JP7199143B2

JP7199143B2 - 半導体受光装置及びその製造方法

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Publication number: JP7199143B2
Application number: JP2017201272A
Authority: JP
Inventors: 博濱田; 隆司豊中
Original assignee: 日本ルメンタム株式会社
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: JP2019075479A

Description

本発明は、裏面入射型半導体受光素子及びそれを備える半導体受光装置に関し、特に、入射光の反射による不具合を抑制する技術に関する。

従来、半導体基板上に光吸収層を含む半導体多層が形成され、半導体多層を覆うように、反射膜が形成される半導体受光素子(裏面入射型受光素子)が、用いられている。特許文献１に、裏面より入射する光を光吸収層が直接吸収することに加えて、半導体多層を透過した光も反射膜によって反射され、光吸収層が反射される光を吸収することにより、受光素子の受光感度を高める構造が開示されており、その特徴は、電極のスルーホールを円環状（リング状）とし、半導体多層（受光メサ構造）の頂点の中心部には反射膜（酸化膜）が配置され反射膜上に電極が形成されている。又は、スルーホールを円形状として、電極面で入射光を反射させてもよい。

特開２０１１－２１０８６６号公報特開２０１３－１９７５４７号公報

一般に、裏面入射型半導体受光素子は、光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Subassembly）などの半導体受光装置に実装されるのが一般的である。かかる半導体受光装置の小型化の要望が高まっており、半導体受光装置に内蔵される光学系部品も小型化やアレイ化などの要望が高まることとなる。そして、それら光学系部品の組立性の向上への要望も高まることとなり、その場合、広い範囲に入射された光を取り込むことが可能な集光レンズを用いるのが望ましい。

集光レンズの効果をより効果的に引き出すために、集光レンズの中央に対して出来る限り垂直方向に近づくよう光を入射させることが望ましい。しかし、垂直方向に光を入射させると、反射膜又は電極面から反射される光が入射側に戻り光として戻ってしまうという新たな問題が生じることとなり、光反射減衰量（ＯＲＬ：Opitical Return Loss）の不良を招くこととなる。ＯＲＬの不良を抑制するために、集光レンズへの入射光の光軸を、集光レンズの中心からずらし、入射方向も垂直方向に対して角度をつけることにより、入射光が反射膜又は電極面から反射される光が戻り光として入射側に戻ることを抑制することができる。しかしながら、かかる構成を実現させるためには、裏面入射型受光素子を半導体受光装置に実装する組立工程を実施し、その後に、入射光と裏面入射型受光素子との間で調芯を実施することとなる。調芯する際に、受光が可能なトレランス幅は、集光レンズを用いても、Ｘ方向又はＹ方向のいずれか一方の方向にしか拡張することが出来ず、高精度の組立精度が必要とされる。それゆえ、従来の裏面入射型パッシブな組立工程を実現することは非常に困難となっている。ここで、パッシブな組立工程とは、裏面入射型受光素子を半導体受光装置に搭載後、受光素子を駆動させずに調芯を行うことをいう。

特許文献２に、ＯＲＬ不良を抑制する技術が開示されており、電極面から反射される光の向きを垂直方向からずらしている。しかしながら、電極面自体の面積は従来と同様であり、入射側へ戻る戻り光の絶対量を大きく減少させるのは困難である。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、光反射減衰量の不良が抑制される裏面入射型半導体受光素子及びそれを備える半導体受光装置の提供を目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る裏面入射型半導体受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に配置されるとともに、光吸収層を含み受光メサ構造を有する、半導体多層と、前記半導体多層を覆って配置される、パッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に配置されるとともに、前記半導体多層の上面と電気的に接続する接続部を有する、電極と、を備え、前記電極の前記接続部は、パッシベーション膜を貫通して前記半導体多層の上面に及ぶとともに、前記接続部は、前記半導体多層の上面の中心を避けて形成される、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の裏面入射型半導体受光素子であって、前記電極の前記接続部は、円環状を有していてもよい。

（３）本発明に係る半導体受光装置は、上記（１）又は（２）に記載の裏面入射型半導体受光素子と、前記裏面入射型半導体受光素子を、前記半導体多層が対向するよう搭載する、サブマウントと、を備え、前記サブマウントは、電極パターンと、低反射部と、を備え、前記電極パターンは前記裏面入射型半導体受光素子の前記電極と電気的に接続し、前記低反射部は、平面視して、前記裏面入射型半導体受光素子の前記半導体多層の上面の中心を含んで配置され、前記低反射部の反射率は、前記反射部の外方に広がる領域の反射率より低くてもよい。

