JP2000269539A

JP2000269539A - 受光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000269539A
Application number: JP11069265A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Matsuda; 賢一松田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29
Also published as: US6617568B1

Abstract

(57)【要約】【課題】受光素子の側面方向からの入射光が屈折され
て受光領域で受光される側面入射型の受光素子を製造す
る際に、第２主面と第１主面とを互いに位置合せして加
工する必要をなくす。【解決手段】受光素子の側面方向からの入射光が屈折
されて受光領域で受光される受光素子が、第１主面およ
び第２主面を有する半導体基板と、該半導体基板の該第
１主面の上に形成された受光領域と、少なくとも該半導
体基板に該第１主面を横切って形成された傾斜面と、該
半導体基板の該第２主面の上に形成された反射器とを含
み、受光素子の側面方向からの入射光が、該半導体基板
の外部から該傾斜面を通って該半導体基板内に屈折入射
し、該反射器によって反射され、これにより該受光領域
に達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光素子の側面方
向からの入射光が屈折されて受光領域で受光される側面
入射型の受光素子に関する。本発明は特に、半導体基板
の第２主面を横切って形成した傾斜面で入射光を屈折し
て、入射光の光路を変更する受光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、１．３μｍから１．５５μｍの長
波長帯に感度を有する光ファイバ通信用受光素子とし
て、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系を材料とするｐｉｎフォト
ダイオードが広く用いられている。このような受光素子
は、受光する入射光の方向に基づいて大別される。表面
入射型または裏面入射型の受光素子が一般的に用いられ
ている。表面入射型の受光素子においては、入射光は、
半導体基板の受光領域が形成された面、すなわち第１主
面から入射する。一方、裏面入射型の受光素子において
は、入射光は、半導体基板の第１主面と対向する面、す
なわち第２主面から入射する。これら表面入射型および
裏面入射型の受光素子においては、半導体基板に対して
ほぼ垂直な方向から入射光が入射することになる。

【０００３】これに対して、入射光が受光素子の側面か
ら入射するような、側面入射型の受光素子も開発されて
きている。このような側面入射型の受光素子は、表面入
射型および裏面入射型の受光素子と比較して、特に、台
座面に他の素子と組み合わせて実装する場合に利点を有
する。例えば、受光素子に入射光を供給するための光フ
ァイバを取り付ける場合に、フラットパッケージの台座
面にボンディングされた受光素子に、受光素子に対して
水平方向から光ファイバを取り付けることができる。あ
るいは、半導体レーザからの後方出射光を受光素子でモ
ニタする場合に、半導体レーザと同じ台座面に受光素子
の主面を用いてボンディングすることができる。いずれ
の場合にも、容易にこれらの素子を組み立てることが可
能となる。

【０００４】このような側面入射型の受光素子は、その
構造的特徴に基づいて、いわゆる導波路型のｐｉｎフォ
トダイオード、あるいは、屈折による光路変換手段を受
光素子内に備えたｐｉｎフォトダイオードによって実現
される。

【０００５】屈折による光路変換手段を受光素子内に備
えたｐｉｎフォトダイオードは、例えば、特開平８−３
１６５０６号公報に記載されている。図６は、この従来
の受光素子の断面図を示す。図６を参照して、従来の受
光素子６００においては、ｎ型ＩｎＰ半導体基板６０１
の第１主面６０２の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層６０
３、低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６０４、および低
濃度ｎ型ＩｎＰ窓層６０５が順次積層されている。窓層
６０５には、島状にＺｎ等のｐ型不純物が拡散された第
１の拡散領域６０６が形成されている。この拡散領域６
０６の下に位置する光吸収層６０４の部分が受光領域６
０７として機能する。負電極６０８が第１の拡散領域６
０６の上に形成されており、正電極６０９が第２の拡散
領域６１０の上に形成されている。ここで、第２の拡散
領域６１０は正電極６０９を第１主面６０２の上に形成
するために設けられており、第１の拡散領域６０６を形
成する際に同時にｐ型不純物が拡散されることによっ
て、形成されている。さらに、傾斜面６１２が半導体基
板６０１の第２主面６１１を横切って、エッチングによ
って形成されている。このような構成を有する従来の受
光素子６００においては、半導体基板６０１の側面から
入射した入射光６１３は、この傾斜面６１２で屈折され
て、受光領域６０７に入射する。

