專利名稱：雪崩光電二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用半導體的受光元件，特別是涉及暗電流低，長期 可靠性高的雪崩光電二極管。
背景技術：
光通信等中使用的雪崩光電二極管是除了設置進行光電變換的
光吸收層之外，還設置將光電變換的載流子雪崩(avalanche)倍增的 層，由此提高感光靈敏度的半導體受光元件，要求暗電流低并且具有 高的可靠性。
所述的雪崩光電二極管的多數由化合物半導體形成，從其構造可 大致劃分為臺面構造和平面構造。臺面構造是采用在襯底上形成臺面 (臺地)，在同一臺面中包含pn結的構造，在臺面周邊的表面容易 產生擊穿。為了抑制它， 一般采用設置了傾斜的構造，并且采用在臺 面外周區(qū)域設置成為高電阻部的嵌入層等的構造，進行將暗電流抑制 在很低的努力(例如，專利文獻l)。
平面構造是通過設置選擇擴散區(qū)來形成pn結，所述pn結的邊 緣部的邊緣擊穿成為問題。如果在邊緣部流過電流，即使電壓增加， 位于中央的受光部的pn結的逆向電壓幾乎不增加，所以無法發(fā)揮作 為雪崩光電二極管的功能。因此，采取例如對所述邊緣部，通過雜質 注入等，設置高電阻的護環(huán)等對策(例如專利文獻2)。 專利文獻1:特開2002-324911號公報(圖1) 專利文獻2:特開平7-312442號公報(第4-6頁、第2、 6圖) 可是，在以往的雪崩光電二極管中，存在以下的問題。 在傾斜型臺面構造中，為了在臺面外周區(qū)域^L置嵌入層，例如用 有機金屬氣相生長法(MO-CVD)法等，局部地并且不根據結晶面而
均勻地進行結晶再生長的工藝是必要的，所以制造成本上升，成品率 差。
在平面構造中(在專利文獻2中，記栽為準平面構造)，例如在 補償受光區(qū)域周邊部的電場緩和層的p導電類型而形成護環(huán)的方法 中，必須形成溝槽，來進行Ti等的離子注入和注入離子的活性化， 有必要設置蝕刻阻擋層。且在其外周設置雜質擴散層，所以工藝變得 復雜，制造成本上升，并且成品率差。此外，光吸收層中的護環(huán)的電 場強度提高，所以隧道暗電流增大。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決這些問題而提出的，其目的在于，提供能用簡 易的步驟制造，并且能抑制暗電流，能確保長期可靠性的雪崩光電二 極管。
本發(fā)明的雪崩光電二極管被配置為具備第一電極；具備與它電 連接的由第一導電類型構成的第一半導體層的襯底；其中，在所述襯 底上至少層疊雪崩倍增層、光吸收層、禁帶寬度比所述光吸收層更大 的由第二導電類型構成的第二半導體層，通過在所述第二半導體層上 形成的溝，分離為內部區(qū)域和外部區(qū)域，所述內部區(qū)域與第二電極電 連接。
根據本發(fā)明，能夠提供用簡易的步驟制造，低暗電流并且長期可 靠性高的雪崩光電二極管。


下面簡要說明附圖。
圖l是表示根據本發(fā)明實施方式l的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖。
圖2是表示根據本發(fā)明實施方式1的圖1的A-A，截面的深度方 向的電場強度分布的特性圖。
圖3是表示根據本發(fā)明實施方式1的圖1的B-B，截面和C-C， 截面的面方向的電場強度分布的特性圖。
圖4是表示根據本發(fā)明實施方式2的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖。
圖5是表示根據本發(fā)明實施方式3的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖。
圖6是表示根據本發(fā)明實施方式4的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖。
圖7是表示根據本發(fā)明實施方式4的雪崩光電二極管的概略構造 的俯視圖。
圖8是關于根據本發(fā)明實施方式4的雪崩光電二極管，表示電流 和倍增率M和反偏置電壓的關系的特性圖。
圖9是表示根據本發(fā)明實施方式5的雪崩光電二極管的概略結構 的剖面圖。
圖IO是表示根據本發(fā)明實施方式6的雪崩光電二極管的概略結 構的剖面圖。
圖11是表示根據本發(fā)明實施方式7的雪崩光電二極管的概略結 構的立體圖。
(符號說明)
1—襯底；2—第一半導體層；3—蝕刻阻擋層；4—雪崩倍增層； 5—電場緩和層；6—光吸收層；7—遷移層；8—第二半導體層；9— 接觸層；IO—溝；11—耗盡區(qū)；12—保護膜；13—第一電極；14—第 二電極；21—反射防止膜；15—第三半導體層；23—多層反射層；24 —反射調整層；25—側面；26—外壕溝；27—劈開面；28—光；81 — 第一窗層；82—第二窗層；83-第一蓋子層；84—第二蓋子層；110 一內部區(qū)域；111—外部區(qū)域。
具體實施例方式
圖l是表示根據本發(fā)明實施方式l的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖。這里，作為第一導電類型，使用n型，作為第二導電類型，
使用p型，作為第一電極，使用n電極，作為第二電極，使用p電極。 例如在n型InP等晶片狀的襯底1上，使用MO-CVD或分子線外延 生長法(MBE)等，實現各半導體層的制作。在本實施方式中，用以 下的步驟順序來制作。在襯底1上例如依次將栽流子濃度0.2 2x 10"cn^的n型InP等第一半導體層2 (以下也稱作緩沖層)生長為 厚度0.1~1 ji m，將i型AlInAs的雪崩倍增層4生長為厚度0.15-0.4 jn m，將載流子濃度0.5 1 x 1018cnT3的p型InP的電場緩和層5生長 為厚度0.03~0.06|im，將載流子濃度1~5 x 1015cnT3的p-型GalnAs 的光吸收層6生長為厚度1 1.5 jn m,作為第二半導體層8，將p型InP 生長為厚度1~2 ju m, 將p型GalnAs接觸層9生長為厚度0.1 0.5 ju m。這里，釆用^皮檢測光從與襯底1相反一側入射的結構(以下稱作 表面入射)，所以所述第二半導體層8的禁帶寬度比被檢測光的能量 更大。此外，第二半導體層8使被檢測光透過，所以以下也將第二半 導體層8稱作窗層。
接著，將SiOx膜作為掩模形成，將接收光28的受光部作為中 心，對接觸層9蝕刻除去中央部和外部，使得留下內徑20pm、寬度 5 10jiim的環(huán)狀。接著，除去SiNx膜后，將SiOx膜作為掩模形成， 將接觸層9的周圍以寬度5nm的環(huán)狀，至少除去第二半導體層8， 形成溝10，分離為內部區(qū)域110和外部區(qū)域111。并且通過蒸鍍，形 成SiNx表面保護膜兼反射防止膜120，除去位于接觸層9的上部的所 述SiNx表面保護膜兼反射防止膜120，在接觸層9之上，由AuZn/Au 形成p電極14。并且在襯底1中，研磨與層疊有緩沖層2的面相反的 面，由AuGe/Au形成n電極13,通過熱處理，作為歐姆接合，電連 接p電極14和接觸層9以及n電極13和緩沖層2。并且將晶片狀的 襯底l劈開分離，作為具有劈開面27的300jum左右見方的元件。
以下，說明由所述的步驟制造的雪崩光電二極管的動作。在以n 電極13 —側成為正，p電極14 一側成為負的方式從外部施加反偏置 電壓的狀態(tài)下，從p電極14一側入射光28。例如，如果將作為光通 信波長帶的1.3 ji m帶或1.5 n m帶的近紅外區(qū)域的光對所述接觸層9
的環(huán)內部入射，光就透過禁帶寬度大的窗層8,在光吸收層6吸收， 產生電子-空穴對，所述電子移動到n電極13—側，所述空穴移動到 p電極14一側。在反偏置電壓充分高時，在所述雪崩倍增層4中，電 子離子化，生成新的電子-空穴對，與新生成的電子、空穴一起，引起 進一步的離子化，從而引起電子、空穴雪崩般地倍增的雪崩倍增。
下面，說明圖1所示的本實施方式的雪崩光電二極管中的電場強 度。圖2是表示圖1的A-A，截面的深度方向的電場強度分布的特性 圖，圖3是表示圖1的B-B，截面和C-C，截面的面方向的電場強度 分布的特性圖。圖2和圖3的橫軸的符號表示所述形成的各半導體層， 圖中A-A，截面表示為A-A， ， B-B，截面表示為B-B， ， C-C，截面 表示為C-C，。如圖2所示，成為最高電場的部分成為雪崩倍增層4。 并且如圖3的B-B，截面的電場強度分布所示，其中所述內部區(qū)域110 正下方的受光區(qū)域中央部成為最高的區(qū)域，越到周邊部，電場強度越 小。此外，如圖3的C-C，截面的電場強度分布所示，所述內部區(qū)域 110的周邊部的電場強度比中央部還高，但是，如果與圖2的B-B， 截面的電場強度分布相比，比施加在雪崩倍增層4的電場強度更低， 所以能抑制作為邊緣擊穿而知道的周邊部中的電流放大和作為隧道 擊穿而知道的電流發(fā)生，能作為雪崩光電二極管起作用。
因此，本實施方式的雪崩光電二極管沒必要設置抑制邊緣擊穿的 稱作護環(huán)的構造，能簡易地實現低暗電流、具有高可靠性的雪崩光電 二極管。
須指出的是，在本實施方式中，表示電場緩和層5為p型InP 的例子，但是也可以是AlInAs。根據狀況，例如也能將雪崩倍增層4 適度p型化，省略電場緩和層5。此外，表示為了電連接內部區(qū)域110 和p電極14設置接觸層9的例子，但是也可以直接使內部區(qū)域110 和p電極14接觸。
此外，如果在窗層8和光吸收層6之間設置0.02~0.2 ji m左右的 i型GalnAsP或AlGalnAs等遷移層7 (不圖示)，價電子帶的不連 續(xù)量就減小，與光吸收層6相比，空穴更容易流動(這里，作為空穴 遷移層工作)。因此，能防止異質界面的空穴的堆積，能實現更高速 的光響應。
此外，作為本實施方式的溝10的形成方法，為了除去InP類半 導體層，能使用例如反應性離子蝕刻、基于鹽酸/礴酸混合溶液等鹽酸 類溶液的濕式蝕刻。此外，為了除去GalnAs類半導體層或AlInAs 類半導體層，能使用例如將檸檬酸或酒石酸等有機酸和過氧化氬水混
合的有機酸溶液、將疏酸和過氧化氫水混合的硫酸溶液。 實施方式2
圖4是表示根據本發(fā)明實施方式2的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖。在本實施方式中，在所述的實施方式l中表示的雪崩光電 二極管中，在光吸收層6和第二半導體層8之間設置禁帶寬度比光吸 收層6更大的0.03 n m左右的由i型InP構成的第三半導體層15，留 下所述第三半導體層15來形成溝10。
根據本實施方式，能夠使在外部露出的溝IO的底部是禁帶寬度 比光吸收層6更大的層，所以能抑制溝10的底部的表面惡化，抑制 暗電流特性的下降，提高壽命。此外，在受光區(qū)域周邊部，局部地電 場強度高的區(qū)域不是光吸收層6,而可以是禁帶寬度大的層，所以能 進一步抑制作為邊緣擊穿而知道的周邊部的電流放大和作為隧道擊 穿而知道的電流發(fā)生。
須指出的是，在本實施方式中，表示使用i型InP作為第三半導 體層15的例子，但是也可以使用i型AlInAs、 i型AlGalnAs等。如 果是其組成與窗層8不同的材料，就能利用蝕刻速度不同這一點，有 選擇地蝕刻，所以能以高精度將溝10形成所需的深度。這時，也能 兼任空穴遷移層。
此外，在本實施方式中，表示使用i型作為第三半導體層15的 例子，但是比光吸收層6禁帶寬度大，并且不是第二導電類型就可以， 所以也可以是半絕緣性。
此外，在本實施方式中，表示第三半導體層15為一層的例子， 但是也可以為多層。
實施方式3
圖5是表示根據本發(fā)明實施方式3的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖。在本實施方式中，在所述的實施方式1所示的雪崩光電二 極管中，在由溝10分離的內部區(qū)域110的外周還設置外壕溝26，除 去直到光吸收層6，留下例如直徑lOOiam左右的圓形區(qū)域，形成側 面25。
本實施方式的雪崩光電二極管形成溝10，所以在內部區(qū)域110 的正下方形成耗盡區(qū)11。暗電流主要從光吸收層6發(fā)生，將耗盡區(qū) 11和元件側面作為路徑流過，所以通過在包圍耗盡區(qū)11的光吸收層 6的外周設置外壕溝26，能堵塞暗電流的路徑，所以能減少暗電流。 須指出的是，如果考慮耗盡區(qū)11的擴展，從內部區(qū)域110的外側到 側面25的距離(圖4中Wl)也可以是nm級，但是越大，越能長期 維持特性，所以例如是5nm以上，優(yōu)選是10jum以上，更優(yōu)選是30 ju m以上。
而如果減小外壕溝26的內部的光吸收層6的寬度(圖4中W2) 或者直徑，所述側面25的電場強度就提高，長期可靠性也下降，所 以由于外壕溝26的形成而留下的光吸收層6的寬度或直徑優(yōu)選是50 |im以上200jLim以下左右。此外，所述光吸收層6的形狀未特別限 定，可以殘留為圓形、橢圓形，也可以是四邊形、五邊形等多邊形。 采用所述多邊形時，如果在角部設置圓度，就能防止在所述角部的電 場集中，是優(yōu)選的。此外，如果設置多個外壕溝26,就能在內側的外 壕溝26抑制暗電流的發(fā)生，能在外側的外壕溝(未圖示)阻止來自 元件端的傷痕、缺口，能防止物理損傷。
外壕溝26的形成方法可以與上述溝10的形成方法同樣。有選擇 地蝕刻InP類材料時，能使用鹽酸/磷酸混合溶液等鹽酸類溶液，有選 擇地蝕刻AlGalnAs類材料或GalnAsP類材料時，能使用有機酸(檸 檬酸、酒石酸等)/過氧化氫水混合溶液等有機酸類溶液、硫酸類溶液。 如果將它們與選擇蝕刻性小的HBr/過氧化氫水或Br/甲醇等Br類溶 液等適宜組合，能實現所需的除去。
此外，也可以通過SiNx、 SiOx等電介質或聚酰亞胺等有機材料， 在側面25設置保護膜12 (不圖示)。通過設置所述的保護膜12，能 防止氧化或水分吸收，并能取得抑制暗電流發(fā)生的效果、長期可靠性。
此外，也可以在溝10的側壁、外壕溝26的側壁的至少任意一方， 通過MO-CVD等，使半導體結晶再生長，作為保護膜12。這時，作 為成為保護膜12的半導體結晶，可以是導電性低的i型或半絕緣性、 禁帶寬度大的半導體結晶，例如可以是InP、 AlInAs等。通過使保護 膜12為半導體結晶，與電介質相比，能抑制界面上的惡化。
在本實施方式中，表示形成外壕溝26，直到電場緩和層5的例 子，但是也可以除去直到比雪崩倍增層4更深的層。
在本實施方式中，表示接合窗層8和光吸收層6的例子，但是也 可以在窗層8和光吸收層6之間設置遷移層7(不圖示)或蝕刻阻擋 層3(不圖示)。
須指出的是，表示相對于襯底1，垂直設置側面25的例子，但 是也可以是梯形等其他形狀。通過在光吸收層6和電場緩和層5上設 置臺階，暗電流難以流過，所以也可以局部除去。
此外，特別是在沒必要設置電場緩和層5時，省略所述電場緩和 層5，在其下的雪崩倍增層4和光吸收層6上設置臺階即可。
實施方式4
圖6是表示根據本發(fā)明實施方式4的雪崩光電二極管的概略構造 的剖面圖，圖7是俯視圖。在本實施方式中，與所述的實施方式l同 樣地形成多個半導體層，但是作為在襯底1上形成的第一半導體層2， 使用使載流子濃度0.1 2 x 10"cm-3左右的InP或AlInAs等n型低 折射率層和GalnAs、 GalnAsP、 AlGalnAs等高折射率層成為對，層 疊8 20對，從而層疊1/4波長分布布喇格(Bragg)多層反射層23、 以及由n型InP或AlInAs構成的相位調整層24的層。這里，相位調 整層24調整光吸收層6和多層反射層23之間的光的相位，提高透過 光吸收層6的光的多層反射層23中的反射率。
此外，作為第二半導體層(窗層)8，由厚度0.1 0.3 jim左右、
載流子濃度0.1~2 x 10"cm^左右的p型AlInAs的第一窗層81、厚度 0.4 1.0 M m左右的p型InP的第二窗層82這2層構成。
在所述第一窗層81和第二窗層82上設置2jLim左右的寬度差異， 使第一窗層81的寬度寬。
此外，在光吸收層6和第一窗層81之間，作為空穴遷移層7， 依次將i型Gain AsP或AlGaIn As的禁帶寬度能量增大，并以每層0.03 jam左右層疊3 9層。
作為蝕刻阻擋層3，設置0.01 p m 0.05 in m的i型InP層。
此外，設置分離內部區(qū)域110和外部區(qū)域111的溝10，通過所 述溝10，在第一窗層81和第二窗層82，在單側帶有2jum左右的寬 度差而形成。除去外部區(qū)域lll的一部分，直到多層反射層23,設置 用于形成側面25的外壕溝26,從側面25，電場緩和層5伸出5nm 左右。
此外，在元件表面設置有保護膜12。
這里，圖6和圖7中的Wl即從內部區(qū)域110的外側到側面25 的距離為80jiim左右，W2即外壕溝26的內部的光吸收層6的寬度 是200Mm左右。
在本實施方式中，作為第一半導體層2，使用層疊1M波長分布 布喇格多層反射層23和相位調整層24的層，所以能將沒有在光吸收 層6中吸收而透過的光再度向光吸收層6反射。因此，能進一步提高 光吸收層6的光吸收量，能提高雪崩光電二極管的光靈敏度。
此外，在光吸收層6和笫一窗層81之間設置遷移層7，所以光 吸收層6和第一窗層81之間的價電子帶的不連續(xù)量減小，能防止異 質界面中的空穴的堆積，能從低倍增率實現高速的光響應。
此外，在光吸收層6和第一窗層81之間設置蝕刻阻擋層3，所 以能通過溝10可靠地蝕刻第一窗層81。
用遷移率小的第一窗層81(下部)和遷移率高的第二窗層82(上 部)形成窗層8，所以能使第二窗層82薄，因此與只設置遷移率小的 窗層時相比，能降低電阻。
此外，通過使第一窗層81比第二窗層82更寬，在內部區(qū)域110 中，能使第二窗層82的外周部的電阻比中央部大，所以能抑制隧道 暗電流流到外周部，還能防止擊穿。
此外，通過外壕溝26除去光吸收層6，所以在由外壕溝26包圍 的外部區(qū)域lll中，能夠抑制從光吸收層6產生的發(fā)生電流將側面25 作為路徑，經由雪崩倍增層4流到多層反射層23或相位調整層24， 所以能減少暗電流。
此外，在溝10中設置臺階，所以能防止設置在元件上面的保護 膜12或p電極14的溝側壁中的中斷，能提高可靠性。
同樣，在外壕溝26中設置臺階，因此能夠打斷暗電流路徑，并 且能夠防止保護膜12在外壕溝的側壁上的中斷，能夠提高可靠性。
此外，在外部區(qū)域111的一部分設置外壕溝26，形成側面25， 并且留下最外區(qū)域，所以能在抑制暗電流的同時，也能確保元件的強 度。
圖8是關于根據本實施方式的雪崩光電二極管，表示電流以及倍 增率M和反偏置電壓的關系的特性圖。圖中虛線是設置溝IO，不設 置外壕溝26而僅僅劈開，從而進行元件分離的雪崩光電二極管的暗 電流特性。不依存于反偏置電壓的暗電流(圖中Idark)是來自光吸 收層6的發(fā)生暗電流，在只僅僅劈開的結構中，所述發(fā)生暗電流經由 劈開面流動，所以暗電流成為10,A水平(圖中Idark虛線)。與此 相比，可知在本實施方式的雪崩光電二極管中，因為能夠打斷來自光 吸收層6的發(fā)生暗電流路徑，因此能夠將暗電流降低到10 —SA水平(圖 中的Idark實線)。此外，能夠得到50倍以上的高倍增率。
此外，在本實施方式中，表示了在溝10中設置臺階并且第一窗 層81比第二窗層82寬度更寬的例子、以及在外壕溝26設置臺階的 例子，但是它們中的任一個都具有能夠降低暗電流的效果，因此也可 以只使用它們中的任一個。
此外，在本實施方式中，表示了作為第一半導體層2層疊了多層 反射層23以及相位調整層24的例子、在光吸收層6和第一窗層81
之間設置遷移層7的例子、在光吸收層6和第一窗層81之間設置蝕 刻阻擋層3的例子，但是它們中的任一個都具有能提高雪崩光電二極 管的特性的效果，所以可以只使用它們中的任一個或者組合的結構。
作為第一半導體層2，表示層疊多層反射層23和相位調整層24 的例子，但是也可以將襯底1的一部分作為第一半導體層2，也可以 追加其他層。
須指出的是，在本實施方式中，表示遷移層7為空穴遷移層和蝕 刻阻擋層3為i型的例子，但是也可以是半絕緣型或者栽流子濃度為 5xl0"cn^以下的低導電型(優(yōu)選是n型)。
此外，蝕刻阻擋層3為InP，與它相接的第一窗層81為AlInAs， 但是如果是能有選擇地實施蝕刻的組合，就可以使用其他材料。例如， 也可以是蝕刻阻擋層3為AlInAs，第一窗層81為InP。也可以使用 四元類半導體。
此外，也可以在第一窗層81和光吸收層6之間設置禁帶寬度比 光吸收層6更大的第三半導體層15。
此外，采用第一窗層81比第二窗層82寬度更寬的結構，但是也
可以是相同的寬度。
此外，也可以通過溝10，除去全部外部區(qū)域111的第二半導體層8。
此外，表示在外壕溝26上設置臺階的例子，但是也可以是直的 形狀。還可以在外周的外部區(qū)域111上設置第二外壕溝。通過所述第 二外壕溝能阻止由于元件處理而容易產生的來自劈開面一側的物理 損傷。
此外，外壕溝26可以延長到劈開面27。
此外，外壕溝26可以形成到多層反射層23或相位調整層24(第 一半導體層2 )。如果外壕溝26的底部在n型InP層上，就能在該部 分設置n電極13， p電極14和n電極13能在同一面一側，所以能簡 化工藝，是優(yōu)選的。如果在n型GalnAs層上，接觸電阻減小，所以 更理想。
實施方式5
圖9是表示根據本發(fā)明實施方式5的雪崩光電二極管的概略結構 的剖面圖。在本實施方式中，對襯底1使用n型或摻雜Fe的光透過 性優(yōu)異的半絕緣性襯底，光28從襯底1 一側入射。作為半導體層的 層疊方法，例如在半絕緣性InP襯底l上，作為第一半導體層2，將 栽流子濃度0.1 2 x 1019cnT3的n型InP或AlInAs層疊厚度0.1 1.5 |a m，作為雪崩倍增層4，將i型AlInAs層疊0.15 0.4pm，作為電場 緩和層5，將載流子濃度0.3 1 x 1018cnT3的p型InP或AlInAs層疊 0.03-0.1 |um,作為光吸收層6,將栽流子濃度5x l015cirT3以下的 GalnAs層疊1-2.5 Mm。此外，作為遷移層7,將依次增大禁帶寬度 能量的i型GalnAsP或AlGalnAs以0.01 0.03 n m/層，層疊3~9層， 依次作為蝕刻阻擋層3，將i型InP生長0.01~0.05 jam,作為第二半 導體層8(作為蓋子層起作用)，生長0.1~2 x 1019cm-3的p型AlInAs(第 一蓋子層83),以及InP (第二蓋子層84 ) 0.3-1.0 " m，作為接觸層9， 將p型GalnAs生長0.1~0.5 p m。
接著，形成溝10,將內部區(qū)域110的接觸層9殘留為圓形而除 去，在深度方向上到達第一半導體層2 (優(yōu)選是除去直到顯現n型 InP)，在寬度方向上到達劈開面27地形成外壕溝26。
此外，利用SiNx形成保護膜12，在外壕溝26的底部的第一半 導體層2上的除去保護膜12的部分形成n電極13，在接觸層9上的 除去保護膜12的部分形成圓形p電極14。并且在襯底1中，研磨、 蝕刻與層疊半導體層的面相反的面，利用SiNx形成反射防止膜21， 進行燒結處理。并且劈開分離晶片狀的襯底l，成為具有劈開面27的 300 H m左右見方的元件。
本實施方式的雪崩光電二極管按上述那樣構成，所以從襯底1 一側使光28入射，透過光吸收層6的光由p電極14反射，能再度由 光吸收層6吸收。此外，n電極13和p電極14相對于襯底1設置在 同一面一側，所以能倒裝安裝。在本實施方式的背面入射型中，與所 述的實施方式1 3的表面入射型相比，能夠使內部區(qū)域110的面積小，
所以能減小元件容量，高速動作成為可能。并且能利用電極14的反 射，所以即使不設置多層反射層23，也能取得良好的靈敏度。
須指出的是，在本實施方式中，表示連續(xù)形成溝IO和外壕溝26 以便能防止中斷而形成保護膜12的例子，但是采用所述的實施方式 1 4所示的只有溝10的結構或者不連續(xù)地設置溝10和外壕溝26的結 構，同樣能制造背面入射型。
實施方式6
圖10是表示根據本發(fā)明實施方式6的雪崩光電二極管的概略結 構的剖面圖。在本實施方式中，與所述的實施方式5同樣，形成多個 半導體層，但是與溝IO連續(xù)地形成外壕溝26，并且除去其外周的外 部區(qū)域lll，直到蝕刻阻擋層3，在外壕溝26的內部、以及蝕刻阻擋 層3上的保護膜12上設置n電極13。
根據該結構，在保護膜12上設置n電極13,所以n電極13的 密接性提高，能抑制剝離。此外，內部區(qū)域110不成為突出的形狀， 所以能防止向內部區(qū)域IIO的物理接觸引起的損傷。此外，磨削襯底 1時，在襯底1的相反面粘貼其他襯底時等，能分散施加在襯底1的 相反面的壓力，所以強度提高，能防止損傷。
實施方式7
圖11是表示根據本發(fā)明實施方式7的雪崩光電二極管的概略結 構的立體圖。在本實施方式中，光28從側面入射。作為各半導體層 的層疊方法，與所述的實施方式4同樣，但是通過溝10,將內部區(qū)域 IIO殘留為矩形，除去直到蝕刻阻擋層3。并且通過外壕溝26，在外 部區(qū)域lll中以包圍殘留為所述矩形的內部區(qū)域IIO的方式以矩形除 去，直到第一半導體層2的上部，形成包層。接著在內部區(qū)域110的 窗層8上設置接觸層9，從該接觸層9上經由溝IO的壁部，在蝕刻阻 擋層3上部的保護膜12上形成p電極14。光入射面是內部區(qū)域110 的側壁，使溝IO和外壕溝26連續(xù)，在深度方向上到達笫二半導體層 為止(優(yōu)選是直到出現n型InP)進行除去，在寬度方向上到達劈開 面27為止進行除去。接著在所述第一半導體層2的上部的保護膜12
上設置n電極13，并且通過金屬構件裝配元件(未圖示)。
本實施方式的雪崩光電二極管按上述那樣構成，所以能變?yōu)橐怨?吸收層6為核心的波導路構造。如果光28從內部區(qū)域110的側壁入 射，在導波傳播期間吸收光，所以能使光吸收層6薄，又能減小pn 結面積。因此，能縮短電子或空穴的移動時間，能減小容量，所以對 于光信號可進行高速動作。
須指出的是，在本實施方式中，表示為條帶加栽型波導路的例子， 但是也可以是板(slab)型波導路，也可以是嵌入波導路型構造。此 外，作為結晶結構，也可以在第一半導體層2和倍增層4之間或光吸 收層6上，在上下或者只在任意一方設置包層，增強光封閉。
須指出的是，在所述的實施方式1 7中，表示作為第一導電類型 使用n型，作為第二導電類型使用p型，作為第一電極使用n電極， 作為第二電極使用p電極的例子，但是，也可以作為第一導電類型使 用p型，作為第二導電類型使用n型，作為第一電極使用p電極，作 為第二電極使用n電極。
權利要求
1.一種雪崩光電二極管，其特征在于，具備第一電極；具備與它電連接的由第一導電類型構成的第一半導體層的襯底；其中，在所述襯底上至少層疊雪崩倍增層、光吸收層、禁帶寬度比所述光吸收層更大的由第二導電類型構成的第二半導體層，通過在所述第二半導體層上形成的溝，分離為內部區(qū)域和外部區(qū)域，所述內部區(qū)域與第二電極電連接。
2. 根據權利要求l所述的雪崩光電二極管，其特征在于 在光吸收層和第二半導體層之間具備禁帶寬度比所述光吸收層更大的第三半導體層，留下所述第三半導體層而形成溝。
3. 根據權利要求l所述的雪崩光電二極管，其特征在于 在外部區(qū)域，設置外壕溝以包圍內部區(qū)域和溝，通過所述外壕溝，至少除去光吸收層并形成側面。
4. 根據權利要求3所述的雪崩光電二極管，其特征在于 外壕溝到達襯底的劈開面。
5. 根據權利要求3所述的雪崩光電二極管，其特征在于 外壕溝和溝是連續(xù)形成的。
6. 根據權利要求l所述的雪崩光電二極管，其特征在于 內部區(qū)域中的第二半導體層由多個層構成，所述多個層的寬度在襯底一側大。
7. 根據權利要求l所述的雪崩光電二極管，其特征在于 內部區(qū)域中的第二半導體層由多個層構成，所述多個層的遷移率在襯底一側低。
8. 根據權利要求l所述的雪崩光電二極管，其特征在于 光入射部為襯底的表面的表面入射型、襯底的背面的背面入射型、由溝或外壕溝形成的側壁的側面入射型中的任一個。
全文摘要
在雪崩光電二極管中，采用具備第一電極；具備與它電連接的由第一導電類型構成的第一半導體層的襯底；其中，在所述襯底上至少層疊雪崩倍增層、光吸收層、禁帶寬度比所述光吸收層更大的由第二導電類型構成的第二半導體層，通過在所述第二半導體層上形成的溝，分離為內部區(qū)域和外部區(qū)域，所述內部區(qū)域與第二電極電連接的結構。根據該結構，能用簡單的步驟，提供低暗電流、并且長期可靠性高的雪崩光電二極管。此外，采用包圍所述內部區(qū)域和溝而在所述外部區(qū)域設置外壕溝，通過所述外壕溝至少除去光吸收層，形成所述光吸收層的側面的結構。根據該結構，能進一步降低暗電流。
文檔編號H01L31/102GK101180740SQ20058004981
公開日2008年5月14日 申請日期2005年5月18日 優(yōu)先權日2005年5月18日
發(fā)明者中路雅晴, 柳生榮治, 石村榮太郎 申請人:三菱電機株式會社