JP3717785B2 - 半導体受光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に半導体装置に係り、特に光ファイバ通信システムあるいは光情報処理装置で使われる半導体受光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
半導体受光装置は光ファイバ通信システムにおいて、光信号を電気信号に高速に変換するために必須の要素である。しかし、最近の光ファイバ通信システム中におけるトラヒックの急増、およびこれに対応した伝送速度の増大に伴い、半導体受光装置の応答速度のさらなる向上が求められている。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、高速半導体受光装置としてはいわゆるＰＩＮフォトダイオードが広く使われている。ＰＩＮフォトダイオードは光吸収層中に入る光信号により形成された光励起キャリアを、逆バイアスを印加したｐｎ接合を介して光電流の形で読み出す受光装置であり、非常に高速での応答が可能である。
【０００４】
ＰＩＮフォトダイオードの応答速度は、主にｐｎ接合に伴う寄生容量により制限され、このため従来よりかかる寄生容量を低減するための様々な構成が提案され、成果をあげている。
【０００５】
一方、このように構造の改良によりＰＩＮフォトダイオードの寄生容量が低減されてくると、フォトダイオードの応答速度を制限する要因として、さらに光励起されたキャリアが光吸収層中を通過するに要するキャリア移動時間が、新たな律速要因として浮上してきている。キャリア移動時間はＰＩＮフォトダイオード中の光吸収層の厚さを低減することにより抑制することが可能であるが、光吸収層の厚さを低減した場合、入射光信号が光吸収層において十分に吸収されずに通過してしまい、受光効率低下の問題が生じてくる。
【０００６】
そこで従来より、薄い光吸収層に斜めに光信号を入射し、キャリア移動時間を短縮すると同時に受光効率の低減を回避する構成を有するＰＩＮフォトダイオードが提案されている。
【０００７】
図１は、かかる従来の高速ＰＩＮフォトダイオード１０の構成を示す。
【０００８】
図１を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード１０は半絶縁性ＩｎＰ基板１１上に構成されており、前記ＩｎＰ基板１１上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層１２と、前記バッファ層１２上にエピタキシャルに形成された非ドープあるいはｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３と、前記光吸収層１３上にエピタキシャルに形成されたｐ型ＩｎＰキャップ層１４とよりなり、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層１２上にはｎ型オーミック電極１２Ａが、また前記ｐ型ＩｎＰキャップ層１４上にはｐ型オーミック電極１４Ａが形成されている。
【０００９】
図１の構造では前記ＩｎＰ基板１１上において前記ｎ型ＩｎＰバッファ層１２が限られた面積のパターンを形成し、さらに前記光吸収層１３およびｐ型ＩｎＰキャップ層１４が前記ｎ型ＩｎＰバッファ層１２上において限られた面積のメサ構造を形成するため、寄生容量が最小化されている。また図１のＰＩＮフォトダイオード１０では、光信号１は前記ＩｎＰ基板１１の下面１１Ａに入射角θ0で斜めに入射され、屈折角θiで屈折される。その結果、前記光信号１は前記光吸収層１３に斜めに入射する。
【００１０】
しかし、かかる基板下面１１Ａに光信号１を斜めに入射させる構成のフォトダイオードでは、前記ＩｎＰ基板１１が約３．０の非常に大きな屈折率を有するため、前記光信号１を前記基板下面１１Ａに非常に浅い角度で、換言すると大きな入射角θ0で入射した場合でも前記光信号は前記光吸収層１３に垂直に近い角度で入射してしまい、光吸収層１３中における十分な光路長を確保することができない。
【００１１】
これに対し、図２は特開平１１−１３５８２３号公報による、別の従来の高速ＰＩＮフォトダイオード２０の構成を示す。
【００１２】
図２を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード２０も半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に構成されており、前記ＩｎＰ基板２１上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層２２と、前記ＩｎＰバッファ層２２上にエピタキシャルに形成されたｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２３と、前記光吸収層２３上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰキャップ層２４とを含み、前記ＩｎＰキャップ層２４およびその下のＩｎＧａＡｓ光吸収層２３の一部には、ｐ型にドープされた拡散領域２５が形成されている。
【００１３】
さらに前記ＩｎＰキャップ層２４上には、前記ｐ型拡散領域２５に対応してｐ型オーミック電極２６が形成され、さらに前記ｐ型拡散領域２５の外側のｎ型領域上にはｎ型オーミック電極２７が形成され、前記ＩｎＰキャップ層２４の露出表面はＳｉＮ等のパッシベーション膜２４Ａにより覆われている。
【００１４】
図２のＰＩＮフォトダイオード２０では、さらに前記基板２１を含む半導体層２２〜２４の一部が、基板側方から作用するエッチングにより除去されており、これに伴い前記ＰＩＮフォトダイオード２０には、前記基板２１の側壁面２１Ａから延在し、前記半導体層２２〜２４を斜めにカットする斜面２１Ｂが形成されている。そこで、かかる斜面２１Ｂに対して前記基板２１に平行に進行する光信号１を入射させた場合、かかる光信号１は前記斜面２１Ｂにおいて前記光吸収層２３の方向に屈折される。
【００１５】
図２のＰＩＮフォトダイオード２０に類似した構成は、例えば特開平１１−３０７８０６号公報にも記載されている。
【００１６】
図３は、前記特開平１１−３０７８０６号公報に記載のＰＩＮフォトダイオード３０の構成を示す。ただし図３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００１７】
図３を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード３０はｎ型ＩｎＰ基板３１上構成されており、前記基板３１上にエピタキシャルに形成されたｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３２と前記光吸収層３２上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰキャップ層３３とよりなり、前記ＩｎＰキャップ層３３とその下のＩｎＧａＡｓ光吸収層の一部には、ｐ型拡散領域３４が形成されている。さらに前記ｐ型拡散領域３４上にはｐ型オーミック電極３５が、また前記ＩｎＰ基板３１の下主面３１Ａ上にはｎ型オーミック電極３６が形成されている。
