(57)【要約】半導体受光素子１は、半導体基板１０１と、この半導体基板１０１上部に積層された光吸収層１０５を含む半導体層とを有する。半導体受光素子１の少なくとも光吸収層１０５を含む半導体層は、メサ型構造とされ、メサの側壁には、前記側壁を被覆する保護膜１１３が設けられる。保護膜１１３は、水素を含むシリコン窒化膜であり、保護膜１１３のメサ側壁の一方の面の水素濃度は、保護膜１１３のメサ側壁側と反対側の他方の面の水素濃度よりも低い。
2009081585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
この半導体基板上部に積層された光吸収層を含む半導体層とを有する半導体受光素子であって、
少なくとも前記光吸収層を含む半導体層は、メサとされ、
前記メサの側壁には、前記側壁を被覆する保護膜が設けられ、
前記保護膜は、水素を含むシリコン窒化膜であり、
前記保護膜の前記メサ側壁側の一方の面の水素濃度は、前記保護膜の前記メサ側壁側と反対側の他方の面の水素濃度よりも低い半導体受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体受光素子において、
前記保護膜は、水素を含むシリコン窒化膜が複数積層されたものであり、
前記メサ側壁に最も近い前記シリコン窒化膜の水素濃度は、前記保護膜の最表層となる前記シリコン窒化膜の水素濃度よりも低い半導体受光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体受光素子において、
前記保護膜は、水素を含む前記シリコン窒化膜が３層以上積層されたものである半導体受光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体受光素子において、
前記保護膜の水素濃度は、前記保護膜の前記メサ側壁側の前記一方の面側から、前記メサ側壁側と反対側の前記他方の面側に向かって、連続的に増加、あるいは、２段階以上にわたって階段状に増加する半導体受光素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体受光素子において、
前記保護膜には、前記保護膜の前記メサ側壁側の一方の面を含むとともに、単位体積あたりの水素濃度が５×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以上、１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以下である第一の領域と、
前記保護膜の前記メサ側壁側と反対側の他方の面を含むとともに、単位体積あたりの水素濃度が、前記第一の領域の単位体積あたりの水素濃度の２倍以上、１０倍以下である第二の領域とが形成されている半導体受光素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体受光素子において、
前記メサは、前記光吸収層、アバランシェ増倍層、電界緩和層を含む前記半導体層により構成されており、
当該半導体受光素子は、アバランシェフォトダイオードである半導体受光素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体受光素子において、
前記保護膜の厚みが０．８μｍ以下である半導体受光素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体受光素子において、
当該半導体受光素子は、前記半導体層が、III-V族化合物半導体を含んで構成される半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信、光計測、光情報処理等の分野において、高速且つ大容量化は必須であり、特に受光素子においては、高速応答に優れた半導体受光素子の開発が不可欠である。
これらの半導体受光素子においては、素子特性の他にも、高い信頼性、低コスト化、さらに高い生産性が要求されている。
波長１〜１．６μm帯の半導体受光素子の例としては、化合物半導体からなるＰＩＮフォトダイオード（以下、ＰＩＮ−ＰＤという。）(例えば非特許文献１，２参照)や、アバランシェフォトダイオード(以下、ＡＰＤという。) （例えば、非特許文献３、特許文献１参照) 等がある。
これらの半導体受光素子では、非特許文献１，３ようなプレーナ型構造あるいは擬似プレーナ型構造、または非特許文献２および特許文献１のようなメサ型構造が採用されている。 
