JP2004214343A

JP2004214343A - 半導体受光素子

Info

Publication number: JP2004214343A
Application number: JP2002380635A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Tanaka; 信久田中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】樹脂層の上に電極を形成する半導体受光素子であって、電極の断線を防ぎながら、電極と受光部との間の寄生容量を低減させて、全静電容量を低減できる半導体受光素子を提供する。
【解決手段】基板と、この基板の上方に形成される光吸収層と、この光吸収層中に形成されたｐｎ接合を有する受光部と、受光部表面に接続されるコンタクト電極と、受光部からずれた位置に形成される絶縁層と、コンタクト電極から絶縁層上に伸びる配線電極とを有し、前記絶縁層は、少なくとも配線電極が形成される部分において、その上面と端面とで形成される角度が鈍角となる傾斜面を有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに用いられる半導体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用の半導体受光素子は、受光感度の高いこと、応答速度の速いことなどが要求される。受光感度が高く、かつ、応答速度が速くなるように設計された半導体受光素子としては、特許文献１に示す上面入射型の構造のものがある。
【０００３】
特許文献１に示す半導体受光素子は、図４に示すように、半導体基板１１上に、半導体バッファ層１２、半導体光吸収層１３、半導体窓層１４がエピタキシャル成長により順次積層される。半導体基板１１の裏面全面にはｎ電極１５が形成される。
【０００４】
そして、半導体窓層１４の一部にｐ型不純物であるＺｎを拡散させることにより、その一部が光吸収層１３に到達してｐ型領域１６とｐｎ接合１７とが形成される。
さらに、半導体窓層１４の上には反射防止膜を兼ねるシリコン系絶縁膜からなるパッシベーション膜１８が形成される。このパッシベーション膜１８の一部にはｐ型領域１６表面に電極を形成するための開口部が設けられている。
【０００５】
パッシベーション膜１８の上で、ｐ型領域１６（受光部）より外周にあたる部分に、ドライエッチングまたはリソグラフィにより部分的に樹脂からなる絶縁層１９が形成される。なお、絶縁層１９の端部の形状は上面と端面とが垂直に近い状態となっている。パッシベーション膜１８の開口部から絶縁層１９にかけてｐ電極２０が形成される。
【０００６】
このように絶縁層１９を設けることにより、ｐ電極２０と半導体窓層１４との間の寄生容量を低減させて、高速動作を可能にしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１４２７５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
半導体受光素子においては、ｐｎ接合容量と上述の寄生容量との和である全静電容量を低減できればさらに高速信号の受信が可能となる。特許文献１に示されている半導体受光素子の構造では、全静電容量を減らすために絶縁層１９の厚みを厚くすることが望ましい。
【０００９】
また、絶縁層１９上に形成されるｐ電極２０はパッシベーション膜１８に形成されている開口部まで延長されている構造としている。そのため、ｐ電極２０は、絶縁層１９の上面端部からパッシベーション膜１８まで延長形成されるときに、屈曲した部分が形成される。
【００１０】
しかしながら、全静電容量を低減するために絶縁層１９の厚みを厚くすると、ｐ電極２０の屈曲した部分が、実際に半導体受光素子を製造または使用している際に、絶縁層１９端部の形状によっては（例えば垂直に近い角度の場合）、角部に当たって断線してしまう虞がある（図５の顕微鏡写真に示す状態。）。
【００１１】
本発明は、絶縁層の上に電極を形成する半導体受光素子において、電極の断線を防ぎながら、電極と受光部との間の寄生容量を低減させて、全静電容量を低減できる半導体受光素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体受光素子は、基板と、この基板の上方に形成される光吸収層と、この光吸収層中に形成されたｐｎ接合を有する受光部と、受光部表面に接続されるコンタクト電極と、受光部からずれた位置に形成される絶縁層と、コンタクト電極から絶縁層上に伸びる配線電極とを有する。
【００１３】
前記絶縁層は、少なくとも配線電極が形成される部分において、その上面と端面とで形成される角度が鈍角となる傾斜面を形成する。この傾斜面は、半導体基板の平面に対して３０〜５５°の角度の範囲内で形成することが好ましい。
【００１４】
以上の構成において、絶縁層の端部に傾斜面を形成しているので、図２の顕微鏡写真（傾斜面の角度が４５°の場合を示す。）に示すように、絶縁層の上面から受光部分に向けて伸びる配線電極が、絶縁層の端部において断線されることがなくなる。
【００１５】
さらに、絶縁層の傾斜面の角度を基板の平面に対して３０〜５５°の角度の範囲内としたのは、傾斜面の角度が５５°を超えると、配線電極が絶縁層端で薄くなり断線する可能性があるからである。
【００１６】
そして、傾斜面の角度が３０°より小さくなると、絶縁層の上面端部と電極が形成される受光部との間の距離が大きくなり、電極の実装面積が大きくなる不具合が生ずる。
【００１７】
また、電極をコンタクト電極と配線電極で構成する場合に、傾斜面の角度が３０°より小さくなると、絶縁層の傾斜面下部がコンタクト電極と配線電極との間に入り込む虞がある。このようにコンタクト電極と配線電極との間に絶縁層が入り込むと絶縁抵抗が大きくなる。
【００１８】
なお、上面入射型の半導体受光素子の場合、半導体基板上には、少なくとも光吸収層をエピタキシャル成長により形成するが、バッファ層、光吸収層、窓層を順次エピタキシャル成長により形成してもよい。
そして、光吸収層のみを有する場合は、この光吸収層にＺｎなどのｐ型不純物を選択的に拡散し、ｐ型領域を形成する。また、窓層を有する場合は、窓層に、Ｚｎなどのｐ型不純物を選択的に拡散し、光吸収層に至るｐ型領域を形成する。
【００１９】
