CN105122469B - 半导体受光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体受光元件及其制造方法，兼得在较宽的波长带的动作和较高的高速响应以及较高的响应效率。在表面是单晶Si层的基板上形成依次层叠有第一导电型Si层、未掺杂Ge层、以及第二导电型Ge层的PIN型光电二极管，在该周围的至少一部分设置Ge电流阻挡机构。

Description

半导体受光元件及其制造方法
技术领域
本发明是涉及半导体受光元件及其制造方法的发明，例如，是将设置在光通信以及数据通信所使用的Si基板上的Ge作为光吸收层的半导体受光元件及其制造方法的发明。
背景技术
随着近年来的服务器CPU间的数据传输量的增大，使用现有的Cu布线的利用电信号的传输的应对接近极限。为了消除该瓶颈，需要光学互联，即、利用光信号的数据传输。而且，从低消耗电力、小面积化的观点来看，需要将光收发所需要的光发送器、光调制器、接收器等光学组件集成化到Si基板上的元件。
另外，另一方面，由于被集成化在Si基板上的光学组件间通过光纤连接，所以优选将在光纤中的损失小的波长1.55μm作为传输波段来使用。因此，作为在利用波长1.55μm波段的光传输中应用的光电探测器，优选将在1.55μm附近具有吸收端的Ge作为吸收层来应用。
另外，另一方面，随着数据传输量的增大有波分复用传输(WDM)的必要性。
因此，为了实现波分复用传输，需要在比1.55μm长波长的较宽的区域具有较高的响应灵敏度的Ge光电探测器。
一般地，在Si基板上的Ge生长中，在从Ge的生长温度冷却到室温时，由于Si与Ge的热膨胀系数差，Ge外延层在面内方向受到拉伸应变。其结果为，被报告了与大块状态的Ge层相比较，Si基板的Ge的吸收端长波化(例如，参照非专利文献1)。这一点从光电探测器的波长带放大的观点来看，适用于有利的方向。
另一方面，从高速响应特性的提高的观点来看，要求光电探测器减少元件电容，因此需要缩小元件面积(元件宽度)。另外，从响应灵敏度特性的提高的观点来看，要求抑制在耗尽层中产生的光载流子的漂移中的重组、针对缺陷的陷阱，因此同样需要缩小元件面积(元件宽度)。
因此，作为将Si基板上的Ge作为吸收层的光电探测器，报告有加工为宽度为数μm左右的高台型(例如，参照非专利文献2)。图20是以往的以Ge为吸收层的光电探测器的简要的剖视图，使用SOI基板来形成光电探测器。对经由BOX层82设置在Si基板81上的Si层83进行加工形成p型Si高台部84和其两侧的p型Si板部85。此时，虽然图示省略，但形成经由锥体部与p型Si高台部84连接的条纹状波导。
在该p型Si高台部84上通过选择生长形成未掺杂的Ge层，向其表面注入n型杂质成为n++型Ge接触层87，并且将未进行杂质的导入的部分作为i型Ge光吸收层86。另一方面，向p型Si板部85的一部分注入p型杂质形成p++型Si接触部88。
接着，形成成为针对条纹状波导的上部覆盖层的氧化膜89，形成芯棒90、91，并形成n侧电极92以及p侧电极93。在条纹状波导中传播的光经由p型Si高台部通过倏逝波耦合而被传播至i型Ge光吸收层86并被吸收。
非专利文献1：Yasuhiko Ishikawa，Kazumi Wada，Jifeng Liu，DouglasD.Cannon，Hsin-Chiao Luan，Jurgen Michel，and Loinel C.Kimerling，Journal OfApplied Physics 98，013501(2005)
非专利文献2：Tao Yin，Rami Cohen，Mike M.Morse，Gadi Sarid，Yoel Chetrit，Doron Rubin，and Mario J.Paniccia，Optics Express，15，13966(2007)
非专利文献3：L.Ding，T.Y.Liow，A.E.J.Lim，N.Duan，M.B.Yu，and G.Q.Lo，OFC/NFOEC Technical Digest，OW3G.4(2012)
然而，报告有若缩小元件宽度则进行面内的晶格松弛，被导入Ge层的拉伸应变减少(例如，参照非专利文献3)。其结果为，若为了元件电容减少或者光载流子消失减少而缩小元件宽度，则Ge的吸收端短波化，在长波长侧的响应灵敏度降低。
另一方面，若为了以提高长波长中的响应效率为目的，抑制面内拉伸应变的减少而增加元件宽度，则元件电容增大且高速响应特性恶化，而且由于光载流子的消失的增大而响应效率恶化。即，在图20所示的结构的光电探测器中，存在不能够同时实现由拉伸应变导入引起的波长带宽的扩大和由微细化带来的高速响应特性以及响应效率的提高的问题。
发明内容
因此，目的在于在半导体受光元件中兼得在较宽的波长带中的动作和较高的高速响应以及较高的响应效率。
根据公开的一个观点来看，提供一种半导体受光元件，其特征在于，具有：基板，其表面是单晶Si层；PIN型光电二极管，其在上述基板上依次层叠有第一导电型Si层、未掺杂Ge层、以及与上述第一导电型相反导电型的第二导电型Ge层；Ge电流阻挡机构，其设置于由上述未掺杂Ge层/上述第二导电型Ge层构成的层叠结构的周围的至少一部分；第二导电型用接触电极，其设置于上述第二导电型Ge层；以及第一导电型用接触电极，其设置于上述第一导电型Si层。
另外，根据公开的其它的观点来看，提供一种半导体受光元件的制造方法，其特征在于，包含：在表面是单晶Si层的基板的表面的至少一部分对第一导电型杂质进行离子注入并活性化的退火工序；至少在离子注入了上述第一导电型杂质的第一导电型Si区域上生长未掺杂Ge层的工序；在上述未掺杂Ge层的表面形成覆盖光电二极管形成区域的第一电介质掩模的工序；以上述第一电介质掩模为掩模在上述未掺杂Ge层的露出部离子注入与上述第一导电型相反的导电型的第二导电型杂质的工序；以上述第一电介质掩模为掩模在注入有第二导电型杂质的上述未掺杂Ge层的露出部比上述第二导电型杂质浅地注入第一导电型杂质来以第一导电型杂质补偿表面的工序；形成仅露出上述光电二极管形成区域的第二电介质掩模的工序；以上述第二电介质掩模为掩模在露出的上述未掺杂Ge层的表面注入第二导电型杂质的工序；以及使上述注入的各杂质活性化的退火工序。
根据公开的半导体受光元件及其制造方法，能够兼得在较宽的波长带的动作和较高的高速响应以及较高的响应效率。
附图说明
图1是本发明的实施方式的半导体受光元件的立体图以及侧剖视图。
图2是本发明的实施方式的半导体受光元件的俯视图以及剖视图。
图3是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的中途的说明图。
图4是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图3以后的中途的说明图。
图5是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图4以后的中途的说明图。
图6是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图5以后的中途的说明图。
图7是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图6以后的中途的说明图。
图8是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图7以后的中途的说明图。
图9是本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图8以后的说明图。
图10是本发明的实施例1的半导体受光元件的结构说明图。
图11是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的中途的说明图。
图12是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图11以后的中途的说明图。
图13是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图12以后的中途的说明图。
图14是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图13以后的中途的说明图。
图15是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图14以后的中途的说明图。
图16是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图15以后的中途的说明图。
图17是本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图16以后的说明图。
图18是本发明的实施例2的半导体受光元件的结构说明图。
图19是本发明的实施例3的半导体受光元件的结构说明图。
图20是以往的将Ge作为光吸收层的光电二极管的简要的剖视图。
具体实施方式
在这里，参照图1以及图2，对本发明的实施方式的半导体受光元件进行说明。图1是本发明的半导体受光元件的立体图以及侧剖视图，图2是本发明的半导体受光元件的俯视图以及剖视图。在表面是单晶Si层14的基板11上形成依次层叠有第一导电型Si层16、未掺杂Ge层17、以及第二导电型Ge层18的PIN型光电二极管15。
在由未掺杂Ge层17/第二导电型Ge层18构成的层叠结构的周围的至少一部分设置Ge电流阻挡机构19，在第二导电型Ge层18上设置第二导电型用接触电极22。另一方面，设置与第一导电型Si层16连接的第一导电型用接触电极23。
该Ge电流阻挡机构典型的是从基板11侧开始依次层叠有第二导电型Ge层20以及第一导电型Ge层21的结构。其结果为，在第二导电型用接触电极22与第一导电型用接触电极23之间形成由第二导电型Ge层18/第一导电型Ge层21/第二导电型Ge层20/第一导电型Si层16构成的晶闸管结构。
若形成晶闸管结构，则在晶闸管结构中在反向击穿电压以下的反向偏压时不流过相反方向电流。因此，晶闸管结构作为防止在未掺杂Ge层17中产生的光载流子的向周边部的扩散的载流子阻挡层发挥功能。其结果为，载流子路径被狭窄化，元件电容减少。同时，也能够减少由光载流子的漂移引起的耗尽层内重组以及由缺陷引起的陷阱。
PIN型光电二极管15的形状典型的是长方体状，也可以除了一个侧面以外的其它3个侧面与Ge电流阻挡机构19抵接。在该情况下，也可以为在未与Ge电流阻挡机构19抵接的一个侧面，条纹状单晶Si芯层24经由锥体波导25与第一导电型Si层16连接。
像这样，通过用由Ge构成的Ge电流阻挡机构19包围PIN型光电二极管15的周围，在未掺杂Ge层17的周边部产生的应变松弛不会传播至未掺杂Ge层17。因此，不会产生由拉伸应变的减少引起的未掺杂Ge层17的吸收端的短波化。
或者也可以用Ge电流阻挡机构19包围PIN型光电二极管15的全部的侧面，在该情况下也可以将PIN型光电二极管15的顶面作为光入射面。另外，典型地，基板11也可以是单晶Si基板。使用在结晶的Si基板12上经由SiO2膜13设置有单晶Si层14的SOI基板。
在形成该半导体受光元件的情况下，实施向表面是单晶Si层14的基板11的表面的至少一部分离子注入第一导电型杂质并活性化的退火来使未掺杂Ge层17在离子注入有第一导电型杂质的第一导电型Si层16区域上生长。接着，在未掺杂Ge层17的表面形成覆盖光电二极管形成区域的第一电介质掩模，以第一电介质掩模为掩模向未掺杂Ge层17的露出部离子注入2导电型杂质，形成第二导电型Ge层20。
接着，以第一电介质掩模为掩模向注入有第二导电型杂质的未掺杂Ge层17的露出部比第二导电型杂质较浅地注入第一导电型杂质来用第一导电型杂质补偿表面而形成第一导电型Ge层21。接着，也可以形成仅露出光电二极管形成区域的第二电介质掩模，将该第二电介质掩模作为掩模向露出的未掺杂Ge层17的表面注入第二导电型杂质而形成第二导电型Ge层18。
此外，也可以对单晶Si层14进行蚀刻形成与光电二极管区域连接的锥体波导25、和与锥体波导25连接的条纹状单晶Si芯层24。
另外，作为未掺杂Ge层17的生长工序，优选使用由为了通过二维生长形成平坦的层而在相对低温下生长的第一生长工序、以及能够高质量的结晶的生长的在相对高温下生长的第二生长工序构成的二个阶段生长工序。此外，作为未掺杂Ge层17的生长方法，典型的是减压化学气相生长法或者分子束外延生长法。
根据本发明的实施方式，由于在成为光吸收层的未掺杂Ge层17的周围设置有Ge层，所以抑制松弛变形，抑制未掺杂Ge层17的吸收端的短波化。与此同时，能够减少元件电容的减少以及由缺陷引起的光载流子的陷阱。其结果为，能够同时实现在较宽的波长带的动作、和较高的高速响应/响应效率。
实施例1
接下来，参照图3至图10，对本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序进行说明。此外，图3至图9中的图(a)是示意性的立体图，图(b)是沿着图(a)中的单点划线的平行四边形的剖视图。首先，如图3所示，准备在主面为(001)的Si基板31上经由厚度为3.0μm的BOX层32设置有厚度为0.3μm的单晶的i型Si层33的SOI基板。
接着，在i型Si层33上涂覆抗蚀剂，通过电子束光刻对Si无缘波导形状进行曝光，并进行利用湿式蚀刻的显影。接着，通过ICP(感应耦合型等离子体)干式蚀刻，形成由芯层35和板部36构成的Si脊形波导34。此外，在与i型Si层33接触的一侧设置锥体部37。
接着，如图4所示，在整个面上通过CVD法沉积SiO2膜，并进行刻画图案，形成仅对形成受光部以及晶闸管部的区域开口的离子注入掩模38。接着，以离子注入掩模38为掩模离子注入B。该情况下的注入能量是40keV，剂量是5.0×1014cm-2。接着，在使离子注入的B活性化的1050℃下进行1秒的退火处理来形成p型Si层39。p型Si层39的杂质浓度为1.0×1018cm-3～3.0×1019cm-3。
接着，如图5所示，设置由SiO2膜构成的选择生长掩模40，使用减压CVD法使厚度为0.8μm的i型Ge层41选择生长。在该情况下，使用GeH4作为原料气体，使用H2作为载流子气体，首先，在400℃的低温下，生长0.1μm，接着，在700℃的高温下生长0.7μm。
接着，如图6所示，形成仅使形成晶闸管结构的部分开口的由SiO2膜构成的离子注入掩模42。接着，通过以该离子注入掩模42为掩模离子注入P来对i型Ge层41整体进行掺杂。该情况下的注入能量为600keV，剂量为1.0×1014cm-2。其结果为，n型Ge层43的杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1018cm-3。
接着，如图7所示，将相同的离子注入掩模42作为掩模，较浅地离子注入B，仅补偿上侧的0.5μm作为p型Ge层44，下侧的0.3μm不被补偿而作为n型Ge层43保留。此外，该情况下的注入能量为100keV，剂量为3.0×1014cm-2。其结果为，p型Ge层44中的杂质浓度成为1.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3。
接着，如图8所示，在用氢氟酸除去离子注入掩模42后，重新形成仅使光电二极管形成区域开口的由SiO2膜构成的离子注入掩模45。将该离子注入掩模45作为掩模，离子注入P使上侧的0.3μm的部分成为n型Ge层46。该情况下的注入能量为40keV，剂量为1.0×1014cm-2。其结果为，n型Ge层46的杂质浓度成为4.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3，距离表面0.3μm的位置的杂质浓度成为1.0×1016cm-3。
接着，如图9所示，在用氢氟酸除去了离子注入掩模45后，在1050℃下进行1秒的活性化退火使注入的杂质活性化。接着，在使用减压CVD法使成为上部覆盖层47并且在元件部中成为钝化膜的SiO2膜沉积后，通过CMP(化学机械研磨)法使SiO2膜与Ge层的表面平坦化。
接着，虽然在图中省略，但在平坦化的表面涂覆抗蚀剂通过电子束光刻对接触孔形状进行曝光，并进行利用湿式蚀刻的显影。接着，通过ICP干式蚀刻法和利用HF的湿式蚀刻法，形成接触孔。
接着，在通过溅射法使成为阻挡金属的TiN膜成膜后，用Al填埋接触孔。接着，在除去接触孔的形成所使用的抗蚀剂的同时，通过剥离沉积在抗蚀剂上的Al来形成n侧电极48以及p侧电极49，从而完成本发明的实施例1的半导体受光元件的基本结构。
图10是本发明的实施例1的半导体受光元件的结构说明图，图10(a)是上表面图，图10(b)是沿着连结图10(a)中的A-A′的单点划线的剖视图。如图所示，由于由n型Ge层46/i型Ge层41/p型Si层39构成的PIN型光电二极管的3个侧面被p型Ge层44/n型Ge层43包围，所以抑制3个端面的应变松弛的影响波及PIN型光电二极管部。另外，在PIN型光电二极管的两个侧面形成由n型Ge层46/p型Ge层44/n型Ge层43/p型Si层39构成的晶闸管结构作为电流阻挡层发挥功能，所以能够减少漏电流。此外，在与光入射面相反的一侧，形成有由n型Ge层46/p型Ge层44/n型Ge层43/i型Si层33/p型Si层39构成的疑似晶闸管的电流阻挡机构。
入射至芯层35的信号光经由锥体部37传播至p型Si层39，通过倏逝波耦合，传播至i型Ge层41并被吸收，作为电信号从n侧电极48被取出。此外，p侧电极49通常被设定为接地电位。
实施例2
接下来，参照图11至图18，对制造本发明的实施例2的半导体受光元件的工序进行说明，但仅使导电型反转而基本的工序与上述实施例1相同。此外，图11至图17的图(a)是示意性的立体图，图(b)是沿着图(a)的单点划线的平行四边形的剖视图。首先，如图11所示，准备在主面为(001)的Si基板51上经由厚度为3.0μm的BOX层52设置有厚度为0.3μm的单晶的i型Si层53的SOI基板。
接着，在i型Si层53上涂覆抗蚀剂，通过电子束光刻对Si无缘波导形状进行曝光，并进行利用湿式蚀刻的显影。接着，通过ICP干式蚀刻，形成由芯层55和板部56构成的Si脊形波导54。此外，在与i型Si层53接触的一侧设置锥体部57。
接着，如图12所示，在整个面通过CVD法沉积SiO2膜，进行刻画图案，形成仅使形成受光部以及晶闸管部的区域开口的离子注入掩模58。接着，将离子注入掩模58作为掩模离子注入P。该情况下的注入能量是150keV，剂量是5.0×1014cm-2。接着，在使离子注入了B活性化的1050℃下进行1秒的退火处理来形成n型Si层59。n型Si层59的杂质浓度为1.0×1018cm-3～3.0×1019cm-3。
接着，如图13所示，设置由SiO2膜构成的选择生长掩模60，使用减压CVD法使厚度为0.8μm的i型Ge层61选择生长。在该情况下，使用GeH4作为原料气体，使用H2作为载流子气体，首先，在600℃的低温下生长0.1μm，接着，在700℃的高温下生长0.7μm。
接着，如图14所示，形成仅使形成晶闸管结构的部分开口的由SiO2膜构成的离子注入掩模62。接着，通过将该离子注入掩模62作为掩模离子注入B对i型Ge层61整体进行掺杂。该情况下的注入能量为200keV，剂量为3.0×1014cm-2。其结果为，p型Ge层63的杂质浓度成为2.0×1018cm-3～6.0×1018cm-3。
接着，如图15所示，将相同的离子注入掩模62作为掩模，较浅地离子注入P，仅补偿上侧的0.5μm成为n型Ge层64，下侧的0.3μm不被补偿而作为p型Ge层63保留。此外，该情况下的注入能量为350keV，剂量为8.0×1014cm-2。其结果为，n型Ge层64的杂质浓度成为1.0×1018cm-3～3.0×1019cm-3。
接着，如图16所示，在用氢氟酸除去了离子注入掩模62后，重新形成仅使光电二极管形成区域开口的由SiO2膜构成的离子注入掩模65。将该离子注入掩模65作为掩模，离子注入B使上侧的0.3μm的部分成为p型Ge层66。该情况下的注入能量为20keV，剂量为2.0×1014cm-2。其结果为，p型Ge层66的杂质浓度成为50×1018cm-3～2.0×1019cm-3，距离表面0.3μm的位置的杂质浓度成为1.0×1016cm-3。
接着，如图17所示，在用氢氟酸除去离子注入掩模65后，在1050℃下进行1秒的活性化退火来使注入的杂质活性化。接着，在使用减压CVD法使成为上部覆盖层67和在元件部中成为钝化膜的SiO2膜沉积后，通过CMP法使SiO2膜和Ge层的表面平坦化。
接着，虽然图中省略，但在平坦化的表面涂覆抗蚀剂通过电子束光刻对接触孔形状进行曝光，进行利用湿式蚀刻的显影。接着，通过ICP干式蚀刻法和利用HF的湿式蚀刻法，形成接触孔。
接着，在通过溅射法使成为阻挡金属的TiN膜成膜后，用Al填埋接触孔。接着，在除去接触孔的形成所使用的抗蚀剂的同时，通过剥离沉积在抗蚀剂上的Al并形成p侧电极68以及n侧电极69，从而完成本发明的实施例2的半导体受光元件的基本结构。
图18是本发明的实施例2的半导体受光元件的结构说明图，图18(a)是上表面图，图18(b)是沿着连结图18(a)的A-A′的单点划线的剖视图。如图所示，由于由p型Ge层66/i型Ge层61/n型Si层59构成的PIN型光电二极管的3个侧面被n型Ge层64/p型Ge层63包围，所以抑制3个端面的应变松弛的影响波及PIN型光电二极管部。另外，在PIN型光电二极管的两个侧面形成由p型Ge层66/n型Ge层64/p型Ge层63/n型Si层59构成的晶闸管结构作为电流阻挡层发挥功能，所以能够减少漏电流。此外，在与光入射面相反的一侧，形成由p型Ge层66/n型Ge层64/p型Ge层63/i型Si层53/n型Si层59构成的疑似晶闸管的电流阻挡机构。
入射至芯层55的信号光经由锥体部57传播至n型Si层59，通过倏逝波耦合，传播至i型Ge层61并被吸收，作为电信号从p侧电极68被取出。此外，n侧电极69通常被设定为接地电位。
实施例3
接下来，参照图19，对本发明的实施例3的半导体受光元件进行说明，但除了不设置Si脊形波导而作为单纯的受光元件以外，基本的制造工序与上述实施例1相同，所以仅表示最终的结构。此外，图19(a)是上表面图，图19(b)是沿着连结图19(a)的A-A′的单点划线的剖视图。
准备在主面为(001)的Si基板71上经由厚度为3.0μm的BOX层72设置有厚度为0.3μm的单晶的i型Si层的SOI基板。接着，在i型Si层上形成仅使形成受光部以及晶闸管部的区域开口的离子注入掩模，将该离子注入掩模作为掩模离子注入B。该情况下的注入能量是40keV，剂量是5.0×1014cm-2。接着，在使离子注入的B活性化的1050℃下进行1秒的退火处理形成p型Si层73。p型Si层73的杂质浓度为1.0×1018cm-3～3.0×1019cm-3。
接着，设置由SiO2膜构成的选择生长掩模，使用减压CVD法在p型Si层73上使厚度为0.8μm的i型Ge层74选择生长。在该情况下，使用GeH4作为原料气体，使用H2作为载流子气体，首先，在400℃的低温下生长0.1μm，接着，在700℃的高温下生长0.7μm。
接着，形成仅使形成晶闸管结构的部分开口的由SiO2膜构成的离子注入掩模，通过将该离子注入掩模作为掩模离子注入P来对i型Ge层74整体进行掺杂。该情况下的注入能量为600keV，剂量为1.0×1014cm-2。其结果为，n型Ge层75的杂质浓度成为1.0×1018cm-3～2.0×1018cm-3。
接着，将相同的离子注入掩模作为掩模，较浅地离子注入B，仅补偿上侧的0.5μm作为p型Ge层76，下侧的0.3μm不被补偿而作为n型Ge层75保留。此外，该情况下的注入能量为100keV，剂量为3.0×1014cm-2。其结果为，p型Ge层76的杂质浓度成为1.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3。
接着，在用氢氟酸除去了离子注入掩模后，重新形成仅使光电二极管形成区域开口的由SiO2膜构成的离子注入掩模。将该离子注入掩模作为掩模，离子注入P使上侧的0.3μm的部分成为n型Ge层77。该情况下的注入能量为40keV，剂量为1.0×1014cm-2。其结果为，n型Ge层77的杂质浓度成为4.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3，距离表面0.3μm的位置的杂质浓度成为1.0×1016cm-3。
接着，在用氢氟酸除去了离子注入掩模后，在1050℃下进行1秒的活性化退火使注入的杂质活性化。接着，在沉积了成为钝化膜78的SiO2膜后，通过CMP法使SiO2膜和Ge层的表面平坦化。
接着，在平坦化的表面涂覆抗蚀剂通过电子束光刻对接触孔形状进行曝光，并进行利用湿式蚀刻的显影。接着，通过ICP干式蚀刻法和利用HF的湿式蚀刻法，形成接触孔。
接着，在通过溅射法使成为阻挡金属的TiN膜成膜后，用Al填埋接触孔。接着，在除去接触孔的形成所使用的抗蚀剂的同时，通过剥离沉积在抗蚀剂上的Al并形成环状的n侧电极79以及p侧电极80，从而完成本发明的实施例3的半导体受光元件的基本结构。
像这样，在本发明的实施例3中，由于PIN型光电二极管的全部的侧面被p型Ge层76/n型Ge层75包围，所以完全抑制端部的应变松弛的影响波及到PIN型光电二极管部。另外，由于在PIN型光电二极管的整个周围形成由n型Ge层77/p型Ge层76/n型Ge层75/p型Si层73构成的晶闸管结构作为电流阻挡层发挥功能，所以能够减少漏电流。
在该实施例3的半导体受光元件中，在图中，光从上方入射并透过n型Ge层77而被i型Ge层74吸收，作为电信号从n侧电极79被取出。在该情况下，p侧电极80被设定为接地电位。
符号说明
