半導体受光素子
【課題】受光部とメサ部との間に樹脂膜が埋め込まれる構造であっても、入射光に対する光学的な影響を低減することが可能な半導体受光素子を提供すること。
【解決手段】本発明は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部１６と、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６に隣接して設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなるダミーメサ部２０ａ（電極接続部）と、受光部１６の側面、ダミーメサ部２０ａの側面、および受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間のｎ型ＩｎＰ基板１０を覆う第１絶縁膜２６と、第１絶縁膜２６上の受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間を埋め込む樹脂膜２８と、受光部１６の上面と直接接し、かつ樹脂膜２８を覆う第２絶縁膜３０と、を備える半導体受光素子である。
【解決手段】本発明は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部１６と、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６に隣接して設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなるダミーメサ部２０ａ（電極接続部）と、受光部１６の側面、ダミーメサ部２０ａの側面、および受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間のｎ型ＩｎＰ基板１０を覆う第１絶縁膜２６と、第１絶縁膜２６上の受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間を埋め込む樹脂膜２８と、受光部１６の上面と直接接し、かつ樹脂膜２８を覆う第２絶縁膜３０と、を備える半導体受光素子である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に半導体層からなるメサ構造の受光部が設けられ、受光部を構成する半導体層上に形成された電極と電気的に接続する電極パッドが、受光部のメサとは別のダミーメサ部上に形成される構造の半導体受光素子が知られている（例えば、特許文献１）。このような構造では、受光部を構成する半導体層上に形成された電極とダミーメサ部上に形成された電極パッドとを電気的に接続させる配線を設けることがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−２９０４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構造に対して、寄生容量を低減することを目的として、受光部とダミーメサ部との間に低誘電率の樹脂膜を埋め込む構造を検討した。この樹脂膜上に、受光部に設けられた電極とダミーメサ部上に設けられた電極パッドとの間を電気的に接続する配線を設けることができる。ここで、樹脂膜の耐湿性や密着性を良くするために、樹脂膜の上下に絶縁膜を形成して、樹脂膜を絶縁膜で覆うことが考えられる。このような構造は、受光部とダミーメサ部とを覆うように半導体基板全面に第１絶縁膜を堆積した後、第１絶縁膜上であって受光部とダミーメサ部との間に樹脂膜を埋め込み、その後、樹脂膜の上面を覆うように半導体基板全面に第２絶縁膜を堆積することで形成できる。
【０００５】
しかしながら、上記の構造では、樹脂膜が設けられた領域以外の領域では、第１絶縁膜と第２絶縁膜とが積層された積層絶縁膜が設けられる。つまり、受光部の上面に形成された絶縁膜は、２度の成膜工程により堆積された第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層絶縁膜となる。受光部の上面に形成される絶縁膜は、表面入射型の半導体受光素子および裏面入射型の半導体受光素子いずれの場合であっても、入射光を良好に透過する性質を有することが求められる。しかしながら、２度の成膜工程により堆積された積層絶縁膜の場合では、入射光に対して意図せぬ光学的影響を及ぼす場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、受光部とメサ部との間に樹脂膜が埋め込まれる構造であっても、入射光に対する光学的な影響を低減することが可能な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】
本発明に係る半導体受光素子は、半導体基板上に設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部と、前記半導体基板上に前記受光部に隣接して設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる電極接続部と、前記受光部の側面、前記電極接続部の側面、および前記受光部と前記電極接続部との間の前記半導体基板を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上の前記受光部と前記電極接続部との間を埋め込む樹脂膜と、前記受光部の上面と直接接し、かつ前記樹脂膜を覆う第２絶縁膜と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る半導体受光素子によれば、受光部の上面には第２絶縁膜のみが形成されるため、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。
【０００８】
上記構成において、前記受光部の上面に設けられた、前記第１絶縁膜が除去された領域に前記第２絶縁膜が設けられてもよい。これによれば、受光部の上面に第２絶縁膜のみを容易に設けることができる。
【０００９】
上記構成において、前記電極接続部の上面に設けられた電極パッドと、前記電極パッドと前記受光部の上面との間を電気的に接続する配線と、を備えてもよい。これによれば、電極パッドを受光部の上面よりも突出させることができ、半導体受光素子と外部基板との接続が容易となる。
【００１０】
上記構成において、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは同じ材料からなってもよい。また、上記構成において、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜のうちのいずれかによって構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受光部とメサ部との間に樹脂膜が埋め込まれる構造であっても、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。
【図２】図２は、実施例１に係る半導体受光素子の上面図の例である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ間の断面図の例である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図（その１）の例である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図（その２）の例である。
【図６】図６（ａ）は、実施例２に係る半導体受光素子の上面図の例であり、図６（ｂ）は、下面図の例である。
【図７】図７は、図６（ａ）のＡ−Ａ間の断面図の例である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、比較例に係る半導体受光素子について説明する。比較例に係る半導体受光素子は、表面入射型の半導体受光素子の例である。図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。図１（ａ）に示すように、例えばｎ型ＩｎＰ基板５０上に、光吸収層として機能するノンドープＩｎＧａＡｓ層５２と、ｐ型ＩｎＰ層５４と、を順次堆積した後、マスク層を使用して、ｐ型ＩｎＰ層５４とノンドープＩｎＧａＡｓ層５２とをエッチングして、ｎ型ＩｎＰ基板５０の上面を露出させる。これにより、メサ構造の受光部５６と、受光部５６の周りにダミーメサ部５８と、が形成される。ダミーメサ部５８は、入射光を受光する受光部としては機能しない。受光部５６とダミーメサ部５８とを覆うように、ｎ型ＩｎＰ基板５０全面に第１絶縁膜６０を堆積する。その後、第１絶縁膜６０上であって、受光部５６とダミーメサ部５８との間に樹脂膜６２を埋め込む。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板５０全面に樹脂膜６２の上面を覆う第２絶縁膜６４を堆積する。これにより、樹脂膜６２の上下に第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とが形成され、樹脂膜６２は、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とに覆われて耐湿性や密着性が良好となる。樹脂膜６２が形成された領域以外の領域では、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とが積層された積層絶縁膜が形成され、受光部５６の上面においても、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とが積層された積層絶縁膜が形成される。
【００１５】
