專利名稱：光接收元件及其制造方法以及具有內(nèi)建電路的光接收元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光接收元件、其制造方法、以及具有內(nèi)建電路的光接收元件。
背景技術(shù)：
光電二極管已知為一種類型的光接收元件。光電二極管具有用于將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號的光電轉(zhuǎn)換功能，并且廣泛應(yīng)用于光拾取器、光學(xué)空間傳輸器件(optical spatial transmission devices)等。
光電二極管如下地進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
對形成于光電二極管內(nèi)半導(dǎo)體層中的PN結(jié)施加反向偏置電壓，并且以光照射通過施加反向偏置電壓而形成的耗盡層以及耗盡層的附近。由此，在半導(dǎo)體層中產(chǎn)生載流子(光生載流子)。光生載流子依照產(chǎn)生于擴(kuò)散層中的電勢梯度(內(nèi)建電場)移動到達(dá)耗盡層，在耗盡層產(chǎn)生了光學(xué)活化力(opticalactivating force)(光電流)。
近來，對諸如CD(光盤)、DVD(數(shù)字化視頻光盤)等光學(xué)記錄媒質(zhì)的需求增大。為滿足這一需要，正在積極地研究用作包括于光盤設(shè)備中的光拾取器的光電二極管，該光盤設(shè)備用于向光學(xué)記錄媒質(zhì)記錄信息和/或從光學(xué)記錄媒質(zhì)重現(xiàn)信息。
通常，光學(xué)記錄媒質(zhì)的記錄密度可隨著用作光源的半導(dǎo)體激光器的諧振波長的縮短而增大。用于光拾取器的半導(dǎo)體激光器的諧振波長在光學(xué)記錄媒質(zhì)為CD的情況下為780nm，而在光學(xué)記錄媒質(zhì)為DVD的情況下為650nm。隨著光學(xué)記錄媒質(zhì)記錄密度的增大，要求具有更短諧振波長的半導(dǎo)體激光器。預(yù)期，將來會需要一種用于發(fā)射具有約405nm波長的光的半導(dǎo)體激光器。所需要的半導(dǎo)體激光器的諧振波長將不得不越來越短。
隨著用作光源的半導(dǎo)體激光器的諧振波長變短，光電二極管的半導(dǎo)體層的光吸收系數(shù)增大。例如，硅的光吸收系數(shù)對于波長為650nm的光為2500cm-1，而對于波長為410nm的光為30000cm-1。硅的光吸收系數(shù)對于波長為410nm的光是波長為650nm的光的10倍或更高。
半導(dǎo)體層的厚度(從半導(dǎo)體層的表面起的深度)隨著諧振波長變短而減小，其中在該半導(dǎo)體層，進(jìn)入半導(dǎo)體層內(nèi)部的光強(qiáng)為半導(dǎo)體層表面處光強(qiáng)的10％。對于硅，這一厚度對于波長為650nm的光為9.2μm，而對于波長為410nm的光為0.76μm。厚度對于波長為410nm的光為對于波長為650nm的光的1/10或更小。
由此，隨著由半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光的諧振波長變短，光電二極管的光吸收系數(shù)增大。
因此，當(dāng)半導(dǎo)體激光器的諧振波長縮短時，產(chǎn)生于光電二極管的半導(dǎo)體層表面附近的電子-空穴對(光生載流子)的數(shù)量增加。預(yù)期，這將導(dǎo)致半導(dǎo)體層表面附近的光生載流子的行為極大地影響光電二極管的靈敏度和響應(yīng)速度。例如，用于接收光的光電二極管的光接收部分表面附近的雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)濃度分布將極大地影響光電二極管的光接收靈敏度。
現(xiàn)在已經(jīng)要求光電二極管具有更快的響應(yīng)速度。為了提高光電二極管的響應(yīng)速度，通過使用具有大于等于約100Ωcm的高電阻率的襯底或具有形成于其上的大于等于約100Ωcm的高電阻率外延層的襯底，來減小光電二極管的結(jié)電容。在本說明書下面的介紹中，具有大于等于約100Ωcm的高電阻率的襯底以及具有形成于其上的大于等于約100Ωcm的高電阻率外延層的襯底統(tǒng)稱為“高電阻率襯底”。
例如，日本專利待審查公開No.7-240534公開了一種可處理短波長光的采用高電阻率襯底的光接收元件。
圖8為示出在日本專利待審查公開No.7-240534中公開的傳統(tǒng)光接收元件100的結(jié)構(gòu)的示意截面圖。為方便起見，圖8顯示了光接收元件100的一部分。
光接收元件100包括含硅的、具有高電阻率的n-半導(dǎo)體襯底103(以下，表示為n-高電阻率半導(dǎo)體襯底103)；以及，通過從n-高電阻率半導(dǎo)體襯底103的表面以1×1020cm-3的峰值濃度擴(kuò)散p型雜質(zhì)至小于等于約0.1μm的深度而形成的p+雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)105。以下，p+雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)105將稱作“光接收部分?jǐn)U散層”。光接收部分?jǐn)U散層105為外延層。
將光接收部分?jǐn)U散層105用作陽極。在光接收部分?jǐn)U散層105上形成氧化層106。光接收部分?jǐn)U散層105經(jīng)形成于氧化層106中的開口連接至由金屬層形成的陽極電極107a。
光接收部分?jǐn)U散層105中的陽極電極形成區(qū)105a形成得比光接收部分(其上未形成電極的光接收部分?jǐn)U散層105的中間區(qū)域)更深。利用這一結(jié)構(gòu)，降低了光接收元件100的電阻。光接收元件100構(gòu)造為使得光接收部分?jǐn)U散層105中p型雜質(zhì)的峰值濃度的位置盡可能地接近光接收部分?jǐn)U散層105的表面。
形成用作陰極的n+雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)(陰極擴(kuò)散層)104，使其圍繞光接收部分?jǐn)U散層105。
每個n+雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)104都經(jīng)形成于氧化層106中的開口而連接至由金屬層形成的陰極電極107b。
底部N+擴(kuò)散層102和底部氧化層101按此順序形成于n-半導(dǎo)體襯底103的底面上。
在光接收元件100中，在形成于陰極擴(kuò)散層104上的陰極電極107b與形成于光接收部分?jǐn)U散層105上的陽極電極107a之間施加指定的電壓。由此，向光接收部分?jǐn)U散層105與n-半導(dǎo)體襯底103之間的PN結(jié)施加反向偏置電壓。
圖9為示出沿圖8的線X′-Y′截取的截面處，光接收部分?jǐn)U散層105和n-高電阻率半導(dǎo)體襯底103的雜質(zhì)濃度分布的示意圖。
圖9中，縱軸表示硅中的雜質(zhì)濃度，而橫軸表示從光電二極管的表面起(即，從光接收部分?jǐn)U散層105的表面起)的深度。
