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JP4165244B2 - 受光素子の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
受光素子は、光を受光して電気に変換する素子であり、例えば光通信や光演算に用いられている（例えば、特許文献１および２参照）。これらの用途においては、場合によって、入射光の光学特性、例えば光の放射角や波長等を制御する必要が生じる。また、近年では、受光素子を光通信等に適用する場合、より高速な動作が受光素子に求められている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１０２５１３号公報
【特許文献２】
特開平５−１２０７２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高速動作が可能であり、かつ、設置位置、形状および大きさが制御された光学部材を含む受光素子の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
［受光素子の製造方法］
【００２５】
本発明の受光素子の製造方法は、
（ａ）上面に受光面を含む柱状部を基板に形成し、
前記柱状部は、第１導電型層、光吸収層、および第２導電型層を含み、
前記光吸収層は、前記第１導電型層と前記第２導電型層との間に形成され、
（ｂ）前記上面に対して、エネルギーを付加することによって硬化可能な材料からなる液滴を吐出して、前記柱状部の上面より大きな径を有する光学部材前駆体を形成し、
（ｃ）前記エネルギーを付加して前記光学部材前駆体を硬化させて、前記柱状部の上面より大きな径を有する光学部材を形成すること、を含み、
前記（ａ）において、前記柱状部の側壁を覆う絶縁層を形成し、
前記柱状部の上面を覆うように前記絶縁層を積層した後、該絶縁層に対して該柱状部の上面から前記基板の方向へと等方性エッチングを行なうことにより、前記絶縁層の膜厚が、該柱状部近傍において該柱状部に近づくにつれて大きくなるように形成する。ここで、「絶縁層の膜厚」とは、前記基板において前記柱状部の設置面と垂直な方向における膜厚をいう。
【００２６】
本発明の受光素子の製造方法によれば、前記（ｂ）において、前記液滴の吐出量を調整すること等によって、高速動作が可能であり、かつ、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含む受光素子を形成することができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【００２７】
本明細書において、「光学部材」とは、受光素子の受光面に入射する光の光学特性や進行方向を変化させる機能を有する部材をいい、ここで、「光学特性」とは、例えば、波長、偏光、放射角等が挙げられる。このような光学部材としては、例えばレンズまたは偏向素子が例示できる。また、本明細書において、「柱状部の上面上に光学部材が設けられている」とは、前記柱状部の上面と前記光学部材とが接している場合だけでなく、例えば、前記柱状部の上面の一部の領域上に電極等の構造物が設けられ、この構造物を介して前記柱状部の上面上に前記光学部材が設けられている場合を含む。また、本明細書において、「切断円球状」とは、円球を一平面で切断して得られる形状をいい、該円球は完全な円球のみならず、円球に近似する形状をも含む。また、本明細書において、「切断楕円球状」とは、楕円球を一平面で切断して得られる形状をいい、楕円球は完全な楕円球のみならず、楕円球に近似する形状をも含む。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
［第１の実施の形態］
１．受光素子の構造
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る受光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る受光素子１００を模式的に示す平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、受光素子１００がフォトダイオードである場合について説明する。
【００３３】
本実施の形態の受光素子１００は、図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板からなる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成された柱状部１３０を含む。ここで、柱状部１３０とは、基板１０１上に形成された柱状の半導体堆積体である。
【００３４】
柱状部１３０の上面１３０ａは、受光面１０８を含む。本実施の形態の受光素子１００では、この受光面１０８から光が入射する。なお、本実施の形態の受光素子１００においては、柱状部１３０の上面１３０ａのうち第１電極１０７（後述する）で覆われていない部分（開口部１１０）が設けられている。柱状部１３０の上面１３０ａのうち開口部１１０内の領域が受光面１０８である。
【００３５】
また、柱状部１３０の上面１３０ａ上には、光学部材１１１が設けられている。本実施の形態においては、光学部材１１１がレンズとして機能する場合について説明する。すなわち、図１および図２に示すように、光学部材１１１によって集光した光を受光面１０８に入射させることができる。
【００３６】
（光学部材）
光学部材１１１は、例えば熱または光等のエネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料（例えば紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体）を硬化させることにより形成される。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂等が例示できる。
