DE69313365T2

DE69313365T2 - Optische Halbleitervorrichtung und ihr Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69313365T2
Application number: DE69313365T
Authority: DE
Inventors: Mita Keizi
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: DE69313365D1; EP0576009A1; JP2793085B2; JPH0613643A; US5418396A; KR100208643B1; EP0576009B1; KR940001385A

Description

Die Erfindung betrifft integrierte Schaltungen und insbesondere eine optische Halbleitervorrichtung mit einer einstückig darin ausgebildeten Fotodiode und einem bipolaren Transistor.
Eine bekannte optische Halbleitervorrichtung ist z.B. in JP-A-1205564 offenbart. In Fig. 11 hat das P-Typ-Halbleitersubstrat 1 eine darauf epitaxial gewachsene Epitaxialschicht 2 vom P-Typ. Eine Epitaxialschicht 3 vom N-TYP ist epitaxial auf der Epitaxialschicht 2 vom P-Typ gewachsen. Eine Mehrzahl Trennbereiche 4 vom P&spplus;-Typ trennen die Epitaxialschicht 3 vom N-Typ und anschließende obere Abschnitte der Epitaxialschicht 2 vom P-Typ in isolierte Inseln auf. Eine erste Insel bildet eine Fotodiode 9. Eine zweite Insel bildet einen NPN-Transistor 10.
Die Fotodiode 9 enthält ein Diffusionsgebiet 5 vom N&spplus;-Typ in seiner oberen Oberfläche. Eine versenkte Schicht 6 vom N&spplus;-Typ überspannt einen wesentlichen Teil des übergangs zwischen den Schichten 2 und 3 in der Insel, die den NPN- Transistor 10 bildet. Der Teil der Epitaxialschicht 3 vom N-Typ in dem NPN-Transistor 10 dient als dessen Kollektor. Ein Basisbereich 7 vom P-Typ ist an einer oberen Oberfläche des NPN-Transistors 10 angeordnet. Ein Emitterbereich 8 vom N&spplus;-Typ ist an einer oberen Oberfläche des Basisbereichs 7 vom P-Typ angeordnet. Ein Kollektorkontaktbereich 12 vom N&spplus;-Typ ist an der oberen Oberfläche des NPN-Transistors 10 außerhalb des Basisbereichs 7 vom P-Typ angeordnet.
Die Fotodiode 9 ist so vorgeladen, daß eine PN-Übergang zwischen der Epitaxialschicht 2 vom P-Typ und der Epitaxialschicht 3 vom N-Typ gebildet ist. Der Diffusionsbereich 5 vom N&spplus;-Typ dient als Kathode der Fotodiode 9. Ein Trennbereich 4 vom P&spplus;-Typ dient als Anode der Fotodiode 9.
Ein beschleunigtendes elektrisches Feld wird in dem NPN- Transistor 10 mittels einer selbstdotierten Schicht 11 in einer Epitaxialschicht 12 vom P-Typ gebildet, die durch Diffusion von Ladungen vom P-Typ aus dem Substrat 1 während des epitaxialen Wachsens und durch Wärmebehandlung selbstdotiert wird. Die selbstdotierte Schicht 11 verzögert die Bewegung der Ladungen, wodurch darunter das Verarmungsgebiet ausgebildet wird.
Urn ein schnelles Ansprechen der Fotodiode zu erzielen, wird das Verarm ungsgebiet ausgeweitet, um die Bewegung der Ladungen zu beschränken, die außerhalb des Verarmungsgebiets auftreten. Bei der Bauweise der bekannten Vorrichtung aus Fig. 11 überlappt die selbstdotierte Schicht 11 mit der Epitaxialschicht 2 vom P-Typ. Dieses Überlappen führt zu einer Konzentration von Verunreinigungen und einer Vergrößerung des Verarmungsgebiets.
Das epitaxiale Wachsen erfordert eine Verarbeitung in einem geschlossenen Behälter, in welchen Gase zum Ziehen der gewünschten Schichten und zum Einführen gewünschter Verunreinigungsmengen eingeführt werden. Während des Wachsens der Epitaxialschicht 2 vom P-Typ wird der geschlossene Behälter durch Verunreinigungen vom P-Typ verunreinigt. Wenn versucht wird, die Epitaxialschicht 3 vom N-Typ in dem gleichen geschlossenen Behälter, der für das Wachsen der Epitaxialschicht 2 vom P-Typ verwendet wurde, wachsen zu lassen, gelangen die Verunreinigungen vom P-Typ in dem Behälter in solchen Mengen in die Epitaxialschicht 3 vom N-Typ, daß es schwierig oder unmöglich wird, die gewünschten Eigenschaften der Epitaxialschicht 3 vom N-Typ zu erzielen.
