JP2003035845A

JP2003035845A - 光電変換装置

Info

Publication number: JP2003035845A
Application number: JP2001223628A
Authority: JP
Inventors: Yuji Suzuki; 裕二鈴木; 仁路 ▲高▼野; Kimimichi Takano
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】入射光を効率良く電気信号に変換することがで
きる低コストの光電変換装置を提供する。【解決手段】端面受光型の光電変換素子としての受光素
子２と、受光素子２の受光面を除く端面を覆う漏光防止
部材４とが基板１上の絶縁膜５上に形成されている。漏
光防止部材４は、半導体材料と当該半導体材料とは屈折
率の異なる材料の組み合わせからなる周期構造を有し、
受光素子２の厚み方向に直交する面内の全方向において
受光素子２の受光波長に対してフォトニックバンドギャ
ップを有するフォトニック結晶により構成されている。
フォトニック結晶４は、半導体材料であるシリコンと空
気とにより形成され、シリコンからなる円柱状の柱状体
４１が周期的に配列された２次元周期構造を有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換装置に関
し、特に光通信分野や光学計測機器分野に適した光電変
換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信に用いられる光集積回路の
低コスト化および小型化を図る目的で、光送信モジュー
ルや光受信モジュールなどの開発が各所で行われてお
り、光半導体素子（発光素子や、受光素子など）を動作
させずに位置決め用のマーカなどを用いて光半導体素子
や光ファイバを平板状の基板上に位置合わせして実装す
る所謂パッシブアライメント実装によるモジュール組立
技術が注目されている。

【０００３】パッシブアライメント実装を用いて組み立
てられる光受信モジュールにおいて、光電変換素子（受
光素子：Photodetector）として、厚み方向に沿った端
面の一部を受光面とする端面受光型の光電変換素子（例
えば、ｐｉｎ構造のフォトダイオードなど）を利用する
ものでは、端面受光型の光電変換素子の受光面と光ファ
イバの終端面との相対位置に関して高い位置精度が要求
されている（受光面と光ファイバの終端面との相対位置
を１μｍ以下の精度で位置決めすることが要求されてい
る）。

【０００４】このようなパッシブアライメント実装を利
用して組み立てられる光受信モジュールとしては、例え
ば図９および図１０に示す構成のものが知られている。
図９および図１０に示す構成の光受信モジュールは、シ
リコン基板からなる基板１の一表面側に端面受光型の光
電変換素子である受光素子２が実装されるとともに、基
板１の一表面側に形成された断面Ｖ字状の固定溝１１に
沿って光ファイバ３が固定されている。ここにおいて、
固定溝１１は、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチン
グ技術を利用して形成されており、光ファイバ３を基板
１に対して高精度に位置決めすることができる。また、
受光素子２は、半田リフローによるセルフアライン効果
を利用してフリップチップ実装されている。しかして、
受光素子２を動作させることなく光ファイバ３および受
光素子２を基板１上において高精度にパッシブアライメ
ント実装することができる。言い換えれば、光ファイバ
３および受光素子２がパッシブアライメントにて高精度
に実装されているので、光ファイバ３と受光素子２とは
光軸調整をすることなく、高精度に位置決めされること
になる。

【０００５】上述の光受信モジュールは、光ファイバ３
から受光素子２の受光面２１に光が入射されると、光吸
収によって受光素子２の空乏層内に発生した電子−正孔
対が受光素子２へのバイアス電圧による電界で分離、ド
リフトされて光電流に寄与するので、光信号を電気信号
に変換して外部へ取り出すことができる。

