外延晶片及其制造方法、半導(dǎo)體元件和光學(xué)傳感器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及外延晶片及其制造方法、半導(dǎo)體元件和光學(xué)傳感器裝置。本發(fā)明的外延晶片包括由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底，由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成并且位于襯底上的多量子阱結(jié)構(gòu)，和由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成并且位于多量子阱結(jié)構(gòu)上的頂層。該襯底具有(100)的面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角，并且該頂層的表面具有小于10nm的均方根粗糙度。
【專利說明】外延晶片及其制造方法、半導(dǎo)體元件和光學(xué)傳感器裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種外延晶片、外延晶片的制造方法、半導(dǎo)體元件和光學(xué)傳感器裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種包括由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的并且其帶隙能量對(duì)應(yīng)于近紅外區(qū)到遠(yuǎn)紅外區(qū)的多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)的外延晶片、該外延晶片的制造方法、半導(dǎo)體元件和光學(xué)傳感器裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]由II1-V族化合物構(gòu)成的InP基半導(dǎo)體具有對(duì)應(yīng)于近紅外區(qū)到遠(yuǎn)紅外區(qū)的帶隙能量，因此進(jìn)行了大量的研究以開發(fā)用于通信、夜間圖像捕獲等的光電二極管。例如，J-Hu等人，“Type II photo luminescence and conduct1n band offsets of GaAs Sb/InGaAs andGaAsSb/InP heterostructures grown by metalorganic vapor phase epitaxy，，， APPLIEDPHYSICS LETTERS, Vol.73, N0.19 (1998)，第 2799-2801 頁公開了一種實(shí)驗(yàn)，其中在 InP 襯底上形成包括具有不同厚度的InGaAs層的InGaAs/GaAsSb II型MQW的每個(gè)，并且使用光致發(fā)光光譜檢測(cè)帶隙能量的最終變化。R.Sidhu等人，“A Long-Wavelength Photod1de onInP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-1I Quantum Wells，，，IEEE Photod1deTechnology Letters, Vol.17，N0.12(2005)，第 2715-2717 頁公開了一種光電二極管，其中在InP襯底上形成InGaAs/GaAsSb II型MQW，并且在外延層生長(zhǎng)期間通過執(zhí)行摻雜來形成p-n結(jié)，該光電二極管在1.7μπι到2.7μπι的波長(zhǎng)范圍中具有特性靈敏度。R.Sidhu等人，“Α2.3 μ m Cutoff Wavelength Photod1de on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSbType-1I Quantum Wells”，2005Internat1nal Conference on Indium Phosphide andRelated Materials，第148-151頁公開了一種包括II型MQW吸收層的光電二極管，該II型MQff吸收層具有層疊為使得5nm InGaAs和5nm GaAsSb構(gòu)成一對(duì)的150對(duì)，該光電二極管在I μ m到3 μ m的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有特性靈敏度(200K.250K和295K)。
[0003]另外，日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2011-60853提出了以下技術(shù):在包括包含作為V族元素的銻(Sb)和InP窗口層的吸收層的光電二極管中，將施主雜質(zhì)結(jié)合到InP窗口層中，結(jié)果，將銻結(jié)合到InP窗口層中導(dǎo)致轉(zhuǎn)換成ρ型窗口層被補(bǔ)償，從而減小了暗電流。
[0004]上述光電二極管每個(gè)都設(shè)置在InP(10)襯底上。InP(100)襯底的表面自然受到諸如濕法蝕刻的典型處理，而不進(jìn)一步控制InP(10)襯底的表面形貌。然而，當(dāng)在襯底上形成像光電二極管的厚外延層疊體時(shí)，在沉積之后的外延層疊體的表面形貌高度地依賴于在開始沉積時(shí)由襯底形成的表面。因此，外延層疊體的結(jié)晶度會(huì)根據(jù)表面形貌而變化。也就是說，當(dāng)外延層疊體的頂層的表面形貌較差時(shí)，層疊體的結(jié)晶度也會(huì)較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種外延晶片、外延晶片的制造方法、半導(dǎo)體元件和光學(xué)傳感器裝置，在該外延晶片中，通過精確地控制半導(dǎo)體襯底的偏離角等能夠?qū)崿F(xiàn)外延層疊體的良好結(jié)晶度和由于良好結(jié)晶度的結(jié)果而得到的良好表面形貌。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的外延晶片包括由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底，由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的且位于襯底上的多量子阱結(jié)構(gòu)，和由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的且位于多量子阱結(jié)構(gòu)上的頂層。該襯底具有(100)的面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角，并且該頂層的表面具有小于1nm的均方根(RMS)粗糙度。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，通過在開始生長(zhǎng)外延層時(shí)精確地控制半導(dǎo)體襯底的偏離角，在沉積外延層疊體之后實(shí)現(xiàn)了良好的表面形貌，并能夠提供具有良好結(jié)晶度的外延層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外延晶片。
