半導体装置
【課題】メサ型のフォトダイオードを有する光通信用素子等の半導体装置において、メサ上部への配線の寄生容量を低減し、応答特性の高速化を図る。
【解決手段】基板１１表面に形成されフォトダイオードのカソードなるｎ型高濃度層１２ａ上にｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅの積層体をメサ型に形成する。当該積層体の側面及びｎ型高濃度層１２ａの側面は、互いに連続して基板１１表面からｐ型高濃度層１２ｅまで段差なく到達する壁面を形成する部分を有する。基板１１上に配置された水平配線１９ａとフォトダイオードのアノードとなるｐ型高濃度層１２ｅとの層間を接続する配線１９ｄは当該壁面に沿って配置される。
【解決手段】基板１１表面に形成されフォトダイオードのカソードなるｎ型高濃度層１２ａ上にｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅの積層体をメサ型に形成する。当該積層体の側面及びｎ型高濃度層１２ａの側面は、互いに連続して基板１１表面からｐ型高濃度層１２ｅまで段差なく到達する壁面を形成する部分を有する。基板１１上に配置された水平配線１９ａとフォトダイオードのアノードとなるｐ型高濃度層１２ｅとの層間を接続する配線１９ｄは当該壁面に沿って配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メサ型の素子部分を有した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の送受信での電気信号と光信号との変換に用いることができる発光素子、受光素子が半導体素子として実現されている。例えば、光伝送の受信側のデバイスとして、ＰＩＮ型のフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの受光素子が実用化されている。
【０００３】
これら発光素子や受光素子は、発光領域や光電変換領域を構成する半導体層（活性領域）をメサ型に形成することができる。図１８は、裏面入射型の従来の受光素子１０の平面図であり、図１９は図１８に示す直線Ｂ−Ｂに沿った垂直断面図である。当該受光素子１０は、基板１１上に円形メサ型の光電変換を行うフォトダイオード部１２を有する。当該フォトダイオード部１２はカソードとして基板１１表面に積層されたｎ型高濃度層１２ａを有し、アノードとしてメサ型の上部に積層されたｐ型高濃度層１２ｅを有する。
【０００４】
受光素子１０は、カソード電圧を印加されるｎ側電極１５ａ、及びアノード電圧を印加されるｐ側電極１５ｂを有する。ｎ側電極１５ａは、スルーホール１４ａを介してｎ型高濃度層１２ａに接続される。また、ｐ側電極１５ｂは、フォトダイオード部１２とは別の位置に配置され、当該ｐ側電極１５ｂからフォトダイオード部１２を形成するメサの上部に位置するスルーホール１４ｂまで伸びる配線を介してｐ型高濃度層１２ｅに接続される。
【０００５】
ｐ側電極１５ｂとスルーホール１４ｂとの間をつなぐ配線１９は、基板１１表面に積層された配線層からなる配線１９ａと、当該配線１９ａとスルーホール１４ｂが位置するメサ上部との間を接続する層間接続配線１９ｂとを含む構造（段差配線構造）となっている。なお、ｎ側電極１５ａ、ｐ側電極１５ｂや配線１９は、金属膜等の配線層をパターニングして形成され、当該配線層はその下地との短絡を防止するために誘電体膜１３の上に積層される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８８０８９号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
受光素子１０のフォトダイオード部１２の円形のメサ部分は、平面配置上、ｎ型高濃度層１２ａの内側に位置する。その結果、メサの円形の縁とｎ型高濃度層１２ａの縁との間に距離が存在し、従来の段差配線構造は、層間接続配線１９ｂの一部がｎ型高濃度層１２ａの上面に沿って配置される。その分、ｎ側電極１５ａから電圧を印加されるｎ型高濃度層１２ａとｐ側電極１５ｂから電圧を印加される配線とが近接する部分１８の面積が増加し、当該部分１８の寄生容量が増加する。この寄生容量は、フォトダイオード部１２の応答特性を劣化させるという問題があった。同様の問題は、メサ型の発光部を有した発光素子など他の半導体装置を上述のような段差配線構造を用いて構成する場合にも生じる。特に、光通信で用いられる受光素子や発光素子のように高速での動作が要求される光半導体素子では、寄生容量の低減は重要な課題となる。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、基板表面に積層され電圧を印加される下部層と、メサの上部層に電圧を供給する配線とを有する半導体装置において、上部層への配線と下部層との間の容量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、基板表面に積層され第１電圧を印加される下部層、前記下部層の上にメサ型に形成される中間層、及び前記中間層の上に積層され第２電圧を印加される上部層を含む半導体素子と、前記基板表面に積層された配線層から前記上部層に前記第２電圧を供給する層間接続配線と、を有するものであって、前記中間層の側面及び前記下部層の側面は、互いに連続して前記基板表面から前記上部層まで到達する壁面を形成する部分を有し、前記層間接続配線は、前記壁面に沿って配置される。
【００１０】
本発明の好適な態様である半導体装置は面入射型受光装置であって、前記半導体素子は、光電変換を行う吸収層を前記中間層に有した受光部である。
【００１１】
ここで、前記下部層は第１導電型の半導体層とし、前記上部層は前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体層とすることができる。この構成において例えば、前記基板を、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板とし、前記下部層をＩｎＰ層とし、また前記上部層及び前記吸収層をＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層とすることができる。
【００１２】