【０００６】従来の受光素子６００は、傾斜面で入射光
を屈折させて、入射光の光路を変更するという点に特徴
を有する。この傾斜面として第２主面と５４．７°の角
度をなす（１１１）面を用いることが好ましいことが、
上述の特開平８−３１６５０６号公報に記載されてい
る。この理由は、傾斜面６１２の条件として、第２主面
に対して特定の角度を有し、かつ傾斜面の表面が平滑で
あることが求められることにある。このような条件を満
たす傾斜面を半導体基板に形成するためには、特定の結
晶面方位が露出するウエットエッチングを用いるのが最
も簡便である。受光素子の作製には、一般的に（００
１）面を主面とする半導体基板が用いられ、この場合に
結晶面方位が露出するウエットエッチングを行うと（１
１１）面が露出する場合が多い。この結果、傾斜面６１
２が（１１１）面である場合、第２主面６１１と５４．
７°の角度をなし、このような傾斜面６１２で反射され
た、半導体基板６０１の内部における入射光６１３は、
第２主面６１１と２５．７°の角度をなす。

【０００７】別の従来例として、特願平１０−１２４１
０１号に屈折による光路変換手段を受光素子内に備えた
ｐｉｎフォトダイオードが記載されている。図７は、第
２の従来の受光素子の断面図を示す。図７を参照して、
従来の受光素子７００においては、ｎ型ＩｎＰ半導体基
板７０１の第１主面７０２の上に、低濃度ｎ型ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層７０３および低濃度ｎ型ＩｎＰ窓層７０４
が順次積層されている。窓層７０４には、島状にＺｎ等
のｐ型不純物が拡散された拡散領域７０５が形成されて
いる。この拡散領域７０５の下に位置する光吸収層７０
３の部分が受光領域７０６として機能する。負電極７０
７が拡散領域７０５の上に形成され、正電極７０９が半
導体基板７０１の第２主面７０８の上に形成されてい
る。さらに、傾斜面７１０が半導体基板７０１の第２主
面７０８を横切って形成されている。このような構成を
有する従来の受光素子７００においては、半導体基板７
０１の側面から入射した入射光７１１は、この傾斜面７
１０で屈折されて、受光領域７０６に入射する。

【０００８】従来の受光素子７００の特徴は、傾斜面７
１０として（１１２）面を用いることにある。傾斜面７
１０が（１１２）面である場合は、傾斜面７１０と第２
主面７０８とは３５．３°の角度をなす。（１１２）面
は、塩酸と硝酸を含む混合液によるエッチングによって
露出させることが可能である。特に、エッチング用の混
合液において、塩酸と硝酸の体積比が約５：１から約
３：１である場合には、傾斜面７１０と第２主面７０８
とは正確に３５．３°の角度をなし、かつ鏡面状態を有
する傾斜面７１０が得られ得る。このような傾斜面７１
０で反射された、半導体基板７０１の内部における入射
光７１１は、第２主面７０８と４１．０°の角度をな
す。

【０００９】傾斜面が（１１２）面である第２の従来例
の場合は、前述の第１の従来例のように、傾斜面が（１
１１）面である場合に比べて、傾斜面と第２主面とのな
す角度がより小さいので、入射側面から受光領域の中心
までの距離が短くなり、これにより、受光素子のチップ
サイズを小さくすることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６ま
たは図７を参照してそれぞれ上述した、第１または第２
の従来例のような構造を有する受光素子を製造する際に
は、第２主面側の傾斜面の位置と第１主面側の受光領域
の位置とを正確に位置合せするために、受光素子構造を
有するウェハの両面を観察しながら位置合せができる両
面露光機を必要とする。両面露光機は、一般的な半導体
製造装置ではないので、このような構造を有する受光素
子を製造するために、新たな設備導入が必要であり、こ
れにより、受光素子の製造原価の上昇を招く。

【００１１】一般には、ウェハ製造プロセス終了後に、
ウェハを個々の受光素子（チップ）に分割することを容
易にするために、半導体基板の厚さを２００μｍ以下に
薄くしている。しかしながら、図６または図７のような
上述の受光素子の構造では、半導体基板を薄くした後
に、傾斜面を形成する第２主面側の加工を行わなければ
ならない。すなわち、第２主面側に傾斜面を形成するた
めに、２００μｍ以下の厚さの薄膜化ウェハに対してフ
ォトリソグラフィを行うことになる。このとき、コンタ
クト露光による両面露光機を用いると、ウェハの割れお
よび／または欠けが発生しやすい。従って、歩留りが低
下し、このこともまた製造原価の上昇を引き起こす。

【００１２】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたものである。本発明の目的は、製造原価の上
昇が効果的に防止された、側面入射型の受光素子を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】ある局面において、本発
明の受光素子は、受光素子の側面方向からの入射光が屈
折されて受光領域で受光される受光素子であって、第１
主面および第２主面を有する半導体基板と、該半導体基
板の該第１主面の上に形成された受光領域と、該拡散領
域に接触するように配設された負電極と、少なくとも該
半導体基板に該第１主面を横切って形成された傾斜面
と、該半導体基板の該第２主面の上に形成された反射器
とを含み、受光素子の側面方向からの入射光が、該半導
体基板の外部から該傾斜面を通って該半導体基板内に屈
折入射し、該反射器によって反射され、これにより該受
光領域に達し、このことにより上記課題が解決される。

