JP5391945B2 - 受光素子及びエピタキシャルウェハ - Google Patents

Description

本発明は、受光素子及びエピタキシャルウェハに関する。

近時、ＩｎＰ基板を用いたＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体については、バンドギャップエネルギーが近赤外領域に対応することから、多数の研究開発が行われている。非特許文献１には、ＩｎＧａＡｓ−ＧａＡｓＳｂのタイプＩＩの量子井戸構造の受光層がＩｎＰ基板上に形成され、ｐ型またはｎ型のエピタキシャル層によるｐｎ接合が形成されたカットオフ波長２．３９ミクロンのフォトダイオードについて報告されている。非特許文献１には、更に、カットオフ波長を更に長波長化するには歪補償構造が必要であるとして、ＩｎＧａＡｓ−ＧａＡｓＳｂの歪補償量子井戸構造を用いたカットオフ波長２ミクロン〜５ミクロンのフォトダイオードの提案がなされている。

R.Sidhu, "Long-wavelength Photodiode onInP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells", IEEE PhotonicsTechnology Letters, Vol.17, No.12(2005), pp.2715-2717。

しかし、非特許文献１の場合、ＩｎＧａＡｓに電極及びパッシベーション膜を形成することとなり、比較的大きな暗電流の発生が予想される。特に、ＩｎＧａＡｓの結晶表面にパッシベーション膜を形成する技術については開発の途上にあり、暗電流を低減させるところまでには至っていない。そこで、本発明は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、ＩＩＩ−Ｖ族半導体から成り暗電流の低減された受光素子及びエピタキシャルウェハを提供することを目的としている。

本発明に係る受光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、前記基板上に設けられた受光層と、前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、を備え、前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、前記窓層及び前記拡散濃度分布調整層からなる半導体領域は、前記受光層との接合面に沿って順に配置された第１と第２の領域からなり、前記第２の領域は、所定の不純物元素を含み前記第１の領域に接しており、前記第２の領域の導電型はｐ型であり、前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から前記第１の領域において前記窓層内または前記拡散濃度分布調整層内に延びる所定領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。

キャリア濃度が５×１０^１５ｃｍ^−３未満や１×１０^１９ｃｍ^−３を超えると、受光素子が画素として二つ隣接する場合に、この隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する。また、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面（拡散濃度分布調整層と窓層の界面）では、ホール性の欠陥の発生や、バンド不連続によるキャリアの空乏化によって、隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する虞がある。これに対し本発明に係る受光素子は、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面のｎ型のキャリア濃度を拡散濃度分布調整層及び窓層よりも上げることによって、暗電流を低減できる。

本発明に係る受光素子では、前記所定領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値は、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値よりも大きいことが好ましい。このように、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面近傍のみキャリア濃度を高くする方が特に暗電流を低減できる。

本発明に係る受光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、前記基板上に設けられた受光層と、前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、を備え、前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、前記窓層及び前記拡散濃度分布調整層からなる半導体領域は、前記受光層との接合面に沿って順に配置された第１と第２の領域からなり、前記第２の領域は、所定の不純物元素を含み前記第１の領域に接しており、前記第２の領域の導電型はｐ型であり、前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から前記窓層内または前記拡散濃度分布調整層内に延びる所定領域内のドナーの濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。

キャリア濃度が５×１０^１５ｃｍ^−３未満や１×１０^１９ｃｍ^−３を超えると、受光素子が画素として二つ隣接する場合に、この隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する。また、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面では、ホール性の欠陥の発生や、バンド不連続によるキャリアの空乏化によって、隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する虞がある。これに対し本発明に係る受光素子は、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面のｎ型のキャリア濃度を拡散濃度分布調整層及び窓層よりも上げることによって、暗電流を低減できる。そして、ドナー不純物の添加により、上記のようなキャリア濃度を実現できる。

