(57)【要約】【課題】  光吸収層の面方向に進む光の検出効率を向上できる半導体受光素子を提供する。【解決手段】  半導体受光素子１００ａは、基板１０１ａ上に、光吸収層１０４を有するメサ部１０２ａを備える。基板１０１ａ上には、光透過性部材１０７ａが位置しており、光透過性部材１０７ａの一端面ｅ２は、光吸収層１０４の側面ｅ３に対向配置され、一端面ｅ２に対向配置された他端面ｅ１は光入射面とされる。ここで、光透過性部材１０７ａの他端面ｅ１の厚みｄ１は、光吸収層１０４の厚みｄ２よりも大きく設定されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層を有するメサ部を備えた半導体受光素子であって、
一端面が前記光吸収層の側面に対向配置され、前記一端面に対向配置された他端面が光入射面とされる光透過性部材を備え、
前記メサ部の高さ方向における前記光透過性部材の他端面の厚みは、前記光吸収層の厚みよりも大きく設定された、半導体受光素子。
【請求項２】
前記光透過性部材の他端面は、前記光吸収層の面方向に垂直な面を有する、請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記メサ部及び前記光透過性部材は基板上に位置しており、前記メサ部の高さ方向における前記基板の主面から前記光透過性部材の頂面までの距離は、前記基板の主面から前記メサ部の頂面までの距離よりも長い、請求項１又は２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記光透過性部材は、前記メサ部の外側に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記光透過性部材は、前記メサ部の側壁を取り囲むように設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
前記光透過性部材の他端面は、縁に凸状の曲面を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項７】
前記メサ部の高さ方向における前記光透過性部材の頂面上に位置する反射膜を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項８】
前記光透過性部材は基板上に位置しており、前記光透過性部材と前記基板との間に位置する反射膜を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【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】
半導体受光素子と半導体発光素子とを用いて、高速光通信の実現が検討されている。半導体発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等が知られている。これらの光信号強度は、使用時間が長くなるにつれて弱くなる。このため、特にＬＤの場合、半導体受光素子をＬＤの近くに設置して、光信号強度をモニターすることが多い。さらに、光通信に使用されるようなＬＤでは、光信号強度を厳密に管理することが要求される。
【０００３】
一方、半導体受光素子としては、例えば側面入射型フォトダイオード（側面入射型ＰＤ）が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。側面入射型ＰＤは、光吸収層の側面を受光領域とするフォトダイオードであり、光吸収層の面方向に進む光を検出する。
【特許文献１】特開平４−２４６８６８号公報
【特許文献２】特開平１０−２８４７５０号公報
【特許文献３】特開平１０−２０９４８５号公報
【特許文献４】特開平１０−９８２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光通信の更なる高速化に伴い光吸収層の厚みが薄くなるにつれて、側面入射型ＰＤの受光領域も狭くなっている。このため、ＬＤ等からの光を受光領域に確実に入射させることが困難となっている。
【０００５】
例えば、端面から発光する端面ＬＤと、メサ部に光吸収層が設けられた側面入射型ＰＤとを用いる場合、端面ＬＤからメサ部の側壁に向けて出射される光は、光吸収層の面方向に進む。そして、その光が側面入射型ＰＤの光吸収層の側面に入射すると、光が検出される。この場合、受光領域のみならず発光領域も狭いので、端面ＬＤ及び側面入射型ＰＤの光軸調整は更に困難となり、これらの位置関係の自由度も極端に低下してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、光吸収層の面方向に進む光の検出効率を向上できる半導体受光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明の半導体受光素子は、光吸収層を有するメサ部を備えた半導体受光素子であって、一端面が光吸収層の側面に対向配置され、一端面に対向配置された他端面が光入射面とされる光透過性部材を備え、メサ部の高さ方向における光透過性部材の他端面の厚みは、光吸収層の厚みよりも大きく設定されたものである。
