(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板上に島状に形成された受光領域と、前記受光領域上に形成された負電極と、前記負電極に接続されたパッドと、前記受光領域を覆うように、半田によって前記半導体基板に接着された波長フィルタとを有することを特徴とする受光素子。
【請求項２】
第１の半導体基板上に島状に受光領域を形成する工程と、
第２の半導体基板上に波長フィルタを形成する工程と、
前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面が接するように接着する工程と、
前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させる工程と、
前記受光領域を覆う島状領域が残るように前記波長フィルタをエッチングする工程とを含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板をポリイミド樹脂によって接着し、拡散領域を覆う島状領域が残るように前記波長フィルタをエッチングした後に、前記ポリイミド樹脂の前記波長フィルタで覆われていない部分をドライエッチングによって除去することを特徴とする請求項２記載の受光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の半導体基板の一方の上に接着用パッドを形成すると共に、他方の上に半田バンプを形成し、前記半田バンプと前記接着用パッドを融着することで、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を接着することを特徴とする請求項２記載の受光素子の製造方法。
【請求項５】
第１の半導体基板上に島状に受光領域を形成する工程と、
第２の半導体基板上に波長フィルタを形成する工程と、
前記波長フィルタを島状領域を残してエッチングする工程と、
前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面が接するように接着する工程と、
前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させる工程とを含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板をポリイミド樹脂によって接着し、前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させた後に、前記ポリイミド樹脂の前記波長フィルタで覆われていない部分をドライエッチングによって除去することを特徴とする請求項５記載の受光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１及び第２の半導体基板の一方の上に接着用パッドを形成すると共に、他方の上に半田バンプを形成し、前記半田バンプと前記接着用パッドを融着することで、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を接着することを特徴とする請求項６記載の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、特定の波長範囲の光のみを選択的に受光する受光素子に関し、特に異なる波長を有する複数の信号光の中で長波長の信号光のみを選択的に受光する受光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在広く用いられている光ファイバ通信用の受光素子としては、化合物半導体を材料とするｐｉｎフォトダイオードがある。このｐｉｎフォトダイオードでは、受光感度を高めるために窓構造が採用されており、半導体基板側に禁制帯幅が小さい（吸収端波長が長い）光吸収層、その上に禁制帯幅が大きい（吸収端波長が短い）窓層を形成して、両吸収端の間の波長の光を光吸収層で効率的に受光するようになっている。最も一般的なＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰを材料とするｐｉｎフォトダイオードでは、光吸収層としてＩｎＧａＡｓを用い、窓層としてＩｎＰを用いる。この場合、ＩｎＰの吸収端である０．９μｍからＩｎＧａＡｓの吸収端である１．６５μｍまでの波長の光を高感度で受光することができる。
【０００３】
これに対して、より狭い波長範囲の光のみに感度があるパスバンド型のｐｉｎフォトダイオードも開発されている。例えば、波長１．３μｍの信号光と波長１．５５μｍの信号光によって波長多重通信を行う際には、それぞれの波長のみに感度を有するパスバンド型フォトダイオードが有用である。波長１．３μｍの信号光に対しては十分な感度があるが、波長１．５５μｍの信号光に対してはほとんど感度がないというパスバンド特性は、通常ＩｎＧａＡｓが用いられる光吸収層を吸収端波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓＰとすることで実現できる。この構成によって、波長１．３μｍと１．５５μｍの感度比として３０ｄＢ以上が得られている。
【０００４】
