JPS5928392A - ヘテロ構造を持つプレ−ナ形フオト・ダイオ−ドの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、複数の半導体層がエピタキシャル成渇によ
って重ねて設けられ、そθ）中のｐｎ接接合が形成され
ているプレーナ形フォト・ダイオードの製造方法妊閏−
「るものである。

光伝送路を使用する光通信伝送系に灯して１．６５μ痛
までの波長領域において使用されるアバランシ効果フォ
ト・ダイオードは公知である。例えば次の文献 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　１６．１９
８０．　ｐ、］６３　；ＩＥｈ：Ｅ　、Ｊ、　Ｑｕａｎ
ｔ、　Ｅｌｅｃｔｒ、　１７．１９８１．　ｐ、２６０
　；Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　３９
．　Ｊ　９８１．　ｐ＋４０２　；にこの目的に適した
メサ・ダイオードが記載されている。この特殊構成のダ
イオードではそθ）製造工程中リン化インジウム層の上
にヒ化・リン化インジウム・ガリウム層を析出させる。

メナの形成が必要となることを無視しても、こσ）公知
ダイオードでは層の厚さ、ｈそのドーピング濃度の積な
要求さ、１１だ許容範囲内に収めることは困）ＩＷであ
る。

ヒ化・リン化インジウム・ガリウム層の上に析出したリ
ン化インジウム層を備え堤波長限界が１．３６μ扉　以
上であるプレーナ形フォト・ダイオードはガス相エピタ
キシィによって作ら１する。このダイオードのｐｎ接合
はｐドーパントの拡散（ζよって作られ、そθ）際拡散
マスクとして誘電利料例えば窒化シリコンの層が使用さ
れろ。この製作技術の詳細は文献ｒＩＥｅＥｌ：、ＬＱ
ｕａｎｔ、　Ｔ（ｌｅ’ｃｔｒ。

１７Ｊ　　］９８１．ｐ、２５０から知ろことができろ
。

上記のダイオードのようにガス相エピタキシィによって
作らｉｔろものを少くとも同程度の品質をもって液相エ
ピタキシィによって作ろうとすると、１．３μ島以−Ｆ
１７′）限界波長を達成するためヒ素含酊量が高いヒ化
・リン化インジウム・ガリウム層の上尾リン化インジウ
ムを析出させることは極めて困難であるとい５間ｉｊｌ
［突きあたる。

この発明の目的は、できれば１．６５μ島までσ）波長
範囲に対するアバランシ効果フォト・ダイオードをその
品質と性能を犠牲にすることなく簡単に製作することが
できる方法を提供することにある。

この目的はｌ特許請求の範囲第１項に特徴として挙げた
製造工程の採用によって達成される。こσ）発明による
方法の実施態様は・特許請求の範囲第２項に示されてい
る。

この発明の基本的要望は液相エピタキシィによる製作を
可能にすることである。液相エピタキシィによれば例え
ばｌ０１６ｃｍ″″３程度の低い残余ドーピング又は長
いキャリヤ寿命又はその：ｙ方を持つ半導体層を高度の
技術によることなく作ることができる。この発明の方法
によって作らオするダイオードはダイオードの機械的支
持のための支持体θ）外（（、ｐドープ層区域とｎドー
プ層区域が順次圧型ねら１１て一つのｐｎ接合を形成し
ている例えばリン化インジウムの半導体層を含む。更に
このダイオードはリン化インジウム層の上に成長した例
えばヒ化・リン化インジウム・ガリウムの層を備える。

この層は検出光を吸収するためのものである。高いヒ素
含有看によって長波長吸収端が長波長側に移動する。ｎ
型リン化インジウム内に高電界領域があり、ここでなだ
れ増倍が起る１、これ匠対してヒ化・リン「ヒインジウ
ム・ガリウム層内では大きな逆方向電流を避けるため動
作中生ずる電界を低くしなければならない。この層の電
界は光の吸収によって作られたキャリヤを集めるθ）に
使用されるだけである。ｎ型のり／化インジウム腎区域
のドープ贋度と層厚の積は後で説明゛するよう匠この発
明の場合例えば±２０％以下の狭いへ′１容範囲内に精
確に設定することができろ。

吸収層材料としてはヒ化・リン化インジウム・ガリウム
の代りに三元化合物インジウム・ガリウム・ヒ素を波長
１．６μ島までの光の吸収匠使〔［］することができる
。この発明によるダイオードの物質の組合せの例として
はｐｎ接合を含む層ｂζ対するガリウム・アンチモンと
、吸収層（にχ」するインジウム・ヒ素・アンチモンと
の外にｐｎ接合を含む層に対するカドミウム・テルルと
吸収層匠対する水銀・カドミウム・テルルとである。こ
の発明（Ｃよるダイオードにおいては総ての場合に支持
体向ｍｌはｐｎ接合を含む層σ）上に侍＜、、従ってｐ
Ｈ接合を含む、腎はダイオード全体の外表面（（あり、
この層のｐｎ接合は適当なドーパントの拡散又はイオン
注入によって作られる。この層は始めから適当な基底ド
ーピング（逆ｔ’ｈ’ｊ、　）をもってエビクギンヤル
成圏させておくのが有利である。このドーピング工程は
マスクを使用して行なわｉｔろが、このマスクとしてｐ
ｎ接合を形成させる半導体層の基底となる半導体層を使
用する。このマスク層の利料としては、ｐｎ接合半導体
層のエピタキシャル酸受に適しているだけではなくこの
材料に対して選択エツチングが可能である半導体（Ａ料
が使用さ１する。例えば上記のリン化インジウムはヒ化
・リン化インジウム・ガリウム上にそθ）ヒ素量が多い
場合にも曳＜成長し、このヒ化・リン化インジウム・ガ
リウムは例えばＨ２ＳＯ４とＨ２０□とＨ２Ｏの３：Ｊ
：】混合液を使用してリン化インジウム九対し選択的に
エッチすることができる。従ってこのマスク層には容易
にマスク孔が酊刻さｔｌ−、、その際孔の下にあるリン
化インジウムは（苗かであるが後から認めらオする程度
にエッチされる。従ってこの発明による製造方法はダイ
オードが完成し、ｐｎ接合形成用のドーピングが終った
後エピタキシャル成員マスク層の戎りの材料が除去され
た後でも検証さＪｔろ。

この発明による１１８！潰工程の種々の段階におけ・５
デバイスの断面構造を示て図面についてこの発明を更に
詳細に説明する。

この発明の対象となるダイオードの出発点は、ｐｎ接合
を形成させる層の材料として特定の半導体、伺利例えば
リン化インジウムを使用することである。よく知られて
いるようにリン化インジウムはアバランシ効果が大きく
増幅度が高い点で有利である。

第１図は最初の４回のエピタキシャル成長が行なわれた
後の状態を示すもので、１１は基板と支持体と３層のエ
ピタキシャル成長層から構成される構造体である。出発
利料となった基板は１２てあり、１３はそσ）上に析出
した第一層である。第一層１３はその上に析出する例え
ばリン［ヒインジウム４＞層１４　Ｋ　ｐｎ接合を形成
さぜる際の一マスク層となるものである。層１３の４１
料の選定基学は、予め与えられた層］４の材料が層】３
の材料の」二Ｋ　ｘ　ヒタキシャル析出可能であること
と層１３の材料が基板】２の上に析出可能であることで
ある。

層１３が基板１２の腐食除去後にマスク層として使用さ
れなければならないことから、更に３りの選定基準とし
て層１２０）材料が層１３の桐料に対して選択エツチン
グが可能であること、層Ｉ３の材料が層】４の材料に対
して選択エツチングが可能であること、層】３の材料に
対して後で層Ｊ４内に入れるドーパントが持つ拡散係数
が層１４の材料に対するこのドーパントの拡散係数より
著しく大きくはないということで与えられる。層Ｉ４の
材料がリン化インジウムのとき層１３の材料としては後
で述べる層１５の材料に叱べてヒ素含有敬カー低いヒ化
・リン［ヒインジウム・ガリウムか適している。基板１
２に対してもリン化インジウムカ；使用されろ。エピタ
キシィの前提条件として結晶の格子定数が十分Ｃ（一致
していなけｉｔばならないことは・特に言及する必要は
ない。ヒ化・リン化インジウム・ガリウム中のインジウ
ム対ガリウムの比の選定（（よってヒ素の添加によって
生じた格子定数変化を逆行させることができろ。

ｐｎ妾合を含む層１４の材料が出発点となり得る。：と
は前に述べたが、より詳しく調べるとこのような出発点
の選定には後から層ｊ４の上にエビタキンヤル成長させ
る層１５の材料も考Ｒｒに入れなけｉｔばならない。層
１５の材料は完成したダイオードにおいて検出する光の
吸収層として作用するものである。′アバランシ効果フ
ォトダイオードに対して有利な材料の組合せは例えばア
バランシ効果を示す層１４に対するリン化インジウムと
吸収層１５ＶＣ対−「るヒ化・リン化・インジウム・ガ
リウムであり、この場合ヒ素含有量が高くなるに用さオ
するようにする。

実際にヒ素酸の多いヒ化・リン化インジウム・カリウム
σ）リン化インジウム上へのエピタキシャル析出も効果
的如実＃ｉ可能である。これに反してこのヒ化・リン化
インジウム・ガリウムの上にリン化インジウムを析出さ
せることには問題がある。

この場合はヒ化・リン化インジウム・ガリウムの溶解が
起り、析出するリン化インジウムとエピタキシャル成長
層に望ましくない不純物が含まれることになる。

この発明の方法では基板】２を除去しなげればならない
から、最後に別の半導体材料例えばリン化インジウムを
層１５の上にエピタキシャル析出させろ。こ１１によっ
て後で支持体として使用させる部分１６が形成される。

支持体Ｉ６の材料であるリン化インジウムはヒ化・リン
化インジウム・ガリウムの析出にも使用されるスズ溶融
体からエピタキシャル析出させる。これに反して層１３
乃至１５のエピタキシィに際Ｉ−ては、そ７ｔらが上記
の材料であるときインジウム溶融体が使用さ、ｔＬる。

この発明の方法により出発材料の基板】２を選択エッチ
し、層】３にマスク構清を選択エツチングによつ−０作
ると、層１４と１５および支持体１６から構成される物
体が得らｉする。この物体では第２図に示すようにマス
ク層】３を度外視−むるとｐＨ接自を作る層】４が最上
層になっている。

基板】２をエツチングによって除去し層１３１Ｃマスク
構造を作った物体１（は、第２ｉ￥１に示すようにドー
パントσ）拡散又はイオン注入匠よって破線】７で示し
たｐｎ接合が形成されている。】８は層１３に作られた
マスク孔である。層１３と１４において拡散係数がほぼ
等しくかついかなる場合にも著しく大きくはないことに
より、ドープ区域２０は適当に横方向の拡がりが限定さ
Ｊｔているとき層１４内に精確に調整可能の深さまで拡
がる。

区域２０の深さは層１４と１５力間のへテロ接合面近く
まで押し進めることができる。層１４の材料の始めのｎ
型基本ドーピング密度が例えばｌ　ｃｍ”当り１０１６
乃至１０′７　　のとき区域２０のｐ型ドーピング密度
は例えば１０１９　ｃｍ　−３が適当である。

第３図にこσ）発明の方法により完成１−たダイオード
を示す。ただし第２図に対して上下が逆ケこなり、マス
ク層１３は除去されている。２１と２２はダイオードの
接続端である。検出する入射光例えば赤外線は矢印２４
で示されろ。この光線は層１５０月料材料よって強く吸
収されてキャリヤを発生する。接続端２】と２２の間に
生じた電界によってこのキャリヤはｐｎ接合１７に引き
寄せらオｔ１アバランシ効果によって増強されて検出信
号電流２５となる。

この発明の方法に従って製作さｉすること妬より層】４
は層】５よりも前にその横にエピタキシャル析出したに
も拘わらず層】５の前に置かれる。

別の利点はエピタキシャル析出した層１３の材料がマス
クとして使用されることである。マヌク材料としては通
常二酸化シリコン又は窒化シリコンが使用さｉするが、
この鴨合その下の半導体層表面に欠陥が発生してｐｎ接
合区域にｌ絹、＋１電流が流１”Ｌろことかある。坑３
図にはこの個所が矢印３０で示されている。エピタキシ
ャル成艮層をマスクとすることによりこのよ５な漏ｉｔ
電流の原１月となる欠陥は発生しない。マスク層＋３が
後で選択エツチングにより除去さ′Ｊｔろため、完成し
たダイオードには層１３の選択エツチングに基く＠１７
Ｉの１′・ｋかの侵食が認められろ。こオｔは第３図に
３１として示しである。

