(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上面にバッファ層、光吸収層、エピタキシャル層を順に形成する段階と、
活性領域である前記エピタキシャル層を選択的にエッチングして凸レンズ形状の受光領域に形成する段階と、
活性領域以外の前記エピタキシャル層の上部に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層を拡散マスクとして利用する拡散工程を遂行して、前記凸レンズ形状の受光領域に形成された活性領域に拡散層を形成する段階と、
前記絶縁層の一端側上部に第１金属電極を形成する段階と、
前記基板底面に第２金属電極を形成する段階と、からなり、
前記凸レンズ形状の受光領域に形成された活性領域に拡散層を形成する段階は、拡散領域を１以上の領域に分けて２回以上実行されること
を特徴とするフォトダイオードの製造方法。
【請求項２】
活性領域である前記エピタキシャル層を選択的にエッチングして凸レンズ形状の受光領域に形成する段階は、前記エピタキシャル層の上部に感光膜を塗布した後、露光及び現象工程を通じて活性領域以外の前記エピタキシャル層の上部に感光膜マスクパターンを形成する段階と、レンズ形成用エッチング溶液で前記エピタキシャル層をウェットエッチングする段階と、からなる請求項１記載のフォトダイオード製造方法。
【請求項３】
前記エピタキシャル層はＩｎＰで形成されている請求項２記載のフォトダイオード製造方法。
【請求項４】
前記レンズ形成用エッチング溶液は臭化メタノールである請求項２記載のフォトダイオード製造方法。
【請求項５】
前記バッファ層、光吸収層、エピタキシャル層は有機金属蒸着法で蒸着される請求項１記載のフォトダイオード製造方法。
【請求項６】
前記拡散層はＺｎ拡散工程により前記凸レンズ形状の活性領域に形成される請求項１記載のフォトダイオード製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用光受信素子に利用されるフォトダイオード(Photodiode)の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に光通信技術が実生活に適用されており、これに応じて高速、低価格の光送受信モジュールが要求されてきている。
【０００３】
フォトダイオードは光送受信モジュールの必須部品であり、伝送容量の増加によってフォトダイオードの変調速度も増加されるべきである。フォトダイオードの変調速度を増加するには、素子の変調速度を決定する要素の一つであるチップの静電容量(caparitance)を減少する必要がある。この静電容量を減少するには、活性領域の面積をさらに減少しなければならない。しかし、活性領域の面積減少に比例して受光面積も減少することになる。受光面積が減少すると、フォトダイオードの光電変換効率が低下するだけでなく、パッケージ工程で光ファイバとの結合効率が低下し、後続工程の自由度が低下するといった問題が発生する。従って、静電容量は減少させ、受光効率と光ファイバとの結合効率は増加させる必要である。
【０００４】
図１及び図２は従来のフォトダイオードの構造を示す断面図であり、これを参照して従来技術を説明すると、次の通りである。
【０００５】
先ず、図１に示したフォトダイオードは、活性領域９が光誘導電流(light-induced current)を発生させ、平面構造を有するもので、基板１にバッファ層２、光吸収層３、エピタキシャル層４を有機金属蒸着法(Metallo-Organic Chemical Vapor Deposition)で順に形成し、エピタキシャル層４上にＳｉＮｘ層５を蒸着及びパターニングした後、これを拡散マスクとして利用し拡散源を活性領域が形成される位置に蒸着して、拡散工程を遂行し平面接合(plane surface junction)を形成する。以後、ＳｉＯ２層６、Ｐ型電極７、Ｎ型電極１０を形成する。
【０００６】
しかし、このような従来技術による光誘導電流を発生させる活性領域９は、平面構造で形成されており、実際の使用において活性領域に光を照射する場合、拡散工程が遂行された表面に光を照射する表面照射方式(front side illumination)が使用されるので、活性領域の面積と受光部の面積が同一になる。フォトダイオードの変調速度を増加させるために活性領域の面積を減少させると、これに比例して受光面積も減少される。従って、上述したような光電変換効率の低下、光ファイバとの結合効率の低下による後続工程の自由度が減少するなどの問題がある。
【０００７】
一方、図２は従来技術の問題を改善するために、活性領域９が形成された反対表面の基板１にマイクロレンズ８が形成され、光が活性領域９に入射されるようにする裏面入射方式(back side illumination)を使用している。
【０００８】
しかしながら、上述した従来技術は、最終チップと同一厚さにウエハーを磨いた後、基板の裏面工程を進行しなければならず、チップの表裏面間のパターン誤差を出すことなく整列しなければならないといった難しさがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、静電容量は減少させ、かつ、受光面積及び受光効率は増加させることができ、さらには均一な拡散層を形成することが可能な光受信ダイオードの製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、薄いウエハーの裏面工程及びウエハーの表／裏面間のパターン整列工程を遂行しなくても、受光効率を向上させることができる光受信ダイオードの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明によるフォトダイオードの製造方法は、基板上面にバッファ層、光吸収層、エピタキシャル層を順に形成する段階と、活性領域である前記エピタキシャル層を選択的にエッチングして凸レンズ形状の受光領域に形成する段階と、活性領域以外の前記エピタキシャル層の上部に絶縁層を形成する段階と、絶縁層を拡散マスクとして利用する拡散工程を遂行して、凸レンズ形状の受光領域に形成された活性領域に拡散層を形成する段階と、絶縁層の一端側上部に第１金属電極を形成する段階と、基板底面に第２金属電極を形成する段階と、からなり、前記凸レンズ形状の受光領域に形成された活性領域に拡散層を形成する段階は、拡散領域を１以上の領域に分けて２回以上実行されることを特徴とする。
