JPH11330529A - Semiconductor light receiving device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor light receiving device and its manufacture

Info

Publication number
JPH11330529A
JPH11330529A JP10125842A JP12584298A JPH11330529A JP H11330529 A JPH11330529 A JP H11330529A JP 10125842 A JP10125842 A JP 10125842A JP 12584298 A JP12584298 A JP 12584298A JP H11330529 A JPH11330529 A JP H11330529A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
electric field
multiplication
conductivity type
compound semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10125842A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Yamazaki
山崎  進
Masanori Ito
正規 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP10125842A priority Critical patent/JPH11330529A/en
Publication of JPH11330529A publication Critical patent/JPH11330529A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacture of a semiconductor light receiving device which can cope with an optical transmission system which is high-speed at about 10 Gb/s and is of large capacity and besides which can be manufactured, having a high yield without needing a high level of technique, in the case of a semiconductor light receiving device which receives the light in the band of 1 μm in wavelength and amplifies it. SOLUTION: This manufacture has a process of accumulating the light absorbing layer 12 consisting of one conductivity type of compound semiconductor for generating electrons and positive holes in pairs by absorbing light, on one conductivity type of compound semiconductor substrate 11, a process of a field drop layer consisting of one conductivity type of compound semiconductor doped with impurities in higher concentration than the light absorbing layer 12 on the light absorbing layer 12, and a process of accumulating a doubling layer 15 consisting of an opposite conductivity type of compound semiconductor doped with impurities lower in concentration than the field drop layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光装置及
びその製造方法に関し、より詳しくは、波長1μm帯の
光を受光し、増倍するAPD(Avalanche Photo Diode
)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 light receiving device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an APD (Avalanche Photo Diode) for receiving and multiplying light in a wavelength of 1 .mu.m.
) And a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、波長1.3,1.55μmのいわ
ゆる1μm帯の光を使用した光通信技術は今日の高度情
報化社会を支える重要な基盤技術となっている。この技
術の発展に不可欠な光素子は発振器としての高性能レー
ザと、受信機としての高感度で、高速応答可能な受光素
子である。
2. Description of the Related Art In recent years, optical communication technology using so-called 1 .mu.m band light having a wavelength of 1.3, 1.55 .mu.m has become an important basic technology that supports today's advanced information society. Indispensable optical elements for the development of this technology are a high-performance laser as an oscillator and a light-receiving element capable of responding with high sensitivity and high speed as a receiver.

【0003】このうち、受光素子としてのAPDは、素
子自体に増幅機能があり、高感度で、高速応答可能な受
信器として期待され、次世代の10Gb/sの大容量光
通信システムまで適用可能な素子であると考えられてい
る。1μm帯のAPDは、InPに格子整合するInGaAs
或いはInGaAsP を光吸収層とし、InP を増倍領域とする
構造が用いられる。増倍領域中にpn接合を形成し、逆
バイアスを印加することでアバランシェ増倍に必要な高
電界を実現している。
[0003] Among these, the APD as a light receiving element is expected to be a receiver capable of a high sensitivity and a high speed response because the element itself has an amplifying function, and can be applied to a next-generation 10 Gb / s large-capacity optical communication system. Is considered to be an element. 1 μm band APD is InGaAs lattice-matched to InP
Alternatively, a structure in which InGaAsP is used as a light absorbing layer and InP is used as a multiplication region is used. A high electric field required for avalanche multiplication is realized by forming a pn junction in the multiplication region and applying a reverse bias.

【0004】研究開発当初は、InGaAs層中にpn接合を
設け、光吸収層及び増倍領域ともにInGaAsとする構造も
提案されたが、InGaAsでは良好な増倍特性を達成できな
かった。そのため、現在では、InP/InGaAs(P) が積層さ
れたヘテロ構造を有するAPDのみが生き残っている。
この構造の高性能化のポイントは、 光吸収層で増倍を生じず、かつ光吸収層で発生したキ
ャリアを高速で走行させるためヘテロ接合界面での電界
値Ehを狭い範囲に設定すること、即ち、増倍を生じさ
せないような上限とキャリアを高速走行させるための下
限の間に電界値を設定すること、 増倍領域内で良好な増倍特性を実現するためにpn接
合近傍の電界値を所定の値に精密に制御すること の2点を両立させることにある。
At the beginning of research and development, a structure was proposed in which a pn junction was provided in an InGaAs layer and the light absorption layer and the multiplication region were both InGaAs. However, good multiplication characteristics could not be achieved with InGaAs. Therefore, only APDs having a heterostructure in which InP / InGaAs (P) are stacked survive at present.
The point of improving the performance of this structure is to set the electric field value Eh at the heterojunction interface in a narrow range so that no multiplication occurs in the light absorbing layer and the carriers generated in the light absorbing layer run at high speed. That is, an electric field value is set between an upper limit that does not cause multiplication and a lower limit for causing the carrier to travel at a high speed, and an electric field value in the vicinity of a pn junction in order to realize good multiplication characteristics within the multiplication region. Is precisely controlled to a predetermined value.

【0005】そして、この2点を両立させるとともに、
製造技術上、制御範囲内で安定して作成しうることが重
要となる。今までに提案された構造で、上記した及び
を両立させることが可能なAPDの構造及びこの構造
における逆バイアス印加時の電界分布を図6に示す。図
6の左の図に示すように、n型不純物濃度2×1018
cm3 を含有するn + −InPからなる化合物半導体基
板1上に、n型不純物濃度3×1015/cm 3 を含有す
る、膜厚(d)1μmのInGaAs膜からなる光吸収層2
と、InPからなる増倍領域4〜6とが積層されてい
る。
[0005] In addition to balancing these two points,
In terms of manufacturing technology, it is important that
It becomes important. With the structure proposed so far,
Of APD capable of satisfying both, and this structure
FIG. 6 shows the electric field distribution at the time of applying the reverse bias. Figure
6, the n-type impurity concentration is 2 × 1018/
cmThreeContaining n +-Compound semiconductor group consisting of InP
An n-type impurity concentration of 3 × 10Fifteen/ Cm ThreeContains
Light absorption layer 2 made of an InGaAs film having a thickness (d) of 1 μm
And multiplication regions 4 to 6 made of InP are laminated.
You.

【0006】さらに、光吸収層2と増倍領域4〜6の電
界降下層4との間には、ヘテロ障壁を緩和するため、n
型不純物濃度3×1015/cm3 を含有する、膜厚0.
2μmのInGaAsP からなる組成傾斜層3が介在してい
る。増倍領域4〜6は3層の化合物半導体層で構成さ
れ、組成傾斜層3に近い側からn型不純物濃度7×10
17/cm3 を含有する、膜厚50nmのn+ −InPか
らなる電界降下層4と、n型不純物濃度3×1015/c
3 を含有する、膜厚200nmのn+ −InPからな
る増倍層5と、p型不純物濃度1×1018/cm3 を含
有する、膜厚1.3μmのp+ −InPからなるコンタ
クト層6となっている。
Further, between the light absorbing layer 2 and the electric field dropping layers 4 in the multiplication regions 4 to 6, n
Containing a type impurity concentration of 3 × 10 15 / cm 3, and a film thickness of 0.
The composition gradient layer 3 made of 2 μm InGaAsP is interposed. The multiplication regions 4 to 6 are composed of three compound semiconductor layers and have an n-type impurity concentration of 7 × 10
An electric field drop layer 4 of n + -InP having a film thickness of 50 nm and containing 17 / cm 3 and an n-type impurity concentration of 3 × 10 15 / c
Multiplier layer 5 of 200 nm thick n + -InP containing m 3 and contact of 1.3 μm thick p + -InP containing p-type impurity concentration of 1 × 10 18 / cm 3 Layer 6 is formed.

