半導体受光素子およびその製造方法
【課題】高速且つ高密度の光配線を低コストで構築するため、簡易な光結合系でも大きな実装余裕と動作余裕が得られる半導体受光素子およびその製造方法の提供。
【解決手段】基板上に設けられた半導体からなる受光部と、基板上に設けられた樹脂層と、樹脂層に周囲を囲まれて受光部の上に位置し、開口径が、受光部近傍で受光部より小さく、基板から離れるに従って連続的に広くなり、樹脂層の表面側で受光部より大きい逆錐体型開口と、逆錐体型開口の斜面に設けられ、且つ受光部の電極とは電気絶縁された金属からなる光反射膜とを備え、基板上の受光部以外の部分が遮光されている。
【解決手段】基板上に設けられた半導体からなる受光部と、基板上に設けられた樹脂層と、樹脂層に周囲を囲まれて受光部の上に位置し、開口径が、受光部近傍で受光部より小さく、基板から離れるに従って連続的に広くなり、樹脂層の表面側で受光部より大きい逆錐体型開口と、逆錐体型開口の斜面に設けられ、且つ受光部の電極とは電気絶縁された金属からなる光反射膜とを備え、基板上の受光部以外の部分が遮光されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送に用いる半導体受光素子およびその製造方法に関し、特に、受光部上に逆錐体型集光器を集積して光結合トレランスを改善した半導体受光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により、大規模集積回路（ＬＳＩ）においては飛躍的な動作速度向上が図られてきている。しかしながら、ＬＳＩ内部動作が高速化されても、それを実装するプリント基板レベルの配線はＬＳＩ内部より配線速度が低く抑えられ、そのプリント基板を装着したラックレベルでは更に配線速度が低く抑えられている。これらは動作周波数上昇に伴う電気配線の伝送損失や雑音、電磁障害の増大に起因するものであり、信号品質を確保するため長い配線ほど動作周波数を低く抑える必然性によるものである。このため、電気配線装置においてはＬＳＩ速度より実装技術がシステム性能を支配するという傾向が近年益々強まってきている。
【０００３】
このような電気配線装置の問題を鑑み、ＬＳＩ間を光で接続する光配線装置がいくつか提案されている（例えば特許文献１）。光配線は、直流から１００ＧＨｚ以上の周波数領域で損失の周波数依存性が殆ど無く、配線路の電磁障害や接地電位変動雑音も無いため、数十Ｇｂｐｓの配線が容易に実現できる。光配線においては、低コスト化のため簡易な構成で大きな実装余裕と動作余裕が確保可能な光伝送系を構築する必要がある。しかしながら、上述の従来技術は半導体受光素子の受光部における集光性能を高めるものであって、半導体受光素子の外部との光結合における実装余裕を確保するうえでは未だ十分ではない。
【特許文献１】特開２００４−２４１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高速且つ高密度の光配線を低コストで構築するため、簡易な光結合系でも大きな実装余裕と動作余裕が得られる半導体受光素子およびその製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板上に設けられた半導体からなる受光部と、前記基板上に設けられた樹脂層と、前記樹脂層に周囲を囲まれて前記受光部の上に位置し、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口と、前記逆錐体型開口の斜面に設けられ、且つ前記受光部の電極とは電気絶縁された金属からなる光反射膜と、を備え、前記基板上の前記受光部以外の部分が遮光されていることを特徴とする半導体受光素子が提供される。
【０００６】
また、本発明の他の一態様によれば、基板上に半導体からなる受光部を設ける工程と、前記受光部上に少なくとも１層の中間層を設ける工程と、前記中間層上に樹脂層を設ける工程と、前記樹脂層における前記受光部の上に位置する部分に、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口を形成する工程と、前記樹脂層上及び前記逆錐体型開口内に金属からなる光反射膜を設ける工程と、前記逆錐体型開口の底部の前記中間層を除去することで前記逆錐体型開口の底部の前記光反射膜を選択的に除去する工程と、を備えたことを特徴とする半導体受光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な光結合系でも大きな実装余裕と動作余裕が得られる半導体受光素子およびその製造方法を実現することができ、高速且つ高密度の光配線を低コストで構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
特許文献１の従来技術は、半導体受光素子の受光部上に小型のレンズを備えるものであり、これにより受光部において広い角度での受光を可能にする。しかしながら、受光部上にレンズを設ける従来技術の構成では、光伝送路（光ファイバなど）との光結合部において反射戻り光防止のための屈折率整合材を導入した際に、レンズと屈折率整合材との屈折率差が小さくなってレンズ効果が得にくくなる。
【０００９】
このため、従来技術による光配線では、半導体レーザを光源とする場合に重要な反射戻り光の対策が困難、即ち、高速光配線が困難であったりするといった問題があった。また更に、上述した従来例では、発光素子側の光結合が容易なマルチモードファイバを用いる場合に、全ての伝送モードが半導体受光素子で受光可能な範囲が狭く、結果としてモーダルノイズを発生し易いため動作余裕または実装余裕が小さくなるという問題もあった。
【００１０】
これに対し、本発明実施形態では、半導体受光素子に逆錐体型開口による光集光器を設け、これにより光結合ずれに対する光結合低下の抑制を図り、更にはその逆錐体型開口による光集光器を再現性良く形成するための光反射膜形成の際、受光部領域に孤立したパターンの中間層を設けて選択除去するものである。
【００１１】
このような本発明実施形態によれば、光配線を高密度多並列に構成する事が容易で、半導体レーザを光源とする場合の反射戻り光対策も容易であり、更に、発光素子の光結合が容易なマルチモードファイバを用いる場合でも、全ての伝送モードを受光可能な範囲が広く、結果としてモーダルノイズを発生し難いため動作余裕や実装余裕の大きな半導体受光素子が得られる。これにより、光配線装置の実用性と低コスト化を大幅に促進し、情報通信機器などの高度化に大きく貢献することができる。
