JP2014216382A - Epitaxial wafer, light-receiving element, optical sensor device and epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents

Epitaxial wafer, light-receiving element, optical sensor device and epitaxial wafer manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2014216382A
JP2014216382A JP2013090478A JP2013090478A JP2014216382A JP 2014216382 A JP2014216382 A JP 2014216382A JP 2013090478 A JP2013090478 A JP 2013090478A JP 2013090478 A JP2013090478 A JP 2013090478A JP 2014216382 A JP2014216382 A JP 2014216382A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
buffer layer
epitaxial wafer
substrate
light receiving
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.)
Pending
Application number
JP2013090478A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
馨 柴田
Kaoru Shibata
馨 柴田
秋田 勝史
Katsushi Akita
勝史 秋田
貴司 石塚
Takashi Ishizuka
貴司 石塚
藤井慧
Kei Fujii
慧 藤井
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
Priority to JP2013090478A priority Critical patent/JP2014216382A/en
Priority to CN201480022894.2A priority patent/CN105144410A/en
Priority to US14/784,817 priority patent/US9680040B2/en
Priority to PCT/JP2014/060775 priority patent/WO2014175128A1/en
Priority to TW103114266A priority patent/TW201501279A/en
Publication of JP2014216382A publication Critical patent/JP2014216382A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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
    • H01L31/10Semiconductor 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epitaxial wafer and the like which can obtain good crystallinity so as to enable inhibition of a dark current.SOLUTION: An epitaxial wafer according to the present invention is formed on a substrate of a III-V semiconductor and comprises a buffer layer which is located in contact with the substrate and contains phosphor (P) and a light-receiving layer located on the buffer layer. A thickness d of the buffer layer is 0.002 times or more of a thickness t of a laminate from a top face of the buffer layer to a top face of the epitaxial layer.

Description

本発明は、エピタキシャルウエハ、受光素子、光学センサ装置、およびエピタキシャルウエハの製造方法であって、より具体的には、結晶性に優れた、エピタキシャルウエハ、受光素子、光学センサ装置、およびエピタキシャルウエハの製造方法、に関するものである。   The present invention relates to an epitaxial wafer, a light receiving element, an optical sensor device, and an epitaxial wafer manufacturing method, and more specifically, an epitaxial wafer, a light receiving element, an optical sensor device, and an epitaxial wafer having excellent crystallinity. This relates to a manufacturing method.

InP基板を用いたIII−V族化合物半導体は、バンドギャップエネルギが近赤外域に対応することから、通信用、生体検査用、夜間撮像用などの受光素子の研究開発が行われている。このなかで、近赤外〜赤外域の波長域は、生体や環境に関連する物質の吸収スペクトル等が位置するので、上記InP基板を用いた受光素子の長波長域への受光感度の拡大が重要なテーマとなっている。たとえば、InP基板上にエピタキシャル成長したInGaAs受光層を近赤外域の受光素子に用いる実用研究がなされている。また、より長波長域の感度を高めるため、InP基板上にInGaAs/GaAsSbのタイプ2の多重量子井戸構造(MQW:Multiple Quantum Well)の受光層を備えるフォトダイオードの提案がなされている(非特許文献1)。このフォトダイオードのカットオフ波長は2.39μmであり、波長1.7μmから2.7μmまでの感度特性が示されている。   Since III-V compound semiconductors using an InP substrate have a band gap energy corresponding to the near infrared region, research and development of light receiving elements for communication, biopsy, night imaging, and the like are being conducted. Among these, since the absorption spectrum of a substance related to a living body or the environment is located in the near-infrared to infrared wavelength range, the light receiving sensitivity using the InP substrate is extended to the long wavelength range. It has become an important theme. For example, practical research has been conducted in which an InGaAs light receiving layer epitaxially grown on an InP substrate is used for a light receiving element in the near infrared region. In addition, in order to increase sensitivity in a longer wavelength region, there has been proposed a photodiode including a light-receiving layer having an InGaAs / GaAsSb type 2 multiple quantum well (MQW) structure on an InP substrate (non-patent document). Reference 1). This photodiode has a cut-off wavelength of 2.39 μm, and shows a sensitivity characteristic from a wavelength of 1.7 μm to 2.7 μm.

また、InP基板の上にタイプ2の(InGaAs/GaAsSb)MQWを形成し、選択拡散マスクパターンを用いてp型不純物の亜鉛(Zn)を選択拡散することで、選択拡散されていない領域で隔てられた画素を形成したプレーナ型フォトダイオードの提案がなされている(特許文献1)。MQWの上には、(InP窓層/InGaAs拡散濃度分布調整層)が配置される。このプレーナ型フォトダイオードは、メサ構造の形成に伴うエッチングが不要なため、良好な結晶性を保ち、暗電流を低く抑えることができる。   Further, type 2 (InGaAs / GaAsSb) MQW is formed on an InP substrate, and p-type impurity zinc (Zn) is selectively diffused by using a selective diffusion mask pattern, so that the regions are not selectively diffused. There has been a proposal of a planar photodiode in which the formed pixels are formed (Patent Document 1). (InP window layer / InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer) is disposed on the MQW. Since this planar photodiode does not require etching accompanying the formation of the mesa structure, it can maintain good crystallinity and suppress dark current to a low level.

特開2009−206499号公報JP 2009-206499 A

R.Sidhu, et.al. "ALong-Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.17, No.12(2005), pp.2715-2717R. Sidhu, et.al. "ALong-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

有機金属気相成長(MOVPE)法によって、タイプ2の(InGaAs/GaAsSb)MQW、窓層等からなるエピタキシャルウエハを製造すると、原因を把握しきれていないが、基板の表面性状が原因で、結晶性が低下する場合がある。極端な場合は結晶性の低下に伴ってエピタキシャルウエハ表面に凸状部が発生する場合もある。一般に、上記のタイプのフォトダイオードに限定されず、所定のエピタキシャルウエハを能率よく製造でき、かつ優れた結晶性を確保できれば、受光素子に限らず各種半導体素子にとって有益である。   When an epitaxial wafer made of type 2 (InGaAs / GaAsSb) MQW, window layer, etc. is manufactured by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, the cause is not fully understood, but due to the surface properties of the substrate, the crystal May decrease. In extreme cases, convex portions may be generated on the surface of the epitaxial wafer as the crystallinity decreases. In general, the present invention is not limited to the above-mentioned type of photodiode, and it is beneficial not only to the light receiving element but also to various semiconductor elements if a predetermined epitaxial wafer can be efficiently manufactured and excellent crystallinity can be secured.

本発明は、暗電流を抑制できるように良好な結晶性を得ることができる、エピタキシャルウエハ、その製造方法、該エピタキシャルウエハを用いた受光素子、および光学センサ装置を提供することを目的とする。なお、本発明の適用は、有機金属気相成長法に限定されず、そのほかの成長法に対しても有効である。したがって、本発明についてエピタキシャル成長法はとくにいずれかのエピタキシャル成長法に限定する必要はない。   An object of the present invention is to provide an epitaxial wafer, a method for manufacturing the same, a light receiving element using the epitaxial wafer, and an optical sensor device that can obtain good crystallinity so as to suppress dark current. The application of the present invention is not limited to the metal organic vapor phase epitaxy, but is effective for other growth methods. Therefore, it is not necessary to limit the epitaxial growth method to any one of the epitaxial growth methods in the present invention.

本発明のエピタキシャルウエハは、III−V族半導体の基板に形成されたエピタキシャルウエハであって、基板に接して位置する、リン(P)を含むバッファ層と、バッファ層の上に位置する受光層と、を備え、バッファ層の厚みdが、バッファ層上面からエピタキシャル層の上面にいたる積層体の厚みtの0.002倍(0.002t)以上である。上記の本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、基板に接してリン(P)を含むバッファ層を成長する工程と、バッファ層の上に受光層を成長する工程と、バッファ層上面からエピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みをtとして、バッファ層の厚みdを0.002t以上とする製造方法である。   The epitaxial wafer of the present invention is an epitaxial wafer formed on a substrate of a group III-V semiconductor, and is a buffer layer containing phosphorus (P) located in contact with the substrate, and a light receiving layer located on the buffer layer The thickness d of the buffer layer is 0.002 times (0.002 t) or more of the thickness t of the stacked body from the upper surface of the buffer layer to the upper surface of the epitaxial layer. The epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes a step of growing a buffer layer containing phosphorus (P) in contact with a substrate, a step of growing a light-receiving layer on the buffer layer, and an epitaxial layer formed from the upper surface of the buffer layer. In this manufacturing method, the thickness of the laminate reaching the upper surface is t, and the thickness d of the buffer layer is 0.002 t or more.

本発明の別のエピタキシャルウエハは、III−V族半導体の基板に形成されたエピタキシャルウエハであって、基板に接して位置する、リン(P)を含まないバッファ層と、バッファ層の上に位置する受光層と、を備え、バッファ層の厚みdが、バッファ層上面からエピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みtの0.25倍(0.25t)以上である。上記の本発明の別のエピタキシャルウエハの製造方法は、基板に接してリン(P)を含まないバッファ層を成長する工程と、バッファ層の上に受光層を成長する工程と、バッファ層上面からエピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みをtとして、バッファ層の厚みdを0.25t以上とする製造方法である。   Another epitaxial wafer of the present invention is an epitaxial wafer formed on a group III-V semiconductor substrate, which is in contact with the substrate and does not contain phosphorus (P), and is positioned on the buffer layer. The buffer layer has a thickness d that is 0.25 times (0.25 t) or more the thickness t of the stacked body from the upper surface of the buffer layer to the upper surface of the epitaxial layer. Another epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention includes a step of growing a buffer layer not containing phosphorus (P) in contact with a substrate, a step of growing a light-receiving layer on the buffer layer, and an upper surface of the buffer layer. In this manufacturing method, the thickness of the stacked body reaching the upper surface of the epitaxial layer is t, and the thickness d of the buffer layer is 0.25 t or more.

本発明のエピタキシャルウエハ等によれば、能率よく製造しながら、良好な結晶性を得ることができる。   According to the epitaxial wafer and the like of the present invention, good crystallinity can be obtained while efficiently producing.

