JP4574833B2 - 半導体光検出器の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の吸収により電子と正孔とが励起される光吸収層を備える半導体光検出器の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ローカルエリアネットワーク(Local Area Network：ＬＡＮ)においては、数Ｇｂ/ｓ(Gigabit per second)の通信速度で光信号の送受信が行われている。しかし、通信情報量の増大に伴い、今後は１０Ｇｂ/ｓ以上の通信速度での光信号の送受信が行われるものと見られる。現在の光ＬＡＮでは、主にＰＩＮフォトダイオード(P-I-N Photo Diode：ＰＩＮＰＤ)を用いた受光装置が用いられているが、ＰＩＮＰＤは数Ｇｂ/ｓの通信速度には対応可能であるものの、更に高速な通信速度には十分に対応できない。そのため、ＰＩＮＰＤよりも更に高速での動作が可能な光検出器が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金属−半導体−金属型フォトダイオード(Metal-Semiconductor-Metal Photo Diode：ＭＳＭＰＤ)は、ＰＩＮＰＤと比較すると応答速度が速く、１０Ｇｂ/ｓ以上の通信速度にも十分に対応し得るため、より高速な通信を可能とする光検出器として有望視されている。
【０００４】
しかしながら、ＭＳＭＰＤは、光入射面に形成される櫛型ショットキー電極によって入射光が遮蔽又は吸収されてしまうため受光感度が低いという問題があり、そのため、光ＬＡＮへの適用が妨げられていた。
【０００５】
ところで、波長が１．７μｍの赤外光を受光するＭＳＭＰＤは、ＩｎＰ基板を用いて作製される。このＭＳＭＰＤの場合には、波長１．７μｍの光はＩｎＰ基板を透過して光吸収層に到達し得るため、ＩｎＰ基板側から光を入射することによってショットキー電極による入射光の遮蔽又は吸収を回避することができる。
このような基板側から光を入射させる方法は、例えば、文献Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７(３)，１７Ｊｕｌｙ１９９５．ｐｐ．４１３−４１５に報告されている。
【０００６】
しかしながら、ＧａＡｓ基板を用いて作製される波長８５０ｎｍ、又は近赤外光を受光するＭＳＭＰＤの場合には、ＧａＡｓ基板側から光を入射すると、ＧａＡｓ基板に吸収されてしまい、光吸収層へ到達することができない。そのため、光を電極側から入射せざるを得ず、電極による入射光の遮蔽又は吸収が避けられなかった。
【０００７】
これを解決するために、エピタキシャルリフトオフ法を利用して作製されたＭＳＭＰＤ及びその作製方法が提案されている。例えば、特開平６−１５１９４６号公報に記載された受光素子は、半導体基板上に形成された光吸収層及び窓層等より成る多層膜をエピタキシャルリフトオフ法によって基板から剥離し、この多層膜を他の基板上に接着して構成される。このとき、光は多層膜に形成される電極面とは反対の面から入射されるが、この面の最表面層は窓層であり、入射光は窓層には吸収されることなく光吸収層に到達し得る。そのため、ＭＳＭＰＤの受光感度の向上が図れる。
【０００８】
さらに、特開平５−２５９５００号公報に記載された受光素子は、上記と同様にして基板から剥離した多層膜を透明基板上に接着して構成される。ここでは、多層膜上に形成される電極は透明基板との接着面と反対の面であり、光は透明基板側から入射される。そのため、入射光は電極によって遮蔽又は吸収されることなく光吸収層に到達し得る。その結果、ＭＳＭＰＤの受光感度が向上される。
【０００９】
しかし、このようにしてＭＳＭＰＤを作製する場合には、以下の問題があった。すなわち、半導体基板上に形成される多層膜は厚さが数ミクロンであるため、半導体基板から剥離した後の多層膜は、機械的強度が低く、透明基板上に接着する作業中に破損してしまうことが多かった。そのため、生産歩留まりの低下を招くという問題があった。また、このような薄い層を取り扱うためには、特別な装置又は治具等が必要であり、生産コストを上昇させるという問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような事情を鑑みて成されたものであり、受光感度が高く、高速度光通信に対応可能な半導体光検出器を生産性良く作製する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の半導体光検出器の作製方法は、入射光の吸収により電子と正孔とが励起される光吸収層と、この光吸収層上に形成され櫛部が交互に配置された１対の櫛型ショットキー電極とを備え、櫛型ショットキー電極が形成された側とは反対の側から入射した光を検出する半導体光検出器を作製する方法であって、(１)光吸収層み、最表面膜がケイ素の酸化物から構成された多層膜を基板上に形成し、(２)多層膜の最表面膜が、入射光に対して透明なガラス材料で構成された透明基板の一方の面と接触するように、多層膜が形成された基板と透明基板とを融着し、(３)透明基板上に少なくとも光吸収層が残存するように、透明基板に接着された基板、若しくは基板と多層膜の一部の層とを除去し、(４)透明基板に残存した光吸収層上に、櫛部が交互に配置された１対の櫛型ショットキー電極を形成すること、を特徴とする。
【００１２】
このような作製方法により作製された半導体光検出器では、光を透明基板側から入射させることにより、光吸収層の透明基板と反対側の面に設けられた電極に遮蔽叉は吸収されることなく、光を光吸収層に到達させることができる。これにより、半導体光検出器の受光感度を向上できる。
【００１３】
また、多層膜が形成された基板と透明基板とを接着した後に、基板と多層膜の一部の膜を除去するので、透明基板上に残された多層膜は、この透明基板に機械的に保護され得る。そのため、作製中に多層膜が破損してしまうことがなく、歩留まり良く半導体光検出器を作製できる。
【００１４】
また、多層膜を形成する際に、光吸収層と基板との間に設けられ、光吸収層と異なる材料から構成される停止層が多層膜に含まれるよう形成し、透明基板に接着された基板、若しくは基板と多層膜のうちの一部の層とを除去する際に、基板と、基板と停止層との間に存在する多層膜の一部の層と、を除去した後、停止層を除去することを特徴とすることができる。
【００１５】
このようにすれば、基板及び停止層との間に存在する多層膜の一部の膜をエッチング可能であり、停止層をエッチング可能でないエッチング液と、停止層をエッチング可能であり、光吸収層をエッチング可能でないエッチング液とを適宜選択して用いることで、基板と、基板と停止層との間に存在する多層膜の一部の層とを除去し、その後に、停止層だけを除去できる。そのため、光吸収層を残して基板と多層膜の一部の膜とを確実且つ容易に除去できる。
【００１６】
さらにまた、透明基板が硼珪酸ガラスから構成され、且つ多層膜の最表面膜がケイ素の酸化物から構成されており、多層膜の最表面層と透明基板の一方の面とが互いに接触するように、多層膜が形成された基板と透明基板とを融着させると好適である。
【００１７】
