JP6502697B2

JP6502697B2 - 半導体受光素子、受信モジュール及びそれらの製造方法

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Publication number: JP6502697B2
Application number: JP2015029677A
Authority: JP
Inventors: 匡洋胡; 博濱田; 康佐久間; 茂則早川
Original assignee: 日本オクラロ株式会社
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: US20160240698A1; US10230008B2; JP2016152348A

Description

本発明は、半導体受光素子、受信モジュール及びそれらの製造方法に関する。

メサ構造を有し、メサ構造を埋め込み層によって埋めこまれる半導体受光素子が知られている。メサ構造を埋め込み層によって埋め込むことにより、素子の信頼性が向上する。例えば、特許文献１及び特許文献２に、裏面入射型アバランシェフォトダイオードが開示されている。特許文献１に開示の裏面入射型アバランシェフォトダイオードでは、ｐ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０６及びｐ型ＩｎＡｌＧａＡｓキャップ層１０７からなる第１メサ１１０が形成され、第１メサ１１０がｐ型ＩｎＰ結晶からなる埋め込み層１１１によって埋めこまれている。また、特許文献２に開示の裏面入射型アバランシェフォトダイオードでは、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ電界調整層２０４ｃ、ｐ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２０５、ｐ型ＩｎＡｌＧａＡｓキャップ層２０６、及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０７からなる第１メサ構造２０８が形成され、第１メサ構造２０８がＦｅドーピングＩｎＰ結晶からなる埋め込み層２０９によって埋めこまれている。

特開２００８−２７０５２９号公報特開２０１０−２７８４０６号公報

近年、半導体受光素子に対する省コスト化が望まれており、そのためには、光吸収層を含むメサ構造がより簡潔な工程により形成されるのが望ましい。そのためには、かかるメサ構造を構成する半導体層が、共通する半導体材料によって形成されるのが望ましい。

メサ構造は、半導体層の上面にマスクを形成し、かかるマスクを用いてエッチングを施すことにより形成される。特許文献１及び特許文献２に開示の裏面入射型アバランシェフォトダイオードでは、メサ構造は順テーパ形状となっている。しかしながら、共通する半導体材料によって半導体層を形成する場合、形成されるメサ構造は、積層方向を含むある断面において、逆テーパ形状となる。ここで、順テーパ形状とは、基板側から積層方向に沿って、半導体層の幅が小さくなる形状であり、逆テーパ形状とは、基板側から積層方向に沿って、半導体層の幅が大きくなる形状である。

発明者らは、逆テーパ形状を有するメサ構造を埋め込み層によって埋め込んで、半導体受光素子を作製して、作成した半導体受光素子について検討を行っている。その結果、メサ構造の逆テーパ形状のために、埋め込み層の埋め込み成長が正常に行われず、素子の特性を劣化させてしまうとの知見を得た。

本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、共通する材料で形成されるメサ構造を埋め込み層によって埋めこまれる構造を有する場合に、素子特性が向上される半導体受光素子、受信モジュール及びそれらの製造方法の提供を目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体受光素子は、共通する材料で形成されるとともに、吸収層を含むメサ構造を有し、前記メサ構造の側面を囲うように、埋め込み層によって埋めこまれる、半導体受光素子であって、前記メサ構造は、順テーパとなる部分と逆テーパとなる部分を有する断面を有する、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の半導体受光素子であって、前記メサ構造を形成する材料は、ＩｎＧａＡｓであってもよい。

（３）本発明に係る受信モジュールは、上記（１）又は（２）に記載の半導体受光素子と、前記半導体受光素子を搭載する、サブマウントと、を備える、受信モジュールであって、前記半導体受光素子は、前記サブマウントに搭載される側に、ｐ側電極とｎ側電極とが形成され、前記サブマウントは、前記半導体受光素子が搭載される側に、Ｐ電極パターン及びＮ電極パターンとが形成され、前記ｐ側電極は前記Ｐ電極パターンと、前記ｎ側電極は前記Ｎ電極パターンと、それぞれ電気的に接続されてもよい。

