(57)【要約】【課題】暗電流を抑制し感度を確保した受光素子を製造することが可能なエピタキシャルウエハおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のエピタキシャルウエハは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、基板の上に位置する、第１の層と第２の層をペアとする複数ペアの多重量子井戸とを備え、多重量子井戸は構成元素にアンチモン（Ｓｂ）を含んでおり、多重量子井戸において、不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、
前記基板の上に位置する、第１の層と第２の層をペアとする複数ペアの多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum  Well）とを備え、
前記多重量子井戸において、不純物として含まれる元素の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下である、エピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記多重量子井戸において、不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３未満である、請求項１に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項３】
前記多重量子井戸は構成元素にアンチモン（Ｓｂ）を含んでいる、請求項１または２に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項４】
前記不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計が２．５Ｅ１５ｃｍ−３未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項５】
不純物として、さらに、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）を含み、これらシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）を加えた前記合計が５Ｅ１５ｃｍ−３未満である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項６】
前記アンチモン（Ｓｂ）は、構成元素として前記第１の層にのみ含まれ、該第１の層において、前記不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計が１Ｅ１６ｃｍ−３未満である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項７】
前記第２の層において、前記不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計が１Ｅ１５ｃｍ−３未満である、請求項６に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項８】
前記基板がＩｎＰであり、前記多重量子井戸において、前記第１の層は少なくともＧａ、ＡｓおよびＳｂを含む半導体で、また第２の層は少なくともＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む半導体で構成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項９】
前記多重量子井戸上に位置するＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、該拡散濃度分布調整層上に位置するＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層とを備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項１０】
前記多重量子井戸の前記基板側に位置する第１導電型のＩＩＩ−Ｖ族半導体層と、前記多重量子井戸上に位置する第２導電型のＩＩＩ−Ｖ族半導体層とを備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項１１】
前記窓層はＩｎＰからなり、該ＩｎＰ窓層と、該ＩｎＰ窓層の下の層との境界部に、｛酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）｝のうちの少なくとも１つが集積した再成長界面がない、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項１２】
請求項１に記載のエピタキシャルウエハを用いて製造された、受光素子。
【請求項１３】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板にエピタキシャルウエハを製造する方法であって、
前記基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファ層を成長する工程と、
前記バッファ層上にＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる多重量子井戸を成長する工程とを備え、
前記多重量子井戸の成長工程では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によって、前記多重量子井戸に不純物として含まれる元素の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下となるように成長する、エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１４】
前記多重量子井戸はその構成元素にアンチモン（Ｓｂ）を含んでおり、前記多重量子井戸に不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３未満となるように成長する、請求項１３に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１５】
前記多重量子井戸の成長工程で、前記有機金属気相成長法に用いるアンチモンの原料に、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計の濃度が０．５ｐｐｍ以下の有機金属原料を用いる、請求項１４に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウエハおよびその製造方法に関し、より具体的には、近赤外〜赤外域の光に相当するバンドギャップエネルギを有する受光層を有するエピタキシャルウエハ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〜赤外域の波長域は、生体、健康、環境等に関連する物質の吸収スペクトルが位置するので、この波長域に感度を有する受光素子の開発が行われている。たとえば、近赤外域の長波長側の感度を高める素子として、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂのタイプ２の多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multiple  Quantum  Well）の受光層を備える、フォトダイオードの提案がなされている（非特許文献１）。この受光素子はメサ型単画素であり、ＩｎＰ基板にＩｎＧａＡｓバッファを積層し、その上にＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂのタイプ２の多重量子井戸を積層している。この受光素子のカットオフ波長は２．３９μｍであり、波長１．７μｍから２．７μｍまでの感度特性が示されている。
