JP5011607B2 - 受光素子 - Google Patents
受光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5011607B2 JP5011607B2 JP2001117291A JP2001117291A JP5011607B2 JP 5011607 B2 JP5011607 B2 JP 5011607B2 JP 2001117291 A JP2001117291 A JP 2001117291A JP 2001117291 A JP2001117291 A JP 2001117291A JP 5011607 B2 JP5011607 B2 JP 5011607B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type semiconductor
- semiconductor layer
- layer
- semiconductor substrate
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 221
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 72
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 50
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 25
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 25
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換を行う受光素子に関する。特に、光電変換を行う裏面入射型受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における裏面入射型のフォトダイオードは、半導体基板と、半導体基板に対し固着して形成されたＮ型半導体層と、Ｎ型半導体層に対し固着して形成されかつＮ型半導体層との間にＰＮ接合を形成するＰ型半導体層とを備えている。半導体基板の裏面には光学レンズが設けられており、フォトダイオードの受光領域への光はこの光入射部より入射される。このようなフォトダイオードでは、Ｐ型半導体層、Ｎ型半導体層の間に印加された逆バイアス電圧によりＰ型半導体層とＮ型半導体層との間のＰＮ接合部に空乏領域であるＩ層が形成され、このＩ層に対して光入射部から半導体基板を透過して光が入射されることで、電子、正孔の対（キャリア）が生成される。これらの電子、正孔は、Ｉ層内部電界に従ってそれぞれＮ型半導体層、Ｐ型半導体層へと移動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来型の受光素子には次のような問題があった。すなわち、半導体内部へ到達する入射光は、Ｉ層のうちＮ型半導体層と接する面（これをＮ層側Ｉ層表面とする）に近いほどその光量は多く、表面から離れるにつれて指数関数的に減少するため、表面に近い部分でよりキャリア（電子・正孔対）は多く発生することになる。従って、Ｎ層側Ｉ層表面近傍で発生したこのような電子・正孔対の振る舞いが、フォトダイオードの出力特性に多大な影響を与える。従来型のフォトダイオードにあっては、このようにＮ層側Ｉ層表面近傍で発生した電子・正孔対のうち、電子はＮ層側Ｉ層表面近傍からの走行距離の短いＮ型半導体層までの距離を移動し、正孔はＮ層側Ｉ層表面近傍からの走行距離の長いＰ型半導体層までの距離を移動する。ここで、電子の移動速度に比して正孔の移動速度は遅いため、同時に発生した電子・正孔がそれぞれＮ型半導体層、Ｐ型半導体層に到達する時間には大きなズレが生じ、周波数特性に障害が生じていた。
【０００４】
このような現象は、特に入射光の光量を増大させた場合や、逆バイアス電圧を低く設定した場合には、１０ＧＨｚ或いは４０ＧＨｚといった高域変調周波数域を有する入射光、に対して顕著に現れる。すなわち、フォトダイオードの使用可能な周波数範囲が限定される（帯域の劣化）結果となっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、周波数特性に優れ、より高域周波数まで動作する、裏面入射型の受光素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による受光素子は、ＩｎＰからなる半絶縁性の半導体基板と、半導体基板上に形成されたＰ型半導体層と、Ｐ型半導体層上に形成されたＩ型半導体層と、Ｉ型半導体層上に形成されたＮ型半導体層とを備えた受光素子であって、半導体基板は、Ｐ型半導体層が形成された面とは反対側の面上に一体に形成され受光素子への入射光が入射する光入射部、を有し、エッチング処理により素子分離されており、エッチング処理は、Ｐ型半導体層から半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去し、光入射部からの入射光によって発生した電流を取り出す配線を行うためのＰ型半導体層側の配線電極及びＮ型半導体層側の配線電極が、半絶縁性の半導体基板のエッチング処理を受けた面上に形成されており、半導体基板とＰ型半導体層との間に形成されると共にＰ型半導体層内の不純物であるＺｎが半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を更に備え、不純物拡散抑制層は、半導体基板上にエピタキシャル成長法を用いて形成されたＩｎＰを母材とするＳｉドープ層であることを特徴とする。
【０００７】
このような受光素子によれば、Ｐ型半導体層が形成されている側のＩ型半導体層表面近傍で発生した電子・正孔対のうち、移動速度の速い電子は移動距離の長いＮ型半導体層までの距離を移動し、移動速度の遅い正孔は移動距離の短いＰ型半導体層までの距離を移動するため、移動速度の遅い正孔の移動距離（時間）を最小限にすることが可能となる。
【０００８】
また、光入射部が半導体基板に対し一体に設けられているため、光入射部から半導体受光領域への光の通過経路としての光軸を定め易くなる。
【０００９】
本発明による受光素子は、ＩｎＰからなる半絶縁性の半導体基板と、半導体基板上に形成されたＰ型半導体層と、Ｐ型半導体層上に形成されかつＰ型半導体層との間にＰＮ接合を形成するＮ型半導体層とを備えた受光素子であって、半導体基板は、Ｐ型半導体層が形成された面とは反対側の面上に一体に形成され受光素子への入射光が入射する光入射部、を有し、エッチング処理により素子分離されており、エッチング処理は、Ｐ型半導体層から半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去し、光入射部からの入射光によって発生した電流を取り出す配線を行うためのＰ型半導体層側の配線電極及びＮ型半導体層側の配線電極が、半絶縁性の半導体基板のエッチング処理を受けた面上に形成されており、半導体基板とＰ型半導体層との間に形成されると共にＰ型半導体層内の不純物であるＺｎが半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を更に備え、不純物拡散抑制層は、半導体基板上にエピタキシャル成長法を用いて形成されたＩｎＰを母材とするＳｉドープ層であることを特徴とする。
【００１０】
この受光素子は、半導体基板とＰ型半導体層との間に形成されると共にＰ型半導体層内の不純物が半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を備えている。これにより、受光素子の製造工程中においてＰ型半導体層内の不純物が半導体基板へと拡散するのを抑制できるため、不純物が拡散された部分の領域を半導体基板から除去する量を減らすこと、又は除去作業を無くすことが可能となる。
【００１１】
また、受光素子はエッチング処理により素子分離されている。これにより、半導体結晶表面から電気的な影響を受けない受光素子を形成することが可能となる。
【００１２】
また、上記エッチング処理は、Ｐ型半導体層から半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去する。これにより、不純物拡散抑制層が設けられていない受光素子に対しては、製造工程中などにＰ型半導体層から半導体基板へと拡散した不純物がエッチング処理により除去され、素子分離された受光素子が実現される。
