JP7006588B2 - 受光素子、光通信装置、および受光素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、受光素子、光通信装置、および受光素子の製造方法に関する。
光通信用の受光素子として、例えば、メサ型のＰＩＮフォトダイオード（p-intrinsic-n photo diode）が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００９－１８８１７１号公報
光通信用の受光素子では、実装容易性と高速応答性の両立が要求される。実装容易性と高速応答性を両立させることの可能な受光素子、光通信装置、および受光素子の製造方法を提供することが望ましい。
本開示の一実施形態に係る第１の受光素子は、第１導電型層と、光吸収層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備えている。第１の受光素子において、半導体層は、第１導電型層のうち、当該第１導電型層と光吸収層との界面近傍で、メサ部の側面側から最も括れた（くびれた）括れ部を有している。第１導電型層は、括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有している。括れ部の内面には、上記の界面の端縁が露出している。
本開示の一実施形態に係る第１の光通信装置は、１または複数の受光素子を備えている。第１の光通信装置に設けられた１または複数の受光素子は、上記の第１の受光素子と同一の構成要素を有している。
本開示の一実施形態に係る第１の受光素子の製造方法は、以下の工程を含んでいる。
（１）第１導電型層と、光吸収層と、第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードを有し、第１導電型層のうち、第１導電型層における他の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有する半導体層に対して、エッチングを行うことにより、半導体層をメサ形状にし、さらに、括れ形成層において、メサ形状となっている部分の側面側から最も括れた括れ部を形成するとともに、括れ部の内面に、第１導電型層と光吸収層との界面の端縁を露出させる工程
本開示の一実施形態に係る第１の受光素子、第１の光通信装置、および第１の受光素子の製造方法では、第１導電型層のうち、当該第１導電型層と光吸収層との界面近傍で最も括れた括れ部がメサ部に形成されており、括れ部の内面には、界面の端縁が露出している。これにより、括れ部がメサ部に形成されていない場合と比べて、素子の寄生容量を小さくすることができる。また、メサ径を大きくした場合であっても、素子の寄生容量の増大を抑えることができる。
本開示の一実施形態に係る第２の受光素子は、第１導電型層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備えている。第２の受光素子において、半導体層は、第１導電型層のうち、当該第１導電型層と第２導電型層との界面近傍で、メサ部の側面側から最も括れた括れ部を有している。第１導電型層は、括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有している。括れ部の内面には、上記の界面の端縁が露出している。
本開示の一実施形態に係る第２の光通信装置は、１または複数の受光素子を備えている。第２の光通信装置に設けられた１または複数の受光素子は、上記の第２の受光素子と同一の構成要素を有している。
本開示の一実施形態に係る第２の受光素子の製造方法は、以下の工程を含んでいる。
（１）第１導電型層と、第２導電型層とを含むＰ型のフォトダイオードを有し、第１導電型層のうち、第１導電型層における他の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有する半導体層に対して、エッチングを行うことにより、半導体層をメサ形状にし、さらに、括れ形成層において、メサ形状となっている部分の側面側から最も括れた括れ部を形成するとともに、括れ部の内面に、第１導電型層と第２導電型層との界面の端縁を露出させる工程
本開示の一実施形態に係る第２の受光素子、第２の光通信装置、および第２の受光素子の製造方法では、第１導電型層のうち、当該第１導電型層と第２導電型層との界面近傍で最も括れた括れ部がメサ部に形成されており、括れ部の内面には、界面の端縁が露出している。これにより、括れ部がメサ部に形成されていない場合と比べて、素子の寄生容量を小さくすることができる。また、メサ径を大きくした場合であっても、素子の寄生容量の増大を抑えることができる。
本開示の一実施形態に係る第１の受光素子、第１の光通信装置、および第１の受光素子の製造方法によれば、第１導電型層のうち、当該第１導電型層と光吸収層との界面近傍で最も括れた括れ部をメサ部に形成するとともに、括れ部の内面に界面の端縁が露出するようにしたので、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
本開示の一実施形態に係る第２の受光素子、第２の光通信装置、および第２の受光素子の製造方法によれば、第１導電型層のうち、当該第１導電型層と第２導電型層との界面近傍で最も括れた括れ部をメサ部に形成するとともに、括れ部の内面に界面の端縁が露出するようにしたので、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
なお、本開示の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されず、本明細書中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本開示の第１の実施の形態に係る受光素子の断面構成例を表す図である。 図１の括れ形成層近傍の断面構成例を拡大して表す図である。 図１の受光素子の製造過程の一例を表す図である。 図３に続く製造過程の一例を表す図である。 図４に続く製造過程の一例を表す図である。 図５に続く製造過程の一例を表す図である。 図６に続く製造過程の一例を表す図である。 図２の括れ形成層近傍の断面構成の一変形例を拡大して表す図である。 図２の括れ形成層近傍の断面構成の一変形例を拡大して表す図である。 図１の受光素子の断面構成の一変形例を表す図である。 図１０の受光素子の製造過程の一例を表す図である。 図１１に続く製造過程の一例を表す図である。 図１２に続く製造過程の一例を表す図である。 図１３に続く製造過程の一例を表す図である。 図１４に続く製造過程の一例を表す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る受光素子の断面構成例を表す図である。 図１６の括れ形成層近傍の断面構成例を拡大して表す図である。 図１６の受光素子の製造過程の一例を表す図である。 図１８に続く製造過程の一例を表す図である。 図１９に続く製造過程の一例を表す図である。 図２０に続く製造過程の一例を表す図である。 図１７の括れ形成層近傍の断面構成の一変形例を拡大して表す図である。 図１７の括れ形成層近傍の断面構成の一変形例を拡大して表す図である。 図１６の受光素子の断面構成の一変形例を表す図である。 本開示の第３の実施の形態に係る光通信装置の断面構成例を表す図である。
以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比などについても、それらに限定されるものではない。なお、説明は、以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（受光素子）
上面入射型の受光素子に括れ部を設けた例
２．第１の実施の形態の変形例（受光素子）
括れ形成層が省略されている例
括れ形成層が複数の層で構成されている例
光吸収層が省略されている例
エッチャントのバリエーション
３．第２の実施の形態（受光素子）
裏面入射型の受光素子に括れ部を設けた例
４．第２の実施の形態の変形例（受光素子）
括れ形成層が省略されている例
括れ形成層が複数の層で構成されている例
光吸収層が省略されている例
エッチャントのバリエーション
５．第３の実施の形態（光通信装置）
上記実施の形態およびそれらの変形例に係る受光素子を
光通信装置に設けた例
＜１．第１の実施の形態＞
[構成]
