CN101449389A - 光学半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学半导体器件，其被提供有被形成在低浓度p型硅衬底(1)上的低掺杂浓度的n型外延层(第二外延层)(24)；通过离子注入或类似方法被选择性地形成在n型外延层(24)中的低掺杂浓度的p型阳极层(第一扩散层)(25)；被形成在阳极层(25)上的高浓度n型阴极层(第二扩散层)(9)；包括阳极层(25)和阴极层(9)的光接收元件(2)；以及被形成在n型外延层(24)上的晶体管(3)。对于短波长光具有高速度和高光接收灵敏度的光电二极管以及高速度晶体管可以被混合安装在同一半导体衬底上。

Description

光学半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导体器件以及用于制造该半导体器件的方法。
背景技术
光接收元件是用于将光信号转换为电信号而被用在各种领域中的元件。尤其是在诸如CD(压缩盘)和DVD(数字多功能盘)这类光盘领域中，光接收元件是读写光盘上记录的信号的光学头器件(光学拾波器)中重要的关键器件。随着近年来对更高性能和更高集成度需求的增长，所谓的光电子集成电路(OEIC)正在发展，该光电子集成电路具有光电二极管，即光接收元件，以及其它各种电子元件，如：双极晶体管、电阻和电容。需要在OEIC中提供以其高接收灵敏度、高速度和低噪声为特征的光接收元件以及以其高速和高性能为特征的双极晶体管。作为最近的趋势，为适应对光盘大容量的需求，诸如蓝光盘(BD)和HD-DVD这类用蓝光半导体激光器(405nm的波长)作为光源的产品的商业化已经开始。因此，期待在与蓝光半导体激光器对应的短波长区中实现高速度和高接收灵敏度的OEIC的发展。
以下描述传统光学半导体器件。
图8是具有传统结构的光学半导体器件(OEIC)的示意性截面图。附图的例子中示出的OEIC在同一衬底上被提供有作为半导体衬底的硅衬底，作为双极晶体管的双多晶硅发射极高速NPN晶体管，以及作为光接收元件的p-i-n光电二极管。
参见图中示出的附图标记，1表示低浓度p型硅衬底，2表示被形成在衬底1上的光电二极管，3表示被形成在硅衬底1上的NPN晶体管，4表示被形成在硅衬底1上的高浓度p型埋层，5表示被形成在p型埋层4上的低浓度p型外延层，6表示被形成在p型外延层5上的n型外延层，而7表示被形成在n型外延层6上的硅局部氧化(LOCOS)隔离层。
在光电二极管2中，8表示由n型外延层6制成的阴极层，9表示被形成在阴极层8上的阴极接触层，10表示被选择性地形成在阴极接触层9上的阴极电极，11表示被形成在p型外延层5与n型外延层6之间的界面中的阳极埋层，12表示被形成在阳极埋层11上的阳极接触层，而13表示被形成在阳极接触层12上的阳极电极。
在NPN晶体管3中，14表示被形成在p型外延层5与n型外延层6之间的界面中的高浓度n型集电极埋层，15表示被选择性地形成在集电极埋层14上的集电极接触层，16表示被形成在集电极接触层15上的集电极电极，17表示被选择性地形成在集电极埋层14上的n型外延层6中的基极层，18表示被连接至基极层17的基极电极，19表示被选择性地形成在基极层17上的发射极层，而20表示被形成在发射极层19上的发射极电极。
21表示被形成在n型外延层6上的第一绝缘膜，22表示被形成在第一绝缘膜21上的第二绝缘膜，而23表示光接收表面，在光接收表面中，光电二极管2的第二绝缘膜22被选择性地去除，从而使第一绝缘膜21暴露出来。光接收表面23被用作减反膜，用于通过优化第一绝缘膜21的厚度和折射率来减少入射光在界面中的反射。
以下描述如此构造的OEIC的操作。
光通过光接收表面23进入并被阴极层8和p型外延层5，即阳极，吸收。结果产生电子-空穴对。此时对光电二极管2施加反向偏压时，耗尽层向掺杂浓度低的p型外延层5侧延伸。在耗尽层的邻近处产生的电子-空穴对中，电子和空穴分别被扩散和漂移，并分别各自到达阴极接触层9和阳极埋层11。然后，载流子被从阴极电极10和阳极电极13获取作为光电流。由被提供在硅衬底1上、包括NPN晶体管3和电阻元件以及电容元件的电子电路对光电流进行放大和信号处理，然后作为光盘的记录和再生信号而输出。
专利文件：日本专利申请未审公开2005-183722(第5-6页，图1)。
发明内容
本发明要解决的问题
不过，在根据传统技术的结构中，光电二极管2中的光电流被粗略地划分为扩散电流分量和漂移电流分量。扩散电流受到直至耗尽层末端的少数载流子扩散的支配。因此，扩散电流分量的响应速度低于由耗尽层中的电场引起的漂移电流分量的响应速度。另外，有一些载流子在到达耗尽层之前复合，因此对光电流没有贡献。更具体地说，扩散电流可能导致光电二极管2的频率特性和接收灵敏度的恶化。
在表面邻近处被吸收的载流子的比例随着光波长的变短而增加。例如，在硅的情况下，为了在用作DVD光源的具有650nm波长的红光中得到95％的载流子吸收率，需要约11μm的深度，而在具有405nm的蓝光的情况下，在约0.8μm的深度内就能够获得相同水平的吸收率。因此，在硅表面的邻近处用具有短波长的光观察到大的影响。
本发明被作出以解决传统的问题，因此本发明的主要目的在于提供一种光学半导体器件，其在同一衬底上被提供有以其对蓝光的高速度和高接收灵敏度为特征的光接收元件，和以其高速度为特征的晶体管。
解决问题的手段
1)根据本发明的第一光学半导体器件，是在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导体器件，包括：
被形成在第一导电类型的半导体衬底上、具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层；
被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层；和
