JP2002305319A - 半導体受光素子および光通信用モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 受信用の高速光通信用モジュールに用いられ
る結合効率が高い半導体受光素子、および、送信用の光
通信用モジュールに用いられる高密度実装が可能な半導
体受光素子とそれを用いた送信用の光通信用モジュール
を提供する。 【解決手段】 基板上に帯状に形成され、長手方向に沿
った少なくとも１つの側面を受光面とし、基板の表面に
ほぼ平行な入射光を受光面で受光して電気信号に変換す
る光吸収層と、入射光に対して透光性を有し入射光を受
光面に導くウィンドウ層からなることを特徴とする半導
体受光素子。基板上の一部に形成され、受光面としての
側面を有し、基板の表面にほぼ平行な入射光を受光面で
受光して電気信号に変換する光吸収層と、入射光に対し
て透光性を有し入射光を受光面に導くウィンドウ層から
なることを特徴とする半導体受光素子、および、この半
導体受光素子と、端面出射型の半導体発光素子と、を備
えることを特徴とする光通信用モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光素子お
よび光通信用モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩｎＧａＡｓを光吸収層とするＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＰ系受光素子は、１３００ｎｍ、１５５０ｎ
ｍ帯に感度をもち、光通信では必要不可欠なデバイスで
ある。この半導体受光素子は、送信用の光通信用モジュ
ールおよび受信用の光通信用モジュールに用いられてい
る。

【０００３】受信用の光通信用モジュールでは、光ファ
イバーにより伝送されたレーザ光を受光するために、半
導体受光素子が用いられている。この半導体受光素子が
受光するレーザ光のビーム径は、約１０μｍである。こ
のような半導体受光素子のうち、伝送容量１０Ｇｂ／ｓ
以上の高速光通信用モジュールに搭載される高速光通信
用の半導体受光素子は、ストライプ状（帯状）の光吸収
層を有する導波路型受光素子が主流となっている。導波
路型受光素子は、通常、ストライプ状の光吸収層の幅方
向に沿った端面を受光領域としており、入射光は素子端
面から入射される。導波路型受光素子は、表面入射型受
光素子と異なり、入射光の進行方向に対して垂直に電界
が掛けられているので、帯域と受光効率（受光領域を通
過した入射光が光電流に変換される割合）との間にトレ
ードオフの関係がない。

【０００４】一方、送信用の光通信用モジュールでは、
送信用の半導体レーザ素子の後端面からの出力をモニタ
ーしてレーザ光の出力を制御するために、モニター用の
半導体受光素子が用いられている。このモニター用の半
導体受光素子が受光するレーザ光のビーム径は、約５０
〜１００μｍである。この半導体受光素子は、一般的
に、素子表面にレーザ光を入射する表面入射型である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高速通信用の導路型受
光素子は、前述のように、受信用の光通信用モジュール
において、光ファイバーからの光を受光するものとして
用いられる。従って、結合効率が高いほど望ましい。し
かし、従来の高速通信用の導波路型受光素子は、結合効
率が十分に高いとは言えなかった。即ち、前述のよう
に、導波路型受光素子はストライプ状の光吸収層の端面
を受光領域としているが、その大きさは例えば０．５μ
ｍ×０．５μｍ程度であった。これに対し、導波路型受
光素子に入射するレーザ光のビーム径は約１０μｍであ
った。このため、導波路型受光素子は、入射光との光結
合が表面入射型受光素子に比べて困難になり、結合効率
が下がっていた。もっとも、これは仕方がないことであ
ると考えられていた。なぜなら、光吸収層を大きくする
とキャパシタンスが大きくなって応答速度が遅くなって
しまい、高速通信用に用いることができなくなってしま
うからである。しかしながら本発明者は、応答速度が速
く、かつ、結合効率がさらに高い導波路型受光素子を得
るべく各種の実験を行っていた。

【０００６】他方、モニター用の半導体受光素子は、前
述のように、送信用の光通信用モジュールにおいて半導
体レーザ素子からのレーザ光を受光するものとして用い
られる。この送信用の光通信用モジュールを含め、各種
の光通信用モジュールでは、近年の光通信システムの普
及に伴いモジュールの小型化、高性能化が急速に進んで
おり、パッケージ内の高密度実装が不可欠になってい
る。もっとも、送信用の光通信用モジュールでは、半導
体レーザ素子とモニター用の半導体受光素子とを組み合
わせて搭載するため、モジュールがある程度大きくなる
のは仕方がないと考えられていた。しかしながら本発明
者は、送信用の光通信用モジュールをさらに高密度実装
にすべく、モニター用の半導体受光素子に着目して、各
種の実験を行っていた。