【０００８】
この半導体受光素子では、光吸収層の面方向に進む光が、まず光透過性部材の光入射面に入射する。そして、その光は光透過性部材中を通って、光入射面に対向配置された光透過性部材の一端面に到達する。この一端面は、光吸収層の側面に対向配置されているので、光は光吸収層の側面に入射する。これにより、光が検出される。
【０００９】
ここで、上記半導体受光素子では、メサ部の高さ方向における光入射面の厚みが光吸収層の厚みより大きくなっている。このため、光吸収層の面方向に進む光のうち、従来は光吸収層の側面に入射しなかったために検出できなかった光も検出できる。
【００１０】
また、光透過性部材の他端面は、光吸収層の面方向に垂直な面を有すると好ましい。これにより、光吸収層の面方向に進む光が光入射面によって反射され難くなるので、当該光は光透過性部材中に入射し易くなる。
【００１１】
また、メサ部及び光透過性部材は基板上に位置しており、メサ部の高さ方向における基板の主面から光透過性部材の頂面までの距離は、基板の主面からメサ部の頂面までの距離よりも長いと好ましい。これにより、光吸収層の面方向に進む光のうち、例えばメサ部の頂面の上方を進む光も光入射面に入射する。
【００１２】
また、光透過性部材は、メサ部の外側に設けられていると好ましい。この場合、光透過性部材はメサ部の頂面上に設けられていないので、光透過性部材中を通る光はメサ部の頂面に入射することがない。このため、光入射面に入射した光を光吸収層の側面に効率よく導くことができる。
【００１３】
また、光透過性部材は、メサ部の側壁を取り囲むように設けられていると好ましい。これにより、上記半導体受光素子は、光吸収層の面方向に進む光のうち、メサ部の側壁の周囲３６０°から入射する光を検出することができる。
【００１４】
また、光透過性部材の他端面は、縁に凸状の曲面を有すると好ましい。これにより、光吸収層の面方向に進む光のうち、光入射面の縁に入射する光を光透過性部材中に導きやすくなる。
【００１５】
また、上記半導体受光素子は、メサ部の高さ方向における光透過性部材の頂面上に位置する反射膜を更に備えると好ましい。これにより、光透過性部材中を通る光が反射膜によって光透過性部材中に閉じ込められるので、光入射面に入射する光が光吸収層の側面に到達し易くなる。
【００１６】
また、上記半導体受光素子は、光透過性部材は基板上に位置しており、光透過性部材と基板との間に位置する反射膜を更に備えると好ましい。この反射膜によって、光透過性部材中を通る光が光透過性部材中に閉じ込められるので、光入射面に入射する光が光吸収層の側面に到達し易くなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体受光素子によれば、光吸収層の面方向に進む光の検出効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体受光素子について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体受光素子１００ａの斜視図であり、図２は、半導体受光素子１００ａのII−II矢印断面図である。まず、半導体受光素子１００ａの全体構造について説明する。
【００２０】
半導体受光素子１００ａは、基板１０１ａと、基板１０１ａ上に位置するメサ部１０２ａとを備える。メサ部１０２ａは、バッファ層１０３、光吸収層１０４及びキャップ層１０５を基板１０１ａ上に順に有しており、メサ部１０２ａの高さ方向は基板１０１ａに垂直な方向である。メサ部１０２ａの側壁１０２ｗ及び基板１０１ａの主面１０１ｓ上には、パッシベーション膜１０６と光透過性部材１０７ａとが順に設けられている。すなわち、光透過性部材１０７ａは基板１０１ａ上に位置している。光透過性部材１０７ａ及びメサ部１０２ａの頂面１０２ｓ上には、上部電極１０８ａが設けられている。また、基板１０１ａの裏面には下部電極１０９が設けられている。
【００２１】
メサ部１０２ａは順テーパ形状を有している。メサ部１０２ａの上部の形状は、例えば円柱状又は角柱状であり、裾部の形状は、例えば円錐台状である。メサ部１０２ａの上部の側面には、バッファ層１０３、光吸収層１０４及びキャップ層１０５の側面がくるようになっている。