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明実施形態を詳細に説明する。ここでは幾つかの具体的材料を示して説明を行っていくが、これは半導体受光素子に適合する材料であれば同様に実施可能であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、ここでは受光素子を抽出した形で示していくが、これは勿論、トランスインピーダンスアンプを集積するなど、本発明実施形態に記述していない周辺構成が付加されることは任意である。また、半導体受光素子の機能的構造として、所謂ＰＩＮフォトダイオードを中心に説明するが、これはＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）フォトダイオードやフォトコンダクタ、フォトトランジスタなど、種々の半導体受光素子に対して適用可能である。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体受光素子の概略構成を示す斜視図であり、図２は図１の実施形態の構成断面図、図３、図４は、図１の実施形態の光線路（光ファイバ、光導波路など）との光結合状態の模式図である。ここでは、具体的な構成材料の例としてＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ系材料を用いて説明していくが、これは前述のように他の材料でも構わず、例えばＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系、ＳｉＧｅ／Ｓｉ系、ＧａＮ／Ｓｉ系、ＳｉＣ／Ｓｉ系等の材料であっても構わない。また、光受光部は上記したような半導体材料により構成し、その基板を剥離してガラス基板やセラミック基板に貼り付けた構成であっても構わない。
【００１４】
図１において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２は受光部、３はｐ側電極（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）、４はｎ側電極（例えばＡｕＧｅ、ＡｕＳｎなど）、５は樹脂層（例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など）、６はｐ側貫通電極（例えばＡｕなど）、７はｐ側パッド電極（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）、８はｎ側貫通電極（例えばＡｕなど）、９はｎ側パッド電極（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）、１０は光反射膜（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）である。また、図２、図３、図４の１１はｎ型ＩｎＰバッファー層、１２は低濃度ＧａＩｎＡｓ受光層、１３はｎ型ＩｎＰウィンドウ層、１４は窒化シリコン（パッシベーション膜）を最下層に有する絶縁層、１５はｐ型拡散層（例えばＺｎ拡散層）、１６は裏面電極（裏面ｎ側電極、例えばＡｕＧｅ、ＡｕＳｎなど）、１７はクラッド（光線路光閉じ込め部）、１８はコア（光線路光導波部）であり、図３、図４の破線は光線路からの光経路（光線軌跡）を模式的に示したものである。また、２の受光部は、ｐ型拡散層１５の下部に位置するＧａＩｎＡｓ受光層１２の電界印加された領域がこれに相当するが、ここでは、ｐ型拡散層１５を通じて光入射することから、ｐ型拡散層１５とその下部の電界印加されたＧａＩｎＡｓ受光層１２をまとめて受光部２と記すものとする。
【００１５】
本実施形態に係る半導体受光素子は、基板１上に半導体からなる受光部２を有する半導体受光素子において、基板１上に設けられた樹脂層５と、受光部２上に位置し、開口径が受光部２近傍で受光部２より小さく、基板１から離れるに従って連続的に広くなり、樹脂層５表面においては受光部２より大きい開口端となる樹脂層５の逆錐体型開口３０と、該逆錐体型開口３０の開口斜面に設けられ且つ受光部２の電極３とは電気絶縁された金属の光反射膜１０を具備してなることを特徴とする半導体受光素子であり、樹脂層５の一部または全部が不透明な樹脂からなり、基板２上の受光部２以外の部分が遮光されてなることが望ましく、樹脂層５の逆錐体型開口３０内に透明樹脂を更に充填してなることが望ましいものである。
【００１６】
図１に示すように、光反射膜１０は逆錐体型開口３０（テーパー開口）の表面に形成され、光集光器を構成している。ここで、逆錐体型開口とは、多角錐体、円錐体などの頂部を切り取った形（多角錐台、円錐台）を上下反転した形状の開口部や、これらの形状の斜面の断面が直線以外（例えば放物線）の形状の開口部のことを総称するものとする。以下においては、逆円錐台型の開口を例にとって説明していく。
【００１７】
逆錐体型開口３０としては、例えば、樹脂層５の厚さを７０μｍ、基板１表面に対する斜面角度を６５°、受光部２近傍の開口径を７０μｍ（頂部開口径約１３５μｍ）とし、ｐ型拡散層１５の拡散領域直径を８０μｍとする。このｐ型拡散領域径の場合、ｎ型ＩｎＰバッファー層１１と低濃度ＧａＩｎＡｓ受光層１２の不純物濃度や厚さを最適化することで、１０Ｇｂｐｓ以上の光信号を受信する事が可能となる。
【００１８】
また、このように構成することで、受光径７０μｍの半導体受光素子と同等な受光部２となるが、図３に示すように、受光径（受光部近傍の逆錐体型開口径）からはみ出すような入射光もある程度の角度のものまでは反射されて受光部２に導入されるようになる。例えば、標準的なＧＩ（Graded Index）型光ファイバ（コア径５０μｍ、ＮＡ＝０．２１）は出力光の最大広がり角が約1２°であるが、その光ファイバが図３のように本実施形態の半導体受光素子の表面近傍から光を入射した場合、受光面での広がり距離は約１５μｍであり、光ファイバコア１８の端から出力される光で最大の広がりの光は中心から約４０μｍとなるため、直接受光部２には入射しない。ところが、この最大広がりの光は、逆錐体型開口３０による光集光器斜面で反射されて受光部２に戻され、結果的に光損失は生じない。
【００１９】
また、図４に示すように、光を入射する光ファイバが軸ずれを起こした場合、ある程度の軸ずれまでは逆錐体型開口３０による光集光器の集光効果により光結合損失を防ぐ事が可能である。上記した標準的なＧＩ型光ファイバの場合、最大２０μｍ以上の軸ずれまで光損失の発生を防止することが可能である。
【００２０】
このように、本発明実施形態の半導体受光素子では、光を入射する光線路の位置ずれ許容度が非常に大きい。しかも、従来例のレンズ結合のように軸ずれに対して連続的に光損失が増減するのではなく、ある軸ずれ量まではほとんど光結合損失の変化しない実質無損失領域が存在する。このことは、非常に多数の光伝播モードを有する所謂マルチモード光ファイバなどで光伝送を行った場合、マルチモード光伝送で問題となり易いモーダルノイズがある軸ずれ量まで全て抑制できるという大きな特徴を持つ。レンズ結合の場合などは、比較的光損失が小さい領域が存在するものの、その時点での光損失は、そのまま光モード損失に相当し、所謂モーダルノイズの発生要因となる。従って、レンズ結合では光損失量が問題とならない場合にも、モーダルノイズが問題となる欠点があったが、本実施形態ではこの欠点が解消されて、且つ、光線路の軸ずれに対する許容性が確保可能という利点を有する。即ち、本実施形態では、光線路の軸ずれに対する実装余裕とともに、モーダルノイズに対する動作余裕も兼ね備えており、光線路と半導体受光素子との結合を簡易構成、例えば図３に示したような所謂バットジョイント結合構成で十分な特性を発揮可能である。