本発明に係る受光素子では、前記所定領域内のドナーの濃度の最大値は、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のドナーの濃度の最大値よりも大きいことが好ましい。このように、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面近傍のみドナーの濃度を高くする方が特に暗電流を低減できる。更に、前記所定領域の厚みは０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であるのが好ましい。所定領域の厚みが０．０２μｍを下回るとホール性の欠陥の発生や、バンド不連続によるキャリアの空乏化を補償することができず、暗電流を低減できない。所定領域の厚みが０．２μｍを上回ると過剰なｎ型キャリアによって、暗電流が増大する。

本発明に係る受光素子では、前記ドナーはＳｉであることが好ましい。Ｓｉを用いることによって、ｎ型のキャリア濃度やドナー濃度の制御を容易に行うことができる。

本発明に係る受光素子では、前記不純物元素はＺｎであることが好ましい。Ｚｎが不純物元素としてドープされることによりｐ型領域が形成されているので、エピタキシャルウェハにおいてアレイ状に配列される複数の受光素子が形成される。

本発明に係る受光素子では、前記拡散濃度分布調整層はＩｎＧａＡｓからなることが好ましい。ＩｎＰ中よりもＩｎＧａＡｓ中の方がＺｎの拡散速度が遅いため、Ｚｎの拡散深さの制御性が向上する。

本発明に係る受光素子では、前記窓層はＩｎＰからなることが好ましい。ＩｎＰの結晶表面にパッシベーション膜を形成する技術は、ＩｎＧａＡｓの表面にパッシベーション膜を形成する技術よりも蓄積があり、表面での暗電流リークを容易に抑制可能となる。ＩｎＰからなる窓層は、エピタキシャル層を入射面側とする構造とした場合、受光層より入射側での近赤外光の吸収などを防止しながら、暗電流の抑制に有効に作用する。

本発明に係る受光素子では、前記受光層はタイプＩＩの多重量子井戸構造であることが好ましい。従って、近赤外域の長波長側（波長＞２μｍ）に受光感度を持つ受光素子を作製できる。

本発明に係る受光素子では、前記多重量子井戸構造は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）とＧａＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペア、又は、Ｇａ_１−ｔＩｎ_ｔＮ_ｕＡｓ_１−ｕ（０．４≦ｔ≦０．８，０＜ｕ≦０．２）とＧａＡｓ_１−ｖＳｂ_ｖ（０．３６≦ｖ≦０．６２）とのペアから成ることが好ましい。これによって、近赤外域に受光感度を持つフォトダイオード等を、良好な結晶性を保持した上で、能率良く、大量に製造することができる。

本発明に係るエピタキシャルウェハは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、前記基板上に設けられた受光層と、前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、を備え、前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から該窓層内または前記拡散濃度分布調整層内に延びる所定領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。

キャリア濃度が５×１０^１５ｃｍ^−３未満や１×１０^１９ｃｍ^−３を超えると、受光素子が画素としてエピタキシャルウェハ内に二つ隣接する場合に、この隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する。また、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面では、ホール性の欠陥の発生や、バンド不連続によるキャリアの空乏化によって、隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する虞がある。これに対し本発明に係るエピタキシャルウェハは、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面のｎ型のキャリア濃度を拡散濃度分布調整層及び窓層よりも上げることによって、暗電流を低減できる。

本発明に係るエピタキシャルウェハでは、前記窓層の前記所定領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値は、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値よりも大きいことが好ましい。このように、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面近傍のみキャリア濃度を高くする方が特に暗電流を低減できる。

本発明に係るエピタキシャルウェハは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、
前記基板上に設けられた受光層と、前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、を備え、前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から該窓層内または前記拡散濃度分布調整層内に延びる所定領域内のドナーの濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。

キャリア濃度が５×１０^１５ｃｍ^−３未満や１×１０^１９ｃｍ^−３を超えると、受光素子が画素としてエピタキシャルウェハ内に二つ隣接する場合に、この隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する。また、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面では、ホール性の欠陥の発生や、バンド不連続によるキャリアの空乏化によって、隣接画素間で良好なｐｎｐ接合が形成されなくなり、隣接画素に電流がリークして暗電流が増加する虞がある。これに対し本発明に係るエピタキシャルウェハは、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面のｎ型のキャリア濃度を拡散濃度分布調整層及び窓層よりも上げることによって、暗電流を低減できる。そして、ドナー不純物の添加により、上記のようなキャリア濃度を実現できる。

