JPWO2017199501A1 - 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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Abstract
Description
(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、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内に形成するとともに、括れ部の内面に、界面の端縁を露出させる工程
(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、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内に形成するとともに、括れ部の内面に、界面の端縁を露出させる工程
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の実施の形態の変形例(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
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
(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。
Claims (16)
- 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。 - 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
請求項1に記載の受光素子。 - 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。 - 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に記載の受光素子。 - 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に記載の受光素子。 - 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。 - 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
請求項6に記載の受光素子。 - 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6に記載の受光素子。 - 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6に記載の受光素子。 - 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6に記載の受光素子。 - 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。 - 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。 - 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メサ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。 - 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
請求項13に記載の受光素子の製造方法。 - 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メサ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。 - 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
請求項15に記載の受光素子の製造方法。
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