JPH1065201A - 半導体導波路型受光素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーク電流の発生が抑制され、暗電流特性が
優れている半導体導波路型受光素子とその製造方法を提
供する。 【解決手段】 この半導体導波路型受光素子は、ｐまた
はｎ型の第１半導体層２と、第１半導体層２よりもバン
ドギャップエネルギーが小さい第２半導体層３と、第２
半導体層３よりもバンドギャップエネルギーが大きく、
かつ、第１半導体層２とは逆導電型の第３半導体層４と
がこの順序で積層されて成る積層構造が半導体基板１の
上に形成され、積層構造の少なくとも第２半導体層３を
含む上部部分がメサストライプをなしている半導体導波
路を有する受光素子において、少なくとも第２半導体層
３の側面または／および劈開端面が曲面３ａになってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体導波路型受光
素子とその製造方法に関し、更に詳しくは、実働時にお
けるリーク電流が低減し、低暗電流特性に優れている半
導体導波路を有する受光素子とそれを製造する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から知られている受光素子用の半導
体導波路の断面構造を図９に示す。この半導体導波路
は、半導体基板の上に、ｎ型クラッド層，低キャリア濃
度の光吸収層，ｐ型クラッド層，コンタクト層がこの順
序で積層されて半導体の積層構造が形成されている。

【０００３】そして、ｎ型クラッド層よりも上の積層構
造の部分は、光の導波方向（紙面と直交する方向）に延
びるメサストライプになっていて、当該メサストライプ
の側面が誘電体膜で被覆されている。更に、コンタクト
層の上に電極（図示しない）が装荷され、また半導体基
板の背面にも電極（同じく図示しない）が装荷されてい
ることにより受光素子が構成される。

【０００４】ここで、光吸収層のバンドギャップエネル
ギーは、その上下に位置するｐ型クラッド層とｎ型クラ
ッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さく設定さ
れ、この光吸収層の光入射端面から入射した信号光は当
該光吸収層を導波するようになっている。そして、ｐ型
クラッド層とｎ型クラッド層の間に逆電圧を印加する
と、低キャリア濃度の光吸収層内に空乏層が形成され、
この空乏層内に発生する高電界によって光吸収層を導波
する信号光が光電変換される。

【０００５】すなわち、この受光素子の場合、入射した
信号光によって発生した空乏層内の励起キャリアが光電
流として検出される。励起キャリアは、空乏層内に発生
している電界によって分離・ドリフトし、励起キャリア
がホールの場合はｐ型クラッド層，電子の場合はｎ型ク
ラッド層に到達して光電流に寄与する。また、半導体の
積層構造を図９で示したようなメサストライプ形状にす
る理由は、受光素子の動作速度を高めるためである。

【０００６】すなわち、受光素子の動作速度を高めるた
めには、前記した逆電圧の印加時に空乏層内に発生する
電気容量を小さくすることが必要であるが、そのこと
は、光吸収層の断面積を小さくし、したがって、逆電圧
印加時に形成される空乏層の断面積も小さくすることに
よって有効に実現することができるからである。その場
合、原理的には光吸収層の部分のみをメサストライプ状
にエッチング加工すればよいわけであるが、実際の製作
上は、図９で示したように、ｎ型クラッド層よりも上の
部分がメサストライプ状に加工される。なお、このとき
に、ｎ型クラッド層の一部も同時にエッチング加工され
ることもある。

【０００７】また、誘電体膜は、受光素子の動作時に、
メサストライプの側面を流れるリーク電流を低減するた
めに設けられている。すなわち、リーク電流は、メサス
トライプの側面における表面準位や欠陥を介して流れる
ことが知られているが、ここを誘電体膜で被覆すること
により、表面準位や欠陥の影響が封殺されるのである。

【０００８】一方、上記した受光素子の場合、素子に光
を効率よく入射させるために、通常、劈開によって端面
出しが行われている。劈開によって形成された端面は、
原子レベルで平坦であり、光は散乱することなく導波路
に進入できるからである。そして、この端面を、ＳｉＯ
₂やＳｉＮｘから成る無反射膜で被覆して、入射する光
の反射を抑制することが行われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した構
造の受光素子における最大の問題は、当該受光素子の動
作時に、前記したメサストライプの側面にリーク電流が
流れるという問題である。このリーク電流の発生を抑制
するためには、前記したように、メサストライプの側面
を誘電体膜で被覆することが行われているが、このよう
な処置を施しても、リーク電流の発生を必ずしも充分に
抑制できていないという問題がある。