また、上述の好適な態様において、前記半導体素子は、前記下部層側から順に、前記下部層より低い不純物濃度を有する前記第１導電型の下部クラッド層、ｉ型半導体層からなる前記吸収層、及び前記上部層より低い不純物濃度を有する前記第２導電型の上部クラッド層が積層された前記中間層を有したＰＩＮ型受光部とすることができる。この構成において、前記基板を、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板とし、前記下部層をＩｎＰ層とし、前記上部層をＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層とし、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層をＩｎＡｌＧａＡｓ層とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体素子の寄生容量を低減することができる。また、それにより、半導体素子の応答性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る裏面入射型の受光素子の模式的な平面図である。
【図２】図１に示す直線Ａ−Ａに沿った本発明の実施形態に係る受光素子の模式的な垂直断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図１０】図３に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１１】図４に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１２】図５に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１３】図６に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１４】図７に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１５】図８に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１６】図５に示す製造工程に対応する工程での従来の受光素子の垂直断面図である。
【図１７】図１２に示す製造工程に対応する工程での従来の受光素子の平面図である。
【図１８】裏面入射型の従来の受光素子の平面図である。
【図１９】図１８に示す直線Ｂ−Ｂに沿った従来の受光素子の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る裏面入射型の受光素子３０の模式的な平面図であり、図２は図１に示す直線Ａ−Ａに沿った受光素子３０の模式的な垂直断面図である。受光素子３０において、図１８、図１９に示した受光素子１０と同様の構成要素には同一の符号を付して、受光素子１０との対比を容易とする。
【００１７】
受光素子３０は、基板１１、フォトダイオード部１２、ｎ側電極１５ａ、ｐ側電極１５ｂ、誘電体膜１３、及び反射防止膜１６を有する。
【００１８】
基板１１は、半絶縁性の材料からなる。基板１１は光透過性を有しており、例えば、鉄をドープしたインジウム燐（Ｆｅ−ＩｎＰ）などにより形成されている。例えば、基板１１は厚さ１００μｍ程度に形成される。
【００１９】
反射防止膜１６は基板１１裏面に積層され、基板１１での光の反射を抑制し、フォトダイオード部１２への光の入射効率を向上させる。例えば、反射防止膜１６は厚さ０．２μ程度に形成される。
【００２０】
フォトダイオード部１２は、本実施形態においては、ＰＩＮフォトダイオードであり、基板１１側から順に、ｎ型高濃度層１２ａ、ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ、及びｐ型高濃度層１２ｅが積層された構造を有する。例えば、フォトダイオード部１２は厚さ２．０μｍ程度に形成される。
【００２１】
ｎ型高濃度層１２ａは、ｎ型不純物を高濃度に導入され、低抵抗に形成された半導体層であり、フォトダイオードのカソードを構成する。本実施形態の受光素子３０が裏面入射型であることに対応して、ｎ型高濃度層１２ａは光透過性を有した材料で形成される。
【００２２】
ｐ型高濃度層１２ｅは、ｐ型不純物を高濃度に導入され、低抵抗に形成された半導体層であり、フォトダイオードのアノードを構成する。吸収層１２ｃはｉ型半導体層からなり、不純物濃度は低く形成される。クラッド層１２ｂ，１２ｄは吸収層１２ｃと高濃度層１２ａ，１２ｅとの中間の不純物濃度を有する。フォトダイオード部１２のうちｎ型高濃度層１２ａの上に積層される部分（ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅ）は概略の形状として円形のメサ型に形成される。
【００２３】
ｎ側電極１５ａ及びｐ側電極１５ｂは、誘電体膜１３の上に積層される配線層からなる電極パッドである。誘電体膜１３は、配線層の下に積層され、配線層と他の部分、例えばｎ型高濃度層１２ａ、ｐ型高濃度層１２ｅ等との間を電気的に絶縁する。例えば、誘電体膜１３は厚さ０．６μｍ程度に形成される。
【００２４】
誘電体膜１３には、ｎ型高濃度層１２ａの上にスルーホール１４ａが形成され、ｎ側電極１５ａにつながる配線層とｎ型高濃度層１２ａとが当該スルーホール１４ａを介してオーミック接触し、ｎ側電極１５ａとｎ型高濃度層１２ａとが電気的に接続される。
【００２５】
また誘電体膜１３には、ｐ型高濃度層１２ｅの上にもスルーホール１４ｂが形成され、この上に形成される電極１５ｃとｐ型高濃度層１２ｅとが当該スルーホール１４ｂを介してオーミック接触する。電極１５ｃは配線１９を介してｐ側電極１５ｂに接続され、ｐ型高濃度層１２ｅとｐ側電極１５ｂとが電気的に接続される。
【００２６】
ｐ側電極１５ｂの形成領域に対応して、基板１１上には凸部が形成され、ｐ側電極１５ｂはこの凸部の上面に配置される。ｐ側電極１５ｂは比較的大きな面積とされるが、凸部により基板１１との距離を保つことで、寄生容量を抑制することができる。
【００２７】
一方、電極１５ｃとｐ側電極１５ｂとの間の配線１９は、基板１１やｎ型高濃度層１２ａと近づく部分を有する。そこで、配線１９の寄生容量は、配線幅を小さくすることにより抑制する。具体的には、配線１９は、基板１１の表面に沿って配置される部分（水平配線１９ａ）と、凸部の側面に沿って配置されｐ側電極１５ｂと水平配線１９ａとの間を接続する層間接続配線１９ｃと、フォトダイオード部１２の側面に沿って配置され水平配線１９ａと電極１５ｃとの間を接続する層間接続配線１９ｄとからなる。これらの各部分は寄生容量を低減するために、配線抵抗が受光素子３０の動作上に支障を来さない範囲で、基本的に幅を狭く設定される。また、寄生容量は配線の面積に応じて増加するので、配線長も短くするように配慮する。この点、本発明によれば、層間接続配線１９ｄは、ｎ型高濃度層１２ａの側面に沿う部分は有するが、ｎ型高濃度層１２ａの上面に沿う部分を有さないように構成される。このように層間接続配線１９ｄのうちｎ型高濃度層１２ａに近接して配置される部分１８の長さ、面積を少なくすることにより寄生容量が低減される。これによりフォトダイオードの応答速度の向上が図られる。
