專利名稱：半導(dǎo)體受光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體受光元件，特別涉及背面入射型的半導(dǎo)體受光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著CPU的驅(qū)動頻率的高速化(例如，10GHz以上)，通過光的授受進(jìn)行系統(tǒng)裝置內(nèi)和裝置間的信號傳送的光學(xué)互連(opticalinterconnection)技術(shù)受到注目。該光學(xué)互連技術(shù)運用被稱為半導(dǎo)體受光元件和半導(dǎo)體發(fā)光元件的光半導(dǎo)體元件。
但是，作為半導(dǎo)體受光元件，已知有具備半導(dǎo)體基板，且在與該半導(dǎo)體基板的光入射面相對的背面?zhèn)刃纬捎卸鄠€化合物半導(dǎo)體層的背面入射型的半導(dǎo)體受光元件(例如，參照專利文獻(xiàn)1～3)。在這些專利文獻(xiàn)1～3所記載的半導(dǎo)體受光元件中，由于下述目的，將對應(yīng)受光部的基板部分部分地薄化，且以包圍該基板部分的方式形成具有厚度的部分。第一目的在于防止由于半導(dǎo)體基板的光吸收導(dǎo)致的光信號劣化或消失。第二目的在于通過絲焊(wire bonding)或凸點焊接(bumpbonding)將半導(dǎo)體受光元件安裝在外部基板等處時，防止半導(dǎo)體受光元件受損傷或破損。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開平3-104287號公報專利文獻(xiàn)2日本專利特開平6-296035號公報專利文獻(xiàn)3日本專利特開2002-353564號公報發(fā)明內(nèi)容發(fā)明人對現(xiàn)有的半導(dǎo)體受光元件討論后的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如下課題。即，上述專利文獻(xiàn)1～3所記載的半導(dǎo)體受光元件由于在被薄化的基板部分的周邊存在具有厚度的部分，所以半導(dǎo)體受光元件的小型化有限度。特別是，在謀求半導(dǎo)體受光元件的陣列(array)化時，由于難以狹間距化，所以不得不將元件尺寸做大(半導(dǎo)體受光元件的緊致(compact)化困難)。
本發(fā)明為解決上述那種課題而完成，以提供一種能保持機(jī)械強(qiáng)度且能充分地小型化的半導(dǎo)體受光元件及其制造方法為目的。
本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件是疊層有多個化合物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體受光元件。然后，在包含有這樣的多個化合物半導(dǎo)體層的層構(gòu)造體的光入射面?zhèn)?，隔著二氧化硅膜，接合有相對于入射光為光學(xué)透明的玻璃基板。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件中，即使在上述層構(gòu)造體含有的多個化合物半導(dǎo)體層被薄膜化時，層構(gòu)造體的機(jī)械強(qiáng)度也通過上述玻璃基板保持。而且，該半導(dǎo)體受光元件沒有必要如同上述專利文獻(xiàn)1～3所記載的半導(dǎo)體受光元件那樣需要在與受光部對應(yīng)的薄化基板部分的周圍形成具有厚度的部分，所以元件的小型化變?nèi)菀住?br> 而且，在本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件中，上述層構(gòu)造體隔著二氧化硅膜接合在玻璃基板，可不使用接著劑等就使層構(gòu)造體與玻璃基板接合。因此，從玻璃基板側(cè)入射的光不被上述接著劑等吸收而可到達(dá)層構(gòu)造體。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件中，上述層構(gòu)造體包含多個作為化合物半導(dǎo)體層從光入射面?zhèn)软槾委B層的第一導(dǎo)電型的高濃度載流子層、第一導(dǎo)電型的光吸收層和第一導(dǎo)電型的覆蓋層(cap layer)。至少在覆蓋層形成有第二導(dǎo)電型的受光區(qū)域，優(yōu)選上述二氧化硅膜形成在層構(gòu)造體的高濃度載流子層側(cè)。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件中，優(yōu)選上述層構(gòu)造體還包含設(shè)置在二氧化硅膜與高濃度載流子層之間的抗反射膜。此時，要入射到受光區(qū)域的光的反射被防止，由于對光吸收層的入射光量增加，所以光感度提升。
本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件還可以具備在上述層構(gòu)造體的覆蓋層側(cè)，覆蓋受光區(qū)域而設(shè)置的光反射膜。此時，不被吸收，一次穿過光吸收層的光被光反射膜反射，再度入射到光吸收層(光吸收層的吸收機(jī)率提升)，所以光感度更加提升。
上述多個化合物半導(dǎo)體層由受光部、與該受光部鄰接的第一襯墊(pad)電極配置部、和與該第一襯墊電極配置部一起夾住受光部而設(shè)置的第二襯墊電極配置部構(gòu)成。上述受光部是在包含含有受光區(qū)域的周邊的覆蓋層的一部分、與該覆蓋層的一部分鄰接的光吸收層的一部分、和與該光吸收層的一部分鄰接的高濃度載流子層的一部分的狀態(tài)下成形為臺(mesa)狀區(qū)域。上述第一襯墊電極配置部是在包含覆蓋層的一部分、光吸收層的一部分、和高濃度載流子層的一部分的狀態(tài)下成形為臺狀的區(qū)域。上述第二襯墊電極配置部是在包含覆蓋層的一部分、光吸收層的一部分、和高濃度載流子層的一部分的狀態(tài)下成形為臺狀的區(qū)域。而且，上述受光部具有到達(dá)高濃度載流子層的凹部。在這樣的構(gòu)成中，優(yōu)選該半導(dǎo)體受光元件還具備第一襯墊電極配置部上配置的第一襯墊電極；電連接該第一襯墊電極與受光區(qū)域的第一配線電極；配置在第二襯墊電極配置部的第二襯墊電極；和電連接該第二襯墊電極與受光部的高濃度載流子層的第二配線電極。其中，上述第一配線電極其一部分跨過受光部與第一襯墊電極配置部之間，并沿著該受光部和該第一襯墊電極配置部的側(cè)面形成。而且，上述第二配線電極其一部分跨過受光部的凹部與第二襯墊電極配置部之間，并沿著該凹部、該受光部和該第二襯墊電極配置部的側(cè)面形成。
如上所述，上述第一襯墊電極配置部、受光部和第二襯墊電極配置部相互分離，所以寄生電容可進(jìn)一步減少。而且，受光部形成有到達(dá)高濃度載流子層的凹部，隔著該凹部，受光部的高濃度載流子層和第二襯墊電極通過第二配線電極電連接。此時，電極從受光部的高濃度載流子層直接引出，所以可獲得串聯(lián)電阻的大幅減低。由這些結(jié)果，實現(xiàn)高速響應(yīng)特性優(yōu)良的半導(dǎo)體受光元件。
其中，在上述構(gòu)成中，第一和第二襯墊電極配置部分別包含高濃度載流子層的一部分、光吸收層的一部分和覆蓋層的一部分，所以容易使第一襯墊電極與第二襯墊電極配置成大致相同高度。然后，可通過凸點焊接實現(xiàn)該半導(dǎo)體受光元件的安裝。
而且，不僅是上述第一襯墊電極配置部，由于上述第二襯墊電極配置部也與受光部分離，所以受光部與第一襯墊電極的間隔和受光部與第二襯墊電極的間隔變得比較寬。但是，上述那樣由于從受光部的高濃度載流子層將電極直接引出，所以即使配線長度變長，串聯(lián)電阻還是大幅的減少。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件中，優(yōu)選上述凹部形成為包圍受光區(qū)域的溝槽狀。此時，受光部的高濃度載流子層與第二配線電極的連接面積變大，串聯(lián)電阻可更進(jìn)一步減少。
上述第一襯墊電極和第二襯墊電極也可配置有凸塊(bump)電極。此時，可在配線電阻不增加的情況下安裝該半導(dǎo)體受光元件。
本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件也可具備與上述受光部構(gòu)造相同的一個或多個受光部，此時，這些受光部并設(shè)為陣列狀。
上述玻璃基板也可以形成將入射光聚光的透鏡部。此時，與入射光的照射范圍相比，即使是受光區(qū)域小的情況，也可有效率地將入射光聚光。而且，優(yōu)選上述透鏡部與面對上述層構(gòu)造體的玻璃基板的面相反側(cè)的最表面相比，形成在層構(gòu)造體側(cè)。此時，可容易地接合形成有透鏡部的玻璃基板。而且，由于接合前透鏡部被加工，所以在加工方法上受限少，透鏡形狀等的設(shè)計自由度增加。
本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的制造方法至少具備準(zhǔn)備半導(dǎo)體基板和相對于入射光為光學(xué)透明的玻璃基板的第一工序；在該半導(dǎo)體基板的一個面?zhèn)刃纬砂鄠€化合物半導(dǎo)體層的層構(gòu)造體的第二工序；夾住該層構(gòu)造體，在與半導(dǎo)體基板相反的一側(cè)形成二氧化硅膜的第三工序；使該二氧化硅膜與玻璃基板的一個面接觸，隔著該二氧化硅膜將該玻璃基板接合在層構(gòu)造體的第四工序；和在該第四工序之后實施、除去與上述層構(gòu)造體接觸的半導(dǎo)體基板的第五工序。
在本發(fā)明的制造方法中，使形成在包含多個化合物半導(dǎo)體層的層構(gòu)造體的最表面?zhèn)鹊亩趸枘づc玻璃基板的一個側(cè)面接觸，并使形成有層構(gòu)造體的半導(dǎo)體基板與玻璃基板接合之后，除去半導(dǎo)體基板。因此，容易獲得在上述層構(gòu)造體的光入射面?zhèn)雀糁趸枘そ雍嫌胁ＡЩ宓陌雽?dǎo)體受光元件。
在本發(fā)明的制造方法中，由于在除去半導(dǎo)體基板之后也存在玻璃基板，所以即使在層構(gòu)造體所含的多個化合物半導(dǎo)體層被薄膜化的情況下，層構(gòu)造體的機(jī)械強(qiáng)度通過上述玻璃基板保持。并且，通過該制造方法獲得的半導(dǎo)體受光元件并不如上述專利文獻(xiàn)1～3所記載的半導(dǎo)體受光元件那樣，由于不必在薄化的基板部分的周圍形成具有厚度的部分，所以可容易實現(xiàn)元件的小型化。其中，在玻璃基板被接合之前，通過半導(dǎo)體基板保持層構(gòu)造體的機(jī)械強(qiáng)度。
在本發(fā)明的制造方法中，由于上述層構(gòu)造體隔著二氧化硅膜接合在玻璃基板，所以被疊層的多個化合物半導(dǎo)體層在不使用接著劑的情況下被接合到玻璃基板。因此，從玻璃基板側(cè)入射的光在不被上述接著劑吸收的情況下到達(dá)疊層的多個化合物半導(dǎo)體層。
在除去半導(dǎo)體基板的上述第五工序中，優(yōu)選通過濕式蝕刻除去半導(dǎo)體基板。
優(yōu)選本發(fā)明的制造方法還具備在上述第一工序與上述第二工序之間實施、形成位于半導(dǎo)體基板與上述層構(gòu)造體之間、用來使上述濕式蝕刻停止的蝕刻停止層的第一副工序；和在上述第五工序之后實施、通過濕式蝕刻除去上述蝕刻停止層的第六工序。此時，可蝕刻半導(dǎo)體基板，通過適當(dāng)選擇不能蝕刻蝕刻停止層的蝕刻液、和可蝕刻蝕刻停止層且不能蝕刻一個化合物半導(dǎo)體層的蝕刻液，可在除去半導(dǎo)體基板之后僅除去蝕刻停止層。因此，可留下層構(gòu)造體(多個化合物半導(dǎo)體層)但確實且容易地除去半導(dǎo)體基板。
優(yōu)選本發(fā)明的制造方法還具備第二副工序，其在上述第一副工序與上述第二工序之間實施，位于蝕刻停止層與層構(gòu)造體之間、形成用來保護(hù)多個化合物半導(dǎo)體層免受蝕刻液蝕刻的保護(hù)層。此時，確實地防止層構(gòu)造體(多個化合物半導(dǎo)體層)被蝕刻液污染。
而且，在本發(fā)明的制造方法中，優(yōu)選上述層構(gòu)造體包含作為多個化合物半導(dǎo)體層從與半導(dǎo)體基板面對側(cè)順次疊層的第一導(dǎo)電型的覆蓋層、第一導(dǎo)電型的光吸收層和第一導(dǎo)電型的高濃度載流子層。
本發(fā)明的制造方法也可以還具備第三副工序，其在上述第二工序與上述第三工序之間實施，位于層構(gòu)造體與二氧化硅膜之間，夾著該層構(gòu)造體在與半導(dǎo)體基板相反的一側(cè)形成抗反射膜。此時，入射到光吸收層的光的反射被防止，由于光吸收層的入射光量增加，所以光感度提升。
本發(fā)明的制造方法也可以還具備在上述第五工序之后實施，至少在覆蓋層形成第二導(dǎo)電型的受光區(qū)域的第七工序；在該第七工序之后實施，從覆蓋層到高濃度載流子層形成凹部的第八工序；在上述第七工序之后實施，將上述受光部、上述第一襯墊電極配置部和上述第二襯墊電極配置部分別成形為臺狀的第九工序；在第一襯墊電極配置部上形成第一襯墊電極的第十工序；在第二襯墊電極配置部上形成第二襯墊電極的第十一工序；使上述第一配線電極的一部分跨過受光部與第一襯墊電極配置部之間、并沿著該受光部和該第一襯墊電極配置部的側(cè)面形成的第十二工序；和使上述第二配線電極的一部分跨過受光部的凹部與第二襯墊電極配置部之間、并沿著該凹部、該受光部和該第二襯墊電極配置部側(cè)面形成的第十三工序。
此時，由于上述第一襯墊電極配置部、受光部和第二襯墊電極配置部分離，所以寄生電容可進(jìn)一步減少。而且，在受光部形成有到達(dá)高濃度載流子層的凹部，隔著該凹部，受光部的高濃度載流子層與第二襯墊電極通過第二配線電極電連接。這樣，由于從受光部的高濃度載流子層將電極直接引出，所以大幅減少串聯(lián)電阻。這些結(jié)果為，可獲得高速響應(yīng)特性優(yōu)良的半導(dǎo)體受光元件。
而且，在上述構(gòu)成中，第一襯墊電極配置部、受光部和第二襯墊電極配置部分別包含高濃度載流子層的一部分、光吸收層的一部分和覆蓋層的一部分，所以可容易地將第一襯墊電極與第二襯墊電極配置在大致相同高度。再者，該半導(dǎo)體受光元件可通過凸點焊接安裝。
此外，不僅是第一襯墊電極配置部，由于第二襯墊電極配置部也形成為與受光部分離，所以受光部與第一襯墊電極的間隔和受光部與第二襯墊電極的間隔變得較寬。但是，如上所述，由于從受光部的高濃度載流子層將電極直接引出，所以即使配線長度變長，串聯(lián)電阻還是大幅的減少。
本發(fā)明的制造方法還可具備在上述第七工序之后實施，覆蓋受光區(qū)域形成光反射膜的第十四工序。此時，不被吸收，一次穿過光吸收層的光在光反射膜被反射，再度入射到光吸收層(光吸收層的吸收機(jī)率提升)，所以光感度系提升。
在本發(fā)明的制造方法中，優(yōu)選在上述玻璃基板形成將入射光聚光的透鏡部。此時，與入射光的照射范圍相比，即使在受光區(qū)域小的情況下，也可有效率地將入射光聚光。優(yōu)選上述透鏡部與面對層構(gòu)造體的玻璃基板的面的相反側(cè)的最表面相比，形成在該層構(gòu)造體側(cè)。此時，可容易地將形成有透鏡部的玻璃基板與層構(gòu)造體接合。而且，在接合之前，由透鏡部被加工，所以在加工方法上受限很少，透鏡形狀等的設(shè)計自由度增加。
其中，本發(fā)明的各實施例參照以下詳細(xì)的說明和附圖可更可充分的理解。這些實施例僅為單純例示，不應(yīng)認(rèn)定為對本發(fā)明限定。
而且，本發(fā)明其它的應(yīng)用范圍可從以下詳細(xì)的說明了解。但是，詳細(xì)的說明和特定的事例是表示本發(fā)明的較好實施例，僅用于例示，很顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員從該詳細(xì)說明可明白本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)的各種變形和改良。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種保持機(jī)械強(qiáng)度且能充分小型化的半導(dǎo)體受光元件及其制造方法。


圖1是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的概略構(gòu)成平面圖。
圖2是用以說明圖1所示的半導(dǎo)體受光元件的沿II-II線的截面構(gòu)造的示意圖。
圖3是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(一)。
圖4是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(二)。
圖5是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(三)。
圖6是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(四)。
圖7是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(五)。
圖8是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(六)。
圖9是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(七)。
圖10是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(八)。
圖11是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(九)。
圖12是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的制造工序的截面圖(十)。
圖13是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第二實施例的截面構(gòu)造的示意圖。
圖14是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第二實施例的制造工序的截面圖(一)。
圖15是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第二實施例的制造工序的截面圖(二)。
圖16是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第二實施例的制造工序的截面圖(三)。
圖17是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第三實施例(陣列構(gòu)造)的截面構(gòu)造的示意圖。
圖18是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第四實施例(陣列構(gòu)造)的截面構(gòu)造的示意圖。
圖19是表示可適用本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的光學(xué)互連系統(tǒng)的概略構(gòu)成的示意圖。
符號說明1...玻璃基板，1a...透鏡部，1b...最表面，2...抗反射膜，3(3a、3b)...高濃度載流子層，5(5a、5b)...光吸收層，7(7a、7b)...覆蓋層，9...受光區(qū)域，10...二氧化硅膜，11...受光部，13...凹部，19...鈍化膜，21...第一襯墊電極配置部，23...第一襯墊電極，31...第二襯墊電極配置部33...第二襯墊電極，41...凸塊電極，43...第一配線電極，45...第二配線電極，51...半導(dǎo)體基板，52...緩沖層，53...蝕刻停止層，54...保護(hù)層，101...光學(xué)互連系統(tǒng)，103...半導(dǎo)體發(fā)光元件，105...驅(qū)動電路，107...光導(dǎo)波路基板，107a...光導(dǎo)波路，109...放大電路，LS...層構(gòu)造體，M1、M2...模塊，PD1、PD2...半導(dǎo)體受光元件，PD3、PD4...半導(dǎo)體受光元件陣列
具體實施例方式
以下，參照圖1～圖19詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件及其制造方法的各實施例。其中，在圖面的說明中，同一要素或具有同一功能的要素使用同一符號，并省略重復(fù)的說明。
(第一實施例)圖1是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第一實施例的概略構(gòu)成平面圖。圖2是用以說明圖1所示的半導(dǎo)體受光元件的沿II-II線的截面構(gòu)造的示意圖。其中，在圖1中，省略凸塊電極41。
本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1具備層構(gòu)造體LS和玻璃基板1。該半導(dǎo)體受光元件PD1是光從玻璃基板1側(cè)入射至層構(gòu)造體LS的背面入射型的半導(dǎo)體受光元件。而且，半導(dǎo)體受光元件PD1是例如波長帶為0.85μm的近距離光通信用受光元件。
層構(gòu)造體LS包含順次疊層的抗反射膜2、n型(第一導(dǎo)電型)高濃度載流子層3、n型光吸收層5和n型覆蓋層7。層構(gòu)造體LS中的抗反射膜2側(cè)隔著膜10接合有玻璃基板1。玻璃基板1其厚度為0.3mm左右，相對于入射光為光學(xué)透明。膜10形成在層構(gòu)造體LS的高濃度載流子層3(抗反射膜2)側(cè)。膜10由二氧化硅(SiO2)構(gòu)成，其厚度為0.1μm左右。
抗反射膜2位于高濃度載流子層3與二氧化硅膜10之間，例如由SiNX構(gòu)成。在令該抗反射膜2的折射率為n、受光波長為λ時，抗反射膜2的厚度設(shè)定為λ/4n。例如，在波長帶0.85μm的近距離光通信用受光元件的情況下，抗反射膜2的厚度為1000～3000。
層構(gòu)造體LS形成在受光部11、第一襯墊電極配置部21、和第二襯墊電極配置部31。受光部11、第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31在玻璃基板1上以相互分離的狀態(tài)配置。
受光部11包含n型高濃度載流子層3a、n型光吸收層5a的n型覆蓋層7a并作成臺狀(在本實施例中為圓錐臺狀)。覆蓋層7a形成有p型(第二導(dǎo)電型)的受光區(qū)域9。從光入射方向看受光部11的頂部和受光區(qū)域9呈圓形。
在受光部11的頂部，從光入射方向看在受光區(qū)域9的外側(cè)形成有凹部13。凹部13到達(dá)高濃度載流子層3a，形成為包圍受光區(qū)域9的溝槽狀。由此，受光部11構(gòu)成為包含含有受光區(qū)域9且形成臺狀的內(nèi)側(cè)部分11a和包圍該內(nèi)側(cè)部分11a的外側(cè)部分11b。凹部13從光入射方向看，沿著受光區(qū)域9的邊緣且形成為C字狀，使受光部11的頂部的一部分(第一襯墊電極配置部21附近部分)殘留。
受光區(qū)域9的表面?zhèn)扰渲糜协h(huán)狀的接觸電極15。該接觸電極15與受光區(qū)域9電連接。接觸電極15由Ti-Pt-Au構(gòu)成，其厚度為1000nm左右。其中，接觸電極15在圖2中配置成埋入受光區(qū)域9(覆蓋層7a)，但不限于此，也可配置在受光區(qū)域9(覆蓋層7a)之上。
凹部13的底部配置有接觸電極17。該接觸電極17與高濃度載流子層3a電連接。接觸電極17由Au-Ge/Ni/Au的層疊體構(gòu)成，其厚度為1000nm左右。接觸電極17也與凹部13同樣，從光入射方向看形成為C字狀。
受光部11的表面?zhèn)刃纬捎懈采w受光區(qū)域9的鈍化(passivation)膜19。
第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31包含n型高濃度載流子層3b、n型光吸收層5b和n型覆蓋層7b且作成臺狀(在本實施例中為圓錐臺狀)。從光入射方向看第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31的頂部呈圓形。
在第一襯墊電極配置部21的頂部，在鈍化膜19之上配置有第一襯墊電極23。在第二襯墊電極配置部31的頂部，在鈍化膜19之上配置有第二襯墊電極33。第一襯墊電極23和第二襯墊電極33由Ti-Pt-Au構(gòu)成，其厚度為1.5μm左右。第一襯墊電極23與第二襯墊電極33距離玻璃基板1的高度設(shè)置為大致相同，且從光入射方向看呈圓形。第一襯墊電極23和第二襯墊電極33分別如圖2所示，配置有凸塊電極41。
高濃度載流子層3(3a、3b)為化合物半導(dǎo)體層，例如由載流子濃度為1×1018/cm3左右的AlGaAs(Al組成0.3)構(gòu)成。高濃度載流子層3(3a、3b)的厚度為2μm左右。優(yōu)選高濃度載流子層3的Al組成比設(shè)定為0.3以上。若受光的光的波長為850nm以上，則Al組成比x為0.04即可，但是更好的高濃度載流子層3優(yōu)選Al組成比為0.3以上。但是，高濃度載流子層3的Al組成比可由受光的光的波長適當(dāng)?shù)貨Q定，例如，若受光的光是波長為650nm的短波長光，則Al組成比有必要為0.4以上。
光吸收層5(5a、5b)為化合物半導(dǎo)體層，由例如載流子濃度為1×1014/cm3左右的GaAs構(gòu)成。光吸收層5(5a、5b)的厚度為3μm左右。
覆蓋層7(7a、7b)為化合物半導(dǎo)體層，由例如載流子濃度為5×1015/cm3左右的AlGaAs(Al組成0.3)構(gòu)成。覆蓋層7(7a、7b)的厚度為0.3μm左右。
受光區(qū)域9在覆蓋層7a的期望的區(qū)域使P型雜質(zhì)(例如，Zn)熱擴(kuò)散，使得該區(qū)域反轉(zhuǎn)為p型，其深度為0.4μm左右。受光區(qū)域9的直徑為5～200μmφ。凹部13(溝)的寬度為5μm左右。但是，由于受光徑依存于受光元件所要求的特性，所以可在1μm～10mm的廣范圍內(nèi)設(shè)計。
接觸電極15與第一襯墊電極23通過第一配線電極43電連接。第一配線電極43跨過受光部11與第一襯墊電極配置部21之間，配置在鈍化膜19之上。第一配線電極43經(jīng)過受光部11中未形成凹部13的區(qū)域之上，沿著受光部11的側(cè)面和第一襯墊電極配置部21的側(cè)面延伸。第一配線電極43由Ti-Pt-Au構(gòu)成，其厚度為1.5μm左右。
位于第一配線電極43中的受光部11上的部分在受光區(qū)域9上覆蓋受光區(qū)域9，且呈圓形。在本實施例中，位于第一配線電極43的受光部11上的部分起光反射膜的作用。其中，也可構(gòu)成為除第一配線電極43之外，另外形成光反射膜。
第一配線電極43的一端經(jīng)過形成在鈍化膜19的接觸孔19a與接觸電極15連接，另一端與第一襯墊電極23連接。由此，受光區(qū)域9經(jīng)過接觸電極15和第一配線電極43與第一襯墊電極23(凸塊電極41)電連接。即，受光區(qū)域9側(cè)的電極的取出通過接觸電極15、第一配線電極43、第一襯墊電極23和凸塊電極41實現(xiàn)。
接觸電極17與第二襯墊電極33通過第二配線電極45電連接。第二配線電極45跨過受光部11的凹部13與第二襯墊電極配置部31之間，配置在鈍化膜19之上。位于第二配線電極45的受光部11上的部分以不與第一配線電極43接觸的方式，從光入射方向看形成為C字狀。第二配線電極45沿著構(gòu)成凹部13的側(cè)面、受光部11的側(cè)面和第二襯墊電極配置部31的側(cè)面延伸。第二配線電極45由Ti-Pt-Au構(gòu)成，其厚度為1.5μm左右。
第二配線電極45的一端經(jīng)過形成在飩化膜19的接觸孔19a與接觸電極17連接，另一端與第二襯墊電極33連接。由此，高濃度載流子層3a經(jīng)過接觸電極17和第二配線電極45與第二襯墊電極33(凸塊電極41)電連接。即，高濃度載流子層3a側(cè)的電極的取出通過接觸電極17、第二配線電極45、第二襯墊電極33和凸塊電極41實現(xiàn)。
其次，對于具有上述構(gòu)造的半導(dǎo)體受光元件PD1的制造方法，參照圖3～圖12進(jìn)行說明。圖3～圖12是用以說明第一實施例的半導(dǎo)體受光元件的制造方法的說明圖，表示該半導(dǎo)體受光元件的縱截面構(gòu)成。
該制造方法順次實行以下的第一工序～第十一工序。
(第一工序)首先，準(zhǔn)備半導(dǎo)體基板51和玻璃基板1。
(第二工序)半導(dǎo)體基板51由例如其厚度為300～500μm，載流子濃度為1×1018/cm3左右的n型GaAs構(gòu)成。在半導(dǎo)體基板51上通過氫化物氣相生長法、氯化物氣相生長法、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD法)或分子線生長法(MBE法)等順次使緩沖層52、蝕刻停止層53和保護(hù)層54生長并疊層(參照圖3)。之后，在保護(hù)層54上，通過氫化物氣相生長法、氯化物氣相成長法、MOCVD法或MBE法等順次使n型覆蓋層7、n型光吸收層5和n型高濃度載流子層3生長、疊層(參照圖3)。
緩沖層52由非摻雜的GaAs構(gòu)成，其厚度為0.05μm左右。蝕刻停止層53由非摻雜的AlGaAs(Al組成0.4)構(gòu)成，其厚度為1.0μm左右。蝕刻停止層53形成在半導(dǎo)體基板51與覆蓋層7之間的位置。優(yōu)選蝕刻停止層53的Al組成比設(shè)定為0.4以上。其原因為，該Al0.5Ga0.5As不易被后述的在蝕刻GaAs之際使用的蝕刻液蝕刻。保護(hù)層54由非摻雜的GaAs構(gòu)成，其厚度為0.2μm左右。保護(hù)層54形成在蝕刻停止層53與覆蓋層7之間的位置。
(第三工序)在第三工序中，通過等離子體化學(xué)氣相沉積(Plasma ChemicalVapor DepositionPCVD)法，在高濃度載流子層3上順次形成抗反射膜2和膜10(參照圖3)?？狗瓷淠?形成在膜10與高濃度載流子層3之間的位置。
通過以上的第一和第二工序，層構(gòu)造體LS和膜52～54、10形成在半導(dǎo)體基板51上。
(第四工序)在第四工序中，將形成有層構(gòu)造體LS和膜52～54、10的半導(dǎo)體基板51與玻璃基板1接合(參照圖4)。首先，使該玻璃基板1的一個側(cè)面(表面)清凈化。其次，使玻璃基板1的被清凈化的表面與半導(dǎo)體基板51的最表面膜10相互接觸，以使玻璃基板1與半導(dǎo)體基板51重合。在這樣重合的狀態(tài)下進(jìn)行加壓并加熱，通過熔接將兩基板51、1貼合。
具體而言，對重合的玻璃基板1與半導(dǎo)體基板51之間施加的壓力約為98kPa，此時的加熱溫度優(yōu)選500～700℃。半導(dǎo)體基板51上的最表面膜10由二氧化硅構(gòu)成，所以通過在這樣的條件下進(jìn)行加壓并加熱，最表面膜10與玻璃基板1的表面熔接，半導(dǎo)體基板51與玻璃基板1相互接合。
其中，在實施該貼合工序時，不僅是玻璃基板1的表面，優(yōu)選半導(dǎo)體基板51上的最表面膜10也清凈。因此，例如，從形成有最表面膜10的PCVD裝置將半導(dǎo)體基板51取出之后隨即執(zhí)行熔接作業(yè)等即可。
而且，使用的玻璃基板是接近GaAs的熱膨脹系數(shù)為好。由此，在加熱后的冷卻工序中，根據(jù)熱膨脹系數(shù)之差可極力減低半導(dǎo)體基板51與玻璃基板1之間產(chǎn)生的應(yīng)力，可將應(yīng)力引起的接合強(qiáng)度的降低和結(jié)晶缺陷的發(fā)生抑制到最小限度。
(第五工序)在第五工序中除去半導(dǎo)體基板51。在玻璃基板1與半導(dǎo)體基板51貼合之后，在玻璃基板1的相反側(cè)，半導(dǎo)體基板51的另一面(背面)露出。在該工序中，通過蝕刻將半導(dǎo)體基板51和緩沖層52從半導(dǎo)體基板51的背面?zhèn)瘸ァ?br> 首先，可蝕刻半導(dǎo)體基板51和緩沖層52，對蝕刻停止層53使用蝕刻速度慢的蝕刻液，除去半導(dǎo)體基板51和緩沖層52。在其后的第六工序中，可對蝕刻停止層53進(jìn)行蝕刻，對保護(hù)層54使用蝕刻速度慢的蝕刻液，除去蝕刻停止層53。由此，獲得層構(gòu)造體LS等疊層的玻璃基板1。
作為使用的蝕刻液，優(yōu)選氨水(NH4OH)與過氧化氫(H2O2)的混合溶液(NH4OH∶H2O2＝1∶5)，和鹽酸(HCl)。首先，使相互貼合的玻璃基板1與半導(dǎo)體基板51浸于NH4OH與H2O2的混合溶液。由此，半導(dǎo)體基板51從背面?zhèn)缺晃g刻。進(jìn)一步蝕刻除去半導(dǎo)體基板51后，接著在半導(dǎo)體基板51上成長的緩沖層52(GaAs)開始被蝕刻。之后，再進(jìn)一步蝕刻，除去緩沖層52被，在蝕刻液中露出蝕刻停止層53。這里，蝕刻停止層53(Al0.5Ga0.5As)由于該蝕刻液的蝕刻速度非常慢，所以在蝕刻停止層53露出時，蝕刻自動地被停止。這樣，首先，半導(dǎo)體基板51與緩沖層52被除去。
(第六工序)在第六工序中，除去蝕刻停止層53與保護(hù)層54。接著第五工序，將殘留有蝕刻停止層53、保護(hù)層54和層構(gòu)造體LS等的玻璃基板1從NH4OH與H2O2的混合溶液取出，經(jīng)過水洗、干燥之后，再浸于鹽酸液。此時，為使蝕刻速度加快，優(yōu)選將HCl液預(yù)先加熱到50℃左右。GaAs幾乎不被HCl蝕刻，所以下次僅蝕刻停止層53被蝕刻，在保護(hù)層54(GaAs)露出時蝕刻自動停止(參照圖5)。這樣，蝕刻停止層53被除去。
其次，除去保護(hù)層54(參照圖6)。保護(hù)層54的除去可通過NH4OH與H2O2的混合溶液進(jìn)行。保護(hù)層54為GaAs，所以在之后露出的覆蓋層由AlGaAs層構(gòu)成，所以不被該蝕刻液蝕刻。
(第七工序)在第七工序中在，覆蓋層7上形成由SiO2或SiNX構(gòu)成的膜55。然后，將形成受光區(qū)域9的規(guī)定位置上存在的膜55圖案化并開口(參照圖7)。之后，將覆蓋層7上圖案化的膜55作為掩膜，使雜質(zhì)(例如Zn等)熱擴(kuò)散，使覆蓋層7的一部分反轉(zhuǎn)為p型。由此形成受光區(qū)域9(參照圖7)。接著，通過緩沖氟酸(BHF)除去膜55。
(第八工序)在第八工序中，在覆蓋層7上要形成凹部13的規(guī)定位置形成具有開口的抗蝕膜56?？刮g膜56的形成可使用光學(xué)刻蝕法(PhotoLithography)。接著，以抗蝕膜56為掩膜，通過Br2與甲醇的混合液對高濃度載流子層3蝕刻(濕式蝕刻)至露出為止。由此形成凹部13(參照圖8)。然后再除去(remove)抗蝕膜56。
(第九工序)在第九工序中，在覆蓋層7上期望的位置形成具有開口的抗蝕膜57?？刮g膜57的形成可使用光學(xué)刻蝕法。接著，以抗蝕膜57為掩膜，通過Br2與甲醇的混合液對抗反射膜2蝕刻(濕式蝕刻)至露出為止，形成凹部。由此，受光部11、第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31相互電分離，且形成為臺狀(參照9圖)。即，受光部11包含高濃度載流子層3a、光吸收層5a和覆蓋層7a，第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31包含高濃度載流子層3b、光吸收層5b和覆蓋層7b。此時，通過使與外側(cè)部分11b對應(yīng)位置上存在抗蝕膜57，可不僅在深度方向，也可適當(dāng)?shù)乜刂葡蛑鴻M方向進(jìn)行蝕刻，可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行凹部13的形成，和受光部11與第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31的分離。結(jié)果為，可提高在制造半導(dǎo)體受光元件PD1時的成品率。接著除去抗蝕膜57。
(第十～第十三工序)第十～第十三工序如下所示。在這些工序中，在與凹部13對應(yīng)的位置形成具有開口的抗蝕膜(未圖示)。然后，以該抗蝕膜作為掩膜，通過形成凹部13在露出的高濃度載流子層3(3a)上，由蒸鍍和剝離法(lift off)形成Au-Ge/Ni/Au構(gòu)成的接觸電極17(參照圖10)。而且，在形成接觸電極15的規(guī)定位置使其具有開口地再度重新形成抗蝕膜，以該抗蝕膜作為掩膜，在受光區(qū)域9上通過蒸鍍和剝離法形成由Ti-Pt-Au構(gòu)成的接觸電極15(同樣參照圖10)。接著除去上述抗蝕膜。其中，接觸電極15在圖10中形成為埋入受光區(qū)域9(覆蓋層7a)，但不限于此，也可配置在受光區(qū)域9(覆蓋層7a)的表面上。
通過PCVD法在表面形成由SiNX構(gòu)成的鈍化膜19。接著，在與接觸電極15、17對應(yīng)的位置形成具有開口的抗蝕膜(未圖示)，以該抗蝕膜作為掩膜，在鈍化膜19形成接觸孔19a(參照圖11)。接著除去上述抗蝕膜。
接著，在與第一襯墊電極23、第二襯墊電極33、第一配線電極43和第二配線電極45對應(yīng)的位置形成具有開口的抗蝕膜(未圖示)。然后，以該抗蝕膜作為掩膜，通過剝離法形成由Ti-Pt-Au構(gòu)成的第一襯墊電極23、第二襯墊電極33、第一配線電極43和第二配線電極45(參照圖12)。此時，第一配線電極43形成為覆蓋受光區(qū)域9。這里，第一襯墊電極23與第一配線電極43一體形成，第二襯墊電極33與第二配線電極45一體形成。接著除去上述抗蝕膜。之后，在H2氣氛中燒結(jié)(sintering)。
通過這些第一～第十三工序，完成如圖1和圖2所示的構(gòu)成的半導(dǎo)體受光元件PD1。
其中，凸塊電極41以電鍍法、焊球搭載法和印刷法在第一襯墊電極23和第二襯墊電極33上形成焊料并可通過回流焊(reflow)獲得。而且，凸塊電極41并不限于焊料，可以是金塊、鎳塊、銅塊，也可以是包含導(dǎo)電性填料等金屬的導(dǎo)電性樹脂塊。
如上所述，在第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，即使是在使高濃度載流子層3、光吸收層5和覆蓋層7等薄膜化的情況下，層構(gòu)造體LS(疊層的高濃度載流子層3、光吸收層5和覆蓋層7)的機(jī)械強(qiáng)度通過玻璃基板1保持。而且，在本第一實施例中，并不需要現(xiàn)有的半導(dǎo)體受光元件那樣形成殘留有基板厚度的部分，可容易謀求半導(dǎo)體受光元件PD1的小型化。
而且，在第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，層構(gòu)造體LS隔著膜10與玻璃基板1接合，所以可不使用接著劑就將層構(gòu)造體LS與玻璃基板1接合。因此，從玻璃基板1側(cè)入射的光不被上述接著劑吸收，可到達(dá)層構(gòu)造體LS。
在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，在膜10與高濃度載流子層3(3a)之間形成有抗反射膜2。由此，防止要入射到受光區(qū)域9的光反射，由于入射到光吸收層光增加，所以可提升光感度。
在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，由于以覆蓋受光區(qū)域9的方式形成有第一配線電極43(光反射膜)，所以不被吸收而一次穿過光吸收層的光和第一配線電極43被反射的光都再一次入射到光吸收層5a而被吸收。由此，可提升光感度。
