JPH07202253A - 半導体受光素子の製造方法 - Google Patents

半導体受光素子の製造方法

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JPH07202253A
JPH07202253A JP5337968A JP33796893A JPH07202253A JP H07202253 A JPH07202253 A JP H07202253A JP 5337968 A JP5337968 A JP 5337968A JP 33796893 A JP33796893 A JP 33796893A JP H07202253 A JPH07202253 A JP H07202253A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体受光素子の製造方法において、狭小マ
スクを用いた選択成長によるメサ構造形成と高抵抗In
AlAsエピパッシベーションを用いる。 前者の目的
は、メサ表面へのウェットエッチングによる欠陥あるい
はキャリアトラップ準位形成を防ぎ、且つ、面内均一性
を大幅に向上すること。 また後者の目的は、半導体層
とパッシベーション膜界面のボンド結合を強固にし、リ
ーク電流抑圧及び信頼性向上が得ることである。 ま
た、両者を採用した製造方法においては、エピパッシベ
ーションまでを1回の成長ででき、製造工数の低減、ま
た、半導体表面を大気に曝さずにパッシベーション膜を
形成できるので良好な界面を得ることができる。 【構成】 半導体受光素子の製造方法において、狭小マ
スクを用いた選択成長によるメサ構造形成と高抵抗In
AlAsエピパッシベーションを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理、
光計測等で用いられる半導体受光素子の製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、1〜1. 6μm帯の光通信用半導
体受光素子として、InP基板上に格子整合したIn
0.53Ga0.47As層(以下InGaAs層と略す)を光
吸収層とするPIN型半導体受光素子(「光通信素子工
学」、米津氏著、工学図書株式会社刊、371頁(19
83)に記載)、アバランシェ増倍型半導体受光素子
(エレクトロニクス・レタ−ズ(Electronic
s Letters)1984年,20巻,pp653
−654に記載)が知られている。特に、後者は、アバ
ランシェ増倍作用による内部利得効果及び高速応答を有
する点で、長距離通信用として実用化されている。
【0003】近年、アバランシェ増倍型半導体受光素子
において、増倍層に超格子構造を適用し、伝導帯不連続
エネルギーによる電子のイオン化促進を意図した超格子
APD(アバランシェ増倍型半導体受光素子は以下AP
Dと略す。)が研究される。特に、InAlAs/InAlGaAs 超
格子層を増倍層とした超格子APDにおいて、利得帯域
幅積120GHzが報告されている(アイ・イ−・イ−・イ−
フォトニクス テクノロジー レターズ(IEEE
photonics TechnologyLette
rs)1993年、5巻、pp675−677に記
載)。図7に、典型的なInAlAs/InAlGaAs 超格子APD
の構造図を示す。また図8に従来の製造方法を示す。素
子形成は、まず気相成長法でn型InP基板1上にn+
型InPバッファ層2、n+ 型InAlAsバッファ層
3、n- 型InAlAs/InAlGaAs 超格子増倍層4、p+ 型I
nP電界緩和層5、p- 型InGaAs光吸収層6、p
+ 型InPキャップ層7及びp+ 型InGaAsキャッ
プ層8を順次積層する。その後、Br系エッチャントで
メサ形成をし、SiNx をパッシベーション膜9として
表面に堆積させる。その後、n側10及びp側11にオ
ーミック電極を蒸着して完成する。入射光12は表面か
ら入射する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術の欄で述べ
たように、超格子APDはBr系エッチャントによるエ
ッチングによりメサ形成され、またパッシベーション膜
は窒化膜が使われている。 しかしながら、ウェットエ
ッチングによるメサ形成は大面積の均一性が悪く、且
つ、エッチング側面に欠陥あるいはキャリアのトラップ
準位を形成し易いことが知られている。一方、エッチン
グを回避するため選択成長によるメサ形成も考えられる
が、通常の選択成長では、マスクの上に飛来した原子が
水平方向にマイグレーションし、よって、マスク端と成
長面の界面近傍で成長が加速される、いわゆるリッジ成
長を引き起こしてしまう。
