JPH0537001A

JPH0537001A - 受光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0537001A
Application number: JP3210238A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Suga; 和彦菅; Keiji Katagiri; 圭司片桐; Masayuki Mori; 雅之森
Original assignee: Nikko Kyodo Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-02-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】半導体基板１上に第１導電型（ｎ型）の半導
体層からなるバッファ層２と光吸収層３が形成され、そ
の上に光吸収層３より禁制帯幅の大きい第１半導体層で
表面が保護膜７ａで覆われたウィンド層４が形成されて
いる。ウィンド層４の一部には第２導電型（Ｐ型）の拡
散領域６が形成され、この拡散領域６に対応して上記保
護膜７ａには光が透過可能な窓部が形成され、かつ拡散
領域表面の一部には電極８ａが接触されている。ウィン
ド層４となる第１半導体層上に、それとエッチング速度
が異なる第２半導体層を形成後、第２半導体層から第１
半導体層にかけて第１半導体層と異なる導電型の拡散領
域６を形成してから、第２半導体層をエッチングにより
除去した。【効果】従来のウィンド層のみの受光素子に比べて製
作工程において拡散深さを深くできるので、同一濃度の
場合には拡散時間を長くでき、拡散層の拡散深さの制御
性が向上し、拡散層の底面をウィンド層の界面に正確に
一致させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に関し、例えばＩｎＰ単結晶のような化合物半
導体基板を用いたプレーナ型受光素子とその製造方法に
利用して効果的な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプレーナ型受光素子（ＰＩＮフォ
トダイオード）とその製造方法の一例を図５−図７に示
す。すなわち、ＩｎＰ基板１の上にハイドライド気相エ
ピタキシャル成長法によってｎ型ＩｎＰバッファ層２と
ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３とｎ型ＩｎＰウィンド層４
を順に成長させる（図５参照）。次に、上記ＩｎＰウィ
ンド層４の表面に酸化シリコン膜５を形成し、この酸化
シリコン膜５に開口部５ａを形成してからこれをマスク
にして基板表面にＺｎのようなｐ型不純物を拡散させ
て、上記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３との界面に達する
ようなｐ型拡散層６を形成する（図６参照）。さらに、
基板表面の受光部には反射率が最小となるように膜厚を
制御した窒化シリコン等からなる反射防止膜７を形成す
る。そして、基板の上面側には上記拡散層６の一部（周
辺）に接触するオーミック電極８ａを、また基板１の裏
面にはオーミック電極８ｂをそれぞれ形成する（図７参
照）。

【０００３】なお、上記ウィンド層４は光吸収層３のＩ
ｎＧａＡｓよりも禁制帯幅の大きなＩｎＰで形成され
る。これによって、波長がλｇ１（ＩｎＰ）よりも大き
くλｇ２（ＩｎＧａＡｓ）よりも小さい光は表面のウィ
ンド層４で吸収されずに光吸収層３まで達して吸収され
る。上記構造の受光素子にあっては、上記電極８ａ，８
ｂ間に逆方向電圧すなわち電極８ａに負の電圧をまた電
極８ｂに正の電圧を印加したときに、光吸収層３に充分
に空乏層が広がるようにバイアスされる。これによっ
て、入射した光が光吸収層３で吸収されることにより発
生した電子−正孔対による少数キャリアはヘテロ接合障
壁を乗り越えることができないため、表面での再結合に
よる影響をなくすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の受光素子にあっては、ｐ型拡散層６の形成が浅すぎ
て光吸収層３まで達していないと、逆バイアスしたとき
に空乏層内にヘテロ接合障壁が含まれ、入射した光が光
吸収層３に吸収されることにより発生した電子−正孔対
による少数キャリアがヘテロ接合障壁によってトラップ
されてしまい、応答速度が遅くなるという問題点があ
る。一方、ｐ型拡散層６の形成が深すぎると、光吸収層
３の表面側（光入射側）に空乏化しない部分が多く残
り、この空乏層の外側（光入射側）で発生した少数キャ
リアは拡散により空乏層に到達して初めて光電流に寄与
することになる。そのため、この場合にも応答速度が遅
くなる。しかも、上記ｐ型拡散層６には高濃度の多数キ
ャリアが存在するため、発生した電子が多数キャリアと
再結合する確率が高くなって感度も低下するという問題
点がある。従って、ウィンド層に形成される拡散層の深
さは、光吸収層３との界面に一致するように正確に制御
されることが要求される。