【0007】コンタクト層6は、n- −InP層に高濃
度のp型不純物を拡散することにより増倍層5に接して
形成され、増倍層5との間でpn接合を形成する。さら
に、コンタクト層6は電極を接続するための高濃度層と
して機能する。この構造における逆バイアス印加時の電
界分布を図6の右の図に示す。最大電界値Emax は増倍
層5の厚さで決まる。また、ヘテロ電界値Eh は、Ema
x から電界降下層4のn型不純物濃度及び膜厚で決まる
電界降下量を引いた値となる。ヘテロ電界値Eh の許容
範囲は0.5±0.1×105 V/cmである。増倍層
5の膜厚を200nmとしたとき、最大電界値Emax は
5.7×105 V/cmとなる。
The contact layer 6 is formed in contact with the multiplication layer 5 by diffusing a high-concentration p-type impurity into the n -InP layer, and forms a pn junction with the multiplication layer 5. Further, the contact layer 6 functions as a high-concentration layer for connecting electrodes. The electric field distribution when a reverse bias is applied in this structure is shown in the right diagram of FIG. The maximum electric field value Emax is determined by the thickness of the multiplication layer 5. Further, the hetero electric field value Eh is Ema
It is a value obtained by subtracting the electric field drop determined by the n-type impurity concentration and the film thickness of the electric field lowering layer 4 from x. The allowable range of the hetero electric field value Eh is 0.5 ± 0.1 × 10 5 V / cm. When the film thickness of the multiplication layer 5 is 200 nm, the maximum electric field value Emax is 5.7 × 10 5 V / cm.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この構造で
は、不純物の拡散によりpn接合を形成しているので、
pn接合の位置が変動し易く、増倍層5の厚さを設計値
通りに再現性よく制御することは難しいという問題があ
る。即ち、pn接合位置がヘテロ界面に近づくと増倍層
5が薄くなり、最大電界値Emax は増加する。逆に、p
n接合位置がヘテロ界面から遠くなると増倍層5の膜厚
が厚くなって最大電界値Emax が減少する。
By the way, in this structure, a pn junction is formed by diffusion of an impurity.
There is a problem that the position of the pn junction is likely to fluctuate, and it is difficult to control the thickness of the multiplication layer 5 with good reproducibility as designed. That is, as the pn junction position approaches the hetero interface, the multiplication layer 5 becomes thinner, and the maximum electric field value Emax increases. Conversely, p
When the n-junction position is farther from the hetero interface, the film thickness of the multiplication layer 5 increases, and the maximum electric field value Emax decreases.

【0009】前記したように、pn接合は、通常、p型
不純物の拡散により形成されるので、キャリア濃度の低
い増倍層5に接してp型不純物濃度の高いコンタクト層
6を形成する場合、そのpn接合位置を制御可能な範囲
は±0.1〜0.05μm以上と相当大きい。これは、
拡散のプロセス自体が表面状態の影響を受けて変動しや
すいことに加えて、p型不純物が結晶中を動きやすいた
めp型不純物の分布が急峻にならず、緩やかに変化する
領域があり、しかもその分布が変動することが原因であ
る。
As described above, the pn junction is usually formed by diffusion of a p-type impurity. Therefore, when the contact layer 6 having a high p-type impurity concentration is formed in contact with the multiplication layer 5 having a low carrier concentration, The range in which the pn junction position can be controlled is considerably large at ± 0.1 to 0.05 μm or more. this is,
In addition to the fact that the diffusion process itself is fluctuated under the influence of the surface state, the p-type impurity easily moves in the crystal, so that the distribution of the p-type impurity does not become steep and there is a region where the distribution changes slowly. This is because the distribution fluctuates.

【0010】その結果、増倍層5の膜厚の範囲は0.2
±0.1〜0.05μmとなり、それに伴うEmax の変
動はEh の変動の許容範囲±0.1×105 V/cmを
越えてしまう。このため、高い歩留りで、10Gb/s
の大容量光通信システムに適用可能な高性能APDが製
造できないという問題がある。本発明は、係る従来例の
問題点に鑑みて創作されたものであり、10Gb/sの
程度の高速で、かつ大容量の光通信システムに対応可能
で、しかも高度な技術を要さずに高い歩留りをもって製
造可能な半導体受光装置及びその製造方法の提供を目的
とするものである。
As a result, the range of the thickness of the multiplication layer 5 is 0.2
The variation of Emax exceeds the allowable range of variation of Eh of ± 0.1 × 10 5 V / cm. Therefore, at a high yield, 10 Gb / s
However, there is a problem that a high-performance APD applicable to a large-capacity optical communication system cannot be manufactured. The present invention has been made in view of the problems of the related art, and can be applied to a high-speed and large-capacity optical communication system of about 10 Gb / s and does not require advanced technology. It is an object of the present invention to provide a semiconductor light receiving device that can be manufactured with a high yield and a manufacturing method thereof.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に係る発明は、半導体受光装置の製造方法
に係り、一導電型の化合物半導体基板上に、光を吸収し
て電子・正孔対を発生する一導電型の化合物半導体から
なる光吸収層を堆積する工程と、前記光吸収層上に、前
記光吸収層よりも高い濃度の不純物をドープした一導電
型の化合物半導体からなる電界降下層を堆積する工程
と、前記電界降下層の上に、前記光により発生した電子
或いは正孔(キャリア)をアバランシェ効果により増倍
する、前記電界降下層よりも低い濃度の不純物をドープ
した反対導電型の化合物半導体からなる増倍層を堆積す
る工程とを有することを特徴としている。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 relates to a method for manufacturing a semiconductor light receiving device, wherein light is absorbed on a compound semiconductor substrate of one conductivity type by absorbing light. Depositing a light-absorbing layer made of a compound semiconductor of one conductivity type that generates a pair of holes, and, on the light-absorbing layer, a compound semiconductor of one conductivity type doped with an impurity at a higher concentration than the light-absorbing layer. Depositing an electric field lowering layer, and doping, on the electric field lowering layer, an impurity having a lower concentration than the electric field lowering layer to multiply electrons or holes (carriers) generated by the light by an avalanche effect. Depositing a multiplication layer made of a compound semiconductor of the opposite conductivity type.

【0012】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
半導体受光装置の製造方法に係り、前記一導電型はn型
であり、前の反対導電型はp型であることを特徴として
いる。請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に
記載の半導体受光装置の製造方法に係り、前記光吸収層
の材料はInPとほぼ格子整合するInGaAs或いはInGaAs
P であり、前記電界降下層及び前記増倍層の材料はIn
P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 method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to the first aspect, wherein the one conductivity type is an n-type and the opposite conductivity type is a p-type. I have. The invention according to claim 3 relates to the method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to claim 1 or 2, wherein the material of the light absorbing layer is InGaAs or InGaAs substantially lattice-matched with InP.
P, and the material of the electric field drop layer and the multiplication layer is In.
P.

【0013】請求項4に係る発明は、半導体受光装置に
係り、一導電型の化合物半導体基板上に形成された、光
を吸収して電子・正孔対を発生する一導電型の化合物半
導体からなる光吸収層と、前記光吸収層上に形成され
た、前記光吸収層よりも高い濃度の不純物をドープした
一導電型の化合物半導体からなる電界降下層と、前記電
界降下層の上に形成された、前記光により発生した電子
或いは正孔(キャリア)をアバランシェ効果により増倍
する、前記電界降下層よりも低い濃度の不純物をドープ
した反対導電型の化合物半導体からなる増倍層とを有す
ることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light receiving device, comprising: a one-conductivity type compound semiconductor formed on a one-conductivity type compound semiconductor substrate, which absorbs light to generate an electron-hole pair. A light-absorbing layer formed on the light-absorbing layer, an electric-field-drop layer formed of a one-conductivity-type compound semiconductor doped with an impurity at a higher concentration than the light-absorbing layer, and formed on the electric-field-drop layer. And a multiplication layer made of an opposite conductivity type compound semiconductor doped with an impurity at a lower concentration than the electric field drop layer, wherein the multiplication layer multiplies electrons or holes (carriers) generated by the light by an avalanche effect. It is characterized by:

【0014】請求項5に係る発明は、請求項4に記載の
半導体受光装置に係り、前記光吸収層と前記電界降下層
との間に、それらの禁制帯幅の差から生じるヘテロ障壁
を緩和する、前記電界降下層よりも低い導電率を有する
一導電型の化合物半導体からなる組成傾斜層が形成され
てなることを特徴としている。請求項6に係る発明は、
請求項4又は請求項5に記載の半導体受光装置の製造方
法に係り、前記増倍層上に、前記増倍層よりも高い導電
率を有する反対導電型の化合物半導体からなるコンタク
ト層が形成されてなることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor light receiving device according to the fourth aspect, wherein a hetero barrier generated between the light absorbing layer and the electric field dropping layer due to a difference in forbidden band width is reduced. A composition gradient layer made of a compound semiconductor of one conductivity type having a lower conductivity than that of the electric field drop layer. The invention according to claim 6 is
6. The method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to claim 4, wherein a contact layer made of an opposite conductivity type compound semiconductor having a higher conductivity than the multiplication layer is formed on the multiplication layer. It is characterized by becoming.

