(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板と、
前記基板の主面上に形成された第１導電型の第１バッファ層と、
前記第１バッファ層上に形成され、かつ入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層と、
前記光吸収層上に形成されたエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上に形成され、かつ前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２バッファ層と、
前記第１バッファ層と電気的に接続された第１電極と、
前記第２バッファ層と電気的に接続された第２電極と、
前記第１バッファ層、前記光吸収層および前記第２バッファ層を被覆する保護膜と、
を備え、
少なくとも前記第２バッファ層が第１のメサ構造を構成しており、前記第１バッファ層、前記光吸収層および前記エッチングストップ層が前記第１のメサ構造の直下で第２のメサ構造を構成しており、前記第２のメサ構造の平面視領域は、前記第１のメサ構造の平面視領域を包含し、かつ前記第１のメサ構造の平面視領域よりも広い、半導体受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体受光素子であって、前記第１電極は、前記第２のメサ構造の端部に形成されている、半導体受光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体受光素子であって、
前記第２のメサ構造は、
前記第１のメサ構造の直下に位置し、かつ前記第１のメサ構造の平面視領域を包含する平面視領域を持つ受光部と、
前記第１のメサ構造とは前記基板の面内方向に離間して形成され、かつ端部に前記第１電極が形成された電極パッド部と、
前記受光部と前記電極パッド部とを前記基板の面内方向に接続する接続部と、
を含む、半導体受光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体受光素子であって、
前記接続部は、前記基板の面内方向に長手方向を有する細長形状を有し、
前記受光部の外周端は前記接続部の長手方向一端と連続的に接続され、前記電極パッド部の外周端は前記接続部の長手方向他端と連続的に接続されている、半導体受光素子。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体受光素子であって、前記電極パッド部の平面視領域は、前記受光部を取り囲むように環状に形成されている、半導体受光素子。
【請求項６】
請求項３または４に記載の半導体受光素子であって、
前記受光部の平面視領域は円形状を有しており、
前記接続部の平面視領域の幅は、前記受光部の平面視領域の周長の１０％以下であり、かつ５μｍ以上である、半導体受光素子。
【請求項７】
請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の半導体受光素子であって、前記第１電極と前記第２電極との間にｐｉｎ接合が形成されている、半導体受光素子。
【請求項８】
請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の半導体受光素子であって、前記第２のメサ構造は、前記光吸収層と前記第１バッファ層との間に形成されたアバランシェ増倍層を含む、半導体受光素子。
【請求項９】
請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の半導体受光素子であって、前記エッチングストップ層がＩｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）（０≦ｘ≦０．４８、０≦ｙ≦１）であり、前記第１のメサ構造がＩｎ（１−ｐ−ｑ）Ｇａ（ｐ）Ａｌ（ｑ）Ａｓ（０≦ｐ≦０．４８、０≦ｑ≦０．４８）で構成される、半導体受光素子。
【請求項１０】
電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板の主面上に、第１導電型の第１バッファ層と、入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層と、エッチングストップ層とをこの順に積層する工程と、
前記エッチングストップ層上に、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２バッファ層を含む積層構造を形成する工程と、
前記エッチングストップ層をエッチングストッパとして用いて前記積層構造を選択的にエッチングすることにより第１のメサ構造を形成する工程と、
前記エッチングストップ層、前記光吸収層および前記第１バッファ層をエッチングすることにより第２のメサ構造を形成する工程と、
前記第１バッファ層と電気的に接続される第１電極を前記第２のメサ構造の端部に形成する工程と、
前記第２バッファ層と電気的に接続される第２電極を前記第１のメサ構造上に形成する工程と、
を備える半導体受光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体受光素子の製造方法であって、前記第２のメサ構造は、前記エッチングストップ層、前記光吸収層および前記第１バッファ層をエッチングレートに関して非選択的にウェットエッチングすることにより形成される、半導体受光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の半導体受光素子の製造方法であって、前記第２のメサ構造の平面視領域は、前記第１のメサ構造の平面視領域を包含し、かつ前記第１のメサ構造の平面視領域よりも広い、半導体受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードなどの半導体受光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ通信システムの高速化と通信情報量の増大に伴い、フォトダイオードなどの半導体受光素子の高速動作と高信頼性が要求されている。電気的に絶縁性または半絶縁性の基板上に受光素子を形成すれば、素子容量が低減され、高速応答特性を実現することができる。この種の素子構造を有するフォトダイオードは、たとえば、特許文献１（特開２００５−３２８０３６号公報）や特許文献２（特開２００５−１２９７８９号公報）に開示されている。【０００３】
たとえば、特許文献２に開示されているフォトダイオードは、半絶縁性基板の主面上に、ｎ型高濃度キャリア層、ｎ型の光吸収層、ｎ型キャップ層およびｐ型の受光領域がこの順に積層された積層構造を有する。さらにｐ側コンタクト電極が、ｐ型の受光領域と電気的に接続されるように形成される。このフォトダイオードはメサ構造（台形断面を持つ構造）を有するので、ｎ側コンタクト電極は、このメサ構造の側面を通じてｎ型高濃度キャリア層と電気的に接続されるように形成される。【０００４】
フォトダイオードに関する先行技術文献としては、前述の特許文献１や特許文献２の他に、特許文献３（特開２００１−２９８２１１号公報）や特許文献４（特開２００３−１９７９５３号公報）が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２８０３６号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９７８９号公報
【特許文献３】特開２００１−２９８２１１号公報
【特許文献４】特開２００３−１９７９５３号公報
【発明の概要】
【０００６】