図１（ｃ）に示すように、マスク層を使用して、受光部５６の上面の外周部分における第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とをエッチングして、受光部５６の上面を露出する開口を形成する。その後、開口に埋め込まれるｐ電極６６と、ｐ電極６６に接し、第２絶縁膜６４の上面を、樹脂膜６２上を経由してダミーメサ部５８上まで延在するｐ側配線６７を形成する。ｐ電極６６は、開口に埋め込まれることで、ｐ型ＩｎＰ層５４と接して電気的に接続する。ダミーメサ部５８上であって、ｐ側配線６７の上面に接してｐ電極パッド６８を形成する。これにより、ｐ電極パッド６８は、ｐ側配線６７およびｐ電極６６を介して、ｐ型ＩｎＰ層５４と電気的に接続する。
【００１６】
このように、比較例によれば、受光部５６の上面に、２度の成膜工程で堆積された第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との積層絶縁膜が設けられる。第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とを同じ成膜条件で堆積したとしても、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との膜質が異なり、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との間に界面が形成される場合がある。また、樹脂膜６２を形成する際には、第１絶縁膜６０の上面は大気に触れさせられることになるため、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との間に、大気に触れた際に形成された層による界面が形成される場合がある。
【００１７】
表面入射型の半導体受光素子では、受光部５６の上面は、受光部５６の上方から入射される入射光を受光する受光面となる。このため、受光部５６の上面に設けられた第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との積層絶縁膜は、入射光に対して透明で反射を防止する反射防止膜として機能することが求められる。しかしながら、上述したように、２度の成膜工程により堆積された第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との積層絶縁膜では、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との間に界面が形成される場合があり、この界面で入射光が散乱してしまうなど、入射光に対して意図せぬ光学的影響を及ぼすことがある。そこで、このような課題を解決すべく、受光部とダミーメサ部との間に樹脂膜が埋め込まれる構造であっても、入射光に対する光学的な影響を低減することが可能な半導体受光素子についての実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００１８】
実施例１に係る半導体受光素子は、表面入射型の半導体受光素子の場合の例である。図２は、実施例１に係る半導体受光素子の上面図の例である。図３は、図２のＡ−Ａ間の断面図の例である。図２および図３に示すように、実施例１に係る半導体受光素子１００は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが順次積層された、メサ構造の受光部１６を有する。ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２は、光吸収層として機能する。受光部１６は、上方から見て略正方形状をしたｎ型ＩｎＰ基板１０の中央部分に設けられており、直径が例えば５０μｍの円柱形状をしている。
【００１９】
受光部１６の周囲には、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが順次積層された、メサ構造である４つのダミーメサ部が設けられている。ダミーメサ部は、入射光を受光する受光部としては機能しない。４つのダミーメサ部は、受光部１６を中心とした略正方形の各頂点の位置に設けられていて、直径が例えば５０μｍの円柱形状をしている。４つのダミーメサ部のうちの１つのダミーメサ部２０ａは、受光部１６を構成するｐ型ＩｎＰ層１４と電気的に接続するｐ電極パッド２２が、上部に設けられたダミーメサ部であり、残りの３つのダミーメサ部２０ｂは、受光部１６を構成するｎ型ＩｎＰ基板１０と電気的に接続するｎ電極パッド２４が、上部に設けられたダミーメサ部である。なお、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂは、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが積層された構造以外の構造の場合であってもよい。
【００２０】
受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間には、受光部１６の側面からダミーメサ部２０ａの側面へとｎ型ＩｎＰ基板１０の上面に沿って、例えば窒化シリコン膜である第１絶縁膜２６が延在して設けられている。第１絶縁膜２６の厚さは、例えば０．２μｍである。第１絶縁膜２６上であって、受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間の凹部に樹脂膜２８が埋め込まれている。第１絶縁膜２６の幅は、例えば２０μｍであり、樹脂膜２８の幅は、例えば１０μｍである。
【００２１】
受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂ、樹脂膜２８の上面を覆うように、第２絶縁膜３０が設けられている。樹脂膜２８は、上下を第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とにより覆われ、耐湿性および密着性が良好となっている。
【００２２】
第２絶縁膜３０は、受光部１６の上面に直接接していて、受光部１６の上面において、リング形状にくり抜かれた開口が設けられ、この開口では受光部１６の上面が露出している。受光部１６上面の第２絶縁膜３０に設けられたリング形状の開口にはｐ電極３２が埋め込まれている。即ち、ｐ電極３２は、受光部１６の上面でリング形状をしている。ｐ電極３２は、リング形状の開口に埋め込まれることで、ｐ型ＩｎＰ層１４と接して電気的に接続している。ｐ電極３２のリング形状の内径は、例えば４０μｍであり、リング幅は、例えば５μｍである。また、ｐ電極３２と電気的に接し、樹脂膜２８上からダミーメサ部２０ａ上にかけて、第２絶縁膜３０の上面を延在するｐ側配線３３が設けられている。ｐ電極３２およびｐ側配線３３は、例えば第２絶縁膜３０側からＴｉ、Ｐｔ、Ａｕが積層された構造をしており、Ｔｉの厚さは０．１μｍで、ＰｔとＡｕの厚さは０．２μｍである。
【００２３】
ダミーメサ部２０ａ上であって、ｐ側配線３３の上面に接してｐ電極パッド２２が設けられている。ｐ電極パッド２２は、例えばＡｕからなり、厚さは３μｍである。ｐ電極パッド２２は、ｐ側配線３３およびｐ電極３２を介して、ｐ型ＩｎＰ層１４と電気的に接続している。
【００２４】
受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の凹部において、第２絶縁膜３０に開口が設けられ、この開口ではｎ型ＩｎＰ基板１０の上面が露出している。受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の第２絶縁膜３０に設けられた開口には、ｎ型ＩｎＰ基板１０と接して電気的に接続するオーミック電極３４が埋め込まれている。オーミック電極３４は、例えばＡｕＧｅからなり、厚さは０．２μｍである。オーミック電極３４の上面に接すると共に、第２絶縁膜３０の上面を延在してｎ側配線３６が設けられている。ｎ側配線３６は、受光部１６を中心とした扇形形状をすると共に、ダミーメサ部２０ｂ上にまで延在している。ｎ側配線３６は、例えば第２絶縁膜３０側からＴｉ、Ｐｔ、Ａｕが積層された構造をしており、Ｔｉの厚さは０．１μｍで、ＰｔとＡｕの厚さは０．２μｍである。
【００２５】
ダミーメサ部２０ｂ上であって、ｎ側配線３６の上面に接してｎ電極パッド２４が設けられている。ｎ電極パッド２４は、例えばＡｕからなり、厚さは３μｍである。ｎ電極パッド２４は、ｎ側配線３６とオーミック電極３４とを介して、ｎ型ＩｎＰ基板１０と電気的に接続している。
【００２６】
次に、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を説明する。図４（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。図４（ａ）に示すように、例えば厚さ１００μｍのｎ型ＩｎＰ基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いて、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とを順次成長させる。その後、ｐ型ＩｎＰ層１４上に形成したマスク層を使用して、ｎ型ＩｎＰ基板１０が露出するまで、ｐ型ＩｎＰ層１４とノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とを、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いてエッチングする。このエッチングにより、メサ構造の受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂが形成される。受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂの高さは、例えば４μｍである。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に、受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂを覆う第１絶縁膜２６を堆積する。プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜である第１絶縁膜２６を堆積する場合、原料ガスとして、例えばシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）を用いることができる。その後、第１絶縁膜２６上であって、受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間の凹部に、樹脂膜２８を埋め込む。樹脂膜２８は、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に形成されたのち、樹脂膜２８上に形成したマスク層を使用して、例えばドライエッチング法を用いて除去する。
