JPH11274546A - 半導体受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コスト，遮断周波数及びトレランス特性
が向上する半導体受光素子を提供する。 【解決手段】 半導体受光素子１００において，基板１
１０の第１基板面１１０ａ上には，受光部１２０が形成
されている。また，第１基板面１１０ａと対向する基板
１１０の第２基板面１１０ｂには，凹部１１０ｄが形成
されている。かかる凹部１１０ｄは，順メサ面が表面に
形成される楔形のＶ字溝状を有しており，第２基板面１
１０ｂと略垂直な基板１１０の側方受光面１１０ｃと略
平行に形成されている。さらに，凹部１１０ｄには，表
面に全反射膜コーティングが施されている。かかる構成
を有する半導体受光素子１００において，側方受光面１
１０ｃから入射された入射光Ｐ１は，凹部１１０ｄによ
って反射され，基板１１０側から受光部１２０に入射さ
れる。結果として，受光部１２０において入射光Ｐ１が
感知される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，半導体受光素子
（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：以下，略称として
「ＰＤ」を用いる。）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，平面実装モジュールに適した半導
体受光素子として，検出する光が基板に水平な方向から
入射される側面入射型ＰＤが提案されている。一般に平
面実装モジュールは，製造コストの低減が主課題とさ
れ，廉価な光学素子を用いた無調心（パッシブアライ
ン）実装が実践される。

【０００３】無調心実装においては，実装する各光学要
素の光軸を完全に一致させるための精密なアラインメン
トは行われない。したがって，平面実装モジュールに適
用する半導体受光素子は，優れたトレランス（許容）特
性を持ち，無調心実装の実装精度範囲内での光軸ずれが
起きても十分な感度が得られるものである必要がある。

【０００４】なお，トレランス特性とは，十分な受光感
度が得られる光軸ずれの許容範囲についての特性をい
い，通常は光軸ずれを測定する方向によってそれぞれ異
なった特徴を示す。以下の説明及び添付図面において
は，半導体受光素子のトレランス特性を説明するために
座標系を用いる。かかる座標系は，光の入射方向を基準
に，基板の幅方向をＸ方向とし，基板の厚み方向をＹ方
向とし，基板の奥行き方向をＺ方向として定義する。

【０００５】一般に，側面入射型ＰＤは，相補型の半導
体層で鉛直方向から直接的或いは間接的に光吸収層を挟
み込んだ構成の積層構造体を備えており，かかる積層構
造体が受光部として機能する。すなわち，側面入射型Ｐ
Ｄでは，積層構造体の光吸収層に光の入射によって生じ
る電荷を相補型の半導体層を介して外部に抽出すること
によって光が検知される。従来の側面入射型ＰＤとして
は，例えば（Ａ）劈開受光面ＰＤや（Ｂ）光屈折型メサ
受光面ＰＤ等が提案されている。

【０００６】（Ａ）劈開受光面ＰＤとは，積層構造体の
側面に形成された劈開面を受光面とする側面入射型ＰＤ
である。 （１）従来の劈開受光面ＰＤとしては，例えば，図１４
に示す単純ｐｉｎ構造の半導体受光素子６００がある。
ここで，図１４は，従来の半導体受光素子６００の概略
構成を示すＹ−Ｚ方向の断面図である。なお，単純ｐｉ
ｎ構造とは，相補型の半導体層で光吸収層が直接的に挟
み込まれたｐｉｎ接合の積層構造体をいう。

【０００７】図１４に示すように，従来の半導体受光素
子６００は，側面に劈開受光面６２０ａが形成された積
層構造体６２０が例えばｎ⁺−ＩｎＰの基板６１０上に
配置された構成を有している。さらに，かかる積層構造
体６２０は，基板６１０上にバッファ層６３０と光吸収
層６４０とキャップ層６５０とが順次積層された構成を
有している。

【０００８】従来の半導体受光素子６００の製造工程に
おいて，基板側の半導体層に相当するバッファ層６３０
は，基板６１０上に，例えば，ｎ−ＩｎＰ層をエピタキ
シャル成長させることによって形成される。また，光吸
収層６４０は，バッファ層６３０上に，例えば，ｎ^-−
ＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させることによ
って形成される。さらに，半導体層に相当するキャップ
層６５０は，光吸収層６４０上に，例えば，ｐ⁺−Ｉｎ
Ｐ層をエピタキシャル成長させることによって形成され
る。

【０００９】かかる構成を有する従来の半導体受光素子
６００においては，劈開受光面６２０ａから入射される
入射光Ｐ６は，積層構造体６２０内部まで導波されな
い。すなわち，半導体受光素子６００においては，劈開
受光面６２０ａ近傍の光吸収層６４０で入射光Ｐ６が完
全に吸収され，電荷密度の局所的な増加に起因する遮断
周波数の劣化が生じ易い。