光吸収層を含むメサ構造を有するフォトダイオードを作製する際に、メサ構造の側面が滑らかにならず、これにより保護膜の膜厚が均一化せずに素子特性を劣化させる場合がある。メサ構造の側面が平滑にならない主な理由は、エッチングによりメサ構造を形成する際、光吸収層とこれに隣接する層との間で横方向のエッチング（サイドエッチング）量が異なる点にある。
【０００７】
図１は、メサ構造を有する半導体受光素子１００の構造を示す概略断面図である。この半導体受光素子１００では、半絶縁性基板１０１上に、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型エッチングストップ層１０３およびメサ構造１０８が積層されている。メサ構造１０８は、ｎ型バッファ層１０４、光吸収層１０５、ｐ型バッファ層１０６およびｐ型コンタクト層１０７がこの順に積層された構造を有している。このメサ構造１０８の全体を被覆するように保護膜（パシベーション膜）１２０が形成されており、この保護膜１２０の開口部を介してｐ側電極１２１がｐ型コンタクト層１０７の上面と接するように形成されている。他方、メサ構造１０８の基端部においては、ｎ側電極１２２の環状電極部が保護膜１２０の開口部を介してｎ型エッチングストップ層１０３と接するように形成され、コンタクト領域１１１を構成している。
【０００８】
メサ構造１０８は、半絶縁性基板１０１上にエピタキシャル成長された結晶構造を、マスクを用いたエッチングで加工することにより形成される。ここで、ｎ型エッチングストップ層１０３は、メサ構造１０８の構成材料のエッチングレートよりも数倍遅いエッチングレートを持つエッチングストッパとして機能する。それ故、エッチングの進行をｎ型エッチングストップ層１０３で停止させることができる。しかしながら、図１に示されるように、光吸収層１０５と、これに隣接するｎ型バッファ層１０４やｐ型バッファ層１０６との間のサイドエッチング量の違いにより、メサ構造１０８の側壁が平滑にならない。例えば、異なる材料を用いて、図９に示すように、基板９０７上に第一の半導体層９０６と第二の半導体層９０５と第三の半導体層９０４と第四の半導体層９０３と第五の半導体層９０２とからなる５つの層を積層し、マスク９０１をして選択比のあるエッチング液にてメサ構造１０８を形成した場合、材料が異なることで、メサ側壁の形状はサイドエッチング量の差違９１０に応じて段差が生じる。また、同一の材料によりメサ構造を形成した場合であっても、メサ構造の上部に配置されているか、基板９０７の近傍に配置されているかでサイドエッチング量に違いが生じる。したがって、特に、サイドエッチング量の小さな材料の直下に積層されたサイドエッチング量の大きな材料の側壁は、サイドエッチング量の差違が顕著に現れ、上部層がひさしのように張り出す。このようにして形成されたメサ構造に保護膜９０８を形成した場合、成膜の手法にも依存するが、材料供給や成膜方向に指向性がある場合には、表面に均一に保護膜を形成することが難しい（図１０中９１１）。特に、プラズマＣＶＤのように材料の供給に指向性が認められる場合にはこれらの影響が大きく、図１０に示すように、ひさしの付近にて膜厚が他の領域と比較して薄くなったり、組成がずれたりして、保護膜１２０の膜厚が均一にならない。このことが、半導体受光素子１００の素子特性を低下させ、歩留まりを低下させることとなる。ｐ型バッファ層１０６がひさしのように張り出す場合、光吸収層１０５と、光吸収層１０５の上層のｐ型バッファ層１０６との境界１１５において保護膜１２０の膜厚が不均一となるため、素子特性の低下の問題は、より深刻になる。
【０００９】
図２は、他のメサ構造を有する半導体受光素子２００の構造を示す概略断面図である。この半導体受光素子２００では、半絶縁性基板２０１上に、ｎ型バッファ層２０２およびメサ構造２０３が積層されている。メサ構造２０３は、ｎ型バッファ層２０４、光吸収層２０５、ｐ型バッファ層２０６およびｐ型コンタクト層２０７がこの順に積層された構造を有している。このメサ構造２０３の全体を被覆するように保護膜（パシベーション膜）２２０が形成されており、この保護膜２２０の開口部を介してｐ側電極２２１がｐ型コンタクト層２０７の上面と接するように形成されている。他方、メサ構造２０３を囲む環状溝部にはｎ側電極２２２が形成されている。このｎ側電極２２２がｎ型バッファ層２０２を介してメサ構造２０３と電気的に接続される。なお、基板２０１の裏面には反射防止膜であるＡＲコート２２５が設けられている。
【００１０】
メサ構造２０３は、半絶縁性基板２０１上にエピタキシャル成長された結晶構造を、マスクを用いてエッチングして環状溝部を形成することにより形成される。ここで、エッチングされる結晶構造は、複数の組成の異なる結晶層からなるが、これら結晶層のエッチングレートが同程度となるエッチング条件が選択されるので、これら結晶層は、エッチングレートに関して非選択的にエッチング（以下、「非選択エッチング」と呼ぶ。）されることとなる。このような非選択エッチングを使用すれば、図２に示されるように、メサ構造２０３の側壁を平滑にすることが可能である。
【００１１】
ｎ側電極２２２をｎ型バッファ層２０２を介してメサ構造２０３と電気的に接続しなければならないため、環状溝部の最深部をｎ型バッファ層２０２の途中部に留める必要がある。よって、歩留まり向上のためには、図２に示されるように、ｎ型バッファ層２０２の厚みを比較的大きくし、エッチング時間を精度良く制御することが必要である。しかしながら、ｎ型バッファ層２０２を厚くすると、エピタキシャル結晶成長時間の増加や、原料の消費量の増加が生じて製造コストが上昇する。他方、ｎ型バッファ層２０２を薄くすれば、オーバーエッチングを回避するためのエッチング条件の許容範囲が狭くなり、また、最適なエッチング条件を見つけ出しその条件をテストする作業が必要となることから、製造コストが上昇する。よって、ｎ型バッファ層２０２の膜厚には、製造コストを考慮した最低膜厚が厳然として存在する。
【００１２】
上記に鑑みて本発明の目的は、絶縁性または半絶縁性の基板上にメサ構造を有する半導体受光素子であって、素子特性の劣化を回避し得る構成を持つ半導体受光素子を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、絶縁性または半絶縁性の基板上にメサ構造を有する半導体受光素子の製造方法であって、製造コストを上昇させずに素子特性の劣化を回避し得る半導体受光素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
本発明によれば、電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板と、前記基板の主面上に形成された第１導電型の第１バッファ層と、前記第１バッファ層上に形成され、かつ入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層と、前記光吸収層上に形成されたエッチングストップ層と、前記エッチングストップ層上に形成され、かつ前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２バッファ層と、前記第１バッファ層と電気的に接続された第１電極と、前記第２バッファ層と電気的に接続された第２電極と、前記第１バッファ層、前記光吸収層および前記第２バッファ層を被覆する保護膜と、を備えた半導体受光素子が提供される。この半導体受光素子では、少なくとも前記第２バッファ層が第１のメサ構造を構成しており、前記第１バッファ層、前記光吸収層および前記エッチングストップ層が前記第１のメサ構造の直下で第２のメサ構造を構成しており、前記第２のメサ構造の平面視領域は、前記第１のメサ構造の平面視領域を包含し、かつ前記第１のメサ構造の平面視領域よりも広い。
