-Film; 36 ... Selektive-Diffusion-Maskenmuster; 50a ... Wafer (Zwischenprodukt); 60 ... Depositionsvorrichtung, die eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen verwendet; 61 ... Infrarotthermometer; 63 ... Reaktionskammer; 65 ... Quarzrohr; 69 ... Fenster der Reaktionskammer; 66 ... Substrattisch; 66h ... Heizer; K ... Schnittfläche an der unteren Grenze (Minimum) der effektiven Bandlückenenergie; L ... Schnittfläche an der oberen Grenze (Maximum) der effektiven Bandlückenenergie.
  • Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine Photodiode 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Photodiode 10 weist auf einem InP-Substrat 1 einen InP-basierten Halbleiter-Schichtaufbau (epitaktischen Wafer) mit einer weiter unten beschriebenen Konfiguration auf. In 1 wird Licht auf der Seite des InP-Substrats empfangen. Alternativ hierzu kann Licht auch auf der epitaktischen Seite empfangen werden. Es ist zu beachten, dass ein Mehrfachquantentopfaufbau als MQW abgekürzt wird. (InP-Substrat 1/InP oder InGaAs-Pufferschicht 2/Absorptionsschicht 3 mit Typ-II (InGaAs/GaAsSb)-MQW/InGaAs Diffusiv-Konzentration-Verteilungs-Einstellungsschicht 4/InP-Fensterschicht 5)
  • Ein p-Typ-Bereich 6 erstreckt sich von der InP-Fensterschicht 5 in der Tiefenrichtung. Dieser p-Typ-Bereich 6 wird durch eine selektive Diffusion von Zn, das eine p-Typ-Verunreinigung ist, durch die Öffnungen eines SiN-Films, der als ein Selektive-Diffusion-Maskenmuster 36 dient, ausgebildet. Diese Diffusionseinführung in einen Bereich, der durch einen Plan innerhalb des Umfangs der Photodiode 10 begrenzt wird, wird durch eine selektive Diffusion durch den als Selektive-Diffusion-Maskenmuster 36 dienenden SiN-Film erzielt. Eine p-Elektrode 11 aus AuZn ist derart angeordnet, dass sie in einem Ohmschen Kontakt mit dem p-Typ-Bereich 6 ist; und eine n-Elektrode 12 aus AuGeNi ist derart angeordnet, dass sie in einem Ohmschen Kontakt mit der Rückfläche des InP-Substrats 1 ist. In diesem Fall ist das InP-Substrat 1 mit einer n-Typ-Verunreinigung dotiert, um einen vorbestimmten Leitfähigkeitsgrad sicherzustellen. Auf der Rückfläche des InP-Substrats 1 ist ein Antireflexionsfilm 35 aus SiON ausgebildet, um einen Aufbau zum Empfangen von auf die Rückfläche des InP-Substrats einfallendem Licht vorzusehen. In der Absorptionsschicht 3 mit dem Typ-II-MQW ist ein p-n-Übergang an der Grenzfront des p-Typ-Bereichs 6 ausgebildet. Indem eine Rückwärtsvorspannung zwischen der p-Elektrode 11 und der n-Elektrode 12 angelegt wird, wird eine Sperrschicht mit einer größeren Fläche auf einer Seite ausgebildet, auf welcher die Konzentration der n-Typ-Verunreinigung niedriger ist (n-Typ-Verunreinigungs-Hintergrundkonzentration). Die Hintergrund-Verunreinigungskonzentration in der Absorptionsschicht 3 mit einem MQW liegt hinsichtlich der n-Typ-Verunreinigungskonzentration (Trägerkonzentration) bei ungefähr 5 × 1015 cm–3 oder weniger. Die Position des p-n-Übergangs wird aus dem Schnittpunkt der Hintergrund-Verunreinigungskonzentration (n-Typ-Trägerkonzentration) mit dem Konzentrationsprofil der p-Typ-Verunreinigung Zn in der Absorptionsschicht 3 mit einem Mehrfachquantentopf bestimmt. Die Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4 ist ausgebildet, um die Konzentrationsverteilung der p-Typ-Verunreinigung in dem MQW der Absorptionsschicht 3 einzustellen. Alternativ hierzu kann die Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4 auch weggelassen werden. In der Absorptionsschicht 3 liegt die Zn-Konzentration vorzugsweise bei 5 × 1016 cm–3 oder weniger.
  • 2 ist eine erläuternde Ansicht zu Zusammensetzungsgradienten einer InxGa1-xAs-Schicht 3a und einer GaAs1-ySby-Schicht 3b, die den Typ-II-MQW in der Absorptionsschicht 3 bilden. Die linke Hälfte von 2 zeigt die Halbleiterschichten 3a und 3b. Die rechte Hälfte von 2 zeigt Verteilungen von Zusammensetzungen x und y in den Halbleiterschichten 3a und 3b. Wie in 2 gezeigt, liegt die Zusammensetzung x der InxGa1-xAs-Schicht 3a in der Mitte der Dicke bei 0,53. Die durchschnittliche Zusammensetzung xave liegt bei 0,53, was eine Gitteranpassung an InP erlaubt. Zu einer Schnittfläche K hin steigt die Zusammensetzung x zu ungefähr 0,63 an. Auf der gegenüberliegenden Seite der InxGa1-xAs-Schicht 3a, d. h. zu einer Schnittfläche L hin, vermindert sich die Zusammensetzung x zu ungefähr 0,43. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in der InxGa1-xAs-Schicht 3a die Zusammensetzung x von ungefähr 0,43 an der Schnittfläche L zu ungefähr 0,63 an der Schnittfläche K ansteigt.
  • Weiterhin liegt die Zusammensetzung y der GaAs1-ySby-Schicht 3b in der Mitte der Dicke bei ungefähr 0,49. Die durchschnittliche Zusammensetzung yave liegt bei 0,49, was eine Gitteranpassnung an InP erlaubt. Zu der Schnittfläche K hin steigt die Zusammensetzung y zu ungefähr 0,54 an. In der GaAs1-ySby-Schicht 3b steigt die Zusammensetzung y von 0,43 an der Schnittfläche L zu ungefähr 0,54 an der Schnittfläche K an.
