JP3996699B2

JP3996699B2 - 半導体光検出器

Info

Publication number: JP3996699B2
Application number: JP08162498A
Authority: JP
Inventors: グラム・ハスナイン; ジェームズ・エヌ・ホレンホースト; チュング−イー・スー
Original assignee: アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: DE69802739T2; EP0869561A2; EP0869561B1; DE69802739D1; US5866936A; JPH10308527A; EP0869561A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アバランシェフォトダイオードに係り、とりわけ、高利得半導体のアバランシェフォトダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤと称す）は、露光すると荷電キャリアが発生し増倍される半導体デバイスである。ＡＰＤは、高速通信において広く用いられている。ＡＰＤは、高ピーク電界が降伏に近い、逆バイアス下で動作する。適合する波長範囲内、すなわち、３００〜１６００ｎｍ内の入射フォトンによって、半導体材料に荷電キャリア（電子および／または正孔）が生じる。荷電キャリアは、大きい逆バイアスによって電極に向かって加速される。こうして加速されたキャリアは、半導体材料内における衝突電離によって二次キャリアを発生する。この結果、得られるアバランシェの利得は１０３を超える可能性がある。ＡＰＤによって、受光器の感度を１０ｄＢ向上させることが可能である。
【０００３】
長い波長、例えば、１０００〜１６００ｎｍの範囲の波長の場合、ＡＰＤの吸光層は、禁止帯の幅が狭い半導体材料から形成されなければならない。しかし、大きい逆バイアスをかけることによって、一般に、禁止帯の幅が狭い材料を流れる大きな暗電流に起因する過剰ノイズが生じることになる。この過剰ノイズを抑制するため、より禁止帯の幅が広い材料の独立した層を設けて、アバランシェ増倍を可能にしている。こうして構成されるＡＰＤは、一般に、独立した吸光および増倍（ＳＡＭ）ＡＰＤとして知られている。
【０００４】
一般に、２つのタイプのＳＡＭ−ＡＰＤ構造、すなわち、平面構造またはメサ構造が存在する。メサ構造ＳＡＭ−ＡＰＤの場合、増倍層のエピタキシャル成長が施される。これによって、層の厚さおよび不純物のドーパント濃度に関して精密な制御が可能になる。しかし、メサ構造は、メサ表面の強電界領域を露出する。最近まで、この表面のパシベーションは、十分に立証されておらず、メサ構造ＡＰＤは好感を持たれなかった。
【０００５】
適正に設計された平面構造ＡＰＤは、構造表面における電界強度がメサ構造ＡＰＤよりも低い。平面構造ＡＰＤの場合、Ｐ−Ｎ接合は、一般に、ｐ型ドーピングエージェント（ドーパント）をエピタキシャル成長させたｎ型層に拡散することによって形成される。増倍層の厚さは、Ｐ−Ｎ接合の位置によって形成される。図８には、ｎ⁺-ＩｎＰ基板１５上に、ｎ型のＩｎＰバッファ層１０、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１１、ｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層１２、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３、およびｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４を順次エピタキシャル成長させた、従来の平面ＳＡＭ−ＡＰＤが示されている。ｐ⁺-ＩｎＰ拡散層１６およびｐ型保護リング１７が、選択的拡散またはイオン注入技法によってｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４に形成される。デバイスの上部表面には、Ｐ側電極１８が設けられており、ｎ⁺-ＩｎＰ基板１５の下部表面には、Ｎ側電極１９が形成されている。
【０００６】
説明したばかりのＳＡＭ−ＡＰＤの場合、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１１における吸光によって発生する正孔は、ドリフトして、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３内に入り込み、アバランシェ増倍を開始する。ＡＰＤは、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１１における電界が暗電流を抑制するのに十分な弱さに保たれるように設計するのが理想である。ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１１に発生する正孔が、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１１とｎ型のｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３の間に形成されたヘテロ接合の価電子帯に蓄積される。これによって、ＡＰＤの応答時間が増す。この欠点を克服するため、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１１とｎ型のｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３の間に、ｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層１２が配置される。
【０００７】
高感度を得るには、ｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４とｐ⁺-ＩｎＰ拡散層１６との間のＰ−Ｎ接合２１に沿って均一なアバランシェ増倍を実現することが必要になる。そのため、降伏領域をＰ−Ｎ接合２１の平面部分と同じだけ広がるＡＰＤの中央部分に制限することが必要になる。ずっと以前から、湾曲によって電界強度が増すことが認識されてきた。従って、Ｐ−Ｎ接合２１の両端間が所定の電位差の場合、電界強度は、Ｐ−Ｎ接合の湾曲部分２０のほうが平面部分より高くなる。この電界強度の増大によって、湾曲部分２０に早期降伏を生じさせる可能性がある。この降伏は、一般に、エッジ降伏として知られるものである。
【０００８】
エッジ降伏を回避するため、ｐ⁺-ＩｎＰ拡散層１６を包囲するｐ型保護リング１７が設けられている。ｐ型保護リング１７は、ｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４とｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３との両方の間に第２のＰ−Ｎ接合２２が生じるように形成されている。第２のＰ−Ｎ接合２２は、Ｐ−Ｎ接合２１より一般に深くなる。該ｐ型保護リング１７によって、Ｐ−Ｎ接合２１の湾曲部分２０が有効に排除される。
【０００９】
