JP2003035846A

JP2003035846A - 光電変換装置

Info

Publication number: JP2003035846A
Application number: JP2001223629A
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】光電変換装置は入射光の向きを変換して出
射する光路変換部材４と、該光路変換部材４の出射側
に、厚み方向と直交する面により形成された受光面を対
向させた表面又は裏面受光型の受光素子２とを備えて構
成される。光路変換部材４は、半導体材料及びこの半導
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
期構造を有するフォトニック結晶からなり、このフォト
ニック結晶の回折格子的機能によって、受光素子２の受
光波長に対して受光素子２の受光面２１の方向に空間的
に光路を変換するようになっている。

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（ａ）（ｂ）に示す構成のものが知られている。
この図９（ａ）（ｂ）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２１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。

【０００８】但し、従来の光受信モジュールで使用する
端面受光型の受光素子２の受光面は数μｍの厚みしかな
いので、光ファイバ３からの出射光を受光素子２の受光
面に集光するレンズを光ファイバ３と受光素子２との間
に設置するか、或いは、光ファイバ３の出射光が拡散し
ない距離に受光素子２を配置する必要がある。又従来の
光受信モジュールの構造では、入射光の光路を変換する
機構を備えていないため端面受光型の受光素子２より大
きな受光面を持つ表面又は裏面受光型の受光素子には適
用できない。

【０００９】そこで、受光面２１が数百μｍと大きい表
面又は裏面受光型の受光素子に適応できるように、図９
の従来例と同様に図１０に示すように基板１に固定溝１
１を設けて、光ファイバ３を高精度に固定するととも
に、光ファイバ３からの出射光を固定溝１１の端部に形
成した斜面状のミラー面Ｍにて光路を変換し、ミラー面
Ｍの上方に配置した表面又は裏面受光型の受光素子２に
光を照射する構造の光受信モジュールが提供されている
（特開２００１−８５７０７号公報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光受信モジュールにおいて、端面受光型の受光素子２を
用いる場合は、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形成する必要があるが、
これら反射防止膜、透過防止膜を異なる端面にスパッタ
法等で成膜する必要があり、そのため製造工程が複雑に
なり、コストアップ要因となるという不具合があった。
また表面又は裏面受光型の受光素子２を用いる場合は、
光路変換の為のミラー面の形成やミラー面の平坦性を維
持する為に、複雑な工程が必要であり、コストアップ要
因となるという不具合があった。

【００１１】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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、入射光の向きを変換して出射
する光路変換部材と、該光路変換部材の出射側に、厚み
方向と直交する面により形成された受光面を対向させた
光電変換素子とを備え、光路変換部材は、半導体材料及
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
からなる周期構造若しくは準周期構造を有するフォトニ
ック結晶から成ることを特徴とするものであり、受光面
の大きな受光素子に光ファイバや導波路から出た光を効
率良く受光素子に受光させて電気信号に変換することが
でき、そのため微弱な光信号でもノイズに埋まることな
く電気信号として取り出すことができ、しかも、光路変
換部材が半導体材料及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するフォト
ニック結晶により構成されているので、光路変換部材を
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。

【００１３】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、同じ半導体材料からなる基板に上記光路変換部材
と、導波路とを形成して該導波路の終端面に上記光路変
換部材の入射側を対向させていることを特徴とするもの
であり、導波路と光路変換部材を同じ半導体材料からな
る基板を使用して作成することができるとともに、導波
路の終端面から出射される光を光路変換部材へ効率良く
入射させることができる。

【００１４】請求項３の発明では、請求項１又は請求項
２の発明において、上記フォトニック結晶は、該フォト
ニック結晶の構成材料の何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ことを特徴とする
ものであり、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。

【００１５】請求項４の発明では、請求項１乃至請求項
３の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、
上記光電変換素子の受光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上記半導体材料からなる
柱状体が立設されて成ることを特徴とするものであり、
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５の発明では、請求項１乃至請求項
３の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、
上記光電変換素子の受光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成ること
を特徴とするものであり、フォトニック結晶において孔
の周囲の材料として半導体材料を採用することで、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６の発明では、請求項１乃至請求項
３の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、
上記光電変換素子の受光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成ることを特徴とするものであり、
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。

【００１８】請求項７の発明では、請求項１乃至請求項
３の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、
光電変換素子の受光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成ることを特
徴とするものであり、フォトニック結晶において孔の周
囲の材料として半導体材料を採用することで、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。

【００１９】請求項８の発明では、請求項４又は請求項
６の発明において、上記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
材料が充実されて成ることを特徴とするものであり、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。

【００２０】請求項９の発明では、請求項５又は請求項
７の発明において、上記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
て成ることを特徴とするものであり、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。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施形態により説明
する。

【００２２】（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。

【００２３】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の上面にシリコン酸化膜からなる絶縁
膜５を介して光路変換部材４を設けるとともに、基板１
上に形成された断面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。

