JPH09205222A - 光検出用半導体装置 - Google Patents
光検出用半導体装置Info
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- JPH09205222A JPH09205222A JP8010899A JP1089996A JPH09205222A JP H09205222 A JPH09205222 A JP H09205222A JP 8010899 A JP8010899 A JP 8010899A JP 1089996 A JP1089996 A JP 1089996A JP H09205222 A JPH09205222 A JP H09205222A
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- JP
- Japan
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- sige
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- concentration
- epitaxial layer
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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
- H10F99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
- H10F77/146—Superlattices; Multiple quantum well structures
- H10F77/1465—Superlattices; Multiple quantum well structures including only Group IV materials, e.g. Si-SiGe superlattices
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光吸収効率が向上し、生産性向上のためにフ
ォトダイオード作製に要する時間が短縮された光検出用
半導体装置を提供する。 【解決手段】 フォトダイオードの光吸収層に、シリコ
ン基板１の表面に平行な層を形成するＳｉ／ＳｉＧｅ超
格子層６と、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層をはさんで上部及
び下部にＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６中のＧｅの含有率よ
りも低いＧｅを含んだＰ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキ
シアル層５、７とを有し、また、上部のＳｉＧｅエピタ
キシアル層７の直上に、高濃度のＰ+ 型Ｓｉコンタクト
層８を有し、下部のＳｉＧｅエピタキシアル層５の直下
に高濃度のＮ+ 型エピタキシャル層を有している。上部
及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層５、７中のＧｅ濃
度は、少なくとも１％以上であることが望ましい。
ォトダイオード作製に要する時間が短縮された光検出用
半導体装置を提供する。 【解決手段】 フォトダイオードの光吸収層に、シリコ
ン基板１の表面に平行な層を形成するＳｉ／ＳｉＧｅ超
格子層６と、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層をはさんで上部及
び下部にＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６中のＧｅの含有率よ
りも低いＧｅを含んだＰ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキ
シアル層５、７とを有し、また、上部のＳｉＧｅエピタ
キシアル層７の直上に、高濃度のＰ+ 型Ｓｉコンタクト
層８を有し、下部のＳｉＧｅエピタキシアル層５の直下
に高濃度のＮ+ 型エピタキシャル層を有している。上部
及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層５、７中のＧｅ濃
度は、少なくとも１％以上であることが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上に
形成される光検出用の半導体装置に関する。
形成される光検出用の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】非常に高速で、かつ長距離の光ファイバ
通信を行なうためには、波長１．３μｍ帯に感度のある
受光器が必要である。従来はＧａＡｓ等の化合物系を用
いた受光器が主に用いられていたが、１．３μｍ帯に感
度を持つＳｉＧｅを光吸収層に用いることで、シリコン
プロセスを適用可能な、低コストな受光器が実現可能に
なってきた。例えば、Ｂ．Ｊａｌａｉらの１９９４、Ｊ
ｏｕｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ、ｐｐ９３０〜９３５、あるいは、Ａ．ｓｐｌ
ｅｔｔらのＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒ、ｖｏｌ．６、Ｎｏ．１、Ｊ
ａｎｕａｒｙ １９９４、ｐｐ５９〜６１には、ＳｉＧ
ｅを用いたフォトダイオードが報告されている。
通信を行なうためには、波長１．３μｍ帯に感度のある
受光器が必要である。従来はＧａＡｓ等の化合物系を用
いた受光器が主に用いられていたが、１．３μｍ帯に感
度を持つＳｉＧｅを光吸収層に用いることで、シリコン
プロセスを適用可能な、低コストな受光器が実現可能に
なってきた。例えば、Ｂ．Ｊａｌａｉらの１９９４、Ｊ
ｏｕｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ、ｐｐ９３０〜９３５、あるいは、Ａ．ｓｐｌ
ｅｔｔらのＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒ、ｖｏｌ．６、Ｎｏ．１、Ｊ
ａｎｕａｒｙ １９９４、ｐｐ５９〜６１には、ＳｉＧ
ｅを用いたフォトダイオードが報告されている。
【０００３】これらのフォトダイオードは、ＳｉとＳｉ
Ｇｅを交互に重ねた超格子構造として光吸収層を成長さ
せた後、電極となる高濃度不純物層を成長させ、メサ型
にエッチングを行ないフォトダイオードを製造してい
る。Ｓｉ上に直接ＳｉＧｅを厚く成長させることは、格
子不整合のために難しいが、超格子構造によってＳｉＧ
ｅの光吸収層の総膜厚を厚くすることが可能となり、光
の吸収率を増加できる。図８は、Ｂ．Ｊａｌａｉらによ
る光検出器の構成を示す断面図である。図中符号６１は
Ｎ+ シリコン基板、６２はｉ型Ｓｉエピタキシアル層、
６３はｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層、６４はｉ型Ｓｉエ
ピタキシアル層、６５はＰ+ 型Ｓｉエピタキシアル層、
６６はシリコン酸化膜、６７はアルミ電極を示す。
Ｇｅを交互に重ねた超格子構造として光吸収層を成長さ
せた後、電極となる高濃度不純物層を成長させ、メサ型
にエッチングを行ないフォトダイオードを製造してい
る。Ｓｉ上に直接ＳｉＧｅを厚く成長させることは、格
