JP2003197948A

JP2003197948A - 受光素子用エピタキシャルウェーハ、その製造方法、受光素子およびその使用方法

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Publication number: JP2003197948A
Application number: JP2001399551A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Usuda; 雅彦臼田; Hitoshi Takeda; 仁志武田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩｎＧａＡｓ受光層でのＡｓ抜け低減と、Ｉ
ｎＰ窓層での結晶性の向上との両立により、暗電流を低
減することができるようにする。【解決手段】受光層としてのＩｎＧａＡｓ層３と、窓
層としてのＩｎＰ層４とを備える長波長受光素子用のエ
ピタキシャルウェーハ１０において、ＩｎＧａＡｓ層３
とＩｎＰ層４との界面５近傍のＩｎＰ４層側は、Ａｓ濃
度が界面５で高く、その界面から徐々に低減していく構
成を有する、ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、受光層としての
ＩｎＧａＡｓ層と、窓層としてのＩｎＰ層とを備える長
波長の受光素子用エピタキシャルウェーハ、その製造方
法、受光素子およびその使用方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、波長が１．０μｍ以上の長波長の
光を用いる光通信での受光素子は、ＩｎＧａＡｓ層を受
光層としたものが主流となっている。この受光素子用の
エピタキシャルウェーハは、有機金属化学気相堆積法
（ＭＯＣＶＤ法）や気相エピタキシー法（ＶＰＥ法）で
製造されている。

【０００３】この受光素子用のエピタキシャルウェーハ
は、典型的な例としてＩｎＰ基板上に順にＩｎＰバッフ
ァー層、ＩｎＧａＡｓ受光層、そしてＩｎＰ窓層が積層
されて構成されている。この構成の下で、ＩｎＰ窓層は
１．０〜１．６μｍの波長帯の光を良好な透過率で受光
層まで透過させ、ＩｎＧａＡｓ受光層は、その窓層経由
の光を吸収し、その光を光電流に変換する。

【０００４】このように、受光素子は光が入射された際
に光電流が発生し流れることにより、光を電気信号に変
換する。したがって、理想的には光が入射する前は光電
流が流れないはずであるが、エピタキシャルウェーハの
材料や、素子構造、製造工程等に起因して微量の光電流
が発生する。これを暗電流と呼んでおり、出来る限り暗
電流を低減させることが必要であり、特にＭＯＣＶＤ法
により成長させたエピタキシャルウェーハではこの暗電
流特性の改善が重要なテーマとなっている。

【０００５】材料起因の暗電流を低減させるため、Ｉｎ
ＧａＡｓ受光層自身の結晶性を向上させることが検討さ
れている。この結晶性向上のためには一般に、エピタ
キシャル層で発生する結晶欠陥密度を下げるために成長
温度を最適化する方法や、エピタキシャル層に混入す
る不純物濃度を改善する方法がとられている（文献「生
体・環境計測へ向けた近赤外光センシング技術」株式会
社サイエンスフォーラム、１９９９年３月１９日第一
版、竹本菊郎他）。

【０００６】一方、上記の受光素子用エピタキシャルウ
ェーハは、異種材料であるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのヘテ
ロ接合界面を有しているが、このヘテロ接合界面を有す
ることで、優れた光電変換特性が得られるものの、暗電
流も大きくなりやすいという問題を有している。例え
ば、ＩｎＧａＡｓ受光層にＩｎＰ窓層を成長させる際
に、その界面近傍ではＩｎＧａＡｓ受光層側においてＡ
ｓ抜けが発生しており、このＩｎＧａＡｓ受光層側での
Ａｓ抜けが暗電流増加の一要因となっている。そして、
その対策として、例えばＩｎＧａＡｓ受光層にＩｎＰ窓
層を成長させる際に、ＩｎとＰの他にＡｓを供給するこ
とが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ａｓ抜けが起
きないようにＩｎＰ窓層成長中にＡｓの供給を実施する
と、それによって確かにＩｎＧａＡｓ受光層側でのＡｓ
抜けは防止できるものの、ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度が上
昇するためＩｎＰ窓層の結晶性を低下させ、逆に暗電流
が増大する結果となる。また、Ａｓの混入により１．０
〜１．６μｍの波長の光に対するＩｎＰ窓層の透過率も
悪化してしまう。