在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，層構(gòu)造體LS形成為受光部11、第一襯墊電極配置部21、和第二襯墊電極配置部31，受光部11形成有到達(dá)高濃度載流子層3a的凹部13，第一配線電極43跨過受光部11與第一襯墊電極配置部21之間，并沿著該受光部11和該第一襯墊電極配置部21的側(cè)面形成，第二配線電極45跨過凹部13與第二襯墊電極配置部31之間，并沿著該凹部13、該受光部11和該第二襯墊電極配置部31的側(cè)面形成。由此，第一和第二襯墊電極配置部21、31與受光部11分離，所以可進(jìn)一步減少寄生電容。而且，通過可到達(dá)受光部11的高濃度載流子層3a形成的凹部13將受光部11的高濃度載流子層3a與第二襯墊電極33通過第二配線電極45電連接，由此電極從受光部11的高濃度載流子層3a直接引出，可大幅減少串聯(lián)電阻。這些結(jié)果為，可實現(xiàn)高速響應(yīng)特性優(yōu)越的半導(dǎo)體受光元件PD1。
但是，受光區(qū)域9的直徑(面積)一旦增大，元件電容也變大，造成表示高頻信號的傳達(dá)障礙的CR積變大。但是，根據(jù)本實施例，如上所述，由于串聯(lián)電阻大幅減少，所以CR積變小。因此，將CR積維持在相同程度，即若將高速響應(yīng)特性維持在相同程度，通過采用本實施例的半導(dǎo)體受光元件，可使受光區(qū)域9的面積增大。
在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31分別包含有高濃度載流子層3b、光吸收層5b和覆蓋層7b，所以可容易地將第一襯墊電極23和第二襯墊電極33以相同高度配置，從而能以凸點焊接進(jìn)行半導(dǎo)體受光元件PD1的安裝。
在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，不僅是第一襯墊電極配置部21，由于第二襯墊電極配置部31也與受光部11分離，所以受光部11(受光區(qū)域9)與第一襯墊電極23的間隔和受光部11(受光區(qū)域9)與第二襯墊電極33的間隔變得比較寬。但是，如上所述，由于電極從高濃度載流子層3a直接引出，所以即使配線長度變長，串聯(lián)電阻也大幅減少。
在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，凹部13以包圍受光區(qū)域9的方式形成為溝槽狀。由此，受光部11的高濃度載流子層3a與第二配線電極45(接觸電極17)的連接面積變大，可進(jìn)一步減少串聯(lián)電阻。
在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1中，第一襯墊電極23和第二襯墊電極33配置有凸塊電極41。由此，可不使配線電阻增加安裝半導(dǎo)體受光元件PD1。
而且，在本第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1的制造方法中，形成在層構(gòu)造體LS的最表面?zhèn)鹊亩趸枘?0與玻璃基板1的一個面接觸，在形成有層構(gòu)造體LS的半導(dǎo)體基板51與玻璃基板1接合之后，由于除去半導(dǎo)體基板51，所以容易制造在層構(gòu)造體LS的光入射面?zhèn)雀糁?0，接合有玻璃基板1的半導(dǎo)體受光元件PD1。
在上述半導(dǎo)體受光元件PD1的制造方法中，除去半導(dǎo)體基板51之后，由于玻璃基板1存在，所以在之后的制造工序中，層構(gòu)造體LS的機(jī)械強(qiáng)度通過上述玻璃基板1保持。其中，在接合玻璃基板1之前，通過半導(dǎo)體基板51保持層構(gòu)造體LS的機(jī)械強(qiáng)度。
上述半導(dǎo)體受光元件PD1的制造方法具備在形成層構(gòu)造體LS(疊層的高濃度載流子層3、光吸收層5和覆蓋層7)的工序之前實施、使蝕刻停止層53形成在半導(dǎo)體基板51與層構(gòu)造體LS之間的位置的工序；和在除去半導(dǎo)體基板51的工序后所實施、通過濕式蝕刻除去蝕刻停止層53的工序。由此，通過適當(dāng)選擇使用能將半導(dǎo)體基板51蝕刻而不能蝕刻蝕刻停止層53的蝕刻液，和能蝕刻蝕刻停止層53而不能蝕刻層構(gòu)造體LS的蝕刻液，除去半導(dǎo)體基板51，之后，可僅除去蝕刻序止層53。因此，殘留層構(gòu)造體LS，可確實且容易地除去半導(dǎo)體基板51。
在上述半導(dǎo)體受光元件PD1的制造方法中，具備在形成蝕刻停止層53的工序之后實施、使保護(hù)層54形成在蝕刻停止層53與層構(gòu)造體LS之間的位置的工序。由此，可確實防止層構(gòu)造體LS(疊層的高濃度載流子層3、光吸收層5和覆蓋層7)受到蝕刻液的污染。
(第二實施例)圖13是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第二實施例的截面構(gòu)成的示意圖。本第二實施例的半導(dǎo)體受光元件PD2在玻璃基板1形成有透鏡部1a的點上與第一實施例的半導(dǎo)體受光元件PD1不同。
半導(dǎo)體受光元件PD2具備層構(gòu)造體LS和玻璃基板1。該半導(dǎo)體受光元件PD2是光從玻璃基板1側(cè)入射到層構(gòu)造體LS的背面入射型的半導(dǎo)體受光元件。而且，半導(dǎo)體受光元件PD2例如是波長帶為0.85μm的近距離光通信用受光元件。
玻璃基板1形成有將入射光聚光的透鏡部1a。該透鏡部1a形成為比玻璃基板1的最表面1b更低。
其次，對于上述構(gòu)成的半導(dǎo)體受光元件PD2的制造方法，參照圖14～圖16進(jìn)行說明。圖14～圖16是用以說明第二實施例的半導(dǎo)體受光元件的制造方法的說明圖，表示半導(dǎo)體受光元件的縱截面構(gòu)成。
在該制造方法中，順次進(jìn)行以下的第一工序～第十三工序。首先，對于第二實施例中的第一～第三工序，是與上述第一實施例中的第一～第三工序相同，省略其說明。
(第四工序)在第四工序中，將形成有層構(gòu)造體LS和膜52～54、10的半導(dǎo)體基板51與玻璃基板1接合(參照圖14)。首先，準(zhǔn)備形成有透鏡部1a的玻璃基板1，并使該玻璃基板1的一個面(表面)清凈化。其次，使玻璃基板1的被清凈化的表面與最表面膜10相互接觸地將玻璃基板1與半導(dǎo)體基板51重合。在這樣的重合的狀態(tài)下進(jìn)行加壓并加熱，通過熔接使兩基板51、1貼合。半導(dǎo)體基板51與玻璃基板1的接合方法與第一實施例的第四工序的接合方法相同。
(第五和第六工序)在第五和第六工序中，除去半導(dǎo)體基板51、緩沖層52、蝕刻停止層53和保護(hù)層54(參照圖15)。半導(dǎo)體基板51、緩沖層52、蝕刻停止層53和保護(hù)層54的除去方法與第一實施例的第五和第六工序中的除去方法相同。
(第七工序)在第七工序中，在覆蓋層7上形成由SiO2或SiNX構(gòu)成的膜55，使形成受光區(qū)域9的規(guī)定位置存在的膜55圖案化并開口(參照圖16)。此時，對玻璃基板1的表面?zhèn)茸鳂?biāo)記且使用雙面曝光機(jī)，以賦予的標(biāo)記作為基準(zhǔn)，使形成透鏡部1a與受光區(qū)域9的規(guī)定位置可以容易對應(yīng)。其中，取代所賦予的標(biāo)記，也可以利用透鏡部1a的外形作為標(biāo)記。
之后，以覆蓋層7上被圖案化的膜55作為掩膜，使雜質(zhì)(例如Zn等)熱擴(kuò)散，使覆蓋層7的一部分反轉(zhuǎn)為p型。由此形成受光區(qū)域9(參照圖16)。之后通過緩沖氟酸(BHF)除去膜55。
該第二實施例中的第八～第十三工序與第一實施例中的第八～第十三工序相同，這里省略說明。通過這些第一～第十三工序，完成圖13所示的構(gòu)成的半導(dǎo)體受光元件PD2。
如上所述，在第二實施例中，與上述第一實施例同樣地，層構(gòu)造體LS(疊層的高濃度載流子層3、光吸收層5和覆蓋層7)的機(jī)械強(qiáng)度通過玻璃基板1保持，同時容易謀求半導(dǎo)體受光元件PD2的小型化。
