(57)【要約】【課題】モノリシックに形成される複数のフォトダイオードに対して各々異なるバイアス電圧が印加できるようにする。【解決手段】マスクパターン１０８をマスクとして選択的にイオン注入することにより、開口部１０９の領域の電子走行層１０６にｐ型領域１１０を形成する。例えば、よく知られたイオン注入装置を用い、Ｂｅイオンを所望のドーズ量で注入することで、ｐ型領域１１０を形成すればよい。このとき、電子走行層１０６のｎ型コンタクト層１０７側に、ｐ型領域１１０が形成されるように、加速電圧などの諸条件を設定して上述したイオン注入を行う。【選択図】  図１Ｃ
2014146737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にｐ型の化合物半導体からなるｐ型コンタクト層を形成する第１工程と、
前記ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するｐ型の化合物半導体からなる第１光吸収層を前記ｐ型コンタクト層の上に形成する第２工程と、
前記ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる第２光吸収層を前記第１光吸収層の上に形成する第３工程と、
前記第２光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型の化合物半導体からなる電界制御層を前記第２光吸収層の上に形成する第４工程と、
前記電界制御層より大きなバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる電子走行層を前記電界制御層の上に形成する第５工程と、
ｎ型の化合物半導体からなるｎ型コンタクト層を前記電界制御層の上に形成する第６工程と、
前記ｐ型コンタクト層，前記第１光吸収層，前記第２光吸収層，前記電界制御層，前記電子走行層，および前記ｎ型コンタクト層から構成された積層構造体の第１領域に隣接する第２領域に開口部を有するマスクパターンを前記ｎ型コンタクト層の上に形成する第７工程と、
前記マスクパターンをマスクとして選択的にイオン注入することにより、前記開口部の領域の前記電子走行層にｐ型領域を形成する第８工程と、
前記積層構造体をパターニングしてノンドープの状態の電子走行層を備える第１フォトダイオード素子を前記第１領域に形成するとともに層厚方向の一部に前記ｐ型領域を有する電子走行層を備える第２フォトダイオード素子を前記第２領域に形成する第９工程と
を少なくとも備えることを特徴とするフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のフォトダイオードアレイの製造方法において、
前記第１フォトダイオードの前記ｎ型コンタクト層に接続する第１ｎ電極および前記第２フォトダイオードの前記ｎ型コンタクト層に接続する第２ｎ電極を形成する第１０工程と、
前記第１フォトダイオードの前記ｐ型コンタクト層に接続する第１ｐ電極および前記第２フォトダイオードの前記ｐ型コンタクト層に接続する第２ｐ電極を形成する第１１工程と、
前記第１ｐ電極と前記第２ｎ電極とを接続する第１配線、前記第１ｎ電極に接続する第２配線、前記第２ｐ電極に接続する第３配線を形成する第１２工程と
を備えることを特徴とするフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のフォトダイオードアレイの製造方法において、
前記第１配線は、信号パッドに接続して形成し、
前記第２配線は、第１バイアスパッドに接続して形成し、前記第３配線は、第２バイアスパッドに接続して形成する
ことを特徴とするフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトダイオードアレイの製造方法において、
前記第８工程では、ベリリウムをイオン注入して前記ｐ型領域を形成することを特徴とするフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項５】
基板の第１領域に形成された、ｐ型の化合物半導体からなるｐ型コンタクト層，前記ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するｐ型の化合物半導体からなる第１光吸収層，前記ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる第２光吸収層，前記第２光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型の化合物半導体からなる電界制御層，前記電界制御層より大きなバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる電子走行層，ｎ型の化合物半導体からなるｎ型コンタクト層の積層構造からなる第１フォトダイオード素子と、
前記基板の第２領域に形成された、ｐ型の化合物半導体からなるｐ型コンタクト層，前記ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するｐ型の化合物半導体からなる第１光吸収層，前記ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる第２光吸収層，前記第２光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型の化合物半導体からなる電界制御層，前記電界制御層より大きなバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる電子走行層，ｎ型の化合物半導体からなるｎ型コンタクト層の積層構造からなる第２フォトダイオード素子と
