[发明专利]半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件和制造该半导体元件的方法，具体地，涉及一种被配置为吸收红外线的半导体元件和制造该半导体元件的方法。

背景技术

从近红外区到中红外区的红外光对应于与环境及包括动物和植物的生物体有关的吸收光谱区。正在进行对于这种波长区的光电探测器的研究。所述研究主要是针对具有包含III-V化合物半导体的吸收层的光电二极管。每个研究都注重为了抑制暗电流的目的而制造具有高结晶度的外延晶片。例如，日本未审专利申请公报No.2011-054915公开了涉及近红外区并且包括外延层叠体的生长的实施例，该外延层叠体包括具有通过仅使用金属有机源的金属有机气相外延法(全金属有机源MOVPE)的II型III-V化合物半导体(InGaAs/GaAsSb)多量子阱(MQW)结构的吸收层。日本未审专利申请公报No.2012-009777公开了涉及中红外区并且包括尤其是通过分子束外延(MBE)在GaSb衬底上形成具有InAs/GaSb多量子阱的吸收层的实施例。该文献指出可以使用其中没有采用的InSb应变补偿层用于应变补偿。X.B.Zhang等，Metalorganic chemical vapor deposition growth of high-quality InAs/GaSb type II superlattices on(001)GaAs substrates，Applied Physics Letters88，072104(2006)公开了一种通过标准MOVPE在GaAs衬底上形成InAs/GaSb多量子阱的方法。该文献指出，InSb应变补偿层是形成纳米管的原因，因此不采用。Y.Huang等，Epitaxial growth and characterization of InAs/GaSb and InAs/InAsSb type-II superlattices on GaSb substrates by metalorganic chemical vapor deposition for long wavelength infrared photodetectors,Journal of Crystal Growth314,92(2011)公开了一种通过标准MOVPE在GaSb衬底上形成包括应变补偿层(由InAsSb和InGaSb的组合构成的层)的InAs/GaSb多量子阱的方法。Li-Gong Li等，Effect of growth temperature on surface morphology and structure on InAs/GaSb superlattices grown by metalorganic chemical vapor deposition,Journal of Crystal Growth359,55(2012)公开了一种通过标准MOVPE在GaSb衬底上形成包括用作应变补偿层的AsSb混合面的InAs/GaSb多量子阱的方法。H.J.Haugan等，Exploring optimum growth for high quality InAs/GaSb type-II superlattices,Journal of Crystal Growth261,471(2004)公开了一种通过MBE在GaSb衬底上形成包括InSb应变补偿层的InAs/GaSb多量子阱的例子。

发明内容

关于制造红外光电二极管的技术，考虑下面的四点。在本说明书中，MOVPE和金属有机化学气相沉积(MOCVD)被理解为相同的方法。

(1)用于中红外区并且形成在GaSb衬底上的InAs/GaSb多量子阱需要某种类型的应变补偿层。这是因为，InAs和GaSb之间的晶格常数的差大，因此单独由InAs和GaSb构成的多量子阱会引起应变弛豫(产生晶格缺陷，诸如位错)。

(2)在GaSb衬底上形成InAs/GaSb多量子阱的情况下，可以通过MBE沉积InSb来形成应变补偿层。

(3)在使用MOVPE的情况下，很难使用InSb作为应变补偿层，并且，例如，使用多个材料层的组合作为InSb的替代。其主要的原因是，InSb具有527℃的低熔点，很难在整个MOVPE期间在比InSb的熔点低很多的温度下执行所有的沉积。然而，使用多个材料层或AsSb混合面使得工艺复杂，造成质量控制困难。