[发明专利]外延晶片及其制造方法、光电二极管和光学传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种外延晶片、该外延晶片的制造方法、光电二极管和光学传感器装置。具体地，本发明涉及一种包括由III-V族化合物半导体形成的且具有与近红外区到远红外区相对应的带隙的多量子阱(MQW)的外延晶片、该外延晶片的制造方法、光电二极管和光学传感器装置。

背景技术

是由III-V族化合物形成的InP基半导体具有与范围从近红外区到远红外区的区域相对应的带隙能量，因此进行了大量研究来开发用于通讯、夜间图像捕捉等的光电二极管。例如，R.Sidhu等的“ALong-Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells(使用晶格匹配的GsInAs-GaSaSb II型量子阱在InP上的长波长光电二极管)”，IEEE Photonics Technology Letters(IEEE光子学技术通讯)，Vol.17，No.12(2205)，2715-2717页和R.Sidhu等的“A2.3μm Cutoff Wavelength Photodiode on InP Using Lattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells(使用晶格匹配的GsInAs-GaSaSb II型量子阱在InP上的2.3μm截止波长光电二极管)”，2005International Conference on Indium Phosphide and Related Materials(2005关于磷化铟和相关材料的国际会议)，148-151页描述了一种光电二极管，其中在InP衬底上形成InGaAs/GaAsSb II型MQW，该光电二极管具有在近红外区中的特性灵敏度。日本未审专利申请公布No.2009-206499提出了一种平面光电二极管，其中在InP衬底上形成InGaAs/GaAsSb II型MQW并且通过选择扩散掩模图案选择性扩散用作p型杂质的锌(Zn)，使得像素被形成为以非扩散区在它们之间而彼此隔离。在该MQW上，布置InP窗口层和InGaAs扩散浓度分布调节层。这种平面光电二极管的构造消除了进行蚀刻用来形成台式结构的必要性，结果，允许暗电流的降低。发明内容

上述的每个光电二极管都包括外延生长在InP(100)衬底上的InGaAs/GaAsSb II型MQW。在该MQW中，GaAsSb包含锑(Sb)，这是不容易控制的，因此不容易实现高的结晶度。尤其是，利用适合批量制造的金属有机气相外延，不容易以高产率且稳定地获得具有高结晶度的InGaAs/GaAsSb II型MQW。

具体地，为了制造诸如光电二极管的产品以便以高产率且稳定地具有一致的质量，控制整个外延层结构是基本重要的。然而，在实际制造时，更有效的是主要控制一些趋向具有低结晶度的特定外延层。

因此，本发明的目的是提供一种外延晶片，其包括多量子阱，并且在实际制造中能够被制造为具有高的结晶度；一种制造该外延晶片的方法；光电二极管；和光学传感器装置。

根据本发明的实施例的制造外延晶片的方法包括在III-V族半导体衬底上生长外延层结构的步骤，该外延层结构包括III-V族半导体多量子阱和III-V族半导体表面层，其中执行在衬底上生长外延层结构的步骤，使得多量子阱相对于衬底的晶格失配△ω满足-0.13％≤△ω<0％或0％<△ω≤+0.13％的范围，该范围的中心偏离零，并且源自多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线具有30秒或更小的半峰全宽(FWHM)。该方法可通过金属有机气相外延进行。

例如，根据本发明的实施例的制造外延晶片的方法允许在实际制造时制造高结晶度的外延晶片。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的外延晶片。

图2是由图1中的外延晶片制造的光电二极管的截面图。

图3示出了包含图2中的光电二极管的光学传感器装置。

图4是示出图1中的外延晶片的X射线衍射ω-2θ扫描图案的示意图。

图5示出了源于图4中的多量子阱的零阶衍射峰中的X射线摇摆曲线。

图6是根据实施例的制造外延晶片和光电二极管的方法的流程图。

具体实施方式

在下文，将顺序描述根据本发明的实施例的特征。

1.制造外延晶片的方法

(1)制造方法