を備え、
前記第２フォトダイオード素子の電子走行層は、イオン注入により形成されたｐ型領域を層厚方向の一部に備えることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項６】
請求項４記載のフォトダイオードアレイにおいて、
前記第１フォトダイオードの前記ｎ型コンタクト層に接続する第１ｎ電極と、
前記第２フォトダイオードの前記ｎ型コンタクト層に接続する第２ｎ電極と、
前記第１フォトダイオードの前記ｐ型コンタクト層に接続する第１ｐ電極と、
前記第２フォトダイオードの前記ｐ型コンタクト層に接続する第２ｐ電極と、
前記第１ｐ電極と前記第２ｎ電極とを接続する第１配線と、
前記第１ｎ電極に接続する第２配線と、
前記第２ｐ電極に接続する第３配線と
を備えることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項７】
請求項５記載のフォトダイオードアレイにおいて、
前記第１配線に接続する信号パッドと、
前記第２配線に接続する第１バイアスパッドと、
前記第３配線に接続する第２バイアスパッドと
を備えることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のフォトダイオードアレイにおいて、
前記ｐ型領域は、ベリリウムをイオン注入することで形成されていることを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のフォトダイオードを同一基板の上に備えるフォトダイオードアレイおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、通信容量の増大に伴い、ＷＤＭなどの多重化方式が一般的に用いられるようになっている。多重化方式では、多重化された光信号を光フィルタで分離した後の光を並列で受光するため、複数のフォトダイオード（ＰＤ）を配列して用いている。
【０００３】
例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ(Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying)方式のデジタルコヒーレント通信用の受信モジュールにおいては、図６に示すように、フォトダイオードに入力される段階においては、光信号は４組の差動信号になっている（非特許文献１参照）。この差動光信号を個別に電流信号に変換するためには、１組２個からなるフォトダイオード対が４組必要となる。
【０００４】
更に、上述したような通信方式においては、強い強度の局発光をフォトダイオードに入力する必要があるために、高い光入力パワーでも広帯域に動作するフォトダイオードが必要となる。このために、複合電界型ＭＩＣ−ＰＤが提案されている（非特許文献２参照）。また、この複合電界型ＭＩＣ−ＰＤは、低い動作電圧で十分な広帯域を実現できる特徴も備えている。
【０００５】
上述したような差動光信号を受信する配列された複数のフォトダイオード群（ＰＤアレイ）の構成は、以下に示すように、２種類考えられる。
【０００６】
第１として、図７の（ａ）に示すように、各フォトダイオードに独立して電圧供給し、各々のフォトダイオードに応じて電気信号が出力される構成（Ａ型）がある（非特許文献１参照）。
【０００７】
第２として、図７の（ｂ）に示すように、１つのフォトダイオードのｎ電極と、このフォトダイオードと対になるフォトダイオードのｐ電極を接続し、２つのフォトダイオードで変換された電気信号をフォトダイオードチップの中で合成して１つの電気信号を出力させる構成（Ｂ型）がある（非特許文献３参照）。
【０００８】
フォトダイオードで変換された電気信号は、時間変化の無い直流成分（ＤＣ成分）と、時間変化のある高周波変調成分（ＲＦ成分）に分けて考えることができるが、これらの信号のトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：TransImpedance Amplifier）への伝達はＡ型とＢ型で異なる。
【０００９】
まず、図７の（ｃ）に示すように、Ａ型の構成ではＤＣ成分とＲＦ成分は共にＴＩＡの入力部へ流れ込む。これに対し、図７の（ｄ）に示すように、Ｂ型の構成においては、ＴＩＡの入力部へ流れ込むのは主にＲＦ成分であり、ＤＣ成分はグランドへ流れることになる。
【００１０】
一般的に、ＴＩＡにおいては入力部に流れ込むＤＣ電流には上限がある。デジタルコヒーレント通信用の受信部では局発光として強度の高い光を使用するため、フォトダイオードから出力される電気信号のＤＣ成分は大きくなる。ＴＩＡの入力部に流れ込むＤＣ電流は、ＴＩＡにとって大きな負荷となる。このＤＣ電流を低減する観点からは、Ａ型の構成よりもＢ型の構成の方が有利である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】佐野公一、吉松俊英、福山裕之、村本好史、児玉聡、村田浩一、「100 Gbit/sデジタルコヒーレント通信用フォトダイオード・トランスインピーダンスアンプ」、６７−７０頁、ＮＴＴ技術ジャーナル、２０１１年３月号。
【非特許文献２】T. Yoshimatsu, Y. Muramoto, S. Kodama, T. Furuta,N. Shigekawa, H. Yokoyama and T. Ishibashi, "Suppression of space charge effect in MIC-PD using composite field structure", ELECTRONICS LETTERS 24th, Vol.46, No.13, pp.941-942, 2010.