一方、１．５５μｍの信号光に対して十分な感度があり、１．３μｍの信号光に対してほとんど感度がないというパスバンド特性を得るための構造は、例えば特公平１−４８６６３号公報に開示されている。この例では、受光素子としてｐｉｎフォトダイオードではなく、異種接合ホトトランジスタが示されている。図８に示すように、半導体基板５０１上にコレクタ層５０２、ベース層５０３、エミッタ層５０４、波長フィルタ層５０５が積層されており、半導体基板５０１の裏面にコレクタ電極５０６、波長フィルタ層５０５上にエミッタ電極５０７が形成されている。コレクタ層５０２、エミッタ層５０４、波長フィルタ層５０５は半導体基板５０１と同一導電型であり、ベース層５０３はこれらと反対の導電型になっている。また、エミッタ層５０４の禁制帯幅はベース層５０３の禁制帯幅よりも大きく、波長フィルタ層５０５の禁制帯幅は両者の中間になっている。
【０００５】
本異種接合ホトトランジスタは、トランジスタの電流増幅機能と受光機能を併せ持つが、受光機能という観点ではベース層５０３がｐｉｎフォトダイオードの光吸収層、エミッタ層５０４が窓層として機能する。すなわち、波長フィルタ層５０５がなければ、エミッタ層５０４の吸収端からベース層５０３の吸収端までの波長の光を高感度で受光することになる。しかし、波長フィルタ層５０５が付加されているので、波長フィルタ層５０５の吸収端までの波長の光は波長フィルタ層５０５で吸収され、これよりも長波長の光のみを受光するパスバンド特性が実現できる。波長１．３μｍと１．５５μｍの選択受光に関しては、エミッタ層５０４の吸収波長を０．９μｍ、ベース層５０３の吸収端波長を１．６５μｍ、波長フィルタ層５０５の吸収端波長を１．４μｍとしておけば、波長１．５５μｍの信号光に対して感度が高く、波長１．３μｍの信号光に対して感度が低いという長波長パスバンド特性を実現できる。
【０００６】
上記異種接合ホトトランジスタによる波長選択機能をｐｉｎフォトダイオードに適用した例が特開平９−８３０１０号公報に開示されているが、これは２波長を同時に受光できるように２個のｐｉｎフォトダイオードを集積し、さらに電子デバイスを集積した複雑な構造となっている。これを波長選択機能に限定して説明する。図９に示す様に半導体基板６０１上に波長フィルタ層６０２、バッファ層６０３、光吸収層６０４、窓層６０５が順次積層されている。窓層６０５には島状にｐ不純物が拡散された拡散領域６０６が形成されており、この下の光吸収層６０４が受光領域として機能する。拡散領域６０６上には負電極６０７が形成されており、窓層６０５と光吸収層６０４をエッチングして露出した半導体基板６０１上に正電極６０８が蒸着されている。この例では、信号光は半導体基板６０１側から入射する。光吸収層６０４の吸収端波長を１．６５μｍ、波長フィルタ層６０２の吸収端波長を１．４μｍとしておけば、波長１．５５μｍの信号光に対して感度が高く、波長１．３μｍの信号光に対して感度が低いという長波長パスバンド特性を実現できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術のうち、図８に示すものは受光素子チップの表面側から信号光が入射する構成であるが、結晶成長の段階で不純物をドーピングしておき、エッチングによって素子を分離するメサ型である。この様なメサ型の受光素子ではリーク電流を発生し易いという難点がある。一方、図９に示すものは窓層に島状に不純物を拡散してｐ型層を形成するプレーナ型であり、リーク電流は小さいが、受光素子チップの裏面側から信号光が入射する構成となっている。
【０００８】
本発明が解決しようとする第１の課題は、異なる波長を有する複数の信号光の中で長波長の信号光のみを選択的に受光する長波長パスバンド特性を有し、チップの表面側から信号光を入射する構成で、かつプレーナ型の受光素子を実現することにある。
【０００９】
本発明が解決しようとする第２の課題は、チップの表面側から信号光が入射する長波長パスバンド型受光素子の感度比を十分に大きくすることにある。
【００１０】
波長１．３μｍの信号光と波長１．５５μｍの信号光によって波長多重通信を行う際に、波長１．３μｍの信号光を選択的に受光する場合は波長１．５５μｍとの感度比を３０ｄＢ以上にすることは容易である。これは、光吸収層を吸収端波長１．４μｍのＩｎＧａＡｓＰとしておけば、禁制帯内の不純物レベルを介した非常に効率の低い吸収以外は波長１．５５μｍの光によって電子−正孔対を発生することはなく、光電流がほとんど発生しないためである。これに対して、波長１．５５μｍの信号光を選択的に受光する場合は、波長フィルタ層を設けても感度比を高くしにくい。波長１．３μｍの信号光は光吸収層に到達する前に波長フィルタ層で吸収されるが、この吸収量は波長フィルタ層の厚さをｄ、波長１．３μｍに対する吸収係数をαとして、１−ｅｘｐ（−αｄ）で与えられる。従って、吸収量を１００％とすることは理論的に不可能である。また、実用上も感度比３０ｄＢを得ようとすれば波長フィルタ層における吸収量を９９．９％にしなければならず、αを１μｍ−１としてｄは約７μｍ必要になる。
【００１１】