本開示の第１の実施の形態に係る受光素子１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る受光素子１の断面構成例を表したものである。受光素子１は、ＬＳＩ等の半導体チップ間の信号伝送（光伝送）を行う光通信装置に好適に適用可能なものである。受光素子１は、上面入射型の受光素子であり、例えば、基板１０上に半導体層２０を備えている。基板１０は、例えば、アンドープのＧａＡｓ基板からなる。半導体層２０は、例えば、第１導電型層２１、光吸収層２３および第２導電型層２４が基板１０側からこの順に積層された素子構造を有している。
第１導電型層２１（具体的には第１導電型層２１の上部）、光吸収層２３および第２導電型層２４が柱状のメサ部２５を構成している。柱状のメサ部２５は、例えば、基板１０の法線方向に延在する円柱状の形状となっている。柱状のメサ部２５の側面は、基板１０の法線と平行となっていてもよいし、順テーパー状、または、逆テーパー状となっていてもよい。第２導電型層２４の上面（第２導電型層２４のうち、光吸収層２３とは反対側の面）が、メサ部２５の上面を構成しており、外部からの光が入射する光入射面２０Ａとなっている。
第１導電型層２１および第２導電型層２４は、互いに異なる導電型の半導体材料によって構成されている。第１導電型層２１は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＡｓによって構成されている。ｎ型のＧａＡｓに含まれるｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。第２導電型層２４は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓによって構成されている。ｐ型のＡｌＧａＡｓに含まれるｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
光吸収層２３は、光入射面２０Ａに入射した光を吸収し、吸収した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換する。光吸収層２３は、例えば、アンドープのＧａＡｓまたはアンドープのＩｎＧａＡｓによって構成されている。半導体層２０において、第１導電型層２１（具体的には第１導電型層２１の上部）と、光吸収層２３と、第２導電型層２４とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部２５内に形成されている。つまり、受光素子１は、メサ型のＰＩＮフォトダイオードを備えている。なお、光吸収層２３で生じた電気信号は、後述の第１電極３１および第２電極３２に接続された光通信演算回路（図示せず）に光通信信号として入力され、この光通信演算回路において光入射面２０Ａに入射した光の信号レベルを判定するために用いられる。
受光素子１は、さらに、例えば、第１電極３１および第２電極３２を備えている。第１電極３１は、第１導電型層２１に電気的に接続されており、例えば、メサ部２５の周縁（具体的には第１導電型層２１の平坦面）に接して形成されている。第１電極３１は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを第１導電型層２１側からこの順に積層した構造を有している。第２電極３２は、第２導電型層２４に電気的に接続されており、例えば、第２導電型層２４の上面に接して形成されている。第２電極３２は、例えば、環形状となっており、開口部を有している。第２導電型層２４の上面のうち、第２電極３２の開口部内に露出している部分が、光入射面２０Ａとなっている。第２電極３２は、切れ目のない環形状となっていてもよいし、１または複数の箇所が途切れた環形状となっていてもよい。第２電極３２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を第２導電型層２４側からこの順に積層した構造を有している。
ところで、半導体層２０は、第１導電型層２１のうち、当該第１導電型層２１と光吸収層２３との界面２１Ａ近傍で最も括れた括れ部２６を有している。括れ部２６は、例えば、メサ部２５の中心軸（受光素子１の光軸と平行であって、かつメサ部２５の中心を通る線分）を回転中心とする回転対称となっている。括れ部２６は、メサ部２５の外縁に沿って形成されており、光入射面２０Ａと対向する領域の少なくとも一部を避けて形成されている。つまり、括れ部２６は、半導体層２０内の電流経路を分断しない態様で形成されている。
括れ部２６は、メサ部２５の中心軸に近づくにつれて薄くなる楔形状となっており、括れ部２６の内面には、界面２１Ａの端縁が露出している。界面２１Ａの面積は、括れ部２６が形成されていないと仮定したときの、第１導電型層２１と光吸収層２３との界面の面積よりも小さい。括れ部２６のうち最も括れた箇所の径（括れ径Ｒ１）は、光入射面２０Ａにおける受光径Ｒ２よりも小さい。括れ部２６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）は、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。括れ部２６の奥行きが２μｍよりも小さい場合には、界面２１Ａの面積の縮小による効果（寄生容量の低減効果）が非常に小さい。括れ部２６の奥行きが２０μｍよりも大きい場合には、光吸収層２３のうち、メサ部２５の側面近傍で発生した光電子の半導体層２０内の電流経路が、光吸収層２３のうち、メサ部２５の中央で発生した光電子の半導体層２０内の電流経路よりも大幅に長くなり、高速応答性に悪影響を及ぼしかねない。
図２は、括れ部２６近傍の断面構成例を拡大して表したものである。第１導電型層２１は、括れ部２６のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層２１のうち括れ部２６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層２２を有している。第１導電型層２１がｎ型のＡｌＧａＡｓによって構成されている場合には、括れ形成層２２は、例えば、ｎ型のＡｌＡｓ、または、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成されている。リン酸と、過酸化水素水と、水とを３：１：５０の割合で混合した溶液をエッチャントとしたときに、ＡｌＡｓのエッチングレートは、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓのエッチングレートよりも大きい。また、塩酸と、水との混合溶液をエッチャントとしたときに、ＡｌＧａＩｎＰのエッチングレートは、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓのエッチングレートよりも大きい。第１導電型層２１の厚さが程度２μｍとなっており、光吸収層２３の厚さが２μｍ程度となっているときに、括れ形成層２２の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下となっており、第１導電型層２１のうち、界面２１Ａと括れ形成層２２との間の厚さは、例えば、１００ｎｍ程度となっている。
受光素子１は、さらに、例えば、括れ部２６を保護する絶縁性の部材（埋め込み層２７および絶縁膜２８）を備えている。埋め込み層２７は、括れ部２６を埋め込むようにして形成されており、例えば、ポリイミドなどの樹脂材料によって構成されている。絶縁膜２８は、埋め込み層２７の表面やメサ部２５の表面を覆うようにして形成されており、絶縁性の材料によって構成されている。絶縁膜２８に用いられる絶縁性の材料としては、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮなどが挙げられる。
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る受光素子１の製造方法について説明する。図３は、受光素子１の製造過程の一例を表したものである。図４は、図３に続く製造過程の一例を表したものである。図５は、図４に続く製造過程の一例を表したものである。図６は、図５に続く製造過程の一例を表したものである。図７は、図６に続く製造過程の一例を表したものである。
