JP2012253138A - 表面入射型半導体受光素子、それを備える光受信モジュール及び光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】受光部を作製した後の作業において受光部が破壊されることを抑制される、表面入射型半導体受光素子、これを備える光受信モジュール及び光トランシーバの提供。
【解決手段】ＰＮ接合となる第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を含む半導体多層構造を有するメサ型受光部と、前記メサ型受光部を含む保護領域の少なくとも一部を囲う、保護メサ部と、が半導体基板上に形成される表面入射型半導体受光素子であって、前記保護メサ部は、前記メサ型受光部の前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層のいずれにも電気的に接続されていない、非接続メサ部を含む、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、メサ型の受光部を有する表面入射型半導体受光素子に関し、特に、受光部を作製した後の作業において受光部が破壊されることを抑制することにより、歩留まりが向上する表面入射型半導体受光素子に関する。

光ファイバ伝送システムに用いられる光受信モジュールに搭載される受光デバイスとして、ＰＩＮ型フォトダイオード（以下、ＰＩＮ−ＰＤと記す）などの半導体受光素子が実用化されている。かかる半導体受光素子は、入射光により発生した電子および正孔が吸収層内の強いドリフト電界により移動するため、高周波応答に優れているという特徴がある。

かかる半導体受光素子の受光部は、Ｐ型コンタクト層と、Ｎ型コンタクト層によって、キャリア濃度が低い吸収層を挟んだＰＮ接合を有している。かかる半導体受光素子の動作原理は、ＰＮ接合に逆バイアス電圧を印加し空乏化した吸収層に光が入射されると、吸収層内でキャリア（電子と正孔）が発生し、Ｐ電極側に正孔が、Ｎ電極側に電子が拡散、走行し、電流として検出できるというものである。半導体受光素子の基本構造として、信号光が素子の表面側から入射される表面入射型、信号光が素子の裏面側（基板面側）から入射される裏面入射型、信号光が素子の端面側から入射される端面入射型、などが存在する。このうち、表面入射型半導体受光素子は、裏面プロセスが不要、または簡略化することが可能であり、ウエハー形態で特性検査を行うことが可能であり、素子を精密に位置あわせして固定するキャリア部材が不要であることから、製造コストを低減することが可能であるという利点を有する。さらに受光径を大きくすることにより光ファイバとの結合トレランスを大きくすることが可能であるため、モジュールに搭載した際に簡便な方法で光結合を確保でき、モジュール製造コストを低減することが可能であるという利点を有する。

表面入射型半導体受光素子としては、プレーナ型構造とメサ型構造が実用化されている。プレーナ型構造の例としては、亜鉛をＰ型ドーピング材料として受光領域に拡散することにより受光部を形成する構造があるが、拡散深さのウエハー面内分布に起因する特性不均一化、特性歩留まり低減の問題がある。これに対しメサ型構造は、例えばＰ型コンタクト層、吸収層、Ｎ型コンタクト層からなる多層構造を有機金属気相成長法などにより形成した後、選択エッチングにより円形のメサ構造の受光メサ部を形成する方法であり、ウエハー内の特性均一化、特性歩留まり向上が期待できる構造である。

特開２００８−１６５３５号公報

メサ型構造を有する表面入射型半導体受光素子が、例えば特許文献１に開示している。特許文献１に係る表面入射型半導体受光素子では、受光メサ部が素子内で最も高い位置にあり、特許文献１には、Ｐ型電極、Ｎ型電極、その他の部分の高さについての記述がない。

素子内で受光メサ部のみが突起状に高くなっている構造の場合、例えば、素子選別工程、モジュール内への搭載工程など、受光メサ部を作製後に行う作業において、受光メサ部を破損する可能性が高くなるという問題が発生する。