子不整合のために難しいが、超格子構造によってＳｉＧ
ｅの光吸収層の総膜厚を厚くすることが可能となり、光
の吸収率を増加できる。図８は、Ｂ．Ｊａｌａｉらによ
る光検出器の構成を示す断面図である。図中符号６１は
Ｎ+ シリコン基板、６２はｉ型Ｓｉエピタキシアル層、
６３はｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層、６４はｉ型Ｓｉエ
ピタキシアル層、６５はＰ+ 型Ｓｉエピタキシアル層、
６６はシリコン酸化膜、６７はアルミ電極を示す。
【０００４】この光検出器は、Ｎ+ シリコン基板６１上
にｉ型Ｓｉエピタキシアル層６２を形成し、その後ｉ型
Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層６３とｉ型Ｓｉエピタキシアル
層６４とＰ+ 型Ｓｉエピタキシアル層６５を形成した
後、メサ状にＰ+ 型Ｓｉエピタキシアル層６５、ｉ型Ｓ
ｉエピタキシアル層６４及びｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子
層６３をエッチングすることにより、光導波路を形成し
ている。
にｉ型Ｓｉエピタキシアル層６２を形成し、その後ｉ型
Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層６３とｉ型Ｓｉエピタキシアル
層６４とＰ+ 型Ｓｉエピタキシアル層６５を形成した
後、メサ状にＰ+ 型Ｓｉエピタキシアル層６５、ｉ型Ｓ
ｉエピタキシアル層６４及びｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子
層６３をエッチングすることにより、光導波路を形成し
ている。
【０００５】また、図９は、Ａ．Ｓｐｌｅｔｔらによる
光検出器の構成を示す断面図である。図中符号７１はＰ
型シリコン基板、７２はＰ型ＳｉＧｅエピタキシアル
層、７３はｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層、７４はＰ型Ｓ
ｉバッファ層、７５はＮ+ 型Ｓｉコンタクト層、７６は
シリコン酸化膜、７７はアルミ電極を示す。
光検出器の構成を示す断面図である。図中符号７１はＰ
型シリコン基板、７２はＰ型ＳｉＧｅエピタキシアル
層、７３はｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層、７４はＰ型Ｓ
ｉバッファ層、７５はＮ+ 型Ｓｉコンタクト層、７６は
シリコン酸化膜、７７はアルミ電極を示す。
【０００６】この光検出器は、Ｐ型シリコン基板７１上
にＰ型ＳｉＧｅエピタキシアル層７２を設けた後、ｉ型
Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層７３とＰ型Ｓｉバッファ層７４
とＮ + 型Ｓｉコンタクト層７５を形成した後、Ｐ型Ｓｉ
Ｇｅエピタキシアル層７２に到達するように、メサ状に
Ｎ+ 型Ｓｉコンタクト層７５、Ｐ型Ｓｉバッファ層７４
及びｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層７３をエッチングする
ことにより、リブ状に光導波路が形成されている。
にＰ型ＳｉＧｅエピタキシアル層７２を設けた後、ｉ型
Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層７３とＰ型Ｓｉバッファ層７４
とＮ + 型Ｓｉコンタクト層７５を形成した後、Ｐ型Ｓｉ
Ｇｅエピタキシアル層７２に到達するように、メサ状に
Ｎ+ 型Ｓｉコンタクト層７５、Ｐ型Ｓｉバッファ層７４
及びｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層７３をエッチングする
ことにより、リブ状に光導波路が形成されている。
【０００７】これらの光検出器は、いずれもシリコンチ
ップ端側から光を入射するメサ型フォトダイオードであ
る。超格子層を用いたとしても、ＳｉＧｅの光吸収層厚
は合計１μｍ位と薄いので、コア径１０μｍの光ファイ
バからの光を、効率良く光吸収層に導く必要がある。
ップ端側から光を入射するメサ型フォトダイオードであ
る。超格子層を用いたとしても、ＳｉＧｅの光吸収層厚
は合計１μｍ位と薄いので、コア径１０μｍの光ファイ
バからの光を、効率良く光吸収層に導く必要がある。
【０００８】Ｂ．Ｊａｌａｉらによる光検出器の場合、
メサ型フォトダイオードのへき開面に直接光を入射して
いるが、光吸収層の上部と下部にｉ型のＳｉエピタキシ
アル層を等幅に積層することでクラッドを形成し、光を
閉じ込める工夫を行なっている。
メサ型フォトダイオードのへき開面に直接光を入射して
いるが、光吸収層の上部と下部にｉ型のＳｉエピタキシ
アル層を等幅に積層することでクラッドを形成し、光を
閉じ込める工夫を行なっている。
【０００９】一方Ａ．Ｓｐｌｅｔｔらによる光検出器の
場合、光の入射面とフォトダイオードとの間に光導波路
を設けて、光吸収層に対するエバネセント（ｅｖａｎｅ
ｓｃｅｎｔ）波結合を形成して、光を効率良く導いてい
る。
場合、光の入射面とフォトダイオードとの間に光導波路
を設けて、光吸収層に対するエバネセント（ｅｖａｎｅ
ｓｃｅｎｔ）波結合を形成して、光を効率良く導いてい
る。
【００１０】また、本出願人は、特願平５−３１９５３
８号において、側壁に絶縁膜が形成されている凹部をシ
リコン基板表面に設け、この凹部内に超高真空ＣＶＤ法
（ＵＨＶＣＶＤ法）によってＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層を
成膜してフォトダイオードの光吸収層とする技術を開示
した。
８号において、側壁に絶縁膜が形成されている凹部をシ
リコン基板表面に設け、この凹部内に超高真空ＣＶＤ法
（ＵＨＶＣＶＤ法）によってＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層を
成膜してフォトダイオードの光吸収層とする技術を開示
した。
【００１１】図１０は特願平５−３１９５３８号に示さ
れる光検出器の構成を示す平面図、図１１は図１０のＸ
−Ｘ′線での断面図、図１２は図１０のＹ−Ｙ′線での
断面図である。ただし図１０では素子表面に形成された
シリコン酸化膜を表示していない。図中符号８１はシリ
コン基板、８２はＮ+ 型埋込層、８３はＮ型エピタキシ
アル層、８４は分離領域、８５はＰ型Ｓｉエピタキシア
ル層、８６はＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層、８７はＰ型Ｓｉ
バッファ層、８８はＰ+ 型Ｓｉコンタクト層、８９はシ
リコン酸化膜、９０はコンタクト、９１はＮ+ 引き出し
層、９２はアルミ電極、９３は光ファイバ固定溝、９４
は光ファイバ、９５はシリコンチップである。
れる光検出器の構成を示す平面図、図１１は図１０のＸ
−Ｘ′線での断面図、図１２は図１０のＹ−Ｙ′線での
断面図である。ただし図１０では素子表面に形成された
シリコン酸化膜を表示していない。図中符号８１はシリ
コン基板、８２はＮ+ 型埋込層、８３はＮ型エピタキシ
アル層、８４は分離領域、８５はＰ型Ｓｉエピタキシア
ル層、８６はＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層、８７はＰ型Ｓｉ
バッファ層、８８はＰ+ 型Ｓｉコンタクト層、８９はシ
リコン酸化膜、９０はコンタクト、９１はＮ+ 引き出し