【００３７】
紫外線硬化型樹脂の前駆体は、短時間の紫外線照射によって硬化する。このため、熱工程など素子に対するダメージを与えやすい工程を経ずに硬化させることができる。このため、紫外線硬化型樹脂の前駆体を用いて光学部材１１１を形成する場合、素子へ与える影響を少なくすることができる。
【００３８】
本実施の形態において、光学部材１１１は、具体的には、柱状部１３０の上面１３０ａに対して液体材料からなる液滴１１１ａを吐出して、光学部材前駆体１１１ｂを形成した後、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させることによって形成される（図８および図９参照）。光学部材１１１の形成方法については後述する。
【００３９】
（その他の構成要素）
前述したように、受光素子１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成された柱状部１３０とを含む。
【００４０】
柱状部１３０は、受光素子１００の受光面１０８側から基板１０１の途中にかけての部分が、受光面１０８側からから見て円形の形状にエッチングされることにより形成される。なお、本実施の形態では、柱状部１３０の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることが可能である。ただし、光学部材１１１が、例えばレンズまたは偏向素子として用いる場合、柱状部１３０の上面１３０ａの形状を円にする。これにより、光学部材１１１の立体形状を、円球状または切断円球状に形成することができ、得られた光学部材１１１をレンズまたは偏向素子として用いることができる。
【００４１】
柱状部１３０は、第１導電型層１０２、光吸収層１０３、および第２導電型層１０４を含む。本実施の形態の受光素子１００においては、第２導電型層１０４の上面に受光面１０８が設けられている。したがって、受光面１０８から第２導電型層１０４に入射した光は、第２導電型層１０４内を伝搬した後光吸収層１０３に入射する。この場合、例えば、ｎ型ＧａＡｓ層からなる第１導電型層１０２、不純物が導入されていないＧａＡｓ層からなる光吸収層１０３、およびｐ型ＧａＡｓ層からなる第２導電型層１０４が、ｎ型ＧａＡｓ層からなる基板１０１上に順に積層することにより、柱状部１３０を形成することができる。この場合、例えば、第１導電型層１０２の膜厚を０．５μｍ、光吸収層１０３の膜厚を３．５μｍ、第２導電型層１０４の膜厚を０．1μｍに形成することができる。なお、第１導電型層１０２、光吸収層１０３、および第２導電型層１０４を構成する各層の組成および膜厚はこれに限定されるわけではない。
【００４２】
第２導電型層１０４は、例えばＣがドーピングされることによりｐ型にされ、第１導電型層１０２は、例えばＳｉがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、第２導電型層１０４、不純物がドーピングされていない光吸収層１０３、および第１導電型層１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００４３】
第２導電型層１０４は、電極（後述する第１電極１０７）とのオーミック接触をとることができる程度のキャリア密度を有する。
【００４４】
さらに、柱状部１３０は絶縁層１０６で埋め込まれている。すなわち、柱状部１３０の側壁１３０ｂは絶縁層１０６で取り囲まれている。本実施の形態に係る受光素子１００においては、この絶縁層１０６は、柱状部１３０の側壁１３０ｂならびに基板１０１の上面を覆っている。
【００４５】
この絶縁層１０６は、柱状部１３０近傍において、柱状部１３０に近づくにつれて膜厚が大きくなっている。これにより、柱状部１３０の上面１３０ａに対して液滴１１１ｂを吐出することにより、柱状部１３０の上面１３０ａ上に光学部材１１１を確実に設置することができる。また、本実施の形態の受光素子１００においては、柱状部１３０の上面１３０ａおよび絶縁層１０６の上面に第１電極１０７がほぼ均一の膜厚で形成されており、受光面１０８の上に反射防止層１０５（後述する）が設置されている。すなわち、光学部材１１１は、柱状部１３０の上面１３０ａ上に、第１電極１０７または反射防止層１０５を介して設置されている。
【００４６】
この受光素子１００の製造工程では、柱状部１３０の側壁１３０ｂを覆う絶縁層１０６を形成した後、柱状部１３０の上面１３０ａおよび絶縁層１０６の上面に第１電極１０７を、半導体基板１０１の裏面（半導体基板１０１において柱状部１３０の設置面と反対側の面）に第２電極１０９を、それぞれ形成する。これらの電極形成の際には一般的に、アニール処理を約４００℃で行なう（後述する製造プロセスを参照）。したがって、樹脂を用いて絶縁層１０６を形成する場合、このアニール処理工程に耐え得るためには、絶縁層１０６を構成する樹脂は耐熱性に優れたものであることが必要とされる。この要求を満たすためには、絶縁層１０６を構成する樹脂がポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂等であることが望ましく、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。また、絶縁層１０６の上に、樹脂を原材料として光学部材（例えばレンズ）を形成する場合、レンズ材（樹脂）との接触角が大きく、レンズ形状を制御しやすいという観点からも、絶縁層１０６はポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂からなるのが望ましい。この場合、絶縁層１０６は、熱または光等のエネルギー照射により硬化、あるいは化学反応によって樹脂前駆体を硬化させることにより形成される。
【００４７】