プレーナ型構造や擬似プレーナ型構造の半導体受光素子は、例えば高電界が印加されるＡＰＤの増倍層等やナローギャップでトンネル電流が生じやすい光吸収層等の半導体層が露出しない構造である。このためメサ型構造の半導体受光素子に比べて高信頼化の点で有利である。
しかし、プレーナ型構造の半導体受光素子は、受光部周辺領域でのエッジ増倍を抑制するためにイオン注入等によるガードリングの形成が不可欠である。そのため、プレーナ型構造の半導体受光素子は、一般に構造設計上の自由度が制限され、製造方法も複雑になる傾向がある。その結果、実用上重要となる製造の容易性や低コスト化、素子特性の向上における困難性等の問題がある。【０００３】
これに対して、メサ型構造の半導体受光素子は、エッチングで受光領域を形成するため、製造工程が容易であり低コスト化においても有利である。また、ｐｎ接合部分がエピ成長工程で形成されるため素子特性の制御が容易であり、プレーナ型構造の半導体受光素子と比較して構造設計上の自由度が高い。また、イオン注入工程や拡散工程を必要としないために素子特性や製造工程の再現性が高い。
しかし、メサ型構造の半導体受光素子では、例えば図９に示したＡＰＤのように、メサ型構造を有する受光領域の側壁（以下、メサ側壁という。）で増倍層７０３や光吸収層７０５等の半導体層７０３〜７０７の側面が露出することから、これらの露出部分を覆う保護膜７１１の形成が必要である。従来こうした保護膜７１１は、ポリイミド樹脂膜やベンゾシクロブテン樹脂膜などの有機化合物系の絶縁膜、あるいはシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの無機化合物系の絶縁膜などで形成される方法が知られている。
なお、図９において、符号７１２は、ＡＲ（反射防止）コート、７０１は、基板、７０２はバッファ層、７０４は電界緩和層、７０６は、キャップ層、７０７は、コンタクト層、７０８，７０９は、電極を示す。【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２１９７号公報
【非特許文献１】ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．２０  Ｎｏ．１６  ６５４−６５６ページ、１９８４
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ、Ｖｏｌ．５０  Ｎｏ．２、５３２−５３４ページ、２００３
【非特許文献３】ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．８  Ｎｏ．６  ８２７−８２９ページ、１９９６]
【発明の開示】
【０００５】
上述したように、高性能且つ高信頼特性を有し、製造が容易で低コスト化に優れた半導体受光素子の実現においては、素子特性の制御が容易で再現性に優れたメサ型構造の採用が有効である。
しかしながら、メサ型構造においては、メサ側壁の半導体露出部分を保護する技術が必須である。特に化合物半導体からなる半導体受光素子ではメサ側壁を覆う保護膜について従来技術では以下のような課題があり、これに起因して素子特性や信頼性等の点で問題が生じている。
【０００６】
まず、有機化合物系の絶縁膜で保護膜を形成したメサ型構造の半導体受光素子は、スピンコーティング法等の成膜手段が適用できることから欠陥の発生等の製作工程に伴う損傷が起こりにくいという利点がある。しかしながら、一方で、有機化合物系の絶縁膜は、耐薬品性や耐溶剤性、耐吸湿性等が十分ではないためにそれに起因して素子特性や信頼性が低下するという問題がある。
【０００７】
また、無機化合物系の絶縁膜で保護膜を形成したメサ型構造の半導体受光素子は、メサ側壁に露出した半導体表面、さらには、この半導体表面と保護膜との界面が保護膜の成膜条件や膜質の影響を受けやすく、その安定性に問題がある。
【０００８】
例えば、図９に示した基板７０１上に形成した光吸収層７０５、増倍層７０３、電界緩和層７０４等を含んだメサ型構造のＡＰＤにおいてメサ側壁にＳｉＨ４とＮＨ３を原料としたシリコン窒化膜からなる保護膜７１１を形成した場合について検討する。
成膜工程で発生する水素ラジカルがメサ側壁の半導体層（光吸収層７０５、増倍層７０３、電界緩和層７０４等）表面や半導体層表面と保護膜７１１の界面に取り込まれる。これにより、半導体層表面および半導体層表面と保護膜７１１の界面でのリーク電流の発生や半導体層中のキャリア濃度の低下が生じる。
【０００９】
