JPS6222475B2 - - Google Patents

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JPS6222475B2
JPS6222475B2 JP54160195A JP16019579A JPS6222475B2 JP S6222475 B2 JPS6222475 B2 JP S6222475B2 JP 54160195 A JP54160195 A JP 54160195A JP 16019579 A JP16019579 A JP 16019579A JP S6222475 B2 JPS6222475 B2 JP S6222475B2
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JP
Japan
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compound semiconductor
layer
type
semiconductor layer
junction
Prior art date
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Application number
JP54160195A
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English (en)
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JPS5681984A (en
Inventor
Kazuhisa Takahashi
Toshio Murotani
Saburo Takamya
Jun Ishii
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP16019579A priority Critical patent/JPS5681984A/ja
Publication of JPS5681984A publication Critical patent/JPS5681984A/ja
Publication of JPS6222475B2 publication Critical patent/JPS6222475B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • H01L31/1075Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes in which the active layers, e.g. absorption or multiplication layers, form an heterostructure, e.g. SAM structure

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアバランシホトダイオード等のPN
接合に逆バイアスを印加して動作させる半導体装
置に関するものである。
以下の説明では、特に光フアイバ通信における
受光器として用いられるアバランシホトダイオー
ドについて記す。
光フアイバ通信においては、従来GaAlAsを材
料とする半導体レーザや発光ダイオードを光源と
しSiを材料とするアバランシホトダイオードを受
光器とした波長0.8〜0.9μm帯での通信が実用化
されつゝある。
一方、最近では光フアイバの伝送損失の低減化
が進められ、波長1.1〜1.6μm帯において最低損
失が実現されており、この波長帯での発光素子お
よび受光素子の開発が必要となつてきている。
この波長1.1〜1.6μm帯の受光素子としては従
来よりGeを材料とするアバランシホトダイオー
ドがあるが、暗電流や増倍雑音が大きいといつた
難点がある。
これに対し最近ではInGaAsP,InGaAs,
AlGaAsSb等の−族化合物半導体を材料とし
た受光素子の開発が進められるようになつてき
た。
第1図a,bは夫々この種の受光素子の一例で
あるInGaAsPを用いたメサ形およびプレーナ形
のアバランシホトダイオードの断面図である。第
1図aにおいて、1はSn,S等のn形不純物を
高濃度に含んだInP基板、2はn形のInP基板1
上に設けられたn形のInGaAsP層、3はn形の
InGaAsP層2とPN接合を成すように形成され、
Zn,Cd等の不純物を高濃度に含んだp形のInP層
である。n形InGaAsP層2・p形InP層3は通常
の気相エピタキシヤル成長法、あるいはより一般
的には通常の液相エピタキシヤル成長法によりn
形InP基板1上に形成される。
また、第1図bにおいて、1はSn,S等のn
形不純物を高濃度に含んだInP基板、2はn形の
InP基板1上に設けられたn形のInGaAsP層、4
はn形のInGaAsP層2の上に設けられたn形の
InP層、6は絶縁膜5をマスクとしてn形のInP
層4の表面層部に選択的にBe等の不純物をイオ
ン注入することにより前記InP層4とPN接合成す
ように形成されたp形のInP層である。n形の
InGaAsP層2およびn形InP層は通常の気相エピ
タキシヤル成長法、あるいは一般的には通常の液
相エピタキシヤル成長法により、n形InP基板1
上に形成される。
さて、第1図a,bで示したようなメサ形やプ
レーナ形アバランシホトダイオードでは、結晶表
面における界面準位等の影響や接合面の曲率の影
響等を受けるためPN接合の耐圧は接合中央部で
高く、周縁部で低くなることがSiやGeを材料と
した半導体素子において良く知られている。この
ため、これらSiやGeを材料とした半導体装置に
おいては接合周縁部の耐圧を高める手段として従
来よりメサ形のアバランシホトダイオードでは、
そのPN接合にベベリングを施したり、プレーナ
形のアバランシホトダイオードでは、そのPN接
合の周囲にガードリングを設けることなどが行な
われている。
第2図はこのような従来のベベリングを施した
メサ形接合を有するアバランシホトダイオードを
示す。図において、11はn形不純物を高濃度に
含むn+形半導体基板11上にこれとPN接合14
を成すように設けられた低濃度のp形不純物を含
むp形層、13はp形層12上に設けられたp形
不純物を高濃度に拡散したp+層である。上記1
1〜13はn+形半導体基板11からp形層13
に漸次直径が減少するように形成される。この場
合、PN接合14とメサ斜面とがなす角度θが小
さいほど接合周縁部での耐圧向上の効果が大き
い。しかしながらPN接合の周縁部がメサ斜面に
露出しており、外気による汚染などで耐圧が著し
く損われることが多かつた。これを防ぐために従
来ではメサ斜面に露出しているPN接合周縁部に
SiO2,Si3N4等の表面保護膜をつけることなど試
みられているが、接合の露出部がメサ斜面部にあ
るため、保護膜の形成が容易でなく充分な効果が
得られていなかつた。
また、第3図は前述のような従来のプレーナ形
接合を有するアバランシホトダイオードを示す。
図において、21はn+形半導体基板、22はn+
形半導体基板21上にこれとPN接合24を成す
ように設けられたp形不純物を高濃度に含んだp
+層、23はこのp+層の周囲に、このp+層より
も深く形成されたp形のガードリングであり、p
+層22より低濃度に形成される。ガードリング
23はその拡散深さが深いほど接合周縁部の耐圧
向上の効果が大きく、n形半導体基板のドナー濃
度が低くPN接合24の空乏層が厚いほどその効
果は小さくなる。従つて、PN接合24の空乏層
が厚い場合ほどガードリング23は深い拡散を必
要とすることになる。このガードリング23の形
成において、前述のように不純物濃度が低く、且
つ深い拡散を行なうためには極めて高温・長時間
の熱処理が必要である。従つて実際にはアバラン
シホトダイオード等、厚い空乏層を持つダイオー
ドへのガードリング形成は実用性に乏しく、しか
も大きな効果を期待することができない。
以上のように従来のアバランシホトダイオード
は逆バイアス印加時において、接合周縁部の耐圧
が接合中心部の耐圧より低くなり、均一な降伏特
性を得ることができず、従つてまた高い増倍特性
を得ることもできなかつた。
この発明は上記従来のアバランシホトダイオー
ドの欠点を取除くためになされたものであり、第
1導電型の第1半導体層に囲繞され、この第1半
導体層よりもエネルギギヤツプが小さい第1導電
型の第2半導体層を設け、PN接合の周縁部分の
降伏電圧が高い化合物半導体受光素子の製造方法
を提供するものである。
第4図はこの発明の一実施例になるInGaAsP
アバランシホトダイオードを示す断面図である。
図において、41はn形InP基板、42はn形
InP基板41上に部分的に設けられたn形
InGaAsP層、43はn形InP基板41上にn形
InGaAsP層を覆うようにかつこのn形InGaAsP
層と同等の不純物濃度に形成されたn形InP層、
44はSiO2,Si3N4等の絶縁膜45をマスクとし
てn形InP層43の一部に選択的にp形不純物を
導入することにより形成され、n形InGaAsP層
42やn形InP層43よりも高不純物濃度のp形
InP層、46はPN接合であり、このPN接合46
の周縁部に位置するn形InP層43の表面はメサ
形状を成すように形成される。47,48はそれ
ぞれ金属電極、49は表面での反射防止用の絶縁
膜である。
第4図で示したアバランシホトダイオードは、
第5図a〜cで示したプロセスにより製造され
る。即ち、第5図aで示すようにn形InP基板4
1上に通常の気相エピタキシヤル成長法、あるい
はより一般的には液相エピタキシヤル成長法によ
りInGaAsP層42およびn形InP層43を順次成
長させた後、n形InP層43の表面にSiO2,Si3N4
等の絶縁膜50を選択的に形成する。次に第5図
bで示すように絶縁膜50をエツチングマスクと
して5%の臭素を含むメタノール溶液等によりn
形InP層43、InGaAsP層42およびInP基板4
1の一部を選択的にエツチング除去する。次に絶
縁膜50を除去した後、基板表面の清浄化を図る
為に、n形InP層43の一部若しくは全部と、
InP基板41の一部を気相エツチングまたはメル
トエツチングにより除去する。次に第5図cに示
すように、再びエピタキシヤル成長法により、n
形InP層43を成長させ、このn形InP層43の
周縁表面部分をメサ形状に形成する。さらに、
InGaAsP層42に対応するn形InP層43の表面
部分を除いて、n形InP層43の表面にSiO2
Si3N4等の絶縁膜45を選択的に形成した後、こ
の絶縁膜45をマスクとして、n形InP層43に
Zn,Cd等を拡散、あるいはBe等をイオン注入す
ることによりp形InP層44を形成する。こゝ
で、PN接合46はその底部がInGaAsP層42と
n形InP層43との界面もしくはその近傍に位置
するように形成される。次にウエハの表裏面にそ
れぞれAuZn合金層(またはAuGe合金層)上に
Au層を形成して成る金属層を付着することによ
り、金属電極47,48を形成し、さらに反射防
止膜49としてSiO2,Si3N4等を表面に付着する
ことにより、第4図に示した構造のInGaAsPア
バランシホトダイオードが得られる。
次に本発明の一実施例になるInGaAsPアバラ
ンシホトダイオードにおけるPN接合周縁部の耐
圧向上について説明する。第4図において、PN
接合46の中央部はInGaAsP層42とp形InP層
44との界面に形成されており空乏層は両層のキ
ヤリヤ濃度の違いにより主にInGaAsP層42側
に広がる。また同様にPN接合46の周縁部は空
乏層は主にn形InP層43側に広がる。こゝで、
InGaAsP層42のキヤリヤ濃度とn形InP層43
とのキヤリヤ濃度は同程度になつているが、両層
の禁制帯幅は材料のちがいにより、InGaAsP層
42よりもInP層43の方が大きくなつている。
従つて、両層42,43に広がる空乏層の降伏電
界はInP層43でより高くなる。従つてこの発明
の一実施例のInGaAsPアバランシホトダイオー
ドは、PN接合46中央部よりもPN接合46周縁
部において、より高い耐圧を示す。
さらに、この発明の一実施例は第4図で示した
ように、n形InP層43の表面は素子中央部から
周縁部に向つてへこむように形成されており、
PN接合46から空乏層がこの部分に拡がつてき
ても、この部分はメサ形接合と同様の効果を有し
ているので、この部分での耐圧向上が期待でき
る。このようにこの発明の一実施例によれば、
PN接合46の周縁部の降伏電圧を高くすること
ができるので高い増倍特性のアバランシホトダイ
オードを実現できる。
第6図は第1図aで示した従来構造による
InGaAsPアバランシホトダイオードおよび第4
図で示した本発明によるInGaAsPアバランシホ
トダイオードのそれぞれの逆バイアス印加時にお
ける降伏特性を示している。従来のものaではな
だらかな特性を示すのに対し、本発明の一実施例
になるものbでは極めて急峻な特性を示すことが
判る。
以上の説明ではInGaAsPアバランシホトダイ
オードについて説明したが、この発明は
InGaAs,AlGaAsSb等の−族化合物半導体
材料を使用した半導体装置、例えばPinホトダイ
オード、インパツトダイオード、さらにはSiや
Ge等の単一元素から成る半導体材料を使用した
半導体装置にも適用できる。
以上説明したように、本発明は第1導電型の第
1半導体層に囲繞され、この第1半導体層よりも
エネルギギヤツプが小さい第1導電型の第2半導
体層を設けたので、PN接合の周縁部分の降伏電
圧の高い化合物半導体受光素子の製造方法を得る
ことができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは夫々従来のInGaAsPアバラン
シホトダイオードを示す断面図、第2図はSiまた
は、Geを材料とした従来のベベリングを施した
メサ形アバランシホトダイオードを示す断面図、
第3図はSiまたはGeを材料とした従来のガード
リングを有するプレーナ形アバランシホトダイオ
ードを示す断面図、第4図は本発明の一実施例に
なるInGaAsPアバランシホトダイオードを示す
断面図、第5図a〜cは本発明の一実施例になる
InGaAsPアバランシホトダイオードの製造方法
を示す工程別断面図、第6図は従来のInGaAsP
アバランシホトダイオードと本発明の一実施例に
なるアバランシホトダイオードのそれぞれの逆バ
イアス印加時における降伏特性を示すグラフであ
る。 42はn形InGaAsP層、43はn形InP層、4
4はp形InP層である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1導電形の第1化合物半導体基板上にこの
    第1化合物半導体よりもエネルギーギヤツプの小
    さい第1導電形の第2化合物半導体層および第1
    導電形の第1化合物半導体層を順次形成し、選択
    的メサエツチング法により前記第1の化合物半導
    体層の周縁部と第2の化合物半導体層の周縁部お
    よび第1化合物半導体基体の一部の周縁部を除去
    し、メサ部の前記第1導電形の第1化合物半導体
    層の一部または全部およびメサ溝部の前記第1導
    電形の第1化合物半導体基板の表面部を化学エツ
    チング法またはメルトエツチング法により除去し
    た後、メサ頂上部およびメサ溝部全体を覆うよう
    に新たに第1の導電形の第1の化合物半導体層を
    形成し、前記第2化合物半導体層の直上の第1化
    合物半導体層表面から前記第1化合物半導体層と
    第2化合物半導体層との界面近傍に至る領域を拡
    散法またはイオン注入法により選択的に第2導電
    形化することを特徴とする化合物半導体受光素子
    の製造方法。
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JPH0824199B2 (ja) * 1984-05-31 1996-03-06 富士通株式会社 半導体受光素子の製造方法
JP4010337B2 (ja) * 1995-02-02 2007-11-21 住友電気工業株式会社 pin型受光素子およびpin型受光素子の製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5671985A (en) * 1979-11-19 1981-06-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light receiving system

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