【非特許文献３】梅沢 俊匡、工藤  貴裕、日原  衛、和田  守夫、「位相変調方式光伝送システム向けデュアルPINフォトダイオード」、横河技報、Ｖｏｌ．５２、Ｎｏ．３、２００８年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、ＴＩＡに流れ込むＤＣ電流を低減させる観点からは、Ａ型の構成よりもＢ型の構成の方が有利である。しかしながら、以下に示すように、Ｂ型の構成にも課題がある。
【００１３】
一般的に、ＴＩＡは入力オフセット電圧を持つが、この電圧により、２つのフォトダイオードには異なるバイアス電圧が印加されることになる場合がある。図７の（ｂ）に示すＢ型の回路構成における一方のフォトダイオードには、「バイアス電圧１−オフセット電圧」が印加され、他方のフォトダイオードには「オフセット電圧−バイアス電圧２」が印加される。しかしながら、実際の受信モジュールを設計する上では、２つのフォトダイオードに同一の電圧が印加されるように調整できない場合がある。
【００１４】
特に、低電圧で動作が可能である複合電界型ＭＩＣ−ＰＤを適用する場合、低電圧側のフォトダイオードで最適に動作するように半導体の内部構造を設計すると、一方のフォトダイオードには、最適状態以上の高電圧が印加されることになる。
【００１５】
複合電界型ＭＩＣ−ＰＤでは、フォトダイオードの光吸収層に印加される電界を最適化する必要があるが、光吸収層に必要以上の電界が印加されると、高電界効果により、光信号を吸収することによって発生する電子の応答速度を劣化させる。このため、印加される電圧が異なると、１組２個のフォトダイオードの間で、帯域が変わってしまうことになる。
【００１６】
通常、上述したようなＰＤアレイは、同一の層構成とした半導体積層構造を、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、同一基板（チップ）上に集積して（モノリシックに）複数のフォトダイオードを形成している。このため、２つのフォトダイオードは同一の特性となり、同一の特性の２つのフォトダイオードに対して印加される電圧が異なる場合、前述したような問題が発生する。この問題は、電気信号をチップ内で合成させるＢ型の構成としては、ＲＦ成分の光電変換効率が低下することにつながるので、好ましくない。
【００１７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、モノリシックに形成される複数のフォトダイオードに対して各々異なるバイアス電圧が印加できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係るフォトダイオードアレイの製造方法は、基板の上にｐ型の化合物半導体からなるｐ型コンタクト層を形成する第１工程と、ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するｐ型の化合物半導体からなる第１光吸収層をｐ型コンタクト層の上に形成する第２工程と、ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる第２光吸収層を第１光吸収層の上に形成する第３工程と、第２光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型の化合物半導体からなる電界制御層を第２光吸収層の上に形成する第４工程と、電界制御層より大きなバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる電子走行層を電界制御層の上に形成する第５工程と、ｎ型の化合物半導体からなるｎ型コンタクト層を電界制御層の上に形成する第６工程と、ｐ型コンタクト層，第１光吸収層，第２光吸収層，電界制御層，電子走行層，およびｎ型コンタクト層から構成された積層構造体の第１領域に隣接する第２領域に開口部を有するマスクパターンをｎ型コンタクト層の上に形成する第７工程と、マスクパターンをマスクとして選択的にイオン注入することにより、開口部の領域の電子走行層にｐ型領域を形成する第８工程と、積層構造体をパターニングしてノンドープの状態の電子走行層を備える第１フォトダイオード素子を第１領域に形成するとともに層厚方向の一部にｐ型領域を有する電子走行層を備える第２フォトダイオード素子を第２領域に形成する第９工程とを備える。
【００１９】