【００２２】
光透過性部材１０７ａは、メサ部１０２ａ側の一端面ｅ２と、一端面ｅ２に対向配置された他端面ｅ１とを備える。光透過性部材１０７ａの一端面ｅ２は、光吸収層１０４の側面ｅ３に対向配置され、一端面ｅ２と側面ｅ３とは光学的に結合されている。一方、光透過性部材１０７ａの他端面ｅ１は、メサ部１０２ａ側と反対側に配置され、光入射面とされている。光透過性部材１０７ａの一端面ｅ２、他端面ｅ１及び光吸収層１０４の側面ｅ３は、光吸収層１０４の面方向に沿って順に配列されている。
【００２３】
上記半導体受光素子１００ａは、光吸収層１０４の面方向に進む光を検出する。まず、光吸収層１０４の面方向に進む光は、光透過性部材１０７ａの他端面ｅ１に入射する。そして、その光は光透過性部材１０７ａ中を通って、他端面ｅ１に対向配置された光透過性部材１０７ａの一端面ｅ２に到達する。一端面ｅ２は、光吸収層１０４の側面ｅ３に対向配置されているので、光は受光領域である光吸収層１０４の側面ｅ３に入射する。これにより、光が検出される。
【００２４】
ここで、半導体受光素子１００ａでは、メサ部１０２ａの高さ方向における他端面ｅ１の厚みｄ１が光吸収層１０４の厚みｄ２より大きく設定されている。このため、光吸収層１０４の面方向に進む光のうち、従来は光吸収層１０４の側面ｅ３に入射しなかったために検出できなかった光も検出できる。例えば、半導体受光素子１００ａではメサ部１０２ａの裾部に光吸収層１０４が設けられていないが、半導体受光素子１００ａはメサ部１０２ａの裾部に向かって進む光も検出できる。
【００２５】
したがって、上記光透過性部材１０７ａを備える半導体受光素子１００ａによれば、光吸収層１０４の面方向に進む光の検出効率を向上できる。さらに、光透過性部材１０７ａを用いれば、光吸収層１０４の厚みｄ２が薄くなっても、半導体受光素子１００ａの配置の自由度を高くできる。それに伴い、半導体受光素子１００ａの配置を容易に行うことができ、高精度の光軸調整も不要なため、半導体受光素子１００ａを使用した装置の製造コストを低減できる。また、半導体受光素子１００ａのアプリケーションも限定されることがない。
【００２６】
また、光吸収層１０４の厚みｄ２が薄くなったとしても、他端面ｅ１の厚みｄ１を十分大きくしておけば、光入射面である他端面ｅ１に入射する光を確実に検出することができる。さらに、メサ部１０２ａの高さ方向における光透過性部材１０７ａの厚みは、一端面ｅ２から他端面ｅ１に向かうに連れて広くなっている。このため、光透過性部材１０７ａの他端面ｅ１に入射する光を、効率良く光吸収層１０４の側面ｅ３に集光することができる。
【００２７】
また、光透過性部材１０７ａは、メサ部１０２ａの側壁を取り囲むように設けられている。これにより、半導体受光素子１００ａは、光吸収層１０４の面方向におけるメサ部１０２ａの周囲３６０°からメサ部１０２ａの側壁１０２ｗに向けて進む光を検出することができる。光透過性部材１０７ａの形状は、例えば円環状である。この場合、光透過性部材１０７ａの一端面ｅ２は内周面を構成する円筒面となり、他端面ｅ１は外周面を構成する円筒面となる。
【００２８】
また、光透過性部材１０７ａの他端面ｅ１は、光吸収層１０４の面方向に実質的に垂直な面を有する。これにより、光吸収層１０４の面方向に進む光が他端面ｅ１によって反射され難くなるので、当該光は光透過性部材１０７ａ中に入射し易くなる。したがって、光吸収層１０４の面方向に進む光の検出効率を更に向上できる。
【００２９】
また、光透過性部材１０７ａは、メサ部１０２ａの外側に設けられている。ここで、メサ部１０２ａの外側とは、メサ部１０２ａの頂面１０２ｓよりも上において、メサ部１０２ａの側壁１０２ｗが延在する面Ｓを基準面として、メサ部１０２ａが設けられていない側を意味する。この場合、光透過性部材１０７ａはメサ部１０２ａの頂面１０２ｓ上に実質的に設けられていないので、光透過性部材１０７ａ中を通る光はメサ部１０２ａの頂面１０２ｓに入射することがない。このため、メサ部１０２ａの頂面１０２ｓに吸収される光が実質的に無いので、他端面ｅ１に入射した光を光吸収層１０４の側面ｅ３に効率よく導くことができる。したがって、光吸収層１０４の面方向に進む光の検出効率を更に向上できる。
【００３０】
また、上部電極１０８ａは、メサ部１０２ａの高さ方向における光透過性部材１０７ａの頂面ｓ１上に位置するので、反射膜としても機能する。これにより、光透過性部材１０７ａ中を通る光が反射膜となる上部電極１０８ａによって光透過性部材１０７ａ中に閉じ込められるので、他端面ｅ１に入射する光が光吸収層１０４の側面ｅ３に到達し易くなる。したがって、光吸収層１０４の面方向に進む光の検出効率を更に向上できる。また、上部電極１０８ａが反射膜も兼ねる場合、光透過性部材１０７ａは絶縁性を有していることが好ましい。