【００２１】
また、図１から図４では、逆錐体型開口３０による光集光器内部を空隙のままで用いているが、光送信側に半導体レーザを用い、本実施形態の光受信側と同様なバットジョイント結合を行っている場合、光ファイバなどの光線路端部での残留反射（数％）が光送信側の半導体レーザに光帰還されてしまい、半導体レーザが所謂戻り光雑音を発生してしまう。この現象を防止するため、光線路と光受光部の間に光線路の等価屈折率に近い屈折率の屈折率整合樹脂を充填しても良い。この場合でも、上記してきた効果は同様に得られ、むしろ、光学的な距離が充填樹脂の屈折率倍だけ短縮されて前述した軸ずれ許容量が大きくなる効果を持っている。
【００２２】
ちなみに、特許文献１のように受光部上に小型レンズを形成した半導体受光素子の場合、上述のように屈折率整合樹脂を充填すると、レンズと周囲との屈折率差が極端に小さくなり、実質的にレンズ効果が損なわれて機能しなくなってしまう。これに対し本実施形態の半導体受光素子では、金属の光反射膜１０で光集光器を構成しているため周囲媒体が空気か樹脂かに関わらずその機能が保持されるという特徴を持っている。
【００２３】
また、上記した屈折率整合樹脂の充填は、予め半導体受光素子の製造段階において逆錐体型開口３０内を充填させておく事が望ましく、これにより光ファイバなどの光線路を近接させてその周囲を充填する際に、逆錐体型開口３０内に気泡が残留することを防止することができる。
【００２４】
尚、樹脂層５は、透明樹脂であるよりは不透明樹脂である方が望ましい。図２の光反射膜１０と絶縁層１４との間には、光反射膜１０による電気的な寄生容量の増加を防止するためのギャップ（光反射膜不在部）がある程度必要である。このギャップ部分から漏れる光は一種の迷光となり、ｐ型拡散層１５から離れた部分に照射された場合、ｐｎ接合への逆バイアスによる電界が加わっていない非電界印加領域での拡散電流となり、電界印加部でのドリフト電流よりかなり応答の遅い受光電流となる。この漏れ光または上部の逆錐体型開口３０による光集光器に入射しなかった光による拡散電流を防止するため、樹脂層5は不透明樹脂である事が望ましい。また、樹脂層５は透明、または半透明で、絶縁層１４と樹脂層５との間に光遮断層が設けられた構造であっても構わない。例えば、絶縁層１４と樹脂層５との間にカーボンブラックを含む遮光樹脂を導入するなどの構成であっても良い。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造工程の例について説明する。ここでは、説明の簡単化のため受光部周囲のみを切り出した図面により説明を行っていく。また、図１から図４で示した貫通電極６、８やパッド電極７、９の製造過程は図示を省略するが、これは一般的なパターニング工程やメタル形成工程（蒸着、メッキなど）、エッチング工程などにより実施可能なものであり、適宜組み合せれば良いものである。
【００２６】
図５から図８は、逆錐体型開口による光集光器の製造過程を示す工程断面図であり、図１から図４と共通するものは共通の符号を付してある。
【００２７】
本実施形態に係る半導体受光素子の製造方法は、基板１上に半導体からなる受光部を設ける工程と、該受光部上に少なくとも1層の中間層１４３を設ける工程と、該中間層１４３上に樹脂層５を設けるとともに、受光部上の中間層１４３上に受光部より小さい開口端を有し且つ基板１から離れるに従い開口が広くなって樹脂層５表面においては受光部より大きい開口端となる逆錐体型開口３０を樹脂層５に設ける工程と、該逆錐体型開口３０を含む樹脂層５上に光反射膜１０を設ける工程と、しかる後、逆錐体型開口３０の底部の中間層１４３を除去することで逆錐体型開口３０の底部の光反射膜１０を選択的に除去する工程を少なくとも有してなることを特徴とする半導体受光素子の製造方法であり、中間層１４３が、受光部上において孤立パターンに形成されてなり、光反射膜１０を設ける前に中間層１４３の一部を除去してなることが望ましいものである。
【００２８】
まず、図５（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ（基板）１上に、ｎ型ＩｎＰバッファー層１１、ＧａＩｎＡｓ受光層１２、ｎ型ＩｎＰウィンドウ層１３をＭＯ−ＣＶＤ（有機金属気相堆積法）などの結晶成長方法により結晶成長させる。次に、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜１４１をプラズマＣＶＤなどの方法によりｎ型ＩｎＰウィンドウ層１３上に形成し、フォトリソグラフィーによって受光部ｐｎ接合を形成する部分の窒化シリコン膜１４１に開口を設ける。その後、ｐ型不純物（例えばＺｎ）の熱拡散を行い、ｐ型拡散層１５を選択的に形成する。
【００２９】
次に、上記の工程の後、表面に窒化シリコンのＡＲコート（無反射コート）膜１４２と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の中間層１４３を設ける（図５）。ＡＲコート膜１４２は、受光する光の波長λに対し、屈折率と膜厚の積が略λ／４となるように形成すれば良く、また、膜の屈折率が受光部半導体（ｐ型ＩｎＰ１５）の屈折率ｎ１と外側の屈折率ｎ２（空気の場合ｎ２＝１）の積の平方根、即ち、ｎ１ｎ２の平方根に一致すれば最も反射率が低くなる。例えば、１．３μｍの波長に対しｐ型ＩｎＰの屈折率は約３．３程度であり、外側が空気の場合にはＡＲコート膜１４２の屈折率が１．８程度となることが望ましい。窒化シリコンは上記の波長で屈折率が１．８となるよう調整が可能であり、その場合には約１８０ｎｍの窒化シリコン膜を堆積すれば良い。
【００３０】
また、ＡＲコート膜１４２として導電性の透明膜（例えばＩＴＯ：Indium Tin Oxide）を用い、受光部の補助電極として用いて実効的な受光面積の最大化を図ることも可能である。
【００３１】
中間層１４３は、例えば酸化シリコンを熱ＣＶＤにより約１μｍの厚さに堆積する。中間層１４３は、後で選択除去できるようにＡＲコート膜１４２および樹脂層５に対してエッチング選択比が大きく、樹脂層５の処理温度（キュア温度）に耐えうる材料であれば良く、上記した酸化シリコン以外のものであっても構わない。また、中間層１４３は、エッチング特性の異なる２種以上の多層膜で構成し、後述する途中までのエッチングを行うような場合に多層膜の一部の膜を選択的に除去するようにしてもよい。
【００３２】
次に、図５（ｂ）に示すように、中間層１４３とＡＲコート膜１４２の一部を選択的に除去してｐ型拡散層１５を露出させ、その部分にｐ側電極３を蒸着などの膜形成法により形成する。前述したように、ＡＲコート膜１４２に導電性の透明膜（透明電極）を用いる場合は、透明電極１４２が窒化シリコン膜１４１（ｐ型不純物拡散マスク）に一部重なる位置で孤立パターンとなるように中間層１４３とともにエッチング分離し、その孤立化した透明電極１４２の一部を露出させてｐ側電極３を設ける。
