(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体受光層の上層或いはその周辺部に検査光入射用の窓を設けた端面入射型半導体受光素子で構成され、光入射端面を形成するための劈開を行う前のウェハ状態で検査光を入射して前記端面入射型半導体受光素子の特性を確認することができることを特徴とする半導体受光装置。
【請求項２】
半導体受光層の上層或いはその周辺部に検査光入射用の窓を設けた端面入射型半導体受光素子と半導体電子素子とで構成され、光入射端面を形成するための劈開を行う前のウェハ状態で検査光を入射して回路特性を確認することを特徴とする半導体受光装置。
【請求項３】
請求項２記載の前記端面入射型半導体受光素子と前記半導体電子素子が同一半導体基板上にモノリシック集積されたことを特徴とする半導体受光装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の端面入射型半導体受光素子は、受光素子として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有し、該光入射端面で入射光を屈折させて、前記光受光層を入射光が層厚方向に対し斜めに通過させ、且つ、前記光受光層の上層における屈折した入射光の主たる到達領域が半導体層より屈折率の小さな物質層で終端され、その終端物質層で光が全反射され、且つその部分が上方からの光入射に対して窓として作用するように構成されていることを特徴とする半導体受光装置。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４記載の端面入射型半導体受光素子の前記終端物質層上面より検査光を該半導体受光層に入射して発生するキャリアを検出することを特徴とする半導体受光装置の特性検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体受光装置及びその特性検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の端面入射型受光素子を図４に示す。
図４中、１０１は光入射面、１０２はｐ−ＩnＰ層、１０３はＩnＧaＡs光受光層、１０４はｎ−ＩnＰ層、１０５はｐ電極、１０６はｎ電極、１０７は半絶縁性ＩnＰ基板であり、半導体積層構造に対して平行方向から光が入射する構造となっている。
このような端面入射型受光索子は、▲１▼高受光感度と高速動作の両立に適している、▲２▼光導波路や半導体光増幅器等の半導体光素子とのモノリシック集積に適している、▲３▼平面光波回路（ＰＬＣ）とのハイブリッド集積に適している等の利点があり、半導体光・電子集積回路にも用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の端面入射型受光素子は、半導体の劈開端面からしか光入射が出来ない構造であるために、劈開する前のウェハの状態では光を入射して素子特性を確認することが不可能であり、▲１▼素子作製プロセス途中で素子特性チェックが出来ない、▲２▼劈開後でないと素子の選別が出来ない等の問題があった。
本発明の目的は、端面入射型受光素子で構成される半導体受光装置において、劈開前にウェハ状態で回路特性が測定可能な半導体受光装置及びその特性検査方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体受光装置は、半導体積層構造に対し平行方向から光を入射する構造の受光素子（端面入射型受光素子）において、且つ当該端面入射型受光素子の光受光層の上部電極又はその周辺部分に検査光入射用の窓構造を有することを特徴とする。
従来の端面入射型受光素子では受光層の上部には全面に電極が存在するためにウェハ上方から光を入射した場合には該電極で入射光は反射され受光層に到達することは出来なかった。
【０００５】
本発明では、端面入射型受光素子の光受光層の上部電極又はその周辺部分に検査光入射用の窓構造を形成することにより、端面入射型受光素子でありながらウェハ上方から検査光を入射すれば、この領域を通過した検査光が受光層に到達するため、その特性を検査することが可能となる点に特徴がある。
【０００６】
〔作用〕
端面入射型受光素子の光受光層の上部電極又はその周辺部分に検査光入射用の窓構造を設けたため、ウェハ上方からの検査光を受光可能であり、光入射端面を形成するための劈開を行う前のウェハ状態で光を入射して回路特性を確認することができる。
これにより、素子作製プロセス途中での特性チェック、ウェハ状態での素子選別が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例に係る半導体受光装置を図１に示す。図１は、ウェハ状態の端面入射型受光素子の一部分を抜き出して示したものである。
図１において、２０１は光入射面、２０２は０．２μｍ厚ｐ+−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層、２０３は０．５μｍ厚ｐ−ＩnＰ層、２０４は０．９μｍ厚ｐ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層、２０５は０．３μｍ厚ＩnＧaＡs光受光層、２０６は０．９μｍ厚ｎ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層、２０７は０．５μｍ厚ｎ−ＩnＰ層、２０８はｐ電極、２０９はｎ電極、２１０は半絶縁性ＩnＰ基板、２１１はオンウェハプローバー、２１２は回路特性測定器である。
【０００８】
光入射面２０１は、端面入射型受光素子の本来の入射面である。
なお、引出し電極とパッド電極は、説明図が煩雑になり、説明の妨げになるため、この図では省略している。
本実施例の半導体受光装置は、半導体積層構造に対し平行方向から光を入射する構造の受光素子（端面入射型受光素子）を同一半導体基板上に複数設けたものである。
【０００９】
ここで、光受光層２０５の上層に位置するｐ電極２０８は受光領域の外周部分に形成されたリング状となっている。
このリング状のｐ電極２０８の内側部分は、上方からの検査光２１３に対しては、いわゆる窓として利用できることになる。
【００１０】
従って、検査光２１３によりキャリアが発生し、切り出す前のウェハの状態で、オンウェハプロービング測定法を用いて、端面入射型受光素子の回路特性を確認することができ、プロセス途中段階での回路特性の確認や回路切り出し前の選別に有効利用できる。
【００１１】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例に係る半導体受光装置を図２に示す。図２は、端面受光型半導体受光素子と高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）で構成された光・電子集積回路を示す。
【００１２】
図２において、３０１は光入射面、３０２は０．２μｍ厚ｐ+−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層、３０３は０．５μｍ厚ｐ−ＩnＰ層、３０４は０．９μｍ厚ｐ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層、３０５は０．３μｍ厚ＩnＧaＡs光受光層、３０６は０．９μｍ厚ｎ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層、３０７は０．５μｍ厚ｎ−ＩnＰ層、３０８は０．３μｍ厚ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs−ＨＥＭＴ層、３０９はｐ電極、３１０はｎ電極、３１１はドレイン電極、３１２はソース電極、３１３はゲート電極、３１４は半絶縁性ＩnＰ基板である。
【００１３】
光入射面３０１は、端面入射型受光素子の本来の入射面である。光入射面３０１には無反射膜を形成している。
端面受光型半導体受光素子の受光層面積は８μｍ×１０μｍである。
なお、引出し電極とパッド電極は、説明図が煩雑になり、説明の妨げになるため、この図では省略している。
【００１４】
本実施例の半導体受光装置は、半導体受光素子で受光された光信号が電気信号に変換され、ＨＥＭＴで構成された電子回路に伝達される光・電子集積回路である。
ここで、光受光層３０５の上層に位置するｐ電極３０９は受光領域の外周部分に形成されたリング状となっている。
このリング状のｐ電極３０９の内側部分は、上方からの光入射に対しては、いわゆる窓として利用できることになる。
従って、例えば、チップ状に切り出す前のウェハの状態でオンウェハプロービング測定法を用いて上方からの入射により、素子特性を確認することができ、プロセス途中段階での回路特性の確認や回路切り出し前の選別に有効利用できる。
【００１５】
木実施例では、波長１．５５μｍの光を光球テーパファイバにて入射すると、印加逆バイアス２．０Ｖで端面からの入射光に対して受光感度０．９Ａ／Ｗ、上方からの入射光に対しては受光感度０．１６Ａ／Ｗであった。
【００１６】
〔実施例３〕
本発明の第３の実施例に係る半導体受光装置を図３に示す。図３は、端面入射型半導体受光素子と高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）で構成された光・電子集積回路を示す断面斜視図である。
図３において、４０１は光入射面、４０２は０．２μｍ厚ｐ+−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層、４０３は０．５μｍ厚ｐ−ＩnＰ層、４０４は０．３μｍ厚ＩnＧaＡs光受光層、４０５は０．５μｍ厚ｎ−ＩnＰ層、４０６は０．３μｍ厚ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs−ＨＥＭＴ層、４０７はｐ電極、４０８はｎ電極、４０９はドレイン電極、４１０はソース電極、４１１はゲート電極、４１２は半絶縁性ＩnＰ基板である。半導体受光素子の受光層面積は３０μｍ×５０μｍである。
【００１７】
光入射面４０１は、端面入射型受光素子の本来の入射面である。
なお、引出し電極とパッド電極は、説明図が煩雑になり、説明の妨げになるため、この図では省略している。
本実施例は、表面側から離れるに従い内側に傾斜した光入射面４０１を端面入射型半導体受光素子の端面に形成したものであり、光入射面４０１で入射光を屈折させて、入射光が光受光層４０４を層厚方向に対し斜めに通過するものである。
【００１８】
更に、光受光層４０４で受光された光信号が電気信号に変換され、ＨＥＭＴで構成された電子回路に伝達される。
光入射面４０１は、（００１）表面のウェハではブロムメタノールを用いたウェットエッチングにより（１１１）Ａ面が図のように約５５度の逆メサ形状で形成されることを利用して形成した。
【００１９】
もちろん、逆メサ部は他のウェ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。
ここで、光受光層４０４の上層に位置するｐ電極４０７は受光領域の外周部分に形成されたリング状となっている。
このリング状のｐ電極４０７の内側部分は、上方からの検査光に対しては、いわゆる窓として利用できることになる。
【００２０】
従って、例えば、チップ状に切り出す前のウェハの状態でオンウェハブロービング測定法を用いて上方からの入射により、素子特性等を確認することができ、プロセス途中段階での回路特性の確認や回路切り出し前の選別に有効利用できる。
本実施例では、側方からの波長１．３μｍの入射光は無反射膜を形成された光入射端面４０１で屈折し上面に対して図のように角度φ＝２４．７度で進行する。
該入射光の主たる到達領域は上記リング状上面電極４０７の内側部分であり、該領域は空気で終端されている。
【００２１】
この時、半導体の屈折率を３．２０９とすると、全反射はφが７１．８度より小さい時に起きるため、本実施例は、この条件を満足している。
波長１．３μｍの光をシングルモードファイバにて導入すると、印加逆バイアス１．０Ｖで受光感度０．９Ａ／Ｗ以上の大きな値が得られた。
ちなみに、従来構造のｐ電極が上面のほぼ全面に存在する場合では、０．７Ａ／Ｗ程度しか得られなかった。
【００２２】
上記実施例では、屈折してきた入射光の主たる到達領域の直上は空気で終端しているが、半導体の屈折率より適当に小さく、全反射の条件（φ＜cos-1（ｎ2／ｎ1）；ただし、ｎ1は半導体の屈折率、ｎ2は終端物質の屈折率）を満足できるものであれば、ＳiＯ2やＳiＮX 等の無機物質の他、ポリイミドやエポキシ等の有機物質等、特に制限されるものではない。
たとえば、屈折率１．５５のポリイミドを用いると、φが６１．１度より小さければ良い。
【００２３】
また、この実施例は、波長１．３μｍの入射光に対して述べているが、全反射の条件を満足できれば色々な波長の光に対しても同様の効果が得られる。
上記実施例に記載した半導体受光装置の回路特性検査方法では、受光感度はチップ状態の端面光入射の場合に比べ、小さくなるが、周波数応答特性等の評価にはほぼ影響がない。
受光感度の値については、予め垂直入射と端面入射の場合の校正表を作成しておけば、チップ状に切り出し後の値の見積りも可能であることはいうまでもない。
【００２４】
また、上記実施例に記載した半導体受光装置においては、当然、上面の窓を利用でき、例えば、２方向からの信行光（異なる２波長の光でも可）を入力することで、出力として２つの信号の合波や変調電気信号あるいはミキシングされた電気信号が得られる応用などにも利用できる。
上記実施例では、ｐ電極はリング形状にしているが、総合的な反射率は若干減少するが、網目状の電極形状にしたり、あるいは、上層のＩnＰ／ＩnＧaＡsＰ層を高濃度ｐドープ層として残し、シート抵抗の十分な低減を図り、一辺部分にのみｐ電極を形成するなど色々な構造を適用してもよいことはいうまでもない。
【００２５】
上記実施例では、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、上記実施例は、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。
【００２６】
受光素子の構造についても、光導波路を集積した半導体受光素子その他の端面入射型半導体受光素子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ＩnＧaＡs／ＩnＧaＡsＰやＡlＧaＡs／ＧaＡs系などの他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。
電子素子についても、本実施例では高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を用いているが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）やヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等の電子素子を用いてもよいことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明では、端面入射型受光素子の光受光層の上部電極又はその周辺部分に光入射用の窓構造を設けたため、ウェハ上方からの検査光を受光可能であり、光入射端面を形成するための劈開を行う前のウェハ状態で光を入射して回路特性を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す断面斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す断面斜視図である。
【図４】従来の端面入射型半導体受光素子を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
１０１  光入射面
１０２  ｐ−ＩnＰ層
１０３  ＩnＧaＡs光受光層
１０４  ｎ−ＩnＰ層
１０５  ｐ電極
１０６  ｎ電極
１０７  半絶縁性ＩnＰ基板
２０１  光入射面
２０２  ０．２μｍ厚ｐ+−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層
２０３  ０．５μｍ厚ｐ−ＩnＰ層
２０４  ０．９μｍ厚ｐ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層
２０５  ０．３μｍ厚ＩnＧaＡs光受光層
２０６  ０．９μｍ厚ｎ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層
２０７  ０．５μｍ厚ｎ−ＩnＰ層
２０８  ｐ電極
２０９  ｎ電極
２１０  半絶縁性ＩnＰ基板
２１１  オンウェハプローバー
２１２  回路特性測定器
３０１  光入射面
３０２  ０．２μｍ厚ｐ+−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層
３０３  ０．５μｍ厚ｐ−ＩnＰ層
３０４  ０．９μｍ厚ｐ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層
３０５  ０．３μｍ厚ＩnＧaＡs光受光層
３０６  ０．９μｍ厚ｎ−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層
３０７  ０．５μｍ厚ｎ−ＩnＰ層
３０８  ０．３μｍ厚ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs−ＨＥＭＴ層
３０９  ｐ電極
３１０  ｎ電極
３１１  ドレイン電極
３１２  ソース電極
３１３  ゲート電極
３１４  半絶縁性ＩnＰ基板
４０１  光入射面
４０２  ０．２μｍ厚ｐ+−ＩnＧaＡsＰ（１．３μｍ組成）層
４０３  ０．５μｍ厚ｐ−ＩnＰ層
４０４  ０．３μｍ厚ＩnＧaＡs光受光層
４０５  ０．５μｍ厚ｎ−ＩnＰ層
４０６  ０．３μｍ厚ＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs−ＨＥＭＴ層
４０７  ｐ電極
４０８  ｎ電極
４０９  ドレイン電極
４１０  ソース電極
４１１  ゲート電極
４１２  半絶縁性ＩnＰ基板
【図１】
0003690571.tif 000002
【図２】
0003690571.tif 000003
【図３】
0003690571.tif 000004
【図４】
0003690571.tif 000005