[发明专利]雪崩光电二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在光纤通信等中使用的雪崩光电二极管（avalanche photodiode）及其制造方法。

背景技术

雪崩二极管（avalanche diode）具备光吸收层和雪崩倍增层。当光进入到光吸收层时，产生电子–空穴对。当它们成为载流子并且到达雪崩倍增层时，雪崩式地发生载流子的倍增。由此，能对入射的光进行放大并作为信号取出，因此在接收微弱的光信号的长距离光通信等中经常使用雪崩二极管。

为了引起雪崩倍增，需要对雪崩倍增层施加高的电场。可是，当对光吸收层施加高的电场时，在光吸收层产生隧道击穿（tunnel breakdown）。因此，在雪崩倍增层与光吸收层之间设置对电场分布进行控制使得仅对雪崩倍增层施加高的电场的电场控制层。通常，优选雪崩倍增层内的电场强度为600kV/cm以上，光吸收层内的电场强度为200kV/cm以下。

使所产生的电子与空穴的哪一种容易倍增是根据雪崩倍增层的材料而不同的。由于在高速光通信用途中要求低噪声、高速响应性等，所以对雪崩倍增层使用使电子容易倍增的材料的情况较多。在该情况下，使电场控制层为p型，作为其掺杂物，使用容易进行掺杂的Zn或Be的情况较多。

在光吸收层的上部层叠有使光透射的窗层的情况较多。为了减少暗电流，窗层由带隙宽的材料构成。在窗层的一部分形成有用于取得电接触的p型区域（例如，参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4166560号公报；

专利文献2：日本特开平2-20074号公报；

专利文献3：日本专利第4103885号公报；

专利文献4：日本特表2005-516414号公报；

专利文献5：欧洲专利申请公开第2073277号说明书；

专利文献6：日本特开2011-243675号公报。

发明要解决的课题

掺杂到电场控制层中的Be或Zn的由热引起的扩散常数大。因此，由于工艺中的热处理等使得扩散到电场控制层的两端的未掺杂层，对雪崩光电二极管的特性影响较大。因此，必须使工艺中的热过程极少。作为工艺中的热处理的温度，通常是450～540℃左右（例如，参照专利文献2、3）。

作为扩散常数小的p型掺杂物，已知有碳（例如，参照专利文献4、5、6）。因此，为了延长热处理时间，可考虑使用碳作为电场控制层的掺杂物。可是，碳与Be或Zn相比，掺杂本身较难。因此，为了达到电场控制层所要求的掺杂浓度，与光吸收层等其它的层相比需要降低电场控制层的生长温度。由此，氢等不需要的元素容易进入到电场控制层。因为不需要的元素在雪崩光电二极管的工作中容易移动，对载流子的活性化等造成影响，所以成为击穿电压等特性随时间变化的原因。

此外，在以往的雪崩光电二极管中，因为在窗层与光吸收层的界面处的价带/导带的能级的不连续较大，载流子的移动被阻碍，所以存在高速响应性差的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到一种能改善高速响应性并且能减少特性的随时间变化的雪崩光电二极管及其制造方法。

用于解决课题的方案

本发明的雪崩光电二极管的特征在于，具备：衬底；在所述衬底上依次层叠的雪崩倍增层、p型的电场控制层、光吸收层和窗层；以及p型区域，设置在所述窗层和所述光吸收层的一部分，使用碳作为所述电场控制层的掺杂物，使用Zn作为所述p型区域的掺杂物，所述p型区域的底面比所述光吸收层与所述窗层的界面位于下方。

发明效果

根据本发明，能改善高速响应性并且能减少特性的随时间变化。

附图说明

图1是示出本发明实施方式1的雪崩光电二极管的截面图。

图2是示出比较例的雪崩光电二极管的截面图。

图3是示出比较例的雪崩光电二极管的能级的图。

图4是示出本发明实施方式1的雪崩光电二极管的能级的图。

图5是示出本发明实施方式2的雪崩光电二极管的截面图。

图6是示出本发明实施方式3的雪崩光电二极管的截面图。

图7是示出本发明实施方式4的雪崩光电二极管的截面图。

图8是示出本发明实施方式5的雪崩光电二极管的截面图。

具体实施方式

参照附图对本发明实施方式的雪崩光电二极管及其制造方法进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的附图标记，存在省略重复说明的情况。

实施方式1.