【００１８】
図３のＰＩＮフォトダイオード３０では、前記ＩｎＰ基板３１の下縁に沿って斜面３１Ｂが形成されており、従って前記基板３１の面に平行に光信号１が入射すると前記斜面３１Ｂにより、前記光吸収層３２の方向に屈折される。
【００１９】
さらにこのような入射光信号の光吸収層の方向への偏向は、屈折以外に反射により実現することも可能である。
【００２０】
図４は、特開平２０００−１８３３９０号公報に記載された反射による入射光信号の偏向を使ったＰＩＮフォトダイオード４０の構成を示す。
【００２１】
図４を参照するに、ＰＩＮフォトダイオード４０は半絶縁性ＩｎＰ基板４１上に構成されており、前記ＩｎＰ基板４１上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層４２と、前記バッファ層４２上にエピタキシャルに形成されたｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層４３と、前記光吸収層４３上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰキャップ層４４とよりなり、前記ＩｎＰキャップ層４４およびその下のＩｎＧａＡｓ光吸収層４３の一部には、ｐ型拡散領域４５が形成されている。また前記ｐ型拡散領域４５上にはｐ型オーミック電極４６が、さらに前記ＩｎＰキャップ層４４のうちのｎ型領域上にはｎ型オーミック電極４７が形成されている。
【００２２】
さらに前記ＩｎＰ基板４１の下主面には斜面で画成された凹部４１Ａが形成されており、入来光信号１は前記ＩｎＰ基板４１の側壁面を通って前記基板主面に平行な面内に沿って入射した後、前記凹部４１Ａを画成する斜面により、前記光吸収層４３の方に反射される。前記凹部４１Ａによる入射光信号の偏向を促進するために、図４の構成では前記基板４１に下主面に前記凹部４１Ａを覆うようにＳｉＮ膜４１ａおよびＡｌ反射膜４１ｂを形成し、さらに前記Ａｌ膜４１ｂをＴｉ密着膜４１ｃを介してＡｕ膜４１ｄにより覆うことにより保護している。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図２〜図４のＰＩＮフォトダイオードにおいても入射光信号を屈折または反射により偏向させることにより、前記光吸収層に対して斜めに入射させ、光吸収層中における光路長を増大させることができるが、これら従来の構成では入射した光信号は屈折あるいは反射される際の偏波依存性のため、偏波方向により、実効的な感度が変化してしまう問題がある。一般に光ファイバ通信システムにおいて光ファイバ中を伝播する光信号は偏波面がランダムにドリフト回転しているのが普通であり、受光感度が時時刻刻変化する問題が生じる。
【００２４】
さらに先に説明した従来のＰＩＮフォトダイオードでは、入射光信号を屈折あるいは反射する斜面が基板あるいは半導体層の一部に限定して形成されているため、入射光信号をかかる斜面により偏向させるためには入射光信号を前記斜面に正確に入射させる必要がある。しかし、偏向された光信号が前記光吸収層のうち、前記ｐ型オーミック電極が形成された受光領域に正しく入射するためには、前記受光領域と斜面との位置関係を正確に維持する必要があり、フォトダイオードの製造工程が複雑になる。
【００２５】
さらに先に説明した従来のＰＩＮフォトダイオードでは、前記斜面を基板主面に対して斜めに形成するために、選択エッチングあるいはダイシング工程を行う必要があるが、かかる選択エッチングあるいはダイシングでは光学的に平坦な面を形成するのが困難で、入射光信号が偏向される際にかかる斜面において散乱損が発生しやすい。
【００２６】
そこで本発明は上記の課題を解決した新規で有用な半導体受光装置を提供することを概括的課題とする。
【００２７】
本発明のより具体的な課題は、光損失が少なく製造が容易な高速半導体受光装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
側壁面で画成され、入射光に対して透明な半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された光吸収層とを備えた半導体受光装置において、
少なくとも前記側壁面はへき開面であって、その全面が前記半導体基板の主面に垂直な面に対して傾斜した平坦面よりなり、
前記入射光は、前記平坦面に実質的に垂直に入射し、その直進した光が前記光吸収層に対して傾斜して入射することを特徴とする半導体受光装置により、または
請求項２に記載したように、
前記半導体基板は、さらに前記へき開面に対して平行に対向する別のへき開面により画成されることを特徴とする請求項１記載の半導体受光装置により、または
請求項３に記載したように、
前記半導体基板はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板よりなり、前記平坦面は（１１０）面または（１１１）面よりなることを特徴とする請求項１〜２のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項４に記載したように、
前記平坦面は、前記半導体基板の主面に垂直な面に対して３０°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項５に記載したように、
前記半導体基板の主面は、（１００）面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項６に記載したように、
前記平坦面上には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項７に記載したように、
前記光吸収層は前記平坦面への垂線が通過する範囲内に形成され、受光領域を形成することを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項８に記載したように、
前記光吸収層上にはキャップ層が形成され、前記キャップ層上にはオーミック電極が形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体受光装置により、または
請求項９に記載したように、
前記光吸収層上にはさらにキャップ層が形成され、前記光吸収層およびキャップ層は第１の導電型を有し、さらに前記光吸収層およびキャップ層の一部には、受光領域に対応して第２の導電型を有する導電型反転領域が形成されており、前記受光領域は前記平坦面への垂線が通過する範囲内に形成されることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項１０に記載したように、
傾斜半導体基板上に光吸収層を含む複数の半導体層を順次堆積する工程と、
前記傾斜半導体基板上において前記複数の半導体層をパターニングすることにより、前記傾斜半導体基板の表面上に画成された複数の領域において、光吸収層を含む複数の半導体受光素子パターンをそれぞれ形成する工程と、
