JPS5891687A - 受光素子の製造方法 - Google Patents
受光素子の製造方法Info
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- JPS5891687A JPS5891687A JP56190418A JP19041881A JPS5891687A JP S5891687 A JPS5891687 A JP S5891687A JP 56190418 A JP56190418 A JP 56190418A JP 19041881 A JP19041881 A JP 19041881A JP S5891687 A JPS5891687 A JP S5891687A
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- 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
- H10F30/223—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 being a PIN barrier
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
α）発明の技術分野
本発明は半導体受光素子の製造方法、特に受光面にガー
ドリングを設け、受光面周囲表面にチャネルスＬツバが
設けられた構造の受光素子の製造方法に関する、 （２）技術の背景 例えば、贋−マ族化合物半導体、工ｎ １−ＸＧａＸＡ
！３ｌ−ｙｐｙ （ＯりＸ＜０．４７．Ｏ≦ｙくｌ）
から構成される４元化合物は１訃結晶に格子整合させる
ことができるので、結晶欠陥の少ない良質のエピタキシ
ャル成長結晶がえられる、しか吃、■ｎＰ結晶に格子整
合させて、■ｎＰ （ｘ＝ｏ 、 Ｖ＝１ ）からＩｎ
（Ｌ ６３ＧａＱ４？Ａ８ Ｃｘ＝α４７．３’＝Ｏ）
ｔで、自由に組成を選択し、それに応じたエネルギーギ
ャップＥｇを１．３４ｅＶから０．７４ｅＶまで変化さ
せることができて、上記の４元化合物層を光吸収層とし
た１μｍ前後の光波長に感する受光素子を形成すること
ができるものである、 ＠１図はこのようなＩｎＧａＡＥＩＰ ４元化合物か
ら表る受光素子の構造断面図を示しており、ｎ十型工ｎ
Ｐ基板ｌ上にｎ型工ｎｐバッファ層２を介して、ｎ型工
ｎ１−ｘＧａｚＡＳ １−ｙＰｙ光吸光吸収層設け、更
にその上ＶＣｎ型工佃層４およびｎ−型工ｎＰ層５を成
長させる。ｎ−型工ｅ層５には、カドミウム（Ｃｄ）な
どを拡散してＰ型工旺層６を部分的に形成し、これが受
光面となる。更に、受光面周縁にベリリウム（Ｂｅ）を
イオン注入して、ガードリング７を設け、受光面周辺の
耐圧を高くし、受光面内でブレークダウンが生ずるよう
罠はかつである。又、受光面上には二酸化Ｖリコン（Ｓ
ｉ０２）膜８を被覆して、入射光の反射を防止しく無反
射膜）、更に、受光面以外の表面には窒“化シリコン（
ＳｉａＮ４） 膜９を保護膜として被覆している。こ
の例はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ’）で、
受光面に入った光が光吸収層８で吸収され、電子−正孔
を作り、正孔は基板ｌと金・亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）電極１
０との間に印加した逆バイアスによってＰｎ接合部に引
き込まれる。その時、ｎ型工ｎｐ層４に伸びた空乏層内
でアバランシェ増倍をおこし、光電流艇増倍される構造
である。
ドリングを設け、受光面周囲表面にチャネルスＬツバが
設けられた構造の受光素子の製造方法に関する、 （２）技術の背景 例えば、贋−マ族化合物半導体、工ｎ １−ＸＧａＸＡ
！３ｌ−ｙｐｙ （ＯりＸ＜０．４７．Ｏ≦ｙくｌ）
から構成される４元化合物は１訃結晶に格子整合させる
ことができるので、結晶欠陥の少ない良質のエピタキシ
ャル成長結晶がえられる、しか吃、■ｎＰ結晶に格子整
合させて、■ｎＰ （ｘ＝ｏ 、 Ｖ＝１ ）からＩｎ
（Ｌ ６３ＧａＱ４？Ａ８ Ｃｘ＝α４７．３’＝Ｏ）
ｔで、自由に組成を選択し、それに応じたエネルギーギ
ャップＥｇを１．３４ｅＶから０．７４ｅＶまで変化さ
せることができて、上記の４元化合物層を光吸収層とし