【００２８】
層間接続配線１９ｄを上述のように形成するために、フォトダイオード部１２のうちｎ型高濃度層１２ａの上に積層されるメサ部（ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅ）の平面形状の輪郭は、ｎ型高濃度層１２ａの輪郭と一致する部分を有するように定められる。このメサ部とｎ型高濃度層１２ａとの平面形状の輪郭の一致部分は、メサ部側面とｎ型高濃度層１２ａの側面とが互いに連続して基板１１表面からメサ部上端のｐ型高濃度層１２ｅまで到達する壁面を形成する。層間接続配線１９ｄはこの壁面に沿って配置され、これにより、図１９の層間接続配線１９ｂが有していたようなｎ型高濃度層１２ａの上面に沿う部分を介さずに、水平配線１９ａとｐ側電極１５ｂとを接続することができる。
【００２９】
例えば、メサ部の平面形状は、図２に示すように、フォトダイオード部１２に要求される大きさの円形部分と、当該円形部分とｎ型高濃度層１２ａの周との間を橋渡しする矩形部分とを組み合わせた鍵穴形状とすることができる。
【００３０】
上述のようにｐ側電極１５ｂの位置には凸部が形成されるが、これに対応してｎ側電極１５ａの位置にも凸部が形成される。例えば、これにより、ｎ側電極１５ａとｐ側電極１５ｂとの高さが揃い、これら電極パッドへの外部からの配線がしやすくなる。
【００３１】
次に、受光素子３０の製造工程を説明する。図３〜図９は、受光素子３０の主要な製造工程での模式的な垂直断面図であり、図１に示す直線Ａ−Ａに沿った位置での断面を表している。また、図１０〜図１５は、受光素子３０の主要な製造工程での模式的な平面図であり、図１０〜図１５に示す工程はそれぞれ図３〜図８に示す工程である。
【００３２】
まず、結晶成長やドーピングなどにより、厚さ４５０μｍ程度の平板状の半絶縁性の基板１１上に、厚さ０．５μｍ程度のｎ型高濃度層１２ａ、厚さ０．７μｍのｎ型クラッド層１２ｂ、厚さ０．８μｍ程度の吸収層１２ｃ、厚さ０．７μｍ程度のｐ型クラッド層１２ｄ、厚さ０．１μｍ程度のｐ型高濃度層１２ｅを順に積層する（図３参照）。
【００３３】
基板１１は、受光素子３０が裏面入射型であることに対応して上述のように光透過性を有する材料で形成される。例えば、上述のように、Ｆｅ−ＩｎＰが用いられる。また、ｎ型高濃度層１２ａも光透過性を有しており、例えば、不純物濃度が５．０×１０１８ｃｍ−３程度のインジウム燐（ＩｎＰ）などにより形成される。ｎ型クラッド層１２ｂは、例えば、不純物濃度が３．０×１０１７ｃｍ−３程度であり、例えば、組成波長が１．２μｍ程度のインジウムアルミガリウム砒素（ＩｎＡｌＧａＡｓ）などにより形成される。吸収層１２ｃは、不純物濃度が１．０×１０１５ｃｍ−３程度のインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）により形成される。また吸収層１２ｃはＩｎＡｌＧａＡｓ層などで構成することもできる。ｐ型クラッド層１２ｄは、例えば、不純物濃度が３．０×１０１７ｃｍ−３程度であり、例えば、組成波長が１．２μｍ程度のＩｎＡｌＧａＡｓなどにより形成される。ｐ型高濃度層１２ｅは、不純物濃度が５．０×１０１９ｃｍ−３程度のＩｎＧａＡｓなどにより形成される。
【００３４】
そして、ｐ型高濃度層１２ｅ上の２箇所に、四角形のマスク１７を形成する（図３及び図１０参照）。マスク１７の形成位置は具体的には、図１及び図２に示す受光素子３０における、ｎ側電極１５ａ及びフォトダイオード部１２が形成される部分に配置されるｎ型高濃度層１２ａの位置と、ｐ側電極１５ｂ下の凸部の位置との２箇所である。マスク１７は、例えば、フォトレジストや酸化膜などの材料を用い、フォトリソグラフィ技術により形成される。
【００３５】
このマスク１７をエッチングマスクとして第１のメサエッチング工程を実行し、マスク１７で覆われていない領域のｐ型高濃度層１２ｅからｎ型高濃度層１２ａまでを除去する。これにより、当該領域には基板１１表面が露出する。エッチング終了後、マスク１７を除去する。図４及び図１１はこの第１のメサエッチング工程終了後の状態を示している。
【００３６】
第１のメサエッチング工程後、第２のメサエッチング工程を実行する。当該工程では、まず、ｐ型高濃度層１２ｅ上にエッチングマスクが形成される。このエッチングマスクは上述のマスク１７と同様の手段で形成することができる。当該エッチングマスクは、図１及び図２に示す受光素子３０におけるｎ側電極１５ａ及びｐ側電極１５ｂ下の凸部の形成領域と、フォトダイオード部１２の例えば鍵型のメサ部の形成領域とに対応して形成される。
【００３７】
さらに第２のメサエッチング工程では、このエッチングマスクで覆われていない領域のｐ型高濃度層１２ｅからｎ型クラッド層１２ｂまでをエッチング除去する。エッチング終了後、エッチングマスクを除去する。図５及び図１２はこの第２のメサエッチング工程終了後の状態を示している。このようにして、光透過性を有する基板１１に光電変換を行うフォトダイオード部１２が形成される。具体的には、基板１１上に、比較的大きく配置される方形板状のｎ型高濃度層１２ａが形成され、さらにその上に、ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅからなりｎ型高濃度層１２ａより小さい面積を有するメサ部が形成される。当該メサ部は概ね円柱状であるが、上述のように平面形状を円形（図１２の部分２０）の周の一部に矩形（図１２の部分２１）を付加した鍵穴形状としているので、円柱部分２２ａの側面から突出した部分２２ｂを有する。当該突出部分２２ｂはｎ型高濃度層１２ａの端部まで達し、ｎ型高濃度層１２ａとメサ部との間に段差無くつながる側面２３が形成される。
【００３８】
なお、第２のメサエッチング工程により、フォトダイオード部１２の他に、ｎ側電極１５ａ及びｐ側電極１５ｂ下の凸部２４ａ，２４ｂも形成される。
【００３９】
第２のメサエッチング工程によりフォトダイオード部１２等が形成された基板１１の表面側に誘電体膜１３を形成する（図６及び図１３参照）。
【００４０】