被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体管被形成在所述第二外延层中。
在所述第二外延层中引用的“第二”，对应于稍后描述的包括第一外延层和第二外延层的结构2)中的第二外延层。
一种制造与第一光学半导体器件对应的根据本发明的光学半导体器件的方法，是一种制造在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导体器件的方法，包括：
在第一导电类型的半导体衬底上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层的步骤；
在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层的步骤；
在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层的步骤；和
在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
第一导电类型和第二导电类型各自或者表示p型半导体或者表示n型半导体。在第一导电类型为p型的情况下，第二导电类型是n型。在第一导电类型为n型的情况下，第二导电类型是p型(同样适用于下文)。
根据该结构，具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层与被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层的组合构成了光接收元件中的扩散层。因此，当减小所述第二扩散层的浓度时能够实现接收元件部分的基本完全耗尽，并且由于光电流受漂移电流支配，因此载流子的复合的比例也被减小。结果，能够实现高速度和高接收灵敏度。
2)根据本发明的第二光学半导体器件，是在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导体器件，包括：
被形成在第一导电类型的半导体衬底的上部、具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层；
被形成在所述埋层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层；
被形成在所述第一外延层上、具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层；
被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层；和
被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体管被形成在所述第二外延层中。
一种制造与第二光学半导体器件对应的光学半导体器件的方法，是一种制造在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导体器件的方法，包括：
在第一导电类型的半导体衬底的上部形成具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层的步骤；
在所述埋层上形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层的步骤；
在所述第一外延层上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层的步骤；
在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层的步骤；
在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层的步骤；和
在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
根据该结构，在半导体衬底与具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层之间形成势垒。半导体衬底中所吸收的光无法通过所述势垒，从而使载流子复合，这减小了扩散电流分量。当为具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层和具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层选择低浓度和合适的膜厚时，可以实现完全耗尽，并且可以实现更高速度。进一步，由于提供了具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层，在载流子移向阳极的情况下串联电阻被减小，这进一步提高了速度。
3)优选地，在1)和2)的结构中，进一步提供被选择性地形成在所述第二外延层中的第二导电类型的阱层，并且所述晶体管被形成在所述阱层中。如用制造与前述构造对应的光学半导体器件的方法，在1)和2)的制造方法中进一步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第二导电类型的阱层的步骤。在第二导电类型的阱层的浓度被设置为高于前述构造中具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层的浓度的情况下，所述晶体管的集电极电阻被减小。结果，速度能够被进一步提高。