本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、受光部を作製した後の作業において受光部が破壊されることが抑制される、表面入射型半導体受光素子、これを備える光受信モジュール及び光トランシーバの提供にある。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る表面入射型半導体受光素子は、ＰＮ接合となる第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を含む半導体多層構造を有するメサ型受光部と、前記メサ型受光部を含む保護領域の少なくとも一部を囲う、保護メサ部と、が半導体基板上に形成される表面入射型半導体受光素子であって、前記保護メサ部は、前記メサ型受光部の前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層のいずれにも電気的に接続されていない、非接続メサ部を含む、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記第１導電型半導体層と電気的に接続されているとともに配線とワイヤボンディング接続するための第１導電型電極パッドと、前記第２導電型半導体層と電気的に接続されているとともに配線とワイヤボンディング接続するための第２導電型電極パッドと、をさらに備えてもよい。

（３）上記（２）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記保護領域は前記第１導電型電極パッド及び第２導電型電極パッドをさらに含み、前記保護メサ部はすべて前記非接続メサ部であってもよい。

（４）上記（３）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記保護メサ部は、前記保護領域すべてを囲っていてもよい。

（５）上記（３）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記第１導電型電極パッドの上面及び前記第２導電型電極パッドの上面は、ともに、前記非接続メサ部の上面より低くてもよい。

（６）上記（４）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記保護メサ部は、前記半導体基板の周縁に形成されてもよい。

（７）上記（２）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記保護メサ部は、上面に電極が形成される前記非接続メサ部と、前記第１導電型電極パッドが上面に形成される第１導電型電極メサ部と、を含んでいてもよい。

（８）上記（７）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記保護メサ部は、前記第２導電型電極パッドが上面に形成される第２導電型電極メサ部、をさらに含んでいてもよい。

（９）上記（７）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記上面に電極が形成される前記非接続メサ部は、前記メサ型受光部を挟んで、前記第１導電型電極メサ部の反対側に配置されてもよい。

（１０）上記（８）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記半導体基板は矩形状をしており、前記第１導電型電極メサ部と前記第２導電型電極メサ部は、前記矩形の一辺側に並んで配置され、前記非接続メサ部は、前記メサ型受光部を挟んで、前記一辺の対辺側に配置されてもよい。

（１１）上記（７）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記非接続メサ部の前記電極と、前記第１導電型電極パッドとは、前記半導体基板に対して同じ高さである箇所を含んでいてもよい。

（１２）上記（１）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記非接続メサ部は、前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層を含む半導体多層構造を有していてもよい。

（１３）上記（１）に記載の表面入射型半導体受光素子であって、前記非接続メサ部の上面は、前記メサ型受光部の上面より、それぞれ、同じ高さであるか高くてもよい。

（１４）本発明に係る光受信モジュールは、上記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の表面入射型半導体受光素子を備えていてもよい。

（１５）本発明に係る光トランシーバは、上記（１４）に記載の光受信モジュールを備えていてもよい。

本発明により、受光部を作製した後の作業において受光部が破壊されることが抑制される、表面入射型半導体受光素子、これを備える光受信モジュール及び光トランシーバが提供される。

本発明の第１の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子の構造説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子を真空吸着コレットにて吸着した状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子を真空吸着コレットにて吸着した状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態の比較例に係る表面入射型半導体受光素子の構造説明図である。 本発明の第１の実施形態の比較例に係る表面入射型半導体受光素子を真空吸着コレットにて吸着した状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態の比較例に係る表面入射型半導体受光素子を真空吸着コレットにて吸着した状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子の構造説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子の構造説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下に示す図は、あくまで、各実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１の構造説明図である。当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１は、たとえばＰＩＮ−ＰＤであるが、これに限定されることはない。