【0015】本発明によれば、一導電型の電界降下層と
反対導電型の増倍層との界面に形成されるpn接合を挟
む両側の層のうち、電界降下層は不純物濃度が高く、増
倍層は不純物濃度が低い。例えば、電界降下層をn型と
し、増倍層をp型とした場合、n型不純物よりもp型不
純物の方が一般に動きやすい。従って、後の加熱処理等
によりpn接合界面を通してp型側からn型側にp型不
純物が拡散しても、従来と異なり、高濃度の電界降下層
の先端面を後退させるほどにはならない。
According to the present invention, of the layers on both sides of the pn junction formed at the interface between the one conductivity type field drop layer and the opposite conductivity type multiplication layer, the field drop layer has a high impurity concentration, The multiplication layer has a low impurity concentration. For example, when the electric field lowering layer is n-type and the multiplication layer is p-type, the p-type impurity is generally easier to move than the n-type impurity. Therefore, even if the p-type impurity diffuses from the p-type side to the n-type side through the pn junction interface due to a subsequent heat treatment or the like, unlike the conventional case, it does not become so much that the tip surface of the high-concentration electric field drop layer is retreated.

【0016】また、イオン注入や成膜中にドーピングす
る方法を用いればp型層のp型不純物濃度を精度良く調
整することは比較的容易である。このため、不純物濃度
が低い反対導電型の増倍層の厚さを十分に厚くとってお
けば、増倍層の不純物濃度により最大電界値が決まるよ
うにすることができる。さらに、低濃度の反対導電型で
ある増倍層と接して高濃度の反対導電型であるコンタク
ト層を形成する場合、同一の導電型層同士が接すること
になるため、異なる導電型層同士が接する場合と比べ
て、増倍層とコンタクト層の間の濃度差はより小さくな
る。このため、低濃度の増倍層の厚さの変動をより少な
くすることができる。
It is relatively easy to adjust the p-type impurity concentration of the p-type layer with high accuracy by using a method of doping during ion implantation or film formation. Therefore, if the multiplication layer of the opposite conductivity type having a low impurity concentration is made sufficiently thick, the maximum electric field value can be determined by the impurity concentration of the multiplication layer. Further, when forming a high-concentration opposite-conductivity-type contact layer in contact with a low-concentration opposite-conductivity-type multiplication layer, the same-conductivity-type layers come into contact with each other. The concentration difference between the multiplication layer and the contact layer is smaller than in the case of contact. For this reason, the variation in the thickness of the low concentration multiplication layer can be further reduced.

【0017】これにより、最大電界値の再現性の良い積
層構造を形成することが可能となり、歩留りの向上に寄
与する。また、ヘテロ電界値Eh は、最大電界値と、電
界降下層の不純物濃度及び厚さとにより決まる。電界降
下層の不純物濃度及び厚さは比較的再現性良く形成する
ことができるため、最大電界値を再現性良く形成できれ
ばヘテロ電界値Eh も再現性良く形成することができ
る。
As a result, it is possible to form a laminated structure with good reproducibility of the maximum electric field value, which contributes to an improvement in yield. The hetero electric field value Eh is determined by the maximum electric field value and the impurity concentration and thickness of the electric field drop layer. Since the impurity concentration and thickness of the electric field lowering layer can be formed with relatively good reproducibility, the hetero electric field value Eh can be formed with good reproducibility if the maximum electric field value can be formed with good reproducibility.

【0018】さらに、反対導電型のコンタクト層及び増
倍層は一導電型の電界降下層上に部分的に形成され、コ
ンタクト層及び増倍層の周囲であって電界降下層上に、
増倍層と同じか又はそれよりも低い導電率を有する反対
導電型の化合物半導体からなる第1のガードリング層が
コンタクト層及び増倍層と接するように形成されてい
る。
Further, the contact layer and the multiplication layer of the opposite conductivity type are partially formed on the electric field drop layer of the one conductivity type, and are formed around the contact layer and the multiplication layer and on the electric field drop layer.
A first guard ring layer made of an opposite conductivity type compound semiconductor having the same or lower conductivity than the multiplication layer is formed so as to be in contact with the contact layer and the multiplication layer.

【0019】即ち、電界降下層と増倍層との界面に形成
されたpn接合の周辺部に、電界降下層と第1のガード
リング層との界面に形成されるpn接合が配置すること
になる。ところで、電界降下層と増倍層との界面に形成
されたpn接合を露出させた場合、露出面が外部から影
響を受けて耐圧が低下する恐れがあるが、本発明では、
増倍層に係るpn接合が第1のガードリング層に係るp
n接合により保護されており、かつ第1のガードリング
層の膜厚方向の厚さは増倍層の厚さより厚く、しかも増
倍層と同じか又はそれよりも小さい導電率を有してい
る。
That is, the pn junction formed at the interface between the electric field drop layer and the first guard ring layer is disposed around the pn junction formed at the interface between the electric field drop layer and the multiplication layer. Become. By the way, when the pn junction formed at the interface between the electric field drop layer and the multiplication layer is exposed, the exposed surface may be affected from the outside and the breakdown voltage may be reduced.
The pn junction related to the multiplication layer is the p-type junction related to the first guard ring layer.
The first guard ring layer is protected by the n-junction, and the thickness in the thickness direction of the first guard ring layer is larger than the thickness of the multiplication layer, and has the same or smaller conductivity as the multiplication layer. .

【0020】従って、第1のガードリング層に係るpn
接合の耐圧は増倍層に係るpn接合の耐圧よりも高くな
る。その耐圧差を十分にとっておけば、第1のガードリ
ング層に係るpn接合が露出し、このため第1のガード
リング層に係るpn接合の耐圧が多少低下しても、素子
全体としては増倍層の厚さにより物理的に決まる耐圧を
有するようになる。
Therefore, the pn of the first guard ring layer
The withstand voltage of the junction is higher than the withstand voltage of the pn junction relating to the multiplication layer. If the difference in breakdown voltage is sufficiently secured, the pn junction related to the first guard ring layer is exposed. Therefore, even if the breakdown voltage of the pn junction related to the first guard ring layer is slightly reduced, the entire device is multiplied. It has a withstand voltage that is physically determined by the thickness of the layer.

【0021】また、反対導電型の第1のガードリング層
の外側周辺部に第1のガードリング層と同じか又はそれ
よりも低い導電率を有する一導電型の第2のガードリン
グ層が形成されている。即ち、電界降下層と第1のガー
ドリング層との界面に形成されるpn接合は電界降下層
と同じ一導電型の第2のガードリング層により覆われる
ことになる。
In addition, a second guard ring layer of one conductivity type having the same or lower conductivity than the first guard ring layer is formed around the outer periphery of the first guard ring layer of the opposite conductivity type. Have been. That is, the pn junction formed at the interface between the electric field drop layer and the first guard ring layer is covered by the second guard ring layer of the same conductivity type as the electric field drop layer.

【0022】この場合、第1のガードリング層と第2の
ガードリング層の界面に形成されるpn接合が素子表面
に露出するが、外部の雰囲気の影響を受けやすい電界降
下層と第1のガードリング層とに係るpn接合の方が外
部雰囲気から遮断されているため、第2のガードリング
層がない場合と比べてさらに耐圧の向上を図ることがで
きる。
In this case, a pn junction formed at the interface between the first guard ring layer and the second guard ring layer is exposed on the element surface. Since the pn junction related to the guard ring layer is shielded from the external atmosphere, the withstand voltage can be further improved as compared with the case where the second guard ring layer is not provided.

