JPH0548143A - Manufacture of semiconductor light receiving element - Google Patents
Manufacture of semiconductor light receiving elementInfo
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- JPH0548143A JPH0548143A JP3205827A JP20582791A JPH0548143A JP H0548143 A JPH0548143 A JP H0548143A JP 3205827 A JP3205827 A JP 3205827A JP 20582791 A JP20582791 A JP 20582791A JP H0548143 A JPH0548143 A JP H0548143A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】半導体受光素子の製造方法、特にアバランシェ
・フォトダイオード(APD)のガードリング形成方法
の改良に関し、超高速のAPDでも良好なガードリング
を形成することができる半導体受光素子の製造方法を提
供する。
【構成】基板上101に、光吸収層103、電界降下層
105、および窓層109が配置され、窓層内の受光部
をガードリングが囲んだ構造を作製する際に、半導体基
板上に、バンドギャップの狭い一導電型低濃度の光吸収
層103用半導体層を形成し、その上にこれよりもバン
ドギャップが広く且つ一導電型低濃度のヘテロ緩和層1
04用半導体層を形成し、その上にこれよりもバンドギ
ャップが広く且つ一導電型高濃度の電界降下層105用
半導体層を形成し、電界降下層105用半導体層の、該
ガードリングに対応する位置に逆導電型の不純物を導入
した後、電界降下層用半導体層上に、これと同じバンド
ギャップで且つ該低濃度である一導電型の窓層109用
半導体層を形成する。
(57) [Summary] (Modified) [Objective] To improve a method for manufacturing a semiconductor photodetector, particularly a method for forming a guard ring of an avalanche photodiode (APD), to form a good guard ring even with an ultra-high speed APD. Provided is a method for manufacturing a semiconductor light receiving element capable of achieving the above. [Structure] A light absorption layer 103, an electric field drop layer 105, and a window layer 109 are arranged on a substrate 101, and when a structure in which a guard ring surrounds a light receiving portion in the window layer is manufactured, A semiconductor layer for one-conductivity-type low-concentration light absorption layer 103 having a narrow band gap is formed, and a hetero-relaxation layer 1 having a wider band gap and a one-conductivity-type lower concentration is formed thereon.
No. 04 semiconductor layer is formed, and a semiconductor layer for the electric field drop layer 105 having a wider band gap and a higher concentration of one conductivity type than that is formed thereon to correspond to the guard ring of the semiconductor layer for the electric field drop layer 105. After the impurity of the opposite conductivity type is introduced into the position, the semiconductor layer for the one conductivity type window layer 109 having the same bandgap and the low concentration is formed on the semiconductor layer for the field drop layer.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体受光素子の製造
方法に関し、特にアバランシェ・フォトダイオード(A
PD)のガードリング形成方法の改良に関する。光ファ
イバを用いる光通信の受光素子として、APDは益々多
用されているが、伝送速度の高速化など、通信技術の高
度化に伴って高速動作可能なAPDが求められている。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light receiving element, and more particularly to an avalanche photodiode (A
PD) for improving the guard ring forming method. APDs are being used more and more as a light receiving element for optical communication using an optical fiber, but APDs capable of high-speed operation are required with the advancement of communication technology such as higher transmission speed.
【0002】通常、光通信に使用されるAPDでは、選
択拡散によるプレーナ構造が用いられる。しかし、プレ
ーナ構造の場合、ブレークダウンが拡散領域中央部より
も先に拡散領域周辺部でおきる「エッジ・ブレークダウ
ン」が生ずる。エッジ・ブレークダウンは、拡散領域周
辺部の曲率半径が小さい程、また不純物濃度勾配が大き
い程生じやすい。エッジ・ブレークダウンが生ずると、
電圧を増加させても電流が流れるだけで、拡散領域中央
部にある受光部pn接合の逆方向電圧はほとんど増加し
ないため、APDとしての機能を発揮することができな
い。そこで、拡散領域周辺部のブレークダウン電圧を拡
散領域中央の平坦部(受光部)のブレークダウン電圧よ
り高くするために、拡散領域周辺部にガードリングが設
けられる。拡散領域周辺部と中央部のブレークダウン電
圧の差が、その素子の信頼性を直接左右するため、良好
なガードリングを形成できる製造方法が必要になる。In general, APDs used for optical communication use a planar structure by selective diffusion. However, in the case of the planar structure, an "edge breakdown" occurs in which the breakdown occurs at the peripheral portion of the diffusion region before at the central portion of the diffusion region. The edge breakdown is more likely to occur as the radius of curvature around the diffusion region is smaller and the impurity concentration gradient is larger. When an edge breakdown occurs,
Even if the voltage is increased, only the current flows, and the reverse voltage of the light receiving portion pn junction in the central portion of the diffusion region hardly increases, so that the function as the APD cannot be exhibited. Therefore, in order to make the breakdown voltage around the diffusion region higher than the breakdown voltage at the flat portion (light receiving portion) at the center of the diffusion region, a guard ring is provided around the diffusion region. The difference in the breakdown voltage between the peripheral portion and the central portion of the diffusion region directly affects the reliability of the element, so that a manufacturing method capable of forming a good guard ring is required.