Als Folge der Verunreinigung des Behälters durch Verunreinigungen vom P-Typ während des epitaxialen Wachsens der Epitaxialschicht 2 vom P-TYP muß die Vorrichtung physikalisch aus dem Behälter 2 entfernt werden, nachdem die Epitaxialschicht 2 vom P-Typ ausgebildet wurde, und in einem sauberen Behälter angeordnet werden, um die Epitaxialschicht 3 vom N-Typ wachsen zu lassen. Das Erfordernis des Entfernens und der Neuinstallation des Werkstücks während der Herstellung stört die Produktion, da die gleiche epitaxiale Wachsturnsvorrichtung nicht für alle Schritte zur Erzeugung der bekannten Vorrichtung verwendet werden kann.
Eine optische Halbleitervorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in JP-A-5660054 offenbart.
EP-A-0501316, das ein Dokument nach Artikel 54(3) EPC darstellt, offenbart eine erste Epitaxialschicht mit hohem spezifischen Widerstand und eine zweite Epitaxialschicht mit vergleichsweise niedrigem spezifischen Widerstand, wobei die Schichten verschiedene Leitfähigkeitstypen aufweisen. Desweiteren ist eine Offset-Schicht in dem Substrat vorgesehen, um die Verunreinigungen des Substrats in diesem Gebiet abzuschneiden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Fotodiode und einen Transistor zu schaffen, die die Nachteile des Stands der Technik überwinden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Fotodiode und einen Transistor zu schaffen, bei denen die Epitaxialschichten in dem gleichen Behälter ohne die Notwendigkeit eines Umbaus zwischen dem Wachsen der Schichten ausgebildet werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Schaltung zu schaffen, die eine Fotodiode und einen Transistor aufweist, wobei die Fotodiodenkathode und der Transistoremitter aus demselben Material in den gleichen Verfahrensschritten ausgebildet werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Schaltung zu schaffen, die eine Fotodiode und einen Transistor umfaßt, wobei die Aktivierung der Fotodiode durch die Anwesenheit einer Verarmungsschicht beschleunigt wird.
Diese Aufgaben werden durch eine optische Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bzw. 3 erzielt. Anspruch 2 betrifft eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.
Die obengenannten und weitere Aufgaben, Merkrnale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen.
Fig. 1 ist ein Querschnitt einer optischen Halblei tervorrichtung, der zum Verständnis der Erfindung nützlich ist.
Fig. 2 (A), 2(B), 3(A), 3(B) 4, 5, 6, 7, 8, 9 sind Querschnitte, auf die zur Beschreibung der Verfahrensschritte zur Erzeugung der optischen Halbleitervorrichtung aus Fig. 1 Bezug genommen wird.
Fig 10 ist ein Querschnitt eines optischen Halbleiters entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 11 ist ein Querschnitt einer optischen Halbleitervorrichtung entsprechend dem Stand der Technik.
