JP2008177510A - 半導体受光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体受光素子の空乏層を挟む第二の導電型の層および第一の導電型の層を空乏層より外周を狭めることにより、空乏層の側壁のパッシベーション膜との界面に流れる表面電流を減らし、長期信頼性を改善した半導体受光素子を提供する。
【解決手段】半導体基板１０１上に、第一の導電型の選択エッチング層１０３と、第一の導電型のバッファ層１０２ａ、１０２ｂと、光吸収層を含む空乏層１０４と、第二の導電型の選択エッチング層１０９と、第二の導電型のバッファ層１０８ａ、１０８ｂと、第二の導電型のコンタクト層１１０と、第二の導電型電極１１１とを備え、ｐｎ接合全体がメサ状に形成されるメサ型構造を有する。空乏層１０４は、第一の導電型の選択エッチング層１０３と第二の導電型の選択エッチング層１０９に挟まれ、平面視にて選択エッチング層の外周縁は、空乏層１０４の外周縁より内側に位置する。第１の実施形態の半導体受光素子の表面は、パッシベーション膜１１３で覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体受光素子に関する。

半導体受光素子には、様々の種類があるが、その中でもＰＩＮ型フォトダイオードが良く知られている。これは、半導体の低濃度層ｉ層をｐ型層及びｎ型層で挟んで電界を印加し、Ｉ層で発生したフォトキャリアを走行させて光電流として検知するものである。

一方で、光通信や計測の分野では、受光素子は感度が高いほど有用である。半導体中に強い電界を印加した際に発生する雪崩効果（アバランシェ効果）を利用して光電流を増幅させる機能をもったアバランシェ・フォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ、以下、ＡＰＤ）というデバイスがよく使われている。
ＡＰＤの層構造には、増倍層という内部電界の高い層があり、この層内で連鎖反応的にイオン化を発生させて、光キャリアを増幅させることができる。この増幅過程の雑音は、２ｑＩＭ^２Ｆで表されるショットノイズ起因の雑音であるため、熱雑音と同程度のレベルになるまで増幅させて検出器の感度を向上させることができる。

ＡＰＤの材料やデバイス構造については、まず基板材料（Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）によるもの、構造（プレーナ型とメサ型）により大きく分類できる。光通信で用いられるＡＰＤは、近年ではＩｎＰ基板上に形成したプレーナ型素子が多く用いられている。これは、光ファイバ通信で用いられる波長λ＝１．５５μｍの光を受光するため、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎＧａＡｓを光吸収層として用いるのが都合が良いからである。このＩｎＧａＡｓを用いることで、室温にて波長１．６μｍ程度までを受光することができる。また、プレーナ型構造がよく用いられるのは、光通信で必要とされる長期信頼性を実現する構造であるためである。メサ型構造は、作製が容易ではあるが、プレーナ型と比較すると一般に長期信頼性で劣るといわれている。

図６にメサ型ＡＰＤ素子の従来例を示す。基板から順にｎ型電界緩和層と、増倍層と、
ｐ型電界緩和層と、ｐ型光吸収層と、ｐ型バッファ層と、ｐ型コンタクト層と、が積層された層構造からなり、ｐｎ接合全体を一つのメサとしてエッチングにより形成し、パッシベーション膜を外部に形成する。ｐ及びｎ型電極をそれぞれ形成して、その他研磨や ＡＲ膜形成工程、素子分離工程を経て表面入射もしくは裏面入射型の半導体受光用のダイオードとして用いる。
実際の文献としては、次のものが挙げられる。
Ｉ．Ｗａｔａｎａｂｅ，ｅｔ ａｌ．，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、ＶＯＬ．１５、ＮＯ．６、ＪＵＮＥ １９９７、ｐ．１０１２、"Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ"

