JPH02105585A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH02105585A JPH02105585A JP63258444A JP25844488A JPH02105585A JP H02105585 A JPH02105585 A JP H02105585A JP 63258444 A JP63258444 A JP 63258444A JP 25844488 A JP25844488 A JP 25844488A JP H02105585 A JPH02105585 A JP H02105585A
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- light detecting
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- semiconductor
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- Pending
Links
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光通信等に用いられる半導体受光素子に関す
るものである。
るものである。
従来より製造されてきた、光通信用の半導体受光素子の
中で、ＩｎＰを基板とする裏面入射プレナー型のＰＩＮ
フォトダイオードを例にとり、その構造を第６図に示す
、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバッファー層、
３はｎ−−Ｉ ｎｏ−５ＳＧ ａ ０．４７Ａ Ｓ
層、 ４ は Ｐ ” −Ｉ ｎ □、５３Ｇ
ａ □、４７Ａｓ拡散層、５は絶縁膜である。ＰＩ
Ｎフォトダイオードを動作させるためにはＰ電極６側を
負に、ｎ−電極７側を正にバイアスして逆方向電圧をか
けてｎ −Ｉ ｎ ０．５３Ｇ ａ ０．４７Ａ ８層
３内に空乏層を発生させた状態でｎ電極７側に設けられ
た開口部８より光１５を取り入れる（参考文献、アイト
リプルイー・エレクトロン・デバイス・レクーズ （
ＩＥＥＥ ＥｊｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ、、ＥＤＬ−２，２８３（１９８１） 。
中で、ＩｎＰを基板とする裏面入射プレナー型のＰＩＮ
フォトダイオードを例にとり、その構造を第６図に示す
、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバッファー層、
３はｎ−−Ｉ ｎｏ−５ＳＧ ａ ０．４７Ａ Ｓ
層、 ４ は Ｐ ” −Ｉ ｎ □、５３Ｇ
ａ □、４７Ａｓ拡散層、５は絶縁膜である。ＰＩ
Ｎフォトダイオードを動作させるためにはＰ電極６側を
負に、ｎ−電極７側を正にバイアスして逆方向電圧をか
けてｎ −Ｉ ｎ ０．５３Ｇ ａ ０．４７Ａ ８層
３内に空乏層を発生させた状態でｎ電極７側に設けられ
た開口部８より光１５を取り入れる（参考文献、アイト
リプルイー・エレクトロン・デバイス・レクーズ （
ＩＥＥＥ ＥｊｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ、、ＥＤＬ−２，２８３（１９８１） 。
第６図に示した従来のＰＩＮフォトダイオードを光通信
に使用するに際しては第７図に示す様に、光ファイバ１
６から出射した光１５をレンズ１７により絞ってからＰ
ＩＮフォトダイオード１８へ入射している。従って光フ
ァイバ１６から出射した光１５を最も効率よ＜ＰＩＮフ
才トダイオード１８へ入射するためには、光ファイバ１
６、レンズ１７．ＰＩＮフォトダイオード１８間の位置
関係を最適状態になるように調整しなくてはならず、多
くの工数を必要とするという欠点を有していた。
に使用するに際しては第７図に示す様に、光ファイバ１
６から出射した光１５をレンズ１７により絞ってからＰ
ＩＮフォトダイオード１８へ入射している。従って光フ
ァイバ１６から出射した光１５を最も効率よ＜ＰＩＮフ
才トダイオード１８へ入射するためには、光ファイバ１
６、レンズ１７．ＰＩＮフォトダイオード１８間の位置
関係を最適状態になるように調整しなくてはならず、多
くの工数を必要とするという欠点を有していた。
本発明は、光ファイバとのレンズ結合を行うために必要
となるレンズを受光素子内にモノリシックに具備して上
述の問題点を解決することを目的としている。
となるレンズを受光素子内にモノリシックに具備して上
述の問題点を解決することを目的としている。
本発明に基づく半導体受光素子は、半導体基板裏面に設
