JPH1065206A - Manufacture of semiconductor light receiving element - Google Patents
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光素子の
製造方法にかかり、特に複写機、ファクシミリなどの画
像読取り用のラインイメージセンサ、ビデオカメラなど
の画像入力用の二次元イメージセンサなどに用いられる
半導体受光素子、特に光によって生成されたキャリアを
衝突電離により増倍するアバランシェ効果を利用した半
導体受光素子の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light receiving element, and particularly to a line image sensor for reading an image such as a copying machine and a facsimile, and a two-dimensional image sensor for inputting an image such as a video camera. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor light receiving element utilizing the avalanche effect of multiplying carriers generated by light by impact ionization.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、可視光領域の光を読取るための素
子としては広くＣＣＤが用いられており、また、半導体
薄膜を用いた薄膜型イメージセンサも一部で実用化され
るようになってきている。これらの受光素子は何れも光
センシング部にはフォトダイオードを用いており、原理
的に光子１個に対して生成される電子は１個以下であり
増幅作用のないものである。一般的には受光素子外部に
増幅回路を持ち、これにより電子の増幅を行って感度を
向上させることが広く行われているが、この方法では受
光素子部分におけるノイズ成分も同時に増幅してしまう
ため、ＳＮ比の低下を伴ってしまうという問題があっ
た。従ってこれらの素子を用いて鮮明な画像を得るため
には、読取り対象に強い光をあてて十分な反射光を得ら
れる状態にして撮像を行わなければならないという欠点
がある。2. Description of the Related Art Conventionally, CCDs have been widely used as elements for reading light in the visible light range, and thin-film type image sensors using semiconductor thin films have also been partly put into practical use. ing. In each of these light receiving elements, a photodiode is used for the light sensing unit, and in principle, one or less electrons are generated for one photon, and there is no amplification effect. Generally, an amplifier circuit is provided outside the light-receiving element to thereby amplify electrons to improve sensitivity, but this method also amplifies noise components in the light-receiving element at the same time. In addition, there is a problem that the SN ratio is reduced. Therefore, in order to obtain a clear image using these elements, there is a drawback in that it is necessary to irradiate the object to be read with strong light and to perform imaging in a state where sufficient reflected light can be obtained.
【０００３】この欠点を補うことを目的とし、本発明者
らは、レーザアニール法を用いて形成した多結晶シリコ
ン薄膜／炭化シリコン薄膜超格子において障壁層を鋸刃
状のポテンシャル構造とした傾斜超格子構造のアバラン
シェフォトダイオード（ＡＰＤ）を提案している。In order to make up for this drawback, the present inventors have proposed a gradient superlattice having a sawtooth potential structure as a barrier layer in a polycrystalline silicon thin film / silicon carbide thin film superlattice formed by laser annealing. An avalanche photodiode (APD) having a lattice structure has been proposed.
【０００４】このアバランシェフォトダイオードは、図
１５〜１８にその製造工程図を示すように基板１上にス
パッタリング法により、下部電極としてタンタル（Ｔ
ａ）薄膜２を形成した後、プラズマＣＶＤ法により正孔
注入阻止層３としてｎ型水素化アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を形成する。ついでＬＰＣＶＤ法に
よりアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層９を形成し、
エキシマレーザを用いてレーザエネルギー１０を照射し
結晶化する（図１５）。The avalanche photodiode has a tantalum (T.sub.T) as a lower electrode on a substrate 1 by a sputtering method as shown in FIGS.
a) After forming the thin film 2, an n-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) layer is formed as the hole injection blocking layer 3 by a plasma CVD method. Next, an amorphous silicon (a-Si) layer 9 is formed by the LPCVD method,
The crystal is irradiated with laser energy 10 using an excimer laser (FIG. 15).
【０００５】これにより、図１６に示すように、アモル
ファスシリコン層９は井戸層としての多結晶シリコン層
４となる。As a result, as shown in FIG. 16, the amorphous silicon layer 9 becomes the polycrystalline silicon layer 4 as a well layer.
