(57)【要約】【課題】裏面入射型ＡＰＤ、表面入射型ＡＰＤとも内側の第１メサの径より、ミラーの外径または受光径が小さい。一方、ＡＰＤの応答速度を向上するためには、素子容量を低減することが必要である。【解決手段】半導体基板上１０１に第１の導電型の半導体結晶層と第２の導電型の半導体結晶層とからなるｐｎ接合を含む複数の半導体結晶層からなり、且つ上部に第１のコンタクト層１０８を含むメサ１１０が形成され、ｐｎ接合に電界を印加する複数の電極が接続され、メサを埋め込む埋め込み層１１１上に第２のコンタクト層１０８ａを形成し、第２のコンタクト層１０８ａと第１のコンタクト層１０８とを介してｐｎ接合に電界を印加する半導体受光装置により、達成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の導電型の半導体結晶層と第２の導電型の半導体結晶層とからなるｐｎ接合を含む複数の半導体結晶層からなり、且つ上部に第１のコンタクト層を含むメサが形成され、前記ｐｎ接合に電界を印加する複数の電極が接続された半導体受光装置において、
前記メサを埋め込む埋め込み層上に第２のコンタクト層を形成し、該第２のコンタクト層と前記第１のコンタクト層とを介して前記ｐｎ接合に電界を印加することを特徴とする半導体受光装置。
【請求項２】
半導体基板上に第１の導電型の半導体結晶層と第２の導電型の半導体結晶層とからなるｐｎ接合を含む複数の半導体結晶層からなるメサが形成され、前記ｐｎ接合に電界を印加するメサ側電極と基板側電極とが接続された半導体受光装置において、
前記メサ側電極部のコンタクト部は、リング形状であり、その内径は、前記メサの外形より大または同じであることを特徴とする半導体受光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体受光装置であって、
前記メサ側電極部はリング形状であり、その内側に表面から入射された光を透過する反射防止部を有することを特徴とする半導体受光装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体受光装置であって、
前記メサ側電極は、裏面から入射された光を反射する鏡を有することを特徴とする半導体受光装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の半導体受光装置と、電流入力を電圧出力に変換する負帰還アンプと、からなることを特徴とする光受信モジュール。
【請求項６】
半導体基板上に第１の導電型の半導体結晶層と第２の導電型の半導体結晶層とからなるｐｎ接合を含む複数の半導体結晶層からなり、且つ上部に第１のコンタクト層を含むメサを形成するステップと、
前記メサを埋め込む埋め込み層を形成するステップと、
前記埋め込み層の上に前記第１のコンタクト層と接続された第２のコンタクト層を形成するステップと、
前記第２のコンタクト層に接続された電極層を形成するステップとからなる半導体受光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光装置、光受信モジュールおよび半導体受光装置の製造方法に係り、速度特性の改善された特に埋め込みメサ構造を有する半導体受光装置、光受信モジュールおよび半導体受光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の図１ないし図９には、裏面入射型アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode）の製造工程が説明されている。また、図１１ないし図１８には表面入射型ＡＰＤの製造工程が説明されている。なお、図１８の表面入射型ＡＰＤが、ｐ型リング電極を採用しているのに対し、図９の裏面入射型ＡＰＤのｐ型電極とのコンタクト部（スルーホール）は、リング形状をしていない。しかし、裏面入射型ＡＰＤでもｐ型電極との接続用のパッシベーション層のスルーホールをリング形状として、スルーホールの内側にミラーを形成することが一般的となっている。これは、コンタクト用スルーホールの内側のパッシベーション層と電極のメタライズとによって、ミラーが形成でき、ミラーを反射した光を再び吸収することができるからである。
また、特許文献２は、電界調整層を有するＡＰＤの基本的な技術を開示している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７９４０４号公報