【０００７】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。

【０００８】本発明は、受信用の高速光通信用モジュー
ルに用いられる導波路型の半導体受光素子であって、結
合効率が高い半導体受光素子を提供することを目的とす
る。

【０００９】また、本発明は、送信用の光通信用モジュ
ールに用いられるモニター用の半導体受光素子であっ
て、高密度実装が可能な半導体受光素子、および、それ
を用いた送信用の光通信用モジュール、を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体受光素子
は、厚さ方向に電界が加えられる半導体受光素子であっ
て、基板と、前記基板上に帯状に形成され、長手方向に
沿った少なくとも１つの側面を受光面として有し、前記
基板の表面にほぼ平行な外部からの入射光を前記受光面
で受光して電気信号に変換する光吸収層と、前記入射光
に対して透光性を有し、外部からの前記入射光を前記光
吸収層における前記受光面に導くウィンドウ層と、を有
することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の半導体受光素子は、厚さ方
向に電界が加えられる半導体受光素子であって、基板
と、前記基板上の一部に形成され、受光面としての側面
を有し、前記基板の表面にほぼ平行な外部からの入射光
を前記受光面で受光して電気信号に変換する光吸収層
と、前記入射光に対して透光性を有し、外部からの前記
入射光を前記光吸収層における前記受光面に導くウィン
ドウ層と、を有することを特徴とする。

【００１２】また、本発明の光通信用モジュールは、半
導体受光素子と、半導体発光素子と、を備える光通信用
モジュールであって、前記半導体発光素子が、第１の基
板と、前記第１の基板上の一部に形成され、受光面とし
ての側面を有し、前記基板の表面にほぼ平行な前記半導
体発光素子からの光を前記受光面で受光して電気信号に
変換する光吸収層と、前記半導体発光素子からの光に対
して透光性を有し、前記半導体発光素子からの前記光を
前記光吸収層における前記受光面に導くウィンドウ層
と、を備え、厚さ方向に電界が加えられる半導体受光素
子であり、前記半導体発光素子が、第２の基板と、前記
第２の基板上に形成された、前記第２の基板にほぼ平行
な方向に前記光を出射するための活性層と、を備える半
導体発光素子あることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、まず、第１の実施の形態で
は受信用の高速光通信用モジュールに用いられる導波路
型の半導体受光素子について説明し、第２の実施の形態
では送信用の光通信用モジュールに用いられるモニター
用の半導体受光素子について説明する。

【００１４】以下、図面を参照にしつつ第１および第２
の実施の形態について説明する。

【００１５】（第１の実施の形態）第１の実施の形態の
半導体受光素子は、高速光通信用の半導体受光素子であ
り、応答速度が速くなるように構成された受光素子であ
る。本実施形態の半導体受光素子の特徴の１つは、上面
図である図３から分かるように、ストライプ状（帯状）
の光吸収層０３を有する導波路型受光素子において、光
吸収層０３の受光面Ｒを長手方向に沿った側面とするこ
とにより、結合効率を高くしたことである。

【００１６】まず、受光素子の構造の概略を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の半導体受光素子を
端面からみた断面模式図である。ｎ型（第１導電型）の
ＩｎＰ基板０１の図中上側には、ｎ型のＩｎＰバッファ
ー層０２、ｎ型のＩｎＧａＡｓからなるストライプ状の
光吸収層０３が順次形成されている。この光吸収層０３
は、ＩｎＰウィンドウ層０６およびＺｎ拡散領域０９で
埋めこまれている。Ｚｎ拡散領域０９は、光吸収層０３
の図中上側に形成されている。このＺｎ拡散領域はｐ型
半導体層（第２導電型半導体層）となる。このＺｎ拡散
領域の図中上側には、一方の電極となるｐ側電極１１が
形成されている。他方の電極となるｎ側電極１２は、Ｉ
ｎＰ基板０１の図中下側に形成されている。以上のよう
にして形成された半導体積層体は、図１に示すように、
ＳｉＮ_ｘ膜０８、反射防止膜１０、で被われている。図
１の装置では、ＩｎＰ基板０１の表面にほぼ平行な外部
からの入射光ＬがＩｎＰウィンドウ層０６を介して光吸
収層０３に入射される。そして、光吸収により光吸収層
０３でキャリア（電子・正孔対）が発生する。このキャ
リアは、図３中上下方向（厚さ方向）に加えられた電
界、すなわち入射光Ｌの進行方向に対して垂直に加えら
れた電界によりｐ側電極１１、ｎ側電極１２、に移動す
る。その結果、光電流が発生する。

【００１７】次に、図１の受光素子のさらに詳しい構造
を、その受光メカニズムと共に、図２、図３を用いて説
明する。なお、以下の説明から分かるように、この図
２、図３および上記図１はで、説明をしやすくするた
め、各構成部分の大きさについて倍率を変えて示してい
る。

【００１８】図２は、図１の受光素子の１／４カットの
斜視図である。ＩｎＰ基板０１の底面の大きさは４００
μｍ×４００μｍであり、厚さは１８０μｍである。こ
のＩｎＰ基板０１上に形成されたＩｎＰバッファー層０
２の膜厚は３μｍである。このＩｎＰバッファー層０２
上にはストライプ状の光吸収層０３が形成されている。
この光吸収層０３は、上面図である図３から分かるよう
に、素子の一方の端面から他方の端面まで帯状に形成さ
れている。そしてこの光吸収層０３は、長手方向に沿っ
た側面を受光面Ｒとして有し、外部からのレーザ光Ｌを
この受光面Ｒで受光して電気信号（キャリア）に変換す
る。この光吸収層の膜厚は０．３μｍ、ストライプ幅は
０．５μｍである。ここで、膜厚を０．３μｍと薄く
し、ストライプ幅を０．５μｍと狭くしているのは、応
答速度を早くするためである。即ち、光吸収層０３の膜
厚を厚くするとキャリアがｐ側電極１１およびｎ側電極
１２に移動する時間が長くなり応答速度が遅くなってし
まうし、ストライプ幅を広くするとキャパシタンスが大
きくなって応答速度が遅くなってしまう。この光吸収層
０３を埋め込んでいるＩｎＰウィンドウ層０６は、図３
から分かるように、外部からのレーザ光Ｌに対して透光
性を有し、このレーザ光Ｌを光吸収層０３における受光
面Ｒに導く。ここで、このウィンドウ層０６の表面は、
図３から分かるように、マイクロレンズ０７になってい
る。つまり、ウインドウ層０６の表面は、レーザ光Ｌを
光吸収層０３における受光面Ｒに集光して導くためのレ
ンズ状に形成されている。レーザ光Ｌが集光される光吸
収層０３上には、光吸収層０３を空乏化させるためのＺ
ｎ拡散領域０９が形成されている。Ｚｎ拡散領域０９の
幅は、図３から分かるように、光吸収層０３の幅方向の
長さよりも広い。これは、光吸収層０３の幅方向を十分
に空乏化させるためである。光吸収層０３の幅方向に空
乏化しない領域が残ると、空乏化しない領域で発生した
キャリアは電界によりドリフトして走行しないために遅
い信号成分となる。このため、空乏化しない領域で発生
したキャリアは、高速応答時に光信号に追随できなくな
り、光電流に寄与できなくなる。このように、光吸収層
０３の幅方向に空乏化されない領域が残ると、応答特性
が劣化してしまう。このため、図３の受光素子では、上
述のようにＺｎ拡散領域０９の幅を光吸収層０３の幅方
向の長さよりも広くして、光吸収層の幅方向が十分空乏
化するようにしている。他方、図３のＺｎ拡散領域０９
の長手方向の長さは、約１０μｍである。このようにす
ると、光吸収層０３の長手方向の約１０μｍが空乏化さ
れる。つまり、光吸収層０３の受光長は約１０μｍにな
る。Ｚｎ拡散領域０９の長手方向の長さを短くしすぎる
と、この受光長が小さくなってしまう。逆にＺｎ拡散領
域０９の長手方向の長さを長くしすぎると、空乏化され
る領域が大きくなりすぎ、キャパシタンスが大きくなっ
て、高速応答できなくなってしまう。以上説明した半導
体積層体の上側には、図２に示すように、ＳｉＮ_ｘ膜０
８形成されている。このＳｉＮ_ｘ膜０８の膜厚は、入射
光の波長１５５０ｎｍに対して高反射率となる厚さに設
定する。

【００１９】以上説明した本実施形態の受光素子は、導
波路型受光素子であるにもかかわらず、結合効率を高く
することができる。以下、詳しく説明する。

【００２０】図３の受光素子に入射されるレーザ光Ｌ
は、通常、レンズにより集光されており、そのビーム径
は１０μｍ程度である。複数のレンズにより集光した場
合はさらにビーム径を絞ることもできるが、その場合で
も５μｍ程度に絞るのが限界である。もっとも、複数の
レンズを用いると、光学系が複雑になり、レンズによる
反射が起こって、受光素子の入射するレーザ光が弱くな
ってしまう。このため、受光素子に入射されるレーザ光
Ｌのビーム径は１０μｍ程度にすることが多い。

【００２１】図３の受光素子では、ビーム径約１０μｍ
のレーザ光Ｌが入射され、これがレンズ状に形成されて
いるウィンドウ層により集光されて、光吸収層０３の光
受光面Ｒに導かれる。従って、光吸収層０３の受光面Ｒ
でのビーム径は約１０μｍ以下になる。ここで、前述の
ように、図３の光吸収層０３の受光長は約１０μｍであ
る。従って、光受光面Ｒでは、レーザ光Ｌのビーム径よ
りも受光長の方が大きくなる。このように、図３の受光
素子は、受光長を十分大きくすることができる。

【００２２】もっとも、従来、図３のように光吸収層０
３の受光面Ｒを長手方向に沿った側面にすると、光吸収
層０３のストライプ幅が狭いためにレーザ光Ｌが光電流
に変換される割合が著しく減少し、結局、結合効率は低
下してしまとと考えられていた。すなわち、レーザ光Ｌ
が光吸収層０３を通過する長さが短すぎて、ほとんどの
レーザ光Ｌは光電流に変換されずに光吸収層０３を透過
してしまうと考えられていた。このため、図３のような
ストライプ状の光吸収層０３を有する半導体受光素子で
は、光吸収層０３の受光面を幅方向に沿った端面Ｔにす
るのが従来の技術常識であった。本発明者も、かつては
そのように考えていた。しかしながら本発明者は、実験
を繰り返した結果、光吸収層０３の受光面Ｒを長手方向
に沿った側面にしても、光電流に変換される割合の減少
量は従来考えられていたよりも少なく、むしろ上述の受
光長が大きくなる効果が大きくなって、その結果、受光
素子の結合効率が高くなることを独自に知得した。この
ように光電流に変換される割合の減少量が少ない理由
は、ＩｎＰウィンドウ層０６によりレーザ光Ｌが効率良
く光吸収層０３に集められること、一旦光吸収層０３を
透過したレーザ光Ｌの一部が光吸収層０３とＩｎＰウィ
ンドウ層０６との界面Ｂで反射されて再び光吸収層０３
に戻ること、等であると解析さる。

【００２３】以上のようにして、図３の半導体受光素子
では、結合効率を高くすることができる。図３の受光素
子で、波長１５５０ｎｍ、ビーム径１０μｍのレーザ光
を受光した場合には、約８０％の結合効率が得られた。
これに対し、光吸収層０３の受光面を幅方向に沿った端
面とする半導体受光素子では、約５０％の結合効率しが
得られなかった。

【００２４】以上説明した本実施形態の半導体受光素子
では、Ｚｎ拡散領域の長手方向の長さ、すなわち、光吸
収層０３における受光面Ｒの受光長を、入射されるレー
ザ光のビーム径に応じて適当な値に変化させることがで
きる。例えば、入射されるレーザ光のビーム径が５μｍ
程度の場合には、Ｚｎ拡散領域の長手方向の長さを５μ
ｍ程度にすることができる。

【００２５】また、以上説明した本実施形態の半導体受
光素子では、光吸収層をＩｎＧａＡｓＰにすることも可
能である。

【００２６】次に、図１の受光素子の製造方法を、図４
(ａ)〜図４(e)を参照にして説明する。なお、図４(ｃ
２)は素子を上面から見た図、他の図は素子を端面から
見た図である。

【００２７】（１）まず、図４(ａ)に示すように、Ｉｎ
Ｐ基板０１上にＭＯＣＶＤ結晶成長方法でＩｎＰバッフ
ァー層０２を３μｍ、ＩｎＧａＡｓ層０３ａを０．３μ
ｍ、順次形成する。

【００２８】（２）次に、図４(ｂ)からわかるように、
図４(ａ)のＩｎＧａＡｓ層０３ａ上にプラズマＣＶＤ法
でＳｉＮ_ｘ膜０４を２００ｎｍデポし、このＳｉＮ_ｘ膜
０４を幅約０．５μｍのストライプ状にパターニングす
る。そして、図４(ｂ)に示すように、このストライプ状
のＳｉＮ_ｘ膜０４をマスクにしてＩｎＧａＡｓ層０３ａ
を硝酸等のエッチング液でエッチングし、ストライプ状
のＩｎＧａＡｓ光吸収層０３を形成する。

【００２９】（３）次に、図４(ｂ)のＳｉＮ_ｘ膜０４を
除去する。そして、図４(ｃ１)、図４(ｃ２)からわかる
ように、ＩｎＰバッファー層０２上にＳｉＮ_ｘ膜０５を
デポし、所望の曲率を有するようにＳｉＮ_ｘ膜０５をパ
ターニングする。その後、図４(ｃ１)、図４(ｃ２)に示
すように、ＭＯＣＶＤ結晶成長方法で選択成長を行い、
ＩｎＧａＡｓ光吸収層０３をＩｎＰ層０６ａで埋め込
む。ＩｎＰ層０６ａの表面は、マイクロレンズ０７にな
る。

【００３０】（４）次に、図４(d)から分かるように、
図４(ｃ１)のＩｎＰ層０６ａ上にＳｉＮ_ｘ膜０８をプラ
ズマＣＶＤ法でデポし、Ｚｎ拡散領域０９を形成するた
めのパターニングを行う。その後、封管拡散法によりＩ
ｎＰ層０６ａとＩｎＧａＡｓ光吸収層０３のヘテロ界面
までＺｎ拡散を行い、Ｚｎ拡散領域０９を形成する。こ
のＺｎ拡散領域０９以外のＩｎＰ層０６ａは、ＩｎＰウ
ィンドウ層０６になる。ここで、Ｚｎ拡散フロントがＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層０３中に形成されＩｎＧａＡｓがｐ
型化すると、このｐ型ＩｎＧａＡｓ領域では空乏層がほ
とんど延びないため、電界によるドリフトで走行しない
キャリアが発生してしまう。また、Ｚｎ拡散フロントが
ＩｎＰウィンドウ層０６中に形成されると、光吸収によ
って発生したキャリアがヘテロ界面でパイルアップを起
こし遮断周波数が低下する。

【００３１】（５）次に、Ｚｎ拡散領域０９上にｐ側電
極１１となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを真空蒸着法で各々、１
００ｎｍ／１００ｎｍ／２μｍの厚さで形成する。そし
て、ｐ側電極１１形成後、ＩｎＰウィンドウ層０６の側
面、及びＩｎＰバッファー層０２上に反射防止膜となる
ＳｉＮ_ｘ膜１０をプラズマＣＶＤ法で形成する。その
後、ＩｎＰ基板０１を１８０μｍの厚さに研磨し、Ｉｎ
Ｐ基板０１の裏面にｎ側電極１２となるＡｕＧｅ／Ｎｉ
／Ａｕを真空蒸着法で各々、２３０ｎｍ／５０ｎｍ／１
μｍの厚さで形成する。最後に、ｎ電極１１を３５０℃
で合金化処理する。

【００３２】以上説明した本実施形態の受光素子の製造
方法では、２インチのウエーハを用いることができ、こ
の場合、ウエーハ１枚あたり、７千〜８千個の受光素子
を得ることができる。この為、本実施形態の受光素子の
製造工程の数は従来の受光素子に比べて若干増えるが、
受光素子１個あたりの製造コストは従来の受光素子と比
べて大きく変わらない。

【００３３】（第２の実施の形態）第２の実施の形態の
半導体受光素子は、送信用の光通信用モジュールに用い
られるモニター用の半導体受光素子である。本実施形態
の半導体受光素子の特徴の１つは図７から分かるよう
に、光吸収層１０３の受光面を側面にしたことである。
これにより、このモニター用の半導体受光素子を用いた
送信用の光通信用モジュールを小型化、低コスト化する
ことができる。

【００３４】まず、第２の実施の形態の受光素子の構造
の概略を説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態
の半導体受光素子を端面からみた断面模式図である。ｎ
型（第１導電型）のＩｎＰ基板１０１の図中上側には、
ｎ型のＩｎＰバッファー層１０２が形成されている。こ
のＩｎＰバッファー層１０２上には、円柱状に順次、ｎ
型のＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層１１４、ｎ型のＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層１０３、が形成されている。これらのＩ
ｎＡｌＧａＡｓクラッド層１１４、ＩｎＧａＡｓ光吸収
層１０３の外側には、ＩｎＰウィンドウ層１０６が形成
されている。このＩｎＰウィンドウ層１０６および上記
のＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３の図中上側には、ＩｎＡ
ｌＧａＡｓクラッド層１１５およびＺｎ拡散領域１０９
が形成されている。Ｚｎ拡散領域１０９は円柱状で、そ
の直径は、図５から分かるように、光吸収層１０３の直
径よりも大きくなっている。このＺｎ拡散領域はｐ型半
導体層になる。また、Ｚｎ拡散領域１０９の上側には、
一方の電極たるｐ側電極１１１が形成されている。他方
の電極となるｎ側電極１１２は、ＩｎＰ基板１０１の図
中下側に形成されている。以上のようにして形成された
半導体積層体は、図５に示すように、ＳｉＮ_ｘ膜１０
８、反射防止膜１１０、で被われている。図５の装置で
は、ＩｎＰ基板１０１の表面にほぼ平行な外部からの入
射光ＬがＩｎＰウィンドウ層１０６を介して光吸収層１
０３に入射される。そして、光吸収により光吸収層１０
３でキャリアが発生する。このキャリアは、図５中上下
方向（厚さ方向）に加えられた電界、すなわち入射光Ｌ
の進行方向に対して垂直に加えられた電界によりｐ側電
極１１１、ｎ側電極１１２、に移動する。その結果、光
電流が発生する。

【００３５】次に、図５の受光素子のさらに詳しい構造
を、その受光メカニズムと共に、図６、図７を用いて説
明する。なお、以下の説明から分かるように、この図
６、図７および上記図５はで、説明をしやすくするた
め、各構成部分の大きさについて倍率を変えて示してい
る。

【００３６】図６は、図５の受光素子の１／４カットの
斜視図である。ＩｎＰ基板１０１の底面の大きさは４０
０μｍ×４００μｍであり、厚さは１８０μｍである。
このＩｎＰ基板１上に形成されたＩｎＰバッファー層１
０２の膜厚は３μｍである。このＩｎＰバッファー層１
０２上に円柱状に順次形成されたＩｎＡｌＧａＡｓクラ
ッド層１１４、光吸収層１０３の直径は約１００μｍで
ある。光吸収層１０３は、上面図である図７から分かる
ように、側面を受光面として有し、外部からのレーザ光
Ｌをこの受光面で受光してキャリアに変換する。この光
吸収層１０３の膜厚は３μｍである。ここでは、高速応
答性は必ずしも要求されないので、結合効率を上げるた
めに光吸収層１０３の膜厚を厚くしている。この光吸収
層１０３と、ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層１１４と、の
外側には図６、図７から分かるように円柱状のＩｎＰウ
ィンドウ層１０６が形成されている。このＩｎＰウィン
ドウ層１０６は、図７から分かるように、外部からのレ
ーザ光Ｌに対し透光性を有し、このレーザ光Ｌを光吸収
層１０３における受光面に導く。このＩｎＰウィンドウ
層１０６の直径は、３００μｍである。ここで、図７か
ら分かるように、このＩｎＰウィンドウ層の表面はマイ
クロレンズ１０７になる。つまり、このＩｎＰウィンド
ウ層は、レーザ光Ｌを光吸収層１０３における受光面に
集光して導く。レーザ光Ｌが集光される光吸収層１０３
上には、図６に示すように、光吸収層１０３を空乏化さ
せるためのＺｎ拡散領域１０９が円柱状に形成されてい
る。このＺｎ拡散領域の直径は、光吸収層１０３の直径
よりも大きく形成されている。従って、図７の受光素子
では光吸収層１０３の大部分が空乏化される。つまり、
図７の半導体受光素子では、受光径が約１００μｍにな
る。以上説明した半導体積層体の上側には、図６に示す
ように、ＳｉＮ_ｘ膜１１１が形成されている。このＳｉ
Ｎ_ｘ膜１１１の膜厚は、入射光の波長１５５０ｎｍに対
して高反射率となる厚さに設定する。

【００３７】以上説明した本実施形態の受光素子は、側
面入射型であるにもかかわらず、結合効率を高くするこ
とができる。以下、説明する。

【００３８】まず、図７の受光素子では、ビーム径約１
００μｍのレーザ光が入射され、これがウィンドウ層１
０６により集光されて、光吸収層１０３に導かれる。従
って、光吸収層１０３の光受光面でのビーム径は約１０
０μｍ以下になる。ここで、前述のように、図７の光吸
収層１０３の受光径は約１００μｍである。従って、図
７の受光素子の光吸収層１０３では、レーザ光Ｌのビー
ム径よりも受光径の方が大きい。このように、図７の受
光素子は、受光径を十分大きくすることができる。

【００３９】次に、図７の受光素子では、レーザ光Ｌが
光吸収層１０３を通過する距離が中心ほど長くなる。こ
こで、レーザ光Ｌの強度はビーム径内ですべて均一なわ
けではなく、中心ほど強度が強い。従って、強度の強い
レーザ光Ｌほど、光吸収層１０３を通過する距離が長く
なる。そして、レーザ光Ｌが光吸収層１０３を通過する
距離が長くなれば、レーザ光Ｌが光電流に変換されやす
くなる。よって図７の受光素子では、強度の強いレーザ
光Ｌほど光電流に変換されやすくなる。つまり、レーザ
光Ｌが効率良く光電流に変換される。このように、図７
の受光素子では、レーザ光Ｌが電流に変換されやすい。

【００４０】以上のようにして、図７の受光素子は、結
語効率が高くなる。図７の受光素子にビーム径約１００
μｍのレーザ光を入射した場合には、結合効率は９０％
以上になった。

【００４１】以上説明した図７の半導体受光素子では、
入射するレーザ光のビーム径や、必要とされる結合効率
によって、光吸収層１０３の大きさや膜厚を変えること
ができる。例えば、入射するレーザ光のビーム径が５０
μｍ程度の場合には、光吸収層１０３の直径を５０μ
ｍ、膜厚を２μｍにすることができる。但し、光吸収層
１０３の膜厚は２μｍ〜５μｍが良い。なぜなら、光吸
収層１０３の膜厚を５μｍよりも厚く形成することは結
晶成長の観点から困難であるし、膜厚を２μｍよりも薄
く形成すると結合効率が下がってしまうからである。

【００４２】また、以上説明した図７の半導体受光素子
では、光吸収層をＩｎＧａＡｓＰにすることも可能であ
る。

【００４３】以上説明した本実施形態の半導体受光素子
を用いれば、送信用の光通信用モジュールを高密度実装
にすることができる。以下、本発明者の異なるタイプの
送信用の光通信用モジュールと比較しつつ説明する。図
８は、図７の半導体受光素子２１８を用いた送信用の光
通信用モジュールであり、図９は、本発明者の異なるタ
イプの送信用の光通信用モジュールである。図９の光通
信用モジュールでは、半導体受光素子３１８が表面入射
型であるのに対し、半導体レーザ素子３１７が端面出射
型であるので、半導体受光素子３１８と半導体レーザ素
子３１７の主面が直交するように配置されている。この
ため、半導体レーザ素子３１７を搭載した主たる回路基
板３１９上に半導体受光素子３１８を搭載せず、主たる
回路基板３１９上に従たる回路基板（キャリア）３２０
を搭載し、このキャリア３２０に半導体受光素子３１８
を搭載している。そして、このキャリア３２０は、作業
性の観点から極端に小型化せず、ある程度の大きさにし
ている。これに対し、図８の光通信用モジュールでは、
半導体受光素子２１８が側面入射型であるので、半導体
レーザ素子２１７と同一平面上に配置することが可能で
ある。この為、図９の光通信用モジュールと異なり、キ
ャリア３２０を用いる必要がない。キャリア３２０がな
くなると、図８から分かるように、回路基板２１９を小
さくすることができる。つまり、回路基板２１９をさら
に小型化できるようになる。これにより、パッケージ２
１６をさらに小型化にできるようになる。このようにし
て、図８の送信用の光通信用モジュールでは、高密度実
装ができる。

【００４４】また、図８の送信用の光通信用モジュール
ではキャリア３２０等の部品点数を削減することによ
り、さらに低コスト化することができる。後述のよう
に、受光素子２１８の製造コストは従来の受光素子に比
べてわずかに高くなるが、部品点数の削減による製造コ
ストの低下の効果が大きく、光通信用モジュール全体の
製造コストはさらに低下する。

【００４５】また、図８の半導体受光素子２１８は、図
６、図７に示すように上面から見て点対称な形状である
ので、回路基板２１９に搭載する際に回転方向に位置ず
れが起こっても、半導体受光素子の中心の位置がずれな
ければ結合効率が変化しない。このため、図８の送信用
モジュールでは、半導体受光素子２１８を用いることに
より特性を安定させることができる。

【００４６】以上のように、本実施形態の半導体受光素
子を用いることにより、送信用の光通信用モジュール
を、高密度実装、低コストで、特性が安定したものにす
ることができる。

【００４７】次に、本実施形態の受光素子（図５）の製
造方法を図１０(ａ)〜図１０(e)を参照にして説明す
る。

【００４８】（１）まず、図１０(ａ)に示すように、Ｉ
ｎＰ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ結晶成長方法で、膜厚
３μｍのＩｎＰバッファー層１０２、ＩｎＡｌＧａＡｓ
層１１４ａ、膜厚３０μｍのＩｎＧａＡｓ層１０３ａを
順次形成する。

【００４９】（２）次に、図１０(ｂ)から分かるよう
に、図１０(ａ)のＩｎＧａＡｓ層１０３ａ上にプラズマ
ＣＶＤ法でＳｉＮ_ｘ膜１０４を２００ｎｍデポし、この
ＳｉＮ_ｘ膜１０４を直径１００μｍの円形にパターニン
グする。そして、図１０(ｂ)に示すように、この円形の
ＳｉＮ_ｘ膜１０４をマスクにしてＩｎＧａＡｓ層１０３
ａ、ＩｎＡｌＧａＡｓ層１１４ａを硝酸等のエッチング
液でエッチングし、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３、Ｉｎ
ＡｌＧａＡｓクラッド層１１４を円柱状に形成する。こ
こで、円形の直径は、入射するレーザ光のビーム径や必
要とされる結合効率によって変えることもできる。

【００５０】（３）次に、図１０(ｂ)のＳｉＮ_ｘ膜１０
４を除去する。そして、図１０(c)から分かるように、
ＩｎＰバッファー層１０２上にＳｉＮ_ｘ膜１０５をデポ
し、所望の曲率を有するようにパターニングする。その
後、図１０(ｃ)に示すように、ＭＯＣＶＤ結晶成長方法
で選択成長を行い、円柱状のＩｎＧａＡｓ光吸収層１０
３とＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層１１４を、ＩｎＰウィ
ンドウ層１０６とＩｎＡｌＧａＡｓ層１１５ａで埋め込
む。

【００５１】（４）次に、図１０(ｄ)から分かるよう
に、図１０(ｃ)のＩｎＡｌＧａＡｓ層１１５ａ上にＳｉ
Ｎ_ｘ膜１０８をプラズマＣＶＤ法でデポし、Ｚｎ拡散領
域１０９を形成するためのパターニングを行う。その
後、封管拡散法によりＩｎＡｌＧａＡｓ層１１５ａとＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層１０３のヘテロ界面までＺｎ拡散を
行い、Ｚｎ拡散領域１０９を形成する。ＩｎＡｌＧａＡ
ｓ層１１５ａのうち、Ｚｎ拡散領域１０９以外の部分
は、ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層１１５になる。ここ
で、Ｚｎ拡散フロントがＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３中
に形成されＩｎＧａＡｓがｐ型化すると、このｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓ領域では空乏層がほとんど延びないため、電界
によるドリフトで走行しないキャリアが発生してしま
う。また、Ｚｎ拡散フロントがＩｎＰウィンドウ層１０
６中に形成されると、光吸収によって発生したキャリア
がヘテロ界面でパイルアップを起こし遮断周波数が低下
する。

【００５２】（５）次に、Ｚｎ拡散領域１０９上にｐ側
電極１１１となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを真空蒸着法で各
々、１００ｎｍ／１００ｎｍ／２μｍの厚さで形成す
る。そして、ｐ側電極１１１形成後、ＩｎＡｌＧａＡｓ
クラッド層１１５、ＩｎＰウィンドウ層１０６、および
ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層１１４の側面と、ＩｎＰバ
ッファー層１０２の上面に、反射防止膜となるＳｉＮ_ｘ
膜１１０をプラズマＣＶＤ法で形成する。その後、Ｉｎ
Ｐ基板１０１を１８０μｍの厚さに研磨し、ＩｎＰ基板
１０１の裏面にｎ側電極１２となるＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕを真空蒸着法で各々、２３０ｎｍ／５０ｎｍ／１μｍ
の厚さで形成する。最後に、ｎ電極１１２を３５０℃で
合金化処理する。

【００５３】以上説明した本実施形態の受光素子の製造
方法では、２インチのウエーハを用いることができ、こ
の場合、ウエーハ１枚あたり、７千〜８千個の受光素子
を得ることができる。この為、本実施形態の受光素子の
製造工程の数は従来の受光素子に比べて若干増えるが、
受光素子１個あたりの製造コストは従来の受光素子と比
べて大きく変わらない。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、基板上にストライプ状
の光吸収層を有する導波路型の半導体受光素子におい
て、光吸収層の受光面を長手方向に沿った側面にしたの
で、半導体受光素子の結合効率を上げることができる。

【００５５】また、本発明によれば、送信用モジュール
に用いられるモニター用の半導体受光素子の光吸収層の
受光面を側面にしたので、送信用モジュールを高密度実
装、低コストにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体受光素子の
断面模式図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体受光素子の
１／４カットの斜視図。

【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体受光素子の
上面模式図。

【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体受光素子の
製造方法を示す図。

【図５】本発明の第２の実施の形態の半導体受光素子の
断面模式図。

【図６】本発明の第２の実施の形態の半導体受光素子の
１／４カットの斜視図。

【図７】本発明の第２の実施の形態の半導体受光素子の
上面模式図。

【図８】本発明の第２の実施の形態の半導体受光素子を
用いた送信用の光通信用モジュールを示す図。

【図９】本発明者の異なるタイプの送信用の光通信用モ
ジュールを示す図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態の半導体受光素子
の製造方法を示す図。

【符号の説明】

０１、１０１ ＩｎＰ基板 ０３、１０３ ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ０６、１０６ ＩｎＰウィンドウ層 ０７、１０７ マイクロレンズ ０９、１０９ Ｚｎ拡散領域 ２１７ 半導体レーザ素子 ２１８ モニター用の半導体受光素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB05 BA02 CA03 CB03 FB03 FC03 GA09 GD03 GD07 5F049 MA02 MB07 MB12 NA18 NA19 NA20 NB01 PA04 QA08 QA17 QA18 QA20 RA07 RA10 SS04 SZ01 WA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚さ方向に電界が加えられる半導体受光素
   子であって、 基板と、 前記基板上に帯状に形成され、長手方向に沿った少なく
   とも１つの側面を受光面として有し、外部からの入射光
   を前記受光面で受光して電気信号に変換する光吸収層
   と、 外部からの前記入射光に対して透光性を有し、前記基板
   の表面にほぼ平行な外部からの前記入射光を前記光吸収
   層における前記受光面に導くウィンドウ層と、を有する
   ことを特徴とする半導体受光素子。
2. 【請求項２】前記光吸収層が第１導電型半導体によって
   構成された光吸収層であり、前記光吸収層上に、さら
   に、前記光吸収層を空乏化させるための第２導電型半導
   体領域が形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の半導体受光素子。
3. 【請求項３】前記光吸収層がＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａ
   ＡｓＰからなり、前記ウィンドウ層がＩｎＰからなるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体
   受光素子。
4. 【請求項４】前記ウィンドウ層が、外部からの前記入射
   光を前記光吸収層における前記受光面に集光して導くた
   めのレンズ状に形成されていることを特徴とする請求項
   １乃至請求項３のいずれかに記載の半導体受光素子。
5. 【請求項５】厚さ方向に電界が加えられる半導体受光素
   子であって、 基板と、 前記基板上の一部に形成され、受光面としての側面を有
   し、外部からの入射光を前記受光面で受光して電気信号
   に変換する光吸収層と、 外部からの前記入射光に対して透光性を有し、前記基板
   の表面にほぼ平行な外部からの前記入射光を前記光吸収
   層における前記受光面に導くウィンドウ層と、を有する
   ことを特徴とする半導体受光素子。
6. 【請求項６】前記光吸収層が円柱状に形成されているこ
   とを特徴とする請求項５記載の半導体受光素子。
7. 【請求項７】前記光吸収層が第１導電型半導体からなる
   光吸収層であり、前記光吸収層上に、さらに、前記光吸
   収層を空乏化させるための円柱状の第２導電型半導体領
   域が形成されていることを特徴とする請求項６記載の半
   導体受光素子。
8. 【請求項８】前記光吸収層がＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａ
   ＡｓＰからなり、前記ウィンドウ層がＩｎＰからなるこ
   とを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載
   の半導体受光素子。
9. 【請求項９】半導体受光素子と、半導体発光素子と、を
   備える光通信用モジュールであって、 前記半導体発光素子が、第１の基板と、前記第１の基板
   上の一部に形成され、受光面としての側面を有し、前記
   半導体発光素子からの光を前記受光面で受光して電気信
   号に変換する光吸収層と、前記半導体発光素子からの前
   記光に対して透光性を有し、前記第１の基板の表面にほ
   ぼ平行な前記半導体発光素子からの前記光を前記光吸収
   層における前記受光面に導くウィンドウ層と、を備え、
   厚さ方向に電界が加えられる半導体受光素子であり、 前記半導体発光素子が、第２の基板と、前記第２の基板
   上に形成された、前記第２の基板にほぼ平行な方向に前
   記光を出射するための活性層と、を備える半導体発光素
   子あることを特徴とする、光通信用モジュール。