JPH077173A - 短い波長の光の範囲で敏感な光検出器の製造方法 - Google Patents

短い波長の光の範囲で敏感な光検出器の製造方法

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JPH077173A
JPH077173A JP6068874A JP6887494A JPH077173A JP H077173 A JPH077173 A JP H077173A JP 6068874 A JP6068874 A JP 6068874A JP 6887494 A JP6887494 A JP 6887494A JP H077173 A JPH077173 A JP H077173A
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Wolfgang Arndt
ヴオルフガング・アルント
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 光検出器の製造方法において，イオン注入の
前に，少なくとも１つの酸化物層を持ちかつ注入される
イオンの最大値が誘電散乱層装置１１内にあるような厚
さを持つ誘電散乱層装置１１を半導体基板１０上に形成
し，基板１１の引続く酸化が行われないように，再拡散
を行う。 【効果】 半導体基板内で，非常に狭い偏析範囲は別と
して，ドーピングがｐｎ接合の方へ連続的に減少し，そ
の結果生ずる電界が，基板の表面とｐｎ接合との間の範
囲に生ずるほぼすべてのキヤリヤをｐｎ接合の方へ導
く。それにより従来の光検出器で達成可能な量子効率よ
り著しく高い所にある量子効率が，短い波長の光の範囲
で得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，イオン注入により基板
に平らなｐｎ接合を形成し，基板のすぐ上に少なくとも
１つの酸化物層を持つ誘電散乱層装置で基板を覆い，こ
の散乱層装置を通して基板へイオンを注入し，再拡散を
高い温度で行う，短い波長の光に敏感な光検出器，即ち
青い可視光の範囲及びそれに続いて空気の吸収が始まる
１９０ｎｍの波長までの紫外線の範囲で敏感な光検出器
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光検出器は大体においてｐｎ接合を持つ
半導体から成つている。この半導体は元素半導体例えば
Ｓｉであるか又は化合物半導体例えばＩｎＰであつても
よい。高い青感度を得るため，半導体表面の非常に近く
に生ずるキヤリヤも，表面で再結合することなくｐｎ接
合へ達するようにせねばならない。従つてｐｎ接合がな
るべく表面のすぐ下にあり，即ちいわゆる平らなｐｎ接
合が使用される。
【０００３】平らなｐｎ接合は，イオン特に重いイオン
の注入によつて得られる。ｎ形基板にｐ形を得るため，
例えはＢ＋イオン又はＢＦ２ ＋イオンが数１０ｋｅＶの
エネルギで注入される。
【０００４】しかしイオン注入に関する問題点は，ドー
ピング物質の濃度の最大値が基板の表面にはなくて，基
板の中にあり，それにより濃度プロフイル，従つて電界
量大値以上で短波長光の吸収の際半導体範囲に生ずるキ
ヤリヤを半導体表面へ移動させてそこで光電流に寄与す
ることなく再結合させるような電界のプロフイルが生ず
る。
【０００５】この欠点を回避するため，欧州特許出願公
開第０３４２３９１号に記載されているような種々の可
能性がある。
【０００６】１つの可能性は，散乱層を通して，例えば
非ドーピングイオンによる衝撃例えはＳｉ＋によるシリ
コンの衝撃によつて前もつて乱されている半導体基板の
薄い層を通して，又は酸化物層又は窒化物層を通して，
注入を行うことである。この手段により，ドーピング物
質の濃度増大部がほぼ敬乱層にあり，従つて半導体表面
のすぐ下に生ずるキヤリヤが表面へ移動しないようにす
る。しかしこの目的は満足できるほど達せられないこと
がわかつた。図４において点線の曲線ａは，Ｓｉ標準ホ
トダイオードのスペクトル感度を示している。これから
わかるように，約３００ｎｍより短い波長では，もはや
大した感度は生じない。しかし前述した手段によつて，
いわゆるチヤネリング即ち結晶格子の優越方向における
強い注入が回避される。
【０００７】第２の手段は，散乱層を通してイオン注入
を行つた後，半導体をエツチングすることである。これ
によりドーピング物質濃度の最大値を半導体の表面の方
へ移し，その結果非常に高い量子効率を得ることが可能
である。しかしエツチングの方法段階に費用がかかり，
従つて高価である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従つて青に敏感な光検
出器の簡単に実施可能な製造方法を提示するという問題
かあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれば，注入イオンの最大値が散乱層装置内に