【００１４】
受光素子はメサ型に形成されていることが望ましい。
【００１５】
Ｐ型半導体層は半導体基板に対しエピタキシャル成長法により形成されていてもよい。
【００１６】
光入射部は、例えば凸型の光学レンズである。
【００１７】
Ｐ型半導体層内の不純物（ドーパント）は、例えばカーボン（Ｃ）から成る。これにより、半導体基板への不純物拡散を抑制することが可能となる。
また、この場合、Ｐ型半導体層は、直接半導体基板上に形成されることとしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施形態に係る受光素子について説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る受光素子の全体を示す側面断面図である。受光素子１はメサ型で裏面入射型のフォトダイオードであり、その構成として、受光素子として検出したい波長帯域の光を透過させる半導体基板２と、半導体基板２上に形成されたＰ型半導体層３と、Ｐ型半導体層３上に形成されたＩ型半導体層４と、更にＩ型半導体層４上に形成されたＮ型半導体層５とを備えている。半導体基板２としては半絶縁性のＩｎＰが使用されている。Ｐ型半導体層３、Ｉ型半導体層４、Ｎ型半導体層５としてはＩｎＧａＡｓが使用され、各層厚さはそれぞれ０.３１μｍ、２.３μｍ、０.３μｍに形成されている。なお、このＰ型半導体層３は、層厚さ０.２μｍから成る高濃度半導体層２５（Ｐ++ＩｎＧａＡｓ）を含んでいる。また、半導体基板２とＰ型半導体層３との間には、層厚さ０.０１μｍから成る不純物拡散抑制層２４と（詳細は後述する）が形成されている。更に受光素子１の上面には、汚染物などの侵入を遮断し、デバイス特性の安定化を図るためのパシベーション膜７が形成されている。因みに、図１〜図４は何れも断面図であるが、図中ハッチングは省略して示してある。
【００２０】
半導体基板２の裏面には、受光素子１への光が入射する光入射部２０が設けられている。この実施形態による受光素子１では、光入射部２０はＡＲコートされた凸型のモノリシックレンズ（光学レンズ）として設けられ、入射光３０を半導体受光領域へ向けて集光又はコリメートすることが可能となっている。このように、裏面入射型の受光素子１の場合、光入射部２０を半導体基板２に対して直接設け、半導体基板２と一体型に形成することが可能となるため、発光部としての光ファイバ、光学レンズ、半導体受光領域の間の光軸を形成する上で、光学レンズを光ファイバに対して改めて位置決めする必要がない、という利点がある。
【００２１】
Ｐ型半導体層３、Ｎ型半導体層５には、それぞれＰ層側電極１０、Ｎ層側電極１５が所定の位置に設けられている。Ｐ層側電極１０は、Ｐ型半導体層３の表面に接触して形成されたＰ層側コンタクト電極１１と、このＰ層側コンタクト電極１１に接続すると共に所定の長さをもって形成され受光素子１への配線を可能にするＰ層側配線電極１２と、から成る。Ｎ層側電極１５も、同様にしてＮ層側コンタクト電極１６と、Ｎ層側配線電極１７とから成る。受光素子１の光電変換により発生した電流は、これらのＰ層側電極１０及びＮ層側電極１５より取り出される。
【００２２】
図２は、図１に示す受光素子の部分拡大図である。この図２を用いて受光素子１による光電変換作用について簡単に説明する。光入射部２０から入射された入射光３０は、半導体基板２を透過してＰ型半導体層３へと入射する。更に進んでＩ型半導体層４へと光が入射されると、ここに電子・正孔の対（キャリア）が生成される。これらの電子・正孔は、Ｉ型半導体層４の内部電界に従ってそれぞれ、電子はＮ型半導体層５へ、正孔はＰ型半導体層３へと移動する。ここで、このＩ型半導体層４内部へ侵入した入射光は、Ｐ型半導体層３側のＩ型半導体層表面（以下、これをＰ層側Ｉ型半導体層表面２３とする）に近いほどその光量は多く、Ｐ層側Ｉ型半導体層表面２３から離れるにつれて減少するため、Ｐ層側Ｉ型半導体層表面２３に近い部分でよりキャリア（電子・正孔対）が多く発生する。従って、このようなＰ層側Ｉ型半導体層表面近傍で発生した電子・正孔対の振る舞いがフォトダイオードの出力特性に影響を与える。
【００２３】
本実施形態による受光素子では、Ｉ型半導体層４中のＰ層側Ｉ型半導体層表面２３近傍で発生した電子・正孔対のうち、電界中における移動速度の速い電子は移動距離の長いＮ型半導体層５までの距離を移動し、移動速度の遅い正孔は移動距離の短いＰ型半導体層３までの距離を移動するため、同時に発生した電子・正孔がそれぞれＮ型半導体層５、Ｐ型半導体層３に到達する時間のズレを最小限に留め、キャリア走行時間を最小にすることができるため、受光感度に優れ有効な光電変換が行われる。波長の短い光の場合、半導体層の内部まで深く浸透せず光が入射した表面の近傍でそのほとんどが吸収され上記したような到達時間のズレが特に問題となっていたが、本実施形態による受光素子１では、上記したような構成によりこのような不具合は解消されている。
【００２４】
また、従来の受光素子にあっては、逆バイアス電圧を低く設定した場合、また入力する光量を大きくした場合には、キャリアの走行を妨げるような電界が発生し、空間電荷効果による影響が生じ易くなるという問題もあった。これは、Ｉ層内の一部に逆方向の内部電界が形成されることにも起因していると考えられる。本実施形態による受光素子１では、上記した構成により走行速度の遅い正孔の走行距離を短く済ませることで、このような不具合の発生を抑制することが可能となっている。
【００２５】
図２には、不純物拡散抑制層２４が示されている。不純物拡散抑制層２４は、Ｐ型半導体層３と半導体基板２との間に形成されており、Ｐ型半導体層３内の不純物が半導体基板２へと拡散されるのを抑制する。本実施形態では、不純物拡散抑制層２４としてはＳｉドープ層が、Ｐ型半導体層３内の不純物としては亜鉛（Ｚｎ）が使用されている。受光素子の製造工程として半導体基板２に対してエピタキシャル成長法によりＰ型半導体層３を形成する際、更にアニール処理（加熱処理）の際、Ｐ型半導体層３内の不純物としての亜鉛（Ｚｎ）が半導体基板２へと拡散し（亜鉛（Ｚｎ）は特に拡散が起き易い）、その部分がＰ型に転じてしまう（以下、これをＰ転と呼ぶことにする）という不具合があったが、この受光素子１では不純物拡散抑制層２４を設けることにより、このような現象は抑制されている。
【００２６】
なお、Ｐ型半導体層３の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）に代えてカーボン（Ｃ）であってもよい。カーボンは亜鉛に比して拡散係数が小さいため、Ｐ型半導体層３内に拡散が起こりにくい（また、高濃度（〜１０20ｃｍ-3）までドープ可能という効果もある）。これにより、カーボンを使用した場合には、図２に示されている不純物拡散抑制層２４を設ける必要がない。
【００２７】
実験結果から、この不純物拡散抑制層２４を形成せずに受光素子１を形成した場合には、亜鉛（Ｚｎ）の半導体基板への拡散量が、その層厚さにして０.７μｍ〜０.８μｍであったのが、不純物拡散抑制層２４を形成した場合には、０.４μmへと抑制されることが判明している。なお、後述するように、Ｐ型半導体層３の不純物が拡散されＰ転してしまった半導体基板２の部分はエッチング処理により除去され、素子分離（アイソレーション）する必要がある。
【００２８】
図３（Ａ）〜３（Ｃ）、図４（Ａ）〜４（Ｄ）は、本実施形態に係る受光素子の製造工程を示す図である。図３（Ａ）に示されるように、まず半導体基板２を準備し、この主面上全面に、エピタキシャル成長法を用いて不純物拡散抑制層２４、Ｐ型半導体層３、Ｉ型半導体層４、Ｎ型半導体層５を順に形成、積層する。Ｐ型半導体層３としては前述した高濃度半導体層２５が先に形成される。不純物拡散抑制層２４は、最初Ｎ型の半導体層として半導体基板２に対して形成されるが、この上面にＰ型半導体層３をエピタキシャル成長法により形成する際にＰ型半導体層３内の不純物（亜鉛（Ｚｎ））が拡散されることで、最終的にＰ型の半導体層となる。
【００２９】
すなわち、不純物拡散抑制層２４を半導体基板２に対して成長させる際には、拡散が起こり易い亜鉛（Ｚｎ）を含まないＮ型半導体層として形成することにより、この時点で半導体基板２への拡散が生じないようにしている。その後、この不純物拡散抑制層２４に対してＰ型半導体層３を形成する際に、亜鉛（Ｚｎ）の半導体基板２への拡散、浸透は生じるが、不純物拡散抑制層２４が介在されている分、半導体基板２への拡散は抑制される。
