专利名称：光学半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在同 一衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导体 器件以及用于制造该半导体器件的方法。
背景技术：
光接收元件是用于将光信号转换为电信号而被用在各种领域中的元件。
尤其是在诸如CD (压缩盘)和DVD (数字多功能盘)这类光盘领域中，光 接收元件是读写光盘上记录的信号的光学头器件(光学拾波器)中重要的关 键器件。随着近年来对更高性能和更高集成度需求的增长，所谓的光电子集 成电路(OEIC)正在发展，该光电子集成电路具有光电二极管，即光接收 元件，以及其它各种电子元件，如双极晶体管、电阻和电容。需要在OEIC 中提供以其高接收灵敏度、高速度和低噪声为特征的光接收元件以及以其高 速和高性能为特征的双极晶体管。作为最近的趋势，为适应对光盘大容量的 需求，诸如蓝光盘(BD)和HD-DVD这类用蓝光半导体激光器(405nm的 波长)作为光源的产品的商业化已经开始。因此，期待在与蓝光半导体激光 器对应的短波长区中实现高速度和高接收灵敏度的OEIC的发展。 以下描述传统光学半导体器件。
图8是具有传统结构的光学半导体器件(OEIC)的示意性截面图。附 图的例子中示出的OEIC在同 一衬底上被提供有作为半导体衬底的硅衬底， 作为双极晶体管的双多晶硅发射极高速NPN晶体管，以及作为光接收元件 的p-i-n光电二才及管。
参见图中示出的附图标记，l表示低浓度p型硅衬底，2表示被形成在 衬底l上的光电二极管，3表示被形成在硅衬底1上的NPN晶体管，4表示被形成在硅衬底1上的高浓度p型埋层，5表示被形成在p型埋层4上的低
浓度p型外延层，6表示被形成在p型外延层5上的n型外延层，而7表示 被形成在n型外延层6上的硅局部氧化(LOCOS)隔离层。
在光电二极管2中，8表示由n型外延层6制成的阴极层，9表示被形 成在阴极层8上的阴极接触层，10表示被选择性地形成在阴极接触层9上 的阴极电极，11表示被形成在p型外延层5与n型外延层6之间的界面中 的阳极埋层，12表示被形成在阳极埋层11上的阳极接触层，而13表示被 形成在阳极接触层12上的阳极电极。
在NPN晶体管3中，14表示被形成在p型外延层5与n型外延层6之 间的界面中的高浓度n型集电极埋层，15表示被选择性地形成在集电极埋 层14上的集电极接触层，16表示被形成在集电极接触层15上的集电极电 极，17表示被选择性地形成在集电极埋层14上的n型外延层6中的基极层， 18表示被连接至基极层17的基极电极，19表示被选择性地形成在基极层 17上的发射极层，而20表示被形成在发射极层19上的发射极电极。
21表示被形成在n型外延层6上的第一绝缘膜，22表示被形成在第一 绝缘膜21上的第二绝缘膜，而23表示光接收表面，在光接收表面中，光电 二极管2的第二绝缘膜22被选择性地去除，从而使第 一绝缘膜21暴露出来。 光接收表面23被用作减反膜，用于通过优化第一绝缘膜21的厚度和折射率 来减少入射光在界面中的反射。
以下描述如此构造的OEIC的操作。
光通过光接收表面23进入并被阴极层8和p型外延层5,即阳极，吸 收。结果产生电子-空穴对。此时对光电二极管2施加反向偏压时，耗尽层 向掺杂浓度低的p型外延层5侧延伸。在耗尽层的邻近处产生的电子-空穴 对中，电子和空穴分别被扩散和漂移，并分别各自到达阴极接触层9和阳极 埋层11。然后，载流子被从阴极电极10和阳极电极13获取作为光电流。 由被提供在硅衬底1上、包括NPN晶体管3和电阻元件以及电容元件的电 子电路对光电流进行放大和信号处理，然后作为光盘的记录和再生信号而输出。
专利文件日本专利申请未审公开2005-183722 (第5-6页，图l)。
发明内容
本犮效要席^的/《趟
不过，在根据传统技术的结构中，光电二极管2中的光电流被粗略地划 分为扩散电流分量和漂移电流分量。扩散电流受到直至耗尽层末端的少数载 流子扩散的支配。因此，扩散电流分量的响应速度低于由耗尽层中的电场引 起的漂移电流分量的响应速度。另外，有一些载流子在到达耗尽层之前复合， 因此对光电流没有贡献。更具体地说，扩散电流可能导致光电二极管2的频 率特性和接收灵敏度的恶化。
在表面邻近处被吸收的载流子的比例随着光波长的变短而增加。例如， 在硅的情况下，为了在用作DVD光源的具有650 nm波长的红光中得到95% 的载流子吸收率，需要约lljum的深度，而在具有405 nm的蓝光的情况下， 在约0.8nm的深度内就能够获得相同水平的吸收率。因此，在硅表面的邻 近处用具有短波长的光观察到大的影响。
本发明被作出以解决传统的问题，因此本发明的主要目的在于提供一种 光学半导体器件，其在同一衬底上被提供有以其对蓝光的高速度和高接收灵
敏度为特征的光接收元件，和以其高速度为特征的晶体管。 席/力河趟的手发