（４）上記（３）に記載の半導体受光装置受光装置であって、前記低反射部は、前記サブマウントに設けられた孔であってもよい。

（５）上記（４）に記載の半導体受光装置受光装置であって、前記孔は、前記サブマウントを貫通していてもよい。

（６）上記（３）に記載の半導体受光装置受光装置であって、前記低反射部の表面粗さは、前記サブマウントの前記反射部の外方に広がる領域より荒くてもよい。

（７）本発明に係る裏面入射型半導体受光素子の製造方法は、半導体基板上に、光吸収層を含み受光メサ構造を有する、半導体多層を形成するステップと、前記半導体多層を覆うよう、パッシベーション膜を形成するステップと、前記パッシベーション膜上に、前記半導体多層の上面と電気的に接続する接続部を有する、電極を形成するステップと、を備え、前記電極を形成するステップにおいて、前記電極の前記接続部を、パッシベーション膜を貫通して前記半導体多層の上面に及ぶとともに、前記半導体多層の上面の中心を避けるよう、形成してもよい。

（８）本発明に係る半導体受光装置の製造方法は、上記（７）に記載の製造方法により前記裏面入射型半導体受光素子を製造するステップと、電極パターンと、低反射部と、を備える、サブマウントを製造するステップと、前記電極パターンを前記裏面入射型半導体受光素子の前記電極と電気的に接続するとともに、前記低反射部が、平面視して、前記裏面入射型半導体受光素子の前記半導体多層の上面の中心を含んで配置されるよう、前記裏面入射型半導体受光素子を前記サブマウントに搭載するステップと、を備え、前記サブマウントを製造するステップにおいて、前記低反射部の反射率は、前記反射部の外方となる領域の反射率より低くしてもよい。

（９）上記（８）に記載の半導体受光装置の製造方法であって、前記サブマウントを製造するステップにおいて、前記低反射部を形成する領域に、孔を形成してもよい。

（１０）上記（８）に記載の半導体受光装置の製造方法であって、前記サブマウントを製造するステップにおいて、前記サブマウントの表面のうち、前記低反射部を形成する領域の表面を、前記低反射部の外方に広がる領域の表面より、粗くしてもよい。

（１１）上記（８）に記載の半導体受光装置の製造方法であって、前記サブマウントを製造するステップは、ウェットブラスト加工により前記サブマウントのうち、前記低反射部を形成する領域にある部分を除去するステップを含んでいてもよい。

本発明により、光反射減衰量の不良を抑制されるとともに簡易な組立工程により組立可能な裏面入射型半導体受光素子及びそれを備える半導体受光装置が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置及び光モジュールの構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子の平面図である。本発明の第１の実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子の断面図である。本発明の第１の実施形態に係るサブマウントの平面図である。本発明の第１の実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子がサブマウントに搭載される状態を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るサブマウントの断面図である。本発明の第２の実施形態に係るサブマウントの断面図である。本発明の第３の実施形態に係るサブマウントの断面図である。本発明の第４の実施形態に係るサブマウントの断面図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置１及び光モジュール２の構成を示す模式図である。光伝送装置１は、プリント回路基板１１（ＰＣＢ）とＩＣ１２を備えている。光伝送装置１は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置１は、例えば交換機の機能を有しており、基地局などに配置される。光伝送装置１に、複数の光モジュール２が搭載されており、光モジュール２より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、ＩＣ１２などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、プリント回路基板１１を介して、該当する光モジュール２へそのデータを伝達する。

光モジュール２は、送信機能及び受信機能を有するトランシーバである。光モジュール２は、プリント回路基板２１と、光ファイバ３Ａを介して受信する光信号を電気信号に変換する光受信モジュール２３Ａと、電気信号を光信号に変換して光ファイバ３Ｂへ送信する光送信モジュール２３Ｂと、を含んでいる。プリント回路基板２１と、光受信モジュール２３Ａ及び光送信モジュール２３Ｂとは、それぞれフレキシブル基板２２Ａ，２２Ｂ（ＦＰＣ）を介して接続されている。光受信モジュール２３Ａより電気信号がフレキシブル基板２２Ａを介してプリント回路基板２１へ伝送され、プリント回路基板２１より電気信号がフレキシブル基板２２Ｂを介して光送信モジュール２３Ｂへ伝送される。光モジュール２と光伝送装置１とは電気コネクタ５を介して接続される。光受信モジュール２３Ａや光送信モジュール２３Ｂは、プリント回路基板２１に電気的に接続され、光信号／電気信号を電気信号／光信号にそれぞれ変換する。

当該実施形態に係る伝送システムは、２個以上の光伝送装置１と２個以上の光モジュール２と、１個以上の光ファイバ３（図示せず：例えば光ファイバ３Ａ，３Ｂ）を含む。各光伝送装置１に、１個以上の光モジュール２が接続される。２個の光伝送装置１にそれぞれ接続される光モジュール２の間を、光ファイバ３が接続している。一方の光伝送装置１が生成した送信用のデータが接続される光モジュール２によって光信号に変換され、かかる光信号を光ファイバ３へ送信される。光ファイバ３上を伝送する光信号は、他方の光伝送装置１に接続される光モジュール２によって受信され、光モジュール２が光信号を電気信号へ変換し、受信用のデータとして当該他方の光伝送装置１へ伝送する。