【００３０】
次に図３（Ｂ）、３（Ｃ）に示されるように、受光素子１をメサ型に形成し、かつ素子分離をとるべくドライエッチング処理を施す。メサ型へ形成するためのエッチング処理では、図３（Ｂ）の斜線に示す部分８０が除去される。この除去分は、Ｎ型半導体層５（０.１μｍ）と、Ｉ型半導体層４（２.３μｍ）と、Ｐ型半導体層３のうち高濃度半導体層２５を除いたもの（０.１μｍ）とに該当し、除去される層厚さは合計２.５μｍである。素子分離するためのエッチング処理では、図３（Ｃ）の斜線に示す部分８１が除去される。この除去分は、Ｐ型半導体層３のうちの高濃度半導体層２５（０.２０μｍ）と、不純物拡散抑制層２４（０.０１μｍ）と、半導体基板２のうちＰ型半導体層３から不純物が拡散されＰ転された層分（０.１μｍ）とに該当し、除去される層厚さは合計０.３１μｍである。この素子分離のためのエッチング処理により、半導体結晶表面から電気的な影響を受けず、ＭＩＳ(Metal Insulator Semi-Conductor)容量を生じることのない受光素子１を形成することが可能となる。
【００３１】
このように、Ｐ型半導体層３を形成する際に半導体基板２中に不純物が拡散されることで形成されたＰ転層も、このドライエッチング処理により除去される。本実施形態による受光素子１では、Ｐ型半導体層３として不純物拡散抑制層２４を形成しているので、このＰ転層を除去するためのエッチング量を２.８１μｍ（上記２.５μｍ＋０.３１μｍ）に留めることが可能となっている。これにより、受光素子１として物理的な段差が少なく、配線の分離、切断といったプロセス上の問題の発生しにくい受光素子１が実現される。因みに、上記した段差が３.５μｍを超えるとプロセス上の問題が発生し易く易くなることがわかっている。
【００３２】
なお、Ｐ型半導体層３への不純物としてカーボンを使用した場合には、前述したように不純物拡散抑制層２４を形成する工程が省略されると共に、半導体基板２への拡散が起こりにくいので素子分離のためのエッチング量を減らすことが可能となり、製造工程を簡略化できる。また、より物理的な段差の少ない受光素子１を実現することが可能となる。
【００３３】
次に図４（Ａ）に示されるように、Ｐ型半導体層３、Ｎ型半導体層５に接触したＰ層側コンタクト電極１１、Ｎ層側コンタクト電極１６を形成する。各電極は共に上面に形成される。そして、この各コンタクト電極１１，１６が形成された受光素子１に対し、その受光素子表面を保護するためのパシベーション膜７を形成した後（図４（Ｂ））、Ｐ層側コンタクト電極１１に接続して所定の長さをもって形成され配線を可能にするＰ層側配線電極１２、Ｎ層側コンタクト電極１６に接続して所定の長さをもって形成され配線を可能にするＮ層側配線電極１７を形成する（図４（Ｃ））。更に、半導体基板２上、受光素子１としての裏面部分に、半導体基板２を加工して光入射部２０としての凸型の光学レンズを形成し、本実施形態による受光素子１が完成する。
【００３４】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、従来型の受光素子の出力応答特性を示す図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態に係る受光素子の出力応答特性を示す図である。横軸として周波数（ＧＨｚ）を、縦軸として受光素子の受光感度をｄＢ値により示したものが当てられている。図５（Ａ）、図６（Ａ）は、大光量の入射光（Ｐ＝−３ｄＢｍ）に対する受光素子の出力応答特性を示し、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）は、小光量の入射光（Ｐ＝−１３ｄＢｍ）に対する受光素子の出力応答特性を示している。また、各図中の一点鎖線、破線、実線は、Ｐ型半導体層３、Ｎ型半導体層５間に印加される逆バイアス電圧の値がそれぞれ、０.０Ｖ、０.１Ｖ、０.７Ｖの場合のデータを示している。
【００３５】
図に端的に示されているように、従来型の受光素子では、入射光として光量の多い光を入力した場合、逆バイアス電圧を低く設定した場合には、帯域が劣化しているのに対し（図５（Ａ）、（Ｂ））、本実施形態による受光素子１では、入射量に依存せず、逆バイアス電圧が低い場合においても優れた応答出力が得られていること、すなわち、入射光の信号が有する周波数に対しその対応可能な周波数領域が広いことがわかる（図６（Ａ）、（Ｂ））。
【００３６】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、本発明を実施するにあたって単に最良の形態を示すに過ぎない前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の請求項の範囲内に該当する発明の全ての変更を包含し、形状、配置、構成などについて変更が可能である。
【００３７】
例えば、受光素子１としてＰＩＮ型のフォトダイオードを示したが、ＰＮ接合を有するＰＮ型のフォトダイオードであってもよい。
【００３８】
また、エッチング処理としてドライエッチング処理を挙げたが、ウェットエッチング処理を採用することも考えられる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明では、光入射部近傍で発生した電子・正孔対のうち、移動速度の速い電子は移動距離の長いＮ型半導体層までの距離を移動し、移動速度の遅い正孔は移動距離の短いＰ型半導体層までの距離を移動するため、同時に発生した電子・正孔がそれぞれＰ型半導体層、Ｎ型半導体層に到達する時間のズレを小さくし、キャリアの走行時間を最小にすることが可能となる。これにより受光感度に優れ、入射光の信号が有する周波数について広範囲にわたる周波数に対して対応可能な受光素子が実現される。
【００４０】
また、光入射部が半導体基板に対し一体に設けられているため、光入射部から半導体受光領域への光軸を定め易くなり、製造上の負担を軽減することが可能となる。
【００４１】
また、Ｐ型半導体層に接触したＰ層側コンタクト電極とＮ型半導体層に接触したＮ層側コンタクト電極とを比較した場合、一般的にＰ層側コンタクト抵抗率よりＮ層側コンタクト抵抗率のほうが（一桁くらい）小さい。ＰＤ構造から従来のＰＩＮ構造では、Ｎ層側に比べＰ層側の電極面積が狭くなり、コンタクト電極抵抗が大きくなりがちであるが、本発明ではＮ層側に対しＰ層側の電極面積を広くとることが可能なため、コンタクト抵抗をより小さくできるというメリットも有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態に係る受光素子の全体を示す側面断面図である。
【図２】図２は、図１に示す受光素子の部分拡大図である。
【図３】図３（Ａ）〜３（C）は、本実施形態に係る受光素子の製造工程を示す図である。
【図４】図４（Ａ）〜４（Ｄ）は、本実施形態に係る受光素子の製造工程を示す図である。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）は、従来型の受光素子の出力応答特性を示す図である。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態に係る受光素子の出力応答特性を示す図である。
【符号の説明】