【０００６】ところで、光ファイバ３の終端面３１から
出射された光は受光素子２の受光面で約５０％程度が反
射され、さらに受光素子２へ入った光の約５０％程度が
受光面２１を除く端面を通過して受光素子２の外部へ漏
れてしまうので、光ファイバ３の終端面３１から出射さ
れた光のうち受光素子２内で電子−正孔対の生成に寄与
するのは約２５％程度である。したがって、光ファイバ
３の終端面３１からの出射光強度が微弱な場合には、信
号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が小さくなり、電気信号として取
り出すのが難しくなってしまう。特に、光通信では、長
距離伝送での光信号の強度低下を防止するために伝送経
路の途中に増幅器が設けられているが、受光素子２での
変換効率が低下すると増幅器を設ける間隔が短くなって
コストが増大してしまう。

【０００７】そこで、この種の光受信モジュールでは、
入射光を効率良く電気信号に変換するために、受光素子
２の受光面２１に反射防止膜を設け、受光面２１を除く
端面に透過防止膜を設けている。ここにおいて、反射防
止膜および透過防止膜はそれぞれスパッタ法などによっ
て成膜されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように受光素子
２の受光面２１に反射防止膜を設け、受光面２１を除く
端面に透過防止膜を設けた光受信モジュールでは、受光
素子２での変換効率を向上させることができるが、反射
防止膜および透過防止膜を異なる端面に成膜する必要が
あり、製造工程が複雑になり、コストアップの要因にな
るという不具合があった。

【０００９】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、入射光を効率良く電気信号に変換す
ることができる低コストの光電変換装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、厚み方向に沿った端面の一部を
受光面とする端面受光型の光電変換素子と、光電変換素
子の受光面を除く端面を覆う漏光防止部材とを備え、漏
光防止部材は、半導体材料および当該半導体材料とは屈
折率の異なる材料の組み合わせからなる周期構造を有
し、光電変換素子の厚み方向に直交する面内の全方向に
おいて光電変換素子の受光波長に対してフォトニックバ
ンドギャップを有するフォトニック結晶からなることを
特徴とするものであり、受光素子の受光面を通して受光
素子へ入射した光が受光面を除く端面から外部へ漏れる
のを漏光防止部材により防止することができるので、入
射光を効率良く電気信号に変換することができて、微弱
な光信号でも電気信号として取り出すことができ、しか
も、漏光防止部材が半導体材料を利用したフォトニック
結晶により構成されているので、漏光防止部材を比較的
簡単な半導体製造工程で形成することが可能であり、低
コスト化を図ることができる。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、光電変換素子の受光面が平面導波路の終端面に対向
しているので、平面導波路の終端面から出射される光を
受光素子の受光面へ効率良く入射させることができる。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、光電変換素子およびフォトニック結
晶は、光電変換素子の構成材料およびフォトニック結晶
の構成材料のいずれよりも屈折率の低い材料からなる低
屈折率層上に形成されているので、受光素子に入った光
が受光素子の厚み方向へ漏れるの抑制することができ、
受光素子の変換効率を向上させることができる。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が三角形の
２次元三角格子の各格子点に前記半導体材料からなる柱
状体が立設されているので、フォトニック結晶を一般的
な半導体製造工程であるフォトリソグラフィ技術とエッ
チング技術とを利用して簡単に形成することが可能にな
る。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が三角形の
２次元三角格子の各格子点に孔が形成されているので、
フォトニック結晶を一般的な半導体製造工程であるフォ
トリソグラフィ技術とエッチング技術とを利用して簡単
に形成することができる。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が四角形の
２次元四角格子の各格子点に前記半導体材料からなる柱
状体が立設されているので、フォトニック結晶を一般的
な半導体製造工程であるフォトリソグラフィ技術とエッ
チング技術とを利用して簡単に形成することが可能にな
る。

【００１６】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が四角形の
２次元四角格子の各格子点に孔が形成されているので、
フォトニック結晶を一般的な半導体製造工程であるフォ
トリソグラフィ技術とエッチング技術とを利用して簡単
に形成することができる。

【００１７】請求項８の発明は、請求項４または請求項
６の発明において、フォトニック結晶は、隣り合う柱状
体の間に前記半導体材料とは屈折率の異なる有形の材料
が充実されているので、フォトニック結晶における柱状
体の傾倒や折損を防止することができ、信頼性が向上す
る。

