JP5897336B2 - 半導体受光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体受光装置に関するものである。

フリップチップ型のメサ状半導体受光素子を半導体基板上に備える半導体受光装置が開発されている。例えば、半導体基板上にメサ構造の受光素子が設けられ、受光素子上に形成された電極と電気的に接続する電極が、受光素子とは別のダミーメサ上に形成される構造の半導体受光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−２９０４７７号公報

このような半導体受光装置において、ダミーメサとメサ状受光素子との間に樹脂が埋め込まれることがある。樹脂を完全に平坦に形成することは困難であるため、樹脂に窪みが形成されることがある。この場合、メサ状受光素子には絶縁膜を形成しているが、メサの端部では絶縁膜が薄く形成されてしまうため、受光素子から配線が引き出される側の受光素子の端部と当該配線との距離が小さくなり、当該端部に電界が集中し、受光素子の端部と当該配線の間でリーク電流が発生する。そこで、受光素子を覆う絶縁膜を厚く形成することが考えられる。しかしながら、絶縁膜を厚く形成すると、受光素子上の電極形成に障害が生じるおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、受光素子の端部と当該配線との間のリーク電流の発生を抑制することができる半導体受光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体受光装置は、メサ構造をなし、一導電型半導体領域および反対導電型半導体領域を有する受光素子と、メサ構造を有する電極接続部と、前記受光素子の前記メサ構造の上面における前記反対導電型半導体領域に接続された電極と、前記受光素子と前記電極接続部との間を埋め込む樹脂膜と、前記樹脂膜上に形成され、前記受光素子の前記電極から前記電極接続部上にまで延在する配線と、を備え、前記樹脂膜は、前記受光素子の前記メサ構造の上面周縁の領域に延在して設けられてなり、前記配線は前記延在した樹脂膜上に設けられてなることを特徴とする。本発明に係る半導体受光装置によれば、受光素子の端部と当該配線との間のリーク電流の発生を抑制することができる。

一導電型の半導体は、前記受光素子のメサ構造上面の周縁に設けられていてもよい。前記受光素子の前記メサ構造の側面には、意図して不純物を導入しない半導体からなるパッシベーション膜が設けられていてもよい。前記受光素子の前記メサ構造の上面における反対導電型半導体領域は、一導電型半導体領域に選択的に設けられていてもよい。

本発明に係る半導体受光装置においては、受光素子の端部と当該配線との間のリーク電流の発生を抑制できる。

実施例１に係る半導体受光装置の上面図の例である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２の一部拡大図である。 （ａ）〜（ｅ）は、半導体受光装置の製造方法を説明するための製造工程図である。 （ａ）および（ｂ）は、半導体受光装置の製造方法を説明するための製造工程図である。 実施例２に係る半導体受光装置の一部拡大断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、実施例１に係る半導体受光装置１００の上面図の例である。図１に示すように、半導体受光装置１００は、略矩形状を有する半導体基板１０の上面の略中央に受光素子２０が配置され、半導体基板１０の各角部に受光素子２０を囲むようにダミーメサ３０ａ〜３０ｄが配置された構成を有する。

受光素子２０は、下部メサ２１上に上部メサ２２および上部電極２３がこの順に配置された構造を有する。例えば、下部メサ２１は、略円柱形状を有し、一部切り欠き部を有している。上部メサ２２は、下部メサ２１よりも小さい径を有する略円柱形状を有し、下部メサ２１の略中央に配置されている。上部メサ２２は、受光領域として機能する。上部電極２３は、上部メサ２２よりも小さい径を有する略円柱形状を有し、上部メサ２２の略中央に配置されている。すなわち、受光素子２０は、下部ほど径が大きく上部ほど径が小さいメサ形状を有する。さらに、受光素子２０は、下部メサ２１の上部メサ２２以外の領域に下部電極２４を備える。実施例１においては、上部電極２３がｐ側電極として機能し、下部電極２４がｎ側電極として機能する。