本発明の実施の形態におけるエピタキシャルウエハを示す図である。It is a figure which shows the epitaxial wafer in embodiment of this invention. 図1のエピタキシャルウエハから製造した受光素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the light receiving element manufactured from the epitaxial wafer of FIG. 異物が起点となってエピタキシャルウエハ表面に凸状部が生成するときの断面図である。It is sectional drawing when a convex-shaped part produces | generates on the epitaxial wafer surface from a foreign material. 図3Aのエピタキシャルウエハの平面図である。FIG. 3B is a plan view of the epitaxial wafer of FIG. 3A. 図1のエピタキシャルウエハの製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the epitaxial wafer of FIG. 全有機MOVPE法の成膜装置の配管系統等を示す図である。It is a figure which shows the piping system etc. of the film-forming apparatus of all the organic MOVPE method. 有機金属分子の流れと温度の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of an organometallic molecule | numerator, and the flow of temperature. 基板表面における有機金属分子の模式図である。It is a schematic diagram of the organometallic molecule in the substrate surface.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
1.エピタキシャルウエハ:
(1)バッファ層の厚み範囲:
バッファ層がリン(P)を含む場合、バッファ層の上面からエピタキシャルウエハの上面までの厚みをtとして、バッファ層の厚みdを、0.002t以上、より好ましくは0.01t以上さらに好ましくは0.05t以上とする。これにより、エピタキシャルウエハの結晶性を良好にして暗電流を抑制することができる。InP基板はエッチング等により表面性状を周到にクリーンにしたあとその基板上にバッファ層の成長がなされる。このとき原因を把握し切れていない不都合な表面性状、たとえば異物という用語で総称する表面部が存在する場合がある。これらの不都合な表面性状をバッファ層2によって文字通りカバーする。不都合な表面性状が存在すると、結晶性は劣化し、暗電流も増大する。上記のように結晶性の低下とともに表面に凸状部が発生する場合があり、製品歩留まり低下をもたらす場合がある。上記のバッファ層は、その異物を当該バッファ層のなかに完全にもしくは部分的に埋め込んで、結晶性の低下を防止し、かつ結晶欠陥が拡大してゆくのを抑止することができる。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the contents of the embodiments of the present invention will be listed and described.
1. Epitaxial wafer:
(1) Buffer layer thickness range:
When the buffer layer contains phosphorus (P), the thickness from the upper surface of the buffer layer to the upper surface of the epitaxial wafer is t, and the thickness d of the buffer layer is 0.002 t or more, more preferably 0.01 t or more, more preferably 0. .05t or more. Thereby, the crystallinity of the epitaxial wafer can be improved and dark current can be suppressed. After the surface properties of the InP substrate are thoroughly cleaned by etching or the like, a buffer layer is grown on the substrate. At this time, there may be an inconvenient surface property whose cause has not been fully grasped, for example, a surface portion collectively referred to as a foreign matter. These unfavorable surface properties are literally covered by the buffer layer 2. In the presence of unfavorable surface properties, crystallinity deteriorates and dark current increases. As described above, a convex portion may be generated on the surface along with a decrease in crystallinity, resulting in a decrease in product yield. The buffer layer can completely or partially embed the foreign material in the buffer layer to prevent the crystallinity from deteriorating and to prevent the crystal defects from expanding.

バッファ層がPを含まない場合、バッファ層の厚みdを0.25t以上とする。より好ましくは0.3t以上、さらに好ましくは0.5t以上、とするのがよい。これにより同様に、エピタキシャルウエハの結晶性を良好にして暗電流を抑制することができる。また、不都合な表面性状、たとえば異物の結晶性の劣化への影響を食い止める点でも共通する。   When the buffer layer does not contain P, the thickness d of the buffer layer is set to 0.25 t or more. More preferably, it is 0.3 t or more, and further preferably 0.5 t or more. Thereby, similarly, the crystallinity of the epitaxial wafer can be improved and the dark current can be suppressed. Moreover, it is common also in the point which suppresses the influence on an unfavorable surface property, for example, deterioration of the crystallinity of a foreign material.

通常、t=3.5μm〜6μm程度であり、平均4.75μmである。バッファ層がPを含む場合、積層体の厚みtの平均4.75μmとして、下限は0.01μm(4.75μm×0.002)程度である。バッファ層の厚みが厚いほど、付着した異物を埋め込む作用が発揮されるので、より好ましくは0.05μm以上、さらに好ましくは0.25μm以上とするのがよい。Pを含まない場合は1.2μm(4.75μm×0.25)程度以上、より好ましくは1.4μm以上、さらには2.4μm以上とするのがよい。   Usually, t = about 3.5 μm to 6 μm, and the average is 4.75 μm. When the buffer layer contains P, the lower limit is about 0.01 μm (4.75 μm × 0.002) as the average thickness t of the laminate is 4.75 μm. The thicker the buffer layer, the more effective it is to embed adhering foreign matter. Therefore, the thickness is more preferably 0.05 μm or more, and further preferably 0.25 μm or more. In the case where P is not included, the thickness is preferably about 1.2 μm (4.75 μm × 0.25) or more, more preferably 1.4 μm or more, and further preferably 2.4 μm or more.

バッファ層の厚みdの上限はP含有の有無によらず、0.5t程度とする。厚みtの平均4.75μmとして、P含有の有無によらず、上限は2.4μm程度である。なお、バッファ層は基板に接して成長させるが、受光層はバッファ層に接していなくてもよいし接していてもよい。窓層の受光層に対する関係についても、同様である。   The upper limit of the thickness d of the buffer layer is about 0.5 t regardless of the presence or absence of P. As the average thickness t is 4.75 μm, the upper limit is about 2.4 μm regardless of the presence or absence of P. Although the buffer layer is grown in contact with the substrate, the light receiving layer may or may not be in contact with the buffer layer. The same applies to the relationship of the window layer to the light receiving layer.

(2)基板およびバッファ層の材料:
(i)基板がInP基板であり、バッファ層がリン(P)を含む場合:
バッファ層は、InP単層、または(InP/InGaAs)複合層とするのがよい。これによって、InP基板との格子整合をとることが容易になり受光層の結晶性を向上させ、暗電流を低くすることができる。とくに(InP/InGaAs)複合層の場合は、InP基板との格子整合をとった上で、受光層に近赤外でよく用いられるInGaAs層が含まれる場合、受光層との相性もよくなり受光層の結晶性を向上することができる。
(ii)基板がInP基板であり、バッファ層がリン(P)を含まない場合:
バッファ層を、InGaAs単層とするのがよい。この場合、InP基板と上層の受光層との格子整合度を良くするために、上記のように厚みdを厚くするのがよい。
(2) Substrate and buffer layer materials:
(I) When the substrate is an InP substrate and the buffer layer contains phosphorus (P):
The buffer layer is preferably an InP single layer or an (InP / InGaAs) composite layer. This facilitates lattice matching with the InP substrate, improves the crystallinity of the light receiving layer, and lowers the dark current. In particular, in the case of an (InP / InGaAs) composite layer, lattice matching with the InP substrate is taken, and if the light receiving layer includes an InGaAs layer that is often used in the near infrared, the compatibility with the light receiving layer is also improved. The crystallinity of the layer can be improved.
(Ii) When the substrate is an InP substrate and the buffer layer does not contain phosphorus (P):
The buffer layer is preferably an InGaAs single layer. In this case, in order to improve the degree of lattice matching between the InP substrate and the upper light receiving layer, the thickness d is preferably increased as described above.

(3)受光層:
受光層を、タイプ2の(GaAs1−xSb(0<x≦1)/InGa1−yAs(0<y≦1))多重量子井戸構造とすることができる。これによって、良好な結晶性を確保しながら歩留まりよく製造することが難しい、多重量子井戸構造の受光層を備えたエピタキシャルウエハを、経済性を確保しながら得ることができる。
(3) Light receiving layer:
The light receiving layer may have a type 2 (GaAs 1-x Sb x (0 <x ≦ 1) / In y Ga 1-y As (0 <y ≦ 1)) multiple quantum well structure. As a result, an epitaxial wafer including a light-receiving layer having a multiple quantum well structure, which is difficult to manufacture with good yield while ensuring good crystallinity, can be obtained while ensuring economic efficiency.

(4)バッファ層成長前に基板に分散している異物:
不都合な表面性状の一つに原因を十分に把握し切れていない異物がある。前記エピタキシャルウエハを平面的に見て、異物が平均密度0.5個cm−2以下で分散し、前記バッファ層が断面的に見て、該異物を、部分的もしくは完全に埋め込んでいるのがよい。ここで、異物は、バッファ層の成長の直前に、基板に付着している異物である。異物がその時点でそこにある原因は、いろいろなケースがあって、とくに特定できていなくてもよい。ただし、結晶性の劣化に伴ってエピタキシャルウエハ表面に凸状部が生成する極端な場合、同じ成長機会に基板の段階で撮像した基板上に分散する異物の分布と、上記の凸状部の分布とが重なることが知られている。たとえば、差し渡し平均径5μm以下の異物が、該基板に、平均密度0.05個cm−2〜0.5個cm−2で分散している場合がある。基板上に分散した異物は、エピタキシャルウエハを、EDX(エネルギー分散X線分光法)、AES(オージェ電子分光法)、SEM(走査型電子顕微鏡)、分析SEM等で観察することができ、その密度を計量することができる。上記のようにバッファ層が、その異物を、部分的にもしくは完全に埋め込むことで、良好な結晶性を確保することができ、所定の場合、表面欠陥を抑制して歩留まりを高めることができる。
(4) Foreign matter dispersed on the substrate before growing the buffer layer:
One of the unfavorable surface properties is a foreign object whose cause is not fully understood. When the epitaxial wafer is seen in a plan view, foreign matters are dispersed at an average density of 0.5 cm −2 or less, and the buffer layer is seen in a cross section so that the foreign matters are partially or completely embedded. Good. Here, the foreign matter is a foreign matter adhering to the substrate immediately before the growth of the buffer layer. There are various cases of the cause of the foreign object at that time, and it may not be particularly specified. However, in extreme cases where convex portions are generated on the surface of the epitaxial wafer due to deterioration of crystallinity, the distribution of foreign matters dispersed on the substrate imaged at the stage of the substrate at the same growth opportunity, and the distribution of the convex portions described above Is known to overlap. For example, foreign substances having an average diameter of 5 μm or less may be dispersed on the substrate at an average density of 0.05 cm −2 to 0.5 cm −2 . Foreign matter dispersed on the substrate can be observed with an EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy), AES (Auger electron spectroscopy), SEM (scanning electron microscope), analytical SEM, etc. density of the epitaxial wafer Can be weighed. As described above, the buffer layer can partially or completely embed the foreign material to ensure good crystallinity. In a predetermined case, surface defects can be suppressed and the yield can be increased.

(5)基板の種類:
基板を、(GaAs,GaP,GaSb,InP,InAs,InSb,AlSb,およびAlAs)のうちのいずれか1つとすることができる。これによって、上記のIII−V族半導体のうちから基板を選択することで、近赤外〜遠赤外域の広い範囲のなかの波長域に応じて適切な受光層およびエピタキシャルウエハを、歩留まりよく製造することが可能になる。
(5) Board type:
The substrate can be any one of (GaAs, GaP, GaSb, InP, InAs, InSb, AlSb, and AlAs). As a result, by selecting a substrate from the group III-V semiconductors described above, suitable light-receiving layers and epitaxial wafers can be manufactured with high yield according to the wavelength range in the wide range from the near infrared to the far infrared. It becomes possible to do.

