JPH0793455B2 - アバランシェフォトダイオードの製造方法 - Google Patents
アバランシェフォトダイオードの製造方法Info
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- JPH0793455B2 JPH0793455B2 JP62225450A JP22545087A JPH0793455B2 JP H0793455 B2 JPH0793455 B2 JP H0793455B2 JP 62225450 A JP62225450 A JP 62225450A JP 22545087 A JP22545087 A JP 22545087A JP H0793455 B2 JPH0793455 B2 JP H0793455B2
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- Japan
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/225—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
- H10F30/2255—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers form heterostructures, e.g. SAM structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/127—The active layers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs or InP
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- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、１つの導電型の半導体基板、吸収領域として
の層、および増倍領域としての層と、他方の導電型の層
から成り、各層が前記の順序で重ねて配置され、メサを
形成しているアバランシェ フォトダイオードに関する
ものであり、半導体基板上に緩衝領域としての層、吸収
領域としての層、勾配層、および付加的な層を付着さ
せ、前記層の全てが１つの導電型であり、前記１つの導
電型の増倍領域および前記他方の導電型の層を形成する
ため前記１方の導電型からその他方の導電型へと変える
ため前記付加的な層の上部分をドーピングし、そして上
方へ次第に細くなっているメサを形成するためのエッチ
ングするアバランシェ フォトダイオードの製造方法に
関するものである。
の層、および増倍領域としての層と、他方の導電型の層
から成り、各層が前記の順序で重ねて配置され、メサを
形成しているアバランシェ フォトダイオードに関する
ものであり、半導体基板上に緩衝領域としての層、吸収
領域としての層、勾配層、および付加的な層を付着さ
せ、前記層の全てが１つの導電型であり、前記１つの導
電型の増倍領域および前記他方の導電型の層を形成する
ため前記１方の導電型からその他方の導電型へと変える
ため前記付加的な層の上部分をドーピングし、そして上
方へ次第に細くなっているメサを形成するためのエッチ
ングするアバランシェ フォトダイオードの製造方法に
関するものである。
［従来の技術］ “Fotodetektoren fur die optische Nachrichtenubert
ragung"と題され、定期刊行物“der elektroniker"［ma
y、1986］のpp.33以下に発表された論文において、アバ
ランシェ フォトダイオードはｎ InP層に覆われたn+I
nP基板上に吸収領域としてのn-InGaAsP層が設けられ、
その上にInGaAsPからInPへ組成が変化する勾配層、増倍
領域としてのｎ InP層、およびp+InP層を有することが
述べられている。それは第１の金属接触部分を支持する
上の方へと次第に細くなるメサを有し、n+InP基板の下
側は、光がアバランシェ フォトダイオードへ入るため
の反射防止コーティングを囲むように円形開口を有する
第２の金属接触部分を具備している。ポリイミド（poly
imide）の保護層はn+InP基板の上側に配置された半導体
層を覆う。
ragung"と題され、定期刊行物“der elektroniker"［ma
y、1986］のpp.33以下に発表された論文において、アバ
ランシェ フォトダイオードはｎ InP層に覆われたn+I
nP基板上に吸収領域としてのn-InGaAsP層が設けられ、
その上にInGaAsPからInPへ組成が変化する勾配層、増倍
領域としてのｎ InP層、およびp+InP層を有することが
述べられている。それは第１の金属接触部分を支持する
上の方へと次第に細くなるメサを有し、n+InP基板の下
側は、光がアバランシェ フォトダイオードへ入るため
の反射防止コーティングを囲むように円形開口を有する
第２の金属接触部分を具備している。ポリイミド（poly
imide）の保護層はn+InP基板の上側に配置された半導体
層を覆う。
この従来の技術のアバランシェ フォトダイオードは、
主に増倍領域のメサの表面で、高い電界によって絶縁破
壊が引起こされ、これらの絶縁破壊はアバランシェ フ
ォトダイオードの内部ノイズ増加させ、動作寿命を短く
する欠点を有する。
主に増倍領域のメサの表面で、高い電界によって絶縁破
壊が引起こされ、これらの絶縁破壊はアバランシェ フ
ォトダイオードの内部ノイズ増加させ、動作寿命を短く
する欠点を有する。
［発明の解決しようとする課題］ 本発明の目的は、内部ノイズが低く、動作寿命の長いア
バランシェフォトダイオードを簡単な工程で製造する方
法を提供することである。
バランシェフォトダイオードを簡単な工程で製造する方
法を提供することである。
［課題を解決するための手段］ この目的は、本発明のアバランシェフォトダイオードの
製造方法によって達成される。本発明は、半導体基板上
に緩衝領域層、吸収領域層、勾配層、および付加的な層
を順次付着させ、それらの層の全てが第１の導電型であ
り、付加的な層の上部部分を第１の導電型と反対の第２
導電型へ変化させるためにドーピングして第１の導電型
の増倍領域および第２の導電型の層を形成し、そして上
方へ次第に細くなっているメサを形成するエッチングを
行うアバランシェフォトダイオードの製造方法におい
て、 選択的なエッチングにより吸収領域層と、勾配領域層の
一部とにおけるメサの断面積を減少させ、さらに、浸蝕
研磨によってメサの全断面積を減少させると共に選択的
なエッチングにより形成された縁部の大部分の材料を除
去することを特徴とする。
製造方法によって達成される。本発明は、半導体基板上
に緩衝領域層、吸収領域層、勾配層、および付加的な層
を順次付着させ、それらの層の全てが第１の導電型であ
り、付加的な層の上部部分を第１の導電型と反対の第２
導電型へ変化させるためにドーピングして第１の導電型
の増倍領域および第２の導電型の層を形成し、そして上
方へ次第に細くなっているメサを形成するエッチングを
行うアバランシェフォトダイオードの製造方法におい
て、 選択的なエッチングにより吸収領域層と、勾配領域層の
一部とにおけるメサの断面積を減少させ、さらに、浸蝕
研磨によってメサの全断面積を減少させると共に選択的
なエッチングにより形成された縁部の大部分の材料を除
去することを特徴とする。
［実施例］ 本発明のアバランシェフォトダイオードの製造方法の１
実施例を以下添付図面を参照して説明する。
実施例を以下添付図面を参照して説明する。
第１図は本発明に従ったアバランシェ フォトダイオー
ド１の実施例を示す。n+InP基板２の上側は緩衝領域と
して働くｎ InP層３によって覆われる。吸収領域とし
てのn-InGaAsP層４はこの層３の上に配置され、それはI
nGaAsPからInPへの組成が徐々に変化する勾配層５およ
び増倍領域としてのｎ InP層６へ続けられる。後者はp
n接合点を形成するためP+InP層７によって覆われてい
る。ｎ InP層３の一部とその上の全ての半導体層は回
転対称メサ８を形成する。メサ８の直径は0.1mm以下の
範囲である。メサ８はきのこ形の構造を有する。それは
緩衝領域３、吸収領域４、勾配層５の一部、およびp+In
P層７において上方へ次第に細くなり、勾配層５の一部
および増倍領域６中にオーバーハング13を有する。亜鉛
−金合金の下層と、金層の上層とよりなる２層金属接触
部分９がメサ８上に設けられている。メサ８の下の領域
中の、n+InP基板の下側に回転対称的なSiO2層10は反射
防止コーティングとして付着されている。SiO2層はn+In
P基板２上に付着され、円形開口を有する金属接触部分1
1によって囲まれている。ポリイミドの保護層は半導体
層３乃至７の露出部分上に付着される。個々の層は末尾
の表に示すようなパラメータを有する。
ド１の実施例を示す。n+InP基板２の上側は緩衝領域と
して働くｎ InP層３によって覆われる。吸収領域とし
てのn-InGaAsP層４はこの層３の上に配置され、それはI
nGaAsPからInPへの組成が徐々に変化する勾配層５およ
び増倍領域としてのｎ InP層６へ続けられる。後者はp
n接合点を形成するためP+InP層７によって覆われてい
る。ｎ InP層３の一部とその上の全ての半導体層は回
転対称メサ８を形成する。メサ８の直径は0.1mm以下の
範囲である。メサ８はきのこ形の構造を有する。それは
緩衝領域３、吸収領域４、勾配層５の一部、およびp+In
P層７において上方へ次第に細くなり、勾配層５の一部
および増倍領域６中にオーバーハング13を有する。亜鉛
−金合金の下層と、金層の上層とよりなる２層金属接触
部分９がメサ８上に設けられている。メサ８の下の領域
中の、n+InP基板の下側に回転対称的なSiO2層10は反射
防止コーティングとして付着されている。SiO2層はn+In
