(57)【要約】【課題】III−Ｖ族半導体基板上に形成される受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができ、且つ窓層表面の結晶性を良好にできる受光素子アレイ及びその製造方法、並びに該受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供する。【解決手段】複数の受光領域２１を備える受光素子アレイ１を製造する方法であって、ｎ型ＩｎＰ基板３上に受光層７を成長させる工程と、受光層７上にＩｎＰ窓層１１を成長させる工程と、窓層１１における複数の受光領域２１に相当する領域にｐ型不純物を拡散させる工程とを含む。窓層１１を全有機ＭＯＶＰＥ法によって成長させ、窓層１１の成長温度を受光層７の成長温度以下とする。【選択図】図１
2014075603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、
第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、
前記受光層上に設けられ、前記受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、前記複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層と
を備え、
前記窓層の表面欠陥に起因する前記複数の受光領域の不良率が０．０３％以上２％以下であることを特徴とする、受光素子アレイ。
【請求項２】
一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、
第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、
前記受光層上に設けられ、前記受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、前記複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層と
を備え、
前記窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上３０００［ｃｍ−２］以下であることを特徴とする、受光素子アレイ。
【請求項３】
一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、
第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、
前記受光層上に設けられ、前記受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、前記複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層と
を備え、
前記窓層の表面欠陥一つ当たりの平均面積が３［μｍ２］以上８００［μｍ２］以下であることを特徴とする、受光素子アレイ。
【請求項４】
前記窓層の表面欠陥は高さ１０［ｎｍ］以上の凹または凸形状を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の受光素子アレイ。
【請求項５】
前記窓層がＩｎＰからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の受光素子アレイ。
【請求項６】
前記受光層が多重量子井戸構造を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の受光素子アレイ。
【請求項７】
前記III−Ｖ族半導体基板がＩｎＰ基板であり、
前記受光層が、ＩｎＧａＡｓを含むバリア層と、ＧａＡｓＳｂを含む井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有することを特徴とする、請求項６に記載の受光素子アレイ。
【請求項８】
前記受光層の前記多重量子井戸構造が、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペア、又はＧａ１−ｕＩｎｕＮｖＡｓ１−ｖ（０．４≦ｕ≦０．８、０＜ｖ≦０．２）とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペアからなることを特徴とする、請求項７に記載の受光素子アレイ。
【請求項９】
一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハであって、
第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、
前記受光層上に設けられ、前記受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層と
を備え、
前記窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上３０００［ｃｍ−２］以下であることを特徴とする、エピタキシャルウェハ。
【請求項１０】
一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハであって、
第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、
前記受光層上に設けられ、前記受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層と
を備え、
前記窓層の表面欠陥一つ当たりの平均面積が３［μｍ２］以上８００［μｍ２］以下であることを特徴とする、エピタキシャルウェハ。
【請求項１１】
前記窓層の表面欠陥は高さ１０［ｎｍ］以上の凹または凸形状を有することを特徴とする、請求項９または１０に記載のエピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を用いた受光素子アレイ、エピタキシャルウェハおよびそれらの製造方法、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂによるタイプII半導体を用いた受光素子アレイ、エピタキシャルウェハおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、ＩｎＰ基板を用いたIII−Ｖ系化合物半導体については、バンドギャップエネルギーが近赤外領域に対応することから、多数の研究開発が行われている。非特許文献１には、ＩｎＧａＡｓ−ＧａＡｓＳｂのタイプIIの量子井戸構造の受光層がＩｎＰ基板上に形成され、ｐ型またはｎ型のエピタキシャル層によるｐｎ接合が形成されたカットオフ波長２．３９ミクロンのフォトダイオードについて報告されている。非特許文献１には、更に、カットオフ波長を更に長波長化するには歪補償構造が必要であるとして、ＩｎＧａＡｓ−ＧａＡｓＳｂの歪補償量子井戸構造を用いたカットオフ波長２ミクロン〜５ミクロンのフォトダイオードの提案がなされている。
【０００３】
また、非特許文献２には、ＩｎＧａＡｓ−ＧａＡｓＳｂからなるタイプIIの量子井戸構造を有する発光層と、この発光層上に成長されたＩｎＰクラッド層とを備えるＬＥＤが記載されている。このＬＥＤのＩｎＰクラッド層を成長させる際、Ｐの原料としてホスフィン（ＰＨ３）が用いられ、成長温度を６４０℃として成長されている。
【０００４】