上記フォトダイオードアレイの製造方法において、第１フォトダイオードのｎ型コンタクト層に接続する第１ｎ電極および第２フォトダイオードのｎ型コンタクト層に接続する第２ｎ電極を形成する第１０工程と、第１フォトダイオードのｐ型コンタクト層に接続する第１ｐ電極および第２フォトダイオードのｐ型コンタクト層に接続する第２ｐ電極を形成する第１１工程と、第１ｐ電極と第２ｎ電極とを接続する第１配線、第１ｎ電極に接続する第２配線、第２ｐ電極に接続する第３配線を形成する第１２工程とを備えるようにしてもよい。
【００２０】
上記フォトダイオードアレイの製造方法において、第１配線は、信号パッドに接続して形成し、第２配線は、第１バイアスパッドに接続して形成し、第３配線は、第２バイアスパッドに接続して形成すればよい。
【００２１】
上記フォトダイオードアレイの製造方法において、第８工程では、ベリリウムをイオン注入してｐ型領域を形成すればよい。
【００２２】
また、本発明に係るフォトダイオードアレイは、基板の第１領域に形成された、ｐ型の化合物半導体からなるｐ型コンタクト層，ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するｐ型の化合物半導体からなる第１光吸収層，ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる第２光吸収層，第２光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型の化合物半導体からなる電界制御層，電界制御層より大きなバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる電子走行層，ｎ型の化合物半導体からなるｎ型コンタクト層の積層構造からなる第１フォトダイオード素子と、基板の第２領域に形成された、ｐ型の化合物半導体からなるｐ型コンタクト層，ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するｐ型の化合物半導体からなる第１光吸収層，ｐ型コンタクト層より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる第２光吸収層，第２光吸収層より大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型の化合物半導体からなる電界制御層，電界制御層より大きなバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体からなる電子走行層，ｎ型の化合物半導体からなるｎ型コンタクト層の積層構造からなる第２フォトダイオード素子とを備え、第２フォトダイオード素子の電子走行層は、イオン注入により形成されたｐ型領域を層厚方向の一部に備える。
【００２３】
上記フォトダイオードアレイにおいて、第１フォトダイオードのｎ型コンタクト層に接続する第１ｎ電極と、第２フォトダイオードのｎ型コンタクト層に接続する第２ｎ電極と、第１フォトダイオードのｐ型コンタクト層に接続する第１ｐ電極と、第２フォトダイオードのｐ型コンタクト層に接続する第２ｐ電極と、第１ｐ電極と第２ｎ電極とを接続する第１配線と、第１ｎ電極に接続する第２配線と、第２ｐ電極に接続する第３配線とを備えるようにしてもよい。
【００２４】
上記フォトダイオードアレイにおいて、第１配線に接続する信号パッドと、第２配線に接続する第１バイアスパッドと、第３配線に接続する第２バイアスパッドとを備えるようにしてもよい。
【００２５】
上記フォトダイオードアレイにおいて、ｐ型領域は、ベリリウムをイオン注入することで形成されていればよい。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したことにより、本発明によれば、モノリシックに形成される複数のフォトダイオードに対して各々異なるバイアス電圧が印加できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイにおける各半導体層の積層方向のバンドギャップエネルギーの変化を示すバンド図である。
【図５】図５は、イオン注入のドーズ量に対する第２フォトダイオード素子１５２における動作電圧の差（ａ）、および動作時に形成される空乏層の幅の比（ｂ）の変化を示す特性図である。
【図６】図６は、非特許文献１に示されているＤＰ−ＱＰＳＫ方式のデジタルコヒーレント通信用の受信モジュールの構成例を示す構成図である。