これにより、多層膜の形成された基板と透明基板とを接着剤等を用いることなく接着することができる。そのため、透明基板側から入射された光は、接着剤により吸収されるということなく光吸収層に到達し得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による半導体光検出器の作製方法の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図面においては、ＧａＡｓ基板上に成長される各エピタキシャル層の層厚の比率を始めとして、寸法比率は、説明のものとは必ずしも一致していない。
【００１９】
図１(ａ)〜(ｅ)は、本実施の形態の作製方法によりＭＳＭＰＤを作製する工程と、各工程終了後のＭＳＭＰＤの断面を示す模式図である。この作製方法は、結晶成長工程、ＣＶＤ工程、貼り合わせ工程、エッチング工程、及び電極形成工程に分けることができ、これらの工程が順次実施される。
【００２０】
(１)結晶成長工程
まず、有機金属化学気相堆積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ)装置を用いて、ＧａＡｓ基板１上にバッファー層２(ＧａＡｓ)、エッチング停止層３(ＡｌxＧａ1-xＡｓ)、光吸収層４(ＧａＡｓ)、及び窓層５(ＡｌxＧａ1-xＡｓ)を順次エピタキシャル成長する。
【００２１】
各層２〜５の膜厚は、バッファー層２が０．５μｍ程度、エッチング停止層３が１μｍ程度、光吸収層４が２μｍ程度、及び窓層５が１０μｍ程度であると好適である。
【００２２】
エッチング停止層３のＡｌ組成比ｘは０．５以上とするのが好ましい。これは、このＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓは、後述するＧａＡｓをエッチングする際に使用されるエッチング液によってエッチングされにくいためである。また、窓層５のＡｌ組成比ｘは０．３以上とするのが好ましい。波長８５０μｍ以上の光を受光するのであればＡｌ組成比ｘは０．０４であればよいが、より好適な窓層５としてはＡｌ組成比ｘは０．３以上が好ましい。ただし、窓層５のＡｌ組成比ｘは、受光する光の波長により適宜決定されて良く、例えば、波長６５０μｍの短波長光を受光するのであれば、Ａｌ組成比ｘは０．４以上が必要となる。
【００２３】
(２)ＣＶＤ工程
次に、プラズマＣＶＤ薄膜堆積装置を用いて、上記の窓層５の上に、反射防止膜６(ＳｉＮx)と最表面膜７(ＳｉＯ2)とを形成する。
【００２４】
反射防止膜６の膜厚は約０．２μm、最表面膜７の膜厚は０．１μｍであるとよい。反射防止膜６の膜厚０．１μｍは、波長８５０ｎｍの入射光を効果的に透過させるのに好適な厚さである。
【００２５】
以上の(１)結晶成長工程及び(２)ＣＶＤ工程により、光吸収層４を含む多層膜がＧａＡｓ基板１上に形成される。
【００２６】
(３)貼り合わせ工程
続いて、上記の多層膜２〜７が積層されたＧａＡｓ基板１とガラス基板８とを融着する。まず、ガラス基板８の表面を清浄化する。次に、この清浄化された表面と最表面膜７とが互いに接触するように、ガラス基板８とＧａＡｓ基板１とを重ね合わせる。このように重ね合わせた状態で加圧及び加熱を行い、両基板１，８を融着により貼り合わせる。
【００２７】
具体的には、重ね合わせたガラス基板８とＧａＡｓ基板１との間に加える圧力は約９８ｋＰａであり、このときの加熱温度としては５００〜７００℃が好ましい。ＧａＡｓ基板１上の最表面膜７はＳｉＯ2より成るので、このような条件で加圧及び加熱を行うことにより、最表面膜７とガラス基板８の表面とが融着し、ＧａＡｓ基板１とガラス基板８とが互いに接着される。
【００２８】
なお、この貼り合わせ工程を実施するに際しては、ガラス基板８の表面ばかりではなく、ＧａＡｓ基板１上の最表面膜７も清浄であることが望ましい。そのためには、例えば、最表面膜７を形成したプラズマＣＶＤ装置からＧａＡｓ基板１を取り出した直後に融着作業を行うなどの工夫をするとよい。
【００２９】
また、ここではガラス基板８としてコーニング社製の７０５６番のガラス基板８を用いるのが好適である。その理由は、このガラス基板８の熱膨張係数がＧａＡｓの熱膨張係数と略等しいことにある。これにより、加熱後の冷却工程において、熱膨張係数の差によりＧａＡｓ基板１とガラス基板８との間に生じる応力を極力低減でき、応力に起因する接着強度の低下および結晶欠陥の導入を最大限に抑えることができる。
【００３０】
(４)エッチング工程
ガラス基板８とＧａＡｓ基板１とが貼り合わされた後には、ガラス基板８の反対側において、ＧａＡｓ基板１の裏面が露出されている。エッチング工程では、ＧａＡｓ基板１の裏面側から、ＧａＡｓ基板１、バッファー層２、及びエッチング停止層３をエッチングにより除去する。
【００３１】
まず、ＧａＡｓ基板１とバッファー層２とをエッチングすることができ、エッチング停止層３に対しエッチング速度の遅いエッチング液を用いて、ＧａＡｓ基板１とバッファー層２とを除去する。続けて、エッチング停止層３をエッチングすることができ、光吸収層４をエッチング速度の遅いエッチング液を用いて、エッチング停止層３を除去する。これにより、光吸収層４及び窓層５等が積層されたガラス基板８が得られる。
【００３２】
実際に使用するエッチング液としては、アンモニア水(ＮＨ4ＯＨ)と過酸化水素(Ｈ2Ｏ2)との混合溶液(ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2＝１：５)、及び塩酸(ＨＣｌ)が好ましい。すなわち、まず、互いに貼り合わされたガラス基板８とＧａＡｓ基板１とをＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2との混合溶液に浸す。これにより、ＧａＡｓ基板１は裏面側よりエッチングされていく。エッチングが進み、ＧａＡｓ基板１が除去されてしまうと、続いてＧａＡｓ基板１上に成長してあったバッファー層２(ＧａＡｓ)がエッチングされ始める。その後、エッチングが更に進むと、バッファー層２が除去され、エッチング液中でエッチング停止層３が露出される。ここで、エッチング停止層３(Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ)は、このエッチング液ではエッチング速度が非常に遅いので、エッチング停止層３が露出されたときにエッチングが自動的に停止される。このようにして、まず、ＧａＡｓ基板１とバッファー層２とが除去される。
【００３３】
続いて、層３〜５及び膜６，７が残ったガラス基板８をＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2との混合溶液より取り出し、水洗、乾燥した後に、塩酸(ＨＣｌ)液に浸す。このとき、エッチング速度を速くするためにＨＣｌ液を予め５０℃に加熱すると好ましい。ＧａＡｓはＨＣｌではほとんどエッチングされないので、今度はエッチング停止層３(Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ)のみがエッチングされ、光吸収層４(ＧａＡｓ)が露出されたときにエッチングが自動的に停止される。このようにして、エッチング停止層３が除去される。
【００３４】
(５)電極形成工程
この後、光吸収層４上にショットキー電極１０，１１を形成する。すなわち、まず、プラズマＣＶＤ装置を用いて光吸収層４上に絶縁膜９を堆積する。その後、リソグラフィを利用した通常のパターン形成法により、絶縁膜９にショットキー電極１０，１１の形状を成す開口部を設ける。そして、真空蒸着等により、この開口部にショットキー電極１０，１１を形成する。