また、非特許文献３には、ＴＢＡｓ、ＴＢＰ、ＴＭＧａ、及びＴＭＩｎを用いたＭＯＶＰＥ法によるＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰの成長に関する事項、並びにその際の表面欠陥の成長条件依存性の検討に関する事項が記載されている。この非特許文献３では、６６０℃以上の比較的成長温度の高い領域で、表面欠陥密度の低いエピタキシャルウェハが得られている。
【０００５】
また、特許文献１には、半導体層を積層してなる受光素子を分離エッチングしたメサ型構造を有する受光素子アレイが開示されている。この受光素子アレイは、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型ＩｎＰ層、アンドープＩｎＧａＡｓ光吸収層、ｐ型ＩｎＰ窓層をこの順に積層し、ＩｎＧａＡｓ光吸収層とｐ型ＩｎＰ窓層とをエッチングして素子間を分離し、絶縁膜を被覆し、各受光素子のｐ型ＩｎＰ窓層上にはｐ型オーミック電極を、ｎ型ＩｎＰ基板の裏面には共通のｎ型オーミック電極を形成して成る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４４２７８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R.Sidhu, “Long-wavelength Photodiode onInP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSbType-II Quantum Wells”, IEEE Photonics Technology Letters,The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Volume 17, No.12,pp.2715-2717, (2005)
【非特許文献２】M.Peter, “Light-emitting diodes and laser diodes based on a Ga1-xInxAs/GaAs1-ySbytype II superlattice on InP substrate”, APPLIED PHYSICSLETTERS, American Institute of Physics, Volume 74, No.14, pp.1951-1953, (1999)
【非特許文献３】D. Keiper, “Metal organic vapour-phase epitaxy (MOVPE) growth of InP and InGaAsusing tertiarybutylarsine (TBA) and tertiarybutylphosphine (TBP) in N2 ambient”, Journal of Crystal Growth, ELSEVIER, 204, pp.256-262, (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されたような受光素子アレイにおいては、一次元状または二次元状に配列された複数の受光素子（画素とも呼ばれる）の不良率を低下することが求められている。画素不良は例えば窓層表面の高さ１０［ｎｍ］以上の凹凸（表面欠陥）が発生することにより発生するので、表面欠陥密度を低減させることが重要である。
【０００９】
一般的に、特許文献１に記載された構造を備える受光素子アレイを製造する際には、ＩｎＰ窓層をＩｎＧａＡｓ光吸収層上に形成する際にＰの原料としてホスフィンを用いる。この場合、非特許文献２に記載されているように成長温度を６４０℃といった高温にする必要がある。したがって、ＩｎＰ窓層を成長させる際に受光層の結晶品質が熱によって低下し、画素不良の一因になるという問題がある。
【００１０】
また、非特許文献１では、受光層上の窓層としてＩｎＧａＡｓ層を設けているが、このＩｎＧａＡｓ層上に電極や保護膜（パッシベーション膜）を形成する場合、技術の蓄積が少ないことから結晶表面での暗電流リークが増大してしまうという問題がある。
【００１１】
非特許文献３にはＩｎＰの成長温度を６６０℃以上とすることでＩｎＰの表面欠陥を大幅に低減できることが示されている。しかしながら、ＩｎＰ窓層の成長温度を６６０℃以上といった高温で成長すると、ＩｎＰ窓層を成長させる際に受光層の結晶品質が熱によって低下し、画素不良の一因になるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、III−Ｖ族半導体基板上に形成される受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができ、且つ窓層表面の結晶性を良好にできる受光素子アレイ及びその製造方法、並びに該受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハ及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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明による受光素子アレイの製造方法は、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイを製造する方法であって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に受光層を成長させる受光層形成工程と、受光層上に、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層を成長させる窓層形成工程と、窓層における複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物を拡散させる不純物拡散工程とを含み、窓層形成工程の際に窓層を全有機原料有機金属気相成長法によって成長させ、窓層の成長温度を受光層の成長温度以下とする。
【００１４】
また、本発明による第１の受光素子アレイは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層とを備え、窓層の表面欠陥に起因する複数の受光領域の不良率が０．０３％以上２％以下である。
【００１５】
また、本発明による第２の受光素子アレイは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層とを備え、窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上３０００［ｃｍ−２］以下である。
【００１６】
また、本発明による第３の受光素子アレイは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層とを備え、窓層の表面欠陥一つ当たりの平均面積が３［μｍ２］以上８００［μｍ２］以下である。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明によるエピタキシャルウェハの製造方法は、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハを製造する方法であって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に受光層を成長させる受光層形成工程と、受光層上に、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層を成長させる窓層形成工程とを含み、窓層形成工程の際に窓層を全有機原料有機金属気相成長法によって成長させ、窓層の成長温度を受光層の成長温度以下とする。
【００１８】