P基板２上に付着され、円形開口を有する金属接触部分1
1によって囲まれている。ポリイミドの保護層は半導体
層３乃至７の露出部分上に付着される。個々の層は末尾
の表に示すようなパラメータを有する。
用いられた材料のため、提供されたアバランシェ フォ
トダイオードは1000nmと1600nmの間の波長スペクトル領
域中で光を検出するのに適切である。このために、アバ
ランシェ フォトダイオード１は逆バイアス下で駆動さ
れる。表で与えられた層パラメータによって、Ｕ≒30−
50Vの供給電圧で、空間電荷領域は増加領域６から吸収
領域４へと広がって形成される。勾配層５は、もしInGa
AsP層がInP層と直接接触しているなら、与えられ、ダイ
オードの量子効率および時間応答性に悪影響を及ぼすバ
ンド構造中のエネルギキャリアトラップを抑制する。Si
O2層10を経て入射した光は吸収領域４中で吸収され、正
孔−電子対を生じる。正孔−電子対は供給電圧のフィー
ルドによって分けられ、増倍領域６へと加速され、衝突
によってそこに新しい正孔−電子対を生成し、その結果
光電流のアバランシェ状の増加となる。
トダイオードは1000nmと1600nmの間の波長スペクトル領
域中で光を検出するのに適切である。このために、アバ
ランシェ フォトダイオード１は逆バイアス下で駆動さ
れる。表で与えられた層パラメータによって、Ｕ≒30−
50Vの供給電圧で、空間電荷領域は増加領域６から吸収
領域４へと広がって形成される。勾配層５は、もしInGa
AsP層がInP層と直接接触しているなら、与えられ、ダイ
オードの量子効率および時間応答性に悪影響を及ぼすバ
ンド構造中のエネルギキャリアトラップを抑制する。Si
O2層10を経て入射した光は吸収領域４中で吸収され、正
孔−電子対を生じる。正孔−電子対は供給電圧のフィー
ルドによって分けられ、増倍領域６へと加速され、衝突
によってそこに新しい正孔−電子対を生成し、その結果
光電流のアバランシェ状の増加となる。
増倍領域６中のオーバーハング13によって、メサ８の表
面付近の高い電界が減少され、従って、表面の絶縁破壊
の危険が減少される。メサ８は勾配層５および増倍領域
６でのみではなくp+InP層７でもまたオーバーハングを
有することは好ましいことである。きのこ形の構造はア
バランシェ フォトダイオードが上方へ次第に細くなる
メサ８を有し、吸収領域上に置かれp+InP層７のように
濃くドープされた層によって覆われた増倍領域を有する
ような全ての場合において有利である。
面付近の高い電界が減少され、従って、表面の絶縁破壊
の危険が減少される。メサ８は勾配層５および増倍領域
６でのみではなくp+InP層７でもまたオーバーハングを
有することは好ましいことである。きのこ形の構造はア
バランシェ フォトダイオードが上方へ次第に細くなる
メサ８を有し、吸収領域上に置かれp+InP層７のように
濃くドープされた層によって覆われた増倍領域を有する
ような全ての場合において有利である。
この利点はアバランシェ フォトダイオードの材料に依
存しない。
存しない。
本発明の製造方法においては、最初にエピタキシ成長法
によってｎ型InP層３がn+InP基板２上に付着され、続い
てn-InGaAsP層４がそのｎ型InP層３の上に付着される。
n-InGaAsP層４上にその組成が層４に隣接する部分のInG
aAsPからInPに次第に変化する勾配層５が付着され、そ
れに続いてｎ型InP層14が付着される。ｎ型InP層14が液
相エピタキシによって付着される場合には勾配層５はIn
P層14の付着中にn-InGaAsP層４が溶融InP中に溶け込む
ことを阻止する、いわゆるアンチメルトバック層として
作用する。続いて660℃におけるカドミウムの拡散によ
ってpn接合15がｎ型InP層14中に形成され、このpn接合1
5によってｎ型InP層14がｎ型InP層６とp+InP層７とに分
割される。上記のエピタキシ成長およびドーピング工程
の後、アバランシェフォトダイオードはSiO2層によって
両面が被覆され、開口窓がそれに形成され、蒸着または
スパッタリングによって金属接触部分9,10が形成され
る。それから上面側のSiO2層は除去され、一方n+InP基
板２の下側の付着されているSiO2層はそのまま残されて
反射防止被覆として利用される。次に、メサ８を形成す
るためにフォトレジストマスク（図示せず）が設けら
れ、半導体層23℃で２乃至３分間、水性エッチング溶
液、例えば、10HBr:10H2O:1H2O2の溶液中でｎ型InP層３
に達するまでエッチングされる。これによって第２図に
示されたようなメサ８が得られる。23℃で約８分間の1H
2SO4:6H2O2:10H2Oのエッチング溶液中での選択的な横方
向エッチングによって吸収領域層４および勾配層５のIn
GaAsPがエッチングされて第３図に示されるようにこれ
らの層におけるメサ８の断面が減少し、突出した縁部1
6,17が勾配層５の下部およびｎ型InP層３の上部の周縁
に形成される。続いて23℃で10HBr:10H2O:1H2O2の溶液