【0003】[0003]
【従来の技術】図3を参照して、従来行われているIn
P/InGaAs−APDの製造方法を説明する。同図
(a)は、基板上にAPDを形成するための各種の半導
体層が積層形成された状態を示すもので、面方位(10
0)のn+InP基板301上に、n+ InPバッファ
層302、n- InGaAs光吸収層303、n- In
GaAsPヘテロ緩和層304、n+ InP電界降下層
305、n- InP窓層306、InGaAsキャップ
層307をこの順にエピタキシャル成長したものであ
る。通常、成長方法としては、各層の厚さおよび濃度の
制御の高度化のため、また薄膜化のためMOVPEのよ
うな気相成長法が用いられる。2. Description of the Related Art Referring to FIG.
A method of manufacturing P / InGaAs-APD will be described. FIG. 3A shows a state in which various semiconductor layers for forming an APD are stacked and formed on a substrate.
0) on the n + InP substrate 301, the n + InP buffer layer 302, the n - InGaAs light absorption layer 303, and the n - In
A GaAsP hetero relaxation layer 304, an n + InP electric field drop layer 305, an n − InP window layer 306, and an InGaAs cap layer 307 are epitaxially grown in this order. Usually, as a growth method, a vapor phase growth method such as MOVPE is used to enhance the control of the thickness and concentration of each layer and to reduce the film thickness.
【0004】上記積層構造の上に、フォトレジスト30
8を塗布し、必要なパターンを残す(同図(b))。レ
ジスト・パターン308をマスクとし、イオン注入によ
りBe等のp型不純物を注入する(領域309)(同図
(c))。レジスト308を除去し、700℃以上の温
度で熱処理し拡散によりn+ InP電界降下層305ま
で押し込みp- のガードリング310を形成する(同図
(d))。A photoresist 30 is formed on the above laminated structure.
8 is applied, and the required pattern is left (FIG. 8B). A p-type impurity such as Be is implanted by ion implantation using the resist pattern 308 as a mask (region 309) (FIG. 7C). The resist 308 is removed, and heat treatment is performed at a temperature of 700 ° C. or more to diffuse into the n + InP field drop layer 305 to form a p − guard ring 310 (FIG. 3D).
【0005】InGaAsキャップ層308を選択エッ
チングにより除去し、SiN膜311をマスクとしてn
- InP窓層306にCd等のp型不純物を選択拡散し
p+ 領域312を形成する。この拡散により生じたpn
接合部313と、n+ InP電界降下層305との間の
n- InP層306がキャリア増倍層314となる。更
に、無反射膜であるSiN膜315と環状の電極(Au
/Zn)316を形成し、基板裏面にも電極(AuG
e)317を形成し、APDが完成する(同図
(e))。The InGaAs cap layer 308 is removed by selective etching, and the SiN film 311 is used as a mask for n.
- forming a select diffusing p-type impurities of Cd or the like to the InP window layer 306 p + region 312. Pn generated by this diffusion
The n − InP layer 306 between the junction 313 and the n + InP electric field drop layer 305 becomes the carrier multiplication layer 314. Furthermore, the SiN film 315 which is a non-reflective film and the annular electrode (Au
/ Zn) 316 is formed and an electrode (AuG
e) 317 is formed and the APD is completed ((e) in the figure).
【0006】この構造の場合、n+ InP電界降下層3
05の濃度をp型不純物であるBeによってどれだけ低
減できるかによってガードリング310のブレークダウ
ン電圧が決定される。もう一つの従来のAPDの製造方
法を、図4を参照して説明する。同図(a)は、基板上
にAPDを形成するための各種の半導体層が積層形成さ
れた状態を示すもので、面方位(100)のn+ InP
基板401上に、n+ InPバッファ層402、n- I
nGaAs光吸収層403、n- InGaAsPヘテロ
緩和層404、n+ InP電界降下層405、InGa
Asキャップ層406をこの順にエピタキシャル成長し
たものである。In the case of this structure, the n + InP field drop layer 3
The breakdown voltage of the guard ring 310 is determined by how much the concentration of 05 can be reduced by Be, which is a p-type impurity. Another conventional APD manufacturing method will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows a state in which various semiconductor layers for forming APD are stacked and formed on a substrate, and a plane orientation (100) of n + InP is shown.
