提高灵敏度的光学半导体器件制造技术

一种光学半导体器件，包含光电二极管，其包含第一导电类型的第一半导体层；以及从光接收区内第一半导体层的表面区域开始形成的第二导电类型的沟道层。沟道层和光接收区内的第一半导体层形成ｐ－ｎ结区（图２）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学半导体器件，具体涉及灵敏度提高的光学半导体 器件。
技术介绍
为了实现记录装置中的高密度记录，对蓝色激光等短波长光的光 接收元件的开发一直在向前推进。另一方面，当作为光信号光源的半 导体激光器件的振荡中心波长较短时，用于接收激光的半导体的光吸 收系数变大，同时半导体的侵入(invasive)长度变短。因此，为了有 效地获得光生载流子，需要防止在半导体表面附近由于光生载流子复 合所导致的量子效率的降低。日本特开专利公开(JP-P2004-87979A)公开了一种光接收元件及 其制造方法，以及一种电路内置式光接收元件，该技术旨在获得一种 对短波长光具有高灵敏度和高速响应的光接收元件。图1示出了现有 技术中电路内置式光接收元件结构的剖视图。该电路内置式光接收元 件120包含电阻率约为40Qcm的硅制P型半导体衬底101， P型高浓 度嵌入扩散层102，具有100Qcm或更高电阻率的P型高电阻率外延 层103，以及具有约l至5Qcm电阻率的N型外延层106，以上各层依 上述顺序叠层在P型半导体衬底101上。电路内置式光接收元件120 包含光电二极管区，以及与之相邻的双极元件区。光电二极管区(在 图中左侧)和晶体管元件区(在图中右侧)由P型嵌入分离扩散层104 和P型分离扩散层107分隔，其中P型嵌入分离扩散层104形成在P 型高电阻率外延层103中，以从与P型高浓度嵌入扩散层102的边界 到达与N型外延层106的边界，其中P型分离扩散层107形成为，从 与N型外延层106边界的表面到达P型嵌入分离扩散层104。N型杂质扩散层108形成在光电二极管区中，其N型杂质扩散从 N型外延层106的表面的深度等于或小于0.3ixm (例如，0.3 wm)， 其杂质峰值浓度低于lX102()cm-3，例如，约8X10^cm—3。N型嵌入扩散层105形成在晶体管元件区中，从而嵌入在P型高 电阻率外延层103的表面内。N型阱扩散层109和作为集电极层的N 型杂质扩散层108彼此相邻地形成在N型嵌入扩散层105上。基于P+ 的扩散层111与基于P的扩散层IIO相邻地形成，且与基于P的扩散 层110的两侧相邻，该基于P+的扩散层lll位于N型阱扩散层109中。 N型发射极扩散层112形成在基于P的扩散层IIO的区域中。如上所述，用于保护表面的绝缘膜形成在N型外延层106的整个 表面上方，在N型外延层106中，分别形成光电二极管区的每一层和 晶体管元件区的每一层。用于保护表面的绝缘膜具有开口，分别位于 光电二极管区的N型杂质扩散层108和P型分离扩散层107、作为双 极晶体管区集电极上拉层的N型杂质扩散层108、基于P+的扩散层111、 以及N型发射极扩散层U2的上方。硬接线(电极)金属层114配置 在各个开口上。由于根据N型杂质浓度梯度而产生的内电场，使得N型杂质扩散 层108中产生的光生载流子向耗尽层移动，从而使光电流流动。但是， 当N型杂质扩散层108中的杂质浓度较高时，光生载流子的寿命变短， 且在到达耗尽层前就复合消失。因此，光生载流子不能对光电流的产 生作出贡献，从而光接收元件的量子效率降低了。如上所述，当光的 吸收系数根据光波长的变短而增加且光进入半导体层的侵入长度变短 时，N型杂质扩散层108中产生的光生载流子增加了。因此，当N型 杂质扩散层108中的杂质浓度较高时，光接收元件量子效率的降低很 明显地显现出来。为了防止在高浓度杂质和扩散层中基于光生载流子 复合的量子效率的降低，对浓度分布曲线进行了优化。第一种优化方式是，当N型杂质扩散层108中的杂质浓度较高时，通过较浅地形成N型杂质扩散层108而建立陡的扩散分布曲线，从而 增强内电场。结果，与较深地形成N型杂质扩散层108的情形相比， 光生载流子向耗尽层移动速度加快了，从而光生载流子能在复合前移 动到耗尽层内。第二种优化方式是，当较深地形成N型杂质扩散层108时，可通 过降低杂质浓度来延长光生载流子的寿命。从而，光生载流子能在未 复合的情况下移动到耗尽层内。在上述的第一种和第二种方法中，都要求将峰值杂质浓度设置在 半导体表面上或者尽可能设置在接近表面处，以便能抑制载流子在N 型杂质扩散层108中的复合。为了实现上述要求，需要采用通过氧化 膜的离子注入法。然而，随着形成氧化膜，前置期被延长，因而增加 了生产成本。另外，由于需要对光接收部分以外的区域在高温下进行 热处理，例如电路元件，从而很难精确地控制光接收部分的扩散层。 