雪崩光电二极管制造技术

在备有具备第１电极和电连接到该第１电极上的由第１导电型构成的第１半导体层的衬底的雪崩光电二极管中，配置成在上述衬底上至少层叠了雪崩倍增层、光吸收层和能带隙比上述光吸收层的能带隙大的第２半导体层，在上述第２半导体层内形成第２导电型导电区域并将上述第２导电型导电区域电连接到第２电极上。利用该结构可用简易的工序提供低暗电流且长期可靠性高的雪崩光电二极管。此外，留下上述第２导电型导电区域和第２导电型导电区域的周围的第２半导体层，除去在其外周的衬底上层叠的层中的至少光吸收层，从而形成上述光吸收层的侧面。利用该结构可进一步减少暗电流。

【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了半导体的受光元件，特别涉及暗电流低、长期地可靠性高的雪崩光电二极管。
技术介绍
在光通信等中使用的雪崩光电二极管是通过除了设置进行光电变换的光吸收层之外、还设置使进行了光电变换的载流子雪崩倍增的层而提高感光灵敏度的半导体受光元件，对雪崩光电二极管要求暗电流低且具有高的可靠性。上述雪崩光电二极管大多由化合物半导体形成，根据其结构，可大致分成台式结构和平面结构。台式结构采取在衬底上形成台(台面)并在该台中采用包含PN结的结构，在台周边的表面上容易产生击穿。为了抑制该击穿，一般采用设置了倾斜状的结构，进而采取在台的外周区域设置成为高电阻部分的埋入层等的结构，进行了将暗电流抑制得较低的改进(例如专利文献1)。平面结构是通过设置选择扩散区域而形成PN结的结构，但上述PN结的边缘部分中的边缘击穿成为问题。如果在边缘部分中流过电流，则即使增大电压、位于中央的受光部的PN结的反向电压也几乎不增加，故不能发挥作为雪崩光电二极管的功能。因此，采取了例如在上述边缘部分中利用杂质注入等设置高电阻的保护环等的对策(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，图2、6)但是，在现有的雪崩光电二极管中存在以下那样的问题。在倾斜型台式结构中，为了在台的外周区域中设置埋入层，有必要进行利用有机金属气相生长法(MO-CVD)法等、部分地且不管结晶面如何、均匀地使其进行结晶再生长这样的处理，故存在制造成本上升、成品率差这样的问题。此外，虽然采取了降低暗电流的对策，但存在抑制效果不充分的这样的问题。在平面结构中(在专利文献2记载为模拟平面结构)，例如在补偿受光区周边部分的电场缓和层的p导电型以形成保护环的方法中，必须形成槽并进行Ti等的离子注入，有必要设置刻蚀中止层。再者，由于在其外周设置杂质扩散层，故处理变得复杂，制造成本上升，同时在成品率方面也存在问题。此外，由于在光吸收层中的保护环的电场强度变高，故也存在隧道暗电流变大等的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决这些问题而进行的，其目的在于提供能用简易的工序制作且抑制了暗电流、确保了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具有衬底，该衬底具备第1电极和电连接到第1电极的由第1导电型构成的第1半导体层，在上述衬底上至少层叠了雪崩倍增层、光吸收层和能带隙比上述光吸收层的能带隙大的第2半导体层，在上述第2半导体层内形成了第2导电型导电区域，将上述第2导电型导电区域电连接到第2电极上。按照本专利技术，能用简易的工序提供低暗电流且长期可靠性高的雪崩光电二极管。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图2是表示了本专利技术的实施方式1的图1的A-A’剖面中的深度方向的电场强度分布的特性图。图3是表示了本专利技术的实施方式1的图1的B-B’剖面和C-C’剖面中的面方向的电场强度分布的特性图。图4是表示了本专利技术的实施方式1的深度方向上的载流子浓度的差别的特性图。图5是表示了本专利技术的实施方式2的雪崩光电二极管的导带和价带的层接合部分中的能量分布的特性图。图6是表示本专利技术的实施方式3的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图7是表示本专利技术的实施方式3的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图8是表示本专利技术的实施方式4的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图9是关于本专利技术的实施方式4的雪崩光电二极管、表示了电流和倍增率M与反偏置电压的关系的特性图。图10是表示本专利技术的实施方式5的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图11是表示本专利技术的实施方式6的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图12是表示本专利技术的实施方式7的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图13是表示本专利技术的实施方式8的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图14是表示本专利技术的实施方式8的雪崩光电二极管的受光灵敏度分布的特性图。