【特許文献２】特開２００２−３２４９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した技術では、裏面入射型ＡＰＤ、表面入射型ＡＰＤとも内側の第１メサの径より、ミラーの外径または受光径が小さい。一方、ＡＰＤの応答速度を向上するためには、素子容量を低減することが必要である。素子容量を低減するためには、第１メサの径を小さくする必要がある。しかし、裏面入射型ＡＰＤのミラーの外径および表面入射型ＡＰＤ受光径を低減すると受光感度が低下または光ファイバとの光結合のトレランスが低下する。本発明は、受光感度を低下することなくまたは受光径を低減させることなく素子容量を低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題は、半導体基板上に第１の導電型の半導体結晶層と第２の導電型の半導体結晶層とからなるｐｎ接合を含む複数の半導体結晶層からなり、且つ上部に第１のコンタクト層を含むメサが形成され、ｐｎ接合に電界を印加する複数の電極が接続され、メサを埋め込む埋め込み層上に第２のコンタクト層を形成し、第２のコンタクト層と第１のコンタクト層とを介してｐｎ接合に電界を印加する半導体受光装置により、達成できる。
【０００６】
また、半導体基板上に第１の導電型の半導体結晶層と第２の導電型の半導体結晶層とからなるｐｎ接合を含む複数の半導体結晶層からなるメサが形成され、ｐｎ接合に電界を印加するメサ側電極と基板側電極とが接続され、メサ側電極部のコンタクト部は、リング形状であり、その内径は、メサの外形より大または同じである半導体受光装置により、達成できる。
【０００７】
さらに、半導体基板上に第１の導電型の半導体結晶層と第２の導電型の半導体結晶層とからなるｐｎ接合を含む複数の半導体結晶層からなり、且つ上部に第１のコンタクト層を含むメサを形成するステップと、メサを埋め込む埋め込み層を形成するステップと、埋め込み層の上に第１のコンタクト層と接続された第２のコンタクト層を形成するステップと、第２のコンタクト層に接続された電極層を形成するステップとからなる半導体受光装置の製造方法により、達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、受光感度を低下させることなくまたは受光径を低減させることなく素子容量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００１０】
図１および図２を参照して、実施例１を説明する。ここで、図１は裏面入射型ＡＰＤの第２メサ周辺の断面図である。また、図２は光受信モジュールのブロック図である。
図１を参照して、裏面入射型ＡＰＤの構造および製造プロセスを説明する。なお、図１および後述する図３は、主要部の完成断面図であるが、当業者が参照すればその製造プロセスを理解可能である。
【００１１】
図１において、不純物濃度１×１０^１８／ｃｍ^３（１×１０１８／ｃｍ３）のｎ型ＩｎＰ基板１０１に分子線エピタキシャル成長法を用いて、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ（不純物濃度２×１０^１８／ｃｍ^３、厚さ０.７μｍ）バッファ層１０３、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ（５×１０^１４／ｃｍ^３、０.２μｍ）増倍層１０４、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ／ｐ型ＩｎＧａＡｓ／ｐ型ＩｎＡｌＡｓ（１×１０^１８／ｃｍ^３、各０.０２μｍ）電界調整層１０５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（１×１０^１５／ｃｍ^３、１.２μｍ）光吸収層１０６、ｐ型ＩｎＡｌＧａＡｓ（５×１０^１７／ｃｍ^３、１.０μｍ）キャップ層１０７、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（５×１０^１９／ｃｍ^３、０.１μｍ）コンタクト層１０８を形成する。
【００１２】
円形のハードマスクを形成した後、コンタクト層１０８、キャップ層１０７、光吸収層１０６および電界調整層１０５をリン酸系のエッチング液でエッチングする。このとき、ｐｎ接合面（電界調整層１０５とその下層の増倍層１０４との界面）が露出しないようにするために、電界調整層１０５の途中でエッチングを停止する。ここまでの工程により、基板１０１上に第１メサ１１０が形成される。
【００１３】
次に、有機金属気相エピタキシャル（Metal Organic VaporPhase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法を用いて第１メサ１１０の周囲の基板１０１上にｐ型ＩｎＰ結晶からなる埋め込み層（１×１０^１５／ｃｍ^３、１．６μｍ）１１１を成長させる。さらに、ハードマスクを除去し、埋め込み層１１１の上部にｐ型ＩｎＧａＡｓ（５×１０^１９／ｃｍ^３、０.１μｍ）コンタクト層１０８ａを再形成する。コンタクト層１０８ａは、コンタクト層１０８と接続し、一体化する。
【００１４】
次に、コンタクト層１０８ａの上部に第１メサ１１０よりも径の大きい直径の円形の平面パターンを有するレジストを形成し、このレジストをマスクにしてコンタクト層１０８ａ、埋め込み層１１１、電界調整層１０５、増倍層１０４、バッファ層１０３および基板１０１の表面をＢｒ系エッチング液でエッチングする。