【０００６】この後プラズマＣＶＤ法により、障壁層５
としての炭化シリコン層５、光吸収層６としての水素化
アモルファスシリコン層、電子注入層７としてのｐ型水
素化アモルファスシリコン層を連続的に堆積し、さらに
図１７に示すように、この上層にスパッタリング法によ
り酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層からなる上部電極８を
形成する。ここで炭化シリコン層５は鋸歯状ポテンシャ
ルを得るため、多結晶シリコン層との界面でアバランシ
ェ増倍を発生させるため、堆積条件を連続的に変化さ
せ、多結晶シリコン層側をワイドバンドギャップとなる
ようにし、多結晶シリコン層／炭化シリコン層の超格子
構造の増倍層が形成される。Thereafter, the barrier layer 5 is formed by a plasma CVD method.
A silicon carbide layer 5 as a light absorbing layer 6, a hydrogenated amorphous silicon layer as a light absorbing layer 6, and a p-type hydrogenated amorphous silicon layer as an electron injection layer 7 are successively deposited, and as shown in FIG. An upper electrode 8 made of an indium tin oxide (ITO) layer is formed by a sputtering method. Here, in order to obtain a sawtooth potential in the silicon carbide layer 5 and to generate avalanche multiplication at the interface with the polycrystalline silicon layer, the deposition conditions are continuously changed so that the polycrystalline silicon layer side has a wide band gap. In this manner, a multiplication layer having a superlattice structure of the polycrystalline silicon layer / silicon carbide layer is formed.
【０００７】そしてパターニングし、図１８に示すよう
に、多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが積層された
超格子構造の増倍層を具備し、増幅作用をもつアバラン
シェフォトダイオードを形成することができる。Then, patterning is performed to form an avalanche photodiode having an amplifying function, comprising a multiplication layer having a superlattice structure in which a polycrystalline silicon layer and a silicon carbide layer are stacked as shown in FIG. it can.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、増倍層としての多結晶シリコン／炭化シリコン
超格子を形成するに際し、プラズマＣＶＤ法による、障
壁層５としての炭化シリコン層の堆積条件が変化させら
れ、ワイドバンドギャップ化するに従い膜特性を示すＢ
値が悪化するという問題があった。このため炭化シリコ
ンの多結晶シリコン層側には欠陥が多数存在し、暗電流
が増大し、またこの欠陥が増倍した電子をトラップして
増倍率、ＳＮ比を低下させる原因となっていた。However, in this method, when forming a polycrystalline silicon / silicon carbide superlattice as a multiplication layer, the conditions for depositing a silicon carbide layer as a barrier layer 5 by plasma CVD are limited. B that shows film characteristics as the bandgap is changed
There was a problem that the value deteriorated. For this reason, a large number of defects exist on the polycrystalline silicon layer side of the silicon carbide, and the dark current increases, and the defects trap the multiplied electrons to cause a reduction in the multiplication factor and the SN ratio.
【０００９】Ｂ値は、（ｌｎＴ×ｈν／ｔ）1/2 で表さ
れ、膜特性を表わす重要な要因であり、これが大きいほ
ど膜質がよく、欠陥準位が少ないと考えられている。こ
こでＴは透過率、ｔは膜厚とする。The B value is represented by (lnT × hν / t) 1/2 and is an important factor representing the film characteristics. It is considered that the larger the B value is, the better the film quality is and the fewer the defect levels are. Here, T is the transmittance, and t is the film thickness.
【００１０】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、膜特性が良好でバンドギャップが井戸層（多結晶シ
リコン層）に向けて良好にワイド化し、良好な特性をも
つアバランシェフォトダイオードを提供することを目的
とする。The present invention has been made in view of the above circumstances and provides an avalanche photodiode having good film characteristics, a wide band gap toward a well layer (polycrystalline silicon layer), and good characteristics. The purpose is to do.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、第１
の結晶半導体薄膜からなる井戸層と第２の結晶半導体薄
膜からなる障壁層とを積層してなる半導体受光素子の製
造に際し、障壁層の形成工程が、成膜後にアニールを行
いバンドギャップを広くする工程を含むことを特徴とす
る。 望ましくは、このアニール工程は、エネルギー密
度３０ｍＪ／ｃｍ2以下のレーザ照射による工程である
ことを特徴とする。Therefore, in the present invention, the first invention
In manufacturing a semiconductor light receiving element in which a well layer made of a crystalline semiconductor thin film and a barrier layer made of a second crystalline semiconductor thin film are stacked, the step of forming the barrier layer involves annealing after film formation to widen the band gap. It is characterized by including a step. Desirably, the annealing step is performed by laser irradiation with an energy density of 30 mJ / cm 2 or less.
