JP2004087669A

JP2004087669A - Epitaxial wafer for light receiving element and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004087669A
Application number: JP2002245045A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Takeda; 武田　仁志
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the element integration yield, and to reduce the costs of light receiving elements. <P>SOLUTION: This method for manufacturing an epitaxial wafer for a light receiving element is provided to form an InP buffer layer 2 on an InP substrate 1, and to successively laminate at least three layers, that is, an InGaAs layer 3, an InGaAsP layer 4, and an InP multiplication layer 5 on the InP buffer layer 2. In this case, Si<SB>2</SB>H<SB>6</SB>is used for the raw materials of Si to be added to the InP buffer layer 2 and the InP amplification layer 5 so that the carrier concentration control of those layers can be carried out, and SiH<SB>4</SB>is used for the raw materials of Si to be added to the InGaAs layer 3 and the InGaAs layer 4 so that the carrier concentration control of those layers can be carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信等に使用される、化合物半導体を用いた受光素子の改良に係り、特にＩｎＰ基板上にＩｎＰバッファ層を形成し、その上にＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ増倍層の少なくとも３層を順に積層させてなる受光素子用エピタキシャルウェーハおよび受光素子用エピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信用光の検出にアバランシェ型受光素子が用いられている。このアバランシェ型受光素子は、降伏電圧以上の逆バイアス電圧で動作するｐｎ接合ホトダイオードであり、電磁放射によって生成される電子・正孔対はアバランシェ過程によって増倍され、この電子・正孔対が光電流を形成する。
【０００３】
ところで、アバランシェ型受光素子のＩｎＰ増倍層では、そのドーパントとしてＳｉやＳが使用されている。特にＳｉを添加する際のドーパントガスとしてはＳｉＨ_４（モノシラン）が使用されているが、近年、そのＳｉ添加のための原料として、Ｓｉ_２Ｈ_６（ジシラン）を使うことが検討されている。
【０００４】
例えば特許第２９３７３４２号公報においては、ＩｎＰバッファ層に添加するＳｉの原料にＳｉ_２Ｈ_６を用い、ＩｎＧａＡｓＰ層およびＩｎＰ増倍層に添加するＳｉの原料にＳｉＨ_４を用いている。
【０００５】
また、特開平６−２０９７４号公報では、Ｓｉをｎ型ドーパントとするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する気相成長法において、ドーピング原料ガスにＳｉ_２Ｈ_６とＳｉＨ_４の混合ガスを用いている。
【０００６】
一方、受光素子用エピタキシャルウェーハから素子を取り出す際の素子化歩留まりを向上させることで、受光素子の低コスト化が図られているが、この素子化歩留まりの向上には、ＩｎＰ増倍層のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布の均一化が必要である。
【０００７】
このＩｎＰ増倍層を成長させる際に、ドーパントガスにＳｉＨ_４を使用すると、その成長温度の分布バラツキの影響を受けてキャリア濃度の均一な制御が困難となり、これに対してＳｉ_２Ｈ_６を使用すると、ＳｉＨ_４よりも分解温度が低いため、成長温度の分布バラツキの影響が緩和され、それだけキャリア濃度の均一な制御が容易となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許第２９３７３４２号公報では、上記のように、ＩｎＰバッファ層のみにＳｉ_２Ｈ_６をＳｉ添加原料ガスとして用いており、ＩｎＰ増倍層には、成長温度の分布バラツキの影響を受けやすくなるＳｉＨ_４が使用されている。
【０００９】
また、特開平６−２０９７４号公報においては、上記のように、ＳｉＨ_４とＳｉ_２Ｈ_６との混合ガスを使用しており、ドーパントガス濃度と混合比を適正に調整することは困難であり、したがって、キャリア濃度の制御およびウェーハ面内分布の均一化が難しくなる。
【００１０】