因此，需要一项技术，其能以简单的方式和低成本的工艺制造光接收 元件，且该光接收元件能高灵敏度和高速响应地接收如蓝色激光等的 短波长光。结合上述描述，日本特开专利公开(JP-P2003-92424A)公开了一 种分开的光接收元件， 一种电路内置式光接收元件，以及一种光盘装 置。该分开的光接收元件包含多个形成在第一导电类型半导体层上的 第二导电类型扩散层，而第二导电类型扩散层与第一导电类型半导体 层相互保持预定的间隔；泄漏防止层，其至少形成在第一导电类型半 导体层上的多个第二导电类型扩散层之间，且防止第二导电类型扩散 层之间发生泄漏；以及绝缘层，其至少形成如下区域中，所述区域是 光进入到包含第二导电类型扩散层和防止渗漏层的第一导电类型半导 体层上的区域。日本特开专利公开(JP-A-Heisei 11-214668)公开了一种固体成像 装置和一种光接收元件。该固体成像装置包含第一导电类型半导体衬 底；多个形成在半导体衬底上的第二导电类型积累层，其用于积累入 射光产生的信号电荷；形成在积累层上侧的绝缘层；形成在绝缘层上 侧的光透明电极；电压提供装置，用于向光透明电极施加电势，并在 位于下方的积累层表面上形成反向层；信号传输装置，用于扫描积累 在积累层内的信号电荷，并将其作为图像信号向外部输出。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种光学半导体器件，其能高灵敏度和 高速响应地接收如蓝色激光等波长较短的光。本专利技术的另外一个目的是提供一种光学半导体器件，其能以简单 的方式和低成本的工艺制造光接收元件，并能高灵敏度和高速响应地 接收如蓝色激光等波长较短的光。在本专利技术的一个实施例中，光学半导体器件包含光电二极管，其 包含第一导电类型的第一半导体层；以及第二导电类型的沟道层，其 从光接收区中第一半导体层的表面部分开始形成。沟道层和光接收区 中的第一半导体层形成p-n结区。在本专利技术的另一个实施例中，提供了光学半导体器件的工作方法 以及光学半导体器件，其包括第一导电类型的第一半导体层；形成在 半导体层表面部分的第二导电类型的第二半导体层；形成在第一半导 体层下的第一导电类型的第三半导体层；穿透第一半导体层到达第三 半导体层形成的第一导电类型的第四半导体层；位于第二半导体层上 的第一电极；以及位于第四半导体层上的第二电极。光学半导体器件 的工作方法是，在第一半导体层和第二半导体层之间施加反向偏移电 压，从而在第一半导体层表面部分形成第二导电类型的沟道层；以及探测当光射入形成有pn结区的光接收区时产生的光电流。根据本专利技术的实施例，提供了一种具有高灵敏度和高速响应的， 可作为蓝色激光等短波长光接收元件的光学半导体器件。提供了一种 具有高灵敏度和高速响应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学半导体器件，包含光电二极管，包含：　　　　第一半导体层，其为第一导电类型；以及　　　　沟道层，其为第二导电类型，从光接收区内所述第一半导体层的表面部分形成，　　　　其中所述光接收区内的所述第一半导体层和所述沟道层形成了ｐ－ｎ结区。

【技术特征摘要】
JP 2006-5-29 2006-1476421.一种光学半导体器件，包含光电二极管，包含第一半导体层，其为第一导电类型；以及沟道层，其为第二导电类型，从光接收区内所述第一半导体层的表面部分形成，其中所述光接收区内的所述第一半导体层和所述沟道层形成了p-n结区。2. 如权利要求1所述的光学半导体器件，进一步包含 第二半导体层，其为所述第二导电类型；以及 透光绝缘膜，其形成在所述光接收区内的所述第一半导体层上， 其中当在所述第一和第二半导体层之间施加反向偏压时，在所述透光绝缘膜之下的所述第一半导体层的表面区域内形成所述沟道层。3. 如权利要求2所述的光学半导体器件，其中所述第二半导体层 被形成为围绕所述光接收区。4. 如权利要求2所述的光学半导体器件，进一步包含 第三半导体层，其为所述第一导电类型，其形成在所述第二半导体层的外部，从而围绕所述第二半导体层。5. 如权利要求2到4任一项所述的光学半导体器件，其中所述第 一导电类型是P型，并且所述第二导电类型是N型。6. 如权利要求2到4任一项所述的光学半导体器件，其中所述绝缘膜是氧化硅膜。7. 如权利要求2到4任一项所述的光学半导体器件，其中所述第 一半导体层的电阻率是lOOQcm...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩井刚，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]