前記傾斜半導体基板を、前記複数の領域においてへき開することにより、各々少なくとも一対のへき開面により画成された複数の半導体受光素子を、相互に分離させる工程と、
前記分離した半導体受光素子の各々において、該へき開面上に反射防止膜を形成する工程とよりなることを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置の製造方法により、解決する。
【００２９】
本発明によれば、半導体受光装置を構成する基板の少なくとも一つの側壁面の全体が、基板主面に対して傾斜した平坦面より構成されるため、かかる平坦面を光信号の入射面として使うことにより、入射光信号を入射面において屈折あるいは反射させることなく前記基板上に形成された受光領域に、実質的に真直ぐに導くことが出来る。その際、前記平坦面は半導体基板の側壁面全体にわたり形成されているため、基板上に形成される受光領域の位置を前記基板側壁面に対して厳密に規定せずとも入射光信号を真直ぐ受光領域に導くことが可能になり、半導体受光装置の製造が容易になる。さらにかかる平坦面は基板として傾斜基板を使うことにより、単純なへき開面作業により形成が可能で、光学的な品質の平坦面を容易に得ることができる。さらに本発明の半導体受光装置では入射光信号がかかる平坦面に垂直に入射して、そのまま真直ぐ受光領域に到達するため、従来のフォトダイオードで入射光の屈折あるいは反射の際に生じていた偏波依存性の問題を回避することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図５は本発明の第１実施例によるＰＩＮフォトダイオード５０の構成を示す。
【００３１】
図５を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード５０は半絶縁性の傾斜ＩｎＰ基板５１上に構成されており、前記基板５１上にエピタキシャルに形成された厚さが約０．５μｍのｎ型ＩｎＰバッファ層５２と、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層５２上にエピタキシャルに形成された厚さが約０．５μｍの非ドープあるいはｎ-型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層５３と、前記光吸収層５３上にエピタキシャルに形成された厚さが約０．５μｍのｐ型ＩｎＰキャップ層５４とよりなり、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３とｐ型ＩｎＰキャップ層５４とは前記ｎ型ＩｎＰバッファ層５２上において、前記ＰＩＮフォトダイオード５０の受光領域となる径が約１０μｍのメサ構造Ｍを形成する。さらに前記ｎ型ＩｎＰバッファ層５２上にはｎ型オーミック電極５２Ａが、また前記ｐ型ＩｎＰキャップ層５４上にはｐ型オーミック電極５４Ａが形成されている。
【００３２】
本実施例によるＰＩＮフォトダイオード５０では、前記半絶縁性ＩｎＰ基板５１は（１００）面に垂直な面から３０°以下の角度θで傾斜した主面を有し、さらに（１１０）面よりなる一対の平行な側壁面５１Ａ，５１Ｂにより画成されている。従って、前記側壁面５１Ａ，５１Ｂもまた、前記基板主面に垂直な面に対して３０°以下の角度θをなす。
【００３３】
前記側壁面５１Ａ，５１Ｂはへき開面により形成されるのが好ましく、一方の側壁面５１Ａ上にはＳｉＮ等よりなる反射防止膜５１ａが形成されている。
【００３４】
図５のＰＩＮフォトダイオード５０では、入射光信号は前記反射防止膜５１ａを通って前記側壁面５１Ａに垂直に入射し、そのまま前記ＩｎＰ基板５１中を直進してＩｎＧａＡｓ光吸収層５３に斜めに入射する。このため前記光吸収層５３の厚さが薄い場合でも入射光信号の前記光吸収層５３中における光路長は長くなり、その結果光吸収層５３は前記入射光信号を効率的に吸収できる。前記光信号が半絶縁性ＩｎＰ基板５１からｎ型ＩｎＰバッファ層５２に入射する際にＩｎＰ媒質のキャリア密度の差に起因する屈折、およびこれに伴う偏波依存性が現れる可能性はあるが、かかる屈折率の偏波依存性はわずかであり、しかも前記ＩｎＰ基板５１とＩｎＰバッファ層５２との間の界面は前記光吸収層５３の近傍に位置するため、屈折した入射光信号が前記光吸収層５３からそれることはない。
【００３５】
このように前記入射光信号の吸収により前記光吸収層５３中において生じた光励起キャリアは、前記電極５２Ａと５４Ａとの間に逆バイアス電圧を印加しておくことにより前記電極５２Ａおよび５４Ａへと流れ、光電流を形成する。
【００３６】
本実施例においては前記基板傾斜角θの値を減少させればさせるほど、前記入射光信号の光吸収層５３中における光路長を増大させることができるが、一方前記角度θを小さくすると入射光を受光するのに必要な受光部の面積、すなわち前記光吸収層５３およびその上のＩｎＰキャップ層５４、さらにオーミック電極５４Ａの面積が増大してしまい、フォトダイオードの高速動作が阻害されることになる。このような事情で、前記傾斜角θは２０°以上に設定するのが好ましい。一方、前記傾斜角θが大きくなると前記ＩｎＰ基板５１の鋭角部分が力学的に脆弱になり、このため前記角度θは３０°以下に止めるのが好ましい。
【００３７】
次に図５のＰＩＮフォトダイオード５０の製造工程を、図６（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら説明する。
【００３８】
図６（Ａ）を参照するに前記傾斜ＩｎＰ基板５１は約２０°の傾斜角θを有し、前記傾斜ＩｎＰ基板５１上にはｎ型ＩｎＰバッファ層５３と非ドープあるいはｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３とｐ型ＩｎＰキャップ層５４とが順次ＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャルに形成され、次に図６（Ｂ）の工程で前記半導体層５２から５４に対してパターニングを行うことにより、前記ＩｎＰ基板５１上に画成された素子領域の各々において図５の素子パターンを形成する。
【００３９】
図６（Ｂ）の工程では各々の素子パターンにおいて電極５２Ａおよび５４Ａの形成までを行い、次に図６（Ｃ）の工程において前記傾斜ＩｎＰ基板５１を、支持面上においてカッターを作用させることによりへき開する。その結果前記ＩｎＰ基板５１は各々が一対の（１１０）へき開面５１Ａ，５１Ｂで画成されたチップに分割され、図６（Ｄ）の工程において前記へき開面５１Ａ上に反射防止膜５１ａを形成することにより、図５のＰＩＮフォトダイオード５０が完成する。
【００４０】
なお図６（Ｃ）のへき開工程においては、前記へき開面５１Ａ，５１Ｂとして（１１１）面が現れる場合もある。
【００４１】