[0009]圖2是使用圖1所示的外延晶片制造的光電二極管的截面圖。
[0010]圖3不出了用于測(cè)量表面的RMS值的原子力顯微鏡(AFM)。
[0011]圖4A示出了在InGaAs/GaAsSb對(duì)的數(shù)量為50的情況下在頂層的表面上形成的凸起或者凹陷。
[0012]圖4B示出了在InGaAs/GaAsSb對(duì)的數(shù)量為150的情況下在頂層的表面上形成的凸起或者凹陷。
[0013]圖4C示出了在InGaAs/GaAsSb對(duì)的數(shù)量為250的情況下在頂層的表面上形成的凸起或者凹陷。
[0014]圖4D示出了在InGaAs/GaAsSb對(duì)的數(shù)量為350的情況下在頂層的表面上形成的凸起或者凹陷。
[0015]圖5A示出了在450°C的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)250對(duì)InGaAs/GaAsSb的情況下在頂層的表面上形成的凸起或者凹陷。
[0016]圖5B示出了在500°C的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)250對(duì)InGaAs/GaAsSb的情況下在頂層的表面上形成的凸起或者凹陷。
[0017]圖5C示出了在525°C的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)250對(duì)InGaAs/GaAsSb的情況下在頂層的表面上形成的凸起或者凹陷。
[0018]圖6是示出制造方法的流程圖。
[0019]圖7示出了僅使用金屬有機(jī)源的金屬有機(jī)氣相外延的沉積設(shè)備的管道系統(tǒng)等。
[0020]圖8A示出了金屬有機(jī)分子的流動(dòng)和熱流。
[0021]圖8B是在襯底表面上的金屬有機(jī)分子的示意圖。
[0022]圖9示出了示例中制備的每個(gè)試樣的特性。

【具體實(shí)施方式】
[0023]首先，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0024]1.外延晶片
[0025](I)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外延晶片包括由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底、由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成并且位于襯底上的多量子阱結(jié)構(gòu)，和由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成并且位于多量子阱結(jié)構(gòu)上的頂層。該襯底具有(100)的面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角。該頂層的表面具有小于1nm的均方根(RMS)粗糙度。在制造由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體元件時(shí)，通常使用關(guān)于(100)面的具有偏離角為0.05°到0.1° (絕對(duì)值)的襯底。換句話說，在該實(shí)施例中關(guān)于(100)面的-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角比通常使用的偏離角小得多。具有這種小偏離角的襯底可以稱為正角襯底(just-angle substrate)。如上所述通常使用大的偏離角，因?yàn)榭紤]到偏離角等的表面能，鑒于熱力學(xué)的觀點(diǎn)，當(dāng)偏離角大時(shí)，容易外延生長(zhǎng)其它層。然而，如果不重視外延生長(zhǎng)中的生長(zhǎng)率等，則如同該實(shí)施例一樣，偏離角在結(jié)晶度方面優(yōu)選是小的。從實(shí)際的結(jié)果來看，如果關(guān)于(100)面的偏離角的絕對(duì)值大于0.030°，則不能在每個(gè)外延層中實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)晶度，因?yàn)轫攲颖砻娴木礁?RMS)粗糙度會(huì)增加到1nm或更大。也難以在下面描述的頂層表面上以適當(dāng)密度形成凸起或者凹陷。基于這種結(jié)果，在該實(shí)施例中關(guān)于
(100)面的偏離角的絕對(duì)值為0.030°或更小。當(dāng)偏離角滿足上述范圍時(shí)，該偏離角的方向可以是任何方向。注意，該偏離角可以用例如市售的X射線晶片面取向測(cè)量?jī)x來測(cè)量。
[0026](2)頂層表面的RMS值
[0027]⑴頂層表面的RMS值小于10nm，因?yàn)楸砻娴腞MS值指示內(nèi)部結(jié)晶度。事實(shí)上，當(dāng)使用RMS值小于1nm的外延晶片制造光電二極管時(shí)，暗電流會(huì)被抑制在低水平，反之當(dāng)RMS值為1nm或更大時(shí)，暗電流會(huì)增加到不利的水平。該RMS值更優(yōu)選為7.5nm或更小。
[0028](ii)該RMS值可以通過任何儀器來測(cè)量。例如，使用市售的原子力顯微鏡(AFM)并且可以選擇RMS測(cè)量以得到數(shù)據(jù)(平均值)。在該測(cè)量結(jié)果中，沒有特別地限制測(cè)量范圍(長(zhǎng)度和寬度、面積等)，并且可以使用任何范圍。例如，可以在諸如邊長(zhǎng)為10 μ m的正方形區(qū)域或者邊長(zhǎng)為100 μ m的正方形區(qū)域的測(cè)量范圍中確定平均的RMS值。
[0029](3)頂層表面的凸起或者凹陷
[0030]凸起或者凹陷中的每一個(gè)都具有約30 μ m或更小的直徑，且通常具有約10到20 μ m的直徑。沒有詳細(xì)地測(cè)量高度或者深度，但高度或者深度只有幾微米或者更小，這是微不足道的。如果凸起或者凹陷顯現(xiàn)到下面描述的程度，則沒有問題，與此相反，保證了在實(shí)踐水平上的結(jié)晶度。通常，外延層的結(jié)晶度會(huì)被認(rèn)為是由于諸如表面粗糙化的表面缺陷以及凸起和凹陷引起的劣化。然而，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人實(shí)施的研究，只要凸起或者凹陷被形成在一定程度內(nèi)，內(nèi)部結(jié)晶度就不會(huì)劣化。換句話說，如果凸起或者凹陷被形成在一定程度內(nèi)，則當(dāng)該外延晶片用于光電二極管時(shí)，暗電流保持為低，并且當(dāng)該外延晶片用于發(fā)光元件時(shí)，發(fā)射強(qiáng)度沒有減小。在該外延晶片作用于發(fā)光元件的情況下，形成凸起或者凹陷的表面圖案，并且因此從有源層的發(fā)射的光不易在接觸層的表面上受到全反射，并且容易從外延層疊體或者接觸層的表面被發(fā)射到外部。即，容易提取光并且能夠提高發(fā)射強(qiáng)度。