このように、従来手法では、ＩｎＰ増倍層のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布の均一化が困難であり、このため素子化歩留まりが悪く受光素子のコスト高の一因となっていた。
【００１１】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、素子化歩留まりを改善し、受光素子の低コスト化を行うことができる受光素子用エピタキシャルウェーハおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ＩｎＰ基板上にＩｎＰバッファ層を形成し、その上にＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ増倍層の少なくとも３層を順に積層させてな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、前記ＩｎＰバッファ層および前記ＩｎＰ増倍層の各々に添加するＳｉの原料にＳｉ_２Ｈ_６を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行ない、前記ＩｎＧａＡｓ層および前記ＩｎＧａＡｓＰ層の各々に添加するＳｉの原料にＳｉＨ_４を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行なう、ことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記ＩｎＰバッファ層および前記ＩｎＰ増倍層の各々に添加するＳｉの原料に用いるＳｉ_２Ｈ_６を、それらの層の所望のキャリア濃度に応じて希釈して供給する、ことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、ＩｎＰ基板上にＩｎＰバッファ層を形成し、その上にＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ増倍層の少なくとも３層を順に積層させてなる受光素子用エピタキシャルウェーハにおいて、前記ＩｎＰバッファ層および前記ＩｎＰ増倍層は、各々に添加するＳｉの原料にＳｉ_２Ｈ_６を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行なうことで形成され、前記ＩｎＧａＡｓ層および前記ＩｎＧａＡｓＰ層は、各々に添加するＳｉの原料にＳｉＨ_４を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行なうことで形成されている、ことを特徴としている。
【００１５】
【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。
【００１６】
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、アバランジェ受光素子用のものであり、ＩｎＰからなる基板１上に、ＩｎＰからなるバッファー層２、ＩｎＧａＡｓからなる受光層３、ＩｎＧａＡｓＰからなる加速層４およびＩｎＰからなる増倍層５を順次積層して構成されている。
【００１７】
各層１〜５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５×１０^１３〜８×１０^１８個／ｃｍ^３である。
【００１８】
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１×１０^１４〜５×１０^１７個／ｃｍ^３、格子不整合度は±３×１０^−３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。
【００１９】
ＩｎＧａＡｓＰ加速層４の膜厚は０．０５〜０．５μｍであり、キャリア濃度は５×１０^１３〜８×１０^１８個／ｃｍ^３である。
【００２０】
ＩｎＰ増倍層５の膜厚は０．００５〜２．０μｍであり、キャリア濃度は１×１０^１６〜１×１０^１８個／ｃｍ^３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）などが使用できるが、本発明ではＳｉを用いる。
【００２１】
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ＰＨ_３（ホスフィン）、ＡｓＨ_３（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。
【００２２】
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。
【００２３】
そして、この発明の実施形態では、ＩｎＰバッファ層２およびＩｎＰ増倍層５へのＳｉの添加原料ガスに分解温度の低いＳｉ_２Ｈ_６を用いて、またＩｎＧａＡｓ受光層３およびＩｎＧａＡｓＰ加速層４へのＳｉの添加原料ガスにはＳｉＨ_４を用いて成長させるので、各層２〜５のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布をより均一化できる。特にＩｎＰ増倍層５のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布をより均一化できるので、それにより素子化歩留まりを改善することができ、受光素子の低コスト化を実現することができる。
【００２４】
また、アバランシェ型受光素子では、ＩｎＰ増倍層のキャリア濃度によりｐ型不純物の拡散深さが決められ、それがブレークダウン電圧特性に影響を与えるようになるが、この発明の実施形態では、ＩｎＰ増倍層５に要求される高キャリア濃度領域であっても、安定的にキャリア濃度を制御でき、かつそのキャリア濃度の面内均一性を向上させることができるので、ｐ型不純物の拡散深さ制御を良好に行うことができる。したがって、ｐｎ接合を再現性良く制御でき、設計通りのブレークダウン電圧を有する受光素子を安定して製造することができる。
【００２５】
さらに、この発明の実施形態では、Ｓｉ_２Ｈ_６の希釈率と、層内キャリア濃度との関係を求め、その関係から所望のキャリア濃度に対するＳｉ_２Ｈ_６の希釈率を求めその希釈率のＳｉ_２Ｈ_６を供給するようにしたので、ＩｎＰ増倍層に要求される高キャリア濃度領域（１０^１６〜１０^１８個／ｃｍ^３）であっても、安定的にキャリア濃度を制御でき、この点からもＩｎＰ増倍層５のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布を均一なものとすることができる。
【００２６】
次に、より具体的な実施例を挙げて説明する。
【００２７】
図２は試料（受光素子用エピタキシャルウェーハ）の測定位置を示す図である。以下の各実施例では、試料の測定位置を反オリフラ（反ＯＦ）側から約８ｍｍを位置▲１▼とし、約５ｍｍ間隔でオリフラ（ＯＦ）側から約８ｍｍの位置▲７▼までの７箇所でキャリア濃度測定を行ない、ウェーハ面内分布を求めた。
【００２８】
先ず第１実施例として、ＩｎＰ増倍層へのＳｉの添加原料ガスのみを変更し、それ以外は同一の条件で２つの試料（受光素子用エピタキシャルウェーハ）を作製した。すなわち、ＩｎＰ増倍層へのＳｉの添加原料ガスとして、一方はＳｉＨ_４を、他方はＳｉ_２Ｈ_６を用いてそれぞれＩｎＰ増倍層の成長を行ない、両者のＩｎＰ増倍層でのキャリア濃度を電解ＣＶ装置を用いて測定し比較した。
【００２９】
図３は各試料のＩｎＰ増倍層におけるキャリア濃度のウェーハ面内分布のグラフである。横軸は電解ＣＶ装置での測定位置であり、図２の位置▲１▼〜▲７▼に対応している。縦軸はキャリア濃度である。○はドーパントガスとしてＳｉＨ_４を、●はドーパントガスとしてＳｉ_２Ｈ_６を使用した場合のＩｎＰ増倍層のキャリア濃度である。図から分かるように、ＩｎＰ増倍層ではＳｉＨ_４を用いた場合に比べてＳｉ_２Ｈ_６を用いた場合の方が、キャリア濃度のウェーハ面内分布のバラツキが小さくなっている。
【００３０】
次に第２実施例として、ＩｎＧａＡｓ受光層へのＳｉの添加原料ガスのみを変更し、それ以外は同一の条件で２つの試料（受光素子用エピタキシャルウェーハ）を作製した。すなわち、ＩｎＧａＡｓ受光層へのＳｉの添加原料ガスとして、一方はＳｉＨ_４を、他方はＳｉ_２Ｈ_６を用いてそれぞれＩｎＧａＡｓ受光層の成長を行ない、両者のＩｎＧａＡｓ受光層でのキャリア濃度を電解ＣＶ装置を用いて測定し比較した。
【００３１】
図４は各試料のＩｎＧａＡｓ受光層におけるキャリア濃度のウェーハ面内分布のグラフである。横軸は電解ＣＶ装置での測定位置であり、図２の位置▲１▼〜▲７▼に対応している。縦軸はキャリア濃度である。□はドーパントガスとしてＳｉＨ_４を、■はドーパントガスとしてＳｉ_２Ｈ_６を使用した場合のＩｎＧａＡｓ受光層のキャリア濃度である。図から分かるように、ＩｎＧａＡｓ受光層では、上記のＩｎＰ増倍層の場合とは逆に、Ｓｉ_２Ｈ_６を用いた場合に比べてＳｉＨ_４を用いた場合の方が、キャリア濃度のウェーハ面内分布のバラツキが小さくなっている。
【００３２】
また、発光波長が０．９５〜１．５５μｍであるＩｎＧａＡｓＰ加速層においても、ＩｎＧａＡｓ層と同様の結果が得られた。
【００３３】
以上の結果の原因を調べるために、さらにエピタキシャル膜成長温度を変化させて試料（受光素子用エピタキシャルウェーハ）を作製し、ＩｎＰ増倍層およびＩｎＧａＡｓ受光層における一定流量のＳｉＨ_４とＳｉ_２Ｈ_６とによるキャリア濃度の変化を調べた。
【００３４】
図５はＩｎＰ増倍層における成長温度依存性のグラフである。横軸は成長温度（水準１〜３）であり、縦軸はＩｎＰ増倍層のキャリア濃度である。測定位置はウェーハの同一位置である。○はＩｎＰ増倍層へのドーパントガスとしてＳｉＨ_４を使用した場合、●はＩｎＰ増倍層へのドーパントガスとしてＳｉ_２Ｈ_６を使用した場合である。この結果より、ＩｎＰ増倍層におけるＳｉＨ_４とＳｉ_２Ｈ_６との成長温度によるキャリア濃度の変化度合いはＳｉ_２Ｈ_６の方が小さいことがわかる。このことは、ＩｎＰ増倍層においてＳｉをドーパントとして使用する際に、ウェーハ面内分布をより均一にするためには、温度依存性の小さいドーパントガス、つまりＳｉ_２Ｈ_６を使用することが有効であることを示しており、この結果から、図３のキャリア濃度の面内分布グラフが得られた原因が明確に説明できる。
【００３５】
図６はＩｎＧａＡｓ受光層における成長温度依存性のグラフである。横軸は成長温度（水準１〜３）であり、縦軸はＩｎＧａＡｓ受光層のキャリア濃度である。測定位置はウェーハの同一位置である。□はＩｎＧａＡｓ受光層へのドーパントガスとしてＳｉＨ_４を使用した場合、■はＩｎＧａＡｓ受光層へのドーパントガスとしてＳｉ_２Ｈ_６を使用した場合である。この結果より、ＩｎＧａＡｓ受光層におけるＳｉＨ_４とＳｉ_２Ｈ_６との成長温度によるキャリア濃度の変化度合いはＳｉＨ_４の方が小さいことがわかる。このことは、ＩｎＧａＡｓ受光層においてＳｉをドーパントとして使用する際に、ウェーハ面内分布をより均一にするためには、温度依存性の小さいドーパントガス、つまりＳｉＨ_４を使用することが有効であることを示しており、この結果から、図４のキャリア濃度の面内分布グラフが得られた原因が明確に説明できる。
【００３６】
次に第３実施例として、ドーパントガスとしてのＳｉ_２Ｈ_６の希釈率を変化させて、それぞれの希釈率でＩｎＰ増倍層の成長を行ない、試料（受光素子用エピタキシャルウェーハ）を作製した。そして、その各試料のＩｎＰ増倍層におけるキャリア濃度を測定し、Ｓｉ_２Ｈ_６の希釈率とキャリア濃度との関係を求めた。その結果を図７に示す。
【００３７】
図７はＳｉ_２Ｈ_６の希釈率を変化させたときのＩｎＰ増倍層のキャリア濃度の測定結果を示す図である。図において、Ｓｉ_２Ｈ_６の任意の希釈率に対して、ＩｎＰ増倍層のキャリア濃度は、高キャリア濃度領域である１０^１６〜１０^１８個／ｃｍ^３の範囲の何れかの値をとっている。すなわち、この発明では、ＩｎＰ増倍層に対する所望のキャリア濃度は、Ｓｉ_２Ｈ_６を図７の結果に基づき希釈して供給することで実現することができ、キャリア濃度を精度良く制御できるようになっている。
【００３８】
なお、上記の第１実施例および第３実施例では、ＩｎＰ増倍層の成長時にＳｉ_２Ｈ_６を用いる場合について説明したが、ＩｎＰバッファ層の成長時にＳｉ_２Ｈ_６を用いた場合も同様の結果が得られた。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００４０】
請求項１および請求項３に記載の発明では、ＩｎＰバッファ層およびＩｎＰ増倍層へのＳｉの添加原料ガスに分解温度の低いＳｉ_２Ｈ_６を用いて、またＩｎＧａＡｓ受光層およびＩｎＧａＡｓＰ加速層へのＳｉの添加原料ガスにはＳｉＨ_４を用いて成長させるので、各層のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布をより均一化できる。特にＩｎＰ増倍層のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布をより均一化できるので、それにより素子化歩留まりを改善することができ、受光素子の低コスト化を実現することができる。
【００４１】
また、請求項２に記載の発明では、Ｓｉ_２Ｈ_６の希釈率と、層内キャリア濃度との関係を求め、その関係から所望のキャリア濃度に対するＳｉ_２Ｈ_６の希釈率を求めその希釈率のＳｉ_２Ｈ_６を供給するようにしたので、ＩｎＰ増倍層に要求される高キャリア濃度領域（１０^１６〜１０^１８個／ｃｍ^３）であっても、安定的にキャリア濃度を制御でき、この点からもＩｎＰ増倍層のキャリア濃度におけるウェーハ面内分布を均一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】試料（受光素子用エピタキシャルウェーハ）の測定位置を示す図である。
【図３】各試料のＩｎＰ増倍層におけるキャリア濃度のウェーハ面内分布のグラフである。
【図４】各試料のＩｎＧａＡｓ受光層におけるキャリア濃度のウェーハ面内分布のグラフである。
【図５】ＩｎＰ増倍層における成長温度依存性のグラフである。
【図６】ＩｎＧａＡｓ受光層における成長温度依存性のグラフである。
【図７】Ｓｉ_２Ｈ_６の希釈率を変化させたときのＩｎＰ増倍層のキャリア濃度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１　ＩｎＰ基板
２　ＩｎＰバッファー層
３　ＩｎＧａＡｓ受光層
４　ＩｎＧａＡｓＰ加速層
５　ＩｎＰ増倍層
１０　受光素子用エピタキシャルウェーハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a light-receiving element using a compound semiconductor, which is used for optical communication and the like, and particularly to forming an InP buffer layer on an InP substrate, and forming an InGaAs layer, an InGaAsP layer, and an InP multiplication layer thereon. The present invention relates to an epitaxial wafer for a light receiving element and a method for manufacturing an epitaxial wafer for a light receiving element in which at least three layers are sequentially laminated.
[0002]
[Prior art]
In recent years, avalanche light receiving elements have been used for detecting light for optical communication. This avalanche-type light receiving element is a pn junction photodiode that operates at a reverse bias voltage higher than a breakdown voltage. Electron-hole pairs generated by electromagnetic radiation are multiplied by an avalanche process, and the electron-hole pairs are converted to light. Form a current.
[0003]
By the way, in the InP multiplication layer of the avalanche light receiving element, Si or S is used as the dopant. In particular, SiH ₄ (monosilane) is used as a dopant gas when adding Si. In recent years, the use of Si ₂ H ₆ (disilane) as a raw material for adding Si has been studied.
[0004]
For example, in Japanese Patent No. 2937342, Si ₂ H ₆ is used as a Si source added to the InP buffer layer, and SiH ₄ is used as a Si source added to the InGaAsP layer and the InP multiplication layer.
[0005]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-20974, a mixed gas of Si ₂ H ₆ and SiH ₄ is used as a doping source gas in a vapor phase growth method for growing a III-V compound semiconductor crystal using Si as an n-type dopant. ing.
[0006]
On the other hand, the cost of the light-receiving element has been reduced by improving the element-production yield when removing the element from the epitaxial wafer for the light-receiving element. However, the improvement of the element-production yield requires the carrier of the InP multiplication layer. It is necessary to make the distribution of the concentration within the wafer plane uniform.
[0007]
When growing the InP multiplication layer, using SiH ₄ as the dopant gas, it is difficult to uniformly control the carrier concentration by the influence of the distribution variation of the growth temperature, the Si ₂ H ₆ contrast When used, since the decomposition temperature is lower than that of SiH ₄ , the influence of the variation in the distribution of the growth temperature is reduced, and the uniform control of the carrier concentration is facilitated accordingly.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Patent No. 2937342, as described above, Si ₂ H ₆ is used only for the InP buffer layer as the Si-added source gas, and the InP multiplication layer is easily affected by the variation in the distribution of the growth temperature. SiH ₄ is used.
[0009]
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-20974, as described above, a mixed gas of SiH ₄ and Si ₂ H ₆ is used, and it is difficult to appropriately adjust the dopant gas concentration and the mixing ratio. Therefore, it becomes difficult to control the carrier concentration and make the distribution in the wafer plane uniform.
[0010]
As described above, in the conventional method, it is difficult to make the distribution of the carrier concentration of the InP multiplication layer in the wafer surface uniform, and thus the yield of device formation is poor, which has contributed to the high cost of the light receiving device.
[0011]
The present invention has been proposed in view of the above, and an object of the present invention is to provide an epitaxial wafer for a light-receiving element and a method for manufacturing the same, which can improve the yield of element formation and reduce the cost of the light-receiving element.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes forming an InP buffer layer on an InP substrate, and sequentially stacking at least three layers of an InGaAs layer, an InGaAsP layer, and an InP multiplication layer on the InP buffer layer. In the method of manufacturing an epitaxial wafer for a light-receiving element, the carrier concentration of the InP buffer layer and the InP multiplication layer is controlled by using Si ₂ H ₆ as a Si raw material to be added to each of the InP buffer layer and the InP multiplication layer. And using SiH ₄ as a Si source added to each of the InGaAsP layers to control the carrier concentration of those layers.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, Si ₂ H ₆ used as a Si source added to each of the InP buffer layer and the InP multiplication layer is used. Is supplied after being diluted according to a desired carrier concentration of those layers.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an epitaxial wafer for a light-receiving element, wherein an InP buffer layer is formed on an InP substrate, and at least three layers of an InGaAs layer, an InGaAsP layer, and an InP multiplication layer are sequentially stacked thereon. In the above, the InP buffer layer and the InP multiplication layer are formed by controlling the carrier concentration of these layers using Si ₂ H ₆ as a Si source added to each of the InP buffer layer and the InP multiplication layer. Are characterized in that they are formed by controlling the carrier concentration of those layers using SiH ₄ as a raw material of Si added to each.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an epitaxial wafer for a light receiving element of the present invention. In the figure, an epitaxial wafer 10 for a light receiving element is for an avalanche light receiving element, and on a substrate 1 made of InP, a buffer layer 2 made of InP, a light receiving layer 3 made of InGaAs, an acceleration layer 4 made of InGaAsP and an InP. And a multiplication layer 5 composed of
[0017]
Each of the layers 1 to 5 is an n-type semiconductor, and its film thickness and the like are roughly as follows. That is, the thickness of the InP buffer layer 2 is 0.1 to 10 μm, and the carrier concentration is 5 × 10 ¹³ to 8 × 10 ¹⁸ / cm ³ .
[0018]
The InGaAs light receiving layer 3 has a thickness of 0.1 to 10 μm, a carrier concentration of 1 × 10 ^{14 to} 5 × 10 ¹⁷ / cm ³ , and a lattice mismatch of ± 3 × 10 ⁻³ . Here, the degree of lattice mismatch is represented by (ba) / a, where a is the lattice constant of the InP buffer layer 2 and b is the lattice constant of the InGaAs light receiving layer 3.
[0019]
The thickness of the InGaAsP acceleration layer 4 is 0.05 to 0.5 μm, and the carrier concentration is 5 × 10 ¹³ to 8 × 10 ¹⁸ / cm ³ .
[0020]
The thickness of the InP multiplication layer 5 is 0.005 to 2.0 μm, and the carrier concentration is 1 × 10 ¹⁶ to 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ . As the dopant, S (sulfur), Sn (tin), Si (silicon) or the like, which shows n-type in the layer, can be used. In the present invention, Si is used.
[0021]
As a raw material used in the present invention, general organic metals and hydride gases can be used. For example, in organic metals, TMIn (trimethylindium), TEIn (triethylindium), TMGa (trimethylgallium), TEGa (triethylgallium), hydride Examples of the gas include PH ₃ (phosphine), AsH ₃ (arsine), TBP (tertiary butyl phosphine), and TBA (tertiary butyl arsine). The organic metal is supplied to the reaction tube by using hydrogen as a carrier gas and saturated vapor.
[0022]
The epitaxial wafer 10 can be manufactured by MOCVD, VPE, MBE, or the like. When manufactured by the MOCVD method, the reaction temperature is in the range of 450 to 750 ° C., and the reaction tube pressure is about 13 to 1013 hPa.
[0023]
In the embodiment of the present invention, Si ₂ H ₆ having a low decomposition temperature is used as a source gas for adding Si to the InP buffer layer 2 and the InP multiplication layer 5 and the InGaAs light-receiving layer 3 and the InGaAsP acceleration layer 4 are used. Since SiH ₄ is used as a source gas for adding Si, the distribution of the carrier concentration of each of the layers 2 to 5 in the wafer surface can be made more uniform. In particular, since the distribution of the carrier concentration of the InP multiplication layer 5 in the wafer surface can be made more uniform, the yield of device formation can be improved, and the cost of the light receiving device can be reduced.
[0024]
In the avalanche-type light receiving element, the diffusion depth of the p-type impurity is determined by the carrier concentration of the InP multiplication layer, which affects the breakdown voltage characteristics. Even in the high carrier concentration region required for the multiplication layer 5, the carrier concentration can be controlled stably and the in-plane uniformity of the carrier concentration can be improved. Control can be performed well. Therefore, the pn junction can be controlled with good reproducibility, and a light receiving element having a breakdown voltage as designed can be stably manufactured.
[0025]
Further, in the embodiment of the present invention, the relationship between the dilution ratio of Si ₂ H ₆ and the carrier concentration in the layer is determined, and the dilution ratio of Si ₂ H ₆ with respect to a desired carrier concentration is determined from the relationship, and the Si ratio of the dilution ratio is determined. _{Since 2} H ₆ is supplied, the carrier concentration can be controlled stably even in a high carrier concentration region (10 ¹⁶ to 10 ¹⁸ / cm ³ ) required for the InP multiplication layer. Accordingly, the distribution of the carrier concentration of the InP multiplication layer 5 in the wafer surface can be made uniform.
[0026]
Next, a more specific example will be described.
[0027]
FIG. 2 is a view showing a measurement position of a sample (epitaxial wafer for a light receiving element). In each of the following examples, the measurement position of the sample is about 8 mm from the anti-oriflat (anti-OF) side as position (1), and the measurement is performed at seven points from the orientation flat (OF) side to about 8 mm (7) at intervals of about 5 mm. Was used to measure the carrier concentration, and the distribution in the wafer plane was determined.
[0028]
First, as a first example, two samples (epitaxial wafers for light-receiving elements) were produced under the same conditions except that the source gas for adding Si to the InP multiplication layer was changed. In other words, as an additive source gas of Si to the InP multiplication layer, one is made of SiH ₄ and the other is made of Si ₂ H ₆ to grow the InP multiplication layer, and the carrier concentration in both InP multiplication layers is increased. Was measured using an electrolytic CV device and compared.
[0029]
FIG. 3 is a graph of the in-plane distribution of the carrier concentration in the InP multiplication layer of each sample. The horizontal axis is a measurement position in the electrolytic CV device, and corresponds to positions (1) to (7) in FIG. The vertical axis is the carrier concentration. ○ indicates the carrier concentration of the InP multiplication layer when SiH ₄ is used as the dopant gas and ● indicates the carrier concentration when Si ₂ H ₆ is used as the dopant gas. As can be seen from the figure, in the InP multiplication layer, the variation in the carrier concentration distribution in the wafer surface is smaller when Si ₂ H ₆ is used than when SiH ₄ is used.
[0030]
Next, as a second example, two samples (epitaxial wafers for light-receiving elements) were produced under the same conditions except that the source gas for adding Si to the InGaAs light-receiving layer was changed. That is, as an additive source gas of Si to the InGaAs light-receiving layer, one is made of SiH ₄ and the other is made of Si ₂ H ₆ to grow the InGaAs light-receiving layer, and the carrier concentration in both InGaAs light-receiving layers is determined by electrolytic CV. Measurements were made using an apparatus and compared.
[0031]
FIG. 4 is a graph of the in-plane distribution of the carrier concentration in the InGaAs light receiving layer of each sample. The horizontal axis is a measurement position in the electrolytic CV device, and corresponds to positions (1) to (7) in FIG. The vertical axis is the carrier concentration. □ indicates the carrier concentration of the InGaAs light-receiving layer when SiH ₄ is used as the dopant gas, and ■ indicates the carrier concentration when Si ₂ H ₆ is used as the dopant gas. As can be seen from the figure, in the InGaAs light-receiving layer, contrary to the case of the above-mentioned InP multiplication layer, the wafer surface having the carrier concentration is higher in the case of using SiH ₄ than in the case of using Si ₂ H _6. The dispersion of the inner distribution is small.
[0032]
Also, in the InGaAsP acceleration layer having an emission wavelength of 0.95 to 1.55 μm, the same result as that of the InGaAs layer was obtained.
[0033]
In order to investigate the cause of the above results, a sample (epitaxial wafer for a light receiving element) was prepared by further changing the epitaxial film growth temperature, and a constant flow rate of SiH ₄ and Si ₂ H ₆ in the InP multiplication layer and the InGaAs light receiving layer. The change in carrier concentration due to the above was investigated.
[0034]
FIG. 5 is a graph showing the growth temperature dependence of the InP multiplication layer. The horizontal axis is the growth temperature (levels 1 to 3), and the vertical axis is the carrier concentration of the InP multiplication layer. The measurement position is the same position on the wafer. ○ indicates the case where SiH ₄ was used as a dopant gas for the InP multiplication layer, and ● indicates the case where Si ₂ H ₆ was used as the dopant gas for the InP multiplication layer. From this result, it is understood that the degree of change in the carrier concentration in the InP multiplication layer due to the growth temperature of SiH ₄ and Si ₂ H ₆ is smaller in Si ₂ H ₆ . This means that when Si is used as a dopant in the InP multiplication layer, it is effective to use a dopant gas having a small temperature dependency, that is, Si ₂ H ₆ , in order to make the distribution in the wafer surface more uniform. From this result, the reason why the in-plane distribution graph of the carrier concentration in FIG. 3 was obtained can be clearly explained.
[0035]
FIG. 6 is a graph of the growth temperature dependency in the InGaAs light receiving layer. The horizontal axis is the growth temperature (levels 1 to 3), and the vertical axis is the carrier concentration of the InGaAs light receiving layer. The measurement position is the same position on the wafer. □ indicates the case where SiH ₄ was used as a dopant gas for the InGaAs light receiving layer, and Δ indicates the case where Si ₂ H ₆ was used as the dopant gas for the InGaAs light receiving layer. From this result, it can be seen that the degree of change in the carrier concentration due to the growth temperature of SiH ₄ and Si ₂ H ₆ in the InGaAs light receiving layer is smaller in SiH ₄ . This means that when Si is used as a dopant in the InGaAs light-receiving layer, it is effective to use a dopant gas having a small temperature dependency, that is, SiH ₄ , in order to make the distribution in the wafer surface more uniform. From the results, the cause of obtaining the in-plane distribution graph of the carrier concentration in FIG. 4 can be clearly explained.
[0036]
Next, as a third example, a sample (epitaxial wafer for a light receiving element) was manufactured by changing the dilution ratio of Si ₂ H ₆ as a dopant gas and growing the InP multiplication layer at each dilution ratio. Then, the carrier concentration in the InP multiplication layer of each sample was measured, and the relationship between the dilution ratio of Si ₂ H ₆ and the carrier concentration was obtained. FIG. 7 shows the result.
[0037]
FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of the carrier concentration of the InP multiplication layer when the dilution ratio of Si ₂ H ₆ is changed. In the figure, for an arbitrary dilution ratio of Si ₂ H ₆ , the carrier concentration of the InP multiplication layer takes any value within a range of 10 ¹⁶ to 10 ¹⁸ / cm ³ which is a high carrier concentration region. I have. That is, in the present invention, the desired carrier concentration for the InP multiplication layer can be realized by diluting and supplying Si ₂ H ₆ based on the results of FIG. 7, so that the carrier concentration can be controlled with high accuracy. Has become.
[0038]
In the first and third embodiments, the case where Si ₂ H ₆ is used when growing the InP multiplication layer has been described. However, the same applies when Si ₂ H ₆ is used when growing the InP buffer layer. Was obtained.
[0039]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0040]
According to the first and third aspects of the present invention, Si ₂ H ₆ having a low decomposition temperature is used as a source gas for adding Si to the InP buffer layer and the InP multiplication layer, and the InGaAs light-receiving layer and the InGaAsP acceleration layer are used. Since SiH ₄ is used as the source gas for adding Si, the distribution of the carrier concentration in each layer within the wafer surface can be made more uniform. In particular, since the distribution of the carrier concentration of the InP multiplication layer in the wafer surface can be made more uniform, the yield of device formation can be improved, and the cost of the light receiving device can be reduced.
[0041]
According to the second aspect of the present invention, the relationship between the dilution ratio of Si ₂ H ₆ and the carrier concentration in the layer is determined, and the dilution ratio of Si ₂ H ₆ with respect to a desired carrier concentration is determined from the relationship. since then supplied to the _Si 2 _{H 6,} be a high carrier concentration regions required for InP multiplication layer ⁽¹⁰ 16 ^{to 10 18} / cm ^3), it can be stably controlled carrier concentration, From this point, the distribution of the carrier concentration of the InP multiplication layer in the wafer surface can be made uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an epitaxial wafer for a light receiving element of the present invention.
FIG. 2 is a view showing measurement positions of a sample (epitaxial wafer for a light receiving element).
FIG. 3 is a graph showing a distribution of a carrier concentration in a wafer surface in an InP multiplication layer of each sample.
FIG. 4 is a graph showing a distribution of a carrier concentration in a wafer surface of an InGaAs light receiving layer of each sample.
FIG. 5 is a graph showing growth temperature dependence in an InP multiplication layer.
FIG. 6 is a graph of the growth temperature dependency in the InGaAs light receiving layer.
FIG. 7 is a diagram showing measurement results of the carrier concentration of the InP multiplication layer when the dilution ratio of Si ₂ H ₆ is changed.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 InP substrate 2 InP buffer layer 3 InGaAs light receiving layer 4 InGaAsP acceleration layer 5 InP multiplication layer 10 Epitaxial wafer for light receiving element

Claims

ＩｎＰ基板上にＩｎＰバッファ層を形成し、その上にＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ増倍層の少なくとも３層を順に積層させてな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、
前記ＩｎＰバッファ層および前記ＩｎＰ増倍層の各々に添加するＳｉの原料にＳｉ_２Ｈ_６を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行ない、
前記ＩｎＧａＡｓ層および前記ＩｎＧａＡｓＰ層の各々に添加するＳｉの原料にＳｉＨ_４を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行なう、
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。A method for manufacturing an epitaxial wafer for a light-receiving element, comprising: forming an InP buffer layer on an InP substrate, and sequentially stacking at least three layers of an InGaAs layer, an InGaAsP layer, and an InP multiplication layer thereon,
Controlling the carrier concentration of the InP buffer layer and the InP multiplication layer by using Si ₂ H ₆ as a Si source added to each of the layers,
Carrier concentration control of the InGaAs layer and the InGaAsP layer is performed by using SiH ₄ as a Si source added to each of the layers.
A method for producing an epitaxial wafer for a light receiving element, characterized by comprising:

前記ＩｎＰバッファ層および前記ＩｎＰ増倍層の各々に添加するＳｉの原料に用いるＳｉ_２Ｈ_６を、それらの層の所望のキャリア濃度に応じて希釈して供給する、
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の製造方法。Si ₂ H ₆ used as a raw material of Si to be added to each of the InP buffer layer and the InP multiplication layer is supplied after being diluted according to a desired carrier concentration of those layers.
The method for manufacturing an epitaxial wafer for a light receiving element according to claim 1, wherein:

ＩｎＰ基板上にＩｎＰバッファ層を形成し、その上にＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ増倍層の少なくとも３層を順に積層させてなる受光素子用エピタキシャルウェーハにおいて、
前記ＩｎＰバッファ層および前記ＩｎＰ増倍層は、各々に添加するＳｉの原料にＳｉ_２Ｈ_６を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行なうことで形成され、
前記ＩｎＧａＡｓ層および前記ＩｎＧａＡｓＰ層は、各々に添加するＳｉの原料にＳｉＨ_４を用いてそれらの層のキャリア濃度制御を行なうことで形成されている、
ことを特徴とする受光素子用エピタキシャルウェーハ。In an epitaxial wafer for a light receiving element, an InP buffer layer is formed on an InP substrate, and at least three layers of an InGaAs layer, an InGaAsP layer, and an InP multiplication layer are sequentially stacked thereon.
The InP buffer layer and the InP multiplication layer are formed by controlling the carrier concentration of these layers using Si ₂ H ₆ as a Si source to be added to each of them.
The InGaAs layer and the InGaAsP layer are formed by controlling the carrier concentration of these layers using SiH ₄ as a Si source to be added to each of the layers.
An epitaxial wafer for a light receiving element, characterized by being characterized in that: