CN102623544B - 光半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光半导体装置，该光半导体装置充分降低了光接收元件间的串扰(漏电流)、小型且简单。如果使用根据本发明的光半导体装置，则由于背面电极是镜面状的薄膜，所以可以容易地抑制对相邻的光接收元件的串扰，减少光半导体装置的光强度检测时的误差。另外，通过在整个背面上在构图了的背面电极或绝缘膜的底面上设置欧姆电极，可以减小背面上的接触电阻。另外，通过使用二维地配置的光半导体元件和使背面电极为镜面状的薄膜，可以改善串扰。另外，通过在具有高气密性的状态下被收存于框体，保护光半导体元件免受外部环境影响，耐湿性优良，能够确保高可靠性。

Description

光半导体装置
技术领域
本发明涉及主要用于光纤通信的光半导体装置，更具体地，涉及像应对了多沟道化的光接收元件(光电二极管：PD)那样的光半导体光接收元件阵列。
背景技术
伴随着近年来的波长复用通信等光纤通信技术的发展，必须有检测更多沟道的光的光接收元件。另一方面，为了防止伴随着多沟道化的装置的大型化，同时还希望进行装置的小型集成化。针对这些要求，形成了阵列状的光接收元件的光半导体装置，因可以接收多沟道的光且是小型装置而被广泛使用。
图1A是专利文献1中记载的现有的光半导体装置的外观图。而图1B是包含光接收部的剖面图。在图1A中例示了具有四个元件的光接收部的光半导体元件阵列，但元件数目可以根据用途进行增减而使用。
图1所示的光半导体装置，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。在此，光吸收层112具有绝缘性。另外，在这样的构成中，在光吸收层112的正上方设置导电性半导体层114，在导电性半导体层114上形成扩散区120。另外，在半导体衬底110上通过蒸镀等形成背面电极118，在导电性半导体层114上形成绝缘膜116和表面电极119。在此，用金属焊料130把光半导体元件100固定在背面电极118上，用键合引线132使表面电极119与在电气布线板134上形成的电气布线136连接地安装。
作为用来构成光半导体元件100的材料，使用硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等。在以下的说明中，使用在长距离光纤通信中被广泛使用的InP系的材料进行说明。
导电性半导体衬底110是n型InP(载流子浓度为1×1018cm-3)，光吸收层112是绝缘型(n-型)砷化铟镓(InGaAs，载流子浓度为1×1014cm-3)，导电性半导体层114是n型InP(载流子浓度为1×1017cm-3)，在导电性半导体层114上形成的扩散区120是掺杂了Zn的p型的InP(载流子浓度为1×1018cm-3)。在导电性半导体层114上形成的绝缘膜116使用氮化硅(SiN)。该绝缘膜116还同时发挥半导体接合的钝化功能并用作光入射时的无反射涂层。
光接收部140的光接收直径是80μm，光接收元件的间隔是250μm。另外，导电性半导体衬底110的厚度为约200μm。
在此，为了使背面电极118有效地用作光接收元件阵列的共用阴极，一般设置欧姆电极。即，***用来降低InP衬底110与金属焊料130界面处的肖特基势垒的合金。本现有例，由于是n型衬底，所以使用含锗的金、镍的合金。在InP衬底上通过蒸镀而淀积合金后，通过热处理使金、锗向InP衬底扩散，降低肖特基势垒，进行界面的欧姆化。另外，虽然图1中没有记载，有时还在欧姆电极118的底部进一步附加使用了钛、铂、金等的电极。
下面说明图1所示的光半导体装置的动作。首先，在表面电极119与背面电极118之间施加反向偏置电压。像图1B所示的那样，从表面经由绝缘膜116输入到光接收部140的入射光150的大部分在光吸收层112处被光电转换，成为电子171和空穴172这两种载流子。在此，因反向偏置电压被耗尽了的光吸收层112(绝缘型InGaAs)中产生能带的倾斜。因此，在光吸收层112中产生的各载流子即电子171、空穴172分别因漂移而向半导体衬底110(n型InP)和p型扩散区120(p型InP)移动，最终从在表面、背面上形成的电极向外部输出。
在此，被输入到光吸收层112的入射光150的一部分在光吸收层112处不能完全地光电转换，成为衬底内透射光152。衬底内透射光152有时也被背面电极118反射，一部分再次被输入到光吸收层112，但像图1B的虚线箭头154所示的那样，也存在到达相邻元件162的光。
发明内容
在图1所示的现有的光半导体装置中，如果像上述那样被背面电极118反射的衬底内透射光152的一部分到达相邻元件162和其附近的光吸收层112，则出现在相邻元件162中产生串扰(漏电流)170的问题。由于产生漏电流170，在光纤通信中的光强度监视时，出现了产生光强度的检测误差的问题。