第１電極１０７は、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。
【００４８】
さらに、半導体基板１０１の裏面には、第２電極１０９が形成されている。すなわち、この受光素子１００では、柱状部１３０の上面１３０ａで第１電極１０７と接合し、かつ、半導体基板１０１の裏面で第２電極１０９と接合している。第２電極１０９は、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。
【００４９】
第１および第２電極１０７，１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えばＴｉやＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【００５０】
また、受光面１０８上には、必要に応じて反射防止層１０５を形成することができる。この反射防止層１０５が形成されていることにより、受光面１０８における光の反射を少なくすることができる。これにより、受光面１０８に入射する光の注入効率を高めることができる。ここで、反射防止層１０５の光学的膜厚は、（２ｍ−１）λ／４（λは受光面１０８に入射する光（入射光）の波長、ｍは自然数）である。
【００５１】
ここで、「光学的膜厚」とは、層の実際の膜厚に屈折率を乗じて得られる値をいう。例えば、入射光の波長がλであって、光学的膜厚がλ／４、屈折率ｎが２．０である層の場合、この層の実際の膜厚は、光学的膜厚／屈折率ｎと等しいことから、λ／４／２＝０．１２５λである。なお、本願において、単に「膜厚」というときは、層の実際の膜厚をいうものとする。
【００５２】
反射防止層１０５の材質は特に限定されるわけではないが、入射光の反射率の低減効果を得ることができ、かつ入射光を通過させる材質からなる。例えば、反射防止層１０５は窒化シリコン層からなることができる。なお、本願において、「通過」とは、ある層に光が入射した後前記層から光が出射することをいい、前記層に入射した光が殆ど前記層から出射する場合だけでなく、前記層に入射した光の一部のみが前記層から出射する場合を含む。
【００５３】
また、この受光素子１００において、必要に応じて、第１導電型層１０２と光吸収層１０３との間に反射層（図示せず）を形成することができる。この反射層が形成されることにより、光吸収層１０３を通過した光を再度光吸収層１０３へと導入することができる。これにより、光の利用効率を高めることができる。特に、光吸収層１０３の膜厚を小さくした場合、入射光の一部が光吸収層１０３を通過してしまい、光吸収層１０３における光の利用効率が低下してしまう。この場合、前記反射層が形成されることによって、光の利用効率を高めることができる点で有効である。
【００５４】
２．受光素子の動作
本実施の形態の受光素子１００の一般的な動作を以下に示す。ここでは、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である場合を示す。なお、下記の受光素子の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００５５】
まず、光学部材１１１に所定波長の光が入射する。入射した光は、光学部材１１１によって集光された後、受光面１０８へと入射する。受光面１０８から入射した光によって、柱状部１３０を構成する各層（半導体層）において、光励起が生じ、電子および正孔が生じる。ここで、光吸収層１０３において、第１導電型層１０２との界面近傍に電子が、第２導電型層１０４との界面近傍に正孔がそれぞれ蓄積される。所定量以上の電子および正孔が光吸収層１０３に蓄積されると、電子は第１導電型層１０２に、正孔は第２導電型層１０４にそれぞれ移動する。その結果、第１導電型層１０２から第２導電型層１０４の方向（図１のＺ方向）に電流が流れる。この際、第１導電型層１０２側が高電位となるように、光吸収層１０３に電界をかけておくと、生成される電子および正孔の分離が容易となり、再結合の確率が低減するため、光電変換効率が向上する。
【００５６】
３．受光素子の製造方法
次に、本発明を適用した第１の実施の形態に係る受光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図９を用いて説明する。図３〜図９は、図１および図２に示す本実施の形態の受光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面に対応している。
【００５７】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面について、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、半導体多層膜１５０が形成される（図３参照）。
【００５８】
半導体多層膜１５０は、図３に示すように、第１導電型層１０２と、光吸収層１０３と、第２導電型層１０４とが順に堆積されて構成される。また、各層はＧａＡｓにより構成され、この際、第１導電型層１０２にはＳｉを導入してｎ型とし、第２導電型層１０４にはＣを導入しｐ型とする。また、必要に応じて反射層（図示せず）を所定の位置に成長させる。
【００５９】
エピタキシャル成長を行なう際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行なう際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００６０】
続いて、半導体多層膜１５０上に、フォトレジスト（図示しない）を塗布した後、フォトリソグラフィ法により該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ１００が形成される（図３参照）。
【００６１】