誘電体膜１３は、例えば、０．２６μｍ程度の窒化シリコン（ＳｉＮ）層と、当該ＳｉＮ層上に形成される０．３μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ２）層との２層を含んで構成される。
【００４１】
フォトリソグラフィ技術を用いて誘電体膜１３の一部領域を選択的にエッチング除去し、ｎ型高濃度層１２ａ上の一部領域に、ｎ型高濃度層１２ａに到達するスルーホール１４ａを形成し、またｐ型高濃度層１２ｅ上の一部領域に、ｐ型高濃度層１２ｅに到達するスルーホール１４ｂを形成する（図７及び図１４参照）。
【００４２】
しかる後、金属からなる配線層により、ｎ側電極１５ａ、ｐ側電極１５ｂ、電極１５ｃ及び配線１９（水平配線１９ａ、層間接続配線１９ｃ，１９ｄ）を形成する（図８及び図１５参照）。ここで、層間接続配線１９ｄは、側面２３に沿って配置される。これらの電極及び配線は、例えば、蒸着などの方法により形成される。もちろん、他のメッキの方法などを用いて形成してもよい。
【００４３】
次に、基板１１を、厚さが１００μｍ程度になるまで裏側から研磨する。そして、基板１１の裏面に反射防止膜１６を形成する（図９参照）。反射防止膜１６は、例えば、０．２μｍ程度のＳｉＮ層などにより形成される。
【００４４】
以上の工程を経て図１及び図２に示す受光素子３０が作られる。ここで、本実施形態に係る受光素子３０の構造及び製造工程の理解を補助するため、図１８、図１９に示した従来の受光素子１０の製造工程のうち本実施形態の受光素子３０と相違する点を説明する。図１６は、従来の受光素子１０の模式的な垂直断面図であり、図１７は従来の受光素子１０の模式的な平面図である。図１６及び図１７は、図５及び図１２に示した受光素子３０の製造工程に対応する工程を示している。従来の受光素子１０は、ｎ型高濃度層１２ａ上のメサ部が円柱形状（受光素子３０の円柱部分２２ａに相当）のみで、ｎ型高濃度層１２ａの端部に達する突出部分２２ｂを有さないので、メサ部の側面とｎ型高濃度層１２ａの側面との間に段差を有する。その結果、図１９に示すように、層間接続配線１９ｂにはｎ型高濃度層１２ａの上面に沿う部分が生じる。これに対して、受光素子３０は図５、図１２に示すように、突出部分の側面がｎ型高濃度層１２ａの側面と揃い、一つの連続する側面２３を形成する。これにより、層間接続配線１９ｄは水平配線１９ａと電極１５ｃとの高低差を段差なく直線でつなぐことができる。また、受光素子３０と受光素子１０との製造工程上の差異は、基本的にフォトダイオード部１２のメサ部の形状を定める第２のメサエッチング工程でのエッチングマスクのパターンだけであり、従来の製造工程に特別なプロセスを追加せずに本発明を実施することができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明に係るフォトダイオード部１２は、本実施形態のような、ＰＩＮフォトダイオードではなく、アバランシェフォトダイオードなどの他の種類のフォトダイオードであってもよい。
【００４６】
例えば、フォトダイオード部１２はｎ型クラッド層１２ｂ、ｐ型クラッド層１２ｄを有さず、ＩｎＰ層からなるｎ型高濃度層１２ａ、ＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなる吸収層１２ｃ及びｐ型高濃度層１２ｅを積層した構造とすることができる。
【００４７】
また、フォトダイオード部１２を、一般的な光電変換を行う受光部に置き換えても構わない。すなわち、フォトダイオード部１２は光電変換手段の一例にすぎない。さらに、本発明の適用範囲は受光素子に限定されず、発光ダイオードやレーザダイオードなどメサ構造を用いて構成する面発光型の発光素子を含む光半導体素子、及びその他半導体素子一般に適用することができる。
【００４８】
なお、本発明に係る各部材の材料は上述のものに限定されない。また、以上の説明において示した具体的な数値は例示であり、本発明に係る受光素子３０の構造は、上述の数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 基板、１２ フォトダイオード部、１２ａ ｎ型高濃度層、１２ｂ ｎ型クラッド層、１２ｃ 吸収層、１２ｄ ｐ型クラッド層、１２ｅ ｐ型高濃度層、１３ 誘電体膜、１４ａ，１４ｂ スルーホール、１５ａ ｎ側電極、１５ｂ ｐ側電極、１５ｃ 電極、１６ 反射防止膜、１７ マスク、１９ 配線、１９ａ 水平配線、１９ｃ，１９ｄ 層間接続配線、２２ａ 円柱部分、２２ｂ 突出部分、２３ 側面、２４ａ，２４ｂ 凸部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メサ型の素子部分を有した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の送受信での電気信号と光信号との変換に用いることができる発光素子、受光素子が半導体素子として実現されている。例えば、光伝送の受信側のデバイスとして、ＰＩＮ型のフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの受光素子が実用化されている。
【０００３】
これら発光素子や受光素子は、発光領域や光電変換領域を構成する半導体層（活性領域）をメサ型に形成することができる。図１８は、裏面入射型の従来の受光素子１０の平面図であり、図１９は図１８に示す直線Ｂ−Ｂに沿った垂直断面図である。当該受光素子１０は、基板１１上に円形メサ型の光電変換を行うフォトダイオード部１２を有する。当該フォトダイオード部１２はカソードとして基板１１表面に積層されたｎ型高濃度層１２ａを有し、アノードとしてメサ型の上部に積層されたｐ型高濃度層１２ｅを有する。
【０００４】
受光素子１０は、カソード電圧を印加されるｎ側電極１５ａ、及びアノード電圧を印加されるｐ側電極１５ｂを有する。ｎ側電極１５ａは、スルーホール１４ａを介してｎ型高濃度層１２ａに接続される。また、ｐ側電極１５ｂは、フォトダイオード部１２とは別の位置に配置され、当該ｐ側電極１５ｂからフォトダイオード部１２を形成するメサの上部に位置するスルーホール１４ｂまで伸びる配線を介してｐ型高濃度層１２ｅに接続される。
【０００５】
ｐ側電極１５ｂとスルーホール１４ｂとの間をつなぐ配線１９は、基板１１表面に積層された配線層からなる配線１９ａと、当該配線１９ａとスルーホール１４ｂが位置するメサ上部との間を接続する層間接続配線１９ｂとを含む構造（段差配線構造）となっている。なお、ｎ側電極１５ａ、ｐ側電極１５ｂや配線１９は、金属膜等の配線層をパターニングして形成され、当該配線層はその下地との短絡を防止するために誘電体膜１３の上に積層される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８８０８９号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