【００１８】請求項９の発明は、請求項５または請求項
７の発明において、フォトニック結晶は、前記半導体材
料からなる母材層に前記孔が形成され、前記孔に前記半
導体材料とは屈折率の異なる有形の材料が充実されてい
るので、前記孔への異物の侵入を防止することができる
とともに、フォトニック結晶の機械的強度を高めること
ができ、信頼性が向上する。

【００１９】請求項１０の発明は、請求項１ないし請求
項９の発明において、光電変換素子の受光波長をλ、フ
ォトニック結晶の平均屈折率をｎ_eff、格子点の配列方
向において隣り合う格子点間の距離をａとするとき、ａ＝λ／（２×ｎ_eff）を満足するように格子点間の距離が設定されているの
で、光電変換素子の厚み方向に直交する面内の全方向に
おいて波長がλの光に対してフォトニックバンドギャッ
プを有するフォトニックバンド構造を得ることができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態の光電
変換装置について図１〜図３を参照しながら説明する
が、以下では、図２（ｂ）における上下方向を用いて上
下方向を規定し、図２（ａ）における上下方向を用いて
左右方向を規定して説明する。

【００２１】本実施形態の光電変換装置は、シリコン基
板からなる基板１上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜５
を介して端面受光型の光電変換素子である受光素子２が
配設されるとともに、基板１の上面に形成された断面Ｖ
字状の固定溝１１に沿って光ファイバ３が固定されてい
る。基板１の上面には左右方向に走る位置決め溝１２が
形成されており、固定溝１１の長手方向の一端縁は位置
決め溝１２に開放され、他端縁は基板１の一端面（図２
（ｂ）における左端面）に開放されている。ここにおい
て、基板１の上面はＳｉ（１００）面であって、固定溝
１１は、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチング技術
を利用して形成されているので、光ファイバ３を基板１
に対して高精度に位置決めすることができる。つまり、
基板１の左右方向および上下方向それぞれにおいて光フ
ァイバ３を高精度に位置決めして固定することが可能に
なる。

【００２２】位置決め溝１２は、断面矩形状であって、
深さ方向において開口幅（図２（ｂ）の左右方向におけ
る幅）が略一定になるように形成されており、基板１の
上記一端面に平行な内側面のうち受光素子２に近い側の
内側面に光ファイバ３の終端面（図２（ａ）における右
端面）３１が当接するようになっている。なお、位置決
め溝１２を設けていない場合には、固定溝１１の長手方
向の上記一端縁にＳｉ（１１１）面からなる傾斜面が形
成されているので、光ファイバ３の終端面３１と受光素
子２の受光面（図２（ａ）における左端面）２１との間
の距離が比較的大きくなってしまうが、上述の位置決め
溝１２を設けていることによって、光ファイバ３の終端
面３１と受光素子２の受光面２１とを比較的小さくして
近接配置することが可能となる。

【００２３】受光素子２は、結晶材料（構成材料）とし
てＧａＡｓ系材料を用いたｐｉｎフォトダイオードであ
って、厚み方向に沿った一端面を受光面２１としてお
り、基板１上において固定溝１１の延長線上に配設され
ている。したがって、固定溝１１の深さを適宜設定する
ことにより、光ファイバ３のコアを伝搬してきて出射さ
れた光信号を、集光用のレンズを光ファイバ３と受光素
子２との間に設けることなく受光素子２の受光面２１へ
入射させることが可能となる。なお、受光素子２の受光
波長としては、例えば光通信用の波長帯域である０．８
μｍ〜１．７μｍ程度の範囲が設定されており、受光素
子２の結晶材料は受光波長に応じて適宜選択すればよ
い。また、本実施形態では、集光用のレンズを設けてい
ないが、集光用のレンズを設けるようにしてもよい。

