TW201214733A

TW201214733A - Photoreceptor element and method for producing same

Info

Publication number: TW201214733A
Application number: TW100122953A
Authority: TW
Inventors: Katsushi Akita; Takashi Ishizuka; Kei Fujii; Hideaki Nakahata; Youichi Nagai; Hiroshi Inada; Yasuhiro Iguchi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2012-04-01
Also published as: JP2012015170A; CN102959736B; US20130099203A1; WO2012002144A1; US8822977B2; EP2590232A1; CN102959736A

Description

201214733 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於一種受光元件及其製造方法。更具體而言，係關於一種於受光層中包含具有於近紅外之長波長域 . 亦具有受光靈敏度之構成的類型II之多重量子井構造 (Multiple-Quantum Well，以下，記作MQW)的受光元件及其製造方法。【先前技術】對使用有InP基板之III-V族化合物半導體而言，其帶隙能量對應於近紅外域，因此正在進行通信用、分析用、夜間攝像用等之受光元件之研究開發。於非專利文獻1中，揭示有於InP基板上設有 InGaAs/GaAsSb之類型II之MQW之受光層的光電二極體之試製例。該光電二極體之截止波長為2.39 μηι，顯示出波長 1.7 μηι至2.7 μηι之分光靈敏度特性。又，於非專利文獻2中，揭示有於InP基板上設有 InGaAs/GaAsSb之類型II之MQW之光電二極體於波長1 μηι 至3 μιη的分光靈敏度（溫度：200 Κ、250 Κ、295 Κ)。該光電二極體中，InGaAs及GaAsSb之厚度兩者均為5 nm，積層 150對，其截止波長為2.3 μιη。先行技術文獻非專利文獻非專利文獻 1 : R. Sidhu，et. al. ”A Long-Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GalnAs-GaAsSb Type-II Quantum 156987.doc 201214733

Wells, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 12 (2005), pp.2715-2717 非專利文獻 2 : R. Sidhu, et. al.，"A 2.3 μηι cutoff wavelength photodiode on InP using lattice-matched GalnAs-GaAsSb type II quantum wells" 2005 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials 【發明内容】發明所欲解決之問題關於上述光電二極體，藉由InGaAs/GaAsSb之類型II之 MQW而使受光區域長波長化。因此，GaAsSb價帶之電子躍遷至InGaAs傳導帶之類型II之躍遷受到關注。由於GaAsSb 價帶之電子躍遷至InGaAs傳導帶，因此該類型II之MQW之類型II之躍遷易產生於InGaAs/GaAsSb之界面上。另一方面，於InGaAs/GaAsSb之類型II之MQW中，亦並行地產生類型I之躍遷，即，各層之價帶之電子躍遷至相同層之傳導帶。該情形時，相較類型II之躍遷中之最長波長，所受光之光之波長中，當然是較短波長側成為可受光區域。假設上述受光元件被用於氣體分析等中，且根據其他理由，於1.3 μηι以上之近紅外域，需具有特定以上之受光靈敏度，特別需具有大致固定之受光靈敏度。然而，上述非專利文獻中，於前者之光電二極體中，波長1.8 μπι至2.3 μιη 具有固定之受光靈敏度，但波長為1.7 μηι時受光靈敏度急遽變高。又，於後者之光電二極體中，受光靈敏度於長波長側為固定，但波長為1.5 μιη以下時受光靈敏度急遽降 156987.doc 201214733 低。必需避免上述受光靈敏度之變動。即，應當將受光靈敏度之波長相依性於實用上容許之範圍内平坦化。本發明之目的在於提供一種於自包含波長為丨3 μπι之短波長側至長波長側之近紅外域之範圍内抑制了受光靈敏度之變動的受光元件及其製造方法。解決問題之技術手段本發明之受光元件之特徵在於：其係於含有ΠΙ_ν族半導體之基板之上設有含有第一化合物半導體與第二化合物半導體之重複構造之類型II之多重量子井構造（MqW)的受光層、且於包含波長為1.3 μιη及2.0 μηι之近紅外域具有受光靈敏度者，將波長為1.3 μιη之受光靈敏度與波長為2·〇 μηι之受光靈敏度之比設為0.5以上且1·6以下。本發明之受光元件包含類型II之MQW。該類型π之MQW 中，一個化合物半導體層（以下記作&層，例如GaAsSb層）相較另一個化合物半導體層（以下記作!3層，例如InGaAs層）而a價帶及傳導帶能量更南。但是，兩者之費米能階一致，因此，相較其中之一個較高之化合物半導體層（&層）之價帶，另一個較低之化合物半導體層（b層）之傳導帶具有更高之能階。類型II之MQW中，於受光時，位於a層之價帶上之電子吸收入射光而被激發至b層之傳導帶上。該結果為，於 a層之價帶上產生電洞，該已被激發之電子位於b層之傳導帶上。如此’ a層之價帶之電子被激發至b層之傳導帶上，因此可接受更低能量（更長波長）之入射光。將此稱為類型Η 156987.doc 201214733 之躍遷（受光），其係於a層及b層之界面上產生之現象。上述類型II之躍遷決定受光區域之最長波長，且因此，類型II之受光區域覆蓋以最長波長為上限之長波長域、例如 1.7 μηι以上。然而，受光元件必需於較其更短之波長域亦具有受光靈敏度》上述類型Π之MQW中，不僅產生類型π 之躍遷，亦產生類型I之躍遷。類型I之躍遷係於a層内及b 層内而非上述界面上產生。a層及b層之帶隙能量例如於 GaAsSb及InGaAs之組合之例中所示般為相同程度。類型工之党光若產生於a層内或b層内，則a層或b層之價帶之電子被激發至各自之層之傳導帶上’於各個層之價帶上產生電洞。關於價帶上產生電洞、且將電子激發至傳導帶上之方面’類型I及類型II均為相同。本發明中’藉由調節MQW之總厚度、MQW之各層之厚度等而可於自包含波長為1.3 μηι之短波長側至長波長側之範圍、例如2.5 μηι而抑制受光靈敏度之變動。關於上述受光元件’可形成自基板側入射光之構造。本發明之受光元件中，將ρ側電極配置於受光層之上，將η側電極配置於自受光層觀察時靠近基板之層（亦可為基板）。將 Ρ側電極配置於受光層之上之理由如下所述。迄今為止，作為III-V族化合物半導體之ρ型雜質之Ζη具有龐大的技術積累。其原因在於，容易將該Ζη自包含受光層之磊晶層之表面藉由選擇擴散而予以導入而形成像素區域。因此，將ρ 側電極配置於磊晶層之表面。像素區域形成有一個或複數個’當為複數個之情形時，將ρ側電極逐一配置於各像素區 156987.doc

