JP2008251729A - Manufacturing method of light-receiving element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a light-receiving element, capable of preventing a second conductivity-type impurity from diffusing on a first semiconductor layer of a light-receiving section. <P>SOLUTION: In a laminate in which a first semiconductor layer (6) made of a first conductivity-type InP and a second semiconductor layer (7) made of a second conductivity-type InP are sequentially formed on a semiconductor substrate (1), the manufacturing method of a semiconductor device (100) includes a step of forming a diffusion suppressing layer (8) containing at least any one of InGaAs and InGaAsP on at least one part of a light-receiving region (7a) of the second semiconductor layer, a step of forming an insulating layer (9) on the diffusion suppressing layer, and a step of thermally diffusing a second conductivity-type impurity into one part of the first semiconductor layer by executing thermal diffusion in an atmosphere containing the second conductivity-type impurity while using the diffusion suppressing layer and the insulating layer as thermal diffusion masks. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、受光素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a light receiving element.

第1の導電型の第1半導体層上に第2の導電型の第2半導体層が設けられた受光素子において、受光部周辺に第2の導電型の不純物の拡散アニールを行う工程を含む製造方法が知られている。この拡散アニール工程においては、受光部周辺の第1半導体層の一部に第2の導電型の不純物が拡散アニールされるように、拡散マスクとして絶縁膜を用いていた(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の技術で用いられている絶縁膜は、従来から拡散マスクとして用いられており、十分に拡散が防止されていると考えられていた。   In the light receiving element in which the second semiconductor layer of the second conductivity type is provided on the first semiconductor layer of the first conductivity type, the manufacturing includes the step of performing diffusion annealing of the impurity of the second conductivity type around the light receiving portion The method is known. In this diffusion annealing step, an insulating film is used as a diffusion mask so that the second conductivity type impurity is diffusion-annealed in a part of the first semiconductor layer around the light receiving portion (see, for example, Patent Document 1). ). The insulating film used in the technique of Patent Document 1 has been conventionally used as a diffusion mask, and it was thought that diffusion was sufficiently prevented.

特開2006−339413号公報JP 2006-339413 A

しかしながら、発明者は、特許文献1の技術では拡散アニールによって受光部においても、第1の導電型の第1半導体層に第2の導電型の不純物が拡散してしまうことがあることを見出した。その結果、所望の光の応答速度が得られないおそれがある。   However, the inventor has found that the impurity of the second conductivity type may be diffused into the first semiconductor layer of the first conductivity type even in the light receiving portion by the diffusion annealing in the technique of Patent Document 1. . As a result, a desired light response speed may not be obtained.

本発明は、受光部の第1半導体層に第2の導電型の不純物が拡散することが抑制される受光素子の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a light receiving element in which the second conductivity type impurity is prevented from diffusing into the first semiconductor layer of the light receiving unit.

本発明に係る受光素子の製造方法は、半導体基板上に第1導電型InPからなる第1半導体層と第2導電型InPからなる第2半導体層とが順に形成された積層体において、第2半導体層の受光領域上の少なくとも一部にInGaAsおよびInGaAsPの少なくとも一方を含む拡散抑制層を形成する工程と、拡散抑制層上に絶縁層を形成する工程と、拡散抑制層および絶縁層を熱拡散マスクとして用いて第2導電型の不純物を含む雰囲気中で熱拡散することによって第2導電型の不純物を第1半導体層の一部に熱拡散させる工程と、を含むことを特徴とするものである。   The method for manufacturing a light receiving element according to the present invention includes: a stacked body in which a first semiconductor layer made of a first conductivity type InP and a second semiconductor layer made of a second conductivity type InP are sequentially formed on a semiconductor substrate; Forming a diffusion suppressing layer including at least one of InGaAs and InGaAsP on at least a part of the light receiving region of the semiconductor layer; forming an insulating layer on the diffusion suppressing layer; and thermally diffusing the diffusion suppressing layer and the insulating layer. And a step of thermally diffusing the second conductivity type impurity in a part of the first semiconductor layer by thermally diffusing in an atmosphere containing the second conductivity type impurity as a mask. is there.

本発明に係る受光素子の製造方法においては、第2半導体層における第2導電型不純物の拡散速度に比較して拡散抑制層における第2導電型不純物の拡散速度が小さくなることから、アニール工程における受光領域下方の第1半導体層への第2導電型不純物の拡散が抑制される。   In the method for manufacturing a light receiving element according to the present invention, the diffusion rate of the second conductivity type impurity in the diffusion suppression layer is smaller than the diffusion rate of the second conductivity type impurity in the second semiconductor layer. The diffusion of the second conductivity type impurity to the first semiconductor layer below the light receiving region is suppressed.

受光領域上の拡散抑制層を除去する工程をさらに含んでいてもよい。また、拡散抑制層を除去する工程において、拡散抑制層を略リング状にエッチングしてもよい。さらに、拡散抑制層を除去する工程後に拡散抑制層上に電極を形成する工程をさらに含んでいてもよい   A step of removing the diffusion suppressing layer on the light receiving region may be further included. Further, in the step of removing the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer may be etched in a substantially ring shape. Furthermore, it may further include a step of forming an electrode on the diffusion suppression layer after the step of removing the diffusion suppression layer.