１…受光素子、２…半導体基板、３…Ｐ型半導体層、４…Ｉ型半導体層、５…Ｎ型半導体層、２０…光入射部、２４…不純物拡散抑制層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換を行う受光素子に関する。特に、光電変換を行う裏面入射型受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における裏面入射型のフォトダイオードは、半導体基板と、半導体基板に対し固着して形成されたＮ型半導体層と、Ｎ型半導体層に対し固着して形成されかつＮ型半導体層との間にＰＮ接合を形成するＰ型半導体層とを備えている。半導体基板の裏面には光学レンズが設けられており、フォトダイオードの受光領域への光はこの光入射部より入射される。このようなフォトダイオードでは、Ｐ型半導体層、Ｎ型半導体層の間に印加された逆バイアス電圧によりＰ型半導体層とＮ型半導体層との間のＰＮ接合部に空乏領域であるＩ層が形成され、このＩ層に対して光入射部から半導体基板を透過して光が入射されることで、電子、正孔の対（キャリア）が生成される。これらの電子、正孔は、Ｉ層内部電界に従ってそれぞれＮ型半導体層、Ｐ型半導体層へと移動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来型の受光素子には次のような問題があった。すなわち、半導体内部へ到達する入射光は、Ｉ層のうちＮ型半導体層と接する面（これをＮ層側Ｉ層表面とする）に近いほどその光量は多く、表面から離れるにつれて指数関数的に減少するため、表面に近い部分でよりキャリア（電子・正孔対）は多く発生することになる。従って、Ｎ層側Ｉ層表面近傍で発生したこのような電子・正孔対の振る舞いが、フォトダイオードの出力特性に多大な影響を与える。従来型のフォトダイオードにあっては、このようにＮ層側Ｉ層表面近傍で発生した電子・正孔対のうち、電子はＮ層側Ｉ層表面近傍からの走行距離の短いＮ型半導体層までの距離を移動し、正孔はＮ層側Ｉ層表面近傍からの走行距離の長いＰ型半導体層までの距離を移動する。ここで、電子の移動速度に比して正孔の移動速度は遅いため、同時に発生した電子・正孔がそれぞれＮ型半導体層、Ｐ型半導体層に到達する時間には大きなズレが生じ、周波数特性に障害が生じていた。
【０００４】
このような現象は、特に入射光の光量を増大させた場合や、逆バイアス電圧を低く設定した場合には、１０ＧＨｚ或いは４０ＧＨｚといった高域変調周波数域を有する入射光、に対して顕著に現れる。すなわち、フォトダイオードの使用可能な周波数範囲が限定される（帯域の劣化）結果となっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、周波数特性に優れ、より高域周波数まで動作する、裏面入射型の受光素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による受光素子は、ＩｎＰからなる半絶縁性の半導体基板と、半導体基板上に形成されたＰ型半導体層と、Ｐ型半導体層上に形成されたＩ型半導体層と、Ｉ型半導体層上に形成されたＮ型半導体層とを備えた受光素子であって、半導体基板は、Ｐ型半導体層が形成された面とは反対側の面上に一体に形成され受光素子への入射光が入射する光入射部、を有し、エッチング処理により素子分離されており、エッチング処理は、Ｐ型半導体層から半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去し、光入射部からの入射光によって発生した電流を取り出す配線を行うためのＰ型半導体層側の配線電極及びＮ型半導体層側の配線電極が、半絶縁性の半導体基板のエッチング処理を受けた面上に形成されており、半導体基板とＰ型半導体層との間に形成されると共にＰ型半導体層内の不純物であるＺｎが半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を更に備え、不純物拡散抑制層は、半導体基板上にエピタキシャル成長法を用いて形成されたＩｎＰを母材とするＳｉドープ層であることを特徴とする。
【０００７】
このような受光素子によれば、Ｐ型半導体層が形成されている側のＩ型半導体層表面近傍で発生した電子・正孔対のうち、移動速度の速い電子は移動距離の長いＮ型半導体層までの距離を移動し、移動速度の遅い正孔は移動距離の短いＰ型半導体層までの距離を移動するため、移動速度の遅い正孔の移動距離（時間）を最小限にすることが可能となる。
【０００８】
また、光入射部が半導体基板に対し一体に設けられているため、光入射部から半導体受光領域への光の通過経路としての光軸を定め易くなる。
【０００９】
本発明による受光素子は、ＩｎＰからなる半絶縁性の半導体基板と、半導体基板上に形成されたＰ型半導体層と、Ｐ型半導体層上に形成されかつＰ型半導体層との間にＰＮ接合を形成するＮ型半導体層とを備えた受光素子であって、半導体基板は、Ｐ型半導体層が形成された面とは反対側の面上に一体に形成され受光素子への入射光が入射する光入射部、を有し、エッチング処理により素子分離されており、エッチング処理は、Ｐ型半導体層から半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去し、光入射部からの入射光によって発生した電流を取り出す配線を行うためのＰ型半導体層側の配線電極及びＮ型半導体層側の配線電極が、半絶縁性の半導体基板のエッチング処理を受けた面上に形成されており、半導体基板とＰ型半導体層との間に形成されると共にＰ型半導体層内の不純物であるＺｎが半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を更に備え、不純物拡散抑制層は、半導体基板上にエピタキシャル成長法を用いて形成されたＩｎＰを母材とするＳｉドープ層であることを特徴とする。
【００１０】
この受光素子は、半導体基板とＰ型半導体層との間に形成されると共にＰ型半導体層内の不純物が半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を備えている。これにより、受光素子の製造工程中においてＰ型半導体層内の不純物が半導体基板へと拡散するのを抑制できるため、不純物が拡散された部分の領域を半導体基板から除去する量を減らすこと、又は除去作業を無くすことが可能となる。
【００１１】
また、受光素子はエッチング処理により素子分離されている。これにより、半導体結晶表面から電気的な影響を受けない受光素子を形成することが可能となる。
【００１２】
また、上記エッチング処理は、Ｐ型半導体層から半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去する。これにより、不純物拡散抑制層が設けられていない受光素子に対しては、製造工程中などにＰ型半導体層から半導体基板へと拡散した不純物がエッチング処理により除去され、素子分離された受光素子が実現される。
【００１４】
受光素子はメサ型に形成されていることが望ましい。
【００１５】
Ｐ型半導体層は半導体基板に対しエピタキシャル成長法により形成されていてもよい。
【００１６】
光入射部は、例えば凸型の光学レンズである。
【００１７】
Ｐ型半導体層内の不純物（ドーパント）は、例えばカーボン（Ｃ）から成る。これにより、半導体基板への不純物拡散を抑制することが可能となる。
また、この場合、Ｐ型半導体層は、直接半導体基板上に形成されることとしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施形態に係る受光素子について説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る受光素子の全体を示す側面断面図である。受光素子１はメサ型で裏面入射型のフォトダイオードであり、その構成として、受光素子として検出したい波長帯域の光を透過させる半導体基板２と、半導体基板２上に形成されたＰ型半導体層３と、Ｐ型半導体層３上に形成されたＩ型半導体層４と、更にＩ型半導体層４上に形成されたＮ型半導体層５とを備えている。半導体基板２としては半絶縁性のＩｎＰが使用されている。Ｐ型半導体層３、Ｉ型半導体層４、Ｎ型半導体層５としてはＩｎＧａＡｓが使用され、各層厚さはそれぞれ０.３１μｍ、２.３μｍ、０.３μｍに形成されている。なお、このＰ型半導体層３は、層厚さ０.２μｍから成る高濃度半導体層２５（Ｐ++ＩｎＧａＡｓ）を含んでいる。また、半導体基板２とＰ型半導体層３との間には、層厚さ０.０１μｍから成る不純物拡散抑制層２４と（詳細は後述する）が形成されている。更に受光素子１の上面には、汚染物などの侵入を遮断し、デバイス特性の安定化を図るためのパシベーション膜７が形成されている。因みに、図１〜図４は何れも断面図であるが、図中ハッチングは省略して示してある。
【００２０】
半導体基板２の裏面には、受光素子１への光が入射する光入射部２０が設けられている。この実施形態による受光素子１では、光入射部２０はＡＲコートされた凸型のモノリシックレンズ（光学レンズ）として設けられ、入射光３０を半導体受光領域へ向けて集光又はコリメートすることが可能となっている。このように、裏面入射型の受光素子１の場合、光入射部２０を半導体基板２に対して直接設け、半導体基板２と一体型に形成することが可能となるため、発光部としての光ファイバ、光学レンズ、半導体受光領域の間の光軸を形成する上で、光学レンズを光ファイバに対して改めて位置決めする必要がない、という利点がある。