【００１２】また望ましくは井戸層との界面側で、エネ
ルギー密度が高くなるようにレーザ照射を行うようにし
ている。Preferably, laser irradiation is performed on the interface side with the well layer so as to increase the energy density.
【００１３】望ましくは、前記井戸層はアモルファスシ
リコンであり、前記障壁層は炭化シリコンであることを
特徴とする。Preferably, the well layer is made of amorphous silicon, and the barrier layer is made of silicon carbide.
【００１４】本発明の第２では、第１の結晶半導体薄膜
からなる井戸層と第２の結晶半導体薄膜からなる障壁層
とを積層してなる増倍層をもつ半導体受光素子の製造に
際し、前記障壁層の障壁層成膜工程と、レーザアニール
により前記障壁層のバンドギャップを広くするアニール
工程と、この上層にアモルファス半導体薄膜を成膜する
アモルファス半導体薄膜成膜工程と、前記アモルファス
半導体薄膜をアニールし、結晶半導体薄膜からなる井戸
層を形成するアニール工程を含むことにある。すなわ
ち、本発明の方法では、種々の実験の結果、プラズマＣ
ＶＤ法により形成した炭化シリコン層にレーザ光を照射
した時照射エネルギー密度を増大するに伴い光学バンド
ギャップは増大すること、およびレーザ照射後では、同
じ光学バンドギャップでもＢ値が向上していることを発
見しこれに着目してなされたもので、炭化シリコン層の
形成後にレーザ光を照射する様にしたことを特徴とす
る。この方法によれば、Ｂ値を良好に維持しワイドバン
ドギャップの障壁層を得ることができ、井戸層との界面
でのバンドギャップの急峻性を大幅に改善することがで
きる。従って暗電流を低減し、Ｓ／Ｎ比の高いアバラン
シェフォトダイオードを得ることができる。According to a second aspect of the present invention, in manufacturing a semiconductor light receiving element having a multiplication layer formed by laminating a well layer made of a first crystalline semiconductor thin film and a barrier layer made of a second crystalline semiconductor thin film, A barrier layer forming step of the barrier layer, an annealing step of widening the band gap of the barrier layer by laser annealing, an amorphous semiconductor thin film forming step of forming an amorphous semiconductor thin film on the upper layer, and annealing the amorphous semiconductor thin film And an annealing step of forming a well layer made of a crystalline semiconductor thin film. That is, in the method of the present invention, as a result of various experiments, the plasma C
When the silicon carbide layer formed by the VD method is irradiated with laser light, the optical band gap increases as the irradiation energy density increases, and after the laser irradiation, the B value increases even with the same optical band gap. And focused on this, characterized in that laser light is irradiated after the formation of the silicon carbide layer. According to this method, it is possible to obtain a barrier layer having a wide band gap while maintaining a good B value, and it is possible to greatly improve the steepness of the band gap at the interface with the well layer. Therefore, a dark current can be reduced and an avalanche photodiode having a high S / N ratio can be obtained.
【００１５】なお、ここで第１および第２の結晶半導体
薄膜とは、通常多結晶を示すが、単結晶であってもよ
い。Here, the first and second crystalline semiconductor thin films usually indicate polycrystals, but may be single crystals.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照しつつ説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１７】図１、２は本発明の原理を説明する図であ
る。条件を変えてプラズマＣＶＤ法により形成した炭化
シリコン層にレーザ光を照射した時の光学バンドギャッ
プと、照射エネルギー密度との関係を測定した結果を図
１に示す。ここで曲線ａは の条件でプラズマＣＶＤをおこなうことにより形成した
炭化シリコン層である。FIGS. 1 and 2 are diagrams for explaining the principle of the present invention. FIG. 1 shows the measurement results of the relationship between the optical band gap and the irradiation energy density when a silicon carbide layer formed by a plasma CVD method under different conditions was irradiated with laser light. Where the curve a Is a silicon carbide layer formed by performing plasma CVD under the following conditions.
【００１８】この図から照射エネルギー密度を増大する
に伴い光学バンドギャップは増大することがわかる。From this figure, it can be seen that the optical band gap increases as the irradiation energy density increases.
