JP2004241681A - 半導体受光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低バイアス電圧に対応できる十分な光−電気変換の効率を持ち、戻り光対策が施された半導体受光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】低バイアス電圧で全層を空乏化できる程度にＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を薄くすると共に、電気的に並列接続された２個のフォトダイオード２ａ、２ｂをＩｎＰ基板１１表面に設け、更にこのＩｎＰ基板１１裏面に入射光３０ｂをこれと異なる方向に反射させる反射手段２０（傾斜面２１及び反射膜２２）を設け、第１のフォトダイオード２ａにより入射光３０ａの大部分を吸収し、且つこの第１のフォトダイオード２ａを透過した入射光３０ｂを反射手段２０で反射させ、この反射光３０ｃを第２のフォトダイオード２ｂで吸収させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる半導体受光装置に関し、特に低バイアス電圧で効率よく光を受信できる半導体受光装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に用いられる光受信装置は、光ファイバを通して送信されてきた光信号を電気信号に変換する装置であり、例えば、図６に模式的に示す回路の如く、フォトダイオードからなる半導体受光装置１０１及びこの半導体受光装置１０１からの微弱な電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、あるいはリミティングアンプ（ＬＡ）を含んだＴＩＡＬＡ等の高周波ＩＣ１０２から構成されている。
【０００３】
この種の光受信装置１００に使用される半導体受光装置は、従来、一般に図７に示すような構造になっている。例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ半導体受光装置１０１は、ｎ型ＩｎＰ基板１１１の上にＩｎＰバッファ層１１２、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１１３、及びｎ型ＩｎＰ窓層１１４が積層形成されている。そして、このｎ型ＩｎＰ窓層１１４の受光部となる領域にＺｎ等のｐ型ドーパントを選択的に拡散することによりｐ型領域１１５が形成されている。また、ｐ型領域１１５を含むｎ型ＩｎＰ窓層１１４上に反射防止と保護を兼ねたＳｉＮ等からなる反射防止／保護膜１１６が形成され、ｐ型ＩｎＰ層１１５の表面周辺部に、リング状のｐ側電極１１７が形成されている。また、ｎ型ＩｎＰ基板１１１の裏面には、ｎ側電極１２０が形成されている。
【０００４】
そして、この半導体受光装置１０１においては、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１１３とｐ型領域１１５とのｐｎ接合に逆バイアス電圧が印加されたとき、入射した光信号は、後述の空乏領域１１９で吸収されて、電子とホールに分離され、電界によりドリフトして光電流として検出されるメカニズムのため、空乏領域１１９の厚さが光吸収の量、すなわち光−電気変換効率に影響を及ぼす。
【０００５】
なお、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１１３の不純物濃度が一定の場合、空乏領域１１９の厚さは、フォトダイオードにかかる逆バイアス電圧によって決まり、詳しくは逆方向電圧の１／２乗に比例して大きくなることが知られている。そのため、入射した光を吸収して効率よく電気に変換できるようにｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１１３は厚さ方向に全て空乏領域１１９化される厚さに形成されている。
【０００６】
近年、光通信においては、更なる通信容量の増大が要求される一方で、光受信装置においては、最近開発された３．３Ｖの低バイアス電圧で動作可能な低電力高周波ＩＣが使われ始めている。しかしながら、半導体受光装置としては５Ｖ系の電源電圧に対応するものしか得られていない。
【０００７】