【０００８】すなわち、暗電流の低減には、ＩｎＧａＡ
ｓ受光層でのＡｓ抜け低減と、ＩｎＰ窓層の良好な光透
過率とを両立させる必要がある。

【０００９】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
ＩｎＧａＡｓ受光層でのＡｓ抜け低減および結晶性の向
上、並びにＩｎＰ窓層の良好な光透過率の両立により、
暗電流を低減することができるエピタキシャルウェーハ
及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、ＩｎＧａＡｓ受光層と、
該層に接するＩｎＰ窓層とを備える受光素子用エピタキ
シャルウェーハにおいて、ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度が、
ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層との界面において５×
１０¹⁹個／ｃｍ³以上５×１０²⁰個／ｃｍ³以下であり、
該界面から離れるに従って徐々に低減していく、ことを
特徴としている。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、ＩｎＰ窓層中の
Ａｓ濃度ｙ（単位：個／ｃｍ³）が、ＩｎＧａＡｓ受光
層とＩｎＰ窓層との界面から１．０μｍまでの範囲の任
意の位置ｘ（単位：μｍ）において、次式（１）５×１０¹⁹・ｅｘｐ（−３．２ｘ）≦ｙ≦５×１０²⁰・ｅｘｐ（−４．０ｘ）（但し、０≦ｘ≦１）・・・・・式（１）の関係を満たす、ことを特徴としている。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、上記した
請求項１または２に記載の発明の構成に加えて、ＩｎＰ
窓層中のＡｓ濃度が、ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層
との界面から１．０μｍ以上離れた位置では、０．９×
１０¹⁹個／ｃｍ³以下であることを特徴としている。

【００１３】さらに、請求項４に記載の発明は、上記し
た請求項１乃至３に記載の発明の構成に加えて、ＩｎＰ
窓層の厚さが１〜５μｍであり、キャリア濃度が５×１
０¹³〜８×１０¹⁸個／ｃｍ³である、ことを特徴として
いる。

【００１４】また、請求項５に記載の発明は、上記した
請求項１乃至４に記載の発明の構成に加えて、ＩｎＰ基
板上にＩｎＧａＡｓ受光層が形成され、その上に該Ｉｎ
ＧａＡｓ受光層に接してＩｎＰ窓層が形成されている、
ことを特徴としている。

【００１５】また、請求項６に記載の発明は、上記した
請求項１乃至５に記載の発明の構成に加えて、ＩｎＧａ
Ａｓ受光層とＩｎＰ窓層との格子不整合度が、−３．５
×１０^-3以上３．５×１０^-3以下である、ことを特徴と
している。

【００１６】請求項７に記載の発明は、ＩｎＧａＡｓ受
光層の上に、該層に接してＩｎＰ窓層を形成する受光素
子用エピタキシャルウェーハの製造方法において、Ｉｎ
Ｐ窓層の形成の際にＡｓをドープし、ＩｎＰ窓層中のＡ
ｓ濃度を、ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層との界面に
おいて５×１０¹⁹個／ｃｍ³以上５×１０²⁰個／ｃｍ³以
下とし、かつ該界面から離れるに従い徐々に低減するよ
うにした、ことを特徴としている。

【００１７】また、請求項８に記載の発明は、上記した
請求項７に記載の発明の構成に加えて、成長装置にＩｎ
原料、Ｐ原料、Ａｓ原料を気体で供給する有機金属化学
気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により、ＩｎＧａＡｓ受光
層上にＩｎＰ窓層を形成する、ことを特徴としている。

【００１８】また、請求項９に記載の発明は、上記した
請求項７または８に記載の発明の構成に加えて、Ａｓを
ドープしたＩｎＰ窓層を形成する際のＩｎ原料、Ｐ原
料、Ａｓ原料の供給量（単位：モル／分）が、Ｐ原料と
Ａｓ原料の供給量の和（Ｐ＋Ａｓ）とＩｎ原料の供給量
（Ｉｎ）との比（（Ｐ＋Ａｓ）／Ｉｎ）をｔ、Ａｓ原料
の供給量（Ａｓ）とＰ原料の供給量（Ｐ）との比（Ａｓ
／Ｐ）をｓとしたとき、次式（２）３１２５ｓ＋３００≦ｔ≦５２６３ｓ＋４００（但し、０≦ｓ≦０．０２）・・・・・式（２）の関係を満たす、ことを特徴としている。