（４）本発明に係る半導体受光素子の製造方法は、共通する材料で形成される半導体多層の上面に、第１マスクを形成し、前記第１マスクにより、エッチングを施し、第１メサを形成する、第１エッチング工程と、前記第１マスクより小さい形状の第２マスクを形成する、第２マスク形成工程と、前記第２マスクにより、前記第１メサの側面に対してエッチングを施して、第２メサを形成する、第２エッチング工程と、前記第２マスクを用いて、前記第２メサを囲うように、埋め込み層を埋め込み成長させる、埋め込み成長工程と、を備えていてもよい。

（５）上記（４）に記載の半導体受光素子の製造方法であって、前記第２マスク形成工程は、前記第１マスクにエッチングを施すことにより、前記第２マスクを形成してもよい。

（６）上記（５）に記載の半導体受光素子の製造方法であって、前記第２マスク形成工程において形成される前記第２マスクの形状は、前記第１マスクの形状よりも小さくてもよい。

（７）上記（４）乃至（６）のいずれかに記載の半導体受光素子の製造方法であって、前記第２マスク形成工程において形成される前記第２マスクの形状は、前記第１エッチング工程によって形成される前記第１メサの上表面の形状であるか、又は、該形状より小さくてもよい。

本発明により、共通する材料で形成されるメサ構造を埋め込み層によって埋めこまれる構造を有する場合に、素子特性が向上される半導体受光素子、受信モジュール及びそれらの製造方法が提供される。

本発明の実施形態に係る半導体受光素子の平面図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の断面図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造方法の途中の過程を示す図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造方法の途中の過程を示す図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造方法の途中の過程を示す図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造方法の途中の過程を示す図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造方法の途中の過程を示す図である。本発明の実施形態に係る半導体受光素子の製造方法の途中の過程を示す図である。本発明の実施形態に係る受信モジュールの構造を示す概略断面図である。本発明の実施形態に係る埋め込み成長工程における埋め込み層の形成を示す図である。第１比較例に係る半導体受光素子の埋め込み成長工程における埋め込み層の形成を示す図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体受光素子１の平面図である。図２及び図３は、当該実施形態に係る半導体受光素子１の断面図である。図２に示す断面は、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面を、図３に示す断面は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面を、それぞれ示している。

当該実施形態に係る半導体受光素子１は、フォトダイオード（ＰＤ）であり、裏面入射型受光素子であり、裏面から入射した受信光は光吸収層で吸収され、光電流が発生し、電気信号に変換される。図１に示す通り、当該実施形態に係る半導体受光素子１は、素子の表面に保護膜２（パッシベーション膜）が形成され、さらにｐ側電極３とｎ側電極４とがそれぞれ形成されている。

図２に示す通り、当該実施形態に係る半導体受光素子１はメサ構造（受光メサ構造）を有している。ＦｅドープＩｎＰ基板１０上に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１が形成され、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１の上側に、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３からなるメサ構造（受光メサ構造）が形成されている。メサ構造は、ＩｎＧａＡｓという共通する材料で形成されている。ここで、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２は、意図的に不純物を添加していないノンドープ層（真性半導体層）であるのに対して、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３は、適当なｐ型ドーパントが添加されているｐ型半導体層である。メサ構造の側面を囲うように、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４によって埋め込まれている。埋め込み層は、光を受光しない場合であっても流れる暗電流を抑制するために、半絶縁性となっているのが望ましく、それゆえ、当該実施形態ではＦｅがドーパントとして添加されている。メサ構造を覆って保護膜２（パッシベーション膜）が形成されているが、メサ構造の上表面（ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３の上表面）に円形状の開口部（保護膜２が形成されない領域）が設けられ、かかる開口部においてｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３と接するように、ｐ側電極３が形成されている。

当該実施形態に係る半導体受光素子１のメサ構造は、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３からなり、ＩｎＧａＡｓという共通する材料で形成されている。本明細書において、「共通する材料で形成されている」とは、半導体層の母体を構成する材料が共通している（同じである）ことを言い、半導体層（の母体）に添加する不純物（ドーパント）までも同じであることは含めない。言い換えれば、半導体層に含まれる物質として、母体となる化合物半導体と、不純物（ドーパント）とは、明確に区別し、共通する材料で形成されているとは、母体となる化合物半導体が共通していることを指す。本発明において、半導体層の母体を構成する材料は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物であり、当該実施形態において、受光メサ構造の母体を構成する材料は、ＩｎＧａＡｓである。共通する材料がＩｎＧａＡｓであるとは、ＩＩＩ族元素としてＩｎ（インジウム）及びＧａ（ガリウム）が用いられ、Ｖ族元素としてＡｓ（ヒ素）が用いられることを言う。すなわち、ＩｎＧａＡｓは、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で表される化合物である。メサ構造を構成するＩｎＧａＡｓ光吸収層１２及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３の２層はともに、共通する材料であるＩｎＧａＡｓで形成されているが、２層において、ｘの値は異なっていても良い。Ｖ族元素が複数である場合も同様である。また、ＩｎＧａＡｓと表記する場合、３元元素からなる化合物半導体を指しており、ＩＩＩ族元素である２つの元素（Ｉｎ及びＧａ）のいずれか一方のみ（ｘ＝０又はｘ＝１）は含まないものとする。Ｖ族元素が複数である場合も同様である。なお、当該実施形態では、メサ構造を形成する材料はＩｎＧａＡｓであるとしたが、これに限定されることはなく、メサ構造が他の材料によって形成されていてもよい。

前述の通り、当該実施形態に係る半導体受光素子１は、素子の表面に、ｐ側電極３及びｎ側電極４が形成されており、ｐ側電極３及びｎ側電極４それぞれが外部と接続する部分（以下、接合部と記す）は、メサ構造の上面に形成されるｐ側電極３の部分と同じ高さに形成される。図３に示す通り、ｐ側電極３の接合部及びｎ側電極４の接合部それぞれの下側には、メサ構造と同じ工程で形成されるダミーメサ構造が形成され、ダミーメサ構造の周りが同じくＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４によって埋め込まれ、ダミーメサ構造の上面には保護膜２が形成されている。ｐ側電極３は接合部からメサ構造の上面に延びる形状をしており、メサ構造の上表面と電気的に接続される。保護膜２は、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１の表面（メサ構造やダミーメサ構造が形成されず、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４によって埋め込まれていない領域）を覆っているが、一部に開口部が設けられ、ｎ側電極４は接合部からかかる開口部に延びて、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１と電気的に接続される。

本発明に係る半導体受光素子の主な特徴は、吸収層を含むメサ構造が埋め込み層によって埋め込まれ、該メサ構造は共通する材料で形成され、順テーパとなる部分と逆テーパとなる部分を有する断面を当該メサ構造が有することを特徴とする。ここで、かかる断面形状を多段形状であるとする。当該実施形態において、かかる断面は、図２に示すメサ構造の断面であり、かかる断面は、基板側から積層方向に沿って、逆テーパとなる部分、順テーパとなる部分、逆テーパとなる部分を順に有している。本発明に係る半導体受光素子がかかるメサ構造を有することにより、素子の特性が向上する半導体受光素子が実現する。

なお、本発明に係る半導体受光素子のメサ構造は多段形状である断面を有するとしたが、実際には、逆テーパとなる部分と順テーパとなる部分の境界は明確ではない場合もありうる。その場合であっても、１回のエッチング工程ではなく、複数回のエッチング工程によって形成されるメサ構造であって、当該メサ構造の断面が逆テーパとなる部分と順テーパとなる部分を含む断面を有していていればよい。

以下、当該実施形態に係る半導体受光素子１の製造方法を説明する。図４乃至図９は当該実施形態に係る半導体受光素子１の製造方法の途中の過程を示す図である。図４乃至図９それぞれに示す断面は、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面に対応している。有機金属気相成長法により、ＦｅドープＩｎＰ基板１０（ウェハ）上に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１（厚さ１μｍ）、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１２（厚さ１μｍ）、及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３（厚さ０．０５μｍ）からなる半導体多層を積層する（図４）。

