JP3008912B2 - Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor photodetector and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体光検出器
及びその製造方法に係り、詳しくは、シリコン基板上に
ゲルマニウムの光吸収層が形成された半導体光検出器及
びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor photodetector and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor photodetector in which a germanium light absorbing layer is formed on a silicon substrate and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信用の半導体光検出器として用いら
れるフォトダイオードは、一般に、光吸収層のバンドギ
ャップ（禁制帯幅）が狭いほど長波長領域での受光感度
が高くなるが、この長波長領域での受光感度は光吸収層
に使用される材料によって決定される。これは、光子
（フォトン）が光吸収層に入射することにより発生する
光電流の電子数のフォトン数に対する比を％表示した値
（量子効率）が大きいほど受光感度が高いが、半導体で
は、バンドギャップより大きな光子エネルギを有する光
しか吸収されないからである。このような光吸収層に使
用される材料としては、例えば、可視光から約０．９μ
ｍまでの波長帯ではシリコン（Ｓｉ）が、１．０μｍ以
上のいわゆる長波長帯ではゲルマニウム（Ｇｅ）やイン
ジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）がよく使用さ
れる。ところで、長波長帯に使用されるこれらの材料
は、一般に、シリコンに比べて高価であり、また製造プ
ロセスにかかる費用も高いため、完成品たるフォトダイ
オードが高価になってしまう。そこで、長波長帯でも充
分な受光感度を有するフォトダイオードを比較的低コス
トな通常のシリコン半導体の製造プロセスによって製造
することが要求される。この要求を満たすためには、シ
リコン基板上にゲルマニウム等の長波長帯に受光感度の
ある材料を光吸収層として直接形成することが考えられ
るが、一般に、これらの材料の格子定数とシリコンの格
子定数とに差（格子ミスフィット）があるので、シリコ
ン基板上にはゲルマニウム等を直接結晶成長させること
ができない。2. Description of the Related Art Generally, a photodiode used as a semiconductor photodetector for optical communication has a higher light receiving sensitivity in a long wavelength region as the band gap (forbidden band width) of a light absorbing layer becomes narrower. The light receiving sensitivity in the wavelength region is determined by the material used for the light absorbing layer. This is because the higher the value (quantum efficiency) of the ratio of the number of electrons to the number of photons expressed by the photocurrent generated when a photon (photon) enters the light absorption layer (quantum efficiency) is, the higher the light receiving sensitivity is. This is because only light having a photon energy larger than the gap is absorbed. As a material used for such a light absorbing layer, for example, about 0.9 μm
In the wavelength band up to m, silicon (Si) is often used, and in the so-called long wavelength band of 1.0 μm or more, germanium (Ge) or indium gallium arsenide (InGaAs) is often used. By the way, these materials used in the long wavelength band are generally more expensive than silicon, and the cost for the manufacturing process is higher, so that the finished photodiode becomes expensive. Therefore, it is required to manufacture a photodiode having a sufficient light receiving sensitivity even in a long wavelength band by a relatively low-cost ordinary silicon semiconductor manufacturing process. In order to satisfy this requirement, it is conceivable to directly form a material having a light receiving sensitivity in a long wavelength band such as germanium as a light absorbing layer on a silicon substrate. Generally, however, the lattice constant of these materials and the lattice of silicon are considered. Since there is a difference (lattice misfit) with the constant, germanium or the like cannot be directly grown on a silicon substrate.
【０００３】上記問題を解決するための技術が、例え
ば、B. Jalali等により、"Si-Based Receivers for Opt
ical Data Links" (Journal of Lightwave Technology,
Vol.12, No. 6, June 1994 pp. 930-935)に開示されて
いる。図５は上記文献に開示された従来の半導体光検出
器の第１の構成例を示す概略断面図である。この半導体
光検出器は、ｎ型シリコン基板１上に、シリコン単結晶
層２、光吸収層３、シリコン単結晶層４及びｐ型シリコ
ン層５が順次形成された、形状が台地（メサ；mesa）型
のフォトダイオードからなる。光吸収層３は、シリコン
層と、ゲルマニウムにシリコンが混入され、そのバンド
ギャップがシリコン層のバンドギャップより狭いシリコ
ン・ゲルマニウム混晶層とを交互に積層して構成されて
いる。これは以下に示す理由による。即ち、シリコン・
ゲルマニウム混晶層は、ゲルマニウムにシリコンが混入
されているため、ゲルマニウム単体の層よりはシリコン
層との格子ミスフィットが抑制されてはいるが、未だ格
子ミスフィットがあるため、結晶状態を良好に保ったま
まシリコン単結晶層２上に光吸収層として有効な膜厚の
シリコン・ゲルマニウム混晶層を形成できない。そこ
で、シリコン層とシリコン・ゲルマニウム混晶層とを交
互に積層することにより、光吸収層３の膜厚を厚くして
いるのである。A technique for solving the above problem is disclosed in, for example, B. Jalali et al., "Si-Based Receivers for Opt.
ical Data Links "(Journal of Lightwave Technology,
Vol. 12, No. 6, June 1994, pp. 930-935). FIG. 5 is a schematic sectional view showing a first configuration example of a conventional semiconductor photodetector disclosed in the above-mentioned document. This semiconductor photodetector has a shape of a plateau (mesa) in which a silicon single crystal layer 2, a light absorption layer 3, a silicon single crystal layer 4, and a p-type silicon layer 5 are sequentially formed on an n-type silicon substrate 1. ) Type photodiode. The light absorbing layer 3 is configured by alternately stacking a silicon layer and a silicon-germanium mixed crystal layer in which silicon is mixed with germanium and the band gap of which is narrower than that of the silicon layer. This is for the following reason. That is, silicon
In the germanium mixed crystal layer, since silicon is mixed in germanium, the lattice misfit with the silicon layer is suppressed more than in the layer of germanium alone, but there is still a lattice misfit, so that the crystal state is improved. A silicon-germanium mixed crystal layer having a film thickness effective as a light absorption layer cannot be formed on the silicon single crystal layer 2 while keeping it. Therefore, the thickness of the light absorption layer 3 is increased by alternately stacking silicon layers and silicon-germanium mixed crystal layers.
【０００４】しかし、メサ型のフォトダイオードでは、
同一のシリコン基板上に他の回路素子と共に形成するこ
とが困難である。そこで、本出願人は、シリコン層とシ
リコン・ゲルマニウム混晶層とを交互に積層した光吸収
層をシリコン基板上に形成されたエピタキシャル層内に
埋設したプレーナ（planar）型（回路素子の各領域が同
一平面上に形成されている）のフォトダイオードからな
る半導体光検出器を提案し、特開平７−２３１１１３号
公報及び"A selective epitaxial SiGe/Si planar phot
odetector for Si-based OEICs" (1995 IEDM Technical
Digest, Dec. 1995, pp. 583-586)に開示した。図６は
上記文献に開示された従来の半導体光検出器の第２の構
成例を示す概略断面図である。この半導体光検出器は、
以下に示す工程によって製造される。まず、シリコン基
板１１上に、埋込シリコン酸化膜１２、ｎ型埋込層１
３、ｎ型エピタキシャル層１４を順次形成した後、ｎ型
エピタキシャル層１４内にその側壁がシリコン酸化膜１
５で覆われた溝１６を形成する。次に、シリコン酸化膜
等をマスクとして選択エピタキシャル成長法により、溝
１６の底面にシリコン層とシリコン・ゲルマニウム混晶
層とを交互に積層した光吸収層１７を埋設した後、光吸
収層１７上にｐ型シリコン層１８を形成すると共に、ｎ
型エピタキシャル層１４上にｎ型シリコン層１９を形成
する。このようにプレーナ型とすることにより、半導体
集積回路の回路素子とフォトダイオードとを同一のシリ
コン基板上に容易に形成できるので、長波長帯に対応し
た、いわゆるＳｉ−ＯＥＩＣ（Opto-Electric Integrat
ed Circuits）を容易に実現できる。However, in a mesa photodiode,
It is difficult to form together with other circuit elements on the same silicon substrate. Therefore, the present applicant has proposed a planar (planar) type (each region of a circuit element) in which a light absorption layer in which a silicon layer and a silicon-germanium mixed crystal layer are alternately stacked is embedded in an epitaxial layer formed on a silicon substrate. Are formed on the same plane) and disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-231113 and "A selective epitaxial SiGe / Si planar photo".
odetector for Si-based OEICs "(1995 IEDM Technical
Digest, Dec. 1995, pp. 583-586). FIG. 6 is a schematic sectional view showing a second configuration example of the conventional semiconductor photodetector disclosed in the above-mentioned document. This semiconductor photodetector
It is manufactured by the following steps. First, a buried silicon oxide film 12 and an n-type buried layer 1 are formed on a silicon substrate 11.
3. After sequentially forming the n-type epitaxial layer 14, the side wall of the silicon oxide film 1 is formed in the n-type epitaxial layer 14.
A groove 16 covered with 5 is formed. Next, a light absorption layer 17 in which a silicon layer and a silicon-germanium mixed crystal layer are alternately stacked is buried on the bottom surface of the groove 16 by a selective epitaxial growth method using a silicon oxide film or the like as a mask. A p-type silicon layer 18 is formed and n
An n-type silicon layer 19 is formed on the type epitaxial layer 14. By adopting the planar type as described above, the circuit element of the semiconductor integrated circuit and the photodiode can be easily formed on the same silicon substrate, so that a so-called Si-OEIC (Opto-Electric Integrat) corresponding to a long wavelength band can be used.
ed Circuits) can be easily realized.
【０００５】しかし、上記シリコン層とシリコン・ゲル
マニウム混晶層とを交互に積層した光吸収層１７の構造
では、シリコン層とシリコン・ゲルマニウム混晶層とを
何回も交互に積層するため、製造に時間がかかってしま
う。そこで、シリコン基板上に光吸収層としてゲルマニ
ウム単結晶を形成する技術が特表昭６１−５００４６６
号公報に開示されている。図７は上記文献に開示された
従来の半導体光検出器の第３の構成例を示す概略断面図
である。この半導体光検出器は、シリコン基板２１上
に、シリコン・ゲルマニウム混晶層２２、ｎ型ゲルマニ
ウム層２３、ゲルマニウム単結晶層２４、ｐ型ゲルマニ
ウム層２５が順次形成されたフォトダイオードからな
る。シリコン・ゲルマニウム混晶層２２は、シリコン基
板２１上からその表面に向けて、ゲルマニウム濃度を徐
々に増加させていき、最終的にゲルマニウム濃度が１０
０％となるように形成している。このようにシリコン・
ゲルマニウム混晶層２２を形成することにより、格子ミ
スフィットに影響されずに、ｎ型ゲルマニウム層２３及
びゲルマニウム単結晶層２４を結晶成長させることがで
きる。また、シリコン・ゲルマニウム混晶層２２も、ゲ
ルマニウム濃度が徐々に変化するので、結晶成長が容易
である。However, in the structure of the light absorption layer 17 in which the silicon layer and the silicon-germanium mixed crystal layer are alternately stacked, the silicon layer and the silicon-germanium mixed crystal layer are alternately stacked many times. It takes time. Therefore, a technique for forming a germanium single crystal as a light absorbing layer on a silicon substrate has been proposed in Japanese Patent Publication No. 61-500466.
No. 6,009,045. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a third configuration example of the conventional semiconductor photodetector disclosed in the above document. This semiconductor photodetector comprises a photodiode in which a silicon-germanium mixed crystal layer 22, an n-type germanium layer 23, a germanium single crystal layer 24, and a p-type germanium layer 25 are sequentially formed on a silicon substrate 21. The silicon-germanium mixed crystal layer 22 gradually increases the germanium concentration from above the silicon substrate 21 toward the surface thereof, and finally has a germanium concentration of 10%.