1)根据本发明的第一光学半导体器件，是在同一衬底上被提供有光接 收元件和晶体管的光学半导体器件，包括
被形成在第一导电类型的半导体衬底上、具有低摻杂浓度的第二导电类 型的第二外延层；
被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第 一导电类型 的第一扩散层；和
被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体 管被形成在所述第二外延层中。
在所述第二外延层中引用的"第二"，对应于稍后描述的包括第一外延 层和第二外延层的结构2)中的第二外延层。
的方法，是一种制造在同 一衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导 体器件的方法，包括
在第一导电类型的半导体衬底上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型
的第二外延层的步骤；
在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的 第一扩散层的步骤；
在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二 扩散层的步骤；和
在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
第一导电类型和第二导电类型各自或者表示p型半导体或者表示n型半 导体。在第一导电类型为p型的情况下，第二导电类型是n型。在第一导电 类型为n型的情况下，第二导电类型是p型(同样适用于下文)。
根据该结构，具有低掺杂浓度的第 一导电类型的第 一扩散层与被形成在 所述第 一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层的组 合构成了光接收元件中的扩散层。因此，当减小所述第二扩散层的浓度时能 够实现接收元件部分的基本完全耗尽，并且由于光电流受漂移电流支配，因 此载流子的复合的比例也被减小。结果，能够实现高速度和高接收灵敏度。
2)根据本发明的第二光学半导体器件，是在同一衬底上被提供有光接 收元件和晶体管的光学半导体器件，包括
被形成在第一导电类型的半导体衬底的上部、具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层；
被形成在所述埋层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层； 被形成在所述第一外延层上、具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外 延层；
被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型 的第一扩散层；和
被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第 二扩散层，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体 管被形成在所述第二外延层中。
制造在同 一 衬底上被提供有光接收元件和晶体管的光学半导体器件的方法， 包括
在第一导电类型的半导体衬底的上部形成具有高掺杂浓度的第一导电 类型的埋层的步骤；
在所述埋层上形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层的步
骤；
在所述第一外延层上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延 层的步骤；
在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的
第一扩散层的步骤；
在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二
扩散层的步骤；和
在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中
所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
根据该结构，在半导体衬底与具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层之
间形成势垒。半导体衬底中所吸收的光无法通过所述势垒，从而使载流子复合，这减小了扩散电流分量。当为具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外 延层和具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层选择低浓度和合适的 膜厚时，可以实现完全耗尽，并且可以实现更高速度。进一步，由于提供了 具有高掺杂浓度的第一导电类型的埋层，在载流子移向阳极的情况下串联电 阻被减小，这进一步提高了速度。
