JP2019201091A - 半導体積層体および受光素子 - Google Patents
半導体積層体および受光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019201091A JP2019201091A JP2018094257A JP2018094257A JP2019201091A JP 2019201091 A JP2019201091 A JP 2019201091A JP 2018094257 A JP2018094257 A JP 2018094257A JP 2018094257 A JP2018094257 A JP 2018094257A JP 2019201091 A JP2019201091 A JP 2019201091A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light receiving
- semiconductor
- main surface
- diffusion block
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 144
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 83
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 46
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 34
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 17
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 15
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 12
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 11
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HTDIUWINAKAPER-UHFFFAOYSA-N trimethylarsine Chemical compound C[As](C)C HTDIUWINAKAPER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 aluminum antimony Chemical compound 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- OTRPZROOJRIMKW-UHFFFAOYSA-N triethylindigane Chemical compound CC[In](CC)CC OTRPZROOJRIMKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- ZGNPLWZYVAFUNZ-UHFFFAOYSA-N tert-butylphosphane Chemical compound CC(C)(C)P ZGNPLWZYVAFUNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SXZDTYABFPAVOF-UHFFFAOYSA-N CCCC[Sb] Chemical group CCCC[Sb] SXZDTYABFPAVOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100208382 Danio rerio tmsb gene Proteins 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N tert-butylarsenic Chemical compound CC(C)(C)[As] QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- RBEXEKTWBGMBDZ-UHFFFAOYSA-N tri(propan-2-yl)stibane Chemical compound CC(C)[Sb](C(C)C)C(C)C RBEXEKTWBGMBDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KKOFCVMVBJXDFP-UHFFFAOYSA-N triethylstibane Chemical compound CC[Sb](CC)CC KKOFCVMVBJXDFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PORFVJURJXKREL-UHFFFAOYSA-N trimethylstibine Chemical compound C[Sb](C)C PORFVJURJXKREL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
- H01L27/14652—Multispectral infrared imagers, having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
【課題】製造が容易であり、かつＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子の感度を向上させることが可能な半導体積層体および受光素子を提供する。【解決手段】半導体積層体１０は、導電型がｎ型であるベース層２０と、受光層１３と、受光層１３に接触して配置される調整層１６と、ｐ型のキャリアを生成する不純物であるｐ型不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である拡散ブロック層１４と、導電型がｐ型であるコンタクト層１５と、を備える。ベース層２０、受光層１３、調整層１６、拡散ブロック層１４およびコンタクト層１５はこの順に積層される。調整層１６において、受光層１３を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度は、受光層１３側の主面１６Ａに比べて拡散ブロック層１４側の主面において低い。【選択図】図１
Description
本発明は、半導体積層体および受光素子に関するものである。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体積層体は、赤外域の光に対応した受光素子の製造に用いることができる。具体的には、たとえばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるバッファ層、受光層、コンタクト層を順次積層し、さらに適切な電極を形成することにより赤外線用の受光素子を得ることができる。このような受光素子に関して、カットオフ波長が２μｍ〜５μｍであるフォトダイオードについての報告がある（たとえば、非特許文献１参照）。
上記受光素子の感度を向上させる方策として、コンタクト層から受光層への不純物の拡散を抑制する目的で、コンタクト層と受光層との間に不純物濃度の小さい拡散ブロック層を配置することが提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。
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、ＤＥＣＥＭＢＥＲ ２００５、ｐ．２７１５−２７１７
このように拡散ブロック層を採用した場合、拡散ブロック層と受光層との界面にキャリア（電子）が蓄積される。このようなキャリアの蓄積は、空乏層の広がりを阻害する。その結果、受光素子の感度が低下するという問題が生じる。これに対し、特許文献２では、上記キャリアが蓄積する領域に、当該キャリアとは異なる導電型のキャリア（ホール）を生成する不純物（ｐ型不純物）を導入し、蓄積する上記キャリアを補償することが提案されている。
蓄積する上記キャリアを適切に補償するためには、導入する不純物の量や分布を厳密に制御する必要がある。しかしながら、導入する不純物の量や分布の厳密な制御は容易ではなく、受光素子の製造における歩留りが低下するという問題が生じる。そこで、製造が容易であり、かつＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子の感度を向上させることが可能な半導体積層体および受光素子を提供することを目的の１つとする。
本発明に従った半導体積層体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｎ型であるベース層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる受光層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、受光層に接触して配置される調整層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、ｐ型のキャリアを生成する不純物であるｐ型不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である拡散ブロック層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｐ型であるコンタクト層と、を備える。ベース層、受光層、調整層、拡散ブロック層およびコンタクト層はこの順に積層される。調整層において、受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度は、受光層側の主面に比べて拡散ブロック層側の主面において低い。
