半導体受光素子及び半導体受光素子の製造方法
【課題】素子抵抗の低減を図ることができる半導体受光素子を提供する。
【解決手段】
ｎ型の基板１０と、基板１０上に積層されたｎ型の第１半導体層１１と、第１半導体層１１上に積層されたノンドープの光吸収層１２上に積層され、Ａｌを含有するｐ型の第２半導体層１３と、第２半導体層１３上に積層されたキャップ層１４と、を備え、キャップ層１４の一部が第２半導体層１３を露出するようにエッチングされ、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化されることで、Ａｌ酸化物を含有する酸化領域１５に囲まれたｐ型の半導体領域１３ａが形成されていることにより、ｐｉ接合面を露出させずに受光部を形成することで、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｉ接合面に発生することを抑制する。
【解決手段】
ｎ型の基板１０と、基板１０上に積層されたｎ型の第１半導体層１１と、第１半導体層１１上に積層されたノンドープの光吸収層１２上に積層され、Ａｌを含有するｐ型の第２半導体層１３と、第２半導体層１３上に積層されたキャップ層１４と、を備え、キャップ層１４の一部が第２半導体層１３を露出するようにエッチングされ、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化されることで、Ａｌ酸化物を含有する酸化領域１５に囲まれたｐ型の半導体領域１３ａが形成されていることにより、ｐｉ接合面を露出させずに受光部を形成することで、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｉ接合面に発生することを抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、受光素子として、積層体からなる半導体受光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の半導体受光素子は、ノンドープ層をドープ層間に配置してなるｐｉｎ構造を有する半導体受光素子であって、以下の手法で作成される。まず、ｎ型半導体基板（ｎ−ＩｎＰ）上に、ｎ型光閉じ込め層（ｎ−ＡｌＩｎＧａＡｓ）、ｉ型光吸収層（ノンドープＡｌＩｎＧａＡｓ）、ｐ型光閉じ込め層（ｐ−ＡｌＩｎＧａＡｓ）、ｐ型クラッド層（ｐ−ＩｎＰ）、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ）を順次積層した後、ｎ型光閉じ込め層までエッチングしてメサストライプを形成する。そして、メサストライプの側面に露出したＡｌを含有する半導体層の露出面を酸化させ、ＡｌｘＯｙ領域に転化させる。このように、特許文献１記載の半導体受光素子では、メサストライプ側面の長手方向又はメサポスト側面の周方向に電気抵抗の高いＡｌｘＯｙ領域が形成されており、暗電流（リーク電流）の発生の抑制が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３０５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の半導体受光素子にあっては、ｐｉｎ構造の受光部（ｐｉｎ接合領域）がメサエッチングにより形成されるので、メサストライプ側面又はメサポスト側面のｐｉｎ接合部の露出面にエッチングによる結晶欠陥が発生する場合がある。このため、ＡｌｘＯｙ領域を形成する場合であっても、リーク電流を十分抑制することができないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、リーク電流の抑制を図ることができる半導体受光素子及び半導体受光素子の製造方法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】
【０００６】
すなわち本発明に係る半導体受光素子は、第１導電型の基板と、基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、第２半導体層上に積層されたキャップ層と、を備え、キャップ層の一部が第２半導体層を露出するようにエッチングされ、第２半導体層の露出面から基板側の界面まで第２半導体層の一部が酸化されることで、Ａｌ酸化物を含有する酸化領域に囲まれた第２導電型の半導体領域が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体受光素子では、第１半導体層上又は光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層及びキャップ層が順次積層され、第２半導体層を露出するように該キャップ層の一部がエッチングされ、露出した第２半導体層が露出面から基板側の界面まで酸化されて構成される。このように、本発明に係る半導体受光素子では、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域で覆うことができる。そして、酸化領域で半導体領域を囲むことで受光部を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【０００８】
ここで、キャップ層は第２導電型の半導体層であることが好適である。このように構成することで、キャップ層を受光部として機能させることができる。また、半導体領域の基板側の界面は、ｐｎ接合面又はｐｉ接合面として構成されてもよい。
【０００９】
また、上記半導体受光素子は、キャップ層の上面側であって半導体積層方向においてキャップ層と重なる位置に配置された電極部を有することが好適である。このように構成することで、電極部が剥離することを回避することができる。
【００１０】
また、本発明に係る半導体受光素子は、第１導電型の基板と、基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、を備え、第２半導体層は、含有されたＡｌが酸化されてなる酸化領域、及び、酸化領域に囲まれ、第１半導体層又は光吸収層とｐｎ接合面又はｐｉ接合面として接合する第２導電型の半導体領域を有することを特徴として構成される。
【００１１】
本発明に係る半導体受光素子によれば、第２導電型の半導体領域の周囲が、含有されたＡｌを酸化してなる酸化領域で囲まれるため、ｐｎ接合面又はｐｉ接合面を露出させるエッチングをすることなく受光部を形成することができる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る半導体受光素子の製造方法は、第１導電型の基板上に第１導電型の第１半導体層を積層する第１半導体層積層ステップと、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層を積層する第２半導体層積層ステップと、第２半導体層上にキャップ層を積層するキャップ層積層ステップと、キャップ層の一部を、第２半導体層を露出するようにエッチングするエッチングステップと、露出した第２半導体層の露出面から基板側の界面まで第２半導体層の一部を酸化する酸化ステップとを備えることを特徴として構成される。
【００１３】
本発明に係る半導体受光素子の製造方法では、第１半導体層形成ステップで、第１導電型の基板上に第１導電型の第１半導体層が積層され、第２半導体層積層ステップで、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層が積層され、キャップ層積層ステップで、第２半導体層上にキャップ層が積層され、エッチングステップで、キャップ層の一部が、第２半導体層を露出するようにエッチングされ、酸化ステップで、露出した第２半導体層の露出面から基板側の界面まで第２半導体層の一部が酸化される。このように、本発明に係る製造方法では、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域で覆うことができる。したがって、例えば酸化領域を環状に形成することで、酸化領域に囲まれた半導体領域を形成することができるので、酸化工程で受光部を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００１４】
また、キャップ層は第２導電型の半導体層であってもよい。このように構成することで、キャップ層を除去することなく受光部として機能させることができるので、効率的に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体受光素子においてリーク電流の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図である。
【図２】図１の半導体受光素子のII−II線における側断面図である。
【図３】図１の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図４】図１の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図５】図１の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図６】エッチング深さが異なる場合の酸化領域を説明する概要図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図である。
【図８】図７の半導体受光素子のVIII−VII線における側断面図である。
【図９】図７の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図１０】図７の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図１１】図７の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図１２】実施形態に係る半導体受光素子の変形例の構成を示す上面図である。
【図１３】実施形態に係る半導体受光素子の変形例の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図、図２は、図１に示した半導体受光素子のII−II線における側断面図である。図１及び図２に示した半導体受光素子１は、ｐｉｎ接合部を有する化合物半導体受光素子であり、例えば受光器や光検出器の単素子として好適に採用されるものである。
【００１９】
図１に示すように、半導体受光素子１は、素子内部に半導体接合部を有する積層体からなる受光素子であって、受光部２０を備えている。受光部２０は、水平断面が円形のメサ状に形成されており、メサ部の上面側から光を受光し、素子内部へ光を入射させる。ここでは、半導体接合部としてｐｉｎ接合の積層体が採用され、素子内部に入射された光によって光電流を出力可能に構成されている。受光部２０の側方には、受光部２０の周囲を囲む酸化領域１５が形成されている。
【００２０】
図２に示すように、受光部２０は、基板１０上に形成されている。基板１０は、半導体基板であり、例えばｎ型のＩｎＡｓ基板が用いられる。また、基板１０の一方の主面上には、基板１０と同一の導電型を有する第１半導体層１１、ノンドープの光吸収層１２、基板１０とは異なる導電型を有する第２半導体層１３が順次積層されている。第１半導体層１１としては、例えば、ｎ型のＩｎＡｓＳｂが用いられ、光吸収層１２としては、例えば、ｉ型（ノンドープ）のＩｎＡｓＳｂが用いられる。また、第２半導体層１３は、半導体層を構成する元素の一つがＡｌであるIII−V族化合物半導体層である。第２半導体層１３としては、例えばｐ型のＡｌＩｎＡｓＳｂが用いられる。
【００２１】
第２半導体層１３の一部は、含有されたＡｌが酸化され高抵抗化された酸化領域１５に転化されている。ＡｌｘＯｙを含有する酸化領域１５は、環状に形成されており、この酸化領域の内周側には光吸収層１２とｐｉ接合する半導体領域１３ａが形成されている。すなわち、酸化領域１５に取り囲まれる領域が半導体領域１３ａとされる。半導体領域１３ａは、メサ状に形成された受光部２０を構成する半導体層の一つであり、受光部２０を構成する半導体層の中では最も下側に位置している。酸化領域１５は、第２半導体層１３上に積層されたキャップ層１４の一部が、第２半導体層１３を露出するように環状にエッチングされ、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化されることで形成される。キャップ層１４は、第２半導体層１３と同一の導電型を有する半導体層であり、例えばｐ型のＩｎＰＳｂが用いられる。
【００２２】
キャップ層１４上には、入射光の反射を防止するためのＡＲ層（Anti-Reflection coat：反射防止膜）１６が形成されている。ＡＲ層として、例えば、ＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３が用いられる。上述した半導体領域１３ａ、キャップ層１４、ＡＲ層１６は、メサ状の受光部２０を構成する。また、図１，２に示すように、半導体受光素子１の上面側には、上部電極部１７が形成されている。上部電極部１７は、受光部２０を囲むように形成された環状の電極部材１７ａと、電極部材１７ａと電気的に接続されたボンディングパッド（電極パッド）１７ｂとを備えている。この環状の電極部材１７ａによってメサ部の上面側に受光窓部２０ａが形成される。受光窓部２０ａは、水平断面が円形の開口であり、その半径は受光部２０の半径より小さく形成されている。さらに、基板１０の他方の主面である裏面には、下部電極部１８が形成されている。上部電極部１７として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが用いられ、下部電極部１８として、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが用いられる。
【００２３】
次に、本実施形態に係る半導体受光素子１について、作用効果を説明する。図２に示す半導体受光素子１に、上部電極部１７及び下部電極部１８を介して電圧を印加し、半導体領域１３ａ、光吸収層１２、第１半導体層１１のｐｉｎ接合に逆バイアスをかけることで、光吸収層１２の空乏層が拡大される。この状態で、受光部２０に光が入射され光吸収層１２に到達すると、空乏層で電子‐正孔対が形成されて光電流が発生する。ここで、上記受光部２０は、環状に形成された酸化領域１５によりその外縁が形成さている。すなわち、光吸収層１２上に、Ａｌを含有する半導体層１３が形成されることで、エッチングによって物理的に受光部２０の外縁が形成されるのではなく、化学反応により第２半導体層１３の一部を絶縁層として機能する酸化領域１５へ転化し、半導体領域１３ａを電気的に分離することで受光部２０の外縁を形成することができる構成とされている。このため、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域１５で覆うことができる。そして、酸化領域１５で半導体領域１３ａを囲むことで受光部２０を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００２４】
次に、本実施形態に係る半導体受光素子１の製造方法について説明する。図３〜図５は、図１に示す半導体受光素子１の製造工程を示す側断面図である。
【００２５】
まず、図３の（ａ）に示すように、半導体層形成工程（第１半導体積層ステップ、第２半導体積層ステップ、キャップ層積層ステップ）を行う。基板１０上にｐｉｎ接合構造をエピタキシャル成長技術により形成する。エピタキシャル成長は、例えば膜厚制御に優れた有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）や、分子線成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によって行う。
【００２６】
ｎ型の導電型を有する基板１０として使用する場合、基板１０上に、ｎ型の第１半導体層１１、ｉ型の光吸収層１２、Ａｌを含有したｐ型の第２半導体層１３、ｐ型のキャップ層１４を順にエピタキシャル成長させる。このように、光吸収層１２とキャップ層１４との間にバンドギャップの広いＡｌを含有する第２半導体層１３を形成する。それぞれの組成および膜厚は、例えば、基板１０がｎ型ＩｎＡｓで２５０μｍ、第１半導体層１１がｎ型ＩｎＡｓＳｂで１．５μｍ、光吸収層１２がｉ型ＩｎＡｓＳｂで８．０μｍ、第２半導体層１３がｐ型ＡｌＩｎＡｓＳｂで０．１μｍ、キャップ層１４がｐ型ＩｎＰＳｂで０．１μｍである。
【００２７】
次に、図３の（ｂ）に示すように、メサ部形成工程（エッチングステップ）を行う。第２半導体層１３が上面に露出するように、少なくともキャップ層１４をエッチングして受光部２０の円柱状のメサ部を形成する。このとき、図中に示すようにキャップ層１４と共に第２半導体層１３の一部をエッチングしてもよい。まず、フォトワークにより受光部２０のパターンを作成し、そしてレジストを塗布し、その後エッチング及びレジスト除去を行うことで、キャップ層１４に環状の開口１４ａ、第２半導体層１３に環状の開口１３ｂを形成し、第２半導体層１３及びキャップ層１４からなるメサ部を形成する。エッチングは、メサ部の大きさを均一性よく形成するために、好ましくはドライエッチング法が用いられる。また、ウェットエッチング法で行われても良い。なお、メサ部以外の第２半導体層１３及びキャップ層１４を除去しないことにより、後工程で形成される上部電極部１７の剥がれを防止することができる。すなわち、積層方向において上部電極部１７と重なる位置の第２半導体層１３及びキャップ層１４については除去せずに残しておく。
【００２８】
次に、図３の（ｃ）に示すように、酸化工程（酸化ステップ）を行う。例えば、高温雰囲気中に水蒸気を供給することにより、露出された第２半導体層１３を酸化して酸化領域１５を形成する。ここで、図６を用いて、酸化領域１５の詳細を説明する。図６は、エッチング深さが異なる場合の酸化領域１５の形態を示す概要図であり、図６の（ａ）は、キャップ層１４のみをエッチングして露出された第２半導体層１３を酸化した場合を示し、図６の（ｂ）はキャップ層１４と共に第２半導体層１３の一部をエッチングして露出された第２半導体層１３を酸化した場合を示している。図６の（ａ），（ｂ）に示すように、何れの場合であっても、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面（ここでは光吸収層１２との界面）まで第２半導体層１３の一部が酸化される。これにより、酸化領域１５をｐｉ接合界面まで到達させて酸化領域１５の内側をｐｉ接合界面とすることができる。このため、リーク電流の発生を抑制することが可能となる。
【００２９】
次に、図４の（ｄ）に示すように、ＡＲ層形成工程を行う。ＡＲ層１６の組成および膜厚は、例えばＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３で０．８μｍである。次に、図４の（ｅ）に示すように、スルーホール形成工程を行う。まず、レジストを塗布し、フォトワークにより環状のスルーホールのパターンを作成し、その後エッチング及びレジスト除去を行うことで、キャップ層１４の一部が上面に露出するように、環状のスルーホール１６ａを形成する。次に、図４の（ｆ）に示すように、上部電極形成工程を行う。蒸着により上部電極用膜を積層し、リフトオフ法により環状の電極部材１７ａ及びボンディングパッド１７ｂを形成して上部電極部１７を形成する。これにより、受光部２０の受光窓部２０ａが形成される。上部電極部１７の組成および膜厚は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで１．２μｍである。
【００３０】
次に、図５の（ｇ）に示すように、基板裏面研磨工程を行う。基板１０の裏面１０ａ側を研磨する。そして、図５の（ｈ）に示すように、研磨した裏面１０ａ側に、下部電極部１８を蒸着により形成する。下部電極部１８の組成および膜厚は、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕで０．７μｍである。
【００３１】
以上、図３〜図５に示す工程を行うことで、受光部２０のメサ部形成時にｐｉ接合界面が露出されることなく、Ａｌを含む第２半導体層１３が酸化され、ｐｉ接合界面まで到達する。エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面を形成する場合に比べて、酸化領域１５を形成する方がｐｉ接合面とｎｉ接合面に与えるダメージは低い。そして、エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面に結晶欠陥が発生することを回避することができるので、リーク電流を適切に抑制することが可能となる。このように、従来に比べて浅いエッチングで受光部２０を形成することができるので、半導体受光素子１がアイソレーションをする必要のない単素子として採用される場合に特に有効である。
【００３２】
上述したように、第１実施形態に係る半導体受光素子１の製造方法では、半導体層形成工程で、ｎ型の基板１０上にｎ型の第１半導体層１１、ノンドープの光吸収層１２、Ａｌを含有するｐ型の第２半導体層１３、ｐ型のキャップ層１４が順次積層され、メサ部形成工程でキャップ層１４の一部が、第２半導体層１３を上面側に露出するようにエッチングされ、酸化工程で、露出された第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化される。このように、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域１５で覆うことができる。そして、酸化領域１５を環状に形成することで、酸化領域１５に囲まれた半導体領域１３ａを形成することができるので、酸化工程で受光部２０を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。図７は、本発明の実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図、図８は、図７に示した半導体受光素子のVIII−VIII線における側断面図である。図７及び図８に示した半導体受光素子２は、第１実施形態に係る半導体受光素子１とほぼ同様に構成されており、主に上部電極部１７の形状及び半導体層の材料が相違する。以下では、説明理解の容易性を考慮して、半導体受光素子１と重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３４】
図７，８に示すように、半導体受光素子２は、素子内部に半導体接合部を有する積層体からなる受光素子であって、基板１０上に受光部２０が形成されている。受光部２０の側方には、受光部２０の周囲を囲む酸化領域１５が形成されている。基板１０の一方の主面上には、半導体受光素子１と同様に、第１半導体層１１、ノンドープの光吸収層１２、Ａｌを含有する第２半導体層１３が順次積層されている。基板１０としては、例えばｎ型のＩｎＰが用いられ、第１半導体層１１としては、例えばｎ型のＩｎＰが用いられ、光吸収層１２としては、例えばｉ型のＩｎＧａＡｓが用いられ、第２半導体層１３としては、例えばｐ型のＩｎＡｌＡｓが用いられる。
【００３５】
第２半導体層１３の一部は、含有されたＡｌが酸化され高抵抗化された酸化領域１５に転化されている。ＡｌｘＯｙを含有する酸化領域１５は、受光部２０のパターンに沿って円形領域を囲むように形成されており、酸化領域１５に囲まれて光吸収層１２とｐｉ接合する半導体領域１３ａが形成されている。半導体領域１３ａは、メサ状に形成された受光部２０を構成する半導体層の一つであり、受光部２０を構成する半導体層の中では最も下側に位置している。酸化領域１５は、第２半導体層１３上に積層されたキャップ層１４の一部が、第２半導体層１３を露出するようにエッチングされ、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化されることで形成される。キャップ層１４は、第２半導体層１３と同一の導電型を有する半導体層であり、例えばｐ型のＩｎＰが用いられる。
【００３６】
キャップ層１４上には、入射光の反射を防止するためのＡＲ層１６が形成されている。上述した半導体領域１３ａ、キャップ層１４、ＡＲ層１６は、メサ状の受光部２０を構成する。また、半導体受光素子１の上面側には、上部電極部１７が形成されている。上部電極部１７は、受光部２０を囲むように形成されており、メサ部の上面側に受光窓部２０ａが形成される。さらに、基板１０の他方の主面である裏面には、下部電極部１８が形成されている。ＡＲ層１６として、例えばＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３が用いられ、上部電極部１７として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが用いられ、下部電極部１８として、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが用いられる。
【００３７】
本実施形態に係る半導体受光素子２の作用効果は、第１実施形態に係る半導体受光素子１と同様である。
【００３８】
次に、本実施形態に係る半導体受光素子２の製造方法について説明する。図９〜図１１は、図７に示す半導体受光素子２の製造工程を示す側断面図である。
【００３９】
まず、図９の（ａ）に示すように、半導体層形成工程（第１半導体積層ステップ、第２半導体積層ステップ、キャップ層積層ステップ）を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様であり、半導体層の材料のみが相違する。それぞれの組成および膜厚は、例えば、基板１０がｎ型ＩｎＰで２５０μｍ、第１半導体層１１がｎ型ＩｎＰで１．５μｍ、光吸収層１２がｉ型ＩｎＧａＡｓで８．０μｍ、第２半導体層１３がｐ型ＩｎＡｌＡｓで０．１μｍ、キャップ層１４がｐ型ＩｎＰで０．１μｍである。
【００４０】
次に、図９の（ｂ）に示すように、メサ部形成工程（エッチングステップ）を行う。第２半導体層１３が上面に露出するように、少なくともキャップ層１４をエッチングして受光部２０の円柱状のメサ部を形成する。このとき、図中に示すようにキャップ層１４と共に第２半導体層１３の一部をエッチングしてもよい。まず、レジストを塗布し、フォトワークにより受光部２０のパターンを作成し、その後エッチング及びレジスト除去を行うことで、第２半導体層１３及びキャップ層１４からなるメサ部を形成する。
【００４１】
次に、図９の（ｃ）に示すように、酸化工程（酸化ステップ）を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様に行う。次に、図１０の（ｄ）に示すように、ＡＲ層形成工程を行う。ＡＲ層１６の組成および膜厚は、例えばＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３で０．８μｍである。次に、図１０の（ｅ）に示すように、スルーホール形成工程を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様に行う。次に、図１０の（ｆ）に示すように、上部電極形成工程を行う。蒸着により上部電極用膜を積層し、リフトオフ法により上部電極部１７を形成する。これにより、受光部２０の受光窓部２０ａが形成される。上部電極部１７の組成および膜厚は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで１．２μｍである。
【００４２】
次に、図１１の（ｇ）に示すように、基板裏面研磨工程を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様に行う。そして、図１０の（ｈ）に示すように、研磨した裏面１０ａ側に、下部電極部１８を蒸着により形成する。下部電極部１８の組成および膜厚は、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕで０．７μｍである。
【００４３】
以上、図９〜図１１に示す工程を行うことで、受光部２０のメサ部形成時にｐｉ接合界面が露出されることなく、Ａｌを含む第２半導体層１３が酸化され、ｐｉ接合界面まで到達する。エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面を形成する場合に比べて、酸化領域１５を形成する方がｐｉ接合面とｎｉ接合面に与えるダメージは低い。そして、エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面に結晶欠陥が発生することを回避することができるので、リーク電流を適切に抑制することが可能となる。このように、従来に比べて浅いエッチングで受光部２０を形成することができるので、半導体受光素子２がアイソレーションをする必要のない単素子として採用される場合に特に有効である。
【００４４】
上述したように、第２実施形態に係る半導体受光素子２の製造方法では、第１実施形態に係る半導体受光素子１と同様に、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域１５で覆うことができる。したがって、酸化領域１５に囲まれた半導体領域１３ａを形成することができるので、酸化工程で受光部２０を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００４５】
なお、上述した実施形態は、本発明に係る半導体受光素子の一例を示すものである。本発明に係る半導体受光素子は、各実施形態に係る半導体受光素子に限られるものではなく、各実施形態に係る半導体受光素子を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００４６】
例えば、上述した実施形態では、受光部２０の形状が円柱状である半導体受光素子について説明したが、受光部２０の水平方向の断面は円形であるものに限られず、例えば図１２，図１３に示す半導体受光素子３，４の受光部２０のように、矩形であってもよい。
【００４７】
また、上述した実施形態では、上部電極部１７が受光部２０を囲む電極形状である例を説明したが、上記電極形状に限られるものではない。なお、上部電極部１７が受光部２０を囲む電極形状の方が、ユニフォーミティの点から望ましい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、キャップ層１４として半導体層を用いる例を説明したが、酸化工程後に除去するのであればキャップ層１４は、半導体層でなくてもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、ｐｉｎ接合を有する半導体受光素子について説明したが、例えば光吸収層１２を備えずに、ｎ型の第１半導体層１１上にＡｌを含有するｐ型の第２半導体層１３を直接積層させたｐｎ接合面を有する半導体受光素子であってもよい。このように構成した場合であっても、酸化領域１５を形成してリーク電流の抑制を図ることができる。
【００５０】
また、上述した実施形態では、第２半導体層が第２導電型である例を説明したが、厚さ方向全てが第２導電型でなくてもよい。例えば、第２半導体層の光吸収層に近い部分は、空乏層が光吸収層に達する厚さであるならば、ノンドープとしてもよい。この場合、バンド不連続をおこさないので好適である。
【００５１】
さらに、上述した実施形態では、ｎ型の基板１０を用いた半導体受光素子について説明したが、ｐ型の基板を用いて、実施形態のｎ型とｐ型を入れ替えて構成される半導体受光素子に適用した場合であっても、リーク電流の抑制を図ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…半導体受光素子、１０…基板、１１…第１半導体層、１２…光吸収層、１３…第２半導体層、１３ａ…半導体領域、１４…キャップ層、１５…酸化領域、２０…受光部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、受光素子として、積層体からなる半導体受光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の半導体受光素子は、ノンドープ層をドープ層間に配置してなるｐｉｎ構造を有する半導体受光素子であって、以下の手法で作成される。まず、ｎ型半導体基板（ｎ−ＩｎＰ）上に、ｎ型光閉じ込め層（ｎ−ＡｌＩｎＧａＡｓ）、ｉ型光吸収層（ノンドープＡｌＩｎＧａＡｓ）、ｐ型光閉じ込め層（ｐ−ＡｌＩｎＧａＡｓ）、ｐ型クラッド層（ｐ−ＩｎＰ）、ｐ型コンタクト層（ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ）を順次積層した後、ｎ型光閉じ込め層までエッチングしてメサストライプを形成する。そして、メサストライプの側面に露出したＡｌを含有する半導体層の露出面を酸化させ、ＡｌｘＯｙ領域に転化させる。このように、特許文献１記載の半導体受光素子では、メサストライプ側面の長手方向又はメサポスト側面の周方向に電気抵抗の高いＡｌｘＯｙ領域が形成されており、暗電流（リーク電流）の発生の抑制が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３０５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の半導体受光素子にあっては、ｐｉｎ構造の受光部（ｐｉｎ接合領域）がメサエッチングにより形成されるので、メサストライプ側面又はメサポスト側面のｐｉｎ接合部の露出面にエッチングによる結晶欠陥が発生する場合がある。このため、ＡｌｘＯｙ領域を形成する場合であっても、リーク電流を十分抑制することができないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、リーク電流の抑制を図ることができる半導体受光素子及び半導体受光素子の製造方法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】
【０００６】
すなわち本発明に係る半導体受光素子は、第１導電型の基板と、基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、第２半導体層上に積層されたキャップ層と、を備え、キャップ層の一部が第２半導体層を露出するようにエッチングされ、第２半導体層の露出面から基板側の界面まで第２半導体層の一部が酸化されることで、Ａｌ酸化物を含有する酸化領域に囲まれた第２導電型の半導体領域が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体受光素子では、第１半導体層上又は光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層及びキャップ層が順次積層され、第２半導体層を露出するように該キャップ層の一部がエッチングされ、露出した第２半導体層が露出面から基板側の界面まで酸化されて構成される。このように、本発明に係る半導体受光素子では、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域で覆うことができる。そして、酸化領域で半導体領域を囲むことで受光部を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【０００８】
ここで、キャップ層は第２導電型の半導体層であることが好適である。このように構成することで、キャップ層を受光部として機能させることができる。また、半導体領域の基板側の界面は、ｐｎ接合面又はｐｉ接合面として構成されてもよい。
【０００９】
また、上記半導体受光素子は、キャップ層の上面側であって半導体積層方向においてキャップ層と重なる位置に配置された電極部を有することが好適である。このように構成することで、電極部が剥離することを回避することができる。
【００１０】
また、本発明に係る半導体受光素子は、第１導電型の基板と、基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、を備え、第２半導体層は、含有されたＡｌが酸化されてなる酸化領域、及び、酸化領域に囲まれ、第１半導体層又は光吸収層とｐｎ接合面又はｐｉ接合面として接合する第２導電型の半導体領域を有することを特徴として構成される。
【００１１】
本発明に係る半導体受光素子によれば、第２導電型の半導体領域の周囲が、含有されたＡｌを酸化してなる酸化領域で囲まれるため、ｐｎ接合面又はｐｉ接合面を露出させるエッチングをすることなく受光部を形成することができる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る半導体受光素子の製造方法は、第１導電型の基板上に第１導電型の第１半導体層を積層する第１半導体層積層ステップと、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層を積層する第２半導体層積層ステップと、第２半導体層上にキャップ層を積層するキャップ層積層ステップと、キャップ層の一部を、第２半導体層を露出するようにエッチングするエッチングステップと、露出した第２半導体層の露出面から基板側の界面まで第２半導体層の一部を酸化する酸化ステップとを備えることを特徴として構成される。
【００１３】
本発明に係る半導体受光素子の製造方法では、第１半導体層形成ステップで、第１導電型の基板上に第１導電型の第１半導体層が積層され、第２半導体層積層ステップで、第１半導体層上又は第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層が積層され、キャップ層積層ステップで、第２半導体層上にキャップ層が積層され、エッチングステップで、キャップ層の一部が、第２半導体層を露出するようにエッチングされ、酸化ステップで、露出した第２半導体層の露出面から基板側の界面まで第２半導体層の一部が酸化される。このように、本発明に係る製造方法では、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域で覆うことができる。したがって、例えば酸化領域を環状に形成することで、酸化領域に囲まれた半導体領域を形成することができるので、酸化工程で受光部を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００１４】
また、キャップ層は第２導電型の半導体層であってもよい。このように構成することで、キャップ層を除去することなく受光部として機能させることができるので、効率的に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体受光素子においてリーク電流の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図である。
【図２】図１の半導体受光素子のII−II線における側断面図である。
【図３】図１の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図４】図１の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図５】図１の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図６】エッチング深さが異なる場合の酸化領域を説明する概要図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図である。
【図８】図７の半導体受光素子のVIII−VII線における側断面図である。
【図９】図７の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図１０】図７の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図１１】図７の半導体受光素子の製造工程を説明する概要図である。
【図１２】実施形態に係る半導体受光素子の変形例の構成を示す上面図である。
【図１３】実施形態に係る半導体受光素子の変形例の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図、図２は、図１に示した半導体受光素子のII−II線における側断面図である。図１及び図２に示した半導体受光素子１は、ｐｉｎ接合部を有する化合物半導体受光素子であり、例えば受光器や光検出器の単素子として好適に採用されるものである。
【００１９】
図１に示すように、半導体受光素子１は、素子内部に半導体接合部を有する積層体からなる受光素子であって、受光部２０を備えている。受光部２０は、水平断面が円形のメサ状に形成されており、メサ部の上面側から光を受光し、素子内部へ光を入射させる。ここでは、半導体接合部としてｐｉｎ接合の積層体が採用され、素子内部に入射された光によって光電流を出力可能に構成されている。受光部２０の側方には、受光部２０の周囲を囲む酸化領域１５が形成されている。
【００２０】
図２に示すように、受光部２０は、基板１０上に形成されている。基板１０は、半導体基板であり、例えばｎ型のＩｎＡｓ基板が用いられる。また、基板１０の一方の主面上には、基板１０と同一の導電型を有する第１半導体層１１、ノンドープの光吸収層１２、基板１０とは異なる導電型を有する第２半導体層１３が順次積層されている。第１半導体層１１としては、例えば、ｎ型のＩｎＡｓＳｂが用いられ、光吸収層１２としては、例えば、ｉ型（ノンドープ）のＩｎＡｓＳｂが用いられる。また、第２半導体層１３は、半導体層を構成する元素の一つがＡｌであるIII−V族化合物半導体層である。第２半導体層１３としては、例えばｐ型のＡｌＩｎＡｓＳｂが用いられる。
【００２１】
第２半導体層１３の一部は、含有されたＡｌが酸化され高抵抗化された酸化領域１５に転化されている。ＡｌｘＯｙを含有する酸化領域１５は、環状に形成されており、この酸化領域の内周側には光吸収層１２とｐｉ接合する半導体領域１３ａが形成されている。すなわち、酸化領域１５に取り囲まれる領域が半導体領域１３ａとされる。半導体領域１３ａは、メサ状に形成された受光部２０を構成する半導体層の一つであり、受光部２０を構成する半導体層の中では最も下側に位置している。酸化領域１５は、第２半導体層１３上に積層されたキャップ層１４の一部が、第２半導体層１３を露出するように環状にエッチングされ、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化されることで形成される。キャップ層１４は、第２半導体層１３と同一の導電型を有する半導体層であり、例えばｐ型のＩｎＰＳｂが用いられる。
【００２２】
キャップ層１４上には、入射光の反射を防止するためのＡＲ層（Anti-Reflection coat：反射防止膜）１６が形成されている。ＡＲ層として、例えば、ＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３が用いられる。上述した半導体領域１３ａ、キャップ層１４、ＡＲ層１６は、メサ状の受光部２０を構成する。また、図１，２に示すように、半導体受光素子１の上面側には、上部電極部１７が形成されている。上部電極部１７は、受光部２０を囲むように形成された環状の電極部材１７ａと、電極部材１７ａと電気的に接続されたボンディングパッド（電極パッド）１７ｂとを備えている。この環状の電極部材１７ａによってメサ部の上面側に受光窓部２０ａが形成される。受光窓部２０ａは、水平断面が円形の開口であり、その半径は受光部２０の半径より小さく形成されている。さらに、基板１０の他方の主面である裏面には、下部電極部１８が形成されている。上部電極部１７として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが用いられ、下部電極部１８として、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが用いられる。
【００２３】
次に、本実施形態に係る半導体受光素子１について、作用効果を説明する。図２に示す半導体受光素子１に、上部電極部１７及び下部電極部１８を介して電圧を印加し、半導体領域１３ａ、光吸収層１２、第１半導体層１１のｐｉｎ接合に逆バイアスをかけることで、光吸収層１２の空乏層が拡大される。この状態で、受光部２０に光が入射され光吸収層１２に到達すると、空乏層で電子‐正孔対が形成されて光電流が発生する。ここで、上記受光部２０は、環状に形成された酸化領域１５によりその外縁が形成さている。すなわち、光吸収層１２上に、Ａｌを含有する半導体層１３が形成されることで、エッチングによって物理的に受光部２０の外縁が形成されるのではなく、化学反応により第２半導体層１３の一部を絶縁層として機能する酸化領域１５へ転化し、半導体領域１３ａを電気的に分離することで受光部２０の外縁を形成することができる構成とされている。このため、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域１５で覆うことができる。そして、酸化領域１５で半導体領域１３ａを囲むことで受光部２０を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００２４】
次に、本実施形態に係る半導体受光素子１の製造方法について説明する。図３〜図５は、図１に示す半導体受光素子１の製造工程を示す側断面図である。
【００２５】
まず、図３の（ａ）に示すように、半導体層形成工程（第１半導体積層ステップ、第２半導体積層ステップ、キャップ層積層ステップ）を行う。基板１０上にｐｉｎ接合構造をエピタキシャル成長技術により形成する。エピタキシャル成長は、例えば膜厚制御に優れた有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）や、分子線成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によって行う。
【００２６】
ｎ型の導電型を有する基板１０として使用する場合、基板１０上に、ｎ型の第１半導体層１１、ｉ型の光吸収層１２、Ａｌを含有したｐ型の第２半導体層１３、ｐ型のキャップ層１４を順にエピタキシャル成長させる。このように、光吸収層１２とキャップ層１４との間にバンドギャップの広いＡｌを含有する第２半導体層１３を形成する。それぞれの組成および膜厚は、例えば、基板１０がｎ型ＩｎＡｓで２５０μｍ、第１半導体層１１がｎ型ＩｎＡｓＳｂで１．５μｍ、光吸収層１２がｉ型ＩｎＡｓＳｂで８．０μｍ、第２半導体層１３がｐ型ＡｌＩｎＡｓＳｂで０．１μｍ、キャップ層１４がｐ型ＩｎＰＳｂで０．１μｍである。
【００２７】
次に、図３の（ｂ）に示すように、メサ部形成工程（エッチングステップ）を行う。第２半導体層１３が上面に露出するように、少なくともキャップ層１４をエッチングして受光部２０の円柱状のメサ部を形成する。このとき、図中に示すようにキャップ層１４と共に第２半導体層１３の一部をエッチングしてもよい。まず、フォトワークにより受光部２０のパターンを作成し、そしてレジストを塗布し、その後エッチング及びレジスト除去を行うことで、キャップ層１４に環状の開口１４ａ、第２半導体層１３に環状の開口１３ｂを形成し、第２半導体層１３及びキャップ層１４からなるメサ部を形成する。エッチングは、メサ部の大きさを均一性よく形成するために、好ましくはドライエッチング法が用いられる。また、ウェットエッチング法で行われても良い。なお、メサ部以外の第２半導体層１３及びキャップ層１４を除去しないことにより、後工程で形成される上部電極部１７の剥がれを防止することができる。すなわち、積層方向において上部電極部１７と重なる位置の第２半導体層１３及びキャップ層１４については除去せずに残しておく。
【００２８】
次に、図３の（ｃ）に示すように、酸化工程（酸化ステップ）を行う。例えば、高温雰囲気中に水蒸気を供給することにより、露出された第２半導体層１３を酸化して酸化領域１５を形成する。ここで、図６を用いて、酸化領域１５の詳細を説明する。図６は、エッチング深さが異なる場合の酸化領域１５の形態を示す概要図であり、図６の（ａ）は、キャップ層１４のみをエッチングして露出された第２半導体層１３を酸化した場合を示し、図６の（ｂ）はキャップ層１４と共に第２半導体層１３の一部をエッチングして露出された第２半導体層１３を酸化した場合を示している。図６の（ａ），（ｂ）に示すように、何れの場合であっても、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面（ここでは光吸収層１２との界面）まで第２半導体層１３の一部が酸化される。これにより、酸化領域１５をｐｉ接合界面まで到達させて酸化領域１５の内側をｐｉ接合界面とすることができる。このため、リーク電流の発生を抑制することが可能となる。
【００２９】
次に、図４の（ｄ）に示すように、ＡＲ層形成工程を行う。ＡＲ層１６の組成および膜厚は、例えばＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３で０．８μｍである。次に、図４の（ｅ）に示すように、スルーホール形成工程を行う。まず、レジストを塗布し、フォトワークにより環状のスルーホールのパターンを作成し、その後エッチング及びレジスト除去を行うことで、キャップ層１４の一部が上面に露出するように、環状のスルーホール１６ａを形成する。次に、図４の（ｆ）に示すように、上部電極形成工程を行う。蒸着により上部電極用膜を積層し、リフトオフ法により環状の電極部材１７ａ及びボンディングパッド１７ｂを形成して上部電極部１７を形成する。これにより、受光部２０の受光窓部２０ａが形成される。上部電極部１７の組成および膜厚は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで１．２μｍである。
【００３０】
次に、図５の（ｇ）に示すように、基板裏面研磨工程を行う。基板１０の裏面１０ａ側を研磨する。そして、図５の（ｈ）に示すように、研磨した裏面１０ａ側に、下部電極部１８を蒸着により形成する。下部電極部１８の組成および膜厚は、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕで０．７μｍである。
【００３１】
以上、図３〜図５に示す工程を行うことで、受光部２０のメサ部形成時にｐｉ接合界面が露出されることなく、Ａｌを含む第２半導体層１３が酸化され、ｐｉ接合界面まで到達する。エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面を形成する場合に比べて、酸化領域１５を形成する方がｐｉ接合面とｎｉ接合面に与えるダメージは低い。そして、エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面に結晶欠陥が発生することを回避することができるので、リーク電流を適切に抑制することが可能となる。このように、従来に比べて浅いエッチングで受光部２０を形成することができるので、半導体受光素子１がアイソレーションをする必要のない単素子として採用される場合に特に有効である。
【００３２】
上述したように、第１実施形態に係る半導体受光素子１の製造方法では、半導体層形成工程で、ｎ型の基板１０上にｎ型の第１半導体層１１、ノンドープの光吸収層１２、Ａｌを含有するｐ型の第２半導体層１３、ｐ型のキャップ層１４が順次積層され、メサ部形成工程でキャップ層１４の一部が、第２半導体層１３を上面側に露出するようにエッチングされ、酸化工程で、露出された第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化される。このように、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域１５で覆うことができる。そして、酸化領域１５を環状に形成することで、酸化領域１５に囲まれた半導体領域１３ａを形成することができるので、酸化工程で受光部２０を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。図７は、本発明の実施形態に係る半導体受光素子の構成を示す上面図、図８は、図７に示した半導体受光素子のVIII−VIII線における側断面図である。図７及び図８に示した半導体受光素子２は、第１実施形態に係る半導体受光素子１とほぼ同様に構成されており、主に上部電極部１７の形状及び半導体層の材料が相違する。以下では、説明理解の容易性を考慮して、半導体受光素子１と重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３４】
図７，８に示すように、半導体受光素子２は、素子内部に半導体接合部を有する積層体からなる受光素子であって、基板１０上に受光部２０が形成されている。受光部２０の側方には、受光部２０の周囲を囲む酸化領域１５が形成されている。基板１０の一方の主面上には、半導体受光素子１と同様に、第１半導体層１１、ノンドープの光吸収層１２、Ａｌを含有する第２半導体層１３が順次積層されている。基板１０としては、例えばｎ型のＩｎＰが用いられ、第１半導体層１１としては、例えばｎ型のＩｎＰが用いられ、光吸収層１２としては、例えばｉ型のＩｎＧａＡｓが用いられ、第２半導体層１３としては、例えばｐ型のＩｎＡｌＡｓが用いられる。
【００３５】
第２半導体層１３の一部は、含有されたＡｌが酸化され高抵抗化された酸化領域１５に転化されている。ＡｌｘＯｙを含有する酸化領域１５は、受光部２０のパターンに沿って円形領域を囲むように形成されており、酸化領域１５に囲まれて光吸収層１２とｐｉ接合する半導体領域１３ａが形成されている。半導体領域１３ａは、メサ状に形成された受光部２０を構成する半導体層の一つであり、受光部２０を構成する半導体層の中では最も下側に位置している。酸化領域１５は、第２半導体層１３上に積層されたキャップ層１４の一部が、第２半導体層１３を露出するようにエッチングされ、第２半導体層１３の露出面から基板１０側の界面まで第２半導体層１３の一部が酸化されることで形成される。キャップ層１４は、第２半導体層１３と同一の導電型を有する半導体層であり、例えばｐ型のＩｎＰが用いられる。
【００３６】
キャップ層１４上には、入射光の反射を防止するためのＡＲ層１６が形成されている。上述した半導体領域１３ａ、キャップ層１４、ＡＲ層１６は、メサ状の受光部２０を構成する。また、半導体受光素子１の上面側には、上部電極部１７が形成されている。上部電極部１７は、受光部２０を囲むように形成されており、メサ部の上面側に受光窓部２０ａが形成される。さらに、基板１０の他方の主面である裏面には、下部電極部１８が形成されている。ＡＲ層１６として、例えばＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３が用いられ、上部電極部１７として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが用いられ、下部電極部１８として、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕが用いられる。
【００３７】
本実施形態に係る半導体受光素子２の作用効果は、第１実施形態に係る半導体受光素子１と同様である。
【００３８】
次に、本実施形態に係る半導体受光素子２の製造方法について説明する。図９〜図１１は、図７に示す半導体受光素子２の製造工程を示す側断面図である。
【００３９】
まず、図９の（ａ）に示すように、半導体層形成工程（第１半導体積層ステップ、第２半導体積層ステップ、キャップ層積層ステップ）を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様であり、半導体層の材料のみが相違する。それぞれの組成および膜厚は、例えば、基板１０がｎ型ＩｎＰで２５０μｍ、第１半導体層１１がｎ型ＩｎＰで１．５μｍ、光吸収層１２がｉ型ＩｎＧａＡｓで８．０μｍ、第２半導体層１３がｐ型ＩｎＡｌＡｓで０．１μｍ、キャップ層１４がｐ型ＩｎＰで０．１μｍである。
【００４０】
次に、図９の（ｂ）に示すように、メサ部形成工程（エッチングステップ）を行う。第２半導体層１３が上面に露出するように、少なくともキャップ層１４をエッチングして受光部２０の円柱状のメサ部を形成する。このとき、図中に示すようにキャップ層１４と共に第２半導体層１３の一部をエッチングしてもよい。まず、レジストを塗布し、フォトワークにより受光部２０のパターンを作成し、その後エッチング及びレジスト除去を行うことで、第２半導体層１３及びキャップ層１４からなるメサ部を形成する。
【００４１】
次に、図９の（ｃ）に示すように、酸化工程（酸化ステップ）を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様に行う。次に、図１０の（ｄ）に示すように、ＡＲ層形成工程を行う。ＡＲ層１６の組成および膜厚は、例えばＳｉＮ／Ａｌ２Ｏ３で０．８μｍである。次に、図１０の（ｅ）に示すように、スルーホール形成工程を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様に行う。次に、図１０の（ｆ）に示すように、上部電極形成工程を行う。蒸着により上部電極用膜を積層し、リフトオフ法により上部電極部１７を形成する。これにより、受光部２０の受光窓部２０ａが形成される。上部電極部１７の組成および膜厚は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで１．２μｍである。
【００４２】
次に、図１１の（ｇ）に示すように、基板裏面研磨工程を行う。この工程は第１実施形態での説明と同様に行う。そして、図１０の（ｈ）に示すように、研磨した裏面１０ａ側に、下部電極部１８を蒸着により形成する。下部電極部１８の組成および膜厚は、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕで０．７μｍである。
【００４３】
以上、図９〜図１１に示す工程を行うことで、受光部２０のメサ部形成時にｐｉ接合界面が露出されることなく、Ａｌを含む第２半導体層１３が酸化され、ｐｉ接合界面まで到達する。エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面を形成する場合に比べて、酸化領域１５を形成する方がｐｉ接合面とｎｉ接合面に与えるダメージは低い。そして、エッチングによりｐｉ接合面とｎｉ接合面に結晶欠陥が発生することを回避することができるので、リーク電流を適切に抑制することが可能となる。このように、従来に比べて浅いエッチングで受光部２０を形成することができるので、半導体受光素子２がアイソレーションをする必要のない単素子として採用される場合に特に有効である。
【００４４】
上述したように、第２実施形態に係る半導体受光素子２の製造方法では、第１実施形態に係る半導体受光素子１と同様に、エッチングによりｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を露出させずに、ｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面を酸化領域１５で覆うことができる。したがって、酸化領域１５に囲まれた半導体領域１３ａを形成することができるので、酸化工程で受光部２０を形成することが可能となる。このため、エッチングに起因した結晶欠陥がｐｎ接合面あるいはｐｉ接合面に発生することを抑制できるので、リーク電流の抑制を図ることが可能となる。
【００４５】
なお、上述した実施形態は、本発明に係る半導体受光素子の一例を示すものである。本発明に係る半導体受光素子は、各実施形態に係る半導体受光素子に限られるものではなく、各実施形態に係る半導体受光素子を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００４６】
例えば、上述した実施形態では、受光部２０の形状が円柱状である半導体受光素子について説明したが、受光部２０の水平方向の断面は円形であるものに限られず、例えば図１２，図１３に示す半導体受光素子３，４の受光部２０のように、矩形であってもよい。
【００４７】
また、上述した実施形態では、上部電極部１７が受光部２０を囲む電極形状である例を説明したが、上記電極形状に限られるものではない。なお、上部電極部１７が受光部２０を囲む電極形状の方が、ユニフォーミティの点から望ましい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、キャップ層１４として半導体層を用いる例を説明したが、酸化工程後に除去するのであればキャップ層１４は、半導体層でなくてもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、ｐｉｎ接合を有する半導体受光素子について説明したが、例えば光吸収層１２を備えずに、ｎ型の第１半導体層１１上にＡｌを含有するｐ型の第２半導体層１３を直接積層させたｐｎ接合面を有する半導体受光素子であってもよい。このように構成した場合であっても、酸化領域１５を形成してリーク電流の抑制を図ることができる。
【００５０】
また、上述した実施形態では、第２半導体層が第２導電型である例を説明したが、厚さ方向全てが第２導電型でなくてもよい。例えば、第２半導体層の光吸収層に近い部分は、空乏層が光吸収層に達する厚さであるならば、ノンドープとしてもよい。この場合、バンド不連続をおこさないので好適である。
【００５１】
さらに、上述した実施形態では、ｎ型の基板１０を用いた半導体受光素子について説明したが、ｐ型の基板を用いて、実施形態のｎ型とｐ型を入れ替えて構成される半導体受光素子に適用した場合であっても、リーク電流の抑制を図ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…半導体受光素子、１０…基板、１１…第１半導体層、１２…光吸収層、１３…第２半導体層、１３ａ…半導体領域、１４…キャップ層、１５…酸化領域、２０…受光部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体受光素子であって、
第１導電型の基板と、
前記基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上又は前記第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層上に積層されたキャップ層と、
を備え、
前記キャップ層の一部が前記第２半導体層を露出するようにエッチングされ、前記第２半導体層の露出面から前記基板側の界面まで前記第２半導体層の一部が酸化されることで、Ａｌ酸化物を含有する酸化領域に囲まれた第２導電型の半導体領域が形成されていること、
を特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記キャップ層は第２導電型の半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記半導体領域の前記基板側の界面は、ｐｎ接合面又はｐｉ接合面として構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記キャップ層の上面側であって半導体積層方向において前記キャップ層と重なる位置に配置された電極部を有すること、
を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
半導体受光素子であって、
第１導電型の基板と、
前記基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上又は前記第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、
を備え、
前記第２半導体層は、含有されたＡｌが酸化されてなる酸化領域、及び、前記酸化領域に囲まれ、前記第１半導体層又は前記光吸収層とｐｎ接合面又はｐｉ接合面として接合する第２導電型の半導体領域を有すること、
を特徴とする半導体受光素子。
【請求項６】
半導体受光素子の製造方法であって、
第１導電型の基板上に第１導電型の第１半導体層を積層する第１半導体層積層ステップと、
前記第１半導体層上又は前記第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層を積層する第２半導体層積層ステップと、
前記第２半導体層上にキャップ層を積層するキャップ層積層ステップと、
前記キャップ層の一部を、前記第２半導体層を露出するようにエッチングするエッチングステップと、
露出した前記第２半導体層の露出面から前記基板側の界面まで前記第２半導体層の一部を酸化する酸化ステップと、
を備えることを特徴とする半導体受光素子の製造方法。
【請求項７】
前記キャップ層は第２導電型の半導体層であることを特徴とする請求項６に記載の半導体受光素子の製造方法。
【請求項１】
半導体受光素子であって、
第１導電型の基板と、
前記基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上又は前記第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層上に積層されたキャップ層と、
を備え、
前記キャップ層の一部が前記第２半導体層を露出するようにエッチングされ、前記第２半導体層の露出面から前記基板側の界面まで前記第２半導体層の一部が酸化されることで、Ａｌ酸化物を含有する酸化領域に囲まれた第２導電型の半導体領域が形成されていること、
を特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記キャップ層は第２導電型の半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記半導体領域の前記基板側の界面は、ｐｎ接合面又はｐｉ接合面として構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記キャップ層の上面側であって半導体積層方向において前記キャップ層と重なる位置に配置された電極部を有すること、
を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
半導体受光素子であって、
第１導電型の基板と、
前記基板上に積層された第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上又は前記第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に積層され、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層と、
を備え、
前記第２半導体層は、含有されたＡｌが酸化されてなる酸化領域、及び、前記酸化領域に囲まれ、前記第１半導体層又は前記光吸収層とｐｎ接合面又はｐｉ接合面として接合する第２導電型の半導体領域を有すること、
を特徴とする半導体受光素子。
【請求項６】
半導体受光素子の製造方法であって、
第１導電型の基板上に第１導電型の第１半導体層を積層する第１半導体層積層ステップと、
前記第１半導体層上又は前記第１半導体層上に積層されたノンドープの光吸収層上に、Ａｌを含有する第２導電型の第２半導体層を積層する第２半導体層積層ステップと、
前記第２半導体層上にキャップ層を積層するキャップ層積層ステップと、
前記キャップ層の一部を、前記第２半導体層を露出するようにエッチングするエッチングステップと、
露出した前記第２半導体層の露出面から前記基板側の界面まで前記第２半導体層の一部を酸化する酸化ステップと、
を備えることを特徴とする半導体受光素子の製造方法。
【請求項７】
前記キャップ層は第２導電型の半導体層であることを特徴とする請求項６に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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−６００７７（Ｐ２０１２−６００７７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４６７９（Ｐ２０１０−２０４６７９）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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