半導体多層の上面に、メサマスク１０１を形成する。メサマスク１０１は、ＳｉＯ_２からなるエッチングマスクであり、円形状をしている。Ｂｒ系エッチング液を用いて、メサマスク１０１によりエッチングを施し、外側メサを形成する（図５）。エッチングを施す際に、Ｂｒ系エッチング液がメサマスク１０１の下側にも入り込んで半導体多層を除去するので、この工程の後の外側メサの上表面の形状は、メサマスク１０１よりも小さくなっており、メサマスク１０１には外側メサの上表面の外側へ広がる庇が形成される。その後、メサマスク１０１を除去する。

半導体多層の上面に、メサマスク１０２（第１マスク）を形成する。メサマスク１０２は、メサマスク１０１と同様に、ＳｉＯ_２からなるエッチングマスクであり、円形状をしている。その円形状はメサマスク１０１の円形状よりも小さい（径が小さい）。リン酸系エッチング液を用いて、メサマスク１０２（第１マスク）によりエッチングを施し、内側メサ（第１メサ）を形成する（第１エッチング工程：図６）。ここで、第１エッチング工程において、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１の上表面でエッチングを停止する。第１エッチング工程の後の内側メサの上表面の形状は、メサマスク１０２（第１マスク）よりも小さくなっており、メサマスク１０２には内側メサの上表面の外側へ広がる庇が形成される。

第１エッチング工程によって形成される内側メサ（第１メサ）の断面は、図６に示す通り、逆テーパ形状となっている。すなわち、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１から積層方向に沿って、内側メサの幅は順に大きくなっている。なお、エッチング工程によって形成される結晶面により、積層方向を含むとともに当該断面に直交する断面（図３に示す断面）では、順テーパ形状となっている。

半導体多層の上面に形成されるメサマスク１０２（第１マスク）に、フッ酸系エッチング液を用いて、エッチングを施すことにより、メサマスク１０２（第２マスク）を形成する（第２マスク形成工程：図７）。第２マスク形成工程の後のメサマスク１０２（第２マスク）の形状は円形状をしているが、メサマスク１０２（第２マスク）の形状は、第２マスク形成工程の前のメサマスク１０２（第１マスク）よりも小さい（径が小さい）。メサマスク１０２（第２マスク）の形状は、エッチング液とエッチング処理時間によって決定されるが、その形状は、内側メサ（第１メサ）の上表面（ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３の上表面）の形状であるか、又は、該形状より小さいのが望ましい。すなわち、第２マスク形成工程の前のメサマスク１０２にある庇が除去されているのが望ましい。

メサマスク１０２（第２マスク）により第１メサの側面に対してエッチングを施し、少なくとも内側メサの上部の一部を除去して、受光メサ構造（第２メサ）を形成する（第２エッチング工程：図８）。第２エッチング工程により、内側メサの上部の周縁部分が除去され、受光メサ構造（第２メサ）が形成される。よって、図８に示す通り、受光メサ構造の断面は、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１から積層方向に沿って、逆テーパとなる部分、順テーパとなる部分、逆テーパとなる部分を順に有している。

図８に、第２エッチング工程により、図７に示す半導体多層の一部が徐々に除去されて、図８に示す半導体多層の形状となる過程を、複数の２点鎖線で示している。図８に示す通り、当該実施形態では、メサマスク１０２（第２マスク）の形状が第１メサの上表面（ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３の上表面）より小さく、メサマスク１０２には庇が形成されていない。この場合、第１メサの上表面（ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３の上表面）の縁となる領域は露出している。それゆえ、第２エッチング工程において、第１メサは、側面（矢印５１）に対して徐々に除去されるのに加えて、上表面の縁となる領域も徐々に除去される。第１メサの上表面の縁となる領域が上側から下向きにも（矢印５２）徐々に除去され、第１メサの上部の方が下部よりも多く除去されることにより、図８に示す通り、第２メサ（受光メサ構造）は多段形状となる断面を有することとなる。かかる効果は、メサマスク１０２の形状が第１メサの上表面の形状よりもより小さいほど大きいが、メサマスク１０２の形状が第１メサの上表面の形状である場合にも、第１メサの上部が下部よりも多く除去される効果は奏する。