上記半導体積層体によれば、製造が容易であり、かつＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子の感度を向上させることが可能な半導体積層体を提供することができる。
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の半導体積層体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｎ型であるベース層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる受光層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、受光層に接触して配置される調整層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、ｐ型のキャリアを生成する不純物であるｐ型不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である拡散ブロック層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｐ型であるコンタクト層と、を備える。ベース層、受光層、調整層、拡散ブロック層およびコンタクト層はこの順に積層される。調整層において、受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度は、受光層側の主面に比べて拡散ブロック層側の主面において低い。
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の半導体積層体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｎ型であるベース層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる受光層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、受光層に接触して配置される調整層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、ｐ型のキャリアを生成する不純物であるｐ型不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である拡散ブロック層と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｐ型であるコンタクト層と、を備える。ベース層、受光層、調整層、拡散ブロック層およびコンタクト層はこの順に積層される。調整層において、受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度は、受光層側の主面に比べて拡散ブロック層側の主面において低い。
上述のように、拡散ブロック層と受光層との界面に蓄積するキャリアである電子をｐ型不純物の導入により補償する構造では、ｐ型不純物の導入量や分布を厳密に制御することが難しいことに起因して、半導体積層体を用いて製造される受光素子の製造における歩留りが低下するという問題がある。ここで、上記電子の蓄積は、拡散ブロック層と受光層との間の伝導帯の準位の急峻な変化に起因して発生する。本発明者らは、蓄積する電子を不純物の導入によって補償するのではなく、拡散ブロック層と受光層との間に、伝導帯の準位の急峻な変化を軽減する調整層を配置することによりキャリア（電子）の蓄積を低減する方策を見出した。
具体的には、本願の半導体積層体においては、受光層と拡散ブロック層との間に、受光層に接触して配置され、受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度が、受光層側の主面に比べて拡散ブロック層側の主面において低い調整層が配置される。この調整層の存在により、拡散ブロック層と受光層との間の伝導帯の準位の急峻な変化が軽減され、上記キャリアの蓄積が低減される。その結果、空乏層の広がりが上記キャリアの蓄積によって阻害される現象が軽減され、受光素子の感度を向上させることができる。また、このような構造を採用することにより、蓄積する上記キャリアである電子を補償するｐ型不純物の導入量や分布の厳密な調整の必要がなくなる。このように、本願の半導体積層体によれば、製造が容易であり、かつＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子の感度を向上させることが可能な半導体積層体を提供することができる。
上記半導体積層体の調整層において、受光層を構成する上記Ｖ族元素と同一の元素の濃度が、受光層側の主面から拡散ブロック層側の主面に近づくにしたがって低くなっていてもよい。このようにすることにより、上記キャリアの蓄積の低減が容易となる。
上記半導体積層体の調整層において、受光層を構成する上記Ｖ族元素と同一の元素の濃度が、受光層側の主面から拡散ブロック層側の主面に近づくにしたがって単調に低くなっていてもよい。このようにすることにより、上記キャリアの蓄積の低減が一層容易となる。
上記半導体積層体の調整層において、受光層を構成する上記Ｖ族元素と同一の元素の濃度が、受光層側の主面から拡散ブロック層側の主面に近づくにしたがって段階的に低くなっていてもよい。このようにすることにより、上記Ｖ族元素の濃度が、受光層側の主面から拡散ブロック層側の主面に近づくにしたがって低くなる構造を容易に実現することができる。
上記半導体積層体において、受光層を構成する上記Ｖ族元素はＳｂ（アンチモン）であってもよい。Ｓｂは、受光層を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＶ族元素として好適である。このＳｂを含む受光層を採用し、かつＳｂの濃度が受光層側の主面に比べて拡散ブロック層側の主面において低い調整層を配置することにより、上記キャリアの蓄積を低減することができる。
上記半導体積層体において、調整層の厚みは２ｎｍ以上であってもよい。このようにすることにより、調整層の上記機能をより確実に達成することができる。調整層の厚みは、５ｎｍ以上とすることがより好ましい。また、調整層の厚みは５００ｎｍ以下とすることが好ましく、１００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
上記半導体積層体において、拡散ブロック層の厚みは５０ｎｍ以上であってもよい。このように十分な厚みを有する拡散ブロック層を採用することにより、コンタクト層から受光層への不純物の拡散をより確実に抑制することができる。また、十分な厚みを有する拡散ブロック層を採用した場合に上記キャリアの蓄積が生じやすくなるため、調整層の効果が一層顕著となる。拡散ブロック層の厚みは、５００ｎｍ以上とすることがより好ましい。また、拡散ブロック層の厚みは２０００ｎｍ以下とすることが好ましく、１０００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
上記半導体積層体において、受光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（インジウムガリウム砒素；ｘは０．３８以上１以下）層とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ガリウム砒素アンチモン；ｙは０．３６以上１以下）層とのペア、またはＧａ１−ｕＩｎｕＮｖＡｓ１−ｖ（ガリウムインジウム窒素砒素；ｕは０．４以上０．８以下、ｖは０を超え０．２以下）層とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上０．６２以下）層とのペアを含む多重量子井戸構造であってもよい。このようにすることにより、受光層を、近赤外域から中赤外域の光に対応する受光素子に適したタイプＩＩ型の量子井戸構造とすることが容易となる。
上記半導体積層体において、ベース層は、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、ＧａＰ（ガリウムリン）、ＧａＳｂ（ガリウムアンチモン）、ＩｎＰ（インジウムリン）、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）、ＩｎＳｂ（インジウムアンチモン）、ＡｌＳｂ（アルミニウムアンチモン）、またはＡｌＡｓ（アルミニウム砒素）からなる基板を含んでいてもよい。このようにすることにより、近赤外域から中赤外域の光の検知に適した上記受光層を採用することが容易となる。
上記半導体積層体において、調整層はＩｎｓＧａ１−ｓＡｓｔＳｂ１−ｔ（インジウムガリウム砒素アンチモン；ｓは０以上１以下、ｔは０以上１以下）層であってもよい。上記受光層を採用する場合、このような材料が調整層を構成する材料として好適である。
上記半導体積層体において、受光層の厚みは１μｍ以上であってもよい。このようにすることにより、上記半導体積層体を用いて感度に優れた受光素子を製造することが容易となる。
本願の受光素子は、上記半導体積層体と、半導体積層体上に形成された電極と、を備える。本願の受光素子は、上記本願の半導体積層体を含んでいる。そのため、本願の受光素子によれば、製造を容易とし、かつ感度を向上させることができる。
