(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の表面に形成された光受光層を含む半導体多層構造よりなる受光部分と、端面に表面側から離れるに従い内側に傾斜した光入射端面を設けることにより、該光入射端面で入射光を屈折させて、入射光が前記光受光層を層厚方向に対し斜めに通過するようにした屈折型半導体受光素子の製造において、
光入射端面形成のための逆メサエッチング溝形成工程後に、該光入射端面の上辺からエッチング溝の最底面までの深さをＨ、劈開キズの深さをＨｃとし、劈開キズを形成するための針の先端部開き角を２δとした時に、逆メサエッチング溝上端の溝幅２Ｗが、２Ｗ≦２（Ｈ＋Ｈｃ）tan δであることを特徴とする半導体受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体受光素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
屈折型半導体受光素子の概略を図２に示す。図２中、符号１１は光入射端面、１２は１μｍ厚ｐ−ＩｎＰ  層、１３は１μｍ厚ＩｎＧａＡｓ光受光層、１４は１μｍ厚ｎ−ＩｎＰ  層、１５は半絶縁性ＩｎＰ  基板、１６はｐ電極、１７はｎ電極を各々図示する。
図２に示すように、光入射傾斜端面の近傍より劈開などによりチップを形成している。この受光素子にファイバ等から光（Ｌ）を入射するとき、ファイバ等からの出射光は距離に対し広がりがあるため、出射光の広がり方に依存するが、通常、受光素子の光入射端面はファイバ等の光出射端面から数十μｍ程度以下の距離に設定する必要がある。このため、図２のように基板１５部分の劈開端面１８は光入射端面１１の近傍に精度よく製造することが必要である。
【０００３】
通常、劈開は基板厚を１００μｍ程度に薄くし、図３のように屈折型半導体受光素子部分が逆メサの溝部分に並列に並んだ構造のウエハに、溝の劈開する部分の端部の一部分にニードル１９等により劈開キズ２０を付け、ここに機械的ショックを与えることによりこのキズ部分が劈開の起点となり、ウエハ全体にわたって劈開がなされるようにして行う。ここで、劈開キズ２０を形成するニードル１９は先端部を円錐ないし角錐状にして最先端が極細に加工されているが、屈折型半導体受光素子のように深いメサが存在する場合、メサ部分の溝幅は、ニードル１９がメサ部に接触しないように十分広く形成され、劈開キズ２０が形成されるが、逆メサ上端部分にニードルが接触しないようにするためには、逆メサ上端より数十μｍ以上離して劈開キズ２０を形成する必要があった。
【０００４】
また、ファイバ等からの出射光の広がり角が大きい場合、ファイバを入射端面の極近傍まで近づけることが重要であり、このため、入射端面の極近傍に劈開キズ２０をつける必要があり、このような場合、強制的にニードル１９を入射端面の極近傍に押し付け劈開キズを形成するが、劈開キズ２０をつける位置近傍の入射端面１１のメサ部分にニードルの円錐ないし角錐状部が接触するため、キズを付ける位置がずれてしまったり、位置ばらつきが大きくなってしまうという問題点があった。これらのために、ウエハより切り出されるチップの収率が低くなってしまうという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、屈折型光受光素子の製造において、ウエハより素子を切り出す際、歩留まりよく光入射端近傍で劈開することのできる製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る半導体受光素子の製造方法は、基板上の表面に形成された光受光層を含む半導体多層構造よりなる受光部分と、端面に表面側から離れるに従い内側に傾斜した光入射端面を設けることにより、該光入射端面で入射光を屈折させて、入射光が前記光受光層を層厚方向に対し斜めに通過するようにした屈折型半導体受光素子の製造において、光入射端面形成のための逆メサエッチング溝形成工程後に、該光入射端面の上辺からエッチング溝の最底面までの深さをＨ、劈開キズの深さをＨｃとし、劈開キズを形成するための針の先端部開き角を２δとした時に、逆メサエッチング溝上端の溝幅２Ｗが、２Ｗ≦２（Ｈ＋Ｈｃ）ｔａｎ  δであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体受光素子の製造方法は、屈折型半導体受光素子の製造において、光入射端面形成のための逆メサエッチング溝形成工程後における逆メサエッチング溝上端の溝幅を狭く設定することにより、端面形成エッチング後に図１に示すような形状の溝が形成される。