图15是表示本专利技术的实施方式9的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图16是表示本专利技术的实施方式9的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图17是关于本专利技术的实施方式9的雪崩光电二极管、表示了电流和倍增率M与反偏置电压的关系的特性图。图18是表示本专利技术的实施方式9的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。图19是表示本专利技术的实施方式10的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。符号的说明1衬底，2、19第1半导体层，3中止层，4雪崩倍增层，5电场缓和层，6光吸收层，7迁移层，8第2半导体层，9接触层，10第2导电型导电区，11耗尽区，12保护膜，13第1电极，14第2电极，15绝缘膜，23布拉格反射层，24反射调整层，25侧面，26槽，27劈开面，28光，29半绝缘性衬底，30堵头孔，110第2导电型周边导电区，120表面保护膜兼反射防止膜具体实施方式实施方式1. 图1是表示本专利技术的实施方式1的雪崩光电二极管的概略结构的剖面图。在此，使用了n型作为第1导电型、p型作为第2导电型、n电极作为第1电极、p电极作为第2电极。例如在n型InP等的晶片状的衬底1上使用MO-CVD或分子束外延生长法(MBE)等可实现各半导体层的制作。在本实施方式1中，用以下的工序顺序进行了制作。在衬底1上，例如依次使载流子浓度0.2～2×1019cm-3的n型InP等的第1半导体层2(以下称为缓冲层)生长为厚度0.1～1μm、使i型AlInAs的雪崩倍增层4生长为厚度0.15～0.4μm、使载流子浓度0.5～1×1018cm-3的p型InP等的电场缓和层5生长为厚度0.03～0.06μm、使载流子浓度1～5×1015cm-3的p-型GaInAs等的光吸收层6生长为厚度1～1.5μm、使i型InP等的能带隙比上述光吸收层6的能带隙大的第2半导体层8生长为厚度1.0～2μm、使i型GaInAs接触层9生长为厚度0.1～0.5μm。在此，由于采取从与衬底1相反一侧入射被检测光的结构(以下称为表面入射)，故上述第2半导体层8的能带隙比被检测光的能量大。此外，由于第2半导体层8使被检测光透过，故以下将第2半导体层8称为窗层。下面，将挖通了直径25～55μm的圆形的SiOx膜作为掩摸，在未被上述掩摸覆盖的圆形部分例如用Zn选择热扩散方法形成p型导电区域10。接着，用刻蚀除去中央部和外部，使得上述p型导电区域10上的i型GaInAs接触层9遗留下来成为宽度5～10μm的环状。再者，利用蒸镀形成SiNx表面保护膜兼反射防止膜120，除去处于上述接触层9的上部的上述SiNx表面保护膜兼反射防止膜120，在上述接触层9上利用AuZn形成p电极14。再者，在衬底1中研磨与层叠了缓冲层2的面相反的面，利用AuGe形成n电极13，使上述缓冲层2电连接到上述n电极13上。再者，将晶片状的衬底1劈开分离，作成具有劈开面27的约300μm见方的元件。以下说明用上述的工序制作的雪崩光电二极管的工作。在从外部施加了反偏置电压使得n电极13一侧成为正、p电极14一侧成为负的状态下，使光28从p电极14一侧入射。例如，如果使作为光通信波长带的1.3μm带或1.5μm带的近红外区域的光入射到上述接触层9的环内部，则光透过窗层8，在光吸收层6中被吸收，生成电子-空穴对，上述电子移动到n电极13一侧，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：具有衬底，该衬底具有第１电极和电连接到该第１电极的由第１导电型构成的第１半导体层，在上述衬底上至少层叠了雪崩倍增层、光吸收层和能带隙比上述光吸收层大的第２半导体层，在上述第２半导体层内形成第２导电型导 电区域，将上述第２导电型导电区域电连接到第２电极上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种雪崩光电二极管，其特征在于具有衬底，该衬底具有第1电极和电连接到该第1电极的由第1导电型构成的第1半导体层，在上述衬底上至少层叠了雪崩倍增层、光吸收层和能带隙比上述光吸收层大的第2半导体层，在上述第2半导体层内形成第2导电型导电区域，将上述第2导电型导电区域电连接到第2电极上。2.如权利要求1中所述的雪崩光电二极管，其特征在于第2导电型导电区域使用了选择热扩散、在上述选择热扩散中附加地进行热扩散处理的附加热扩散、在离子注入后进行热退火的处理中的至少某一种处理。3.如权利要求1中所述的雪崩光电二极管，其特征在于在光吸收层与第2半导体层之间设置了至少1层中止层。4.如权利要求1中所述的雪崩光电二极管，其特征在于在光吸收层与第2半导体层之间设置了至少1层迁移层。5.如权利要求1中所述的雪崩光电二极管，其特征在于在第2半导体层内并在第2导电型导电区域的周围还形成了第2导电型周边导电区域。6.如权利要求1中所述的雪崩光电二极管，其特征在于留下第2导电型导电区域和上述第2导电型导电区域的周围的第2半导体层，在其外周的衬底上层叠的层中的至少光吸收层被除去而形成上述光吸收层的侧面。7.如权利要求6中所述的雪崩光电二极管，其特征在于在光吸收层的侧面上设置有保护膜。8.如权利要求6中所述的雪崩光电二极管，其特征在于在外...

【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]