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる半導体積層体の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
次に、本発明にかかる半導体積層体の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１における半導体積層体１０は、基板１１と、バッファ層１２と、受光層としての量子井戸構造である量子井戸受光層１３と、調整層１６と、拡散ブロック層１４と、コンタクト層１５とを備えている。
図１を参照して、実施の形態１における半導体積層体１０は、基板１１と、バッファ層１２と、受光層としての量子井戸構造である量子井戸受光層１３と、調整層１６と、拡散ブロック層１４と、コンタクト層１５とを備えている。
基板１１は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなっている。また、基板１１の直径は５０ｍｍ以上であり、たとえば３インチである。基板１１を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、たとえばＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓなどを採用することができる。これらのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板１１を採用することにより、赤外光用の受光素子の製造に適した半導体積層体１０を得ることができる。基板１１は、一方の主面１１Ａおよび他方の主面１１Ｂを有する。
具体的には、たとえば導電型がｎ型であるＩｎＰ（ｎ−ＩｎＰ）が、基板１１を構成する化合物半導体として採用される。基板１１に含まれるｎ型不純物としては、たとえばＳ（硫黄）などを採用することができる。基板１１の直径は、半導体積層体１０を用いた半導体装置（受光素子）の生産効率および歩留りの向上を目的として、８０ｍｍ以上（たとえば４インチ）とすることができ、さらに１００ｍｍ以上（たとえば５インチ）、さらに１３０ｍｍ以上（たとえば６インチ）とすることができる。
バッファ層１２は、基板１１の一方の主面１１Ａ上に接触するように配置された半導体層である。バッファ層１２は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなっている。バッファ層１２を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、たとえばＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＩｎＳｂといった２元系、およびＧａＩｎＳｂ（ガリウムインジウムアンチモン）、ＡｌＩｎＳｂ（アルミニウムインジウムアンチモン）、ＡｌＧａＳｂ（アルミニウムガリウムアンチモン）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）、ＧａＡｓＳｂ（ガリウム砒素アンチモン）といった３元系の材料などを採用することができる。具体的には、たとえば導電型がｎ型であるＩｎＧａＡｓ（ｎ−ＩｎＧａＡｓ）が、バッファ層１２を構成する化合物半導体として採用される。バッファ層１２に含まれるｎ型不純物としては、たとえばＳｉ（珪素）、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｔｅ（テルル）、Ｓｎ（スズ）などを採用することができる。バッファ層１２の厚みは、たとえば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。基板１１およびバッファ層１２は、ベース層２０を構成する。
量子井戸受光層１３は、バッファ層１２の、基板１１に面する側とは反対側の第１主面１２Ａ上に接触するように配置されている。量子井戸受光層１３は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる２つの要素層が交互に積層された構造を有している。より具体的には、量子井戸受光層１３は、第１要素層１３１と第２要素層１３２とが交互に積層された構造を有している。本実施の形態において、第１要素層１３１を構成する材料は、アンドープのＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘは０．３８以上１以下）である。また、第２要素層１３２を構成する材料は、アンドープのＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上１以下）である。なお、第１要素層１３１および第２要素層１３２を構成する材料は、上記材料に限られず、たとえば第１要素層１３１を構成する材料としては、アンドープのＧａ１−ｕＩｎｕＮｖＡｓ１−ｖ（ｕは０．４以上０．８以下、ｖは０を超え０．２以下）を採用し、第２要素層１３２を構成する材料としては、たとえばアンドープのＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上０．６２以下）を採用することができる。
このように、受光層としてＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘは０．３８以上１以下）層とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上１以下）層とのペア、またはＧａ１−ｕＩｎｕＮｖＡｓ１−ｖ（ｕは０．４以上０．８以下、ｖは０を超え０．２以下）層とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上０．６２以下）層とのペアを含む多重量子井戸構造を採用することにより、近赤外域から中赤外域の光の検知に適した受光素子の製造に使用可能な半導体積層体１０を得ることができる。第１要素層１３１および第２要素層１３２の厚みは、たとえばそれぞれ５ｎｍとすることができる。そして、量子井戸受光層１３は、第１要素層１３１と第２要素層１３２とからなる単位構造が、たとえば２５０組積層されたものとすることができる。すなわち、量子井戸受光層１３の厚みは、たとえば２．５μｍとすることができる。
また、第１要素層１３１を構成する材料としてＩｎＡｓを採用し、第２要素層１３２を構成する材料としてＧａＳｂを採用してもよい。このように受光層としてＩｎＡｓ層とＧａＳｂ層とのペアを含む多重量子井戸構造を採用することにより、波長４〜１２μｍの赤外線の検知に適した受光素子の製造に使用可能な半導体積層体１０を得ることができる。
なお、量子井戸受光層１３の歪を補償するために、量子井戸受光層１３を構成する単位構造を、第１要素層１３１および第２要素層１３２に歪補償層を加えたものとしてもよい。また、本実施の形態においては、量子井戸受光層１３は多重量子井戸構造であるが、これに代えて単一量子井戸構造を採用することもできる。
図１を参照して、調整層１６は、量子井戸受光層１３の、バッファ層１２に面する側とは反対側の主面１３Ａ上に接触するように配置されている。調整層１６は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなっている。調整層１６は、一方の主面１６Ａにおいて量子井戸受光層１３に接触し、他方の主面１６Ｂにおいて拡散ブロック層１４に接触する。調整層１６は、たとえばＩｎｓＧａ１−ｓＡｓｔＳｂ１−ｔ（ｓは０以上１以下、ｔは０以上１以下）層である。より具体的には、調整層１６は、たとえばＩｎＧａＡｓＳｂ層である。
調整層１６において、量子井戸受光層１３を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度は、量子井戸受光層１３側の主面１６Ａに比べて拡散ブロック層１４側の主面１６Ｂにおいて低くなっている。図１において、調整層１６に含まれるＳｂの濃度はドットにより表現されている。調整層１６において、ドットが密であることは、Ｓｂの濃度が高いことを意味する。調整層１６において、量子井戸受光層１３を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度の濃度が、量子井戸受光層１３側の主面１６Ａから拡散ブロック層１４側の主面１６Ｂに近づくにしたがって低くなっている。より具体的には、調整層１６において、量子井戸受光層１３を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度が、量子井戸受光層１３側の主面１６Ａから拡散ブロック層１４側の主面１６Ｂに近づくにしたがって単調に低くなっている。調整層１６の厚みは、たとえば２ｎｍ以上である。
調整層１６は、量子井戸受光層１３を構成する第２要素層１３２であるアンドープのＧａＡｓＳｂ層に接触している。調整層１６に含まれる、量子井戸受光層１３（第２要素層１３２）を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度は、量子井戸受光層１３側の主面１６Ａにおいて、たとえば２×１０２１ｃｍ−３以上２×１０２２ｃｍ−３以下である。調整層１６に含まれる、量子井戸受光層１３（第２要素層１３２）を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度は、拡散ブロック層１４側の主面１６Ｂにおいて、たとえば１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である。
拡散ブロック層１４は、調整層１６の、量子井戸受光層１３に面する側とは反対側の主面１６Ｂ上に接触するように配置されている。拡散ブロック層１４は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなっている。拡散ブロック層１４は、一方の主面１４Ａにおいて調整層１６に接触し、他方の主面１４Ｂにおいてコンタクト層１５に接触する。