It is formed to be 0%. In this way, silicon
By forming the germanium mixed crystal layer 22, the n-type germanium layer 23 and the germanium single crystal layer 24 can be grown without being affected by lattice misfit. Also, the silicon-germanium mixed crystal layer 22 is easy to grow because the germanium concentration gradually changes.
【０００６】しかし、上記のようにゲルマニウム濃度を
徐々に変化させつつシリコン・ゲルマニウム混晶層２２
を形成するには、手間と時間がかかってしまう。そこ
で、本出願人は、上記シリコン・ゲルマニウム混晶層２
２を形成することなく、シリコン基板上に直接ゲルマニ
ウム単結晶層を結晶成長させる技術を提案し、特願平９
−０７０９３３号に開示した。図８は上記文献に開示さ
れた従来の半導体光検出器の第４の構成例を示す概略断
面図である。この半導体光検出器は、以下に示す工程に
よって製造される。まず、シリコン基板３１内にその側
壁がシリコン酸化膜３２で覆われた溝３３を形成する。
次に、シリコン酸化膜に対して選択的に、溝３３の底面
に、膜厚の薄いゲルマニウム層及び膜厚の極めて薄いシ
リコン・ゲルマニウム混晶層（いずれも図示略）をそれ
ぞれ形成した後、アニール処理することにより、シリコ
ン基板３１とゲルマニウム層との界面にのみ転位が局在
し、ゲルマニウム層内部には貫通転位（膜厚方向に貫い
た転位）が残存しないので、表面が平坦で、完全にシリ
コン基板３１との格子ミスフィットに起因する歪が緩和
（格子緩和）したゲルマニウム層がシリコン基板３１上
に形成される。この後、シリコン酸化膜に対して選択的
に、ゲルマニウム層上に所望の膜厚のゲルマニウム単結
晶層３４を光吸収層として形成する。次に、ゲルマニウ
ム単結晶層３４上にｐ型シリコン層３５を形成すると共
に、シリコン基板３１上にｎ型シリコン層３６を形成し
た後、シリコン基板３１に、その中央部にコア部３７を
有する光ファイバ３８を固定するための光ファイバ固定
溝３９を形成することにより、光ファイバ固定溝３９に
固定された光ファイバ３８の一端から出射された光が図
８に矢印で示す横方向からゲルマニウム単結晶層３４へ
入射される導波路型のフォトダイオードが完成する。こ
のようにゲルマニウム単結晶層３４の側面方向から光を
入射する構造にするのは、光ファイバ３８の固定とゲル
マニウム単結晶層３４への位置合わせが容易だからであ
る。以上の構成によれば、ゲルマニウム濃度を徐々に変
化させつつシリコン・ゲルマニウム混晶層を形成するこ
となく、ゲルマニウム単結晶層を結晶成長させることが
できると共に、シリコン基板３１の他の部分に上記半導
体光検出器を駆動するためのドライバ回路を形成するこ
とにより、Ｓｉ−ＯＥＩＣを容易に実現できる。However, as described above, while gradually changing the germanium concentration, the silicon-germanium mixed crystal layer 22 is formed.
It takes time and effort to form. Therefore, the present applicant has proposed the above-mentioned silicon-germanium mixed crystal layer 2.
Patent No. 9/1973, proposes a technique for crystal-growing a germanium single crystal layer directly on a silicon substrate without forming silicon nitride.
No. 070933. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a fourth configuration example of the conventional semiconductor photodetector disclosed in the above document. This semiconductor photodetector is manufactured by the following steps. First, a groove 33 whose side wall is covered with a silicon oxide film 32 is formed in a silicon substrate 31.
Next, a germanium layer having a small thickness and a silicon-germanium mixed crystal layer having a very small thickness (both not shown) are respectively formed on the bottom surface of the groove 33 selectively with respect to the silicon oxide film, and then annealed. By the treatment, dislocations are localized only at the interface between the silicon substrate 31 and the germanium layer, and threading dislocations (dislocations penetrating in the film thickness direction) do not remain inside the germanium layer. A germanium layer in which strain caused by lattice misfit with the silicon substrate 31 has been relaxed (lattice relaxation) is formed on the silicon substrate 31. Thereafter, a germanium single crystal layer 34 having a desired film thickness is formed as a light absorbing layer on the germanium layer selectively with respect to the silicon oxide film. Next, a p-type silicon layer 35 is formed on the germanium single crystal layer 34, and an n-type silicon layer 36 is formed on the silicon substrate 31. By forming an optical fiber fixing groove 39 for fixing the fiber 38, light emitted from one end of the optical fiber 38 fixed to the optical fiber fixing groove 39 can be converted into a germanium single crystal from a lateral direction indicated by an arrow in FIG. A waveguide type photodiode to be incident on the layer 34 is completed. The structure in which light is incident from the side of the germanium single crystal layer 34 in this manner is because the fixing of the optical fiber 38 and the alignment with the germanium single crystal layer 34 are easy. According to the above configuration, the germanium single crystal layer can be crystal-grown without gradually forming the silicon-germanium mixed crystal layer while gradually changing the germanium concentration, and the semiconductor substrate is formed in another portion of the silicon substrate 31. By forming a driver circuit for driving the photodetector, a Si-OEIC can be easily realized.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、光通信に用
いられる長波長帯の光のうち、一般に良く使用される波
長が１．３μｍ帯の光は、ゲルマニウム単結晶層中の通
過距離が約３μｍであれば、ゲルマニウム単結晶層によ
り１００％近く吸収される。したがって、光を膜厚方向
からゲルマニウム単結晶層へ入射する場合には、ゲルマ
ニウム単結晶層の膜厚も約３μｍであれば良い。ところ
が、上記特願平９−０７０９３３号に開示された従来の
第４の構成例による半導体光検出器の製造方法において
は、図８に示すように、光をゲルマニウム単結晶層３４
の側面方向から入射する構造であるので、光吸収効率を
１００％近くにするためには、ゲルマニウム単結晶層３
４の膜厚はコア部３７の直径と略等しい必要がある。波
長が１．３μｍ帯の光を伝搬するのに通常使用されるシ
ングルモード光ファイバのコア部の直径は約１０μｍで
あるから、ゲルマニウム単結晶層３４の膜厚も約１０μ
ｍにする必要があり、ゲルマニウム単結晶層３４の形成
時間が非常に長くなり、ゲルマニウム単結晶層３４の形
成工程のスループット（throughput；所定時間内に処理
する仕事量）を著しく低下させてしまう。そこで、ゲル
マニウム単結晶層３４の膜厚を薄くすることが考えられ
るが、そうすると、今度は光吸収効率の低下に伴って受
光感度が低下してしまう。即ち、ゲルマニウム単結晶層
の形成時間の短縮と受光感度の向上とは、両立できない
という問題があった。Among the light in the long wavelength band used for optical communication, the light in the 1.3 μm band, which is generally used, has a passing distance of about 3 μm in the germanium single crystal layer. If so, nearly 100% is absorbed by the germanium single crystal layer. Therefore, when light is incident on the germanium single crystal layer from the thickness direction, the thickness of the germanium single crystal layer may be about 3 μm. However, in the method for manufacturing a semiconductor photodetector according to the fourth conventional configuration disclosed in Japanese Patent Application No. 9-070933, as shown in FIG.
In order to make the light absorption efficiency close to 100%, the germanium single crystal layer 3
The film thickness of No. 4 needs to be substantially equal to the diameter of the core portion 37. Since the diameter of the core of a single mode optical fiber generally used to propagate light in the 1.3 μm band is about 10 μm, the thickness of the germanium single crystal layer 34 is also about 10 μm.
m, the formation time of the germanium single crystal layer 34 becomes very long, and the throughput of the formation process of the germanium single crystal layer 34 (work amount processed within a predetermined time) is significantly reduced. Therefore, it is conceivable to reduce the film thickness of the germanium single crystal layer 34. However, in this case, the light receiving sensitivity is reduced with a decrease in the light absorption efficiency. That is, there has been a problem that shortening of the formation time of the germanium single crystal layer and improvement of the light receiving sensitivity cannot be achieved at the same time.
【０００８】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、ゲルマニウム単結晶層の形成時間を短縮できる
と共に、受光感度も向上させることができる半導体光検
出器及びその製造方法を提供することを目的としてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor photodetector capable of shortening the formation time of a germanium single crystal layer and improving the light receiving sensitivity, and a method of manufacturing the same. It is an object.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明に係る半導体光検出器は、シリ
コン基板上に形成された下層シリコン酸化膜と、上記下
層シリコン酸化膜上に形成され、素子形成領域を囲み、
少なくとも素子形成領域と接する面にシリコン酸化膜が
形成され、上面及び光入射方向の面が開口した素子分離
領域と、上記素子形成領域において、上記素子分離領域
の光入射方向の開口部近傍に形成された第１導電型シリ
コン領域と、上記素子形成領域において、上記第１導電
型シリコン領域の側面から上記開口部と面対称の位置に
ある上記素子分離領域の面に向かって順にエピタキシャ
ル成長法により形成された第１導電型高濃度シリコン
層、ゲルマニウム単結晶層及び第２導電型高濃度シリコ
ン層と、上記第２導電型高濃度シリコン層の側面と上記
開口部と面対称の位置にある上記素子分離領域の面との
間に形成された第２導電型高濃度ポリシリコン層と、上
記第２導電型高濃度ポリシリコン層及び上記第１導電型
シリコン領域のそれぞれの上面に形成された第１及び第
２の電極とを備えてなることを特徴としている。なお、
この請求項１記載の発明において、第１導電型及び第２
導電型とは、ｎ型又はｐ型を表しており、第１導電型を
ｎ型とした場合には、第２導電型がｐ型となり、この場
合、第１の電極がアノード電極、第２の電極がカソード
電極となる。これに対して、第１導電型をｐ型とした場
合には、第２導電型がｎ型となり、この場合、第１の電
極がカソード電極、第２の電極がアノード電極となる。
導電型については、以下の請求項記載の発明においても
同様であり、電極については、請求項７記載の発明にお
いて同様である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor photodetector comprising: a lower silicon oxide film formed on a silicon substrate; and a lower silicon oxide film formed on the lower silicon oxide film. Formed around the element forming region,
A silicon oxide film is formed at least on a surface in contact with the element formation region, and an element isolation region having an open upper surface and a surface in the light incident direction; and in the element formation region, near the opening of the element isolation region in the light incident direction. The first conductivity type silicon region and the element formation region, which are sequentially formed by epitaxial growth from a side surface of the first conductivity type silicon region to a surface of the element isolation region which is plane-symmetric with the opening. The first-conductivity-type high-concentration silicon layer, the germanium single-crystal layer, and the second-conductivity-type high-concentration silicon layer, and the element at a position symmetrical with a side surface of the second-conductivity-type high-concentration silicon layer and the opening. A second-conductivity-type high-concentration polysilicon layer formed between the surface of the isolation region and the second-conductivity-type high-concentration polysilicon layer and that of the first-conductivity-type silicon region; It is characterized by comprising a first and a second electrode formed on the upper surface of the LES. In addition,
According to the first aspect of the present invention, the first conductivity type and the second conductivity type
The conductivity type indicates n-type or p-type. When the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type. In this case, the first electrode is an anode electrode and the second electrode is a p-type. Electrode becomes a cathode electrode. On the other hand, when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. In this case, the first electrode is a cathode electrode and the second electrode is an anode electrode.
The same applies to the conductivity type in the invention described in the following claims, and the same applies to the electrodes in the invention described in claim 7.
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体光検出器に係り、上記ゲルマニウム単結晶層の上記
光入射方向と平行な方向の長さは、上記開口部から入射
される所定波長の光を略完全に吸収可能な長さであるこ
とを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor photodetector according to the first aspect, wherein a length of the germanium single crystal layer in a direction parallel to the light incident direction is a predetermined length incident from the opening. It is characterized in that it has a length capable of absorbing light of a wavelength substantially completely.
【００１１】請求項３記載の発明に係る半導体光検出器
は、シリコン基板上に形成された下層シリコン酸化膜
と、上記下層シリコン酸化膜上の素子形成領域を光入射
方向と直交する方向から挟むように対向して囲み、少な
くとも素子形成領域と接する面にシリコン酸化膜が形成
され、上面、上記光入射方向の面及び上記光入射方向と
面対称の位置にある面が開口した素子分離領域と、上記
素子形成領域において、上記素子分離領域の光入射方向
の開口部近傍に形成された第１の第１導電型シリコン領
域と、上記素子形成領域において、上記第１の第１導電
型シリコン領域の側面から上記素子形成領域の中央部に
向かって順にエピタキシャル成長法により形成された第
１の第１導電型高濃度シリコン層、第１のゲルマニウム
単結晶層及び第１の第２導電型高濃度シリコン層と、上
記素子形成領域において、上記光入射方向の開口部と面
対称の位置にある開口部近傍に形成された第２の第１導
電型シリコン領域と、上記素子形成領域において、上記
第２の第１導電型シリコン領域の側面から上記素子形成
領域の中央部に向かって順にエピタキシャル成長法によ
り形成された第２の第１導電型高濃度シリコン層、第２
のゲルマニウム単結晶層及び第２の第２導電型高濃度シ
リコン層と、上記素子形成領域の中央部に、上記第１及
び第２の第２導電型高濃度シリコン層と接して形成され
た第２導電型高濃度ポリシリコン層と、上記第２導電型
高濃度ポリシリコン層並びに上記第１及び第２の第１導
電型シリコン領域のそれぞれの上面に形成された第１乃
至第３の電極とを備えてなることを特徴としている。な
お、この請求項３記載の発明において、第１導電型をｎ
型、第２導電型をｐ型とした場合、第１の電極がアノー
ド電極、第２及び第３の電極がカソード電極となる。こ
れに対して、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型とし
た場合、第１の電極がカソード電極、第２及び第３の電
極がアノード電極となる。電極については、請求項９記
載の発明において同様である。According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor photodetector, a lower silicon oxide film formed on a silicon substrate and an element formation region on the lower silicon oxide film are sandwiched from a direction orthogonal to a light incident direction. A silicon oxide film is formed on at least the surface in contact with the element formation region, and the upper surface, the surface in the light incident direction, and the element isolation region having an open surface at a position symmetrical with the light incident direction. A first first conductivity type silicon region formed in the element formation region near an opening of the element isolation region in the light incident direction; and a first first conductivity type silicon region in the element formation region. A first first conductivity type high-concentration silicon layer, a first germanium single crystal layer, and a first A two-conductivity-type high-concentration silicon layer; a second first-conductivity-type silicon region formed in the element formation region near an opening that is plane-symmetric with the opening in the light incident direction; A second first-conductivity-type high-concentration silicon layer formed by an epitaxial growth method in order from a side surface of the second first-conductivity-type silicon region to a central portion of the element formation region;
A second single-conductivity-type high-concentration silicon layer and a second second-conductivity-type high-concentration silicon layer formed at a central portion of the element formation region in contact with the first and second second-conductivity-type high-concentration silicon layers; A two-conductivity-type high-concentration polysilicon layer, and first to third electrodes formed on the upper surface of each of the second-conductivity-type high-concentration polysilicon layer and the first and second first-conductivity-type silicon regions; It is characterized by comprising. In the invention according to claim 3, the first conductivity type is n.
When the mold and the second conductivity type are p-type, the first electrode is an anode electrode, and the second and third electrodes are cathode electrodes. In contrast, when the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type, the first electrode is a cathode electrode, and the second and third electrodes are anode electrodes. The electrodes are the same as in the ninth aspect of the present invention.
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の半
導体光検出器に係り、上記第１及び第２のゲルマニウム
単結晶層の上記光入射方向と平行な方向の長さの和は、
上記光入射方向の開口部から入射される所定波長の光を
略完全に吸収可能な長さであることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に
記載の半導体光検出器に係り、上記素子形成領域の上記
光入射方向に直交する２方向の長さは、上記光入射方向
の開口部に対向して設置される光ファイバのコア部の径
に略等しいことを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor photodetector according to the third aspect, wherein a sum of lengths of the first and second germanium single crystal layers in a direction parallel to the light incident direction is:
It is characterized in that the length is such that light of a predetermined wavelength incident from the opening in the light incident direction can be almost completely absorbed.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor photodetector according to any one of the first to fourth aspects, wherein a length of the element formation region in two directions orthogonal to the light incident direction is equal to the light incident direction. The diameter of the optical fiber is substantially equal to the diameter of the core of the optical fiber installed facing the opening.
【００１３】また、請求項６記載の発明に係る半導体光
検出器の製造方法は、シリコン基板上に、下層シリコン
酸化膜、第１導電型シリコン領域及び上層シリコン酸化
膜を順次形成する第１の工程と、素子形成領域を囲み、
少なくとも素子形成領域と接する面にシリコン酸化膜が
形成され、光入射方向の面が開口した素子分離領域を、
上記第１導電型シリコン領域の表面から上記下層シリコ
ン酸化膜に達するまで形成する第２の工程と、上記素子
分離領域の開口部と面対称の位置にある面近傍の第１導
電型シリコン領域の表面に形成された上層シリコン酸化
膜の一部を除去して第１のコンタクトホールを形成する
第３の工程と、上記第１のコンタクトホールを介して、
上記第１導電型シリコン領域の一部を、上記光入射方向
と直交する方向に上記下層シリコン酸化膜に達するまで
エッチングした後、上記光入射方向と平行な方向にエッ
チングして除去し、空洞部を形成する第４の工程と、上
記第１のコンタクトホールを介して、上記空洞部の上記
第１導電型シリコン領域が露出した部分から上記素子分
離領域の開口部と面対称の位置にある面に向かって、そ
れぞれ所定膜厚の第１導電型高濃度シリコン層、ゲルマ
ニウム単結晶層及び第２導電型高濃度シリコン層を、シ
リコン酸化膜に対して選択的に順次エピタキシャル成長
させる第５の工程と、上記第１のコンタクトホールを介
して、上記空洞部の残りの部分に第２導電型高濃度ポリ
シリコン層を形成する第６の工程と、上記素子分離領域
の開口部近傍の第１導電型シリコン領域の表面に形成さ
れた上層シリコン酸化膜の一部を除去して第２のコンタ
クトホールを形成する第７の工程と、上記第１及び第２
のコンタクトホール並びにその周辺の上層シリコン酸化
膜上に第１及び第２の電極を形成する第８の工程とを備
えてなることを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor photodetector, a lower silicon oxide film, a first conductivity type silicon region, and an upper silicon oxide film are sequentially formed on a silicon substrate. Process and surrounding the element formation region,
A silicon oxide film is formed on at least the surface in contact with the element formation region, and the element isolation region whose surface in the light incident direction is open,
A second step of forming from the surface of the first conductivity type silicon region to the lower silicon oxide film; and forming a first conductivity type silicon region near a plane which is plane-symmetric with the opening of the element isolation region. A third step of forming a first contact hole by removing a part of the upper silicon oxide film formed on the surface, and via the first contact hole,
After etching a part of the first conductivity type silicon region in a direction perpendicular to the light incident direction until reaching the lower silicon oxide film, the silicon region is etched away in a direction parallel to the light incident direction, and the cavity is removed. And a surface which is plane-symmetric with the opening of the element isolation region from a portion of the cavity where the first conductivity type silicon region is exposed via the first contact hole. A fifth step in which a first conductive type high concentration silicon layer, a germanium single crystal layer, and a second conductive type high concentration silicon layer each having a predetermined thickness are selectively epitaxially grown sequentially on the silicon oxide film; A sixth step of forming a second conductivity type high-concentration polysilicon layer in the remaining portion of the cavity through the first contact hole; A seventh step of forming a second contact hole portion of the upper silicon oxide film formed on the surface of the conductive silicon region is removed, the first and second
An eighth step of forming first and second electrodes on the contact hole and the upper silicon oxide film around the contact hole.
【００１４】請求項７記載の発明は、請求項６記載の半
導体光検出器の製造方法に係り、上記第５の工程では、
上記ゲルマニウム単結晶層の上記光入射方向と平行な方
向の長さが、上記開口部から入射される所定波長の光を
略完全に吸収可能な長さとなるように、上記ゲルマニウ
ム単結晶層を形成することを特徴としている。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor photodetector according to the sixth aspect, wherein the fifth step comprises:
The germanium single crystal layer is formed such that the length of the germanium single crystal layer in a direction parallel to the light incident direction is a length that can substantially completely absorb light of a predetermined wavelength incident from the opening. It is characterized by doing.
【００１５】請求項８記載の発明は、請求項６又は７記
載の半導体光検出器の製造方法に係り、上記第５の工程
では、上記ゲルマニウム単結晶層は、膜厚の薄いゲルマ
ニウム層及び膜厚の極めて薄いシリコン・ゲルマニウム
混晶層を順に形成し、それらをアニール処理した後に形
成することを特徴としている。The invention according to claim 8 relates to a method for manufacturing a semiconductor photodetector according to claim 6 or 7, wherein in the fifth step, the germanium single crystal layer is formed of a thin germanium layer and a thin film. It is characterized in that an extremely thin silicon-germanium mixed crystal layer is formed in order and then formed after annealing.
【００１６】請求項９記載の発明に係る半導体光検出器
の製造方法は、シリコン基板上に、下層シリコン酸化
膜、第１導電型シリコン領域及び上層シリコン酸化膜を
順次形成する第１の工程と、素子形成領域を光入射方向
と直交する方向から挟むように対向して囲み、少なくと
も素子形成領域と接する面にシリコン酸化膜が形成さ
れ、上記光入射方向の面及び上記光入射方向と面対称の
位置にある面が開口した素子分離領域を、上記第１導電
型シリコン領域の表面から上記下層シリコン酸化膜に達
するまで形成する第２の工程と、上記素子形成領域中央
部の第１導電型シリコン領域の表面に形成された上層シ
リコン酸化膜の一部を除去して第１のコンタクトホール
を形成する第３の工程と、上記第１のコンタクトホール
を介して、上記第１導電型シリコン領域の一部を、上記
光入射方向と直交する方向に上記下層シリコン酸化膜に
達するまでエッチングした後、上記光入射方向と平行な
方向にエッチングして除去し、空洞部を形成する第４の
工程と、上記第１のコンタクトホールを介して、上記空
洞部の上記光入射方向の開口部近傍の上記第１導電型シ
リコン領域が露出した部分から上記素子形成領域中央部
に向かって、それぞれ所定膜厚の第１の第１導電型高濃
度シリコン層、第１のゲルマニウム単結晶層及び第１の
第２導電型高濃度シリコン層を、シリコン酸化膜に対し
て選択的に順次エピタキシャル成長させると共に、上記
空洞部の上記光入射方向の開口部と面対称の位置にある
開口部近傍の上記第１導電型シリコン領域が露出した部
分から上記素子形成領域中央部に向かって、それぞれ所
定膜厚の第２の第１導電型高濃度シリコン層、第２のゲ
ルマニウム単結晶層及び第２の第２導電型高濃度シリコ
ン層を、シリコン酸化膜に対して選択的に順次エピタキ
シャル成長させる第５の工程と、上記第１のコンタクト
ホールを介して、上記空洞部の残りの部分に第２導電型
高濃度ポリシリコン層を形成する第６の工程と、上記素
子分離領域の上記光入射方向の開口部近傍及び上記光入
射方向の開口部と面対称の位置にある開口部近傍の第１
導電型シリコン領域の表面に形成された上層シリコン酸
化膜の一部を除去して第２及び第３のコンタクトホール
を形成する第７の工程と、上記第１乃至第３のコンタク
トホール並びにその周辺の上層シリコン酸化膜上に第１
乃至第３の電極を形成する第８の工程とを備えてなるこ
とを特徴としている。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor photodetector, comprising the steps of sequentially forming a lower silicon oxide film, a first conductivity type silicon region and an upper silicon oxide film on a silicon substrate. , The element forming region is opposed and surrounded so as to sandwich the element forming region from a direction perpendicular to the light incident direction, and a silicon oxide film is formed on at least a surface in contact with the element forming region, and is plane symmetric with the surface in the light incident direction and the light incident direction A second step of forming an element isolation region having an open surface at a position from the surface of the first conductivity type silicon region until reaching the lower silicon oxide film; and a first conductivity type in a central portion of the element formation region. A third step of forming a first contact hole by removing a portion of the upper silicon oxide film formed on the surface of the silicon region; and forming the first contact hole through the first contact hole. A portion of the mold silicon region is etched in a direction orthogonal to the light incident direction until reaching the lower silicon oxide film, and then removed by etching in a direction parallel to the light incident direction to form a cavity. Step 4, through the first contact hole, from the portion where the first conductivity type silicon region near the opening in the light incident direction of the cavity portion is exposed toward the central portion of the element forming region. A first first-conductivity-type high-concentration silicon layer, a first germanium single-crystal layer, and a first second-conductivity-type high-concentration silicon layer each having a predetermined thickness are selectively epitaxially grown on a silicon oxide film sequentially. In addition, from the portion where the first conductivity type silicon region is exposed near the opening in a plane symmetrical position with respect to the opening in the light incident direction of the cavity, toward the center of the element forming region. A second first conductivity type high-concentration silicon layer, a second germanium single crystal layer and a second second conductivity type high-concentration silicon layer each having a predetermined thickness are selectively epitaxially grown on a silicon oxide film sequentially. A fifth step of forming the second conductive type high-concentration polysilicon layer in the remaining portion of the cavity through the first contact hole, and a step of forming the light in the element isolation region. A first portion near the opening in the incident direction and a portion near the opening in plane symmetry with the opening in the light incident direction.
A seventh step of removing a part of the upper silicon oxide film formed on the surface of the conductive silicon region to form second and third contact holes, and the first to third contact holes and the periphery thereof On the upper silicon oxide film
And an eighth step of forming a third electrode.
【００１７】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
半導体光検出器の製造方法に係り、上記第５の工程で
は、上記第１及び第２のゲルマニウム単結晶層の上記光
入射方向と平行な方向の長さの和が、上記光入射方向の
開口部から入射される所定波長の光を略完全に吸収可能
な長さとなるように、上記第１及び第２のゲルマニウム
単結晶層を形成することを特徴としている。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor photodetector according to the ninth aspect, wherein in the fifth step, the light incident directions of the first and second germanium single crystal layers are different from each other. The first and second germanium single crystal layers are arranged such that the sum of the lengths in the parallel direction is a length that can substantially completely absorb light of a predetermined wavelength incident from the opening in the light incident direction. It is characterized by forming.
【００１８】また、請求項１１記載の発明は、請求項９
又は１０記載の半導体光検出器の製造方法に係り、上記
第５の工程では、上記第１及び第２のゲルマニウム単結
晶層は、膜厚の薄いゲルマニウム層及び膜厚の極めて薄
いシリコン・ゲルマニウム混晶層を順に形成し、それら
をアニール処理した後に形成することを特徴としてい
る。The invention according to claim 11 is the same as the ninth invention.
Or in the method for manufacturing a semiconductor photodetector according to 10, wherein in the fifth step, the first and second germanium single crystal layers are formed of a germanium layer having a small thickness and a silicon-germanium mixture having a very small thickness. It is characterized in that crystal layers are formed in order, and they are formed after annealing.
【００１９】請求項１２記載の発明は、請求項６乃至１
１のいずれか１に記載の半導体光検出器の製造方法に係
り、上記第１の工程では、上記素子形成領域の上記光入
射方向に直交する２方向の長さが上記光入射方向の開口
部に対向して設置される光ファイバのコア部の径に略等
しくなるように、上記第１導電型シリコン領域を形成す
ることを特徴としている。The twelfth aspect of the present invention is the sixth aspect of the present invention.
In the method for manufacturing a semiconductor photodetector according to any one of the first to third aspects, in the first step, the length of the element formation region in two directions orthogonal to the light incident direction is the opening in the light incident direction. Wherein the first conductivity type silicon region is formed so as to be substantially equal to the diameter of the core portion of the optical fiber installed facing the optical fiber.
【００２０】[0020]
【作用】この発明の構成によれば、光吸収層を構成する
ゲルマニウム単結晶層を光入射方向と平行な方向にエピ
タキシャル成長させているので、入射光を略完全に吸収
するゲルマニウム単結晶層の形成時間を短縮できると共
に、受光感度も向上させることができる。According to the structure of the present invention, the germanium single crystal layer constituting the light absorbing layer is epitaxially grown in a direction parallel to the light incident direction, so that the germanium single crystal layer absorbing the incident light almost completely is formed. The time can be shortened and the light receiving sensitivity can be improved.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 Ａ．第１の実施例 図１（ａ）は、この発明の第１の実施例である半導体光
検出器の構成を示す概略平面図、図１（ｂ）は、図１
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この半導体光検出器は、
シリコン基板４１の表面全面に、埋込シリコン酸化膜４
２及び膜厚約１０μｍのｎ型シリコン領域４３が順次形
成されているＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造であ
る。そして、シリコン酸化膜からなり、図１（ｂ）に矢
印で示す光入射方向及び上面を開口したコ字状の素子分
離領域４４が、基板表面から埋込シリコン酸化膜４２に
達するまで形成されている。この素子分離領域４４によ
って囲まれた素子形成領域において、開口部４４ａから
側壁部４４ｂに向かって（図１（ｂ）の右側から左側に
向かって）、ｎ型シリコン領域４３、ｎ+型シリコン層
４５、ゲルマニウム単結晶層４６、ｐ+型シリコン層４
７及びｐ+型ポリシリコン層４８が順に形成されてい
る。ゲルマニウム単結晶層４６の光の入射方向と平行な
方向の長さは、約３μｍである。また、ｎ型シリコン領
域４３の表層部には、後述するカソード電極５３とオー
ミックコンタクトするために、電極取り出し用のｎ+型
拡散層４９が形成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be specifically made using an embodiment. A. First Embodiment FIG. 1A is a schematic plan view showing a configuration of a semiconductor photodetector according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
It is an AA sectional view of (a). This semiconductor photodetector
A buried silicon oxide film 4 is formed on the entire surface of the silicon substrate 41.
2 and an SOI (Silicon On Insulator) structure in which an n-type silicon region 43 having a thickness of about 10 μm is sequentially formed. Then, a U-shaped element isolation region 44 made of a silicon oxide film and having an open upper surface in the light incident direction indicated by an arrow in FIG. 1B is formed until it reaches the buried silicon oxide film 42 from the substrate surface. I have. In the element formation region surrounded by the element isolation region 44, the n-type silicon region 43 and the n + -type silicon layer 43 extend from the opening 44a toward the side wall 44b (from right to left in FIG. 1B). 45, germanium single crystal layer 46, p + type silicon layer 4
7 and ap + type polysilicon layer 48 are formed in this order. The length of the germanium single crystal layer 46 in the direction parallel to the light incident direction is about 3 μm. Further, an n + -type diffusion layer 49 for taking out an electrode is formed in a surface layer portion of the n-type silicon region 43 so as to make ohmic contact with a cathode electrode 53 described later.
【００２２】そして、ｎ型シリコン領域４３、素子分離
領域４４、ｎ+型シリコン層４５、ゲルマニウム単結晶
層４６、ｐ+型シリコン層４７、ｐ+型ポリシリコン層４
８及びｎ+型拡散層４９の表面全面には、シリコン酸化
膜５０が形成されている。ｐ+型ポリシリコン層４８及
びｎ+型拡散層４９のそれぞれの表面に形成されたシリ
コン酸化膜５０の一部が除去されてコンタクトホール５
１1及び５１2が形成されており、これらのコンタクトホ
ール５１1及び５１2並びにその周辺のシリコン酸化膜５
０上にアルミニウムからなるアノード電極５２及びカソ
ード電極５３が形成されている。これにより、ｎ型シリ
コン領域４３及びｎ+型シリコン層４５と、ゲルマニウ
ム単結晶層４６と、ｐ+型シリコン層４７並びにｐ+型ポ
リシリコン層４８とがｐｉｎフォトダイオードを構成し
ている。なお、各層の導電型を逆にすると共に、極性を
逆に構成してももちろん良い。そして、光ファイバは、
図８に示す構造と同様に、シリコン基板４１に光ファイ
バを固定するための光ファイバ固定溝を形成して固定す
ることが望ましい。これにより、図示せぬ光ファイバの
一端から出射された光は、図１（ｂ）に矢印で示す方向
から入射され、ゲルマニウム単結晶層４６中を伝搬中に
ほとんど吸収され、光電流に変換される。The n-type silicon region 43, the device isolation region 44, the n + -type silicon layer 45, the germanium single crystal layer 46, the p + -type silicon layer 47, and the p + -type polysilicon layer 4
A silicon oxide film 50 is formed on the entire surface of the 8 and n + type diffusion layers 49. A part of the silicon oxide film 50 formed on the surface of each of the p + -type polysilicon layer 48 and the n + -type diffusion layer 49 is removed to remove the contact hole 5.
1 1 and 51 2 are formed, the contact holes 51 1 and 51 2 and the silicon oxide film 5 around its
An anode electrode 52 and a cathode electrode 53 made of aluminum are formed on the reference numeral 0. Thus, the n-type silicon region 43 and the n + -type silicon layer 45, the germanium single crystal layer 46, the p + -type silicon layer 47 and the p + -type polysilicon layer 48 constitute a pin photodiode. The conductivity type of each layer may be reversed and the polarity may be reversed. And the optical fiber is
As in the structure shown in FIG. 8, it is desirable to form and fix an optical fiber fixing groove for fixing an optical fiber in the silicon substrate 41. As a result, light emitted from one end of the optical fiber (not shown) is incident from the direction shown by the arrow in FIG. 1B, is almost absorbed during propagation in the germanium single crystal layer 46, and is converted into a photocurrent. You.
【００２３】次に、図１に示す半導体光検出器の製造方
法について、図２及び図３を参照しつつ、順を追ってそ
の製造工程を説明する。まず、シリコン基板４１の表面
全面に、埋込シリコン酸化膜４２、ｎ型シリコン領域４
３及びシリコン酸化膜５０を順次形成した後、図２
（ａ）に示すように、図中右方向だけを開口したコ字状
の素子分離領域４４を、基板表面から埋込シリコン酸化
膜４２に達するまで形成する。次に、ｐｉｎフォトダイ
オードのカソード電極５３（図１参照）を形成すべき部
分に対応したｎ型シリコン領域４３の表層部にリンをイ
オン注入することにより、ｎ+型拡散層４９を形成する
（図２（ａ）参照）。次に、シリコン酸化膜５０のｐｉ
ｎフォトダイオードのアノード電極５２を形成すべき部
分を除去してコンタクトホール５１1を形成する。Next, a method of manufacturing the semiconductor photodetector shown in FIG. 1 will be described step by step with reference to FIGS. First, a buried silicon oxide film 42 and an n-type silicon region 4 are formed on the entire surface of a silicon substrate 41.
3 and a silicon oxide film 50 are sequentially formed.
As shown in FIG. 2A, a U-shaped element isolation region 44 opened only in the right direction in the figure is formed from the substrate surface to the buried silicon oxide film 42. Next, phosphorus ions are implanted into the surface layer of the n-type silicon region 43 corresponding to the portion where the cathode electrode 53 (see FIG. 1) of the pin photodiode is to be formed, thereby forming the n + -type diffusion layer 49 ( FIG. 2A). Next, the pi of the silicon oxide film 50 is
to remove the portion to be an anode electrode 52 of the n photodiodes forming the contact hole 51 1.
【００２４】次に、同図（ｂ）に示すように、コンタク
トホール５１1を介して、ｎ型シリコン領域４３の一部
を、まず、光の入射方向と直交する方向に埋込シリコン
酸化膜４２に達するまで異方性のドライエッチングした
後、光の入射方向と平行な方向に等方性のドライエッチ
ング又はウェットエッチングして除去し、空洞部５４を
形成する。ｎ型シリコン領域４３を光の入射方向と平行
な方向へどの程度エッチングするのかは、後述するゲル
マニウム単結晶層４６の膜厚に依存する。次に、同図
（ｃ）に示すように、コンタクトホール５１1を介し
て、空洞部５４のｎ型シリコン領域４３及びｎ+型拡散
層４９が露出した部分から素子分離領域４４の側壁部４
４ｂに向かって（同図（ｃ）の右側から左側に向かっ
て）、膜厚０．１μｍのｎ+型シリコン層４５、膜厚
３．０μｍのゲルマニウム単結晶層４６及び膜厚０．１
μｍのｐ+型シリコン層４７を、シリコン酸化膜に対し
て選択的に順次エピタキシャル成長させる。なお、ｎ+
型シリコン層４５、ゲルマニウム単結晶層４６及びｐ+
型シリコン層４７の各膜厚は、光の入射方向と平行な方
向に測った膜厚である。また、ゲルマニウム単結晶層４
６は、上記特願平９−０７０９３３号に開示された方法
で形成する。Next, as shown in FIG. (B), via a contact hole 51 1, a portion of the n-type silicon region 43, first, a buried silicon oxide film in a direction perpendicular to the incident direction of light After performing anisotropic dry etching until reaching 42, it is removed by isotropic dry etching or wet etching in a direction parallel to the light incident direction to form a cavity 54. The extent to which the n-type silicon region 43 is etched in a direction parallel to the light incident direction depends on the thickness of a germanium single crystal layer 46 described later. Next, as shown in FIG. (C), via the contact hole 51 1, side wall portions 4 of the n-type silicon region 43 and the n + -type diffusion layer 49 the element isolation region 44 from the portion exposed of the cavity 54
4b (from the right side to the left side in FIG. 3C), an n + -type silicon layer 45 having a thickness of 0.1 μm, a germanium single crystal layer 46 having a thickness of 3.0 μm, and a thickness of 0.1
A p + -type silicon layer 47 of μm is epitaxially grown selectively on the silicon oxide film. Note that n +
Type silicon layer 45, germanium single crystal layer 46 and p +
Each film thickness of the mold silicon layer 47 is a film thickness measured in a direction parallel to the light incident direction. In addition, the germanium single crystal layer 4
No. 6 is formed by the method disclosed in Japanese Patent Application No. 9-070933.
【００２５】次に、図３（ａ）に示すように、ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）法により、基板全面に
ｐ+型ポリシリコン層を形成した後、シリコン酸化膜５
０上に形成されたｐ+型ポリシリコン層をドライエッチ
ングによりエッチバックすることにより、空洞部５４の
残りの部分にｐ+型ポリシリコン層４８を形成する。一
般に、ＣＶＤ法によって形成されたｐ+型ポリシリコン
層は、段差被覆性（ステップカバレッジ: step coverag
e）が良好であるので、空洞部５４程度の深さ（約１０
μｍ）であれば容易に埋め込むことができる。次に、同
図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜５０のｐｉｎフ
ォトダイオードのカソード電極５３を形成すべき部分を
除去してコンタクトホール５１2を形成した後、同図
（ｃ）に示すように、コンタクトホール５１1及び５１2
並びにその周辺のシリコン酸化膜５０上にアルミニウム
からなるアノード電極５２及びカソード電極５３を形成
する。Next, as shown in FIG.
After forming ap + -type polysilicon layer on the entire surface of the substrate by (Chemical Vapor Deposition) method, the silicon oxide film 5 is formed.
The p + -type polysilicon layer formed on 0 is etched back by dry etching to form a p + -type polysilicon layer 48 in the remaining portion of the cavity 54. Generally, the p + type polysilicon layer formed by the CVD method has a step coverage (step coverage: step coverag).
e) is good, so that the depth of the hollow portion 54 (about 10
μm), it can be easily embedded. Next, as shown in FIG. (B), after forming the contact holes 51 2 by removing the portion for forming the cathode electrode 53 of the pin photodiode of silicon oxide film 50, shown in FIG. (C) As shown, the contact holes 51 1 and 51 2
Then, an anode electrode 52 and a cathode electrode 53 made of aluminum are formed on the silicon oxide film 50 around the periphery.
【００２６】以上説明したように、この例の構成では、
光吸収層を構成するゲルマニウム単結晶層４６をシリコ
ン基板４１の表面に対して垂直方向ではなく、水平方
向、即ち、光が入射される方向と平行な方向に、膜厚が
３μｍとなるようにエピタキシャル成長させている。し
たがって、この半導体光検出器を波長が１．３μｍ帯の
光通信に用いた場合には、図１（ｂ）の右側から入射さ
れた光は、ゲルマニウム単結晶層４６において略１００
％吸収される。また、光ファイバのコア部の一端と接す
るｎ型シリコン領域４３の膜厚を、同波長帯の光を伝搬
するのに通常使用される光ファイバのコア部の直径約１
０μｍと略同じに厚さに形成しているので、このｎ型シ
リコン領域４３の奥行き（図１（ａ）における縦方向の
長さ）も約１０μｍとすれば、ゲルマニウム単結晶層４
６の光入射方向に対する断面積は右コア部の断面積と略
等しくなり、光ファイバとフォトダイオードとの結合効
率が従来より向上する。さらに、従来の半導体光検出器
においては、ゲルマニウム単結晶層の下部にカソード領
域又はアノード領域が形成されていたので、ゲルマニウ
ム単結晶層の下部から基板表面まで電極を引き出すため
に用いる金属の引き出し寄生抵抗が高かったが、上記実
施例の構造においては、ｐ+型ポリシリコン層４８及び
ｎ型シリコン領域４３の表面にコンタクトホール５１1
及び５１2を介して直接アノード電極５２及びカソード
電極５３を形成しているので（同図（ｂ）参照）、右引
き出し寄生抵抗も小さくなる。As described above, in the configuration of this example,
The germanium single crystal layer 46 constituting the light absorption layer is formed so as to have a thickness of 3 μm in the horizontal direction, that is, in the direction parallel to the direction in which light is incident, not in the direction perpendicular to the surface of the silicon substrate 41. It is epitaxially grown. Therefore, when this semiconductor photodetector is used for optical communication in the wavelength band of 1.3 μm, light incident from the right side of FIG.
% Absorbed. The thickness of the n-type silicon region 43 in contact with one end of the core portion of the optical fiber is set to about 1 mm in diameter of the core portion of the optical fiber normally used for transmitting light in the same wavelength band.
Since the thickness of the n-type silicon region 43 (the length in the vertical direction in FIG. 1A) is also approximately 10 μm since the thickness is approximately the same as 0 μm, the germanium single crystal layer 4
The cross-sectional area of the optical fiber 6 with respect to the light incident direction is substantially equal to the cross-sectional area of the right core portion, and the coupling efficiency between the optical fiber and the photodiode is improved as compared with the related art. Further, in the conventional semiconductor photodetector, since the cathode region or the anode region is formed below the germanium single crystal layer, the extraction of the metal used to extract the electrode from the lower portion of the germanium single crystal layer to the substrate surface is performed. Although the resistance was high, in the structure of the above embodiment, contact holes 51 1 were formed in the surfaces of the p + -type polysilicon layer 48 and the n-type silicon region 43.
And 51 since the formed directly anode electrode 52 and cathode electrode 53 through the 2 (see FIG. (B)), the right drawer parasitic resistance is reduced.
【００２７】Ｂ．第２の実施例 次に、第２の実施例について説明する。図４（ａ）は、
この発明の第２の実施例である半導体光検出器の構成を
示す概略平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断
面図である。この半導体光検出器は、シリコン基板６１
の表面全面に、埋込シリコン酸化膜６２及び膜厚約１０
μｍのｎ型シリコン領域６３が順次形成されているＳＯ
Ｉ構造である。なお、ｎ型シリコン領域６３は、以下の
説明及び図４においては説明の便宜のために別々の符号
６３1，６３2が付されているが、形成過程で埋込シリコ
ン酸化膜６２の表面全面に同時に形成される。シリコン
酸化膜からなり、図４（ａ）に矢印で示す光が入射する
方向と直交する方向に矩形状の素子分離領域６４1，６
４2が、基板表面から埋込シリコン酸化膜６２に達する
まで形成されている。これら素子分離領域６４1と素子
分離領域６４2とによって挟まれた素子形成領域におい
て、光の入射方向に開口した開口部７５ａから上記素子
形成領域中央部に向かって（同図（ｂ）の右側から左側
に向かって）、ｎ型シリコン領域６３1、ｎ+型シリコン
層６５1、ゲルマニウム単結晶層６６1及びｐ+型シリコ
ン層６７1が順に形成されると共に、開口部７５ａと面
対称の位置にある開口部７５ｂから上記素子形成領域中
央部に向かって（同図（ｂ）の左側から右側に向かっ
て）、ｎ型シリコン領域６３2、ｎ+型シリコン層６
５2、ゲルマニウム単結晶層６６2及びｐ+型シリコン層
６７2が順に形成されている。また、素子形成領域中央
部には、ｐ+型ポリシリコン層６８が形成されている。
ゲルマニウム単結晶層６６1，６６2の光の入射方向と平
行な方向の長さは、共に約１．５μｍである。また、ｎ
型シリコン領域６３1，６３2の表層部には、後述するカ
ソード電極７３1及び７３2とオーミックコンタクトする
ために、電極取り出し用のｎ+型拡散層６９1，６９2が
形成されている。B. Second Embodiment Next, a second embodiment will be described. FIG. 4 (a)
4B is a schematic plan view showing the configuration of a semiconductor photodetector according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view taken along line BB of FIG. 4A. This semiconductor photodetector has a silicon substrate 61
Buried silicon oxide film 62 and a film thickness of about 10
SO in which μm n-type silicon regions 63 are sequentially formed.
It is an I structure. Incidentally, n-type silicon region 63, separate reference numerals 63 1 for convenience of explanation in the following description and FIG. 4, 63 2, but is attached, the entire surface of the buried silicon oxide film 62 during formation Formed at the same time. The element isolation regions 64 1 , 6 each formed of a silicon oxide film and having a rectangular shape in a direction orthogonal to a direction in which light indicated by an arrow in FIG.
4 2 is formed from the substrate surface to reach the buried silicon oxide film 62. In the element formation region sandwiched between the element isolation region 64 1 and the element isolation region 64 2 , from the opening 75 a opened in the light incident direction toward the center of the element formation region (right side in FIG. From the left to the left), an n-type silicon region 63 1 , an n + -type silicon layer 65 1 , a germanium single crystal layer 66 1 and a p + -type silicon layer 67 1 are formed in this order, and are symmetric with the opening 75a. From the opening 75b at the position toward the center of the element forming region (from left to right in FIG. 3B), the n-type silicon region 63 2 , the n + -type silicon layer 6
5 2, germanium single crystal layer 66 2 and p + -type silicon layer 67 2 are formed in this order. Further, a p + type polysilicon layer 68 is formed at the center of the element formation region.
The length of each of the germanium single crystal layers 66 1 and 66 2 in the direction parallel to the light incident direction is about 1.5 μm. Also, n
The surface layer of the type silicon region 63 1, 63 2, to the cathode electrodes 73 1 and 73 2 and the ohmic contact to be described later, n + -type diffusion layer 69 for electrode extraction 1, 69 2 are formed.
【００２８】そして、ｎ型シリコン領域６３1，６３2、
素子分離領域６４1，６４2、ｎ+型シリコン層６５1，６
５2、ゲルマニウム単結晶層６６1，６６2、ｐ+型シリコ
ン層６７1，６７2、ｐ+型ポリシリコン層６８並びにｎ+
型拡散層６９1，６９2の表面全面には、シリコン酸化膜
７０が形成されている。ｐ+型ポリシリコン層６８並び
にｎ+型拡散層６９1，６９2のそれぞれの表面に形成さ
れたシリコン酸化膜７０の一部が除去されてコンタクト
ホール７１1〜７１3が形成されており、これらのコンタ
クトホール７１1〜７１3及びその周辺のシリコン酸化膜
７０上にアルミニウムからなるアノード電極７２並びに
カソード電極７３1及び７３2が形成されている。これに
より、ｎ型シリコン領域６３1及びｎ+型シリコン層６５
1と、ゲルマニウム単結晶層６６1と、ｐ+型シリコン層
６７1並びにｐ+型ポリシリコン層６８とがｐｉｎフォト
ダイオードを構成すると共に、ｎ型シリコン領域６３2
及びｎ+型シリコン層６５2と、ゲルマニウム単結晶層６
６2と、ｐ+型シリコン層６７2並びにｐ+型ポリシリコン
層６８とがｐｉｎフォトダイオードを構成している。な
お、各層の導電型を逆にすると共に、極性を逆に構成し
てももちろん良い。そして、光ファイバは、図８に示す
構造と同様に、シリコン基板６１に光ファイバを固定す
るための光ファイバ固定溝を形成して固定することが望
ましい。これにより、図示せぬ光ファイバの一端から出
射された光は、図４（ｂ）に矢印で示す方向から入射さ
れ、ゲルマニウム単結晶層６６1中を伝搬中に略５０％
が吸収されて光電流に変換されると共に、ｐ+型ポリシ
リコン層６８ではほとんど吸収されずに通過し、ゲルマ
ニウム単結晶層６６2中を伝搬中に残りの略５０％が吸
収されて光電流に変換される。Then, the n-type silicon regions 63 1 , 63 2 ,
The element isolation regions 64 1 and 64 2 , the n + type silicon layers 65 1 and 6
5 2, germanium single crystal layer 66 1, 66 2, p + -type silicon layer 67 1, 67 2, p + -type polysilicon layer 68 and n +
A silicon oxide film 70 is formed on the entire surface of the mold diffusion layers 69 1 and 69 2 . p + -type polysilicon layer 68 and n + -type diffusion layer 69 1, 69 2 of the part is removed contact holes 71 1 to 71 3 of the silicon oxide film 70 formed on each surface are formed, the anode electrode 72 and cathode electrode 73 1 and 73 2 made of aluminum on the contact holes 71 1 to 71 3 and the silicon oxide film 70 near its is formed. Thereby, the n-type silicon region 63 1 and the n + -type silicon layer 65
1 , a germanium single crystal layer 66 1 , a p + -type silicon layer 67 1 and a p + -type polysilicon layer 68 constitute a pin photodiode and an n-type silicon region 63 2
And n + type silicon layer 65 2 and germanium single crystal layer 6
6 2, and p + -type silicon layer 67 2 and p + -type polysilicon layer 68 constitutes a pin photodiode. The conductivity type of each layer may be reversed and the polarity may be reversed. The optical fiber is desirably fixed by forming an optical fiber fixing groove for fixing the optical fiber on the silicon substrate 61, similarly to the structure shown in FIG. Accordingly, the light emitted from one end of the optical fiber (not shown) is incident from the direction indicated by the arrow in FIG. 4 (b), germanium single crystal layer 66 about 50% in the propagation medium 1
Is absorbed and converted into a photocurrent, passes through the p + -type polysilicon layer 68 almost without being absorbed, and approximately 50% of the remaining is absorbed while propagating through the germanium single crystal layer 66 2 , resulting in a photocurrent. Is converted to
【００２９】次に、図４に示す半導体光検出器の製造方
法について、順を追ってその製造工程を説明する。ま
ず、シリコン基板６１の表面全面に、埋込シリコン酸化
膜６２、ｎ型シリコン領域６３及びシリコン酸化膜７０
を順次形成した後、図４（ａ）に矢印で示す光が入射す
る方向と直交する方向に矩形状の素子分離領域６４1，
６４2を、基板表面から埋込シリコン酸化膜６２に達す
るまで形成する。次に、２つのｐｉｎフォトダイオード
のカソード電極７３1及び７３2（図４参照）を形成すべ
き部分に対応したｎ型シリコン領域６３1，６３2の表層
部にリンをイオン注入することにより、ｎ+型拡散層６
９1，６９2を形成する。次に、シリコン酸化膜７０の２
つのｐｉｎフォトダイオードの共通のアノード電極７２
を形成すべき部分を除去してコンタクトホール７１1を
形成する。Next, a method of manufacturing the semiconductor photodetector shown in FIG. 4 will be described step by step. First, a buried silicon oxide film 62, an n-type silicon region 63 and a silicon oxide film 70 are formed on the entire surface of the silicon substrate 61.
After sequentially formed, FIG rectangular device isolation region 64 1 in the direction in which light indicated by the arrow in (a) is perpendicular to the direction in which the incident,
64 2 are formed from the surface of the substrate to the buried silicon oxide film 62. Then, by ion-implanting phosphorus into the cathode electrode 73 1 and 73 2 the surface layer portion of which (see FIG. 4) n-type silicon region 63 1 corresponding to the portion to be formed, 63 2 of the two pin photodiodes, n + type diffusion layer 6
9 1 and 69 2 are formed. Next, 2 of the silicon oxide film 70
Common anode electrode 72 of two pin photodiodes
And removing portions to be formed to form a contact hole 71 1.
【００３０】次に、コンタクトホール７１1を介して、
ｎ型シリコン領域６３の一部を、まず、光の入射方向と
直交する方向に埋込シリコン酸化膜６２に達するまで異
方性のドライエッチングした後、光の入射方向と平行な
方向に等方性のドライエッチング又はウェットエッチン
グして除去し、空洞部を形成する。ｎ型シリコン領域６
３を光の入射方向と平行な方向へどの程度エッチングし
てｎ型シリコン領域６３1，６３2とするのかは、後述す
るゲルマニウム単結晶層６６1，６６2の膜厚に依存す
る。次に、コンタクトホール７１1を介して、空洞部の
ｎ型シリコン領域６３1及びｎ+型拡散層６９1が露出し
た部分から素子形成領域中央部に向かって（図４の右側
から左側に向かって）、膜厚０．１μｍのｎ+型シリコ
ン層６５1、膜厚１．５μｍのゲルマニウム単結晶層６
６1及び膜厚０．１μｍのｐ+型シリコン層６７１を、シ
リコン酸化膜に対して選択的に順次エピタキシャル成長
させると共に、空洞部のｎ型シリコン領域６３２及びｎ
+型拡散層６９2が露出した部分から素子形成領域中央部
に向かって（図４の左側から右側に向かって）、膜厚
０．１μｍのｎ+型シリコン層６５2、膜厚１．５μｍの
ゲルマニウム単結晶層６６2及び膜厚０．１μｍのｐ+型
シリコン層６７2を、シリコン酸化膜に対して選択的に
順次エピタキシャル成長させる。なお、ｎ+型シリコン
層６５1，６５2、ゲルマニウム単結晶層６６1，６６2並
びにｐ+型シリコン層６７1，６７2の各膜厚は、光の入
射方向と平行な方向に測った膜厚である。また、ゲルマ
ニウム単結晶層６６1，６６2は、上記特願平９−０７０
９３３号に開示された方法で形成する。[0030] Next, through a contact hole 71 1,
A portion of the n-type silicon region 63 is first subjected to anisotropic dry etching in a direction perpendicular to the light incident direction until reaching the buried silicon oxide film 62, and then isotropic in a direction parallel to the light incident direction. And dry etching or wet etching to form a cavity. n-type silicon region 6
Or 3 degree to which etched the incident direction parallel to the direction of light n-type silicon region 63 1, 63 2 to the depends on the thickness of the germanium single crystal layer 66 1, 66 2 which will be described later. Next, through the contact hole 71 1, from the portion where the n-type silicon region 63 1 and the n + -type diffusion layer 69 1 in the cavity are exposed toward the center of the element forming region (from right to left in FIG. 4). ), A 0.1 μm-thick n + type silicon layer 65 1 , a 1.5 μm-thick germanium single crystal layer 6
6 1 and p + -type silicon layer 67 1 having a thickness of 0.1 [mu] m, optionally together are sequentially epitaxially grown on the silicon oxide film, n-type silicon region of the cavity 63 2 and n
From the portion where the + type diffusion layer 69 2 is exposed toward the center of the element formation region (from left to right in FIG. 4), an n + type silicon layer 65 2 having a thickness of 0.1 μm and a thickness of 1.5 μm of germanium single crystal layer 66 2 and the film thickness 0.1μm of p + -type silicon layer 67 2, thereby selectively sequentially epitaxially grown on the silicon oxide film. Incidentally, n + -type silicon layer 65 1, 65 2, germanium single crystal layer 66 1, 66 2 and the thickness of the p + -type silicon layer 67 1, 67 2, measured in the incident direction parallel to the direction of light It is a film thickness. Further, the germanium single crystal layers 66 1 and 66 2 are formed as described in Japanese Patent Application No. 9-070.
No. 933.
【００３１】次に、ＣＶＤ法により、基板全面にｐ+型
ポリシリコン層を形成した後、シリコン酸化膜７０上に
形成されたｐ+型ポリシリコン層をドライエッチングに
よりエッチバックすることにより、空洞部の残りの部分
にｐ+型ポリシリコン層６８を形成する。次に、シリコ
ン酸化膜７０の２つのｐｉｎフォトダイオードのカソー
ド電極７３1及び７３2を形成すべき部分を除去してコン
タクトホール７１2及び７１3を形成した後、コンタクト
ホール７１1〜７１3及びその周辺のシリコン酸化膜７０
上にアルミニウムからなるアノード電極７２並びにカソ
ード電極７３2及び７３3を形成する。Next, by a CVD method, after forming the p + -type polysilicon layer over the entire surface of the substrate, by etching back the p + -type polysilicon layer formed on the silicon oxide film 70 by dry etching, cavities A p + -type polysilicon layer 68 is formed on the remaining part of the portion. Then, after forming a contact hole 71 2 and 71 3 the two pin cathode electrode 73 1 and 73 parts 2 to be formed of a photodiode of silicon oxide film 70 is removed, the contact holes 71 1 to 71 3 and Silicon oxide film 70 around it
Forming an anode electrode 72 and cathode electrode 73 2 and 73 3 made of aluminum on top.
【００３２】以上説明したように、この例の製造方法で
は、光吸収層を構成するゲルマニウム単結晶層６６1，
６６2がそれぞれ対応する開口部７５ａ及び７５ｂ側か
ら同時に素子形成領域中央部に向かってエピタキシャル
成長させている。したがって、この半導体光検出器を波
長が１．３μｍ帯の光通信に用いた場合には、図４
（ｂ）の右側から入射された光は、膜厚が共に約１．５
μｍの２つのゲルマニウム単結晶層６６1，６６2を通過
することにより、略１００％吸収される。これにより、
ゲルマニウム単結晶層６６1，６６2の形成時間を上記し
た第１の実施例における形成時間より半分の時間に短縮
できる。As described above, in the manufacturing method of this example, the germanium single crystal layer 66 1 , which constitutes the light absorbing layer,
66 2 is epitaxially grown toward the element forming region central simultaneously from the openings 75a and 75b side respectively. Therefore, when this semiconductor photodetector is used for optical communication in the wavelength band of 1.3 μm, FIG.
The light incident from the right side of FIG.
By passing through the two germanium single crystal layers 66 1 and 66 2 of μm, approximately 100% is absorbed. This allows
The formation time of the germanium single crystal layers 66 1 and 66 2 can be reduced to half of the formation time in the first embodiment.
【００３３】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の実施例においては、素子分離領域４４、６４1，６４2
をシリコン酸化膜で構成する例を示したが、これに限定
されない。これらの素子分離領域は、少なくとも素子形
成領域と接する側にシリコン酸化膜が形成されていれば
良く、その他の部分はポリシリコン層で構成しても良
い。Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and changes in the design and the like can be made without departing from the gist of the present invention. Even if there is, it is included in the present invention. For example, in the above embodiment, the element isolation regions 44, 64 1 , 64 2
Is formed of a silicon oxide film, but the present invention is not limited to this. These element isolation regions need only have a silicon oxide film formed on at least the side in contact with the element formation region, and the other portions may be formed of a polysilicon layer.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、光吸収層を構成するゲルマニウム単結晶層を光
入射方向と平行な方向にエピタキシャル成長させている
ので、入射光を略完全に吸収するゲルマニウム単結晶層
の形成時間を短縮できると共に、受光感度も向上させる
ことができる。また、この発明の構成によれば、第１乃
至第３の電極を第２導電型高濃度ポリシリコン層及び第
１導電型シリコン領域の上面に形成しているので、電極
引き出用の寄生抵抗が小さい。さらに、請求項５及び１
２記載の発明の構成によれば、素子形成領域の光入射方
向に直交する２方向の長さは、光入射方向の開口部に対
向して設置される光ファイバのコア部の径に略等しいの
で、ゲルマニウム単結晶層の光入射方向に対する断面積
は光ファイバのコア部の断面積と略等しくなり、光ファ
イバとの結合効率が従来より向上する。As described above, according to the structure of the present invention, the germanium single crystal layer constituting the light absorbing layer is epitaxially grown in a direction parallel to the light incident direction, so that the incident light can be almost completely eliminated. The time for forming the germanium single crystal layer to be absorbed can be shortened, and the light receiving sensitivity can be improved. Further, according to the structure of the present invention, since the first to third electrodes are formed on the upper surface of the second conductive type high-concentration polysilicon layer and the first conductive type silicon region, the parasitic resistance for extracting the electrodes is formed. Is small. Claims 5 and 1
According to the configuration of the invention described in (2), the length of the element formation region in two directions perpendicular to the light incident direction is substantially equal to the diameter of the core of the optical fiber installed facing the opening in the light incident direction. Therefore, the cross-sectional area of the germanium single crystal layer with respect to the light incident direction is substantially equal to the cross-sectional area of the core of the optical fiber, and the coupling efficiency with the optical fiber is improved as compared with the related art.
【図１】この発明の第１の実施例である半導体光検出器
の構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams showing a configuration of a semiconductor photodetector according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
【図２】同実施例における半導体光検出器の製造方法を
示す工程図である。FIG. 2 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor photodetector in the example.
【図３】同実施例における半導体光検出器の製造方法を
示す工程図である。FIG. 3 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor photodetector in the example.
【図４】この発明の第２の実施例である半導体光検出器
の構成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing a configuration of a semiconductor photodetector according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.
【図５】従来の半導体光検出器の第１の構成例を示す概
略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a first configuration example of a conventional semiconductor photodetector.
【図６】従来の半導体光検出器の第２の構成例を示す概
略断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a second configuration example of a conventional semiconductor photodetector.
【図７】従来の半導体光検出器の第３の構成例を示す概
略断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view showing a third configuration example of a conventional semiconductor photodetector.
【図８】従来の半導体光検出器の第４の構成例を示す概
略断面図である。FIG. 8 is a schematic sectional view showing a fourth configuration example of a conventional semiconductor photodetector.
４１，６１ シリコン基板 ４２，６２ 埋込シリコン酸化膜（下層シリコン酸化
膜） ４３，６３1，６３2 ｎ型シリコン領域（第１導電型シ
リコン領域） ４４，６４1，６４2 素子分離領域 ４４ａ 開口部 ４４ｂ 側壁部 ４５，６５1，６５2 ｎ+シリコン層（第１導電型高濃
度シリコン層） ４６，６６1，６６2 ゲルマニウム単結晶層 ４７，６７1，６７2 ｐ+シリコン層（第２導電型高濃
度シリコン層） ４８，６８ ｐ+ポリシリコン層（第２導電型高濃度ポ
リシリコン層） ５０，７０ シリコン酸化膜（上層シリコン酸化膜） ５１1，５１2，７１1〜７１3 コンタクトホール ５２，７２ アノード電極（第１の電極） ５３，７３1，７３2 カソード電極（第２，第３の電
極） ５４ 空洞部41 and 61 a silicon substrate 42, 62 buried silicon oxide film (the lower silicon oxide film) 43 and 63 1, 63 2 n-type silicon region (first conductivity type silicon region) 44, 64 1, 64 2 isolation regions 44a opening Portion 44b Sidewall portion 45, 65 1 , 65 2 n + silicon layer (first conductivity type high concentration silicon layer) 46, 66 1 , 66 2 Germanium single crystal layer 47, 67 1 , 67 2 p + silicon layer (second Conductive high-concentration silicon layer) 48,68 p + polysilicon layer (second conductive-type high-concentration polysilicon layer) 50,70 Silicon oxide film (upper silicon oxide film) 51 1 , 512 2 , 71 1 to 71 3 contacts Holes 52, 72 Anode electrode (first electrode) 53, 73 1 , 73 2 Cathode electrode (second and third electrodes) 54 Cavity
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/10 - 31/113 H01L 31/0232 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/10-31/113 H01L 31/0232
Claims (12)
ン酸化膜と、 前記下層シリコン酸化膜上に形成され、素子形成領域を
囲み、少なくとも素子形成領域と接する面にシリコン酸
化膜が形成され、上面及び光入射方向の面が開口した素
子分離領域と、 前記素子形成領域において、前記素子分離領域の光入射
方向の開口部近傍に形成された第１導電型シリコン領域
と、 前記素子形成領域において、前記第１導電型シリコン領
域の側面から前記開口部と面対称の位置にある前記素子
分離領域の面に向かって順にエピタキシャル成長法によ
り形成された第１導電型高濃度シリコン層、ゲルマニウ
ム単結晶層及び第２導電型高濃度シリコン層と、 前記第２導電型高濃度シリコン層の側面と前記開口部と
面対称の位置にある前記素子分離領域の面との間に形成
された第２導電型高濃度ポリシリコン層と、 前記第２導電型高濃度ポリシリコン層及び前記第１導電
型シリコン領域のそれぞれの上面に形成された第１及び
第２の電極とを備えてなることを特徴とする半導体光検
出器。A lower silicon oxide film formed on a silicon substrate; a silicon oxide film formed on the lower silicon oxide film, surrounding the element formation region, and at least contacting the element formation region; And an element isolation region having an open surface in the light incident direction; a first conductivity type silicon region formed in the element formation region near an opening in the light incident direction of the element isolation region; A first-conductivity-type high-concentration silicon layer, a germanium single-crystal layer, and a first-conductivity-type high-concentration silicon layer formed in order from the side surface of the first-conductivity-type silicon region toward the surface of the element isolation region that is plane-symmetric with the opening. A second-conductivity-type high-concentration silicon layer; a side surface of the second-conductivity-type high-concentration silicon layer; A second conductive type high-concentration polysilicon layer formed between the first conductive type high-concentration polysilicon layer and the first conductive type silicon region; A semiconductor photodetector, comprising:
方向と平行な方向の長さは、前記開口部から入射される
所定波長の光を略完全に吸収可能な長さであることを特
徴とする請求項１記載の半導体光検出器。2. A length of the germanium single crystal layer in a direction parallel to the light incident direction is a length capable of substantially completely absorbing light of a predetermined wavelength incident from the opening. The semiconductor photodetector according to claim 1.
ン酸化膜と、 前記下層シリコン酸化膜上の素子形成領域を光入射方向
と直交する方向から挟むように対向して囲み、少なくと
も素子形成領域と接する面にシリコン酸化膜が形成さ
れ、上面、前記光入射方向の面及び前記光入射方向と面
対称の位置にある面が開口した素子分離領域と、 前記素子形成領域において、前記素子分離領域の光入射
方向の開口部近傍に形成された第１の第１導電型シリコ
ン領域と、 前記素子形成領域において、前記第１の第１導電型シリ
コン領域の側面から前記素子形成領域の中央部に向かっ
て順にエピタキシャル成長法により形成された第１の第
１導電型高濃度シリコン層、第１のゲルマニウム単結晶
層及び第１の第２導電型高濃度シリコン層と、 前記素子形成領域において、前記光入射方向の開口部と
面対称の位置にある開口部近傍に形成された第２の第１
導電型シリコン領域と、 前記素子形成領域において、前記第２の第１導電型シリ
コン領域の側面から前記素子形成領域の中央部に向かっ
て順にエピタキシャル成長法により形成された第２の第
１導電型高濃度シリコン層、第２のゲルマニウム単結晶
層及び第２の第２導電型高濃度シリコン層と、 前記素子形成領域の中央部に、前記第１及び第２の第２
導電型高濃度シリコン層と接して形成された第２導電型
高濃度ポリシリコン層と、 前記第２導電型高濃度ポリシリコン層並びに前記第１及
び第２の第１導電型シリコン領域のそれぞれの上面に形
成された第１乃至第３の電極とを備えてなることを特徴
とする半導体光検出器。3. A lower silicon oxide film formed on a silicon substrate, and an element formation region on the lower silicon oxide film is opposed and surrounded so as to sandwich the element formation region from a direction orthogonal to a light incident direction. A silicon oxide film is formed on a surface in contact with the upper surface, the surface in the light incident direction, and an element isolation region in which a surface at a position symmetrical to the light incident direction is opened; and A first first conductivity type silicon region formed in the vicinity of the opening in the light incident direction; and, in the element formation region, from a side surface of the first first conductivity type silicon region to a center portion of the element formation region. A first first conductivity type high concentration silicon layer, a first germanium single crystal layer, and a first second conductivity type high concentration silicon layer formed in this order by epitaxial growth; In forming region, a second first formed near the opening in the position of the opening and plane symmetry of the light incident direction 1
A conductive type silicon region; and a second first conductive type high region formed by epitaxial growth in order from a side surface of the second first conductive type silicon region to a central portion of the element forming region in the element forming region. A first silicon layer, a second germanium single crystal layer, and a second second conductive type high-concentration silicon layer;
A second conductivity type high-concentration polysilicon layer formed in contact with the conductivity type high-concentration silicon layer; and a second conductivity-type high-concentration polysilicon layer and the first and second first conductivity-type silicon regions. A semiconductor photodetector comprising: a first to a third electrode formed on an upper surface.
層の前記光入射方向と平行な方向の長さの和は、前記光
入射方向の開口部から入射される所定波長の光を略完全
に吸収可能な長さであることを特徴とする請求項３記載
の半導体光検出器。4. The sum of the lengths of the first and second germanium single crystal layers in a direction parallel to the light incident direction is such that light of a predetermined wavelength incident from the opening in the light incident direction is substantially perfect. 4. The semiconductor photodetector according to claim 3, wherein said photodetector has a length capable of absorbing light.
る２方向の長さは、前記光入射方向の開口部に対向して
設置される光ファイバのコア部の径に略等しいことを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の半導体光
検出器。5. The optical device according to claim 1, wherein a length of the element forming region in two directions orthogonal to a light incident direction is substantially equal to a diameter of a core portion of the optical fiber provided to face the opening in the light incident direction. The semiconductor photodetector according to claim 1, wherein:
膜、第１導電型シリコン領域及び上層シリコン酸化膜を
順次形成する第１の工程と、 素子形成領域を囲み、少なくとも素子形成領域と接する
面にシリコン酸化膜が形成され、光入射方向の面が開口
した素子分離領域を、前記第１導電型シリコン領域の表
面から前記下層シリコン酸化膜に達するまで形成する第
２の工程と、 前記素子分離領域の開口部と面対称の位置にある面近傍
の第１導電型シリコン領域の表面に形成された上層シリ
コン酸化膜の一部を除去して第１のコンタクトホールを
形成する第３の工程と、 前記第１のコンタクトホールを介して、前記第１導電型
シリコン領域の一部を、前記光入射方向と直交する方向
に前記下層シリコン酸化膜に達するまでエッチングした
後、前記光入射方向と平行な方向にエッチングして除去
し、空洞部を形成する第４の工程と、 前記第１のコンタクトホールを介して、前記空洞部の前
記第１導電型シリコン領域が露出した部分から前記素子
分離領域の開口部と面対称の位置にある面に向かって、
それぞれ所定膜厚の第１導電型高濃度シリコン層、ゲル
マニウム単結晶層及び第２導電型高濃度シリコン層を、
シリコン酸化膜に対して選択的に順次エピタキシャル成
長させる第５の工程と、 前記第１のコンタクトホールを介して、前記空洞部の残
りの部分に第２導電型高濃度ポリシリコン層を形成する
第６の工程と、 前記素子分離領域の開口部近傍の第１導電型シリコン領
域の表面に形成された上層シリコン酸化膜の一部を除去
して第２のコンタクトホールを形成する第７の工程と、 前記第１及び第２のコンタクトホール並びにその周辺の
上層シリコン酸化膜上に第１及び第２の電極を形成する
第８の工程とを備えてなることを特徴とする半導体光検
出器の製造方法。6. A first step of sequentially forming a lower silicon oxide film, a first conductivity type silicon region, and an upper silicon oxide film on a silicon substrate; and a step of surrounding the element formation region and at least contacting the element formation region. A second step of forming an element isolation region in which a silicon oxide film is formed and having an opening in a light incident direction surface from the surface of the first conductivity type silicon region to the lower silicon oxide film; A third step of forming a first contact hole by removing a part of the upper silicon oxide film formed on the surface of the first conductivity type silicon region in the vicinity of a plane symmetrical to the opening of the first conductive type; After etching a part of the first conductivity type silicon region through the first contact hole until reaching the lower silicon oxide film in a direction orthogonal to the light incident direction, A fourth step of forming a cavity by etching away in a direction parallel to the light incident direction to form a cavity, and a portion where the first conductivity type silicon region of the cavity is exposed via the first contact hole From to the plane at a position symmetrical with the opening of the element isolation region,
A first conductive type high concentration silicon layer, a germanium single crystal layer and a second conductive type high concentration silicon layer each having a predetermined thickness,
A fifth step of selectively epitaxially growing the silicon oxide film in sequence, and a sixth step of forming a second conductivity type high concentration polysilicon layer in the remaining portion of the cavity through the first contact hole. A step of forming a second contact hole by removing a part of the upper silicon oxide film formed on the surface of the first conductivity type silicon region in the vicinity of the opening of the element isolation region; An eighth step of forming first and second electrodes on the first and second contact holes and the upper silicon oxide film around the first and second contact holes, and a method for manufacturing a semiconductor photodetector. .
単結晶層の前記光入射方向と平行な方向の長さが、前記
開口部から入射される所定波長の光を略完全に吸収可能
な長さとなるように、前記ゲルマニウム単結晶層を形成
することを特徴とする請求項６記載の半導体光検出器の
製造方法。7. In the fifth step, the length of the germanium single crystal layer in a direction parallel to the light incident direction is a length capable of absorbing light of a predetermined wavelength incident from the opening substantially completely. 7. The method according to claim 6, wherein the germanium single crystal layer is formed so as to be as follows.
単結晶層は、膜厚の薄いゲルマニウム層及び膜厚の極め
て薄いシリコン・ゲルマニウム混晶層を順に形成し、そ
れらをアニール処理した後に形成することを特徴とする
請求項６又は７記載の半導体光検出器の製造方法。8. In the fifth step, the germanium single crystal layer is formed by sequentially forming a germanium layer having a small thickness and a silicon-germanium mixed crystal layer having a very small thickness, and annealing them. A method for manufacturing a semiconductor photodetector according to claim 6 or 7, wherein:
膜、第１導電型シリコン領域及び上層シリコン酸化膜を
順次形成する第１の工程と、 素子形成領域を光入射方向と直交する方向から挟むよう
に対向して囲み、少なくとも素子形成領域と接する面に
シリコン酸化膜が形成され、前記光入射方向の面及び前
記光入射方向と面対称の位置にある面が開口した素子分
離領域を、前記第１導電型シリコン領域の表面から前記
下層シリコン酸化膜に達するまで形成する第２の工程
と、 前記素子形成領域中央部の第１導電型シリコン領域の表
面に形成された上層シリコン酸化膜の一部を除去して第
１のコンタクトホールを形成する第３の工程と、 前記
第１のコンタクトホールを介して、前記第１導電型シリ
コン領域の一部を、前記光入射方向と直交する方向に前
記下層シリコン酸化膜に達するまでエッチングした後、
前記光入射方向と平行な方向にエッチングして除去し、
空洞部を形成する第４の工程と、 前記第１のコンタクトホールを介して、前記空洞部の前
記光入射方向の開口部近傍の前記第１導電型シリコン領
域が露出した部分から前記素子形成領域中央部に向かっ
て、それぞれ所定膜厚の第１の第１導電型高濃度シリコ
ン層、第１のゲルマニウム単結晶層及び第１の第２導電
型高濃度シリコン層を、シリコン酸化膜に対して選択的
に順次エピタキシャル成長させると共に、前記空洞部の
前記光入射方向の開口部と面対称の位置にある開口部近
傍の前記第１導電型シリコン領域が露出した部分から前
記素子形成領域中央部に向かって、それぞれ所定膜厚の
第２の第１導電型高濃度シリコン層、第２のゲルマニウ
ム単結晶層及び第２の第２導電型高濃度シリコン層を、
シリコン酸化膜に対して選択的に順次エピタキシャル成
長させる第５の工程と、 前記第１のコンタクトホールを介して、前記空洞部の残
りの部分に第２導電型高濃度ポリシリコン層を形成する
第６の工程と、 前記素子分離領域の前記光入射方向の開口部近傍及び前
記光入射方向の開口部と面対称の位置にある開口部近傍
の第１導電型シリコン領域の表面に形成された上層シリ
コン酸化膜の一部を除去して第２及び第３のコンタクト
ホールを形成する第７の工程と、 前記第１乃至第３のコンタクトホール並びにその周辺の
上層シリコン酸化膜上に第１乃至第３の電極を形成する
第８の工程とを備えてなることを特徴とする半導体光検
出器の製造方法。9. A first step of sequentially forming a lower silicon oxide film, a first conductivity type silicon region and an upper silicon oxide film on a silicon substrate, and sandwiching the element formation region from a direction orthogonal to the light incident direction. A silicon oxide film is formed on at least a surface in contact with the element formation region, and the element isolation region having an opening in a surface in the light incident direction and a surface in a position symmetric with the light incident direction is formed by A second step of forming from the surface of the one conductivity type silicon region to the lower silicon oxide film, and a part of the upper silicon oxide film formed on the surface of the first conductivity type silicon region in the central part of the element formation region Removing a first contact hole to form a first contact hole; and, through the first contact hole, making a part of the first conductivity type silicon region orthogonal to the light incident direction. After etching until reaching the lower silicon oxide film in the direction,
Etching away in a direction parallel to the light incident direction,
A fourth step of forming a cavity, and a portion where the first conductivity type silicon region near the opening in the light incident direction of the cavity is exposed through the first contact hole, to the element formation region The first first conductivity type high concentration silicon layer, the first germanium single crystal layer and the first second conductivity type high concentration silicon layer having a predetermined thickness are respectively formed on the silicon oxide film toward the center. Selective epitaxial growth is performed, and a portion where the first conductivity type silicon region is exposed near an opening in a plane symmetrical position with respect to the opening in the light incident direction of the cavity is directed toward a central portion of the element forming region. A second first conductivity type high concentration silicon layer, a second germanium single crystal layer, and a second second conductivity type high concentration silicon layer, each having a predetermined thickness,
A fifth step of selectively epitaxially growing the silicon oxide film in sequence, and a sixth step of forming a second conductivity type high concentration polysilicon layer in the remaining portion of the cavity through the first contact hole. Upper silicon formed on the surface of the first conductivity type silicon region in the vicinity of the opening in the light incident direction of the element isolation region and in the vicinity of the opening at a position symmetrical with the opening in the light incident direction. A seventh step of forming a second and a third contact hole by removing a part of the oxide film; and forming a first to a third contact hole on the first to third contact holes and the upper silicon oxide film around the first to third contact holes. An eighth step of forming the electrodes described above.
２のゲルマニウム単結晶層の前記光入射方向と平行な方
向の長さの和が、前記光入射方向の開口部から入射され
る所定波長の光を略完全に吸収可能な長さとなるよう
に、前記第１及び第２のゲルマニウム単結晶層を形成す
ることを特徴とする請求項９記載の半導体光検出器の製
造方法。10. In the fifth step, a sum of lengths of the first and second germanium single crystal layers in a direction parallel to the light incident direction is incident from an opening in the light incident direction. 10. The method according to claim 9, wherein the first and second germanium single crystal layers are formed to have a length capable of absorbing light of a predetermined wavelength substantially completely.
２のゲルマニウム単結晶層は、膜厚の薄いゲルマニウム
層及び膜厚の極めて薄いシリコン・ゲルマニウム混晶層
を順に形成し、それらをアニール処理した後に形成する
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の半導体光検出
器の製造方法。11. In the fifth step, the first and second germanium single crystal layers are formed by sequentially forming a thin germanium layer and an extremely thin silicon-germanium mixed crystal layer. The method for manufacturing a semiconductor photodetector according to claim 9, wherein the semiconductor photodetector is formed after annealing.
域の前記光入射方向に直交する２方向の長さが前記光入
射方向の開口部に対向して設置される光ファイバのコア
部の径に略等しくなるように、前記第１導電型シリコン
領域を形成することを特徴とする請求項６乃至１１のい
ずれか１に記載の半導体光検出器の製造方法。12. In the first step, the length of the element formation region in two directions perpendicular to the light incident direction is equal to the length of the core portion of the optical fiber installed facing the opening in the light incident direction. 12. The method according to claim 6, wherein the first conductivity type silicon region is formed to have a diameter substantially equal to the diameter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9327503A JP3008912B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9327503A JP3008912B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11163388A JPH11163388A (en) | 1999-06-18 |
| JP3008912B2 true JP3008912B2 (en) | 2000-02-14 |
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ID=18199877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9327503A Expired - Lifetime JP3008912B2 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3008912B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112366235A (en) * | 2019-07-25 | 2021-02-12 | 上海新微技术研发中心有限公司 | Waveguide type germanium-based photoelectric detector and preparation method thereof |
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| JP6368894B1 (en) * | 2017-07-04 | 2018-08-01 | 雫石 誠 | Photoelectric conversion element and optical measuring device |
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-
1997
- 1997-11-28 JP JP9327503A patent/JP3008912B2/en not_active Expired - Lifetime
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