メサマスク１０２（第２マスク）を用いて、有機金属気相エピタキシャル法によって、受光メサ構造を囲うように、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４を埋め込み成長させる（埋め込み成長工程：図９）。受光メサ構造のｐ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層はｐ／ｎ接合部を含んでおり、受光メサ構造の側面がＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４が安定的に埋め込まれる。

埋め込み成長工程の後に、メサマスク１０２をフッ酸系エッチング液で除去する。ウェハ全面にＳｉＯ_２からなるエッチングマスクを形成し、ｎ側電極４のための開口部となる領域にあるエッチングマスクを除去し（かかる領域を露出し）、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４に、塩酸系エッチング液を用いて、エッチングを施し、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４の一部を除去して、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１を露出させる。その後、エッチングマスクを除去する。

次に、ウェハ表面全体に、ＳｉＯ_２等の材料からなる保護膜２を形成し、表面を保護膜２で被覆する。保護膜２をフォトリソグラフィ技術で加工することによって、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３の上表面の一部の領域、及びｎ型ＩｎＰコンタクト層１１の上表面の一部の領域それぞれにある保護膜２を除去して、かかる領域を露出させる。かかる領域は保護膜２の開口部（スルーホール）である。そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３に接するようにｐ側電極３を所定の形状に、また、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１に接するようにｎ側電極４を所定の形状に、それぞれ形成する。

その後、ＦｅドープＩｎＰ基板１０の裏面（図２及び図３の下側表面）に、ＳｉＮ等の材料からなる反射防止膜（図示せず）を形成し、ウェハが完成する。このウエハを、１対のｐ側電極３、ｎ側電極４を含む１素子分毎に分割して、当該実施形態に係る半導体受光素子１が完成する。

図１０は、当該実施形態に係る受信モジュール２０の構造を示す概略断面図である。当該実施形態に係る受信モジュール２０は、２５Ｇｂ／ｓ以上のビットレートを有する受信モジュールであり、当該実施形態に係る半導体受光素子１と、サブマウント２１と、を備えている。当該実施形態に係る受信モジュール２０は、全体収容部３０と、外部からの光を通過させる光ファイバ３１と、光ファイバ３１を通過した光を半導体受光素子１に入射させるレンズ３２と、半導体受光素子１により光電変換された信号を出力するリードピン３３と、をさらに備えている。

全体収容部３０は、受信モジュール２０の各部材を格納するための金属製の部材であり、光ファイバ収容部３４と、レンズ収容部３５と、を含んで構成される。光ファイバ収容部３４は、光ファイバ３１を格納するための金属製の円筒形状の部材である。光ファイバ収容部３４には、コネクタを備えた光ファイバ３１が外部から挿入される。レンズ収容部３５には、所定位置に形成された孔にレンズ３２がはめ込まれており、レンズ収容部３５はレンズ３２を支持する。

また、全体収容部３０の底面（リードピン３３が接続されている面）内部の中心軸からずれた位置に、窒化アルミ等からなるサブマウント２１が搭載されている。サブマウント２１上には、光ファイバ３１及びレンズ３２を通る光を受光して、当該実施形態に係る半導体受光素子１が搭載されている。なお、特に図示はしないが、全体収容部３０の底面の内部には、プリアンプなどの搭載素子が搭載されている。搭載素子やサブマウント２１及び半導体受光素子１は、リードピン３３を介して、受信モジュール２０の外部に存在するフレキシブル基板（図示せず）と電気的に接続されている。リードピン３３は、全体収容部３０の底面の外側から接続されている。半導体受光素子１や搭載素子から出力される電気信号は、リードピン３３を経由してフレキシブル基板に伝送されることになる。

