JP6488855B2 - Semiconductor laminate, light receiving element, and method of manufacturing semiconductor laminate - Google Patents

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本発明は、半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laminate, a light receiving element, and a method for producing a semiconductor laminate.

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半導体層を形成した構造を含む半導体積層体は、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、量子井戸受光層、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)。また、感度の向上等を目的として、量子井戸受光層から見て基板とは反対側にn型層を配置してn型層に接触する第1電極を形成するとともに、基板側にp型層を配置してp型層に接触する第2電極を形成する構造(nip構造)が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。受光素子の暗電流の構成成分について、理論的な計算がなされた文献も存在する(たとえば、非特許文献2参照)。   A semiconductor stacked body including a structure in which a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor is formed on a substrate made of a group III-V compound semiconductor can be used for manufacturing a light receiving element corresponding to light in the infrared region. Specifically, for example, a buffer layer, a quantum well light-receiving layer, and a contact layer made of a group III-V compound semiconductor are sequentially stacked on a substrate made of a group III-V compound semiconductor, and an appropriate electrode is formed. An infrared light receiving element can be obtained. Regarding such a light receiving element, there is a report on a photodiode having a cutoff wavelength of 2 μm to 5 μm (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, for the purpose of improving sensitivity and the like, the n-type layer is disposed on the opposite side of the substrate as viewed from the quantum well light-receiving layer to form the first electrode in contact with the n-type layer, and the p-type layer is formed on the substrate side. A structure (nip structure) is proposed in which a second electrode that contacts the p-type layer is disposed (see, for example, Patent Document 1). There is also a document in which theoretical calculation has been made on the components of the dark current of the light receiving element (see, for example, Non-Patent Document 2).

特開2011−192838号公報JP 2011-192838 A

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.2715−2717R. Sidhu, et al. "A Long-Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells", IEEE PHOTOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 17, NO. 12, DECEMBER 2005, p. 2715-2717 S.R.FORREST、“Performance of InxGa1−xAsyP1−y Photodiodes with Dark Current Limited by Diffusion,Generation Recombination, and Tunneling”、IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS、VOL.QE−17,NO.2、FEBRUARY 1981、p.217−226S. R. FOREST, “Performance of InxGa1-xAsyP1-y Photodiodes with Dark Current Limited by Diffusion, Generation Recombination, and Tuning” QE-17, NO. 2, FEBRUARY 1981, p. 217-226

上記III−V族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子においては、感度が十分に向上せず、かつ暗電流が増加するという問題が生じる場合がある。そこで、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とともに、暗電流を低減することが可能な半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法を提供することを目的の1つとする。   In a light receiving element including a semiconductor layer made of the III-V group compound semiconductor, there are cases where the sensitivity is not sufficiently improved and a dark current increases. Therefore, it is possible to improve the sensitivity of a light receiving element including a semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor, and to provide a semiconductor stacked body, a light receiving element, and a method for manufacturing the semiconductor stacked body capable of reducing dark current. One of the purposes.

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、導電型が第1導電型である第1導電型層と、III−V族化合物半導体からなる量子井戸受光層と、III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型とは異なる第2導電型である第2導電型層と、を備える。第1導電型層、量子井戸受光層および第2導電型層は、この順に積層される。量子井戸受光層の厚みは0.5μm以上である。量子井戸受光層におけるキャリア濃度は1×1016cm−3以下である。 A semiconductor multilayer body according to the present invention is made of a III-V group compound semiconductor, a first conductivity type layer having a first conductivity type, a quantum well light-receiving layer made of a III-V group compound semiconductor, and III A second conductivity type layer made of a -V group compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type. The first conductivity type layer, the quantum well light-receiving layer, and the second conductivity type layer are stacked in this order. The quantum well light-receiving layer has a thickness of 0.5 μm or more. The carrier concentration in the quantum well light-receiving layer is 1 × 10 16 cm −3 or less.

本発明に従った半導体積層体の製造方法は、III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型である第1導電型層を形成する工程と、III−V族化合物半導体からなる量子井戸受光層を形成する工程と、III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型とは異なる第2導電型である第2導電型層を形成する工程と、を備える。第1導電型層を形成する工程、量子井戸受光層を形成する工程および第2導電型層を形成する工程は、この順で実施され、第1導電型層、量子井戸受光層および第2導電型層は、この順に積層される。量子井戸受光層は、厚みが0.5μm以上であり、キャリア濃度が1×1016cm−3以下となるように形成される。 The manufacturing method of the semiconductor laminated body according to this invention consists of a III-V group compound semiconductor, the process of forming the 1st conductivity type layer whose conductivity type is a 1st conductivity type, and a III-V group compound semiconductor. A step of forming a quantum well light-receiving layer, and a step of forming a second conductivity type layer made of a group III-V compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type. The step of forming the first conductivity type layer, the step of forming the quantum well light receiving layer, and the step of forming the second conductivity type layer are performed in this order, and the first conductivity type layer, the quantum well light receiving layer, and the second conductivity type are performed. The mold layers are laminated in this order. The quantum well light-receiving layer is formed to have a thickness of 0.5 μm or more and a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.

上記半導体積層体および上記半導体積層体の製造方法によれば、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とともに、暗電流を低減することができる。   According to the semiconductor stacked body and the method for manufacturing the semiconductor stacked body, it is possible to improve the sensitivity of a light receiving element including a semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor and reduce dark current.

実施の形態1における半導体積層体の構造を示す概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor stacked body in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における受光素子の構造を示す概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the light receiving element in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における半導体積層体および受光素子の製造方法の概略を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor stacked body and a light receiving element in the first embodiment. 動作層形成工程の手順の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the procedure of an operation | movement layer formation process. 動作層形成工程の手順の第1変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st modification of the procedure of an operation | movement layer formation process. 動作層形成工程の手順の第2変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd modification of the procedure of an operation | movement layer formation process. 動作層形成工程の手順の第3変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 3rd modification of the procedure of an operation | movement layer formation process. 実施の形態1における半導体積層体および受光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor stacked body and the light receiving element in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における半導体積層体および受光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor stacked body and the light receiving element in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における半導体積層体および受光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor stacked body and the light receiving element in the first embodiment. FIG. 実施の形態1における半導体積層体および受光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor stacked body and the light receiving element in the first embodiment. FIG. 実施の形態3における受光素子およびセンサの構造を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing structures of a light receiving element and a sensor according to Embodiment 3. FIG. 量子井戸受光層におけるキャリア濃度を変化させた場合の電圧と空乏層幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage at the time of changing the carrier concentration in a quantum well light receiving layer, and a depletion layer width.

[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、導電型が第1導電型である第1導電型層と、III−V族化合物半導体からなる量子井戸受光層と、III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型とは異なる第2導電型である第2導電型層と、を備える。第1導電型層、量子井戸受光層および第2導電型層は、この順に積層される。量子井戸受光層の厚みは0.5μm以上である。量子井戸受光層におけるキャリア濃度は1×1016cm−3以下である。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described. The semiconductor stacked body of the present application is made of a III-V group compound semiconductor, a first conductivity type layer having a first conductivity type, a quantum well light-receiving layer made of a group III-V compound semiconductor, and a group III-V A second conductivity type layer made of a compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type. The first conductivity type layer, the quantum well light-receiving layer, and the second conductivity type layer are stacked in this order. The quantum well light-receiving layer has a thickness of 0.5 μm or more. The carrier concentration in the quantum well light-receiving layer is 1 × 10 16 cm −3 or less.

本発明者らは、III−V族化合物半導体からなる半導体層を含む受光素子において感度が十分に向上せず、かつ暗電流が増加する原因について検討を行った。その結果、感度の低下および暗電流の増加は、量子井戸受光層の厚みと量子井戸受光層におけるキャリア濃度とに依存しているとの知見を得た。具体的には、キャリア濃度を1×1016cm−3以下とすることにより暗電流を許容可能な範囲に抑制することができる。また、上記キャリア濃度が達成されると、通常の動作電圧の下において十分な空乏層幅が確保される。そして、十分な空乏層幅が確保されている条件下において量子井戸受光層の厚みを0.5μm以上とすることにより、感度を許容可能な範囲とすることができる。 The inventors of the present invention have studied the cause of the sensitivity not sufficiently improving and the dark current increasing in a light receiving element including a semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor. As a result, it was found that the decrease in sensitivity and the increase in dark current depend on the thickness of the quantum well light-receiving layer and the carrier concentration in the quantum well light-receiving layer. Specifically, the dark current can be suppressed to an acceptable range by setting the carrier concentration to 1 × 10 16 cm −3 or less. Further, when the carrier concentration is achieved, a sufficient depletion layer width is secured under a normal operating voltage. And sensitivity can be made into a tolerance | permissible_range by making thickness of a quantum well light receiving layer into 0.5 micrometer or more on the conditions where sufficient depletion layer width is ensured.

本願の半導体積層体においては、量子井戸受光層におけるキャリア濃度が1×1016cm−3以下であり、かつ受光層の厚みは0.5μm以上である。そのため、本願の半導体積層体によれば、これを用いて受光素子を製造することにより、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とともに、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body of the present application, the carrier concentration in the quantum well light-receiving layer is 1 × 10 16 cm −3 or less, and the thickness of the light-receiving layer is 0.5 μm or more. Therefore, according to the semiconductor laminate of the present application, by using this to manufacture a light receiving element, the sensitivity of the light receiving element including a semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor can be improved and dark current can be reduced. Can do.

上記半導体積層体において、量子井戸受光層の厚みは1.5μm以上であってもよい。量子井戸受光層におけるキャリア濃度は1×1015cm−3以下であってもよい。このようにすることにより、一層受光素子の感度を向上させ、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body, the thickness of the quantum well light-receiving layer may be 1.5 μm or more. The carrier concentration in the quantum well light-receiving layer may be 1 × 10 15 cm −3 or less. By doing in this way, the sensitivity of a light receiving element can be improved further and a dark current can be reduced.

上記半導体積層体において、量子井戸受光層の厚みは2.0μm以上であってもよい。量子井戸受光層におけるキャリア濃度は7×1014cm−3以下であってもよい。このようにすることにより、一層受光素子の感度を向上させ、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body, the thickness of the quantum well light-receiving layer may be 2.0 μm or more. The carrier concentration in the quantum well light-receiving layer may be 7 × 10 14 cm −3 or less. By doing in this way, the sensitivity of a light receiving element can be improved further and a dark current can be reduced.

上記半導体積層体の上記量子井戸受光層において、第1導電型のキャリアを生成する第1導電型不純物の濃度および第2導電型のキャリアを生成する第2導電型不純物の濃度は、いずれも1×1016cm−3以下であってもよい。 In the quantum well light-receiving layer of the semiconductor stacked body, the concentration of the first conductivity type impurity that generates the first conductivity type carrier and the concentration of the second conductivity type impurity that generates the second conductivity type carrier are both 1 × 10 16 cm −3 or less may be used.