【００１９】また、図２はレーザ光照射前（曲線Ａ）と
照射後（曲線Ｂ）の光学バンドギャップとＢ値との関係
を示す図である。この結果から、同じ光学バンドギャッ
プでもＢ値が向上していることがわかる。本発明の第１
の実施例のアバランシェフォトダイオードの製造方法
は、この点に着目してなされたもので、炭化シリコン層
の形成後にレーザ光を照射するようにしたことを特徴と
する。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the optical band gap and the B value before (curve A) and after (curve B) laser irradiation. From this result, it is understood that the B value is improved even with the same optical band gap. First of the present invention
The method of manufacturing an avalanche photodiode according to the first embodiment focuses on this point, and is characterized in that laser light is irradiated after the formation of the silicon carbide layer.
【００２０】まず図３に示すように、ガラス基板１上に
スパッタリング法により、下部電極として酸化インジウ
ム錫（ＩＴＯ）薄膜２を１００ｎｍ程度の膜厚となるよ
うに形成した後、プラズマＣＶＤ法により正孔注入阻止
層３として膜厚５０ｎｍ程度のｎ型水素化アモルファス
シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を形成する。ついでＬＰＣ
ＶＤ法により膜厚１００ｎｍ程度のアモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ）層９を形成し、発振波長２４８ｎｍのＫ
ｒＦエキシマレーザを用いて３００ｍＪ／ｃｍ2程度の
レーザ光１０を照射し結晶化する。First, as shown in FIG. 3, an indium tin oxide (ITO) thin film 2 is formed as a lower electrode to a thickness of about 100 nm on a glass substrate 1 by a sputtering method, and then formed by a plasma CVD method. An n-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) layer having a thickness of about 50 nm is formed as the hole injection blocking layer 3. Then LPC
An amorphous silicon (a-Si) layer 9 having a thickness of about 100 nm is formed by a VD method, and a K layer having an oscillation wavelength of 248 nm is formed.
The crystal is irradiated with a laser beam 10 of about 300 mJ / cm 2 using an rF excimer laser.
【００２１】これによりアモルファスシリコン層９は溶
融再結晶化し、多結晶シリコン層４となる。そしてこの
上層に、プラズマＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍ程度の炭
化シリコン（ＳｉＣ）層１１を形成し、同様に図４に示
すようにＫｒＦエキシマレーザを用いて １００ｍＪ／
ｃｍ2程度のレーザ光１０Ｓを照射する。このとき炭化
シリコンの成膜条件は、 とし、Ｃ2Ｈ4の流量を変化しながらＣ含有率が次第に変
化し、バンドギャップが光吸収層側で小さく井戸層側で
大きくなるように組成を調整する。ここで障壁層の光吸
収層側界面でのバンドギャップ値は、光吸収層から障壁
層に電子が移動する際に、この部分でのエネルギーバリ
アによる電子の損失を防ぐために光吸収層のバンドギャ
ップの値と同一あるいはこの値より小さいことが望まし
い。一方障壁層から井戸層へと移動してきた電子がこの
界面で伝導体の差異に相当するエネルギーを受けて、こ
のエネルギーのみで井戸層中でアバランシェ増倍を引き
起こすようにするため、障壁層は井戸層に比べ、バンド
ギャップは大きければ大きいほど望ましい。このような
条件を満たすために、障壁層は光吸収層側から井戸層側
にかけてバンドギャップが連続して増加するように構成
するのが望ましい。これにより、最上層の炭化シリコン
層１１の膜質が改善され、図５に示すように、欠陥が少
なく、井戸層側でワイドバンドギャップで炭化シリコン
層からなる障壁層５が形成される。As a result, the amorphous silicon layer 9 is melted and recrystallized to form the polycrystalline silicon layer 4. Then, a silicon carbide (SiC) layer 11 having a thickness of about 50 nm is formed on the upper layer by a plasma CVD method, and similarly, as shown in FIG.
Irradiate a laser beam 10S of about cm 2 . At this time, the conditions for forming the silicon carbide film are as follows: The composition is adjusted so that the C content gradually changes while changing the flow rate of C 2 H 4 , and the band gap decreases on the light absorption layer side and increases on the well layer side. Here, the band gap value at the light absorbing layer side interface of the barrier layer is determined by the band gap of the light absorbing layer in order to prevent the loss of electrons due to the energy barrier at this part when electrons move from the light absorbing layer to the barrier layer. Is desirably the same as or less than this value. On the other hand, the electrons that have moved from the barrier layer to the well layer receive energy corresponding to the difference in the conductor at this interface, and this energy alone causes avalanche multiplication in the well layer. It is desirable that the band gap is larger as compared with the layer. In order to satisfy such a condition, it is desirable that the barrier layer be configured such that the band gap increases continuously from the light absorption layer side to the well layer side. Thereby, the film quality of the uppermost silicon carbide layer 11 is improved, and as shown in FIG. 5, the barrier layer 5 made of a silicon carbide layer with a small number of defects and a wide band gap on the well layer side is formed.