【００２４】ここにおいて、基板１の上面はＳｉ（１０
０）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。

【００２５】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チップ検索用のダイシング
ソーなどで斜面を削って形成されており、基板１の上記
一端面に平行な内側面のうち後述するフォトニック結晶
４からなる光路変換部材４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と光路変換部材４の入射
側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と光路変換部材４の入射側との距離を比
較的小さくして近接配置することが可能となる。

【００２６】尚光ファイバ３の出射光を集光用のレンズ
を光ファイバ３と光路変換部材４との間に設けても良
い。

【００２７】光路変換部材４の上方には表面又は裏面受
光型の受光素子２をその受光面２１が光路変換部材４の
出射側に向けるように配置してある。この受光素子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、基板１の左右両端
部に絶縁膜５を介して形成したシリコン台座１０、１０
上に橋渡すように配設されている。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
０．８μｍ〜１．７μｍ程度の範囲が設定されている。

【００２８】シリコン台座１０は、電極構造を配線して
おり、受光素子２の受光面２１側の左右両側部に形成し
たバンプ２０によって受光素子２をフリップチップ実装
するようになっている。

【００２９】光路変換部材４は、屈折率の異なる２種類
の物質（以下、説明の便宜上、第１の物質、第２の物質
と称す）からなりその配列が周期構造を有し、上方に配
置される受光素子２の受光面２１に対しては回折格子的
に機能して光路変換を行うフォトニック結晶により構成
されている。

【００３０】本実施形態におけるフォトニック結晶４
は、第１の物質としてシリコン、第２の物質として空気
を採用しており、第１の物質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の受光面２１に対向する方向
に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。

【００３１】ここで本発明者らは、格子点間の距離ａを
受光素子２の受光波長の略２分の１とすることで回折格
子的にフォトニック結晶４を機能させることができるこ
とを確認している。これに基づいて本実施形態では、格
子間距離ａを０．３μｍ〜０．７μｍとして、柱状体４
１の直径を０．２〜０．５μｍで設定することにより、
回折格子的な機能を持ち、しかも光通信用の波長帯域で
ある０．８〜１．７μｍの波長に対して光路変換部材４
を実現している。

【００３２】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。

【００３３】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Ｌ
ＳＩの半導体製造工程で形成することができる。

【００３４】而して本実施形態では、光ファイバ３の出
射面３１から出て光路変換部材４内に入射した光信号は
光路変換部材４の回折格子機能によって光路変換され、
上方に配置している受光素子２の受光面２１方向に出射
する。これにより受光素子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
信号として取り出すことができる。この際光路変換によ
って二次元面方向への光漏洩もなく、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、光路変換部材４がフォトニック結晶により構成さ
れているので、光路変換部材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。

【００３５】また本実施形態の受光素子２は表面又は裏
面受光型であるため、端面受光型の受光素子に比べて受
光面積が広いため、集光用レンズ無しでも、光ファイバ
３からの出射光の大部分を受光でき、光電気変換の効率
を上げて微弱な光信号でもノイズに埋もれることなく電
気信号として取り出せ、更に光りファイバ３と受光素子
２の光軸合わせが簡単にでき、受光素子２の実装が容易
となって実装時のコストも低減できる。

【００３６】ところで、本実施形態では、フォトニック
結晶４の第２の物質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）などの有形体を採用して、隣り合
う柱状体４１の間に有形体からなる第２の物質を充実さ
せてもよく、このような第２の物質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４１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の物質として、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。

【００３７】また、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、フォトニック結
晶４の構成材料の１つ（第１の物質）であるＳｉよりも
屈折率が低いので、上記第２の物質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、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。

【００３８】なお、本実施形態では、絶縁膜５がフォト
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。

【００３９】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。

【００４０】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、裏面（又は表面）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０．８μｍ〜
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。

【００４１】（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（ａ）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、略半波長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。

【００４２】（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。

【００４３】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
とからなるＳＯＩ基板）を用いてシリコン層８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８がシリコンからなる母材層を構
成している。

【００４４】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）などの有形体からなる
第２の物質を充実させてもよく、このような第２の物質
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の物質として、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。

【００４５】（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の終端面が光
路変換部材４の受光側に対向している。他の構成は実施
形態１と同様である。

【００４６】ところで、平面導波路６もシリコン系材料
で形成することができるため、光路変換部材４とシリコ
ン台座１０と平面導波路６を、ＳＯＩ基板をスタート材
料とし、受光素子２を除く本実施形態の基本構造を作成
できる。

【００４７】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）などの有形体からなる第２の物質を充実させるよう
にしてもよい。

【００４８】（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。

【００４９】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基板を用いてシリコン層８を加工することで円
孔４２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）などの有形体からなる第２
の物質を充実させてもよく、このような第２の物質を充
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の物質として、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。