【００１９】また、請求項１０に記載の発明は、上記し
た請求項８または９に記載の発明の構成に加えて、Ｉｎ
ＧａＡｓ受光層の上にＡｓをドープしたＩｎＰ窓層を形
成する際、Ａｓ原料の供給量をＩｎＰ窓層の成長に従っ
て減少させ、ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度を、ＩｎＧａＡｓ
受光層とＩｎＰ窓層との界面から離れるに従い徐々に低
減するようにした、ことを特徴としている。

【００２０】また、請求項１１に記載の発明は、上記し
た請求項８乃至１０に記載の発明の構成に加えて、Ｉｎ
Ｐ窓層が１μｍ成長した時点において、Ａｓ原料の供給
を停止していることを特徴としている。

【００２１】さらに、請求項１２に記載の発明は、上記
した請求項８乃至１１に記載の発明の構成に加えて、Ｉ
ｎＰ窓層中のＡｓ濃度を、ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ
窓層との界面から１．０μｍ以上離れた位置では、０．
９×１０¹⁹個／ｃｍ³以下とする、ことを特徴としてい
る。

【００２２】請求項１３に記載の発明は、上記した請求
項８乃至１２に記載の発明の構成に加えて、ＩｎＰ基板
上にＩｎＧａＡｓ受光層およびＩｎＰ窓層を形成する、
ことを特徴としている。

【００２３】また、請求項１４に記載の発明は、上記し
た請求項１３に記載の発明の構成に加えて、ＩｎＰ基板
上にＩｎＧａＡｓ受光層およびＩｎＰ窓層を形成する温
度を４５０〜７５０℃とし、圧力を１３〜１０１３ｈＰ
ａとする、ことを特徴としている。

【００２４】また、請求項１５に記載の発明は、上記し
た請求項１乃至６に記載の受光素子用エピタキシャルウ
ェーハから作製された受光素子である。

【００２５】請求項１６に記載の発明は、上記した請求
項７乃至１４に記載の受光素子用エピタキシャルウェー
ハの製造方法により製造された受光素子用エピタキシャ
ルウェーハから作製された受光素子である。

【００２６】また、請求項１７に記載の発明は、上記し
た請求項１５または１６に記載の発明の構成に加えて、
１．０〜１．６μｍの波長帯の光に対して使用すること
を特徴とする受光素子の使用方法である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。

【００２８】図１はこの発明のエピタキシャルウェーハ
の断面構造を模式的に示す図である。図において、エピ
タキシャルウェーハ１０は長波長受光素子であり、Ｉｎ
Ｐからなる基板１上に、ＩｎＰからなるバッファー層
２、ＩｎＧａＡｓからなる受光層３、ＩｎＰからなる窓
層４を順次積層して構成されている。また、ＩｎＧａＡ
ｓ受光層３とＩｎＰ窓層４との間に界面５が形成されて
いる。

【００２９】各層１〜４はすべてｎ型半導体であり、そ
の膜厚等は概略次の通りである。すなわち、ＩｎＰバッ
ファー層２については、膜厚０．１〜１０μｍ、キャリ
ア濃度は５×１０¹³〜８×１０¹⁸個／ｃｍ³である。Ｉ
ｎＧａＡｓ受光層３については、膜厚０．１〜１０μｍ
であり、キャリア濃度は１×１０¹⁴〜５×１０¹⁷個／ｃ
ｍ³、格子不整合度は−３．５×１０^-3以上で＋３．５
×１０^-3以下に収める。ここで格子不整合度は、ＩｎＰ
バッファ層２の格子定数をａ、ＩｎＧａＡｓ受光層３の
格子定数をｂとすると、（ｂ−ａ）／ａで表される。Ｉ
ｎＧａＡｓ受光層３におけるＧａの組成は０．４１６〜
０．５１７とするのが好ましい。組成が上記の範囲外だ
と表面にクロスハッチが生じ、転位が発生するという問
題がある。Ｇａ組成がこの範囲であればＩｎＧａＡｓ受
光層３における格子不整合度を±３．５×１０^-3の範囲
内に収めることができる。ＩｎＰ窓層４については、膜
厚１〜５μｍ、キャリア濃度は５×１０¹³〜８×１０¹⁸
個／ｃｍ³である。ＩｎＰ窓層４の膜厚が１〜５μｍ以
外だと、Ｚｎ拡散による拡散フロントの制御が難しいと
いう問題がある。ＩｎＰ窓層４のキャリア濃度の下限は
原料の純度により制限を受け、８×１０¹⁸個／ｃｍ³以
上だとドーパント元素が析出してしまうという問題があ
る。ドーパントとしては、例えばＳ（硫黄）、Ｓｎ
（錫）、Ｓｉ（珪素）などが使用される。