如圖9所示，n-高電阻率半導(dǎo)體襯底103具有很低的雜質(zhì)濃度。因此，在施加反向偏置電壓時，形成了從光接收部分?jǐn)U散層105與n-高電阻率半導(dǎo)體襯底103之間的結(jié)朝向n-高電阻率半導(dǎo)體襯底103展寬地延伸的耗盡層。由此減小了光電二極管的結(jié)電容，這實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)速度。
在此情況下，當(dāng)由光接收元件100接收的光的波長變短，并且由此增大了光接收元件100表面附近吸收的光量時，產(chǎn)生于光接收部分?jǐn)U散層105中的光生載流子的數(shù)量增大，從而導(dǎo)致了光接收部分?jǐn)U散層105表面附近的復(fù)合，并且由此降低了光接收元件100的量子效率。然而，在光接收元件100中，光接收部分?jǐn)U散層105形成為淺至小于等于約0.1μm，從而防止量子效率降低。由于此種結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生于光接收部分?jǐn)U散層105中的光生載流子的數(shù)量減少，而產(chǎn)生于比光接收部分?jǐn)U散層105更深的水平處的光生載流子的數(shù)量增大。因此，更大數(shù)量的光生載流子抵達(dá)耗盡層。由此，使光接收元件100獲得了改善的靈敏度。
另外，由于光接收部分?jǐn)U散層105如上所述地淺，因此雜質(zhì)濃度分布可如圖9中一樣陡，這導(dǎo)致了電勢梯度的陡峭。當(dāng)這一情況發(fā)生時，可改善光生載流子移動至耗盡層的速度。因此，光生載流子可在復(fù)合發(fā)生前到達(dá)耗盡層。由此，光接收元件100獲得了改善的靈敏度。
在雜質(zhì)的峰值濃度位置位于光接收部分?jǐn)U散層105內(nèi)部的情況下，產(chǎn)生于表面附近的光生載流子不是處于光接收部分?jǐn)U散層105的表面，而是根據(jù)光接收部分?jǐn)U散層105中雜質(zhì)的濃度分布朝向表面運(yùn)動。這促進(jìn)了表面處的復(fù)合。為防止光生載流子向表面運(yùn)動，光接收元件100構(gòu)造為使得雜質(zhì)的峰值濃度位置盡可能地接近光接收部分?jǐn)U散層105的表面，如圖9所示。按此方式，抑制了表面處的復(fù)合，并且光接收元件100獲得了改善的靈敏度。
近來，如上所述，需要更高的密度和更高的響應(yīng)速度用于光學(xué)記錄媒質(zhì)。為了適應(yīng)這一要求，由用作光源的半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光的波長變得越來越短。
然而，隨著光的波長變短，光接收元件的靈敏度降低。例如，硅的光電轉(zhuǎn)換效率對于λ＝780nm波長的光理論上為0.629A/W，對于λ＝650nm波長的光為0.524A/W，而對于λ＝405nm波長的光為0.327A/W。
因此，對于由光接收元件接收的相同的光量，當(dāng)光的波長變短時，所得電流的大小變小。這降低了電路的S/N比。在這種情況下，需要提高量子效率使其盡可能地為100％。特別是在使用藍(lán)色激光的光盤設(shè)備中，強(qiáng)烈地需要提高對于405nm波長的量子效率至接近100％，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度。
在日本專利待審查公開No.7-240534中介紹的光接收元件100中，光接收部分?jǐn)U散層形成為淺至小于等于約0.1μm，使得產(chǎn)生于光接收部分?jǐn)U散層中的光生載流子的數(shù)量減少，并且改善了光接收的靈敏度。峰值雜質(zhì)濃度的位置盡可能地接近光接收部分?jǐn)U散層的表面，從而抑制了表面處的復(fù)合，并且改善了光接收的靈敏度。“峰值雜質(zhì)濃度”表示雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度的峰值?！半s質(zhì)擴(kuò)散層”通過擴(kuò)散雜質(zhì)形成。
當(dāng)光學(xué)記錄媒質(zhì)的記錄密度增大時，需要光接收元件的更高的數(shù)據(jù)讀取速度，并且由此需要的更高的響應(yīng)速度。光接收元件的響應(yīng)速度fc通常表示為fc(-3dB)＝1/(2πRC)其中，R表示光接收元件的諸如陰極電阻、陽極電阻等的串聯(lián)電阻，而C表示光接收元件的電容。由上面的表述可以理解，光接收元件的響應(yīng)速度隨著光接收元件的串聯(lián)電阻和電容的減小而增大。
在日本專利待審查公開No.7-240534中介紹的光接收元件100中，使用了n高電阻率半導(dǎo)體襯底，使得光接收元件的電容充分地降低。然而，淺至小于等于約0.1μm的光接收部分?jǐn)U散層105具有很高的電阻。為降低光接收元件的串聯(lián)電阻從而實(shí)現(xiàn)更高的響應(yīng)速度，期望將光接收部分?jǐn)U散層105形成得比約0.1μm更深，同時避免降低量子效率。
需要提供一種光接收元件，由于外延層中的光接收部分?jǐn)U散層從其表面起形成得足夠深而使得該光接收元件具有較高的響應(yīng)速度和較低的電阻，并且還具有對于具有短至例如405nm的波長的光的改善的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種光接收元件，包括襯底；以及，外延層，設(shè)置在襯底上并包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層。該預(yù)定深度為小于等于約0.3μm。雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1020cm-3的雜質(zhì)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，襯底為第一導(dǎo)電類型，而雜質(zhì)為第二導(dǎo)電類型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，外延層為第一導(dǎo)電類型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，外延層為第二導(dǎo)電類型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，雜質(zhì)擴(kuò)散層具有大于等于約1×1017cm-3但小于約1×1020cm-3的峰值雜質(zhì)濃度。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，該預(yù)定深度大于約0.1μm但小于等于約0.3μm。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，雜質(zhì)擴(kuò)散層具有超向外延層表面增大的濃度。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，雜質(zhì)為砷。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型為p型，而第二導(dǎo)電類型為n型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，還包括反射防止層，反射防止層包括氧化層和Si3N4層，并且設(shè)置在外延層的表面上。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，外延層為具有大于等于約100Ωcm的電阻率的高電阻率層。