従来例に述べたとおり、光通信用のＡＰＤでは、プレーナ型構造が主に用いられている。これは主に光通信用部品に要求される高い信頼性基準によるものである。しかしながら、プレーナ型構造は表面の加工により内部の２次元電界を制御して作製しなければならず、設計や作製条件の把握、作製トレランスの確保などが一般に難しいデバイスである。したがって開発期間や仕様決定、歩留まりなど、様々の制約要因が発生することになる。
一方で、メサ型は信頼性こそ劣るものの、構造が単純なため、設計や作製条件の把握がプレーナ型と比較して容易である。したがって、メサ型の信頼性を向上させることが出来れば、ＡＰＤの開発期間短縮や、設計・仕様の変更等がすばやく出来るようになるため、コスト低減が可能である。メサ型構造の信頼性が劣るのは、その構造上の特徴に起因している。メサ型は、ｐｎ接合のメサを形成して一旦露出させ、その後にパッシベーション膜で覆い、接合部の劣化を防いでいる。この保護膜で被覆した部分の劣化を抑えることができれば、長期信頼性は改善されるものと考える。

本発明によれば、半導体基板上に、第一の導電型の半導体層と、光吸収層を含む多層膜と、第二の導電型の半導体層と、を備える半導体受光素子であって、前記多層膜は、前記第一の導電型の半導体層と前記第二の導電型の半導体層に挟まれ、平面視において、前記第一の導電型の半導体層の外周縁は、前記多層膜の外周縁より内側に位置するとともに、前記第二の導電型の半導体層の外周縁は、前記多層膜の外周縁より内側に位置し、前記多層膜の側面がパッシベーション膜で覆われていることを特徴とする半導体受光素子が提供される。

この発明によれば、メサ型素子構造で長期信頼性を向上させた素子を得ることが可能である。この発明の第一の導電型の半導体層の外周縁と第二の導電型の層の外周縁は、光吸収層を含む多層膜の外周縁よりも内側に位置することにより、第一の導電型の半導体層と第二の導電型の半導体層に挟まれる部分の電界は高く、それより外側の部分の電界は低くなる。したがって、多層膜とパッシベーション膜界面にかかる電界が低下し、界面に流れる電流を効果的に減少させることができる。 これにより、界面近傍のパッシベーション膜の劣化を抑えることができ、メサ型半導体受光素子の長期信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、半導体受光素子の第一の導電型の半導体層の外周縁および第二の導電型の半導体層の外周縁が多層膜の外周縁の内側に位置することにより、多層膜の側壁とパッシベーション膜との界面に流れる電界を低下し、半導体受光素子の長期信頼性を改善する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の第１の実施の形態の構成について説明する。
第１の実施形態の半導体受光素子は、半導体基板１０１上に、第一の導電型の半導体層として第一の導電型の選択エッチング層１０３と、光吸収層を含む多層膜と、第二の導電型の半導体層として第二の導電型の選択エッチング層１０９とを備える。多層膜は、第一の導電型の選択エッチング層１０３と第二の導電型の選択エッチング層１０９に挟まれる。平面視において、第一の導電型のエッチング層１０３の外周縁は、多層膜の外周縁より内側に位置するとともに、第二の導電型のエッチング層１０９の外周縁は、多層膜の外周縁より内側に位置する。本実施形態の半導体受光素子の側面は、パッシベーション膜で覆われている。

本実施形態の半導体受光素子の構成は、詳細には、半導体基板１０１上に、第一の導電型のバッファ層１０２ａと、第一の導電型の選択エッチング層１０３と、第一の導電型のバッファ層１０２ｂと、光吸収層を含む空乏化された層１０４と、第二の導電型のバッファ層１０８ａと、第二の導電型の選択エッチング層１０９と、第二の導電型のバッファ層１０８ｂと、第二の導電型のコンタクト層１１０と、第二の導電型電極１１１とが順に積層されており、第一の導電型の選択エッチング層１０３と、第二の導電型のエッチング層１０９は、サイドエッチングにより狭められている。

第１の実施形態の半導体受光素子は、以下のように作製される。
まず、エピタキシャル結晶として、半導体基板１０１上に、半導体基板１０１から順に、第一の導電型のバッファ層１０２ａと、第一の導電型の選択エッチング層１０３と、第一の導電型のバッファ層１０２ｂと、光吸収層を含む空乏化された層１０４と、第二の導電型のバッファ層１０８aと、 第二の導電型の選択エッチング層１０９と、第二の導電型のバッファ層１０８ｂと、第二の導電型のコンタクト層１１０と、第二の導電型側電極１１１を順に積層する。