【００２２】この後図６に示すように、プラズマＣＶＤ
法により、光吸収層６として膜厚１μｍの水素化アモル
ファスシリコン層、電子注入阻止層７としてのｐ型水素
化アモルファスシリコン層を連続的に堆積し、さらに、
この上層にスパッタリング法により酸化インジウム錫
（ＩＴＯ）層からなる膜厚６０ｎｍの上部電極８を形成
する。Thereafter, as shown in FIG.
A 1 μm-thick hydrogenated amorphous silicon layer as the light absorbing layer 6 and a p-type hydrogenated amorphous silicon layer as the electron injection blocking layer 7 are successively deposited by the method,
On this upper layer, a 60 nm-thick upper electrode 8 made of an indium tin oxide (ITO) layer is formed by a sputtering method.
【００２３】そしてパターニングし図７に示すように、
多結晶シリコン層と炭化シリコン層とからなる超格子構
造のアバランシェフォトダイオードが形成される。Then, after patterning, as shown in FIG.
An avalanche photodiode having a superlattice structure composed of a polycrystalline silicon layer and a silicon carbide layer is formed.
【００２４】このようにして形成されたアバランシェフ
ォトダイオードに光を照射し、特性を測定した結果を図
８および図９に示す。図８は、印加電圧と増倍率との関
係を示し、図９は印加電圧と暗電流との関係を示す。い
ずれにおいても実線は本発明実施例の方法で形成したア
バランシェフォトダイオードについての測定結果であ
り、点線は従来例の方法で形成したアバランシェフォト
ダイオードの測定結果を示す図である。この結果からも
本発明の方法によれば、暗電流が低減され、Ｓ／Ｎ比も
大幅に向上していることがわかる。FIGS. 8 and 9 show the results of irradiating the avalanche photodiode thus formed with light and measuring its characteristics. FIG. 8 shows the relationship between the applied voltage and the multiplication factor, and FIG. 9 shows the relationship between the applied voltage and the dark current. In each case, the solid line shows the measurement result of the avalanche photodiode formed by the method of the present invention, and the dotted line shows the measurement result of the avalanche photodiode formed by the conventional method. From these results, it is understood that the dark current is reduced and the S / N ratio is greatly improved according to the method of the present invention.
【００２５】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【００２６】前記実施例と、積層順序を変え、炭化シリ
コン層よりも上層に多結晶シリコン層が形成されるよう
にし、多結晶シリコン層との界面側から光が照射される
ようにすることにより、界面側で、よりバンドギャップ
がワイドとなるようにしたことを特徴とする。The order of lamination is changed from that of the above embodiment so that a polycrystalline silicon layer is formed above the silicon carbide layer, and light is irradiated from the interface side with the polycrystalline silicon layer. The band gap is made wider on the interface side.
【００２７】まず、図１０に示すようにガラス基板１上
にスパッタリング法により、下部電極として透光性のＩ
ＴＯ薄膜２を５００ｎｍ程度の膜厚となるように形成し
た後、プラズマＣＶＤ法により電子注入阻止層７として
の膜厚５０ｎｍ程度のｐ型水素化アモルファスシリコン
層、光吸収層６として膜厚１μｍの水素化アモルファス
シリコン層、膜厚５０ｎｍ程度の炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）層１１順次連続的に堆積し、ＫｒＦエキシマレーザ
を用いて１００ｍＪ／ｃｍ2程度のレーザエネルギー１
０Ｓを照射する。First, as shown in FIG. 10, a light-transmitting I.D.
After the TO thin film 2 is formed to have a thickness of about 500 nm, a p-type hydrogenated amorphous silicon layer having a thickness of about 50 nm as an electron injection blocking layer 7 by a plasma CVD method, and a 1 μm thick film as a light absorbing layer 6. Hydrogenated amorphous silicon layer, silicon carbide (Si
C) Layer 11 is sequentially and sequentially deposited, and has a laser energy of about 100 mJ / cm 2 using a KrF excimer laser.
Irradiate 0S.
