JP2001196623A - 半導体装置、半導体装置の製造方法、実装体の製造方法、および実装体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の、メサ型構造のアバランシェフォトダ
イオードを備えた半導体装置では、暗電流が流れやすか
った。 【解決手段】 化合物半導体で形成された基板１４と、
基板１４の上に配置され、超格子増倍層１７、電界緩和
層１８、および光吸収層１９を有する、メサ型構造のア
バランシェフォトダイオードと、メサ型構造の実質上全
端面を覆う絶縁酸化物の保護膜１６とを備える。これに
より、メサエッチ部（メサ型構造の端面）１０における
ダングリングボンド（欠陥）３を不活性化させるととも
に、水分子を遮断することもできるので、暗電流が流れ
にくくなる。したがって、特に気密封止することなくメ
サ型構造のアバランシェフォトダイオードを有する半導
体装置を備えた実装体を作製することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも超格子
増倍層、電界緩和層、光吸収層を有するアバランシェ・
フォト・ダイオード（略してＡＰＤ）を備えた半導体装
置と、その半導体装置の製造方法と、ＡＰＤを備えた半
導体装置が実装された実装体と、その実装体の製造方法
とに関する。

【０００２】

【従来の技術】将来のマルチメディア社会の実現には基
幹系伝送容量の拡大と加入者系光ネットワークシステム
の整備が不可欠である。光ファイバは１９８１年に初め
てＮＴＴの通信網に導入された。その後１０年の間に中
継網の大動脈を形成し、現在の通信システムを大きく支
えている。光ファイバの特徴は「低損失」、「細径」、
「軽量」等であり、従来のメタリックケーブルと比較し
てもかなり伝送特性の損失は小さくなっている。高速の
信号ではこの差はより顕著で、近い将来家庭まで広帯域
サービスを提供するためには、加入者線でも光ファイバ
が必要不可欠で、ＦＴＴＨ（ファイバ・ツー・ザ・ホー
ム）に向け研究・開発が進められている。そこで、低コ
スト・高帯域・高感度な光受信端末（ＯＮＵ）の開発は
測距離拡大のため必須である。

【０００３】このような背景もあり、超格子構造のバン
ド不連続を介したイオン化率比制御を基本動作原理とす
る超格子アバランシェフォトダイオード（略してＡＰ
Ｄ）が高性能受光素子として注目されている。このＡＰ
Ｄとして、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に、ＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／
ＩｎＡｌＡｓ、Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系
材料により形成され、高利得帯域幅積・高感度実証がさ
れたのものが提案されてきた。また、構造においても、
「Ａ Ｎｅｗ Ｐｌａｎａｒ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉ
ｎＡｌＧａＡｓ−ＩｎＡｌＡｓ Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉ
ｃｅ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ ｗ
ｉｔｈ ａ Ｔｉ−Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｇｕａｒｄ−
Ｒｉｎｇ」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．Ｌｅｔｔ．，８，８２７（１９９６））に示されて
いるように、Ｔｉイオン注入ガードリング領域を有する
プレーナ型素子の提案もなされている。

【０００４】一方、ＳｉのＡＰＤは既に商品化され一般
化しているが、これは１．５５μｍ帯、および１．３μ
ｍ帯で感度がない。その意味でも化合物半導体を用いた
ＡＰＤを作製する必要がある。

【０００５】ＡＰＤのｐｎ接合には逆方向電圧が印加さ
れ、この高電界によって光吸収層で生じた電子−ホール
対が加速されるとともに、格子と衝突し価電子帯電子を
伝導帯へ励起、すなわちイオン化して、新たな電子−ホ
ール対を生成する。この過程が連続的に生じることによ
るキャリアの増幅が、アバランシェ増倍である。

【０００６】「Ｉｍｐａｃｔ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ
ｒａｔｅｓ ｉｎ ａｎ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ
ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ」（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．，５５，９９３（１９８９））に示されてい
るように、光吸収層で生成された電子−ホール対を、そ
の場の高電界で加速してアバランシェ増倍させると、電
子とホール双方がそれぞれ増倍され、良好な高周波特性
を得ることはできない。そこで、光吸収層とアバランシ
ェ増倍層を分離して、電子のみを増倍層に注入すること
によって、電子を選択的に増倍する構造が考え出されて
きたわけである。そして、良好な高周波特性を実現する
には、ＡＰＤの光吸収層で生成した電子を、速やかに超
格子増倍層に注入しなければならない。また、光吸収層
と超格子増倍層の間に電界緩和層がある場合には、超格
子増倍層の高電界領域と光吸収層の相対的に低電界な領
域の境界がシャープになり、超格子増倍層全体に一様な
高電界が印加される。このような電界分布状態では、電
界緩和層の価電子帯の電子が、高電界によって超格子増
倍層の伝導帯へトンネルし、これが暗電流発生の原因と
なる。これを改善するためには、電界緩和層にバンドギ
ャップの大きな材料を用いてトンネル電流を抑制する構
造が有効である。

【０００７】「Ｄａｒｋ Ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ Ｂ
ｒｅａｋｄｏｗｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｉｎ（Ａ
ｌ）ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃ
ｅＡｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ」（Ｊ
ｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３５（１９９
６）ｐｐ．３４４０−３４４４，図１１（ａ）に関する
論文）、また、「Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｍｅ
ｓａ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓ Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ Ａｖａｌａｎｃｈ
ｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏ
ｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖ
ｏｌ．８，Ｎｏ．６（１９９６）ｐｐ．８２４−８２
６，図１１（ｂ）に関する論文）で示されている素子形
状は、１つはエッチングで受光領域を形成するメサ構造
と言われるタイプであり、それとは別にｐ型ＩｎＰ基板
を用い受光領域を拡散で形成するプレーナ型と呼ばれる
タイプがある。

【０００８】プレーナ型は、メサ型と構造が逆で吸収層
が基板側に位置しているので、吸収層直近に光吸収層を
形成することが困難である。それとともに、表面側から
の光入射になるので、実装上もメサ型に比較して不利と
考えられる。また、プレーナ型は拡散部の周辺領域での
ブレークダウンを防ぐために、ガードリングの形成が不
可欠である。

【０００９】一方、メサ型は、受光部をエッチングによ
り形成するので、受光部の結晶材料側面が露出し、この
部分の界面準位制御とパッシベーション膜形成は、暗電
流抑制やブレークダウンの防止にとって極めて重要であ
る。ここで、暗電流とは光を当てなくとも逆バイアス電
圧に応じて流れる電流のことである。また、光電流とは
光を当てた状態で、逆バイアス電圧に応じて流れる電流
のことである。

【００１０】しかし、特性や信頼性の確保に関しては前
述したような課題が多く残っており、まだ実用化される
には十分にはいたっていない。また、低コストで作製す
ることも重要な問題となっている。なぜなら、このよう
なパッケージは気密封止が前提となっており、例えばデ
バイスごとケースの中に入れ、気密を保ちながら封止す
ることで水分の浸入を少しでも防ぐ構造をとる必要があ
るからである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述したようにいろい
ろな点からプレーナ型よりメサ型が有利ではあるが、特
性や信頼性の確保に関してはまだまだ課題が多く残って
おり、まだ、十分実用化されるにはいたっていない。ま
た、この場合、パーケージは気密封止が前提となってい
る場合が多く、今後低コストで作製し普及させていく必
要性にも迫られている。また、メサ型の場合メサエッチ
部の界面準位の制御が特に問題となり、暗電流劣化の要
因となる。このためにパッシベーション膜形成は重要で
あるが、最適な構造は得られていない。

【００１２】実際「ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＡｌＡｓ Ｓ
ｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏ
ｔｏｄｉｏｄｅ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２
８，Ｎｏ．６，ＪＵＮＥ１９９２ ｐｐ．１４１９−１
４２３，図１１（ｃ）に関する論文）に掲載されている
ＮＴＴが提案している、基板１４にＩｎＰ、超格子増倍
層１７にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、光吸収層１９
にＩｎＧａＡｓ、電界緩和層１８にＩｎＰ、メサエッチ
（結晶材料側面）１０を覆うパッシベーション膜１２に
ＳｉＮを用いた図１２のようなメサ構造１５のアバラン
シェフォトダイオード（略してＡＰＤ）を作製し、高温
高湿試験（８５℃、８５％ＲＨ）や高温高湿バイアス試
験（８５℃、８５％ＲＨ、１５Ｖ）などを行った。

【００１３】図１３はＡＰＤ単体で高温高湿試験を行っ
た試験結果を示している。図１３より、暗電流の特性曲
線は初期に比べ低電圧側にシフトし、劣化していること
がわかる。また、ベークして水を多少ぬいてやるとか、
再測定すると暗電流は小さくなり、特性は初期と同等と
までは及ばないが、回復することがわかった。

【００１４】その後の解析から、実際基板１４のＩｎＰ
とパッシベーション膜１２のＳｉＮの密着が悪く、端面
のＩｎＰ１４とＳｉＮ１２の界面から水が浸入している
ことがわかった。このため、浸入した水はメサエッチ１
０にまで到達し、これが測定時に高バイアスをかけると
リーク電流として寄与することが判明した。さらに、高
温高湿バイアス試験では、浸入した水が高電界により電
気分解を起こしリークに寄与しているということが判明
した。

【００１５】また、メサエッチ部１０の特性を調べるた
め、このＡＰＤをアニールする実験を行った。窒素アニ
ール（窒素ガス雰囲気中でのアニール）の結果を図１
４、１５に示す。３５０℃で３０分、３００℃で１時間
のいずれの条件でも暗電流の特性は初期とほとんど変化
がなかった。窒素は不活性ガスであり、この場合暗電流
を低下させるという効果がほとんどないということがわ
かった。

【００１６】また、水素アニール（水素ガス雰囲気中で
のアニール）も行った。その結果を図１６、１７、１８
に示す。３５０℃、３０分ではアニール後に初期に比べ
て暗電流の特性曲線がわずかに低電圧側にシフトし、多
少劣化している傾向がみられる。一方、３００℃で３０
分、３００℃で１時間では高電界で初期に比べて暗電流
が小さく、多少の効果が認められる。従って、水素アニ
ールの場合条件によって暗電流の特性を改善するのに効
果があるということがわかった。これは、水が浸入でき
るくらいだから、当然水素もメサエッチ１０に侵入で
き、侵入した水素がメサエッチ１０におけるダングリン
グボンド（欠陥）と結合して終端することによりエネル
ギー的に安定したからであると考えられる。

【００１７】それから、ＡＰＤをホットプレート上で、
空気中で２３０℃、１時間放置しておいたところ暗電流
の特性曲線が初期に比べ著しく改善された。その結果を
図１９に示す。窒素アニールや水素アニールに比べ、最
も効果があった。ここには１つの典型的な結果を示して
いるが、１３サンプル行って全てのサンプルで効果があ
ることが、認められた。窒素アニールでは全く効果がな
かったことから、この場合酸素が端面のＩｎＰ１４とＳ
ｉＮ１２の界面から侵入し、メサエッチ１０のダングリ
ングボンド（欠陥）と結合し、不活性化させたと考えら
れる。

【００１８】なぜなら、ここで提案する超格子増倍層の
結晶格子はいずれも閃亜鉛型構造で格子定数は６Å弱
（ＩｎＰの格子定数は５．８６９Å、ＧａＡｓの格子定
数は５．６５４Å、ＩｎＡｓの格子定数は６．０５８
Å、ＡｌＡｓの格子定数は５．６６２Åですべて結晶構
造は閃亜鉛型構造をとっている。例えばＩｎＧａＡｓＰ
はＩｎＰとＧａＡｓの混晶である。）である。これらを
構成する原子の大きさ（各原子の原子半径はＩｎ：１．
４４Å、Ｇａ：１．２６Å、Ａｌ：１．２６Å、Ｐ：
１．１０Å、Ａｓ：１．１８Å）と酸素原子の大きさ
（原子半径は０．６６Å）を考えると酸素は超格子増倍
層に入り込めないと考えられるからである。

【００１９】しかも、原子レベルでの結合は水分子の浸
入を遮断することが期待される。ただし、普通のリフロ
ーベルト炉を用いての２３０℃でのリフロー（全工程３
分程度で２３０℃以上の場合は１０秒程度）では暗電流
特性は変わらなかったことから、２３０℃で３分以上は
少なくとも放置した方がよいと考えられる。

【００２０】そこで、本発明は、上記従来の課題を考慮
し、暗電流が流れにくいメサ型構造のアバランシェフォ
トダイオードを備えた半導体装置、およびその製造方法
を提供することを目的とするものである。

【００２１】また、従来のメサ型構造のアバランシェフ
ォトダイオードを備えた半導体装置では、メサ型構造の
頂上部に配置された導電性接着剤や半田等の導電物質が
頂上部からこぼれる可能性があるという課題があった。

【００２２】そこで、本発明は、上記従来の課題を考慮
し、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードを備え
た半導体装置の、メサ型構造の頂上部に配置された導電
性接着剤や半田等の導電物質を頂上部からこぼさない半
導体装置を提供することを目的とするものである。

【００２３】また、従来のメサ型構造のアバランシェフ
ォトダイオードを備えた半導体装置を、所定の電極を有
する回路基板のその電極に、半田を介して実装して実装
体を製造するさい、メサ型構造の端面に半田が接触する
という課題があった。

【００２４】そこで、本発明は、上記従来の課題を考慮
し、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードを備え
た半導体装置を、所定の電極を有する回路基板のその電
極に、半田を介して実装するさい、メサ型構造の端面に
半田を実質上接触させないで実装体を製造する、実装体
の製造方法を提供することを目的とするものである。

【００２５】また、本発明は、従来のメサ型構造のアバ
ランシェフォトダイオードを有する半導体装置と、所定
の電極を有する回路基板とを備えた実装体では、半導体
装置と回路基板との接続に半田のみが利用されていたと
いう課題を考慮し、メサ型構造のアバランシェフォトダ
イオードを有する半導体装置と、所定の電極を有する回
路基板との接続に半田が用いられていない実装体を提供
することを目的とするものである。

【００２６】また、本発明は、従来のメサ型構造のアバ
ランシェフォトダイオードを有する半導体装置と、所定
の電極を有する回路基板とを備えた実装体では、接続部
間に高電界がかかるためマイグレーションが発生する可
能性が高いという課題を考慮し、マイグレーションが発
生する可能性が低い、所定の電極を有する回路基板上
に、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードが実装
された実装体を提供することを目的とするものである。

【００２７】さらに、本発明は、従来のメサ型構造のア
バランシェフォトダイオードを有する半導体装置を備え
た実装体では、半導体装置が静電気・サージの影響を受
けるという課題を考慮し、静電気・サージの影響を実質
上受けない、メサ型構造のアバランシェフォトダイオー
ドを有する半導体装置を備えた実装体を提供することを
目的とするものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】第１の本発明（請求項１
に対応）は、化合物半導体で形成された基板と、前記基
板の上に配置され、少なくとも超格子増倍層、電界緩和
層、および光吸収層を有する、メサ型構造のアバランシ
ェフォトダイオードと、前記メサ型構造の少なくとも前
記超格子増倍層の端面を覆う絶縁酸化物の保護膜とを備
えたことを特徴とする半導体装置である。

【００２９】第２の本発明（請求項２に対応）は、前記
保護膜が、前記メサ型構造の実質上全端面を覆うことを
特徴とする第１の本発明に記載の半導体装置である。

【００３０】このように、メサ型構造のアバランシェフ
ォトダイオードの端面（メサエッチ）に絶縁酸化物の保
護膜（パッシベーション膜）を設けることで、酸素がメ
サエッチの結晶部と結合するとともに、パッシベーショ
ン膜とも結合するため、メサエッチ部におけるダングリ
ングボンド（欠陥）を不活性化させるとともに、水分子
を遮断することもできるので、暗電流が流れにくい。し
たがって、第１または第２の本発明の半導体装置を特に
気密封止することなく、その半導体装置を用いた実装体
を作製することが可能になる。

【００３１】第３の本発明（請求項３に対応）は、化合
物半導体で形成された基板と、前記基板の上に配置さ
れ、少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および光吸
収層を有する、メサ型構造のアバランシェフォトダイオ
ードと、前記メサ型構造の端面を覆う第１保護膜と、前
記第１保護膜が前記基板と物理的に接しないように、ま
た前記第１保護膜と実質上連続するように、前記基板の
上に設けられた絶縁酸化物の第２保護膜とを備えたこと
を特徴とする半導体装置である。

【００３２】第４の本発明（請求項４に対応）は、化合
物半導体で形成された基板と、前記基板の上に配置さ
れ、少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および光吸
収層を有する、メサ型構造のアバランシェフォトダイオ
ードと、前記メサ型構造の少なくとも前記超格子増倍層
の端面を覆う第１保護膜と、前記第１保護膜の少なくと
も端部と、前記基板とを覆う絶縁酸化物の第２保護膜と
を備えたことを特徴とする半導体装置である。

【００３３】第５の本発明（請求項５に対応）は、化合
物半導体で形成された基板と、前記基板の上に配置さ
れ、少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および光吸
収層を有する、メサ型構造のアバランシェフォトダイオ
ードと、前記メサ型構造の端面を覆う保護膜と、前記メ
サ型構造の頂上部の全部を覆うことなく、かつ前記メサ
型構造の高さを超えて前記保護膜を覆う耐熱性絶縁部材
とを備えたことを特徴とする半導体装置である。

【００３４】第６の本発明（請求項６に対応）は、前記
耐熱性絶縁部材が、ポリイミドで形成された部材である
ことを特徴とする第５の本発明に記載の半導体装置であ
る。

【００３５】第７の本発明（請求項７に対応）は、前記
超格子増倍層が、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、Ｉｎ
ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ／Ｉ
ｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、およびＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＰのうちのいずれかであることを特徴と
する第１から第６のいずれかの本発明に記載の半導体装
置である。

【００３６】第８の本発明（請求項８に対応）は、前記
電界緩和層が、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元
素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐ
ｏの少なくともいずれかの組み合わせで構成されている
ことを特徴とする第１から第７のいずれかの本発明に記
載の半導体装置である。

【００３７】第９の本発明（請求項９に対応）は、前記
光吸収層が、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素
のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成されているこ
とを特徴とする第１から第８のいずれかの本発明に記載
の半導体装置である。

【００３８】第１０の本発明（請求項１０に対応）は、
前記化合物半導体が、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、II
I族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素の
Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、
Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み合わせで構成さ
れていることを特徴とする第１から第９のいずれかの本
発明に記載の半導体装置である。

【００３９】第１１の本発明（請求項１１に対応）は、
前記絶縁酸化物が、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｂｅ
Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ
Ｏ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｈＯ₂のい
ずれかであることを特徴とする第１から第１０のいずれ
かの本発明に記載の半導体装置である。

【００４０】第１２の本発明（請求項１２に対応）は、
化合物半導体で形成された基板の上に、超格子増倍層、
電界緩和層、および光吸収層を、前記電界緩和層が前記
超格子増倍層と前記光吸収層とで挟まれるように形成す
る第１工程と、前記超格子増倍層、前記電界緩和層、お
よび前記光吸収層をメサ型にする第２工程と、少なくと
も前記超格子増倍層を形成した後に、水素ガス雰囲気中
でアニールをする第３工程とを少なくとも備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法である。

【００４１】第１３の本発明（請求項１３に対応）は、
前記第３工程におけるアニールを、３００℃以下で３０
分以上行うことを特徴とする第１２の本発明に記載の半
導体装置の製造方法である。

【００４２】第１４の本発明（請求項１４に対応）は、
化合物半導体で形成された基板の上に、超格子増倍層、
電界緩和層、および光吸収層を、前記電界緩和層が前記
超格子増倍層と前記光吸収層とで挟まれるように形成す
る第１工程と、前記超格子増倍層、前記電界緩和層、お
よび前記光吸収層をメサ型にする第２工程と、少なくと
も前記超格子増倍層の端面に絶縁酸化物の保護膜を形成
する第３工程と、前記保護膜を形成した後にアニールを
する第４工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の
製造方法である。

【００４３】第１５の本発明（請求項１５に対応）は、
前記第４工程を、窒素ガス雰囲気中または水素ガス雰囲
気中で行うことを特徴とする第１４の本発明に記載の半
導体装置の製造方法である。

【００４４】第１６の本発明（請求項１６に対応）は、
前記第４工程におけるアニールを、２３０℃以上で３分
以上行うことを特徴とする第１４または第１５の本発明
に記載の半導体装置の製造方法である。

【００４５】第１７の本発明（請求項１７に対応）は、
前記絶縁酸化物が、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｂｅ
Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ
Ｏ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｈＯ₂のい
ずれかであることを特徴とする第１２から第１６のいず
れかの本発明に記載の半導体装置の製造方法である。

【００４６】第１８の本発明（請求項１８に対応）は、
前記超格子増倍層が、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、
ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、および
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのうちのいずれかであることを特
徴とする第１２から第１７のいずれかの本発明に記載の
半導体装置の製造方法である。

【００４７】第１９の本発明（請求項１９に対応）は、
前記電界緩和層が、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III
族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、
Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み合わせで構成され
ていることを特徴とする第１２から第１８のいずれかの
本発明に記載の半導体装置の製造方法である。

【００４８】第２０の本発明（請求項２０に対応）は、
前記光吸収層が、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族
元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、
Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み合わせで構成され
ていることを特徴とする第１２から第１９のいずれかの
本発明に記載の半導体装置の製造方法である。

【００４９】第２１の本発明（請求項２１に対応）は、
前記化合物半導体が、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、II
I族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素の
Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、
Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み合わせで構成さ
れていることを特徴とする第１２から第２０のいずれか
の本発明に記載の半導体装置の製造方法である。

【００５０】第２２の本発明（請求項２２に対応）は、
少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および光吸収層
を持ち、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードを
有する半導体装置を、所定の電極を有する回路基板の前
記電極に、半田を介して実装して実装体を製造する実装
体の製造方法であって、前記半導体装置と前記回路基板
の前記電極との間に、前記半田を配置し、前記半田の融
点未満の温度で、前記半導体装置と前記回路基板の前記
電極とを、前記半田を介して接合し、前記半導体装置と
前記回路基板の間隙に封止樹脂を封入して硬化し、前記
半田を、その半田の融点以上に温度を上げて溶かすこと
を特徴とする実装体の製造方法である。

【００５１】第２３の本発明（請求項２３に対応）は、
前記半田が、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓ
ｂの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする第２
２の本発明に記載の実装体の製造方法である。

【００５２】第２４の本発明（請求項２４に対応）は、
前記封止樹脂が、エポキシ系樹脂を主成分として含み、
無機物の粒子を有することを特徴とする第２２または第
２３の本発明に記載の実装体の製造方法である。

【００５３】第２５の本発明（請求項２５に対応）は、
所定の電極を有する回路基板と、少なくとも超格子増倍
層、電界緩和層、および光吸収層を持ち、メサ型構造の
アバランシェフォトダイオードを有する半導体装置と、
前記回路基板の前記電極と前記半導体装置との少なくと
も一部を電気的に接続する導電性接着剤と、前記半導体
装置と前記回路基板の間隙に充填された封止樹脂とを備
えたことを特徴とする実装体である。

【００５４】第２６の本発明（請求項２６に対応）は、
前記封止樹脂内の不純物イオン濃度が５ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする第２５の本発明に記載の実装体であ
る。

【００５５】第２７の本発明（請求項２７に対応）は、
前記不純物イオンが、ナトリウムイオン、カリウムイオ
ン、塩化物イオン、またはカルシウムイオンであること
を特徴とする第２６の本発明に記載の実装体である。

【００５６】第２８の本発明（請求項２８に対応）は、
複数の電極を有する回路基板と、少なくとも超格子増倍
層、電界緩和層、および光吸収層を持ち、メサ型構造の
アバランシェフォトダイオードを有する半導体装置複数
個と、前記回路基板の前記各電極と対応する前記各半導
体装置とを電気的に接続する接続部材複数個と、前記半
導体装置と前記回路基板の間隙に充填された封止樹脂と
を備え、隣り合う前記電極の間隔の少なくとも一部が、
前記隣り合う前記電極に対応する隣り合う前記接続部材
の間隔よりも狭いことを特徴とする実装体である。

【００５７】第２９の本発明（請求項２９に対応）は、
前記接続部材の少なくとも一部が、導電性接着剤である
ことを特徴とする第２８の本発明に記載の実装体であ
る。

【００５８】第３０の本発明（請求項３０に対応）は、
所定の方向の、少なくとも一部に隙間を持つ電極を有す
る回路基板と、前記方向における前記隙間を橋渡しし、
前記方向において電流を実質上一方にしか流さない整流
回路と、少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および
光吸収層を持ち、メサ型構造のアバランシェフォトダイ
オードを有する半導体装置と、前記回路基板の前記電極
と前記半導体装置との少なくとも一部を電気的に接続す
る導電性接着剤と、前記半導体装置と前記回路基板の間
隙に充填された封止樹脂とを備えたことを特徴とする実
装体である。

【００５９】第３１の本発明（請求項３１に対応）は、
前記導電性接着剤の導電性フィラーが、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、またはＰｔであることを特徴とす
る第２５から第３０のいずれかのの本発明に記載の実装
体である。

【００６０】第３２の本発明（請求項３２に対応）は、
前記封止樹脂が、エポキシ系樹脂を主成分として含み、
無機物の粒子を有することを特徴とする第２５から第３
１のいずれかのの本発明に記載の実装体である。

【００６１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００６２】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態にかかる半導体装置の概略図である。図１
（ａ）はその断面のＰ電極部を示した概略図で、化合物
半導体、例えばＩｎＰ基板１４の上にバッファ層、超格
子増倍層１７、電界緩和層１８、光吸収層１９、電極１
１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成され、メサ型（台地状）構
造をしている。そして、絶縁酸化物のパッシベーション
膜１６、例えばＳｉＯ₂がメサエッチ（メサ構造の端
面）１０に結合した構造になっている。

【００６３】このアバランシェフォトダイオード（略し
てＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向高電圧が印加され、こ
の高電界によって光吸収層１９で生じた電子−ホール対
が加速されるとともに、格子と衝突し価電子帯電子を伝
導帯へ励起、すなわちイオン化して、新たな電子−ホー
ル対を生成する。この過程が連続的に生じることによる
キャリアの増幅が、アバランシェ増倍である。

【００６４】メサ型の場合、受光部の結晶材料側面（メ
サエッチ）１０が露出し、界面準位が発生するためエネ
ルギー的に不安定となっているが、図１（ｂ）に示すよ
うに、パッシベーション膜１６のＳｉＯ₂の酸素原子２
がメサエッチ１０におけるダングリングボンド３と結合
することでダングリングボンド３を不活性化し、エネル
ギー的に安定にすることができる。一方で、酸素原子２
はもともとＳｉ原子と結合していることから、原子レベ
ルでメサエッチ１０の界面は結合がとれることになり、
水分子の浸入がふせげ、特性面で安定するだけでなく、
信頼性も向上することになる。つまり、暗電流が流れに
くくなる。

【００６５】ここで、超格子増倍層１７には、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用
いることができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝
導帯不連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み
合わせを選んで、超格子増倍層１７を形成する。このよ
うな、超格子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入
るとき、伝導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得す
るので、イオン化率をバルク結晶に比較して大きくする
ことができる。一方、ホールに対しては、価電子帯不連
続を小さく設定しておけば、イオン化率の増加は小さ
く、イオン化率差を大きくすることができる。

【００６６】光吸収層１９には例えばＩｎＧａＡｓを用
いることができる。なお、光吸収層１９は、ＩｎＧａＡ
ｓに限らず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素
のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成されていても
よい。

【００６７】また、電界緩和層１８には、ＩｎＰ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよ
い。なお、電界緩和層１８は、上述したものに限らず、
II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくとも
いずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【００６８】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【００６９】パッシベーション膜１６の絶縁酸化物には
ＳｉＯ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂などを用い
ることができる。要するに、パッシベーション膜１６
は、酸素原子を含む絶縁酸化物であればどんなものでも
よい。なお、実施の形態１では、請求項１または２に記
載の保護膜の一例として、パッシベーション膜１６を用
いた。

【００７０】また、Ｐ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａ
ｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。
Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＺｎＮ
ｉ電極を用いることができる。ただし、オーミックがと
れる電極であればどんなものでも問題ない。Ｎ電極はＡ
ｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板１４とオーミックコンタ
クトしており、等電位とみなしてよく、中心のＰ電極部
分に電界が集中することになる。

【００７１】また、基板１４は、ＩｎＰ基板１４である
と限定することはない。基板１４は、化合物半導体で形
成されておりさえすればよい。その化合物半導体の一例
として、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素の
Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成された化合物
半導体が挙げられる。

【００７２】また、図１（ａ）を用いて説明した半導体
装置では、メサ型構造の実質上全端面１０が、絶縁酸化
物のパッシベーション膜１６で覆われているとしたが、
超格子増倍層１７の端面が少なくとも絶縁酸化物のパッ
シベーション膜１６で覆われておりさえすればよい。そ
の場合であっても、パッシベーション膜１６の酸素原子
が超格子増倍層１７の端面におけるダングリングボンド
と結合するので、エネルギー的に安定にするとともに、
水分子の浸入がふせげ、暗電流が流れにくくなる。

【００７３】（実施の形態２）図２は本発明の第２の実
施の形態にかかる半導体装置の断面のＰ電極部を示した
概略図である。化合物半導体、例えばＩｎＰ基板１４の
上にバッファ層、超格子増倍層１７、電界緩和層１８、
光吸収層１９、電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成さ
れ、メサ型（台地状）構造をしている。メサエッチ（メ
サ構造の端面）１０にはＳｉＮ膜１２が設けられてい
る。そして、絶縁酸化物のパッシベーション膜１６、例
えばＳｉＯ₂が、ＳｉＮ膜１２がＩｎＰ基板１４と接し
ないように、さらに、ＳｉＮ膜１２と実質上連続するよ
うに、半導体装置のＩｎＰ基板１４に結合した構造にな
っている。

【００７４】このアバランシェフォトダイオード（略し
てＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向高電圧が印加され、こ
の高電界によって光吸収層１９で生じた電子−ホール対
が加速されるとともに、格子と衝突し価電子帯電子を伝
導帯へ励起、すなわちイオン化して、新たな電子−ホー
ル対を生成する。この過程が連続的に生じることによる
キャリアの増幅が、アバランシェ増倍である。

【００７５】従来のアバランシェフォトダイオード（略
してＡＰＤ）では、ＩｎＰ基板１４の上にはパッシベー
ション膜としてＳｉＮを用いることが多かった。しか
し、ＳｉＮとＩｎＰの密着力は悪く、気密封止する構造
にしないと水の素子への浸入による信頼性の低下が懸念
されていた。そこで、絶縁酸化物のパッシベーション膜
であるＳｉＯ₂を用いることにより、酸素がＩｎＰ基板
１４と結合し、また、一方でもともと酸素原子はＳｉ原
子と結合していることから界面において原子レベルでの
結合がとれ、水の浸入をふせぐことができる。このた
め、信頼性が向上する。つまり、暗電流が流れにくくな
る。