In Fig. 1 sind eine Fotodiode 21 und ein NPN-Transistor 22 in einer einzelnen Vorrichtung integriert. Ein Einkristall- Siliziurnhalbleitersubstrat 23 vom P-Typ hat eine niedrigere Verunreinigungskonzentration als sie üblicherweise bei einer gewöhnlichen bipolaren integrierten Schaltung, im Anschluß IC genannt, verwendet wird, was zu einem spezifischen Widerstand von 40-60 Ω cm führt. Bei einem bekanntes IC hat dessen Halbleitersubstrat einen spezifischen Widerstand von etwa 2-4 Ω cm. Eine erste Epitaxialschicht 24 wird durch Dampfphasenabscheidung auf dem Substrat 23 mit einer Dicke von 10 bis 20 µm epitaxial gezogen.
Eine zweite Epitaxialschicht 25 wird ebenfalls durch Dampfphasenabscheidung auf der ersten Epitaxialschicht 24 mit einer Dicke von 4-6 µm gezogen.
Der spezifische Widerstand der ersten Epitaxialschicht ist anfänglich zwischen 1000 bis 1500 Ω cm zum Zeitpunkt des Wachsens, aber er ändert sich auf 200 bis 1500 Ω cm aufgrund der Diffusion von Verunreinigung während der anschließenden Wärmebehandlung. Die erste Epitaxialschicht 24 bildet einen mittleren Diffusionsbereich. Der spezifische Widerstand dieser Schicht in einem bekannten IC liegt zwischen 1,0 und 2,0 Ω cm.
Abschnitte der ersten und zweiten Epitaxialschichten 24 und 25 werden elektrisch voneinander durch einen vertikalen Trennbereich 26 vom P&spplus;-Typ in einen Abschnitt für die Fotodiode 21 und einen Abschnitt für den NPN-Transistor 22 isoliert. Der Trennbereich 26 vom P&spplus;-Typ wird aus einem ersten Trennbereich 27, einem zweiten Trennbereich 28 und einem dritten Trennbereich 29 gebildet, die einander überlagern und dabei elektrisch miteinander verbunden sind (nur der am weitesten links liegende Trennbereich 26 ist mit getrennt bezeichneten Bereichen 27, 28 und 29 dargestellt). Der erste Trennbereich 27 wird oberhalb und unterhalb des Übergangs zwischen dem Substrat 23 und der ersten Epitaxialschicht 24 diffundiert. Der zweite Trennbereich 28 wird oberhalb und unterhalb des Übergangs zwischen der ersten Epitaxialschicht 24 und der zweiten Epitaxialschicht 25 diffundiert. Der dritte Trennbereich 29 wird unterhalb einer Oberfläche der zweiten Epitaxialschicht 25 diffundiert. Die Trennbereiche 27, 28 und 29 überlappen einander, um miteinander verbunden einen einzelnen Trennbereich 26 zu bilden, der die Epitaxialschichten 24 und 25 in getrennte Inselbereiche trennt.
Eine Diffusionsschicht 31 vom N&spplus;-Typ, die als Kathode der Fotodiode 21 dient, ist auf einem Abschnitt der Oberfläche der zweiten Epitaxialschicht 25 der Fotodiode 21 ausgebildet. Die Oberfläche der zweiten Epitaxialschicht 25 ist durch eine Oxidmernbran 32 bedeckt, die zur Erzeugung einer Mehrzahl Kontaktlöcher geätzt wird, durch welche ein Aluminiumkathodenkontakt 33 den Diffusionsbereich 31 vom N&spplus;-Typ kontaktiert. Ein Alurniniumanodenkontakt 34 erstreckt sich durch ein Kontaktloch in der Oxidmemb ran 32 zur Kontaktierung der oberen Oberfläche des Trennbereichs 36, der als Niederwiderstandsanode der Fotodiode 21 dient.
Eine versenkte Schicht 35 vom N&spplus;-Typ erstreckt sich über einen wesentlichen Teil des Übergangs zwischen der ersten und der zweiten Epitaxialschicht 24 und 25 des NPN-Transistors 22. Eine Kollektorschicht 36 vom N-Typ oberhalb der versenkten Schicht 35 vom N+ -Typ wird mit Phosphor dotiert. Die Kollektorschicht 36 vom N-Typ hat einen größeren spezifischen Widerstand als der Abschnitt der zweiten Epitaxialschicht 25, auf dem sie ausgebildet ist. Ein Basisbereich 37 vom P-Typ wird auf der Oberfläche des NPN-Transistors 22 ausgebildet. Ein Ernitterbereich 28 vom N+ -Typ wird auf der Oberfläche des Basisbereichs 37 vom P-Typ ausgebildet. Ein Kollektorkontaktbereich 39 vom N&spplus;-Typ des NPN-Transistors 22 wird auf der Oberfläche des NPN-Transistors 22 außerhalb des Basisbereichs 36 ausgebildet.
Ein Alurniniumernitterkontakt 40 durchläuft die Oxidmembran 32 zur Kontaktierung des Emitterbereichs 38 vom N&spplus;-Typ. Ein Alurniniurnbasiskontakt 401 durchläuft die Oxidmembran 32 zur Kontaktierung des Basisbereichs 37. Ein Aluminiurnkollektorkontakt 40" durchläuft die Oxidmembran 32 zur Kontaktierung des Kollektorkontaktbereichs 39 vom N&spplus;-Typ. Aluminiumelektroden 31, 34, 40, 40' und 40" sind zu einer Schaltung (nicht gezeigt) mittels bekannter Aluminiurnverdrahtungen (nicht gezeigt) geschaltet.
Die resultierende Vorrichtung enthält die Fotodiode 21, die in der Lage Istf als eine optische Signaleingabeeinheit zu dienen, einstückig mit dem NPN-Transistor 22, der zusammen mit den anderen Schaltelementen als ein Teil einer Signalverarbeitungsschaltung verwendet werden kann.
Ein IC mit der vorgenannten Struktur kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
In Fig. 2(A) wird ein Siliziumhalbleitersubstrat 23 vom P- Typ bis zu einem spezifischen Widerstand von 40 bis 60 Ω cm dotiert.
In Fig. 2(B) wird das Siliziumhalbleitersubstrat 23 vom P- Typ in einer Sauerstoffatrnosphäre erwärmt, um eine isolierende Oxidmernbran an seiner oberen Oberfläche auszubilden. Die Oxidmembran wird mit einer Negativ- Fotoresistmembran überzogen. Die Fotoresistmemb ran wird ausgeheitzt, freigelegt und chemisch geätzt, um ein entsprechendes Muster auf der oberen Oberfläche des Substrats 23 freizulegen. Bor wird durch das Muster zur Ausbildung von drei ersten Trennbereichen 27, die voneinander beabstandet sind, ionenirnplantiert.
In Fig. 3(A) wird die Oxidmemb ran entfernt und das Substrat 23 gewaschen. Das Substrat 23 wird dann in einer Epitaxial- Wachstumsvorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet und durch einen Strahler (lamp) oder elektromagnetische Hochfrequenz- Wellen auf eine Temperatur von etwa 1140ºC erwärmt. SiH&sub2;Cl&sub2;-Gas wird in ein Reaktorrohr eingeführt, wodurch die erste Epitaxialschicht 24 aus intrinsischem Material in einer Dicke von 15 bis 20 µm wächst. Ein geringer Dotierungsgrad der ersten Epitaxialschicht 24 tritt während des Wachsens durch Diffusion von Borverunreinigungen vom P-Typ aus dem Substrat 23, dem ersten Trennbereich 27 und der Rückseite des Wafers auf, was zu einer Epitaxialschicht 24 mit einem relativ hohen spezifischen Widerstand von 200 bis 1500 Ω cm führt.
In Fig. 3(B) wird das Substrat in einer Sauerstoffatmosphäre zur Erzeugung einer Isolieroxidmemb ran erwärmt. Die Oxidrnernbran wird mit einer Negativ-Fotoresistmembran überzogen. Die Fotoresistmembran wird ausgeheizt, freigelegt und chemisch geätzt, um ein entsprechendes Muster auf der oberen Oberfläche der ersten Epitaxialschicht 24 freizulegen, um einen Teil des Antirnons in die Oberfläche der ersten Epitaxialschicht 24 zu diffundieren und einen Vorläufer der versenkten Schicht 35 vom N&spplus;-Typ zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt wird der erste Trennbereich 27 nach oben und unten diffundiert.
In Fig. 4 wird eine weitere Widerstandsmernbran über der Oxidmernbran geschichtet, getrocknet, freigelegt und geätzt, um eine selektive Maske zu erzeugen, wodurch Abschnitte der Oberfläche der ersten Epiatxialschicht 24 freigelegt werden.