【０００９】
図１には、同時に劈開キズを形成するためのニードルも模式的に図示されている。図１に示すように、光入射端面１１の上辺から最底面までの深さをＨ、劈開キズの深さをＨｃとし、劈開キズを形成するための針の先端部開き角を２δとすると、光入射端面の製造後における逆メサ上端の溝幅を、図中、２Ｗ≦２（Ｈ＋Ｈｃ）ｔａｎ  δになるようにし、劈開用ニードル１９を上方より溝中央付近に降下させると、両逆メサ上辺がガイドとして働き、ほぼ中央に再現性よく劈開キズが形成できる。なお、溝幅が狭くなり、ニードル１９の傾斜部分の接触により、両メサ上辺部が破損しても、その部分は常にガイドとして働き、従って、中央部分に再現性よく劈開キズが形成できる。このため、機械的ショックをあたえることにより劈開キズのついた部分を起点として再現性よく劈開が起きる。また、溝幅２Ｗを１０μｍ以下に設定すれば光入射端面から５μｍ以下の極近傍で劈開ができることになる。
【００１０】
図４は、エッチング溝幅が十分広い場合のブロム系エッチングにより（００１）表面のＩｎＰ  基板１５をエッチングして（１１１）面を出して逆メサ形状（θ＝５５度）を形成した時のエッチング断面の模式図である。劈開キズの深さをＨｃとし、光入射端面の製造後における逆メサ上端の溝幅２Ｗを２Ｗ≦２（Ｈ＋Ｈｃ）ｔａｎ  δになるようにすると、ニードルの両側に逆メサ部分が形成されることにより、劈開用ニードルを上方より溝中央付近に降下させると、両逆メサ上辺がガイドとして働き、ほぼ中央に再現性よく劈開キズが形成できる。
【００１１】
ここで、典型的な例として、石英系シングルモードファイバ（ＳＭＦ）からの光を屈折型半導体受光素子でレンズ系無しに高効率に受光する場合、石英系シングルモードファイバ（ＳＭＦ：スポットサイズは１０μｍ）からの出射光はビーム径１５μｍで９９％以上の光強度を含んでいるため、光入射端面１１部分の深さＤとしては最低１５μｍ必要である。Ｄを１５μｍとするためには、実験によるとＨとしては２６μｍ必要であった。また、通常、自動劈開キズ形成装置に用いられる針の先端部開き角は２δ＝６０度程度以上のものが多い。
【００１２】
ここで、２δ＝６０度とし、劈開キズ深さＨｃを零とおくと、光入射端面の製造後における逆メサ上端の溝幅として、３０μｍ以下（２×（２６×ｔａｎ  （３０度））＝３０）になるように端面形成メサエッチングを施し、劈開用ニードルを上方より溝中央付近に降下させると、両逆メサ上辺がガイドとして働き、ほぼ中央に再現性よく劈開キズが形成できる。現実には、有限の劈開キズ深さＨｃだけニードルをさらに下降させるため、確実に逆メサ部にニードルの傾斜部分が接触し、ガイドすることになる。このため、機械的ショックをあたえることにより劈開キズのついた部分を起点として再現性よく劈開が起きる。
【００１３】
従来技術とは、劈開キズ形成において、キズを付ける位置ずれがほとんど発生せず、入射端面の近傍に、所望の精度で劈開ができる点が異なる。
【００１４】
このように、本製造方法は、劈開キズ形成の位置ずれのばらつきがほとんどなく、入射端面の近傍で劈開ができる。このため、ファイバ等との光結合のために求められる光入射端面までの距離を十分満足しながら容易な素子の切り出しが可能となる。また、エッチングした溝の両側を共に光入射端面として素子を切り出し出来るため、ウエハからの素子の収率が大きく向上する。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１６】
〔実施例１〕
図５は本発明の第１の実施例を説明する図である。１１は光入射端面、１２は１μｍ厚ｐ−ＩｎＰ  層、１３は１μｍ厚ＩｎＧａＡｓ光受光層、１４は１μｍ厚ｎ−ＩｎＰ  層、１５は半絶縁性ＩｎＰ  基板、１６はｐ電極、１７はｎ電極である。素子の受光層面積は１４μｍ×２０μｍである。光入射端面１１は、窒化シリコン膜マスクを用い、ブロムメタノールを用いてウエットエッチングを行い形成した。この時、光入射端面１１は、（００１）表面のウエハをブロムメタノールを用いたウエットエッチングでは（１１１）Ａ面が図のように逆メサ形状で形成されることを利用して形成した。この工程後における逆メサエッチング溝上端の溝幅は７μｍである。逆メサエッチング溝上端の溝幅は７μｍと極めて狭幅であっても、光入射端面１１の深さＤは２０μｍと深く、底部までの深さＨは約３５μｍあり、良好な入射端面が形成できている。