受光素子１０のフォトダイオード部１２の円形のメサ部分は、平面配置上、ｎ型高濃度層１２ａの内側に位置する。その結果、メサの円形の縁とｎ型高濃度層１２ａの縁との間に距離が存在し、従来の段差配線構造は、層間接続配線１９ｂの一部がｎ型高濃度層１２ａの上面に沿って配置される。その分、ｎ側電極１５ａから電圧を印加されるｎ型高濃度層１２ａとｐ側電極１５ｂから電圧を印加される配線とが近接する部分１８の面積が増加し、当該部分１８の寄生容量が増加する。この寄生容量は、フォトダイオード部１２の応答特性を劣化させるという問題があった。同様の問題は、メサ型の発光部を有した発光素子など他の半導体装置を上述のような段差配線構造を用いて構成する場合にも生じる。特に、光通信で用いられる受光素子や発光素子のように高速での動作が要求される光半導体素子では、寄生容量の低減は重要な課題となる。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、基板表面に積層され電圧を印加される下部層と、メサの上部層に電圧を供給する配線とを有する半導体装置において、上部層への配線と下部層との間の容量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、基板表面に積層され第１電圧を印加される下部層、前記下部層の上にメサ型に形成される中間層、及び前記中間層の上に積層され第２電圧を印加される上部層を含む半導体素子と、前記基板表面に積層された配線層から前記上部層に前記第２電圧を供給する層間接続配線と、を有するものであって、前記中間層の側面及び前記下部層の側面は、互いに連続して前記基板表面から前記上部層まで到達する壁面を形成する部分を有し、前記層間接続配線は、前記壁面に沿って配置される。
【００１０】
本発明の好適な態様である半導体装置は面入射型受光装置であって、前記半導体素子は、光電変換を行う吸収層を前記中間層に有した受光部である。
【００１１】
ここで、前記下部層は第１導電型の半導体層とし、前記上部層は前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体層とすることができる。この構成において例えば、前記基板を、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板とし、前記下部層をＩｎＰ層とし、また前記上部層及び前記吸収層をＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層とすることができる。
【００１２】
また、上述の好適な態様において、前記半導体素子は、前記下部層側から順に、前記下部層より低い不純物濃度を有する前記第１導電型の下部クラッド層、ｉ型半導体層からなる前記吸収層、及び前記上部層より低い不純物濃度を有する前記第２導電型の上部クラッド層が積層された前記中間層を有したＰＩＮ型受光部とすることができる。この構成において、前記基板を、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板とし、前記下部層をＩｎＰ層とし、前記上部層をＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層とし、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層をＩｎＡｌＧａＡｓ層とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体素子の寄生容量を低減することができる。また、それにより、半導体素子の応答性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る裏面入射型の受光素子の模式的な平面図である。
【図２】図１に示す直線Ａ−Ａに沿った本発明の実施形態に係る受光素子の模式的な垂直断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る受光素子の主要な製造工程での模式的な垂直断面図である。
【図１０】図３に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１１】図４に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１２】図５に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１３】図６に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１４】図７に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１５】図８に示す主要な製造工程での受光素子の模式的な平面図である。
【図１６】図５に示す製造工程に対応する工程での従来の受光素子の垂直断面図である。
【図１７】図１２に示す製造工程に対応する工程での従来の受光素子の平面図である。
【図１８】裏面入射型の従来の受光素子の平面図である。
【図１９】図１８に示す直線Ｂ−Ｂに沿った従来の受光素子の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る裏面入射型の受光素子３０の模式的な平面図であり、図２は図１に示す直線Ａ−Ａに沿った受光素子３０の模式的な垂直断面図である。受光素子３０において、図１８、図１９に示した受光素子１０と同様の構成要素には同一の符号を付して、受光素子１０との対比を容易とする。
【００１７】
受光素子３０は、基板１１、フォトダイオード部１２、ｎ側電極１５ａ、ｐ側電極１５ｂ、誘電体膜１３、及び反射防止膜１６を有する。
【００１８】
基板１１は、半絶縁性の材料からなる。基板１１は光透過性を有しており、例えば、鉄をドープしたインジウム燐（Ｆｅ−ＩｎＰ）などにより形成されている。例えば、基板１１は厚さ１００μｍ程度に形成される。
【００１９】
反射防止膜１６は基板１１裏面に積層され、基板１１での光の反射を抑制し、フォトダイオード部１２への光の入射効率を向上させる。例えば、反射防止膜１６は厚さ０．２μ程度に形成される。
【００２０】