キャリア濃度は、p型不純物濃度とn型不純物濃度の差となるため、キャリア濃度が不純物濃度を超えることはない。第1導電型不純物の濃度および第2導電型不純物の濃度を、いずれも1×1016cm−3以下とすることにより、量子井戸受光層における上記キャリア濃度を容易に達成することができる。 Since the carrier concentration is the difference between the p-type impurity concentration and the n-type impurity concentration, the carrier concentration does not exceed the impurity concentration. By setting both the concentration of the first conductivity type impurity and the concentration of the second conductivity type impurity to 1 × 10 16 cm −3 or less, the carrier concentration in the quantum well light-receiving layer can be easily achieved.

上記半導体積層体の上記量子井戸受光層において、第1導電型のキャリアを生成する第1導電型不純物および第2導電型のキャリアを生成する第2導電型不純物の一方が、1×1016cm−3を超える濃度で含まれ、第1導電型不純物および第2導電型不純物の他方が、上記一方の濃度との差が1×1016cm−3以下の濃度で含まれてもよい。 In the quantum well light-receiving layer of the semiconductor stacked body, one of the first conductivity type impurity generating a first conductivity type carrier and the second conductivity type impurity generating a second conductivity type carrier is 1 × 10 16 cm. -3 , and the other of the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity may be included at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.

量子井戸受光層においてp型不純物およびn型不純物の一方が1×1016cm−3を超えている場合でも、p型不純物およびn型不純物の他方を量子井戸受光層内に導入することにより、量子井戸受光層における上記キャリア濃度を達成することができる。 Even when one of the p-type impurity and the n-type impurity exceeds 1 × 10 16 cm −3 in the quantum well light-receiving layer, by introducing the other of the p-type impurity and the n-type impurity into the quantum well light-receiving layer, The carrier concentration in the quantum well light-receiving layer can be achieved.

上記半導体積層体において、第1導電型不純物および第2導電型不純物の一方はSi(珪素)、S(硫黄)、Se(セレン)、Ge(ゲルマニウム)およびTe(テルル)からなる群から選択される一種以上であり、他方はZn(亜鉛)、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)およびC(炭素)からなる群から選択される一種以上であってもよい。これらの不純物は、III−V族化合物半導体からなる第1導電型層および第2導電型層に含まれるp型不純物またはn型不純物として好適である。   In the semiconductor stacked body, one of the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity is selected from the group consisting of Si (silicon), S (sulfur), Se (selenium), Ge (germanium), and Te (tellurium). The other may be one or more selected from the group consisting of Zn (zinc), Be (beryllium), Mg (magnesium), and C (carbon). These impurities are suitable as p-type impurities or n-type impurities contained in the first conductivity type layer and the second conductivity type layer made of a III-V group compound semiconductor.

上記半導体積層体において、量子井戸受光層はタイプII型の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、半導体積層体を赤外域の光に対応する受光素子に適したものとすることが容易となる。   In the semiconductor stacked body, the quantum well light-receiving layer may have a type II type quantum well structure. By doing in this way, it becomes easy to make a semiconductor laminated body suitable for the light receiving element corresponding to the light of an infrared region.

上記半導体積層体において、量子井戸受光層は、InGa1−xAs(インジウムガリウム砒素;xは0.38以上1以下)層とGaAs1−ySb(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−uInAs1−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−ySb(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、半導体積層体を、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ものとすることが容易となる。 In the above semiconductor stacked body, the quantum well light-receiving layer includes an In x Ga 1-x As (indium gallium arsenide; x is 0.38 or more and 1 or less) layer and a GaAs 1-y Sb y (gallium arsenide antimony; 36 or more and 1 or less) a pair with a layer, or Ga 1 -u In u N v As 1 -v (gallium indium nitrogen arsenide; u is 0.4 or more and 0.8 or less, v is more than 0 and 0.2 or less) A multiple quantum well structure including a pair of a layer and a GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more and 0.62 or less) layer may be used. By doing in this way, it becomes easy to make a semiconductor laminated body suitable for the light receiving element corresponding to the light of a near infrared region to a mid-infrared region.

上記半導体積層体は、第1導電型層から見て量子井戸受光層とは反対側に位置する基板をさらに含んでいてもよい。この基板は、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)からなっていてもよい。これにより、近赤外域から中赤外域の光の検知に適した上記多重量子井戸構造を量子井戸受光層として採用することが容易となる。   The semiconductor stacked body may further include a substrate located on the side opposite to the quantum well light-receiving layer as viewed from the first conductivity type layer. The substrate is made of GaAs (gallium arsenide), GaP (gallium phosphide), GaSb (gallium antimony), InP (indium phosphide), InAs (indium arsenide), InSb (indium antimony), AlSb (aluminum antimony), or AlAs (aluminum). Arsenic) may be used. Thereby, it becomes easy to employ | adopt the said multiple quantum well structure suitable for the detection of the light of a near infrared region to a mid-infrared region as a quantum well light receiving layer.

上記半導体積層体において、第1導電型層、量子井戸受光層および第2導電型層が再成長界面を形成することなく積層されていてもよい。これにより、暗電流をより確実に抑制することができる。なお、再成長界面は、酸素、水素および炭素から選択される少なくとも一種の元素が集積した界面である。   In the semiconductor stacked body, the first conductivity type layer, the quantum well light-receiving layer, and the second conductivity type layer may be stacked without forming a regrowth interface. Thereby, dark current can be suppressed more reliably. The regrowth interface is an interface where at least one element selected from oxygen, hydrogen and carbon is accumulated.

上記半導体積層体において、第1導電型層と量子井戸受光層との界面、および量子井戸受光層と第2導電型層との界面における、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以下であってもよい。これにより、暗電流をより確実に抑制することができる。 In the semiconductor stacked body, the oxygen concentration, the carbon concentration, and the hydrogen concentration at the interface between the first conductivity type layer and the quantum well light-receiving layer and the interface between the quantum well light-receiving layer and the second conductivity type layer are any of May be 1 × 10 17 cm −3 or less. Thereby, dark current can be suppressed more reliably.

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、感度を向上させるとともに、暗電流を低減することができる。   The light receiving element of this application is provided with the said semiconductor laminated body and the electrode formed on the semiconductor laminated body. The light receiving element of the present application includes the semiconductor stacked body of the present application. Therefore, according to the light receiving element of the present application, the sensitivity can be improved and the dark current can be reduced.

本願の半導体積層体の製造方法は、III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型である第1導電型層を形成する工程と、III−V族化合物半導体からなる量子井戸受光層を形成する工程と、III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型とは異なる第2導電型である第2導電型層を形成する工程と、を備える。第1導電型層を形成する工程、量子井戸受光層を形成する工程および第2導電型層を形成する工程は、この順で実施され、第1導電型層、量子井戸受光層および第2導電型層は、この順に積層される。量子井戸受光層は、その厚みが0.5μm以上であり、キャリア濃度が1×1016cm−3以下となるように形成される。 The manufacturing method of the semiconductor laminated body of this application consists of a III-V group compound semiconductor, the process of forming the 1st conductivity type layer whose conductivity type is the 1st conductivity type, and the quantum well light reception which consists of a III-V group compound semiconductor A step of forming a layer, and a step of forming a second conductivity type layer made of a III-V group compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type. The step of forming the first conductivity type layer, the step of forming the quantum well light receiving layer, and the step of forming the second conductivity type layer are performed in this order, and the first conductivity type layer, the quantum well light receiving layer, and the second conductivity type are performed. The mold layers are laminated in this order. The quantum well light-receiving layer is formed to have a thickness of 0.5 μm or more and a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.

本願の半導体積層体の製造方法においては、量子井戸受光層が、その厚みが0.5μm以上であり、キャリア濃度が1×1016cm−3以下となるように形成される。そのため、本願の半導体積層体の製造方法によれば、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とともに、暗電流を低減することが可能な半導体積層体を製造することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor stacked body of the present application, the quantum well light-receiving layer is formed so as to have a thickness of 0.5 μm or more and a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor stacked body of the present application, a semiconductor stacked body capable of improving sensitivity of a light receiving element including a semiconductor layer made of a group III-V compound semiconductor and reducing dark current is manufactured. be able to.

上記半導体積層体の製造方法において、第1導電型層を形成する工程、量子井戸受光層を形成する工程および第2導電型層を形成する工程は、第1導電型層、量子井戸受光層および第2導電型層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てもよい。これにより、暗電流をより確実に抑制することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor stacked body, the step of forming the first conductivity type layer, the step of forming the quantum well light receiving layer, and the step of forming the second conductivity type layer include the first conductivity type layer, the quantum well light receiving layer, and The second conductivity type layer may be stacked without forming a regrowth interface. Thereby, dark current can be suppressed more reliably.

上記半導体積層体の製造方法において、第1導電型層を形成する工程、量子井戸受光層を形成する工程および第2導電型層を形成する工程は、有機金属気相成長法により実施されてもよい。このようにすることにより、優れた品質の結晶からなる第1導電型層、量子井戸受光層および第2導電型層を形成することが容易となる。   In the method for manufacturing a semiconductor stacked body, the step of forming the first conductivity type layer, the step of forming the quantum well light-receiving layer, and the step of forming the second conductivity type layer may be performed by metal organic vapor phase epitaxy. Good. By doing in this way, it becomes easy to form the 1st conductivity type layer, quantum well light receiving layer, and 2nd conductivity type layer which consist of the crystal | crystallization of the outstanding quality.

上記半導体積層体の製造方法は、量子井戸受光層を形成する工程よりも前に、量子井戸受光層を形成する工程を実施するための成長室の内部をコーティングする工程をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、成長室を構成する部材から離脱した不純物が量子井戸受光層内に混入することを抑制することができる。   The method for manufacturing a semiconductor stacked body may further include a step of coating the inside of the growth chamber for performing the step of forming the quantum well light-receiving layer before the step of forming the quantum well light-receiving layer. . By doing in this way, it can suppress that the impurity isolate | separated from the member which comprises a growth chamber mixes in a quantum well light receiving layer.

上記半導体積層体の製造方法は、量子井戸受光層を形成する工程よりも前に、量子井戸受光層を形成する工程を実施するための成長室の内部を600℃以上に加熱してベーキングする工程をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、成長室を構成する部材から離脱した不純物が量子井戸受光層内に混入することを抑制することができる。   The method for manufacturing a semiconductor stacked body includes a step of baking the inside of a growth chamber for performing the step of forming the quantum well light-receiving layer to 600 ° C. or higher before the step of forming the quantum well light-receiving layer. May be further provided. By doing in this way, it can suppress that the impurity isolate | separated from the member which comprises a growth chamber mixes in a quantum well light receiving layer.

上記半導体積層体の製造方法は、量子井戸受光層を形成する工程よりも前に、量子井戸受光層を形成する工程を実施するための成長室の内部に配置される部材を洗浄する工程をさらに備えていてもよい。このようにすることにより、成長室を構成する部材から離脱した不純物が量子井戸受光層内に混入することを抑制することができる。   The method for manufacturing a semiconductor stacked body further includes a step of cleaning a member disposed inside the growth chamber for performing the step of forming the quantum well light-receiving layer before the step of forming the quantum well light-receiving layer. You may have. By doing in this way, it can suppress that the impurity isolate | separated from the member which comprises a growth chamber mixes in a quantum well light receiving layer.