そのため、図６に示すように、現在、光受信装置１００においては、半導体受光装置１０１には、例えば、＋５．２Ｖの電源Ｖ２が使用され、高周波ＩＣ１０２には＋３．３Ｖの電源Ｖ３が使用されている。ここで、高周波ＩＣ１０２の入力部の電位は＋１．７Ｖで、半導体受光装置１０１のｐｎ接合にかかるバイアス電圧は、この１．７Ｖを差し引いて３．５Ｖとなる。従って、従来、半導体受光装置１０１は、十分な光−電気変換効率を有するに必要な厚みの空乏領域の形成が可能である。
【０００８】
ところで、上述した低電源電圧３．３Ｖの単一電源で動作する光受信装置の要求を満足させるためには、高周波ＩＣ１０２の入力部の電位は＋１．７Ｖで、電源Ｖ２は＋３．３Ｖであることから、半導体受光装置１０１のｐｎ接合に印加されるバイアス電圧は１．６Ｖとなる。
【０００９】
従って、上記従来の半導体受光装置１０１のｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１１３を薄くして厚み方向全体に空乏領域１１９が形成されるようにした場合は、十分な光−電気変換効率に必要な空乏領域１１９の厚みが得られず、光−電気変換効率が低下するという問題がある。
【００１０】
一方、光−電気変換効率を改善する提案が、過去、多く報告されている。例えば、半導体基板の上に、そのバンドギャップより小さなバンドギャップを持った光吸収層を含む半導体層を多層構造に形成し、且つこの光吸収層中の受光領域の下の半導体基板に曲率を持った曲面を施し、光吸収層を透過した光を曲面で反射させて、同一の光吸収層で再吸収させるようにした半導体受光素子がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
しかしながら、受光素子の受光面に対して、正対する位置に反射面があるために、反射した光が入射光に対して逆に進むことになり、その一部は戻り光となって、ノイズ等の通信品質の悪化を招くことは避けられないという問題がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−７３５７６号公報（第２頁、第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の半導体受光装置においては、低バイアス電圧化すると光−電気変換効率が悪化するという問題がある。一方、特許文献１の半導体受光装置では、戻り光対策が採られていないために、ノイズ等の通信品質の悪化を招くという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、低バイアス電圧に対応できる十分な光−電気変換効率を有し、且つ戻り光対策が施された半導体受光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体受光装置は、半導体基板の第１主面に形成された第１及び第２の受光部と、前記半導体基板の前記第１主面と相対向する第２主面に形成され、前記第１の受光部に入射され、且つ当該第１の受光部を透過した入射光を前記第２の受光部に入射させるように反射させる反射手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の半導体受光装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板の第１主面上に、少なくとも、入射光を吸収する第１導電型の第１の半導体層及び入射光に透明な第１導電型の第２の半導体層を積層形成する工程と、この第２の半導体層に前記第１の半導体層に達するように、それぞれ第２導電型の第３及び第４の半導体層を形成する工程と、この第３及び第４の半導体層上にそれぞれ第１及び第２の電極を形成すると共に、この両電極を互いに電気的接続する工程と、前記半導体基板の前記第１主面と相対向する第２主面に、前記第３の半導体層に入射されて前記第２主面に達する入射光を前記第４の半導体層に入射するように反射させる反射手段を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、低バイアス電圧において十分な光−電気変換の効率を持ち、且つ戻り光対策が施された半導体受光装置及びその製造方法を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光装置を図１及び図２を参照して説明する。図１はその半導体受光装置を模式的に示す断面図、図２はその半導体受光装置を用いた光受信装置の回路である。なお、実際の入射光は断面が円形で中心に強度の大きな分布を持っているが、図１では、代表として、その中心の光を進行方向に矢印を付けて示し、個々の層間での屈折等の詳細は省略している。また、ｐｎ接合深さに対して実際のｎ型ＩｎＰ基板１１の厚さは２桁位大きいので、ｎ型ＩｎＰ基板１１の途中を波線で示して省略してある。
【００２０】
図１に示すように、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ半導体受光装置１は、第１導電型のｎ型ＩｎＰ基板１１の第１主面、例えば表面上にＩｎＰバッファ層１２、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層（第１の半導体層）１３、及びｎ型ＩｎＰ窓層（第２の半導体層）１４が順次積層形成されている。ここでは、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３は、１．６Ｖで厚さ方向全体に空乏領域が形成されるように２．０μｍの厚さに形成されている。
【００２１】
そして、このｎ型ＩｎＰ窓層１４の離間した所定領域にＺｎ等のｐ型ドーパントを選択的に拡散することにより、第２導電型の第１のｐ型領域（第３の半導体層）１５ａ及び第２のｐ型領域（第４の半導体層）１５ｂが形成されている。ここでは、第２のｐ型領域１５ｂは、後述する反射光を効率良く吸収させるために、第１のｐ型領域１５ａより大きく形成しているが、同じ大きさに形成してもよい。そして、この第１のｐ型領域１５ａとｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３及び第２のｐ型領域１５ｂとｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３とで、それぞれ、第１の受光部、即ち第１のフォトダイオード２ａ及び第２の受光部、即ち第２のフォトダイオード２ｂが構成されている。
【００２２】
また、これら第１のＰ型領域１５ａ及び第２のｐ型領域１５ｂを含むｎ型ＩｎＰ窓層１４上に反射防止膜と保護膜とを兼ねたＳｉＮ等からなる反射防止／保護膜１６が形成されている。
【００２３】
また、第１のｐ型領域１５ａの表面周辺部には、反射防止／保護膜１６に設けたリング状の開口を介して第１のｐ側電極１７ａが形成され、また、第２のｐ型領域１５ｂの表面部には、反射防止／保護膜１６に設けた円形状の開口を介して第２のｐ側電極１７ｂが形成されており、この第１及び第２のｐ側電極１７ａ、１７ｂは、反射防止／保護膜１６上に設けた配線層１７ｃにより電気的に接続されている。
【００２４】
そして、ｎ型ＩｎＰ基板１１の第１主面と相対向する第２主面、例えば、裏面の周辺部には、円形の開口を有する第３の電極、例えばｎ側電極２３が形成されている。また、ｎ型ＩｎＰ基板１１裏面の中央部には、第１のフォトダイオード１５ａにある角度を持って入射される入射光３０ａのうち、第１のフォトダイオード１５ａを透過してきた入射光３０ｂをこの入射光３０ｂと異なる方向で、且つｎ型ＩｎＰ基板１１表面方向に反射させて、この反射光３０ｃを、第２のフォトダイオード１５ｂに入射させるようにするための反射手段２０を設けている。この反射手段２０は、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面に設けられた傾斜面２１とこの傾斜面２１に設けられた導電性の反射膜２２とで構成されている。
【００２５】
ここでは、傾斜面２１は、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面全面に設けられ、反射膜２２は、入射光３０ｂが到達する裏面中央部分及びｎ側電極２３上に設けられている。
【００２６】
次に、この半導体受光装置１の動作について説明する。なお、半導体受光装置１は、３．３Ｖの電源電圧に接続され、ｐｎ接合には１．６Ｖのバイアス電圧が印加され、空乏領域ができているものとする。
【００２７】
この状態で、例えば、コア径１０μｍあるいはそれ以下の径の光ファイバー（図示略）で伝送された光は、反射防止／保護膜１６等で反射する戻り光（図示略）が光ファイバーに戻るのを避けるために、反射防止／保護膜１６に垂直な方向から一定の角度ずらして、入射光３０ａに沿って反射防止／保護膜１６から入射させる。
【００２８】
この入射光３０ａは、ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓの屈折率が３．５前後あるため、入射面に対して垂線に近い側に屈折して入射光３０ｂに沿って進み、入射光量の多くは、第１のフォトダイオード２ａのｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３の第１の空乏領域１９ａで吸収されるが、この第１の空乏領域１９ａを透過した一部の入射光３０ｂは、ＩｎＰバッファ層１２及びｎ型ＩｎＰ基板１１の中を吸収されずに透過し、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面方向に進む。
【００２９】
この透過した入射光３０ｂは、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面の反射膜２２で反射され、入射光３０ｂと異なる方向で、且つｎ型ＩｎＰ基板１１の表面方向に向う反射光３０ｃに向きを変更される。そして、反射光３０ｃは、第２のフォトダイオード２ｂのｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３の第２の空乏領域１９ｂに到達して吸収される。
【００３０】
次に、上記構造の半導体受光装置の製造方法について図３及び図４を用いて説明する。図３は半導体受光装置の製造工程を模式的に示す断面図、図４は半導体受光装置裏面に傾斜角を形成する方法を概念的に示す断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板であるｎ型ＩｎＰ基板１１を、例えばＭＯＣＶＤ装置内に載置し、その表面にｎ型ＩｎＰバッファ層１２を約５μｍの厚さに成長させ、次に、不純物濃度が２Ｅ１５ｃｍ−３以下で格子整合されたｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を２μｍの厚さに成長させた後、不純物濃度が１Ｅ１６ｃｍ−３より低いｎ型ＩｎＰ窓層１４を約１μｍの厚さに順次成長させる。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置から成長済みのｎ型ＩｎＰ基板１１を取り出して、第１のフォトダイオード２ａ及び第２のフォトダイオード２ｂを形成するための所定領域以外のｎ型ＩｎＰ窓層１４の表面部をマスクして、例えば周知の熱拡散法によりｐ型ドーパントであるＺｎをｎ型ＩｎＰ窓層１４表面から選択的に拡散して、第１のｐ型領域１５ａ及び第２のｐ型領域１５ｂをそれぞれ形成する。この第１のｐ型領域１５ａ及び第２のｐ型領域１５ｂの拡散は、ｐｎ接合面がｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３に到達した直後で止まるように行う。また、第２のｐ型領域１５ｂは、第１のｐ型領域１５ａより大きく形成している。
【００３３】
このようにして、この第１のｐ型領域１５ａとｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３及び第２のｐ型領域１５ｂとｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３とで、それぞれ第１のフォトダイオード２ａ及び第２のフォトダイオード２ｂを形成する。
【００３４】
その後、周知のＣＶＤ法等により、例えば、ＳｉＮからなる反射防止／保護膜１６を第１のｐ型領域１５ａ及び第２のｐ型領域１５ｂを含むｎ型ＩｎＰ窓層１４表面に堆積した後、反射防止膜／保護膜１６に開口を設け、例えばＡｕを主とする導電性膜を蒸着法またはスパッタ法等で堆積し、導電性膜をパターニングして、第１のｐ型領域１５ａ及び第２のｐ型領域１５ｂ上に、第１のｐ側電極１７ａ及び第２のｐ側電極１７ｂをそれぞれ形成する。
【００３５】
この第１のｐ側電極１７ａは、径４０μｍの反射防止／保護膜１６の回りにｐ型ＩｎＰに接触するようにリング状に形成する。一方、第２のｐ側電極１７ｂは、外径５０μｍの円形に反射防止／保護膜１６を開口して形成する。これらの第１のｐ側電極１７ａ及び第２のｐ側電極１７ｂは、これと同時に形成された反射防止／保護膜１６上の導電性膜からなる配線層１７ｃで互いに電気的に接続する。
【００３６】
そして、図３（ｃ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面を研磨等で傾斜面２１に形成する。この傾斜面２１の形成は、例えば図４（ａ）に示すような所定の角度の傾斜部２６を有する角度治具２５を利用する。図４（ａ）の破線部を拡大して示した図４（ｂ）に示すように、角度治具２５の傾斜部２６に、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１１を予め薄くした後、劈開あるいはダイシング等により細長いバー状に分離したバー３の表面側を貼着して、その角度治具２５の上面を水平に維持した状態で、バーの裏面２７を通常の研磨、あるいはＣＭＰ（化学的機械研磨）等で研磨することにより、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面を傾斜面２１に形成する。この傾斜面２１は、研磨後、最終的には鏡面に仕上げる。