【００３３】
次に、樹脂層５を形成し、同時に受光部上に逆錐体型開口の形成を行う。樹脂層５としては前述したようにポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などが適用でき、形成方法として、感光性樹脂の露光と現像によるパターニングを用いることができる。ここでは、厚膜樹脂に任意形状の逆錐体型開口を形成できる方法として、ナノインプリント技術による形成方法を示す。
【００３４】
まず、図５（ｂ）の状態の半導体受光素子ウェハに樹脂層５として例えばポリイミド樹脂をスピンコート、ロールコート、ディスペンスコート等の手法で平坦にコーティングする（図６（ａ））。次に、図６（ｂ）に示すように、Ｎｉ電鋳技術による逆錐体型開口の金型１００を位置合わせして押し付け、熱処理などの樹脂硬化処理を行い逆錐体型開口３０のプリント転写を行う。金型１００をガラスなどの透明材料で構成し、樹脂層５に紫外線硬化樹脂を用いると、型基板を通した紫外線照射を行って瞬時に樹脂硬化を行うことも可能である。これらの金型１００の平坦部（樹脂層５表面）高さは、樹脂層５の厚さが樹脂硬化処理の後で７０μｍとなるよう硬化収縮の影響を加味して決定しておく。
【００３５】
次に、光反射膜１０の形成を行う。光反射膜１０は、樹脂層５の逆錐体型開口３０の斜面のみに必要なものであるが、受光部の径が小さい場合など、逆錐体型開口３０の底部、即ち、受光部表面部分を選択的にエッチング除去することが難しくなる。そこで、本実施形態においては、前述した中間層１４３をスペーサとしたリフトオフを行って、微小開口の光反射膜１０を選択除去する。
【００３６】
具体的には、樹脂層５をマスクとして受光部上面の中間層１４３を選択的にエッチング除去して光反射膜１０を選択除去するが、これを確実に実施するため、図６（ｂ）の工程のあと、図７（ａ）に示すように、受光部上の中間層１４３を半分ほど予めエッチング処理を施す（ハーフエッチング）。エッチング処理としては、例えば弗化アンモニウム溶液によるウェットエッチングにより行えばよい。
【００３７】
このハーフエッチングにより、前工程のナノインプリント処理による中間層１４３表面の樹脂残渣を取り除くとともに、樹脂層５との境界部に中間層１４３のアンダーカットで段差を設ける。この状態で光反射膜１０を蒸着などにより形成すれば、受光部上の光反射膜１０は、前述の段差により逆錐体型開口３０の斜面の光反射膜１０と分離された状態で形成される（図７（ｂ））。
【００３８】
この後、受光部上に残った中間層１４３を完全にエッチング除去することで、受光部上の光反射膜１０が除去され、下地に設けたＡＲコート膜１４２が露出する（図８）。中間層１４３の除去には、例えば前述した弗化アンモニウム溶液によるウェットエッチングにより行うことができる。この弗化アンモニウム溶液によるウェットエッチングでは、酸化シリコンのエッチング速度より窒化シリコンのエッチング速度が遅くなるため、所謂選択エッチングが可能である。このとき、前述したように受光部上の中間層１４３を孤立パターンとして形成しておくことにより、エッチングが丁度終了する時間より多めにエッチングする、所謂オーバーエッチングを行うことができ、これにより中間層１４３の残渣を確実に除去し易くなる。
【００３９】
最後に、逆錐体型開口３０以外の部分の光反射膜１０を選択エッチング除去し、工程完了となる（図８）。このとき、光反射膜１０と、前述したパッド電極７、９に同じ金属を用いると、光反射膜１０の選択エッチングと同時にパッド電極７、９の形成も完了できる。また、用いる金属によってはエッチング除去が困難な場合もあるが、その場合、樹脂層５の上にフォトレジストによる光反射膜除去部分のパターンを形成しておいてから前述の受光部上の中間層１４３のハーフエッチングを行い、光反射膜１０の形成を行うこともできる。この場合、光反射膜１０の選択除去はフォトレジストによるリフトオフによって実施可能となる。
【００４０】
尚、図８には図示してないが、逆錐体型開口３０の内側には前述したように屈折率整合のための透明樹脂を充填硬化させることが望ましい。
【００４１】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば上述した本発明実施形態はいくつかの具体例を示しているが、これはあくまで構成例であり、本発明の主旨に従い個々の要素に他の手段（材料、寸法など）を用いても構わないものである。例えば、中間層１４３を２層以上の多層膜としておき、前述した中間層１４３のハーフエッチングの代りに多層膜の選択エッチングを行っても同様な効果が得られる。即ち、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体受光素子の概略構成を示す斜視図。
【図２】図１の実施形態の構成断面図。
【図３】図１の実施形態の光線路（光ファイバ、光導波路など）との光結合状態の模式図。
【図４】図１の実施形態の光線路（光ファイバ、光導波路など）との光結合状態の模式図。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１…ｎ型ＩｎＰ基板、２…受光部、３…ｐ電極、４…ｎ電極、５…樹脂層、６、８…貫通電極、７、９…電極パッド、１０…光反射膜、１５…ｐ型拡散層、３０…逆錐体型開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送に用いる半導体受光素子およびその製造方法に関し、特に、受光部上に逆錐体型集光器を集積して光結合トレランスを改善した半導体受光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により、大規模集積回路（ＬＳＩ）においては飛躍的な動作速度向上が図られてきている。しかしながら、ＬＳＩ内部動作が高速化されても、それを実装するプリント基板レベルの配線はＬＳＩ内部より配線速度が低く抑えられ、そのプリント基板を装着したラックレベルでは更に配線速度が低く抑えられている。これらは動作周波数上昇に伴う電気配線の伝送損失や雑音、電磁障害の増大に起因するものであり、信号品質を確保するため長い配線ほど動作周波数を低く抑える必然性によるものである。このため、電気配線装置においてはＬＳＩ速度より実装技術がシステム性能を支配するという傾向が近年益々強まってきている。
【０００３】
このような電気配線装置の問題を鑑み、ＬＳＩ間を光で接続する光配線装置がいくつか提案されている（例えば特許文献１）。光配線は、直流から１００ＧＨｚ以上の周波数領域で損失の周波数依存性が殆ど無く、配線路の電磁障害や接地電位変動雑音も無いため、数十Ｇｂｐｓの配線が容易に実現できる。光配線においては、低コスト化のため簡易な構成で大きな実装余裕と動作余裕が確保可能な光伝送系を構築する必要がある。しかしながら、上述の従来技術は半導体受光素子の受光部における集光性能を高めるものであって、半導体受光素子の外部との光結合における実装余裕を確保するうえでは未だ十分ではない。
