JPH1065202A - アバランシェフォトダイオード及びその製造方法 - Google Patents

アバランシェフォトダイオード及びその製造方法

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JPH1065202A
JPH1065202A JP9184499A JP18449997A JPH1065202A JP H1065202 A JPH1065202 A JP H1065202A JP 9184499 A JP9184499 A JP 9184499A JP 18449997 A JP18449997 A JP 18449997A JP H1065202 A JPH1065202 A JP H1065202A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、エッジブレークダウン現象を抑制
可能な、アバランシェフォトダイオード及びその製造方
法を提案することを目的とする 【解決手段】 本発明によるアバランシェフォトダイオ
ードは、p+ −InP拡散層を拡散マスクとして、緩慢
な内部傾斜面を有するオミックコンタクト層を使用する
拡散工程により、u−InP増殖層内にpn接合を形成
する。拡散工程時マスクとして使用されるオミックコン
タクト層の内部の傾斜面により、pn接合エッジで緩慢
な曲率を有する。第2導電型の電極が露出されたオミッ
クコンタクト層上に形成され、第1導電型の電極が基板
の裏面に形成される。したがって、pn接合のエッジ領
域より中心領域での電界が強い。また、ガードリングや
部分的チャージシート層の形成のための拡散工程及びエ
ピタックシャル成長工程等がないので、アバランシェフ
ォトダイオードの製造工程が簡単になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光素子及び
その製造方法に関するもので、より具体的には、エッジ
ブレークダウン(edge breakdown)を効果的に抑制可能
な、アバランシェフォトダイオード及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】受光素子は、光通信システムにおいて必
須的に使用され、光ファイバーを通して伝達された光信
号を感知し、電気的な信号に変換させる役割をする。こ
のような受光素子としては、半導体ダイオードの中には
フォトダイオード(photodiode)があり、III −V化合物
半導体ダイオードの中にはp−i−nフォトダイオード
とアバランシェフォトダイオード(Avalanche Photodiod
e ;以下、APDという)とがある。
【0003】一般的に、APDは入射される光により生
成されたキャリア等が、衝突イオン化により衝突しまた
他のキャリア等を生成する。しかし、APDはpn接合
の縁の曲率が、中心部分のそれより小さいので、アバラ
ンチブレークダウンを起こすために加える、非常に高い
逆方向電圧により、エッジ(edge)の電界が中心部分のそ
れより大きくなり、エッジブレークダウン現象が発生す
る問題があった。従って、このようなエッジブレークダ
ウン現象を抑制するため、部分的なチャージシート(par
tial charge sheet)層を有する構造と、フローティング
ガードリング(floating guardring)を有する構造とが提
案された。
【0004】図1から図3は、エッジブレークダウン現
象を抑制するための、従来のAPDの構造をそれぞれ示
した断面図であり、図1から図3を参照してそれぞれの
構造を説明する。
【0005】まず、図1はガードリングを有するAPD
の断面図であって、n+ −InP基板11上に、u−I
nGaAs吸収層12、u−InGaAsPグレーディ
ング(grading)層13が形成され、u−InP増殖層1
4には、亜鉛(Zn)が拡散されたp+ −InP拡散層
15が形成されpn接合を形成する。p+ −InP拡散
層15の両側のエッジ部分には、エッジブレークダウン
現象を抑制するためのガードリング16が形成され、u
−InP増殖層14上には非反射膜(ARC;Anti Ref
lective Coating)として使用される保護膜17が形成さ
れる。p+ −InP拡散層15のエッジ上面にはp型電
極18が形成され、n+ −InP基板11の裏面にはn
型電極19が形成された構造を有する。
【0006】図2は、従来のフローティングガードリン
グ(floating guardring)を有するAPDの断面図であ
り、図1と同様にn+ −InP基板11上に、u−In
GaAs吸収層12、u−InGaAsPグレーディン
グ層13とが形成される。u−InGaAsPグレーデ
ィング層13上には、n−InPチャージシート層21
が形成され、n−InPチャージシート層21上には、
u−InP増殖層14が形成される。そして、u−In
P増殖層14には、亜鉛(Zn)が拡散されたp+ −I
nP拡散層15が形成されpn接合を形成すると共に、
+ −InP拡散層15と一定間隔を置いて、p+ −I
nP拡散層15の両側にエッジブレークダウン現象を抑
制するため、一組のフローティングガードリング22が
形成される。また、p+ −InP拡散層15を除いた、
u−InP増殖層14上に保護膜17が形成され、p+
−InP拡散層15の縁の上面にはp型電極18が形成
され、n+ −InP基板11の裏面にはn型電極19が
形成された構造を有する。図3は、従来の部分的なチャ
ージシート層を有するAPDの構造を示した断面図であ
り、図2の構造と類似する。単に、エッジブレークダウ
ン現象を抑制するためのフローティングガードリングの
代わりに、u−InGaAsPグレーディング層13上
に形成されたn−InPチャージシート層31が、p+
−InP拡散層14のエッジ部分で、中心部分より薄く
形成された部分的チャージシート層の構造で形成され、
エッジブレークダウン現象が効果的に抑制される。
【0007】すなわち、図1から図3に示したエッジブ
レークダウン抑制手段を備えた従来のAPDは、pn接
合面の中心部分の電界が、エッジ部分のそれより大きく
なるようにして、エッジ部分でブレークダウン現象が抑
制され、中心部分で効果的にブレークダウン現象が発生
され得るようになる。
【0008】しかし、前記のようなブレークダウン抑制
手段を備えた従来のAPDでは、下記のような問題点が
あった。
【0009】図1の図示のAPDは、p+ −InP拡散
層14とガードリング16の形成のため、2回の拡散工
程が求められ、図2のAPDは、p+ −InP拡散層1
4とフローティングガードリング22の形成のために、
2回の拡散工程が求められるだけでなく、フローティン
グガードリング22を形成する場合、拡散の深さの調節
が難しい。そして、図3のAPDは、図1及び図2のA
PDとは異なってガードリングを形成しないので、1回
の拡散工程のみが求められる一方、部分的p−InPチ
ャージシート層31の形成のため、2回のエピタックシ
ャル工程の進行により、界面での欠陥が発生するという
欠点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ガードリング構造や、部分的チャージシート層を形
成せず、1回の拡散工程によりエッジ部分で緩慢なpn
接合の曲率を形成できる、アバランシェフォトダイオー
ドの製造方法を提供することにある。
【0011】また本発明の他の目的は、エッジブレーク
ダウン現象を抑制できる、アバランシェフォトダイオー
ドを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの、本発明によるアバランシェフォトダイオードは、
次のような工程により製造される。第1導電型化合物半
導体基板上に、吸収層、グレーディング層、第1導電型
チャージシート層、増殖層及びオミックコンタクト層等
が順次に形成され、増殖層の所定部分が露出されること
とともに、オミックコンタクト層上に所定の傾斜を有す
る内部傾斜面が形成されるように、オミックコンタクト
層が1次蝕刻される。基板の全面に誘電体膜が蒸着さ
れ、オミックコンタクト層の傾斜面と、傾斜面の内部の
増殖層が露出されるように誘電体膜が蝕刻される。オミ
ックコンタクト層及び誘電体膜を拡散マスクとして露出
された増殖層に第2導電型金属を拡散させ、傾斜面の下
部で緩慢な曲率を有する第2導電型拡散層が形成され
る。その後、誘電体膜が除去され、オミックコンタクト
層と前記増殖層間の第2導電型拡散層の所定部分が露出
されるように、傾斜面を有するオミックコンタクト層の
一部を除いた、オミックコンタクト層が2次蝕刻され
る。基板の全面に保護膜が蒸着され、オミックコンタク
ト層の傾斜面と、この傾斜面間の第2導電型拡散層が露
出されるように保護膜が蝕刻される。露出されたオミッ
クコンタクト層上に第2導電型電極が形成され、基板の
裏面に第1導電型電極が形成される。
【0013】また、前記の目的を達成するための、本発
明によるアバランシェフォトダイオードは、第1導電型
化合物半導体基板上に順次に形成された吸収層、グレー
ディング層、第1導電型チャージシート層及び、増殖層
と、増殖層の内部に形成され増殖層とpn接合を成し、
pn接合のエッジ部分の接合面の曲率が緩慢な第2導電
型拡散層と、増殖層の所定部分を露出させることととも
に、所定の傾斜の内部傾斜面を有するオミックコンタク
ト層と、拡散層を除いた増殖層上に形成された保護膜
と、オミックコンタクト層上に形成された第2導電型電
極と、化合物半導体基板の裏面に形成された第1導電型
電極とを含む。
【0014】前記の本発明によると、緩慢な傾斜面の形
成されたミックコンタクト層を拡散マスクとして利用し
拡散層が形成され、エッジ部分でのpn接合面の曲率が
緩慢になる。したがって、pn接合面の中心部でブレー
クダウンが効果的に生じる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明を説明する。
【0016】図4から図9は、本発明の好ましい実施の
形態によるAPDの製造工程を示した断面図である。
【0017】図4に図示したとおり、n+ −InP基板
(第1導電型化合物半導体基板)41上に、MOCV
D、LPE、MBE等のエピタキシャル成長技術によ
り、u−InGaAs吸収層42、u−InGaAsP
グレーティング層43、n−InPチャージシート層4
4、u−InP増殖層45及び、u−InGaAsオミ
ックコンタクト層46とが順次に形成される。
【0018】図5の図示のとおり、u−InGaAsオ
ミックコンタクト層46の内面、または側面が傾斜を有
するようにするとともに、底面が上部より所定の幅だけ
広くなるように蝕刻され、下部のu−InP増殖層45
の所定部分が露出される(1次蝕刻)。この場合、蝕刻
工程は、以降進行される亜鉛(Zn)の拡散工程時に拡
散マスクとして使用されるため、u−InGaAsオミ
ックコンタクト層46が充分に緩慢な内部傾斜面46a
を有するように進行される。蝕刻されたu−InGaA
sオミックコンタクト層46は、図示していないが、内
面、または側面が緩慢に傾斜になったリングの形を有
し、u−InP増殖層45がリングの内部で露出され
る。
【0019】図6の図示のとおり、図5の構造上に、シ
リコン酸化膜及びシリコン窒化膜のような誘電体膜47
が蒸着された後、u−InGaAsオミックコンタクト
層46の傾斜面46aと、この傾斜面46a間のu−I
nP増殖層45が露出されるように蝕刻される。次い
で、u−InGaAsオミックコンタクト層46と誘電
体膜47とを拡散マスクとする拡散工程により、u−I
nP増殖層45に第2導電型金属の第2導電型金属の亜
鉛(Zn)が拡散され、P+ −InP拡散層48が形成
されpn接合を形成する。
【0020】図6において、図面符号48aは、pn接
合面を示したもので、48bはpn接合面48aの中の
エッジ部分での接合面を示したものである。この場合、
拡散マスクとして作用する緩慢な傾斜面46aにより、
中心部よりはエッジ部分に亜鉛(Zn)が少なく拡散さ
れる。これにより、エッジ接合面48bの曲率が緩和さ
れる、このようなpn接合面のエッジ部分の緩慢な曲率
により、エッジ部分の電界が中心部分の電界より低くな
り、エッジブレークダウンが抑制される。
【0021】図7に図示したとおり、公知の方法により
誘電体膜47が完全に除去され、u−InGaAsオミ
ックコンタクト層46が露出される。そして、P+ −I
nP拡散層48と金属とのオミックコンタクトのため、
u−InP増殖層45とu−InGaAsオミックコン
タクト層46間のp+ −InP拡散層48の表面が露出
されるよう、緩慢な傾斜面46a部分のu−InGaA
sオミックコンタクト層46を除いた、残り部分のu−
InGaAsオミックコンタクト層46が蝕刻される
(2次蝕刻)。次いで、蝕刻後のu−InGaAsオミ
ックコンタクト層46をマスクとする蝕刻工程により、
露出されたu−InP増殖層45とp+ −InP拡散層
48の表面とが、0.2μm 以下の厚さ蝕刻される。し
たがって、傾斜面の下部にあるp+ −InP拡散層48
が、前記蝕刻された拡散層48及び増殖層45より前記
厚さほど高くなる。
【0022】図8の図示のとおり、図7の構造上にシリ
コン酸化膜、シリコン窒化膜またはポリイミドの中のい
ずれか1つで保護膜49が蒸着される。その後、保護膜
49がu−InP増殖層45の上部に残るように蝕刻さ
れ、u−InGaAsオミックコンタクト層46の傾斜
面46a及びp+ −InP拡散層48が露出される。そ
して、露出されたu−InGaAsオミックコンタクト
層46上に、Au/Zn/AuまたはTi/Pt/Au
を用いてp型電極(第2導電型電極)50が形成され
る。
【0023】図9の図示のとおり、n+ −InP基板4
1の裏面が研摩され、研摩された基板41の裏面に、A
uGe/Ni/AuまたはAuGe/Auを用いてn型
電極(第1導電型電極)51が形成される。そして、最
終的にアロイ(alloy) 工程が遂行され、本発明によるア
バランシェフォトダイオードが完成される。
【0024】
【発明の効果】上述の本発明によると、緩慢な傾斜面が
形成されたオミックコンタクト層を拡散マスクとして利
用して、p+ −InP拡散層の形成工程が進行され、u
−InP増殖層とpn接合をすることにより、エッジ部
分でpn接合面の曲率が緩慢に形成される。これによ
り、pn接合面の中心部での電界が、エッジでのそれよ
り更に大きく形成され、エッジブレークダウン現象が効
果的に抑制され得る。また、従来のガードリング構造の
形成及び、部分的チャージシート層の形成のための拡散
工程及び、エピタックシャル成長工程等が追加で進行さ
れる必要がなくなり工程が単純化される。これにより、
安定化したAPDの製作が可能になり、素子の収率が向
上される。
【0025】また、本発明は前記の実施例に限定され
ず、本発明の技術的要旨から外れず範囲内で、多様に変
形させて実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のガードリング構造を有するAPDを示し
た断面図である。
【図2】従来のフローティングガードリング構造を有す
るAPDを示した断面図である。
【図3】従来の部分的チャージシート層を有するAPD
を示した断面図である。
【図4】本発明の好ましい実施例によるAPDの製造方
法を順次に示した断面図である。
【図5】本発明の好ましい実施例によるAPDの製造方
法を順次に示した断面図である。
【図6】本発明の好ましい実施例によるAPDの製造方
法を順次に示した断面図である。
【図7】本発明の好ましい実施例によるAPDの製造方
法を順次に示した断面図である。
【図8】本発明の好ましい実施例によるAPDの製造方
法を順次に示した断面図である。
【図9】本発明の好ましい実施例によるAPDの製造方
法を順次に示した断面図である。
【符号の説明】
41 n+ −InP基板 42 u−InGaAs吸収層 43 u−InGaAsPグレーディング(grading) 層 44 n−InPチャージシート層 45 u−InP増殖層 46 u−InGaAsオミックコンタクト層 46a 傾斜面 47 流電体膜 48a、b 接合面 48 p+ −InP拡散層 49 保護膜 50 p型電極 51 n型電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成9年9月1日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】一般的に、APDは入射される光により生
成されたキャリア等が、衝突イオン化により衝突しまた
他のキャリア等を生成する。しかし、APDはpn接合
の縁の曲率が、中心部分のそれより小さいので、アバラ
ブレークダウンを起こすために加える、非常に高い
逆方向電圧により、エッジ(edge)の電界が中心部
分のそれより大きくなり、エッジブレークダウン現象が
発生する問題があった。従って、このようなエッジブレ
ークダウン現象を抑制するため、部分的なチャージシー
ト(partial charge sheet)層を
有する構造と、フローティングガードリング(floa
ting guardring)を有する構造とが提案
された。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型化合物半導体基板上に、吸収
    層、グレーディング層、第1導電型チャージシート層、
    増殖層及びオミックコンタクト層等を順次に形成する段
    階、 前記増殖層の所定部分が露出されることとともに、前記
    オミックコンタクト層上に所定の傾斜を有する内部傾斜
    面が形成されるように、前記オミックコンタクト層を1
    次蝕刻する段階、 前記基板の全面に誘電体膜を蒸着する段階、 前記オミックコンタクト層の傾斜面と、傾斜面の内部の
    前記増殖層が露出されるように前記誘電体膜を蝕刻する
    段階、 前記オミックコンタクト層及び誘電体膜を拡散マスクと
    して、前記露出された増殖層に第2導電型金属を拡散さ
    せ、前記傾斜面の下部で緩慢な曲率を有する第2導電型
    拡散層を形成する段階、 前記誘電体膜を除去する段階、 前記オミックコンタクト層と前記増殖層間の前記第2導
    電型拡散層の所定部分が露出されるように、前記傾斜面
    を有するオミックコンタクト層の一部を除いた、前記オ
    ミックコンタクト層を2次蝕刻する段階、 前記基板の全面に保護膜を蒸着する段階、 前記オミックコンタクト層の傾斜面と、この傾斜面間の
    第2導電型拡散層が露出されるように前記保護膜を蝕刻
    する段階、 前記露出されたオミックコンタクト層上に第2導電型電
    極を形成する段階、及び、前記基板の裏面に第1導電型
    電極を形成する段階とを含むことを特徴とする、アバラ
    ンシェフォトダイオードの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記誘電体膜は、シリコン酸化膜または
    シリコン窒化膜の中から選択された1つの膜で形成する
    ことを特徴とする請求項1記載のアバランシェフォトダ
    イオードの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記のオミックコンタクト層を2次蝕刻
    する段階の以降、 前記2次蝕刻されたオミックコンタクト層を蝕刻マスク
    として露出された第2導電型拡散層及び増殖層の表面
    を、所定の厚さ蝕刻する段階を更に含むことを特徴とす
    る請求項1記載のアバランシェフォトダイオードの製造
    方法。
  4. 【請求項4】 前記露出された第2導電型拡散層及び増
    殖層の表面を蝕刻する場合、0.2μm 以下の所定の厚
    さ蝕刻することを特徴とする請求項3記載のアバランシ
    ェフォトダイオードの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記の保護膜は、シリコン酸化膜、シリ
    コン窒化膜またはポリイミドの中から選択された1つの
    膜で形成することを特徴とする、請求項1記載のアバラ
    ンシェフォトダイオードの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1導電型化合物半導体基板はn+
    −InP、前記吸収層はu−InGaAs、前記グレー
    ディング層はu−InGaAsP、前記第1導電型チャ
    ージシート層はn−InP、前記増殖層はu−InP、
    前記オミックコンタクト層はu−InGaAs、前記第
    2導電型拡散層はp+ −InP、前記第1導電型電極は
    n型金属、前記第2導電型電極はp型金属であることを
    特徴とする請求項1記載のアバランシェフォトダイオー
    ドの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第2導電型拡散層の拡散金属は亜鉛
    (Zn)であることを特徴とする請求項6記載のアバラ
    ンシェフォトダイオードの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記n型金属は、AuGe/Ni/Au
    またはAuGe/Auの中のいずれか1つであることを
    特徴とする請求項6記載のアバランシェフォトダイオー
    ドの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記p型金属は、Au/Zn/Auまた
    はTi/Pt/Auの中のいずれか1つであることを特
    徴とする請求項6記載のアバランシェフォトダイオード
    の製造方法。
  10. 【請求項10】 第1導電型化合物半導体基板上に順次
    に形成された吸収層、グレーディング層、第1導電型チ
    ャージシート層及び、増殖層と、前記増殖層の内部に形
    成され前記増殖層とpn接合を形成し、前記pn接合の
    エッジ部分の接合面の曲率が緩慢な第2導電型拡散層
    と、前記増殖層の所定部分を露出させることとともに、
    所定の傾斜の内部傾斜面を有するオミックコンタクト層
    と、前記拡散層を除いた前記増殖層上に形成された保護
    膜と、前記オミックコンタクト層上に形成された第2導
    電型電極と、前記化合物半導体基板の裏面に形成された
    第1導電型電極とを含むことを特徴とするアバランシェ
    フォトダイオード。
  11. 【請求項11】 前記オミックコンタクト層の傾斜面
    は、充分に緩慢なことを特徴とする請求項10記載のア
    バランシェフォトダイオード。
  12. 【請求項12】 前記拡散層及び増殖層の表面は、下部
    にオミックコンタクト層のある拡散層の表面と比べて、
    所定の段差を有することを特徴とする請求項10記載の
    アバランシェフォトダイオード。
  13. 【請求項13】 前記の段差は、0.2μm 以下である
    ことを特徴とする請求項12記載のアバランシェフォト
    ダイオード。
  14. 【請求項14】 前記の保護膜は、シリコン酸化膜、シ
    リコン窒化膜またはポリイミドの中から選択された1つ
    の膜であることを特徴とする、請求項10記載のアバラ
    ンシェフォトダイオード。
  15. 【請求項15】 前記第1導電型化合物半導体基板はn
    + −InP、前記吸収層はu−InGaAs、前記グレ
    ーディング層はu−InGaAsP、前記第1導電型チ
    ャージシート層はn−InP、前記増殖層はu−In
    P、前記オミックコンタクト層はu−InGaAs、前
    記第2導電型拡散層はp+ −InP、前記第1導電型電
    極はn型金属、前記第2導電型電極はp型金属であるこ
    とを特徴とする請求項10記載のアバランシェフォトダ
    イオード。
  16. 【請求項16】 前記第1導電型電極は、AuGe/N
    i/AuまたはAuGe/Auの中のいずれか1つであ
    ることを特徴とする請求項10記載のアバランシェフォ
    トダイオード。
  17. 【請求項17】 前記第2導電型電極は、Au/Zn/
    AuまたはTi/Pt/Auの中のいずれか1つである
    ことを特徴とする、請求項10記載のアバランシェフォ
    トダイオード。
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