JP2001024210A - 受光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】異なる波長を有する複数の信号光の中で長波長
の信号光のみを選択的に受光する受光素子を実現する。 【解決手段】ｎ型ＩｎＰ半導体基板２０１上に低濃度ｎ
型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２０２及び低濃度ｎ型ＩｎＰ窓
層２０３が順次積層されている。窓層２０３には島状に
Ｚｎ等のｐ不純物が拡散された拡散領域２０４が形成さ
れ、拡散領域２０４以外の窓層２０３上には絶縁膜２０
５が堆積されている。拡散領域２０４上にはリング状の
負電極２０６が形成され、絶縁膜２０５上には円形のパ
ッド２０７が形成されている。負電極２０６とパッド２
０７は、絶縁膜２０５上の配線２０８によって接続され
ている。半導体基板２０１の裏面には正電極２０９が蒸
着されている。拡散領域２０４を覆う波長フィルタ２１
０は、例えば吸収端波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓＰよ
りなる厚さ７μｍの化合物半導体薄膜であり、樹脂２１
１によって接着されている。
の信号光のみを選択的に受光する受光素子を実現する。 【解決手段】ｎ型ＩｎＰ半導体基板２０１上に低濃度ｎ
型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２０２及び低濃度ｎ型ＩｎＰ窓
層２０３が順次積層されている。窓層２０３には島状に
Ｚｎ等のｐ不純物が拡散された拡散領域２０４が形成さ
れ、拡散領域２０４以外の窓層２０３上には絶縁膜２０
５が堆積されている。拡散領域２０４上にはリング状の
負電極２０６が形成され、絶縁膜２０５上には円形のパ
ッド２０７が形成されている。負電極２０６とパッド２
０７は、絶縁膜２０５上の配線２０８によって接続され
ている。半導体基板２０１の裏面には正電極２０９が蒸
着されている。拡散領域２０４を覆う波長フィルタ２１
０は、例えば吸収端波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓＰよ
りなる厚さ７μｍの化合物半導体薄膜であり、樹脂２１
１によって接着されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の波長範囲の
光のみを選択的に受光する受光素子に関し、特に異なる
波長を有する複数の信号光の中で長波長の信号光のみを
選択的に受光する受光素子に関するものである。
光のみを選択的に受光する受光素子に関し、特に異なる
波長を有する複数の信号光の中で長波長の信号光のみを
選択的に受光する受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在広く用いられている光ファイバ通信
用の受光素子としては、化合物半導体を材料とするｐｉ
ｎフォトダイオードがある。このｐｉｎフォトダイオー
ドでは、受光感度を高めるために窓構造が採用されてお
り、半導体基板側に禁制帯幅が小さい（吸収端波長が長
い）光吸収層、その上に禁制帯幅が大きい（吸収端波長
が短い）窓層を形成して、両吸収端の間の波長の光を光
吸収層で効率的に受光するようになっている。最も一般
的なＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰを材料とするｐｉｎフォトダ
イオードでは、光吸収層としてＩｎＧａＡｓを用い、窓
層としてＩｎＰを用いる。この場合、ＩｎＰの吸収端で
ある０．９μｍからＩｎＧａＡｓの吸収端である１．６
５μｍまでの波長の光を高感度で受光することができ
る。
用の受光素子としては、化合物半導体を材料とするｐｉ
ｎフォトダイオードがある。このｐｉｎフォトダイオー
ドでは、受光感度を高めるために窓構造が採用されてお
り、半導体基板側に禁制帯幅が小さい（吸収端波長が長
い）光吸収層、その上に禁制帯幅が大きい（吸収端波長
が短い）窓層を形成して、両吸収端の間の波長の光を光
吸収層で効率的に受光するようになっている。最も一般
的なＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰを材料とするｐｉｎフォトダ
イオードでは、光吸収層としてＩｎＧａＡｓを用い、窓
層としてＩｎＰを用いる。この場合、ＩｎＰの吸収端で
ある０．９μｍからＩｎＧａＡｓの吸収端である１．６
５μｍまでの波長の光を高感度で受光することができ
る。
【０００３】これに対して、より狭い波長範囲の光のみ
に感度があるパスバンド型のｐｉｎフォトダイオードも
開発されている。例えば、波長１．３μmの信号光と波
長１．５５μmの信号光によって波長多重通信を行う際
には、それぞれの波長のみに感度を有するパスバンド型
フォトダイオードが有用である。波長１．３μmの信号
光に対しては十分な感度があるが、波長１．５５μmの
信号光に対してはほとんど感度がないというパスバンド
特性は、通常ＩｎＧａＡｓが用いられる光吸収層を吸収
端波長１．４μmのＩｎＧａＡｓＰとすることで実現で
きる。この構成によって、波長１．３μmと１．５５μm
の感度比として３０ｄＢ以上が得られている。
に感度があるパスバンド型のｐｉｎフォトダイオードも
開発されている。例えば、波長１．３μmの信号光と波
長１．５５μmの信号光によって波長多重通信を行う際
には、それぞれの波長のみに感度を有するパスバンド型
フォトダイオードが有用である。波長１．３μmの信号
光に対しては十分な感度があるが、波長１．５５μmの
信号光に対してはほとんど感度がないというパスバンド
特性は、通常ＩｎＧａＡｓが用いられる光吸収層を吸収
端波長１．４μmのＩｎＧａＡｓＰとすることで実現で
きる。この構成によって、波長１．３μmと１．５５μm
の感度比として３０ｄＢ以上が得られている。
【０００４】一方、１．５５μmの信号光に対して十分
な感度があり、１．３μmの信号光に対してほとんど感
度がないというパスバンド特性を得るための構造は、例
えば特公平１−４８６６３号公報に開示されている。こ
の例では、受光素子としてｐｉｎフォトダイオードでは
なく、異種接合ホトトランジスタが示されている。図８
に示すように、半導体基板５０１上にコレクタ層５０
２、ベース層５０３、エミッタ層５０４、波長フィルタ
層５０５が積層されており、半導体基板５０１の裏面に
コレクタ電極５０６、波長フィルタ層５０５上にエミッ
タ電極５０７が形成されている。コレクタ層５０２、エ
ミッタ層５０４、波長フィルタ層５０５は半導体基板５
０１と同一導電型であり、ベース層５０３はこれらと反
対の導電型になっている。また、エミッタ層５０４の禁
制帯幅はベース層５０３の禁制帯幅よりも大きく、波長
フィルタ層５０５の禁制帯幅は両者の中間になってい
る。
な感度があり、１．３μmの信号光に対してほとんど感
度がないというパスバンド特性を得るための構造は、例
えば特公平１−４８６６３号公報に開示されている。こ
の例では、受光素子としてｐｉｎフォトダイオードでは
なく、異種接合ホトトランジスタが示されている。図８
に示すように、半導体基板５０１上にコレクタ層５０
２、ベース層５０３、エミッタ層５０４、波長フィルタ
層５０５が積層されており、半導体基板５０１の裏面に
コレクタ電極５０６、波長フィルタ層５０５上にエミッ
タ電極５０７が形成されている。コレクタ層５０２、エ
ミッタ層５０４、波長フィルタ層５０５は半導体基板５
０１と同一導電型であり、ベース層５０３はこれらと反
対の導電型になっている。また、エミッタ層５０４の禁
制帯幅はベース層５０３の禁制帯幅よりも大きく、波長
フィルタ層５０５の禁制帯幅は両者の中間になってい
る。
【０００５】本異種接合ホトトランジスタは、トランジ
スタの電流増幅機能と受光機能を併せ持つが、受光機能
という観点ではベース層５０３がｐｉｎフォトダイオー
ドの光吸収層、エミッタ層５０４が窓層として機能す
る。すなわち、波長フィルタ層５０５がなければ、エミ
ッタ層５０４の吸収端からベース層５０３の吸収端まで
の波長の光を高感度で受光することになる。しかし、波
長フィルタ層５０５が付加されているので、波長フィル
タ層５０５の吸収端までの波長の光は波長フィルタ層５
０５で吸収され、これよりも長波長の光のみを受光する
パスバンド特性が実現できる。波長１．３μmと１．５
５μmの選択受光に関しては、エミッタ層５０４の吸収
波長を０．９μｍ、ベース層５０３の吸収端波長を１．
６５μｍ、波長フィルタ層５０５の吸収端波長を１．４
μmとしておけば、波長１．５５μmの信号光に対して感
度が高く、波長１．３μmの信号光に対して感度が低い
という長波長パスバンド特性を実現できる。
スタの電流増幅機能と受光機能を併せ持つが、受光機能
という観点ではベース層５０３がｐｉｎフォトダイオー
ドの光吸収層、エミッタ層５０４が窓層として機能す
る。すなわち、波長フィルタ層５０５がなければ、エミ
ッタ層５０４の吸収端からベース層５０３の吸収端まで
の波長の光を高感度で受光することになる。しかし、波
長フィルタ層５０５が付加されているので、波長フィル
タ層５０５の吸収端までの波長の光は波長フィルタ層５
０５で吸収され、これよりも長波長の光のみを受光する
パスバンド特性が実現できる。波長１．３μmと１．５
５μmの選択受光に関しては、エミッタ層５０４の吸収
波長を０．９μｍ、ベース層５０３の吸収端波長を１．
６５μｍ、波長フィルタ層５０５の吸収端波長を１．４
μmとしておけば、波長１．５５μmの信号光に対して感
度が高く、波長１．３μmの信号光に対して感度が低い
という長波長パスバンド特性を実現できる。
【０００６】上記異種接合ホトトランジスタによる波長
選択機能をｐｉｎフォトダイオードに適用した例が特開
平９−８３０１０号公報に開示されているが、これは２
波長を同時に受光できるように２個のｐｉｎフォトダイ
オードを集積し、さらに電子デバイスを集積した複雑な
構造となっている。これを波長選択機能に限定して説明
する。図９に示す様に半導体基板６０１上に波長フィル
タ層６０２、バッファ層６０３、光吸収層６０４、窓層
６０５が順次積層されている。窓層６０５には島状にｐ
不純物が拡散された拡散領域６０６が形成されており、
この下の光吸収層６０４が受光領域として機能する。拡
散領域６０６上には負電極６０７が形成されており、窓
層６０５と光吸収層６０４をエッチングして露出した半
導体基板６０１上に正電極６０８が蒸着されている。こ
の例では、信号光は半導体基板６０１側から入射する。
光吸収層６０４の吸収端波長を１．６５μｍ、波長フィ
ルタ層６０２の吸収端波長を１．４μｍとしておけば、
波長１．５５μｍの信号光に対して感度が高く、波長
１．３μｍの信号光に対して感度が低いという長波長パ
スバンド特性を実現できる。
選択機能をｐｉｎフォトダイオードに適用した例が特開
平９−８３０１０号公報に開示されているが、これは２
波長を同時に受光できるように２個のｐｉｎフォトダイ
オードを集積し、さらに電子デバイスを集積した複雑な
構造となっている。これを波長選択機能に限定して説明
する。図９に示す様に半導体基板６０１上に波長フィル
タ層６０２、バッファ層６０３、光吸収層６０４、窓層
６０５が順次積層されている。窓層６０５には島状にｐ
不純物が拡散された拡散領域６０６が形成されており、
この下の光吸収層６０４が受光領域として機能する。拡
散領域６０６上には負電極６０７が形成されており、窓
層６０５と光吸収層６０４をエッチングして露出した半
導体基板６０１上に正電極６０８が蒸着されている。こ
の例では、信号光は半導体基板６０１側から入射する。
光吸収層６０４の吸収端波長を１．６５μｍ、波長フィ
ルタ層６０２の吸収端波長を１．４μｍとしておけば、
波長１．５５μｍの信号光に対して感度が高く、波長
１．３μｍの信号光に対して感度が低いという長波長パ
スバンド特性を実現できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術のう
ち、図８に示すものは受光素子チップの表面側から信号
光が入射する構成であるが、結晶成長の段階で不純物を
ドーピングしておき、エッチングによって素子を分離す
るメサ型である。この様なメサ型の受光素子ではリーク
電流を発生し易いという難点がある。一方、図９に示す
ものは窓層に島状に不純物を拡散してｐ型層を形成する
プレーナ型であり、リーク電流は小さいが、受光素子チ
ップの裏面側から信号光が入射する構成となっている。
ち、図８に示すものは受光素子チップの表面側から信号
光が入射する構成であるが、結晶成長の段階で不純物を
ドーピングしておき、エッチングによって素子を分離す
るメサ型である。この様なメサ型の受光素子ではリーク
電流を発生し易いという難点がある。一方、図９に示す
ものは窓層に島状に不純物を拡散してｐ型層を形成する
プレーナ型であり、リーク電流は小さいが、受光素子チ
ップの裏面側から信号光が入射する構成となっている。
【０００８】本発明が解決しようとする第１の課題は、
異なる波長を有する複数の信号光の中で長波長の信号光
のみを選択的に受光する長波長パスバンド特性を有し、
チップの表面側から信号光を入射する構成で、かつプレ
ーナ型の受光素子を実現することにある。
異なる波長を有する複数の信号光の中で長波長の信号光
のみを選択的に受光する長波長パスバンド特性を有し、
チップの表面側から信号光を入射する構成で、かつプレ
ーナ型の受光素子を実現することにある。
【０００９】本発明が解決しようとする第２の課題は、
チップの表面側から信号光が入射する長波長パスバンド
型受光素子の感度比を十分に大きくすることにある。
チップの表面側から信号光が入射する長波長パスバンド
型受光素子の感度比を十分に大きくすることにある。
【００１０】波長１．３μmの信号光と波長１．５５μm
の信号光によって波長多重通信を行う際に、波長１．３
μmの信号光を選択的に受光する場合は波長１．５５μm
との感度比を３０ｄＢ以上にすることは容易である。こ
れは、光吸収層を吸収端波長１．４μmのＩｎＧａＡｓ
Ｐとしておけば、禁制帯内の不純物レベルを介した非常
に効率の低い吸収以外は波長１．５５μmの光によって
電子−正孔対を発生することはなく、光電流がほとんど
発生しないためである。これに対して、波長１．５５μ
mの信号光を選択的に受光する場合は、波長フィルタ層
を設けても感度比を高くしにくい。波長１．３μmの信
号光は光吸収層に到達する前に波長フィルタ層で吸収さ
れるが、この吸収量は波長フィルタ層の厚さをｄ、波長
１．３μmに対する吸収係数をαとして、１−ｅｘｐ
（−αｄ）で与えられる。従って、吸収量を１００％と
することは理論的に不可能である。また、実用上も感度
比３０ｄＢを得ようとすれば波長フィルタ層における吸
収量を９９．９％にしなければならず、αを１μｍ-1と
してｄは約７μｍ必要になる。
の信号光によって波長多重通信を行う際に、波長１．３
μmの信号光を選択的に受光する場合は波長１．５５μm
との感度比を３０ｄＢ以上にすることは容易である。こ
れは、光吸収層を吸収端波長１．４μmのＩｎＧａＡｓ
Ｐとしておけば、禁制帯内の不純物レベルを介した非常
に効率の低い吸収以外は波長１．５５μmの光によって
電子−正孔対を発生することはなく、光電流がほとんど
発生しないためである。これに対して、波長１．５５μ
mの信号光を選択的に受光する場合は、波長フィルタ層
を設けても感度比を高くしにくい。波長１．３μmの信
号光は光吸収層に到達する前に波長フィルタ層で吸収さ
れるが、この吸収量は波長フィルタ層の厚さをｄ、波長
１．３μmに対する吸収係数をαとして、１−ｅｘｐ
（−αｄ）で与えられる。従って、吸収量を１００％と
することは理論的に不可能である。また、実用上も感度
比３０ｄＢを得ようとすれば波長フィルタ層における吸
収量を９９．９％にしなければならず、αを１μｍ-1と
してｄは約７μｍ必要になる。
【００１１】窓層に島状にＺｎ等の不純物を拡散してｐ
層を形成するプレーナ型のｐｉｎフォトダイオードで
は、窓層の厚さは１〜２μｍであり、通常この深さまで
不純物拡散を行うことになる。しかし、チップの表面側
から信号光が入射するｐｉｎフォトダイオードで、感度
比３０ｄＢを得ようとすれば、窓層の上に厚さ７μｍの
波長フィルタ層を形成することになり、不純物を８μｍ
以上の深さまで拡散する必要がある。このような拡散を
制御性良く行うことは困難である。また、あらかじめ窓
層および波長フィルタ層をｐ型にドーピングしておい
て、エッチングによって素子を分離するメサ型ｐｉｎフ
ォトダイオードとすれば拡散の必要はなくなるが、メサ
エッチングの深さを８μｍ以上にする必要があり、電極
パターン等の微細化が困難になる。
層を形成するプレーナ型のｐｉｎフォトダイオードで
は、窓層の厚さは１〜２μｍであり、通常この深さまで
不純物拡散を行うことになる。しかし、チップの表面側
から信号光が入射するｐｉｎフォトダイオードで、感度
比３０ｄＢを得ようとすれば、窓層の上に厚さ７μｍの
波長フィルタ層を形成することになり、不純物を８μｍ
以上の深さまで拡散する必要がある。このような拡散を
制御性良く行うことは困難である。また、あらかじめ窓
層および波長フィルタ層をｐ型にドーピングしておい
て、エッチングによって素子を分離するメサ型ｐｉｎフ
ォトダイオードとすれば拡散の必要はなくなるが、メサ
エッチングの深さを８μｍ以上にする必要があり、電極
パターン等の微細化が困難になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明の受光素子は、半導体基板と、前記半導体
基板上に順次積層された光吸収層、窓層及び波長フィル
タ層と、前記波長フィルタ層及び窓層に島状に形成され
た拡散領域とを有し、前記波長フィルタ層は前記窓層よ
りも禁制帯幅が小さく、前記光吸収層は前記波長フィル
タ層よりも禁制帯幅が小さくされている。
に、第１発明の受光素子は、半導体基板と、前記半導体
基板上に順次積層された光吸収層、窓層及び波長フィル
タ層と、前記波長フィルタ層及び窓層に島状に形成され
た拡散領域とを有し、前記波長フィルタ層は前記窓層よ
りも禁制帯幅が小さく、前記光吸収層は前記波長フィル
タ層よりも禁制帯幅が小さくされている。
【００１３】波長フィルタ層として、例えば吸収端波長
１．４μｍ、厚さ３．０μｍのＩｎＧａＡｓＰを用いれ
ば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対
し、波長１．３μｍの光は９５％が波長フィルタ層によ
って吸収される。従って、波長１．３μｍの信号光と波
長１．５５μｍの信号光による波長多重通信において波
長１．５５μｍの信号光のみを受光するというパスバン
ド特性が得られる。
１．４μｍ、厚さ３．０μｍのＩｎＧａＡｓＰを用いれ
ば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対
し、波長１．３μｍの光は９５％が波長フィルタ層によ
って吸収される。従って、波長１．３μｍの信号光と波
長１．５５μｍの信号光による波長多重通信において波
長１．５５μｍの信号光のみを受光するというパスバン
ド特性が得られる。
【００１４】第２発明の受光素子は、半導体基板と、前
記半導体基板上に島状に形成された受光領域と、前記受
光領域を覆うように前記半導体基板上に配置された波長
フィルタとを有し、前記波長フィルタが化合物半導体薄
膜よりなる吸収フィルタである。
記半導体基板上に島状に形成された受光領域と、前記受
光領域を覆うように前記半導体基板上に配置された波長
フィルタとを有し、前記波長フィルタが化合物半導体薄
膜よりなる吸収フィルタである。
【００１５】第３発明の受光素子は、半導体基板と、前
記半導体基板上に島状に形成された受光領域と、前記受
光領域上に形成された負電極と、前記負電極に接続され
たパッドと、前記受光領域を覆うように配置された波長
フィルタとを有する。
記半導体基板上に島状に形成された受光領域と、前記受
光領域上に形成された負電極と、前記負電極に接続され
たパッドと、前記受光領域を覆うように配置された波長
フィルタとを有する。
【００１６】第３発明においては、波長フィルタは化合
物半導体薄膜よりなる吸収フィルタであってもよく、誘
電体多層膜よりなる干渉フィルタであってもよい。ま
た、波長フィルタは樹脂によって半導体基板に接着され
ていてもよく、半田によって半導体基板に接着されてい
てもよい。
物半導体薄膜よりなる吸収フィルタであってもよく、誘
電体多層膜よりなる干渉フィルタであってもよい。ま
た、波長フィルタは樹脂によって半導体基板に接着され
ていてもよく、半田によって半導体基板に接着されてい
てもよい。
【００１７】第２及び第３発明の要点は、受光したくな
い波長の光を吸収する波長フィルタを窓層上に結晶成長
するのではなく、受光素子を形成した半導体基板上に接
着する点にある。この波長フィルタは、例えば厚さ７μ
ｍの化合物半導体薄膜であり、受光領域のみを覆うよう
に接着されている。ワイヤボンディングあるいはフリッ
プチップボンディングに用いるパッドは、この化合物半
導体薄膜で覆われていないので、接着後は通常のｐｉｎ
フォトダイオードと同様にワイヤボンディングあるいは
フリップチップボンディングすることができる。
い波長の光を吸収する波長フィルタを窓層上に結晶成長
するのではなく、受光素子を形成した半導体基板上に接
着する点にある。この波長フィルタは、例えば厚さ７μ
ｍの化合物半導体薄膜であり、受光領域のみを覆うよう
に接着されている。ワイヤボンディングあるいはフリッ
プチップボンディングに用いるパッドは、この化合物半
導体薄膜で覆われていないので、接着後は通常のｐｉｎ
フォトダイオードと同様にワイヤボンディングあるいは
フリップチップボンディングすることができる。
【００１８】第４発明の製造方法は、第１の半導体基板
上に島状に受光領域を形成する工程と、第２の半導体基
板上に波長フィルタを形成する工程と、前記第１の半導
体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面が接す
るように接着する工程と、前記第２の半導体基板をエッ
チング除去して前記波長フィルタを露出させる工程と、
前記受光領域を覆う島状領域が残るように前記波長フィ
ルタをエッチングする工程とを含む。
上に島状に受光領域を形成する工程と、第２の半導体基
板上に波長フィルタを形成する工程と、前記第１の半導
体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面が接す
るように接着する工程と、前記第２の半導体基板をエッ
チング除去して前記波長フィルタを露出させる工程と、
前記受光領域を覆う島状領域が残るように前記波長フィ
ルタをエッチングする工程とを含む。
【００１９】波長フィルタのエッチングには、例えば通
常のフォトリソグラフィ技術が用いられる。このためフ
ォトリソグラフィのアライメントが必要になるが、例え
ば第２の半導体基板を第１の半導体基板よりも若干小さ
くしておけば、波長フィルタが完全には第１の半導体基
板を覆ってしまわないので、この部分で第１の半導体基
板上のパターンを観察してアライメントすることが可能
である。
常のフォトリソグラフィ技術が用いられる。このためフ
ォトリソグラフィのアライメントが必要になるが、例え
ば第２の半導体基板を第１の半導体基板よりも若干小さ
くしておけば、波長フィルタが完全には第１の半導体基
板を覆ってしまわないので、この部分で第１の半導体基
板上のパターンを観察してアライメントすることが可能
である。
【００２０】また、第１の半導体基板と第２の半導体基
板の接着に樹脂を用いた場合は、波長フィルタをエッチ
ングしてもパッド上に樹脂が残るが、この樹脂をポリイ
ミド樹脂としておけばＯ2プラズマ等によるドライエッ
チングで容易に除去できる。
板の接着に樹脂を用いた場合は、波長フィルタをエッチ
ングしてもパッド上に樹脂が残るが、この樹脂をポリイ
ミド樹脂としておけばＯ2プラズマ等によるドライエッ
チングで容易に除去できる。
【００２１】また、第１及び第２の半導体基板の一方の
上に接着用パッドを形成し、他方の上に半田バンプを形
成して、半田バンプと接着用パッドを融着することで第
１の半導体基板と第２の半導体基板を接着した場合に
は、波長フィルタをエッチングすればパッドが露出す
る。
上に接着用パッドを形成し、他方の上に半田バンプを形
成して、半田バンプと接着用パッドを融着することで第
１の半導体基板と第２の半導体基板を接着した場合に
は、波長フィルタをエッチングすればパッドが露出す
る。
【００２２】第５発明の製造方法は、第１の半導体基板
上に島状に受光領域を形成する工程と、第２の半導体基
板上に波長フィルタを形成する工程と、前記波長フィル
タを島状領域を残してエッチングする工程と、前記第１
の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面
が接するように接着する工程と、前記第２の半導体基板
をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させる工
程とを含む。
上に島状に受光領域を形成する工程と、第２の半導体基
板上に波長フィルタを形成する工程と、前記波長フィル
タを島状領域を残してエッチングする工程と、前記第１
の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面
が接するように接着する工程と、前記第２の半導体基板
をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させる工
程とを含む。
【００２３】第５発明の製造方法が第４発明の製造方法
と異なる点は、波長フィルタのみを第１の半導体基板上
に残した後にパターニングするのではなく、波長フィル
タを第２の半導体基板上に形成した直後にパターニング
を行う点にある。この場合は、第１の半導体基板と第２
の半導体基板を接着する際に精確な位置合せが必要とな
るが、接着後のフォトリソグラフィは不要になる。接着
面同士のパターンを精確に位置合せして２枚の半導体基
板を接着する技術は、フリップチップボンディング技術
として既に確立されいる。接着にポリイミド樹脂あるい
は半田を用いることができる点は、第４発明の製造方法
と同様である。
と異なる点は、波長フィルタのみを第１の半導体基板上
に残した後にパターニングするのではなく、波長フィル
タを第２の半導体基板上に形成した直後にパターニング
を行う点にある。この場合は、第１の半導体基板と第２
の半導体基板を接着する際に精確な位置合せが必要とな
るが、接着後のフォトリソグラフィは不要になる。接着
面同士のパターンを精確に位置合せして２枚の半導体基
板を接着する技術は、フリップチップボンディング技術
として既に確立されいる。接着にポリイミド樹脂あるい
は半田を用いることができる点は、第４発明の製造方法
と同様である。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照して説明する。
て、添付図面を参照して説明する。
【００２５】（実施形態１）図１は、本発明の受光素子
の実施形態１を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰよりなる
半導体基板１０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる
光吸収層１０２、低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層１０
３、および低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フィ
ルタ層１０４が順次積層されている。波長フィルタ１０
４および窓層１０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散
された拡散領域１０５が形成されており、この下の光吸
収層１０２が受光領域として機能する。拡散領域１０５
以外の波長フィルタ層１０４上には例えば厚さ３０ｎｍ
のＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2を積層した絶縁膜
１０６が堆積されている。ここで、ＳｉＮは受光素子の
リーク電流を低減するパッシベーション効果があり、Ｓ
ｉＯ2はＳｉＮよりも誘電率が低いので層間容量を低減
する効果がある。
の実施形態１を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰよりなる
半導体基板１０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる
光吸収層１０２、低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層１０
３、および低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フィ
ルタ層１０４が順次積層されている。波長フィルタ１０
４および窓層１０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散
された拡散領域１０５が形成されており、この下の光吸
収層１０２が受光領域として機能する。拡散領域１０５
以外の波長フィルタ層１０４上には例えば厚さ３０ｎｍ
のＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2を積層した絶縁膜
１０６が堆積されている。ここで、ＳｉＮは受光素子の
リーク電流を低減するパッシベーション効果があり、Ｓ
ｉＯ2はＳｉＮよりも誘電率が低いので層間容量を低減
する効果がある。
【００２６】拡散領域１０５上には上方から見てリング
状の負電極１０７が形成されており、絶縁膜１０６上に
は上方から見て円形のパッド１０８が形成されている。
負電極１０７とパッド１０８は、絶縁膜１０６上の配線
１０９によって接続されている。負電極１０７、パッド
１０８および配線１０９は同一の金属薄膜によって形成
してもよく、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用
いる。半導体基板１０１の裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ
／Ａｕよりなる正電極１１０が蒸着されている。
状の負電極１０７が形成されており、絶縁膜１０６上に
は上方から見て円形のパッド１０８が形成されている。
負電極１０７とパッド１０８は、絶縁膜１０６上の配線
１０９によって接続されている。負電極１０７、パッド
１０８および配線１０９は同一の金属薄膜によって形成
してもよく、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用
いる。半導体基板１０１の裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ
／Ａｕよりなる正電極１１０が蒸着されている。
【００２７】低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フ
ィルタ層１０４は、低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層１０
３よりも禁制帯幅が小さく、低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよ
りなる光吸収層１０２は波長フィルタ層１０４よりも禁
制帯幅が小さい。
ィルタ層１０４は、低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層１０
３よりも禁制帯幅が小さく、低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよ
りなる光吸収層１０２は波長フィルタ層１０４よりも禁
制帯幅が小さい。
【００２８】波長フィルタ層１０４として、例えば吸収
端波長１．４μｍ、厚さ３．０μｍのＩｎＧａＡｓＰを
用いれば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するの
に対し、波長１．３μｍの光は９５％が波長フィルタ層
１０４によって吸収される。従って、波長１．３μｍの
信号光と波長１．５５μｍの信号光による波長多重通信
において波長１．５５μｍの信号光のみを受光するとい
うパスバンド特性を持ち、波長１．５５μｍと波長１．
３μｍの感度比として１３ｄＢを有する受光素子を実現
できる。
端波長１．４μｍ、厚さ３．０μｍのＩｎＧａＡｓＰを
用いれば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するの
に対し、波長１．３μｍの光は９５％が波長フィルタ層
１０４によって吸収される。従って、波長１．３μｍの
信号光と波長１．５５μｍの信号光による波長多重通信
において波長１．５５μｍの信号光のみを受光するとい
うパスバンド特性を持ち、波長１．５５μｍと波長１．
３μｍの感度比として１３ｄＢを有する受光素子を実現
できる。
【００２９】（実施形態２）図２（ａ）は本発明受光素
子の実施形態２を示す断面図であり、（ｂ）はその平面
図である。（ａ）は（ｂ）に示す鎖線Ｘ−Ｘ’に沿った
断面図になっている。
子の実施形態２を示す断面図であり、（ｂ）はその平面
図である。（ａ）は（ｂ）に示す鎖線Ｘ−Ｘ’に沿った
断面図になっている。
【００３０】ｎ型ＩｎＰよりなる半導体基板２０１上に
低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層２０２および
低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層２０３が順次積層されて
いる。窓層２０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散さ
れた拡散領域２０４が形成されており、この下の光吸収
層２０２が受光領域として機能する。拡散領域２０４以
外の窓層２０３上には例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚
さ５００ｎｍのＳｉＯ 2を積層した絶縁膜２０５が堆積
されている。ここで、ＳｉＮは受光素子のリーク電流を
低減するパッシベーション効果があり、ＳｉＯ2はＳｉ
Ｎよりも誘電率が低いので層間容量を低減する効果があ
る。
低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層２０２および
低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層２０３が順次積層されて
いる。窓層２０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散さ
れた拡散領域２０４が形成されており、この下の光吸収
層２０２が受光領域として機能する。拡散領域２０４以
外の窓層２０３上には例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚
さ５００ｎｍのＳｉＯ 2を積層した絶縁膜２０５が堆積
されている。ここで、ＳｉＮは受光素子のリーク電流を
低減するパッシベーション効果があり、ＳｉＯ2はＳｉ
Ｎよりも誘電率が低いので層間容量を低減する効果があ
る。
【００３１】拡散領域２０４上にはリング状の負電極２
０６が形成されており、絶縁膜２０５上には円形のパッ
ド２０７が形成されている。負電極２０６とパッド２０
７は、絶縁膜２０５上の配線２０８によって接続されて
いる。負電極２０６、パッド２０７および配線２０８は
同一の金属薄膜によって形成してもよく、例えばＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用いる。半導体基板２０１の
裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕよりなる正電極２０
９が蒸着されている。
０６が形成されており、絶縁膜２０５上には円形のパッ
ド２０７が形成されている。負電極２０６とパッド２０
７は、絶縁膜２０５上の配線２０８によって接続されて
いる。負電極２０６、パッド２０７および配線２０８は
同一の金属薄膜によって形成してもよく、例えばＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用いる。半導体基板２０１の
裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕよりなる正電極２０
９が蒸着されている。
【００３２】拡散領域２０４を覆う波長フィルタ２１０
は、厚さ５ないし１０μｍ程度の化合物半導体薄膜であ
り、半導体基板２０１上に樹脂２１１によって接着され
ている。図２（ｂ）では、拡散領域２０４および負電極
２０６が見えるように波長フィルタ２１０の一部を切欠
いた状態を示しているが、実際には点線で示すように波
長フィルタ２１０は完全に拡散領域２０４を覆ってい
る。一方、パッド２０７は波長フィルタ２１０で覆われ
ないようにしてあるので、パッド２０７に対するワイヤ
ボンディングは何ら支障なく行うことができる。
は、厚さ５ないし１０μｍ程度の化合物半導体薄膜であ
り、半導体基板２０１上に樹脂２１１によって接着され
ている。図２（ｂ）では、拡散領域２０４および負電極
２０６が見えるように波長フィルタ２１０の一部を切欠
いた状態を示しているが、実際には点線で示すように波
長フィルタ２１０は完全に拡散領域２０４を覆ってい
る。一方、パッド２０７は波長フィルタ２１０で覆われ
ないようにしてあるので、パッド２０７に対するワイヤ
ボンディングは何ら支障なく行うことができる。
【００３３】波長フィルタ２１０として、例えば吸収端
波長１．４μｍ、厚さ７μｍのＩｎＧａＡｓＰを用いれ
ば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対
し、波長１．３μｍの光は９９．９％が波長フィルタ２
１０によって吸収される。従って、波長１．３μmの信
号光と波長１．５５μmの信号光による波長多重通信に
おいて波長1．５５μmの信号光のみを受光するというパ
スバンド特性を持ち、波長1．５５μmと1．３μmの感度
比として３０ｄＢを有する受光素子が実現できる。
波長１．４μｍ、厚さ７μｍのＩｎＧａＡｓＰを用いれ
ば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対
し、波長１．３μｍの光は９９．９％が波長フィルタ２
１０によって吸収される。従って、波長１．３μmの信
号光と波長１．５５μmの信号光による波長多重通信に
おいて波長1．５５μmの信号光のみを受光するというパ
スバンド特性を持ち、波長1．５５μmと1．３μmの感度
比として３０ｄＢを有する受光素子が実現できる。
【００３４】次に、上記受光素子の製造方法について述
べる。図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ｄ）〜（ｆ）は、図
２に示した受光素子の製造方法を示す断面図である。ま
ず、図３（ａ）に示すようにｎ型ＩｎＰよりなる第１の
半導体基板２０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる
光吸収層２０２および低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層２
０３を順次結晶成長し、窓層２０３に島状に不純物を拡
散して拡散領域２０４を形成する。この後、窓層２０３
上に例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳ
ｉＯ2を積層した絶縁膜２０５を堆積する。
べる。図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ｄ）〜（ｆ）は、図
２に示した受光素子の製造方法を示す断面図である。ま
ず、図３（ａ）に示すようにｎ型ＩｎＰよりなる第１の
半導体基板２０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる
光吸収層２０２および低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層２
０３を順次結晶成長し、窓層２０３に島状に不純物を拡
散して拡散領域２０４を形成する。この後、窓層２０３
上に例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳ
ｉＯ2を積層した絶縁膜２０５を堆積する。
【００３５】次に、図３（ｂ）のように絶縁膜２０５を
エッチングして拡散領域２０４上に開口部を形成し、例
えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した金属薄膜を蒸着・リフ
トオフして、拡散領域２０４上の負電極２０６、絶縁膜
２０５上のパッド２０７、および負電極２０６とパッド
２０７を接続する配線２０８を形成する。また、第１の
半導体基板２０１の裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕ
よりなる正電極２０９を蒸着する。
エッチングして拡散領域２０４上に開口部を形成し、例
えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した金属薄膜を蒸着・リフ
トオフして、拡散領域２０４上の負電極２０６、絶縁膜
２０５上のパッド２０７、および負電極２０６とパッド
２０７を接続する配線２０８を形成する。また、第１の
半導体基板２０１の裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕ
よりなる正電極２０９を蒸着する。
【００３６】一方、上記の工程とは独立に、ＩｎＰより
なる第２の半導体基板２２０上に例えば吸収端波長１．
４μｍ、厚さ７μｍのＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フィ
ルタ２１０を形成する。そして、図３（ｃ）に示すよう
に第１の半導体基板２０１と第２の半導体基板２２０を
各々の加工表面が接するようにポリイミド等の樹脂２１
１を用いて接着する。この接着は、例えば第１の半導体
基板２０１の表面に樹脂２１１をスピンコートした上
に、波長フィルタ２１０側を下にして第２の半導体基板
２２０を載置し、若干の荷重を加えながら樹脂２１１を
加熱硬化するという方法で実現できる。
なる第２の半導体基板２２０上に例えば吸収端波長１．
４μｍ、厚さ７μｍのＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フィ
ルタ２１０を形成する。そして、図３（ｃ）に示すよう
に第１の半導体基板２０１と第２の半導体基板２２０を
各々の加工表面が接するようにポリイミド等の樹脂２１
１を用いて接着する。この接着は、例えば第１の半導体
基板２０１の表面に樹脂２１１をスピンコートした上
に、波長フィルタ２１０側を下にして第２の半導体基板
２２０を載置し、若干の荷重を加えながら樹脂２１１を
加熱硬化するという方法で実現できる。
【００３７】この後、図４（ｄ）のように第２の半導体
基板２２０をエッチング除去して、波長フィルタ２１０
を露出させる。
基板２２０をエッチング除去して、波長フィルタ２１０
を露出させる。
【００３８】さらに、図４（ｅ）に示すように波長フィ
ルタ２１０をエッチングして、拡散領域２０４を覆う島
状領域のみに波長フィルタ２１０を残す。この工程で
は、通常のフォトリソグラフィ技術によって波長フィル
タ２１０をパターニングする。
ルタ２１０をエッチングして、拡散領域２０４を覆う島
状領域のみに波長フィルタ２１０を残す。この工程で
は、通常のフォトリソグラフィ技術によって波長フィル
タ２１０をパターニングする。
【００３９】図３及び図４では受光素子を１個しか図示
していないが、実際には図３（ａ）〜図４（ｆ）までの
工程は多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行わ
れる。フォトリソグラフィのアライメントについては、
例えば第２の半導体基板２２０を第１の半導体基板２０
１よりも若干小さくしておき、波長フィルタ２１０が完
全には第１の半導体基板２０１を覆ってしまわないよう
にすることで、第１の半導体基板２０１上のパターンを
観察しながらアライメントすることができる。
していないが、実際には図３（ａ）〜図４（ｆ）までの
工程は多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行わ
れる。フォトリソグラフィのアライメントについては、
例えば第２の半導体基板２２０を第１の半導体基板２０
１よりも若干小さくしておき、波長フィルタ２１０が完
全には第１の半導体基板２０１を覆ってしまわないよう
にすることで、第１の半導体基板２０１上のパターンを
観察しながらアライメントすることができる。
【００４０】最後に、図４（ｆ）のようにＯ2プラズマ
等によるドライエッチングで樹脂２１１をエッチング
し、パッド２０７を露出させる。
等によるドライエッチングで樹脂２１１をエッチング
し、パッド２０７を露出させる。
【００４１】本製造方法によれば、半導体基板に波長フ
ィルタを接着する工程がオンウエハのプロセスで実現で
きる。すなわち、図３（ｃ）〜図４（ｆ）までの工程も
多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行われるこ
とから、１個ずつの受光素子に対して波長フィルタを接
着する場合と比較して大幅な低コスト化が可能である。
さらに、個々の波長フィルタをハンドリングする必要が
ないので、波長フィルタのサイズを容易に１００μｍ以
下にすることができ、受光素子のチップサイズが従来よ
りも大きくなることはない。また、波長フィルタを接着
後に第２の半導体基板を除去するので、波長フィルタの
厚さは光の吸収に必要かつ十分な厚さに設定できる。
ィルタを接着する工程がオンウエハのプロセスで実現で
きる。すなわち、図３（ｃ）〜図４（ｆ）までの工程も
多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行われるこ
とから、１個ずつの受光素子に対して波長フィルタを接
着する場合と比較して大幅な低コスト化が可能である。
さらに、個々の波長フィルタをハンドリングする必要が
ないので、波長フィルタのサイズを容易に１００μｍ以
下にすることができ、受光素子のチップサイズが従来よ
りも大きくなることはない。また、波長フィルタを接着
後に第２の半導体基板を除去するので、波長フィルタの
厚さは光の吸収に必要かつ十分な厚さに設定できる。
【００４２】（実施形態３）図５（ａ）は本発明の受光
素子の実施形態３を示す断面図であり、（ｂ）はその平
面図である。（ａ）は（ｂ）に示す鎖線Ｘ−Ｘ’に沿っ
た断面図であり、チップの中心からややずれた位置での
断面図になっている。
素子の実施形態３を示す断面図であり、（ｂ）はその平
面図である。（ａ）は（ｂ）に示す鎖線Ｘ−Ｘ’に沿っ
た断面図であり、チップの中心からややずれた位置での
断面図になっている。
【００４３】ｎ型ＩｎＰよりなる半導体基板３０１上に
低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層３０２および
低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層３０３が順次積層されて
いる。窓層３０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散さ
れた拡散領域３０４が形成されており、この下の光吸収
層３０２が受光領域として機能する。拡散領域３０４以
外の窓層３０３上には例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚
さ５００ｎｍのＳｉＯ 2を積層した絶縁膜３０５が堆積
されている。ここで、ＳｉＮは受光素子のリーク電流を
低減するパッシベーション効果があり、ＳｉＯ2はＳｉ
Ｎよりも誘電率が低いので層間容量を低減する効果があ
る。
低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層３０２および
低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層３０３が順次積層されて
いる。窓層３０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散さ
れた拡散領域３０４が形成されており、この下の光吸収
層３０２が受光領域として機能する。拡散領域３０４以
外の窓層３０３上には例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚
さ５００ｎｍのＳｉＯ 2を積層した絶縁膜３０５が堆積
されている。ここで、ＳｉＮは受光素子のリーク電流を
低減するパッシベーション効果があり、ＳｉＯ2はＳｉ
Ｎよりも誘電率が低いので層間容量を低減する効果があ
る。
【００４４】拡散領域３０４上にはリング状の負電極３
０６が形成されており、絶縁膜３０５上には円形のパッ
ド３０７が形成されている。負電極３０６とパッド３０
７は、図５（ｂ）に示すように絶縁膜３０５上の配線３
０８によって接続されている。図５（ａ）はチップの中
心からややずれた位置での断面図なので、これには配線
３０８を示していない。負電極３０６、パッド３０７お
よび配線３０８は同一の金属薄膜によって形成してもよ
く、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用いる。
０６が形成されており、絶縁膜３０５上には円形のパッ
ド３０７が形成されている。負電極３０６とパッド３０
７は、図５（ｂ）に示すように絶縁膜３０５上の配線３
０８によって接続されている。図５（ａ）はチップの中
心からややずれた位置での断面図なので、これには配線
３０８を示していない。負電極３０６、パッド３０７お
よび配線３０８は同一の金属薄膜によって形成してもよ
く、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用いる。
【００４５】半導体基板３０１の表面の拡散領域３０
４、パッド３０７以外の領域に、半導体基板３０１に達
するコンタクト穴３０９が形成されており、正電極３１
０が蒸着されている。正電極３１０は、例えばＡｕ／Ｓ
ｎ／Ａｕによって形成するか、あるいは負電極３０６、
パッド３０７および配線３０８と同一の金属薄膜によっ
て形成してもよい。このように、正電極３１０も半導体
基板３０１の表面に形成するのは、フリップチップボン
ディングを行うためである。
４、パッド３０７以外の領域に、半導体基板３０１に達
するコンタクト穴３０９が形成されており、正電極３１
０が蒸着されている。正電極３１０は、例えばＡｕ／Ｓ
ｎ／Ａｕによって形成するか、あるいは負電極３０６、
パッド３０７および配線３０８と同一の金属薄膜によっ
て形成してもよい。このように、正電極３１０も半導体
基板３０１の表面に形成するのは、フリップチップボン
ディングを行うためである。
【００４６】拡散領域３０４を覆う波長フィルタ３１１
は、屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層した誘
電体多層膜であり、例えば波長１．３μｍの光に対して
は高い反射率を有し、波長１．５５μｍの光に対しては
低い反射率を有するものである。このような波長フィル
タの設計手法は一般に知られている技術であるが、例え
ば波長１．１μｍの入射光に対して光学長が４分の１波
長になる低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層し、両端
を光学長が８分の１波長の高屈折率膜とすればよい。波
長フィルタの厚さは低屈折率膜と高屈折率膜の屈折率の
値に依存するが、低屈折率膜が５層の場合で１ないし２
μｍ程度である。波長フィルタ３１１は、半導体基板３
０１上の接着用パッド３１２と波長フィルタ３１１上の
半田バンプ３１３を融着することによって半導体基板３
０１に接着されている。
は、屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層した誘
電体多層膜であり、例えば波長１．３μｍの光に対して
は高い反射率を有し、波長１．５５μｍの光に対しては
低い反射率を有するものである。このような波長フィル
タの設計手法は一般に知られている技術であるが、例え
ば波長１．１μｍの入射光に対して光学長が４分の１波
長になる低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層し、両端
を光学長が８分の１波長の高屈折率膜とすればよい。波
長フィルタの厚さは低屈折率膜と高屈折率膜の屈折率の
値に依存するが、低屈折率膜が５層の場合で１ないし２
μｍ程度である。波長フィルタ３１１は、半導体基板３
０１上の接着用パッド３１２と波長フィルタ３１１上の
半田バンプ３１３を融着することによって半導体基板３
０１に接着されている。
【００４７】図５（ｂ）では、拡散領域３０４および負
電極３０６が見えるように波長フィルタ３１１の一部を
切欠いた状態を示しているが、実際には点線で示すよう
に波長フィルタ３１１は完全に拡散領域３０４を覆って
いる。一方、パッド３０７および正電極３１０は波長フ
ィルタ３１１で覆われないようにしてある。半導体基板
３０１の表面から波長フィルタ３１１の最上面までの高
さは１０μｍ以下にできるので、高さが２０μｍ程度の
バンプを用いればパッド３０７および正電極３１０に対
してフリップチップボンディングすること可能である。
電極３０６が見えるように波長フィルタ３１１の一部を
切欠いた状態を示しているが、実際には点線で示すよう
に波長フィルタ３１１は完全に拡散領域３０４を覆って
いる。一方、パッド３０７および正電極３１０は波長フ
ィルタ３１１で覆われないようにしてある。半導体基板
３０１の表面から波長フィルタ３１１の最上面までの高
さは１０μｍ以下にできるので、高さが２０μｍ程度の
バンプを用いればパッド３０７および正電極３１０に対
してフリップチップボンディングすること可能である。
【００４８】波長フィルタ３１１として、例えば波長
１．３μｍの光に対しては高い反射率を有し、波長１．
５５μｍの光に対しては低い反射率を有するものを用い