S 201214733 域中。因此有時將P側電極稱為像素電極。另一方面，η側電極成為共通之接地電極。即，當Ρ側電極為-個及複數個之任一情形時，η側電極均成為對各像素共通之接地電極。根據上述Ρ側電極h側電極之配置，於產生受光現象 ._ ’無論類型1及類型11，電洞藉由逆偏壓電場而由_電極《應，且電子藉由逆偏壓電場而由η側電極感應。當複數個像素成為二維排列之情形時，自像素電極（ρ侧電極）讀出電荷之配線變得複雜，成為光傳播之障礙，故而無法將蠢晶層側作為光入射面。因此，自基板側進行光入射。於CMOS(C〇mplementary Metal 〇xide ，互補式金屬氧化物半導體）等中形成之讀出配線（r〇ic:

Read 〇ut 1C)之讀出電極以與_電極相對之態樣，藉由接合凸塊等而1對1地導電連接。光自基板側入射時，基板附近之範圍的MQW中產生受光而產生電洞及電子。已知電洞相較電子之移動率更小。雖具有逆偏壓電場，但電洞之移動率較小，且必需反覆越過較多量子井之電位而到達p側電極。相對於此，移動率較大之電子朝設置於基板或與基板相接之緩衝層上in側電極移動較短的距離。 . 所謂自基板側入射光之構造係指，於基板背面配置有 AR(Anti-Reflection，抗反射）膜之構造等。可將上述MQW之總膜厚設為0.5 以上且3 5 以下。無論類型I及Π，MQW之總膜厚對於移動率較低之電洞而言，當自基板附近之位置到達像素電極時會造成強烈影 156987.doc 201214733 響。由於將總膜厚設為3·5 μιη以下，故而無論類型〗及類型 II’因受光而產生之電洞容易移動MQW之大致總膜厚（因基板附近之位置產生受光）而到達像素電極。另一方面，當MQW之總膜厚小於0.5 μηι時，無法使類型工之躍遷足夠高，或者無法增加可確保類型受光靈敏度之程度的重複數。總之，無法獲得足夠高的受光靈敏度。可將第一化合物半導體層之膜厚及第二化合物半導體層之膜厚均设為0·75 nm以上且5 nm以下。右使MQW之各層之膜厚薄至5 nm以下，則由量子井塊材 (bulk)中之躍遷即類型丨之躍遷所引起的光被吸收之難易度、與由量子井界面上之躍遷即類型Η之躍遷所引起的光被吸收之難易度不會有較大差異。因此，由類型〗之躍遷而引起受光之區域與由類型II之躍遷而引起受光之區域並無較大差異。因此，藉由類型I之躍遷所產生之電洞與藉由類型 II之躍遷所產生之電洞到達像素區域側之難易度並無大幅差異。因此’與類型I之躍遷對應之波長之受光靈敏度、及與類型II之躍遷對應之波長之受光靈敏度並無較大差異，受光靈敏度之波長相依性變得平坦。相對於此，當使量子井之膜厚厚於5 nm之情形時，於基板附近之區域容易引起類型I之躍遷（與類型〗之躍遷對應之波長之光於基板附近之區域容易被吸收），與類型π之躍遷對應之波長之光會到達像素區域（Ρ型區域）附近之區域為止 (與類型II之躍遷對應之波長之光於基板附近之區域難以被吸收）。因此，相較類型I之躍遷中產生之電洞，類型Π之躍 156987.doc

S 201214733 遷中產生之電洞更容易到達像素區域（P型區域）。因此，與類型I之躍遷對應之波長之受光靈敏度下降，但與類型II之躍遷對應之波長之受光靈敏度變高，故而受光靈敏度之波長相依性變大。因此使MQW之各層之膜厚為5 nm以下。另一方面，若各層之膜厚小於0.75 nm，則界面能階密度變得過大，類型I之受光靈敏度變得過小。因此，無法確保整體受光靈敏度之平坦性’故而將各層之膜厚設為0.75 nm 以上為宜。可採取如下構成：基板含有InP，MQW含有InxGai xAs (0.38^^.68 ’ 以下記作「InGaAs」）及 GaAsi ySby (〇.36$0〇.62,以下記作「GaAsSb」）之重複構造。藉此，可使用現有之設備而獲得於近紅外域之長波長側亦具有受光靈敏度的類型II之MQW。於InP基板之上配置有包含MQW之Inp系磊晶層。將系蟲晶層之表面作為InP窗層’可使Inp系蟲晶層之底面盘表面之間不具有再成長界面。此處’所謂再成長界面，係指以特定之成長法使第1 層成長之後，料露出於大氣巾’以—成長法使第％ =於第1結晶層上而成長時之第1結晶層與第2結晶, :界面。通常，將氧、碳作為雜質而以高濃度混度;:：係指原子濃度為1〜以上。本發明之半導, 二再成長界面’可使1np窗層表面亦保持良心一吐。藉此’可有助於暗電流之降低。又’可效率良好地製造受光元件。即，如下文所述，自 156987.doc 201214733 衝層〜mqw)至含㈣之InPf層為止，持續藉由全有機 M〇VPE法成長’故而可於相同成長槽⑽續地進行製造。又’例如即便形成有含有破之InP窗層，由於原料中未使用固體碟，故而於成長槽之内壁上亦不會固著有鱗。因此不存在於保養時起火等之虞，於安全方面亦優異。本發明之受光元件之製造方法之特徵在於，其係製造如下觉光7L件者，即，於含有ΙΠ_ν族半導體之基板之上，設有含有第-化合物半導體與第二化合物半導體之重複構造之類型II之多重量子井構造（MQW)的受光層，且於包含波長為1.3 μηι及2.0 μηΐ2近紅外域具有受光靈敏度該製造方法中，將波長為1.3 μιη之受光靈敏度、與波長為2 〇之受光靈敏度之比設為〇_5以上且16以下。根據上述製造方法，可容易地獲得對於上述近紅外域之又光靈敏度之波長相依性得以平坦化達到實用上並無問題之程度的受光元件。爻光兀件可形成為自基板側入射光之構造。藉此，例如，了於基板#面配置AR膜等，且例如以使二維排列之像素電極、與ROIC之讀出電極相對之態樣，藉由接合凸塊等而ι 對1地導電連接》上述MQW之總膜厚可設為〇 5 μιη以上且3 5 μιη以下。如上所述’藉此’可維持特定程度以上之受光靈敏度。第一化合物半導體層之膜厚、第二化合物半導體層之膜厚可分別設為0.75 nm以上且5 nm以下。藉此，可一面維持受光靈敏度一面遍及波長〜波長2.5 μηι而使受光靈敏 156987.doc