図１に示す通り、半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板１１は、矩形状の半導体基板である。表面入射型半導体受光素子１は、半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板１１上に、Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部１３（キャリア濃度：５×１０^１８／ｃｍ^３、厚さ：１μｍ）と受光メサ部１２が形成されている。受光メサ部１２は頂上部から見て、Ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（キャリア濃度：５×１０^１９／ｃｍ^３、厚さ：０．１μｍ）、Ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓバッファ層（キャリア濃度：１×１０^１８／ｃｍ^３、厚さ：０．５μｍ）、Ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層（キャリア濃度：１×１０^１５／ｃｍ^３以下、厚さ：２μｍ）、およびＮ型ＩｎＧａＡｌＡｓバッファ層（キャリア濃度：１×１０^１８／ｃｍ^３、厚さ：０．５μｍ）からなる多層構造である。メサ型受光部は、受光メサ部１２とＮ型ＩｎＰコンタクト層部１３とでなっており、受光メサ部１２とＮ型ＩｎＰコンタクト層部１３でＰＮ接合を形成し、受光メサ部１２の上面に入射される光を受光することが可能である。メサ型受光部は、ＰＮ接合となるＰ型半導体層とＮ型半導体層を含む多層構造を有している。表面全体は絶縁性の保護膜１４により被膜されているが、受光メサ部１２の上面にリング状パターンで、またＮ型ＩｎＰコンタクト層部１３の上面に受光メサ部１２の外周の一部を取り囲むパターンで、開口部が設けられている。一辺（図の下辺）側の外周縁部にはＰ型電極メサ部１５と、その両側に２個のＮ型電極メサ部１６ａ，１６ｂが並んで形成されている。受光メサ部１２を挟んで対辺（図の上辺）側の外周縁部にはプロテクトメサ部１７が形成されている。Ｐ型電極メサ部１５、Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂ、プロテクトメサ部１７は受光メサ部１２と同一の多層構造であり、同一の高さである。

Ｐ型電極メサ部１５の上面には保護膜１４を挟んでＰ型電極１８が形成されている。正方形状のＰ型電極パッドがＰ型電極メサ部１５の上面に形成されており、Ｐ型電極パッドがＰ型電極１８の一端となっている。Ｐ型電極１８は、Ｐ型電極パッドから受光メサ部１２の上面まで延伸しており、受光メサ部１２の上面において、Ｐ型電極１８の他端は、保護膜１４のリング状パターンの開口部を覆うリング形状となっており、開口部を介してＰ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層に電気的に接続している。受光メサ部１２の上面における直径は５８μｍ、Ｐ型電極１８のリング形状の内径は４３μｍである。

Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂの上面には保護膜１４を挟んでＮ型電極１９が形成されている。正方形状のＮ型電極パッドがＮ型電極メサ部１６ａ，１６ｂの上面にそれぞれ形成されており、２個のＮ型電極パッドがそれぞれＮ型電極１９の一端と他端となっている。Ｎ型電極１９は、Ｎ型電極パッドからそれぞれＮ型ＩｎＰコンタクト層部１３に達するまで延伸されており、Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部１３の上面において、保護膜１４の開口部を覆う形状となっており、開口部を介してＮ型ＩｎＰコンタクト層部１３に電気的に接続している。なお、Ｐ型電極パッド及びＮ型電極パッドは、外部から接続される配線とワイヤボンディングするために用いられる。

プロテクトメサ部１７の上面にはプロテクト電極２０が形成されており、プロテクト電極２０は、受光メサ部１２とも、Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部１３とも、電気的に接続されていない。すなわち、Ｐ型電極１８ともＮ型電極１９とも電気的に接続されていない。よって、プロテクトメサ部１７は、Ｐ型電極メサ部１５やＮ型電極メサ部１６ａ，１６ｂと異なり、素子の電気系から電気的に独立しており、非接続メサ部となっている。

当該実施形態におけるＰ型電極１８やプロテクト電極２０は、蒸着法で堆積したＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜（本明細書において、”／”は、基板に近い側、基板に遠い側の順に、配置されていることを記している）で形成され、Ｎ型電極１９はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜で形成されるが、これら電極材料に限定されない。受光メサ部１２の上面の、Ｐ型電極１８のリング形状部の内側の領域は受光領域となるため、この部分の保護膜１４は受光波長に対する反射率が最低となる膜厚が望ましい。当該実施形態では、受光波長１５５０ｎｍに対する反射率を最低とするため、屈折率２.０２、厚さ１９４ｎｍのＳｉＮ膜としたが、これに限定されるものではない。以上の構成により、Ｐ型電極１８とＮ型電極１９の間に適当な逆バイアス電圧を印加することにより、受光領域に入射される波長１５５０ｎｍの光を受光することが可能となる。

