雪崩光电二极管制造技术

本发明专利技术提供能够提高量产性的雪崩光电二极管。在ＩｎＰ衬底上作为半导体层而至少依次层叠光吸收层、雪崩倍增层和半导体窗口层，在上述半导体窗口层中形成扩散了Ｚｎ的导电区域；在上述半导体窗口层中，上述导电区域周边具有ｐ型周边区域；上述ｐ型周边区域与上述导电区域的外围离开；上述导电区域的端部向上述ｐ型周边区域突出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于雪崩光电二极管，特别是用于提高量产性的技术。
技术介绍
包括上述雪崩光电二极管在内，实际使用的二极管的结构都是将 p、 n导电型中的任一种导电型作为选择区域的具有长期可靠性的平面 型结构。特别是用于光通信的、使用了对InP进行晶格匹配的化合物 半导体的二极管中，作为上述选择区域使用将Zn作为p导电型杂质 扩散到导电性低的InP中的p型导电区域。而且，雪崩光电二极管中， 为了防止电场集中到上述p型导电区域周围所引起的、被称为边缘击 穿的局部电压降低，在边缘部还设置了被称为护圏，，(guard ling) 的p型导电区域。该p型导电区域的形成方式有注入Be离子(如 专利文献l)或使Zn热扩散(如专利文献2)。另外，专利文献3公开了一种雪崩光电二极管，在InP村底上作 为半导体至少依次层叠(i型)AlInAs雪崩倍增层、GalnAs光吸收层、 InP窗口层，在上述InP窗口层中形成p型导电区域。将AlInAs雪崩 倍增层设置在GalnAs光吸收层下面，能够减弱InP窗口层的电场强 度，因此不需要专门制作护圈，容易实现低暗电流、高性能的雪崩光 电二极管。而且，专利文献3中，p型导电区域通过热扩散Zn来形成。[专利文献1特开昭58-48478号公报(图2)[专利文献2美国专利第4857982号说明书(图2)[专利文献3特开2004-200302号公报(图1)3以往的雪崩光电二极管结构如上述，所以Zn扩散的深度决定了 pin二极管结构的i层厚度，在雪崩光电二极管中还决定倍增层的厚度。 因此，为了实现所期望的频率特性、电特性、电容等元件特性，必须 精密控制Zn扩散深度。但是，很难正确、重复性好、晶片内无偏差 地控制杂质的热扩散深度。因此，成品率低，量产性低。.
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而专利技术的，目的在于提供量产性高的 雪崩光电二极管。本专利技术的雪崩光电二极管的特征在于，在InP衬底上作为半导体 层至少层叠光吸收层、雪崩倍增层和半导体窗口层，在半导体窗口层 中形成扩散Zn的导电区域；半导体窗口层包含由第3族元素和第5 族元素构成、以In和As为主要成分的第3族.第5族半导体层。本专利技术的雪崩光电二极管的特征在于，在InP衬底上作为半导体 层至少层叠光吸收层、雪崩倍增层和半导体窗口层，在半导体窗口层 中形成扩散Zn的导电区域；半导体窗口层包含由第3族元素和第5 族元素构成、以In和As为主要成分的第3族.第5族半导体层，所以 扩散速度比在InP中扩散Zn的雪崩光电二极管的扩散速度慢。因此， 能够正确、重复性好、晶片面内无偏差地控制Zn扩散深度。另外， 由于处理时间的裕度较大，所以不容易受到扩散装置时间特性变化和 扩散时间的影响。由此，能够实现重复性好、成品率高、制作容易且 量产性好的雪崩光电二极管。附图说明图1为表示实施方式1中雪崩光电二极管大概结构的剖面图。 [图2为表示Zii在各中化合物半导体中热扩散的时间与扩散深 度的关系图。图3为表示实施方式1中雪崩光电二极管大概结构的剖面图。 [图4为表示实施方式2中雪崩光电二极管大概结构的剖面图。[图5j为表示实施方式3中雪崩光电二极管大概结构的剖面图。 [图6为表示实施方式3中雪崩光电二极管大概结构的剖面图。 [图7j为表示实施方式3中雪崩光电二极管大概结构的剖面图。 具体实施例方式本专利技术的雪崩光电二极管的特征在于，由于Zn在InP中扩散速 度较快，但在AlInAs等中扩散速度较慢，因此窗口层材料使用AlInAs 等来代替InP (或二者都使用)。下面详细说明各实施方式。以下说 明中，衬底、光吸收层、雪崩倍增层、窗口层等均为n型，但并不限 定于n型，也可以是p型，还可以是载流子浓度低的i型。 <实施方式1〉图1为表示实施方式1中雪崩光电二极管大概结构的剖面图。在 半导体衬底(InP村底)上制作各半导体层的方法为在n型InP衬 底1上，使用有机金属汽相生长法(MO-CVD )或分子束外延法(MBE) 等方法形成。本实施方式中，用下述工序来制作。在n型InP衬底1上，依次层叠栽流子浓度为l 5xl018cm-3、厚 度为(U lfim的n型InP緩沖层2，栽流子浓度为0.1 3xlOcnT3、厚 度为l~3nm的n型GalnAs光吸收层3，带隙依次增大的、载流子浓 度为0.1~3xl015cnT3、厚度为0.1~0.5nm的n型GalnAsP过度层4， 载流子浓度为0.1~lxl018cm-3、厚度为0.01~0.1nm的n型InP电场调 节层5，载流子浓度为0.01~lxl016cm-3、厚度为0.2 0.8拜的n型InP 雪崩倍增层6，载流子浓度为0.01 lxl016cm-3、厚度为0.5 2.0fim的n 型AlInAs窗口层7，栽流子浓度为0.01 lxl0cm-3、厚度为0.1 0.5jim 的n型GalnAs接触层(后面的工序中为p型GalnAs接触层8)。接着，在直径为20 100nm的受光区域(图1中，与后述的p型 导电区域10—致)外围，在宽度为5 20nm的环状区域内注入Be离 子，由热处理使p导电型激活，形成p型周边区域9。 p型周边区域9 形成倾斜型结，作为用于防止边缘击穿的护圏。然后，在上述受光区域上，将挖成圆形的SiNx膜(未图示)作 为掩模，选择地使Zn热扩散，直至n型IiiP雪崩倍增层6，掩模未覆盖的圆形部分形成p型导电区域10。 Zn的热扩散可以由汽相扩散 法(将有机Zn和金属Zn等作为扩散源)和固相扩散法(形成ZnO 膜，在氮气中经高温扩散一定时间)。经Zii的热扩散后，使上迷n 型GaliiAs接触层成为p型，由此形成p型GalnAs接触层8。接着，通过蚀刻除去p型GalnAs接触层8的中央部分，在p型 导电区域10上保留宽度为5 10jmi的环状。然后通过蒸镀形成SiNx 表面保护膜兼防反射膜11,除去p型GalnAs接触层8上面的SiNx 表面保护膜兼防反射膜11，用AuZn/Au在p型GalnAs接触层8上 形成p电极12。研磨ii型InP衬底1中与层叠了 n型InP援冲层2 的面相反的一面，由AuGe/Ni/Au形成n电极13。并且将晶片状的n 型InP衬底l分开，形成大约300pm见方的元件。通过对该元件进4亍 规定的处理，形成雪崩光电二极管。而且，图l所示的本实施方式的 雪崩光电二极管中，p型导电区域10没有收敛在n型AlInAs窗口层 7中，而是穿透AlInAs窗口层7，到达n型雪崩倍增层6。图2表示在退火温度为49(TC时，Zn在各种化合物半导体(InP、 GalnAs、 AlInAs )中热扩散时间与扩散深度关系的图表。扩散深度根 据扩散杂质的种类和所扩散的半导体种类的不同而有所差异，但大致 与扩散时间的平方根成比例。Zn在InP中扩散速度较快，在AlInAs 和GalnAs中扩散速度较慢。在AlInAs和GalnAs中的扩散深度大约 是在InP中扩散深度的2/5，在AlInAsP和GalnAsP中的扩散深度取 他们的中间值。因此，对于装置的时间波动和控制常数，在InP中扩 散时，扩散深度受到的影响最大，波动最大。如上述，Zn的扩散深度 决定pin二极管结构的i层厚度和倍增层厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雪崩光电二极管，其特征在于，　在ＩｎＰ衬底上作为半导体层而至少依次层叠光吸收层、雪崩倍增层和半导体窗口层，在上述半导体窗口层中形成扩散了Ｚｎ的导电区域；　在上述半导体窗口层中，上述导电区域周边具有ｐ型周边区域，　上述ｐ 型周边区域与上述导电区域的外围离开，　上述导电区域的端部向上述ｐ型周边区域突出。

【技术特征摘要】
JP 2005-9-12 2005-2634701. 一种雪崩光电二极管，其特征在于，在InP衬底上作为半导体层而至少依次层叠光吸收层、雪崩倍增层和半导体窗口层，在上述半导体窗口层中形成扩散了Zn的导电区域；在上述半导体窗口层中，上述导电区域周边具有p型周边区域，上述p型周边区域与上述导电区域的外围离...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳生荣治，石村荣太郎，中路雅晴，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]