【００３０】受光素子用エピタキシャルウェハの製造方
法にはＭＯＣＶＤ法とＶＰＥ法があるが、ＭＯＣＶＤ法
には大面積にわたる膜厚均一性および膜厚制御性、結晶
組成の均一性、さらには急峻なヘテロ界面形成が可能で
あるという利点があるため好ましい。ＭＯＣＶＤ法にお
いて上記エピタキシャルウェーハ１０の製造に用いられ
る原料としては、一般的な有機金属およびハイドライド
ガスが利用でき、例えば、有機金属ではＴＭＩｎ（トリ
メチルインジウム）、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウ
ム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧａ（ト
リエチルガリウム）、ハイドライドガスではＰＨ₃（ホ
スフィン）、ＡｓＨ₃（アルシン）、ＴＢＰ（ターシャ
リーブチルホスフィン）、ＴＢＡ（ターシャリーブチル
アルシン）を挙げることができる。有機金属は水素をキ
ャリアーガスとして飽和蒸気を使うことで反応管へ供給
する。

【００３１】また、このエピタキシャルウェーハ１０を
ＭＯＣＶＤ装置を用いて製造した場合、反応温度は４５
０〜７５０℃の範囲、反応管圧力は１３〜１０１３ｈＰ
ａである。反応温度が４５０℃以下だと原料が熱分解し
ないという問題がある。また、７５０℃以上だと結晶欠
陥が増加し、良好な膜特性を得ることが出来ないという
問題がある。また、圧力が１３ｈＰａ以下だと成長速度
が遅いという問題があり、１０１３ｈＰａ以上だと、原
料ガス同士が基板に到達する以前に気相中で、望ましく
ない反応をしてしまうという問題点がある。

【００３２】そして、この発明の実施形態においては、
ＩｎＧａＡｓ受光層３にＩｎＰ窓層４を成長させる際に
Ａｓをドープし、ＩｎＧａＡｓ受光層３とＩｎＰ窓層４
との界面５近傍のＩｎＰ窓層４側でのＡｓ濃度を５×１
０¹⁹〜５×１０²⁰個／ｃｍ³にするとともに、そのＡｓ
濃度を界面５から徐々に低減させている。Ａｓ濃度をこ
のように変化させることにより、ＩｎＧａＡｓ受光層３
でのＡｓ抜け低減と、ＩｎＰ窓層４の良好な光透過率と
を両立させることができ、ＩｎＰ窓層４での透光性を損
ねることなく、暗電流を低減することができた。

【００３３】また、この発明の実施形態では、界面５近
傍のＩｎＰ窓層４側でのＡｓ濃度ｙ（単位：個／ｃ
ｍ³）を所定範囲内に設定し、ＩｎＧａＡｓ受光層３と
ＩｎＰ窓層４との界面５から１．０μｍまでの範囲の任
意の位置ｘ（単位：μｍ）において、次式（１）の関係
を満たすようにしている。５×１０¹⁹・ｅｘｐ（−３．２ｘ）≦ｙ≦５×１０²⁰・ｅｘｐ（−４．０ｘ）（但し、０≦ｘ≦１）・・・・・式（１）すなわち、界面５近傍のＩｎＰ窓層４側でのＡｓ濃度ｙ
を、図２に示すように、直線ｙ１＝５×１０²⁰・ｅｘｐ
（−４．０ｘ）と直線ｙ２＝５×１０¹⁹・ｅｘｐ（−
３．２ｘ）とで囲まれた領域Ｓに存在させている。な
お、この２つの直線を表す式は、実験式であり、領域Ｓ
は、多数の実験結果に基づいて設定されている。

【００３４】Ａｓ濃度ｙがこの領域Ｓにあれば、確実に
ＩｎＧａＡｓ受光層３でのＡｓ抜け低減と、ＩｎＰ窓層
４での良好な光透過率とを両立させることができ、暗電
流の低減をより確実に実現させることができる。

【００３５】さらに、この発明の実施形態では、ＩｎＰ
窓層４中のＡｓ濃度を界面５から１μｍ以上離れた位置
では０．９×１０¹⁹以下にしている。このようにするこ
とでＩｎＰ窓層４中での光の透過率減少をより一層確実
に防止することができる。