【0023】[0023]

【実施の形態】次に、図面を参照しながら本発明の実施
の形態について説明する。 (第1の実施の形態)図1の左の図は、本発明の第1の
実施の形態に係る半導体受光装置の構成を示す断面図で
ある。また、図1の右の図は逆バイアス印加時の電界分
布を示すグラフである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor light receiving device according to a first embodiment of the present invention. 1 is a graph showing an electric field distribution when a reverse bias is applied.

【0024】図1の左の図に示すように、n+ −InP
からなる化合物半導体基板11上に、InPとほぼ格子
整合する、濃度3×1015/cm3 のn型不純物を含有
する、膜厚(d)1μmのInGaAs或いはInGaAsP からな
る光吸収層12と、濃度3×1015/cm3 のn型不純
物を含有する、膜厚200nmのInGaAsP からなる組成
傾斜層13と、濃度7×1017/cm3 のn型不純物を
含有する、膜厚50nmのInPからなる電界降下層1
4と、濃度6×1016/cm3 のp型不純物を含有す
る、膜厚1.5μmのInPからなる増倍層15とがこ
の順に積層されている。さらに、増倍層15上には絶縁
膜16と絶縁膜16の開口部17を通して増倍層15と
接触する、負の電圧を印加する電極18が形成されてい
る。また化合物半導体基板1側には正の電圧を印加する
電極19が形成されている。
As shown in the left diagram of FIG. 1, n + -InP
A light absorption layer 12 made of InGaAs or InGaAsP having a thickness (d) of 1 μm and containing an n-type impurity having a concentration of 3 × 10 15 / cm 3 , which is substantially lattice-matched with InP, on a compound semiconductor substrate 11 made of A composition gradient layer 13 made of InGaAsP having a thickness of 200 nm and containing an n-type impurity having a concentration of 3 × 10 15 / cm 3 , and a 50 nm-thick InP containing an n-type impurity having a concentration of 7 × 10 17 / cm 3. Field drop layer 1 consisting of
4 and a multiplication layer 15 made of InP and having a thickness of 1.5 μm and containing a p-type impurity having a concentration of 6 × 10 16 / cm 3 are stacked in this order. Further, on the multiplication layer 15, an insulating film 16 and an electrode 18 for applying a negative voltage, which is in contact with the multiplication layer 15 through the opening 17 of the insulating film 16, are formed. On the compound semiconductor substrate 1 side, an electrode 19 for applying a positive voltage is formed.

【0025】なお、組成傾斜層13は組成を光吸収層1
2から電界降下層14まで連続的に変化させ、これによ
りヘテロ障壁を緩和している。次に、上記構造の作成方
法について説明する。即ち、光吸収層12から増倍層1
5まで有機金属気相成長法(MOVPE法)を用いて連
続的に堆積する。n型不純物及びp型不純物としてそれ
ぞれシリコン(Si)及びカドミウム(Cd)を用い、
ともに結晶成長中に濃度制御しながらこれらの層12〜
15中にドーピングする。
The composition gradient layer 13 has the composition of the light absorbing layer 1.
From 2 to the electric field drop layer 14, the hetero barrier is alleviated. Next, a method for creating the above structure will be described. That is, from the light absorption layer 12 to the multiplication layer 1
Deposit up to 5 continuously using metal organic chemical vapor deposition (MOVPE). Using silicon (Si) and cadmium (Cd) as an n-type impurity and a p-type impurity, respectively.
In both cases, these layers 12 to
Doping during 15.

【0026】各層の不純物濃度や膜厚等の条件は、最大
電界値Emax が5.7×105 V/cmとなり、ヘテロ
電界値Eh が0.5×105 V/cmとなるように設定
している。これらの電界値は10Gb/sに対応できる
ものとなっている。実際に、MOVPE法によるp型不
純物及びn型不純物のドーピングでは、濃度制御の再現
性、均一性は±3%の範囲内にあることを確認した。
The conditions such as the impurity concentration and the film thickness of each layer are set so that the maximum electric field value Emax is 5.7 × 10 5 V / cm and the hetero electric field value Eh is 0.5 × 10 5 V / cm. doing. These electric field values can correspond to 10 Gb / s. Actually, it was confirmed that the reproducibility and uniformity of the concentration control were within ± 3% in the doping of the p-type impurity and the n-type impurity by the MOVPE method.

【0027】さらに、pn接合を挟む両側の層のうち、
n型側は不純物濃度が高い電界降下層14であるが、p
型側は不純物濃度が低い増倍層15となっている。この
ため、従来と異なり、pn接合界面を通してp型側から
n型側にp型不純物が拡散しても、高濃度の電界降下層
14の先端面を後退させるほどにはならない。従って、
以下に説明するように、電界分布が10Gb/sに対応
できる設計範囲に入るように制御することは十分に可能
である。
Further, of the layers on both sides of the pn junction,
On the n-type side, the electric field drop layer 14 having a high impurity concentration is used.
The mold side is a multiplication layer 15 having a low impurity concentration. For this reason, unlike the conventional case, even if the p-type impurity diffuses from the p-type side to the n-type side through the pn junction interface, the p-type impurity is not so much as to retreat the tip surface of the high-concentration electric field drop layer 14. Therefore,
As described below, it is sufficiently possible to control the electric field distribution so as to fall within a design range capable of supporting 10 Gb / s.

【0028】即ち、電界分布の変動はアバランシェ降伏
の電圧Vbの変動を通して観測することが可能で、電界
分布の変動±0.1×105 V/cmに対して計算上は
Vbは30.4±2Vとなる。実際に、直径2インチの
ウエハ10枚に対して素子間分離のためメサ構造を形成
し、Vbの再現性、均一性を評価したところ、Vb=3
0.2±3Vの範囲内に入ることを確認し、ウエハ歩留
りとして約70%の高い値を得た。これに対して、図7
の左の図に示す従来の構造ではウエハ歩留りは約10%
であり、この発明の構造により大幅に歩留りを改善する
ことができた。
That is, the variation of the electric field distribution can be observed through the variation of the avalanche breakdown voltage Vb. For the variation of the electric field distribution of ± 0.1 × 10 5 V / cm, Vb is calculated to be 30.4. ± 2V. Actually, a mesa structure was formed on 10 wafers having a diameter of 2 inches for element separation and the reproducibility and uniformity of Vb were evaluated.
It was confirmed that it was within the range of 0.2 ± 3 V, and a high value of about 70% was obtained as the wafer yield. In contrast, FIG.
In the conventional structure shown in the left figure, the wafer yield is about 10%
Thus, the yield was significantly improved by the structure of the present invention.

【0029】なお、第1の実施の形態に示す構造では、
10Gb/sに対応可能な電界分布を安定して制御でき
ることを確認することができたが、実際に10Gb/s
に対応させることができるものではない。なぜならば、
この構造では空乏層がp−InPからなる増倍層15中
に約0.8μm伸びるため、キャリアの走行距離が長く
なるからである。
In the structure shown in the first embodiment,
Although it was confirmed that the electric field distribution corresponding to 10 Gb / s can be controlled stably, it was confirmed that the electric field distribution was actually 10 Gb / s.
It cannot be made to correspond to. because,
This is because, in this structure, the depletion layer extends about 0.8 μm into the multiplication layer 15 made of p-InP, so that the traveling distance of carriers becomes longer.

【0030】実際に10Gb/sに対応させる構造とす
るには増倍層15の厚さを薄くする工夫が必要となる。
その態様を次の第2の実施の形態を用いて説明する。 (第2の実施の形態)図2の左の図は、本発明の第2の
実施の形態に係る半導体受光装置の構成を示す断面図で
ある。図2の右の図は、左の図の構造における逆バイア
ス印加時の電界分布を示す図である。
In order to actually make the structure correspond to 10 Gb / s, it is necessary to make the thickness of the multiplication layer 15 thinner.
This aspect will be described with reference to the following second embodiment. (Second Embodiment) The left drawing of FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor light receiving device according to a second embodiment of the present invention. The right diagram of FIG. 2 is a diagram showing an electric field distribution when a reverse bias is applied in the structure of the left diagram.