On the substrate 401, n + InP buffer layer 402, n − I
nGaAs light absorption layer 403, n − InGaAsP hetero relaxation layer 404, n + InP field drop layer 405, InGa
The As cap layer 406 is epitaxially grown in this order.
【0007】上記積層構造の上に、フォトレジスト40
7を塗布し、必要なパターンを残し、このレジスト・パ
ターン407をマスクとしてInGaAsキャップ層4
06を選択エッチングする。(同図(b))。レジスト
407を除去し、その下のInGaAsキャップ層40
6をマスクとしてn+ InP電界降下層405をメサエ
ッチングし、InGaAsキャップ層406を選択エッ
チングにより除去する(同図(c))。A photoresist 40 is formed on the laminated structure.
7 is applied and the necessary pattern is left, and the InGaAs cap layer 4 is formed using this resist pattern 407 as a mask.
06 is selectively etched. ((B) of the same figure). The resist 407 is removed, and the InGaAs cap layer 40 thereunder is removed.
The n + InP electric field drop layer 405 is mesa-etched by using 6 as a mask, and the InGaAs cap layer 406 is removed by selective etching (FIG. 7C).
【0008】この上から、n+ InP電界降下層のメサ
405を埋め込むようにn- InP窓層408を成長さ
せ、その上にInGaAsキャップ層409を形成する
(同図(d))。以下、図3の場合と同様に、SiN膜
410をマスクとしてCdを拡散し(領域411)、S
iN無反射膜412、電極(Au/Zn)413および
(AuGe)414を形成して、埋め込み型のAPDを
完成する(同図(e))。From this, an n -- InP window layer 408 is grown so as to fill the mesa 405 of the n + InP electric field drop layer, and an InGaAs cap layer 409 is formed thereon (FIG. 2D). Thereafter, as in the case of FIG. 3, Cd is diffused using the SiN film 410 as a mask (region 411), and S
The iN non-reflective film 412, the electrodes (Au / Zn) 413 and (AuGe) 414 are formed to complete the embedded APD ((e) in the figure).
【0009】この埋め込み型構造のAPDの場合、Cd
拡散領域411の周辺部下方の高濃度層が無くなるた
め、周辺部のブレークダウン電圧は高くなり、ガードリ
ング310を形成した図3の場合と同様な効果が得られ
る。In the case of this embedded APD, Cd
Since the high-concentration layer below the peripheral portion of the diffusion region 411 is eliminated, the breakdown voltage in the peripheral portion becomes high, and the same effect as in the case of FIG. 3 in which the guard ring 310 is formed can be obtained.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】APDを高速動作させ
るためには、キャリア増倍層にはできるだけ高電界を、
また光吸収層には低電界をかけることが必要である。そ
のためにはn+ InP層の濃度を高くし、この層中での
電界降下量をできるだけ大きくしなければならない。各
層の濃度および厚さを最適化した場合、例えばGB積1
00GHzを得ようとすると、厚さ数百Åのn+ InP
で6×105 V/cm以上の電界降下量が必要である
(図5を参照)。In order to operate the APD at high speed, the carrier multiplication layer should have as high an electric field as possible.
Further, it is necessary to apply a low electric field to the light absorption layer. For that purpose, it is necessary to increase the concentration of the n + InP layer and maximize the amount of electric field drop in this layer. When the concentration and thickness of each layer are optimized, for example, GB product 1
When trying to obtain 00 GHz, n + InP having a thickness of several hundred Å
Therefore, an electric field drop amount of 6 × 10 5 V / cm or more is required (see FIG. 5).
