(57)【要約】【課題】受光素子用エピタキシャルウェーハにおいて、Ｌ−Ｂａｎｄ用ＩｎＧａＡｓ受光層との優れた格子整合性を有して暗電流を低減でき、かつ入射光の透過率も十分な窓層を有するようにする。【解決手段】この発明は、受光層３と、該層３に接する窓層４とを備える受光素子用エピタキシャルウェーハ１０において、窓層４がＩｎＡｓyＰ(1-y)（０＜ｙ≦１）からなる、ことを特徴としている。【選択図】  図１
2004200554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光層と、該層に接する窓層とを備える受光素子用エピタキシャルウェーハにおいて、
上記窓層がＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）からなる、
ことを特徴とする受光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項２】
上記受光層は、ＩｎリッチのＬバンド用ＩｎＧａＡｓからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の受光素子用エピタキシャルウェーハ。
【請求項３】
受光層の上に、該層に接して窓層を形成する受光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法において、
上記窓層をＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）からなる層とする、
ことを特徴とする受光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
上記窓層を成長させる際に、Ａｓ原料ガス（濃度１００％）の希釈倍率ｘと、ＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）の組成ｙとが、ｘ≦−９９ｙ2＋１００（０≦ｙ≦１）の関係式を満たすように制御する、ことを特徴とする請求項３に記載の受光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
受光層と、該層に接する窓層とを備える受光素子において、
上記窓層がＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）からなる、
ことを特徴とする受光素子。
【請求項６】
上記受光層は、ＩｎリッチのＬバンド用ＩｎＧａＡｓからなる、ことを特徴とする請求項５に記載の受光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、受光層と、該層に接する窓層とを備える受光素子用エピタキシャルウェーハ、その製造方法及び受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長が１．０μｍ以上の長波長の光を用いる光通信での受光素子は、ＩｎＧａＡｓ層を受光層としたものが主流となっている。この受光素子用のエピタキシャルウェーハは、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）や気相エピタキシー法（ＶＰＥ法）で製造されている。
【０００３】
この受光素子用のエピタキシャルウェーハは、典型的な例としてＩｎＰ基板上に順にＩｎＰバッファー層、ＩｎＧａＡｓ受光層、そしてＩｎＰ窓層が積層されて構成されている。この構成の下で、ＩｎＰ窓層は１．０〜１．６μｍの波長帯の光を良好な透過率で受光層まで透過させ、ＩｎＧａＡｓ受光層は、その窓層経由の光を吸収し、その光を光電流に変換する。
【０００４】
このように、受光素子は光が入射された際に光電流が発生し流れることにより、光を電気信号に変換する。したがって、理想的には光が入射する前は光電流が流れないはずであるが、エピタキシャルウェーハの材料や、素子構造、製造工程等に起因して微量の光電流が発生する。これを暗電流と呼んでおり、出来る限り暗電流を低減させることが必要であり、特にＭＯＣＶＤ法により成長させたエピタキシャルウェーハではこの暗電流特性の改善が重要なテーマとなっている。
【０００５】
材料起因の暗電流を低減させるため、ＩｎＧａＡｓ受光層自身の結晶性を向上させることが検討されている。この結晶性向上のためには一般に、▲１▼エピタキシャル層で発生する結晶欠陥密度を下げるために成長温度を最適化する方法や、▲２▼エピタキシャル層に混入する不純物濃度を改善する方法がとられている（文献「生体・環境計測へ向けた近赤外光センシング技術」株式会社サイエンスフォーラム、１９９９年３月１９日第一版、竹本菊郎他）。
【０００６】
一方、光通信分野において主流の波長域は、Ｃ−Ｂａｎｄと呼ばれている領域であり、波長としては、１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍであるが、通信容量の増大化に対応するために、新たな波長領域を利用することが考えられている。候補の一つとしては、波長域が１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍのＬ−Ｂａｎｄと呼ばれている領域が挙げられる。
【０００７】
そして、このＬ−Ｂａｎｄの波長域を光通信で使用する際には、新たな受光素子が必要となるため、目下研究が進められており、従来のＣ−Ｂａｎｄに用いられるＩｎＧａＡｓよりもＩｎ−ｒｉｃｈ（リッチ）側に組成をずらしたＩｎＧａＡｓ層を受光層とする必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｃ−Ｂａｎｄの受光素子用エピタキシャルウェーハに用いられるＩｎＧａＡｓの組成は、窓層のＩｎＰに格子整合しているが、Ｌ−Ｂａｎｄの受光素子用エピタキシャルウェーハに用いられるＩｎＧａＡｓの組成は、窓層のＩｎＰとの格子不整合が発生してしまう。従来通りの構造ではＩｎＰ窓層に大きな歪みが生じ、表面にクロスハッチが発生してしまう。このクロスハッチは結晶欠陥であるため、受光素子にとって重要な暗電流発生の大きな要因の一つとなるという問題が生じる。
【０００９】
また窓層は入射してくる光に対して透明でなくてはならないため、材料の選定も重要となる。
【００１０】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、Ｌ−Ｂａｎｄ用ＩｎＧａＡｓ受光層との優れた格子整合性を有して暗電流を低減でき、かつ入射光の透過率も十分な窓層を有する受光素子用エピタキシャルウェーハ、その製造方法及び受光素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、上記目的を達成するために、次の構成からなるものである。
【００１２】
（１）受光層と、該層に接する窓層とを備える受光素子用エピタキシャルウェーハにおいて、上記窓層がＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）からなる、ことを特徴とする受光素子用エピタキシャルウェーハ。
【００１３】
（２）上記受光層は、ＩｎリッチのＬバンド用ＩｎＧａＡｓからなる、ことを特徴とする上記（１）に記載の受光素子用エピタキシャルウェーハ。
【００１４】
（３）受光層の上に、該層に接して窓層を形成する受光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法において、上記窓層をＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）からなる層とする、ことを特徴とする受光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【００１５】
（４）上記窓層を成長させる際に、Ａｓ原料ガス（濃度１００％）の希釈倍率ｘと、ＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）の組成ｙとが、ｘ≦−９９ｙ2＋１００（０≦ｙ≦１）の関係式を満たすように制御する、ことを特徴とする上記（３）に記載の受光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【００１６】
（５）受光層と、該層に接する窓層とを備える受光素子において、上記窓層がＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）からなる、ことを特徴とする受光素子。
【００１７】
（６）上記受光層は、ＩｎリッチのＬバンド用ＩｎＧａＡｓからなる、ことを特徴とする上記（５）に記載の受光素子。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１はこの発明の受光素子用エピタキシャルウェーハの断面構造を模式的に示す図である。図において、受光素子用エピタキシャルウェーハ１０は波長域が１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍのＬ−Ｂａｎｄ用の受光素子であり、ＩｎＰからなる基板１上に、ＩｎＰからなるバッファー層２、ＩｎリッチのＩｎＧａＡｓからなる受光層３、ＩｎＡｓＰからなる窓層４を順次積層して構成されている。
【００２０】
各層１〜４はすべてｎ型半導体であり、その膜厚等は概略次の通りである。すなわち、ＩｎＰバッファー層２については、膜厚０．１〜１０μｍ、キャリア濃度は５×１０13〜８×１０18個／ｃｍ3である。
【００２１】
ＩｎＧａＡｓ受光層３については、膜厚０．１〜１０μｍであり、キャリア濃度は１×１０14〜５×１０17個／ｃｍ3、格子不整合度は０〜１．５×１０-2である。ここで格子不整合度は、ＩｎＰバッファ層２の格子定数をａ、ＩｎＧａＡｓ受光層３の格子定数をｂとすると、（ｂ−ａ）／ａで表される。
【００２２】
ＩｎＡｓＰ窓層４の膜厚は１〜５μｍであり、キャリア濃度は５×１０13〜８×１０18個／ｃｍ3である。ドーパントしては層中でｎ型を示すＳ（硫黄）、Ｓｎ（錫）、Ｓｉ（珪素）などが使用できる。
【００２３】
本発明において用いられる原材料は、一般的な有機金属およびハイドライドガスが利用でき、例えば、有機金属ではＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ハイドライドガスではＰＨ3（ホスフィン）、ＡｓＨ3（アルシン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）を挙げることができる。有機金属は水素をキャリアーガスとして飽和蒸気を使うことで反応管へ供給する。
【００２４】
エピタキシャルウェーハ１０は、ＭＯＣＶＤ法やＶＰＥ法、ＭＢＥ法等で製造することができる。ＭＯＣＶＤ法で製造した場合、反応温度は４５０〜７５０℃の範囲であり、反応管圧力は約１３〜１０１３ｈＰａである。
【００２５】
そして、この発明の実施形態では、ＩｎリッチのＩｎＧａＡｓ受光層３上にＩｎＡｓＰ窓層４を成長することにより、入射光の透過率を保ったまま、ＩｎＡｓＰ窓層４表面の格子不整合から生じるクロスハッチを低減でき、暗電流を低減することができる。
【００２６】
また、この発明の実施形態では、ＩｎＡｓyＰ(1-y)窓層を成長させる際に、Ａｓ原料ガス（濃度１００％）の希釈倍率ｘと、ＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）のＡｓ組成ｙとが、ｘ≦−９９ｙ2＋１００（０≦ｙ≦１）の関係を満たすように、希釈倍率ｘとＡｓ組成ｙとを制御し、例えば所望のＡｓ組成ｙに応じて希釈倍率ｘを設定し、その希釈倍率ｘでＡｓ原料ガスを供給するので、上記の受光層との良好な格子整合性および高透過率を有する窓層の形成を確実に行うことができる。
【００２７】
次に、より具体的な実施例を挙げて説明する。
この実施例では、窓層表面のクロスハッチ状態を観察するために、ＩｎＧａＡｓ受光層３上に成長する窓層４の組成や原料供給条件を変化させて３水準の成長を行った。
【００２８】
水準ＡはＩｎリッチのＩｎＧａＡｓ受光層の成長終了後、従来のＩｎＰからなる窓層を成長させて製造したエピタキシャルウェーハである。
【００２９】
水準ＢはＩｎリッチのＩｎＧａＡｓ受光層の成長終了後、ＩｎＡｓＰからなる窓層を成長させて形成したエピタキシャルウェーハである。ＩｎＡｓＰ窓層の成長の際にはＴＭＩｎ、ＡｓＨ3、およびＰＨ3を供給している。供給するＡｓＨ3は濃度１００％のものを使用した。
【００３０】
水準ＣはＩｎリッチのＩｎＧａＡｓ受光層の成長終了後、ＩｎＡｓＰからなる窓層を成長させて形成したエピタキシャルウェーハである。ＩｎＡｓＰ窓層の成長の際には、上記の水準Ｂと同様に、ＴＭＩｎ、ＡｓＨ3、およびＰＨ3を供給しているが、この水準Ｃでは供給するＡｓＨ3は濃度１００％のものを希釈倍率１０で希釈したｄ−ＡｓＨ3を使用した。希釈のためのガスにはＨ2を用いた。上記３水準Ａ，Ｂ，Ｃの試料（エピタキシャルウェーハ）の測定結果を図２〜図５に示す。
【００３１】
図２、図３および図４はそれぞれ水準Ａ、ＢおよびＣの試料の表面写真である。写真の倍率は６０倍である。撮影ウェーハ位置はウェーハ中心である。これらの写真からわかるように、水準Ａでは非常に細かいクロスハッチが発生しており、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ格子不整合によると考えられる。水準Ｂでは、水準Ａに比べ、クロスハッチが少なくなっていることが分かる。このクロスハッチの低減は窓層をＩｎＡｓＰとしたことによる格子不整合の減少によるものである。しかし、濃度１００％のＡｓＨ3を使用しているため、組成の制御が最適でないことによるクロスハッチの発生が見られる。水準Ｃでは希釈したＡｓＨ3を使用しているため、Ａｓ組成の制御性が向上し、ＩｎＧａＡｓ受光層への格子整合が図られ、クロスハッチはほとんど見られていない。
【００３２】
図５は水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られた各試料の暗電流測定値を示すグラフである。縦軸は暗電流であり、単位はｐＡ（ピコアンペア）である。この図から分かるように暗電流は水準Ａが最も大きく、ついで水準Ｂ、水準Ｃと順に小さくなっており、本発明に係る水準Ｂ，Ｃにおいて暗電流は改善され、特に水準Ｃで大幅な改善が見られる。これは上記の格子不整合の減少によるものである。
【００３３】
次に、ＩｎＡｓＰ窓層の成長時に供給するＡｓ原料ガスの希釈倍率を変化させて、ＩｎＡｓＰ窓層の成長を行なった。すなわち、ＩｎＡｓyＰ(1-y)窓層のＡｓ組成ｙに対して、窓層の表面状態が良好でクロスハッチ低減が可能となる、Ａｓ原料ガスの希釈倍率ｘを実験的に求めた。Ａｓ原料ガスにはＡｓＨ3を、Ｐ原料ガスにはＰＨ3を用いた。その結果を図６に示す。
【００３４】
図６はＩｎＡｓyＰ(1-y)窓層の組成ｙと、ＩｎＡｓＰ窓層成長時に供給するＡｓ原料ガスとしてのＡｓＨ3の希釈倍率ｘとの関係を示すグラフである。ＩｎＡｓyＰ(1-y)のＡｓ組成ｙと、希釈倍率ｘとの間でｘ≦−９９ｙ2＋１００（０≦ｙ≦１）の関係を満たせば、すなわち図６において、曲線Ｍを上限としてその下方の領域であれば、良好な表面状態が得られクロスハッチ低減が可能となることが分かった。
【００３５】
このように、ＩｎＡｓＰ窓層の成長時に、Ａｓ原料ガス（ＡｓＨ3）を希釈して供給することにより、ＰＨ3とＡｓＨ3の分解効率の違いから生じるＩｎＧａＡｓ受光層とＩｎＡｓＰ窓層との格子不整合を緩和でき、良好な表面状態を得てクロスハッチを低減することができた。そして、これにより結晶欠陥に起因する暗電流を大幅に低減することができた。また、結晶状態が良好であることから、窓層として必要な、入射光に対する高透過率も十分に達成することができた。
【００３６】
なお、上記の説明では、本発明を受光素子用エピタキシャルウェーハに適用するようにしたが、本発明はそのエピタキシャルウェーハから切り出される受光素子にも同様に適用されるものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明では、受光素子用エピタキシャルウェーハを製造する際に、受光層上の窓層をＩｎＡｓＰで形成するようにしたので、受光層を例えばＩｎリッチなＩｎＧａＡｓで形成しても、その受光層との間の格子整合を良好に保つことができ、クロスハッチの発生も防止することができる。したがって、受光素子の暗電流を大幅に低減することができる。また、窓層として必要な入射光に対する高い透過率も十分に確保することができる。すなわち、暗電流の小さい高品質なＬ−Ｂａｎｄ用の受光素子用エピタキシャルウェーハおよび受光素子を製造することができる。
【００３８】
また、ＩｎＡｓyＰ(1-y)窓層を成長させる際に、Ａｓ原料ガス（濃度１００％）の希釈倍率ｘと、ＩｎＡｓyＰ(1-y)（０≦ｙ≦１）のＡｓ組成ｙとが、所定のの関係を満たすように、希釈倍率ｘとＡｓ組成ｙとを制御し、例えば所望のＡｓ組成ｙに応じて希釈倍率ｘを設定し、その希釈倍率ｘでＡｓ原料ガスを供給するので、上記の受光層との優れた格子整合性および高透過率を有する窓層の形成を確実に行うことができる。したがって、暗電流の小さい高品質なＬ−Ｂａｎｄ用の受光素子用エピタキシャルウェーハおよび受光素子の製造をより確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の受光素子用エピタキシャルウェーハの断面構造を模式的に示す図である。
【図２】水準Ａの試料の表面写真である。
【図３】水準Ｂの試料の表面写真である。
【図４】水準Ｃの試料の表面写真である。
【図５】水準Ａ，Ｂ，Ｃで得られた各試料の暗電流測定値を示すグラフである。
【図６】ＩｎＡｓyＰ(1-y)窓層の組成ｙと、ＩｎＡｓＰ窓層成長時に供給するＡｓ原料ガスとしてのＡｓＨ3の希釈倍率ｘとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１      ＩｎＰ基板
２      ＩｎＰバッファー層
３      ＩｎＧａＡｓ受光層
４      ＩｎＡｓＰ窓層
１０      エピタキシャルウェーハ
【図１】
2004200554.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004200554.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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