【００１４】上記第１主面は（００１）面であり、上記
傾斜面は（１１２）面であっても良い。

【００１５】上記反射器は、金属膜からなる反射ミラー
であっても良い。

【００１６】別の局面において、本発明の受光素子は、
受光素子の側面方向からの入射光が屈折されて受光領域
で受光される受光素子であって、第１主面および第２主
面を有する半導体基板と、該半導体基板の該第１主面の
上に順次積層された光吸収層および窓層と、該窓層に島
状に形成された少なくとも１つの拡散領域と、該拡散領
域に接触するように配設された負電極と、該窓層および
該光吸収層を通って、該第１主面に達するコンタクト穴
と、該コンタクト穴の少なくとも底面に接触する正電極
と、少なくとも該半導体基板に該第１主面を横切って形
成された傾斜面と、該半導体基板の該第２主面の上に形
成された反射器とを含み、このことにより上記課題が解
決される。

【００１７】上記反射器は、絶縁膜と金属膜と積層した
反射ミラーであり、該絶縁膜は、上記第２主面と該金属
膜との間に配設されていても良い。

【００１８】上記反射器は、屈折率の異なる膜が多層に
積層された波長フィルタであっても良い。

【００１９】上記反射器は、回折格子であっても良い。

【００２０】上記受光素子は、複数の上記拡散領域と、
該拡散領域の各々に対応する複数の上記負電極とを含ん
でいても良い。

【００２１】別の局面において、本発明の受光素子の製
造方法は、第１主面および第２主面を有する半導体基板
と、該半導体基板の該第１主面の上に順次積層された光
吸収層および窓層と、該窓層に島状に形成された少なく
とも１つの拡散領域と、該拡散領域に接触するように配
設された負電極と、該窓層および該光吸収層を通って、
該第１主面に達するコンタクト穴と、該コンタクト穴の
少なくとも底面に接触する正電極とを含む、受光素子の
側面方向からの入射光が屈折されて受光領域で受光され
る受光素子の製造方法であって、該正電極、該負電極、
該窓層、および該拡散領域の露出面を覆って、絶縁膜を
堆積する工程と、該絶縁膜をエッチングして、所定の領
域に開口を形成する工程と、該開口が設けられた該絶縁
膜をマスクとして、該所定の領域に対応する該窓層、該
光吸収層、該半導体基板をエッチングして、該第１主面
を横切って傾斜面を形成する工程と、該絶縁膜を除去す
る工程と、該半導体基板の該第２主面の上に反射器を形
成する工程とを含み、このことにより上記課題が解決さ
れる。

【００２２】上記半導体基板は、ＩｎＰからなり、上記
第１主面は、（００１）面であり、上記傾斜面を形成す
る工程は、塩酸と硝酸とを含む混合液によるエッチング
を用いて行われ、該塩酸と該硝酸の体積比は、５：１と
３：１との間の範囲にあっても良い。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１から図５を参照して以下に詳細に説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１は、本実施形態の受
光素子の断面図を示す。図１を参照して、受光素子１０
０においては、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１０１の第１主面
１０２の上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３お
よび低濃度ｎ型ＩｎＰ窓層１０４が順次積層されてい
る。窓層１０４には、島状にＺｎ等のｐ型不純物が拡散
された拡散領域１０５が形成されている。この拡散領域
１０５の下に位置する光吸収層１０３の部分が受光領域
１０６として機能する。負電極１０７が拡散領域１０５
の上に形成されている。傾斜面１０８が半導体基板１０
１の第１主面１０２を横切って形成されている。反射器
１１０が半導体基板１０１の第２主面１０９の上に形成
されている。ここで、半導体基板１０１の第１主面１０
２は（００１）面であり、傾斜面１０８は（１１２）面
である。反射器１１０は、Ａｕ−Ｓｎ等の金属を半導体
基板１０１の第２主面１０９に蒸着して形成した反射ミ
ラーである。この反射器１１０は、正電極としても機能
する。

【００２５】このような構成を有する受光素子１００に
おいては、入射光１１１は、半導体基板１０１の外部か
ら傾斜面１０８を通って半導体基板１０１の内部に屈折
入射し、次いで、反射器１１０で反射されて受光領域１
０６に入射する。

【００２６】本実施形態の特徴は、受光領域１０６と同
様に、入射光１１１を屈折させる傾斜面１０８が第１主
面１０２の上に形成されていることにある。このような
構造によれば、第２主面１０９と第１主面１０２とを互
いに位置合せして加工する必要がなく、従って、両面露
光機の使用が不要となる。