また、本発明による第１のエピタキシャルウェハは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層とを備え、窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上３０００［ｃｍ−２］以下である。
【００１９】
また、本発明による第２のエピタキシャルウェハは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層とを備え、窓層の表面欠陥一つ当たりの平均面積が３［μｍ２］以上８００［μｍ２］以下である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、III−Ｖ族半導体基板上に形成される受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができ、且つ窓層表面の結晶性を良好にできる受光素子アレイ及びその製造方法、並びに該受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、一実施形態に係る受光素子アレイ１の構成の一部を拡大して示す図である。
【図２】図２は、受光素子アレイ１の製造に用いられるＭＯＶＰＥ装置１００の構成を示す図である。
【図３】図３は、このＭＯＶＰＥ装置１００を用いて受光素子アレイ１を製造する工程を示すフローチャートである。
【図４】図４は、エピタキシャルウェハ２７の構成を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、受光層７ｂ、拡散濃度調整層９ｂ、及び窓層１１ｂを順に成長させる際の結晶成長温度の変化の例を示す図である。
【図６】図６は、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥の直径（μｍ）と、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥に起因する受光領域２１の不良率との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、窓層１１（１１ｂ）の成長温度による、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥密度、表面欠陥一つ当たりの平均面積、表面欠陥に起因する受光領域２１の不良率、暗電流、及び暗電流密度の値を示す図表である。
【図８】図８（ａ）は、窓層１１の表面欠陥密度と受光領域２１の不良率との関係を示すグラフである。図８（ｂ）は、窓層１１の表面欠陥の平均面積と受光領域２１の不良率との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、受光素子アレイ１における、リアクタ掃除からのラン数、表面欠陥密度、表面欠陥の一つ当たり平均面積、受光領域２１の不良率、暗電流および暗電流密度の相関を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［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）本願発明による受光素子アレイの製造方法は、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイを製造する方法であって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に受光層を成長させる受光層形成工程と、受光層上に、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層を成長させる窓層形成工程と、窓層における複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物を拡散させる不純物拡散工程とを含み、窓層形成工程の際に窓層を全有機原料有機金属気相成長法によって成長させ、窓層の成長温度を受光層の成長温度以下とすることを特徴とする。
【００２３】
本発明による受光素子アレイの製造方法においては、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層を受光層上に成長させている。窓層としてＩｎＧａＡｓ層を設ける場合（非特許文献１）と比較して、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層を設けることにより、窓層上に電極や保護膜を好適に形成でき、結晶表面での暗電流リークを低減できる。また、本発明による受光素子アレイの製造方法においては、窓層形成工程の際に、窓層を全有機原料有機金属気相成長法（全有機ＭＯＶＰＥ法）によって成長させ、窓層の成長温度を受光層の成長温度以下としている。全有機ＭＯＶＰＥ法では、Ｐ原料として例えば有機金属であるターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）等を用いるので、ホスフィンを用いる通常のＭＯＶＰＥ法と比較して窓層の成長温度を低くしても窓層の結晶性を損ねることなく良好な結晶性を得ることができる。そして、窓層の成長温度を受光層の成長温度以下とすることにより、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００２４】
（２）また、上述した受光素子アレイの製造方法は、受光層形成工程の際に、受光層を全有機原料有機金属気相成長法によって成長させることを特徴としてもよい。或いは、上述した受光素子アレイの製造方法は、受光層形成工程の際に、受光層を分子線エピタキシー法によって成長させることを特徴としてもよい。これらのように、受光層の成長方法が窓層の成長方法と同じである場合、或いは異なる場合のいずれにおいても、上述した受光素子アレイの製造方法によれば、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００２５】
（３）また、上述した受光素子アレイの製造方法は、窓層の成長温度を４００℃以上６００℃未満とすることを特徴としてもよい。窓層の成長温度を６００℃未満とすることにより、例えば受光層がＧａＡｓＳｂといった熱に弱い組成を含む場合であっても受光層の結晶品質を良好に保つことができる。窓層の成長温度を４００℃未満とすると、表面欠陥の状態は良好となるが、窓層の結晶品質を良好に保つことができなくなり、良好な素子特性を得ることが難しくなる。
【００２６】
（４）また、本発明による第１の受光素子アレイは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層とを備え、窓層の表面欠陥に起因する複数の受光領域の不良率が０．０３％以上２％以下であることを特徴とする。
【００２７】
ここで、受光領域の不良率とは、複数の受光領域の中で、暗電流不良や感度不良によって受光素子として機能しない受光領域の割合をいう。受光領域の不良率を０．０３％以上とすることにより、窓層の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を非特許文献３のように６６０℃以上といった高温にする必要がない。したがって、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。さらには、ウエハ表面へのピント合わせが容易となり、ウエハの表面検査やデバイス作製を容易に行うことが可能になる。また、受光領域の不良率が２％以下であることにより、例えばカメラといった受光素子アレイの用途にとって十分な特性を得ることができる。