同様の劣化は増倍層を有さない図１０に示したＰＩＮ−ＰＤ等においても発生する。図１０のＰＩＮ−ＰＤは、ｎ型の基板８０１上に、ｎ型のバッファ層８０２、ｉ型の層８０３、ｐ型の層８０４、ｐ型のコンタクト層８０５が形成されたものである。符号８０６，８０７は電極を示し、符号８０９は保護膜を示す。また、符号８１０はＡＲコートを示す。
リーク電流の発生等は、信頼性や素子特性等の劣化の原因となるため、水素ラジカルの制御はメサ型構造の保護膜に適用する上での重要な課題である。
【００１０】
なお、上述の絶縁膜以外にも、メサ構造形成後に高抵抗の半導体層の再成長を行い、メサ側壁を保護する方法も提案されているが、この方法においても、製造工程が非常に複雑になり、歩留まりやコストの点で問題がある。
【００１１】
本発明は、信頼性低下および素子特性の劣化を防止でき、かつ、製造工程が複雑化しない半導体受光素子を提供する。
【００１２】
本発明によれば、半導体基板と、この半導体基板上部に積層された光吸収層を含む半導体層とを有する半導体受光素子であって、少なくとも前記光吸収層を含む半導体層は、メサ型構造とされ、前記メサの側壁には、前記側壁を被覆する保護膜が設けられ、前記保護膜は、水素を含むシリコン窒化膜であり、前記保護膜の前記メサ側壁側の一方の面の水素濃度は、前記保護膜の前記メサ側壁側と反対側の他方の面の水素濃度よりも低い半導体受光素子が提供される。
【００１３】
本発明によれば、信頼性低下および素子特性の劣化を防止できかつ、製造工程が複雑化しない半導体受光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
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。【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図３】本発明の第三実施形態にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図４】第三実施形態の保護膜の水素濃度分布を示す図である。
【図５】本発明の第四実施形態にかかる半導体受光素子を示す図である。
【図６】本発明の第五実施形態にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図７】半導体受光素子の高温通電によるの暗電流の経時変化を示す図である。
【図８】半導体受光素子の加湿通電破壊時間を示す図である。
【図９】半導体受光素子を示す断面図である。
【図１０】半導体受光素子を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。【００１７】
（第一実施形態）
図１を参照して、本発明の第一実施形態の半導体受光素子について説明する。
はじめに、半導体受光素子１の概要について説明する。
半導体受光素子１は、半導体基板１０１と、この半導体基板１０１上部に積層された光吸収層１０５を含む半導体層とを有する。
半導体受光素子１の少なくとも光吸収層１０５を含む半導体層は、メサ型構造とされ、メサの側壁には、前記側壁を被覆する保護膜１１３が設けられる。
保護膜１１３は、水素を含むシリコン窒化膜であり、保護膜１１３のメサ側壁の一方の面の水素濃度（水素原子濃度）は、保護膜１１３のメサ側壁側と反対側の他方の面の水素濃度（水素原子濃度）よりも低い。【００１８】
次に、半導体受光素子１について詳細に説明する。
半導体受光素子１は、面入射型のメサ型ＡＰＤである。図１に示されるように、ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）１０１上にｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、ＩｎＡｌＡｓ増倍層(アバランシェ増倍層)１０３、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層１０４、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０５、ｐ型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１０６、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７を順次積層した構造である。
受光領域１１０はウェットエッチングあるいはドライエッチングによるメサ構造形成により形成される。
