專利名稱：受光器件陣列和受光器件陣列芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及受光器件陣列，特別是涉及可以降低受光器件間的串?dāng)_的受光器件陣列。此外，還涉及可以減小芯片尺寸的受光器件陣列。
受光器件陣列，在例如波分復(fù)用傳送方式的光通信系統(tǒng)中，用于在接收一側(cè)使多路傳送過(guò)來(lái)的光分離并監(jiān)視每一個(gè)波長(zhǎng)光譜的光分波器中。
用

圖1說(shuō)明光分波器的一個(gè)例子。該光分波器以輸入光纖2、準(zhǔn)直透鏡4、衍射光柵6和作為光檢測(cè)器的受光器件陣列和器件8為構(gòu)成要素，用彼此嵌入的3個(gè)管狀構(gòu)件裝配起來(lái)。單芯的輸入光纖2用光纖連接部分14固定到透明的光纖裝配用管10的端面的光纖固定用窗口12上。準(zhǔn)直透鏡4被固定到中間管16的端部上。衍射光柵6被固定到衍射光柵裝配用管18的端面的衍射光柵固定用窗口20上。在本例中，在中間管16的兩個(gè)端部上外裝有光纖裝配用管10和衍射光柵裝配用管18，使得可以在光軸方向上移動(dòng)且作成可以在光軸周圍旋轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)(active alignment)。
從輸入光纖2導(dǎo)入到管內(nèi)部后，相應(yīng)于輸入光纖2的孔徑數(shù)進(jìn)行了擴(kuò)展的發(fā)散光束，到達(dá)準(zhǔn)直透鏡4，在變換成平行光束后到達(dá)衍射光柵6。相應(yīng)于衍射光柵6的波長(zhǎng)色散特性分離成每一個(gè)波長(zhǎng)的光束，借助于準(zhǔn)直透鏡4把每一個(gè)分離波長(zhǎng)變換成收斂光束，在與準(zhǔn)直透鏡4的焦點(diǎn)一致的窗口12上對(duì)每一個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行聚光后排列成一列。通過(guò)使該每一個(gè)波長(zhǎng)的聚光點(diǎn)和受光器件陣列和器件8的各個(gè)受光器件分別對(duì)應(yīng)的方式把受光器件陣列和器件8固定到窗口20上，就可以進(jìn)行每一個(gè)波長(zhǎng)的光檢測(cè)。
圖2示出了可以在這樣的光分波器中使用的市售的受光器件陣列。受光器件陣列芯片具備受光器件和鍵合焊盤。受光器件陣列的構(gòu)成為把受光器件22直線狀地排列起來(lái)，各個(gè)受光器件的電極，交互地接到受光器件陣列兩側(cè)的鍵合焊盤24上。
構(gòu)成現(xiàn)有的受光器件陣列的受光器件，是用擴(kuò)散形成了pn結(jié)的pin構(gòu)造的光電二極管。圖3示出了圖2的受光器件陣列的A-A’線的局部擴(kuò)大剖面圖。在n型InP襯底26上，層疊n型InP層(窗口層)28、i型InGaAs層(光吸收層)30、n型InP層(窗口層)32，在n型InP層32內(nèi)擴(kuò)散Zn形成p型區(qū)域34，制作pin光電二極管。在這種情況下，擴(kuò)散是等方向性的，也向橫向進(jìn)行Zn擴(kuò)散。擴(kuò)散長(zhǎng)度，由于InP的擴(kuò)散系數(shù)比InGaAs的擴(kuò)散系數(shù)大，結(jié)果就變成為Zn擴(kuò)散在橫向比縱向的擴(kuò)散延伸得還長(zhǎng)。因此，在這樣的現(xiàn)有的擴(kuò)散型受光器件的情況下，減小器件間隔是有限制的，被限定為50微米的節(jié)距。圖2示出了50微米尺寸。
鍵合焊盤24，由于其尺寸(100微米×100微米)的關(guān)系，如上所述，配置在受光器件陣列的兩側(cè)，而且，變成為單側(cè)兩列的排列。由于這些鍵合焊盤的存在，芯片的尺寸增大。
由以上的說(shuō)明可知，在把受光器件排列成陣列狀時(shí)，在器件間隔方面存在著限制。就是說(shuō)。器件間隔不能狹窄到超過(guò)某一固定值。因此，在光分波器中，需要加長(zhǎng)分波后的光路長(zhǎng)度，在光分波器的小型化方面會(huì)產(chǎn)生限制。
