半导体受光元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及半导体受光元件及其制造方法的发明，例如，是将设置在光通信以及数据通信所使用的Si基板上的Ge作为光吸收层的半导体受光元件及其制造方法的发明。
【背景技术】
[0002]随着近年来的服务器CPU间的数据传输量的增大，使用现有的Cu布线的利用电信号的传输的应对接近极限。为了消除该瓶颈，需要光学互联，即、利用光信号的数据传输。而且，从低消耗电力、小面积化的观点来看，需要将光收发所需要的光发送器、光调制器、接收器等光学组件集成化到Si基板上的元件。
[0003]另外，另一方面，由于被集成化在Si基板上的光学组件间通过光纤连接，所以优选将在光纤中的损失小的波长1.55 μπι作为传输波段来使用。因此，作为在利用波长1.55 μπι波段的光传输中应用的光电探测器，优选将在1.55 μπι附近具有吸收端的Ge作为吸收层来应用。
[0004]另外，另一方面，随着数据传输量的增大有波分复用传输(WDM)的必要性。
[0005]因此，为了实现波分复用传输，需要在比1.55 μπι长波长的较宽的区域具有较高的响应灵敏度的Ge光电探测器。
[0006]一般地，在Si基板上的Ge生长中，在从Ge的生长温度冷却到室温时，由于Si与Ge的热膨胀系数差，Ge外延层在面内方向受到拉伸应变。其结果为，被报告了与大块状态的Ge层相比较，Si基板的Ge的吸收端长波化(例如，参照非专利文献I)。这一点从光电探测器的波长带放大的观点来看，适用于有利的方向。
[0007]另一方面，从高速响应特性的提高的观点来看，要求光电探测器减少元件电容，因此需要缩小元件面积(元件宽度)。另外，从响应灵敏度特性的提高的观点来看，要求抑制在耗尽层中产生的光载流子的漂移中的重组、针对缺陷的陷阱，因此同样需要缩小元件面积(元件宽度)。
[0008]因此，作为将Si基板上的Ge作为吸收层的光电探测器，报告有加工为宽度为数μπι左右的高台型(例如，参照非专利文献2)。图20是以往的以Ge为吸收层的光电探测器的简要的剖视图，使用SOI基板来形成光电探测器。对经由BOX层82设置在Si基板81上的Si层83进行加工形成P型Si高台部84和其两侧的P型Si板部85。此时，虽然图示省略，但形成经由锥体部与P型Si高台部84连接的条纹状波导。
[0009]在该P型Si高台部84上通过选择生长形成未掺杂的Ge层，向其表面注入η型杂质成为η++型Ge接触层87，并且将未进行杂质的导入的部分作为i型Ge光吸收层86。另一方面，向P型Si板部85的一部分注入P型杂质形成p++型Si接触部88。
[0010]接着，形成成为针对条纹状波导的上部覆盖层的氧化膜89，形成芯棒90、91，并形成η侧电极92以及P侧电极93。在条纹状波导中传播的光经由P型Si高台部通过倏逝波耦合而被传播至i型Ge光吸收层86并被吸收。
[0011]非专利文献1:Yasuhiko Ishikawa, Kazumi ffada, Jifeng Liu, DouglasD.Cannon, Hsin-Chiao Luan, Jurgen Michel，and Loinel C.Kimerling, Journal OfApplied Physics 98，013501 (2005)
[0012]非专利文献2:Tao Yin，Rami Cohen, Mike M.Morse, Gadi Sarid, Yoel Chetrit,Doron Rubin, and Mar1 J.Paniccia, Optics Express，15，13966(2007)
[0013]非专利文献3:L.Ding，T.Y.L1w，A.E.J.Lim，N.Duan, Μ.B.Yu，and G.Q.Lo, OFC/NFOEC Technical Digest, 0W3G.4(2012)
[0014]然而，报告有若缩小元件宽度则进行面内的晶格松弛，被导入Ge层的拉伸应变减少(例如，参照非专利文献3)。其结果为，若为了元件电容减少或者光载流子消失减少而缩小元件宽度，则Ge的吸收端短波化，在长波长侧的响应灵敏度降低。
[0015]另一方面，若为了以提高长波长中的响应效率为目的，抑制面内拉伸应变的减少而增加元件宽度，则元件电容增大且高速响应特性恶化，而且由于光载流子的消失的增大而响应效率恶化。即，在图20所示的结构的光电探测器中，存在不能够同时实现由拉伸应变导入引起的波长带宽的扩大和由微细化带来的高速响应特性以及响应效率的提高的问题。
【发明内容】
[0016]因此，目的在于在半导体受光元件中兼得在较宽的波长带中的动作和较高的高速响应以及较高的响应效率。
[0017]根据公开的一个观点来看，提供一种半导体受光元件，其特征在于，具有:基板，其表面是单晶Si层；PIN型光电二极管，其在上述基板上依次层叠有第一导电型Si层、未掺杂Ge层、以及与上述第一导电型相反导电型的第二导电型Ge层；Ge电流阻挡机构，其设置于由上述未掺杂Ge层/上述第二导电型Ge层构成的层叠结构的周围的至少一部分；第二导电型用接触电极，其设置于上述第二导电型Ge层；以及第一导电型用接触电极，其设置于上述第一导电型Si层。
[0018]另外，根据公开的其它的观点来看，提供一种半导体受光元件的制造方法，其特征在于，包含:在表面是单晶Si层的基板的表面的至少一部分对第一导电型杂质进行离子注入并活性化的退火工序；至少在离子注入了上述第一导电型杂质的第一导电型Si区域上生长未掺杂Ge层的工序；在上述未掺杂Ge层的表面形成覆盖光电二极管形成区域的第一电介质掩模的工序；以上述第一电介质掩模为掩模在上述未掺杂Ge层的露出部离子注入与上述第一导电型相反的导电型的第二导电型杂质的工序；以上述第一电介质掩模为掩模在注入有第二导电型杂质的上述未掺杂Ge层的露出部比上述第二导电型杂质浅地注入第一导电型杂质来以第一导电型杂质补偿表面的工序；形成仅露出上述光电二极管形成区域的第二电介质掩模的工序；以上述第二电介质掩模为掩模在露出的上述未掺杂Ge层的表面注入第二导电型杂质的工序；以及使上述注入的各杂质活性化的退火工序。
[0019]根据公开的半导体受光元件及其制造方法，能够兼得在较宽的波长带的动作和较高的高速响应以及较高的响应效率。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的实施方式的半导体受光元件的立体图以及侧剖视图。
[0021]图2是本发明的实施方式的半导体受光元件的俯视图以及剖视图。
[0022]图3是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的中途的说明图。
[0023]图4是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图3以后的中途的说明图。
[0024]图5是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图4以后的中途的说明图。
[0025]图6是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图5以后的中途的说明图。
[0026]图7是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图6以后的中途的说明图。
[0027]图8是到本发明的实施例1的半导体受光元件的制造工序的图7以后的中途的说明图。
[0028]图9是本发明的实施例1的半导体受光兀件的制造工序的图8以后的说明图。
[0029]图10是本发明的实施例1的半导体受光元件的结构说明图。
[0030]图11是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的中途的说明图。
[0031]图12是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图11以后的中途的说明图。
[0032]图13是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图12以后的中途的说明图。
[0033]图14是到本发明的实施例2的半导体受光元件的制造工序的图13以