例えば、半導体基板１０１は、ＩｎＰ基板とすることができる。また、バッファ層１０２ａ、１０２ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、及び光吸収層を含む空乏層１０４は、Ａｓ系材料（ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ）で形成することができる。この場合、選択エッチング層１０３、１０９の材料は、Ｐ系材料もしくはＰを含む材料を用いることができる。これにより、ウェットエッチングで選択比の取れる材料として、Ｐ系材料もしくはＰを含む材料を用いることで、本実施形態は実現できる。具体的には、選択エッチング層として、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰを用いることができる。

次に、半導体基板１０１表面に、エッチングマスクを形成し、エッチング液を用いて、表面から基板に達するまでエッチングし、メサを形成する。
ここで、エッチング液には、エッチングレートについて材料依存性の小さな（非選択エッチング）エッチング液を用いることができる。例えば、ウェットエッチング液は、酢酸・燐酸・過水などを用いることができる。
また、エッチングマスクは、直径が１０〜２００μｍ程度の範囲に収まるように形成する。

続いて、メサエッチングのマスクを形成した状態で選択エッチング液を用いて選択エッチング層のみをエッチングする。この場合、主に選択エッチング層を横方向からエッチングするサイドエッチングが主に起きている。

この後、メサエッチングのマスクを除去し、パッシベーション膜１１３を形成し、パッシベーション膜１１３の窓あけを行い、第二の導電型側電極１１１を形成する。さらに、第一の導電型側電極１１２は、別途メサ周辺部等に形成し、研磨や反射防止膜（ＡＲコート）形成工程、素子分離工程を行って完成させる。

ここで、サイドエッチングの量は、第一の導電型の選択エッチング層１０３及び第二の導電型の選択エッチング層１０９の厚みに対して１倍以上、かつ５倍以下とすることができる。つまり、選択エッチング層１０３、１０９の外周縁と空乏層１０４の外周縁の間の距離は、空乏層１０４の厚みの１倍以上５倍以下とすることが好ましい。より好適には、１倍以上２倍以下とすることができる。
また、第一の導電型の選択エッチング層１０３のサイドエッチング量と第二の導電型の選択エッチング層１０９のサイドエッチング量を等しくすると、製造工程を容易にすることができる。

また、第一の導電型のバッファ層１０２ｂと、第二の導電型のバッファ層１０８aは、それぞれ層厚をｄ_ｂ、不純物濃度Ｎｄ_ｂとしたとき、
ｄ_ｂ×Ｎｄ_ｂ≦ｄ×Ｎ
ｄ＝０．１μｍ
Ｎ＝５×１０^１７ｃｍ^ー３
の関係を満たすようにすることができる。

また、第一の導電型のバッファ層１０２ｂと、第二の導電型のバッファ層１０８aはバッファ層の不純物濃度をＮｄ_ｂとしたとき、
Ｎｄ_ｂ≧１×１０^１７ｃｍ^−３
の関係を満たすようにすることができる。

また、第一の導電型の選択エッチング層１０３及び第二の導電型の選択エッチング層１０９の厚みは、０．２μｍ以上１．０μｍ以下とすることができる。

以下に、第１の実施形態の効果を詳細に述べる。
第１の実施形態の半導体受光素子の空乏層範囲は、最も広がった場合、空乏層及びその上下に配置された第一の導電型バッファ層、第二の導電型バッファ層に収まることが想定される。このようにして作製した半導体受光素子はｐｎ接合の上下が狭められているために、側壁に形成される電流経路が感じる抵抗成分が上昇し、本発明が実施加工されていない半導体受光素子と比較すると相対的に表面電流が減少するため、長期信頼性の向上が期待できる。その効果は、サイドエッチングの量に比例して大きくなる。

一方で、選択エッチング層厚が薄いままにサイドエッチング量を増加させると、奥行きが深くなり、パッシベーション膜の形成が難しくなる。したがって、サイドエッチングの効果を得るためには、少なくとも選択エッチングの厚みと同等レベルの量が望ましい。

