本发明专利技术提供一种光接收元件等，其中能够在II型多量子阱（MQW）结构中防止短波长侧的响应度降低，同时总体提高响应度。该光接收元件特征在于，该光接收元件设置有II型MQW的光接收层（3），具有像素P，并位于衬底1上，该光接收层（3）形成在由III-V族化合物半导体构成的衬底（1）上，MQW结构包括50对以上的两个不同的III-V族化合物半导体层（3a、3b）。在该成对的两个不同的III-V族化合物半导体层中，具有较高的价带势能的层（3a）的厚度比另一个层（3b）的厚度薄。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种III-V族化合物半导体光电二极管、光学传感器装置以及用于制造该光电二极管的方法。更具体地，本专利技术涉及一种吸收层包括直至近红外的长波长区域都具有响应度的II型多量子阱(以下被称为“MQW”)结构的光电二极管；采用该光电二极管的光学传感器装置；以及一种制造该光电二极管的方法。
技术介绍
非专利文献I公开了一种光电二极管，其中，在作为III-V族化合物半导体衬底的InP衬底上，形成具有与InP衬底晶格匹配的InGaAs/GaAsSb II型MQW结构作为吸收层。 该MQW结构包括5nm厚的InGaAs和5nm厚的GaAsSb的150次重复(150对)。在非专利文献I所公开的光电二极管中，获得了大约2. 39 μ m的截止波长。以上的光电二极管具有如下结构，其中，相对于吸收层而位于与InP衬底相反的一侧的帽层(cap layer)具有P型导电性,而InP衬底具有η型导电性,并且光入射在InP衬底的后表面上。同时，非专利文献2公开了具有与如上所述相同的结构的光电二极管的响应度的波长依赖性。该响应度相对于波长是不平坦的，而是表现出很强的波长依赖性。引用文献列表非专利文献 R. Sidhu 等人的“A Long-Wavelength Photodiode on InP UsingLattice-Matched GaInAs-GaAsSb Type-II Quantum Wells，，IEEE Photonics TechnologyLetters, Vol. 17, No.12 (2005), pp.2715-2717 R. Sidhu 等人的 “A 2. 3 μ m CUTOFF WAVELENGTH PHOTODIODE ONInP USING LATTICE-MATCHED GaInAs-GaAsSb TYPE-II QUANTUM WELLS”InternationalConference on Indium Phosphide and Related Materials (关于憐化铟及相关材料的国际会议)(2005)，pp. 148-15
技术实现思路
本专利技术要解决的问题具有II型InGaAs (5nm厚)/GaAsSb (5nm厚)MQW结构的光电二极管的响应度在2. 3μπι附近的长波长侧相对高，而在I. 5μπι附近的波长处明显下降。在1.5μπι附近的波长处响应度的这种下降在光谱分析等中是不期望的。期望响应度在整个波长区域上都是平坦的。然而，不期望响应度稳定在低水平。期望响应度在预定水平或高于预定水平，但相对于波长是平坦的。即使响应度变化，变化也应当是平缓的。本专利技术的目的是要提供一种具有II型MQW结构的光电二极管，其能够提高在整个可吸收波长区域上的响应度，并防止在短波长区域中的响应度降低；一种采用该光电二极管的光学传感器装置；以及一种制造该光电二极管的方法。注意，所述光电二极管可以是单像素光电二极管或者其中一维地或二维地排列有多个像素的光电二极管阵列。解决问题的方案根据本专利技术的光电二极管形成在III-V族化合物半导体衬底上，并且包括像素。该光电二极管包括II型MQW结构的吸收层，该吸收层位于衬底上。MQW结构包括五十对以上的两个不同类型的III-V族化合物半导体层。该两个不同类型的III-V族化合物半导体层中与另一个层相比具有较高的 价带势能的层的厚度比该另一个层的厚度薄。一般而言，当在吸收层中发生光吸收时，价带中的电子被激发到导带，并且在价带中产生空穴。