【００１０】（２）上記単純ｐｉｎ構造の劈開受光面Ｐ
Ｄよりも遮断周波数に関して優れた特性を持つ劈開受光
面ＰＤとしては，例えば，Ｍ．Ｓｈｉｓｈｉｋｕｒａ，
ｅｔａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．３
２，Ｎｏ．２０，ｐ１８８２−１８８３，１９９６に開
示された導波路型（Ｗａｖｅ Ｇｕｉｄｅ）構造の側面
入射型ＰＤがある。なお，導波路型構造とは，光を積層
構造体内部に導く光ガイド層が光吸収層と半導体層との
間に介在する構成，すなわち半導体層によって間接的に
光吸収層が挟み込まれた構成の積層構造をいう。

【００１１】ここで，従来の導波路型構造の側面入射型
ＰＤについて，図１５に示す半導体受光素子７００を例
に挙げて説明する。なお，図１５は，半導体受光素子７
００の概略構成を示すＹ−Ｚ方向の断面図である。図１
５に示すように，従来の半導体受光素子７００は，側面
に劈開受光面７２０ａが形成された積層構造体７２０が
例えばｎ⁺−ＩｎＰの基板７１０上に形成された構成を
有している。かかる積層構造体７２０は，基板７１０上
にバッファ層７３０と第１光ガイド層７３５と光吸収層
７４０と第２ガイド層７４５とキャップ層７５０とを順
次積層することによって形成される。

【００１２】半導体受光素子７００の製造工程におい
て，半導体層に相当するバッファ層７３０は，基板７１
０上に，例えば，ｎ−ＩｎＰ層をエピタキシャル成長さ
せることによって形成される。また，第１光ガイド層７
３５は，バッファ層７３０上に，例えば，ｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ層をエピタキシャル成長させることによって形成
される。さらに，光吸収層７４０は，第１光ガイド層７
３５上に，例えば，ｎ^-−ＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキ
シャルに成長させることによって形成される。

【００１３】さらにまた，半導体受光素子７００におい
て，第２光ガイド層７４５は，光吸収層７４０上に，例
えば，ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させ
ることによって形成される。さらに，半導体層に相当す
るキャップ層７５０は，第２光ガイド層７４５上に，例
えば，ｐ⁺−ＩｎＰ層をエピタキシャル成長させること
によって形成される。

【００１４】かかる構成の半導体受光素子７００では，
図１４に示す上記ｐｉｎ構造の半導体受光素子６００と
は異なり，第１光ガイド層７３５と第２光ガイド層７４
５とによって入射光Ｐ７が積層構造体７２０内部に導波
され，電荷密度の局所的増加による遮断周波数の劣化が
生じづらい。したがって，導波路構造の劈開受光面ＰＤ
は，遮断周波数に関しては優れた特性を有しており，以
下に説明する光屈折型メサ受光面ＰＤとともに従来の側
面入射型ＰＤとして一般的に用いられている。

【００１５】ところで，劈開受光面ＰＤにおけるＸ軸方
向のトレランス特性は，専ら，受光部を形成する積層構
造体の形状に依存する。また，Ｙ軸方向のトレランス特
性は，専ら，積層構造体の各層の厚みに依存する。さら
に，Ｚ軸方向のトレランス特性は，積層構造体の形状と
積層構造体の各層の厚みとの双方に依存する。したがっ
て，劈開受光面ＰＤでは，平面実装モジュールへの適用
を目的として，特にＹ軸方向のトレランス特性とＺ軸方
向のトレランス特性とを向上させるためには，積層構造
体を構成する各層を厚くする必要がある。

【００１６】一般に，各層をエピタキシャル成長によっ
て形成するウェハは，エピタキシャル成長させる層の総
数と積層構造の総厚とに比例して製造コストが高くなり
原価が上昇する。したがって，トレランス特性の良い劈
開受光面ＰＤは，高価に成らざるを得ない。特に，導波
路型の劈開受光面ＰＤは，単純ｐｉｎ構造よりもエピタ
キシャルに成長させる層の総数が多く，より高価にな
る。

【００１７】（Ｂ）次に，他の従来の側面入射型ＰＤで
ある光屈折型メサ受光面ＰＤについて説明する。光屈折
型メサ受光面ＰＤとは，基板の側面に受光面としてメサ
面を形成した側面入射型ＰＤであり，メサ面における光
の屈折を利用して基板側から積層構造体に光を導く。す
なわち，上記劈開受光面ＰＤと異なり，光屈折型メサ受
光面ＰＤにおいては，光吸収層の基板側の面に対して光
が入射される。