Bor wird zur Ausbildung eines Vorläufers der drei zweiten Trennbereiche 28 des Trennbereichs 26 ionenimplantiert. Die Resistmernbran wird entfernt und die Vorrichtung wärmebehandelt, um die zweiten Diffusionsbereiche 28 von 6 auf 8 µm nach unten diffundieren zu lassen und um den ersten Diffusionsbereich 27 von 8 auf 10 µm nach unten diffundieren zu lassen, bis sie einander überlagern, um so eine einzelne Einheit zu bilden.
In Fig. 5 wird die Oxidschicht entfernt und eine zweite Epitaxialschicht 25 epitaxial mit einer Dichte von 4 bis 6 µm (Mikron) oberhalb der Oberfläche der ersten Epitaxialschicht 24 gezogen. Während des Verfahrensschrittes diffundieren die zweiten Trennschichten 28 und die versenkte Schicht 35 vom N&spplus;-Typ teilweise nach unten in die neuaufgebrachte zweite Epitaxialschicht 25.
In Fig. 6 wird die Vorrichtung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre zur Erzeugung einer weiteren Oxidmembran auf der Oberfläche der zweiten Epitaxialschicht 25 erwärmt. Die Oxidmembran wird mit einer Negativfotoresistmemb ran überzogen. Die Fotoresistmembran wird ausgeheizt, freigelegt und chemisch geätzt, um ein entsprechendes Muster in der oberen Oberfläche der zweiten Epitaxialschicht 25 freizulegen. Phosphor wird durch das Resistrnuster mit einer Konzentration von 10¹² Atomen pro cm² bei etwa 80 keV ionenimplantiert, um einen Vorläufer der Kollektorschicht 36 vom N-Typ zu bilden.
In Fig. 7 wird die Vorrichtung auf etwa 1100 bis 1200ºC über zwei bis drei Stunden erwärmt, damit die phosphorhaltige, den Kollektor bildende Schicht 36 vom N-Typ auf 2 bis 5 µm nach unten und die versenkte Schicht 35 vom N&spplus;-Typ nach oben diffundieren, bis diese zwei Schichten sich miteinander verbinden. Der erste Trennbereich 27 und der zweite Trennbereich 28 diffundieren während dieser Wärmebehandlung ebenfalls nach unten und oben.
In Fig. 8 wird die Vorrichtung in einer Sauerstoffatrnosphäre zur Erzeugung einer isolierenden Oxidmembran erwärmt, wodurch sie mit einer Negativ-Fotoresistmembran beschichtet ist. Die Fotoresistmernbran wird ausgeheizt, freigesetzt und chemisch geätzt, um eine entsprechendes Muster auf der oberen Oberfläche der zweiten Epitaxialschicht 25 freizulegen. Bor wird durch das Muster zur Ausbildung des Vorläufers der dritten Trennbereiche 29 ionenimplantiert. Eine weitere Wärmebehandlung läßt das Bor mit einer Dicke von 2-3 µm nach unten diffundieren, um die dritten Trennbereiche 29 auszubilden, und sie läßt auch die zweiten Trennbereiche 28 nach oben diffundieren, bis diese Bereiche sich miteinander verbinden. An dieser Stelle überlagern sich die drei Trennbereiche 27, 28 und 29 zur Ausbildung eines einzelnen Trennbereichs 26, der die Epitaxialschicht 24 und 25 in isolierte Inselbereiche auftrennt.
In Fig. 9 wird ein Resistmuster für die Ausbildung einer Ionenimplantationsmaske zur Erzeugung des Basisbereichs 37 vom P-Typ gebildet. Als nächstes diffundiert Phosphor zur Erzeugung des Diffusionsbereichs 31 vom N&spplus;-Typ, des Ernitterbereichs 38 vom N&spplus;-Typ und des Kollektorkontaktbereichs 39 vom N&spplus;-Typ in die Oberfläche der Vorrichtung.
In Fig. 1 wiederum durchlaufen Aluminiumelektroden 33, 34, 40, 40' und 40" durch Öffnungen in der Oxidmembran 32 zur Erzeugung von externem Kontakt zu dem Diffusionsbereich 31 vom N&spplus;-Typ, dem mittleren. Trennbereich 26 vom P&spplus;-Typ, dem Emitterbereich 38 vom N&spplus;-Typ, dem Basisbereich 37 vom P-Typ bzw. dem Kollektorkontaktbereich 39 vom N&spplus;-Typ.