拡散抑制層を形成する工程において、第2半導体層の受光領域全体に拡散抑制層を形成してもよい。この場合、アニール工程における受光部下方の第1半導体層への第2導電型不純物の拡散がより抑制される。   In the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer may be formed over the entire light receiving region of the second semiconductor layer. In this case, the diffusion of the second conductivity type impurity to the first semiconductor layer below the light receiving portion in the annealing process is further suppressed.

拡散抑制層を形成する工程において、拡散抑制層を受光領域よりも広く形成してもよい。また、拡散抑制層を形成する工程において、拡散抑制層を絶縁層よりも広く形成してもよい。受光素子は、PIN型フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードであってもよい。受光素子は、上面と側面とで画定されたメサ型構造を有していてもよい。また、第2導電型の不純物は、Zn、CdまたはMgであってもよい。   In the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer may be formed wider than the light receiving region. Further, in the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer may be formed wider than the insulating layer. The light receiving element may be a PIN photodiode or an avalanche photodiode. The light receiving element may have a mesa structure defined by an upper surface and a side surface. Further, the second conductivity type impurity may be Zn, Cd, or Mg.

本発明に係る受光素子の他の製造方法は、半導体基板上に第1導電型InPからなる第1半導体層と第2導電型InPからなる第2半導体層とが順に形成された積層体において第2半導体層の受光領域上の少なくとも一部に第2半導体層における不純物拡散速度よりも小さい不純物拡散速度を有する拡散抑制層を形成する工程と、拡散抑制層上に絶縁層を形成する工程と、拡散層および絶縁層を熱拡散マスクとして用いて第2導電型の不純物を含む雰囲気中で熱拡散することによって第2導電型の不純物を第1半導体層の一部に熱拡散させる工程と、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る受光素子の他の製造方法においては、第2半導体層における第2導電型不純物の拡散速度に比較して拡散抑制層における第2導電型不純物の拡散速度が小さくなることから、アニール工程における受光領域下方の第1半導体層への第2導電型不純物の拡散が抑制される。   Another method of manufacturing a light receiving element according to the present invention is the first method in a stacked body in which a first semiconductor layer made of a first conductivity type InP and a second semiconductor layer made of a second conductivity type InP are sequentially formed on a semiconductor substrate. Forming a diffusion suppression layer having an impurity diffusion rate smaller than the impurity diffusion rate in the second semiconductor layer on at least a part of the light receiving region of the two semiconductor layers; forming an insulating layer on the diffusion suppression layer; Thermally diffusing the second conductive type impurity into a part of the first semiconductor layer by thermally diffusing in an atmosphere containing the second conductive type impurity using the diffusion layer and the insulating layer as a thermal diffusion mask; It is characterized by including. In another method for manufacturing a light receiving element according to the present invention, since the diffusion rate of the second conductivity type impurity in the diffusion suppression layer is smaller than the diffusion rate of the second conductivity type impurity in the second semiconductor layer, annealing is performed. The diffusion of the second conductivity type impurity to the first semiconductor layer below the light receiving region in the process is suppressed.

拡散抑制層を形成する工程において、第2半導体層の受光領域全体に拡散抑制層を形成してもよい。この場合、アニール工程における受光部下方の第1半導体層への第2導電型不純物の拡散がより抑制される。拡散抑制層は、3元半導体層または4元半導体層からなるものであってもよい。拡散抑制層を形成する工程において、拡散抑制層を受光領域よりも広く形成してもよい。   In the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer may be formed over the entire light receiving region of the second semiconductor layer. In this case, the diffusion of the second conductivity type impurity to the first semiconductor layer below the light receiving portion in the annealing process is further suppressed. The diffusion suppression layer may be a ternary semiconductor layer or a quaternary semiconductor layer. In the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer may be formed wider than the light receiving region.

本発明によれば、受光部の第1半導体層への第2の導電型の不純物の拡散を抑制することができる。   According to the present invention, diffusion of impurities of the second conductivity type into the first semiconductor layer of the light receiving unit can be suppressed.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

(第1の実施形態)
図1〜図4は、本発明の第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を説明するためのフロー図である。以下、図1〜図4を参照しつつ、受光素子の製造方法について説明する。
(First embodiment)
1 to 4 are flowcharts for explaining a method of manufacturing a light receiving element according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the light receiving element will be described with reference to FIGS.

まず、図1(a)に示すように、InPからなる半導体基板1上に、n型InPからなるバッファ層2、n型またはi型InGaAsからなる光吸収層3、n型InGaAsPからなる衝撃緩和層4、n型InPからなる電界降下層5、n型またはi型InPからなる増倍層6、p型InPからなるウィンドウ層7およびp型InGaAsからなる拡散抑制層8を順に成長させる。   First, as shown in FIG. 1A, on a semiconductor substrate 1 made of InP, a buffer layer 2 made of n-type InP, a light absorption layer 3 made of n-type or i-type InGaAs, and an impact relaxation made of n-type InGaAsP. The layer 4, the field dropping layer 5 made of n-type InP, the multiplication layer 6 made of n-type or i-type InP, the window layer 7 made of p-type InP, and the diffusion suppression layer 8 made of p-type InGaAs are grown in this order.