【００５０】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。

【００５１】上記各実施形態では周期構造を有するフォ
トニック結晶を用いて光路変換部材４を形成している
が、格子間距離を徐々に変えるような準周期構造を採用
しても良い。

【００５２】

【発明の効果】請求項１の発明は、入射光の向きを変換
して出射する光路変換部材と、該光路変換部材の出射側
に、厚み方向と直交する面により形成された受光面を対
向させた光電変換素子とを備え、光路変換部材は、半導
体材料及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若しくは準周期構造を有する
フォトニック結晶から成るので、受光面の大きな受光素
子に光ファイバや導波路から出た光を効率良く受光素子
に受光させて電気信号に変換することができ、そのため
微弱な光信号でもノイズに埋まることなく電気信号とし
て取り出すことができ、しかも、光路変換部材が半導体
材料及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若しくは準周期構造を有するフ
ォトニック結晶により構成されているので、光路変換部
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。

【００５３】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、同じ半導体材料からなる基板に上記光路変換部材
と、導波路とを形成して該導波路の終端面に上記光路変
換部材の入射側を対向させているので、導波路と光路変
換部材を同じ半導体材料からなる基板を使用して作成す
ることができるとともに、導波路の終端面から出射され
る光を光路変換部材へ効率良く入射させることができ
る。

【００５４】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、上記フォトニック結晶は、該フォトニ
ック結晶の構成材料の何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。

【００５５】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、上
記光電変換素子の受光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上記半導体材料からなる柱
状体が立設されて成るので、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。

【００５６】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３
の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、上
記光電変換素子の受光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成るので、
フォトニック結晶において孔の周囲の材料として半導体
材料を採用することで、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。

【００５７】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項３
の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、上
記光電変換素子の受光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
状体が立設されて成るので、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。

【００５８】請求項７の発明は、請求項１乃至請求項３
の何れかの発明において、上記フォトニック結晶は、光
電変換素子の受光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成るので、フォ
トニック結晶において孔の周囲の材料として半導体材料
を採用することで、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。

【００５９】請求項８の発明は、請求項４又は請求項６
の発明において、上記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
料が充実されて成るので、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。

【００６０】請求項９の発明は、請求項５又は請求項７
の発明において、上記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
成るので、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す概略斜視図である。

【図２】（ａ）は同上の概略平面図である。（ｂ）は概
略断面図である。

【図３】（ａ）は同上の要部の概略平面図である。
（ｂ）は同上の要部の説明図である。

【図４】（ａ）は本発明の実施形態２の要部の概略平面
図である。（ｂ）は同上の要部の説明図である。

【図５】本発明の実施形態３を示す概略斜視図である。

【図６】本発明の実施形態４を示す概略斜視図である。

【図７】（ａ）は同上の概略平面図である。（ｂ）は同
上の概略断面図である。

【図８】実施形態５を示す概略斜視図である。

【図９】（ａ）は従来例を示す概略斜視図である。
（ｂ）は同上の概略断面図である。

【図１０】別の従来例の概略断面図である。

【符号の説明】

１基板２受光素子２１受光面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光路変換部材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 PA21 PA24 QA01 QA02 QA04 QA05 TA05 5F088 AA03 AB07 BA01 BA18 BB01 BB06 CB14 JA11 JA14 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光の向きを変換して出射する光路変換
部材と、該光路変換部材の出射側に、厚み方向と直交す
る面により形成された受光面を対向させた光電変換素子
とを備え、光路変換部材は、半導体材料及び当該半導体
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
構造若しくは準周期構造を有するフォトニック結晶から
成ることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】同じ半導体材料からなる基板に上記光路変
換部材と、導波路とを形成して該導波路の終端面に上記
光路変換部材の入射側を対向させ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】上記フォトニック結晶は、該フォトニック
結晶の構成材料の何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ことを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の光電変換装置。
【請求項４】上記フォトニック結晶は、上記光電変換素
子の受光面内における単位格子が三角形の２次元三角格
子の各格子点に上記半導体材料からなる柱状体が立設さ
れて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れ
かに記載の光電変換装置。
【請求項５】上記フォトニック結晶は、上記光電変換素
子の受光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成ることを特徴とする請
求項１乃至請求項３の何れかに記載の光電変換装置。
【請求項６】上記フォトニック結晶は、上記光電変換素
子の受光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
れて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れ
かにに記載の光電変換装置。
【請求項７】上記フォトニック結晶は、光電変換素子の
受光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成ることを特徴とする請求項
１乃至請求項３の何れかに記載の光電変換装置。
【請求項８】上記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
充実されて成ることを特徴とする請求項４又は請求項６
記載の光電変換装置。
【請求項９】上記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成る
ことを特徴とする請求項５又は請求項７記載の光電変換
装置。