【００２４】ところで、本実施形態の光電変換装置は、
受光素子２の受光面２１を除く端面を覆う漏光防止部材
４を備えている。漏光防止部材４は、半導体材料および
当該半導体材料とは屈折率の異なる材料の組み合わせか
らなる周期構造を有し、受光素子２の厚み方向（図２
（ｂ）の上下方向）に直交する面内の全方向において受
光素子２の受光波長に対してフォトニックバンドギャッ
プ（光学的伝搬禁止帯）を有するフォトニック結晶によ
り構成されている。すなわち、本実施形態におけるフォ
トニック結晶は、上記面内の全方向において受光素子２
の受光波長に対してフォトニックバンドギャップが形成
されるフォトニックバンド構造を有している。

【００２５】本実施形態におけるフォトニック結晶４
は、上述の半導体材料（以下、第１の材料と称す）とし
てシリコン、第１の材料とは屈折率の異なる第２の材料
として空気を採用しており、第１の材料であるシリコン
からなる円柱状の柱状体４１が周期的に配列された２次
元周期構造を有している。すなわち、本実施形態におけ
るフォトニック結晶４は、受光素子２の厚み方向に直交
する面内における単位格子が三角形の２次元三角格子の
各格子点に柱状体４１が立設されている。なお、柱状体
４１は絶縁膜５上に立設されている。

【００２６】いま、受光素子２の厚み方向に直交する面
内の全方向において波長がλの光に対してフォトニック
バンドギャップを形成するには、つまり、受光素子２の
受光波長をλとして上記全方向においてフォトニックバ
ンドギャップを形成するには、フォトニック結晶４の平
均屈折率をｎ_eff、図３（ｂ）に示すように格子点の配
列方向において隣り合う格子点間の距離をａとすると
き、ａ＝λ／（２×ｎ_eff）を満足するように格子点間
の距離を設定すればよい。フォトニック結晶４の平均屈
折率ｎ_effは、フォトニック結晶４全体における第１の
材料および第２の材料それぞれの占有率にそれぞれの屈
折率を乗じた値同士を加算して求めればよい。

【００２７】本実施形態では、格子点間の距離ａを０．
３μｍ〜０．７μｍ、柱状体４１の直径を０．２〜０．
５μｍで設定することにより、光通信用の波長帯域であ
る０．８〜１．７μｍの波長に対してフォトニックバン
ドギャップを形成することができる。要するに、格子点
間の距離ａを受光波長の２分の１オーダの寸法に設定す
ることで、フォトニックバンドギャップを形成すること
ができる。

【００２８】上述の２次元周期構造を有するフォトニッ
ク結晶４を形成するには、例えば、絶縁膜５上にシリコ
ン層を形成しておき、シリコン層上にマスク材料層を形
成し、フォトリソグラフィ技術によって柱状体４１の形
成部位に対応した表面上にマスク材料層が残るようにパ
ターニングした後、エッチング技術を利用してシリコン
層の不要部分を除去することで柱状体４１を形成すれば
よい。ここに、本実施形態におけるフォトニック結晶４
は、最小寸法が比較的大きいので、数世代前のＬＳＩの
半導体製造工程で形成することができる。

【００２９】また、第１の材料であるシリコンの屈折率
は３．４、第２の材料である空気の屈折率は１であっ
て、第１の材料と第２の材料との屈折率の差が比較的大
きいので、フォトニックバンドギャップを形成しやす
く、柱状体４１の繰り返し数を少なくすることができる
（つまり、２次元周期構造の周期数を少なくできる）の
で、光電変換装置全体の大型化を防止することができ
る。

【００３０】しかして、本実施形態では、受光素子２の
受光面２１を通して受光素子２へ入射した光が受光面２
１を除く端面から外部へ漏れるのを漏光防止部材４によ
り防止することができるので、従来のような反射防止膜
や透過防止膜を設けることなく、受光素子２の空乏層内
で生成される電子−正孔対を増やすことができ、入射光
を効率良く電気信号に変換することができるから、光フ
ァイバ３の出射面３１から出力される光信号が微弱な場
合でも比較的高いＳ／Ｎ比で電気信号として取り出すこ
とができ、しかも、漏光防止部材４が半導体材料（第１
の材料）を利用したフォトニック結晶により構成されて
いるので、漏光防止部材４を比較的簡単な半導体製造工
程で形成することが可能であり、低コスト化を図ること
ができる。

【００３１】ところで、本実施形態では、フォトニック
結晶４の第２の材料として空気を採用しているが、空気
（気体）の代わりに、気体以外の誘電体材料（例えば、
ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、Ａｌ₂Ｏ₃など）、高分子材料（例え
ば、ポリイミドなど）などの有形の材料を採用して、隣
り合う柱状体４１の間に有形の材料からなる第２の材料
を充実させてもよく、このような第２の材料を充実させ
ることによって、フォトニック結晶４における柱状体４
１の傾倒や折損を防止することができ、信頼性が向上す
る。例えば、第２の材料として、ＬＳＩなどの半導体製
造工程で一般的に用いられるポリイミドを採用すれば、
シリコンとポリイミドとの２次元周期構造からなるフォ
トニック結晶４を簡単且つ低コストで形成することが可
能になる。

【００３２】また、受光素子２およびフォトニック結晶
４は基板１の一表面側に形成された絶縁膜５上に形成さ
れており、絶縁膜５の構成材料であるシリコン酸化膜
は、受光素子２の構成材料であるＧａＡｓ系材料および
フォトニック結晶４の構成材料の１つ（第１の材料）で
あるＳｉよりも屈折率が低いので、上記第２の材料とし
てシリコン酸化膜よりも屈折率の小さい材料を採用すれ
ば、受光素子２に入った光が基板１へ漏れるのを抑制す
ることができ、受光素子２の変換効率をさらに向上させ
ることができる。なお、本実施形態では、絶縁膜５が、
受光素子２の構成材料およびフォトニック結晶４の構成
材料よりも屈折率の低い低屈折率層を構成している。

【００３３】しかも、絶縁膜５は、固定溝１１や位置決
め溝１２を形成するエッチング時のマスク材料層として
使用することができるので、製造工程の簡略化を図るこ
とができる。また、本実施形態の光電変換装置は、厚み
方向の中間に絶縁膜５が形成され主表面側にシリコン層
が形成されたＳＯＩ基板を用いてシリコン層を加工する
ことで上記柱状体４１を形成するようにすれば、フォト
ニック結晶４を簡単に形成することができる。

【００３４】（実施形態２）本実施形態の基本構成は実
施形態１と略同じであって、図４に示すように、受光素
子２の厚み方向に直交する面内における単位格子が四角
形の２次元四角格子の各格子点に柱状体４１が立設され
ている点が相違するだけである。したがって、本実施形
態においても、図４（ｂ）に示すように格子点の配列方
向において隣り合う格子点間の距離をａとするとき、ａ
＝λ／（２×ｎ_eff）を満足するように格子点間の距離
を設定すればよい。他の構成は実施形態１と同じであ
る。

【００３５】（実施形態３）本実施形態の基本構成は実
施形態１と略同じであって、図５に示すように、漏光防
止部材であるフォトニック結晶４の構造が相違する。す
なわち、本実施形態におけるフォトニック結晶４は、絶
縁膜５上のシリコン層８に円孔４２が実施形態１におけ
る柱状体４１と同じ周期で周期的に配列された２次元周
期構造を有しており、実施形態１と同様、シリコンと空
気とにより構成されている。他の構成は実施形態１と同
じである。

【００３６】本実施形態においても、厚み方向の中間に
絶縁膜５が形成され主表面側にシリコン層８が形成され
たＳＯＩ基板（つまり、基板１と絶縁膜５とシリコン層
８とからなるＳＯＩ基板）を用いてシリコン層を加工す
ることで円孔４２を形成するようにすれば、フォトニッ
ク結晶４を簡単に形成することができる。なお、本実施
形体では、シリコン層がシリコンからなる母材層を構成
している。

【００３７】また、円孔４２に気体以外の誘電体材料
（例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、Ａｌ₂Ｏ₃など）、高分子
材料（例えば、ポリイミドなど）などの有形の材料から
なる第２の材料を充実させてもよく、このような第２の
材料を充実させることによって、円孔４２への異物（塵
や埃など）の侵入を防ぐことができるとともに、フォト
ニック結晶４の機械的強度を高めることができ、信頼性
が向上する。ここに、第２の材料として、ＬＳＩなどの
半導体製造工程で一般的に用いられるポリイミドを採用
すれば、シリコンとポリイミドとの２次元周期構造から
なるフォトニック結晶４を簡単に形成することが可能と
なる。

【００３８】（実施形態４）本実施形態の基本構成は実
施形態１と略同じであって、図６および図７に示すよう
に、実施形態１で説明した光ファイバ３の代わりに平面
導波路６を用いており、平面導波路６が絶縁膜５上に形
成されている点が相違するだけである。すなわち、本実
施形態の光電変換装置では、平面導波路６の終端面が受
光素子２の受光面に対向している。他の構成は実施形態
１と同様である。

【００３９】ところで、受光素子２の受光波長として
０．８μｍ程度の波長を設定すれば、受光素子２をシリ
コン系の材料により形成することができるので、受光素
子２をダイボンディングやフリップチップ実装などによ
って実装する工程を省くことが可能となる。

【００４０】なお、本実施形態では、柱状体４１が三角
形を単位格子とする２次元三角格子の格子点に立設され
ているが、実施形態２と同様に２次元四角格子の格子点
に立設するようにしてもよいし、柱状体４１の間の隙間
に気体以外の誘電体材料（例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、
Ａｌ₂Ｏ₃など）、高分子材料（例えば、ポリイミドな
ど）などの有形の材料からなる第２の材料を充実させる
ようにしてもよい。

【００４１】（実施形態５）本実施形態の基本構成は実
施形態４と略同じであって、図８に示すように、漏光防
止部材であるフォトニック結晶４の構造が相違する。す
なわち、本実施形態におけるフォトニック結晶４は、絶
縁膜５上のシリコン層８に円孔４２が実施形態１におけ
る柱状体４１と同じ周期で周期的に配列された２次元周
期構造を有しており、実施形態１と同様、シリコンと空
気とにより構成されている。

【００４２】本実施形態においても、厚み方向の中間に
絶縁膜５が形成され主表面側にシリコン層が形成された
ＳＯＩ基板を用いてシリコン層を加工することで円孔４
２を形成するようにすれば、簡単に製造することができ
る。また、円孔４２に気体以外の誘電体材料（例えば、
ＳｉＯ₂、ＳｉＮ_x、Ａｌ₂Ｏ₃など）、高分子材料（例え
ば、ポリイミドなど）などの有形の材料からなる第２の
材料を充実させてもよく、このような第２の材料を充実
させることによって、円孔４２への異物（塵や埃など）
の侵入を防ぐことができるとともに、フォトニック結晶
４の機械的強度を高めることができ、信頼性が向上す
る。ここに、第２の材料として、ＬＳＩなどの半導体製
造工程で一般的に用いられるポリイミドを採用すれば、
シリコンとポリイミドとの２次元周期構造からなるフォ
トニック結晶４を簡単に形成することが可能となる。

【００４３】なお、図１〜図３を参照して説明した実施
形態１と同様に、固定溝１１および位置決め溝１２を設
けて平面導波路６を固定するようにしてもよい。

【００４４】ところで、上記各実施形態では、フォトニ
ック結晶４が半導体材料を含む２種類の互いに屈折率の
異なる材料の組み合わせからなる周期構造を有している
が、例えば半導体材料を含む３種類の互いに屈折率の異
なる材料の組み合わせからなる周期構造を有していてよ
い。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明は、厚み方向に沿った端
面の一部を受光面とする端面受光型の光電変換素子と、
光電変換素子の受光面を除く端面を覆う漏光防止部材と
を備え、漏光防止部材は、半導体材料および当該半導体
材料とは屈折率の異なる材料の組み合わせからなる周期
構造を有し、光電変換素子の厚み方向に直交する面内の
全方向において光電変換素子の受光波長に対してフォト
ニックバンドギャップを有するフォトニック結晶からな
るものであり、受光素子の受光面を通して受光素子へ入
射した光が受光面を除く端面から外部へ漏れるのを漏光
防止部材により防止することができるので、入射光を効
率良く電気信号に変換することができて、微弱な光信号
でも電気信号として取り出すことができ、しかも、漏光
防止部材が半導体材料を利用したフォトニック結晶によ
り構成されているので、漏光防止部材を比較的簡単な半
導体製造工程で形成することが可能であり、低コスト化
を図ることができるという効果がある。

【００４６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、光電変換素子の受光面が平面導波路の終端面に対向
しているので、平面導波路の終端面から出射される光を
受光素子の受光面へ効率良く入射させることができると
いう効果がある。

【００４７】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、光電変換素子およびフォトニック結
晶は、光電変換素子の構成材料およびフォトニック結晶
の構成材料のいずれよりも屈折率の低い材料からなる低
屈折率層上に形成されているので、受光素子に入った光
が受光素子の厚み方向へ漏れるの抑制することができ、
受光素子の変換効率を向上させることができるという効
果がある。

【００４８】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が三角形の
２次元三角格子の各格子点に前記半導体材料からなる柱
状体が立設されているので、フォトニック結晶を一般的
な半導体製造工程であるフォトリソグラフィ技術とエッ
チング技術とを利用して簡単に形成することが可能にな
るという効果がある。

【００４９】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が三角形の
２次元三角格子の各格子点に孔が形成されているので、
フォトニック結晶を一般的な半導体製造工程であるフォ
トリソグラフィ技術とエッチング技術とを利用して簡単
に形成することができるという効果がある。

【００５０】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が四角形の
２次元四角格子の各格子点に前記半導体材料からなる柱
状体が立設されているので、フォトニック結晶を一般的
な半導体製造工程であるフォトリソグラフィ技術とエッ
チング技術とを利用して簡単に形成することが可能にな
るという効果がある。

【００５１】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、フォトニック結晶は、光電変換素子
の厚み方向に直交する面内における単位格子が四角形の
２次元四角格子の各格子点に孔が形成されているので、
フォトニック結晶を一般的な半導体製造工程であるフォ
トリソグラフィ技術とエッチング技術とを利用して簡単
に形成することができるという効果がある。

【００５２】請求項８の発明は、請求項４または請求項
６の発明において、フォトニック結晶は、隣り合う柱状
体の間に前記半導体材料とは屈折率の異なる有形の材料
が充実されているので、フォトニック結晶における柱状
体の傾倒や折損を防止することができ、信頼性が向上す
るという効果がある。

【００５３】請求項９の発明は、請求項５または請求項
７の発明において、フォトニック結晶は、前記半導体材
料からなる母材層に前記孔が形成され、前記孔に前記半
導体材料とは屈折率の異なる有形の材料が充実されてい
るので、前記孔への異物の侵入を防止することができる
とともに、フォトニック結晶の機械的強度を高めること
ができ、信頼性が向上するという効果がある。

【００５４】請求項１０の発明は、請求項１ないし請求
項９の発明において、光電変換素子の受光波長をλ、フ
ォトニック結晶の平均屈折率をｎ_eff、格子点の配列方
向において隣り合う格子点間の距離をａとするとき、ａ
＝λ／（２×ｎ_eff）を満足するように格子点間の距離
が設定されているので、光電変換素子の厚み方向に直交
する面内の全方向において波長がλの光に対してフォト
ニックバンドギャップを有するフォトニックバンド構造
を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す概略斜視図である。

【図２】同上を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概
略断面図である。

【図３】同上を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は
（ａ）の要部説明図である。

【図４】実施形態２を示し、（ａ）は概略平面図、
（ｂ）は（ａ）の要部説明図である。

【図５】実施形態３を示す概略斜視図である。

【図６】実施形態４を示す概略斜視図である。

【図７】同上を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概
略断面図である。

【図８】実施形態５を示す概略斜視図である。

【図９】従来例を示す概略斜視図である。

【図１０】同上の概略断面図である。

【符号の説明】

１基板２受光素子３光ファイバ５絶縁膜１１固定溝１２位置決め溝３１終端面４漏光防止部材（フォトニック結晶）４１柱状体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H037 BA11 CA00 2H047 KA00 KA02 KA03 LA00 MA05 MA07 PA21 PA24 QA01 QA02 QA04 QA05 TA05 5F088 AA03 AB07 BA01 BA15 BA18 BB01 BB06 CB14 JA11 JA14 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向に沿った端面の一部を受光面と
する端面受光型の光電変換素子と、光電変換素子の受光
面を除く端面を覆う漏光防止部材とを備え、漏光防止部
材は、半導体材料および当該半導体材料とは屈折率の異
なる材料の組み合わせからなる周期構造を有し、光電変
換素子の厚み方向に直交する面内の全方向において光電
変換素子の受光波長に対してフォトニックバンドギャッ
プを有するフォトニック結晶からなることを特徴とする
光電変換装置。
【請求項２】光電変換素子の受光面が平面導波路の終
端面に対向していることを特徴とする請求項１記載の光
電変換装置。
【請求項３】光電変換素子およびフォトニック結晶
は、光電変換素子の構成材料およびフォトニック結晶の
構成材料のいずれよりも屈折率の低い材料からなる低屈
折率層上に形成されてなることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の光電変換装置。
【請求項４】フォトニック結晶は、光電変換素子の厚
み方向に直交する面内における単位格子が三角形の２次
元三角格子の各格子点に前記半導体材料からなる柱状体
が立設されてなることを特徴とする請求項１ないし請求
項３のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項５】フォトニック結晶は、光電変換素子の厚
み方向に直交する面内における単位格子が三角形の２次
元三角格子の各格子点に孔が形成されてなることを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光電
変換装置。
【請求項６】フォトニック結晶は、光電変換素子の厚
み方向に直交する面内における単位格子が四角形の２次
元四角格子の各格子点に前記半導体材料からなる柱状体
が立設されてなることを特徴とする請求項１ないし請求
項３のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項７】フォトニック結晶は、光電変換素子の厚
み方向に直交する面内における単位格子が四角形の２次
元四角格子の各格子点に孔が形成されてなることを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光電
変換装置。
【請求項８】フォトニック結晶は、隣り合う柱状体の
間に前記半導体材料とは屈折率の異なる有形の材料が充
実されてなることを特徴とする請求項４または請求項６
記載の光電変換装置。
【請求項９】フォトニック結晶は、前記半導体材料か
らなる母材層に前記孔が形成され、前記孔に前記半導体
材料とは屈折率の異なる有形の材料が充実されてなるこ
とを特徴とする請求項５または請求項７記載の光電変換
装置。
【請求項１０】光電変換素子の受光波長をλ、フォト
ニック結晶の平均屈折率をｎ_eff、格子点の配列方向に
おいて隣り合う格子点間の距離をａとするとき、ａ＝λ／（２×ｎ_eff）を満足するように格子点間の距離が設定されてなること
を特徴とする請求項４ないし請求項９のいずれかに記載
の光電変換装置。