例えば、半導体基板1の厚さは350μmであり、バッファ層2の層厚は1.0μmであり、光吸収層3の層厚は1.0μmであり、衝撃緩和層4の層厚は0.05μmであり、電界降下層5の層厚は0.05μmであり、増倍層6の層厚は0.05μmであり、ウィンドウ層7の層厚は1.0μmであり、拡散抑制層8の層厚は0.3μmである。   For example, the semiconductor substrate 1 has a thickness of 350 μm, the buffer layer 2 has a thickness of 1.0 μm, the light absorption layer 3 has a thickness of 1.0 μm, and the impact relaxation layer 4 has a thickness of 0. 05 μm, the layer thickness of the electric field drop layer 5 is 0.05 μm, the layer thickness of the multiplication layer 6 is 0.05 μm, the layer thickness of the window layer 7 is 1.0 μm, and the diffusion suppression layer 8 The layer thickness is 0.3 μm.

次に、図1(b)に示すように、拡散抑制層8上にSiO等の絶縁体からなる絶縁層9を成膜し、絶縁層9の中央部上に略円形状のレジスト10を形成する。なお、絶縁層9の層厚は、例えば0.6μm程度である。次いで、図1(c)に示すように、レジスト10が形成されていない領域の絶縁層9および拡散抑制層8をエッチングにより除去する。拡散抑制層8のエッチングには、硫酸および過酸化水素を水で希釈したものをエッチング液として用いることができる。なお、拡散抑制層8が絶縁層9よりも広い面積を有するようにエッチング処理が施されてもよい。 Next, as shown in FIG. 1B, an insulating layer 9 made of an insulator such as SiO 2 is formed on the diffusion suppression layer 8, and a substantially circular resist 10 is formed on the central portion of the insulating layer 9. Form. The layer thickness of the insulating layer 9 is, for example, about 0.6 μm. Next, as shown in FIG. 1C, the insulating layer 9 and the diffusion suppression layer 8 in the region where the resist 10 is not formed are removed by etching. For the etching of the diffusion suppressing layer 8, a solution obtained by diluting sulfuric acid and hydrogen peroxide with water can be used as an etching solution. The etching treatment may be performed so that the diffusion suppression layer 8 has a larger area than the insulating layer 9.

次に、図2(a)に示すように、図1(c)に示す積層体に対して、ウィンドウ層7にドープされているp型不純物を含む雰囲気中で熱処理(アニール処理)を施す。このアニール処理は、例えば500ppm〜2000ppmのp型不純物濃度かつ600℃の雰囲気において30分行う。このアニール処理によって、拡散抑制層8が形成されていない領域の下方においては、ウィンドウ層7から増倍層6へp型不純物が拡散する。したがって、拡散抑制層8が形成されていない領域の下方において、ウィンドウ層7が増倍層6へ拡大する。なお、p型不純物として、Zn、Cd、Mg等を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 2A, the stacked body shown in FIG. 1C is subjected to a heat treatment (annealing process) in an atmosphere containing the p-type impurity doped in the window layer 7. This annealing process is performed for 30 minutes in an atmosphere of a p-type impurity concentration of, for example, 500 ppm to 2000 ppm and 600 ° C. By this annealing treatment, p-type impurities are diffused from the window layer 7 to the multiplication layer 6 below the region where the diffusion suppression layer 8 is not formed. Therefore, the window layer 7 expands to the multiplication layer 6 below the region where the diffusion suppression layer 8 is not formed. Note that Zn, Cd, Mg, or the like can be used as the p-type impurity.

次に、図2(b)に示すように、ウィンドウ層7の露出領域上および絶縁層9の外周部上にレジスト11を形成し、拡散抑制層8および絶縁層9の外周部以外の領域をエッチングにより除去する。次いで、図2(c)に示すように、レジスト11および絶縁層9を除去する。それにより、略リング状の拡散抑制層8が露出する。この拡散抑制層8の内側のウィンドウ層7が受光領域7aとなる。   Next, as shown in FIG. 2B, a resist 11 is formed on the exposed region of the window layer 7 and on the outer peripheral portion of the insulating layer 9, and regions other than the outer peripheral portion of the diffusion suppressing layer 8 and the insulating layer 9 are formed. Remove by etching. Next, as shown in FIG. 2C, the resist 11 and the insulating layer 9 are removed. Thereby, the substantially ring-shaped diffusion suppression layer 8 is exposed. The window layer 7 inside the diffusion suppression layer 8 becomes the light receiving region 7a.