た１μｍ前後の光波長に感する受光素子を形成すること
ができるものである、 ＠１図はこのようなＩｎＧａＡＥＩＰ ４元化合物か
ら表る受光素子の構造断面図を示しており、ｎ十型工ｎ
Ｐ基板ｌ上にｎ型工ｎｐバッファ層２を介して、ｎ型工
ｎ１−ｘＧａｚＡＳ １−ｙＰｙ光吸光吸収層設け、更
にその上ＶＣｎ型工佃層４およびｎ−型工ｎＰ層５を成
長させる。ｎ−型工ｅ層５には、カドミウム（Ｃｄ）な
どを拡散してＰ型工旺層６を部分的に形成し、これが受
光面となる。更に、受光面周縁にベリリウム（Ｂｅ）を
イオン注入して、ガードリング７を設け、受光面周辺の
耐圧を高くし、受光面内でブレークダウンが生ずるよう
罠はかつである。又、受光面上には二酸化Ｖリコン（Ｓ
ｉ０２）膜８を被覆して、入射光の反射を防止しく無反
射膜）、更に、受光面以外の表面には窒“化シリコン（
ＳｉａＮ４） 膜９を保護膜として被覆している。こ
の例はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ’）で、
受光面に入った光が光吸収層８で吸収され、電子−正孔
を作り、正孔は基板ｌと金・亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）電極１
０との間に印加した逆バイアスによってＰｎ接合部に引
き込まれる。その時、ｎ型工ｎｐ層４に伸びた空乏層内
でアバランシェ増倍をおこし、光電流艇増倍される構造
である。
しかしながら、そのま−ではＳｉ３Ｎ４膜９で保護した
ｎ−型工訃層５０表面にＰ型反転層が発生し、高電界が
か−ると、そのＰ型反転層がら空乏層が拡がり、ガード
リングの効果がなくなるばかりか、１ −
受光面以外で電界集中によりブレークダウンをおこし
、良好なＶ−１特性がえられなく表る。そのため、図示
のようにチャネルストッパと呼ばれるｎ上型ＩｎＰ層１
１が作成されている。
ｎ−型工訃層５０表面にＰ型反転層が発生し、高電界が
か−ると、そのＰ型反転層がら空乏層が拡がり、ガード
リングの効果がなくなるばかりか、１ −
受光面以外で電界集中によりブレークダウンをおこし
、良好なＶ−１特性がえられなく表る。そのため、図示
のようにチャネルストッパと呼ばれるｎ上型ＩｎＰ層１
１が作成されている。
（８） 従来技術と問題点
ところで、このようなチャネμストッパ層を形成するＫ
は、通常ｎ型不純物原子をイオン注入するか、あるいは
拡散するかの何れかの方法を用いて、ｎ型不純物濃度を
高くすることが考えられるが、前者のイオン注入法は注
入後約７５０℃の高温度処理によって破壊された結晶性
を回復させるアニーμ工程が必要である。その際、■ｎ
Ｐ層から燐ＣＰ）が蒸発する恐れがあり、それを防止す
るため燐シリケイトガヲス（ＰＳＧ ）膜で保護するが
、ｎ−型ＩｎＰ層５の表面は上記のア二−Ａ／によって
、Ｐ型反転層が生じる。ｎ−ヤニ」暦５はガードリング
７の耐圧を高くするため、是非その周縁忙設ける必要が
あり、そのため上記のＰ型反転層の形成を防止すること
ができない。且つ、７５０℃における高温アニーμは熱
膨張係数の異なる工」層２゜４と工ｎＧａＡｓＰ ４
元層８との間にミスフィツト転位の欠陥が発生しやすい
問題があろう また、後者の拡散法はｎ型不純物の拡散速度がおそく、
拡散処理温度も８００℃以上にしなければ充分不純物を
含浸させることができないので、上記の問題点があるイ
オン注入法よシなお一層不適当な製法である。
は、通常ｎ型不純物原子をイオン注入するか、あるいは
拡散するかの何れかの方法を用いて、ｎ型不純物濃度を
高くすることが考えられるが、前者のイオン注入法は注
入後約７５０℃の高温度処理によって破壊された結晶性
を回復させるアニーμ工程が必要である。その際、■ｎ
Ｐ層から燐ＣＰ）が蒸発する恐れがあり、それを防止す
るため燐シリケイトガヲス（ＰＳＧ ）膜で保護するが
、ｎ−型ＩｎＰ層５の表面は上記のア二−Ａ／によって
、Ｐ型反転層が生じる。ｎ−ヤニ」暦５はガードリング
７の耐圧を高くするため、是非その周縁忙設ける必要が
あり、そのため上記のＰ型反転層の形成を防止すること
ができない。且つ、７５０℃における高温アニーμは熱
膨張係数の異なる工」層２゜４と工ｎＧａＡｓＰ ４
元層８との間にミスフィツト転位の欠陥が発生しやすい