本発明に係るエピタキシャルウェハでは、前記窓層の前記所定領域内のドナーの濃度の最大値は、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のドナーの濃度の最大値よりも大きいことが好ましい。このように、拡散濃度分布調整層と窓層との接合面近傍のみドナーの濃度を高くする方が特に暗電流を低減できる。

本発明に係るエピタキシャルウェハでは、前記ドナーはＳｉであることが好ましい。Ｓｉを用いることによって、ｎ型のキャリア濃度やドナー濃度の制御を容易に行うことができる。更に、前記所定領域の厚みは０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であるのが好ましい。所定領域の厚みが０．０２μｍを下回るとホール性の欠陥の発生や、バンド不連続によるキャリアの空乏化を補償することができず、暗電流を低減できない。所定領域の厚みが０．２μｍを上回ると過剰なｎ型キャリアによって、暗電流が増大する。

本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体から成り、暗電流の低減された受光素子及びエピタキシャルウェハを提供することができる。

実施形態に係る受光素子の構成を説明するための図である。 実施形態に係る受光素子の効果を説明するための図である。 実施形態に係るエピタキシャルウェハの構成を説明するための図である。 実施形態に係る受光素子の実施例と比較例を示す図である。 実施形態に係る受光素子の実施例と比較例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、実施形態に係る受光素子１は、基板３、半導体層５、受光層７、拡散濃度分布調整層９、窓層１１、絶縁膜１３、ｐ型電極１５及びｎ型電極１７を備える。半導体層５は、ｎ型のＩｎＰからなる図示しないバッファ層を挟んで基板３上に設けられ、このバッファ層と半導体層５の裏面とが接している。

受光層７は半導体層５の表面に設けられ、拡散濃度分布調整層９は受光層７上に設けられている。拡散濃度分布調整層９の裏面は受光層７に接している。受光層７は、半導体層５と拡散濃度分布調整層９との間（換言すれば、受光層７は、基板３と拡散濃度分布調整層９との間）に設けられている。受光層７は、複数の量子井戸層と複数のバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する。

拡散濃度分布調整層９は、受光層７と窓層１１との間に設けられている。拡散濃度分布調整層９上に窓層１１が設けられ、拡散濃度分布調整層９の表面と窓層１１の裏面とが接している。窓層１１の表面には絶縁膜１３が設けられ、絶縁膜１３は開口を有する。窓層１１の表面にはｐ型電極１５が設けられ、窓層１１の表面に接している。

拡散濃度分布調整層９及び窓層１１から成る半導体領域は、第１の領域１９及び第２の領域２１からなる。第２の領域２１は、第１の領域１９に接する面を有する。第２の領域２１は不純物拡散領域２５となっており、不純物拡散領域２５には、所定の不純物元素（本実施形態においてはＺｎ）を含む（ドープされている）。

ｐ型電極１５は、絶縁膜１３の開口内に配置されている。ｐ型電極１５と窓層１１との接続はオーミック接続である。ｎ型電極１７は、基板３の裏面に設けられ、この裏面に接している。ｎ型電極１７と基板３との接続はオーミック接続である。

基板３は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体であるＩｎＰからなる。基板３は、Ｓドープされておりｎ型の導電型を有する。基板３上のバッファ層（不図示）は、ｎ型のＩｎＰからなり、１０ｎｍ程度の厚みを有する。半導体層５は、ｎ型のＩｎＧａＡｓからなり、１５０ｎｍ程度の厚みを有する。受光層７は、受光層７に含まれる複数のＩｎＧａＡｓ層と複数のＧａＡｓＳｂ層とが交互に積層されたタイプＩＩの多重量子井戸構造を有する。受光層７には、ＩｎＧａＡｓ層及びＧａＡｓＳｂ層が例えば５０組（ペア）含まれている。ＩｎＧａＡｓ層の厚みは５ｎｍ程度であり、ＧａＡｓＳｂ層の厚みも５ｎｍ程度である。受光層７のＩｎＧａＡｓ層及びＧａＡｓＳｂ層の具体的な組成は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）、及び、ＧａＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）である。なお、受光層７は、Ｇａ_１−ｔＩｎ_ｔＮ_ｕＡｓ_１−ｕ（０．４≦ｔ≦０．８，０＜ｕ≦０．２）とＧａＡｓ_１−ｖＳｂ_ｖ（０．３６≦ｖ≦０．６２）とを５０組含む構成であってもよい。