例えば、選択エッチング層厚が、０．３μｍの場合、サイドエッチング量は、０．３μｍ以上が望ましい。つまり、選択エッチング層の厚みは、選択エッチング層の厚みの１倍以上とすることが望ましい。
また、パッシベーション膜の形成方法に依存するが、確実にパッシベーション膜を形成するためには、大きくとも２．０μｍ以下にすることが望ましい。つまり、選択エッチング層の厚みの５倍程度以下が望ましい。２倍以下で形成すれば、パッシベーション膜形成が容易になる。
したがって、サイドエッチングの量を選択エッチング層厚みの１〜５倍程度の大きさの範囲にすることにより、第１の実施形態の効果が大きくすることができる。

また、第一の導電型の選択エッチング層及び第二の導電型の選択エッチング層に挟まれた第一の導電型のバッファ層は、その濃度や厚みを増加させると、層の抵抗が小さくなるため、選択エッチング層を狭めた効果が小さくなってしまう。そこで、第一の導電型の選択エッチング層及び第二の導電型の選択エッチング層に挟まれたバッファ層はそれぞれ、濃度と層厚が一定の関係を満たすことにより、第１の実施形態の効果を大きくすることができる。

たとえば、第一の導電型の選択エッチング層及び第二の導電型の選択エッチング層に挟まれた第一の導電型のバッファ層は、層厚を０．１μｍ、不純物濃度を５×１０^１７ｃｍ^−３ とすることを基準とし、層厚・不純物濃度を変更する場合、層厚と不純物濃度の積の関係がこの積を上回らないように設計する。

また、第一の導電型の選択エッチング層及び第二の導電型の選択エッチング層に挟まれた第二の導電型のバッファ層の濃度と層厚は、層厚を０．１μｍ、不純物濃度を５×１０^１７ｃｍ^−３とすることを基準として、層厚・不純物濃度を変更する場合は層厚と濃度の積の関係がこの基準を上回らないように設計する。

また、バッファ層の不純物濃度を１×１０^１７ｃｍ^−３以上とすることにより、導電性が確保されるようになる。

選択エッチング層の層厚は、厚ければ厚いほどサイドエッチング量を大きくすることができる。たとえば、選択エッチング層の厚みを０．２μｍ以上１．０μｍ以下に設定することで、効果を得ることができる。
層厚は、０．２μｍ以上とし、サイドエッチング量を０．２μｍとすることができる。
また、層厚０．５μｍの場合、サイドエッチング量を１．０μｍとすることで、効果を高めることができる。

選択エッチング層の濃度は、２×１０^１７ｃｍ^−３以上で形成することにより、導電性を維持することができる。

このようにして作製した半導体受光素子は、パッシベーション膜界面付近に流れる電流を従来の半導体受光素子と比較して低減することができ、メサ型素子の長期信頼性を向上させることができる。

実施例１の半導体受光素子の構成を表１、図２に示す。

実施例１の半導体受光素子は、以下のように作製される。
エピタキシャル結晶として、半導体基板２０１上から順にｎ型バッファ層２０２ａ、ｎ型選択エッチング層２０３、ｎ型バッファ層２０２ｂ、ｎ型キャリア走行層２０４、ΔＥｃ緩和層２０５、ｐ型光吸収層２０６、ｐ型バッファ層２０８ａ、ｐ型選択エッチング層２０９、ｐ型バッファ層２０８ｂ、ｐ型コンタクト層２１０、ｐ電極２１１を積層する。

まず第一メサエッチングにて、直径 ｄ_１＝１０、２０、５０、１００、２００μｍの円形第一メサを形成する。その後、選択エッチング液（燐酸・過水・水、もしくは酢酸系エッチング）を用いて選択エッチング層に対してサイドエッチングをかける。サイドエッチングの量は異方性が生じるが、もっともサイドエッチングが小さいところでも０．５μｍ程度のサイドエッチングを行う。

メサ全体にパッシベーション膜２１３を形成する。パッシベーション膜２１３に電極用窓あけ後、ｐ型電極２１１をメサ上部に形成し、ｎ型電極２１２はメサ外周にて第ｎ型半導体層（若しくはｎ基板）とコンタクトさせ、メサ上部まで配線し、実装に備える。