このｐ型領域とｎ型領域との境界部分にｐｎ接合が形成され、光吸収層のｐ型領域の下に形成されるｐｎ接合が受光部となる。ｐｎ接合の表面露出部をＳｉＮなどのパッシベーション膜で覆って保護する。
そして、光吸収層（窓層がある場合は窓層）およびパッシベーション膜上には反射防止コート膜が形成される。反射防止コート膜に開口部を設け、この開口部から窓層上にｐ電極を構成するコンタクト電極を形成する。
【００２０】
さらに、反射防止コート膜上に樹脂を塗布し、プリベーク、露光によるパターン形成、現像、ベークの工程を経て（フォトリソグラフィ技術）、絶縁層を反射防止コート膜上に部分的に形成する。樹脂としてはポリイミド樹脂が好ましい。
【００２１】
絶縁層に形成される傾斜面の角度は、絶縁層の成形時、露光、現像、ベークなどの条件設定により設定をすることができる。特に、現像工程時の現像時間によりさまざまな傾斜角度の傾斜面を形成することができる。また、露光・現像前のプリベークの温度条件を変えることによっても、傾斜面の角度を変えることができる。
【００２２】
さらに、絶縁層の上面と傾斜面とで形成される屈曲部分は、湾曲した形状にすることが好ましい。このように屈曲部分を湾曲形状とすることにより、電極の断線をより確実に防止できる。
【００２３】
そして、絶縁層の上面に配線電極を形成する。配線電極は、絶縁層上面から受光部上のコンタクト電極まで延長して形成する。
電極をコンタクト電極と配線電極とに分けたのは、配線電極がワイヤボンディングのパッドを兼ねるためである。なお、コンタクト電極と配線電極とを一体に形成してｐ電極を構成するようにしてもよい。
【００２４】
コンタクト電極と配線電極とを一体に形成してｐ電極を構成する場合は、反射防止コート膜を形成した後に、反射防止コート膜上に絶縁層を形成し、反射防止コート膜に電極形成用の開口部を設けて、この開口部から絶縁層に至るｐ電極を形成する。
【００２５】
そして、上面入射型受光素子の場合、基板裏面の全体にｎ電極を蒸着し、合金化処理を行う。
【００２６】
なお、上記説明では、パッシベーション膜を反射防止コート膜で覆うように説明したが、パッシベーション膜を反射防止コート膜も兼ねるようにしてもよい。この場合は、パッシベーション膜を窓層の上面全体に形成し、コンタクト電極を取り付ける開口部を設ける。
【００２７】
また、本発明は、基板上にバッファ層、光吸収層、窓層を順次形成したものに適用できるのはもちろんのこと、光吸収層のみの場合や、バッファ層が無い場合、窓層が無い場合にも適用できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１に示す半導体受光素子は、上面入射型の受光素子である。
【００２９】
ＩｎＰ基板１上にバッファ層２、ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ＩｎＰ窓層４が順次形成されている。バッファ層２、ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ＩｎＰ窓層４は、順次エピタキシャル成長により形成する。
【００３０】
ＩｎＰ窓層４の上面に、この上面を部分的に覆うようにＳｉＮなどのパッシベーション膜５が形成される。パッシベーション膜５で覆われていない部分が受光窓部分となる。
【００３１】
ＩｎＰ窓層４およびＩｎＧａＡｓ光吸収層３の一部にＺｎなどのｐ型不純物を選択的に拡散させて、ｐ型領域４１が形成される。ｐ型領域４１とｎ型領域との境界にｐｎ接合４２が形成され、ＩｎＧａＡｓ光吸収層３のｐ型領域４１の下に形成されるｐｎ接合４２が受光部４３となる。さらに、ｐｎ接合４２の表面露出部がパッシベーション膜５で覆われて保護される。
【００３２】
ＩｎＰ窓層４およびパッシベーション膜５の上に反射防止コート膜６が形成される。この反射防止コート膜６のｐ型領域４１上の一部を選択的に除去して、ｐ電極７となるコンタクト電極７１が形成される。
【００３３】
さらに、コンタクト電極７１および受光部４３を除いた反射防止コート膜６上に、ポリイミド樹脂からなる絶縁層８が形成される。
【００３４】
絶縁層８は、まず、反射防止コート膜６上にポリイミド樹脂を塗布し、プリベーク、露光によるパターン形成、現像、ベークの工程（フォトリソグラフィ技術）を経て所定の位置に形成される。
【００３５】
露光は、紫外線（ｈ線）を５００ｍＪ／ｃｍ^２以上、好ましくは１０００ｍＪ／ｃｍ^２で照射する。プリベークは、１００℃で行う。現像処理は、例えば現像液の温度を２０℃とし、５分から９分の間で現像を行う。最終のベーク処理は、最高温度３００℃以上で処理を行う。
【００３６】
絶縁層８の端部には、傾斜面８１が形成される。この傾斜面８１は、フォトリソグラフィの現像処理の過程で形成される。
この傾斜面８１は、少なくとも配線電極７２が形成される部分において、その上面と端面とで形成される角度が鈍角となるように形成する。この傾斜面８１は、基板１の平面に対して３０〜５５°の角度の範囲内で形成する。
【００３７】
絶縁層８が形成されると、絶縁層８の上面に、コンタクト電極７１に接続される配線電極７２を形成する。配線電極７２は、絶縁層８の傾斜面８１に沿ってコンタクト電極７１まで延長形成される。配線電極７２はコンタクト電極７１に接続され、この配線電極７２とコンタクト電極７１とによりｐ電極７が構成される。なお、配線電極７２は、ワイヤボンディングのパッドを兼ねている。
【００３８】
ＩｎＰ基板１の裏面には、裏面全面にｎ電極９が形成され、ｎ電極９は、ＩｎＰ基板１の裏面に蒸着および合金化処理にて形成される。
【００３９】
本実施形態では、絶縁層８に傾斜面８１を形成しているので、絶縁層８の上面端部と傾斜面８１で形成される屈曲部分が緩やかになる。その結果、図２の顕微鏡写真に示すように、全静電容量を軽減するために絶縁層８の厚みを大きくして、配線電極７２を絶縁層８の上面に形成しても、配線電極７２は絶縁層８の上面端部により断線することはなくなる。
【００４０】
なお、本発明者は、フォトリソグラフィにおける現像工程において、現像時の現像液の温度を一定にし、現像時間を変えることにより、絶縁層８の傾斜面８１の角度を自由に設定できることを見出した。
【００４１】
（実施例）
例えば、現像時の現像液の温度２０℃で一定にし、現像時間を表１に示すように変えることにより表１に示す傾斜面の角度の結果が得られた。
【００４２】
【表１】

