(57)【要約】【課題】信頼性を向上し、且つ暗電流を低減することができる光検出器を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る光検出器１は、ｎ型ＩｎＡｓ基板１２と、ｎ型ＩｎＡｓ基板１２上に形成されたｎ型ＩｎＡｓバッファ層１４と、ｎ型ＩｎＡｓバッファ層１４上に形成されたｎ型ＩｎＡｓ光吸収層１６と、ｎ型ＩｎＡｓ光吸収層１６上に形成されたＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙキャップ層１８（Ｘ≧０、Ｙ＞０）と、キャップ層１８上に形成されており、堆積方向に開口部２０ｈを有する第１の無機絶縁膜２０と、第１の無機絶縁膜２０の開口部２０ｈからｐ型不純物を拡散することによって形成され、キャップ層１８からｎ型ＩｎＡｓ光吸収層１６の上層まで達するｐ型不純物半導体層２４と、第１の無機絶縁膜２０上及びｐ型不純物半導体層２４上に形成された第２の無機絶縁膜２２とを備える。【選択図】図１
2008060161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型ＩｎＡｓ基板と、
前記第１導電型ＩｎＡｓ基板上に形成された第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、
前記第１導電型ＩｎＡｓバッファ層上に形成された第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、
前記第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層上に形成されており、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、
前記キャップ層上に形成されており、堆積方向に開口部を有する第１の無機絶縁膜と、
前記第１の無機絶縁膜の開口部から第２導電型不純物を拡散することによって形成され、前記キャップ層から前記第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで達する第２導電型不純物半導体層と、
前記第１の無機絶縁膜上及び前記第２導電型不純物半導体層上に形成された第２の無機絶縁膜と、
を備える、光検出器。
【請求項２】
第１導電型ＩｎＡｓ基板と、
前記第１導電型ＩｎＡｓ基板上に形成された第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、
前記第１導電型ＩｎＡｓバッファ層上に形成された第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、
前記第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層上に形成されており、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、
前記キャップ層上に形成された第１の無機絶縁膜と、
前記第１の無機絶縁膜を介して第２導電型不純物をイオン注入することによって形成され、前記キャップ層から前記第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで達する第２導電型不純物半導体層と、
前記第１の無機絶縁膜上に形成された第２の無機絶縁膜と、
を備える、光検出器。
【請求項３】
前記キャップ層の厚さは、０．８μｍ以上１．４μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記第２導電型不純物半導体層における受光領域の厚さは、前記キャップ層の厚さに比して薄い、
請求項１〜３の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項５】
前記キャップ層は第１導電型不純物を含み、
前記キャップ層のうち少なくとも下層の一部における前記第１導電型不純物の濃度分布は、前記第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層から前記キャップ層へ向けて濃度が高くなるように傾斜している、
請求項１〜４の何れか１項に記載の光検出器。
【請求項６】
第１導電型ＩｎＡｓ基板上に、第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、第１の無機絶縁膜とを順次に堆積する第１の堆積工程と、
前記第１の無機絶縁膜に開口部を堆積方向に形成する開口部形成工程と、
前記第１の無機絶縁膜の開口部を用いて前記キャップ層から前記第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで第２導電型不純物を拡散することによって第２導電型不純物半導体層を形成する拡散工程と、
前記第１の無機絶縁膜上及び前記第２導電型不純物半導体層上に第２の無機絶縁膜を堆積する第２の堆積工程と、
を有する、光検出器の製造方法。
【請求項７】
第１導電型ＩｎＡｓ基板上に、第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、第１の無機絶縁膜とを順次に堆積する第１の堆積工程と、