4)优选地，在1)和2)的结构中，进一步提供被选择性地形成在所述第二外延层中的第一导电类型的阱层，并且所述晶体管被形成在该阱层中。如用制造与前述结构对应的光学半导体器件的方法，在1)和2)的制造方法中进一步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第一导电类型的阱层的步骤。该结构对于纵向晶体管来说有效。在第一导电类型的阱层与具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层分开形成的情况下，第一导电类型的阱层的浓度能被增加。结果，集电极电阻能够被减小，并且能够在纵向晶体管中实现更高速度。
5)在1)-4)的结构中，所述第一扩散层的掺杂浓度的峰值优选被形成在所述第二外延层的表面上。在具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层的浓度的峰值位置被形成在具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层的表面上的情况下，在光接收元件的阳极层中形成浓度的梯度变化，这形成了位梯度(potential slope)。结果，载流子在第二外延层的深度方向上的移动速率提高，从而能够进一步改善光接收元件的速度。
本发明的效果
根据本发明提供的光学半导体器件和制造该光学半导体器件的方法，当第二导电类型的第二扩散层的深度被减小时，可以实现接收元件部分的基本完全耗尽，且光电流受漂移电流支配。结果，复合的载流子的比例下降，从而能够实现更高的速度和更高的接收灵敏度。
附图说明
图1为图示说明根据本发明优选实施例1的光学半导体器件结构的截面图。
图2为图示说明根据本发明优选实施例2的光学半导体器件结构的截面图；
图3是根据优选实施例2的光学半导体器件中的光电二极管浓度分布的图示。
图4为图示说明根据本发明优选实施例3的光学半导体器件结构的截面图。
图5A为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图5B为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图5C为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图5D为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图5E为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图6A为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图6B为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图6C为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图6D为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图6E为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图6F为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图7A为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图7B为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图7C为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图7D为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图7E为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图7F为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图8为图示说明传统光学半导体器件结构的截面图。
附图标记说明：
1    硅衬底
2    光电二极管
3    NPN晶体管
4    p型埋层
5    p型外延层(第一外延层)
6    n型外延层
7    LOCOS隔离层
8    阴极层
9    阴极接触层(第二扩散层)
10   阴极电极
11   阳极埋层
12   阳极接触层
13   阳极电极
14   集电极埋层
15   集电极接触层
16   集电极电极
17   基极层
18   基极电极
19   发射极层
20   发射极电极
21   第一绝缘膜
22   第二绝缘膜
23   光接收表面
24   n型外延层(第二外延层)
25   阳极层(第一扩散层)
26   n型阱层
27   纵向PNP晶体管
28   p型集电极埋层
29   p型集电极阱层
40   光电二极管
41   NPN晶体管
42   硅衬底
43   p型埋层
44   n型埋层
45   n型外延层(第二外延层)
46   p型阳极扩散层(第一扩散层)
47   n型阱层
48   LOCOS隔离层
49   阴极层(第二扩散层)
50   p型埋层
51   p型外延层(第一外延层)
52   纵向PNP晶体管
53   p型集电极埋层
54   p型阱层
具体实施方式
光学半导体器件的优选实施例1
参考附图描述根据本发明的光学半导体器件的优选实施例1。
图1为图示说明根据优选实施例1的光学半导体器件结构的截面图。如图1所示，1表示低浓度p型硅衬底，2表示光电二极管，3表示NPN晶体管，7表示LOCOS隔离层，9表示阴极接触层(第二扩散层)，10表示阴极电极，11表示阳极埋层，12表示阳极接触层，13表示阳极电极，14表示集电极埋层，15表示集电极接触层，16表示集电极电极，17表示基极层，18表示基极电极，19表示发射极层，20表示发射极电极，21表示第一绝缘膜，22表示第二绝缘膜，而23表示光接收表面。这些部分与传统结构中所提供的部分相同。