拡散ブロック層１４を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、量子井戸受光層１３を構成する第１要素層１３１または第２要素層１３２と同一のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を採用してもよい。拡散ブロック層１４に含まれるｐ型不純物の濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以下である。拡散ブロック層１４は、たとえばアンドープのＩｎＧａＡｓ層である。拡散ブロック層の厚みは、たとえば５００ｎｍ以上である。
コンタクト層１５は、拡散ブロック層１４の、調整層１６に面する側とは反対側の主面１４Ｂ上に接触するように形成されている。コンタクト層１５は、一方の主面１５Ａにおいて拡散ブロック層１４に接触する。コンタクト層１５は、導電型がｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなっている。
コンタクト層１５を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、たとえばＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなどを採用することができる。具体的には、たとえば導電型がｐ型であるＩｎＰ（ｐ−ＩｎＰ）が、コンタクト層１５を構成する化合物半導体として採用される。コンタクト層１５に含まれるｐ型不純物としては、たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃなどを採用することができる。
本実施の形態の半導体積層体１０においては、量子井戸受光層１３と拡散ブロック層１４との間に、量子井戸受光層１３に接触して配置され、量子井戸受光層１３を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度が、量子井戸受光層１３側の主面１６Ａに比べて拡散ブロック層１４側の主面１６Ｂにおいて低い調整層１６が配置されている。この調整層１６の存在により、拡散ブロック層１４と量子井戸受光層１３との間の伝導帯の準位の急峻な変化が軽減され、上記キャリアの蓄積が低減される。調整層１６の主面１６Ｂと拡散ブロック層１４の主面１４Ａとの間の伝導帯の準位の差は、たとえば０．１ｅＶ以下であり、０．０５ｅＶ以下とされることが好ましい。その結果、空乏層の広がりが上記キャリアの蓄積によって阻害される現象が軽減され、受光素子の感度を向上させることができる。また、このような構造を採用することにより、蓄積する上記キャリアである電子を補償するｐ型不純物の導入量や分布の厳密な調整の必要がなくなる。このように、本願の半導体積層体１０は、製造が容易であり、かつＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子の感度を向上させることが可能な半導体積層体となっている。
コンタクト層１５におけるｐ型不純物の濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下であることが好ましい。不純物の濃度を１×１０１８ｃｍ−３以上とすることにより、コンタクト層１５に接触するように電極を形成する場合のオーミックコンタクトの確保が容易となる。不純物の濃度を１×１０２０ｃｍ−３以下とすることにより、コンタクト層１５から拡散ブロック層１４への不純物の拡散を抑制し、拡散ブロック層１４における不純物の濃度を適切な範囲に設定することが容易となる。
さらに、量子井戸受光層１３には、ｐ型不純物またはｎ型不純物が、１×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下の濃度で含まれていてもよい。量子井戸受光層１３にｐ型およびｎ型の一方のキャリアが生成する場合、ｐ型およびｎ型の他方のキャリアを生成する不純物を量子井戸受光層１３内に導入することにより、量子井戸受光層１３におけるキャリア濃度を低下させ、高い感度を確保することが可能となる。量子井戸受光層１３には、ｐ型不純物またはｎ型不純物が、１×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下の濃度で含まれていてもよい。
また、半導体積層体１０において、バッファ層１２と量子井戸受光層１３との界面、量子井戸受光層１３と調整層１６との界面、調整層１６と拡散ブロック層１４との界面および拡散ブロック層１４とコンタクト層１５との界面における、酸素の濃度、炭素の濃度および水素の濃度は、いずれも１×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。これにより、半導体積層体１０を用いて製造される受光素子の暗電流を抑制することができる。
半導体積層体１０において、バッファ層１２、量子井戸受光層１３、調整層１６、拡散ブロック層１４およびコンタクト層１５が再成長界面を形成することなく積層されていることが好ましい。これにより、半導体積層体１０を用いて製造される受光素子の暗電流を抑制することができる。
次に、上記半導体積層体１０を用いて作製される受光素子の一例である赤外線受光素子（フォトダイオード）について説明する。図２を参照して、本実施の形態における赤外線受光素子１は、上記本実施の形態の半導体積層体１０を用いて作製されたものであって、半導体積層体１０と同様に積層された基板１１と、バッファ層１２と、量子井戸受光層１３と、調整層１６と、拡散ブロック層１４と、コンタクト層１５とを備えている。そして、赤外線受光素子１には、コンタクト層１５、拡散ブロック層１４、調整層１６および量子井戸受光層１３を貫通し、バッファ層１２に到達するトレンチ９９が形成されている。すなわち、トレンチ９９の側壁９９Ａにおいて、コンタクト層１５、拡散ブロック層１４、調整層１６および量子井戸受光層１３が露出している。また、トレンチ９９の底壁９９Ｂは、バッファ層１２内に位置している。つまり、トレンチ９９の底壁９９Ｂにおいてバッファ層１２が露出している。
さらに、赤外線受光素子１は、パッシベーション膜８０と、ｎ側電極９１と、ｐ側電極９２とを備えている。パッシベーション膜８０はトレンチ９９の底壁９９Ｂ、トレンチ９９の側壁９９Ａおよびコンタクト層１５において拡散ブロック層１４に面する側とは反対側の主面１５Ｂを覆うように配置されている。パッシベーション膜８０は、窒化珪素、酸化珪素などの絶縁体からなっている。
トレンチ９９の底壁９９Ｂを覆うパッシベーション膜８０には、パッシベーション膜８０を厚み方向に貫通するように開口部８１が形成されている。そして、開口部８１を充填するようにｎ側電極９１が配置されている。ｎ側電極９１は、開口部８１から露出するバッファ層１２に接触するように配置されている。ｎ側電極９１は金属などの導電体からなっている。より具体的には、ｎ側電極９１は、たとえばＴｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）／Ａｕ（金）からなるものとすることができる。ｎ側電極９１は、バッファ層１２に対してオーミック接触している。
コンタクト層１５の主面１５Ｂを覆うパッシベーション膜８０には、パッシベーション膜８０を厚み方向に貫通するように開口部８２が形成されている。そして、開口部８２を充填するようにｐ側電極９２が配置されている。ｐ側電極９２は、開口部８２から露出するコンタクト層１５に接触するように配置されている。ｐ側電極９２は金属などの導電体からなっている。より具体的には、ｐ側電極９２は、たとえばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるものとすることができる。ｐ側電極９２は、コンタクト層１５に対してオーミック接触している。
この赤外線受光素子１に赤外線が入射すると、量子井戸受光層１３内の量子準位間で赤外線が吸収され、電子と正孔（ホール）とのペアが生成する。そして、生成した電子と正孔とが光電流信号として赤外線受光素子１から取り出されることにより、赤外線が検出される。
なお、上記ｐ側電極９２は画素電極である。そして、上記赤外線受光素子１は、図２に示すように画素電極であるｐ側電極９２が１つだけ含まれるものであってもよいし、複数の画素電極（ｐ側電極９２）を含むものであってもよい。具体的には、赤外線受光素子１は、図２に示す構造を単位構造とし、当該単位構造が、図２において基板１１の一方の主面１１Ａが延在する方向に複数繰り返される構造を有していてもよい。この場合、赤外線受光素子１は、画素数に対応する複数のｐ側電極９２を有する一方で、ｎ側電極９１については１つだけ配置される。このような構造については、後述の実施の形態３において説明する。
本実施の形態の赤外線受光素子１は、上記本実施の形態の半導体積層体１０を含んでいる。そのため、赤外線受光素子１は、製造が容易であり、感度に優れた受光素子となっている。
次に、図１〜図９を参照して、本実施の形態における半導体積層体１０および赤外線受光素子１の製造方法の概要について説明する。
図３を参照して、本実施の形態における半導体積層体１０および赤外線受光素子１の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図４を参照して、たとえば直径２インチ（５０．８ｍｍ）のＩｎＰからなる基板１１が準備される。より具体的には、ＩｎＰからなるインゴットをスライスすることにより、ＩｎＰからなる基板１１が得られる。この基板１１の表面が研磨された後、洗浄等のプロセスを経て主面１１Ａの平坦性および清浄性が確保された基板１１が準備される。