【００１７】
針の円錐形の先端部開き角が２δ＝２０度程度の細いニードル１９を上方より溝中央付近に降下させ、劈開キズ深さＨｃを１０μｍ程度にすると、円錐形部分が両逆メサ上辺と接触し、この部分がガイドとして働き、ほぼ中央に再現性よく劈開キズが形成できた。
これは、請求項１の条件２Ｗ＝７＜２×（３５＋１０）×  ｔａｎ（１０度）＝１５．９μｍを満たしている。
劈開キズＨｃはウエハ端の一部分に２００μｍ程度の長さに亙って形成した。もちろん、ニードルより半導体の方が強度が弱いため、ニードルが接触する部分の逆メサ部分は細かく破損するが、依然、メサ部分は、ガイドとして作用し、溝の中央部分に再現性よく劈開キズが形成できた。従って、ここに、機械的ショックをあたえることにより、劈開キズを起点に数センチ以上にわたって良好な劈開が実施でき、この劈開の両側が受光素子の光入射端面として用いることができた。
【００１８】
本実施例では、光入射端面形成のための逆メサエッチング溝形成工程後における逆メサエッチング溝上端の溝幅は７μｍとしているが、１５μｍにしても同様に良好な劈開が溝中央で可能であった。逆メサ部は他のウエットエッチング液やドライエッチング法を用いて形成してもよいし、他の結晶面を利用したり、エッチングマスクの密着性を利用し角度を制御して形成してもよい。
【００１９】
入射端面に無反射膜を形成し、先球ファイバを用いて、波長１．５５μｍの光を導入すると、印加逆バイアス３Ｖで受光感度０．９Ａ／Ｗ以上の大きな値が得られるし、３ｄＢ帯域４０ＧＨｚの高速動作が可能であった。この時、光入射端面部分の直下にある基板部分の出っ張りは数ミクロンと小さく、ファイバの近接にほとんど障害とならない。
【００２０】
この実施例では、エッチングマスクの溝は図７（ａ）のような直線状のストライプ形状のエッチングマスク２１を用いたが、図７（ｂ），（ｃ）に示すような凹凸形状のエッチングマスク２２やテーパ付の凹凸形状のエッチングマスク２３等のように、色々な形状のものでもよく、劈開キズを形成する部分の溝幅が本発明の趣旨に合致していればよい。
【００２１】
この実施例では、表面側のｐ−ＩｎＰ  層は結晶成長によって形成しているが、結晶成長ではアンドープＩｎＰ  層とし、表面側の主たる部分の半導体の導電形を、Ｚｎの拡散や、イオン注入法とその後のアニールによって決定してもよい。
【００２２】
また、半導体受光素子部分は、第１導電形を有する半導体層上にあって、真性又は第一の導電型の半導体層、超格子半導体層または多重量子井戸半導体層より成る光受光層とショットキー電極との間に、前記光受光層と前記ショットキー電極との間のショットキー障壁よりも高いショットキー障壁を前記ショットキー電極に対して有するショットキーバリアハイトの高い半導体層を介在した多層構造を基板上に構成してなる半導体受光素子や、前記ショットキーバリアハイトの高い半導体層は、Ｉｎ１−ｘ−ｙ  Ｇａｘ  Ａｌｙ  Ａｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）またはＩｎ１−ｘ−ｙ  Ｇａｘ  Ａｌｙ  Ａｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とその上の薄いＩｎ１−ｕ  Ｇａｕ  Ａｓ１−ｖ  Ｐｖ  （０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１）よりなることを特徴とする半導体受光素子で構成してもよい。
【００２３】
また、この実施例では、基板として半絶縁性ＩｎＰ  を用い、基板側にｎ−ＩｎＰ  層を用いた例であるが、ｐ−ＩｎＰ  層を用いても上記のｐとｎを逆にして同様に製作可能であり、また、ｎ−ＩｎＰ  やｐ−ＩｎＰ  基板を用いても同様に製作可能である。
【００２４】