拡散濃度分布調整層９は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体であるＩｎＧａＡｓから成り、１．０μｍ程度の厚みを有する。拡散濃度分布調整層９はドープされていない。

窓層１１は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体であるＩｎＰからなり、０．８μｍ程度の厚みを有する。窓層１１は、拡散濃度分布調整層９よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。窓層１１にはｎ型ドーパントであるＳｉがドープされている。なお、拡散濃度分布調整層９のうち第２の領域２１に含まれる部分と、窓層１１のうち第２の領域２１に含まれる部分とは何れもｐ型になっており、窓層１１のうち第１の領域１９はｎ型になっている。このように、第１の領域１９は、第２の領域２１とは異なった導電型を有している。窓層１１と拡散濃度分布調整層９との接合面（窓層１１の裏面又は拡散濃度分布調整層９の表面であり、窓層１１と拡散濃度分布調整層９の界面）から少なくとも窓層１１内に延びる所定の領域２６内のｎ型のキャリア濃度又はドナー（Ｓｉ）濃度は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にある。図１に記載の領域２６は、窓層１１内にのみ拡がっているものであるが、領域２６は、窓層１１内だけでなく拡散濃度分布調整層９内にも拡がっている場合もある。この領域２６の厚みＬ（窓層１１と拡散濃度分布調整層９との接合面から窓層１１の内側または拡散濃度分布調整層９の内側に向かう方向の領域２６の幅）は０．０２〜０．２μｍ程度である。領域２６の厚みＬが０．０２μｍを下回るとホール性の欠陥の発生や、バンド不連続によるキャリアの空乏化を補償することができず、暗電流を低減できない。領域２６の厚みＬが０．２μｍを上回ると過剰なｎ型キャリアによって、暗電流が増大する。

次に、受光素子１の製造方法について説明する。Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂの原料として、それぞれＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＢＡｓ、ＴＢＰ、ＴＭＳｂを用いる。ｎ型のドーピングにはＴｅＥＳｉを用いる。まず、図３に示すエピタキシャルウェハ２７をＭＯＶＰＥ法により作製する。Ｓドープした基板３ｂを用意する。このＳドープされた基板３ｂ上に、ｎ型ドープされたＩｎＰからなるバッファ層（不図示）を１０ｎｍ成長し、このバッファ層上にｎ型ドープされたＩｎＧａＡｓからなる半導体層５ｂを０．１５ミクロン成長し、この半導体層５ｂ上にＩｎＧａＡｓ−ＧａＡｓＳｂのタイプＩＩの多重量子井戸構造で構成される受光層７ｂを成長する。この多重量子井戸構造は、基板側からアンドープＩｎＧａＡｓ層５ｎｍ、アンドープＧａＡｓＳｂ層５ｎｍが交互に積層されており、この二層構造が５０ペア繰り返された構造である。以上の受光層の形成までのすべての層の結晶成長温度を摂氏５００度とする。以上の受光層の形成までのすべての層の結晶成長において、ＧａＡｓＳｂに対してはＴＥＧａ、ＴＢＡｓ及びＴＭＳｂを、ＩｎＧａＡｓに対してはＴＥＧａ、ＴＭＩｎ及びＴＢＡｓを、ＩｎＰに対してはＴＭＩｎ及びＴＢＰを、それぞれ原料ガスとして用いる。