受光素子１を製造するためには、例えばＧａＡｓからなる基板１０上に、化合物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン(ＡｓＨ3)などのメチル系有機金属ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いる。
なお、図３において、第１導電型層２１Ｄは、第１導電型層２１と同一の材料によって構成されたものである。括れ形成層２２Ｄは、括れ形成層２２と同一の材料によって構成されたものである。光吸収層２３Ｄは、光吸収層２３と同一の材料によって構成されたものである。第２導電型層２４Ｄは、第２導電型層２４と同一の材料によって構成されたものである。
まず、例えば、図３に示したように、基板１０上に、第１導電型層２１Ｄ（例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ）と、光吸収層２３Ｄ（例えばノンドープのＧａＡｓ）と、第２導電型層２４Ｄ（例えばｐ型のＡｌＧａＡｓ）とを基板１０側からこの順に形成すると共に、第１導電型層２１Ｄ内に括れ形成層２２Ｄ（例えば、ｎ型のＡｌＡｓまたはｎ型のＡｌＧａＩｎＰ））を形成する。次に、例えば、円形状のレジスト層（図示せず）を形成したのち、このレジスト層をマスクとして、第２導電型層２４Ｄおよび光吸収層２３Ｄを選択的にエッチングする。このとき、例えばＣｌ系ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いることが好ましい。これにより、このレジスト層の直下に、例えば、図４に示したように、第２導電型層２４および光吸収層２３の側面が露出する柱状のメサ部２５Ｄが形成される。
続いて、第１導電型層２１Ｄと、括れ形成層２２Ｄと、光吸収層２３と、第２導電型層２４とを含む半導体層に対して、エッチングを行うことにより、半導体層をメサ形状にする。このとき、ウエットエッチングを用いる。ここで、括れ形成層２２Ｄが、ｎ型のＡｌＡｓによって構成されている場合には、エッチャントとして、リン酸と、過酸化水素水と、水とを３：１：５０の割合で混合した溶液を用いる。括れ形成層２２Ｄが、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成されている場合には、エッチャントとして、塩酸と、水との混合溶液を用いる。これにより、括れ形成層２２Ｄを選択的にエッチングすることにより、例えば、図５に示したように、第１導電型層２１Ｄのうち、当該第１導電型層２１Ｄと光吸収層２３との界面２１Ａ近傍で最も括れた括れ部２６をメサ（メサ部２５）内に形成するとともに、括れ部２６の内面に、界面２１Ａの端縁を露出させる。その結果、側面に括れ部２６を有するメサ部２５が形成される。
次に、例えば、図６に示したように、括れ部２６を保護する埋め込み層２７を形成する。続いて、例えば、図７に示したように、絶縁膜２８、第１電極３１および第２電極３２を形成する。最後に、例えば、基板１０を研磨することにより、基板１０を薄くする。このようにして、本実施の形態に係る受光素子１が製造される。
[効果]
次に、本実施の形態に係る受光素子１の効果について説明する。
一般に、通信用の受光素子には、実装容易性と高速応答性が求められる。しかし、実装容易性と高速応答性とには、トレードオフの関係がある。ファイバやレンズなどの位置ずれトレランスを大きくして実装を容易にするためには、受光面積をできるだけ大きくすることが望まれる。一方、高速応答性を向上させるためには、素子の寄生容量をできるだけ小さくすることが望まれる。素子の寄生容量を小さくするためには、受光面積（ＰＩＮ接合の断面積）を小さくする必要がある。
一般的な受光素子では、メサの上面にリング電極が設けられるので、メサ径によってＰＩＮ接合の断面積が規定される。ＰＩＮ接合の断面積を小さくするためには、メサ径を小さくすることが必要となるが、メサ径を小さくした分だけ、リング電極の開口部分の面積（受光面積）が小さくなる。
一方、本実施の形態では、第１導電型層２１のうち、当該第１導電型層２１と光吸収層２３との界面２１Ａ近傍で最も括れた括れ部２６がメサ部２５に形成されており、括れ部２６の内面には、界面２１Ａの端縁が露出している。これにより、括れ部２６がメサ部２５に形成されていない場合と比べて、素子の寄生容量を小さくすることができる。また、メサ径を大きくした場合であっても、素子の寄生容量の増大を抑えることができる。従って、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本実施の形態では、括れ部２６のうち最も括れた箇所に、第１導電型層２１のうち括れ部２６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層２２が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部２６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本実施の形態では、括れ部２６のうち最も括れた箇所の径（括れ径Ｒ１）が、光入射面２０Ａにおける受光径Ｒ２よりも小さい。括れ部２６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）が、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。これにより、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本実施の形態では、括れ部２６を保護する絶縁性部材（埋め込み層２７または絶縁膜２８）が設けられている。これにより、括れ部２６が形成されたことによる信頼性の低下を抑制することができる。
＜２．第１の実施の形態の変形例＞
次に、上記実施の形態に係る受光素子１の変形例について説明する。
[変形例Ａ]
上記実施の形態において、例えば、図８に示したように、括れ形成層２２が省略され、半導体層２０のうち界面２１Ａ近傍に括れ部２６が形成されていてもよい。ただし、その場合には、例えば、以下のような方法で括れ部２６を形成してもよい。例えば、製造過程において、メサ形状にエッチングした、第１導電型層２１および光吸収層２３の側面に、括れ部２６を形成することとなる箇所に開口を有するマスクを形成したのち、第１導電型層２１および光吸収層２３を、そのマスクの開口を介して選択的にエッチングすることにより、括れ部２６を形成する。本変形例においても、上記の実施の形態と同様に、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
[変形例Ｂ]
上記実施の形態およびその変形例において、括れ形成層２２は、複数の層によって構成されていてもよい。括れ形成層２２は、例えば、図９に示したように、２つの括れ形成層２２Ａ、２２Ｂの積層体となっていてもよい。このとき、括れ形成層２２Ａは、基板１０寄りに形成されており、括れ形成層２２Ｂは、光吸収層２３寄りに形成されている。同一のエッチャントに対して、括れ形成層２２Ｂのエッチングレートは、括れ形成層２２Ａのエッチングレートよりも大きい。そのため、同一のエッチャントを用いて、括れ形成層２２Ａ、２２Ｂをエッチングすると、括れ形成層２２Ｂの方が、括れ形成層２２Ａよりも速くエッチングされるので、括れ部２６のうち最も括れた部分が、光吸収層２３寄りの括れ形成層２２Ｂに形成される。その結果、界面２１Ａの端縁の位置を受光素子１の中心に容易に近づけることができる。従って、実装容易性と高速応答性を両立させることができるだけでなく、高い高速応答性を容易に得ることができる。
[変形例Ｃ]
上記実施の形態およびその変形例において、光吸収層２３が省略されていてもよい。このとき、例えば、図１０に示したように、半導体層２０において、第１導電型層２１（具体的には第１導電型層２１の上部）と、第２導電型層２４とを含むＰＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部２５内に形成されている。つまり、本変形例では、受光素子１は、メサ型のＰＮフォトダイオードを備えている。