[本願発明の実施形態の詳細]
(実施の形態1)
次に、本発明にかかる半導体積層体の一実施の形態である実施の形態1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。
[Details of the embodiment of the present invention]
(Embodiment 1)
Next, Embodiment 1 which is one embodiment of a semiconductor laminate according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図1を参照して、本実施の形態における半導体積層体10は、基板20と、第1導電型層としてのバッファ層30と、量子井戸受光層としての量子井戸構造40と、第2導電型層としてのコンタクト層50とを備えている。   Referring to FIG. 1, a semiconductor stacked body 10 in the present embodiment includes a substrate 20, a buffer layer 30 as a first conductivity type layer, a quantum well structure 40 as a quantum well light-receiving layer, and a second conductivity type. And a contact layer 50 as a layer.

基板20は、III−V族化合物半導体からなっている。また、基板20の直径は50mm以上であり、たとえば3インチである。基板20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20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。具体的には、たとえば導電型がn型であるInP(n−InP)が、基板20を構成する化合物半導体として採用される。基板20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20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105mm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。   The substrate 20 is made of a III-V group compound semiconductor. Moreover, the diameter of the board | substrate 20 is 50 mm or more, for example, is 3 inches. As the group III-V compound semiconductor constituting the substrate 20, for example, GaAs, GaP, GaSb, InP, InAs, InSb, AlSb, AlAs or the like can be employed. By employing the substrate 20 made of these III-V group compound semiconductors, it is possible to obtain the semiconductor laminate 10 suitable for manufacturing a light receiving element for infrared light. Specifically, for example, InP (n-InP) whose conductivity type is n-type is adopted as a compound semiconductor constituting the substrate 20. As the n-type impurity contained in the substrate 20, for example, S (sulfur) or the like can be employed. The diameter of the substrate 20 can be set to 80 mm or more (for example, 4 inches) for the purpose of improving the production efficiency and yield of a semiconductor device (light receiving element) using the semiconductor laminate 10, and further 105 mm or more (for example, 5 inches). ) And 130 mm or more (for example, 6 inches).

バッファ層30は、基板20の一方の主面20A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30は、III−V族化合物半導体からなっている。バッファ層30を構成するIII−V族化合物半導体としては、たとえばGaSb、AlSb(アルミニウムアンチモン)、InSb(インジウムアンチモン)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)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p型であるInGaAs(インジウムガリウム砒素)(p−InGaAs)が、バッファ層30を構成する化合物半導体として採用される。バッファ層30に含まれるp型不純物としては、たとえばC(炭素)、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Zn(亜鉛)などを採用することができる。   The buffer layer 30 is a semiconductor layer disposed so as to be in contact with one main surface 20 </ b> A of the substrate 20. The buffer layer 30 is made of a III-V group compound semiconductor. Examples of III-V group compound semiconductors constituting the buffer layer 30 include binary systems such as GaSb, AlSb (aluminum antimony), and InSb (indium antimony), and GaInSb (gallium indium antimony), AlInSb (aluminum indium antimony), and AlGaSb. A ternary material such as (aluminum gallium antimony) can be used. Specifically, for example, InGaAs (indium gallium arsenide) (p-InGaAs) whose conductivity type is p-type is adopted as a compound semiconductor constituting the buffer layer 30. As the p-type impurity contained in the buffer layer 30, for example, C (carbon), Be (beryllium), Mg (magnesium), Zn (zinc), or the like can be employed.

量子井戸構造40は、バッファ層30の、基板20に面する側とは反対側の第1主面30A上に接触するように配置されている。量子井戸構造40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、量子井戸構造40は、第1要素層41と第2要素層42とが交互に積層された構造を有している。第1要素層41を構成する材料としては、たとえばInGa1−xAs(xは0.38以上1以下)を採用することができる。また、第2要素層42を構成する材料としては、たとえばV族元素としてSbを含むGaAs1−ySb(yは0.36以上1以下)(ガリウム砒素アンチモン)を採用することができる。なお、第1要素層41および第2要素層42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41を構成する材料としては、Ga1−uInAs1−v(uは0.4以上0.8以下、vは0を超え0.2以下)(ガリウムインジウム窒素砒素)を採用し、第2要素層42を構成する材料としては、たとえばV族元素としてSbを含むGaAs1−ySb(yは0.36以上0.62以下)を採用することができる。 The quantum well structure 40 is disposed so as to be in contact with the first main surface 30A on the opposite side of the buffer layer 30 from the side facing the substrate 20. The quantum well structure 40 has a structure in which two element layers made of a group III-V compound semiconductor are alternately stacked. More specifically, the quantum well structure 40 has a structure in which first element layers 41 and second element layers 42 are alternately stacked. As a material constituting the first element layer 41, for example, In x Ga 1-x As (x is 0.38 or more and 1 or less) can be adopted. As a material constituting the second element layer 42, for example, GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more and 1 or less) (gallium arsenide antimony) containing Sb as a group V element can be adopted. Incidentally, the material constituting the first element layer 41 and the second element layer 42 is not limited to the above materials, the material constituting for example a first element layer 41, Ga 1-u In u N v As 1-v (U is 0.4 or more and 0.8 or less, v is more than 0 and 0.2 or less) (gallium indium nitrogen arsenide) is adopted, and the material constituting the second element layer 42 is, for example, Sb as a group V element GaAs 1-y Sb y (y is not less than 0.36 and not more than 0.62) can be employed.

このように、量子井戸受光層としてInGa1−xAs(xは0.38以上1以下)層とGaAs1−ySb(yは0.36以上1以下)層とのペア、またはGa1−uInAs1−v(uは0.4以上0.8以下、vは0を超え0.2以下)層とGaAs1−ySb(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。 Thus, a pair of an In x Ga 1-x As (x is 0.38 or more and 1 or less) layer and a GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more and 1 or less) layer as a quantum well light-receiving layer, or Ga 1-u In u N v As 1-v (u is 0.4 or more and 0.8 or less, v is more than 0 and 0.2 or less) layer and GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more and 0 .62 or less) By adopting a multiple quantum well structure including a pair with a layer, it is possible to obtain a semiconductor laminate 10 that can be used for manufacturing a light receiving element suitable for detecting light in the near infrared region to the mid infrared region. it can.

また、第1要素層41を構成する材料としてInAsを採用し、第2要素層42を構成する材料としてGaSbを採用してもよい。このように量子井戸受光層として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。   Further, InAs may be adopted as a material constituting the first element layer 41, and GaSb may be adopted as a material constituting the second element layer 42. By adopting a multiple quantum well structure including a pair of an InAs layer and a GaSb layer as a quantum well light receiving layer as described above, a semiconductor laminate that can be used for manufacturing a light receiving element suitable for detecting infrared rays having a wavelength of 4 to 12 μm. 10 can be obtained.

なお、量子井戸構造40の歪を補償するために、量子井戸構造40を構成する単位構造を、第1要素層41および第2要素層42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、量子井戸構造40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。   In order to compensate for the strain of the quantum well structure 40, the unit structure constituting the quantum well structure 40 may be a structure in which a strain compensation layer is added to the first element layer 41 and the second element layer 42. In the present embodiment, the quantum well structure 40 is a multiple quantum well structure, but a single quantum well structure may be employed instead.

図1を参照して、コンタクト層50は、量子井戸構造40の、バッファ層30に面する側とは反対側の主面40A上に接触するように配置されている。コンタクト層50は、III−V族化合物半導体からなっている。   Referring to FIG. 1, contact layer 50 is arranged to be in contact with main surface 40 </ b> A on the opposite side of quantum well structure 40 from the side facing buffer layer 30. The contact layer 50 is made of a III-V group compound semiconductor.

コンタクト層50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(インジウムガリウム砒素)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InP(n−InP)が、コンタクト層50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50に含まれるn型不純物としては、たとえばSi、S、Se、Ge、Teなどを採用することができる。   As the group III-V compound semiconductor constituting the contact layer 50, for example, InP, InAs, GaSb, GaAs, InGaAs (indium gallium arsenide), or the like can be employed. Specifically, for example, InP (n-InP) whose conductivity type is n-type is adopted as a compound semiconductor constituting the contact layer 50. As the n-type impurity contained in the contact layer 50, for example, Si, S, Se, Ge, Te or the like can be employed.

そして、本実施の形態の半導体積層体10の量子井戸受光層である量子井戸構造40の厚みは0.5μm(500nm)以上である。具体的には、第1要素層41および第2要素層42の厚みは、たとえばそれぞれ3nmとすることができる。そして、量子井戸構造40は、第1要素層41と第2要素層42とからなる単位構造が、たとえば100組積層されたものとすることができる。すなわち、量子井戸構造40の厚みは、たとえば600nmとすることができる。量子井戸構造40は、このような構造を有するタイプII量子井戸とすることができる。さらに、量子井戸構造40において、キャリア濃度は1×1016cm−3以下である。そのため、本実施の形態の半導体積層体10を用いて受光素子を製造することにより、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とともに、暗電流を低減することができる。 And the thickness of the quantum well structure 40 which is a quantum well light receiving layer of the semiconductor laminated body 10 of this Embodiment is 0.5 micrometer (500 nm) or more. Specifically, the thickness of the first element layer 41 and the second element layer 42 can be 3 nm, for example. The quantum well structure 40 may be formed by stacking, for example, 100 sets of unit structures including the first element layer 41 and the second element layer 42. That is, the thickness of the quantum well structure 40 can be 600 nm, for example. The quantum well structure 40 may be a type II quantum well having such a structure. Furthermore, in the quantum well structure 40, the carrier concentration is 1 × 10 16 cm −3 or less. Therefore, by manufacturing the light receiving element using the semiconductor stacked body 10 of the present embodiment, it is possible to improve the sensitivity of the light receiving element including the semiconductor layer made of the III-V group compound semiconductor and reduce the dark current. it can.

また、本実施の形態の半導体積層体10の量子井戸構造40において、p型のキャリアを生成するp型不純物の濃度およびn型のキャリアを生成するn型不純物の濃度は、いずれも1×1016cm−3以下である。これにより、量子井戸構造40におけるキャリア濃度が1×1016cm−3以下となっている。 In the quantum well structure 40 of the semiconductor stacked body 10 according to the present embodiment, the concentration of the p-type impurity that generates p-type carriers and the concentration of the n-type impurity that generates n-type carriers are both 1 × 10. 16 cm −3 or less. Thereby, the carrier concentration in the quantum well structure 40 is 1 × 10 16 cm −3 or less.

半導体積層体10において、量子井戸構造40の厚みは1.5μm以上であることが好ましい。また、量子井戸構造40において、キャリア濃度は1×1015cm−3以下であることが好ましい。このようにすることにより、一層受光素子の感度を向上させ、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body 10, the quantum well structure 40 preferably has a thickness of 1.5 μm or more. In the quantum well structure 40, the carrier concentration is preferably 1 × 10 15 cm −3 or less. By doing in this way, the sensitivity of a light receiving element can be improved further and a dark current can be reduced.

量子井戸構造40において、p型のキャリアを生成するp型不純物の濃度およびn型のキャリアを生成するn型不純物の濃度は、いずれも1×1015cm−3以下であることが好ましい。これにより、量子井戸構造40におけるキャリア濃度を1×1015cm−3以下とすることが容易となる。 In the quantum well structure 40, it is preferable that the concentration of the p-type impurity generating the p-type carrier and the concentration of the n-type impurity generating the n-type carrier are both 1 × 10 15 cm −3 or less. Thereby, it becomes easy to set the carrier concentration in the quantum well structure 40 to 1 × 10 15 cm −3 or less.

