(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型を有する半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）上に設けられ、Ａｌ原子を含有する増倍層（２）と、
前記増倍層（２）上に設けられｐ型を有する電界制御層（３）とを備え、前記電界制御層（３）は、前記増倍層（２）の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度領域（３Ｈ）と、前記高濃度領域（３Ｈ）の外側に設けられ前記高濃度領域（３Ｈ）の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度領域（３Ｌ）とを含み、さらに
前記電界制御層（３）上に設けられ、前記電界制御層（３）の前記高濃度領域（３Ｈ）の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する光吸収層（４）と、
前記光吸収層（４）上に設けられ、前記光吸収層（４）のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、外縁（ＥＤ）を有し、ｎ型を有する窓層（５）と、
前記窓層（５）の前記外縁（ＥＤ）から離れて前記窓層（５）上に設けられ、厚み方向において前記窓層（５）および前記光吸収層（４）を介して前記電界制御層（３）の前記高濃度領域（３Ｈ）に少なくとも部分的に対向し、ｐ型を有する受光領域（６）と、
前記窓層（５）によって前記受光領域（６）から隔てられ、前記窓層（５）を貫通して前記光吸収層（４）内に達し、ｐ型を有するガードリング領域（７）と、
を備える、半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）。
【請求項２】
前記半導体基板（１）上において、前記増倍層（２）と、前記電界制御層（３）と、前記光吸収層（４）と、前記受光領域（６）と、前記ガードリング領域（７）とを含むメサ形状領域が形成されている、請求項１に記載の半導体受光素子（１０２）。
【請求項３】
前記ガードリング領域（７）はＺｎ原子を含有しており、前記電界制御層（３）はＢｅ原子を含有している、請求項１または２に記載の半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）。
【請求項４】
前記ガードリング領域（７）は前記受光領域（６）から３μｍ以上離れている、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）。
【請求項５】
前記ガードリング領域（７）は、１×１０１８ｃｍ−３以上のキャリア濃度を有している、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）。
【請求項６】
前記受光領域（６）の最大寸法が表れる断面視において、前記ガードリング領域（７）は前記受光領域（６）の幅に比して大きな幅を有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）。
【請求項７】
半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）の製造方法であって、前記半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）は、
ｎ型を有する半導体基板（１）と、
前記半導体基板（１）上に設けられ、前記半導体基板（１）の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、Ａｌ原子を含有する増倍層（２）と、
前記増倍層（２）上に設けられｐ型を有する電界制御層（３）とを含み、前記電界制御層（３）は、前記増倍層（２）の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度領域（３Ｈ）と、前記高濃度領域（３Ｈ）の外側に設けられ前記高濃度領域（３Ｈ）の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度領域（３Ｌ）とを含み、前記半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）はさらに
前記電界制御層（３）上に設けられ、前記電界制御層（３）の前記高濃度領域（３Ｈ）の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する光吸収層（４）と、
前記光吸収層（４）上に設けられ、前記光吸収層（４）のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、外縁（ＥＤ）を有し、ｎ型を有する窓層（５）と、