また、ここでは、受光層として均一組成のバルクを用いているが、アバランシェフォトダイオードに用いられるＳｅｐａｒａｔｅ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｇｒａｄｅｄ−ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ  （ＳＡＧＭ）構造やＳｅｐａｒａｔｅ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  （ＳＡＭ−ＳＬ）構造や他の超格子構造の半導体層等を用いてもよいことは言うまでもない。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  系以外のＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ  系などの材料系や歪を内在するような材料系でもよいことは言うまでもない。
【００２５】
〔実施例２〕
図６は本発明の第２の実施例を説明する図である。１１は光入射端面、１２は１μｍ厚ｐ−ＩｎＰ  層、１３は１μｍ厚ＩｎＧａＡｓ光受光層、１４は１μｍ厚ｎ−ＩｎＰ  層、１５は半絶縁性ＩｎＰ  基板、１６はｐ電極、１７はｎ電極である。素子の受光層面積は３０μｍ×５０μｍである。光入射端面は、窒化シリコン膜マスクを用い、ブロムメタノールを用いてウエットエッチングを行い形成した。この時、光入射端面は、（００１）表面のウエハをブロムメタノールを用いたウエットエッチングでは（１１１）Ａ面が図のように逆メサ形状で形成されることを利用して形成した。この工程後における逆メサエッチング溝上端の溝幅は３０μｍである。逆メサエッチング溝上端の溝幅は３０μｍであっても、光入射端面の深さＤは２０μｍと深くして、良好な入射端面が形成できており、底部までの深さＨは約３５μｍある。角錐形の針を有する自動劈開キズ形成装置を用い、劈開キズを形成する方向と直角な面における針の先端部開き角が２δ＝６０度程度のニードル１９を上方より溝中央付近に降下させると、角錐形部分が両逆メサ上辺と接触し、この部分がガイドとして働き、ほぼ中央に再現性よく劈開キズが形成できた。
【００２６】
ここでは、ニードル１９は、左右対称なものを用いているが、左右が非対称なものを用いても両メサ上端がガイドとなる様に溝幅を設定してやれば劈開キズ位置は溝の中心より意図的にずらして再現性よく形成できる。劈開キズはウエハ端の一部分に２００μｍ程度形成した。もちろん、ニードルより半導体の方が強度が弱いため、ニードルが接触する部分の逆メサ部分は細かく破損するが、依然、メサ部分は、ガイドとして作用し、溝の中央部分に再現性よく劈開キズが形成できた。
【００２７】
従って、ここに、機械的ショックをあたえることにより、劈開キズを起点に数センチ以上にわたって良好な劈開が実施でき、この劈開の両側が受光素子の光入射端面として用いることができた。逆メサ部は他のウエットエッチング液やドライエッチング法を用いて形成してもよいし、他の結晶面を利用したり、エッチングマスクの密着性を利用し角度を制御して形成してもよい。入射端面に無反射膜を形成し、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）を用いて、波長１．５５μｍの光を導入すると、印加逆バイアス３Ｖで受光感度０．９Ａ／Ｗ以上の大きな値が得られた。この時、光入射端面部分の直下にある基板部分の出っ張りは１０μｍ以上あるが、本光受光素子のＳＭＦに対する受光感度が１ｄＢ低下する光軸方向のミスアライメントトレランスは８０μｍあり、実用上ほとんど問題にならない。
【００２８】
この実施例では、エッチングマスクの溝は図７（ａ）のような直線状のストライプ形状のものを用いたが、図７（ｂ），（ｃ）に示すような凹凸形状やテーパ付の凹凸形状等の他、色々な形状のものでもよく、劈開キズを形成する部分の溝幅が本発明の趣旨に合致していればよい。この実施例では、表面側のｐ−ＩｎＰ  層は結晶成長によって形成しているが、結晶成長ではアンドープＩｎＰ  層とし、表面側の主たる部分の半導体の導電形を、Ｚｎの拡散や、イオン注入法とその後のアニールによって決定してもよい。
また、半導体受光素子部分は、第１導電形を有する半導体層上にあって、真性又は第一の導電型の半導体層、超格子半導体層または多重量子井戸半導体層より成る光受光層とショットキー電極との間に、前記光受光層と前記ショットキー電極との間のショットキー障壁よりも高いショットキー障壁を前記ショットキー電極に対して有するショットキーバリアハイトの高い半導体層を介在した多層構造を基板上に構成してなる半導体受光素子や、前記ショットキーバリアハイトの高い半導体層は、Ｉｎ１−ｘ−ｙ  Ｇａｘ  Ａｌｙ  Ａｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）またはＩｎ１−ｘ−ｙ  Ｇａｘ  Ａｌｙ  Ａｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とその上の薄いＩｎ１−ｕ  Ｇａｕ  Ａｓ１−ｖ  Ｐｖ  （０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１）よりなることを特徴とする半導体受光素子で構成してもよい。
また、この実施例では、基板として半絶縁性ＩｎＰ  を用い、基板側にｎ−ＩｎＰ  層を用いた例であるが、ｐ−ＩｎＰ  層を用いても上記のｐとｎを逆にして同様に製作可能であり、また、ｎ−ＩｎＰ  やｐ−ＩｎＰ  基板を用いても同様に製作可能である。また、ここでは、受光層として均一組成のバルクを用いているが、アバランシェフォトダイオードに用いられるＳｅｐａｒａｔｅ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｇｒａｄｅｄ−  ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ（ＳＡＧＭ）構造やＳｅｐａｒａｔｅ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ  （ＳＡＭ−ＳＬ）構造や他の超格子構造の半導体層等を用いてもよいことは言うまでもない。また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  系以外のＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ  系などの材料系や歪を内在するような材料系でもよいことは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体受光素子の製造方法は、屈折型半導体受光素子の製造において、光入射端面形成のための逆メサエッチング溝形成工程後における逆メサエッチング溝上端の溝幅を狭く設定することにより、端面形成エッチング後に、溝部分に劈開キズをつけるためのニードルを上方より下降させて行った時、入射端面のメサ部分にニードルの円錐ないし角錐状部が接触し、この部分がガイドとして働き、ほぼ中央に精度よく劈開キズが形成できる。従って、ここに機械的ショックを加えることにより、この劈開キズ部分を起点として再現性よく劈開ができる。このように、本製造方法は、溝の中央部分に精度よく劈開キズが形成でき、この劈開キズ部分を起点として再現性よく劈開ができ、かつ、光入射端面部からの基板の出っ張り部が短くできる。このため、ファイバ等との光結合のために求められる光入射端面までの距離を十分満足しながら容易に再現性よく素子の切り出しが可能となる。さらに、エッチングした溝の両側を共に光入射端面として素子を切り出しできると共に、ウエハ上で無駄となる溝部分の面積を低減できるため、ウエハからの素子の収率が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による端面形成エッチング後の形状を模式的に示したものである。
【図２】屈折型半導体光受光素子を説明する図である。
【図３】屈折型半導体受光素子部分が逆メサの溝部分に並列に並んだウエハ構造の模式図である。
【図４】ブロムエッチングによる（００１）表面のＩｎＰをエッチングして（１１１）面が出た逆メサ形状を模式的に示したものである。
【図５】本発明の第１の実施例を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図７】エッチングマスクの溝形状の例である。
【符号の説明】
１１  光入射端面
１２  １μｍ厚ｐ−ＩｎＰ  層
１３  １μｍ厚ＩｎＧａＡｓ光受光層
１４  １μｍ厚ｎ−ＩｎＰ  層
１５  半絶縁性ＩｎＰ  基板
１６  ｐ電極
１７  ｎ電極
１８  劈開端面
２１  エッチングマスク
２２  エッチングマスク
２３  エッチングマスク
【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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