【0011】図5は、n+ −InP層での電界降下量パ
ラメータとしたときのGB積と受光部のブレークダウン
電圧(VB ) およびガードリング部のブレークダウン電
圧(VBG) とを計算により求めた結果を示す。例えば、
電界降下量を5×105 V/cmとした場合、受光部の
ブレークダウンは33V(図中A)である。この時、ガ
ードリング部の電界降下量を7.5×104 V/cm低
くして4.25×10 5 V/cmとすれば、ガードリン
グ部のブレークダウン電圧は受光部より10V高い43
Vとなり(図中A’)、充分なガードリング効果が得ら
れる。同様に、受光部、ガードリング部の電界降下量を
それぞれ6×105 V/cm、5.25×105 V/c
mとすると、ブレークダウン電圧はそれぞれ26V(図
中B)、28V(図中B’)となって電位差は2Vと小
さくなり、更に受光部の電界降下量を6.2×105 V
/cmとすると受光部とガードリング部のブレークダウ
ン電圧間に電位差はなくなり、ガードリング効果は得ら
れないことがわかる。In FIG. 5, n+-Field drop amount in the InP layer
GB product in the case of parameter and breakdown of light receiving part
Voltage (VB) And the breakdown voltage of the guard ring section.
Pressure (VBG) And show the results obtained by calculation. For example,
5 × 10 electric field dropFiveWhen V / cm is set,
The breakdown is 33V (A in the figure). At this time,
The amount of electric field drop in the drain part is 7.5 × 10FourV / cm low
Comb 4.25 × 10 FiveV / cm, Gardrin
The breakdown voltage of the active area is 10V higher than the light receiving area.
V (A 'in the figure), and a sufficient guard ring effect is obtained.
Be done. Similarly, the amount of electric field drop in the light receiving part and the guard ring part
6 × 10 eachFiveV / cm, 5.25 × 10FiveV / c
m, the breakdown voltage is 26V (Fig.
Medium B), 28V (B 'in the figure), and the potential difference is as small as 2V.
And the amount of electric field drop in the light receiving part is 6.2 × 10FiveV
/ Cm, the break down of the light receiving part and the guard ring part
There is no potential difference between the voltage and the guard ring effect.
I understand that it does not.
【0012】このように、n+ −InP層を高濃度にし
た場合、ガードリングの形成が困難になる。すなわち図
3の場合は、p型不純物のBeでn+ 層の濃度を下げて
ガードリング効果を得る構造となっており、注入後アニ
ールによる拡散でBeを内部まで押し込んでいるため、
n+ 層付近のBe濃度は低くなってしまう。そのためn
+ 層濃度を高くするとBeによるn+ 層濃度の低減は期
待できず、良好なガードリングは得られない。n+ 層濃
度を大きく低減するために注入量を増しBe濃度を高く
した場合、n- InP層中のガードリング部がp+ とな
りガードリングの役割を果たさなくなってしまう。現状
では電界降下量6.2×105 V/cmが、ガードリン
グ効果の得られる限界である。As described above, when the n + -InP layer has a high concentration, it becomes difficult to form the guard ring. That is, in the case of FIG. 3, the structure is such that the concentration of the n + layer is reduced by Be of the p-type impurity to obtain the guard ring effect, and Be is pushed into the inside by diffusion by annealing after implantation.
The Be concentration near the n + layer becomes low. Therefore n
If the + layer concentration is increased, Be cannot be expected to reduce the n + layer concentration, and a good guard ring cannot be obtained. When the implantation amount is increased and the Be concentration is increased in order to greatly reduce the n + layer concentration, the guard ring portion in the n − InP layer becomes p + and the role of the guard ring is not fulfilled. At present, the electric field drop amount of 6.2 × 10 5 V / cm is the limit for obtaining the guard ring effect.
【0013】図4の例の場合は2回成長によるメサ埋め
込み型APDであるが、この構造はLPE(Liquid Pha
se Epitaxy:液相エピタキシャル成長法)では実績があ
るが、MOVPEでは成功していない。メサ形状が円形
であるため種々の面方位が露出しており、成長界面で異
常成長が生じてしまう。そのため、素子に逆方向電圧を
加えていくと、空乏層が成長界面に達した時点で暗電流
が急激に増大してしまう(図6を参照)。In the case of the example of FIG. 4, a mesa-embedded APD by double growth is used, but this structure has an LPE (Liquid Pha)
se epitaxy: liquid phase epitaxial growth method), but MOVPE has not succeeded. Since the mesa shape is circular, various plane orientations are exposed and abnormal growth occurs at the growth interface. Therefore, when a reverse voltage is applied to the device, the dark current sharply increases when the depletion layer reaches the growth interface (see FIG. 6).