基板１０１の裏面には、ＡＲコート１１４が設けられている。【００１９】
受光領域１１０であるメサの側壁は、複数層からなる保護膜１１３で被覆されている。具体的には、メサの側壁は、第一のシリコン窒化膜１１１と第一のシリコン窒化膜１１１上に形成された第二のシリコン窒化膜１１２から成る二層構成の保護膜１１３により被覆されている。
第一のシリコン窒化膜１１１はメサの側壁に直接接触している。【００２０】
この第一のシリコン窒化膜１１１中の水素濃度は、最表層となる第二のシリコン窒化膜１１２中の水素濃度に比べて低い。
具体的には、第一のシリコン窒化膜１１１中の水素濃度は、５×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以上、１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以下であり、第二のシリコン窒化膜１１２の水素濃度は、好ましくは第一のシリコン窒化膜１１１の膜中の水素濃度の２倍以上１０倍以下である。【００２１】
第一のシリコン窒化膜１１１は、たとえば、シリコン供給源にＳｉＨ４ガスを使用し、窒素（Ｎ）供給源にＮ２ガスあるいはＮＨ３ガスまたはその両方を使用したプラズマＣＶＤ法により成膜されたものである。
この原料ガスの組み合わせでは成膜に関与するＨ原子の数を少なくすることができ、水素ラジカル発生の抑制が容易である。なお、窒素（Ｎ）供給源にＮＨ３ガスを用いた場合においても、成膜時のガス組成（たとえば、Ａｒガス等の希釈ガス量を変えて、原料ガスの分解効率を調整する）、圧力、ＲＦパワー等の条件設定によりＮ２ガスのみを使用する場合と、同等の膜が形成可能である。【００２２】
第二のシリコン窒化膜１１２は、第一のシリコン窒化膜１１１上に直接形成されている。
この第二のシリコン窒化膜１１２は、たとえば、シリコン供給源にＳｉＨ４ガスを使用し、窒素（Ｎ）供給源にＮＨ３ガスを使用したプラズマＣＶＤ法により成膜されたものである。
ここでは、成膜時のガス組成、圧力、ＲＦパワー等の条件設定により、第二のシリコン窒化膜１１２に含まれる水素原子濃度が、第一のシリコン窒化膜１１１の水素原子濃度よりも高くなるようにする。
なお、第二のシリコン窒化膜１１２の窒素供給源には、第一のシリコン窒化膜１１１の窒素供給源よりも水素原子の含有量が多い原料を使用することが好ましい。【００２３】
ここで、保護膜１１３の厚みは、０．８μｍ以下であることが好ましく、また、０．１μｍ以上であることが好ましい。
また、第一のシリコン窒化膜１１１は０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であることが好ましい。さらに、第二のシリコン窒化膜１１２は、０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であることが好ましい。各シリコン窒化膜１１１，１１２の厚みを０．５μｍ以下とすることで、半導体層に対する応力低減という効果がある。
また、各シリコン窒化膜１１１，１１２の厚みを０．１μｍ以上とすることで、保護膜１１３により確実にメサを保護することができる。【００２４】
ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７の各層上には、ｎ型電極１０８とｐ型電極１０９とが各々形成される。【００２５】
次に、本実施形態の半導体受光素子１の作用効果について説明する。
本実施形態の半導体受光素子１では、保護膜１１３のメサ側壁側の一方の面の水素濃度は、保護膜１１３のメサ側壁側と反対側の他方の面の水素濃度よりも低い。保護膜１１３のメサ側壁側の一方の面の水素濃度を低くすることで、水素ラジカルに起因する素子特性および素子寿命の劣化が抑制される。また、保護膜１１３のメサ側壁側と反対側の他方の面の水素濃度を高くすることで、水分等の侵入や、酸化に起因する素子特性および素子寿命の劣化が抑制される。
図１に示すように受光領域１１０のメサ側壁には、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、ＩｎＡｌＡｓ増倍層１０３、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層１０４、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０５、ｐ型ＩｎＡｌＡｓキャップ層１０６、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７の各半導体層の側面が露出している。そのため、メサ構造形成後に保護膜１１３となるシリコン窒化膜を形成する際にはメサの側壁の半導体表面が材料ガス雰囲気およびプラズマに曝される。