次に、図3(a)に示すように、拡散抑制層8上およびウィンドウ層7の外周部を除く領域上に、SiO等の絶縁体からなる絶縁層12を形成する。次いで、図3(b)に示すように、絶縁層12をマスクとして用いてICPドライエッチング処理を施す。この場合、バッファ層2が露出するまでエッチング処理を施す。それにより、半導体基板1、バッファ層2、光吸収層3、衝撃緩和層4、電界降下層5、増倍層6、ウィンドウ層7および拡散抑制層8を含むメサ構造体20が形成される。この場合のICPドライエッチングにおいては、例えば、アンテナパワーを200Wに設定し、バイアスパワーを100Wに設定し、エッチングガスとしてSiCl/Arを用い、雰囲気を0.5Pa〜0.7Paかつ150℃〜250℃に調整する。 Next, as shown in FIG. 3A, the insulating layer 12 made of an insulator such as SiO 2 is formed on the diffusion suppressing layer 8 and the region excluding the outer peripheral portion of the window layer 7. Next, as shown in FIG. 3B, an ICP dry etching process is performed using the insulating layer 12 as a mask. In this case, etching is performed until the buffer layer 2 is exposed. Thereby, the mesa structure 20 including the semiconductor substrate 1, the buffer layer 2, the light absorption layer 3, the impact relaxation layer 4, the electric field drop layer 5, the multiplication layer 6, the window layer 7, and the diffusion suppression layer 8 is formed. In the ICP dry etching in this case, for example, the antenna power is set to 200 W, the bias power is set to 100 W, SiCl 4 / Ar is used as the etching gas, and the atmosphere is 0.5 Pa to 0.7 Pa and 150 ° C. to 150 ° C. Adjust to 250 ° C.

次に、図3(c)に示すように、バッファ層2の露出部およびメサ構造体20の側壁に、InPからなるパッシベーション膜13を形成する。この場合のパッシベーションにおいては、雰囲気をPHとし、温度を600℃、成長速度を2.0μm/hに設定する。次いで、図4(a)に示すように、絶縁層12を除去し、パッシベーション膜13上、ウィンドウ層7上および拡散抑制層8上にSiN等の絶縁体からなる保護膜14を形成する。その後、拡散抑制層8上の保護膜14を除去する。それにより、拡散抑制層8が露出する。 Next, as shown in FIG. 3C, a passivation film 13 made of InP is formed on the exposed portion of the buffer layer 2 and the side wall of the mesa structure 20. In the passivation in this case, the atmosphere is PH 3 , the temperature is set to 600 ° C., and the growth rate is set to 2.0 μm / h. Next, as shown in FIG. 4A, the insulating layer 12 is removed, and a protective film 14 made of an insulator such as SiN is formed on the passivation film 13, the window layer 7, and the diffusion suppression layer 8. Thereafter, the protective film 14 on the diffusion suppression layer 8 is removed. Thereby, the diffusion suppression layer 8 is exposed.

次に、図4(b)に示すように、拡散抑制層8上にTi/Pt/Au等からなるp側電極15を形成するとともに、半導体基板1の下面にAuGe/Au等からなるn側電極16を形成する。以上の工程により、アバランシェフォトダイオード型の受光素子100が完成する。受光素子100は、保護膜14側から光が入射する表面入射型の受光素子である。   Next, as shown in FIG. 4B, a p-side electrode 15 made of Ti / Pt / Au or the like is formed on the diffusion suppression layer 8 and an n-side made of AuGe / Au or the like is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 1. The electrode 16 is formed. Through the above steps, the avalanche photodiode type light receiving element 100 is completed. The light receiving element 100 is a surface incident type light receiving element in which light enters from the protective film 14 side.

本実施形態においては、ウィンドウ層7におけるp型不純物の拡散速度に比較して、拡散抑制層8におけるp型不純物の拡散速度が小さくなる。ウィンドウ層7が2元半導体から構成されていることに対して、拡散抑制層8が3元半導体または4元半導体から構成されているからである。すなわち、拡散抑制層8を構成する半導体の元素数がウィンドウ層7を構成する半導体の元素数に比較して多いからである。   In the present embodiment, the p-type impurity diffusion rate in the diffusion suppression layer 8 is smaller than the p-type impurity diffusion rate in the window layer 7. This is because the diffusion suppression layer 8 is made of a ternary semiconductor or a quaternary semiconductor, whereas the window layer 7 is made of a binary semiconductor. That is, the number of semiconductor elements constituting the diffusion suppression layer 8 is larger than the number of semiconductor elements constituting the window layer 7.

この場合、図2(a)に示すアニール処理において、p型不純物の受光領域7a下の増倍層6への拡散が抑制される。それにより、本実施形態に係る受光素子100の受光感度の低下を抑制することができる。また、拡散抑制層8をコンタクト層として用いているので、拡散抑制層8とコンタクト層とを個別に形成する必要がない。したがって、製造工程が簡略化される。   In this case, in the annealing process shown in FIG. 2A, diffusion of p-type impurities to the multiplication layer 6 below the light receiving region 7a is suppressed. Thereby, the fall of the light reception sensitivity of the light receiving element 100 which concerns on this embodiment can be suppressed. Moreover, since the diffusion suppression layer 8 is used as a contact layer, it is not necessary to form the diffusion suppression layer 8 and the contact layer separately. Therefore, the manufacturing process is simplified.

