JPS61220481A - 半導体受光装置の製造方法 - Google Patents
半導体受光装置の製造方法Info
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- JPS61220481A JPS61220481A JP60062447A JP6244785A JPS61220481A JP S61220481 A JPS61220481 A JP S61220481A JP 60062447 A JP60062447 A JP 60062447A JP 6244785 A JP6244785 A JP 6244785A JP S61220481 A JPS61220481 A JP S61220481A
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- semiconductor layer
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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
- H10F30/225—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
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体受光装置の製造方法、特になだれ増倍層
より低不純物濃度の半導体層にガードリングが形成され
る化合物半導体アバランシホトダイオードの製造方法の
改善に関する。
より低不純物濃度の半導体層にガードリングが形成され
る化合物半導体アバランシホトダイオードの製造方法の
改善に関する。
光を情報信号の媒体とする光通信等において、光電流が
なだれ降伏によって増倍されるアバランシホトダイオー
ド（以下ＡＰＤと略称する）は、光検知器の信号対雑音
比を改善する効果が大きい。
なだれ降伏によって増倍されるアバランシホトダイオー
ド（以下ＡＰＤと略称する）は、光検知器の信号対雑音
比を改善する効果が大きい。
特に石莢系ファイバによる光通信システムには、インジ
ウム燐／インジウムガリウム砒素（燐）（ＩｎＰ／Ｇａ
１ｎＡｓ（Ｐ））系等の化合物半導体へＰＤが重要であ
り、この＾ＰＤでは受光部外の降伏を防止するためのガ
ードリングを、なだれ降伏層より低不純物濃度の埋め込
み成長した半導体層に形成することが多い。しかしなが
ら従来のこの構造の八ＰＤでは目的とするガードリング
効果が得られないことがしばしばあり、その改善が必要
とされている。
ウム燐／インジウムガリウム砒素（燐）（ＩｎＰ／Ｇａ
１ｎＡｓ（Ｐ））系等の化合物半導体へＰＤが重要であ
り、この＾ＰＤでは受光部外の降伏を防止するためのガ
ードリングを、なだれ降伏層より低不純物濃度の埋め込
み成長した半導体層に形成することが多い。しかしなが
ら従来のこの構造の八ＰＤでは目的とするガードリング
効果が得られないことがしばしばあり、その改善が必要
とされている。
埋め込み構造のＩｎＰ／Ｇａ１ｎＡｓ（Ｐ）系ＡＰＤの
半導体基体は例えば第２図（ａ）の模式側断面図に示す
如き構造を有する。同図において、１はｎ十型ＩｎＰ基
板、２はｎ型層ａＥｎＡｓ光吸収層、３はｎ型ＩｎＰな
だれ増倍層、４はｎ−型１ｎＰ層、５はｒ型受光領域、
６はｐ型ガードリング領域である。
半導体基体は例えば第２図（ａ）の模式側断面図に示す
如き構造を有する。同図において、１はｎ十型ＩｎＰ基
板、２はｎ型層ａＥｎＡｓ光吸収層、３はｎ型ＩｎＰな
だれ増倍層、４はｎ−型１ｎＰ層、５はｒ型受光領域、
６はｐ型ガードリング領域である。
このＡＰＤに１型ＩｎＰ基板ｌを正、Ｖ型受光領域５を
負の極性とする高い逆バイアス電圧を印加して、ＧａＩ
ｎＡｓ光吸収層２内で入力信号光によって励起された正
札を一次キャリアとするなだれ降伏を、禁制帯幅がＧａ
ＩｎＡｓ光吸収Ｎ２より大きいＩｎＰなだれ増倍層３で
発生させる。前記なだれ降伏より低い電圧でり型受光領
域５の周辺で降伏が発生することを防止するために、ｐ
型ガードリング領域６が通常円形であるｒ型受光領域５
の外周に接して形成されている。
負の極性とする高い逆バイアス電圧を印加して、ＧａＩ
ｎＡｓ光吸収層２内で入力信号光によって励起された正
札を一次キャリアとするなだれ降伏を、禁制帯幅がＧａ
ＩｎＡｓ光吸収Ｎ２より大きいＩｎＰなだれ増倍層３で
発生させる。前記なだれ降伏より低い電圧でり型受光領
域５の周辺で降伏が発生することを防止するために、ｐ
型ガードリング領域６が通常円形であるｒ型受光領域５
の外周に接して形成されている。
この従来例は例えば下記の様に製造される。
すなわち通常液相エピタキシ中ル成長方法により、ｎ十
型ＩｎＰ基板１上にｎ型Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層２とｎ型
ｒｎＰなだれ増倍層３とを成長し、この層３上に例えば
厚さ０．１乃至０．２μｍ程度のマスクを設けて、メル
トバック等によりｎ型１ｎＰなだれ増倍層３を例えば深
さ２乃至３ｐｔｎ程度に選択的に除去し、ここになだれ
増倍層３より低不純物濃度のｎ−型Ｉｎ２層４を埋め込
み成長して半導体基体を形成している。
型ＩｎＰ基板１上にｎ型Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層２とｎ型
ｒｎＰなだれ増倍層３とを成長し、この層３上に例えば
厚さ０．１乃至０．２μｍ程度のマスクを設けて、メル
トバック等によりｎ型１ｎＰなだれ増倍層３を例えば深
さ２乃至３ｐｔｎ程度に選択的に除去し、ここになだれ
増倍層３より低不純物濃度のｎ−型Ｉｎ２層４を埋め込
み成長して半導体基体を形成している。
この半導体基体に、例えばカドミウム（Ｃｄ）を深さｌ
乃至２Ｊ１ｍ程度に拡散して、ｆ型受光領域５をｎ型１
ｎＰなだれ増倍層３から「型Ｉｎ２層４にわたって形成
し、例えばベリリウム（Ｂｅ）を１型ＩｎＰ層４にイオ
ン注入し活性化熱処理を施して、ｐｎ接合がなだらかな
ｐ型ガードリング領域６を形成する。
乃至２Ｊ１ｍ程度に拡散して、ｆ型受光領域５をｎ型１
ｎＰなだれ増倍層３から「型Ｉｎ２層４にわたって形成
し、例えばベリリウム（Ｂｅ）を１型ＩｎＰ層４にイオ
ン注入し活性化熱処理を施して、ｐｎ接合がなだらかな
ｐ型ガードリング領域６を形成する。
この製造方法において、ｎ型１ｎＰなだれ増倍層３の選
択的除去と１型１ｎＰ層４の埋め込み成長とに共用され
るマスクがもし脆弱であるならば、製造プロセス中にマ
スクの端部の欠けなどを生じ、選択埋め込み成長界面に
乱れを生ずる。
択的除去と１型１ｎＰ層４の埋め込み成長とに共用され
るマスクがもし脆弱であるならば、製造プロセス中にマ
スクの端部の欠けなどを生じ、選択埋め込み成長界面に
乱れを生ずる。
この様な障害を防止するためにこのマスクに例えば窒化
シリコン（ＳｔＪ＊）または二酸化シリコン（Ｓｉｎｇ
）等の硬い材料が使用されるが、選択埋め込み成長の際
に半導体基体の段差部分の成長速度が平坦部分よりも大
きいことなどの理由により、第２図（ｂ）の部分拡大模
式側断面図に示す如く、埋め込み成長したｎ−型ＩｎＰ
ｉｉ４にマスクの端で制限された段差４Ａを生ずる。
シリコン（ＳｔＪ＊）または二酸化シリコン（Ｓｉｎｇ
）等の硬い材料が使用されるが、選択埋め込み成長の際
に半導体基体の段差部分の成長速度が平坦部分よりも大
きいことなどの理由により、第２図（ｂ）の部分拡大模
式側断面図に示す如く、埋め込み成長したｎ−型ＩｎＰ
ｉｉ４にマスクの端で制限された段差４Ａを生ずる。
ｎ−型ＩｎＰＩｉ４に生じたこの段差は前記のＣｄ拡散
によるり型受光領域５に反映してそのｐｎ接合面に湾曲
部５Ａが形成され、ｐｎ接合に高い逆バイアス電圧を印
加した際にここに電界集中を生ずる。この湾曲部５Ａは
なだれ増倍層３より低不純物濃度の１型ＩｎＰ層４内に
形成されるが、なだれ降伏より低電圧で降伏する場合が
ある。
によるり型受光領域５に反映してそのｐｎ接合面に湾曲
部５Ａが形成され、ｐｎ接合に高い逆バイアス電圧を印
加した際にここに電界集中を生ずる。この湾曲部５Ａは
なだれ増倍層３より低不純物濃度の１型ＩｎＰ層４内に
形成されるが、なだれ降伏より低電圧で降伏する場合が
ある。
〔発明が解決しようとする問題点３
以上説明した如く埋め込み構造のＡＰＤでは、埋め込み
成長層内に生ずるｐ十型領域のｐｎ接合の湾曲部が降伏
の弱点となるが、なだれ増倍が安定に得られる条件が未
だ確立されず、その早期解決が要望されている。
成長層内に生ずるｐ十型領域のｐｎ接合の湾曲部が降伏
の弱点となるが、なだれ増倍が安定に得られる条件が未
だ確立されず、その早期解決が要望されている。
前記問題点は、半導体基板上に光電変換を行う第１の半
導体層と、該第１の半導体層より禁制帯幅が大きい第１
の導電型の第２の半導体層とを成長し、該第２の半導体
層を選択的に除去して第１の温電型の第３の半導体層を
埋め込み成長し、該第２及び該第３の半導体層との間に
ｐｎ接合を形成する第２導電型の受光領域と、該受光領
域の外周で該第３の半導体層との間にｐｎ接合を形成す
る第２導電型のガードリング領域とを形成するに際して
、該第３の半導体層の不純物濃度の該第２の半導体層の
不純物濃度に対する比を３対４以下とし、かつ該不純物
濃度比３対４において１．２μ、１対２において１．５
ｕｍ、 １対４において２．０Ｉｍ、 １対５において
２．３μｍを結ぶ値以下で０ 、２ ａｍ以上の範囲内
で、該第３の半導体層の頂面を該第２の半導体層の上面
より高くする本発明による半導体受光装置の製造方法に
より解決される。
導体層と、該第１の半導体層より禁制帯幅が大きい第１
の導電型の第２の半導体層とを成長し、該第２の半導体
層を選択的に除去して第１の温電型の第３の半導体層を
埋め込み成長し、該第２及び該第３の半導体層との間に
ｐｎ接合を形成する第２導電型の受光領域と、該受光領
域の外周で該第３の半導体層との間にｐｎ接合を形成す
る第２導電型のガードリング領域とを形成するに際して
、該第３の半導体層の不純物濃度の該第２の半導体層の
不純物濃度に対する比を３対４以下とし、かつ該不純物
濃度比３対４において１．２μ、１対２において１．５
ｕｍ、 １対４において２．０Ｉｍ、 １対５において
２．３μｍを結ぶ値以下で０ 、２ ａｍ以上の範囲内
で、該第３の半導体層の頂面を該第２の半導体層の上面
より高くする本発明による半導体受光装置の製造方法に
より解決される。
上述の半導体層の高さの差、すなわち埋、め込み層の盛
り上がり量の範囲の不純物濃度比との相関を図示すれば
第１図の通りである。
り上がり量の範囲の不純物濃度比との相関を図示すれば
第１図の通りである。
本発明の製造方法によれば、なだれ増倍領域及びこれと
反対導電型の受光領域とする前記第２の半導体層の上面
に対して、ガードリング領域とする前記第３の半導体層
の頂面が０．２−以上盛り上がる形状とする。これは半
導体層のマスクの端に当たる部分に未成長ピットができ
、これにより局所的な降伏を生ずることを防止するため
である。
反対導電型の受光領域とする前記第２の半導体層の上面
に対して、ガードリング領域とする前記第３の半導体層
の頂面が０．２−以上盛り上がる形状とする。これは半
導体層のマスクの端に当たる部分に未成長ピットができ
、これにより局所的な降伏を生ずることを防止するため
である。
また低不純物濃度の半導体層を埋め込む効果は、第３の
半導体層の不純物濃度の第２の半導体層の不純物濃度に
対する比が３対４以下であるときに明らかとなり、ｐ＋
領領域湾曲部分における局所的な降伏は、湾曲部分の曲
率すなわち盛り上がり部分の高さと第３の半導体層の不
純物濃度とに依存するが、前記高さの差の上限を、この
不純物濃度比３対４において１．２Ｉｌｒｎ、１対２に
おいて１．５ｆｍ、１対４において２．０μｍ、１対５
において２．３−の点を結ぶ曲線とすることにより、第
３の半導体層の不純物濃度が比較的に高いときにはｐｎ
接合の湾曲の曲率が小さく抑制され、またｐｎ接合の湾
曲の曲率が比較的に大きいときには不純物濃度が抑制さ
れているために、なだれ降伏より低電圧で降伏を生ぜず
ガードリング効果が確保される。
半導体層の不純物濃度の第２の半導体層の不純物濃度に
対する比が３対４以下であるときに明らかとなり、ｐ＋
領領域湾曲部分における局所的な降伏は、湾曲部分の曲
率すなわち盛り上がり部分の高さと第３の半導体層の不
純物濃度とに依存するが、前記高さの差の上限を、この
不純物濃度比３対４において１．２Ｉｌｒｎ、１対２に
おいて１．５ｆｍ、１対４において２．０μｍ、１対５
において２．３−の点を結ぶ曲線とすることにより、第
３の半導体層の不純物濃度が比較的に高いときにはｐｎ
接合の湾曲の曲率が小さく抑制され、またｐｎ接合の湾
曲の曲率が比較的に大きいときには不純物濃度が抑制さ
れているために、なだれ降伏より低電圧で降伏を生ぜず
ガードリング効果が確保される。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
先に第２図（ａ）、（ｂ）に示したＡＰＤと同様に、１
型ＩｎＰ基板１上に液相エピタキシャル成長方法により
、不純物濃度約Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−”、厚さ約２−のｎ
型層ａＩｎＡｓ光吸収層２と不純物濃度約２ＸＩＱ”ｃ
＋ａ−’、厚さ約３ μｍのｎ型ＩｎＰなだれ増倍層３
とを成長し、この層３上に５ｉＪ４により厚さ約０．１
５１１ｍのマスクを設けて、メルトバックによりｎ型Ｉ
ｎＰなだれ増倍層３を例えば深さ約２．５１ｍ程度選択
的に除去し、ココに不純物濃度約Ｉ ＸＩＱ”ｃｍ−’
のｎ−型ＩｎＰ層４を、その盛り上がりの頂面をなだれ
増倍Ｎ３の上面より約１ 、５ ｔｔｔｍ高く埋め込み
成長して半導体基体を形成している。
型ＩｎＰ基板１上に液相エピタキシャル成長方法により
、不純物濃度約Ｉ ＸＩＯ”ｃｍ−”、厚さ約２−のｎ
型層ａＩｎＡｓ光吸収層２と不純物濃度約２ＸＩＱ”ｃ
＋ａ−’、厚さ約３ μｍのｎ型ＩｎＰなだれ増倍層３
とを成長し、この層３上に５ｉＪ４により厚さ約０．１
５１１ｍのマスクを設けて、メルトバックによりｎ型Ｉ
ｎＰなだれ増倍層３を例えば深さ約２．５１ｍ程度選択
的に除去し、ココに不純物濃度約Ｉ ＸＩＱ”ｃｍ−’
のｎ−型ＩｎＰ層４を、その盛り上がりの頂面をなだれ
増倍Ｎ３の上面より約１ 、５ ｔｔｔｍ高く埋め込み
成長して半導体基体を形成している。
次いで、例えばカドミウム（Ｃｄ）を温度約２×１０′
（「３、深さ約１．５μｍ程度に拡散して、ｐ十型受光
領域５をｎ型１ｎＰなだれ増倍層３からイ型１ｎＰ層４
にわたって形成し、更に例えばベリリウム（Ｂｅ）をエ
ネルギー１４０ｋｅＶ、ドーズ量５ Ｘｌ０１３ｃｎ＋
−”程度にイ型１ｎＰ層４にイオン注入し、例えば温度
７００℃、時間２０分間程度の活性化熱処理を施して、
ｐ型ガードリング領域６を形成する。
（「３、深さ約１．５μｍ程度に拡散して、ｐ十型受光
領域５をｎ型１ｎＰなだれ増倍層３からイ型１ｎＰ層４
にわたって形成し、更に例えばベリリウム（Ｂｅ）をエ
ネルギー１４０ｋｅＶ、ドーズ量５ Ｘｌ０１３ｃｎ＋
−”程度にイ型１ｎＰ層４にイオン注入し、例えば温度
７００℃、時間２０分間程度の活性化熱処理を施して、
ｐ型ガードリング領域６を形成する。
この半導体基体に保護絶縁膜及びｐ、ｎ両側の電極を形
成した本実施例について、波長１．３μｍの光を入射し
たときの最大増倍率は３０倍が得られており、第１図の
範囲に該当しない従来仕様の埋め込み形ＡＰＤの最大増
倍率が高々１０倍程度であるのに比較して顕著な効果が
得られている。
成した本実施例について、波長１．３μｍの光を入射し
たときの最大増倍率は３０倍が得られており、第１図の
範囲に該当しない従来仕様の埋め込み形ＡＰＤの最大増
倍率が高々１０倍程度であるのに比較して顕著な効果が
得られている。
以上説明した如く本発明によれば、なだれ降伏領域外に
おける弱点の発生が十分に抑制され、なだれ増倍が設計
意図通りに実現されて、良好な特性のＡＰＤを優れた歩
留りで製造することが可能となる。
おける弱点の発生が十分に抑制され、なだれ増倍が設計
意図通りに実現されて、良好な特性のＡＰＤを優れた歩
留りで製造することが可能となる。
第１図は埋め込み層の盛り上がり量の範囲の不純物濃度
比との相関を示す図、 第２図（ａ）は埋め込み構造のＡＰＤの半導体基体の例
を示す模式側断面図、 第２図（ｂ）はその部分拡大図である。 図において、 １は♂型１ｎＰ基板、 ２はｎ型Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層、 ３はｎ型１ｎＰなだれ増倍層、 ４はｎ−型ＩｎＰ層、 ４Ａはその段差、 ５はｐ＋型型光光領域 ５＾はそのｐｎ接合面の湾曲部 ６はｐ型ガードリング領域である。
比との相関を示す図、 第２図（ａ）は埋め込み構造のＡＰＤの半導体基体の例
を示す模式側断面図、 第２図（ｂ）はその部分拡大図である。 図において、 １は♂型１ｎＰ基板、 ２はｎ型Ｇａ１ｎＡｓ光吸収層、 ３はｎ型１ｎＰなだれ増倍層、 ４はｎ−型ＩｎＰ層、 ４Ａはその段差、 ５はｐ＋型型光光領域 ５＾はそのｐｎ接合面の湾曲部 ６はｐ型ガードリング領域である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板上に光電変換を行う第１の半導体層と、該第
１の半導体層より禁制帯幅が大きい第１の導電型の第２
の半導体層とを成長し、該第２の半導体層を選択的に除
去して第１の導電型の第３の半導体層を埋め込み成長し
、該第２及び該第３の半導体層との間にｐｎ接合を形成
