DE69303042T2

DE69303042T2 - Verfahren zur Herstellung von lichtempfindlichen Halbleitervorrichtungen

Info

Publication number: DE69303042T2
Application number: DE69303042T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Iguchi; Takashi Iwasaki; Naoyuki Yamabayashi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: CA2088800A1; KR930018061A; EP0554846A1; DE69303042D1; EP0554846B1; US5316956A; DK0554846T3; KR960009702B1; JPH05218484A; JP3288741B2; CA2088800C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiter-Lichtempfangselementen und spezieller auf ein Verfahren zum effektiven Herstellen einer PIN-Konstruktion in einen Verbundhalbleiter-Dünnfiln mit hoher Ausbeute durch ein Dampfaufwachsungsverfahren, welcher auf einem InP-Substrat aufwachsen gelassen wird, geeignet für die Herstellung der Halbleiter-Lichtempfangselenente, die bevorzugt auf ein optisches Kommunikationssysten oder zur Messung in einer Wellenlänge von mehr als 0,9 µm (allgemein 1,25 bis 1,60 µm) angewendet werden.

Beschreibung des technischen Hintergrundes

Bein Herstellen der Halbleiter-Lichtempfangselemente wird zuerst ein Mischkristall aus InGaAs auf einem InP-Substrat mittels eines Dampfaufwachsverfahrens aufwachsen gelassen, um eine Lichtempfangsschicht zu bilden, und dann wird eine Verunreinigung vom p-Typ in die Lichtempfangsschicht vom N-Typ mit einer niedrigen Trägerdichte eingeführt, um einen Verarmungsabschnitt zu bilden. In dem Verarmungsabschnitt wird ein optisches Signal, welches auf die Halbleiter- Lichtempfangselemente einfällt, in ein elektrisches Signal umgewandelt. Normalerweise wird der Verarmungsabschnitt durch Einbringen einer p-Typ-Verunreinigung, wie etwa Zn, Cd, Be oder Mg, in den epitaxialen Kristall der Lichtempfangsschicht durch ein thermisches Diffusionsverfahren gebildet. Dann werden ein Film zum Verhindern, daß einfallendes Licht reflektiert wird, und eine Signalableitelektrode auf der Oberfläche der Halbleiter-Lichtempfangselemente gebildet.
Die Größe eines epitaxialen Wafers ist ungefähr ein Quadrat- Inch (1 inch² = 6,45 cm²) aufgrund beschränkender Umstände bei der Waferverarbeitung. Deshalb wird die Konfiguration eines Wafers durch die Zusammensetzungsverteilung der epitaxialen Schicht nicht beeinflußt. Um in dieser Situation Halbleiter-Lichtempfangselemente mit guter Qualität herzustellen, ist es erforderlich, daß die Zusammensetzungsverteilung der epitaxialen Schicht einheitlich ist, d.h. daß die Zusammensetzung der epitaxialen Schicht zum Kristallgitter des Substrates paßt.
Es sei angenommen, daß die epitaxiale Schicht auf einem Substrat in vergleichsweise großer Abmessung gebildet worden ist, beispielsweise mit einem Durchmesser von zwei Inches, mittels eines Dampfaufwachsungsverfahrens, um die Produktionsrate pro Wafer zu verbessern. Als Ergebnis wird die Konfiguration des Wafers durch die Zusammensetzungsverteilung der epitaxialen Schicht beeinflußt, und als Folge werden auf dem Wafer Auswölbungen (convexes) und Einwälbungen (concaves) gebildet. Die Auswölbungen und Einwölbungen, die so gebildet werden, bewirken eine Konzentration, was die Bildung eines defekten Kristalls und ein Anwachsen des Dunkelstroms bewirkt.
In dem Verfahren zum Herstellen der Halbleiter- Lichtempfangselemente sind Temperaturen zum Aufwachsen der epitaxialen Schicht, zum thermischen Diffundieren einer p-Typ-Verunreinigung, und zum Bilden eines Isolierfilms, höher als Raumtemperatur. Als Ergebnis wirken verschiedene thermische Belastungen auf dem Kristall der epitaxialen Schicht, was die Bildung eines defekten Kristalls oder die Zerstörung des Kristalls bewirkt.