Die Fotodiode 21 des IC mit der vorgenannten Struktur hat die folgenden Merkmale.
Der Kathodenkontakt 33 und der Anodenkontakt 34 sind mit Vcc (+5V) bzw. der Massespannung (GND) rückgespannt. Diese Vorspannung erzeugt eine Verarmungsschicht, die sich von dem Übergang zwischen der zweiten Epitaxialschicht 25 vom P-Typ und dem Diffusionsbereich 31 vom N&spplus;-Typ in die Epitaxialschicht 24 und 25 erstreckt. Die Epitaxialschichten 24 und 25 haben einen hohen spezifischen Widerstand.
Licht mit einer Frequenz (bzw. Wellenlänge) von 800 nm durchläuft die Fotodiode 21 bis zu einer Tiefe von mehr als 20 µm (Mikron). Das Licht erzeugt Ladungsträger innerhalb der Fotodiode 21 zur Erzeugung eines Fotostroms in dieser.
Die Ladungsträger werden innerhalb der Verarmungsschicht erzeugt, und eine entsprechende Zahl Ladungsträger wird außerhalb des Verarmungsbereiches erzeugt. Die Ladungsträger innerhalb des Verarmungsbereiches bewegen sich aufgrund des niedrigen spezifischen Widerstands dieses Gebiets sehr schnell. Die Ladungsträger außerhalb des Verarm ungsbereiches bewegen sich wegen des hohen spezifischen Widerstands dieses Gebiets langsam.
Bei dieser Erfindung werden, da sich der Verarm ungsbereich im wesentlichen vollständig über beide Epitaxialschichten 24 und 25 erstreckt, alle Ladungsträger innerhalb des Verarmungsbereiches erzeugt, so daß das Ansprechverhalten der Fotodiode 21 sehr schnell ist.
Desweiteren ist der Diffusionsbereich 31 vom N&spplus;-Typ, der die Kathode der Fotodiode 21 bildet, sehr dünn, wobei er in der Tiefe auf etwa 0,3 bis 1,0 µm (Mikron) beschränkt ist. Somit ist der dünne Emitter nicht in der Lage, eine große Zahl von Ladungsträgern zu erzeugen. Aufgrund der hohen Konzentration von Verunreinigungen in der ersten und der zweiten Epitaxialschicht 24 und 25 verschwinden die in die sen erzeugten Ladungsträger schnell oder bewegen sich schnell in den Diffusionsbereich 31 vom N+ -Typ. Im Ergebnis wird nur ein geringer Verzögerungsstrom durch Ladungsträgerdiffusion erzeugt.
Der tiefe Diffusionsbereich, der in dem mittleren Trennbereich vom P&spplus;-Typ erzeugt ist, liefert eine Anodenelektrode mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand.
Der NPN-Transistor 22 des IC mit der vorgenannten Struktur hat die folgenden Merkmale.
Die Konzentration der Verunreinigungen in der Kollektorschicht 36 vom N-Typ der zweiten Epitaxialschicht 25 ist geeignet, die Transistorwirkung zu erzielen.
Der zum Diffundieren des Kollektorbereichs 36 vom N-Typ nach unten in Kontakt mit der innenleitenden Schicht 35 vom N&spplus;-Typ benötigte Wärm ebehandlungszeitabschnitt ist aufgrund der zwei Epitaxialschichten begrenzt. Nur ein Teil der zweiten Epitaxialschicht 25 muß in einen Bereich vom N-Typ umgewandelt werden. Die Epitaxialschicht 24 und 25 sind sehr leicht P-dotiert, wobei sie einen relativ hohen spezlfischen Widerstand haben.
Die Epitaxialschichten 24 und 25 sind so leicht P-dotiert, daß ein Verarbeitungsbehälter für das darauffolgende epitaxiale Wachsen vom N-Typ verwendet werden kann, ohne daß der Behälter durch die Verunreinigung vom P-Typ der Epitaxialschichten 24 und 25 verunreinigt würde. Auch ermöglicht das leichte P-Dotieren die einfache Steuerung des spezifischen Widerstandes.
Die bekannte Vorrichtung aus Fig. 11 hat das Problem, daß Bor nach oben während der Wärmebehandlung des stark P-dotierten Substrats 1 in die Epitaxialschicht 2 oberhalb diffundiert, um so eine selbstdotierte Schicht 11 zu erzeugen. Die selbstdotierte Schicht 11 verhindert die Ausdehnung der Verarmungsschicht zu dem Subtrat 1.
In Fig. 1 verringern die leichte P-Dotierung des Substrats 22 auf etwa 40 bis 60 Ω cm und die noch leichtere Dotierung der ersten Epitaxialschicht 24 auf etwa 1000 bis 1500 Ω cm (mit einem spezifischen Endwiderstand von 200 bis 1500 Ω cm) das Problem einer Selbstdotierungsschicht, die sich in die erste Epitaxialschicht 24 erstreckt. Die sehr niedrige P-Dotierung des Substrats 23 und die relativ niedrige P-Dotierung der ersten Epitaxialschicht verringern die Selbstdotierungsschicht und ermöglichen es der Verarm ungsschicht, sich im wesentlichen über die gesamte Strecke bis zur Oberfläche des Substrats 23 zu erstrecken.
Der hohe spezifische Widerstand des Substrats 23 und die Abnahme der Selbstdotierungsschicht würden zu einer Erhöhung des spezifischen Widerstands des Anodenkontakts 34 führen, wenn das Design des Stands der Technik aus Fig. 11 verwendet würde. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird das Erhöhen des spezifischen Widerstandes des Anodenkontakts 34 vermieden, indem der Trennbereich 26 vom P&spplus;-Typ nach unten in das Substrat hinein ausgedehnt wird.
In Fig. 10 enthält eine erfindungsgemäße Ausführungsform eine "Offsetting"-Schicht 41 mit Verunreinigungen vom N- Typ, die in die Oberfläche des Substrats 23 der Fotodiode 21 ionenimplantiert sind, um die Konzentration der Verunreinigung an der Oberfläche des Substrats 23 zu verändern. Die "Offsetting"-Schicht 41 ermöglicht es der Verarmungsschicht, sich über den gesamten Weg der Oberfläche des Substrats 23 zu erstrecken. Die Verunreinigung vom N-Typ, die die "Offsetting"-Schicht 41 bilden, können in das Substrat 23 nur unterhalb der die Fotodiode 21 bildenden Insel ionenimplantiert sein. Jedoch aus Gründen der einfacheren Verarbeitung ist es akzeptierbar, daß die Verunreinigungen vom N-Typ über die gesamte Oberfläche des Substrats, einschließlich unterhalb der Inseln sowohl der Fotodiode 21 als auch des NPN-Transistors 22, ionenimplantiert werden. Die Diffusion der Verunreinigung vom N-Typ wird nicht über die Tiefe hinausgehen, über die sich der Trennbereich 27 ausdehnt. Somit erhöht das Vorsehen der "Offsetting"- Schicht 41 nicht den spezifischen Widerstand der Anodenelektrode 34.
Phosphor wird mit einer Konzentration von 1 bis 5 x 10¹¹ Atom pro cm² zur Ausbildung des Vorläufers der "Offsetting"-Schicht 41 ionenimplantiert. Nach der Implantation wird der Phosphor durch Wärmebehandlung diffundiert, um einen spezifischen Widerstand, der sich zwischen 40 bis 60 Ω cm bis über 200 Ω cm ändert, zu erreichen. Die "Offsetting"-Schicht wird zu einer Tiefe von 2 bis 10 jzm diffundiert. Der erste Trennbereich 27 erstreckt sich nach unten zu einer Tiefe von 7 bis 15 µm in das Substrat 23. Der Trennbereich 27 erstreckt sich unterhalb der "Offsetting"- Schicht 41 und blockiert somit die seitliche Migration der Ladungsträger aus der "Offsetting"-Schicht 41. Die Verunreinigungen vom N-Typ in der "Offsetting"-Schicht 41 diffundieren nach oben in das benachbarte Gebiet der ersten Epitaxialschicht 24, wo sie die Ladungsträger vom P-Typ ausgleichen, die aus dem Substrat 23 nach oben in die erste Epitaxialschicht 24 selbstdotiert sind.

