JPH04167565A - フリップチップ型受光素子 - Google Patents

フリップチップ型受光素子

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JPH04167565A
JPH04167565A JP2294698A JP29469890A JPH04167565A JP H04167565 A JPH04167565 A JP H04167565A JP 2294698 A JP2294698 A JP 2294698A JP 29469890 A JP29469890 A JP 29469890A JP H04167565 A JPH04167565 A JP H04167565A
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JP
Japan
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mesa
groove
circuit board
electrode
receiving element
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Pending
Application number
JP2294698A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Kito
鬼頭 泰浩
Masao Makiuchi
正男 牧内
Hisashi Hamaguchi
浜口 久志
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 フリップチップ型受光素子に関し、 受光部のメサ径を小さくすることなくチップサイズを小
さくすることができ、熱応力によるチップに加わるひず
みを小さくすることができ、リークを生じ難くして素子
特性を安定にすることができるフリップチップ型受光素
子を提供することを目的とし、 回路基板に溝が形成され、該溝内及び溝が形成されてい
る領域以外の該回路基板上に第1のバンプ電極が形成さ
れ、受光素子基板上に受光部を有するメサが形成され、
該メサ上及び該メサが形成されいる領域以外の該基板上
に第2のバンプ電極が形成され、該メサが該溝内に挿入
され該第1、第2のバンプ電極がフリンブチップボンデ
ィングされ構成されてなるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、超高速光通信に用いる受光素子に係り、特に
フリップチップボンディングを行う裏面入射型アバラン
シェフォトダイオード(A P D)に関する。
光通信の長距離・超高速化に伴い、その受光素子にワイ
ヤボンディングではなく、フリンプチ。
ブボンディングを行う裏面入射型APDが要求されてい
る。
〔従来の技術〕
第8図は従来のフリップチップ型受光素子の構造を示す
概略図である。第8図において、31は八120、系セ
ラミック等からなり表面裏面共に平坦な形状のサブマウ
ントとも言われる回路基板、32は回路基板31上に形
成されたAu等からなるバンプ電極、33はn−1nP
等からなる基板、34は基板33裏面に形成されたレン
ズ、35はn−−1nP (n−−1nGaAsでもよ
い)等からなる半導体層、36は例えばZn拡散により
形成されたp゛領域37はAuzn等からなるp電極、
38はAuGe等からなるn電極、39はSi3N4等
からなる絶縁膜、40はAuSn等の半田材からなるバ
ンプ電極、41は受光素子である。
従来のフリップチップ型受光素子には第8図に示すよう
なPIN構造の受光素子41があり、受光素子41のp
側とn側を基板33までエツチングして分離溝により分
離し、p側とn側にメサを有するメサ型構造を用いてお
り、バンプ電極32が形成されている側の面が平坦形状
の回路基板31にフリップチップボンディングを行って
いた。そして、n側のn電極38は分離溝下の基板33
まで形成されており、p側のp電極37とn側のn電極
38とは同じ面上(水平面上)に形成されていた。この
ため、このフリップチップ型受光素子は水平を取り易く
、ワイヤの寄生容量がなくなるためワイヤボンディング
の場合よりも高速化に有利であるという利点があった。
なお、ここでのn側のバンプ電極40は第8図(b)に
示すように、P側バンプ電極4oをチップ中心とし、チ