【図７】図７は、差動光信号を受信する配列されたフォトダイオードの構成例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１Ａ〜図１Ｄ，図２Ａ，図２Ｂは、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための各工程における状態を模式的に示す断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態におけるフォトダイオードアレイの製造方法を説明するための平面図である。
【００２９】
まず、図１Ａに示すように、基板１０１の上に、ｐ型コンタクト層１０２，第１光吸収層１０３，第２光吸収層１０４，電界制御層１０５，電子走行層１０６，およびｎ型コンタクト層１０７が、これらの順に積層されて構成された積層構造体を形成する。
【００３０】
ｐ型コンタクト層１０２は、半絶縁性のＩｎＰからなる基板１０１の上にｐ型の化合物半導体を堆積することで形成する（第１工程）。ｐ型の化合物半導体は、例えば、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰである。また、第１光吸収層１０３は、ｐ型コンタクト層１０２より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するｐ型の化合物半導体を、ｐ型コンタクト層１０２の上に堆積することで形成する（第２工程）。この化合物半導体は、例えば、ＩｎＧａＡｓである。
【００３１】
また、第２光吸収層１０４は、ｐ型コンタクト層１０２より小さく対象とする光の波長に対応するバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体を、第１光吸収層１０３の上に堆積することで形成する（第３工程）。この化合物半導体は、例えば、ＩｎＧａＡｓである。また、電界制御層１０５は、第２光吸収層１０４より大きなバンドギャップエネルギーを有するｎ型の化合物半導体を、第２光吸収層１０４の上に堆積することで形成する（第４工程）。この化合物半導体は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰである。
【００３２】
また、電子走行層１０６は、電界制御層１０５より大きなバンドギャップエネルギーを有するノンドープの化合物半導体を、電界制御層１０５の上に堆積することで形成する（第５工程）。この化合物半導体は、例えば、ＩｎＰである。なお、電子走行層１０６は、層厚２８０ｎｍ程度に形成する。また、ｎ型コンタクト層１０７は、ｎ型の化合物半導体を、電子走行層１０６の上に堆積することで形成する（第６工程）。この化合物半導体は、例えば、ＩｎＰである。なお、ｎ型コンタクト層１０７は、層厚３００ｎｍ程度に形成する。
【００３３】
上述した各半導体層は、例えば、よく知られた有機金属気相成長法などにより、基板１０１の上に順次にエピタキシャル成長することで形成すればよい。
【００３４】
次に、図１Ｂに示すように、上述した積層構造体の上（ｎ型コンタクト層１０７の上）に、マスクパターン１０８を形成する（第７工程）。マスクパターン１０８には、第１領域１４１に隣接する第２領域１４２に開口部１０９を有する。例えば、酸化シリコンからなるマスクパターン１０８を形成すればよい。
【００３５】
この場合、まず、ｎ型コンタクト層１０７に、スパッタ法などにより酸化シリコンを堆積して酸化シリコン膜を形成する。次いで、形成した酸化シリコン膜を、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、マスクパターン１０８を形成する。
【００３６】
次に、マスクパターン１０８をマスクとして選択的にイオン注入することにより、図１Ｃに示すように、開口部１０９の領域の電子走行層１０６にｐ型領域１１０を形成する（第８工程）。例えば、よく知られたイオン注入装置を用い、ベリリウム（Ｂｅ）イオンを所望のドーズ量で注入することで、ｐ型領域１１０を形成すればよい。このとき、電子走行層１０６のｎ型コンタクト層１０７側に、ｐ型領域１１０が形成されるように、加速電圧などの諸条件を設定して上述したイオン注入を行う。この後、例えば、ウエットエッチングなどにより、マスクパターン１０８を除去する（図１Ｄ）。なお、イオン注入の後で、結晶性を回復するための加熱処理を行うとよい。
【００３７】
次に、上述した積層構造体をパターニングし、図２Ａに示すように、第１フォトダイオード素子１５１を第１領域１４１に形成するとともに、第２フォトダイオード素子１５２を第２領域１４２に形成する（第９工程）。第１フォトダイオード素子１５１は、ノンドープの状態の電子走行層１０６を備え、第２フォトダイオード素子１５２は、層厚方向の一部にｐ型領域１１０を有する電子走行層１０６を備える状態となる。