【００３１】
次に、半導体受光素子１００ａの構成部材について説明する。
【００３２】
基板１０１ａは、例えば、厚さ３００〜５００μｍ、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＩｎＰ等の半導体からなる。バッファ層１０３は、例えば、厚さ１．０μｍ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＩｎＰからなる。光吸収層１０４は、例えば、厚さ２．０μｍ、キャリア濃度７×１０１４ｃｍ−３のＮ型ＩｎＧａＡｓからなる。キャップ層１０５は、例えば、厚さ１．０μｍ、キャリア濃度８×１０18ｃｍ−３のＰ型ＩｎＰからなる。
【００３３】
なお、光吸収層１０４の厚さを３．０μｍ、キャリア濃度を１×１０１５ｃｍ−３としてもよい。さらに、キャップ層１０５のキャリア濃度を１×１０19ｃｍ−３としてもよい。
【００３４】
パッシベーション膜１０６は、例えばＳｉＯ２又はＳｉＮｘ等からなり、反射防止膜の機能も兼ねている。パッシベーション膜１０６の厚みは、例えば０．１５μｍである。光透過性部材１０７ａは、光透過性の樹脂からなると好ましく、光導波路として機能する。光透過性の樹脂としては、ポリイミド、ＰＭＭＡ、エポキシ樹脂等が例示できる。光透過性部材１０７ａの他端面ｅ１の厚みｄ１は、例えば２０〜３０μｍであるが、１００μｍ程度とすることもできる。
【００３５】
上部電極１０８ａは、例えば厚み１μｍのＰ型電極であり、Ａｕ又はＡｕＺｎ等からなる。このとき、下部電極１０９はＮ型電極であり、ＡｕＧｅ又はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等からなる。
【００３６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る半導体受光素子１００ｂの断面図である。半導体受光素子１００ｂは、半導体受光素子１００ａのメサ部１０２ａが設けられた基板１０１ａを、メサ部１０２ｂが設けられた基板１０１ｂに置換したものである。メサ部１０２ａの裾部表面が平面であったのに対して、メサ部１０２ｂの裾部表面は凹状の曲面となっている。これ以外、メサ部１０２ａとメサ部１０２ｂとは実質的に同一である。
【００３７】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る半導体受光素子１００ｃの断面図である。半導体受光素子１００ｃは、半導体受光素子１００ａのメサ部１０２ａが設けられた基板１０１ａを、メサ部１０２ｃが設けられた基板１０１ｃに置換したものである。メサ部１０２ａの上部の形状が円柱状であったのに対して、メサ部１０２ｃの上部の形状は円錐台状となっている。半導体受光素子１００ｃでは、光吸収層１０４の側面ｅ３がメサ部１０２ｃの高さ方向に対して所定の角度をなす方向に形成されている。これ以外、メサ部１０２ａとメサ部１０２ｃとは実質的に同一である。
【００３８】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態に係る半導体受光素子１００ｄの断面図である。半導体受光素子１００ｄは、半導体受光素子１００ａの光透過性部材１０７ａを、光透過性部材１０７ｂに置換したものである。これ以外、半導体受光素子１００ａと半導体受光素子１００ｄとは実質的に同一である。
【００３９】
半導体受光素子１００ｄでは、メサ部１０２ａの高さ方向における基板１０１ａの主面１０１ｓから光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２までの距離ｄ３は、基板１０１ａの主面１０１ｓからメサ部１０２ａの頂面１０２ｓまでの距離ｄ４よりも長い。換言すれば、光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２はメサ部１０２ａの頂面１０２ｓより盛り上がっている。これにより、光吸収層１０４の面方向に進む光のうち、例えばメサ部１０２ａの頂面１０２ｓの上方を進む光も他端面ｅ４に入射する。したがって、光吸収層１０４の面方向に進む光の検出効率を更に向上できる。
【００４０】
なお、メサ部１０２ａに代えて、メサ部１０２ｂ，１０２ｃのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。
【００４１】
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態に係る半導体受光素子１００ｅの断面図である。半導体受光素子１００ｅは、半導体受光素子１００ａの光透過性部材１０７ａを、光透過性部材１０７ｃに置換したものである。これ以外、半導体受光素子１００ａと半導体受光素子１００ｅとは実質的に同一である。
