JP2005129776A - Semiconductor light receiving element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体受光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light receiving element.
半導体受光素子、特に高速動作が要求される半導体受光素子では、素子容量を低減することが重要となる。例えば、中長距離光通信用の半導体受光素子では、数GHzから10GHz、更には40GHz以上の高速動作が要求されている。このため、寄生容量を低減するための素子構造として、半絶縁性基板上に積層された半導体層によりメサ状の受光部とパッド電極形成部をそれぞれ形成して、受光部の表面上に受光領域と一方の電極を形成し、パッド電極形成部の表面上に他方の電極を形成し、受光部と他方の電極とを配線で電気的に接続するものが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。上記半導体層は、半絶縁性基板側からn型の高濃度キャリア層(バッファ層)、n型の光吸収層及びn型のキャップ層が積層されることにより構成され、少なくともキャップ層にp型の受光領域が形成されている。
しかしながら、上述した特許文献1〜3に記載された半導体受光素子においては、受光部に形成された一方の電極はキャップ層に接続されているので、キャップ層から高濃度キャリア層までの間に電気抵抗成分が存在することとなり、直列抵抗が大きくなってしまう。この直列抵抗の増加は、応答特性の高速化を阻害する要因となる。
However, in the semiconductor light-receiving elements described in
ところで、上述した構成の半導体受光素子を外部基板に実装する場合、応答特性の高速化の要請から、配線抵抗が大きいワイヤボンディングではなく、バンプボンディングを採用することになる。この場合、受光部に形成された一方の電極にバンプ電極を配置することになるが、電極が受光領域に近い位置にあると、光の入射角度によっては受光領域がバンプ電極の影となり、適切な光検出を行えなくなる。一方、電極が受光領域から遠い位置にあると、受光領域がバンプ電極の影になってしまうのを防ぐことができるものの、配線長が長くなることで配線抵抗が大きくなってしまう。この結果、応答特性の高速化を阻害してしまう。 By the way, when the semiconductor light-receiving element having the above-described configuration is mounted on an external substrate, bump bonding is adopted instead of wire bonding having a high wiring resistance because of a demand for speeding up of response characteristics. In this case, a bump electrode is placed on one of the electrodes formed in the light receiving part. However, if the electrode is close to the light receiving area, the light receiving area may become a shadow of the bump electrode depending on the incident angle of light. Light detection cannot be performed. On the other hand, if the electrode is at a position far from the light receiving region, the light receiving region can be prevented from being shaded by the bump electrode, but the wiring resistance is increased by increasing the wiring length. As a result, speeding up of response characteristics is hindered.
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、高速応答特性に優れ、光検出を適切に行うことが可能な半導体受光素子を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light-receiving element that is excellent in high-speed response characteristics and can perform light detection appropriately.
本発明に係る半導体受光素子は、半絶縁性基板上に、当該半絶縁性基板側から第1導電型の高濃度キャリア層、第1導電型の光吸収層及び第1導電型のキャップ層を積層し、少なくともキャップ層に第2導電型の受光領域が形成された半導体受光素子であって、高濃度キャリア層、光吸収層及び受光領域が形成されたキャップ層部分を含んでメサ状とされ、高濃度キャリア層に達する窪み部が形成された受光部と、高濃度キャリア層、光吸収層及びキャップ層を含んでメサ状とされ、第1パッド電極が配置された第1パッド電極配置部と、高濃度キャリア層、光吸収層及びキャップ層を含んでメサ状とされ、第2パッド電極が配置された第2パッド電極配置部と、を有し、受光部の高濃度キャリア層は、受光部の光吸収層とで段差を有するように形成されており、受光領域と第1パッド電極とを電気的に接続する第1配線電極が、受光部と第1パッド電極配置部との間にわたって当該受光部及び当該第1パッド電極配置部の側面に沿うように形成され、受光部の高濃度キャリア層の段差部分と第2パッド電極とを電気的に接続する第2配線電極が、受光部と第2パッド電極配置部との間にわたって当該第2パッド電極配置部の側面に沿うように形成されていることを特徴とする。 The semiconductor light receiving element according to the present invention includes a first conductivity type high-concentration carrier layer, a first conductivity type light absorption layer, and a first conductivity type cap layer on the semi-insulating substrate from the semi-insulating substrate side. A semiconductor light-receiving element that is stacked and has at least a second-conductivity-type light-receiving region formed in a cap layer, and has a mesa shape including a cap layer portion in which a high-concentration carrier layer, a light absorption layer, and a light-receiving region are formed. A first pad electrode arrangement portion in which a light receiving portion in which a depression reaching the high concentration carrier layer is formed and a mesa shape including a high concentration carrier layer, a light absorption layer, and a cap layer, and the first pad electrode is arranged And a second pad electrode arrangement portion in which a second pad electrode is arranged, which is in a mesa shape including a high concentration carrier layer, a light absorption layer, and a cap layer. There is a step with the light absorption layer of the light receiving part And the first wiring electrode that electrically connects the light receiving region and the first pad electrode extends between the light receiving portion and the first pad electrode placement portion. A second wiring electrode is formed along the side surface of the light receiving portion and electrically connects the step portion of the high concentration carrier layer of the light receiving portion and the second pad electrode, and extends between the light receiving portion and the second pad electrode arrangement portion. It is characterized by being formed along the side surface of the second pad electrode arrangement portion.