前記窓層（５）の前記外縁（ＥＤ）から離れて前記窓層（５）上に設けられ、厚み方向において前記窓層（５）および前記光吸収層（４）を介して前記電界制御層（３）の前記高濃度領域（３Ｈ）に少なくとも部分的に対向し、ｐ型を有する受光領域（６）と、
前記窓層（５）によって前記受光領域（６）から隔てられ、前記窓層（５）を貫通して前記光吸収層（４）内に達し、ｐ型を有するガードリング領域（７）と、
を含み、
前記半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）の製造方法は、
Ｂｅ原子を含有することによってｐ型を有し、前記電界制御層（３）の前記高濃度領域（３Ｈ）に対応する第１の領域（３０ａ）と、前記電界制御層（３）の前記低濃度領域（３Ｌ）となる第２の領域（３０ｂ）とを有する半導体層（３０）を形成する工程と、
前記半導体層上に前記光吸収層（４）を形成する工程と、
前記光吸収層（４）上に前記窓層（５）を形成する工程と、
前記窓層（５）上に、開口部（ＯＰ）を有するマスク（５０）を形成する工程と、
前記マスク（５０）の前記開口部（ＯＰ）からＺｎ原子を拡散させる工程と、
を備え、前記Ｚｎ原子を拡散させる工程において、前記Ｚｎ原子を含有することによってｐ型を有する前記ガードリング領域（７）が形成され、かつ、前記半導体層（３０）の前記第１の領域（３０ａ）中の前記Ｂｅ原子の濃度に比して前記半導体層（３０）の前記第２の領域（３０ｂ）中における前記Ｂｅ原子の濃度がより低下することによって前記半導体層（３０）から前記電界制御層（３）が形成される、半導体受光素子（１０１，１０１ｖ，１０２）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子およびその製造方法に関し、特に、ガードリング領域を有する半導体受光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信等に用いられる半導体受光素子として、増倍層の材料としてＩｎＰを用いたアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が広く用いられている。ＩｎＰ増倍層を用いたＡＰＤは、受信機としてのＳ／Ｎ比を向上させるために、入射光により発生したキャリアを、正孔を増倍させることによって増幅する。すなわち、ＩｎＰ増倍層を用いたＡＰＤは、正孔増倍型である。【０００３】
例えば特開２００８−２１７２５号公報（特許文献１）に示されているように、ＩｎＰ増倍層を用いたＡＰＤでは、一般的に、受光領域の周囲にガードリングが形成される。ガードリングを形成する一の目的は、受光領域の端での急激な増倍に起因したエッジブレイクダウンを防ぐことである。また他の目的は、入力光が瞬間的に増えたときに生じるリーチスルーを、受光領域の中心よりも先にガードリングへと生じさせることによって、ガードリングが電流パスとなることで、受光部への電流集中に起因しての破壊を防ぐことである。ここで、本来の受光領域だけでなく、ガードリングもＡＰＤ構造をなしている。一般的に、リーチスルーの異なるＡＰＤ構造が並列に配置されている場合、リーチスルー電圧が小さい構造へ先に電流が流れることになる。また、ブレイクダウン電圧が高いＡＰＤ構造が、より高い電圧まで耐えられることになる。よって、意図された機能をガードリングが有するためには、ガードリングのブレイクダイン電圧が受光領域のそれよりも大きく、かつ、ガードリングのリーチスルー電圧が受光部のそれよりも小さいことが求められる。【０００４】
近年、ＡＰＤの増倍層として、ＡｌＩｎＡｓ等、Ａｌ原子を含有する材料からなるＡｌ系増倍層も用いられてきている。Ａｌ系増倍層を用いたＡＰＤは、電子増倍型であり、前述の正孔増倍型よりも高速かつ低雑音での動作が見込まれる。半導体受光素子に要求されるビットレートは増加してきており、これに対応して、電子増倍型が広く用いられるようになってきている。一般的に光通信用途のＡＰＤではｎ型基板を用いることが多く、その場合、ｎ型基板上に、Ａｌ系増倍層、光吸収層、および窓層が順に積層される。よってこのようなＡｌ系ＡＰＤにおいては基板と光吸収層との間に増倍層が配置される。すなわち、増倍層が、基板上の層構造における深い位置に配置される。このようなＡｌ系ＡＰＤの配置は、ＩｎＰ系ＡＰＤにおける配置とは異なっている。よってＩｎＰ系ＡＰＤにおけるガードリングの形成技術をそのままＡｌ系ＡＰＤへ適用することは困難である。【０００５】
特開平１１−３３０５３０号公報によれば、Ａｌ系ＡＰＤが開示されており、ガードリングが適用された場合の問題点を鑑みての構成が開示されている。この構成においては、電界集中の抑制を考慮して、部分的に濃度の低い部分を有する電界緩和層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１７２５号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、Ａｌ原子を含有する増倍層を用いたＡＰＤへガードリング構造を適用する方法については、これまで十分な検討がなされてきていなかった。【０００８】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ａｌ原子を含有する増倍層を用いたＡＰＤへ、ガードリング構造を効果的に設けることができる、半導体受光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体受光素子は、半導体基板と、増倍層と、電界制御層と、光吸収層と、窓層と、受光領域と、ガードリング領域とを有している。半導体基板はｎ型を有している。増倍層は、半導体基板上に設けられており、Ａｌ原子を含有している。電界制御層は、増倍層上に設けられており、ｐ型を有している。電界制御層は、増倍層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度領域と、高濃度領域の外側に設けられ高濃度領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度領域とを含んでいる。光吸収層は、電界制御層上に設けられており、電界制御層の高濃度領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している。窓層は、光吸収層上に設けられており、光吸収層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しており、外縁を有しており、ｎ型を有している。受光領域は、窓層の外縁から離れて窓層上に設けられており、厚み方向において窓層および光吸収層を介して電界制御層の高濃度領域に少なくとも部分的に対向しており、ｐ型を有している。ガードリング領域は、窓層によって受光領域から隔てられており、窓層を貫通して光吸収層内に達しており、ｐ型を有している。【００１０】
本発明の半導体受光素子の製造方法は、半導体基板と、増倍層と、電界制御層と、光吸収層と、窓層と、受光領域と、ガードリング領域とを有している。半導体基板はｎ型を有する半導体受光素子の製造方法である。増倍層は、半導体基板上に設けられており、Ａｌ原子を含有している。電界制御層は、増倍層上に設けられており、ｐ型を有している。電界制御層は、増倍層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高濃度領域と、高濃度領域の外側に設けられ高濃度領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度領域とを含んでいる。光吸収層は、電界制御層上に設けられており、電界制御層の高濃度領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している。窓層は、光吸収層上に設けられており、光吸収層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有しており、外縁を有しており、ｎ型を有している。受光領域は、窓層の外縁から離れて窓層上に設けられており、厚み方向において窓層および光吸収層を介して電界制御層の高濃度領域に少なくとも部分的に対向しており、ｐ型を有している。ガードリング領域は、窓層によって受光領域から隔てられており、窓層を貫通して光吸収層内に達しており、ｐ型を有している。半導体受光素子の製造方法は、以下の工程を有している。Ｂｅ原子を含有することによってｐ型を有し、電界制御層の高濃度領域に対応する第１の領域と、電界制御層の低濃度領域となる第２の領域とを有する半導体層が形成される。半導体層上に光吸収層が形成される。光吸収層上に窓層が形成される。窓層上に、開口部を有するマスクが形成される。マスクの開口部からＺｎ原子が拡散させられる。Ｚｎ原子を拡散させる工程において、Ｚｎ原子を含有することによってｐ型を有するガードリング領域が形成され、かつ、半導体層の第１の領域中のＢｅ原子の濃度に比して半導体層の第２の領域中におけるＢｅ原子の濃度がより低下することによって半導体層から電界制御層が形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高濃度領域および低濃度領域を有する電界制御層と、窓層を貫通して光吸収層内に達するガードリング領域とが設けられる。これにより、ガードリング構造を効果的に設けることができる。【００１２】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体受光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】参考例Ｘの半導体受光素子の構成を示す断面図である。
【図３】参考例Ｙの半導体受光素子の構成を示す断面図である。
【図４】受光部における電圧−電流特性と、外周部における電圧−電流特性との間の、望ましい関係を示すグラフ図である。
【図５】図１の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における半導体受光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３における半導体受光素子の製造方法を概略的に示すフロー図である。
【図８】本発明の実施の形態３における半導体受光素子の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における半導体受光素子の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における半導体受光素子の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における半導体受光素子の製造方法の第４の工程を概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３の変形例における半導体受光素子の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１５】
＜実施の形態１＞
（構成の概略）
図１は、本実施の形態におけるＡＰＤ１０１（半導体受光素子）の構成を概略的に示す断面図である。ＡＰＤ１０１は、受光部ＲＡと、その周りに配置された外周部ＲＢ（図中、右部および左部）とを有している。ＡＰＤ１０１は、半導体基板１と、増倍層２と、電界制御層３と、光吸収層４と、窓層５と、受光領域６と、ガードリング領域７と、アノード電極９と、カソード電極（図示せず）とを有している。ＡＰＤ１０１の側面および上面の少なくともいずれかが、ＳｉＮなどからなるパッシベーション膜によって覆われていてもよい。
【００１６】
半導体基板１は、受光部ＲＡおよび外周部ＲＢに跨っている。半導体基板１はｎ型を有している。半導体基板１は、例えば、ＩｎＰ基板である。
【００１７】
増倍層２は、受光部ＲＡおよび外周部ＲＢに跨っており、半導体基板１上に設けられている。増倍層２は、半導体基板１上に形成されたエピタキシャル層であってよい。増倍層２は、半導体からなり、少なくともＡｌ原子を含有している。言い換えれば、増倍層２はＡｌ系増倍層である。例えば、増倍層２はＡｌＩｎＡｓ層である。増倍層２は、Ａｌ原子を含有することによって、電子を効率的に増倍させることができる。好ましくは、増倍層２の不純物濃度は半導体基板１の不純物濃度よりも小さい。
【００１８】
電界制御層３は、受光部ＲＡおよび外周部ＲＢに跨っており、増倍層２上に設けられている。電界制御層３は、増倍層２上に形成されたエピタキシャル層であってよい。電界制御層３はｐ型を有している。電界制御層３は、受光部ＲＡに含まれる高濃度領域３Ｈと、外周部ＲＢに含まれる低濃度領域３Ｌとを有している。よって低濃度領域３Ｌは面内方向（図中、横方向）において高濃度領域３Ｈの外側（図中、右側および左側）に設けられている。高濃度領域３Ｈは、増倍層２の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有している。低濃度領域３Ｌは、高濃度領域３Ｈの不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している。電界制御層３の材料は、例えばＩｎＰまたはＡｌＩｎＡｓである。
【００１９】
光吸収層４は、受光部ＲＡおよび外周部ＲＢに跨っており、電界制御層３上に設けられている。光吸収層４は、電界制御層３上に形成されたエピタキシャル層であってよい。光吸収層４は、半導体からなり、電界制御層３の高濃度領域３Ｈの不純物濃度よりも低い不純物濃度を有している。好ましくは、光吸収層４の不純物濃度は半導体基板１の不純物濃度よりも小さい。光吸収層４は、ＡＰＤ１０１によって検出される入射光のエネルギーよりも小さなバンドギャップを有する材料からなる。検出される入射光の波長は、例えば、１２７０ｎｍ以上１６１０ｎｍ以下である。光吸収層４の材料は、例えば、ＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰから選択される。例えばＩｎＧａＡｓを用いることによって、光吸収層４のバンドギャップを、波長１６７０ｎｍ程度に相当するエネルギー値とすることができる。
【００２０】
窓層５は光吸収層４上に設けられている。窓層５は、光吸収層４上に形成されたエピタキシャル層であってよい。窓層５は、少なくとも受光部ＲＡに含まれており、図１の構成においては受光部ＲＡおよび外周部ＲＢに跨っている。窓層５は外縁ＥＤを有しており、図１の構成においては外縁ＥＤは外周部ＲＢの外周端（図中、右端および左端）に位置している。窓層５はｎ型を有している。好ましくは、窓層５の不純物濃度は半導体基板１の不純物濃度よりも小さい。窓層５は、光吸収層４のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する材料からなる。窓層５の材料は、例えば、ＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、およびＩｎＧａＡｓＰから選択される。例えばＩｎＰを用いることによって、窓層５のバンドギャップを、波長９００ｎｍ程度に相当するエネルギー値とすることができる。
【００２１】
なお、光吸収層４と電界制御層３との間、および、光吸収層４と窓層５との間の少なくともいずれかに、バンド不連続性を緩和するための緩和層が設けられてもよい。この緩和層の材料は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓである。
【００２２】
受光領域６はｐ型を有している。好ましくは、受光領域６の不純物濃度は窓層５の不純物濃度よりも大きい。受光領域６は、受光部ＲＡに含まれており、窓層５の外縁ＥＤから離れて窓層５上に設けられている。受光領域６は、厚み方向において窓層５および光吸収層４を介して、電界制御層３の高濃度領域３Ｈに少なくとも部分的に対向しており、図１の構成においては受光領域６の全体が対向している。受光領域６は、窓層５の表面上において部分的にアクセプタを熱拡散させることによって形成され得る。
【００２３】
ガードリング領域７はｐ型を有している。好ましくは、ガードリング領域７の不純物濃度は窓層５の不純物濃度よりも大きい。好ましくは、ガードリング領域７の不純物濃度は光吸収層４の不純物濃度よりも大きい。ガードリング領域７は、面内方向（図中、横方向）において、窓層５によって受光領域６から隔てられている。ガードリング領域７は、厚み方向（図中、縦方向）において、窓層５を貫通して光吸収層４内に達している。言い換えれば、ガードリング領域７の底部は、窓層５の下面よりも深く位置しており、光吸収層４の上面よりも深くかつ光吸収層４の下面よりも浅く位置している。よって、ガードリング領域７は、厚み方向において光吸収層４を介して電界制御層３の低濃度領域３Ｌに少なくとも部分的に対向しており、図１の構成においてはガードリング領域７の全体が対向している。ガードリング領域７は、窓層５の表面の一部から、窓層５を貫通して光吸収層４内へアクセプタを熱拡散させることによって形成され得る。
【００２４】
平面レイアウトにおいては、典型例としては、受光領域６が円形形状を有しており、この円形を囲むようにガードリング領域７がリング形状を有している。この例の場合、図１において、幅Ｗ６は上記円形形状の直径であり、幅Ｗ７は上記リング形状の外縁と内縁との間の寸法である。
【００２５】
アノード電極９は、典型的には金属からなる。アノード電極９は、窓層５から離れて、受光領域６上に設けられている。なお図１の構成においては、ＡＰＤ１０１内へ半導体基板１の裏面（図１における下面）から光が入ることが想定されているので、金属からなるアノード電極９が半導体基板１の表面（図１における上面）上において受光領域６の大部分を覆っていてよい。カソード電極（図示せず）は、典型的には金属からなる。カソード電極は、半導体基板１に接するように配置されていればよい。例えば、カソード電極は、半導体基板１の裏面上に設けられていてよい。あるいは、カソード電極は、例えば、半導体基板１の表面（図１における上面）側から半導体基板１に接していてもよく、この場合、カソード電極が半導体基板１以外の他の構成と不必要に接触しないように、これら他の構成に開口が設けられていてよい。なお、受光領域６とアノード電極９との間には、コンタクト抵抗を下げるために、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、またはＩｎＧａＡｓなどからなる領域が設けられていてもよい。
【００２６】
なおＡＰＤ１０１における各要素の材料は、当該要素の機能を実現するために必要な特性を有するものであればよく、上記説明において具体的に挙げられた材料に限定されるものではない。
【００２７】
（ブレイクダウン電圧およびリーチスルー電圧のシミュレーション結果）
ＡＰＤ１０１（図１）の実施例と、参考例ＸのＡＰＤ１９１Ｘ（図２）と、参考例ＹのＡＰＤ１９１Ｙ（図３）とについて、ブレイクダウン電圧およびリーチスルー電圧を、シミュレーションによって検討する。ＡＰＤ１９１Ｘ（図２）は、ＡＰＤ１０１（図１）と異なり、ガードリング領域７を有していない。ＡＰＤ１９１Ｙ（図３）のガードリング領域７は、ＡＰＤ１０１（図１）のガードリング領域よりも浅く形成されており、厚み方向において、窓層５と光吸収層４との境界までは延びているものの、光吸収層４内までは延びていない。このため、ＡＰＤ１９１Ｙ（図３）において空乏層が形成され得る厚み範囲ＤＬｙは、ＡＰＤ１０１（図１）において空乏層が形成され得る厚み範囲ＤＬよりも厚くなっている。またＡＰＤ１９１Ｙは、電界制御層３（図１）に代わり、電界制御層３ｙを有している。電界制御層３ｙは、面内方向において均一な不純物濃度を有しており、当該不純物濃度は、電界制御層３の高濃度領域３Ｈのものと同じである。以下に、シミュレーション結果を示す。
【００２８】
【表１】
0006710343.tif 000002
【００２９】
上記表において、「受光部」の行は、各図中の受光部ＲＡについてのシミュレーション結果である。なお受光部の構成は、上記３つの例の間で共通である。一方、上記表において、「外周部」の行は、各図中の外周部ＲＢについてのシミュレーション結果である。外周部の構成は、上記３つの例の間で異なっていることから、異なる値が算出されている。また上記表において、「リーチスルー電圧」は、空乏層が半導体基板１から、窓層５、または、ガードリング領域７が設けられた窓層５へと達するのに要する電圧である。
【００３０】
図４は、受光部における電圧−電流特性と、外周部における電圧−電流特性との間の、望ましい関係を示すグラフ図である。外周部が設けられることに起因してＡＰＤのブレイクダウン電圧がかえって低下することを避けるためには、外周部のブレイクダウン電圧が受光部のブレイクダウン電圧以上であることが必要である（図中、矢印ＴＢ参照）。この条件の下で、外周部のリーチスルー電圧は、受光部への電流集中を抑制するために、受光部のリーチスルー電圧よりも小さいことが望ましい（図中、矢印ＴＲ参照）。この観点で、上記表に示された結果を検討すると、参考例ＸおよびＹに比して、実施例が最も優れた構成であることがわかる。参考例Ｘの外周部のリーチスルー電圧も受光部のリーチスルー電圧に比して小さいが、実施例のリーチスルー電圧よりは大きく、この点で改善余地がある。参考例Ｙ（図３）の外周部は、図４で説明した望ましい状態とは反対の状態を有しており、このことは、ガードリング領域７が参考例Ｙにおいては、意図された機能を有していないことを意味している。一方、上記結果から、ガードリング領域７が実施例においては、意図された機能を有しているといえる。
【００３１】
本実施の形態のＡＰＤ１０１によれば、以上の説明からわかるように、高濃度領域３Ｈおよび低濃度領域３Ｌを有する電界制御層３と、窓層５を貫通して光吸収層４内に達するガードリング領域７とが設けられることにより、ガードリング構造を効果的に設けることができる。
【００３２】
（構成の詳細）
アクセプタとして、ガードリング領域７（図１）はＺｎ原子を含有し、電界制御層３（図１）はＢｅ原子を含有していることが好ましい。ガードリング領域７はＢｅ原子を実質的に含有していないことが好ましく、電界制御層３はＺａ原子を実質的に含有していないことが好ましい。Ｚｎ原子は拡散しやすく、Ｂｅ原子は拡散しにくい性質を有しているので、上記のように、異なるアクセプタ原子を用いることによって、ＡＰＤ１０１の製造においてアクセプタを所望の領域へ添加する工程を、より容易なものとすることができる。
【００３３】
受光領域６とガードリング領域７との間の間隔ＳＰ（図１）は３μｍ以上であることが好ましい。言い換えれば、ガードリング領域７は受光領域６から３μｍ以上離れていることが好ましい。間隔ＳＰが過小である場合、動作電圧が印加された際に、受光領域６から延びる空乏層がガードリング領域７とつながることに起因しての容量増加により、ＡＰＤの高速動作が困難となる。窓層５のキャリア濃度は一般的に１×１０１６ｃｍ−３以下であり、ＡＰＤの動作電圧では空乏層が約２μｍ延びる。上述したように間隔ＳＰが３μｍ以上であれば、受光領域６から延びる空乏層がガードリング領域７とつながることが避けられる。
【００３４】
ガードリング領域７は、ピーク値として、１×１０１８ｃｍ−３以上のキャリア濃度を有していることが好ましい。光吸収層４のキャリア濃度に比してあまり高くないキャリア濃度を有するガードリング領域７が形成される場合は、添加されるドーパントの量が少ないことに起因して、ガードリング領域７が形成される深さが不安定となりやすい。その結果、ガードリング領域７の下方に形成される空乏層の厚みＤＬ（図１）の精度が低下し、よって外周部ＲＢにおけるブレイクダウン電圧およびリーチスルー電圧を最適化することが難しくなる。光吸収層４のキャリア濃度は一般的に１×１０１６ｃｍ−３以下であることから、上述したようにガードリング領域７のキャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であれば、厚みＤＬの精度を十分に確保しやすくなる。なお、これと同様のキャリア濃度を受光領域６も有していてもよい。
【００３５】
受光領域６の最大寸法が表れる断面視（例えば、図１）において、ガードリング領域７は受光領域６の幅Ｗ６に比して大きな幅Ｗ７を有していることが好ましい。一般に、開口部を有するマスクを用いてアクセプタとしてのドーパントを熱拡散させることによってｐ型領域が形成される場合、開口部の幅が大きいほど、大きな幅と大きな深さとを有するｐ型領域が形成される。よって、幅Ｗ６に比して幅Ｗ７の方が大きければ、受光領域６を形成するための開口部と、ガードリング領域７を形成するための開口部との両方が設けられたマスクを用いてのドーパントの熱拡散によって、受光領域６およびガードリング領域７を一度に形成することができる。なお受光領域６が平面レイアウトにおいて円形を有している場合、上記断面視は当該直径を露出する断面視であり、この円形の直径が幅Ｗ６に対応する。
【００３６】
（変形例）
図５は、ＡＰＤ１０１（図１）の変形例としてのＡＰＤ１０１ｖ（半導体受光素子）の構成を示す断面図である。図５の構成においては、ＡＰＤ１０１ｖ内へ半導体基板１の表面（図５における上面）から光が入ることが想定されている。これに対応して、ＡＰＤ１０１ｖは、アノード電極９に代わり、アノード電極９ｖを有している。アノード電極９ｖは、半導体基板１の表面上において受光領域６を小さな割合（例えば半分以下の割合）でしか覆っていない。これによりＡＰＤ１０１ｖ内へ半導体基板１の表面から光が効率的に入ることができる。
【００３７】
＜実施の形態２＞
図６は、本実施の形態におけるＡＰＤ１０２（半導体受光素子）の構成を概略的に示す断面図である。ＡＰＤ１０２においては、半導体基板１上において、増倍層２と電界制御層３と光吸収層４と受光領域６とガードリング領域７とを含むメサ形状領域１０が形成されている。図６の例においては、当該メサ形状領域を形成するために、面内方向（図中、横方向）におけるガードリング領域７の外側に、深さ方向（図中、下方向）へ向かってテーパ形状を有するトレンチＴＲが形成されている。トレンチＴＲの側壁は、窓層５によってガードリング領域７から隔てられている。トレンチＴＲは、窓層５の表面（図中、上面）から、窓層５と光吸収層４と電界制御層３と増倍層２とを貫通して、半導体基板１内へ達している。トレンチＴＲは、エッチングマスクを用いてのエッチングによって形成され得る。
【００３８】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００３９】
本実施の形態によれば、メサ形状領域１０が設けられることによって、暗電流の原因である、ＡＰＤの外側を流れるリーク電流を抑制することができる。メサ形状領域１０が設けられたＡＰＤ１０２は、リーチスルー電圧以下の電圧が印加されている際には、メサ形状領域１０の側壁に沿った電流パスをリーク電流が流れる状態を有する。そして、ＡＰＤ１０２へ光が入射することによってリーチスルー電圧を超える電圧が印加されると、電流パスが瞬間的に切り替わり、電流が受光部ＲＡ中を流れやすい状態となる。本実施の形態によれば、このときの電流集中が、実施の形態１で説明した理由で、効果的に低減される。
【００４０】
＜実施の形態３＞
本実施の形態では、ＡＰＤ１０１（図１：実施の形態１）に適した製造方法について説明する。図７は、本実施の形態におけるＡＰＤ１０１の製造方法を概略的に示すフロー図である。図８〜図１１のそれぞれは、当該製造方法の第１〜第４の工程を概略的に示す断面図である。
【００４１】
図８を参照して、ステップＳ１０（図７）にて、半導体基板１上に増倍層２がエピタキシャル成長によって形成される。次に、ステップＳ２０（図７）にて、増倍層２上に半導体層３０がエピタキシャル成長によって形成される。半導体層３０は、Ｂｅ原子を含有することによってｐ型を有している。半導体層３０は、高濃度領域３Ｈ（図１）に対応する第１の領域３０ａと、低濃度領域３Ｌ（図１）となる第２の領域とを有している。半導体層３０は、面内方向（図中、横方向）において実質的に均一な不純物濃度を有している。よって、図中における第１の領域３０ａと第２の領域３０ｂとの境界線は、異なる物性を有する領域間の境界を意味するものではなく、後の工程において形成される高濃度領域３Ｈと低濃度領域３Ｌとの境界に対応している。次に、ステップＳ３０（図７）にて、半導体層３０上にエピタキシャル成長によって光吸収層４が形成される。次に、ステップＳ４０（図７）にて、光吸収層４上にエピタキシャル成長によって窓層５が形成される。
【００４２】
図９を参照して、ステップＳ５０（図７）にて、開口部を有するマスク（図示せず）を用いてアクセプタとしてのドーパントを熱拡散させることによって、受光領域６が形成される。
【００４３】
図１０を参照して、ステップＳ６０（図７）にて、窓層５上に、開口部ＯＰを有するマスク５０が形成される。ステップＳ７０（図７）にて、開口部ＯＰからＺｎ原子が、矢印ＴＤで示されているように熱拡散させられる。
【００４４】
さらに図１１を参照して、Ｚｎ原子を熱拡散させる上記工程において、Ｚｎ原子を含有することによってｐ型を有するガードリング領域７が形成される。また、Ｚｎ原子を熱拡散させる上記工程の影響によって、第１の領域３０ａ（図１０）中のＢｅ原子の濃度に比して第２の領域３０ｂ（図１０）中におけるＢｅ原子の濃度がより低下する。これにより、半導体層３０（図１０）から電界制御層３（図１１）が形成される。このようにＢｅ原子の濃度が低下する現象は、Ｚｎ原子の上記熱拡散に起因して光吸収層４内のうちガードリング領域７下方に空格子点が発生し当該空格子点が半導体層３０の第２の領域３０ｂ中のＢｅ原子を吸い上げるために生じると推測される。
【００４５】
次に、マスク５０が除去される。
【００４６】
再び図１を参照して、ステップＳ８０（図７）にて、アノード電極９が形成される。これにより、ＡＰＤ１０１が得られる。なお、上記においては説明が省略されているが、実施の形態１で述べたカソード電極が、適当なタイミングで形成されてよい。また、受光領域６の形成およびガードリング領域７の形成の順番は逆であってもよい。なお上記方法においては、受光領域６のアクセプタは、Ｚｎ原子と異なるものであってもよい。
【００４７】
本実施の形態によれば、高濃度領域３Ｈおよび低濃度領域３Ｌを有する電界制御層３（図１０）を、このような濃度差を有しない半導体層３０（図８）から、ガードリング領域７の形成工程の影響を利用して、容易に形成することができる。よってＡＰＤ１０１の製造方法を簡素化することができる。
【００４８】
図１２は、上述した本実施の形態の変形例におけるＡＰＤ１０１の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。本変形例においては、図８に示された工程の後に、マスク５０ｖが形成される。マスク５０ｖは、マスク５０（図１１）の開口部ＯＰに加えて、開口部ＯＰｖを有している。開口部ＯＰｖの最大寸法が表れる断面視（例えば、図１２）において、開口部ＯＰは開口部ＯＰｖの幅ＷＶ６に比して大きな幅ＷＶ７を有している。次に、開口部ＯＰからＺｎ原子が矢印ＴＤで示されているように熱拡散させられると同時に、開口部ＯＰｖからＺｎ原子が矢印ＴＤｖで示されているように熱拡散させられる。これにより本変形例においては、受光領域６をガードリング領域と同時に形成することができる。この場合に得られるＡＰＤ１０１（図１）においては、ガードリング領域７は受光領域６の幅Ｗ６に比して大きな幅Ｗ７を有する。
【００４９】
上記本実施の形態およびその変形例の製造方法にトレンチＴＲ（図６）の形成工程が付加されれば、ＡＰＤ１０２（図６：実施の形態２）を得ることができる。
【００５０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００５１】
ＥＤ  外縁、ＲＡ  受光部、ＲＢ  外周部、ＯＰ，ＯＰｖ  開口部、ＳＰ  間隔、ＴＲ  トレンチ、１  半導体基板、２  増倍層、３  電界制御層、３Ｈ  高濃度領域、３Ｌ  低濃度領域、４  光吸収層、５  窓層、６  受光領域、７  ガードリング領域、９，９ｖ  アノード電極、１０  メサ形状領域、３０  半導体層、３０ａ  第１の領域、３０ｂ  第２の領域、５０，５０ｖ  マスク、１０１，１０１ｖ，１０２  ＡＰＤ（半導体受光素子）。
【図１】
0006710343.tif 000003
【図２】
0006710343.tif 000004
【図３】
0006710343.tif 000005
【図４】
0006710343.tif 000006
【図５】
0006710343.tif 000007
【図６】
0006710343.tif 000008
【図７】
0006710343.tif 000009
【図８】
0006710343.tif 000010
【図９】
0006710343.tif 000011
【図１０】
0006710343.tif 000012
【図１１】
0006710343.tif 000013
【図１２】
0006710343.tif 000014