【００２１】
Ｐ型半導体層３、Ｎ型半導体層５には、それぞれＰ層側電極１０、Ｎ層側電極１５が所定の位置に設けられている。Ｐ層側電極１０は、Ｐ型半導体層３の表面に接触して形成されたＰ層側コンタクト電極１１と、このＰ層側コンタクト電極１１に接続すると共に所定の長さをもって形成され受光素子１への配線を可能にするＰ層側配線電極１２と、から成る。Ｎ層側電極１５も、同様にしてＮ層側コンタクト電極１６と、Ｎ層側配線電極１７とから成る。受光素子１の光電変換により発生した電流は、これらのＰ層側電極１０及びＮ層側電極１５より取り出される。
【００２２】
図２は、図１に示す受光素子の部分拡大図である。この図２を用いて受光素子１による光電変換作用について簡単に説明する。光入射部２０から入射された入射光３０は、半導体基板２を透過してＰ型半導体層３へと入射する。更に進んでＩ型半導体層４へと光が入射されると、ここに電子・正孔の対（キャリア）が生成される。これらの電子・正孔は、Ｉ型半導体層４の内部電界に従ってそれぞれ、電子はＮ型半導体層５へ、正孔はＰ型半導体層３へと移動する。ここで、このＩ型半導体層４内部へ侵入した入射光は、Ｐ型半導体層３側のＩ型半導体層表面（以下、これをＰ層側Ｉ型半導体層表面２３とする）に近いほどその光量は多く、Ｐ層側Ｉ型半導体層表面２３から離れるにつれて減少するため、Ｐ層側Ｉ型半導体層表面２３に近い部分でよりキャリア（電子・正孔対）が多く発生する。従って、このようなＰ層側Ｉ型半導体層表面近傍で発生した電子・正孔対の振る舞いがフォトダイオードの出力特性に影響を与える。
【００２３】
本実施形態による受光素子では、Ｉ型半導体層４中のＰ層側Ｉ型半導体層表面２３近傍で発生した電子・正孔対のうち、電界中における移動速度の速い電子は移動距離の長いＮ型半導体層５までの距離を移動し、移動速度の遅い正孔は移動距離の短いＰ型半導体層３までの距離を移動するため、同時に発生した電子・正孔がそれぞれＮ型半導体層５、Ｐ型半導体層３に到達する時間のズレを最小限に留め、キャリア走行時間を最小にすることができるため、受光感度に優れ有効な光電変換が行われる。波長の短い光の場合、半導体層の内部まで深く浸透せず光が入射した表面の近傍でそのほとんどが吸収され上記したような到達時間のズレが特に問題となっていたが、本実施形態による受光素子１では、上記したような構成によりこのような不具合は解消されている。
【００２４】
また、従来の受光素子にあっては、逆バイアス電圧を低く設定した場合、また入力する光量を大きくした場合には、キャリアの走行を妨げるような電界が発生し、空間電荷効果による影響が生じ易くなるという問題もあった。これは、Ｉ層内の一部に逆方向の内部電界が形成されることにも起因していると考えられる。本実施形態による受光素子１では、上記した構成により走行速度の遅い正孔の走行距離を短く済ませることで、このような不具合の発生を抑制することが可能となっている。
【００２５】
図２には、不純物拡散抑制層２４が示されている。不純物拡散抑制層２４は、Ｐ型半導体層３と半導体基板２との間に形成されており、Ｐ型半導体層３内の不純物が半導体基板２へと拡散されるのを抑制する。本実施形態では、不純物拡散抑制層２４としてはＳｉドープ層が、Ｐ型半導体層３内の不純物としては亜鉛（Ｚｎ）が使用されている。受光素子の製造工程として半導体基板２に対してエピタキシャル成長法によりＰ型半導体層３を形成する際、更にアニール処理（加熱処理）の際、Ｐ型半導体層３内の不純物としての亜鉛（Ｚｎ）が半導体基板２へと拡散し（亜鉛（Ｚｎ）は特に拡散が起き易い）、その部分がＰ型に転じてしまう（以下、これをＰ転と呼ぶことにする）という不具合があったが、この受光素子１では不純物拡散抑制層２４を設けることにより、このような現象は抑制されている。
【００２６】
なお、Ｐ型半導体層３の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）に代えてカーボン（Ｃ）であってもよい。カーボンは亜鉛に比して拡散係数が小さいため、Ｐ型半導体層３内に拡散が起こりにくい（また、高濃度（〜１０20ｃｍ-3）までドープ可能という効果もある）。これにより、カーボンを使用した場合には、図２に示されている不純物拡散抑制層２４を設ける必要がない。
【００２７】
実験結果から、この不純物拡散抑制層２４を形成せずに受光素子１を形成した場合には、亜鉛（Ｚｎ）の半導体基板への拡散量が、その層厚さにして０.７μｍ〜０.８μｍであったのが、不純物拡散抑制層２４を形成した場合には、０.４μmへと抑制されることが判明している。なお、後述するように、Ｐ型半導体層３の不純物が拡散されＰ転してしまった半導体基板２の部分はエッチング処理により除去され、素子分離（アイソレーション）する必要がある。
【００２８】
図３（Ａ）〜３（Ｃ）、図４（Ａ）〜４（Ｄ）は、本実施形態に係る受光素子の製造工程を示す図である。図３（Ａ）に示されるように、まず半導体基板２を準備し、この主面上全面に、エピタキシャル成長法を用いて不純物拡散抑制層２４、Ｐ型半導体層３、Ｉ型半導体層４、Ｎ型半導体層５を順に形成、積層する。Ｐ型半導体層３としては前述した高濃度半導体層２５が先に形成される。不純物拡散抑制層２４は、最初Ｎ型の半導体層として半導体基板２に対して形成されるが、この上面にＰ型半導体層３をエピタキシャル成長法により形成する際にＰ型半導体層３内の不純物（亜鉛（Ｚｎ））が拡散されることで、最終的にＰ型の半導体層となる。
【００２９】
すなわち、不純物拡散抑制層２４を半導体基板２に対して成長させる際には、拡散が起こり易い亜鉛（Ｚｎ）を含まないＮ型半導体層として形成することにより、この時点で半導体基板２への拡散が生じないようにしている。その後、この不純物拡散抑制層２４に対してＰ型半導体層３を形成する際に、亜鉛（Ｚｎ）の半導体基板２への拡散、浸透は生じるが、不純物拡散抑制層２４が介在されている分、半導体基板２への拡散は抑制される。
【００３０】
次に図３（Ｂ）、３（Ｃ）に示されるように、受光素子１をメサ型に形成し、かつ素子分離をとるべくドライエッチング処理を施す。メサ型へ形成するためのエッチング処理では、図３（Ｂ）の斜線に示す部分８０が除去される。この除去分は、Ｎ型半導体層５（０.１μｍ）と、Ｉ型半導体層４（２.３μｍ）と、Ｐ型半導体層３のうち高濃度半導体層２５を除いたもの（０.１μｍ）とに該当し、除去される層厚さは合計２.５μｍである。素子分離するためのエッチング処理では、図３（Ｃ）の斜線に示す部分８１が除去される。この除去分は、Ｐ型半導体層３のうちの高濃度半導体層２５（０.２０μｍ）と、不純物拡散抑制層２４（０.０１μｍ）と、半導体基板２のうちＰ型半導体層３から不純物が拡散されＰ転された層分（０.１μｍ）とに該当し、除去される層厚さは合計０.３１μｍである。この素子分離のためのエッチング処理により、半導体結晶表面から電気的な影響を受けず、ＭＩＳ(Metal Insulator Semi-Conductor)容量を生じることのない受光素子１を形成することが可能となる。
【００３１】
このように、Ｐ型半導体層３を形成する際に半導体基板２中に不純物が拡散されることで形成されたＰ転層も、このドライエッチング処理により除去される。本実施形態による受光素子１では、Ｐ型半導体層３として不純物拡散抑制層２４を形成しているので、このＰ転層を除去するためのエッチング量を２.８１μｍ（上記２.５μｍ＋０.３１μｍ）に留めることが可能となっている。これにより、受光素子１として物理的な段差が少なく、配線の分離、切断といったプロセス上の問題の発生しにくい受光素子１が実現される。因みに、上記した段差が３.５μｍを超えるとプロセス上の問題が発生し易く易くなることがわかっている。
【００３２】
なお、Ｐ型半導体層３への不純物としてカーボンを使用した場合には、前述したように不純物拡散抑制層２４を形成する工程が省略されると共に、半導体基板２への拡散が起こりにくいので素子分離のためのエッチング量を減らすことが可能となり、製造工程を簡略化できる。また、より物理的な段差の少ない受光素子１を実現することが可能となる。
【００３３】