【特許文献１】特開２００４−２４１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高速且つ高密度の光配線を低コストで構築するため、簡易な光結合系でも大きな実装余裕と動作余裕が得られる半導体受光素子およびその製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板上に設けられた半導体からなる受光部と、前記基板上に設けられた樹脂層と、前記樹脂層に周囲を囲まれて前記受光部の上に位置し、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口と、前記逆錐体型開口の斜面に設けられ、且つ前記受光部の電極とは電気絶縁された金属からなる光反射膜と、を備え、前記基板上の前記受光部以外の部分が遮光されていることを特徴とする半導体受光素子が提供される。
【０００６】
また、本発明の他の一態様によれば、基板上に半導体からなる受光部を設ける工程と、前記受光部上に少なくとも１層の中間層を設ける工程と、前記中間層上に樹脂層を設ける工程と、前記樹脂層における前記受光部の上に位置する部分に、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口を形成する工程と、前記樹脂層上及び前記逆錐体型開口内に金属からなる光反射膜を設ける工程と、前記逆錐体型開口の底部の前記中間層を除去することで前記逆錐体型開口の底部の前記光反射膜を選択的に除去する工程と、を備えたことを特徴とする半導体受光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な光結合系でも大きな実装余裕と動作余裕が得られる半導体受光素子およびその製造方法を実現することができ、高速且つ高密度の光配線を低コストで構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
特許文献１の従来技術は、半導体受光素子の受光部上に小型のレンズを備えるものであり、これにより受光部において広い角度での受光を可能にする。しかしながら、受光部上にレンズを設ける従来技術の構成では、光伝送路（光ファイバなど）との光結合部において反射戻り光防止のための屈折率整合材を導入した際に、レンズと屈折率整合材との屈折率差が小さくなってレンズ効果が得にくくなる。
【０００９】
このため、従来技術による光配線では、半導体レーザを光源とする場合に重要な反射戻り光の対策が困難、即ち、高速光配線が困難であったりするといった問題があった。また更に、上述した従来例では、発光素子側の光結合が容易なマルチモードファイバを用いる場合に、全ての伝送モードが半導体受光素子で受光可能な範囲が狭く、結果としてモーダルノイズを発生し易いため動作余裕または実装余裕が小さくなるという問題もあった。
【００１０】
これに対し、本発明実施形態では、半導体受光素子に逆錐体型開口による光集光器を設け、これにより光結合ずれに対する光結合低下の抑制を図り、更にはその逆錐体型開口による光集光器を再現性良く形成するための光反射膜形成の際、受光部領域に孤立したパターンの中間層を設けて選択除去するものである。
【００１１】
このような本発明実施形態によれば、光配線を高密度多並列に構成する事が容易で、半導体レーザを光源とする場合の反射戻り光対策も容易であり、更に、発光素子の光結合が容易なマルチモードファイバを用いる場合でも、全ての伝送モードを受光可能な範囲が広く、結果としてモーダルノイズを発生し難いため動作余裕や実装余裕の大きな半導体受光素子が得られる。これにより、光配線装置の実用性と低コスト化を大幅に促進し、情報通信機器などの高度化に大きく貢献することができる。
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明実施形態を詳細に説明する。ここでは幾つかの具体的材料を示して説明を行っていくが、これは半導体受光素子に適合する材料であれば同様に実施可能であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、ここでは受光素子を抽出した形で示していくが、これは勿論、トランスインピーダンスアンプを集積するなど、本発明実施形態に記述していない周辺構成が付加されることは任意である。また、半導体受光素子の機能的構造として、所謂ＰＩＮフォトダイオードを中心に説明するが、これはＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）フォトダイオードやフォトコンダクタ、フォトトランジスタなど、種々の半導体受光素子に対して適用可能である。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体受光素子の概略構成を示す斜視図であり、図２は図１の実施形態の構成断面図、図３、図４は、図１の実施形態の光線路（光ファイバ、光導波路など）との光結合状態の模式図である。ここでは、具体的な構成材料の例としてＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ系材料を用いて説明していくが、これは前述のように他の材料でも構わず、例えばＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系、ＳｉＧｅ／Ｓｉ系、ＧａＮ／Ｓｉ系、ＳｉＣ／Ｓｉ系等の材料であっても構わない。また、光受光部は上記したような半導体材料により構成し、その基板を剥離してガラス基板やセラミック基板に貼り付けた構成であっても構わない。
【００１４】
図１において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２は受光部、３はｐ側電極（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）、４はｎ側電極（例えばＡｕＧｅ、ＡｕＳｎなど）、５は樹脂層（例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など）、６はｐ側貫通電極（例えばＡｕなど）、７はｐ側パッド電極（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）、８はｎ側貫通電極（例えばＡｕなど）、９はｎ側パッド電極（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）、１０は光反射膜（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど）である。また、図２、図３、図４の１１はｎ型ＩｎＰバッファー層、１２は低濃度ＧａＩｎＡｓ受光層、１３はｎ型ＩｎＰウィンドウ層、１４は窒化シリコン（パッシベーション膜）を最下層に有する絶縁層、１５はｐ型拡散層（例えばＺｎ拡散層）、１６は裏面電極（裏面ｎ側電極、例えばＡｕＧｅ、ＡｕＳｎなど）、１７はクラッド（光線路光閉じ込め部）、１８はコア（光線路光導波部）であり、図３、図４の破線は光線路からの光経路（光線軌跡）を模式的に示したものである。また、２の受光部は、ｐ型拡散層１５の下部に位置するＧａＩｎＡｓ受光層１２の電界印加された領域がこれに相当するが、ここでは、ｐ型拡散層１５を通じて光入射することから、ｐ型拡散層１５とその下部の電界印加されたＧａＩｎＡｓ受光層１２をまとめて受光部２と記すものとする。