S -10· 201214733 度平坦化。基板可由InP而形成，MQW可形成為lnGaAs與GaAsSb之重複構造。藉此’可一面同時提高類型1及π之躍遷之受光靈敏度，一面遍及上述近紅外域而提高受光靈敏度之波長相依性之平坦性。於InP基板之上配置有包含MQW之Ιηρ系磊晶層，將Ιηρ 系磊晶層之表面作為InP窗層β包含MqW& Ιηρ窗層之Ιηρ 系磊晶層可藉由全有機金屬氣相成長法而持續地於Ιηρ基板上成長。此處，全有機金屬氣相成長法係指將由有機物與金屬之化合物所構成之有機金屬原料用於所有的氣相成長用原料之成長方法，記作全有機]^〇\^口£法。根據上述方法，可效率良好地製造上述受光元件。即，至含有磷之InP窗層為止，可持續地藉由全有機]^〇¥1>£法而成長，故而可於相同之成長槽内連續地進行製造。因此，由於不具有再成長界面而可獲得結晶性良好之磊晶層。因此，可實現暗電流之抑制等。又，即便形成有含有磷之Inp 窗層，由於原料中未使用固體磷，故而於成長槽之内壁上亦不會固著有磷。因此不存在於保養時起火等之虞，於安全方面亦優異。全有機MOVPE法之其他優點為，於各層間可獲得具有陡靖之異質界面的MQW。藉由具有㈣之異f界面之MQW 而可進行高精度之光譜分光等。又，由於利用全有機 MOVPE法而成長MQW，故而可製作質量良好的類型。之 MQW ’且容易使波長為丨3以⑺之受光靈敏度與波長為 156987.doc 201214733 之受光靈敏度之比達到〇·5以上且1.6以下。於MQW之形成步驟中，可於溫度400t：以上且56(rc以下而形成MQW。藉此，可獲得結晶性優異之MQW，可進一步降低暗電流。上述溫度係由包含紅外線相機及紅外線分光器之高溫計（pyrometer)而監控基板表面溫度，稱為受到該監控之基板表面溫度。因此，雖其係基板表面溫度，但嚴格而s ’其係於基板上成膜之狀態下之蟲晶層表面之溫度。其名稱有基板溫度、成長溫度、成膜溫度等各種，但任一者均指上述受監控之溫度。發明之效果根據本發明之受光元件等，可於自波長為1.3 μϊη至長波長側之近紅外域之範圍内使受光靈敏度之波長相依性平坦化達到於實用上並無問題之程度。即，於MQW中，以並無較大差異之程度而產生類型I及類型Π之受光，因此可使波長為1.3 μηι之受光靈敏度、與波長為2.0 μπΐ2受光靈敏度之比處於特定範圍内。MQW之各層及整體之薄膜化對該受光靈敏度之波長相依性之平坦化有較大幫助。進而，例如藉由使用全有機MOVPE法而自受光層之MQW至InP窗層為止一貫地進行成長，因此製造效率高，且磷不會附著於成長槽内面，故而安全性亦優異。【實施方式】 (實施形態1) 圓1係表示本發明之實施形態1之受光元件5〇之圖。受光兀•件50中，於InP基板i之上具有以下構成之Ιηρ系半導體積 156987.doc

S 201214733 層構造（磊晶晶圓）。 (InP 基板 l/ΙηΡ 緩衝層 2/類型 II(InGaAs/GaAsSb)MQW 之受光層3/InGaAs層4/InP窗層5) p型區域6係位於自InP窗層5至InGaAs層4内之範圍。p型區域6係藉由使p型雜質之Zn自SiN膜之選擇擴散遮罩圖案 36之開口部選擇擴散而形成。藉由調整選擇擴散遮罩圖案之開口部’可以自側面隔開特定距離之方式而形成p型區域 6。以如下方式設置：AuZn之p側電極11歐姆接觸於p型區域 6，又，AuGeNi之η側電極12歐姆接觸於InP基板丨之背面。該情形時，InP基板1摻雜有n型雜質，具有特定程度之導電性。受光元件50中，於InP基板！之背面設置有Si〇N之抗反射膜35，並以自InP基板之背面側入射光之方式而使用。於類型II之MQW之受光層3上，於與上述p型區域6之邊界前部對應之位置上开> 成有pn接面丨5。對上述p側電極丨丨及η側電極12間施加逆偏壓電壓，藉此，由η型雜質濃度較低側0型雜質本底）廣泛地產生空乏層。InGaAs層4&MQW之受光層 3之本底雜質濃度中，n型雜質濃度（載子濃度）為5><1〇15〇^3 左右或其以下。而且，pn接面之位置15係由InGaAs層4之本底雜質濃度（η型載子濃度）、與p型雜質之^之濃度分佈之乂又點（父叉面）而決定。111(}3八3層4係為了調整構成受光層之MQW内的ρ型雜質之濃度分佈而配置’亦可無層 4。於受光層3内’ Zn濃度為5xl〇16cm·3以下為宜。於受光等待時，上述空乏層經由匕^心層4而伸出至 MQW之受光層3内。擴展至MQW之緩衝層2附近之位置。於 I56987.doc -13- 201214733 光自InP基板1側入射時，於上述空乏層内之Inp基板1附近之位置產生受光。受光之結果為，於傳導帶上產生電子，且於價帶上產生電洞，藉由逆偏壓電場而將電子朝η側電極 12驅動’且將電洞朝ρ側電極驅動。電子及電洞中，電洞之移動率相較電子頗低。最重要的是，受光位置為Ιηρ基板i 附近之MQW内之位置，故而必需越過數百個量子井電位。因此，雖於價帶上生成電洞，但產生較多無法到達p側電極 11之電洞，故而成為使受光靈敏度降低之重大要因。本實施形態之受光元件50之要點在於以下之方面： (1) 將InGaAs及GaAsSb之對數設為50以上且500以下； (2) 將InGaAs及GaAsSb之膜厚兩者均設為〇.75 nm以上且5 nm以下； (3) 將MQW之總膜厚z設為〇.5 μιΏ以上且3 5 μηι以下； (4) 將波長為1.3 μηι之受光靈敏度與波長為2 〇 μηι之受光靈敏度之比設為0.5以上且1·6以下。藉由滿足必要條件（1)〜(3)可容易滿足（4)。上述（1)之對數為50以上係為了增加inGaAs/GaAsSb之界面且使類型II之受光靈敏度上升而為必要。其原因在於，類型II之躍遷（受光）係於界面上產生。然而，對於本發明中作為對象之受光元件而言，提高以類型Η之躍遷為主體之波長域的又光靈敏度，但右對數超過5 〇〇，則相較類型I，類型11 之躍遷會更進一步過大，從而無法實現受光靈敏度之波長相依性之平坦化。本發明之受光元件中，為了首先確保如上所述的長波長側之受光靈敏度而確保必要之對數。因 156987.doc . 14