【００４３】
これらの結果で得られた絶縁層８に配線電極７２を設置した状態を図３の顕微鏡写真に示す。図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の写真に示される傾斜面８１の角度は、（ａ）が５０°、（ｂ）が４９°、（ｃ）が４６°、（ｄ）が３９°の状態を示している。図３の写真によれば、傾斜面８１の角度が３９〜５０°の間では、配線電極７２が断線されなかったことが判る。なお、傾斜面８１の角度が５５°を超えると断線が生じた。
【００４４】
【発明の効果】
受光側の電極を絶縁層上に形成する半導体受光素子において、絶縁層の端部に傾斜面を形成しているので、絶縁層の上面から受光部に向けて伸びる配線電極を、絶縁層により断線されることなく形成でき、加工歩留を上げる効果が得られる。しかも、本発明によれば、電極部分で生じる寄生容量を低減させられるので、素子全体の全静電容量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体受光素子の部分断面図である。
【図２】本発明の半導体受光素子において、傾斜面を有する絶縁層上から受光部にかけて形成された電極を示し、電極が断線されていない状態を示す顕微鏡写真である。
【図３】本発明の半導体受光素子において、傾斜面を有する絶縁層上に形成された電極を示す顕微鏡写真であって、傾斜面の角度を変化させた状態を示す。
【図４】従来の半導体受光素子の部分断面図である。
【図５】従来の半導体受光素子において、絶縁層上に形成された電極の一部が断線された状態を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１基板
２バッファ層
３光吸収層
４窓層
４１ｐ型領域
４２ｐｎ接合
４３受光部
５パッシベーション膜
６反射防止コート膜
７ｐ電極
７１コンタクト電極
７２配線電極
８絶縁層
８１傾斜面
９ｎ電極

Claims

基板と、
この基板の上方に形成される光吸収層と、
光吸収層中に形成されたｐｎ接合を有する受光部と、
受光部表面に接続されるコンタクト電極と、
受光部からずれた位置に形成される絶縁層と、
コンタクト電極から絶縁層上に伸びる配線電極とを有し、
前記絶縁層は、少なくとも配線電極が形成される部分において、その上面と端面とで形成される角度が鈍角となる傾斜面を有することを特徴とする半導体受光素子。
絶縁層の傾斜面が基板の平面に対して３０〜５５°の角度の範囲内で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。