【0014】図6は、素子の暗電流−電圧特性の一例を
示すグラフである。図中(a)はメサ形状上に2回成長
を行ったもの、(b)は平面上に2回成長を行ったもの
である。メサ形状上に2回目を成長した(a)では、空
乏層が成長界面に到達した約30V付近より暗電流は急
激に増大しているのに対し、平面上に2回目を成長した
(b)では、暗電流の界面での増大は観察されていな
い。このことより、メサ形状上への成長は、素子の低暗
電流化に不向きであることが分かる。FIG. 6 is a graph showing an example of the dark current-voltage characteristics of the device. In the figure, (a) shows the growth on the mesa shape twice, and (b) shows the growth on the plane twice. In the second growth on the mesa shape (a), the dark current increased sharply from around 30 V when the depletion layer reached the growth interface, whereas the second growth on the plane occurred (b). , No increase in dark current at the interface was observed. From this, it is understood that the growth on the mesa shape is not suitable for reducing the dark current of the device.
【0015】このように、超高速APDを作製しようと
した場合、ガードリングの形成が非常に困難であるとい
う問題があった。本発明は、超高速のAPDでも良好な
ガードリングを形成することができる半導体受光素子の
製造方法を提供することを目的とする。As described above, when trying to manufacture an ultra-high speed APD, there is a problem that it is very difficult to form a guard ring. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor light receiving element capable of forming a good guard ring even with an ultra high speed APD.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体受光素子の製造方法は、基板上
に、光吸収層、電界降下層、および窓層が下からこの順
に配置され、該窓層内に形成された受光部の周囲をガー
ドリングが取り囲んだ構造を有する半導体受光素子を製
造する方法において、半導体基板上に、バンドギャップ
の狭い一導電型低濃度の光吸収層用半導体層を形成する
工程、該光吸収層用半導体層上にこれよりもバンドギャ
ップが広く且つ一導電型低濃度のヘテロ緩和層用半導体
層を形成する工程、該ヘテロ緩和層用半導体層上に、こ
れよりもバンドギャップが広く且つ一導電型高濃度の電
界降下層用半導体層を形成する工程、該電界降下層用半
導体層の、該ガードリングに対応する位置に逆導電型の
不純物を導入する工程、および該逆導電型不純物の導入
後、該電界降下層用半導体層上に、これと同じバンドギ
ャップで且つ該低濃度である一導電型の窓層用半導体層
を形成する工程を含むことを特徴とする。In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a semiconductor light receiving element of the present invention, a light absorption layer, an electric field drop layer, and a window layer are arranged on a substrate in this order from the bottom. In a method of manufacturing a semiconductor light receiving element having a structure in which a guard ring surrounds a light receiving portion formed in the window layer, a light absorption layer of one conductivity type low concentration having a narrow band gap is formed on a semiconductor substrate. Forming a semiconductor layer for a hetero-relaxation layer, a step of forming a semiconductor layer for a hetero-relaxation layer having a wider band gap and a lower concentration of one conductivity type on the semiconductor layer for a light-absorption layer, and a semiconductor layer for the hetero-relaxation layer A step of forming a semiconductor layer for a field-concentration layer having a wider band gap and a higher concentration of one conductivity type, and an impurity of an opposite conductivity type at a position in the semiconductor layer for a field-conduction layer corresponding to the guard ring. Engineering to introduce And, after the introduction of the impurity of the opposite conductivity type, a step of forming, on the semiconductor layer for the field drop layer, a semiconductor layer for window layer of one conductivity type having the same bandgap and low concentration. Characterize.
【0017】[0017]
【作用】本発明の半導体受光素子の製造方法によれば、
電界降下層に直接不純物を注入できるので、この部分の
不純物濃度を高くすることによって電界降下層の濃度を
大きく低減でき、従来の埋め込み型APDと同様なガー
ドリング効果が得られる。According to the method of manufacturing the semiconductor light receiving element of the present invention,
Since impurities can be directly injected into the electric field drop layer, the concentration of the electric field drop layer can be greatly reduced by increasing the impurity concentration of this portion, and the same guard ring effect as that of the conventional buried APD can be obtained.
【0018】更に、2回目の成長を平面のウェハ上に行
うことができるので、成長界面の暗電流の増加を防止す
ることができる。以下に、実施例によって本発明を更に
詳細に説明する。Further, since the second growth can be performed on the flat wafer, it is possible to prevent the dark current at the growth interface from increasing. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
【0019】[0019]
【実施例】〔実施例1〕図1を参照して、本発明に従っ
た半導体受光素子の製造方法の工程の一例を説明する。
同図(a)は、基板上にAPDを形成するための各種の
半導体層が積層形成された状態を示すもので、面方位
(100)のn+ InP基板101上に、n+ InPバ
ッファ層102、n- InGaAs光吸収層103、n
- InGaAsPヘテロ緩和層104、n+ InP電界
降下層105、InGaAsキャップ層106をこの順
にエピタキシャル成長したものである。通常、成長方法
としては、各層の厚さおよび濃度の制御の高度化のた
め、また薄膜化のためMOVPEのような気相成長法が
用いられる。[Embodiment 1] An example of steps of a method for manufacturing a semiconductor light receiving element according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1A shows a state in which various semiconductor layers for forming an APD are stacked and formed on a substrate. An n + InP buffer layer is formed on an n + InP substrate 101 having a plane orientation (100). 102, n -- InGaAs light absorption layer 103, n
An InGaAsP hetero relaxation layer 104, an n + InP electric field drop layer 105, and an InGaAs cap layer 106 are epitaxially grown in this order. Usually, as a growth method, a vapor phase growth method such as MOVPE is used to enhance the control of the thickness and concentration of each layer and to reduce the film thickness.