上記の説明（（はこの発明によるダイオードに対る。

１、アバランシ効果層Ｊ４にアンチモン化ガリウム、光
吸収層］５にヒ化・アンチモン化インジウム。こオｔＫ
対して選択エツチング町卵テＮ　］　４　！７’＋エピ
タキシィ基板として使用されるヒ化・アンチモン化イン
ジウム・ガリウムン化ガリウムが使用さ１ｔろ。支持体
Ｊ６にもアンチモン化ガリウムを使用することができる
。

２　アバランシ効果層】４にチル・し化カドミウム、光
吸収層ｊ５に水銀層θ）多いテルル化水銀・カドミウム
。これに対して選択エツチング可能で層１４のエビタキ
ンイ基板として使用さ２ｔろ水銀層の少ないテルル化水
銀・カドミウムθ）層】３が設けられ、基板Ｊ２にはテ
ルル化カドミウムが使用さ２ｔろ。支持体１６尾もテル
ル化カドミウムを使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明による興造工程の二つの段階
においてのダイオードの断面構造を示し、第３図は完成
ダイオードの断面を示す。 】２・・・半導体基板、　　】３・・・　第一エピタキ
シャル層、１４・・・第二エピタキシャル層、１５・・
・第三エピタキシャル層、　　１６・・・　支持体。 ＩＧ　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ａ）基板（１２）上に第一層（１３）と第二層（１
   ４）を順次にエピタキシャル成長させ、その際第二層（
   ］４）の゛ヒ導体材料はこの層内に続いてアバランシ効
   果な示すｐｎ接合が作らｊするような基本ドーピング剤
   が可能であるもθ）とし、基板（１２）の材料は第一層
   （１３）の材料との間に選択エツチングが可能であり、
   第二層（１４）のためのドーピング剤は第一層（１３）
   材料に対する拡散係数が第二層（］４）材料に対する拡
   散係数よりも少くとも著しく大きくはないものとするこ
   と、 ｂ）　第二層（１４）の上に第三層（１５）をエピタキ
   シャル成長させ、そ０材料はフォト・ダイオードの予定
   されたｙｔ、に対してできるだけ大きな吸収度を示すも
   のとすること、 Ｃ）　第三層（１５）の上に支持体（Ｉ６）用の半導体
   材料を析出させること、 ｄ）　基板（］２）を選択的にエッチし、続いて第二層
   （ｊ４　）Ｋｐｎ接合を作るためのマスク孔（］８）を
   第一層（１３）Ｋ選択エツチングによって作ること、 ｅ）　このマスク孔ヲ通しての・ｆオン注入又は拡散に
   よりドープ物質を第二層（１４）［入れること、 ｆ）　第一層（１３）の残りを選択エツチング釦より除
   去すること、 ｇ）　最後に電極接続端子（２１，２２）をとりつげる
   こと を特徴とする複数の半導体材料層が順次に工ビタキシャ
   ル析出し、そθ）中σ）ｐｎｌ１合な４ＭＮえる層とそ
   １ｔに境を接する層の間Ｉ（ヘテロ接合が作ら：１１．
   ているプレーナ形フォト・ダイオードの製造方法。 ２）　　基板［１２）ＶＣはリン化インジウム失π一層
   （１３）には比較的ヒ化物量が少ないヒ化・リン化イン
   ジウム・ガリウムが、第二層（１４）にはリン化インジ
   ウムが、第三層（］５）には比較的ヒ化物贋が多いヒ化
   ・リン化インジウム・ガリウムが、支持体（１６）には
   リン化インジウムが使用され、第一層と第二層と第三層
   のエピタキシャル析出はインジウム融体から行なわれ、
   支持体（１６）のエピタキシャル析出はスズ融体から行
   なわれろ、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。