【００１４】
凸レンズ形状の受光領域に形成された活性領域に拡散層を形成する段階は、バッファ層、光吸収層、エピタキシャル層は有機金属蒸着法で蒸着されるとなおよい。拡散層はＺｎ拡散工程により前記凸レンズ形状の活性領域に形成されるとなお好ましい。
【００１５】
凸レンズ形状に形成された活性領域に拡散層を形成する段階は、拡散領域を１以上の領域に分けて２回以上実行されると好ましく、バッファ層、光吸収層、エピタキシャル層は有機金属蒸着法で蒸着されるとなおよい。拡散層はＺｎ拡散工程により前記凸レンズ形状の活性領域に形成されるとなお好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい一実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００１７】
先ず、図３Ａに示したように、ＩｎＰ(りん化インジウム)基板１上にＩｎＰバッファ層２、ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ＩｎＰエピタキシャル層４を有機金属蒸着法(Metallo Organic Chemical Vapor Deposition)で順に形成する。このバッファ層２は基板１と同一の結晶構造を有し、欠陥(defect)、誤整列(mismatch)などが少なく、クォリティー(quality)面が向上したもので、上部の光吸収層３の形成を容易にする。
【００１８】
次に、図３Ｂに示したように、全構造の上部にフォトレジスタを塗布した後、露光及び現象工程を通じて活性領域以外のエピタキシャル層４の上部に感光膜マスクパターン２０を形成する。レンズ形成用エッチング剤である臭化メタノール(methanol bromide)溶液でＩｎＰエピタキシャル層４をウェットエッチングする。この工程で、ＩｎＰエピタキシャル層４の活性領域の端は、活性領域の中央に比べて、急速にエッチングが進み、その結果、活性領域の表面に凸状のマイクロレンズ８が形成される。このように活性領域の表面が凸レンズの形状になるので、表面積が広がり、２次元平面で定められる活性領域に比べて有効受光面積を広げることができるようになる。また、図４に示したように、光信号の入力時に、凸レンズの特性を生かして集光することができる。ここで、矢印は光信号の入力方向を示している。
【００１９】
次に、図３Ｃに示したように、感光膜パターン２０を除去し、一般的なＳｉＮ(またはＳｉＯ２)蒸着、マスク及びエッチング工程を通じて活性領域以外のＩｎＰエピタキシャル層４の上部にＳｉＮ絶縁膜５を形成する。次に、Ｚｎ拡散工程を遂行してマイクロレンズ８(micro-lens)に拡散層１３を形成する。この時、マイクロレンズ８が平坦な平面ではないので、拡散工程特性を考慮し、図示したように領域を分けて、１次、２次(場合によっては数回)拡散(1ST diffusion, 2ND diffusion)工程を進行する。１次拡散工程により形成された拡散層の深さは後続拡散工程を進行するほど深くなるので、適切な工程条件でマイクロレンズ８の全体にかけて均一な拡散層を形成することができる。
【００２０】
最後に、図３Ｄに示したように、絶縁層５の一端側上部にＰ金属電極７を形成し、ＩｎＰ基板１の下部にＮ金属電極１０を形成する。
【００２１】
以上、具体的な一実施例を参照して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、各種の変形が本発明の特許請求の範囲を逸脱しない限り、該当技術分野における通常の知識をもつ者により可能なのは明らかである。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、活性領域表面を凸レンズ形状の受光領域に形成することにより、２次元平面で定められる活性領域に比べて有効受光面積を広げることができるので、チップの静電容量(capacitance)を一定に維持しながら、実際の受光面積を増加させることができるようになる。また、本発明によれば、凸レンズ形状の受光領域に形成された活性領域に拡散層を形成する段階で、拡散領域を１以上の領域に分けて２回以上実行することにより、均一な拡散層を形成することが可能となる。
【００２３】
また、入力光信号が広がるか、信号経路がはずれても凸レンズ特性を生かして光吸収層に集光することができるので、光結合効率を向上させることができるようなる。
【００２４】
また、ウエハーの一面に活性領域とレンズを共に形成することにより、工程が単純化され、表／裏面間のパターン整列工程が不要になる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるフォトダイオード構造を示す断面図。
【図２】従来の他の技術によるフォトダイオード構造を示す断面図。
【図３】Ａ〜Ｄは本発明の一実施形態によるフォトダイオード形成過程を示す工程断面図。
【図４】本発明の一実施形態によるフォトダイオードを通る光信号の入力方向を示す図。
【符号の説明】
１  ＩｎＰ基板
２  ＩｎＰバッファ層
３  ＩｎＧａＡｓ光吸収層
４  ＩｎＰエピタキシャル層
５  絶縁層
７  Ｐ金属電極
８  マイクロレンズ
１０  Ｎ金属電極
１３  拡散層
２０  感光膜マスクパターン
【図１】
0003777163.tif 000002
【図２】
0003777163.tif 000003
【図３】
0003777163.tif 000004
【図４】
0003777163.tif 000005