（２）ついで、レジスト層Ｒ１００をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２導電型層１０４、光吸収層１０３、第１導電型層１０２、および半導体基板１０１の一部をエッチングすることにより、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０が形成される（図４参照）。その後、レジスト層Ｒ１００が除去される。
【００６２】
（３）次いで、柱状部１３０を取り囲む絶縁層１０６が形成される（図５および図６参照）。なお、ここでは、絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。
【００６３】
まず、例えばスピンコート法を用いて、樹脂前駆体（ポリイミド前駆体）を半導体基板１０１上に塗布した後、イミド化させる。これにより、図５に示すように、絶縁層１０６が形成される。この絶縁層１０６は、柱状部１３０の側壁１３０ｂを覆っている。さらに、図５に示す絶縁層１０６は、柱状部１３０の上面１３０ａを覆っており、かつ、絶縁層１０６のうち基板１０１上に形成されている部分の膜厚が、柱状部１３０の高さｈ１より大きくなるように形成されている。
【００６４】
樹脂前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、インクジェット法等の公知技術を利用することができる。
【００６５】
次いで、図５に示す絶縁層１０６に対して、柱状部１３０の上面１３０ａから基板１０１の方向へと等方性エッチングを行なう。これにより、図６に示すように、柱状部１３０近傍において、絶縁層１０６の膜厚が柱状部１３０に近づくにつれて大きくなるように形成することができる。ここで、等方性エッチングとしては、ドライエッチングまたはウエットエッチングのいずれを適用することができる。具体的には、等方性エッチングとして、特願２００１−０６６２９９号公報に記載されている方法を用いることができる。
【００６６】
（４）次に、第１電極１０７および第２電極１０９、および受光面１０８が形成される（図７参照）。
【００６７】
まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０の上面１３０ａを洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、例えば真空蒸着法により、絶縁層１０６の上面上および柱状部１３０の上面１３０ａ上に、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成した後、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面１３０ａに、前記積層膜が形成されていない部分（開口部１１０）を形成する。これにより、この開口部１１０内の領域が受光面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法を用いることもできる。
【００６８】
また、半導体基板１０１の裏面上に、例えば真空蒸着法により、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成する。次いで、アニール処理する。これにより、オーミックコンタクトを形成する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行なう。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成される（図７参照）。
【００６９】
次いで、必要に応じて、反射防止層１０５を、プラズマＣＶＤ法などを用いて受光面１０８上に形成する（図８参照）。
【００７０】
（５）次いで、柱状部１３０の上面１３０ａ上に、光学部材１１１が形成される（図８および図９参照）。本実施の形態においては、光学部材１１１（図１参照）が第１電極１０７を介して柱状部１３０の上面１３０ａ上に形成される場合について示す。
【００７１】
まず、必要に応じて、柱状部１３０の上面１３０ａに、光学部材１１１の濡れ角を調整するための処理を施す。この工程によれば、後述する工程において、柱状部１３０の上面１３０ａ上に液体材料１１１ａを導入した場合、所望の形状の光学部材前駆体１１１ｂを得ることができ、その結果、所望の形状の光学部材１１を得ることができる（図８および図９参照）。
【００７２】
次いで、例えばインクジェット法を用いて、液体材料１１１ａの液滴を、柱状部１３０の上面１３０ａに向けて吐出する。インクジェットの吐出方法としては、例えば、（ｉ）熱により液体（ここではレンズ材）中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じ、液体を吐出する方法、（ii）圧電素子により生じた圧力によって液体を吐出させる方法とがある。圧力の制御性の観点からは、前記（ii）の方法が望ましい。
【００７３】
インクジェットヘッドのノズルの位置と、液滴の吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。例えば、図８に示すように、インクジェットヘッド１２０のノズル１１２の位置と、柱状部１３０の位置とのアライメントを行なう。アライメント後、インクジェットヘッド１２０に印加する電圧を制御した後、液体材料１１１ａの液滴を吐出する。これにより、図９に示すように、柱状部１３０の上面１３０ａ上に、光学部材前駆体１１１ｂを形成する。
【００７４】
この場合、図８に示すように、ノズル１１２から吐出された前記液滴が、柱状部１３０の上面１３０ａに着弾した際に、表面張力によって液体材料１１１ａが変形して、液体材料１１１ａが柱状部１３０の上面１３０ａの中心にくる。これにより、自動的に位置の補正がなされる。
【００７５】