【００２８】これにより、最上層の炭化シリコン層１１
の膜質が改善され、図１１に示すように、ワイドバンド
ギャップで欠陥の少ない炭化シリコン層からなる障壁層
５が形成される。ここで上側からレーザ光を照射してい
るため、上側に異句にしたがってよりワイドなバンドギ
ャップを得られるようになっている。Thus, the uppermost silicon carbide layer 11
As shown in FIG. 11, the barrier layer 5 made of a silicon carbide layer having a wide band gap and few defects is formed. Here, since the laser light is emitted from the upper side, a wider band gap can be obtained according to the phrase on the upper side.
【００２９】この後、図１２に示すように、ＬＰＣＶＤ
法により膜厚１００ｎｍ程度の第１のアモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｉ）層９を形成し、発振波長３５１ｎｍの
ＸｅＦエキシマレーザを用いて ３００ｅＶ／ｃｍ2程度
のレーザエネルギー１０を照射し結晶化する。Thereafter, as shown in FIG.
A first amorphous silicon (a-Si) layer 9 having a thickness of about 100 nm is formed by a method, and is crystallized by irradiating a laser energy 10 of about 300 eV / cm 2 using a XeF excimer laser having an oscillation wavelength of 351 nm.
【００３０】これによりアモルファスシリコン層９は溶
融再結晶化し、多結晶シリコン層４となる。そしてさら
にプラズマＣＶＤ法により正孔注入阻止層３として膜厚
５０ｎｍ程度のｎ型マイクロクリスタルシリコン（μ−
Ｓｉ：Ｈ）層を形成する。ついでそしてこの上層にスパ
ッタリング法によりタンタル（Ｔａ）層からなる膜厚５
００ｎｍの上部電極８を形成する。（図１３）。As a result, the amorphous silicon layer 9 is melted and recrystallized to form the polycrystalline silicon layer 4. Further, an n-type microcrystalline silicon (μ-
An Si: H) layer is formed. Then, a film thickness 5 of a tantalum (Ta) layer is formed on the upper layer by sputtering.
An upper electrode 8 of 00 nm is formed. (FIG. 13).
【００３１】この後パターニングし図１４に示すよう
に、多結晶シリコン層と炭化シリコン層とが積層された
超格子構造のアバランシェフォトダイオードが形成され
る。Thereafter, patterning is performed to form an avalanche photodiode having a superlattice structure in which a polycrystalline silicon layer and a silicon carbide layer are stacked as shown in FIG.
【００３２】このようにして形成されたアバランシェフ
ォトダイオードは、炭化シリコンと多結晶シリコンとの
界面におけるバンドギャップ差が膜厚方向に対して急峻
となるように形成するすることができ、前記第１の実施
例の方法で形成したアバランシェフォトダイオードより
もさらに暗電流が大幅に低減され、Ｓ／Ｎ比が向上し
た。The avalanche photodiode thus formed can be formed such that the band gap difference at the interface between silicon carbide and polycrystalline silicon is steep in the film thickness direction. The dark current was significantly reduced compared to the avalanche photodiode formed by the method of Example 1, and the S / N ratio was improved.
【００３３】なお、前記実施例では、基板としてガラス
基板を用いたが、セラミック、石英、ポリイミドなど他
の絶縁性材料を用いても良く、また金属板などの導電性
材料も、アバランシェフォトダイオードの用途によって
は使用可能である。ただし基板側からレーザ光を照射す
る場合には、レーザ光を透過する材質を選択する必要が
ある。また下部電極としてはタンタルの他、モリブデ
ン、チタン、タングステンなどの金属材料、タンタルシ
リサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、
タングステンシリサイドなどの金属シリサイドを用いて
もよい。さらに正孔注入阻止層としてもｎ型水素化アモ
ルファスシリコンに限定されることなく結晶シリコン、
多結晶シリコンなどでもよい。セレン、ゲルマニウムな
ども適用可能である。また電子注入阻止層としてもｐ型
水素化アモルファスシリコンに限定されることなく結晶
シリコン、多結晶シリコンなどでもよい。障壁層として
も炭化シリコンに限定されることなく窒化シリコンなど
も適用可能である。光吸収層としてもアモルファス水素
化シリコンに限定されることなくセレン、ゲルマニウム
なども適用可能である。上部電極としても酸化インジウ
ム錫に限定されることなく酸化錫など適宜変更可能であ
る。In the above embodiment, a glass substrate is used as the substrate. However, other insulating materials such as ceramic, quartz and polyimide may be used, and a conductive material such as a metal plate may be used for the avalanche photodiode. It can be used depending on the application. However, when irradiating laser light from the substrate side, it is necessary to select a material that transmits laser light. As the lower electrode, in addition to tantalum, metal materials such as molybdenum, titanium, and tungsten, tantalum silicide, molybdenum silicide, titanium silicide,
Metal silicide such as tungsten silicide may be used. In addition, the hole injection blocking layer is not limited to n-type hydrogenated amorphous silicon, but may be crystalline silicon,
Polycrystalline silicon may be used. Selenium, germanium, and the like are also applicable. The electron injection blocking layer is not limited to p-type hydrogenated amorphous silicon, but may be crystalline silicon, polycrystalline silicon, or the like. The barrier layer is not limited to silicon carbide, but may be silicon nitride or the like. The light absorption layer is not limited to amorphous hydrogenated silicon, and selenium, germanium, or the like can be used. The upper electrode is not limited to indium tin oxide, but can be changed as appropriate, such as tin oxide.