(6)バッファ層が異物を完全に埋め込まなくてもよい理由:
バッファ層が完全に異物を埋め込まなくてもよいのは、つぎの理由に基いている。
(i)異物を完全に埋め込まなくても、暗電流を十分低く抑制できるほど良好な結晶性を得ることができる。その理由は完全に分かっていない。
(ii)基板に分散している異物が起点となってエピタキシャルウエハ表面に凸状部が生成する場合、結晶性も低下する。この場合、エピタキシャルウエハ表面の凸状部自体の影響に限定すれば、エピタキシャルウエハを平面的に見て平均直径30μm程度にならないようにすればよい。平均直径30μm程度という数値は、このエピタキシャルウエハを用いて製造する受光素子アレイの画素ピッチがほぼ30μmであることに基いている。表面にあらわれる平均直径30μmの凸状部は、画素Pのピッチとほぼ同じである。このため、この程度の凸状部によれば、1画素〜4画素程度が形成不能になる程度でおさまることができる。逆にいえば、エピタキシャルウエハを形成した後の凸状部の平均直径が30μmを超えないように、バッファ層の厚みを上記の範囲とする。この凸状部の成長抑制によって、結晶性の劣化も限定的とすることができる。凸状部に関して、まとまった1箇所において1画素〜4画素程度の欠落は、ソフトウエア(プログラム)により補償することができる。それ以上の平面サイズの欠陥になると、画素の欠落がはっきり認識できるようになる。なお、通常、エピタキシャルウエハの表面で、直径が30μm以上の凸状部の密度を、0.05個cm−2以上0.5個cm−2以下とするのがよい。このような凸状部の成長抑制によって、結晶性の低下をも小さくすることができる。
(6) The reason why the buffer layer does not have to completely embed foreign matter:
The reason why the buffer layer does not need to be completely embedded with foreign matter is based on the following reason.
(I) Even if the foreign matter is not completely embedded, good crystallinity can be obtained so that the dark current can be suppressed sufficiently low. The reason is not fully understood.
(Ii) When a convex portion is generated on the surface of the epitaxial wafer starting from the foreign matter dispersed in the substrate, the crystallinity is also lowered. In this case, if it is limited to the influence of the convex portion itself on the surface of the epitaxial wafer, the average diameter of the epitaxial wafer should not be about 30 μm when viewed in plan. The numerical value of the average diameter of about 30 μm is based on the fact that the pixel pitch of the light receiving element array manufactured using this epitaxial wafer is about 30 μm. The convex portions having an average diameter of 30 μm appearing on the surface are substantially the same as the pitch of the pixels P. For this reason, according to the convex part of this level, it can be accommodated to the extent that about 1 to 4 pixels cannot be formed. Conversely, the thickness of the buffer layer is set in the above range so that the average diameter of the convex portions after the epitaxial wafer is formed does not exceed 30 μm. By suppressing the growth of the convex portion, the deterioration of crystallinity can be limited. With respect to the convex portion, a loss of about 1 to 4 pixels at a single place can be compensated by software (program). If the defect has a larger plane size, the missing pixel can be clearly recognized. In general, the density of the convex portions having a diameter of 30 μm or more on the surface of the epitaxial wafer is preferably 0.05 cm −2 or more and 0.5 cm −2 or less. By suppressing the growth of such convex portions, it is possible to reduce the decrease in crystallinity.

(7)受光素子および光学センサ装置:
本発明の受光素子は、上記のいずれかのエピタキシャルウエハにおける積層構造を備えている。これによって、暗電流が低く、かつ大きな画素欠落がなく良好な表示画像を有する受光素子を歩留まりよく低い製造コストで得ることができる。また、本発明の光学センサ装置は、上記の受光素子を備える。この光学センサ装置は、受光素子の各画素からの読み出し電極を備えたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor )、分光器(回折格子)、レンズなどの光学素子、マイコンなどの制御装置等を含み、分解能等の性能が優れた光学センサ装置を高い経済性で得ることができる。
(7) Light receiving element and optical sensor device:
The light receiving element of the present invention has a laminated structure on any of the above epitaxial wafers. As a result, a light receiving element having a low dark current, no large pixel omission, and a good display image can be obtained with a high yield and a low manufacturing cost. An optical sensor device of the present invention includes the light receiving element described above. This optical sensor device includes a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) having readout electrodes from each pixel of the light receiving element, a spectroscope (diffraction grating), an optical element such as a lens, a control device such as a microcomputer, and the like. An optical sensor device with excellent performance can be obtained with high economic efficiency.

2.エピタキシャルウエハの製造方法:
(1)本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、III−V族半導体の基板と、バッファ層と、受光層と、を備えるエピタキシャルウエハを製造する方法であって、基板に接してリン(P)を含むバッファ層を成長する工程と、バッファ層の上に受光層を成長する工程と、バッファ層上面からエピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みをtとして、バッファ層の厚みdを0.002t以上とする製造方法である。Pを含むバッファ層の厚みdを上記の範囲にする理由は、上記のエピタキシャルウエハで説明したとおりである。このような厚み範囲にすることで、良好な結晶性を確保して暗電流を抑えることができる。また、基板の表面に異物が分散している場合、その異物を部分的もしくは完全に埋め込むことで、良好な結晶性を確保し、またエピタキシャルウエハの表面での凸状部の成長拡大を抑制することができる。この場合、たとえば、基板をInP基板として、Pを含むバッファ層として、InP層または(InP/InGaAs)複合層とすることができる。その理由についても上述のとおりである。エピタキシャル層の成長には、どのような成長法を用いてもよいが、MOVPE法は能率よく結晶性の良好なエピタキシャル層を得ることができる。また、あとで詳しく説明する全有機金属気相成長法を用いてもよい。
2. Epitaxial wafer manufacturing method:
(1) An epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing an epitaxial wafer comprising a substrate of a III-V group semiconductor, a buffer layer, and a light receiving layer, wherein the epitaxial wafer is in contact with the substrate and is made of phosphorus (P) The step of growing a buffer layer containing, the step of growing a light receiving layer on the buffer layer, and the thickness of the stacked body from the upper surface of the buffer layer to the upper surface of the epitaxial layer is t. This is the manufacturing method as described above. The reason why the thickness d of the buffer layer containing P is in the above range is as described in the epitaxial wafer. By setting it as such a thickness range, favorable crystallinity can be ensured and dark current can be suppressed. In addition, when foreign matter is dispersed on the surface of the substrate, the foreign matter is partially or completely embedded to ensure good crystallinity and suppress the growth of the convex portion on the surface of the epitaxial wafer. be able to. In this case, for example, the substrate can be an InP substrate, and the buffer layer containing P can be an InP layer or an (InP / InGaAs) composite layer. The reason is also as described above. Any growth method may be used for the growth of the epitaxial layer, but the MOVPE method can efficiently obtain an epitaxial layer with good crystallinity. Further, an all-organic metal vapor phase epitaxy method described in detail later may be used.

(2)本発明のエピタキシャルウエハの別の製造方法は、III−V族半導体の基板と、バッファ層と、受光層と、を備えるエピタキシャルウエハを製造する方法であって、基板に接してリン(P)を含まないバッファ層を成長する工程と、バッファ層の上に受光層を成長する工程と、バッファ層上面からエピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みをtとして、バッファ層の厚みdを0.25t以上とする製造方法である。Pを含まないバッファ層の厚みdを上記の範囲にする理由は、上記のエピタキシャルウエハの項で説明したとおりである。このような厚み範囲にすることで、良好な結晶性を確保して暗電流を抑えることができる。また、基板の表面に異物が分散している場合、その異物をほぼ完全に埋め込むことで、良好な結晶性を確保し、またエピタキシャルウエハの表面での凸状部の発生を抑制することができる。この場合、たとえば、基板をInP基板として、Pを含まないバッファ層としてInGaAs層とすることができる。その理由についても上述のとおりである。 (2) Another method for producing an epitaxial wafer according to the present invention is a method for producing an epitaxial wafer comprising a substrate of a III-V semiconductor, a buffer layer, and a light receiving layer. The step of growing the buffer layer not containing P), the step of growing the light-receiving layer on the buffer layer, and the thickness d of the stack from the upper surface of the buffer layer to the upper surface of the epitaxial layer is t. This is a manufacturing method of 0.25 t or more. The reason why the thickness d of the buffer layer not containing P is in the above range is the same as described in the section of the epitaxial wafer. By setting it as such a thickness range, favorable crystallinity can be ensured and dark current can be suppressed. In addition, when foreign matter is dispersed on the surface of the substrate, it is possible to ensure good crystallinity and to suppress the occurrence of convex portions on the surface of the epitaxial wafer by almost completely embedding the foreign matter. . In this case, for example, the substrate can be an InP substrate and the buffer layer not containing P can be an InGaAs layer. The reason is also as described above.

(3)異物:
異物については上述のとおりである。上記のようにバッファ層が、その異物を、部分的にもしくは完全に埋め込むことで、良好な結晶性を確保することができる。また、これらバッファ層によって、表面欠陥の拡大成長を抑制して歩留まりの低下を防ぐことができる。
(3) Foreign matter:
The foreign matter is as described above. As described above, the buffer layer partially or completely embeds the foreign matter, thereby ensuring good crystallinity. In addition, these buffer layers can suppress the growth of surface defects and prevent the yield from decreasing.

(4)バッファ層の成長温度:
バッファ層の成長温度は400℃以上600℃以下とすることができる。バッファ層の成長温度を400℃以上600℃以下とすることで異物中の欠陥を促進する特定の元素、たとえばアンチモン(Sb)などの元素は活性化されにくくなる。ただし受光層にアンチモン(Sb)を含む場合、400℃以上480℃以下で成長することが好ましい。
(4) Buffer layer growth temperature:
The growth temperature of the buffer layer can be 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. By setting the growth temperature of the buffer layer to 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, a specific element that promotes defects in the foreign matter, for example, an element such as antimony (Sb) is hardly activated. However, when the light-receiving layer contains antimony (Sb), it is preferably grown at 400 ° C. or higher and 480 ° C. or lower.

(5)エピタキシャル層の成長温度:
バッファ層に接する上層から窓層にいたる各エピタキシャル層の成長温度を400℃以上525℃以下とするのがよい。これによって、たとえば受光層にSbが含まれる場合Sbのサーファクタント作用を比較的小さくして、窓層にあらわれる凸状部のサイズを抑制することができる。
(5) Growth temperature of epitaxial layer:
The growth temperature of each epitaxial layer from the upper layer in contact with the buffer layer to the window layer is preferably 400 ° C. or more and 525 ° C. or less. Accordingly, for example, when the light receiving layer contains Sb, the surfactant action of Sb can be made relatively small, and the size of the convex portion appearing in the window layer can be suppressed.