フォトダイオード部１２は、本実施形態においては、ＰＩＮフォトダイオードであり、基板１１側から順に、ｎ型高濃度層１２ａ、ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ、及びｐ型高濃度層１２ｅが積層された構造を有する。例えば、フォトダイオード部１２は厚さ２．０μｍ程度に形成される。
【００２１】
ｎ型高濃度層１２ａは、ｎ型不純物を高濃度に導入され、低抵抗に形成された半導体層であり、フォトダイオードのカソードを構成する。本実施形態の受光素子３０が裏面入射型であることに対応して、ｎ型高濃度層１２ａは光透過性を有した材料で形成される。
【００２２】
ｐ型高濃度層１２ｅは、ｐ型不純物を高濃度に導入され、低抵抗に形成された半導体層であり、フォトダイオードのアノードを構成する。吸収層１２ｃはｉ型半導体層からなり、不純物濃度は低く形成される。クラッド層１２ｂ，１２ｄは吸収層１２ｃと高濃度層１２ａ，１２ｅとの中間の不純物濃度を有する。フォトダイオード部１２のうちｎ型高濃度層１２ａの上に積層される部分（ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅ）は概略の形状として円形のメサ型に形成される。
【００２３】
ｎ側電極１５ａ及びｐ側電極１５ｂは、誘電体膜１３の上に積層される配線層からなる電極パッドである。誘電体膜１３は、配線層の下に積層され、配線層と他の部分、例えばｎ型高濃度層１２ａ、ｐ型高濃度層１２ｅ等との間を電気的に絶縁する。例えば、誘電体膜１３は厚さ０．６μｍ程度に形成される。
【００２４】
誘電体膜１３には、ｎ型高濃度層１２ａの上にスルーホール１４ａが形成され、ｎ側電極１５ａにつながる配線層とｎ型高濃度層１２ａとが当該スルーホール１４ａを介してオーミック接触し、ｎ側電極１５ａとｎ型高濃度層１２ａとが電気的に接続される。
【００２５】
また誘電体膜１３には、ｐ型高濃度層１２ｅの上にもスルーホール１４ｂが形成され、この上に形成される電極１５ｃとｐ型高濃度層１２ｅとが当該スルーホール１４ｂを介してオーミック接触する。電極１５ｃは配線１９を介してｐ側電極１５ｂに接続され、ｐ型高濃度層１２ｅとｐ側電極１５ｂとが電気的に接続される。
【００２６】
ｐ側電極１５ｂの形成領域に対応して、基板１１上には凸部が形成され、ｐ側電極１５ｂはこの凸部の上面に配置される。ｐ側電極１５ｂは比較的大きな面積とされるが、凸部により基板１１との距離を保つことで、寄生容量を抑制することができる。
【００２７】
一方、電極１５ｃとｐ側電極１５ｂとの間の配線１９は、基板１１やｎ型高濃度層１２ａと近づく部分を有する。そこで、配線１９の寄生容量は、配線幅を小さくすることにより抑制する。具体的には、配線１９は、基板１１の表面に沿って配置される部分（水平配線１９ａ）と、凸部の側面に沿って配置されｐ側電極１５ｂと水平配線１９ａとの間を接続する層間接続配線１９ｃと、フォトダイオード部１２の側面に沿って配置され水平配線１９ａと電極１５ｃとの間を接続する層間接続配線１９ｄとからなる。これらの各部分は寄生容量を低減するために、配線抵抗が受光素子３０の動作上に支障を来さない範囲で、基本的に幅を狭く設定される。また、寄生容量は配線の面積に応じて増加するので、配線長も短くするように配慮する。この点、本発明によれば、層間接続配線１９ｄは、ｎ型高濃度層１２ａの側面に沿う部分は有するが、ｎ型高濃度層１２ａの上面に沿う部分を有さないように構成される。このように層間接続配線１９ｄのうちｎ型高濃度層１２ａに近接して配置される部分１８の長さ、面積を少なくすることにより寄生容量が低減される。これによりフォトダイオードの応答速度の向上が図られる。
【００２８】
層間接続配線１９ｄを上述のように形成するために、フォトダイオード部１２のうちｎ型高濃度層１２ａの上に積層されるメサ部（ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅ）の平面形状の輪郭は、ｎ型高濃度層１２ａの輪郭と一致する部分を有するように定められる。このメサ部とｎ型高濃度層１２ａとの平面形状の輪郭の一致部分は、メサ部側面とｎ型高濃度層１２ａの側面とが互いに連続して基板１１表面からメサ部上端のｐ型高濃度層１２ｅまで到達する壁面を形成する。層間接続配線１９ｄはこの壁面に沿って配置され、これにより、図１９の層間接続配線１９ｂが有していたようなｎ型高濃度層１２ａの上面に沿う部分を介さずに、水平配線１９ａとｐ側電極１５ｂとを接続することができる。
【００２９】
例えば、メサ部の平面形状は、図２に示すように、フォトダイオード部１２に要求される大きさの円形部分と、当該円形部分とｎ型高濃度層１２ａの周との間を橋渡しする矩形部分とを組み合わせた鍵穴形状とすることができる。
【００３０】
上述のようにｐ側電極１５ｂの位置には凸部が形成されるが、これに対応してｎ側電極１５ａの位置にも凸部が形成される。例えば、これにより、ｎ側電極１５ａとｐ側電極１５ｂとの高さが揃い、これら電極パッドへの外部からの配線がしやすくなる。
【００３１】
次に、受光素子３０の製造工程を説明する。図３〜図９は、受光素子３０の主要な製造工程での模式的な垂直断面図であり、図１に示す直線Ａ−Ａに沿った位置での断面を表している。また、図１０〜図１５は、受光素子３０の主要な製造工程での模式的な平面図であり、図１０〜図１５に示す工程はそれぞれ図３〜図８に示す工程である。
【００３２】
まず、結晶成長やドーピングなどにより、厚さ４５０μｍ程度の平板状の半絶縁性の基板１１上に、厚さ０．５μｍ程度のｎ型高濃度層１２ａ、厚さ０．７μｍのｎ型クラッド層１２ｂ、厚さ０．８μｍ程度の吸収層１２ｃ、厚さ０．７μｍ程度のｐ型クラッド層１２ｄ、厚さ０．１μｍ程度のｐ型高濃度層１２ｅを順に積層する（図３参照）。
【００３３】
基板１１は、受光素子３０が裏面入射型であることに対応して上述のように光透過性を有する材料で形成される。例えば、上述のように、Ｆｅ−ＩｎＰが用いられる。また、ｎ型高濃度層１２ａも光透過性を有しており、例えば、不純物濃度が５．０×１０１８ｃｍ−３程度のインジウム燐（ＩｎＰ）などにより形成される。ｎ型クラッド層１２ｂは、例えば、不純物濃度が３．０×１０１７ｃｍ−３程度であり、例えば、組成波長が１．２μｍ程度のインジウムアルミガリウム砒素（ＩｎＡｌＧａＡｓ）などにより形成される。吸収層１２ｃは、不純物濃度が１．０×１０１５ｃｍ−３程度のインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）により形成される。また吸収層１２ｃはＩｎＡｌＧａＡｓ層などで構成することもできる。ｐ型クラッド層１２ｄは、例えば、不純物濃度が３．０×１０１７ｃｍ−３程度であり、例えば、組成波長が１．２μｍ程度のＩｎＡｌＧａＡｓなどにより形成される。ｐ型高濃度層１２ｅは、不純物濃度が５．０×１０１９ｃｍ−３程度のＩｎＧａＡｓなどにより形成される。
【００３４】
そして、ｐ型高濃度層１２ｅ上の２箇所に、四角形のマスク１７を形成する（図３及び図１０参照）。マスク１７の形成位置は具体的には、図１及び図２に示す受光素子３０における、ｎ側電極１５ａ及びフォトダイオード部１２が形成される部分に配置されるｎ型高濃度層１２ａの位置と、ｐ側電極１５ｂ下の凸部の位置との２箇所である。マスク１７は、例えば、フォトレジストや酸化膜などの材料を用い、フォトリソグラフィ技術により形成される。
【００３５】
このマスク１７をエッチングマスクとして第１のメサエッチング工程を実行し、マスク１７で覆われていない領域のｐ型高濃度層１２ｅからｎ型高濃度層１２ａまでを除去する。これにより、当該領域には基板１１表面が露出する。エッチング終了後、マスク１７を除去する。図４及び図１１はこの第１のメサエッチング工程終了後の状態を示している。
【００３６】
第１のメサエッチング工程後、第２のメサエッチング工程を実行する。当該工程では、まず、ｐ型高濃度層１２ｅ上にエッチングマスクが形成される。このエッチングマスクは上述のマスク１７と同様の手段で形成することができる。当該エッチングマスクは、図１及び図２に示す受光素子３０におけるｎ側電極１５ａ及びｐ側電極１５ｂ下の凸部の形成領域と、フォトダイオード部１２の例えば鍵型のメサ部の形成領域とに対応して形成される。
【００３７】
さらに第２のメサエッチング工程では、このエッチングマスクで覆われていない領域のｐ型高濃度層１２ｅからｎ型クラッド層１２ｂまでをエッチング除去する。エッチング終了後、エッチングマスクを除去する。図５及び図１２はこの第２のメサエッチング工程終了後の状態を示している。このようにして、光透過性を有する基板１１に光電変換を行うフォトダイオード部１２が形成される。具体的には、基板１１上に、比較的大きく配置される方形板状のｎ型高濃度層１２ａが形成され、さらにその上に、ｎ型クラッド層１２ｂ、吸収層１２ｃ、ｐ型クラッド層１２ｄ及びｐ型高濃度層１２ｅからなりｎ型高濃度層１２ａより小さい面積を有するメサ部が形成される。当該メサ部は概ね円柱状であるが、上述のように平面形状を円形（図１２の部分２０）の周の一部に矩形（図１２の部分２１）を付加した鍵穴形状としているので、円柱部分２２ａの側面から突出した部分２２ｂを有する。当該突出部分２２ｂはｎ型高濃度層１２ａの端部まで達し、ｎ型高濃度層１２ａとメサ部との間に段差無くつながる側面２３が形成される。
【００３８】
なお、第２のメサエッチング工程により、フォトダイオード部１２の他に、ｎ側電極１５ａ及びｐ側電極１５ｂ下の凸部２４ａ，２４ｂも形成される。
【００３９】
第２のメサエッチング工程によりフォトダイオード部１２等が形成された基板１１の表面側に誘電体膜１３を形成する（図６及び図１３参照）。
【００４０】
誘電体膜１３は、例えば、０．２６μｍ程度の窒化シリコン（ＳｉＮ）層と、当該ＳｉＮ層上に形成される０．３μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ２）層との２層を含んで構成される。
【００４１】
フォトリソグラフィ技術を用いて誘電体膜１３の一部領域を選択的にエッチング除去し、ｎ型高濃度層１２ａ上の一部領域に、ｎ型高濃度層１２ａに到達するスルーホール１４ａを形成し、またｐ型高濃度層１２ｅ上の一部領域に、ｐ型高濃度層１２ｅに到達するスルーホール１４ｂを形成する（図７及び図１４参照）。
【００４２】
しかる後、金属からなる配線層により、ｎ側電極１５ａ、ｐ側電極１５ｂ、電極１５ｃ及び配線１９（水平配線１９ａ、層間接続配線１９ｃ，１９ｄ）を形成する（図８及び図１５参照）。ここで、層間接続配線１９ｄは、側面２３に沿って配置される。これらの電極及び配線は、例えば、蒸着などの方法により形成される。もちろん、他のメッキの方法などを用いて形成してもよい。
【００４３】
次に、基板１１を、厚さが１００μｍ程度になるまで裏側から研磨する。そして、基板１１の裏面に反射防止膜１６を形成する（図９参照）。反射防止膜１６は、例えば、０．２μｍ程度のＳｉＮ層などにより形成される。
【００４４】
以上の工程を経て図１及び図２に示す受光素子３０が作られる。ここで、本実施形態に係る受光素子３０の構造及び製造工程の理解を補助するため、図１８、図１９に示した従来の受光素子１０の製造工程のうち本実施形態の受光素子３０と相違する点を説明する。図１６は、従来の受光素子１０の模式的な垂直断面図であり、図１７は従来の受光素子１０の模式的な平面図である。図１６及び図１７は、図５及び図１２に示した受光素子３０の製造工程に対応する工程を示している。従来の受光素子１０は、ｎ型高濃度層１２ａ上のメサ部が円柱形状（受光素子３０の円柱部分２２ａに相当）のみで、ｎ型高濃度層１２ａの端部に達する突出部分２２ｂを有さないので、メサ部の側面とｎ型高濃度層１２ａの側面との間に段差を有する。その結果、図１９に示すように、層間接続配線１９ｂにはｎ型高濃度層１２ａの上面に沿う部分が生じる。これに対して、受光素子３０は図５、図１２に示すように、突出部分の側面がｎ型高濃度層１２ａの側面と揃い、一つの連続する側面２３を形成する。これにより、層間接続配線１９ｄは水平配線１９ａと電極１５ｃとの高低差を段差なく直線でつなぐことができる。また、受光素子３０と受光素子１０との製造工程上の差異は、基本的にフォトダイオード部１２のメサ部の形状を定める第２のメサエッチング工程でのエッチングマスクのパターンだけであり、従来の製造工程に特別なプロセスを追加せずに本発明を実施することができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明に係るフォトダイオード部１２は、本実施形態のような、ＰＩＮフォトダイオードではなく、アバランシェフォトダイオードなどの他の種類のフォトダイオードであってもよい。
【００４６】
例えば、フォトダイオード部１２はｎ型クラッド層１２ｂ、ｐ型クラッド層１２ｄを有さず、ＩｎＰ層からなるｎ型高濃度層１２ａ、ＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなる吸収層１２ｃ及びｐ型高濃度層１２ｅを積層した構造とすることができる。
【００４７】
また、フォトダイオード部１２を、一般的な光電変換を行う受光部に置き換えても構わない。すなわち、フォトダイオード部１２は光電変換手段の一例にすぎない。さらに、本発明の適用範囲は受光素子に限定されず、発光ダイオードやレーザダイオードなどメサ構造を用いて構成する面発光型の発光素子を含む光半導体素子、及びその他半導体素子一般に適用することができる。
【００４８】
なお、本発明に係る各部材の材料は上述のものに限定されない。また、以上の説明において示した具体的な数値は例示であり、本発明に係る受光素子３０の構造は、上述の数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 基板、１２ フォトダイオード部、１２ａ ｎ型高濃度層、１２ｂ ｎ型クラッド層、１２ｃ 吸収層、１２ｄ ｐ型クラッド層、１２ｅ ｐ型高濃度層、１３ 誘電体膜、１４ａ，１４ｂ スルーホール、１５ａ ｎ側電極、１５ｂ ｐ側電極、１５ｃ 電極、１６ 反射防止膜、１７ マスク、１９ 配線、１９ａ 水平配線、１９ｃ，１９ｄ 層間接続配線、２２ａ 円柱部分、２２ｂ 突出部分、２３ 側面、２４ａ，２４ｂ 凸部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に積層され第１電圧を印加される下部層、前記下部層の上にメサ型に形成される中間層、及び前記中間層の上に積層され第２電圧を印加される上部層を含む半導体素子と、前記基板表面に積層された配線層から前記上部層に前記第２電圧を供給する層間接続配線と、を有する半導体装置において、
前記中間層の側面及び前記下部層の側面は、互いに連続して前記基板表面から前記上部層まで到達する壁面を形成する部分を有し、
前記層間接続配線は、前記壁面に沿って配置されること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
当該半導体装置は面入射型受光装置であって、
前記半導体素子は、光電変換を行う吸収層を前記中間層に有した受光部であること、を特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記下部層は第１導電型の半導体層からなり、
前記上部層は前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体層からなること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記半導体素子は、前記下部層側から順に、前記下部層より低い不純物濃度を有する前記第１導電型の下部クラッド層、ｉ型半導体層からなる前記吸収層、及び前記上部層より低い不純物濃度を有する前記第２導電型の上部クラッド層が積層された前記中間層を有したＰＩＮ型受光部であること、を特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記基板は、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板であり、
前記下部層はＩｎＰ層からなり、
前記上部層及び前記吸収層はＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記基板は、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板であり、
前記下部層はＩｎＰ層からなり、
前記上部層はＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記吸収層はＩｎＧａＡｓ層からなること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項１】
基板表面に積層され第１電圧を印加される下部層、前記下部層の上にメサ型に形成される中間層、及び前記中間層の上に積層され第２電圧を印加される上部層を含む半導体素子と、前記基板表面に積層された配線層から前記上部層に前記第２電圧を供給する層間接続配線と、を有する半導体装置において、
前記中間層の側面及び前記下部層の側面は、互いに連続して前記基板表面から前記上部層まで到達する壁面を形成する部分を有し、
前記層間接続配線は、前記壁面に沿って配置されること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
当該半導体装置は面入射型受光装置であって、
前記半導体素子は、光電変換を行う吸収層を前記中間層に有した受光部であること、を特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記下部層は第１導電型の半導体層からなり、
前記上部層は前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体層からなること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記半導体素子は、前記下部層側から順に、前記下部層より低い不純物濃度を有する前記第１導電型の下部クラッド層、ｉ型半導体層からなる前記吸収層、及び前記上部層より低い不純物濃度を有する前記第２導電型の上部クラッド層が積層された前記中間層を有したＰＩＮ型受光部であること、を特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記基板は、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板であり、
前記下部層はＩｎＰ層からなり、
前記上部層及び前記吸収層はＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなること、
を特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記基板は、基板裏面から入射した検出対象光を前記基板表面へ透過させる半絶縁性の半導体基板であり、
前記下部層はＩｎＰ層からなり、
前記上部層はＩｎＧａＡｓ層又はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層はＩｎＡｌＧａＡｓ層からなり、
前記吸収層はＩｎＧａＡｓ層からなること、
を特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２６７６４７（Ｐ２０１０−２６７６４７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５３６４（Ｐ２００９−１１５３６４）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
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