S 201214733 此，相較類型I，更多地產生類型II之躍遷，其產生於哪里則以類型II過剩之狀態為前提。以下說明中，亦以類型II 之躍遷過大’即’充分具有長波長側之受光靈敏度而開始。圖2係表示構成受光層之各層之圖。將GaAsSb 層之膜厚設為Xl，將InGaAs層之膜厚設為X2。膜厚〜與χ2 之差為小於±l_0nm，只要無任何事先說明，則亦可設為相同厚度。圖3係用以使用MQW之帶構造來說明受光現象之圖。類型I之躍遷（受光）中，位於GaAsSb層或InGaAs層之價帶Εν 之上部的電子係藉由吸收相當之能量（[ι((：/λι) : λι為波長，h 為普朗克常數，c為媒體内之光速）之光而被激發至各個層之傳導帶Ec上而產生。於inGaAs/GaAsSb之MQW中，入丨為波長1.7 μηι程度以下。臨限值波長λι並不太明確，為大致推測。波長人丨小於此後說明之產生類型π之躍遷之光的波長入2。即，產生類型I之躍遷之相同層内之價帶與傳導帶的能隙大於類型II之躍遷中之能隙。類型II之躍遷中，位於GaAsSb層之價帶之上部之電子係藉由吸收相當之能量h(cA2)之光並被激發至相鄰之InGaAs 層之傳導帶上而產生。KInGaAs/GaASSb之MQW中，人2為波長超過1.7 μηι程度《波長μ大於產生類型〗之躍遷之光的波長λ!。於類型I及II之躍遷中，電洞係生成於價帶上，必需反覆越過凹凸狀之量子井電位，直至到達{)側電極為止。電子亦同樣地越過凹凸狀之量子井電位而到達11側電極，但由於電 156987.doc 201214733 子之生成位置為InP基板附近之位置，故而應當越過之兩井電位之數目較少。而且，最重要的是，電子之移動率相較電洞頗大。因此’並不存在電子無法到達n側電極之問題。使量子井之各層之膜厚變薄，藉此，類型1及11中產生之電洞之移動率雖較低，但容易越過較多之MqW而到達p側電極。 (i)類型I之受光之情形：

InGaAs及GaAsSb價帶之電子被激發至各自之傳導帶上，於各自之價帶上產生電洞。該電洞若不如上所述越過多數量子井電位（大體上，對數=重複數），則無法到達P側電極。就電洞而言，無論其生成位置，InGaAs之價帶上所產生之電洞於移動時，亦會一面進入GaAsSb價帶底部附近之基底狀態一面進行移動。暫時進入至GaAsSb價帶之電洞為了移動至相鄰之InGaAs之價帶上，必需越過量子井電位若使量子井之膜厚變薄，則GaAsSb價帶上之基底狀態之能量會離開底部而靠近相鄰之InGaAs之價帶之能量。此見象與以下情形類似：作為波動之電子由井電位包圍，若使井變窄’則成為高能量之振動狀態。圖4A係量子井之膜厚〜&對形成於量子井電位内之基底狀態造成之影響的示意圖。基底狀態係於量子井電位内，電子或電洞可獲取之最低能量之狀態，並非能量為零之狀態，其具有特定之能量。圖4B之量子井之膜厚1、& y於圖4Α中之量子井之膜厚&、心。若使量子井之膜厚變薄，則量子井電位當然會變窄。該結果為，基底狀態之能 I56987.doc

S •16· 201214733 量變高（(XAEzCAEi)。若基底狀態變高，則其他激發狀態之能量亦變高。因此，

GaAsSb價帶與底部上升後之價帶成為相同，電洞可能會進入至GaAsSb價帶，但亦容易脫離，其結果為，容易於MQW 内移動。 (Π)類型II之受光之情形：

GaAsSb價帶藉由兩側之In(JaAs之價帶而形成有井電位。價帶之電洞佔據價帶底附近之基底狀態，故而為了移動至相鄰之InGaAs之價帶，必需越過能量障壁。若使量子井之膜厚變薄’則價帶上之基底狀態之能量會接近相鄰之 InGaAs之價帶之能量。因此，由受光而於價帶上產生之電洞會於該價帶上容易移動至相鄰之InGaAs之價帶。此現象不僅對於移動最初之步驟中，而且對於漂移中落入至 GaAsSb價帶上之電洞亦如此。圖5A係表示量子井之膜厚〜&與電洞之流動難易度之關係的不意圖，量子井之膜厚〜、χ2比圖5B更薄。如圖5A 所示，由於使量子井之膜厚〜、“變薄，故而類型J之躍遷

引起之電洞、類型II之躍遷引起之電洞均同樣地容易到達P 型區域。若使MQW之各層之膜厚薄至5 nm以下，則由MqW之塊材中之躍遷即類型I之躍遷所引起的光被吸收之難易度、與由 MQW之界面上之躍遷即類型II之躍遷所引起的光被吸收之難易度不會有較大差異。因此，由類型〗之躍遷而引起受光之區域與由類型Π之躍遷而引起受光之區域並無較大差 156987.doc -17· 201214733 異。因此，藉由類型i之躍遷所產生之電洞與藉由類型π之躍遷所產生之電洞的到達像素區域側之難易度並不存在大幅差異。因此，與類型I之躍遷對應之波長之受光靈敏度、及與類型II之躍遷對應之波長之受光靈敏度並無較大差異’受光靈敏度之波長相依性變得平坦。相對於此，當MQW之各層之膜厚厚於5nm之情形時、或者當MQW之總厚度厚於3.5 μηΐ2情形時，於基板附近之區域容易引起類型I之躍遷（與類型〗之躍遷對應之波長之光於基板附近之區域容易被吸收），與類型π之躍遷對應之波長之光會到達像素區域（Ρ型區域）附近之區域（與類型Η之躍遷對應之波長之光於基板附近之區域難以被吸收）。因此，相較類型I之躍遷中產生之電洞，類型„之躍遷中產生之電洞更容易到達像素區域（ρ型區域）。因此，與類型1之躍遷對應之波長之受光靈敏度下降，與類型〗丨之躍遷對應之波長之受光靈敏度變尚，故而受光靈敏度之波長相依性變大。因此，將各層之膜厚設為5 nm以下，且*MQW之總厚度設為 3.5 μηι以下。另一方面，若各層之膜厚小於〇.75 nm，則界面能階密度變得過大，類型I之受光靈敏度變得過小。因此，無法確保整體受光靈敏度之平坦性，故而將各層之膜厚設為〇 75打瓜以上為宜。本發明之受光元件中，藉由滿足上述（1)、（2)、（3)之必要條件可容易使波長1_3 μπι之受光靈敏度與波長2〇 μιη之受光靈敏度之比達到0.5以上且1>6以下。圖6係表示將波長為 156987.doc