【００３８】
ここで、開口部１０９が形成されている領域を中心に、第２フォトダイオード素子１５２のメサ構造を形成する。例えば、基板１０１に予め基準マーク（合わせマーク）を形成しておき、この基準マークを基準として開口部１０９を備えるマスクパターン１０８および第２フォトダイオード素子１５２の形成箇所の位置合わせを行えばよい。また、開口部１０９は、第２フォトダイオード素子１５２の受光領域より広く形成しておけばよい。
【００３９】
また、図２Ｂに示すように、第１フォトダイオード素子１５１のｎ型コンタクト層１０７に接続する第１ｎ電極１１１ａおよび第２フォトダイオード素子１５２のｎ型コンタクト層１０７に接続する第２ｎ電極１１１ｂを形成する（第１０工程）。次に、第１フォトダイオード素子１５１のｐ型コンタクト層１０７に接続する第１ｐ電極１１２ａおよび第２フォトダイオード素子１５２のｐ型コンタクト層１０７に接続する第２ｐ電極１１２ｂを形成する（第１１工程）。
【００４０】
例えば、各電極の形成領域に開口部を備えるマスクパターンを形成し、この上に、電極金属材料を蒸着して（堆積して）金属層を形成する。次いで、形成した金属層の下に形成してあるマスクパターンを除去するリフトオフにより開口部に金属を残すことで、上述した各電極が形成できる。このとき、上述した基準マークを用いてマスクパターンの形成位置を合わせればよい。
【００４１】
次に、各素子の側部に、例えばポリイミドからなる絶縁分離層１１３を形成する。例えば、回転塗布などにより感光性を有するポリイミドの膜を形成した後、フォトリソグラフィーによりパターニングすることで、絶縁分離層１１３を形成すればよい。
【００４２】
次に、第１配線１１４、第２配線１１５、および第３配線１１６を形成する（第１２工程）。第１配線１１４は、第１ｐ電極１１２ａと第２ｎ電極１１１ｂとを接続する。第２配線１１５は、第１ｎ電極１１１ａに接続する。また、第３配線１１６は、第２ｐ電極１１２ｂに接続する。
【００４３】
これら配線の形成は、まず、例えば、各配線の形成領域に開口部を備えるマスクパターンを形成し、この上に、配線金属材料を蒸着して金属層を形成する。次いで、形成した金属層の下に形成してあるマスクパターンを除去するリフトオフにより開口部に金属を残すことで、上述した各配線が形成できる。このとき、上述した基準マークを用いてマスクパターンの形成位置を合わせればよい。
【００４４】
ここで、図３の平面図に示すように、第１配線１１４は、信号パッド１１７に接続して形成する。また、第２配線１１５は、第１バイアスパッド１１８に接続して形成し、第３配線１１６は、第２バイアスパッド１１９に接続して形成する。各パッドは、基板１０１の上に形成されている。
【００４５】
上述した構成とした第１フォトダイオード素子１５１および第２フォトダイオード素子１５２の、各半導体層の積層方向のバンドギャップエネルギーの変化は、図４に示すようになる。図４の（ａ）は、第１フォトダイオード素子１５１における積層方向のバンドギャップエネルギーの変化を示している。また、図４の（ｂ）は、第２フォトダイオード素子１５２における積層方向のバンドギャップエネルギーの変化を示している。
【００４６】
次に、ｐ型領域１１０の形成における、イオン注入のドーズ量と、第２フォトダイオード素子１５２における動作電圧、および動作時に形成される空乏層の幅（厚さ）との関係について説明する。以下では、Ｂｅをイオン注入した場合を例に、一次元のポアソン方程式を数値解析にて計算した結果を示す。
【００４７】
まず、層厚３００ｎｍのｎ型コンタクト層１０７における不純物濃度は１ｅ１８ｃｍ-3とした。また、層厚２８０ｎｍのｉ型とした電子走行層１０６における不純物濃度は１ｅ１５ｃｍ-3とし、イオン注入がない場合において最適電圧が１．３Ｖ程度となるように設計された複合電界型ＭＩＣ−ＰＤとした。この複合電界型ＭＩＣ−ＰＤの第２フォトダイオード素子１５２に対し、射影飛程をおおよそ１９１．５ｎｍとし、射影分散をおおよそ８６．７ｎｍとした条件（加速電圧５５ｅＶ程度を想定）で、Ｂｅイオンを注入することを仮定した。
【００４８】
この結果、図５に示すように、イオン注入のドーズ量に対し、第１フォトダイオード素子１５１に対する第２フォトダイオード素子１５２における、動作電圧の差（ａ）、および動作時に形成される空乏層の幅の比（ｂ）が変化した。この結果より、電子走行層１０６に対するＢｅイオン注入のドーズ量により、第２フォトダイオード素子１５２における最適電圧を設計できることが分かり、また、空乏層幅は大きく変化しないことが分かる。