【0020】上記積層構造の上に、フォトレジスト10
7を塗布し、必要なパターンを残す(同図(b))。レ
ジスト・パターン107をマスクとし、イオン注入によ
りBe等のp型不純物を注入する(領域108)(同図
(c))。レジスト107を除去し、700℃以上の温
度で熱処理する。この場合、Beを過度に拡散させず、
拡散後のBe濃度ピークがn+ InP電界降下層105
中にくるようにするのが好ましい。(同図(d))。A photoresist 10 is formed on the laminated structure.
7 is applied, and the required pattern is left (FIG. 7B). Using the resist pattern 107 as a mask, p-type impurities such as Be are implanted by ion implantation (region 108) (FIG. 7C). The resist 107 is removed, and heat treatment is performed at a temperature of 700 ° C. or higher. In this case, Be is not excessively diffused,
The Be concentration peak after diffusion is the n + InP electric field drop layer 105.
It is preferable to put it inside. ((D) of the same figure).
【0021】InGaAsキャップ層106を選択エッ
チングにより除去し、MOVPEによりn- InP窓層
109およびInGaAsキャップ層110を成長する
(同図(e))。InGaAsキャップ層110を選択
エッチングにより除去し、SiN膜111をマスクとし
てn- InP窓層109にCd等のp型不純物を選択拡
散しp+ 領域112を形成する。更に、無反射膜である
SiN膜113と環状の電極(Au/Zn)114を形
成し、基板裏面にも電極(AuGe)115を形成し
て、APDを完成する(同図(f))。 〔実施例2〕実施例1と工程(e)までは同様に行う。The InGaAs cap layer 106 is removed by selective etching, and the n -- InP window layer 109 and the InGaAs cap layer 110 are grown by MOVPE (FIG. 8E). The InGaAs cap layer 110 is removed by selective etching, and p-type impurities such as Cd are selectively diffused in the n − InP window layer 109 using the SiN film 111 as a mask to form ap + region 112. Further, a SiN film 113 which is a non-reflective film and an annular electrode (Au / Zn) 114 are formed, and an electrode (AuGe) 115 is also formed on the back surface of the substrate to complete the APD (FIG. 6 (f)). [Example 2] The same steps as in Example 1 up to step (e) are performed.
【0022】この構造上に、フォトレジスト201でパ
ターンを形成し、このレジスト・パターン201をマス
クとして再度Be等のp型不純物イオン注入を行い(領
域202)、その後レジスト201を除去し、熱処理を
行ってガードリング202を形成する(同図(f))。
以下は実施例1と同様の手順により、InGaAsキャ
ップ層110を除去し、SiN膜203をマスクとして
n-InP層103にCdを選択拡散してp+ 領域20
4を形成する。更に、無反射膜であるSiN膜205と
環状の電極(Au/Zn)206を形成し、基板裏面に
も電極(AuGe)207を形成して、APDを完成す
る(同図(g))。A pattern is formed on this structure with a photoresist 201, p-type impurity ions such as Be are implanted again using this resist pattern 201 as a mask (region 202), and then the resist 201 is removed and heat treatment is performed. Then, the guard ring 202 is formed ((f) in the figure).
Following the same procedure as in Example 1, the InGaAs cap layer 110 is removed, and Cd is selectively diffused in the n − InP layer 103 using the SiN film 203 as a mask to form the p + region 20.
4 is formed. Further, a SiN film 205 which is a non-reflective film, an annular electrode (Au / Zn) 206 are formed, and an electrode (AuGe) 207 is also formed on the back surface of the substrate to complete the APD (FIG. 9 (g)).