問題があろう また、後者の拡散法はｎ型不純物の拡散速度がおそく、
拡散処理温度も８００℃以上にしなければ充分不純物を
含浸させることができないので、上記の問題点があるイ
オン注入法よシなお一層不適当な製法である。
【７たがって、第１図に示す構造の受光素子は、設計上
はともかくも、実際には製造の難しい構造であった。
はともかくも、実際には製造の難しい構造であった。
１４１ 発明の目的
本発明はこのような問題点を有する第１図に示した構造
の受光素子即ちガードリングとチャネルストッパとの両
方を兼ね備えた受光素子を、有効に形成する方法を提案
するものである、（５）発明の構成 ・ 本発明の特徴はチャネルストッパ層を形成する部
分の結晶層を一層エッチング除去し、次いでその除去領
域に除去層と同じ導電型不純物を高濃度に含有した同じ
材質の結晶層を成長させる工程が含まれる受光素子の製
造方法であり、かくすることによって効果のあるガード
リングとチャネルストッパ層を形成することができるつ （６）発明の実施例 例えば、第１図に示す１元化合物からなる受光素子に本
発明を適用するとすれば、ｎ十型工ｅ基板ｌ上Ｋｎ型Ｉ
ｎＰ層２．ｎ型工ｎ１−ＸＧａｚＡｓ １−ｙＰｙ層８
．ｎ型工訃層４．ｎ−型工ｎＰ層５を順次にエピタキシ
ャル成長した後、その表面にリソグラフィ技術によって
Ｓｉ３Ｎ４膜マスクを形成し、受光面を被覆する、次い
で、露出したチャネルストッパ領域を選択的にエツチン
グ除去し、Ｓｉ３Ｎ、膜マスクを残存させたま一１液相
エピタキシャル成長すると、除去領域にｎ÷型工訃層を
成長し、チャネルストッパ層とすることができる。しか
も、液相エピタキシャル法では高濃度のｎ型不純物の含
有も容易であり、また成長温度も約６００℃と低いので
結晶転位も発生しに＜＜、結晶にダメージが入ることも
なく、良質の結晶が成長される。更に、成長前メルトバ
ックすることによって、汚れた面をエツチング除去し、
清浄な表面上にチャネルストッパ層を成長することがで
きるから、受光素子特性に何ら悪影響を与えることもな
い。
の受光素子即ちガードリングとチャネルストッパとの両
方を兼ね備えた受光素子を、有効に形成する方法を提案
するものである、（５）発明の構成 ・ 本発明の特徴はチャネルストッパ層を形成する部
分の結晶層を一層エッチング除去し、次いでその除去領
域に除去層と同じ導電型不純物を高濃度に含有した同じ
材質の結晶層を成長させる工程が含まれる受光素子の製
造方法であり、かくすることによって効果のあるガード
リングとチャネルストッパ層を形成することができるつ （６）発明の実施例 例えば、第１図に示す１元化合物からなる受光素子に本
発明を適用するとすれば、ｎ十型工ｅ基板ｌ上Ｋｎ型Ｉ
ｎＰ層２．ｎ型工ｎ１−ＸＧａｚＡｓ １−ｙＰｙ層８
．ｎ型工訃層４．ｎ−型工ｎＰ層５を順次にエピタキシ
ャル成長した後、その表面にリソグラフィ技術によって
Ｓｉ３Ｎ４膜マスクを形成し、受光面を被覆する、次い
で、露出したチャネルストッパ領域を選択的にエツチン
グ除去し、Ｓｉ３Ｎ、膜マスクを残存させたま一１液相
エピタキシャル成長すると、除去領域にｎ÷型工訃層を
成長し、チャネルストッパ層とすることができる。しか
も、液相エピタキシャル法では高濃度のｎ型不純物の含
有も容易であり、また成長温度も約６００℃と低いので
結晶転位も発生しに＜＜、結晶にダメージが入ることも
なく、良質の結晶が成長される。更に、成長前メルトバ
ックすることによって、汚れた面をエツチング除去し、
清浄な表面上にチャネルストッパ層を成長することがで
きるから、受光素子特性に何ら悪影響を与えることもな
い。
以下、図面を参照して詳細に説明すると、第２図ないし
第６図にその工程順断面図を示している、先づ、第２図
に示すようＫ（１００）面をもったｎ＋種型ＩｎＰ基板
ｌ上ｎ型ＩｎＰ層（不純物濃度ｌ刈０１６／ ａｄ 、
厚さ３／ｊｍ）２．ｎ型工ｎＧａＡＥ！Ｐ層（不純物濃
度ｌ刈′０１６／−２厚さ２μｍ、感知光波要人＝１゜
：４５ｐｍ ） ８ 、 ｎ型ＩｎＰ層（不純物濃度１
刈０１６／ｃｄ！、厚さ１μｍ）４．ｎ−型ＩｎＰ層（
不純物濃度５ＸＩＯ／ａ＋ｌ、厚さ２μｍ）５を順次に
液相エピタキシャル成長し、その上に更に同じく液相エ
ピタキシャル法によって工ｎα５３ＧａＱ、４７Ａｓ層
（アンドープ。
第６図にその工程順断面図を示している、先づ、第２図