发明人分析了这样的串扰的主要原因，推测以下三个现象是主要原因。即，(1)因衬底背面处的漫反射而到达相邻元件的光串扰；(2)因到达相邻元件附近的吸收层的光产生的载流子(电子和空穴)的扩散所造成的电气串扰；(3)在输入元件的光吸收层处未能完全地光电转换的衬底内透射光造成的、包含(1)和(2)的现象在内的某种现象造成的串扰。
在此，在现有文献中公开了针对(2)和(3)的现象的对策。
首先，关于(2)的现象，在专利文献1中具有在光接收元件之间设置第二半导体接合层的结构。由此，相邻元件附近的吸收层处产生的载流子可以通过漂移被抽出，可以改善串扰。
其次，关于(3)的现象，通过加厚光吸收层、设置多个光吸收层等的方法，可以减少衬底内透射光，可以改善串扰。但是，不能完全地抑制衬底内透射光。因此，降低现象(1)中的因背面处的漫反射造成的串扰是很重要的课题。
但是，在现有文献中未公开降低现象(1)中的背面处的漫反射本身的技术。
在此，用图1B说明发生漫反射的原因。在导电性半导体衬底110的底部设置欧姆电极作为背面电极118。这样的欧姆电极，像上述那样，是通过热处理使金、锗向InP内扩散。因此，InP与欧姆合金的界面变为粗糙状态。在图1B中示意性地示出背面电极118与InP的界面是***糙了的样子。该背面的粗糙成为漫反射的主要原因，出现了产生到相邻元件的串扰的问题。
本发明正是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于提供充分降低光接收元件间的漏电流的、小型且简单的光半导体装置。
本发明是一种光半导体装置，包括：导电性半导体衬底、在导电性半导体衬底上形成的光吸收层、和在光吸收层上形成的导电性半导体层，其特征在于：导电性半导体层通过具有多个与导电性半导体衬底相反的导电类型的扩散区，而在光半导体装置中形成阵列状的光接收元件；在导电性半导体衬底的底部包括镜面状的薄膜。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：镜面状的薄膜包括包含阻挡金属(barrier metal)的背面电极。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：镜面状的薄膜被构图。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：镜面状的薄膜被构图；光半导体装置在镜面状的薄膜的底部形成有作为姆欧电极的第二背面电极。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：镜面状的薄膜包括绝缘膜。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：镜面状的薄膜包括绝缘膜和该绝缘膜底部的背面电极。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：镜面状的薄膜包括绝缘膜和该绝缘膜底部的背面电极，且被构图。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：镜面状的薄膜包括绝缘膜和该绝缘膜底部的第一背面电极，且被构图；光半导体装置在镜面状的薄膜的底部形成有作为姆欧电极的第二背面电极。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：光半导体装置被收存于框体。
在本发明的一个实施方式中，其特征在于：具有二维地配置了光接收元件的结构。
如果使用根据本发明的光半导体装置，则由于背面电极是镜面状的薄膜，所以可以容易地抑制向相邻的光接收元件泄漏的漏电流，减少光半导体装置的光强度检测时的误差。
另外，通过在整个背面上在构图了的背面电极或绝缘膜的底面上设置欧姆电极，可以减小背面上的接触电阻。
另外，通过使用二维地配置的光半导体元件和使背面电极为镜面状的薄膜，可以改善串扰。
另外，通过在具有高气密性的状态下被收存到框体内，保护光半导体元件免受外部环境影响，耐湿性优良，能够确保高可靠性。
本发明的上述和其它的特征可以通过以下的结合附图进行的详述更清楚地理解。
附图说明
图1A和图1B是用来说明现有的光半导体装置的结构的图，图1A是外观图，图1B是剖面图。
图2A和图2B是示出根据本发明的实施方式1的光半导体装置的结构的图，图2A是剖面图，图2B是背面结构的细节图。
图3是用来说明把根据本发明的实施方式1的光半导体元件收存到框体中时的结构的图。
图4是示出根据本发明的实施方式1的光半导体元件的评价结果的曲线图。
图5A和图5B是用来说明根据本发明的实施方式2的光半导体装置的结构的图，图5A是剖面图，图5B是底面图。
图6A和图6B是用来说明根据本发明的实施方式2的另一方式的光半导体装置的结构的图，图6A是剖面图，图6B是底面图。
图7A和图7B是用来说明根据本发明的实施方式3的光半导体装置的结构的图，图7A是剖面图，图7B是底面图。
图8A和图8B是用来说明根据本发明的实施方式3的另一方式的光半导体装置的结构的图，图8A是剖面图，图8B是底面图。
图9是用来说明根据本发明的实施方式4的光半导体装置的结构的剖面图。
图10是用来说明根据本发明的实施方式4的另一方式的光半导体装置的结构的剖面图。
图11A和图11B是用来说明根据本发明的实施方式5的光半导体装置的结构的图，图11A是剖面图，图11B是底面图。
图12是用来说明根据本发明的实施方式5的另一方式的光半导体装置的结构的剖面图。
图13A和图13B是用来说明根据本发明的实施方式6的光半导体装置的结构的图，图13A是剖面图，图13B是底面图。
图14A和图14B是用来说明根据本发明的实施方式6的另一方式的光半导体装置的结构的图，图14A是剖面图，图14B是底面图。
图15是用来说明根据本发明的实施方式7的光半导体装置的结构的立体图。
图16是用来说明把根据本发明的实施方式7的光半导体元件收存到框体中时的结构的图。
图17是示出根据本发明的实施方式7的半导体元件的评价结果的曲线图。
具体实施方式
用图2A、图2B、图3和图4说明本发明的光半导体装置中的实施方式1。图2A和图2B是光半导体装置的构成图，图2A是包含光接收部的剖面图，图2B是背面结构的细节图。在图2A中例示了具有多个光接收部的光半导体元件阵列，但元件数目可以根据用途进行增减而使用。
图2A和图2B所示的光半导体装置，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。在此，光吸收层112具有绝缘性。另外，在该构成中，在光吸收层112的正上方设置导电性半导体层114，扩散区120在导电性半导体层114上形成。另外，在半导体衬底110上通过蒸镀等形成背面电极118，在导电性半导体层114上形成绝缘膜116和表面电极119。
作为用来构成光半导体元件的材料，使用硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等。在此，与现有例同样地，使用在长距离光纤通信中被广泛使用的InP系的材料进行说明。
导电性半导体衬底110是n型InP(载流子浓度为1×1018cm-3)，光吸收层112是绝缘型(n-型)砷化铟镓(InGaAs，载流子浓度为1×1014cm-3)，导电性半导体层114是n型InP(载流子浓度为1×1017cm-3)，在导电性半导体层114上形成的扩散区120是掺杂了Zn的p型的InP(载流子浓度为1×1018cm-3)。在导电性半导体层114上形成的绝缘膜116使用氮化硅(SiN)。该绝缘膜116还同时发挥半导体接合的钝化功能并用作光入射时的无反射涂层。
光接收部140的光接收直径是80μm，光接收元件的间隔是250μm。另外，导电性半导体衬底110的厚度为约200μm。
在此，与图1B所示的现有例的剖面图在结构上的不同之处在于背面电极118的结构。即，在本发明中，在半导体衬底110的背面，作为背面电极118的组成不使用由合金构成的欧姆金属，而是设置镜面状的薄膜。其材料可以是包含金属、绝缘膜在内的多种材料。在本实施方式中，使用包含阻挡金属的金属，阻挡金属是为了防止材料间相互扩散而在容易扩散的材料间***的金属。在本实施方式中，由于使用金布线和金锡焊料，所以使用用来防止金和InP的扩散的铂作为阻挡金属。
用图2B说明背面结构的细节。在作为导电性半导体衬底110使用的n型InP的底部，首先通过蒸镀设置与InP的紧密结合性好的钛1182。然后在钛1182的底部通过蒸镀设置作为阻挡金属的铂1184。进而在铂1184的底部通过蒸镀设置金1186。各层的厚度为约通过这样的结构，由于InP与金隔着阻挡金属，即使利用加热工序等也难以发生相互扩散。因此，InP与背面金属的边界变为平滑的状态，用SEM显微镜确认了形成了良好的镜面状的薄膜。
下面说明本实施方式中的光半导体装置的动作。首先，在表面电极119与背面电极118之间施加反向偏置电压。像图2A所示的那样，从表面经由绝缘膜116输入到光接收部140的入射光150的大部分在光吸收层112处被光电转换，成为电子和空穴这两种载流子。在此，因反向偏置电压被耗尽了的光吸收层112(绝缘型InGaAs)中产生能带的倾斜。因此，在光吸收层112中产生的各载流子即电子、空穴分别因漂移而向半导体衬底110(n型InP)和p型扩散区120(p型InP)移动，最终从在表面、背面上形成的电极向外部输出。
在此，被输入到光吸收层112的入射光150的一部分在光吸收层112处不能完全地光电转换，成为衬底内透射光152。衬底内透射光152被背面电极118反射。在此，背面电极118是镜面状的薄膜，背面处没有漫反射，示出像镜面反射那样的反射动作。因此，可以减少像现有例那样的因背面处的漫反射造成的到达相邻元件的光，可以期待改善串扰。
可以把图2A和图2B所示的光半导体元件收存到图3所示的框体182和窗盖184。光半导体元件100被收存到由陶瓷构成的箱形的框体182内，并被该框体182和可以向光接收部140输入光的由蓝宝石等构成的窗盖184气密性密封。虽然图中未示出，框体182和窗盖184用金属焊料130接合起来，所以具有高的气密性，从而可以保护光半导体元件100免受外部环境影响，耐湿性优良、确保高可靠性。光半导体元件100在使光接收部140与窗盖184相对置的状态下用金属焊料130等把背面电极118与框体182固定起来，且利用键合引线132把表面电极119与框体内的电气布线136连接起来。框体内的电气布线136贯通框体182而延长到框体182的表面(未图示)，可以实现到与外部连接的电气布线板等的电气连接。
图4示出对从光纤输入了光时的串扰量进行评价得到的结果。在把光半导体元件100搭载到图3所示的框体182上且不用窗盖184进行密封的状态下，通过用光纤向光接收部140输入光进行了该评价。在此，输入光的波长为1.55μm，在室温环境下进行了测定。纵轴所示的串扰的值是输入元件中的光接收电流与相邻元件中的光接收电流之比。在测定时，使光接收部与光纤端面的距离(z)变化地观测了串扰的变化。
由上述实验的结果可以确认，现有产品中的相邻串扰在z＜600μm的区域为-35dB～-42dB，而使用本发明的元件时为-45dB～-52dB左右，可以确认有10dB的串扰的改善。
在本实施方式中，由于背面电极118不使用欧姆电极，所以InP衬底110与背面电极118之间是肖特基接触。因此会担心接触电阻。但是由于作为共用电极的背面电极118的接触面积大，所以在通常的工作条件下该接触电阻的增加多数情况下不会导致品质上出问题。例如，增加1Ω左右的电阻时，在负载电阻50Ω的传送路径中带宽的劣化小到50/51左右。另外，即使接触电阻造成电压下降，在1mA的光接收电流下电压降也是1mV左右，是可以忽视的程度。
另外，本实施方式中导电性半导体衬底110是n型。但在是相反的导电类型的p型时也有同样的改善效果。此时，导电性半导体衬底110是p型，光吸收层112是p-型，导电性半导体层114是p型，在导电性半导体层114上形成的扩散区120是n型。
另外，在本实施方式中，由于背面示出像镜面反射那样的反射动作，所以输入到输入元件160的光吸收层112的衬底内透射光152的量增加。因此，还起到增加输入元件160的光接收灵敏度的效果。
用图5A和图5B说明本发明的光半导体装置中的实施方式2。图5A和图5B是光半导体装置的构成图，图5A是包含光接收部的剖面图，图5B是附加金属焊料之前的底面图。
该光半导体装置与实施方式1同样地，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。其它的载流子浓度、电极等的构成与实施方式1相同，所以省略说明。
本实施方式与实施方式1在结构上的不同之处在于，背面电极118不是整面电极，而是被构图了的电极。通过在导电性半导体衬底110的底部涂敷有机光刻胶并曝光的去除(lift-off)工序进行构图。构图的位置设置在隔着InP衬底110与光接收元件表面上的各光接收部140相反的一侧。即，背面的图案设置成，通过光接收部的光轴来到中央。在本实施方式中，像图5B所示的那样，电极的图案为圆形，其直径为φ＝200μm。无图案的区域是剥离了导电性半导体衬底110的状态。
背面电极的组成，与实施方式1同样地，不使用由合金构成的欧姆金属，而是设置镜面状的薄膜。在本实施方式中，与实施方式1同样地，使用包含阻挡金属的金属。在本实施方式中，由于使用金布线和金锡焊料，所以使用用来防止金和InP的扩散的铂作为阻挡金属。在作为导电性半导体衬底110使用的n型InP的底部，通过蒸镀依次设置钛、铂、金。各层的厚度为约
通过这样的结构，与实施方式1同样地，InP与金的相互扩散被抑制，形成了良好的镜面状的薄膜。而且，在本实施方式中，由于背面电极不是配置在整个面上，所以可以减少容易因热变化而产生应力的铂的面积。因此，即使有热变化也能保持镜面状态，可以形成难以发生剥离的薄膜。
下面说明根据本实施方式的光半导体装置的动作。与实施方式1同样地，首先，在表面电极119与背面电极118之间施加反向偏置电压。像图5A所示的那样，从表面经由绝缘膜116输入到光接收部140的入射光150的大部分在光吸收层112处被光电转换。在此，被输入到光吸收层112的入射光150的一部分在光吸收层112处不能完全地光电转换，成为衬底内透射光152，被背面电极118反射。在此，背面电极118是镜面状的薄膜，背面处没有漫反射，示出像镜面反射那样的反射动作。因此，可以减少像现有例那样的因背面处的漫反射造成的到达相邻元件的光，改善了串扰。
在本实施方式中，由于背面电极118不使用欧姆电极，所以InP衬底110与背面电极118之间是肖特基接触。而且，由于背面电极118被构图了，因此比实施方式1更担心接触电阻的增加。但是，与实施方式1同样地，由于作为共用电极的背面电极118的接合面积大，所以在通常的工作条件下该接触电阻的增加多数情况下不会导致品质上出问题。
下面，用图6A和图6B说明实施方式2的另一方式。图6A和图6B是光半导体装置的构成图，图6A是包含光接收部的剖面图，图6B是底面图。
在本结构中，与图5A和图5B所示的实施方式不同之处在于背面的图案形状。在本方式中，除了设置成使通过光接收部的光轴来到中央的图案(直径为200μm)以外，还在其周边部分追加了小尺寸(直径为约50μm)的背面电极。
通过这样的结构，除了图5A和图5B所示的实施方式中的发明效果以外，通过小尺寸的背面电极与金属焊料的紧密接合，可以提高光半导体元件与金属焊料间的接合强度，可以实现向电气布线、框体的坚固的搭载。另外，通过增加背面电极的面积，可以减小接触电阻。
用图7A和图7B说明本发明的光半导体装置中的实施方式3。图7A和图7B是光半导体装置的构成图，图7A是包含光接收部的剖面图，图7B是底面图。
该光半导体装置与上述的实施方式同样地，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。其它的载流子浓度、电极等的构成与上述的实施方式相同，所以省略说明。
本实施方式与上述的实施方式在结构上的不同之处在于，在背面上设置了包含阻挡金属的电极作为第一背面电极1187之后，进一步设置欧姆电极作为第二背面电极1188。在本实施方式中，第一背面电极1187不是整面电极，而是被构图了的结构，而且在其底部，在整个背面上设置了欧姆电极作为第二背面电极1188。构图的方向和结构与实施方式2相同。即，由于通过去除工序进行制作，其位置设置在隔着InP衬底110与光接收元件表面上的各光接收部140相反的一侧。像图7B所示的那样，第一背面电极1187的图案为圆形，其直径为φ＝200μm。在本实施方式中，由于进一步设置欧姆电极作为第二背面电极1188，所以看起来底面整个面是欧姆电极。
第一背面电极1187的组成，与上述的实施方式同样地，使用包含阻挡金属的金属。在作为导电性半导体衬底110的n型InP的底部，通过蒸镀依次设置钛、铂、金。各层的厚度为约另一方面，第二背面电极1188使用含锗的金、镍的合金。在InP衬底110上通过蒸镀而淀积合金后，进行热处理，使与InP相接的金、锗向InP扩散，降低肖特基势垒，进行界面的欧姆化。
通过这样的结构，与上述的实施方式同样地，InP与金的相互扩散被抑制，形成了良好的镜面状的薄膜。另外，由于第一背面电极1187不是配置在整个面上，所以可以减少容易因热变化而产生应力的铂的面积，即使有热变化也能保持镜面状态，可以形成难以发生剥离的薄膜。而且，在本结构中，由于在不配置第一背面电极的区域上形成欧姆接触，所以可以减小接触电阻。
下面说明根据本实施方式的光半导体装置的动作。首先，在表面电极119与背面电极1187之间施加反向偏置电压。像图7A所示的那样，从表面经由绝缘膜116输入到光接收部140的入射光150的大部分在光吸收层112处被光电转换。在此，被输入到光吸收层112的入射光150的一部分在光吸收层112处不能完全地光电转换，成为衬底内透射光152，被第一背面电极1187反射。在此，第一背面电极1187是镜面状的薄膜，背面处没有漫反射，示出像镜面反射那样的反射动作。因此，可以减少像现有例那样的因背面处的漫反射造成的到达相邻元件162的光，改善了串扰。
另外，未设置第一背面电极1187的背面，因欧姆处理而使背面与InP的界面***糙。但是，由于几乎没有到达该区域的衬底内透射光152，所以散射的影响可以忽视。
在本实施方式中，与上述的实施方式相比，由于在不配置第一背面电极1187的区域上形成欧姆接触，所以可以减小接触电阻。根据制作的元件的电流-电压特性，确认了接触电阻的增加在1Ω以内时，是良好的特性。
下面，用图8A和图8B说明的实施方式3的另一方式。图8A和图8B是半导体装置的构成图，图8A是包含光接收部的剖面图，图8B是底面图。
在本结构中，与图7A和图7B所示的实施方式的不同之处在于背面的图案形状。在本实施方式中，除了设置成使通过光接收部140的光轴来到中央的图案(直径为200μm)以外，还在其周边部分追加了小尺寸(直径为约50μm)的背面电极。
通过这样的结构，除了图7A和图7B所示的实施方式中的发明效果以外，通过小尺寸的背面电极与金属焊料的紧密接合，可以提高光半导体元件与金属焊料间的接合强度，可以实现向电气布线、框体的坚固的搭载。从进行制作的光半导体元件的剥离试验(冲模剪切强度试验，die shear test)的结果可以看出，在3个样品的试验中，从短边按压时强度平均为2kgf。这是与现有例相同的冲模剪切强度。
用图9说明本发明的光半导体装置中的实施方式4。图9是光半导体装置的包含光接收部的剖面图。
该光半导体装置，与上述的实施方式同样地，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112，且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。其它的载流子浓度、电极等的构成与上述实施例相同，所以省略说明。
本实施方式与上述的实施方式在结构上的不同之处在于，作为镜面状的薄膜配置了绝缘膜190。在本实施方式中，在整个背面上通过气相成长法堆积了使用了氮化硅的绝缘膜190。
下面说明根据本实施方式的光半导体装置的动作。首先，在表面电极119与金属焊料130之间施加反向偏置电压。像图9所示的那样，从表面经由绝缘膜116输入到光接收部140的入射光150的大部分在光吸收层112处被光电转换。在此，被输入到光吸收层112的入射光150的一部分在光吸收层112处不能完全地光电转换，成为衬底内透射光152，透过绝缘膜190，被其底部的金属焊料130反射。在此，由于绝缘膜190与金属焊料130的相互扩散等的影响少，所以金属焊料130是镜面状的薄膜，背面处没有漫反射，示出像镜面反射那样的反射动作。因此，可以减少像现有例那样的因背面处的漫反射造成的到达相邻元件162的光，改善了串扰。
另外，背面的绝缘膜190与金属焊料130之间电气绝缘。因此，通过使金属焊料130回绕接触导电性半导体衬底110的侧面，进行导电性半导体衬底110与金属焊料130的导通。因此，由于InP衬底110与金属焊料130之间是肖特基接触，所以会担心接触电阻的增加。但是，通过增加金属焊料130的量等来确保与侧面的接触面积，在通常的工作条件下该接触电阻的增加多数情况下不会导致品质上出问题。
下面，用图10说明实施方式4的另一方式。图10是光半导体装置的包含光接收部的剖面图。
在本结构中，与图9所示的实施方式的不同之处在于，在设置在背面上的绝缘膜190的底部进一步设置背面电极118。另外，绝缘膜190的厚度为约0.2μm，可以满足针对输入光的高反射率条件。另外，由于背面电极118夹着绝缘膜190，所以不会发生它与InP的相互扩散，所以也可以是不使用阻挡金属的金属，例如只有钛和金的组成。
通过这样的结构，除了图9所示的实施方式中的发明效果以外，由于存在背面电极，可以形成比由金属焊料构成的薄膜更稳定的镜面状的薄膜。另外，由于绝缘膜满足高反射率条件，所以可以比图9所示的实施方式更加提高反射率，改善串扰和提高光接收灵敏度。另外，在背面电极不使用阻挡金属时，由于不会因热变化而产生应力，所以即使有热变化也能保持镜面状态，可以形成难以发生剥离的薄膜。
用图11说明本发明的光半导体装置中的实施方式5。图11是光半导体装置的构成图，图11A是包含光接收部的剖面图，图11B是附加金属焊料之前的底面图。
该光半导体装置，与上述的实施方式同样地，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。其它的载流子浓度、电极等的构成与上述的实施例相同，所以省略说明。
本实施方式与上述的实施方式在结构上的不同之处在于，作为镜面状的薄膜配置了绝缘膜190，而且绝缘膜190不是在整个面上配置的，而是被构图了的绝缘膜。通过在绝缘膜190上用去除(lift-off)工序制作构图了的金属，以该金属为掩模进行蚀刻而进行构图。
构图的位置设置在隔着InP衬底与光接收元件表面上的各光接收部相反的一侧。即，背面的图案设置成，使通过光接收部的光轴来到中央。在本实施方式中，像图11B所示的那样，电极的图案为圆形，其直径为φ＝200μm。无图案的区域是剥离了导电性半导体衬底110的状态。
下面说明本实施方式中的光半导体装置的动作。与上述的实施方式同样地，首先，在表面电极119与金属焊料130之间施加反向偏置电压。像图11A所示的那样，从表面经由绝缘膜116输入到光接收部140的入射光150的大部分在光吸收层112处被光电转换。在此，被输入到光吸收层112的入射光150的一部分在光吸收层112处不能完全地光电转换，成为衬底内透射光152，透过绝缘膜190，被其底部的金属焊料130反射。在此，由于绝缘膜190与金属焊料130的相互扩散等的影响少，所以金属焊料130是镜面状的薄膜，背面处没有漫反射，示出像镜面反射那样的反射动作。因此，可以减少像现有例那样的因背面处的漫反射造成的到达相邻元件162的光，改善了串扰。
另外，背面的绝缘膜190与金属焊料130之间电气绝缘。因此，通过使金属焊料130与剥离了导电性半导体衬底110的区域接触，以及使金属焊料130回绕接触导电性半导体衬底110的侧面，进行导电性半导体衬底110与金属焊料130的导通。因此，由于InP衬底110与金属焊料130之间是肖特基接触，所以会担心接触电阻的增加。但是，通过增大导电性半导体衬底110剥离了的区域与金属焊料130的接触面积，或者增加金属焊料130的量等来确保与侧面的接触面积，在通常的工作条件下，该接触电阻的增加多数情况下不会导致品质上出问题。
下面，用图12说明实施方式5的另一方式。图12是光半导体装置的包含光接收部的剖面图。
在本结构中，与图11所示的实施方式的不同之处在于，在设置在背面上的绝缘膜190的底部进一步设置背面电极118。另外，绝缘膜190的厚度为约0.2μm，可以满足针对输入光的高反射率条件。另外，由于背面电极118隔着绝缘膜190，所以不会发生它与InP的相互扩散，所以也可以是不使用阻挡金属的金属，例如只有钛和金的组成。
而且在本结构中，与图11所示的实施方式的不同之处在于背面的图案形状。在本方式中，除了设置成使通过光接收部的光轴来到中央的图案(直径为200μm)以外，还在其周边部分追加了多个小尺寸(直径为约50μm)的背面电极。
通过这样的结构，除了图10所示的实施方式中的发明效果以外，通过小尺寸的背面电极与金属焊料的紧密接合，可以提高光半导体元件与金属焊料间的接合强度，可以实现向电气布线、框体的坚固的搭载。另外，由于背面电极118与导电性半导体衬底110之间隔着绝缘膜190电气绝缘，所以会因背面电极的面积增加而担心接触电阻增加，但通过增大剥离了导电性半导体衬底110的区域与金属焊料130的接触面积，或者增加金属焊料130的量等来确保与侧面的接触面积，在通常的工作条件下该接触电阻的增加多数情况下不会导致品质上出问题。另外，在背面电极不使用阻挡金属时，由于不会因热变化而产生应力，所以即使有热变化也能保持镜面状态，可以形成难以发生剥离的薄膜。
用图13A和图13B说明本发明的光半导体装置中的实施方式6。图13A和图13B是光半导体装置的构成图，图13A是包含光接收部的剖面图，图13B是底面图。
该光半导体装置，与上述的实施方式同样地，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112，且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。其它的载流子浓度、电极等的构成与上述的实施例相同，所以省略说明。
本实施方式与上述的实施方式在结构上的不同之处在于，作为镜面状的薄膜配置了绝缘膜190，而且在其底部，在整个背面上设置了欧姆电极作为背面电极118。在本实施方式中，绝缘膜190不是整个面的，而是被构图了的结构，而且在其底部，在整个背面上设置了欧姆电极作为背面电极118。构图的方向和结构与实施方式5相同。即，由于用通过去除工序制作的金属掩模通过蚀刻进行构图，其位置设置在隔着InP衬底与光接收元件表面上的各光接收部相反的一侧。像图13B所示的那样，绝缘膜190的图案为圆形，其直径为φ＝200μm。在本实施方式中，由于进一步设置欧姆电极，所以看起来底面整个面是欧姆电极。
进行欧姆处理的背面电极118使用含锗的金、镍的合金。在InP衬底110上通过蒸镀而堆积合金后，进行热处理，使与InP相接的金、锗向InP扩散，降低肖特基势垒，进行界面的欧姆化。
下面说明根据本实施方式的光半导体装置的动作。首先，在表面电极119与背面电极118之间施加反向偏置电压。像图13A和图13B所示的那样，从表面经由绝缘膜116输入到光接收部140的入射光150的大部分在光吸收层112处被光电转换。在此，被输入到光吸收层112的入射光150的一部分在光吸收层112处不能完全地光电转换，成为衬底内透射光152，透过绝缘膜190，被其底部的背面电极118反射。在此，由于绝缘膜190与背面电极118的相互扩散等的影响少，所以背面电极118是镜面状的薄膜，背面处没有漫反射，示出像镜面反射那样的反射动作。因此，可以减少像现有例那样的因背面处的漫反射造成的到达相邻元件162的光，改善了串扰。而且，由于在不配置绝缘膜190的区域上形成欧姆接触，所以可以减小接触电阻。
另外，未设置绝缘膜190的背面因欧姆处理而使与InP之间的界面***糙。但是，由于几乎没有到达该区域的衬底内透射光152，所以散射的影响可以忽视。
下面，用图14A和图14B说明实施方式6的另一方式。图14A和图14B是光半导体装置的构成图，图14A是包含光接收部的剖面图，图14B是底面图。
在本结构中，与图13A和图13B所示的实施方式的不同之处在于，在设置在背面上的绝缘膜190的底部进一步设置第一背面电极1187之后，进一步设置欧姆电极作为第二背面电极1188。另外，绝缘膜190的厚度为约0.2μm，可以满足针对输入光的高反射率条件。另外，由于第一背面电极1187隔着绝缘膜190，所以不会发生与InP的相互扩散，所以也可以是不使用阻挡金属的金属，例如只有钛和金的组成。
而且在本结构中，与图13A和图13B所示的实施方式的不同之处在于背面的图案形状。在本方式中，除了设置成使通过光接收部的光轴来到中央的图案(直径为200μm)以外，还在其周边部分追加了多个小尺寸(直径为约50μm)的背面电极
通过这样的结构，除了图13A和图13B所示的实施方式中的发明效果以外，通过小尺寸的背面电极与金属焊料的紧密接合，可以提高光半导体元件与金属焊料间的接合强度，可以实现向电气布线、框体的坚固的搭载。另外，在背面电极不使用阻挡金属时，由于不会因热变化而产生应力，所以即使有热变化也能保持镜面状态，可以形成难以发生剥离的薄膜。
用图15～图17说明本发明的光半导体装置中的实施方式7。在本实施方式中，把用上述实施方式进行了串扰改善的光半导体元件二维地配置。
在图15中例示了把光接收元件配置成4行×3列的12沟道的光半导体元件阵列，但元件数目可以根据用途进行增减而使用。
该光半导体装置，与上述的实施方式同样地，通过具有在导电性半导体衬底110上形成的光吸收层112，且具有多个与导电性半导体衬底110相反的导电性的扩散区120而形成。其它的载流子浓度、电极等的构成与上述的实施例相同，所以省略说明。
在本实施例中，作为镜面状的薄膜，与实施方式1同样地，在整个背面上配置包含阻挡金属的金属作为背面电极118。
在图16所示的构成中，像图示的那样，把配置成两列的光半导体元件阵列收存到框体182中。光半导体元件100被收存到由陶瓷构成的箱形的框体182中。虽然图中未示出，该框体182和可以向光接收部140输入光的窗盖用金属焊料130接合起来，所以具有高的气密性，从而可以保护光半导体元件100免受外部环境影响，耐湿性优良、能够确保高可靠性。光半导体元件100在使光接收部140与窗盖184相对置的状态下用金属焊料130等把背面电极118与框体182固定起来，且利用键合引线132把表面电极119与框体内的电气布线136连接起来。
框体内的电气布线136贯通该框体182而延长到框体的表面(未图示)，可以通过固定在框体182上的引线管脚138实现到与外部连接的电气布线板等的电气连接。
图17示出对从光纤输入了光时的串扰量进行评价得到的结果。在把光半导体元件100搭载到图16所示的框体182上且不用窗盖进行密封的状态下，通过用光纤向光接收部140输入光进行了该评价。在此，输入光的波长为1.55μm，在室温环境下进行了测定。纵轴所示的串扰的值是输入元件中的光接收电流与相邻元件中的光接收电流之比。在测定时，使光接收部与光纤端面的距离(z)变化地观测了串扰的变化。
由上述实验的结果看出，现有产品中的相邻串扰在z＜600μm的区域为-35dB～-42dB，而使用本发明的元件时为-45dB～-52dB左右，可以确认有10dB的串扰的改善，这在前面已经描述了(参照图4A和图4B)。而且，关于二维方向的串扰，也是与本发明的相邻串扰大致相同的值，确认了良好的串扰改善效果。
虽然参照具体实施方式描述了本发明，但本发明不限于公开的具体实施方式。所附权利要求书的范围应给予最宽泛的解释以覆盖所有的这种变更、等价的结构和功能。

Claims (10)

1.一种光半导体装置，包括：导电性半导体衬底、在上述导电性半导体衬底上形成的光吸收层、和在上述光吸收层上形成的导电性半导体层，其特征在于：
上述导电性半导体层通过具有多个与上述导电性半导体衬底相反的导电类型的扩散区，而在上述光半导体装置中形成阵列状的光接收元件；
形成为透过了上述光接收元件的光接收部的透过光入射到上述光接收部的、在上述导电性半导体衬底的底部具有形成为进行镜面反射那样的反射动作的边界是平滑的薄膜。
2.如权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于：
镜面状的上述薄膜具有包含阻挡金属的背面电极。
3.如权利要求2所述的光半导体装置，其特征在于：
镜面状的上述薄膜被构图。
4.如权利要求2所述的光半导体装置，其特征在于：
镜面状的上述薄膜被构图；
上述光半导体装置在镜面状的上述薄膜的底部形成有作为欧姆电极的第二背面电极。
5.如权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于：
镜面状的上述薄膜具有绝缘膜。
6.如权利要求5所述的光半导体装置，其特征在于：
镜面状的上述薄膜具有上述绝缘膜和该绝缘膜的底部的背面电极。
7.如权利要求5所述的光半导体装置，其特征在于：
镜面状的上述薄膜具有上述绝缘膜和该绝缘膜的底部的背面电极，且被构图。
8.如权利要求5所述的光半导体装置，其特征在于：
镜面状的上述薄膜具有上述绝缘膜和该绝缘膜的底部的第一背面电极，且被构图；
上述光半导体装置在镜面状的上述薄膜的底部形成有作为欧姆电极的第二背面电极。
9.如权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于：
上述光半导体装置被收存于框体。
10.如权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于：
具有二维地配置了上述光接收元件的结构。
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