ダミーメサ３０ａ〜３０ｄは、下部メサ３１上に、上部メサ３２、上部電極３３、および電極パッド３４がこの順に配置された構造を有する。例えば、下部メサ３１は、略円柱形状を有している。上部メサ３２は、下部メサ３１よりも小さい径を有する略円柱形状を有し、下部メサ３１の略中央に配置されている。上部電極３３は、上部メサ３２よりも小さい径を有する略円柱形状を有し、上部メサ３２の略中央に配置されている。電極パッド３４は、上部電極３３よりも小さい径を有する略円柱形状を有し、上部電極３３の略中央に配置されている。すなわち、ダミーメサ３０ａ〜３０ｄは、下部ほど径が大きく上部ほど径が小さいメサ形状を有する。なお、ダミーメサ３０ａ〜３０ｄは、受光素子としての機能は有していない。

ダミーメサ３０ａの上部電極３３と受光素子２０の上部電極２３とは、引出配線４０ａによって接続されている。ダミーメサ３０ｂ〜３０ｄの上部電極３３と受光素子２０の下部電極２４とは、それぞれ、引出電極４０ｂ〜４０ｄによって接続されている。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。受光素子２０は、半導体基板１０上において、ｎ型半導体層２５、ｉ型半導体層２６、ｐ型半導体層２７、およびコンタクト層２８がこの順に積層された構造を有する。ｎ型半導体層２５は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなり、大径領域と小径領域とからなる。ｉ型半導体層２６は、例えば、ｉ型ＩｎＧａＡｓからなる。ｐ型半導体層２７は、例えば、ｐ型ＩｎＰからなる。ｎ型半導体層２５の小径領域、ｉ型半導体層２６、およびｐ型半導体層２７は、同一の径を有する。ｎ型半導体層２５の小径領域、ｉ型半導体層２６、およびｐ型半導体層２７の側面を覆うように、パッシベーション膜２９が形成されている。パッシベーション膜２９は、例えば、アンドープのｉ型ＩｎＰからなる。パッシベーション膜２９は、例えば、０．４μｍの厚みを有する。

半導体基板１０は、半絶縁性半導体からなり、例えば、半絶縁性のＩｎＰからなる。コンタクト層２８は、例えば、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなる。図１の下部メサ２１は、ｎ型半導体層２５の大径領域を含む。図１の上部メサ２２は、ｎ型半導体層２５の小径領域、ｉ型半導体層２６、ｐ型半導体層２７、およびコンタクト層２８を含む。また、半導体基板１０の裏面において受光素子２０に対応する位置に、レンズ１１が設けられている。それにより、半導体基板１０の裏面から入射した光を受光素子２０に対して集光することができる。レンズ１１は、半導体基板１０に対してミリング処理などを施すことによって形成することができる。

ダミーメサ３０ａ，３０ｃは、半導体基板１０上において、ｎ型半導体層３５、ｉ型半導体層３６、およびｐ型半導体層３７がこの順に積層された構造を有する。ｎ型半導体層３５は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなり、大径領域と小径領域とからなる。ｉ型半導体層３６は、例えば、ｉ型ＩｎＧａＡｓからなる。ｐ型半導体層３７は、例えば、ｐ型ＩｎＰからなる。ｎ型半導体層３５の小径領域、ｉ型半導体層３６、およびｐ型半導体層３７は、同一の径を有する。ｎ型半導体層３５の小径領域、ｉ型半導体層３６、およびｐ型半導体層３７の側面を覆うように、パッシベーション膜３８が形成されている。パッシベーション膜３８は、例えば、ｉ型ＩｎＰからなる。図１の下部メサ３１は、ｎ型半導体層３５の大径領域を含む。図１の上部メサ３２は、ｎ型半導体層３５の小径領域、ｉ型半導体層３６、およびｎ型半導体層３７を含む。ダミーメサ３０ｂ，３０ｄは、ダミーメサ３０ａ，３０ｃと同様の構造を有する。