【００１８】したがって，光吸収層では光が入射される
領域の面積が大きくなり，導波路構造の受光部を採用し
なくても，光吸収層における電荷密度の局所的な増加を
防止することができる。結果として，光屈折型メサ受光
面ＰＤは，単純ｐｉｎ構造の受光部を採用すればよく，
イニシャルコストの低減と遮断周波数の劣化防止とを両
立させることができる。

【００１９】さらに，光吸収層においては，光吸収層で
の光が入射される面積の拡大によって，メサ面に対する
光の入射位置が多少ずれたとしても，受光感度の確保が
可能に成る。したがって，光屈折型メサ受光面ＰＤは，
上記劈開受光面ＰＤよりも，一般にトレランス特性が良
い。従来のメサ受光面ＰＤには，例えば，逆メサ面を受
光面とする逆メサ受光面ＰＤや順メサ面を受光面とする
順メサ受光面ＰＤ等がある。

【００２０】（１）ここで，逆メサ面とは，エッチング
によって基板内部に向けて形成される斜面（メサ面）を
いう。逆メサ面は，例えば，結晶方向とエッチングの進
行方向との異方性を用いたウェットエッチングによって
断面が壺型の溝を基板上に形成することで，溝の入り口
付近の側壁に形成することができる。従来の逆メサ受光
面ＰＤとしては，例えば，Ｈ．Ｆｕｋｕｎｏ，ｅｔ ａ
ｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．３２，Ｎ
ｏ．２５，ｐ２３４６−２３４８，１９９６に開示され
たものがある。

【００２１】逆メサ受光面ＰＤでは，アライメントのず
れに対するトレランス特性を向上させるためには，逆メ
サ面を大きくしなければならない。一般に，光学素子の
基板として用いられるＩｎＰの基板には，拡散律速のエ
ッチング液が使用される。逆メサ面が形成される壺型の
溝（逆メサ部）においては，溝に入り込んだエッチング
液は拡散されづらいため，溝を深くしようとしても，結
果的に，溝の深さ方向にはエッチングが進まずに，溝の
入り口だけが拡がってしまう。したがって，逆メサ面を
大きく成長させることは極めて困難である。通常は，逆
メサ面の増大と減少とが不定期に繰り返される。

【００２２】また，トレランス特性の向上のために大き
な逆メサ面を形成しようとして壺型の溝を深くすると，
所定のチップの厚さにするための基板裏面の研磨工程で
溝に入り込むワックスの除去が極めて難しくなる。した
がって，逆メサ受光面ＰＤは，受光面である逆メサ面に
ワックスが付着したままの状態に成り易く，受光効率が
劣化し易い。

【００２３】（２）上記逆メサ受光面ＰＤよりも受光面
の加工形成が容易なのが，他の光屈折率型メサ受光面Ｐ
Ｄである面取り入射型ＰＤ（順メサ受光面ＰＤ）であ
る。なお，順メサ面とは，逆メサ面に対して，基板外部
に向けて形成されたメサ面をいう。従来の面取り入射型
ＰＤとしては，例えば，乗松他：１９９６信学会ソサイ
エティ大会，Ｃ−２１８に開示されたものがある。かか
る従来の面取り入射型ＰＤについて，図１６に示す半導
体受光素子８００を例に挙げて説明する。

【００２４】なお，半導体受光素子８００についての説
明で参照する図は，図１６が，半導体受光素子８００の
概略構成を示すＹ−Ｚ方向の断面図である。また，図１
７〜図１９が，半導体受光素子８００において受光部を
小さくして接合容量を減らした半導体受光素子９００の
概略構成を示すＹ−Ｚ方向の断面図である。

【００２５】図１６に示すように，半導体受光素子８０
０においては，側面に順メサ面８１０ａが形成された基
板８１０上に，受光部に相当するｐｉｎ構造の積層構造
体８２０が形成されている。半導体受光素子８００にお
いて，順メサ面８１０ａに入射された入射光Ｐ８は，順
メサ面８１０ａにおいて屈折し，さらに基板８１０を斜
めに伝搬する。さらに，入射光Ｐ８は，バッファ層８３
０を介して光吸収層８４０に入射され，光吸収層８４０
において吸収される。

【００２６】従来の半導体受光素子８００において，積
層構造体８２０への光の入射角度は，使用するエッチン
グ液で決まる基板８１０裏面に対する順メサ面８１０ａ
の傾きと，基板８１０の構成物質によって決まる基板８
１０の屈折率とに依存する。上記文献においては，順メ
サ面における屈折後の光の進行方向は入射方向に対して
約２５．１２゜であるが，このことからも分かるよう
に，一般に，積層構造体８２０への光の入射角度は小さ
い。