【００３６】また、この発明の実施形態では、ＩｎＰ窓
層４を成長させる際のＩｎ原料、Ｐ原料およびＡｓ原料
の供給を、次の条件下で行うように規定している。すな
わち、ＡｓをドープしたＩｎＰ窓層４を形成する際のＩ
ｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料の供給量（単位：モル／分）
が、Ｐ原料とＡｓ原料の供給量の和（Ｐ＋Ａｓ）とＩｎ
原料の供給量（Ｉｎ）との比（（Ｐ＋Ａｓ）／Ｉｎ）を
ｔ、Ａｓ原料の供給量（Ａｓ）とＰ原料の供給量（Ｐ）
との比（Ａｓ／Ｐ）をｓとしたとき、次式（２）の関係
を満たすように規定している。３１２５ｓ＋３００≦ｔ≦５２６３ｓ＋４００（但し、０≦ｓ≦０．０２）・・・・・式（２）このことは、図３において、ｔを直線ｔ１＝５２６３ｓ
＋４００と直線ｔ２＝３１２５ｓ＋３００とで囲まれた
領域Ｒに存在させることを意味している。なお、この２
つの直線を表す式も実験式であり、領域Ｒは、多数の実
験結果に基づいて設定されている。この原料供給条件に
基づいてＩｎＰ窓層４の成長を行わせる時、Ａｓの適正
なドープ量制御が確実に行われ、界面５近傍のＩｎＰ窓
層４側でのＡｓ濃度は制御されて上記図２の領域Ｓ内に
入るようになる。したがって、この原料供給条件から
も、ＩｎＧａＡｓ受光層３でのＡｓ抜け低減と、ＩｎＰ
窓層４の良好な光透過率とを確実に行えるようになり、
ＩｎＰ窓層４での透光性を損ねることなく、暗電流を低
減することができるに至る。

【００３７】上記のＩｎＰ窓層４中のＡｓ濃度制御は、
先ずＩｎＰ窓層４の成長開始の際に５×１０¹⁹〜５×１
０²⁰個／ｃｍ³となるＡｓ原料を供給し、次に層の成長
に伴ってＡｓ原料の供給量を減少させ、さらにＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＰ界面５から１μｍ程度のＩｎＰ窓層４の成
長時にＡｓ原料を断つ、という手順で行うことができ、
この手順で界面５から１μｍ以上離れた位置のＡｓ濃度
を０．９×１０¹⁹個／ｃｍ³以下とすることができる。

【００３８】次に、より具体的な実施例を挙げて説明す
る。

【００３９】この実施例では、３水準の試料を作成し比
較した。

【００４０】水準Ａは従来条件で作製した試料である。
まず、基板としては３５０μｍ厚のＩｎＰ基板（キャリ
ア濃度：約５×１０¹⁸個／ｃｍ³、面方位（１００）±
０．１°）を用意し、ＩｎＰ基板は硫酸＋過酸化水素＋
水のエッチャントによる前処理の後、ＭＯＣＶＤ成長装
置内にセットした。ＰＨ₃を流通し、約６５５℃まで昇
温し、ＴＭＩｎおよびＰＨ₃をそれぞれ４９ｃｃ／ｍｉ
ｎ、２３６ｃｃ／ｍｉｎずつ流して、ＩｎＰバッファ層
を成長させた。成長したバッファ層の厚さは約２．０μ
ｍ、キャリア濃度は３．０×１０¹⁶個／ｃｍ³であっ
た。バッファ層成長後に、ＴＭＩｎ，ＰＨ₃の供給を停
止し、ＴＭＧａ，ＴＭＩｎおよびＡｓＨ₃をそれぞれ９
ｃｃ／ｍｉｎ、４６ｃｃ／ｍｉｎ、３２ｃｃ／ｍｉｎず
つ流して、ＩｎＧａＡｓ受光層を成長させた。成長した
受光層の厚さは約３．５μｍ、キャリア濃度は１×１０
¹⁵個／ｃｍ³、格子不整合度は＋０．５×１０^-3であっ
た。受光層成長後にＴＭＧａ，ＴＭＩｎ，ＡｓＨ₃の供
給を停止し、ＴＭＩｎおよびＰＨ₃をそれぞれ４９ｃｃ
／ｍｉｎ、２３６ｃｃ／ｍｉｎずつ流して、ＩｎＰ窓層
を成長させた。成長した窓層の厚さは約２．０μｍ、キ
ャリア濃度は５×１０¹⁵個／ｃｍ³であった。