シリコン窒化膜成膜時において、水素ラジカル発生が多い状態では、この成膜時に水素ラジカルが半導体層内あるいは半導体表面とシリコン窒化膜の界面に取り込まれるため、ＩｎＡｌＡｓ増倍層１０３やｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層１０４でのキャリア濃度低下や半導体層と第一のシリコン窒化膜１１１との界面でのリーク電流発生が生じる。
ＩｎＡｌＡｓ増倍層１０３やｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層１０４のキャリア濃度はＡＰＤの動作原理上、厳密な制御が必要とされるパラメータであり、このキャリア濃度の低下はＡＰＤの素子特性劣化やメサ側壁でのリーク電流増加を引き起こす。
また、ＡＰＤを構成する半導体層中、特にＩｎＧａＡｓ光吸収層１０５はバンドギャップが小さく（０．７５ｅＶ）、トンネル電流を生じやすいため、シリコン窒化膜との界面でのリーク電流も発生しやすく、水素ラジカルの影響を受けやすい。 【００２６】
本実施形態では、メサ側壁の半導体層が露出した状態で成膜を開始する第一のシリコン窒化膜１１１を、成膜時の水素ラジカル発生が少なくなるように、第二のシリコン窒化膜１１２に比べて膜中の水素濃度が低いシリコン窒化膜で形成するため、上記のシリコン窒化膜形成による素子特性および素子寿命の劣化が抑制される。
なお、III-V族半導体で構成される半導体層から構成される半導体受光素子１においては、特に水素ラジカルの影響をうけやすいので、水素濃度の低い第一のシリコン窒化膜１１１を設けることは特に有用である。【００２７】
一方で、第一のシリコン窒化膜１１１は、膜中の水素原子が少ないために未結合状態のボンドが多く存在し、膜の緻密性が劣る。その結果、例えば図９に示すように、光吸収層７０５および増倍層７０３を有するメサ型構造ＡＰＤの保護膜７１１を上記膜中水素濃度が低いシリコン窒化膜単独で形成した場合には、環境雰囲気に暴露される膜表面からの酸化および水分の浸入が起こりやすく、水素ラジカル以外に起因する素子特性の劣化や信頼性の低下が発生する。
図７は、シリコン窒化膜である保護膜における膜中水素濃度とメサ型構造のＰＩＮ−ＰＤの素子寿命の関係を示し、図８は、シリコン窒化膜である保護膜における膜中水素濃度とメサ型構造のＰＩＮ−ＰＤの加湿耐性の関係を示す。図７は、半導体受光素子の高温通電による暗電流の経時変化を示す図である。図７の縦軸は、素子の暗電流の増加率を示し、数値が大きいほど、劣化していることを示す。図７，８より明らかなように膜中の水素濃度が低い素子は素子寿命が長いが、加湿に対する耐性は低下する。また、水素濃度が高い素子では素子寿命が短いが、加湿耐性は高い。【００２８】
これに対し、本実施形態では、第一のシリコン窒化膜１１１上に膜中の水素濃度が高い（好ましくは第一のシリコン窒化膜１１１の水素濃度の２倍以上１０倍以下）シリコン窒化膜１１２を形成している。このような水素濃度が高い第二のシリコン窒化膜１１２は、膜が緻密であり未結合状態のボンドが少ない。このため、未結合状態のボンドを介した水や酸素等の分子あるいは原子の移動が起こりにくく、膜表面からの浸水や酸化が抑制される。
例えば、本実施形態に記載したような構造のメサ型ＡＰＤでは、ＩｎＰ層とシリコン窒化膜との界面での浸水による分解・劣化も報告されており、第二のシリコン窒化膜１１２において膜表面からの水分の浸入を防ぐことは、信頼性の上で特に重要である。 【００２９】
第一のシリコン窒化膜１１１において水素濃度を５×１０２１〜１×１０２２[ａｔｏｍｓ／ｃｍ３]としている。これは、シリコン窒化膜をメサ側壁の保護膜とした場合に水素濃度１×１０２２[ａｔｏｍｓ／ｃｍ３]を境に受光素子の寿命が短くなる可能性が高いためである。
ただし、１×１０２１[ａｔｏｍｓ／ｃｍ３]を下回るような極端に水素濃度が低い膜の場合には密度の荒いシリコン窒化膜となる可能性がある。この場合、メサ側面の被覆という保護膜本来の効果が低下する可能性があり、素子特性が劣化する可能性があるため、水素濃度が低い膜であっても５×１０２１〜１×１０２２[ａｔｏｍｓ／ｃｍ３]の範囲は維持することが好ましい。【００３０】