本発明に係る半導体受光素子では、受光部と第1パッド電極配置部と第2パッド電極配置部とが分離されているので、寄生容量をより一層低減することができる。また、受光部の高濃度キャリア層を受光部の光吸収層とで段差を有するように形成し、この高濃度キャリア層の段差部分と第2パッド電極とを第2配線電極により電気的に接続することにより、受光部の高濃度キャリア層から電極が直接引き出されることとなり、直列抵抗を大幅に低減することができる。これらの結果、高速応答特性に優れた半導体受光素子を実現することができる。 In the semiconductor light receiving element according to the present invention, since the light receiving portion, the first pad electrode placement portion, and the second pad electrode placement portion are separated, the parasitic capacitance can be further reduced. Further, the high concentration carrier layer of the light receiving portion is formed to have a step with the light absorption layer of the light receiving portion, and the step portion of the high concentration carrier layer and the second pad electrode are electrically connected by the second wiring electrode. As a result, the electrode is directly drawn out from the high concentration carrier layer of the light receiving section, and the series resistance can be greatly reduced. As a result, a semiconductor light receiving element having excellent high-speed response characteristics can be realized.
また、本発明では、第1パッド電極配置部及び第2パッド電極配置部のそれぞれが高濃度キャリア層、光吸収層及びキャップ層を含んでいるので、第1パッド電極と第2パッド電極とを略同じ高さに配置することも容易となり、半導体受光素子の実装をバンプボンディングにて行うことが可能となる。 In the present invention, since each of the first pad electrode arrangement portion and the second pad electrode arrangement portion includes a high concentration carrier layer, a light absorption layer, and a cap layer, the first pad electrode and the second pad electrode are combined. It becomes easy to arrange at substantially the same height, and it becomes possible to mount the semiconductor light receiving element by bump bonding.
また、本発明においては、第1パッド電極配置部だけでなく、第2パッド電極配置部も受光部と分離されているので、受光部と第1パッド電極との間隔及び受光部と第2パッド電極との間隔が比較的広くなる。このため、半導体受光素子をバンプボンディングにて実装する場合でも、受光領域がバンプ電極の影に入るのを防ぐことができ、光検出を適切に行うことができる。また、上記特許文献1〜3に比して、受光部と第2パッド電極との間隔が広くなる分、配線長が長くなって直列抵抗が大きくなってしまう。しかしながら、上述したように受光部の高濃度キャリア層から電極が直接引き出されて直列抵抗が大幅に低減されていることから、配線長が長くなることによる直列抵抗の増加の影響は少ない。
In the present invention, not only the first pad electrode arrangement part but also the second pad electrode arrangement part are separated from the light receiving part, and therefore, the distance between the light receiving part and the first pad electrode and the light receiving part and the second pad. The distance from the electrode is relatively wide. For this reason, even when the semiconductor light receiving element is mounted by bump bonding, the light receiving region can be prevented from entering the shadow of the bump electrode, and light detection can be performed appropriately. Further, as compared with
また、高濃度キャリア層の段差部分は、光入射方向から見て受光領域を囲むように当該受光領域の外側に位置していることが好ましい。この場合、受光部の高濃度キャリア層と第2配線電極との接続面積が大きくなり、直列抵抗をより一層低減することができる。 Moreover, it is preferable that the step portion of the high concentration carrier layer is located outside the light receiving region so as to surround the light receiving region when viewed from the light incident direction. In this case, the connection area between the high concentration carrier layer of the light receiving unit and the second wiring electrode is increased, and the series resistance can be further reduced.
また、第1パッド電極及び第2パッド電極に、バンプ電極が配置されることが好ましい。この場合、配線抵抗を増加させることなく、半導体受光素子を実装することができる。なお、第1パッド電極及び第2パッド電極にバンプ電極を配置したとしても、上述したように、受光領域がバンプ電極の影に入るのを防ぐことができ、光検出を適切に行うことができる。 Moreover, it is preferable that a bump electrode is disposed on the first pad electrode and the second pad electrode. In this case, the semiconductor light receiving element can be mounted without increasing the wiring resistance. Even if the bump electrodes are arranged on the first pad electrode and the second pad electrode, as described above, the light receiving region can be prevented from entering the shadow of the bump electrode, and light detection can be performed appropriately. .
また、キャップ層側が光入射面とされ、受光領域を覆うように反射防止膜が形成されていることが好ましい。この場合、いわゆる表面入射型の半導体受光素子を実現できる。また、受光領域に入射しようとする光の反射が防止されるので、光感度を向上することができる。 Moreover, it is preferable that the cap layer side is a light incident surface and an antireflection film is formed so as to cover the light receiving region. In this case, a so-called front-illuminated semiconductor light receiving element can be realized. Further, since reflection of light entering the light receiving region is prevented, light sensitivity can be improved.
また、半絶縁性基板側が光入射面とされ、受光領域を覆うように光反射膜が形成されていることが好ましい。この場合、いわゆる裏面入射型の半導体受光素子を実現できる。また、光反射膜からの反射光も光吸収層に入射するので、光感度を向上することができる。 The semi-insulating substrate side is preferably a light incident surface, and a light reflecting film is preferably formed so as to cover the light receiving region. In this case, a so-called back-illuminated semiconductor light receiving element can be realized. Moreover, since the reflected light from the light reflecting film also enters the light absorbing layer, the photosensitivity can be improved.
本発明によれば、高速応答特性に優れ、光検出を適切に行うことが可能な半導体受光素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is excellent in a high-speed response characteristic and can provide the semiconductor light receiving element which can perform an optical detection appropriately.
本発明の実施形態に係る半導体受光素子について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 A semiconductor light receiving element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。図2は、図1におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための模式図である。なお、図1においては、バンプ電極41の図示を省略している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view showing the semiconductor light receiving element according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a cross-sectional configuration along the line II-II in FIG. In FIG. 1, the illustration of the
半導体受光素子PD1は、半絶縁性基板1を備えている。半絶縁性基板1は、その厚みが300〜500μmであり、Feがドープされた高抵抗InPからなる。この半導体受光素子PD1は、半絶縁性InP基板を用いた、波長帯1.3μm、1.5μmの光通信用受光素子である。
The semiconductor light receiving element PD1 includes a
半導体受光素子PD1は、半絶縁性基板1上に、受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31を有している。受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31は、互いに分離された状態で配置されている。
The semiconductor light receiving element PD1 has a
受光部11は、n型(第一導電型)の高濃度キャリア層3a、n型の光吸収層5a及びn型のキャップ層7aを含んでメサ状(本実施形態においては、円錐台状)とされている。キャップ層7aには、p型(第2導電型)の受光領域9が形成されている。受光部11の頂部、及び、受光領域9は、光入射方向から見て、円形状を呈している。
The
受光部11において、高濃度キャリア層3aは、第1パッド電極配置部21近傍部分を除いて光吸収層5aとで段差を有するように形成されている。これにより、高濃度キャリア層3aは、光入射方向から見て光吸収層5aの側面から外側に棚状に突出した段差部分4を含んで構成されることとなる。この段差部分4は、光入射方向から見て受光領域9を囲むように当該受光領域9の外側に位置し、Cの字状を呈している。段差部分4の上面(光入射面側の面)は、半絶縁性基板1からの高さが高濃度キャリア層3aと光吸収層5aとの境界よりも低い。
In the
受光領域9の表面(光入射面)側には、環状のコンタクト電極15が配置されている。このコンタクト電極15は、受光領域9と電気的に接続されている。コンタクト電極15はTi−Pt−Auからなり、その厚みは1000nm程度である。なお、コンタクト電極15は、図2において、受光領域9(キャップ層7a)に埋め込まれるように配置されているが、これに限られることなく、受光領域9(キャップ層7a)の上に配置するようにしてもよい。
An
高濃度キャリア層3aの段差部分4には、コンタクト電極17が配置されている。このコンタクト電極17は、高濃度キャリア層3aと電気的に接続されている。コンタクト電極17はAu−Ge/Ni/Auの積層体からなり、その厚みは1000nm程度である。コンタクト電極17も、段差部分4と同様に、光入射方向から見て、Cの字状に形成されることとなる。
A
受光部11の表面側には、受光領域9を覆うようにパッシベーション膜19が形成されている。本実施形態において、パッシベーション膜19は反射防止膜として機能する。このため、パッシベーション膜19の厚みは、パッシベーション膜19の屈折率をnとし、受光波長をλとすると、λ/4nに設定されている。例えば、波長帯1.3μm、1.5μmの光通信用受光素子の場合、パッシベーション膜19の厚みは、1200〜2400Åとなる。なお、パッシベーション膜19とは別に反射防止膜を形成するように構成してもよい。
A
第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31は、n型の高濃度キャリア層3b、n型の光吸収層5b及びn型のキャップ層7bを含んでメサ状(本実施形態においては、円錐台状)とされている。第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31の頂部は、光入射方向から見て、円形状を呈している。
The first pad
第1パッド電極配置部21の頂部には、パッシベーション膜19の上に第1パッド電極23が配置されている。第2パッド電極配置部31の頂部には、パッシベーション膜19の上に第2パッド電極33が配置されている。第1パッド電極23及び第2パッド電極33はTi−Pt−Auからなり、その厚みは1.5μm程度である。第1パッド電極23及び第2パッド電極33は、半絶縁性基板1からの高さが略同じとされ、光入射方向から見て円形状を呈している。第1パッド電極23及び第2パッド電極33のそれぞれには、図2に示されるように、バンプ電極41が配置される。
A
高濃度キャリア層3a,3bはキャリア濃度が3×1018/cm3程度のInPからなり、その厚みは2μm程度である。光吸収層5a,5bは、キャリア濃度が7×1014/cm3程度のInGaAsからなり、その厚みは2.5μm程度である。キャップ層7a,7bは、キャリア濃度が8×1015/cm3程度のInPからなり、その厚みは1μm程度である。
The high-concentration carrier layers 3a and 3b are made of InP having a carrier concentration of about 3 × 10 18 / cm 3 and have a thickness of about 2 μm. The
受光領域9は、キャップ層7aの所望の領域にZnを熱拡散させ、当該領域をp型に反転させたものであり、その深さは1.2μm程度である。受光領域9の径は、30〜50μmφである。窪み部13(溝)の幅は、5μm程度である。
The
コンタクト電極15と第1パッド電極23とは、第1配線電極43により電気的に接続されている。第1配線電極43は、受光部11と第1パッド電極配置部21との間にわたり、パッシベーション膜19の上に配置されている。第1配線電極43は、受光部11における高濃度キャリア層3aの段差部分4が形成されていない領域の上を通って、受光部11の側面、受光部11と第1パッド電極配置部21との間における半絶縁性基板1の表面及び第1パッド電極配置部21の側面に沿うように伸びている。第1配線電極43はTi−Pt−Auからなり、その厚みは1.5μm程度である。第1配線電極43における受光部11上に位置する部分は、受光領域9を覆うことなくコンタクト電極15上に位置し、環状とされている。
The
第1配線電極43は、その一端がパッシベーション膜19に形成されたコンタクトホール19aを通してコンタクト電極15に接続され、その他端が第1パッド電極23に接続される。これにより、受光領域9は、コンタクト電極15及び第1配線電極43を通して第1パッド電極23(バンプ電極41)に電気的に接続される。即ち、受光領域9側の電極の取り出しは、コンタクト電極15、第1配線電極43、第1パッド電極23及びバンプ電極41により実現される。
One end of the
コンタクト電極17と第2パッド電極33とは、第2配線電極45により電気的に接続されている。第2配線電極45は、受光部11の高濃度キャリア層3aの段差部分4と第2パッド電極配置部31との間にわたり、パッシベーション膜19の上に配置されている。第2配線電極45におけるコンタクト電極17に接続される側の部分は、第1配線電極43と接触しないように、光入射方向から見てCの字状に形成されている。第2配線電極45は、受光部11と第2パッド電極配置部31との間における半絶縁性基板1の表面及び第2パッド電極配置部31の側面に沿うように伸びている。第2配線電極45はTi−Pt−Auからなり、その厚みは1.5μm程度である。
The
第2配線電極45は、その一端がパッシベーション膜19に形成されたコンタクトホール19aを通してコンタクト電極17に接続され、その他端が第2パッド電極33に接続される。これにより、高濃度キャリア層3aは、コンタクト電極17及び第2配線電極45を通して第2パッド電極33(バンプ電極41)に電気的に接続される。即ち、高濃度キャリア層3a側の電極の取り出しは、コンタクト電極17、第2配線電極45、第2パッド電極33及びバンプ電極41により実現される。
The
次に、上述した構成の半導体受光素子PD1の製造方法について、図3〜図10を参照して説明する。図3〜図10は、第1実施形態に係る半導体受光素子の製造方法を説明するための説明図であり、半導体受光素子の縦断面構成を示している。 Next, a method for manufacturing the semiconductor light receiving element PD1 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 3-10 is explanatory drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor light-receiving element based on 1st Embodiment, and has shown the longitudinal cross-sectional structure of the semiconductor light-receiving element.
本製造方法では、以下の工程(1)〜(8)を順次実行する。 In this manufacturing method, the following steps (1) to (8) are sequentially performed.
工程(1)
まず、厚みが300〜500μmの半絶縁性基板1を用意する。半絶縁性基板1の一方の主面(表面)側に、ハイドライド気相成長法、クロライド成長法、有機金属気相成長法(MOVPE法)又は分子線成長法(MBE法)等により、n型の高濃度キャリア層3、n型の光吸収層5及びn型のキャップ層7を順次成長させて、積層する(図3参照)。高濃度キャリア層3はキャリア濃度が3×1018/cm3程度のInPからなり、その厚みは2μm程度である。光吸収層5は、キャリア濃度が7×1014/cm3程度のInGaAsからなり、その厚みは2.5μm程度である。キャップ層7は、キャリア濃度が8×1015/cm3程度のInPからなり、その厚みは1μm程度である。
Process (1)
First, a
工程(2)
次に、キャップ層7上に、SiO2又はSiNXからなる膜51を形成する。そして、受光領域9を形成する予定位置に存在する膜51をパターニングする(図4参照)。膜51は、後工程にて受光領域9を形成するためのマスクとして利用する。
Process (2)
Next, a
工程(3)
次に、キャップ層7上にパターン化された膜51をマスクとして、不純物(例えば、Zn等)を熱拡散させ、キャップ層7の一部をp型に反転させる。これにより、受光領域9が形成されることとなる(図4参照)。そして、膜51をバッファドフッ酸(BHF)により除去する。
Step (3)
Next, using the
工程(4)
次に、キャップ層7上に、段差部分4を形成する予定位置に対応する開口を有するレジスト膜53を形成する。レジスト膜53の形成は、フォトリソグラフィ法を用いることができる。そして、レジスト膜53をマスクとして、Br2とメタノールとの混合液により高濃度キャリア層3が露出するまでエッチング(ウエットエッチング)する。これにより、窪み部13が形成されることとなる(図5参照)。続いて、レジスト膜53を除去(リフトオフ)する。
Step (4)
Next, a resist
工程(5)
次に、キャップ層7上に、所望の位置に開口を有するレジスト膜55を形成する(図6参照)。レジスト膜55の上記開口の位置は、工程(4)にて形成された窪み部13に連続した窪み部がドライエッチングにて形成し得る位置とする。レジスト膜55の形成は、フォトリソグラフィ法を用いることができる。そして、レジスト膜55をマスクとして、半絶縁性基板1が露出するまで、エッチング(ドライエッチング)し窪み部14を形成する。これにより、受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31が互いに電気的に分離されてメサ状に形成される(図7参照)。すなわち、受光部11が高濃度キャリア層3a、光吸収層5a及びキャップ層7aを含み、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31が高濃度キャリア層3b、光吸収層5b及びキャップ層7bを含むこととなる。このとき、窪み部13に連続し且つ当該窪み部13より深い窪み部14が形成されるので、段差部分4を有するように高濃度キャリア層3aが形成されることとなる。続いて、レジスト膜55を除去する。
Step (5)
Next, a resist
工程(6)
次に、段差部分4に対応する位置に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、窪み部13が形成されることにより露出した高濃度キャリア層3(3a)の段差部分4上に、蒸着とリフトオフ法とによりAu−Ge/Ni/Auからなるコンタクト電極17を形成する(図8参照)。また、コンタクト電極15を形成する予定位置に開口を有するようにレジスト膜を再度形成し直し、当該レジスト膜をマスクとして、受光領域9に蒸着とリフトオフ法とによりTi−Pt−Auからなるコンタクト電極15を形成する(同じく図8参照)。続いて、上記レジスト膜を除去する。なお、コンタクト電極15は、図8において、受光領域9(キャップ層7a)に埋め込まれるように形成しているが、これに限られることなく、受光領域9(キャップ層7a)の表面上に形成するようにしてもよい。
Step (6)
Next, a resist film (not shown) having an opening at a position corresponding to the stepped
工程(7)
次に、プラズマ化学気相蒸着(Plasma Chemical Vapor Deposition:PCVD)法により、表面にSiNXからなるパッシベーション膜19を形成する。そして、コンタクト電極15,17に対応する位置に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成し、当該レジスト膜をマスクとして、パッシベーション膜19にコンタクトホール19aを形成する(図9参照)。続いて、上記レジスト膜を除去する。
Step (7)
Next, a
工程(8)
次に、第1パッド電極23、第2パッド電極33、第1配線電極43及び第2配線電極45に対応する位置に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、リフトオフ法により、Ti−Pt−Auからなる第1パッド電極23、第2パッド電極33、第1配線電極43及び第2配線電極45を形成する(図10参照)。ここで、第1パッド電極23と第1配線電極43とは一体に形成されることとなり、第2パッド電極33と第2配線電極45とは一体に形成されることとなる。続いて、上記レジスト膜を除去する。その後、H2雰囲気にてシンターし、第1パッド電極23及び第2パッド電極33のコンタクトを良くする。
Step (8)
Next, a resist film (not shown) having openings at positions corresponding to the
これらの工程(1)〜(8)により、図1及び図2に示された構成の半導体受光素子PD1が完成する。 By these steps (1) to (8), the semiconductor light receiving element PD1 having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is completed.
なお、バンプ電極41は、半田ボール搭載法や印刷法で第1パッド電極23及び第2パッド電極33に半田を形成し、リフロすることによって得ることができる。また、バンプ電極41は半田に限られるものではなく、金バンプ、ニッケルバンプ、銅バンプでもよく、導電性フィラー等の金属を含む導電性樹脂バンプでもよい。
The
以上のように、本第1実施形態においては、受光部11と第1パッド電極配置部21と第2パッド電極配置部31とが分離されているので、寄生容量をより一層低減することができる。また、受光部11の高濃度キャリア層3aを受光部11の光吸収層5aとで段差を有するように形成し、この高濃度キャリア層3aの段差部分4と第2パッド電極33とを第2配線電極45により電気的に接続することにより、受光部11の高濃度キャリア層3aから電極が直接引き出されることとなり、直列抵抗を大幅に低減することができる。これらの結果、高速応答特性に優れた半導体受光素子PD1を実現することができる。
As described above, in the first embodiment, since the
ところで、受光領域9の径(面積)を大きくすると、素子容量も大きくなり、高周波信号の伝達障害の度合いを示すCR積が大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態によれば、上述したように直列抵抗が大幅に低減されるので、CR積が小さくなる。このため、CR積を同程度に維持する、すなわち高速応答特性を同程度に維持するのであれば、本実施形態を採用することで、受光領域9の面積を大きくすることができる。
By the way, when the diameter (area) of the
また、本第1実施形態においては、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31のそれぞれが高濃度キャリア層3b、光吸収層5b及びキャップ層7bを含んでいるので、第1パッド電極23と第2パッド電極33とを同じ高さに配置することも容易となり、半導体受光素子PD1の実装をバンプボンディングにて行うことが可能となる。
In the first embodiment, each of the first pad
また、本第1実施形態においては、第1パッド電極配置部21だけでなく、第2パッド電極配置部31も受光部11と分離されているので、受光部11(受光領域9)と第1パッド電極23との間隔及び受光部11(受光領域9)と第2パッド電極33との間隔が比較的広くなる。このため、半導体受光素子PD1をバンプボンディングにて実装する場合でも、受光領域9がバンプ電極41の影に入るのを防ぐことができ、光検出を適切に行うことができる。また、上記特許文献1〜3に比して、受光部11と第2パッド電極23との間隔が広くなる分、配線長が長くなって直列抵抗が大きくなってしまう。しかしながら、上述したように高濃度キャリア層3aから電極が直接引き出されて直列抵抗が大幅に低減されていることから、配線長が長くなることによる直列抵抗の増加の影響は少ない。
In the first embodiment, since not only the first pad
また、高濃度キャリア層3aの段差部分4は、光入射方向から見て受光領域9を囲むように当該受光領域9の外側に位置している。これにより、受光部11の高濃度キャリア層3aと第2配線電極45(コンタクト電極17)との接続面積が大きくなり、直列抵抗をより一層低減することができる。
The
また、本第1実施形態においては、第1パッド電極23及び第2パッド電極33に、バンプ電極41が配置される。これにより、配線抵抗を増加させることなく、半導体受光素子PD1を実装することができる。なお、第1パッド電極23及び第2パッド電極33にバンプ電極41を配置したとしても、上述したように、受光領域9がバンプ電極41の影に入るのを防ぐことができるため、光検出を適切に行うことができる。
In the first embodiment, the
また、本第1実施形態においては、キャップ層7a側が光入射面とされ、受光領域9を覆うように反射防止膜としてのパッシベーション膜19が形成されている。これにより、いわゆる表面入射型の半導体受光素子を実現できる。また、受光領域9に入射しようとする光の反射が防止されるので、光感度を向上することができる。
In the first embodiment, the
(第2実施形態)
図11は、第2実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。図12は、図11におけるXII−XII線に沿った断面構成を説明するための模式図である。なお、図11においては、バンプ電極41の図示を省略している。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a schematic plan view showing a semiconductor light receiving element according to the second embodiment. FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a cross-sectional configuration along the line XII-XII in FIG. 11. In FIG. 11, the illustration of the
半導体受光素子PD2は、半絶縁性基板1を備えている。半絶縁性基板1は、その厚みが50〜100μmであり、Feがドープされた高抵抗InPからなる。この半導体受光素子PD2は、半導体受光素子PD1と同様に、半絶縁性InP基板を用いた、波長帯1.3μm、1.5μmの光通信用受光素子である。
The semiconductor light receiving element PD2 includes a
半導体受光素子PD2は、半絶縁性基板1上に、受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31を有している。受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31は、互いに分離された状態で配置されている。
The semiconductor light receiving element PD2 includes a
半絶縁性基板1における受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31が配置された側とは反対側の面(光入射面)には、光反射防止膜61が形成されている。光反射防止膜61は、例えばSiNXからなる。光反射防止膜61の厚みは、第1実施形態におけるパッシベーション膜19と同様に、光反射防止膜61の屈折率をnとし、受光波長をλとすると、λ/4nに設定されている。例えば、波長帯1.3μm、1.5μmの光通信用受光素子の場合、光反射防止膜61の厚みは、1200〜2400Åとなる。
On the surface (light incident surface) opposite to the side on which the
第1配線電極43における受光部11上に位置する部分は、受光領域9を覆うように当該受光領域9上に位置し、円形状を呈している。本実施形態において、第1配線電極43における受光部11上に位置する部分は、光反射膜として機能する。なお、第1配線電極43とは別に光反射膜を形成するように構成してもよい。
A portion of the
次に、上述した構成の半導体受光素子PD2の製造方法について、図13及び図14を参照して説明する。図13及び図14は、第2実施形態に係る半導体受光素子の製造方法を説明するための説明図であり、半導体受光素子の縦断面構成を示している。 Next, a method for manufacturing the semiconductor light-receiving element PD2 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 13 and FIG. 14 are explanatory diagrams for explaining the method of manufacturing the semiconductor light receiving element according to the second embodiment, and show a longitudinal sectional configuration of the semiconductor light receiving element.
本製造方法では、以下の工程(1)〜(9)を順次実行する。但し、工程(1)〜(7)については、上述の第1実施形態における工程(1)〜(7)と同じであり、説明を省略する。 In this manufacturing method, the following steps (1) to (9) are sequentially performed. However, steps (1) to (7) are the same as steps (1) to (7) in the first embodiment described above, and a description thereof is omitted.
工程(8)
次に、第1パッド電極23、第2パッド電極33、第1配線電極43及び第2配線電極45に対応する位置に開口を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、リフトオフ法により、Ti−Pt−Auからなる第1パッド電極23、第2パッド電極33、第1配線電極43及び第2配線電極45を形成する(図12参照)。このとき、第1配線電極43は受光領域9を覆うように形成される。ここで、第1パッド電極23と第1配線電極43とは一体に形成されることとなり、第2パッド電極33と第2配線電極45とは一体に形成されることとなる。続いて、上記レジスト膜を除去する。その後、H2雰囲気にてシンターする。
Step (8)
Next, a resist film (not shown) having openings at positions corresponding to the
工程(9)
次に、半絶縁性基板1を、当該半絶縁性基板1の厚みが50〜100μmとなるように他方の主面(裏面)側から研磨する。そして、プラズマ化学気相蒸着(plasma chemical vapor deposition:PCVD)法により、研磨面にSiNXからなる光反射防止膜61を形成する(図13参照)。
Step (9)
Next, the
これらの工程(1)〜(9)により、図11及び図12に示された構成の半導体受光素子PD2が完成する。 By these steps (1) to (9), the semiconductor light receiving element PD2 having the configuration shown in FIGS. 11 and 12 is completed.
以上のように、本第2実施形態においては、上述した第1実施形態と同じく、光検出を適切に行うことができると共に、高速応答特性に優れた半導体受光素子PD2を実現することができる。 As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment described above, it is possible to appropriately perform light detection, and it is possible to realize the semiconductor light receiving element PD2 having excellent high-speed response characteristics.
また、本第2実施形態においては、半絶縁性基板1側が光入射面とされている。これにより、いわゆる裏面入射型の半導体受光素子を実現できる。
In the second embodiment, the
ところで、半絶縁性基板1の厚みは、半絶縁性基板1側からの光の入射を考慮すると、可能な限り薄くしたい。しかしながら、化合物半導体材料は、シリコン(Si)半導体材料に比べ、一般的に脆く、バンプ電極41による組立(実装)工程を想定すると、半絶縁性基板1を極端には薄くすることはできない。このため、半絶縁性基板1にて入射した光が半絶縁性基板1にて吸収され、光感度が低下することが考えられる。そこで、本第2実施形態においては、受光領域9を覆うように第1配線電極43(光反射膜)が形成されているので、第1配線電極43にて反射された光も光吸収層5aに入射することとなる。これにより、半絶縁性基板1による光吸収分を第1配線電極43からの光反射分にて補うことができ、光感度が低下するのを抑制することができる。
By the way, the thickness of the
次に、本実施形態の変形例として、図15〜図18に基づいて、受光部11が複数並設された半導体受光素子アレイPD3〜PD6について説明する。半導体受光素子アレイPD3,PD5は、いわゆる表面入射型の半導体受光素子アレイである。また。半導体受光素子アレイPD4,PD6は、いわゆる裏面入射型の半導体受光素子アレイである。
Next, as a modification of the present embodiment, semiconductor light receiving element arrays PD3 to PD6 in which a plurality of light receiving
半導体受光素子アレイPD3,PD4は、図15及び図16にそれぞれ示されるように、複数の受光部11、複数の第1パッド電極配置部21及び複数の第2パッド電極配置部31がそれぞれ1次元状に配列されている。
As shown in FIGS. 15 and 16, the semiconductor light receiving element arrays PD3 and PD4 each include a plurality of light receiving
半導体受光素子アレイPD5,PD6は、図17及び図18にそれぞれ示されるように、複数の受光部11及び複数の第1パッド電極配置部21がそれぞれ2次元方向に配列されている。半導体受光素子アレイPD5,PD6においては、第2パッド電極配置部31(第2パッド電極33)は各受光部11に対して共通化されており、一体に形成されている。なお、第1パッド電極配置部21を各受光部11に対して共通化し、一体に形成するように構成してもよい。
In the semiconductor light receiving element arrays PD5 and PD6, as shown in FIGS. 17 and 18, respectively, a plurality of light receiving
続いて、図19〜図24に基づいて、本実施形態の更なる変形例を説明する。 Subsequently, a further modification of the present embodiment will be described based on FIGS.
図19に示された半導体受光素子PD7は、第2配線電極45の形状に関して、上述した半導体受光素子PD1と相違する。図20に示された半導体受光素子PD8は、第2配線電極45の形状に関して、上述した半導体受光素子PD2と相違する。図21に示された半導体受光素子アレイPD9は、第2配線電極45の形状に関して、上述した半導体受光素子アレイPD3と相違する。図22に示された半導体受光素子アレイPD10は、第2配線電極45の形状に関して、上述した半導体受光素子アレイPD4と相違する。図23に示された半導体受光素子アレイPD11は、第2配線電極45の形状に関して、上述した半導体受光素子アレイPD5と相違する。図24に示された半導体受光素子アレイPD12は、第2配線電極45の形状に関して、上述した半導体受光素子PDアレイ6と相違する。半導体受光素子アレイPD9〜PD12では、第2配線電極45は各第2パッド電極配置部31に対して共通化され、一体に形成されている。
The semiconductor light receiving element PD7 shown in FIG. 19 is different from the semiconductor light receiving element PD1 described above with respect to the shape of the
半導体受光素子PD7,PD8及び半導体受光素子アレイPD9〜PD12においては、図19〜図24に示されるように、第2配線電極45の面積が大幅に拡大されている。この場合、特に高周波信号を取り扱うにあたり、電源電圧の変動やアース電位の変動等を小さくでき、不必要なノイズの発生を抑制することができる。なお、第1配線電極43の面積を大幅に拡大して形成するように構成してもよい。
In the semiconductor light receiving elements PD7 and PD8 and the semiconductor light receiving element arrays PD9 to PD12, as shown in FIGS. 19 to 24, the area of the
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、半絶縁性基板1、高濃度キャリア層3(3a,3b)、光吸収層5(5a,5b)、キャップ層7(7a,7b)、及び、各電極15,17,23,33,43,45の厚み、用いる材料等は、上述したものに限られない。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the
また、段差部分4の形状は、上述したものに限られるのではなく、高濃度キャリア層3aと光吸収層5aとで段差を有するように形成されたものであれば、どのような形状であってもよい。また、本実施形態においては、第1パッド電極23と第1配線電極43とを一体に成形し、第2パッド電極33と第2配線電極45とを一体に成形しているが、これに限られることなく、それぞれ別体に形成するようにしてもよい。
In addition, the shape of the stepped
また、本実施形態に係る半導体受光素子の製造方法では、窪み部13を形成した後に、受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31を分離するための窪み部14を形成しているが、窪み部14を形成して受光部11、第1パッド電極配置部21及び第2パッド電極配置部31を分離した後に、窪み部13を形成するようにしてもよい。
Further, in the method for manufacturing the semiconductor light receiving element according to the present embodiment, after forming the