この半導体受光素子は、波長１．３〜１．５５μｍの光を主に受光することができ、光ファイバや光導波路を用いて伝送される高速な光信号の光電変換の目的に、使用可能である。また、このようにして作製した半導体受光素子は、パッシベーション膜界面付近に流れる電流を従来の半導体受光素子と比較して低減することができ、メサ型素子の長期信頼性向上させることができる。

実施例２の半導体受光素子の構成を表２、図３に示す。

実施例２の半導体受光素子は、以下のように作製される。
エピタキシャル結晶として、半導体ｎ型基板上から順に、ｎ型バッファ層３０２ａ、ｎ型選択エッチング層３０３、ｎ型バッファ層３０２ｂ、ｎ型電界緩和層３０４、増倍層３０５、ｐ型電界緩和層３０６、ｐ型光吸収層３０７、ｐ型バッファ層３０８ａ、ｐ型選択エッチング層３０９、ｐ型バッファ層３０８ｂ、ｐ型コンタクト層３１０、ｐ型電極３１１を積層する。

まず第一メサエッチングにて、直径ｄ_１＝１０、２０、５０、１００、２００μｍの円形第一メサを形成する。
その後、選択エッチング液（燐酸・過水・水、もしくは酢酸系エッチング）を用いて選択エッチング層に対してサイドエッチングをかける。
サイドエッチングの量は異方性が生じるが、もっともサイドエッチングが小さいところでも０．５μｍ程度のサイドエッチングを行う。

メサ全体にパッシベーション膜３１３を形成する。パッシベーション膜３１３に電極用窓あけ後、ｐ型電極３１１をメサ上部に形成し、ｎ型電極３１２はメサ外周にてｎ型半導体層（若しくはｎ型基板）とコンタクトさせ、メサ上部まで配線し、実装に備える。

このようにして作製した半導体受光素子は、パッシベーション膜界面付近に流れる電流を従来の半導体受光素子と比較して低減することができ、メサ型素子の長期信頼性向上させることができる。

（第２の実施形態）
図４を用いて第２の実施形態の構成について説明する。
第２の実施形態の半導体受光素子は、半導体基板４０１上に、第一の導電型の半導体層として第一の導電型の選択エッチング層４０３と、第二の導電型の光吸収層４０７を含む多層膜と、第二の導電型の半導体層として第二の導電型の選択エッチング層４０８とを備える。多層膜は、第一の導電型の選択エッチング層４０３と第二の導電型の選択エッチング層４０８に挟まれる。平面視において、第一の導電型のエッチング層４０３の外周縁は、多層膜の外周縁より内側に位置するとともに、第二の導電型のエッチング層４０８の外周縁は、多層膜の外周縁より内側に位置する。本実施形態の半導体受光素子の側面は、パッシベーション膜４１３で覆われている。

本実施形態の半導体受光素子の構成は、詳細には、半導体基板４０１上に、第一の導電型のバッファ層４０２と、第一の導電型の選択エッチング層４０３と、第一の導電型の電界緩和層４０４と、増倍層４０５と、第二の導電型の電界緩和層４０６と、第二の導電型の光吸収層４０７と、第二の導電型の選択エッチング層４０８と、第二の導電型のバッファ層４０９と、第二の導電型のコンタクト層４１０と、第二の導電型電極４１１とが順に積層されており、第一の導電型の選択エッチング層４０３と、第二の導電型のエッチング層４０８は、サイドエッチングにより狭められている。

第２の実施形態の半導体受光素子は、以下のように作製される。
エピタキシャル結晶として、半導体基板４０１上から順に、第一の導電型のバッファ層４０２、第一の導電型の選択エッチング層４０３、第一の導電型の電界緩和層４０４、増倍層４０５、第二の導電型の電界緩和層４０６、第二の導電型の光吸収層４０７、第二の導電型の選択エッチング層４０８、第二の導電型のバッファ層４０９、第二の導電型のコンタクト層４１０、第二の導電側電極４１１を積層する。

第一の導電型のバッファ層４０２、第二の導電型のバッファ層４０９は、Ａｓ系材料（ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ）で形成することができる。この場合、第一の導電型の選択エッチング層４０３、第二の導電型の選択エッチング層４０８の材料には、ウェットエッチングで選択比の取れる材料として、Ｐ系材料もしくはＰを含む材料を用いることができる。具体的には、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰを用いることできる。

つづいて、半導体基板４０１表面に、エッチングマスクを形成し、エッチングレートについて材料依存性の小さな（非選択エッチング）エッチング液を用いて、表面から基板に達するまでエッチングし、メサを形成する。
このとき、エッチングマスクは、でき上がり直径が１０〜２００μｍの範囲に収まるように形成する。また、ウェットエッチングには、ウェットエッチング液として、酢酸・燐酸・過水などを用いることができる。

次に、メサエッチングのマスクを形成した状態で、選択エッチング液を用いて選択エッチング層のみをエッチングする。この場合、主に選択エッチング層を横方向からエッチングするサイドエッチングが主に起きている。

この後、メサエッチングのマスクを除去し、パッシベーション膜４１３を形成する。パッシベーション膜４１３の窓あけを行い、第二の導電型側電極４１１を形成する。また、第一の導電型側電極４１２は、別途メサ周辺部等に形成する。研磨や反射防止膜（ＡＲコート）形成工程、素子分離工程を行って完成させる。

ここで、サイドエッチングの量は、第一の導電型の選択エッチング層４０３及び第二の導電型の選択エッチング層４０８の厚みに対して１倍以上、かつ５倍以下とすることができる。

また、第一の導電型のバッファ層４０２と、第二の導電型のバッファ層４０９は、それぞれ層厚をｄ_ｂ、不純物濃度Ｎｄ_ｂとしたとき、
ｄ_ｂ×Ｎｄ_ｂ≦ｄ×Ｎ
ｄ＝０．１μｍ
Ｎ＝５×１０^１７ｃｍ^ー３
の関係を満たすようにすることができる。

また、第一の導電型のバッファ層４０２と、第二の導電型のバッファ層４０９はバッファ層の不純物濃度をＮｄ_ｂとしたとき、
Ｎｄ_ｂ≧１×１０^１７ｃｍ^−３
の関係を満たすようにすることができる。

また、第一の導電型の選択エッチング層４０３及び第二の導電型の選択エッチング層４０８の厚みをそれぞれｄ_ｓｅとしたとき、０．２μｍ以上１．０μｍ以下とすることができる。

以下に、第２の実施形態の効果を詳細に述べる。
第２の実施形態の半導体受光素子の空乏化される層の範囲は、最も広がった場合、第一の導電型のバッファ層から第二の導電型のバッファ層が想定されている。このようにして作製した素子はｐｎ接合の上下が狭められているために、表面電流が感じる抵抗成分が上昇し、加工されていない素子と比較すると相対的に表面電流が減少するため、長期信頼性の向上が期待できる。

ここで、サイドエッチングの量に関して、その量が小さいと空乏層における電界変調効果が小さくなり、深さが深いとこの効果は高くなる。一方、サイドエッチングの厚みが薄く、奥行きが深くなることでパッシベーション膜の形成が難しくなる。
そこで、少なくとも 選択エッチングの厚みと同等レベルの量にすることにより、サイドエッチングの効果を得ることができる。

たとえば、選択エッチング層厚が、０．３μｍの場合、サイドエッチング量は、０．３μｍ以上が望ましい。また、パッシベーション膜の形成方法に依存するが、確実にパッシベーション膜を形成するためには、大きくとも２．０μｍ以下の量が望ましい。もしくは、選択エッチング層の厚みの５倍程度以下が望ましい。さらに、選択エッチング層厚に対して、サイドエッチング量を２倍程度以下で形成することにより、パッシベーション膜の形成を容易にすることができる。
したがって、サイドエッチングの量を選択エッチング層厚みに対して、１倍以上５倍以下の大きさの範囲とすることにより、空乏層における電界変調効果を高めることができる。

選択エッチング層の層厚に関しては、厚ければ厚いほどサイドエッチング量を大きくでき、有効である。少なくとも、０．２μｍ以上の層厚を確保し、サイドエッチング量０．２μｍを入れることができる。また、層厚０．５μｍ程度確保し、サイドエッチング量を１．０μｍ程度とすることで、空乏層における電界変調効果を高めることができる。

一方で、選択エッチング層を空乏層内部に配置することもできる。
この場合に低濃度・厚膜で形成すると、動作電圧の上昇などを招く。
したがって、空乏層内部に配置される場合には、層厚を０．５μｍ程度に抑えるのが望ましい。
選択エッチング層の層厚を０．２μｍ程度まで抑えることで、動作電圧の上昇等の影響は比較的小さくできる。
その場合、サイドエッチング量は、０．２−１．０μｍ程度が望ましい。

選択エッチング層の濃度に関しては、例えば、ｎ型選択エッチング層の場合は、アンドープ〜５×１０^１８ｃｍ^−３の間に設定することが可能である。
空乏層側が低濃度となる、傾斜濃度の構成とすることもできる。
低濃度に設定した場合、選択エッチング層全てを空乏化することができる。
高濃度に設定した場合、選択エッチング層の一部を空乏化することができる。
選択エッチング層の濃度に関しては、ｐ型選択エッチング層は、５×１０^１５ｃｍ^−３〜５×１０^１８ｃｍ^−３の間に設定することが可能である。
空乏層側が低濃度となる、傾斜濃度の構成でもよい。
低濃度に設定した場合、選択エッチング層全てが空乏化することができる。
また、高濃度に設定した場合、選択エッチング層の一部が空乏化することができる。
空乏層側が低濃度となる、傾斜濃度の構成でもよい。

このような第２の実施形態の半導体受光素子は、パッシベーション膜界面付近に流れる電流を従来の半導体受光素子と比較して低減することができ、メサ型素子の長期信頼性を向上させることができる。

実施例３の半導体受光素子の構成を表３、図５に示す。

実施例３の半導体受光素子は、以下のように作製される。
エピタキシャル結晶として、半導体ｎ型ＩｎＰ基板５０１上に、順に、ｎ型バッファ層５０２、ｎ型選択エッチング層５０３、ｎ型電界緩和層５０４、増倍層５０５、ｐ型電界緩和層５０６、ｐ型光吸収層５０７、ｐ型選択エッチング層５０８、ｐ型バッファ層５０９、ｐ型コンタクト層５１０、ｐ型電極５１１を積層する。

つづいて、第一メサエッチングにて、直径ｄ_１＝１０、２０、５０、１００、２００μｍの円形第一メサを形成し、その後、選択エッチング液（燐酸・過水・水、もしくは酢酸系エッチング）を用いて選択エッチング層に対してサイドエッチングをかける。
サイドエッチングの量は異方性が生じるが、もっともサイドエッチングが小さいところでも０．５μｍ程度のサイドエッチングを行う。

メサ全体にパッシベーション膜５１３を形成する。パッシベーション膜５１３に電極用窓あけ後、ｐ型電極５１１をメサ上部に形成し、ｎ型電極５１２はメサ外周にて第ｎ型半導体層（若しくはｎ基板）とコンタクトさせ、メサ上部まで配線し、実装に備える。

このようにして作製した半導体受光素子は、パッシベーション膜界面付近に流れる電流を従来の半導体受光素子と比較して低減することができ、メサ型素子の長期信頼性を向上させることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

第１の実施形態に係る説明図である。 実施例１の説明図である。 実施例２の説明図である。 第２の実施形態に係る説明図である。 実施例３の説明図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１０１ 半導体基板
１０２ａ 第一の導電型のバッファ層
１０３ 第一の導電型の選択エッチング層
１０２ｂ 第一の導電型のバッファ層
１０４ 光吸収層を含む空乏化された層
１０８ａ 第二の導電型のバッファ層
１０９ 第二の導電型の選択エッチング層
１０８ｂ 第二の導電型のバッファ層
１１０ 第二の導電型のコンタクト層
１１１ 第二の導電型側の電極
１１２ 第一の導電型側の電極
１１３ パッシベーション膜
２０１ ｎ型半導体基板
２０２ａ ｎ型バッファ層
２０３ ｎ型選択エッチング層
２０２ｂ ｎ型バッファ層
２０４ 走行層
２０５ ΔＥｃ緩和層
２０６ 光吸収層
２０８ａ ｐ型バッファ層
２０９ ｐ型選択エッチング層
２０８ｂ ｐ型バッファ層
２１０ ｐ型コンタクト層
２１１ ｐ型電極
２１２ ｎ型電極
２１３ パッシベーション膜
３０１ ｎ型ＩｎＰ基板
３０２ａ ｎ型バッファ層
３０３ ｎ型選択エッチング層
３０２ｂ ｎ型バッファ層
３０４ ｎ型電界緩和層
３０５ 増倍層
３０６ 電界緩和層
３０７ 光吸収層
３０８ａ ｐ型バッファ層
３０９ ｐ型選択エッチング層
３０８ｂ ｐ型バッファ層ｂ
３１０ ｐ型コンタクト層
３１１ ｐ型電極
３１２ ｎ型電極
３１３ パッシベーション膜
４０１ 半導体基板
４０２ 第一の導電型のバッファ層
４０３ 第一の導電型の選択エッチング層
４０４ 第一の導電型の電界緩和層
４０５ 増倍層
４０６ 電界緩和層
４０７ 光吸収層
４０８ 第二の導電型の選択エッチング層
４０９ 第二の導電型のバッファ層
４１０ 第二の導電型のコンタクト層
４１１ 第二の導電型側の電極
４１２ 第一の導電型側の電極
４１３ パッシベーション膜
５０１ ｎ型半導体基板
５０２ ｎ型バッファ層
５０３ ｎ型選択エッチング層
５０４ ｎ型電界緩和層
５０５ 増倍層
５０６ 電界緩和層
５０７ 光吸収層
５０８ ｐ型選択エッチング層
５０９ ｐ型バッファ層
５１０ ｐ型コンタクト層
５１１ ｐ型電極
５１２ ｎ型電極
５１３ パッシベーション膜
６０１ 半導体基板
６０２ ｎ型電界緩和層
６０３ 増倍層
６０４ ｐ型電界緩和層
６０５ ｐ型光吸収層
６０６ ｐ型バッファ層
６０７ ｐ型コンタクト層
６０８ ｐ型電極
６０９ ｎ型電極
６１０ パッシベーション膜

Claims (7)

1. 半導体基板上に、第一の導電型の半導体層と、光吸収層を含む多層膜と、第二の導電型の半導体層と、を備える半導体受光素子であって、
   前記多層膜は、前記第一の導電型の半導体層と前記第二の導電型の半導体層に挟まれ、
   平面視において、前記第一の導電型の半導体層の外周縁は、前記多層膜の外周縁より内側に位置するとともに、前記第二の導電型の半導体層の外周縁は、前記多層膜の外周縁より内側に位置し、
   前記多層膜の側面がパッシベーション膜で覆われていることを特徴とする半導体受光素子。
2. 側面全体がパッシベーション膜で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
3. 請求項１に記載の半導体受光素子であって、
   前記多層膜が、さらに増倍層と、電界緩和層と、を含む半導体受光素子。
4. 請求項１に記載の半導体受光素子であって、
   前記半導体層の外周縁と前記多層膜の外周縁の間の距離は、前記多層膜の厚みの１倍以上５倍以下であることを特徴とする半導体受光素子。
5. 請求項１に記載の半導体受光素子であって、
   前記多層膜は、第一の導電型のバッファ層と、第二の導電型のバッファ層とを含み、
   前記バッファ層の層厚をｄ_ｂ、前記バッファ層の不純物濃度Ｎｄ_ｂとしたとき、
   ｄ_ｂ×Ｎｄ_ｂ≦ｄ×Ｎ
   ｄ＝０．１μｍ
   Ｎ＝５×１０^１７ｃｍ^ー３
   の関係を満たすことを特徴とする半導体受光素子。
6. 請求項１に記載の半導体受光素子であって、
   前記多層膜は、前記第一の導電型のバッファ層と、前記第二の導電型のバッファ層とを含み、
   前記バッファ層の不純物濃度をＮｄ_ｂとしたとき、
   Ｎｄ_ｂ≧１×１０^１７ｃｍ^−３
   の関係を満たすことを特徴とする半導体素子。
7. 請求項１に記載の半導体受光素子であって、前記第１の導電型の半導体層の厚みは、０．２μｍ以上１．０μｍ以下であり、前記第２の導電型の半導体層の厚みは、０．２μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする半導体受光素子。

Images