雪崩光电二极管制造技术

在雪崩光电二极管中，采用具备：第一电极；具备与它电连接的由第一导电类型构成的第一半导体层的衬底；其中，在所述衬底上至少层叠雪崩倍增层、光吸收层、禁带宽度比所述光吸收层更大的由第二导电类型构成的第二半导体层，通过在所述第二半导体层上形成的沟，分离为内部区域和外部区域，所述内部区域与第二电极电连接的结构。根据该结构，能用简单的步骤，提供低暗电流、并且长期可靠性高的雪崩光电二极管。此外，采用包围所述内部区域和沟而在所述外部区域设置外壕沟，通过所述外壕沟至少除去光吸收层，形成所述光吸收层的侧面的结构。根据该结构，能进一步降低暗电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用半导体的受光元件，特别是涉及暗电流低，长期 可靠性高的雪崩光电二极管。
技术介绍
光通信等中使用的雪崩光电二极管是除了设置进行光电变换的光吸收层之外，还设置将光电变换的载流子雪崩(avalanche)倍增的 层，由此提高感光灵敏度的半导体受光元件，要求暗电流低并且具有 高的可靠性。所述的雪崩光电二极管的多数由化合物半导体形成，从其构造可 大致划分为台面构造和平面构造。台面构造是采用在衬底上形成台面 (台地)，在同一台面中包含pn结的构造，在台面周边的表面容易 产生击穿。为了抑制它， 一般采用设置了倾斜的构造，并且采用在台 面外周区域设置成为高电阻部的嵌入层等的构造，进行将暗电流抑制 在很低的努力(例如，专利文献l)。平面构造是通过设置选择扩散区来形成pn结，所述pn结的边 缘部的边缘击穿成为问题。如果在边缘部流过电流，即使电压增加， 位于中央的受光部的pn结的逆向电压几乎不增加，所以无法发挥作 为雪崩光电二极管的功能。因此，采取例如对所述边缘部，通过杂质 注入等，设置高电阻的护环等对策(例如专利文献2)。 专利文献1:特开2002-324911号公报(图1) 专利文献2:特开平7-312442号公报(第4-6页、第2、 6图) 可是，在以往的雪崩光电二极管中，存在以下的问题。 在倾斜型台面构造中，为了在台面外周区域^L置嵌入层，例如用 有机金属气相生长法(MO-CVD)法等，局部地并且不根据结晶面而均匀地进行结晶再生长的工艺是必要的，所以制造成本上升，成品率 差。在平面构造中(在专利文献2中，记栽为准平面构造)，例如在 补偿受光区域周边部的电场緩和层的p导电类型而形成护环的方法 中，必须形成沟槽，来进行Ti等的离子注入和注入离子的活性化， 有必要设置蚀刻阻挡层。且在其外周设置杂质扩散层，所以工艺变得 复杂，制造成本上升，并且成品率差。此外，光吸收层中的护环的电 场强度提高，所以隧道暗电流增大。
技术实现思路
本专利技术是为了解决这些问题而提出的，其目的在于，提供能用简 易的步骤制造，并且能抑制暗电流，能确保长期可靠性的雪崩光电二 极管。本专利技术的雪崩光电二极管被配置为具备第一电极；具备与它电 连接的由第一导电类型构成的第一半导体层的衬底；其中，在所述衬 底上至少层叠雪崩倍增层、光吸收层、禁带宽度比所述光吸收层更大 的由第二导电类型构成的第二半导体层，通过在所述第二半导体层上 形成的沟，分离为内部区域和外部区域，所述内部区域与第二电极电 连接。根据本专利技术，能够提供用简易的步骤制造，低暗电流并且长期可 靠性高的雪崩光电二极管。附图说明下面简要说明附图。图l是表示根据本专利技术实施方式l的雪崩光电二极管的概略构造 的剖面图。图2是表示根据本专利技术实施方式1的图1的A-A，截面的深度方 向的电场强度分布的特性图。图3是表示根据本专利技术实施方式1的图1的B-B，截面和C-C， 截面的面方向的电场强度分布的特性图。图4是表示根据本专利技术实施方式2的雪崩光电二极管的概略构造 的剖面图。图5是表示根据本专利技术实施方式3的雪崩光电二极管的概略构造 的剖面图。图6是表示根据本专利技术实施方式4的雪崩光电二极管的概略构造 的剖面图。图7是表示根据本专利技术实施方式4的雪崩光电二极管的概略构造 的俯视图。图8是关于根据本专利技术实施方式4的雪崩光电二极管，表示电流 和倍增率M和反偏置电压的关系的特性图。图9是表示根据本专利技术实施方式5的雪崩光电二极管的概略结构 的剖面图。图IO是表示根据本专利技术实施方式6的雪崩光电二极管的概略结 构的剖面图。图11是表示根据本专利技术实施方式7的雪崩光电二极管的概略结 构的立体图。(符号说明)1—衬底；2—第一半导体层；3—蚀刻阻挡层；4—雪崩倍增层； 5—电场緩和层；6—光吸收层；7—迁移层；8—第二半导体层；9— 接触层；IO—沟；11—耗尽区；12—保护膜；13—第一电极；14—第 二电极；21—反射防止膜；15—第三半导体层；23—多层反射层；24 —反射调整层；25—侧面；26—外壕沟；27—劈开面；28—光；81 — 第一窗层；82—第二窗层；83-第一盖子层；84—第二盖子层；110 一内部区域；111—外部区域。