本変形例では、半導体層２０は、第１導電型層２１のうち、当該第１導電型層２１と第２導電型層２４との界面２１Ａ近傍で最も括れた括れ部２６を有している。括れ部２６は、メサ部２５の中心軸に近づくにつれて薄くなる楔形状となっており、括れ部２６の内面には、界面２１Ａの端縁が露出している。界面２１Ａの面積は、括れ部２６が形成されていないと仮定したときの、第１導電型層２１と第２導電型層２４との界面の面積よりも小さい。括れ部２６のうち最も括れた箇所の径（括れ径Ｒ１）は、光入射面２０Ａにおける受光径Ｒ２よりも小さい。括れ部２６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）は、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。括れ部２６の奥行きが２μｍよりも小さい場合には、界面２１Ａの面積の縮小による効果が非常に小さい。括れ部２６の奥行きが２０μｍよりも大きい場合には、第１導電型層２１と第２導電型層２４との界面２１Ａを含む領域に形成される空乏領域のうち、メサ部２５の側面近傍で発生した光電子の半導体層２０内の電流経路が、上記空乏領域のうち、メサ部２５の中央で発生した光電子の半導体層２０内の電流経路よりも大幅に長くなり、高速応答性に悪影響を及ぼしかねない。
[製造方法]
次に、本変形例に係る受光素子１の製造方法について説明する。図１１は、本変形例に係る受光素子１の製造過程の一例を表したものである。図１２は、図１１に続く製造過程の一例を表したものである。図１３は、図１２に続く製造過程の一例を表したものである。図１４は、図１３に続く製造過程の一例を表したものである。図１５は、図１４に続く製造過程の一例を表したものである。
まず、例えば、図１１に示したように、基板１０上に、第１導電型層２１Ｄ（ｎ型のＡｌＧａＡｓ）と、第２導電型層２４Ｄ（ｐ型のＡｌＧａＡｓ）とを基板１０側からこの順に形成すると共に、第１導電型層２１Ｄ内に括れ形成層２２Ｄ（ｎ型のＡｌＡｓまたはｎ型のＡｌＧａＩｎＰ））を形成する。次に、例えば、円形状のレジスト層（図示せず）を形成したのち、このレジスト層をマスクとして、第２導電型層２４Ｄを選択的にエッチングする。このとき、例えばＣｌ系ガスによるＲＩＥを用いることが好ましい。これにより、このレジスト層の直下に、例えば、図１２に示したように、第２導電型層２４の側面が露出する柱状のメサ部２５Ｄが形成される。
続いて、第１導電型層２１Ｄと、括れ形成層２２Ｄと、第２導電型層２４とを含む半導体層に対して、エッチングを行うことにより、半導体層をメサ形状にする。このとき、ウエットエッチングを用いる。ここで、括れ形成層２２Ｄが、ｎ型のＡｌＡｓによって構成されている場合には、エッチャントとして、リン酸と、過酸化水素水と、水とを３：１：５０の割合で混合した溶液を用いる。括れ形成層２２Ｄが、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成されている場合には、エッチャントとして、塩酸と、水との混合溶液を用いる。これにより、括れ形成層２２Ｄを選択的にエッチングすることにより、例えば、図１３に示したように、第１導電型層２１Ｄのうち、当該第１導電型層２１Ｄと第２導電型層２４との界面２１Ａ近傍で最も括れた括れ部２６をメサ（メサ部２５）内に形成するとともに、括れ部２６の内面に、界面２１Ａの端縁を露出させる。その結果、側面に括れ部２６を有するメサ部２５が形成される。
次に、例えば、図１４に示したように、括れ部２６を保護する埋め込み層２７を形成する。続いて、例えば、図１５に示したように、絶縁膜２８、第１電極３１および第２電極３２を形成する。最後に、例えば、基板１０を研磨することにより、基板１０を薄くする。このようにして、本変形例に係る受光素子１が製造される。
本変形例では、上記実施の形態と同様、第１導電型層２１のうち、当該第１導電型層２１と第２導電型層２４との界面２１Ａ近傍で最も括れた括れ部２６が設けられている。これにより、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本変形例では、括れ部２６のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層２１のうち括れ部２６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層２２が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部２６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本変形例では、括れ部２６のうち最も括れた箇所の径（括れ径Ｒ１）が、光入射面２０Ａにおける受光径Ｒ２よりも小さい。括れ部２６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）が、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。これにより、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本変形例では、括れ部２６を保護する絶縁性部材（埋め込み層２７または絶縁膜２８）が設けられている。これにより、括れ部２６が形成されたことによる信頼性の低下を抑制することができる。
[変形例Ｄ]
上記実施の形態およびその変形例において、基板１０がＩｎＰ基板で構成されていてもよい。この場合、第１導電型層２１は、例えば、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰによって構成されており、第２導電型層２４は、例えば、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰによって構成されている。光吸収層２３が設けられている場合には、光吸収層２３は、例えば、ノンドープのＩｎＧａＡｓによって構成されている。この場合には、括れ形成層２２は、例えば、ｎ型のＩｎＰによって構成されている。リン酸と塩酸との混合溶液をエッチャントとしたときに、ＩｎＰのエッチングレートは、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓのエッチングレートよりも大きい。
本変形例では、括れ部２６のうち最も括れた箇所に、第１導電型層２１のうち括れ部２６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層２２が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部２６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
[変形例Ｅ]
上記実施の形態および変形例Ａ～Ｄにおいて、基板１０がＩｎＰ基板で構成されていてもよい。この場合、第１導電型層２１は、例えば、ｎ型のＩｎＰによって構成されており、第２導電型層２４は、例えば、ｐ型のＩｎＰによって構成されている。光吸収層２３が設けられている場合には、光吸収層２３は、例えば、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰによって構成されている。この場合には、括れ形成層２２は、例えば、ｎ型のＩｎＡｌＡｓによって構成されている。硫酸と、過酸化水素水と、水とを混合した溶液をエッチャントとしたときに、ＩｎＡｌＡｓのエッチングレートは、ＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰのエッチングレートよりも大きい。
本変形例では、括れ部２６のうち最も括れた箇所に、第１導電型層２１のうち括れ部２６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層２２が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部２６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
＜３．第２の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第２の実施の形態に係る受光素子２の構成について説明する。図１６は、本実施の形態に係る受光素子２の断面構成例を表したものである。受光素子２は、ＬＳＩ等の半導体チップ間の信号伝送（光伝送）を行う光通信装置に好適に適用可能なものである。受光素子２は、裏面入射型の受光素子であり、例えば、半導体層５０を備えている。半導体層５０は、例えば、第２導電型層５１、光吸収層５２および第１導電型層５３が光入射面５０Ａ側からこの順に積層された素子構造を有している。