光受信モジュール２３Ａは、１又は複数の光サブアセンブリを備えている。各光サブアセンブリは、１又は複数の半導体受光素子を備えている。ここで、複数の半導体受光素子を備えている場合、複数の半導体受光素子は半導体アレイとして構成される。なお、当該実施形態に係る光受信モジュール２３Ａは、２５Ｇｂｉｔ／ｓ級の光信号の伝送を行う光サブアセンブリを１つ備えている。当該実施形態に係る光サブアセンブリは、１の半導体受光素子を備える、ＴＯ-ＣＡＮパッケージ型ＲＯＳＡ（Receiver Optical Subassembly）である。本発明に係る裏面入射型半導体受光素子は、光サブアセンブリに搭載される光検出素子（Photodiode）である。本発明に係る半導体受光装置は、係る光サブアセンブリ、光受信モジュール２３Ａ、光モジュール２、光伝送装置１、又は伝送システムである。

図２は、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００の平面図である。図３は、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００の断面図であり、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線による断面を示している。

図２及び図３に示す通り、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００は、ｎ型電極１０２と、ｐ側電極１０３と、ＦｅドープＩｎＰ基板１０７と、半導体多層と、ＡＲコーティング膜１１３（反射防止：Anti-Reflection）と、を備えている。ＦｅドープＩｎＰ基板１０７は半導体基板であり、半導体多層がＦｅドープＩｎＰ基板１０７上に配置される。半導体多層は、ｎ型コンタクト層１０８、ｎ型バッファ層１０９、光吸収層１１０、ｐ型バッファ層１１１、及びｐ型コンタクト層１１２を含んでおり、ＦｅドープＩｎＰ基板１０７上に順にＭＢＥ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）成長装置を用いて積層される。

半導体多層は、ＦｅドープＩｎＰ基板１０７の途中からｎ型コンタクト層１０８の上面まで、断面が積層方向に沿って小さくなる第１メサ構造を有し、さらに、ｎ型コンタクト層１０８の上面から、ｎ型バッファ層１０９、光吸収層１１０、ｐ型バッファ層１１１、及びｐ型コンタクト層１１２の上面にかけて、断面が積層方向に沿って小さくなる第２メサ構造を有している。ここで、断面は円形状を有しており、第２メサ構造を受光メサ構造と呼ぶこととする。すなわち、受光メサ構造とは、半導体多層の一部又は全部であって、光吸収層１１０を含み半導体多層の上面にかけて、断面が積層方向に沿って小さくなる構造を言う。

半導体多層（第１メサ構造及び第２メサ構造）を覆って、パッシベーション膜１１４が配置される。半導体多層全体のうち、半導体多層の上面（第２メサ構造の上面）のうち、上面の中心（及び中心付近）を避けて、すなわち、上面の中心を囲うように、円環状（リング状）の領域にはパッシベーション膜１１４が配置されていない。また、ｎ型コンタクト層１０８の上面のうち、第２メサ構造が形成されていない領域の一部にもパッシベーション膜１１４が配置されていない。なお、パッシベーション膜１１４は、ＣＶＤ（ＣＶＤ：Chemical Vapor Depostion）装置を用いて成膜される。また、パッシベーション膜はＳｉＯ_ｘ、ＳｉＮ_ｘなどにより形成されており、入光する光の波長の光が反射するのを抑制する膜構成としている。反射率が１％以下となる反射防止膜（ＡＲ膜）が好ましい。なお、パッシベーション膜１１４は、ＣＶＤ装置を用いる成膜方法に限定されることはなく、必要な膜構成に応じて適宜必要な成膜方法を選択すればよい。

ｎ側電極１０２は、ｎ型コンタクト層１０８の上面のうちパッシベーション膜１１４が配置されない領域を含んで配置されており、かかる領域に形成される部分が接続部１０２Ａである。ｎ側電極１０２は、接続部１０２Ａより両側に延伸し、それぞれの端にパッド部１０２Ｂを備えている。ｎ側電極１０２の接続部１０２Ａはｎ型コンタクト層１０８の上面と物理的に接触しており、ｎ側電極１０２はｎ型コンタクト層１０８と電気的に接続される。ｐ側電極１０３は、半導体多層の上面（ｐ型コンタクト層１１２の上面）のうち、パッシベーション膜１１４が配置されない領域を含んで配置されており、かかる領域に形成される部分が接続部１０３Ａである。なお、接続部１０３Ａは円環状を有している。ｐ側電極１０３の接続部１０３Ａはｐ型コンタクト層１１２の上面と物理的に接触しており、また、接続部１０３Ａがパッシベーション膜１１４（のうち半導体多層上面に配置されない円環状の領域）をパッシベーション膜１１４の外方（図３の上方）へ貫通しており、ｐ側電極１０３はｐ型コンタクト層１１２と電気的に接続される。すなわち、接続部１０３Ａはパッシベーション膜１１４を貫通して半導体多層の上面に及ぶとともに、接続部１０３Ａは半導体多層の上面の中心（及び中心付近）を避けて形成される。