また、第二のシリコン窒化膜１１２の水素濃度は第一のシリコン窒化膜１１１の水素濃度の２倍以上１０倍以下とすることが好ましい。
第二のシリコン窒化膜１１２の水素濃度を、第一のシリコン窒化膜１１１の水素濃度の２倍以上とすることで加湿耐性を向上できるという効果がある。
また、第二のシリコン窒化膜１１２の水素濃度を、第一のシリコン窒化膜１１１の水素濃度の１０倍以下とすることで、第一のシリコン窒化膜１１１との極端な膜応力の違いによるクラックの発生や剥がれを抑制するという効果がある。【００３１】
シリコン窒化膜を半導体の保護膜に使用する場合には、シリコン窒化膜が有する圧縮応力による半導体へのストレスが素子特性や信頼性の劣化要因になるため、有効な膜厚に制御する必要がある。本実施形態の半導体受光素子１は半導体層がＩｎＰやＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ等の化合物半導体で形成されており、Ｓｉ等と比較すると硬度が低く、保護膜が有する応力の影響を受けやすい。
このため、メサ型ＡＰＤのメサ側壁に1μｍ程度の厚膜のシリコン窒化膜で保護膜を形成すると、保護膜の応力によるストレスに起因した半導体と保護膜の界面でのリーク電流が発生し、素子特性や素子寿命が劣化する可能性がある。一方で、保護膜膜厚０．１μｍ未満のような極度の薄膜化は保護膜表面から水や酸素の浸入に対する防護性を低下させる可能性がある。半導体受光素子１では、保護膜の応力による素子特性や素子寿命の劣化を生じない膜厚として各シリコン窒化膜の膜厚の総和が０．８μｍ以下であることが好ましく、また、０．１μｍ以上であることが好ましい。【００３２】
さらに、本実施形態の保護膜１１３は、シリコン窒化膜で構成されているため、プラズマＣＶＤ法により形成することができ、半導体受光素子１の製造工程が複雑化してしまうことがない。
半導体受光素子１は、光通信、光情報処理、光計測等の装置に搭載することにより、装置の高性能化が得られる。【００３３】
（第二実施形態）
次に、図２を参照して、第二実施形態について説明する。
本実施形態の半導体受光素子２は、保護膜２１４の構造が前記実施形態の半導体受光素子１の保護膜と異なっている。他の点は、第一実施形態と同様である。
具体的には、受光領域１１０であるメサ部分の側壁は、シリコン窒化膜２１１とシリコン窒化膜２１１上に形成された一層以上のシリコン窒化膜から成る中間保護膜２１２と中間保護膜２１２上に形成される最表面のシリコン窒化膜２１３とを有する３層以上の多層の保護膜２１４により被覆されている。【００３４】
ここで、シリコン窒化膜２１１は、第一実施形態の第一のシリコン窒化膜１１１と同様の方法で製造できる。シリコン窒化膜２１１の水素濃度は、好ましくは５×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以上、１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以下である。
シリコン窒化膜２１１の厚みは、たとえば、０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であることが好ましい。シリコン窒化膜２１１は、メサの側壁に直接接触している。【００３５】
最表面のシリコン窒化膜２１３は水素濃度が高い（好ましくはシリコン窒化膜２１１の膜中の水素濃度の２倍以上１０倍以下）ものである。
このシリコン窒化膜２１３は、第一実施形態のシリコン窒化膜１１２と同様の製造方法で製造することができる。シリコン窒化膜２１３は、たとえば、０．１μｍ以上、０．５μｍ以下であることが好ましい。【００３６】
中間保護膜２１２は単層であっても、複数層であってもよい。中間保護膜２１２の水素濃度は、特に限定されず、シリコン窒化膜２１１の水素濃度以上であってもよく、さらには、シリコン窒化膜２１３の水素濃度以上であってもよい。
たとえば、中間保護膜２１２の水素濃度を、シリコン窒化膜２１１の水素濃度を超え、シリコン窒化膜２１３の水素濃度未満とすれば、耐水性、耐酸化性を向上させることができる。さらに、中間保護膜２１２の水素濃度は、シリコン窒化膜２１３の水素濃度未満であるため、中間保護膜２１２を含んだ厚みのシリコン窒化膜２１３を形成する場合（中間保護膜２１２の領域をシリコン窒化膜２１３とする）に比べ、膜応力の増加を抑制することができる。
一方、中間保護膜２１２の水素濃度を、シリコン窒化膜２１３の水素濃度以上とすれば、確実に耐水性、耐酸化性を向上させることができる。なお、この場合には、中間保護膜２１２の厚みを膜応力に応じて適宜調整すればよい。
さらに、中間保護膜２１２の水素濃度をシリコン窒化膜２１１の水素濃度未満とした場合には、膜応力の非常に小さい膜が形成されることとなるので、半導体層にかかる応力を緩和する手段となる。
保護膜２１４の厚みは、前記実施形態と同様、０．８μｍ以下であることが好ましく、また、０．１μｍ以上であることが好ましい。
以上のような第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。【００３７】
（第三実施形態）
図３を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。
本実施形態の半導体受光素子３では、保護膜３１１の構造が前記実施形態の半導体受光素子１の保護膜１１３と異なっている。他の点は、第一実施形態と同様である。
受光領域１１０であるメサ部分の側壁は、メサ側壁側の面から最表面に向かって膜中の水素濃度が低濃度から高濃度へ連続的あるいは階段状に変化する１枚のシリコン窒化膜３１１からなる保護膜により被覆されている。【００３８】
ここで、シリコン窒化膜３１１は窒素（Ｎ）供給源にＮＨ３ガス、またはＮ２ガスとＮＨ３ガスの両方を用いたプラズマＣＶＤ法により成膜され、成膜時のガス流量、圧力、原料ガス分圧、温度、ＲＦパワー等の成膜条件を連続的あるいはステップ状に変化させることにより膜中の水素濃度を連続的あるいは２段階以上の階段状に変化させることができる。
シリコン窒化膜３１１のメサ側壁側の面を含む第一の領域に含まれる水素原子濃度が、メサ側壁側の面と反対側の面を含む第二の領域の水素原子濃度よりも低くなるようにする。
本実施形態では、メサ側壁の半導体表面側（シリコン窒化膜成膜初期）は膜中の水素濃度が低く、最表面側に向かって膜中の水素濃度が高くなるように成膜する。
メサ側壁側の面を含む第一の領域において、単位体積あたりの水素濃度は、５×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以上、１×１０２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以下であることが好ましい。
また、最表面を含む第二の領域において、単位体積あたりの水素濃度は、第一の領域の水素濃度の２倍以上１０倍以下となることが好ましい。【００３９】
図４にシリコン窒化の膜中の水素濃度のプロファイル例を示す。
プロファイルＡでは、メサ側壁側から、最表層側に向かい水素濃度が一定量つづ、シリコン窒化膜のメサからの厚み量に比例するように連続的に増えている。
プロファイルＢでは、メサ側壁側から、最表層側に向かい連続的に水素濃度が増加しているが、ある地点から急激に水素濃度が増加している。
プロファイルＣでは、メサ側壁側から所定の位置までは水素濃度がほとんど増加しないが、ある地点から急激に連続的に水素濃度が増加している。
プロファイルＤでは、メサ側壁側から階段状に水素濃度が増加している。
保護膜３１１の厚みは、前記実施形態と同様、０．８μｍ以下であることが好ましく、また、０．１μｍ以上であることが好ましい。【００４０】
このような第三実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
本実施形態では、保護膜３１１は、１枚の膜で構成されているため、保護膜３１１の成膜を一工程で行うことができ、半導体受光素子３の製造に手間を要しない。【００４１】
（第四実施形態）
図５を参照して、第四実施形態の半導体受光素子４について説明する。
この半導体受光素子４は、端面入射型である導波路構造ＡＰＤである。図５（ａ）は半導体受光素子４の斜視図であり、図５（ｂ）は、半導体受光素子４の要部を示す図である。
半導体受光素子４は、半導体基板であるＩｎＰ基板４０１上にｎ型ＩｎＰバッファ層４０２、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓガイド層４０３、ＩｎＡｌＡｓ増倍層４０４、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層４０５、ＩｎＧａＡｓ光吸収層４０６、ｐ型ＩｎＡｌＧａＡｓガイド層４０７、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０８を順次積層した構造であり、受光領域４０９はウェットエッチングあるいはドライエッチングによるメサ構造形成により形成される。