第２導電型層５１（具体的には第２導電型層５１の下部）、光吸収層５２および第１導電型層５３が柱状のメサ部５５を構成している。柱状のメサ部５５は、例えば、光入射面５０Ａの法線方向に延在する円柱状の形状となっている。柱状のメサ部５５の側面は、光入射面５０Ａの法線と平行となっていてもよいし、順テーパー状、または、逆テーパー状となっていてもよい。第２導電型層５１の上面（第２導電型層５１のうち、光吸収層５２とは反対側の面）が、外部からの光が入射する光入射面５０Ａとなっている。第１導電型層５３の下面（第１導電型層５３のうち、光吸収層５２とは反対側の面）が、メサ部５５の下面を構成している。
第２導電型層５１および第１導電型層５３は、互いに異なる導電型の半導体材料によって構成されている。第２導電型層５１は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＡｓによって構成されている。ｎ型のＧａＡｓに含まれるｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。第１導電型層５３は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＡｓによって構成されている。ｐ型のＡｌＧａＡｓに含まれるｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
光吸収層５２は、光入射面５０Ａに入射した光を吸収し、吸収した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換する。光吸収層５２は、例えば、アンドープのＧａＡｓまたはアンドープのＩｎＧａＡｓによって構成されている。半導体層５０において、第２導電型層５１（具体的には第２導電型層５１の下部）と、光吸収層５２と、第１導電型層５３とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部５５内に形成されている。つまり、受光素子２は、メサ型のＰＩＮフォトダイオードを備えている。なお、光吸収層５２で生じた電気信号は、後述の第２電極６１および第１電極６２に接続された光通信演算回路（図示せず）に光通信信号として入力され、この光通信演算回路において光入射面５０Ａに入射した光の信号レベルを判定するために用いられる。
受光素子２は、さらに、例えば、第２電極６１および第１電極６２を備えている。第２電極６１は、第２導電型層５１に電気的に接続されており、例えば、メサ部５５の周縁（具体的には第２導電型層５１の平坦面）に接して形成されている。第２電極６１は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを第２導電型層５１側からこの順に積層した構造を有している。第１電極６２は、第１導電型層５３に電気的に接続されており、例えば、第１導電型層５３の下面に接して形成されている。第１電極６２は、例えば、円板形状となっており、第１導電型層５３の下面を覆っている。第１電極６２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を第１導電型層５３側からこの順に積層した構造を有している。
ところで、半導体層５０は、第１導電型層５３のうち、当該第１導電型層５３と光吸収層５２との界面５３Ａ近傍で最も括れた括れ部５６を有している。括れ部５６は、例えば、メサ部５５の中心軸（受光素子２の光軸と平行であって、かつメサ部５５の中心を通る線分）を回転中心とする回転対称となっている。括れ部５６は、メサ部５５の外縁に沿って形成されており、光入射面５０Ａと対向する領域の少なくとも一部を避けて形成されている。つまり、括れ部５６は、半導体層５０内の電流経路を分断しない態様で形成されている。
括れ部５６は、メサ部５５の中心軸に近づくにつれて薄くなる楔形状となっており、括れ部５６の内面には、界面５３Ａの端縁が露出している。界面５３Ａの面積は、括れ部５６が形成されていないと仮定したときの、第１導電型層５３と第２導電型層５１との界面の面積よりも小さい。括れ部５６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）は、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。括れ部５６の奥行きが２μｍよりも小さい場合には、界面５３Ａの面積の縮小による効果（寄生容量の低減効果）が非常に小さい。括れ部５６の奥行きが２０μｍよりも大きい場合には、光吸収層５２のうち、メサ部５５の側面近傍で発生した光電子の半導体層５０内の電流経路が、光吸収層５２のうち、メサ部５５の中央で発生した光電子の半導体層５０内の電流経路よりも大幅に長くなり、高速応答性に悪影響を及ぼしかねない。
図１７は、括れ部５６近傍の断面構成例を拡大して表したものである。第１導電型層５３は、括れ部５６のうち最も括れた箇所に、第１導電型層５３のうち括れ部５６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層５４を有している。第１導電型層５３がｎ型のＡｌＧａＡｓによって構成されている場合には、括れ形成層５４は、例えば、ｎ型のＡｌＡｓ、または、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成されている。リン酸と、過酸化水素水と、水とを３：１：５０の割合で混合した溶液をエッチャントとしたときに、ＡｌＡｓのエッチングレートは、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓのエッチングレートよりも大きい。また、塩酸と、水との混合溶液をエッチャントとしたときに、ＡｌＧａＩｎＰのエッチングレートは、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓのエッチングレートよりも大きい。第１導電型層５３の厚さが程度２μｍとなっており、光吸収層５２の厚さが２μｍ程度となっているときに、括れ形成層５４の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下となっており、第１導電型層５３のうち、界面５３Ａと括れ形成層５４との間の厚さは、例えば、１００ｎｍ程度となっている。
受光素子２は、さらに、例えば、括れ部５６を保護する絶縁性の部材（埋め込み層５７および絶縁膜５８）を備えている。埋め込み層５７は、括れ部５６を埋め込むようにして形成されており、例えば、ポリイミドなどの樹脂材料によって構成されている。絶縁膜５８は、埋め込み層５７の表面やメサ部５５の表面を覆うようにして形成されており、絶縁性の材料によって構成されている。絶縁膜５８に用いられる絶縁性の材料としては、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮなどが挙げられる。
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る受光素子２の製造方法について説明する。図１８は、受光素子２の製造過程の一例を表したものである。図１９は、図１８に続く製造過程の一例を表したものである。図２０は、図１９に続く製造過程の一例を表したものである。図２１は、図２０に続く製造過程の一例を表したものである。
受光素子２を製造するためには、例えばＧａＡｓからなる基板４０上に、化合物半導体を、例えばＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル結晶成長法により一括に形成する。この際、化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン(ＡｓＨ3)などのメチル系有機金属ガスを用い、ドナー不純物の原料としては、例えばセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いる。
なお、図１８において、第１導電型層５３Ｄは、第１導電型層５３と同一の材料によって構成されたものである。括れ形成層５４Ｄは、括れ形成層５４と同一の材料によって構成されたものである。光吸収層５２Ｄは、光吸収層５２と同一の材料によって構成されたものである。第２導電型層５１Ｄは、第２導電型層５１と同一の材料によって構成されたものである。