また、この場合、光学部材前駆体１１１ｂ（図９参照）は、柱状部１３０の上面１３０ａの形状および大きさ、液体材料１１１ａの吐出量、液体材料１１１ａの表面張力、ならびに柱状部１３０の上面１３０ａと液体材料１１１ａとの間の界面張力に応じた形状および大きさとなる。したがって、これらを制御することにより、最終的に得られる光学部材１１１（図１参照）の形状および大きさを制御することが可能となり、レンズ設計の自由度が高くなる。
【００７６】
以上の工程を行なった後、図９に示すように、エネルギー線（例えば紫外線）１１３を照射することにより、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させて、柱状部１３０の上面１３０ａ上に、光学部材１１１を形成する（図１参照）。ここで、最適な紫外線の波長および照射量は、光学部材前駆体１１１ｂの材質に依存する。例えば、アクリル系紫外線硬化樹脂の前駆体を用いて光学部材前駆体１１１ｂを形成した場合、波長３５０ｎｍ程度、強度１０ｍＷの紫外線を５分間照射することで硬化を行なう。以上の工程により、図１に示すように、本実施の形態の受光素子１００が得られる。
【００７７】
４．作用効果
本実施の形態に係る受光素子１００は、以下に示す作用および効果を有する。
【００７８】
（Ａ）第１に、受光面１０８の上に光学部材１１１が形成されていることにより、光吸収層１０３に導入される単位断面積当たりの光量を増加させることができる。これにより、光吸収層１０３の膜厚を小さくすることができるため、電子および正孔が電極（第１および第２電極１０７，１０９）まで移動する距離を小さくすることができる。その結果、受光感度を維持しつつ、高速動作が可能となる。
【００７９】
また、一般に、光吸収層１０３は絶縁性が高いため、光吸収層１０３の断面積が大きいほど、受光素子１００の静電容量が増加する。静電容量の増加は、素子の高速化を妨げる要因の一つである。これに対して、本実施の形態の受光素子１００によれば、前述したように、光吸収層１０３に導入される単位断面積当たりの光量を増加させることができるため、光吸収層１０３の断面積を小さくすることができる。これにより、静電容量を小さくすることができるため、光の利用効率を維持しつつ、より高速動作が可能となる。
【００８０】
（Ｂ）第２に、光学部材１１１の大きさおよび形状を厳密に制御することができる。光学部材１１１を形成するためには、前記（５）の工程にて説明したように、光学部材１１１を形成する工程において、光学部材前駆体１１１ｂが、柱状部１３０の上面１３０ａ上に形成される（図８および図９参照）。ここで、第１電極１０７のうち柱状部１３０の近傍の絶縁層１０６上に形成された部分が、光学部材前駆体１１０ａを構成する液体材料で濡れない限り、光学部材前駆体１１１ｂには柱状部１３０の表面張力は作用せず、前記液体材料の表面張力が主に作用する。したがって、光学部材１１１を形成するために用いる前記液体材料（液滴１１１ａ）の量を制御することにより、光学部材前駆体１１１ｂの形状を制御することができる。これにより、形状がより厳密に制御された光学部材１１１を形成することができる。その結果、所望の形状および大きさを有する光学部材１１１を得ることができる。
【００８１】
（Ｃ）第３に、光学部材１１１の設置位置を厳密に制御することができる。前述したように、光学部材１１１は、柱状部１３０の上面１３０ａに対して、液体材料１１１ａの液滴を吐出して、光学部材前駆体１１１ｂを形成した後、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させることにより形成される（図９参照）。一般に、吐出された液滴の着弾位置を厳密に制御するのは難しい。しかしながら、この方法によれば、特に位置合わせを行なうことなく柱状部１３０の上面１３０ａ上に光学部材１１１を形成することができる。すなわち、柱状部１３０の上面１３０ａ上に単に液滴１１１ｂを吐出することによって、位置合わせを行なうことなく光学部材前駆体１１１ａを形成することができる。言い換えれば、柱状部１３０を形成する際のアライメント精度にて光学部材１１１を形成することができる。これにより、設置位置が制御された光学部材１１１を簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【００８２】
特に、インクジェット法を用いて液滴１１１ｂを吐出する場合、液滴１１１ｂをより的確な位置に吐出することができるため、設置位置がより制御された光学部材１１１を簡易かつ歩留まり良く形成することができる。また、インクジェット法を用いて液滴１１１ｂを吐出することにより、吐出する液滴１１１ｂの量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造を正確に作成することができる。
【００８３】
（Ｄ）第４に、柱状部１３０の上面１３０ａの形状および面積を設定することによって、光学部材１１１の形状および大きさを設定することができる。特に、柱状部１３０の上面１３０ａの形状を適宜選択することによって、所定の機能を有する光学部材１１１を形成することができる。したがって、柱状部１３０の上面１３０ａの形状を変えることによって、異なる機能を有する光学部材を同一の基板上に集積化することもできる。
【００８４】
（Ｅ）第５に、絶縁層１０６は、柱状部１３０近傍において、柱状部１３０に近づくにつれて膜厚が大きくなる。言い換えれば、絶縁層１０６の膜厚が、柱状部１３０近傍において、柱状部１３０から離れるにつれて急峻に小さくなっている。これにより、前記（５）の工程において、柱状部１３０の上面１３０ａ上に光学部材前駆体１１１ｂを形成する際に、第１電極１０７のうち柱状部１３０の近傍の絶縁層１０６上に形成された部分が、光学部材前駆体１１０ａを構成する液体材料で濡れるのを確実に防止することができる。これにより、柱状部１３０の上面１３０ａ上に光学部材１１１を確実に設置することができる。
【００８５】
［第２の実施の形態］