半導体積層体10において、量子井戸構造40の厚みは2.0μm以上であることが好ましい。また、量子井戸構造40において、キャリア濃度は7×1014cm−3以下であることが好ましい。このようにすることにより、一層受光素子の感度を向上させ、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body 10, the quantum well structure 40 preferably has a thickness of 2.0 μm or more. In the quantum well structure 40, the carrier concentration is preferably 7 × 10 14 cm −3 or less. By doing in this way, the sensitivity of a light receiving element can be improved further and a dark current can be reduced.

量子井戸構造40において、p型のキャリアを生成するp型不純物の濃度およびn型のキャリアを生成するn型不純物の濃度は、いずれも7×1014cm−3以下であることが好ましい。これにより、量子井戸構造40におけるキャリア濃度を7×1014cm−3以下とすることが容易となる。 In the quantum well structure 40, it is preferable that the concentration of the p-type impurity generating p-type carriers and the concentration of the n-type impurity generating n-type carriers are both 7 × 10 14 cm −3 or less. This facilitates the carrier concentration in the quantum well structure 40 to be 7 × 10 14 cm −3 or less.

半導体積層体10において、バッファ層30、量子井戸構造40およびコンタクト層50が再成長界面を形成することなく基板20上に積層されていることが好ましい。これにより、暗電流をより確実に抑制することができる。   In the semiconductor stacked body 10, the buffer layer 30, the quantum well structure 40, and the contact layer 50 are preferably stacked on the substrate 20 without forming a regrowth interface. Thereby, dark current can be suppressed more reliably.

半導体積層体10において、バッファ層30と量子井戸構造40との界面、および量子井戸構造40とコンタクト層50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、暗電流をより確実に抑制することができる。 In the semiconductor stacked body 10, the oxygen concentration, the carbon concentration, and the hydrogen concentration at the interface between the buffer layer 30 and the quantum well structure 40 and the interface between the quantum well structure 40 and the contact layer 50 are all 1 × 10. It is preferably 17 cm −3 or less. Thereby, dark current can be suppressed more reliably.

また、半導体積層体10において、バッファ層30、量子井戸構造40およびコンタクト層50は有機金属気相成長法により形成されていることが好ましい。これにより、高品質な結晶からなる半導体積層体10を得ることが容易となる。   In the semiconductor stacked body 10, the buffer layer 30, the quantum well structure 40 and the contact layer 50 are preferably formed by metal organic vapor phase epitaxy. Thereby, it becomes easy to obtain the semiconductor laminated body 10 which consists of a high quality crystal | crystallization.

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20と、バッファ層30と、量子井戸構造40と、コンタクト層50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50および量子井戸構造40を貫通し、バッファ層30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50および量子井戸構造40が露出している。また、トレンチ99の底壁99Bは、バッファ層30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30が露出している。   Next, an infrared light receiving element (photodiode) that is an example of a light receiving element manufactured using the semiconductor laminate 10 will be described. Referring to FIG. 2, infrared light receiving element 1 in the present embodiment is manufactured using semiconductor stacked body 10 of the present embodiment, and is a substrate stacked in the same manner as semiconductor stacked body 10. 20, a buffer layer 30, a quantum well structure 40, and a contact layer 50. In the infrared light receiving element 1, a trench 99 that penetrates the contact layer 50 and the quantum well structure 40 and reaches the buffer layer 30 is formed. That is, the contact layer 50 and the quantum well structure 40 are exposed at the side wall 99A of the trench 99. The bottom wall 99B of the trench 99 is located in the buffer layer 30. That is, the buffer layer 30 is exposed at the bottom wall 99B of the trench 99.

さらに、赤外線受光素子1は、パッシベーション膜80と、p側電極91と、n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50において量子井戸構造40に面する側とは反対側の主面50A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。   Further, the infrared light receiving element 1 includes a passivation film 80, a p-side electrode 91, and an n-side electrode 92. The passivation film 80 is disposed so as to cover the bottom wall 99B of the trench 99, the side wall 99A of the trench 99, and the main surface 50A opposite to the side facing the quantum well structure 40 in the contact layer 50. The passivation film 80 is made of an insulator such as silicon nitride or silicon oxide.

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p側電極91が配置されている。p側電極91は、開口部81から露出するバッファ層30に接触するように配置されている。p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、p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。p側電極91は、バッファ層30に対してオーミック接触している。   An opening 81 is formed in the passivation film 80 that covers the bottom wall 99B of the trench 99 so as to penetrate the passivation film 80 in the thickness direction. A p-side electrode 91 is arranged so as to fill the opening 81. The p-side electrode 91 is disposed so as to contact the buffer layer 30 exposed from the opening 81. The p-side electrode 91 is made of a conductor such as metal. More specifically, the p-side electrode 91 can be made of, for example, Ti (titanium) / Pt (platinum) / Au (gold). The p-side electrode 91 is in ohmic contact with the buffer layer 30.

コンタクト層50の主面50A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n側電極92が配置されている。n側電極92は、開口部82から露出するコンタクト層50に接触するように配置されている。n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、n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。n側電極92は、コンタクト層50に対してオーミック接触している。   An opening 82 is formed in the passivation film 80 covering the main surface 50A of the contact layer 50 so as to penetrate the passivation film 80 in the thickness direction. An n-side electrode 92 is disposed so as to fill the opening 82. The n-side electrode 92 is disposed so as to contact the contact layer 50 exposed from the opening 82. The n-side electrode 92 is made of a conductor such as metal. More specifically, the n-side electrode 92 can be made of, for example, Ti / Pt / Au. The n-side electrode 92 is in ohmic contact with the contact layer 50.

この赤外線受光素子1に赤外線が入射すると、量子井戸構造40内の量子準位間で赤外線が吸収され、電子と正孔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。   When infrared light is incident on the infrared light receiving element 1, the infrared light is absorbed between the quantum levels in the quantum well structure 40, and a pair of electrons and holes is generated. Then, the generated electrons and holes are taken out from the infrared light receiving element 1 as photocurrent signals, whereby infrared rays are detected.

なお、上記n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n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(n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20の一方の主面20A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、画素に対応する複数のn側電極92を有する一方で、p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。   The n-side electrode 92 is a pixel electrode. The infrared light receiving element 1 may include only one n-side electrode 92 as a pixel electrode as shown in FIG. 2, or may include a plurality of pixel electrodes (n-side electrodes 92). It may be. Specifically, the infrared light receiving element 1 has a structure shown in FIG. 2 as a unit structure, and the unit structure has a structure that is repeated a plurality of times in the direction in which one main surface 20A of the substrate 20 extends in FIG. It may be. In this case, the infrared light receiving element 1 has a plurality of n-side electrodes 92 corresponding to the pixels, while only one p-side electrode 91 is arranged. Such a structure will be described later in a third embodiment.

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、感度が向上するとともに暗電流が低減された受光素子となっている。   The infrared light receiving element 1 according to the present embodiment includes the semiconductor laminate 10 according to the present embodiment. Therefore, the infrared light receiving element 1 is a light receiving element with improved sensitivity and reduced dark current.

次に、図3〜図11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。   Next, with reference to FIGS. 3 to 11, an outline of a method for manufacturing the semiconductor stacked body 10 and the infrared light receiving element 1 in the present embodiment will be described.

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8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20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20が得られる。この基板20の表面が研磨された後、洗浄等のプロセスを経て主面20Aの平坦性および清浄性が確保された基板20が準備される。   Referring to FIG. 3, in the method for manufacturing semiconductor stacked body 10 and infrared light receiving element 1 in the present embodiment, first, a substrate preparation step is performed as a step (S10). In this step (S10), referring to FIG. 8, substrate 20 made of InP having a diameter of 2 inches (50.8 mm), for example, is prepared. More specifically, the substrate 20 made of InP is obtained by slicing an ingot made of InP. After the surface of the substrate 20 is polished, a substrate 20 in which the flatness and cleanliness of the main surface 20A are ensured through a process such as cleaning is prepared.

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20の主面20A上に、動作層であるバッファ層30、量子井戸構造40およびコンタクト層50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20を載置し、基板20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、図4を参照して、バッファ層形成工程(S21)、量子井戸受光層形成工程(S22)およびコンタクト層形成工程(S23)を含む。   Next, an operation layer forming step is performed as a step (S20). In this step (S20), the buffer layer 30, the quantum well structure 40, and the contact layer 50, which are operation layers, are formed on the main surface 20A of the substrate 20 prepared in the step (S10). This operation layer can be formed, for example, by metal organic vapor phase epitaxy. The operation layer is formed by metal organic vapor phase epitaxy, for example, by placing the substrate 20 on a rotary table equipped with a heater for heating the substrate, and supplying the source gas onto the substrate while heating the substrate 20 with the heater. Can be implemented. Step (S20) includes a buffer layer forming step (S21), a quantum well light receiving layer forming step (S22), and a contact layer forming step (S23) with reference to FIG.

工程(S20)においては、まず工程(S21)が実施される。具体的には、図8を参照して、まず基板20の主面20A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p−InGaSbからなるバッファ層30が有機金属気相成長により形成される。p−InGaSbからなるバッファ層30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、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、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。また、p型不純物としてCを添加する場合、たとえばCBr(四臭化炭素)、CCl(四塩化炭素)などを原料ガスに添加することができる。 In step (S20), step (S21) is first performed. Specifically, referring to FIG. 8, first, buffer layer 30 made of, for example, p-InGaSb, which is a group III-V compound semiconductor, is contacted on main surface 20A of substrate 20 by metal organic vapor phase epitaxy. It is formed. In the formation of the buffer layer 30 made of p-InGaSb, for example, TMIn (trimethylindium), TEIn (triethylindium), or the like can be used as the In raw material. For example, TEGa (triethylgallium), TMGa (trimethylgallium) can be used as the Ga raw material. For example, TMSb (trimethylantimony), TESb (triethylantimony), TIPSb (triisopropylantimony), TDMASb (tridimethylaminoantimony), TTBSb (tritertiary butylantimony) and the like can be used as the raw material for Sb. Can be used. Further, when C is added as a p-type impurity, for example, CBr 4 (carbon tetrabromide), CCl 4 (carbon tetrachloride), or the like can be added to the source gas.

次に、工程(S22)が実施される。具体的には、図8および図9を参照して、バッファ層30の、基板20に面する側とは反対側の第1主面30A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InGa1−xAs(xは0.38以上1以下)からなる第1要素層41と、III−V族化合物半導体であるGaAs1−ySb(yは0.36以上1以下)からなる第2要素層42とが交互に積層して形成されることにより、量子井戸構造40が形成される。量子井戸構造40の形成は、上記バッファ層30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、量子井戸構造40の形成は、バッファ層30の形成の際に用いた装置内に基板20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。量子井戸構造40は、厚みが0.5μm以上、キャリア濃度が1×1016cm−3以下となるように形成される。 Next, step (S22) is performed. Specifically, referring to FIGS. 8 and 9, for example, a group III-V compound semiconductor is brought into contact with first buffer surface 30 on first main surface 30 </ b> A opposite to the side facing substrate 20. A first element layer 41 made of In x Ga 1-x As (x is 0.38 or more and 1 or less), and a GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more and 1) which is a III-V group compound semiconductor. And the second element layer 42 made of the following layers are alternately stacked to form the quantum well structure 40. The quantum well structure 40 can be formed by metal organic vapor phase epitaxy following the formation of the buffer layer 30. That is, the quantum well structure 40 can be formed by changing the source gas in a state where the substrate 20 is disposed in the apparatus used when the buffer layer 30 is formed. The quantum well structure 40 is formed to have a thickness of 0.5 μm or more and a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less.