此外，在現(xiàn)有的受光器件陣列的情況下，由于鍵合焊盤的面積大，且其尺寸不能做小，故當(dāng)要配置象受光器件那么多的焊盤時(shí)，則芯片面積增大，此外，鍵合焊盤的單側(cè)取出是困難的。由于以上的原因，現(xiàn)有的受光器件陣列對(duì)于高密度集成是不合適的。
此外，擴(kuò)散型的受光器件的光吸收層，由于在器件之間沒(méi)有進(jìn)行隔離，歸因于因光吸收而發(fā)生的載流子的橫向擴(kuò)散，載流子向相鄰的受光器件的移動(dòng)是可能的。這種移動(dòng)就是對(duì)相鄰的受光器件的串?dāng)_，會(huì)使受光器件陣列的特性劣化。
本發(fā)明的目的在于提供可以降低對(duì)相鄰的受光器件的串?dāng)_的受光器件陣列。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供可以減小受光器件的尺寸和節(jié)距，并對(duì)受光器件個(gè)數(shù)可以減小芯片尺寸的受光器件陣列。
如上所述，現(xiàn)有的擴(kuò)散型受光器件陣列的問(wèn)題是在受光器件的間隔方面存在著限制。這是因?yàn)橛肸n擴(kuò)散形成pn結(jié)的緣故。因此，在本發(fā)明中，采用在受光器件陣列用外延晶片的窗口層成膜時(shí)摻入作為p型的材料的辦法，來(lái)制作pn結(jié)，而且通過(guò)用刻蝕法使受光器件間隔離形成臺(tái)面構(gòu)造的受光器件陣列。借助于此，就可以減小受光器件陣列的尺寸和節(jié)距。
此外，由于采用用刻蝕的辦法除去受光器件間部分的臺(tái)面式構(gòu)造，故器件之間隔離獨(dú)立，由于不存在在受光器件內(nèi)的向橫向進(jìn)行的載流子擴(kuò)散，故可以降低對(duì)相鄰的受光器件的串?dāng)_。
此外，現(xiàn)有技術(shù)的另外的問(wèn)題是芯片面積增大的問(wèn)題。對(duì)此，在本發(fā)明中，采用導(dǎo)入矩陣布線方式，減少鍵合焊盤個(gè)數(shù)的辦法，得以縮小芯片面積，此外，鍵合焊盤的取出也可以變成為單側(cè)。
倘采用矩陣布線方式，則在同一芯片上排列多個(gè)受光器件的受光器件陣列中，具有把臺(tái)面式的受光器件排列成直線狀的受光器件陣列；把每一組規(guī)定個(gè)數(shù)的受光器件歸納成一個(gè)塊，共通連接到塊內(nèi)的各個(gè)受光器件的一個(gè)電極上的每一塊的第1鍵合焊盤；把上述受光器件陣列的受光器件，每隔上述規(guī)定的個(gè)數(shù)進(jìn)行歸納，共同連接到各個(gè)受光器件的另一個(gè)電極上的與上述規(guī)定個(gè)數(shù)相同個(gè)數(shù)的第2鍵合焊盤。
圖1示出了光分波器的構(gòu)成。
圖2示出了現(xiàn)有的受光器件陣列。
圖3是圖2的受光器件陣列部分的A-A’線的擴(kuò)大剖面圖。
圖4是本發(fā)明的臺(tái)面式受光器件陣列的實(shí)施例的剖面圖。
圖5是本發(fā)明的臺(tái)面式受光器件陣列的另一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
圖6是本發(fā)明的臺(tái)面式受光器件陣列的再一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
圖7是本發(fā)明的受光器件陣列的平面圖。
圖8是圖7的C-C’線的剖面圖。
實(shí)施例1圖4是本發(fā)明的受光器件陣列的實(shí)施例的剖面圖。是對(duì)受光器件進(jìn)行了隔離刻蝕的臺(tái)面式構(gòu)造的受光器件陣列，在n型InP襯底42上，層疊n型InP層(窗口層)44、i型InGaAs層(光吸收層)46、p型InP層(窗口層)48，對(duì)InGaAs層46和InP層48進(jìn)行刻蝕使器件之間進(jìn)行隔離，覆蓋絕緣膜8，在各個(gè)受光器件的p型InP層48上形成歐姆電極60，在n型InP襯底42的背面上形成共通的n型歐姆電極62。