S 201214733 2.0 μπι之受光靈敏度設為0.5 Α/W及0.7 Α/W之情形時，波長為1.3 μπι之受光靈敏度為其0.5倍~1.6倍之範圍的圖。波長為2.0 μπι之受光靈敏度之適當的值為0.5 Α/W及0.7 Α/W。可以說，圖6所示之受光靈敏度之範圍為具有於實用上確實無問題之平坦性之程度。 <MQW之成長方法> 其次對製造方法進行說明。準備InP基板1，於其上，藉由全有機MOVPE法而成長InP緩衝層2/類型 II(InGaAs/GaAsSb)MQW之受光層3/InGaAs擴散濃度分佈調整層4/InP窗層5。此處，特別詳細地說明類型 II(InGaAs/GaAsSb)MQW之受光層3之成長方法。圖7中表示全有機MOVPE法之成膜裝置60之配管系統等。於反應室（腔室）63内配置有石英管65，向該石英管65 中導入原料氣體。該石英管65中，以旋轉自如且保持氣密性之方式配置有晶座6 6。於晶座6 6之下，設置有基板加熱用之加熱器66h。成膜中途之晶圓50a表面之溫度係通過設置於反應室63之頂棚部之視窗69，藉由紅外線溫度監控裝置61而監控。該受監控之溫度係被稱為成長時之溫度、或成膜溫度或者基板溫度等之溫度。本發明之製造方法中之以溫度400°C以上且560°C以下而形成MQW時的400°C以上及560°C以下，係於該溫度監控下測量之溫度。來自石英管 65之強制排氣係藉由真空泵而進行。原料氣體係藉由與石英管65連通之配管而供給。全有機 MOVPL·法之特徵之點在於，以有機金屬氣體之形態而供給 156987.doc -19- 201214733 所有原料氣體。圖7中，雖未明確說明雜質等之原料氣體，但雜質亦以有機金屬氣體之形態而被導入。將有機金屬氣體之原料放入恆溫槽中並保持於固定溫度。搬送氣體係使用氫（HO及氮（NO。有機金屬氣體係藉由搬送氣體而搬送，且由真空泵吸引並被導入至石英管65中。搬送氣體之量藉由MFC(Mass Flow Controller:流量控制器）而精度良好地調節。多數之流量控制器、電磁閥等係藉由微電腦而自動控制。對晶圓50a之製造方法進行說明。首先，於摻s之η型Inp 基板1上’使η型InP緩衝層2蟲晶成長至膜厚1〇 nm。於η型之摻雜中，宜使用TeESi(四乙基矽烷）。此時之原料氣體係使用TMIn(三甲基銦）及TBP(第三丁基膦）。該inp緩衝層2之成長中，亦可使用無機原料即PH3(膦）進行。於該inp緩衝層 2之成長中，即便使成長溫度為6〇〇°c程度或600°C程度以下進行成長’位於下層之InP基板之結晶性亦不會因6〇〇。〇左右之加熱而劣化。然而，於形成InP窗層時，形成有於下層包含GaAsSb之MQW，因此基板溫度必需嚴格地維持於例如溫度400°C以上且560°C以下之範圍。作為其理由，可舉出如下之點：若加熱至600°C左右，則GaAsSb會受到熱損傷而導致結晶性大幅劣化；及若以小於4〇〇t之溫度而形成 InP窗層，則原料氣體之分解效率會大幅降低，由此導致Inp 層内之雜質濃度增大而無法獲得高品質的InP窗層。其次，於InP緩衝層2之上，使!!型摻雜之InGaAs層成長至膜厚〇 15 μιη(150 nm)。於圖1中，該InGaAs層亦包含於緩衝層2中。 156987.doc •20- 201214733 其次，形成以InGaAs/GaAsSb為量子井之對之類型η之 MQW的受光層3。如上所述，量子井中之GaAsSb之膜厚X, 宜為3 nm以上且小於10 nm，又’ InGaAs3b之膜厚宜為小於 χ,ΐΙ.Ο nm。圖1中，將250對之量子井積層而形成MQW之受光層3。於GaAsSb之成膜中，使用TEGa(三乙基鎵）、tbAs(第三丁基胂）及TMSb(三曱基録）。又’對於inGaAs，可使用 TEGa、TMIn、及TBAs。該等原料氣體全部為有機金屬氣體，化合物之分子量較大。因此，可於4〇〇。〇以上且56〇它以下之較低溫度下完全分解，從而有助於結晶成長。藉由全有機MOVPE可使MQW之受光層3之量子井之界面的組成變化陡峭。該結果為，可進行高精度之分光測光。作為Ga(鎵）之原料’可為TEGa(三乙基鎵），亦可為 TMGa(三曱基鎵），但較理想的宜為TEGa。其原因在於，

，人 …\慣形時為1χ1〇ι cm·3以上，但於使用TEGa之情形時可為小於作為In(銦）之原料，可為TMIn(三甲基銦广

156987.doc 乙基姻），但鲂理相沾令达^ _ 201214733 其結晶性優異之半導體元件。該結果為，例如於使用受光元件等之情形時，可獲得暗電流較小、且靈敏度較大之受光元件。進而’可獲得可使用該受光元件而拍攝更鮮明之像之光學感測器裝置、例如攝像裝置。其次，對藉由全有機M〇VP£法而形成MQW3時之原料氣體之流動狀態進行說明。原料氣體係於配管中被搬送，並被導入至石英管65而排氣。無論多少種類之原料氣體，均可增加配管而與石英管65 連通。例如即便為十數種類之原料氣體，亦可藉由電磁閥之開閉而控制。原料氣體之流量係藉由圖7所示之流量控制器（MFc)控制，且藉由電磁閥之開閉而接通或斷開向石英管65中之流入。然後，藉由真空泵而自石英管65強制排氣。原料氣體之/瓜動不存在產生停滯之部分，可順利且自動地進行流動。因此，於形成量子井之對時之組成之切換會迅速地進行。如圖7所示，由於晶座66旋轉，故而原料氣體之溫度分佈不具有如原料氣體之流入側或出口側般之方向性。又，由於晶圓50a於晶座66上公轉，故而晶圓5〇a之表面附近之原料氣流處於亂流狀態。即便為晶圓5〇a之表面附近之原料氣體’除與晶圓50a相接之原料氣體外’亦具有自導入側向排氣側之較大流動方向的速度成分。因此，自晶座66經過晶圓5〇a而流向原料氣體之熱之大部分總是與排氣氣體—併排熱。 156987.doc