11…基板；12…Si基板；13…SiO2膜；14…单晶Si层；15…PIN型光电二极管；16…第一导电型Si层；17…未掺杂Ge层；18…第二导电型Ge层；19…Ge电流阻挡机构；20…第二导电型Ge层；21…第一导电型Ge层；22…第二导电型用接触电极；23…第一导电型用接触电极；24…条纹状单晶Si芯层；25…锥体波导；26…上部覆盖层31、51、71…Si基板；32、52、72…BOX层；33、53…i型Si层；34、54…Si脊形波导；35、55…芯层；36、56…板部；37、57…锥体部；38、58…离子注入掩模；39、73…p型Si层；40、60…选择生长掩模；41、61、74…i型Ge层；42、62…离子注入掩模；43、75…n型Ge层；44、76…p型Ge层；45、65…离子注入掩模；46、77…n型Ge层；47、67…上部覆盖层；48、79…n侧电极；49、80…p侧电极；59…n型Si层；63…p型Ge层；64…n型Ge层；66…p型Ge层；68…p侧电极；69n侧电极；78钝化膜；81…Si基板；82…BOX层；83…Si层；84…p型Si高台部；85…p型Si板部；86…i型Ge光吸收层；87…n++型Ge接触层；88…p++型Si接触部；89…氧化膜；90、91…芯棒；92…n侧电极；93…p侧电极。

Claims (9)

1.一种半导体受光元件，其特征在于，具有：
基板，其表面是单晶Si层；
PIN型光电二极管，其在所述基板上依次层叠有第一导电型Si层、未掺杂Ge层、以及与所述第一导电型相反导电型的第二导电型Ge层；
Ge电流阻挡机构，其设置于由所述未掺杂Ge层/所述第二导电型Ge层构成的层叠结构的周围的至少一部分；
第二导电型用接触电极，其设置于所述第二导电型Ge层；以及
第一导电型用接触电极，其设置于所述第一导电型Si层。
2.根据权利要求1所述的半导体受光元件，其特征在于，
所述Ge电流阻挡机构是从基板侧开始按顺序依次层叠有第二导电型Ge层和第一导电型Ge层的结构，
在所述第二导电型用接触电极与所述第一导电型用接触电极之间形成有由第二导电型Ge层-第一导电型Ge层-第二导电型Ge层-第一导电型Si层构成的晶闸管结构。
3.根据权利要求2所述的半导体受光元件，其特征在于，
所述PIN型光电二极管的形状是长方体状，一个侧面以外的其它三个侧面与所述Ge电流阻挡机构抵接。
4.根据权利要求3所述的半导体受光元件，其特征在于，
在未与所述Ge电流阻挡机构抵接的一个侧面，条纹状单晶Si芯层经由锥体波导与所述第一导电型Si层连接。
5.根据权利要求1或2所述的半导体受光元件，其特征在于，
所述PIN型光电二极管的全部侧面被所述Ge电流阻挡机构包围，所述PIN型光电二极管的顶面是光入射面。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体受光元件，其特征在于，
所述基板是在单晶Si基板上经由SiO2膜设置有单晶Si层的SOI基板。
7.一种半导体受光元件的制造方法，其特征在于，包含：
向表面是单晶Si层的基板的表面的至少一部分离子注入第一导电型杂质而活性化的退火工序；
至少在离子注入了所述第一导电型杂质后的第一导电型Si区域上生长未掺杂Ge层的工序；
在所述未掺杂Ge层的表面形成覆盖光电二极管形成区域的第一电介质掩模的工序；
以所述第一电介质掩模为掩模向所述未掺杂Ge层的露出部离子注入与所述第一导电型相反的导电型的第二导电型杂质的工序；
以所述第一电介质掩模为掩模向所述未掺杂Ge层的露出部比所述第二导电型杂质浅地注入第一导电型杂质来以第一导电型杂质补偿表面的工序；
形成仅使所述光电二极管形成区域露出的第二电介质掩模的工序；以所述第二电介质掩模为掩模向露出的所述未掺杂Ge层的表面注入第二导电型杂质的工序；以及
使所述注入的各杂质活性化的退火工序。
8.根据权利要求7所述的半导体受光元件的制造方法，其特征在于，
具有对所述单晶Si层进行蚀刻来形成与所述光电二极管区域连接的锥体波导部、以及与所述锥体波导部连接的条纹状芯层的工序。
9.根据权利要求7或8所述的半导体受光元件的制造方法，其特征在于，
所述未掺杂Ge层的生长方法是减压化学气相生长法或者分子束外延生长法中的任意一种。
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