【0023】本実施例では、拡散領域204の周辺部の
濃度勾配を小さくできるので、ガードリング効果を更に
高めることができる。In this embodiment, the concentration gradient in the peripheral portion of the diffusion region 204 can be reduced, so that the guard ring effect can be further enhanced.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超高速光通信用APDのガードリングでも容易に形成す
ることが可能となり、APDの性能を著しく向上させる
ことができる。As described above, according to the present invention,
Even a guard ring of an APD for ultrahigh-speed optical communication can be easily formed, and the performance of the APD can be significantly improved.
【図1】本発明に従ってAPDを製造する手順の一例を
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a procedure for manufacturing an APD according to the present invention.
【図2】本発明に従ってAPDを製造する手順の他の例
を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing another example of a procedure for manufacturing an APD according to the present invention.
【図3】従来のAPD製造工程の一つの典型例を示す断
面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing one typical example of a conventional APD manufacturing process.
【図4】従来のAPD製造工程の他の典型例を示す断面
図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another typical example of the conventional APD manufacturing process.
【図5】GB積と、受光部およびガードリング部のブレ
ークダウン電圧とを、それぞれ電界降下量の関数として
示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the GB product and the breakdown voltage of the light receiving portion and the guard ring portion as a function of the amount of electric field drop, respectively.
【図6】暗電流と逆バイアス電圧との関係を示すグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between dark current and reverse bias voltage.
101…面方位(100)のn+ InP基板 102…n+ InPバッファ層 103…n- InGaAs光吸収層 104…n- InGaAsPヘテロ緩和層 105…n+ InP電界降下層 106…InGaAsキャップ層 107…フォトレジスト(レジスト・パターン) 108…イオン注入によりBe等のp型不純物を注入し
た領域 109…n- InP窓層 110…InGaAsキャップ層 111…SiN膜 112…Cd等のp型不純物を選択拡散して形成したp
+ 領域 113…SiN無反射膜 114…環状電極(Au/Zn) 115…基板裏面電極(AuGe) 201…フォトレジスト(レジスト・パターン) 202…再度Be等のp型不純物イオン注入を行った領
域(ガードリング) 203…SiN膜(マスク) 204…Cd等のp型不純物を選択拡散して形成したp
+ 領域 205…SiN無反射膜 206…環状電極(Au/Zn) 207…基板裏面電極(AuGe) 301…面方位(100)のn+ InP基板 302…n+ InPバッファ層 303…n- InGaAs光吸収層 304…n- InGaAsPヘテロ緩和層 305…n+ InP電界降下層 306…n- InP窓層 307…InGaAsキャップ層 308…フォトレジスト(レジスト・パターン) 309…イオン注入によりBe等のp型不純物を注入し
た領域 310…ガードリング 311…SiN膜(マスク) 312…Cd等のp型不純物を選択拡散して形成したp
+ 領域 313…pn接合部 314…キャリア増倍層 315…SiN無反射膜 316…環状電極(Au/Zn) 317…基板裏面電極(AuGe) 401…面方位(100)のn+ InP基板 402…n+ InPバッファ層 403…n- InGaAs光吸収層 404…n- InGaAsPヘテロ緩和層 405…n+ InP電界降下層 406…InGaAsキャップ層 407…フォトレジスト(レジスト・パターン) 408…n- InP窓層 409…InGaAsキャップ層 410…SiN膜(マスク) 411…Cd等のp型不純物を拡散した領域 412…SiN無反射膜 413…環状電極(Au/Zn) 414…基板裏面電極(AuGe)101 ... Planar orientation (100) n + InP substrate 102 ... n + InP buffer layer 103 ... n - InGaAs light absorption layer 104 ... n - InGaAsP hetero relaxation layer 105 ... n + InP electric field drop layer 106 ... InGaAs cap layer 107 ... Photoresist (resist pattern) 108 ... A region in which p-type impurities such as Be are implanted by ion implantation 109 ... n -- InP window layer 110 ... InGaAs cap layer 111 ... SiN film 112 ... Cd and other p-type impurities are selectively diffused Formed p
+ Region 113 ... SiN non-reflective film 114 ... Annular electrode (Au / Zn) 115 ... Substrate back surface electrode (AuGe) 201 ... Photoresist (resist pattern) 202 ... Region in which p-type impurity ion implantation such as Be was performed again ( Guard ring) 203 ... SiN film (mask) 204 ... p formed by selectively diffusing p-type impurities such as Cd
+ Region 205 ... SiN non-reflective film 206 ... Annular electrode (Au / Zn) 207 ... Substrate back electrode (AuGe) 301 ... n + InP substrate 302 ... N + InP buffer layer 303 ... n -- InGaAs light with plane orientation (100) Absorption layer 304 ... n -- InGaAsP hetero relaxation layer 305 ... n + InP field drop layer 306 ... n -- InP window layer 307 ... InGaAs cap layer 308 ... Photoresist (resist pattern) 309 ... P-type impurities such as Be by ion implantation Implanted region 310 ... Guard ring 311 ... SiN film (mask) 312 ... P formed by selectively diffusing p-type impurities such as Cd