【００３４】そして叉、アモルファス半導体層、結晶半
導体層の形成方法としてはＬＰＣＶＤ、プラズマＣＶＤ
法に限定されることなく，ＥＣＲＣＶＤ，光ＣＶＤ、ス
パッタリング、蒸着など他の方法を用いてもよいことは
いうまでもない。Further, as a method of forming the amorphous semiconductor layer and the crystalline semiconductor layer, LPCVD and plasma CVD are used.
It goes without saying that other methods such as ECRCVD, optical CVD, sputtering, and vapor deposition may be used without being limited to the method.
【００３５】また、前記実施例では、アニール工程で
は、レーザとして、エキシマレーザ、色素レーザなどを
を用いたが、クリプトンレーザ，ルビーレーザ，Ａｒレ
ーザ、ＣＷ色素レーザ、Ｑスィッチレーザなどを用いて
も良くまた、ランプアニール、熱アニールも適用可能で
ある。In the above embodiment, an excimer laser, a dye laser or the like is used as a laser in the annealing step. However, a krypton laser, a ruby laser, an Ar laser, a CW dye laser, a Q switch laser, or the like may be used. Also, lamp annealing and thermal annealing can be applied.
【００３６】さらにまた、前記実施例のアバランシェフ
ォトダイオードでは、素子側からの光を検知するように
したが、基板側からの光を検知するように構成してもよ
い。また増倍層としては井戸層と障壁層を１周期ではな
く多層構造にしてもよい。また電極についても上部電極
と下部電極とで増倍層を挟むようにしたが、これに限定
されることなく、適宜変更可能である。Furthermore, in the avalanche photodiode of the above embodiment, light from the element side is detected, but light from the substrate side may be detected. As the multiplication layer, the well layer and the barrier layer may have a multilayer structure instead of one period. In addition, the multiplication layer is sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, but the present invention is not limited to this, and can be changed as appropriate.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、膜特性が良好でバンドギャップが広い炭化シリコン
層を得ることができ、暗電流の少ない高品質のアバラン
シェフォトダイオードを得ることが可能となる。As described above, according to the present invention, a silicon carbide layer having good film characteristics and a wide band gap can be obtained, and a high-quality avalanche photodiode having a small dark current can be obtained. It becomes possible.
【図１】本発明の方法の原理説明図FIG. 1 illustrates the principle of the method of the present invention.
【図２】本発明の方法の原理説明図FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the method of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図FIG. 6 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの製造工程図FIG. 7 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの印加電圧と増倍率との関係を示す図FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the applied voltage and the multiplication factor of the avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第１の実施例のアバランシェフォトダ
イオードの印加電圧と暗電流との関係を示す図FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an applied voltage and a dark current of the avalanche photodiode according to the first embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図FIG. 10 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the second embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図FIG. 11 is a manufacturing process diagram of an avalanche photodiode according to a second embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図FIG. 12 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the second embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図FIG. 13 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the second embodiment of the present invention.
【図１４】本発明の第２の実施例のアバランシェフォト
ダイオードの製造工程図FIG. 14 is a manufacturing process diagram of the avalanche photodiode according to the second embodiment of the present invention.
【図１５】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図FIG. 15 is a manufacturing process diagram of a conventional avalanche photodiode.
【図１６】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図FIG. 16 is a manufacturing process diagram of a conventional avalanche photodiode.
【図１７】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図FIG. 17 is a manufacturing process diagram of a conventional avalanche photodiode.