  • In 2 ändert sich jede der Zusammensetzungen x und y linear in der Dickenrichtung, wobei die Zusammensetzung in der Mitte der Dicke gleich der durchschnittlichen Zusammensetzung ist. Die Zusammensetzungsgradienten müssen jedoch nicht linear sein. Die Zusammensetzung kann stufen- oder wellenförmig ansteigen, solange die Zusammensetzung makroskopisch einen Gradienten aufweist. Dementsprechend muss die Zusammensetzung in der Mitte der Dicke nicht unbedingt gleich der durchschnittlichen Zusammensetzung sein.
  • 3 zeigt den Bandaufbau eines MQW mit den Gradienten der Zusammensetzungen x und y von 2. In der InxGa1-xAs-Schicht 3a vermindert sich die In-Zusammensetzung x in der Züchtungsrichtung (in der Dickenrichtung zu der oberen Fläche hin). Dagegen steigt in der GaAs1-ySby-Schicht 3b die Sb-Zusammensetzung y in der Züchtungsrichtung an. Diese Zusammensetzungsgradienten haben die Ausbildung der Schnittflächen K und L wie in 2 und 3 gezeigt zur Folge. An der Schnittfläche K weisen die Zusammensetzung x der InxGa1-xAs-Schicht 3a und die Zusammensetzung y der GaAs1-ySby-Schicht 3b maximale Werte auf. Wegen dieser Zusammensetzungsänderungen vermindern sich wie in 3 gezeigt die Bandlückenenergien der Halbleiterschichten zu der Schnittfläche K zwischen den Halbleiterschichten hin. Bei einem Typ-II-Übergang absorbiert ein Elektron in dem Valenzband der GaAs1-ySby-Schicht 3b, die ein höheres Valenzband aufweist, optische Energie und vollzieht einen Übergang zu dem Leitungsband der InxGa1-xAs-Schicht 3a. Aus diesem Typ-II-Übergang resultiert, dass ein Loch in dem Valenzband der GaAs1-ySby-Schicht 3b erzeugt wird und ein Elektron in dem Leitungsband der InxGa1-xAs-Schicht 3a erzeugt wird, um ein Paar zu bilden (Erzeugung eines Elektron-Loch-Paars). Die Energiedifferenz zwischen dem Valenzband der GaAs1-ySby-Schicht 3b und dem Leitungsband der InxGa1-xAs-Schicht 3a an der Schnittfläche K entspricht der minimalen Energie ΔEmin, die einer Lichtwellenlänge entspricht, die die Langwellenlängengrenze λmax ist. Die Schnittfläche K kann auch als eine Schnittfläche an einer unteren Grenze der effektiven Bandlückenenergie bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu kann die Schnittfläche L als eine Schnittfläche an einer oberen Grenze der effektiven Bandlückenenergie bezeichnet werden.
  • Punkte in der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden wie folgt zusammengefasst.
  • 1. Erweiterung zu einer längeren Wellenlänge:
  • In dem oben beschriebenen MQW weist eine Halbleiterschicht mit einem Zusammensetzungsgradienten, in dem sich die Bandlückenenergie vermindert, eine minimale Bandlückenenergie an einer Endfläche (oberen Fläche oder unteren Fläche) der Schicht auf. Insbesondere befindet sich an der Endfläche das Valenzband auf seinem höchsten Energieniveau und befindet sich das Leitungsband auf seinem niedrigsten Energieniveau in der Halbleiterschicht. Dementsprechend sind an der Schnittfläche K, an welcher die Endflächen der InxGa1-xAs-Schicht 3a und der GaAs1-ySby-Schicht 3b mit den kleinen Bandlückenenergien miteinander in Kontakt sind, das Valenzband und das Leitungsband einander am nächsten. Das Valenzband der GaAs1-ySby-Schicht 3b befindet sich auf einem höheren Energieniveau als das Valenzband der InxGa1-xAs-Schicht 3a. Wenn also Licht mit einer langen Wellenlänge an der oberen Grenzwellenlänge empfangen wird, vollzieht ein Elektron in dem Valenzband der GaAs1-ySby-Schicht 3b einen Typ-II-Übergang zu dem Leitungsband der InxGa1-xAs-Schicht 3a, was die Erzeugung eines Lochs in dem Valenzband der GaAs1-ySby-Schicht 3b zur Folge hat. Die minimale Energiedifferenz ΔEmin in diesem Fall ist in 3 gezeigt. Die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines Lochs bei dem höchsten Niveau des Valenzbands der GaAs1-ySby-Schicht 3b ist in der GaAs1-ySby-Schicht 3b hinsichtlich des Potentials des Bands (mit dem umgekehrten Potential für ein Loch) groß. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines Elektrons bei dem niedrigsten Niveau des Leitungsbands der InxGa1-xAs-Schicht 3a in der InxGa1-xAs-Schicht 3a hinsichtlich des Potentials hoch. Dementsprechend ist die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung eines Elektron-Loch-Paars aufgrund des Empfangs von Licht hoch.
  • Anders ausgedrückt, weist diese Typ-II-Konfiguration eine hohe Absorptionseffizienz auf.
  • Auch wenn die Bandlückenenergie einer Halbleiterschicht eines MQW in der gesamten Schicht nicht gleichmäßig klein ist, kann eine Erhöhung der Grenzwellenlänge zu einer längeren Wellenlänge mit Sicherheit erzielt werden, solange die Bandlückenenergie in einem Bereich in der Nähe einer Endfläche der Halbleiterschicht wie in 3 gezeigt klein ist. Anders ausgedrückt, kann eine Erweiterung des Absorptionsbereichs einer Photodiode zu einer längeren Wellenlänge erzielt werden.