上述のように、従来の平面ＡＰＤの場合、ｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４は、キャリア濃度が低くなる場合が多く、よりキャリア濃度の高いｎ型のｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３上にエピタキシャル成長させられる。第２のＰ−Ｎ接合２２は、高温で、ｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４に対して、Ｂｅイオン等の選択的拡散、または、注入および焼なまし（annealing）を施すことによって形成される。Ｐ−Ｎ接合２１は、一般に、拡散源としてＣｄまたはＺｎを利用し、ｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４に対して、Ｐ⁺-ＩｎＰ拡散層１６を形成するｐ型ドーパントの選択的拡散を施すことによって形成される。
【００１０】
高利得帯域幅積のＡＰＤを実現するため、Ｐ−Ｎ接合２１は、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３の近くまたは内部に位置するように、できるだけ深く配置される。さらに、応答時間を短縮するため、増倍層は、ドーパント濃度が高くなければならない。このためには、光で発生するキャリアが所望の利得を得るのに十分な量だけ抽出されるように、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１３およびｐ型保護リング１７のドーピングと厚さの両方に対して高度な制御を施すことが必要になる。また、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１１における電界は、過剰な暗電流を回避するため、弱く保たなければならない。
【００１１】
ＡＰＤを製造する拡散技法の限界は明白である。拡散を利用して形成することが可能な構造の精度には限界がある。例えば、１００ＧＨｚの利得帯域幅積を実現するには、均一にドープされた増倍層は、必要とされる±０．００４μｍで約０．７μｍの厚さを備えていなければならない。拡散テクノロジによってこの精度を実現するのは極めて困難である。同様の理由から、保護リングのドーピングおよび位置を正確に制御するのは困難である。このため、ＡＰＤの生産において生産の歩留まりが減少し、コストが増大する場合が多い。生産の歩留まりの減少は、高利得帯域幅積のＡＰＤを製造する場合の重大な欠点である。
【００１２】
米国特許出願第０８／３８９，３７５号において、本発明の発明者は、メサのまわりに保護リングをエピタキシャル再成長させることによって、メサ表面における平面Ｐ−Ｎ接合のパシベーションに関する問題を解決した、メサ構造ＳＡＭ−ＡＰＤを開示している。該デバイスの断面図が図９に示されている。ｎ⁺-ＩｎＰ基板２６上に、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層２３、ｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層２４、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層２５、および均一なｐ⁺-ＩｎＰキャップ層２７のエピタキシャル成長が順次実施される。ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層２５およびｐ⁺-ＩｎＰキャップ層２７によって、第１の平面Ｐ−Ｎ接合２８が形成される。ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層２７の厚さを完全に貫いて延びる部分、およびｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層２５の厚さを部分的に貫いて延びる部分を除去することによって、メサ構造が形成される。
【００１３】
増倍層上において、保護リング２９のエピタキシャル再成長が実施されて、メサが包囲され、保護リング２９とｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層２５との間の界面に第２のＰ−Ｎ接合３４が形成される。保護リング２９は、保護リング２９の再成長前に、メサ構造の表面において露出された、第１の平面Ｐ−Ｎ接合２８を保護する。保護リング２９は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層２７と同じ半導体材料から形成するのが望ましいが、保護リング２９の電界を弱めるため、不純物の濃度はより低い。
【００１４】
第２のＰ−Ｎ接合３４には、平面部分３６および湾曲部分３７が含まれている。平面部分３６は、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層２５に隣接して、平行に配置されている。湾曲部分３７は、第１の平面Ｐ−Ｎ接合２８よりもｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層２３に近接して配置されている。さらに、保護リング２９は、不純物の濃度がｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層２５より低いことが望ましい。この構造によって、第１の平面Ｐ−Ｎ接合２８に近接した電界が大幅に弱まり、エッジ降伏の可能性が低下する。
【００１５】
図９に示すメサ構造ＡＰＤには、図８に示す従来の平面構造ＡＰＤのｎ^--ＩｎＰウインドウ層１４に対応するウインドウ層が欠けている。ウインドウ層を省くことによって、アバランシェの立ち上がり時間が大幅に短縮され、この結果、従来の平面構造ＡＰＤに比べて、メサ構造ＡＰＤの応答時間が短縮される。
【００１６】
Ｐ側電極３０が、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層２７に接触して配置されている。Ｎ側電極３１が、半導体基板であるｎ⁺-ＩｎＰ基板２６の下方表面に形成されている。
【００１７】
上述のメサ構造ＳＡＭ−ＡＰＤのテスト結果は、多少の残留エッジ降伏が生じることを表している。こうした残留エッジ降伏の原因に関する発明者の分析によれば、ＡＰＤの利得が、第１のＰ−Ｎ接合の両端間において均一ではなく、この接合がメサ構造の側部と交差するところにピークがあるということである。発明者の分析によれば、利得ピークの原因は、メサ構造とエピタキシャル再成長させた保護リングとの界面に残る鋭角コーナ３２ということになる。少量ドープした増倍層および保護リングに隣接して配置された、多量ドープしたｐ型材料の鋭角部分によって、第１のＰ−Ｎ接合の両端における電界強度が急激に増大する。
【００１８】
