(57)【要約】【課題】  ＭＯＶＰＥ法などにより能率よく製造できる、結晶性に優れた、タイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を含む半導体素子等を提供する。【解決手段】  本発明の半導体素子の製造方法は、ＭＯＶＰＥ法により、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂとＩｎＡｓとが交互に積層された多重量子井戸を形成する工程を含み、該多重量子井戸の形成工程では、ＩｎＡｓ層の下面側または上面側の少なくとも一方の面側に該ＩｎＡｓ層に接するＩｎＳｂ層を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層体を含む半導体素子の製造方法であって、
有機金属気相成長法により、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ層とＩｎＡｓ層とが交互に積層された多重量子井戸を形成する工程を含み、
該多重量子井戸の形成工程では、前記ＩｎＡｓ層の下面側または上面側の少なくとも一方の面側に該ＩｎＡｓ層に接するＩｎＳｂ膜を備える、半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記多重量子井戸の形成工程で、前記ＩｎＡｓ層を成長した後、３秒間以上２５秒間以下の範囲内の第１の成長中段期間を設け、該第１の成長中段期間にＡｓ原料を供給しない、請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の成長中段期間の一部の期間または全部の期間、Ｓｂ原料を供給する、請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記ＩｎＡｓ層を成長する前に、３秒間以上２５秒間以下の範囲内の第２の成長中段期間を設け、該第２の成長中段期間にＳｂ原料を供給しない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の成長中段期間の一部の期間または全部の期間、Ａｓ原料を供給する、請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
原料にすべて有機金属を用い、該多重量子井戸を成長温度４３０℃以上５００℃以下で成長する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記多重量子井戸の形成工程の、（前、後、および、途中）のいずれかの時に、ＧａＳｂとＩｎＡｓとを、交互に接して積層した別の多重量子井戸を形成する工程を備え、前記別の多重量子井戸はＩｎＡｓ層の下面側および上面側のいずれにもＩｎＳｂ膜を含まない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記多重量子井戸および前記別の多重量子井戸を形成した後、前記多重量子井戸の各層の膜厚を見積もるために、Ｘ線回折信号を採取する工程を備える、請求項７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の基板上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体による半導体素子であって、
前記基板上に位置するバッファ層と、
前記バッファ層上に位置し、ＧａＳｂ層とＩｎＡｓ層とが交互に積層され、該ＩｎＡｓ層の下面側または上面側に該ＩｎＡｓ層に接して位置する歪補償層を有する多重量子井戸と、
ＧａＳｂ層とＩｎＡｓ層とが交互に接して積層され、該ＩｎＡｓ層の下面側および上面側のいずれにも歪補償層を含まない別の多重量子井戸とを備える、半導体素子。
【請求項１０】
前記別の多重量子井戸の膜厚が、臨界膜厚以下である、請求項９に記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記別の多重量子井戸は、ＩｎＡｓ層とＧａＳｂ層とが４周期以上１０周期以下積層されている、請求項９または１０に記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記基板がＧａＳｂ基板である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項１３】
前記バッファ層がＧａＳｂ層であり、前記基板が、ＧａＳｂ、またはＧａＳｂと異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項１４】
前記歪補償層は、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂおよびＩｎＧａＳｂのいずれかを含む、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子およびその製造方法に関し、具体的には、赤外域の光を受光可能な半導体素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近赤外域〜中赤外域の光は、動植物などの生体や環境に関連した吸収スペクトル域に対応するため、これら波長域の光の検出器の開発が行われている。受光素子の受光層にはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたものが主流となっている。いずれの開発においても、暗電流を抑制するために良好な結晶性のエピタキシャルウエハを製造することが重点となっている。たとえば近赤外域を対象にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のタイプ２の（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の受光層を含むエピタキシャル積層体を全有機金属気相成長法（全有機ＭＯＶＰＥ：Metal  Organic  Vapor  Phase  Epitaxy）で成長する発明が開示されている（特許文献１）。また、中赤外域を対象にＧａＳｂ基板上に（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）多重量子井戸の受光層を、成膜法は何でもよいが、とくに分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular  Beam  Epitaxy）で設ける構成が開示されている（特許文献２）。ここでは歪補償のためにＩｎＳｂ歪補償層を用いていないが用いてもよいとしている。