  • 2. Dunkelstrom
  • In 3 werden Valenzbänder und Leitungsbänder in Entsprechung zu den durchschnittlichen Zusammensetzungen der Halbleiterschichten 3a und 3b durch unterbrochene Linien wiedergegeben. Die unterbrochenen Linien geben also die Valenzbänder und Leitungsbänder eines Bandaufbaus mit Zusammensetzungen, die eine Gitteranpassung an InP erlauben, wieder. Gemäß 3 ist an einer Endfläche (d. h. an der Schnittfläche L) jeder Halbleiterschicht gegenüber der anderen Endfläche, an welcher die Bandlückenenergie minimiert ist, die Bandlückenenergie maximiert. Wie oben beschrieben, ist die Bandlückenenergie an der Schnittfläche K minimiert. Die Bandlücke in Entsprechung zu der durchschnittlichen Zusammensetzung einer Halbleiterschicht ist die durchschnittliche Bandlückenenergie der Halbleiterschicht. Der Dunkelstrom hängt von dieser durchschnittlichen Bandlückenenergie ab. Während also der Dunkelstrom bei einer konstanten Höhe auf der Basis der durchschnittlichen Zusammensetzung einer Halbleiterschicht gehalten wird, ist die Bandlücke an einer Endfläche (der Schnittfläche K an einer unteren Grenze der effektiven Bandlückenenergie) minimiert, um dadurch die Erweiterung zu einer längeren Wellenlänge zu erzielen.
  • 4 zeigt eine Modifikation an dem Bandaufbau (3) der Absorptionsschicht in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Photodiode mit der Absorptionsschicht 3 dieser Modifikation von 4 ist auch eine Photodiode gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem Bandaufbau von 3 weisen die InxGa1-xAs-Schicht 3a und die GaAs1-ySby-Schicht 3b Zusammensetzungsgradienten auf, in denen die Zusammensetzungen x und y zu der Schnittfläche K hin ansteigen. Im Gegensatz dazu weist in der Modifikation von 4 nur die GaAs1-ySby-Schicht 3b einen Zusammensetzungsgradienten auf, in dem die Zusammensetzung y zu der Schnittfläche K hin ansteigt, während die InxGa1-xAs-Schicht 3a keinen Zusammensetzungsgradienten aufweist. Obwohl in dem Fall von 4 das Valenzband der GaAs1-ySby-Schicht 3b ein hohes Niveau an der Schnittfläche K erreicht, bleibt das Leitungsband der InxGa1-xAs-Schicht 3a flach. Dementsprechend ist die Energiedifferenz ΔEmin nicht so klein wie in dem Fall von 3. Im Vergleich zu dem Fall, dass beide Schichten 3a und 3b keine Zusammensetzungsgradienten aufweisen, kann jedoch die Energiedifferenz des Typ-II-Übergangs mit Sicherheit vermindert werden, um einen Beitrag zu der Erweiterung des Absorptionsbereichs zu einer längeren Wellenlänge zu gestatten.
  • 5 zeigt das Rohrsystem und ähnliches einer Depositionsvorrichtung 60, die eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie nur mit metallorganischen Quellen verwendet. Ein Quarzrohr 65 ist in einer Reaktionskammer 63 angeordnet. Quellgase werden in das Quarzrohr 65 eingeführt. In dem Quarzrohr 65 ist ein Substrattisch 66 drehbar und hermetisch angeordnet. Der Substrattisch 66 ist mit einem Heizer 66h zum Heizen eines Substrats ausgestattet. Die Oberflächentemperatur eines Wafers 50a während der Deposition wird mittels eines Infrarotthermometers 61 durch ein Fenster 69 in dem Deckenteil der Reaktionskammer 63 überwacht. Diese überwachte Temperatur wird zum Beispiel als Züchtungstemperatur, Depositionstemperatur oder Substrattemperatur bezeichnet. Für die Ausbildung eines MQW bei einer Temperatur von 400°C oder mehr und 560°C oder weniger in einem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Temperatur von 400°C oder mehr und 560°C oder weniger während der Temperaturüberwachung gemessen. Eine erzwungene Evakuierung des Quarzrohrs 65 wird mittels einer Vakuumpumpe durchgeführt.
  • Quellgase werden durch Rohre zugeführt, die mit dem Quarzrohr 65 verbunden sind. Die metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen weist das Merkmal auf, dass alle Quellgase in der Form von metallorganischen Gasen zugeführt werden. Dementsprechend können Zusammensetzungsgradienten mit einer hohen Genauigkeit ausgebildet werden. 5 zeigt keine Quellgase für zum Beispiel Verunreinigungen, obwohl auch Verunreinigungen in der Form von metallorganischen Gasen eingeführt werden. Die metallorganischen Quellgase werden in Konstanttemperaturbädern bei konstanten Temperaturen gehalten. Die verwendeten Trägergase sind Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2). Die metallorganischen Gase werden mit den Trägergasen geführt und durch die Vakuumpumpe angesaugt, um in das Quarzrohr 65 eingeführt zu werden. Die Flussraten der Trägergase werden genau mittels MFCs (Massenflussreglern) gesteuert. Eine große Anzahl von Massenflussreglern, elektromagnetischen Ventilen und ähnlichem werden automatisch durch Mikrocomputer gesteuert. Dementsprechend können die Zusammensetzungsgradienten der InGaAs-Schicht 3a und der GaAsSb-Schicht 3b mit einer hohen Genauigkeit ausgebildet werden.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiter-Schichtaufbaus einschließlich der Absorptionsschicht 3 auf dem InP-Substrat 1 beschrieben. Auf einem n-Typ-S-dotierten InP-Substrat 1 wird eine n-Typ-InP-Pufferschicht 2 epitaktisch zu einer Dicke von 150 nm gezüchtet. Die n-Typ-Dotierung wird vorzugsweise mit Tetraethylsilan (TeESi) durchgeführt. Dabei sind die verwendeten Quellgase Trimethylindium (TMIn) und Tertiärbutylphosphin (TBP). Bei der Züchtung der InP-Pufferschicht 2 kann PH3 (Phosphin), das ein anorganisches Material ist, verwendet werden. Auch wenn die InP-Pufferschicht 2 mit einer Züchtungstemperatur von ungefähr 600°C oder ungefähr 600°C oder weniger gezüchtet wird, wird die Kristallinität des darunter liegenden InP-Substrats nicht durch das Heizen mit ungefähr 600°C beeinträchtigt. Bei der Ausbildung der InP-Fensterschicht 5, die auch P enthält, wird darunter ein MQW mit einem darin enthaltenen GaAs0,57Sb0,43 ausgebildet, sodass die Substrattemperatur streng innerhalb des Temperaturbereichs von zum Beispiel 400°C oder mehr und 560°C oder weniger gehalten werden muss. Der Grund hierfür ist, dass das GaAsSb durch ein Heizen mit einer Temperatur von mehr als 560°C thermisch beschädigt wird, was eine beträchtliche Verschlechterung der Kristallinität zur Folge hat. Und wenn die InP-Fensterschicht bei einer Temperatur von weniger als 400°C ausgebildet wird, ist die Abbaueffizienz der Quellgase beträchtlich vermindert, sodass die Verunreinigungskonzentration in der InP-Schicht erhöht wird und keine InP-Fensterschicht 5 mit einer hohen Qualität erhalten wird.