【００２７】さらに、本実施形態の構造によれば、第２
主面１０９には、金属膜よりなる反射器１１０を全面に
わたって形成している。これにより、第１主面１０２を
加工して受光素子の本体構造を形成した後で、第２主面
１０９を加工する（本実施形態においては、反射器１１
０を形成する）前に、半導体基板１０１を第２主面１０
９の側から厚さ約２００μｍ以下に薄膜化しても、第２
主面１０９の加工の際の薄膜化ウェハの割れおよび／ま
たは欠けは効果的に抑制され得る。

【００２８】さらに、第１主面１０２が（００１）面で
あり、傾斜面が（１１２）面である場合には、傾斜面１
０８が（１１１）面である場合に比べて、傾斜面と第２
主面とのなす角度がより小さいので、入射側面から受光
領域の中心までの距離が短くなり、これにより、受光素
子のチップサイズを小さくすることができる。より具体
的には、傾斜面１０８が（１１２）面である場合は、傾
斜面１０８と第１主面１０２とは３５．３°の角度をな
す。このような傾斜面１０８で反射された、半導体基板
１０１の内部における入射光１１１は、第１主面１０２
と４１．０°の角度をなす。このとき、半導体基板１０
１の厚さを１５０μｍとすると、入射光１１１が第１主
面１０２に達するまでに進む水平方向の距離は３４５μ
ｍとなる。従って、半導体基板１０１の厚さが約１５０
μｍである場合には、傾斜面１０８の上の入射光１１１
の入射位置と受光領域１０６の中心との水平距離は、約
３４５μｍとなるように設定される。

【００２９】図１の受光素子１００は、上述のように、
反射器１１０が正電極としても機能する。従って、実際
に受光素子１００をパッケージングする際には、ワイヤ
ボンディングによってパッケージにボンディングされ得
る。例えば、第２主面１０９が第１主面１０２に対して
パッケージ側になるように受光素子１００をパッケージ
の台座面に配置して、反射器（正電極）１１０とパッケ
ージの台座面上に形成された正電極と接続されるべき所
定の金属性パターンとをボンディングし、負電極１０７
とパッケージの台座面上に形成された負電極と接続され
るべき所定の金属性パターンとをワイヤボンディングす
る。金属性パターンは、金などの材料からなるものが用
いられる。この場合には、傾斜面１０８は、受光素子１
００を実装したチップの上側にある。よって、傾斜面１
０８の上の入射光１１１の入射位置とパッケージの台座
面との距離は、半導体基板１０１の厚みに依存すること
になる。従って、この場合には、高さ方向の位置決めを
するために半導体基板１０１の厚さを正確に制御する必
要がある。

【００３０】あるいは、例えば、第１主面１０２が第２
主面１０９に対してパッケージ側になるように受光素子
１００をパッケージの台座面に配置して、負電極１０７
とパッケージの台座面上に形成された負電極と接続され
るべき所定の半田バンプにダイボンドし、反射器（正電
極）１１０とパッケージの台座面に形成された正電極と
接続されるべき所定の金属性パターンとをワイヤボンデ
ィングする。この場合には、傾斜面１０８は受光素子１
００を実装したチップの下側にある。よって、傾斜面１
０８の上の入射光１１１の入射位置とパッケージの台座
面との距離は、半導体基板１０１の厚みに依存せず、比
較的容易に制御され得る。従って、この場合には、高さ
方向の位置合せが容易になる。この実装方法は、パッケ
ージの台座面にボンディングされた受光素子に対して水
平方向から光ファイバを取り付ける場合、あるいは半導
体レーザと同じ台座面にボンディングされた受光素子で
半導体レーザからの後方出射光をモニタする場合などに
特に適する。

【００３１】なお、半導体基板１０１およびこの上に積
層される半導体層（光吸収層１０３および窓層１０４）
の材料は、半導体層に対して、半導体基板が透明とな
る、任意の適切な材料が用いられ得る。例えば本実施形
態のように、半導体基板材料とその上に積層される半導
体層材料とを、それぞれＩｎＰとＩｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ₁
_-y（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）としてもよい。

【００３２】（実施の形態２）図２は、本実施形態の受
光素子の断面図を示す。図２を参照して、受光素子２０
０においては、ｎ型ＩｎＰ半導体基板２０１の第１主面
２０２の上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２０３お
よび低濃度ｎ型ＩｎＰ窓層２０４が順次積層されてい
る。窓層２０４には、島状にＺｎ等のｐ型不純物が拡散
された拡散領域２０５が形成されている。この拡散領域
２０５の下に位置する光吸収層２０３の部分が受光領域
２０６として機能する。負電極２０７が拡散領域２０５
の上に形成されている。また、第１主面２０２の上の一
部領域の窓層２０４および光吸収層２０３が除去されて
コンタクト穴２０８が形成されており、コンタクト穴２
０８の底面に接触するように正電極２０９が形成されて
いる。これらの負電極２０７および正電極２０９は、例
えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜であり、リフトオフ法に
よって両電極は同時に形成され得る。傾斜面２１０が半
導体基板２０１の第１主面２０２を横切って形成されて
いる。反射器２１２が半導体基板２０１の第２主面２１
１の上に形成されている。この反射器２１２は、例えば
ＳｉＮよりなる絶縁膜２１３と、例えばＡｌよりなる金
属膜２１４とを積層して形成した反射ミラーである。