ｎ型ＩｎＰバッファ層４０２とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０８の各層上には、ｎ型電極４１０とｐ型電極４１１とがそれぞれ形成されている。
受光領域４０９であるメサ部分の側壁は、保護膜１１３、保護膜２１４、あるいは保護膜３１１により被覆されている。
導波路構造ＡＰＤにおいても、上記面入射型のメサ型ＡＰＤと同様に受光領域を形成するメサ構造の側壁部分で半導体層が露出しており、メサ側壁を被覆する保護膜形成は素子特性および素子寿命の点で重要である。
また、半導体受光素子４の半導体基板４０１上には、電極配線４１２が形成されるとともに、半導体受光素子４の光入射側の端面にはＡＲ膜（反射防止膜）４１４が形成されている。【００４２】
この第四実施形態では、第一実施形態〜第三実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本実施形態において、保護膜３１１を使用した場合には、以下の効果を奏することができる。
本実施形態の半導体受光素子４は、端面入射型、すなわち、メサの側壁側から光が入射する構造である。従って、保護膜３１１のように保護膜を多層構成とすることで、端面（メサの側壁）に入射する光の反射率を調整することができる。これにより、半導体受光素子４で効率よく受光することができる。【００４３】
（第五実施形態）
図６を参照して、本実施形態の半導体受光素子５を説明する。
半導体受光素子５は、メサ型ＰＩＮ−ＰＤである。
図６に示されるように、半導体受光素子５は、半導体基板であるｎ型ＩｎＰ基板５０１上にｎ型ＩｎＰバッファ層５０２、アンドープＩｎＧａＡｓ層５０３、ｐ型ＩｎＰ層５０４、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５０５を順次積層した構造であり、受光領域５０６はウェットエッチングあるいはドライエッチングによるメサ構造形成により形成される。
受光領域５０６であるメサ部分の側壁は、保護膜１１３、保護膜２１４、あるいは保護膜３１１により被覆されている。
ｎ型ＩｎＰバッファ層５０２とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５０５の各層上には、ｎ型電極５０８とｐ型電極５０９が各々形成される。
メサ型ＰＩＮ−ＰＤにおいても、上記メサ型ＡＰＤと同様に受光領域を形成するメサ構造の側壁部分で半導体層が露出しており、特にメサ側壁に露出するｐｎ接合部や光吸収層であるＩｎＧａＡｓ層への保護膜形成は素子特性および素子寿命の点で重要である。この第五実施形態に係る半導体受光素子においても、第一〜第四実施形態と同様な効果が実現される。なお、ＰＩＮ−ＰＤが端面入射型である導波路構造をとる半導体受光素子においても同様な効果が実現される。 【００４４】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第一実施形態〜第四実施形態では、増倍層としてＩｎＡｌＡｓ層が用いられているが、本発明の半導体受光素子を構成する増倍層はそれらに限定されず、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂからなる超格子層または単一バルク層を用いた素子構造であってもよい。
さらに、本発明においては、第一実施形態〜第三実施形態および第五実施形態の半導体受光素子は、半導体裏面より光を入射した素子としているが、逆転構造である表面より入射する構造でも、あってもよい。 【００４５】
さらに、半導体受光素子は、上述した実施形態に限定されず、光吸収層を含む半導体層が、III-V族化合物半導体を含んで構成されるものであることが好ましい。
この出願は、２００７年１２月２６日に出願された日本出願特願２００７−３３４６６９号を基礎とする優先権を主張するものであり、その開示の全ては、本明細書の一部として援用（incorporated herein by reference）される。
【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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【国際調査報告】
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