【０００５】ところで、上述した従来のプレーナ型受光
素子は、光吸収層３が低濃度のｎ型ＩｎＧａＡｓで構成
されているのに対し、ｐ型拡散層６は電極８ａのオーミ
ック接触が充分にとれるように高濃度に形成される。一
方、Ｚｎの拡散は、濃度の低い光吸収層３との界面に一
致するように制御されるが、濃度を高くするには拡散温
度を高くしなければならない。しかるに、拡散温度を高
くすると拡散速度が速くなるため、拡散深さをウィンド
層４と光吸収層３との界面に一致させるように制御する
のが非常に困難になるという問題点があることが分かっ
た。また、上記構造の従来の受光素子にあっては、ｐ型
拡散層６の拡散端のエッジ６ａの曲率が小さいため、逆
バイアスしたときの耐圧が低いという欠点もあることが
明らかになった。

【０００６】本発明は上記のような問題点に着目してな
されたもので、その目的とするところは、高感度で応答
速度が速いとともに、逆バイアス時の耐圧も高いプレー
ナ型受光素子およびその製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に形成された第１の導電型の半導体層からなる光吸収層
の上に、該光吸収層よりも禁制帯幅の大きな第１の導電
型の半導体層からなり表面が保護膜で覆われてなるウィ
ンド層が形成されているとともに、該ウィンド層の一部
には第２の導電型の拡散領域が形成され、この拡散領域
に対応して上記保護膜に光が透過可能な窓部が形成され
かつ拡散領域の表面の一部には電極が接触されてなる受
光素子の製造において、ウィンド層となる第１半導体層
の上に、該第１半導体層とエッチング速度の異なる第２
半導体層を形成した後、該第２半導体層から上記第１半
導体層にかけて上記第１半導体層と異なる導電型の拡散
領域を形成してから、上記第２半導体層をエッチングに
より除去するようにしたものである。このようにして製
造した受光素子は、拡散層の底面がウインド層の界面に
正確に一致したものとなり、また拡散領域の外周部エッ
ジの曲率半径が該拡散領域の深さよりも大きくなる。さ
らに本発明は、半導体基板上に形成された第１の導電型
の半導体層からなる光吸収層の上に、該光吸収層よりも
禁制帯幅の大きな第１の導電型の半導体層からなり表面
が保護膜で覆われてなるウィンド層が形成されていると
ともに、該ウィンド層の一部には第２の導電型の拡散領
域が形成され、この拡散領域に対応して上記保護膜に光
が透過可能な窓部が形成されかつ拡散領域の表面の一部
には上記ウィンド層よりも禁制帯幅の小さな第２の導電
型の半導体からなるコンタクト層を介して電極が接触さ
れてなる受光電子の製造方法において、ウィンド層とな
る第１半導体層の上に、該第１半導体層とエッチング速
度の異なり、コンタクト層となる第３半導体層を形成
し、さらに該第３半導体層の上に、該第３半導体層とエ
ッチング速度の異なる第２半導体層を形成した後、該第
２半導体層から該第３半導体層を経て該第１半導体層に
かけて該第１半導体層と異なる導電型の拡散領域を形成
してから、該第２半導体層をエッチングにより除去し、
次に該第３半導体層を電極形成部分を残してエッチング
により除去するようにしたものである。このようにして
製造した受光素子は、拡散層の底面がウィンド層の界面
に正確に一致したものとなり、また拡散領域の外周部エ
ッジの曲率半径が該拡散領域の深さよりも大きくなり、
さらに電極と該拡散領域表面との間にウィンド層よりも
禁制帯幅の小さな第２の導電型の半導体層からなるコン
タクト層が形成される。