また、上述した実施形態は、本発明を波長帯1.3μm、1.5μmの光通信用受光素子に適用しているが、これに限られることなく、その他の波長帯、例えば近距離光通信用に用いられている波長帯850nmの光通信用受光素子にも適用することができる。半絶縁性基板1を半絶縁性GaAs基板とし、高濃度キャリア層3(3a,3b)をn型のAlGaAs層とし、光吸収層5(5a,5b)をn型のGaAs層とし、キャップ層7(7a,7b)をn型のAlGaAs層とすることにより、波長帯850nmの光通信用受光素子が実現される。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a light receiving element for optical communication having wavelength bands of 1.3 μm and 1.5 μm. However, the present invention is not limited to this, and other wavelength bands, for example, short-distance optical communication. The present invention can also be applied to a light receiving element for optical communication having a wavelength band of 850 nm which is used for the above purpose. The
1…半絶縁性基板、3,3a,3b…高濃度キャリア層、4…段差部分、5,5a,5b…光吸収層、7,7a,7b…キャップ層、9…受光領域、11…受光部、13,14…窪み部、15,17…コンタクト電極、19…パッシベーション膜、21…第1パッド電極配置部、23…第1パッド電極、31…第2パッド電極配置部、33…第2パッド電極、41…バンプ電極、43…第1配線電極、45…第2配線電極、PD1,PD2,PD7,PD8…半導体受光素子、PD3〜PD6,PD9〜PD12…半導体受光素子アレイ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記高濃度キャリア層、前記光吸収層及び前記受光領域が形成された前記キャップ層部分を含んでメサ状とされ、前記高濃度キャリア層に達する窪み部が形成された受光部と、
前記高濃度キャリア層、前記光吸収層及び前記キャップ層を含んでメサ状とされ、第1パッド電極が配置された第1パッド電極配置部と、
前記高濃度キャリア層、前記光吸収層及び前記キャップ層を含んでメサ状とされ、第2パッド電極が配置された第2パッド電極配置部と、を有し、
前記受光部の前記高濃度キャリア層は、前記受光部の前記光吸収層とで段差を有するように形成されており、
前記受光領域と前記第1パッド電極とを電気的に接続する第1配線電極が、前記受光部と前記第1パッド電極配置部との間にわたって当該受光部及び当該第1パッド電極配置部の側面に沿うように形成され、
前記受光部の前記高濃度キャリア層の段差部分と前記第2パッド電極とを電気的に接続する第2配線電極が、前記受光部と前記第2パッド電極配置部との間にわたって当該第2パッド電極配置部の側面に沿うように形成されていることを特徴とする半導体受光素子。 On the semi-insulating substrate, a first conductivity type high-concentration carrier layer, a first conductivity type light absorption layer, and a first conductivity type cap layer are laminated from the semi-insulating substrate side, and at least the cap layer has the first conductivity type. A semiconductor light receiving element in which a light receiving region of two conductivity types is formed,
A light-receiving portion having a mesa shape including the cap layer portion in which the high-concentration carrier layer, the light absorption layer, and the light-receiving region are formed, and a recess portion reaching the high-concentration carrier layer;
A first pad electrode placement portion in which the high-concentration carrier layer, the light absorption layer and the cap layer are formed in a mesa shape and the first pad electrode is placed;
A second pad electrode arrangement portion in which a second pad electrode is arranged in a mesa shape including the high-concentration carrier layer, the light absorption layer, and the cap layer;
The high-concentration carrier layer of the light receiving part is formed to have a step with the light absorption layer of the light receiving part,
A first wiring electrode that electrically connects the light receiving region and the first pad electrode is disposed between the light receiving portion and the first pad electrode arrangement portion, and the side surfaces of the light receiving portion and the first pad electrode arrangement portion. Formed along
A second wiring electrode that electrically connects the step portion of the high-concentration carrier layer of the light receiving portion and the second pad electrode is provided between the light receiving portion and the second pad electrode arrangement portion. A semiconductor light receiving element, wherein the semiconductor light receiving element is formed along a side surface of the electrode arrangement portion.
The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein at least a plurality of the light receiving portions and the first pad electrode arrangement portions are arranged in parallel.
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