【００３５】
具体的には、この絶縁膜９は、ＣＶＤ工程で形成した反射防止膜６の堆積方法と同様の方法、すなわち、ＳｉＨ4とＮＨ3とを原料としたＣＶＤ法により行えばよい。次に、レジスト膜を絶縁膜９上に塗布し、フォトリソグラフィとエッチングとによる通常のパターン形成方法によって、ショットキー電極１０，１１が形成される部分の絶縁膜９を取り除く。そして、真空蒸着装置を用いて、所定の膜厚を有するチタン(Ｔｉ)／白金(Ｐｔ)／金(Ａｕ)の蒸着を行い、上記の絶縁膜９が取り除かれた部分に、後述する櫛部１０ａ，１１ａとパッド部１０ｂ，１１ｂを有するショットキー電極１０，１１を形成する。
【００３６】
光吸収層４の上には、複数個のＭＳＭＰＤ２０に対応した複数組のショットキー電極１０，１１が形成されるので、光吸収層４等が積層されたガラス基板８を各ＭＳＭＰＤ２０の素子形状に合わせてダイシングすることにより、チップ化されたＭＳＭＰＤ２０が得られる。
【００３７】
以上説明した通り、本実施形態による作製方法においては、多層膜２〜７をＧａＡｓ基板１上に形成した後、このＧａＡｓ基板１をガラス基板８に融着してからＧａＡｓ基板１を除去するため、ＧａＡｓ基板等の除去後の光吸収層４及び窓層５等は、ガラス基板８により機械的に保護され得る。そのため、光吸収層４及び窓層５が破損されることはない。従って、ＭＳＭＰＤ２０を生産性良く作製できる。
【００３８】
ここで、上記のようにして作製されたＭＳＭＰＤ２０の構成を説明すると共に、その作用について説明する。図２(ａ)は、本実施形態の作製方法により作製されたＭＳＭＰＤ２０をショットキー電極１０，１１側から見た平面図である。図２(ｂ)は、図２(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００３９】
ＭＳＭＰＤ２０は、図２(ｂ)に示すように、光が入射されるガラス基板８と、ガラス基板８とＧａＡｓ基板１との貼り合わせ面としての最表面膜７と、ガラス基板８から入射された光を効率的に透過させる反射防止膜６と、入射した光を吸収し、この吸収によりその内部で電子−正孔対が励起される光吸収層４とを備える。さらに、ＭＳＭＰＤ２０には、光吸収層４と接するように絶縁膜９と、絶縁膜９の開口部において光吸収層４と接触するショットキー電極１０，１１とが設けられている。ここで、ショットキー電極１０，１１は、図２(ａ)に示す通り、互いに交互に配置される櫛の歯状に形成された櫛部１０ａ，１１ａとパッド部１０ｂ，１１ｂとを有する。ショットキー電極１０，１１が接触している部分において、光吸収層４にはショットキー接合が形成されており、櫛部１０ａ、光吸収層４(ＧａＡｓ)、及び櫛部１１ａによってＭＳＭ構造が形成される。
【００４０】
ＭＳＭＰＤ２０により実際に光を受光する際には、ショットキー電極１０，１１に図示しない電源を接続し、電極１０，１１の間に電圧を印加する。この状態において、光ｈνが、図２(ｂ)に示すように、ガラス基板８側から入射される。
ここで言う光ｈνとは、例えば光ＬＡＮシステムを構成する光ファイバから出射される光である。入射された光ｈνは、ガラス基板８、最表面膜７、反射防止膜６、及び窓層５を順次透過して光吸収層４へと至る。光吸収層４では、この光ｈνが吸収されて電子−正孔対が励起される。励起された電子と正孔とは、ショットキー電極１０，１１に印加された電圧により形成された電界によって、それぞれ極性の異なる電極１０，１１(櫛部１０ａ，１１ａ)に向かってドリフトしていく。そして、電子及び正孔は、各櫛部１０ａ，１１ａに到達すると、櫛部１０ａ，１１ａとパッド部１０ｂ，１１ｂを経て電流として外部に出力される。光吸収層４内で励起される電子−正孔対の数は入射する光ｈνの強度の強弱に応じて増減するため、電極１０，１１より出力される電流の電流値が増減する。その結果、光ｈνの強度変化により搬送される光信号が電気信号に変換される。
【００４１】
上記のように、ＭＳＭＰＤ２０では、光がガラス基板８側から入射され、光の吸収のない最表面膜７、反射防止膜６、及び窓層５を順次透過して光吸収層４へと到達できる。そのため、光を電極側から入射した場合には問題となった電極により光が遮蔽叉は吸収されてしまうことはない。そのため、ＭＳＭＰＤ２０では、受光感度の低下がない。
【００４２】
以下に、上述のＭＳＭＰＤ２０を用いて構成され、光通信システム等に適用するに好適な受光装置について説明する。
【００４３】
図３は、ＭＳＭＰＤ２０をパッケージ３１に組み込んだ受光装置３０を示す模式図である。このパッケージ３１は、窒素等の不活性ガスが封入され互いに気密封止される３つの部材、すなわち、金属製の下部パッケージ３１ａ、金属製の上部パッケージ３１ｂ、及びガラス製の窓部３１ｃを備える。下部パッケージ３１ａの上面(上部パッケージ３０ｂ側の面)には、ＭＳＭＰＤ２０から出力される電気信号の処理を行うためのプリアンプチップ３２が設けられている。
【００４４】
プリアンプチップ３２には、図３に示すように、下部パッケージ３１ａと接触する面と反対側の面に、プリアンプチップ３２とＭＳＭＰＤ２０とを電気的に接続するためのバンプ電極３２ａ，３２ｂが形成されている。このバンプ電極３２ａ，３２ｂは、ＭＳＭＰＤ２０のショットキー電極１０，１１のパッド部１０ｂ，１１ｂの間隔と等しい間隔でそれぞれ設けられている。そして、プリアンプチップ３２の上部に、バンプ電極３２ａ，３２ｂとパッド部１０ｂ，１１ｂとが互いに接すると共に電気的に導通するようにＭＳＭＰＤ２０が重ね合わされ、載置される。
【００４５】
また、プリアンプチップ３２の上部には、プリアンプチップ３２に対して電力を供給するための電源(図示せず)を接続する電極３２ｃと、プリアンプチップ３２内部で処理された電気信号を外部回路(図示せず)に対して出力する電極３２ｄとが設けられている。さらに、これらの電極３２ｃ，３２ｄと、下部パッケージ３１ａに備えられた端子３３，３４とが金線３５，３６を介して接続される。
【００４６】
このように構成された受光装置３０では、図３に示す通り、ＭＳＭＰＤ２０を構成するガラス基板８が窓部３１ｃと対向するように設けられているので、窓部３１ｃを透過した光がガラス基板８を通して光吸収層４に入射される。そして、この光の入射により発生される電気信号が、パッド部１０ｂ，１１ｂからバンプ電極３２ａ，３２ｂを介してプリアンプチップ３２に入力される。そして、プリアンプチップ３２で処理された電気信号が受光装置３０の外部に設けられた外部回路に対して出力される。プリアンプチップ３２で行われる処理とは前段増幅等であり、これにより、外部回路での信号処理が容易に行われ得る。
【００４７】
次に、ＭＳＭＰＤ２０を用いて構成される受光装置の他の例について説明する。図４(ａ)は、ＭＳＭＰＤ２０を用いて構成された受光器を電極側から見た平面図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００４８】
図４(ｂ)に示すように、受光器５０は、ショットキー電極１０，１１のパッド部１０ｂ，１１ｂに金電極５２，５３を備える。また、受光器５０は、ショットキー電極１０，１１、絶縁膜９、及び光吸収層４を覆い、金電極５２，５３が露出するように設けられたＳｉＮ又はＳｉＯ2により成る絶縁保護膜５１を有する。