【０００８】

【作用】上記した手段によれば、従来のウィンド層のみ
の受光素子に比べて製作工程における拡散深さを深くで
きるので、同一濃度の場合には拡散時間を長くすること
ができ、拡散層の拡散深さの制御性が向上し、拡散層の
底面をウィンド層の界面に正確に一致させることができ
る。その結果、高感度で応答速度が速いプレーナ型受光
素子を再現性良く得ることができる。また、上記拡散領
域は、その外周部エッジの曲率半径が該拡散領域の深さ
よりも大きくなるように形成したので、逆バイアスした
ときの外周部エッジでのブレークダウン電圧が高くな
り、従来の素子に比べて耐圧を向上させることができ
る。さらに、上記受光素子の電極と拡散領域表面との間
には上記ウィンド層よりも禁制帯幅の小さな第２の導電
型の半導体からなるコンタクト層を形成するようにした
ので、直接拡散したウィンド層にオーミック電極を接触
させている従来の素子に比べて低い温度の拡散によりオ
ーミック接触の良好な電極が形成できるとともに、小さ
な電極面積で従来と同程度の接触抵抗を達成でき、素子
の小型化あるいは受光部面積の増大すなわち感度の向上
が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明をＩｎＰを基板と
するＰＩＮフォトダイオードの製造に適用した場合の一
実施例を工程順に説明する。先ず、ＩｎＰ基板１の上に
ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシャル成長法）に
よってｎ型ＩｎＰバッファ層２とｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸
収層３とｎ型ＩｎＰウィンド層４を順に成長させる。さ
らに、この実施例では、上記ウィンド層４の上に光吸収
層３と同様に禁制帯幅の小さなｎ型ＩｎＧａＡｓＰ（ま
たはｎ型ＩｎＧａＡｓ）からなるコンタクト層１１およ
びｎ型ＩｎＰエッチバック層１２をＭＯＶＰＥ法で成長
させる（図１参照）。なお、上記ＩｎＰ基板１は例えば
キャリア濃度（電子濃度）が２×１０¹⁸／cm³のものを
使用し、上記ＩｎＰバッファ層２とＩｎＧａＡｓ光吸収
層３とウィンド層４のキャリア濃度は、１×１０¹⁶／cm
³、１×１０¹⁵／cm³、１×１０¹⁶／cm³、膜厚は１．０
μm、２．５μm、１．５μmとなるようにそれぞれ制御
する。また、上記コンタクト層１１およびｎ型ＩｎＰエ
ッチバック層１２は、例えばキャリア濃度が１×１０¹⁶
／cm³と１×１０¹⁵／cm³で、膜厚が０．１μmと１．０
μmとなるようにそれぞれ制御する。

【００１０】次に、上記ｎ型ＩｎＰエッチバック層１２
の表面に窒化シリコン膜５を形成し、この窒化シリコン
膜５に開口部５ａを形成してからこれをマスクにしかつ
拡散源としてＺｎＰ₂を用いて基板表面にｐ型不純物で
あるＺｎを拡散させ、上記ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３
との界面に達するようなｐ型拡散層６を形成する（図２
参照）。その後、マスクとなった上記窒化シリコン膜５
をＨＦ（フッ酸）を主成分とするエッチャントで除去し
てから、最表面のエッチバック層１２をＨＣｌ（塩酸）
系のエッチング液で除去する。このとき、ＨＣｌ（塩
酸）系のエッチング液のエッチング速度は、ＩｎＰに比
べてＩｎＧａＡｓＰの方がずっと遅いため、ＩｎＧａＡ
ｓＰからなるコンタクト層１１の表面でＨＣｌ（塩酸）
系のエッチング液によるエッチングを停止させることが
できる。エッチバック層１２の除去後は、フォトリソグ
ラフィ技術によってフォトレジストをマスクにＨ₂ＳＯ₄
（硫酸）系エッチング液でＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
１１を選択的に除去（パターニング）してｐ型拡散層６
の一部（周辺）の表面にのみコンタクト層１１ａを残す
（図３参照）。Ｈ₂ＳＯ₄系のエッチング液のエッチング
速度は、ＩｎＧａＡｓＰに比べてＩｎＰの方がずっと遅
いため、ＩｎＰからなるウィンド層４の表面でＨ₂ＳＯ₄
系エッチング液によるエッチングを停止させることがで
きる。（図３参照）

【００１１】次に、ウィンド層４の表面に表面保護膜
（ＳｉＮｘ膜）７ａを、受光部以外の部分を覆うように
形成してから、受光する光の波長帯における反射率が最
小となるように屈折率および膜厚を制御した窒化シリコ
ン等からなる反射防止膜７ｂを全面的に形成する。そし
て、反射防止膜７ｂの上記コンタクト層１１ａに対応す
る位置に開口部を形成してから、アルミニウム等の金属
層を全面的に蒸着し、パターニングを行なって上記コン
タクト層１１ａに接触するオーミック電極８ａを形成す
る。また、基板１の裏面には全面に接触するオーミック
電極８ｂを形成して完成する（図４参照）。