まず、例えば、図１８に示したように、基板４０上に、第２導電型層５１Ｄ（ｎ型のＡｌＧａＡｓ）と、光吸収層５２Ｄ（ノンドープのＧａＡｓ）と、第１導電型層５３Ｄ（ｐ型のＡｌＧａＡｓ）とを基板４０側からこの順に形成すると共に、第１導電型層５３Ｄ内に括れ形成層５４Ｄ（ｎ型のＡｌＡｓまたはｎ型のＡｌＧａＩｎＰ））を形成する。次に、例えば、円形状のレジスト層（図示せず）を形成したのち、このレジスト層をマスクとして、第１導電型層５３Ｄと、括れ形成層５４Ｄと、光吸収層５２Ｄと、第２導電型層５１Ｄとを含む半導体層に対して、エッチングを行うことにより、半導体層をメサ形状にする。このとき、ウエットエッチングを用いる。ここで、括れ形成層５４Ｄが、ｎ型のＡｌＡｓによって構成されている場合には、エッチャントとして、リン酸と、過酸化水素水と、水とを３：１：５０の割合で混合した溶液を用いる。括れ形成層５４Ｄが、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成されている場合には、エッチャントとして、塩酸と、水との混合溶液を用いる。これにより、括れ形成層５４Ｄを選択的にエッチングすることにより、例えば、図１９に示したように、第１導電型層５３のうち、当該第１導電型層５３と光吸収層５２との界面５３Ａ近傍で最も括れた括れ部５６をメサ（メサ部５５）内に形成するとともに、括れ部５６の内面に、界面５３Ａの端縁を露出させる。その結果、側面に括れ部５６を有するメサ部５５が形成される。
次に、例えば、図２０に示したように、括れ部５６を保護する埋め込み層５７を形成する。続いて、例えば、図２１に示したように、絶縁膜５８、第１電極６２および第２電極６１を形成する。最後に、例えば、基板４０を研磨することにより、基板４０を除去する。このようにして、本実施の形態に係る受光素子２が製造される。
[効果]
次に、本実施の形態に係る受光素子２の効果について説明する。
本実施の形態では、第１導電型層５３のうち、当該第１導電型層５３と光吸収層５２との界面５３Ａ近傍で最も括れた括れ部５６がメサ部５５に形成されており、括れ部５６の内面には、界面５３Ａの端縁が露出している。これにより、括れ部５６がメサ部５５に形成されていない場合と比べて、素子の寄生容量を小さくすることができる。また、メサ径を大きくした場合であっても、素子の寄生容量の増大を抑えることができる。従って、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本実施の形態では、括れ部５６のうち最も括れた箇所に、第１導電型層５３のうち括れ部５６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層５４が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部５６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本実施の形態では、括れ部５６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）が、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。これにより、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本実施の形態では、括れ部５６を保護する絶縁性部材（埋め込み層５７または絶縁膜５８）が設けられている。これにより、括れ部５６が形成されたことによる信頼性の低下を抑制することができる。
＜４．第２の実施の形態の変形例＞
次に、第２の実施の形態に係る受光素子２の変形例について説明する。
[変形例Ｆ]
第２の実施の形態において、例えば、図２２に示したように、括れ形成層５４が省略され、半導体層５０のうち界面５３Ａ近傍に括れ部５６が形成されていてもよい。ただし、その場合には、例えば、以下のような方法で括れ部５６を形成してもよい。例えば、製造過程において、メサ形状にエッチングした、第１導電型層５３および光吸収層５２の側面に、括れ部５６を形成することとなる箇所に開口を有するマスクを形成したのち、第１導電型層５３および光吸収層５２を、そのマスクの開口を介して選択的にエッチングすることにより、括れ部５６を形成する。本変形例においても、上記の実施の形態と同様に、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
[変形例Ｇ]
第２の実施の形態およびその変形例において、括れ形成層５４は、複数の層によって構成されていてもよい。括れ形成層５４は、例えば、図２３に示したように、２つの括れ形成層５４Ａ、５４Ｂの積層体となっていてもよい。このとき、括れ形成層５４Ａは、第１電極６２寄りに形成されており、括れ形成層５４Ｂは、光吸収層５２寄りに形成されている。同一のエッチャントに対して、括れ形成層５４Ｂのエッチングレートは、括れ形成層５４Ａのエッチングレートよりも大きい。そのため、同一のエッチャントを用いて、括れ形成層５４Ａ、５４Ｂをエッチングすると、括れ形成層５４Ｂの方が、括れ形成層５４Ａよりも速くエッチングされるので、括れ部５６のうち最も括れた部分が、光吸収層５２寄りの括れ形成層５４Ｂに形成される。その結果、界面５３Ａの端縁の位置を受光素子２の中心に容易に近づけることができる。従って、実装容易性と高速応答性を両立させることができるだけでなく、高い高速応答性を容易に得ることができる。
[変形例Ｈ]
第２の実施の形態およびその変形例において、光吸収層５２が省略されていてもよい。このとき、例えば、図２４に示したように、半導体層５０において、第２導電型層５１（具体的には第２導電型層５１の下部）と、第１導電型層５３とを含むＰＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部５５内に形成されている。つまり、本変形例では、受光素子２は、メサ型のＰＮフォトダイオードを備えている。
本変形例では、半導体層５０は、第１導電型層５３のうち、当該第１導電型層５３と第２導電型層５１との界面５３Ａ近傍で最も括れた括れ部５６を有している。括れ部５６は、メサ部５５の中心軸に近づくにつれて薄くなる楔形状となっており、括れ部５６の内面には、界面５３Ａの端縁が露出している。界面５３Ａの面積は、括れ部５６が形成されていないと仮定したときの、第１導電型層５３と第２導電型層５１との界面の面積よりも小さい。括れ部５６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）は、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。括れ部５６の奥行きが２μｍよりも小さい場合には、界面５３Ａの面積の縮小による効果が非常に小さい。括れ部５６の奥行きが２０μｍよりも大きい場合には、第１導電型層５３と第２導電型層５１との界面５３Ａを含む領域に形成される空乏領域のうち、メサ部５５の側面近傍で発生した光電子の半導体層５０内の電流経路が、上記空乏領域のうち、メサ部５５の中央で発生した光電子の半導体層５０内の電流経路よりも大幅に長くなり、高速応答性に悪影響を及ぼしかねない。なお、本変形例に係る受光素子２の製造方法は、上記変形例Ｃに係る受光素子１の製造方法に準じる。
本変形例では、上記第２の実施の形態と同様、第１導電型層５３のうち、当該第１導電型層５３と第２導電型層５１との界面５３Ａ近傍で最も括れた括れ部５６が設けられている。これにより、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本変形例では、括れ部５６のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層５３のうち括れ部５６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層５４が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部５６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本変形例では、括れ部５６のうち最も括れた箇所の深さ（奥行き）が、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下となっている。これにより、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