層、９２はアルミ電極、９３は光ファイバ固定溝、９４
は光ファイバ、９５はシリコンチップである。
【００１２】この光検出器は、光ファイバ９４からの入
射光をＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層８６に横から入射させよ
うとするものである。Ｐ型シリコン基板８１上にＮ+ 型
埋込層８２とＮ型エピタキシアル層８３を形成し、Ｎ型
エピタキシアル層８３の表面からＮ+ 型埋込層８２に達
するように分離領域８４が設けられている。分離領域８
４で区画された領域内のＮ型エピタキシアル層８３を取
り除きＮ+ 型埋込層８２上にＰ型Ｓｉエピタキシアル層
８５、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層８６、Ｐ型Ｓｉバッファ
層８７、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８８を続けて選択エピ
タキシアル成長させた構成となっている。また、光ファ
イバ９４が約半分まで埋め込まれる深さの光ファイバ固
定溝９３が形成され、光ファイバの出射端とＳｉ／Ｓｉ
Ｇｅ超格子層８６の端部が対向配置された構造により光
を導入している。
射光をＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層８６に横から入射させよ
うとするものである。Ｐ型シリコン基板８１上にＮ+ 型
埋込層８２とＮ型エピタキシアル層８３を形成し、Ｎ型
エピタキシアル層８３の表面からＮ+ 型埋込層８２に達
するように分離領域８４が設けられている。分離領域８
４で区画された領域内のＮ型エピタキシアル層８３を取
り除きＮ+ 型埋込層８２上にＰ型Ｓｉエピタキシアル層
８５、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層８６、Ｐ型Ｓｉバッファ
層８７、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８８を続けて選択エピ
タキシアル成長させた構成となっている。また、光ファ
イバ９４が約半分まで埋め込まれる深さの光ファイバ固
定溝９３が形成され、光ファイバの出射端とＳｉ／Ｓｉ
Ｇｅ超格子層８６の端部が対向配置された構造により光
を導入している。
【００１３】また、Ｎ型エピタキシアル層８３を貫通し
てＮ+ 型埋込層８２に達するＮ+ 引き出し層９１を設け
てＮ領域側の端子が引き出されている。表面のシリコン
酸化膜８９に開口して、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８８と
Ｎ+ 引き出し層９１がアルミ電極９２に接続されてい
る。この光検出器は完全プレーナ型で構成され、光導波
路は含まれていない。
てＮ+ 型埋込層８２に達するＮ+ 引き出し層９１を設け
てＮ領域側の端子が引き出されている。表面のシリコン
酸化膜８９に開口して、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８８と
Ｎ+ 引き出し層９１がアルミ電極９２に接続されてい
る。この光検出器は完全プレーナ型で構成され、光導波
路は含まれていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述のＢ．Ｊａｌａｉ
らによる光検出器では、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層の上部
と下部に１μｍ以上のｉ型Ｓｉエピタキシアル層を必要
とするため成長時間が長くかかるという問題点がある。
これはＳｉＧｅ層に比べてＳｉエピタキシアル層の成長
速度が遅いためである。またこのｉ型Ｓｉエピタキシア
ル層は１．３μｍ帯の光に対する感度がないので光吸収
には寄与していない。
らによる光検出器では、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層の上部
と下部に１μｍ以上のｉ型Ｓｉエピタキシアル層を必要
とするため成長時間が長くかかるという問題点がある。
これはＳｉＧｅ層に比べてＳｉエピタキシアル層の成長
速度が遅いためである。またこのｉ型Ｓｉエピタキシア
ル層は１．３μｍ帯の光に対する感度がないので光吸収
には寄与していない。
【００１５】上述のＡ．Ｓｐｌｅｔｔらによる光検出器
においても、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層の上部に設けられ
ているＰ型Ｓｉバッファ層がシリコンには１．３μｍ帯
の光に対する感度がないので光吸収には寄与していない
という問題点がある。
においても、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層の上部に設けられ
ているＰ型Ｓｉバッファ層がシリコンには１．３μｍ帯
の光に対する感度がないので光吸収には寄与していない
という問題点がある。
【００１６】本発明の目的は、光吸収効率が向上し、生
産性向上のためにフォトダイオード作製に要する時間が
短縮された光検出用半導体装置を提供することにある。
産性向上のためにフォトダイオード作製に要する時間が
短縮された光検出用半導体装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の光検出用半導体
装置は、シリコン基板上にフォトダイオードが形成され
た光検出用半導体装置において、フォトダイオードの光
吸収層に、シリコン基板の表面に平行な層を形成するＳ
ｉ／ＳｉＧｅ超格子層と、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層をは
さんで上部及び下部にＳｉＧｅエピタキシアル層とを有
し、ＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧｅ濃度が、Ｓｉ／
ＳｉＧｅ超格子層のＧｅ濃度よりも低い。
装置は、シリコン基板上にフォトダイオードが形成され
た光検出用半導体装置において、フォトダイオードの光
吸収層に、シリコン基板の表面に平行な層を形成するＳ
ｉ／ＳｉＧｅ超格子層と、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層をは
さんで上部及び下部にＳｉＧｅエピタキシアル層とを有
し、ＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧｅ濃度が、Ｓｉ／
ＳｉＧｅ超格子層のＧｅ濃度よりも低い。
【００１８】また、上部のＳｉＧｅエピタキシアル層の
直上に、高濃度第１導電型エピタキシアル層を有し、下
部のＳｉＧｅエピタキシアル層の直下に高濃度第２導電
型エピタキシャル層を有してもよい。
直上に、高濃度第１導電型エピタキシアル層を有し、下
部のＳｉＧｅエピタキシアル層の直下に高濃度第２導電
型エピタキシャル層を有してもよい。
【００１９】上部及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層
中のＧｅ濃度は、少なくとも１％以上であることが望ま
しい。
中のＧｅ濃度は、少なくとも１％以上であることが望ま
しい。
【００２０】Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層ならびに上部及び
下部のＳｉＧｅエピタキシアル層の不純物濃度がノンド
ーブを含む１×１０16ｃｍ-3以下の低濃度であってもよ