【００２７】したがって，半導体受光素子８００の遮断
周波数を向上させようとして，図１７に示す半導体受光
素子９００のように形成した場合，基板８２０の裏面研
磨において研磨誤差が生じると，図１８又は図１９に示
すように，受光部である積層構造体９２０に入射光Ｐ９
が入射されなくなる。以上説明したように，面取り入射
型ＰＤは，基板裏面の研磨誤差を考慮して受光部を大き
く形成しなければ成らず，遮断周波数の更なる向上は難
しいことが分かる。

【００２８】

【発明の解決しようとする課題】本発明は，従来の半導
体受光素子が有する上記問題点に鑑みて成されたもので
あり，製造コストの削減とトレランス特性の向上と遮断
周波数の更なる向上とをまとめて実現することができ
る，新規かつ改良された半導体受光素子を提供すること
を目的とする。また，本発明の他の目的は，設計自由度
の向上した，新規かつ改良された半導体受光素子を提供
することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，請求項１に記載の発明は，／相互に対向する第１基
板面と第２基板面とを有し，第１基板面と第２基板面と
の間を光が伝搬する基板と，／基板の第１基板面上に形
成され，光を感知する受光部と，／第２基板面に形成さ
れ，基板を伝搬する光を受光部に向けて反射するリセス
とを，／備えている構成を採用する。

【００３０】かかる構成を有する請求項１に記載の発明
においては，相互に独立して設定することができるリセ
スの位置とリセスの形状とを調整し基板を伝搬する光の
反射方向を変化させることで，受光部への光の入射角度
を自由に調整することができる。したがって，請求項１
に記載の発明によれば，半導体受光素子の設計自由度が
向上し，例えば光集積回路や平面実装光モジュール等，
複数の光学要素を同一基板上に形成又は配置する光学装
置への適用が容易に実現できる半導体受光素子を提供す
ることができる。

【００３１】さらに，請求項１に記載の発明によれば，
受光部への光の入射方向を第１基板面の法線方向に近づ
けることによって，アラインメント誤差による第１基板
面方向の受光部への光の入射位置ずれを相対的に小さく
することができる。したがって，半導体受光素子のトレ
ランス特性の向上を図ることができ，受光部の小型化が
可能となる。

【００３２】また，請求項２に記載の発明は，光が入射
されると光を吸収する光吸収層を相補型の第１半導体層
と第２半導体層とで挟み込んだ単純ｐｉｎ構造を備える
構成を受光部に備え，製造コストの削減を図る。また，
請求項３の記載の発明のように，第１基板面から突出す
るように形成されている受光部を備えた構成を採用すれ
ば，受光部から反れた光に起因する迷光の影響を除去す
ることができる。したがって，請求項３に記載の発明に
よれば，受光部の感度劣化の低減を図ることができる。

【００３３】さらに，請求項４に記載の発明のように，
基板は，第２基板面と略垂直に形成された光入射面が形
成されている構成を採用することで，平面実装モジュー
ルに適した半導体受光素子を提供することができる。ま
た，請求項５に記載の発明のように，リセスは溝である
構成を採用すれば，リセスによって捕捉される光量が増
加し，リセスの長さ方向のトレランス特性が向上する。

【００３４】なお，リセスでの光の反射は，請求項６に
記載の発明のように，リセスには光反射膜が形成されて
いる構成として実現することができる。さらに，請求項
７に記載の発明のように，リセスは光反射膜が形成され
た順メサ面を有する構成や，請求項８に記載の発明のよ
うに，リセスは光反射膜が形成された逆メサ面を有する
構成として実現することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明を適用した半導体受光素子の好適な一実施の
形態について詳細に説明する。なお，以下の説明及び添
付図面において，略同一の機能及び構成を有する構成要
素については，同一符号を付することにより，重複説明
を省略する。

【００３６】（Ａ）（１）まず，本実施の形態にかかる
半導体受光素子１００の構成について，図１〜図６を参
照しながら説明する。なお，図１は，半導体受光素子１
００の概略的な構成を示す斜視図である。また，図２〜
図６は，半導体受光素子１００の製造工程を順次説明す
るための説明図である。

【００３７】図１に示すように，本実施の形態にかかる
半導体受光素子１００は，基板１１０の第１基板面１１
０ａ上に，受光部１２０と第１電極１７０ａ及び第２電
極１７０ｂとが形成された構成を有している。かかる半
導体受光素子１００において，基板１１０は，第１基板
面１１０ａ以外にも，第１基板面１１０ａの対向面であ
る第２基板面１１０ｂと，第１基板面１１０ａ及び第２
基板面１１０ｂに略垂直な側方受光面１１０ｃとを，備
えている。