に示すようＫ（１００）面をもったｎ＋種型ＩｎＰ基板
ｌ上ｎ型ＩｎＰ層（不純物濃度ｌ刈０１６／ ａｄ 、
厚さ３／ｊｍ）２．ｎ型工ｎＧａＡＥ！Ｐ層（不純物濃
度ｌ刈′０１６／−２厚さ２μｍ、感知光波要人＝１゜
：４５ｐｍ ） ８ 、 ｎ型ＩｎＰ層（不純物濃度１
刈０１６／ｃｄ！、厚さ１μｍ）４．ｎ−型ＩｎＰ層（
不純物濃度５ＸＩＯ／ａ＋ｌ、厚さ２μｍ）５を順次に
液相エピタキシャル成長し、その上に更に同じく液相エ
ピタキシャル法によって工ｎα５３ＧａＱ、４７Ａｓ層
（アンドープ。
厚さ０．５μｍ）１２を成長する。最上層重ｎＧａＡｓ
８元層１２はｎ−型工ｎＰ層５の表面を保護するための
膜で、後工程で除去されるマスク層である。
８元層１２はｎ−型工ｎＰ層５の表面を保護するための
膜で、後工程で除去されるマスク層である。
次いで、第８図に示すように化学気相成長（ＣＶＤ）法
によって、膜厚１００Ｍ０ＯＯＡの５ｉＢＮ、膜１８を
被着し、次にリソグラフィ技術によりパターン（ニング
して、受光面、ガードリングおよびその周囲に形成され
る空乏層のためのｎ−型領域を被覆するＳｉ３Ｎ４膜１
８マスクを形成する。
によって、膜厚１００Ｍ０ＯＯＡの５ｉＢＮ、膜１８を
被着し、次にリソグラフィ技術によりパターン（ニング
して、受光面、ガードリングおよびその周囲に形成され
る空乏層のためのｎ−型領域を被覆するＳｉ３Ｎ４膜１
８マスクを形成する。
次いで、第４図に示すように硝酸：弗酸；５：１のエツ
チング剤でエツチングして、ＩｎＧａＡｓ層１２の露出
部分を除去した後、ブロムエタノール液（Ｂｒ０．５％
含有）をエツチング剤として、１０層５をエツチングす
る。その除去領域の深さは約１．７μｍにする。
チング剤でエツチングして、ＩｎＧａＡｓ層１２の露出
部分を除去した後、ブロムエタノール液（Ｂｒ０．５％
含有）をエツチング剤として、１０層５をエツチングす
る。その除去領域の深さは約１．７μｍにする。
次いで、第５図ｒ示すように除去領域に液相エビタキシ
ャμ法によってｎ十型工訃層１４１選択的に成長する。
ャμ法によってｎ十型工訃層１４１選択的に成長する。
成長用溶液組成は工ｎｌｏ”、工ｎＰｒ
００２ 、Ｓｎ０．０７”？、成長開始温度を６６０
℃とし、０．５℃／分で冷却して６４０℃まで降下させ
て成長する。尚、５ｉａＮ＋膜１８マスク上には成長層
が形成されることはない。又、ｎ中型ＩｎＰ層１４のキ
ャリヤ濃度は１×１Ｏ１８／−程度にする。
℃とし、０．５℃／分で冷却して６４０℃まで降下させ
て成長する。尚、５ｉａＮ＋膜１８マスク上には成長層
が形成されることはない。又、ｎ中型ＩｎＰ層１４のキ
ャリヤ濃度は１×１Ｏ１８／−程度にする。
次いで、Ｓｉ３Ｎ、膜１８を熱燐酸でエツチング除・去
し、更にＩｎＧａＡｓ層１２を硝酸：弗酸−＝５：１溶
液でエツチング除去して、第６図に示す工程断面図とな
る。次いで、ｃｄを拡散してＰ型工ｎＰ層を形成し、更
ＫＢθをイオン注入してガードリングを形成して、第１
図に示すＩｎＧａＡｓＰ４元系受光素子かえられる。
し、更にＩｎＧａＡｓ層１２を硝酸：弗酸−＝５：１溶
液でエツチング除去して、第６図に示す工程断面図とな
る。次いで、ｃｄを拡散してＰ型工ｎＰ層を形成し、更
ＫＢθをイオン注入してガードリングを形成して、第１
図に示すＩｎＧａＡｓＰ４元系受光素子かえられる。
このようにして形成した構造の受光素子Ａと、チャネル
ストッパのない同構造の受光素子Ｂとの特性比較図表を
第７図に示す。図は１２５℃において１００μＡの電流
を５００時間流した高温通電試験後のＶ−１特性の変化
図である。曲線１は試験前のデータで、Ａ素子もＢ素子
もす様の特性のものを選んで試験を行った結果、５００
時間後に曲線ＩＡ、曲線ＩＢに示すよう表データ値とな
った。
ストッパのない同構造の受光素子Ｂとの特性比較図表を
第７図に示す。図は１２５℃において１００μＡの電流
を５００時間流した高温通電試験後のＶ−１特性の変化
図である。曲線１は試験前のデータで、Ａ素子もＢ素子
もす様の特性のものを選んで試験を行った結果、５００
時間後に曲線ＩＡ、曲線ＩＢに示すよう表データ値とな
った。
曲線ＩＡがＡ素子の特性９曲線ＩＢがＢ素子の特性で、
これから明らかなように上記方法で形成したチャネルス
トッパを有する受光素子Ａは時間経過による暗電流の増