【００２８】
（５）また、本発明による第２の受光素子アレイは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層とを備え、窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上３０００［ｃｍ−２］以下であることを特徴とする。
【００２９】
窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上であることによって、窓層の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を非特許文献３のように６６０℃以上といった高温にする必要がない。また、受光素子アレイを製造する際に、III−Ｖ族半導体基板上に成長した受光層および窓層を有するエピタキシャルウェハに対する過剰な管理が不要となり、製造コストを低減できる。さらには、ウエハ表面へのピント合わせが容易となり、ウエハの表面検査やデバイス作製を容易に行うことが可能になる。そして、これを利用して、この密度範囲を基準とした不良ウェハのスクリーニング検査が可能となる。また、窓層の表面欠陥密度が３０００［ｃｍ−２］以下であることによって、例えばカメラといった受光素子アレイの用途にとって十分な特性を得ることができる。
【００３０】
（６）また、本発明による第３の受光素子アレイは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなり、複数の受光領域に相当する領域に第２導電型の不純物が拡散された窓層とを備え、窓層の表面欠陥一つ当たりの平均面積が３［μｍ２］以上８００［μｍ２］以下であることを特徴とする。
【００３１】
窓層の表面欠陥の平均面積を３［μｍ２］以上とすることによって、窓層の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を例えば６６０℃以上といった高温にする必要がない。したがって、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。さらには、ウエハ表面へのピント合わせが容易となり、ウエハの表面検査やデバイス作製を容易に行うことが可能になる。そして、これを利用して、この密度範囲を基準とした不良ウェハのスクリーニング検査が可能となる。また、窓層の表面欠陥の平均面積を８００［μｍ２］以下とすることによって、例えばカメラといった受光素子アレイの用途にとって、十分に低い不良率を得ることができる。
【００３２】
（７）また、第１〜第３の受光素子アレイは、窓層の表面欠陥が高さ１０［ｎｍ］以上の凹または凸形状を有することを特徴としてもよい。
【００３３】
（８）また、上述した受光素子アレイの製造方法は、窓層形成工程の際に、ＩｎＰからなる窓層を成長させることを特徴としてもよい。同様に、上述した第１ないし第３の受光素子アレイは、窓層がＩｎＰからなることを特徴としてもよい。ＩｎＰ結晶の表面に保護膜を形成する技術は、ＩｎＧａＡｓ結晶の表面に保護膜を形成する技術と比較して技術の蓄積が多く、結晶表面での暗電流リークを容易に抑制できる。また、窓層を介して光吸収層に光を入射する場合、受光層より入射側での近赤外光の吸収などを防止しながら、暗電流を効果的に抑制できる。
【００３４】
（９）また、上述した受光素子アレイの製造方法は、受光層形成工程の際に、多重量子井戸構造を有する受光層を形成することを特徴としてもよい。同様に、上述した第１ないし第３の受光素子アレイは、受光層が多重量子井戸構造を有することを特徴としてもよい。このように受光層が多重量子井戸構造を有する場合、窓層を高温で成長させると井戸層とバリア層との界面の急峻性が低下し、光電変換効率といった素子特性を低下させる場合がある。上述した受光素子アレイの製造方法および受光素子アレイによれば、受光層が多重量子井戸構造を有する場合であっても、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００３５】
（１０）また、上述した受光素子アレイの製造方法は、III−Ｖ族半導体基板がＩｎＰ基板であり、受光層形成工程の際に、ＩｎＧａＡｓを含む層と、ＧａＡｓＳｂを含む層とを交互に成長させることにより、多重量子井戸構造を有する受光層を形成することを特徴としてもよい。同様に、上述した第１ないし第３の受光素子アレイは、III−Ｖ族半導体基板がＩｎＰ基板であり、受光層が、ＩｎＧａＡｓを含む層と、ＧａＡｓＳｂを含む層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有することを特徴としてもよい。受光層がこのような構成を有する場合、ＧａＡｓＳｂが熱に対して弱いことから、窓層を高温で成長させると、ＧａＡｓＳｂ層とＩｎＧａＡｓ層との界面の急峻性が低下して素子特性が低下し易い。上述した受光素子アレイの製造方法および受光素子アレイによれば、ＩｎＧａＡｓを含む層と、ＧａＡｓＳｂを含む層とが交互に積層された多重量子井戸構造を受光層が有する場合であっても、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００３６】
（１１）また、上述した受光素子アレイの製造方法は、受光層形成工程の際に、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペア、又はＧａ１−ｕＩｎｕＮｖＡｓ１−ｖ（０．４≦ｕ≦０．８、０＜ｖ≦０．２）とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペアを交互に成長させることにより、受光層の多重量子井戸構造を形成することを特徴としてもよい。同様に、上述した第１ないし第３の受光素子アレイは、受光層の多重量子井戸構造が、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペア、又はＧａ１−ｕＩｎｕＮｖＡｓ１−ｖ（０．４≦ｕ≦０．８、０＜ｖ≦０．２）とＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）とのペアからなることを特徴としてもよい。これにより、近赤外域に受光感度を有するフォトダイオード等の受光領域を、良好な結晶性を保持した上で、能率良く大量に製造することができる。
【００３７】
（１２）また、上記課題を解決するために、本発明によるエピタキシャルウェハの製造方法は、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハを製造する方法であって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に受光層を成長させる受光層形成工程と、受光層上に、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層を成長させる窓層形成工程とを含み、窓層形成工程の際に窓層を全有機原料有機金属気相成長法によって成長させ、窓層の成長温度を受光層の成長温度以下とすることを特徴とする。
【００３８】
本発明によるエピタキシャルウェハの製造方法においては、前述した受光素子アレイの製造方法と同様に、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層を受光層上に成長させている。したがって、窓層上に電極や保護膜を好適に形成でき、結晶表面での暗電流リークを低減できる。また、本発明によるエピタキシャルウェハの製造方法においては、前述した受光素子アレイの製造方法と同様に、窓層形成工程の際、窓層を全有機ＭＯＶＰＥ法によって成長させ、窓層の成長温度を受光層の成長温度以下としている。これにより、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００３９】