完成したウエハーをダイシング用テープ材に貼り付け、ダイシング装置により素子単位に分割し、ダイシング用テープ材から表面入射型半導体受光素子１を取り出し、Ｎ型電極１９を接地し、Ｐ型電極１８に３Ｖの逆バイアス電圧を印加し、波長１５５０ｎｍ、強度１０μＷの光信号を受光領域に入力したところ、０．９Ａ／Ｗ以上の受光感度が得られ、受光トレランスは４０μｍ以上が得られた。３Ｖの逆バイアス電圧における暗電流は、室温で３ｎＡ以下、８５℃で３０ｎＡ以下、と十分に低い値であった。高温逆バイアス通電試験（２００℃，６Ｖ）では、２０００時間後の暗電流は８５℃で１００ｎＡ以下であり、高い信頼性を示した。端子間容量は２００ｆＦ、順方向抵抗は２０Ωであった。３Ｖの逆バイアス電圧を印加し、波長１５５０ｎｍ、強度１００μＷの光信号を入力して、周波数応答特性を測定した結果、８５℃にて、３ｄＢ遮断周波数は１０ＧＨｚ以上、帯域内偏差は１ｄＢ以下が得られた。

量産工程では、ダイシング用テープ材から順次自動的に、真空吸着コレットにて表面入射型半導体受光素子１を取り出して、測定用ステージに置き、暗電流などの特性検査を実施した後、良品のみを出荷用ケースに整列して収納する機能を有する自動チップ選別装置を適用することにより、検査コストを大幅に低減することが可能である。真空吸着コレットにて表面入射型半導体受光素子１を取り出す際、真空吸着コレットの先端が受光メサ部１２に接触し受光メサ部１２が破損する可能性があるが、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１は、受光メサ部１２を作製後に行う作業において受光メサ部１２が破損されるのを抑制する構造となっており、歩留まりが向上出来ている。

図２Ａ及び図２Ｂは、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１を真空吸着コレット８０にて吸着した状態を示す図である。図２Ａは、真空吸着コレット８０の断面から表面入射型半導体受光素子１を見た模式図であり、図には、真空吸着コレット８０の断面が示されており、真空吸着コレット８０の断面の向こう側に、表面入射型半導体受光素子１が示されている。

図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線の断面を示す断面図である。真空吸着コレット８０の先端部は、同じ高さのメサ上にある、Ｐ型電極１８、Ｎ型電極１９、プロテクト電極２０に接触しており、安定的に吸着することが可能である。また、受光メサ部１２は真空吸着コレット８０の内部にあるため、先端部と接触して破損する可能性が抑制されている。

図３は、当該実施形態の比較例に係る表面入射型半導体受光素子１０１の構造説明図である。表面入射型半導体受光素子１０１の基本的な構造は、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１と同じであるが、プロテクトメサ部が形成されていないことが主に異なっている。

当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１と同様に、表面入射型半導体受光素子１０１は、半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板１１１上に、Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部１１３と受光メサ部１１２が形成されている。また、図の下側に、Ｐ型電極メサ部１１５と２個のＮ型電極メサ部１１６ａ，１１６ｂが形成されており、Ｐ型電極メサ部１１５の上面にＰ型電極１１８が、Ｎ型電極メサ部１１６ａ，１１６ｂの上面にＮ型電極１１９がそれぞれ形成されている。また、前述の通り、表面全体は保護膜１１４により被膜されている。

表面入射型半導体受光素子１０１について特性検査を行ったところ、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１と同様の特性を示しており、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１にプロテクトメサ部１７を形成することにより、素子の劣化は生じていない。