さらに、上述のメサ構造ＳＡＭ−ＡＰＤの生産歩留まりは、期待より少なかった。複数ＡＰＤが、共通基板上に造られ、ウェーハの全表面に、単一保護リング層のエピタキシャル再成長が施される場合、デバイスの保護リングを互いに分離するため、後続の追加エッチングが必要になる。保護リングがエッチングによって形成される場合、保護リングの周囲に、第２の再成長によって、または、窒化珪素のような適合する融電体薄膜によってパシベーションを施し、過剰な表面漏洩電流を阻止することが必要になる。追加処理によって、良好なＡＰＤの歩留まりが減少する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、平面Ｐ−Ｎ接合および保護リングの界面におけるエッジ降伏を被らないＳＡＭ−ＡＰＤを提供することにある。本発明のもう１つの目的は、共通保護リング層にエッチングを施して、同じ基板上に造られるＡＰＤの保護リングを形成する必要のない、また、保護リングの周辺にパシベーションを施す追加処理を必要としない、ＳＡＭ−ＡＰＤを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、メサ構造の表面におけるｐ⁺バッファ領域によって、バッファ領域の形成以前に、少量ドープしたｎ型増倍層およびｐ型保護リングに隣接して存在したキャップ層の鋭角をなす多量ドープした部分が排除される。この結果、平面エピタキシャルＰ−Ｎ接合の端部における電界強度が低下し、この接合のエッジ降伏が阻止される。ＳＡＭ−ＡＰＤには、保護リングの再成長以前にマスキング層に形成されたウインドウによって側方範囲が画定される、保護リングが含まれている。この保護リング構造によって、保護リングの側方範囲を画定し、保護リングの周囲にパシベーションを施す追加処理ステップを実施する必要がなくなる。
【００２１】
本発明によれば、半導体層構造、キャップ層、バッファ領域を含むメサ構造、および保護リングから構成される半導体光検出器が得られる。半導体層構造は、第１の導電性タイプの層構造であり、吸光層およびアバランシェ増倍層を含んでいる。アバランシェ増倍層は、第１の不純物濃度を有している。キャップ層は、第２の導電性タイプの半導体材料から形成され、アバランシェ増倍層に近接して配置され、増倍層と第１のＰ−Ｎ接合を形成する。メサ構造には、キャップ層、第１のＰ−Ｎ層、第１のＰ−Ｎ接合、およびアバランシェ増倍層の上方部分が含まれている。バッファ領域は、メサ表面からメサ構造内に入り込む第２の導電性タイプの領域である。保護リングは、第２の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料製であり、メサ構造のバッファ領域に近接して配置され、第１のＰ−Ｎ接合を包囲する。保護リングは、第１の不純物濃度より低い第２の不純物濃度を有している。
【００２２】
本発明によれば、上述の半導体光検出器を製造する方法も得られる。該方法の場合、半導体層構造が得られる。半導体層構造には、第１の導電性タイプのキャップ層と、第２の導電性タイプの吸光層およびアバランシェ増倍層とが含まれている。増倍層は、キャップ層に近接して配置されて、第１のＰ−Ｎ接合を形成する。半導体層構造にエッチングを施すことによって、キャップ層およびアバランシェ増倍層の一部を含むメサ構造が形成される。メサ表面に不純物を注入することによって、第１の導電性タイプのバッファ領域が形成される。次に、メサ構造のまわりに、第１の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料の層を選択的に再成長させることによって、保護リングが形成される。
【００２３】
本発明によれば、半導体層構造、キャップ層、メサ構造、メサ表面の一部をカバーするマスキング層、およびマスキング層のウインドウによって側方範囲が画定される保護リングから構成される半導体光検出器も得られる。半導体層構造は、第１の導電性タイプの層構造であり、吸光層およびアバランシェ増倍層を含んでいる。アバランシェ増倍層は、第１の不純物濃度を有している。キャップ層は、第２の導電性タイプの半導体材料から形成され、アバランシェ増倍層に近接して配置され、増倍層と第１のＰ−Ｎ接合を形成する。メサ構造には、キャップ層、第１のＰ−Ｎ接合、およびアバランシェ増倍層の一部が含まれている。マスキング層は、メサ表面の一部をカバーし、メサ構造の少なくとも側部をカバーするウインドウを形成する。保護リングは、第２の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料であり、ウインドウと同じだけ広がっている。保護リングは、第１の不純物濃度より低い第２の不純物濃度を有している。
【００２４】
最後に、本発明によれば、上述の半導体光検出器の製造方法が得られる。この方法の場合、半導体層構造が形成される。この半導体層構造には、第１の導電性タイプのキャップ層と、第２の導電性タイプの吸光層およびアバランシェ増倍層とが含まれる。アバランシェ増倍層は、キャップ層に近接して配置され、第１のＰ−Ｎ接合を形成する。半導体層構造にエッチングを施すことによって、キャップ層とアバランシェ増倍層の一部を含むメサ構造とが形成される。メサ構造の表面の一部に、第１の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料の層を選択的に再成長させることによって、保護リングが形成される。エピタキシャル半導体材料の層を選択的に再成長させることによって、メサ構造に対する所定の側方範囲が画定される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明によるＳＡＭ−アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）１００の第１の実施形態が示されている。この場合、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１０４、ｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０６、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８、および均一なｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０から構成される層構造１０２が、ｎ⁺-ＩｎＰ基板１１２上に配置される。ｎ⁺-ＩｎＰ基板１１２上において、該層構造１０２を構成する層のエピタキシャル成長が順次実施される。ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０とｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の間の界面には、平面である第１のＰ−Ｎ接合１１４が配置される。第１のＰ−Ｎ接合１１４は、２つのエピタキシャル成長させた層間における階段平面接合である。第１のＰ−Ｎ接合１１４は、不純物濃度が増倍層よりかなり高いｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０のために非対称性である。
【００２６】
メサ構造１２０は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０と、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の一部を通って延びている。メサ構造１２０の場合、メサ上部１２２は、傾斜するメサ側部１２６によってメサ肩１２４に接続されている。メサ構造１２０のメサ表面１２８は、環状ウインドウ１６２、１６６を形成するマスキング層１６４によってカバーされている。マスキング層１６４は、一般に、窒化珪素の層であり、３つの主たる役割を担っている。ＳＡＭ−ＡＰＤ１００の生産時に、後述のように、マスキング層１６４によって保護リングの側方範囲が画定される。生産後、マスキング層１６４は、保護リングによってカバーされていないメサ表面１２８の部分にパシベーションを施し、キャップ層をカバーするマスキング層１６４の部分は、反射防止コーティングとして機能することが可能である。