【００４１】水準Ｂは、原料供給を本発明の原料供給条
件に従って行ない、ＩｎＰ窓層４中のＡｓ濃度を本発明
の条件で変化させた試料であり、ＩｎＧａＡｓ受光層３
の成長終了後、ＴＭＩｎ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ₃の供給を
止め、ＴＭＩｎ、ＰＨ₃の供給と同時に少量のＡｓＨ₃を
供給してＩｎＰ窓層４を成長させ、その成長とともにＡ
ｓＨ₃の供給量を徐々に減らして、試料を作成した。Ｉ
ｎＰバッファ層とＩｎＧａＡｓ受光層の成長条件は水準
Ａと同じである。ＩｎＰ窓層の成長条件としては、Ｉｎ
ＧａＡｓ受光層成長後、ＴＭＧａ，ＴＭＩｎ，ＡｓＨ₃
の供給を停止し、ＴＭＩｎ，ＰＨ₃およびＡｓＨ₃をそれ
ぞれ４９ｃｃ／ｍｉｎ、２３６ｃｃ／ｍｉｎ、１．０ｃ
ｃ／ｍｉｎ供給した。この時のｔの値は３５７、ｓの値
は４．２４×１０^-3である。ＡｓＨ₃の供給量はＩｎＰ
窓層がＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ界面から１μｍ成長する間
に１．０ｃｃ／ｍｉｎから線形に零へ減少させた。

【００４２】水準ＣはＩｎＰ窓層４中のＡｓの濃度を一
定とする条件で作製した試料であり、ＩｎＧａＡｓ受光
層３の成長終了後、ＴＭＩｎ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ₃の供
給を止め、ＴＭＩｎ、ＰＨ₃の供給と同時に少量のＡｓ
Ｈ₃を供給して、ＩｎＰ窓層４を成長させ、その後もＡ
ｓＨ₃の供給量を一定に保持したまま成長させて、試料
を作成した。ＩｎＰバッファ層とＩｎＧａＡｓ受光層の
成長条件は水準Ａと同じである。ＩｎＰ窓層の成長条件
としては、ＩｎＧａＡｓ受光層成長後、ＴＭＧａ，ＴＭ
Ｉｎ，ＡｓＨ₃の供給を停止し、ＴＭＩｎ，ＰＨ₃，Ａｓ
Ｈ₃をそれぞれ４９ｃｃ／ｍｉｎ，２３６ｃｃ／ｍｉ
ｎ，１ｃｃ／ｍｉｎ連続して供給した。この時のｔの値
は３５７、ｓの値は４．２４×１０^-3である。上記３水
準の試料の測定結果を図４、図５、図６に示す。

【００４３】図４は水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られたエピタキ
シャルウェーハのＳＩＭＳ分析結果の概要を示すグラフ
である。横軸はウェーハ表面からの深さ（単位：μｍ）
を、縦軸はＡｓ濃度（単位：個／ｃｍ³）をそれぞれ表
している。図において、ウェーハ表面から約２．０μｍ
がＩｎＧａＡｓ受光層３とＩｎＰ窓層４との界面５であ
り、Ａｓ濃度はＩｎＧａＡｓ受光層３内では略一定で高
濃度であり、界面５で大幅に減少し、その後ＩｎＰ窓層
４内において水準Ａでは低レベルで推移し、水準Ｃでは
比較的高いレベルで一様に推移している。本発明に係る
水準Ｂでは、界面５から１μｍの範囲のＩｎＰ窓層４内
におけるＡｓ濃度は、上記した領域Ｓ内に収まってお
り、従来の水準Ａに比べ、界面５におけるＡｓ濃度が高
めであるとともに１μｍの間に徐々に低減している。

【００４４】図５は水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られた各試料の
暗電流測定値を示すグラフである。縦軸は暗電流であ
り、単位はｐＡ（ピコアンぺア）である。この図から分
かるように、水準Ａが最も高く、水準Ｂ、Ｃは低くなっ
ており、本発明に係る水準Ｂにおいて暗電流は大幅に改
善されている。水準Ａでは、ＩｎＰ窓層中にＡｓがない
ためＩｎＧａＡｓ受光層にＡｓ抜けが生じて暗電流が大
きくなっており、水準Ｂ，ＣではＡｓがＩｎＰ窓層中に
あるため、ＩｎＧａＡｓ受光層にＡｓ抜けが生じず暗電
流が小さくなっている。