即，通过该光吸收而形成电子和空穴对。为了检测到在预定像素中已发生光吸收，电子和空穴需要分别到达η侧电极和P侧电极，以作为电荷或电流而被检测到。需要为每个像素设置η侧电极和P侧电极中任何一个。电子移动通过导带而到达η侧电极，同时空穴移动通过价带而到达P侧电极，并且从而检测到电荷或电流。当将要估计每个载流子(电子或空穴)的移动速度时，载流子的有效质量极大地影响该估计，如下文所述。在化合物半导体中的价带中的电子的有效质量大约为O. 05m (m 自由电子的有效质量)，而在价带中的空穴(较重的空穴)的有效质量例如为电子的有效质量的大约十倍或更大。以下是在II型MQW结构中的光吸收所特有的现象。即，在II型MQW结构中的长波长侧的光吸收中，在具有较高的价带的层(下文中称为“较高价带层”)中产生空穴。相邻的层(具有较低的价带的层(下文中称为“较低价带层”))的价带形成对较高价带层的价带的阱型势垒。因此，除如上所述空穴的有效质量明显大于电子的有效质量以外，由光吸收引起的空穴的移动通过由相邻的较低价带层所产生的势垒而被防止。在II型MQW结构中，长波长侧的光吸收发生在较高价带层与较低价带层之间的界面处。由于光吸收具有较小的能量(光具有较长波长)，因而在较高价带层中的价带中的电子被激发到较低价带层中的导带。这是使用II型MQW结构以便将响应度向较长波长侧扩展的原因。因此，在II型MQW结构中，长波长区域中的响应度不能被提高到实用水平，除非MQW结构包括预定数量或更多的对(界面的数量)。然而，如果对的数量太大，则MQW结构的总厚度过大，并且厚的MQW结构阻碍空穴到达P侧电极，导致响应度下降。这是因为空穴在于MQW结构中移动的同时消失，并且不能到达P侧电极。在本专利技术中，对的数量为50或更多。虽然未具体给出上限，但对的数量优选不大于700，使得MQW结构的厚度不会成为空穴消失的主要因素。虽然下列两个构造(Fl)和(F2)涵盖了光电二极管的所有构造，但为了整理构思而对这些构造分类。本专利技术对于这两个构造都具有有益效果。(Fl)在MQW结构被夹在入射表面与P侧电极之间的位置关系中，短波长侧的光在入射表面附近的MQW结构的端部处被吸收的趋势很强。因此，所产生的空穴和电子中的空穴不能到达P侧电极，除非几乎移动通过MQW结构的整个厚度。这些空穴极有可能在于MQW结构中移动期间消失，导致响应度下降。存在较短波长的光在MQW结构中离P侧电极较远的位置处被吸收，并产生空穴的趋势。因此，由于空穴在移动期间消失而导致的响应度的下降更可能发生在短波长侧。(F2)在MQW结构被夹在入射表面与η侧电极之间的位置关系中，在其自身与入射表面之间没有MQW结构的p侧电极位于入射表面附近。由光吸收而产生的在导带中的电子不能到达η侧电极，除非几乎移动通过MQW结构的整个厚度。虽然电子不得不几乎移动通过整个MQW层，但由于电子的有效质量大约为空穴的有效质量的十分之一，因而电子能够在MQW结构中容易地移动。因此，对响应度下降的影响不会非常大。然而，如果光吸收不是发生在MQW结构的端部处而是在MQW结构在厚度方向上的中心附近，则在那里产生的空穴不能到达P侧电极，除非移动通过很多MQW结构层，这会导致响应度下降。在(F2)的构造中，对短波长区域中的响应度下降的影响与(Fl)的构造相比似乎不会非常大。即便如此，由于空穴在于MQW结构中移动期间消失而导致的响应度下降也确定会发生，并且不能忽略。在(Fl)和(F2)这两个构造中，如果减小较高价带层的厚度且同时维持50对或更多，则能够得到以下效果(θ1Γ(θ3)。注意，在下列描述中，波长极限意指长波长侧的极限。(el) II型MQW结构中的可吸本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：藤井慧，石塚贵司，秋田胜史，猪口康博，稻田博史，永井阳一，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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