JP2000188415A

JP2000188415A - 半導体受光装置

Info

Publication number: JP2000188415A
Application number: JP10366221A
Authority: JP
Inventors: Nami Yasuoka; 奈美安岡
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体受光装置に関し、半導体受光装置に於
いて、光吸収層で吸収されなかった微少な光が乱反射す
るのを抑止し、信号光を切った後に裾引き電流が発生す
ることを防止しようとする。【解決手段】基板２１上に少なくとも光吸収層２２及
びウインドウ層２３が積層形成され且つ受光面に対応す
るｐｎ接合を生成する不純物拡散領域２４が形成される
と共に該受光面に光が入射可能であるように位置を選択
して形成されたｐ側電極２５及び該受光面から外れた位
置を選択して形成されたｎ側電極２６を有してなる半導
体受光素子と、該半導体受光素子の裏面側に結合されて
該半導体受光素子を透過した光を受け入れるシリコンで
構成されたサブ・キャリヤ３０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各家庭まで光ファ
イバを引く加入者系システムを構成するのに必要な低価
格な光モジュール、或いは、加入者系システムに於ける
局側受光素子に要求される低価格で広いダイナミック・
レンジをもつ半導体受光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体受光素子に要求される広いダイナ
ミック・レンジとは、強度が強い光の入射が遮断された
際、光信号の裾引きがないことを意味する。

【０００３】例えば１〔μｍ〕帯の半導体受光素子で
は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ光吸収層を成長させた
ものを用いるが、諸特性に対する要求、即ち、低容量で
あること、暗電流が少ないことなどに対応するには、光
吸収層の厚さは３〔μｍ〕が限界であって、それ以上の
厚さになると半導体の結晶性が悪くなって、前記のよう
な要求に応じることはできない。

【０００４】ところが、厚さ３〔μｍ〕の光吸収層で
は、入射した光を全て吸収することはできず、その一部
の光は、基板底面に形成されたｎ側電極で乱反射され、
再び光吸収層に到達する。

【０００５】図５は従来の半導体受光素子を説明する為
の要部切断側面図であり、図に於いて、１は基板、２は
光吸収層、３はウインドウ層、４は不純物拡散領域、５
はｐ側電極、６はｎ側電極、７は空乏層、８は入射光、
９は反射光、１０は反射光に依って空乏層外で生成され
たキャリヤをそれぞれ示している。

【０００６】通常、乱反射された光９は拡がりをもつ
為、空乏層７から離れたところで吸収されてキャリヤ１
０を生成し、そのキャリヤ１０は拡散で空乏層７に到
り、信号として検出されることになる。

【０００７】前記のような過程を経るには、５０〔ｎｓ
ｅｃ〕乃至６０〔ｎｓｅｃ〕の時間を要する為、信号光
を切った後にいわゆる裾引き電流として観測され、信号
光を正確に読み取れない状態となる。

【０００８】図６は従来の半導体受光素子に於いて信号
光を切った後に観測される裾引き電流について説明する
為の線図であり、（Ａ）は時間と光強度との関係を、ま
た、（Ｂ）は時間と光電流との関係をそれぞれ表し、そ
して、何れに於いても横軸に時間を、縦軸に（Ａ）では
光強度、（Ｂ）では光電流をそれぞれ採ってある。

【０００９】図示のデータは、図５に見られる半導体受
光素子に５００〔μＷ〕の光を入射して、その入射光を
遮断した時刻を０とし、その後の裾引き電流を観測した
結果を表している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、半導体受
光装置に於いて、光吸収層で吸収されなかった微少な光
が乱反射するのを抑止し、信号光を切った後に裾引き電
流が発生することを防止しようとする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、半導体受光
素子に入射した光のうち、光吸収層で吸収しきれなかっ
た光は、半導体受光素子外に放出することが基本になっ
ている。

【００１２】図１は本発明の原理を解説する為の半導体
受光装置を表す要部切断側面図であり、図に於いて、１
１は基板、１２は光吸収層、１３はウインドウ層、１４
は不純物拡散領域、１５はｐ側電極、１６はｎ側電極、
１７は無反射膜、１８はパッド、１９はサブ・キャリ
ヤ、２０は無反射膜、Ｌ１は入射光、Ｌ２は入射光のう
ち光吸収層で吸収しきれなかった光をそれぞれ示してい
る。

【００１３】図１の半導体受光装置が図５について説明
した従来の半導体受光素子と比較して特徴的である構成
は、ｎ側電極１６は、基板１１の裏面に於いて、ｐ側電
極１５で囲まれた受光面に対向する面を外れた位置に形
成してあること、受光面に対向する基板１１の裏面には無反射膜１７
が形成されていること、半導体受光素子は、パッド１８を介してサブ・キャ
リヤ１９に固着され、そして、サブ・キャリヤ１９は光
透過材料或いは光吸収材料で構成されていること、無反射膜１７に対向するサブ・キャリヤ１９の面に
は無反射膜２０を形成してあること、である。

【００１４】この構成に依れば、入射光Ｌ１のうち、光
吸収層１２で吸収しきれなかった光Ｌ２は、基板１１を
通り抜け、無反射膜１７並びに２０を介してサブ・キャ
リヤ１９に入って吸収（減衰）されるか、或いは、それ
を抜けて外方に放出される。

【００１５】前記したところから、本発明に依る半導体
受光装置に於いては、（１）基板（例えば基板２１）上に少なくとも光吸収層
（例えば光吸収層２２）及びウインドウ層（例えばウイ
ンドウ層２３）が積層形成され且つ受光面に対応するｐ
ｎ接合が生成（例えば不純物拡散領域２４を形成して生
成されたｐｎ接合）されると共に該受光面に光が入射可
能であるように位置を選択して形成された表面側電極
（例えばｐ側電極２５）及び該受光面から外れた位置を
選択して形成された裏面側電極（例えばｎ側電極２６）
を有してなる半導体受光素子と、該半導体受光素子の裏
面側に結合されて該半導体受光素子を透過した光を受け
入れる光透過性或いは光吸収性の材料で構成されたサブ
・キャリヤ（例えばサブ・キャリヤ３０）とを備えてな
ることを特徴とするか、又は、

【００１６】（２）前記（１）に於いて、受光面に対向
する基板の裏面側に形成された無反射膜（例えば無反射
膜２８）及び該無反射膜に対向するサブ・キャリヤ表面
に形成された無反射膜（例えば無反射膜２９）を備えて
なることを特徴とするか、又は、

【００１７】（３）前記（１）或いは（２）に於いて、
ウインドウ層表面の受光面に無反射膜（例えば無反射膜
２７）が形成されてなることを特徴とするか、又は、

【００１８】（４）前記（１）乃至（３）の何れか１に
於いて、受光面に対向するサブ・キャリヤ表面に凹凸部
（例えば凹凸部３０Ｂ）が形成されてなることを特徴と
する。

【００１９】前記手段を採ることに依り、半導体受光素
子に於ける基板底面からの乱反射光は著しく低減され、
従って、裾引き電流の発生は殆どなくなり、信号光を正
確に読み取ることができる。また、乱反射光を低減する
のに大きく寄与するサブ・キャリヤは、例えばシリコン
板を用いることができ、且つ、その加工や取り付けなど
も半導体分野で多用されている技術を適用して容易に実
施することができるから安価に提供することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図２は本発明に於ける実施の形態
１を説明する為の半導体受光装置を表す要部説明図であ
り、（Ａ）は側断面図を、また、（Ｂ）はサブ・キャリ
ヤの斜面図をそれぞれ示している。

【００２１】図に於いて、２１は基板、２２は光吸収
層、２３はウインドウ層、２４は不純物拡散領域、２５
はｐ側電極、２６はｎ側電極、２７及び２８は無反射
膜、３０はサブ・キャリヤ、３１は無反射膜、３２はボ
ンディング・パッドをそれぞれ示している。

【００２２】上掲の各部材に関する主要なデータを例示
すると次の通りである。（１）基板２１について材料：ＩｎＰ（２）光吸収層２２について材料：ＩｎＧａＡｓ不純物濃度：２×１０¹⁵〔cm^-3〕厚さ：３〔μｍ〕（３）ウインドウ層２３について材料：ＩｎＰ不純物濃度：５×１０¹⁶〔cm^-3〕厚さ：１〔μｍ〕（４）不純物拡散領域２４について不純物：Ｚｎ不純物濃度：２×１０¹⁸〔cm^-3〕（５）ｐ側電極２５について材料：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ厚さ：３００〔Å〕／１０００〔Å〕／３０００〔Å〕形状：リング（６）ｎ側電極２６について材料：ＡｕＧｅ／Ａｕ厚さ：５００〔Å〕／１５００〔Å〕形状：リング（７）無反射膜２７及び２８について材料：ＳｉＮ厚さ：２２０〔ｎｍ〕（８）サブ・キャリヤ３０について材料：シリコン厚さ：４００〔μｍ〕（９）無反射膜３１について材料：ＳｉＯ₂ 厚さ：２３００〔Å〕（１０）パッド３２について材料：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／ＡｕＳｎ厚さ：３００〔Å〕／１０００〔Å〕／３０００〔Å〕
／５０００〔Å〕

【００２３】図２の半導体受光装置を製造するには、従
来から多用されている技術を適用して行うことができ、
特殊な技術は何ら必要ない。

【００２４】先ず、半導体受光素子を製造するプロセス
について説明する。（１）ＭＯＶＰＥ（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｖａ
ｐｏｒｐｈａｓｅｅｐｉｔａｘｙ）法を適用するこ
とに依り、基板２１上に光吸収層２２及びウインドウ層
２３を順に積層形成する。

【００２５】（２）ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａ
ｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、及び、リソグラフ
ィ技術を適用することに依り、不純物拡散領域２４の形
成予定部分に開口をもつＳｉＮからなるマスク膜を形成
する。

【００２６】（３）選択拡散法を適用することに依
り、マスク膜の開口を介してＺｎを導入して、ウインド
ウ層２３の表面から光吸収層２２に達する不純物拡散領
域２４を形成する。

【００２７】（４）前記マスク膜を除去してから、リ
ソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、スパッタ
リング法、リフト・オフ法を適用することに依り、リン
グ状をなすｐ側電極２５を形成し、また、同じくリング
状をなすｎ側電極２６を形成する。

【００２８】（５）ＣＶＤ法及びリソグラフィ技術を
適用することに依り、ｐ側電極２５に囲まれた領域、及
び、ｎ側電極２６に囲まれた領域に無反射膜２７並びに
２８を形成する。

【００２９】（６）劈開を行ってチップ化する。

【００３０】前記した半導体受光素子の製造とは別にサ
ブ・キャリヤ３０を製造するプロセスについて説明す
る。（１）リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセ
ス、及び、エッチャントををＫＯＨとするウエット・エ
ッチング法を適用することに依り、シリコン・ウエハに
半導体受光素子に対応する大きさで、且つ、深さが例え
ば１５〔μｍ〕の凹所をアレイに形成する。

【００３１】（２）ＣＶＤ法を適用することに依り、
シリコン・ウエハ全面に厚さが２３００〔Å〕であるＳ
ｉＯ₂からなる無反射膜３１を形成する。

【００３２】（３）真空蒸着法及びリソグラフィ技術
を適用することに依り、凹所内の無反射膜３１上にボン
ディング・パッド３２を形成する。

【００３３】（４）それぞれ１個の凹所を含む多数の
サブ・キャリヤ３０を得る為、シリコン・ウエハをダイ
シング・ソーで分断する。

【００３４】前記のようにして得られたサブ・キャリヤ
３０に於けるボンディング・パッド３２及び半導体受光
素子に於けるｎ側電極２６を対向して積み重ね、加熱及
び加圧して両者をボンディングすることで半導体受光装
置が完成する。

【００３５】図３は本発明に於ける実施の形態２を説明
する為の半導体受光装置を表す要部説明図であり、
（Ａ）は側断面図を、また、（Ｂ）はサブ・キャリヤの
斜面図をそれぞれ示し、図２に於いて用いた記号と同記
号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００３６】図に於いて、３０Ａはサブ・キャリヤ３０
に形成した凹所、３０Ｂは凹所３０Ａ内に於いて半導体
受光素子の受光面に対向する位置に形成された凹凸部を
それぞれ示している。

【００３７】実施の形態２が実施の形態１と相違する点
は、かかってサブ・キャリヤ３０の構造にあり、その構
造上の相違点は、前記したように、サブ・キャリヤ３０
に於ける凹所３０Ａの略中央部分及びその近傍に形成し
た凹凸部３０Ｂに在る。

【００３８】この凹凸部３０Ｂを設けた場合、光吸収層
２２で吸収しきれずに透過し且つサブ・キャリヤ３０内
にも入り込めず極僅かに反射した光を裾引き電流には係
わることができない程に空乏層から大きく離れた位置に
意図的に散乱させることができ、従って、凹凸部３０Ｂ
の形状は、この作用をさせるのに好適であるように選択
されなければならない。