窓層に島状にＺｎ等の不純物を拡散してｐ層を形成するプレーナ型のｐｉｎフォトダイオードでは、窓層の厚さは１〜２μｍであり、通常この深さまで不純物拡散を行うことになる。しかし、チップの表面側から信号光が入射するｐｉｎフォトダイオードで、感度比３０ｄＢを得ようとすれば、窓層の上に厚さ７μｍの波長フィルタ層を形成することになり、不純物を８μｍ以上の深さまで拡散する必要がある。このような拡散を制御性良く行うことは困難である。また、あらかじめ窓層および波長フィルタ層をｐ型にドーピングしておいて、エッチングによって素子を分離するメサ型ｐｉｎフォトダイオードとすれば拡散の必要はなくなるが、メサエッチングの深さを８μｍ以上にする必要があり、電極パターン等の微細化が困難になる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に島状に形成された受光領域と、前記受光領域上に形成された負電極と、前記負電極に接続されたパッドと、前記受光領域を覆うように、半田によって前記半導体基板に接着された波長フィルタとを有することを特徴とする。
本発明の受光素子の製造方法は、第１の半導体基板上に島状に受光領域を形成する工程と、第２の半導体基板上に波長フィルタを形成する工程と、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面が接するように接着する工程と、前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させる工程と、前記受光領域を覆う島状領域が残るように前記波長フィルタをエッチングする工程とを含むことを特徴とする。
好ましくは、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板をポリイミド樹脂によって接着し、拡散領域を覆う島状領域が残るように前記波長フィルタをエッチングした後に、前記ポリイミド樹脂の前記波長フィルタで覆われていない部分をドライエッチングによって除去する。
好ましくは、前記第１及び第２の半導体基板の一方の上に接着用パッドを形成すると共に、他方の上に半田バンプを形成し、前記半田バンプと前記接着用パッドを融着することで、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を接着する。
また、本発明の受光素子の製造方法は、第１の半導体基板上に島状に受光領域を形成する工程と、第２の半導体基板上に波長フィルタを形成する工程と、前記波長フィルタを島状領域を残してエッチングする工程と、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を各々の加工表面が接するように接着する工程と、前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させる工程とを含むことを特徴とする。
好ましくは、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板をポリイミド樹脂によって接着し、前記第２の半導体基板をエッチング除去して前記波長フィルタを露出させた後に、前記ポリイミド樹脂の前記波長フィルタで覆われていない部分をドライエッチングによって除去する。
好ましくは、前記第１及び第２の半導体基板の一方の上に接着用パッドを形成すると共に、他方の上に半田バンプを形成し、前記半田バンプと前記接着用パッドを融着することで、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板を接着する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２５】
（参考の形態１）
図１は、本発明の受光素子の参考の形態１を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰよりなる半導体基板１０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層１０２、低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層１０３、および低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フィルタ層１０４が順次積層されている。波長フィルタ１０４および窓層１０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散された拡散領域１０５が形成されており、この下の光吸収層１０２が受光領域として機能する。拡散領域１０５以外の波長フィルタ層１０４上には例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2を積層した絶縁膜１０６が堆積されている。ここで、ＳｉＮは受光素子のリーク電流を低減するパッシベーション効果があり、ＳｉＯ2はＳｉＮよりも誘電率が低いので層間容量を低減する効果がある。
【００２６】