S •22· 201214733 因此’自晶圓50a經過表面而向原料氣體空間產生垂直方向上較大的溫度梯度或溫度階差。進而，本發明之實施形態中，將基板溫度加熱至4〇〇〇c以上且560〇C以下之低溫域。於此種低溫域之基板表面溫度下使用以TBAs等為原料之全有機MOVPE法之情形時，由於該原料之分解效率良好’因此於極其靠近晶圓5〇a之範圍内流動之原料氣體中有助於MQW成長之原料氣體僅限於效率良好地分解為成長所必要之形態者。圖8A係表示有機金屬分子之流動與溫度之流動之圖，圖 8B係基板表面之有機金屬分子之示意圖。該等圖係用以說明為了獲得於MQW之異質界面上陡峭之組成變化，表面溫度之設定為重要。晶圓50a之表面之溫度受到監控，但若自晶圓表面少許進入至原料氣體空間，則如上所述會產生急遽之溫度.降低或較大之溫度階差。因此於分解溫度為T1 〇c之原料氣體之情形時，將基板表面溫度設定為（τ1+α)，該α係考慮溫度分佈之不均等而決定。於自晶圓50a之表面至原料氣體空間具有急遽且較大之溫度降低或溫度階差之狀況下，認為如圖8B 斤丁之大尺寸之有機金屬分子掠過晶圓表面而流動時分解並有助於結晶成長之化合物分子僅限於與表面接觸之範圍、及自表面起之數個量之有機金屬分子之膜厚範圍者。因此，如圖8B所示，認為與晶圓表面相接之範圍之有機金屬分子、及位於自晶圓表面起之多個有機金屬分子之獏厚範圍以内的分子主要有助於結晶成長，相較其更靠外侧之 156987.doc -23- 201214733 有機金屬分子幾乎不分解而排出至石英管65之外。於晶圓 50a之表面附近之有機金屬分子分解並結晶成長時，位於外侧之有機金屬分子會補充進來。相反地考慮，使晶圓表面溫度相較有機金屬分子分解之溫度稍高，藉此，可將可參與結晶成長之有機金屬分子之範圍限定於晶圆5 0a表面上之較薄的原料氣體層。根據以上所述，一面以真空泵進行強制排氣一面以電磁閥切換並導入適合於上述對之化學組成之原料氣體時，於帶有少許慣性而使先前之化學組成之結晶成長後，可不受先前之原料氣體之影響而使切換後之化學組成之結晶成長。其結果為，可使異質界面上之組成變化陡峭^其意味先前之原料氣體於石英管65内實質上無殘留，原因在於：於極其靠近晶圓50a之範圍所流動之原料氣體中有助於 MQW成長之原料氣體僅侷限於效率良好地分解為成長所必要之形態者（成膜要因υ。即，由圖7可知，於形成量子井之其中層之後，一面以真空泵強制排氣一面開閉電磁閥而導入形成另一層之原料氣體時，參與結晶成長之有機金屬分子帶有少許慣性而進入，但對其進行補充之其中一層之分子幾乎被排氣而消失。晶圓表面溫度越接近於有機金屬分子之分解溫度，則參與結晶成長之有機金屬分子之範圍（自晶圓表面起的範圍）變得越小。於形成该MQW之情形時’若以6〇〇°c左右之溫度成長，則於MQW之GaAsSb層上產生相分離，從而無法獲得潔淨且平坦性優異之MQW之結晶成長表面、及具有優異之週期性 I56987.doc

S -24 - 201214733 及結晶性之MQW °因此，使成長溫度為4〇〇〇c以上且56〇°C 以下之溫度範圍（成膜要因2) ’但成膜要因1強烈依據於如下’即’使該成膜法為全有機MOVPE法，使所有原料氣體為分解效率良好的有機金屬氣體（成膜要因3)。〈半導體元件之製造方法> 圖1所示之半導體元件50中，於類型Π之MQW之受光層3 之上’配置有InGaAs擴散濃度分佈調整層4，於該InGaAs 擴散濃度分佈調整層4之上配置有ιηρ窗層5。使p型雜質之 Zn自设置於InP窗層5表面之選擇擴散遮罩圖案36之開口部選擇擴散而设置p型區域6。於該p型區域6之前端形部成有 pn接面15或pi接面15。於該pn接面15或卜接面15上，施加逆偏壓電壓而形成有空乏層，捕捉光電子轉換之電荷，使電荷量對應於像素之亮度。p型區域6或卯接面15或者pi接面 1 5係構成像素之主要部分。與p型區域6歐姆接觸之p側電極 11係像素電極，在其與成為接地電位之n側電極丨2之間，對應每一像素而讀出上述電荷量。於p型區域6周圍之Inp窗層表面，上述選擇擴散遮罩圖案36就此殘留。進而被覆有未圖不之SiON等之保護M。之所以就此殘留有選擇擴散遮罩圖案36 ’係因為於形成p型區域6之後，若將其去除而暴露於大氣中，則與窗層表面之p型區域之邊界上會形成表面能階，從而暗電流增大。如上所述，一要點在於：於形成MQW之後，藉由全有機 MOVPE法而於相同成膜室或石英管65之中繼續成長，直至形成InP窗層5為止。 156987.doc -25· 201214733 即，一要點在於：於形成InP窗層5之前，並未自成膜室中取出晶圓50a並以其他成膜法而形成Inp窗層5，因此不具有再成長界面。即，InGaAs擴散濃度分佈調整層4及1〇1>窗層5係於石英管65内連續形成，故界面16、17並非再成長界面。因此，氧及碳之濃度之任一者均小於丨x丨〇u cm·3，特別是於P型區域6與界面17之交叉線上未產生電荷洩漏。本實施形態中，於MQW之受光層3之上，例如形成有膜尽1.0 μιη之非摻雜inGaAs擴散濃度分佈層4。於形成inp窗層5之後，藉由選擇擴散法而自Inp窗層5以到達mqw之受光層3之方式導入P型雜質之Zn時，若高濃度之Zn進入至 MQW，則會損害結晶性，因此，該InGaAs擴散濃度分佈層 4係為了進行該調整而設置。該InGaAs擴散濃度分佈調整層 4可以上述方式而配置，亦可不配置。藉由上述選擇擴散而形成p型區域6,於其前端部形成有 pn接面15或？1接面丨5。於插入有InGaAs擴散濃度分佈調整層4之情形時，InGaAs因帶隙較小，故而即便為非摻雜亦可降低受光元件之電阻。藉由降低電阻而可提高應答性從而獲得畫質良好之動畫。於InGaAs擴散濃度分佈調整層4之上，於相同石英管“ 内配置有晶圓5〇a之狀態下連續地使非摻雜之Inp窗層5藉由全有機MOVPE法而磊晶成長至例如膜厚〇8 μηι為宜。對於原料氣體，如上所述，使用三甲基銦（ΤΜΙη)及第三丁基膦（ΤΒΡ)。由於使用該原料氣體，故而可使InP窗層5之成長溫度為 156987.doc