【００１０】また、本発明者らの知見によれば、劈開し
た端面においても、可成り大きなリーク電流が発生して
いるという問題がある。本発明は、上記した半導体導波
路型受光素子の動作時におけるメサストライプ側面や劈
開端面でのリーク電流の発生を抑制することができる新
規な半導体導波路型受光素子とその製造方法の提供を目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために鋭意研究を重ねる過程で、半導体
における表面準位の密度はダングリング結合の密度の影
響を強く受けるということに着目した。具体的には、ダ
ングリング結合の密度が高くなると、当該半導体の表面
準位は金属的になっていくという事実である。

【００１２】この観点に立って、前記した半導体の積層
構造をエッチングしてメサストライプを形成する場合に
ついて以下のような考察を加えた。すなわち、メサスト
ライプの形成時には、通常、ウェットエッチングまたは
ドライエッチングが採用されているが、通常のエッチン
グ条件を採用した場合、例えばＧａＩｎＡｓＰ層を臭化
メタノールなどのエッチャントでエッチングした場合に
は、形成されるメサストライプの側面は（１１１）面，
（１１０）面，（１００）面のような低指数面になるこ
とが知られている。

【００１３】また、化学的な反応の強いメタンガス系の
ドライエッチングの場合や、物理的な反応の強い塩素系
のドライエッチングの場合には、上記したと同様に低指
数面になることが知られている。しかしながら、これら
（１１１）面などの低指数面の場合、その単位胞内にお
ける原子数は多いので、ダングリング結合数も多くなっ
ている。

【００１４】例えば、ＩｎＰに格子整合したＧａＩｎＡ
ｓの場合、その（１１１）面におけるダングリング結合
の密度は、6.７×１０¹⁴atoms／cm²と非常に高いレベル
にある。このような状態における表面準位は金属的にな
っていて、リーク電流が流れやすい状態になっていると
考えられる。（１１０）面，（１００）面などの他の低
指数面の場合も同様である。

【００１５】一方、前記した劈開端面の場合、通常の劈
開条件で劈開して形成した端面もまた、（０１１）面な
どの低指数面になっていることが知られている。したが
って、この端面（劈開面）においても、上記したと同様
の理由でその表面準位は金属的となっていて、リーク電
流が流れやすい状態になっていると考えられる。

【００１６】本発明者らは、このような考察の結果、エ
ッチングによって表出したメサストライプの側面または
劈開によって表出した端面におけるダングリング結合の
密度が低減すれば、リーク電流の発生を抑制することが
できるとの着想を抱き、この着想に基づいて鋭意研究を
重ねた結果、本発明の半導体導波路型受光素子とその製
造方法を開発するに至った。

【００１７】すなわち、本発明においては、ｐまたはｎ
型の第１半導体層と、前記第１半導体層よりもバンドギ
ャップエネルギーが小さい第２半導体層と、前記第２半
導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、か
つ、前記第１半導体層とは逆導電型の第３半導体層とが
この順序で積層されて成る積層構造が半導体基板の上に
形成され、前記積層構造の少なくとも前記第２半導体層
を含む上部部分がメサストライプをなしている半導体導
波路を有する受光素子において、少なくとも前記第２半
導体層の側面または／および劈開端面が曲面になってい
ることを特徴とする半導体導波路型受光素子と、半導体
基板の上に、ｐまたはｎ型の第１半導体層と、前記第１
半導体層よりもバンドギャップエネルギーが小さい第２
半導体層と、前記第２半導体層よりもバンドギャップエ
ネルギーが大きく、かつ前記第１半導体層とは逆導電型
の第３半導体層をこの順序で積層して積層構造を形成す
る工程；前記積層構造にエッチング処理を行って少なく
とも前記第２半導体層を含む上部部分をメサストライプ
形状にする工程；とを備えている半導体導波路型受光素
子の製造方法において、少なくとも前記第２半導体層の
エッチング処理時には、酒石酸を含有する溶液，臭素を
含有する溶液、または塩酸と酢酸と過酸化水素水との混
合液のいずれかを用いることを特徴とする半導体導波路
型受光素子の製造方法が提供される。

【００１８】更に本発明においては、半導体基板の上
に、ｐまたはｎ型の第１半導体層と、前記第１半導体層
よりもバンドギャップエネルギーが小さい第２半導体層
と、前記第２半導体層よりもバンドギャップエネルギー
が大きく、かつ前記第１半導体層とは逆導電型の第３半
導体層とをこの順序で積層して積層構造を形成する工
程；前記積層構造にエッチング処理を行って少なくとも
前記第２半導体層を含む上部部分をメサストライプ形状
にする工程；とを備えている半導体導波路型受光素子の
製造方法において、形成すべき前記メサストライプの方
向をエッチング時に逆メサの出る方向に設定し、前記第
２半導体層のエッチング処理時に、前記メサストライプ
の側面に対してはメタノールと臭素との混合溶液を用
い、劈開端面に対しては酒石酸を含有する溶液を用いる
ことを特徴とする半導体導波路型受光素子の製造方法が
提供される。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に基づいて、本発明の受光素
子の製作に用いる半導体導波路について詳細に説明す
る。図１において、半導体基板１の上には、第１半導体
層２，第２半導体層３，第３半導体層４、およびコンタ
クト層５がこの順序で積層されて積層構造が形成されて
いる。そして、この積層構造における第１半導体層２よ
りも上部の部分は、光の導波方向（紙面と垂直の方向）
に延びるメサストライプになっている。