3) 优选地，在1)和2)的结构中，进一步提供被选择性地形成在所述 第二外延层中的第二导电类型的阱层，并且所述晶体管被形成在所述阱层 中。如用制造与前述构造对应的光学半导体器件的方法，在1)和2)的制 造方法中进一步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择 性地形成第二导电类型的阱层的步骤。在第二导电类型的阱层的浓度被设置 为高于前述构造中具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层的浓度的 情况下，所述晶体管的集电极电阻被减小。结果，速度能够被进一步提高。
4) 优选地，在1 )和2)的结构中，进一步提供被选择性地形成在所述 第二外延层中的第 一导电类型的阱层，并且所述晶体管被形成在该阱层中。 如用制造与前述结构对应的光学半导体器件的方法，在1)和2)的制造方 法中进一 步包括在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地 形成第一导电类型的阱层的步骤。该结构对于纵向晶体管来说有效。在第一 导电类型的阱层与具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层分开形成 的情况下，第一导电类型的阱层的浓度能被增加。结果，集电极电阻能够被 减小，并且能够在纵向晶体管中实现更高速度。
5) 在1) -4)的结构中，所述第一扩散层的掺杂浓度的峰值优选被形 成在所述第二外延层的表面上。在具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩 散层的浓度的峰值位置被形成在具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外 延层的表面上的情况下，在光接收元件的阳极层中形成浓度的梯度变化，这 形成了位梯度(potential slope)。结果，载流子在第二外延层的深度方向上 的移动速率提高，从而能够进一步改善光接收元件的速度。 本发效的妓果根据本发明提供的光学半导体器件和制造该光学半导体器件的方法，当 第二导电类型的第二扩散层的深度被减小时，可以实现接收元件部分的基本 完全耗尽，且光电流受漂移电流支配。结果，复合的载流子的比例下降，从 而能够实现更高的速度和更高的接收灵敏度。
图1为图示说明根据本发明优选实施例1的光学半导体器件结构的截面图。
图2为图示说明根据本发明优选实施例2的光学半导体器件结构的截面
图3是根据优选实施例2的光学半导体器件中的光电二极管浓度分布的 图示。
图4为图示说明根据本发明优选实施例3的光学半导体器件结构的截面图。
图5A为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图5B为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图5C为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图5D为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图5E为图示说明制造根据优选实施例1的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图6A为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图6B为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流程截面图。
图6C为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图6D为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图6E为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图6F为图示说明制造根据优选实施例2的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图7A为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图7B为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图7C为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图7D为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流
程截面图。