拡散領域１０５上には上方から見てリング状の負電極１０７が形成されており、絶縁膜１０６上には上方から見て円形のパッド１０８が形成されている。負電極１０７とパッド１０８は、絶縁膜１０６上の配線１０９によって接続されている。負電極１０７、パッド１０８および配線１０９は同一の金属薄膜によって形成してもよく、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用いる。半導体基板１０１の裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕよりなる正電極１１０が蒸着されている。
【００２７】
低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フィルタ層１０４は、低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層１０３よりも禁制帯幅が小さく、低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層１０２は波長フィルタ層１０４よりも禁制帯幅が小さい。
【００２８】
波長フィルタ層１０４として、例えば吸収端波長１．４μｍ、厚さ３．０μｍのＩｎＧａＡｓＰを用いれば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対し、波長１．３μｍの光は９５％が波長フィルタ層１０４によって吸収される。従って、波長１．３μｍの信号光と波長１．５５μｍの信号光による波長多重通信において波長１．５５μｍの信号光のみを受光するというパスバンド特性を持ち、波長１．５５μｍと波長１．３μｍの感度比として１３ｄＢを有する受光素子を実現できる。
【００２９】
（参考の形態２）
図２（ａ）は本発明受光素子の参考の形態２を示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。（ａ）は（ｂ）に示す鎖線Ｘ−Ｘ’に沿った断面図になっている。
【００３０】
ｎ型ＩｎＰよりなる半導体基板２０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層２０２および低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層２０３が順次積層されている。窓層２０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散された拡散領域２０４が形成されており、この下の光吸収層２０２が受光領域として機能する。拡散領域２０４以外の窓層２０３上には例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２を積層した絶縁膜２０５が堆積されている。ここで、ＳｉＮは受光素子のリーク電流を低減するパッシベーション効果があり、ＳｉＯ２はＳｉＮよりも誘電率が低いので層間容量を低減する効果がある。
【００３１】
拡散領域２０４上にはリング状の負電極２０６が形成されており、絶縁膜２０５上には円形のパッド２０７が形成されている。負電極２０６とパッド２０７は、絶縁膜２０５上の配線２０８によって接続されている。負電極２０６、パッド２０７および配線２０８は同一の金属薄膜によって形成してもよく、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用いる。半導体基板２０１の裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕよりなる正電極２０９が蒸着されている。
【００３２】
拡散領域２０４を覆う波長フィルタ２１０は、厚さ５ないし１０μｍ程度の化合物半導体薄膜であり、半導体基板２０１上に樹脂２１１によって接着されている。図２（ｂ）では、拡散領域２０４および負電極２０６が見えるように波長フィルタ２１０の一部を切欠いた状態を示しているが、実際には点線で示すように波長フィルタ２１０は完全に拡散領域２０４を覆っている。一方、パッド２０７は波長フィルタ２１０で覆われないようにしてあるので、パッド２０７に対するワイヤボンディングは何ら支障なく行うことができる。
【００３３】
波長フィルタ２１０として、例えば吸収端波長１．４μｍ、厚さ７μｍのＩｎＧａＡｓＰを用いれば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対し、波長１．３μｍの光は９９．９％が波長フィルタ２１０によって吸収される。従って、波長１．３μｍの信号光と波長１．５５μｍの信号光による波長多重通信において波長１．５５μｍの信号光のみを受光するというパスバンド特性を持ち、波長１．５５μｍと１．３μｍの感度比として３０ｄＢを有する受光素子が実現できる。
【００３４】
次に、上記受光素子の製造方法について述べる。図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ｄ）〜（ｆ）は、図２に示した受光素子の製造方法を示す断面図である。まず、図３（ａ）に示すようにｎ型ＩｎＰよりなる第１の半導体基板２０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層２０２および低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層２０３を順次結晶成長し、窓層２０３に島状に不純物を拡散して拡散領域２０４を形成する。この後、窓層２０３上に例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２を積層した絶縁膜２０５を堆積する。