【００２７】
バッファ領域１３０は、メサ表面１２８からメサ構造１２０内に入り込む、多量ドープしたｐ⁺領域である。バッファ領域１３０の不純物濃度は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０と同様であることが望ましい。バッファ領域１３０は、メサ構造の傾斜するメサ側部１２６、およびメサ肩１２４の少なくとも一部にｐ型不純物の浅い拡散を施すことによって、形成することが可能である。さらに詳細に後述するように、バッファ領域１３０は、環状ウインドウ１６２によって形成されるメサ構造１２０の表面の一部にｐ型の不純物を選択的に拡散することによって形成するのが望ましい。しかし、マスキング層１６４が、バッファ領域１３０の形成後に追加される場合には、代わりに、メサ構造１２０の全メサ表面１２８に非選択的拡散を施すことによって、バッファ領域１３０を形成することが可能である。
【００２８】
代替案として、バッファ領域１３０は、適合するｐ型の不純物イオンをメサ構造１２０のメサ表面１２８に注入することによって形成することも可能である。イオン注入は、メサ構造１２０のメサ側部１２６および少なくともメサ肩１２４の一部に選択的に行うのが望ましいが、非選択的に実施することも可能である。拡散によるバッファ領域の形成に比較すると、イオン注入によるバッファ領域の形成の場合、バッファ領域における不純物濃度、およびバッファ領域の深さをより精密に制御することが可能である。しかし、イオン注入によるバッファ領域の形成には、より多くの処理ステップが必要になる。
【００２９】
バッファ領域１３０は、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８とＰ−Ｎ接合を形成する。このＰ−Ｎ接合、すなわち第２のＰ−Ｎ接合１１６は、ｐ型の不純物をｎ型の増倍領域に拡散または注入することによって形成される結果として、傾斜の穏やかな接合になる。第２のＰ−Ｎ接合１１６には、平面部分１３６および湾曲部分１３８が含まれている。
【００３０】
バッファ領域１３０は、メサ表面１２８からｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８およびｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０内に入り込んでいる。しかし、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０におけるバッファ領域１３０の一部の特性は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０におけるｐ型の不純物が既に高レベルであるため、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０の特性とほぼ同じである。バッファ領域１３０は、後述するように保護リング１４０内にもわずかに入り込んでおり、マスキング層１６４の下を側方に延びている。従って、マスキング層１６４によって、第２のＰ−Ｎ接合１１６とメサ表面１２８の交差部１３４がパシベーションを施される。
【００３１】
メサ構造１２０におけるバッファ領域１３０の深さのために、バッファ領域１３０は、ＳＡＭ−ＡＰＤ１００の通常動作中に完全に空乏状態になる。通常動作中、第２のＰ−Ｎ接合１１６の空乏領域は、バッファ領域１３０を通って、保護リング１４０内に入り込む。
【００３２】
保護リング１４０は、一部がｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０から延び、一部がメサ構造１２０のメサ肩１２４にまで達しているので、保護リング１４０によって、中央部１４４の外側のメサ上部１２２の一部とメサ構造１２０のメサ肩１２４の一部とがカバーされることになる。保護リング１４０は、単一の選択的エピタキシャル再成長プロセスによって形成される。ｎ⁺-ＩｎＰ基板１１２に配置される複数ＡＰＤの保護リングが、それぞれ、マスキング層１６４の環状ウインドウ１６２において別個に成長させられる。このように、パシベーション層のウインドウにおいて複数ＡＰＤの保護リングを別個に再成長させることによって、連続した保護リング層を複数ＡＰＤのそれぞれのために分割し、各保護リングの周囲にパシベーションを施す追加処理の必要がなくなる。ＳＡＭ−ＡＰＤ１００の場合、後述のように、マスキング層１６４によって、メサ構造の表面にパシベーションが施され、単一処理工程で保護リングの側方範囲が画定される。
【００３３】
マスキング層１６４に形成された環状ウインドウ１６２に保護リング１４０を選択的に再成長させたＡＰＤは、保護リング層の一部をエッチバックすることによって保護リングの側方範囲を画定したＡＰＤとは物理的に異なっている。選択的に再成長させた保護リング１４０には、環状ウインドウ１６２のエッジに隣接して付着成長の輪郭１４６が含まれている。エッチバックによって再成長させた保護リングには、こうした輪郭がない。さらに、選択的に再成長させた保護リング１４０のメサ肩１２４は、フラットであるが、エッチバックによる保護リングの場合、通常、エッチバックプロセスによって、保護リングの側方範囲に一致する側部を備えた第２のメサが形成される。
【００３４】
望ましい実施形態の場合、保護リング１４０は、ｐ⁺キャップ層と同じ半導体材料から形成される。しかし、保護リング１４０は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０およびバッファ領域１３０に比べて不純物の濃度が低い。このため、保護リング１４０の電界が弱くなる。バッファ領域１３０によって、バッファ領域１３０の形成前に、少量ドープしたｎ型のｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８およびｐ型の保護リング１４０に隣接して存在したｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０の鋭角をなす多量ドープした部分が有効に排除される。
【００３５】
Ｐ側電極１５０は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０に接触させて配置することが可能である。Ｎ側電極１５２は、半導体基板であるｎ⁺-ＩｎＰ基板１１２の下方表面に形成される。電極は、環状または中実とすることが可能である。この開示のため、中実電極は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０またはｎ⁺-ＩｎＰ基板１１２を完全にカバーしていることにする。環状電極は、中央に配置されるアパーチャを形成する。
【００３６】
図１に示す実施形態の場合、Ｐ側電極１５０は環状であり、Ｎ側電極１５２は中実である。Ｐ側電極１５０は、マスキング層１６４の環状ウインドウ１６６を介してｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０に接触する。さもなければ、マスキング層１６４は、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０をカバーして、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０の表面にパシベーションを施す。マスキング層１６４の厚さは、ＳＡＭ−ＡＰＤ１００によって検出される光の波長に関して、マスキング層１６４が反射防止コーティングの働きをし、ＳＡＭ−ＡＰＤ１００の検出効率を高めるように選択することが可能である。
【００３７】
ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１０４およびｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０６は、その導電性を変更することを意図して添加される不純物ドーパントが存在しないという意味において真性とみなされる。しかし、実際には、これらの層は、一般に、低濃度のｎ型不純物を含んでいる。
【００３８】
第２のＰ−Ｎ接合１１６には、湾曲部分１３８と平面部分１３６が含まれている。第２のＰ−Ｎ接合１１６の輪郭は、メサ構造１２０のメサ表面１２８の輪郭１４６によって決まる。従って、湾曲部分１３８は、メサ構造１２０のメサ側部１２６およびメサ肩１２４の交差部の穏やかに湾曲した輪郭に従い、平面部分１３６は、メサ構造１２０のメサ肩１２４の平面輪郭に従う。
【００３９】
第１のＰ−Ｎ接合１１４および第２のＰ−Ｎ接合１１６は、全体として、ＳＡＭ−ＡＰＤ１００の幅を横切って延びる連続したＰ−Ｎ接合を形成するが、この連続したＰ−Ｎ接合は、ＳＡＭ−ＡＰＤ１００の幅にわたって傾斜の穏やかな接合から階段接合へと変化し、さらに、傾斜の穏やかな接合に戻る。連続Ｐ−Ｎ接合は、第１のＰ−Ｎ接合１１４と第２のＰ−Ｎ接合１１６とが接するところで湾曲している。しかし、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８から明らかなように、第１のＰ−Ｎ接合１１４と第２のＰ−Ｎ接合１１６の直線部分との間の角度αは、優角、すなわち、１８０゜を超える。Ｐ−Ｎ接合の優角をなす湾曲によって、このポイントにおける電界は、第１のＰ−Ｎ接合１１４の中心における電界まで弱くなる。第１のＰ−Ｎ接合１１４のエッジにおける電界のこの弱化によって、エッジ降伏が排除される。Ｐ−Ｎ接合は、また、第２のＰ−Ｎ接合１１６の湾曲部分１３８でも湾曲する。この場合、Ｐ−Ｎ接合は、鈍角、すなわち、９０゜〜１８０゜の角度をなして穏やかに湾曲する。この湾曲によって、このポイントにおける電界がわずかに強まるが、第２のＰ−Ｎ接合１１６のこの部分における電界は、第１の第１のＰ−Ｎ接合１１４の電界に比べるとはるかに弱いので、このためにエッジ降伏が生じることはない。
【００４０】
図２〜図６には、本発明によるアバランシェフォトダイオードであるＳＡＭ−ＡＰＤ１００の製造方法が示されている。図２には、ｎ⁺-ＩｎＰ基板１１２上に、ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層１０４、ｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０６、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８、およびｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０を順次成長させることによって形成される層構造１０２が示されている。従来のエピタキシャル結晶成長プロセスを利用して、ｎ⁺-ＩｎＰ基板１１２上における層の成長が実施される。望ましい実施形態の場合、層の成長は、有機金属熱分解（ＯＭＣＶＤ）を利用して実施された。
【００４１】
メサ上部１２２になるｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０の露出表面の一部は、適合するマスク（不図示）を利用して保護される。次に、エッチングを施して、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０およびｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の非保護部分を除去することによって、メサ構造１２０が形成される。除去部分は、図３に示すように、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０の厚さを完全に貫いて延び、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の厚さを部分的に貫いて延びている。結果生じるメサ構造１２０には、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０の厚さ全体、およびｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の上方部分１６０が含まれている。エッチングによって、メサ構造１２０のメサ側部１２６におけるｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０とｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の間に形成された第１のＰ−Ｎ接合１１４が露出する。エッチングの後、第１のＰ−Ｎ接合１１４の下の肩の深さのために、保護リング１４０（図１）の再成長後、メサ肩１２４の下に位置するｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０６の一部の電界が、第１のＰ−Ｎ接合１１４の下に位置するｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０６の一部の電界よりも弱くなる。
【００４２】
次に、メサ構造１２０のメサ表面１２８にマスキング層１６４を被着させ、従来のマスクおよびエッチングプロセスを利用して選択的に除去することによって、環状ウインドウ１６２が形成される。環状ウインドウ１６２は、図４に示すように、メサ上部１２２の周囲から延びて、メサ側部１２６を横切り、メサ肩１２４を部分的に横切ることになる。環状ウインドウ１６２によって、保護リング１４０を再成長させるメサ表面１２８の位置が決まる。望ましい実施形態におけるマスキング層１６４の材料として、窒化珪素が利用された。上述のように、マスキング層１６４は、保護リング１４０およびＰ側電極１５０の一部によって後でカバーされるメサ表面１２８の一部を除くと、メサ表面１２８の全てをカバーするパシベーション層の働きもする。
【００４３】
解説したばかりのマスキングプロセス後、層構造１０２は、ＯＭＣＶＤ反応室に戻され、ホスフェン（ＰＨ３：phosphene）雰囲気（atmosphere）中において、通常のエピタキシャル成長が行われる温度範囲より低い温度まで加熱される。ｐ型ＩｎＰの成長に用いられるドーパントである、ジエチル亜鉛流が、５〜１０分の範囲の所定の時間にわたって噴射される。この結果、マスクによって保護されていない層構造１０２のメサ表面１２８の部分に亜鉛層が被着する。次に、亜鉛は、該メサ表面１２８の保護されていない部分に拡散し、図５に示すバッファ領域１３０を形成する。拡散工程は、良好なエピタキシャル成長が生じる温度範囲より低い温度で実施される。なぜならば、温度がそれより高くなると、メサ表面１２８に被着した亜鉛が再蒸発し、表面内に拡散しないためである。
【００４４】
バッファ領域１３０の形成に必要な時間が経過すると、ジエチル亜鉛流が止められ、層構造１０２の温度が、良好なエピタキシャル成長が生じる温度範囲内の温度まで上昇させられて、保護リング１４０の再成長が可能になる。
【００４５】
代替案として、バッファ層であるバッファ領域１３０をイオン注入によって形成すべき場合には、上述のマスキングプロセス後に、イオン注入反応器内に層構造１０２を配置して、ベリリウム、マグネシウム、または、亜鉛イオンの注入を実施し、メサ構造１２０内に約０．１±０．０５μｍの深さまで入り込むバッファ領域１３０が形成される。この注入は、１０１３〜１０１４ｃｍ^-2の範囲の濃度が得られるまで続行される。次に、層構造１０２が反応室内に戻され、保護リング１４０の再成長が可能になるように、良好なエピタキシャル成長が生じる温度範囲内の温度まで加熱される。再成長プロセスの間中、層構造１０２をこの温度に維持することによって、層構造１０２の焼なましも行われ、イオン注入プロセスによって生じた構造の損傷が修復される。
【００４６】
保護リング１４０は、エピタキシャル成長プロセス、例えば、気相エピタクシまたは分子ビームエピタクシを利用して再成長させることが可能である。しかし、説明したばかりのように、ごくわずかな追加処理でバッファ領域１３０の形成が可能になるので、ＯＭＣＶＤが望ましい。成長条件を適正に選択すれば、保護リング１４０を形成することになるｐ^--ＩｎＰが、メサ表面１２８の露出部分、すなわち、環状ウインドウ１６２内に成長するが、マスキング層１６４の表面には成長しない。従って、保護リング１４０は、成長すると、環状ウインドウ１６２内に配置されたメサ構造１２０のメサ上部１２２の周囲部分、メサ側部１２６、およびメサ肩１２４の一部をカバーすることになる。すなわち、保護リング１４０は、図６に示すように、メサ構造１２０のメサ側部１２６と、ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０とｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８との間の第１のＰ−Ｎ接合１１４との交差部分をカバーする。
【００４７】
保護リング１４０の再成長が済むと、マスキング層１６４に選択的にエッチングを施して、環状ウインドウ１６６が形成される。次に、従来の金属蒸着および除去技法を利用して、Ｐ側電極１５０およびＮ側電極１５２が形成される。Ｐ側電極１５０は、環状ウインドウ１６６を介してｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０に接触する。
【００４８】
メサ構造１２０のメサ肩１２４における保護リング１４０の範囲が、マスキング層１６４の環状ウインドウ１６２によって画定されるように、また、層構造１０２に形成される隣接ＡＰＤの保護リングが同じ再成長工程において個別に形成されるように、保護リングを選択的に成長させることによって、生産プロセスが単純化され、良好なＡＰＤの歩留まりが増大する。説明したばかりの方法で保護リングを成長させることによって、追加エッチバックまたは陽子注入工程を実施し、メサ上部を露出させる必要がなくなる。さらに、マスキング層１６４によってその側方範囲が画定される保護リング１４０を成長させることによって、保護リング１４０の外周にパシベーションを施す追加工程を実施する必要がなくなる。
【００４９】
メサ構造１２０の形成後に、エピタキシャル再成長を実施して保護リング１４０を形成すると、保護リング１４０の不純物濃度を隣接するｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８より低くすることができる。この不純物濃度の関係は、従来の拡散技法を用いて実現することはできない、なぜならば、拡散テクノロジの場合、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の不純物濃度が増すと、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８と逆の導電性モードの保護リングを形成するために、増倍層内に拡散させなければならない不純物の濃度もそれだけ増すことになるためである。これによって、保護リングにおける電界が大幅に強くなる。保護リング１４０をエピタキシャル再成長させることによって、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８における不純物濃度とは関係なく、保護リング１４０における不純物濃度を選択することが可能になる。すなわち、保護リング１４０における不純物濃度をｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８における不純物濃度より大幅に低くして、なおかつ、ｐ型材料から保護リング１４０を形成することが可能になる。従来の拡散ＡＰＤと比較して、保護リングにおける不純物濃度が低いので、保護リング１４０の電界は弱くなる。
【００５０】
保護リング１４０の材料の不純物濃度は、保護リング１４０の再成長の進行につれて変動させることが可能である。例えば、保護リング１４０のｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８に隣接した部分における不純物濃度は、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の不純物濃度に匹敵するようにし、保護リング１４０のｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８から遠隔の部分における不純物濃度は、ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層１０８の不純物濃度より高くすることが可能である。さらに、保護リング１４０の材料を再成長の途中で変更することも可能である。
【００５１】
図７には、本発明によるＡＰＤの第２の実施形態が示されている。図７の場合、図１に示す第１の実施形態と同じ構成要素は同じ参照番号で表示されており、ここで再度の説明は控えることにする。第１の実施形態の構成要素と同様の構成要素は、同じ参照番号に１００を加算して表示されている。
【００５２】
第２の実施形態の場合、保護リング２４０の面積は第１の実施形態の保護リング１４０よりも広くなっている。この面積の拡大によって、保護リング２４０の再成長がより制御しやすくなる。保護リングのサイズを拡大するため、マスキング層２６４のトポロジは、マスキング層１６４のトポロジと異なっている。マスキング層２６４は、メサ肩１２４からメサ上部１２２の中心まで、メサ構造１２０のメサ表面１２８を横切って延びる単一の円形ウインドウ２６２を形成する。円形ウインドウ２６２の形状の結果として、バッファ領域２３０および保護リング２４０は両方とも円形であり、メサ肩１２４からメサ上部１２２の中心までメサ構造１２０の表面を横切って延びる。保護リング２４０を再成長させて、メサ構造１２０をカバーするが、第１の実施形態のように、マスキング層２６４によって、再成長時に、メサ構造１２０のメサ肩１２４における保護リング２４０の側方範囲が画定される。従って、保護リング２４０の側方範囲を画定するのに、エッチバックおよびパシベーション処理の必要がない。
【００５３】
環状ｐ接触２５０が保護リング２４０の表面に形成される。
【００５４】
環状ｐ接触２５０とｐ⁺-ＩｎＰキャップ層１１０との間における直列抵抗の増大という犠牲を払うことによって、保護リング２４０の再成長の制御が容易になる。しかし、この直列抵抗によって性能が損なわれる場合、保護リング２４０の中心にエッチバックを施して、キャップ層を露出させることによって、直列抵抗を減らすことが可能である。環状ｐ接触２５０は、キャップ層の環状部分と直接接触するように形成される。保護リング２４０にエッチバックを施して、メサ構造の肩における保護リングの側方範囲を画定する発明者の先行技法とは異なり、保護リング２４０にエッチバックを施して、キャップ層の一部を露出させることは、Ｐ−Ｎ接合の露出にはならない。従って、保護リングにエッチバックを施して、キャップ層を露出させた後で、追加パシベーションステップを行う必要がない。
【００５５】
図７の第２の実施形態は、図２〜図６に関連した上述の方法と同じ方法で行われる。
【００５６】
本発明の上述の実施形態は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系化合物半導体から形成された半導体に関するものであるが、本発明は、例えば、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の他の材料から形成された半導体デバイスにも適用することが可能である。さらに、本発明のｐ型層およびｎ型層は、それぞれｎ型層およびｐ型層に置き換えることが可能である。
【００５７】
本開示によって、本発明の例証となる実施形態が明らかにされているが、もちろん、本発明は、解説の実施形態そのままに制限されるものではなく、付属の請求項によって規定の本発明の範囲内において、さまざまな修正を加えることが可能である。
【００５８】
以下に本発明の実施の形態を要約する。
１．吸光層と第１の不純物濃度を有するアバランシェ増倍層とを備えた第１の導電性タイプの半導体層構造と、
前記アバランシェ増倍層に近接して配置され、第１のＰ−Ｎ接合を形成する第２の導電性タイプの半導体材料から形成されたキャップ層と、
前記キャップ層と前記第１のＰ−Ｎ接合と前記アバランシェ増倍層の上部とを含み、メサ表面を備え、前記メサ表面から内部に入り込む前記第２の導電性タイプのバッファ領域を含むメサ構造と、
前記メサ構造の前記バッファ領域に近接して配置され、前記第１のＰ−Ｎ接合を包囲し、前記第１の不純物濃度より低い第２の不純物濃度を有する前記第２の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料による保護リングと、を具備した半導体光検出器。
【００５９】
２．前記バッファ領域が前記第２の不純物濃度と同様の最高不純物濃度を有している上記１記載の半導体光検出器。
【００６０】
３．前記バッファ領域がさらに、前記キャップ層内に部分的に入り込んでいる上記１記載の半導体光検出器。
【００６１】
４．前記バッファ領域が前記アバランシェ増倍層と第２のＰ−Ｎ接合を形成し、
前記第１のＰ−Ｎ接合および前記第２のＰ−Ｎ接合が優角をなして湾曲する前記メサ表面に近い部分を備えたＰ−Ｎ接合を全体として（collectively）構成する上記１記載の半導体光検出器。
【００６２】
５．前記保護リングおよび前記バッファ領域が前記メサ表面上において同じ範囲で側方へ広がっている上記１記載の半導体光検出器。
【００６３】
６．前記バッファ領域が前記メサ表面に拡散された前記第２の導電性タイプの不純物領域である上記１記載の半導体光検出器。
【００６４】
７．前記バッファ領域が前記メサ表面に注入された前記第２の導電性タイプの不純物領域である上記１記載の半導体光検出器。
【００６５】
８．吸光層と第１の不純物濃度を有するアバランシェ増倍層とを備えた第１の導電性タイプの半導体層構造と、
前記アバランシェ増倍層に近接して配置され、第１のＰ−Ｎ接合を形成する第２の導電性タイプの半導体材料から形成されたキャップ層と、
前記キャップ層と前記第１のＰ−Ｎ接合と前記アバランシェ増倍層の上部とを含み、メサ表面を備え、側部を含むメサ構造と、
前記メサ構造の少なくとも前記側部に重なるウインドウを形成する、前記メサ表面の一部をカバーするマスキング層と、
前記ウインドウと同じ範囲に広がっており、前記第１の不純物濃度より低い第２の不純物濃度を有する前記第２の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料による保護リングと、を具備した半導体光検出器。
【００６６】
９．前記キャップ層と前記保護リングとの双方が第１の半導体材料から形成されており、前記保護リングの不純物濃度が前記キャップ層のドーパント濃度より低い上記８記載の半導体光検出器。
【００６７】
１０．前記メサ構造が前記メサ表面から前記メサ構造内に入り込む前記第２の導電性タイプのバッファ領域を含む上記９記載の半導体光検出器。
【００６８】
１１．前記バッファ領域が前記ウインドウと同じ範囲に広がっている上記１０記載の半導体光検出器。
【００６９】
１２．前記マスキング層が前記メサ表面の少なくとも前記側部に重なる環状ウインドウを形成する上記８記載の半導体光検出器。
【００７０】
１３．前記マスキング層の一部が前記キャップ層の一部の上に延び、前記キャップ層に反射防止コーティングを施している上記８記載の半導体光検出器。
【００７１】
１４．第１の導電性タイプのキャップ層と第２の導電性タイプの吸光層およびアバランシェ増倍層とを含む半導体層構造を設け、前記アバランシェ増倍層を前記キャップ層に近接して配置することによって、第１のＰ−Ｎ接合を形成し、
前記半導体層構造にエッチングを施して、前記キャップ層と前記アバランシェ増倍層の一部とを含みメサ表面を備えたメサ構造を形成し、
前記メサ表面に不純物を注入して、前記第１の導電性タイプのバッファ領域を形成し、
前記メサ構造のまわりに前記第１の導電性タイプの半導体材料によるエピタキシャル層を選択的に再成長させて、保護リングを形成する半導体光検出器製造方法。
【００７２】
１５．前記メサ構造がメサ上部と側部と肩とを含み、
さらに、前記メサ構造の前記肩の少なくとも一部をカバーし、前記メサの側部を包囲するマスクを前記メサ表面の一部に形成し、
前記メサ表面に前記不純物を注入するステップにおいて、前記不純物が前記マスクによってカバーされていない前記メサ表面の一部に注入される上記１４記載の半導体光検出器製造方法。
【００７３】
１６．前記メサ構造のまわりに前記第１の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料の層を選択的に再成長させて保護リングを形成するステップにおいて、前記マスクによってカバーされていない前記メサ構造の前記表面の一部に前記エピタキシャル半導体材料を選択的に再成長させる上記１５記載の半導体光検出器製造方法。
【００７４】
１７．前記メサ表面に前記不純物を注入するステップにおいて、前記不純物が拡散によって前記メサ構造の前記表面に注入される上記１４記載の半導体光検出器製造方法。
【００７５】
１８．前記メサ表面に前記不純物を注入するステップが、
良好なエピタキシャル再成長が生じる温度より低い温度にまで前記層構造を加熱し、
所定の時間にわたって前記メサ表面にアクセプタ不純物を含むガス流を当て、
良好なエピタキシャル再成長が行われる温度まで前記層構造に加熱してから、前記半導体材料層をエピタキシャル再成長させて前記保護リングを形成する上記１７記載の半導体光検出器製造方法。
【００７６】
１９．前記不純物を前記メサ表面に注入するステップにおいて、前記不純物がイオン注入によって前記メサ構造の前記表面に注入される上記１４記載の半導体光検出器製造方法。
【００７７】
２０．層構造を設けるステップにおいて、前記キャップ層がある濃度の不純物を含んでいる層構造が設けられ、
不純物を拡散するステップにおいて、前記キャップ層の不純物の前記濃度にほぼ等しい最高濃度になるように前記不純物を拡散させる上記１４記載の半導体光検出器製造方法。
【００７８】
２１．第１の導電性タイプのキャップ層と第２の導電性タイプの吸光層およびアバランシェ増倍層とを含む半導体層構造を設け、前記アバランシェ増倍層を前記キャップ層に近接して配置することによって、第１のＰ−Ｎ接合を形成し、
前記半導体層構造にエッチングを施して、前記キャップ層と前記アバランシェ増倍層の一部とを含み、メサ表面を備えたメサ構造を形成し、
前記メサ構造の前記表面の一部に前記第１の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料層を選択的に再成長させて保護リングを形成し、前記メサ構造に係る所定の側方範囲を有する半導体光検出器製造方法。
【００７９】
２２．前記エピタキシャル半導体材料層を選択的に再成長させるステップにおいて、不純物濃度が前記アバランシェ増倍層の不純物ドーパント濃度より低くなるように前記エピタキシャル半導体材料層を選択的に再成長させる上記２１記載の半導体光検出器製造方法。
【００８０】
２３．前記メサ構造がメサ上部と側部と肩とを含み、
さらに、前記メサ構造の前記肩の少なくとも一部をカバーし、前記メサの前記側部を包囲するマスクを前記メサ表面の一部に形成し、
前記エピタキシャル半導体材料層を選択的に再成長させて、前記保護リングを形成するステップにおいて、前記マスクによってカバーされていない前記メサ表面の一部に前記エピタキシャル半導体材料層を選択的に再成長させる上記２１記載の半導体光検出器製造方法。
【００８１】
２４．前記不純物を前記メサ表面に注入するステップにおいて、前記エピタキシャル半導体材料層を選択的に再成長させて前記保護リングを形成するステップの前に、前記不純物が前記マスクによってカバーされていない前記メサ表面の一部に注入される上記２３記載の半導体光検出器製造方法。
【００８２】
２５．前記エピタキシャル半導体材料層を選択的に再成長させて前記保護リングを形成するステップが、前記再成長時に前記半導体材料に添加される不純物の濃度と前記半導体材料の組成との少なくとも一方を変更するステップを含む上記２３記載の半導体光検出器製造方法。
【００８３】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、メサ構造の表面におけるｐ⁺バッファ領域によって、バッファ領域の形成以前に、少量ドープしたｎ型増倍層およびｐ型保護リングに隣接して存在したキャップ層の鋭角をなす多量ドープした部分が排除される。この結果、平面エピタキシャルＰ−Ｎ接合の端部における電界強度が低下し、この接合のエッジ降伏が阻止される。
【００８４】
また、ＳＡＭ−ＡＰＤには、保護リングの再成長以前にマスキング層に形成されたウインドウによって側方範囲が画定される保護リングが含まれている。この保護リング構造によって、保護リングの側方範囲を画定し、保護リングの周囲にパシベーションを施す追加処理ステップを実施する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるメサアバランシェフォトダイオードの第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すアバランシェフォトダイオードの本発明による製造方法を示す断面図である。
【図３】図１に示すアバランシェフォトダイオードの本発明による製造方法を示す断面図である。
【図４】図１に示すアバランシェフォトダイオードの本発明による製造方法を示す断面図である。
【図５】図１に示すアバランシェフォトダイオードの本発明による製造方法を示す断面図である。
【図６】図１に示すアバランシェフォトダイオードの本発明による製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明によるメサアバランシェフォトダイオードの第２の実施形態を示す断面図である。
【図８】従来のアバランシェフォトダイオードを示す断面図である。
【図９】発明者の先行メサアバランシェフォトダイオードを示す断面図である。
【符号の説明】
１００ＳＡＭ−ＡＰＤ
１０２層構造
１０４ｎ^--ＩｎＧａＡｓ吸光層
１０６ｎ^--ＩｎＧａＡｓＰ中間層
１０８ｎ-ＩｎＰアバランシェ増倍層
１１０ｐ⁺-ＩｎＰキャップ層
１１２ｎ⁺-ＩｎＰ基板
１１４第１のＰ−Ｎ接合
１１６第２のＰ−Ｎ接合
１２０メサ構造
１２２メサ上部
１２４メサ肩
１２６メサ側部
１２８メサ表面
１３０バッファ領域
１３６平面部分
１３８湾曲部分
１４０保護リング
１４４中央部
１４６輪郭
１５０Ｐ側電極
１５２Ｎ側電極
１６０上方部分
１６２環状ウインドウ
１６４マスキング層
１６６環状ウインドウ
２３０バッファ領域
２４０保護リング
２５０環状ｐ接触
２６２円形ウインドウ
２６４マスキング層

Claims

吸光層と第１の不純物濃度を有するアバランシェ増倍層とを備えた第１の導電性タイプの半導体層構造と、
前記アバランシェ増倍層に近接して配置され、第１のＰ−Ｎ接合を形成する第２の導電性タイプの半導体材料から形成されたキャップ層と、
前記キャップ層と前記第１のＰ−Ｎ接合と前記アバランシェ増倍層の上部とを含み、メサ表面を備え、側部を含むメサ構造と、
前記メサ構造の少なくとも前記側部に重なるウインドウを形成する、前記メサ表面の一部をカバーするマスキング層と、
前記ウインドウと同じ範囲に広がっており、前記第１の不純物濃度より低い第２の不純物濃度を有する前記第２の導電性タイプのエピタキシャル半導体材料による保護リングと、
を具備した半導体光検出器。
前記キャップ層と前記保護リングとの双方が第１の半導体材料から形成されており、前記保護リングの不純物濃度が前記キャップ層のドーパント濃度より低い請求項１に記載の半導体光検出器。
前記メサ構造が前記メサ表面から前記メサ構造内に入り込む前記第２の導電性タイプのバッファ領域を含む請求項に２記載の半導体光検出器。
前記バッファ領域が前記ウインドウと同じ範囲に広がっている請求項３に記載の半導体光検出器。