  • Die Pufferschicht 2 kann nur durch eine InP-Schicht gebildet werden. In einem vorbestimmten Fall kann jedoch auf dieser InP-Pufferschicht eine n-dotierte In0,53Ga0,47As-Schicht zu einer Dicke von 0,15 μm (150 nm) gezüchtet werden. Diese In0,53Ga0 , 47As-Schicht ist in der Pufferschicht 2 von 1 enthalten.
  • Anschließend wird die Typ-II-MQW-Absorptionsschicht 3, in der InGaAs 3a/GaAsSb 3b mit Zusammensetzungsgradienten als ein Paar des Quantentopfs dienen, ausgebildet. In dem Quantentopf weisen das InGaAs 3a und das GaAsSb 3b vorzugsweise jeweils eine Filmdicke von zum Beispiel 3 nm oder mehr und 10 nm oder weniger auf. In der Photodiode von 1 liegt die Anzahl von Quantentopfpaaren bei 50 bis 300, wobei die Anzahl der Paare für den Typ-II-Übergang vorzugsweise zwischen ungefähr 200 und ungefähr 250 liegt. Das GaAsSb 3b wird mit Triethylgallium (TEGa), Tertiärbutylarsin (TBAs) und Trimethylantimon (TMSb) ausgebildet. Der Gradient der Zusammensetzung y kann während der Züchtung des GaAsSb 3b durch das Vermindern der Flussrate von TBAs und das Erhöhen der Flussrate von TMSb für eine Kompensation der Verminderung vorgesehen werden. Weil die Flussraten genau in der Zeit durch die MFCs gesteuert werden können, kann der Zusammensetzungsgradient einfach vorgesehen werden.
  • Das InGaAs 3a kann mit TEGa, TMIn und TBAs ausgebildet werden. Der Gradient der In-Zusammensetzung x kann vorgesehen werden, indem die Flussraten von TEGa und TMIn in der Zeit erhöht und vermindert werden.
  • Alle diese Quellgase sind metallorganische Gase, wobei die Verbindungen hohe Molekulargewichte aufweisen. Dementsprechend werden die Gase bei einer relativ niedrigen Temperatur von 400°C oder mehr und 560°C oder weniger vollständig abgebaut, was zu einem Kristallwachstum beiträgt. Daraus resultiert, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der Abbautemperatur und der Raumtemperatur klein vorgesehen werden kann. Dadurch kann eine mechanische Spannung aufgrund der Wärmeausdehnung der Materialien in der Photodiode 10 reduziert werden und kann die Gitterdefektdichte auf einen niedrigen Wert gedrückt werden. Dies ist vorteilhaft für die Unterdrückung eines Dunkelstroms.
  • Die Ga(Gallium)-Quelle kann TEGa (Triethylgallium) oder Trimethylgallium (TMGa) sein. Die In(Indium)-Quelle kann TMIn (Trimethylindium) oder Triethylindium (TEIn) sein. Die As(Arsen)-Quelle kann TBAs (Tertiärbutylarsin) oder Trimethylarsen (TMAs) sein. Die Sb(Antimon)-Quelle kann TMSb (Trimethylantimon), Triethylantimon (TESb), Triisopropylantimon (TIPSb) oder Tridimethylaminoantimon (TDMASb) sein. Indem derartige Quellen verwendet werden, kann ein Halbleiterelement, dessen MQW eine niedrige Verunreinigungskonzentration und eine hervorragende Kristallinität aufweist, erhalten werden. Wenn dieses Element zum Beispiel für eine Photodiode verwendet wird, kann die Photodiode einen niedrigen Dunkelstrom und eine hohe Empfindlichkeit aufweisen.
  • Im Folgenden wird der Fluss von Quellgasen während der Ausbildung des Mehrfachquantentopfaufbaus 3 durch eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen beschrieben. Die Quellgase werden durch Rohre getragen, in das Quarzrohr 65 eingeführt und ausgeführt. Eine beliebige Anzahl von Quellgasen kann zu dem Quarzrohr 65 zugeführt werden, indem die Anzahl von Rohren vergrößert wird. Zum Beispiel können auch mehr als zehn Quellgase durch das Öffnen/Schließen von elektromagnetischen Ventilen gesteuert werden.
  • Die Flussraten der Quellgase werden durch in 5 gezeigte Massenflussregler (MFCs) gesteuert, und die Einführung der Quellgase in das Quarzrohr 65 wird durch das Öffnen/Schließen von elektromagnetischen Ventilen ein- bzw. ausgeschaltet. Eine Evakuierung des Quarzrohrs 65 wird durch die Vakuumpumpe erzwungen. Die Quellgase stagnieren nirgendwo, sodass die Quellgase glatt und automatisch fließen. Dementsprechend kann ein Wechsel zwischen den Zusammensetzungen während der Ausbildung des Paars des Quantentopfs schnell bewerkstelligt werden.