[0031]通過在相對(duì)低的生長(zhǎng)溫度下執(zhí)行典型的金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)并增加源氣體的分解效率，可以以高的再現(xiàn)性形成這種凸起或者凹陷。多量子阱結(jié)構(gòu)的對(duì)的數(shù)量肯定會(huì)影響凸起或者凹陷的形成。當(dāng)對(duì)的數(shù)量為25個(gè)或更大時(shí)，形成該凸起或者凹陷。當(dāng)對(duì)的數(shù)量增加時(shí)，凸起或者凹陷的形成會(huì)變得更顯著。關(guān)于形成凸起或者凹陷的再現(xiàn)性的原因是不清楚的，而只要滿足對(duì)的數(shù)量和生長(zhǎng)溫度的要求，再現(xiàn)性似乎就為100%。當(dāng)每單位面積的凸起或者凹陷的數(shù)量超過106/cm2時(shí)，密集地形成凸起或者凹陷以覆蓋整個(gè)表面。這使得難以分別計(jì)算凸起或者凹陷。如果該凸起或者凹陷以這種方式覆蓋整個(gè)表面，則當(dāng)外延層用于光電二極管時(shí)，該內(nèi)部結(jié)晶度也會(huì)劣化并且暗電流會(huì)顯著增加。這表達(dá)為“使表面形貌劣化”或者“出現(xiàn)表面粗糙化”。當(dāng)每單位面積的凸起或者凹陷的數(shù)量為1fVcm2或更小時(shí)，能夠計(jì)算凸起或者凹陷，并且內(nèi)部結(jié)晶度為如上所述的實(shí)踐水平。
[0032]短語“凸起或者凹陷”是描述表面形貌的短語(表述)。該短語不是意指區(qū)分凸起和凹陷。例如，該短語“凸起或者凹陷”不意指在某些情況下形成凸起并且在其它情況下形成凹陷。該短語“凸起或者凹陷”描述了通過用掃描電子顯微鏡觀察表面而被容易且整體地識(shí)別為“凸起或者凹陷”的表面形貌。例如，該短語“凸起或者凹陷”可以被理解為具有以下意義:當(dāng)凸起密集地形成到某種程度時(shí)，鄰近凸起的部分看起來像凹陷。凸起或者凹陷中的每一個(gè)的平面形狀通常為圓形形狀，而有時(shí)為加長(zhǎng)的矩形形狀或者橢圓形狀。在這種情況下，“短邊之間的長(zhǎng)度”或者“短軸長(zhǎng)度”被認(rèn)為是直徑。該直徑的下限約為5 μ m或更小。
[0033](4)多量子阱結(jié)構(gòu)
[0034]該多量子阱結(jié)構(gòu)可以是由成對(duì)的InxGahAs (0.38 ^ x ^ 0.68)和GaAs1^ySby(0.36 ^ y ^ 0.62)或者成對(duì)的 Ga1-UlnuNvASh(0.4 彡 u 彡 0.8，0〈v 彡 0.2)和GaAs1^ySby(0.36彡y彡0.62)構(gòu)成的II型多量子阱結(jié)構(gòu)。在光電二極管的情況下，由于高的感光度和低的暗電流，能夠吸收具有波長(zhǎng)為2到10 μ m的光，其對(duì)應(yīng)于近紅外線區(qū)到紅外線區(qū)。在發(fā)光元件的情況下，可以提供發(fā)射具有以上波長(zhǎng)的光的發(fā)光元件。
[0035](5) InP 頂層
[0036]在發(fā)光元件的情況下，至少設(shè)置具有寬帶隙的InP層作為頂層，并且具有寬帶隙的底層也被設(shè)置在底側(cè)上，從而使該多量子阱結(jié)構(gòu)可以夾在頂層和底層之間。這防止了載流子泄漏并能夠促進(jìn)發(fā)光二極管(LED)的發(fā)射光等。在光電二極管的情況下，積累了設(shè)置例如形成像素的電極或者絕緣膜的許多技術(shù)，并且有關(guān)系到例如平面光電二極管中的選擇性擴(kuò)散的大量數(shù)據(jù)。因此，能夠以高生產(chǎn)率穩(wěn)定地制造光電二極管和發(fā)光元件。
[0037](6)平面型光電二極管
[0038]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外延晶片用于制造平面型光電二極管時(shí)，優(yōu)選在該多量子阱結(jié)構(gòu)和頂層之間設(shè)置擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層。用作P型雜質(zhì)的諸如鋅(Zn)的雜質(zhì)通過選擇性擴(kuò)散從頂層引入，以便在多量子阱結(jié)構(gòu)中形成P-n結(jié)的情況下，如果將過高濃度的Zn引入到該多量子阱結(jié)構(gòu)中，則該多量子阱結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度會(huì)劣化。因此，在頂層(窗口層)下面和在頂層與多量子阱結(jié)構(gòu)之間直接設(shè)置擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層。此外，在擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層中設(shè)置過渡區(qū)，在過渡區(qū)中，從引起選擇性擴(kuò)散所通過的頂層延伸的高濃度部分被急劇地變成位于多量子阱結(jié)構(gòu)側(cè)的低濃度部分。該擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層優(yōu)選由具有比InP的帶隙窄的帶隙的InGaAs等構(gòu)成。然而，不需要設(shè)置該擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層。
[0039](7)使用外延晶片的半導(dǎo)體元件
[0040]上述外延晶片可以用于任意的半導(dǎo)體元件。這種半導(dǎo)體元件顯然包括襯底、多量子阱結(jié)構(gòu)和包括在外延晶片中的頂層。該半導(dǎo)體元件可以用作諸如LED的上述發(fā)光元件或者上述光電二極管。當(dāng)該半導(dǎo)體元件用作光電二極管時(shí)，也可應(yīng)用以組合的方式包括光電二極管和讀出電路的光學(xué)傳感器裝置。
[0041]2.制造外延晶片的方法
