專利名稱：半導(dǎo)體受光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠降低響應(yīng)失真并且抑制受光靈敏性的降低的半導(dǎo)體受光元件。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著半導(dǎo)體受光元件的寬頻帶化，存在光吸收層的厚度薄膜化為 0. 5 2μπι并且半導(dǎo)體受光元件的靈敏性降低這樣的問題。因此，公知有為了抑制受光靈敏性的降低而在光吸收層之下設(shè)置有對(duì)透過光吸收層的光進(jìn)行反射的多層反射膜的半導(dǎo)體受光元件(例如，參照專利文獻(xiàn)1的圖2)。此外，由于光吸收層的薄膜化，未被光吸收層吸收而透過的入射光的比例增加。該透過的光被襯底下表面的電極反射，該反射光被光吸收層的未耗盡化的區(qū)域吸收，作為光電流被取出。對(duì)于該光電流來說，相對(duì)于入射光，響應(yīng)延遲，所以，存在產(chǎn)生響應(yīng)失真的問題。專利文獻(xiàn)1 日本特開平9-45954號(hào)公報(bào)。例如，若使用將對(duì)于波長為1. 27 μ m的入射光吸收系數(shù)較大的InGaAs層層疊了 10 層左右較厚的多層反射膜，則來自襯底的反射光被吸收，所以，能夠降低響應(yīng)失真。但是，當(dāng)使吸收系數(shù)較大時(shí)，多層反射膜的反射率變低，所以，存在半導(dǎo)體受光元件的受光靈敏性降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于得到一種能夠降低響應(yīng)失真并且抑制受光靈敏性的降低的半導(dǎo)體受光元件。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體受光元件，具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上依次層疊的摻雜有雜質(zhì)的第一導(dǎo)電型的光吸收復(fù)合層、第一導(dǎo)電型的多層反射膜、光吸收層以及窗層；第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)域，在所述窗層的一部分上形成；第一電極， 與所述摻雜區(qū)域連接；第二電極，與所述半導(dǎo)體襯底的下表面連接，其中，所述窗層的帶隙能量比所述光吸收層的帶隙能量大，所述光吸收復(fù)合層的帶隙能量比所述半導(dǎo)體襯底的帶隙能量小。根據(jù)本發(fā)明，能夠降低響應(yīng)失真并且抑制受光靈敏性的降低。


圖1是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。圖2是表示比較例的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。圖3是表示實(shí)施方式2的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。圖4是表示實(shí)施方式3的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。圖5是表示實(shí)施方式4的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。附圖標(biāo)記說明10η型InP襯底(半導(dǎo)體襯底)12光吸收復(fù)合層14多層反射膜16光吸收層18窗層20P型摻雜區(qū)域(摻雜區(qū)域)22P側(cè)電極(第一電極)26η側(cè)電極(第二電極)30雪崩倍增層(倍增層)34勢(shì)壘層。
具體實(shí)施例方式參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體受光元件進(jìn)行說明。對(duì)相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，并且有時(shí)省略重復(fù)說明。實(shí)施方式1
圖1是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。該半導(dǎo)體受光元件是InGaAs類的光電二極管。在載流子濃度為約5 X IO18CnT3的η型InP襯底10上，依次層疊有由載流子濃度為 1 X IO19CnT3的η型InGaAs構(gòu)成的厚度約0. 5 2. 0 μ m的光吸收復(fù)合層12、載流子濃度為約5 X IO18CnT3的η型的多層反射膜14、由非摻雜InGaAs構(gòu)成的厚度為0. 5 2 μ m的光吸收層16以及由非摻雜InP構(gòu)成的厚度約2μπι的窗層18。在窗層18的一部分上形成有載流子濃度為1 X IO19 1 X IO20Cm-3的ρ型摻雜區(qū)域 20。由Ti/Au等構(gòu)成的ρ側(cè)電極22與ρ型摻雜區(qū)域20連接。在窗層18上形成有由SiN 構(gòu)成的表面保護(hù)膜24。由AuGe/Au構(gòu)成的η側(cè)電極26與η型InP襯底10的下表面連接。此處，入射光的波長為1. 26 μ m 1. 36 μ m,例如是作為光通信波長帶的1. 27 μ m。 窗層18的帶隙能量比光吸收層16的帶隙能量大。光吸收復(fù)合層12的帶隙能量比η型InP 襯底10的帶隙能量小。多層反射膜14是將具有入射光的波長的1/4的厚度且折射率不同的InP層和InAlGaAs層交替地層疊的布拉格反射膜。表面保護(hù)膜24的厚度是入射光的波長的1/4。表面保護(hù)膜24也起到防反射膜的作用。接著，簡單地對(duì)上述的半導(dǎo)體受光元件的制造方法進(jìn)行說明。首先，在η型InP襯底 10 上，使用 MOCVD (Metal organic chemical vapor d印osition)法等，依次外延生長光吸收復(fù)合層12、多層反射膜14、光吸收層16以及窗層18。然后，在窗層18的一部分上，使Zn從窗層18的表面擴(kuò)散到達(dá)光吸收層16，形成ρ 型摻雜區(qū)域20。該擴(kuò)散方法是使用了掩模等的氣相擴(kuò)散或熱擴(kuò)散等。例如，在進(jìn)行熱擴(kuò)散的情況下，使SiN膜(未圖示)等的擴(kuò)散源成膜，在該SiN膜的形成ρ型摻雜區(qū)域20的區(qū)域上的區(qū)域形成開口部，在包含該開口部上的區(qū)域的SiN膜上形成ZnO膜(未圖示)等，將SiN 膜作為掩模進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的熱處理。并且，也能夠在擴(kuò)散中使用Cd或Be等的雜質(zhì)來代替 Zn。然后，除去SiN膜或ZnO膜等。然后，利用等離子體CVD法等，在窗層18的表面形成表面保護(hù)膜24。將光刻技術(shù)和使用了氫氟酸等的刻蝕進(jìn)行組合，然后在形成P側(cè)電極22的區(qū)域，在表面保護(hù)膜24上形成開口部。在表面保護(hù)膜24上形成光致抗蝕劑膜(未圖示)，并且，對(duì)其進(jìn)行構(gòu)圖，在表面保護(hù)膜24的開口部的區(qū)域進(jìn)一步形成開口部，之后，利用電子束(EB)蒸鍍形成Ti/Au膜之后， 將該膜的不需要部分與光致抗蝕劑膜一起剝離，形成P側(cè)電極22。此時(shí)，在表面保護(hù)膜24 上同時(shí)形成與P側(cè)電極22連接的焊盤(未圖示)。然后，對(duì)η型InP襯底10的下表面進(jìn)行研磨，在η型InP襯底10的下表面形成η側(cè)電極26。利用以上工序制造出圖1所示的半導(dǎo)體受光元件。接著，對(duì)半導(dǎo)體受光元件的基本動(dòng)作進(jìn)行說明。以η側(cè)電極26為正、ρ側(cè)電極22 為負(fù)的方式從外部施加反向偏置電壓。在該狀態(tài)下，利用由P型摻雜區(qū)域20和η型InP襯底10構(gòu)成的ρη結(jié)，在光吸收層16中形成耗盡層28。從半導(dǎo)體受光元件的上方向ρ型摻雜區(qū)域20入射的入射光透過表面保護(hù)膜24和InP窗層18，在光吸收層16的耗盡層28被吸收，產(chǎn)生電子和空穴。該電子和空穴被電場(chǎng)吸引，分別流向η型InP襯底10和ρ型摻雜區(qū)域20。由此產(chǎn)生的光電流作為信號(hào)電流從ρ側(cè)電極22以及η側(cè)電極26取出。然后，關(guān)于實(shí)施方式1的效果，與比較例進(jìn)行比較說明。圖2是表示比較例的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。在比較例中，不存在實(shí)施方式1的光吸收復(fù)合層12和多層反射膜 14。在比較例中，當(dāng)光吸收層16薄膜化時(shí)，半導(dǎo)體受光元件的靈敏性降低。另一方面， 在本實(shí)施形式中，未被光吸收層16吸收而透過的入射光的大部分被多層反射膜14反射，被光吸收層16吸收。因此，能夠抑制受光靈敏性的降低。此外，在比較例中，未被光吸收層16吸收而透過的入射光被η側(cè)電極26反射，該反射光被光吸收層16的未耗盡化的區(qū)域吸收，作為光電流而取出。對(duì)于該光電流來說，相對(duì)于入射光，響應(yīng)延遲，所以，產(chǎn)生響應(yīng)失真。另一方面，在本實(shí)施方式中，未被光吸收層16 吸收而透過并且未被多層反射膜14反射而透過的光被光吸收復(fù)合層12吸收，產(chǎn)生電子和空穴。在光吸收復(fù)合層12中摻雜有雜質(zhì)，所以，在光吸收復(fù)合層12中產(chǎn)生的電子和空穴不滯留地進(jìn)行復(fù)合而消失。因此，能夠降低響應(yīng)失真。此處，優(yōu)選光吸收復(fù)合層12的光學(xué)厚度是入射光的波長的1/4的整數(shù)倍。由此， 光吸收復(fù)合層12也發(fā)揮多層反射膜的功能，所以，能夠抑制反射率的降低。此外，優(yōu)選光吸收復(fù)合層12的厚度為0. 5μπι以上。由此，幾乎能夠全部吸收透過光吸收層16以及多層反射膜14的光。此外，當(dāng)多層反射膜14由對(duì)于入射光波長吸收較大的材料構(gòu)成時(shí)，多層反射膜14 的反射率降低。因此，為了降低多層反射膜14的入射光的吸收，所以，優(yōu)選多層反射膜14 的帶隙能量比0. SeV大。由此，能夠提高多層反射膜14的反射率。其結(jié)果是，透過多層反射膜14的入射光的比例減少，所以，能夠降低響應(yīng)失真。例如，在波長1. 27 μ m的入射光用的受光元件中，在使用將InP層和InGaAs層(帶隙能量為0. 75eV)交替地層疊的多層反射膜的情況下，InGaAs層的光的吸收較多，所以，得不到高的反射率。另一方面，當(dāng)使用將InP層和InAlGaAs層交替地層疊的多層反射膜時(shí)， 由于InAlGaAs層的光的吸收較少，所以，得到高的反射率。但是，由于折射率差隨著使Al 組成增大而變小，所以，反射率在某個(gè)Al組成為最大，然后逐漸降低。因此，選擇多層反射膜14的Al組成，使得反射率最大。此外，即便在將InP層和InGaAsP層交替地層疊的多層反射膜的情況下，也同樣地存在優(yōu)選的P組成。并且，在本實(shí)施方式中，使光吸收復(fù)合層12為η型InGaAs，但是，也可以是η型 InGaAsP 或者 η 型 AlGaInAs。實(shí)施方式2
圖3是示出實(shí)施方式2的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。該半導(dǎo)體受光元件是在實(shí)施方式 1的結(jié)構(gòu)中追加了使光吸收層16所生成的載流子倍增的雪崩倍增層30與使從雪崩倍增層 30朝向光吸收層16的電場(chǎng)強(qiáng)度緩和的電場(chǎng)緩和層32的雪崩光電二極管。雪崩倍增層30設(shè)置在多層反射膜14和光吸收層16之間，電場(chǎng)緩和層32設(shè)置在雪崩倍增層30和光吸收層16之間。電場(chǎng)緩和層32由厚度為0. 03 0. 06 μ m、載流子濃度為0. 5 IXlO18cnT3的ρ型InP構(gòu)成。雪崩倍增層由厚度為0. 15 0. 4μπι的非摻雜 AlInAs 構(gòu)成。在對(duì)半導(dǎo)體受光元件施加的反向偏置電壓充分高的情況下，在雪崩倍增層30中， 電子進(jìn)行離子化，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)。該新產(chǎn)生的電子和空穴進(jìn)一步引起離子化，電子和空穴雪崩地倍增(雪崩倍增)。由此，能夠使受光靈敏性上升。并且，在本實(shí)施方式中，使電場(chǎng)緩和層32為ρ型InP，但是，也可以是ρ型AlInAs。 也能夠根據(jù)情況省略電場(chǎng)緩和層32。實(shí)施方式3
圖4是表示實(shí)施方式3的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。該半導(dǎo)體受光元件是在實(shí)施方式 1的結(jié)構(gòu)中追加了勢(shì)壘層34的光電二極管。勢(shì)壘層34設(shè)置在光吸收復(fù)合層12和光吸收層16之間，由載流子濃度為 1 X 1018cm_3、厚度約0. 5 μ m的η型AlInAs或者η型AlGaInAs構(gòu)成。勢(shì)壘層34的帶隙能量與光吸收復(fù)合層12的帶隙能量(0. 75eV)相比充分大。此處，透過多層反射膜14的入射光被光吸收復(fù)合層12吸收，產(chǎn)生電子和空穴。當(dāng)該電子和空穴在消失之前由于擴(kuò)散而漂移并到達(dá)耗盡層28時(shí)，作為光電流而取出，成為信號(hào)的失真成分。相對(duì)于此，在本實(shí)施形式中，勢(shì)壘層34防止電子和空穴向耗盡層28流入， 所以，能夠降低響應(yīng)失真。實(shí)施方式4
圖5是表示實(shí)施方式4的半導(dǎo)體受光元件的剖面圖。該半導(dǎo)體受光元件是在實(shí)施方式 1的結(jié)構(gòu)中追加了實(shí)施方式2的電場(chǎng)緩和層32以及雪崩倍增層30和實(shí)施方式3的勢(shì)壘層 34的雪崩光電二極管。由此，能夠得到實(shí)施方式1 3的效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，具有 第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底；依次層疊在所述半導(dǎo)體襯底上的摻雜有雜質(zhì)的第一導(dǎo)電型的光吸收復(fù)合層、第一導(dǎo)電型的多層反射膜、光吸收層以及窗層；第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)域，形成在所述窗層的一部分上；第一電極，與所述摻雜區(qū)域連接；以及第二電極，與所述半導(dǎo)體襯底的下表面連接，所述窗層的帶隙能量比所述光吸收層的帶隙能量大，所述光吸收復(fù)合層的帶隙能量比所述半導(dǎo)體襯底的帶隙能量小。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，所述多層反射膜是將具有入射光的波長的1/4的厚度且折射率不同的兩種半導(dǎo)體層交替地層疊的布拉格反射膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 所述光吸收復(fù)合層的光學(xué)厚度是入射光的波長的1/4的整數(shù)倍。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 所述多層反射膜的帶隙能量比0. SeV大。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體襯底由InP構(gòu)成，所述光吸收復(fù)合層由InGaAs、InGaAsP或者AlGaInAs構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，還具有設(shè)置在所述多層反射膜和所述光吸收層之間并且對(duì)所述光吸收層生成的載流子進(jìn)行倍增的倍增層。
7.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，還具有設(shè)置在所述光吸收復(fù)合層和所述光吸收層之間并且?guī)赌芰勘人龉馕諒?fù)合層的帶隙能量大的勢(shì)壘層。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于， 所述勢(shì)壘層由AlInAs或者AlGaInAs構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠降低響應(yīng)失真并且抑制受光靈敏性的降低的半導(dǎo)體受光元件。在n型InP襯底(10)上依次層疊有n型的光吸收復(fù)合層(12)、n型的多層反射膜(14)、光吸收層(16)以及窗層(18)。在窗層(18)的一部分上形成有p型摻雜區(qū)域(20)。p側(cè)電極(22)與p型摻雜區(qū)域(20)連接。n側(cè)電極(26)與n型InP型襯底(10)的下表面連接。窗層(18)的帶隙能量比光吸收層(16)的帶隙能量大。光吸收復(fù)合層(12)的帶隙能量比n型InP襯底(10)的帶隙能量小。
文檔編號(hào)H01L31/107GK102280516SQ20111015355
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者中路雅晴, 笹畑圭史 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社