【００４９】
このような構成は以下のようにして作製される。上述した(４)電極形成工程においてショットキー電極１０，１１の形成された後(ダイシング前)に、ショットキー電極１０，１１が形成された面にプラズマＣＶＤ装置により厚さ約０．５μmの絶縁保護膜５１を形成する。次に、フォトリソグラフィとエッチングとによって、ショットキー電極１０，１１のパッド部１０ｂ，１１ｂの一部が露出するように、ＳｉＮ膜又はＳｉＯ2膜を除去する。次に、真空蒸着によって、露出されたパッド部１０ｂ，１１ｂに金(Ａｕ)の薄膜を形成する。続いて、金の電解メッキを行って金電極５２，５３をパッド部１０ｂ，１１ｂに選択的に形成する。
その後、ダイシングによりチップ化して受光器５０を得る。金電極５２，５３の表面にはさらに鉛(Ｐｂ)−錫(Ｓｎ)等のはんだ材を塗膜しても良い。
【００５０】
このように、受光器５０は、ガラス基板８を光入射部とし、光入射部と反対側の面が絶縁保護膜５１で被覆されると共に、金電極５２，５３が露出された構成を有する。そのため、汎用のチップ抵抗器又はチップコンデンサ等の回路素子又は電子部品と同様に、受光器５０を単体の部品として取り扱うことができる。また、例えば、ＭＳＭＰＤ２０をハイブリッドＩＣと組み合わせて実装する場合にも、実装作業を容易に行えるという利点がある。
【００５１】
上記の実施形態においては、ＧａＡｓから構成された光吸収層４を有するＭＳＭＰＤ２０を作製する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば、プラズマエッチング装置等を利用したドライエッチング技術を用いて、ＧａＡｓ基板１等をエッチングするようにしても良い。この場合には、ドライエッチング技術において通常用いられるエンドポイント検知法により、光吸収層４が露出した時点でエッチングを停止することが望ましい。
【００５３】
また、エピタキシャルリフトオフ法と同様にして、ＧａＡｓ基板１等を除去するようにしてもよい。すなわち、上記実施形態においてはエッチング停止層３としてのＡｌ組成比ｘが０．５のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓを形成したが、これに替わりＡｌＡｓ層を形成する。そして、多層膜(層２、ＡｌＡｓ層、層４，５、膜６，７)が形成されたＧａＡｓ基板１とガラス基板８とを、多層膜の最表面膜とガラス基板８とが接するように互いに接着する。そして、ガラス基板８をエッチング液から保護するための保護膜等を形成した後、互いに接着された両基板１，８をフッ酸(ＨＦ)に浸すと、ＡｌＡｓがＨＦにより選択的且つ急速にされるため、ＧａＡｓ基板１及びバッファー層２が光吸収層４及び窓層５等から分離される。こうして、光吸収層４及び窓層５等が形成されたガラス基板８が得られる。このような方法によりＧａＡｓ基板１等を除去する場合であっても、光吸収層４及び窓層５等はガラス基板８に接着されているので、機械的に保護され得る。
【００５４】
さらに、多層膜１〜７が形成されたＧａＡｓ基板１とガラス基板８とを接着する際、入射光を吸収しない接着剤等を用いれば、このような接着剤等を用いて両基板１，８を接着するようにしても構わない。
【００５５】
さらにまた、上記の実施形態では、(１)結晶成長工程においてエッチング停止層３に引き続いて光吸収層４を成長したが、例えば、エッチング停止層３上に他の層を成長した後に、この層の上に光吸収層４を成長するようにしてもよい。この層とは、電極１０，１１と光吸収層４との界面近傍での光吸収層４(ＧａＡｓ)のエネルギーバンドの湾曲を適宜調整して電子及び正孔のドリフトを効果的に行われるようにする、ＡｌxＧａ1-xＡｓ(ｘ＝０．１〜０.５)等のいわゆるショットキーエンハンスメント層等であってよい。また、このような層を用い、且つエッチングによりＧａＡｓ基板１等を除去する場合には、エッチング停止層３とこの層との間にＧａＡｓ層を設けるなど、各層を選択的にエッチングするための構造上の工夫が必要となることは言うまでもない。
【００５６】
またさらに、本発明の半導体光検出器の作製方法により作製される半導体光検出器は、上記実施形態におけるＧａＡｓ基板を用いて作製される近赤外領域用の光検出器に限られるものではなく、上記作製方法により作製される全ての半導体光検出器に適用できる。例えば、ＩｎＰ基板を用いて作製される赤外領域で感度を有する光検出器であっても、必要に応じて本発明の半導体光検出器の作製方法により作製しても良い。また、可視光領域の光に対して感度を有する光検出器として、光吸収層がＡｌＧａＩｎＰであり、ＧａＡｓ基板を用いて作製される光検出器も本発明の作製方法により好適に作製され得る。
【００５７】
またさらに、実施形態の結晶成長工程ではＭＯＣＶＤ法によるもののみを示したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、ＶＰＥ(気相成長法)、ＭＢＥ(分子線成長法)、ＭＯＭＢＥ(有機金属分子線成長法)、ＣＢＥ(化学ビーム成長法)、ＬＰＥ(液相成長法)等、あらゆる半導体結晶成長方法を用いて実施することが可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体光検出器の作製方法によれば、受光感度が高く、高速度光通信に対応可能な半導体光検出器を生産性良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(ａ)〜(ｅ)は、本実施の形態の作製方法によりＭＳＭＰＤを作製する工程と、各工程終了後のＭＳＭＰＤの断面を示す模式図である。
【図２】図２(ａ)は、本実施形態の作製方法により作製されたＭＳＭＰＤをショットキー電極１０，１１側から見た平面図である。図２(ｂ)は、図２(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、ＭＳＭＰＤをパッケージ３１に組み込んだ受光装置を示した模式図である。
【図４】図４(ａ)は、ＭＳＭＰＤを用いて構成された受光器を電極側から見た平面図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…バッファー層、３…エッチング停止層、４…光吸収層、５…窓層、６…反射防止膜、７…最表面膜、８…ガラス基板、１０，１１…ショットキー電極、３０…受光装置、３２…プリアンプチップ、５０…受光器、ｈν…光。
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の吸収により電子と正孔とが励起される光吸収層を備える半導体光検出器の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ローカルエリアネットワーク(Local Area Network：ＬＡＮ)においては、数Ｇｂ/ｓ(Gigabit per second)の通信速度で光信号の送受信が行われている。しかし、通信情報量の増大に伴い、今後は１０Ｇｂ/ｓ以上の通信速度での光信号の送受信が行われるものと見られる。現在の光ＬＡＮでは、主にＰＩＮフォトダイオード(P-I-N Photo Diode：ＰＩＮＰＤ)を用いた受光装置が用いられているが、ＰＩＮＰＤは数Ｇｂ/ｓの通信速度には対応可能であるものの、更に高速な通信速度には十分に対応できない。そのため、ＰＩＮＰＤよりも更に高速での動作が可能な光検出器が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