【００２０】なお、このメサストライプは、図のよう
に、第１半導体層２よりも上部だけに形成されているこ
とに限定されるものではなく、第１半導体層２の一部も
含めた状態で形成されていてもよい。ここで、第１半導
体層２はｎ型またはｐ型の導電型であり、下部クラッド
層として機能し、この第１半導体層２の上に積層されて
いる第２半導体層３は前記第１半導体層２よりもバンド
ギャップエネルギーが小さく、光吸収層として機能す
る。

【００２１】そして、第２半導体層３の上に積層されて
いる第３半導体層４は、前記第２半導体層３よりもバン
ドギャップエネルギーが大きく、かつ、前記第１半導体
層２とは逆導電型であって、上部クラッド層として機能
する。その上のコンタクト層５はこの上に装荷される電
極とのオーミック接続を果たすために設けられている。

【００２２】このメサストライプにおいて、少なくとも
第２半導体層（光吸収層）３の側面３ａは曲面になって
いる。このような曲面の場合、そこにおける単位胞の面
積が、平面である前記した低指数面における単位胞の面
積に比べて大きくなるので、ダングリング結合の密度は
低減する。また、曲面においては、結晶の表面エネルギ
ーを下げるようにダングリング結合間での結合が促進さ
れることになるため、単位胞におけるダングリング結合
の密度は低下し、更には、曲面であるために、リークパ
スが長くなって電界強度は低下する。このようなことの
総合的な結果として、この曲面においては、リーク電流
の発生が顕著に抑制されることになる。

【００２３】なお、本発明においては、光が導波し、か
つ逆電圧印加時に空乏層が形成されなければならない第
２半導体層（光吸収層）３の側面３ａは少なくとも部分
的には曲面でなければならず、他の半導体層は平坦面で
あってもよく、また第２半導体層３の場合と同様な曲面
であってもよい。また、図１においては、第２半導体層
３の側面３ａは内側に凸となる曲面であるが、図２で示
したように、外側に凸となる曲面３ａであってもよい。
更に、この曲面は、全体として一定の曲率半径を有する
曲面であることに限定されるものではなく、位置によっ
ては曲率半径が異なっていてもよい。その場合、曲率半
径は格別限定されるものではないが、５〜２００μｍの
範囲内に設定することが好ましい。

【００２４】なお、図１は、本発明の半導体導波路型受
光素子における半導体導波路の典型的な基本構成を例示
するものであって、第１半導体層（下部クラッド層）２
を省略して構成した場合も当然本発明に含まれる。ま
た、第２半導体層（光吸収層）３の上下に他の光導波路
層を付加する場合でも同様に本発明は成立するが、この
場合も少なくとも第２半導体層３の側面を曲面とすれば
上記した本発明の効果を得ることができる。

【００２５】この半導体導波路は次のようにして製造す
ることができる。まず、半導体基板１の上に、常法によ
り、第２半導体層３，第３半導体層４、およびコンタク
ト層５をこの順序で積層して積層構造を形成する。つい
で、この積層構造にエッチング処理を行って、図１で示
したようなメサストライプを形成する。エッチング処理
としては、常用のドライエッチング，ウェットエッチン
グを適用することができる。

【００２６】そして、このエッチング処理時に、メサス
トライプにおける少なくとも第２半導体層３の側面のエ
ッチングに関しては、水飽和酒石酸を含有する溶液，臭
素を含有する溶液、塩酸と酢酸と過酸化水素との混合液
をエッチャントとして用いたウェットエッチングが行わ
れる。そのことにより、第２半導体層３の側面３ａは曲
面になる。

【００２７】エッチャントとしては、例えば、第２半導
体層３がＡｌＧａＩｎＡｓ系材料である場合には水飽和
酒石酸と過酸化水素との混合液を用いることが好適であ
る。このとき、酒石酸濃度やエッチング時の温度を変え
ることにより、形成される曲面の曲率半径の大小を制御
することができる。この場合、水飽和酒石酸と過酸化水
素との混合比は、２０：１〜２０：２の範囲に設定する
ことが好ましい。両者の混合比がこの範囲内にあるとき
には、エッチング速度はほとんど変化せず、安定した使
用領域になっている。そして、この範囲内にあるときに
は、エッチング速度は温度変化に対しても鈍感であるた
め厳しい温度管理は不要になるが、過酸化水素は蒸発し
やすいので、温度は１８〜２５℃に設定することが好ま
しい。