絶縁膜６０は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の窒化物からなり、受光素子２０の表面、ダミーメサ３０ａ〜３０ｄの表面、および半導体基板１０の上面を覆っている。絶縁膜６０は、例えば、０．２μｍの厚みを有する。受光素子２０とダミーメサ３０ａとの間には、樹脂膜７０が埋め込まれている。具体的には、樹脂膜７０は、受光素子２０からダミーメサ３０ａにかけて形成された絶縁膜６０の上に形成されている。樹脂膜７０は、例えば、ポリイミドからなる。また、樹脂膜７０は、例えば、２μｍの厚みを有する。なお、絶縁膜６０は、樹脂膜７０上にも形成されている。

引出配線４０ａ，４０ｃは、半導体基板１０側から、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層４１、Ａｕスパッタ層４２、およびＡｕめっき層４３が積層された構成を有する。引出配線４０ａは、受光素子２０とダミーメサ３０ａとの間の樹脂膜７０上の絶縁膜６０上に形成されている。引出配線４０ｃは、受光素子２０とダミーメサ３０ｃとの間の絶縁膜６０の上に形成されている。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層４１は、例えば、Ｔｉが０．１μｍ、Ｐｔが０．１μｍ、Ａｕが０．２μｍの厚みを有する。Ａｕスパッタ層４２は、例えば、０．４μｍの厚みを有する。Ａｕめっき層４３は、例えば、１．５μｍの厚みを有する。引出配線４０ｃ，４０ｄは、引出配線４０ｂと同様の構造を有する。

絶縁膜６０は、コンタクト層２８上において開口を有する。それにより、受光素子２０のコンタクト層２８は、引出配線４０ａと接触する。また、絶縁膜６０は、下部メサ２１の上部メサ２２が設けられていない領域において開口を有する。下部メサ２１の開口には、コンタクト層６１が形成されている。それにより、受光素子２０のｎ型半導体層２５は、コンタクト層６１を介して引出配線４０ｃと接触する。コンタクト層６１は、例えば、ＡｕＧｅ／Ａｕからなる。コンタクト層６１は、例えば、０．１３μｍの厚みを有する。

なお、受光素子２０の下部メサ２１上の引出配線４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが、受光素子２０の下部電極２４として機能する。受光素子２０のコンタクト層２８上の引出配線４０ａが、受光素子２０の上部電極２３として機能する。また、ダミーメサ３０ａの上部メサ３２上の引出配線４０ａが、ダミーメサ３０ａの上部電極３３として機能する。上部電極３３の上には、電極パッド３４が配置されている。電極パッド３４は、キャリア配線等に接続するためのパッドであり、例えば、６．０μｍの厚みを有するＡｕからなる。

図３は、図２のＡの部分の拡大図であり、受光素子２０と樹脂膜７０との配置関係を表す図である。図３に示すように、本実施例においては、樹脂膜７０は、受光素子２０のｐ型半導体層２７上まで延在している。すなわち、樹脂膜７０は、受光素子２０とダミーメサ３０ａとの間だけではなく、受光素子２０上まで延在している。樹脂膜７０の受光素子２０に延在した領域の厚みは、例えば、０．２μｍである。樹脂膜７０は、０．２μｍ以上の厚みで設けてもよい。

受光素子２０のメサ構造上面の周縁付近には、受光素子２０の上面に接続される引出配線４０ａの電位とは異なる電位を持つ領域が存在する場合がある。たとえば、半導体からなるパッシベーション膜２９は、メサ構造の基部から受光素子２０のメサ構造上面の周縁に達する領域まで延在して形成される。典型的なパッシベーション膜２９は、意図的に不純物ドープしない（アンドープ）ＩｎＰによって形成されるが、実際にはｎ型の導電性を持つことがある。あるいは、ｐ型半導体層２７をｎ型半導体層に選択的にｐドーピングすることによって形成する場合がある。この場合、受光素子２０のメサ構造上面の周縁はｎ型半導体によって構成されることになる。