【００４２】
光透過性部材１０７ｃは、メサ部１０２ａの外側だけでなく内側にも設けられている。この場合、光透過性部材１０７ｃはメサ部１０２ａの頂面１０２ｓを覆うこととなるが、光透過性部材１０７ｃが設けられていない場合に比して、光吸収層１０４の面方向に進む光の検出効率を向上できる。
【００４３】
なお、メサ部１０２ａに代えて、メサ部１０２ｂ，１０２ｃのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。
【００４４】
（第６実施形態）
図７は、第６実施形態に係る半導体受光素子１００ｆの断面図である。半導体受光素子１００ｆは、半導体受光素子１００ａの光透過性部材１０７ａを、光透過性部材１０７ｄに置換したものである。これ以外、半導体受光素子１００ａと半導体受光素子１００ｆとは実質的に同一である。
【００４５】
光透過性部材１０７ｄの他端面ｅ５は、基板１０１ａ側と反対の縁に凸状の曲面ｒ１を有する。これにより、他端面ｅ５の縁に設けられた曲面ｒ１に入射する光が、光吸収層１０４の面方向に対して所定の角度をなす方向に入射する光であっても、当該光を光透過性部材１０７ａ中に導きやすくなる。
【００４６】
なお、メサ部１０２ａに代えて、メサ部１０２ｂ，１０２ｃのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。
【００４７】
（第７実施形態）
図８は、第７実施形態に係る半導体受光素子１００ｇの断面図である。半導体受光素子１００ｇは、半導体受光素子１００ｄの上部電極１０８ａを上部電極１０８ｂに置換し、更に反射膜１１０ａを備えたものである。これら以外、半導体受光素子１００ｄと半導体受光素子１００ｇとは実質的に同一である。
【００４８】
反射膜１１０ａは、メサ部１０２ａの高さ方向における光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２上に位置する。これにより、光透過性部材１０７ｂ中を通る光が反射膜１１０ａによって光透過性部材１０７ｂ中に閉じ込められるので、他端面ｅ４に入射する光が光吸収層１０４の側面ｅ３に到達し易くなる。反射膜１１０ａは、例えば金属膜等であると好ましい。
【００４９】
上部電極１０８ｂは、メサ部１０２ａの頂面１０２ｓ上に設けられており、反射膜としては機能していない。すなわち、上部電極１０８ｂと反射膜１１０ａとが別々の部材となっており、これらは互いに分離されている。
【００５０】
なお、メサ部１０２ａに代えて、メサ部１０２ｂ，１０２ｃのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。また、メサ部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの各々の場合において、光透過性部材１０７ｂに代えて、光透過性部材１０７ａ，１０７ｃ，１０７ｄのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。
【００５１】
（第８実施形態）
図９は、第８実施形態に係る半導体受光素子１００ｈの断面図である。半導体受光素子１００ｈは、半導体受光素子１００ｇの上部電極１０８ｂを上部電極１０８ｃに置換し、半導体受光素子１００ｇの反射膜１１０ａを反射膜１１０ｂに置換したものである。これら以外、半導体受光素子１００ｇと半導体受光素子１００ｈとは実質的に同一である。
【００５２】
上部電極１０８ｃは、光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２上にも設けられており、反射膜としても機能している。この反射膜に加えて、半導体受光素子１００ｈは光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２上に反射膜１１０ｂを備えている。上部電極１０８ｃと反射膜１１０ｂとは分離されており、これらの離間距離は、例えば１μｍ程度又はそれ以下である。このため、上部電極１０８ｃと反射膜１１０ｂとの間から漏れる光量は極めて小さいものであり、実質的に無視できる程度である。このような微細間隙は、フォトリソグラフィー法により高精度で形成される。
【００５３】