這樣的受光器件陣列，可以如下所述地制作。在n型InP襯底42上，用MOCVD法等連續(xù)地外延生長(zhǎng)n型InP層44、i型InGaAs層46和p型InP層48。這時(shí)，第2層的i型InGaAs層46也可以不摻雜或很少一點(diǎn)地?fù)诫s。借助于器件間的刻蝕，一直到n型的InP層44的表面為止，使其部分地露出制作隔離溝形成臺(tái)面。在臺(tái)面形成中，通過(guò)在InP和InGaAs中使用具有選擇性的刻蝕液，在各層的邊界處停止刻蝕，就變得容易起來(lái)。
其次，在最上層的p型InP層48和因刻蝕露出來(lái)的n型InP層44上，形成例如由SiN構(gòu)成的絕緣膜58，設(shè)置接觸孔后在p型InP層48上形成例如由AuZn構(gòu)成的p型歐姆電極60。此外，在n型InP襯底42的背面上形成例如由AuGeNi構(gòu)成的n型歐姆電極62。
在形成絕緣膜58之后，形成含有鍵合焊盤的布線，但是歐姆電極和布線可以兼用。此外，通過(guò)把受光器件上部的絕緣膜58的膜厚作成為無(wú)反射條件，還可以提高裝置特性。
圖5示出了襯底使用半絕緣(SI)襯底SI-InP襯底的受光器件陣列的另一個(gè)實(shí)施例。在SI(半絕緣性)-InP襯底64上，與圖4的實(shí)施例同樣，外延生長(zhǎng)n型InP層44、i型InGaAs層46和p型InP層48并層疊，對(duì)InGaAs層46和InP層48進(jìn)行刻蝕形成溝49，對(duì)器件進(jìn)行隔離，覆蓋絕緣膜58，在各個(gè)受光器件的p型InP層48上開(kāi)接觸孔后形成p型歐姆電極60。在隔離溝49的底部的絕緣膜58上，開(kāi)接觸孔，形成各個(gè)受光器件的n型電極66。
倘采用以上的圖4和圖5的實(shí)施例，由于pn結(jié)用晶體生長(zhǎng)的辦法形成，故不會(huì)有起因于現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散的那些問(wèn)題。為此，可以減小受光器件的尺寸和節(jié)距。
此外與相鄰的受光器件之間，由于借助于刻蝕進(jìn)行隔離，故受光器件內(nèi)的載流子不會(huì)向橫向方向擴(kuò)散。因此，可以降低對(duì)相鄰的器件的串?dāng)_。
圖6示出了通過(guò)用半導(dǎo)體材料把借助于刻蝕除去的器件間的部分填埋起來(lái)，降低在臺(tái)面界面處產(chǎn)生的漏電，實(shí)現(xiàn)了受光器件陣列的低暗電流化的實(shí)施例的受光器件陣列。倘采用該受光器件陣列，刻蝕部分將被半絕緣性InP或未摻雜InP填埋起來(lái)。
這樣的受光器件，可以如下所述地制作。用MOCVD法，在n型InP襯底42上連續(xù)生長(zhǎng)n型InP層44、i型InGaAs層46和p型InP層48。這時(shí)，第2層的i型InGaAs層也可以不摻雜或很少一點(diǎn)地?fù)诫s。借助于刻蝕，一直到n型InP層的表面為止，部分地露出，形成隔離溝。用例如SiN膜，或SiO2膜等的掩模材料(未畫(huà)出來(lái))覆蓋未刻蝕的部分，再次用MOCVD法等，僅僅在隔離溝部分上選擇性地再次生長(zhǎng)半絕緣性InP(例如，摻入Fe)或未摻雜InP。在圖中，用70表示所生長(zhǎng)的InP。然后，除去掩模材料，在p型InP層48上形成p型電極(AuZn)60，在n型InP襯底42的背面上形成n型電極(AuGeNi)62。在形成了絕緣膜72之后，形成含有鍵合焊盤的布線。
在以上的圖6的實(shí)施例中，與圖4的實(shí)施例同樣，歐姆電極和布線可以兼用。此外，通過(guò)把受光器件上部的絕緣膜58的膜厚作成為無(wú)反射條件，還可以提高裝置特性。
此外，倘采用圖6的實(shí)施例，則通過(guò)用半導(dǎo)體材料填埋刻蝕部分就是說(shuō)填埋隔離溝，就可以改善臺(tái)面的刻蝕面，降低由損傷等產(chǎn)生的復(fù)合能級(jí)。因此，將降低在臺(tái)面邊界處的漏電電流。
此外，由于可以借助于填埋再生長(zhǎng)填埋隔離溝進(jìn)行平坦化，故可以降低刻蝕臺(tái)階高度，使布線電極的引繞變得容易起來(lái)。
再有，由于借助于填埋再生長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)平坦化，故即便是光吸收層46的膜厚增大也不會(huì)有什么問(wèn)題。為此，可以加大光吸收層46的膜厚。當(dāng)光吸收層的膜厚增大時(shí)，就會(huì)提高受光靈敏度、耐壓等依賴于光吸收層膜厚的器件特性。