【００１５】
本実施形態に係る半導体受光素子は、基板１上に半導体からなる受光部２を有する半導体受光素子において、基板１上に設けられた樹脂層５と、受光部２上に位置し、開口径が受光部２近傍で受光部２より小さく、基板１から離れるに従って連続的に広くなり、樹脂層５表面においては受光部２より大きい開口端となる樹脂層５の逆錐体型開口３０と、該逆錐体型開口３０の開口斜面に設けられ且つ受光部２の電極３とは電気絶縁された金属の光反射膜１０を具備してなることを特徴とする半導体受光素子であり、樹脂層５の一部または全部が不透明な樹脂からなり、基板２上の受光部２以外の部分が遮光されてなることが望ましく、樹脂層５の逆錐体型開口３０内に透明樹脂を更に充填してなることが望ましいものである。
【００１６】
図１に示すように、光反射膜１０は逆錐体型開口３０（テーパー開口）の表面に形成され、光集光器を構成している。ここで、逆錐体型開口とは、多角錐体、円錐体などの頂部を切り取った形（多角錐台、円錐台）を上下反転した形状の開口部や、これらの形状の斜面の断面が直線以外（例えば放物線）の形状の開口部のことを総称するものとする。以下においては、逆円錐台型の開口を例にとって説明していく。
【００１７】
逆錐体型開口３０としては、例えば、樹脂層５の厚さを７０μｍ、基板１表面に対する斜面角度を６５°、受光部２近傍の開口径を７０μｍ（頂部開口径約１３５μｍ）とし、ｐ型拡散層１５の拡散領域直径を８０μｍとする。このｐ型拡散領域径の場合、ｎ型ＩｎＰバッファー層１１と低濃度ＧａＩｎＡｓ受光層１２の不純物濃度や厚さを最適化することで、１０Ｇｂｐｓ以上の光信号を受信する事が可能となる。
【００１８】
また、このように構成することで、受光径７０μｍの半導体受光素子と同等な受光部２となるが、図３に示すように、受光径（受光部近傍の逆錐体型開口径）からはみ出すような入射光もある程度の角度のものまでは反射されて受光部２に導入されるようになる。例えば、標準的なＧＩ（Graded Index）型光ファイバ（コア径５０μｍ、ＮＡ＝０．２１）は出力光の最大広がり角が約1２°であるが、その光ファイバが図３のように本実施形態の半導体受光素子の表面近傍から光を入射した場合、受光面での広がり距離は約１５μｍであり、光ファイバコア１８の端から出力される光で最大の広がりの光は中心から約４０μｍとなるため、直接受光部２には入射しない。ところが、この最大広がりの光は、逆錐体型開口３０による光集光器斜面で反射されて受光部２に戻され、結果的に光損失は生じない。
【００１９】
また、図４に示すように、光を入射する光ファイバが軸ずれを起こした場合、ある程度の軸ずれまでは逆錐体型開口３０による光集光器の集光効果により光結合損失を防ぐ事が可能である。上記した標準的なＧＩ型光ファイバの場合、最大２０μｍ以上の軸ずれまで光損失の発生を防止することが可能である。
【００２０】
このように、本発明実施形態の半導体受光素子では、光を入射する光線路の位置ずれ許容度が非常に大きい。しかも、従来例のレンズ結合のように軸ずれに対して連続的に光損失が増減するのではなく、ある軸ずれ量まではほとんど光結合損失の変化しない実質無損失領域が存在する。このことは、非常に多数の光伝播モードを有する所謂マルチモード光ファイバなどで光伝送を行った場合、マルチモード光伝送で問題となり易いモーダルノイズがある軸ずれ量まで全て抑制できるという大きな特徴を持つ。レンズ結合の場合などは、比較的光損失が小さい領域が存在するものの、その時点での光損失は、そのまま光モード損失に相当し、所謂モーダルノイズの発生要因となる。従って、レンズ結合では光損失量が問題とならない場合にも、モーダルノイズが問題となる欠点があったが、本実施形態ではこの欠点が解消されて、且つ、光線路の軸ずれに対する許容性が確保可能という利点を有する。即ち、本実施形態では、光線路の軸ずれに対する実装余裕とともに、モーダルノイズに対する動作余裕も兼ね備えており、光線路と半導体受光素子との結合を簡易構成、例えば図３に示したような所謂バットジョイント結合構成で十分な特性を発揮可能である。
【００２１】
また、図１から図４では、逆錐体型開口３０による光集光器内部を空隙のままで用いているが、光送信側に半導体レーザを用い、本実施形態の光受信側と同様なバットジョイント結合を行っている場合、光ファイバなどの光線路端部での残留反射（数％）が光送信側の半導体レーザに光帰還されてしまい、半導体レーザが所謂戻り光雑音を発生してしまう。この現象を防止するため、光線路と光受光部の間に光線路の等価屈折率に近い屈折率の屈折率整合樹脂を充填しても良い。この場合でも、上記してきた効果は同様に得られ、むしろ、光学的な距離が充填樹脂の屈折率倍だけ短縮されて前述した軸ずれ許容量が大きくなる効果を持っている。
【００２２】
ちなみに、特許文献１のように受光部上に小型レンズを形成した半導体受光素子の場合、上述のように屈折率整合樹脂を充填すると、レンズと周囲との屈折率差が極端に小さくなり、実質的にレンズ効果が損なわれて機能しなくなってしまう。これに対し本実施形態の半導体受光素子では、金属の光反射膜１０で光集光器を構成しているため周囲媒体が空気か樹脂かに関わらずその機能が保持されるという特徴を持っている。
【００２３】
また、上記した屈折率整合樹脂の充填は、予め半導体受光素子の製造段階において逆錐体型開口３０内を充填させておく事が望ましく、これにより光ファイバなどの光線路を近接させてその周囲を充填する際に、逆錐体型開口３０内に気泡が残留することを防止することができる。
【００２４】
尚、樹脂層５は、透明樹脂であるよりは不透明樹脂である方が望ましい。図２の光反射膜１０と絶縁層１４との間には、光反射膜１０による電気的な寄生容量の増加を防止するためのギャップ（光反射膜不在部）がある程度必要である。このギャップ部分から漏れる光は一種の迷光となり、ｐ型拡散層１５から離れた部分に照射された場合、ｐｎ接合への逆バイアスによる電界が加わっていない非電界印加領域での拡散電流となり、電界印加部でのドリフト電流よりかなり応答の遅い受光電流となる。この漏れ光または上部の逆錐体型開口３０による光集光器に入射しなかった光による拡散電流を防止するため、樹脂層5は不透明樹脂である事が望ましい。また、樹脂層５は透明、または半透明で、絶縁層１４と樹脂層５との間に光遮断層が設けられた構造であっても構わない。例えば、絶縁層１４と樹脂層５との間にカーボンブラックを含む遮光樹脂を導入するなどの構成であっても良い。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造工程の例について説明する。ここでは、説明の簡単化のため受光部周囲のみを切り出した図面により説明を行っていく。また、図１から図４で示した貫通電極６、８やパッド電極７、９の製造過程は図示を省略するが、これは一般的なパターニング工程やメタル形成工程（蒸着、メッキなど）、エッチング工程などにより実施可能なものであり、適宜組み合せれば良いものである。