【００１２】上記実施例では、受光部のｐ型拡散層６を
形成する際の拡散深さは、ウィンド層４とコンタクト層
１１およびエッチバック層１２の膜厚の合計に等しい。
そのため、従来のウィンド層４のみの受光素子に比べて
拡散深さが深いので、同一濃度の場合には拡散時間を長
くする（約３倍）ことができる。その結果、ｐ型拡散層
６の拡散深さの制御性が向上し、ｐ型拡散層６の底面を
ウィンド層４と光吸収層３との界面に一致させることが
できる。また、ｐ型拡散層６を形成する際の拡散深さ
を、従来のウィンド層４のみの受光素子に比べて深くで
きるので、拡散層６の外周部エッジ６ａの曲率が大きく
なる。そのため、逆バイアスしたときの外周部エッジ６
ａでのブレークダウン電圧が高くなり、従来の素子に比
べて耐圧が向上する。さらに、Ｚｎの拡散温度を５００
℃にした場合、ｎ型ＩｎＰエッチバック層１２の正孔濃
度は２×１０¹⁸／cm³程度であるが、Ｚｎの拡散により
コンタクト層１１の正孔濃度は１×１０¹⁹／cm³程度に
なるとともに禁制帯幅が光吸収層３と同程度に小さなＩ
ｎＧａＡｓＰからなるため、オーミック電極８ａの接触
抵抗が充分に低くなる。すなわち、禁制帯幅が大きいと
Ｚｎ濃度を高めても正孔濃度が比較的低い濃度で飽和し
てしまうが、禁制帯幅が小さいとＺｎの拡散によりコン
タクト層１１の正孔濃度を１×１０¹⁹／cm³程度まで高
めることができる。その結果、直接Ｚｎ拡散したウィン
ド層にオーミック電極を接触させている従来の素子に比
べて低い温度の拡散によりオーミック接触の良好な電極
が形成できるとともに、小さな電極面積で従来と同程度
の接触抵抗を達成でき、素子の小型化あるいは受光部面
積の増大すなわち感度の向上が可能となる。

【００１３】また、上記実施例の製造方法によれば、Ｚ
ｎの拡散によるｐ型拡散層６の形成時にはエッチバック
層１２が表面層になっており、この層は拡散処理後に除
去されるため、従来のように受光面となるウィンド層４
が拡散処理時に露出していて受光部表面に面荒れ等の異
常が発生するのを回避することができる。

【００１４】なお、上記実施例では、コンタクト層１１
およびその上のエッチバック層１２としてＩｎＧａＡｓ
ＰおよびＩｎＰを用いたが、それに限定されるものでな
く、コンタクト層１１はその下のウィンド層４と、また
エッチバック層１２はコンタクト層１１とエッチング液
の選択比が充分にとれるものであればよい。また、上記
実施例では、ウィンド層４の上にコンタクト層１１およ
びエッチバック層１２を積層し、拡散層形成後にエッチ
ングしているが、ウィンド層４とエッチング液の選択比
が充分にとれる半導体層からなるエッチバック層１２の
みを形成して拡散層形成後にこれをエッチングするよう
にしてもよい。すなわち、コンタクト層１１は必ずしも
必要不可欠なものではない。さらに、上記実施例は、Ｉ
ｎＰを基板とするフォトダイオードの製造プロセスを例
にとって説明したが、ＧａＡｓを基板とする受光ダイオ
ードその他所定の深さの拡散層を有する半導体装置およ
びその製造に適用することができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、例えば
半導体基板上に形成された第１の導電型の半導体層から
なる光吸収層の上に、該光吸収層よりも禁制帯幅の大き
な第１の導電型の半導体層からなり表面が保護膜で覆わ
れてなるウィンド層が形成されているとともに、該ウィ
ンド層の一部には第２の導電型の拡散領域が形成され、
この拡散領域に対応して上記保護膜に光が透過可能な窓
部が形成されかつ拡散領域の表面の一部には電極が接触
されてなる受光素子の製造において、ウィンド層となる
第１半導体層の上に、該第１半導体層とエッチング速度
の異なる第２半導体層を形成した後、該第２半導体層か
ら上記第１半導体層にかけて上記第１半導体層と異なる
導電型の拡散領域を形成してから、上記第２半導体層を
エッチングにより除去するようにしたので、従来のウィ
ンド層のみの受光素子に比べて製作工程における拡散深
さを深くできるので、同一濃度の場合には拡散時間を長
くする（約３倍）ことができ、拡散層の拡散深さの制御
性が向上し、拡散層の底面をウィンド層の界面に正確に
一致させることができる。その結果、高感度で応答速度
が速いプレーナ型受光素子を再現性良く得ることができ
るという効果がある。また、上記拡散領域は、その外周
部エッジの曲率半径が該拡散領域の深さよりも大きくな
るので、逆バイアスしたときの外周部エッジでのブレー
クダウン電圧が高くなり、従来の素子に比べて耐圧を向
上させることができるという効果がある。

【００１６】さらに、上記受光素子の電極と拡散領域表
面との間には上記ウィンド層よりも禁制帯幅の小さな第
２の導電型の半導体からなるコンタクト層が形成するよ
うにしたので、直接Ｚｎ拡散したウィンド層にオーミッ
ク電極を接触させている従来の素子に比べて低い温度の
拡散によりオーミック接触の良好な電極が形成できると
ともに、小さな電極面積で従来と同程度の接触抵抗を達
成でき、素子の小型化あるいは受光部面積が増大し感度
が向上されるという効果がある。さらに、上記拡散領域
は、その外周部エッジの曲率半径が該拡散領域の深さよ
りも大きくなるように形成したので、逆バイアスしたと
きの外周部エッジでのブレークダウン電圧が高くなり、
従来の素子に比べて耐圧を向上させることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をＩｎＰを基板とするフォトダイオード
の製造に適用した場合の一実施例のプロセスの第１工程
を示す断面図である。

【図２】本発明をＩｎＰを基板とするフォトダイオード
の製造に適用した場合の一実施例のプロセスの第２工程
を示す断面図である。

【図３】本発明をＩｎＰを基板とするフォトダイオード
の製造に適用した場合の一実施例のプロセスの第３工程
を示す断面図である。

【図４】本発明をＩｎＰを基板とするフォトダイオード
の製造に適用した場合の一実施例のプロセスの最終工程
を示す断面図である。

【図５】従来のフォトダイオードの製造方法の一例の第
１工程を示す断面図である。

【図６】従来のフォトダイオードの製造方法の一例の第
２工程を示す断面図である。

【図７】従来のフォトダイオードの製造方法の一例の最
終工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板３光吸収層４ウィンド層６ｐ型拡散層１１コンタクト層１２ＩｎＰ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された第１の導電型
の半導体層からなる光吸収層の上に、該光吸収層よりも
禁制帯幅の大きな第１の導電型の半導体層からなり表面
が保護膜で覆われてなるウィンド層が形成されていると
ともに、該ウィンド層の一部には第２の導電型の拡散領
域が形成され、この拡散領域に対応して上記保護膜に光
が透過可能な窓部が形成されかつ拡散領域の表面の一部
には電極が接触されてなる受光素子において、上記拡散
領域はその外周部エッジの曲率半径が該拡散領域の深さ
よりも大きくなるように形成されていることを特徴とす
る受光素子。
【請求項２】上記電極と上記拡散領域表面との間には
上記ウィンド層よりも禁制帯幅の小さな第２の導電型の
半導体からなるコンタクト層が形成されていることを特
徴とする請求項１記載の受光素子。
【請求項３】半導体基板上に形成された第１の導電型
の半導体層からなる光吸収層の上に、該光吸収層よりも
禁制帯幅の大きな第１の導電型の半導体層からなり表面
が保護膜で覆われているウィンド層が形成されていると
ともに、該ウィンド層の一部には第２の導電型の拡散領
域が形成され、この拡散領域に対応して上記保護膜に光
が透過可能な窓部が形成されかつ拡散領域の表面の一部
には電動が接触されてなる受光素子の製造方法におい
て、ウィンド層となる第１半導体層の上に、該第１半導
体層とエッチング速度の異なる第２半導体層を形成した
後、該第２半導体層から上記第１半導体層にかけて上記
第１半導体層と異なる導電型の拡散領域を形成してか
ら、上記第２半導体層をエッチングにより除去すること
を特徴とする受光素子の製造方法。
【請求項４】半導体基板上に形成された第１の導電型
の半導体層からなる光吸収層の上に、該光吸収層よりも
禁制帯幅の大きな第１の導電型の半導体層からなり表面
が保護膜で覆われてなるウィンド層が形成されていると
ともに、該ウィンド層の一部には第２の導電型の拡散領
域が形成され、この拡散領域に対応して上記保護膜に光
が透過可能な窓部が形成されかつ拡散領域の表面の一部
には上記ウィンド層よりも禁制帯幅の小さな第２の導電
型の半導体からなるコンタクト層を介して電極が接触さ
れてなる受光電子の製造方法において、ウィンド層とな
る第１半導体層の上に、該第１半導体層とエッチング速
度の異なり、コンタクト層となる第３半導体層を形成
し、さらに該第３半導体層の上に、該第３半導体層とエ
ッチング速度の異なる第２半導体層を形成した後、該第
２半導体層から該第３半導体層を経て該第１半導体層に
かけて該第１半導体層と異なる導電型の拡散領域を形成
してから、該第２半導体層をエッチングにより除去し、
次に該第３半導体層を電極形成部分を残してエッチング
により除去することを特徴とする受光素子の製造方法。