【0031】第1の実施の形態と異なるところは、p−
InPからなる増倍層21に接して、より濃度の高いp
型不純物濃度2×1018/cm3 を含有し、膜厚1.2
μmのp+ −InPからなるコンタクト層22を設けて
いることである。さらに、増倍層21の厚さを0.3μ
mと薄くすることでキャリアの走行距離を短くし、高速
応答に対応できる構造となっている。なお、コンタクト
層22は電極形成時の低抵抗化にも寄与する。なお、図
2中、図1と同じ符号で示すものは図1と同じものを示
す。
The difference from the first embodiment is that p-
In contact with the multiplication layer 21 made of InP, a higher concentration p
Type impurity concentration of 2 × 10 18 / cm 3 and a film thickness of 1.2
That is, a contact layer 22 made of p + -InP having a thickness of μm is provided. Further, the thickness of the multiplication layer 21 is set to 0.3 μm.
By making it as thin as m, the traveling distance of the carrier is shortened, and a structure capable of responding to high-speed response is provided. Note that the contact layer 22 also contributes to lowering the resistance during electrode formation. Note that, in FIG. 2, components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components as those in FIG.

【0032】各層11〜14,21,22は第1の実施
の形態と同じようにMOVPE法により堆積している。
第1の実施の形態の図1の構造では低増倍時の遮断周波
数fcが7GHzであったのに対し、この第2の実施の
形態ではfc=9GHzが得られた。p+ −InPから
なるコンタクト層22を形成し、p−InPからなる増
倍層21の厚さを薄くした効果が十分に現れているとい
える。
Each of the layers 11 to 14, 21, and 22 is deposited by the MOVPE method as in the first embodiment.
In the structure of FIG. 1 of the first embodiment, the cutoff frequency fc at the time of low multiplication was 7 GHz, whereas in the second embodiment, fc = 9 GHz was obtained. It can be said that the effect of forming the contact layer 22 made of p + -InP and reducing the thickness of the multiplication layer 21 made of p-InP is sufficiently exhibited.

【0033】(第3の実施の形態)第1及び第2の実施
の形態では、ガードリングについては特に言及しなかっ
たが、実際に素子を作成する場合、ガードリングが必要
となる。ガードリングを設けることにより、信頼性に優
れ、かつ受光部での均一な増倍を実現することができ
る。
(Third Embodiment) In the first and second embodiments, the guard ring is not particularly mentioned. However, a guard ring is required when an element is actually formed. By providing the guard ring, it is possible to realize excellent reliability and uniform multiplication at the light receiving unit.

【0034】図3は、本発明の第3の実施の形態に係る
半導体受光装置の構成図である。第3の実施の形態にお
いては、図3に示すように、第1及び第2の実施の形態
と異なり、ガードリング層21bを有する。この場合、
化合物半導体基板11上に形成された層のうち、n+
InPからなる電界降下層14までの層構成は第1及び
第2の実施の形態と同じである。
FIG. 3 is a configuration diagram of a semiconductor light receiving device according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, as shown in FIG. 3, unlike the first and second embodiments, the third embodiment has a guard ring layer 21b. in this case,
Among the layers formed on the compound semiconductor substrate 11, n +
The layer structure up to the electric field drop layer 14 made of InP is the same as in the first and second embodiments.

【0035】図3に示すように、増倍層15まで図1と
同様の積層構造を形成したあと、受光部となる領域の増
倍層21a内に高濃度のp型不純物2×1018/cm3
を含有するInPからなるコンタクト層22aを選択的
に形成した。コンタクト層22aは、受光径φが30μ
mであり、厚さが1.2μmである。増倍層21aは、
第2の実施の形態と同じであり、p型不純物濃度6×1
16/cm3 を含み、膜厚(d)0.3μmを有する。
As shown in FIG. 3, after the same multi-layer structure as that of FIG. 1 is formed up to the multiplication layer 15, the high concentration p-type impurity 2 × 10 18 / p in the multiplication layer 21a in the region to become the light receiving portion. cm 3
The contact layer 22a made of InP containing is selectively formed. The contact layer 22a has a light receiving diameter φ of 30 μm.
m, and the thickness is 1.2 μm. The multiplication layer 21a
As in the second embodiment, the p-type impurity concentration is 6 × 1
0 16 / cm 3 and a film thickness (d) of 0.3 μm.

【0036】次に、図3の構造を作成する方法について
説明する。まず、第1の実施の形態の図1と同じよう
に、化合物半導体基板11上に化合物半導体層11〜1
5を形成する。次いで、受光部となる領域の増倍層21
a内に高濃度のp型不純物2×1018/cm3 を選択的
に拡散してp+ 型のコンタクト層22aを形成する。コ
ンタクト層22aを形成するための拡散の制御性は良い
とはいえないが、Emax は増倍層のp型不純物濃度で決
まるため、コンタクト層22aを形成するための拡散の
影響を受けることはない。
Next, a method of creating the structure shown in FIG. 3 will be described. First, as in FIG. 1 of the first embodiment, compound semiconductor layers 11 to 1 are formed on a compound semiconductor substrate 11.
5 is formed. Next, a multiplication layer 21 in a region to be a light receiving section
A high concentration p-type impurity of 2 × 10 18 / cm 3 is selectively diffused into a to form a p + -type contact layer 22a. Although the controllability of diffusion for forming the contact layer 22a is not good, Emax is determined by the p-type impurity concentration of the multiplication layer, and thus is not affected by the diffusion for forming the contact layer 22a. .

【0037】その後、素子間分離のため、コンタクト層
22aの外側であってガードリング層21bとなる部分
を残して増倍層15をエッチングし、メサ構造を形成す
る。これにより、コンタクト層22a及び増倍層21a
の周囲であって電界降下層14上に、増倍層21aと同
じか又はそれよりも低い導電率を有するp型のInPか
らなるガードリング層21bがコンタクト層22a及び
増倍層21aと接するように形成される。
Thereafter, for isolation between elements, the multiplication layer 15 is etched to leave a portion outside the contact layer 22a and to become the guard ring layer 21b, thereby forming a mesa structure. Thereby, the contact layer 22a and the multiplication layer 21a
And a guard ring layer 21b made of p-type InP having a conductivity equal to or lower than that of the multiplication layer 21a and in contact with the contact layer 22a and the multiplication layer 21a. Formed.

【0038】即ち、電界降下層14と増倍層21aとの
界面に形成されたpn接合の周辺部に、電界降下層14
とガードリング層21bとの界面に形成されるpn接合
が配置することになる。ところで、電界降下層14と増
倍層21aとの界面に形成されたpn接合を露出させた
場合、露出面が外部から影響を受けて耐圧が低下する恐
れがあるが、この実施の形態では、増倍層21aに係る
pn接合がガードリング層21bに係るpn接合により
保護されており、かつガードリング層21bの膜厚方向
の厚さは増倍層21aの厚さより厚く、しかも増倍層2
1aと同じか又はそれよりも小さい導電率を有してい
る。
That is, at the periphery of the pn junction formed at the interface between the electric field drop layer 14 and the multiplication layer 21a, the electric field drop layer 14
A pn junction formed at the interface between the gate ring and the guard ring layer 21b is disposed. By the way, when the pn junction formed at the interface between the electric field drop layer 14 and the multiplication layer 21a is exposed, the exposed surface may be affected from the outside and the breakdown voltage may be reduced. However, in this embodiment, The pn junction of the multiplication layer 21a is protected by the pn junction of the guard ring layer 21b, and the thickness of the guard ring layer 21b in the thickness direction is larger than the thickness of the multiplication layer 21a.
It has a conductivity equal to or less than 1a.