(6)受光層:
受光層を、タイプ2の(GaAs1−xSb(0<x≦1)/InGa1−yAs(0<y≦1))多重量子井戸構造とすることができる。これによって、良好な結晶性を確保しながら歩留まりよく製造することが難しい、上記アンチモン含有多重量子井戸構造の受光層を備えたエピタキシャルウエハを、経済性を確保しながら得ることができる。
(6) Light receiving layer:
The light receiving layer may have a type 2 (GaAs 1-x Sb x (0 <x ≦ 1) / In y Ga 1-y As (0 <y ≦ 1)) multiple quantum well structure. As a result, an epitaxial wafer provided with the light-receiving layer having the antimony-containing multiple quantum well structure, which is difficult to manufacture with good yield while ensuring good crystallinity, can be obtained while ensuring economic efficiency.

[本願発明の実施の形態の詳細]
次に、本願発明の実施形態のエピタキシャルウエハ等の具体例を、図面を参照しながら説明する。なお、本願発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
[Details of the embodiment of the present invention]
Next, specific examples of the epitaxial wafer and the like according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included.

図1は、本発明の実施の形態におけるエピタキシャルウエハ1aを示す断面図である。エピタキシャルウエハ1aは、InP基板1、InP基板1に接してエピタキシャル成長したバッファ層2と、その上に位置するエピタキシャル積層体7とからなる。エピタキシャル積層体7の厚みをt(μm)とする。バッファ層2も含めるとその内容はつぎのとおりである。
(InP基板1/n型バッファ層2/タイプ2の(InGaAs/GaAsSb)多重量子井戸構造(MQW:Multi-Quantum Well)の受光層3/InGaAs拡散濃度分布調整層4/InP窓層5)
上記のうち、InGaAs拡散濃度分布調整層4はなくてもよい。またバッファ層2は、次のようにするのがよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an epitaxial wafer 1a according to an embodiment of the present invention. The epitaxial wafer 1a includes an InP substrate 1, a buffer layer 2 that is epitaxially grown in contact with the InP substrate 1, and an epitaxial multilayer 7 positioned thereon. The thickness of the epitaxial laminate 7 is assumed to be t (μm). The contents of the buffer layer 2 are as follows.
(InP substrate 1 / n-type buffer layer 2 / type 2 (InGaAs / GaAsSb) multi-quantum well (MQW) light-receiving layer 3 / InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 / InP window layer 5)
Of the above, the InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 may be omitted. The buffer layer 2 is preferably as follows.

バッファ層2は、Pを含むバッファ層の場合、InP単層もしくは(InP/InGaAs)複合層とする。この場合、バッファ層2のトータルの厚みdは、エピタキシャルウエハの積層体7の厚みtの0.002倍(0.002t)以上とする。これによって、比較的厚みが小さくてもInP基板1との格子整合度を高くすることができる、また、とくに(InP/InGaAs)複合層とする場合、基板1との格子整合度のみならず、タイプ2多重量子井戸構造のInGaAs/GaAsSbとの格子整合度をも高めることができる。とくに原因が特定できない異物が、薄膜成長室内でバッファ層2を成長する直前の基板に分散している場合、その異物を部分的にもしくは完全に埋め込むことで、上層のタイプ2多重量子井戸構造の受光層3の結晶性を保持することができる。とくに窓層5の表面に生成する場合がある凸状部の粗大な成長を抑制することができる。また、Pを含まないバッファ層の場合、InGaAsバッファ層2として、厚みを0.25t以上、たとえば1.2μm(4.75μm×0.25)程度以上、より好ましくは1.4μm以上、さらには2.4μm以上とするのがよい。   In the case of a buffer layer containing P, the buffer layer 2 is an InP single layer or an (InP / InGaAs) composite layer. In this case, the total thickness d of the buffer layer 2 is set to 0.002 times (0.002 t) or more of the thickness t of the stacked body 7 of epitaxial wafers. This makes it possible to increase the degree of lattice matching with the InP substrate 1 even when the thickness is relatively small. In particular, in the case of an (InP / InGaAs) composite layer, not only the degree of lattice matching with the substrate 1 but also The degree of lattice matching with InGaAs / GaAsSb having a type 2 multiple quantum well structure can also be increased. In particular, when a foreign substance whose cause cannot be specified is dispersed in the substrate immediately before the buffer layer 2 is grown in the thin film growth chamber, the foreign substance is partially or completely embedded to form the upper type 2 multiple quantum well structure. The crystallinity of the light receiving layer 3 can be maintained. In particular, the coarse growth of the convex portion that may be generated on the surface of the window layer 5 can be suppressed. In the case of a buffer layer not containing P, the InGaAs buffer layer 2 has a thickness of 0.25 t or more, for example, about 1.2 μm (4.75 μm × 0.25), more preferably 1.4 μm or more, It should be 2.4 μm or more.

バッファ層2の成長の直前に、上述のように十分把握し切れていない原因によってInP基板1の表面に異物が散乱している場合がある。この場合、上記のいずれかのバッファ層2を、上記のように厚く成長すると、バッファ層2は異物を自身の中に埋め込むように成長する。この結果、異物はバッファ層2の表面に多少の凸状部Kを形成することはあるかもしれないが、表面欠陥として大きく成長しない。異物はバッファ層2に埋め込まれて、その上の受光層3にSbを含む層が含まれても、大サイズの欠陥にまで成長しない。   Immediately before the growth of the buffer layer 2, foreign matter may be scattered on the surface of the InP substrate 1 due to the reason that it is not sufficiently grasped as described above. In this case, when any one of the buffer layers 2 is grown thick as described above, the buffer layer 2 grows so as to embed foreign substances in itself. As a result, the foreign matter may form some convex portions K on the surface of the buffer layer 2, but does not grow as a surface defect. Even if the foreign matter is embedded in the buffer layer 2 and the light receiving layer 3 thereabove contains a layer containing Sb, it does not grow into a large-sized defect.

バッファ層2上に、タイプ2の(GaAsSb/InGaAs)MQWの受光層3を、厚み5nmのGaAsSbと厚み5nmのInGaAsとを1ペアとして250ペア成長し、次いで、InGaAs拡散濃度分布調整層4をたとえば厚み0.3μm程度成長し、その上にInP窓層5をたとえば厚み0.8μm程度成長している。バッファ層2を厚くすることで、窓層5にあらわれる大部分の凸状部Kを、直径が30μm以下とすることができる。   On the buffer layer 2, a type 2 (GaAsSb / InGaAs) MQW light-receiving layer 3 is grown by 250 pairs of GaAsSb having a thickness of 5 nm and InGaAs having a thickness of 5 nm as a pair, and then an InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 is formed. For example, a thickness of about 0.3 μm is grown, and an InP window layer 5 is grown thereon, for example, with a thickness of about 0.8 μm. By making the buffer layer 2 thick, most of the convex portions K appearing in the window layer 5 can have a diameter of 30 μm or less.

図2は、本発明の実施の形態における受光素子50を示す図である。受光素子50は、図1のエピタキシャルウエハ1aを用いて形成されている。エピタキシャルウエハ1aに対して、画素Pおよび電極11,12が形成されている。この受光素子50はプレーナ型受光素子であるが、本実施の形態におけるエピタキシャルウエハはプレーナ型フォトダイオードに限定されず、メサ型フォトダイオードに用いてもよい。図2Aに示すように、プレーナ型フォトダイオードの特徴的な点は、画素Pの配列構造にある。InP窓層5からInGaAs層4を経て受光層3内にわたって位置するp型領域6は、SiN膜の選択拡散マスクパターン36の開口部から、p型不純物のZnを選択拡散することで形成する。p型領域6は、選択拡散されていない領域で隔てられており、画素Pの主要部となる。選択拡散マスクパターン36の開口部の間隔を調整することで、p型領域6を隣の画素または側面から所定距離隔てられる。   FIG. 2 is a diagram showing the light receiving element 50 in the embodiment of the present invention. The light receiving element 50 is formed using the epitaxial wafer 1a of FIG. A pixel P and electrodes 11 and 12 are formed on the epitaxial wafer 1a. The light receiving element 50 is a planar light receiving element. However, the epitaxial wafer in the present embodiment is not limited to a planar photodiode, and may be used as a mesa photodiode. As shown in FIG. 2A, a characteristic point of the planar photodiode is an arrangement structure of the pixels P. The p-type region 6 located from the InP window layer 5 through the InGaAs layer 4 and into the light-receiving layer 3 is formed by selectively diffusing Zn of the p-type impurity from the opening of the selective diffusion mask pattern 36 of the SiN film. The p-type region 6 is separated by a region that is not selectively diffused, and becomes a main part of the pixel P. By adjusting the distance between the openings of the selective diffusion mask pattern 36, the p-type region 6 is separated from the adjacent pixel or side surface by a predetermined distance.

p型領域6にはAuZnによるp側電極11を、またInP基板1の裏面にはAuGeNiのn側電極12を、それぞれオーミック接触するように設ける。InP基板1にはn型不純物がドープされ、所定レベルの導電性を確保されている。InP基板1は絶縁性または半絶縁性でもよく、その場合には、n型バッファ層にn側電極12をオーミック接触するように配置する。   A p-side electrode 11 made of AuZn is provided in the p-type region 6, and an n-side electrode 12 made of AuGeNi is provided in ohmic contact with the back surface of the InP substrate 1. The InP substrate 1 is doped with an n-type impurity to ensure a predetermined level of conductivity. The InP substrate 1 may be insulative or semi-insulating. In that case, the n-side electrode 12 is disposed in ohmic contact with the n-type buffer layer.

画素Pは30μmピッチで配列されている。本実施の形態では、結晶性の低下を防ぐためにかつ歩留まり低下を抑えるために、異物を起点として窓層5にあらわれる大部分の凸状部の直径(平面視)を、30μm以下にする。窓層5にあらわれる凸状部は、何も対策をとらなければ粗大になり、画素Pを欠落させる場合も生じる。窓層5にあらわれる大部分の凸状部の平面直径(縦横平均)を30μm以下にすれば、欠落する画素Pは多く見積もって4個程度である。この程度の画素の欠落であれば、ソフトウエア(プログラム)によって補償することができ、画像の質を劣化することにならない。本実施の形態では、このような理由に基いて、異物を起点にしてSbを含む受光層3によって欠陥が拡大されたとしても、窓層5にあらわれる大部分の凸状部の平面直径Dを30μm以下にすることを指針にした。   Pixels P are arranged at a pitch of 30 μm. In this embodiment, in order to prevent a decrease in crystallinity and to suppress a decrease in yield, the diameter (plan view) of most convex portions appearing on the window layer 5 starting from foreign matters is set to 30 μm or less. The convex portion appearing in the window layer 5 becomes coarse if no measures are taken, and the pixel P may be lost. If the plane diameter (vertical and horizontal average) of most convex portions appearing in the window layer 5 is 30 μm or less, the number of missing pixels P is estimated to be about four. If there is such a missing pixel, it can be compensated by software (program), and the quality of the image is not deteriorated. In the present embodiment, even if the defect is enlarged by the light receiving layer 3 containing Sb starting from the foreign matter, the plane diameter D of most of the convex portions appearing in the window layer 5 is set based on such a reason. The guideline was to make it 30 μm or less.