中で約10秒間の短時間の浸蝕研磨によってメサ８の全断
面積を減少させると共に前記の選択的なエッチングによ
り形成された縁部16,17の大部分の材料を除去すること
によって図示のようなオーバーハング構造13が形成され
る。その後、フォトレジストマスクを除去し、ポリイミ
ドの保護層12を被覆する。その場合に金属接触部分９は
被覆されずに露出されている。
によってｎ型InP層３がn+InP基板２上に付着され、続い
てn-InGaAsP層４がそのｎ型InP層３の上に付着される。
n-InGaAsP層４上にその組成が層４に隣接する部分のInG
aAsPからInPに次第に変化する勾配層５が付着され、そ
れに続いてｎ型InP層14が付着される。ｎ型InP層14が液
相エピタキシによって付着される場合には勾配層５はIn
P層14の付着中にn-InGaAsP層４が溶融InP中に溶け込む
ことを阻止する、いわゆるアンチメルトバック層として
作用する。続いて660℃におけるカドミウムの拡散によ
ってpn接合15がｎ型InP層14中に形成され、このpn接合1
5によってｎ型InP層14がｎ型InP層６とp+InP層７とに分
割される。上記のエピタキシ成長およびドーピング工程
の後、アバランシェフォトダイオードはSiO2層によって
両面が被覆され、開口窓がそれに形成され、蒸着または
スパッタリングによって金属接触部分9,10が形成され
る。それから上面側のSiO2層は除去され、一方n+InP基
板２の下側の付着されているSiO2層はそのまま残されて
反射防止被覆として利用される。次に、メサ８を形成す
るためにフォトレジストマスク（図示せず）が設けら
れ、半導体層23℃で２乃至３分間、水性エッチング溶
液、例えば、10HBr:10H2O:1H2O2の溶液中でｎ型InP層３
に達するまでエッチングされる。これによって第２図に
示されたようなメサ８が得られる。23℃で約８分間の1H
2SO4:6H2O2:10H2Oのエッチング溶液中での選択的な横方
向エッチングによって吸収領域層４および勾配層５のIn
GaAsPがエッチングされて第３図に示されるようにこれ
らの層におけるメサ８の断面が減少し、突出した縁部1
6,17が勾配層５の下部およびｎ型InP層３の上部の周縁
に形成される。続いて23℃で10HBr:10H2O:1H2O2の溶液
中で約10秒間の短時間の浸蝕研磨によってメサ８の全断
面積を減少させると共に前記の選択的なエッチングによ
り形成された縁部16,17の大部分の材料を除去すること
によって図示のようなオーバーハング構造13が形成され
る。その後、フォトレジストマスクを除去し、ポリイミ
ドの保護層12を被覆する。その場合に金属接触部分９は
被覆されずに露出されている。
第１図は本発明に従ったアバランシェ フォトダイオー
ドの１実施例を示す。 第２図は従来の処理ステップの実施後のアバランシェ
フォトダイオードを示す。 第３図は本発明に従った第１の処理ステップ後のアバラ
ンシェ フォトダイオードを示す。 ２……基体、３……ｎ InP層、４……吸収領域、５…
…勾配層、６……増倍領域、７……p+InP層。
ドの１実施例を示す。 第２図は従来の処理ステップの実施後のアバランシェ
フォトダイオードを示す。 第３図は本発明に従った第１の処理ステップ後のアバラ
ンシェ フォトダイオードを示す。 ２……基体、３……ｎ InP層、４……吸収領域、５…
…勾配層、６……増倍領域、７……p+InP層。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板（２）上に緩衝領域層（３）、
吸収領域層（４）、勾配層（５）、および付加的な層
（14）を順次付着させ、前記層の全てが第１の導電型で
あり、前記付加的な層の上部部分を前記第１の導電型と
反対の第２の導電型へ変化させるためにドーピングして
第１の導電型の増倍領域（６）および第２の導電型の層
（７）を形成し、そして上方へ次第に細くなっているメ
サ（８）を形成するためのエッチング処理をするアバラ
ンシェフォトダイオードの製造方法において、 選択的なエッチングにより前記吸収領域層（４）と、前
記勾配領域層（５）の一部とにおけるメサ（８）の断面
積を減少させ、 さらに、浸蝕研磨によってメサ（８）の全断面積を減少
させると共に前記選択的なエッチングにより形成された
縁部（16,17）の大部分の材料を除去することを特徴と
するアバランシェフォトダイオードの製造方法。 - 【請求項２】エピタキシによりn+型InP基板（２）上に
ｎ型InP緩衝領域層（３）を付着させる工程と、 エピタキシによるn-型InGaAsP吸収領域層（４）を付着
させる工程と、 エピタキシによりInGaAsPからInPへ組成の変化する勾配
層（５）を付着させる工程と、 エピタキシによりInP層（14）を付着させる工程と、 拡散によりp+型InP層（７）へnInP層（14）の上部部分
を変化させる工程と、 金属接触部分（９）を付着させる工程と、 フォトレジストマスクおよび等方性のエッチング技術を