【００１５】
ここまでの工程により、第１メサ１１０の周囲の基板１０１上に第２メサ１２０が形成される。第２メサ１２０は、第１メサ１１０に対して同心円状の平面パターンを有している。
【００１６】
フォトレジストを除去した後、基板１０１の表面全体を絶縁性の保護膜で被覆する。保護膜は、ＳｉＮ（０．２μｍ）膜１１３とＳｉＯ２（０．３μｍ）膜１１４とを堆積することによって形成する。
【００１７】
保護膜をフォトリソグラフィ技術で加工することによって、コンタクト層１０８ａの一部（スルーホール）および基板１０１の図示しない一部を露出させた後、コンタクト層１０８ａに接続されるｐ型電極１１５および基板１０１に接続される図示しないｎ型電極を形成する。電極は、蒸着法で堆積した膜厚０．５μｍのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（本明細書において、”／”は、基板に近い側／基板に遠い側である）をフォトリソグラフィ技術でパターニングすることによって形成する。なお、コンタクト層１０８ａに形成したスルーホールは二つの同心円からなるリング形状を有している。ここで、第１メサ１１０の直径は、内側の同心円の直径以下となるようにする。この結果、内側の同心円内部は、コンタクト層１０８の上に透明保護膜１１３、１１４、メタライズとしてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが形成され、鏡（ミラー）を構成する。
【００１８】
図１において、裏面入射型ＡＰＤ２００は、裏面から入射した受信光をミラーで反射して、光吸収層１０６を双方向に通過させてキャリアを発生させ、キャリアを増倍する増倍層を設け、第１メサの径を小さくして素子容量を低減しているので、高感度でしかも速度特性に優れている。
【００１９】
図２に示す光受信モジュール３００は、裏面入射型ＡＰＤ２００とリミットアンプ付ＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）３３０とで構成される。また、リミットアンプ付ＴＩＡ３３０は、プリアンプ３３１と帰還抵抗３３２とリミットアンプ３３３とから構成され、電流入力を電圧出力に変換する負帰還アンプである。光受信モジュール３００は、裏面入射型ＡＰＤ２００において矢印で示した光信号を受信し、リミットアンプ付ＴＩＡ３３０の正相出力であるＯＵＴ１端子３１０と、逆相出力であるＯＵＴ２端子３２０とから電気信号として、出力される。
【００２０】
この光受信モジュール３００は、裏面入射型ＡＰＤ２００の受光径が比較的大きいのに対し、容量が小さいため、低入力インピーダンスのプリアンプとの組み合わせが可能となり、優れた高周波応答特性を実現できる。また、光軸調芯がしやすく、２.５Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速用途で安価・製造歩留りの高いモジュールである。
【００２１】
上述した実施例に拠れば、第１メサの外側にコンタクト用のスルーホールを形成できる。この結果、感度、受光径から要求される最小の第１メサ径とすることができ、素子容量を低減できる。この結果、高速応答が可能である。また、第１メサの上部は全てミラーを形成することができる。この結果、受光感度の面内分布が均一となり、ファイバとの結合が容易となる効果がある。
【実施例２】
【００２２】
図３を参照して、実施例２を説明する。ここで、図３は表面入射型ＡＰＤの第２メサ周辺の断面図である。図３を参照して、表面入射型ＡＰＤの構造および製造プロセスを説明する。
【００２３】
図３において、不純物濃度１×１０^１８／ｃｍ^３のｎ型ＩｎＰ基板１０１に分子線エピタキシャル成長法を用いて、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ（２×１０^１８／ｃｍ^３、０.７μｍ）バッファ層１０３、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ（５×１０^１４／ｃｍ^３、０.２μｍ）増倍層１０４、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ／ｐ型ＩｎＧａＡｓ／ｐ型ＩｎＡｌＡｓ（１×１０^１８／ｃｍ^３、各０.０２μｍ）電界調整層１０５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（１×１０^１５／ｃｍ^３、１.４μｍ）光吸収層１０６、ｐ型ＩｎＡｌＧａＡｓ（５×１０^１７／ｃｍ^３、１.０μｍ）キャップ層１０７、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（５×１０^１９／ｃｍ^３、０.１μｍ）コンタクト層１０８を形成する。
【００２４】