【００４５】図６は水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られた各試料の
ＩｎＧａＡｓ受光層でのＰＬ（ホトルミネッセンス）強
度を示すグラフである。縦軸は強度であり、任意単位で
ある。ＰＬ強度はエピタキシャル層の結晶性を示す指標
であり、強度が強いことはＩｎＧａＡｓ受光層の結晶性
が良いことを示す。この図から分かるように水準Ａが最
も低く、水準Ｂ、Ｃが高いことが分かる。すなわち、Ａ
ｓをドープしない水準ＡではＡｓ抜けが発生して結晶性
が悪化しているが、本発明に係る水準ＢではＡｓ抜けが
防止されて良好な結晶性が得られていることが確認でき
た。

【００４６】また、ＩｎＰ窓層の光透過率については、
水準Ａでは、Ａｓがないため良好に保持され、水準Ｂで
はそれに次ぐ良好な光透過率を示し、水準ＣではＡｓが
多いため極度に悪化した。

【００４７】これらの結果から、本発明に係る水準Ｂで
は、ＩｎＧａＡｓ受光層でのＡｓ抜け低減および結晶性
の向上、並びにＩｎＰ窓層の良好な光透過率を両立させ
ることができ、光電変換特性を犠牲にすることなく、暗
電流が大幅に低減されている。

【００４８】上記の説明では、エピタキシャルウェーハ
１０をＭＯＣＶＤ装置を用いて製造するようにしたが、
本発明は、他の製造方法、例えばＶＰＥやＭＢＥのよう
な手法の製造にも同様に適用することができる。

【００４９】

【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。

【００５０】請求項１および請求項７に記載の発明で
は、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＰ層との界面近傍のＩｎＰ層
側でのＡｓ濃度を、５×１０¹⁹個／ｃｍ³以上５×１０
²⁰個／ｃｍ³以下とし、該界面から離れるに従って徐々
に低減していくようにしたので、ＩｎＧａＡｓ層でのＡ
ｓ抜け低減およびその結晶性の向上、並びにＩｎＰ層で
の良好な光透過率を両立させることができ、ＩｎＰ層で
の透光性を損ねることなく、暗電流を低減することがで
きる。

【００５１】また、請求項２に記載の発明では、ＩｎＰ
窓層中のＡｓ濃度ｙを界面から１．０μｍまでの範囲で
は所定範囲に収めるようにしたので、確実に暗電流を低
減することができる。

【００５２】また、請求項３および請求項１２に記載の
発明では、ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度が、界面から１．０
μｍ以上離れた位置では、０．９×１０¹⁹個／ｃｍ³以
下としたので、ＩｎＰ層での良好な光透過率を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のエピタキシャルウェーハの断面構造
を模式的に示す図である。

【図２】ＩｎＰ窓層における、界面から１．０μｍまで
の任意の深さｘでのＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度の存在領域
を示す図である。

【図３】ＩｎＰ窓層を成長させる際のＩｎ原料、Ｐ原料
およびＡｓ原料の供給条件を示す図である。

【図４】水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られたエピタキシャルウェ
ーハのＳＩＭＳ分析結果の概要を示すグラフである。

【図５】水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られた各試料の暗電流測定
値を示すグラフである。

