[发明专利]受光元件

说明书

本申请为2010年7月21日提交的、申请号为201080005491.9、国际申请号为PCT/JP2010/062228、发明名称为“III-V族化合物半导体受光元件、制作III-V族化合物半导体受光元件的方法、受光元件及外延晶片”的申请的分案申请。 

技术领域

本发明关于一种III-V族化合物半导体受光元件、制作III-V族化合物半导体受光元件的方法、受光元件及外延晶片。 

背景技术

在非专利文献1中，记载有制作截止波长为2.39微米的光电二极管。受光元件包含设置在InP衬底上的受光层、及p型InGaAs窗层。该受光层包含InGaAs/GaAsSb的第二型量子阱构造。在台面蚀刻后，在p型InGaAs窗层上形成SiO₂钝化膜。 

现有技术文献 

非专利文献1：R.Sidhu,「Long-wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells」IEEE Photonics Technology Letters,Vol.17,No.12(2005),pp.2715-2717 

发明内容

根据发明人的见解，在使用InGaAs窗层时，暗电流较InP窗层有所增加。因此，在InP衬底上具有受光层的受光元件所用的外延膜构造中，该膜构造的最上层使用InP窗层。在以外延层为入射面的表面入射型光电二极管中，InP窗层不吸收应到达受光层的近红外线。另外，如已述那样，InP窗层对暗电流的抑制也有效。 

该光电二极管的外延叠层利用有机金属气相成长法而成长。外延叠层包含受光层。当该受光层包含InGaAs/GaAsSb第二型量子阱构造之类的含有Sb作为V族构成元素的III-V化合物半导体时，在该外延叠层的成长中，成长出含有Sb作为V族构成元素的III-V化合物半导体层后，进行InP窗层的结晶成长。然后，在外延叠层的一部分上选择性地形成阳极区域而形成pn接合。 

在如此制作的光电二极管的特性测定时，发明人遭遇了预料之外的电气特性(暗电流增加)。根据该预料之外的特性的进一步的调查，原本表现出n型的InP窗层表现出p型导电性。若InP窗层表现出p型导电，则在选择性地形成的阳极区域以外的区域中也形成pn接合，因此存在以下问题：pn接合区域扩大；以及由于pn接合在表面露出而引起表面泄漏电流增大，由此导致暗电流增大。而且，发明人在调查其主要原因的过程中发现存在如下情况。例如发现，InP窗层的成长中未供给的锑以超过本底水平(background level)的量作为杂质而混入至InP中。根据发明人的研究，锑的混入是InP所特有的。 

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在提供一种III-V族化合物半导体受光元件及其制作方法，该III-V族化合物半导体受光元件具有含有含Sb作为V族构成元素的III-V化合物半导体层的受光层及n型InP窗层，且可减少暗电流，另外，本发明的目的在提供一种可减少暗电流的受光元件及外延晶片。 

本发明的一个侧面的III-V族化合物半导体受光元件具备：(a)半导体衬底，具有主面；(b)受光层，设置在上述半导体衬底的上述主面上；(c)InP层，设置在上述受光层上，具有第一及第二部分；及(d)阳极区域，包含自上述InP层的上述第一部分的表面朝上述受光层的方向延伸的p型半导体。上述受光层的带隙小于InP的带隙，上述InP层中添加有n型掺杂剂，上述InP层的上述第二部分中的多数载体为电子，上述InP层的 上述第二部分中的电子浓度为1×10¹⁶cm^-3以上。 

根据该III-V族化合物半导体受光元件，由于受光层的III-V族化合物半导体层的成长时所供给的锑残留在成长炉中(即记忆效应)，所以成长在受光层上的InP层中含有锑作为杂质。根据发明人的调查，InP层中的锑杂质生成空穴。添加至InP层中的n型掺杂剂补偿该生成载体，而使InP层的第二部分中的多数载体成为电子。由于电子浓度为1×10¹⁶cm^-3以上，所以InP层的第二部分表现出充分的n导电性。因此，选择性地形成的阳极区域以外的区域成为n导电性，由此可形成选择性的pn接合，所以减少暗电流。