前記第１の無機絶縁膜を介して前記キャップ層から前記第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで第２導電型不純物をイオン注入することによって第２導電型不純物半導体層を形成するイオン注入工程と、
前記第１の無機絶縁膜上に第２の無機絶縁膜を堆積する第２の堆積工程と、
を有する、光検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出器及びこの光検出器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光検出器として、フォトダイオードが知られている。特許文献１には、ｐ型ＩｎＡｓＰＳｂ半導体層とｎ型ＩｎＡｓ半導体層とによってｐｎ接合が形成されたメサ型のフォトダイオードが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２３３５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、メサ型のフォトダイオードでは、ｐｎ接合部が露出してしまうので、吸湿などによって特性の経時変化が大きく、信頼性が低い。また、ｐｎ接合部の露出は、暗電流の増大も招く。
【０００４】
そこで、本発明は、信頼性を向上し、且つ暗電流を低減することが可能な光検出器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光検出器は、（ａ）第１導電型ＩｎＡｓ基板と、（ｂ）第１導電型ＩｎＡｓ基板上に形成された第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、（ｃ）第１導電型ＩｎＡｓバッファ層上に形成された第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、（ｄ）第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層上に形成されており、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、（ｅ）キャップ層上に形成されており、堆積方向に開口部を有する第１の無機絶縁膜と、（ｆ）第１の無機絶縁膜の開口部から第２導電型不純物を拡散することによって形成され、キャップ層から第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで達する第２導電型不純物半導体層と、（ｇ）第１の無機絶縁膜上及び第２導電型不純物半導体層上に形成された第２の無機絶縁膜とを備える。
【０００６】
本発明に係る光検出器の製造方法は、（１）第１導電型ＩｎＡｓ基板上に、第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、第１の無機絶縁膜とを順次に堆積する第１の堆積工程と、（２）第１の無機絶縁膜に開口部を堆積方向に形成する開口部形成工程と、（３）第１の無機絶縁膜の開口部を用いてキャップ層から第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで第２導電型不純物を拡散することによって第２導電型不純物半導体層を形成する拡散工程と、（４）第１の無機絶縁膜上及び第２導電型不純物半導体層上に第２の無機絶縁膜を堆積する第２の堆積工程とを有する。
【０００７】
この光検出器によれば、第１の無機絶縁膜の開口部を用いて第２導電型不純物を拡散することによって第２導電型不純物半導体層が形成され、この第２導電型不純物半導体層及び第１の無機絶縁膜上には第２の無機絶縁膜が形成されているので、第２導電型不純物半導体層と第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層とによって形成されたｐｎ接合部は、耐湿性に優れた無機絶縁膜によって被覆されている。したがって、信頼性を向上することができると共に暗電流を低減することができる。また、受光領域を含む第２導電型不純物半導体層以外は第１の無機絶縁膜及び第２の無機絶縁膜によって２重に被覆されているので、暗電流をより低減することができる。
【０００８】
ここで、ＩｎＡｓとＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙとの格子整合度は高い。したがって、この光検出器によれば、光吸収層とキャップ層との格子整合度を向上することができ、結晶歪みを低減することができる。更に、この光検出器によれば、第２導電型不純物半導体層がキャップ層から第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで達しているので、被検出光の波長に対する吸収長を十分に確保することができる。その結果、被検出光の波長に対する受光感度を向上することができる。
【０００９】
本発明に係る光検出器は、（ａ）第１導電型ＩｎＡｓ基板と、（ｂ）第１導電型ＩｎＡｓ基板上に形成された第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、（ｃ）第１導電型ＩｎＡｓバッファ層上に形成された第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、（ｄ）第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層上に形成されており、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、（ｅ）キャップ層上に形成された第１の無機絶縁膜と、（ｆ）第１の無機絶縁膜を介して第２導電型不純物をイオン注入することによって形成され、キャップ層から第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで達する第２導電型不純物半導体層と、（ｇ）第１の無機絶縁膜上に形成された第２の無機絶縁膜とを備える。
【００１０】
本発明に係る光検出器の製造方法は、（１）第１導電型ＩｎＡｓ基板上に、第１導電型ＩｎＡｓバッファ層と、第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層と、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくとも２つとＩｎとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなるキャップ層と、第１の無機絶縁膜とを順次に堆積する第１の堆積工程と、（２）第１の無機絶縁膜を介してキャップ層から第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで第２導電型不純物をイオン注入することによって第２導電型不純物半導体層を形成するイオン注入工程と、（３）第１の無機絶縁膜上に第２の無機絶縁膜を堆積する第２の堆積工程とを有する。
【００１１】
この光検出器によれば、第１の無機絶縁膜を介して第２導電型不純物をイオン注入することによって第２導電型不純物半導体層が形成され、第１の無機絶縁膜上には第２の無機絶縁膜が形成されているので、第２導電型不純物半導体層と第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層とによって形成されたｐｎ接合部は、耐湿性に優れた無機絶縁膜によって２重に被覆されている。したがって、信頼性を向上することができると共に暗電流を低減することができる。
【００１２】
上述したように、ＩｎＡｓとＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙとの格子整合度は高いので、この光検出器でも、光吸収層とキャップ層との格子整合度を向上することができ、結晶歪みを低減することができる。更に、この光検出器でも、第２導電型不純物半導体層がキャップ層から第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層の上層まで達しているので、被検出光の波長に対する吸収長を十分に確保することができ、被検出光の波長に対する受光感度を向上することができる。
【００１３】
上記したキャップ層の厚さは、０．８μｍ以上１．４μｍ以下であることが好ましい。本願発明者は、実験の解析結果より、キャップ層が厚いほど暗電流の大きさが小さくなることを見出した。この光検出器では、キャップ層の厚さが０．８μｍ以上であるので、暗電流をより低減することができる。また、キャップ層の厚さが１．４μｍ以下であるので、キャップ層に第２導電型不純物をドープしてなる第２導電型不純物半導体層における光吸収の増加を抑制することができると共に、第２導電型不純物半導体層の拡散時間又はイオン注入時間の増大、すなわち光検出器の製造時間の増大を抑制することができる。
【００１４】
また、上記した第２導電型不純物半導体層における受光領域の厚さは、キャップ層の厚さに比して薄いことが好ましい。これによれば、キャップ層の厚さを薄くすることなく、第２導電型不純物半導体層における受光領域の厚さを薄くすることができるので、暗電流を増加することなく、第２導電型不純物半導体層における光吸収を低減することができる。
【００１５】
また、上記したキャップ層は第１導電型不純物を含み、キャップ層のうち少なくとも下層の一部における第１導電型不純物の濃度分布は、第１導電型ＩｎＡｓ光吸収層からキャップ層へ向けて濃度が高くなるように傾斜していることが好ましい。この構成によれば、キャップ層のうち少なくとも下層の一部における第１導電型不純物の濃度が連続的又は段階的に増加しているので、光吸収層からキャップ層へ向けてエネルギーバンドギャップが連続的又は段階的に高くなる。したがって、キャリアの移動がスムーズに行われ、高速に動作することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光検出器の信頼性を向上し、且つ暗電流を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
［第１の実施形態］
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光検出器を示す図である。図１（ａ）には、受光面側からみた光検出器が示されており、図１（ｂ）には、図１（ａ）におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図が示されている。
【００１９】
図１に示す光検出器１は、プレーナ型のフォトダイオードである。光検出器１では、ｎ型（第１導電型）ＩｎＡｓ基板１２上に、ｎ型ＩｎＡｓバッファ層１４、ｎ型ＩｎＡｓ光吸収層１６、ｎ型ＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙキャップ層１８（Ｘ≧０、Ｙ＞０）、第１の無機絶縁膜２０及び第２の無機絶縁膜２２が順次に堆積されている。
【００２０】
受光面側から見た第１の無機絶縁膜２０の中央部には、堆積方向に開口した略円状の開口部２０ｈが形成されており、この開口部２０ｈからｐ型（第２導電型）不純物を拡散することによって、ｐ型不純物半導体層２４が形成されている。ｐ型不純物半導体層２４の深さは、キャップ層１８から光吸収層１６の上層まで達している。ｐ型不純物としては、例えば、ＺｎやＣｄなどが用いられる。このようにして、ｐ型不純物半導体層２４とｎ型光吸収層１６との境界にｐｎ接合が形成されている。
【００２１】
光吸収層１６の不純物濃度は、ｐ型不純物半導体層２４の不純物濃度に比べて低濃度である。これによって、ｐｎ接合部付近に生じる空乏層は光吸収層１６側に広がり易くなり、その空乏層の厚さは広くなる。その結果、受光感度が向上する。この光吸収層１６の結晶性を改善するために、光吸収層１６を挟み込むようにバッファ層１４及びキャップ層１８が設けられている。
【００２２】
キャップ層１８は、Ｉｎの他に、Ａｓ、Ｐ及びＳｂのうちの少なくともＰとＳｂとを含むＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙからなる。ここで、ＸはＡｓの組成比率である。後述するように、Ｘは製造方法に起因してゼロ以上となる。ＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙは、ＩｎＡｓと高い格子整合度で格子整合することができる。本実施形態では、キャップ層１８と光吸収層１６との格子整合度が±０．１％以内となるように、Ａｓ、Ｐ及びＳｂの組成比が調整されている。また、キャップ層１８の厚さは、０．８μｍ以上１．４μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以上１．４μｍ以下であることが更に好ましい。
【００２３】
図２は、キャップ層の厚さに対する暗電流の測定結果である。図２によれば、キャップ層１８を厚くしていくと、０．７μｍから暗電流が低下し始め、１．０μｍでは、暗電流がナノアンペアオーダーまで低下していることがわかる。このように、キャップ層１８の厚さが０．８μｍ以上であれば、暗電流を低減することができる。キャップ層１８の厚さが１．０μｍ以上であれば、暗電流をさらに低減することができる。
【００２４】
また、キャップ層１８の厚さが１．４μｍ以下であれば、キャップ層１８にｐ型不純物を拡散してなるｐ型不純物半導体層２４における光吸収の増加を抑制することができると共に、ｐ型不純物半導体層２４の拡散時間の増大、すなわち光検出器１の製造時間の増大を抑制することができる。
【００２５】
図１に戻り、第１の無機絶縁膜２０及び第２の無機絶縁膜２２の材料としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２などが用いられる。これらの無機絶縁膜は、耐湿性に優れている。
【００２６】
第２の無機絶縁膜２２は、ｐ型不純物半導体層２４上及び第１の無機絶縁膜２０上に設けられている。第２の無機絶縁膜２２は、ｐｎ接合部形成に用いられた開口部２０ｈの保護膜及び受光領域２４ｍに入射する被検出光の反射防止膜として機能する。
【００２７】
この第２の無機絶縁膜２２には、リング状の開口部が堆積方向に設けられており、この開口部にはリング状のコンタクト層（図示せず）とリング状の配線電極２６とが順に設けられている。開口部の径は第１の無機絶縁膜２０の開口部２０ｈの径より小さいので、配線電極２６はコンタクト層を介してｐ型不純物半導体層２４に電気的に接続されている。コンタクト層の材料としては、例えば、ＡｕＺｎやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどのオーミック性の高い材料が用いられ、配線電極２６の材料としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕＺｎ、Ｔｉ／Ａｕ又はＣｒ／Ａｕなどが用いられる。
【００２８】
また、基板１２の下側には配線電極２８が設けられている。例えば、配線電極２８の材料としては、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが用いられる。
【００２９】
次に、光検出器１の製造方法について説明する。図３は、光検出器の製造工程を示す断面図である。
（第１の堆積工程）
【００３０】
まず、ｎ型ＩｎＡｓ基板１１２（１２）上に半導体層の堆積構造を形成する。図３（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＡｓ基板１１２上に、ｎ型ＩｎＡｓバッファ層１１４（１４）、ｎ型ＩｎＡｓ光吸収層１１６（１６）及びｎ型ＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙキャップ層１１８（１８）を順次に形成する。これらの半導体層は、例えば有機金属気相エピタキシ法（Organometallic Vapor Phase Epitaxy：ＯＭＶＰＥ）、液相エピタキシ法（Liquid PhaseEpitaxy：ＬＰＥ）又は分子線エピタキシ法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）を用いて成長される。以下では、有機金属気相エピタキシ法を例示する。
【００３１】
まず、Ｉｎを含むIII族材料ガスと、Ａｓを含むＶ族材料ガスとを結晶成長炉内に供給することによって、ｎ型ＩｎＡｓバッファ層１１４、ｎ型ＩｎＡｓ光吸収層１１６を順次に形成する。次に、Ａｓを含むＶ族材料ガスの供給を停止すると共にＰ及びＳｂを含むＶ族材料ガスの供給を開始し、ｎ型ＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙキャップ層（Ｘ≧０、Ｙ＞０）１１８を形成する。このように、キャップ層１１８を形成する際にはＡｓを含むＶ族材料ガスの供給を停止する。しかしながら、結晶成長炉内にはＡｓが残留していることがあり、形成されたキャップ層１１８におけるＡｓの組成比率Ｘはゼロ以上となる。なお、Ａｓを含むＶ族材料ガスの供給を継続してもよい。
【００３２】
その後、キャップ層１１８上に保護膜として第１の無機絶縁膜１２０（２０）を形成する。第１の無機絶縁膜１２０は、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）を用いて成長される。
（開口部形成工程）
【００３３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、第１の無機絶縁膜１２０の中央部をフォトリソグラフィを用いてエッチングによって除去し、堆積方向に略円状の開口部１２０ｈ（２０ｈ）を形成する。
（拡散工程）
【００３４】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ｐ型不純物としてＺｎ又はＣｄを含む材料ガスを結晶成長炉内に供給することによって、第１の無機絶縁膜１２０の開口部１２０ｈを用いて、キャップ層１１８から光吸収層１１６の上層までｐ型不純物を熱拡散し、ｐ型不純物半導体層１２４（２４）を形成する。
（第２の堆積工程）
【００３５】
次いで、第１の無機絶縁膜１２０上及びｐ型不純物半導体層１２４上に第２の無機絶縁膜１２２（２２）を形成する。第２の無機絶縁膜１２２は、化学気相成長法を用いて成長される。
（電極形成工程）
【００３６】
次いで、図３（ｄ）に示すように、第２の無機絶縁膜１２２の中央部をフォトリソグラフィを用いてエッチングによってリング状に除去し、堆積方向にリング状の開口部１２２ｈを形成する。その後、図３（ｅ）に示すように、この開口部１２２ｈにリング状のコンタクト層とリング状の配線電極１２６（２６）とを順に形成する。次に、基板１１２の底面を所定の厚さまで削った後に、配線電極１２８（２８）を形成する。
【００３７】
このように、第１の実施形態の光検出器１によれば、ｐ型不純物半導体層２４とｎ型光吸収層１６とによって形成されたｐｎ接合部は、耐湿性に優れた無機絶縁膜によって被覆されている。したがって、信頼性を向上することができると共に暗電流を低減することができる。更に、受光領域２４ｍを含むｐ型不純物半導体層２４以外は、第１の無機絶縁膜２０及び第２の無機絶縁膜２２によって２重に被覆されているので、暗電流をより低減することができる。
【００３８】
また、第１の実施形態の光検出器１によれば、キャップ層１８の厚さが０．８μｍ以上１．４μｍ以下であるので、キャップ層１８にｐ型不純物を拡散してなるｐ型不純物半導体層２４における光吸収を大きく増加することなく、またｐ型不純物半導体層２４の拡散時間、すなわち光検出器１の製造時間を大きく増大することなく、暗電流を低減することができる。
【００３９】
また、第１の実施形態の光検出器１によれば、光吸収層１６とキャップ層１８とが、それぞれ格子整合度が高いＩｎＡｓとＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙとからなるので、光吸収層１６とキャップ層１８との格子整合度を向上することができ、結晶歪みを低減することができる。
【００４０】
また、第１の実施形態の光検出器１によれば、ｐ型不純物半導体層２４がキャップ層１８からｎ型光吸収層１６の上層まで達しているので、被検出光（例えば、赤外線領域の光）の波長に対する吸収長を十分に確保することができる。その結果、被検出光の波長に対する受光感度を向上することができる。
［第２の実施形態］
【００４１】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る光検出器を示す断面図である。図４に示す光検出器１Ａは、光検出器１において第１の無機絶縁膜２０、第２の無機絶縁膜２２、ｐ型不純物半導体層２４及び配線電極２６に代えてそれぞれ第１の無機絶縁膜２０Ａ、第２の無機絶縁膜２２Ａ、ｐ型不純物半導体層２４Ａ、配線電極２６Ａを備えている構成で第１の実施形態と異なっている。光検出器１Ａのその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
第１の無機絶縁膜２０Ａは、キャップ層１８上に形成されている。第１の無機絶縁膜２０Ａには、上記した第１の無機絶縁膜２０と同一な材料が用いられる。
【００４３】
受光面側から見たキャップ層１８における中央部及び光吸収層１６の上層における中央部には、ｐ型不純物半導体層２４Ａが形成されている。ｐ型不純物半導体層２４Ａは、第１の無機絶縁膜２０Ａを介してｐ型不純物をイオン注入することによって形成される。ｐ型不純物半導体層２４Ａの深さは、キャップ層１８から光吸収層１６の上層まで達している。ｐ型不純物は、上記したｐ型不純物半導体層２４におけるｐ型不純物と同一である。このようにして、ｐ型不純物半導体層２４Ａとｎ型光吸収層１６との境界にｐｎ接合が形成されている。
【００４４】
第２の無機絶縁膜２２Ａは、第１の無機絶縁膜２０Ａ上に形成されている。第２の無機絶縁膜２２Ａには、上記した第２の無機絶縁膜２２と同一な材料が用いられる。第１の無機絶縁膜２０Ａ及び第２の無機絶縁膜２２Ａは、半導体層の保護膜及び入射光の反射防止膜として機能する。
【００４５】
これらの第１の無機絶縁膜２０Ａ及び第２の無機絶縁膜２２Ａの中央部には、リング状の開口部が設けられており、この開口部にコンタクト層（図示せず）と配線電極２６Ａとが順に形成されている。リング状の開口部の径はｐ型不純物半導体層２４Ａの径より小さいので、配線電極２６Ａはコンタクト層を介してｐ型不純物半導体層２４Ａに電気的に接続されている。コンタクト層及び配線電極２６Ａには、それぞれ、上述したコンタクト層、配線電極２６と同一な材料が用いられる。
【００４６】
次に、光検出器１Ａの製造方法について説明する。図５は、光検出器の製造工程を示す断面図である。
（第１の堆積工程）
【００４７】
まず、図５（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＩｎＡｓ基板１１２（１２）上に、ｎ型ＩｎＡｓバッファ層１１４（１４）、ｎ型ＩｎＡｓ光吸収層１１６（１６）、ｎ型ＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙキャップ層１１８（１８）（Ｘ≧０、Ｙ＞０）及び第１の無機絶縁膜１２０Ａ（２０Ａ）を順次に形成する。
（イオン注入工程）
【００４８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより作成したレジスト（図示せず）をマスクに、ｐ型不純物としてＺｎ又はＣｄのイオンを第１の無機絶縁膜１２０Ａの中央部に受光面側から打込むことによって、第１の無機絶縁膜１２０Ａを介してキャップ層１１８から光吸収層１１６の上層までｐ型不純物をイオン注入し、ｐ型不純物半導体層１２４Ａ（２４Ａ）を形成する。その後、マスクに使用したレジストを除去した後、加熱処理を行う。これによって、注入したｐ型不純物が活性化されると共に、注入ダメージが低減される。
（第２の堆積工程）
【００４９】
次いで、図５（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、第１の無機絶縁膜１２０Ａ上に第２の無機絶縁膜１２２Ａ（２２Ａ）を形成する。
（電極形成工程）
【００５０】
次いで、図５（ｄ）に示すように、第１の無機絶縁膜１２０Ａ及び第２の無機絶縁膜１２２Ａの中央部をフォトリソグラフィを用いてエッチングによって除去し、堆積方向にリング状の開口部１２２ｈを形成する。その後、図５（ｅ）に示すように、この開口部１２２ｈにリング状のコンタクト層とリング状の配線電極１２６Ａ（２６Ａ）とを順に形成する。次に、基板１１２の底面を所定の厚さまで削った後に、配線電極１２８（２８）を形成する。
【００５１】
このように、第２の実施形態の光検出器１Ａによれば、ｐ型不純物半導体層２４Ａとｎ型光吸収層１６とによって形成されたｐｎ接合部は、耐湿性に優れた無機絶縁膜によって２重に被覆されている。したがって、信頼性を向上することができると共に暗電流を低減することができる。
【００５２】
また、第２の実施形態の光検出器１Ａでも、キャップ層１８の厚さが０．８μｍ以上１．４μｍ以下であるので、キャップ層１８にｐ型不純物をイオン注入してなるｐ型不純物半導体層２４における光吸収を大きく増加することなく、またｐ型不純物半導体層２４のイオン注入時間、すなわち光検出器１の製造時間を大きく増大することなく、暗電流を低減することができる。
【００５３】
また、第２の実施形態の光検出器１Ａでも、光吸収層１６とキャップ層１８とが、それぞれ格子整合度が高いＩｎＡｓとＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙとからなるので、光吸収層１６とキャップ層１８との格子整合度を向上することができ、結晶歪みを低減することができる。
【００５４】
また、第２の実施形態の光検出器１Ａでも、ｐ型不純物半導体層２４Ａがキャップ層１８からｎ型光吸収層１６の上層まで達しているので、被検出光（例えば、赤外線領域の光）の波長に対する吸収長を十分に確保することができる。その結果、被検出光の波長に対する受光感度を向上することができる。
［第３の実施形態］
【００５５】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光検出器を示す断面図である。図６に示す光検出器１Ｂは、光検出器１においてｐ型不純物半導体層２４に代えてｐ型不純物半導体層２４Ｂを備えている構成で第１の実施形態と異なっている。光検出器１Ｂのその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５６】
ｐ型不純物半導体層２４Ｂでは、ｐ型不純物半導体層２４において受光領域２４ｍを含む領域の上層が削られている。このようにして、ｐ型不純物半導体層２４Ｂにおける受光領域２４ｍの厚さは、非受光領域２４ｎの厚さ及びキャップ層１８の厚さに比べて薄くなっている。
【００５７】
第３の実施形態の光検出器１Ｂでも、第１の実施形態の光検出器１と同様な利点を得ることができる。更に、第３の実施形態の光検出器１Ｂによれば、キャップ層１８の厚さを薄くすることなく、ｐ型不純物半導体層２４Ｂにおける受光領域２４ｍの厚さを薄くすることができるので、暗電流を増加することなく、ｐ型不純物半導体層２４Ｂにおける光吸収を低減することができる。
［第４の実施形態］
【００５８】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る光検出器を示す断面図である。図７に示す光検出器１Ｃは、光検出器１においてキャップ層１８に代えてキャップ層１８Ａを備えている構成で第１の実施形態と異なっている。光検出器１Ｃのその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
キャップ層１８Ａは、キャップ層１８と同様に、ＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙ（Ｘ≧０、Ｙ＞０）からなり、キャップ層１８Ａと光吸収層１６との格子整合度が±０．１％以内となるように、Ａｓ、Ｐ及びＳｂの組成比が調整されている。キャップ層１８Ａは、上層１８ｂと下層１８ｃとから構成されている。上層１８ｂのｎ型不純物濃度は、キャップ層１８と同様である。一方、下層１８ｃはグレーデッド層であり、そのｎ型不純物の濃度分布は、光吸収層１６からキャップ層の上層１８ｂへ向けて濃度が高くなるように傾斜している。
【００６０】
第４の実施形態の光検出器１Ｃでも、第１の実施形態の光検出器１と同様な利点を得ることができる。更に、第４の実施形態の光検出器１Ｃによれば、キャップ層１８Ａのうち少なくとも下層１８ｃの一部におけるｎ型不純物の濃度が連続的又は段階的に増加しているので、光吸収層１６からキャップ層の上層１８ｂへ向けてエネルギーバンドギャップが連続的又は段階的に高くなる。したがって、キャリアの移動がスムーズに行われ、高速に動作することができる。
【００６１】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、これとは逆に、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型とすることも可能である。
【００６２】
また、第１の実施形態では、ｐ型不純物半導体層を作成する時に、ｐ型不純物としてＺｎ又はＣｄを含む材料ガスを結晶成長炉内に供給することによって拡散を行ったが、Ｚｎの化合物と図３（ｂ）の基板を石英管に封入し加熱することにより、拡散を行うことが可能である。
【００６３】
また、第３の実施形態では、第１の実施形態の光検出器におけるｐ型不純物半導体層の受光領域を薄膜化したが、第２の実施形態の光検出器においても同様にｐ型不純物半導体層の受光領域を薄膜化することが可能である。
【００６４】
また、第４の実施形態では、第１の実施形態の光検出器におけるキャップ層の下層をグレーデッド層としたが、第２の実施形態の光検出器においても同様にキャップ層の下層をグレーデッド層とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光検出器を示す図である。
【図２】キャップ層の厚さに対する暗電流の測定結果である。
【図３】図１に示す光検出器の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光検出器を示す断面図である。
【図５】図４に示す光検出器の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光検出器を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光検出器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光検出器、１２…ｎ型ＩｎＡｓ基板、１４…ｎ型ＩｎＡｓバッファ層、１６…ｎ型ＩｎＡｓ光吸収層、１８，１８Ａ…ｎ型ＩｎＡｓＸＰＹＳｂ１−Ｘ−Ｙキャップ層、２０，２０Ａ…第１の無機絶縁膜、２０ｈ…開口部、２２，２２Ａ…第２の無機絶縁膜、２４，２４Ａ，２４Ｂ…ｐ型不純物半導体層、２４ｍ…受光領域、２６，２６Ａ，２８…配線電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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