【図６】水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られた各試料のＩｎＧａＡ
ｓ受光層でのＰＬ（ホトルミネッセンス）強度を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ＩｎＰ基板２ＩｎＰバッファー層３ＩｎＧａＡｓ受光層４ＩｎＰ窓層５ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層との界面１０エピタキシャルウェーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＩｎＧａＡｓ受光層と、該層に接するＩ
ｎＰ窓層とを備える受光素子用エピタキシャルウェーハ
において、ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度が、ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎ
Ｐ窓層との界面において５×１０¹⁹個／ｃｍ³以上５×
１０²⁰個／ｃｍ³以下であり、該界面から離れるに従っ
て徐々に低減していくことを特徴とする受光素子用エピ
タキシャルウェーハ。
【請求項２】ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度ｙ（単位：個／
ｃｍ³）が、ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層との界面
から１．０μｍまでの範囲の任意の位置ｘ（単位：μ
ｍ）において、次式（１）５×１０¹⁹・ｅｘｐ（−３．２ｘ）≦ｙ≦５×１０²⁰・ｅｘｐ（−４．０ｘ）（但し、０≦ｘ≦１）・・・・・式（１）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の受光
素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項３】ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度が、ＩｎＧａＡ
ｓ受光層とＩｎＰ窓層との界面から１．０μｍ以上離れ
た位置では、０．９×１０¹⁹個／ｃｍ³以下であること
を特徴とする請求項１または２に記載の受光素子用エピ
タキシャルウェーハ。
【請求項４】ＩｎＰ窓層の厚さが１〜５μｍであり、
キャリア濃度が５×１０¹³〜８×１０¹⁸個／ｃｍ³であ
ることを特徴とする請求項１乃至３に記載の受光素子用
エピタキシャルウェーハ。
【請求項５】ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ受光層が形
成され、その上に該ＩｎＧａＡｓ受光層に接してＩｎＰ
窓層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４
に記載の受光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項６】ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層との格
子不整合度が、−３．５×１０^-3以上３．５×１０^-3以
下であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の受光
素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項７】ＩｎＧａＡｓ受光層の上に、該層に接し
てＩｎＰ窓層を形成する受光素子用エピタキシャルウェ
ーハの製造方法において、ＩｎＰ窓層の形成の際にＡｓをドープし、ＩｎＰ窓層中
のＡｓ濃度を、ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層との界
面において５×１０¹⁹個／ｃｍ³以上５×１０² ⁰個／ｃ
ｍ³以下とし、かつ該界面から離れるに従い徐々に低減
するようにしたことを特徴とする受光素子用エピタキシ
ャルウェーハの製造方法。
【請求項８】成長装置にＩｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料
を気体で供給する有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ
法）により、ＩｎＧａＡｓ受光層上にＩｎＰ窓層を形成
することを特徴とする請求項７に記載の受光素子用エピ
タキシャルウェーハの製造方法。
【請求項９】ＡｓをドープしたＩｎＰ窓層を形成する
際のＩｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料の供給量（単位：モル
／分）が、Ｐ原料とＡｓ原料の供給量の和（Ｐ＋Ａｓ）
とＩｎ原料の供給量（Ｉｎ）との比（（Ｐ＋Ａｓ）／Ｉ
ｎ）をｔ、Ａｓ原料の供給量（Ａｓ）とＰ原料の供給量
（Ｐ）との比（Ａｓ／Ｐ）をｓとしたとき、次式（２）３１２５ｓ＋３００≦ｔ≦５２６３ｓ＋４００（但し、０≦ｓ≦０．０２）・・・・・式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項８に記載の受光
素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１０】ＩｎＧａＡｓ受光層の上にＡｓをドー
プしたＩｎＰ窓層を形成する際、Ａｓ原料の供給量をＩ
ｎＰ窓層の成長に従って減少させ、ＩｎＰ窓層中のＡｓ
濃度を、ＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＰ窓層との界面から
離れるに従い徐々に低減するようにしたことを特徴とす
る請求項８または９に記載の受光素子用エピタキシャル
ウェーハの製造方法。
【請求項１１】ＩｎＰ窓層が１μｍ成長した時点にお
いて、Ａｓ原料の供給を停止していることを特徴とする
請求項８乃至１０に記載の受光素子用エピタキシャルウ
ェーハの製造方法。
【請求項１２】ＩｎＰ窓層中のＡｓ濃度を、ＩｎＧａ
Ａｓ受光層とＩｎＰ窓層との界面から１．０μｍ以上離
れた位置では、０．９×１０¹⁹個／ｃｍ³以下とするこ
とを特徴とする請求項８乃至１１に記載の受光素子用エ
ピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１３】ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ受光層お
よびＩｎＰ窓層を形成することを特徴とする請求項８乃
至１２に記載の受光素子用エピタキシャルウェーハの製
造方法。
【請求項１４】ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ受光層お
よびＩｎＰ窓層を形成する温度を４５０〜７５０℃と
し、圧力を１３〜１０１３ｈＰａとすることを特徴とす
る請求項１３に記載の受光素子用エピタキシャルウェー
ハの製造方法。
【請求項１５】請求項１乃至６に記載の受光素子用エ
ピタキシャルウェーハから作製された受光素子。
【請求項１６】請求項７乃至１４に記載の受光素子用
エピタキシャルウェーハの製造方法により製造された受
光素子用エピタキシャルウェーハから作製された受光素
子。
【請求項１７】１．０〜１．６μｍの波長帯の光に対
して使用することを特徴とする請求項１５または１６に
記載の受光素子の使用方法。