また、本変形例では、括れ部５６を保護する絶縁性部材（埋め込み層５７または絶縁膜５８）が設けられている。これにより、括れ部５６が形成されたことによる信頼性の低下を抑制することができる。
[変形例Ｉ]
第２の実施の形態およびその変形例において、基板４０がＩｎＰ基板で構成されていてもよい。この場合、第２導電型層５１は、例えば、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰによって構成されており、第１導電型層５３は、例えば、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰによって構成されている。光吸収層５２が設けられている場合には、光吸収層５２は、例えば、ノンドープのＩｎＧａＡｓによって構成されている。この場合には、括れ形成層５４は、例えば、ｎ型のＩｎＰによって構成されている。リン酸と塩酸との混合溶液をエッチャントとしたときに、ＩｎＰのエッチングレートは、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰのエッチングレートよりも大きい。
本変形例では、括れ部５６のうち最も括れた箇所に、第１導電型層５３のうち括れ部５６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層５４が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部５６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
[変形例Ｊ]
第２の実施の形態および変形例Ｆ～Ｈにおいて、基板４０がＩｎＰ基板で構成されていてもよい。この場合、第２導電型層５１は、例えば、ｎ型のＩｎＰによって構成されており、第１導電型層５３は、例えば、ｐ型のＩｎＰによって構成されている。光吸収層５２が設けられている場合には、光吸収層５２は、例えば、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰによって構成されている。この場合には、括れ形成層５４は、例えば、ｎ型のＩｎＡｌＡｓによって構成されている。硫酸と、過酸化水素水と、水とを混合した溶液をエッチャントとしたときに、ＩｎＡｌＡｓのエッチングレートは、ＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓＰのエッチングレートよりも大きい。
本変形例では、括れ部５６のうち最も括れた箇所に、第１導電型層５３のうち括れ部５６以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層５４が形成されている。これにより、ウエットエッチングによる選択エッチングを活用することにより、容易に括れ部５６を形成することができる。従って、簡易な方法で、実装容易性と高速応答性を両立させることができる。
＜５．第３の実施の形態＞
[構成]
次に、本開示の第３の実施の形態に係る光通信装置３について説明する。図２５は、本実施の形態に係る光通信装置３の断面構成の一例を表すものである。光通信装置３は、プリント配線基板７１上に、２つのＬＳＩチップ７２，７３が実装されたものである。一方のＬＳＩチップ７２の表面上には、半導体レーザなどの発光素子７４が配置されており、ＬＳＩチップ７２からの電気信号が発光素子７４によって光信号に変換され、光信号が発光素子７４から出力される。他方のＬＳＩチップ７３の表面上には、上記各実施の形態およびその変形例に係る受光素子１，２が配置されており、受光素子１，２に入力された光信号が受光素子１，２で電気信号に変換され、電気信号がＬＳＩチップ７３に入力される。
発光素子７４の光射出面と、受光素子１，２の光入射面２０Ａ，５０Ａと、光導波路７８の両端には、レンズ７５が設けられている。このレンズ７５は、例えば、発散光を平行光化したり、平行光を集光したりするコリメートレンズである。また、ＬＳＩチップ７２，７３の上面には、発光素子７４や受光素子１、２を覆う筒状のオス型コネクタ７６が設けられている。このオス型コネクタ７６の上面には、開口７６Ａが設けられており、この開口７６Ａを塞ぐと共にオス型コネクタ７６と嵌合するメス型コネクタ７７が設けられている。このメス型コネクタ７７は、光導波路７８に沿って設けられており、光導波路７８を支持する機能も有している。
本実施の形態では、オス型コネクタ７６とメス型コネクタ７７とが互いに接続されたのち、発光素子７４が駆動されると、発光素子７４から光が射出され、その光がレンズ７５を介して光導波路７８の一端に入射する。光導波路７８に入射した光は、光導波路７８を導波したのち、光導波路７８の他端から出力され、レンズ７５を介して受光素子１，２に入射する。受光素子１，２に入射した光は、入射した光の出力レベルに応じた電気信号（フォトカレント）に変換されたのち、電気信号はＬＳＩチップ７３に出力される。
ところで、本実施の形態では、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る受光素子１，２が光通信装置３に用いられている。これにより、受光素子１，２の実装が容易となるので、低コストで光通信装置３を製造することができる。また、受光素子１，２が高い高速応答性を有しているので、高速での光通信を行うことができる。
上記第３の実施の形態において、光通信装置３は、複数の発光素子７４を備えていてもよい、また、上記第３の実施の形態において、光通信装置３は、複数の発光素子７４を備えていてもよい、本開示の一実施形態に係る第１の光通信装置は、複数の受光素子１または、複数の受光素子２を備えていてもよい。
以上、複数の実施の形態およびそれらの変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
また、例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
第１導電型層と、光吸収層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備え、
前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記光吸収層との界面近傍で最も括れた括れ部を有し、
前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
受光素子。
（２）
前記第１導電型層は、前記括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有する
（１）に記載の受光素子。
（３）
前記括れ部のうち最も括れた箇所の径は、前記光入射面における受光径よりも小さい
（１）または（２）に記載の受光素子。
（４）
前記括れ部のうち最も括れた箇所の深さは、２μｍ以上２０μｍ以下となっている
（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の受光素子。
（５）
前記括れ部を保護する絶縁性部材をさらに備えた
（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の受光素子。
（６）
第１導電型層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備え、
前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記第２導電型層との界面近傍で最も括れた括れ部を有し、
前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
受光素子。
（７）
前記第１導電型層は、前記括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有する
（６）に記載の受光素子。
（８）
前記括れ部のうち最も括れた箇所の径は、前記光入射面における受光径よりも小さい
（６）または（７）に記載の受光素子。
（９）
前記括れ部のうち最も括れた箇所の深さは、２μｍ以上２０μｍ以下となっている
（６）ないし（８）のいずれか１つに記載の受光素子。
（１０）
前記括れ部を保護する絶縁性部材をさらに備えた
（６）ないし（９）のいずれか１つに記載の受光素子。
（１１）
１または複数の受光素子を備え、
１または複数の前記受光素子は、