Claims

1. Optische Halbleitervorrichtung mit einer Fotodiode (21) und einem Transistor (22) mit:

einem Halbleitersubstrat (23) eines ersten Leitfähigkeitstyps,

einer ersten Epitaxieschicht (24) eines intrinsischen Halbleitermaterials, das auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (23) aufgewachsen ist,

einer zweiten Epitaxieschicht (25) aus intrinsischem Halbleitermaterial, das auf der Oberfläche der ersten Epitaxieschicht (24) aufgewachsen ist,

einem Trennbereich (26) des ersten Leitfähigkeitstyps, der die erste und die zweite Epitaxieschicht in zumindest erste und zweite Inselbereiche aufteilt,

einem Diffusionsbereich (31) in der Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht (25) des ersten Inselbereichs,

einer Versenkschicht (35) des zweiten Leitfähigkeitstyps an der Schnittfläche zwischen der ersten und der zweiten Epitaxieschicht in dem zweiten Inselbereich,

einer Kollektorschicht (36) des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem zweiten Inselbereich, die sich von der Fläche der zweiten Epitaxieschicht zur Versenkschicht (35) erstreckt,

einem Basisbereich (37) des ersten Leitfähigkeitstyps in der Oberfläche der Kollektorschicht in dem zweiten Inselbereich,

und einem Ernitterbereich(38) des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Fläche des Basisbereichs,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Halbleitersubstrat (23) einen spezifischen Widerstand von 40 bis 60 Ω cm aufweist,

die erste und die zweite Epitaxieschicht (24, 25) spezifische Widerstände von mehr als 200 Ω cm aufweisen,

die Kollektorschicht (36) einen spezifischen Widerstand von weniger als sowohl die erste als auch die zweite Epitaxieschicht aufweist,

der Diffusionsbereich von dem zweiten Leitfähigkeitstyp ist,

und daß eine Offsetschicht (41), die Störstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, um die Konzentration der Störstoffe in der Oberfläche des Substrates auszugleichen, in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (23) zumindest unterhalb der ersten Insel vorgesehen ist.

2. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Trennbereich (26) sich in das Halbleitersubstrat (23) erstreckt und den Abstand überschreitet, in dem sich die Offsetschicht in das Halbleitersubstrat (23) erstreckt.

3. Optische Halbleitervorrichtung mit einer Fotodiode (21) und einem Transistor (22) mit:

einem Halbleitersubstrat (23) eines ersten Leitfähigkeitstyps,

einer ersten Epitaxieschicht (24), die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (23) aufgewachsen ist,

einer zweiten Epitaxieschicht (25), die auf der Oberfläche der ersten Epitaxieschicht (24) aufgewachsen ist,

einem Trennbereich (26) des ersten Leitfähigkeitstyps, der die erste und die zweite Epitaxieschicht in zumindest einen ersten und einen zweiten Inselbereich aufteilt,

einer Kollektorschicht (36) des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem zweiten Inselbereich, die sich von der Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht zur Versenkschicht (35) erstreckt,

und einem Emitterbereich (38) des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Oberfläche des Basisbereichs,

dadurch gekennzeichnet, daß

die erste und die zweite Epitaxieschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp sind,

die Kollektorschicht (36) einen spezifischen Widerstand von weniger als beide spezifischen Widerstände der ersten und der zweiten epitaktischen Schicht aufweist,

der Diffusionsbereich von dem zweiten Leitfähigkeitstyp ist und daß eine Offsetschicht (41), die Störstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, um die Konzentration von Störstoffen in der Oberfläche des Substrates auszugleichen, in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (23) zumindest unterhalb der ersten Insel vorgesehen ist.