本実施例によるＰＩＮフォトダイオード５０では、光入射面としてＩｎＰ基板５１のへき開面５１Ａを使うため、光学的品質の光入射面を容易に、かつ確実に得ることができる。光入射面をへき開により形成することにより、光入射面はＩｎＰ基板５１の入射側側壁面の全面に形成されるため、光入射面５１Ａと受光領域Ｍとの位置関係を厳密に管理せずとも、入射光信号を受光領域Ｍに確実に入射させることができる。
【００４２】
図７を参照するに本実施例では前記非ドープＩｎＧａＡｓ光吸収層５３およびｐ型ＩｎＰキャップ層５４の代わりにｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６３およびｎ型ＩｎＰキャップ層６４が使われ、前記ｎ型ＩｎＰ層５２、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６３およびｎ型ＩｎＰキャップ層６４は前記ＩｎＰ基板５１共々へき開されている。すなわち前記へき開面５１Ａおよび５１Ｂは前記ＩｎＰ層５２，ＩｎＧａＡｓ層６３およびキャップ層６４よりなる積層構造体の側壁面を構成している。
【００４３】
また本実施例では前記ｎ型ＩｎＰキャップ層６４の一部およびその下の光吸収層６３の一部にｐ型拡散領域６５Ａが形成されており、前記ＩｎＰ層６４の前記ｐ型拡散領域６５上にはｐ型オーミック電極６４Ａが形成されている。またそれ以外の領域にはｎ型ＩｎＰ層５２に達するｎ型拡散領域６５Ｂが形成され、その上にｎ型電極６４Ｂが形成されている。さらに前記へき開面５１Ａ上には反射防止膜５２ａが形成されている。該構成では電極６４Ａと６４Ｂとの間に、前記ＩｎＰ層５２を介して前記光吸収層６３に逆バイアスが生じるように、バイアス電圧が印加される。
【００４４】
かかる構成においても、入射光信号は前記へき開面５１Ａに垂直に入射し、前記ＩｎＰ基板５１中を真直ぐ進行して前記光吸収層６３に到達する。従って先の図５の実施例と同様に本実施例においても入射光信号検出時の偏波依存性の問題が解消する。さらに基板５１の入射側側壁面の全面がへき開面５１Ａとなっているため、入射側側壁面５１Ａとｐ型拡散領域６５Ａよりなる受光領域との間の位置関係についての制約が緩和され、素子の製造が容易になる。また入射側側壁面５１Ａがへき開面であるため光学的品質の光入射面を容易に形成でき、光損失が低減される。
【００４５】
以上の実施例ではＩｎＰ基板５１を例に説明を行ったが、本発明は他のＩＩＩＶ族化合物半導体基板を使った場合にも適用可能である。
【００４６】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体受光装置を構成する基板の少なくとも一つの側壁面の全体が、基板主面に対して傾斜した平坦面より構成されるため、かかる平坦面を光信号の入射面として使うことにより、入射光信号を入射面において屈折あるいは反射させることなく前記基板上に形成された受光領域に、実質的に真直ぐに導くことが出来る。その際、前記平坦面は半導体基板の側壁面全体にわたり形成されているため、基板上に形成される受光領域の位置を前記基板側壁面に対して厳密に規定せずとも入射光信号を真直ぐ受光領域に導くことが可能になり、半導体受光装置の製造が容易になる。さらにかかる平坦面は基板として傾斜基板を使うことにより、単純なへき開面作業により形成が可能で、光学的な品質の平坦面を容易に得ることができる。さらに本発明の半導体受光装置では入射光信号がかかる平坦面に垂直に入射して、そのまま真直ぐ受光領域に到達するため、従来のフォトダイオードで入射光の屈折あるいは反射の際に生じていた偏波依存性の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図２】従来の別のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図３】従来のさらに別のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図４】従来のさらに別のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例によるＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、図５のＰＩＮフォトダイオードの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例によるＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 入射光
１０，２０，３０，４０，５０，６０ ＰＩＮフォトダイオード
１１，２１，４１，５１ 半絶縁性ＩｎＰ基板
１１Ａ 基板下側主面
１２，２２，３２，４２，５２ ｎ型ＩｎＰバッファ層
１２Ａ，２７，３６，４７，５２Ａ，６４Ｂ ｎ型オーミック電極
１３，５３ 非ドープまたはｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１４，５４ ｐ型ＩｎＰキャップ層
１４Ａ，２６，３５，４６，５４Ａ，６４Ａ ｐ型オーミック電極
２１Ａ 基板側壁面
２１Ｂ 光入射斜面
２３，４３，６３ ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
２４，３３，４４，６４ ｎ型ＩｎＰキャップ層
２４Ａ パッシベーション膜
２５，３４，４５，６５Ａ ｐ型拡散領域
３１ ｎ型ＩｎＰ基板
３１Ａ ｎ型ＩｎＰ基板下面
３１Ｂ ｎ型ＩｎＰ基板斜面
４１Ａ 凹部
４１ａ ＳｉＮ膜
４１ｂ Ａｌ膜
４１ｃ Ｔｉ膜
４１ｄ Ａｕ膜
５１Ａ，５１Ｂ へき開面
５１ａ 反射防止膜
６５Ｂ ｎ型拡散領域
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に半導体装置に係り、特に光ファイバ通信システムあるいは光情報処理装置で使われる半導体受光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
半導体受光装置は光ファイバ通信システムにおいて、光信号を電気信号に高速に変換するために必須の要素である。しかし、最近の光ファイバ通信システム中におけるトラヒックの急増、およびこれに対応した伝送速度の増大に伴い、半導体受光装置の応答速度のさらなる向上が求められている。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、高速半導体受光装置としてはいわゆるＰＩＮフォトダイオードが広く使われている。ＰＩＮフォトダイオードは光吸収層中に入る光信号により形成された光励起キャリアを、逆バイアスを印加したｐｎ接合を介して光電流の形で読み出す受光装置であり、非常に高速での応答が可能である。
【０００４】
ＰＩＮフォトダイオードの応答速度は、主にｐｎ接合に伴う寄生容量により制限され、このため従来よりかかる寄生容量を低減するための様々な構成が提案され、成果をあげている。
【０００５】
一方、このように構造の改良によりＰＩＮフォトダイオードの寄生容量が低減されてくると、フォトダイオードの応答速度を制限する要因として、さらに光励起されたキャリアが光吸収層中を通過するに要するキャリア移動時間が、新たな律速要因として浮上してきている。キャリア移動時間はＰＩＮフォトダイオード中の光吸収層の厚さを低減することにより抑制することが可能であるが、光吸収層の厚さを低減した場合、入射光信号が光吸収層において十分に吸収されずに通過してしまい、受光効率低下の問題が生じてくる。