【００３８】基板１１０の第２基板面１１０ｂには，リ
セス１１０ｄが，光入射面に相当する側方受光面１１０
ｃと略平行に形成されている。かかるリセス１１０ｄ
は，順メサ面が表面に形成される楔形のＶ字溝状に形成
されており，側方受光面１１０ｃから入射された入射光
Ｐ１を第１基板面１１０ａ上に形成された受光部に向け
て反射する。ここで，リセス１１０ｃの深さや形成位置
は，半導体受光素子１００についての様々な物理的パラ
メータを考慮して，入射光Ｐ１を所定の角度で反射する
ように，幾何光学的に決めることができる。なお，リセ
ス１１０ｃの深さや形成位置を決めるために考慮する物
理的パラメータとしては，例えば基板１１０の厚さや基
板１１０を構成する物質の屈折率や受光部を構成する物
質の屈折率等がある。

【００３９】以上のような概略構成を有する半導体受光
素子１００を製造するには，まず最初の工程で，図２に
示すように，基板１１２の第１基板面１１２ａ上に，例
えばｎ−ＩｎＰ層を結晶成長法によってエピタキシャル
成長させてバッファ層１３０を形成する。なお，かかる
基板１１２は，例えば半絶縁性材料であるＳｉ−ＩｎＰ
から形成することが可能である。

【００４０】さらに，バッファ層１３０上には，例えば
ｎ^-−ＩｎＧａＡｓＰ層を結晶成長法によってエピタキ
シャル成長させて，光吸収層１４０を形成する。さらに
また，光吸収層１４０上には，例えばｐ⁺−ＩｎＰ層を
結晶成長法によってエピタキシャル成長させて，キャッ
プ層１５０を形成する。

【００４１】ここで，基板１１２は，最終的に図１に示
す基板１１０に成る。したがって，基板１１２の第１基
板面１１２ａは，最終的に図１に示す第１基板面１１０
ａに成る。また，第１基板面１１２ａの対向面である第
２基板面１１２ｂは，最終的に図１に示す第２基板面１
１０ｂに成る。

【００４２】次に，図３に示すように，キャップ層１５
０と光吸収層１４０との両方をエッチングできるエッチ
ング液を用いて，部分的に積層構造を残しエッチングを
行う。かかるエッチングによって，第１基板面１１０ａ
上に孤立的に突出した積層構造体１２０ａを形成する。
かかる積層構造体１２０ａは，最終的に図１に示す受光
部１２０に成る。

【００４３】図３に示す本工程においては，臭素系のエ
ッチング液，例えばＨＢｒ：Ｈ₂Ｏ₂：ＨＣｉ：Ｈ₂Ｏ＝
５０：１０：１００：１００のエッチング液等を用いる
ことが可能である。以上のように積層構造体１２０ａを
形成したら，次に，積層構造体１２０ａと露出したバッ
ファ層１３０表面とを，例えばＳｉ３Ｎ４から成る絶縁
膜１８０でコーティングする。

【００４４】次に，図４に示すように，積層構造体１２
０ａの頂上の絶縁膜１８０を除去して，例えばＡｕ／Ａ
ｕＺｎ＋Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成るｐ−電極パッド１６
０を設置する。さらに，バッファ層の一部も，絶縁膜１
８０を除去して，例えばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ＋Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕから成るｎ−電極パッド１７０を設置する。か
かるｎ−電極パッド１７０は，最終的に，図１に示す第
１電極１７０ａと第２電極１７０ｂとに成る。

【００４５】次に，図５に示すように，第２基板面１１
２ｂを研磨して，基板１１２を所定の厚さにする。さら
に，例えばＨＢｒ：Ｈ₂Ｏ₂：ＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ＝５０：１
０：１００：１００のエッチング液を用いて第２基板面
１１２ｂにエッチング溝１１２ｄを形成する。

【００４６】さらにまた，形成したエッチング溝１１２
ｄ表面に全反射膜をコーティングする。かかるコーティ
ングは，金属を蒸着することによって実現される。具体
例を挙げれば，例えばＣｒ／Ａｕ等を蒸着することによ
って実現される。なお，エッチング溝１１２ｄは，最終
的に図１に示す本実施の形態にかかるリセス１１０ｄに
成る。

【００４７】次に，以上のように形成されたウェハ１０
２を，図６に示すようにバー状に劈開して，形成された
劈開面１１２ｃに反射防止膜をコーティングする。かか
るコーティングには，例えば厚さλ／４ｎのＳｉ₃Ｎ₄の
反射防止膜を用いることができる。ここで，λは，入射
する光の波長を表し，ｎは，Ｓｉ₃Ｎ₄膜の屈折率を表
す。なお，劈開面１１２ｃは，図１に示す側方受光面１
１０ｃに成る。結果として，図１に示す本実施の形態に
かかるワンチップ型の半導体受光素子１００が形成され
る。