１．受光素子の構造
図１０は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る受光素子２００を模式的に示す断面図である。なお、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、受光素子２００がフォトダイオードである場合について説明する。
【００８６】
本実施の形態の受光素子２００は、柱状部２３０の高さｈ２が、第１の実施の形態の受光素子１００の柱状部１３０の高さｈ１と比較して大きい（図１０参照）。その理由は、柱状部２３０に含まれる第２導電型層２０４の膜厚が、第１の実施の形態の受光素子１００の柱状部１３０に含まれる第２導電型層１０４と比較して大きいからである。
【００８７】
本実施の形態の受光素子２００は、柱状部２３０が第２導電型層２０４を含み、この第２導電型層２０４の主成分がＧａ、Ａｓ、Ａｌである点で、柱状部１３０が第２導電型層１０４を含み、この第２導電型層１０４がＧａＡｓ層からなる第１の実施の形態の受光素子１００と異なる構成を有する。その他の構成については、第１の実施の形態の受光素子１００と同様の構成を有するため、受光素子１００と同様の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８８】
受光素子を駆動させるために必要な光の波長は、光吸収層の材質によって決定される。例えば、本実施の形態の受光素子２００において、光吸収層１０３はＧａＡｓ層からなる。ＧａＡｓ層は、波長が８７０ｎｍ以下の光を吸収する。したがって、光吸収層１０３はＧａＡｓ層からなるため、波長が８７０ｎｍ以下の光については光吸収層として機能する一方、波長が８７０ｎｍを超える光については光吸収層として機能し得ない。
【００８９】
また、本実施の形態の受光素子２００は、第１の実施の形態の受光素子１００と同様に、受光面１０８が第２導電型層１０４の上面に設けられている。すなわち、受光面１０８から入射した光は、第２導電型層１０４内を伝搬した後光吸収層１０３に入射する。
【００９０】
ところで、一般に、受光素子においては、光吸収層における光電変換効率を高めることによって、低消費電力化を図ることができる。したがって、受光素子２００において、光吸収層１０３における光電変換効率を高めるためには、より多くの光が光吸収層１０３で吸収されるのが望ましい。そのためには、受光面１０８から入射した光が、光吸収層１０３に入射する前に、第２導電型層２０４においてできるだけ吸収されないほうが望ましい。
【００９１】
前述したように、本実施の形態の受光素子２００においては、第２導電型層２０４は、ＡｌＧａＡｓ層からなる。一般に、ＡｌＧａＡｓ層中のＡｌの組成が高くなるほど、このＡｌＧａＡｓ層の吸収波長はより短波長側にシフトする。
【００９２】
例えば、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層は７７０ｎｍ以下の波長の光を吸収する。また、前述したように、ＧａＡｓ層からなる光吸収層１０３は、波長が８７０ｎｍ以下の波長の光を吸収する。したがって、本実施の形態の受光素子２００において、第２導電型層２０４がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層からなる場合、波長が７７０ｎｍ以上８７０ｎｍ以下の光であれば、第２導電型層１０４に吸収されずに、光吸収層１０３に効率良く導入される。これにより、光の利用効率を高めることができる。
【００９３】
より具体的には、波長が８５０ｎｍの光によって駆動するフォトダイオードを設計する場合、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層からなる第２導電型層１０４と、ＧａＡｓ層からなる光吸収層１０３とを用いることにより、第２導電型層１０４では波長が８５０ｎｍの光が吸収されず、かつ、光吸収層１０３では波長が８５０ｎｍの光が吸収されるため、前記波長の光は第２導電型層１０４を通過した後、効率良く光吸収層１０３に吸収させることができる。
【００９４】
第２導電型層２０４中のＡｌの組成は、光吸収層１０３に吸収させる光の波長に応じて適宜調整することができる。一方、本実施の形態においては、第２導電型層２０４の上に第１電極１０７が形成されている。このため、第２導電型層２０４について良好なオーミックコンタクトを得るためには、第２導電型層２０４のＡｌの組成は、第２導電型層２０４の組成をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓとしたとき（ここで、０＜ｘ＜１）、ｘが０．２未満であることが望ましい。
【００９５】
ところで、第１の実施の形態の受光素子１００では、第２導電型層１０４は、光吸収層１０３と同様に、ＧａＡｓ層からなる。すなわち、第２導電型層１０４もまた、光吸収層１０３によって吸収される光を吸収する。したがって、第２導電型層１０４の膜厚が大きいほど、受光面１０８から入射した光のうち、光吸収層１０３に到達する前に第２導電型層１０４によって吸収される光の量が増加する。つまり、第２導電型層１０４の膜厚が大きくなればなるほど、光吸収層１０３に到達する光量が減少する。
【００９６】
これに対して、前述したように、本実施の形態の受光素子２００では、光吸収層１０３は、所定波長の光を吸収し、第２導電型層２０４は、前記所定波長の光を吸収しないように形成されている。例えば、前述したように、光吸収層１０３がＧａＡｓ層からなり、第２導電型層２０４がＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層からなる場合、光吸収層１０３は所定波長（７７０ｎｍ以上８７０ｎｍ）の光を吸収し、第２導電型層２０４は、前記所定波長（７７０ｎｍ以上８７０ｎｍ）の光を吸収しない。このため、第２導電型層２０４の膜厚を大きくしても、光吸収層１０３における光の吸収が妨げられることはない。なお、前述したように、第２導電型層２０４にて吸収されない光の波長は、第２導電型層２０４のＡｌの組成によって決定される。
【００９７】
なお、本実施の形態においては、光吸収層１０３がＧａＡｓ層からなる場合について説明したが、ＧａＡｓ層のかわりに、ＩｎＧａＡｓ層を用いて光吸収層１０３を形成することができる。ＩｎＧａＡｓ層は、Ｉｎの組成比を調整することにより、８７０ｎｍよりも長い波長領域の光を吸収することが可能となるため、８７０ｎｍよりも長い波長領域の波長に合わせたフォトダイオードを設計することができる。一方、ＧａＡｓ層は、波長が８７０ｎｍ以上である光を吸収しない。したがって、この場合、ＧａＡｓ層を第２導電型層として用いた場合においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。このことは、第１の実施の形態においても同様に適用できる。
【００９８】
２．受光素子の動作
本実施の形態の受光素子２００の動作は、第１の実施の形態の受光素子１００と基本的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００９９】
３．受光素子の製造方法
本実施の形態に係る受光素子２００の製造方法は、ｐ型ＧａＡｓからなる第２導電型層１０４の代わりに、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２導電型層２０４を形成する以外は、第１の実施形態に係る受光素子１００の製造方法と同様である。このため、詳しい説明は省略する。
【０１００】
４．作用効果
本実施の形態に係る受光素子２００およびその製造方法は、第１の実施の形態に係る受光素子１００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る受光素子２００およびその製造方法は、以下に示す作用および効果を有する。
【０１０１】
本実施の形態の受光素子２００においては、第２導電型層２０４がＡｌＧａＡｓ層からなる。前述したように、この第２導電型層２０４は、光吸収層１０３によって吸収される所定波長の光を吸収しない材質からなる。このため、光吸収層１０３における光の吸収効率を低下させることなく、第２導電型層２０４の膜厚を大きくすることができ、その結果、光の利用効率を維持しつつ、柱状部２３０の高さを大きくすることができる。これにより、光学部材１１１を、より確実に柱状部２３０の上面２３０ａ上に形成することができる。その理由について、以下に説明する。
【０１０２】
本実施の形態において、絶縁層１０６は、第１の実施の形態に示した方法にて形成される。この絶縁層１０６の形成工程において、第２導電型層２０４の膜厚を大きくすることによって、柱状部２３０の高さを大きくすることができる。これにより、図１０に示すように、絶縁層１０６は、柱状部２３０の近傍において、柱状部２３０に近づくにつれて絶縁層１０６の膜厚がより急峻に増加している。言い換えれば、絶縁層１０６の膜厚が、柱状部１３０近傍において、柱状部１３０から離れるにつれてより急峻に小さくなっている。これにより、柱状部１３０の上面１３０ａ上に光学部材前駆体１１１ｂを形成する際に、第１電極１０７のうち柱状部１３０の近傍の絶縁層１０６上に形成された部分が、光学部材前駆体１１０ａを構成する液体材料で濡れるのをより確実に防止することができる。これにより、柱状部１３０の上面１３０ａ上に光学部材１１１をより確実に設置することができる。
【０１０３】
［第３の実施の形態］
図１１は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る光伝達装置を模式的に説明する図である。本実施の形態に係る光伝達装置１１００は、第１の形態の受光素子１００と、発光素子５００と、発光素子５００から出射した光を伝搬させ、受光素子１００へと導入する光導波路とを含む。また、受光素子１００と、この受光素子１００へ導入する光を伝搬する光導波路（第１の光導波路１１３０）とから光モジュールが構成される。
【０１０４】
本実施の形態では、受光素子１００側の構成（受光素子１００、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０、第２の光導波路１３１８、アクチュエータ１１５０を含む。）と、発光素子５００側の構成（発光素子５００、プラットフォーム１２２０、第３の光導波路１２３０，１３１０を含む。）との間に、第３の光導波路１３１２が配置されている。第３の光導波路１３１２として光ファイバなどを使用して、複数の電子機器間の光伝達を行なうことができる。
【０１０５】
本実施の形態の光伝達装置１１００においては、発光素子５００から光が出射した後、第３の光導波路１３１２，１３１０，１２３０、第２の光導波路１３１２、および第１の光導波路１１３０内を前記光が伝搬した後、受光素子１００へと前記光が導入される。
【０１０６】
例えば、図１２において、光伝達装置１１００は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器１１０２を相互に接続するものである。電子機器１１０２は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置１１００は、光ファイバ等の第３の光導波路１３１２を含むケーブル１１０４を有する。光伝達装置１１００は、ケーブル１１０４の両端にプラグ１１０６が設けられたものであってもよい。それぞれのプラグ１１０６内に、受光素子１００，発光素子５００側の構成が設けられる。いずれかの電子機器１１０２から出力された電気信号は、発光素子によって光信号に変換され、光信号はケーブル１１０４を伝わり、受光素子によって電気信号に変換される。電気信号は、他の電子機器１１０２に入力される。こうして、本実施の形態に係る光伝達装置１１００によれば、光信号によって、電子機器１１０２の情報伝達を行なうことができる。
【０１０７】
図１３は、本発明を適用した実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置１１１２は、電子機器１１１０間を接続する。電子機器１１１０として、液晶表示モニターまたはディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Point of Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
【０１０８】
なお、本実施の形態（図１１〜図１３参照）において、第１の実施の形態の受光素子１００のかわりに、第２の実施の形態の受光素子２００を用いた場合でも、同様の作用および効果を奏することができる。
【０１０９】
すなわち、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１１０】
例えば、上記実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、上記実施の形態では、柱状部を一つ有する受光素子について説明したが、基板面内で柱状部が複数個設けられていても本発明の形態は損なわれない。あるいは、複数の受光素子がアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を有する。
【０１１１】
また、例えば、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系およびＩｎＧａＡｓ系のものについて説明したが、光吸収層にて吸収される光の波長に応じてその他の材料系、例えば、Ｓｉ系やＧａＩｎＮＡｓ系の半導体材料を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した第１の実施の形態に係る受光素子を模式的に示す断面図である。
【図２】 本発明を適用した第１の実施の形態に係る受光素子を模式的に示す平面図である。
【図３】 図１および図２に示す受光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】 図１および図２に示す受光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】 図１および図２に示す受光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】 図１および図２に示す受光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】 図１および図２に示す受光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】 図１および図２に示す受光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図９】 図１および図２に示す受光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】 本発明を適用した第２の実施の形態に係る受光素子を模式的に示す断面図である。
【図１１】 本発明を適用した第３の実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図である。
【図１２】 本発明を適用した第３の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図１３】 本発明を適用した第３の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【符号の説明】
１００，２００ 受光素子、 １０１ 半導体基板、 １０２ 第１導電型層、 １０３ 光吸収層、 １０４，２０４ 第２導電型層、 １０５ 反射防止層、 １０６ 絶縁層、 １０７ 第１電極、 １０８ 受光面、 １０９ 第２電極、１１０ 開口部、 １１１ 光学部材、 １１１ａ 液滴、 １１１ｂ光学部材前駆体、 １１２ ノズル、 １１３ エネルギー線、 １２０ インクジェットヘッド、 １３０，２３０ 柱状部、 １３０ａ，２３０ａ 柱状部の上面、 １３０ｂ，２３０ｂ 柱状部の側壁、 １５０ 半導体多層膜、 ５００ 発光素子、 １１００，１１１２ 光伝達装置、 １１１０，１１０２電子機器、 １１０４ ケーブル、 １１０６ プラグ、 １１２０，１２２０ プラットフォーム、 １１３０ 第１の光導波路、 １１５０ アクチュエータ、 １１５２ クッション、 １２３０，１３１０，１３１２ 第３の光導波路、 １３１８ 第２の光導波路、 １３１４，１３１６ 基板、 Ｒ１００レジスト

Claims (1)

  1. （ａ）上面に受光面を含む柱状部を基板に形成し、
    前記柱状部は、第１導電型層、光吸収層、および第２導電型層を含み、
    前記光吸収層は、前記第１導電型層と前記第２導電型層との間に形成され、
    （ｂ）前記上面に対して、エネルギーを付加することによって硬化可能な材料からなる液滴を吐出して、前記柱状部の上面より大きな径を有する光学部材前駆体を形成し、
    （ｃ）前記エネルギーを付加して前記光学部材前駆体を硬化させて、前記柱状部の上面より大きな径を有する光学部材を形成すること、を含み、
    前記（ａ）において、前記柱状部の側壁を覆う絶縁層を形成し、
    前記柱状部の上面を覆うように前記絶縁層を積層した後、該絶縁層に対して該柱状部の上面から前記基板の方向へと等方性エッチングを行なうことにより、前記絶縁層の膜厚が、該柱状部近傍において該柱状部に近づくにつれて大きくなるように形成する、受光素子の製造方法。
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