金属−半導体−金属型フォトダイオード(Metal-Semiconductor-Metal Photo Diode：ＭＳＭＰＤ)は、ＰＩＮＰＤと比較すると応答速度が速く、１０Ｇｂ/ｓ以上の通信速度にも十分に対応し得るため、より高速な通信を可能とする光検出器として有望視されている。
【０００４】
しかしながら、ＭＳＭＰＤは、光入射面に形成される櫛型ショットキー電極によって入射光が遮蔽又は吸収されてしまうため受光感度が低いという問題があり、そのため、光ＬＡＮへの適用が妨げられていた。
【０００５】
ところで、波長が１．７μｍの赤外光を受光するＭＳＭＰＤは、ＩｎＰ基板を用いて作製される。このＭＳＭＰＤの場合には、波長１．７μｍの光はＩｎＰ基板を透過して光吸収層に到達し得るため、ＩｎＰ基板側から光を入射することによってショットキー電極による入射光の遮蔽又は吸収を回避することができる。
このような基板側から光を入射させる方法は、例えば、文献Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６７(３)，１７Ｊｕｌｙ１９９５．ｐｐ．４１３−４１５に報告されている。
【０００６】
しかしながら、ＧａＡｓ基板を用いて作製される波長８５０ｎｍ、又は近赤外光を受光するＭＳＭＰＤの場合には、ＧａＡｓ基板側から光を入射すると、ＧａＡｓ基板に吸収されてしまい、光吸収層へ到達することができない。そのため、光を電極側から入射せざるを得ず、電極による入射光の遮蔽又は吸収が避けられなかった。
【０００７】
これを解決するために、エピタキシャルリフトオフ法を利用して作製されたＭＳＭＰＤ及びその作製方法が提案されている。例えば、特開平６−１５１９４６号公報に記載された受光素子は、半導体基板上に形成された光吸収層及び窓層等より成る多層膜をエピタキシャルリフトオフ法によって基板から剥離し、この多層膜を他の基板上に接着して構成される。このとき、光は多層膜に形成される電極面とは反対の面から入射されるが、この面の最表面層は窓層であり、入射光は窓層には吸収されることなく光吸収層に到達し得る。そのため、ＭＳＭＰＤの受光感度の向上が図れる。
【０００８】
さらに、特開平５−２５９５００号公報に記載された受光素子は、上記と同様にして基板から剥離した多層膜を透明基板上に接着して構成される。ここでは、多層膜上に形成される電極は透明基板との接着面と反対の面であり、光は透明基板側から入射される。そのため、入射光は電極によって遮蔽又は吸収されることなく光吸収層に到達し得る。その結果、ＭＳＭＰＤの受光感度が向上される。
【０００９】
しかし、このようにしてＭＳＭＰＤを作製する場合には、以下の問題があった。すなわち、半導体基板上に形成される多層膜は厚さが数ミクロンであるため、半導体基板から剥離した後の多層膜は、機械的強度が低く、透明基板上に接着する作業中に破損してしまうことが多かった。そのため、生産歩留まりの低下を招くという問題があった。また、このような薄い層を取り扱うためには、特別な装置又は治具等が必要であり、生産コストを上昇させるという問題もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような事情を鑑みて成されたものであり、受光感度が高く、高速度光通信に対応可能な半導体光検出器を生産性良く作製する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の半導体光検出器の作製方法は、入射光の吸収により電子と正孔とが励起される光吸収層と、この光吸収層上に形成され櫛部が交互に配置された１対の櫛型ショットキー電極とを備え、櫛型ショットキー電極が形成された側とは反対の側から入射した光を検出する半導体光検出器を作製する方法であって、(１)光吸収層み、最表面膜がケイ素の酸化物から構成された多層膜を基板上に形成し、(２)多層膜の最表面膜が、入射光に対して透明なガラス材料で構成された透明基板の一方の面と接触するように、多層膜が形成された基板と透明基板とを融着し、(３)透明基板上に少なくとも光吸収層が残存するように、透明基板に接着された基板、若しくは基板と多層膜の一部の層とを除去し、(４)透明基板に残存した光吸収層上に、櫛部が交互に配置された１対の櫛型ショットキー電極を形成すること、を特徴とする。
【００１２】
このような作製方法により作製された半導体光検出器では、光を透明基板側から入射させることにより、光吸収層の透明基板と反対側の面に設けられた電極に遮蔽叉は吸収されることなく、光を光吸収層に到達させることができる。これにより、半導体光検出器の受光感度を向上できる。
【００１３】
また、多層膜が形成された基板と透明基板とを接着した後に、基板と多層膜の一部の膜を除去するので、透明基板上に残された多層膜は、この透明基板に機械的に保護され得る。そのため、作製中に多層膜が破損してしまうことがなく、歩留まり良く半導体光検出器を作製できる。
【００１４】
また、多層膜を形成する際に、光吸収層と基板との間に設けられ、光吸収層と異なる材料から構成される停止層が多層膜に含まれるよう形成し、透明基板に接着された基板、若しくは基板と多層膜のうちの一部の層とを除去する際に、基板と、基板と停止層との間に存在する多層膜の一部の層と、を除去した後、停止層を除去することを特徴とすることができる。
【００１５】
このようにすれば、基板及び停止層との間に存在する多層膜の一部の膜をエッチング可能であり、停止層をエッチング可能でないエッチング液と、停止層をエッチング可能であり、光吸収層をエッチング可能でないエッチング液とを適宜選択して用いることで、基板と、基板と停止層との間に存在する多層膜の一部の層とを除去し、その後に、停止層だけを除去できる。そのため、光吸収層を残して基板と多層膜の一部の膜とを確実且つ容易に除去できる。
【００１６】
さらにまた、透明基板が硼珪酸ガラスから構成され、且つ多層膜の最表面膜がケイ素の酸化物から構成されており、多層膜の最表面層と透明基板の一方の面とが互いに接触するように、多層膜が形成された基板と透明基板とを融着させると好適である。
【００１７】
これにより、多層膜の形成された基板と透明基板とを接着剤等を用いることなく接着することができる。そのため、透明基板側から入射された光は、接着剤により吸収されるということなく光吸収層に到達し得る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による半導体光検出器の作製方法の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図面においては、ＧａＡｓ基板上に成長される各エピタキシャル層の層厚の比率を始めとして、寸法比率は、説明のものとは必ずしも一致していない。
【００１９】
図１(ａ)〜(ｅ)は、本実施の形態の作製方法によりＭＳＭＰＤを作製する工程と、各工程終了後のＭＳＭＰＤの断面を示す模式図である。この作製方法は、結晶成長工程、ＣＶＤ工程、貼り合わせ工程、エッチング工程、及び電極形成工程に分けることができ、これらの工程が順次実施される。
【００２０】
(１)結晶成長工程