【００３７】
そして、反射面として使用するｎ型ＩｎＰ基板１１裏面の中央部分に、例えばＳｉＯ２等からなるマスクを形成し、このマスクを含むｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面全面にＡｕを主とした多層の金属を蒸着法等で堆積させた後、例えば、リフトオフ法によりＳｉＯ２部分を沸酸等で除去すると共に、ＳｉＯ２部分上の堆積金属を除去した後、堆積金属をシンターしてｎ型ＩｎＰ基板１１裏面の周辺部分に円形の開口を有するリング状のｎ側電極２３を形成する。
【００３８】
その後、ｎ側電極２３で囲まれた反射面となる中央部分を含むｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面全面にＡｕまたはＡｕを含む多層の金属を蒸着あるいはスパッタ法等で堆積して、中央部分に反射膜２２を形成する。なお、周辺部分のｎ側電極２３上の反射膜２２はｎ側電極２３として機能する。
【００３９】
なお、反射膜２２及びｎ側電極２３を、ＡｕまたはＡｕを含む多層の同一の金属を用いて、同一工程の蒸着あるいはスパッタ法等で堆積して作ることができる。この方法は、工程が簡略化される反面、反射率の低下が起こる可能性があり、要求特性に合わせて使い分けることが望ましい。
【００４０】
上述した第１の実施形態の半導体受光装置によれば、低バイアス電圧で全層を空乏化できる程度にｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を薄くすると共に、電気的に並列接続された２個のフォトダイオード２ａ、２ｂをｎ型ＩｎＰ基板１１表面に設け、更にｎ型ＩｎＰ基板１１裏面に入射光をこれと異なる方向に反射させる反射手段２０を設け、第１のフォトダイオード２ａにより入射光３０ａの大部分を吸収し、且つこの第１のフォトダイオード２ａを透過した入射光３０ｂを反射手段２０で反射させ、この反射光３０ｃを第２のフォトダイオード２ｂで吸収するようにしている。従って、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３が低バイアス電圧で完全空乏化するような薄さであっても、十分な光−電気変換効率を得ることができる。
【００４１】
これについて次の実験により確認した。即ち、本実施の形態の半導体受光装置１に１．６Ｖのバイアス電圧を印加して光電流を測定した。その結果、この光電流は、３．５Ｖのバイアス電圧を印加した従来の半導体受光装置１０１の光電流と比較して遜色ないことを確認できた。これは、入射光３０ａが第１のフォトダイオード２ａに与えられ、且つ第１のフォトダイオード２ａを透過した入射光３０ｂの一部が、反射して反射光３０ｃとなり第２のフォトダイオード２ｂに与えられるため、第１のフォトダイオード２ａの第１の空乏領域１９ａと第２のフォトダイオード２ｂの第２の空乏領域１９ｂの合計の厚さ約４μｍとなり、従来の空乏領域の厚さ３μｍに比べて約１．３倍となる。
【００４２】
従って、本来であれば光吸収の能力が増加するはずであるが、光が半導体受光装置１内を通過、あるいは反射するときに損失が生じて、結果的に同等な光電流になったものと考えられる。つまり、本実施の形態の半導体受光装置１では、低バイアス電圧で十分機能する特性を確保でき、高周波ＩＣと同じ３．３Ｖの単一電源で動作できることが確認できた。
【００４３】
また、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面に到達した入射光３０ｂは、反射手段２０により入射光路と異なる光路に反射されるために、戻り光として光ファイバーに戻って通信品質を悪化させることはない。
【００４４】
更に、半導体受光装置１は、光受信装置への実装に際して、マウント用台座（図示略）にマウントされるが、マウント用台座における半導体受光装置の載置面を、半導体受光装置の裏面の傾斜面と同じ角度を有する傾斜面にすることにより、半導体受光装置表面を従来の半導体受光装置と同じく水平にし、所定の角度で光が入射するようにしている。そのために、半導体受光装置の表面等からの戻り光に関しては、従来と同様に全く問題ないことを確認した。
【００４５】