【００３３】このような構成を有する受光素子２００に
おいては、入射光２１５は、半導体基板２０１の外部か
ら傾斜面２１０を通って半導体基板２０１の内部に屈折
入射し、次いで、反射器２１２で反射されて受光領域２
０６に入射する。

【００３４】本実施形態も、実施の形態１と同様に、入
射光２１５を屈折させる傾斜面２１０を第１主面２０２
の上に形成し、傾斜面２１０を通って半導体基板２０１
の内部に屈折入射した入射光２１５を第２主面２１１上
の反射器２１２によって反射させて、受光領域２０６に
入射させる。従って、本実施形態によっても、実施の形
態１と同様の効果が得られる。

【００３５】本実施形態の特徴および実施の形態１との
違いは、負電極２０７と正電極２０９との両方を第１主
面２０２の側に形成した点にある。このような構造によ
り、実際に受光素子２００をパッケージングする際に
は、フリップチップボンディングによってパッケージに
ボンディングされ得る。より具体的には、第１主面２０
２が第２主面２１１に対してパッケージ側になるように
受光素子２００をパッケージの台座面に配置して、負電
極２０７と正電極２０９とを配線基板上の所定の金属性
パターンにボンディングすることが可能になる。従っ
て、ワイヤボンディングが不要になるとともにワイヤに
起因して生じていた寄生容量を低減できる。

【００３６】また、本実施形態の構造によれば、第２主
面２１１の上の反射器２１２を正電極として用いる必要
がないので、上述のように、反射器２１２を絶縁膜２１
３と金属膜２１４とを積層して形成した反射ミラーとす
ることが可能である。実施の形態のように、半導体基板
の上に直接に金属膜を蒸着した場合には、半導体と金属
とが合金化し、これにより反射器の反射率が低下するこ
とがある。しかし、本実施形態のように、半導体基板２
０１と金属膜２１４との間に絶縁膜２１３を介在させて
いるので、高い反射率を有する反射ミラーを形成するこ
とが可能である。

【００３７】（実施の形態３）図３は、本実施形態の受
光素子の断面図を示す。本実施の形態は、基本的には実
施の形態２と同じ構造を有しており、第２主面２１１の
上に形成された反射器３１２の構造のみが実施の形態２
と異なる。図３において、実施の形態２と同じ部材に
は、同じ参照符号を付している。以下に、実施の形態２
と異なる点を中心に説明する。

【００３８】反射器３１２は、屈折率の異なる膜を多層
に積層した波長フィルタとしても機能する。本実施形態
においては、反射器３１２は、低屈折率膜３１３（例え
ば屈折率が１．４５程度のＳｉＯ₂膜）と高屈折率膜３
１４（例えば屈折率が２．５程度のＴｉＯ₂膜）を交互
に積層して形成されている。波長フィルタの設計手法
は、公知の技術を適用され得る。

【００３９】光ファイバ通信においては、１．３μｍと
１．５５μｍとの波長の異なる光が多重化された光が用
いられる場合がある。ある例として、１．３μｍと１．
５５μｍとの波長の異なる光が多重化された光を、その
波長に基づいて分波（この場合、フィルタリング）する
波長フィルタについて説明する。波長１．５５μｍの入
射光に対して斜め入射の効果を考慮した光学長が４分の
１波長になる低屈折率膜３１３と、この光学長が４分の
１波長になる高屈折率膜３１４とを交互に積層し、この
積層構造の最上層と最下層とを共に光学長が８分の１波
長になる高屈折率膜３１４とすれば、波長１．５５μｍ
の光に対しては高い反射率を有し、それよりも短波長の
光に対しては低い反射率を有する波長フィルタが構成さ
れる。ただ、この構成では波長１．３μｍの光に対して
十分に低い反射率とならないので、光学長の基準波長を
１．５５μｍから１．８μｍにした方が、波長１．３μ
ｍの光に対しては低い反射率を有する波長フィルタを構
成できる。光学長の基準波長を１．８μｍとした場合で
も、波長１．５５μｍの光に対する反射率は十分高くな
る。この波長フィルタを反射器３１２として用いれば、
入射光が、波長１．３μｍの第１の入射光３１６と波長
１．５５μｍの第２の入射光３１７との波長の異なる光
が多重化された光である場合、波長１．３μｍの光に対
しては反射器３１２の反射率が低いので、波長１．３μ
ｍの入射光３１６は、反射器３１２であまり反射されず
にこれを透過し、波長１．５５μｍの光に対しては反射
器３１２の反射率が高いので、波長１．５５μｍの入射
光３１７は、反射器３１２でより多く反射される。

【００４０】すなわち、本実施形態によれば、受光素子
に波長選択機能を付加することができる。例えば、入射
光が１．３μｍと１．５５μｍとの波長の異なる光が多
重化された光である場合に、波長１．５５μｍの光を選
択的に受光する受光素子が実現される。

【００４１】（実施の形態４）図４は、本実施形態の受
光素子の断面図を示す。図４を参照して、受光素子４０
０においては、ｎ型ＩｎＰ半導体基板４０１の第１主面
４０２の上に低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層４０３お
よび低濃度ｎ型ＩｎＰ窓層４０４が順次積層されてい
る。窓層４０４には、島状にＺｎ等のｐ型不純物が拡散
された第１の拡散領域４０５と第２の拡散領域４０６と
が形成されている。この第１の拡散領域４０５と第２の
拡散領域４０６の下に位置する光吸収層４０３のそれぞ
れの部分が、第１の受光領域４０７と第２の受光領域４
０８としてそれぞれ機能する。第１の負電極４０９と第
２の負電極４１０とが、第１の拡散領域４０５と第２の
拡散領域４０６との上にそれぞれ形成されている。ま
た、第１主面４０２の上の一部領域の窓層４０４および
光吸収層４０３が除去されてコンタクト穴４１１が形成
されており、コンタクト穴４１１の底面に接触するよう
に正電極４１２が形成されている。これらの第１および
第２の負電極４０９、４１０および正電極４１２は、例
えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜であり、リフトオフ法に
よって全ての電極は同時に形成され得る。傾斜面４１３
が半導体基板４０１の第１主面４０２を横切って形成さ
れている。反射器４１５が半導体基板４０１の第２主面
４１４の上に形成されている。

【００４２】この反射器４１５は、分波器としても機能
する。反射器４１５は、半導体基板４０１の第２主面４
１４をエッチングして形成した回折格子である。

【００４３】このような回折格子の作製技術は、分布帰
還形半導体レーザの製造技術として確立されている。あ
る例として、１．３μｍと１．５５μｍとの波長の異な
る光が多重化された光を、その波長に基づいて分波する
回折格子について説明する。回折格子を光学長でピッチ
が１．５μｍとなるように形成すれば、波長１．３μｍ
の第１の入射光４１６と波長１．５５μｍの第２の入射
光４１７とを分波して、それぞれ別の領域で受光するこ
とができる。

【００４４】このような回折格子による分波について以
下に詳細に説明する。多重化された第１の入射光４１６
と第２の入射光４１７とは、半導体基板４０１の内部に
屈折入射する。このとき、第１の入射光４１６の屈折角
と、第２の入射光４１７の屈折角とはほぼ同じ角度であ
る。傾斜面４１３が（１１２）面の場合には、半導体基
板４０１の内部の第１および第２の入射光４１６および
４１７と第１主面４０２とのなす角が４１．０°とな
る。次いで、屈折入射した第１および第２の入射光は、
反射器４１５で反射される。このとき、反射器４１５で
回折された第１の入射光４１６の１次回折光の出射角度
と、第２の入射光４１７の１次回折光の出射角度とは、
大きく異なる。これらの一次回折光の出射角度は、第２
主面４１４に対して垂直方向から、第１の入射光４１６
の場合は−６．４°、第２の入射光４１７の場合は−１
６．２°となる。従って、波長１．３μｍの第１の入射
光４１６は、第２の受光領域４０８に入射し、波長１．
５５μｍの第２の入射光４１７は、第１の受光領域４０
７に入射することになる。

【００４５】すなわち、本実施形態によれば、複数の波
長の光を個別にかつ同時に受光できる受光素子が実現さ
れる。回折格子で反射される光は、その波長によって回
折光の出射角度が異なるので、受光領域の形成位置によ
って受光波長を選択できる。例えば、入射光が１．３μ
ｍと１．５５μｍとの波長の異なる光が多重化された光
である場合に、波長１．３μｍと波長１．５５μｍの光
を個別にかつ同時に受光する受光素子が実現される。

【００４６】なお、本実施形態においては、２つの拡散
領域が半導体基板の第１主面上に島状に形成された構成
について説明したが、拡散領域の数はこれに限定されな
い。複数の拡散領域を同様に形成し、複数の負電極を拡
散領域の各々に接触するように形成した構造を受光素子
が有していてもよい。受光領域をこのように複数形成し
ておけば、複数の波長が多重化された入射光を分波して
同時に受光することも可能である。

