雪崩光电二极管制造技术

在以往的雪崩光电二极管中，由于光吸收层为未掺杂型时，工作时的偏置电压高，而光吸收层仅微量掺杂时，其掺杂量难以控制，所以不能容易地制造。为此，本发明专利技术提供一种雪崩光电二极管，包括：第一导电类型的衬底；在衬底的主面上从衬底侧依次层叠设置的雪崩倍增层、光吸收层和窗层，窗层的一部分是第二导电类型区，光吸收层包括第一光吸收层和导电率比第一光吸收层高的第二光吸收层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用被称为雪崩倍增的现象提高光接收灵敏度的光电二极管，即在光纤通信等中使用的雪崩光电二极管。
技术介绍
雪崩光电二极管具有光吸收区和雪崩倍增区。如果在施加反向偏置电压的状态下 向雪崩光电二极管入射光，则在光吸收区吸收光并产生电子-空穴对，在光吸收区中产生 的光载流子在施加了强电场的雪崩倍增区因离子化碰撞而雪崩性地倍增。在接收近红外光 的雪崩光电二极管中，为了用于光纤通信，除了高灵敏度、高速响应以外，还要求有高可靠 性、低耗电、高效率。 作为这样的接收近红外光的雪崩光电二极管，已知有为了增长元件的寿命和通过 降低静电电容而实现高速化，而在元件内侧限定了施加电场的区域的雪崩光电二极管(例 如，专利文献1)。多数情况下，在这样的雪崩光电二极管中，光吸收区完全不掺杂或者仅仅 掺杂1016cm—3左右。 另外，为了同时实现高速响应和高量子效率，已知有在雪崩光电二极管的光吸收 区上设置在工作时耗尽的耗尽层和载流子浓度比上述耗尽层高的耗尽终端层的例子(例 如，专利文献2)。〈专利文献1>日本特表2005-539368号公报(第5页 第6页)〈专利文献2>日本特开2003-46114号公报(第4页 第5页) 但是，在现有的光吸收区为双层结构的雪崩光电二极管中，由于是低电阻所以能够不被施加电场而形成未耗尽的区域，由此电子和空穴不能高速地漂移移动，电子和空穴因再次结合而消失的比例增加，存在对光的灵敏度和响应降低的情况。 另外，在现有的光吸收区为单层结构的雪崩光电二极管中，光吸收区为未掺杂型 时，由于向光吸收区施加均匀的电场，存在由于工作时的偏置电压高而使耗电增加的情况。 另一方面，光吸收层仅微量掺杂时，为了抑制隧道暗电流的产生且不降低对光的响应性，不 能增大载流子浓度，必须把载流子浓度精确地控制在1015cm—3的水平而进行晶体生长。但 是，在用有机金属气相生长(M0-CVD)法或分子束外延生长(MBE)法等进行晶体生长时，即 使不特意添加杂质也显示出1015cm—3的水平的n型或p型导电性，精确地控制载流子浓度是 非常困难的。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供容易制造、耗电低且具 有高的光灵敏度的雪崩光电二极管。 根据本专利技术的雪崩光电二极管，包括衬底；在上述衬底上设置的第一导电类型 的半导体层；以及在上述第一导电类型的半导体层上依次层叠设置的雪崩倍增层、光吸收 层、窗层，上述窗层的一部分是第二导电类型区，上述光吸收层包括第一光吸收层和导电率3比第一光吸收层高的第二光吸收层。 根据本专利技术，能够提供耗电低、具有高的光灵敏度且容易制造的雪崩光电二极管。 附图说明 图1是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图2是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的俯视图。 图3是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的工作中的深度方向的电场强度 分布图。 图4是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图5是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图6是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图7是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图8是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图9是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图10是本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 图11是本专利技术的实施方式2中的雪崩光电二极管的剖面示意图。 (附图标记说明) 10 :衬底；20 :缓冲层；30 :雪崩倍增层；40 :电场调节层；50 :光吸收层；60 :窗层; 70 :接触区；80 :第二导电类型区；90 :保护膜；100 :第一电极；110 :第二电极；120 :堆积防 止层;130 :扩散抑制层;140 :导带连续化层;150 :沟;160 :蚀刻停止层;200 :环形沟。具体实施例方式(实施方式1) 图1是用来实施本专利技术的实施方式1中的雪崩光电二极管的剖面示意图。在本实 施方式中，以第一导电类型为n型、第二导电类型为p型进行说明。 图1中，在低电阻n型的InP材料的衬底10的第一主面上形成膜厚0. 1 1 y m、载 流子浓度为1 5X 1018cm—3、n型的InP材料的缓冲层20。在缓冲层20上形成膜厚0. 1 0. 5 ii m、载流子浓度为0. 1 3X 1015cm—3、未掺杂型的AlInAs材料的雪崩倍增层30。在雪崩 倍增层30上形成膜厚0. 01 0. 1 ii m、载流子浓度为0. 1 1 X 1018cm—3、p型的InP材料的 电场调节层40。在电场调节层40上依次形成膜厚0. 5 2 ii m、GalnAs材料的未掺杂型光 吸收层51和膜厚0. 2 2 ii m、载流子浓度为0. 3 3 X 1016cm—3、GaInAs材料的n型光吸收 层52。在n型光吸收层52上依次形成膜厚0. 5 2 ii m、载流子浓度为0. 3 3X 1016Cm—3、 AlInAs材料的n型窗层61和膜厚0. 5 2 y m的AlInAs材料的未掺杂型窗层62。 在此，把未掺杂型光吸收层51 (第一光吸收层)和n型光吸收层52 (第二光吸收 层)合称为光吸收层50，把n型窗层61和未掺杂型窗层62合称为窗层60。当然，未掺杂 型光吸收层51和n型光吸收层52的导电率不同，n型光吸收层52的导电率比未掺杂型光 吸收层51的导电率高。另外，n型窗层61的导电率比未掺杂型窗层62的导电率高。 此时，选择GalnAs材料、AlInAs材料的层组成以与InP基本上晶格匹配，GalnAs 材料的带隙比InP材料的带隙小，InP材料的带隙比AlInAs材料的带隙小。 在从n型窗层61和未掺杂型窗层62的上表面看到的中央附近的直径20 100iim 的区域中形成有P型区80。另外，在从p型区80的上表面看到的外周部表面上以宽5 10 ii m的环状形成有p型的GalnAs材料的接触区70。 而且，在p型接触区70的上部形成有Ti/Au结构的p电极IOO。另外，在未形成接 触区70的未掺杂型窗层62的表面上形成SiNx材料的保护膜90。与衬底10的第一主面相 反侧的面相接而在整个表面上形成AuGe/Ni/Au结构的n电极110。 图2是从上面看在图1中示出了剖面示意图的实施方式1中的雪崩光电二极管 时看到的俯视图。如图2所示，衬底10和衬底10上形成的未掺杂型窗层62，形成为大约 300 ii m见方的四边形形状，在其内部形成p型区80。在p型区80的外周部形成接触区70 和P电极100。 另外，虽然在图1和图2中未示出，但一般在雪崩光电二极管的上表面上设置与p 电极IOO连接的引出电极。 下面，说明本实施方式的雪崩光电二极管的制造方法。可以如下所述地制造图1 和图2所示的雪崩光电二极管。 首先，在n型InP材料的衬底10上，用有机金属气相生长(MO-CVD)法或分子束 外延生长(MBE)法等，从衬底10侧依次外延生长n型的InP材料的缓冲层20、未掺杂型的 AlInAs材料的雪崩倍增层30、p型的InP材料的电场调节层40、GalnAs材料的未掺杂型光 吸收层51、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雪崩光电二极管，包括：衬底；在上述衬底上设置的第一导电类型的半导体层；以及在上述第一导电类型的半导体层上依次层叠设置的雪崩倍增层、光吸收层和窗层，上述窗层的一部分是第二导电类型区，上述光吸收层包括第一光吸收层和导电率比第一光吸收层高的第二光吸收层。

【技术特征摘要】
JP 2008-12-2 2008-307153一种雪崩光电二极管，包括衬底；在上述衬底上设置的第一导电类型的半导体层；以及在上述第一导电类型的半导体层上依次层叠设置的雪崩倍增层、光吸收层和窗层，上述窗层的一部分是第二导电类型区，上述光吸收层包括第一光吸收层和导电率比第一光吸收层高的第二光吸收层。2. 如权利要求l所述的雪崩光电二极管，其特征在于 第二光吸收层在第一光吸收层的窗层侧形成。3. 如权利要求2所述的雪崩光电二极管，其特征在于第二光吸收层是第一导电类型的光吸收层；第一光吸收层是未掺杂型的光吸收层。4. 如权利要求l所述的雪崩光电二极管，其特征在于 光吸收层包括第一导电类型的光吸收层和第二导电类型的光吸收层。5. 如权利要求l所述的雪崩光电二极管，其特征在于 光吸收层包括未掺杂型的光吸收层和第二导电类型的光吸收层。6. 如权利要求l所述的雪崩光电二极管，其特...

【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]