【００１５】
本発明によれば、電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板の主面上に、第１導電型の第１バッファ層と、入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層と、エッチングストップ層とをこの順に積層する工程と、前記エッチングストップ層上に、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２バッファ層を含む積層構造を形成する工程と、前記エッチングストップ層をエッチングストッパとして用いて前記積層構造を選択的にエッチングすることにより第１のメサ構造を形成する工程と、前記エッチングストップ層、前記光吸収層および前記第１バッファ層をエッチングすることにより第２のメサ構造を形成する工程と、前記第１バッファ層と電気的に接続される第１電極を前記第２のメサ構造の端部に形成する工程と、前記第２バッファ層と電気的に接続される第２電極を前記第１のメサ構造上に形成する工程と、を備える半導体受光素子の製造方法が提供される。
【００１６】
上記の通り、本発明による半導体受光素子は、第１のメサ構造を被覆する保護膜の膜厚を均一化することができ、第２のメサ構造の外周端から離れた位置に光電変換領域を設けることができる構成を有している。したがって、高い信頼性と歩留まり向上とを実現し得る半導体受光素子を提供することが可能である。
【００１７】
本発明による半導体受光素子の製造方法は、第１のメサ構造を被覆する保護膜の膜厚を均一化することができ、さらに、エッチング条件を最適化すれば、第２のメサ構造を被覆する保護膜の膜厚を均一化することもできる。しかも、第２電極と第２バッファ層との間の電気的接続を確実に確保することが可能である。したがって、製造コストを上昇させずに素子特性の劣化を回避して、高い信頼性と歩留まり向上と低コスト化とを実現し得る半導体受光素子の製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１９】
【図１】メサ構造を有する半導体受光素子の構造を示す概略断面図である。
【図２】他のメサ構造を有する半導体受光素子の構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施形態の半導体受光素子の外観を概略的に示す斜視図である。
【図４】図３の半導体受光素子の４ａ−４ａ線に沿った概略断面図である。
【図５】本発明に係る第２の実施形態の半導体受光素子の外観を概略的に示す斜視図である。
【図６】図５の半導体受光素子の６ａ−６ａ線に沿った概略断面図である。
【図７】本発明に係る第３の実施形態の半導体受光素子の外観を概略的に示す斜視図である。
【図８】図７の半導体受光素子の８ａ−８ａ線に沿った概略断面図である。
【図９】関連する技術を説明する図である。
【図１０】関連する技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。
【００２１】
（第１の実施形態）
図３は、本発明に係る第１の実施形態の半導体受光素子１０の外観を概略的に示す斜視図であり、図４は、図３の半導体受光素子１０の４ａ−４ａ線に沿った概略断面図である。
【００２２】
図４に示されるように、半導体受光素子１０は、電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板１１の主面上に形成された第１導電型（ｎ型）のバッファ層１２，１４を有する。バッファ層１４上には、入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層１５が形成されており、この光吸収層１５上には、ｉ型エッチングストップ層１８を介して、第１導電型とは逆の第２導電型（ｐ型）のバッファ層１６を含む第１のメサ構造３１が形成されている。これら光吸収層１５、ｉ型エッチングストップ層１８および第１のメサ構造３１を被覆するように保護膜（パシベーション膜）２０が成膜されている。また、バッファ層１２と電気的に接続されるようにｎ側電極２２が形成されるとともに、第１のメサ構造３１上でｐ型バッファ層１６と電気的に接続されるようにｐ側電極２１が形成されている。このような構成により、ｐ側電極２１とｎ側電極２２との間にｐｉｎ接合が構成される。
【００２３】
第１のメサ構造３１は、ｉ型エッチングストップ層１８上に、ｉ型バッファ層２３、ｐ型バッファ層１６およびｐ型コンタクト層１７がこの順で積層された構造を有する。ｉ型エッチングストップ層１８は、光吸収層１５とｉ型バッファ層２３との間に介在する真性半導体層、または、ノンドープに近いキャリア濃度を有する半導体層である。具体的には、ｉ型エッチングストップ層１８のキャリア濃度は、１Ｅ１６ｃｍ−３以下とする。こうすることで、ｐ側電極２１とｎ側電極２２との間に逆バイアスを印加した際、光吸収層１５に電圧が印加され、第１のメサ構造３１の直下にある部分のみが光吸収した信号を高速に電気信号に変換することができる。基板１１がＩｎＰ基板である場合、ｉ型エッチングストップ層１８は、ＩｎＰに格子整合するＩｎ（１−ｘ）Ｇａ（ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）（０≦ｘ≦０．４８、０≦ｙ≦１）とし、第１のメサ構造を構成する半導体層（ｐ型バッファ層１６、ｐ型コンタクト層１７及びｉ型バッファ層２３）をＩｎＰに格子整合するＩｎ（１−ｐ−ｑ）Ｇａ（ｐ）Ａｌ（ｑ）Ａｓ（０≦ｐ≦０．４８、０≦ｑ≦０．４８）とすることが好ましい。このとき、これら半導体層の材料として、各半導体のバンドギャップが信号光（〜１．２μｍ）より大きくなるように組成比を選択するとより好ましい。具体的には、ｉ型エッチングストップ層１８では、Ｇａ組成を２０％以下とし、Ａｓ組成を４４％以下とするとより好ましい。こうすることで、このｉ型エッチングストップ層１８は、第１のメサ構造３１のエッチング工程の際に、第１のメサ構造３１の構成材料のエッチングレートよりも数倍遅いエッチングレートを有するので、エッチングストッパとして機能することができる。
【００２４】
図４に示されるように、バッファ層１２，１４、光吸収層１５およびｉ型エッチングストップ層１８からなる積層構造は、第１のメサ構造３１の直下で第２のメサ構造を構成している。この第２のメサ構造の外周端部のコンタクト領域ＣＡで、ｎ側電極２２はバッファ層１２と電気的に接続されている。
【００２５】
図３および図４に示されるように、この第２のメサ構造は、受光部Ａ１、接続部Ａ２および電極パッド部Ａ３からなる。受光部Ａ１は、第１のメサ構造３１の直下に位置し、かつ、受光部Ａ１の平面視領域（平面視形状が占める領域）は、第１のメサ構造３１の平面視領域を包含している。一方、電極パッド部Ａ３は、第１のメサ構造３１とは基板１１の面内方向に離間して形成されており、電極パッド部Ａ３の端部を含む全表面には、ｎ側電極２２が成膜されている。
【００２６】
接続部Ａ２は、基板１１の面内方向に長手方向を有する細長形状を有し、電極パッド部Ａ３と受光部Ａ１とを基板１１の面内方向に接続するものである。受光部Ａ１の外周端は、接続部Ａ２の長手方向一端と連続的に接続されており、電極パッド部Ａ３の外周端は、接続部Ａ２の長手方向他端と連続的に接続されている。図３に示されるように、接続部Ａ２と受光部Ａ１と電極パッド部Ａ３とは、ダンベル形状を有している。
【００２７】
また、図３に示されるように、受光部Ａ１、接続部Ａ２および電極パッド部Ａ３からなる第２のメサ構造の平面視領域は、第１のメサ構造３１の平面視領域を包含し、かつ第１のメサ構造３１の平面視領域よりも広い。このため、第１のメサ構造３１の外周端と第２のメサ構造の外周端との間には段差が存在し、第２のメサ構造の受光部Ａ１は、第１のメサ構造３１の外周端に対して張り出し部分３２を有する。
【００２８】
上記構成を有する半導体受光素子１０の製造方法は、以下の（ａ）〜（ｆ）の基本工程からなる。
【００２９】
（ａ）電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板１１の主面上に、第１導電型（ｎ型）の第１バッファ層と、入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層と、ｉ型エッチングストップ層とをこの順に積層する工程。
（ｂ）ｉ型エッチングストップ層上に、第１導電型とは逆の第２導電型（ｐ型）の第２バッファ層を含む積層構造を形成する工程。
（ｃ）前記ｉ型エッチングストップ層をエッチングストッパとして用いて前記積層構造を選択的にエッチングすることにより、図４に示す第１のメサ構造３１を形成する工程。
（ｄ）前記ｉ型エッチングストップ層、前記光吸収層および前記第１バッファ層をエッチングすることにより、図４に示すように加工されたバッファ層１２，１４、光吸収層１５およびｉ型エッチングストップ層１８からなる第２のメサ構造を形成する工程。
（ｅ）バッファ層１２と電気的に接続されるｎ側電極２２を第２のメサ構造の端部に形成する工程。
（ｆ）バッファ層１６と電気的に接続されるｐ側電極２１を第１のメサ構造３１上に形成する工程。
【００３０】
以下、半導体受光素子１０の好適な製造方法をより詳細に説明する。
【００３１】
基板１１としては、たとえば、ＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板などの、鉄（Ｆｅ）がドープされたIII−Ｖ族化合物半導体基板を使用すればよい。あるいは、半絶縁性を有するように不純物が導入されたＩｎＰ基板もしくはＧａＡｓ基板を基板１１として使用することができる。この基板１１上には、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法や有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法により、バッファ層１２，１４、光吸収層１５、ｉ型エッチングストップ層１８、ｉ型バッファ層２３、ｐ型バッファ層１６およびｐ型コンタクト層１７を構成する結晶層が順次エピタキシャル成長される（工程（ａ）〜（ｂ））。これらエピタキシャル結晶層の構成材料としては、たとえば、ＩｎＰ，ＧａＩｎＰ，ＡｌＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＡｌＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰが挙げられる。光吸収層１５の構成材料には、半導体受光素子１０に入射される信号光の波長に対応するエネルギーよりも小さなバンドギャップを持つ材料を使用すればよい。
【００３２】
具体的には、基板４１としてＦｅがドープされたＩｎＰ基板を、ｎ型バッファ層１２，１４としてｎ型ＩｎＰ層を、光吸収層１５としてノンドープｉ型ＩｎＧａＡｓ層を、ｉ型エッチングストップ層１８としてノンドープＩｎＰ層を、ｉ型バッファ層２３としてｉ型ＩｎＡｌＡｓ層を、ｐ型バッファ層１６としてｐ型ＩｎＡｌＡｓ層を、ｐ型コンタクト層１７としてｐ型ＩｎＧａＡｓ層を、それぞれ使用することができる。ｎ型バッファ層１２の厚みは、０．１μｍ以上、２μｍ以下で作製すればよい。抵抗を下げる観点と作製能率を向上させる観点から、０．２μｍ以上、１μｍ以下で作製するのがさらに好ましい。光吸収層１５の厚みは、たとえば、約０．１μｍ〜２．０μｍの範囲内であればよい。また、ｉ型バッファ層２３の膜厚は、約０．５μｍ以下とすればよい。
【００３３】
次に、基板１１上にエピタキシャル成長された積層構造上にマスクパターンを形成し、これを用いたウェットエッチングを実行して第１のメサ構造３１を形成する（工程（ｃ））。ｉ型エッチングストップ層１８がノンドープＩｎＰ層の場合、エッチャント液としては、ＩｎＰ層のエッチングレートが低くなるクエン酸系またはリン酸系の液を使用することができる。第１のメサ構造３１が形成された後、マスクパターンは除去される。
【００３４】
本実施形態の第１のメサ構造３１の平面視領域は円形状を有しており、その大きさは受光領域の大きさとほぼ同一になる。受光領域の直径（受光径）は、約８μｍ〜８０μｍの範囲内であればよく、たとえば、約２０μｍとすることができる。受光径を２０μｍにする場合、第１のメサ構造３１の平面視領域の直径が２０μｍに設定されるようにマスクパターンを形成すればよい。
【００３５】
次に、第１のメサ構造３１を被覆するマスクパターンを形成し、これを用いた非選択エッチングを実行して第２のメサ構造を形成する（工程（ｄ））。すなわち、加工前のｉ型エッチングストップ層、光吸収層および第１バッファ層のエッチングレートが同程度となるエッチング条件（エッチャントの種類や温度条件など）を使用したウェットエッチングが実行される。これにより、第２のメサ構造の側壁を平滑にすることができる。エッチング液として、たとえば、臭素の水溶液、あるいは、臭素とメタノールの混合液を使用すればよいが、これに限定されるものではない。第２のメサ構造が形成された後、マスクパターンは除去される。
【００３６】
この結果、図３に示されるようなダンベル形状の第２のメサ構造が形成される。また、図４に示されるように、第１のメサ構造３１と第２のメサ構造との間に段差が形成され、張り出し部分３２が形成される。この張り出し部分３２の長さｄ２の下限は作製精度に依存するので、コンタクトマスクを使用してメサ構造を形成するのであれば、長さｄ２を５μｍ以上に設定することが望ましい。作製精度がより高い方法（たとえば、投影型の露光装置を用いた方法）でメサ構造を形成する場合には、長さｄ２の下限を１μｍ程度に設定することが可能である。
【００３７】
また、張り出し部分３２の長さｄ２は、約１０μｍにすればよいが、これに限定されるものではない。長さｄ２を、半導体受光素子１０の駆動時に形成される空乏層の厚み以上に設定すれば、受光部Ａ１の側壁での電界低減効果を生じさせることができる。空乏層は、ｉ型バッファ層２３、光吸収層１５およびｉ型エッチングストップ層１８を含む領域に形成される。通常、空乏層の厚みは５μｍ以下となるように設計されるため、長さｄ２が少なくとも５μｍ程度あれば、多くの場合、この電界低減効果を起こすことができる。よって、長さｄ２は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内に収まるように設計すればよい。
【００３８】
他方、空乏層の厚みｄ３が５μｍを超える場合、受光部Ａ１の側壁での電界低減効果を生じさせるために、張り出し部分３２の長さｄ２がｄ３を超えるように設計することが望ましい。
【００３９】
第２のメサ構造の接続部Ａ２は、５μｍ〜１０μｍの幅と、１０μｍ〜２００μｍの長さとを有するように形成される。接続部Ａ２の長さは、半導体受光素子１０の素子サイズに応じて決まる。一般的な素子サイズは、２００μｍ×２００μｍ〜５００μｍ×５００μｍ程度であるので、半導体受光素子１０の素子サイズを、たとえば、３００μｍ×３００μｍ程度に設定すればよい。
【００４０】
図３に示されるように、第２のメサ構造の受光部Ａ１の平面視領域は円形状を有している。暗電流による影響を抑制するために、接続部Ａ２の平面視領域の幅Ｄｗは、受光部Ａ１の周長の１０％以下であり、かつ５μｍ以上にすることが望ましい。受光部Ａ１の周長が１２５．６μｍ（＝２×３．１４×２０μｍ）である場合、当該周長の１０％である１２μｍまたはその近傍の値に幅Ｄｗを設定することができる。
【００４１】
上記の如き第２のメサ構造を形成した後は、この第２のメサ構造と第１のメサ構造３１とを被覆する保護膜（パシベーション膜）２０を形成する。この保護膜２０は、たとえば、プラズマＣＶＤ法でシリコン窒化膜などの絶縁膜を堆積して形成すればよい。フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングにより、この絶縁膜にはｐ側電極用の開口部が形成されると同時に、電極パッド部Ａ３の側壁を含む端部の絶縁膜が除去される。
【００４２】
次に、真空蒸着法やスパッタ法により、第２のメサ構造の端部においてｎ型バッファ層１２と電気的に接続されるｎ側電極２２が形成される（工程（ｅ））。同時に、第１のメサ構造３１の上に、ｐ型コンタクト層１７を介してｐ型バッファ層１６と電気的に接続されるｐ側電極２１が形成される（工程（ｆ））。その後、研磨、電極配線およびＡＲ膜形成などの後工程が実行される。
【００４３】
上記のように作製された半導体受光素子１０が奏する効果は、以下の通りである。
【００４４】
半導体受光素子１０は、光吸収層１５とｐ型バッファ層１６との間にｉ型エッチングストップ層１８が介在しているので、ｉ型エッチングストップ層１８をエッチングストッパとして用いたエッチングにより、ｐ型バッファ層１６を含む第１のメサ構造３１を形成することができる。これにより、第１のメサ構造３１と第２のメサ構造とに異なるエッチング条件（エッチャントの種類や温度条件など）を適用することができるため、第２のメサ構造の形成時には、光吸収層１５及びその下層にあるｎ型バッファ層１４のメサ側壁を平滑化できるエッチング条件を採用することができる。したがって、光吸収層１５の上下の層が横に張り出すことを防ぐことができ、光吸収層１５とｎ型バッファ層１４との境界を均一に保護膜２０で覆うことができる。また、第２のメサ構造を形成するためのエッチング条件の許容範囲を広くすることができるため、光吸収層１５とは組成が大きく異なる第１のメサ構造３１の側壁を平滑化して、この第１のメサ構造３１を被覆する保護膜２０の膜厚を均一化することができる。
【００４５】
また、第２のメサ構造の側壁を平滑化するようにエッチング条件を最適化することも可能である。上記製造方法によれば、光吸収層１５の上方に位置するエッチングストップ層１８を用いて第１のメサ構造３１が形成され（工程（ｃ））、その後、ｉ型エッチングストップ層１８、光吸収層１５およびバッファ層１２，１４を非選択エッチングして第２のメサ構造が形成されている（工程（ｄ））。よって、第２のメサ構造の側壁を平滑化し、この第２のメサ構造を被覆する保護膜２０の膜厚を均一化することができる。
【００４６】
なお、第１のメサ構造３１に対するエッチング条件とは無関係に光吸収層１５の材料を選択することができるので、光吸収層の材料選択の自由度の拡大も可能である。
【００４７】
さらに、第２のメサ構造の平面視領域は、第１のメサ構造３１の平面視領域よりも広いため、第１のメサ構造３１と第２のメサ構造との間に段差が存在し、第２のメサ構造の外周端は、第１のメサ構造の外周端よりも外側に位置することになる。入射光に応じて電子・正孔対を生成する光電変換領域は、第１のメサ構造３１の直下の領域およびその近傍に限定される。よって、この光電変換領域は、第２のメサ構造の外周端から離れた位置に設けられるため、たとえ第２のメサ構造の側壁に形成された保護膜２０の膜厚が不均一であっても、光電変換領域がその不均一の影響を受ける可能性を小さくすることができる。
【００４８】
ｎ側電極２２は、第２のメサ構造の端部を介してｎ型バッファ層１２と電気的に接続されるため、たとえｎ型バッファ層１２が薄膜であってもｎ側電極２２とｎ型バッファ層１２との間の電気的接続を確実に確保することができる。よって、オーバーエッチングによる素子不良が発生しないため、エッチング条件設定も容易となり、歩留まりが向上する。また、ｎ型バッファ層１２を薄膜化することにより製造コストを低減することが可能である。
【００４９】
また、半導体受光素子１０は、光吸収層１５の上方に位置するｉ型エッチングストップ層１８を用いて第１のメサ構造３１を形成し、その後、エッチングストップ層１８、光吸収層１５およびｎ型バッファ層１２をエッチングして第２のメサ構造を形成する。それ故、これら第１のメサ構造３１と第２のメサ構造とに異なるエッチング条件（エッチャントの種類や温度条件など）を適用することができる。よって、第１のメサ構造３１を形成するためのエッチング条件の許容範囲が広いため、光吸収層１５とは組成が大きく異なるｐ型バッファ層１６を含む第１のメサ構造３１の側壁を平滑化して、この第１のメサ構造３１を被覆する保護膜２０の膜厚を均一化することが可能である。
【００５０】
また、光吸収層１５およびｎ型バッファ層１２のエッチングレートが同程度となるような非選択的なエッチング条件を適用することにより、第２のメサ構造の側壁を平滑化し、この第２のメサ構造を被覆する保護膜２０の膜厚を均一化することができる。さらに、第１のメサ構造３１に対するエッチング条件とは無関係に光吸収層１５の材料を選択することができるので光吸収層１５の材料選択の自由度の拡大が可能となる。
【００５１】
さらに、本実施形態による製造方法は、ｎ型電極２２を第２のメサ構造の端部を介してｐ型バッファ層１６と電気的に接続することができるため、たとえｎ型バッファ層１２が薄膜であってもｎ型電極２２とｎ型バッファ層１２との間の電気的接続を確実に確保することができる。
【００５２】
以上により、高い信頼性、歩留まり向上および製造コストの低減を実現し得る半導体受光素子１０およびその製造方法を提供することが可能である。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態の半導体受光素子４０の外観を概略的に示す斜視図であり、図６は、図５の半導体受光素子４０の６ａ−６ａ線に沿った概略断面図である。
【００５４】
この半導体受光素子４０は、電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板４１の主面上に形成された第１導電型（ｎ型）のバッファ層４２を有する。このバッファ層４２上には、入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層４５が形成されており、この光吸収層４５上には、ｉ型エッチングストップ層４８を介して、第１導電型とは逆の第２導電型（ｐ型）のバッファ層４６を含む第１のメサ構造６１が形成されている。これら光吸収層４５、ｉ型エッチングストップ層４８および第１のメサ構造６１を被覆するように保護膜（パシベーション膜）５０が成膜されている。また、バッファ層４２と電気的に接続されるようにｎ側電極５２が形成されるとともに、第１のメサ構造６１上で、ｐ型コンタクト層４７を介してｐ型バッファ層４６と電気的に接続されるようにｐ側電極５１が形成されている。このような構成により、ｐ側電極５１とｎ側電極５２との間にｐｉｎ接合が構成される。
【００５５】
第１のメサ構造６１は、ｉ型エッチングストップ層４８上に、ｐ型バッファ層４６およびｐ型コンタクト層４７がこの順で積層された構造を有する。ｉ型エッチングストップ層４８は、光吸収層４５とｐ型バッファ層４６との間に介在する真性半導体層、または、ノンドープに近いキャリア濃度を有する半導体層である。このｉ型エッチングストップ層４８のキャリア濃度及び材料の選択は、第１の実施形態のｉ型エッチングストップ層１８と同様にすることができる。また、第１のメサ構造６１の材料も第１の実施形態の第１のメサ構造３１と同様にすることができる。こうすることで、このｉ型エッチングストップ層４８は、第１のメサ構造６１のエッチング工程の際に、第１のメサ構造６１の構成材料のエッチングレートよりも数倍遅いエッチングレートを有するので、エッチングストッパとして機能することができる。
【００５６】
図６に示されるように、バッファ層４２、光吸収層４５およびｉ型エッチングストップ層４８からなる積層構造は、第１のメサ構造６１の直下で第２のメサ構造を構成している。この第２のメサ構造の外周端部のコンタクト領域ＣＡで、ｎ側電極５２はバッファ層４２と電気的に接続されている。
【００５７】
図５および図６に示されるように、この第２のメサ構造は、受光部Ｂ１、接続部Ｂ２および電極パッド部Ｂ３からなる。受光部Ｂ１は、第１のメサ構造６１の直下に位置し、かつ、受光部Ｂ１の平面視領域は、第１のメサ構造６１の平面視領域を包含している。一方、電極パッド部Ｂ３は、第１のメサ構造６１とは基板４１の面内方向に離間して形成されており、電極パッド部Ｂ３の端部を含む全表面には、ｎ側電極５２が成膜されている。さらに、図５に示されるように、電極パッド部Ｂ３の平面視領域は、受光部Ｂ１の平面視領域を取り囲むように環状に形成されている。そして、接続部Ｂ２は、電極パッド部Ｂ３の内周端と受光部Ｂ１の外周端とを基板４１の面内方向に接続するものである。
【００５８】
また、図６に示されるように、受光部Ｂ１、接続部Ｂ２および電極パッド部Ｂ３からなる第２のメサ構造の平面視領域（平面視形状が占める領域）は、第１のメサ構造６１の平面視領域を包含し、かつ第１のメサ構造６１の平面視領域よりも広い。このため、第１のメサ構造６１の外周端と第２のメサ構造の外周端との間には段差が存在し、第２のメサ構造の受光部Ｂ１は、第１のメサ構造６１の外周端に対して張り出し部分６２を有する。
【００５９】
上記構成を有する半導体受光素子４０の製造方法は、以下の（ａ）〜（ｆ）の基本工程からなる。
【００６０】
（ａ）電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板４１の主面上に、第１導電型（ｎ型）の第１バッファ層と、入射光に応じて電子・正孔対を生成する光吸収層と、ｉ型エッチングストップ層とをこの順に積層する工程。
（ｂ）ｉ型エッチングストップ層上に、第１導電型とは逆の第２導電型（ｐ型）の第２バッファ層を含む積層構造を形成する工程。
（ｃ）前記ｉ型エッチングストップ層をエッチングストッパとして用いて前記積層構造を選択的にエッチングすることにより、図６に示す第１のメサ構造６１を形成する工程。
（ｄ）前記ｉ型エッチングストップ層、前記光吸収層および前記第１バッファ層をエッチングすることにより、図６に示すように加工されたバッファ層４２、光吸収層４５およびｉ型エッチングストップ層４８からなる第２のメサ構造を形成する工程。
（ｅ）バッファ層４２と電気的に接続されるｎ側電極５２を第２のメサ構造の端部に形成する工程。
（ｆ）バッファ層４６と電気的に接続されるｐ側電極５１を第１のメサ構造６１上に形成する工程。
【００６１】
以下、半導体受光素子４０の好適な製造方法をより詳細に説明する。
【００６２】
基板４１としては、第１の実施形態の基板１１（図４）と同じものを使用すればよい。この基板４１上には、ＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、ｎ型バッファ層４２、光吸収層４５、ｉ型エッチングストップ層４８、ｐ型バッファ層４６およびｐ型コンタクト層４７を構成する結晶層が順次エピタキシャル成長される（工程（ａ）〜（ｂ））。これらエピタキシャル結晶層の構成材料としては、たとえば、ＩｎＰ，ＧａＩｎＰ，ＡｌＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＡｌＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰが挙げられる。また、光吸収層４５の構成材料には、半導体受光素子４０に入射される信号光の波長に対応するエネルギーよりも大きなバンドギャップを持つ材料を使用すればよい。
【００６３】
具体的には、基板４１としてＦｅがドープされたＩｎＰ基板を、ｎ型バッファ層４２としてｎ型ＩｎＰ層を、光吸収層４５としてノンドープｉ型ＩｎＧａＡｓ層を、ｉ型エッチングストップ層４８としてノンドープｉ型ＩｎＰ層を、ｐ型バッファ層４６としてｐ型ＩｎＡｌＡｓ層を、ｐ型コンタクト層４７としてｐ型ＩｎＧａＡｓ層を、それぞれ使用することができる。
【００６４】
次に、基板４１上にエピタキシャル成長された積層構造上にマスクパターンを形成し、これを用いたウェットエッチングを実行して第１のメサ構造６１を形成する（工程（ｃ））。ｉ型エッチングストップ層４８がノンドープＩｎＰ層の場合、エッチャント液としては、ＩｎＰ層のエッチングレートが低くなるクエン酸系またはリン酸系の液を使用することができる。第１のメサ構造６１が形成された後、マスクパターンは除去される。
【００６５】
本実施形態の第１のメサ構造６１の平面視領域は円形状を有しており、その大きさは受光領域の大きさとほぼ同一である。受光領域の直径（受光径）は、約８μｍ〜８０μｍの範囲内であればよく、たとえば、約２０μｍとすることができる。受光径を２０μｍにする場合、第１のメサ構造６１の平面視領域の直径が２０μｍに設定されるようにマスクパターンを形成すればよい。
【００６６】
次に、第１のメサ構造６１を被覆するマスクパターンを形成し、これを用いた非選択エッチングを実行して第２のメサ構造を形成する（工程（ｄ））。すなわち、加工前のｉ型エッチングストップ層、光吸収層および第１バッファ層のエッチングレートが同程度となるエッチング条件（エッチャントの種類や温度条件など）を使用したウェットエッチングが実行される。これにより、第２のメサ構造の側壁を平滑にすることができる。エッチング液として、たとえば、臭素の水溶液、あるいは、臭素とメタノールの混合液を使用すればよいが、これに限定されるものではない。第２のメサ構造が形成された後、マスクパターンは除去される。
【００６７】
この結果、図５に示されるように、受光部Ｂ１の外周を取り囲む環状の電極パッド部Ｂ３を有する第２のメサ構造が形成される。また、図６に示されるように、第１のメサ構造６１と第２のメサ構造との間に段差が形成され、張り出し部分６２が形成される。この張り出し部分６２の長さｄ２は、少なくとも５μｍ程度であればよく、好ましくは、５μｍ〜２０μｍの範囲内にあればよい。また、長さｄ２の下限は作製精度に依存するため、コンタクトマスクを使用してメサ構造を形成するのであれば、長さｄ２を５μｍ以上に設定することが望ましい。作製精度がより高い方法（たとえば、投影型の露光装置を用いた方法）でメサ構造を形成する場合には、長さｄ２の下限を１μｍ程度に設定することが可能である。
【００６８】
また、張り出し部分６２の長さｄ２は、約１０μｍにすればよいが、これに限定されるものではない。長さｄ２を、半導体受光素子４０の駆動時に形成される空乏層の厚み以上に設定すれば、受光部Ｂ１の側壁での電界低減効果を生じさせることができる。空乏層は、ｐ型バッファ層４６、ｉ型エッチングストップ層４８および光吸収層４５を含む領域に形成される。通常、この空乏層の厚みは５μｍ以下となるように設計されるため、長さｄ２が少なくとも５μｍ程度あれば、多くの場合、この電界低減効果を起こすことができる。よって、長さｄ２は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内に収まるように設計すればよい。
【００６９】
他方、空乏層の厚みｄ３が５μｍを超える場合、受光部Ｂ１の側壁での電界低減効果を生じさせるために、張り出し部分６２の長さｄ２がｄ３を超えるように設計することが望ましい。
【００７０】
第２のメサ構造の接続部Ｂ２は、５μｍ程度の幅と、１０μｍ〜５０μｍの長さとを有するように形成される。
【００７１】
上記の如き第２のメサ構造を形成した後は、この第２のメサ構造と第１のメサ構造６１とを被覆する保護膜（パシベーション膜）５０を形成する。この保護膜５０は、たとえば、プラズマＣＶＤ法でシリコン窒化膜などの絶縁膜を堆積して形成すればよい。フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングにより、この絶縁膜にはｐ側電極用の開口部が形成されると同時に、電極パッド部Ｂ３の側壁を含む端部の絶縁膜が除去される。
【００７２】
次に、真空蒸着法やスパッタ法により、第２のメサ構造の端部においてｎ型バッファ層４２と電気的に接続されるｎ側電極５２が形成される（工程（ｅ））。同時に、第１のメサ構造６１の上に、ｐ型コンタクト層４７を介してｐ型バッファ層４６と電気的に接続されるｐ側電極５１が形成される（工程（ｆ））。その後、研磨、電極配線およびＡＲ膜形成などの後工程が実行される。
【００７３】
上記のように作製された半導体受光素子４０が奏する効果は、以下の通りである。
【００７４】
上記第１の実施形態と同様に、第２の実施形態の半導体受光素子４０は、当該半導体受光素子４０の上部に第１のメサ構造６１を有し、この第１のメサ構造６１の直下に第２のメサ構造を有するので、これら第１のメサ構造６１と第２のメサ構造とに異なるエッチング条件（エッチャントの種類や温度条件など）を適用し得る構成を有している。よって、第１のメサ構造６１を形成するためのエッチング条件の許容範囲が広いため、光吸収層４５とは組成が大きく異なる第１のメサ構造６１の側壁を平滑化して、この第１のメサ構造６１を被覆する保護膜５０の膜厚を均一化することができる。
【００７５】
また、第１の実施形態と同様に、第２のメサ構造の側壁を平滑化するようにエッチング条件を最適化することも可能である。第１のメサ構造６１に対するエッチング条件とは無関係に光吸収層４５の材料を選択することができるので、光吸収層４５の材料選択の自由度の拡大も可能である。
【００７６】
上述の通り、第２のメサ構造の平面視領域は、第１のメサ構造６１の平面視領域よりも広いため、第１のメサ構造６１と第２のメサ構造との間に段差が存在し、第２のメサ構造の外周端は、第１のメサ構造６１の外周端よりも外側に位置することになる。入射光に応じて電子・正孔対を生成する光電変換領域は、第１のメサ構造６１の直下の領域およびその近傍に限定される。よって、この光電変換領域は、第２のメサ構造の外周端から離れた位置に設けられるため、たとえ第２のメサ構造の受光部Ｂ１の側壁に形成された保護膜５０の膜厚が不均一であっても、光電変換領域がその不均一の影響を受ける可能性を小さくすることができる。
【００７７】
ｎ側電極５２は、受光部Ｂ１と離間した環状の電極パッド部Ｂ３を介してｎ型バッファ層４２と電気的に接続されるため、たとえｎ型バッファ層４２が薄膜であってもｎ側電極５２とｎ型バッファ層４２との間の電気的接続を確実に確保することができる。よって、オーバーエッチングによる素子不良が発生しないため、エッチング条件設定も容易となり、歩留まりが向上する。また、ｎ型バッファ層４２を薄膜化することにより製造コストを低減することが可能である。
【００７８】
以上により、第２の実施形態においても、高い信頼性、歩留まり向上および製造コストの低減を実現し得る半導体受光素子４０およびその製造方法を提供することが可能である。
【００７９】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態の半導体受光素子７０の外観を概略的に示す斜視図であり、図８は、図７の半導体受光素子７０の８ａ−８ａ線に沿った概略断面図である。この半導体受光素子７０は、光吸収層７５とｎ型バッファ層７３との間にｐ型電界緩和層７４およびアバランシェ増倍層７９が形成された点を除いて、上記第２の実施形態の半導体受光素子４０と類似した構造を有している。
【００８０】
すなわち、第３の実施形態の半導体受光素子７０は、電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板７１の主面上に形成された第１導電型（ｎ型）のバッファ層７２，７３を有する。このバッファ層７３上には、アバランシェ増倍層７９、ｐ型電界緩和層７４および光吸収層７５が形成されており、この光吸収層７５上には、ｉ型エッチングストップ層７８を介して、第１導電型とは逆の第２導電型（ｐ型）のバッファ層７６を含む第１のメサ構造９１が形成されている。これら第１のメサ構造９１、ｉ型エッチングストップ層７８、光吸収層７５、ｐ型電界緩和層７４およびアバランシェ増倍層７９を被覆するように保護膜（パシベーション膜）８０が成膜されている。また、バッファ層７２と電気的に接続されるようにｎ側電極８２が形成されるとともに、第１のメサ構造９１上でｐ型バッファ層７６と電気的に接続されるようにｐ側電極８１が形成されている。このような構成により、ｐ側電極８１とｎ側電極８２との間にｐｉｎ接合が構成される。
【００８１】
第１のメサ構造９１は、ｉ型エッチングストップ層７８上に、ｐ型バッファ層７６およびｐ型コンタクト層７７がこの順で積層された構造を有する。ｉ型エッチングストップ層７８は、光吸収層７５とｐ型バッファ層７６との間に介在する真性半導体層、または、ノンドープに近いキャリア濃度を有する半導体層である。このｉ型エッチングストップ層７８のキャリア濃度及び材料の選択は、第１の実施形態のｉ型エッチングストップ層１８と同様にすることができる。また、第１のメサ構造９１の材料も第１の実施形態の第１のメサ構造３１と同様にすることができる。こうすることで、ｉ型エッチングストップ層７８は、第１のメサ構造９１のエッチング工程の際に、第１のメサ構造９１の構成材料のエッチングレートよりも数倍遅いエッチングレートを有するので、エッチングストッパとして機能することができる。
【００８２】
図８に示されるように、バッファ層７２，７３、アバランシェ増倍層７９、ｐ型電界緩和層７４、光吸収層７５およびｉ型エッチングストップ層７８からなる積層構造は、第１のメサ構造９１の直下で第２のメサ構造を構成している。この第２のメサ構造の外周端部のコンタクト領域ＣＡで、ｎ側電極８２はバッファ層７２と電気的に接続されている。
【００８３】
図７および図８に示されるように、この第２のメサ構造は、受光部Ｃ１、接続部Ｃ２および電極パッド部Ｃ３からなる。図７に示されるように、電極パッド部Ｃ３の平面視領域は、受光部Ｃ１の平面視領域を取り囲むように環状に形成されている。そして、接続部Ｃ２は、電極パッド部Ｃ３の内周端と受光部Ｃ１の外周端とを基板７１の面内方向に接続するものである。
【００８４】
また、図７に示されるように、受光部Ｃ１、接続部Ｃ２および電極パッド部Ｃ３からなる第２のメサ構造の平面視領域は、第１のメサ構造９１の平面視領域を包含し、かつ第１のメサ構造９１の平面視領域よりも広い。このため、第１のメサ構造９１の外周端と第２のメサ構造の外周端との間には段差が存在し、第２のメサ構造の受光部Ｃ１は、第１のメサ構造９１の外周端に対して張り出し部分９２を有する。
【００８５】
上記構成を有する半導体受光素子７０の製造方法は、以下の（ａ）〜（ｆ）の基本工程からなる。
【００８６】
（ａ）電気的に半絶縁性または絶縁性を有する基板７１の主面上に、第１導電型（ｎ型）の第１バッファ層、アバランシェ増倍層、ｐ型電界緩和層、光吸収層およびｉ型エッチングストップ層をこの順に積層する工程。
（ｂ）ｉ型エッチングストップ層上に、第１導電型とは逆の第２導電型（ｐ型）の第２バッファ層を含む積層構造を形成する工程。
（ｃ）前記ｉ型エッチングストップ層をエッチングストッパとして用いて前記積層構造を選択的にエッチングすることにより、図８に示す第１のメサ構造９１を形成する工程。
（ｄ）前記第１バッファ層、アバランシェ増倍層、ｐ型電界緩和層、光吸収層およびｉ型エッチングストップ層をエッチングすることにより、図８に示すように加工されたｎ型バッファ層７２，７３、アバランシェ増倍層７９、ｐ型電界緩和層７４、光吸収層７５およびｉ型エッチングストップ層７８からなる第２のメサ構造を形成する工程。
（ｅ）ｎ型バッファ層７２と電気的に接続されるｎ側電極８２を第２のメサ構造の端部に形成する工程。
（ｆ）ｐ型バッファ層７６と電気的に接続されるｐ側電極８１を第１のメサ構造９１上に形成する工程。
【００８７】
以下、半導体受光素子７０の好適な製造方法をより詳細に説明する。
【００８８】
基板７１としては、第１の実施形態の基板１１（図４）と同じものを使用すればよい。この基板７１上には、ＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、ｎ型バッファ層７２，７３、アバランシェ増倍層７９、ｐ型電界緩和層７４、光吸収層７５およびｉ型エッチングストップ層７８を構成する結晶相が順次エピタキシャル成長される（工程（ａ）〜（ｂ））。
【００８９】
具体的には、基板７１としてＦｅがドープされたＩｎＰ基板を、ｎ型バッファ層７２としてｎ型ＩｎＰ層を，ｎ型バッファ層７３としてｎ型ＩｎＡｌＡｓ層を、アバランシェ増倍層７９としてｉ型ＩｎＡｌＡｓ層を、ｐ型電界緩和層７４としてｐ型ＩｎＡｌＡｓ層を、光吸収層７５としてｉ型ＩｎＧａＡｓ層を、ｉ型エッチングストップ層７８としてｉ型ＩｎＰ層を、ｐ型バッファ層７６としてｐ型ＩｎＡｌＡｓ層を、ｐ型コンタクト層７７としてｐ型ＩｎＧａＡｓ層を、それぞれ使用することができる。
【００９０】
次に、基板７１上にエピタキシャル成長された積層構造上にマスクパターンを形成し、これを用いたウェットエッチングを実行して第１のメサ構造９１を形成する（工程（ｃ））。第１のメサ構造９１が形成された後、マスクパターンは除去される。
【００９１】
本実施形態の第１のメサ構造９１の平面視領域は円形状を有しており、その大きさは受光領域の大きさとほぼ同一である。受光領域の直径（受光径）は、約８μｍ〜８０μｍの範囲内であればよく、たとえば、約２０μｍとすることができる。受光径を２０μｍにする場合、第１のメサ構造９１の平面視領域の直径が２０μｍに設定されるようにマスクパターンを形成すればよい。
【００９２】
次に、第１のメサ構造９１を被覆するマスクパターンを形成し、これを用いた非選択エッチングを実行して第２のメサ構造を形成する（工程（ｄ））。すなわち、加工前のｎ型バッファ層、アバランシェ増倍層、ｐ型電界緩和層、光吸収層およびｉ型エッチングストップ層のエッチングレートが同程度となるエッチング条件（エッチャントの種類や温度条件など）を使用したウェットエッチングが実行される。これにより、第２のメサ構造の側壁を平滑にすることができる。エッチング液として、たとえば、臭素の水溶液、あるいは、臭素とメタノールの混合液を使用すればよいが、これに限定されるものではない。第２のメサ構造が形成された後、マスクパターンは除去される。
【００９３】
この結果、図７に示されるように、受光部Ｃ１の外周を取り囲む環状の電極パッド部Ｃ３を有する第２のメサ構造が形成される。また、図８に示されるように、第１のメサ構造９１と第２のメサ構造との間に段差が形成され、張り出し部分９２が形成される。この張り出し部分９２の長さｄ２は、少なくとも５μｍ程度であればよく、好ましくは、５μｍ〜２０μｍの範囲内にあればよい。また、長さｄ２の下限は作製精度に依存するため、コンタクトマスクを使用してメサ構造を形成するのであれば、長さｄ２を５μｍ以上に設定することが望ましい。作製精度がより高い方法（たとえば、投影型の露光装置を用いた方法）でメサ構造を形成する場合には、長さｄ２の下限を１μｍ程度に設定することが可能である。
【００９４】
また、張り出し部分９２の長さｄ２は、約１０μｍにすればよいが、これに限定されるものではない。長さｄ２を、半導体受光素子７０の駆動時に形成される空乏層の厚み以上に設定すれば、受光部Ｃ１の側壁での電界低減効果を生じさせることができる。空乏層は、ｉ型エッチングストップ層７８、光吸収層７５、ｐ型電界緩和層７４およびアバランシェ増倍層７９とを含む領域に形成される。通常、この空乏層の厚みは５μｍ以下となるように設計されるため、長さｄ２が少なくとも５μｍ程度あれば、多くの場合、この電界低減効果を起こすことができる。よって、長さｄ２は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内に収まるように設計すればよい。
【００９５】
他方、空乏層の厚みｄ３が５μｍを超える場合、受光部Ｃ１の側壁での電界低減効果を生じさせるために、張り出し部分９２の長さｄ２がｄ３を超えるように設計することが望ましい。
【００９６】
第２のメサ構造の接続部Ｃ２は、５μｍ程度の幅と、１０μｍ〜５０μｍの長さとを有するように形成される。
【００９７】
上記の如き第２のメサ構造を形成した後は、この第２のメサ構造と第１のメサ構造９１とを被覆する保護膜（パシベーション膜）８０を形成する。この保護膜８０は、たとえば、プラズマＣＶＤ法でシリコン窒化膜などの絶縁膜を堆積して形成すればよい。フォトリソグラフィ技術を用いたエッチングにより、この絶縁膜にはｐ側電極用の開口部が形成されると同時に、電極パッド部Ｃ３の側壁を含む端部の絶縁膜が除去される。
【００９８】
次に、真空蒸着法やスパッタ法により、第２のメサ構造の端部においてｎ型バッファ層７２と電気的に接続されるｎ側電極８２が形成される（工程（ｅ））。同時に、第１のメサ構造９１の上に、ｐ型コンタクト層７７を介してｐ型バッファ層７６と電気的に接続されるｐ側電極８１が形成される（工程（ｆ））。その後、研磨、電極配線およびＡＲ膜形成などの後工程が実行される。
【００９９】
上記のように作製されたアバランシェ増幅型半導体受光素子７０も、上記第２の実施形態の半導体受光素子４０と類似のメサ構造を有するため、第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。したがって、第３の実施形態においても、高い信頼性、歩留まり向上および製造コストの低減を実現し得るアバランシェ増幅型半導体受光素子７０およびその製造方法を提供することが可能である。
【０１００】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、上記第１の実施形態の半導体受光素子１０では、ｐ型バッファ層１６はｉ型バッファ層２３を介してｉ型エッチングストップ層１８と接続されているが、これに限定されるものではない。ｉ型バッファ層２３を形成せず、ｉ型エッチングストップ層１８の上面と直接接するようにｐ型バッファ層１６を形成してもよい。
【０１０１】
上記第１、第２および第３の実施形態の半導体受光素子１０，４０，７０においてｐ型半導体層とｎ型半導体層とを入れ替えたときでも、それぞれ、第１、第２および第３の実施形態と実質的に同じ効果を持つ形態を得ることができる。
【０１０２】
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【０１０３】
この出願は、２００８年９月２９日に出願された日本出願特願２００８−２４９６８１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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