第１導電型層と、光吸収層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を有し、
前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記光吸収層との界面近傍で最も括れた括れ部を有し、
前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
光通信装置。
（１２）
１または複数の受光素子を備え、
１または複数の前記受光素子は、
第１導電型層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備え、
前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記第２導電型層との界面近傍で最も括れた括れ部を有し、
前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
光通信装置。
（１３）
第１導電型層と、光吸収層と、第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードを有する半導体層に対して、エッチングを行うことにより、前記半導体層をメサ形状にし、さらに、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記光吸収層との界面近傍で最も括れた括れ部を前記メサ部内に形成するとともに、前記括れ部の内面に、前記界面の端縁を露出させるエッチング工程
を含む
受光素子の製造方法。
（１４）
前記第１導電型層は、前記第１導電型層における前記界面近傍に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有し、
前記エッチング工程において、前記括れ形成層を選択的にエッチングすることにより、前記括れ部を形成する
（１３）に記載の受光素子の製造方法。
（１５）
第１導電型層と、第２導電型層とを含むＰＮ構造のフォトダイオードを有する半導体層に対して、エッチングを行うことにより、前記半導体層をメサ形状にし、さらに、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記第２導電型層との界面近傍で最も括れた括れ部を前記メサ部内に形成するとともに、前記括れ部の内面に、前記界面の端縁を露出させるエッチング工程
を含む
受光素子の製造方法。
（１６）
前記第１導電型層は、前記第１導電型層における前記界面近傍に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有し、
前記エッチング工程において、前記括れ形成層を選択的にエッチングすることにより、前記括れ部を形成する
（１５）に記載の受光素子の製造方法。
本出願は、日本国特許庁において２０１６年５月１６日に出願された日本特許出願番号第２０１６－０９７７９９号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (12)

  1. 第１導電型層と、光吸収層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備え、
    前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記光吸収層との界面近傍で、前記メサ部の側面側から最も括れた括れ部を有し、
    前記第１導電型層は、前記括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有し、
    前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
    受光素子。
  2. 前記括れ部のうち最も括れた箇所の径は、前記光入射面における受光径よりも小さい
    請求項１に記載の受光素子。
  3. 前記括れ部のうち最も括れた箇所の深さは、２μｍ以上２０μｍ以下となっている
    請求項１または請求項２に記載の受光素子。
  4. 前記括れ部を保護する絶縁性部材をさらに備えた
    請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の受光素子。
  5. 第１導電型層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備え、
    前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記第２導電型層との界面近傍で、前記メサ部の側面側から最も括れた括れ部を有し、
    前記第１導電型層は、前記括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有し、
    前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
    受光素子。
  6. 前記括れ部のうち最も括れた箇所の径は、前記光入射面における受光径よりも小さい
    請求項５に記載の受光素子。
  7. 前記括れ部のうち最も括れた箇所の深さは、２μｍ以上２０μｍ以下となっている
    請求項５または請求項６に記載の受光素子。
  8. 前記括れ部を保護する絶縁性部材をさらに備えた
    請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の受光素子。
  9. １または複数の受光素子を備え、
    １または複数の前記受光素子は、
    第１導電型層と、光吸収層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を有し、
    前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記光吸収層との界面近傍で、前記メサ部の側面側から最も括れた括れ部を有し、
    前記第１導電型層は、前記括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有し、
    前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
    光通信装置。
  10. １または複数の受光素子を備え、
    １または複数の前記受光素子は、
    第１導電型層と、光入射面を有する第２導電型層とを含むＰＮ構造のフォトダイオードが柱状のメサ部内に形成された半導体層を備え、
    前記半導体層は、前記第１導電型層のうち、当該第１導電型層と前記第２導電型層との界面近傍で、前記メサ部の側面側から最も括れた括れ部を有し、
    前記第１導電型層は、前記括れ部のうち最も括れた箇所に、当該第１導電型層のうち前記括れ部以外の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有し、
    前記括れ部の内面には、前記界面の端縁が露出している
    光通信装置。
  11. 第１導電型層と、光吸収層と、第２導電型層とを含むＰＩＮ構造のフォトダイオードを有し、前記第１導電型層のうち、前記第１導電型層における他の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有する半導体層に対して、エッチングを行うことにより、前記半導体層をメサ形状にし、さらに、前記括れ形成層において、メサ形状となっている部分の側面側から最も括れた括れ部を形成するとともに、前記括れ部の内面に、前記第１導電型層と前記光吸収層との界面の端縁を露出させるエッチング工程
    を含む
    受光素子の製造方法。
  12. 第１導電型層と、第２導電型層とを含むＰＮ構造のフォトダイオードを有し、前記第１導電型層のうち、前記第１導電型層における他の箇所と比べてエッチングレートの相対的に速い材料で構成された括れ形成層を有する半導体層に対して、エッチングを行うことにより、前記半導体層をメサ形状にし、さらに、前記括れ形成層において、メサ形状となっている部分の側面側から最も括れた括れ部を形成するとともに、前記括れ部の内面に、前記第１導電型層と前記第２導電型層との界面の端縁を露出させるエッチング工程
    を含む
    受光素子の製造方法。
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