【００２８】
図４（ｃ）に示すように、樹脂膜２８および第１絶縁膜２６上に形成したマスク層をマスクとして使用して、第１絶縁膜２６を、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いて除去する。これにより、樹脂膜２８が形成された領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６は全て除去される。即ち、受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂの上面に堆積された第１絶縁膜２６は除去される。また、受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の凹部に堆積された第１絶縁膜２６も除去される。
【００２９】
図４（ｄ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に樹脂膜２８の上面を覆う第２絶縁膜３０を堆積する。これにより、樹脂膜２８は、上下を第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とで覆われて、耐湿性および密着性が良好となる。また、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に第２絶縁膜３０を堆積するため、受光部１６の上面にも第２絶縁膜３０が堆積される。受光部１６の上面は、第１絶縁膜２６が除去されて露出しているため、第２絶縁膜３０は、受光部１６の上面に接して形成される。即ち、受光部１６の上面には、１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみが形成される。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、第２絶縁膜３０上に形成したマスク層を使用して、受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の凹部に堆積された第２絶縁膜３０を、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いて除去する。そして、第２絶縁膜３０を除去した領域に、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、オーミック電極３４を形成する。
【００３１】
図５（ｂ）に示すように、第２絶縁膜３０上に形成したマスク層を使用して、受光部１６の上面に堆積された第２絶縁膜３０を、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いて除去して、リング形状の開口３８を形成する。
【００３２】
図５（ｃ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、開口３８に埋め込まれるｐ電極３２と、ｐ電極３２に接し、第２絶縁膜３０の上面を樹脂膜２８上を経由してダミーメサ部２０ａ上まで延在するｐ側配線３３を形成する。同時に、オーミック電極３４の上面に接し、第２絶縁膜３０の上面をダミーメサ部２０ｂ上まで延在するｎ側配線３６を形成する。
【００３３】
図５（ｄ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、ダミーメサ部２０ａ上であってｐ側配線３３の上面に接してｐ電極パッド２２と、ダミーメサ部２０ｂ上であってｎ側配線３６の上面に接してｎ電極パッド２４と、を同時に形成する。
【００３４】
以上説明してきたように、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法によれば、図４（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とからなるメサ構造の受光部１６と、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂと、を形成した後、図４（ｂ）に示すように、受光部１６の側面からダミーメサ部２０ａの側面へとｎ型ＩｎＰ基板１０の上面に沿って第１絶縁膜２６を形成する。そして、第１絶縁膜２６上であって、受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間に樹脂膜２８を埋め込む。その後、図４（ｃ）に示すように、樹脂膜２８が形成された領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６を全て除去する。そして、図４（ｄ）に示すように、受光部１６の上面と樹脂膜２８の上面に第２絶縁膜３０を形成する。
【００３５】
このような製造方法により、図３に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部１６と、受光部１６に隣接して、上面および側面を有する半導体構造からなるダミーメサ部２０ａおよび２０ｂ（電極接続部）と、が設けられる。そして、受光部１６の側面、ダミーメサ部２０ａの側面、および受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間のｎ型ＩｎＰ基板１０の上面を覆う第１絶縁膜２６が設けられ、第１絶縁膜２６上の受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間に樹脂膜２８が埋め込まれる。そして、受光部１６の上面と直接接し、且つ樹脂膜２８を覆う第２絶縁膜３０が設けられる。このように、受光部１６の上面には、１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみが設けられる。即ち、受光部１６の上面に、内部に界面を有さない第２絶縁膜３０のみが設けられる。
【００３６】
実施例１に係る半導体受光素子は表面入射型であることから、図３に示すように、受光部１６上方から入射される入射光は、リング形状をしたｐ電極３２の内側の領域（受光領域）から受光部１６の内部に進入する。この場合、入射光は第２絶縁膜３０を透過することとなる。受光部１６の上面に形成された第２絶縁膜３０は、１度の成膜工程により堆積され、内部に界面を有さないいわゆる単層で形成されていることから、第２絶縁膜３０で入射光が散乱してしまうなどの意図せぬ光学的影響を抑制できる。つまり、実施例１によれば、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。また、第２絶縁膜３０の厚みは、これを成長するときの条件（時間、成長速度など）で決定できる。このため、第２絶縁膜３０の厚みの精度は高い。内部に界面を残さないことを目指せば、第１絶縁膜２６のみを残すことも考えられる。しかし、この場合、第１絶縁膜２６上に第２絶縁膜３０が堆積されるため、ここから第２絶縁膜３０だけを制御性よく除去することは困難である。特に第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とを同じ材料で構成した場合は顕著である。即ち、第１絶縁膜２６だけを残すことは、膜厚の制御性に劣るため、第２絶縁膜３０を残すほうが好ましい。
【００３７】
図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを覆う第１絶縁膜２６を堆積した後、第１絶縁膜２６上であって受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間に樹脂膜２８を埋め込み、その後、樹脂膜２８が埋め込まれた領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６を除去することが好ましい。これにより、樹脂膜２８をより確実に第１絶縁膜２６上に形成することができ、樹脂膜２８の上下を第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とで覆うことをより確実に実現できる。また、受光部１６の上面に第２絶縁膜３０を形成する前に、受光部１６の上面に形成された第１絶縁膜２６を除去して、受光部１６の上面に第１絶縁膜２６を除去した領域を形成するため、受光部１６の上面に１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみを容易に形成することができる。
【００３８】