【００２６】
図５から図８は、逆錐体型開口による光集光器の製造過程を示す工程断面図であり、図１から図４と共通するものは共通の符号を付してある。
【００２７】
本実施形態に係る半導体受光素子の製造方法は、基板１上に半導体からなる受光部を設ける工程と、該受光部上に少なくとも1層の中間層１４３を設ける工程と、該中間層１４３上に樹脂層５を設けるとともに、受光部上の中間層１４３上に受光部より小さい開口端を有し且つ基板１から離れるに従い開口が広くなって樹脂層５表面においては受光部より大きい開口端となる逆錐体型開口３０を樹脂層５に設ける工程と、該逆錐体型開口３０を含む樹脂層５上に光反射膜１０を設ける工程と、しかる後、逆錐体型開口３０の底部の中間層１４３を除去することで逆錐体型開口３０の底部の光反射膜１０を選択的に除去する工程を少なくとも有してなることを特徴とする半導体受光素子の製造方法であり、中間層１４３が、受光部上において孤立パターンに形成されてなり、光反射膜１０を設ける前に中間層１４３の一部を除去してなることが望ましいものである。
【００２８】
まず、図５（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ（基板）１上に、ｎ型ＩｎＰバッファー層１１、ＧａＩｎＡｓ受光層１２、ｎ型ＩｎＰウィンドウ層１３をＭＯ−ＣＶＤ（有機金属気相堆積法）などの結晶成長方法により結晶成長させる。次に、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜１４１をプラズマＣＶＤなどの方法によりｎ型ＩｎＰウィンドウ層１３上に形成し、フォトリソグラフィーによって受光部ｐｎ接合を形成する部分の窒化シリコン膜１４１に開口を設ける。その後、ｐ型不純物（例えばＺｎ）の熱拡散を行い、ｐ型拡散層１５を選択的に形成する。
【００２９】
次に、上記の工程の後、表面に窒化シリコンのＡＲコート（無反射コート）膜１４２と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の中間層１４３を設ける（図５）。ＡＲコート膜１４２は、受光する光の波長λに対し、屈折率と膜厚の積が略λ／４となるように形成すれば良く、また、膜の屈折率が受光部半導体（ｐ型ＩｎＰ１５）の屈折率ｎ１と外側の屈折率ｎ２（空気の場合ｎ２＝１）の積の平方根、即ち、ｎ１ｎ２の平方根に一致すれば最も反射率が低くなる。例えば、１．３μｍの波長に対しｐ型ＩｎＰの屈折率は約３．３程度であり、外側が空気の場合にはＡＲコート膜１４２の屈折率が１．８程度となることが望ましい。窒化シリコンは上記の波長で屈折率が１．８となるよう調整が可能であり、その場合には約１８０ｎｍの窒化シリコン膜を堆積すれば良い。
【００３０】
また、ＡＲコート膜１４２として導電性の透明膜（例えばＩＴＯ：Indium Tin Oxide）を用い、受光部の補助電極として用いて実効的な受光面積の最大化を図ることも可能である。
【００３１】
中間層１４３は、例えば酸化シリコンを熱ＣＶＤにより約１μｍの厚さに堆積する。中間層１４３は、後で選択除去できるようにＡＲコート膜１４２および樹脂層５に対してエッチング選択比が大きく、樹脂層５の処理温度（キュア温度）に耐えうる材料であれば良く、上記した酸化シリコン以外のものであっても構わない。また、中間層１４３は、エッチング特性の異なる２種以上の多層膜で構成し、後述する途中までのエッチングを行うような場合に多層膜の一部の膜を選択的に除去するようにしてもよい。
【００３２】
次に、図５（ｂ）に示すように、中間層１４３とＡＲコート膜１４２の一部を選択的に除去してｐ型拡散層１５を露出させ、その部分にｐ側電極３を蒸着などの膜形成法により形成する。前述したように、ＡＲコート膜１４２に導電性の透明膜（透明電極）を用いる場合は、透明電極１４２が窒化シリコン膜１４１（ｐ型不純物拡散マスク）に一部重なる位置で孤立パターンとなるように中間層１４３とともにエッチング分離し、その孤立化した透明電極１４２の一部を露出させてｐ側電極３を設ける。
【００３３】
次に、樹脂層５を形成し、同時に受光部上に逆錐体型開口の形成を行う。樹脂層５としては前述したようにポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などが適用でき、形成方法として、感光性樹脂の露光と現像によるパターニングを用いることができる。ここでは、厚膜樹脂に任意形状の逆錐体型開口を形成できる方法として、ナノインプリント技術による形成方法を示す。
【００３４】
まず、図５（ｂ）の状態の半導体受光素子ウェハに樹脂層５として例えばポリイミド樹脂をスピンコート、ロールコート、ディスペンスコート等の手法で平坦にコーティングする（図６（ａ））。次に、図６（ｂ）に示すように、Ｎｉ電鋳技術による逆錐体型開口の金型１００を位置合わせして押し付け、熱処理などの樹脂硬化処理を行い逆錐体型開口３０のプリント転写を行う。金型１００をガラスなどの透明材料で構成し、樹脂層５に紫外線硬化樹脂を用いると、型基板を通した紫外線照射を行って瞬時に樹脂硬化を行うことも可能である。これらの金型１００の平坦部（樹脂層５表面）高さは、樹脂層５の厚さが樹脂硬化処理の後で７０μｍとなるよう硬化収縮の影響を加味して決定しておく。
【００３５】
次に、光反射膜１０の形成を行う。光反射膜１０は、樹脂層５の逆錐体型開口３０の斜面のみに必要なものであるが、受光部の径が小さい場合など、逆錐体型開口３０の底部、即ち、受光部表面部分を選択的にエッチング除去することが難しくなる。そこで、本実施形態においては、前述した中間層１４３をスペーサとしたリフトオフを行って、微小開口の光反射膜１０を選択除去する。
【００３６】
具体的には、樹脂層５をマスクとして受光部上面の中間層１４３を選択的にエッチング除去して光反射膜１０を選択除去するが、これを確実に実施するため、図６（ｂ）の工程のあと、図７（ａ）に示すように、受光部上の中間層１４３を半分ほど予めエッチング処理を施す（ハーフエッチング）。エッチング処理としては、例えば弗化アンモニウム溶液によるウェットエッチングにより行えばよい。
【００３７】
このハーフエッチングにより、前工程のナノインプリント処理による中間層１４３表面の樹脂残渣を取り除くとともに、樹脂層５との境界部に中間層１４３のアンダーカットで段差を設ける。この状態で光反射膜１０を蒸着などにより形成すれば、受光部上の光反射膜１０は、前述の段差により逆錐体型開口３０の斜面の光反射膜１０と分離された状態で形成される（図７（ｂ））。
【００３８】
この後、受光部上に残った中間層１４３を完全にエッチング除去することで、受光部上の光反射膜１０が除去され、下地に設けたＡＲコート膜１４２が露出する（図８）。中間層１４３の除去には、例えば前述した弗化アンモニウム溶液によるウェットエッチングにより行うことができる。この弗化アンモニウム溶液によるウェットエッチングでは、酸化シリコンのエッチング速度より窒化シリコンのエッチング速度が遅くなるため、所謂選択エッチングが可能である。このとき、前述したように受光部上の中間層１４３を孤立パターンとして形成しておくことにより、エッチングが丁度終了する時間より多めにエッチングする、所謂オーバーエッチングを行うことができ、これにより中間層１４３の残渣を確実に除去し易くなる。
【００３９】
最後に、逆錐体型開口３０以外の部分の光反射膜１０を選択エッチング除去し、工程完了となる（図８）。このとき、光反射膜１０と、前述したパッド電極７、９に同じ金属を用いると、光反射膜１０の選択エッチングと同時にパッド電極７、９の形成も完了できる。また、用いる金属によってはエッチング除去が困難な場合もあるが、その場合、樹脂層５の上にフォトレジストによる光反射膜除去部分のパターンを形成しておいてから前述の受光部上の中間層１４３のハーフエッチングを行い、光反射膜１０の形成を行うこともできる。この場合、光反射膜１０の選択除去はフォトレジストによるリフトオフによって実施可能となる。
【００４０】
尚、図８には図示してないが、逆錐体型開口３０の内側には前述したように屈折率整合のための透明樹脂を充填硬化させることが望ましい。
【００４１】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば上述した本発明実施形態はいくつかの具体例を示しているが、これはあくまで構成例であり、本発明の主旨に従い個々の要素に他の手段（材料、寸法など）を用いても構わないものである。例えば、中間層１４３を２層以上の多層膜としておき、前述した中間層１４３のハーフエッチングの代りに多層膜の選択エッチングを行っても同様な効果が得られる。即ち、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体受光素子の概略構成を示す斜視図。
【図２】図１の実施形態の構成断面図。
【図３】図１の実施形態の光線路（光ファイバ、光導波路など）との光結合状態の模式図。
【図４】図１の実施形態の光線路（光ファイバ、光導波路など）との光結合状態の模式図。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる半導体受光素子の製造過程を示す断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１…ｎ型ＩｎＰ基板、２…受光部、３…ｐ電極、４…ｎ電極、５…樹脂層、６、８…貫通電極、７、９…電極パッド、１０…光反射膜、１５…ｐ型拡散層、３０…逆錐体型開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた半導体からなる受光部と、
前記基板上に設けられた樹脂層と、
前記樹脂層に周囲を囲まれて前記受光部の上に位置し、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口と、
前記逆錐体型開口の斜面に設けられ、且つ前記受光部の電極とは電気絶縁された金属からなる光反射膜と、を備え、
前記基板上の前記受光部以外の部分が遮光されていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記樹脂層の一部または全部が不透明樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記逆錐体型開口内に透明樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
基板上に半導体からなる受光部を設ける工程と、
前記受光部上に少なくとも１層の中間層を設ける工程と、
前記中間層上に樹脂層を設ける工程と、
前記樹脂層における前記受光部の上に位置する部分に、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口を形成する工程と、
前記樹脂層上及び前記逆錐体型開口内に金属からなる光反射膜を設ける工程と、
前記逆錐体型開口の底部の前記中間層を除去することで前記逆錐体型開口の底部の前記光反射膜を選択的に除去する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体受光素子の製造方法。
【請求項５】
前記受光部上に孤立したパターンの前記中間層を設け、前記光反射膜を設ける前に前記中間層の一部を除去することを特徴とする請求項４記載の半導体受光素子の製造方法。
【請求項１】
基板上に設けられた半導体からなる受光部と、
前記基板上に設けられた樹脂層と、
前記樹脂層に周囲を囲まれて前記受光部の上に位置し、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口と、
前記逆錐体型開口の斜面に設けられ、且つ前記受光部の電極とは電気絶縁された金属からなる光反射膜と、を備え、
前記基板上の前記受光部以外の部分が遮光されていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記樹脂層の一部または全部が不透明樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記逆錐体型開口内に透明樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
基板上に半導体からなる受光部を設ける工程と、
前記受光部上に少なくとも１層の中間層を設ける工程と、
前記中間層上に樹脂層を設ける工程と、
前記樹脂層における前記受光部の上に位置する部分に、開口径が、前記受光部近傍で前記受光部より小さく、前記基板から離れるに従って連続的に広くなり、前記樹脂層の表面側で前記受光部より大きい逆錐体型開口を形成する工程と、
前記樹脂層上及び前記逆錐体型開口内に金属からなる光反射膜を設ける工程と、
前記逆錐体型開口の底部の前記中間層を除去することで前記逆錐体型開口の底部の前記光反射膜を選択的に除去する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体受光素子の製造方法。
【請求項５】
前記受光部上に孤立したパターンの前記中間層を設け、前記光反射膜を設ける前に前記中間層の一部を除去することを特徴とする請求項４記載の半導体受光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１６７０７（Ｐ２００９−１６７０７Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７９４１０（Ｐ２００７−１７９４１０）
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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