【０００６】
そこで従来より、薄い光吸収層に斜めに光信号を入射し、キャリア移動時間を短縮すると同時に受光効率の低減を回避する構成を有するＰＩＮフォトダイオードが提案されている。
【０００７】
図１は、かかる従来の高速ＰＩＮフォトダイオード１０の構成を示す。
【０００８】
図１を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード１０は半絶縁性ＩｎＰ基板１１上に構成されており、前記ＩｎＰ基板１１上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層１２と、前記バッファ層１２上にエピタキシャルに形成された非ドープあるいはｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３と、前記光吸収層１３上にエピタキシャルに形成されたｐ型ＩｎＰキャップ層１４とよりなり、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層１２上にはｎ型オーミック電極１２Ａが、また前記ｐ型ＩｎＰキャップ層１４上にはｐ型オーミック電極１４Ａが形成されている。
【０００９】
図１の構造では前記ＩｎＰ基板１１上において前記ｎ型ＩｎＰバッファ層１２が限られた面積のパターンを形成し、さらに前記光吸収層１３およびｐ型ＩｎＰキャップ層１４が前記ｎ型ＩｎＰバッファ層１２上において限られた面積のメサ構造を形成するため、寄生容量が最小化されている。また図１のＰＩＮフォトダイオード１０では、光信号１は前記ＩｎＰ基板１１の下面１１Ａに入射角θ0で斜めに入射され、屈折角θiで屈折される。その結果、前記光信号１は前記光吸収層１３に斜めに入射する。
【００１０】
しかし、かかる基板下面１１Ａに光信号１を斜めに入射させる構成のフォトダイオードでは、前記ＩｎＰ基板１１が約３．０の非常に大きな屈折率を有するため、前記光信号１を前記基板下面１１Ａに非常に浅い角度で、換言すると大きな入射角θ0で入射した場合でも前記光信号は前記光吸収層１３に垂直に近い角度で入射してしまい、光吸収層１３中における十分な光路長を確保することができない。
【００１１】
これに対し、図２は特開平１１−１３５８２３号公報による、別の従来の高速ＰＩＮフォトダイオード２０の構成を示す。
【００１２】
図２を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード２０も半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に構成されており、前記ＩｎＰ基板２１上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層２２と、前記ＩｎＰバッファ層２２上にエピタキシャルに形成されたｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２３と、前記光吸収層２３上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰキャップ層２４とを含み、前記ＩｎＰキャップ層２４およびその下のＩｎＧａＡｓ光吸収層２３の一部には、ｐ型にドープされた拡散領域２５が形成されている。
【００１３】
さらに前記ＩｎＰキャップ層２４上には、前記ｐ型拡散領域２５に対応してｐ型オーミック電極２６が形成され、さらに前記ｐ型拡散領域２５の外側のｎ型領域上にはｎ型オーミック電極２７が形成され、前記ＩｎＰキャップ層２４の露出表面はＳｉＮ等のパッシベーション膜２４Ａにより覆われている。
【００１４】
図２のＰＩＮフォトダイオード２０では、さらに前記基板２１を含む半導体層２２〜２４の一部が、基板側方から作用するエッチングにより除去されており、これに伴い前記ＰＩＮフォトダイオード２０には、前記基板２１の側壁面２１Ａから延在し、前記半導体層２２〜２４を斜めにカットする斜面２１Ｂが形成されている。そこで、かかる斜面２１Ｂに対して前記基板２１に平行に進行する光信号１を入射させた場合、かかる光信号１は前記斜面２１Ｂにおいて前記光吸収層２３の方向に屈折される。
【００１５】
図２のＰＩＮフォトダイオード２０に類似した構成は、例えば特開平１１−３０７８０６号公報にも記載されている。
【００１６】
図３は、前記特開平１１−３０７８０６号公報に記載のＰＩＮフォトダイオード３０の構成を示す。ただし図３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００１７】
図３を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード３０はｎ型ＩｎＰ基板３１上構成されており、前記基板３１上にエピタキシャルに形成されたｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３２と前記光吸収層３２上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰキャップ層３３とよりなり、前記ＩｎＰキャップ層３３とその下のＩｎＧａＡｓ光吸収層の一部には、ｐ型拡散領域３４が形成されている。さらに前記ｐ型拡散領域３４上にはｐ型オーミック電極３５が、また前記ＩｎＰ基板３１の下主面３１Ａ上にはｎ型オーミック電極３６が形成されている。
【００１８】
図３のＰＩＮフォトダイオード３０では、前記ＩｎＰ基板３１の下縁に沿って斜面３１Ｂが形成されており、従って前記基板３１の面に平行に光信号１が入射すると前記斜面３１Ｂにより、前記光吸収層３２の方向に屈折される。
【００１９】
さらにこのような入射光信号の光吸収層の方向への偏向は、屈折以外に反射により実現することも可能である。
【００２０】
図４は、特開平２０００−１８３３９０号公報に記載された反射による入射光信号の偏向を使ったＰＩＮフォトダイオード４０の構成を示す。
【００２１】
図４を参照するに、ＰＩＮフォトダイオード４０は半絶縁性ＩｎＰ基板４１上に構成されており、前記ＩｎＰ基板４１上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰバッファ層４２と、前記バッファ層４２上にエピタキシャルに形成されたｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層４３と、前記光吸収層４３上にエピタキシャルに形成されたｎ型ＩｎＰキャップ層４４とよりなり、前記ＩｎＰキャップ層４４およびその下のＩｎＧａＡｓ光吸収層４３の一部には、ｐ型拡散領域４５が形成されている。また前記ｐ型拡散領域４５上にはｐ型オーミック電極４６が、さらに前記ＩｎＰキャップ層４４のうちのｎ型領域上にはｎ型オーミック電極４７が形成されている。
【００２２】
