JP5531744B2 - 半導体ウエハ、受光素子、受光素子アレイ、ハイブリッド型検出装置、光学センサ装置、および半導体ウエハの製造方法 - Google Patents
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Description
また、非特許文献2の受光素子については、これまで、アレイ化して検出装置とした例はなく、ましてアレイ化された検出装置の感度などの測定がなされた例はない。
「GaAs1−ySby層の中において、InP基板側の部分のSb組成yが、反対側の部分のSb組成yよりも大きい」とは、(InP基板側でInGaAsに接する部分〜厚み中心)の平均的なSb組成yが、(厚み中心〜InP基板と反対側のInGaAsに接する部分)の平均的なSb組成yより大きいことをいう。
なお、以後の説明では、とくに断らない限り、電子に対するバンドの価電子帯トップを、底またはボトムと呼ぶこととする。電子に対するバンドを用いて正孔の状態を論じる場合、字義に拘泥すれば解釈が混乱する箇所があるかもしれないが、どのような場合においても、前後の文脈から明らかな本発明の趣旨に添って解釈するべきである。
これによって、分光された近赤外光の強度分布(強度−波長曲線)等を測定することができる。各位置の受光素子は、近赤外域の長波長域まで感度を持つので、複数の吸収帯などを持つ生体成分などに対して高品質の強度分布を測定することができる。受光素子アレイは、一次元アレイでも二次元アレイでもよい。
これによって、従来よりも大きく小型化、軽量化した、近赤外光を対象とする検出装置を得ることができる。このため、携帯用にも、生体内へ挿入検査用にも、またその他の用途にも適した検出装置を得ることができる。
上記の受光素子アレイでは、光入射からすぐに受光しやすいInP基板に近い位置で受光して正孔が価電子帯の基底準位に位置しても、逆バイアス電圧下、InP基板と反対側へのドリフトにおいて、正孔の足もとのエネルギは、上述の障壁越え補助機構によって、上記反対側へは井戸障壁トップへと近づくので、比較的容易に越えることができる。この結果、価電子帯に生じた正孔は、多数のMQWを越える必要はあるが、画素電極にまで到達する確率が増大する。これによって、受光感度が高い検出装置を得ることができる。
上記の光学センサ装置は、受光素子アレイやハイブリッド型検出装置のいずれかと、光学素子、たとえば分光器、レンズ等の光学系とを、組み合わせたものであり、波長分布測定を遂行したり、撮像装置として用いたり、多くの有用な実用製品を得ることができる。上記の光学センサ装置の具体例としては、(i)視界支援もしくは監視をするための撮像装置、(ii)生体成分検査装置、水分検査装置、食品品質検査装置、などの検査装置、(iii)燃焼ガスの成分把握などのためのモニタリング装置、などを挙げることができる。要は、上記の受光素子、受光素子アレイ、もしくはハイブリッド型検出装置と、レンズ、フィルタ、光ファイバ、回折格子、分光レンズなどの光学素子とを、組み合わせた装置であれば何でもよい。画面表示や判定をする場合は、さらにマイコンや画面表示装置等を加えることができる。
また、受光素子アレイの製造方法は、InP基板の上に、MQWの受光層を成長する工程と、受光層の上にコンタクト層を成長する工程と、コンタクト層の上に設けた選択拡散マスクパターンから受光層に届くようにp型不純物を選択拡散して受光素子ごとにp型領域を形成する工程とを備える。そして、MQWの成長工程において、InxGa1−xAs(0.38≦x≦0.68)層と、GaAs1−ySby(0.25≦y≦0.73)層とを対に成長させ、かつ、GaAs1−ySby層の成長において、InP基板側の部分のSb組成yが、反対側の部分のSb組成yよりも大きいように成長することを特徴とする。
ここで説明する、近赤外域用のタイプ2型MQWを受光層とする本発明前の最新技術におけるハイブリッド型検出装置についての問題は未だ知られていない。
図14は、本発明前の最新技術における受光素子アレイ150と、読み出し回路(ROIC)を構成するCMOS170と、を備えるハイブリッド型検出装置110を示す図である。受光素子アレイ150は次の積層構造を有する。