具体实施例方式图l是表示根据本专利技术实施方式l的雪崩光电二极管的概略构造 的剖面图。这里，作为第一导电类型，使用n型，作为第二导电类型，使用p型，作为第一电极，使用n电极，作为第二电极，使用p电极。 例如在n型InP等晶片状的衬底1上，使用MO-CVD或分子线外延 生长法(MBE)等，实现各半导体层的制作。在本实施方式中，用以 下的步骤顺序来制作。在衬底1上例如依次将栽流子浓度0.2 2x 10cn^的n型InP等第一半导体层2 (以下也称作緩冲层)生长为 厚度0.1~1 ji m，将i型AlInAs的雪崩倍增层4生长为厚度0.15-0.4 jn m，将载流子浓度0.5 1 x 1018cnT3的p型InP的电场緩和层5生长 为厚度0.03~0.06|im，将载流子浓度1~5 x 1015cnT3的p-型GalnAs 的光吸收层6生长为厚度1 1.5 jn m,作为第二半导体层8，将p型InP 生长为厚度1~2 ju m, 将p型GalnAs接触层9生长为厚度0.1 0.5 ju m。这里，釆用^皮检测光从与衬底1相反一侧入射的结构(以下称作 表面入射)，所以所述第二半导体层8的禁带宽度比被检测光的能量 更大。此外，第二半导体层8使被检测光透过，所以以下也将第二半 导体层8称作窗层。接着，将SiOx膜作为掩模形成，将接收光28的受光部作为中 心，对接触层9蚀刻除去中央部和外部，使得留下内径20pm、宽度 5 10jiim的环状。接着，除去SiNx膜后，将SiOx膜作为掩模形成， 将接触层9的周围以宽度5nm的环状，至少除去第二半导体层8， 形成沟10，分离为内部区域110和外部区域111。并且通过蒸镀，形 成SiNx表面保护膜兼反射防止膜120，除去位于接触层9的上部的所 述SiNx表面保护膜兼反射防止膜120，在接触层9之上，由AuZn/Au 形成p电极14。并且在衬底1中，研磨与层叠有緩冲层2的面相反的 面，由AuGe/Au形成n电极13,通过热处理，作为欧姆接合，电连 接p电极14和接触层9以及n电极13和緩沖层2。并且将晶片状的 衬底l劈开分离，作为具有劈开面27的300jum左右见方的元件。以下，说明由所述的步骤制造的雪崩光电二极管的动作。在以n 电极13 —侧成为正，p电极14 一侧成为负的方式从外部施加反偏置 电压的状态下，从p电极14一侧入射光28。例如，如果将作为光通 信波长带的1.3 ji m带或1.5 n m带的近红外区域的光对所述接触层9的环内部入射，光就透过禁带宽度大的窗层8,在光吸收层6吸收， 产生电子-空穴对，所述电子移动到n电极13—侧，所述空穴移动到 p电极14一侧。在反偏置电压充分高时，在所述雪崩倍增层4中，电 子离子化，生成新的电子-空穴对，与新生成的电子、空穴一起，引起 进一步的离子化，从而引起电子、空穴雪崩般地倍增的雪崩倍增。下面，说明图1所示的本实施方式的雪崩光电二极管中的电场强 度。图2是表示图1的A-A，截面的深度方向的电场强度分布的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雪崩光电二极管，其特征在于，具备：第一电极；具备与它电连接的由第一导电类型构成的第一半导体层的衬底；其中，在所述衬底上至少层叠雪崩倍增层、光吸收层、禁带宽度比所述光吸收层更大的由第二导电类型构成的第二半导体层，通 过在所述第二半导体层上形成的沟，分离为内部区域和外部区域，所述内部区域与第二电极电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种雪崩光电二极管，其特征在于，具备第一电极；具备与它电连接的由第一导电类型构成的第一半导体层的衬底；其中，在所述衬底上至少层叠雪崩倍增层、光吸收层、禁带宽度比所述光吸收层更大的由第二导电类型构成的第二半导体层，通过在所述第二半导体层上形成的沟，分离为内部区域和外部区域，所述内部区域与第二电极电连接。2. 根据权利要求l所述的雪崩光电二极管，其特征在于 在光吸收层和第二半导体层之间具备禁带宽度比所述光吸收层更大的第三半导体层，留下所述第三半导体层而形成沟。3. 根据权利要求l所述的雪崩光电二极管，其特征在于 在外部区域，设置外壕沟以包围内部区域和沟，通过所述外壕沟，至少除...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳生荣治，石村荣太郎，中路雅晴，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]