【００４９】
以上に説明したように、本発明によれば、イオン注入するフォトダイオードとイオン注入しないフォトダイオードが同一基板（チップ）上に形成でき、フォトダイオードアレイを構成する１組２個のフォトダイオードの間で最適電圧に差を持たせることができる。本発明によれば、イオン注入技術を用いることで、同一チップ面内の２つフォトダイオードの一方の最適動作電圧を調整している。
【００５０】
これにより、接続されるＴＩＡの入力オフセット電圧に応じて、フォトダイオードアレイの一方のフォトダイオードのｎ電極と、他方のフォトダイオードのｐ電極を接続し、２つのフォトダイオードで変換された電気信号をフォトダイオードチップの中で合成して１つの電気信号を出力させる構成においても、各々最適な動作電圧を設定することができる。このように、本発明によれば、モノリシックに形成される複数のフォトダイオードに対して各々異なるバイアス電圧が印加できるようになる。この結果、ＴＩＡに流れ込むＤＣ電流が低減できるため、高い入力光強度が必要とされるデジタルコヒーレント通信用受信器を設計する上で、設計マージンを拡大することができる。
【００５１】
ところで、上述したフォトダイオードを形成するための積層構造として、基板側をｎ型半導体とし、基板から離れる素子上部にｐ型半導体を配置することはできない。この理由は、１組２個の複合電界型ＭＩＣ−フォトダイオードを動作電圧だけ違いを持たせ、これ以外の振る舞いは同一とさせるためには、ノンドープとしたｉ型光吸収層に印加される電界は、両者で同じにする必要があるためである。つまり、ｉ型光吸収層の不純物濃度は、２個のフォトダイオードの間で変えないようにする必要がある。
【００５２】
イオン注入による不純物導入では、基板表面側からしか制御性よく注入できないこと、注入深さよりも浅い部分にも注入されてしまうことから、イオン注入の経路にｉ型光吸収層が存在すると、ここにも不純物が導入されてしまう。このような状態では、２つのフォトダイオードの間で、ｉ型光吸収層の不純物濃度が異なる状態となる。これを防ぐためには、電子走行層からみてｉ型光吸収層が基板の側に配置されていることが必要となり、このためには、ｐ型コンタクト層が基板側に形成されていることが必須となる。
【００５３】
また、２個のフォトダイオードの間の応答帯域は、同一である方がよいので、ＣＲ時定数に関わる空乏層も、最適動作電圧において同じ状態となることが重要となる。例えば、より上層となり、イオン注入の経路となるｎ型コンタクト層におけるｎ型の不純物濃度を、注入イオンによって形成されるｐ型領域の不純物濃度よりも十分大きくすることで、空乏層の幅の拡大を防ぐことができる。
【００５４】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、Ｂｅのイオン注入に限らず、電子走行層にｐ型領域が形成できる不純物であればよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０１…基板、１０２…ｐ型コンタクト層、１０３…第１光吸収層、１０４…第２光吸収層、１０５…電界制御層、１０６…電子走行層、１０７…ｎ型コンタクト層、１０８…マスクパターン、１０９…開口部、１１０…ｐ型領域、１１１ａ…第１ｎ電極、１１１ｂ…第２ｎ電極、１１２ａ…第１ｐ電極１１２、１１２ｂ…第２ｐ電極、１１３…絶縁分離層、１１４…第１配線、１１５…第２配線、１１６…第３配線、１１７…信号パッド、１１８…第１バイアスパッド、１１９…第２バイアスパッド、１４１…第１領域、１４２…第２領域、１５１…第１フォトダイオード素子、１５２…第２フォトダイオード素子。
【図１Ａ】
2014146737.tif 000003
【図１Ｂ】
2014146737.tif 000004
【図１Ｃ】
2014146737.tif 000005
【図１Ｄ】
2014146737.tif 000006
【図２Ａ】
2014146737.tif 000007
【図２Ｂ】
2014146737.tif 000008
【図３】
2014146737.tif 000009
【図４】
2014146737.tif 000010
【図５】
2014146737.tif 000011
【図６】
2014146737.tif 000012
【図７】
2014146737.tif 000013