图7E为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图7F为图示说明制造根据优选实施例3的光学半导体器件的方法的流 程截面图。
图8为图示说明传统光学半导体器件结构的截面图。 ^恩^^记说效
1 硅衬底
2 光电二极管
3 NPN晶体管
4 p型埋层5 p型外延层(第一外延层)
6 n型外延层
7 IX)COS隔离层
8 阴极层
9 阴极接触层(第二扩散层)
10 阴极电极
11 阳极埋层
12 阳极接触层
13 阳纟及电4 l
14 集电极埋层
15 集电极接触层
16 集电极电极
17 基极层
18 基极电极
19 发射才及层
20 发射极电极
21 第一绝缘膜
22 第二绝缘膜
23 光4妄收表面
24 n型外延层(第二外延层)
25 阳极层(第一扩散层)
26 n型阱层
27 纵向PNP晶体管
28 p型集电极埋层
29 p型集电极阱层
40 光电二极管
41 NPN晶体管42
43p型埋层
44n型埋层
45n型外延层(第二外延层)
46p型阳极扩散层(第一扩散层)
47n型阱层
48LOCOS隔离层
49阴极层(第二扩散层)
50p型埋层
51p型外延层(第一外延层)
52纵向PNP晶体管
53p型集电极埋层
54p型阱层
具体实施例方式
^夢爭爭伴器伴的炎'遂豸滋辦/
参考附图描述根据本发明的光学半导体器件的优选实施例1。
图1为图示说明根据优选实施例1的光学半导体器件结构的截面图。如
图l所示，l表示低浓度p型硅衬底，2表示光电二极管，3表示NPN晶体 管，7表示LOCOS隔离层，9表示阴极接触层(第二扩散层)，10表示阴 极电极，ll表示阳极埋层，12表示阳极接触层，13表示阳极电极，14表示 集电极埋层，15表示集电极接触层，16表示集电极电极，17表示基极层， 18表示基极电极，19表示发射极层，20表示发射极电极，21表示第一绝缘 膜，22表示第二绝缘膜，而23表示光接收表面。这些部分与传统结构中所 提供的部分相同。
另外，24表示被形成在硅衬底1上的低浓度n型外延层(第二外延层)， 25表示通过在光电二极管2的区域中扩散的方式而被形成在n型外延层24中以延伸到硅衬底1的低浓度p型阳极层(第一扩散层)，而26表示通过
在NPN晶体管3的区域中扩散的方式而被形成在n型外延层24中的n型阱层。
以下描述如此构造的根据本优选实施例的光学半导体器件的操作。
基本操作与参考图8描述的操作相同。通过光接收表面23进入的入射 光被阴极接触层9、阳极层25和硅衬底1吸收，从而产生电子-空穴对。 电子和空穴^皮扩散并漂移，从而^皮;波此分开，并且分别到达阴极接触层9和 阳极埋层ll。于是光电流产生。例如，在阴极接触层9的深度为至多0.3ju m并且p型硅衬底1和阳极层25的各自浓度约为1 x 10"cmd的情况下，阳 极耗尽层被扩展约10nm,并且特别用于DVD的、具有短于650nm的波长 的大部分入射光在耗尽层中被吸收。换句话说，扩散电流分量被减小，并且 漂移电流分量在光电流中占主导地位；因此能够实现光电二极管2的高速响 应。进一步，复合的载流子的比例被减小，这提高了接收灵敏度。
在本优选实施例中，集电极埋层14和n型阱层26构成NPN晶体管3 的集电极。当n型阱层26的浓度被设置为高于n型外延层24的浓度时，集 电极电阻被减小，从而能够实现高速度特性。
更具体地说，高速晶体管3以及以其高速度和高灵敏度为特征的光电二 极管2可以被形成在同一衬底上，这实现了能够使各个元件的特性改善最大 化的结构。结果，OEIC的特性能够被改善。
本优选实施例对于具有短波长、吸收系数大的光尤其有效。在用于BD 的蓝光(405nm的波长)中，95%的载流子在0.8 ju m的深度内被吸收。因 此，假设n型外延层24的厚度为1 |im,则几乎100%的载流子被吸收。进 一步，NPN晶体管3中的寄生电容和寄生电阻被减小；因此为了提高速度， 具有较小厚度的n型外延层24占有优势。例如，在n型外延层24的厚度为 llim的情况下，能够实现NPN晶体管3的频率特性为至少15GHz的高速 特性。
^夢羊^体器伴的炎遂《滋辦2参考附图描述根据本发明的光学半导体器件的优选实施例2 。
图2为图示说明根据优选实施例2的光学半导体器件结构的截面图。在
图2中，4表示被形成在硅衬底1上的高浓度p型埋层，而5表示一皮形成在 p型埋层4上的低浓度p型外延层(第一外延层)。结构的其它部分与优选 实施例1的部分相同。
根据本优选实施例的光学半导体器件的特征是，使用硅衬底1、 p型埋 层4和p型外延层5来代替根据优选实施例1的硅村底1。
图3示出光电二极管2的深度方向上的浓度分布。该图所示的数字与图 2中所示的数字相同。
根据本优选实施例的结构的优点在于，除了与优选实施例l相符的效果