【0005】また、窒化膜や酸化膜のパッシベーション
膜では、半導体層とのボンドの結合が完全でないため
に、経時的な信頼性がなく、また表面暗電流の原因にも
なる。
【0006】本発明の目的は、上述の課題を解決し、高
均一且つ信頼性に優れた半導体受光素子を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に光吸収層等の積層部分を選択成長を用いて形成する半
導体受光素子の製造方法において、選択成長のマスク幅
を0.5μm以下としたことを特徴とする。
【0008】また、半導体受光素子の表面パッシベーシ
ョン膜まで選択成長をおこなうことを特徴とする。
【0009】また、前記パッシベーション膜が高抵抗I
nAlAsであることを特徴とする。
【0010】
【作用】図1は、本発明の請求項1の半導体受光素子の
製造方法の原理を説明するための図である。通常、選択
成長を行うときは、積層部分以外をすべてマスクで覆う
ことになる。このマスクは、SiO2 あるいはSiNx
等の堆積膜が使われる。この方法場合、図1(a)に示
すようにマスク幅は100μm程度以上に広くなり、マ
クス上に飛来した原子が水平方向にマイグレーションす
る。この結果、マスク端と成長面の界面近傍で成長が加
速され、いわゆるリッジ成長を引き起こし、膜厚制御が
困難になる。一方、本発明の請求項1の製造方法による
と、マスク幅を0.5μm以下としている(図1(b) )
ので、マスク上に飛来してくる原子の総量は少なく、上
記リッジ成長を防ぐことができる。
【0011】マスク幅とリッジ高の関係を図6に示す。
選択成長幅が50μmと広いので通常の選択成長のマス
クを用いた場合リッジ成長は不可避であるが図に示され
ているようにマスク幅Wを狭めることによりリッジ高が
低くなる。平坦成長部の高さに対して1割以下のリッジ
高にすることにより優れたデバイス特性を得ることがで
きる。
【0012】マスクを狭小化したために、本来必要でな
い領域にも半導体層を形成することになるが、マスクを
除去すれば絶縁性は確保されるので、全く問題はない。
しかもこの方法だと、エッチングなしにメサ形成が可能
になるので、エッチングによるメサ壁面へのダメージが
ない、高品質のメサ構造を得ることができる。加えて、
ウェットエッチングに起因する面内のムラがなくなり、
大面積にわたって高均一なメサ構造を得ることができ
る。本発明の請求項2の半導体受光素子の製造方法は、
狭小マスクを用いて、選択成長によりメサ構造を作製
し、続けてパッシベーション膜を形成する。この方法で
は、図2の構造が1回の成長で形成可能となる。よっ
て、パッシベーション膜成長成長前にキャップ層表面を
大気に曝さずに済み、清浄表面にパッシベーション膜を
形成できるメリットがある。これにより、従来の製造方
法で得られる素子に比べ、パッシベーション膜とキャッ
プ層との界面に形成される欠陥やキャリアトラップ準位
を大幅に低減でき、リーク電流発生の抑圧及び信頼性向
上を図ることができる。また、1回の成長で形成可能で
あるので、製造工数の低減も図れる。
【0013】次に本発明の請求項3についてその作用を
説明する。通常、メサ構造の半導体受光素子の表面パッ
シベーション膜としては、SiO2 やSiNx 等の多結
晶膜が利用される。しかしながら、これらの膜では単結
晶半導体表面層とのボンドの結合が完全でないために、
表面リーク電流発生や径時的な信頼性劣化の原因にもな
っている。これらの問題解決のため、本発明では高抵抗
単結晶InAlAsを利用することを提案している。I
nAlAsの場合、単結晶膜であるので上記問題は解決
される。加えて、InAlAsでは禁制帯幅が広く、光
通信に利用される1.3μmや1.55μm帯の波長の
光に対しては吸収を生じない。高抵抗InAlAsの成
長方法として、Feをドーピングする方法もある。図3
は、ZnドーピングInAlAs濃度のV/III 比依存
性を示す。Znはp型ドーパントであるが、V/III 比
を低くした場合高抵抗特性を示すことが分かる。
【0014】
【実施例】本発明の請求項1の実施例について、図面を
用いて詳細に説明する。図4は、本発明1の一実施例の
製造方法過程を説明するための図である。半導体基板上
にレジスト13を塗布、マスクを堆積させる部分のみリ
フトオフする(図4(a) )。次に化学気相成長法(CV
D)によりSiO2 14を堆積させる(図4(b) )。こ
のとき、SiO2 マスク幅は0.5μmとした。次にレ
ジストをリフトオフ(図4(c) )した後、超格子APD
構造をMOVPE法により成長する(図4(d) )。該構
造は、n型InP基板1上にn+ 型InPバッファ層2
を0.1μm、n+ 型InAlAsバッファ層3を0.
1μm、n- 型InAlAs/InAlGaAs 超格子増倍層4を0.
2μm、p+ 型電界緩和層5を500A、p- 型光吸収
層6を1.2μm、p+ 型InPキャップ層7を0.2
μm及びp+ 型InGaAsコンタクト層8を0.1μ
m順次積層する。その後、SiO2 マスクを除去してメ
サ構造を完成する(図4(e) )。
【0015】本発明の請求項2の実施例について、図5
を用いて詳細に説明する。半導体基板上にレジスト13
を塗布、マスクを堆積させる部分のみリフトオフする
(図5(a) )。次に化学気相成長法(CVD)によりS
iO2 14を堆積させる(図5(b) )。このとき、Si
2 マスク幅は0.5μmとした。次にレジストをリフ
トオフ(図5(c) )した後、超格子APD構造をMOV
PE法により成長する(図5(d) )。該構造は、n型I
nP基板1上にn+ 型InPバッファ層2を0.1μ
m、n+ 型InAlAsバッファ層3を0.1μm、n
- 型InAlAs/InAlGaAs 超格子増倍層4を0.2μm、p
+ 型電界緩和層5を500A、p- 型光吸収層6を1.
2μm、p+ 型InPキャップ層7を0.2μm及びp
+ 型InGaAsコンタクト層8を0.1μm順次積層
する。その後続けて、V/III 比100の条件下でZn
ドーピングInAlAs15を成長する(図5(e) )。
このときのZnドーピング量は、 [DEZn] /[III]
比で0.27であった。この条件により高抵抗InAl
Asエピパッシベーション膜を作製した。この後、Si
2 マスクを除去してメサ構造を完成する(図5(f)
)。
【0016】
【発明の効果】本発明による半導体受光素子の製造方法
は、狭小マスクを用いた選択成長によるメサ構造形成と
高抵抗InAlAsエピパッシベーションを用いること
に特徴を有する。前者の効果は、メサ表面へのウェット
エッチングによる欠陥あるいはキャリアトラップ準位形
成を防ぎ、且つ、面内均一性を大幅に向上できる点にあ
る。また後者の効果は、半導体層とパッシベーション膜
界面のボンド結合を強固にし、リーク電流抑圧及び信頼
性向上が得られる点にある。
【0017】また、両者を採用した製造方法において
は、エピパッシベーションまでを1回の成長ででき、製
造工数の低減、また、半導体表面を大気に曝さずにパッ
シベーション膜を形成できるので良好な界面を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の原理を説明するための図であ
る。
【図2】半導体受光素子の構造図である。
【図3】Znドーピング濃度とV/III 比の関係を示す
図である。
【図4】請求項1の実施例を説明するための図である。
【図5】請求項2の実施例を説明するための図である。
【図6】マスク幅とリッジ高の関係を示す図である。
【図7】従来例の超格子APDの構造図である。
【図8】従来の半導体受光素子の製造方法を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 n型InP基板 2 n+ 型InPバッファ層 3 n+ 型InAlAsバッファ層 4 n- 型InAlAs/InAlGaAs超格子増倍
層 5 p+ 型InP電界緩和層 6 p- 型InGaAs光吸収層 7 p+ 型InPキャップ層 8 p+ 型InGaAsコンタクト層 9 SiNx パッシベーション膜 10 n側オーミック電極 11 p側オーミック電極 12 入射光 13 レジスト 14 SiO2 パッシベーション膜 15 InAlAsエピパッシベーション膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の光吸収層等の積層部分を
    選択成長を用いて形成する半導体受光素子の製造方法に
    おいて、選択成長のマスク幅を0.5μm以下としたこ
    とを特徴とする半導体受光素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体受光素子の表面パッシベーション
    膜まで選択成長をおこなうことを特徴とする請求項1記
    載の半導体受光素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記パッシベーション膜に高抵抗InA
    lAsを用いたことを特徴とする請求項2記載の半導体
    受光素子の製造方法。
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