JPH0478031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は受光ダイオードに関する。

受光ダイオードは、pinホトダイオード、アバ
ランシエホトダイオードなどがある。メサ型、プ
レーナ型などの形状がある。

受光ダイオードには、高速応答性が要求され
る。この場合、静電容量を減らすため、メサ型に
して、pn接合部の面積を狭くするのが有効であ
る。

光フアイバと結合されて使用される場合、高い
結合効率が望まれる。

(イ) 従来技術とその欠点 受光ダイオードは、従来上方に窓のあるハーメ
チツクシールタイプのパツケージに収容される事
が多かつた。この構造では、受光素子チツプの基
板底部に電極があり、パツケージに全面ハンダ付
けされる。

チツプの上面に光の入る受光面と、これを囲む
リング電極がある。リング電極と、パツケージの
リードピンの間をワイヤボンデイングしてある。
ワイヤは上方へ彎曲しているから、ワイヤに接触
しないよう、パツケージキヤツプはある程度の高
さが必要である。このため光フアイバ端と、受光
素子チツプの間隔が離れてしまう。

そこで、底面に受光面を持つような構造の受光
ダイオードも作製されるようになつた。

底面の中央部を受光面として残し、周辺にリン
グ電極を設ける。上面には単なる（非リング）電
極をつけて、ワイヤボンデイングするようにな
る。

pn接合部は、基板上方のエピタキシヤル層に
あるから、メサ型にすることが可能になる。

メサ型ホトダイオードは、例えば次のような構
造をしている。ｎ−InP基板の上にノンドープの
InGaAsのエピタキシヤル成長層を作り、上面か
らZnを拡散して、pn接合を作る。上方を台形状
にエツチングするとメサ型となる。

チツプの上面にはｐ型電極（Au−Zn）、底面
にはリング状のｎ型電極（AuGeNi）を設ける。

このようなチツプはウエハプロセスで作製され
る。多数の素子が作られた後、スクライブして、
チツプに分離する。

これをパツケージの実装しなければならない。

第４図は従来の受光ダイオードチツプ９をサフ
アイヤ基板１の上にハンダ付けする例を示す。サ
フアイヤ基板１は透明であるから、光を通す。サ
フアイヤ基板１の上に、開口部４を有する導電性
のダイボンデイング用パツド３をメタライズす
る。

ダイボンデイング用パツド３はAu系の材料が
主に用いられるがこれは、塗布すべき部分の穴の
ある薄いスクリーンを基板に重ねペーストを塗り
込むスクリーン印刷によつて塗布する。塗布時に
は平坦である。

しかし、焼成すると、ペーストは端部で表面張
力のために隆起することがある。このままの形状
に保つて固化すると、ペースト表面には第４図に
示すような不規則な凹凸が生ずる。これをパツド
として用いる。受光ダイオードチツプ９をダイボ
ンデイング用パツド３の上においてボンデイング
する。

パツド３に凹凸があると、チツプ９が傾いたま
ま固定される。

第５図は透明でない基板に取り付ける例を示
す。セラミツク基板２０の上に、導電性ボンデイ
ングパツド２１を蒸着などによつて付け、光導入
用穴２３が穿たれている。

この上に、リングハンダ２４を載せ、受光ダイ
オードチツプ９をハンダ付けする。

この際、次のような困難がある。

ひとつは、リングハンダ２４と光導入用穴２３
との位置合わせが難しい、という事である。この
ため、ハンダ２４が光導入用穴２３の中へはみ出
す２５ことがある。

たとえ、ハンダ２４が正しい位置に載つていた
としても、チツプ９を置いて圧力をかけてハンダ
付けすると、ハンダ２４がはみ出す２５こともあ
る。

ハンダ厚みを少なくすればムラを減ずることが
できるが、ハンドリングのため、ハンダ厚みは20
〜30μｍ以上必要である。

このようなわけで、ハンダ２４がチツプ底面の
受光面積を狭少化し、受光ダイオードの感度を減
殺することがあつた。

さらに、固着強度の問題もある。リングハンダ
プリフオーム（例えば、外径500μｍ、内径250μ
ｍ、30μｍｔのAuSn合金）を用いて、ダイボン
ドを行うとプリフオームが溶けてから受光ダイオ
ードをダイボンドするまでのタイムラグがあるた
め、受光ダイオード底面とハンダが一様に接触せ
ず、ダイボンド感度にバラつきが生ずる等の問題
がある。

(ウ) 発明の構成 本発明は、パツケージの基板の方にハンダ付け
するのではなく、チツプの側にハンダ層を予め付
けておくようにする。

第１図はメサホトダイオードチツプに本発明を
適用した例を示す断面図である。

SnドープInP基板１０の上に、液相エピタキシ
ヤル法により、ノンドープInGaAsエピタキシヤ
ル層１１を、InP基板１０に格子整合する条件下
で成長させる。

次に、Zn拡散により、ｐ型領域１２を作る。
これによつてpn接合が形成される。

この後、AuZnを用いてｐ側電極１３を形成す
る。AuGeNiを用いてリング状のｎ側電極１４を
形成する。

さらに、静電容量を減ずるため、pn接合部の
近傍を両側からエツチングする。

次に、アルカノールスルホン酸系のメツキ液で
Snメツキパターンをｎ側電極１４の下側にリン
グ状に形成した。メツキパターンの横断面形状は
電極１４のパターンのそれに等しくする。

Snメツキ部はハンダとして作用するので、以
後ハンダ層１５と呼ぶ。

ハンダ層１５とｎ側電極１４が内外径の寸法が
同一のリング状になり、チツプ下面中央部が露出
する。これが受光面１６となる。

ハンダ層の厚みは１〜10μｍとする。

以上の工程は全てウエハプロセスによつて行
う。この後、スクライブして個々のチツプに分割
する。

ハンダ層１５の形成方法は、メツキ法、蒸着法
などが有効である。

ハンダ層１５の素材としては、Snの他、Au−
Sn共晶合金、Au−Si共晶合金などを用いる事が
できる。

以上主たる製造工程について述べた。

このような受光素子チツプを、実際にダイボン
ドするには、ハンダ材としてSnを用いた時、ボ
ンドすべきパツケージを250℃に熱しておき、予
めハンダ層１５をつけたチツプを、パツドに対し
位置合わせしながらダイボンドする。

この際、他のハンダは用いなくても良い。チツ
プ下底のハンダ層１５が一時的に融けて固化し、
ハンダ付けができる。

この受光素子チツプをダイボンデイングする
と、Snのメツキ厚みが５〜10μｍの場合、最も良
好にボンデイングされた。薄いハンダであるから
融けても、流れ出したり変形したりする事はな
い。ハンダがそのままの形状を保ちながら融け受
光素子チツプに接触した後そのまま固化するから
である。

メツキ厚みが5μｍ以下では、ボンデイング強
度にバラつきがあつた。

メツキ厚みが10μｍ以上では、Snハンダしみ出
しがあり、しかも、これがバラつくという欠点が
あつた。厚みが大きすぎるので融けたハンダが変
形流動しやすくなり、受光素子チツプを押し付け
るとハンダが両側に流動してしみ出すためであ
る。厚みの最適範囲はハンダ素材の種類により異
なるが、一般に５〜10μｍが良いようである。

(エ) パツケージング 本発明は、ハンダ層をチツプ側に設ける。パツ
ケージの基板には、このハンダ層を利用して、ダ
イボンドする。

基板、パツケージの材質、形状は任意である。

第２図にサフアイヤ基板を用いたフラツトタイ
プのパツケージに取り付けた状態を示している。
このパツケージ自体は本出願人が先に出願（特願
昭58−97628号S58.5.31出願、特開昭59−220982
号S59.12.12公開）したものである。

サフアイヤ基板１の上に四角形の受光素子チツ
プを収容する空間を有する下枠２が接着（ろう付
け）してある。サフアイヤ基板１の中央には、開
口部４を有する導電性のダイボンデイング用パツ
ド３がメタライズしてある。パツド３の一端は下
枠の受光素子チツプ収容空間の側面を通り下枠２
の上面に至り下枠２の外周端まで延びている。

下枠２の上に、中央に広い開口を有する四角形
の上枠５が接着される。ダイボンデイング用パツ
ド３の延長辺にリード６をハンダ付けしてある。

下枠２の対向辺には、受光素子チツプ収容空間
のある内端から外端に至るように、ワイヤボンデ
イング用パツド８がメタライズしてある。この延
長辺に、リード７がハンダ付けしてある。

ダイボンデイング用パツド３の上へ、直接（新
たにハンダを付けず）第１図の受光素子チツプを
置く。そしてダイボンドし、ｎ側電極３４とパツ
ド３を固着する。

ｐ側電極１３は、ワイヤボンデイング１０′し
てパツド８に接続する。上枠５の上には後に蓋板
（図示せず）が固着され、内部空間が密閉される。

光は、サフアイヤ基板１、パツド３の開口部４
を通つて受光面１６に達する。

ここに示すように、ハンダ層１５のしみ出し、
ずれなどが起こらない。

第３図にセラミツク基板パツケージに適用した
例を示す。第５図のパツケージと同様の構造であ
るが、セラミツク基板のダイボンデイング用パツ
ド２１の開口部１５の周囲上面にはハンダを付け
ておかない。

チツプ側のハンダ層１５がパツド２１にハンダ
付け作用する。

ワイヤボンデイング、リード、パツケージ外形
などは図示を省略した。

(オ) 適用範囲 受光ダイオード全般に適用できる発明である。

メサ型ホトダイオードの他にプレーナ型ホトダ
イオードにも適用できる。

アバランシエホトダイオード（APD）にも適
用する事ができる。

(カ) 効果 (1) ダイボンデイング時に、受光用窓が汚染され
ない。ホトダイオードの感度が損なわれない。
組立歩留りが向上する。

受光ダイオードのダイボンド部の受光用窓以
外の部分にSn等のメタライズ層をつくりつけ
で形成しているためである。

Sn等のメタライズ層の厚みは、±0.2μｍの精
度で自由に制御できるから、ハンダはみ出しな
どが起こらない。

(2) ダイボンド時にハンダ又はエポキシ樹脂など
のダイボンド材を特別に用意する必要がない。

工程が簡単になり、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するために使われるメサ
型受光ダイオードの縦断面図。第２図は第１図の
受光ダイオードをサフアイヤ基板フラツトパツケ
ージの中へ収容した状態を示す縦断面図。第３図
は第１図の受光ダイオードをアルミナ基板の上へ
ダイボンドした状態を示す縦断面図。第４図は従
来のサフアイヤ基板への受光ダイオードのダイボ
ンデイングの状態を示す縦断面図。第５図は従来
例に係るアルミナ基板への受光ダイオードのボン
デイング例を示す縦断面図。 １……サフアイヤ基板、２……下枠、３……ダ
イボンデイング用パツド、４……開口部、５……
上枠、６，７……リード、９……受光素子チツ
プ、１０……ｎ−InP基板、１１……InGaAsエ
ピタキシヤル層、１２……Zn拡散領域、１３…
…ｐ側電極、１４……ｎ側電極、１５……ハンダ
層、１６……受光面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透明の基板又は光を下方外部から取り入れる
   光導入用穴を有する基板と、基板の上に固着され
   受光素子チツプを収容する空間を有する下枠と、
   該下枠の上面の外端から内端に至り前記受光素子
   チツプ収容空間の側面を通り基板の中央に至るよ
   うに延びており基板中央の位置で光を通すための
   開口部を有するダイボンデイング用パツドと、下
   枠の上面において受光素子チツプ収容空間のある
   内端から外端に至るようメタライズされたワイヤ
   ボンデイング用パツドと、中央に広い開口を有し
   下枠の上に固着されるべき上枠と、ダイボンデイ
   ング用パツドとワイヤボンデイング用パツドとの
   外方端部に於いてこれに接着されるリードとより
   なる受光素子用パツケージに、ウエハプロセスに
   よつて単結晶ウエハの上にウエハと同導電型のエ
   ピタキシヤル層を形成し、前記エピタキシヤル層
   上に異導電型のエピタキシヤル層を形成した後エ
   ツチングによりpn接合部を終端させるか、又は
   前記エピタキシヤル層内に拡散又はイオン注入等
   によりエピタキシヤル層内に異導電型の領域を部
   分的に形成し部分的にpn接合部を形成すること
   により、エピタキシヤル層内に該接合部に近い面
   上で終端させる様にpn接合部を形成し、pn接合
   部に近い方の面にワイヤボンド用の電極を設け、
   pn接合部から遠い方の面は光が通るべき中央の
   部分を残してリング状のダイボンド用電極を形成
   しリング状のダイボンド用電極の下にこれと横断
   面形状が同一のリング状のハンダ層を５〜10μｍ
   の厚みでメタライズしておき、この後ウエハをス
   クライブして個々の受光素子チツプに分割する事
   とした受光素子チツプを取り付ける方法であつ
   て、受光素子用パツケージのダイボンデイング用
   パツドには予めハンダを付けず、予め加熱された
   受光素子用パツケージのダイボンデイング用パツ
   ドの開口部の周囲に合致するよう、受光素子チツ
   プ下面のリングハンダ層を押し当てる事によつ
   て、受光素子チツプを受光素子用パツケージにダ
   イボンデイングし、ワイヤボンド用電極とワイヤ
   ボンデイング用パツドとをワイヤで接続する事を
   特徴とする受光ダイオードの製造方法。 ２ リングハンダ層がsnである特許請求の範囲第
   １項記載の受光ダイオードの製造方法。 ３ リングハンダ層がAu−Sn共晶合金である特
   許請求の範囲第１項記載の受光ダイオードの製造
   方法。 ４ リングハンダ層がAu−Si共晶合金である特
   許請求の範囲第１項記載の受光ダイオードの製造
   方法。 ５ リングハンダ層がメツキ法により形成される
   特許請求の範囲第１項記載の受光ダイオードの製
   造方法。 ６ リングハンダ層が蒸着法により形成されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の受光ダイオードの
   製造方法。