【００３５】
次に、図３（ｂ）のように絶縁膜２０５をエッチングして拡散領域２０４上に開口部を形成し、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した金属薄膜を蒸着・リフトオフして、拡散領域２０４上の負電極２０６、絶縁膜２０５上のパッド２０７、および負電極２０６とパッド２０７を接続する配線２０８を形成する。また、第１の半導体基板２０１の裏面には、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕよりなる正電極２０９を蒸着する。
【００３６】
一方、上記の工程とは独立に、ＩｎＰよりなる第２の半導体基板２２０上に例えば吸収端波長１．４μｍ、厚さ７μｍのＩｎＧａＡｓＰよりなる波長フィルタ２１０を形成する。そして、図３（ｃ）に示すように第１の半導体基板２０１と第２の半導体基板２２０を各々の加工表面が接するようにポリイミド等の樹脂２１１を用いて接着する。この接着は、例えば第１の半導体基板２０１の表面に樹脂２１１をスピンコートした上に、波長フィルタ２１０側を下にして第２の半導体基板２２０を載置し、若干の荷重を加えながら樹脂２１１を加熱硬化するという方法で実現できる。
【００３７】
この後、図４（ｄ）のように第２の半導体基板２２０をエッチング除去して、波長フィルタ２１０を露出させる。
【００３８】
さらに、図４（ｅ）に示すように波長フィルタ２１０をエッチングして、拡散領域２０４を覆う島状領域のみに波長フィルタ２１０を残す。この工程では、通常のフォトリソグラフィ技術によって波長フィルタ２１０をパターニングする。
【００３９】
図３及び図４では受光素子を１個しか図示していないが、実際には図３（ａ）〜図４（ｆ）までの工程は多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行われる。フォトリソグラフィのアライメントについては、例えば第２の半導体基板２２０を第１の半導体基板２０１よりも若干小さくしておき、波長フィルタ２１０が完全には第１の半導体基板２０１を覆ってしまわないようにすることで、第１の半導体基板２０１上のパターンを観察しながらアライメントすることができる。
【００４０】
最後に、図４（ｆ）のようにＯ２プラズマ等によるドライエッチングで樹脂２１１をエッチングし、パッド２０７を露出させる。
【００４１】
本製造方法によれば、半導体基板に波長フィルタを接着する工程がオンウエハのプロセスで実現できる。すなわち、図３（ｃ）〜図４（ｆ）までの工程も多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行われることから、１個ずつの受光素子に対して波長フィルタを接着する場合と比較して大幅な低コスト化が可能である。さらに、個々の波長フィルタをハンドリングする必要がないので、波長フィルタのサイズを容易に１００μｍ以下にすることができ、受光素子のチップサイズが従来よりも大きくなることはない。また、波長フィルタを接着後に第２の半導体基板を除去するので、波長フィルタの厚さは光の吸収に必要かつ十分な厚さに設定できる。
【００４２】
（実施形態１）
図５（ａ）は本発明の受光素子の実施形態１を示す断面図であり、（ｂ）はその平面図である。（ａ）は（ｂ）に示す鎖線Ｘ−Ｘ’に沿った断面図であり、チップの中心からややずれた位置での断面図になっている。
【００４３】
ｎ型ＩｎＰよりなる半導体基板３０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層３０２および低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層３０３が順次積層されている。窓層３０３には島状にＺｎ等のｐ不純物が拡散された拡散領域３０４が形成されており、この下の光吸収層３０２が受光領域として機能する。拡散領域３０４以外の窓層３０３上には例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２を積層した絶縁膜３０５が堆積されている。ここで、ＳｉＮは受光素子のリーク電流を低減するパッシベーション効果があり、ＳｉＯ２はＳｉＮよりも誘電率が低いので層間容量を低減する効果がある。
【００４４】
拡散領域３０４上にはリング状の負電極３０６が形成されており、絶縁膜３０５上には円形のパッド３０７が形成されている。負電極３０６とパッド３０７は、図５（ｂ）に示すように絶縁膜３０５上の配線３０８によって接続されている。図５（ａ）はチップの中心からややずれた位置での断面図なので、これには配線３０８を示していない。負電極３０６、パッド３０７および配線３０８は同一の金属薄膜によって形成してもよく、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜を用いる。
【００４５】