けられた受光用の開口部形状が基板表面近くの受光領域
に対して位置合わせされた凸レンズ構造を有している。
けられた受光用の開口部形状が基板表面近くの受光領域
に対して位置合わせされた凸レンズ構造を有している。
〔実施例１〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すものであり、ＩｎＰを
基板とする裏面入射プレナー型のＰＩＮフォトダイオー
ドに本発明を適用したものである。１はｎ−ＩｎＰ基板
、２はｎ−ＩｎＰバッファー層、３はｎ −Ｉ ｎ ０
．５３Ｇ ３０．４７Ａ ５層、４はＰ ” Ｉ ｎ
ｏ、５３Ｇ ａ ０．４７Ａ Ｓ拡散層、５は絶縁膜
である。本発明の受光素子が第６図に示した従来の受光
素子と構造的に大きく異なるのは、受光のために基板裏
面に設けられた開口部８に凸面状のモノリシックレンズ
９が形成されていることである。更にモノリシックレン
ズ９の表面には反射防止膜１０が設けられている。第１
図に示す素子の製造方法を第２図に示す。まず、第２図
＜ａ）においてｎ−ＩｎＰ基板１表面にエピタキシャル
成長法によりｎ−ＩｎＰバッファ層２、ｎＩ ｎ ｏ−
５３Ｇ ａ ｏ、４７Ａ ｓ層３を連続的に成長した後
、フォトリソグラフィにより開口を設けた５ｉ０２等よ
りなる拡散マスク１１を用いて熱拡散によりｎ−−１ｎ
ｏ、５３Ｇ ａ ｏ、４７Ａ ８層３中に選択的にｐ
” −Ｉｎ０．５３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ Ｓ拡散層４を
設ける。次に第２図（ｂ）において拡散マスク１１を除
去した後ＣＶＤ法等によりＳｉＮｘ等よりなる絶縁膜５
を付着せしめた後フォトリングラフィによりＰ ”
ｋ ｎ □、５３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ Ｓ拡散層４に位
置合わせした開口を設ける。次に第２図（Ｃ）において
フォトレジストをスペーサとするリフトオフ法等により
絶縁膜５の開口内にＰ電極６を設けた後、ｎ−ＩｎＰ基
板１の裏面研磨を行う０次に第２図（ｄ）においてＰ電
極６を有する側のウェハー表面をカバーガラス等に接着
させて保護してから基板裏面にフォトレジストを塗布し
、両面百合せ露光機を用いてＰ電極６に位置合わせして
露光を行ってエツチングマスク１２を形成し、その後ウ
ェットエッチあるいはドライエッチを行ってメサ構造を
形成する。次に第２図（ｅ）においてウェハーをカバー
ガラスからはがすとともにエツチングマスク１２を除去
した後、再びウェハー表面をカバーガラス等に接着させ
て保護してからウェットエッチを行って第２図（ｄ）に
おいて形成されたメサ構造の角張った部分を落として滑
らかに仕上げ、モノリシックレンズ９を形成する。第２
図（ｄ）及び（ｅ）におけるウェットエッチ用のエッチ
ャントとしては、臭素とメタノールあるいはエタノール
との混合液を用いることできる。
基板とする裏面入射プレナー型のＰＩＮフォトダイオー
ドに本発明を適用したものである。１はｎ−ＩｎＰ基板
、２はｎ−ＩｎＰバッファー層、３はｎ −Ｉ ｎ ０
．５３Ｇ ３０．４７Ａ ５層、４はＰ ” Ｉ ｎ
ｏ、５３Ｇ ａ ０．４７Ａ Ｓ拡散層、５は絶縁膜
である。本発明の受光素子が第６図に示した従来の受光
素子と構造的に大きく異なるのは、受光のために基板裏
面に設けられた開口部８に凸面状のモノリシックレンズ
９が形成されていることである。更にモノリシックレン
ズ９の表面には反射防止膜１０が設けられている。第１
図に示す素子の製造方法を第２図に示す。まず、第２図
＜ａ）においてｎ−ＩｎＰ基板１表面にエピタキシャル
成長法によりｎ−ＩｎＰバッファ層２、ｎＩ ｎ ｏ−
５３Ｇ ａ ｏ、４７Ａ ｓ層３を連続的に成長した後
、フォトリソグラフィにより開口を設けた５ｉ０２等よ
りなる拡散マスク１１を用いて熱拡散によりｎ−−１ｎ
ｏ、５３Ｇ ａ ｏ、４７Ａ ８層３中に選択的にｐ
” −Ｉｎ０．５３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ Ｓ拡散層４を
設ける。次に第２図（ｂ）において拡散マスク１１を除
去した後ＣＶＤ法等によりＳｉＮｘ等よりなる絶縁膜５
を付着せしめた後フォトリングラフィによりＰ ”
ｋ ｎ □、５３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ Ｓ拡散層４に位
置合わせした開口を設ける。次に第２図（Ｃ）において
フォトレジストをスペーサとするリフトオフ法等により
絶縁膜５の開口内にＰ電極６を設けた後、ｎ−ＩｎＰ基
板１の裏面研磨を行う０次に第２図（ｄ）においてＰ電
極６を有する側のウェハー表面をカバーガラス等に接着
させて保護してから基板裏面にフォトレジストを塗布し
、両面百合せ露光機を用いてＰ電極６に位置合わせして
露光を行ってエツチングマスク１２を形成し、その後ウ
ェットエッチあるいはドライエッチを行ってメサ構造を
形成する。次に第２図（ｅ）においてウェハーをカバー
ガラスからはがすとともにエツチングマスク１２を除去
した後、再びウェハー表面をカバーガラス等に接着させ
て保護してからウェットエッチを行って第２図（ｄ）に
おいて形成されたメサ構造の角張った部分を落として滑
らかに仕上げ、モノリシックレンズ９を形成する。第２
図（ｄ）及び（ｅ）におけるウェットエッチ用のエッチ
ャントとしては、臭素とメタノールあるいはエタノール
との混合液を用いることできる。
最後に第２図（ｆ）においてウェハーをカバーガラスか
らはがした後、２回のフォトリソグラフィによりｎ電極
７の形成と受光のための開口部８へのＳｉＮｘ等よりな
る反射防止膜１０の形成を行って製造工程が終了する。
らはがした後、２回のフォトリソグラフィによりｎ電極
７の形成と受光のための開口部８へのＳｉＮｘ等よりな
る反射防止膜１０の形成を行って製造工程が終了する。
〔実施例２〕
第３図は、本発明の第２の実施例を示すものであり、Ｉ
ｎＰを基板とする裏面入射プレナー型のＰＩＮフォトダ
イオードに本発明を適用したものである。１はｎ−Ｉｎ
Ｐ基板、２はｎ−ＩｎＰバッファー層、３はｎ −Ｉ
ｎ 。、５３Ｇ ａ ６．４７Ａ ｓ層、４はＰ ”
Ｉ ｎ ０．５３Ｇ ａ ｏ、４７Ａ ｓ拡散層、５
は絶縁膜である０本発明の受光素子が第６図に示した従
来の受光素子と構造的に大きく異なるのは、第１図に示
した第一の実施例と同様に受光のために基板裏面に設け
られた開口部８に凸面状のモノリシックレンズ９が形成
されていることである。ただ第１図の実施例に対し、こ
の実施例はモノリシックレンズ９がｎ電極７の面よりも
低くなるように加工されているなめにレンズ表面が損傷
を受けにくいという長所を持つ、第３図に示す素子の製
造方法を第４図に示す。まず第４図（ａ）においてｎ−
ＩｎＰ基板１表面にエピタキシャル成長法によりｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層２、ｎＩ ｎ Ｏ，５３Ｇ ａ ０．４
７Ａ ５層３を連続的に成長した後、フォトリソグラフ
ィにより開口を設けた５ｔ０２等よりなる拡散マスク１
１を用いて熱拡散によりｎ −Ｉ ｎ ｏ、ｇｇＧ ａ
６．４７Ａ ５層３中に選択的にＰ ” Ｉ ｎ
０．５３Ｇ ａ ６．４７Ａ Ｓ拡散層４を設ける。次
に第４図（ｂ）において拡散マスク１１を除去した後Ｃ
ＶＤ法等によりＳｉＮｘ等よりなる絶縁膜５を付着せし
めた後フォトリソグラフィによりｐ ” −■ｎｏ、５
３Ｇ ａ ６．４７Ａ Ｓ拡散層４に位置合わせした開
口を設ける。次に第４図（ｃ）においてフォトレジスト
をスペーサとするリフトオフ法等により絶縁膜５の開口
内にＰ電極６を設けた後、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面研磨
を行う。次に第４図（ｄ）においてＰ電極６を有する側
のウェハー表面をカバーガラス等に接着させて保護して
から基板裏面にフォトレジストを塗布し、両面百合せ露
光機を用いてＰ電極６に位置合わせして露光を行ってエ
ツチングマスクＡ１３を形成し、その後ウェットエッチ
あるいはドライエッチを行ってリング状の溝２０を形成
して図に示すメサ構造を形成する。次に第４図（ｅ）に
おいて、ウェハーをカバーガラスからはがすとともにエ
ツチングマスクＡ１３を除去した後、再びウェハー表面
をカバーガラス等に接着させて保護してから基板裏面に
フォトレジスを塗布し、露光して渭２０の外周部にエツ
チングマスクＢ１４を設けてからウェットエッチを行っ
て第４図（ｄ）において形成された中央部のメサ構造の
角張った部分を落として滑らかに仕上げ、モノリシック
レンズ９を形成する。第４図（ｄ）及び第４図（ｅ）に
おけるウェットエッチ用のエッチャントとしては臭素メ
タノールあるいはエタノールとの混合液を用いることが
できる。最後に第４図（ｆ）においてウェハーをカバー
ガラスからはがすとともに、エツチングマスクＢ１４を
除去した後、２回のフォトリソグラフィによりｎ電極７
の形成と受光のための開口部８へのＳｉＮｘ等よりなる
反射防止膜１０の形成を行って製造工程が終了する。
ｎＰを基板とする裏面入射プレナー型のＰＩＮフォトダ
イオードに本発明を適用したものである。１はｎ−Ｉｎ
Ｐ基板、２はｎ−ＩｎＰバッファー層、３はｎ −Ｉ
ｎ 。、５３Ｇ ａ ６．４７Ａ ｓ層、４はＰ ”
Ｉ ｎ ０．５３Ｇ ａ ｏ、４７Ａ ｓ拡散層、５
は絶縁膜である０本発明の受光素子が第６図に示した従
来の受光素子と構造的に大きく異なるのは、第１図に示
した第一の実施例と同様に受光のために基板裏面に設け
られた開口部８に凸面状のモノリシックレンズ９が形成
されていることである。ただ第１図の実施例に対し、こ
の実施例はモノリシックレンズ９がｎ電極７の面よりも
低くなるように加工されているなめにレンズ表面が損傷
を受けにくいという長所を持つ、第３図に示す素子の製
造方法を第４図に示す。まず第４図（ａ）においてｎ−
ＩｎＰ基板１表面にエピタキシャル成長法によりｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層２、ｎＩ ｎ Ｏ，５３Ｇ ａ ０．４
７Ａ ５層３を連続的に成長した後、フォトリソグラフ
ィにより開口を設けた５ｔ０２等よりなる拡散マスク１
１を用いて熱拡散によりｎ −Ｉ ｎ ｏ、ｇｇＧ ａ
６．４７Ａ ５層３中に選択的にＰ ” Ｉ ｎ
０．５３Ｇ ａ ６．４７Ａ Ｓ拡散層４を設ける。次
に第４図（ｂ）において拡散マスク１１を除去した後Ｃ
ＶＤ法等によりＳｉＮｘ等よりなる絶縁膜５を付着せし
めた後フォトリソグラフィによりｐ ” −■ｎｏ、５
３Ｇ ａ ６．４７Ａ Ｓ拡散層４に位置合わせした開
口を設ける。次に第４図（ｃ）においてフォトレジスト
をスペーサとするリフトオフ法等により絶縁膜５の開口
内にＰ電極６を設けた後、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面研磨
を行う。次に第４図（ｄ）においてＰ電極６を有する側
のウェハー表面をカバーガラス等に接着させて保護して
から基板裏面にフォトレジストを塗布し、両面百合せ露
光機を用いてＰ電極６に位置合わせして露光を行ってエ
ツチングマスクＡ１３を形成し、その後ウェットエッチ
あるいはドライエッチを行ってリング状の溝２０を形成
して図に示すメサ構造を形成する。次に第４図（ｅ）に
おいて、ウェハーをカバーガラスからはがすとともにエ
ツチングマスクＡ１３を除去した後、再びウェハー表面
をカバーガラス等に接着させて保護してから基板裏面に
フォトレジスを塗布し、露光して渭２０の外周部にエツ
チングマスクＢ１４を設けてからウェットエッチを行っ
て第４図（ｄ）において形成された中央部のメサ構造の
角張った部分を落として滑らかに仕上げ、モノリシック
レンズ９を形成する。第４図（ｄ）及び第４図（ｅ）に
おけるウェットエッチ用のエッチャントとしては臭素メ
タノールあるいはエタノールとの混合液を用いることが
できる。最後に第４図（ｆ）においてウェハーをカバー
ガラスからはがすとともに、エツチングマスクＢ１４を
除去した後、２回のフォトリソグラフィによりｎ電極７
の形成と受光のための開口部８へのＳｉＮｘ等よりなる
反射防止膜１０の形成を行って製造工程が終了する。
以上説明したように本発明に基づ（ＰＩＮフォトダイオ
ードは、第５図に示す如く基板裏面の受光用の開口部に
モノリシックレンズ９が設けられているので、光ファイ
バ１６からの光１５を効率よく受光するために第７図に
示した従来例で必要であった外付けのレンズ１７を必要
とせず、その結果光軸調整にかかる工数を大幅に削減で
きるという効果を生ずる。なお本発明の実施例において
はＰＩＮフォトダイオードをとり上げだが、アバランシ
ェ・フォトダイオードに本発明を適用できることは言う
までもない。
ードは、第５図に示す如く基板裏面の受光用の開口部に
モノリシックレンズ９が設けられているので、光ファイ
バ１６からの光１５を効率よく受光するために第７図に
示した従来例で必要であった外付けのレンズ１７を必要
とせず、その結果光軸調整にかかる工数を大幅に削減で
きるという効果を生ずる。なお本発明の実施例において
はＰＩＮフォトダイオードをとり上げだが、アバランシ
ェ・フォトダイオードに本発明を適用できることは言う
までもない。
第１図は本発明の第１の実施例であるＦ’ＩＮフォトダ
イオードの概略図、第２図は第１図のＰＩＮ）オドダイ
オードの製造工程図、第３図は本発明の第２の実施例で
あるＰＩＮフォトダイオードの概略図、第４図は第３図
のＰＩＮフォトダイオードの製造工程図、第５図は第１
図のＰＩＮフォトダイオードと光ファイバとの結合方法
を示す図、第６図は従来のＰＩＮフォトダイオードの概
略図、第７図は従来のＰＩＮフォトダイオードと光ファ
イバとの結合方法を示す図である。なお、図において１
・・・ｎ−ＩｎＰ基板、２・・・ｎ−ＩｎＰバッファー
層、３・−ｎ−−Ｉ ｎ。、ＨＧａＯ，４ＴＡＳ層、４
− Ｐ ” Ｉ ｎ Ｏ，５３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ
Ｓ拡散層、５・・・絶縁膜、６・・・Ｐ電極、７・・・
ｎ電極、８・・・開口部、９・・・モノリシックレンズ
、１ｏ・・・反射防止膜、１１・・・拡散マスク、１２
・・・エツチングマスク、１３・・・エツチングマスク
Ａ、１４・・・エツチングマスクＢ、１５・・・光、１
６・・・光ファイバ、１７・・・レンズ、１８・・・Ｐ
ＩＮフォトダイオード。
イオードの概略図、第２図は第１図のＰＩＮ）オドダイ
オードの製造工程図、第３図は本発明の第２の実施例で
あるＰＩＮフォトダイオードの概略図、第４図は第３図
のＰＩＮフォトダイオードの製造工程図、第５図は第１
図のＰＩＮフォトダイオードと光ファイバとの結合方法
を示す図、第６図は従来のＰＩＮフォトダイオードの概
略図、第７図は従来のＰＩＮフォトダイオードと光ファ
イバとの結合方法を示す図である。なお、図において１
・・・ｎ−ＩｎＰ基板、２・・・ｎ−ＩｎＰバッファー
層、３・−ｎ−−Ｉ ｎ。、ＨＧａＯ，４ＴＡＳ層、４
− Ｐ ” Ｉ ｎ Ｏ，５３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ
Ｓ拡散層、５・・・絶縁膜、６・・・Ｐ電極、７・・・
ｎ電極、８・・・開口部、９・・・モノリシックレンズ
、１ｏ・・・反射防止膜、１１・・・拡散マスク、１２
・・・エツチングマスク、１３・・・エツチングマスク
Ａ、１４・・・エツチングマスクＢ、１５・・・光、１
６・・・光ファイバ、１７・・・レンズ、１８・・・Ｐ
ＩＮフォトダイオード。
Claims (1)
- 半導体基板上に設けられた半導体層にｐｎ接合から成る
受光領域を具備し、前記半導体基板裏面側から光を受光
する裏面入射型の半導体受光素子において、半導体基板
裏面に設けられた受光用の開口部形状が基板表面近くの
受光領域に対して位置合わせされた凸レンズ構造を有す
ることを特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258444A JPH02105585A (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258444A JPH02105585A (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02105585A true JPH02105585A (ja) | 1990-04-18 |
Family
ID=17320292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63258444A Pending JPH02105585A (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02105585A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04276666A (ja) * | 1991-03-05 | 1992-10-01 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子及びその組立方法 |
| US5698452A (en) * | 1994-04-25 | 1997-12-16 | Lucent Technologies Inc. | Method of making integrated detector/photoemitter with non-imaging director |
| JPH11503279A (ja) * | 1995-03-31 | 1999-03-23 | ザ ウィタカー コーポレーション | インライン双方向光リンク |
| JP2001156303A (ja) * | 1999-11-30 | 2001-06-08 | Opnext Japan Inc | 凹レンズ付き裏面入射型受光素子、およびそれを用いた受光素子モジュール、光受信モジュール |
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-
1988
- 1988-10-14 JP JP63258444A patent/JPH02105585A/ja active Pending
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