次に、当該実施形態と同様に、表面入射型半導体受光素子１０１に自動チップ選別装置を適用する場合について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、当該実施形態の比較例に係る表面入射型半導体受光素子１０１を真空吸着コレット８０にて吸着した状態を示す図である。図４Ａは、真空吸着コレット８０の断面から表面入射型半導体受光素子１０１を見た模式図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線の断面を示す断面図である。

表面入射型半導体受光素子１０１には、当該実施形態と異なり、プロテクトメサ部を有しておらず、真空吸着コレット８０の先端部は、図４Ａの右側においては、Ｐ型電極１１８及びＮ型電極１１９と、図４Ａの左側においては、ＦｅドープＩｎＰ基板１１１の表面に接触している。図４Ｂに示す通り、ＦｅドープＩｎＰ基板１１１の表面は、Ｐ型電極１１８やＮ型電極１１９より高さが低いので、図４Ｂに示す通り、真空吸着コレット８０に対して表面入射型半導体受光素子１０１が傾いて吸着される。この結果、吸着ミスが多発し、さらに受光メサ部１１２が真空吸着コレット８０の先端部と接触すると破損する現象が発生してしまう。このように、メサ型受光部の周りに複数のメサ部を設けている場合であっても、かかるメサ部が素子の片側に偏在する場合は、かかる問題が生じている。

当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１は、受光メサ部１２を、Ｐ型電極メサ部１５と、Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂに加えて、非接続メサ部であるプロテクトメサ部１７で囲うことにより、例えば、真空吸着コレットによる吸着をする際に、安定的に吸着されることが可能となり、受光メサ部１２が破壊されるのが抑制されており、素子の歩留まりが向上している。

当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１の製造工程では、ＦｅドープＩｎＰ基板１１の上側に、有機金属気相成長法などに多層を形成した後に、選択エッチングにより、受光メサ部１２、Ｐ型電極メサ部１５、Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂ、プロテクトメサ部１７を形成する。すなわち、Ｐ型電極メサ部１５、Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂ、及びプロテクトメサ部１７は、受光メサ部１２などを形成する共通のプロセスによって形成されている。プロテクト電極２０は、前述の通り、蒸着法によりＰ型電極１８とともに形成される。よって、工程やコストの増大を抑制しつつ、受光メサ部１２が破壊されるのが抑制される構造が実現出来ている。また、プロテクトメサ部１７は、受光メサ部１２の多層構造形成と共通するプロセスで形成されているので、プロテクトメサ部１７は、受光メサ部１２の多層構造と同じ多層構造を有しており、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層を含んでいる。

なお、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１において、Ｐ型電極メサ部１５、Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂ、プロテクトメサ部１７は、受光メサ部１２を含む領域（保護領域）の一部をそれぞれ囲っており、かかる領域を保護している保護メサ部となっている。また、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１において、接続される配線の寄生インダクタンスを抑制する観点から、配線とワイヤボンディングされる電極パッドがそれぞれ形成されているＰ型電極メサ部１５及びＮ型電極メサ部１６ａ，１６ｂが、受光メサ部１２に対して一方側に並んで配置される場合には、前述の通り、真空吸着コレットの吸着時に素子に傾くなどの問題が生じるところ、プロテクトメサ部１７が、受光メサ部１２を挟んで、Ｐ型電極メサ部１５及びＮ型電極メサ部１６ａ，１６ｂの反対側に配置されていることにより、受光メサ部１２の破壊が抑制される構造が実現出来ている。

さらに、プロテクトメサ部１７の上面にプロテクト電極２０が形成されており、プロテクトメサ部１７のプロテクト電極２０上面は、Ｐ型電極メサ部１５のＰ型電極パッド上面やＮ型電極メサ部１６ａ，１６ｂのＮ型電極パッド上面と、ＦｅドープＩｎＰ基板１１に対して同じ高さとなっており、たとえば、真空吸着コレットの吸着が安定的になされる。同じ高さであるのが安定性の観点からは望ましいが、ほぼ同じ高さであってもよい。このとき、少なくとも、Ｐ型電極パッド又はＮ型電極パッドのいずれかは、プロテクト電極２０と同じ高さである箇所を含んでいればよい。プロテクトメサ部１７を含む保護メサ部の上面は、共通するプロセスで形成されるので、受光メサ部１２の上面と同じ高さとなっているが、これに限定されることはない。受光メサ部１２を保護する観点からは、保護メサ部の上面が受光メサ部の上面より高くなっていてもよい。このとき、非接続メサ部であるプロテクトメサ部１７の上面も受光メサ部の上面より高い。

また、当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１では、保護領域を保護している保護メサ部は、Ｐ型電極メサ部１５、Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂ及びプロテクトメサ部１７の４個のメサ部としたが、これに限定されることはない。保護メサ部に非接続メサ部であるプロテクトメサ部１７が含まれていれば、他のメサ部は、Ｐ型電極メサ部とＮ型電極メサ部のいずれか一方であってもよい。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子２の構造説明図である。当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子２の基本的な構造は、第１の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１と同じである。当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子２の受光メサ部３２を囲う保護メサ部の構造が、第１の実施形態と主に異なっている。当該実施形態に係る保護メサ部とは、矩形状のＦｅドープＩｎＰ基板３１の周縁に形成されるプロテクトメサ部３７である。

当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子２は、第１の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子１と同様に、半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板３１上に、Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部３３と受光メサ部３２が形成されており、受光メサ部３２の上面に入射される光を受光することが可能である。表面全体は絶縁性の保護膜３４により被膜されているが、受光メサ部３２の上面にリング状パターンで、またＮ型ＩｎＰコンタクト層部３３の上面に受光メサ部３２の外周の一部を取り囲むパターンで、開口部が設けられている。Ｐ型電極３８及びＮ型電極３９が、第１の実施形態と同様に、受光メサ部３２の上面及びＮ型ＩｎＰコンタクト層部３３の上面に、それぞれ延伸して形成されている。第１の実施形態と異なり、図５の右上に示す通り、Ｐ型電極３８のＰ型電極パッドは円形状をしており、保護膜３４を挟んでＦｅドープＩｎＰ基板３１上に形成されている。同様に、図５の右下と左上にそれぞれ示す通り、Ｎ型電極３９の２個のＮ型電極パッドはそれぞれ円形状をしており、保護膜３４を挟んでＦｅドープＩｎＰ基板３１上に形成されている。受光メサ部３２の上面における直径は５８μｍ、Ｐ型電極３８のリング形状の内径は４３μｍである。Ｐ型電極３８は、第１の実施形態と同様に、蒸着法で堆積したＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜で、Ｎ型電極３９はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜で形成される。受光メサ部３２の上面の、Ｐ型電極３８のリング形状部の内部の保護膜３４は、第１の実施形態と同様に、屈折率２.０２、厚さ１９４ｎｍのＳｉＮ膜とした。以上の構成により、Ｐ型電極３８とＮ型電極３９の間に適当な逆バイアス電圧を印加することにより、受光領域に入射される波長１５５０ｎｍの光を受光することが可能となる。

第１の実施形態において、保護メサ部は、Ｐ型電極メサ部１５、Ｎ型電極メサ部１６ａ，１６ｂ、プロテクトメサ部１７によって構成されていたが、当該実施形態において、保護メサ部は、非接続メサ部であるプロテクトメサ部３７のみであり、矩形状のＦｅドープＩｎＰ基板３１の外周縁部全体に形成されている。プロテクトメサ部３７は、受光メサ部３２と同一の多層構造であり、同一の高さである。なお、プロテクトメサ部３７には、第１の実施形態と異なり、Ｐ型電極メサ部１５やＮ型電極メサ部１６ａ，１６ｂの上面に形成される電極パッドと高さを揃える必要がなく、プロテクト電極は形成されていない。しかし、これに限定されることもなく、必要があればプロテクト電極が形成されてもよい。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子３の構造説明図である。当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子３の基本的な構造は、第２の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子２と同じであるが、半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板５１の形状とＰ型電極５８及びＮ型電極５９の形状が、第２の実施形態と主に異なっている。当該実施形態に係る保護メサ部とは、図６の横方向に延びる矩形状のＦｅドープＩｎＰ基板５１の周縁に形成されるプロテクトメサ部５７である。