【0039】従って、ガードリング層21bに係るpn
接合の耐圧は増倍層21aに係るpn接合の耐圧よりも
高くなる。その耐圧差を十分にとっておけば、ガードリ
ング層21bに係るpn接合が露出し、このためガード
リング層21bに係るpn接合の耐圧が多少低下して
も、素子全体としては増倍層21aの厚さにより物理的
に決まる耐圧を有するようになる。
Therefore, the pn of the guard ring layer 21b
The breakdown voltage of the junction is higher than the breakdown voltage of the pn junction related to the multiplication layer 21a. If the breakdown voltage difference is sufficiently ensured, the pn junction of the guard ring layer 21b is exposed. Therefore, even if the breakdown voltage of the pn junction of the guard ring layer 21b is slightly reduced, the thickness of the multiplication layer 21a as a whole element is increased. As a result, it has a withstand voltage that is physically determined.

【0040】上記の構造によれば、実際に、受光部の増
倍層21aに係るpn接合の耐圧Vbは21.5Vにな
る。一方、その周りを取り囲むように形成されたガード
リング層21bに係るpn接合の耐圧Vbは30.4V
になる。その結果、耐圧差として8.9Vが得られ、良
好なガードリング構造が実現できる。 (第4の実施の形態)増倍特性は最大電界値Emax で規
定されるため、第3の実施の形態と比べて増倍率が10
を越えるような高い増倍特性を得るためには増倍層のp
型不純物濃度を上げて最大電界値Emax を増加させる必
要がある。
According to the above structure, the breakdown voltage Vb of the pn junction relating to the multiplication layer 21a of the light receiving section is actually 21.5V. On the other hand, the withstand voltage Vb of the pn junction of the guard ring layer 21b formed so as to surround the periphery is 30.4 V
become. As a result, 8.9 V is obtained as the withstand voltage difference, and a good guard ring structure can be realized. (Fourth Embodiment) Since the multiplication characteristic is defined by the maximum electric field value Emax, the multiplication factor is 10 times larger than that of the third embodiment.
In order to obtain a high multiplication characteristic exceeding
It is necessary to increase the maximum electric field value Emax by increasing the type impurity concentration.

【0041】10Gb/sのシステムに対応する素子を
安定して作成するには設計上の余裕度も必要となり、可
能ならば増倍層のp型不純物濃度を1×1017/cm3
とすることが望ましい。このため、p型不純物濃度が増
倍層よりも低いガードリング層が必要となる。図4は、
本発明の第4の実施の形態に係る半導体受光装置の構成
図である。光吸収層12から電界降下層14までの層構
成及び半導体材料は、第1乃至第3の実施の形態と同じ
である。
In order to stably produce an element corresponding to a system of 10 Gb / s, a margin for design is required. If possible, the p-type impurity concentration of the multiplication layer is set to 1 × 10 17 / cm 3
It is desirable that Therefore, a guard ring layer having a p-type impurity concentration lower than that of the multiplication layer is required. FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram of a semiconductor light receiving device according to a fourth embodiment of the present invention. The layer structure and the semiconductor material from the light absorption layer 12 to the electric field drop layer 14 are the same as those of the first to third embodiments.

【0042】第3の実施の形態の図3において、単純に
増倍層21aのp型不純物濃度を1×1017/cm3
すると、受光領域のVbが20.2V、ガードリング部
のVbが22.6Vとなり、耐圧差が2.4Vしかとれ
なくなる。ヘテロ電界値Ehを所定の範囲内とするため
電界降下層14のn型不純物濃度を7.5×1017/c
3 に変える必要がある。
In FIG. 3 of the third embodiment, assuming that the p-type impurity concentration of the multiplication layer 21a is simply 1 × 10 17 / cm 3 , Vb in the light receiving region is 20.2 V, and Vb in the guard ring portion is Becomes 22.6V, and the withstand voltage difference becomes only 2.4V. In order to keep the hetero electric field value Eh within a predetermined range, the n-type impurity concentration of the electric field lowering layer 14 is set to 7.5 × 10 17 / c.
there is a need to change to m 3.

【0043】図4の構造は、増倍層21cのp型不純物
濃度を高くしても十分な耐圧差がとれるように工夫され
たものである。受光部の層構造は、電界降下層14に接
して、p型不純物濃度1×1017/cm3 を含み、膜厚
0.3μmのp−InPからなる増倍層21cと、増倍
層21cに接してp型不純物濃度2×1018/cm3
含む、膜厚1.2μmのp+ −InPからなるコンタク
ト層22bとが形成されている。
The structure shown in FIG. 4 is designed so that a sufficient withstand voltage difference can be obtained even if the p-type impurity concentration of the multiplication layer 21c is increased. The layer structure of the light receiving portion is in contact with the electric field drop layer 14 and includes a multiplication layer 21c made of p-InP having a p-type impurity concentration of 1 × 10 17 / cm 3 and a thickness of 0.3 μm, and a multiplication layer 21c. And a contact layer 22b made of p + -InP and having a film thickness of 1.2 μm and having a p-type impurity concentration of 2 × 10 18 / cm 3 .

【0044】それに対して、ガードリング部の層構造
は、p型不純物濃度6×1016/cm 3 を含み、膜厚
1.5μmのp−InP膜からなる。第3の実施の形態
の構造と同じである。この場合、受光部のVb=20.
2Vに対してガードリング部のVb=30.4Vであ
り、耐圧差として10.2Vが得られる。従って、耐圧
差に余裕をもたせたガードリング構造を実現できる。
On the other hand, the layer structure of the guard ring portion
Is a p-type impurity concentration of 6 × 1016/ Cm ThreeIncluding, the film thickness
It is made of a 1.5 μm p-InP film. Third embodiment
It has the same structure as In this case, Vb = 20.
Vb of guard ring portion is 30.4V with respect to 2V
As a result, 10.2 V is obtained as the breakdown voltage difference. Therefore, withstand pressure
A guard ring structure with a margin for the difference can be realized.

【0045】次に、この積層構造を作成する方法につい
て以下に説明する。結晶成長工程を2つの連続工程に分
ける。即ち、1回目の成長で、化合物半導体基板11上
に増倍層21cとなるp−InP膜まで積層する。その
後、p−InP膜をメサエッチし、受光部のみにp−I
nP膜を残し、増倍層21cを形成する。
Next, a method for producing this laminated structure will be described below. The crystal growth step is divided into two successive steps. That is, in the first growth, the p-InP film to be the multiplication layer 21c is stacked on the compound semiconductor substrate 11. Thereafter, the p-InP film is mesa-etched, and p-I
The multiplication layer 21c is formed while leaving the nP film.

【0046】2回目の成長で、全面に、増倍層21cの
p型不純物濃度よりも低く、かつ第3の実施の形態のガ
ードリング層21bと同じp型不純物濃度を含むp−I
nP膜を作成する。次いで、第3の実施の形態と同じよ
うにして、受光部のp−InP膜内に選択的にp型不純
物を拡散し、p+ 型のコンタクト層22bを形成する。
In the second growth, p-I including the same p-type impurity concentration as the guard ring layer 21b of the third embodiment is lower than the p-type impurity concentration of the multiplication layer 21c over the entire surface.
An nP film is formed. Next, as in the third embodiment, a p-type impurity is selectively diffused in the p-InP film of the light-receiving portion to form ap + -type contact layer 22b.

【0047】その後、第3の実施の形態と同じようにし
て、素子間分離のため、コンタクト層22b外のガード
リング層21dをメサエッチングする。その後、絶縁膜
16を形成したのち、受光領域を除いてコンタクトホー
ル17を形成する。続いて、受光領域を除いてコンタク
トホール17を通してコンタクト層22b及びガードリ
ング層21dと接触する電極18を形成する。続いて、
基板11側に電極19を形成する。以上により、半導体
受光装置が完成する。
Thereafter, as in the third embodiment, the mesa-etching is performed on the guard ring layer 21d outside the contact layer 22b for element isolation. Then, after forming the insulating film 16, the contact hole 17 is formed except for the light receiving region. Subsequently, an electrode 18 that contacts the contact layer 22b and the guard ring layer 21d through the contact hole 17 except for the light receiving region is formed. continue,
An electrode 19 is formed on the substrate 11 side. Thus, the semiconductor light receiving device is completed.

【0048】(第5の実施の形態)第3及び第4の実施
の形態では、素子間分離のためにメサエッチング、及び
そのメサの段差の部分を保護するパシベーションが必要
となり、工程が増える。工程の簡略化の観点からはメサ
加工を施さないプレーナ構造とすることが望ましい。
(Fifth Embodiment) In the third and fourth embodiments, mesa etching and passivation for protecting a step portion of the mesa are required for element isolation, and the number of steps is increased. From the viewpoint of simplification of the process, it is desirable to have a planar structure without mesa processing.

【0049】図5に示す構造は、図3に示す第3の実施
の形態と同じ層構造を有するものをプレーナ型としたも
のである。InPからなる電界降下層14までの層構成
は、第4の実施の形態と同じであり、図5中、図3と同
じ符号で示すものは、図4と同じものを示す。第5の実
施の形態の構造を作成する場合、増倍層となるp−In
P膜を成長中にp型不純物をドーピングするのではな
く、電界降下層のn+ −InPに接して第2のガードリ
ング層21gとなる1.5μm厚さのn- −InP膜を
形成し、その後、n- −InP膜中にp型不純物をイオ
ン注入法で選択的に導入してp−InPからなる増倍層
21e及びp- −InPからなる第1のガードリング層
21fを形成する。
The structure shown in FIG. 5 is a planar type having the same layer structure as the third embodiment shown in FIG. The layer configuration up to the electric field lowering layer 14 made of InP is the same as that of the fourth embodiment, and in FIG. 5, components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same components as those in FIG. When the structure according to the fifth embodiment is formed, p-In serving as a multiplication layer is formed.
Rather than doping a p-type impurity during the growth of the P film, a 1.5 μm-thick n -InP film serving as a second guard ring layer 21 g is formed in contact with the n + -InP of the electric field lowering layer. Thereafter, a p-type impurity is selectively introduced into the n -InP film by an ion implantation method to form a multiplication layer 21 e made of p-InP and a first guard ring layer 21 f made of p -InP. .

【0050】上記において増倍層21eを形成するため
にイオン注入する場合、1.5μm程度の深さまでp型
不純物濃度6×1016/cm3 とすべく、注入するp型
不純物としては原子半径の小さなベリリウム(Be)を
用い、ドーズ量5×1013/cm2 ,加速エネルギ14
0keVの注入条件によりイオン注入した後、700
℃、20分の熱処理を行う。
In the above case, when the ion implantation is performed to form the multiplication layer 21e, the p-type impurity to be implanted has an atomic radius of 6 × 10 16 / cm 3 to a depth of about 1.5 μm. Of beryllium (Be) having a small dose of 5 × 10 13 / cm 2 and an acceleration energy of 14
After ion implantation under 0 keV implantation conditions, 700
Heat treatment at 20 ° C. for 20 minutes.

【0051】コンタクト層22cは熱拡散法によりCd
を選択的に拡散することで作成する。なお、増倍層21
e及びコンタクト層22cの形成は選択的にこれら領域
を作成できる方法であれば何でもよく、例えば両方とも
イオン注入により作成してもよい。
The contact layer 22c is made of Cd by a thermal diffusion method.
Is created by selectively spreading. The multiplication layer 21
e and the contact layer 22c may be formed by any method as long as these regions can be selectively formed. For example, both may be formed by ion implantation.

【0052】以上のように、第5の実施の形態によれ
ば、p型の第1のガードリング層21fの外側周辺部に
第1のガードリング層21fと同じか又はそれよりも低
い導電率を有するn型の第2のガードリング層21gを
形成している。即ち、電界降下層14と第1のガードリ
ング層21fとの界面に形成されるpn接合は電界降下
層14と同じn型の第2のガードリング層21gにより
覆われることになる。
As described above, according to the fifth embodiment, the conductivity around the outer periphery of the p-type first guard ring layer 21f is equal to or lower than that of the first guard ring layer 21f. An n-type second guard ring layer 21g having the following structure is formed. That is, the pn junction formed at the interface between the electric field drop layer 14 and the first guard ring layer 21f is covered with the same n-type second guard ring layer 21g as the electric field drop layer 14.

【0053】この場合、第1のガードリング層21fと
第2のガードリング層21gの界面に形成されるpn接
合が素子表面に露出するが、外部の雰囲気の影響を受け
やすい電界降下層14と第1のガードリング層21fと
に係るpn接合の方が外部雰囲気から遮断されているた
め、第2のガードリング層21gがない場合と比べてさ
らに耐圧の向上を図ることができる。
In this case, a pn junction formed at the interface between the first guard ring layer 21f and the second guard ring layer 21g is exposed on the element surface. Since the pn junction related to the first guard ring layer 21f is more shielded from the external atmosphere, the withstand voltage can be further improved as compared with the case where the second guard ring layer 21g is not provided.

【0054】(第6の実施の形態)図6は、第4の実施
の形態の図4をプレーナ型としたものである。この構造
でも第5の実施の形態と同じく、電界降下層14に接し
て、低濃度のn型不純物を含み、膜厚1.5μmのn-
−InPを堆積し、その後増倍層21hと第1のガード
リング層21iを選択的にイオン注入して形成する。
(Sixth Embodiment) FIG. 6 is a planer type of FIG. 4 of the fourth embodiment. Also in this structure, as in the fifth embodiment, a 1.5 μm-thick n
-InP is deposited, and then the multiplication layer 21h and the first guard ring layer 21i are formed by selective ion implantation.

【0055】第1のガードリング層21iに関しては、
イオン注入条件は第5の実施の形態と同様である。一
方、増倍層21hのp型不純物濃度1×1017/cm3
を実現するために、ドーズ量のみ8×1013/cm2
増加させてある。イオン注入後、増倍層21hが残るよ
うにして受光部のみにCdを拡散し、高濃度のp型不純
物を含有するコンタクト層22dを形成する。
Regarding the first guard ring layer 21i,
The ion implantation conditions are the same as in the fifth embodiment. On the other hand, the p-type impurity concentration of the multiplication layer 21h is 1 × 10 17 / cm 3
In order to realize the above, only the dose is increased to 8 × 10 13 / cm 2 . After the ion implantation, Cd is diffused only in the light receiving portion so that the multiplication layer 21h remains, and a contact layer 22d containing a high concentration of p-type impurities is formed.

【0056】なお、増倍層21h及びコンタクト層22
dの形成は選択的にこれら領域を作成できる方法であれ
ば何でもよく、例えばすべてイオン注入により作成して
もよい。以上のような第6の実施の形態においても、プ
レーナ構造としているため、第4の実施の形態の作用効
果の他に、第5の実施の形態と同様な作用効果を有す
る。
The multiplication layer 21h and the contact layer 22
The formation of d may be any method as long as it can selectively create these regions. For example, all may be formed by ion implantation. Also in the above-described sixth embodiment, because of the planar structure, the same functions and effects as those of the fifth embodiment are obtained in addition to the functions and effects of the fourth embodiment.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体受光装置
によれば、濃度の高い一導電型の電界降下層に接して濃
度の低い反対導電型の増倍層を形成することにより、p
n接合位置が電界降下層の厚さで決定され、しかも主と
して増倍層のキャリア濃度を調整することで精密に最大
電界値Emax を制御できる。
As described above, according to the semiconductor light receiving device of the present invention, by forming the low-concentration opposite-conductivity-type multiplication layer in contact with the high-concentration one-conductivity-type field-drop layer,
The n-junction position is determined by the thickness of the electric field drop layer, and the maximum electric field value Emax can be precisely controlled mainly by adjusting the carrier concentration of the multiplication layer.

【0058】このため、10Gb/sまでの大容量高速
通信システムに対応できる半導体受光装置を高い歩留り
で作成できる。また、受光部の増倍領域の周りを反対導
電型のガードリング層で囲み、又はさらに反対導電型の
ガードリング層の周囲を一導電型のガードリング層で囲
むことで、より信頼性の高い半導体受光装置を得ること
ができる。
As a result, a semiconductor light receiving device that can support a large-capacity high-speed communication system up to 10 Gb / s can be manufactured with a high yield. In addition, by surrounding the multiplication region of the light receiving portion with a guard ring layer of the opposite conductivity type, or further surrounding the guard ring layer of the opposite conductivity type with a guard ring layer of one conductivity type, higher reliability is achieved. A semiconductor light receiving device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体受光装
置の製造方法について示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係る半導体受光装
置の製造方法について示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態に係る半導体受光装
置の製造方法について示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態に係る半導体受光装
置の製造方法について示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施の形態に係る半導体受光装
置の製造方法について示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施の形態に係る半導体受光装
置の製造方法について示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】従来例に係る半導体受光装置について示す断面
図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor light receiving device according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 化合物半導体基板、 12 光吸収層、 13 組成傾斜層、 14 電界降下層、 15,21,21a,21c,21e,21h 増倍
層、 16 絶縁膜、 17 コンタクトホール、 18,19 電極、 21b,21d ガードリング、 21f,21i 第1のガードリング、 21g,21j 第2のガードリング、 22,22a〜22d コンタクト層。
Reference Signs List 11 compound semiconductor substrate, 12 light absorption layer, 13 composition gradient layer, 14 electric field drop layer, 15, 21, 21 a, 21 c, 21 e, 21 h multiplication layer, 16 insulating film, 17 contact hole, 18, 19 electrode, 21 b, 21d guard ring, 21f, 21i first guard ring, 21g, 21j second guard ring, 22, 22a to 22d contact layer.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型の化合物半導体基板上に、光を
吸収して電子・正孔対を発生する一導電型の化合物半導
体からなる光吸収層を堆積する工程と、 前記光吸収層上に、前記光吸収層よりも高い濃度の不純
物をドープした一導電型の化合物半導体からなる電界降
下層を堆積する工程と、 前記電界降下層の上に、前記光により発生した電子或い
は正孔(キャリア)をアバランシェ効果により増倍す
る、前記電界降下層よりも低い濃度の不純物をドープし
た反対導電型の化合物半導体からなる増倍層を堆積する
工程とを有することを特徴とする半導体受光装置の製造
方法。
1. A step of depositing a light absorbing layer made of a compound semiconductor of one conductivity type that absorbs light and generates an electron-hole pair on a compound semiconductor substrate of one conductivity type; Depositing an electric field drop layer made of a compound semiconductor of one conductivity type doped with an impurity at a higher concentration than the light absorbing layer; and forming electrons or holes generated by the light on the electric field drop layer. Depositing a multiplication layer made of an opposite conductivity type compound semiconductor doped with an impurity at a lower concentration than the electric field drop layer, wherein the multiplication layer is multiplied by the avalanche effect. Production method.
【請求項2】 前記一導電型はn型であり、前の反対導
電型はp型であることを特徴とする請求項1記載の半導
体受光装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the one conductivity type is n-type, and the opposite conductivity type is p-type.
【請求項3】 前記光吸収層の材料はInPとほぼ格子
整合するInGaAs或いはInGaAsP であり、前記電界降下層
及び前記増倍層の材料はInPであることを特徴とする
請求項1又は請求項2に記載の半導体受光装置の製造方
法。
3. The material of the light absorbing layer is InGaAs or InGaAsP, which is substantially lattice-matched with InP, and the material of the electric field drop layer and the multiplication layer is InP. 3. The method for manufacturing a semiconductor light receiving device according to item 2.
【請求項4】 一導電型の化合物半導体基板上に形成さ
れた、光を吸収して電子・正孔対を発生する一導電型の
化合物半導体からなる光吸収層と、 前記光吸収層上に形成された、前記光吸収層よりも高い
濃度の不純物をドープした一導電型の化合物半導体から
なる電界降下層と、 前記電界降下層の上に形成された、前記光により発生し
た電子或いは正孔(キャリア)をアバランシェ効果によ
り増倍する、前記電界降下層よりも低い濃度の不純物を
ドープした反対導電型の化合物半導体からなる増倍層と
を有することを特徴とする半導体受光装置。
4. A light-absorbing layer formed on a one-conduction-type compound semiconductor substrate and formed of a one-conduction-type compound semiconductor that absorbs light and generates an electron-hole pair; An electric field drop layer formed of a one-conductivity type compound semiconductor doped with an impurity at a higher concentration than the light absorption layer; and an electron or hole generated by the light formed on the electric field drop layer. And a multiplying layer made of an opposite conductivity type compound semiconductor doped with an impurity at a lower concentration than the electric field lowering layer for multiplying (carrier) by an avalanche effect.
【請求項5】 前記光吸収層と前記電界降下層との間
に、それらの禁制帯幅の差から生じるヘテロ障壁を緩和
する、前記電界降下層よりも低い導電率を有する一導電
型の化合物半導体からなる組成傾斜層が形成されてなる
ことを特徴とする請求項4記載の半導体受光装置。
5. A one conductivity type compound having a lower conductivity than the electric field drop layer, which alleviates a hetero barrier generated between the light absorption layer and the electric field drop layer due to a difference in band gap therebetween. 5. The semiconductor light receiving device according to claim 4, wherein a composition gradient layer made of a semiconductor is formed.
【請求項6】 前記増倍層上に、前記増倍層よりも高い
導電率を有する反対導電型の化合物半導体からなるコン
タクト層が形成されてなることを特徴とする請求項4又
は請求項5に記載の半導体受光装置。
6. A contact layer comprising a compound semiconductor of the opposite conductivity type having a higher conductivity than that of the multiplication layer is formed on the multiplication layer. A semiconductor light receiving device according to claim 1.
JP10125842A 1998-05-08 1998-05-08 Semiconductor light receiving device and its manufacture Withdrawn JPH11330529A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10125842A JPH11330529A (en) 1998-05-08 1998-05-08 Semiconductor light receiving device and its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10125842A JPH11330529A (en) 1998-05-08 1998-05-08 Semiconductor light receiving device and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11330529A true JPH11330529A (en) 1999-11-30

Family

ID=14920304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10125842A Withdrawn JPH11330529A (en) 1998-05-08 1998-05-08 Semiconductor light receiving device and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11330529A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020017664A (en) * 2018-07-26 2020-01-30 株式会社デンソー Semiconductor device
JP2021034644A (en) * 2019-08-28 2021-03-01 住友電気工業株式会社 Light receiving element

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020017664A (en) * 2018-07-26 2020-01-30 株式会社デンソー Semiconductor device
JP2021034644A (en) * 2019-08-28 2021-03-01 住友電気工業株式会社 Light receiving element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4992386A (en) Method of manufacturing a semiconductor light detector
JP4220688B2 (en) Avalanche photodiode
US4481523A (en) Avalanche photodiodes
EP0043734B1 (en) Avalanche photodiodes
US8575650B2 (en) Avalanche photodiode
US4651187A (en) Avalanche photodiode
US5157473A (en) Avalanche photodiode having guard ring
US7855400B2 (en) Semiconductor light detecting element and method for manufacturing the semiconductor light detecting element
US20100133637A1 (en) Avalanche photodiode
JP5327892B2 (en) Avalanche photodiode
JP2006040919A (en) Avalanche photodiode
JP4861388B2 (en) Avalanche photodiode
US20180309011A1 (en) Optical detection device
KR101066604B1 (en) Method of fabricating avalanche photodiode
JPH11330529A (en) Semiconductor light receiving device and its manufacture
JPS6222546B2 (en)
JP5303793B2 (en) Photodiode
JPH05102517A (en) Avalanche photodiode and its manufacturing method
JP2957837B2 (en) Photo detector and photo detector with built-in circuit
JP2763352B2 (en) Semiconductor light receiving element
JP3055030B2 (en) Manufacturing method of avalanche photodiode
JPH07162022A (en) Semiconductor photodetector, manufacture thereof and processing of semiconductor
JP2766761B2 (en) Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same
JP3074574B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light receiving element
JP2711055B2 (en) Semiconductor photodetector and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050802