【００７６】ここで、超格子増倍層１７には、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用
いることができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝
導帯不連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み
合わせを選んで、超格子増倍層１７を形成する。このよ
うな、超格子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入
るとき、伝導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得す
るので、イオン化率をバルク結晶に比較して大きくする
ことができる。一方、ホールに対しては、価電子帯不連
続を小さく設定しておけば、イオン化率の増加は小さ
く、イオン化率差を大きくすることができる。

【００７７】光吸収層１９には例えばＩｎＧａＡｓを用
いることができる。なお、光吸収層１９は、ＩｎＧａＡ
ｓに限らず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素
のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成されていても
よい。

【００７８】また、電界緩和層１８には、ＩｎＰ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよ
い。なお、電界緩和層１８は、上述したものに限らず、
II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくとも
いずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【００７９】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【００８０】パッシベーション膜１６の絶縁酸化物には
ＳｉＯ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂などを用い
ることができる。要するに、パッシベーション膜１６
は、酸素原子を含む絶縁酸化物であればどんなものでも
よい。なお、実施の形態２では、請求項３に記載の、第
２保護膜の一例としてパッシベーション膜１６を、第１
保護膜の一例としてメサエッチ１０を覆うＳｉＮ膜１２
を、それぞれ用いた。

【００８１】また、Ｐ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａ
ｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。
Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＺｎＮ
ｉ電極を用いることができる。ただし、オーミックがと
れる電極であれば、どんなものでも問題ない。Ｎ電極は
ＡｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板１４とオーミックコン
タクトしており、等電位とみなしてよく、中心のＰ電極
部分に電界が集中することになる。

【００８２】また、基板１４は、ＩｎＰ基板１４である
と限定することはない。基板１４は、化合物半導体で形
成されておりさえすればよい。その化合物半導体の一例
として、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素の
Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成された化合物
半導体が挙げられる。

【００８３】（実施の形態３）図３は本発明の第３の実
施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するため
の図である。図３（ａ）はその製造方法で製造された半
導体装置の断面のＰ電極部を示した概略図で、化合物半
導体、例えばＩｎＰ基板１４の上にバッファ層、超格子
増倍層１７、電界緩和層１８、光吸収層１９、電極１１
ａ、１１ｂ、１１ｃが形成され、メサ型（台地状）構造
をしている。そして、絶縁酸化物のパッシベーション膜
１６、例えばＳｉＯ₂がメサエッチ（メサ構造の端面）
１０に結合した構造になっている。

【００８４】次に、図３（ａ）に示した半導体装置の製
造方法を説明する。

【００８５】先ず、ＩｎＰ基板１４の上に、バッファ
層、超格子増倍層１７、電界緩和層１８、および光吸収
層１９を形成する。そして、バッファ層、超格子増倍層
１７、電界緩和層１８、および光吸収層１９をメサ型に
する。その後、水素ガス雰囲気中でアニール（水素アニ
ール）をする。そして、メサエッチ（メサ構造の端面）
１０に、ＳｉＯ₂膜１６を設け、さらにポリイミド膜１
３および電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃを形成して図３
（ａ）に示した半導体装置を製造する。

【００８６】図３（ａ）の半導体装置のアバランシェフ
ォトダイオード（略してＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向
高電圧が印加され、この高電界によって光吸収層１９で
生じた電子−ホール対が加速されるとともに、格子と衝
突し価電子帯電子を伝導帯へ励起、すなわちイオン化し
て、新たな電子−ホール対を生成する。この過程が連続
的に生じることによるキャリアの増幅が、アバランシェ
増倍である。

【００８７】ここで、超格子増倍層１７には、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用
いることができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝
導帯不連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み
合わせを選んで、超格子増倍層１７を形成する。このよ
うな、超格子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入
るとき、伝導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得す
るので、イオン化率をバルク結晶に比較して大きくする
ことができる。一方、ホールに対しては、価電子帯不連
続を小さく設定しておけば、イオン化率の増加は小さ
く、イオン化率差を大きくすることができる。

【００８８】このように、超格子増倍層１７において
は、図３（ｂ）に示すように、異種の結晶を結合させる
ことになるので、結晶の不整合が起こり、ダングリング
ボンド（欠陥）はどうしても生じてしまう。しかし、こ
のダングリングボンドを不活性化させるのに酸素を介し
た場合は特性が劣化してしまうことが懸念される。

【００８９】そこで、このダングリングボンドを不活性
化させるのに、前述した実験結果と、表１、２から水素
原子７単独で終端させることが有効であると考えられ
る。ここで、窒素アニールは表２からも全く効果がない
（界面に存在しない場合）ことがわかり、水素アニール
の場合も温度条件に依存している。表１の結果からも超
格子を形成したあと、アニール炉のなかで水素アニール
を少なくとも２５０℃以上３００℃以下で３０分以上ア
ニールすることが有効である。これにより、結晶中のダ
ングリングボンド（欠陥）が不活性化され、エネルギー
的に安定になることから特性が安定する。なお、表１は
水素アニールによる暗電流特性に関する実験結果を示
し、表２は窒素アニールによる暗電流特性に関する実験
結果を示している。

【００９０】

【表１】

【００９１】

【表２】 なお、光吸収層１９には例えばＩｎＧａＡｓを用いるこ
とができる。しかしながら光吸収層１９は、ＩｎＧａＡ
ｓに限らず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素
のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成されていても
よい。

【００９２】また、電界緩和層１８には、ＩｎＰ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよ
い。なお、電界緩和層１８は、上述したものに限らず、
II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくとも
いずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【００９３】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【００９４】パッシベーション膜１６の絶縁酸化物には
ＳｉＯ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂などを用い
ることができる。なお、パッシベーション膜１６は、酸
素原子を含む絶縁酸化物に限定することはなく、例えば
ＳｉＮ膜でもかまわない。

【００９５】また、Ｐ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａ
ｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。
Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＺｎＮ
ｉ電極を用いることができる。ただし、オーミックがと
れる電極であれば、どんなものでも問題ない。Ｎ電極は
ＡｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板１４とオーミックコン
タクトしており、等電位とみなしてよく、中心のＰ電極
部分に電界が集中することになる。

【００９６】また、基板１４は、ＩｎＰ基板１４である
と限定することはない。基板１４は、化合物半導体で形
成されておりさえすればよい。その化合物半導体の一例
として、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素の
Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成された化合物
半導体が挙げられる。

【００９７】また、上述した実施の形態３では、バッフ
ァ層、超格子増倍層１７、電界緩和層１８、および光吸
収層１９をメサ型にした後、それを水素ガス雰囲気中で
アニールするとしたが、水素ガス雰囲気中でのアニール
は、超格子増倍層１７を形成した後であれば、どの段階
で行ってもよい。

【００９８】（実施の形態４）図４は本発明の第４の実
施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するため
の図である。図４（ａ）はその製造方法で製造された半
導体装置の断面のＰ電極部を示した概略図で、化合物半
導体、例えばＩｎＰ基板１４の上にバッファ層、超格子
増倍層１７、電界緩和層１８、光吸収層１９、電極１１
ａ、１１ｂ、１１ｃが形成され、メサ型（台地状）構造
をしている。そして、絶縁酸化物のパッシベーション膜
１６、例えばＳｉＯ₂がメサエッチ（メサ構造の端面）
１０に結合した構造になっている。

【００９９】次に、図４（ａ）に示した半導体装置の製
造方法を説明する。

【０１００】先ず、ＩｎＰ基板１４の上に、バッファ
層、超格子増倍層１７、電界緩和層１８、および光吸収
層１９を形成する。そして、バッファ層、超格子増倍層
１７、電界緩和層１８、および光吸収層１９をメサ型に
する。その後、メサエッチ（メサ構造の端面）１０に、
ＳｉＯ₂膜１６を設け、そして、水素ガス雰囲気中でア
ニール（水素アニール）または窒素ガス雰囲気中でアニ
ール（窒素アニール）をする。さらにポリイミド膜１３
および電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃを形成して図３
（ａ）に示した半導体装置を製造する。

【０１０１】図４（ａ）の半導体装置のアバランシェフ
ォトダイオード（略してＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向
高電圧が印加され、この高電界によって光吸収層１９で
生じた電子−ホール対が加速されるとともに、格子と衝
突し価電子帯電子を伝導帯へ励起、すなわちイオン化し
て、新たな電子−ホール対を生成する。この過程が連続
的に生じることによるキャリアの増幅が、アバランシェ
増倍である。

【０１０２】メサ型の場合、受光部の結晶材料側面１０
が露出し、界面準位が発生するためエネルギー的に不安
定となっているが、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂
膜１６の酸素原子２がメサエッチ１０におけるダングリ
ングボンド３と結合することで、ダングリングボンド３
を不活性化し、エネルギー的に安定となることができ
る。一方で、酸素原子２はもともとＳｉ原子と結合して
いることから、原子レベルでメサエッチ１０の界面は結
合がとれることになり、水分子の浸入がふせげ、特性面
で安定するだけでなく、信頼性も向上することになる。

【０１０３】このとき、ＳｉＯ₂膜１６の形成の過程
で、ＳｉＯ₂とメサエッチ１０との界面の結合を強め、
ダングリングボンド３の濃度を安定化させるために、ア
ニール工程を入れることが重要となる。そこで、ＳｉＯ
₂をつけた直後から最終的にアバランシェフォトダイオ
ードの作製プロセスが終了するまでの間に少なくともア
ニール工程を入れる。そのアニールとして、窒素アニー
ルか水素アニールのどちらかのプロセスを入れることが
有効である。

【０１０４】ただし、酸素原子２がメサエッチ１０にお
けるダングリングボンド３と結合する効果を高めるため
に熱エネルギーを与えることが主目的であるので、アニ
ールは、窒素アニールまたは水素アニールに限定するこ
とはない。ただし、水素アニールを行う場合は、水素原
子がダングリングボンドを不活性化する効果も得られる
ことが考えられる。前述の実験結果と表３の結果から、
２３０℃で３分程度の熱エネルギーが与えられれば酸素
原子２がダングリングボンド３を不活性化し、特性が改
善する効果が得られることがわかる。従って、アニール
は、少なくとも２３０℃、３分以上行うことが必要であ
る。ただし、アニールは２３０℃で１時間程度行えば充
分な効果が期待できる。なお、表３は酸化アニールによ
る暗電流特性に関する実験結果を示している。

【０１０５】

【表３】 ここで、超格子増倍層１７には、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａ
ＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用いることがで
きる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝導帯不連続
が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み合わせを選
んで、超格子増倍層１７を形成する。このような、超格
子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入るとき、伝
導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得するので、イ
オン化率をバルク結晶に比較して大きくすることができ
る。一方、ホールに対しては、価電子帯不連続を小さく
設定しておけば、イオン化率の増加は小さく、イオン化
率差を大きくすることができる。

【０１０６】光吸収層１９には例えばＩｎＧａＡｓを用
いることができる。なお、光吸収層１９は、ＩｎＧａＡ
ｓに限らず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素
のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成されていても
よい。

【０１０７】また、電界緩和層１８には、ＩｎＰ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよ
い。なお、電界緩和層１８は、上述したものに限らず、
II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくとも
いずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【０１０８】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【０１０９】パッシベーション膜１６の絶縁酸化物には
ＳｉＯ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂などを用い
ることができる。要するに、パッシベーション膜１６
は、酸素原子を含む絶縁酸化物であればどんなものでも
よい。なお、実施の形態４では、請求項１４に記載の２
保護膜の一例としてパッシベーション膜１６を用いた。

【０１１０】また、Ｐ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａ
ｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。
Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＺｎＮ
ｉ電極を用いることができる。ただし、オーミックがと
れる電極であれば、どんなものでも問題ない。Ｎ電極は
ＡｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板１４とオーミックコン
タクトしており、等電位とみなしてよく、中心のＰ電極
部分に電界が集中することになる。

【０１１１】また、基板１４は、ＩｎＰ基板１４である
と限定することはない。基板１４は、化合物半導体で形
成されておりさえすればよい。その化合物半導体の一例
として、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素の
Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成された化合物
半導体が挙げられる。

【０１１２】また、上述した実施の形態４では、図４
（ａ）の半導体装置を製造するさい、メサ型構造の実質
上全端面１０を絶縁酸化物のパッシベーション膜１６で
覆うとしたが、超格子増倍層１７の端面を少なくとも絶
縁酸化物のパッシベーション膜１６で覆いさえすればよ
い。その場合であっても、パッシベーション膜１６の酸
素原子が超格子増倍層１７の端面におけるダングリング
ボンド３と結合するので、エネルギー的に安定にすると
ともに、水分子の浸入がふせげ、暗電流が流れにくくな
る。

【０１１３】（実施の形態５）図５は本発明の第５の実
施の形態にかかる半導体装置の断面のＰ電極部を示した
概略図である。化合物半導体、例えばＩｎＰ基板１４の
上にバッファ層、超格子増倍層１７、電界緩和層１８、
光吸収層１９、電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成さ
れ、メサ型（台地状）構造をしている。そして、メサエ
ッチ（メサ構造の端面）１０には第１パッシベーション
膜１２が設けられており、その第１パッシベーション膜
１２の外側にはポリイミド１３が設けられ、そのポリイ
ミド１３の外側に第２パッシベーション膜１６が設けら
れている。第１パッシベーション膜１２と第２パッシベ
ーション膜１６はＩｎＰの半導体基板１４と接合してお
り、第２パッシベーション膜１６が第１パッシベーショ
ン膜１２をおおいながら半導体装置の端にのびており、
端面の手前で閉じている構造をしている。このとき、第
２パッシベーション膜１６としてＳｉＯ₂膜を用いるこ
とができる。第１パッシベーション膜１２はＳｉＯ
₂膜、ＳｉＮ膜のいずれも用いることができる。

【０１１４】一方で、図１２には、パッシベーション膜
１２が２層とも半導体装置の端面に露出した従来構造を
示してある。この場合は、半導体装置の端面から水がよ
り浸入しやすいことが懸念され、信頼性が問題となる。
従って図５のような構造にすることにより、水がパッシ
ベーション膜とＩｎＰの基板１４の界面に浸入しににく
くなり、信頼性の高い構造を得ることができる。つま
り、暗電流が流れにくくなる。

【０１１５】ところで、このアバランシェフォトダイオ
ード（略してＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向高電圧が印
加され、この高電界によって光吸収層１９で生じた電子
−ホール対が加速されるとともに、格子と衝突し価電子
帯電子を伝導帯へ励起、すなわちイオン化して、新たな
電子−ホール対を生成する。この過程が連続的に生じる
ことによるキャリアの増幅が、アバランシェ増倍であ
る。

【０１１６】ここで、超格子増倍層１７には、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用
いることができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝
導帯不連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み
合わせを選んで、超格子増倍層１７を形成する。このよ
うな、超格子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入
るとき、伝導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得す
るので、イオン化率をバルク結晶に比較して大きくする
ことができる。一方、ホールに対しては、価電子帯不連
続を小さく設定しておけば、イオン化率の増加は小さ
く、イオン化率差を大きくすることができる。

【０１１７】光吸収層１９には例えばＩｎＧａＡｓを用
いることができる。なお、光吸収層１９は、ＩｎＧａＡ
ｓに限らず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素
のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成されていても
よい。

【０１１８】また、電界緩和層１８には、ＩｎＰ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよ
い。なお、電界緩和層１８は、上述したものに限らず、
II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくとも
いずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【０１１９】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【０１２０】また、上述した実施の形態５では、第２パ
ッシベーション膜１６としてＳｉＯ ₂膜を用いることが
できるとしたが、第２パッシベーション膜１６として
は、ＳｉＯ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｂｅ
Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ
Ｏ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｈＯ₂など
を用いることができる。要するに、第２パッシベーショ
ン膜１６は、酸素原子を含む絶縁酸化物であればどんな
ものでもよい。なお、実施の形態５では、請求項４に記
載の、第２保護膜の一例として第２パッシベーション膜
１６を、第１保護膜の一例としてメサエッチ１０を覆う
第１パッシベーション膜１２を、それぞれ用いた。ま
た、第１パッシベーション膜１２は、少なくとも超格子
増倍層１７を覆いさえすればよく、第２パッシベーショ
ン膜１６は、第１パッシベーション膜１２と基板とを覆
うものでありさえすればよい。

【０１２１】また、Ｐ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａ
ｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。
Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＺｎＮ
ｉ電極を用いることができる。ただし、オーミックがと
れる電極であればどんなものでも問題ない。Ｎ電極はＡ
ｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板１４とオーミックコンタ
クトしており、等電位とみなしてよく、中心のＰ電極部
分に電界が集中することになる。

【０１２２】また、基板１４は、ＩｎＰ基板１４である
と限定することはない。基板１４は、化合物半導体で形
成されておりさえすればよい。その化合物半導体の一例
として、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素の
Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成された化合物
半導体が挙げられる。

【０１２３】以上実施の形態１から５において述べたよ
うに、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードを備
えた半導体装置を気密封止することなくパッケージを作
製することが可能になる。これは、従来確立されていな
かったことである。これにより、飛躍的な低コスト化が
実現できる。また、メサ型のアバランシェフォトダイオ
ードでは課題とされてきた受光部の結晶材料側面（メサ
エッチ）部の界面準位の制御ができることから特性を安
定化させることができる。さらに、同時に結晶部への水
の浸入が防げることから信頼性も向上させることができ
る。

【０１２４】（実施の形態６）図６は本発明の第６の実
施の形態にかかる半導体装置の断面のＰ電極部を示した
概略図である。化合物半導体、例えばＩｎＰ基板１４の
上にバッファ層、超格子増倍層１７、電界緩和層１８、
光吸収層１９、電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成さ
れ、メサ型（台地状）構造をしている。そして、２層の
パッシベーション膜１２および１６がＩｎＰの半導体基
板１４と接合している。１層のパッシベーション膜１２
がメサエッチ１０とＩｎＰの半導体基板１４と接合して
おり、もう１層のパッシベーション膜１６はそれに接合
して覆いながら半導体装置の端にのびており、端面の手
前で閉じている構造をしている。そして、外側のパッシ
ベーション膜１６上に、ポリイミド膜１３が形成された
構造になっている。

【０１２５】ここで、ポリイミド膜１３が電極１１ａの
高さより上に盛り上がっていることを特徴とする。これ
により、導電物質、例えば導電性接着剤や半田で実装さ
れたときに、それが電極１１ａからこぼれることを防ぐ
ことができる。このため、もしポリイミド膜１３がない
場合、メサ構造の中の超格子増倍層１７、電界緩和層１
８、光吸収層１９には高電界がかかるため、こぼれた導
電物質との間で浮遊容量が発生したり、また、基板１４
のＩｎＰがＮ電極と等電位となるため、基板１４と導電
物質との間で浮遊容量が発生したりする。従って、ポリ
イミド膜１３を電極１１ａより高くしてつけることで、
浮遊容量を防ぐことができ、特性の劣化を抑制すること
ができる。

【０１２６】ところで、このアバランシェフォトダイオ
ード（略してＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向高電圧が印
加され、この高電界によって光吸収層１９で生じた電子
−ホール対が加速されるとともに、格子と衝突し価電子
帯電子を伝導帯へ励起、すなわちイオン化して、新たな
電子−ホール対を生成する。この過程が連続的に生じる
ことによるキャリアの増幅が、アバランシェ増倍であ
る。

【０１２７】ここで、超格子増倍層１７には、ＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用
いることができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝
導帯不連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み
合わせを選んで、超格子増倍層１７を形成する。このよ
うな、超格子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入
るとき、伝導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得す
るので、イオン化率をバルク結晶に比較して大きくする
ことができる。一方、ホールに対しては、価電子帯不連
続を小さく設定しておけば、イオン化率の増加は小さ
く、イオン化率差を大きくすることができる。

【０１２８】光吸収層１９には例えばＩｎＧａＡｓを用
いることができる。なお、光吸収層１９は、ＩｎＧａＡ
ｓに限らず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素
のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成されていても
よい。

【０１２９】また、電界緩和層１８には、ＩｎＰ、Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよ
い。なお、電界緩和層１８は、上述したものに限らず、
II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくとも
いずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【０１３０】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【０１３１】パッシベーション膜１６としてＳｉＯ₂膜
を用いることができるがそれに限定するものではなく、
ＳｉＯ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂などを用い
ることができる。なお、実施の形態６では、請求項５に
記載の保護膜の一例として、パッシベーション膜１２お
よび１６を用いた。しかしながら、パッシベーション膜
は、２層設けるものと限定するものではない。パッシベ
ーション膜１２またはパッシベーション膜１６の一方を
用いてもよい。