さらに前記ＩｎＰ基板４１の下主面には斜面で画成された凹部４１Ａが形成されており、入来光信号１は前記ＩｎＰ基板４１の側壁面を通って前記基板主面に平行な面内に沿って入射した後、前記凹部４１Ａを画成する斜面により、前記光吸収層４３の方に反射される。前記凹部４１Ａによる入射光信号の偏向を促進するために、図４の構成では前記基板４１に下主面に前記凹部４１Ａを覆うようにＳｉＮ膜４１ａおよびＡｌ反射膜４１ｂを形成し、さらに前記Ａｌ膜４１ｂをＴｉ密着膜４１ｃを介してＡｕ膜４１ｄにより覆うことにより保護している。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図２〜図４のＰＩＮフォトダイオードにおいても入射光信号を屈折または反射により偏向させることにより、前記光吸収層に対して斜めに入射させ、光吸収層中における光路長を増大させることができるが、これら従来の構成では入射した光信号は屈折あるいは反射される際の偏波依存性のため、偏波方向により、実効的な感度が変化してしまう問題がある。一般に光ファイバ通信システムにおいて光ファイバ中を伝播する光信号は偏波面がランダムにドリフト回転しているのが普通であり、受光感度が時時刻刻変化する問題が生じる。
【００２４】
さらに先に説明した従来のＰＩＮフォトダイオードでは、入射光信号を屈折あるいは反射する斜面が基板あるいは半導体層の一部に限定して形成されているため、入射光信号をかかる斜面により偏向させるためには入射光信号を前記斜面に正確に入射させる必要がある。しかし、偏向された光信号が前記光吸収層のうち、前記ｐ型オーミック電極が形成された受光領域に正しく入射するためには、前記受光領域と斜面との位置関係を正確に維持する必要があり、フォトダイオードの製造工程が複雑になる。
【００２５】
さらに先に説明した従来のＰＩＮフォトダイオードでは、前記斜面を基板主面に対して斜めに形成するために、選択エッチングあるいはダイシング工程を行う必要があるが、かかる選択エッチングあるいはダイシングでは光学的に平坦な面を形成するのが困難で、入射光信号が偏向される際にかかる斜面において散乱損が発生しやすい。
【００２６】
そこで本発明は上記の課題を解決した新規で有用な半導体受光装置を提供することを概括的課題とする。
【００２７】
本発明のより具体的な課題は、光損失が少なく製造が容易な高速半導体受光装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
側壁面で画成され、入射光に対して透明な半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された光吸収層とを備えた半導体受光装置において、
少なくとも前記側壁面はへき開面であって、その全面が前記半導体基板の主面に垂直な面に対して傾斜した平坦面よりなり、
前記入射光は、前記平坦面に実質的に垂直に入射し、その直進した光が前記光吸収層に対して傾斜して入射することを特徴とする半導体受光装置により、または
請求項２に記載したように、
前記半導体基板は、さらに前記へき開面に対して平行に対向する別のへき開面により画成されることを特徴とする請求項１記載の半導体受光装置により、または
請求項３に記載したように、
前記半導体基板はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板よりなり、前記平坦面は（１１０）面または（１１１）面よりなることを特徴とする請求項１〜２のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項４に記載したように、
前記平坦面は、前記半導体基板の主面に垂直な面に対して３０°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項５に記載したように、
前記半導体基板の主面は、（１００）面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項６に記載したように、
前記平坦面上には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項７に記載したように、
前記光吸収層は前記平坦面への垂線が通過する範囲内に形成され、受光領域を形成することを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項８に記載したように、
前記光吸収層上にはキャップ層が形成され、前記キャップ層上にはオーミック電極が形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体受光装置により、または
請求項９に記載したように、
前記光吸収層上にはさらにキャップ層が形成され、前記光吸収層およびキャップ層は第１の導電型を有し、さらに前記光吸収層およびキャップ層の一部には、受光領域に対応して第２の導電型を有する導電型反転領域が形成されており、前記受光領域は前記平坦面への垂線が通過する範囲内に形成されることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置により、または
請求項１０に記載したように、
傾斜半導体基板上に光吸収層を含む複数の半導体層を順次堆積する工程と、
前記傾斜半導体基板上において前記複数の半導体層をパターニングすることにより、前記傾斜半導体基板の表面上に画成された複数の領域において、光吸収層を含む複数の半導体受光素子パターンをそれぞれ形成する工程と、
前記傾斜半導体基板を、前記複数の領域においてへき開することにより、各々少なくとも一対のへき開面により画成された複数の半導体受光素子を、相互に分離させる工程と、
前記分離した半導体受光素子の各々において、該へき開面上に反射防止膜を形成する工程とよりなることを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置の製造方法により、解決する。
【００２９】
本発明によれば、半導体受光装置を構成する基板の少なくとも一つの側壁面の全体が、基板主面に対して傾斜した平坦面より構成されるため、かかる平坦面を光信号の入射面として使うことにより、入射光信号を入射面において屈折あるいは反射させることなく前記基板上に形成された受光領域に、実質的に真直ぐに導くことが出来る。その際、前記平坦面は半導体基板の側壁面全体にわたり形成されているため、基板上に形成される受光領域の位置を前記基板側壁面に対して厳密に規定せずとも入射光信号を真直ぐ受光領域に導くことが可能になり、半導体受光装置の製造が容易になる。さらにかかる平坦面は基板として傾斜基板を使うことにより、単純なへき開面作業により形成が可能で、光学的な品質の平坦面を容易に得ることができる。さらに本発明の半導体受光装置では入射光信号がかかる平坦面に垂直に入射して、そのまま真直ぐ受光領域に到達するため、従来のフォトダイオードで入射光の屈折あるいは反射の際に生じていた偏波依存性の問題を回避することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図５は本発明の第１実施例によるＰＩＮフォトダイオード５０の構成を示す。
【００３１】
図５を参照するに、前記ＰＩＮフォトダイオード５０は半絶縁性の傾斜ＩｎＰ基板５１上に構成されており、前記基板５１上にエピタキシャルに形成された厚さが約０．５μｍのｎ型ＩｎＰバッファ層５２と、前記ｎ型ＩｎＰバッファ層５２上にエピタキシャルに形成された厚さが約０．５μｍの非ドープあるいはｎ-型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層５３と、前記光吸収層５３上にエピタキシャルに形成された厚さが約０．５μｍのｐ型ＩｎＰキャップ層５４とよりなり、前記ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３とｐ型ＩｎＰキャップ層５４とは前記ｎ型ＩｎＰバッファ層５２上において、前記ＰＩＮフォトダイオード５０の受光領域となる径が約１０μｍのメサ構造Ｍを形成する。さらに前記ｎ型ＩｎＰバッファ層５２上にはｎ型オーミック電極５２Ａが、また前記ｐ型ＩｎＰキャップ層５４上にはｐ型オーミック電極５４Ａが形成されている。
【００３２】
本実施例によるＰＩＮフォトダイオード５０では、前記半絶縁性ＩｎＰ基板５１は（１００）面に垂直な面から３０°以下の角度θで傾斜した主面を有し、さらに（１１０）面よりなる一対の平行な側壁面５１Ａ，５１Ｂにより画成されている。従って、前記側壁面５１Ａ，５１Ｂもまた、前記基板主面に垂直な面に対して３０°以下の角度θをなす。
【００３３】
前記側壁面５１Ａ，５１Ｂはへき開面により形成されるのが好ましく、一方の側壁面５１Ａ上にはＳｉＮ等よりなる反射防止膜５１ａが形成されている。
【００３４】
図５のＰＩＮフォトダイオード５０では、入射光信号は前記反射防止膜５１ａを通って前記側壁面５１Ａに垂直に入射し、そのまま前記ＩｎＰ基板５１中を直進してＩｎＧａＡｓ光吸収層５３に斜めに入射する。このため前記光吸収層５３の厚さが薄い場合でも入射光信号の前記光吸収層５３中における光路長は長くなり、その結果光吸収層５３は前記入射光信号を効率的に吸収できる。前記光信号が半絶縁性ＩｎＰ基板５１からｎ型ＩｎＰバッファ層５２に入射する際にＩｎＰ媒質のキャリア密度の差に起因する屈折、およびこれに伴う偏波依存性が現れる可能性はあるが、かかる屈折率の偏波依存性はわずかであり、しかも前記ＩｎＰ基板５１とＩｎＰバッファ層５２との間の界面は前記光吸収層５３の近傍に位置するため、屈折した入射光信号が前記光吸収層５３からそれることはない。
【００３５】
このように前記入射光信号の吸収により前記光吸収層５３中において生じた光励起キャリアは、前記電極５２Ａと５４Ａとの間に逆バイアス電圧を印加しておくことにより前記電極５２Ａおよび５４Ａへと流れ、光電流を形成する。
【００３６】
本実施例においては前記基板傾斜角θの値を減少させればさせるほど、前記入射光信号の光吸収層５３中における光路長を増大させることができるが、一方前記角度θを小さくすると入射光を受光するのに必要な受光部の面積、すなわち前記光吸収層５３およびその上のＩｎＰキャップ層５４、さらにオーミック電極５４Ａの面積が増大してしまい、フォトダイオードの高速動作が阻害されることになる。このような事情で、前記傾斜角θは２０°以上に設定するのが好ましい。一方、前記傾斜角θが大きくなると前記ＩｎＰ基板５１の鋭角部分が力学的に脆弱になり、このため前記角度θは３０°以下に止めるのが好ましい。
【００３７】
次に図５のＰＩＮフォトダイオード５０の製造工程を、図６（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら説明する。
【００３８】
図６（Ａ）を参照するに前記傾斜ＩｎＰ基板５１は約２０°の傾斜角θを有し、前記傾斜ＩｎＰ基板５１上にはｎ型ＩｎＰバッファ層５３と非ドープあるいはｎ-型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３とｐ型ＩｎＰキャップ層５４とが順次ＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャルに形成され、次に図６（Ｂ）の工程で前記半導体層５２から５４に対してパターニングを行うことにより、前記ＩｎＰ基板５１上に画成された素子領域の各々において図５の素子パターンを形成する。
【００３９】
図６（Ｂ）の工程では各々の素子パターンにおいて電極５２Ａおよび５４Ａの形成までを行い、次に図６（Ｃ）の工程において前記傾斜ＩｎＰ基板５１を、支持面上においてカッターを作用させることによりへき開する。その結果前記ＩｎＰ基板５１は各々が一対の（１１０）へき開面５１Ａ，５１Ｂで画成されたチップに分割され、図６（Ｄ）の工程において前記へき開面５１Ａ上に反射防止膜５１ａを形成することにより、図５のＰＩＮフォトダイオード５０が完成する。
【００４０】
なお図６（Ｃ）のへき開工程においては、前記へき開面５１Ａ，５１Ｂとして（１１１）面が現れる場合もある。
【００４１】
本実施例によるＰＩＮフォトダイオード５０では、光入射面としてＩｎＰ基板５１のへき開面５１Ａを使うため、光学的品質の光入射面を容易に、かつ確実に得ることができる。光入射面をへき開により形成することにより、光入射面はＩｎＰ基板５１の入射側側壁面の全面に形成されるため、光入射面５１Ａと受光領域Ｍとの位置関係を厳密に管理せずとも、入射光信号を受光領域Ｍに確実に入射させることができる。
【００４２】
図７を参照するに本実施例では前記非ドープＩｎＧａＡｓ光吸収層５３およびｐ型ＩｎＰキャップ層５４の代わりにｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６３およびｎ型ＩｎＰキャップ層６４が使われ、前記ｎ型ＩｎＰ層５２、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６３およびｎ型ＩｎＰキャップ層６４は前記ＩｎＰ基板５１共々へき開されている。すなわち前記へき開面５１Ａおよび５１Ｂは前記ＩｎＰ層５２，ＩｎＧａＡｓ層６３およびキャップ層６４よりなる積層構造体の側壁面を構成している。
【００４３】
また本実施例では前記ｎ型ＩｎＰキャップ層６４の一部およびその下の光吸収層６３の一部にｐ型拡散領域６５Ａが形成されており、前記ＩｎＰ層６４の前記ｐ型拡散領域６５上にはｐ型オーミック電極６４Ａが形成されている。またそれ以外の領域にはｎ型ＩｎＰ層５２に達するｎ型拡散領域６５Ｂが形成され、その上にｎ型電極６４Ｂが形成されている。さらに前記へき開面５１Ａ上には反射防止膜５２ａが形成されている。該構成では電極６４Ａと６４Ｂとの間に、前記ＩｎＰ層５２を介して前記光吸収層６３に逆バイアスが生じるように、バイアス電圧が印加される。
【００４４】
かかる構成においても、入射光信号は前記へき開面５１Ａに垂直に入射し、前記ＩｎＰ基板５１中を真直ぐ進行して前記光吸収層６３に到達する。従って先の図５の実施例と同様に本実施例においても入射光信号検出時の偏波依存性の問題が解消する。さらに基板５１の入射側側壁面の全面がへき開面５１Ａとなっているため、入射側側壁面５１Ａとｐ型拡散領域６５Ａよりなる受光領域との間の位置関係についての制約が緩和され、素子の製造が容易になる。また入射側側壁面５１Ａがへき開面であるため光学的品質の光入射面を容易に形成でき、光損失が低減される。
【００４５】
以上の実施例ではＩｎＰ基板５１を例に説明を行ったが、本発明は他のＩＩＩＶ族化合物半導体基板を使った場合にも適用可能である。
【００４６】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体受光装置を構成する基板の少なくとも一つの側壁面の全体が、基板主面に対して傾斜した平坦面より構成されるため、かかる平坦面を光信号の入射面として使うことにより、入射光信号を入射面において屈折あるいは反射させることなく前記基板上に形成された受光領域に、実質的に真直ぐに導くことが出来る。その際、前記平坦面は半導体基板の側壁面全体にわたり形成されているため、基板上に形成される受光領域の位置を前記基板側壁面に対して厳密に規定せずとも入射光信号を真直ぐ受光領域に導くことが可能になり、半導体受光装置の製造が容易になる。さらにかかる平坦面は基板として傾斜基板を使うことにより、単純なへき開面作業により形成が可能で、光学的な品質の平坦面を容易に得ることができる。さらに本発明の半導体受光装置では入射光信号がかかる平坦面に垂直に入射して、そのまま真直ぐ受光領域に到達するため、従来のフォトダイオードで入射光の屈折あるいは反射の際に生じていた偏波依存性の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図２】従来の別のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図３】従来のさらに別のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図４】従来のさらに別のＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例によるＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、図５のＰＩＮフォトダイオードの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例によるＰＩＮフォトダイオードの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 入射光
１０，２０，３０，４０，５０，６０ ＰＩＮフォトダイオード
１１，２１，４１，５１ 半絶縁性ＩｎＰ基板
１１Ａ 基板下側主面
１２，２２，３２，４２，５２ ｎ型ＩｎＰバッファ層
１２Ａ，２７，３６，４７，５２Ａ，６４Ｂ ｎ型オーミック電極
１３，５３ 非ドープまたはｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１４，５４ ｐ型ＩｎＰキャップ層
１４Ａ，２６，３５，４６，５４Ａ，６４Ａ ｐ型オーミック電極
２１Ａ 基板側壁面
２１Ｂ 光入射斜面
２３，４３，６３ ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
２４，３３，４４，６４ ｎ型ＩｎＰキャップ層
２４Ａ パッシベーション膜
２５，３４，４５，６５Ａ ｐ型拡散領域
３１ ｎ型ＩｎＰ基板
３１Ａ ｎ型ＩｎＰ基板下面
３１Ｂ ｎ型ＩｎＰ基板斜面
４１Ａ 凹部
４１ａ ＳｉＮ膜
４１ｂ Ａｌ膜
４１ｃ Ｔｉ膜
４１ｄ Ａｕ膜
５１Ａ，５１Ｂ へき開面
５１ａ 反射防止膜
６５Ｂ ｎ型拡散領域
Claims (10)
- 側壁面で画成され、入射光に対して透明な半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された光吸収層とを備えた半導体受光装置において、
少なくとも前記側壁面はへき開面であって、その全面が前記半導体基板の主面に垂直な面に対して傾斜した平坦面よりなり、
前記入射光は、前記平坦面に実質的に垂直に入射し、その直進した光が前記光吸収層に対して傾斜して入射することを特徴とする半導体受光装置。 - 前記半導体基板は、さらに前記へき開面に対して平行に対向する別のへき開面により画成されることを特徴とする請求項１記載の半導体受光装置。
- 前記半導体基板はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板よりなり、前記平坦面は（１１０）面または（１１１）面よりなることを特徴とする請求項１〜２のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置。
- 前記平坦面は、前記半導体基板の主面に垂直な面に対して３０°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置。
- 前記半導体基板の主面は、（１００）面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置。
- 前記平坦面上には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置。
- 前記光吸収層は前記平坦面への垂線が通過する範囲内に形成され、受光領域を形成することを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置。
- 前記光吸収層上にはキャップ層が形成され、前記キャップ層上にはオーミック電極が形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体受光装置。
- 前記光吸収層上にはさらにキャップ層が形成され、前記光吸収層およびキャップ層は第１の導電型を有し、さらに前記光吸収層およびキャップ層の一部には、受光領域に対応して第２の導電型を有する導電型反転領域が形成されており、前記受光領域は前記平坦面への垂線が通過する範囲内に形成されることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置。
- 傾斜半導体基板上に光吸収層を含む複数の半導体層を順次堆積する工程と、
前記傾斜半導体基板上において前記複数の半導体層をパターニングすることにより、前記傾斜半導体基板の表面上に画成された複数の領域において、光吸収層を含む複数の半導体受光素子パターンをそれぞれ形成する工程と、
前記傾斜半導体基板を、前記複数の領域においてへき開することにより、各々少なくとも一対のへき開面により画成された複数の半導体受光素子を、相互に分離させる工程と、
前記分離した半導体受光素子の各々において、該へき開面上に反射防止膜を形成する工程とよりなることを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか一項記載の半導体受光装置の製造方法。
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