また、半導体受光装置の受光径、マウント形状等は従来の半導体受光装置と同様であるため、光ファイバと半導体受光装置との光結合が難しくなる等の使用上の不都合はなく、従来の半導体受光装置を置き換えて使用することができる。
【００４６】
更に、光ファイバからの光を半導体受光装置１に入射させる結合に関しても、従来の半導体受光装置と全く同じ形態のため、使用上不都合な点がないことを確認できた。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体受光装置を図５を参照して説明する。図５（ａ）は半導体受光装置の外形形態を模式的に示す断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の半導体受光装置において破線で囲まれた部分Ａを拡大して示している。なお、図５において、第１の実施の形態と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態の半導体受光装置４が第１の実施の形態と異なる点は、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面の傾斜面２１において、反射に寄与する部分の形状を入射光に対して凹面鏡４２にした点、及び、第２のｐ型領域１５ｃを第１のｐ型領域１５ａと同じ大きさに形成した点である。
【００４９】
すなわち、入射光３０ｂの光路と交差するｎ型ＩｎＰ基板１１の傾斜面２１部分に外方に突出して所定の曲率を有する凸部を形成することにより、入射光３０ｂに対する凹面鏡４２を形成し、その凸部表面に反射膜２２を形成している。
【００５０】
反射面を入射光に対して凹面にした理由は、入射してきた光が広がる場合を想定して、反射光を第２のフォトダイオード２ｂにおけるｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３の第２の空乏領域１９ｃに集光させるためである。
【００５１】
第１の実施の形態では、第２のフォトダイオード２ｂにおける第２の空乏領域１９ｂを大きくするために、第２のｐｎ接合面積を大きくして、反射光を効率よく吸収するようにしているが、本実施の形態では、この反射面の集光効果によって、反射光を吸収する側のｐｎ接合面積を大きくする必要がなくなる。従って、ｐｎ接合面積を小さくでき、接合容量を小さくできるため、より高速な受信特性を得ることができる。
【００５２】
次に、本実施の形態の半導体受光装置の製造方法を説明するが、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面を研磨して所定の角度を有する傾斜面２１に形成する工程までは第１の実施の形態と同じである。
【００５３】
次に、この傾斜面２１に、フォトレジスト等を塗布して反射面にすべき中央部分に反射曲面と同様な曲率を持ったレンズ状凸面を有するレジストパターンを形成した後、例えばイオンミリング法で不活性ガスのイオンを衝突させて、衝突したｎ型ＩｎＰ基板１１の構成原子をたたき出して、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面表面をフォトレジスト形状に近い凸曲面をしたレンズ状に整形する。
【００５４】
イオンミリングされた表面は薬液でエッチングして平滑な面に仕上げる。また、レンズ状の凸曲面形成は、フォトレジスト等のマスクを利用して、Ｂｒ等を含んだ薬液を使用したエッチング法で行ってもよい。
【００５５】
この後の反射膜２２およびｎ側電極２３の形成工程は、第１の実施の形態の工程と同様である。なお、反射膜とｎ側電極とを同時に形成すると、工程は簡略化されるが光の反射率が下がる傾向にあるので、要求される特性に合わせて、反射膜とｎ側電極とを別工程とするか、同時形成するかを使い分けることが望ましい。
【００５６】
また、本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、半導体受光装置４の受光部を片側に寄せた配置とし、且つ受光に関与するｎ型ＩｎＰ基板１１裏面の一部だけに傾斜面２１及び凹面鏡４２を設け、裏面の他の部分は、半導体受光装置４の第１主面に平行な面を形成して、この平面部２４をマウント台座に接着固定することにより、安定なマウントを実現している。
【００５７】
しかし、この形態にこだわる必要はなく、裏面を全て傾斜面として、マウント台座にレンズ部分の凸部を吸収するような凹部加工を施しても、半導体受光装置４とマウント台座の間にリング状の中間物を設置しても、また、凸部をなくす程度に裏面金属を厚くして実質的に平面化しても安定なマウントを実現できる。
【００５８】
上述したように、本実施の形態の半導体受光装置によれば、第１のフォトダイオード２ａにより入射光の大部分を吸収し、且つこの第１のフォトダイオード２ａを透過した入射光を反射手段２０で反射させ、この反射光を第２のフォトダイオード２ｃで吸収するようにしているために、低バイアス電圧においても十分な光−電気変換効率を有する。
【００５９】
また、反射手段２０における反射面を入射光に対して凹面に形成しており、反射光が広がらないようにしているために、第２のフォトダイオード２ｃのｐｎ接合面積、つまり接合容量を小さくできるので、より高速な受信特性を得ることができる。
【００６０】
更に、傾斜面２１を持った裏面で反射した光は、入射光の光路に戻ることはないので、戻り光によるノイズ等の通信品質の低下を引き起こすことはない。
【００６１】
また、フォトダイオードの受光径、マウント形状等については従来の半導体受光装置と同じであり、使用上の不都合がなく、従来の半導体受光装置に置き換えて使用することができる。
【００６２】
本発明は、上述した第１及び第２の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々、変形して実施することができる。
【００６３】
例えば、第１及び第２のフォトダイオードのｐｎ接合を互いに分離独立して形成したが、両者の隣接する側のｐｎ接合部分を重なりを持って接触させることにより、ｐｎ接合を共通化させても差し支えない。この場合には、ｐｎ接合面積の増加による必要以上の接合容量の増加を生じさせないように両ｐｎ接合の重ね方を工夫すればよい。
【００６４】
また、ｎ型ＩｎＰ基板裏面全体を傾斜面とする場合と、ｎ型ＩｎＰ基板裏面の一部を傾斜面とする場合を例示したが、半導体受光装置の実装状況等を考慮して適宜選択すればよい。
【００６５】
また、反射膜としてＡｕを主とする金属膜を用いたが、反射率の高い他の金属あるいはそれらの金属を組合せて使用してもよい。また、誘電体膜の組合せ、または誘電体膜と金属膜との組合せによって形成しても差し支えない。
【００６６】
本実施の形態では、光通信用の１．５５μｍ帯の波長の光を想定した例を示したが、波長の短い１．３μｍ帯、あるいは、近距離の通信に利用される１μｍ以下の波長に対する半導体受光装置においても、本実施の形態の半導体受光装置の考え方を適用できることは言うまでもない。また、本発明をアバランシェ・フォトダイオードに適用しても、光−電気変換効率向上や戻り光対策等の効果が得られることは言うまでもない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、低バイアス電圧に対応できる十分な光−電気変換効率を持ち、且つ戻り光対策が施された半導体受光装置及びその製造方法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の実施の形態に係る半導体受光装置を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光装置を組み込んだ光受信装置の回路図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】半導体受光装置裏面に傾斜面を形成する方法を概念的に説明するための図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体受光装置を模式的に示す断面図。
【図６】従来の半導体受光装置を組み込んだ光受信装置の回路図。
【図７】従来の半導体受光装置を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１、４、１０１ 半導体受光装置
２ａ 第１のフォトダイオード
２ｂ、２ｃ 第２のフォトダイオード
３ バー
１１、１１１ ｎ型ＩｎＰ基板
１２、１１２ ＩｎＰバッファ層
１３、１１３ ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１４、１１４ ｎ型ＩｎＰ窓層
１５ａ 第１のｐ型領域
１５ｂ、１５ｃ 第２のｐ型領域
１６、１１６ 反射防止／保護膜
１７ａ 第１のｐ側電極
１７ｂ 第２のｐ側電極
１７ｃ 配線層
１９ａ 第１の空乏領域
１９ｂ、１９ｃ 第２の空乏領域
２０ 反射手段
２１ 傾斜面
２２ 反射膜
２３、１２０ ｎ側電極
２４ 平面部
２５ 角度治具
２６ 傾斜部
２７ バーの裏面
３０ａ、３０ｂ 入射光
３０ｃ 反射光
４２ 凹面鏡
５０、１０２ 高周波ＩＣ
５１、１００ 光受信装置
１１５ ｐ型領域
１１７ ｐ側電極
１１９ 空乏領域
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３ 電源

Claims (17)

1. 半導体基板の第１主面に形成された第１及び第２の受光部と、
   前記半導体基板の第１主面と相対向する第２主面に形成され、前記第１の受光部に入射され、且つ当該第１の受光部を透過した入射光を前記第２の受光部に入射させるように反射させる反射手段と、
   を有することを特徴とする半導体受光装置。
2. 前記受光部は、ｐｎ接合を有することを特徴とする請求項１記載の半導体受光装置。
3. 前記第１の受光部のｐｎ接合と第２の受光部のｐｎ接合は、互に独立していることを特徴とする請求項２記載の半導体受光装置。
4. 前記第１の受光部のｐｎ接合と第２の受光部のｐｎ接合は、共通であることを特徴とする請求項２記載の半導体受光装置。
5. 前記第１の受光部と前記第２の受光部とが並列接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体受光装置。
6. 前記反射手段は、第２主面に形成した傾斜面とこの傾斜面に形成された反射膜とを有することを特徴とする請求項１記載の半導体受光装置。
7. 前記反射膜は、前記第２主面に形成される電極を兼ねていることを特徴とする請求項６記載の半導体受光装置。
8. 前記反射膜は、金属膜、誘電体膜または金属膜及び誘電体膜の積層からなることを特徴とする請求項６記載の半導体受光装置。
9. 前記反射手段は、第２主面に形成された傾斜面とこの傾斜面に形成された凸面とを有することを特徴とする請求項１記載の半導体受光装置。
10. 第１導電型の半導体基板の第１主面に形成された第１導電型の第１の半導体層と、
    この第１の半導体層上に形成された第１導電型の第２の半導体層と、
    前記半導体基板の前記第１主面と相対向する第２主面に形成され、前記第２の半導体層に入射して前記第２主面に達する入射光を当該入射光と異なる方向で、且つ前記第１主面方向に反射させて反射光を形成するための反射手段と、
    前記入射光及び前記反射光の光路上の前記第２の半導体層領域にそれぞれ前記第１の半導体層に達するように形成された第２の導電型の第３及び第４の半導体層と、
    この第３及び第４の半導体層上にそれぞれ形成され、且つ互いに電気的接続された第１及び第２の電極と、
    前記半導体基板の前記第２の主面に形成された第３の電極と、
    を有することを特徴とする半導体受光装置。
11. 前記第３の半導体層と第４の半導体層は、互に独立していることを特徴とする請求項１０記載の半導体受光装置。
12. 前記第３の半導体層と第４の半導体層は、共通であることを特徴とする請求項１０記載の半導体受光装置。
13. 前記反射手段は、第２主面に形成した傾斜面とこの傾斜面に形成された反射膜とを有することを特徴とする請求項１０記載の半導体受光装置。
14. 前記反射手段は、第２主面に形成された傾斜面とこの傾斜面に形成された凸面とを有することを特徴とする請求項１０記載の半導体受光装置。
15. 第１導電型の半導体基板の第１主面上に、少なくとも、入射光を吸収する第１導電型の第１の半導体層及び入射光に透明な第１導電型の第２の半導体層を積層形成する工程と、
    この第２の半導体層に前記第１の半導体層に達するように、それぞれ第２導電型の第３及び第４の半導体層を形成する工程と、
    この第３及び第４の半導体層上にそれぞれ第１及び第２の電極を形成すると共に、この両電極を互いに電気的接続する工程と、
    前記半導体基板の前記第１主面と相対向する第２主面に、前期第３の半導体層に入射されて前記第２主面に達する入射光を前記第４の半導体層に入射するように反射させる反射手段を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体受光装置の製造方法。
16. 前記反射手段は、第２主面に形成した傾斜面とこの傾斜面に形成された反射膜とを有することを特徴とする請求項１５記載の半導体受光装置の製造方法。
17. 前記反射手段は、第２主面に形成された傾斜面とこの傾斜面に形成された凸面とを有することを特徴とする請求項１５記載の半導体受光装置の製造方法。

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