い。
下部のＳｉＧｅエピタキシアル層の不純物濃度がノンド
ーブを含む１×１０16ｃｍ-3以下の低濃度であってもよ
い。
【００２１】さらに、フォトダイオードはプレーナ構造
であってもよく、メサ構造であっても構わない。
であってもよく、メサ構造であっても構わない。
【００２２】Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層をはさむように、
上部及び下部にそれぞれＳｉＧｅエピタキシアル層を設
け、かつ、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層中のＧｅ濃度よりも
上部及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧｅ濃度
が低く設定されているので、光吸収層の外側に向って屈
折率が小さくなるような構造を有している。このため、
フォトダイオード中で光を閉じ込めることが可能とな
り、さらに、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層のみでなく上部及
び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層も光吸収に寄与す
る。従って、フォトダイオード全体の量子効率を向上さ
せることができる。
上部及び下部にそれぞれＳｉＧｅエピタキシアル層を設
け、かつ、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層中のＧｅ濃度よりも
上部及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧｅ濃度
が低く設定されているので、光吸収層の外側に向って屈
折率が小さくなるような構造を有している。このため、
フォトダイオード中で光を閉じ込めることが可能とな
り、さらに、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層のみでなく上部及
び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層も光吸収に寄与す
る。従って、フォトダイオード全体の量子効率を向上さ
せることができる。
【００２３】さらに、ＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧ
ｅ含有率を少なくとも１％以上にすることで、Ｓｉエピ
タキシアル層に比べて成長速度が速くなるので、フォト
ダイオード作製にかかる時間が短縮でき生産性を向上さ
せることができる。
ｅ含有率を少なくとも１％以上にすることで、Ｓｉエピ
タキシアル層に比べて成長速度が速くなるので、フォト
ダイオード作製にかかる時間が短縮でき生産性を向上さ
せることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態の半導体装置の平面図であり、図２は図１のＡ−
Ａ′線での断面図である。図１では引き出しアルミ電極
と表面に被覆するシリコン酸化膜を省略している。図中
符号１はシリコン基板、２は高濃度第２導電型エピタキ
シアル層であるＮ+ 型埋込層、３はＮ型エピタキシアル
層、４はシリコン酸化膜、５は下部Ｐ型低Ｇｅ濃度Ｓｉ
Ｇｅエピタキシアル層、６はＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層、
７は上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層、８
は高濃度第１導電型エピタキシアル層であるＰ+ 型Ｓｉ
コンタクト層、９はシリコン酸化膜、１０はコンタク
ト、１１はアルミ電極、１２は光ファイバ固定溝、１３
は光ファイバ、１４はシリコンチップ、２１はフォトダ
イオード部を示す。
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態の半導体装置の平面図であり、図２は図１のＡ−
Ａ′線での断面図である。図１では引き出しアルミ電極
と表面に被覆するシリコン酸化膜を省略している。図中
符号１はシリコン基板、２は高濃度第２導電型エピタキ
シアル層であるＮ+ 型埋込層、３はＮ型エピタキシアル
層、４はシリコン酸化膜、５は下部Ｐ型低Ｇｅ濃度Ｓｉ
Ｇｅエピタキシアル層、６はＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層、
７は上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層、８
は高濃度第１導電型エピタキシアル層であるＰ+ 型Ｓｉ
コンタクト層、９はシリコン酸化膜、１０はコンタク
ト、１１はアルミ電極、１２は光ファイバ固定溝、１３
は光ファイバ、１４はシリコンチップ、２１はフォトダ
イオード部を示す。
【００２５】この半導体装置は、光ファイバ１３から入
射する光を検出する光検出器であり、シリコンチップ１
４内に、フォトダイオード部２１が完全プレーナ構造で
形成されている。シリコン基板１上にＮ+ 型埋込層２と
Ｎ型エピタキシアル層３を順次成長させて、その後フォ
トダイオード部２１を形成している。シリコンチップ１
４の一端には光ファイバ１３を固定するための光ファイ
バ固定溝１２が形成されている。光ファイバ固定溝１２
の深さは、光ファイバ１３の半径より少し深くすること
で、光ファイバのコア部分がちょうどフォトダイオード
のＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６と対向する位置に来る。
射する光を検出する光検出器であり、シリコンチップ１
４内に、フォトダイオード部２１が完全プレーナ構造で
形成されている。シリコン基板１上にＮ+ 型埋込層２と
Ｎ型エピタキシアル層３を順次成長させて、その後フォ
トダイオード部２１を形成している。シリコンチップ１
４の一端には光ファイバ１３を固定するための光ファイ
バ固定溝１２が形成されている。光ファイバ固定溝１２
の深さは、光ファイバ１３の半径より少し深くすること
で、光ファイバのコア部分がちょうどフォトダイオード
のＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６と対向する位置に来る。
【００２６】次に、フォトダイオード部２１について説
明する。Ｎ型エピタキシアル層３の表面からＮ+ 型埋込
層２に達するような長方形の枠型にシリコン酸化膜４に
囲まれた凹部を形成して、この凹部に下部Ｐ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層５及びＳｉ／ＳｉＧｅ超格
子層６、次いで上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシ
アル層７、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８を順次成長させて
充填させた構成となっている。
明する。Ｎ型エピタキシアル層３の表面からＮ+ 型埋込
層２に達するような長方形の枠型にシリコン酸化膜４に
囲まれた凹部を形成して、この凹部に下部Ｐ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層５及びＳｉ／ＳｉＧｅ超格
子層６、次いで上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシ
アル層７、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８を順次成長させて
充填させた構成となっている。
【００２７】シリコンチップ１４の表面には、保護膜と
してシリコン酸化膜９を形成する。さらに、シリコン酸
化膜９に設けられたコンタクト１０を介してフォトダイ
オードのアルミ電極１１が設けられている。
してシリコン酸化膜９を形成する。さらに、シリコン酸
化膜９に設けられたコンタクト１０を介してフォトダイ
オードのアルミ電極１１が設けられている。
【００２８】次に、本発明の半導体装置の製造工程につ
いて図を用いて説明する。図３、図４は本発明の第１の
実施の形態の半導体装置の製造工程を示す正面断面図で
あり、図３（ａ）はシリコン基板にＮ+ 型埋込層とＮ型
エピタキシアル層を順次成長させた状態、図３（ｂ）は
Ｎ型エピタキシアル層の表面からＮ+ 型埋込層に達する
ような長方形の枠型にシリコン酸化膜４に囲まれた凹部
を形成した状態、図４（ａ）は凹部にフォトダイオード
部を形成した状態、図４（ｂ）はアルミ電極とマスク用
の感光性ポリイミド膜を形成した状態を示す。図中１６
はシリコン酸化膜、１７はダイオード形成用凹部を示
し、図２と同一の部分については同一の符号で表示され
ている。
いて図を用いて説明する。図３、図４は本発明の第１の
実施の形態の半導体装置の製造工程を示す正面断面図で
あり、図３（ａ）はシリコン基板にＮ+ 型埋込層とＮ型
エピタキシアル層を順次成長させた状態、図３（ｂ）は
Ｎ型エピタキシアル層の表面からＮ+ 型埋込層に達する
ような長方形の枠型にシリコン酸化膜４に囲まれた凹部
を形成した状態、図４（ａ）は凹部にフォトダイオード
部を形成した状態、図４（ｂ）はアルミ電極とマスク用
の感光性ポリイミド膜を形成した状態を示す。図中１６
はシリコン酸化膜、１７はダイオード形成用凹部を示
し、図２と同一の部分については同一の符号で表示され
ている。
【００２９】先ず図３（ａ）に示すように、Ｐ型シリコ
ン基板１の上にＮ+ 型埋込層２を形成し、さらにＮ型エ
ピタキシアル層３を成長させる。厚さは例えば３〜４μ
ｍ程度とする。
ン基板１の上にＮ+ 型埋込層２を形成し、さらにＮ型エ
ピタキシアル層３を成長させる。厚さは例えば３〜４μ
ｍ程度とする。
【００３０】続いて図３（ｂ）に示すようにフォトダイ
オード部２１を形成する位置にＮ型エピタキシアル層３
に対してシリコンエッチングを行ない約３〜４μｍの深
さのダイオード形成用凹部１７を形成する。そして、ダ
イオード形成用凹部１７の側壁にシリコン酸化膜４を形
成する。この際、Ｎ型エピタキシアル層３の表面には、
すべてシリコン酸化膜４が形成されるようにする。
オード部２１を形成する位置にＮ型エピタキシアル層３
に対してシリコンエッチングを行ない約３〜４μｍの深
さのダイオード形成用凹部１７を形成する。そして、ダ
イオード形成用凹部１７の側壁にシリコン酸化膜４を形
成する。この際、Ｎ型エピタキシアル層３の表面には、
すべてシリコン酸化膜４が形成されるようにする。
【００３１】次に図４（ａ）に示されるように、ダイオ
ード形成用凹部１７の底部に露出しているＮ+ 型埋込層
２上に、酸化膜選択を利用して、下部Ｐ型低Ｇｅ濃度Ｓ
ｉＧｅエピタキシアル層５及びＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層
６、次いで上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル
層７、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８を連続して選択成長さ
せる。ここで下部及び上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピ
タキシアル層５、７の厚さは約１μｍ、Ｇｅ含有率は約
１〜２％とする。この場合のＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６
中のＧｅ含有率は約３０％とする。
ード形成用凹部１７の底部に露出しているＮ+ 型埋込層
２上に、酸化膜選択を利用して、下部Ｐ型低Ｇｅ濃度Ｓ
ｉＧｅエピタキシアル層５及びＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層
６、次いで上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル
層７、Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層８を連続して選択成長さ
せる。ここで下部及び上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピ
タキシアル層５、７の厚さは約１μｍ、Ｇｅ含有率は約
１〜２％とする。この場合のＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６
中のＧｅ含有率は約３０％とする。
【００３２】そして、表面に被膜しているシリコン酸化
膜１６およびシリコン酸化膜４の一部を例えばウエット
エッチングで除去した後、シリコンチップ１４の表面の
保護膜として全面にシリコン酸化膜９を成長させる。
膜１６およびシリコン酸化膜４の一部を例えばウエット
エッチングで除去した後、シリコンチップ１４の表面の
保護膜として全面にシリコン酸化膜９を成長させる。
【００３３】次いで図４（ｂ）に示されるように、開口
されたシリコン酸化膜９にアルミ電極１１を設ける。次
の工程のエッチングが比較的深いので感光性ポリイミド
膜１８をマスク材料として成膜してパターニングを行な
い、最後に図２に示すような光ファイバ固定溝１２をエ
ッチングで形成する。この時、光ファイバ１３が１．３
μｍ帯用シングルモードファイバであるならば、ファイ
バ径は約１２５μｍであるから、光ファイバ固定溝１２
の深さは約６５μｍとして、光ファイバ１３のコア部が
光吸収層に対応するようにする。
されたシリコン酸化膜９にアルミ電極１１を設ける。次
の工程のエッチングが比較的深いので感光性ポリイミド
膜１８をマスク材料として成膜してパターニングを行な
い、最後に図２に示すような光ファイバ固定溝１２をエ
ッチングで形成する。この時、光ファイバ１３が１．３
μｍ帯用シングルモードファイバであるならば、ファイ
バ径は約１２５μｍであるから、光ファイバ固定溝１２
の深さは約６５μｍとして、光ファイバ１３のコア部が
光吸収層に対応するようにする。
【００３４】以上のような工程の後に、光ファイバ１３
を光ファイバ固定溝１２に固定することで光検出器が完
成する。
を光ファイバ固定溝１２に固定することで光検出器が完
成する。
【００３５】次に本発明の実施の形態の半導体装置の動
作について図７を参照して詳細に説明する。図７は屈折
率と光の強度分布の関係を示すグラフであり、（ａ）は
光ファイバにおける関係を示し、（ｂ）は本発明の半導
体装置における関係を示す。図中図１、２と同じ部分は
同じ符号で表示されている。
作について図７を参照して詳細に説明する。図７は屈折
率と光の強度分布の関係を示すグラフであり、（ａ）は
光ファイバにおける関係を示し、（ｂ）は本発明の半導
体装置における関係を示す。図中図１、２と同じ部分は
同じ符号で表示されている。
【００３６】一般に、光ファイバ中を光が伝わるときに
は、図７（ａ）に示すように、コアの中心が最も強度が