【００４８】以上説明したように構成された半導体受光
素子１００の動作について，図７を参照しながら説明す
る。なお，図７は，本実施の形態にかかる半導体受光素
子１００の動作を説明するための概略的な断面図であ
る。図７に示すように，半導体受光素子１００において
は，側方受光面１１０ｃから基板１１０に入射された入
射光Ｐ１は，第２基板面１１０ｂに形成されたリセス１
１０ｄによって，第１基板面１１０ａ上に形成された受
光部１２０に向けて反射される。

【００４９】かかる入射光Ｐ１は，受光部１２０におい
て，第１基板面１１０ａ側に位置するバッファ層１３０
を透過して，光吸収層１４０に伝搬し，光吸収層１４０
によって吸収される。光吸収層１４０においては，入射
光Ｐ１の吸収によって電子と正孔の対が発生するから，
結果として受光部１２０において入射光Ｐ１が感知され
ることになる。

【００５０】本実施の形態にかかる半導体受光素子とし
ては，以上説明した半導体受光素子１００が遮断周波数
の点において最も好適であると考えられる。しかし，本
実施の形態はかかる構成に限定されない。本実施の形態
は，例えば図８〜図１１にそれぞれ概略的な断面図を半
導体受光素子に対しても，適用することができる。

【００５１】（２）上述した図７に示す半導体受光素子
１００は，半絶縁性基板である基板１１０を用い，第１
基板面１１０上に形成されたバッファ層１３０上に電極
１７０が設置される構成を有していたが，本実施の形態
は，この様な構成を有していない図８に示す半導体受光
素子２００に対しても適用することができる。図８に示
すように，本実施の形態にかかる半導体受光素子２００
は，ｎ⁺−ＩｎＰから成る基板２１０を用い，第２基板
面２１０ｂ上に電極２７０が設置される構成を有してい
る。

【００５２】かかる半導体受光素子２０は，電極２７０
の設置が容易であるために，図７に示す半導体受光素子
１００よりも簡易に形成することができる。なお，図７
に示す半導体受光素子１００は，かかる半導体受光素子
２００よりも光吸収層１４０と基板に設置する電極との
距離が短いため，光吸収層１４０からのキャリアの掃き
出し速度が速く遮断周波数が優れている。

【００５３】（３）また，図８に示す半導体受光素子２
００は，第１基板面２１０ａ上にエッチングによって受
光部２２０を突出させる構成を有しているが，本実施の
形態は，かかる構成を有していない図９に示す半導体受
光素子３００に対しても適用することができる。図９に
示すように，本実施の形態にかかる半導体受光素子３０
０は，キャップ層３５０に不純物を選択拡散させて部分
的にキャップ層３５０とバッファ層３３０との相補性を
実現することによって受光部３２０を形成する構成を有
している。かかる半導体受光素子３００は，受光部を孤
立的に突出させるためのエッチングを行う必要がなく，
図９に示す半導体受光素子２００よりも製造工程の数を
減少させることができる。

【００５４】しかし，かかる半導体受光素子３００にお
いては，受光部３２０以外の光吸収層３４０で光が吸収
されると遮断周波数が劣化する。一般にこの様な現象を
迷光と呼ぶが，図８に示す半導体受光素子２００におい
ては受光部が孤立的に形成されているために迷光は生じ
ない。したがって，遮断周波数に関しては，図８に示す
半導体受光素子２００の方が図９に示す半導体受光素子
３００よりも優れている。

【００５５】（４）さらに，図９に示す半導体受光素子
３００は，順メサ面を有するリセス３１０ｄを形成した
構成を有しているが，本実施の形態はかかる構成を有し
ていない図１０に示す半導体受光素子４００に対しても
適用することができる。図１０に示すように，本実施の
形態にかかる半導体受光素子４００は，逆メサ面を有す
るリセス４１０ｄを形成した構成を採用している。

【００５６】かかる半導体受光素子４００は，リセス４
１０ｄが壺型の溝であるために，入射光Ｐ４がリセスに
よって広角に反射される。したがって，図９に示す半導
体受光素子３００の方が，図１０に示す半導体受光素子
４００よりも光が入る光吸収層の領域は狭くて済む。結
果として，図９に示す半導体受光素子３００の方が，図
１０に示す半導体受光素子４００よりも受光部の接合容
量を低く抑えることが可能であり，一般に，遮断周波数
が向上する。ただし，入射光の強度が強くて光吸収層で
飽和が起こる場合には，入射光が広角に反射されて光の
強度（フォトン数）を減らすことができる図１０に示す
受光素子４００の方が，図９に示す受光素子３００より
も遮断周波数が向上する。

