[發明專利]半導體受光元件及其制造方法

有效

• 申請號: 201380075744.3
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN105122469B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 奧村滋一
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L31/105
• 分類號: H01L31/105
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 舒艷君,李洋

技術領域

本發明是涉及半導體受光元件及其制造方法的發明，例如，是將設置在光通信以及數據通信所使用的Si基板上的Ge作為光吸收層的半導體受光元件及其制造方法的發明。

背景技術

隨著近年來的服務器CPU間的數據傳輸量的增大，使用現有的Cu布線的利用電信號的傳輸的應對接近極限。為了消除該瓶頸，需要光學互聯，即、利用光信號的數據傳輸。而且，從低消耗電力、小面積化的觀點來看，需要將光收發所需要的光發送器、光調制器、接收器等光學組件集成化到Si基板上的元件。

另外，另一方面，由于被集成化在Si基板上的光學組件間通過光纖連接，所以優選將在光纖中的損失小的波長1.55μm作為傳輸波段來使用。因此，作為在利用波長1.55μm波段的光傳輸中應用的光電探測器，優選將在1.55μm附近具有吸收端的Ge作為吸收層來應用。

另外，另一方面，隨著數據傳輸量的增大有波分復用傳輸(WDM)的必要性。

因此，為了實現波分復用傳輸，需要在比1.55μm長波長的較寬的區域具有較高的響應靈敏度的Ge光電探測器。

一般地，在Si基板上的Ge生長中，在從Ge的生長溫度冷卻到室溫時，由于Si與Ge的熱膨脹系數差，Ge外延層在面內方向受到拉伸應變。其結果為，被報告了與大塊狀態的Ge層相比較，Si基板的Ge的吸收端長波化(例如，參照非專利文獻1)。這一點從光電探測器的波長帶放大的觀點來看，適用于有利的方向。

另一方面，從高速響應特性的提高的觀點來看，要求光電探測器減少元件電容，因此需要縮小元件面積(元件寬度)。另外，從響應靈敏度特性的提高的觀點來看，要求抑制在耗盡層中產生的光載流子的漂移中的重組、針對缺陷的陷阱，因此同樣需要縮小元件面積(元件寬度)。

因此，作為將Si基板上的Ge作為吸收層的光電探測器，報告有加工為寬度為數μm左右的高臺型(例如，參照非專利文獻2)。圖20是以往的以Ge為吸收層的光電探測器的簡要的剖視圖，使用SOI基板來形成光電探測器。對經由BOX層82設置在Si基板81上的Si層83進行加工形成p型Si高臺部84和其兩側的p型Si板部85。此時，雖然圖示省略，但形成經由錐體部與p型Si高臺部84連接的條紋狀波導。

在該p型Si高臺部84上通過選擇生長形成未摻雜的Ge層，向其表面注入n型雜質成為n⁺⁺型Ge接觸層87，并且將未進行雜質的導入的部分作為i型Ge光吸收層86。另一方面，向p型Si板部85的一部分注入p型雜質形成p⁺⁺型Si接觸部88。

接著，形成成為針對條紋狀波導的上部覆蓋層的氧化膜89，形成芯棒90、91，并形成n側電極92以及p側電極93。在條紋狀波導中傳播的光經由p型Si高臺部通過倏逝波耦合而被傳播至i型Ge光吸收層86并被吸收。

非專利文獻1：YasuhikoIshikawa，KazumiWada，JifengLiu，DouglasD.Cannon，Hsin-ChiaoLuan，JurgenMichel，andLoinelC.Kimerling，JournalOfAppliedPhysics98，013501(2005)

非專利文獻2：TaoYin，RamiCohen，MikeM.Morse，GadiSarid，YoelChetrit，DoronRubin，andMarioJ.Paniccia，OpticsExpress，15，13966(2007)

非專利文獻3：L.Ding，T.Y.Liow，A.E.J.Lim，N.Duan，M.B.Yu，andG.Q.Lo，OFC/NFOECTechnicalDigest，OW3G.4(2012)

然而，報告有若縮小元件寬度則進行面內的晶格松弛，被導入Ge層的拉伸應變減少(例如，參照非專利文獻3)。其結果為，若為了元件電容減少或者光載流子消失減少而縮小元件寬度，則Ge的吸收端短波化，在長波長側的響應靈敏度降低。

另一方面，若為了以提高長波長中的響應效率為目的，抑制面內拉伸應變的減少而增加元件寬度，則元件電容增大且高速響應特性惡化，而且由于光載流子的消失的增大而響應效率惡化。即，在圖20所示的結構的光電探測器中，存在不能夠同時實現由拉伸應變導入引起的波長帶寬的擴大和由微細化帶來的高速響應特性以及響應效率的提高的問題。

發明內容

因此，目的在于在半導體受光元件中兼得在較寬的波長帶中的動作和較高的高速響應以及較高的響應效率。