[发明专利]光电二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电二极管以及制造该光电二极管的方法。具体地，本发明涉及一种包括能在不增加暗电流的情况下将灵敏度范围扩展至更长的波长的近红外区中具有灵敏度的II型多量子阱结构（以下称为MQW）的光电二极管；以及制造该光电二极管的方法。

背景技术

作为III-V族化合物半导体的InP基半导体具有对应于近红外区的带隙能量，并且因此进行了大量研究以研发用于通信、夜间图像捕捉等的光电二极管。

例如，非专利文献1提出一种光电二极管，其中InGaAs/GaAsSb II型MQW形成在InP衬底上，并且利用p型或n型外延层形成p-n结以实现2.39μm的截止波长，该光电二极管具有在1.7μm至2.7μm的波长范围内的特性灵敏度。

此外，非专利文献2描述了一种具有II型MQW吸收层的光电二极管，该II型MQW吸收层具有层叠为使得5nm的InGaAs和5nm的GaAsSb构成单个对的150对，该光电二极管具有在1μm至3μm的波长范围内的特性灵敏度（200K、250K和295K）。

引证文献列表

非专利文献

NPL1：R.Sidhu等人，“A Long-Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells”，IEEE Photonics Technology Letters，第17卷，第12期（2005），第2715-2717页

NPL2：R.Sidhu等人，“A2.3μm Cutoff Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells”，2005Intenational Conference on Indium Phosphide and Related Materials，第148-151页

发明内容

为了拓展由半导体元件构成的上述光电二极管的应用领域，希望将灵敏度范围尽可能扩展至长波长。但是，无论I型还是II型，带隙能量越小，则暗电流往往会变得越大。特别地，已经获得以下分析方案：带隙能量越小，则作为暗电流的主要组分部分的扩散电流和产生-复合电流越大。因此，虽然可以通过改进除带隙能量之外的因素来解决暗电流的问题，但是已经通过降低带隙能量来将灵敏度范围扩展至更长的波长。

本发明的一个目的是提供一种光电二极管，其中可以在不增加暗电流的情况下实现在近红外区内将灵敏度范围扩展至更长的波长；以及一种用于制造该光电二极管的方法。

解决问题的手段

根据本发明的光电二极管包含III-V族化合物半导体。该光电二极管包括吸收层，该吸收层定位在III-V族化合物半导体衬底上，并且具有交替层叠第一半导体层和第二半导体层的II型多量子阱结构，其中第一半导体层具有其中第一半导体层的带隙能量朝向第一半导体层的顶表面或底表面降低的在厚度方朝向上的组分梯度。

在上述构造中，该层具有其中带隙能量朝向该层的一个端表面（顶表面或底表面）降低且带隙能量在端表面处被减到最小的组分梯度。即，价带处于最高能级且导带处于最低能级。因此，无论II型多量子阱结构中的第一半导体层是具有较高价带的层还是具有较低价带的层，II型跃迁的带隙能量（II型跃迁的能量差）都小。

具体地，（1）当第一半导体层是具有较高价带的层时，在接收光时，第一半导体层的价带中的电子经历到第二半导体层的导带的II型跃迁。在该情况下，第一半导体层的价带由于上述组分梯度而处于高能级，并且因此II型跃迁的能量差小。因此，实现将灵敏度范围扩展至更长的波长。

替代地，（2）当第一半导体层是具有较低价带的层时，在接收光时，第二半导体层的价带中的电子经历到第一半导体层的导带的II型跃迁。在该情况下，第一半导体层的导带由于上述组分梯度而处于低能级，并且因此II型跃迁的能量差小。因此，实现将灵敏度范围扩展至更长的波长。

总之，无论第一半导体层是具有较高价带的层还是具有较低价带的层，II型跃迁的能量差都小，并实现将灵敏度范围扩展至更长的波长。