あるような厚さを持つ散乱層装置を設け，基板の引続く
酸化が行われないように，再拡散を実施する。
【００１０】
【発明の効果】この手段により，基板内で表面の所に最
高のドーピング濃度があるか，又はいわゆる偏析効果の
ため表面のすぐ下にあるようにすることができる。この
濃度の勾配は基板中における電界の勾配を生じ，この勾
配によつて，光の吸収により生ずるキヤリヤが基板表面
へ達して，そこで光電流に寄与することなく再結合する
のを防止される。
【００１１】
【実施態様】散乱層装置は，それが前述したような濃度
分布を生ずるだけでなく，同時に所望の不活性化及び反
射防止の性質を持つように，設けられるのがよい。Ｓｉ
基板を使用する場合，誘電散乱層装置をＳｉＯ２層及び
その上にあるＳｉ３Ｎ４層から製造すると，特に有利で
ある。
【００１２】
【実施例】図に示されている実施例に基いて本発明を以
下に説明する。
【００１３】図１の（ａ）は，基板１０及び誘電散乱層
装置としての誘電層装置１１を持つ光検出器を示してい
る。ここでは，誘電層装置１１が識別され，基板１０内
のｐｎ接合１２の位置もわかるようにするため，基板１
０及び誘電層装置１１は寸法通りには示されてない。基
板１０は１００μｍの厚さを持つことができる。図示し
た例では表面範囲にほう素をドーピングされているｎ形
Ｓｉから成る基板が用いられ，それによりｐ形範囲が形
成されている。ｐｎ接合１２は例えば基板表面の約０．
４μｍ下にある。誘電層装置１１は０．１μｍの全体厚
さを持ち，２つの部分層即ち０．０３μｍの厚さの下部
ＳｉＯ２層と，０．０７μｍの厚さの上部Ｓｉ３Ｎ４層
から成つている。
【００１４】図１の（ｂ）は光検出器の表面から内部へ
のほう素イオンの濃度の変化を示している。図２の
（ｂ）は，この場合ＳｉＯ２層のみから成る誘電層装置
１１内のドーピング濃度曲線を示している。この場合Ｓ
ｉＯ２層とＳｉ基板との間の境界に生ずる偏析効果によ
り，熱再拡散の際ＳｉＯ２層内のほう素原子が基板との
境界で濃縮され，一方Ｓｉ基板の非常に薄い表面層では
ほう素原子が不足しているので，濃度曲線は連続しては
延びていない。この偏析範囲は図２の（ｂ）に破線で示
されている。偏析効果により，ＳｉＯ２層とＳｉ基板と
の境界における再拡散後のほう素原子濃度は，ＳｉＯ２
層内のほう素原子濃度の最大値より少し大きい。短い波
長の光の吸収によりＳｉ基板の偏析範囲に発生されるキ
ヤリヤは，ｐｎ接合へ到達せず，基板表面の方へ移動し
て，そこで光電流に寄与することなく再結合する。しか
し本発明の方法によつて極めて狭く限定された偏析範囲
が得られるので，半導体表面への移動によつて非常に小
さい割合のキヤリヤしか失われない。
【００１５】図２の（ａ）は同じドーピングプロフイル
を示しているが，酸化性雰囲気中での従来の再拡散によ
り０．２μｍの厚さまで増大している０．０２μｍの厚
さのＳｉＯ２から成る散乱酸化物層を持つ公知の光検出
器について示している。この酸化再拡散では，重要なこ
とであるが，偏析範囲もかなり広がつている。この幅広
い偏析範囲のため，青い光又は紫外線に近い光によつて
発生されるキヤリヤは，僅かな程度しかｐｎ接合へ達し
ない。なぜならば，これらのキヤリヤは主として基板表
面のすぐ下で生じ，その際図２の（ａ）による濃度曲線
従つてこれに対応するポテンシヤル曲線のため，これら
のキヤリヤがｐｎ接合ではなく半導体表面へ向かつて移
動するからである。これは，本発明により製造される光
検出器の上述した機能とは異なつている。
【００１６】前述した効果は，図４の曲線ａとｂとの比
較から直ちにわかるように，前述した波長の範囲におけ
るスペクトル感度を改善する。図４には，量子効率が１
００％である場合入射光の波長に関係して一定の放射出
力に関してどんな光電流が得られるかを示す直線も記入
されている。
【００１７】図３は本発明による製造方法を流れ図の形
で示している。基板の準備に関するすべての方法段階，
及び再拡敬後のすべての段階例えは電極の取付けは，省
略されている。
【００１８】図３の流れ図では，Ｓｉ光検出器が製造さ
れるものと仮定されている。５×１０１２／ｃｍ３の燐
ドーピングに相当する１０３Ωｃｍの導電率を持つｎ−
形基板から出発する。基板表面上に，Ｎ２Ｏ２雰囲気中
で約９５０℃において熱により，０．０３μｍの厚さを
持つＳｉＯ２層が成長せしめられる。第２の段階におい
て，ＣＶＤ沈積法により０．０７μｍの厚さを持つＳｉ
３Ｎ４の層が設けられる。このため基板が約８００℃に
加熱され，ジクロルシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）及びＮ２
か約４ｍｂａｒの圧力でＨＦプラズマ室へ入れられ，そ
こでＳｉ３Ｎ４を形成する反応が行なわれる。
【００１９】第３の段階において，ＢＦ２ ＋イオンが４
０ｋｅＶで注入されて，濃度の最大値が全構造体の表面
から約０．０３μｍ下の深さにあるようにする。この注