次に、工程（Ｓ２０）として動作層形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された基板１１の主面１１Ａ上に、動作層であるバッファ層１２、量子井戸受光層１３、調整層１６、拡散ブロック層１４およびコンタクト層１５が形成される。この動作層の形成は、たとえば有機金属気相成長により実施することができる。有機金属気相成長による動作層の形成は、たとえば基板加熱用のヒータを備えた回転テーブル上に基板１１を載置し、基板１１をヒータにより加熱しつつ基板上に原料ガスを供給することにより実施することができる。
工程（Ｓ２０）は、バッファ層形成工程（Ｓ２１）、量子井戸受光層形成工程（Ｓ２２）、調整層形成工程（Ｓ２３）、拡散ブロック層形成工程（Ｓ２４）およびコンタクト層形成工程（Ｓ２５）を含んでいる。
工程（Ｓ２０）においては、まず工程（Ｓ２１）が実施される。工程（Ｓ２１）では、図４を参照して、基板１１の主面１１Ａ上に接触するように、たとえばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるｎ−ＩｎＧａＡｓからなるバッファ層１２が有機金属気相成長により形成される。ｎ−ＩｎＧａＡｓからなるバッファ層１２の形成では、Ｉｎの原料としてたとえばＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）などを用いることができる。Ｇａの原料としてたとえばＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）などを用いることができる。Ａｓの原料としてたとえばＴＢＡｓ（ターシャリーブチルアルシン）、ＴＭＡｓ（トリメチル砒素）などを用いることができる。
次に、工程（Ｓ２２）が実施される。工程（Ｓ２２）では、図４および図５を参照して、バッファ層１２の、基板１１に面する側とは反対側の第１主面１２Ａ上に接触するように、たとえばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘは０．３８以上１以下）からなる第１要素層１３１と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上１以下）からなる第２要素層１３２とが交互に積層して形成されることにより、量子井戸受光層１３が形成される。量子井戸受光層１３の形成は、上記バッファ層１２の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。すなわち、量子井戸受光層１３の形成は、バッファ層１２の形成の際に用いた装置内に基板１１を配置した状態で、原料ガスを変更することにより実施することができる。量子井戸受光層１３は、厚みが１μｍ以上となるように形成される。
ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘは０．３８以上１以下）からなる第１要素層１３１の形成では、Ｉｎの原料としてたとえばＴＭＩｎ、ＴＥＩｎなどを用いることができる。Ｇａの原料としてたとえばＴＥＧａ、ＴＭＧａなどを用いることができる。Ａｓの原料としてたとえばＴＢＡｓ、ＴＭＡｓなどを用いることができる。ＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上１以下）からなる第２要素層１３２の形成では、Ｇａの原料としてたとえばＴＥＧａ、ＴＭＧａなどを用いることができる。Ａｓの原料としてたとえばＴＢＡｓ、ＴＭＡｓなどを用いることができる。Ｓｂの原料としてたとえばＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）、ＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）、ＴＩＰＳｂ（トリイソプロピルアンチモン）、ＴＤＭＡＳｂ（トリジメチルアミノアンチモン）、ＴＴＢＳｂ（トリターシャリーブチルアンチモン）などを用いることができる。これにより、タイプＩＩ量子井戸である量子井戸受光層１３を形成することができる。
次に、工程（Ｓ２３）が実施される。工程（Ｓ２３）では、図５および図６を参照して、量子井戸受光層１３の、バッファ層１２に面する側とは反対側の主面１３Ａ上に接触するように、たとえばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＩｎＧａＡｓＳｂからなる調整層１６が形成される。調整層１６の形成は、上記量子井戸受光層１３の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。調整層１６の形成は、上記バッファ層１２と同様の手順において、Ｓｂの原料ガスの導入を追加することで実施することができる。そして、Ｓｂの原料ガスの流量を時間の経過に従って徐々に減少させることにより、Ｓｂの濃度が、量子井戸受光層１３側の主面１６Ａから拡散ブロック層１４側の主面１６Ｂに近づくにしたがって単調に低くなる調整層１６を形成することができる。
次に、工程（Ｓ２４）が実施される。工程（Ｓ２４）では、図６および図７を参照して、調整層１６の、量子井戸受光層１３に面する側とは反対側の主面１６Ｂ上に接触するように、たとえばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＩｎＧａＡｓからなる拡散ブロック層１４が形成される。拡散ブロック層１４の形成は、上記調整層１６の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。拡散ブロック層１４の形成は、上記バッファ層１２と同様の手順において、ｎ型不純物を添加するための原料ガスの導入を省略することで実施することができる。すなわち、拡散ブロック層１４は、アンドープのＩｎＧａＡｓからなる半導体層とすることができる。
次に、工程（Ｓ２５）が実施される。工程（Ｓ２５）では、図７および図１を参照して、拡散ブロック層１４の、調整層１６に面する側とは反対側の主面１４Ｂ上に接触するように、たとえば導電型がｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるｐ−ＩｎＰからなるコンタクト層１５が形成される。コンタクト層１５の形成は、上記拡散ブロック層１４の形成に引き続いて有機金属気相成長により実施することができる。Ｐの原料としては、たとえばＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）などを用いることができる。
上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ２０）を実施することにより、上記調整層１６を備える本実施の形態の半導体積層体１０が完成する。工程（Ｓ２０）を有機金属気相成長によって実施することにより、半導体積層体１０の生産効率を向上させることができる。なお、工程（Ｓ２０）は有機金属原料のみを用いた有機金属気相成長法（全有機金属気相成長法）に限られず、たとえばＡｓの原料にＡｓＨ３（アルシン）、Ｓｉの原料にＳｉＨ４（シラン）などの水素化物を用いた有機金属気相成長法で実施してもよいが、全有機金属気相成長法を採用することにより、高品質な結晶からなる半導体積層体１０を得ることができる。また、有機金属気相成長以外の方法により半導体積層体１０を製造することも可能であって、たとえばＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いてもよい。
また、工程（Ｓ２０）は、上述のように、装置内に基板１１を配置した状態で、原料ガスを変更することにより連続的に実施されることが好ましい。すなわち、工程（Ｓ２０）は、バッファ層１２、量子井戸受光層１３、調整層１６、拡散ブロック層１４およびコンタクト層１５が再成長界面を形成することなく積層されるように実施されることが好ましい。これにより、暗電流を抑制することができる。
次に、図３を参照して、工程（Ｓ３０）としてトレンチ形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図１および図８を参照して、上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ２０）において作製された半導体積層体１０に、コンタクト層１５、拡散ブロック層１４、調整層１６および量子井戸受光層１３を貫通し、バッファ層１２に到達するトレンチ９９が形成される。トレンチ９９は、たとえばコンタクト層１５の主面１５Ｂ上にトレンチ９９の形状に対応する開口を有するマスク層を形成した上で、エッチングを実施することにより形成することができる。
次に、工程（Ｓ４０）としてパッシベーション膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図８および図９を参照して、工程（Ｓ３０）においてトレンチ９９が形成された半導体積層体１０に対し、パッシベーション膜８０が形成される。具体的には、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により酸化珪素、窒化珪素などの絶縁体からなるパッシベーション膜８０が形成される。パッシベーション膜８０は、トレンチ９９の底壁９９Ｂ、トレンチ９９の側壁９９Ａおよびコンタクト層１５において拡散ブロック層１４に面する側とは反対側の主面１５Ｂを覆うように形成される。