サブマウント２１は、窒化アルミニウム等の材料からなり、半導体受光素子１を搭載する。半導体受光素子１は、サブマウント２１に搭載される側に、ｐ側電極３とｎ側電極４とが形成され、サブマント２１は、半導体受光素子１が搭載される側に、高周波信号線とともに、Ｐ電極パターン及びＮ電極パターンが形成されている。Ｐ電極パターンの一端には、半導体受光素子１のｐ側電極３の形状（接合部）に対応するＡｕＳｎはんだ蒸着パターンが、またＮ電極パターンの一端には、半導体受光素子１のｎ側電極４の形状に対応するＡｕＳｎはんだ蒸着パターンが、それぞれ形成されている。適切な荷重と温度を加え、両電極を同時にはんだ接続することにより、受信モジュールが完成する。サブマウント２１のＰ電極パターン及びＮ電極パターンが、半導体受光素子１のｐ側電極３及びｎ側電極４と、それぞれ電気的に接続されることにより、当該実施形態に係る半導体受光素子１は、サブマウント２１と、電気的接続及び物理的接続の両方を良好に実現することが出来る。

当該実施形態に係る半導体受光素子１について評価を行った結果、２Ｖ以下の逆バイアス電圧駆動時においても、０．９Ａ／Ｗ以上の高い受光感度、及び高速動作が可能であり、２５Ｇｂ／ｓ以上のビットレートを有する受信モジュールに適用可能である。当該実施形態に係る半導体受光素子１は、ｐ／ｎ接合部となる光吸収層の側面が半絶縁性半導体からなる埋め込み層によって安定的に埋め込まれているので、暗電流特性は１０ｎＡ以下と十分に低く、また高温通電試験により２０年以上の高い信頼性を得ることが可能となっている。

なお、当該実施形態において、第２マスク形成工程は、第１マスクにエッチングを施すことにより、第２マスクを形成している。エッチング液やエッチング処理時間を制御することにより、第１マスクの中心と第２マスクの中心とを一致させて、第２マスクを形成することが出来るので、当該実施形態に係る第２マスク形成工程が望ましいが、これに限定されることはない第１マスクを除去し、新たに、所望の形状の第２マスクを形成してもよい。

以下、当該実施形態に係る半導体受光素子１におけるＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４の形成について検討する。図１１は、当該実施形態に係る埋め込み成長工程におけるＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４の形成を示す図であり、図１２は、第１比較例に係る半導体受光素子の埋め込み成長工程におけるＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４の形成を示す図である。

第１比較例に係る半導体受光素子では、図６に示す第１エッチング工程の後に、メサマスク１０２（第１マスク）を用いて、有機金属気相エピタキシャル法によって、内側メサ（第１メサ）の側面を囲うように、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４を埋め込み成長させている。内側メサ（第１メサ）は、図１２が示す通り、逆テーパ形状を有する断面となっており、また、メサマスク１０２は内側メサの上表面の形状よりも外側に広がる庇が形成されている。よって、図１２に矢印で示す通り、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１の上表面（内側メサよりも遠く離れた領域）では、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４が積層方向に沿って順に積層される。しかしながら、内側メサの近傍では、内側メサの側面やｎ型ＩｎＰコンタクト層１１の上表面（内側メサの近傍の領域）に、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４が安定的に積層されず、その結果、内側メサの上表面の近傍には、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４の窪みが生じてしまい、内側メサの側面が安定的にＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４によって埋め込まれない。このことにより、比較例に係る半導体受光素子の特性は劣化してしまう。

また、第２比較例に係る半導体受光素子（図示せず）では、図７に示す第２マスク形成工程の後のメサマスク１０２（第２マスク）を用いて、有機金属気相エピタキシャル法によって、内側メサ（第１メサ）を囲うように、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４を埋め込み成長させている。かかる場合であっても、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４は、内側メサ上端へ突起状に盛り上がって形成されたり、メサマスク１０２上にもＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４が埋め込み成長されるなどの不具合が発生してしまう。