また、通常のＭＯＶＰＥによってＧａＡｓ基板上に（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）多重量子井戸を形成する方法も発表されている（非特許文献１）。ここでは、ＩｎＳｂ歪補償層はナノパイプ発生の原因になるとしてＩｎＳｂ歪補償層は用いていない。また、通常のＭＯＶＰＥ法によって、ＧａＳｂ基板上に（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）多重量子井戸を、歪補償層として（ＩｎＡｓＳｂとＩｎＧａＳｂとの複合層）を用いて、形成する方法も示されている（非特許文献２）。さらに、通常のＭＯＶＰＥ法によって、ＧａＳｂ基板上に（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）多重量子井戸を、歪補償層として（ＡｓＳｂ  mixing  Plane）を用いて、形成する方法が開示されている（非特許文献３）。一方、ＭＢＥ法によって、ＧａＳｂ基板上に（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）多重量子井戸を、歪補償層としてＩｎＳｂを用いて形成した例がある（非特許文献４）。
【０００３】
上記の先行技術を要約すると、つぎのことがいえる。なお、ＭＯＶＰＥとＭＯＣＶＤ(Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition)は同じものと解して説明する。
（１）中赤外域用の、（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）多重量子井戸は、ＧａＳｂ基板を用いたとき、何らかの歪補償層が必要である。これは、ＩｎＡｓとＧａＳｂの格子定数の差が大きく、ＩｎＡｓとＧａＳｂだけで多重量子井戸を形成すると歪が緩和する（転位等の格子欠陥が発生する）からである。
（２）上記の（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）多重量子井戸は、ＧａＳｂ基板を用いたとき、ＭＢＥ法によればＩｎＳｂを歪補償層として、製造可能である。
（３）ＭＯＶＰＥ法では、ＩｎＳｂを歪補償層として用いるのは難しく、複数の材料層を用いるなどして、ＩｎＳｂの代わりをさせている。その最大の理由は、ＩｎＳｂの融点は５２７℃と低く、ＭＯＶＰＥ法でＩｎＳｂの融点未満で一貫して成膜することは難しいからである。しかし、複数の材料層や（ＡｓＳｂ  mixing  Plane）を用いることは、プロセスが複雑になり品質管理が難しくなる。
（４）格子定数がＭＱＷのペアの層と大きく異なるＧａＡｓ基板を用い、歪補償層を用いない例もあるが、上記（１）に示すように、ＭＱＷにおいて歪が緩和して結晶品質が低下するおそれが高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０５４９１５号公報
【特許文献２】特開２０１２−００９７７７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】X.B.Zhang, et.al. Metalorganic chemical Vapor deposition growth ofhigh-quality InAs/GaSb type II superlattices on (001) GaAs substrates”, AppliedPhｙsics Letters 88， 072104（2006）
【非特許文献２】Y.Huang, et.al.”Epitaxial growth and characterization of InAs/GaSband InAs/InAsSb type-II superlattices on GaSb substrates by metalorganic chemicalvapor deposition for long wavelength infrared photodetectors”, Journal ofCrystal Growth 314, 92 (2011)
【非特許文献３】Li-Gong Li, et.al.”Effect of growth temperature on surfacemorphology and structure on InAs/GaSb superlattices grown by metalorganicchemical vapor deposition”, Journal of Crystal Growth 359, 55 (2012)
【非特許文献４】H.J.Haugan, et.al.”Exploring optimum growth for high qualityInAs/GaSb type-II superlattices”, Journal of Crystal Growth 261, 471 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法もしくはＭＯＣＶＤ法）により能率よく製造できる、結晶性に優れた、タイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を含む半導体素子、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体素子の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層体を含む半導体素子を製造する。この製造方法は、有機金属気相成長法により、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ層とＩｎＡｓ層とが交互に積層された多重量子井戸を形成する工程を含み、該多重量子井戸の形成工程では、ＩｎＡｓ層の下面側または上面側の少なくとも一方の面側に該ＩｎＡｓ層に接するＩｎＳｂ膜を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体素子等によれば、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法もしくはＭＯＣＶＤ法）により能率よく、結晶性に優れた、タイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を含む半導体素子を得ることができる。なお、ＩｎＳｂ膜は、厚みが１ＭＬ前後と薄いので、「膜」と表示しているが、「層」と記す場合がある。たとえばＩｎＳｂ歪補償層と表記する。また、ＩｎＡｓ層、ＧａＳｂ層およびＩｎＳｂ膜のいずれも、厚みについては膜厚と表記する。また、誤解を受けるおそれがない場合は、「層」、「膜」の表記を省略する場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態の半導体素子である受光素子におけるＩｎＳｂ歪補償層を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を示す図である。
【図２】本発明の受光素子のエピタキシャルウエハを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の半導体素子である受光素子（単一画素）を示す図である。
【図４】アレイ化された受光素子と読み出し回路のＣＭＯＳとを組み合わせた光センサ装置を示す図である。
【図５】受光素子製造のフローチャートである。
【図６】実施例１におけるＩｎＳｂ歪補償層を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の成長における原料ガス供給の時間パターンを示す図である。
【図７】実施例１の試験体Ａ１（ＩｎＳｂ歪補償層挿入）および試験体Ｂ１（ＩｎＳｂ歪補償層なし）のＸＲＤプロファイルを示す図である。
【図８】実施例２においてＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸に挿入するＩｎＳｂ歪補償層の膜厚の影響を示すＸＲＤプロファイルである。
【図９】実施例３においてＩｎＡｓ層成長後の成長中断（第１の成長中断）の作用を検証するための試験体を示す図である。
【図１０】実施例３のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の成長で行う第１の成長中断における原料ガス供給の時間パターンを示す図である。
【図１１】実施例３のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の成長における第１の成長中断時間の影響を示すＸＲＤプロファイルである。
【図１２】実施例４における、ＩｎＳｂ歪補償層を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の成長における原料ガス供給の時間パターンを示す図である。
【図１３】実施例４でのＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸成長における第１の成長中断中の原料ガス流通の影響を示すＸＲＤプロファイルである。
【図１４】実施例５でＩｎＡｓ成長前の成長中段（第２の成長中段）の作用を調査する際の原料ガス供給の時間パターンを示す図である。
【図１５Ａ】第２の成長中断がない場合のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸のＸＲＤプロファイルである。
【図１５Ｂ】５秒間の第２の成長中断を入れた場合のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸のＸＲＤプロファイルである。
【図１６】実施例６において、膜厚検証用付加部を付加したＧａＳｂ基板／バッファ層／膜厚検証用付加部／ＩｎＳｂ歪補償層を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の試験体を示す図である。
【図１７Ａ】膜厚検証用付加部の作用を説明するためのＩｎＳｂ（０．２ｎｍ）／ＩｎＡｓ（２．０ｎｍ）／ＧａＳｂ（４．０ｎｍ）多重量子井戸を備えた試験体に対応するＸＲＤプロファイルのシミュレーションである。
【図１７Ｂ】膜厚検証用付加部の作用を説明するためのＩｎＳｂ（０．３ｎｍ）／ＩｎＡｓ（２．９ｎｍ）／ＧａＳｂ（２．９５ｎｍ）多重量子井戸を備えた試験体に対応するＸＲＤプロファイルのシミュレーションである。
【図１８】膜厚検証用付加部およびＩｎＳｂ歪補償層／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を備えた試験体に対応するＸＲＤプロファイルのシミュレーションである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
１．半導体素子の製造方法
本発明の実施の形態の半導体素子の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層体を含む半導体素子の製造方法である。この製造方法は、有機金属気相成長法により、ＧａＳｂ基板上に、ＧａＳｂ層とＩｎＡｓ層とが交互に積層された多重量子井戸を形成する工程を含み、該多重量子井戸の形成工程では、ＩｎＡｓ層の下面側または上面側の少なくとも一方の面側に該ＩｎＡｓ層に接するＩｎＳｂ膜を備える。
【００１１】
（１）ＧａＳｂとＩｎＡｓ：
ＩｎＡｓの格子定数は約０．６０６ｎｍ、またＧａＳｂの格子定数は約０．６０９ｎｍである。ＩｎＡｓは面内に引張り歪を受け、歪補償層を用いなければ、格子定数差のために界面で歪が緩和されて転位等の格子欠陥が導入される。緩和を防止するために、ＩｎＳｂ（格子定数約０．６４６ｎｍ）を介在させる。介在させる場合、ＩｎＳｂの膜厚は１ＭＬ（モノレヤー）弱であり、あくまで歪補償を目的とする。この製造方法では、タイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸のＩｎＡｓの上下どちらかの面にＩｎＳｂ膜が挿入されるので、ＩｎＡｓとＧａＳｂとは格子定数差のために界面で歪が緩和されるのが防止される。このため転位等の格子欠陥の発生は回避される。ＩｎＳｂ膜を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸は、８０周期以上４００周期以下積層するのがよい。８０周期以上であれば一定の光吸収を確保でき、中赤外光に対する感度が得られる。４００周期を超えて積層しても、受光に必要な膜厚以上となるために感度は横ばいか低下傾向となり、また結晶性やスループットが悪化するおそれが生じる。すなわちＩｎＳｂ／ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ、または、ＩｎＡｓ／ＩｎＳｂ／ＧａＳｂ、が８０周期以上４００周期以下、積層された多重量子井戸とするのがよい。
【００１２】
（２）ＩｎＳｂ歪補償層：
ＭＯＶＰＥ法によって、ＩｎＳｂ歪補償層を挿入したＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸は形成された例はほとんどない。それは、上記のように、ＩｎＳｂの融点が５２７℃と低いため、多重量子井戸やその上の窓層などの成長温度に近いことが大きな要因と考えられる。
【００１３】
（３）成膜法：
本発明の実施の形態では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によって多重量子井戸を成膜する。ＭＢＥ法によって、ＩｎＳｂ歪補償層を適用したＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を製造した例は周知である。しかし、ＭＢＥ法では製造能率が低いため、大量生産に適したＭＯＶＰＥ法で成膜する。このため、成長温度を５２７℃よりも十分下げることが重要である。もちろん原料ガスにすべて有機金属ガスを用いる全有機金属気相成長法で成長してもよい。
【００１４】
（４）成長温度：
成長温度は４３０℃以上５００℃以下とするのがよい。このために、原料にすべて有機金属を用いるのがよい。４３０℃以上であれば、これらの原料は効率よく分解し、また原子が十分マイクレーションするため、結晶性よく成長することができる。５００℃を超えると、融点の低いＩｎＳｂの成長が難しくなる。Ｇａの原料としては、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）でもよいし、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）でもよい。Ｉｎ（インジウム）の原料としては、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）でもよいし、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）でもよい。Ａｓ（砒素）の原料としては、ＴＢＡｓ（ターシャリーブチルアルシン）でもよいし、ＴＭＡｓ（トリメチル砒素）でもよい。Ｓｂ（アンチモン）の原料としては、ＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）でもよいし、ＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）でもよく、また、ＴＩＰＳｂ（トリイソプロピルアンチモン）、また、ＴＤＭＡＳｂ（トリジメチルアミノアンチモン）、また、ＴＴＢＳｂ（トリターシャリーブチルアンチモン）でもよい。
【００１５】
（５）第１の成長中段：
第１の成長中断がないと、ＩｎＡｓ層成長に続くＩｎＳｂ膜またはＧａＳｂ層にＡｓが混入しやすい。これらにＡｓが混入すると多重量子井戸への引張り歪が増加し、歪緩和とこれに伴う転位の発生を招く。第１の成長中段によって、ＩｎＡｓ層の成長後、第１の成長中段期間の経過によりＡｓ原料等が排気されるので、この問題を克服することができる。この第１の成長中段期間内の一部の期間もしくは全期間、Ｓｂ原料を供給すると、Ａｓを含む残存ガスの影響を除きやすくできる。成長中断の時間は、３秒間以上２５秒間以下が望ましい。３秒間以上であれば、上記Ａｓ混入の抑制効果が得られる。２５秒間を超えると、ＩｎＡｓ膜からのＡｓ抜けの懸念が生じる。
【００１６】
（６）第２の成長中段：
ＩｎＡｓ層の成長の前に、成長中断（第２の成長中段）を設けると、界面の組成が急峻になる利点を得ることができる。Ｓｂはサーファクタント効果により、表面もしくは界面に偏析しやすいので、ＩｎＳｂ歪補償層またはＧａＳｂ層の表面を保護するためにＳｂ原料を供給することは、必ずしも必要ではない。また第２の成長中段時間の一部または全時間、Ａｓ原料を供給することで、原料ガスの切り替えを円滑に行うことが可能になり、組成の急峻化を一層促進することができる。成長中断の時間は、３秒間以上２５秒間以下が望ましい。３秒間以上であれば、上記界面急峻化の効果が得られる。２５秒間を超えて実施しても、さらなる改善効果は小さい。
【００１７】
（７）製造上の問題点（ＩｎＳｂ歪補償層を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の膜厚の把握）：
１ＭＬ弱の厚さのＩｎＳｂ歪補償層を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の膜厚を精度よく管理することは製造上、重要である。通常、多重量子井戸の膜厚測定はＸ線回折信号（ＸＲＤ）によって行う。しかし１ＭＬ弱の厚さのＩｎＳｂ歪補償層を含む多重量子井戸の場合、３種類の薄膜の厚みが、実際は異なっているにも関わらず、同じようなＸＲＤを生じる場合がある。すなわち（ＩｎＡｓ層の膜厚，ＧａＳｂ層の膜厚，ＩｎＳｂ歪補償層の膜厚）を、（ａ１，ｂ１，ｃ１）、（ａ２，ｂ２，ｃ２）などと表記するとき、（ａ１，ｂ１，ｃ１）と（ａ２，ｂ２，ｃ２）とが実際は異なっているにもかかわらず、同じようなＸ線回折信号を生じる、すなわちＸＲＤ上は同じように見えることがある。この問題は、ＩｎＳｂ歪補償層を含まない別のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を同じ半導体素子内に含ませることで解決される。ＩｎＳｂ歪補償層を含まない別のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸のことを、「膜厚検証用付加部」と呼ぶ。Ｘ線回折信号には、ＩｎＳｂ歪補償層を含む多重量子井戸（多重量子井戸本体部）のＸ線回折信号に重なって、ＩｎＳｂ歪補償層を含まない別の多重量子井戸（膜厚検証用付加部）のＸ線回折信号が合成される形で現れる。この膜厚検証用付加部は、ＩｎＳｂを含まないので多数周期積層すると歪が緩和するので、１０周期程度以下とする。このため膜厚検証用付加部由来のＸ線回折信号は大きなものではなく、多重量子井戸本体部由来の鋭いピークの肩にあらわれる。Ｘ線回折像は単純ではないが、計算機シミュレーションを駆使することで、多重量子井戸本体部と膜厚検証用付加部とで構成される全体の膜厚構成を把握することができる。すなわち、このようなＸ線回折像に合致するように、計算機シミュレーションを駆使することで、正確な膜厚を検出することができる。この場合、ＩｎＳｂ歪補償層を含む多重量子井戸のＩｎＡｓ／ＧａＳｂの膜厚と、ＩｎＳｂ歪補償層を含まない別の多重量子井戸のＩｎＡｓ／ＧａＳｂの膜厚を同じ設計とすると、シミュレーションが容易になる。膜厚検証用付加部は、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂを１０周期以下とするので、たとえば受光素子に付加した場合、多重量子井戸本体部がたとえば２００周期なので、受光感度等への影響は無視することができる。
【００１８】
２．半導体素子
（１）歪補償層を含む多重量子井戸と、歪補償層を含まない別の多重量子井戸との積層構造：
上記１．（７）に示すように、歪補償層を含む多重量子井戸（多重量子井戸本体部）のみがある場合、Ｘ線回折信号によっては精度を欠く検査しかできない。しかし、歪補償層を含まない別の多重量子井戸（膜厚検証用付加部）と、多重量子井戸本体部との積層構造とすることで、精度よく膜厚を検出することが可能になる。歪補償層として、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＳｂなどを用いることができる。
【００１９】
（２）歪補償層を含まない別の多重量子井戸（膜厚検証用付加部）：
別の多重量子井戸は歪補償層を含まないので、ＧａＳｂバッファ層上においてＩｎＡｓ層およびＧａＳｂ層をあまり厚くしすぎると、歪が緩和され、転位が発生するおそれがある。このため、別の多重量子井戸の膜厚は臨界膜厚以下とするのがよい。さらに別の多重量子井戸は歪補償層を含まないので、多くの周期数を結晶性のよい状態で成長することは困難である。このため、歪補償層を含まない別の多重量子井戸の周期数は４周期以上１０周期以下とするのがよい。４周期以上であれば、膜厚検証用付加部に由来するＸ線回折信号を識別可能である。また、１０周期以下であれば歪緩和の可能性を低減できる。
【００２０】
（３）基板：
基板は、ＧａＳｂバッファ層をホモエピタキシャルに成長できるＧａＳｂが望ましい。ただ、ＧａＳｂバッファ層は格子不整合を伴うヘテロエピタキシャル成長によって格子緩和が生じた後も一定の結晶性を保つ性質があるため、基板として、たとえばＧａＡｓ、ＩｎＰなど他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いてもよい。この場合、基板における中赤外光の吸収ロスを低減することができる。
【００２１】
[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態にかかる半導体素子およびその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
図１は、本発明の実施の形態の半導体素子である受光素子のＧａＳｂ基板１／ＧａＳｂバッファ層２／ＩｎＡｓとＧａＳｂとの多重量子井戸３を示す図である。（００１）ＧａＳｂ基板１に接してアンドープＧａＳｂバッファ層２が位置し、その上にＩｎＳｂ膜を含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸４０周期以上の受光層３が配置されている。この多重量子井戸３において、ＩｎＡｓ層３ａは例えば２ｎｍ程度、ＧａＳｂ層３ｂはたとえば４ｎｍ程度、である。このＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の中に、１ＭＬ弱の膜厚のＩｎＳｂ歪補償層３ｃが挿入されている。これによって、面内に引張り歪を受けるＩｎＡｓ層３ａは、周期数を４０周期以上たとえば３００周期にしても、緩和を回避することができる。すなわちこのＩｎＳｂ歪補償層３ｃの挿入によって、歪緩和および転位の発生が防止される。
【００２２】
図２は、タイプ２の多重量子井戸の受光層３の上層も含むエピタキシャルウエハ１０を示す断面図である。タイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の受光層３の上には、ＧａＳｂ層４／第１のＩｎＡｓ層５／第２のＩｎＡｓ層６が配置されている。
【００２３】
図３は、単一の画素を含むプレーナ型の受光素子５０を示す図である。光はＧａＳｂ基板１の裏面から入射される。第２のＩｎＡｓ層６の表面から、選択拡散によってｎ型不純物のテルル（Ｔｅ）が、第２のＩｎＡｓ層６／第１のＩｎＡｓ層５／ＧａＳｂ層４へと導入されて、ｎ型領域９が形成される。Ｔｅの濃度は、第２のＩｎＡｓ層６ではたとえば１Ｅ２１ｃｍ−３〜３Ｅ２１ｃｍ−３とする。また、第１のＩｎＡｓ層５では２Ｅ２１ｃｍ−３〜３Ｅ２１ｃｍ−３とする。さらにＧａＳｂ層４ではＴｅの濃度は４Ｅ１６ｃｍ−３〜２Ｅ２１ｃｍ−３に低下させる。ｎ型領域９のフロント部にｐｎ接合１５が形成される。ｐｎ接合１５には、ｎ側電極１１と図示しないグランド電極であるｐ側電極とにより逆バイアス電圧が印加され、ｐｎ接合１５から空乏層を張り出す。ｐ側電極またはグランド電極は、ＧａＳｂ基板１にｐ型不純物を含ませてｐ導電型として、そのＧａＳｂ基板１の裏面にオーミック接触するように配置することができる。または、ＧａＳｂ基板１は、ｐ導電型でもアンドープでもよいが、ＧａＳｂバッファ層２をｐ導電型として、ＧａＳｂバッファ層２にグランド電極（ｐ側電極）をオーミック接触してもよい。また、ＧａＳｂ基板における吸収ロスを低減するために、ＧａＳｂ基板をたとえば４０〜１００μｍの厚みまで、研磨あるいはエッチングによって除去してもよい。第２のＩｎＡｓ層６を覆うように、ｎ側電極（画素電極）１１の周りにパッシベーション膜２７が配置されている。なお、ここではプレーナ型の例を示したが、あらかじめ上層のＩｎＡｓ層をｎ型不純物ドープとし、ウエットエッチングあるいはドライエッチングによって各素子を分離することで、メサ型の受光素子とすることもできる。
【００２４】
図４は、複数の受光部もしくは画素Ｐが配列された受光素子５０が、実装されて光学センサ装置９０を形成した状態を示す図である。受光素子５０は、読み出し回路（ＲＯＩＣ：Read-Out  Integrated  Circuit）であるＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）７０と統合されて撮像装置など光学センサ装置９０を構成する。図４における画素Ｐが、図３の単一画素の受光素子に対応する。ｐｎ接合１５から張り出す空乏層内で受光が生じると、電子−正孔対が生成し、正孔はｐ側電極であるグランド電極へ、また電子はｎ側電極（画素電極）１１へとドリフトする。これら受光で生成した電荷はＣＭＯＳ７０の読み出し電極７１に、所定の走査ピッチで読み出されて、その電荷量に応じて明暗が付けられて、たとえば画像が形成される。画素電極１１と読み出し電極７１とは、バンプ３１によって導電接続が確実になされる。
【００２５】
図５は、本実施の形態の受光素子を製造する方法のフローチャートを示す。まず、ＧａＳｂ基板１をＭＯＶＰＥ成長室に配置して、ＧａＳｂバッファ層２を成長する。ＧａＳｂバッファ層２は、当該ＧａＳｂ基板１にＺｎなどｐ型不純物がドープされなければ、当該ＧａＳｂバッファ層２にｐ側電極をオーミック接触するために、ｐ型不純物をドープする。また、バッファ層２はアンドープとして、ＧａＳｂ基板にｐ型不純物をドープしてｐ側電極を基板１にオーミック接触させてもよい。次いで、選択１において、膜厚検出用付加層３ｋを付加するか否か選択する。膜厚検出用付加層３ｋは、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含まない別のＩｎＡｓ層３ａ／ＧａＳｂ層３ｂの４周期以上１０周期以下で構成される。膜厚検出用付加層３ｋを付加する場合は、ＧａＳｂバッファ層２上に、その膜厚検出用付加層３ｋを成長する。その膜厚検出用付加部３ｋに接してＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含むＩｎＡｓ層３ａ／ＧａＳｂ層３ｂの１００周期程度からなる多重量子井戸３（多重量子井戸本体部）を成長する。膜厚検出用付加層３ｋを付加しない場合は、ＧａＳｂバッファ層２上に、直接、多重量子井戸本体部３を成長する。
【００２６】
次いで選択２で選択肢を選択する。その多重量子井戸３の成長において、（ＩｎＡｓ層成長後の第１の成長中断、ＩｎＡｓ層成長前の第２の成長中断、第１および第２の成長中断）の選択肢、および（成長中断を実施しない）の選択肢のいずれかを選択する。成長中断をする場合でも成長中断を一切しない場合でも、多重量子井戸本体部３を成長するとき、次の条件に従うのがよい。すなわち、原料にすべて有機金属を用い、該多重量子井戸を成長温度４３０℃以上５００℃以下で成長する、という条件である。これによって、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの融点（５２７℃）より余裕をもって低い温度で多重量子井戸の受光層３を成長することができ、ＩｎＳｂの結晶性を好適なものにしながら、歪補償の作用を十分期待できるようになる。第１および第２の成長中断の作用については、実施例で詳しく説明する。ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂの８０周期以上４００周期以下からなる多重量子井戸本体部３を成長した後は、窓層を含む受光層３の上の層の成長、エピタキシャル層表面からの選択拡散によるｎ型不純物の導入、および電極の形成、などを行う。すなわちこれまでに知られた方法を用いてプレーナ型受光素子として必要な最終的な構造を形成してゆく。
なお、簡明さのため記載しなかったが、膜厚検出用付加部３ｋの成長においても、第１の成長中断、第２の成長中断、第１および第２の成長中断、を実行してもよい。
【００２７】
（実施例１−多重量子井戸（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）におけるＩｎＳｂ歪補償層の作用の検証−）
ＭＯＶＰＥ法によってタイプ２の多重量子井戸（ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ）を成長するとき、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを入れた場合と入れない場合の多重量子井戸の結晶性について検証した。試験体は、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを挿入した試験体Ａ１と、ＩｎＳｂ歪補償層を入れない試験体Ｂ１を用いた。ＧａＳｂ基板１にＧａＳｂバッファ層２を成長し、次いでＩｎＳｂ歪補償層（ありなし）のタイプ２の（ＩｎＡｓ層３ａ／ＧａＳｂ３ｂ）１００周期成長したものを試験体とした。成長条件は、次のとおりである。
【００２８】
（１）ＴｅドープＧａＳｂ基板１上に成長温度５００℃でアンドープＧａＳｂバッファ層２を１００ｎｍ成長した。
（２）成長温度を４７５℃に下げ、０．２ｎｍ厚みのＩｎＳｂ歪補償層３ｃを挿入した（ＩｎＡｓ層２ｎｍ／ＧａＳｂ層４ｎｍ）を１００周期成長して試験体Ａ１とした。ＩｎＳｂ歪補償層３ｃは、ＩｎＡｓ層３ａの下側に配置した。
（３）上記の（ＩｎＡｓ層２ｎｍ／ＧａＳｂ層４ｎｍ）を１００周期成長するとき、図６に示すように、ＩｎＡｓ層３ａの成長後でＧａＳｂ層３ｂの成長前に第１の成長中段を、またＩｎＳｂ層３ｃの成長後でＩｎＡｓの成長前に、第２の成長中段を、配置した。第１の成長中段ではＳｂ原料を供給しながら１０秒間、成長を中断し、第２の成長中段では、Ｖ族原料を供給することなく５秒間、成長を中段した。
（４）比較例として、ＩｎＳｂ歪補償層を含まない（ＩｎＡｓ層２ｎｍ／ＧａＳｂ層４ｎｍ）を１００周期成長したものを形成して試験体Ｂ１とした。ＩｎＡｓ層の成長の後および前に、第１および第２の成長中段を行うという点で、試験体Ａ１と共通する。
【００２９】
試験体Ａ１およびＢ１の（０００４）面のＸ線回折プロファイルを図７に示す。図７によれば、試験体Ａ１は、試験体Ｂ１に比べて、シャープなサテライトが観測された。これは試験体Ａ１（本発明例）では、ＩｎＳｂ歪補償層によって歪が補償され、１００周期成長した後でも結晶構造の乱れが抑制されていることを示している。試験体Ａ１（本発明例）について、さらにフォトルミネッセンス（ＰＬ）評価を行ったところ、温度４Ｋで波長３．８μｍにピークを検出した。これより、試験体Ａ１の多重量子井戸を受光素子に組み込むことで、同波長に対応するカットオフを有する、図４に示すような光学センサ装置を得ることができる。なお、このＰＬ波長もしくは受光可能波長は、多重量子井戸（ＩｎＡｓ層／ＧａＳｂ層）の膜厚を調整することで、３μｍ〜１２μｍの範囲で変えることができる。一方、試験体Ｂ１については、当然、予想されたことであるが、ＩｎＳｂ歪補償層を含まないため、ＸＲＤにおけるサテライトは幅広くダルであり、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸において、歪緩和等が生じた可能性を示している。
【００３０】
（実施例２−ＩｎＳｂ歪補償層の膜厚の影響−）
ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの作用を明確にするために、実施例１の多重量子井戸の周期数を１００から６に減らし、その６周期の多重量子井戸においてＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚の影響を調査した。この調査で多重量子井戸の周期数を減らしたのは、ＩｎＳｂ層を変えることで歪補償が不十分な場合でも多重量子井戸構造が崩れない臨界膜厚以内とし、適正な比較評価を可能とするためである。試験体は図１に示す構造を、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚を変えて、実施例１と同じ成長条件で製造した。
【００３１】
試験体は、次の３つである。
・（試験体Ａ２）：ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚０．１ｎｍ
・（試験体Ａ３）：ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚０．５ｎｍ
・（試験体Ａ４）：ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚１．０ｎｍ
上記の試験体のＸＲＤのプロファイルを図８に合わせて示す。図８によれば、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚の増加に従い、０次ピークがＧａＳｂ基板１由来のピーク（中心のピーク）側にシフトしていることが分かる。これは、ＭＯＶＰＥ法によってもＩｎＳｂ膜が成長できていることを示すものである。さらに、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の成長において、ＩｎＳｂは意図したとおり、歪補償の作用を発揮していることを裏付けている。また、これよりＩｎＳｂ歪補償層の膜厚は、０．４〜２ＭＬが望ましいことが分かる。
【００３２】
（実施例３−ＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）の作用−）
ＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）の作用を検証した。ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸にＩｎＳｂ歪補償層は挿入していない。このため、実施例２と同じ理由で、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸の周期数は６としている。６周期は、臨界膜厚以下であり、歪緩和は生じない。なお、この実施例３では、ＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）の間、搬送ガスは流し続けるが、原料ガスは流さない。
【００３３】
図９に試験体の構造を示す。ＩｎＳｂ歪補償層を含まないＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸３ｋが、アンドープＧａＳｂバッファ層２上に配置されている。このＩｎＳｂ歪補償層を含まないＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸３ｋは、６周期であり、膜厚検出用付加部に対応する。図１０に示すＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）の時間は、ゼロ〜１０秒間に変えた。試験体は次の３体である。
・（試験体Ａ５）：第１の成長中段の時間  ゼロ
・（試験体Ａ６）：第１の成長中段の時間  ５秒間
・（試験体Ａ７）：第１の成長中段の時間  １０秒間
【００３４】
上記の試験体のＸＲＤのプロファイルを図１１に合わせて示す。図１１によれば、ＩｎＡｓ３ａの成長後の中段時間を増加させるに従い、０次ピークがＧａＳｂ基板のピーク側にシフトする傾向が認められた。成長中断時間１０秒間の試験体Ａ７の場合のＸＲＤのプロファイルに対して、当該プロファイルが得られるような多重量子井戸の膜厚をシミュレーションによって求めると、ＧａＳｂ（３．７ｎｍ）／ＩｎＡｓ（２．０ｎｍ）となった。すなわち、成長中断時間１０秒間の試験体Ａ７は、設計に近い膜厚が得られている。一方、中断時間ゼロの試験体Ａ５では、本来よりも多重量子井戸における引張歪が大きい状態にあり、意図したＧａＳｂではなく、ＧａＳｂＡｓが形成されている可能性が高い。これは、ＩｎＡｓ層３ａの成長後の中断時間がゼロでは、ＩｎＡｓ層３ａの後に成長するＧａＳｂ３ｂへのＡｓの混入を防止するには不十分であることを意味する。ＩｎＡｓ層３ａの成長後の成長中断を適切に行うことで、Ａｓを含む残存ガスの影響が低減し、理想に近いガス切り替えが実現されるようになる。この結果、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ界面の組成の急峻性の向上だけでなく、多重量子井戸における歪が小さくなるので周期数を増やす上でも有利に作用する。
【００３５】
（実施例４−ＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）の間の原料ガス流通の影響−）
実施例３では、第１の成長中断中に原料ガスは流さなかった。本実施例において、原料ガス流通の影響を検証した試験体は、実施例１と同じ、すなわち図１と同じ構造であり、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含むＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸１００周期を備えた試験体である。ただし、用いた試験体２体ともに、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含む多重量子井戸ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ１００周期は、成長温度４５０℃で成長した。またＧａＳｂ／ＩｎＡｓの膜厚は、実施例１と異なり、４ｎｍ／２ｎｍとし、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚は０．３ｎｍとした。成長中断は、図１２に示すように、ＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）を１０秒間とし、ＩｎＡｓ成長前の成長中段（第２の成長中段）を５秒間とした。試験体は、次の２体である。
・（試験体Ａ８）：ＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）の１０秒間、Ｓｂ原料ガスを流通
・（試験体Ａ９）：ＩｎＡｓ成長後の成長中段（第１の成長中段）の間、原料ガスを流通なし
【００３６】
図１３に、両試験体のＸＲＤプロファイルを示す。試験体Ａ８の０次のピークは、あきらかに試験体Ａ９の０次のピークよりもＧａＳｂ基板のピークに近い位置にある。試験体Ａ９では、依然としてＧａＳｂ中にＡｓの混入が生じているのに対して、試験体Ａ８では、第１の成長中断の間（１０秒間）、Ｓｂ原料を流し続けることで、効果的に残存Ａｓを排出している。一方で、試験体Ａ９は、歪補償は不十分となったが、±１次のサテライトピークは、試験体Ａ８よりも明瞭に認められた。これは第１の成長中断中に、Ｓｂ原料が過剰にあると、エピタキシャル層表面にＳｂが偏析し、界面の急峻性の低下を招く可能性を示している。Ａｓ混入の抑制およびＳｂ偏析の抑制を、両立させるために、第１の成長中断の全期間ではなく、一部の期間に原料ガスを流通させることも有効と考えられる。
【００３７】
（実施例５−ＩｎＡｓ成長前の成長中段（第２の成長中段）の作用−）
実施例３における第１の成長中断時間１０秒間をベースにしてＩｎＡｓ成長前の成長中段（第２の成長中段）の作用を検証した。本実施例５では、図１４に示すように、１０秒間の第１の成長中断に加えて５秒間の第２の成長中断（ＩｎＡｓ成長前の成長中断）の作用を調査した。試験体は次の２体である。
・（試験体Ａ１０）：第１の成長中断（１０秒間）のみで、第２の成長中断なし
・（試験体Ａ１１）：図１４に示す第１および第２の成長中断を実施
【００３８】
試験体Ａ１０のＸＲＤプロファイルを図１５Ａに、また試験体Ａ１１のＸＲＤプロファイルを図１５Ｂに示す。５秒間の第２の成長中断を追加した試験体Ａ１１では、ＸＲＤサテライトのピークが先鋭化するのが認められた。すなわち図１５Ａに比べて図１５Ｂでは、サテライトのピークが明確に立ち上がっている。これは、原料ガス切り替えの急峻化を通じて、周期構造の結晶性および界面急峻性が向上していることを示唆するものである。図１５Ａと図１５Ｂとで、サテライトのピーク位置はほとんど変化していないことから、実施例３におけるＡｓ混入のように意図しない元素の混入は発生していない。
【００３９】
（実施例６−多重量子井戸の膜厚の把握（膜厚検証用付加部の作用）−）
図１６は、本発明の実施例６の半導体素子において、ＩｎＳｂ歪補償層を含まない膜厚検証用付加部３ｋ、およびＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含むタイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸３、を含む部分の拡大図である。膜厚検証用付加部３ｋは、ＩｎＳｂ歪補償層を含まないので周期数を臨界膜厚を超えて大きくすると歪緩和が生じて多重量子井戸構造が崩れるので、ＩｎＡｓ層３ａとＧａＳｂ層３ｂとの周期数は６とした。ＩｎＡｓ層３ａの厚み２ｎｍであり、ＧａＳｂ層３ｂの厚み４ｎｍである。一方、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含むタイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸（多重量子井戸本体部）３は、膜厚検証用付加部３ｋと同じＩｎＡｓ層３ａ２ｎｍ／ＧａＳｂ層３ｂ４ｎｍ、として、周期数は１００とした。
【００４０】
図１７Ａおよび１７Ｂは、なぜＩｎＳｂ膜を含まない膜厚検証用付加部３ｋを備えることが重要かを説明するための図である。図１７Ａおよび図１７Ｂは、次に示す試験体に対するＸＲＤプロファイルのシミュレーションを示す図である。
・（図１７Ａ）：ＩｎＳｂ膜（０．２ｎｍ）／ＩｎＡｓ層（４．０ｎｍ）／ＧａＳｂ層（２．０ｎｍ）を１００周期積層
・（図１７Ｂ）：ＩｎＳｂ膜（０．３ｎｍ）／ＩｎＡｓ層（２．９５ｎｍ）／ＧａＳｂ層（２．９５ｎｍ）を１００周期積層
【００４１】
上記の２つの試験体は大きく異なる膜厚構成を有している。それにも拘わらず、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、両者のＸＲＤプロファイルはほとんど同じである。これより、ＸＲＤプロファイルにのみ頼っていたのでは、（厚み１ＭＩＬ弱のＩｎＳｂ膜／ＩｎＡｓ層／ＧａＳｂ層）の構成の各層の膜厚を精度よく確認もしくは検証することが難しいことを意味する。そこで、図１６に示す、ＩｎＳｂ層を含まない（ＩｎＡｓ層／ＧａＳｂ層）１０周期以下からなる膜厚検証用付加部３ｋを用いることが重要となる。
【００４２】
図１６のＩｎＳｂ膜を含まない（ＩｎＡｓ層／ＧａＳｂ層）１０周期以下からなる膜厚検証用付加部３ｋの成長に際しては、ＩｎＡｓ層３ａおよびＧａＳｂ層３ｂは、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含むＩｎＡｓ層３ａおよびＧａＳｂ層３ｂと同じ成長条件で成長することが望ましい。これによって、ＩｎＡｓ層３ａとＧａＳｂ層３ｂは、膜厚検証用付加部３ｋでも、ＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含む多重量子井戸本体部３でも、同じ膜厚が保証される。なお、膜厚検証用付加部３ｋと多重量子井戸本体部３のＩｎＡｓ層３ａおよびＧａＳｂ層３ｂの成長条件が異なる場合でも、両者の成長速度の相対関係が把握できている場合は、同様の機能を果たすことが期待できる。
【００４３】
図１８は、膜厚検証用付加部３ｋと多重量子井戸本体部３とを備えた図１６に示す試験体に対するＸＲＤプロファイルのシミュレーションを示す図である。このＸＲＤプロファイルにおいて、ＸｏはＧａＳｂ基板由来のピークであり、Ｘ１はＩｎＳｂ歪補償層３ｃを含む多重量子井戸本体部３に由来するサテライトピークである。膜厚検証用付加部３ｋに由来するＸＲＤ信号は、ピークＸｏおよびＸ１の肩の部分Ｘ３にあらわれる。そこで、次の手順で、ＩｎＳｂ層３ｃを含むＩｎＡｓ層３ａとＧａＳｂ層３ｂの周期構造のそれぞれの膜厚を検出することができる。
（１）膜厚検証用付加部３ｋに由来するＸＲＤ信号から、ＩｎＡｓ層３ａとＧａＳｂ層３ｂの膜厚を決定する。
（２）これらＩｎＡｓ層３ａとＧａＳｂ層３ｂの膜厚を固定する。その上で計算機シミュレーションにより、図１８に示すＸＲＤプロファイルにフィッティングするようにＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚を決める。これによってＩｎＳｂ歪補償層３ｃの膜厚が検出される。
上記の半導体素子の構成、およびＸ線回折の手順によって、多重量子井戸本体部３におけるＩｎＳｂ歪補償層３ｃ、ＧａＳｂ層３ｂ、ＩｎＡｓ層３ａの各膜厚を精度よく、確信をもって検出することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法もしくはＭＯＣＶＤ法）により能率よく製造できる、結晶性に優れた、タイプ２のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ多重量子井戸を含む半導体素子等を得ることができる。とくに赤外域の受光素子の製造に貢献が期待される。
【符号の説明】
【００４５】
１  ＧａＳｂ基板、２  ＧａＳｂバッファ層、３  ＩｎＳｂ歪補償層を含む多重量子井戸（受光層）、３ａ  ＩｎＡｓ層、３ｂ  ＧａＳｂ層、３ｃ  ＩｎＳｂ層、３ｋ  膜厚検出用付加部、４  ＧａＳｂ層、５  第１のＩｎＡｓ層、６  第２のＩｎＡｓ層、９  ｎ型領域、１０  エピタキシャルウエハ、１１  ｎ側電極（画素電極）、１５  ｐｎ接合、２７  パッシベーション膜、３１  バンプ、５０  受光素子、７０  ＣＭＯＳ、Ｐ  画素。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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