【００２８】また、第２半導体層３がＧａＩｎＡｓＰ系
材料である場合には、まず、ドライエッチングで側面が
平坦なメサストライプを形成したのち、臭素系のエッチ
ャント、例えば、水飽和臭素と臭化水素と水との混合
液；塩酸と酢酸と水との混合液；水飽和酒石酸と水との
混合液；などでウェットエッチングすることが好適であ
る。

【００２９】水飽和臭素と臭化水素と水との混合液の場
合、これらの混合比を１：１：１０程度に設定すること
が好ましい。また、低温で使用すると、反応むらなどが
起こりやすくなるので、使用温度は１８〜２０℃程度に
設定することがよい。上記した混合液の場合、エッチン
グ対象がＧａＩｎＡｓＰのとき、その組成がどのような
組成であってもエッチング速度は変わらない。すなわ
ち、この混合液は等速エッチャントであるため、異なる
組成のＧａＩｎＡｓＰから成る積層構造を有する半導体
導波路型受光素子における整形処理に用いて最適であ
る。

【００３０】また、塩酸と酢酸と水との混合液の場合、
これらの混合比を１：２：１程度に設定することが好ま
しい。この混合液は、その調製時に反応熱が発生して溶
液温度が上昇するので、１８〜２５℃程度に冷却して使
用する。このようにして製造された半導体導波路の表面
を誘電体膜で被覆し、更にコンタクト層５や半導体基板
１の裏面に常法により電極をそれぞれ装荷し、また光の
入射端面に無反射膜を形成することにより、本発明の受
光素子が得られる。

【００３１】上記の説明は、メサストライプの側面にお
けるリーク電流の発生を抑制する場合であるが、前記し
たように、リーク電流は光の入射面である劈開端面にお
いても発生する。それを抑制するためにも、劈開した端
面における少なくとも第２半導体層（光吸収層）３に対
し、前記したメサストライプの側面の場合と同じ状態で
当該端面を曲面にすればよい。

【００３２】なお、劈開端面における第２半導体層３の
光入射端面を曲面にすると、そこにおけるリーク電流の
発生を抑制できるとともに、当該曲面のレンズ効果によ
り感度向上も得られるので好適である。

【００３３】

【実施例】

実施例１ 図３で示した層構造の半導体導波路を次のようにして製
造した。キャリア濃度が５×１０¹⁸cm^-3のｎ−ＩｎＰ基
板１１の上に、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，バンドギ
ャップ波長1.２μｍで厚み３μｍのｎ−ＡｌＧａＩｎＡ
ｓ層（光閉じ込め層）１２，バンドギャップ波長1.４μ
ｍで厚み0.０７μｍのノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ層
（光吸収層）１３，キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，バン
ドギャップ波長1.４μｍで厚み３μｍのｐ−ＡｌＧａＩ
ｎＡｓ層（光閉じ込め層）１４，キャリア濃度１×１０
¹⁸cm^-3で厚み２μｍのｐ−ＩｎＰクラッド層１５、およ
び、キャリア濃度２×１０¹⁸cm^-3，バンドギャップ波長
1.１５μｍで厚み0.３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層（コ
ンタクト層）１６を積層した。

【００３４】なお、これらの半導体層はいずれもｎ−Ｉ
ｎＰ基板１１と格子整合する組成に選択されている。ま
た、ノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ層（本発明でいう第２
半導体層）１３と接触しているｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層
（本発明でいう第１半導体層）およびｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ａｓ層（本発明でいう第３半導体層）における0.３μｍ
の領域はノンドープの状態にしてある。

【００３５】この積層構造に対し、次のようなエッチン
グ処理を行ってメサストライプを形成した。なお、形成
すべきメサストライプの方向は、エッチングによって逆
メサの出る方向、すなわち、（０１１）面方向とした。 （１）まず、水飽和酒石酸と過酸化水素を体積比で２
０：１に混合して成る溶液（Ａ）を用いて、室温下で、
ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層１６をエッチングした。この場
合、エッチングにより形成されるメサストライプの側面
は平坦面になる。そして、この溶液（Ａ）はＩｎＰを溶
解しないので、エッチングはｐ−ＩｎＰクラッド層１５
の表面で自動的に停止した。

【００３６】（２）次に、塩酸とリン酸を体積比で３：
１に混合して成る溶液（Ｂ）を用いて、室温下で、ｐ−
ＩｎＰクラッド層１５をエッチングした。この場合、エ
ッチングにより形成されるメサストライプ側面の形状
は、（１）で示したメサストライプ側面よりも傾斜が若
干ゆるやかな平坦面であった。また、この溶液（Ｂ）は
ＡｌＧａＩｎＡｓを溶解しないので、エッチングはｐ−
ＡｌＧａＩｎＡｓ層（光閉じ込め層）１４の表面で自動
的に停止した。

