JP4702474B2 - 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 - Google Patents
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Description
前記受光層はV族元素として少なくともアンチモンを含むIII−V族化合物半導体層を有している。
図5及び図6に示されるように、第2InGaAs層ではアンチモンプロファイルSbは一旦低くなるけれども、InGaAs層の成長の後にInP層を成長するとき、InP層ではアンチモンプロファイルSbは再び高くなる。
図7に示される構造のフォトダイオードを作製した。n型InP基板を準備した。このInP基板上に、TMIn(トリメチルインジウム)およびTBP(ターシャリーブチルホスフィン)を成長炉に供給して、n型InPバッファ層を摂氏500度の基板温度で成長した。バッファ層の厚みは例えば10nmであり、バッファ層のn型ドーピングには、TeESiを用いた。次に、n型InPバッファ層の上に、TMIn(トリメチルインジウム)およびTEGa(トリエチルガリウム)、TBA(ターシャリーブチルアルシン)を成長炉に供給してn型InGaAs層を摂氏500度で成長した。InGaAs層の厚みは例えば150nmであった。多重量子井戸構造の受光層を作製した。この実施例では、(InGaAs/GaAsSb)の多重量子井戸構造の受光層を形成した。単位量子井戸構造を形成するInGaAs層、GaAsSb層の厚みは5nmであり、50ペア数(単位量子井戸の繰り返し数) を成長した。Sb原料にはTMSbを用いた。次に、受光層の上に、Zn拡散導入の際の拡散濃度分布調整層として、厚み1μmのInGaAs層を摂氏500度で成長した。最後に、厚み1μmのn型InP窓層を摂氏500度で成長した。n型InP 窓層にはシリコンが添加されており、図8に示すように、シリコン濃度の異なるフォトダイオードA2〜A7をそれぞれ作製した。また、シリコンが添加されたn型InP窓層に替えて、シリコンを含め意図的にドーパントを添加していないInP窓層を成長したフォトダイオードA1も作製した。
この本発明例A1〜A7について二次イオン質量分析法によってシリコンの濃度を、CV測定によってキャリアタイプと電子又は正孔濃度を測定した。
本発明例A2〜A7では、シリコンの濃度は5×1015(cm−3)から5×1019(cm−3)であり、本発明例A1ではシリコン濃度は二次イオン質量分析法の検出限界以下の1×1015cm−3未満であった。
本発明例A1、A2のキャリアタイプはp型であり、正孔濃度はA1では1×1016(cm−3)、A2では5×1015(cm−3)であった。
一方、本発明例A3〜A7のキャリアタイプはn型であり、電子濃度はA3では5×1015(cm−3)、A4では1×1016(cm−3)、A5では1×1017(cm−3)、A6では1×1019(cm−3)、A7では5×1019(cm−3)であった。
このように、InP窓層にシリコンをドーピング(電子濃度1×1016cm−3〜1×1019cm−3)してn型に制御することによって、暗電流は1桁程度小さくできる。
Claims (21)
- III−V族化合物半導体受光素子であって、
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に設けられた受光層と、
前記受光層上に設けられ、第1及び第2の部分を有するInP層と、
前記InP層の前記第1の部分の表面から前記受光層の方向に伸びるp型半導体からなるアノード領域と
を備え、
前記III−V族化合物半導体層のバンドギャップはInPのバンドギャップより小さく、
前記InP層にはn型ドーパントが添加されており、
前記InP層の前記第2の部分における多数キャリアは電子であり、
前記InP層の前記第2の部分における電子濃度は1×1016cm−3以上であり、
前記受光層はV族元素として少なくともアンチモンを含むIII−V族化合物半導体層を有している、ことを特徴とするIII−V族化合物半導体受光素子。 - 前記InP層の前記第2の部分における電子濃度は1×1019cm−3以下である、ことを特徴とする請求項1に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。
- III−V族化合物半導体受光素子であって、
主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上に設けられた受光層と、
前記受光層上に設けられたInP層と、
を備え、
前記III−V族化合物半導体層のバンドギャップはInPのバンドギャップより小さく、
前記InP層にはドナーが添加されており、
前記InP層のドナー密度は1×1016cm−3以上であり、
前記受光層はV族元素として少なくともアンチモンを含むIII−V族化合物半導体層を有している、ことを特徴とするIII−V族化合物半導体受光素子。 - 前記InP層におけるドナー密度は1×1019cm−3以下である、ことを特徴とする請求項3に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。
- 前記InP層におけるドナーがシリコンである、ことを特徴とする請求項3または4記載のIII−V族化合物半導体受光素子。
- 前記InP層は不純物としてアンチモンを含んでいることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。
- 前記InP層におけるアンチモン濃度は1×1017cm−3以上であり、
前記InP層におけるアンチモン濃度は1×1019cm−3以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。 - 前記受光層と前記InP層との間に設けられたアンドープのInGaAs層を更に備え、
前記InP層のアンチモン濃度は前記InGaAs層のアンチモン濃度より高い、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。 - 前記InP層の前記第2の部分の表面を覆う絶縁体からなるパッシベーション膜を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。
- 前記受光層は、InGaAs層及びGaAsSb層を含む多重量子井戸構造、及びGaInNAs層及びGaAsSb層を含む多重量子井戸構造の少なくともいずれかを有し、
前記III−V族化合物半導体層はGaAsSb層を含む、ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。 - 前記半導体基板は導電性InPからなり、
当該III−V族化合物半導体受光素子は前記半導体基板の裏面に設けられたカソード電極を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載されたIII−V族化合物半導体受光素子。 - III−V族化合物半導体受光素子を作製する方法であって、
成長炉に基板を配置する工程と、
前記成長炉において、前記III−V族化合物半導体受光素子のための半導体積層を成長してエピタキシャル基板を形成する工程と、
前記半導体積層を形成した後に、前記成長炉から前記エピタキシャル基板を取り出す工程と、
前記成長炉から前記エピタキシャル基板を取り出した後に、前記InP層の表面からp型ドーパントを導入して、前記受光層の方向に伸びるp型半導体からなるアノード領域を形成する工程と
を備え、
半導体積層を成長する前記工程は、
受光層を前記基板の主面上に形成する工程と、
n型ドーパント、インジウム原料及びリン原料を含む原料ガスを前記成長炉に供給して、n型導電性のInP層を前記受光層上に形成する工程と、
を含み、
受光層を基板の主面上に形成する前記工程は、アンチモン原料及びV族原料を含む原料ガスを前記成長炉に供給する工程を備え、
前記III−V族化合物半導体層のバンドギャップはInPのバンドギャップより小さく、
前記InP層における電子濃度は1×1016cm−3以上であり、
前記受光層は、V族元素として少なくともアンチモンを含むIII−V族化合物半導体層を有する、ことを特徴とする方法。 - 前記InP層における電子濃度は1×1019cm−3以下である、ことを特徴とする請求項12に記載された方法。
- III−V族化合物半導体受光素子を作製する方法であって、
成長炉に基板を配置する工程と、
前記成長炉において、前記III−V族化合物半導体受光素子のための半導体積層を成長してエピタキシャル基板を形成する工程と、
前記半導体積層を形成した後に、前記成長炉から前記エピタキシャル基板を取り出す工程と、
前記成長炉から前記エピタキシャル基板を取り出した後に、前記InP層の表面からp型ドーパントを導入して、前記受光層の方向に伸びるp型半導体からなるアノード領域を形成する工程と
を備え、
半導体積層を成長する前記工程は、
受光層を前記基板の主面上に形成する工程と、
n型ドーパント、インジウム原料及びリン原料を含む原料ガスを前記成長炉に供給して、n型導電性のInP層を前記受光層上に形成する工程と、
を含み、
受光層を基板の主面上に形成する前記工程は、アンチモン原料及びV族原料を含む原料ガスを前記成長炉に供給する工程を備え、
前記III−V族化合物半導体層のバンドギャップはInPのバンドギャップより小さく、
前記InP層におけるドナー密度は1×1016cm−3以上であり、
前記受光層は、V族元素として少なくともアンチモンを含むIII−V族化合物半導体層を有する、ことを特徴とする方法。 - 前記InP層におけるドナー密度は1×1019cm−3以下である、ことを特徴とする請求項14に記載された方法。
- 前記InP層におけるドナーがシリコンである、ことを特徴とする請求項14又は請求項15に記載された方法。
- 前記InP層は不純物としてアンチモンを含んでいることを特徴とする請求項12〜請求項16のいずれか一項に記載された方法。
- 前記InP層におけるアンチモン濃度は1×1017cm−3以上であり、
前記InP層におけるアンチモン濃度は1×1019cm−3以下である、ことを特徴とする請求項12〜請求項17のいずれか一項に記載された方法。 - 前記InP層を成長する前に、III族原料及びV族原料を含む原料ガスを前記成長炉に供給してInGaAs層を前記受光層上に成長する工程を更に備え、
前記InGaAs層のアンチモン濃度は前記InP層の前記アンチモン濃度より低い、ことを特徴とする請求項12〜請求項18のいずれか一項に記載された方法。 - 前記受光層は、InGaAs層及びGaAsSb層を含む多重量子井戸構造、及びGaInNAs層及びGaAsSb層を含む多重量子井戸構造の少なくともいずれかを有し、
前記III−V族化合物半導体層は、GaAsSb層を含む、ことを特徴とする請求項12〜請求項19のいずれか一項に記載された方法。 - 前記受光層及び前記InP層の成長は、有機金属気相成長法で行われる、ことを特徴とする請求項12〜請求項20のいずれか一項に記載された方法。
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