なお、アニール処理工程において拡散抑制層8がウィンドウ層7の受光領域7aの少なくとも一部に設けられていれば、p型不純物の受光領域7a下の増倍層6への拡散が抑制される。したがって、拡散抑制層8は、アニール処理工程においてウィンドウ層7の受光領域7aの少なくとも一部に設けられていればよい。ただし、拡散抑制層8がウィンドウ層7の受光領域7aの全面に設けられていれば、p型不純物の受光領域7a下の増倍層6への拡散がより抑制される。   If the diffusion suppressing layer 8 is provided in at least a part of the light receiving region 7a of the window layer 7 in the annealing process, diffusion of the p-type impurity to the multiplication layer 6 below the light receiving region 7a is suppressed. Therefore, the diffusion suppression layer 8 only needs to be provided in at least a part of the light receiving region 7a of the window layer 7 in the annealing process. However, if the diffusion suppression layer 8 is provided on the entire surface of the light receiving region 7a of the window layer 7, the diffusion of the p-type impurity into the multiplication layer 6 below the light receiving region 7a is further suppressed.

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を説明するためのフロー図である。以下、図5を参照しつつ、受光素子の製造方法について説明する。まず、図5(a)に示すように、図3(c)のメサ構造体20を準備する。次に、図5(b)に示すように、絶縁層12を除去し、パッシベーション膜13上、ウィンドウ層7上および拡散抑制層8上にSiN等の絶縁体からなる保護膜14を形成する。その後、拡散抑制層8上、ウィンドウ層7上、およびバッファ層2上の一部のパッシベーション膜13および保護膜14をエッチングにより除去する。それにより、拡散抑制層8および受光領域7aが露出するとともにバッファ層2の一部が露出する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a flowchart for explaining the manufacturing method of the light receiving element according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing the light receiving element will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, the mesa structure 20 shown in FIG. 3C is prepared. Next, as shown in FIG. 5B, the insulating layer 12 is removed, and a protective film 14 made of an insulator such as SiN is formed on the passivation film 13, the window layer 7, and the diffusion suppression layer 8. Thereafter, a part of the passivation film 13 and the protective film 14 on the diffusion suppression layer 8, the window layer 7, and the buffer layer 2 are removed by etching. As a result, the diffusion suppressing layer 8 and the light receiving region 7a are exposed and a part of the buffer layer 2 is exposed.

次いで、図5(c)に示すように、拡散抑制層8の内側のウィンドウ層7上にSiN等からなる反射膜17を形成し、拡散抑制層8上および反射膜17上にTi/Pt/Au等からなるp側電極15を形成するとともに、バッファ層2の露出領域にAuGe/Au等からなるn側電極16を形成する。以上の工程により、受光素子100aが完成する。受光素子100aは、半導体基板1側から光が入射する裏面入射型の受光素子である。   Next, as shown in FIG. 5C, a reflection film 17 made of SiN or the like is formed on the window layer 7 inside the diffusion suppression layer 8, and Ti / Pt / is formed on the diffusion suppression layer 8 and the reflection film 17. A p-side electrode 15 made of Au or the like is formed, and an n-side electrode 16 made of AuGe / Au or the like is formed in the exposed region of the buffer layer 2. The light receiving element 100a is completed through the above steps. The light receiving element 100a is a back-illuminated light receiving element that receives light from the semiconductor substrate 1 side.

本実施形態においても、アニール処理において、p型不純物の受光領域7a下の増倍層6への拡散が抑制される。それにより、本実施形態に係る受光素子100aの受光感度の低下を抑制することができる。また、拡散抑制層8をコンタクト層として用いているので、拡散抑制層8とコンタクト層とを個別に形成する必要がない。したがって、製造工程が簡略化される。   Also in the present embodiment, diffusion of p-type impurities to the multiplication layer 6 under the light receiving region 7a is suppressed in the annealing process. Thereby, the fall of the light reception sensitivity of the light receiving element 100a which concerns on this embodiment can be suppressed. Moreover, since the diffusion suppression layer 8 is used as a contact layer, it is not necessary to form the diffusion suppression layer 8 and the contact layer separately. Therefore, the manufacturing process is simplified.

なお、アニール処理工程において拡散抑制層8がウィンドウ層7の受光領域7aの少なくとも一部に設けられていれば、p型不純物の受光領域7a下の増倍層6への拡散が抑制される。したがって、拡散抑制層8は、アニール処理工程においてウィンドウ層7の受光領域7aの少なくとも一部に設けられていればよい。ただし、拡散抑制層8がウィンドウ層7の受光領域7aの全面に設けられていれば、p型不純物の受光領域7a下の増倍層6への拡散がより抑制される。   If the diffusion suppressing layer 8 is provided in at least a part of the light receiving region 7a of the window layer 7 in the annealing process, diffusion of the p-type impurity to the multiplication layer 6 below the light receiving region 7a is suppressed. Therefore, the diffusion suppression layer 8 only needs to be provided in at least a part of the light receiving region 7a of the window layer 7 in the annealing process. However, if the diffusion suppression layer 8 is provided on the entire surface of the light receiving region 7a of the window layer 7, the diffusion of the p-type impurity into the multiplication layer 6 below the light receiving region 7a is further suppressed.