【００３７】（３）更に、上記した溶液（Ａ）を用い
て、室温下で、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層（光閉じ込め
層）１４，ノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ層（光吸収層）
１３をエッチングし、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層（光閉じ
込め層）１２を0.２μｍ程度エッチングした時点でエッ
チングを終了した。エッチングの深さはエッチング時間
により制御した。

【００３８】その結果、メサストライプの側面における
ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層１２の一部，ノンドープＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層１３、およびｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層１４
の部分には、内側に凸になっている曲面が形成された。
この曲面を走査電顕で観察して曲率半径を測定したとこ
ろ１５μｍであり、またメサストライプ全体の平均的な
傾斜角度は５０°程度になっていた。

【００３９】その後、全体の表目に誘電体膜を形成し、
メサストライプ上面部の誘電体膜を部分的に除去し、ｐ
−ＧａＩｎＡｓＰ層１６の上に５０μｍ角のｐ型オーミ
ック電極を蒸着により形成し、ｎ−ＩｎＰ基板１１の裏
面にはｎ型オーミック電極を蒸着・装荷した。また、光
の入射する側の端面にはＳｉＮｘを蒸着して無反射膜を
形成して受光素子を製造した。

【００４０】この受光素子は、波長1.３μｍの光は吸収
するが、波長1.５５μｍの光は吸収しない波長選別機能
を備えている。この受光素子に、モードフィールド径が
６μｍの光ファイバーから信号光を入射して受光感度を
測定した。波長1.３μｍの光を0.９Ａ／Ｗという高感度
で受光した。

【００４１】また、逆バイアス電圧３Ｖにおいて暗電流
を測定したところ、素子１００個の平均値で１０ｐＡと
極めて低かった。従来の導波路型受光素子の暗電流は１
ｎＡから１０ｎＡ程度であったことからすれば、暗電流
特性が３桁から４桁程度改善されたことになる。なお、
本実施例における暗電流特性の向上をその原因で解析す
ると、拡散電流は無視できるほど微量、入射端面に流れ
る電流が４ｐＡ、界面と光吸収層で発生する発生電流が
６ｐＡであり、メサストライプの側面に流れる表面電流
は検知限界以下であった。このことから明らかなよう
に、メサストライプの側面を曲面にすることにより、そ
こを流れる表面電流が低減し暗電流の大きな改善がもた
らされていることが確認された。

【００４２】実施例２ 図４で示した層構造の半導体導波路を次のようにして製
造した。キャリア濃度が５×１０¹⁸cm^-3のｎ−ＩｎＰ基
板２１の上に、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，バンドギ
ャップ波長1.２μｍで厚み３μｍのｎ−ＧａＩｎＡｓＰ
層（光閉じ込め層）２２，バンドギャップ波長1.６５μ
ｍで厚み２μｍのノンドープＧａＩｎＡｓ層（光吸収
層）２３，キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，バンドギャッ
プ波長1.２μｍで厚み３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層
（光閉じ込め層）２４，キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3で
厚み２μｍのｐ−ＩｎＰクラッド層２５、および、キャ
リア濃度２×１０¹⁸cm^-3，バンドギャップ波長1.６５μ
ｍで厚み0.３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓ層（コンタクト
層）２６を積層した。

【００４３】なお、これらの半導体層はいずれもｎ−Ｉ
ｎＰ基板２１と格子整合する組成に選択されている。こ
の積層構造に対し、次のようなエッチング処理を行って
メサストライプを形成した。形成すべきメサストライプ
の方向は実施例１と同じ方向にした。 （１）まず、臭素とメタノールを体積比で３００：１に
混合して成る溶液（Ｃ）を用いて、室温下で、ｐ−Ｇａ
ＩｎＡｓ層２６から、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層（光閉じ込
め層）２２までをエッチングした。エッチング量はエッ
チング時間で制御し、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層（光閉じ込
め層）２２を0.５μｍ程度エッチングした時点でエッチ
ングを終了してメサストライプを形成した。

【００４４】形成されたメサストライプの側面は、傾斜
角が５４°程度の平坦な（１１１）面である。 （２）ついで、水飽和臭素と臭化水素と純水とを体積比
で１：１：１０に混合して成る溶液（Ｄ）を用い、温度
２１℃で前記メサストライプの側面をエッチングした。

【００４５】エッチング後のメサストライプを走査電顕
で観察したところ、その側面は、図４で示したように、
各半導体層の湾曲の程度は異なっているが、ｎ−ＧａＩ
ｎＡｓＰ層２２，ノンドープＧａＩｎＡｓ層２３，ｐ−
ＧａＩｎＡｓＰ層２４では外側に凸の曲面になってお
り、その曲率半径は６2.５μｍ程度であった。この半導
体導波路を用いて、以後は、実施例１と同様にして誘電
体膜，電極を形成することにより受光素子にした。