次に、工程（Ｓ５０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図９および図２を参照して、工程（Ｓ４０）においてパッシベーション膜８０が形成された半導体積層体１０に、ｎ側電極９１およびｐ側電極９２が形成される。具体的には、たとえばｎ側電極９１およびｐ側電極９２を形成すべき領域に対応する位置に開口を有するマスクをパッシベーション膜８０上に形成し、当該マスクを用いてパッシベーション膜８０に開口部８１，８２を形成する。その後、たとえば蒸着法により適切な導電体からなるｎ側電極９１およびｐ側電極９２を形成する。以上の工程により、本実施の形態における赤外線受光素子１が完成する。その後、たとえばダイシングにより各素子に分離される。
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる半導体積層体および受光素子の他の実施の形態である実施の形態２における半導体積層体および受光素子について説明する。図１０は、実施の形態２における半導体積層体の構造を示す概略断面図であって、実施の形態１の図１に対応する。図１１は、実施の形態２における受光素子の構造を示す概略断面図であって、実施の形態１の図２に対応する。
次に、本発明にかかる半導体積層体および受光素子の他の実施の形態である実施の形態２における半導体積層体および受光素子について説明する。図１０は、実施の形態２における半導体積層体の構造を示す概略断面図であって、実施の形態１の図１に対応する。図１１は、実施の形態２における受光素子の構造を示す概略断面図であって、実施の形態１の図２に対応する。
図１０および図１１ならびに図１および図２を参照して、実施の形態２における半導体積層体１０および赤外線受光素子１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２の半導体積層体１０および赤外線受光素子１は、調整層１６の構造において、実施の形態１の場合とは異なっている。
図１０および図１１を参照して、実施の形態２における半導体積層体１０および赤外線受光素子１の調整層１６は、第１調整層１６１、第２調整層１６２および第３調整層１６３を含んでいる。第１調整層１６１、第２調整層１６２および第３調整層１６３は、量子井戸受光層１３に第１調整層１６１が接触し、拡散ブロック層１４に第３調整層１６３が接触するように、この順で積層されている。量子井戸受光層１３を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度は、第１調整層１６１において最も高く、第３調整層１６３において最も低い。第２調整層１６２のＳｂの濃度は、第１調整層１６１よりも低く、第３調整層１６３よりも高い。第１調整層１６１、第２調整層１６２および第３調整層１６３のそれぞれの内部においては、Ｓｂの濃度は一定である。すなわち、実施の形態２の調整層１６においては、量子井戸受光層１３を構成するＶ族元素と同一の元素であるＳｂの濃度が、量子井戸受光層１３側の主面１６Ａから拡散ブロック層１４側の主面１６Ｂに近づくにしたがって段階的に低くなっている。このような調整層１６を備える半導体積層体１０および赤外線受光素子１は、実施の形態１の工程（Ｓ２３）において、Ｓｂの原料ガスの流量を段階的に（３段階で）減少させることにより容易に製造することができる。このような構造の調整層１６が採用された場合でも、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
次に、本発明にかかる受光素子のさらに他の実施の形態である実施の形態３における受光素子およびセンサについて説明する。図１２および図２を参照して、実施の形態３の赤外線受光素子１は、図２に示す構造を単位構造とし、当該単位構造が、基板１１の一方の主面１１Ａが延在する方向に複数繰り返される構造を有している。そして、赤外線受光素子１は、画素数に対応する複数のｐ側電極９２を有する。一方、ｎ側電極９１は１つだけ配置される。
次に、本発明にかかる受光素子のさらに他の実施の形態である実施の形態３における受光素子およびセンサについて説明する。図１２および図２を参照して、実施の形態３の赤外線受光素子１は、図２に示す構造を単位構造とし、当該単位構造が、基板１１の一方の主面１１Ａが延在する方向に複数繰り返される構造を有している。そして、赤外線受光素子１は、画素数に対応する複数のｐ側電極９２を有する。一方、ｎ側電極９１は１つだけ配置される。
より具体的には、図１２を参照して、実施の形態３の赤外線受光素子１のｎ側電極９１は、基板１１が延在する方向における末端に位置するトレンチ９９の底壁に形成されている。また、当該末端に位置するトレンチ９９に隣接するコンタクト層１５上のｐ側電極９２は省略される。本実施の形態における赤外線センサ１００は、このような構造を有する赤外線受光素子１と、赤外線受光素子１に電気的に接続された読み出し回路（Ｒｅａｄ−Ｏｕｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ；ＲＯＩＣ）７０とを含んでいる。読み出し回路７０は、たとえばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路である。
読み出し回路７０の本体７１に設けられた複数の読み出し電極（図示しない）と赤外線受光素子１において画素電極として機能する複数のｐ側電極９２とが、一対一の関係となるようにバンプ７３を介して電気的に接続されている。また、赤外線受光素子１には、ｎ側電極９１に接触し、ｎ側電極９１が位置するトレンチ９９の底壁および側壁に沿って延在するとともに、コンタクト層１５上にまで到達する配線７５が形成される。そして、配線７５と読み出し回路７０の本体７１に設けられた接地電極（図示しない）とがバンプ７２を介して電気的に接続されている。このような構造を有することにより、赤外線受光素子１の画素ごとの受光情報が各ｐ側電極９２（画素電極）から読み出し回路７０の読み出し電極へと出力され、当該受光情報が読み出し回路７０において集約されて、たとえば二次元の画像を得ることができる。
なお、本実施の形態においては、赤外線受光素子１が図２に示す構造を単位構造として含む場合について説明したが、赤外線受光素子１は、図１１に示す構造を単位構造として含んでいてもよい。
本願の半導体積層体および受光素子の効果を確認するため、実施の形態１と同様の手順で赤外線受光素子１のサンプル（実施例のサンプル）を複数個作製し、空乏層幅および感度を確認した。また、比較のため、調整層１６の形成を省略し、量子井戸受光層１３と拡散ブロック層１４との界面付近に蓄積するキャリア（電子）を補償する目的で拡散ブロック層１４にｐ型不純物であるＺｎを導入したサンプル（比較例のサンプル）も複数個作製し、同様に空乏層幅および感度を確認した。
その結果、比較例のサンプルでは、基本的には十分な空乏層幅および感度が得られるものの、そのばらつきが大きく、十分な空乏層幅および感度が得られないサンプルもある程度存在した。これに対し、実施例のサンプルでは空乏層幅および感度が安定して十分な値となっており、比較例のサンプルに比べて十分な空乏層幅および感度が得られないサンプルの割合が明確に減少した。
このことから、本願の半導体積層体および受光素子によれば、製造が容易であり、かつＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子の感度を向上させることが可能な半導体積層体を提供できることが確認された。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、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る。
本願の半導体積層体および受光素子は、感度の向上が求められる受光素子および当該受光素子の製造に用いられる半導体積層体に、特に有利に適用され得る。
１ 赤外線受光素子
１０ 半導体積層体
１１ 基板
１１Ａ，１１Ｂ 主面
１２ バッファ層
１２Ａ 第１主面
１３ 量子井戸受光層
１３１ 第１要素層
１３２ 第２要素層
１３Ａ 主面
１４ 拡散ブロック層
１４Ａ 主面
１４Ｂ 主面
１５ コンタクト層
１５Ａ 主面
１５Ｂ 主面
１６ 調整層
１６１ 第１調整層
１６２ 第２調整層
１６３ 第３調整層
１６Ａ 主面
１６Ｂ 主面
２０ ベース層
７０ 読み出し回路
７１ 本体
７２，７３ バンプ
７５ 配線
８０ パッシベーション膜
８１，８２ 開口部
９１ ｎ側電極
９２ ｐ側電極
９９ トレンチ
９９Ａ 側壁
９９Ｂ 底壁
１００ 赤外線センサ
１０ 半導体積層体
１１ 基板
１１Ａ，１１Ｂ 主面
１２ バッファ層
１２Ａ 第１主面
１３ 量子井戸受光層
１３１ 第１要素層
１３２ 第２要素層
１３Ａ 主面
１４ 拡散ブロック層
１４Ａ 主面
１４Ｂ 主面
１５ コンタクト層
１５Ａ 主面
１５Ｂ 主面
１６ 調整層
１６１ 第１調整層
１６２ 第２調整層
１６３ 第３調整層
１６Ａ 主面
１６Ｂ 主面
２０ ベース層
７０ 読み出し回路
７１ 本体
７２，７３ バンプ
７５ 配線
８０ パッシベーション膜
８１，８２ 開口部
９１ ｎ側電極
９２ ｐ側電極
９９ トレンチ
９９Ａ 側壁
９９Ｂ 底壁
１００ 赤外線センサ
Claims (12)
- ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｎ型であるベース層と、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる受光層と、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、前記受光層に接触して配置される調整層と、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、ｐ型のキャリアを生成する不純物であるｐ型不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である拡散ブロック層と、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、導電型がｐ型であるコンタクト層と、を備え、
前記ベース層、前記受光層、前記調整層、前記拡散ブロック層および前記コンタクト層はこの順に積層され、
前記調整層において、前記受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度は、前記受光層側の主面に比べて前記拡散ブロック層側の主面において低い、半導体積層体。 - 前記調整層において、前記受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度が、前記受光層側の主面から前記拡散ブロック層側の主面に近づくにしたがって低くなっている、請求項１に記載の半導体積層体。
- 前記調整層において、前記受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度が、前記受光層側の主面から前記拡散ブロック層側の主面に近づくにしたがって単調に低くなっている、請求項２に記載の半導体積層体。
- 前記調整層において、前記受光層を構成するＶ族元素と同一の元素の濃度が、前記受光層側の主面から前記拡散ブロック層側の主面に近づくにしたがって段階的に低くなっている、請求項２に記載の半導体積層体。
- 前記受光層を構成する前記Ｖ族元素はＳｂである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体積層体。
- 前記調整層の厚みは２ｎｍ以上である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体積層体。
- 前記拡散ブロック層の厚みは５０ｎｍ以上である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体積層体。
- 前記受光層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘは０．３８以上１以下）層とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上１以下）層とのペア、またはＧａ１−ｕＩｎｕＮｖＡｓ１−ｖ（ｕは０．４以上０．８以下、ｖは０を超え０．２以下）層とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（ｙは０．３６以上０．６２以下）層とのペアを含む多重量子井戸構造である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体積層体。
- 前記ベース層は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＳｂ、またはＡｌＡｓからなる基板を含む、請求項８に記載の半導体積層体。
- 前記調整層はＩｎｓＧａ１−ｓＡｓｔＳｂ１−ｔ（ｓは０以上１以下、ｔは０以上１以下）層である、請求項８または請求項９のいずれか１項に記載の半導体積層体。
- 前記受光層の厚みは１μｍ以上である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体積層体。
- 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の半導体積層体と、
前記半導体積層体上に配置された電極と、を備える、受光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018094257A JP7458696B2 (ja) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | 半導体積層体および受光素子 |
| US16/407,521 US10790401B2 (en) | 2018-05-16 | 2019-05-09 | Semiconductor stacked body and light-receiving device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018094257A JP7458696B2 (ja) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | 半導体積層体および受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019201091A true JP2019201091A (ja) | 2019-11-21 |
| JP7458696B2 JP7458696B2 (ja) | 2024-04-01 |
Family
ID=68532531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018094257A Active JP7458696B2 (ja) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | 半導体積層体および受光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10790401B2 (ja) |
| JP (1) | JP7458696B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3819965A1 (en) | 2019-11-05 | 2021-05-12 | Seiko Epson Corporation | Positive electrode active material powder coated with solid electrolyte and method for producing the same. |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11424376B2 (en) * | 2019-04-09 | 2022-08-23 | Peng DU | Superlattice absorber for detector |
| JP2021144966A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線検出素子 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5984417A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-16 | Nec Corp | ３−５族混晶半導体装置 |
| JPH11298042A (ja) * | 1998-04-10 | 1999-10-29 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2003046114A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-14 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2005268710A (ja) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Anritsu Corp | 半導体受光素子 |
| JP2009206499A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 受光素子、受光素子アレイおよびそれらの製造方法 |
| JP2010177350A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Hamamatsu Photonics Kk | 赤外線検出素子 |
| JP2014175598A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Asahi Kasei Corp | 化合物半導体積層体及び半導体装置 |
| JP2015167241A (ja) * | 2015-04-20 | 2015-09-24 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子およびその製造方法 |
| JP2017135228A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体および受光素子 |
| US20170244002A1 (en) * | 2016-02-22 | 2017-08-24 | University Of Virginia Patent Foundation | AlInAsSb Avalanche Photodiode and Related Method thereof |
| JP2018060919A (ja) * | 2016-10-05 | 2018-04-12 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6586762B2 (en) * | 2000-07-07 | 2003-07-01 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power |
| JP2016092037A (ja) | 2014-10-29 | 2016-05-23 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体、受光素子およびセンサ |
| JP6488854B2 (ja) | 2015-04-22 | 2019-03-27 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体および受光素子 |
| JP6613923B2 (ja) | 2016-01-27 | 2019-12-04 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 |
-
2018
- 2018-05-16 JP JP2018094257A patent/JP7458696B2/ja active Active
-
2019
- 2019-05-09 US US16/407,521 patent/US10790401B2/en active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5984417A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-16 | Nec Corp | ３−５族混晶半導体装置 |
| JPH11298042A (ja) * | 1998-04-10 | 1999-10-29 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2003046114A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-14 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| JP2005268710A (ja) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Anritsu Corp | 半導体受光素子 |
| JP2009206499A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 受光素子、受光素子アレイおよびそれらの製造方法 |
| JP2010177350A (ja) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Hamamatsu Photonics Kk | 赤外線検出素子 |
| JP2014175598A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Asahi Kasei Corp | 化合物半導体積層体及び半導体装置 |
| JP2015167241A (ja) * | 2015-04-20 | 2015-09-24 | 住友電気工業株式会社 | 受光素子およびその製造方法 |
| JP2017135228A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 住友電気工業株式会社 | 半導体積層体および受光素子 |
| US20170244002A1 (en) * | 2016-02-22 | 2017-08-24 | University Of Virginia Patent Foundation | AlInAsSb Avalanche Photodiode and Related Method thereof |
| JP2018060919A (ja) * | 2016-10-05 | 2018-04-12 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 赤外線センサ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3819965A1 (en) | 2019-11-05 | 2021-05-12 | Seiko Epson Corporation | Positive electrode active material powder coated with solid electrolyte and method for producing the same. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10790401B2 (en) | 2020-09-29 |
| US20190355857A1 (en) | 2019-11-21 |
| JP7458696B2 (ja) | 2024-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5842894B2 (ja) | 半導体素子 | |
| JP5691154B2 (ja) | 受光素子アレイ及びエピタキシャルウェハ | |
| JP2014127499A (ja) | 受光デバイス、その製造法、およびセンシング装置 | |
| JP7458696B2 (ja) | 半導体積層体および受光素子 | |
| WO2017130929A1 (ja) | 半導体積層体および受光素子 | |
| JP2016092037A (ja) | 半導体積層体、受光素子およびセンサ | |
| WO2016171009A1 (ja) | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 | |
| JP6613923B2 (ja) | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 | |
| JP6488855B2 (ja) | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 | |
| US9929301B2 (en) | Semiconductor stack and semiconductor device | |
| JP6488854B2 (ja) | 半導体積層体および受光素子 | |
| JP4702474B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体受光素子、及びｉｉｉ−ｖ族化合物半導体受光素子を作製する方法 | |
| JP6454981B2 (ja) | 半導体積層体および受光素子 | |
| JP6233070B2 (ja) | 半導体積層体および半導体装置、ならびにそれらの製造方法 | |
| WO2016067996A1 (ja) | 半導体積層体、受光素子およびセンサ | |
| JP7147570B2 (ja) | 半導体積層体および受光素子 | |
| JP7078049B2 (ja) | 半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法 | |
| JP5983716B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体受光素子 | |
| JP5794288B2 (ja) | 受光素子アレイ及びエピタキシャルウェハ | |
| JP5659864B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体受光素子 | |
| JP2016092036A (ja) | 半導体積層体、受光素子およびセンサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201123 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210830 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210907 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211013 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220201 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220621 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220921 |
|
| C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20220921 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20221004 |
|
| C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20221011 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20221111 |
|
| C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211 Effective date: 20221115 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240319 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7458696 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |