(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型化合物半導体基板上に吸収層、グレージング層、第１導電型チャージシート層、増倍層を順次的に形成する段階と、
前記増倍層の中央の所定部分に凹溝を形成する段階と、
前記増倍層内に前記凹溝を含んだ形で、凹溝を囲むように第１深さを有する第２導電型第１拡散層を形成する段階と、
前記増倍層内に前記第１拡散層を拡張させて前記第１深さより深い第２導電型第２拡散層を形成するとともに、前記第２拡散層の両側に前記第２拡散層と所定距離だけ離隔した前記増倍層内にフローティングガードリングを形成する段階とを有し、
前記第２拡散層と前記増倍層との接合面で、エッジ接合面の形状が緩やかに変化することを特徴とするアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記第２拡散層とフローティングガードリングを形成する段階以後に、前記第２拡散層が露出するように前記増倍層上に保護膜を形成する段階と、前記露出された凹溝両側の前記第２拡散層上に前記第２拡散層と所定部分コンタクトする第２導電型オーミックコンタクト層を形成する段階と、前記化合物半導体基板の下部に前記化合物半導体基板とコンタクトする第１導電型オーミックコンタクト層を形成する段階とを有することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記第１拡散層を形成する段階は、前記増倍層上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜をパターニングして前記凹溝を含む増倍層を所定部分露出させる段階と、前記露出された増倍層に所定の不純物を前記絶縁膜を拡散マスクとして前記第１深さだけ拡散させる段階と、前記絶縁膜を除去する段階とを有することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記不純物は亜鉛であることを特徴とする請求項３記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記不純物はカドミウムであることを特徴とする請求項３記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記第２拡散層とフローティングガードリングを形成する段階は、前記増倍層上に絶縁膜を形成する段階と、前記第１拡散層，前記第１拡散層に隣接した増倍層の第１部分及び前記増倍層の第１部分と所定距離離隔した前記増倍層の第２部分を露出させるように前記絶縁膜をパターニングする段階と、前記絶縁膜を第２拡散マスクとして使用して前記露出された第１拡散層，前記増倍層の第１及び第２部分内に第２深さだけ不純物を拡散する段階と、前記絶縁膜を除去する段階とを有することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記不純物は亜鉛であることを特徴とする請求項６記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記不純物はカドミウムであることを特徴とする請求項６記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記第１導電型化合物半導体基板はｎ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記吸収層はｕ−ＩｎＧａＡｓで形成することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１２】
前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記吸収層はｕ−ＩｎＧａＡｓで形成することを特徴とする請求港項９記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１５】
前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成することを特徴とする請求項１４記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成することを特徴とする請求項１５記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とする請求項１６記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記第１導電型化合物半導体基板はｎ+ −ＩｎＰで形成し、前記吸収層はｕ−ＩｎＧａＡｓで形成することを特徴とする請求項２記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項１９】
前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成し、前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成し、前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とする請求項２記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【請求項２０】
前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成し、前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成し、前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とする請求項１８記載のアバランシェフォトダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光素子の製造方法の技術に関し、特に、エッジブレイクダウン(edge breakdown)を効果的に抑制できるアバランシェフォトダイオードの製造方法の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
受光素子は光通信システムで必須に使用され、光ファイバを通じて伝達された光信号を感知し、これを電気的な信号に変換する役割を行う。このような受光素子としての半導体ダイオードには、フォトダイオード(photodiode)があり、III −Ｖ化合物半導体ダイオードには、Ｐ−ｉ−Ｐフォトダイオードとアバランシェフォトダイオード(avalanch photodiode ; APD) がある。
【０００３】
一般的に前記ＡＰＤは、入射する光により生成されたキャリヤが衝突イオン化により衝突し、他のキャリヤを生成する。しかし、ＡＰＤでは、ｐｎ接合のエッジの曲率が中央の曲率より小さいので、アバランシェブレイクダウンを起こすために加えられる非常に高い逆方向電圧により、エッジ(edge)の電界が中央の電界より大きくなる。これにより、中央よりエッジでブレイクダウン現象が生じるエッジブレイクダウン現象が発生する。したがって、このようなエッジブレイクダウン現象を抑制するために、部分的にチャージシート(partial charge sheet)層を有する構造とガードリング(guard ring)を有する構造が提案されている。
【０００４】
図７乃至図９はエッジブレイクダウンを抑制するための従来のＡＰＤを示す断面図である。図７を参照して、ｎ+ −ＩｎＰ基板１上にｕ−ＩｎＧａＡｓ吸収層２及びｕ−ＩｎＧａＡｓＰグレージング(grading) 層３が形成される。このｕ−ＩｎＧａＡｓＰグレージング層３上に、エッジブレイクダウンを抑制するための部分的チャージシート層４が形成される。この部分的チャージシート層４はその中央の厚さが他の部分の厚さより厚く形成される。さらにこの部分的チャージシート層４上にｕ−ＩｎＰ増倍層５が形成され、このｕ−ＩｎＰ増倍層５の中央内にｐ+ −ＩｎＰ拡散層６が形成される。このｐ+ −ＩｎＰ拡散層６を露出させるように、前記ｕ−ＩｎＰ増倍層５上に保護膜７が形成され、前記ｐ+ −ＩｎＰ拡散層６の両側上段にｐ型オーミックコンタクト層８が形成される。ｎ+ −ＩｎＰ基板１の下部にｎ+ −ＩｎＰ基板１とコンタクトするｎ型オーミックコンタクト層９が形成される。
【０００５】
図８はフローティングガードリングを有するＡＰＤの断面図である。図８を参照して、ｎ+ −ＩｎＰ基板１１上にｕ−ＩｎＧａＡｓ吸収層１２及びグレージング層１３が形成され、このｕ−ＩｎＧａＡｓＰグレージング層１３上に部分的チャージシート層１４が形成される。この部分的チャージシート層１４上にｕ−ＩｎＰ増倍層１５が形成され、このｕ−ＩｎＰ増倍層１５の中央内にｐ+ −ＩｎＰ拡散層１６が形成される。前記ｕ−ＩｎＰ増倍層１５内にｐ+ −ＩｎＰ拡散層１６と所定部分離隔するとともに各々互いに離隔してフローティングガードリング１７ａ，１７ｂが形成され、ｕ−ＩｎＰ増倍層１５上にｐ+ −ＩｎＰ拡散層１６を露出させるとともに保護膜１８が形成される。ｐ+ −ＩｎＰ拡散層１６の両側上段に該ｐ+ −ＩｎＰ拡散層１６とコンタクトするｐ型オーミックコンタクト層１９が形成され、ｎ+ −ＩｎＰ基板１１の下部にｎ+ −ＩｎＰ基板１１とコンタクトするｎ型オーミックコンタクト層２０が形成される。
【０００６】
図９はガードリングを有するＡＰＤの断面図である。図９を参照して、ｎ+ −ＩｎＰ基板２１上にｕ−ＩｎＧａＡｓ吸収層２２及びｕ−ＩｎＧａＡｓＰグレージング層２３が形成され、このｕ−ＩｎＧａＡｓＰグレージング層２３上にチャージシート層２４が形成される。チャージシート層２４上にｕ−ＩｎＰ増倍層２５が形成され、このｕ−ＩｎＰ増倍層２５の中央内にｐ+ −ＩｎＰ拡散層２６が形成される。エッジブレイクダウンを抑制するため、ｐ+ −ＩｎＰ拡散層２６のエッジ周辺にガードリング２７が形成され、ｕ−ＩｎＰ増倍層２５上にｐ+ −ＩｎＰ拡散層２６を露出させるとともに保護膜２８が形成される。ｐ+ −ＩｎＰ拡散層２６の両側上段にｐ+ −ＩｎＰ拡散層２６とコンタクトするｐ型オーミックコンタクト層２９が形成され、ｎ+ −ＩｎＰ基板２１の下部にｎ+ −ＩｎＰ基板２１とコンタクトするｎ型オーミックコンタクト層３０が形成される。
【０００７】
図７乃至図９に示すように、従来のＡＰＤは部分的チャージシート層１４、フローティングガードリング１７ａ，１７ｂまたはガードリング２７を備える。このような部分的チャージシート層１４、フローティングガードリング１７ａ，１７ｂまたはガードリング２７は、ｕ−ＩｎＰ増倍層５，１５，２５とｐ+ −ＩｎＰ拡散層６，１６，２６との接合面であるｐｎ接合面のエッジ電界を吸収して、ｐｎ接合面の中央電界をエッジ電界より大きくすることで、中央部分で効果的にアバランシェブレイクダウンが起こる。
【０００８】
しかし、前記のような従来のＡＰＤでは次のような問題がある。すなわち、部分的チャージシート層を有するＡＰＤ（図７参照）で、部分的チャージシート層４は、チャージシート層がエピタキシャル成長しエッチングにて形成される。その後、部分的チャージシート層４上にｕ−ＩｎＰ増倍層５を再度エピタキシャル成長により生成するので、２回のエピタキシャル成長工程が必要となる。この２回のエピタキシャル成長工程により、部分的チャージシート層４とｕ−ＩｎＰ増倍層５との界面で欠陥が発生し、ＡＰＤの特性を低下させる。また、チャージシート層のエッチング時において、エッチングの深さを正確に制御することが難しいという問題がある。
【０００９】
また、フローティングガードリングを有するＡＰＤ（図８参照）において、フローティングガードリング１７ａ、１７ｂを形成するために２回以上の拡散工程を行うが、この際に、拡散の制御が難しく、優秀な特性を有するＡＰＤを得ることが難しいという問題がある。
【００１０】
さらに、ガードリングを有するＡＰＤ（図９参照）において、ガードリング２７を形成するために、２回の拡散工程を行う。すなわち、拡散ソースとして亜鉛(Zn)またはカドミウム(Cd)を用いる第１拡散工程を行った後、拡散ソースとしてベリリウム(Be)を用いる第２拡散工程を行うが、この際に、ベリリウム(Be)の正確なドーピング制御が難しいという工程上の難点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、エッジのｐｎ接合面のエッジ部分の形状が緩やかに変化するようにして、エッジブレイクダウンを効果的に抑制できるアバランシェフォトダイオードの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によるアバランシェフォトダイオードが次のように製造される。先ず、第１導電型化合物半導体基板上に吸収層，グレージング層，第１導電型チャージシート層，増倍層を順次的に形成する段階と、前記増倍層の中央の所定部分に凹溝を形成する段階と、前記増倍層内に前記凹溝を含んだ形で、凹溝を囲むように第１深さを有する第２導電型第１拡散層を形成する段階と、前記増倍層内に前記第１拡散層を拡張させて前記第１深さより深い第２導電型第２拡散層を形成するとともに、前記第２拡散層の両側に前記第２拡散層と所定距離だけ離隔した前記増倍層内にフローティングガードリングを形成する段階とを有し、前記第２拡散層と前記増倍層との接合面で、エッジ接合面の形状が緩やかに変化することを特徴とする。
【００１３】
また、前記第２拡散層とフローティングガードリングを形成する段階以後に、前記第２拡散層が露出するように前記増倍層上に保護膜を形成する段階と、前記露出された凹溝両側の前記第２拡散層上に前記第２拡散層と所定部分コンタクトする第２導電型オーミックコンタクト層を形成する段階と、前記化合物半導体基板の下部に前記基板とコンタクトする第１導電型オーミックコンタクト層を形成する段階とを有することを特徴とし、前記第１拡散層を形成する段階は、前記増倍層上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜をパターニングして前記凹溝を含む増倍層を所定部分露出させる段階と、前記露出された増倍層に所定の不純物を前記絶縁膜を拡散マスクとして前記第１深さだけ拡散させる段階と、前記絶縁膜を除去する段階とを有することを特徴とし、前記不純物は亜鉛であることを特徴とし、前記不純物はカドミウムであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記第２拡散層とフローティングガードリングを形成する段階は、前記増倍層上に絶縁膜を形成する段階と、前記第１拡散層、前記第１拡散層に隣接した増倍層の第１部分及び前記増倍層の第１部分と所定距離離隔した前記増倍層の第２部分を露出させるように前記絶縁膜をパターニングする段階と、前記絶縁膜を第２拡散マスクとして使用して前記露出された第１拡散層，前記増倍層の第１及び第２部分内に第２深さだけ不純物を拡散する段階と、前記絶縁膜を除去する段階とを有することを特徴とし、前記不純物は亜鉛であることを特徴とし、前記不純物はカドミウムであることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記第１導電型化合物半導体基板はｎ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とし、前記吸収層はｕ−ＩｎＧａＡｓで形成することを特徴とし、前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成することを特徴とし、前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成することを特徴とし、前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とし、前記吸収層はｕ−ＩｎＧａＡｓで形成することを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成することを特徴とし、前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成することを特徴とし、前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とし、前記第１導電型化合物半導体基板はｎ+ −ＩｎＰで形成し、前記吸収層はｕ−ＩｎＧａＡｓで形成することを特徴とし、前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成し、前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成し、前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とし、前記グレージング層はＩｎＧａＡｓＰで形成し、前記増倍層はｕ−ＩｎＰで形成し、前記第２導電型第１及び第２拡散層はｐ+ −ＩｎＰで形成することを特徴とするものである。
【００１７】
このような方法により、増倍層と拡散層とのｐｎ接合面がエッジ部分で緩やかな形状に形成され、電圧の印加時に中央電界がエッジ電界より大きくなってエッジブレイクダウンが抑制される。このエッジブレイクダウンは、フローティングガードリングの形成によりさらに効果的に抑制できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１乃至図６は、本発明の一実施の形態によるＡＰＤの製造方法を説明するための断面図である。
【００１９】
図１を参照して，ｎ+ −ＩｎＰ基板４１上に、ｕ−ＩｎＧａＡｓ吸収層４２及びグレージング層４３，ｎ−ＩｎＰチャージシート層４４及びｕ−ＩｎＰ増倍層４５がエピタキシャル成長により連続的に形成される。次いで、ｕ−ＩｎＰ増倍層４５の中央の所定部分のエッチングにより、凹溝４６を形成する。
【００２０】
図２を参照して、図２に示す構造上に第１絶縁物質，好ましく第１誘電体物質の蒸着によるパターニングを行い、これにより凹溝４６を含むｕ−ＩｎＰ増倍層４５を所定部分露出させるように第１絶縁膜４７を形成する。図３を参照して、この露出されたｕ−ＩｎＰ増倍層４５に、亜鉛またはカドミウムが、第１絶縁膜４７を拡散マスクとして、公知の拡散工程により１次拡散を行う。これによりｕ−ＩｎＰ増倍層４５内に凹溝４６を囲む第１ｐ+ −ＩｎＰ拡散層４８が形成される。この際に、凹溝４６により、第１ｐ+ −ＩｎＰ拡散層４８とｕ−ＩｎＰ増倍層４５との接合面が緩やかな形状（図に示す断面形状が円弧状）に形成される。その後、公知の方法により、第１絶縁膜４７が除去される。
【００２１】
図４を参照して、図３の構造上に第２絶縁物質，好ましく第２誘電物質の蒸着によるパターニングにより、第１ｐ+ −ＩｎＰ拡散層４８，この第１ｐ+ −ＩｎＰ拡散層４８に隣接したｕ−ＩｎＰ増倍層４５の第１部分と、この第１部分と所定距離だけ離隔するようにｕ−ＩｎＰ増倍層４５の第２部分を露出させる第２絶縁膜４９が形成される。
【００２２】
図５を参照して、前記露出されたｕ−ＩｎＰ増倍層４５に、亜鉛またはカドミウムで、第２絶縁膜４９を拡散マスクとして公知の拡散工程により２次拡散を行う。その結果、ｕ−ＩｎＰ増倍層４５内に、凹溝４６を囲む第１ｐ+ −ＩｎＰ拡散層４８が再拡散され、これにより拡張された第２ｐ+ −ＩｎＰ拡散層５０が形成される。この第２ｐ+ −ＩｎＰ拡散層５０の両側にフローティングガードリング５１，５１が形成される。この際に、凹溝４６により、第２ｐ+ −ＩｎＰ拡散層５０とｕ−ＩｎＰ増倍層４５との接合面であるｐｎ接合面の形状が緩やかに形成され、第２ｐ+ −ＩｎＰ拡散層５０とフローティングガードリング５１，５１は電気的に互いに離隔して形成される。また、このフローティングガードリング５１，５１は、ＡＰＤの動作時において、所定の逆バイアス電圧でｐｎ接合面のエッジ電界を吸収してエッジブレイクダウンを抑制する。次いで、公知の方法により第２絶縁膜４９が除去される。
【００２３】
図６を参照して、図５に示す構造上に保護膜５２が形成されてパターニングされ、第２ｐ+ −ＩｎＰ拡散層５０を露出させる。その後、凹溝４６に隣接したｐ+ −ＩｎＰ拡散層５０上に、このｐ+ −ＩｎＰ拡散層５０とコンタクトするｐ型オーミッコンタクト層５３が形成され、ｎ+ −ＩｎＰ基板４１の下部に、このｎ+ −ＩｎＰ基板４１とコンタクトするｎ型オーミックコンタクト層５４が形成される。
【００２４】
一方、図６において、符号５５は、電圧印加による等電位面を示したものであり、その間隔がエッジより中央部がもっとも狭くなっている。すなわち、ＡＰＤの中央電界がエッジ電界より大きくなることで、エッジブレイクダウン現象が抑制されるようになる。
【００２５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、請求の範囲に記載された技術思想の範囲内におてい多様に変形させて実施することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明のように本発明によれば、ＡＰＤの増倍層中央に凹溝を形成し、この凹溝を用いて２回の拡散を行い、前記増倍層内に拡散層を形成する方法により、増倍層と拡散層とのｐｎ接合面がエッジでも緩やかな形状に形成され、電圧の印加時に中央電界がエッジ電界より大きくなり、エッジブレイクダウンが抑制される。このようなエッジブレイクダウンはフローティングガードリングによりさらに効果的に抑制が可能となる。これにより、素子の中央部分で効果的にブレイクダウンが発生することから、ＡＰＤの特性が向上する。また、フローティングガードリング及び拡散層の形成のための工程数が減少することにより、工程が単純化して製造費用を削減することが可能となる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるＡＰＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるＡＰＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるＡＰＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるＡＰＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるＡＰＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるＡＰＤの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】部分的チャージシート層を有する従来のＡＰＤを示す断面図である。
【図８】フローティングガードリングを有する従来のＡＰＤを示す断面図である。
【図９】ガードリングを有する従来のＡＰＤを示す断面図である。
【符号の説明】
４１    ｎ+ −ＩｎＰ基板
４２    ｕ−ＩｎＧａＡｓ吸収層
４３    ＩｎＧａＡｓＰグレージング層
４４    ｎ−ＩｎＰチャージシート層
４５    ｕ−ＩｎＰ増倍層
４６    凹溝
４７    第１絶縁膜
４８    第１ｐ+ −ＩｎＰ拡散層
４９    第２絶縁膜
５０    第２ｐ+ −ＩｎＰ拡散層
５１    フローティングガードリング
５２    保護膜
５３    ｐ型オーミックコンタクト層
５４    ｎ型オーミックコンタクト層
５５    等電位面
【図１】
0003837606.tif 000002
【図２】
0003837606.tif 000003
【図３】
0003837606.tif 000004
【図４】
0003837606.tif 000005
【図５】
0003837606.tif 000006
【図６】
0003837606.tif 000007
【図７】
0003837606.tif 000008
【図８】
0003837606.tif 000009
【図９】
0003837606.tif 000010