半導体基板３０１の表面の拡散領域３０４、パッド３０７以外の領域に、半導体基板３０１に達するコンタクト穴３０９が形成されており、正電極３１０が蒸着されている。正電極３１０は、例えばＡｕ／Ｓｎ／Ａｕによって形成するか、あるいは負電極３０６、パッド３０７および配線３０８と同一の金属薄膜によって形成してもよい。このように、正電極３１０も半導体基板３０１の表面に形成するのは、フリップチップボンディングを行うためである。
【００４６】
拡散領域３０４を覆う波長フィルタ３１１は、屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層した誘電体多層膜であり、例えば波長１．３μｍの光に対しては高い反射率を有し、波長１．５５μｍの光に対しては低い反射率を有するものである。このような波長フィルタの設計手法は一般に知られている技術であるが、例えば波長１．１μｍの入射光に対して光学長が４分の１波長になる低屈折率膜と高屈折率膜を交互に積層し、両端を光学長が８分の１波長の高屈折率膜とすればよい。波長フィルタの厚さは低屈折率膜と高屈折率膜の屈折率の値に依存するが、低屈折率膜が５層の場合で１ないし２μｍ程度である。波長フィルタ３１１は、半導体基板３０１上の接着用パッド３１２と波長フィルタ３１１上の半田バンプ３１３を融着することによって半導体基板３０１に接着されている。
【００４７】
図５（ｂ）では、拡散領域３０４および負電極３０６が見えるように波長フィルタ３１１の一部を切欠いた状態を示しているが、実際には点線で示すように波長フィルタ３１１は完全に拡散領域３０４を覆っている。一方、パッド３０７および正電極３１０は波長フィルタ３１１で覆われないようにしてある。半導体基板３０１の表面から波長フィルタ３１１の最上面までの高さは１０μｍ以下にできるので、高さが２０μｍ程度のバンプを用いればパッド３０７および正電極３１０に対してフリップチップボンディングすること可能である。
【００４８】
波長フィルタ３１１として、例えば波長１．３μｍの光に対しては高い反射率を有し、波長１．５５μｍの光に対しては低い反射率を有するものを用いれば、波長１．５５μｍの光はそのまま透過するのに対し、波長１．３μｍの光は波長フィルタ３１１によって反射される。従って、波長１．３μｍの信号光と波長２．５５μｍの信号光による波長多重通信において、波長１．５５μｍの信号光のみを受光するというパスバンド特性を持つ受光素子が実現できる。
【００４９】
次に、上記受光素子の製造方法について述べる。図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ｄ），（ｅ）は、図５に示した受光素子の製造方法を示す断面図である。
【００５０】
まず、図６（ａ）に示すようにｎ型ＩｎＰよりなる第１の半導体基板３０１上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層３０２および低濃度ｎ型ＩｎＰよりなる窓層３０３を順次結晶成長し、窓層３０３に島状に不純物を拡散して拡散領域３０４を形成する。この後、窓層３０３上に例えば厚さ３０ｎｍのＳｉＮと厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２を積層した絶縁膜３０５を堆積し、拡散領域３０４以外の一部領域の窓層３０３および光吸収層３０２をエッチングしてコンタクト穴３０９を形成する。
【００５１】
次に、図６（ｂ）のように絶縁膜３０５をエッチングして拡散領域３０４上に開口部を形成し、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを積層した金属薄膜を蒸着・リフトオフして、拡散領域３０４上の負電極３０６、絶縁膜３０５上のパッド３０７、および負電極３０６とパッド３０７を接続する配線３０８を形成する。
【００５２】
なお、図６は図５（ａ）と同じくチップの中心からややずれた位置での断面図なので、これには配線３０８を示していない。また、負電極３０６、パッド３０７、および配線３０８を形成するのと同じ工程で、コンタクト穴３０９にかかる正電極３１０および絶縁膜３０５上の接着用パッド３１２を形成する。
【００５３】
一方、上記の工程とは独立に、図６（ｃ）に示すように第２の半導体基板３２０上に誘電体多層膜よりなる波長フィルタ３１１を形成する。波長フィルタ３１１は拡散領域３０４を覆う大きさパターニングし、その上に半田バンプ３１３を形成する。
【００５４】
そして、図７（ｄ）のように第１の半導体基板３０１と第２の半導体基板３２０を各々の加工表面が接するように接着する。この接着は、第１の半導体基板３０１と第２の半導体基板３２０を精確に位置合せした上で、半田バンプ３１３と接着用パッド３１２を融着する。接着面同士のパターンを精確に位置合せして２枚の半導体基板を接着する技術は、フリップチップボンディング技術として既に確立されいる。
【００５５】
この後、図７（ｅ）に示すように第２の半導体基板３２０をエッチング除去して、拡散領域３０４を覆う島状領域のみに波長フィルタ３１１を残す。図６及び図７では受光素子を１個しか図示していないが、実際には図６（ａ）〜図７（ｅ）までの工程は多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行われる。
【００５６】