（１３）また、上述したエピタキシャルウェハの製造方法は、受光層形成工程の際に、受光層を全有機原料有機金属気相成長法によって成長させることを特徴としてもよい。或いは、上述したエピタキシャルウェハの製造方法は、受光層形成工程の際に、受光層を分子線エピタキシー法によって成長させることを特徴としてもよい。これらのように、受光層の成長方法が窓層の成長方法と同じである場合、或いは異なる場合のいずれにおいても、上述したエピタキシャルウェハの製造方法によれば、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００４０】
（１４）また、上述したエピタキシャルウェハの製造方法は、窓層の成長温度を４００℃以上６００℃未満とすることを特徴としてもよい。窓層の成長温度を６００℃未満とすることにより、例えば受光層がＧａＡｓＳｂといった熱に弱い組成を含む場合であっても受光層の結晶品質を良好に保つことができる。窓層の成長温度を４００℃未満とすると、表面欠陥の状態は良好となるが、窓層の結晶品質を良好に保つことができなくなり、良好な素子特性を得ることが難しくなる。
【００４１】
（１５）また、本発明による第１のエピタキシャルウェハは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層とを備え、窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上３０００［ｃｍ−２］以下であることを特徴とする。
【００４２】
窓層の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上であることによって、窓層の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を非特許文献３のように６６０℃以上といった高温にする必要がない。また、受光素子アレイを製造する際に、上記エピタキシャルウェハに対する過剰な管理が不要となり、製造コストを低減できる。さらには、ウエハ表面へのピント合わせが容易となり、ウエハの表面検査やデバイス作製を容易に行うことが可能になる。そして、これを利用して、この密度範囲を基準とした不良ウェハのスクリーニング検査が可能となる。また、窓層の表面欠陥密度が３０００［ｃｍ−２］以下であることによって、例えばカメラといった受光素子アレイの用途にとって十分な特性を得ることができる。
【００４３】
（１６）また、本発明による第２のエピタキシャルウェハは、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域を備える受光素子アレイの製造に用いられるエピタキシャルウェハであって、第１導電型のIII−Ｖ族半導体基板上に設けられた受光層と、受光層上に設けられ、受光層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層とを備え、窓層の表面欠陥一つ当たりの平均面積が３［μｍ２］以上８００［μｍ２］以下であることを特徴とする。
【００４４】
窓層の表面欠陥の平均面積を３［μｍ２］以上とすることによって、窓層の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を非特許文献３のように６６０℃以上といった高温にする必要がない。したがって、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。さらには、ウエハ表面へのピント合わせが容易となり、ウエハの表面検査やデバイス作製を容易に行うことが可能になる。そして、これを利用して、この密度範囲を基準とした不良ウェハのスクリーニング検査が可能となる。また、窓層の表面欠陥の平均面積を８００［μｍ２］以下とすることによって、例えばカメラといった受光素子アレイの用途にとって、十分に低い不良率を得ることができる。
【００４５】
（１７）また、第１及び第２のエピタキシャルウェハは、窓層の表面欠陥が高さ１０［ｎｍ］以上の凹または凸形状を有することを特徴としてもよい。
【００４６】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる受光素子アレイ及びその製造方法、並びにエピタキシャルウェハ及びその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及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。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４７】
図１は、本実施形態に係る受光素子アレイ１の構成の一部を拡大して示す図である。受光素子アレイ１は、一次元状または二次元状に配列された複数の受光領域（画素ともいう）２１を備えており、基板３、半導体層５、受光層７、拡散濃度調整層９、窓層１１、保護膜（絶縁膜）１３、複数のｐ型（第２導電型）電極１５、及びｎ型（第１導電型）電極１７を備える。
【００４８】
基板３は、本実施形態におけるIII−Ｖ族半導体基板であり、例えばＩｎＰからなる。基板３は、Ｓｉドープされておりｎ型の導電型を有する。基板３上のバッファ層（不図示）は、ｎ型のＩｎＰからなり、１０ｎｍ程度の厚さを有する。半導体層５は、上記バッファ層を挟んで基板３上に設けられ、このバッファ層と半導体層５の裏面とが接している。半導体層５は、ｎ型のＩｎＧａＡｓからなり、１５０［ｎｍ］程度の厚さを有する。
【００４９】
受光層７は半導体層５の表面に設けられ、拡散濃度調整層９は受光層７上に設けられている。拡散濃度調整層９の裏面は受光層７に接している。受光層７は、半導体層５と拡散濃度調整層９との間（換言すれば、受光層７は、基板３と拡散濃度調整層９との間）に設けられている。本実施形態の受光層７は、複数の量子井戸層と複数のバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有する。
【００５０】
一例として、受光層７は、受光層７に含まれる複数のＩｎＧａＡｓ層と複数のＧａＡｓＳｂ層とが交互に積層されたタイプIIの多重量子井戸構造を有することができる。受光層７には、ＩｎＧａＡｓ層及びＧａＡｓＳｂ層が例えば２５０組（ペア）含まれている。ＩｎＧａＡｓ層の厚さは５［ｎｍ］程度であり、ＧａＡｓＳｂ層の厚さも５［ｎｍ］程度である。受光層７のＩｎＧａＡｓ層及びＧａＡｓＳｂ層の具体的な組成は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）、及び、ＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）である。なお、受光層７は、Ｇａ１−ｔＩｎｔＮｕＡｓ１−ｕ（０．４≦ｔ≦０．８，０＜ｕ≦０．２）とＧａＡｓ１−ｖＳｂｖ（０．３６≦ｖ≦０．６２）とを２５０組含む構成であってもよい。受光層７がこれらのような組成を有することにより、近赤外域に受光感度を有するフォトダイオード等の受光領域２１を、良好な結晶性を保持した上で、能率良く大量に製造することができる。
【００５１】
拡散濃度調整層９は、受光層７と窓層１１との間に設けられている。拡散濃度調整層９上に窓層１１が設けられ、拡散濃度調整層９の表面と窓層１１の裏面とが接している。窓層１１の表面には保護膜１３が設けられ、保護膜１３は開口を有する。窓層１１の表面には複数のｐ型電極１５が設けられ、窓層１１の表面に接している。
【００５２】
拡散濃度調整層９は、III−Ｖ族半導体であるＩｎＧａＡｓから成り、１．０［μｍ］程度の厚さを有する。拡散濃度調整層９はドープされていない。窓層１１は、Ｐを含む化合物半導体、例えばIII−Ｖ族半導体であるＩｎＰからなり、０．８［μｍ］程度の厚さを有する。窓層１１は、受光層７及び拡散濃度調整層９よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。窓層１１にはｎ型ドーパントであるＳｉがドープされている。
【００５３】
拡散濃度調整層９及び窓層１１から成る半導体領域は、領域１９と、複数の受光領域２１とを含む。複数の受光領域２１は、領域１９に接する面を有する。複数の受光領域２１それぞれは不純物拡散領域２５によって構成されており、不純物拡散領域２５には、所定の不純物元素（本実施形態においてはＺｎ）がドープされている。
【００５４】
複数のｐ型電極１５は、各受光領域２１を構成する不純物拡散領域２５上且つ窓層１１上の領域にそれぞれ設けられており、保護膜１３の開口内に配置されている。ｐ型電極１５と窓層１１との接続はオーミック接続である。ｎ型電極１７は、基板３の裏面に設けられ、この裏面に接している。ｎ型電極１７と基板３との接続はオーミック接続である。ｎ型電極１７は、全ての受光領域２１について共通である。
【００５５】
次に、受光素子アレイ１の製造方法について説明する。図２は、本実施形態の製造方法に用いるＭＯＶＰＥ装置１００の構成を示す図である。このＭＯＶＰＥ装置１００は、反応室（リアクタ）１０１と、反応室１０１への第一原料供給源１０２、第二原料供給源１０３、及び第三原料供給源１０４とを備える。反応室１０１は、流路が水平方向に形成された石英製のフローチャネル１０５を有する、いわゆる横型の反応室である。基板３は、ヒータ１０６を有するサセプタ１０７上に設置され、サセプタ１０７は基板３を回転自在に支持する。
【００５６】
第一原料供給源１０２には、例えばIII族元素であるＧａ、Ａｌ、及びＩｎの原料として、有機金属であるトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）が収容される。また、第二原料供給源１０３には、例えばＶ族元素であるＡｓ、Ｐ、及びＳｂの原料として、有機金属であるターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、ターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）が収容される。また、第三原料供給源１０４には、例えばｎ型ドーパントとして、有機金属であるテトラエチルシラン（ＴｅＥＳｉ）が収容される。
【００５７】
これらの有機金属は、第一原料供給源１０２、第二原料供給源１０３、及び第三原料供給源１０４から気体となってキャリアガス（Ｈ２，Ｎ２）と共に反応室１０１へ送られる。各有機金属の流量は、流量制御器（ＭＦＣ）１０９ａ〜１０９ｆによって制御される。また、反応室１０１の排出口には真空ポンプ１１０及び除害装置１１１が取り付けられている。
【００５８】
このＭＯＶＰＥ装置１００を用いて、本実施形態に係る受光素子アレイ１を図３に示す製造工程に従って作製する。まず、図４に示すエピタキシャルウェハ２７を、全有機ＭＯＶＰＥ法により作製する。始めに、Ｓｉドープした基板３ｂを用意する。この基板３ｂの主面上に、ｎ型ドープされたＩｎＰからなるバッファ層（不図示）を１０［ｎｍ］成長させ、このバッファ層上にｎ型ドープされたＩｎＧａＡｓからなる半導体層５ｂを１５０［ｎｍ］成長させ、この半導体層５ｂ上にＩｎＧａＡｓ−ＧａＡｓＳｂのタイプIIの多重量子井戸構造で構成される受光層７ｂを成長させる（受光層形成工程Ｓ１）。この多重量子井戸構造は、基板側からアンドープＩｎＧａＡｓ層５［ｎｍ］、アンドープＧａＡｓＳｂ層５［ｎｍ］が交互に積層されており、この二層構造が２５０ペア繰り返された構造である。受光層７ｂのＩｎＧａＡｓ層及びＧａＡｓＳｂ層の具体的な組成は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．３８≦ｘ≦０．６８）、及び、ＧａＡｓ１−ｙＳｂｙ（０．３６≦ｙ≦０．６２）である。なお、受光層７ｂは、Ｇａ１−ｔＩｎｔＮｕＡｓ１−ｕ（０．４≦ｔ≦０．８，０＜ｕ≦０．２）とＧａＡｓ１−ｖＳｂｖ（０．３６≦ｖ≦０．６２）とを２５０組含む構成であってもよい。
【００５９】
以上の受光層７ｂの形成までのすべての層の結晶成長温度を、例えば４００℃以上６００℃以下とする。以上の受光層７ｂの形成までのすべての層の結晶成長において、ＧａＡｓＳｂに対してはＴＥＧａ、ＴＢＡｓ及びＴＭＳｂを、ＩｎＧａＡｓに対してはＴＥＧａ、ＴＭＩｎ及びＴＢＡｓを、それぞれ原料ガスとして用いる。
【００６０】
次に、受光層７ｂの上にＩｎＧａＡｓからなる拡散濃度調整層９ｂを成長させ、更に、この拡散濃度調整層９ｂの上にＩｎＰからなる窓層１１ｂを成長させる（窓層形成工程Ｓ２）。このとき、ＩｎＰに対してはＴＭＩｎ及びＴＢＰを原料ガスとして用いる。このように、本実施形態ではＰの原料として有機金属であるＴＢＰを用いるが、ＴＢＰの分解温度は一般的なＰ原料であるホスフィン（ＰＨ３）と比べて３００℃近く低いので、窓層１１ｂを低温で成長させることが可能となる。すなわち、本実施形態では、窓層１１ｂの成長温度を受光層７ｂの成長温度以下、好ましくは４００℃以上６００℃未満、一実施例では５００℃とすることができる。
【００６１】
なお、ホスフィン（ＰＨ３）を使用して、４００℃以上６００℃未満の成長温度（例えば５００℃）でＩｎＰ窓層を成長させた場合、ホスフィンの分解が十分に起こらず、実効的なＶ／III比が非常に小さくなる。したがって、Ｐ空孔といった点欠陥が発生し、良好な素子特性を得ることが困難になる。
【００６２】
ここで、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、受光層７ｂ、拡散濃度調整層９ｂ、及び窓層１１ｂを順に成長させる際の結晶成長温度の変化の例を示す図である。図５（ａ）に示す成長温度パターン（以下、パターンＡという）では、受光層７ｂ、拡散濃度調整層９ｂ、及び窓層１１ｂを全て同じ温度（例えば４５０℃）で成長させる。また、図５（ｂ）に示す成長温度パターン（以下、パターンＢという）では、受光層７ｂを比較的高温（例えば５００℃）で成長させ、その上の拡散濃度調整層９ｂ及び窓層１１ｂを受光層７ｂの成長温度より低い温度（例えば４５０℃）で成長させる。また、図５（ｃ）に示す成長温度パターン（以下、パターンＣという）では、受光層７ｂ及び拡散濃度調整層９ｂを比較的高温（例えば５００℃）で成長させ、その上の窓層１１ｂを受光層７ｂの成長温度より低い温度（例えば４５０℃）で成長させる。
【００６３】
パターンＢでは、受光層７ｂを比較的高温で成長させることによって、パターンＡと比較して結晶品質を向上させ、暗電流を低下させることができる。また、パターンＣでは、受光層７ｂ及び拡散濃度調整層９ｂを比較的高温で成長させることによって、パターンＢと比較して更に結晶品質を向上させ、暗電流を低下させることができる。
【００６４】
以上の工程によってエピタキシャルウェハ２７を作製した後、このエピタキシャルウェハ２７を用いて受光素子アレイ１の作製を行う。まず、窓層１１ｂの表面から拡散濃度調整層９ｂに達するｐ型領域（受光素子アレイ１の不純物拡散領域２５に対応）を、窓層１１ｂにおける複数の受光領域２１に相当する領域に不純物を拡散させることにより形成する（不純物拡散工程Ｓ３）。具体的には、保護膜１３となるＳｉＮ膜の選択拡散マスクパターンを窓層１１ｂ上に形成し、その開口部からｐ型不純物のＺｎを選択拡散させることによってｐ型領域を形成する。
【００６５】
そして、このｐ型領域に属する窓層１１ｂの表面に、ＡｕＺｎからなるｐ型電極１５をオーミック接触するように設ける。更に、基板３ｂの裏面に、ＡｕＧｅＮｉからなるｎ型電極１７をオーミック接触するように設ける（電極形成工程Ｓ４）。以上の工程を経て、受光素子アレイ１がエピタキシャルウェハ２７を用いて作製される。
【００６６】
なお、受光素子アレイ１の基板３、半導体層５、受光層７、拡散濃度調整層９、及び窓層１１は、それぞれエピタキシャルウェハ２７の基板３ｂ、半導体層５ｂ、受光層７ｂ、拡散濃度調整層９ｂ、及び窓層１１ｂの一部である。
【００６７】
以上に説明した、本実施形態による受光素子アレイ１及びその製造方法、並びにエピタキシャルウェハ２７及びその製造方法によって得られる効果について説明する。
【００６８】
上述した受光素子アレイ１及びエピタキシャルウェハ２７の製造方法においては、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層１１ｂを受光層７ｂ上に成長させている。したがって、窓層としてＩｎＧａＡｓ層を設ける場合（非特許文献１）と比較して、Ｐを含む化合物半導体からなる窓層１１ｂを設けることにより、窓層１１ｂ上にｐ型電極１５や保護膜１３を好適に形成でき、結晶表面での暗電流リークを低減できる。
【００６９】
また、上述した受光素子アレイ１及びエピタキシャルウェハ２７の製造方法においては、窓層形成工程の際に、窓層１１ｂを全有機ＭＯＶＰＥ法によって成長させ、窓層１１ｂの成長温度を受光層７ｂの成長温度以下としている。全有機ＭＯＶＰＥ法では、Ｐ原料として例えば有機金属であるＴＢＰ等を用いるので、ホスフィンを用いる通常のＭＯＶＰＥ法と比較して、窓層１１ｂの成長温度を低くしても良好な結晶成長を実現でき、窓層１１ｂ表面の結晶性を良好にできる。そして、窓層１１ｂの成長温度を受光層７ｂの成長温度以下とすることにより、窓層１１ｂを成長させる際の受光層７ｂへの影響を抑え、受光層７ｂの結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００７０】
また、本実施形態のように、受光層形成工程の際、受光層を窓層の成長方法と同じ全有機ＭＯＶＰＥ法によって成長させてもよい。上述した受光素子アレイ１及びエピタキシャルウェハ２７の製造方法によれば、このような場合であっても、窓層１１ｂを成長させる際の受光層７ｂへの影響を抑え、受光層７ｂの結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。また、受光層７ｂから窓層１１ｂまでを全有機ＭＯＶＰＥ法によって連続して成長させることにより、受光層７ｂと窓層１１ｂとの間に再成長界面が生じず、Ｏ，Ｃ，Ｈといった不純物の混入を回避できる。例えば、Ｏ，Ｃ，Ｈの密度をいずれも１×１０１７［ｃｍ−３］未満にすることができる。したがって、窓層１１ｂの表面欠陥を十分に低減しつつ、受光層７ｂの結晶品質を保つことができる。
【００７１】
また、本実施形態のように、窓層１１ｂの成長温度は４００℃以上６００℃未満であることが好ましい。窓層１１ｂの成長温度を６００℃未満とすることにより、受光層７ｂがＧａＡｓＳｂといった熱に弱い組成を含む場合であっても受光層７ｂの結晶品質を良好に保つことができる。また、窓層１１ｂの成長温度を４００℃未満とすると、表面欠陥の状態は良好となるが、窓層１１ｂの結晶品質を良好に保つことができなくなり、良好な素子特性を得ることが難しくなる。
【００７２】
ここで、以下の表１は、窓層１１ｂの成長温度と、受光層７ｂ、窓層１１ｂの結晶品質および表面欠陥との関係を示す表である。表１に示すように、窓層１１ｂの成長温度を４００℃以上６００℃未満とすることにより、受光層７ｂ、窓層１１ｂの結晶品質の向上と、表面欠陥の低減とを両立させ得ることがわかる。なお、本実施形態において、窓層１１ｂの表面欠陥とは、高さ１０［ｎｍ］以上の凹または凸形状を有する欠陥を指すものとする。
【表１】
2014075603.tif 000003
【００７３】
また、本実施形態のように、窓層形成工程の際、ＩｎＰからなる窓層１１ｂを成長させることが好ましい。すなわち、受光素子アレイ１は、窓層１１がＩｎＰからなることが好ましい。ＩｎＰ結晶の表面に保護膜１３を形成する技術は、ＩｎＧａＡｓ結晶の表面に保護膜を形成する技術と比較して技術の蓄積が多く、結晶表面での暗電流リークを容易に抑制できるからである。また、窓層１１を介して受光層７に光を入射する場合、受光層７より入射側での近赤外光の吸収などを防止しながら、暗電流を効果的に抑制できるからである。
【００７４】
また、本実施形態のように、受光層形成工程の際、多重量子井戸構造を有する受光層７ｂを形成することが好ましい。すなわち、受光素子アレイ１及びエピタキシャルウェハ２７は、受光層７（７ｂ）が多重量子井戸構造を有することが好ましい。このように受光層７（７ｂ）が多重量子井戸構造を有する場合、窓層１１（１１ｂ）を高温で成長させると井戸層とバリア層との界面の急峻性が低下し、光電変換効率といった素子特性を低下させる場合がある。上述した受光素子アレイ１及びその製造方法によれば、受光層７（７ｂ）が多重量子井戸構造を有する場合であっても、受光層７（７ｂ）の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００７５】
また、本実施形態のように、基板３ｂがＩｎＰ基板であり、受光層形成工程の際、ＩｎＧａＡｓを含む層と、ＧａＡｓＳｂを含む層とを交互に成長させることにより、多重量子井戸構造を有する受光層７ｂを形成することがより好ましい。同様に、受光素子アレイ１及びエピタキシャルウェハ２７は、基板３（３ｂ）がＩｎＰ基板であり、受光層７（７ｂ）が、ＩｎＧａＡｓを含む層と、ＧａＡｓＳｂを含む層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有することがより好ましい。受光層７（７ｂ）がこのような構成を有する場合、ＧａＡｓＳｂが熱に対して弱いことから、窓層１１（１１ｂ）を高温で成長させると、ＧａＡｓＳｂ層とＩｎＧａＡｓ層との界面の急峻性が低下して素子特性が低下し易い。上述した受光素子アレイ１及びその製造方法によれば、ＩｎＧａＡｓを含む層と、ＧａＡｓＳｂを含む層とが交互に積層された多重量子井戸構造を受光層７（７ｂ）が有する場合であっても、受光層７（７ｂ）の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００７６】
また、本実施形態のようなＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂによるタイプII量子井戸構造の場合、組成の異なる化合物半導体を交互に複数回積層するので組成制御が難しく、基板との格子不整合による歪みが蓄積され易いと考えられる。特に、量子井戸のペア数が例えば２５０ペア以上といった極めて多数である場合、格子不整合による歪みがより蓄積され易い。そして、このような歪みに起因して、窓層において表面欠陥が発生し易くなる。したがって、タイプII量子井戸構造を有する受光素子アレイでは窓層に表面欠陥が発生し易いといえる。したがって、従来、表面欠陥を抑制するために窓層の成長温度を高温にする必要があった。本実施形態の受光素子アレイ１及びその製造方法によれば、このような構造を有する受光素子アレイであっても、窓層１１ｂの成長温度を低く抑えて、受光層７ｂの結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００７７】