当該実施形態に係る表面入射型半導体受光素子３は、第２の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子２と同様に、半絶縁性のＦｅドープＩｎＰ基板５１上に、Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部５３と受光メサ部５２が形成されており、受光メサ部５２の上面に入射される光を受光することが可能である。なお、Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部５３は、第１及び第２の実施形態と異なり、矩形状である。表面全体は絶縁性の保護膜５４により被膜されているが、受光メサ部５２の上面にリング状パターンで、またＮ型ＩｎＰコンタクト層部５３の上面に受光メサ部５２の外周の一部を取り囲むパターンで、開口部が設けられている。Ｐ型電極５８及びＮ型電極５９が、第２の実施形態と同様に、受光メサ部５２の上面及びＮ型ＩｎＰコンタクト層部５３の上面に、それぞれ延伸して形成されている。図６の右側に示す通り、Ｐ型電極３８のＰ型電極パッドは円形状をしており、保護膜３４を挟んでＦｅドープＩｎＰ基板３１上に形成されている。第２の実施形態と異なり、図６の左側に示す通り、Ｎ型電極５９は円形状のＮ型電極パッドを１個有しており、保護膜５４を挟んでＦｅドープＩｎＰ基板５１上に形成されている。かかる構成により、Ｐ型電極５８とＮ型電極５９の間に適当な逆バイアス電圧を印加することにより、受光領域に入射される波長１５５０ｎｍの光を受光することが可能となる。

なお、第２及び第３の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子は、受光メサ部を含む領域（保護領域）の周縁をすべて、プロテクトメサ部で囲うことにより、例えば、真空吸着コレットによる吸着をする際に、安定的に吸着されることが可能となり、受光メサ部が破壊されるのが抑制されており、素子の歩留まりが向上している。プロテクトメサ部が保護領域すべてを囲うことにより、Ｐ型電極メサ部やＮ型電極メサ部を設ける必要がなく、Ｐ型電極のＰ型電極パッドやＮ型電極のＮ型電極パッドは、ＦｅドープＩｎＰ基板上に形成すればよく、Ｐ型電極パッドの上面及びＮ型電極パッドの上面は、ともに、非接続メサ部であるプロテクトメサ部の上面より低い。なお、ここで、保護領域は、受光メサ部に加えて、Ｐ型電極パッド及びＮ型電極パッドを含む領域であり、さらに、素子が破壊されるのが抑制されている。

また、第２及び第３の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子について、第１の実施形態と同様に、自動チップ選別装置を適用した結果、真空吸着コレットの先端部は、同じ高さのプロテクトメサ部に接触しており、安定的に吸着することが可能であった。また、受光メサ部は真空吸着コレットの内部にあるため、先端部と接触して破損する可能性が抑制されていることが確認できている。

第２及び第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、プロテクトメサ部（保護メサ部）の上面は、共通するプロセスで形成されるので、受光メサ部の上面と同じ高さとなっているが、これに限定されることはなく、受光メサ部を保護する観点からは、保護メサ部の上面が受光メサ部の上面より高くなっていてもよい。

以上、本発明の実施形態に係る表面入射型半導体受光素子について説明した。本発明に係る表面入射型半導体受光素子を備える光受信モジュールは、低価格で高性能が実現される。さらに、光送信モジュールと本発明に係る光受信モジュールを備える光トランシーバは、同様に低価格で高性能が実現される。なお、ここでは、第１導電型をＰ型と、第２導電型をＮ型としたが、これに限定されることはなく、第１導電型をＮ型と、第２導電型をＰ型としてもよい。受光メサ部を作製後に行う作業について、自動チップ選別装置の真空吸着コレットによる素子吸着を例に説明したが、これに限定されることはなく、素子選別工程やモジュール内への搭載工程などにおける作業であってもよいのは言うまでもない。

１，２，３，１０１ 表面入射型半導体受光素子、１１，３１，５１，１１１ ＦｅドープＩｎＰ基板、１２，３２，５２，１１２ 受光メサ部、１３，３３，５３，１１３ Ｎ型ＩｎＰコンタクト層部、１４，３４，５４，１１４ 保護膜、１５，１１５ Ｐ型電極メサ部、１６ａ，１６ｂ，１１６ａ，１１６ｂ Ｎ型電極メサ部、１７，３７，５７，１１７ プロテクトメサ部、１８，３８，５８，１１８ Ｐ型電極、１９，３９，５９，１１９ Ｎ型電極、２０，１２０ プロテクト電極、８０ 真空吸着コレット。

Claims (15)

1. ＰＮ接合となる第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を含む半導体多層構造を有するメサ型受光部と、
   前記メサ型受光部を含む保護領域の少なくとも一部を囲う、保護メサ部と、
   が半導体基板上に形成される表面入射型半導体受光素子であって、
   前記保護メサ部は、前記メサ型受光部の前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層のいずれにも電気的に接続されていない、非接続メサ部を含む、
   ことを特徴とする、表面入射型半導体受光素子。
2. 前記第１導電型半導体層と電気的に接続されているとともに配線とワイヤボンディング接続するための第１導電型電極パッドと、
   前記第２導電型半導体層と電気的に接続されているとともに配線とワイヤボンディング接続するための第２導電型電極パッドと、
   をさらに備える、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の表面入射型半導体受光素子。
3. 前記保護領域は前記第１導電型電極パッド及び第２導電型電極パッドをさらに含み、
   前記保護メサ部はすべて前記非接続メサ部である、
   ことを特徴とする、請求項２に記載の表面入射型半導体受光素子。
4. 前記保護メサ部は、前記保護領域すべてを囲っている、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の表面入射型半導体受光素子。
5. 前記第１導電型電極パッドの上面及び前記第２導電型電極パッドの上面は、ともに、前記非接続メサ部の上面より低い、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の表面入射型半導体受光素子。
6. 前記保護メサ部は、前記半導体基板の周縁に形成される、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の表面入射型半導体受光素子。
7. 前記保護メサ部は、上面に電極が形成される前記非接続メサ部と、前記第１導電型電極パッドが上面に形成される第１導電型電極メサ部と、を含む、
   ことを特徴とする、請求項２に記載の表面入射型半導体受光素子。
8. 前記保護メサ部は、前記第２導電型電極パッドが上面に形成される第２導電型電極メサ部、をさらに含む、
   ことを特徴とする、請求項７に記載の表面入射型半導体受光素子。
9. 前記上面に電極が形成される前記非接続メサ部は、前記メサ型受光部を挟んで、前記第１導電型電極メサ部の反対側に配置される、
   ことを特徴とする、請求項７に記載の表面入射型半導体受光素子。
10. 前記半導体基板は矩形状をしており、
    前記第１導電型電極メサ部と前記第２導電型電極メサ部は、前記矩形の一辺側に並んで配置され、
    前記非接続メサ部は、前記メサ型受光部を挟んで、前記一辺の対辺側に配置される、
    ことを特徴とする、請求項８に記載の表面入射型半導体受光素子。
11. 前記非接続メサ部の前記電極と、前記第１導電型電極パッドとは、前記半導体基板に対して同じ高さである箇所を含む、
    ことを特徴とする、請求項７に記載の表面入射型半導体受光素子。
12. 前記非接続メサ部は、前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層を含む半導体多層構造を有する、
    ことを特徴とする、請求項１に記載の表面入射型半導体受光素子。
13. 前記非接続メサ部の上面は、前記メサ型受光部の上面より、それぞれ、同じ高さであるか高い、
    ことを特徴とする、請求項１に記載の表面入射型半導体受光素子。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の表面入射型半導体受光素子を備える、光受信モジュール。
15. 請求項１４に記載の光受信モジュールを備える、光トランシーバ。

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