JP2014099467A - アバランシェフォトダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】n型InP基板2上に、i型AlInAsアバランシェ増倍層4を成長させる。i型AlInAsアバランシェ増倍層4上に、p型AlInAs電界緩和層5を成長させる。p型AlInAs電界緩和層5の上面を覆うように、遷移層(6,7,8)を成長させる。p型AlInAs電界緩和層5の上面を遷移層(6,7,8)で覆った後に昇温して、遷移層(6,7,8)上にp型AlInAs電界緩和層5の成長温度よりも高い温度でn−型InGaAs光吸収層9を成長させる。遷移層(6,7,8)の成長温度は、n−型InGaAs光吸収層9の成長温度よりも低い温度である。遷移層(6,7,8)は、InGaAsPからなり、p型AlInAs電界緩和層5の成長温度よりも高い温度にあるときにp型AlInAs電界緩和層5よりも表面欠陥が生じにくい。
【選択図】図1
Description
半導体基板上に、増倍層を成長させる工程と、
前記増倍層上に、電界緩和層を成長させる工程と、
前記電界緩和層の上面を覆うように、遷移層を成長させる工程と、
前記電界緩和層の上面を前記遷移層で覆った後に昇温して、前記遷移層上に前記電界緩和層の成長温度よりも高い温度で光吸収層を成長させる工程と、
を備え、
前記遷移層の成長温度は、前記光吸収層の成長温度よりも低い温度であり、
前記遷移層は、前記電界緩和層の成長温度よりも高い温度にあるときに前記電界緩和層よりも表面欠陥の生じにくい半導体材料からなることを特徴とする。
半導体基板と、
前記半導体基板上に成長した増倍層と、
前記増倍層上に成長した電界緩和層と、
前記電界緩和層の上面を覆うように成長した遷移層と、
前記遷移層上に成長した光吸収層と、
を備え、
前記遷移層は、バンドギャップが前記遷移層と前記光吸収層の中間であり、
前記遷移層は、前記光吸収層の成長温度より低い温度で成長する半導体材料からなり、
前記遷移層は、前記光吸収層の成長温度にあるときに前記電界緩和層よりも表面欠陥の生じにくい半導体材料からなることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態にかかるアバランシェフォトダイオード20の構成を示す断面図である。アバランシェフォトダイオード20は、n型InP基板2を備えている。n型InP基板2上には、n型InPバッファ層3およびi型AlInAsアバランシェ増倍層4が成長している。n型InPバッファ層3は、キャリア濃度1〜5×1018cm−3で厚み0.1〜1μmである。i型AlInAsアバランシェ増倍層4は、厚み0.1〜0.5μmである。
本実施の形態にかかるアバランシェフォトダイオード20は、光通信用のアバランシェフォトダイオードであり、高速応答を実現するものである。n電極1側がプラス、p電極12側がマイナスとなるように外部から逆バイアス電圧を加えた状態とする。この状態で、p電極12側からp型導電領域14に検出しようとする光を入射させる。
以下、図4〜6を用いて、本発明の実施の形態にかかるアバランシェフォトダイオード20の製造方法について説明する。図4は、比較例として示すカーボンドープAlInAs電界緩和層を用いたアバランシェフォトダイオード成長シーケンスを示す図である。図5は、本発明の実施の形態にかかるアバランシェフォトダイオード成長シーケンスを示す図であり、遷移層を追加したカーボンドープAlInAs電界緩和層を用いたアバランシェフォトダイオード成長シーケンスを示す図である。図6は、本発明の実施の形態にかかるアバランシェフォトダイオードの製造方法のフローチャートである。
本実施の形態では、MOVPE法を用い、成長温度が630℃のもとで、チャンバ内にセットしたn型InP基板2上に、キャリア濃度1〜5×1018cm−3のn型InPバッファ層3を厚み0.1〜1μmに成長させる。その後、i型AlInAsアバランシェ増倍層4を成長させる工程を実施する(ステップS100)。
その後成長温度を580℃まで降温する。図5は、この時点からのシーケンスを図示したものである。i型AlInAsアバランシェ増倍層4上に、p型AlInAs電界緩和層5を成長させる工程を実施する。p型AlInAs電界緩和層5の成長温度は550℃以上かつ600℃以下の温度範囲内の温度である。p型AlInAs電界緩和層5は、ドーパントとしてカーボンを用いたAlInAsからなる。本工程は、低拡散のカーボンであって、必要なキャリア濃度を得るため低温度での成長を行うものである。なお、第1,2,3遷移層6,7,8の組成は、In1−xGaxAsyP1−yで定義され0.024≦x≦0.483かつ0.053≦y≦0.928の範囲内であることが好ましい。また、第1,2,3遷移層6,7,8は、In、Ga、As、PおよびAlを含む組成であってもよい。
p型AlInAs電界緩和層5の上面を覆うように、第1,2,3遷移層6,7,8(すなわち、n−型InGaAsP第1遷移層6、n−型InGaAsP第2遷移層7、およびn−型InGaAsP第3遷移層8)を順次成長させる工程を実施する。ここで、第1,2,3遷移層6,7,8の成長温度は、n−型InGaAs光吸収層9の成長温度より低温である。本実施の形態では、p型AlInAs電界緩和層5と同程度の温度域とする。これにより、p型AlInAs電界緩和層5が露出している期間は、p型AlInAs電界緩和層5の熱ダメージを防ぐことができる。なお、図5ではp型AlInAs電界緩和層5と第1,2,3遷移層6,7,8の成長温度がほぼ一定であるが、本発明はこれに限られるものではない。n−型InGaAsP第1遷移層6でp型AlInAs電界緩和層5を覆い尽くことで熱ダメージ抑制が確保できているのであれば、その後、n−型InGaAsP第2遷移層7やn−型InGaAsP第3遷移層8をより高温で成長させても良い。
本実施の形態では、p型AlInAs電界緩和層5の上面を、3つの遷移層全てで覆った後(つまり、最上層であるn−型InGaAsP第3遷移層8で覆った後)に昇温する。しかし、上記ステップS104で述べたとおり本発明はこれに限られず、n−型InGaAsP第1遷移層6でp型AlInAs電界緩和層5を覆い尽くことで熱ダメージ抑制が確保できているのであれば、n−型InGaAsP第1遷移層6によりp型AlInAs電界緩和層5を覆った後に昇温をしてもよい。
次に、n−型InGaAs光吸収層9を成長させる工程を実施する。本実施の形態では630℃まで成長温度を昇温してn−型InGaAs光吸収層9を成長させるものとし、p型AlInAs電界緩和層5の成長温度よりも高い温度で成長させる。本実施の形態では遷移層のうち最も上に位置するn−型InGaAsP第3遷移層8上に、n−型InGaAs光吸収層9を成長させる。n−型InGaAs光吸収層9の成長温度は600℃以上かつ660℃以下の温度範囲内の温度である。このように、本工程では、良好な結晶性を得るため、n−型InGaAs光吸収層9については高温での成長を行うものである。
次に、窓層およびコンタクト層の成長を行う工程を実施する。
次に、p型導電領域を形成する工程を実施する。SiOx膜を設けて直径25μmの円形をくり貫き、これをマスクとして、マスクのかかっていない円形部にp型導電領域14をZn選択熱拡散手法で形成する。続いてp型InGaAsコンタクト層11が、p型導電領域14上で幅5μmの同心円状にだけ残るようにエッチング除去される。
さらにSiNx表面保護反射防止膜13を蒸着形成する。
次に、電極形成工程を実施する。p型InGaAsコンタクト層11の上部にあるSiNx表面保護反射防止膜13を取り除く。そして、p型InGaAsコンタクト層11の上にp電極12をAuZnで形成する。最後にn型InP基板2において、n型InPバッファ層3が積層されている面と逆の面を研摩し、n電極1をAuGeNiで形成する。
さらに、図2、3を用いて説明したように、InGaAs光吸収層とカードンドープAlInAs電界緩和層のバンドギャップ差が大きく、アバランシェフォトダイオード20としての動作時に入射光で発生したキャリアの移動が阻害される問題もあった。
本実施の形態では、電界緩和層にカーボンドープを行ったAlInAsについて説明したが、カーボン以外にZnやMg、BeといったAlInAsにドーピングすることでp型となる材料を用いてもよい。また電界緩和層の材料はInPに格子整合しておりバンドギャップの似通った材料であればInGaAsPでもAlGaInAsでもよい。
Claims (15)
- 半導体基板上に、増倍層を成長させる工程と、
前記増倍層上に、電界緩和層を成長させる工程と、
前記電界緩和層の上面を覆うように、遷移層を成長させる工程と、
前記電界緩和層の上面を前記遷移層で覆った後に昇温して、前記遷移層上に前記電界緩和層の成長温度よりも高い温度で光吸収層を成長させる工程と、
を備え、
前記遷移層の成長温度は、前記光吸収層の成長温度よりも低い温度であり、
前記遷移層は、前記電界緩和層の成長温度よりも高い温度にあるときに前記電界緩和層よりも表面欠陥の生じにくい半導体材料からなることを特徴とするアバランシェフォトダイオードの製造方法。 - 前記遷移層は、前記電界緩和層側から前記光吸収層側へに近づくほど前記光吸収層のバンドギャップの大きさに近づくように、バンドギャップの大きさが変化する1つ又は複数の半導体層からなることを特徴とする請求項1に記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
- 前記電界緩和層は、ドーパントとしてカーボンを用いたAlInAsからなることを特徴とする請求項1または2に記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
- 前記遷移層は、InGaAsP層であり、
前記光吸収層は、InGaAs層である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。 - 前記電界緩和層の成長温度は550℃以上かつ600℃以下の温度範囲内の温度であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
- 前記光吸収層の成長温度は600℃以上かつ660℃以下の温度範囲内の温度であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
- 前記遷移層の組成は、In1−xGaxAsyP1−yで定義され0.024≦x≦0.483かつ0.053≦y≦0.928の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
- 前記遷移層は、In、Ga、As、PおよびAlを含む組成の半導体層であること特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に成長した増倍層と、
前記増倍層上に成長した電界緩和層と、
前記電界緩和層の上面を覆うように成長した遷移層と、
前記遷移層上に成長した光吸収層と、
を備え、
前記遷移層は、バンドギャップが前記電界緩和層のバンドギャップと前記光吸収層のバンドギャップの中間であり、
前記遷移層は、前記光吸収層の成長温度より低い温度で成長する半導体材料からなり、
前記遷移層は、前記光吸収層の成長温度にあるときに前記電界緩和層よりも表面欠陥の生じにくい半導体材料からなることを特徴とするアバランシェフォトダイオード。 - 前記遷移層は、前記電界緩和層側から前記光吸収層側に近づくほど前記光吸収層のバンドギャップの大きさに近づくように、バンドギャップの大きさが変化する1つ又は複数の半導体層からなることを特徴とする請求項9に記載のアバランシェフォトダイオード。
- 前記遷移層がドーパントとしてカーボンを用いたAlInAsで構成されたことを特徴とする請求項9または10に記載のアバランシェフォトダイオード。
- 前記電界緩和層は、AlInAs層、InGaAsP層、およびAlGaInAs層のいずれか1つであることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオード。
- 前記光吸収層は、InGaAs層であることを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオード。
- 前記遷移層の組成は、In1−xGaxAsyP1−yで定義され0.024≦x≦0.483かつ0.053≦y≦0.928の範囲内であることを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオード。
- 前記遷移層は、In、Ga、As、PおよびAlを含む組成の半導体層であることを特徴とする請求項9乃至14のいずれか1項に記載のアバランシェフォトダイオード。
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