以上のように、受光素子２０のメサ構造上面の周縁においては、引出配線４０ａの電位とは異なる電位を持つ領域が存在する。したがって、このような領域の付近を引出配線４０ａが通過するように設けられると、その部分において電界集中を起こすという問題がある。この電界集中は、引出配線４０ａと受光素子２０のメサ構造上面の周縁との間でリーク電流を発生する原因になる。

これに対して本実施例では、受光素子２０を構成するメサ構造周縁の上面にまで樹脂膜７０が延在している。この延在部分上に引出配線４０ａが設けられることにより、受光素子２０を構成するメサ構造周縁の上面と引出配線４０ａとの距離が大きくなる。このため上記電界集中が緩和される。

図４（ａ）〜図５（ｃ）は、半導体受光装置１００の製造方法を説明するための製造工程図である。図４（ａ）〜図５（ｂ）の各図は、図１のＡ−Ａ線に対応する断面を表している。まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０上に、ｎ型半導体層８１、ｉ型半導体層８２、ｐ型半導体層８３、およびコンタクト層８４をエピタキシャル成長させる。ｎ型半導体層８１は、受光素子２０のｎ型半導体層２５およびダミーメサ３０ａ〜３０ｄのｎ型半導体層３５と同じ半導体である。ｉ型半導体層８２は、受光素子２０のｉ型半導体層２６およびダミーメサ３０ａ〜３０ｄのｉ型半導体層３６と同じ半導体である。ｐ型半導体層８３は、受光素子２０のｐ型半導体層２７およびダミーメサ３０ａ〜３０ｄのｐ型半導体層３７と同じ半導体である。コンタクト層８４は、受光素子２０のコンタクト層２８と同じ半導体である。

次に、図４（ｂ）に示すように、コンタクト層８４にエッチング処理を施すことによって、受光素子２０のコンタクト層２８を形成する。その後、受光素子２０およびダミーメサ３０ａ，３０ｃに対応する領域に、窒化シリコン（ＳｉＮ）マスク８５を形成する。その後、窒化シリコン（ＳｉＮ）マスク８５をエッチングマスクとして用いてエッチング処理を施すことによって、受光素子２０およびダミーメサ３０ａ，３０ｃに対応するメサを形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、受光素子２０に対応するメサの側面にパッシベーション膜２９を形成し、ダミーメサ３０ａ，３０ｃに対応するメサの側面にパッシベーション膜３８を形成する。次に、図４（ｄ）に示すように、各メサ間のｎ型半導体層８１に対してエッチング処理を施すことによって、各メサを離間させる（アイソレーション処理）。

次に、図５（ａ）に示すように、受光素子２０とダミーメサ３０ａとの間に絶縁膜６０を形成する。この場合、絶縁膜６０を、受光素子２０上まで延在させる。次に、絶縁膜６０上に樹脂膜７０を形成する。この場合、樹脂膜７０を、受光素子２０上まで延在させる。なお、樹脂膜７０は、ダミーメサ３０ａ上まで延在させてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、受光素子２０、ダミーメサ３０ａ，３０ｃおよび樹脂膜７０が覆われるように、絶縁膜６０を形成する。その後、コンタクト層２８上の絶縁膜６０にエッチング処理を施すことによって、コンタクト層２８を露出させる。

次に、図５（ｃ）に示すように、エッチング処理によって、受光素子２０に対応するメサのｎ型半導体層８１を露出させ、当該露出箇所にコンタクト層６１を形成する。また、コンタクト層６１からダミーメサ３０ｃ上にかけて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層４１およびＡｕスパッタ層４２を形成するとともに、受光素子２０上からダミーメサ３０ａ上にかけてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層４１およびＡｕスパッタ層４２を形成する。その後、Ａｕスパッタ層４２上に、めっき処理によってＡｕめっき層４３を形成する。半導体基板１０の裏面にレンズ１１を形成する。以上の工程により、受光素子２０およびダミーメサ３０ａ，３０ｃが完成する。なお、ダミーメサ３０ｂ，３０ｄも、ダミーメサ３０ｃを形成する工程を経ることによって完成する。