次に、摂氏５００度のもとで、受光層７ｂの上にＩｎＧａＡｓからなる拡散濃度分布調整層９ｂを成長し、更に、この拡散濃度分布調整層９ｂの上にＩｎＰからなる窓層１１を成長する。拡散濃度分布調整層９ｂと窓層１１ｂとの接合面から拡散濃度分布調整層９ｂ内に０．０５ミクロンの厚みを有する部分と、拡散濃度分布調整層９ｂと窓層１１ｂとの接合面から窓層１１ｂ内に０．０５ミクロンの厚みを有する部分との形成時には、何れもＴｅＥＳｉの供給量を、後述する実施例１〜実施例４の何れかのｎ型のキャリア濃度となるように調整する。

以上によってエピタキシャルウェハ２７を作製した後、このエピタキシャルウェハ２７を用いて受光素子１の作製を行う。窓層１１ｂの表面から受光層７ｂの裏面側に延びるｐ型領域（受光素子１の不純物拡散領域２５に対応）を、ＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターンの開口部からｐ型不純物のＺｎを選択拡散させることによって形成する。このｐ型領域に属する窓層１１ｂの表面にはＡｕＺｎからなるｐ型電極１５を、更に、基板３ｂの裏面にはＡｕＧｅＮｉからなるｎ型電極１７を、それぞれオーミック接触するように設ける。基板３ｂの裏面側には、更にＳｉＯＮ膜の反射防止膜を設け、エピタキシャルウェハ２７の表面側（窓層１１ｂ側）を入射面とする場合にエピタキシャルウェハ２７の裏面側（基板３ｂ側）における反射を防止し、クロストーク等を低減させる。以上のようにして受光素子１がエピタキシャルウェハ２７を用いて作製される。エピタキシャルウェハ２７の裏面側（基板３側）を入射面とする場合には、ｎ型電極１７はリング状または枠状とし、この中央部分にＳｉＯＮ膜の反射防止膜を設け、測定対象とする光の進入効率を高める。

なお、受光素子１の基板３はエピタキシャルウェハ２７の基板３ｂの一部であり、受光素子１の半導体層５はエピタキシャルウェハ２７の半導体層５ｂの一部であり、受光素子１の受光層７はエピタキシャルウェハ２７の受光層７ｂの一部であり、受光素子１の拡散濃度分布調整層９はエピタキシャルウェハ２７の拡散濃度分布調整層９ｂの一部であり、受光素子１の窓層１１はエピタキシャルウェハ２７の窓層１１ｂの一部である。

次に、実施形態に係る受光素子１の実施例１〜４、及び、実施例１〜４に対する比較例１〜３、のそれぞれのｎ型のキャリア濃度及びドナー濃度を図４及び図５にそれぞれ示す。また、比較例１〜３に係る受光素子１ａを図２（Ａ）に示す。受光素子１ａは、基板３ａ、半導体層５ａ、受光層７ａ、拡散濃度分布調整層９ａ、窓層１１ａ、ｐ型電極１５ａ、ｎ型電極１７ａ及び不純物拡散領域２５ａを備え、これらは、それぞれ、受光素子１の基板３、半導体層５、受光層７、拡散濃度分布調整層９、窓層１１、ｐ型電極１５、ｎ型電極１７及び不純物拡散領域２５ａに対応している。また、受光素子１の領域２６に対応する領域２６ａ（不図示）を有する。

図４には、窓層１１又は窓層１１ａ内のｎ型のキャリア濃度の最大値、領域２６又は領域２６ａ（窓層１１と拡散濃度分布調整層９との接合面から窓層１１内及び拡散濃度分布調整層９内にそれぞれ０．１μｍ延びている領域、又は、窓層１１ａと拡散濃度分布調整層９ａとの接合面から窓層１１ａ内及び拡散濃度分布調整層９ａ内にそれぞれ０．１μｍ延びている領域）内のｎ型のキャリア濃度の最大値、拡散濃度分布調整層９又は拡散濃度分布調整層９ａ内のｎ型のキャリア濃度の最大値、及び、−５Ｖでの暗電流（受光径１５μｍφ換算）、のそれぞれの実測値が、実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例３のそれぞれについて示されている。なお、図４に示すｎ型のキャリア濃度は、拡散濃度分布調整層９及び窓層１１において不純物拡散領域２５を除いた領域内の値であって、更に、拡散濃度分布調整層９ａ及び窓層１１ａにおいて不純物拡散領域２５ａを除いた領域内の値である。

更に、実施例１〜４、及び、比較例１〜３、のそれぞれのドナー濃度を図５に示す。図５には、窓層１１又は窓層１１ａ内のドナー濃度の最大値、領域２６又は領域２６ａ（窓層１１と拡散濃度分布調整層９との接合面から窓層１１内及び拡散濃度分布調整層９内において共に０．１μｍ延びている領域、又は、窓層１１ａと拡散濃度分布調整層９ａとの接合面から窓層１１ａ内及び拡散濃度分布調整層９ａ内において共に０．１μｍ延びている領域）内のドナー濃度の最大値、拡散濃度分布調整層９又は拡散濃度分布調整層９ａ内のドナー濃度の最大値、及び、−５Ｖでの暗電流（受光径１５μｍφ換算）、のそれぞれの実測値が、実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例３のそれぞれについて示されている。

以上説明した構成の受光素子１（実施形態１〜実施形態４）において、拡散濃度分布調整層９と窓層１１との接合面におけるｎ型のキャリア濃度（領域２６内のｎ型のキャリア濃度）の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内であって、当該接合面の近傍（領域２６の近傍）のｎ型のキャリア濃度よりも比較的高くなっており、更に、拡散濃度分布調整層９と窓層１１との接合面におけるドナー濃度（領域２６内のドナー濃度）の最大値も、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内であって、当該接合面の近傍（領域２６の近傍）のドナー濃度よりも比較的高くなっている。

これに対し、比較例１に係る受光素子１ａの場合、拡散濃度分布調整層９ａと窓層１１ａとの接合面において（領域２６ａ内において）、ｎ型のキャリア濃度の最大値は、当該接合面の近傍（領域２６ａの近傍）のｎ型のキャリア濃度と同等かそれ以下であり、更に、拡散濃度分布調整層９ａと窓層１１ａとの接合面におけるドナー濃度（領域２６ａ内のドナー濃度）も、当該接合面の近傍（領域２６ａの近傍）のドナー濃度と同等かそれ以下となっている。このため、拡散濃度分布調整層９ａと窓層１１ａとの接合面（領域２６ａ内）において、空乏化やホール性の欠陥３１（ｐ型化）が生じる等によって、暗電流が増大する虞がある。

比較例２〜３に係る受光素子１ａの場合、拡散濃度分布調整層９ａと窓層１１ａとの接合面において（領域２６ａ内において）、ｎ型のキャリア濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲外であって、更に、拡散濃度分布調整層９ａと窓層１１ａとの接合面におけるドナー濃度（領域２６ａ内のドナー濃度）も、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲外である。このため、拡散濃度分布調整層９ａと窓層１１ａとの接合面（領域２６ａ内）において、空乏化やホール性の欠陥３１（ｐ型化）が生じる等によって、暗電流が増大する虞がある。

従って、受光素子１ａ同士が隣接する場合には、隣接する受光素子１ａの一方から他方に暗電流がリークする虞があるが、受光素子１の場合、拡散濃度分布調整層９と窓層１１との接合面（領域２６内）において、ｎ型のキャリア濃度及びドナー濃度（Ｓｉ）が比較的高い（５×１０^１５ｃｍ^−３以上）ので、受光素子１ａの場合のようなｐ型化が抑制され、よって、暗電流が低減される。よって、図２（Ｂ）に示すように、本発明に係る受光素子１の場合、隣接する二つの受光素子１の間の界面にｐｎｐ接合が形成されるので、隣接する一方の受光素子１側（横方向）においてリーク電流の発生が低減される。

１，１ａ…受光素子、１１，１１ａ，１１ｂ…窓層、１３…絶縁膜、１５ａ，１５…ｐ型電極、１７，１７ａ…ｎ型電極、１９…第１の領域、２１…第２の領域、２５，２５ａ…不純物拡散領域、２６…領域、２７…エピタキシャルウェハ、３，３ａ，３ｂ…基板、５，５ａ，５ｂ…半導体層、７，７ａ，７ｂ…受光層、９，９ａ，９ｂ…拡散濃度分布調整層。

Claims (12)

1. ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、
   前記基板上に設けられた受光層と、
   前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、
   前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、
   を備え、
   前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、
   前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、
   前記窓層及び前記拡散濃度分布調整層からなる半導体領域は、前記受光層との接合面に沿って順に配置された第１と第２の領域からなり、
   前記第２の領域は、所定の不純物元素を含み前記第１の領域に接しており、
   前記第２の領域の導電型はｐ型であり、
   前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から前記第１の領域において少なくとも前記窓層内に延びる所定領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にあり、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値よりも大きく、
   前記受光層は、タイプＩＩの多重量子井戸構造である、ことを特徴とする受光素子。
2. ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、
   前記基板上に設けられた受光層と、
   前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、
   前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、
   を備え、
   前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、
   前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、
   前記窓層及び前記拡散濃度分布調整層からなる半導体領域は、前記受光層との接合面に沿って順に配置された第１と第２の領域からなり、
   前記第２の領域は、所定の不純物元素を含み前記第１の領域に接しており、
   前記第２の領域の導電型はｐ型であり、
   前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から少なくとも前記窓層内に延びる所定領域内のドナーの濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にあり、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のドナーの濃度の最大値よりも大きく、
   前記受光層は、タイプＩＩの多重量子井戸構造である、ことを特徴とする受光素子。
3. 前記ドナーはＳｉである、ことを特徴とする請求項２に記載の受光素子。
4. 前記所定領域の厚みは０．０２μｍ以上０．２μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の受光素子。
5. 前記不純物元素はＺｎである、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の受光素子。
6. 前記拡散濃度分布調整層はＩｎＧａＡｓからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の受光素子。
7. 前記窓層はＩｎＰからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のうち何れか一項に記載の受光素子。
8. 前記多重量子井戸構造は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）とＧａＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペア、又は、Ｇａ_１−ｔＩｎ_ｔＮ_ｕＡｓ_１−ｕ（０．４≦ｔ≦０．８，０＜ｕ≦０．２）とＧａＡｓ_１−ｖＳｂ_ｖ（０．３６≦ｖ≦０．６２）とのペアから成る、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のうち何れか一項に記載の受光素子。
9. ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、
   前記基板上に設けられた受光層と、
   前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、
   前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、
   を備え、
   前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、
   前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、
   前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から少なくとも前記窓層内に延びる所定領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にあり、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のｎ型のキャリア濃度の最大値よりも大きく、
   前記受光層は、タイプＩＩの多重量子井戸構造である、ことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
10. ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる基板と、
    前記基板上に設けられた受光層と、
    前記受光層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、
    前記拡散濃度分布調整層に接して設けられ、前記拡散濃度分布調整層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層と、
    を備え、
    前記受光層は、前記基板と前記拡散濃度分布調整層との間に設けられ、
    前記拡散濃度分布調整層は、前記受光層と前記窓層との間に設けられ、
    前記窓層と前記拡散濃度分布調整層との接合面から少なくとも前記窓層内に延びる所定領域内のドナーの濃度の最大値は、５×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲内にあり、前記窓層内又は前記拡散濃度分布調整層内にあって前記所定領域に接する他の領域内のドナーの濃度の最大値よりも大きく、
    前記受光層は、タイプＩＩの多重量子井戸構造である、ことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
11. 前記ドナーはＳｉである、ことを特徴とする請求項１０に記載のエピタキシャルウェハ。
12. 前記所定領域の厚みは０．０２μｍ以上０．２μｍ以下である、ことを特徴とする請求項９〜請求項１１のうち何れか一項に記載のエピタキシャルウェハ。
    

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