+ Region 313 ... Pn junction part 314 ... Carrier multiplication layer 315 ... SiN non-reflective film 316 ... Annular electrode (Au / Zn) 317 ... Substrate back surface electrode (AuGe) 401 ... n + InP substrate 402 with plane orientation (100). n + InP buffer layer 403 ... n - InGaAs light absorption layer 404 ... n - InGaAsP hetero relaxation layer 405 ... n + InP field drop layer 406 ... InGaAs cap layer 407 ... photoresist (resist pattern) 408 ... n - InP window layer 409 ... InGaAs cap layer 410 ... SiN film (mask) 411 ... Region in which p-type impurities such as Cd are diffused 412 ... SiN non-reflective film 413 ... Annular electrode (Au / Zn) 414 ... Substrate rear surface electrode (AuGe)
Claims (2)
び窓層が下からこの順に配置され、該窓層内に形成され
た受光部の周囲をガードリングが取り囲んだ構造を有す
る半導体受光素子を製造する方法において、 半導体基板上に、バンドギャップの狭い一導電型低濃度
の光吸収層用半導体層を形成する工程、 該光吸収層用半導体層上にこれよりもバンドギャップが
広く且つ一導電型低濃度のヘテロ緩和層用半導体層を形
成する工程、 該ヘテロ緩和層用半導体層上に、これよりもバンドギャ
ップが広く且つ一導電型高濃度の電界降下層用半導体層
を形成する工程、 該電界降下層用半導体層の、該ガードリングに対応する
位置に逆導電型の不純物を導入する工程、および該逆導
電型不純物の導入後、該電界降下層用半導体層上に、こ
れと同じバンドギャップで且つ該低濃度である一導電型
の窓層用半導体層を形成する工程を含むことを特徴とす
る半導体受光素子の製造方法。1. A semiconductor having a structure in which a light absorption layer, an electric field drop layer, and a window layer are arranged in this order from the bottom on a substrate, and a guard ring surrounds a light receiving portion formed in the window layer. A method of manufacturing a light-receiving element, the method comprising the steps of: forming a semiconductor layer for a one-conduction-type low-concentration light-absorbing layer with a narrow bandgap on a semiconductor substrate; And a step of forming a one-conductivity-type low-concentration hetero relaxation layer semiconductor layer, wherein a one-conductivity-type high-concentration semiconductor layer for a field relaxation layer having a wider band gap than the hetero-relaxation layer semiconductor layer is formed on the hetero-relaxation layer semiconductor layer. The step of introducing an impurity of opposite conductivity type into the position corresponding to the guard ring in the semiconductor layer for field drop layer, and after introducing the impurity of opposite conductivity type, on the semiconductor layer for field drop layer, Same as this The method of manufacturing a semiconductor light receiving device characterized by comprising the step of forming a and one conductivity type window layer semiconductor layer of a low concentration-gap.
に対応する位置に、前記逆導電型の不純物を導入する工
程を更に含むことを特徴とする請求項1記載の半導体受
光素子の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor light receiving element according to claim 1, further comprising the step of introducing the impurity of the opposite conductivity type into a position of the window layer semiconductor layer corresponding to the guard ring. Method.
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|---|---|---|---|
| JP03205827A JP3074574B2 (en) | 1991-08-16 | 1991-08-16 | Manufacturing method of semiconductor light receiving element |
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| JPH0548143A true JPH0548143A (en) | 1993-02-26 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114093981A (en) * | 2021-10-15 | 2022-02-25 | 北京英孚瑞半导体科技有限公司 | A kind of preparation method of InAlAs avalanche photodetector based on secondary epitaxy |
| JP2022524628A (en) * | 2019-03-12 | 2022-05-09 | デファン リミテッド ライアビリティ カンパニー | Avalanche photodetector (deformed form) and method for manufacturing it (deformed form) |
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- 1991-08-16 JP JP03205827A patent/JP3074574B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN114093981A (en) * | 2021-10-15 | 2022-02-25 | 北京英孚瑞半导体科技有限公司 | A kind of preparation method of InAlAs avalanche photodetector based on secondary epitaxy |
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