窓層5にあらわれる場合がある凸状部について、その直径(縦横平均)Dを30μm以下にするために、次の手段(A1)〜(A3)を用いる。
(A1)受光層がSbを含む場合、バッファ層2の厚みを、エピタキシャル積層体7の厚みをtとして、バッファ層2がP含有の場合は、下限は0.02μmさらには下限0.05μm程度、さらには下限0.5μm程度とするのがよく、下限1.0μm〜1.25μmであってもかまわない。また、バッファ層がPを含有しない場合、1.2μm(4.75μm×0.25)程度以上、より好ましくは1.5μm以上、さらには2μm以上とするのがよい。図3Aは、異物Gを完全に埋め込むようにバッファ層2を成長させた場合のエピタキシャルウエハ1aを示す。
For the convex portion that may appear in the window layer 5, the following means (A1) to (A3) are used in order to reduce the diameter (vertical and horizontal average) D to 30 μm or less.
(A1) When the light receiving layer contains Sb, when the buffer layer 2 contains P with the thickness of the buffer layer 2 being t, the lower limit is about 0.02 μm, and the lower limit is about 0.05 μm. Further, the lower limit is preferably about 0.5 μm, and the lower limit may be 1.0 μm to 1.25 μm. Further, when the buffer layer does not contain P, it is preferably about 1.2 μm (4.75 μm × 0.25) or more, more preferably 1.5 μm or more, and further preferably 2 μm or more. FIG. 3A shows the epitaxial wafer 1a when the buffer layer 2 is grown so as to completely embed the foreign matter G therein.

(A2)バッファ層2の成長温度を原則400℃以上600℃以下とするが、より好ましくは400℃以上480℃以下とするのがよい。バッファ層2の成長温度が480℃を超えると受光層3中のSbのサーファクタント作用が発揮されてしまい、バッファ層2による異物の埋め込み効果が作用しにくくなる。480℃以下にすることによって、バッファ層2によって完全にもしくは部分的に異物を活性化させることなく埋め込むことができる。 (A2) The growth temperature of the buffer layer 2 is basically 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or higher and 480 ° C. or lower. When the growth temperature of the buffer layer 2 exceeds 480 ° C., the surfactant action of Sb in the light receiving layer 3 is exhibited, and the effect of embedding foreign matter by the buffer layer 2 becomes difficult to act. By setting the temperature to 480 ° C. or lower, the buffer layer 2 can be completely or partially embedded without activating foreign matter.

(A3)窓層5にあらわれる大部分の凸状部Kの平面直径を30μm以下にするのに、バッファ層2より上の各層の成長温度を、400℃以上525℃以下で成長することは、有効に作用する。とくに、成長温度500℃以下にするのが好ましい。すなわち、受光層3/窓層5、もしくは受光層3/拡散濃度分布調整層4/窓層5、における各層の成長温度を400℃以上525℃以下もしくは400℃以上500℃以下とするのがよい。
上記の(A1)〜(A3)によって、図3Bに示すように、窓層5にあらわれる大部分の凸状部Kの直径(縦横平均)Dを30μm以下にすることができる。
(A3) Growing the growth temperature of each layer above the buffer layer 2 to 400 ° C. or more and 525 ° C. or less in order to reduce the plane diameter of most convex portions K appearing in the window layer 5 to 30 μm or less, It works effectively. In particular, the growth temperature is preferably 500 ° C. or lower. That is, the growth temperature of each layer in the light receiving layer 3 / window layer 5 or the light receiving layer 3 / diffusion concentration distribution adjusting layer 4 / window layer 5 is preferably 400 ° C. or more and 525 ° C. or less or 400 ° C. or more and 500 ° C. or less. .
By the above (A1) to (A3), as shown in FIG. 3B, the diameter (vertical / horizontal average) D of most convex portions K appearing in the window layer 5 can be made 30 μm or less.

つぎに本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ1aの製造方法を、図4に従って説明する。成長法は、MOVPE法を用いる。まずInP基板1を準備し、成長室内に配置する。InP基板1は、エッチング等により表面性状を周到にクリーンにした状態で基板テーブルに配置される。このとき原因を把握し切れていない不都合な表面性状、たとえば異物という用語で総称する表面部が存在する場合がある。これらの不都合な表面性状をバッファ層2によって文字通りカバーする。すなわちInP基板1に、上記の厚み範囲のバッファ層2をMOVPE法により成長する。たとえばn型InPバッファ層2を、たとえば厚み0.5μm(500nm)以上にエピタキシャル成長させる。バッファ層2の厚みは、0.5μm〜1.5μm(500nm〜1500nm)程度もしくはそれ以上であってもよい。バッファ層2のn型のドーピングには、TeESi(テトラエチルシラン)を用いるのがよい。このときの原料ガスには、TMIn(トリメチルインジウム)およびPH(ホスフィン)を用いる。PHの代わりにTBP(ターシャリーブチルホスフィン)を用いてもよい。このInPバッファ層2の成長では、成長温度を400℃以上600℃以下を原則とするが、上記のように480℃以下とするのが好ましい。バッファ層の厚みも厚くするが、成長温度も異例の低い温度とするのが好ましい。その理由は、上記(A2)で説明したとおりである。 Next, a method for manufacturing epitaxial wafer 1a in the present embodiment will be described with reference to FIG. The growth method uses the MOVPE method. First, an InP substrate 1 is prepared and placed in a growth chamber. The InP substrate 1 is placed on the substrate table in a state where the surface properties are thoroughly cleaned by etching or the like. At this time, there may be an inconvenient surface property whose cause has not been fully grasped, for example, a surface portion collectively referred to as a foreign matter. These unfavorable surface properties are literally covered by the buffer layer 2. That is, the buffer layer 2 having the above thickness range is grown on the InP substrate 1 by the MOVPE method. For example, the n-type InP buffer layer 2 is epitaxially grown to a thickness of 0.5 μm (500 nm) or more, for example. The thickness of the buffer layer 2 may be about 0.5 μm to 1.5 μm (500 nm to 1500 nm) or more. TeESi (tetraethylsilane) is preferably used for n-type doping of the buffer layer 2. At this time, TMIn (trimethylindium) and PH 3 (phosphine) are used as the source gas. TBP (tertiary butyl phosphine) may be used instead of PH 3 . In the growth of the InP buffer layer 2, the growth temperature is generally 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, but is preferably 480 ° C. or less as described above. Although the thickness of the buffer layer is also increased, the growth temperature is preferably an unusually low temperature. The reason is as described in (A2) above.

バッファ層2より上の各層の成長についても、MOVPE法を用いることで、低い成長温度で能率よく良好な結晶性を確保することができる。バッファ層2のあと、タイプ2の(InGaAs/GaAsSb)MQW受光層3、InGaAs拡散濃度分布調整層4およびInP窓層5を、MOVPE法によって一貫して同じ成長室で成長する。このとき、上記(A3)で述べたように、成長温度または基板温度は、温度400℃以上かつ525℃以下の範囲に維持するのがよい。この温度範囲より高い成長温度にすると、結晶性を低下させ、欠陥のサイズを増大させるおそれが高くなること、および、受光層3中のGaAsSbが熱のダメージを受けて相分離を生じるおそれが増大する。   Also for the growth of each layer above the buffer layer 2, by using the MOVPE method, good crystallinity can be secured efficiently at a low growth temperature. After the buffer layer 2, the type 2 (InGaAs / GaAsSb) MQW light receiving layer 3, the InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 and the InP window layer 5 are consistently grown in the same growth chamber by the MOVPE method. At this time, as described in the above (A3), the growth temperature or the substrate temperature is preferably maintained in the range of 400 ° C. or more and 525 ° C. or less. When the growth temperature is higher than this temperature range, there is a high possibility that the crystallinity is lowered and the size of the defect is increased, and the possibility that the GaAsSb in the light receiving layer 3 is damaged by heat and causes phase separation. To do.

400℃未満の成長温度とすると、発生する場合がある凸状部Kの直径は小さくなるか、また当該凸状部Kの密度も疎になるが、MOVPE法の原料ガスが十分に分解せず、炭素がエピタキシャル層に取り込まれる。原料ガスにおいて金属と結合している炭化水素の炭素である。炭素がエピタキシャル層に混入すると、意図しないp型領域が形成され、半導体素子にまで仕上げた状態で、性能劣化を生じる。たとえば受光素子の状態で、暗電流が多く、実用レベルの製品にならない。   If the growth temperature is lower than 400 ° C., the diameter of the convex portion K that may be generated is small or the density of the convex portion K is sparse, but the source gas of the MOVPE method is not sufficiently decomposed. , Carbon is incorporated into the epitaxial layer. This is hydrocarbon carbon bonded to metal in the source gas. When carbon is mixed into the epitaxial layer, an unintended p-type region is formed, and performance degradation occurs in a state where the semiconductor element is finished. For example, in the state of the light receiving element, there is a lot of dark current, and it cannot be a practical product.

上記の半導体素子もしくはエピタキシャルウエハは、上述のように、通常のMOVPE法により製造することができる。すなわち市販の有機金属気相成長装置を用いて、そこで常用されている原料ガスを用いて上記の半導体素子等を製造することができる。しかし、全有機金属気相成長法を用いることでより一層結晶性に優れたものを製造することができる。全有機金属気相成長法は、すべての成膜材料に有機金属ガスを用いる方法であり、通常の有機金属気相成長法との相違は、リンを含むIII−V族半導体層の成長の原料にあらわれる。全有機金属気相成長法(全有機MOVPE)と、普通のMOVPEとの相違は、このリン原料にターシャリーブチルホスフィン(TBP)を用いるか、または無機材料のホスフィン(PH)を用いるかに端的にあらわれる。 The semiconductor element or the epitaxial wafer can be manufactured by a normal MOVPE method as described above. In other words, the above-described semiconductor element or the like can be manufactured using a commercially available metal organic vapor phase growth apparatus and using a source gas commonly used therein. However, by using the all-organometallic vapor phase epitaxy method, it is possible to manufacture a material having further excellent crystallinity. The all-organic metal vapor phase growth method is a method using an organic metal gas for all film forming materials, and the difference from a normal metal organic vapor phase growth method is a raw material for growing a III-V group semiconductor layer containing phosphorus. Appears. The difference between all metalorganic vapor phase epitaxy (total organic MOVPE) and ordinary MOVPE is whether tertiary phosphine (TBP) or inorganic phosphine (PH 3 ) is used as the phosphorus raw material. It appears briefly.

図5に全有機金属気相成長法の成膜装置60の配管系統等を示す。全有機金属気相成長法の成膜装置であるが、MOVPE法でもほぼ同じ成膜装置を用いる。成長室(チャンバ)63内に石英管65が配置され、その石英管65に、原料ガスが導入される。石英管65中には、基板テーブル66が、回転自在に、かつ気密性を保つように配置される。基板テーブル66には、基板加熱用のヒータ66hが設けられる。成膜途中のエピタキシャルウエハ1aの表面の温度は、成長室63の天井部に設けられたウィンドウ69を通して、赤外線温度モニタ装置61によりモニタされる。このモニタされる温度が、成長するときの温度、または成膜温度もしくは基板温度等と呼ばれる温度である。本発明における製造方法における、温度400℃以上かつ480℃以下でInPバッファ層2などを形成する、というときの400℃以上および480℃以下は、この温度モニタで計測される温度である。石英管65からの強制排気は真空ポンプによって行われる。   FIG. 5 shows a piping system and the like of the film formation apparatus 60 of the all-organic metal vapor phase epitaxy method. Although it is a film formation apparatus of all metal organic vapor phase epitaxy, almost the same film formation apparatus is used in the MOVPE method. A quartz tube 65 is disposed in the growth chamber (chamber) 63, and a raw material gas is introduced into the quartz tube 65. A substrate table 66 is disposed in the quartz tube 65 so as to be rotatable and airtight. The substrate table 66 is provided with a heater 66h for heating the substrate. The temperature of the surface of the epitaxial wafer 1 a during film formation is monitored by the infrared temperature monitoring device 61 through a window 69 provided on the ceiling of the growth chamber 63. This monitored temperature is a temperature at the time of growth or a temperature called a film forming temperature or a substrate temperature. In the manufacturing method of the present invention, when the InP buffer layer 2 is formed at a temperature of 400 ° C. or higher and 480 ° C. or lower, 400 ° C. or higher and 480 ° C. or lower are temperatures measured by this temperature monitor. The forced exhaust from the quartz tube 65 is performed by a vacuum pump.

エピタキシャルウエハなどを成長するたびに、有機金属気体などが成長室63の内壁に付着して累積してゆく。基板テーブル66にInP基板1を配置して昇温すると熱膨張の差などの熱衝撃によって付着物が落下して石英管65の中に入り込み、InP基板1の表面に散乱し付着する場合がある。このような現象は全有機金属気相成長法に限らずMOVPE法でも共通して起こることである。本実施の形態では、仮に偶然的に異物がInP基板1に散乱することがあったとしても、上記手段(A1)〜(A3)によって、結晶性が低い部分を局所にとどめ、凸状部の平面的な直径を30μm以下にすることで、歩留まり低下を生じることなく、製造することが可能となる。   Every time an epitaxial wafer or the like is grown, an organic metal gas or the like adheres to the inner wall of the growth chamber 63 and accumulates. When the InP substrate 1 is placed on the substrate table 66 and the temperature rises, the deposit may fall into the quartz tube 65 due to a thermal shock such as a difference in thermal expansion, and may scatter and adhere to the surface of the InP substrate 1. . Such a phenomenon is not limited to all metal organic vapor phase epitaxy, but also occurs in common with MOVPE. In the present embodiment, even if foreign matter is accidentally scattered on the InP substrate 1, the means (A 1) to (A 3) keeps the portion with low crystallinity locally, and the convex portion By making the planar diameter 30 μm or less, it is possible to manufacture without reducing the yield.

原料ガスは、石英管65に連通する配管によって、供給される。全有機金属気相成長法法は、原料ガスをすべて有機金属気体の形態で供給する点に特徴がある。すなわち原料ガスは、各種の炭化水素と結合した金属の形態をとる。図5では、導電型を決める不純物等の原料ガスは明記していないが、不純物も有機金属気体の形態で導入される。有機金属気体の原料ガスは、恒温槽に入れられて一定温度に保持される。搬送ガスには、水素(H)および窒素(N)が用いられる。有機金属気体は、搬送ガスによって搬送され、また真空ポンプで吸引されて石英管65に導入される。搬送ガスの量は、MFC(Mass Flow Controller:流量制御器)によって精度よく調節される。多数の、流量制御器、電磁弁等は、マイクロコンピュータによって自動制御される。 The source gas is supplied by a pipe communicating with the quartz tube 65. The all-organometallic vapor phase growth method is characterized in that all source gases are supplied in the form of an organometallic gas. That is, the source gas takes the form of a metal combined with various hydrocarbons. In FIG. 5, source gases such as impurities that determine the conductivity type are not specified, but impurities are also introduced in the form of an organometallic gas. An organic metal gas source gas is put in a thermostat and maintained at a constant temperature. Hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) are used as the carrier gas. The organometallic gas is transported by a transport gas, and is sucked by a vacuum pump and introduced into the quartz tube 65. The amount of carrier gas is accurately adjusted by an MFC (Mass Flow Controller). Many flow controllers, solenoid valves, and the like are automatically controlled by a microcomputer.

バッファ層2の成長のあと、InGaAs/GaAsSbを量子井戸のペアとするタイプ2のMQWの受光層3を形成する。量子井戸におけるGaAsSbは、膜厚はたとえば5nm、またInGaAs3bの膜厚もたとえば5nmとする。GaAsSbの成膜では、TEGa(トリエチルガリウム)、TBAs(ターシャリーブチルアルシン)およびTMSb(トリメチルアンチモン)を用いる。また、InGaAsについては、TEGa、TMIn、およびTBAsを用いることができる。これらの原料ガスは、すべて有機金属気体であり、化合物の分子量は大きい。このため、400℃以上かつ525℃以下の比較的低温で完全に分解して、結晶成長に寄与することができる。MQWの受光層3を全有機金属気相成長法によって、量子井戸の界面の組成変化を急峻にするすることができる。この結果、高精度の分光測光をすることができる。   After the growth of the buffer layer 2, a type 2 MQW light-receiving layer 3 having InGaAs / GaAsSb as a pair of quantum wells is formed. The thickness of GaAsSb in the quantum well is 5 nm, for example, and the thickness of InGaAs3b is also 5 nm, for example. In the film formation of GaAsSb, TEGa (triethylgallium), TBAs (tertiary butylarsine), and TMSb (trimethylantimony) are used. For InGaAs, TEGa, TMIn, and TBAs can be used. These source gases are all organometallic gases, and the molecular weight of the compound is large. Therefore, it can be completely decomposed at a relatively low temperature of 400 ° C. or more and 525 ° C. or less and contribute to crystal growth. The MQW light-receiving layer 3 can be made sharp in the composition change at the interface of the quantum well by the all-organic metal vapor deposition method. As a result, highly accurate spectrophotometry can be performed.

Ga(ガリウム)の原料としては、TEGa(トリエチルガリウム)でもよいし、TMGa(トリメチルガリウム)でもよい。In(インジウム)の原料としては、TMIn(トリメチルインジウム)でもよいし、TEIn(トリエチルインジウム)でもよい。As(砒素)の原料としては、TBAs(ターシャリーブチルアルシン)でもよいし、TMAs(トリメチル砒素)でもよい。
Sb(アンチモン)の原料としては、TMSb(トリメチルアンチモン)でもよいし、TESb(トリエチルアンチモン)でもよい。また、TIPSb(トリイソプロピルアンチモン)、また、TDMASb(トリスジメチルアミノアンチモン)でもよい。
As a raw material for Ga (gallium), TEGa (triethylgallium) or TMGa (trimethylgallium) may be used. The raw material for In (indium) may be TMIn (trimethylindium) or TEIn (triethylindium). As a raw material of As (arsenic), TBAs (tertiary butylarsine) or TMAs (trimethylarsenic) may be used.
The raw material for Sb (antimony) may be TMSb (trimethylantimony) or TESb (triethylantimony). Further, TIPSb (triisopropylantimony) or TDMASb (trisdimethylaminoantimony) may be used.

原料ガスは、配管を搬送されて、石英管65に導入されて排気される。原料ガスは、何種類でも配管を増やして石英管65に練通させることができる。たとえば十数種類の原料ガスであっても、電磁バルブの開閉によって制御される。
原料ガスは、流量の制御は、図5に示す流量制御器(MFC)によって制御された上で、石英管65への流入を電磁バルブの開閉によってオンオフされる。そして、石英管65からは、真空ポンプによって強制的に排気される。原料ガスの流れに停滞が生じる部分はなく、円滑に自動的に行われる。よって、量子井戸のペアを形成するときの組成の切り替えは、迅速に行われる。
The source gas is transported through the piping, introduced into the quartz tube 65, and exhausted. Any number of source gases can be added to the quartz tube 65 by increasing the number of pipes. For example, even a dozen kinds of source gases are controlled by opening and closing the electromagnetic valve.
The flow rate of the source gas is controlled by a flow rate controller (MFC) shown in FIG. 5, and the flow into the quartz tube 65 is turned on and off by opening and closing the electromagnetic valve. The quartz tube 65 is forcibly exhausted by a vacuum pump. There is no stagnation in the flow of the source gas, and it is performed smoothly and automatically. Therefore, the composition is switched quickly when forming the quantum well pair.

図6Aは有機金属分子の流れと温度の流れを示す図であり、図6Bは基板表面における有機金属分子の模式図である。エピタキシャルウエハ1aの表面はモニタされる温度とされている。図6Bに示すような、大サイズの有機金属分子がウエハ表面をかすめて流れるとき、分解して結晶成長に寄与する化合物分子は表面に接触する範囲、および表面から数個分の有機金属分子の膜厚範囲、のものに限られると考えられる。しかし、エピタキシャルウエハ表面温度または基板温度が、400℃未満のような過度に低い場合、原料ガスの巨大な分子、とくに炭素が十分に分解・除去されないで、エピタキシャルウエハ1aに取り込まれる。III−V族半導体中に混入した炭素はp型不純物となり、意図しない半導体素子を形成することになる。このため、半導体の本来の機能を低下させ、半導体素子に製造された状態で性能劣化をもたらす。   6A is a diagram showing the flow of organometallic molecules and the flow of temperature, and FIG. 6B is a schematic diagram of organometallic molecules on the substrate surface. The surface of the epitaxial wafer 1a is set to a monitored temperature. As shown in FIG. 6B, when large-sized organometallic molecules flow through the wafer surface, the compound molecules that decompose and contribute to crystal growth are in contact with the surface and several organometallic molecules from the surface. It is considered that the film thickness range is limited. However, when the surface temperature of the epitaxial wafer or the substrate temperature is excessively low, such as less than 400 ° C., huge molecules of the source gas, particularly carbon, are not sufficiently decomposed and removed and are taken into the epitaxial wafer 1a. Carbon mixed in the group III-V semiconductor becomes a p-type impurity and forms an unintended semiconductor element. For this reason, the original function of a semiconductor is reduced, and performance deterioration is brought about in the state manufactured to the semiconductor element.

真空ポンプで強制排気しながら上記ペアの化学組成に適合した原料ガスを電磁バルブで切り替えて導入するとき、わずかの慣性をもって先の化学組成の結晶を成長させたあとは、先の原料ガスの影響を受けず、切り替えられた化学組成の結晶を成長させることができる。その結果、ヘテロ界面での組成変化を急峻にすることができる。これは、先の原料ガスが、石英管65内に実質的に残留しないことを意味している。   When a source gas suitable for the chemical composition of the above pair is introduced by switching with an electromagnetic valve while forcibly evacuating with a vacuum pump, after the crystal of the previous chemical composition is grown with a slight inertia, the influence of the previous source gas The crystal having the changed chemical composition can be grown. As a result, the composition change at the hetero interface can be made steep. This means that the previous source gas does not substantially remain in the quartz tube 65.

バッファ層2を形成する場合、480℃を超える温度範囲で成長すると、異物をそのまま埋め込むことが難しくなる。異物を埋め込むためには、480℃以下というバッファ層2としては異例の低温でエピタキシャル成長させることが重要である。全有機金属気相成長法が、そのような異例な低温でのバッファ層2の成長を余裕をもって可能にする。その理由は、上記のとおりである。バッファ層2を400℃以上で成長する理由は、原料ガスに必然的に含まれる炭素がエピタキシャルウエハ内に取り込まれ、性能劣化の原因になるからである。ただし600℃以下であれば、異物の性状によっては問題なく埋め込むことができる。   When the buffer layer 2 is formed, if it grows in a temperature range exceeding 480 ° C., it becomes difficult to bury the foreign matter as it is. In order to embed foreign matter, it is important to epitaxially grow the buffer layer 2 at 480 ° C. or lower at an unusual low temperature. All metal organic vapor phase epitaxy enables the growth of the buffer layer 2 at such an unusual low temperature with a margin. The reason is as described above. The reason why the buffer layer 2 is grown at 400 ° C. or more is that carbon inevitably contained in the source gas is taken into the epitaxial wafer and causes performance deterioration. However, if it is 600 degrees C or less, it can embed without a problem depending on the property of a foreign material.

タイプ2(InGaAs/GaAsSb)MQWの受光層3を形成する場合、525℃を超える温度範囲で成長するとMQWのGaAsSb層に相分離が大規模で起こり、上述の凸状部Kのサイズ拡大および密度増加を助長させる。しかし一方で、上記のように、400℃未満の成長温度とすると、原料ガスに必然的に含まれる炭素がエピタキシャルウエハ内に取り込まれる。混入した炭素はp型不純物として機能するので、半導体素子に仕上げた状態で、製品にならないほどの性能劣化の原因になる。   When the type 2 (InGaAs / GaAsSb) MQW light-receiving layer 3 is formed, if it grows in a temperature range exceeding 525 ° C., phase separation occurs in the MQW GaAsSb layer on a large scale, and the size and density of the convex portion K described above are increased. Contribute to the increase. On the other hand, as described above, when the growth temperature is lower than 400 ° C., carbon inevitably contained in the source gas is taken into the epitaxial wafer. Since the mixed carbon functions as a p-type impurity, it may cause performance deterioration to a level that does not result in a product when the semiconductor element is finished.

図5に示すようにバッファ層2の形成からInP窓層5の形成まで、全有機金属気相成長法によって同じ成膜室または石英管65の中で成長を続けることが、もう一つのポイントになる。すなわち、本実施の形態のエピタキシャルウエハ1aは再成長界面を持たない。再成長界面では、酸素濃度1e17cm−3以上、炭素濃度1e17cm−3以上のうちの少なくとも1つが満たされ、結晶性は劣化し、エピタキシャル積層体の表面は平滑になりにくい。本発明では、酸素および炭素の濃度がいずれも1e17cm−3未満である。 As shown in FIG. 5, from the formation of the buffer layer 2 to the formation of the InP window layer 5, it is another point that the growth is continued in the same film formation chamber or quartz tube 65 by the all metal organic vapor phase growth method. Become. That is, the epitaxial wafer 1a of the present embodiment does not have a regrowth interface. At the regrowth interface, at least one of the oxygen concentration of 1e17 cm −3 or more and the carbon concentration of 1e17 cm −3 or more is satisfied, the crystallinity is deteriorated, and the surface of the epitaxial multilayer is difficult to be smooth. In the present invention, the oxygen and carbon concentrations are both less than 1e17 cm −3 .

本実施の形態では、MQWの受光層3の上に、たとえば膜厚0.3μm程度のノンドープInGaAs拡散濃度分布調整層4を形成する。このInGaAs拡散濃度分布調整層4は、受光素子の形成の際、高濃度のZnが上記のMQW受光層3に進入すると、結晶性を害するので、その調整のために設ける。p型不純物のZnは、InP窓層5を形成したあと、選択拡散法によってInP窓層5からMQWの受光層3に届くように選択拡散される。このInGaAs拡散濃度分布調整層4は、上記のように配置してもよいが、なくてもよい。   In the present embodiment, a non-doped InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 having a film thickness of, for example, about 0.3 μm is formed on the MQW light receiving layer 3. The InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 is provided for adjusting the high-density Zn that enters the MQW light-receiving layer 3 when the light-receiving element is formed. After forming the InP window layer 5, the p-type impurity Zn is selectively diffused from the InP window layer 5 to the MQW light receiving layer 3 by a selective diffusion method. The InGaAs diffusion concentration distribution adjustment layer 4 may be arranged as described above, but may not be provided.

InGaAs拡散濃度分布調整層4を挿入した場合であっても、InGaAsはバンドギャップが小さいのでノンドープであっても受光素子の電気抵抗を低くすることができる。電気抵抗を低くすることで、応答性を高めて良好な画質の動画を得ることができる。InGaAs拡散濃度分布調整層4の上に、同じ石英管65内にエピタキシャルウエハ1aを配置したまま連続して、アンドープのInP窓層5を、全有機金属気相成長法によってたとえば膜厚0.8μm程度にエピタキシャル成長するのがよい。原料ガスには、上述のように、トリメチルインジウム(TMIn)およびターシャリーブチルホスフィン(TBP)を用いる。この原料ガスの使用によって、InP窓層5の成長温度を400℃以上かつ525℃以下にすることができる。この結果、InP窓層5の下に位置するMQWのGaAsSbは、熱のダメージを受けないか、または比較的小さい熱のダメージのみを受ける。このため、発生する場合がある直径30μm以上の凸状部の密度を実用上許容できるレベルに低下させ、また炭素濃度を低くすることができる。   Even when the InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 is inserted, since the InGaAs has a small band gap, the electric resistance of the light receiving element can be lowered even if it is non-doped. By reducing the electrical resistance, it is possible to improve the responsiveness and obtain a moving image with good image quality. An undoped InP window layer 5 is continuously formed on the InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 while the epitaxial wafer 1a is disposed in the same quartz tube 65 by a metal organic chemical vapor deposition method, for example, with a film thickness of 0.8 μm. It is better to grow epitaxially to the extent. As described above, trimethylindium (TMIn) and tertiary butylphosphine (TBP) are used for the source gas. By using this source gas, the growth temperature of the InP window layer 5 can be set to 400 ° C. or more and 525 ° C. or less. As a result, the GaAsSb of MQW located under the InP window layer 5 is not damaged by heat or receives only relatively small heat damage. For this reason, the density of the convex part with a diameter of 30 μm or more that may occur can be lowered to a practically acceptable level, and the carbon concentration can be lowered.

たとえばMBE(分子線エピタキシー)法によってInP窓層5を成長するには、燐原料に固体の原料を用いる必要があり、安全性などの点で問題があった。また製造能率という点でも改良の余地があった。上記組成が小刻みに変わるMQWの受光層3の成長に適したMBE法によって当該MQWの受光層3およびInGaAs拡散濃度分布調整層4を成長した後、安全性の問題からInP窓層5をMBE法以外の方法によって成長する場合が多い。この場合、InGaAs拡散濃度分布調整層4とInP窓層5との界面は、いったん大気に露出された再成長界面となる。再成長界面は、二次イオン質量分析によって、酸素濃度が1e17cm−3以上および炭素濃度が1e17cm−3以上のうち、少なくとも一つを満たすことによって特定することができる。再成長界面は、p型領域と交差線を形成し、交差線で電荷リークを生じて、画質を著しく劣化させる。また、たとえばInP窓層5を、全有機金属気相成長法ではなくMOVPE法によって成長すると、燐の原料にホスフィン(PH)を用いるため、分解温度が高く、下層に位置するGaAsSbの熱によるダメージの発生を誘起するおそれが高い。 For example, in order to grow the InP window layer 5 by the MBE (molecular beam epitaxy) method, it is necessary to use a solid raw material as a phosphorus raw material, which has a problem in terms of safety. There was also room for improvement in terms of manufacturing efficiency. After the MQW light-receiving layer 3 and the InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 are grown by the MBE method suitable for the growth of the MQW light-receiving layer 3 whose composition changes in small increments, the InP window layer 5 is formed by the MBE method for safety reasons. It is often grown by other methods. In this case, the interface between the InGaAs diffusion concentration distribution adjusting layer 4 and the InP window layer 5 becomes a regrowth interface once exposed to the atmosphere. The regrowth interface can be specified by satisfying at least one of the oxygen concentration of 1e17 cm −3 or more and the carbon concentration of 1e17 cm −3 or more by secondary ion mass spectrometry. The regrowth interface forms a crossing line with the p-type region, and a charge leak occurs at the crossing line, thereby significantly degrading the image quality. Further, for example, when the InP window layer 5 is grown by the MOVPE method instead of the all-organic metal vapor phase epitaxy method, phosphine (PH 3 ) is used as the raw material of phosphorus, so that the decomposition temperature is high and the heat of GaAsSb located in the lower layer There is a high risk of inducing damage.

本発明のエピタキシャルウエハ、受光素子等によれば、良好な結晶性のものを能率よく製造することができる。また、原因を特定できない異物が基板表面に位置する場合には、その異物を起点として結晶欠陥を拡大成長させずに、結晶性を保ちかつ欠陥の大きさを、実用上、歩留まり低下につなげないようにできる。この結果、近赤外〜赤外域に感度を持つ暗電流の低い受光素子を低い製造コストで製造することができる。   According to the epitaxial wafer, the light receiving element, and the like of the present invention, it is possible to efficiently manufacture a product with good crystallinity. In addition, when a foreign substance whose cause cannot be specified is located on the substrate surface, the crystal defect is not enlarged and grown from the foreign substance, and crystallinity is maintained and the size of the defect cannot be practically reduced in yield. You can As a result, a light receiving element having a sensitivity in the near infrared to infrared region and having a low dark current can be manufactured at a low manufacturing cost.

1 InP基板、1a ウエハ、2 バッファ層(InPおよび/またはInGaAs)、3 タイプ2のMQW受光層、4 InGaAs層(拡散濃度分布調整層)、5 InP窓層、6 p型領域、11 p側電極(画素電極)、12 n側電極、15 pn接合、35 AR(反射防止)膜、36 選択拡散マスクパターン、50 受光素子(受光素子アレイ)、60 全有機MOVPE法の成膜装置、61 赤外線温度モニタ装置、63 成長室、65 石英管、69 成長室の窓、66 基板テーブル、66h ヒータ、d バッファ層の厚み、D 凸状部の平均直径、G 異物、K 凸状部、P 画素、t 受光層〜窓層の積層体の厚み。

1 InP substrate, 1a wafer, 2 buffer layer (InP and / or InGaAs), 3 type 2 MQW light receiving layer, 4 InGaAs layer (diffusion concentration distribution adjusting layer), 5 InP window layer, 6 p-type region, 11 p side Electrode (pixel electrode), 12 n-side electrode, 15 pn junction, 35 AR (antireflection) film, 36 selective diffusion mask pattern, 50 light receiving element (light receiving element array), 60 all organic MOVPE film forming apparatus, 61 infrared Temperature monitor device, 63 growth chamber, 65 quartz tube, 69 growth chamber window, 66 substrate table, 66h heater, d buffer layer thickness, D convex portion average diameter, G foreign matter, K convex portion, P pixel, t The thickness of the laminate of the light receiving layer to the window layer.

Claims (10)

III−V族半導体の基板に形成されたエピタキシャルウエハであって、
前記基板に接して位置する、リン(P)を含むバッファ層と、
前記バッファ層の上に位置する受光層と、を備え、
前記バッファ層の厚みdが、前記バッファ層上面から前記エピタキシャル層の上面にいたる積層体の厚みtの0.002倍(0.002t)以上である、エピタキシャルウエハ。
An epitaxial wafer formed on a group III-V semiconductor substrate,
A buffer layer containing phosphorus (P), located in contact with the substrate;
A light receiving layer located on the buffer layer,
An epitaxial wafer in which the thickness d of the buffer layer is 0.002 times (0.002 t) or more of the thickness t of the stacked body from the upper surface of the buffer layer to the upper surface of the epitaxial layer.
前記基板がInP基板であり、前記バッファ層が、InP層または(InP/InGaAs)複合層である、請求項1に記載のエピタキシャルウエハ。   The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the substrate is an InP substrate, and the buffer layer is an InP layer or an (InP / InGaAs) composite layer. III−V族半導体の基板に形成されたエピタキシャルウエハであって、
前記基板に接して位置する、リン(P)を含まないバッファ層と、
前記バッファ層の上に位置する受光層と、を備え、
前記バッファ層の厚みdが、前記バッファ層上面から前記エピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みtの0.25倍(0.25t)以上である、エピタキシャルウエハ。
An epitaxial wafer formed on a group III-V semiconductor substrate,
A buffer layer not in contact with the substrate and containing no phosphorus (P);
A light receiving layer located on the buffer layer,
An epitaxial wafer in which the thickness d of the buffer layer is 0.25 times (0.25 t) or more of the thickness t of the stacked body from the upper surface of the buffer layer to the upper surface of the epitaxial layer.
前記基板がInP基板であり、前記バッファ層が、InGaAs層である、請求項3に記載のエピタキシャルウエハ。   The epitaxial wafer according to claim 3, wherein the substrate is an InP substrate, and the buffer layer is an InGaAs layer. 前記受光層がタイプ2の(GaAs1−xSb(0<x≦1)/InGa1−yAs(0<y≦1))多重量子井戸構造である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエピタキシャルウエハ。 The light receiving layer type 2 (GaAs 1-x Sb x (0 <x ≦ 1) / In y Ga 1-y As (0 <y ≦ 1)) is a multiple quantum well structure, of claim 1 The epitaxial wafer according to any one of claims. 前記エピタキシャル層を平面的に見て、異物が平均密度0.5個cm−2以下で分散し、前記バッファ層が断面的に見て、該異物を、部分的もしくは完全に埋め込んでいる、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエピタキシャルウエハ。 The foreign matter is dispersed in an average density of 0.5 cm −2 or less when the epitaxial layer is viewed in plan, and the foreign matter is partially or completely embedded in the buffer layer when viewed in cross section. Item 6. The epitaxial wafer according to any one of Items 1 to 5. 請求項1に記載されたエピタキシャルウエハにおけるIII−V族半導体の積層構造を備える、受光素子。   A light receiving element comprising a laminated structure of a group III-V semiconductor in the epitaxial wafer according to claim 1. 請求項7に記載の受光素子を備えた、光学センサ装置。   An optical sensor device comprising the light receiving element according to claim 7. III−V族半導体の基板と、バッファ層と、受光層と、を備えるエピタキシャルウエハを製造する方法であって、
前記基板に接してリン(P)を含むバッファ層を成長する工程と、
前記バッファ層の上に前記受光層を成長する工程と、
前記バッファ層上面から前記エピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みをtとして、前記バッファ層の厚みdを0.002t以上とする、エピタキシャルウエハの製造方法。
A method of manufacturing an epitaxial wafer comprising a substrate of a III-V semiconductor, a buffer layer, and a light receiving layer,
Growing a buffer layer containing phosphorus (P) in contact with the substrate;
Growing the light receiving layer on the buffer layer;
An epitaxial wafer manufacturing method, wherein t is a thickness of a stacked body from the upper surface of the buffer layer to an upper surface of the epitaxial layer, and a thickness d of the buffer layer is 0.002 t or more.
III−V族半導体の基板と、バッファ層と、受光層と、を備えるエピタキシャルウエハを製造する方法であって、
前記基板に接してリン(P)を含まないバッファ層を成長する工程と、
前記バッファ層の上に前記受光層を成長する工程と、
前記バッファ層上面から前記エピタキシャル層の上面に至る積層体の厚みをtとして、前記バッファ層の厚みdを0.25t以上とする、エピタキシャルウエハの製造方法。

A method of manufacturing an epitaxial wafer comprising a substrate of a III-V semiconductor, a buffer layer, and a light receiving layer,
Growing a buffer layer not containing phosphorus (P) in contact with the substrate;
Growing the light receiving layer on the buffer layer;
An epitaxial wafer manufacturing method, wherein t is a thickness of a stacked body from the upper surface of the buffer layer to an upper surface of the epitaxial layer, and a thickness d of the buffer layer is 0.25 t or more.

JP2013090478A 2013-04-23 2013-04-23 Epitaxial wafer, light-receiving element, optical sensor device and epitaxial wafer manufacturing method Pending JP2014216382A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013090478A JP2014216382A (en) 2013-04-23 2013-04-23 Epitaxial wafer, light-receiving element, optical sensor device and epitaxial wafer manufacturing method
CN201480022894.2A CN105144410A (en) 2013-04-23 2014-04-16 Semiconductor element and method for manufacturing same
US14/784,817 US9680040B2 (en) 2013-04-23 2014-04-16 Semiconductor device and method for manufacturing the same
PCT/JP2014/060775 WO2014175128A1 (en) 2013-04-23 2014-04-16 Semiconductor element and method for manufacturing same
TW103114266A TW201501279A (en) 2013-04-23 2014-04-18 Semiconductor element and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013090478A JP2014216382A (en) 2013-04-23 2013-04-23 Epitaxial wafer, light-receiving element, optical sensor device and epitaxial wafer manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014216382A true JP2014216382A (en) 2014-11-17

Family

ID=51941904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013090478A Pending JP2014216382A (en) 2013-04-23 2013-04-23 Epitaxial wafer, light-receiving element, optical sensor device and epitaxial wafer manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014216382A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011027624A1 (en) * 2009-09-07 2011-03-10 住友電気工業株式会社 Group iii-v compound semiconductor light receiving element, method for manufacturing group iii-v compound semiconductor light receiving element, light receiving element, and epitaxial wafer
JP2011222874A (en) * 2010-04-13 2011-11-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor wafer, photo detector, photo detector array, hybrid type detector device, optical sensor device, and manufacturing method of semiconductor wafer
JP2012038766A (en) * 2010-08-03 2012-02-23 Sumitomo Electric Ind Ltd Detector, light-receiving element array, semiconductor chip, method for manufacturing them, and optical sensor device
JP2012216727A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Light receiving element, method for manufacturing the same, and detection device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011027624A1 (en) * 2009-09-07 2011-03-10 住友電気工業株式会社 Group iii-v compound semiconductor light receiving element, method for manufacturing group iii-v compound semiconductor light receiving element, light receiving element, and epitaxial wafer
JP2011222874A (en) * 2010-04-13 2011-11-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor wafer, photo detector, photo detector array, hybrid type detector device, optical sensor device, and manufacturing method of semiconductor wafer
JP2012038766A (en) * 2010-08-03 2012-02-23 Sumitomo Electric Ind Ltd Detector, light-receiving element array, semiconductor chip, method for manufacturing them, and optical sensor device
JP2012216727A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Light receiving element, method for manufacturing the same, and detection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5892476B2 (en) Epitaxial wafer, light receiving element, optical sensor device, and method for manufacturing epitaxial wafer and light receiving element
WO2014175128A1 (en) Semiconductor element and method for manufacturing same
US9123843B2 (en) Semiconductor device
JP5748176B2 (en) Light receiving element, epitaxial wafer, and manufacturing method thereof
US9818895B2 (en) Semiconductor device, optical sensor device and semiconductor device manufacturing method
WO2015059988A1 (en) Epitaxial wafer and method for manufacturing same
WO2012114849A1 (en) Light-receiving element and method for producing same
US9608148B2 (en) Semiconductor element and method for producing the same
JP5736922B2 (en) Light receiving element and manufacturing method thereof
JP2013171948A (en) Light-emitting element, epitaxial wafer and manufacturing method of the same
JP6137732B2 (en) Epitaxial wafer and method for manufacturing the same
US9698287B2 (en) Epitaxial wafer, method for producing the same, semiconductor element, and optical sensor device
JP2015015306A (en) Semiconductor element and manufacturing method of the same
EP2590232A1 (en) Photoreceptor element and method for producing same
JP2012080010A (en) Epitaxial wafer, semiconductor element, and method of manufacturing them
JP6036906B2 (en) Light receiving element and manufacturing method thereof
JP4941525B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2014216382A (en) Epitaxial wafer, light-receiving element, optical sensor device and epitaxial wafer manufacturing method
JP2015015476A (en) Epitaxial wafer and manufacturing method of the same
JP2014075603A (en) Light-receiving element array and epitaxial wafer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161115

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170605