另外，24表示被形成在硅衬底1上的低浓度n型外延层(第二外延层)，25表示通过在光电二极管2的区域中扩散的方式而被形成在n型外延层24中以延伸到硅衬底1的低浓度p型阳极层(第一扩散层)，而26表示通过在NPN晶体管3的区域中扩散的方式而被形成在n型外延层24中的n型阱层。
以下描述如此构造的根据本优选实施例的光学半导体器件的操作。
基本操作与参考图8描述的操作相同。通过光接收表面23进入的入射光被阴极接触层9、阳极层25和硅衬底1吸收，从而产生电子-空穴对。电子和空穴被扩散并漂移，从而被彼此分开，并且分别到达阴极接触层9和阳极埋层11。于是光电流产生。例如，在阴极接触层9的深度为至多0.3μm并且p型硅衬底1和阳极层25的各自浓度约为1×1014cm-3的情况下，阳极耗尽层被扩展约10μm，并且特别用于DVD的、具有短于650nm的波长的大部分入射光在耗尽层中被吸收。换句话说，扩散电流分量被减小，并且漂移电流分量在光电流中占主导地位；因此能够实现光电二极管2的高速响应。进一步，复合的载流子的比例被减小，这提高了接收灵敏度。
在本优选实施例中，集电极埋层14和n型阱层26构成NPN晶体管3的集电极。当n型阱层26的浓度被设置为高于n型外延层24的浓度时，集电极电阻被减小，从而能够实现高速度特性。
更具体地说，高速晶体管3以及以其高速度和高灵敏度为特征的光电二极管2可以被形成在同一衬底上，这实现了能够使各个元件的特性改善最大化的结构。结果，OEIC的特性能够被改善。
本优选实施例对于具有短波长、吸收系数大的光尤其有效。在用于BD的蓝光(405nm的波长)中，95％的载流子在0.8μm的深度内被吸收。因此，假设n型外延层24的厚度为1μm，则几乎100％的载流子被吸收。进一步，NPN晶体管3中的寄生电容和寄生电阻被减小；因此为了提高速度，具有较小厚度的n型外延层24占有优势。例如，在n型外延层24的厚度为1μm的情况下，能够实现NPN晶体管3的频率特性为至少15GHz的高速特性。
光学半导体器件的优选实施例2
参考附图描述根据本发明的光学半导体器件的优选实施例2。
图2为图示说明根据优选实施例2的光学半导体器件结构的截面图。在图2中，4表示被形成在硅衬底1上的高浓度p型埋层，而5表示被形成在p型埋层4上的低浓度p型外延层(第一外延层)。结构的其它部分与优选实施例1的部分相同。
根据本优选实施例的光学半导体器件的特征是，使用硅衬底1、p型埋层4和p型外延层5来代替根据优选实施例1的硅衬底1。
图3示出光电二极管2的深度方向上的浓度分布。该图所示的数字与图2中所示的数字相同。
根据本优选实施例的结构的优点在于，除了与优选实施例1相符的效果外，在硅衬底1与p型埋层4之间形成势垒，并且硅衬底1中所吸收的光无法通过该势垒，因而载流子被复合，这使得扩散电流分量减小。当为p型外延层(第一外延层)5和阳极层(第一扩散层)25选择低浓度和合适的膜厚时，能够实现完全耗尽，并能够提高速度。进一步，当p型埋层4存在时，在载流子移向阳极埋层11的情况下，串联电阻被减小，这使得实现更高速度。
当阳极层(第一扩散层)25的浓度的峰值位置被形成在n型外延层(第二外延层)24的表面上时，在阳极层25中形成浓度梯度，如图3所示。因此，形成位梯度，并且载流子在p型外延层(第一外延层)5的深度方向上的移动速率提高。结果，光电二极管2能够达到更高速度。
光学半导体器件的优选实施例3
参考附图描述根据本发明的光学半导体器件的优选实施例3。
图4为图示说明根据优选实施例3的光学半导体器件结构的截面图。在图4中，27表示纵向PNP晶体管，28表示高浓度p型集电极埋层，而29表示p型集电极阱层。
1表示低浓度p型硅衬底，2表示光电二极管，4表示p型埋层，5表示p型外延层，7表示LOCOS隔离层，9表示阴极接触层，10表示阴极电极，11表示阳极埋层，12表示阳极接触层，13表示阳极电极，14表示高浓度n型集电极埋层，15表示集电极接触层，16表示集电极电极，17表示基极层，18表示基极电极，19表示发射极层，20表示发射极电极，21表示第一绝缘层，22表示第二绝缘层，而23表示光接收表面。这些部分与传统结构中所提供的部分相同。
本优选实施例的特征是，提供纵向PNP晶体管27来代替根据优选实施例2的NPN晶体管3。
阳极层25也能够充当p型集电极阱层29。在p型集电极阱层29和阳极层25被独立形成的情况下，p型集电极阱层29的浓度能够被增加。结果，集电极电阻被减小，从而能够在纵向PNP晶体管27中实现高速度。
因此，在根据本优选实施例的结构中，以其高速度和高接收灵敏度为特征的光电二极管以及高速度纵向PNP晶体管能够被提供在同一衬底上。
制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法
图5A-5E为图示说明根据本发明制造光学半导体器件的方法中，根据优选实施例1的加工步骤的截面图。40表示光电二极管，41表示NPN晶体管，42表示低浓度p型硅衬底，43表示p型埋层，44表示NPN晶体管41的集电极的n型埋层，45表示低浓度n型外延层(第二外延层)，46表示低浓度p型阳极扩散层(第一扩散层)，47表示具有高于n型外延层(第二外延层)45的浓度的n型阱层，48表示LOCOS隔离层，而49表示高浓度n型阴极层(第二扩散层)。
首先，通过离子注入或类似方法在硅衬底42中选择性地形成p型埋层43和n型埋层44(见图5A)。
接着，在硅衬底42上生长n型外延层(第二外延层)45(例如，膜厚：约1μm，浓度：约1×1014cm-3)(见图5B)。