ップ周囲に例えば4箇所設けられている場合であり、チ
ップサイズは200μm角である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記した従来のフリップチップ型受光素
子では、受光素子41受光部p側とn側を分離するため
に基板33までエツチングして分離溝を形成しなければ
ならず、p側とn側両方にメサを有する構造となってい
たため、従来よりチップサイズを小さくすることは加工
上メサ間の分離が難しくなる(メサエッチングできなく
なる)等非常に困難であり、また、完全に分離するとメ
サ径が小さくなり過ぎてしまうことがあった。逆に、チ
ップサイズを大きくすると、熱応力(各ボンディングメ
タルと各半導体材料と回路基板の熱膨張係数の違いによ
り生じる熱応力)によりボンディング後チップに加わる
ひずみが大きくなり、リークが生じ易(なる(特に受光
部で生じ易い)という問題があった。これはPIN−P
DCビンフォトダイオード)よりもAPD (アバラン
シェフォトダイオード)の方が顕著になる傾向がある。
APDはPIN−PDよりも高価であり、ガードリング
を有する等受光部のpn接合まわりの構造が複雑で受光
部p側のメサ径がPIN−PDよりも大きいうえ、AP
Dでは高電界をかけて素子を使うためわずかなひずみが
リークの原因となる。
そこで、本発明は、受光部のメサ径を小さくすることな
くチップサイズを小さくすることができ、熱応力による
チ・ノブに加わるひずみを小さくすることができ、リー
クを生し難くシて素子特性を安定にすることができるフ
リップチップ型受光素子を提供することを目的としてい
る。
〔課題を解決するための手段] 本発明によるフリップチップ型受光素子は上記目的達成
のため、回路基板に溝が形成され、該溝内及び溝が形成
されている領域以外の該回路基板上に第1のハンプ電極
が形成され、受光素子基板上に受光部を有するメサが形
成され、該メサ上及び該メサが形成されいる領域以外の
該基板上に第2のバンプ電極が形成され、該メサが該溝
内に挿入され該第1、第2のハンプ電極がフリフプチ。
プボンディングされ構成されてなるものである。
〔作用〕
第1図は本発明の原理説明図である。第1図において、
1はAlzOz系セラミック等からなる回路基板、2は
回路基板lに形成された溝、3はALl等からなるバン
プ電極、4はn−−InP等からなる基板、5はn−層
、6はp−領域、7はn−層5及びp″領域6からなる
受光部を有するメサ、8はp″領域6上に形成されたA
uZn等からなるn電極、9は基板4上に形成されたA
uGe等からなるn電極、10はn電極9及びn電極8
上に形成されたAuSn等の半田材からなるバンプ電極
、11はフリップチップAPD等の受光素子である。
本発明では、受光素子11り側受先部のハンプ電極10
をメサ7上に形成し、n側のバンプ電極10をメサ7が
形成されている領域以外の基板4上に形成するようにし
、メサをp側だけに形成してn側にはメサを形成しない
ようにしたため、n側がメサ状でなくなった分、小さい
領域にn電極を形成することができるとともに、p側の
メサ7径を大きくすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2図は本発明に係るフリップチップ型受光素子の一実
施例の構造を示す概略図である。図示例の受光素子はI
nP/InGaAs系のLo−Hi−Lo型のS AM
 (Separated Absorption An
dMultiplication)構造APDの場合で
ある。第2図において、第1図と同一符号は同一または
相当部分を示し、12は基板4裏面に形成されたレンズ
、13はn”−1nP等からなるバッファ層、14はn
−−InGaAs等からなる光吸収層、15はn−−I
nC;aAsP等からなるヘテロ緩和層、16はn″イ
ーlnPからなる電界降下層、17はn−−InP等か
らなる増倍層、18はガードリング、19はSi3N、
等からなる絶縁膜である。
次に、その製造方法について説明する。
まず、受光素子11を形成するために、基板4上にn”
−1nPを堆積してバッファ層13を形成した後、バッ
ファ層13上にn−−1nGaAs、n−−InGaA
sP、n”−1nP及びn−−InPをMOCVD法等
により堆積、光吸収層14、ヘテロ緩和層15、電界降
下層16及び増倍層17を形成する。フォトリソグラフ
ィー等によりパターニングし、イオンビームエツチング