れば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対
し、波長１．３μｍの光は波長フィルタ３１１によって
反射される。従って、波長１．３μmの信号光と波長
２．５５μmの信号光による波長多重通信において、波
長1．５５μmの信号光のみを受光するというパスバンド
特性を持つ受光素子が実現できる。
１．３μｍの光に対しては高い反射率を有し、波長１．
５５μｍの光に対しては低い反射率を有するものを用い
れば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対
し、波長１．３μｍの光は波長フィルタ３１１によって
反射される。従って、波長１．３μmの信号光と波長
２．５５μmの信号光による波長多重通信において、波
長1．５５μmの信号光のみを受光するというパスバンド
特性を持つ受光素子が実現できる。
【００４９】次に、上記受光素子の製造方法について述
べる。図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ｄ），（ｅ）は、
図５に示した受光素子の製造方法を示す断面図である。
べる。図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ｄ），（ｅ）は、
図５に示した受光素子の製造方法を示す断面図である。
【００５０】まず、図６（ａ）に示すようにｎ型ＩｎＰ
よりなる第１の半導体基板３０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓよりなる光吸収層３０２および低濃度ｎ型ＩｎＰ
よりなる窓層３０３を順次結晶成長し、窓層３０３に島
状に不純物を拡散して拡散領域３０４を形成する。この
後、窓層３０３上に例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ
５００ｎｍのＳｉＯ2を積層した絶縁膜３０５を堆積
し、拡散領域３０４以外の一部領域の窓層３０３および
光吸収層３０２をエッチングしてコンタクト穴３０９を
形成する。
よりなる第１の半導体基板３０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓよりなる光吸収層３０２および低濃度ｎ型ＩｎＰ
よりなる窓層３０３を順次結晶成長し、窓層３０３に島
状に不純物を拡散して拡散領域３０４を形成する。この
後、窓層３０３上に例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ
５００ｎｍのＳｉＯ2を積層した絶縁膜３０５を堆積
し、拡散領域３０４以外の一部領域の窓層３０３および
光吸収層３０２をエッチングしてコンタクト穴３０９を
形成する。
【００５１】次に、図６（ｂ）のように絶縁膜３０５を
エッチングして拡散領域３０４上に開口部を形成し、例
えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した金属薄膜を蒸着・リフ
トオフして、拡散領域３０４上の負電極３０６、絶縁膜
３０５上のパッド３０７、および負電極３０６とパッド
３０７を接続する配線３０８を形成する。
エッチングして拡散領域３０４上に開口部を形成し、例
えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した金属薄膜を蒸着・リフ
トオフして、拡散領域３０４上の負電極３０６、絶縁膜
３０５上のパッド３０７、および負電極３０６とパッド
３０７を接続する配線３０８を形成する。
【００５２】なお、図６は図５（ａ）と同じくチップの
中心からややずれた位置での断面図なので、これには配
線３０８を示していない。また、負電極３０６、パッド
３０７、および配線３０８を形成するのと同じ工程で、
コンタクト穴３０９にかかる正電極３１０および絶縁膜
３０５上の接着用パッド３１２を形成する。
中心からややずれた位置での断面図なので、これには配
線３０８を示していない。また、負電極３０６、パッド
３０７、および配線３０８を形成するのと同じ工程で、
コンタクト穴３０９にかかる正電極３１０および絶縁膜
３０５上の接着用パッド３１２を形成する。
【００５３】一方、上記の工程とは独立に、図６（ｃ）
に示すように第２の半導体基板３２０上に誘電体多層膜
よりなる波長フィルタ３１１を形成する。波長フィルタ
３１１は拡散領域３０４を覆う大きさパターニングし、
その上に半田バンプ３１３を形成する。
に示すように第２の半導体基板３２０上に誘電体多層膜
よりなる波長フィルタ３１１を形成する。波長フィルタ
３１１は拡散領域３０４を覆う大きさパターニングし、
その上に半田バンプ３１３を形成する。
【００５４】そして、図７（ｄ）のように第１の半導体
基板３０１と第２の半導体基板３２０を各々の加工表面
が接するように接着する。この接着は、第１の半導体基
板３０１と第２の半導体基板３２０を精確に位置合せし
た上で、半田バンプ３１３と接着用パッド３１２を融着
する。接着面同士のパターンを精確に位置合せして２枚
の半導体基板を接着する技術は、フリップチップボンデ
ィング技術として既に確立されいる。
基板３０１と第２の半導体基板３２０を各々の加工表面
が接するように接着する。この接着は、第１の半導体基
板３０１と第２の半導体基板３２０を精確に位置合せし
た上で、半田バンプ３１３と接着用パッド３１２を融着
する。接着面同士のパターンを精確に位置合せして２枚
の半導体基板を接着する技術は、フリップチップボンデ
ィング技術として既に確立されいる。
【００５５】この後、図７（ｅ）に示すように第２の半
導体基板３２０をエッチング除去して、拡散領域３０４
を覆う島状領域のみに波長フィルタ３１１を残す。図６
及び図７では受光素子を１個しか図示していないが、実
際には図６（ａ）〜図７（ｅ）までの工程は多数の受光
素子が作り込まれたウエハ状態で行われる。
導体基板３２０をエッチング除去して、拡散領域３０４
を覆う島状領域のみに波長フィルタ３１１を残す。図６
及び図７では受光素子を１個しか図示していないが、実
際には図６（ａ）〜図７（ｅ）までの工程は多数の受光
素子が作り込まれたウエハ状態で行われる。
【００５６】本製造方法によれば、半導体基板に波長フ
ィルタを接着する工程がオンウエハのプロセスで実現で
きる。すなわち、図７（ｄ），（ｅ）の工程も多数の受
光素子が作り込まれたウエハ状態で行われることから、
１個ずつの受光素子に対して波長フィルタを接着する場
合と比較して大幅な低コスト化が可能である。さらに、
個々の波長フィルタをハンドリングする必要がないの
で、波長フィルタのサイズを容易に１００μｍ以下にす
ることができ、受光素子のチップサイズが従来よりも大
きくなることはない。また、波長フィルタを接着後に第
２の半導体基板を除去するので、波長フィルタの厚さは
波長選択機能を持たせるのに必要かつ十分な厚さに設定
できる。
ィルタを接着する工程がオンウエハのプロセスで実現で
きる。すなわち、図７（ｄ），（ｅ）の工程も多数の受
光素子が作り込まれたウエハ状態で行われることから、
１個ずつの受光素子に対して波長フィルタを接着する場
合と比較して大幅な低コスト化が可能である。さらに、
個々の波長フィルタをハンドリングする必要がないの
で、波長フィルタのサイズを容易に１００μｍ以下にす
ることができ、受光素子のチップサイズが従来よりも大
きくなることはない。また、波長フィルタを接着後に第
２の半導体基板を除去するので、波長フィルタの厚さは
波長選択機能を持たせるのに必要かつ十分な厚さに設定
できる。
【００５７】なお、実施形態２は（１）波長フィルタが
化合物半導体よりなる吸収フィルタ、（２）波長フィル
タは樹脂によって第１の半導体基板に接着、（３）波長
フィルタを接着した後にパターニングという組合せであ
り、実施形態３は（１）波長フィルタが誘電体多層膜よ
りなる干渉フィルタ、（２）波長フィルタは半田によっ
て第１の半導体基板に接着、（３）波長フィルタを接着
する前にパターニングという組合せであるが、これら
（１）、（２）、（３）は任意に組合せることができ
る。また、各実施形態においては、半導体材料をＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＰ系に限定して説明したが、これ以外のＡ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系あるいはＳｉＧｅ／Ｓｉ系等の
他の化合物半導体材料を用いることもできる。
化合物半導体よりなる吸収フィルタ、（２）波長フィル
タは樹脂によって第１の半導体基板に接着、（３）波長
フィルタを接着した後にパターニングという組合せであ
り、実施形態３は（１）波長フィルタが誘電体多層膜よ
りなる干渉フィルタ、（２）波長フィルタは半田によっ
て第１の半導体基板に接着、（３）波長フィルタを接着
する前にパターニングという組合せであるが、これら
（１）、（２）、（３）は任意に組合せることができ
る。また、各実施形態においては、半導体材料をＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＰ系に限定して説明したが、これ以外のＡ
ｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系あるいはＳｉＧｅ／Ｓｉ系等の
他の化合物半導体材料を用いることもできる。
【００５８】
【発明の効果】本発明によれば、特定の波長範囲の光の
みを選択的に受光する受光素子、特に異なる波長を有す
る複数の信号光の中で長波長の信号光のみを選択的に受
光する受光素子を実現できる。
みを選択的に受光する受光素子、特に異なる波長を有す
る複数の信号光の中で長波長の信号光のみを選択的に受
光する受光素子を実現できる。
【００５９】また、波長フィルタを窓層上に結晶成長す
るのではなく、受光素子を形成した半導体基板上に接着
するので、吸収型の波長フィルタで十分な感度比を得よ
うとした場合にも製造が容易である。また、接着される
波長フィルタは薄膜で、受光領域のみを覆うように接着
されているので、通常のｐｉｎフォトダイオードと同様
にワイヤボンディングあるいはフリップチップボンディ
ングすることができる。
るのではなく、受光素子を形成した半導体基板上に接着
するので、吸収型の波長フィルタで十分な感度比を得よ
うとした場合にも製造が容易である。また、接着される
波長フィルタは薄膜で、受光領域のみを覆うように接着
されているので、通常のｐｉｎフォトダイオードと同様
にワイヤボンディングあるいはフリップチップボンディ
ングすることができる。
【００６０】一方、その製造方法においては、半導体基
板に波長フィルタを接着する工程がオンウエハのプロセ
スで実現できるので、１個ずつの受光素子に対して波長
フィルタを接着する場合と比較して大幅な低コスト化が
可能である。また、個々の波長フィルタをハンドリング
する必要がないので、波長フィルタのサイズを容易に１
００μｍ以下にすることができ、受光素子のチップサイ
ズが従来よりも大きくなることはない。さらに、波長フ
ィルタを接着後にその半導体基板を除去するので、波長
フィルタの厚さは波長選択機能を持たせるのに必要かつ
十分な厚さに設定できる。
板に波長フィルタを接着する工程がオンウエハのプロセ
スで実現できるので、１個ずつの受光素子に対して波長
フィルタを接着する場合と比較して大幅な低コスト化が
可能である。また、個々の波長フィルタをハンドリング
する必要がないので、波長フィルタのサイズを容易に１
００μｍ以下にすることができ、受光素子のチップサイ
ズが従来よりも大きくなることはない。さらに、波長フ
ィルタを接着後にその半導体基板を除去するので、波長
フィルタの厚さは波長選択機能を持たせるのに必要かつ
十分な厚さに設定できる。
【図１】本発明の受光素子の実施形態１を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】（ａ）は本発明の受光素子の実施形態２を示す
断面図であり、（ｂ）は実施形態２の受光素子を示す平
面図である。
断面図であり、（ｂ）は実施形態２の受光素子を示す平
面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は実施形態２の受光素子の製造
方法を示す断面図である。
方法を示す断面図である。
【図４】（ｄ）〜（ｆ）は図３に引き続く実施形態２の
受光素子の製造方法を示す断面図である。
受光素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の受光素子の実施形態３を示す
断面図であり、（ｂ）は実施形態３の受光素子を示す平
面図である。
断面図であり、（ｂ）は実施形態３の受光素子を示す平
面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は実施形態３の受光素子の製造
方法を示す断面図である。
方法を示す断面図である。
【図７】（ｄ），（ｅ）は図６に引き続く実施形態３の
受光素子の製造方法を示す断面図である。
受光素子の製造方法を示す断面図である。
【図８】従来の受光素子を示す断面図である。
【図９】従来の他の受光素子を示す断面図である。
１０１ 半導体基板 １０２ 光吸収層 １０３ 窓層 １０４ 波長フィルタ層 １０５ 拡散領域 １０６ 絶縁層 １０７ 負電極 １０８ パッド １０９ 配線 １１０ 正電極 ２０１ 半導体基板 ２０２ 光吸収層 ２０３ 窓層 ２０４ 拡散領域 ２０５ 絶縁膜 ２０６ 負電極 ２０７ パッド ２０８ 配線 ２０９ 正電極 ２１０ 波長フィルタ ２１１ 樹脂 ３０１ 半導体基板 ３０２ 光吸収層 ３０３ 窓層 ３０４ 拡散領域 ３０５ 絶縁膜 ３０６ 負電極 ３０７ パッド ３０８ 配線 ３０９ コンタクト穴 ３１０ 正電極 ３１１ 波長フィルタ ３１２ 接着用パッド ３１３ 半田バンプ
Claims (13)
- 【請求項１】 半導体基板と、前記半導体基板上に順次
積層された光吸収層、窓層及び波長フィルタ層と、前記
波長フィルタ層及び窓層に島状に形成された拡散領域と
を有し、 前記波長フィルタ層は前記窓層よりも禁制帯幅が小さ
く、前記光吸収層は前記波長フィルタ層よりも禁制帯幅
が小さいことを特徴とする受光素子。 - 【請求項２】 半導体基板と、前記半導体基板上に島状
に形成された受光領域と、前記受光領域を覆うように前
記半導体基板上に配置された波長フィルタとを有し、 前記波長フィルタが化合物半導体薄膜よりなる吸収フィ
ルタであることを特徴とする受光素子。 - 【請求項３】 半導体基板と、前記半導体基板上に島状
に形成された受光領域と、前記受光領域上に形成された
負電極と、前記負電極に接続されたパッドと、前記受光
領域を覆うように配置された波長フィルタとを有するこ
とを特徴とする受光素子。 - 【請求項４】 波長フィルタが化合物半導体薄膜よりな
る吸収フィルタであることを特徴とする請求項３記載の
受光素子。 - 【請求項５】 波長フィルタが誘電体多層膜よりなる干
渉フィルタであることを特徴とする請求項３記載の受光
素子。 - 【請求項６】 波長フィルタが樹脂によって半導体基板
に接着されていることを特徴とする請求項３記載の受光
素子。 - 【請求項７】 波長フィルタが半田によって半導体基板
に接着されていることを特徴とする請求項３記載の受光
素子。 - 【請求項８】 第１の半導体基板上に島状に受光領域を
形成する工程と、 第２の半導体基板上に波長フィルタを形成する工程と、 前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の
加工表面が接するように接着する工程と、 前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フ
ィルタを露出させる工程と、 前記受光領域を覆う島状領域が残るように前記波長フィ
ルタをエッチングする工程とを含むことを特徴とする受
光素子の製造方法。 - 【請求項９】 第１の半導体基板と第２の半導体基板を
ポリイミド樹脂によって接着し、拡散領域を覆う島状領
域が残るように波長フィルタをエッチングした後に、前
記ポリイミド樹脂の前記波長フィルタで覆われていない
部分をドライエッチングによって除去することを特徴と
する請求項８記載の受光素子の製造方法。 - 【請求項１０】 第１及び第２の半導体基板の一方の上
に接着用パッドを形成すると共に、他方の上に半田バン
プを形成し、前記半田バンプと前記接着用パッドを融着
することで、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体
基板を接着することを特徴とする請求項８記載の受光素
子の製造方法。 - 【請求項１１】 第１の半導体基板上に島状に受光領域
を形成する工程と、 第２の半導体基板上に波長フィルタを形成する工程と、 前記波長フィルタを島状領域を残してエッチングする工
程と、 前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の
加工表面が接するように接着する工程と、 前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フ
ィルタを露出させる工程とを含むことを特徴とする受光
素子の製造方法。 - 【請求項１２】 第１の半導体基板と第２の半導体基板
をポリイミド樹脂によって接着し、前記第２の半導体基
板をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させた
後に、前記ポリイミド樹脂の前記波長フィルタで覆われ
ていない部分をドライエッチングによって除去すること
を特徴とする請求項１１記載の受光素子の製造方法。 - 【請求項１３】 第１及び第２の半導体基板の一方の上
に接着用パッドを形成すると共に、他方の上に半田バン
プを形成し、前記半田バンプと前記接着用パッドを融着
することで、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体
基板を接着することを特徴とする請求項１１記載の受光
素子の製造方法。
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