【００４７】（実施の形態５）本実施形態は、受光素子
の製造方法に関する。図５（ａ）〜（ｅ）は、実施の形
態２で上述した受光素子２００の製造方法を示す断面図
である。図５において、実施の形態２と同じ部材には、
同じ参照符号を付している。

【００４８】まず、図５（ａ）に示すように、（００
１）面を主面とするｎ型ＩｎＰ半導体基板２０１の第１
主面２０２の上に、低濃度ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２
０３および低濃度ｎ型ＩｎＰ窓層２０４を順次結晶成長
する。次いで、窓層２０４に島状にＺｎ等のｐ型不純物
を拡散して、拡散領域２０５を形成する。

【００４９】次に、図５（ｂ）に示すように、半導体基
板２０１の第１主面２０２の上の一部領域の窓層２０４
および光吸収層２０３をエッチング除去して、コンタク
ト穴２０８を形成する。その後、金属薄膜（例えばＴｉ
／Ｐｔ／Ａｕの積層膜）を蒸着およびリフトオフして、
負電極２０７と正電極２０９とを同時に形成する。ここ
で、負電極２０７は、拡散領域２０５の上に位置し、正
電極２０９は、コンタクト穴２０８の底面に接触するよ
うに形成されている。

【００５０】その後、図５（ｃ）に示すように、このよ
うに形成された基板の第１主面２０２の側の上表面に、
負電極２０７、正電極２０９、窓層２０４、および拡散
領域２０５の露出面を覆って、例えばＳｉＮよりなる絶
縁膜２１６を堆積し、絶縁膜２１６をエッチングして、
素子の周辺部に開口２１７を形成して、窓層２０４を露
出させる。

【００５１】この絶縁膜２１６をマスクとして、塩酸と
硝酸を含む混合液によってエッチングを行う。これによ
り、図５（ｄ）に示すように、開口２１７の部分に対応
する半導体層が斜めに除去されて、傾斜面２１０が形成
される。

【００５２】ここで、本実施形態のように、半導体基板
２０１がＩｎＰからなり、その第１主面が（００１）面
である場合に、エッチング用の混合液に含まれる塩酸と
硝酸との体積比を、約５：１から約３：１の間にすれ
ば、スムーズでかつ正確な（１１２）面を傾斜面２１０
として露出させることができる。

【００５３】その後、絶縁膜２１６を除去する。半導体
基板２０１を薄膜化した後に、図５（ｅ）に示すよう
に、第２主面２１１の上に、例えばＳｉＮよりなる絶縁
膜２１３と、例えばＡｌよりなる金属膜２１４とを積層
して、反射器２１２を形成して、受光素子２００が製造
される。

【００５４】本製造方法によれば、第２主面２１１と第
１主面２０２とを互いに位置合せして加工する必要がな
く、従って、両面露光機の使用が不要となる。

【００５５】さらに、本実施形態によれば、第２主面２
１１には、金属膜よりなる反射器２１２を全面にわたっ
て形成している。これにより、第１主面２０２を加工し
て受光素子の本体構造を形成した後で、第２主面２１１
を加工する（本実施形態においては、反射器２１２を形
成する）前に、半導体基板１０１を第２主面１０９の側
から厚さ約２００μｍ以下に薄膜化しても、第２主面２
１１の加工の際の薄膜化ウェハの割れおよび／または欠
けは効果的に抑制され得る。

【００５６】さらに、第１主面２０２が（００１）面で
あり、傾斜面２１０が（１１２）面である場合には、傾
斜面２１０が（１１１）面である場合に比べて、傾斜面
と第２主面とのなす角度がより小さいので、入射側面か
ら受光領域の中心までの距離が短くなり、これにより、
受光素子のチップサイズを小さくすることができる。

【００５７】このような（１１２）面を有する傾斜面２
１０は、塩酸と硝酸を含む混合液によってエッチングし
て露出される。特に、エッチング用の混合液に含まれる
塩酸と硝酸の体積比を、約５：１から約３：１の間とす
れば、スムーズでかつ正確な（１１２）面を露出させる
ことができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、受光素子の側面方向か
らの入射光が屈折されて受光領域で受光される側面入射
型の受光素子を製造する際に、第２主面と第１主面とを
互いに位置合せして加工する必要がなく、従って、両面
露光機の使用が不要となる。第２主面の側の加工は、例
えば金属膜よりなる反射ミラーを全面に形成するだけな
ので、第２主面の加工の際の薄膜化ウェハの割れおよび
／または欠けは効果的に抑制され得る。

【００５９】また、第１主面側を配線基板上にボンディ
ングするフリップチップボンディングが可能になり、ワ
イヤボンディングが不要になるとともに寄生容量を低減
できる。

【００６０】ある実施形態においては、屈折率の異なる
膜を多層に積層した波長フィルタを反射器として用いて
いる。これにより、受光素子に波長選択機能を付加する
ことができる。例えば、波長１．５５μｍの光に対して
は高い反射率を有し、かつ波長１．３μｍの光に対して
は低い反射率を有する波長フィルタを反射器として用い
れば、波長１．５５μｍの入射光を選択的に受光する受
光素子が実現される。

【００６１】別の実施形態においては、半導体基板の第
２主面をエッチングして形成した回折格子を反射器とし
て用いている。回折格子で反射される光は、その波長に
よって回折光の出射角度が異なるので、受光領域の形成
位置によって受光波長を選択できる。受光領域を複数形
成しておけば、複数の波長が多重化された入射光を分波
して同時に受光することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の受光素子の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態２の受光素子の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態３の受光素子の断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態４の受光素子の断面図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態５の受光素子の製造方法を
説明する断面図であり、（ａ）〜（ｅ）は各製造工程を
説明する図である。

【図６】従来の受光素子の断面図である。

【図７】別の従来の受光素子の断面図である。

【符号の説明】

１００受光素子１０１半導体基板１０２第１主面１０３光吸収層１０４窓層１０５拡散領域１０６受光領域１０７負電極１０８傾斜面１０９第２主面１１０反射器１１１入射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光素子の側面方向からの入射光が屈折
されて受光領域で受光される受光素子であって、第１主面および第２主面を有する半導体基板と、該半導体基板の該第１主面の上に形成された受光領域
と、該拡散領域に接触するように配設された負電極と、少なくとも該半導体基板に該第１主面を横切って形成さ
れた傾斜面と、該半導体基板の該第２主面の上に形成された反射器とを
含み、受光素子の側面方向からの入射光が、該半導体基
板の外部から該傾斜面を通って該半導体基板内に屈折入
射し、該反射器によって反射され、これにより該受光領
域に達する、受光素子。
【請求項２】前記第１主面は（００１）面であり、前
記傾斜面は（１１２）面である、請求項１に記載の受光
素子。
【請求項３】前記反射器は、金属膜からなる反射ミラ
ーである、請求項１に記載の受光素子。
【請求項４】受光素子の側面方向からの入射光が屈折
されて受光領域で受光される受光素子であって、第１主面および第２主面を有する半導体基板と、該半導体基板の該第１主面の上に順次積層された光吸収
層および窓層と、該窓層に島状に形成された少なくとも１つの拡散領域
と、該拡散領域に接触するように配設された負電極と、該窓層および該光吸収層を通って、該第１主面に達する
コンタクト穴と、該コンタクト穴の少なくとも底面に接触する正電極と、少なくとも該半導体基板に該第１主面を横切って形成さ
れた傾斜面と、該半導体基板の該第２主面の上に形成された反射器とを
含む、受光素子。
【請求項５】前記反射器は、絶縁膜と金属膜と積層し
た反射ミラーであり、該絶縁膜は、前記第２主面と該金
属膜との間に配設される、請求項４に記載の受光素子。
【請求項６】前記反射器は、屈折率の異なる膜が多層
に積層された波長フィルタである、請求項４に記載の受
光素子。
【請求項７】前記反射器は、回折格子である、請求項
４に記載の受光素子。
【請求項８】前記受光素子は、複数の前記拡散領域
と、該拡散領域の各々に対応する複数の前記負電極とを
含む、請求項７に記載の受光素子。
【請求項９】第１主面および第２主面を有する半導体
基板と、該半導体基板の該第１主面の上に順次積層され
た光吸収層および窓層と、該窓層に島状に形成された少
なくとも１つの拡散領域と、該拡散領域に接触するよう
に配設された負電極と、該窓層および該光吸収層を通っ
て、該第１主面に達するコンタクト穴と、該コンタクト
穴の少なくとも底面に接触する正電極とを含む、受光素
子の側面方向からの入射光が屈折されて受光領域で受光
される受光素子の製造方法であって、該正電極、該負電極、該窓層、および該拡散領域の露出
面を覆って、絶縁膜を堆積する工程と、該絶縁膜をエッチングして、所定の領域に開口を形成す
る工程と、該開口が設けられた該絶縁膜をマスクとして、該所定の
領域に対応する該窓層、該光吸収層、該半導体基板をエ
ッチングして、該第１主面を横切って傾斜面を形成する
工程と、該絶縁膜を除去する工程と、該半導体基板の該第２主面の上に反射器を形成する工程
とを含む受光素子の製造方法。
【請求項１０】前記半導体基板は、ＩｎＰからなり、
前記第１主面は、（００１）面であり、前記傾斜面を形
成する工程は、塩酸と硝酸とを含む混合液によるエッチ
ングを用いて行われ、該塩酸と該硝酸の体積比は、５：
１と３：１との間の範囲にある、請求項９に記載の受光
素子の製造方法。