Beim Bilden einer Lichtempfangsschicht, welche aus InGaAs auf einem Substrat aus InP besteht, wirkt Zugspannung auf dem Kristall der epitaxialen Schicht bei Raumtemperatur, wenn die Zusammensetzung der epitaxialen Schicht zum Kristallgitter des Substrats bei der Aufwachsungstemperatur der epitaxialen Schicht paßt, während, wenn die Zusammensetzung der epitaxialen Schicht bei Raumtemperatur zum Kristallgitter des Substrates paßt, Druckbelastung bei Aufwachsungstemperatur darauf wirkt. Diese Phänomene treten auf, weil der thermische Expansionskoeffizient von InGaAs höher ist als der von InP.
Bei dem thermischen Diffusionsverfahren wirkt nicht nur thermische Belastung auf den Kristall der epitaxialen Schicht, sondern es werden ebenfalls Verunreinigungen in das Kristallgitter der epitaxialen Schicht diffundiert. Als Ergebnis besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß der Kristall defekt wird, und demgemäß besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß bei einem thermischen Diffusionsprozeß der Dunkelstrom anwächst.
Die thermische Belastung wird durch die Dicke der epitaxialen Schicht beeinflußt. Das heißt, je größer die Dicke der epitaxialen Schicht ist, desto größer ist die thermische Belastung. Die Dicke des Lichtempfangsabschnittes der epitaxialen Schicht steht mit der Empfindlichkeit der Lichtempfangselemente im Zusammenhang. Bevorzugt ist die Dicke der Lichtempfangsschicht hinsichtlich der Empfindlichkeit der Lichtempfangselemente groß.
Der Artikel von Y. Miura et al., 2nd Int. Conf. on InP and related materials, 23. April 1990, Denver, Co, Seiten 104-107 entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bietet ein Verfahren zum wirksamen Herstellen mit hoher Ausbeute von Halbleiter-Lichtempfangselernenten, wenn das Gitterfehlanpassungsverhältnis der Lichtempfangsschicht zu InP eine Verteilung in einem Wafer aufweist, welche durch die Zusammensetzungsverteilung einer epitaxialen Schicht beeinflußt wird.
Um diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen vorgesehen, mit den Schritten: Bilden einer epitaxialen Schicht einschließlich einer Lichtempfangsschicht, die gebildet ist wenigstens aus InGa und As auf einem n-InP-Substrat durch Zuführen von wenigstens In-Gas, Ga-Gas und As-Gas zur Oberfläche des n-InP-Substrats von einer Seite eines Behälters, welcher das n-InP-Substrat aufnimmt; Bilden einer p-Typ-Schicht in der Konfiguration einer schwimmenden Insel durch thermisches Diffundieren einer p-Typ-Verunreinigung in die Lichtempfangsschicht; und Separieren des n-JnP-Substrats, auf welchem die p-Typ-Schicht gebildet worden ist, in Halbleiter-Lichtempfangselemente. Die Separierung des n-JnP-Substrats in Halbleiter- Lichtempfangselemente wird nur in dem Gebiet durchgeführt, in welchem ein Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a der Lichtempfangsschicht zu InP, welche sich linear von der Gaszuführungsseite des Behälters zur stromabwärtigen Seite davon ändert, größer als -0,20% und kleiner als 0% in der folgenden Gleichung ist:
Δa/a = [{(Gitterkonstante der Lichtempfangsschicht) -(Gitterkonstante von InP)}/(Gitterkonstante von InP)] x 100 (%).
Bevorzugt umfaßt die epitaxiale Schicht eine n-InP-Schicht, die auf dem n-InP-Substrat gebildet ist, die auf der n-InP- Schicht gebildete Lichtempfangsschicht, und eine auf der Lichtempfangsschicht gebildete InP-Schicht.
Es sei angenommen, daß die Lichtempfangsschicht aus InxGa1-xAs (0 ≤ x ≤ 1) zusammengesetzt ist, es ist zu bevorzugen, daß die Zusammensetzung der Lichtempfangsschicht ist: 0,50 ≤ x ≤ 0,53.
In-Gas, Ga-Gas, As-Gas, und P-Gas werden dem n-InP-Substrat zugeführt, so daß die Lichtempfangsschicht aus InxGa1-xAsyP1-y (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1) zusammengesetzt sein kann.