円形のハードマスクを形成した後、コンタクト層１０８、キャップ層１０７、光吸収層１０６および電界調整層１０５をリン酸系のエッチング液でエッチングする。このとき、ｐｎ接合面が露出しないようにするために、電界調整層１０５の途中でエッチングを停止する。ここまでの工程により、基板１０１上に第１メサ１１０が形成される。
【００２５】
次に、有機金属気相エピタキシャル法を用いて第１メサ１１０の周囲の基板１０１上にｐ型ＩｎＰ結晶からなる埋め込み層（１×１０^１５／ｃｍ^３、１．６μｍ）１１１を成長させる。さらに、ハードマスクを除去し、埋め込み層１１１の上部にｐ型ＩｎＧａＡｓ（５×１０^１９／ｃｍ^３、０.１μｍ）コンタクト層１０８ａを再形成する。コンタクト層１０８ａは、コンタクト層１０８と接続され、一体化する。なお、実施例１では吸収層１０６の厚さが１.２μｍであったのに対し、実施例２では１.４μｍである。一方、埋め込み層１１１の厚さは、同じ１.６μｍである。埋め込み層１１１の厚さは、薄すぎると第１メサ１１０側面が上端まで埋め込まれない。逆に厚すぎると突起状に盛り上がるので、適正化を図る必要がある。ここでは、発明者等は、実験的に同じ値で問題ないことを確認した。
【００２６】
次に、コンタクト層１０８の上部に第１メサ１１０よりも径の大きい直径の円形の平面パターンを有するレジストを形成し、このレジストをマスクにしてコンタクト層１０８ａ、埋め込み層１１１、電界調整層１０５、増倍層１０４、バッファ層１０３および基板１０１の表面をＢｒ系エッチング液でエッチングする。
【００２７】
ここまでの工程により、第１メサ１１０の周囲の基板１０１上に第２メサ１２０が形成される。第２メサ１２０は、第１メサ１１０に対して同心円状の平面パターンを有している。
【００２８】
フォトレジストを除去した後、基板１０１の表面全体を絶縁性の保護膜で被覆する。保護膜は、ＳｉＮ（０．２μｍ）膜１１３とＳｉＯ２（０．３μｍ）膜１１４とを堆積することによって形成する。
【００２９】
保護膜をフォトリソグラフィ技術で加工することによって、コンタクト層１０８ａの一部（スルーホール）および基板１０１の図示しない一部を露出させる。ここで、コンタクト層１０８ａに形成したスルーホールは、二つの同心円からなるリング形状をしており、第１メサ１１０の直径は内側の同心円の直径以下となるようにする。再度フォトリソグラフィ技術により、コンタクト層１０８ａ上に形成したスルーホールの内側のＳｉＯ２膜１１４をエッチングする。この結果、スルーホールの内側に残ったＳｉＮ膜１１３は、反射防止膜として機能する。
【００３０】
続いてのコンタクト層１０８ａに接続されるｐ型電極１１５および基板１０１に接続される図示しないｎ型電極を形成する。電極は、蒸着法で堆積した膜厚０．５μｍのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをフォトリソグラフィ技術でパターニングすることによって形成する。なお、ｐ型電極１１５は、リング形状であり、その内側が受光部である。また、図３では断面部分のみ記載している。
【００３１】
図３において、表面入射型ＡＰＤ２００Ａは、表面から入射した受信光を実施例１より厚い光吸収層１０６を片方向に通過させてキャリアを発生させ、キャリアを増倍する増倍層を設け、素子容量を低減しているので、高感度でしかも特性に優れている。
図３を参照して説明した表面入射型ＡＰＤ２００Ａも図２の光受信モジュールとすることで、容量が小さく、低入力インピーダンスのプリアンプとの組み合わせが可能となり、優れた高周波応答特性を実現できる。また、光軸調芯がしやすく、２.５Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速用途で安価・製造歩留りの高いモジュールを得ることが可能である。
【００３２】
上述した実施例に拠れば、第１メサの外側にリング状電極を形成できる。この結果、受光径から要求される最小の第１メサ径とすることができ、素子容量を低減できる。この結果、高速応答が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】裏面入射型ＡＰＤの第２メサ周辺の断面図である。
【図２】光受信モジュールのブロック図である
【図３】表面入射型ＡＰＤの第２メサ周辺の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１…ＩｎＰ基板、１０３…バッファ層、１０４…増倍層、１０５…電界調整層、１０６…光吸収層、１０７…キャップ層、１０８…コンタクト層、１１０…第１メサ、１１１…埋め込み層、１１３…ＳｉＯ２層、１１４…ＳｉＮ層、１１５…ｐ型電極、１２０…第２メサ、２００…アバランシェフォトダイオード、３００…光受信モジュール、３１０…ＯＵＴ１端子、３２０…ＯＵＴ２端子、３３０…リミットアンプ付ＴＩＡ、３３１…プリアンプ、３３２…負帰還抵抗、３３３…リミットアンプ。
【図１】
2008270529.tif 000003
【図２】
2008270529.tif 000004
【図３】
2008270529.tif 000005