入は，所望のｐ形ドーピング例えば１０２０Ｂ／ｃｍ３
のドーピングが得られるまで，行われる。どんなイオン
でどんな加速エネルギによりどんな進入深さが得られる
かは，イオン注入についての標準著作例えばＨ．Ｒｙｓ
ｓｅｌ等の書籍″Ｉｏｎｅｎｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏ
ｎ″からわかる。イオン，加速電圧及び誘電散乱層装置
の厚さは，ドーピング濃度の最大値が誘電散乱層装置内
にあるように選ばねばならない。
【００２０】第４の方法段階において，注入損傷を除去
するための熱処理過程が行われ，この熱処理過程におい
て再拡散も行われて，特に上述の偏析効果を生ずる。こ
の再拡散において重要なことは，普通の再拡散とは異な
り基板が更に酸化しないように再拡敬を行うことであ
る。これは，実施例ではＮ２雰囲気の使用によつて行わ
れる。しかし他の非酸化性雰囲気例えばＡｒ雰囲気も使
用することができる。従来のように酸化性雰囲気
（Ｏ２，Ｎ２Ｏ２）中で処理すると，素子の表面を酸素
の侵入に対して保護せねばならず，これを特にＳｉ３Ｎ
４層によつて行うことができる。
【００２１】光検出器の完成までに，更に多数の方法段
階（電極製造，接触子形成，ケースヘの組込み）も行わ
れるが，これについてはここでは説明しない。
【００２２】ＳｉＯ２層とＳｉ３Ｎ４層との前述した組
合わせは，公知のようにすぐれた不活性化特性を生じ，
層厚を適当に選べは，同時に反射防止特性を生ずる。
【００２３】誘電層装置として，材料及び層厚が任意の
個別層又は個別層群を使用することができる。重要なこ
とは，イオン注入後ドーピング濃度の最大値が誘電層装
置内にあり，強い偏析効果を避けるため，再拡敬の際こ
の誘電層装置が更に厚くならないことである。ドーピン
グ曲線及び偏析効果に関係のない誘電層装置の他の性質
は，例えは不活性化特性及び反射防止特性の最適化のた
めに，実施例におけるように任意に選ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による光検出器の概略断面図，
（ｂ）はその濃度プロフイルである。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は公知の光検出器及び本発明
による光検出器のドーピングプロフイルである。
【図３】本発明による製造力法を説明するための流れ図
である。
【図４】公知の標準光検出器及び本発明による光検出器
のスペクトル感度を示す線図である。
【符号の説明】
１０ 基板 １１ 誘電層装置 １２ ｐｎ接合

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イオン注入により基仮に平らなｐｎ接合
    を形成し，基板（１０）のすぐ上に少なくとも１つの酸
    化物層を持つ誘電散乱層装置（１１）で基板（１０）を
    覆い，この散乱層装置（１１）を通して基板（１０）へ
    イオンを注入し，再拡散を高い温度で行う光検出器の製
    造方法において，注入イオンの最大値が敬乱層装置（１
    １）内にあるような厚さを持つ散乱層装置（１１）を設
    け，基板（１０）の引続く酸化が行われないように，再
    拡敬を実施することを特徴とする，短い波長の光の範囲
    で敏感な光検出器の製造方法。
  2. 【請求項２】 再拡散を非酸化性雰囲気中で行うことを
    特徴とする，請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 再拡散段階の前に酸化物層上に，酸素の
    侵入をほぼ阻止する不活性化層を形成することを特徴と
    する，請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 散乱層装置（１０）として誘電材料の部
    分層の群を使用し，受光すべき光のスペクトル範囲でこ
    れら層群が反射をできるだけよく防止するような厚さで
    これらの部分層を設けることを特徴とする，請求項１な
    いし３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 Ｓｉ基板の場合ＳｉＯ２から成る層上に
    Ｓｉ３Ｎ４から成る層を使用することを特徴とする，請
    求項３又は４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ドーピングイオンとして分子イオンを使
    用することを特徴とする，請求項１ないし５の１つに記
    戴の方法。
JP6068874A 1993-03-03 1994-03-02 短い波長の光の範囲で敏感な光検出器の製造方法 Pending JPH077173A (ja)

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