等によりこれらの層からなるメサ7を形成する。なお、
メサ7形成はガードリング18及びP″領域6を形成し
た後行ってもよい。次いで、増倍層17内にBe等のイ
オン注入によりガードリング18を形成し、増倍層17
内にCd、Zn等の選択拡散によりp″領域6を形成し
た後、バッファ層13上に蒸着等によりAuGeからな
るn電極9を形成するとともに、p゛領域6上に蒸着等
によりAuZnからなるn電極8を形成する。次いで、
n電極8及びn電極9を覆うように5isN、を堆積し
て絶縁膜19を形成し、例えばRIHにより絶縁膜19
をパターニングしてn電極8及びn電極9が露出する開
口部を形成した後、n電極8及びn電極9とコンタクト
するように蒸着等によりAuSnバンプ電極10を形成
する。次いで、基板4裏面にイオンビームエツチング等
によりレンズ12を形成し、Si、N、を堆積して無反
射膜24を形成する。
一方、回路基板1側にはイオンビームエツチング等によ
り溝2を形成し、溝2内及び溝2が形成されている領域
以外の回路基板1上に選択鍍金によりAuハンプ電極3
を形成する。
そして、回路基板1と受光素子11をXYステージを用
いて位置合わせを行った後、受光素子11のメサ7を回
路基板lの溝2内に挿入し受光素子11のn電極8、n
電極9を回路基Fi1のバンプ電極3に押し付けて、A
uSnハンプ電極10を加熱溶融することにより、受光
素子11のバンプ電極10と回路基板lのバンプ電極3
をコンタクトして第2図に示すようなフリップチップ型
費光素子を得ることができる。なお、ハンプ電極3は受
光素子11周囲のバッファ層13上に例えば4箇所設け
られている。
すなわち、上記実施例では、回路基板1に溝2を形成し
、溝2及び溝2が形成されている領域以外の回路基板1
上にバンプ電極3を形成し、−力受光素子11基板4上
に受光部を有するメサ7を形成し、メサ7上及びメサ7
が形成されている9I域以外の基板4上にn電極9を形
成し、メサ7を溝2内に挿入してハンプ電極3.10を
フリップチップボンディングして構成している。このよ
うに、受光素子lip側受光部のバンプ電極lOをメサ
7上に形成し、n側のバンプ電極10をメサ7が形成さ
れている領域以外の基板4上に形成するようにし、メサ
をp側だけに形成してn側にはメサを形成しないように
したため、n側がメサ状でなくなった分、小さい領域に
nt極を形成することができるとともに、p側のメサ7
径を大きくすることができる。従って、p側受先部のメ
サ7径を小さくすることなくチップサイズを小さくする
ことができ、熱応力によるチップに加わるひずみを小さ
くすることができ、リークを生し難くして素子特性を安
定にすることができる。
また、溝2内のバンプ電極3と溝2以外の基板1上のハ
ンプ電極3間に溝2による段差があるため、フリップチ
ップボンディング後溶けたp側とn側のハンプメタルを
従来よりも接触し難くすることができる。更には構造が
従来よりも単純であるため、プロセスが容易である。
なお、本発明においては、第3図に示すように、受光素
子11のメサ7が回路基板1の溝2内に噛み   ゛合
わせ挿入されるようにメサ7形状と溝2形状を対応させ
る構成にする場合であってもよく、この場合、受光素子
11のハンプ電極10と回路基板lのバンプ電極3をフ
リップチップボンディングする際、自己整合がとれ、受
光素子11のハンプ電極10と回路基板1のハンプ電極
3の位置合わせを第8図に示す従来の場合及び第2図に
示す上記実施例の場合よりも容易にすることができ好ま
しい。受光素子11n側のハンプ電極lOは第3図(b
)に示す如く受光素子11周囲4箇所設ける場合であっ
てもよく、第3図(c)に示す如く2箇所設ける場合で
あってもよく、第3図(d)に示す如く1箇所設ける場
合であってもよい。
本発明においては、回路基板側を以下に説明するように
加工する場合であってもよい。第4図及び第5図に示す
ように、凹型に成形、加工したセラミンク等からなり溝
2を有する回路基板1上にTi層/ A u層からなる
p、n各配線メタル層21を蒸着により形成し、Si3
N4からなるパンシベーション膜22を形成した後、ハ
ンプ電極3を蒸着または鍍金により形成する。この場合
、第4図及び第5図に示すように、下部電極の配線メタ
ル層21は段差の上を通しても下を通しても構わない。
ここで、下を通す場合は上を通す場合よりも各配線の溶
融したメタルによるショートを生じ難くすることができ