而且，在本第二實施例的半導(dǎo)體受光元件PD2中，在玻璃基板1形成透鏡部1a。由此，即使在與入射光的照射范圍相比受光區(qū)域9小的情況下，也可有效率地將入射光聚光。結(jié)果是可獲得SN比優(yōu)良、可靠性高的半導(dǎo)體受光元件PD2。
而且，在本第二實施例中，透鏡部1a形成為比玻璃基板1的最表面1b更低。由此，可容易地接合形成有透鏡部1a的玻璃基板1。而且，由于透鏡部1a在接合前被加工，所以在加工方法上受限少，透鏡形狀等的設(shè)計自由度增加。
其中，透鏡部1a也可是在將形成有層構(gòu)造體LS和膜52～54、10的半導(dǎo)體基板51與玻璃基板1接合之后再形成。但是，若考慮到透鏡形狀等的設(shè)計自由度，則優(yōu)選將預(yù)先形成有透鏡部1a的玻璃基板1與半導(dǎo)體基板51接合。
其次，作為本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第三和第四實施例，根據(jù)圖17和圖18，對并設(shè)有多個受光部11的半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4進(jìn)行說明。其中，圖17是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第三實施例(陣列構(gòu)造)的截面構(gòu)造的示意圖，圖18是用以說明本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的第四實施例(陣列構(gòu)造)的截面構(gòu)造的示意圖。這些第三和第四實施例的半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4是所謂的背面入射型的半導(dǎo)體受光元件陣列。
半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4分別如圖17和圖18所示，多個受光部11在一維或二維方向上排列，多個并設(shè)為陣列狀。在半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4中，與鄰接的受光部11分別對應(yīng)的第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31被一體化，形成為臺狀。其中，第二襯墊電極33彼此相互電連接。
在半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4中，與上述第一和第二實施例同樣，層構(gòu)造體LS(疊層的高濃度載流子層3、光吸收層5和覆蓋層7)的機(jī)械強(qiáng)度通過玻璃基板1保持。并且，受光部11(受光區(qū)域9)可狹間距化，可以容易謀求半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4的小型化(compact化)。
其次，參照圖19，對使用上述實施例的半導(dǎo)體受光元件(半導(dǎo)體受光元件陣列)的光學(xué)互連系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖19表示可適用本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的光學(xué)互連系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
光學(xué)互連系統(tǒng)101將多個模塊(例如CPU、集成電路芯片、存儲器等)M1、M2之間的信號以光作為傳送的系統(tǒng)，包含半導(dǎo)體發(fā)光元件103、驅(qū)動電路105、光導(dǎo)波路基板107、半導(dǎo)體受光元件PD1、放大電路109等。半導(dǎo)體發(fā)光元件103可使用背面出射型的垂直腔體表面發(fā)光激光器(VCSELVertical Cavity Surface Emitting Laser)。模塊M1與驅(qū)動電路105經(jīng)過凸塊電極等電連接。半導(dǎo)體發(fā)光元件103與驅(qū)動電路105經(jīng)過凸塊電極電連接。半導(dǎo)體受光元件PD1與放大電路109經(jīng)過凸塊電極41電連接。放大電路109與模塊M2經(jīng)過凸塊電極等電連接。
從模塊M1輸出的電信號被送至驅(qū)動電路105，在半導(dǎo)體發(fā)光元件103轉(zhuǎn)換為光信號輸出。半導(dǎo)體發(fā)光元件103輸出的光信號經(jīng)過光導(dǎo)波路基板107的光導(dǎo)波路107a，輸入到半導(dǎo)體受光元件PD1。輸入到半導(dǎo)體受光元件PD1的光信號被轉(zhuǎn)換為電信號，送至放大電路109并被放大。被放大的電信號系被送入模塊M2。由此，從模塊M1輸出的電信號被傳送到模塊M2。
其中，也可取代半導(dǎo)體受光元件PD1，使用半導(dǎo)體受光元件PD2或半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4。在使用半導(dǎo)體受光元件陣列PD3、PD4的情況下，半導(dǎo)體發(fā)光元件103、驅(qū)動電路105、光導(dǎo)波路基板107和放大電路109也被陣列化。
本發(fā)明不限于上述實施例。例如，半導(dǎo)體基板51、高濃度載流子層3(3a、3b)、光吸收層5(5a、5b)、覆蓋層7(7a、7b)等的厚度、使用的材料等不受上述限定。具體而言，作為半導(dǎo)體基板51的材料，取代上述的GaAs，也可使用Si、InP、InGaAs、InSb、InAsSb。
凹部13的形狀不限于上述包圍受光區(qū)域那樣的溝槽狀，若具有到達(dá)高濃度載流子層3a深度，則形成為任何形狀都可以。當(dāng)然，不形成凹部13也可以。
在此實施例中，將第一襯墊電極23和第一配線電極43一體成形，將第二襯墊電極33和第二配線電極45一體成形，但并不限于此，也可分別形成個體。
而且，在本發(fā)明的半導(dǎo)體受光元件的制造方法中，形成凹部13之后將受光部11、第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31分離，但是在將受光部11、第一襯墊電極配置部21和第二襯墊電極配置部31分離之后，再形成凹部13也可以。
從以上的本發(fā)明的說明可知本發(fā)明可以有各種變形。那樣的變形不能認(rèn)為是脫離本發(fā)明的思想和范圍，所有本行業(yè)的技術(shù)人員所作的改良均包含在以下的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
產(chǎn)業(yè)上可利用性本發(fā)明的半導(dǎo)體元件可適用于將系統(tǒng)裝置內(nèi)和裝置間的信號以光傳送的光學(xué)互連技術(shù)等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體受光元件，疊層有多個化合物半導(dǎo)體層，其特征在于，具備包含所述多個化合物半導(dǎo)體層的層構(gòu)造體；設(shè)置在所述層構(gòu)造體的光入射面?zhèn)鹊亩趸枘?；和在所述層?gòu)造體的光入射面?zhèn)雀糁龆趸枘そ雍?、相對于入射光為光學(xué)透明的玻璃基板。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于所述層構(gòu)造體包含作為所述多個化合物半導(dǎo)體層從所述光入射面?zhèn)软槾委B層的第一導(dǎo)電型的高濃度載流子層、第一導(dǎo)電型的光吸收層和第一導(dǎo)電型的覆蓋層，至少在所述覆蓋層形成有第二導(dǎo)電型的受光區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于所述層構(gòu)造體還包含設(shè)置在所述高濃度載流子層與所述二氧化硅膜之間的抗反射膜。