  • Ein Zusammensetzungsgradient kann einfach vorgesehen werden, indem MFCs in Übereinstimmung mit der Filmdicke während der Züchtung gesteuert werden. Zum Beispiel können während der Züchtung des InxGa1-xAs 3a die MFCs derart gesteuert werden, dass zum Beispiel die Flussrate von TEIn (Triethylindium) mit einer konstanten Rate relativ zu der Zeit vermindert wird und die Flussrate von TEGa (Triethylgallium) entsprechend erhöht wird, sodass die Gesamtflussrate konstant gehalten wird. Es kann aber auch die Flussrate nur einer der Quellen erhöht oder vermindert werden. Weiterhin können während der Züchtung des GaAs1-ySby 3b die MFCs derart gesteuert werden, dass zum Beispiel die Flussrate von TIPSb (Triisopropylantimon) mit einer konstanten Rate relativ zu der Zeit erhöht wird und die Flussrate von TBAs (Tertiärbutylarsin) entsprechend vermindert wird, sodass die Gesamtflussrate konstant gehalten wird. Es kann aber auch die Flussrate nur einer der Quellen erhöht oder vermindert werden.
  • Weil wie in 5 gezeigt der Substrattisch 66 gedreht wird, weist die Temperaturverteilung der Quellgase keine Ausrichtung zu der Quellgas-Zuführseite oder der Quellgas-Ausführseite auf. Und weil der Wafer 50a auf dem Substrattisch 66 gedreht wird, befindet sich der Quellgasfluss in einem Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers 50a in einem turbulenten Zustand, wobei auch Quellgase in der Nähe der Oberfläche des Wafers 50a mit Ausnahme der mit dem Wafer 50a in Kontakt befindlichen Quellgase eine hohe Geschwindigkeitskomponente in der Flussrichtung von der Zuführseite zu der Ausführseite aufweisen. Dementsprechend wird der Großteil der von dem Substrattisch 66 durch den Wafer 50a zu den Quellgasen strömenden Wärme kontinuierlich zusammen mit dem Abgas ausgeführt. Es wird also ein großer Temperaturgradient bzw. ein Temperaturabstand in der vertikalen Richtung von dem Wafer 50a durch dessen Oberfläche zu dem Quellgasraum erzeugt.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Substrat auf eine Substrattemperatur von 400°C oder mehr und 560°C oder weniger erhitzt, was einem Niedertemperaturbereich entspricht. Wenn eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen bei einer Substratoberflächentemperatur in einem derartigen Niedertemperaturbereich mit Quellen wie etwa TBAs verwendet wird, werden die Quellen effizient abgebaut. Dementsprechend sind die in einem dem Wafer 50a sehr nahen Bereich fließenden und zu einem Wachstum eines Mehrfachquantentopfaufbaus beitragenden Quellgase auf diejenigen begrenzt, die effizient zu für das Wachstum benötigten Formen abgebaut werden.
  • Die Oberflächentemperatur des Wafers 50a wird überwacht. Von der Waferoberfläche zu einer Position etwas innerhalb des Quellgasraums ist wie oben beschrieben ein scharfer Temperaturabfall bzw. ein Temperaturabstand gegeben. Bei einem Quellgas mit einer Abbautemperatur von T1°C wird die Substratoberflächentemperatur also auf (T1 + α) gesetzt, wobei α zum Beispiel für Variationen in der Temperaturverteilung bestimmt wird. Wenn ein scharfer und großer Temperaturabfall bzw. ein Temperaturabstand von der Oberfläche des Wafers 50a zu dem Quellgasraum vorhanden ist und metallorganische Moleküle mit einer großen Größe über die Waferoberfläche fließen, sind die Verbindungsmoleküle, die sich abbauen, um zu dem Kristallwachstum beizutragen, wahrscheinlich auf Moleküle in Kontakt mit der Oberfläche und auf Moleküle in einem sich über eine Länge von mehreren metallorganischen Molekülen von der Oberfläche erstreckenden Schichtdickenbereich beschränkt. Dementsprechend tragen metallorganische Moleküle in Kontakt mit der Waferoberfläche und Moleküle innerhalb eines sich über eine Länge von mehreren metallorganischen Molekülen von der Waferoberfläche erstreckenden Schichtdickenbereichs wahrscheinlich hauptsächlich zu einem Kristallwachstum bei, während an der Außenseite vorhandene metallorganische Moleküle wahrscheinlich ohne einen wesentlichen Abbau aus dem Quarzrohr 65 ausgeführt werden. Nachdem metallorganische Moleküle in einem Bereich in der Nähe der Oberfläche des Wafers 50a abgebaut wurden, um zu einem Kristallwachstum beizutragen, füllen metallorganische Moleküle an der Außenseite den Bereich.
  • Indem umgekehrt die Waferoberflächentemperatur etwas höher gesetzt wird als die Abbautemperatur von metallorganischen Molekülen, können an dem Kristallwachstum teilhabende metallorganische Moleküle auf diejenigen beschränkt werden, die in einer dünnen Quellgasschicht über der Oberfläche des Wafers 50a angeordnet sind.
  • Wenn wie oben beschriebenen Quellgase mit elektromagnetischen Ventilen in Entsprechung zu den chemischen Zusammensetzungen des Paars ausgewählt und mit einer erzwungenen Evakuierung mittels einer Vakuumpumpe eingeführt werden, kann nach der Züchtung eines Kristalls mit einer alten chemischen Zusammensetzung aufgrund einer geringfügigen Trägheit ein Kristall mit einer neuen chemischen Zusammensetzung gezüchtet werden, ohne durch die alten Quellgase beeinflusst zu werden. Dadurch kann ein abrupter Wechsel der Zusammensetzung an der Heteroschnittfläche erzielt werden. Dies bedeutet, dass die alten Quellgase im Wesentlichen nicht in dem Quarzrohr 65 bleiben. Der Grund hierfür ist, dass in einem dem Wafer 50a sehr nahen Bereich fließende und zu einem Wachstum eines Mehrfachquantentopfaufbau beitragende Quellgase auf diejenigen begrenzt sind, die effizient zu für das Wachstum benötigten Formen abgebaut wurden. Insbesondere nachdem eine Schicht des Quantentopfs gut ausgebildet wurde, werden Quellgase zum Ausbilden der anderen Schicht durch das Öffnen/Schließen von elektromagnetischen Ventilen unter einer erzwungenen Evakuierung mittels einer Vakuumpumpe eingeführt. Dabei nehmen metallorganische Moleküle an dem Kristallwachstum aufgrund einer geringfügigen Trägheit teil, wobei jedoch die meisten zusätzlichen Moleküle für die eine Schicht ausgeführt werden und nicht mehr vorhanden sind. Je näher die Waferoberflächentemperatur an der Abbautemperatur von metallorganischen Molekülen liegt, desto schmäler ist der Bereich (der Bereich von der Waferoberfläche), in dem die darin enthaltenen metallorganischen Moleküle an dem Kristallwachstum teilhaben.
  • Wenn der Mehrfachquantentopfaufbau durch eine Züchtung in einem Temperaturbereich von mehr als 560°C ausgebildet wird, tritt eine Phasentrennung in den GaAsSb-Schichten des Mehrfachquantentopfaufbaus auf. Dementsprechend können keine saubere Kristallwachstumsfläche mit einer hervorragenden Flachheit in dem Mehrfachquantentopfaufbau und kein Mehrfachquantentopfaufbau mit einer hervorragenden Periodizität und Kristallinität erhalten werden. Aus diesem Grund wird die Züchtungstemperatur in einem Temperaturbereich von 400°C oder mehr und 560°C oder weniger gesetzt. Außerdem ist es wichtig, dass die Deposition durch eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen durchgeführt wird und alle Quellgase aus metallorganischen Gasen mit einer hohen Abbaueffizienz ausgewählt werden.
  • <Verfahren zum Herstellen der Photodiode>
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Photodiode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Photodiode 10 von 1 ist auf der Typ-II-MQW-Absorptionsschicht 3 die In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4, die an InP gitterangepasst ist, angeordnet, und ist auf der In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4 die InP-Fensterschicht 5 angeordnet. Der p-Typ-Bereich 6 wird durch eine wahlweise Diffusion von Zn, das eine p-Typ-Verunreinigung ist, durch die Öffnungen des an der Oberfläche der InP-Fensterschicht 5 ausgebildeten Selektive-Diffusion-Maskenmusters 36 hindurch ausgebildet. Vorne in dem p-Typ-Bereich 6 wird ein p-n-Übergang oder ein p-i-Übergang ausgebildet. An diesem p-n-Übergang oder p-i-Übergang wird eine Rückwärtsvorspannung angelegt, um eine Sperrschicht zu bilden, wobei Ladungen aufgrund einer photoelektrischen Wandlung aufgefangen werden, sodass die Helligkeit des Bildpunkts der Ladungsmenge entspricht. Der p-Typ-Bereich 6 oder ein p-n-Übergang oder ein p-i-Übergang ist ein den Bildpunkt bildender Hauptteil. Die p-Elektrode 11 in einem Ohmschen Kontakt mit dem p-Typ-Bereich 6 ist eine Bildpunktelektrode. Die Ladungen werden für jeden Bildpunkt zwischen der p-Elektrode 11 und der n-Elektrode 12, die beim Erdpotential ist, ausgelesen. Das Selektive-Diffusion-Maskenmuster 36 wird nicht entfernt und um den p-Typ-Bereich 6 und auf der Oberfläche der InP-Fensterschicht gelassen. Weiterhin wird eine Passivierungsschicht (nicht gezeigt) aus SiON oder ähnlichem darauf ausgebildet. Das Selektive-Diffusion-Maskenmuster 36 wird nicht entfernt und gelassen, weil, wenn der p-Typ-Bereich 6 ausgebildet wird und das Selektive-Diffusion-Maskenmuster 36 dann entfernt wird, um eine Aussetzung an die Luft zu verursachen, ein Oberflächenniveau in der InP-Fensterschicht an der Grenze zwischen der Oberfläche des p-Typ-Bereichs und der Oberfläche des durch die Entfernung des Maskenmusters an die Luft ausgesetzten Bereichs erzeugt wird, was eine Erhöhung des Dunkelstroms zur Folge hat.
  • Es ist zu beachten, dass nach der oben beschriebenen Ausbildung des MQW bis zu der Ausbildung der InP-Fensterschicht 5 eine Züchtung durch eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen in derselben Züchtungskammer bzw. in dem Quarzrohr 65 fortgesetzt wird. Das heißt also, dass vor der Ausbildung der InP-Fensterschicht 5 der Wafer 50a nicht aus der Züchtungskammer entnommen wird und die InP-Fensterschicht 5 nicht durch einen anderen Depositionsprozess ausgebildet wird, sodass also keine nachgezüchteten Schnittflächen ausgebildet werden. Mit anderen Worten werden die InGaAs-Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4 und die InP-Fensterschicht 5 kontinuierlich in dem Quarzrohr 65 ausgebildet, sodass die Schnittflächen 16 und 17 keine nachgezüchteten Schnittflächen sind. Dementsprechend sind die Sauerstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen jeweils kleiner als die vorbestimmte Größe. Insbesondere tritt kein Leckstrom an der Kreuzungslinie zwischen dem p-Typ-Bereich 6 und der Schnittfläche 17 auf. Außerdem wird in der Schnittfläche 16 die Gitterdefektdichte auf einen niedrigen Wert gedrückt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird auf der MQW-Absorptionsschicht 3 zum Beispiel die nicht-dotierte In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilungsschicht 4 mit einer Dicke von 1,0 μm ausgebildet. Wenn nach der Ausbildung der InP-Fensterschicht 5 Zn, das eine p-Typ-Verunreinigung ist, durch ein selektives Diffusionsverfahren von der InP-Fensterschicht 5 eingeführt wird, um die MQW-Absorptionsschicht 3 zu erreichen, hat eine Diffusion von Zn mit einer hohen Konzentration in den MQW eine Verschlechterung der Kristallinität zur Folge. Die In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilungsschicht 4 wird ausgebildet, um die Diffusion von Zn einzustellen. Die In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4 kann wie oben beschrieben ausgebildet werden, kann aber auch weggelassen werden.
  • Aufgrund der selektiven Diffusion wird der p-Typ-Bereich 6 ausgebildet und wird ein p-n-Übergang oder ein p-i-Übergang vorne an dem p-Typ-Bereich 6 ausgebildet. Auch wenn die In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4 eingefügt wird und eine nicht-dotierte Schicht ist, weist das In0,53Ga0,47As eine kleine Bandlückenenergie auf, sodass die Photodiode mit einem kleinen elektrischen Widerstand ausgebildet werden kann. Indem der elektrische Widerstand vermindert wird, kann das Ansprechvermögen verbessert werden und können Bewegtbilder mit einer hohen Bildqualität erhalten werden.
  • Während der Wafer 50a kontinuierlich in demselben Quarzrohr 65 gelassen wird, wird auf der In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht 4 die nicht-dotierte InP-Fensterschicht 5 vorzugsweise epitaktisch durch eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen mit einer Dicke von zum Beispiel 0,8 μm gezüchtet. Wie oben beschrieben sind die Quellgase Trimethylindium (TMIn) und Tertiärbutylphosphin (TBP). Indem diese Quellgase verwendet werden, kann die Züchtungstemperatur für die InP-Fensterschicht 5 auf 400°C oder mehr und 560°C oder weniger und weiterhin 535°C oder weniger gesetzt werden. Daraus resultiert, dass das GaAsSb des MQW unter der InP-Schicht 5 nicht thermisch beschädigt wird und die Kristallinität des MQW nicht verschlechtert wird. Weil bei der Ausbildung der InP-Fensterschicht 5 der MQW mit dem darin enthaltenen GaAsSb darunter ausgebildet wird, muss die Substrattemperatur streng in dem Bereich von zum Beispiel 400°C oder mehr und 560°C oder weniger gehalten werden. Der Grund hierfür ist, dass bei einem Heizen auf mehr als 560°C das GaAsSb thermisch beschädigt wird und die Kristallinität beträchtlich verschlechtert wird. Und wenn eine InP-Fensterschicht mit einer Temperatur von weniger als 400°C ausgebildet wird, wird die Abbaueffizienz von Quellgasen sehr gering, sodass die Verunreinigungskonzentration in der InP-Fensterschicht 5 hoch wird und keine InP-Fensterschicht 5 mit einer hohen Qualität erhalten wird.
  • Wie oben beschrieben, musste ein MQW durch eine Molekularstrahlepitaxie (MBE) ausgebildet werden. Für das Züchten einer InP-Fensterschicht mittels einer MBE muss jedoch eine feste Phosphorquelle verwendet werden, sodass sich Probleme hinsichtlich der Sicherheit und ähnliches ergeben und außerdem die Produktionseffizienz verbessert werden muss.
  • Vor der vorliegenden Erfindung war die Schnittfläche zwischen der In0,53Ga0,47As-Diffusiv-Konzentration-Verteilung-Einstellungsschicht und der InP-Fensterschicht eine nachgezüchtete Schnittfläche, die der Luft ausgesetzt wurde. Eine derartige nachgezüchtete Schnittfläche kann durch eine Sekundärionenmassenspektrometrie dadurch identifiziert werden, dass sie eine Sauerstoffkonzentration von 1 × 1017 cm–3 oder mehr und/oder eine Kohlenstoffkonzentration von 1 × 1017 cm–3 oder mehr erfüllt. Die nachgezüchtete Schnittfläche bildet eine Kreuzungslinie durch den p-Typ-Bereich, wobei ein Leckstrom an der Kreuzungslinie auftritt und die Bildqualität beträchtlich verschlechtert wird. Wenn alternativ hierzu zum Beispiel eine InP-Fensterschicht durch eine MOVPE (metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen) einfach Phosphin (PH3) als die Phosphorquelle verwendet, ist die Abbautemperatur von Phosphin hoch und wird das darunter liegende GaAsSb thermisch beschädigt, was eine Verschlechterung der Kristallinität des MQW zur Folge hat.
  • Beispiele
  • Durch die Durchführung von Computersimulationen von Bandaufbauten wurde untersucht, in welchem Grad eine Erweiterung zu einer längeren Wellenlänge durch die in 2 bis 4 gezeigten Zusammensetzungsgradienten erzielt wurde. Die folgenden drei Fälle wurden wie in der folgenden Tabelle 1 angegeben untersucht.
  • (Fall 1: obere Reihe in der Tabelle I):
  • Die GaAs1-ySby-Schicht 3b weist einen Zusammensetzungsgradienten auf, während die InxGa1-xAs-Schicht 3a eine flache Zusammensetzung aufweist und an InP gitterangepasst ist. Dieser Fall entspricht der Konfiguration von 4, die als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. In0,53Ga0,47As weist die Zusammensetzung auf, die einer Gitterfehlanpassung von 0 entspricht.
  • (Fall 2: mittlere Reihe in der Tabelle I):
  • Sowohl die GaAs1-ySby-Schicht 3b als auch die InxGa1-xAs-Schicht 3a weisen einen Zusammensetzungsgradienten auf. Der Bereich von x in der InxGa1-xAs-Schicht 3a ist 0,48 (oben) bis 0,58 (unten), was ein relativ schmaler Bereich ist. In diesem Fall weist das InGaAs eine Gitterfehlanpassung von ±0,40% auf.
  • (Fall 3: untere Reihe in der Tabelle I):
  • Sowohl die GaAs1-ySby-Schicht 3b als auch die InxGa1-xAs-Schicht 3a weisen einen Zusammensetzungsgradienten auf. Der Bereich von x in der InxGa1-xAs-Schicht 3a ist 0,43 (oben) bis 0,63 (unten), was ein breiter Bereich ist. In diesem Fall weist das InGaAs eine Gitterfehlanpassung von ±0,66% auf.
  • Für diese drei Fälle wurde bestimmt, in welchem Grad die Langwellenlängen-Obergrenze (Grenzwellenlänge = λmax) des Absorptionsbereichs erhöht wurde.
  • Die Ergebnisse sind in der Tabelle I enthalten. [Tabelle 1]
    Sb-Zusammensetzung y von GaAs1-ySby In-Zusammensetzung x von InxGax-1As Grad der Vergrößerung der Grenzwellenlänge zu einer längeren Wellenlänge *) (nm)
    unten (L) oben (K) unten (K) oben (L) Fehlanpassung von InGaAs
    0,43 0,54 0,53 0,53 ±0% 100
    0,43 0,54 0,58 0,48 ±0,40% 160
    0,43 0,54 0,63 0,43 ±0,66% 200
    *) Der Grad einer Erhöhung der Langwellenlängengrenze in Bezug auf eine Grenzwellenlänge, der vorgesehen wird, wenn GaAs1-ySby und InxGax-1As beide keinen Zusammensetzungsgradienten aufweisen und gitterangepasst sind
  • Wie in der Tabelle 1 beschrieben, wird in dem Fall 1 mit einem Bandaufbau gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform von 4 eine Erweiterung des Absorptionsbereichs zu einer längeren Wellenlänge um ungefähr 100 nm erzielt. In dem Fall 3 wird eine Erweiterung des Absorptionsbereichs zu einer längeren Wellenlänge um ungefähr 200 nm erzielt. Wenn zum Beispiel der Fall 3 gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Typ-II-MQW-InGaAs/GaAsSb angewendet wird, das an InP gitterangepasst ist und eine Absorptionswellenlänge im Bereich von bis zu 2 μm aufweist, kann die obere Grenzwellenlänge auf 2,2 μm erhöht werden. Eine derartige Erhöhung der oberen Grenzwellenlänge kann die Nützlichkeit in Abhängigkeit von den Wellenlängen von Absorptionsbändern von Zielobjekten vergrößern.
  • Vorstehend wurden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die hier beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft aufzufassen, wobei der Erfindungsumfang nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Der Erfindungsumfang wird durch die Ansprüche definiert und umfasst verschiedene Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • In einer Photodiode gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs zu einer längeren Wellenlänge in dem Nahinfrarotbereich erzielt werden, ohne den Dunkelstrom zu erhöhen, wodurch die Nützlichkeit in Abhängigkeit von Zielobjekten beträchtlich gesteigert werden kann.

Claims (11)

  1. Photodiode, die einen III-V-Verbindungshalbleiter enthält, wobei die Photodiode umfasst: eine Absorptionsschicht, die auf einem III-V-Verbindungshalbleitersubstrat angeordnet ist und einen Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau aufweist, in dem eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht alternierend geschichtet sind, wobei die erste Halbleiterschicht einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweist, in dem sich eine Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu einer oberen Fläche oder einer unteren Fläche der ersten Halbleiterschicht hin vermindert.
  2. Photodiode nach Anspruch 1, wobei die zweite Halbleiterschicht einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweist, in dem sich eine Bandlückenenergie der zweiten Halbleiterschicht zu einer Fläche der zweiten Halbleiterschicht hin vermindert, wobei die Fläche in Kontakt mit einer Endfläche der ersten Halbleiterschicht ist, die den Gradienten aufweist, in dem sich die Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu der Endfläche hin vermindert.
  3. Photodiode nach Anspruch 1 oder 2, wobei in wenigstens einer Halbleiterschicht, die aus der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ausgewählt ist und den Zusammensetzungsgradienten aufweist, eine Zusammensetzung an einer Endfläche, an welcher die Bandlückenenergie minimiert ist, einer Gitterfehlanpassung von mehr als 0,2% hinsichtlich einer Variation in der Gitterkonstante in Bezug auf eine durchschnittliche Zusammensetzung der Halbleiterschicht entspricht.
  4. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in wenigstens einer Halbleiterschicht, die aus der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ausgewählt ist, eine durchschnittliche Zusammensetzung einer Gitterfehlanpassung innerhalb von ±1% hinsichtlich einer Variation in der Gitterkonstante in Bezug auf das III-V-Verbindungshalbleitersubstrat entspricht.
  5. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine der ersten und zweiten Halbleiterschichten, die ein höheres Valenzband hinsichtlich der Potentialenergie als eine andere der ersten und zweiten Halbleiterschichten aufweist, wenigstens eines von Ga, As und Sb enthält.
  6. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine der ersten und zweiten Halbleiterschichten, die ein niedrigeres Valenzband hinsichtlich der Potentialenergie als eine andere der ersten und zweiten Halbleiterschichten aufweist, wenigstens eines von In, Ga und As enthält.
  7. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Mehrfachquantentopfaufbau aus InxGa1-xAs und GaAs1-ySby ausgebildet ist, wobei die InxGa1-xAs-Schicht eine durchschnittliche Zusammensetzung xave (0,38 ≤ xave ≤ 0,68) aufweist und die GaAs1-ySby-Schicht eine durchschnittliche Zusammensetzung yave (0,36 ≤ yave ≤ 0,62) aufweist.
  8. Photodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das III-V-Verbindungshalbleitersubstrat ein InP-Substrat ist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Photodiode, die einen III-V-Verbindungshalbleiter enthält, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt zum Ausbilden einer Absorptionsschicht, die einen Typ-II-Mehrfachquantentopfaufbau aufweist, durch das alternierende Schichten einer ersten Halbleiterschicht und einer zweiten Halbleiterschicht auf einem InP-Substrat, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des Mehrfachquantentopfaufbaus die erste Halbleiterschicht derart ausgebildet wird, dass sie einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweist, in dem sich eine Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu einer oberen Fläche oder einer unteren Fläche der ersten Halbleiterschicht hin vermindert.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Photodiode nach Anspruch 9, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des Mehrfachquantentopfaufbaus die zweite Halbleiterschicht derart ausgebildet wird, dass die einen Zusammensetzungsgradienten in einer Dickenrichtung aufweist, in dem sich eine Bandlückenenergie der zweiten Halbleiterschicht zu einer Fläche der zweiten Halbleiterschicht hin vermindert, wobei die Fläche in Kontakt mit einer Endfläche der ersten Halbleiterschicht ist, die den Gradienten aufweist, in dem sich die Bandlückenenergie der ersten Halbleiterschicht zu der Endfläche hin vermindert.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Photodiode nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn der Mehrfachquantentopfaufbau durch eine metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen derart ausgebildet wird, dass die erste Halbleiterschicht oder sowohl die erste Halbleiterschicht als auch die zweite Halbleiterschicht mit einem Zusammensetzungsgradienten ausgebildet werden, der Zusammensetzungsgradient vorgesehen wird, indem ein Massenflussregler in einem Züchtungssystem für die metallorganische Dampfphasen-Epitaxie mit nur metallorganischen Quellen eingestellt wird.
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