外，在硅衬底1与p型埋层4之间形成势垒，并且硅村底1中所吸收的光无 法通过该势垒，因而载流子被复合，这使得扩散电流分量减小。当为p型外 延层(第一外延层)5和阳极层(第一扩散层)25选择低浓度和合适的膜厚 时，能够实现完全耗尽，并能够提高速度。进一步，当p型埋层4存在时， 在载流子移向阳极埋层11的情况下，串联电阻被减小，这使得实现更高速 度。
当阳极层(第一扩散层)25的浓度的峰值位置被形成在n型外延层(第 二外延层)24的表面上时，在阳极层25中形成浓度梯度，如图3所示。因 此，形成位梯度，并且载流子在p型外延层(第一外延层)5的深度方向上 的移动速率提高。结果，光电二极管2能够达到更高速度。
光学半导体器件的优选实施例3
参考附图描述根据本发明的光学半导体器件的优选实施例3。
图4为图示说明根据优选实施例3的光学半导体器件结构的截面图。在
图4中，27表示纵向PNP晶体管，28表示高浓度p型集电极埋层，而29
表示p型集电极阱层。
l表示低浓度p型硅衬底，2表示光电二极管，4表示p型埋层，5表示
p型外延层，7表示LOCOS隔离层，9表示阴极接触层，IO表示阴极电极，ll表示阳极埋层，12表示阳极接触层，13表示阳极电极，14表示高浓度n 型集电极埋层，15表示集电极接触层，16表示集电极电极，17表示基极层， 18表示基极电极，19表示发射极层，20表示发射极电极，21表示第一绝缘 层，22表示第二绝缘层，而23表示光接收表面。这些部分与传统结构中所 提供的部分相同。
本优选实施例的特征是，提供纵向PNP晶体管27来代替根据优选实施 例2的NPN晶体管3。
阳极层25也能够充当p型集电极阱层29。在p型集电极阱层29和阳 极层25被独立形成的情况下，p型集电极阱层29的浓度能够被增加。结果， 集电极电阻被减小，从而能够在纵向PNP晶体管27中实现高速度。
因此，在根据本优选实施例的结构中，以其高速度和高接收灵敏度为特 征的光电二极管以及高速度纵向PNP晶体管能够被提供在同一衬底上。
劍造旅^说遂^滋辨/的^夢爭^谬器伴的才法
优选实施例1的加工步骤的截面图。40表示光电二极管，41表示NPN晶体 管，42表示低浓度p型硅衬底，43表示p型埋层，44表示NPN晶体管41 的集电极的n型埋层，45表示低浓度n型外延层(第二外延层)，46表示 低浓度p型阳极扩散层(第一扩散层)，47表示具有高于n型外延层(第 二外延层)45的浓度的n型阱层，48表示LOCOS P鬲离层，而49表示高浓 度n型阴极层(第二扩散层)。
首先，通过离子注入或类似方法在硅衬底42中选择性地形成p型埋层 43和n型埋层44 (见图5A )。
接着，在硅衬底42上生长n型外延层(第二外延层)45 (例如，膜厚'. 约lMm,浓度约lxio"cm-3)(见图5B)。
然后，通过离子注入或类似方法，在n型外延层(第二外延层)45中 光电二极管40的区域中选择性地形成p型阳极扩散层(第 一扩散层)46 (例 如，掺杂物B(硼)，100kev,掺杂量lxl0"cm-2);并通过离子注入或类似方法，在NPN晶体管41的区域中选择性地形成n型阱层47 (例如， 掺杂物P (磷)，100kev，掺杂量lxl012cm-2)。之后，形成LOCOS 隔离层48 (见图5C)。
进一步，在p型阳极扩散层(第一扩散层)46上以及n型阱层47上分 别形成阴极层(第二扩散层)49和NPN晶体管41的基极/发射极扩散层(见 图5D)。最后，形成场膜和电极，从而形成光电二4及管40和NPN晶体管 41 (见图5E)。
以下给出到目前为止所描述的加工步骤的概要。
一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底42上 被提供有光接收元件40和NPN晶体管41 ，该方法包括
在第一导电类型(p型)的半导体村底42上形成具有低掺杂浓度的第 二导电类型(n型)的第二外延层45的步骤；
在第二外延层45上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型(p 型)的第一扩散层46的步骤；
在第一扩散层46的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型(n型) 的第二扩散层49的步骤；以及
在第二外延层45中选择性地形成NPN晶体管41的步骤，其中
第一扩散层46和第二扩散层49构成光接收元件40。
賴道旅^说逸^滋辦2的^夢芋,谬器伴的才法
优选实施例2的加工步骤的截面图。在图6中，50表示高浓度p型埋层， 而51表示低浓度p型外延层(第一外延层)。结构的其它部分与图5中所 示的相同。
首先，通过离子注入或类似方法，在硅衬底42中形成p型埋层50。之 后，生长p型外延层(第一外延层)51 (见图6A和6B)。
接着，通过离子注入或类似方法，在p型外延层(第一外延层)51中 选择性地形成p型埋层43和n型埋层44 (见图6B)。接下来，在p型外延层(第一外延层)51上生长n型外延层(第二外
延层)45 (见图6C)。