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，還包括具有大于等于約100Ωcm的電阻率的高電阻率層，并且高電阻率層設(shè)置在襯底與外延層之間。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，光接收元件執(zhí)行具有大于等于約390nm但小于等于約420nm波長的光的光電轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種制造光接收元件的方法，包括步驟在襯底上形成外延層；以及，向外延層中注入雜質(zhì)至預(yù)定深度，從而形成雜質(zhì)擴(kuò)散層。該預(yù)定深度約為0.3μm或更小。雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1020cm-3的雜質(zhì)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，形成雜質(zhì)擴(kuò)散層的步驟包括經(jīng)形成于外延層表面上的氧化層離子注入雜質(zhì)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種具有內(nèi)建電路的光接收元件，包括光接收元件，包括襯底；以及，外延層，設(shè)置在襯底上并包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中該預(yù)定深度約為0.3μm或更小，并且雜質(zhì)擴(kuò)散層包括小于約1×1020cm-3的濃度的雜質(zhì)；以及，電路元件，設(shè)置在襯底上。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種光接收元件，包括襯底；以及，設(shè)置在襯底上的外延層，并且外延層包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層。該預(yù)定深度大于約0.3μm但小于等于約1.2μm。雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1019cm-3的雜質(zhì)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，襯底為第一導(dǎo)電類型，而雜質(zhì)為第二導(dǎo)電類型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，外延層為第一導(dǎo)電類型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，外延層為第二導(dǎo)電類型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，雜質(zhì)擴(kuò)散層具有大于等于約1×1017cm-3但小于約1×1019cm-3的峰值雜質(zhì)濃度。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，雜質(zhì)擴(kuò)散層具有超向外延層表面增大的濃度。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，雜質(zhì)為砷。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型為p型，而第二導(dǎo)電類型為n型。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，還包括反射防止層，反射防止層包括氧化層和Si3N4層，并且設(shè)置在外延層的表面上。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，外延層為具有大于等于約100Ωcm的電阻率的高電阻率層。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，還包括具有大于等于約100Ωcm的電阻率的高電阻率層，并且高電阻率層設(shè)置在襯底與外延層之間。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，光接收元件執(zhí)行具有大于等于390nm但小于等于420nm波長的光的光電轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種制造光接收元件的方法，包括步驟在襯底上形成外延層；以及，向外延層中注入雜質(zhì)至預(yù)定深度，從而形成雜質(zhì)擴(kuò)散層。該預(yù)定深度大于約0.3μm但小于等于約1.2μm。雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1019cm-3的雜質(zhì)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，形成雜質(zhì)擴(kuò)散層的步驟包括經(jīng)形成于外延層表面上的氧化層離子注入雜質(zhì)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種具有內(nèi)建電路的光接收元件，包括光接收元件，包括襯底；以及，設(shè)置在襯底上的外延層，并且外延層包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中該預(yù)定深度大于約0.3μm但小于等于約1.2μm，并且雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1019cm-3的雜質(zhì)；以及，電路元件，設(shè)置在襯底上。
在襯底上包括外延層和從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層的光接收元件中，產(chǎn)生于雜質(zhì)擴(kuò)散層中的光生載流子通過由雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度梯度導(dǎo)致的電勢梯度運(yùn)動至耗盡層。由此，產(chǎn)生了光電流。當(dāng)雜質(zhì)擴(kuò)散層具有高雜質(zhì)濃度時，光生載流子的壽命縮短；即光生載流子到達(dá)耗盡層前復(fù)合并消失。這種光生載流子無法對光電流產(chǎn)生貢獻(xiàn)，并且由此降低了光接收元件的靈敏度(量子效率)。
由于由光接收元件接收的光的波長被縮短(例如，至約390nm至420nm)，光接收元件的半導(dǎo)體層中的光吸收系數(shù)增大，導(dǎo)致了光從半導(dǎo)體層的表面穿透半導(dǎo)體層僅較小的距離。這增大了雜質(zhì)擴(kuò)散層中的光生載流子的數(shù)量。由此，在雜質(zhì)擴(kuò)散層具有高雜質(zhì)濃度的情況下，光接收元件的量子效率明顯降低。
為了防止雜質(zhì)擴(kuò)散層中的光生載流子復(fù)合，并且由此防止了量子效率降低，具有高雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)擴(kuò)散層通常形成得很淺(即，具有小于等于約0.1μm的深度)。在此情況下，雜質(zhì)濃度分布很陡，并且由此使得電勢梯度很陡，從而增大了移動至耗盡層的光生載流子的速度。因此，光生載流子可抵達(dá)耗盡層，而不復(fù)合。根據(jù)此方法，然而，雜質(zhì)擴(kuò)散層很淺，并且由此使得電阻很高，這升高了光電二極管的串聯(lián)電阻。由此，降低了光接收元件的響應(yīng)速度。
根據(jù)本發(fā)明，雜質(zhì)擴(kuò)散層形成得很深，從而降低了電阻，由此實(shí)現(xiàn)了高速響應(yīng)。另外，根據(jù)本發(fā)明，雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度被降低，從而允許光生載流子運(yùn)動至耗盡層，而不復(fù)合，這延長了光生載流子的壽命。
例如，在雜質(zhì)擴(kuò)散層從外延層的表面形成至大于約0.1μm但小于等于0.3μm的深度的情況下，雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度低于約1×1020cm-3。在雜質(zhì)擴(kuò)散層從外延層的表面形成至大于約0.3μm但小于等于1.2μm的深度的情況下，雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度低于約1×1019cm-3。當(dāng)雜質(zhì)濃度太低時，降低了響應(yīng)速度。這樣，當(dāng)需要高速響應(yīng)時，峰值雜質(zhì)濃度優(yōu)選大于等于約1×1017cm-3。
當(dāng)峰值雜質(zhì)濃度的位置位于雜質(zhì)擴(kuò)散層內(nèi)，而不在其表面時，產(chǎn)生于表面附近的光生載流子依據(jù)雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度分布朝向雜質(zhì)擴(kuò)散層的表面運(yùn)動。由此，促進(jìn)了表面處光生載流子的復(fù)合。為了防止了種情況，雜質(zhì)優(yōu)選分布在雜質(zhì)擴(kuò)散層中，使得雜質(zhì)具有朝向表面增大的濃度。在此情況下，表面處光生載流子的復(fù)合被抑制，并且由此改善了光接收元件的靈敏度。
雜質(zhì)擴(kuò)散層優(yōu)選通過經(jīng)形成于外延層表面上的氧化層執(zhí)行離子注入而形成。該形成優(yōu)選控制為使得峰值雜質(zhì)濃度的位置在氧化層內(nèi)。由此，可容易地形成具有朝向外延層表面增大的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度分布。
作為雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)，優(yōu)選使用砷，由于砷具有很低的擴(kuò)散系數(shù)，并且因此可容易地控制雜質(zhì)擴(kuò)散層深度。特別是，在一個襯底上包括光接收元件和電路元件的具有內(nèi)建電路的光接收元件由于用于形成電路的熱處理而暴露于高溫。因此，優(yōu)選通過使用具有低擴(kuò)散系數(shù)的砷來控制雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度。
在外延層的表面上設(shè)置由氧化層和Si3N4形成的反射防止層的情況下，可進(jìn)一步改善光接收元件的靈敏度。
在雜質(zhì)擴(kuò)散層接近襯底的表面上設(shè)置具有大于等于約100Ωcm的高電阻率的高電阻率半導(dǎo)體層的情況下，在施加反向偏致電壓時，耗盡層朝向高電阻率層延伸。由此，降低了光接收元件的電容，從而實(shí)現(xiàn)了高速響應(yīng)。外延層可為高電阻率層。
由此，此處描述的本發(fā)明使提供具有對于短波長光的高靈敏度并具有高響應(yīng)速度的光接收元件、其制造方法以及具有內(nèi)建電路的光接收元件的優(yōu)點(diǎn)成為可能。
本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，將通過閱讀并理解下面參照附圖進(jìn)行的詳細(xì)介紹而變得明顯易懂。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一示例的具有內(nèi)建電路的光接收元件的示意結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2為示出雜質(zhì)濃度分布的視圖，用于說明產(chǎn)生于圖1的具有內(nèi)建電路的光接收元件的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層中的光生載流子的行為；圖3為示出雜質(zhì)濃度分布的視圖，用于說明產(chǎn)生于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層中的光生載流子的行為；圖4為示出對于波長405nm的光的量子效率的視圖，其在雜質(zhì)擴(kuò)散深度和峰值雜質(zhì)濃度變化的情況下獲得；圖5為示意地示出在沿圖1的線X-Y截取的具有內(nèi)建電路的光接收元件的截面處的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層、n型外延層和p型高電阻率外延層的雜質(zhì)濃度分布的視圖；圖6A至6D為示出制造圖1所示的具有內(nèi)建電路的光接收元件的方法的截面圖；圖7為示意地示出與圖5相對應(yīng)的，根據(jù)本發(fā)明第二示例具有內(nèi)建電路的光接收元件的雜質(zhì)濃度分布的視圖；
圖8為示出傳統(tǒng)光接收元件的結(jié)構(gòu)的示意截面圖；以及圖9為示意地示出沿圖8的線X′-Y′截取的截面處的光接收部分?jǐn)U散層和n-高電阻率半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度分布的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖以說明性示例的方式介紹本發(fā)明。
在下面的描述中，將在一個襯底上包括光接收元件和電路元件的、具有內(nèi)建電路的光接收元件作為示例介紹。本發(fā)明不限于此類具有內(nèi)建電路的光接收元件，還涵蓋了在襯底上包括光接收元件而不具有電路元件的結(jié)構(gòu)。
示例1圖1為示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第一示例的具有內(nèi)建電路20的光接收元件結(jié)構(gòu)的截面圖。為方便起見，圖1示出了具有內(nèi)建電路20的光接收元件的包括一個光電二極管區(qū)域和一個雙極晶體管元件區(qū)域的部分。
具有內(nèi)建電路20的光接收元件包括p型半導(dǎo)體襯底1，由硅等形成并具有約40Ωcm的電阻率；p型高濃度埋入擴(kuò)散層2；p型高電阻率外延層3，具有大于等于約100Ωcm的電阻率；以及，n型外延層6，具有約1Ωcm至5Ωcm的電阻率。層2、3和6按此順序依次堆疊在p型半導(dǎo)體襯底1上。
具有內(nèi)建電路20的光接收元件包括光電二極管區(qū)域30和鄰近光電二極管區(qū)域30的雙極晶體管元件區(qū)域40。光電二極管區(qū)域30起光接收元件的作用，而雙極晶體管元件區(qū)域40起電路元件的作用。
光電二極管區(qū)域30和雙極晶體管元件區(qū)域40彼此通過p型埋入擴(kuò)散層4和p型分離擴(kuò)散層7隔開。p型埋入擴(kuò)散層4設(shè)置在p型高電阻率外延層3中，并且從p型高電阻率外延層3與p型高濃度埋入擴(kuò)散層2之間的界面延伸至p型高電阻率外延層3與n型外延層6之間的界面。p型分離擴(kuò)散層7設(shè)置在n型外延層6中，并且從n型外延層6的頂面延伸至p型埋入擴(kuò)散層4。
光電二極管區(qū)域30包括n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8，其通過以小于約1×1020cm-3的峰值濃度(例如，約8×1019cm-3)從n型外延層6的表面擴(kuò)散n型雜質(zhì)至小于等于約0.3μm的深度(例如，約0.3μm)而形成。
雙極晶體管元件區(qū)域40包括埋在p型高電阻外延層3與n型外延層6之間的n型埋入擴(kuò)散層5。在n型埋入擴(kuò)散層5上，彼此相鄰地設(shè)置雙極n型阱擴(kuò)散層9和另一個n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8。在雙極n型阱擴(kuò)散層9中，p-基極擴(kuò)散層10和p+基極擴(kuò)散層11設(shè)置為使得p+基極擴(kuò)散層11圍繞p-基極擴(kuò)散層10。n型發(fā)射極擴(kuò)散層12設(shè)置在p-基極擴(kuò)散層10。
表面保護(hù)絕緣層13設(shè)置在n型外延層6的整個表面上，n型外延層6包括如上所述的光電二極管區(qū)域30和雙極晶體管元件區(qū)域40的上述各層。在表面保護(hù)絕緣層13中形成開口。該開口抵達(dá)光電二極管區(qū)域30中的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8和p型分離擴(kuò)散層7、以及雙極晶體管元件區(qū)域40中的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8、p+基極擴(kuò)散層11和n型發(fā)射極擴(kuò)散層12。每個開口都填以引線(電極)金屬層14。
圖2和3都示意性地示出雜質(zhì)濃度分布，其說明了產(chǎn)生于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8中的光生載流子的行為。在圖2和3中，縱軸表示硅中的雜質(zhì)濃度，而橫軸表示從光電二極管區(qū)域表面起(從n型外延層6的表面起)的深度。
如圖2所示，產(chǎn)生于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8中的光生載流子由n型雜質(zhì)的濃度梯度產(chǎn)生的電勢梯度而運(yùn)動至耗盡層，并且由此產(chǎn)生了光電流。然而，當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的雜質(zhì)濃度太高時，光生載流子發(fā)生復(fù)合并且在抵達(dá)耗盡層之前消失，由此縮短了光生載流子的壽命。在此情況下，光生載流子無法為光電流的產(chǎn)生做出貢獻(xiàn)，并且由此降低了光電二極管區(qū)域30的量子效率。
特別是，當(dāng)光波長縮短并且由此使光吸收系數(shù)增大(導(dǎo)致了光穿透半導(dǎo)體層僅僅較小的距離)時，產(chǎn)生于n型半導(dǎo)體擴(kuò)散層8中的光生載流子的數(shù)量增加。因此，當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8太高時，明顯降低了光電二極管區(qū)域30的量子效率。
為了防止由于高濃度雜質(zhì)擴(kuò)散層中光生載流子的復(fù)合而降低量子效率，并且由此最優(yōu)化雜質(zhì)濃度分布，給出了以下兩種可選用的方法。
方法1(圖3)當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的雜質(zhì)濃度很高時，為了使雜質(zhì)濃度分布的梯度更陡從而使電勢梯度更陡，將n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8形成得很淺。在此情況下，運(yùn)動至耗盡層的光生載流子的速度與n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8更深的情況相比更高。由此，光生載流子可在不復(fù)合的情況下運(yùn)動至耗盡層。
方法2當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8很深時，雜質(zhì)濃度被降低，從而允許光生載流子可在不復(fù)合的情況下運(yùn)動至耗盡層，由此延長了光生載流子的壽命。
根據(jù)方法1，由于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8很淺，增大了電阻并且由此降低了響應(yīng)速度。因此，本發(fā)明采取方法2，使得光電二極管區(qū)域30具有提高的響應(yīng)速度和改善的量子效率。
圖4為示出對于波長405nm的光的量子效率的視圖，其在變化n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的擴(kuò)散深度和雜質(zhì)濃度的同時獲得。在圖4中，縱軸表示對于波長405nm的光，光電二極管區(qū)域30的量子效率。橫軸表示n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的峰值雜質(zhì)濃度。
如圖4所示，即使是在采用具有短至405nm的波長的光時，在n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8從外延層6的表面起的深度為約0.3μm的情況下，直到峰值雜質(zhì)濃度小于約1×1020cm-3時，量子效率都不會降低。即使是在n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8比0.3μm還淺時，由于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的電勢梯度增大，直到雜質(zhì)濃度小于約1×1020cm-3時，量子效率都不會降低。
然而，當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的深度為小于等于約0.1μm時，由于影響光電二極管區(qū)域30的響應(yīng)速度的陰極電阻升高，光電二極管區(qū)域30的響應(yīng)速度降低。因此，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的深度優(yōu)選高于約0.1μm。在具有內(nèi)建電路20的光接收元件中，由于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8利用用于形成電路的熱處理而暴露于高溫中，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8應(yīng)該比約0.1μm更深。
圖5為示意地示出沿圖1的線X-Y截取的具有內(nèi)建電路20的光接收元件的截面處，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8、n型外延層6和p型高電阻率外延層3的雜質(zhì)濃度分布的視圖。圖5中，縱軸表示硅中的雜質(zhì)濃度，而橫軸表示從光電二極管的表面起(從n型外延層6的表面起)的深度。
在第一示例中，如圖5所示，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8具有約8×1019cm-3的峰值雜質(zhì)濃度并從n型外延層6的表面延伸至約0.3μm的深度。因此，如圖4所示，光電二極管區(qū)域30在不降低量子效率的情況下具有很高的靈敏度。由于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的深度為約0.3μm，可降低影響光電二極管區(qū)域30的響應(yīng)速度的陰極電阻，從而增加光電二極管區(qū)域30的響應(yīng)速度。
為抑制光電二極管區(qū)域30表面的光反射，可在光接收部分的表面，即n型外延層6的表面，設(shè)置由氧化層(例如，SiO2)和Si3N4層形成的反射保護(hù)層。這進(jìn)一步改善了光電二極管區(qū)域30的靈敏度。另外，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的雜質(zhì)濃度分布設(shè)置為使其朝向n型外延層6的表面增大。由此，對于適于藍(lán)光激光光盤設(shè)備的具有405nm波長的光，光電二極管區(qū)域30的量子效率約為100％。
圖6A至6D為示出第一示例中的具有內(nèi)建電路20的光接收元件的方法的截面圖。同樣，為方便起見，圖6A至6D每個都示出了具有內(nèi)建電路20的光接收元件包括一個光電二極管區(qū)域和一個雙極晶體管元件區(qū)域的部分。
首先，如圖6A所示，在p型半導(dǎo)體襯底1上形成p型高濃度埋入擴(kuò)散層2。然后，在p型高濃度埋入擴(kuò)散層2上通過外延生長形成p型高電阻率外延層3。在第一示例中，在p型半導(dǎo)體襯底1上形成p型高濃度埋入擴(kuò)散層2。除了p型半導(dǎo)體襯底1與p型高濃度埋入擴(kuò)散層2的組合外，可使用p型低電阻率襯底。
然后，在p型高電阻率外延層3上沉積p型雜質(zhì)層，或者將p型雜質(zhì)離子注入p型高電阻率外延層3，并且對p型高電阻率外延層3進(jìn)行熱處理。由此，在p型高電阻率外延層3中形成到達(dá)p型高電阻率外延層3與p型高濃度埋入擴(kuò)散層2之間的界面處的p型埋入擴(kuò)散層4。
如圖6B所示，然后在p型高電阻率外延層3的將包括于雙極晶體管元件區(qū)域40中的區(qū)域上形成作為集電極的n型埋入擴(kuò)散層5。
然后，如圖6C所示，在p型高電阻率外延層3的整個表面上形成n型外延層6，使其覆蓋p型埋入擴(kuò)散層4和n型埋入擴(kuò)散層5。n型外延層6形成為例如約0.8μm至3.0μm的厚度并具有約1Ωcm至5Ωcm的電阻率。除n型外延層6外，可形成p型外延層。n型外延層6可優(yōu)選具有大于等于約100Ωcm的電阻率，在此情況下，光電二極管電容被降低，并且光電二極管區(qū)域30的響應(yīng)速度增大。
然后，在n型埋入擴(kuò)散層5上的n型外延層6的預(yù)定位置形成雙極n型阱擴(kuò)散層9。如上所述，在p型高電阻率外延層3的將包括于雙極晶體管元件區(qū)域40內(nèi)的預(yù)定區(qū)域上形成n型埋入擴(kuò)散層5。從n型外延層6的表面離子注入p型雜質(zhì)，從而形成到達(dá)p型埋入擴(kuò)散層4的p型分離擴(kuò)散層7。
從n型外延層6的表面離子注入n型雜質(zhì)，從而在n型外延層6中將包括于光電二極管區(qū)域30內(nèi)的預(yù)定區(qū)域、以及n型埋入擴(kuò)散層5(將包括于雙極晶體管元件區(qū)域40)上形成n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8。n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8從n型外延層6的表面形成至約0.3μm的深度。n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8形成為使得峰值雜質(zhì)濃度為約8×1019cm-3。由于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8可在光電二極管區(qū)域30和雙極晶體管元件區(qū)域40中在同一步驟內(nèi)形成，因此可減少步驟數(shù)。
為了形成n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8，優(yōu)選執(zhí)行經(jīng)過形成于n型外延層6表面上的氧化層的離子注入。按此方式，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8的深度可以更加容易地控制。另外，氧化層在離子注入期間可具有峰值雜質(zhì)濃度。按此方式，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8可更加容易獲得具有朝向n型外延層6表面增大的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度分布。
為將雜質(zhì)擴(kuò)散至小于等于約0.3μm的深度，優(yōu)選使用砷作為n型雜質(zhì)，因?yàn)檫@將有利于控制擴(kuò)散層的深度。具有低擴(kuò)散系數(shù)的硅的使用尤其優(yōu)選于具有內(nèi)建電路的光接收元件，因?yàn)橛糜谥圃祀娐返臒崽幚韺?dǎo)致元件溫度升高。
然后，如圖6D所示，在雙極n型阱擴(kuò)散層9中形成p-基極擴(kuò)散層10和p+基極擴(kuò)散層11，并且隨后在p-基極擴(kuò)散層10中形成n型發(fā)射極擴(kuò)散區(qū)。雙極晶體管元件區(qū)域40的特性通過形成n型發(fā)射極擴(kuò)散層12后的熱處理而確定。
然后，如圖1所示，在n型外延層6的整個表面上形成表面保護(hù)絕緣層13，使其覆蓋其中形成的各層，并且在表面保護(hù)絕緣層13中形成開口。每個開口填以引線(電極)金屬層14。由此，完成了根據(jù)第一示例的具有內(nèi)建電路20的光接收元件。
示例2根據(jù)本發(fā)明第二示例的具有內(nèi)建電路的光接收元件與圖1所示的具有內(nèi)建電路20的光接收元件的區(qū)別在于，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層從n型外延層6(圖1)的表面起形成至大于0.3μm但小于等于約1.2μm(例如，0.5μm)的深度。n型雜質(zhì)擴(kuò)散層具有小于約1×1019cm-3的峰值雜質(zhì)濃度(例如，約8×1018cm-3)。對于其它方面，根據(jù)第二示例的具有內(nèi)建電路的光接收元件與具有內(nèi)建電路20的光接收元件相同。
如圖4所示，當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度約為0.5μm或約為1.2μm時，即使峰值雜質(zhì)濃度為約1×1020cm-3，量子效率也會降低。其原因在于，雜質(zhì)濃度分布的梯度較小，因此電勢梯度與n型雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度為約0.3μm的情況相比較為平緩。然而，即使是n型雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度約為0.5μm或約為1.2μm時，直到峰值雜質(zhì)濃度小于約1×1019cm-3，量子效率也不會降低。
當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層太深時，圖2中示出的雜質(zhì)濃度分布過于平緩，因此電勢梯度過于平緩。這導(dǎo)致了產(chǎn)生于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層中并運(yùn)動至耗盡層的光生載流子的擴(kuò)散速度降低。例如，在使用405nm波長的光的光盤設(shè)備中，當(dāng)n型雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度從n型外延層6的表面起大于1.2μm時，響應(yīng)速度下降不夠。因此，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度優(yōu)選小于等于約1.2μm。
圖7為示意性地示出具有第二示例中的光接收元件的內(nèi)建電路的光接收元件截面處(對應(yīng)于沿圖1的X-Y線截取的截面)，n型外延層6和p型高電阻率外延層3的雜質(zhì)濃度分布的視圖。圖7中，縱軸表示硅中的雜質(zhì)濃度，而橫軸表示從光電二極管的表面起(從n型外延層6的表面起)的深度。
在第二示例中，如圖7所示，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層具有8×1018cm-3的峰值雜質(zhì)濃度并從n型外延層6的表面起延伸0.5μm的深度。因此，如圖4所示，光電二極管區(qū)域在量子效率不降低的情況下而具有很高的靈敏度。由于第二示例中n型雜質(zhì)擴(kuò)散層比第一示例中的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層8更深，因此，影響光電二極管區(qū)域響應(yīng)速度的陰極電阻可進(jìn)一步降低，從而增大光電二極管區(qū)域的響應(yīng)速度。
本發(fā)明已通過在襯底上包括光接收元件和電路元件的具有內(nèi)建電路的光接收元件介紹如上。本發(fā)明包括了在襯底上包括光接收元件而沒有電路元件的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還可應(yīng)用于n型雜質(zhì)擴(kuò)散層設(shè)置在p型外延層而不是n型外延層中的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明可應(yīng)用于上述示例中的n型層或雜質(zhì)與p型層或雜質(zhì)互換的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，雜質(zhì)擴(kuò)散層從外延層的表面起形成至大于約0.1μm但小于等于約0.3μm范圍內(nèi)的深度。利用這種結(jié)構(gòu)，光接收元件的電阻降低，使得光接收元件的響應(yīng)速度提高。雜質(zhì)擴(kuò)散層具有小于1×1020cm-3的雜質(zhì)濃度。利用這種結(jié)構(gòu)，光生載流子的壽命可延長，并且光接收元件的光接收靈敏度得到改善，即使是對于大于等于390nm但小于等于420nm波長的光。雜質(zhì)擴(kuò)散層可具有大于等于1×1017cm-3但小于等于1×1020cm-3的峰值雜質(zhì)濃度。利用這種結(jié)構(gòu)，光接收元件具有了改善的光接收靈敏度，而不會降低光接收元件的響應(yīng)速度。
另外，根據(jù)本發(fā)明，從外延層的表面形成雜質(zhì)擴(kuò)散層至大于約0.3μm但小于等于約1.2μm范圍內(nèi)的深度。利用這種結(jié)構(gòu)，降低了光接收元件的電阻，從而提高了光接收元件的響應(yīng)速度。雜質(zhì)擴(kuò)散層具有小于約1×1019cm-3的雜質(zhì)濃度。利用這種結(jié)構(gòu)，可延長光生載流子的壽命，并且改善了光接收元件的光接收靈敏度，即使是對于具有大于等于約390nm但小于等于約420nm的短波長的光。雜質(zhì)擴(kuò)散層具有大于等于約1×1017cm-3但小于等于1×1020cm-3的峰值雜質(zhì)濃度。利用這種結(jié)構(gòu)，光接收元件可具有改善的光接收靈敏度，而不會降低響應(yīng)速度。
在雜質(zhì)分布于雜質(zhì)擴(kuò)散層使得雜質(zhì)濃度朝向外延層表面增大的情況下，防止電勢梯度朝向外延層的表面下降，從而抑制了表面處的光生載流子的復(fù)合。由此，改善了光接收元件的靈敏度。
在外延層的表面上形成氧化層，并且經(jīng)氧化層通過離子注入形成雜質(zhì)擴(kuò)散層使得雜質(zhì)濃度的峰值在氧化層中的情況下，更加容易形成具有朝向外延層的表面增大的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度分布。
優(yōu)選用砷作為雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)，由于砷具有很低的擴(kuò)散系數(shù)，并且由此使得雜質(zhì)擴(kuò)散層的深度易于控制。使用具有較低擴(kuò)散系數(shù)的砷特別優(yōu)選用于具有內(nèi)建電路的光接收元件，其中光接收元件和電路元件設(shè)置在一個襯底上。其原因在于，元件的溫度由于用于制造電路的熱處理而升高。
在外延層的表面上設(shè)置由氧化層和Si3N4層形成的反射保護(hù)層的情況下，可防止光在表面反射，由此改善了光接收元件的靈敏度。
在雜質(zhì)擴(kuò)散層接近襯底的表面上設(shè)置具有約100Ωcm或更高的電阻率的高電阻率外延層的情況下，在施加反向偏壓時，耗盡層朝向高電阻率外延層延伸。由此，光接收元件的電容減少，從而實(shí)現(xiàn)了很高的響應(yīng)速度。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，各種其它的改動是顯而易見的。因此，不應(yīng)將此處所附權(quán)利要求的范圍限于前面的表述，而是應(yīng)該按照權(quán)利要求所寬泛地描述的。
權(quán)利要求
1.一種光接收元件，包括襯底；以及外延層，設(shè)置在襯底上并包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中該預(yù)定深度為約0.3μm或更小，以及雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1020cm-3的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，其中襯底為第一導(dǎo)電類型，而雜質(zhì)為第二導(dǎo)電類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光接收元件，其中外延層為第一導(dǎo)電類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光接收元件，其中外延層為第二導(dǎo)電類型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，其中雜質(zhì)擴(kuò)散層具有大于等于約1×1017cm-3但小于約1×1020cm-3的峰值雜質(zhì)濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，其中該預(yù)定深度大于約0.1μm但小于等于約0.3μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，其中雜質(zhì)擴(kuò)散層具有朝向外延層表面增大的濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，其中雜質(zhì)為砷。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光接收元件，其中第一導(dǎo)電類型為p型，而第二導(dǎo)電類型為n型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，還包括反射防止層，反射防止層包括氧化層和Si3N4層，并且設(shè)置在外延層的表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，其中外延層為具有大于等于約100Ωcm的電阻率的高電阻率層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，還包括具有大于等于約100Ωcm的電阻率的高電阻率層，并且高電阻率層設(shè)置在襯底與外延層之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光接收元件，其中光接收元件執(zhí)行具有大于等于約390nm但小于等于約420nm的波長的光的光電轉(zhuǎn)換。
14.一種制造光接收元件的方法，包括步驟在襯底上形成外延層；以及向外延層中注入雜質(zhì)至預(yù)定深度，從而形成雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中該預(yù)定深度為約0.3μm或更小，以及雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1020cm-3的雜質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層的步驟包括經(jīng)形成于外延層表面上的氧化層離子注入雜質(zhì)的步驟。
16.一種具有內(nèi)建電路的光接收元件，包括光接收元件，包括襯底；以及外延層，該外延層設(shè)置在襯底上并包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中，該預(yù)定深度為約0.3μm或更小，并且雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1020cm-3的雜質(zhì)；以及電路元件，設(shè)置在襯底上。
17.一種光接收元件，包括襯底；以及外延層，其設(shè)置在襯底上并包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中該預(yù)定深度大于約0.3μm但小于等于約1.2μm，以及雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1019cm-3的雜質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，其中襯底為第一導(dǎo)電類型，而雜質(zhì)為第二導(dǎo)電類型。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光接收元件，其中外延層為第一導(dǎo)電類型。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光接收元件，其中外延層為第二導(dǎo)電類型。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，其中雜質(zhì)擴(kuò)散層具有大于等于約1×1017cm-3但小于約1×1019cm-3的峰值雜質(zhì)濃度。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，其中雜質(zhì)擴(kuò)散層具有朝向外延層表面增大的濃度。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，其中雜質(zhì)為砷。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光接收元件，其中第一導(dǎo)電類型為p型，而第二導(dǎo)電類型為n型。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，還包括反射防止層，反射防止層包括氧化層和Si3N4層，并且設(shè)置在外延層的表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，其中外延層為具有約100Ωcm或更大的電阻率的高電阻率層。
27.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，還包括具有約100Ωcm或更大的電阻率的高電阻率層，并且高電阻率層設(shè)置在襯底與外延層之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光接收元件，其中光接收元件執(zhí)行具有大于等于約390nm但小于等于約420nm波長的光的光電轉(zhuǎn)換。
29.一種制造光接收元件的方法，包括步驟在襯底上形成外延層；以及向外延層中注入雜質(zhì)至預(yù)定深度，從而形成雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中該預(yù)定深度大于約0.3μm但小于等于約1.2μm；以及雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1019cm-3的雜質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層的步驟包括經(jīng)形成于外延層表面上的氧化層離子注入雜質(zhì)的步驟。
31.一種具有內(nèi)建電路的光接收元件，包括光接收元件，包括襯底；以及設(shè)置在襯底上的外延層，并且外延層包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層，其中，該預(yù)定深度大于約0.3μm但小于等于約1.2μm，并且雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×1019cm-3的雜質(zhì)；以及電路元件，設(shè)置在襯底上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光接收元件及其制造方法以及具有內(nèi)建電路的光接收元件，其中該元件包括襯底；以及，外延層，設(shè)置在襯底上并包括從外延層的表面延伸至預(yù)定深度的雜質(zhì)擴(kuò)散層。該預(yù)定深度為小于等于約0.3μm。雜質(zhì)擴(kuò)散層包括濃度小于約1×10
文檔編號H01L27/14GK1487602SQ03155529
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者夏秋和弘, 福島稔彥, 彥 申請人:夏普株式會社