然后，通过离子注入或类似方法，在n型外延层(第二外延层)45中光电二极管40的区域中选择性地形成p型阳极扩散层(第一扩散层)46(例如，掺杂物：B(硼)，100kev，掺杂量：1×1011cm-2)；并通过离子注入或类似方法，在NPN晶体管41的区域中选择性地形成n型阱层47(例如，掺杂物：P(磷)，100kev，掺杂量：1×1012cm-2)。之后，形成LOCOS隔离层48(见图5C)。
进一步，在p型阳极扩散层(第一扩散层)46上以及n型阱层47上分别形成阴极层(第二扩散层)49和NPN晶体管41的基极/发射极扩散层(见图5D)。最后，形成场膜和电极，从而形成光电二极管40和NPN晶体管41(见图5E)。
以下给出到目前为止所描述的加工步骤的概要。
一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底42上被提供有光接收元件40和NPN晶体管41，该方法包括：
在第一导电类型(p型)的半导体衬底42上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型(n型)的第二外延层45的步骤；
在第二外延层45上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型(p型)的第一扩散层46的步骤；
在第一扩散层46的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型(n型)的第二扩散层49的步骤；以及
在第二外延层45中选择性地形成NPN晶体管41的步骤，其中
第一扩散层46和第二扩散层49构成光接收元件40。
制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法
图6A-6E为图示说明根据本发明制造光学半导体器件的方法中，根据优选实施例2的加工步骤的截面图。在图6中，50表示高浓度p型埋层，而51表示低浓度p型外延层(第一外延层)。结构的其它部分与图5中所示的相同。
首先，通过离子注入或类似方法，在硅衬底42中形成p型埋层50。之后，生长p型外延层(第一外延层)51(见图6A和6B)。
接着，通过离子注入或类似方法，在p型外延层(第一外延层)51中选择性地形成p型埋层43和n型埋层44(见图6B)。
接下来，在p型外延层(第一外延层)51上生长n型外延层(第二外延层)45(见图6C)。
然后，在n型外延层45中，分别在光电二极管40的区域中和NPN晶体管41的区域中形成p型阳极扩散层(第一扩散层)46和n型阱层47。之后，形成LOCOS隔离层48(见图6D)。
进一步，在p型阳极扩散层(第一扩散层)46上以及n型阱层47上分别形成阴极层(第二扩散层)49和NPN晶体管41的基极/发射极扩散层(见图6E)。最后，形成场膜和电极，从而形成光电二极管40和NPN晶体管41(见图6F)。
以下对到目前为止所描述的加工步骤进行概括。
一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底42上被提供有光接收元件40和NPN晶体管41，该方法包括：
在第一导电类型(p型)的半导体衬底42的上部形成具有高掺杂浓度的第一导电类型(p型)的埋层50的步骤；
在埋层50上形成具有低掺杂浓度的第一导电类型(p型)的第一外延层51的步骤；
在第一外延层51上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型(n型)的第二外延层45的步骤；
在第二外延层45上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型(p型)的第一扩散层46的步骤；
在第一扩散层46的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型(n型)的第二扩散层49的步骤；以及
在第二外延层45中选择性地形成NPN晶体管41的步骤，其中
第一扩散层46和第二扩散层49构成光接收元件40。
制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法
图7A-7E为图示说明根据本发明制造光学半导体器件的方法中，根据优选实施例3的加工步骤的截面图。在图7中，52表示纵向PNP晶体管，53表示p型集电极埋层，而54表示p型阱层。构造的其它部分与图6中所示的相同。
首先，通过离子注入或类似方法，在硅衬底42中形成p型埋层50。之后，生长p型外延层(第一外延层)51(见图7A和7B)。
接着，通过离子注入或类似方法，在p型外延层(第一外延层)51中选择性地形成p型埋层43、n型埋层44和p型集电极埋层53(见图7B)。这里，p型埋层43和p型集电极埋层53可以是相同的。
接下来，在p型外延层(第一外延层)51上生长n型外延层(第二外延层)45(见图7C)。
然后，在n型外延层(第二外延层)45中，通过离子注入或类似方法，在光电二极管40的区域中和纵向PNP晶体管52的区域中分别选择性地形成p型阳极扩散层(第一扩散层)46和p型阱层54。之后，形成LOCOS隔离层48(见图7D)。这里，p型阳极扩散层46和p型阱层54可以是相同的。
进一步，在p型阳极扩散层(第一扩散层)46上以及p型阱层54上分别形成阴极层(第二扩散层)49和纵向NPN晶体管52的基极/发射极扩散层(见图7E)。最后，形成场膜和电极，从而形成光电二极管40和纵向NPN晶体管52(见图7F)。
在本优选实施例中，采用了硅衬底。然而，可以使用的衬底不必局限于此，而是可以使用例如在长波长区域中使用的锗衬底或化合物衬底。
在本发明中，使用p-i-n光电二极管作为光接收元件；然而，不必说也可以选择雪崩光电二极管。进一步，不必说的是可以由MOS晶体管来代替在本说明书中用作晶体管的NPN或PNP双极晶体管。
在本发明中，半导体衬底和第一外延层是p型的；但自然也可以是n型的。