強く、外側に向うほど弱くなるような、ある一定の強度
分布を持っている。これは、光ファイバのコア中心から
外側に向って、屈折率が小さくなるような構造になって
いることによる。
は、図７（ａ）に示すように、コアの中心が最も強度が
強く、外側に向うほど弱くなるような、ある一定の強度
分布を持っている。これは、光ファイバのコア中心から
外側に向って、屈折率が小さくなるような構造になって
いることによる。
【００３７】ＳｉＧｅ内のＧｅの含有率をｘとすると屈
折率ｈ＝３．５＋０．３８ｘとなるので、同様に、フォ
トダイオード内部でも、本発明のように、Ｓｉ／ＳｉＧ
ｅ超格子層をはさみ込むようにＰ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅ
エピタキシアル層を成長させると、光はフォトダイオー
ド内部に図７（ｂ）に示すような強度分布をもって閉じ
込められる。
折率ｈ＝３．５＋０．３８ｘとなるので、同様に、フォ
トダイオード内部でも、本発明のように、Ｓｉ／ＳｉＧ
ｅ超格子層をはさみ込むようにＰ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅ
エピタキシアル層を成長させると、光はフォトダイオー
ド内部に図７（ｂ）に示すような強度分布をもって閉じ
込められる。
【００３８】ここで、従来技術のように、上部及び下部
にシリコン層を成長させた場合は、１．３μｍ帯の光に
全く感度がないため、図７（ｂ）の分布の裾の部分は、
全く光吸収に関与しない。しかし、本発明のように、Ｇ
ｅを含むことで、裾の部分も光の吸収が可能となり、フ
ォトダイオードの量子効率を向上させることができる。
にシリコン層を成長させた場合は、１．３μｍ帯の光に
全く感度がないため、図７（ｂ）の分布の裾の部分は、
全く光吸収に関与しない。しかし、本発明のように、Ｇ
ｅを含むことで、裾の部分も光の吸収が可能となり、フ
ォトダイオードの量子効率を向上させることができる。
【００３９】ここで、Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキ
シアル層５、７中のＧｅ含有量が１％以上であれば、Ｓ
ｉエピタキシアル層より成長速度が大幅に速くなるの
で、生産性の向上に寄与できる。
シアル層５、７中のＧｅ含有量が１％以上であれば、Ｓ
ｉエピタキシアル層より成長速度が大幅に速くなるの
で、生産性の向上に寄与できる。
【００４０】さらに、回路設計上の制約を受けにくくす
るためには、１Ｖ程度の低電圧で、光吸収に関与する部
分であるＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６並びにＰ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層５、７が空乏化する必要が
あり、それらの不純物濃度は、ノンドーブあるいは１×
１０16ｃｍ-3以下の低濃度であることが望ましい。
るためには、１Ｖ程度の低電圧で、光吸収に関与する部
分であるＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層６並びにＰ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層５、７が空乏化する必要が
あり、それらの不純物濃度は、ノンドーブあるいは１×
１０16ｃｍ-3以下の低濃度であることが望ましい。
【００４１】次に、本発明の第２の実施の形態について
図面を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施の
形態の半導体装置の断面図であり、図６は本発明の第２
の実施の形態の半導体装置の製造工程を示す正面断面図
であり、（ａ）はシリコン基板上に、下部Ｐ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子
層、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層及び
Ｎ+ Ｓｉコンタクト層を順次成長させた状態、（ｂ）は
下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５まで
メサ型にエッチングした後、シリコン酸化膜５４で被覆
した状態であり、図中５１はＰ+ 型シリコン基板、５４
はシリコン酸化膜、５５は下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅ
エピタキシアル層、５６はＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層、５
７は上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層、５
８はＮ+ Ｓｉコンタクト層、６１はアルミ電極を示す。
図面を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施の
形態の半導体装置の断面図であり、図６は本発明の第２
の実施の形態の半導体装置の製造工程を示す正面断面図
であり、（ａ）はシリコン基板上に、下部Ｐ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子
層、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層及び
Ｎ+ Ｓｉコンタクト層を順次成長させた状態、（ｂ）は
下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５まで
メサ型にエッチングした後、シリコン酸化膜５４で被覆
した状態であり、図中５１はＰ+ 型シリコン基板、５４
はシリコン酸化膜、５５は下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅ
エピタキシアル層、５６はＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層、５
７は上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層、５
８はＮ+ Ｓｉコンタクト層、６１はアルミ電極を示す。
【００４２】第２の実施の形態では、フォトダイオード
部がメサ状にパターンされている光検出器が構成されて
いる。Ｐ+ 型シリコン基板５１上に、下部Ｐ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格
子層５６、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル
層５７及びＮ+ Ｓｉコンタクト層５８を順次成長させた
後、下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５
までメサ状にエッチングした後、シリコン酸化膜５４で
被覆し、シリコン酸化膜５４をＮ+ Ｓｉコンタクト層５
８上で開口し、アルミ電極６１が設けられている。
部がメサ状にパターンされている光検出器が構成されて
いる。Ｐ+ 型シリコン基板５１上に、下部Ｐ型低Ｇｅ濃
度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格
子層５６、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル
層５７及びＮ+ Ｓｉコンタクト層５８を順次成長させた