図２に示す通り、ｐ側電極１０３は、両側に延伸するｎ型電極１０２の間を、接続部１０３Ａより延伸している。ｐ側電極１０３は蒸着によりｎ側電極１０２とともに形成され、延伸する端にはパッド部１０３Ｂを備えている。また、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００は、ＦｅドープＩｎＰ基板１０７の裏面（図３の下側）へ光が入射し、表面（図３の上側）にｎ側電極１０２及びｐ側電極１０３が配置されている。また、接続部となる円環状の内側にある円形状は、裏面に入射する光が半導体多層を透過して、半導体多層の上面（表面）からさらに出射していく透過部１０４である。

ＦｅドープＩｎＰ基板１０７の裏面をエッチングプロセスによって球面（の一部の）形状を有する集光レンズ１１５を形成する。ここで、集光レンズ１１５の光軸は、半導体多層の中心線（円形状の透過部１０４の中心）に出来る限り近接しているのが望ましく、一致しているのがさらに望ましい。ＦｅドープＩｎＰ基板１０７の裏面に、集光レンズ１１５を覆って、ＡＲコーティング膜１１３が配置される。

ここで、関連技術に係る裏面入射型半導体受光素子を比較例として検討する。関連技術に係る裏面入射型半導体受光素子では、半導体多層の上面のうち、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００の透過部１０４となる領域にもｐ側電極が形成されている。裏面より入射する光の一部は半導体多層の光吸収層にて吸収され、残りの光がｐ型電極に到達する。当該残りの光（の一部）がｐ型電極にて反射され、反射される光が再び光吸収層に到達し、受光感度を向上させる。しかしながら、関連技術に係る裏面入射型半導体受光素子において、当該反射される光の一部が戻り光となって入射側へ伝搬することとなる。これを防止するために、入射する光の光軸を集光レンズの光軸とずらし、また入射する光の光軸を集光レンズの光軸に対して角度をつけるなどにより、戻り光を抑制することは出来るが、精度高く調芯をすることが困難である。関連技術に係る裏面入射型半導体受光素子は、受光感度を向上させ、さらに戻り光を抑制するために、光サブアセンブリなどの半導体受光装置に搭載する際に、パッシブな組立工程による組立は困難であるとの問題がある。

これに対して、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００では、入射する光が半導体多層を伝搬し、一部の光が光吸収層１１０で吸収され、残りの光が透過部１０４に到達し、そのほとんどが透過部１０４を通過して、裏面入射型半導体受光素子１００の表面より外方へ出射する。表面より外方へ出射する光の多くを光吸収層１１０は吸収できないので、受光感度を向上させる観点からは望ましくないが、戻り光を抑制することが出来ている。さらに、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００を光サブアセンブリなどの半導体受光装置に搭載する際に、透過部１０４の中心（半導体多層の中心）に入射する光の光軸を近づけるように調芯すればよく、パッシブな組立工程による組立が可能である。つまり、受光トレランス幅を広くなっている。すなわち、最適なＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を調整することにより、透過部１０４の中心に入射する光を導くことが出来る。

当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００は、光サブアセンブリに備えられるサブマウント２００に搭載される。図３に示す通り、裏面入射型半導体受光素子１００の（裏面ではなく）表面とサブマウント２００とが対向するよう、裏面入射型半導体受光素子１００が配置される。サブマウント２００は低反射部２１０を備えており、低反射部２１０は裏面入射型半導体受光素子１００の透過部１０４と対向する領域を含んで配置される。

当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００の裏面に入射する光は、入射端面（裏面）にて約１％が反射される。その残りが内部へ伝搬し、光吸収層１１０にて約７０％が吸収される。さらに、透過部１０４に配置されるパッシベーション膜１１４において透過部１０４に入射する光の１％程度が反射される。そして、透過部１０４を透過して外方へ出射する光のうちサブマウント２００の低反射部２１０から透過部１０４へ戻る光は無視できるぐらい小さいと考えると、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００の入射端面（裏面）に戻ってくる光の光量は裏面に入射する光の０．３％程度に抑制することが出来ている。当該実施形態に係る裏面入射側半導体受光素子は、ＯＲＬの不良を抑制することが出来ており、また、集光レンズ１１５の光軸方向に沿って入射する光の光軸方向を近づけ、集光レンズ１１５の光軸に入射する光の光軸を近づけるよう調芯すればよく、パッシブな組立工程により組立することができる。

なお、関連技術に係る裏面入射型半導体受光素子を、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００と同じように半導体受光装置に搭載する場合、ｐ型電極で４０％程度の反射光が発生するので、入射端面に戻ってくる光の光量は裏面に入射する光の１２％程度となり、ＯＲＬ不具合を抑制することはできない。

ここで、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００の製造方法を説明する。第１に、ＦｅドープＩｎＰ基板１０７上に、半導体多層を形成する。半導体多層は、第１メサ構造及び第２メサ構造を有する形状とされる。第２に、半導体多層を覆うよう、パッシベーション膜１１４を形成する。パッシベーション膜１１４は、ｎ側電極１０２の接続部１０２Ａ及びｐ型電極１０３の接続部１０３Ａがそれぞれ形成される領域が除去される。第３に、パッシベーション膜１１４上に、半導体多層の上面と電気的に接続する接続部１０３Ａを有するｐ側電極１０３を形成する。接続部１０３Ａを、パッシベーション膜１１４を貫通して半導体多層の上面に及ぶとともに、半導体多層の上面の中心（及び中心付近）を避けるよう、形成する。ここで、同じ工程において、ｎ型コンタクト層１０８の上面と電気的に接続する接続部１０２Ａを有するｎ型電極１０２を形成する。

図４は、当該実施形態に係るサブマウント２００の平面図である。前述の通り、裏面入射型半導体受光素子１００の表面が対向するよう、裏面入射型半導体受光素子１００はサブマウント２００に搭載される。サブマウント２００の表面には、２個のｎ側電極パターン２０２と１個のｐ型電極パターン２０３とが配置されている。裏面入射型半導体受光素子１００のｎ側電極１０２の２個のパッド部１０２Ｂに対応して、２個のｎ側電極パターン２０２のパッド部２０２Ｂがそれぞれ配置される。同様に、裏面入射型半導体受光素子１００のｐ側電極１０３のパッド部１０３Ｂに対応して、ｐ側電極パターン２０３のパッド部２０３Ｂがそれぞれ配置される。各ｎ側電極パターン２０２は、パッド部２０２Ｂとは反対側の端に、ワイヤボンディング用パッド部２０２Ｃを備えている。同様に、ｐ側電極パターン２０３は、パッド部２０３Ｂとは反対側の端に、ワイヤボンディング用パッド部２０３Ｃを備えている。

サブマウント２００の表面には、低反射部２１０と、その両側に配置されるダミーパッド部とがさらに配置されている。サブマウント２００の（表面の）うち、低反射部２１０の反射率は、低反射部２１０の外方に広がる領域の反射率より低くなっている。ここでは、低反射部２１０は円形状を有しており、低反射部２１０の反射率は、当該円形状の外方に広がる領域の反射率より低くなっている。なお、低反射部２１０の形状は円形状ではなく多角形状であっても構わない。

図５は、当該実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子１００がサブマウント２００に搭載される状態を示す斜視図である。ｎ側電極１０２の２個のパッド部１０２Ｂ及びｐ側電極１０３のパッド部１０３Ｂは、それぞれ第１メサ構造及び第２メサ構造となる半導体多層と同じ半導体多層上に配置されるパッシベーション膜１１４の上に形成されている。また、図２に示す第２メサ構造の両側に配置される２つのダミーパッド部は同様に、半導体多層上に配置されるパッシベーション膜１１４上に形成されており、搭載の際の高さ調節など物理的安定を確保するために設けられており、電気的には絶縁されている。図４に示すサブマウント２００の低反射部２１０の両側に配置される２つのダミーパッド部も同様である。

図５に示す通り、裏面入射型半導体受光素子１００のｎ側電極１０２のパッド部１０２Ｂがサブマウント２００のｎ側電極パターン２０２のパッド部２０２Ｂに電気的に接続するよう、裏面入射型半導体受光素子１００のｐ側電極１０３のパッド部１０３Ｂがサブマウント２００のｐ側電極パターン２０３のパッド部２０３Ｂに電気的に接続するよう、裏面入射型半導体受光素子１００はサブマウント２００に搭載される。平面視して、サブマウント２００の低反射部２１０は、裏面入射型半導体受光素子１００の半導体多層の中心（透過部１０４の中心）を含んで配置される。平面視して、低反射部２１０は透過部１０４を含むように配置されるのが望ましい。透過部１０４の直径は例えば２０μｍであり、低反射部２１０の直径は例えば１５０μｍであり、低反射部２１０が形成される領域は、平面視して、透過部１０４が形成される領域を含んでいる。低反射部２１０の中心は透過部１０４の中心に近くに配置されるのが望ましく、一致しているのがさらに望ましい。

図６は、当該実施形態に係るサブマウント２００の断面図である。図６に示す断面は、図３に示すサブマウント２００の断面に対応しているが、図の上下は図３と反対である。すなわち、図６の上方側に裏面入射型半導体受光素子１００が搭載される。サブマウント２００の低反射部２１０は、ドリルによって形成される貫通孔である。透過部１０４を透過して外方へ出射する光は、貫通孔である低反射部２１０を通過する。低反射部２１０又はその先方の環境から反射されて裏面入射型半導体受光素子１００へ戻ってくる光の光量は小さい。

以下、サブマウント２００の製造方法と裏面入射型半導体受光素子１００のサブマウントへの搭載方法を説明する。サブマウント２００は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなるセラミック基板である。第１に、電極パターン（ｎ側電極パターン２０２及びｐ側電極パターン２０３）と、低反射部２１０と、を備えるサブマウントを公知の方法で製造する。レーザ加工などにより、所定の形状にセラミック基板を形成し、セラミック基板の表面に蒸着により電極パターンを形成する。当該実施形態では、サブマウント２００の表面から裏面まで低反射部２１０となる領域をドリルを用いて貫通させ貫通孔を形成する。第２に、図５に示す通り、裏面入射型半導体受光素子１００の両電極の各パッド部と、サブマウント２００の両電極の各パッド部とが対向するよう配置させてはんだにより対応するパッド部を電気的に接続する。その際、平面視して、低反射部２１０は、裏面入射型半導体受光素子１００の半導体多層の中心を含んで配置される。平面視して、低反射部２１０は透過部１０４を含むように配置されるのが望ましい。

当該実施形態では、ドリルにより貫通孔を形成するという簡便な工程でサブマウント２００から裏面入射型半導体受光素子１００への反射される光が抑制される低反射部２１０が実現されている。つまり、ｐ型コンタクト層１１２の中心の上にはｐ電極１０３が配置されておらず、かつかかる領域領域に配置されるパッシベーション膜１１４が低反射膜であるので、かかる領域における反射を抑制でき、光反射減衰量の不良を低減することが出来る。さらに、裏面入射型受光素子１００が搭載されるサブマウント２００が、低反射部２１０を備えることで、裏面入射型受光素子１００の透過部１０４を透過した光が裏面入射型受光素子１００に戻ることを抑制し、さらに光反射減衰量の不良を低減することが出来る。

［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係るサブマウント２００の断面図である。当該実施形態にサブマウント２００の構造が図６に示す第１の実施形態にサブマウント２００の構造と異なっているが、それ以外については、第１の実施形態と同じである。サブマウント２００の低反射部２１０は、ドリルによって形成されるサブマウント２００の表面から裏面にかけて形成される孔であるが、第１の実施形態と異なり、孔は裏面まで貫通していない。かかる場合であっても、透過部１０４を透過して外方へ出射する光は、孔である低反射部２１０へ入射し、孔から反射されるが反射される光は広がり、低反射部２１０から反射されて裏面入射型半導体受光素子１００へ戻ってくる光の光量は小さい。ドリルにより先端が裏面には到達しないように制御することにより、貫通はしない孔を形成することにより低反射部２１０を作製すること以外は、第１の実施形態に係る製造方法と同じである。

当該実施形態では、ドリルにより先端が裏面まで到達していない孔を形成することで、サブマウント２００より先の環境に対する影響を抑制しつつ、サブマウント２００から裏面入射型半導体受光素子１００への反射される光が抑制される低反射部２１０が実現されている。

［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態に係るサブマウント２００の断面図である。当該実施形態にサブマウント２００の構造が図６及び図７に示す第１及び第２の実施形態にサブマウント２００の構造と異なっているが、それ以外については、第１及び第２の実施形態と同じである。サブマウント２００の低反射部２１０は、サブマウント２００の表面を荒くする加工が施されており、サブマウント２００の表面のうち、低反射部２１０を形成する領域の表面は、低反射部２１０の外方に広がる領域の表面より、表面粗さが粗くなっている。表面粗さは、面に垂直方向の高さの差の最大値が０．０５μｍ以上が望ましい。透過部１０４を透過して外方へ出射する光は、孔である低反射部２１０へ入射し、粗くなっている低反射部２１０の表面により乱反射するので、低反射部２１０から反射されて裏面入射型半導体受光素子１００へ戻ってくる光の光量は小さい。公知の方法によりサブマウント２００の表面を粗くする加工をすることにより低反射部２１０を作製すること以外は、第１及び第２の実施形態に係る製造方法と同じである。なお、低反射部２１０となる領域にｐ型電極パターン２０３等とは異なる金属膜を形成し、その表面をレーザ加工などで表面を荒すことにより低反射部２１０を形成することも可能である。

当該実施形態では、低反射部２１０の表面を粗くすることで、サブマウント２００より先の環境に対する影響を抑制しつつ、サブマウント２００から裏面入射型半導体受光素子１００への反射される光が抑制される低反射部２１０が実現されている。

［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態に係るサブマウント２００の断面図である。当該実施形態にサブマウント２００の構造が図６乃至図８に示す第１乃至第３の実施形態にサブマウント２００の構造と異なっているが、それ以外については、第１乃至第３の実施形態と同じである。サブマウント２００の低反射部２１０は、ウェットブラスト加工により表面から一部の部分が除去されて孔が形成されている。透過部１０４を透過して外方へ出射する光は、孔である低反射部２１０へ入射し、低反射部２１０に形成される孔により乱反射するので、低反射部２１０から反射されて裏面入射型半導体受光素子１００へ戻ってくる光の光量は小さい。研磨剤などの固形物を含む液体（水など）を低反射部２１０となる領域に噴射することにより、サブマウント２００のかかる領域にある部分を除去することにより低反射部２１０を作製すること以外は、第１乃至第３の実施形態に係る製造方法と同じである。

当該実施形態では、ウェットブラスト加工により孔を形成することにより、サブマウント２００より先の環境に対する影響を抑制しつつ、サブマウント２００から裏面入射型半導体受光素子１００への反射される光が抑制される低反射部２１０が実現されている。

以上、本発明の実施形態に係る裏面入射型半導体受光素子、及び半導体受光装置について説明した。本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能であり、本発明を広く適用することができる。上記実施形態で説明した構成を、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。上記実施形態に係る裏面入射型受光素子は、光検出素子（ＰＤ）としたがこれに限定されることなく、例えば、アバランシェ・フォトダイオードなど他の受光素子であってもよい。また、集光レンズを備えた光検出素子を示したが、集光レンズを備えていなくても構わない。当該実施形態に係る光サブアセンブリは、ＴＯ－ＣＡＮパッケージ型としたが、ボックス型であってもよい。

１光伝送装置、２光モジュール、３，３Ａ，３Ｂ光ファイバ、１１，２１プリント回路基板、１２ＩＣ，２２Ａ，２２Ｂ、１０２，２０２フレキシブル基板、２３Ａ光受信モジュール、２３Ｂ，光送信モジュール、１００裏面入射型半導体受光素子、１０２ｎ型電極、１０２Ａ，１０３Ａ接続部、１０２Ｂ，１０３Ｂ，２０２Ｂ，２０２Ｂパッド部、１０３ｐ側電極、１０４透過部、１０７ＦｅドープＩｎＰ基板、１０８ｎ型コンタクト層、１０９ｎ型バッファ層、１１０光吸収層、１１１ｐ型バッファ層、１１２ｐ型コンタクト層、１１３ＡＲコーティング膜、１１４パッシベーション膜、１１５集光レンズ、２００サブマウント、２０２ｎ側電極パターン、２０２Ｃ，２０３Ｃワイヤボンディング用パッド部、２０３ｐ型電極パターン。

Claims

裏面が集光レンズとして球面の一部の形状を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に配置されるとともに、光吸収層を含み受光メサ構造を有する、半導体多層と、
前記半導体多層を覆って配置される、反射防止膜であるパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜上に配置されるとともに、前記半導体多層の上面と電気的に接続する接続部を有する、電極と、
を備える裏面入射型半導体受光素子を有し、
前記電極の前記接続部は、パッシベーション膜を貫通して前記半導体多層の上面に及ぶとともに、前記接続部は、前記半導体多層の上面の中心を避けて形成され、
前記パッシベーション膜は、前記半導体多層の前記上面の前記中心の上に残り、
前記裏面入射型半導体受光素子はサブマウントに搭載され、前記裏面入射型半導体受光素子の上面と前記サブマウントが互いに対向し、
前記サブマウントは、低反射部が、前記半導体多層の前記上面の前記中心を覆うように配置されており、
前記低反射部の反射率は、前記サブマウントの、前記低反射部の外方に広がる領域の反射率より低くなっており、
前記低反射部は、貫通しないように前記サブマウントに設けられた孔であり、
前記光吸収層は、前記集光レンズと前記サブマウントの間にある、
ことを特徴とする、半導体受光装置。
請求項１に記載の半導体受光装置であって、
前記電極の前記接続部は、円環状を有する、
ことを特徴とする、半導体受光装置。
請求項１又は２に記載の半導体受光装置であって、
前記サブマウントは、電極パターンを備え、
前記電極パターンは前記裏面入射型半導体受光素子の前記電極と電気的に接続する、
ことを特徴とする、半導体受光装置。
裏面が集光レンズとして球面の一部の形状を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に配置されるとともに、光吸収層を含み受光メサ構造を有する、半導体多層と、
前記半導体多層を覆って配置される、反射防止膜であるパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜上に配置されるとともに、前記半導体多層の上面と電気的に接続する接続部を有する、電極と、
を備える裏面入射型半導体受光素子を含み、
前記電極の前記接続部は、パッシベーション膜を貫通して前記半導体多層の上面に及ぶとともに、前記接続部は、前記半導体多層の上面の中心を避けて形成され、
前記パッシベーション膜は、前記半導体多層の前記上面の前記中心の上に残り、
前記裏面入射型半導体受光素子はサブマウントに搭載され、前記裏面入射型半導体受光素子の上面と前記サブマウントが互いに対向し、
前記サブマウントは、低反射部が、前記半導体多層の前記上面の前記中心を覆うように配置されており、
前記低反射部の表面粗さは、前記サブマウントの前記低反射部の外方に広がる領域より荒くなっており、
前記低反射部の反射率は、前記サブマウントの、前記低反射部の外方に広がる領域の反射率より低くなっており、
前記光吸収層は、前記集光レンズと前記サブマウントの間にある、
ことを特徴とする、半導体受光装置。
裏面入射型半導体受光素子を製造するステップと、
低反射部を有するサブマウントを製造するステップと、
前記裏面入射型半導体受光素子を前記サブマウントに搭載するステップと、
を含み、
前記裏面入射型半導体受光素子を製造するステップは、
裏面が集光レンズとして球面の一部の形状を有する半導体基板上に、光吸収層を含み受光メサ構造を有する、半導体多層を形成するステップと、
前記半導体多層を覆うよう、反射防止膜であるパッシベーション膜を形成するステップと、
前記パッシベーション膜上に、前記半導体多層の上面と電気的に接続する接続部を有する、電極を形成するステップと、
を備え、
前記電極を形成するステップにおいて、
前記電極の前記接続部を、パッシベーション膜を貫通して前記半導体多層の上面に及ぶとともに、前記半導体多層の上面の中心を避けるよう、形成し、前記パッシベーション膜は、前記半導体多層の前記上面の前記中心の上に残っており、
前記裏面入射型半導体受光素子をサブマウントに搭載するステップで、前記サブマウントを、前記低反射部が、前記半導体多層の前記上面の前記中心を覆うように配置し、
前記低反射部の反射率は、前記サブマウントの、前記低反射部の外方に広がる領域の反射率より低くなっており、
前記低反射部は、貫通しないように前記サブマウントに設けられた孔であり、
前記光吸収層は、前記集光レンズと前記サブマウントの間にある、
ことを特徴とする、半導体受光装置の製造方法。
請求項５に記載の半導体受光装置の製造方法であって、
前記サブマウントは、電極パターンを備え、
前記電極パターンは、前記裏面入射型半導体受光素子の前記電極と電気的に接続される、
ことを特徴とする、半導体受光装置の製造方法。
裏面入射型半導体受光素子を製造するステップと、
低反射部を有するサブマウントを製造するステップと、
前記裏面入射型半導体受光素子をサブマウントに搭載するステップと、
を含み、
前記裏面入射型半導体受光素子を製造するステップは、
裏面が集光レンズとして球面の一部の形状を有する半導体基板上に、光吸収層を含み受光メサ構造を有する、半導体多層を形成するステップと、
前記半導体多層を覆うよう、反射防止膜であるパッシベーション膜を形成するステップと、
前記パッシベーション膜上に、前記半導体多層の上面と電気的に接続する接続部を有する、電極を形成するステップと、
を備え、
前記電極を形成するステップにおいて、
前記電極の前記接続部を、パッシベーション膜を貫通して前記半導体多層の上面に及ぶとともに、前記半導体多層の上面の中心を避けるよう、形成し、前記パッシベーション膜は、前記半導体多層の前記上面の前記中心の上に残っており、
前記裏面入射型半導体受光素子をサブマウントに搭載するステップで、前記サブマウントを、前記低反射部が、前記半導体多層の前記上面の前記中心を覆うように配置し、
前記サブマウントを製造するステップにおいて、
前記サブマウントの表面のうち、前記低反射部を形成する領域の表面を、前記低反射部の外方に広がる領域の表面より、粗くし、
前記低反射部の反射率は、前記サブマウントの、前記低反射部の外方に広がる前記領域の反射率より低くなっており、
前記光吸収層は、前記集光レンズと前記サブマウントの間にある、
ことを特徴とする、半導体受光装置の製造方法。
請求項５に記載の半導体受光装置の製造方法であって、
前記サブマウントを製造するステップは、
ウェットブラスト加工により前記サブマウントのうち、前記低反射部を形成する領域にある部分を除去するステップを含む、
ことを特徴とする、半導体受光装置の製造方法。