InP基板101/n+型InP(またはInGaAs)バッファ層102/受光層103(InGaAs/GaAsSb)のタイプ2型MQW/InGaAs選択拡散濃度分布調整層104/InPコンタクト層105
光はInP基板101側から入射される。すなわち基板入射である。これに対して、p型コンタクト層105の側からの入射をコンタクト層入射と呼ぶ。受光素子またはフォトダイオードは、InPコンタクト層105の表面から選択拡散によって導入されたp型領域106の先端に位置するpn接合115を備える。各受光素子は、選択拡散されていない領域によって隔てられている。選択拡散に用いた選択拡散マスクパターン136はそのまま残され、その選択拡散マスクパターン136上に保護膜137が被覆される。
受光素子の電極または画素電極(p側電極)111は、InPコンタクト層105表面でp型領域106にオーミック接触するように配置され、グランド電極(n側電極)112は、各受光素子に共通に、n型InP基板101にオーミック接触するように配置される。CMOS170の読み出し電極を形成するパッド171は、接合バンプ131を介在させて画素電極111と導電接続される。CMOS170のグランド電極172および受光素子アレイ150のグランド電極112は、外部にアースされる。
受光の際には、pn接合115に逆バイアス電圧、すなわち画素電極111とグランド電極112との間に、グランド電極112の電圧が画素電極111より高くなるように電圧を印加する。空乏層はタイプ2型MQWの受光層103に拡がり、ここに到達した光によって電子正孔対が生成される。タイプ2型MQWなので、GaAsSbの価電子帯に正孔が、またInGaAsの伝導帯に電子が生成する。画素電極111はグランドより電圧が低いので正孔を集めて、正孔が画素情報を形成する。この正孔電荷を所定時間ピッチで読み出すことで、画像または測定信号の強度分布等を形成することができる。
図15(a)と(b)とを比較して、基板入射の場合は、受光で生成した正孔は、多数のMQWを越えなければ画素電極111に到達できないが、コンタクト層入射では、受光は画素電極111に近いMQW内の位置で生じて、正孔は画素電極111に到達するのに多くのMQWを越える必要はない。
(1)タイプ2型MQWを受光層とする受光素子に対して、コンタクト層入射の場合、近赤外光の受光感度または量子効率は、0.3〜0.9を示す。この量子効率は、良好といえる。
(2)しかしながら、同じ受光素子アレイを基板入射とすると、近赤外域の量子効率は、0.05〜0.5という非常に低い値に低下してしまう。二次元の受光素子アレイを用いる場合、各画素に配線を設けるため、配線による光に対する妨害を避けるため、InP基板の裏面からの入射とせざるをえない。
本発明のポイントは次の点にある。タイプ2型InGaAs/GaAsSbMQWを受光層に含む受光素子アレイにおいて、MQWにおけるGaAsSb層を複合的にして、GaAsSb層のうちInP基板(グランド電極)に近い層のSb組成yを、画素電極に近い側の層のSb組成yよりも大きくすることである。たとえばGaAsSb層を複数の部分層に区分けして画素電極側へとステップ状にSbを減らすか、またはGaAsSb層内で組成yに傾きをつけて画素電極側へと低くなるようにする。これによって、正孔はGaAsSbの基底準位レベルに落ち込んでも、正孔の足もとのエネルギが画素電極側に高くなっているので、GaAsSbの画素電極側の障壁トップ(隣接するInGaAsの価電子帯との境界)を比較的容易に越えることができる。このため、本発明の受光素子または受光素子アレイでは、正孔を信号電荷に用いながら、基板入射であっても受光感度または量子効率を高めることができる。
図1は、本発明の実施の形態1における受光素子アレイ50の断面図である。また、図2は、受光素子アレイ50の平面図であるが、チップ端縁に位置するグランド電極は、省略してある。
受光素子アレイ50は、InP基板1/n+型InPバッファ層2/タイプ2型MQWによる受光層3/拡散濃度分布調整層4/コンタクト層5、の積層構造を有している。選択拡散マスクパターン36の開口部から、コンタクト層5/選択拡散濃度分布調整層4を経て、受光層3にまで届くように、Znが選択拡散されて、p型領域6が形成されている。このコンタクト層5におけるp型領域6の表面に、p側電極または画素電極11がオーミック接触するように配置されている。画素Pは、p型領域6および画素電極11を備え、各p型領域6は、隣り合うp型領域とは、選択拡散されていない領域によって電気的または半導体的に隔てられている。これによって画素Pの独立性または分離が確保される。また、メサエッチングなどをしないので、暗電流の低い受光素子アレイ50を得ることができる。拡散濃度分布調整層4はなくてもよいが、p型不純物のZnを拡散するとき、MQWにおけるZn濃度を所定レベル以下に抑制するのに好都合なので、MQW受光層3とコンタクト層5との間に拡散濃度分布調整層4を挿入してもよい。
各画素電極11に共通に一つのグランド電極12が、n+型InPバッファ層2にオーミック接触するように配置される。Znの選択拡散を行って、p型領域6を形成するためのSiNの選択拡散マスクパターン36は、そのまま残され、さらにその上をポリイミド等の保護膜37で被覆する。また、InP基板1の裏面にはSiON膜の反射防止膜(AR膜)35が被覆されている。受光素子アレイ50における画素Pは、30μmピッチで320個×256個が配列される。全体のチップサイズは横10mm×縦9mmである。
本実施の形態では、受光層3を構成するタイプ2型MQWのうちのGaAsSbにおいて、Sb組成yが、ステップ状に変化しており、画素電極11側でSb組成yが小さくなっている点に特徴を有する。
受光の際、各画素Pにおいて、pn接合15に逆バイアス電圧が印加されて空乏層がMQW受光層3に大きく広がる。基板入射された光は、InP基板1を透過してすぐに、MQW受光層3内で受光される。受光で生じた正孔は、図15(a)に示したように、MQW受光層を通って、画素電極11に至って画素の受光情報を読み出される。
InPとの格子整合を歪み最小で実現するSb組成yは0.49である。すなわちGaAs0.51Sb0.49がInPとの格子整合上、好ましい。このとき、GaAsSbのΔEvは、図4(b)に示すように、0.34evである。正孔は、上記のΔEvをもつ量子井戸障壁を、数百、越えて画素電極11に移動しなければならない。
これに対して、本実施の形態では、上述のようにGaAsSbのSb組成yを、画素電極11側に向かって小さくする。たとえば、GaAsSb層を2層S1,S2に分けて、InP基板1側のS1層はGaAs0.51Sb0.49として、画素電極11側のS2層はSb組成yを0.25とした、GaAs0.75Sb0.25とする。S1層とS2層とに分けることで、GaAsSbの価電子帯の正孔は、画素電極側のInGaAsの価電子帯に、階段を上がるようにして移ることができる。階段の1ステップΔEv1またはΔEv2は0.17eVと半減される。S1層とS2層に分けない図4(b)の場合、一気に0.34eVの障壁を越えなければならないが、図4(a)の場合、0.17eVずつ上ればよい。このため、画素電極11側に向いた逆バイアス電界下、正孔は、比較的容易に、量子井戸を移動してゆくことができる。
図4(a)に示した例では、Sb組成yは2段ステップ状に分布している。Sb組成yの分布の変形例としては、次の分布がある。
(1)3段以上のステップで、単調にSb組成yが減少するタイプ。
(2)Sb組成yがほとんどの位置で単調に減少して、コンタクト層側で隣接するInGaAsに接する薄い層部分ではSb組成yが急激に増加する逆台形型または逆三角型のタイプ。これは格子整合とΔEv減少とを両立させることを重視する分布である。ただし、(InP基板側でInGaAsに接する部分〜厚み中心)の平均的なSb組成yが、(厚み中心〜InP基板と反対側のInGaAsに接する部分)の平均的なSb組成yより大きい、という条件の範囲内である。
(3)傾斜した分布。
(4)傾斜と平坦との組み合わせ。
要は、GaAsSb層において、価電子帯が、画素電極側の隣のInGaAsの価電子帯の境界へと近づくような組成分布であれば、どのようなものでもよい。
受光層3はタイプ2型InGaAs/GaAsSbMQWで構成する。p型領域6の境界フロントに対応する位置にpn接合15が形成され、上記の画素電極11およびグランド電極12間に逆バイアス電圧を印加することにより、n型不純物濃度が低い側(n型不純物バックグラウンド)により広く空乏層を生じる。上記のMQW受光層3におけるバックグラウンドは、n型不純物濃度(キャリア濃度)で5×1015/cm3程度またはそれ以下とするのがよい。そして、pn接合の位置15は、MQW受光層3のバックグラウンド(n型キャリア濃度)と、p型不純物のZnの濃度プロファイルとの交点で決まる。受光層3とコンタクト層5との間に、拡散濃度分布調整層4を挿入してもよいが、拡散濃度分布調整層4はなくてもよい。拡散濃度分布調整層4を挿入する場合、バンドギャップエネルギが比較的低いために不純物濃度が低い厚み部分(受光層側の所定厚み部分)があっても電気抵抗が大きくなりにくいInGaAsで形成するのがよい。
本発明が対象とする受光素子アレイ50は、近赤外域からその長波長側に受光感度を有することを追求するので、コンタクト層5には、MQW受光層3のバンドギャップエネルギより大きいバンドギャップエネルギの材料を用いるのが好ましい。このため、コンタクト層5には、通常、受光層よりもバンドギャップエネルギが大きく、格子整合の良い材料であるInPを用いるのがよい。InPとほぼ同じバンドギャップエネルギを有するInAlAsを用いてもよい。
InP基板1上に、2μm厚みのn型InGaAsバッファ層2(またはn型InPバッファ層2)を成膜する。次いで、(InGaAs/GaAsSb)または(GaInNAs/GaAsSb)のMQWの受光層3を形成する。InPと格子整合するようInGaAsの組成はIn0.53Ga0.47Asとする。またGaAsSbのS1層の組成はGaAs0.51Sb0.49とする。S2層は、図4(a)では、Sb組成yは0.25を例示したが、これは下限値の例であり、これより高い値である0.40とするのがよい。これにより格子整合度(|Δa/a|:ただし、aはInP基板の格子定数、Δaは相互間の格子定数差)を0.002以下とすることができる。
GaAsSb層の上記S1層およびS2層の成長方法は、次のようにして行う。MBE法で発光層を成長させる場合、GaAsSb層の上記S1層は、GaとAsおよびSbのシャッターを開けて成長を開始する。S1層成長終了と同時にAsシャッターは開けたままGaとSbのシャッターを閉じて成長中断を行い、その間にAs及びSbのバルブセル開口度をS2用に変更する。5秒程度の中断後成長を再開し、S2層を成長させる。
単位量子井戸構造を形成する、InGaAs層の厚みは5nm、またGaAsSb層の厚みは5nmであり、ペア数(単位量子井戸の繰り返し数)は250である。次いで、受光層3の上に、Zn拡散導入の際の拡散濃度分布調整層4として、厚み1μmのInGaAs層をエピタキシャル成長し、次いで、最後に厚み1μmのInPコンタクト層5をエピタキシャル成長する。上記の受光層3および拡散濃度分布調整層4は、ともにMBE(Molecular Beam Epitaxy)法によってエピタキシャル成長するのがよい。また、InPコンタクト層5は、MBE法でエピタキシャル成長してもよいし、拡散濃度分布調整層を成長させた後、MBE装置から取り出して、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法によってエピタキシャル成長してもよい。
InGaAs/GaAsSbMQW受光層3、InGaAs拡散濃度分布調整層4、およびInPコンタクト層5は、ノンドープが望ましいが、Siなどn型ドーパントを極微量(たとえば2×1015/cm3程度)ドーピングしてもよい。
図1において、pn接合15は、次のように、広く解釈されるべきである。受光層3内において、p型不純物元素Znが選択拡散で導入される側と反対の面側の領域の不純物濃度が、真性半導体とみなせるほど低い不純物領域(i領域と呼ばれる)であり、上記拡散導入されたp型領域6と当該i領域との間に形成される接合をも含むものである。すなわち上記のpn接合は、pi接合などであってもよく、さらに、これらpi接合におけるp濃度が非常に低い場合も含むものである。
上述のように、InPキャップ層4の表面に形成したSiN選択拡散マスクパターン36を用いて、その開口部からZnを選択拡散してInGaAs/GaAsSb(またはInGaAsN/GaAsSb)MQWの受光層3内に届くようにp型領域6を形成する。p型領域6のフロント先端部がpn接合15を形成する。そして、pn接合15の近傍におけるZn濃度分布は、傾斜型接合を示すような分布になっている。
図5は、InP基板1/n+型バッファ層2/(InGaAs/GaAsSb(S1層及びS2層)MQW受光層3、の半導体ウエハである。この半導体ウエハ51により、正孔を信号電荷に用いて基板入射でもコンタクト層入射でも、近赤外域に良好な感度を持つ受光素子アレイ、ハイブリッド型検出装置等を製造することができる。このような半導体ウエハ51は、これまでにない有用性を得ることができる。
図6は、本発明の実施の形態2における光学センサ装置20である撮像装置または視界支援装置を示す図である。本視界支援装置は、自動車の夜間運転における運転者の前方の視界を支援するために、車両に搭載される。車両には、実施の形態1において説明した受光素子アレイ50と、図示しない、CMOSやレンズなど光学素子等とを含むハイブリッド型検出装置10と、撮像された画像を表示する表示モニター61と、これらを駆動制御する制御装置60とが搭載される。また、図7は、自動車の夜間運転における運転者の後方の視界を支援するために、車両に搭載される、夜間後方の視界支援装置を示す図である。自動車の後部に後ろ向きに取り付けられた、実施の形態1の受光素子アレイ50、CMOS、レンズなど光学素子等を含むハイブリッド型検出装置10で撮像した画像は、運転者の上部前方の表示装置61に表示される。撮像装置70および表示装置61は、制御装置60によって駆動制御される。
上記は自動車の視界支援装置であるが、その他、暗視装置、航海支援装置、侵入者監視装置、室内監視装置、高い位置に配置した都市火災監視装置等に利用することができる。
図8は、本発明の実施の形態3における光学センサ装置20である生体成分検出装置を示す図である。図8において、受光部に上述のハイブリッド型検出装置10を用い、グルコースの近赤外域の長波長域に位置する吸収帯を用いて濃度測定を行う。本実施の形態では、生体を透過した近赤外光を測定してグルコース濃度を求める。人体の反射光を用いてもよい。光は次の経路を通る。
光源63→照射用ファイバ64→検出部位(ユビ)→情報搭載光ファイバ65→回折格子(分光器)91→ハイブリッド型検出装置10→制御部85
検出部位において血液成分の吸収スペクトルを得ることで、制御部85において血糖値の絶対値、またはその相対値もしくは大小を検出することができる。図8に示す例は、ヒトの指の透過光を受光するが、皮膚、筋肉、血液など多くの生体組織の情報を得ることができる。
上記は、ハイブリッド型検出装置10を光学センサ装置20に組み込み、人体透過光による血糖値の測定に用いた例であるが、その他、人体反射光による血糖値、体脂肪、眼の角膜のコラーゲン、顔面のコラーゲン分布像などの測定に用いることができる。
図9は、本発明の実施の形態5における光学センサ装置である、生体中の水分検出装置(眼の水分布像形成装置)を示す図である。眼の不具合には、乾き眼、なみだ眼、など水分と関連した症状が多い。このような症状が出たとき、図9に示すように、角膜Cだけでなく、眼Eの前面すべての水分布イメージをとることで、その症状を評価することができる。たとえば涙腺に対応する箇所で、水濃度が異常に高いなどを検出することが可能である。凹面鏡68は近赤外光に対する反射率が大きいものを用いるのがよく、たとえば金(Au)で形成したものを用いる。凹面鏡68は、眼の正面ではなく傍らに位置して、光源63から発して眼の各部からの光を反射して、眼の各部の像をハイブリッド型検出装置10による撮像装置に結像させるようにする。フィルタ69は、水の吸収帯に属する1.4μm付近の光または1.9μmの付近の光を透過させるものがよい。制御部85のマイクロコンピュータ85bは、ハイブリッド型検出装置10の画素の出力信号に基づいて、眼Eにおける水分布像を形成し、表示装置85cに表示する。本発明に係る撮像装置10は、暗電流が低く、長波長側にまで感度が高いため、S/N比の高い、鮮明な水分布像を得ることができる。このため、眼における水の果たす作用、水の動きなどの理解に役立つ。
上記は生体の部分である眼の水分検出装置の例であるが、このほか、自然産物の水分測定(メロンの水分測定(品質検定)、水分による籾混入率の測定、他の果物、海苔、魚介類、乳製品など)、角膜矯正手術における角膜水分測定、顔面肌など生体の水分測定、紙製品の水分測定、自動排油装置中の油中の水分測定、汚泥の脱水ケーキの水分測定、石炭の水分測定、衣類乾燥機における衣類の水分測定などに用いることができる。
図10は、本発明の実施の形態5における光学センサ装置20である、ごみの燃焼炉においてごみの温度分布を得るための温度分布測定装置である。気体中の成分濃度を検出するための環境モニタ装置の一具体例である。また図11は温度分布撮像装置20aを示す図である。ごみ燃焼炉では、炭素または炭化水素は塊状であり燃料に適した形態で存在するわけではないので、すすは少なく、また水分が多量に存在する。図12は、ごみ燃焼炉における近赤外スペクトルを示すが、水の発光スペクトル波長λ2,λ3が顕著である。本実施の形態においては、水の発光スペクトルが温度によって変化することを利用して、図13に示す水の吸収スペクトルと合わせて、水の濃度と温度とをモニタリングする。図13中、(K1)および(K2)は、それぞれ10mmおよび1mmのキュベットセルを用いて測定したものである。発光スペクトルの強度は、水の濃度にも比例するので、2つの発光ピーク波長だけでは、精度のよい測定が難しいので、吸収スペクトルも用いる。
温度分布撮像装置20aでは、干渉フィルタ10aが重要である。干渉フィルタ10aは、上記の水の発光ピーク波長λ2,λ3、および複数の吸収ピーク波長のそれぞれに透過波長をもつフィルタとする。たとえば吸収ピーク波長は、図13に示すように、近赤外域に2つの鋭いピークM2,M3をもつが、干渉フィルタ10aは、これらの波長の光を通すようにする。したがって、干渉フィルタ10aは、上記の2つの発光ピーク波長と合わせて全部で4種類、または4つの透過波長のフィルタを配置することになる。外部の操作によって自動的に、これら4種類の干渉フィルタを選択する自動選択機構を設けることが望ましい。レンズ等の光学系10cについても自動的にピントを合わせる自動焦点機構を設けるのがよい。たとえば、上記4種類の干渉フィルタに対応して、4つの波長の光について、ごみまたはその少し上方の撮像を行う。これによって4つの波長の像を得ることができる。
予め、水蒸気温度および水蒸気濃度を変えた空気について、上記の波長における光の強度を求め、温度の回帰式を求めておくことができる。この温度回帰式を制御部のマイコン85bに記憶させておく。上記の撮像によって、各位置において、波長ごとの強度を得ることができる。上記の温度回帰式を用いれば、各位置において、温度を求めることができる。このように、水の温度および濃度を両方ともモニタすることで、ごみの燃焼状態を精度よく検知することができる。
従来は、多くの温度センサをごみ焼却装置内に配置していたが、本実施の形態の装置を、焼却炉の上方部または頂部に配置することで、温度センサの数を削減することができる。
本発明の受光素子等によれば、正孔を信号電荷に用いて、基板入射でもエピタキシャル面入射でも、近赤外域に良好な感度を持つことができる。このため、工業、医学、生活物資等の分野において、高品質の製品を得ることができるようになる。
Claims (12)
- 近赤外光を受光して正孔を信号電荷とする受光素子または受光素子アレイを製造するために用いる半導体ウエハであって、
InP基板と、
前記InP基板の上に位置する多重量子井戸構造とを備え、
前記多重量子井戸構造が、InxGa1−xAs(0.38≦x≦0.68、以下「InGaAs」と記す)層と、GaAs1−ySby(0.25≦y≦0.73)層とを対とする積層構造であり、
前記GaAs1−ySby層の中において、前記InP基板側の部分のSb組成yが、反対側の部分のSb組成yよりも大きく、
前記GaAs 1−y Sb y 層の中において、前記Sb組成yが、前記InP基板側から反対側の部分へと、ステップ状に小さくなっているか、または傾斜して小さくなっており、
前記In x Ga 1−x As層は、該In x Ga 1−x As層内で組成が一定であることを特徴とする、半導体ウエハ。 - 前記GaAs1−ySby層の中において、前記InP基板側の部分のSb組成yが0.49〜0.73の範囲にあり、反対側の部分のSb組成yが0.25〜0.49の範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の半導体ウエハ。
- 前記多重量子井戸構造のバンドにおいて、前記GaAs 1−y Sb y 層内で、前記正孔に対する価電子帯のエネルギが、前記InP基板側の隣のIn x Ga 1−x As層との境界での値に比べて、前記InP基板側と反対側の隣のIn x Ga 1−x As層の境界側へと高くなっている部分がある、ことを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体ウエハ。
- 前記InGaAs層の代わりに、InGaAsN、InGaAsNP、およびInGaAsNSbのうちのいずれかが、前記GaAs1−ySby(0.25≦y≦0.73)層と対をなして前記MQWを構成することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体ウエハ。
- InP基板と、
前記InP基板の上に位置する多重量子井戸構造の受光層と、
前記受光層の上に位置するコンタクト層と、
前記コンタクト層の表面から受光層にまで届くp型領域と、
前記p型領域にオーミック接触して正孔の電荷を読み出すためのp側電極とを備え、
前記多重量子井戸構造が、InxGa1−xAs(0.38≦x≦0.68)層と、GaAs1−ySby(0.25≦y≦0.73)層とを対とする積層構造であり、
前記GaAs1−ySby層の中において、前記InP基板側の部分のSb組成yが、反対側の部分のSb組成yよりも大きく、
前記GaAs 1−y Sb y 層の中において、前記Sb組成yが、前記InP基板側から反対側の部分へと、ステップ状に小さくなっているか、または傾斜して小さくなっており、
前記In x Ga 1−x As層は、該In x Ga 1−x As層内で組成が一定であることを特徴とする、受光素子。 - 前記GaAs1−ySby層の中において、前記InP基板側の部分のSb組成yが0.49〜0.73の範囲にあり、反対側の部分のSb組成yが0.25〜0.49の範囲にあることを特徴とする、請求項5に記載の受光素子。
- 前記多重量子井戸構造のバンドにおいて、前記GaAs 1−y Sb y 層内で、前記正孔に対する価電子帯のエネルギが、前記InP基板側の隣のIn x Ga 1−x As層との境界での値に比べて、前記InP基板側と反対側の隣のIn x Ga 1−x As層の境界側へと高くなっている部分がある、ことを特徴とする、請求項5または6に記載の受光素子。
- 請求項5〜7のいずれか1項に記載の受光素子が、複数、前記InP基板に配列されている受光素子アレイであって、前記p型領域が前記受光素子ごとに設けられ、隣り合う前記受光素子が前記p型領域でない領域で隔てられており、前記p側電極が前記p型領域ごとに配置されていることを特徴とする、受光素子アレイ。
- 前記p型領域が、前記コンタクト層の表面からZnが選択拡散された領域であるか、または、前記コンタクト層および前記MQWを含むエピタキシャル層の成長時にp型不純物をドーピングして、n型不純物の選択拡散によるn型領域で囲まれた領域であることを特徴とする、請求項8に記載の受光素子アレイ。
- 請求項8または9に記載の受光素子アレイと、シリコンに形成された読み出し回路とを備えたハイブリッド型検出装置であって、前記受光素子アレイのp側電極ごとに、前記読み出し回路の読出電極とが導電接続されていることを特徴とする、ハイブリッド型検出装置。
- 前記受光素子アレイにおけるInP基板の裏面から光を入射することを特徴とする、請求項10に記載のハイブリッド型検出装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体ウエハ、請求項5〜7のいずれか1項に記載の受光素子、請求項8〜9のいずれか1項に記載の受光素子アレイ、または請求項10〜11のいずれか1項に記載のハイブリッド検出装置を用いたことを特徴とする、光学センサ装置。
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