これらに対して、当該実施形態に係る半導体受光素子１では、受光メサ構造が多段形状を有している。その結果、図１１に矢印で示す通り、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１１の上表面（内側メサよりも遠く離れた領域）のみならず、受光メサ構造の近傍であっても、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４が安定的に積層される。よって、図９に示す通り、受光メサ構造の上表面近傍には、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４の上表面に小さな窪みは生じる可能性があるものの、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層１４は受光メサ構造の側面を覆って、安定的に形成されており、当該実施形態に係る半導体受光素子１の特性は向上する。

以上、本発明の実施形態に係る半導体受光素子、受信モジュール、及びそれらの製造方法について説明した。本発明に係る半導体受光素子は、フォトダイオードに限定されることはない。アバランシェフォトダイオードなど他の半導体受光素子であっても、メサ構造が共通する材料によって形成される場合に、本発明を適用することが出来る。また、本発明に係る半導体受光素子の製造方法についても、上記実施形態に係る製造方法に限定されることなく、広く適用することが出来る。

１半導体受光素子、２保護膜、３ｐ側電極、４ｎ側電極、１０ＦｅドープＩｎＰ基板、１１ｎ型ＩｎＰコンタクト層、１２ＩｎＧａＡｓ光吸収層、１３ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１４ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層、２０受信モジュール、２１サブマウント、３０全体収容部、３１光ファイバ、３２レンズ、３３リードピン、３４光ファイバ収容部、３５レンズ収容部、５１，５２矢印、１０１，１０２メサマスク。

Claims

半導体基板上に共通する材料で形成されるとともに、吸収層を含むメサ構造を有し、
前記メサ構造の側面を囲うように、埋め込み層によって埋めこまれる、
半導体受光素子であって、
前記メサ構造は、前記半導体基板側から順に、逆テーパ、順テーパ、及び逆テーパとなる断面を有する、
ことを特徴とする、半導体受光素子。
請求項１に記載の半導体受光素子であって、
前記メサ構造を形成する材料は、ＩｎＧａＡｓである、
ことを特徴とする、半導体受光素子。
請求項１又は２に記載の半導体受光素子と、
前記半導体受光素子を搭載する、サブマウントと、
を備える、受信モジュールであって、
前記半導体受光素子は、前記サブマウントに搭載される側に、ｐ側電極とｎ側電極とが形成され、
前記サブマウントは、前記半導体受光素子が搭載される側に、Ｐ電極パターン及びＮ電極パターンとが形成され、
前記ｐ側電極は前記Ｐ電極パターンと、前記ｎ側電極は前記Ｎ電極パターンと、それぞれ電気的に接続される、
ことを特徴とする、受信モジュール。
共通する材料で形成される半導体多層の上面に、第１マスクを形成し、前記第１マスクにより、エッチングを施し、第１メサを形成する、第１エッチング工程と、
前記第１マスクより小さい形状の第２マスクを形成する、第２マスク形成工程と、
前記第２マスクにより、前記第１メサの側面に対してエッチングを施して、第２メサを形成する、第２エッチング工程と、
前記第２マスクを用いて、前記第２メサを囲うように、埋め込み層を埋め込み成長させる、埋め込み成長工程と、
を備える、半導体受光素子の製造方法。
請求項４に記載の半導体受光素子の製造方法であって、
前記第２マスク形成工程は、前記第１マスクにエッチングを施すことにより、前記第２マスクを形成する、
ことを特徴とする、半導体受光素子の製造方法。
請求項５に記載の半導体受光素子の製造方法であって、
前記第２マスク形成工程において形成される前記第２マスクの形状は、前記第１マスクの形状よりも小さい、
ことを特徴とする、半導体受光素子の製造方法。
請求項４乃至６のいずれかに記載の半導体受光素子の製造方法であって、
前記第２マスク形成工程において形成される前記第２マスクの形状は、前記第１エッチング工程によって形成される前記第１メサの上表面の形状であるか、又は、該形状より小さい、
ことを特徴とする、半導体受光素子の製造方法。