まず、有機金属化学気相堆積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ)装置を用いて、ＧａＡｓ基板１上にバッファー層２(ＧａＡｓ)、エッチング停止層３(ＡｌxＧａ1-xＡｓ)、光吸収層４(ＧａＡｓ)、及び窓層５(ＡｌxＧａ1-xＡｓ)を順次エピタキシャル成長する。
【００２１】
各層２〜５の膜厚は、バッファー層２が０．５μｍ程度、エッチング停止層３が１μｍ程度、光吸収層４が２μｍ程度、及び窓層５が１０μｍ程度であると好適である。
【００２２】
エッチング停止層３のＡｌ組成比ｘは０．５以上とするのが好ましい。これは、このＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓは、後述するＧａＡｓをエッチングする際に使用されるエッチング液によってエッチングされにくいためである。また、窓層５のＡｌ組成比ｘは０．３以上とするのが好ましい。波長８５０μｍ以上の光を受光するのであればＡｌ組成比ｘは０．０４であればよいが、より好適な窓層５としてはＡｌ組成比ｘは０．３以上が好ましい。ただし、窓層５のＡｌ組成比ｘは、受光する光の波長により適宜決定されて良く、例えば、波長６５０μｍの短波長光を受光するのであれば、Ａｌ組成比ｘは０．４以上が必要となる。
【００２３】
(２)ＣＶＤ工程
次に、プラズマＣＶＤ薄膜堆積装置を用いて、上記の窓層５の上に、反射防止膜６(ＳｉＮx)と最表面膜７(ＳｉＯ2)とを形成する。
【００２４】
反射防止膜６の膜厚は約０．２μm、最表面膜７の膜厚は０．１μｍであるとよい。反射防止膜６の膜厚０．１μｍは、波長８５０ｎｍの入射光を効果的に透過させるのに好適な厚さである。
【００２５】
以上の(１)結晶成長工程及び(２)ＣＶＤ工程により、光吸収層４を含む多層膜がＧａＡｓ基板１上に形成される。
【００２６】
(３)貼り合わせ工程
続いて、上記の多層膜２〜７が積層されたＧａＡｓ基板１とガラス基板８とを融着する。まず、ガラス基板８の表面を清浄化する。次に、この清浄化された表面と最表面膜７とが互いに接触するように、ガラス基板８とＧａＡｓ基板１とを重ね合わせる。このように重ね合わせた状態で加圧及び加熱を行い、両基板１，８を融着により貼り合わせる。
【００２７】
具体的には、重ね合わせたガラス基板８とＧａＡｓ基板１との間に加える圧力は約９８ｋＰａであり、このときの加熱温度としては５００〜７００℃が好ましい。ＧａＡｓ基板１上の最表面膜７はＳｉＯ2より成るので、このような条件で加圧及び加熱を行うことにより、最表面膜７とガラス基板８の表面とが融着し、ＧａＡｓ基板１とガラス基板８とが互いに接着される。
【００２８】
なお、この貼り合わせ工程を実施するに際しては、ガラス基板８の表面ばかりではなく、ＧａＡｓ基板１上の最表面膜７も清浄であることが望ましい。そのためには、例えば、最表面膜７を形成したプラズマＣＶＤ装置からＧａＡｓ基板１を取り出した直後に融着作業を行うなどの工夫をするとよい。
【００２９】
また、ここではガラス基板８としてコーニング社製の７０５６番のガラス基板８を用いるのが好適である。その理由は、このガラス基板８の熱膨張係数がＧａＡｓの熱膨張係数と略等しいことにある。これにより、加熱後の冷却工程において、熱膨張係数の差によりＧａＡｓ基板１とガラス基板８との間に生じる応力を極力低減でき、応力に起因する接着強度の低下および結晶欠陥の導入を最大限に抑えることができる。
【００３０】
(４)エッチング工程
ガラス基板８とＧａＡｓ基板１とが貼り合わされた後には、ガラス基板８の反対側において、ＧａＡｓ基板１の裏面が露出されている。エッチング工程では、ＧａＡｓ基板１の裏面側から、ＧａＡｓ基板１、バッファー層２、及びエッチング停止層３をエッチングにより除去する。
【００３１】
まず、ＧａＡｓ基板１とバッファー層２とをエッチングすることができ、エッチング停止層３に対しエッチング速度の遅いエッチング液を用いて、ＧａＡｓ基板１とバッファー層２とを除去する。続けて、エッチング停止層３をエッチングすることができ、光吸収層４をエッチング速度の遅いエッチング液を用いて、エッチング停止層３を除去する。これにより、光吸収層４及び窓層５等が積層されたガラス基板８が得られる。
【００３２】
実際に使用するエッチング液としては、アンモニア水(ＮＨ4ＯＨ)と過酸化水素(Ｈ2Ｏ2)との混合溶液(ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2＝１：５)、及び塩酸(ＨＣｌ)が好ましい。すなわち、まず、互いに貼り合わされたガラス基板８とＧａＡｓ基板１とをＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2との混合溶液に浸す。これにより、ＧａＡｓ基板１は裏面側よりエッチングされていく。エッチングが進み、ＧａＡｓ基板１が除去されてしまうと、続いてＧａＡｓ基板１上に成長してあったバッファー層２(ＧａＡｓ)がエッチングされ始める。その後、エッチングが更に進むと、バッファー層２が除去され、エッチング液中でエッチング停止層３が露出される。ここで、エッチング停止層３(Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ)は、このエッチング液ではエッチング速度が非常に遅いので、エッチング停止層３が露出されたときにエッチングが自動的に停止される。このようにして、まず、ＧａＡｓ基板１とバッファー層２とが除去される。
【００３３】
続いて、層３〜５及び膜６，７が残ったガラス基板８をＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2との混合溶液より取り出し、水洗、乾燥した後に、塩酸(ＨＣｌ)液に浸す。このとき、エッチング速度を速くするためにＨＣｌ液を予め５０℃に加熱すると好ましい。ＧａＡｓはＨＣｌではほとんどエッチングされないので、今度はエッチング停止層３(Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ)のみがエッチングされ、光吸収層４(ＧａＡｓ)が露出されたときにエッチングが自動的に停止される。このようにして、エッチング停止層３が除去される。
【００３４】
(５)電極形成工程
この後、光吸収層４上にショットキー電極１０，１１を形成する。すなわち、まず、プラズマＣＶＤ装置を用いて光吸収層４上に絶縁膜９を堆積する。その後、リソグラフィを利用した通常のパターン形成法により、絶縁膜９にショットキー電極１０，１１の形状を成す開口部を設ける。そして、真空蒸着等により、この開口部にショットキー電極１０，１１を形成する。
【００３５】
具体的には、この絶縁膜９は、ＣＶＤ工程で形成した反射防止膜６の堆積方法と同様の方法、すなわち、ＳｉＨ4とＮＨ3とを原料としたＣＶＤ法により行えばよい。次に、レジスト膜を絶縁膜９上に塗布し、フォトリソグラフィとエッチングとによる通常のパターン形成方法によって、ショットキー電極１０，１１が形成される部分の絶縁膜９を取り除く。そして、真空蒸着装置を用いて、所定の膜厚を有するチタン(Ｔｉ)／白金(Ｐｔ)／金(Ａｕ)の蒸着を行い、上記の絶縁膜９が取り除かれた部分に、後述する櫛部１０ａ，１１ａとパッド部１０ｂ，１１ｂを有するショットキー電極１０，１１を形成する。
【００３６】