InGa1−xAs(xは0.38以上1以下)からなる第1要素層41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、Gaの原料としてたとえばTEGa、TMGaなどを用いることができ、Sbの原料としてたとえばTMSb、TESb、TIPSb、TDMASb、TTBSbなどを用いることができる。GaAs1−ySb(yは0.36以上1以下)からなる第2要素層42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、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、Sbの原料としてたとえばTMSb、TESb、TIPSb、TDMASb、TTBSbなどを用いることができる。第1要素層41および第2要素層42は、たとえばそれぞれ厚みを3nmとし、第1要素層41と第2要素層42とからなる単位構造が、たとえば100組積層するように形成することができる。これにより、タイプII量子井戸である量子井戸構造40を形成することができる。 In the formation of the first element layer 41 made of In x Ga 1-x As (x is 0.38 or more and 1 or less), for example, TMIn, TEIn, or the like can be used as the In material, and TEGa, for example, can be used as the Ga material. TMGa or the like can be used, and for example, TMSb, TESb, TIPSb, TDMASb, TTBSb, or the like can be used as a raw material for Sb. In the formation of the second element layer 42 made of GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more and 1 or less), for example, TEGa, TMGa, or the like can be used as a Ga source, and TBAs (tarsha), for example, can be used as an As source. For example, TMSb, TESb, TIPSb, TDMASb, TTBSb, or the like can be used as a raw material for Sb. The first element layer 41 and the second element layer 42 can each be formed to have a thickness of 3 nm, for example, and 100 unit structures each composed of the first element layer 41 and the second element layer 42 can be stacked, for example. . Thereby, the quantum well structure 40 which is a type II quantum well can be formed.

次に、工程(S23)が実施される。具体的には、図9および図1を参照して、量子井戸構造40の、バッファ層30に面する側とは反対側の主面40A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−InPからなるコンタクト層50が形成される。コンタクト層50の形成は、上記量子井戸構造40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、コンタクト層50の形成は、量子井戸構造40の形成の際に用いた装置内に基板20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。n型不純物としてSiを添加する場合、たとえばTeESi(テトラエチルシラン)を原料ガスに添加することができる。   Next, step (S23) is performed. Specifically, referring to FIG. 9 and FIG. 1, for example, a group III-V compound semiconductor is brought into contact with main surface 40 </ b> A on the opposite side to the side facing buffer layer 30 of quantum well structure 40. A contact layer 50 made of n-InP is formed. The contact layer 50 can be formed by metal organic vapor phase epitaxy following the formation of the quantum well structure 40. That is, the contact layer 50 can be formed by changing the source gas in a state where the substrate 20 is disposed in the apparatus used when forming the quantum well structure 40. When adding Si as an n-type impurity, for example, TeESi (tetraethylsilane) can be added to the source gas.

以上の手順により、本実施の形態における半導体積層体10が完成する。上述のように、工程(S20)を有機金属気相成長により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AsH(アルシン)、Siの原料にSiH(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実施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。 With the above procedure, the semiconductor stacked body 10 in the present embodiment is completed. As described above, the production efficiency of the semiconductor stacked body 10 can be improved by performing the step (S20) by metal organic vapor phase epitaxy. The step (S20) is not limited to the metal organic chemical vapor deposition method (all metal organic chemical vapor deposition method) using only the organic metal raw material. For example, AsH 3 (arsine) is used as the As raw material, and SiH 4 is used as the Si raw material. Although it may be carried out by metal organic vapor phase epitaxy using a hydride such as (silane), the semiconductor laminate 10 made of high-quality crystals is obtained by adopting the all metal organic vapor phase epitaxy. Can do. Moreover, it is also possible to implement by methods other than metal organic vapor phase epitaxy, for example, you may use MBE (Molecular Beam Epitaxy) method.

また、工程(S21)〜(S23)は、上述のように、装置内に基板20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(S21)〜(S23)は、バッファ層30、量子井戸構造40およびコンタクト層50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、暗電流をより確実に抑制することができる。   Further, as described above, the steps (S21) to (S23) are preferably performed continuously by changing the source gas in a state where the substrate 20 is disposed in the apparatus. That is, the steps (S21) to (S23) are preferably performed so that the buffer layer 30, the quantum well structure 40, and the contact layer 50 are stacked without forming a regrowth interface. Thereby, dark current can be suppressed more reliably.

なお、工程(S20)において量子井戸構造40におけるp型不純物の濃度およびn型不純物の濃度をいずれも1×1016cm−3以下とすることを容易にする観点から、工程(S20)を以下の変形例に従って実施してもよい。 From the viewpoint of facilitating both the p-type impurity concentration and the n-type impurity concentration in the quantum well structure 40 to be 1 × 10 16 cm −3 or less in the step (S20), the step (S20) is described below. You may implement according to the modification of.

<変形例1>
図5を参照して、変形例1においては、まず工程(S21A)としてコーティング工程が実施される。この工程(S21A)では、工程(S21)〜(S23)を実施するための成長室の内部がコーティングされる。具体的には、工程(S21)〜(S23)を実施する前に、成長室に、たとえばGaAsの原料ガスを流して成長室内をGaAsによりコーティングする。その後、上述のように工程(S21)〜(S23)が実施される。このようにすることにより、成長室の内部に配置される部材および成長室の内壁を構成する材料であるC、SiO(二酸化珪素)、Al(酸化アルミニウム)に由来するC、Si、Oなどの不純物が量子井戸構造40に混入することが抑制される。その結果、量子井戸構造40におけるp型不純物の濃度およびn型不純物の濃度をいずれも1×1016cm−3以下とすることが容易となる。p型不純物およびn型不純物の濃度が低減されることで、量子井戸構造40におけるキャリア濃度を容易に1×1016cm−3以下とすることができる。なお、コーティング材料は上記GaAsに限られず、たとえばInP、InGaAs、AlGaAs、InAs、GaP、GaSbなど種々の材料を採用することができる。
<Modification 1>
Referring to FIG. 5, in Modification 1, first, a coating step is performed as a step (S21A). In this step (S21A), the inside of the growth chamber for performing steps (S21) to (S23) is coated. Specifically, before performing steps (S21) to (S23), for example, a GaAs source gas is flowed into the growth chamber to coat the growth chamber with GaAs. Thereafter, steps (S21) to (S23) are performed as described above. By doing so, C, Si derived from C, SiO 2 (silicon dioxide), and Al 2 O 3 (aluminum oxide) which are materials constituting the members and the inner wall of the growth chamber disposed inside the growth chamber. , O and the like are prevented from entering the quantum well structure 40. As a result, it becomes easy to set the concentration of the p-type impurity and the concentration of the n-type impurity in the quantum well structure 40 to 1 × 10 16 cm −3 or less. By reducing the concentration of the p-type impurity and the n-type impurity, the carrier concentration in the quantum well structure 40 can be easily reduced to 1 × 10 16 cm −3 or less. The coating material is not limited to GaAs, and various materials such as InP, InGaAs, AlGaAs, InAs, GaP, and GaSb can be employed.

<変形例2>
図6を参照して、変形例2においては、まず工程(S21B)としてベーキング工程が実施される。この工程(S21B)では、工程(S21)〜(S23)を実施するための成長室の内部が600℃以上に加熱されてベーキングされる。具体的には、工程(S21)〜(S23)を実施する前に、成長室内が工程(S21)〜(S23)における温度よりも高い温度、たとえば650℃に加熱される。このとき、成長室内には、たとえばArなどの不活性ガスが導入される。その後、上述のように工程(S21)〜(S23)が実施される。このようにすることにより、成長室の内部に配置される部材および成長室の内壁に付着している不純物が工程(S21)〜(S23)において離脱して量子井戸構造40に混入することが抑制される。その結果、量子井戸構造40におけるp型不純物の濃度およびn型不純物の濃度をいずれも1×1016cm−3以下とすることが容易となる。p型不純物およびn型不純物の濃度が低減されることで、量子井戸構造40におけるキャリア濃度を容易に1×1016cm−3以下とすることができる。
<Modification 2>
With reference to FIG. 6, in the modified example 2, a baking process is first implemented as a process (S21B). In this step (S21B), the inside of the growth chamber for performing steps (S21) to (S23) is heated to 600 ° C. or higher and baked. Specifically, before performing steps (S21) to (S23), the growth chamber is heated to a temperature higher than the temperature in steps (S21) to (S23), for example, 650 ° C. At this time, an inert gas such as Ar is introduced into the growth chamber. Thereafter, steps (S21) to (S23) are performed as described above. By doing in this way, it is suppressed that the member arrange | positioned inside a growth chamber and the impurity adhering to the inner wall of a growth chamber leave | separate and mix in the quantum well structure 40 in process (S21)-(S23). Is done. As a result, it becomes easy to set the concentration of the p-type impurity and the concentration of the n-type impurity in the quantum well structure 40 to 1 × 10 16 cm −3 or less. By reducing the concentration of the p-type impurity and the n-type impurity, the carrier concentration in the quantum well structure 40 can be easily reduced to 1 × 10 16 cm −3 or less.

<変形例3>
図7を参照して、変形例3においては、まず工程(S21C)として洗浄工程が実施される。この工程(S21C)では、工程(S21)〜(S23)を実施するための成長室の内部に配置される部材が洗浄される。具体的には、工程(S21)〜(S23)を実施する前に、成長室内において原料ガスと接触する部材(サセプタ等)を王水、塩酸、リン酸等で洗浄する。その後、上述のように工程(S21)〜(S23)が実施される。このようにすることにより、成長室の内部に配置される部材に付着している不純物が工程(S21)〜(S23)において離脱して量子井戸構造40に混入することが抑制される。その結果、量子井戸構造40におけるp型不純物の濃度およびn型不純物の濃度をいずれも1×1016cm−3以下とすることが容易となる。p型不純物およびn型不純物の濃度が低減されることで、量子井戸構造40におけるキャリア濃度を容易に1×1016cm−3以下とすることができる。
<Modification 3>
Referring to FIG. 7, in Modification 3, first, a cleaning process is performed as a process (S21C). In this step (S21C), a member disposed inside the growth chamber for performing steps (S21) to (S23) is cleaned. Specifically, before carrying out the steps (S21) to (S23), members (susceptor or the like) in contact with the source gas in the growth chamber are washed with aqua regia, hydrochloric acid, phosphoric acid or the like. Thereafter, steps (S21) to (S23) are performed as described above. By doing in this way, it is suppressed that the impurity adhering to the member arrange | positioned inside the growth chamber leaves | separates in process (S21)-(S23), and mixes in the quantum well structure 40. As a result, it becomes easy to set the concentration of the p-type impurity and the concentration of the n-type impurity in the quantum well structure 40 to 1 × 10 16 cm −3 or less. By reducing the concentration of the p-type impurity and the n-type impurity, the carrier concentration in the quantum well structure 40 can be easily reduced to 1 × 10 16 cm −3 or less.

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10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50および量子井戸構造40を貫通し、バッファ層30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50の主面50A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。   Next, referring to FIG. 3, a trench formation step is performed as a step (S30). In this step (S30), referring to FIG. 1 and FIG. 10, the semiconductor layered body 10 produced in the steps (S10) to (S20) penetrates the contact layer 50 and the quantum well structure 40, and the buffer layer A trench 99 reaching 30 is formed. The trench 99 can be formed, for example, by performing etching after forming a mask layer having an opening corresponding to the shape of the trench 99 on the main surface 50A of the contact layer 50.

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10および図11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50において量子井戸構造40に面する側とは反対側の主面50Aを覆うように形成される。   Next, a passivation film forming step is performed as a step (S40). In this step (S40), with reference to FIGS. 10 and 11, a passivation film 80 is formed on semiconductor stacked body 10 in which trench 99 is formed in step (S30). Specifically, a passivation film 80 made of an insulator such as silicon oxide or silicon nitride is formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition). Passivation film 80 is formed to cover bottom wall 99B of trench 99, side wall 99A of trench 99, and main surface 50A opposite to the side facing quantum well structure 40 in contact layer 50.

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11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、p側電極91およびn側電極92が形成される。具体的には、たとえばp側電極91およびn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p側電極91およびn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。   Next, an electrode formation step is performed as a step (S50). In this step (S50), referring to FIG. 11 and FIG. 2, p-side electrode 91 and n-side electrode 92 are formed on semiconductor stacked body 10 on which passivation film 80 is formed in step (S40). Specifically, for example, a mask having an opening at a position corresponding to a region where the p-side electrode 91 and the n-side electrode 92 are to be formed is formed on the passivation film 80, and the opening 81 is formed in the passivation film 80 using the mask. , 82 are formed. Thereafter, for example, a p-side electrode 91 and an n-side electrode 92 made of an appropriate conductor are formed by vapor deposition. The infrared light receiving element 1 in the present embodiment is completed through the above steps. After that, each element is separated by, for example, dicing.

(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について説明する。実施の形態2における半導体積層体および受光素子は、基本的には実施の形態1の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態2における半導体積層体および受光素子は、以下の構成を有することにより実施の形態1の場合とは異なっている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment which is another embodiment of the semiconductor laminate and the light receiving element according to the present invention will be described. The semiconductor laminate and the light receiving element in the second embodiment basically have the same configuration as in the first embodiment, and have the same effects. However, the semiconductor laminate and the light receiving element in the second embodiment are different from those in the first embodiment by having the following configuration.

図1および図2を参照して、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の量子井戸構造40において、p型不純物およびn型不純物の一方が1×1016cm−3を超える濃度で含まれ、p型不純物およびn型不純物の他方が、上記一方の濃度との差が1×1016cm−3以下の濃度で含まれる。これにより、量子井戸構造40におけるキャリア濃度は1×1016cm−3以下となっている。 1 and 2, in semiconductor stack 10 and quantum well structure 40 of infrared light receiving element 1 in the second embodiment, one of the p-type impurity and the n-type impurity exceeds 1 × 10 16 cm −3 . The other of the p-type impurity and the n-type impurity is contained at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less. Thereby, the carrier concentration in the quantum well structure 40 is 1 × 10 16 cm −3 or less.

量子井戸構造40においてp型不純物およびn型不純物の一方が1×1016cm−3を超えている場合でも、p型不純物およびn型不純物の他方が量子井戸構造40内に存在することでキャリア濃度が1×1016cm−3以下となっている場合、暗電流を許容可能な範囲に抑制することができる。また、上記キャリア濃度が達成されると、通常の動作電圧の下において十分な空乏層幅が確保される。そして、十分な空乏層幅が確保されている条件下において量子井戸構造40の厚みを0.5μm以上とすることにより、感度を許容可能な範囲とすることができる。 Even when one of the p-type impurity and the n-type impurity exceeds 1 × 10 16 cm −3 in the quantum well structure 40, the other of the p-type impurity and the n-type impurity exists in the quantum well structure 40, so that the carrier When the concentration is 1 × 10 16 cm −3 or less, the dark current can be suppressed to an allowable range. Further, when the carrier concentration is achieved, a sufficient depletion layer width is secured under a normal operating voltage. And sensitivity can be made into a tolerance | permissible range by making thickness of the quantum well structure 40 into 0.5 micrometer or more on the conditions by which sufficient depletion layer width | variety is ensured.

本実施の形態の半導体積層体10および赤外線受光素子1においては、量子井戸構造40のキャリア濃度が1×1016cm−3以下であり、かつ量子井戸構造40の厚みは0.5μm以上である。そのため、本実施の形態の半導体積層体10および赤外線受光素子1によれば、感度を向上させるとともに、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body 10 and the infrared light receiving element 1 of the present embodiment, the carrier concentration of the quantum well structure 40 is 1 × 10 16 cm −3 or less, and the thickness of the quantum well structure 40 is 0.5 μm or more. . Therefore, according to the semiconductor laminate 10 and the infrared light receiving element 1 of the present embodiment, it is possible to improve sensitivity and reduce dark current.

本実施の形態の半導体積層体10および赤外線受光素子1において、量子井戸構造40の厚みは1.5μm以上であることが好ましい。また、量子井戸構造40におけるキャリア濃度は1×1015cm−3以下であることが好ましい。このようにすることにより、一層赤外線受光素子1の感度を向上させ、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body 10 and the infrared light receiving element 1 of the present embodiment, the quantum well structure 40 preferably has a thickness of 1.5 μm or more. The carrier concentration in the quantum well structure 40 is preferably 1 × 10 15 cm −3 or less. By doing in this way, the sensitivity of the infrared light receiving element 1 can be further improved and the dark current can be reduced.

本実施の形態の半導体積層体10および赤外線受光素子1において、量子井戸構造40の厚みは2.0μm以上であることが好ましい。また、量子井戸構造40におけるキャリア濃度は7×1014cm−3以下であることが好ましい。このようにすることにより、一層赤外線受光素子1の感度を向上させ、暗電流を低減することができる。 In the semiconductor stacked body 10 and the infrared light receiving element 1 of the present embodiment, the quantum well structure 40 preferably has a thickness of 2.0 μm or more. The carrier concentration in the quantum well structure 40 is preferably 7 × 10 14 cm −3 or less. By doing in this way, the sensitivity of the infrared light receiving element 1 can be further improved and the dark current can be reduced.

なお、本実施の形態の量子井戸構造40は、たとえば製造条件等の制約によりp型不純物の量子井戸構造40への混入が不可避である場合、量子井戸構造40の形成時に意図的にn型不純物を導入することにより形成することができる。   Note that the quantum well structure 40 of the present embodiment is intentionally n-type impurity when the quantum well structure 40 is formed, for example, when it is inevitable to mix the p-type impurity into the quantum well structure 40 due to restrictions such as manufacturing conditions. Can be formed.

(実施の形態3)
次に、本発明にかかる受光素子の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20の一方の主面20A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、画素に対応する複数のn側電極92を有する。一方、p側電極91は1つだけ配置される。
(Embodiment 3)
Next, a light receiving element and a sensor according to Embodiment 3, which is another embodiment of the light receiving element according to the present invention, will be described. Referring to FIGS. 12 and 2, infrared light receiving element 1 of Embodiment 3 has the structure shown in FIG. 2 as a unit structure, and the unit structure extends in the direction in which one main surface 20 </ b> A of substrate 20 extends. Multiple structures are repeated. The infrared light receiving element 1 has a plurality of n-side electrodes 92 corresponding to the pixels. On the other hand, only one p-side electrode 91 is disposed.

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p側電極91は、基板20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50上のn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。   More specifically, referring to FIG. 12, p-side electrode 91 of infrared light receiving element 1 of the third embodiment is formed on the bottom wall of trench 99 located at the end in the direction in which substrate 20 extends. Yes. Further, the n-side electrode 92 on the contact layer 50 adjacent to the trench 99 located at the end is omitted. Infrared sensor 100 in the present embodiment includes infrared light receiving element 1 having such a structure, and a read-out integrated circuit (ROIC) 70 electrically connected to infrared light receiving element 1. . The readout circuit 70 is, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) circuit.

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n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、p側電極91に接触し、p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50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n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。   A plurality of readout electrodes (not shown) provided on the main body 71 of the readout circuit 70 and a plurality of n-side electrodes 92 functioning as pixel electrodes in the infrared light receiving element 1 are arranged via bumps 73 so as to have a one-to-one relationship. Are electrically connected. In addition, the infrared light receiving element 1 has a wiring 75 that contacts the p-side electrode 91 and extends along the bottom wall and the side wall of the trench 99 where the p-side electrode 91 is located, and reaches the contact layer 50. It is formed. The wiring 75 and a ground electrode (not shown) provided on the main body 71 of the readout circuit 70 are electrically connected via the bumps 72. With this structure, light reception information for each pixel of the infrared light receiving element 1 is output from each n-side electrode 92 (pixel electrode) to the readout electrode of the readout circuit 70, and the received light information is aggregated in the readout circuit 70. Thus, for example, a two-dimensional image can be obtained.

量子井戸受光層における不純物濃度(キャリア濃度)および量子井戸受光層の厚みと暗電流および感度との関係を調査する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。   An experiment was conducted to investigate the relationship between the impurity concentration (carrier concentration) in the quantum well light-receiving layer, the thickness of the quantum well light-receiving layer, dark current, and sensitivity. The experimental procedure is as follows.