在本發(fā)明的受光器件陣列的臺(tái)面形成中，通過(guò)在InP和InGaAs中使用具有選擇性的刻蝕液，在各層的邊界處停止刻蝕就變得容易起來(lái)。此外，在刻蝕之際，通過(guò)把掩模作成SiN膜或SiO2膜，在InP向刻蝕部分上再生長(zhǎng)時(shí)就可以省略掩模材料的成膜圖形。
在以上的圖4到圖6的實(shí)施例中，通過(guò)在n型InP和i型InGaAs層之后接著生長(zhǎng)p型InP層，形成pin構(gòu)造。pin構(gòu)造的形成，并不受限于此，也可以如下那樣地形成。就是說(shuō)，也可以通過(guò)在n型InP和i型InGaAs層之后接著生長(zhǎng)p型InP層，對(duì)該層的整個(gè)面進(jìn)行p型擴(kuò)散的辦法形成pin構(gòu)造。若在其上形成刻蝕隔離溝，則同樣可以形成臺(tái)面式受光器件陣列。
實(shí)施例2圖7示出了使用臺(tái)面式受光器件，把芯片尺寸做得更小的本發(fā)明的受光器件陣列的平面圖，圖8是圖7的C-C’線的剖面圖。另外，在圖7內(nèi)，示出了20微米的尺寸。受光器件陣列是以10微米的節(jié)距把6微米的寬度的臺(tái)面式受光器件36排列起來(lái)的陣列。在受光器件陣列的一側(cè)，把8個(gè)受光器件歸納成一個(gè)塊，使把各個(gè)受光器件的n型電極38共通地連接起來(lái)的鍵合焊盤Bi(100微米×100微米)形成2列。若受光器件的個(gè)數(shù)為128個(gè)則i＝1～16。另一方面，把每隔8個(gè)地把受光器件的p型電極連接起來(lái)的這樣的布線Lj(j＝1～8)和連接到各個(gè)布線上的8個(gè)鍵合焊盤B(Lj)(100微米×100微米)形成2列。另外，在圖7中，僅僅示出了3個(gè)鍵合焊盤B(L1)、B(L2)、B(L3)。把以上的布線作成這里叫做矩陣布線的布線方式。
這樣的矩陣布線方式的受光器件陣列芯片，可以如下制作。用MOCVD法，在半絕緣性InP襯底42上連續(xù)生長(zhǎng)n型InP層44、i型InGaAs層46和p型InP層48。第2層的i型InGaAs層也可以不摻雜或很少一點(diǎn)地?fù)诫s。
其次，用隔離受光器件的第1次刻蝕，使直到n型InP層44的表面為止，部分地露出來(lái)。然后再用第2次刻蝕，采用剩下電極用的區(qū)域，一直到InP襯底44為止刻蝕n型InP層44，對(duì)受光器件間進(jìn)行隔離的辦法，形成臺(tái)面構(gòu)造的受光器件陣列。在最上層的p型InP層48上，形成p型歐姆電極40，在借助于刻蝕露出來(lái)的n型InP層44上形成n型歐姆電極38。
其次，在除去受光器件陣列部分之外的表面上形成絕緣膜50，形成布線L1～L8。接著，包括受光器件陣列部分在內(nèi)地在整個(gè)表面上形成層間絕緣膜52，在p型電極40上開(kāi)接觸孔54，形成布線和鍵合焊盤B(Lj)，另一方面，在n型電極38上開(kāi)接觸孔56，形成布線和鍵合焊盤Bi。
倘采用以上那樣的矩陣布線方式的受光器件陣列芯片，則可以僅僅使那些連接到同時(shí)變成為ON的鍵合焊盤Bi和B(Lj)上的受光器件進(jìn)行動(dòng)作。
在圖7和圖8的實(shí)施例中，雖然作為鍵合焊盤設(shè)想為100微米×100微米，但是如果受光器件8個(gè)器件大的量的間隔以下的鍵合焊盤是可能的，則焊盤將成為1列的配置。
倘采用本發(fā)明，由于受光器件采用臺(tái)面構(gòu)造，使受光器件間電隔離獨(dú)立，故可以減少對(duì)相鄰受光器件的串?dāng)_，還可以減小受光器件陣列的尺寸和節(jié)距。
此外，倘采用本發(fā)明，由于施行矩陣布線，故沒(méi)有必要使受光器件單位分別地設(shè)置鍵合焊盤分別地取出布線。因此，由于將減少鍵合焊盤個(gè)數(shù)，減小面積，故對(duì)于器件個(gè)數(shù)可以減小芯片尺寸。為此，鍵合焊盤的單側(cè)取出成為可能。
因此，可以實(shí)現(xiàn)在光分波器中使用的高精細(xì)型的受光器件陣列，例如，可以實(shí)現(xiàn)以25微米以下的節(jié)距由128個(gè)受光器件構(gòu)成的芯片。這時(shí)，采用減小芯片面積的辦法，就可以提高每一個(gè)外延晶片的芯片取得數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種把多個(gè)由pin光電二極管構(gòu)成的受光器件排列起來(lái)的受光器件陣列，其特征是上述pin光電二極管，具備n型半導(dǎo)體襯底，在上述n型半導(dǎo)體襯底上層疊的n型半導(dǎo)體層、i型半導(dǎo)體層、p型半導(dǎo)體層，上述p型半導(dǎo)體層和上述i型半導(dǎo)體層，用相鄰的p型半導(dǎo)體層和i型半導(dǎo)體層和隔離溝隔離開(kāi)來(lái)，在上述p型半導(dǎo)體層上設(shè)置的p型電極，以及在上述n型半導(dǎo)體襯底的背面上設(shè)置的共通的n型電極。
2.一種把多個(gè)由pin光電二極管構(gòu)成的受光器件排列起來(lái)的受光器件陣列，其特征是上述pin光電二極管，具備半絕緣性襯底，在上述半絕緣性襯底上疊層的n型半導(dǎo)體層、i型半導(dǎo)體層、p型半導(dǎo)體層，上述p型半導(dǎo)體層和上述i型半導(dǎo)體層，用相鄰的p型半導(dǎo)體層和i型半導(dǎo)體層和隔離溝隔離開(kāi)來(lái)，在上述p型半導(dǎo)體層上設(shè)置的p型電極，以及在上述隔離溝的底部即上述n型半導(dǎo)體上設(shè)置的每一個(gè)受光器件的n型電極。
3.權(quán)利要求1或2所述的受光器件陣列，其特征是上述隔離溝用半絕緣性的半導(dǎo)體材料或未摻雜半導(dǎo)體材料填埋起來(lái)。
4.一種在同一芯片上把多個(gè)受光器件排列起來(lái)的受光器件陣列芯片，其特征是具備把臺(tái)面式的受光器件直線狀地排列起來(lái)的受光器件陣列；把上述受光器件陣列的受光器件連接成矩陣狀的多條布線；以及連接到上述布線上的多個(gè)鍵合焊盤。
5.一種在同一芯片上把多個(gè)受光器件排列起來(lái)的受光器件陣列芯片，其特征是具備把臺(tái)面式的受光器件直線狀地排列起來(lái)的受光器件陣列；把每一組規(guī)定個(gè)數(shù)的受光器件歸納成一塊，共通地連接到塊內(nèi)的各個(gè)受光器件的一個(gè)電極上的、每一塊的第1鍵合焊盤；把上述受光器件陣列的受光器件隔以上述規(guī)定的個(gè)數(shù)進(jìn)行歸納，共通地連接到各個(gè)受光器件的另一個(gè)電極上的、與上述規(guī)定個(gè)數(shù)相同的第2鍵合焊盤。
6.權(quán)利要求4或5所述的受光器件陣列，其特征是上述臺(tái)面式的受光器件由pin光電二極管構(gòu)成。
7.權(quán)利要求5所述的受光器件陣列，其特征是僅僅在上述第1鍵合焊盤和上述第2鍵合焊盤為ON時(shí)，只有連接到這些第1和第2鍵合焊盤上的受光器件可以動(dòng)作。
全文摘要
提供可以減小受光器件陣列的尺寸和節(jié)距,并可以減小對(duì)相鄰的受光器件的串?dāng)_的受光器件陣列。它是一種對(duì)半導(dǎo)體層層疊構(gòu)成的受光器件進(jìn)行隔離刻蝕的臺(tái)面式構(gòu)造的受光器件陣列,在n型InP襯底上,疊層n型InP層、i型InGaAs層(光吸收層)和p型InP層(窗口層),對(duì)InGaAs層和p型InP層進(jìn)行刻蝕使器件間進(jìn)行隔離,覆蓋絕緣膜,在各個(gè)受光器件的p型InP層上形成p型歐姆電極,在n型InP襯底的背面上形成共通的n型歐姆電極。
文檔編號(hào)H01L31/105GK1327617SQ00802271
公開(kāi)日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2000年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
發(fā)明者駒場(chǎng)信幸, 田上高志, 楠田幸久, 有馬靖智 申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社