工业实用性
本发明对于所谓的OEIC及其它相似类型的集成电路是有用的，在OEIC中，以其高速度和高性能为特征的晶体管以及以其高速和高接收灵敏度为特征的光接收元件被集成在同一衬底上。

Claims (14)

1、一种光学半导体器件，其在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管，该光学半导体器件包括：
被形成在第一导电类型的半导体衬底上、具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层；
被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层；和
被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体管被形成在所述第二外延层中。
2、一种光学半导体器件，其在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管，该光学半导体器件包括：
被形成在第一导电类型的半导体衬底的上部、具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层；
被形成在所述埋层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层；
被形成在所述第一外延层上、具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层；
被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层；和
被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体管被形成在所述第二外延层中。
3、根据权利要求1所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形成在所述第二外延层中的第二导电类型的阱层，其中
所述晶体管被形成在所述阱层中。
4、根据权利要求2所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形成在所述第二外延层中的第二导电类型的阱层，其中
所述晶体管被形成在所述阱层中。
5、根据权利要求1所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形成在所述第二外延层中的第一导电类型的阱层，其中
所述晶体管被形成在所述阱层中。
6、根据权利要求2所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形成在所述第二外延层中的第一导电类型的阱层，其中
所述晶体管被形成在所述阱层中。
7、根据权利要求1所述的光学半导体器件，其中
所述第一扩散层的掺杂浓度的峰值被形成在所述第二外延层的表面上。
8、根据权利要求2所述的光学半导体器件，其中
所述第一扩散层的掺杂浓度的峰值被形成在所述第二外延层的表面上。
9、一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管，该方法包括：
在第一导电类型的半导体衬底上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层的步骤；
在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层的步骤；
在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层的步骤；和
在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
10、一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管，该方法包括：
在第一导电类型的半导体衬底的上部形成具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层的步骤；
在所述埋层上形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层的步骤；
在所述第一外延层上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层的步骤；
在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层的步骤；
在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层的步骤；和
在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
11、根据权利要求9所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第二导电类型的阱层的步骤。
12、根据权利要求10所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第二导电类型的阱层的步骤。
13、根据权利要求9所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第一导电类型的阱层的步骤。
14、根据权利要求10所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第一导电类型的阱层的步骤。
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