光吸収層４の上には、複数個のＭＳＭＰＤ２０に対応した複数組のショットキー電極１０，１１が形成されるので、光吸収層４等が積層されたガラス基板８を各ＭＳＭＰＤ２０の素子形状に合わせてダイシングすることにより、チップ化されたＭＳＭＰＤ２０が得られる。
【００３７】
以上説明した通り、本実施形態による作製方法においては、多層膜２〜７をＧａＡｓ基板１上に形成した後、このＧａＡｓ基板１をガラス基板８に融着してからＧａＡｓ基板１を除去するため、ＧａＡｓ基板等の除去後の光吸収層４及び窓層５等は、ガラス基板８により機械的に保護され得る。そのため、光吸収層４及び窓層５が破損されることはない。従って、ＭＳＭＰＤ２０を生産性良く作製できる。
【００３８】
ここで、上記のようにして作製されたＭＳＭＰＤ２０の構成を説明すると共に、その作用について説明する。図２(ａ)は、本実施形態の作製方法により作製されたＭＳＭＰＤ２０をショットキー電極１０，１１側から見た平面図である。図２(ｂ)は、図２(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００３９】
ＭＳＭＰＤ２０は、図２(ｂ)に示すように、光が入射されるガラス基板８と、ガラス基板８とＧａＡｓ基板１との貼り合わせ面としての最表面膜７と、ガラス基板８から入射された光を効率的に透過させる反射防止膜６と、入射した光を吸収し、この吸収によりその内部で電子−正孔対が励起される光吸収層４とを備える。さらに、ＭＳＭＰＤ２０には、光吸収層４と接するように絶縁膜９と、絶縁膜９の開口部において光吸収層４と接触するショットキー電極１０，１１とが設けられている。ここで、ショットキー電極１０，１１は、図２(ａ)に示す通り、互いに交互に配置される櫛の歯状に形成された櫛部１０ａ，１１ａとパッド部１０ｂ，１１ｂとを有する。ショットキー電極１０，１１が接触している部分において、光吸収層４にはショットキー接合が形成されており、櫛部１０ａ、光吸収層４(ＧａＡｓ)、及び櫛部１１ａによってＭＳＭ構造が形成される。
【００４０】
ＭＳＭＰＤ２０により実際に光を受光する際には、ショットキー電極１０，１１に図示しない電源を接続し、電極１０，１１の間に電圧を印加する。この状態において、光ｈνが、図２(ｂ)に示すように、ガラス基板８側から入射される。
ここで言う光ｈνとは、例えば光ＬＡＮシステムを構成する光ファイバから出射される光である。入射された光ｈνは、ガラス基板８、最表面膜７、反射防止膜６、及び窓層５を順次透過して光吸収層４へと至る。光吸収層４では、この光ｈνが吸収されて電子−正孔対が励起される。励起された電子と正孔とは、ショットキー電極１０，１１に印加された電圧により形成された電界によって、それぞれ極性の異なる電極１０，１１(櫛部１０ａ，１１ａ)に向かってドリフトしていく。そして、電子及び正孔は、各櫛部１０ａ，１１ａに到達すると、櫛部１０ａ，１１ａとパッド部１０ｂ，１１ｂを経て電流として外部に出力される。光吸収層４内で励起される電子−正孔対の数は入射する光ｈνの強度の強弱に応じて増減するため、電極１０，１１より出力される電流の電流値が増減する。その結果、光ｈνの強度変化により搬送される光信号が電気信号に変換される。
【００４１】
上記のように、ＭＳＭＰＤ２０では、光がガラス基板８側から入射され、光の吸収のない最表面膜７、反射防止膜６、及び窓層５を順次透過して光吸収層４へと到達できる。そのため、光を電極側から入射した場合には問題となった電極により光が遮蔽叉は吸収されてしまうことはない。そのため、ＭＳＭＰＤ２０では、受光感度の低下がない。
【００４２】
以下に、上述のＭＳＭＰＤ２０を用いて構成され、光通信システム等に適用するに好適な受光装置について説明する。
【００４３】
図３は、ＭＳＭＰＤ２０をパッケージ３１に組み込んだ受光装置３０を示す模式図である。このパッケージ３１は、窒素等の不活性ガスが封入され互いに気密封止される３つの部材、すなわち、金属製の下部パッケージ３１ａ、金属製の上部パッケージ３１ｂ、及びガラス製の窓部３１ｃを備える。下部パッケージ３１ａの上面(上部パッケージ３０ｂ側の面)には、ＭＳＭＰＤ２０から出力される電気信号の処理を行うためのプリアンプチップ３２が設けられている。
【００４４】
プリアンプチップ３２には、図３に示すように、下部パッケージ３１ａと接触する面と反対側の面に、プリアンプチップ３２とＭＳＭＰＤ２０とを電気的に接続するためのバンプ電極３２ａ，３２ｂが形成されている。このバンプ電極３２ａ，３２ｂは、ＭＳＭＰＤ２０のショットキー電極１０，１１のパッド部１０ｂ，１１ｂの間隔と等しい間隔でそれぞれ設けられている。そして、プリアンプチップ３２の上部に、バンプ電極３２ａ，３２ｂとパッド部１０ｂ，１１ｂとが互いに接すると共に電気的に導通するようにＭＳＭＰＤ２０が重ね合わされ、載置される。
【００４５】
また、プリアンプチップ３２の上部には、プリアンプチップ３２に対して電力を供給するための電源(図示せず)を接続する電極３２ｃと、プリアンプチップ３２内部で処理された電気信号を外部回路(図示せず)に対して出力する電極３２ｄとが設けられている。さらに、これらの電極３２ｃ，３２ｄと、下部パッケージ３１ａに備えられた端子３３，３４とが金線３５，３６を介して接続される。
【００４６】
このように構成された受光装置３０では、図３に示す通り、ＭＳＭＰＤ２０を構成するガラス基板８が窓部３１ｃと対向するように設けられているので、窓部３１ｃを透過した光がガラス基板８を通して光吸収層４に入射される。そして、この光の入射により発生される電気信号が、パッド部１０ｂ，１１ｂからバンプ電極３２ａ，３２ｂを介してプリアンプチップ３２に入力される。そして、プリアンプチップ３２で処理された電気信号が受光装置３０の外部に設けられた外部回路に対して出力される。プリアンプチップ３２で行われる処理とは前段増幅等であり、これにより、外部回路での信号処理が容易に行われ得る。
【００４７】
次に、ＭＳＭＰＤ２０を用いて構成される受光装置の他の例について説明する。図４(ａ)は、ＭＳＭＰＤ２０を用いて構成された受光器を電極側から見た平面図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００４８】
図４(ｂ)に示すように、受光器５０は、ショットキー電極１０，１１のパッド部１０ｂ，１１ｂに金電極５２，５３を備える。また、受光器５０は、ショットキー電極１０，１１、絶縁膜９、及び光吸収層４を覆い、金電極５２，５３が露出するように設けられたＳｉＮ又はＳｉＯ2により成る絶縁保護膜５１を有する。
【００４９】
このような構成は以下のようにして作製される。上述した(４)電極形成工程においてショットキー電極１０，１１の形成された後(ダイシング前)に、ショットキー電極１０，１１が形成された面にプラズマＣＶＤ装置により厚さ約０．５μmの絶縁保護膜５１を形成する。次に、フォトリソグラフィとエッチングとによって、ショットキー電極１０，１１のパッド部１０ｂ，１１ｂの一部が露出するように、ＳｉＮ膜又はＳｉＯ2膜を除去する。次に、真空蒸着によって、露出されたパッド部１０ｂ，１１ｂに金(Ａｕ)の薄膜を形成する。続いて、金の電解メッキを行って金電極５２，５３をパッド部１０ｂ，１１ｂに選択的に形成する。
その後、ダイシングによりチップ化して受光器５０を得る。金電極５２，５３の表面にはさらに鉛(Ｐｂ)−錫(Ｓｎ)等のはんだ材を塗膜しても良い。
【００５０】