なお、上記各実施形態においてはアバランシェフォトダイオード型の受光素子において受光領域に拡散抑制層を設けたが、PIN型フォトダイオード型の受光素子において受光領域に拡散抑制層を設けてアニール処理を施してもよい。また、上記実施形態においては、増倍層6が第1半導体層に相当し、ウィンドウ層7が第2半導体層に相当する。   In each of the above embodiments, the diffusion suppression layer is provided in the light receiving region in the avalanche photodiode type light receiving element. However, in the PIN type photodiode type light receiving element, a diffusion suppression layer is provided in the light receiving region and annealed. Also good. In the above embodiment, the multiplication layer 6 corresponds to the first semiconductor layer, and the window layer 7 corresponds to the second semiconductor layer.

(実験例)
以下、拡散抑制層8の効果を説明するための実験結果について説明する。まず、図6に示すサンプル200を準備した。サンプル200は、拡散抑制層8が受光領域7aの外周近傍にのみ設けられている点および拡散抑制層8の外周部分には絶縁層9が設けられていない点を除いて、図1(c)の積層体と同様の構造を有する。このサンプル200のウィンドウ層7は、拡散抑制層8および絶縁層9のいずれも設けられていない領域A、絶縁層9が設けられているが拡散抑制層8が設けられていない領域B、拡散抑制層8が設けられているが絶縁層9が設けられていない領域C、および、拡散抑制層8および絶縁層9の両方が設けられている領域Dに区分される。
(Experimental example)
Hereinafter, experimental results for explaining the effect of the diffusion suppressing layer 8 will be described. First, a sample 200 shown in FIG. 6 was prepared. The sample 200 is the same as that shown in FIG. 1C except that the diffusion suppression layer 8 is provided only in the vicinity of the outer periphery of the light receiving region 7a and the insulating layer 9 is not provided in the outer peripheral portion of the diffusion suppression layer 8. This has the same structure as the laminate. The window layer 7 of the sample 200 includes a region A in which neither the diffusion suppression layer 8 nor the insulating layer 9 is provided, a region B in which the insulating layer 9 is provided but the diffusion suppression layer 8 is not provided, and diffusion suppression. It is divided into a region C in which the layer 8 is provided but the insulating layer 9 is not provided, and a region D in which both the diffusion suppression layer 8 and the insulating layer 9 are provided.

p型不純物を含む雰囲気中で領域A〜領域Dに対してアニール処理を施し、各領域におけるp型不純物の拡散の様子を調べた。この場合のp型不純物として、Znを用いた。アニール条件は、図2(a)のアニール処理の場合と同様である。図7に、各領域の深さ方向におけるZn濃度プロファイルを示す。Zn濃度の測定には、SIMS分析を用いた。図7において、縦軸はZn濃度を示し、横軸はウィンドウ層7の上面からの深さを示す。また、図7のEは、アニール処理を施していない領域Aの測定結果を示している。   The regions A to D were annealed in an atmosphere containing p-type impurities, and the state of diffusion of the p-type impurities in each region was examined. In this case, Zn was used as the p-type impurity. The annealing conditions are the same as in the annealing process of FIG. FIG. 7 shows a Zn concentration profile in the depth direction of each region. SIMS analysis was used to measure the Zn concentration. In FIG. 7, the vertical axis represents the Zn concentration, and the horizontal axis represents the depth from the upper surface of the window layer 7. Moreover, E of FIG. 7 has shown the measurement result of the area | region A which has not performed annealing treatment.

図7に示すように、領域AにおいてはZnのプロファイルが最も深いところまで到達している。絶縁層9および拡散抑制層8のいずれも設けられていないからである。領域Bおよび領域Cにおいては、領域Aに比較してZnプロファイルが浅くなった。絶縁層9または拡散抑制層8のいずれかが設けられているからである。領域Dにおいては、領域A〜領域Cに比較してZnプロファイルがさらに浅くなり、アニール処理前の領域A(領域E)のZnプロファイルとほぼ等しくなった。したがって、領域Dは、アニール処理の影響をほとんど受けていないことがわかった。これは、絶縁層9下に拡散抑制層8が設けられているからであると考えられる。   As shown in FIG. 7, in the region A, the Zn profile reaches the deepest point. This is because neither the insulating layer 9 nor the diffusion suppression layer 8 is provided. In region B and region C, the Zn profile was shallower than in region A. This is because either the insulating layer 9 or the diffusion suppression layer 8 is provided. In the region D, the Zn profile was further shallower than those in the regions A to C, and was almost equal to the Zn profile in the region A (region E) before annealing. Therefore, it was found that the region D was hardly affected by the annealing process. This is presumably because the diffusion suppression layer 8 is provided under the insulating layer 9.

続いて、図8に各領域におけるZnの拡散深さとアニール時間との関係を示す。図8において、縦軸はZnの拡散深さを示し、横軸はアニール処理の時間を示す。領域Aにおいては、Znの拡散深さが最も大きくなった。領域Bおよび領域Cにおいては、領域Aに比較してZnの拡散深さが小さくなった。これに対して、領域Dにおいては、Znはほとんど拡散されていない。これは、絶縁層9下に拡散抑制層8が設けられることによって、Znの拡散が抑制されたからであると考えられる。なお、これらの関係は、アニール時間を長くしても変わらない。   FIG. 8 shows the relationship between the Zn diffusion depth and the annealing time in each region. In FIG. 8, the vertical axis indicates the Zn diffusion depth, and the horizontal axis indicates the annealing treatment time. In the region A, the Zn diffusion depth was the largest. In the region B and the region C, the Zn diffusion depth was smaller than that in the region A. On the other hand, in the region D, Zn is hardly diffused. This is considered to be because the diffusion of Zn was suppressed by providing the diffusion suppression layer 8 under the insulating layer 9. These relationships do not change even if the annealing time is increased.