後、下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５
までメサ状にエッチングした後、シリコン酸化膜５４で
被覆し、シリコン酸化膜５４をＮ+ Ｓｉコンタクト層５
８上で開口し、アルミ電極６１が設けられている。
【００４３】光を導入する端面は、シリコンチップをへ
き開することによって得られる。この場合、第１の実施
の形態と異なるのは、選択成長の必要がなく、製造は比
較的容易である。また、光の閉じ込め効果や光吸収に対
する効果は第１の実施の形態とほぼ同様に得られる。
き開することによって得られる。この場合、第１の実施
の形態と異なるのは、選択成長の必要がなく、製造は比
較的容易である。また、光の閉じ込め効果や光吸収に対
する効果は第１の実施の形態とほぼ同様に得られる。
【００４４】次にこの第２の実施の形態の半導体装置の
製造工程について図面を用いて説明する。まず図６
（ａ）に示すように、Ｐ+ 型シリコン基板５１上に下部
Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５、Ｓｉ／
ＳｉＧｅ超格子層５６、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエ
ピタキシアル層５７及びＮ+ Ｓｉコンタクト層５８を順
次成長させる。
製造工程について図面を用いて説明する。まず図６
（ａ）に示すように、Ｐ+ 型シリコン基板５１上に下部
Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層５５、Ｓｉ／
ＳｉＧｅ超格子層５６、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエ
ピタキシアル層５７及びＮ+ Ｓｉコンタクト層５８を順
次成長させる。
【００４５】次に図６（ｂ）に示すように、フォトダイ
オードを形成する場所に、表面のＮ + Ｓｉコンタクト層
５８から下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層
５５に達するまでメサ状にエッチングした後、全体にシ
リコン酸化膜５４を成長させる。その後、Ｎ+ Ｓｉコン
タクト層５８上のシリコン酸化膜５４を開口し、上部電
極としてアルミ電極６１を設ける。
オードを形成する場所に、表面のＮ + Ｓｉコンタクト層
５８から下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層
５５に達するまでメサ状にエッチングした後、全体にシ
リコン酸化膜５４を成長させる。その後、Ｎ+ Ｓｉコン
タクト層５８上のシリコン酸化膜５４を開口し、上部電
極としてアルミ電極６１を設ける。
【００４６】その後、光の入射面を出すために、フォト
ダイオードを図６（ｂ）の矢印の部分からへき開して図
５の構造に作製する。
ダイオードを図６（ｂ）の矢印の部分からへき開して図
５の構造に作製する。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、Ｓｉ／
ＳｉＧｅ超格子層をはさむように上部と下部にＰ型低Ｇ
ｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層を設け、Ｓｉ／ＳｉＧ
ｅ超格子層中のＧｅ濃度よりも上部及び下部のＳｉＧｅ
エピタキシアル層中のＧｅ濃度が低く設定されているの
で、光吸収層の外側に向って屈折率が小さくなるような
構造を有しており、このため、フォトダイオード中で光
を閉じ込めることが可能となるという効果が得られる。
即ち、ＳｉＧｅ層中のＧｅ含有率が増加するほど屈折率
は大きくなるので、光吸収層に導波する光が外側に逃げ
にくくなる。
ＳｉＧｅ超格子層をはさむように上部と下部にＰ型低Ｇ
ｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層を設け、Ｓｉ／ＳｉＧ
ｅ超格子層中のＧｅ濃度よりも上部及び下部のＳｉＧｅ
エピタキシアル層中のＧｅ濃度が低く設定されているの
で、光吸収層の外側に向って屈折率が小さくなるような
構造を有しており、このため、フォトダイオード中で光
を閉じ込めることが可能となるという効果が得られる。
即ち、ＳｉＧｅ層中のＧｅ含有率が増加するほど屈折率
は大きくなるので、光吸収層に導波する光が外側に逃げ
にくくなる。
【００４８】さらに、Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層のみでな
く上部及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層も光吸収に
寄与する。従って、フォトダイオード全体の量子効率を
向上させるという効果も得られる。従来例のＳｉでは光
吸収に寄与しない。
く上部及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層も光吸収に
寄与する。従って、フォトダイオード全体の量子効率を
向上させるという効果も得られる。従来例のＳｉでは光
吸収に寄与しない。
【００４９】また、ＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧｅ
含有率を少なくとも１％以上にすることにより、従来例
のＳｉエピタキシアル層の成長速度に比べて成長速度を
著しく増加させることができるので、フォトダイオード
作製にかかる時間が短縮でき生産性を向上させることが
できるという効果もある。
含有率を少なくとも１％以上にすることにより、従来例
のＳｉエピタキシアル層の成長速度に比べて成長速度を
著しく増加させることができるので、フォトダイオード
作製にかかる時間が短縮でき生産性を向上させることが
できるという効果もある。
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の平面
図である。
図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線での断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造
工程を示す正面断面図である。（ａ）はシリコン基板に
Ｎ+ 型埋込層とＮ型エピタキシアル層を順次成長させた
状態である。（ｂ）はＮ型エピタキシアル層の表面から
Ｎ+ 型埋込層に達するような長方形の枠型にシリコン酸
化膜４に囲まれた凹部を形成した状態である。
工程を示す正面断面図である。（ａ）はシリコン基板に
Ｎ+ 型埋込層とＮ型エピタキシアル層を順次成長させた
状態である。（ｂ）はＮ型エピタキシアル層の表面から
Ｎ+ 型埋込層に達するような長方形の枠型にシリコン酸
化膜４に囲まれた凹部を形成した状態である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造
工程を示す正面断面図である。（ａ）は凹部にフォトダ
イオード部を形成した状態である。（ｂ）はアルミ電極
とマスク用の感光性ポリイミド膜を形成した状態であ
る。
工程を示す正面断面図である。（ａ）は凹部にフォトダ
イオード部を形成した状態である。（ｂ）はアルミ電極
とマスク用の感光性ポリイミド膜を形成した状態であ
る。
【図５】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の断面
図である。
図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の製造
工程を示す正面断面図である。（ａ）はシリコン基板上
に、下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層、Ｓ
ｉ／ＳｉＧｅ超格子層、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエ
ピタキシアル層及びＮ + Ｓｉコンタクト層を順次成長さ
せた状態である。（ｂ）は下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅ
エピタキシアル層５５までメサ型にエッチングした後、
シリコン酸化膜５４で被覆した状態である。
工程を示す正面断面図である。（ａ）はシリコン基板上
に、下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシアル層、Ｓ
ｉ／ＳｉＧｅ超格子層、上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエ
ピタキシアル層及びＮ + Ｓｉコンタクト層を順次成長さ
せた状態である。（ｂ）は下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅ
エピタキシアル層５５までメサ型にエッチングした後、
シリコン酸化膜５４で被覆した状態である。
【図７】屈折率と光の強度分布の関係を示すグラフであ
る。（ａ）は光ファイバにおける関係を示す。（ｂ）は
本発明の半導体装置における関係を示す。
る。（ａ）は光ファイバにおける関係を示す。（ｂ）は
本発明の半導体装置における関係を示す。
【図８】Ｂ．Ｊａｌａｉらによる光検出器の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図９】Ａ．Ｓｐｌｅｔｔらによる光検出器の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図１０】特願平５−３１９５３８号に示される光検出
器の構成を示す平面図である。
器の構成を示す平面図である。
【図１１】図１０のＸ−Ｘ′線での断面図である。
【図１２】図１０のＹ−Ｙ′線での断面図である。
１、８１ シリコン基板 ２、８２ Ｎ+ 型埋込層 ３、８３ Ｎ型エピタキシアル層 ４、５４、６６、７６ シリコン酸化膜 ５、５５ 下部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシア
ル層 ６、５６、８６ Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層 ７、５７ 上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシア
ル層 ８、８８ Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層 ９、１６、８９ シリコン酸化膜 １０、９０ コンタクト １１、６１、６７、７７、９２ アルミ電極 １２、９３ 光ファイバ固定溝 １３、９４ 光ファイバ １４、９５ シリコンチップ １７ ダイオード形成用凹部 ２１ フォトダイオード部 ５１ Ｐ+ 型シリコン基板 ５８ Ｎ+ Ｓｉコンタクト層 ６１ Ｎ+ シリコン基板 ６２ ｉ型Ｓｉエピタキシアル層 ６３、７３ ｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層 ６４ ｉ型Ｓｉエピタキシアル層 ６５ Ｐ+ 型Ｓｉエピタキシアル層 ７１ Ｐ型シリコン基板 ７２ Ｐ型ＳｉＧｅエピタキシアル層 ７４ Ｐ型Ｓｉバッファ層 ７５ Ｎ+ 型Ｓｉコンタクト層 ８４ 分離領域 ８５ Ｐ型Ｓｉエピタキシアル層 ８７ Ｐ型Ｓｉバッファ層 ９１ Ｎ+ 引き出し層
ル層 ６、５６、８６ Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層 ７、５７ 上部Ｐ型低Ｇｅ濃度ＳｉＧｅエピタキシア
ル層 ８、８８ Ｐ+ 型Ｓｉコンタクト層 ９、１６、８９ シリコン酸化膜 １０、９０ コンタクト １１、６１、６７、７７、９２ アルミ電極 １２、９３ 光ファイバ固定溝 １３、９４ 光ファイバ １４、９５ シリコンチップ １７ ダイオード形成用凹部 ２１ フォトダイオード部 ５１ Ｐ+ 型シリコン基板 ５８ Ｎ+ Ｓｉコンタクト層 ６１ Ｎ+ シリコン基板 ６２ ｉ型Ｓｉエピタキシアル層 ６３、７３ ｉ型Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層 ６４ ｉ型Ｓｉエピタキシアル層 ６５ Ｐ+ 型Ｓｉエピタキシアル層 ７１ Ｐ型シリコン基板 ７２ Ｐ型ＳｉＧｅエピタキシアル層 ７４ Ｐ型Ｓｉバッファ層 ７５ Ｎ+ 型Ｓｉコンタクト層 ８４ 分離領域 ８５ Ｐ型Ｓｉエピタキシアル層 ８７ Ｐ型Ｓｉバッファ層 ９１ Ｎ+ 引き出し層
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコン基板上にフォトダイオードが形
成された光検出用半導体装置において、 前記フォトダイオードの光吸収層に、前記シリコン基板
の表面に平行な層を形成するＳｉ／ＳｉＧｅ超格子層
と、前記Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層をはさんで上部及び下
部にＳｉＧｅエピタキシアル層とを有し、 前記上部及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧｅ
濃度が、前記Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層のＧｅ濃度よりも
低いことを特徴とする光検出用半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光検出用半導体装置に
おいて、 前記上部のＳｉＧｅエピタキシアル層の直上に、高濃度
第１導電型エピタキシアル層を有し、前記下部のＳｉＧ
ｅエピタキシアル層の直下に高濃度第２導電型エピタキ
シャル層を有することを特徴とする光検出用半導体装
置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の光検出
用半導体装置において、 前記上部及び下部のＳｉＧｅエピタキシアル層中のＧｅ
濃度が、少なくとも１％以上であることを特徴とする光
検出用半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれか１項に
記載の光検出用半導体装置において、 前記Ｓｉ／ＳｉＧｅ超格子層ならびに前記上部及び下部
のＳｉＧｅエピタキシアル層の不純物濃度がノンドーブ
を含む１×１０16ｃｍ-3以下の低濃度であることを特徴
とする光検出用半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれか１項に
記載の光検出用半導体装置において、 前記フォトダイオードがプレーナ構造であることを特徴
とする光検出用半導体装置。 - 【請求項６】 請求項１から請求項４のいずれか１項に
記載の光検出用半導体装置において、 前記フォトダイオードがメサ構造であることを特徴とす
る光検出用半導体装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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