S -26- 201214733 400°C以上且560°C以下，進而為535°C以下。該結果為，位於InP窗層5之下之MQW之GaAsSb並未受到熱損傷，因而 MQW之結晶性並未受到損害。於形成InP窗層5時，形成有於下層包含GaAsSb之MQW，因此基板溫度必需嚴格地維持於例如溫度4 0 0 C以上且5 6 01以下之範圍。作為其理由，可舉出如下之點：若加熱至600°C左右，則GaAsSb會受到熱損傷而導致結晶性大幅劣化；及若以小於4〇〇。〇之溫度而形成InP窗層’則原料氣體之分解效率會大幅降低，由此導致InP窗層5内之雜質濃度增大而無法獲得高品質的Inp窗層5。先剷’必需以MBE(molecular beam epitaxy，分子束遙晶）法形成MQW。然而’於藉由MBE法而成長InP窗層時，碟原料必需使用固體之原料，故而於安全性等方面存在問題。又，於製造效率之方面亦存在改良之餘地。本發明前，InGaAs擴散濃度分佈調整層與inp窗層之界面係暫時露出於大氣中之再成長界面。再成長界面係可藉由利用二次離子質譜法而滿足氧濃度為lx 1018 cm·3以上、及碳濃度為lxl〇18cm_3以上中之至少一者來特定。再成長界面上’與p型區域形成交又線，於交又線上產生電荷洩漏，使晝質顯著劣化。又，例如若僅藉由MOVPE法而成長InP窗層，則由於磷之原料係使用膦（PH3)，故而分解溫度較高，由位於下層之 GaAsSb之熱而引發產生損傷，損害mqw之結晶性。圖9係圖1之受光元件％之製造方法之流程圖。根據該製 156987.doc -27- 201214733 造方法，重要的是，原料氣體僅使用有機金屬氣體（成膜要因3)而使成長溫度降低（成膜要因2)，以及由於直至Inp窗層 5之形成結束為止，一貫地於相同成膜室或石英管65之中形成’因此不具有再結晶界面（成膜要因4)。藉此，可效率良好地大量製造電荷洩漏少 '結晶性優異之於2 μηι〜5 μηι之波長區域具有受光靈敏度的光電二極體。 (實施形態2) 圖10係本發明之實施形態2之包含受光元件陣列（半導體元件）5〇的光學感測器裝置1G。省略了透鏡等光學零件。將含有SiON膜之保護膜43示於圖1〇中，但實際上於_中亦有配置。受光元件陣列50與圖⑽示之受光元件為相同積層構造’不同之點在於，排列有複數個受光元件或像素卜關於膜厚z、Sb組成s等，與圖！之半導體元件為共通，因此不重複其說明。又，界面16、17並非再成長界面，氧、碳等之雜質濃度之任-者均較低等情形亦圖⑴之受光元件（半導體兀件）相同。不存在其再成長界面之點，對於圖】之受光元件亦為相同》圖10中，該受光元件陣列50、與構成讀出電路（Read 〇ut 1C)之CMOS70連接。CM〇S7〇之讀出電極（未圖示）與受光元㈣⑽之像素電極（p側電極川係經由接合凸㈣而接合。又，於受光元件陣列50之各像素中，將共通之接地電極⑽《I電極）12與⑽請之未圖示之接地電極介以凸塊 12b而接合。可將CM〇S7〇與受光元件陣列5〇加以組合彙集每一像素之受光資訊而獲得攝像裝置等。 156987.doc 5¾ •28· 201214733 如上所述，本發明之受光元件陣列（半導體元件）5〇係於長波長域亦具有靈敏度，且暗電流（洩漏電流）較小因此可藉由用於動植物等生物體之檢查、環境監控等而進行高精度之檢查。實施例製作具有圖1所示之構造之受光元件之試驗體，測定波長為 1 ·3 μιη、1.5 5 μιη、1.65 μηι、2·0 μηι之受光靈敏度。本實施例中，將以下條件作為屬於本發明例之條件。 (1) 對數：50以上且500以下； (2) 量子井之膜厚X丨、χ2 : 0.75 nm以上且5 nm以下； (3) MQW之總膜厚z : 〇.5 μιη以上且3.5 μηι以下； (4) 使波長1·3 μπι之受光靈敏度與波長2.0 μηι之受光靈敏度之比為0.5以上且1.6以下。比較例中缺少上述4個條件之任一個。將測定結果示於表 1 ° [表1]

試驗想 InGaAs 膜厚V (nm) GaAsSb 膜厚X2 (nm) 對數總臈厚 Ζ (m) 各波長下之受光靈敏度受光靈敏度 1.3 μηι (A/W) 1.55 μπι (A/W) 1.65 μηι (A/W) 2.0 μηι (A/W) 1.3 μηι/ 2.0 um) 判定比較例1 5 5 30·) 0.3 0.12 0.18 0.18 0.06 2.0·) X 本發明例2 5 5 50 0.5 0.15 0.25 0.24 0.10 1.5 〇本發明例3 5 5 200 2.0 0.36 0.54 0.53 0.36 1.0 〇本發明例4 5 5 250 2.5 0.28 0.53 0.75 0.57 0.5 〇本發明例5 5 5 350 3.5 0.40 0.48 0.68 0.80 0.5 〇比較例6 5 5 400 4.0” 0.36 0.44 0.63 0.91 0.4·> X 本發明例7 1 1 250 0.5 0.64 0.57 0.54 0.32 2.0 〇本發明例8 2 2 250 1.0 0.90 0.80 0.75 0.60 1.5 〇本發明例9 4 4 250 2.0 0.60 0.74 0.70 0.60 1.0 〇本發明例10 5 5 250 2.5 0.28 0.53 0.75 0.57 0.5 〇比較例11 6·) 6·1 250 3.0 0.15 0.41 0.62 0.44 0·4.) X 9記號表示實施例中之屬於本發明例之條件(1)~(4)之範圍外。 (F1)對數之影響 156987.doc -29- 201214733 包含比較例及本發明例在内，於量子井之膜厚Χι、X2固定 (5 nm) ’且對數於30—400之範圍内變化時，波長為2·〇 μηι 之受光靈敏度單調且確實地由〇·〇6提高至0.91。另一方面，波長為1 ·3 μηι之受光靈敏度提高至對數為2〇〇左右（MQW總膜厚ζ為2.0 μηι左右）’即便再增加對數，受光靈敏度之提高亦存在飽和之傾向。量子井之膜厚固定且對數增大係指 MQW之總膜厚ζ增大。無之總膜厚2之增大，只要對數增大’則可看見波長為2.0 μηι之受光靈敏度亦提高。 (F2)量子井之膜厚χ]、Χ2之影響於對數250固定，且量子井之膜厚Χι、χ2自i nm增大至6 (MQ W之總膜厚ζ亦增大）時，波長為2.〇之受光靈敏度於 1 nm時較低，但於2 nm以上時變化為〇 5 A/w〜〇 6 A/w左右而未顯示明確之傾向。相對於此，波長為丨3 ^爪之受光靈敏度於1 rnn時為0.64 A/W，但於2 nm以上時為0.9〇 A/W，於4 nm時為0.60 A/W，於5 nm時為0.28 A/W，於ό nm時為 0.15 A/W，於χ,、χ2為1 nm〜4nm之範圍内存在較大之峰值。對於波長為1·3 μΐΏ之受光靈敏度而言，量子井之膜厚〜心之影響較大，於1 rnn〜4 nm之範圍内具有最佳膜厚，超過此範圍時受光靈敏度急遽降低。 (F3) MQW之總膜厚2之影響由於量子井之膜厚Xl、xj對數之要因相互影響，故而難以獨立地取出㈣厚H明確的是，若增加總膜厚z，則波長為2㈣之受《靈敏度破實變高，；皮長為13㈣之受光靈敏度並未太變高’故而具有如下傾向：兩者之受光靈 156987.doc