次に、サンプル200の受光領域に光を入射させた状態でサンプル200に逆バイアスを印加した場合の電圧−電流特性について調べた。図9(a)は、サンプル200における逆バイアス印加時における電圧−電流特性を示す。図9(a)においては、横軸は印加電圧を示し、左側の縦軸は光入射によって流れる正味の電流(光電流)を示し、右側の縦軸は光電流を印加電圧で微分した値を示す。実線は電圧と光電流との関係を示し、破線は電圧と光電流を印加電圧で微分した値との関係を示す。   Next, voltage-current characteristics when a reverse bias was applied to the sample 200 in a state where light was incident on the light receiving region of the sample 200 were examined. FIG. 9A shows the voltage-current characteristics of the sample 200 when a reverse bias is applied. In FIG. 9A, the horizontal axis represents the applied voltage, the left vertical axis represents the net current (photocurrent) that flows due to light incidence, and the right vertical axis represents the value obtained by differentiating the photocurrent with the applied voltage. Show. The solid line shows the relationship between the voltage and the photocurrent, and the broken line shows the relationship between the voltage and the value obtained by differentiating the photocurrent with the applied voltage.

図9(a)に示すように、電圧の増加とともに、光電流が大きくなる。これは、空乏層の拡大に起因する。電圧の増加とともに、上記微分値は最初の極大値αを示す。これは、領域Aにおける空乏層が光吸収層3に到達したからであり、領域Aにおいてpn接合面が最も光吸収層3に近いからであると考えられる。さらに電圧を増加させると、上記微分値が次の極大値βを示す。これは、領域Bにおける空乏層が光吸収層3に到達したからであると考えられる。さらに電圧を増加させると、上記微分値が次の極大値γを示す。これは、領域Dにおける空乏層が光吸収層3に到達したからであると考えられる。   As shown in FIG. 9A, the photocurrent increases as the voltage increases. This is due to the expansion of the depletion layer. As the voltage increases, the differential value indicates the initial maximum value α. This is presumably because the depletion layer in the region A has reached the light absorption layer 3 and the pn junction surface in the region A is closest to the light absorption layer 3. When the voltage is further increased, the differential value shows the next maximum value β. This is presumably because the depletion layer in the region B has reached the light absorption layer 3. When the voltage is further increased, the differential value shows the next maximum value γ. This is presumably because the depletion layer in the region D has reached the light absorption layer 3.

図9(a)に示す結果から、サンプル200においては、領域A、領域Bおよび領域DのそれぞれにおけるZn拡散距離に起因して、電圧−電流特性に変化が見られると考えられる。したがって、領域BにおけるZn拡散距離と領域DにおけるZn拡散距離との間に差があることが、電気的特性に基づいても立証されたことになる。これに対して、図1(c)の積層体においては領域Bにも拡散抑制層8が設けられていることから、図9(b)に示すように領域Bに起因する極大値βは現れないと考えられる。   From the result shown in FIG. 9A, it is considered that in the sample 200, the voltage-current characteristic is changed due to the Zn diffusion distance in each of the region A, the region B, and the region D. Therefore, it is proved that there is a difference between the Zn diffusion distance in the region B and the Zn diffusion distance in the region D based on the electrical characteristics. On the other hand, in the laminated body of FIG. 1C, since the diffusion suppression layer 8 is also provided in the region B, the maximum value β due to the region B appears as shown in FIG. 9B. It is not considered.

以上のことから、受光領域7aに拡散抑制層8を設けることによって、アニール処理におけるp型不純物の拡散を抑制できることが明らかとなった。   From the above, it was revealed that the diffusion of the p-type impurity in the annealing process can be suppressed by providing the diffusion suppressing layer 8 in the light receiving region 7a.

本発明の第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the light receiving element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the light receiving element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the light receiving element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the light receiving element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the light receiving element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 実験例に係るサンプルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sample which concerns on an experiment example. サンプルの各領域の深さ方向におけるZn濃度を示す図である。It is a figure which shows Zn density | concentration in the depth direction of each area | region of a sample. サンプルの各領域におけるZnの拡散量を示す図である。It is a figure which shows the diffusion amount of Zn in each area | region of a sample. 逆バイアス印加時における電圧−電流特性を示す図である。It is a figure which shows the voltage-current characteristic at the time of reverse bias application.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 バッファ層
3 光吸収層
4 衝撃緩和層
5 電界降下層
6 増倍層
7 ウィンドウ層
7a 受光領域
8 拡散抑制層
9 絶縁層
15 p側電極
16 n側電極
20 メサ構造体
100 受光素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Buffer layer 3 Light absorption layer 4 Impact relaxation layer 5 Electric field drop layer 6 Multiplication layer 7 Window layer 7a Light reception area | region 8 Diffusion suppression layer 9 Insulating layer 15 p side electrode 16 n side electrode 20 Mesa structure 100 Light receiving element

Claims (14)

半導体基板上に第1導電型InPからなる第1半導体層と第2導電型InPからなる第2半導体層とが順に形成された積層体において、前記第2半導体層の受光領域上の少なくとも一部にInGaAsおよびInGaAsPの少なくとも一方を含む拡散抑制層を形成する工程と、
前記拡散抑制層上に絶縁層を形成する工程と、
前記拡散抑制層および前記絶縁層を熱拡散マスクとして用いて、前記第2導電型の不純物を含む雰囲気中で熱拡散することによって、前記第2導電型の不純物を前記第1半導体層の一部に熱拡散させる工程と、を含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
In a stacked body in which a first semiconductor layer made of a first conductivity type InP and a second semiconductor layer made of a second conductivity type InP are sequentially formed on a semiconductor substrate, at least a part of the light receiving region of the second semiconductor layer Forming a diffusion suppression layer containing at least one of InGaAs and InGaAsP on
Forming an insulating layer on the diffusion suppressing layer;
Using the diffusion suppression layer and the insulating layer as a thermal diffusion mask, thermal diffusion is performed in an atmosphere containing the second conductivity type impurity, whereby the second conductivity type impurity is part of the first semiconductor layer. And a step of thermally diffusing the light receiving element.
前記受光領域上の前記拡散抑制層を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の受光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1, further comprising a step of removing the diffusion suppression layer on the light receiving region. 前記拡散抑制層を除去する工程において、前記拡散抑制層を略リング状にエッチングすることを特徴とする請求項1記載の受光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1, wherein in the step of removing the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer is etched in a substantially ring shape. 前記拡散抑制層を除去する工程後に前記拡散抑制層上に電極を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項2または3記載の受光素子の製造方法。   4. The method for manufacturing a light receiving element according to claim 2, further comprising a step of forming an electrode on the diffusion suppression layer after the step of removing the diffusion suppression layer. 前記拡散抑制層を形成する工程において、前記第2半導体層の受光領域全体に前記拡散抑制層を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の受光素子の製造方法。   5. The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1, wherein in the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer is formed over the entire light receiving region of the second semiconductor layer. 前記拡散抑制層を形成する工程において、前記拡散抑制層を前記受光領域よりも広く形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の受光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1, wherein, in the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer is formed wider than the light receiving region. 前記拡散抑制層を形成する工程において、前記拡散抑制層を前記絶縁層よりも広く形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の受光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1, wherein in the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer is formed wider than the insulating layer. 前記受光素子は、PIN型フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の受光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1, wherein the light receiving element is a PIN photodiode or an avalanche photodiode. 前記受光素子は、上面と側面とで画定されたメサ型構造を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の受光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light receiving element according to claim 1, wherein the light receiving element has a mesa structure defined by an upper surface and a side surface. 前記第2導電型の不純物は、Zn、CdまたはMgであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の受光素子の製造方法。   The light receiving element manufacturing method according to claim 1, wherein the second conductivity type impurity is Zn, Cd, or Mg. 半導体基板上に第1導電型InPからなる第1半導体層と第2導電型InPからなる第2半導体層とが順に形成された積層体において、前記第2半導体層の受光領域上の少なくとも一部に、前記第2半導体層における不純物拡散速度よりも小さい不純物拡散速度を有する拡散抑制層を形成する工程と、
前記拡散抑制層上に絶縁層を形成する工程と、
前記拡散層および前記絶縁層を熱拡散マスクとして用いて、前記第2導電型の不純物を含む雰囲気中で熱拡散することによって、前記第2導電型の不純物を前記第1半導体層の一部に熱拡散させる工程と、を含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
In a stacked body in which a first semiconductor layer made of a first conductivity type InP and a second semiconductor layer made of a second conductivity type InP are sequentially formed on a semiconductor substrate, at least a part of the light receiving region of the second semiconductor layer Forming a diffusion suppression layer having an impurity diffusion rate smaller than the impurity diffusion rate in the second semiconductor layer;
Forming an insulating layer on the diffusion suppressing layer;
Using the diffusion layer and the insulating layer as a thermal diffusion mask, thermal diffusion is performed in an atmosphere containing the second conductivity type impurity, thereby allowing the second conductivity type impurity to be part of the first semiconductor layer. And a step of thermally diffusing the light receiving element.
前記拡散抑制層を形成する工程において、前記第2半導体層の受光領域全体に前記拡散抑制層を形成することを特徴とする請求項11記載の受光素子の製造方法。   12. The method for manufacturing a light receiving element according to claim 11, wherein in the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer is formed over the entire light receiving region of the second semiconductor layer. 前記拡散抑制層は、3元半導体層または4元半導体層からなることを特徴とする請求項11または12記載の受光素子の製造方法。   The method for manufacturing a light receiving element according to claim 11, wherein the diffusion suppression layer is formed of a ternary semiconductor layer or a quaternary semiconductor layer. 前記拡散抑制層を形成する工程において、前記拡散抑制層を前記受光領域よりも広く形成することを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の受光素子の製造方法。 The method for manufacturing a light receiving element according to claim 11, wherein in the step of forming the diffusion suppression layer, the diffusion suppression layer is formed wider than the light receiving region.
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