【００５７】（５）さらにまた，図１０に示す半導体受
光素子４００は，リセス４１０ｄに全反射膜をコーティ
ングする構成を有しているが，本実施の形態は，図１１
に示すかかる構成を有していない半導体受光素子５００
に対しても適用することができる。図１１に示すよう
に，本実施の形態にかかる半導体受光素子５００では，
リセス５１０ｄに対して特にコーティングを施していな
いため製造工程数の減少が実現される。なお，図１０に
示す半導体受光素子の方が，図１１に示す半導体受光素
子５００よりもリセスを鏡面に仕上げているために入射
光の反射効率が良い。

【００５８】（Ｂ）以上説明したように本実施の形態
は，リセスによって光を反射することによって，受光部
に対して基板側から光を入射する構成を採用している。
したがって，受光部には，単純ｐｉｎ構造を適用すれば
良く，導波路構造を適用する必要はない。結果的に，本
実施の形態によれば，ウェハの製造コストを低く抑える
ことができる。

【００５９】また，本実施の形態においては，劈開によ
って受光面を形成するため，基板の研磨に用いるワック
スが受光面に付着して残ることがない。したがって，受
光面に残留したワックスに起因する受光効率の低下をお
それる必要がない。さらに，本実施の形態において，受
光部の光吸収層及びキャップ層を薄くすれば，必要なエ
ッチングの深さが浅くなるので，基板の裏面研磨後のワ
ックス除去が容易になる（なお，図１に示す上述した半
導体受光素子１００においては，基板１１０の第２基板
面１１０ｂが，基板の裏面に相当する。）。

【００６０】さらにまた，本実施の形態においては，そ
れぞれ独立に設定することができるパラメータである受
光部の形状やリセスの形状及び深さやリセスの形成位置
等を調整することによって，トレランス特性を向上させ
ることができる。したがって，本実施の形態によれば，
半導体受光素子の設計自由度を確保することができる。

【００６１】また，本実施の形態においては，リセスの
形状と形成位置とを適切に設定することによって，光吸
収層の基板側の面に対して略垂直に光が入射することが
できる。光吸収層の基板側の面に対して略垂直に光を入
射させることができれば，基板の裏面研磨による研磨誤
差を考慮する必要がない。

【００６２】さらに，幾何学的に理解できるように，面
に対して光を入射する場合には，光に対する面の面積
は，光の侵入角度がより９０゜に近い程大きくなる。し
たがって，光吸収層の基板側の面に対して略垂直に光が
入射する設定においては，光吸収層に対して非常に効率
的な光の入射が可能になる。

【００６３】結果として，本実施の形態においては，所
定のトレランス特性を得るために必要な受光部の大きさ
は小さくしても良い。すなわち，受光部の接合容量を小
さくすることが可能であり，結果的に半導体受光素子の
遮断周波数を向上させることができる。なお，本実施の
形態にかかる基本構成を有する半導体受光素子を発明者
等が試作したところによれば，基板の側方入射面から入
射された光がリセスにおいて７１．１２゜の角度で反射
されて受光部に入射するものが実現された。

【００６４】図１２及び図１３には，本実施の形態にか
かる基本構成を有する半導体受光素子について発明者等
が測定したトレランス特性の実験データを示す。具体的
には，図１２には，Ｙ軸方向のアラインメントずれ（Ｙ
−ａｘｉｓ；単位は，「μｍ」である。）に対する感度
（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｌｏｓｓ；単位は，「ｄＢ」であ
る。）についての測定結果を示す。また，図１３には，
Ｚ軸方向のアラインメントずれ（Ｚ−ａｘｉｓ；単位
は，「μｍ」である。）に対する感度についての測定結
果を示す。

【００６５】さらに，上述のように，Ｙ軸方向とは基板
の幅方向であり，Ｚ軸方向とは基板の奥行き方向であ
る。また，図１２及び図１３においては，本実施の形態
にかかる半導体受光素子についての測定結果を，三角形
のドット（Ｍｉｒｒｏｒ）でプロットしてある。さら
に，図１２及び図１３においては，比較のために用いた
劈開受光面ＰＤについての結果を，丸のドット（Ｍｅｓ
ａ）でプロットしてある。

【００６６】図１２及び図１３から理解できるように，
本実施の形態にかかる半導体受光素子は，Ｙ方向或いは
Ｚ方向のアラインメントずれに対して，広範囲に渡って
十分な感度が確保されている。つまり，本実施の形態に
かかる半導体受光素子は，優れたトレランス特性を持っ
ていることが確認できる。

【００６７】（Ｃ）以上，本発明の好適な実施の形態に
ついて，添付図面を参照しながら説明したが，本発明は
かかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載され
た技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の
変更例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更
例及び修正例も本発明の技術的範囲に属するものと了解
される。

【００６８】例えば，上記実施の形態においては，Ｃｒ
／Ａｕ膜をコーティングしたリセスを適用した半導体受
光素子を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に
限定されない。本発明は，他の様々な金属，例えばＡｇ
やＡｌ等の膜をコーティングしたリセスを適用した半導
体受光素子に対しても適用することができる。