用いてメサ（８）を形成する工程と、 選択的なエッチングによりn-型InGaAsP吸収領域層
（４）の断面積および勾配層（５）の一部の断面積を減
少させる工程と、 浸蝕研磨によってメサ（８）の全断面積を減少させる工
程を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のアバランシェフォトタイオードの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19863631248 DE3631248A1 (de) | 1986-09-13 | 1986-09-13 | Lawinen-photodiode |
| DE3631248.7 | 1986-09-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6376383A JPS6376383A (ja) | 1988-04-06 |
| JPH0793455B2 true JPH0793455B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=6309555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62225450A Expired - Fee Related JPH0793455B2 (ja) | 1986-09-13 | 1987-09-10 | アバランシェフォトダイオードの製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0265642B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0793455B2 (ja) |
| DE (2) | DE3631248A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179430A (en) * | 1988-05-24 | 1993-01-12 | Nec Corporation | Planar type heterojunction avalanche photodiode |
| JP4010337B2 (ja) * | 1995-02-02 | 2007-11-21 | 住友電気工業株式会社 | ｐｉｎ型受光素子およびｐｉｎ型受光素子の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2406895A1 (fr) * | 1977-10-18 | 1979-05-18 | Thomson Csf | Photodiode a avalanche comportant une homojonction en alliage gay in1-y asx p1-x et recepteur de telecommunications optiques comportant une telle photodiode |
| JPS5586170A (en) * | 1978-12-25 | 1980-06-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor light-receiving element |
| JPS57111070A (en) * | 1980-12-26 | 1982-07-10 | Fujitsu Ltd | Ingaas/inp semiconductor photodetector |
-
1986
- 1986-09-13 DE DE19863631248 patent/DE3631248A1/de not_active Withdrawn
-
1987
- 1987-09-10 JP JP62225450A patent/JPH0793455B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1987-09-11 DE DE8787113301T patent/DE3777752D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-09-11 EP EP19870113301 patent/EP0265642B1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0265642A3 (en) | 1989-07-26 |
| DE3631248A1 (de) | 1988-03-24 |
| EP0265642B1 (de) | 1992-03-25 |
| EP0265642A2 (de) | 1988-05-04 |
| JPS6376383A (ja) | 1988-04-06 |
| DE3777752D1 (de) | 1992-04-30 |
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