なお、メサ部１０２ａに代えて、メサ部１０２ｂ，１０２ｃのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。また、メサ部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの各々の場合において、光透過性部材１０７ｂに代えて、光透過性部材１０７ａ，１０７ｃ，１０７ｄのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。
【００５４】
（第９実施形態）
図１０は、第９実施形態に係る半導体受光素子１００ｉの断面図である。半導体受光素子１００ｉは、半導体受光素子１００ｄのパッシベーション膜１０６上に反射膜１１１を更に備えたものである。これ以外、半導体受光素子１００ｄと半導体受光素子１００ｉとは実質的に同一である。
【００５５】
反射膜１１１は、光透過性部材１０７ｂと基板１０１ａとの間に位置する。反射膜１１１によって、光透過性部材１０７ｂ中を通る光が光透過性部材１０７ｂ中に閉じ込められるので、他端面ｅ４に入射する光が光吸収層１０４の側面ｅ３に到達し易くなる。したがって、光吸収層１０４の面方向に進む光の検出効率を更に向上できる。なお、反射膜１１１は光吸収層１０４の側面ｅ３を覆わないように形成される。
【００５６】
なお、メサ部１０２ａに代えて、メサ部１０２ｂ，１０２ｃのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。また、メサ部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの各々の場合において、光透過性部材１０７ｂに代えて、光透過性部材１０７ａ，１０７ｃ，１０７ｄのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。さらに、反射膜を兼ねた上部電極１０８ａに代えて、上部電極１０８ｂ及び反射膜１１０ａを備えた半導体受光素子、又は、上部電極１０８ｃ及び反射膜１１０ｂを備えた半導体受光素子としてもよい。
【００５７】
（第１０実施形態）
図１１は、第１０実施形態に係る半導体受光素子１００ｊの断面図である。半導体受光素子１００ｊは、半導体受光素子１００ａの光透過性部材１０７ａを光透過性部材１０７ｄに置換したものである。これ以外、半導体受光素子１００ａと半導体受光素子１００ｊとは実質的に同一である。
【００５８】
メサ部１０２ａの高さ方向からみた光透過性部材１０７ｄの形状は矩形である。この場合、光入射面とされる光透過性部材１０７ｄの他端面ｅ６は、４つの長方形で構成される外周面となる。
【００５９】
なお、メサ部１０２ａに代えて、メサ部１０２ｂ，１０２ｃのうちいずれか一つを備えた半導体受光素子としてもよい。さらに、反射膜を兼ねた上部電極１０８ａに代えて、上部電極１０８ｂ及び反射膜１１０ａを備えた半導体受光素子、又は、上部電極１０８ｃ及び反射膜１１０ｂを備えた半導体受光素子としてもよい。
【００６０】
次に、図５及び図１２〜図１５を参照して、半導体受光素子１００ｄの製造方法について説明する。図１２〜図１５は、半導体受光素子１００ｄの一製造工程を示す断面図である。なお、実際には２インチ又は３インチのウエハに複数の半導体受光素子１００ｄを作製し、最終的にダイシングを行うことにより個々の半導体受光素子１００ｄを得ることもあるが、以下の説明では一つの半導体受光素子１００ｄについて説明する。
【００６１】
（エピタキシャル成長工程）
まず、図１２に示されるように、基板１０１ａを準備する。基板１０１ａは、例えば、厚さ３００〜５００μｍ、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＩｎＰ等の半導体からなる。続いて、基板１０１ａ上にバッファ層１０３、光吸収層１０４及びキャップ層１０５を順に形成する。これらの層は、例えばハイドライド気相成長法（ハイドライドＶＰＥ法）、クロライド気相成長法（クロライドＶＰＥ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）又は分子線成長法（ＭＢＥ法）等により形成される。
【００６２】
バッファ層１０３は、例えば、厚さ１．０μｍ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３のＮ型ＩｎＰからなる。光吸収層１０４は、例えば、厚さ２．０μｍ、キャリア濃度７×１０１４ｃｍ−３のＮ型ＩｎＧａＡｓからなる。キャップ層１０５は、例えば、厚さ１．０μｍ、キャリア濃度８×１０１５ｃｍ−３のＰ型ＩｎＰからなる。
【００６３】
なお、光吸収層１０４の厚さを３．０μｍ、キャリア濃度を１×１０１５ｃｍ−３としてもよい。さらに、キャップ層１０５のキャリア濃度を１×１０１９ｃｍ−３としてもよい。
【００６４】
（メサ部の形成工程）
次に、図１２に示されたキャップ層１０５上の所定領域にマスク（図示せず）を形成し、このマスクを用いてドライエッチングすることにより、図１３に示されるように、基板１０１ａ上に位置するメサ部１０２ａを形成する。このマスクは、メサ部１０２ａを形成するためのものであり、ＳｉＯ２又はＳｉＮｘ等からなる。ドライエッチングでは、エッチングガスとして、例えば塩素ガス及びアルゴンガスの混合ガスを用いることができる。メサ部１０２ａは、基板１０１ａの一部、バッファ層１０３、光吸収層１０４及びキャップ層１０５からなり、順テーパ形状を有している。
【００６５】
より詳細にメサ部１０２ａの形成工程を説明すると、まず、基板１０１ａに垂直な方向に、キャップ層１０５、光吸収層１０４及びバッファ層１０３を順にドライエッチングする。例えば、キャップ層１０５の厚みが１．０μｍであり、光吸収層１０４の厚みが２．０μｍである場合、エッチング深さは４．０μｍ程度である。これにより、例えば円柱状のメサ部１０２ａの上部が形成される。なお、エッチング深さを３μｍとしてもよい。
【００６６】
続いて、基板１０１ａに垂直な方向に対してメサ部１０２ａの外側に所定の角度をなす方向に、基板１０１ａを更にドライエッチングする。所定の角度としては、４５度が例示できる。これにより、例えば円錐台状のメサ部１０２ａの裾部が形成される。このときのドライエッチングの深さは、例えばメサ部１０２ａの頂面１０２ｓから２０〜３０μｍ程度であるが、この深さを１００μｍ程度にすることも可能である。なお、ドライエッチングの角度及び深さは、エッチング条件を調整することにより制御される。
【００６７】
ドライエッチングを行った後、ドライエッチングによるダメージを取り除くため、クエン酸、過酸化水素及び水からなる混合液によりスライスエッチを行う。
【００６８】
（パッシベーション膜及び下部電極の形成工程）
次に、基板１０１ａ上及びメサ部１０２ａ上の全面に、例えば、ＰＣＶＤ装置を用いて、パッシベーション膜１０６の母体となるＳｉＯ２又はＳｉＮｘ等からなる膜（図示せず）を形成する。続いて、基板１０１ａの裏面に、例えば、蒸着装置を用いてＡｕＧｅ等からなるＮ型の下部電極１０９を形成する。しかる後、ＳｉＯ２又はＳｉＮｘ等からなる膜上の所定領域にマスク（図示せず）を形成し、このマスクを用いてパッシベーション膜１０６を形成する。この場合、パッシベーション膜１０６はＳｉＯ２又はＳｉＮｘ等からなる。パッシベーション膜１０６の厚さは、例えば０．１５μｍである。パッシベーション膜１０６には、メサ部１０２ａの頂面１０２ｓが露出するように開口が形成されている。これにより、上部電極１０８ａ（図５参照）をキャップ層１０５に接続することができる。また、ダイシングを行う場合、ダイシングラインを露出させるべく、パッシベーション膜１０６には開口が形成されている。
【００６９】
（光透過性部材の形成工程）
次に、図１４に示されるように、スピンナー等を用いて基板１０１ａ上に光透過性樹脂を塗布する。これにより、表面が平坦化された光透過性樹脂層１０７が得られる。光透過性樹脂としては、例えば、波長１．５５μｍまでの光を透過する感光性ポリイミドが好ましい。この場合、半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィー法により光透過性樹脂層１０７を任意の形状に加工できる。よって、極めて安価に光透過性樹脂層１０７を形成することができ、工業的価値は極めて大きい。メサ部１０２ａの頂面１０２ｓ上における光透過性樹脂層１０７の厚みは、１〜４μｍ程度となっている。この厚みは、光透過性樹脂の粘度、スピンナーの回転数等のパラメータを調整することにより制御される。
【００７０】
続いて、光透過性樹脂層１０７の表面上の所定領域にマスク（図示せず）を形成し、メサ部１０２ａの頂面１０２ｓ上の光透過性樹脂層１０７を除去する。また、ダイシングを行う場合、ダイシングラインを露出させるべく、基板１０１ａ上の光透過性樹脂層１０７を除去する。これにより、図１５に示される光透過性部材１０７ｂを形成する。なお、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法により、基板１０１ａ上の光透過性樹脂層１０７を除去するとしてもよい。
【００７１】
（上部電極の形成工程）
次に、図５に示されるように、光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２上、及び、メサ部１０２ａの頂面１０２ｓ上に、Ｐ型の上部電極１０８ａを形成する。具体的には、まず、マスク（図示せず）を光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２上の所定領域に形成する。しかる後、光透過性部材１０７ｂ及びメサ部１０２ａ上の全面に、蒸着装置を用いて厚さ１μｍ程度のＡｕ膜（図示せず）を形成する。その後、リフトオフ法によりＡｕ膜から上部電極１０８ａを形成する。上部電極１０８ａは、メサ部１０２ａの頂面１０２ｓ上のみならず、光透過性部材１０７ｂの頂面ｓ２上にも設けられているので、反射膜としても機能する。