Die epitaxiale Schicht wird durch ein Dampfaufwachsverfahren gebildet. Bevorzugt wird ein Chloridverfahren verwendet, um Chloridgas als das In-Gas, Ga-Gas und, zusätzlich, P-Gas und As-Gas zu erhalten, die durch Dekomposition von diesen Chloriden gebildet werden.
Bevorzugt ist die Dicke der Lichtempfangsschicht größer als 2,0 µm und kleiner als 6,0 µm, wenn die Zusammensetzung der Lichtempfangsschicht in dem oben beschriebenen Bereich ist. Als die p-Typ-Verunreinigung kann Zn, Be, Mg oder Cd ausgewählt werden.
Gemäß dem obigen Verfahren wird das n-InP-Substrat in Halbleiter-Lichtempfangselernente nur in dem Gebiet unterteilt, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a der Lichtempfangsschicht, die in dem Wafer verteilt ist, zu InP größer als -0,20% und kleiner als 0% ist. Das Gitterfehlanpassungsverhältnis steht in einem linearen Zusammenhang zur Zusammensetzung der Lichtempfangsschicht. Wenn angenommen wird, daß die Lichtempfangsschicht aus InxGa1-xAs hergestellt ist, entspricht der Bereich des Gitterfehlanpassungsverhältnisses Δa/a größer als -0,20% und kleiner als 0% 0,50 ≤ x ≤ 0,53. Beim Durchführen von Vorrichtungsverarbeitung und Separieren des n-InP-Substrats in Halbleiter-Lichtempfangselernente in dem oben beschriebenen Bereich des Gitterfehlanpassungsverhältnisses Δa/a kann der Dunkelstrom der hergestellten Halbleiter- Lichtempfangselemente kleiner gemacht werden als 1,0 nA. Somit können Halbleiter-Lichtempfangselemente mit einer gewünschten Empfindlichkeit wirksam und mit hoher Ausbeute hergestellt werden, wobei der erzeugte Dunkelstrom unterhalb einem gewünschten Wert ist, obwohl ein Substrat mit einer Größe von mehr als zwei Inches verwendet wird, welches die Konfiguration eines Wafers beeinflussen kann.
Weil ein Chloridverfahren beim Bilden der epitaxialen Schicht durch ein Dampfaufwachsungsverfahren verwendet wird, um Chloridgas als das In-Gas, Ga-Gas und, zusätzlich, P-Gas und As-Gas zu erhalten, welche durch Dekomposition von diesen Chloriden gebildet werden, kann ein hochgradig reiner Kristall stabil erhalten werden.
Es kann eine vorbestimmte Empfindlichkeit erhalten werden, und es wird kein defekter Kristall etwa aufgrund einer nicht passenden Dislokation (misfit dislocation) gebildet, durch Einstellen der Zusammensetzung der Lichtempfangsschicht auf den oben beschriebenen Bereich, und der Dicke der Lichtempfangsschicht, größer als 2 µm und kleiner als 6,0 µm zu sein.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, welche zeigen:
Fig. 1 ist eine schematische Prozeßdarstellung, welche ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, welche die Konstruktion von Halbleiter-Lichtempfangselementen zeigt, die mittels des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, welche ein Vorrichtung zum Bilden einer epitaxialen Schicht mittels eines Darnpfaufwachsungsverfahrens zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, welche die Verteilung eines Gitterfehlanpassungsverhältnisses in einem Wafer zeigt;
Fig. 5 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einem Gitterfehlanpassungsverhältnis und der Zusammensetzung von InGaAs zeigt;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, welche die Verteilung der Auswölbungen und Einwölbungen der Wachstumsoberfläche der epitaxialen Schicht zeigt;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, welche ein Beispiel einer Musterbildung zeigt;
Fig. 8 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Fluß von zugeführtem Gas und der Verteilung eines Gitterfehlanpassungsverhältnisses zeigt;
Fig. 9 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Fluß von zugeführtem Gas und der Verteilung eines Dunkelstroms zeigt; und
Fig. 10 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Dicke einer Lichtempfangsschicht und einer Quanteneffizienz zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Vor der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird angemerkt, daß gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern in den begleitenden Zeichnungen bezeichnet sind.
Ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Fotodiode vom PIN-Typ umfaßt eine epitaxiale Schicht 10, die mit einer Dicke von 350 µm mittels eines Dampfaufwachsungsverfahrens auf einem n- InP-Substrat 2 gebildet ist und mit einer n-seitigen Elektrode 1 verbunden ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die epitaxiale Schicht 10 umfaßt eine InP-Pufferschicht 3 mit der Dicke von 2 µm, eine Lichtempfangsschicht, welche aus InGaAs mit einer Dicke von 4 µm besteht, eine InP-Fensterschicht 5 mit der Dicke von 2 µm; eine p-Typ-Schicht 6, die in der Konfiguration einer schwimmenden Insel durch Diffundieren von Zn als p-Typ-Verunreinigung auf der Lichtempfangsschicht 4 mittels eines thermischen Diffusionsverfahrens gebildet ist; einen Reflexionsverhinderungsfilm 7 und eine p-seitige Elektrode 9, die auf der p-Typ-Schicht gebildet sind; und einen auf der InP-Fensterschicht 5 gebildeten Isolierfilm 8.
Die InP-Pufferschicht 3, die Lichtempfangsschicht 4 und die InP-Fensterschicht 5 werden wie folgt auf dem n-InP-Substrat mittels des Dampfaufwachsungsverfahrens gebildet (Prozeß 1.)
Wie schematisch in Fig. 3 gezeigt ist, werden In-Gas, Ga-Gas, P-Gas und As-Gas sequentiell von der strornaufwärtigen Seite eines Quarzbehälters 16 zur stromabwärtigen Seite davon mittels eines bekannten Verfahrens parallel zu einer Oberfläche des n-InP-Substrats 1 sequentiell zugeführt, wobei der Quarzbehälter 16 das n-InP-Substrat 2 horizontal aufnimmt, welches einen Durchmesser von zwei Inches (5 cm) hat und mittels einer Heizeinrichtung 15 auf 680º erwärmt wird. Auf diese Weise werden die InP-Pufferschicht 3, die Lichtempfangsschicht 4 und die InP-Fensterschicht 5 sequentiell epitaxial auf dem n-InP-Substrat 2 aufwachsen gelassen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Chloridverfahren verwendet, um Chloridgas wie das In-Gas, Ga-Gas, und zusätzlich, P-Gas und As-Gas zu erhalten, die durch Dekomposition von diesen Chloriden gebildet werden. Auf diese Weise kann stabil ein hochgradig reiner Kristall erhalten werden.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, hat in der epitaxialen Schicht 10, die auf dem n-InP-Substrat 2 gebildet ist, das Gitterfehlanpassungsverhältnis der Lichtempfangsschicht 4 zu InP (im folgenden als Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a bezeichnet) eine Verteilung, welche in der Richtung von der Gaszuführungsseite des Quarzbehälters 16 zur stromabwärtigen Seite davon zunimmt.
Das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a wird durch die folgende Gleichung definiert:
Δa/a = [{(Gitterkonstante der Lichtempfangsschicht) -(Gitterkonstante von InP)}/(Gitterkonstante von InP)] x 100 (%).
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, steht das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a in einem linearen Zusammenhang zur Zusammensetzung von InGaAs, welches die Lichtempfangsschicht 4 bildet. Das heißt, das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a steht linear mit (x) von InxGa1-xAs im Zusammenhang. Demgemäß hat die Zusammensetzung von InGaAs eine Verteilung, welche von der Gaszuführungsseite des Quarzbehälters 16 linear zur stromabwärtigen Seite davon in gleicher Weise wie das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a anwächst.
Weil in diesem Ausführungsbeispiel die Zusammensetzung von InGaAs, nämlich das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a, in einem Wafer eine Verteilung, wie oben beschrieben, aufweist, wird auf der Aufwachsungsseite der epitaxialen Schicht 10 eine Wölbung erzeugt, und als Ergebnis werden Auswölbungen und Einwölbungen darauf erzeugt.
Wenn Fig. 4 und Fig. 6 miteinander verglichen werden, ist in dem Gebiet, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a positiv ist, die Oberfläche der epitaxialen Schicht 10 auf der Aufwachsungsseite davon konvex, während in dem Gebiet, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a negativ ist, die Oberfläche der epitaxialen Schicht 10 auf der Aufwachsungsseite davon konkav ist. Weil der Koeffizient von InGaAs, welches die Lichtempfangsschicht bildet, und der von InP voneinander verschieden sind, und die Dicke der Lichtempfangsschicht 4 kleiner ist als die vom InP-Substrat 2, stehen das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a und die Auswölbungen und Einwölbungen der Oberfläche der epitaxialen Schicht 10 auf der Aufwachsungsseite davon in einer Beziehung zueinander.
In einem Stück des Wafers, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a von InGaAs, welches die Lichtempfangsschicht 4 bildet, zum InP eine wie oben beschriebene Verteilung aufweist, wird eine Vorrichtungsverarbeitung nur in dem Gebiet durchgeführt, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a größer ist als -0,20% und kleiner als 0%, nämlich nur in dem Gebiet, das in Fig. 4 durch die gepunktete Linie gezeigt ist. Das Gebiet, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis kleiner ist als -0,20% und größer als 0%, wird von dem Wafer in einer Spaltenrichtung entfernt.
Der Grund dafür, daß die Vorrichtungsverarbeitung in dem Gebiet durchgeführt wird, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a kleiner als 0% ist, ist der, daß die Oberfläche der epitaxialen Schicht 10 auf der Aufwachsungsseite davon in dem Gebiet konvex ist, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a positiv ist, wie oben beschrieben wurde. Als Ergebnis tritt der folgende Nachteil bei der Vorrichtungsverarbeitung auf.
In einem thermischen Diffusionsprozeß und Elektrodenbildungsprozeß wird eine Vorrichtungsstruktur in einem fotografischen Transferprozeß gebildet. Wenn die Oberfläche der epitaxialen Schicht 10 konvex ist, variieren Belichtungsdauer und Brennweite abhängig von einem Ort, und es gibt wenige Orte, an welchen eine Fokussierung erreicht werden kann. Somit kann die Vorrichtungsverarbeitung nicht mit Genauigkeit durchgeführt werden.
Wenn eine Maske aus Hartglas gegen die Oberfläche der epitaxialen Schicht 10 in dem fotografischen Transferprozeß gedrückt wird, um den konvexen Abschnitt flach zu machen, konzentriert sich Belastung auf einem Punkt auf dem oberen Abschnitt des konvexen Abschnittes, was einen schlechten Einfluß auf den Kristall der epitaxialen Schicht 10 gibt. Ein Verbundhalbleiterkristall ist spröde und somit bricht der Kristall.
In dem Gebiet, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a 0% übersteigt, wird eine Vorrichtungsverarbeitung mit einer kleinen Ausbeute von Halbleiterlichtempfangselementen durchgeführt. Deshalb wird das Gebiet von dem Wafer in diesem Ausführungsbeispiel entfernt.
Andererseits ist in dem Gebiet, in welchem die Oberfläche der epitaxialen Schicht 10 auf der Aufwachsungsseite davon konkav ist, der Wölbungsgrad kleiner als das konvexe Gebiet. Somit kann das konkave Gebiet beim Bilden einer Vorrichtungsstruktur bevorzugtermaßen besser fokussiert werden als das konvexe Gebiet bei dem fotografischen Transferprozeß. Zusätzlich konzentriert sich eine Belastung nicht auf einem Punkt, obwohl das Hartglas gegen die Oberfläche der Epitaxialschicht 10 gedrückt wird, sondern wirkt verteilt auf das konkave Gebiet, was den Kristall der epitaxialen Schicht 10 nicht nachteilig beeinflußt.