然后，在n型外延层45中，分别在光电二极管40的区域中和NPN晶 体管41的区域中形成p型阳极扩散层(第一扩散层)46和n型阱层47。之 后，形成LOCOS隔离层48 (见图6D)。
进一步，在p型阳极扩散层(第一扩散层)46上以及n型阱层47上分 别形成阴极层(第二扩散层)49和NPN晶体管41的基极/发射极扩散层(见 图6E)。最后，形成场膜和电极，从而形成光电二极管40和NPN晶体管 41 (见图6F)。
以下对到目前为止所描述的加工步骤进行概括。
一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底42上 ^皮提供有光接收元件40和NPN晶体管41 ，该方法包括
在第一导电类型(p型)的半导体衬底42的上部形成具有高掺杂浓度 的第一导电类型(p型)的埋层50的步骤；
在埋层50上形成具有低掺杂浓度的第一导电类型(p型)的第一外延 层51的步骤；
在第一外延层51上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型(n型)的第 二外延层45的步骤；
在第二外延层45上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型(p 型)的第一扩散层46的步骤；
在第一扩散层46的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型(n型) 的第二扩散层49的步骤；以及
在第二外延层45中选择性地形成NPN晶体管41的步骤，其中
第一扩散层46和第二扩散层49构成光接收元件40。
射造橫凝炎'遂^滋,"的^夢f爭雄器伴的才法
优选实施例3的加工步骤的截面图。在图7中，52表示纵向PNP晶体管，53表示p型集电极埋层，而54表示p型阱层。构造的其它部分与图6中所 示的相同。
首先，通过离子注入或类似方法，在硅衬底42中形成p型埋层50。之 后，生长p型外延层(第一外延层)51 (见图7A和7B)。
接着，通过离子注入或类似方法，在p型外延层(第一外延层)51中 选择性地形成p型埋层43、 n型埋层44和p型集电极埋层53 (见图7B )。 这里，p型埋层43和p型集电极埋层53可以是相同的。
接下来，在p型外延层(第一外延层)51上生长n型外延层(第二外 延层)45 (见图7C)。
然后，在n型外延层(第二外延层)45中，通过离子注入或类似方法， 在光电二极管40的区域中和纵向PNP晶体管52的区域中分别选择性地形 成p型阳极扩散层(第一扩散层)46和p型阱层54。之后，形成LOCOS 隔离层48(见图7D)。这里，p型阳极扩散层46和p型阱层54可以是相 同的。
进一步，在p型阳极扩散层(第一扩散层)46上以及p型阱层54上分 别形成阴极层(第二扩散层)49和纵向NPN晶体管52的基极/发射极扩散 层(见图7E)。最后，形成场膜和电极，从而形成光电二极管40和纵向 NPN晶体管52 (见图7F)。
在本优选实施例中，采用了硅衬底。然而，可以使用的衬底不必局限于 此，而是可以使用例如在长波长区域中使用的锗衬底或化合物衬底。
在本发明中，使用p-i-n光电二极管作为光接收元件；然而，不必说也 可以选择雪崩光电二极管。进一步，不必说的是可以由MOS晶体管来代替 在本说明书中用作晶体管的NPN或PNP双极晶体管。
在本发明中，半导体衬底和第一外延层是p型的；但自然也可以是n型的。
工业实用性
本发明对于所谓的OEIC及其它相似类型的集成电路是有用的，在OEIC中，以其高速度和高性能为特征的晶体管以及以其高速和高接收灵敏度为特 征的光接收元件被集成在同 一衬底上。
权利要求
1、一种光学半导体器件，其在同一衬底上被提供有光接收元件和晶体管，该光学半导体器件包括被形成在第一导电类型的半导体衬底上、具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延层；被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一扩散层；和被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二扩散层，其中所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体管被形成在所述第二外延层中。
2、 一种光学半导体器件，其在同一村底上被提供有光接收元件和晶体 管，该光学半导体器件包括被形成在第 一导电类型的半导体衬底的上部、具有高掺杂浓度的第 一导 电类型的埋层；被形成在所述埋层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层； 被形成在所述第一外延层上、具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外 延层；被选择性地形成在所述第二外延层上、具有低掺杂浓度的第一导电类型 的第一扩散层；和被形成在所述第一扩散层的上部、具有高掺杂浓度的第二导电类型的第 二扩散层，其中所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件，并且所述晶体 管被形成在所述第二外延层中。