【００４６】この受光素子は、波長1.３μｍの光と波長
1.５５μｍの光の両者を吸収できる機能を備えている。
この受光素子に、モードフィールド径が６μｍの光ファ
イバーから信号光を入射して受光感度を測定した。波長
1.３μｍの光に対しては0.９５Ａ／Ｗ、波長1.５５μｍ
の光に対しては1.０Ａ／Ｗという高い値を示した。

【００４７】また、逆バイアス電圧３Ｖにおいて暗電流
を測定したところ、素子１００個の平均値は１００ｐＡ
であった。従来の素子の場合に比べて、暗電流特性は２
桁から３桁改善されている。 実施例３ 実施例２で示した積層構造に対し、次のようなエッチン
グ処理を行って図５で示したような側面形状のメサスト
ライプを形成した。形成すべきメサストライプの方向は
実施例１の場合と同じである。

【００４８】（１）まず、エッチャントとして塩素ガス
を用い、ｐ−ＧａＩｎＡｓ層２６からｎ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ層２２までをドライエッチングした。エッチング処理
は、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層２２を0.２μｍ程度エッチン
グした時点で終了した。なお、ドライエッチングの場合
は、使用する反応ガスとエッチング条件を選定すること
により、任意の角度でエッチングすることができるが、
この実施例では、メサストライプの側面がｎ−ＩｎＰ基
板２１に対して垂直な平面となるような条件を選定し
た。

【００４９】（２）ついで、前記した溶液（Ｄ）を用い
て、形成されているメサストライプの垂直な平面をエッ
チングした。エッチング後のメサストライプを走査電顕
で観察したところ、その側面は、図５で示したように、
各半導体層の湾曲の程度は異なっているが、ｎ−ＧａＩ
ｎＡｓＰ層２２は内側に凸の曲面，ノンドープＧａＩｎ
Ａｓ層２３も内側に凸の曲面，ｐ−ＧａＩｎＡｓ層２４
は外側に凸の曲面になっており、その曲率半径は１００
μｍ程度であった。

【００５０】この半導体導波路を用いて、以後は、実施
例２と同様にして誘電体膜，電極を形成することにより
受光素子にした。この受光素子に、モードフィールド径
が６μｍの光ファイバーから信号光を入射して受光感度
を測定した。波長1.３μｍの光に対しては0.９５Ａ／
Ｗ、波長1.５５μｍの光に対しては1.０Ａ／Ｗという高
い値を示した。

【００５１】また、逆バイアス電圧３Ｖにおいて暗電流
を測定したところ、素子１００個の平均値は１００ｐＡ
であった。メサストライプの側面形状は、実施例２の場
合と異なっているが、この実施例３の受光素子は、実施
例２の受光素子と同じ暗電流特性を示している。 実施例４ まず、メサストライプの側面が図６で示したような形状
になっている半導体導波路を次のようにして製造した。

【００５２】キャリア濃度が５×１０¹⁸cm^-3のｎ−Ｉｎ
Ｐ基板３１の上に、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，バン
ドギャップ波長1.１５μｍで厚み0.５μｍのｎ−ＧａＩ
ｎＡｓＰ層（光閉じ込め層）３２，バンドギャップ波長
1.４μｍで厚み３μｍのノンドープＧａＩｎＡｓＰ層
（光吸収層）３３，キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，バン
ドギャップ波長1.１５μｍで厚み２μｍのｐ−ＧａＩｎ
ＡｓＰ層（光閉じ込め層）３４，キャリア濃度１×１０
¹⁸cm^-3で厚み2.１μｍのｐ−ＩｎＰクラッド層３５、お
よび、キャリア濃度２×１０¹⁹cm^-3，バンドギャップ波
長1.１５μｍで厚み0.３μｍのｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層
（コンタクト層）３６を積層した。

【００５３】なお、これらの半導体層はいずれもｎ−Ｉ
ｎＰ基板３１と格子整合する組成に選択されている。つ
いで、上記積層構造のコンタクト層３６の上に厚み0.１
μｍのＳｉＮｘ膜を形成したのち更にその上にレジスト
膜を形成し、ホトリソグラフィー技術を適用することに
より形成すべきストライプのパターンを描画した。形成
すべきメサストライプの方向は、メサ形状が逆メサにな
る方向、すなわち（０−１１）方向に設定した。

【００５４】そして、このストライプパターン以外のＳ
ｉＮｘ膜をエッチング除去したのち、更にストライプパ
ターンの上に残置しているレジスト膜をエッチング除去
した。その結果、上記積層構造の上面には、ＳｉＮｘ膜
から成るストライプパターンが形成された。このＳｉＮ
ｘ膜をマスクにして、次のようにしてメサストライプを
形成した。