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于還具備設(shè)置在所述層構(gòu)造體的所述覆蓋層側(cè)，覆蓋所述受光區(qū)域的光反射膜。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于，所述多個化合物半導(dǎo)體層由如下構(gòu)成受光部，在包含含有所述受光區(qū)域的周邊的所述覆蓋層一部分、與所述覆蓋層的一部分鄰接的所述光吸收層的一部分和與所述光吸收層的一部分鄰接的所述高濃度載流子層的一部分的狀態(tài)下成形為臺狀，第一襯墊電極配置部，與所述受光部鄰接，在包含所述覆蓋層的一部分、所述光吸收層的一部分和所述高濃度載流子層的一部分的狀態(tài)下成形為臺狀，第二襯墊電極配置部，與所述第一襯墊電極配置部一起夾住所述受光部地設(shè)置，在包含所述覆蓋層的一部分、所述光吸收層的一部分和所述高濃度載流子層的一部分的狀態(tài)下成形為臺狀，其中，所述受光部具有從所述覆蓋層的一部分到達(dá)所述高濃度載流子層的凹部，所述半導(dǎo)體受光元件還具備配置在所述第一襯墊電極配置部上的第一襯墊電極；第一配線電極，電連接所述第一襯墊電極和所述受光區(qū)域，其一部分跨過所述受光部與所述第一襯墊電極配置部之間且沿著所述受光部和所述第一襯墊電極配置部的側(cè)面形成；配置在所述第二襯墊電極配置部上的第二襯墊電極；和第二配線電極，電連接所述第二襯墊電極和所述受光部的所述高濃度載流子層，其一部分跨過所述受光部的所述凹部與所述第二襯墊電極配置部之間且沿著所述凹部、所述受光部和所述第二襯墊電極配置部的側(cè)面形成。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于所述凹部形成為包圍所述受光區(qū)域的溝槽狀。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于還具備分別與所述第一襯墊電極和所述第二襯墊電極接觸的凸塊電極。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于還具備具有與所述受光部同一構(gòu)造的一個或一個以上的受光部，這些受光部以陣列狀并設(shè)。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于在所述玻璃基板形成有將入射光聚光的透鏡部。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體受光元件，其特征在于所述透鏡部與面對所述層構(gòu)造體的所述玻璃基板的面的相反側(cè)的最表面相比，形成在所述層構(gòu)造體側(cè)。
11.一種半導(dǎo)體受光元件的制造方法，該半導(dǎo)體受光元件疊層有多個化合物半導(dǎo)體層，其特征在于，具備準(zhǔn)備半導(dǎo)體基板和相對于入射光為光學(xué)透明的玻璃基板的第一工序；在所述半導(dǎo)體基板的一個面?zhèn)刃纬砂龆鄠€化合物半導(dǎo)體層的層構(gòu)造體的第二工序；在與所述半導(dǎo)體基板相反的一側(cè)夾著所述層構(gòu)造體形成二氧化硅膜的第三工序；隔著所述二氧化硅膜將所述玻璃基板接合在所述層構(gòu)造體，使所述二氧化硅膜與所述玻璃基板的一個面接觸的第四工序；和在所述第四工序之后實施，除去與所述層構(gòu)造體接觸的所述半導(dǎo)體基板的第五工序。
12.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于在所述第五工序中，通過濕式蝕刻除去所述半導(dǎo)體基板。
13.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征在于，還具備在所述第一工序與所述第二工序之間實施，形成位于所述半導(dǎo)體基板與所述層構(gòu)造體之間、用來使所述濕式蝕刻停止的蝕刻停止層的第一副工序；和在所述第五工序之后實施，通過濕式蝕刻除去所述蝕刻停止層的第六工序。
14.如權(quán)利要求13所述的制造方法，其特征在于，還具備在所述第一副工序與所述第二工序之間實施，形成位于所述蝕刻停止層與所述層構(gòu)造體之間、用來保護(hù)所述多個化合物半導(dǎo)體層不受蝕刻液蝕刻的保護(hù)層的第二副工序。
15.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于所述層構(gòu)造體包含作為所述多個化合物半導(dǎo)體層從與所述半導(dǎo)體基板面對的一側(cè)順序被疊層的第一導(dǎo)電型的覆蓋層、第一導(dǎo)電型的光吸收層和第一導(dǎo)電型的高濃度載流子層。
16.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于，還具備在所述第二工序與所述第三工序之間實施，形成位于所述層構(gòu)造體與所述二氧化硅膜之間、夾著所述層構(gòu)造體，在與所述半導(dǎo)體基板相反的一側(cè)形成抗反射膜的第三副工序。
17.如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，還具備在所述第五工序之后實施，至少在所述覆蓋層形成第二導(dǎo)電型的受光區(qū)域的第七工序；在所述第七工序之后實施，形成從所述覆蓋層到達(dá)所述高濃度載流子層的凹部的第八工序；第九工序，在所述第七工序之后實施，其分別將包含含有所述受光區(qū)域的周邊的所述覆蓋層的一部分、與所述覆蓋層的一部分鄰接的所述光吸收層的一部分和與所述光吸收層的一部分鄰接的所述高濃度載流子層的一部分的受光部；與所述受光部鄰接，包含所述覆蓋層的一部分、所述光吸收層的一部分和所述高濃度載流子層的一部分的第一襯墊電極配置部；和與所述第一襯墊電極配置部一起將所述受光部夾住而設(shè)置，包含所述覆蓋層的一部分、所述光吸收層的一部分和所述高濃度載流子層的一部分的第二襯墊電極配置部分別形成為臺狀；在所述第一襯墊電極配置部上形成第一襯墊電極的第十工序；在所述第二襯墊電極配置部上形成第二襯墊電極的第十一工序；第十二工序，將電連接所述受光區(qū)域與所述第一襯墊電極的第一配線電極形成為，其一部分跨過所述受光部與所述第一襯墊電極配置部之間，并沿著所述受光部和所述第一襯墊電極配置部的側(cè)面；第十三工序，將電連接所述受光部的所述高濃度載流子層與所述第二襯墊電極的第二配線電極形成為，其一部分跨過所述受光部的所述凹部與所述第二襯墊電極配置部之間，并沿著所述凹部、所述受光部和所述第二襯墊電極配置部的側(cè)面。
18.如權(quán)利要求17所述的制造方法，其特征在于，還具備在所述第七工序之后實施，形成覆蓋所述受光區(qū)域光反射膜的第十四工序。
19.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征在于在所述玻璃基板形成有將入射光聚光的透鏡部。
20.如權(quán)利要求19所述的制造方法，其特征在于所述透鏡部與面對于所述層構(gòu)造體的所述玻璃基板的面的相反側(cè)的最表面相比，形成在所述層構(gòu)造體側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及可保持機(jī)械強(qiáng)度，同時能充分小型化的半導(dǎo)體受光元件等。所述半導(dǎo)體受光元件具備層構(gòu)造體和玻璃基板。層構(gòu)造體由順次疊層的抗反射膜、n型(第一導(dǎo)電型)高濃度載流子層、n型光吸收層和n型覆蓋層構(gòu)成。在層構(gòu)造體的抗反射膜側(cè)隔著二氧化硅膜與玻璃基板接合。玻璃基板相對于入射光為光學(xué)透明。
文檔編號H01L31/02GK1846314SQ20048002532
公開日2006年10月11日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者田中章雅 申請人:浜松光子學(xué)株式會社