上記実施の形態1と同様の構造を有する赤外線受光素子1を作製した。基板20を構成する化合物半導体はn−InP(不純物S)、バッファ層30を構成する化合物半導体はp−InGaAs(不純物Zn)、量子井戸構造40の第1要素層41を構成する化合物半導体はGaAsSb、第2要素層42を構成する化合物半導体はInGaAs、コンタクト層50を構成する化合物半導体はn−InGaAs(不純物Si)とした。赤外線受光素子1において量子井戸受光層である量子井戸構造40の厚みを変化させるとともに、量子井戸構造40に含まれる不純物濃度を変化させた。不純物としてはSiを採用した。そして、Siの濃度を変化させた場合の電圧と空乏層幅との関係を調査した。また、Siの濃度および量子井戸構造40の厚みを変化させた場合の暗電流および感度を測定した。不純物濃度はSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer)を用いて測定した。空乏層幅およびキャリア濃度は容量電圧測定により導出した。暗電流測定における素子サイズ(電流の流路の電流が流れる方向に垂直な断面)は直径20μmの円形、測定電圧は1.0V、測定温度は−50℃とした。また、測定電圧が1.0V、測定温度が−50℃、の条件の下、基板20側から波長2.2μmの光を入射させて、感度を測定した。なお、量子井戸構造40内におけるSi以外の不純物であるS、Se、Ge、Te(n型不純物)、およびZn、Be、Mg、C(p型不純物)の濃度を測定した結果、いずれも測定限界以下であった。すなわち、本実験において、不純物濃度とキャリア濃度とは、等しいとみなすことができる。   An infrared light receiving element 1 having the same structure as that of the first embodiment was produced. The compound semiconductor constituting the substrate 20 is n-InP (impurity S), the compound semiconductor constituting the buffer layer 30 is p-InGaAs (impurity Zn), and the compound semiconductor constituting the first element layer 41 of the quantum well structure 40 is GaAsSb. The compound semiconductor constituting the second element layer 42 was InGaAs, and the compound semiconductor constituting the contact layer 50 was n-InGaAs (impurity Si). In the infrared light receiving element 1, the thickness of the quantum well structure 40 that is the quantum well light-receiving layer was changed, and the impurity concentration contained in the quantum well structure 40 was changed. Si was used as an impurity. Then, the relationship between the voltage and the depletion layer width when the Si concentration was changed was investigated. Further, the dark current and sensitivity when the Si concentration and the thickness of the quantum well structure 40 were changed were measured. The impurity concentration was measured using SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer). The depletion layer width and carrier concentration were derived by capacitance voltage measurement. In the dark current measurement, the element size (cross section perpendicular to the direction of current flow in the current channel) was a circle with a diameter of 20 μm, the measurement voltage was 1.0 V, and the measurement temperature was −50 ° C. Further, under the conditions that the measurement voltage was 1.0 V and the measurement temperature was −50 ° C., light having a wavelength of 2.2 μm was incident from the substrate 20 side, and the sensitivity was measured. As a result of measuring the concentrations of impurities other than Si in the quantum well structure 40, that is, S, Se, Ge, Te (n-type impurities) and Zn, Be, Mg, C (p-type impurities), all were measured. It was below the limit. That is, in this experiment, it can be considered that the impurity concentration and the carrier concentration are equal.

図13は、量子井戸受光層(量子井戸構造40)における不純物濃度(キャリア濃度)を変化させた場合の電圧と空乏層幅との関係を示す図である。不純物濃度(キャリア濃度)は5×1014cm−3(図13において実線)から5×1016cm−3(図13において細破線)の範囲で変化させた。図13を参照して、不純物(Si)の濃度が低くなるにしたがって、空乏層幅は大きくなり、感度の上昇が期待される。また、不純物濃度を1×1016cm−3以下とすることにより、電圧1.0Vにおける空乏層幅を0.5μm以上とすることが可能となっている。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the voltage and the depletion layer width when the impurity concentration (carrier concentration) in the quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) is changed. The impurity concentration (carrier concentration) was changed in the range from 5 × 10 14 cm −3 (solid line in FIG. 13) to 5 × 10 16 cm −3 (thin broken line in FIG. 13). Referring to FIG. 13, as the impurity (Si) concentration decreases, the depletion layer width increases, and an increase in sensitivity is expected. Further, by setting the impurity concentration to 1 × 10 16 cm −3 or less, the depletion layer width at a voltage of 1.0 V can be set to 0.5 μm or more.

表1は、量子井戸受光層(量子井戸構造40)における不純物濃度(キャリア濃度)および量子井戸受光層の厚みと暗電流および感度との関係を示している。   Table 1 shows the relationship between the impurity concentration (carrier concentration) in the quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40), the thickness of the quantum well light-receiving layer, dark current, and sensitivity.

Figure 0006488855
表1において、A、B、CおよびDは、暗電流および感度の評価を表している。特に好ましい値が得られたものをA、好ましい結果が得られたものをB、許容可能は結果が得られたものをC、許容できない結果であったものをDと評価した。具体的には、暗電流については5pA以下であったものをA、50pA以下であったものをB、150pA以下であったものをC、150pAを超えるものをDと評価した。また、感度については、1.2A/W以上であったものをA、0.8A/W以上であったものをB、0.5A/W以上であったものをC、0.5A/W未満であったものをDと評価した。なお、空欄は、当該条件に対応する実験を行わなかったことを表している。
Figure 0006488855
In Table 1, A, B, C, and D represent the evaluation of dark current and sensitivity. A particularly preferable value was evaluated as A, a preferable result was evaluated as B, an acceptable result was evaluated as C, and an unacceptable result was evaluated as D. Specifically, the dark current was evaluated as A when it was 5 pA or less, B when it was 50 pA or less, C when it was 150 pA or less, and D when it exceeded 150 pA. The sensitivity was 1.2 A / W or higher for A, 0.8 A / W or higher for B, 0.5 A / W or higher for C, 0.5 A / W or higher. What was less than was evaluated as D. Note that the blank indicates that an experiment corresponding to the condition was not performed.

表1を参照して、暗電流については、量子井戸構造40の厚みに関係なく、量子井戸構造40内の不純物濃度が下がれば低減されている。一方、感度については、量子井戸構造40内の不純物濃度を低減しつつ、量子井戸構造40の厚みを大きくすることで上昇している。より具体的には、量子井戸構造40内の不純物濃度を低減して空乏層幅を大きくするとともに、当該空乏層幅と同等以上の量子井戸構造の厚みを確保することで感度が上昇している。   Referring to Table 1, the dark current is reduced if the impurity concentration in the quantum well structure 40 is lowered regardless of the thickness of the quantum well structure 40. On the other hand, the sensitivity is increased by increasing the thickness of the quantum well structure 40 while reducing the impurity concentration in the quantum well structure 40. More specifically, the sensitivity is increased by reducing the impurity concentration in the quantum well structure 40 to increase the depletion layer width and securing a quantum well structure thickness equal to or greater than the depletion layer width. .

そして、量子井戸受光層(量子井戸構造40)の厚みを0.5μm以上、かつ量子井戸受光層(量子井戸構造40)の不純物濃度(キャリア濃度)を1×1016cm−3以下とすることにより、暗電流および感度の評価をいずれもC以上とすることが可能となっている。また、量子井戸受光層(量子井戸構造40)の厚みを1.5μm以上、かつ量子井戸受光層(量子井戸構造40)の不純物濃度(キャリア濃度)を1×1015cm−3以下とすることにより、暗電流および感度の評価をいずれもB以上とすることが可能となっている。さらに、量子井戸受光層(量子井戸構造40)の厚みを2.0μm以上、かつ量子井戸受光層(量子井戸構造40)の不純物濃度(キャリア濃度)を7×1014cm−3以下とすることにより、暗電流および感度の評価をいずれもA以上とすることが可能となっている。以上の実験結果より、本願の半導体積層体および赤外線受光素子によれば、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とともに、暗電流を低減することができることが確認される。 Then, the thickness of the quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) is 0.5 μm or more, and the impurity concentration (carrier concentration) of the quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) is 1 × 10 16 cm −3 or less. As a result, the dark current and the sensitivity can both be evaluated as C or higher. The quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) has a thickness of 1.5 μm or more, and the quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) has an impurity concentration (carrier concentration) of 1 × 10 15 cm −3 or less. Thus, both the dark current and the sensitivity can be evaluated as B or higher. Furthermore, the thickness of the quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) is 2.0 μm or more, and the impurity concentration (carrier concentration) of the quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) is 7 × 10 14 cm −3 or less. As a result, the dark current and the sensitivity can both be evaluated as A or higher. From the above experimental results, it was confirmed that according to the semiconductor laminated body and the infrared light receiving element of the present application, the sensitivity of the light receiving element including the semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor can be improved and the dark current can be reduced. Is done.

不純物が混入した量子井戸受光層に導電型の異なるキャリアを生成する不純物を意図的に導入し、キャリア濃度を低下させることの効果を確認する実験を行った。具体的には、上記実施例1において作製した不純物(Si)濃度5×1016cm−3、厚み1.5μmのサンプル(サンプルA)と同様の構成においてさらに量子井戸受光層(量子井戸構造40)にZnを濃度4.5×1016cm−3で導入し、キャリア濃度を5×1015cm−3に低減したサンプル(サンプルB)を作製し、実施例1と同様の条件で感度および暗電流を測定してサンプルAと比較した。実験結果を表2に示す。感度および暗電流の評価基準は実施例1と同様である。 An experiment was conducted to confirm the effect of reducing the carrier concentration by intentionally introducing impurities that generate carriers of different conductivity types into the quantum well light-receiving layer mixed with impurities. Specifically, a quantum well light-receiving layer (quantum well structure 40) is further formed in the same configuration as the sample (sample A) having an impurity (Si) concentration of 5 × 10 16 cm −3 and a thickness of 1.5 μm prepared in Example 1 above. ) Was introduced at a concentration of 4.5 × 10 16 cm −3 and a carrier concentration was reduced to 5 × 10 15 cm −3 (sample B), and the sensitivity and sensitivity were the same as in Example 1. The dark current was measured and compared with Sample A. The experimental results are shown in Table 2. The evaluation criteria for sensitivity and dark current are the same as in Example 1.

Figure 0006488855
表2を参照して、不純物としてZnを導入したサンプルBは、サンプルAに比べて感度が上昇し、暗電流が低減されている。このことから、不純物の混入が不可避な場合、不純物が混入した量子井戸受光層に導電型の異なるキャリアを生成する不純物を意図的に導入し、キャリア濃度を低下させることで、感度および暗電流を改善可能であることが確認される。
Figure 0006488855
Referring to Table 2, Sample B into which Zn is introduced as an impurity has higher sensitivity and lower dark current than Sample A. From this, when impurities are inevitably mixed, impurities that generate carriers of different conductivity types are intentionally introduced into the quantum well light-receiving layer in which impurities are mixed, and the carrier concentration is lowered to reduce sensitivity and dark current. It is confirmed that improvement is possible.

上記実施の形態1の変形例1〜3における追加的工程を実施することの効果を確認する実験を行った。具体的には、変形例1のコーティング工程を実施するプロセス(サンプルDに対応)、変形例2のベーキング工程(650℃、1時間)を実施するプロセス(サンプルEに対応)および変形例3の洗浄工程を実施するプロセス(サンプルFに対応)を実施し、これらを実施しなかったもの(サンプルCに対応;バッファ層30形成前の加熱:550℃、1時間)との間で得られた赤外線受光素子1の感度および暗電流を比較した。また、サンプルC、D、EおよびFについて、量子井戸構造40内のSi、C、Znの濃度を測定した。実験結果を表3に示す。感度および暗電流の評価基準は実施例1と同様である。   An experiment was performed to confirm the effect of performing the additional steps in the first to third modifications of the first embodiment. Specifically, the process (corresponding to sample D) of performing the coating process of the first modification, the process (corresponding to sample E) of performing the baking process (650 ° C., 1 hour) of the second modification, and the third modification The process (corresponding to the sample F) for carrying out the cleaning step was carried out, and these were obtained (corresponding to the sample C; heating before forming the buffer layer 30: 550 ° C., 1 hour). The sensitivity and dark current of the infrared light receiving element 1 were compared. For samples C, D, E, and F, the concentrations of Si, C, and Zn in the quantum well structure 40 were measured. The experimental results are shown in Table 3. The evaluation criteria for sensitivity and dark current are the same as in Example 1.

Figure 0006488855
表3を参照して、感度、暗電流ともに評価Dとなる赤外線受光素子(サンプルC)が得られた条件において、変形例1〜3のコーティング、ベーキング、洗浄を実施することにより、感度および暗電流が大幅に改善している。これは、これらの追加的工程の実施によりSi、CおよびZnを含む不純物の量子井戸構造への混入が抑制されたためであると考えられる。このことから、変形例1〜3の追加的工程を実施することにより、感度および暗電流の大幅な改善が達成可能であることが確認される。
Figure 0006488855
With reference to Table 3, the sensitivity and darkness were obtained by performing the coating, baking, and cleaning of Modifications 1 to 3 under the conditions in which the infrared light receiving element (sample C) having both sensitivity and dark current of evaluation D was obtained. The current has improved significantly. This is thought to be because the inclusion of impurities including Si, C, and Zn into the quantum well structure is suppressed by performing these additional steps. From this, it is confirmed that a significant improvement in sensitivity and dark current can be achieved by performing the additional steps of the first to third modifications.

なお、上記実施の形態および実施例においては、第1導電型がp型であり、第2導電型がn型である場合について主に説明したが、本願の半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法はこれに限られず、第1導電型がn型であり、第2導電型がp型であってもよい。   In the above embodiments and examples, the case where the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type has been mainly described. However, the semiconductor stacked body, the light receiving element, and the semiconductor stack of the present application are described. The method for manufacturing the body is not limited to this, and the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type.

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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive in any respect. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

本願の半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法は、感度の向上および暗電流の低減が求められる半導体積層体、受光素子および半導体積層体の製造方法に、特に有利に適用され得る。   The semiconductor laminated body, the light receiving element, and the method for producing the semiconductor laminated body of the present application can be particularly advantageously applied to the semiconductor laminated body, the light receiving element, and the method for producing the semiconductor laminated body that require improvement in sensitivity and reduction in dark current.

1 赤外線受光素子
10 半導体積層体
20 基板
20A 主面
30 バッファ層
30A 第1主面
40 量子井戸構造
40A 主面
41 第1要素層
42 第2要素層
50 コンタクト層
50A 主面
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 開口部
82 開口部
91 p側電極
92 n側電極
99 トレンチ
99A 側壁
99B 底壁
100 赤外線センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared light receiving element 10 Semiconductor laminated body 20 Substrate 20A Main surface 30 Buffer layer 30A First main surface 40 Quantum well structure 40A Main surface 41 First element layer 42 Second element layer 50 Contact layer 50A Main surface 70 Read-out circuit 71 Main body 72 73 Bump 75 Wiring 80 Passivation film 81 Opening 82 Opening 91 P-side electrode 92 N-side electrode 99 Trench 99A Side wall 99B Bottom wall 100 Infrared sensor

Claims (13)

III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型である第1導電型層と、
III−V族化合物半導体からなる量子井戸受光層と、
III−V族化合物半導体からなり、導電型が前記第1導電型とは異なる第2導電型である第2導電型層と、を備え、
前記第1導電型層、前記量子井戸受光層および前記第2導電型層は、この順に積層され、
前記量子井戸受光層の厚みは0.5μm以上であり、
前記量子井戸受光層におけるキャリア濃度は1×10 15 cm −3 以下であり、
前記量子井戸受光層において、前記第1導電型のキャリアを生成する第1導電型不純物および前記第2導電型のキャリアを生成する第2導電型不純物の一方が、1×10 16 cm −3 を超える濃度で含まれ、前記第1導電型不純物および前記第2導電型不純物の他方が、前記一方の濃度との差が1×10 16 cm −3 以下の濃度で含まれる、半導体積層体。
A first conductivity type layer made of a III-V compound semiconductor and having a conductivity type of the first conductivity type;
A quantum well light-receiving layer made of a group III-V compound semiconductor;
A second conductivity type layer made of a III-V compound semiconductor and having a conductivity type that is a second conductivity type different from the first conductivity type,
The first conductivity type layer, the quantum well light-receiving layer, and the second conductivity type layer are laminated in this order,
The quantum well light-receiving layer has a thickness of 0.5 μm or more,
Carrier concentration in the quantum well absorption layer is Ri der 1 × 10 15 cm -3 or less,
In the quantum well light-receiving layer, one of the first conductivity type impurity that generates the first conductivity type carrier and the second conductivity type impurity that generates the second conductivity type carrier is 1 × 10 16 cm −3 . than in a concentration, the other of said first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity, the difference between the one concentration Ru in a concentration of 1 × 10 16 cm -3 or less, the semiconductor laminate.
前記量子井戸受光層の厚みは1.5μm以上である、請求項1に記載の半導体積層体。 The thickness of the quantum well absorption layer is 1.5μm or more, the semiconductor laminate according to claim 1. 前記量子井戸受光層の厚みは2.0μm以上であり、
前記量子井戸受光層におけるキャリア濃度は7×1014cm−3以下である、請求項1に記載の半導体積層体。
The quantum well light-receiving layer has a thickness of 2.0 μm or more,
The semiconductor stacked body according to claim 1, wherein a carrier concentration in the quantum well light-receiving layer is 7 × 10 14 cm −3 or less.
前記第1導電型不純物および前記第2導電型不純物の一方はSi、S、Se、GeおよびTeからなる群から選択される一種以上であり、他方はZn、Be、MgおよびCからなる群から選択される一種以上である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体積層体。 One of the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity is at least one selected from the group consisting of Si, S, Se, Ge and Te, and the other is from the group consisting of Zn, Be, Mg and C. The semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 3 , wherein the semiconductor laminate is one or more selected. 前記量子井戸受光層はタイプII型の量子井戸構造である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の半導体積層体。 The semiconductor stacked body according to any one of claims 1 to 4 , wherein the quantum well light-receiving layer has a type II type quantum well structure. 前記量子井戸受光層は、InGa1−xAs(xは0.38以上1以下)層とGaAs1−ySb(yは0.36以上1以下)層とのペア、またはGa1−uInAs1−v(uは0.4以上0.8以下、vは0を超え0.2以下)層とGaAs1−ySb(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〜請求項5のいずれか1項に記載の半導体積層体。 The quantum well absorption layer is, In x Ga 1-x As (x is 0.38 or more and 1 or less) layer and GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more and 1 or less) pair of the layers or Ga 1, -u in u N v as 1- v (u 0.4 to 0.8, v 0.2 or less than 0 is) layer and GaAs 1-y Sb y (y is 0.36 or more 0.62 The semiconductor stacked body according to any one of claims 1 to 5 , which has a multiple quantum well structure including a pair with a layer below. 前記第1導電型層から見て前記量子井戸受光層とは反対側に位置する基板をさらに含み、
前記基板は、GaAs、GaP、GaSb、InP、InAs、InSb、AlSb、またはAlAsからなる、請求項に記載の半導体積層体。
A substrate located on a side opposite to the quantum well light-receiving layer as viewed from the first conductivity type layer;
The semiconductor laminate according to claim 6 , wherein the substrate is made of GaAs, GaP, GaSb, InP, InAs, InSb, AlSb, or AlAs.
前記第1導電型層と前記量子井戸受光層との界面、および前記量子井戸受光層と前記第2導電型層との界面における、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、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の半導体積層体。 The oxygen concentration, the carbon concentration, and the hydrogen concentration at the interface between the first conductivity type layer and the quantum well light-receiving layer and at the interface between the quantum well light-receiving layer and the second conductivity type layer are all 1. The semiconductor stacked body according to claim 1 , which is × 10 17 cm −3 or less. 請求項1〜請求項8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形成された電極と、を備える、受光素子。
The semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 8 ,
A light receiving element comprising: an electrode formed on the semiconductor laminate.
III−V族化合物半導体からなり、導電型が第1導電型である第1導電型層を形成する工程と、
III−V族化合物半導体からなる量子井戸受光層を形成する工程と、
III−V族化合物半導体からなり、導電型が前記第1導電型とは異なる第2導電型である第2導電型層を形成する工程と、を備え、
前記第1導電型層を形成する工程、前記量子井戸受光層を形成する工程および前記第2導電型層を形成する工程は、この順で実施されて、前記第1導電型層、前記量子井戸受光層および前記第2導電型層は、この順に積層され、
前記量子井戸受光層は、厚みが0.5μm以上であり、キャリア濃度が1×10 15 cm −3 以下となり、前記量子井戸受光層において、前記第1導電型のキャリアを生成する第1導電型不純物および前記第2導電型のキャリアを生成する第2導電型不純物の一方が、1×10 16 cm −3 を超える濃度で含まれ、前記第1導電型不純物および前記第2導電型不純物の他方が、前記一方の濃度との差が1×10 16 cm −3 以下の濃度で含まれるように形成される、半導体積層体の製造方法。
Forming a first conductivity type layer made of a III-V compound semiconductor and having a conductivity type of the first conductivity type;
Forming a quantum well light-receiving layer made of a III-V compound semiconductor;
Forming a second conductivity type layer made of a III-V group compound semiconductor and having a second conductivity type different from the first conductivity type.
The step of forming the first conductivity type layer, the step of forming the quantum well light-receiving layer, and the step of forming the second conductivity type layer are performed in this order, and the first conductivity type layer and the quantum well are formed. The light receiving layer and the second conductivity type layer are laminated in this order,
The quantum well absorption layer has a thickness is not less 0.5μm or more, the carrier concentration is Ri Do and 1 × 10 15 cm -3 or less, in the quantum well absorption layer, first generating the first conductive carrier One of the conductivity type impurity and the second conductivity type impurity that generates the second conductivity type carrier is included at a concentration exceeding 1 × 10 16 cm −3, and the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity are included. the other is the difference between the one of concentration is formed so that in a concentration of 1 × 10 16 cm -3 or less, the manufacturing method of the semiconductor lamination.
前記第1導電型層を形成する工程、前記量子井戸受光層を形成する工程および前記第2導電型層を形成する工程は、前記第1導電型層、前記量子井戸受光層および前記第2導電型層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、請求項10に記載の半導体積層体の製造方法。 The step of forming the first conductivity type layer, the step of forming the quantum well light receiving layer, and the step of forming the second conductivity type layer include the first conductivity type layer, the quantum well light receiving layer, and the second conductivity type. The manufacturing method of the semiconductor laminated body of Claim 10 implemented so that a type | mold layer may be laminated | stacked, without forming a regrowth interface. 前記第1導電型層を形成する工程、前記量子井戸受光層を形成する工程および前記第2導電型層を形成する工程は、有機金属気相成長法により実施される、請求項10または請求項11に記載の半導体積層体の製造方法。 The step of forming the first conductivity type layer, forming a step and the second conductivity type layer to form the quantum well absorption layer is carried out by metal organic chemical vapor deposition, according to claim 10 or claim The manufacturing method of the semiconductor laminated body of 11 . 前記量子井戸受光層を形成する工程よりも前に、前記量子井戸受光層を形成する工程を実施するための成長室の内部をコーティングする工程をさらに備える、請求項10請求項12のいずれか1項に記載の半導体積層体の製造方法。 The method of any one of claims 10 to 12 , further comprising a step of coating the inside of a growth chamber for performing the step of forming the quantum well light-receiving layer before the step of forming the quantum well light-receiving layer. The manufacturing method of the semiconductor laminated body of 1 item | term.
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