なお、実施例１では、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを覆う第１絶縁膜２６を堆積した後、樹脂膜２８が埋め込まれた領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６を全て除去する場合を例に示したがこれに限られる訳ではない。第１絶縁膜２６は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを覆う第１絶縁膜２６を堆積した後、少なくとも受光部１６上に堆積された第１絶縁膜２６を除去すればよい。このように、受光部１６の上面に第２絶縁膜３０を形成する前に、少なくとも受光部１６上の第１絶縁膜２６を除去することで、受光部１６の上面に１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみを容易に形成することができる。したがって、受光部１６の上面に形成された第１絶縁膜２６を除去して、受光部１６の上面に設けられた、第１絶縁膜２６が除去された領域に、第２絶縁膜３０が設けられることが好ましい。なお、樹脂膜２８は、第１絶縁膜２６をｎ型ＩｎＰ基板１０全面に堆積した後、受光部１６上に堆積された第１絶縁膜２６を除去する前に形成してもよいし、受光部１６上に堆積された第１絶縁膜２６を除去した後に形成してもよい。
【００３９】
また、第１絶縁膜２６をｎ型ＩｎＰ基板１０全面に堆積せずに、例えばマスク層を用いて、受光部１６の側面からダミーメサ部２０ａの側面へとｎ型ＩｎＰ基板１０の上面に沿ってのみ延在する第１絶縁膜２６を形成し、第１絶縁膜２６上に樹脂膜２８を形成する場合でもよい。
【００４０】
図５（ｄ）に示すように、ダミーメサ部２０ａ上に、ｐ電極３２およびｐ側配線３３を介して、ｐ型ＩｎＰ層１４と電気的に接続するｐ電極パッド２２を形成し、ダミーメサ部２０ｂ上に、ｎ側配線３６およびオーミック電極３４を介して、ｎ型ＩｎＰ基板１０と電気的に接続するｎ電極パッド２４を形成することが好ましい。即ち、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂ上に、ｐ電極パッド２２およびｎ電極パッド２４が設けられ、ｐ電極パッド２２と受光部１６の上面であるｐ型ＩｎＰ層１４との間を電気的に接続するｐ側配線３３が設けられている場合が好ましい。これにより、電極パッドを受光部１６の上面よりも突出させることができるため、例えばワイヤ接続による、半導体受光素子１００と外部基板との接続が容易となる。また、半導体受光素子１００を外部基板にフリップチップ実装させることもできる。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを、同一のエッチング工程により同時に形成することが好ましい。これにより、製造工程を短縮することができる。
【００４２】
実施例１では、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とは共に窒化シリコン膜である場合を例に示した。このように、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とを共に窒化シリコン膜とすることで、樹脂膜２８の耐湿性および密着性を良好とすることができると共に、受光部１６上方から入射する入射光に対して透明で反射を防止する反射防止膜として機能させることができる。
【００４３】
なお、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とは窒化シリコン膜以外の材料からなる場合でもよく、例えば酸化シリコン膜からなる場合でもよい。また、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とが同じ材料からなる場合に限られず、異なる材料からなる場合でもよい。例えば、第１絶縁膜２６が酸化シリコン膜で、第２絶縁膜３０が窒化シリコン膜である場合や、その逆の場合でもよい。第２絶縁膜３０は、入射光に対して透明で反射を防止する反射防止膜として機能することが求められる。
【００４４】
実施例１では、受光部１６は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが積層された構造の場合を例に示したが、ｐ型ＩｎＰ基板上にノンドープＩｎＧａＡｓ層とｎ型ＩｎＰ層とが積層された構造の場合でもよい。また、受光部１６を構成する各層の材料も上記の材料に限定されず、その他の材料を用いる場合でもよい。また、半導体受光素子として、ＰＩＮ型フォトダイオードの場合だけでなく、アバランシェフォトダイオード等のその他のフォトダイオードの場合でもよい。
【実施例２】
【００４５】
実施例２に係る半導体受光素子は、裏面入射型の半導体受光素子の場合の例である。図６（ａ）は、実施例２に係る半導体受光素子の上面図の例であり、図６（ｂ）は、実施例２に係る半導体受光素子の下面図の例である。図７は、図６（ａ）のＡ−Ａ間の断面図の例である。図６（ａ）から図７に示すように、実施例２に係る半導体受光素子２００は、受光部１６に相対するｎ型ＩｎＰ基板１０の下面に、レンズ４０が設けられている。受光部１６上には、リング形状をしたｐ電極３２の内側領域の第２絶縁膜３０の上面を覆う配線４２が設けられている。配線４２は受光部１６上からダミーメサ部２０ａ上にまで、ｐ側配線３３の上面に沿って延在して設けられている。ｐ電極パッド２２は配線４２上に設けられている。また、オーミック電極３４の上面に接し、ダミーメサ部２０ｂ上にかけて設けられたｎ側配線３６の上面に沿って配線４６が設けられ、ｎ電極パッド２４は配線４６上に設けられている。配線４２および配線４６は、例えばＡｕからなり、厚さは０．４μｍである。その他の構成は、実施例１と同じであり、図２および図３に示しているため、ここでは説明を省略する。
【００４６】
次に、実施例２に係る半導体受光素子の製造方法を説明する。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。まず、実施例１の図４（ａ）から図５（ｃ）で説明した工程を実施する。その後、図８（ａ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、受光部１６上のリング形状をしたｐ電極３２の内側領域における第２絶縁膜３０の上面を覆い、ｐ側配線３３の上面に沿ってダミーメサ部２０ａ上まで延在する配線４２を形成する。それと同時に、ｎ側配線３６の上面に沿ってダミーメサ部２０ｂ上まで延在する配線４６を形成する。
【００４７】
図８（ｂ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、ダミーメサ部２０ａ上であって配線４２の上面に接してｐ電極パッド２２と、ダミーメサ部２０ｂ上であって配線４６の上面に接してｎ電極パッド２４と、を同時に形成する。図８（ｃ）に示すように、受光部１６に相対するｎ型ＩｎＰ基板１０の下面に、レンズ４０を形成する。
【００４８】
実施例２に係る半導体受光素子は裏面入射型であることから、図７に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０の下面側から入射され、レンズ４０によって集光された入射光が受光部１６に入射する。光吸収層（ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２）では、入射した光の全てを吸収しきれず、一部の入射光は光吸収層を通過する。通過した光は、リング形状をしたｐ電極３２の内側領域に設けられた第２絶縁膜３０を透過し、配線４２に到達して、配線４２で受光部１６に向かって反射される。これにより、光吸収層で反射光を再度吸収することが可能となり、光の吸収効率が向上する。
【００４９】
このように裏面入射型の半導体受光素子の場合であっても、光吸収層で吸収しきれなかった入射光の一部は、受光部１６の上面に形成された第２絶縁膜３０を透過することとなる。したがって、受光部１６の上面に、１度の成膜工程により堆積され、内部に界面を有さないいわゆる単層で形成された第２絶縁膜３０が設けられることで、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。
【００５０】
実施例１および実施例２では、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂを構成する半導体層は電気的には利用されていない。しかし、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂは受光部１６と同じ半導体層構造で構成されているので、これを受光素子として利用することも可能である。
【００５１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ ｎ型ＩｎＰ基板
１２ ノンドープＩｎＧａＡｓ層
１４ ｐ型ＩｎＰ層
１６ 受光部
２０ａ ダミーメサ部
２０ｂ ダミーメサ部
２２ ｐ電極パッド
２４ ｎ電極パッド
２６ 第１絶縁膜
２８ 樹脂膜
３０ 第２絶縁膜
３２ ｐ電極
３３ ｐ側配線
３４ オーミック電極
３６ ｎ側配線
３８ 開口
４０ レンズ
４２ 配線
４６ 配線
１００ 半導体受光素子
２００ 半導体受光素子
【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】
半導体基板上に半導体層からなるメサ構造の受光部が設けられ、受光部を構成する半導体層上に形成された電極と電気的に接続する電極パッドが、受光部のメサとは別のダミーメサ部上に形成される構造の半導体受光素子が知られている（例えば、特許文献１）。このような構造では、受光部を構成する半導体層上に形成された電極とダミーメサ部上に形成された電極パッドとを電気的に接続させる配線を設けることがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−２９０４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構造に対して、寄生容量を低減することを目的として、受光部とダミーメサ部との間に低誘電率の樹脂膜を埋め込む構造を検討した。この樹脂膜上に、受光部に設けられた電極とダミーメサ部上に設けられた電極パッドとの間を電気的に接続する配線を設けることができる。ここで、樹脂膜の耐湿性や密着性を良くするために、樹脂膜の上下に絶縁膜を形成して、樹脂膜を絶縁膜で覆うことが考えられる。このような構造は、受光部とダミーメサ部とを覆うように半導体基板全面に第１絶縁膜を堆積した後、第１絶縁膜上であって受光部とダミーメサ部との間に樹脂膜を埋め込み、その後、樹脂膜の上面を覆うように半導体基板全面に第２絶縁膜を堆積することで形成できる。
【０００５】
しかしながら、上記の構造では、樹脂膜が設けられた領域以外の領域では、第１絶縁膜と第２絶縁膜とが積層された積層絶縁膜が設けられる。つまり、受光部の上面に形成された絶縁膜は、２度の成膜工程により堆積された第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層絶縁膜となる。受光部の上面に形成される絶縁膜は、表面入射型の半導体受光素子および裏面入射型の半導体受光素子いずれの場合であっても、入射光を良好に透過する性質を有することが求められる。しかしながら、２度の成膜工程により堆積された積層絶縁膜の場合では、入射光に対して意図せぬ光学的影響を及ぼす場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、受光部とメサ部との間に樹脂膜が埋め込まれる構造であっても、入射光に対する光学的な影響を低減することが可能な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】
本発明に係る半導体受光素子は、半導体基板上に設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部と、前記半導体基板上に前記受光部に隣接して設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる電極接続部と、前記受光部の側面、前記電極接続部の側面、および前記受光部と前記電極接続部との間の前記半導体基板を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上の前記受光部と前記電極接続部との間を埋め込む樹脂膜と、前記受光部の上面と直接接し、かつ前記樹脂膜を覆う第２絶縁膜と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る半導体受光素子によれば、受光部の上面には第２絶縁膜のみが形成されるため、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。
【０００８】
上記構成において、前記受光部の上面に設けられた、前記第１絶縁膜が除去された領域に前記第２絶縁膜が設けられてもよい。これによれば、受光部の上面に第２絶縁膜のみを容易に設けることができる。
【０００９】
上記構成において、前記電極接続部の上面に設けられた電極パッドと、前記電極パッドと前記受光部の上面との間を電気的に接続する配線と、を備えてもよい。これによれば、電極パッドを受光部の上面よりも突出させることができ、半導体受光素子と外部基板との接続が容易となる。
【００１０】
上記構成において、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは同じ材料からなってもよい。また、上記構成において、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜のうちのいずれかによって構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受光部とメサ部との間に樹脂膜が埋め込まれる構造であっても、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。
【図２】図２は、実施例１に係る半導体受光素子の上面図の例である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ間の断面図の例である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｄ）は、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図（その１）の例である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図（その２）の例である。
【図６】図６（ａ）は、実施例２に係る半導体受光素子の上面図の例であり、図６（ｂ）は、下面図の例である。
【図７】図７は、図６（ａ）のＡ−Ａ間の断面図の例である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、比較例に係る半導体受光素子について説明する。比較例に係る半導体受光素子は、表面入射型の半導体受光素子の例である。図１（ａ）から図１（ｃ）は、比較例に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。図１（ａ）に示すように、例えばｎ型ＩｎＰ基板５０上に、光吸収層として機能するノンドープＩｎＧａＡｓ層５２と、ｐ型ＩｎＰ層５４と、を順次堆積した後、マスク層を使用して、ｐ型ＩｎＰ層５４とノンドープＩｎＧａＡｓ層５２とをエッチングして、ｎ型ＩｎＰ基板５０の上面を露出させる。これにより、メサ構造の受光部５６と、受光部５６の周りにダミーメサ部５８と、が形成される。ダミーメサ部５８は、入射光を受光する受光部としては機能しない。受光部５６とダミーメサ部５８とを覆うように、ｎ型ＩｎＰ基板５０全面に第１絶縁膜６０を堆積する。その後、第１絶縁膜６０上であって、受光部５６とダミーメサ部５８との間に樹脂膜６２を埋め込む。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板５０全面に樹脂膜６２の上面を覆う第２絶縁膜６４を堆積する。これにより、樹脂膜６２の上下に第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とが形成され、樹脂膜６２は、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とに覆われて耐湿性や密着性が良好となる。樹脂膜６２が形成された領域以外の領域では、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とが積層された積層絶縁膜が形成され、受光部５６の上面においても、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とが積層された積層絶縁膜が形成される。
【００１５】
図１（ｃ）に示すように、マスク層を使用して、受光部５６の上面の外周部分における第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とをエッチングして、受光部５６の上面を露出する開口を形成する。その後、開口に埋め込まれるｐ電極６６と、ｐ電極６６に接し、第２絶縁膜６４の上面を、樹脂膜６２上を経由してダミーメサ部５８上まで延在するｐ側配線６７を形成する。ｐ電極６６は、開口に埋め込まれることで、ｐ型ＩｎＰ層５４と接して電気的に接続する。ダミーメサ部５８上であって、ｐ側配線６７の上面に接してｐ電極パッド６８を形成する。これにより、ｐ電極パッド６８は、ｐ側配線６７およびｐ電極６６を介して、ｐ型ＩｎＰ層５４と電気的に接続する。
【００１６】
このように、比較例によれば、受光部５６の上面に、２度の成膜工程で堆積された第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との積層絶縁膜が設けられる。第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４とを同じ成膜条件で堆積したとしても、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との膜質が異なり、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との間に界面が形成される場合がある。また、樹脂膜６２を形成する際には、第１絶縁膜６０の上面は大気に触れさせられることになるため、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との間に、大気に触れた際に形成された層による界面が形成される場合がある。
【００１７】
表面入射型の半導体受光素子では、受光部５６の上面は、受光部５６の上方から入射される入射光を受光する受光面となる。このため、受光部５６の上面に設けられた第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との積層絶縁膜は、入射光に対して透明で反射を防止する反射防止膜として機能することが求められる。しかしながら、上述したように、２度の成膜工程により堆積された第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との積層絶縁膜では、第１絶縁膜６０と第２絶縁膜６４との間に界面が形成される場合があり、この界面で入射光が散乱してしまうなど、入射光に対して意図せぬ光学的影響を及ぼすことがある。そこで、このような課題を解決すべく、受光部とダミーメサ部との間に樹脂膜が埋め込まれる構造であっても、入射光に対する光学的な影響を低減することが可能な半導体受光素子についての実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００１８】
実施例１に係る半導体受光素子は、表面入射型の半導体受光素子の場合の例である。図２は、実施例１に係る半導体受光素子の上面図の例である。図３は、図２のＡ−Ａ間の断面図の例である。図２および図３に示すように、実施例１に係る半導体受光素子１００は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが順次積層された、メサ構造の受光部１６を有する。ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２は、光吸収層として機能する。受光部１６は、上方から見て略正方形状をしたｎ型ＩｎＰ基板１０の中央部分に設けられており、直径が例えば５０μｍの円柱形状をしている。
【００１９】
受光部１６の周囲には、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが順次積層された、メサ構造である４つのダミーメサ部が設けられている。ダミーメサ部は、入射光を受光する受光部としては機能しない。４つのダミーメサ部は、受光部１６を中心とした略正方形の各頂点の位置に設けられていて、直径が例えば５０μｍの円柱形状をしている。４つのダミーメサ部のうちの１つのダミーメサ部２０ａは、受光部１６を構成するｐ型ＩｎＰ層１４と電気的に接続するｐ電極パッド２２が、上部に設けられたダミーメサ部であり、残りの３つのダミーメサ部２０ｂは、受光部１６を構成するｎ型ＩｎＰ基板１０と電気的に接続するｎ電極パッド２４が、上部に設けられたダミーメサ部である。なお、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂは、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが積層された構造以外の構造の場合であってもよい。
【００２０】
受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間には、受光部１６の側面からダミーメサ部２０ａの側面へとｎ型ＩｎＰ基板１０の上面に沿って、例えば窒化シリコン膜である第１絶縁膜２６が延在して設けられている。第１絶縁膜２６の厚さは、例えば０．２μｍである。第１絶縁膜２６上であって、受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間の凹部に樹脂膜２８が埋め込まれている。第１絶縁膜２６の幅は、例えば２０μｍであり、樹脂膜２８の幅は、例えば１０μｍである。
【００２１】
受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂ、樹脂膜２８の上面を覆うように、第２絶縁膜３０が設けられている。樹脂膜２８は、上下を第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とにより覆われ、耐湿性および密着性が良好となっている。
【００２２】
第２絶縁膜３０は、受光部１６の上面に直接接していて、受光部１６の上面において、リング形状にくり抜かれた開口が設けられ、この開口では受光部１６の上面が露出している。受光部１６上面の第２絶縁膜３０に設けられたリング形状の開口にはｐ電極３２が埋め込まれている。即ち、ｐ電極３２は、受光部１６の上面でリング形状をしている。ｐ電極３２は、リング形状の開口に埋め込まれることで、ｐ型ＩｎＰ層１４と接して電気的に接続している。ｐ電極３２のリング形状の内径は、例えば４０μｍであり、リング幅は、例えば５μｍである。また、ｐ電極３２と電気的に接し、樹脂膜２８上からダミーメサ部２０ａ上にかけて、第２絶縁膜３０の上面を延在するｐ側配線３３が設けられている。ｐ電極３２およびｐ側配線３３は、例えば第２絶縁膜３０側からＴｉ、Ｐｔ、Ａｕが積層された構造をしており、Ｔｉの厚さは０．１μｍで、ＰｔとＡｕの厚さは０．２μｍである。
【００２３】
ダミーメサ部２０ａ上であって、ｐ側配線３３の上面に接してｐ電極パッド２２が設けられている。ｐ電極パッド２２は、例えばＡｕからなり、厚さは３μｍである。ｐ電極パッド２２は、ｐ側配線３３およびｐ電極３２を介して、ｐ型ＩｎＰ層１４と電気的に接続している。
【００２４】
受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の凹部において、第２絶縁膜３０に開口が設けられ、この開口ではｎ型ＩｎＰ基板１０の上面が露出している。受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の第２絶縁膜３０に設けられた開口には、ｎ型ＩｎＰ基板１０と接して電気的に接続するオーミック電極３４が埋め込まれている。オーミック電極３４は、例えばＡｕＧｅからなり、厚さは０．２μｍである。オーミック電極３４の上面に接すると共に、第２絶縁膜３０の上面を延在してｎ側配線３６が設けられている。ｎ側配線３６は、受光部１６を中心とした扇形形状をすると共に、ダミーメサ部２０ｂ上にまで延在している。ｎ側配線３６は、例えば第２絶縁膜３０側からＴｉ、Ｐｔ、Ａｕが積層された構造をしており、Ｔｉの厚さは０．１μｍで、ＰｔとＡｕの厚さは０．２μｍである。
【００２５】
ダミーメサ部２０ｂ上であって、ｎ側配線３６の上面に接してｎ電極パッド２４が設けられている。ｎ電極パッド２４は、例えばＡｕからなり、厚さは３μｍである。ｎ電極パッド２４は、ｎ側配線３６とオーミック電極３４とを介して、ｎ型ＩｎＰ基板１０と電気的に接続している。
【００２６】
次に、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を説明する。図４（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。図４（ａ）に示すように、例えば厚さ１００μｍのｎ型ＩｎＰ基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いて、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とを順次成長させる。その後、ｐ型ＩｎＰ層１４上に形成したマスク層を使用して、ｎ型ＩｎＰ基板１０が露出するまで、ｐ型ＩｎＰ層１４とノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とを、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いてエッチングする。このエッチングにより、メサ構造の受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂが形成される。受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂの高さは、例えば４μｍである。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に、受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂを覆う第１絶縁膜２６を堆積する。プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜である第１絶縁膜２６を堆積する場合、原料ガスとして、例えばシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）を用いることができる。その後、第１絶縁膜２６上であって、受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間の凹部に、樹脂膜２８を埋め込む。樹脂膜２８は、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に形成されたのち、樹脂膜２８上に形成したマスク層を使用して、例えばドライエッチング法を用いて除去する。
【００２８】
図４（ｃ）に示すように、樹脂膜２８および第１絶縁膜２６上に形成したマスク層をマスクとして使用して、第１絶縁膜２６を、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いて除去する。これにより、樹脂膜２８が形成された領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６は全て除去される。即ち、受光部１６、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂの上面に堆積された第１絶縁膜２６は除去される。また、受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の凹部に堆積された第１絶縁膜２６も除去される。
【００２９】
図４（ｄ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に樹脂膜２８の上面を覆う第２絶縁膜３０を堆積する。これにより、樹脂膜２８は、上下を第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とで覆われて、耐湿性および密着性が良好となる。また、ｎ型ＩｎＰ基板１０全面に第２絶縁膜３０を堆積するため、受光部１６の上面にも第２絶縁膜３０が堆積される。受光部１６の上面は、第１絶縁膜２６が除去されて露出しているため、第２絶縁膜３０は、受光部１６の上面に接して形成される。即ち、受光部１６の上面には、１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみが形成される。
【００３０】
図５（ａ）に示すように、第２絶縁膜３０上に形成したマスク層を使用して、受光部１６とダミーメサ部２０ｂとの間の凹部に堆積された第２絶縁膜３０を、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いて除去する。そして、第２絶縁膜３０を除去した領域に、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、オーミック電極３４を形成する。
【００３１】
図５（ｂ）に示すように、第２絶縁膜３０上に形成したマスク層を使用して、受光部１６の上面に堆積された第２絶縁膜３０を、例えばドライエッチング法またはウエットエッチング法を用いて除去して、リング形状の開口３８を形成する。
【００３２】
図５（ｃ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、開口３８に埋め込まれるｐ電極３２と、ｐ電極３２に接し、第２絶縁膜３０の上面を樹脂膜２８上を経由してダミーメサ部２０ａ上まで延在するｐ側配線３３を形成する。同時に、オーミック電極３４の上面に接し、第２絶縁膜３０の上面をダミーメサ部２０ｂ上まで延在するｎ側配線３６を形成する。
【００３３】
図５（ｄ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、ダミーメサ部２０ａ上であってｐ側配線３３の上面に接してｐ電極パッド２２と、ダミーメサ部２０ｂ上であってｎ側配線３６の上面に接してｎ電極パッド２４と、を同時に形成する。
【００３４】
以上説明してきたように、実施例１に係る半導体受光素子の製造方法によれば、図４（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とからなるメサ構造の受光部１６と、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂと、を形成した後、図４（ｂ）に示すように、受光部１６の側面からダミーメサ部２０ａの側面へとｎ型ＩｎＰ基板１０の上面に沿って第１絶縁膜２６を形成する。そして、第１絶縁膜２６上であって、受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間に樹脂膜２８を埋め込む。その後、図４（ｃ）に示すように、樹脂膜２８が形成された領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６を全て除去する。そして、図４（ｄ）に示すように、受光部１６の上面と樹脂膜２８の上面に第２絶縁膜３０を形成する。
【００３５】
このような製造方法により、図３に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部１６と、受光部１６に隣接して、上面および側面を有する半導体構造からなるダミーメサ部２０ａおよび２０ｂ（電極接続部）と、が設けられる。そして、受光部１６の側面、ダミーメサ部２０ａの側面、および受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間のｎ型ＩｎＰ基板１０の上面を覆う第１絶縁膜２６が設けられ、第１絶縁膜２６上の受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間に樹脂膜２８が埋め込まれる。そして、受光部１６の上面と直接接し、且つ樹脂膜２８を覆う第２絶縁膜３０が設けられる。このように、受光部１６の上面には、１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみが設けられる。即ち、受光部１６の上面に、内部に界面を有さない第２絶縁膜３０のみが設けられる。
【００３６】
実施例１に係る半導体受光素子は表面入射型であることから、図３に示すように、受光部１６上方から入射される入射光は、リング形状をしたｐ電極３２の内側の領域（受光領域）から受光部１６の内部に進入する。この場合、入射光は第２絶縁膜３０を透過することとなる。受光部１６の上面に形成された第２絶縁膜３０は、１度の成膜工程により堆積され、内部に界面を有さないいわゆる単層で形成されていることから、第２絶縁膜３０で入射光が散乱してしまうなどの意図せぬ光学的影響を抑制できる。つまり、実施例１によれば、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。また、第２絶縁膜３０の厚みは、これを成長するときの条件（時間、成長速度など）で決定できる。このため、第２絶縁膜３０の厚みの精度は高い。内部に界面を残さないことを目指せば、第１絶縁膜２６のみを残すことも考えられる。しかし、この場合、第１絶縁膜２６上に第２絶縁膜３０が堆積されるため、ここから第２絶縁膜３０だけを制御性よく除去することは困難である。特に第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とを同じ材料で構成した場合は顕著である。即ち、第１絶縁膜２６だけを残すことは、膜厚の制御性に劣るため、第２絶縁膜３０を残すほうが好ましい。
【００３７】
図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを覆う第１絶縁膜２６を堆積した後、第１絶縁膜２６上であって受光部１６とダミーメサ部２０ａとの間に樹脂膜２８を埋め込み、その後、樹脂膜２８が埋め込まれた領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６を除去することが好ましい。これにより、樹脂膜２８をより確実に第１絶縁膜２６上に形成することができ、樹脂膜２８の上下を第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とで覆うことをより確実に実現できる。また、受光部１６の上面に第２絶縁膜３０を形成する前に、受光部１６の上面に形成された第１絶縁膜２６を除去して、受光部１６の上面に第１絶縁膜２６を除去した領域を形成するため、受光部１６の上面に１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみを容易に形成することができる。
【００３８】
なお、実施例１では、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを覆う第１絶縁膜２６を堆積した後、樹脂膜２８が埋め込まれた領域およびその近傍の領域以外の領域に堆積された第１絶縁膜２６を全て除去する場合を例に示したがこれに限られる訳ではない。第１絶縁膜２６は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを覆う第１絶縁膜２６を堆積した後、少なくとも受光部１６上に堆積された第１絶縁膜２６を除去すればよい。このように、受光部１６の上面に第２絶縁膜３０を形成する前に、少なくとも受光部１６上の第１絶縁膜２６を除去することで、受光部１６の上面に１度の成膜工程により堆積された第２絶縁膜３０のみを容易に形成することができる。したがって、受光部１６の上面に形成された第１絶縁膜２６を除去して、受光部１６の上面に設けられた、第１絶縁膜２６が除去された領域に、第２絶縁膜３０が設けられることが好ましい。なお、樹脂膜２８は、第１絶縁膜２６をｎ型ＩｎＰ基板１０全面に堆積した後、受光部１６上に堆積された第１絶縁膜２６を除去する前に形成してもよいし、受光部１６上に堆積された第１絶縁膜２６を除去した後に形成してもよい。
【００３９】
また、第１絶縁膜２６をｎ型ＩｎＰ基板１０全面に堆積せずに、例えばマスク層を用いて、受光部１６の側面からダミーメサ部２０ａの側面へとｎ型ＩｎＰ基板１０の上面に沿ってのみ延在する第１絶縁膜２６を形成し、第１絶縁膜２６上に樹脂膜２８を形成する場合でもよい。
【００４０】
図５（ｄ）に示すように、ダミーメサ部２０ａ上に、ｐ電極３２およびｐ側配線３３を介して、ｐ型ＩｎＰ層１４と電気的に接続するｐ電極パッド２２を形成し、ダミーメサ部２０ｂ上に、ｎ側配線３６およびオーミック電極３４を介して、ｎ型ＩｎＰ基板１０と電気的に接続するｎ電極パッド２４を形成することが好ましい。即ち、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂ上に、ｐ電極パッド２２およびｎ電極パッド２４が設けられ、ｐ電極パッド２２と受光部１６の上面であるｐ型ＩｎＰ層１４との間を電気的に接続するｐ側配線３３が設けられている場合が好ましい。これにより、電極パッドを受光部１６の上面よりも突出させることができるため、例えばワイヤ接続による、半導体受光素子１００と外部基板との接続が容易となる。また、半導体受光素子１００を外部基板にフリップチップ実装させることもできる。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、受光部１６とダミーメサ部２０ａおよび２０ｂとを、同一のエッチング工程により同時に形成することが好ましい。これにより、製造工程を短縮することができる。
【００４２】
実施例１では、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とは共に窒化シリコン膜である場合を例に示した。このように、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とを共に窒化シリコン膜とすることで、樹脂膜２８の耐湿性および密着性を良好とすることができると共に、受光部１６上方から入射する入射光に対して透明で反射を防止する反射防止膜として機能させることができる。
【００４３】
なお、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とは窒化シリコン膜以外の材料からなる場合でもよく、例えば酸化シリコン膜からなる場合でもよい。また、第１絶縁膜２６と第２絶縁膜３０とが同じ材料からなる場合に限られず、異なる材料からなる場合でもよい。例えば、第１絶縁膜２６が酸化シリコン膜で、第２絶縁膜３０が窒化シリコン膜である場合や、その逆の場合でもよい。第２絶縁膜３０は、入射光に対して透明で反射を防止する反射防止膜として機能することが求められる。
【００４４】
実施例１では、受光部１６は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２とｐ型ＩｎＰ層１４とが積層された構造の場合を例に示したが、ｐ型ＩｎＰ基板上にノンドープＩｎＧａＡｓ層とｎ型ＩｎＰ層とが積層された構造の場合でもよい。また、受光部１６を構成する各層の材料も上記の材料に限定されず、その他の材料を用いる場合でもよい。また、半導体受光素子として、ＰＩＮ型フォトダイオードの場合だけでなく、アバランシェフォトダイオード等のその他のフォトダイオードの場合でもよい。
【実施例２】
【００４５】
実施例２に係る半導体受光素子は、裏面入射型の半導体受光素子の場合の例である。図６（ａ）は、実施例２に係る半導体受光素子の上面図の例であり、図６（ｂ）は、実施例２に係る半導体受光素子の下面図の例である。図７は、図６（ａ）のＡ−Ａ間の断面図の例である。図６（ａ）から図７に示すように、実施例２に係る半導体受光素子２００は、受光部１６に相対するｎ型ＩｎＰ基板１０の下面に、レンズ４０が設けられている。受光部１６上には、リング形状をしたｐ電極３２の内側領域の第２絶縁膜３０の上面を覆う配線４２が設けられている。配線４２は受光部１６上からダミーメサ部２０ａ上にまで、ｐ側配線３３の上面に沿って延在して設けられている。ｐ電極パッド２２は配線４２上に設けられている。また、オーミック電極３４の上面に接し、ダミーメサ部２０ｂ上にかけて設けられたｎ側配線３６の上面に沿って配線４６が設けられ、ｎ電極パッド２４は配線４６上に設けられている。配線４２および配線４６は、例えばＡｕからなり、厚さは０．４μｍである。その他の構成は、実施例１と同じであり、図２および図３に示しているため、ここでは説明を省略する。
【００４６】
次に、実施例２に係る半導体受光素子の製造方法を説明する。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係る半導体受光素子の製造方法を示す断面図の例である。まず、実施例１の図４（ａ）から図５（ｃ）で説明した工程を実施する。その後、図８（ａ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、受光部１６上のリング形状をしたｐ電極３２の内側領域における第２絶縁膜３０の上面を覆い、ｐ側配線３３の上面に沿ってダミーメサ部２０ａ上まで延在する配線４２を形成する。それと同時に、ｎ側配線３６の上面に沿ってダミーメサ部２０ｂ上まで延在する配線４６を形成する。
【００４７】
図８（ｂ）に示すように、例えば蒸着法およびリフトオフ法を用いて、ダミーメサ部２０ａ上であって配線４２の上面に接してｐ電極パッド２２と、ダミーメサ部２０ｂ上であって配線４６の上面に接してｎ電極パッド２４と、を同時に形成する。図８（ｃ）に示すように、受光部１６に相対するｎ型ＩｎＰ基板１０の下面に、レンズ４０を形成する。
【００４８】
実施例２に係る半導体受光素子は裏面入射型であることから、図７に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０の下面側から入射され、レンズ４０によって集光された入射光が受光部１６に入射する。光吸収層（ノンドープＩｎＧａＡｓ層１２）では、入射した光の全てを吸収しきれず、一部の入射光は光吸収層を通過する。通過した光は、リング形状をしたｐ電極３２の内側領域に設けられた第２絶縁膜３０を透過し、配線４２に到達して、配線４２で受光部１６に向かって反射される。これにより、光吸収層で反射光を再度吸収することが可能となり、光の吸収効率が向上する。
【００４９】
このように裏面入射型の半導体受光素子の場合であっても、光吸収層で吸収しきれなかった入射光の一部は、受光部１６の上面に形成された第２絶縁膜３０を透過することとなる。したがって、受光部１６の上面に、１度の成膜工程により堆積され、内部に界面を有さないいわゆる単層で形成された第２絶縁膜３０が設けられることで、入射光に対する光学的な影響を低減することができる。
【００５０】
実施例１および実施例２では、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂを構成する半導体層は電気的には利用されていない。しかし、ダミーメサ部２０ａおよび２０ｂは受光部１６と同じ半導体層構造で構成されているので、これを受光素子として利用することも可能である。
【００５１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ ｎ型ＩｎＰ基板
１２ ノンドープＩｎＧａＡｓ層
１４ ｐ型ＩｎＰ層
１６ 受光部
２０ａ ダミーメサ部
２０ｂ ダミーメサ部
２２ ｐ電極パッド
２４ ｎ電極パッド
２６ 第１絶縁膜
２８ 樹脂膜
３０ 第２絶縁膜
３２ ｐ電極
３３ ｐ側配線
３４ オーミック電極
３６ ｎ側配線
３８ 開口
４０ レンズ
４２ 配線
４６ 配線
１００ 半導体受光素子
２００ 半導体受光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部と、
前記半導体基板上に前記受光部に隣接して設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる電極接続部と、
前記受光部の側面、前記電極接続部の側面、および前記受光部と前記電極接続部との間の前記半導体基板を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上の前記受光部と前記電極接続部との間を埋め込む樹脂膜と、
前記受光部の上面と直接接し、かつ前記樹脂膜を覆う第２絶縁膜と、を備えることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記受光部の上面に設けられた、前記第１絶縁膜が除去された領域に前記第２絶縁膜が設けられて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】
前記電極接続部の上面に設けられた電極パッドと、
前記電極パッドと前記受光部の上面との間を電気的に接続する配線と、を備えることを特徴とする請求項１または２記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは同じ材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜のうちのいずれかによって構成されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の半導体受光素子。
【請求項１】
半導体基板上に設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる受光部と、
前記半導体基板上に前記受光部に隣接して設けられ、上面および側面を有する半導体構造からなる電極接続部と、
前記受光部の側面、前記電極接続部の側面、および前記受光部と前記電極接続部との間の前記半導体基板を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上の前記受光部と前記電極接続部との間を埋め込む樹脂膜と、
前記受光部の上面と直接接し、かつ前記樹脂膜を覆う第２絶縁膜と、を備えることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記受光部の上面に設けられた、前記第１絶縁膜が除去された領域に前記第２絶縁膜が設けられて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】
前記電極接続部の上面に設けられた電極パッドと、
前記電極パッドと前記受光部の上面との間を電気的に接続する配線と、を備えることを特徴とする請求項１または２記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは同じ材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜のうちのいずれかによって構成されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の半導体受光素子。
【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２０１２−２２７２１５（Ｐ２０１２−２２７２１５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１１１９（Ｐ２０１１−９１１１９）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００１５４３２５）住友電工デバイス・イノベーション株式会社 (291)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００１５４３２５）住友電工デバイス・イノベーション株式会社 (291)
【Ｆターム（参考）】
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