次に図４（Ａ）に示されるように、Ｐ型半導体層３、Ｎ型半導体層５に接触したＰ層側コンタクト電極１１、Ｎ層側コンタクト電極１６を形成する。各電極は共に上面に形成される。そして、この各コンタクト電極１１，１６が形成された受光素子１に対し、その受光素子表面を保護するためのパシベーション膜７を形成した後（図４（Ｂ））、Ｐ層側コンタクト電極１１に接続して所定の長さをもって形成され配線を可能にするＰ層側配線電極１２、Ｎ層側コンタクト電極１６に接続して所定の長さをもって形成され配線を可能にするＮ層側配線電極１７を形成する（図４（Ｃ））。更に、半導体基板２上、受光素子１としての裏面部分に、半導体基板２を加工して光入射部２０としての凸型の光学レンズを形成し、本実施形態による受光素子１が完成する。
【００３４】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、従来型の受光素子の出力応答特性を示す図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態に係る受光素子の出力応答特性を示す図である。横軸として周波数（ＧＨｚ）を、縦軸として受光素子の受光感度をｄＢ値により示したものが当てられている。図５（Ａ）、図６（Ａ）は、大光量の入射光（Ｐ＝−３ｄＢｍ）に対する受光素子の出力応答特性を示し、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）は、小光量の入射光（Ｐ＝−１３ｄＢｍ）に対する受光素子の出力応答特性を示している。また、各図中の一点鎖線、破線、実線は、Ｐ型半導体層３、Ｎ型半導体層５間に印加される逆バイアス電圧の値がそれぞれ、０.０Ｖ、０.１Ｖ、０.７Ｖの場合のデータを示している。
【００３５】
図に端的に示されているように、従来型の受光素子では、入射光として光量の多い光を入力した場合、逆バイアス電圧を低く設定した場合には、帯域が劣化しているのに対し（図５（Ａ）、（Ｂ））、本実施形態による受光素子１では、入射量に依存せず、逆バイアス電圧が低い場合においても優れた応答出力が得られていること、すなわち、入射光の信号が有する周波数に対しその対応可能な周波数領域が広いことがわかる（図６（Ａ）、（Ｂ））。
【００３６】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、本発明を実施するにあたって単に最良の形態を示すに過ぎない前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の請求項の範囲内に該当する発明の全ての変更を包含し、形状、配置、構成などについて変更が可能である。
【００３７】
例えば、受光素子１としてＰＩＮ型のフォトダイオードを示したが、ＰＮ接合を有するＰＮ型のフォトダイオードであってもよい。
【００３８】
また、エッチング処理としてドライエッチング処理を挙げたが、ウェットエッチング処理を採用することも考えられる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明では、光入射部近傍で発生した電子・正孔対のうち、移動速度の速い電子は移動距離の長いＮ型半導体層までの距離を移動し、移動速度の遅い正孔は移動距離の短いＰ型半導体層までの距離を移動するため、同時に発生した電子・正孔がそれぞれＰ型半導体層、Ｎ型半導体層に到達する時間のズレを小さくし、キャリアの走行時間を最小にすることが可能となる。これにより受光感度に優れ、入射光の信号が有する周波数について広範囲にわたる周波数に対して対応可能な受光素子が実現される。
【００４０】
また、光入射部が半導体基板に対し一体に設けられているため、光入射部から半導体受光領域への光軸を定め易くなり、製造上の負担を軽減することが可能となる。
【００４１】
また、Ｐ型半導体層に接触したＰ層側コンタクト電極とＮ型半導体層に接触したＮ層側コンタクト電極とを比較した場合、一般的にＰ層側コンタクト抵抗率よりＮ層側コンタクト抵抗率のほうが（一桁くらい）小さい。ＰＤ構造から従来のＰＩＮ構造では、Ｎ層側に比べＰ層側の電極面積が狭くなり、コンタクト電極抵抗が大きくなりがちであるが、本発明ではＮ層側に対しＰ層側の電極面積を広くとることが可能なため、コンタクト抵抗をより小さくできるというメリットも有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態に係る受光素子の全体を示す側面断面図である。
【図２】図２は、図１に示す受光素子の部分拡大図である。
【図３】図３（Ａ）〜３（C）は、本実施形態に係る受光素子の製造工程を示す図である。
【図４】図４（Ａ）〜４（Ｄ）は、本実施形態に係る受光素子の製造工程を示す図である。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）は、従来型の受光素子の出力応答特性を示す図である。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態に係る受光素子の出力応答特性を示す図である。
【符号の説明】
１…受光素子、２…半導体基板、３…Ｐ型半導体層、４…Ｉ型半導体層、５…Ｎ型半導体層、２０…光入射部、２４…不純物拡散抑制層。
Claims (2)
- ＩｎＰからなる半絶縁性の半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたＰ型半導体層と、前記Ｐ型半導体層上に形成されたＩ型半導体層と、前記Ｉ型半導体層上に形成されたＮ型半導体層とを備えた受光素子であって、
前記半導体基板は、前記Ｐ型半導体層が形成された面とは反対側の面上に一体に形成され前記受光素子への入射光が入射する光入射部、を有し、
エッチング処理により素子分離されており、
前記エッチング処理は、前記Ｐ型半導体層から前記半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去し、
前記光入射部からの入射光によって発生した電流を取り出す配線を行うためのＰ型半導体層側の配線電極及びＮ型半導体層側の配線電極が、半絶縁性の前記半導体基板の前記エッチング処理を受けた面上に形成されており、
前記半導体基板と前記Ｐ型半導体層との間に形成されると共に前記Ｐ型半導体層内の不純物であるＺｎが前記半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を更に備え、
前記不純物拡散抑制層は、前記半導体基板上にエピタキシャル成長法を用いて形成されたＩｎＰを母材とするＳｉドープ層であることを特徴とする受光素子。 - ＩｎＰからなる半絶縁性の半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたＰ型半導体層と、前記Ｐ型半導体層上に形成されかつ前記Ｐ型半導体層との間にＰＮ接合を形成するＮ型半導体層とを備えた受光素子であって、
前記半導体基板は、前記Ｐ型半導体層が形成された面とは反対側の面上に一体に形成され前記受光素子への入射光が入射する光入射部、を有し、
エッチング処理により素子分離されており、
前記エッチング処理は、前記Ｐ型半導体層から前記半導体基板へと不純物が拡散した領域を除去し、
前記光入射部からの入射光によって発生した電流を取り出す配線を行うためのＰ型半導体層側の配線電極及びＮ型半導体層側の配線電極が、半絶縁性の前記半導体基板の前記エッチング処理を受けた面上に形成されており、
前記半導体基板と前記Ｐ型半導体層との間に形成されると共に前記Ｐ型半導体層内の不純物であるＺｎが前記半導体基板へと拡散するのを抑制する不純物拡散抑制層、を更に備え、
前記不純物拡散抑制層は、前記半導体基板上にエピタキシャル成長法を用いて形成されたＩｎＰを母材とするＳｉドープ層であることを特徴とする受光素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001117291A JP5011607B2 (ja) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | 受光素子 |
| EP02008395A EP1251565A3 (en) | 2001-04-16 | 2002-04-12 | Semiconductor light-receiving device |
| US10/121,672 US6690079B2 (en) | 2001-04-16 | 2002-04-15 | Light-receiving device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001117291A JP5011607B2 (ja) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | 受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002314118A JP2002314118A (ja) | 2002-10-25 |
| JP5011607B2 true JP5011607B2 (ja) | 2012-08-29 |
Family
ID=18967879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001117291A Expired - Lifetime JP5011607B2 (ja) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | 受光素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6690079B2 (ja) |
| EP (1) | EP1251565A3 (ja) |
| JP (1) | JP5011607B2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4009106B2 (ja) * | 2001-12-27 | 2007-11-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子、及びその製造方法 |
| JP4030847B2 (ja) * | 2002-09-20 | 2008-01-09 | ユーディナデバイス株式会社 | 半導体受光装置 |
| JP4109159B2 (ja) * | 2003-06-13 | 2008-07-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
| US20050196112A1 (en) * | 2004-03-08 | 2005-09-08 | Toshio Takagi | Transmitting optical subassembly capable of monitoring the front beam of the semiconductor laser diode |
| US7482667B2 (en) * | 2005-02-23 | 2009-01-27 | Georgia Tech Research Corporation | Edge viewing photodetecter |
| US7361930B2 (en) * | 2005-03-21 | 2008-04-22 | Agilent Technologies, Inc. | Method for forming a multiple layer passivation film and a device incorporating the same |
| US20070170249A1 (en) * | 2006-01-23 | 2007-07-26 | Vendpin Llc. | Vending machine with dispensing units controlled directly without controller board |
| JP5197930B2 (ja) * | 2006-06-30 | 2013-05-15 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体受光素子の製造方法 |
| CN100541831C (zh) * | 2007-12-28 | 2009-09-16 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 背照射铟镓砷微台面线列或面阵探测器芯片及制备工艺 |
| US20090310635A1 (en) * | 2008-06-12 | 2009-12-17 | Applied Optoelectronics, Inc. | Wavelength locker and laser package including same |
| JP5642593B2 (ja) * | 2010-05-18 | 2014-12-17 | 日本オクラロ株式会社 | 裏面入射型半導体受光素子、光受信モジュール、光トランシーバ |
| JP6041120B2 (ja) * | 2012-03-22 | 2016-12-07 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体受光素子の製造方法 |
| JP6105258B2 (ja) * | 2012-11-05 | 2017-03-29 | 住友電気工業株式会社 | 半導体受光素子、光受光装置 |
| US10158035B2 (en) | 2015-04-22 | 2018-12-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor stack, light-receiving device, and method for producing semiconductor stack |
| JP6707393B2 (ja) * | 2016-04-25 | 2020-06-10 | 日本ルメンタム株式会社 | 裏面入射型受光素子及び光受信モジュール |
| CN106784118B (zh) * | 2017-01-13 | 2020-03-17 | 深圳市芯思杰联邦国际科技发展有限公司 | 背照式高速光电二极管接收芯片及其制作方法 |
| JP6650075B2 (ja) * | 2018-02-01 | 2020-02-19 | 株式会社京都セミコンダクター | 半導体受光素子 |
| JP7449042B2 (ja) * | 2019-02-28 | 2024-03-13 | 日本ルメンタム株式会社 | 光電変換素子、光サブアセンブリ及び光電変換素子の製造方法 |
| CN111524994A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-08-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 基于混合吸收层背入射高速铟镓砷光电探测器及制备方法 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58162078A (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体受光素子 |
| US4794439A (en) * | 1987-03-19 | 1988-12-27 | General Electric Company | Rear entry photodiode with three contacts |
| JPS63233575A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-09-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子 |
| US5300788A (en) * | 1991-01-18 | 1994-04-05 | Kopin Corporation | Light emitting diode bars and arrays and method of making same |
| JPH04266070A (ja) * | 1991-02-20 | 1992-09-22 | Fujitsu Ltd | フォトダイオード |
| US5212395A (en) * | 1992-03-02 | 1993-05-18 | At&T Bell Laboratories | P-I-N photodiodes with transparent conductive contacts |
| JPH05267708A (ja) * | 1992-03-19 | 1993-10-15 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置の電極構造 |
| JP3133472B2 (ja) * | 1992-04-07 | 2001-02-05 | 沖電気工業株式会社 | 半導体受光素子及びその製造方法 |