【００３９】シリコン・ウエハに凹所３０Ａを形成する
には、実施の形態１と全く同じ手段で形成して良く、そ
こに凹凸部３０Ｂを形成するには、マスクの形成と適切
なエッチング手段を組み合わせて容易に実現することが
できる。

【００４０】図４は本発明に依る半導体受光装置に於け
る裾引き電流について調べた結果を従来の半導体受光素
子に於ける裾引き電流と比較して表した線図であり、横
軸には時間〔ｎｓｅｃ〕を、また、横軸には光電流〔μ
Ａ〕をそれぞれ採ってある。

【００４１】図４に於いて、特性線１（細い実線）は本
発明に於ける試料１、特性線２（１点鎖線）は同じく試
料２、特性線３（太い実線）は同じく試料３、特性線４
（２点鎖線）は試料４、特性線５（破線）は従来例をそ
れぞれ示している。

【００４２】図から明らかなように、本発明に依る各試
料は、従来例に比較し、何れも裾引き電流が所定レベル
にまで低下する時間は短くなっていることが看取され
る。

【００４３】本発明では、前記実施の形態に限られるこ
となく、他に多くの改変を実現することができ、例えば
半導体受光素子に於けるｐｎ接合を生成させるのに不純
物拡散領域を形成したが、これは結晶成長に依って形成
しても良い。

【００４４】

【発明の効果】本発明に依る半導体受光装置に於いて
は、基板上に少なくとも光吸収層及びウインドウ層が積
層形成され且つ受光面に対応するｐｎ接合が生成される
と共に受光面に光が入射可能であるように位置を選択し
て形成された表面側電極及び受光面から外れた位置を選
択して形成された裏面側電極を有する半導体受光素子
と、半導体受光素子の裏面側に結合されて半導体受光素
子を透過した光を受け入れる光透過性或いは光吸収性の
材料で構成されたサブ・キャリヤと備える。

【００４５】前記構成を採ることに依り、半導体受光素
子に於ける基板底面からの乱反射光は著しく低減され、
従って、裾引き電流の発生は殆どなくなり、信号光を正
確に読み取ることができる。また、乱反射光を低減する
のに大きく寄与するサブ・キャリヤは、例えばシリコン
板を用いることができ、且つ、その加工や取り付けなど
も半導体分野で多用されている技術を適用して容易に実
施することができるから安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を解説する為の半導体受光装置を
表す要部切断側面図である。

【図２】本発明に於ける実施の形態１を説明する為の半
導体受光装置を表す要部説明図である。

【図３】本発明に於ける実施の形態２を説明する為の半
導体受光装置を表す要部説明図である。

【図４】本発明に依る半導体受光装置に於ける裾引き電
流について調べた結果を従来の半導体受光装置に於ける
裾引き電流と比較して表した線図である。

【図５】従来の半導体受光装置を説明する為の要部切断
側面図である。

【図６】従来の半導体受光装置に於いて信号光を切った
後に観測される裾引き電流について説明する為の線図で
ある。

【符号の説明】

２１基板２２光吸収層２３ウインドウ層２４不純物拡散領域２５ｐ側電極２６ｎ側電極２７及び２８無反射膜３０サブ・キャリヤ３１無反射膜３２ボンディング・パッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に少なくとも光吸収層及びウインド
ウ層が積層形成され且つ受光面に対応するｐｎ接合が生
成されると共に該受光面に光が入射可能であるように位
置を選択して形成された表面側電極及び該受光面から外
れた位置を選択して形成された裏面側電極を有してなる
半導体受光素子と、該半導体受光素子の裏面側に結合されて該半導体受光素
子を透過した光を受け入れる光透過性或いは光吸収性の
材料で構成されたサブ・キャリヤとを備えてなることを
特徴とする半導体受光装置。
【請求項２】受光面に対向する基板の裏面側に形成され
た無反射膜及び該無反射膜に対向するサブ・キャリヤ表
面に形成された無反射膜を備えてなることを特徴とする
請求項１記載の半導体受光装置。
【請求項３】ウインドウ層表面の受光面に無反射膜が形
成されてなることを特徴とする請求項１或いは２記載の
半導体受光装置。
【請求項４】受光面に対向するサブ・キャリヤ表面に凹
凸部が形成されてなることを特徴とする請求項１乃至３
の何れか１記載の半導体受光装置。