【図１８】従来例のアバランシェフォトダイオードの製
造工程図FIG. 18 is a manufacturing process diagram of a conventional avalanche photodiode.
１ ガラス基板 ２ 下部電極 ３ 正孔注入阻止層 ４ 井戸層 ５ 障壁層 ６ 光吸収層 ７ 電子注入阻止層 ８ 上部電極 ９ アモルファスシリコン層 １０ レーザ光 １０Ｓ レーザ光 １１ 炭化シリコン層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Lower electrode 3 Hole injection blocking layer 4 Well layer 5 Barrier layer 6 Light absorption layer 7 Electron injection blocking layer 8 Upper electrode 9 Amorphous silicon layer 10 Laser beam 10S Laser beam 11 Silicon carbide layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 経塚 信也 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shinya Kyozuka 430 Sakai Nakai-cho, Ashigara-gun, Kanagawa Green Tech Nakai Inside Fuji Xerox Co., Ltd.
Claims (5)
第２の結晶半導体薄膜からなる障壁層とを積層してなる
増倍層をもつ半導体受光素子の製造に際し、 前記障壁層の形成工程が、成膜後にアニールを行いバン
ドギャップを広く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 step of forming a barrier layer in the manufacture of a semiconductor light receiving device having a multiplication layer formed by laminating a well layer made of a first crystalline semiconductor thin film and a barrier layer made of a second crystalline semiconductor thin film. Includes a step of widening the band gap by annealing after film formation.
０ｍＪ／ｃｍ2 以下のレーザ照射による工程であること
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 according to claim 1, wherein the annealing step has an energy density of 3.
2. The method for manufacturing a semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein the step is performed by laser irradiation of 0 mJ / cm 2 or less.
で、エネルギー密度が高くなるようにレーザ照射を行う
工程である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。3. The method according to claim 1, wherein the annealing step is a step of performing laser irradiation on the interface side with the well layer so as to increase the energy density.
記障壁層は炭化シリコンである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。4. The method according to claim 1, wherein said well layer is made of polycrystalline silicon, and said barrier layer is made of silicon carbide.
第２の結晶半導体薄膜からなる障壁層とを積層してなる
増倍層をもつ半導体受光素子の製造に際し、 前記障壁層の障壁層成膜工程と、 レーザアニールにより、前記障壁層のバンドギャップを
広くするアニール工程と、 この上層にアモルファス半導体薄膜を成膜するアモルフ
ァス半導体薄膜成膜工程と、 前記アモルファス半導体薄膜をアニールし、第１の結晶
半導体薄膜からなる井戸層を形成するアニール工程とを
含むことを特徴とする半導体受光素子の製造方法。5. When manufacturing a semiconductor light receiving element having a multiplication layer formed by laminating a well layer made of a first crystalline semiconductor thin film and a barrier layer made of a second crystalline semiconductor thin film, the barrier layer of the barrier layer is used. A film forming step, an annealing step of widening the band gap of the barrier layer by laser annealing, an amorphous semiconductor thin film forming step of forming an amorphous semiconductor thin film thereon, and an annealing of the amorphous semiconductor thin film. And an annealing step of forming a well layer made of a crystalline semiconductor thin film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8220192A JPH1065206A (en) | 1996-08-21 | 1996-08-21 | Manufacture of semiconductor light receiving element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8220192A JPH1065206A (en) | 1996-08-21 | 1996-08-21 | Manufacture of semiconductor light receiving element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1065206A true JPH1065206A (en) | 1998-03-06 |
Family
ID=16747334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8220192A Pending JPH1065206A (en) | 1996-08-21 | 1996-08-21 | Manufacture of semiconductor light receiving element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1065206A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7022544B2 (en) * | 2002-12-18 | 2006-04-04 | International Business Machines Corporation | High speed photodiode with a barrier layer for blocking or eliminating slow photonic carriers and method for forming same |
-
1996
- 1996-08-21 JP JP8220192A patent/JPH1065206A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7022544B2 (en) * | 2002-12-18 | 2006-04-04 | International Business Machines Corporation | High speed photodiode with a barrier layer for blocking or eliminating slow photonic carriers and method for forming same |
| US7161220B2 (en) | 2002-12-18 | 2007-01-09 | International Business Machines Corporation | High speed photodiode with a barrier layer for blocking or eliminating slow photonic carriers and method for forming same |
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