本製造方法によれば、半導体基板に波長フィルタを接着する工程がオンウエハのプロセスで実現できる。すなわち、図７（ｄ），（ｅ）の工程も多数の受光素子が作り込まれたウエハ状態で行われることから、１個ずつの受光素子に対して波長フィルタを接着する場合と比較して大幅な低コスト化が可能である。さらに、個々の波長フィルタをハンドリングする必要がないので、波長フィルタのサイズを容易に１００μｍ以下にすることができ、受光素子のチップサイズが従来よりも大きくなることはない。また、波長フィルタを接着後に第２の半導体基板を除去するので、波長フィルタの厚さは波長選択機能を持たせるのに必要かつ十分な厚さに設定できる。
【００５７】
なお、参考の形態２は（１）波長フィルタが化合物半導体よりなる吸収フィルタ、（２）波長フィルタは樹脂によって第１の半導体基板に接着、（３）波長フィルタを接着した後にパターニングという組合せであり、実施形態１は（１）波長フィルタが誘電体多層膜よりなる干渉フィルタ、（２）波長フィルタは半田によって第１の半導体基板に接着、（３）波長フィルタを接着する前にパターニングという組合せであるが、これら（１）、（２）、（３）は任意に組合せることができる。また、各参考の形態および実施形態１においては、半導体材料をＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系に限定して説明したが、これ以外のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系あるいはＳｉＧｅ／Ｓｉ系等の他の化合物半導体材料を用いることもできる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、特定の波長範囲の光のみを選択的に受光する受光素子、特に異なる波長を有する複数の信号光の中で長波長の信号光のみを選択的に受光する受光素子を実現できる。
【００５９】
また、波長フィルタを窓層上に結晶成長するのではなく、受光素子を形成した半導体基板上に接着するので、吸収型の波長フィルタで十分な感度比を得ようとした場合にも製造が容易である。また、接着される波長フィルタは薄膜で、受光領域のみを覆うように接着されているので、通常のｐｉｎフォトダイオードと同様にワイヤボンディングあるいはフリップチップボンディングすることができる。
【００６０】
一方、その製造方法においては、半導体基板に波長フィルタを接着する工程がオンウエハのプロセスで実現できるので、１個ずつの受光素子に対して波長フィルタを接着する場合と比較して大幅な低コスト化が可能である。また、個々の波長フィルタをハンドリングする必要がないので、波長フィルタのサイズを容易に１００μｍ以下にすることができ、受光素子のチップサイズが従来よりも大きくなることはない。さらに、波長フィルタを接着後にその半導体基板を除去するので、波長フィルタの厚さは波長選択機能を持たせるのに必要かつ十分な厚さに設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受光素子の参考の形態１を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の受光素子の参考の形態２を示す断面図であり、（ｂ）は参考の形態２の受光素子を示す平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は参考の形態２の受光素子の製造方法を示す断面図である。
【図４】（ｄ）〜（ｆ）は図３に引き続く参考の形態２の受光素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の受光素子の実施形態１を示す断面図であり、（ｂ）は実施形態１の受光素子を示す平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は実施形態１の受光素子の製造方法を示す断面図である。
【図７】（ｄ），（ｅ）は図６に引き続く実施形態１の受光素子の製造方法を示す断面図である。
【図８】従来の受光素子を示す断面図である。
【図９】従来の他の受光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１  半導体基板
１０２  光吸収層
１０３  窓層
１０４  波長フィルタ層
１０５  拡散領域
１０６  絶縁層
１０７  負電極
１０８  パッド
１０９  配線
１１０  正電極
２０１  半導体基板
２０２  光吸収層
２０３  窓層
２０４  拡散領域
２０５  絶縁膜
２０６  負電極
２０７  パッド
２０８  配線
２０９  正電極
２１０  波長フィルタ
２１１  樹脂
３０１  半導体基板
３０２  光吸収層
３０３  窓層
３０４  拡散領域
３０５  絶縁膜
３０６  負電極
３０７  パッド
３０８  配線
３０９  コンタクト穴
３１０  正電極
３１１  波長フィルタ
３１２  接着用パッド
３１３  半田バンプ
【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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