ここで、図６は、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥の直径（μｍ）と、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥に起因する受光領域２１の不良率（以下、画素不良率という）との関係を示すグラフである。図中において、グラフＧ１〜Ｇ３は、それぞれ表面欠陥密度が１０００［ｃｍ−２］、２０００［ｃｍ−２］、及び３０００［ｃｍ−２］である場合を示している。また、画素不良率は、以下の数式（１）によって算出される。なお、数式（１）において、Ｄは表面欠陥密度（ｃｍ−２）、Ｒは表面欠陥サイズ（μｍφ）である。また、画素間隔を３０［μｍ］、画素サイズ（拡散込み）を１９［μｍ］と仮定した。
【数１】
2014075603.tif 000004
図６より、例えば表面欠陥密度が２０００［ｃｍ−２］であり、表面欠陥サイズが２０［μｍφ］であれば、画素不良率は２．４％となる。
【００７８】
図７は、窓層１１（１１ｂ）の成長温度による、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥密度、表面欠陥一つ当たりの平均面積、表面欠陥に起因する画素不良率、暗電流、及び暗電流密度の値を示す図表である。また、図８（ａ）は、窓層１１の表面欠陥密度と画素不良率との関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、窓層１１の表面欠陥の平均面積と画素不良率との関係を示すグラフである。なお、図８（ａ）は、表面欠陥密度が１０００［ｃｍ−２］である場合を示しており、図８（ｂ）は、表面欠陥の平均面積が７８．５［μｍ２］（１０［μｍφ］）である場合を示している。
【００７９】
図７に示すように、窓層１１（１１ｂ）の成長温度が低いほど、表面欠陥の平均面積が小さくなり、図８（ｂ）により画素不良率が低下することがわかる。また、表面欠陥の平均面積が小さくなると、暗電流、及び暗電流密度が低下することがわかる。特に、窓層１１（１１ｂ）の成長温度が５２５℃以下であれば、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥の平均面積が７５０［μｍ２］以下といった良好な値まで低下し、表面欠陥に起因する画素不良率が１．９％以下といった実用的な値まで低減する。
【００８０】
このように、本実施形態に係る製造方法により製造された受光素子アレイ１は、窓層１１の表面欠陥に起因する画素不良率が２％以下であることができ、表面欠陥の平均面積が８００［μｍ２］以下であることができる。画素不良率が２％以下であることにより、例えばカメラといった受光素子アレイ１の用途にとって十分な特性を得ることができる。また、窓層の表面欠陥の平均面積が８００［μｍ２］以下であることによって、例えばカメラといった受光素子アレイの用途にとって、十分に低い画素不良率を得ることができる。
【００８１】
また、受光素子アレイ１は、窓層１１の表面欠陥に起因する複数の受光領域の不良率が０．０３％以上であることが好ましい。画素不良率が０．０３％以上であることにより、窓層１１の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を例えば６６０℃以上といった高温にする必要がない。したがって、窓層１１を成長させる際の受光層７への影響を抑え、受光層７の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００８２】
また、受光素子アレイ１及びエピタキシャルウェハ２７は、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上３０００［ｃｍ−２］以下であることが好ましい。窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥密度が５０［ｃｍ−２］以上であることによって、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を例えば６６０℃以上といった高温にする必要がない。また、受光素子アレイ１を製造する際に、基板３ｂ上に成長した受光層７ｂおよび窓層１１ｂを有するエピタキシャルウェハ２７に対する過剰な管理が不要となり、製造コストを低減できる。また、窓層１１の表面欠陥密度が３０００［ｃｍ−２］以下であることによって、例えばカメラといった受光素子アレイの用途にとって十分な特性を得ることができる。
【００８３】
また、受光素子アレイ１及びエピタキシャルウェハ２７は、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥一つ当たりの平均面積が３［μｍ２］以上であることが好ましい。これによって、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥を抑制するためにその成長温度を例えば６６０℃以上といった高温にする必要がない。したがって、窓層１１（１１ｂ）を成長させる際の受光層７（７ｂ）への影響を抑え、受光層７の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【００８４】
図９は、上述した受光素子アレイ１の製造方法（すなわち受光層７ｂ、拡散濃度調整層９ｂ及び窓層１１ｂを全て全有機ＭＯＶＰＥ法により一貫成長する方法）により製造された受光素子アレイ１における、リアクタ掃除からのラン数、表面欠陥密度、表面欠陥の一つ当たり平均面積、画素不良率、暗電流および暗電流密度の相関を示す図表である。図９に示すように、リアクタ清掃からのラン数が増加するにつれて、表面欠陥密度は増加する。リアクタ清掃からのラン数が４０ラン以下であれば、窓層１１（１１ｂ）の表面欠陥密度が３０００［ｃｍ−２］以下といった良好な値まで低下し、表面欠陥に起因する画素不良率が２．０％以下といった実用的な値まで低減する。
【００８５】
なお、上述した受光素子アレイ１の製造方法では、受光層形成工程の際に、受光層７ｂを全有機ＭＯＶＰＥ法によって成長させているが、本発明による受光素子アレイの製造方法においては、受光層形成工程の際に、受光層を分子線エピタキシー法によって成長させてもよい。このような場合であっても、本発明による受光素子アレイの製造方法によれば、窓層を成長させる際の受光層への影響を抑え、受光層の結晶品質を保ち良好な特性を得ることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１…受光素子アレイ、３，３ｂ…基板、５，５ｂ…半導体層、７，７ｂ…受光層、９，９ｂ…拡散濃度調整層、１１，１１ｂ…窓層、１３…保護膜、１５…ｐ型電極、１７…ｎ型電極、１９…領域、２１…受光領域、２５…不純物拡散領域、２７…エピタキシャルウェハ、１００…ＭＯＶＰＥ装置、１０１…反応室、１０２…第一原料供給源、１０３…第二原料供給源、１０４…第三原料供給源、１０５…フローチャネル、１０６…ヒータ、１０７…サセプタ、１０９ａ〜１０９ｆ…流量制御器、１１０…真空ポンプ、１１１…除害装置。
【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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