図６は、実施例２に係る半導体受光装置の一部拡大断面図である。図６に示すように、本実施例においては、受光素子２０の代わりに受光素子２０ａが設けられている。受光素子２０ａにおいては、ｐ型半導体層２７は、ｉ型半導体層２６よりも小さい径を有する。ｉ型半導体層２６上かつｐ型半導体層２７の側面には、ｎ型半導体層２５ａが配置されている。その他については、受光素子２０ａは、受光素子２０と同様の構成を有する。ｎ型半導体層２５ａは、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる。樹脂膜７０は、ｎ型半導体層２５ａ上まで延在している。すなわち、樹脂膜７０は、受光素子２０ａとダミーメサ３０ａとの間だけではなく、受光素子２０ａ上まで延在している。

本実施例においては、受光素子２０ａのメサ構造上面の周縁付近において、ｎ型半導体層２５ａが、受光素子２０ａの上面に接続される引出配線の電位と異なる電位を持つ。このような領域の付近を引出配線が通過するように設けられると、その部分において電界集中を起こすという問題がある。この電界集中は、引出配線と受光素子２０ａのメサ構造上面の周縁との間でリーク電流を発生する原因になる。これに対して本実施例では、受光素子２０ａを構成するメサ構造周縁の上面にまで樹脂膜７０が延在している。この延在部分上に引出配線が設けられることにより、受光素子２０ａを構成するメサ構造周縁の上面と引出配線との距離が大きくなる。このため上記電界集中が緩和される。

上記各実施例に係る受光素子は、ｎ型半導体層上に、ｉ型半導体層およびｐ型半導体層が設けられた積層構造を有していたが、逆の積層構造を有していてもよい。この場合、受光素子上面に設けられる引出配線は、ｎ型半導体層に接続される。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係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された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 半導体基板
１１ レンズ
２０ 受光素子
２１ 下部メサ
２２ 上部メサ
２３ 上部電極
２４ 下部電極
２５ ｎ型半導体層
２６ ｉ型半導体層
２７ ｐ型半導体層
２８ コンタクト層
２９ パッシベーション膜
３０ａ〜３０ｄ ダミーメサ
３１ 下部メサ
３２ 上部メサ
３３ 上部電極
３４ 電極パッド
３５ ｎ型半導体層
３６ ｉ型半導体層
３７ ｐ型半導体層
３８ パッシベーション膜
４０ａ〜４０ｄ 引出配線
６０ 絶縁膜
１００ 半導体受光装置

Claims (4)

1. メサ構造をなし、一導電型半導体領域および反対導電型半導体領域を有する受光素子と、
   メサ構造を有する電極接続部と、
   前記受光素子の前記メサ構造の上面における前記反対導電型半導体領域に接続された電極と、
   前記受光素子と前記電極接続部との間を埋め込む樹脂膜と、
   前記樹脂膜上に形成され、前記受光素子の前記電極から前記電極接続部上にまで延在する配線と、
   前記電極接続部上の前記配線上に設けられた電極パッドと、を備え、
   前記樹脂膜は、前記受光素子の前記メサ構造の上面周縁の領域に延在して設けられ、前記電極パッド下には延在しておらず、前記配線は前記延在した樹脂膜上に設けられてなる、半導体受光装置。
2. 一導電型の半導体が、前記受光素子のメサ構造上面の周縁に設けられてなる、請求項１記載の半導体受光装置。
3. 前記受光素子の前記メサ構造の側面には、意図して不純物を導入しない半導体からなるパッシベーション膜が設けられてなる、請求項１記載の半導体受光装置。
4. 前記受光素子の前記メサ構造の上面における反対導電型半導体領域は、一導電型半導体領域に選択的に設けられてなる、請求項１記載の半導体受光装置。

Images