好ましい。
また、第6図に示すように、平板形状の基板la上に内
側の配線メタル層21を蒸着により形成し、ポリイミド
等を全体に付着させて絶縁層23を形成し、中央部にエ
ツチングにより溝2を形成し、絶縁層23上に配線メタ
ル層21を蒸着により形成し、更にパンシベーション膜
22を形成した後、バンプ電極3を形成する場合であっ
てもよい。ここでの回路基板1は平板形状の基板1a及
び絶縁層23からなる。
また、第7図に示すように、平板形状の基板la上に配
線メタル層21を蒸着により形成し、ポリイミドからな
る絶縁層23を全体に付着させて形成した後、中央部及
び外側の電極部分4箇所をエツチングにより開口部を形
成し、更にパンシヘーション膜22を形成した後、鍍金
によりハンプ電極3を形成する場合であってもよい。こ
こでの回路基Fi1は基板la及び絶縁層23からなる
なお、第2図に示す上記実施例では、L、o−Hi−L
O型SAM構造のAPDについて説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、Lo−Hi−Lo型以
外のAPD、PIN−PDであってもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、受光部のメサ径を小さくすることなく
チップサイズを小さくすることができ、熱応力によるチ
ップに加わるひずみを小さくすることができ、リークを
生し難くして素子特性を安定にすることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の原理説明図、 第2図は一実施例の構造を示す概略図、第3図〜第7図
は他の実施例を説明する図、第8図は従来例の構造を示
す概略図である。 1・・・・・−回路基板、 2・・−・・−溝、 3・・・−・・バンプ電極、 4・・・・・一基板、 7・・・・・・メサ、 10・・・・・・ハンプ電極。 11・・−・・・受光素子。 (a) (b) 本発明の原理説明図 9に1図 一実施例の構造を示す概略図 第2図 (b) 他の実施例を説明する図 N4図 】 (a) (b) 他の実施例を説明する図 第5図 (a) 他の実施例を説明する図 第6図 (a) (b) 他の実施例を説明する図 第7図 (a) 従来例の構造を示す概略図 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回路基板(1)に溝(2)が形成され、該溝(2
    )内及び溝(2)が形成されている領域以外の該回路基
    板(1)上に第1のバンプ電極(3)が形成され、 受光素子(11)基板(4)上に受光部を有するメサ(
    7)が形成され、 該メサ(7)上及び該メサ(7)が形成されいる領域以
    外の該基板(4)上に第2のバンプ電極(9)が形成さ
    れ、 該メサ(7)が該溝(2)内に挿入され該第1、第2の
    バンプ電極(3、10)がフリップチップボンディング
    され構成されてなることを特徴とするフリップチップ型
    受光素子。(2)前記メサ(7)が前記溝(2)内に噛
    み合わせて挿入され構成されてなることを特徴とする請
    求項1記載のフリップチップ型受光素子。
JP2294698A 1990-10-31 1990-10-31 フリップチップ型受光素子 Pending JPH04167565A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011091139A (ja) * 2009-10-21 2011-05-06 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体受光装置
JP2012004537A (ja) * 2010-05-18 2012-01-05 Opnext Japan Inc 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
JP2021034644A (ja) * 2019-08-28 2021-03-01 住友電気工業株式会社 受光素子
WO2022059261A1 (ja) * 2020-09-16 2022-03-24 浜松ホトニクス株式会社 光検出モジュール及びビート分光装置

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