【０１３２】また、Ｐ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａ
ｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。
Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＣｒ、ＡｕＺｎＮ
ｉ電極を用いることができる。ただし、オーミックがと
れる電極であればどんなものでも問題ない。Ｎ電極はＡ
ｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板１４とオーミックコンタ
クトしており、等電位とみなしてよく、中心のＰ電極部
分に電界が集中することになる。

【０１３３】また、基板１４は、ＩｎＰ基板１４である
と限定することはない。基板１４は、化合物半導体で形
成されておりさえすればよい。その化合物半導体の一例
として、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素の
Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａ
ｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ
の少なくともいずれかの組み合わせで構成された化合物
半導体が挙げられる。

【０１３４】また、上述した実施の形態６では、請求項
５に記載の耐熱性絶縁部材の一例としてポリイミド膜１
３を用いたが、耐熱性絶縁部材はポリイミド膜１３に限
定するものではない。例えば、耐熱性に優れた絶縁樹脂
であるシリコーン系樹脂やポリテトラフルオロエチレン
（テフロン）、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート、フ
ェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリエステル樹脂、
メラミン・ホルムアルデヒド樹脂なども用いることがで
きる。また、耐熱性に優れるＳｉＯ₂やＳｉＮなども用
いることができる。ただし、これは無機絶縁物であれば
何でも用いることができる。

【０１３５】（実施の形態７）図７（ａ）は本発明の第
７の実施の形態にかかる実装体の製造方法を説明するた
めの図である。半導体装置２１は、半導体基板の上にバ
ッファ層、超格子増倍層、電界緩和層、光吸収層、電極
が形成され、メサ型（台地状）構造をしている。そし
て、パッシベーション膜、ポリイミド膜が形成された構
造になっている。この半導体装置２１を、半田２３を介
して回路基板２２の端子電極上に実装する。半田２３
は、例えばあらかじめ回路基板２２の入出力端子電極上
に形成されていてもよい。

【０１３６】このとき図７（ａ）に示すように、まず半
田２３の溶ける温度（融点）未満で半導体装置２１の端
子電極と回路基板２２の端子電極を接合し、界面の原子
の拡散により接合し導通を得る。この後、封止樹脂２４
を半導体装置２１と回路基板２２の間隙に封入し、封止
樹脂２４を硬化する。この後、この実装体を半田２３の
融点以上に温度をあげて半田２３を融かすことにより接
続を強固にする。

【０１３７】このような製造方法にすることにより、半
田２３がとけることにより位置ずれや半導体装置２１の
電極からのこぼれをふせぐことができ、特に高周波特性
などを劣化させることなく特性を確保することができ
る。

【０１３８】一方、図７（ｂ）に示すように、接続する
とき、最初に半田２３の溶ける温度（融点）以上に温度
を上げてしまうと、溶けた半田２３が電極より濡れ広が
った状態でかたまってしまう。これより、メサ構造の中
の超格子増倍層、電界緩和層、光吸収層には高電界がか
かるため、こぼれた半田２３との間で浮遊容量が発生し
たり、また、半導体装置２１の基板のＩｎＰがＮ電極と
等電位となるため、基板のＩｎＰと半田２３との間で浮
遊容量が発生したりする。

【０１３９】このアバランシェフォトダイオード（略し
てＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向高電圧が印加され、こ
の高電界によって光吸収層で生じた電子−ホール対が加
速されるとともに、格子と衝突し価電子帯電子を伝導帯
へ励起、すなわちイオン化して、新たな電子−ホール対
を生成する。この過程が連続的に生じることによるキャ
リアの増幅が、アバランシェ増倍である。

【０１４０】ここで、超格子増倍層にはＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用いるこ
とができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝導帯不
連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み合わせ
を選んで、超格子増倍層を形成する。このような、超格
子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入るとき、伝
導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得するので、イ
オン化率をバルク結晶に比較して大きくすることができ
る。一方、ホールに対しては、価電子帯不連続を小さく
設定しておけば、イオン化率の増加は小さく、イオン化
率差を大きくすることができる。

【０１４１】光吸収層には例えばＩｎＧａＡｓを用いる
ことができる。なお、光吸収層は、ＩｎＧａＡｓに限ら
ず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ
ｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少な
くともいずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【０１４２】また、電界緩和層には、ＩｎＰ、ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよい。な
お、電界緩和層は、上述したものに限らず、II族元素の
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族
元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれか
の組み合わせで構成されていてもよい。

【０１４３】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【０１４４】パッシベーション膜としてＳｉＯ₂膜を用
いることができるがそれに限定するものではなく、Ｓｉ
Ｏ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＢｅＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ ₂、ＴｈＯ₂などを用いる
ことができる。

【０１４５】また、半導体装置２１のＰ電極の表面には
ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用い
ることができる。Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａｕ
Ｃｒ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。ただ
し、オーミックがとれる電極であればどんなものでも問
題ない。Ｎ電極はＡｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板とオ
ーミックコンタクトしており、等電位とみなしてよく、
中心のＰ電極部分に電界が集中することになる。

【０１４６】また、上述した実施の形態７における半田
２３として、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓ
ｂの少なくとも１つが含まれているものを用いることが
できる。

【０１４７】さらに、上述した実施の形態７における封
止樹脂２４として、エポキシ系樹脂を主成分として含
み、無機物の粒子を有する樹脂を用いることができる。

【０１４８】（実施の形態８）図８は本発明の第８の実
施の形態にかかる実装体の概略図である。半導体装置２
１は、半導体基板の上にバッファ層、超格子増倍層、電
界緩和層、光吸収層、電極が形成され、メサ型（台地
状）構造をしている。そして、パッシベーション膜、ポ
リイミド膜が形成された構造になっている。この半導体
装置２１が接合層２５を介して回路基板２２の端子電極
上に実装される。この後、封止樹脂２４が半導体装置２
１と回路基板２２の間隙に封入され硬化される。接合層
２５には少なくとも導電性接着剤が含まれている。導電
性接着剤のフィラーにはＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ｃ、Ｐｔあるいはこれらを組み合わせたものなど導
電性を有するものならいずれでも用いることができる。

【０１４９】ところで、アバランシェフォトダイオード
は逆バイアス電圧が大きい（２０〜３０Ｖ程度）ため
に、導電性接着剤の使用でマイグレーションの発生が懸
念される。そこで、封止樹脂２４中に含まれる不純物イ
オン濃度、例えばカリウムイオン、ナトリウムイオン、
塩化物イオン、カルシウムイオンの濃度を５ｐｐｍ以下
に抑えることにより、高電界がかかっても、接続部間の
封止樹脂２４の絶縁性をより高めているためにマイグレ
ーションの発生を抑制することができる。

【０１５０】不純物イオンが６ｐｐｍ以上あると封止樹
脂の絶縁性が損なわれたり、突起電極をワイヤボンディ
ング法を用いて半導体装置の端子電極上（Ａｌが主成
分）に形成した場合では、端子電極が突起電極に完全に
覆われることはないので、高温高湿試験（１１０℃、８
５％ＲＨ）やＨＡＳＴ（１１０℃、８５％ＲＨ、ＤＣ
５．５Ｖ）などで端子電極のＡｌが腐食をひきおこし、
接合不良をひきおこした。

【０１５１】そこで、不純物イオン、少なくともナトリ
ウムイオン、塩化物イオン、カリウムイオン、カルシウ
ムイオンの濃度を５ｐｐｍ以下にすることで、端子電極
間の距離が２０μｍで樹脂基板にワイヤボンディング法
を用いて形成された突起電極と導電性接着剤を接合層と
して実装した場合で、ＨＡＳＴ（１１０℃、８５％Ｒ
Ｈ、ＤＣ５．５Ｖ）に投入したところ、端子電極間の絶
縁抵抗が５００時間経過後でも１Ｅ１０Ω以上確保して
いることを確認した。また接合不良も発生していない。
同様に高温高湿試験（１１０℃、８５％ＲＨ）に投入し
た場合でも１０００時間経過後で接合不良が発生せず接
続抵抗も安定していることを確認した。また、不純物イ
オンを５ｐｐｍ以下にすることで、封止樹脂の絶縁性が
高まり導電性接着剤（Ａｇフィラー含有）を用いた場合
でもマイグレーションは発生しなかった。

【０１５２】このアバランシェフォトダイオード（略し
てＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向高電圧が印加され、こ
の高電界によって光吸収層で生じた電子−ホール対が加
速されるとともに、格子と衝突し価電子帯電子を伝導帯
へ励起、すなわちイオン化して、新たな電子−ホール対
を生成する。この過程が連続的に生じることによるキャ
リアの増幅が、アバランシェ増倍である。

【０１５３】ここで、超格子増倍層にはＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用いるこ
とができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝導帯不
連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み合わせ
を選んで、超格子増倍層を形成する。このような、超格
子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入るとき、伝
導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得するので、イ
オン化率をバルク結晶に比較して大きくすることができ
る。一方、ホールに対しては、価電子帯不連続を小さく
設定しておけば、イオン化率の増加は小さく、イオン化
率差を大きくすることができる。

【０１５４】光吸収層には例えばＩｎＧａＡｓを用いる
ことができる。なお、光吸収層は、ＩｎＧａＡｓに限ら
ず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ
ｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少な
くともいずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【０１５５】また、電界緩和層には、ＩｎＰ、ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよい。な
お、電界緩和層は、上述したものに限らず、II族元素の
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族
元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれか
の組み合わせで構成されていてもよい。

【０１５６】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【０１５７】パッシベーション膜としてＳｉＯ₂膜を用
いることができるがそれに限定するものではなく、Ｓｉ
Ｏ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＢｅＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ ₂、ＴｈＯ₂などを用いる
ことができる。

【０１５８】また、半導体装置２１のＰ電極の表面には
ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用い
ることができる。Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａｕ
Ｃｒ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。ただ
し、オーミックがとれる電極であればどんなものでも問
題ない。Ｎ電極はＡｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板とオ
ーミックコンタクトしており、等電位とみなしてよく、
中心のＰ電極部分に電界が集中することになる。

【０１５９】また、上述した実施の形態８では、請求項
２５の導電性接着剤の一例として接合層２５を用いた。

【０１６０】さらに、上述した実施の形態８における封
止樹脂２４として、エポキシ系樹脂を主成分として含
み、無機物の粒子を有する樹脂を用いることができる。

【０１６１】（実施の形態９）図９は本発明の第９の実
施の形態にかかる実装体の概略図である。半導体装置２
１は、半導体基板の上にバッファ層、超格子増倍層、電
界緩和層、光吸収層、電極が形成され、メサ型（台地
状）構造をしている。そして、パッシベーション膜、ポ
リイミド膜が形成された構造になっている。この半導体
装置２１が接合層２５を介して回路基板２２の端子電極
上に実装される。接合層２５には少なくとも導電性接着
剤が含まれている。導電性接着剤のフィラーにはＡｇ、
Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃ、Ｐｔあるいはこれらを組
み合わせたものなど導電性を有するものならいずれでも
用いることができる。この後、封止樹脂２４が半導体装
置２１と回路基板２２の間隙に封入され硬化される。

【０１６２】ところで、アバランシェフォトダイオード
は逆バイアス電圧が大きい（２０〜３０Ｖ程度）ため
に、導電性接着剤の使用でマイグレーションの発生が懸
念される。そこで、表面のＰ電極とＮ電極との接続部の
距離よりも短く、回路基板の配線電極において電界がよ
り大きく生じるところを作製してやることにより、基板
の配線電極間の方が、接続部間よりも近いために、マイ
グレーションがよりおきにくくなり信頼性の寿命がのび
ることが期待できる。図では接続部間の最近接距離をＬ
１、基板の配線電極の最近接距離をＬ２とするとＬ２＜
Ｌ１となっていればよい。

【０１６３】このアバランシェフォトダイオード（略し
てＡＰＤ）のｐｎ接合には逆方向高電圧が印加され、こ
の高電界によって光吸収層で生じた電子−ホール対が加
速されるとともに、格子と衝突し価電子帯電子を伝導帯
へ励起、すなわちイオン化して、新たな電子−ホール対
を生成する。この過程が連続的に生じることによるキャ
リアの増幅が、アバランシェ増倍である。

【０１６４】ここで、超格子増倍層にはＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用いるこ
とができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝導帯不
連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み合わせ
を選んで、超格子増倍層を形成する。このような、超格
子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入るとき、伝
導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得するので、イ
オン化率をバルク結晶に比較して大きくすることができ
る。一方、ホールに対しては、価電子帯不連続を小さく
設定しておけば、イオン化率の増加は小さく、イオン化
率差を大きくすることができる。

【０１６５】光吸収層には例えばＩｎＧａＡｓを用いる
ことができる。なお、光吸収層は、ＩｎＧａＡｓに限ら
ず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ
ｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少な
くともいずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【０１６６】また、電界緩和層には、ＩｎＰ、ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよい。な
お、電界緩和層は、上述したものに限らず、II族元素の
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族
元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれか
の組み合わせで構成されていてもよい。

【０１６７】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【０１６８】パッシベーション膜としてＳｉＯ₂膜を用
いることができるがそれに限定するものではなく、Ｓｉ
Ｏ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＢｅＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ ₂、ＴｈＯ₂などを用いる
ことができる。

【０１６９】また、半導体装置２１のＰ電極の表面には
ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用い
ることができる。Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａｕ
Ｃｒ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。ただ
し、オーミックがとれる電極であればどんなものでも問
題ない。Ｎ電極はＡｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板とオ
ーミックコンタクトしており、等電位とみなしてよく、
中心のＰ電極部分に電界が集中することになる。

【０１７０】また、上述した実施の形態９では、請求項
２８の接続部材の一例として接合層２５を用いた。

【０１７１】さらに、上述した実施の形態９における封
止樹脂２４として、エポキシ系樹脂を主成分として含
み、無機物の粒子を有する樹脂を用いることができる。

【０１７２】（実施の形態１０）図１０は本発明の第１
０の実施の形態にかかる実装体の概略図である。半導体
装置２１は、半導体基板の上にバッファ層、超格子増倍
層、電界緩和層、光吸収層、電極が形成され、メサ型
（台地状）構造をしている。そして、パッシベーション
膜、ポリイミド膜が形成された構造になっている。この
半導体装置２１中には、サージ防止用の保護回路が入っ
ていない。

【０１７３】本実施の形態では回路基板２２の回路中に
保護回路２７を入れている。これにより、半導体装置２
１を静電気・サージから保護することが可能となる。保
護回路２７には例えばダイオードやトランジスタなど、
本来流れるべき方向に電流を流せるような回路であれ
ば、どんなものでも用いることができる。なお、実施の
形態１０では、請求項３０に記載の整流回路の一例とし
て保護回路２７を用いた。

【０１７４】ＡＰＤのｐｎ接合には逆方向高電圧が印加
され、この高電界によって光吸収層で生じた電子−ホー
ル対が加速されるとともに、格子と衝突し価電子帯電子
を伝導帯へ励起、すなわちイオン化して、新たな電子−
ホール対を生成する。この過程が連続的に生じることに
よるキャリアの増幅が、アバランシェ増倍である。

【０１７５】ここで、超格子増倍層にはＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのいずれでも用いるこ
とができる。すなわち、障壁層と井戸層の間の伝導帯不
連続が、価電子帯の不連続より大きい材料の組み合わせ
を選んで、超格子増倍層を形成する。このような、超格
子中を走行する電子が障壁層から井戸層に入るとき、伝
導帯の不連続分だけ運動エネルギーを獲得するので、イ
オン化率をバルク結晶に比較して大きくすることができ
る。一方、ホールに対しては、価電子帯不連続を小さく
設定しておけば、イオン化率の増加は小さく、イオン化
率差を大きくすることができる。

【０１７６】光吸収層には例えばＩｎＧａＡｓを用いる
ことができる。なお、光吸収層は、ＩｎＧａＡｓに限ら
ず、II族元素のＺｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓ
ｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少な
くともいずれかの組み合わせで構成されていてもよい。

【０１７７】また、電界緩和層には、ＩｎＰ、ＩｎＡｌ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどのいずれを用いてもよい。な
お、電界緩和層は、上述したものに限らず、II族元素の
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族
元素のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれか
の組み合わせで構成されていてもよい。

【０１７８】バッファ層には例えばＩｎＰを用いること
ができる。

【０１７９】パッシベーション膜としてＳｉＯ₂膜を用
いることができるがそれに限定するものではなく、Ｓｉ
Ｏ₂以外にＳｉＮＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＢｅＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＺｒＯ ₂、ＴｈＯ₂などを用いる
ことができる。

【０１８０】また、半導体装置２１のＰ電極の表面には
ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＰｔＴｉ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用い
ることができる。Ｎ電極の表面にはＡｕＰｔＴｉ、Ａｕ
Ｃｒ、ＡｕＺｎＮｉ電極を用いることができる。ただ
し、オーミックがとれる電極であればどんなものでも問
題ない。Ｎ電極はＡｕＣｒ電極を介してＩｎＰ基板とオ
ーミックコンタクトしており、等電位とみなしてよく、
中心のＰ電極部分に電界が集中することになる。

【０１８１】また、上述した実施の形態１０では、請求
項３０の導電性接着剤の一例として図１０の接合層２５
を用いた。その接合層２５の導電性接着剤のフィラーに
はＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃ、Ｐｔあるいはこ
れらを組み合わせたものなど導電性を有するものならい
ずれでも用いることができる。

【０１８２】さらに、上述した実施の形態１０を説明す
るための図１０における封止樹脂２４として、エポキシ
系樹脂を主成分として含み、無機物の粒子を有する樹脂
を用いることができる。

【０１８３】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、暗電流が流れにくいメサ型構造のアバラ
ンシェフォトダイオードを備えた半導体装置、およびそ
の製造方法を提供することができる。

【０１８４】また、本発明は、メサ型構造のアバランシ
ェフォトダイオードを備えた半導体装置の、メサ型構造
の頂上部に配置された導電性接着剤や半田等の導電物質
を頂上部からこぼさない半導体装置を提供することがで
きる。

【０１８５】また、本発明は、メサ型構造のアバランシ
ェフォトダイオードを備えた半導体装置を、所定の電極
を有する回路基板のその電極に、半田を介して実装する
さい、メサ型構造の端面に半田を実質上接触させないで
実装体を製造する、実装体の製造方法を提供することが
できる。

【０１８６】また、本発明は、メサ型構造のアバランシ
ェフォトダイオードを有する半導体装置と、所定の電極
を有する回路基板との接続に半田が用いられていない実
装体を提供することができる。

【０１８７】また、本発明は、マイグレーションが発生
する可能性が低い、所定の電極を有する回路基板上に、
メサ型構造のアバランシェフォトダイオードが実装され
た実装体を提供することができる。

【０１８８】さらに、本発明は、静電気・サージの影響
を実質上受けない、メサ型構造のアバランシェフォトダ
イオードを有する半導体装置を備えた実装体を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体装置
の概略図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態における半導体装置
の概略図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態における半導体装置
の製造方法を説明するための図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態における半導体装置
の製造方法を説明するための図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態における半導体装置
の概略図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態における半導体装置
の概略図である。

【図７】本発明の第７の実施の形態における実装体の製
造方法を説明するための図である。

【図８】本発明の第８の実施の形態における実装体の概
略図である。

【図９】本発明の第９の実施の形態における実装体の概
略図である。

【図１０】本発明の第１０の実施の形態における実装体
の概略図である。

【図１１】従来提案されてきたアバランシェフォトダイ
オードを有する半導体装置の断面図である。

【図１２】従来提案されてきたアバランシェフォトダイ
オードを有する半導体装置を示す概略図である。

【図１３】図１２のアバランシェフォトダイオードを有
する半導体装置の特性を示す第１のグラフである。

【図１４】図１２のアバランシェフォトダイオードを有
する半導体装置の特性を示す第２のグラフである。

【図１５】図１２のアバランシェフォトダイオードを有
する半導体装置の特性を示す第３のグラフである。

【図１６】図１２のアバランシェフォトダイオードを有
する半導体装置の特性を示す第４のグラフである。

【図１７】図１２のアバランシェフォトダイオードを有
する半導体装置の特性を示す第５のグラフである。

【図１８】図１２のアバランシェフォトダイオードを有
する半導体装置の特性を示す第６のグラフである。

【図１９】図１２のアバランシェフォトダイオードを有
する半導体装置の特性を示す第７のグラフである。

【符号の説明】

１…ＳｉＯ₂膜中の原子（Ｓｉ原子及び酸素原子） ２…酸素原子 ３…メサエッチにおけるダングリングボンド（未結合の
原子） ４…超格子増倍層中の井戸層（ＩｎＧａＡｓＰ）に相当
する結晶膜 ５…超格子増倍層中の障壁層（ＩｎＡｌＡｓ）に相当す
る結晶膜 ６…超格子増倍層中の井戸層（ＩｎＧａＡｓＰ）の結晶
原子 ７…水素原子 ８…超格子増倍層中の障壁層（ＩｎＡｌＡｓ）の結晶原
子 ９…アニール炉 １０…メサエッチ（結晶材料側面） １１ａ…ＡｕＰｔＴｉ電極 １１ｂ…ＡｕＰｔＴｉ電極（Ｎ電極の場合にはＡｕＣｒ
電極） １１ｃ…ＡｕＺｎＮｉ電極 １２…ＳｉＮ膜 １３…ポリイミド １４…ＩｎＰ基板 １５…メサ型構造 １６…ＳｉＯ₂膜 １７…超格子増倍層 １８…電界緩和層 １９…光吸収層 ２１…半導体装置 ２２…回路基板 ２３…半田 ２４…封止樹脂 ２５…接合層（導電性接着剤を含む） ２６…入出力端子電極 ２７…保護回路部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 芳正 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5F049 MA08 MA09 MB07 NA05 NA07 NB01 PA11 PA18 QA02 QA16 SE05 SZ12 TA01 TA20 WA01

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化合物半導体で形成された基板と、 前記基板の上に配置され、少なくとも超格子増倍層、電
   界緩和層、および光吸収層を有する、メサ型構造のアバ
   ランシェフォトダイオードと、 前記メサ型構造の少なくとも前記超格子増倍層の端面を
   覆う絶縁酸化物の保護膜とを備えたことを特徴とする半
   導体装置。
2. 【請求項２】 前記保護膜は、前記メサ型構造の実質上
   全端面を覆うことを特徴とする請求項１に記載の半導体
   装置。
3. 【請求項３】 化合物半導体で形成された基板と、 前記基板の上に配置され、少なくとも超格子増倍層、電
   界緩和層、および光吸収層を有する、メサ型構造のアバ
   ランシェフォトダイオードと、 前記メサ型構造の端面を覆う第１保護膜と、 前記第１保護膜が前記基板と物理的に接しないように、
   また前記第１保護膜と実質上連続するように、前記基板
   の上に設けられた絶縁酸化物の第２保護膜とを備えたこ
   とを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 化合物半導体で形成された基板と、 前記基板の上に配置され、少なくとも超格子増倍層、電
   界緩和層、および光吸収層を有する、メサ型構造のアバ
   ランシェフォトダイオードと、 前記メサ型構造の少なくとも前記超格子増倍層の端面を
   覆う第１保護膜と、前記第１保護膜の少なくとも端部
   と、前記基板とを覆う絶縁酸化物の第２保護膜とを備え
   たことを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 化合物半導体で形成された基板と、 前記基板の上に配置され、少なくとも超格子増倍層、電
   界緩和層、および光吸収層を有する、メサ型構造のアバ
   ランシェフォトダイオードと、 前記メサ型構造の端面を覆う保護膜と、 前記メサ型構造の頂上部の全部を覆うことなく、かつ前
   記メサ型構造の高さを超えて前記保護膜を覆う耐熱性絶
   縁部材とを備えたことを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 前記耐熱性絶縁部材は、ポリイミドで形
   成された部材であることを特徴とする請求項５に記載の
   半導体装置。
7. 【請求項７】 前記超格子増倍層は、ＩｎＧａＡｓＰ／
   ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、Ｉｎ
   ＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
   ｌＡｓ、およびＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのうちのいずれか
   であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記
   載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記電界緩和層は、II族元素のＺｎ、Ｃ
   ｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、
   Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、
   Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み合わ
   せで構成されていることを特徴とする請求項１から７の
   いずれかに記載の半導体装置。
9. 【請求項９】 前記光吸収層は、II族元素のＺｎ、Ｃ
   ｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、
   Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、
   Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み合わ
   せで構成されていることを特徴とする請求項１から８の
   いずれかに記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記化合物半導体は、II族元素のＺ
    ｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、
    Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素
    のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組
    み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１か
    ら９のいずれかに記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記絶縁酸化物は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ
    ₃、ＴｉＯ₂、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｂａ
    Ｏ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｚｒ
    Ｏ₂、ＴｈＯ₂のいずれかであることを特徴とする請求項
    １から１０のいずれかに記載の半導体装置。
12. 【請求項１２】 化合物半導体で形成された基板の上
    に、超格子増倍層、電界緩和層、および光吸収層を、前
    記電界緩和層が前記超格子増倍層と前記光吸収層とで挟
    まれるように形成する第１工程と、 前記超格子増倍層、前記電界緩和層、および前記光吸収
    層をメサ型にする第２工程と、 少なくとも前記超格子増倍層を形成した後に、水素ガス
    雰囲気中でアニールをする第３工程とを少なくとも備え
    たことを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記第３工程におけるアニールは、３
    ００℃以下で３０分以上行うことを特徴とする請求項１
    ２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 化合物半導体で形成された基板の上
    に、超格子増倍層、電界緩和層、および光吸収層を、前
    記電界緩和層が前記超格子増倍層と前記光吸収層とで挟
    まれるように形成する第１工程と、 前記超格子増倍層、前記電界緩和層、および前記光吸収
    層をメサ型にする第２工程と、 少なくとも前記超格子増倍層の端面に絶縁酸化物の保護
    膜を形成する第３工程と、 前記保護膜を形成した後にアニールをする第４工程とを
    備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第４工程は、窒素ガス雰囲気中ま
    たは水素ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１
    ４に記載の半導体装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記第４工程におけるアニールは、２
    ３０℃以上で３分以上行うことを特徴とする請求項１４
    または１５に記載の半導体装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記絶縁酸化物は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ
    ₃、ＴｉＯ₂、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｂａ
    Ｏ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｚｒ
    Ｏ₂、ＴｈＯ₂のいずれかであることを特徴とする請求項
    １２から１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方
    法。
18. 【請求項１８】 前記超格子増倍層は、ＩｎＧａＡｓＰ
    ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、Ｉ
    ｎＧａＡｌＡｓＰ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
    ＡｌＡｓ、およびＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰのうちのいずれ
    かであることを特徴とする請求項１２から１７のいずれ
    かに記載の半導体装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記電界緩和層は、II族元素のＺｎ、
    Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔ
    ｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素の
    Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み
    合わせで構成されていることを特徴とする請求項１２か
    ら１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記光吸収層は、II族元素のＺｎ、Ｃ
    ｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、
    Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素のＯ、
    Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組み合わ
    せで構成されていることを特徴とする請求項１２から１
    ９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記化合物半導体は、II族元素のＺ
    ｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、III族元素のＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、
    Ｔｌ、Ｖ族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、VI族元素
    のＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏの少なくともいずれかの組
    み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１２
    から２０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
22. 【請求項２２】 少なくとも超格子増倍層、電界緩和
    層、および光吸収層を持ち、メサ型構造のアバランシェ
    フォトダイオードを有する半導体装置を、所定の電極を
    有する回路基板の前記電極に、半田を介して実装して実
    装体を製造する実装体の製造方法であって、 前記半導体装置と前記回路基板の前記電極との間に、前
    記半田を配置し、 前記半田の融点未満の温度で、前記半導体装置と前記回
    路基板の前記電極とを、前記半田を介して接合し、 前記半導体装置と前記回路基板の間隙に封止樹脂を封入
    して硬化し、 前記半田を、その半田の融点以上に温度を上げて溶かす
    ことを特徴とする実装体の製造方法。
23. 【請求項２３】 前記半田は、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂ
    ｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｂの少なくとも１つを含んでいるこ
    とを特徴とする請求項２２に記載の実装体の製造方法。
24. 【請求項２４】 前記封止樹脂は、エポキシ系樹脂を主
    成分として含み、無機物の粒子を有することを特徴とす
    る請求項２２または２３に記載の実装体の製造方法。
25. 【請求項２５】 所定の電極を有する回路基板と、 少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および光吸収層
    を持ち、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードを
    有する半導体装置と、 前記回路基板の前記電極と前記半導体装置との少なくと
    も一部を電気的に接続する導電性接着剤と、 前記半導体装置と前記回路基板の間隙に充填された封止
    樹脂とを備えたことを特徴とする実装体。
26. 【請求項２６】 前記封止樹脂内の不純物イオン濃度は
    ５ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２５に記載
    の実装体。
27. 【請求項２７】 前記不純物イオンは、ナトリウムイオ
    ン、カリウムイオン、塩化物イオン、またはカルシウム
    イオンであることを特徴とする請求項２６に記載の実装
    体。
28. 【請求項２８】 複数の電極を有する回路基板と、 少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および光吸収層
    を持ち、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードを
    有する半導体装置複数個と、 前記回路基板の前記各電極と対応する前記各半導体装置
    とを電気的に接続する接続部材複数個と、 前記半導体装置と前記回路基板の間隙に充填された封止
    樹脂とを備え、 隣り合う前記電極の間隔の少なくとも一部は、前記隣り
    合う前記電極に対応する隣り合う前記接続部材の間隔よ
    りも狭いことを特徴とする実装体。
29. 【請求項２９】 前記接続部材の少なくとも一部は、導
    電性接着剤であることを特徴とする請求項２８に記載の
    実装体。
30. 【請求項３０】 所定の方向の、少なくとも一部に隙間
    を持つ電極を有する回路基板と、 前記方向における前記隙間を橋渡しし、前記方向におい
    て電流を実質上一方にしか流さない整流回路と、 少なくとも超格子増倍層、電界緩和層、および光吸収層
    を持ち、メサ型構造のアバランシェフォトダイオードを
    有する半導体装置と、 前記回路基板の前記電極と前記半導体装置との少なくと
    も一部を電気的に接続する導電性接着剤と、 前記半導体装置と前記回路基板の間隙に充填された封止
    樹脂とを備えたことを特徴とする実装体。
31. 【請求項３１】 前記導電性接着剤の導電性フィラー
    は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、またはＰｔで
    あることを特徴とする請求項２５から３０のいずれかに
    記載の実装体。
32. 【請求項３２】 前記封止樹脂は、エポキシ系樹脂を主
    成分として含み、無機物の粒子を有することを特徴とす
    る請求項２５から３１のいずれかに記載の実装体。