S •30· 201214733 敏度之比脫離0.5以上之範圍。因此，於近紅外之受光區域中’自1.3 μιη左右之短波長側至2.5 μιη左右之長波長側為止’難以獲得受光靈敏度之平坦性。缺少上述本發明之條件（1)〜(3)中之一個的比較例未滿足 (4)。特別是於MQW之各層之膜厚過大之比較例11 (缺少條件（2))、及MQW之總膜厚過大之比較例6(缺少條件（3))中，紐波長側之波長為1.3 μπι之受光靈敏度相較長波長側之波長為2.0 μηι之受光靈敏度頗低。又，於對數過小之比較例 1(缺少條件（1))中，波長為2.〇 μηι之受光靈敏度非常小。該結果為符合上述說明者。及範圍内之所有變更。產業上之可利用性以上.，已對本發明之實施形態進行說明，但以上揭示之本發月之貫施形態僅為例示，本發明之範圍並不限定於該等發明之實施形態。本發明之範圍係根據申請專利範圍之記載而揭示’ it而包含與中請專利範圍之記載均等之意義於近紅外之受光區域，自1

根據本發明之受光元件，左右之短波長側至3.〇义【圖式簡單說明】之圖；圖1係表示本發明之實施形態1之受光元件之 156987.doc •31- 201214733 圆2係表示圆1之MQW之各層之圖.

圖3係用以使用MQW之帶描、* A 喷構知來說明受光現象之圖；圖4A係表示量子井之膜里 ^ χι、h對形成於量子井電位内之基底狀態之能階造成之影豳而警的不意圖。ECb表示InGaAs 傳導帶之基底狀態之能階，E本_ vb表不GaAsSb價帶之基底狀態之能階；圖4B係表示量子井之胺;；膜尽χΐ、X2對形成於量子井電位内之基底狀態之能階造成之影響的示意圖，纟圖中表示量子井之膜厚Xl、X2小於圖4八中量子井之膜厚Χ| Χ2之情形，‘ 表示InGaAs傳導帶之基底狀態之能階，Evb表示GaAsSb價帶之基底狀態之能階；圖5 A係表示量子井之膜厚&、&與電洞之流動難易度之關係的示意圖；圖5B表示量子井之膜厚Xl、&與電洞之流動難易度之關係之示意圖，且圖中表示量子井之膜厚Χι、&大於圖5八中量子井之膜厚Xl、Χ2之情形；圖6係表示將波長為2.0 μιη之受光靈敏度設為〇_5 A/w及 0.7 A/W之情形時’波長為1.3 μιη之受光靈敏度為其〇.5倍〜1.6倍之範圍的圖；圖7係表示全有機MOVPE法之成膜裝置之配管系統等之圖；圖8Α係表示有機金屬分子之流動與溫度之流動之圖；圖8Β係基板表面之有機金屬分子之示意圖；圖9係圖1之受光元件50之製造方法之流程圖；及 156987.doc -32· 201214733 圖1 0係本發明之實施形態2之包含受光元件陣列（半元件）的光學感測器裝置。【主要元件符號說明】 1 InP基板 2 緩衝層（InP及/或InGaAs) 3 類型II之MQW受光層 4 InGaAs層（擴散濃度分佈調整 5 InP窗層 6 P型區域 10 光學感測器裝置（檢測裝置） 11 P側電極（像素電極） 12 接地電極（η側電極） 12b 凸塊 15 pn接面 16 MQW與InGaAs層之界面 17 InGaAs層與InP窗層之界面 35 AR(抗反射）膜 36 選擇擴散遮罩圖案 39 接合凸塊 43 保護膜（SiON膜） 50 受光元件（受光元件陣列） 50a 晶圓（中間製品） 60 全有機MOVPE法之成膜裝置 61 紅外線溫度監控裝置 156987.doc -33- 201214733 63 反應室 65 石英管 66 晶座 66h 加熱器 69 反應室之窗 70 CMOS Ec ' ECb · Ev ' EVb 能階 P 像素 c 媒體内之光速 h 普朗克常數 xi GaAsSb之膜厚 X2 InGaAs之膜厚 z MQW之總膜厚 λι、入2 波長 156987.doc -34- s

Claims

201214733 七、申請專利範圍： 1. 一種受光元件，其特徵在於：其係於含有ΠΙ_ν族半導體之基板之上設有含有第一化合物半導體與第二化合物半導體的重複構造之類型II之多重量子井構造的受光層，且於包含波長1.3 μπι及2.0 μηι之近紅外域具有受光靈敏度者，將上述波長1_3 μπι之受光靈敏度與波長2〇 μιη之受光靈敏度之比設為0.5以上且1.6以下。 2. 如請求項1之受光元件，其中上述受光元件包含自上述基板側入射光之構造。 3. 如請求項1或2之受光元件，其中上述MQW之總膜厚為ο」 μπι以上且3.5 μηι以下。 4. 如請求項1至3中任一項之受光元件，其中上述第一化合物半導體層之膜厚及上述第二化合物半導體層之膜厚均為0.75 nm以上且5 nm以下。 5. 如請求項丨至々中任一項之受光元件，其中上述基板含有 InP，上述 MQW 含有 InxGai xAs(〇 38。以 68)與 GaAsi-ySby(0.36SyS 0.62)之重複構造。 6. 如凊求項5之半導體元件，其中將位於上述Inp基板之上且包含上述MQW之InP系磊晶層的表面作為Inp窗層，且使上述InP系磊晶層之底面與表面之間不具有再成長界面。 7. 種爻光tl件之製造方法，該受光元件係於含有出々族半導體之基板之上，設有含有第一化合物半導體與第二化合物半導體之重複構造之類型„之多重量子井構造的 156987.doc 201214733 又光層，且於包含波長1·3 μιη及2.0 μιη之近紅外域具有受光靈敏度者，該製造方法之特徵在於：將上述波長1.3 μηι之受光靈敏度與波長2 {) μηι之受光靈敏度之比設為0.5以上且1.6以下》 8. 如明求項7之受光元件之製造方法，其中上述受光元件包含自基板側入射光之構造。 9. 如請求項7或8之受光元件之製造方法其中將上述MQW 之總膜厚設為〇·5 μηι以上且3.5 μιη以下。 10·如請求項7至9中任一項之受光元件之製造方法，其申上述第一化合物半導體層之膜厚及上述第二化合物半導體層之膜厚均為0.75 nm以上且5 nm以下。 11. 如請求項7至1〇中任一項之受光元件之製造方法，其中上述基板含有InP，上述MQW含有InxGabxAsCOJSSxgOJS) 與 GaASl.ySby(0.36Sy$0.62)之重複構造。 12. 如請求項7至11中任一項之丰導體元件之製造方法，其中將位於上述InP基板之上且包含上述MQW之InP系磊晶層的表面作為InP窗層，於上述InP基板上，持續地藉由全有機金屬氣相成長法而成長包含上述MQW及上述InP窗層之InP系磊晶層。 13·如請求項7至12中任一項之半導體元件之製造方法，其中上述MQW之形成步驟中，於溫度40CTC以上且560°C以下形成上述MQW。 156987.doc S