| US5268582A (en) * | 1992-08-24 | 1993-12-07 | At&T Bell Laboratories | P-N junction devices with group IV element-doped group III-V compound semiconductors |
| JP3115148B2 (ja) * | 1993-03-31 | 2000-12-04 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0714996A (ja) * | 1993-06-18 | 1995-01-17 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検出器とその製造方法 |
| JPH07162022A (ja) * | 1993-12-03 | 1995-06-23 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体受光素子、その製造方法および半導体の加工方法 |
| JP4136009B2 (ja) * | 1995-02-02 | 2008-08-20 | 住友電気工業株式会社 | ｐｉｎ型受光素子、およびｐｉｎ型受光素子の製造方法 |
| JPH0945954A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体素子，及び半導体素子の製造方法 |
| US5684308A (en) * | 1996-02-15 | 1997-11-04 | Sandia Corporation | CMOS-compatible InP/InGaAs digital photoreceiver |
| JP3172996B2 (ja) * | 1997-02-06 | 2001-06-04 | 住友電気工業株式会社 | 半導体受光素子 |
| US6043550A (en) * | 1997-09-03 | 2000-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode and photodiode module |
| US6081020A (en) * | 1998-02-20 | 2000-06-27 | Lucent Technologies Inc. | Linear PIN photodiode |
| US6228673B1 (en) * | 1999-05-13 | 2001-05-08 | Hughes Electronics Corporation | Method of fabricating a surface coupled InGaAs photodetector |
-
2001
- 2001-04-16 JP JP2001117291A patent/JP5011607B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-04-12 EP EP02008395A patent/EP1251565A3/en not_active Withdrawn
- 2002-04-15 US US10/121,672 patent/US6690079B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1251565A2 (en) | 2002-10-23 |
| JP2002314118A (ja) | 2002-10-25 |
| EP1251565A3 (en) | 2007-05-23 |
| US20020149827A1 (en) | 2002-10-17 |
| US6690079B2 (en) | 2004-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5011607B2 (ja) | 受光素子 | |
| US4616247A (en) | P-I-N and avalanche photodiodes | |
| JP4220688B2 (ja) | アバランシェホトダイオード | |
| JP4728386B2 (ja) | アバランシ・フォトダイオード | |
| JP4609430B2 (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| US20040251483A1 (en) | Planar avalanche photodiode | |
| JP2010135360A (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| US7855400B2 (en) | Semiconductor light detecting element and method for manufacturing the semiconductor light detecting element | |
| US4794439A (en) | Rear entry photodiode with three contacts | |
| JP2009252769A (ja) | 半導体受光素子 | |
| US10658538B2 (en) | Optical detection device | |
| JP2996943B2 (ja) | 半導体受光装置及びその製造方法 | |
| JP2002083993A (ja) | 光半導体受光素子およびその製造方法 | |
| JPH0513798A (ja) | 半導体受光装置 | |
| JP2008028421A (ja) | アバランシェフォトダイオード | |
| JP2005005600A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP5303793B2 (ja) | フォトダイオード | |
| JP2670553B2 (ja) | 半導体受光・増幅装置 | |
| JP2957837B2 (ja) | 受光素子および回路内蔵受光素子 | |
| JP2645460B2 (ja) | 受光素子の製造方法 | |
| KR102330769B1 (ko) | 반원통형 수광부를 갖는 포토다이오드 및 그 제조방법 | |
| JPS61101084A (ja) | 化合物半導体受光素子の製造方法 | |
| JPH0529642A (ja) | 半導体光検出素子 | |
| JPH02226777A (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| JPH05226687A (ja) | 受光素子及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071115 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090501 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090512 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090710 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100622 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100818 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110607 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110729 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120508 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120521 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5011607 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |