半导体光接收元件制造技术

一种半导体光接收元件，包括:半导体衬底；第一导电类型的高浓度层，形成在半导体衬底上；第一导电类型的低浓度层，形成在第一导电类型的高浓度层上并与第一导电类型的高浓度层接触；第二导电类型的低浓度层，被配置为与第一导电类型的低浓度层一起形成PN结界面；以及形成在第二导电类型的低浓度层上并与第二导电类型的低浓度层接触的第二导电类型的高浓度层。低浓度层的载流子浓度小于1

【技术实现步骤摘要】
半导体光接收元件


[0001]本公开涉及半导体光接收元件。

技术介绍

[0002]一种用于高速光通信的半导体光接收元件可以包括PIN型光电二极管，其中未掺杂的半导体层被夹在p型和n型半导体层之间，当在使用状态下施加偏置电压时，该半导体层被耗尽，并且用作来自光纤的光信号的吸收层。在一些情况下，为了实现光接收灵敏度和高速响应性，可以使用吸收层由p型掺杂半导体层和未掺杂半导体层形成的配置。在其他情况下，为了实现对高光输入的高速响应，即使在低电压下，半导体光接收元件也可以包括位于n层和p层之间的吸收层，该吸收层可以由包含n型杂质的层和包含p型杂质的层形成，n型杂质的浓度从具有n层的结表面(junction surface)向内逐渐降低，而p型杂质的浓度从具有p层的结表面向内逐渐降低。
[0003]在某些情况下，为了提高半导体光接收元件的频率响应速度，减小元件电容是有效的。元件电容由PN结电容和寄生电容组成，并且PN结电容可以通过使耗尽层加厚来减小。例如，可以加厚未掺杂的吸收层。然而，即使当未掺杂的吸收层变厚时，除非在使用条件下施加的偏置电压下整个未掺杂的吸收层可以被耗尽，否则实际的耗尽层变薄，并且不能获得期望的电容减小效果。在恒定的偏置电压下，随着载流子浓度变低，实际的耗尽层变厚。因此，当未掺杂的吸收层是完全没有载流子的本征半导体层时，即使在低电压下也容易耗尽所有未掺杂的吸收层。
[0004]然而，在许多情况下，未掺杂的吸收层实际上包含低浓度的载流子。未掺杂的吸收层通过外延生长形成，例如使用MOCVD方法或MBE方法。在外延生长期间，吸收层有意不掺杂p型或n型载流子以形成未掺杂的吸收层。然而，吸收层实际上包含非零背景水平的载流子，并且没有真正形成本征半导体层。无意包含的载流子(在背景水平包含的载流子)的浓度取决于生长装置和生长条件，但是例如对于n型大约为2
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/cm3。因此，当使用实际的未掺杂吸收层时，取决于恒定电压下包含的载流子浓度，可以耗尽的面积会受到限制。换句话说，在实际使用条件下，简单地增厚未掺杂的吸收层可能不足以确保耗尽层的足够厚度。
[0005]即使如上所述使用未掺杂的吸收层，实际上也存在低浓度的载流子，因此可以耗尽的面积是有限的。当施加的偏置电压增加时，可以耗尽的面积增加，并且即使载流子浓度相同，电容也可以减小。然而，从功耗的角度来看，可以施加到半导体光接收元件的偏置电压是有限的，并且不可能获得足够的偏置电压。因此，在实际使用中希望半导体光接收元件具有可以用较低电压而耗尽的大面积。

技术实现思路

[0006]在一些实施方式中，半导体光接收元件具有可以耗尽的大面积、低电容和优异的高速响应性。
[0007]在一些实施方式中，半导体光接收元件包括:半导体衬底；第一导电类型的高浓度
层，形成在半导体衬底上；第一导电类型的低浓度层，形成在第一导电类型的高浓度层上并与第一导电类型的高浓度层接触；第二导电类型的低浓度层，被配置为与第一导电类型的低浓度层一起形成PN结界面；和第二导电类型的高浓度层，形成在第二导电类型的低浓度层上并与第二导电类型的低浓度层接触，其中:第一导电类型的低浓度层和第二导电类型的低浓度层各自具有小于1
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/cm3的载流子浓度，第一导电类型的高浓度层具有比第一导电类型的低浓度层更高的载流子浓度，第二导电类型的高浓度层具有比第二导电类型的低浓度层更高的载流子浓度，所述第一导电类型的高浓度层和所述第二导电类型的高浓度层各自具有1
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/cm3或更高的载流子浓度，并且第一导电类型的低浓度层或第二导电类型的低浓度层中的至少一个包括具有用于吸收入射光的带隙的吸收层。
[0008]在一些实施方式中，半导体光接收元件具有低电容，因此可以获得优异的高速响应性。
附图说明
[0009]图1A是根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件的截面图。
[0010]图1B是根据第一示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
[0011]图2是示出根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
[0012]图3A是根据比较示例性实施例的半导体光接收元件的截面图。
[0013]图3B是根据比较示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
[0014]图4是示出根据比较示例性实施例的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
[0015]图5A是根据第二示例性实施方式的半导体光接收元件的截面图。
[0016]图5B是根据第二示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
[0017]图6是示出根据第二示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
[0018]图7A是根据第三示例性实施方式的半导体光接收元件的截面图。
[0019]图7B是根据第三示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
[0020]图8是示出根据第三示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
[0021]图9A是根据第四示例性实施例的半导体光接收元件的截面图。
[0022]图9B是根据第四示例性实施例的半导体光接收元件的能带图。
[0023]图10是示出根据第四示例性实施方式的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
[0024]图11A是根据第四示例性实施例的修改示例的半导体光接收元件的截面图。
[0025]图11B是根据第四示例性实施例的修改示例的半导体光接收元件的能带图。
[0026]图12是示出根据第四示例性实施例的修改示例的半导体光接收元件的电场强度的曲线图。
具体实施方式
[0027]下面参考附图具体描述一些实施方式。在附图中，相同的构件由相同的附图标记表示，并且具有相同或等同的功能，并且省略其重复描述。图形的大小不一定与放大倍数一致。
[0028]图1A是根据第一示例性实施方式的半导体光接收元件10的截面图。半导体光接收元件10可以是顶部照射(top illuminated)的半导体光接收元件，其能够接收波长在840纳
米(nm)到950nm之间的光信号，并且该光信号例如通过多模光纤传输。半导体光接收元件10包括通过在掺杂有铁(例如)的半绝缘磷化铟(InP)衬底11上依次生长掺杂有浓度为5
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/cm3的硅(Si)的厚度为1微米(μm)的n型InP接触层12、厚度为Wn的n型低浓度砷化铟镓(InGaAs)吸收层13，厚度为Wp并且掺杂有浓度为2
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/cm3的铍(Be)的p型低浓度InGaS吸收层14，以及掺杂有浓度为5
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/cm3的铍的厚度为0.1μm的p型InGaS接触层16。这里，n型低浓度InGaAs吸收层13可以在多层生长中形成为未掺杂的，但是也可以形成为载流子密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体光接收元件，包括:半导体衬底；第一导电类型的高浓度层，形成在半导体衬底上；第一导电类型的低浓度层，形成在第一导电类型的高浓度层上并与第一导电类型的高浓度层接触；第二导电类型的低浓度层，被配置为与第一导电类型的低浓度层一起形成PN结界面；和第二导电类型的高浓度层，形成在第二导电类型的低浓度层上并与第二导电类型的低浓度层接触，其中:第一导电类型的低浓度层和第二导电类型的低浓度层各自具有小于1
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/cm3的载流子浓度，第一导电类型的高浓度层具有比第一导电类型的低浓度层更高的载流子浓度，第二导电类型的高浓度层具有比第二导电类型的低浓度层更高的载流子浓度，所述第一导电类型的高浓度层和所述第二导电类型的高浓度层各自具有1
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/cm3或更高的载流子浓度，并且第一导电类型的低浓度层或第二导电类型的低浓度层中的至少一个包括具有用于吸收入射光的带隙的吸收层。2.根据权利要求1所述的半导体光接收元件，其中所述第一导电类型的低浓度层具有1.1乘以厚度Dn0的厚度或更小的厚度，所述厚度Dn0由等式1、等式2和等式3定义，并且其中第二导电类型的低浓度层具有1.1乘以厚度Dp0的厚度或更小的厚度，厚度Dp0由等式1、等式2和等式3定义:[等式1][等式2]Rp＝1+(εn/εp)
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(Np/Nn)[等式3]Dn0＝(Rp
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Dp0其中:Vr:从外部施加的偏置电压Vb:内置电位q:基本电荷εp:第二导电类型的低浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：豊中隆司，滨田博，田中滋久，
申请(专利权)人：朗美通日本株式会社，
类型：发明
国别省市：