このように、受光器５０は、ガラス基板８を光入射部とし、光入射部と反対側の面が絶縁保護膜５１で被覆されると共に、金電極５２，５３が露出された構成を有する。そのため、汎用のチップ抵抗器又はチップコンデンサ等の回路素子又は電子部品と同様に、受光器５０を単体の部品として取り扱うことができる。また、例えば、ＭＳＭＰＤ２０をハイブリッドＩＣと組み合わせて実装する場合にも、実装作業を容易に行えるという利点がある。
【００５１】
上記の実施形態においては、ＧａＡｓから構成された光吸収層４を有するＭＳＭＰＤ２０を作製する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば、プラズマエッチング装置等を利用したドライエッチング技術を用いて、ＧａＡｓ基板１等をエッチングするようにしても良い。この場合には、ドライエッチング技術において通常用いられるエンドポイント検知法により、光吸収層４が露出した時点でエッチングを停止することが望ましい。
【００５３】
また、エピタキシャルリフトオフ法と同様にして、ＧａＡｓ基板１等を除去するようにしてもよい。すなわち、上記実施形態においてはエッチング停止層３としてのＡｌ組成比ｘが０．５のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓを形成したが、これに替わりＡｌＡｓ層を形成する。そして、多層膜(層２、ＡｌＡｓ層、層４，５、膜６，７)が形成されたＧａＡｓ基板１とガラス基板８とを、多層膜の最表面膜とガラス基板８とが接するように互いに接着する。そして、ガラス基板８をエッチング液から保護するための保護膜等を形成した後、互いに接着された両基板１，８をフッ酸(ＨＦ)に浸すと、ＡｌＡｓがＨＦにより選択的且つ急速にされるため、ＧａＡｓ基板１及びバッファー層２が光吸収層４及び窓層５等から分離される。こうして、光吸収層４及び窓層５等が形成されたガラス基板８が得られる。このような方法によりＧａＡｓ基板１等を除去する場合であっても、光吸収層４及び窓層５等はガラス基板８に接着されているので、機械的に保護され得る。
【００５４】
さらに、多層膜１〜７が形成されたＧａＡｓ基板１とガラス基板８とを接着する際、入射光を吸収しない接着剤等を用いれば、このような接着剤等を用いて両基板１，８を接着するようにしても構わない。
【００５５】
さらにまた、上記の実施形態では、(１)結晶成長工程においてエッチング停止層３に引き続いて光吸収層４を成長したが、例えば、エッチング停止層３上に他の層を成長した後に、この層の上に光吸収層４を成長するようにしてもよい。この層とは、電極１０，１１と光吸収層４との界面近傍での光吸収層４(ＧａＡｓ)のエネルギーバンドの湾曲を適宜調整して電子及び正孔のドリフトを効果的に行われるようにする、ＡｌxＧａ1-xＡｓ(ｘ＝０．１〜０.５)等のいわゆるショットキーエンハンスメント層等であってよい。また、このような層を用い、且つエッチングによりＧａＡｓ基板１等を除去する場合には、エッチング停止層３とこの層との間にＧａＡｓ層を設けるなど、各層を選択的にエッチングするための構造上の工夫が必要となることは言うまでもない。
【００５６】
またさらに、本発明の半導体光検出器の作製方法により作製される半導体光検出器は、上記実施形態におけるＧａＡｓ基板を用いて作製される近赤外領域用の光検出器に限られるものではなく、上記作製方法により作製される全ての半導体光検出器に適用できる。例えば、ＩｎＰ基板を用いて作製される赤外領域で感度を有する光検出器であっても、必要に応じて本発明の半導体光検出器の作製方法により作製しても良い。また、可視光領域の光に対して感度を有する光検出器として、光吸収層がＡｌＧａＩｎＰであり、ＧａＡｓ基板を用いて作製される光検出器も本発明の作製方法により好適に作製され得る。
【００５７】
またさらに、実施形態の結晶成長工程ではＭＯＣＶＤ法によるもののみを示したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、ＶＰＥ(気相成長法)、ＭＢＥ(分子線成長法)、ＭＯＭＢＥ(有機金属分子線成長法)、ＣＢＥ(化学ビーム成長法)、ＬＰＥ(液相成長法)等、あらゆる半導体結晶成長方法を用いて実施することが可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体光検出器の作製方法によれば、受光感度が高く、高速度光通信に対応可能な半導体光検出器を生産性良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(ａ)〜(ｅ)は、本実施の形態の作製方法によりＭＳＭＰＤを作製する工程と、各工程終了後のＭＳＭＰＤの断面を示す模式図である。
【図２】図２(ａ)は、本実施形態の作製方法により作製されたＭＳＭＰＤをショットキー電極１０，１１側から見た平面図である。図２(ｂ)は、図２(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、ＭＳＭＰＤをパッケージ３１に組み込んだ受光装置を示した模式図である。
【図４】図４(ａ)は、ＭＳＭＰＤを用いて構成された受光器を電極側から見た平面図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)の平面図のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…バッファー層、３…エッチング停止層、４…光吸収層、５…窓層、６…反射防止膜、７…最表面膜、８…ガラス基板、１０，１１…ショットキー電極、３０…受光装置、３２…プリアンプチップ、５０…受光器、ｈν…光。
Claims (3)
- 入射光の吸収により電子と正孔とが励起される光吸収層と、この光吸収層上に形成され櫛部が交互に配置された１対の櫛型ショットキー電極とを備え、前記櫛型ショットキー電極が形成された側とは反対の側から入射した光を検出する半導体光検出器の作製方法であって、
前記光吸収層を含み、最表面膜がケイ素の酸化物から構成された多層膜を基板上に形成し、
前記多層膜の最表面膜が、入射光に対して透明なガラス材料で構成された透明基板の一方の面と接触するように、前記多層膜が形成された前記基板と前記透明基板とを融着し、
前記透明基板上に少なくとも前記光吸収層が残存するように、前記透明基板に接着された前記基板、若しくは前記基板と前記多層膜の一部の層とを除去し、
前記透明基板に残存した前記光吸収層上に、櫛部が交互に配置された１対の櫛型ショットキー電極を形成する、
ことを特徴とする半導体光検出器の作製方法。 - 前記多層膜を形成する際に、前記光吸収層と前記基板との間に設けられ、前記光吸収層と異なる材料から構成される停止層が前記多層膜に含まれるよう形成し、
前記透明基板に接着された前記基板、若しくは前記基板と前記多層膜のうちの一部の層とを除去する際に、前記基板と、前記基板と前記停止層との間に存在する前記多層膜の一部の層と、を除去した後、前記停止層を除去する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体光検出器の作製方法。 - 前記透明基板が硼珪酸ガラスから構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光検出器の作製方法。
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