【００７２】
なお、上部電極を作製するためのマスクを形成する領域を変えることで、図８に示された上部電極１０８ｂ及び反射膜１１０ａを同時に形成することができる。また、同様に図９に示された上部電極１０８ｃ及び反射膜１１０ｂを同時に形成することができる。
【００７３】
続いて、Ｈ２雰囲気中でシンターを行い、半導体受光素子１００ｄが得られる。
【００７４】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、光透過性部材の他端面が光吸収層１０４の面方向に垂直な面を有するとしたが、光吸収層１０４の面方向に垂直な面を有しないとしてもよい。この場合、光透過性部材の他端面は、光吸収層１０４の面方向に垂直な面に対して所定の角度を有することになる。
【００７６】
また、上記実施形態では、光透過性部材がメサ部の側壁を取り囲むように設けられているとしたが、メサ部の側壁を取り囲むように設けられていないとしてもよい。この場合であっても、メサ部の高さ方向における光透過性部材の他端面の厚みは、光吸収層の厚みより大きく設定されているので、光吸収層の面方向に進む光の検出効率を向上できる。光透過性部材の具体例としては、メサ部の高さ方向からみた光透過性部材の形状が、メサ部を中心として中心角が９０度又は１８０度となるような扇形等となる光透過性部材が挙げられる。
【００７７】
また、上記実施形態では、メサ部の高さ方向からみた光透過性部材の形状は円形又は矩形であったが、これらに限られず、例えば菱形、三角形等フォトリソグラフィー法により形成可能であればいかなる形状でもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、半導体受光素子がメサ部の高さ方向における光透過性部材の頂面上に位置する反射膜を備えるとしたが、このような反射膜を備えないとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態に係る半導体受光素子の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体受光素子のII−II矢印断面図である。
【図３】第２実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図４】第３実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図５】第４実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図６】第５実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図７】第６実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図８】第７実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図９】第８実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図１０】第９実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図１１】第１０実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。
【図１２】半導体受光素子の一製造工程を示す断面図である。
【図１３】半導体受光素子の一製造工程を示す断面図である。
【図１４】半導体受光素子の一製造工程を示す断面図である。
【図１５】半導体受光素子の一製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０４…光吸収層、１０２ａ…メサ部、１００ａ…半導体受光素子、ｅ３…光吸収層の側面、ｅ２…光透過性部材の他端面、１０７ａ…光透過性部材、ｅ１…光透過性部材の一端面、１０１ａ…基板、１０１ｓ…基板の主面、ｓ１…光透過性部材の頂面、１０２ｓ…メサ部の頂面、１０２ｗ…メサ部の側壁、１１０ａ，１１１…反射膜。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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