加が殆んどなく、信頼性の高い受光素子となることが判
る。
これから明らかなように上記方法で形成したチャネルス
トッパを有する受光素子Ａは時間経過による暗電流の増
加が殆んどなく、信頼性の高い受光素子となることが判
る。
（７）発明の効果
以上は本発明を工ｎＧａＡｓＰ ４元化合物からなる
受光素子の製造方法で説明したが、上記の４元系化合物
のみならず、他の化合物半導体、あるいはシリコン（Ｓ
、ｉ−）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などからなる受光素子
に適用して効果のあることは勿論で、受光素子の特性向
上、高信頼化に著しく貢献する発明である。
受光素子の製造方法で説明したが、上記の４元系化合物
のみならず、他の化合物半導体、あるいはシリコン（Ｓ
、ｉ−）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などからなる受光素子
に適用して効果のあることは勿論で、受光素子の特性向
上、高信頼化に著しく貢献する発明である。
第１図は１．ｎＧａＡｓＰ 受光素子の断面構造図、
第２図ないし第６図は本発明にか−る工ｎＧａＡｓＰ受
光素子の製造工程順図、９７図は特性比較図表を示す。 図中、７１はガードリング、１１．１４はチャネルスト
ッパ層である。 第１１１！！ 第２図 第３図 第６ｒＭ
第２図ないし第６図は本発明にか−る工ｎＧａＡｓＰ受
光素子の製造工程順図、９７図は特性比較図表を示す。 図中、７１はガードリング、１１．１４はチャネルスト
ッパ層である。 第１１１！！ 第２図 第３図 第６ｒＭ
Claims (1)
- 受光面にガードリングを有し、受光面周囲にチャネ／Ｉ
／ストッパ層が設けられた構造の半導体受光素子の製造
方法において、チャネルストッパ層を設ける部分の結晶
層を一旦エツチン夛除去し、次いで該除去領域に除去層
と同じ導電型不純物を高濃度に含有した同じ材質の結晶
層を成長させる工程が含まれてなることを特徴とする受
光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56190418A JPS5891687A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 受光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56190418A JPS5891687A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 受光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891687A true JPS5891687A (ja) | 1983-05-31 |
Family
ID=16257800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56190418A Pending JPS5891687A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 受光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5891687A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS613477A (ja) * | 1984-06-15 | 1986-01-09 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置の製造方法 |
-
1981
- 1981-11-26 JP JP56190418A patent/JPS5891687A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS613477A (ja) * | 1984-06-15 | 1986-01-09 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置の製造方法 |
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