【００６９】また，上記実施の形態においては，リセス
として楔形又は壺型の溝状の凹みを適用した半導体受光
素子を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限
定されない。本発明は，他の様々な形状のリセスを適用
した半導体受光素子に対しても適用することができる。

【００７０】さらに，上記実施の形態においては，Ｉｎ
Ｐ系の半導体を適用した半導体受光素子を例に挙げて説
明したが，本発明はかかる構成に限定されない。本発明
は，他の様々な半導体，例えばＧａＡｓ系やＳｉ系等の
半導体を適用した半導体受光素子に対しても適用するこ
とができる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば，廉価でありながら高精
度のアライメントを必要とせず遮断周波数特性が大幅に
向上した半導体受光素子を提供することができる。した
がって，本発明を適用することによって，低コストで信
頼性が高く，しかも例えば１μｍ帯域の光通信に適用で
きるような信号の処理速度が速い平面実装モジュールが
実現できる。また，本発明によれば，半導体受光素子の
設計自由度も向上する。したがって，本発明にかかる半
導体受光素子は，他の光素子との関係において制約を受
けることなく，光集積回路や光素子モジュール等への適
用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な半導体受光素子の概略的な
構成を示す斜視図である。

【図２】図２は，図１に示す半導体受光素子の最初の製
造工程の説明図である。

【図３】図３は，図２に示す製造工程の次の製造工程の
説明図である。

【図４】図４は，図３に示す製造工程の次の製造工程の
説明図である。

【図５】図５は，図４に示す製造工程の次の製造工程の
説明図である。

【図６】図６は，図５に示す製造工程の次の製造工程の
説明図である。

【図７】図１に示す半導体受光素子の動作を説明するた
めの概略的な断面図である。

【図８】図８は，本発明を適用した他の半導体受光素子
の例についての概略的な断面図である。

【図９】図９は，本発明を適用した他の半導体受光素子
の例についての概略的な断面図である。

【図１０】図１０は，本発明を適用した他の半導体受光
素子の例についての概略的な断面図である。

【図１１】図１１は，本発明を適用した他の半導体受光
素子の例についての概略的な断面図である。

【図１２】本発明を適用した半導体受光素子に関する実
験データである。

【図１３】本発明を適用した半導体受光素子に関する他
の実験データである。

【図１４】従来の半導体受光素子の概略的な断面図であ
る。

【図１５】他の従来の半導体受光素子の概略的な断面図
である。

【図１６】他の従来の半導体受光素子の概略的な断面図
である。

【図１７】他の従来の半導体受光素子の概略的な断面図
である。

【図１８】図１８は，図１７に示す従来の半導体受光素
子の問題点についての説明図である。

【図１９】図１９は，図１７に示す従来の半導体受光素
子の問題点についての他の説明図である。

【符号の説明】

１００ 半導体受光素子 １１０ 基板 １１０ａ，１１０ｂ 基板面 １１０ｃ 受光面 １１０ｄ，４１０ｄ リセス １２０ 受光部 １２０ａ 積層構造体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に対向する第１基板面と第２基板面
   とを有し，前記第１基板面と前記第２基板面との間を光
   が伝搬する基板と，前記基板の第１基板面上に形成さ
   れ，光を感知する受光部と，前記第２基板面に形成さ
   れ，前記基板を伝搬する光を前記受光部に向けて反射す
   るリセスとを，備えていることを特徴とする，半導体受
   光素子。
2. 【請求項２】 前記受光部は，光が入射されると前記光
   を吸収する光吸収層を相補型の第１半導体層と第２半導
   体層とで挟み込んだ単純ｐｉｎ構造を備えることを特徴
   とする，請求項１に記載の半導体受光素子。
3. 【請求項３】 前記受光部は，前記第１基板面から突出
   するように形成されてい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。
4. 【請求項４】 前記基板には，前記第２基板面と略垂直
   に形成された光入射面が形成されていることを特徴とす
   る，請求項１，２又は３のいずれかに記載の半導体受光
   素子。
5. 【請求項５】 前記リセスは，溝であることを特徴とす
   る，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載の半導体
   受光素子。
6. 【請求項６】 前記リセスには，光反射膜が形成されて
   いることを特徴とする，請求項１，２，３，４又は５の
   いずれかに記載の半導体受光素子。
7. 【請求項７】 前記リセスは，前記光反射膜が形成され
   た順メサ面を有していることを特徴とする，請求項６に
   記載の半導体受光素子。
8. 【請求項８】 前記リセスは，前記光反射膜が形成され
   た逆メサ面を有していることを特徴とする，請求項６に
   記載の半導体受光素子。