【０００３】
一方、撮像装置などでは複数の画素（受光部）を配列した受光素子が用いられる。選択拡散によって不純物を導入することで画素配列を形成したプレーナ型受光素子において、上記のＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂのタイプ２の多重量子井戸を用い、その多重量子井戸が不純物によって劣化しないように、半導体積層構造に工夫を凝らした受光素子が提案されている（特許文献１）。この積層構造を用いることで、近赤外〜赤外域に感度をもつアレイ化された画素をもつ受光素子を得ることができる。
【０００４】
上記の撮像装置等では高品位な画像を得ることが求められるが、上記の近赤外〜赤外域の受光素子では暗電流に起因する画質の劣化が知られている。暗電流の原因は多岐にわたるため、理論的に各要因の程度を把握する研究が行われている（たとえば非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１９３０２４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Stephen  R.Forrest,  ”Performance  of  InxGa1-xAsyP1-y  Photodiodes  with  Dark  Current  Limited  by  Diffusion,  Generation  Recombination,  and  Tunneling”,  IEEE  Journal  of  Quantum  Electronics,  Vol.QE-17,  No.2,  February  1981
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の非特許文献１によれば、暗電流を構成する多くの種類の電流が挙げられており、この中でも、拡散電流と生成再結合電流が支配的であることが一般的に知られている。この２つの暗電流成分はともに受光層のキャリア濃度と相関しており、キャリア濃度が高い程、暗電流は増大していくことが記載されている。よって、暗電流を抑制して、高画質の画像を得るためには、受光層のキャリア濃度を低減する必要がある。光通信用の１．５μｍ帯のＩｎＧａＡｓ受光素子では、原料を含めた高品質な結晶成長方法が確立されているため、低いキャリア濃度の受光層を得ることが容易である。しかしながら、検出波長をより長波長領域に拡大させるためにアンチモンを含む半導体層を成長させる場合、原料を含めた高品質な結晶成長方法が確立されていないために、低いキャリア濃度の受光層を得ることが困難である。
また、キャリア濃度が高くなると、受光素子に逆バイアスを印加した場合に空乏層の拡がりが小さくなるために、感度が低下するという問題もある。よって、高感度な受光素子を得るためにも、受光層のキャリア濃度を低減する必要がある。
【０００８】
本発明は、暗電流を抑制し良好な感度を確保した受光素子を製造可能なエピタキシャルウエハ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】
【０００９】
本発明の受光素子は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、基板の上に位置する、第１の層と第２の層をペアとする複数ペアの多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum  Well）とを備え、多重量子井戸において、不純物として含まれる元素の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下である。ここでいう多重量子井戸に不純物として含まれる元素については、このあと説明する。
【発明の効果】
【００１０】
上記発明によれば、暗電流を抑制した受光素子を製造することが可能なエピタキシャルウエハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態におけるエピタキシャルウエハを示す図である。
【図２】受光層であるタイプ２の多重量子井戸の部分拡大図である。
【図３】図１のエピタキシャルウエハを用いて製作したプレーナ型受光素子５０を示す図である。
【図４】受光素子の受光待機の状態を示す図である。
【図５】有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法の成長装置を示す図である。
【図６】エピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥにより成長した後、不純物濃度をＳＩＭＳにより測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[本願発明の実施の形態の説明]
最初に本願発明の実施の形態を列記して説明する。
１．エピタキシャルウエハ：
（１）多重量子井戸における不純物濃度：
本発明のエピタキシャルウエハは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、基板の上に位置する、第１の層と第２の層をペアとする複数ペアの多重量子井戸とを備え、多重量子井戸において、不純物として含まれる元素の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下である。
ここで、「多重量子井戸に不純物として含まれる元素」とは、成膜中のドーピングや選択拡散等による不純物ではなく、意図しないで混入した不純物をいう。具体的には、次により特定することができる。
（α）選択拡散による不純物と異なり、平面的に見て成膜された層の全体に一様に分布している。この点で、平面的に見た場合、ドーピングと同様な分布をする。しかし、本発明では、多重量子井戸にドーピングをすることはない（ノンドープ）ので、平面的に見て成膜された層の全体に一様に分布している不純物は、上記「多重量子井戸に不純物として含まれる元素」である。
上記（α）で完全に特定することができるが、次の点を付け加えておく。
（β）受光素子になった状態で、「多重量子井戸に不純物として含まれる元素」を特定する場合、選択拡散がなされていれば、選択拡散されていない領域（選択拡散の影響がない領域）の不純物は、上記「多重量子井戸に不純物として含まれる元素」である。
（γ）選択拡散によってｐｎ接合（実体は、ｐｉ接合もしくはｐｉｎ接合）を形成しないで、ドーピングによって上記ｐｎ接合を形成する場合、多重量子井戸の上の層にｐ型不純物をドープし、多重量子井戸の下の層にｎ型不純物をドープして、当該多重量子井戸はノンドープとする。したがって、文字通りに表現すればｐｉｎ接合となる。（しかし、「ｐｎ接合」によって、これらの接合形態を包括的にすべてあらわすこととする。）したがって、受光素子になった状態でも、多重量子井戸に不純物があれば、それは「多重量子井戸に不純物として含まれる元素」である。
なお、上記の多重量子井戸における不純物の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下は、多重量子井戸の厚み方向にも、また平面的にも、平均した値である。
（作用）：多重量子井戸における不純物の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３を超えると、次の（Ｄ１）および（Ｄ２）の問題を生じる。
（Ｄ１）これら不純物自身が暗電流を増大させる。
（Ｄ２）結晶構造の乱れを誘起して、暗電流を増大させる。
多重量子井戸において、不純物として含まれる元素の合計を５Ｅ１５ｃｍ−３以下とすることによって、上記の問題を克服することができる。
【００１３】
（２）不純物元素の種類
前記多重量子井戸において、不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３未満であるとしてもよい。
上記の特定の不純物元素の引き起こす問題として次の（Ｄ３）がある。
（Ｄ３）上記の不純物はｎ型キャリアであり、ｐｎ接合のｎ型領域に含まれることで、逆バイアス電圧の印加に対して空乏層の広がりを抑制する。この空乏層の広がり抑制は、受光可能領域の縮小を意味し、直ちに感度の低下をもたらす。
硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計を５Ｅ１５ｃｍ−３未満とすることで、暗電流を抑制でき、かつ良好な感度を確保できる受光素子を製造可能なエピタキシャルウエハを提供することができる。
不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計をさらに２．５Ｅ１５ｃｍ−３未満としてもよく、これによって上記の暗電流の抑制、および良好な感度の確保を、より一層得やすくなる。
（３）多重量子井戸中の構成元素との関係
上記のエピタキシャルウエハは、多重量子井戸はその構成原子にアンチモン（Ｓｂ）を含んでいて、かつその多重量子井戸は有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法で製造されることを前提としている。有機金属気相成長法の原料には、構成元素を含む有機金属原料が用いられるが、アンチモン（Ｓｂ）原料としては、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）、トリイソプロピルアンチモン（ＴＩＰＳｂ）、トリジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）、トリターシャリーブチルアンチモン（ＴＴＢＳｂ）等が用いられる。本発明者は、これらアンチモンの有機金属原料には、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）が、他のＡｓ原料気体等に比べて、高濃度に含まれることに着目した。その結果、上記の問題点を見いだし本発明を完成するにいたった。
【００１４】
上記のように、アンチモンの原料ガスには、不純物として、さらに、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）が高濃度に含まれる場合がある。これら不純物も、テルル（Ｔｅ）等と同様に、暗電流を増大させ、感度を低下させる作用がある。硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）に加えて、これらシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）を加えたあとの合計を５Ｅ１５ｃｍ−３未満とすることができ、これによって上記の効果を確実に得ることが可能になる。
【００１５】
（４）多重量子井戸の各層における不純物濃度：
アンチモン（Ｓｂ）は、多重量子井戸の構成元素として第１の層にのみ含まれ、該第１の層において、不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計を１Ｅ１６ｃｍ−３未満とするのがよい。
アンチモン（Ｓｂ）の原料気体には、上記の不純物が他の原料気体よりも比較的高く含まれる。アンチモン（Ｓｂ）を構成元素として含むのは第１の層であり、第２の層は構成元素としてＳｂを含まないので、第１の層の上記不純物濃度の上限は、多重量子井戸全体に均した値よりも高くなる。そして、第１の層とペアを組む他の層である第２の層においては、不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計を１Ｅ１５ｃｍ−３未満とするのがよい。
第２の層では、アンチモンの原料気体が投入されないので、上記不純物の濃度を上記のように低い範囲に抑えておくのがよい。
【００１６】
２．基板および多重量子井戸のＩＩＩ−Ｖ族半導体：
基板はＩｎＰであり、多重量子井戸において、第１の層は少なくともＧａ、ＡｓおよびＳｂを含む半導体で、また第２の層は少なくともＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む半導体で構成されるのがよい。
上記のＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いることで、比較的大きいサイズの基板を工業的規模で入手可能なＩｎＰ基板を用いて、近赤外〜赤外域にカットオフ波長を有するタイプ２の多重量子井戸を形成することが可能になる。
【００１７】
３．エピタキシャルウエハの積層構造：
（１）選択拡散を行うことを前提とする場合（プレーナ型受光素子の場合）：
多重量子井戸上に位置するＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる拡散濃度分布調整層と、該拡散濃度分布調整層上に位置するＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる窓層とを備えるのがよい。
選択拡散によってアレイ化された受光素子を形成するとき、窓層表面から選択拡散されるｐｎ接合形成のための不純物（たとえば亜鉛（Ｚｎ））が、多重量子井戸の受光層に過剰に侵入すると、多重量子井戸の結晶性を劣化させて暗電流を増大させる。拡散濃度分布調整層を、窓層と多重量子井戸との間に配置することで、窓層表面からの高濃度領域から拡散先端部の低濃度領域へとＺｎ等の不純物の濃度が急峻に変化する深さ範囲を、拡散濃度分布調整層内に安定的に位置させやすくなる。この結果、Ｚｎ等の選択拡散による受光素子アレイ（画素配列）を工業的に形成するとき、Ｚｎ等の過剰な多重量子井戸への侵入を安定して防ぐことができ、製造歩留まりを向上させることが可能になる。
【００１８】
（２）ＩｎＰ窓層を含む場合の成膜法と大気接触層：
窓層がＩｎＰなど燐（Ｐ）を含む層の場合、固体原料を用いる分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）では、工業的に製造することは、多くの工数と費用を要することになる。その理由は、ＭＢＥ法ではＰ原料に固体を用いるので、たとえばＩｎＰ層を成長する際に、ＭＢＥ成膜槽の内壁に固体リン原料が付着することになる。固体の燐原料は発火性が強く、ＭＢＥ法における原料投入、装置メンテナンスなどの開放時に火災事故が発生する可能性が高く、それに対応した防止策が必要となる。このため、窓層がＩｎＰなど燐（Ｐ）を含む層の場合、ＩｎＰ窓層の下の層までは、ＭＢＥ法で成長し、ＩｎＰ窓層は、原料に有機金属原料を用いるＭＯＶＰＥ法等で成長する方法がとられることが多かった。このような成長法をハイブリッド成長法と呼ぶこともある。このハイブリッド成長法では、ＩｎＰ窓層の下の層までＭＢＥ法で成長したあとＭＢＥ成長槽からウエハ（中間製品）を外（大気中）に取り出し、次いでウエハ（中間製品）はＭＯＶＰＥ成長槽に装入する。このときウエハ（中間製品）は大気（クリーンルーム環境）に接触することになる。この結果、ＩｎＰ窓層と直下の層との間に、酸素等の大気に含まれる元素の濃縮層が形成される。すなわち「窓層はＩｎＰからなり、該ＩｎＰ窓層と、ＩｎＰ窓層の下の層との境界部に、｛酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）｝のうちの少なくとも１つが集積したパイルアップ層が形成される」ことになる。｛酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）｝のうちの少なくとも１つが集積した再成長界面が形成されると、ｐ 型領域と交差線を形成し、交差線で電荷リークを生じて、素子特性を著しく劣化させる。本発明の場合、最初からＩｎＰ窓層形成の終了まで、一貫してＭＯＶＰＥ法により成長するので、上記の再成長界面は形成されない。すなわち「窓層はＩｎＰからなり、拡散濃度分布調整層と該ＩｎＰ窓層との境界部に、｛酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）｝のうちの少なくとも１つが集積した再成長界面がない。」ことを特徴とする。
ＩｎＰ窓層とした場合、ＩｎＰはＩＩＩ−Ｖ族半導体積層体の全体を湿気等から保護するパッシベーション膜との特定の材料（シリコン酸化膜、シリコン窒化膜）との相性が非常に良好であり、パッシベーション膜／ＩｎＰ窓層の界面で生じる漏れ電流（暗電流の一要因）をなくすことができる。このためＩｎＰ窓層を採用することは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体による近赤外〜赤外域の受光素子では非常に蓋然性が高いといってよい。
【００１９】
（３）メサ型受光素子用のエピタキシャルウエハ：
上記の多重量子井戸の基板側に位置する第１導電型のＩＩＩ−Ｖ族半導体層と、多重量子井戸上に位置する第２導電型のＩＩＩ−Ｖ族半導体層とを備えるようにしてもよい。
本発明の上記不純物の濃度範囲の限定は、プレーナ型受光素子に限定されずメサ型受光素子にも用いることができる。プレーナ型受光素子の場合は、ｐｎ接合を形成するための選択拡散を後で行うので、（多重量子井戸／選択拡散濃度分布調整層／窓層）には、成膜中に意図的に不純物をドープすることはない。これに対して、メサ型受光素子用のエピタキシャルウエハでは、上記のように、多重量子井戸の下の層は第１導電型とし、上の層は第２導電型となるように不純物をドープする。この場合、多重量子井戸はノンドープ（ｉ型）とするので、ｐｉｎ型受光素子となるが、このような場合にも広義に解してｐｎ接合が形成されるという。
メサ型では、アレイ化された受光素子（画素）の各々は、メサ溝によって分離される。受光素子（画素）の単位面積当たりの個数（画素密度）は高くすることができるが、暗電流が高くなることをどのように抑えるが重要になる。
【００２０】
４．受光素子
上記のエピタキシャルウエハを用いて製造された受光素子は、暗電流が低く、良好な感度が確保されたものとなる。
【００２１】
５．エピタキシャルウエハの製造方法：
（１）本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板にエピタキシャルウエハを製造する方法であって、基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファ層を成長する工程と、バッファ層上にＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、構成元素にアンチモン（Ｓｂ）を含む多重量子井戸を成長する工程とを備え、多重量子井戸の成長工程では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によって、多重量子井戸に不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下となるように成長する。
（２）有機金属気相成長法は、基板のサイズに制約を受けにくく、能率よく結晶性の良好な半導体素子を形成するのに適している。本実施の形態におけるエピタキシャルウエハは有機金属気相成長法で成長する。有機金属気相成長法は、リン原料に無機材料のホスフィン（ＰＨ３）を用い、Ａｓ（砒素）の原料にアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。本発明では、通常の有機金属気相成長法を用いるが、とくに全有機金属気相成長法を用いてもよい。全有機金属気相成長法は、有機金属気相成長法のうちで、すべての成膜材料に有機金属ガスを用いる方法である。全有機金属気相成長法の形態の場合、リン原料にはホスフィン（ＰＨ３）の代わりにターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）を用いることができる。また、ヒ素原料にはアルシン（ＡｓＨ３）の代わりにターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）を用いることができる。有機金属気相成長法を用いることによって、再成長界面（酸素等のパイルアップ層）を含むことなく、多重量子井戸３の成長開始から、ＩｎＰ窓層の成長終了まで一貫して、同じ成長槽内で成長することができる。もちろん全有機金属気相成長法を用いてもよく、全有機金属気相成長法によれば、リンの原料にＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）を用いるため、無機原料のホスフィン（ＰＨ３）に比べて低温で分解するため低温成膜が可能になる。
有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によって、多重量子井戸中の、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計が５Ｅ１５ｃｍ−３以下となるように成長することで、暗電流が低く、かつ感度を確保できる受光素子が可能なエピタキシャルウエハを提供することができる。
【００２２】
（３）多重量子井戸の成長工程で、有機金属気相成長法に用いるアンチモンの原料に、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計の濃度が０．５ｐｐｍ以下の有機金属原料を用いるのがよい。
アンチモンの有機原料には上記不純物元素が取り込まれやすく、そのような純度の悪い有機原料を用いて成長を行うと、不純物が半導体層に取り込まれて、半導体層の純度悪化につながる。
よって、上記のように不純物濃度が低濃度に制御されたアンチモン原料を用いることで、上記のように、低い暗電流および感度が確保された受光素子を製造可能なエピタキシャルウエハを提供することができる。
【００２３】
[本願発明の実施の形態の詳細]
次に、本願発明の実施形態のエピタキシャルウエハ等の具体例を、図面を参照しながら説明する。なお、本願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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
図１は、本発明の実施の形態の詳細例におけるエピタキシャルウエハ１０を示す図であり、次の積層構造から構成される。
（ＩｎＰ基板１／バッファ層２（第１バッファ層２ａ／第２バッファ層２ｂ）／タイプ２の（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）多重量子井戸構造の受光層３／ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４／ＩｎＰ窓層５）
図２は、受光層３であるタイプ２の多重量子井戸の部分拡大図である。本実施の形態では、受光層３はタイプ２の（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）多重量子井戸で構成される。このあと説明するように、アンチモン（Ｓｂ）の原料には、暗電流を増大させる作用が強い不純物が比較的多く含まれる。アンチモン（Ｓｂ）を含む層は、第１の層３ａのＧａＡｓＳｂである。受光層３を構成するタイプ２の（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）多重量子井戸は、受光が生起する心臓部であり、この部位にＴｅ等のｎ型不純物がまだら（周期的）に混入することは、上記したように次の性能低下をもたらす。
（Ｄ１）これら不純物はｎ型キャリアであり、受光層のキャリア濃度が増大することで、暗電流成分である拡散電流、生成再結合電流を増加させる。
（Ｄ２）結晶構造の乱れを誘起して、暗電流を増大させる。
（Ｄ３）上記のように、不純物はｎ型キャリアであり、ｐｎ接合のｎ型領域に含まれることで、逆バイアス電圧の印加に対して空乏層の広がりを抑制する。この空乏層の広がり抑制は、受光可能領域の縮小を意味し、感度の低下をもたらす。
【００２４】
上記の性能低下を防ぐため、多重量子井戸３に不純物（構成元素ではない元素）として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の濃度の合計を５Ｅ１５ｃｍ−３以下とする。この５Ｅ１５ｃｍ−３以下という数値は、多重量子井戸３の中の平均的な値である。受光素子における性能低下をさらに確実に防ぐためには、上記の硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の濃度の合計が２．５Ｅ１５ｃｍ−３以下とするようにしてもよい。
アンチモン（Ｓｂ）原料には、不純物として、さらに、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）を高濃度に含む場合もある。このような場合を考慮して、これらシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）を前記不純物（Ｓ、ＳｅおよびＴｅ）に加えた濃度の合計を５Ｅ１５ｃｍ−３以下とするのがよい。すなわち、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計を５Ｅ１５ｃｍ−３以下とするのがよい。
上記不純物の微量の分析は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary  Ion  Mass  Spectroscopy）を用いて行うことにより、極微量（ｐｐｂ、ｐｐｔオーダー）の分析を精度よく行うことができる。
【００２５】
アンチモン（Ｓｂ）は、前記第１の層３ａであるＧａＡｓＳｂにのみ構成元素として含まれる。このＧａＡｓＳｂ３ａに不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の濃度合計を１Ｅ１６ｃｍ−３以下とするのがよい。一方、構成元素にＳｂを含まない第２の層３ｂであるＩｎＧａＡｓには、不純物として含まれる、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の濃度合計を１Ｅ１５ｃｍ−３以下とするのがよい。
これによってペアを組む層ごとに不純物濃度を管理することができるようになる。受光層３を構成するタイプ２の多重量子井戸の各層は、検出波長を調節するために、適宜設計することができる。この場合、多重量子井戸を平面的に見て、ＳＩＭＳにおけるイオン照射エネルギを極力絞って（Ｔｅの分布の周期性が認められる程度にまでイオン照射エネルギを絞る）、分析するのがよい。
【００２６】
図３は、図１のエピタキシャルウエハを用いて製作したプレーナ型受光素子５０を示す図である。タイプ２の多重量子井戸（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）中の不純物については、上記のように限定されている。図３に示す各部位の作用については、このあと詳しく説明するが、各部位のドーピングについては、次のとおりである。ＩｎＰ基板１はノンドープとしてもよい。しかし鉄（Ｆｅ）をドープして半絶縁性とすることで、近赤外域の短波長側の透明性を向上させることができるので、Ｆｅドープとするのがよい。また、ＩｎＰ基板１にｎ側電極をオーミック接触させる場合は、硫黄（Ｓ）等のｎ型不純物をドープしてもよい。図３は、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１の場合を示している。
【００２７】
バッファ層２は、ＩｎＰ第１バッファ層２ａ／ＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂ、の複合層から形成されている。しかし単一層たとえばＩｎＰやＩｎＧａＡｓ単一層で形成してもよい。複合バッファ層とするときは、ＩｎＰ第１バッファ層２ａには、高濃度たとえば１Ｅ１８ｃｍ−３のシリコン（Ｓｉ）をドープし、厚み３０ｎｍ（０．０３μｍ）程度とするのがよい。また、ＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂには、それより低濃度たとえば１Ｅ１７ｃｍ−３のＳｉをドープし、厚み３００ｎｍ（０．３μｍ）と厚くするのがよい。図３に示す受光素子５０では、ＩｎＰ第１バッファ層２ａにはグランド電極１２がオーミック接触している。ＩｎＰ第１バッファ層２ａの厚みは、ＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂの厚みの１／５以下であり、本実施の形態の場合１／１０である。ただし、半絶縁性のＩｎＰ基板を用いる場合は、ＩｎＰ第１バッファ層２ａの抵抗を低減するために、厚み２００ｎｍと厚くするのが良い。バッファ層２について、ＩｎＰ基板１に接する側をＩｎＰ第１バッファ層２ａとし、その上の第２バッファ層２ｂを多重量子井戸側の層の第２の層ＩｎＧａＡｓ３ｂと同じ材料とすることで、バッファ層２からタイプ２の多重量子井戸３へと良好な結晶性を確保することが容易になる。さらにＩｎＰ第１バッファ層２ａのｎ型ドーパント濃度を高くすることで、グランド電極１２をＩｎＰ第１バッファ層２ａにオーミック接触させやすくなる。また、ＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂのｎ型不純物濃度を低くして、厚みを厚くしたのは、ＩｎＰ基板１側からの格子不整合を遮断して、タイプ２の多重量子井戸３の結晶性を良好にするためである。
【００２８】
画素Ｐの主要部は、ｐ型領域６によって形成されている。このｐ型領域は、選択拡散マスクパターン３６の開口部のＩｎＰ窓層５の表面からｐ型不純物の亜鉛（Ｚｎ）を選択拡散することで形成される。隣の画素Ｐとは、選択拡散されていない領域によって隔てられて独立性が確保されている。各画素Ｐのｐ型領域６の先端にはｐｎ接合１５もしくはｐｉ接合１５が形成されている。グランド電極側も含めて広範囲にみればｐｉｎ接合が形成されているといってもよい。
受光層３は、不純物を添加せずイントリンシック（intrinsic：真性）にするために不純物は添加しないでｉ型とすることを意図するが、上記のアンチモン原料起因の理由、またはその他の把握されていない理由によって、ｎ型不純物が低濃度で含有される。本実施の形態では、上記のように、暗電流の増大等をもたらすＴｅ等の不純物を、上記のレベルに低減して、低い暗電流、および良好な感度確保を得ることができる。
【００２９】
プレーナ型受光素子の製作手順にしたがって、エピタキシャルウエハ１０のＩｎＰ窓層５から不純物を選択拡散する場合、多重量子井戸の結晶構造が不純物に対して脆弱であるという問題がある。比較的低い濃度の不純物に対しても結晶性が劣化して暗電流が大きく増大する。このため、ｐｎ接合１５を形成するとき、窓層５から導入する不純物の範囲は、受光層３内の上部までにするか、または拡散濃度分布調整層４内にとどめるかして、多重量子井戸３内の濃度を厳格に低く制御しなければならない。
【００３０】
この問題を解決するために、拡散濃度分布調整層４が、タイプ２多重量子井戸構造の受光層３と、ＩｎＰ窓層５との間に配置される。選択拡散されたｐ型不純物は、ＩｎＰ窓層５内では画素電極１１とオーミック接触する必要があり高濃度に分布させる。しかし、Ｚｎの濃度は拡散濃度分布調整層４内においてステップ状に急低下させる必要がある。ステップ状に急低下させて、拡散濃度分布調整層４内における反対導電型（ｎ型）不純物のバックグランド濃度に交差させるか、またはタイプ２多重量子井戸３内の上部で多重量子井戸３内のｎ型不純物のバックグランド濃度に交差させる。このｎ型キャリアのバックグランド濃度との交差点（面）が、ｐｎ接合１５を構成する。拡散濃度分布調整層４に用いられるＩｎＧａＡｓは、窓層５を形成するＩｎＰに比べて、Ｚｎの拡散速度を遅くするので、当該ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４に、Ｚｎ濃度分布の急峻に低下する部分を配置成しやすい。
【００３１】
受光素子５０を製造するとき、上記のＩＩＩ−Ｖ族半導体を積層してエピタキシャルウエハを形成した後、そのエピタキシャルウエハのＩｎＰ窓層５に選択拡散マスクパターン３６を配置して、Ｚｎを選択拡散してｐ型領域６、すなわちｐｎ接合１５を形成する。画素電極１１およびグランド電極１２も、エピタキシャルウエハの状態において形成する。受光素子（チップ）５０ごとにパッケージする段階になって、エピタキシャルウエハは、各受光素子（チップ）５０ごとに個片化される。基板裏面入射に対して光の反射を防止して量子効率もしくは感度を向上させるために、反射防止膜（ＡＲ：Anti-Reflection）３５が基板裏面に配置される。
【００３２】
図４は、受光素子５０の受光の状態を示す図である。ｐｎ接合１５に対して、画素電極１１および共通のグランド電極１２によって逆バイアス電圧を印加すると、画素Ｐごとに空乏層Ｓが受光層３に拡大する。ある画素Ｐの空乏層Ｓに光が入射され受光されると電子・正孔ペアが生成し、正孔は画素電極１１にドリフトし、電子はグランド電極１２へとドリフトする。画素電極１１に蓄積された電荷を一定の時間ピッチで読み出し、画素にわたって受光信号の強度分布を作成することで画像を得ることができる。この場合、ｐｎ接合１５に対する逆バイアス電圧は、グランド電極１２／ＩｎＰ第１バッファ層２ａと、画素電極１１との間に加えられる。グランド電極１２とＩｎＰ第１バッファ層２ａとはオーミック接触していることが必要であり、したがってＩｎＰ第１バッファ層２ａは、ｎ型不純物を高濃度に含むことになる。しかし、ＩｎＰ基板１は、導電性である必要はなく、それぞれの役割に応じて最適な不純物を含むことができるし、またノンドープであってもよい。
【００３３】
硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）は、ｎ型不純物であり、これらｎ型不純物の濃度合計が高い場合、同じ逆バイアス電圧に対してｐｎ接合１５からｎ導電側に拡がる空乏層Ｓの拡がりが小さくなる。空乏層Ｓが小さい空間しか占めないということは、受光が起きる場所が狭いことを意味し、受光感度を低下することになる。
上記のように、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等の不純物の濃度を低濃度に制御することで、同じ逆バイアス電圧下で、空乏層Ｓのｎ型領域への広がりは大きくなる。この結果、不純物起因の受光感度の低下を避けることができる。
【００３４】
次に、エピタキシャルウエハ１０の製造方法について説明する。本実施の形態におけるポイントを最初に説明する。上記のエピタキシャルウエハ１０は、図５に示すように、通常の有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により製造することができる。すなわち市販のＭＯＶＰＥ成長装置６０を用いて、製造することができる。反応室（チャンバ）６３内に石英管６５が配置され、その石英管６５に、原料ガスが導入される。石英管６５中には、基板テーブル６６が、回転自在に、かつ気密性を保つように配置される。基板テーブル６６には、基板加熱用のヒータ６６ｈが設けられる。成膜途中のエピタキシャルウエハ１の表面の温度は、反応室６３の天井部に設けられたウィンドウ６９を通して、赤外線温度モニタ装置６１によりモニタされる。このモニタされる温度が、成長するときの温度、または成膜温度もしくは基板温度等と呼ばれる温度である。
受光層３を構成するタイプ２の多重量子井戸の成長に、有機金属気相成長法で常用されている原料ガス、とくに常用されているアンチモン原料ガス、たとえばＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ、ＴＩＰＳｂ、ＴＤＭＡＳｂ、ＴＴＢＳｂ等を用いると、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等の不純物を、比較的高濃度に含むことがある。この結果、上記の理由により、暗電流の増大および感度の低下を招くことがある。
【００３５】
本発明者らは、暗電流を抑制し、感度を確保することを目的に研究を続けていたが、ある時、偶然に、多重量子井戸（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）３にＴｅ等が比較的高濃度に含まれることに気づいた。図６に、図１に示すエピタキシャルウエハ１０を、ＭＯＶＰＥにより成長した後、不純物濃度を、ＳＩＭＳにより測定した結果を示す。アンチモン原料にはＴＭＳｂを用いている。多重量子井戸（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）３の中に限って、Ｔｅが高濃度（７Ｅ１４ｃｍ−３程度）に含まれていることが分かる。他の部位ではＳｂは含まれず、多重量子井戸（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）３にのみＳｂが含まれる。このため、このＴｅはアンチモン原料に由来すると考えられる。実際、このあと実施例で示すように、Ｓｂ原料中にＴｅが不純物として高濃度に含まれていることがあり、図６の製作においても、そのようなアンチモン原料を用いたことが原因とおもわれる。本発明者らは、このアンチモン原料に起因するＴｅ等の要因を除いた受光素子を製作することで、暗電流および感度が改善されることを確認し、本発明に到達した。なお、図６において、ＡｓおよびＰに付されたマーク（右向き矢印）は、これら元素の目盛が図の右側の縦軸に記された目盛（２次イオン強度（counts/sec））に従うことを示している。また、ＩｎＰ窓層５および、バッファ層２においてＴｅが高濃度であるように見えるが、これはＩｎＰ窓層５および、バッファ層２中のＴｅの測定は、ドーパントＳｉの影響を受けるためであり、実際に、ＩｎＰ窓層５および、バッファ層２にＴｅが混入しているわけではない。
【００３６】
図５によって、本実施の形態のエピタキシャルウエハ１０の製造方法を説明する。まずウエットエッチング等により、表層の残留応力を除去しかつ所定の平坦化を実現したＳドープｎ型ＩｎＰ基板１を準備し、基板テーブルに配置して、バッファ層２を成長する。バッファ層２は、第１バッファ層２ａとしてＩｎＰを厚み３ｎｍ以上６０ｎｍ以下の範囲、たとえば３０ｎｍ程度で成長する。原料ガスは、ＩｎにはＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）もしくはＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）を用いる。またＰの原料にはホスフィン（ＰＨ３）を用いる。ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）を用いてもよい。これら有機金属ガス原料は、分子量が大きいために不安定であり、成膜温度（成長温度）を５２５℃以下の低温、たとえば４５０℃〜４９５℃の範囲の低温にしても容易に分解してＩｎＰ基板１表面にＩｎＰ第１バッファ層２ａをエピタキシャル成長する。
【００３７】
このＩｎＰ第１バッファ層２ａを成長するとき、ｎ型不純物、たとえばＳｉを１Ｅ１８ｃｍ−３程度の高濃度にドープする。Ｓｉのドーピングにはテトラエチルシラン（ＴｅＥＳｉ）、テトラメチルシラン（ＴｅＭＳｉ）などを用いるのがよい。上記のようにＩｎＰ基板１の表面は基板エピ界面を構成し、酸素、炭素が高濃度に残留している。このようなＩｎＰ基板１表面に高濃度にＳｉを含むＩｎＰ第１バッファ層２ａをエピタキシャル成長することで、酸素（酸化物）などの付着物の悪影響を抑制することができる。付着物は、多重量子井戸の結晶性を低下させ、かつ多重量子井戸の各層の界面の平坦性を劣化させる。高濃度にドーパントを含む第１バッファ層２ａが、どのような機構で悪影響を除くのか不明であるが、多重量子井戸３の界面が平坦化されることが効いている可能性が高い。さらに、上記したように、第１バッファ層２ａの材料は、ＩｎＰ基板１と同じＩｎＰ層であるため良好なエピタキシャル成長が可能になると考えられる。
【００３８】
次いでＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂを厚み１５０ｎｍ以上たとえば３００ｎｍ程度となるように成長する。Ｇａ（ガリウム）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の原料としては、上記したＴＭＩｎまたはＴＥＩｎを用いる。Ａｓ（砒素）の原料としては、アルシン（ＡｓＨ３）でもよいし、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。ｎ型不純物をドープする場合は、ＩｎＰ第１バッファ層２ａと同じ不純物を用いてｎ型キャリア濃度を３Ｅ１７ｃｍ−３程度とするのがよい。これにより受光層３を構成するタイプ２の（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸のペアの一方と同じ材料のＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂをエピタキシャル成長することができる。このＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂは、多重量子井戸構造の一方のペアと材料が共通するので下地層として機能して、多重量子井戸構造において良好な結晶性を実現することができる。
【００３９】
バッファ層２のＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂの成長に続いて、タイプ２の（ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓＳｂ）多重量子井戸の受光層３を成長する。このとき、アンチモン原料の不純物濃度をチェックしなければならない。多重量子井戸の成長に用いるアンチモンの原料に、ＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ、ＴＩＰＳｂ、ＴＤＭＡＳｂ、ＴＴＢＳｂ等を用い、この原料中の、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の合計の濃度が０．５ｐｐｍ以下であるものを用いるのがよい。これによって、多重量子井戸３において、少なくとも硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の濃度合計を５Ｅ１５ｃｍ−３以下とすることができる。また、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびスズ（Ｓｎ）の濃度合計を５Ｅ１５ｃｍ−３以下とすることができる。
【００４０】
多重量子井戸３の成長開始から、ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層４およびＩｎＰ窓層５の成長終了まで、有機金属気相成長法によって一貫して同じ成長室で成長するのがよい。この結果、再成長界面を含むことがなく、酸素および炭素の高濃度の残留が生じる界面は生じない。この結果、再成長層起因の暗電流の増大を避けることが可能になる。このとき、成長温度または基板温度は、温度４００℃以上かつ５２５℃以下の範囲に維持するのがよい。この温度範囲より高い成長温度にすると、受光層３中のＧａＡｓＳｂが熱のダメージを受けて相分離を生じるからである。４００℃未満の成長温度とすると、全有機金属気相成長法の原料ガスが十分に分解せず、炭素がエピタキシャル層に取り込まれる。原料ガスにおいて金属と結合している炭化水素の炭素である。炭素がエピタキシャル層に混入すると、意図しないｐ型領域が形成され、半導体素子にまで仕上げた状態で、性能劣化を生じる。たとえば受光素子の状態で、暗電流が多く、実用レベルの製品にならない。
【００４１】
エピタキシャルウエハ１０を製造した後、上記の選択拡散によるＺｎの導入を行って、隣の画素とは選択拡散されていない領域で隔てられた画素Ｐを形成する。このあと、画素電極１１となるｐ側電極、および各画素に共通のグランド電極１２となるｎ側電極を形成する。グランド電極１２の形成では、エピタキシャルウエハ１０の所定の辺縁部において多重量子井戸３をエッチングによって除去してバッファ層２を露出させる。このあと開口部がグランド電極１２の平面的な位置となるレジストマスクパターンを形成し、上記の、リン酸（８５％）：過酸化水素水（３０％）：水＝１：１：４、のエッチャントで、ＩｎＧａＡｓ第２バッファ層２ｂをエッチングで除去する。すなわち、ＩｎＧａＡｓをエッチングしてＩｎＰはエッチストップ層として機能させる。このように、第１バッファ層２ａ／第２バッファ層２ｂがＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、の場合、リン酸（８５％）：過酸化水素水（３０％）：水＝１：１：４、のエッチャントを用いる。これによって、確実に第１バッファ層ＩｎＰの表面を露出でき、ｎ側電極をＩｎＰ第１バッファ層にオーミック接触させることが容易になる。ｎ側電極１２にはＡｕＧｅＮｉなど用い、ｐ側の画素電極にはＡｕＺｎなどを用いることができる。
【実施例】
【００４２】
本発明の効果を検証するために行った実施例を説明する。（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）多重量子井戸のＧａＡｓＳｂの成長のために、不純物濃度が異なる、アンチモン原料ＴＭＳｂを５種類用意した。表１は、このあと説明する試験体Ａ３および試験体Ａ５の製作に用いたＴＭＳｂ中の各種不純物の濃度を示す表である。不純物濃度はＩＣＰ発光分光分析（ＩＣＰ−ＯＥＳ）によって測定している。試験体Ａ５は、不純物が最も低いアンチモン原料であり、どの不純物も検出限度未満の濃度である。一方、試験体Ａ３のアンチモン原料中には、明確にＴｅが残留しており、多重量子井戸中に混入して影響を及ぼすおそれがある。
【００４３】
【表１】
2015082573.tif 000003
【００４４】
本実施例では、図１に示すエピタキシャルウエハ１０を５体作製し、これらのエピタキシャルウエハから図３に示す受光素子をそれぞれ製作した。エピタキシャルウエハ１０におけるタイプ２の（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）多重量子井戸３の成長にあたり、上記不純物濃度が異なるアンチモン原料ＴＭＳｂ５種類を用いて、不純物濃度が異なる多重量子井戸を含む受光素子を５体製作した。それらが試験体Ａ１〜Ａ５である。これら試験体を製作するときのアンチモン原料ＴＭＳｂ中の、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計の濃度は、０．０１（ｐｐｍ）未満〜０．７（ｐｐｍ）の範囲である。また、これら試験体の多重量子井戸中の硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）の合計の濃度（ｃｍ−３）は、２Ｅ１４（ｃｍ−３）〜２Ｅ１６（ｃｍ−３）の範囲である。試験体Ａ３の場合、Ｓ、ＳｅおよびＴｅの合計は、ほとんでＴｅで占められている。
これら５つの試験体について、暗電流および感度（波長２μｍ）の評価を行って、本発明の効果を検証した。結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
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【００４６】
本発明の比較例である試験体Ａ１は、多重量子井戸中のＳ、ＳｅおよびＴｅの合計濃度が２Ｅ１６ｃｍ−３と非常に高い。このため暗電流および感度ともに実用レベルに到達せず、評価は不可であった。一方、試験体Ａ２のように多重量子井戸中の上記濃度が５Ｅ１５ｃｍ−３と許容下限の場合、暗電流および感度は実用化レベルに達しており可の評価になった。これらに対して、多重量子井戸中のＳ、ＳｅおよびＴｅの合計濃度が２．５Ｅ１５ｃｍ−３以下の試験体Ａ３〜Ａ５では、暗電流は低く、１ランク向上する結果が得られた。また、感度について、上記の不純物濃度が、試験体Ａ４程度に低くなると、良好の結果が得られた。試験体Ａ５の場合、表１に示した非常に低い不純物濃度を反映して、多重量子井戸中の上記の不純物合計濃度は、試験体Ａ３に比べて約１オーダー低い。これを反映して、暗電流も良好であるが、とくに感度において非常に良好な結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、受光層を構成するタイプ２の（ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＧａＡｓ）多重量子井戸をＭＯＶＰＥ法で成長するに際し、アンチモン原料ガスの不純物Ｔｅ等の濃度を低減することで、低暗電流、良好感度の受光素子が可能なエピタキシャルウエハを提供することができる。これによって、とくに近赤外〜赤外域において高質の分析、撮像を得ることに貢献することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  ＩｎＰ基板、２  バッファ層、２ａ  第１バッファ層、２ｂ  第２バッファ層、３  タイプ２多重量子井戸構造の受光層、３ａ  第１の層（ＧａＡｓＳｂ）、３ｂ  第２の層（ＩｎＧａＡｓ）、４  ＩｎＧａＡｓ拡散濃度分布調整層、５  ＩｎＰ窓層、６  ｐ型領域、１０  エピタキシャルウエハ、１１  ｐ側電極（画素電極）、１２  グランド電極（ｎ側電極）、１５  ｐｎ接合、３５  ＡＲ（反射防止）膜、３６  選択拡散マスクパターン、５０  受光素子（受光素子アレイ）、６０  成長装置、６１  赤外線温度モニタ装置、６３  反応室、６５  石英管、６６  基板テーブル、６６ｈ  ヒータ、６９  反応室の窓、Ｐ  画素、Ｓ  空乏層。
【図１】
2015082573.tif 000005
【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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