[0042]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造外延晶片的方法包括:在由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底上生長(zhǎng)由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)的步驟，和在該多量子阱結(jié)構(gòu)上形成由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的頂層的步驟。該襯底具有(100)面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角。在生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)的步驟中，通過金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)在400°C或更高且500°C或更低的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)該多量子阱結(jié)構(gòu)。在頂層表面上以100/cm2或更大且IXlOfVcm2或更小的數(shù)量密度形成凸起或者凹陷，并且該頂層表面具有小于1nm的RMS值。因此，如上所述，可以以高再現(xiàn)性形成包含多量子阱結(jié)構(gòu)并且具有良好結(jié)晶度的外延層疊體。這里，該生長(zhǎng)溫度是用包括紅外攝像機(jī)和紅外光譜儀的高溫計(jì)監(jiān)測(cè)的襯底表面溫度。因此，該生長(zhǎng)溫度是襯底表面溫度，更精確地，是在該襯底上形成的外延層的表面溫度。以不同方式命名的襯底溫度、生長(zhǎng)溫度和沉積溫度中的每一個(gè)都指示該監(jiān)測(cè)的溫度。
[0043][本發(fā)明實(shí)施例的細(xì)節(jié)]
[0044]現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外延晶片等的具體示例。本發(fā)明不限于這些示例。本發(fā)明的范圍通過權(quán)利要求來指示，并且包含與權(quán)利要求等價(jià)的意思和范圍內(nèi)的所有修改。
[0045]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外延晶片的截面圖。參考圖1，外延晶片Ia包括由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成并且位于InP襯底I上的如下外延層疊體:n型InGaAs緩沖層2/包括InGaAs/GaAsSb II型MQW的吸收層3/InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4/p型InP窗口層5。
[0046]由成對(duì)的InGaAs/GaAsSb構(gòu)成的II型MQff的組分例如為Ina59Gaa41As和GaAsa57Sba43，但可以依照期望的波長(zhǎng)范圍改變。厚度的組合沒有被特別地限制，但是每層可以適當(dāng)?shù)鼐哂?到6nm的厚度。例如，InGaAs/GaAsSb的厚度可以是5nm/5nm。在包括II型MQW的吸收層3的情況下，由于在該MQW的每個(gè)界面處的電子的遷移而引起光被吸收，因此需要增加界面的數(shù)量，即對(duì)的數(shù)量。對(duì)的數(shù)量為150或更大，例如250。
[0047]圖2是示出使用圖1所示的外延晶片Ia形成的光電二極管10的截面圖。如圖2所示，該光電二極管10具有如下結(jié)構(gòu):1nP襯底1/InP緩沖層2/包括Ina59Gaa41As/GaAsa57Sba43II型MQW的吸收層3/InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4/InP窗口層5。
[0048]該光電二極管10是平面型光電二極管，其中鄰近像素P通過其中沒有被擴(kuò)散雜質(zhì)的區(qū)域相互隔離。然而，可以以像素被溝槽物理分離的臺(tái)面型結(jié)構(gòu)的形式來使用根據(jù)該實(shí)施例的外延晶片la。在平面型光電二極管中，P型區(qū)域6從InP窗口層5延伸到擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4。這種ρ型區(qū)域6是通過SiN膜的選擇性擴(kuò)散掩膜圖案36的開口選擇性擴(kuò)散用作P型雜質(zhì)的Zn形成的。該鄰近的ρ型區(qū)域6通過沒有受到選擇性擴(kuò)散的區(qū)域相互隔離。因此，像素P能夠各自獨(dú)立地輸出吸收數(shù)據(jù)。
[0049]在P型區(qū)域6中，設(shè)置由AuZn構(gòu)成的ρ電極11，以便與P型區(qū)域6形成歐姆接觸。在緩沖層2的表面的暴露的端部上，其設(shè)置為與InP襯底I接觸，設(shè)置由AuGeNi構(gòu)成的η電極12以與暴露的端部形成歐姆接觸。緩沖層2用η型雜質(zhì)摻雜以具有預(yù)定水平的電導(dǎo)率。在這種情況下，InP襯底I可以是η型導(dǎo)電襯底或者半絕緣襯底，如摻鐵(Fe)的InP襯底。圖2所示的光電二極管10中包括的襯底I是摻鐵(Fe)的InP襯底。光穿過其背表面進(jìn)入InP襯底I。為了抑制入射光的反射，由S1N等構(gòu)成的抗反射(AR)膜35覆蓋InP襯底I的背表面。
[0050]在對(duì)應(yīng)ρ型區(qū)域6的邊界正面的位置形成p-n結(jié)15。通過在ρ電極11和η電極12之間施加反向偏壓，在吸收層3中，在η型雜質(zhì)濃度較低的一側(cè)(η型雜質(zhì)本底側(cè))形成較大區(qū)域的耗盡層。具有II型多量子結(jié)構(gòu)的吸收層3中的本底雜質(zhì)濃度在η型雜質(zhì)濃度(載流子濃度)方面是約為IX 116CnT3或更小。在包括多量子阱的吸收層3中，P-n結(jié)15的位置是由P型雜質(zhì)Zn的濃度分布與本底雜質(zhì)濃度(η型載流子濃度)的交叉點(diǎn)確定的。在InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4中，穿過InP窗口層5的表面選擇性擴(kuò)散的ρ型雜質(zhì)的濃度從在InP窗口層5上的具有濃度約為IX 118CnT3到約為5Χ 118CnT3的高濃度區(qū)域側(cè)到MQW3側(cè)急劇下降。因此，在進(jìn)入MQW3的入口部分附近，容易獲得5 X 1016cm_3或更小的Zn濃度。如上所述，設(shè)置擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4以調(diào)節(jié)雜質(zhì)濃度，使得在將p-n結(jié)15形成在根據(jù)該雜質(zhì)濃度結(jié)晶度易于劣化的II型多量子阱結(jié)構(gòu)3中期間，不使高濃度雜質(zhì)進(jìn)入該多量子阱結(jié)構(gòu)3。然而，設(shè)置該擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4不是必須的。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的光電二極管10意圖具有從近紅外區(qū)到更長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)的靈敏度。因此，窗口層5由帶隙能量比吸收層3的帶隙能量大的材料形成。由于這個(gè)原因，該窗口層通常由InP形成，InP是帶隙能量比吸收層的帶隙能量大并且為高的晶格匹配的材料。替代地，可以使用與InP帶隙能量基本相同的InAlAs。InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4具有比InP的帶隙能量小的帶隙能量但具有比InP低的Zn擴(kuò)散速率。因此，InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4適合調(diào)節(jié)Zn雜質(zhì)濃度。
[0052]接下來，將描述該外延晶片的表面形貌(例如，RMS和表面粗糙化)。在下文中，將描述在制造光電二極管10之前的外延晶片Ia的表面形貌，如RMS或者表面粗糙化。
[0053]該實(shí)施例中的要點(diǎn)
[0054](I)外延晶片Ia的InP窗口層5表面的RMS值小于1nm
[0055]該測(cè)量可以用原子力顯微鏡(AFM)等來完成。圖3是示出圖1中的外延晶片Ia的表面的示意圖，該表面是用原子力顯微鏡(AFM)70測(cè)量的。在AFM70中，探針73附接于由懸臂支架72保持的懸臂71的頂端，并且懸臂71的傾斜度根據(jù)該樣品表面的不規(guī)則性而被急劇改變。用激光束75來檢測(cè)懸臂71的傾斜度的這種改變，從而以納米級(jí)在不規(guī)則方面得到樣品表面的數(shù)據(jù)。作為InP窗口層5的表面的該樣品表面的不規(guī)則被測(cè)量、被計(jì)算為RMS值，并被自動(dòng)地顯示在該儀器上。在本發(fā)明中，該RMS值需要小于10nm。該RMS值，不是下面描述的凸起或者凹陷，明確地反映出內(nèi)部結(jié)晶度。事實(shí)上，當(dāng)每單位面積的凸起或者凹陷的數(shù)量在100/cm2或更大且I X 1fVcm2或更小的范圍中時(shí)，該RMS值小于10nm。結(jié)果，獲得了良好的結(jié)晶度并保持了低的暗電流。
[0056](2) InP襯底的面取向
[0057]襯底的取向是重要的。InP襯底I需要具有(100)的面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角。通常，關(guān)于(100)面的具有0.05°到0.1°偏離角的偏離角襯底被用作由πι-v族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底。這是因?yàn)?，考慮到例如偏離角表面能和不可避免的表面缺陷，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)，外延層容易在大的偏離角表面上生長(zhǎng)。然而，如果在保持高生長(zhǎng)率的同時(shí)不重視生長(zhǎng)外延層，就不會(huì)使用這種大的偏離角，因?yàn)榇蟮钠x角是使結(jié)晶度劣化的因素。在該實(shí)施例中，不使用具有大偏離角的偏離角襯底，而是使用具有
(100)面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角的襯底。使用具有極小偏離角的襯底容易在InP窗口層5的表面上獲得小于1nm的RMS值。結(jié)果，容易得到具有良好結(jié)晶度的外延層疊體。
[0058](3)表面上的凸起或者凹陷
[0059]在一定情況下,在用作外延層疊體的頂層的InP窗口層5的表面上形成具有30 μ m或更小的直徑的凸起或者凹陷。當(dāng)每單位面積的凸起或者凹陷的數(shù)量在100/cm2或更大且I X 106/cm2或更小的范圍中時(shí)，會(huì)獲得外延層疊體中的每層的、諸如II型MQW的良好的結(jié)晶度。另外，這好像證明了外延層疊體中的每層都具有良好的結(jié)晶度。通過重復(fù)執(zhí)行該實(shí)施例，首次發(fā)現(xiàn)了在形成這種凸起或者凹陷情況下的條件。然而，該形成的機(jī)理仍然不清楚且不能完全理解。下面將總結(jié)關(guān)于InP窗口層5的表面上凸起或者凹陷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0060](al)當(dāng)在500°C的恒定生長(zhǎng)溫度下改變II型多量子阱結(jié)構(gòu)的對(duì)的數(shù)量時(shí)，凸起或者凹陷的數(shù)量密度會(huì)隨著對(duì)數(shù)量的增加而增加。圖4A至4D示出了當(dāng)InGaAs/GaAsSb II型MQff的對(duì)的數(shù)量增加時(shí)形成凸起或者凹陷的程度。圖4A中對(duì)的數(shù)量為50，圖4B中為150，圖4C中為250，并且圖4D中為350。該凸起或者凹陷的數(shù)量密度會(huì)隨著對(duì)數(shù)量的增加而增力口，并且當(dāng)對(duì)的數(shù)量為圖4D中的350時(shí)，基本上整個(gè)表面被覆蓋。在示出了約250對(duì)的圖4C中，該凸起或者凹陷的數(shù)量密度為106cm_2。在圖4D中，形成了過量(過大的數(shù)量密度)的凸起或者凹陷并使暗電流顯著增加。
[0061](a2)圖5A至5C示出了 InGaAs/GaAsSb II型MQW的生長(zhǎng)溫度對(duì)形成凸起或者凹陷的影響。當(dāng)II型多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)3的生長(zhǎng)溫度約為500°C或者更低時(shí)，會(huì)形成凸起或者凹陷。在圖5C所示的525°C的生長(zhǎng)溫度，幾乎沒有形成凸起或者凹陷(MQW對(duì)的數(shù)量:250)。圖5B示出了生長(zhǎng)溫度為500°C時(shí)的狀態(tài)，并且圖5A示出了生長(zhǎng)溫度為450°C時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)生長(zhǎng)溫度從約500°C減小，并且達(dá)到例如如圖5A示例的450°C時(shí)，凸起或者凹陷的數(shù)量密度(每單位面積數(shù)量)會(huì)減少。在525°C的生長(zhǎng)溫度下，幾乎沒有形成凸起或者凹陷，但在MQW中會(huì)發(fā)生GaAsSb的相分離，導(dǎo)致暗電流顯著增加。
[0062](a3)如果II型MQW3的對(duì)的數(shù)量過度增加，則凸起或者凹陷的數(shù)量密度就會(huì)超過106cm_2，并且凸起或者凹陷會(huì)覆蓋整個(gè)表面。由于對(duì)的數(shù)量過度增加，II型MQW3的結(jié)晶度等會(huì)劣化。由于II型MQW3的對(duì)的數(shù)量的增加是結(jié)晶度劣化的因素，所以具有例如300或更多對(duì)的光電二極管中的暗電流增加的直接原因是MQW本身結(jié)晶度的劣化。因此認(rèn)為整個(gè)表面被凸起或者凹陷密集覆蓋的形式與內(nèi)部結(jié)晶度劣化有關(guān)。
[0063]現(xiàn)在將參考圖6描述制造方法。優(yōu)選采用MOVPE作為生長(zhǎng)方法，但是可以采用任何方法，只要這種方法與MOVPE基本等效。例如，可以采用僅使用金屬有機(jī)氣體作為源氣體的金屬有機(jī)氣相外延。首先，制備具有(100)面取向以及-0.030°或更大且0.030°或更小的偏離角的InP襯底I (其也被稱為“(100)正角襯底”)。自然執(zhí)行諸如濕法蝕刻的典型處理。在InP襯底I上外延生長(zhǎng)η型InGaAs緩沖層2，以具有例如約150nm的厚度。緩沖層2可以是InP緩沖層。四乙基硅烷(TeESi)優(yōu)選用于η型摻雜。
[0064]覆蓋緩沖層2的層優(yōu)選通過MOVPE生長(zhǎng)，這可以在低的生長(zhǎng)溫度下并且以高的生長(zhǎng)效率來進(jìn)行。通過M0VPE，在同一生長(zhǎng)室中連續(xù)地生長(zhǎng)InGaAs/GaAsSb II型MQW3、InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4和InP窗口層5。此時(shí)，尤其是，InGaAs/GaAsSb II型MQW3的生長(zhǎng)溫度優(yōu)選為400°C或更高且500°C或更低。這是因?yàn)椋M管該原因尚不清楚，但在高于500°C的生長(zhǎng)溫度下，沒有以優(yōu)選的方式在頂層上形成凸起或凹陷。此外，雖然與凸起或凹陷的關(guān)系是不清楚的，但在高于500°C的生長(zhǎng)溫度下，由于對(duì)GaAsSb的熱損傷的結(jié)果,會(huì)發(fā)生GaAsSb的相分離。GaAsSb的相分離顯著降低了生產(chǎn)量。在低于400°C的生長(zhǎng)溫度下，MOVPE中的源氣體不能充分分解，并且碳會(huì)結(jié)合到外延層中。碳得自源氣體中與金屬成鍵的碳?xì)浠衔?。碳結(jié)合到外延層中會(huì)導(dǎo)致形成不期望的P型區(qū)域，并且所得到的半導(dǎo)體元件具有差的性能。例如，這樣的光電二極管具有大的暗電流，并且實(shí)際上不能用作產(chǎn)品。到目前為止已參考圖6示意性地描述了制造外延晶片的方法。在下文中，將詳細(xì)地描述每層的生長(zhǎng)方法。
[0065]如上所述，該外延晶片可以通過典型的MOVPE制造。也就是說，上述的半導(dǎo)體元件等可以使用典型的源氣體用市售的金屬有機(jī)氣相外延設(shè)備來制造。然而，具有較高結(jié)晶度的半導(dǎo)體元件可以通過僅使用金屬有機(jī)源的金屬有機(jī)氣相外延制造。僅使用金屬有機(jī)源的金屬有機(jī)氣相外延是僅使用金屬有機(jī)氣體作為沉積材料的方法。典型的金屬有機(jī)氣相外延和僅使用金屬有機(jī)源的金屬有機(jī)氣相外延之間的區(qū)別是用于形成包括磷的II1-V族半導(dǎo)體層的源材料。在僅使用金屬有機(jī)源(全金屬有機(jī)源M0VPE)的金屬有機(jī)氣相外延中，使用叔丁基膦(TBP)作為磷源材料，而在典型的MOVPE中使用作為無機(jī)材料的磷化氫(PH3)作為磷源材料。然而，在根據(jù)本實(shí)施例制造外延晶片方面，該差別不是這么顯著。
[0066]圖7示出了用于僅使用金屬有機(jī)源的金屬有機(jī)氣相外延的沉積設(shè)備60的管道系統(tǒng)等。這是僅使用金屬有機(jī)源的金屬有機(jī)氣相外延的沉積設(shè)備，但基本上同一成膜設(shè)備也用于M0VPE。將石英管65設(shè)置在反應(yīng)室63中。將源氣體引入石英管65中。在石英管65中，襯底臺(tái)66被可旋轉(zhuǎn)地且密封地設(shè)置。襯底臺(tái)66配備有用于加熱襯底的加熱器66h。在沉積期間的外延晶片Ia的表面溫度通過設(shè)置在反應(yīng)室63的頂棚部分中的窗口 69的紅外線溫度計(jì)61來監(jiān)測(cè)。例如，該監(jiān)測(cè)的溫度被稱為生長(zhǎng)溫度、沉積溫度或襯底溫度。關(guān)于在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中在400°C或更高且500°C或更低的溫度下形成MQW，400°C或更高且500°C或更低的溫度是在溫度監(jiān)測(cè)時(shí)測(cè)量的溫度。石英管65的強(qiáng)迫抽空是用真空泵進(jìn)行的。
[0067]源氣體是通過連接至石英管65的管道供應(yīng)的。盡管圖7沒有描述例如支配導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的源氣體，但也以金屬有機(jī)氣體的形式引入雜質(zhì)。將金屬有機(jī)源氣體包含在恒溫浴中并且保持在恒定的溫度下。所用的載氣是氫氣(H2)和氮?dú)?N2)。金屬有機(jī)氣體用載氣載送并用真空泵吸取，從而被引入到石英管65中。載氣的流量是用質(zhì)量流量控制器(MFC)精確控制的。大量的質(zhì)量流量控制器、電磁閥等是用微型計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的。
[0068]在生長(zhǎng)緩沖層2之后，形成具有II型MQW的吸收層3，其中量子阱是由InGaAs/GaAsSb對(duì)構(gòu)成的。在量子阱中，GaAsSb膜具有例如5nm的厚度，InGaAs膜具有例如5nm的厚度。在沉積GaAsSb時(shí)，使用三乙基鎵(TEGa)、叔丁基胂(TBAs)和三甲基銻(TMSb)。在沉積InGaAs時(shí)，可以使用TEGa、TMIn和TBAs。
[0069]鎵(Ga)源可以是三乙基鎵(TEGa)或三甲基鎵(TMGa)。銦(In)源可以是三甲基銦(TMIn)或三乙基銦(TEIn)。砷(As)源可以是叔丁基胂(TBAs)或三甲基砷(TMAs)。銻(Sb)源可以是三甲基銻(TMSb)、三乙基銻(TESb)、三異丙基銻(TIPSb)或三二甲基氨基銻(TDMASb)。
[0070]該源氣體被載送通過管道、被引入到石英管65中，并被排出?？梢酝ㄟ^增加管道的數(shù)量將任何數(shù)量的源氣體供應(yīng)到石英管65。例如，可以通過電磁閥的開/關(guān)控制超過十種源氣體。源氣體的流量是用圖7中所示的質(zhì)量流量控制器(MFC)控制的，并且將源氣體引入石英管65中是由空氣驅(qū)動(dòng)閥的開/關(guān)接通/斷開的。源氣體是用真空泵從石英管65強(qiáng)迫抽空的。源氣體在任何位置都不停滯，并且其流量被平滑自動(dòng)地控制。因此，很快實(shí)現(xiàn)了在形成構(gòu)成量子阱的對(duì)期間在組分之間的轉(zhuǎn)換。
[0071]圖8A不出了金屬有機(jī)分子的流動(dòng)和熱流。圖8B是在襯底表面上的金屬有機(jī)分子的示意圖。監(jiān)測(cè)外延晶片Ia的表面溫度。當(dāng)圖SB所示的大的金屬有機(jī)分子在接近晶片表面的部分中流動(dòng)時(shí)，分解以對(duì)晶體生長(zhǎng)有貢獻(xiàn)的化合物分子可能被限制于與該表面接觸的金屬有機(jī)分子和存在于表面上方的幾個(gè)金屬有機(jī)分子。然而，當(dāng)外延晶片表面溫度或襯底溫度為諸如低于400°C的過低的溫度時(shí)，源氣體的大分子不能被充分地分解，尤其是，碳不能被充分地除去，并且碳被結(jié)合到外延晶片Ia中。結(jié)合到II1-V族半導(dǎo)體中的碳用作P型雜質(zhì)并且形成了不期望的半導(dǎo)體元件。因此，使半導(dǎo)體的固有功能劣化，從而導(dǎo)致所生產(chǎn)的半導(dǎo)體元件的性能劣化。
[0072]當(dāng)源氣體通過空氣驅(qū)動(dòng)閥被選擇以對(duì)應(yīng)于該對(duì)的化學(xué)組分并用真空泵在強(qiáng)力抽空下被引入時(shí)，在由于慣性而略微生長(zhǎng)具有舊化學(xué)組分的晶體之后，能夠生長(zhǎng)具有新的化學(xué)組分的晶體而不會(huì)受到舊源氣體影響。結(jié)果，會(huì)在異質(zhì)界面處獲得急劇的組分變化。這意味著舊的源氣體基本上沒有留在石英管65中。
[0073]當(dāng)通過在高于500°C的溫度下生長(zhǎng)形成MQW3時(shí)，MQW的GaAsSb層顯著經(jīng)受了相分離，這會(huì)降低生產(chǎn)量。另一方面，如上所述，當(dāng)生長(zhǎng)溫度低于400°C時(shí)，必須包含在源氣體中的碳被結(jié)合到外延晶片中。結(jié)合的碳用作P型雜質(zhì)。因此，所得到的半導(dǎo)體元件具有差的性能并且不能用作產(chǎn)品。
[0074]另一點(diǎn)是，通過MOVPE或僅使用金屬有機(jī)源的金屬有機(jī)氣相外延的生長(zhǎng)在同一生長(zhǎng)室或同一石英管65內(nèi)從MQW的形成到InP窗口層5的形成連續(xù)進(jìn)行。具體地，在形成InP窗口層5之前,不從生長(zhǎng)室取出外延晶片Ia,并且InP窗口層5不是由另一沉積方法形成的。因此，沒有形成再生長(zhǎng)界面。由于在石英管65中連續(xù)形成了 InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4和InP窗口層5，所以圖1和2中所示的界面16和17不是再生長(zhǎng)的界面。在再生長(zhǎng)的界面中，滿足IX 117CnT3或更大的氧濃度和IX 117CnT3或更大的碳濃度中的至少一個(gè)，結(jié)晶度變差并且外延層疊體的表面不太可能變光滑。在本發(fā)明的界面16和17，氧濃度和碳濃度兩者都小于I X 1017cm_3。
[0075]在該實(shí)施例中，在包括MQW的吸收層3上形成具有例如約1.0 μ m厚度的非摻雜的InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4。在形成光電二極管時(shí)，高濃度的Zn擴(kuò)散到MQW中會(huì)導(dǎo)致如上所述的結(jié)晶度劣化。因此，為了調(diào)節(jié)Zn的擴(kuò)散濃度分布的目的，形成InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4。在形成InP窗口層5之后，通過選擇性擴(kuò)散方法選擇性地將P型雜質(zhì)Zn從InP窗口層5擴(kuò)散到InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4。雖然優(yōu)選如上所述形成InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4，但可以省略其形成。即使當(dāng)InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4被插入并且它是非摻雜層時(shí)，InGaAs也具有窄的帶隙，因此光電二極管可以被制造為具有低電阻。通過減小電阻，可以增強(qiáng)響應(yīng)性并且可以獲得良好的元件特性。
[0076]優(yōu)選的是，當(dāng)外延晶片Ia留在同一石英管65中時(shí),未摻雜的InP窗口層5通過MOVPE或僅使用有機(jī)金屬源的金屬有機(jī)氣相外延被連續(xù)外延生長(zhǎng)在InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4上，以具有例如約0.8 μ m的厚度。如上所述，源氣體是三甲基銦(TMIn)和叔丁基膦(TBP)。通過使用這些源氣體，用于InP窗口層5的生長(zhǎng)溫度可以被設(shè)定為400°C或更高且500°C或更低。結(jié)果，在InP窗口層5下面的MQW的GaAsSb沒有受到熱損傷或受到相對(duì)小的熱損傷。
[0077]例如，通過分子束外延(MBE)生長(zhǎng)InP窗口層需要固態(tài)磷源，因此在安全性等方面有問題。另外，生產(chǎn)效率需要增強(qiáng)。在考慮到安全而通過適合于生長(zhǎng)MQW3的MBE生長(zhǎng)MQW3和InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4并且隨后通過除了 MBE之外的方法生長(zhǎng)InP窗口層5的情況下，InGaAs擴(kuò)散濃度分布調(diào)節(jié)層4和InP窗口層5之間的界面17是已經(jīng)暴露于空氣中的再生長(zhǎng)界面。當(dāng)滿足I X 117CnT3或更大的氧濃度和I X 117CnT3或更大的碳濃度中的至少一個(gè)時(shí)，作為通過二次離子質(zhì)譜法的測(cè)量的結(jié)果，可以識(shí)別再生長(zhǎng)界面。再生長(zhǎng)界面形成穿過P型區(qū)域的交叉線，并且在交叉線中發(fā)生漏電流，這會(huì)顯著降低元件的特性。
[0078]示例
[0079]關(guān)于InP襯底，制備了相對(duì)于面取向(100)具有不同偏離角使得改變InP窗口層的RMS值的四個(gè)試樣A1-A4，并且測(cè)量了四個(gè)試樣Al至A4中的每一個(gè)的性能。將四個(gè)試樣Al至A4的MQW的生長(zhǎng)溫度設(shè)定為500°C。在試樣Al至A4中的每一個(gè)中，將MQW的對(duì)的數(shù)量設(shè)定為250。測(cè)量項(xiàng)目如下:(I)圖1所示的外延晶片的表面形貌，⑵InP窗口層的RMS值，以及⑶使用外延晶片并在圖2中所示的光電二極管的暗電流。在四個(gè)試樣Al至A4當(dāng)中，試樣Al和A2對(duì)應(yīng)于發(fā)明示例，試樣A3和A4對(duì)應(yīng)于比較例。圖9示出了測(cè)量結(jié)果。在_50°C的溫度下，在-1V的電壓下測(cè)量暗電流。
[0080]參考圖9，試樣A2具有0.020°的偏離角、5.3nm的RMS值和具有等級(jí)A(5pA或更小)的暗電流。試樣Al具有0.005°的偏離角和2.4nm的RMS值，并且在凸起或凹陷方面，試樣Al的表面形貌在圖4C所示的水平(在圖9中，觀察到不包含凸起或凹陷的部分)。試樣Al的暗電流是在等級(jí)A (5pA或更小)。試樣Al和A2對(duì)應(yīng)于發(fā)明示例并且兩者具有良好的特性。相反，試樣A3和A4分別具有0.033°和0.046°的大的偏離角，因此具有以表面粗糙化的水平而密集地形成凸起或凹陷的差表面形貌。試樣A3和A4的RMS值分別為13nm和15nm。作為以表面粗糙化的水平形成凸起或凹陷的結(jié)果，暗電流差并且處于等級(jí)CdOOOpA至3000pA)。相比對(duì)應(yīng)于發(fā)明示例的試樣Al和A2的特性，對(duì)應(yīng)于比較例的試樣A3和A4的特性(暗電流)明顯很差。
[0081]根據(jù)本發(fā)明，可以通過控制相對(duì)于襯底的面取向的偏離角、多量子阱結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)溫度等實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)晶度。因此，防止了表面形貌的表面粗糙化等，例如，可以減少光電二極管中的暗電流。
【權(quán)利要求】
1.一種外延晶片，包括: 襯底，所述襯底由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成； 多量子阱結(jié)構(gòu)，所述多量子阱結(jié)構(gòu)由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且位于所述襯底上；和 頂層，所述頂層由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成，并且位于所述多量子阱結(jié)構(gòu)上， 其中，所述襯底具有(100)的面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角，并且 所述頂層的表面具有小于1nm的均方根粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延晶片，其中，凸起或凹陷以100/cm2或更大且IX 1fVcm2或更小的數(shù)量密度存在于所述頂層的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延晶片，其中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)是由下述對(duì)構(gòu)成的II型多量子阱結(jié)構(gòu)=InxGahAs和GaASl_ySby的對(duì)，其中0.38彡χ彡0.68，0.36彡y彡0.62 ;或者 Ga1-UlnuNvASh 和 GaASl_ySby 的對(duì)，其中 0.4 彡 u 彡 0.8，0〈v 彡 0.2，0.36 彡 y 彡 0.62。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延晶片，其中，由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的所述頂層是InP層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的外延晶片，其中，由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的所述頂層是InP 層。
6.一種半導(dǎo)體元件，包括:在根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延晶片中包括的所述襯底、所述多量子阱結(jié)構(gòu)和所述頂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述多量子阱結(jié)構(gòu)是吸收層，并且所述半導(dǎo)體元件用作光電二極管。
8.一種光學(xué)傳感器裝置，包括:根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件，和讀出電路。
9.一種制造外延晶片的方法，所述外延晶片是利用由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底形成的，所述方法包括: 在所述襯底上生長(zhǎng)由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu)的步驟；和 在所述多量子阱結(jié)構(gòu)上形成由II1-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的頂層的步驟， 其中，所述襯底具有(100)的面取向以及-0.030°或更大且+0.030°或更小的偏離角， 在生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)的所述步驟中，通過金屬有機(jī)氣相外延，在400°C或更高且500°C或更低的生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)所述多量子阱結(jié)構(gòu)，并且 以100/cm2或更大且I X 107cm2或更小的數(shù)量密度在所述頂層的表面上形成凸起或凹陷，并且所述頂層的表面具有小于1nm的均方根粗糙度。
【文檔編號(hào)】H01L31/0352GK104134713SQ201410183366
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月30日
【發(fā)明者】藤井慧, 柴田馨, 秋田勝史 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社