する第２導電型の受光領域と、該受光領域の外周で該第
３の半導体層との間にｐｎ接合を形成する第２導電型の
ガードリング領域とを形成するに際して、該第３の半導
体層の不純物濃度の該第２の半導体層の不純物濃度に対
する比を３対４以下とし、かつ該不純物濃度比３対４に
おいて１．２μｍ、１対２において１． ５μｍ、１対４において２．０μｍ、１対５において２
． ３μｍを結ぶ値以下で０．２μｍ以上の範囲内で、該第
３の半導体層の頂面を該第２の半導体層の上面より高く
することを特徴とする半導体受光装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062447A JPS61220481A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 半導体受光装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60062447A JPS61220481A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 半導体受光装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61220481A true JPS61220481A (ja) | 1986-09-30 |
Family
ID=13200469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60062447A Pending JPS61220481A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 半導体受光装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61220481A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5114866A (en) * | 1989-02-10 | 1992-05-19 | Hitachi, Ltd. | Fabricating an avalanche photo diode having a step-like distribution |
| US5144381A (en) * | 1988-12-14 | 1992-09-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light detector utilizing an avalanche effect and having an improved guard ring structure |
| US6492239B2 (en) * | 2000-06-29 | 2002-12-10 | Samsung Electronic Co, Ltd | Method for fabricating avalanche photodiode |
-
1985
- 1985-03-27 JP JP60062447A patent/JPS61220481A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5144381A (en) * | 1988-12-14 | 1992-09-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light detector utilizing an avalanche effect and having an improved guard ring structure |
| US5114866A (en) * | 1989-02-10 | 1992-05-19 | Hitachi, Ltd. | Fabricating an avalanche photo diode having a step-like distribution |
| US6492239B2 (en) * | 2000-06-29 | 2002-12-10 | Samsung Electronic Co, Ltd | Method for fabricating avalanche photodiode |
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