(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板と格子定数が異なり、光吸収で光パワーを光電流に変換し、膜厚２．５〜３μｍを有する光吸収層と、
前記基板と前記光吸収層との間に、膜厚０．１μｍの１５層で形成され、格子定数が前記基板の格子定数から前記光吸収層の格子定数まで徐々に変化させるステップ層と、
このステップ層と前記光吸収層との間に、格子定数が光吸収層の格子定数の近辺に、膜厚２μｍで形成するバッファ層と、
光吸収層の上部に膜厚０．２μｍで形成される窓層と
を備えたことを特徴とするフォトダイオード。
【請求項２】
バッファ層の格子ずれ量を低暗電流になる値にしたことを特徴とする請求項１記載のフォトダイオード。
【請求項３】
格子ずれ量を０〜−４００秒にしたことを特徴とする請求項２記載のフォトダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、格子不整合系のフォトダイオードに関し、特に、低暗電流を図ることができるフォトダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＧａＡｓ（インジュウム・ガリュウム・ヒ素）のカットオフ波長が２．５μｍのフォトダイオードのような格子不整合系フォトダイオードの暗電流を低減させることは、Ｓ／Ｎ比の向上につながる。従って、格子不整合系のフォトダイオードに暗電流の低減が図られてきた。例えば、K.R.Linga,G.H.Olsen et al.,"Dark Current Analysis and Characterization of InxGa1-xAs/InAsyP1-y Graded Photodiodes with x>0.53 for Response to Longer Wavelengths (>1.7μm)," Journal of Lightwave Technology Vol.10,No.8,P.1050-1054,August 1992等に記載されている。このような装置を図４に示し説明する。ここで、横方向は格子定数の変化、つまり、横方向の大きさが格子定数の大きさを相対的に表わし、縦方向は各層の形成方向を示す。
【０００３】
図において、１はＩｎＰ（インジュウム・リン）基板、２はＩｎＡｓＰ（インジュウム・ヒ素・リン）ステップ層、３はＩｎＡｓＰバッファ層、４はＩｎＧａＡｓ光吸収層、５はＩｎＡｓＰ窓層である。
【０００４】
ＩｎＡｓＰステップ層２は、ＩｎＰ基板１上に、１層の厚さを１μｍで、ＩｎとＡｓの比率を１：０〜０．６で変更して、１５層形成する。１５層形成することにより、格子定数を段階的に大きくし、ＩｎＰ基板１とＩｎＧａＡｓ光吸収層４とのひずみを段階的に緩和する。なお、図においては、１５層のすべてを示さず、省略している。
【０００５】
そして、ＩｎＡｓＰステップ層２の上に、ＩｎＡｓＰバッファ層３を、ＩｎとＡｓの比率を１：０．６の比率、厚さ３μｍで形成し、結晶性を向上させる。
【０００６】
ＩｎＧａＡｓ光吸収層４は、ＩｎＡｓＰバッファ層３上に厚さ３μｍで形成し、ＩｎＡｓＰ窓層５は、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４上に厚さ１μｍで形成し、分光感度特性における１μｍ（短波長）付近の分光感度を持たせると共に、表面リーク電流を抑える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような装置は、厚く急峻なＩｎＡｓＰステップ層２と、厚いＩｎＡｓＰバッファ層３により、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４との結晶性を高め、エピタキシャル膜（ＩｎＡｓＰステップ層２、ＩｎＡｓＰバッファ層３、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４、ＩｎＡｓＰ窓層５）を厚くすることで、暗電流の低減を図っている。しかし、暗電流は１０μＡ程度（逆方向電圧−１０ｍＶ，受光面積１ｍｍ換算）しか得られていなかった。
【０００８】
また、Ｘ線は、表面から数μｍまでの結晶情報が得られない。従って、ステップ層２、バッファ層３が１８μｍもあるため、Ｘ線が基板１まで到達できず、基板１のピークを得ることができない。格子ずれ量を評価するには、基板１からエピタキシャル膜のピークがどれくらい離れているかで評価を行っている。従って、基板１のピークが評価できなければ、格子ずれ量も評価できない。
【０００９】
バッファ層３と光吸収層４の格子ずれ量が評価できなければ、バッファ層３と光吸収層４の格子の合わせ込みができない。すなわち、格子のずれにより、暗電流の低減を図ることができないという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、低暗電流を図ることができるフォトダイオードを実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
基板と、
この基板と格子定数が異なり、光吸収で光パワーを光電流に変換し、膜厚２．５〜３μｍを有する光吸収層と、
前記基板と前記光吸収層との間に、膜厚０．１μｍの１５層で形成され、格子定数が前記基板の格子定数から前記光吸収層の格子定数まで徐々に変化させるステップ層と、
このステップ層と前記光吸収層との間に、格子定数が光吸収層の格子定数の近辺に、膜厚２μｍで形成するバッファ層と、
光吸収層の上部に膜厚０．２μｍで形成される窓層と
を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例を示した構成図である。ここで、図４と同様に、横方向は格子定数の変化、つまり、横方向の大きさが格子定数の大きさを相対的に表わし、縦方向は各層の形成方向を示す。
【００１３】
図において、６はＩｎＰ基板、７はＩｎＡｓＰステップ層、８はＩｎＡｓＰバッファ層、９はＩｎＧａＡｓ光吸収層、１０はＩｎＡｓＰ窓層である。
【００１４】
ステップ層７は、基板６とバッファ層８との間に、膜厚０．１μｍの１５層で形成し、格子定数が基板６の格子定数から光吸収層９の格子定数まで徐々に変化させる。すなわち、ＩｎとＡｓの比率を１：０〜０．６で変更して、１５層形成する。なお、図４と同様に、図１では、１５層すべてを示さず省略している。
【００１５】
バッファ層８は、ステップ層７と光吸収層９との間に、格子定数が光吸収層９の格子定数の近辺に、膜厚２μｍで形成し、結晶性を向上させる。ＩｎとＡｓの比率は、１：０．６で形成する。
【００１６】
ステップ層７とバッファ層８とは、基板６と光吸収層９との格子不整合を解消するためのもので、両方を合わせて、ステップ層あるいはバッファ層と呼んでもよい。
【００１７】
光吸収層９は、膜厚２．５〜３μｍで形成し、基板６と格子定数が異なり、光吸収で光パワーを光電流に変換する。窓層１０は、光吸収層９上に膜厚０．２μｍで形成し、分光感度特性における１μｍ（短波長）付近の分光感度を持たせると共に、表面リーク電流を抑える。
【００１８】
次に、格子ずれの評価方法について説明する。図２はＸ線回折による結晶構造の測定結果を示した図で、横軸は角度、縦軸はＸ線の強度を示す。そして、ａは通常測定のピーク、ｂは光吸収層９、窓層１０をエッチングによる除去後の測定のピーク、ｃはａ状態からｂ状態を引いた結果のピーク、ｄは基板６のピークである。
【００１９】
図１に示す装置をＸ線回折で測定を行うと、ピークａ，ｄとが現れ、ピークａに示すように、バッファ層８と光吸収層９との格子定数が近いので、ピークが混在する。そこで、光吸収層９、窓層１０をエッチングにより除去し、Ｘ線回折により測定を行うと、バッファ層８だけのピークｂ，ｄが現れる。基板６によるピークｄを合わせて、ピークａからピークｂを引くと、ピークｃを求めることができる。ピークｂは、バッファ層８のピークなので、ピークｃは、光吸収層９のピークとなる。ピークｂとピークｃとのずれ量により、格子ずれ量を求めることができる。
【００２０】
上記の格子ずれ量の評価による格子ずれ量と暗電流との実験結果を図３に示す。図において、横軸が格子ずれ量（角度）、縦軸が暗電流を示し、６つのサンプルの実験結果を示す。図では、サンプルごとに図形を変えてプロットしている。この結果により、バッファ層８と光吸収層９との格子ずれ量は、０〜−４００秒で製作すれば、暗電流が１μＡ程度のフォトダイオードを得ることができることがわかる。
【００２１】
次に、製作方法について説明する。製作した後、ウェハーの端部の一部をエッチングして、バッファ層８と光吸収層９との格子ずれ量が、０〜−４００秒内に収まっているかを、上述のＸ線回折で測定して求める。収まっていれば、ウェハーを良品として、製品とし、収まっていなければ、ウェハーを不良品とする。
【００２２】
良品のときは、次のウェハーの製作過程を同一にして製作を行い、不良品のときは、次のウェハーの製作過程を、格子ずれ量が、０〜−４００秒内に収まるように変更する。
【００２３】
このように、ステップ層７、バッファ層８、光吸収層９、窓層１０の膜厚を基板までＸ線が通過可能な厚さにしたので、基板６のＸ線回折を得ることができる。これにより、バッファ層８と光吸収層９との格子ずれ量を求めることができる。従って、格子ずれ量を最適にすることができ、暗電流を低くすることができる。また、低暗電流のフォトダイオードを再現性よく、製作することができる。
【００２４】
なお、本発明は、ステップ層７、バッファ層８、光吸収層９、窓層１０の膜厚の具体的数値に限定されるものではなく、バッファ層８、光吸収層９がＸ線を反射できる厚さで、Ｘ線が基板６まで通過できる厚さであればよい。
【００２５】
また、各層の材質に限定されるものではなく、ステップ層７、バッファ層８の材質が、ＩｎＡｓＰの構成を示したが、ＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＡｓ（インジュウム・アルミニュウム・ヒ素）等の構成も考えられる。これらの材質でも、バッファ層と光吸収層の格子ずれ量を適切にすれば、低暗電流を図ることができ、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１によれば、各層の膜厚を基板までＸ線が通過可能な厚さにしたので、基板のＸ線回折を得ることができる。これにより、バッファ層と光吸収層との格子ずれ量を求めることができる。従って、格子ずれ量を最適にすることができ、暗電流を低くすることができる。また、低暗電流のフォトダイオードを再現性よく、製作することができる。
【００２７】
請求項２，３によれば、光吸収層とバッファ層の格子ずれ量を低暗電流になる値にしたので、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示した構成断面図である。
【図２】Ｘ線回折による結晶構造の測定結果を示した図である。
【図３】格子ずれ量と暗電流の実験結果を示した図である。
【図４】従来のフォトダイオードを示した構成断面図である。
【符号の説明】
６  ＩｎＰ基板
７  ＩｎＡｓＰステップ層
８  ＩｎＡｓＰバッファ層
９  ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１０  ＩｎＡｓＰ窓層
【図１】
0003991548.tif 000002
【図２】
0003991548.tif 000003
【図３】
0003991548.tif 000004
【図４】
0003991548.tif 000005