Die Vorrichtungsverarbeitung wird in einem Gebiet durchgeführt, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a größer als -0,20% ist. Weil der Dunkelstrom der fertigen Halbleiterlichternpfangselemente 1,0 nA übersteigt und Rauschen so groß ist, daß es praktisch nicht verwendet werden kann.
Ein Wafer wird verarbeitet, nachdem das konvexe Gebiet entfernt worden ist.
Zuerst wird der Isolierfilm 8, der aus einem Material, wie etwa SiO&sub2;, SiON oder SiN besteht, auf der Aufwachsungsseite der epitaxialen Schicht 10 gebildet, wobei der Wafer in einem Behälter gehalten wird, in welchem die Temperatur auf 200ºC bis 300ºC eingestellt ist (Prozeß 2).
In Prozeß 3 wird eine Struktur gebildet.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wird ein Resist 8 auf die Oberfläche des Isolierfilms 8 aufgebracht, und dann wird oberhalb des Resists 18 eine Maske 19 entsprechend der auf dem Resist 18 zu bildenden Struktur oberhalb des Resists 18 angeordnet.
Die Maskenstruktur wird mittels eines Lichtstrahls, der von einer Lichtquelle 20 ausgesendet wird, "in plate" auf den Resist 18 gedruckt. Wie zuvor beschrieben wurde, kann eine Fokussierung zuverlässig erreicht werden, weil das konvexe Gebiet von dem Wafer entfernt worden ist.
In diesem Prozeß wird ein Hartkontaktverfahren zum Drücken eines (nicht gezeigten) transparenten Teils, wie etwa eines Hartglases, gegen die Maske 19 verwendet, um die Maske 19 in engen Kontakt mit der Oberfläche des Resists 18 zu bringen. Wie zuvor beschrieben wurde, verbleibt nur das konkave Gebiet auf dem Wafer. Demgemäß wird eine Belastung, die durch Drücken des transparenten Teils gegen die Maske 19 erzeugt wird, verteilt, was den Kristall der epitaxialen Schicht 10 nicht nachteilig beeinflußt.
Nachdem Belichtung und Drucken "in plate" ausgeführt sind, wird entwickelt und geätzt, um eine Öffnung in dem Isolierfum 8 zu bilden. Die Öffnung entspricht dem Lichtempfangsgebiet, nämlich der p-Typ-Schicht 6 der Lichtempfangsschicht 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Lichtempfangsgebietes 100 µm.
Dann wird die p-Typ-Verunreinigung thermisch in die Lichtempfangsschicht 4 hineindiffundiert, um die p-Typ- Schicht 6 und einen Verarmungsabschnitt (Prozeß 4.) zu bilden. In diesem Ausführungsbeispiel wird Zn als die p-Typ- Verunreinigung verwendet, jedoch können Be, Mg oder Cd verwendet werden.
Das thermische Diffusionsverfahren wird in einer abgedichteten Röhre durchgeführt, wie wohl bekannt ist. Die Verarbeitungstemperatur liegt im Bereich von 500ºC bis 600ºC.
Ähnlich dem Prozeß 3 werden der Reflexionsverhinderungsfilm 7 und die Elektrode 9 durch Strukturbildung gebildet, und dann wird der Wafer in Halbleiterlichtempfangselemente mit 500 µm im Quadrat separiert (Prozeß 6.).
Fig. 8 und 9 zeigen die Verteilung des Gitterfehlanpassungsverhältnisses Δa/a der Halbleiter- Lichtempfangselemente, die durch das Herstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel hergestellt sind bzw. die Verteilung eines Dunkelstroms. Fig. 8 und 9 zeigen nur ein Gebiet (B), welches mit strich-doppelpunktierten Linien in Fig. 4 gezeigt ist, weil das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a auf der Seite stromabwärts des Zentrums des Wafers positiv ist, und die Verteilung des Gitterfehlanpassungsverhältnisses Δa/a in dem Wafer symmetrisch um das Zentrum in Fig. 4 herum ist.
Wie oben beschrieben wurde, ist bestätigt worden, daß der zulässige Bereich eines Dunkelstroms der Halbleiter- Lichtempfangselemente kleiner als 1,0 nA ist, und daß in den Halbleiter-Lichternpfangselementen entsprechend dem Gebiet des Wafers, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a größer als -0,20% und kleiner als 0% ist, der Dunkelstrom der Halbleiter-Lichtempfangselemente kleiner ist als 1,0 nA.
Es kann bestätigt werden, daß in den Halbleiter- Lichtempfangselementen entsprechend dem Gebiet des Wafers, in welchem das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a kleiner als -0,20% ist, der Dunkelstrom davon 1,0 nA übersteigt.
Gemäß dem Verfahren dieses Ausführungsbeispiels ist der Dunkelstrom wesentlich kleiner als 1,0 nA, obwohl sich die Verarbeitungstemperatur in einem weiten Bereich von der Raumtemperatur bis auf 680ºC im Prozeß 1 bis Prozeß 6 ändert, und obwohl die p-Typ-Verunreinigung in die Lichtempfangsschicht 4 in dem thermischen Diffusionsverfahren bei einer Temperatur von 500 bis 600ºC eindiffundiert wird. Dieses exzellente Ergebnis wird auf die Vorrichtungsverarbeitung zurückgeführt, die nur durchgeführt wird, wenn das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a größer als -0,20% und kleiner als 0% bei Raumtemperatur ist. In solch einem Bereich des Gitterfehlanpassungsverhältnisses Δa/a hat der Kristall keinen Defekt, wie etwa nicht passende Dislokation (misfit dilocation) und weist nur Druckbelastung zwischen der epitaxialen Schicht und dem Substrat 2 auf, welches relaxiert wird, wenn bei der Vorrichtungsverarbeitung die Verarbeitungstemperatur hoch wird, beispielsweise in dem thermischen Diffusionsprozeß, weil der thermische Expansionskoeffizient von InGaAs, welches die Lichtempfangsschicht 4 bildet, größer als der von InP ist.
In der obigen Beschreibung ist die Dicke der Lichtempfangsschicht auf 4 µm eingestellt, jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Dicke der Lichtempfangsschicht 4 beeinflußt die Empfindlichkeit der Halbleiter-Lichtempfangselemente, und es existiert eine Beziehung, wie in Fig. 10 gezeigt ist, zwischen der Dicke der Lichternpfangsschicht und Quanteneffizienz. Somit ist es erforderlich, daß die Dicke der Lichtempfangsschicht 4 größer als 2 µm ist, um mehr als 90% des einfallenden Strahls zu absorbieren.
In dem Prozeß zum Aufwachsen der epitaxialen Schicht gemäß dem Ausführungsbeispiel wurden die Dicken der Lichtempfangsschichten 4 variiert, um die Empfindlichkeit der Halbleiter-Lichtempfangselemente zu untersuchen, und es wurde eine Röntgenstrahlentopographie durchgeführt.
Das Ergebnis ist, daß eine nicht passende Dislokation selbst dann beobachtet wurde, wenn das Gitterfehlanpassungsverhältnis Δa/a innerhalb des in dem Ausführungsbeispiel eingestellten Bereich war, nämlich größer als -0,20% und kleiner als 0%. Wenn die Dicke der Lichtempfangsschicht 4 auf 6,5 µm eingestellt war, wurde eine nicht passende Dislokation in der Umgebung des durch (C) in Fig. 6 gezeigten Gebietes beobachtet. Wenn die nicht passende Dislokation erzeugt wird, übersteigt offenbar der Dunkelstrom 1,0 nA. Es ist erforderlich, daß die Dicke der Lichtempfangsschicht 4 kleiner als 6 µm ist.
Das obige Experiment zeigt, daß es erforderlich ist, daß die Dicke der Lichtempfangsschicht 4 größer als 2,0 µm und kleiner als 6,0 µm ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann modifiziert werden.
Die Lichtempfangsschicht ist aus InGaAs in dem obigen Ausführungsbeispiel gebildet, kann jedoch aus InGaAsP durch Zuführen von In-Gas, Ga-Gas, As-Gas und P-Gas zum n-InP- Substrat in dem Prozeß des Bildens der epitaxialen Schicht durch ein Dampfaufwachsverfahren gebildet sein.
In dem Ausführungsbeispiel umfaßt die epitaxiale Schicht die InP-Pufferschicht, die Lichtempfangsschicht und die n-Typ- Fensterschicht, die in dem n-InP-Substrat gebildet ist, kann jedoch nur die Lichtempfangsschicht umfassen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ergeben sich verschiedene Anderungen und Modifikationen für den Fachmann. Solche Anderungen und Modifikationen fallen unter den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist, wenn sie nicht davon abweichen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen, mit den Schritten:

Bilden einer epitaxialen Schicht (10) einschließlich einer Lichtempfangsschicht (4), die gebildet ist wenigstens aus In, Ga und As auf einem n-InP-Substrat (2) durch Zuführen von wenigstens In-Gas, Ga-Gas und As- Gas parallel zu einer Oberfläche des n-InP-Substrats von einer Seite eines Behälters (16), welcher das n-InP- Substrat aufnimmt;

Bilden einer p-Typ-Schicht (6) in der Konfiguration einer schwimmenden Insel durch thermisches Diffundieren einer p-Typ-Verunreinigung in die Lichtempfangsschicht (4); und

Separieren des n-InP-Substrats (2), auf welchem die p-Typ-Schicht (6) gebildet worden ist, in Halbleiter- Lichtempfangselemente;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Separierung des n-InP-Substrats (2) in Halbleiter- Lichtempfangselemente nur in dem Gebiet durchgeführt wird, in welchem ein Gitterfehlanpassungsverhältnis (lattice mismatch ratio) Δa/a der Lichtempfangsschicht zu InP, welches sich linear von der Gaszuführungsseite des Behälters zur stromabwärtigen Seite davon ändert, größer als -0,20% und kleiner als 0% in der folgenden Gleichung ist:

Δa/a [{(Gitterkonstante der Lichtempfangsschicht) - (Gitterkonstante von InP)}/(Gitterkonstante von InP)] x 100 (%).

2. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach Anspruch 1, worin die epitaxiale Schicht eine n-Typ-InP-Schicht umfaßt, die Lichtempfangsschicht, und eine InP-Schicht, die sequentiell auf dem n-InP-Substrat gebildet werden, so daß die n-InP-Schicht auf dem n-InP-Substrat angeordnet ist, die Lichtempfangsschicht auf der n-Typ-InP-Schicht angeordnet ist, und die InP-Schicht auf der Lichtempfangsschicht angeordnet ist.

3. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangsschicht aus InGaAs hergestellt ist.

4. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselernenten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung von InxGa1-xAs, welches die Lichtempfangsschicht bildet, in dem Bereich von 0,50 ≤ x ≤ 0,53 ist.

5. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß In-Gas, Ga-Gas und As-Gas und P-Gas dem n-InP-Substrat zugeführt werden, um die Lichtempfangsschicht aus InGaAsP zu bilden.

6. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlichtempfangselernentes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material von In, Ga in ein Chloridgas geändert wird, und P, As-Gas von dem Chlorid von jenen Materialien zersetzt wird.

7. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Lichtempfangsschicht größer als 2,0 µm und kleiner als 6,0 µm ist.

8. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zn als die p-Typ- Verunreinigung gewählt ist.

9. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Be als die p-Typ- Verunreinigung gewählt ist.

10. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mg als die p-Typ- Verunreinigung gewählt ist.

11. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- Lichtempfangselementen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Cd als die p-Typ- Verunreinigung gewählt ist.