【００５５】（１）まず、実施例１で用いた溶液（Ａ）
で室温下においてエッチングを行った。ｐ−ＧａＩｎＡ
ｓＰ層３６がエッチングされた。この溶液（Ａ）はＩｎ
Ｐを溶解しないので、エッチングはｐ−ＩｎＰクラッド
層３５の表面で自動的に停止した。 （２）次に、実施例１で用いた溶液（Ｂ）で室温下にお
いてエッチングを行った。ｐ−ＩｎＰクラッド層３５が
エッチングされた。この溶液（Ｂ）はＧａＩｎＡｓＰを
溶解しないので、エッチングはｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層３
４の表面で自動的に停止した。

【００５６】（３）ついで、臭素とメタノールを体積比
で１：２００に混合してなる溶液（Ｅ）を用い、室温下
で、エッチングの深さが全体で８μｍになるまでエッチ
ングを行ってメサストライプを形成した。この溶液
（Ｅ）は選択比が非常に小さいので、エッチング深さは
エッチング時間で制御した。

【００５７】実施例２の場合と異なり、メサストライプ
の方向が９０°ずれているので形成されたメサストライ
プの側面は曲面であった。このようにして製造した半導
体導波路に対し、次に、各メサストライプの間の溝に感
光性ポリイミドを埋め込み、メサストライプ間の溝の深
さを４〜５μｍに浅くした。このとき、ノンドープＧａ
ＩｎＡｓＰ層（光吸収層）３３の曲面は上記感光性ポリ
イミドで埋め込まれることになる。

【００５８】ついで、常用のホトリソグラフィー技術に
より、各メサストライプのコンタクト層３６の上にオー
ミック電極形成用のマスクパターンを形成したのち、そ
こにｐ型のオーミック電極を蒸着・装荷した。ついで、
チップ化を容易にするために、ｎ−ＩｎＰ基板３１の裏
面を研磨加工して基板の厚みを１２０μｍに調整したの
ち、当該基板の裏面にｎ型のオーミック電極を蒸着・装
荷した。

【００５９】そして、次のスクライブ工程により、３０
０μｍ幅のバー状に劈開を行い、劈開端面を有する素子
にした。この劈開端面に対し、次のようなエッチングを
行った。 （５）実施例２で用いた溶液（Ｄ）に、液温２１℃にお
いて、上記素子を８秒間浸漬した。

【００６０】その結果、劈開端面のうち、ノンドープＧ
ａＩｎＡｓＰ層（光吸収層）３３の劈開端面は、図７で
示したように、外側に凸の曲面になっていた。そして、
走査電顕でこの曲面を観察して曲率半径を測定したとこ
ろ約１００μｍであった。そして最後に、上記端面にＳ
ｉＮｘを蒸着することにより無反射膜を形成して受光素
子にした。

【００６１】この受光素子は、波長1.３μｍの光は吸収
するが波長1.５５μｍの光は吸収しない波長選別機能を
備えている。この受光素子に、モードフィールド径が６
μｍの光ファイバーから信号光を入射して受光感度を測
定した。波長1.３μｍの光を0.９５Ａ／Ｗという高感度
で受光した。

【００６２】また、逆バイアス電圧３Ｖにおいて暗電流
を測定したところ、素子１００個の平均値で７０ｐＡ，
逆バイアス電圧５Ｖにおいて１５０ｐＡと極めて低い値
であった。同様の材料と積層構造の受光素子において、
劈開端面とメサストライプの側面を曲面化しない従来の
受光素子の場合、逆バイアス電圧３Ｖ，５Ｖにおける暗
電流はそれぞれ１８０ｐＡ，２７０ｐＡであることから
すると、この実施例素子の暗電流特性は４４〜６１％程
度向上していることになる。

【００６３】実施例５ 実施例４において、劈開後における劈開端面のエッチン
グを次のような態様で行ったことを除いては、実施例４
と同様にして受光素子を製造した。 （６）塩素と酢酸と過酸化水素水とを体積比で１：２：
１に混合して成る溶液（Ｆ）を用い、液温１８℃におい
て劈開後の素子を１０秒間浸漬した。

【００６４】その結果、劈開端面のうち、ノンドープＧ
ａＩｎＡｓＰ層（光吸収層）３３の劈開端面は、図８で
示したように、内側に凸の曲面になっていた。そして、
走査電顕でこの曲面を観察して曲率半径を測定したとこ
ろ約１２０μｍであった。この受光素子に、モードフィ
ールド径が６μｍの光ファイバーから信号光を入射して
受光感度を測定した。波長1.３μｍの光を0.９６Ａ／Ｗ
という高感度で受光した。

【００６５】また、逆バイアス電圧３Ｖにおいて暗電流
を測定したところ、素子１００個の平均値で９０ｐＡ，
逆バイアス電圧５Ｖにおいて１８０ｐＡと極めて低い値
であった。 実施例６ 実施例４において、劈開後における劈開端面のエッチン
グを次のような態様で行ったことを除いては、実施例４
と同様にして受光素子を製造した。

【００６６】（７）実施例１で用いた溶液（Ａ）をエッ
チャントとし、室温下において３０秒間浸漬した。その
結果、劈開端面のうち、ノンドープＧａＩｎＡｓＰ層
（光吸収層）３３の劈開端面は、図８で示したように、
内側に凸の曲面になっていた。そして、走査電顕でこの
曲面を観察して曲率半径を測定したところ約１５０μｍ
であった。

【００６７】この受光素子に、モードフィールド径が６
μｍの光ファイバーから信号光を入射して受光感度を測
定した。波長1.３μｍの光を0.９５Ａ／Ｗという高感度
で受光した。また、逆バイアス電圧３Ｖにおいて暗電流
を測定したところ、素子１００個の平均値で８０ｐＡ，
逆バイアス電圧５Ｖにおいて１７０ｐＡと極めて低い値
であった。

【００６８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
受光素子は、その半導体導波路におけるメサストライプ
において少なくとも光吸収層の側面または／および劈開
端面が曲面になっているので、単位胞内のダングリング
結合の密度は小さく、またリークパスも長くなり、その
ため、リーク電流の発生は低減し、暗電流特性が優れた
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明受光素子の半導体導波路におけるメサス
トライプの基本的な側面形状を示す断面図である。

【図２】メサストライプの別の基本的な側面形状を示す
断面図である。

【図３】実施例１のメサストライプにおける側面形状を
示す断面図である。

【図４】実施例２のストライプにおける側面形状を示す
断面図である。

【図５】実施例３のメサストライプにおける側面形状を
示す断面図である。

【図６】実施例４のストライプにおける側面形状を示す
断面図である。

【図７】実施例４の受光素子における半導体導波路の劈
開端面形状を示す部分断面図である。

【図８】実施例５，６の受光素子における半導体導波路
の劈開端面形状を示す断面図である。

【図９】従来の受光素子の半導体導波路におけるメサス
トライプの側面形状を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１ 半導体基板 ２，１２，２２，３２ 第１半導体層 ３，１３，２３，３３ 第２半導体層 ３ａ 曲面 ５，１６，２６，３６ コンタクト層 １５，２５，３５ クラッド層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐまたはｎ型の第１半導体層と、前記第
   １半導体層よりもバンドギャップエネルギーが小さい第
   ２半導体層と、前記第２半導体層よりもバンドギャップ
   エネルギーが大きく、かつ、前記第１半導体層とは逆導
   電型の第３半導体層とがこの順序で積層されて成る積層
   構造が半導体基板の上に形成され、前記積層構造の少な
   くとも前記第２半導体層を含む上部部分がメサストライ
   プをなしている半導体導波路を有する受光素子におい
   て、少なくとも前記第２半導体層の側面または／および
   劈開端面が曲面になっていることを特徴とする半導体導
   波路型受光素子。
2. 【請求項２】 半導体基板の上に、ｐまたはｎ型の第１
   半導体層と、前記第１半導体層よりもバンドギャップエ
   ネルギーが小さい第２半導体層と、前記第２半導体層よ
   りもバンドギャップエネルギーが大きく、かつ前記第１
   半導体層とは逆導電型の第３半導体層とをこの順序で積
   層して積層構造を形成する工程；前記積層構造にエッチ
   ング処理を行って少なくとも前記第２半導体層を含む上
   部部分をメサストライプ形状にする工程；とを備えてい
   る半導体導波路型受光素子の製造方法において、 少なくとも前記第２半導体層のエッチング処理時には、
   酒石酸を含有する溶液，臭素を含有する溶液、または塩
   酸と酢酸と過酸化水素水との混合液のいずれかを用いる
   ことを特徴とする半導体導波路型受光素子の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体基板の上に、ｐまたはｎ型の第１
   半導体層と、前記第１半導体層よりもバンドギャップエ
   ネルギーが小さい第２半導体層と、前記第２半導体層よ
   りもバンドギャップエネルギーが大きく、かつ前記第１
   半導体層とは逆導電型の第３半導体層とをこの順序で積
   層して積層構造を形成する工程；前記積層構造にエッチ
   ング処理を行って少なくとも前記第２半導体層を含む上
   部部分をメサストライプ形状にする工程；とを備えてい
   る半導体導波路型受光素子の製造方法において、 形成すべき前記メサストライプの方向をエッチング時に
   逆メサの出る方向に設定し、前記第２半導体層のエッチ
   ング処理時に、前記メサストライプの側面に対してはメ
   タノールと臭素との混合溶液を用い、劈開端面に対して
   は酒石酸を含有する溶液を用いることを特徴とする半導
   体導波路型受光素子の製造方法。