3、 根据权利要求1所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形 成在所述第二外延层中的第二导电类型的阱层，其中所述晶体管被形成在所述阱层中。
4、 根据权利要求2所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形 成在所述第二外延层中的第二导电类型的阱层，其中所述晶体管被形成在所述阱层中。
5、 根据权利要求1所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形 成在所述第二外延层中的第一导电类型的阱层，其中所述晶体管被形成在所述阱层中。
6、 根据权利要求2所述的光学半导体器件，进一步包括被选择性地形成在所述第二外延层中的第一导电类型的阱层，其中 所述晶体管被形成在所述阱层中。
7、 根据权利要求1所述的光学半导体器件，其中 所述第一扩散层的掺杂浓度的峰值被形成在所述第二外延层的表面上。
8、 根据权利要求2所述的光学半导体器件，其中 所述第一扩散层的掺杂浓度的峰值被形成在所述第二外延层的表面上。
9、 一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底上 被提供有光接收元件和晶体管，该方法包括在第一导电类型的半导体衬底上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型 的第二外延层的步骤；在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的 第一扩散层的步骤；在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二 扩散层的步骤；和在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
10、 一种制造光学半导体器件的方法，该光学半导体器件在同一衬底上 被提供有光接收元件和晶体管，该方法包括在第一导电类型的半导体衬底的上部形成具有高掺杂浓度的第一导电权利要求书第3/3页类型的埋层的步骤；在所述埋层上形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一外延层的步骤；在所述第一外延层上形成具有低掺杂浓度的第二导电类型的第二外延 层的步骤；在所述第二外延层上选择性地形成具有低掺杂浓度的第一导电类型的 第一扩散层的步骤；在所述第一扩散层的上部形成具有高掺杂浓度的第二导电类型的第二 扩散层的步骤；和在所述第二外延层中选择性地形成所述晶体管的步骤，其中所述第一扩散层和所述第二扩散层构成所述光接收元件。
11、 根据权利要求9所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括在 所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第二导电类型的阱层的步骤。
12、 根据权利要求10所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括 在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第二导电类型的阱层的步骤。
13、 根据权利要求9所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括在 所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第一导电类型的阱层的步骤。
14、 根据权利要求10所述的制造光学半导体器件的方法，进一步包括 在所述第二外延层的所述晶体管被形成的区域中，选择性地形成第一导电类 型的阱层的步骤。
全文摘要
一种光学半导体器件，其被提供有被形成在低浓度p型硅衬底(1)上的低掺杂浓度的n型外延层(第二外延层)(24)；通过离子注入或类似方法被选择性地形成在n型外延层(24)中的低掺杂浓度的p型阳极层(第一扩散层)(25)；被形成在阳极层(25)上的高浓度n型阴极层(第二扩散层)(9)；包括阳极层(25)和阴极层(9)的光接收元件(2)；以及被形成在n型外延层(24)上的晶体管(3)。对于短波长光具有高速度和高光接收灵敏度的光电二极管以及高速度晶体管可以被混合安装在同一半导体衬底上。
文档编号H01L31/10GK101449389SQ20078001874
公开日2009年6月3日 申请日期2007年4月3日 优先权日2006年5月24日
发明者岩井誉贵 申请人:松下电器产业株式会社