JP2004158763A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004158763A JP2004158763A JP2002325046A JP2002325046A JP2004158763A JP 2004158763 A JP2004158763 A JP 2004158763A JP 2002325046 A JP2002325046 A JP 2002325046A JP 2002325046 A JP2002325046 A JP 2002325046A JP 2004158763 A JP2004158763 A JP 2004158763A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light receiving
- light
- semiconductor
- substrate
- reflected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
【課題】素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】基板（１）と、前記基板の上に設けられた半導体層（２）と、前記半導体層の主面上に設けられた受光部（３）と、を備え、前記基板及び前記半導体層の側面の少なくとも一部が前記主面に対して傾斜した反射面（１５）とされ、前記反射面と対向する側面から入射し前記受光部よりも下を進行する光（Ｌ）を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする半導体受光素子を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】基板（１）と、前記基板の上に設けられた半導体層（２）と、前記半導体層の主面上に設けられた受光部（３）と、を備え、前記基板及び前記半導体層の側面の少なくとも一部が前記主面に対して傾斜した反射面（１５）とされ、前記反射面と対向する側面から入射し前記受光部よりも下を進行する光（Ｌ）を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする半導体受光素子を提供する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体受光素子に関し、特に、基板上に形成され、その基板の端面から入射される光を検出可能とした半導体受光素子に関する。
【従来の技術】
光通信や各種の計測の分野においては、簡易な光学配置で高い受光感度が得られるフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）やアバランシェ・フォトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などの光半導体素子が必要とされる場合が多い。
【０００２】
これらの半導体受光素子の構造としては、光吸収層に入射した光により発生したキャリアをドリフト電界により電極部に集める構造が一般的である。
【０００３】
図１３は、いわゆる「表面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【０００４】
また、図１４は、いわゆる「裏面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【０００５】
またさらに、図１５は、いわゆる「導波路型」の半導体受光素子を表す模式図である。
【０００６】
これらの図面に表した受光素子は、ＩｎＰ系の受光素子であり、いずれも、ＩｎＰ基板１０１の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、低キャリア濃度のｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３、ｎ型ＩｎＰ窓層１０４をこの順に積層した構造を有する。そして、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を選択的に導入することにより、ｐ型領域１０５が形成され、素子の表面は誘電体膜１０６や、反射防止（ＡＲ）膜１０７により適宜覆われている。さらに、ｐ側電極１０８とｎ側電極１０９が形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの受光素子においては、それぞれ図示したように、矢印Ｌの方向から光が入射され、光吸収層１０３において吸収され電気信号として検出される。しかし、現実の応用に際しては、検出すべき信号光は、受光素子の上下からではなく、左右方向から入射する場合が多い。
【０００８】
例えば、光通信用の受信モジュールの場合、光ファイバから集光レンズ系を介して信号光をパッケージ内に導入する。一方、パッケージ内部では、実装基板の基板面に対して横方向へと各部品を展開する構造を有する。このため、通常は、信号光は、実装基板の基板面に対して上下方向からではなく左右方向から入射する場合が多い。
【０００９】
従って、図１３に例示した表面入射型や図１４に例示した裏面入射型の受光素子を実装基板の上へ直接、実装する場合には、ミラーなどの光学部品が必要となる。
【００１０】
図１６は、マイクロミラーを用いた光学系を表す模式図である。すなわち、実装基板２１２の上には、表面入射型の受光素子２１１が実装されている。一方、信号光Ｌは、実装基板の基板面に対して横方向から入射する。この信号光は、マイクロミラー２１３により反射されて、受光素子２１２に入射する。マイクロミラー２１３は、例えば、シリコン（Ｓｉ）の反射面に金属を蒸着した構造を有する。
【００１１】
このように、表面入射型あるいは裏面入射型の受光素子を用いた場合、マイクロミラーなどの部品が必要とされ、部品点数が増加し、光軸調整も煩雑になるなどの問題がある。
【００１２】
実装基板にマウントするもうひとつの方法として、チップキャリアを用いる方法がある。
【００１３】
図１７は、チップキャリアを用いた実装方式を表す模式図である。すなわち、受光素子２１１をセラミックのチップキャリア２１０にマウントし、信号光Ｌの方向に向けて実装基板２１２の上に実装する。しかし、この方法の場合も、やはりチップキャリアが必要とされる。さらに、チップキャリアが有する寄生容量や、ワイヤ２１４が有する寄生インダクタンスなどの影響で、伝送における群遅延特性が劣化するという問題も生ずる。
【００１４】
一方、図１５に例示した導波路型の受光素子の場合は、光の入射面が素子の側面であるため、受光素子を実装基板の上に直接実装して、左右から入射してくる信号光を受光できる。しかし、導波路型の受光素子の場合は導波路（ほぼ光吸収層３の部分に相当する）の断面の面積が小さいため、光結合ロスが生じやすく、感度が十分にとれないという問題がある。結合効率としては、２群系のレンズを用いても５０％〜６０％が限界であった。
【００１５】
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り、その目的は、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の半導体受光素子は、上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に設けられた受光部と、第１の側面と、前記第１の側面と対向し前記上面に対して傾斜した反射面を有する第２の側面と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００１８】
また、本発明の第２の半導体受光素子は、上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に設けられた受光部と、第１の側面と、前記第１の側面と対向し前記上面に対して傾斜した反射面を有する第２の側面と、を備え、
前記第１の側面から入射し前記受光部と前記下面との間を前記上面に対して略平行な方向に進行する光を前記反射面において前記受光部に向けて反射させ検出可能としたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の第３の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた半導体層と、前記半導体層の上に設けられた受光部と、を備え、
前記基板及び前記半導体層の側面の少なくとも一部が前記主面に対して傾斜した反射面とされ、前記反射面と対向する側面から入射し前記基板または前記半導体層の少なくともいずれかの中を進行する光を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の第４の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた受光部と、を備え、
前記基板の側面の一部が前記主面に対して傾斜した反射面とされ、前記反射面と対向する側面から入射し前記主面に対して略平行な方向に進行する光を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２４】
また、本発明の第５の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた受光部と、前記基板の側面から入射し前記基板内を前記主面に対して略平行な方向に進行する光を前記受光部の方向に反射させる反射面と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２６】
上記第１乃至第４の半導体受光素子において、前記受光部の上に設けられた電極をさらに備え、前記反射面により反射され前記受光部を透過した光の少なくとも一部が前記電極により反射されて前記受光部において検出可能とすれば、量子効率をさらに改善することができる。
【００２７】
また、前記入射する光の光軸に対して平行な方向に沿って前記受光部が複数設けられ、前記反射面の第１の部分において反射される光と、前記第１の部分とは異なる第２の部分において反射される光とが、それぞれ前記複数の受光部のうちの異なるものにより検出可能とすれば、いわゆるパラレル・リンク用の受光素子を実現できる。
【００２８】
また、前記入射する光の光軸に対して垂直な方向に沿って前記受光部が複数設けられ、前記反射面の第１の部分において反射される光と、前記第１の部分とは異なる第２の部分において反射される光とが、それぞれ前記複数の受光部のうちの異なるものにより検出可能としても、同様にパラレル・リンク用の受光素子を実現できる。
【００２９】
また、本発明の第５の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた第１の半導体層と、前記第１導電型の半導体層の上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層の上に設けられた第２の半導体層と、を備えた半導体受光素子であって、側面の一部が傾斜した反射面とされ、前記反射面に対向する側面から前記基板及び前記第２の半導体層の少なくともいずれかに入射し前記主面に対して略平行方向に進行する光を前記反射面により反射させ前記光吸収層において検出可能としたことを特徴とする。
【００３０】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００３１】
上記第５の半導体受光素子において、前記基板のエネルギーバンドギャップは、前記光吸収層のエネルギーバンドギャップよりも大なることよりも大なるものとすれば、基板を伝搬する光の損失を低減できる。
【００３２】
また、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層のエネルギーバンドギャップは、前記光吸収層のエネルギーバンドギャップよりも大なるものとすれば、これらの半導体層における光の吸収を低減できる。
【００３３】
また、前記第２の半導体層の上に設けられた電極をさらに備え、前記反射面により反射され前記光吸収層を透過した光の少なくとも一部が前記電極により反射されて前記光吸収層において検出可能とすれば、量子効率をさらに改善できる。
【００３４】
また、前記反射面は、集光曲面を有するものとすれば、感度をさらに高くすることができる。
【００３５】
また、前記反射面は、金属膜または誘電体多層膜を有するものとすれば、高い反射率を容易に得られる。
【００３６】
なお、本願明細書において「絶縁性」とは、電気的に明瞭な絶縁状態のみならず、いわゆる「半絶縁」の状態も含むものとする。例えば、ＩｎＰやＧａＡｓに鉄（Ｆｅ）などをドーピングして比抵抗を高い状態とした、いわゆる「半絶縁基板」も、「絶縁性」であるものとする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体受光素子の要部構造を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）はその中心付近の断面図である。
【００３９】
本実施形態の半導体受光素子は、側面から光Ｌを入射させ、その光を対向する反射面１５により反射させて受光部に導く構造を有する。図１の構造について説明すると、ｎ型半導体からなる基板１の上に、ｎ型バッファ層２、光吸収層３、ｎ型窓層４がこの順に積層された構造を有する。そして、窓層４の一部がｐ型化されたｐ型領域５が形成されている。なお、このｐ型領域５は、光吸収層３の一部も含むように形成してもよい。窓層４の表面は、誘電体などからなる保護膜６により覆われ、ｐ型領域５の上にはｐ側電極８が接続されている。一方、基板１の裏面側には、ｎ側電極９が接続されている。
【００４０】
この受光素子は、いわゆる「ｐｉｎ型」の構造を有する。すなわち、ｐ側電極８とｎ側電極９を介してｐｎ接合に対して逆方向のバイアス電圧を印加すると、ｐｎ接合から光吸収層３に向けて空乏化領域が拡がる。この状態で光吸収層において光の吸収により電子・正孔対が生ずると、これらは、それぞれ空乏化領域の電界により反対方向に走行し、電流として検出される。
【００４１】
さて、本実施形態の受光素子においては、受光素子の一方の側面には、反射防止膜（ＡＲ膜）７が設けられ、光Ｌは、この側面から図１に矢印で表したように入射される。一方、この光入射面と対向した素子の側面は斜面状とされ、反射面１５が形成されている。反射面１５は、例えば光Ｌに対する反射率の高い金属などの膜を被覆したり、または、屈折率が異なる複数の誘電体膜を積層させた、いわゆる「ブラッグ反射鏡」構造を用いることことにより形成できる。
【００４２】
光Ｌは、この反射面１５により反射され、受光部すなわち、ｐ型領域５の下の光吸収層３の部分に導かれ、電流として検出される。すなわち、本実施形態によれば、受光素子の基板面に対して、略平行に入射する光を反射面１５により反射させてプレーナ状の受光部において検出することができる。
【００４３】
その結果として、図１６あるいは図１７に関して前述したような反射ミラー２１３やチップキャリア２１０などの部品が不要となり、光通信用の受信モジュールなどの各種の光半導体装置の部品点数を削減し、結合効率も高くすることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態においては、反射面１５により反射されて受光部に導かれた光Ｌのうちで、光吸収層３により吸収されずに透過した光は、窓層４を透過してｐ側電極８により反射され、再び光吸収層３に戻される。すなわち、受光素子の量子効率を上げて、高い感度を得ることができる。
【００４５】
また、このように吸収層３を一度透過した光もｐ側電極８により反射させて検出可能とすれば、光吸収層３の厚みを薄くしても、高い量子効率を維持できる。光吸収層３を薄くすることにより、光励起キャリアの走行時間を短縮して応答時間を短くできる。つまり、本実施形態によれば、量子効率を高く維持しつつ、高速応答が可能な受光素子を得ることもできる。
【００４６】
なお、本発明の受光素子においては、反射防止膜７を介して受光素子の中に入射される光Ｌは、基板１の内部を進行させてもよいが、バッファ層２など、基板以外の層の吸収率が低い場合には、これらの層も含めて光の伝搬路とすることもできる。またさらに、基板１以外の層の中を進行させてもよい。
【００４７】
図２は、導波層１０を設けた半導体受光素子を表す模式断面図である。すなわち、この受光素子の場合、基板１の上に導波層１０を設け、入射光Ｌを、この導波層１０に結合させて、その層内を反射面１５まで伝搬させる。この際に、基板１と導波層１０との間の屈折率を調節して、入射光Ｌが導波層１０の層内に閉じこめられるようにすれば、損失を低減できる。
【００４８】
以下、図１に例示した受光素子の構造及び製造方法について、その具体例を挙げつつさらに詳細に説明する。
【００４９】
まず、基板１としては、例えば、ｎ型のＩｎＰ（キャリア濃度１〜７×１０１８／ｃｍ３）を用いることができる。そして、この上に気相成長法などの方法により、ｎ型ＩｎＰからなるバッフア層２（キャリア濃度１〜５×１０１８／ｃｍ３、膜厚２〜３μｍ）、アンドープＩｎＧａＡｓからなるｎ型の光吸収層３（キャリア濃度８×１０１４〜２×１０１５／ｃｍ３、膜厚１μｍ）、ｎ型ＩｎＰからなる窓層４（キャリア濃度１×１０１５〜５×１０１５ ／ｃｍ３、膜厚１μｍ）を形成する。
【００５０】
さらに窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの保護膜６を形成し、これをフォトリソグラフィ（以下ＰＥＰ略）技術によりパターニングして、これをマスクとして亜鉛（Ｚｎ）などを拡散することによりｐ型領域５を形成する。そして、その上にｐ側電極８を形成した後、機械的、化学的研磨により基板１の裏面を研磨して、素子の厚みを１２０〜２００μｍ程度に調整したのち、最終研磨面を鏡面状態にする。
【００５１】
この後、ＰＥＰにより、反射面１５を形成する部を除いてｎ側電極９を形成し、シンタ工程によりオーミック化する。その後、ウエーハの表側をワックス等で保護し、臭化水素（ＨＢｒ）と硝酸（ＨＮＯ３）の混合系のエッチャントによりエッチングして、反射面１５となる斜面を形成する。ＩｎＰ基板１の裏面側からエッチングする場合、反射面１５となる斜面は、軸方位＜１−１０＞の順メサ面である。
【００５２】
このように、エッチングによって斜面を形成した後、この斜面に金（Ａｕ）等の金属膜あるいは誘電体多層膜からなる反射膜を被覆することにより反射面１５を形成できる。この後、素子分離する。
【００５３】
なお、反射面１５となる斜面を形成するエッチング方法としては、ウェットエッチング以外にも、厚膜レジスト（２０〜１００μｍ）を用いたイオンミリングなどのドライエッチングプロセスを用いることもできる。
【００５４】
また、上述の具体例では、反射面１５の斜面を形成するために、基板１の裏面側からエッチングを行うが、基板１の表面側からエッチングしてもよい。すなわち、反射面１５を形成する部分以外のウエーハ表面を厚膜レジストなどで保護して、ウエットエッチングにより＜１１０＞軸方向の逆メサを形成する。この場合には、逆メサの側面を反射面１５とすることができ、エッチングの進行状態に応じて、図３に表したような断面形状が得られることもある。
【００５５】
以上、図１に表した本発明の実施形態の受光素子について具体例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基板１の上に設ける積層構造については、ヘテロ接合のバンドギャップ不連続を緩和するための中間層を設けたり、また、アバランシェ増倍を生じさせるための増倍層を設けて、ＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）としてもよい。
【００５６】
また、ｐ型領域５の平面形状についても、図１（ａ）に表したような略円形以外にも、各種の形状を与えることができる。
【００５７】
また、図１（ａ）に例示したｐ側電極８には、ワイアなどを接続するためのボンディング・パッド部８Ｂが設けられているが、このようなパッド部を設けずに、ｐ型領域５の上にワイアなどを接続してもよい
またさらに、反射面１５とｐ型領域５（あるいは受光部）との配置関係やサイズの関係についても、各種の変形が可能である。
【００５８】
図４は、本発明の変形例の半導体受光素子を表す模式断面図である。なお、以下に参照する同図については、図１及び図３に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
本変形例においては、反射面１５は、基板１の主面に対して略４５度の傾斜を有し、ｐ型領域５の下方に設けられている。このような配置関係の場合には、光Ｌは、受光素子に入射して基板１の主面に対して平行な方向に進行し、反射面１５によりほぼ垂直上方に反射されて受光部に導かれる。
【００６０】
図５は、反射面１５がやや切り立った斜面とされた変形例を表す模式断面図である。すなわち、本変形例においては、ｐ型領域５は、反射面１５からやや離れた場所に設けられている。このような場合には、基板１の主面に対して略平行な方向に進行してくる光Ｌを受光部に導くために、反射面１５は、やや切り立った斜面とされる。
【００６１】
一方、図６は、反射面１５が大きく傾斜した変形例を表す模式断面図である。
【００６２】
すなわち、本変形例においては、ｐ型領域５は、反射面１５の上端に接近して設けられている。このような場合には、基板１の面内方向に進行してくる光Ｌを受光部に導くために、反射面１５は、大きく傾斜した斜面とされる。
【００６３】
一方、本発明においては、反射面１５を曲面とすることもできる。
【００６４】
図７は、反射面１５を集光曲面とした変形例を表す模式断面図である。すなわち、反射面１５は、基板１の面内方向に対して進行してくる光Ｌをｐ型領域５に集光するように、曲面状に形成されている。このようにすれば、厚みのある基板１の中を拡がって進行してくる光Ｌを小さな受光部に集光させて検出することができる。つまり、受光部に対する集光効率を上げて、さらに量子効率を改善できる。またさらに、ｐ型領域５を小さくすることができるので、ｐｎ接合の寄生容量を下げることができる。その結果として、高速動作が可能となる。
【００６５】
なお、図７においては、断面図のみを表したが、平面図（図１（ａ）に対応する）においても集光曲面を形成すれば、集光効率はさらに向上する。
【００６６】
また、本発明においては、基板１を絶縁性の材料により形成してもよい。
【００６７】
図８は、基板１を半絶縁体により形成した変形例を表す模式断面図である。すなわち、基板１は、例えば、鉄（Ｆｅ）をドープした半絶縁ＩｎＰなどの材料により形成できる。この場合には、ｎ側電極９は、素子の表面側に設ける。
【００６８】
また、本発明においては、複数の受光部を集積させることもできる。
【００６９】
図９は、２つの受光部をアレイ状に集積化させた変形例を表す模式断面図である。すなわち、２つの受光部を光軸に対して平行な方向に並べ、反射面１５によって、それぞれの受光部に光Ｌが導かれる。この場合、２つの入射光Ａ及びＢの光軸を基板１の厚み方向に並べて入射させ、それぞれ別々の受光部により検出させることができ、いわゆる「光パラレルリンク」用の受光素子アレイを得ることができる。
【００７０】
またさらに、このような集積型の受光素子において、図１０に例示した如く、反射面１５を、それぞれの入射光に対応させた集光曲面としてもよい。すなわち、入射光Ａと入射光Ｂとにそれぞれ対応した２つの集光曲面が形成されている。このようにすれば、検出効率を上げることができると同時に、入射光Ａ及びＢのセパレーションも改善し、いわゆる「クロストーク」を低減できる。
【００７１】
さらにまた、図７に関して前述したように、ｐ型領域５のサイズを小さくできるので、ｐｎ接合の寄生容量を減らして、素子の遮断周波数を上げることもできる。すなわち、高い検出効率で高速動作が可能なパラレルリンク用の集積型受光素子を実現できる。
【００７２】
一方、本発明においては、複数の受光部を入射光の光軸に対して垂直な方向に並べることもできる。
【００７３】
図１１は、２つの受光部を入射光の光軸に対して垂直な方向に並べた集積型の半導体受光素子を表す模式断面図である。この場合には、２つの入射光Ａ及びＢの光軸は基板面に対して平行な方向に並べて、それぞれ反射面１５により反射させ、別々の受光部に導くことができる。
【００７４】
本具体例の場合には、複数の入射光の光軸を基板１の面内方向に並べるので、その光軸の間隔も自由に設定でき、クロストークを解消するために光軸の間隔を広くすることも容易である。また、本具体例の場合も、図７及び図１０に表したように、入射光のそれぞれに対応して反射面１５に集光曲面を形成すれば、検出効率をさらに高くし、クロストークも低減し、受光部を小さくすることにより高速化も可能となる。
【００７５】
なお、図９乃至図１１においては、２つの受光部を集積した受光素子を表したが、本発明はこれには限定されず、３つ以上の受光部を入射光の光軸に対して平行な方向または垂直な方向に並べてもよい。またさらに、複数の受光部を、入射光の光軸に対して平行及び垂直な方向にマトリクス状に集積してもよい。
【００７６】
図１２は、複数の受光部をマトリクス状に集積した半導体受光素子の模式図である。すなわち、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は断面図である。
【００７７】
本具体例の場合、４つの受光部が、入射光Ａ乃至Ｄのそれぞれに対応してマトリクス状に集積されている。このように、入射光の光軸に対して平行及び垂直な方向に受光部を並べると、多数の受光部をコンパクトに集積することが容易となる。その結果として、多チャンネルのパラレルリンク用の半導体受光素子を極めてコンパクトに実現できる。
【００７８】
また、本具体例の場合も、図示したように、入射光のそれぞれに対応して反射面１５に集光曲面を形成すれば、検出効率をさらに高くし、クロストークも低減し、受光部を小さくすることにより高速化も可能となる。
【００７９】
なお、図１２においては、４つの受光部をマトリクス状に集積した具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、より多数の受光部を入射光の光軸に対して平行及び垂直な方向に並べてもよい。
【００８０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００８１】
すなわち、本発明の半導体受光素子の各部の構造、形状、材料、配置関係などについては、公知の半導体受光素子あるいはその他の素子を元に当業者が適宜適用したものも包含する。例えば、本発明においては、受光部として、図示したような「プレーナ型」のｐｎ接合の他にも、例えば、「メサ型」のｐｎ接合を採用することもできる。また、受光素子を構成する基板や各層の材料についても、具体例として挙げたＩｎＰ系以外に、ＧａＡｓ系やＧａＮ系などの各種の化合物半導体や、Ｓｉ、Ｇｅなどを用いることもできる。また、基板としては、半導体以外にも、例えば、サファイアをはじめとする各種の絶縁体などを用いることもできる。
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、受光素子の基板面に対して略平行に入射する光を傾斜した反射面により反射させて受光部において検出することにより、反射ミラーやチップキャリアなどの部品が不要となり、光通信用の受信モジュールなどの各種の光半導体装置の部品点数を削減し、結合効率も高くすることが可能となる。
【００８２】
すなわち、本発明によれば、優れた性能を有する半導体受光素子を提供することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体受光素子の要部構造を表す模式図である。
【図２】導波層を設けた半導体受光素子を表す模式断面図である。
【図３】逆メサの側面を反射面１５とした場合の半導体受光素子の要部構造を例示する模式図である。
【図４】本発明の変形例の半導体受光素子を表す模式断面図である。
【図５】反射面１５がやや切り立った斜面とされた変形例を表す模式断面図である。
【図６】反射面１５が大きく傾斜した変形例を表す模式断面図である。
【図７】反射面１５を集光曲面とした変形例を表す模式断面図である。
【図８】基板１を半絶縁体により形成した変形例を表す模式断面図である。
【図９】２つの受光部をアレイ状に集積化させた変形例を表す模式断面図である。
【図１０】反射面１５を、それぞれの入射光に対応させた集光曲面とした具体例を表す模式断面図である。
【図１１】２つの受光部を入射光の光軸に対して垂直な方向に並べた集積型の半導体受光素子を表す模式断面図である。
【図１２】複数の受光部をマトリクス状に集積した半導体受光素子の模式図である。
【図１３】いわゆる「表面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【図１４】いわゆる「裏面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【図１５】いわゆる「導波路型」の半導体受光素子を表す模式図である。
【図１６】マイクロミラーを用いた光学系を表す模式図である。
【図１７】チップキャリアを用いた実装方式を表す模式図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ バッフア層
３ 光吸収層
４ 窓層
５ ｐ型領域
６ 保護膜
７ 反射防止膜
８ ｐ側電極
８Ｂ パッド部
９ ｎ側電極
１５ 反射面
１０１ 基板
１０２ バッファ層
１０３ 光吸収層
１０４ 窓層
２１０ チップキャリア
２１１ 受光素子
２１２ 受光素子
２１２ 実装基板
２１３ 反射ミラー
２１４ ワイヤ
Ａ〜Ｄ、Ｌ 入射光
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体受光素子に関し、特に、基板上に形成され、その基板の端面から入射される光を検出可能とした半導体受光素子に関する。
【従来の技術】
光通信や各種の計測の分野においては、簡易な光学配置で高い受光感度が得られるフォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）やアバランシェ・フォトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などの光半導体素子が必要とされる場合が多い。
【０００２】
これらの半導体受光素子の構造としては、光吸収層に入射した光により発生したキャリアをドリフト電界により電極部に集める構造が一般的である。
【０００３】
図１３は、いわゆる「表面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【０００４】
また、図１４は、いわゆる「裏面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【０００５】
またさらに、図１５は、いわゆる「導波路型」の半導体受光素子を表す模式図である。
【０００６】
これらの図面に表した受光素子は、ＩｎＰ系の受光素子であり、いずれも、ＩｎＰ基板１０１の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、低キャリア濃度のｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０３、ｎ型ＩｎＰ窓層１０４をこの順に積層した構造を有する。そして、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を選択的に導入することにより、ｐ型領域１０５が形成され、素子の表面は誘電体膜１０６や、反射防止（ＡＲ）膜１０７により適宜覆われている。さらに、ｐ側電極１０８とｎ側電極１０９が形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの受光素子においては、それぞれ図示したように、矢印Ｌの方向から光が入射され、光吸収層１０３において吸収され電気信号として検出される。しかし、現実の応用に際しては、検出すべき信号光は、受光素子の上下からではなく、左右方向から入射する場合が多い。
【０００８】
例えば、光通信用の受信モジュールの場合、光ファイバから集光レンズ系を介して信号光をパッケージ内に導入する。一方、パッケージ内部では、実装基板の基板面に対して横方向へと各部品を展開する構造を有する。このため、通常は、信号光は、実装基板の基板面に対して上下方向からではなく左右方向から入射する場合が多い。
【０００９】
従って、図１３に例示した表面入射型や図１４に例示した裏面入射型の受光素子を実装基板の上へ直接、実装する場合には、ミラーなどの光学部品が必要となる。
【００１０】
図１６は、マイクロミラーを用いた光学系を表す模式図である。すなわち、実装基板２１２の上には、表面入射型の受光素子２１１が実装されている。一方、信号光Ｌは、実装基板の基板面に対して横方向から入射する。この信号光は、マイクロミラー２１３により反射されて、受光素子２１２に入射する。マイクロミラー２１３は、例えば、シリコン（Ｓｉ）の反射面に金属を蒸着した構造を有する。
【００１１】
このように、表面入射型あるいは裏面入射型の受光素子を用いた場合、マイクロミラーなどの部品が必要とされ、部品点数が増加し、光軸調整も煩雑になるなどの問題がある。
【００１２】
実装基板にマウントするもうひとつの方法として、チップキャリアを用いる方法がある。
【００１３】
図１７は、チップキャリアを用いた実装方式を表す模式図である。すなわち、受光素子２１１をセラミックのチップキャリア２１０にマウントし、信号光Ｌの方向に向けて実装基板２１２の上に実装する。しかし、この方法の場合も、やはりチップキャリアが必要とされる。さらに、チップキャリアが有する寄生容量や、ワイヤ２１４が有する寄生インダクタンスなどの影響で、伝送における群遅延特性が劣化するという問題も生ずる。
【００１４】
一方、図１５に例示した導波路型の受光素子の場合は、光の入射面が素子の側面であるため、受光素子を実装基板の上に直接実装して、左右から入射してくる信号光を受光できる。しかし、導波路型の受光素子の場合は導波路（ほぼ光吸収層３の部分に相当する）の断面の面積が小さいため、光結合ロスが生じやすく、感度が十分にとれないという問題がある。結合効率としては、２群系のレンズを用いても５０％〜６０％が限界であった。
【００１５】
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り、その目的は、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の半導体受光素子は、上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に設けられた受光部と、第１の側面と、前記第１の側面と対向し前記上面に対して傾斜した反射面を有する第２の側面と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００１８】
また、本発明の第２の半導体受光素子は、上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に設けられた受光部と、第１の側面と、前記第１の側面と対向し前記上面に対して傾斜した反射面を有する第２の側面と、を備え、
前記第１の側面から入射し前記受光部と前記下面との間を前記上面に対して略平行な方向に進行する光を前記反射面において前記受光部に向けて反射させ検出可能としたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の第３の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた半導体層と、前記半導体層の上に設けられた受光部と、を備え、
前記基板及び前記半導体層の側面の少なくとも一部が前記主面に対して傾斜した反射面とされ、前記反射面と対向する側面から入射し前記基板または前記半導体層の少なくともいずれかの中を進行する光を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の第４の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた受光部と、を備え、
前記基板の側面の一部が前記主面に対して傾斜した反射面とされ、前記反射面と対向する側面から入射し前記主面に対して略平行な方向に進行する光を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２４】
また、本発明の第５の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた受光部と、前記基板の側面から入射し前記基板内を前記主面に対して略平行な方向に進行する光を前記受光部の方向に反射させる反射面と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００２６】
上記第１乃至第４の半導体受光素子において、前記受光部の上に設けられた電極をさらに備え、前記反射面により反射され前記受光部を透過した光の少なくとも一部が前記電極により反射されて前記受光部において検出可能とすれば、量子効率をさらに改善することができる。
【００２７】
また、前記入射する光の光軸に対して平行な方向に沿って前記受光部が複数設けられ、前記反射面の第１の部分において反射される光と、前記第１の部分とは異なる第２の部分において反射される光とが、それぞれ前記複数の受光部のうちの異なるものにより検出可能とすれば、いわゆるパラレル・リンク用の受光素子を実現できる。
【００２８】
また、前記入射する光の光軸に対して垂直な方向に沿って前記受光部が複数設けられ、前記反射面の第１の部分において反射される光と、前記第１の部分とは異なる第２の部分において反射される光とが、それぞれ前記複数の受光部のうちの異なるものにより検出可能としても、同様にパラレル・リンク用の受光素子を実現できる。
【００２９】
また、本発明の第５の半導体受光素子は、基板と、前記基板の主面上に設けられた第１の半導体層と、前記第１導電型の半導体層の上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層の上に設けられた第２の半導体層と、を備えた半導体受光素子であって、側面の一部が傾斜した反射面とされ、前記反射面に対向する側面から前記基板及び前記第２の半導体層の少なくともいずれかに入射し前記主面に対して略平行方向に進行する光を前記反射面により反射させ前記光吸収層において検出可能としたことを特徴とする。
【００３０】
上記構成によっても、素子の主面に対して平行な方向の入射光をそのまま導入でき、高速かつ高感度・高結合効率を実現できる半導体受光素子を提供することができる。
【００３１】
上記第５の半導体受光素子において、前記基板のエネルギーバンドギャップは、前記光吸収層のエネルギーバンドギャップよりも大なることよりも大なるものとすれば、基板を伝搬する光の損失を低減できる。
【００３２】
また、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層のエネルギーバンドギャップは、前記光吸収層のエネルギーバンドギャップよりも大なるものとすれば、これらの半導体層における光の吸収を低減できる。
【００３３】
また、前記第２の半導体層の上に設けられた電極をさらに備え、前記反射面により反射され前記光吸収層を透過した光の少なくとも一部が前記電極により反射されて前記光吸収層において検出可能とすれば、量子効率をさらに改善できる。
【００３４】
また、前記反射面は、集光曲面を有するものとすれば、感度をさらに高くすることができる。
【００３５】
また、前記反射面は、金属膜または誘電体多層膜を有するものとすれば、高い反射率を容易に得られる。
【００３６】
なお、本願明細書において「絶縁性」とは、電気的に明瞭な絶縁状態のみならず、いわゆる「半絶縁」の状態も含むものとする。例えば、ＩｎＰやＧａＡｓに鉄（Ｆｅ）などをドーピングして比抵抗を高い状態とした、いわゆる「半絶縁基板」も、「絶縁性」であるものとする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体受光素子の要部構造を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）はその中心付近の断面図である。
【００３９】
本実施形態の半導体受光素子は、側面から光Ｌを入射させ、その光を対向する反射面１５により反射させて受光部に導く構造を有する。図１の構造について説明すると、ｎ型半導体からなる基板１の上に、ｎ型バッファ層２、光吸収層３、ｎ型窓層４がこの順に積層された構造を有する。そして、窓層４の一部がｐ型化されたｐ型領域５が形成されている。なお、このｐ型領域５は、光吸収層３の一部も含むように形成してもよい。窓層４の表面は、誘電体などからなる保護膜６により覆われ、ｐ型領域５の上にはｐ側電極８が接続されている。一方、基板１の裏面側には、ｎ側電極９が接続されている。
【００４０】
この受光素子は、いわゆる「ｐｉｎ型」の構造を有する。すなわち、ｐ側電極８とｎ側電極９を介してｐｎ接合に対して逆方向のバイアス電圧を印加すると、ｐｎ接合から光吸収層３に向けて空乏化領域が拡がる。この状態で光吸収層において光の吸収により電子・正孔対が生ずると、これらは、それぞれ空乏化領域の電界により反対方向に走行し、電流として検出される。
【００４１】
さて、本実施形態の受光素子においては、受光素子の一方の側面には、反射防止膜（ＡＲ膜）７が設けられ、光Ｌは、この側面から図１に矢印で表したように入射される。一方、この光入射面と対向した素子の側面は斜面状とされ、反射面１５が形成されている。反射面１５は、例えば光Ｌに対する反射率の高い金属などの膜を被覆したり、または、屈折率が異なる複数の誘電体膜を積層させた、いわゆる「ブラッグ反射鏡」構造を用いることことにより形成できる。
【００４２】
光Ｌは、この反射面１５により反射され、受光部すなわち、ｐ型領域５の下の光吸収層３の部分に導かれ、電流として検出される。すなわち、本実施形態によれば、受光素子の基板面に対して、略平行に入射する光を反射面１５により反射させてプレーナ状の受光部において検出することができる。
【００４３】
その結果として、図１６あるいは図１７に関して前述したような反射ミラー２１３やチップキャリア２１０などの部品が不要となり、光通信用の受信モジュールなどの各種の光半導体装置の部品点数を削減し、結合効率も高くすることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態においては、反射面１５により反射されて受光部に導かれた光Ｌのうちで、光吸収層３により吸収されずに透過した光は、窓層４を透過してｐ側電極８により反射され、再び光吸収層３に戻される。すなわち、受光素子の量子効率を上げて、高い感度を得ることができる。
【００４５】
また、このように吸収層３を一度透過した光もｐ側電極８により反射させて検出可能とすれば、光吸収層３の厚みを薄くしても、高い量子効率を維持できる。光吸収層３を薄くすることにより、光励起キャリアの走行時間を短縮して応答時間を短くできる。つまり、本実施形態によれば、量子効率を高く維持しつつ、高速応答が可能な受光素子を得ることもできる。
【００４６】
なお、本発明の受光素子においては、反射防止膜７を介して受光素子の中に入射される光Ｌは、基板１の内部を進行させてもよいが、バッファ層２など、基板以外の層の吸収率が低い場合には、これらの層も含めて光の伝搬路とすることもできる。またさらに、基板１以外の層の中を進行させてもよい。
【００４７】
図２は、導波層１０を設けた半導体受光素子を表す模式断面図である。すなわち、この受光素子の場合、基板１の上に導波層１０を設け、入射光Ｌを、この導波層１０に結合させて、その層内を反射面１５まで伝搬させる。この際に、基板１と導波層１０との間の屈折率を調節して、入射光Ｌが導波層１０の層内に閉じこめられるようにすれば、損失を低減できる。
【００４８】
以下、図１に例示した受光素子の構造及び製造方法について、その具体例を挙げつつさらに詳細に説明する。
【００４９】
まず、基板１としては、例えば、ｎ型のＩｎＰ（キャリア濃度１〜７×１０１８／ｃｍ３）を用いることができる。そして、この上に気相成長法などの方法により、ｎ型ＩｎＰからなるバッフア層２（キャリア濃度１〜５×１０１８／ｃｍ３、膜厚２〜３μｍ）、アンドープＩｎＧａＡｓからなるｎ型の光吸収層３（キャリア濃度８×１０１４〜２×１０１５／ｃｍ３、膜厚１μｍ）、ｎ型ＩｎＰからなる窓層４（キャリア濃度１×１０１５〜５×１０１５ ／ｃｍ３、膜厚１μｍ）を形成する。
【００５０】
さらに窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの保護膜６を形成し、これをフォトリソグラフィ（以下ＰＥＰ略）技術によりパターニングして、これをマスクとして亜鉛（Ｚｎ）などを拡散することによりｐ型領域５を形成する。そして、その上にｐ側電極８を形成した後、機械的、化学的研磨により基板１の裏面を研磨して、素子の厚みを１２０〜２００μｍ程度に調整したのち、最終研磨面を鏡面状態にする。
【００５１】
この後、ＰＥＰにより、反射面１５を形成する部を除いてｎ側電極９を形成し、シンタ工程によりオーミック化する。その後、ウエーハの表側をワックス等で保護し、臭化水素（ＨＢｒ）と硝酸（ＨＮＯ３）の混合系のエッチャントによりエッチングして、反射面１５となる斜面を形成する。ＩｎＰ基板１の裏面側からエッチングする場合、反射面１５となる斜面は、軸方位＜１−１０＞の順メサ面である。
【００５２】
このように、エッチングによって斜面を形成した後、この斜面に金（Ａｕ）等の金属膜あるいは誘電体多層膜からなる反射膜を被覆することにより反射面１５を形成できる。この後、素子分離する。
【００５３】
なお、反射面１５となる斜面を形成するエッチング方法としては、ウェットエッチング以外にも、厚膜レジスト（２０〜１００μｍ）を用いたイオンミリングなどのドライエッチングプロセスを用いることもできる。
【００５４】
また、上述の具体例では、反射面１５の斜面を形成するために、基板１の裏面側からエッチングを行うが、基板１の表面側からエッチングしてもよい。すなわち、反射面１５を形成する部分以外のウエーハ表面を厚膜レジストなどで保護して、ウエットエッチングにより＜１１０＞軸方向の逆メサを形成する。この場合には、逆メサの側面を反射面１５とすることができ、エッチングの進行状態に応じて、図３に表したような断面形状が得られることもある。
【００５５】
以上、図１に表した本発明の実施形態の受光素子について具体例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基板１の上に設ける積層構造については、ヘテロ接合のバンドギャップ不連続を緩和するための中間層を設けたり、また、アバランシェ増倍を生じさせるための増倍層を設けて、ＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）としてもよい。
【００５６】
また、ｐ型領域５の平面形状についても、図１（ａ）に表したような略円形以外にも、各種の形状を与えることができる。
【００５７】
また、図１（ａ）に例示したｐ側電極８には、ワイアなどを接続するためのボンディング・パッド部８Ｂが設けられているが、このようなパッド部を設けずに、ｐ型領域５の上にワイアなどを接続してもよい
またさらに、反射面１５とｐ型領域５（あるいは受光部）との配置関係やサイズの関係についても、各種の変形が可能である。
【００５８】
図４は、本発明の変形例の半導体受光素子を表す模式断面図である。なお、以下に参照する同図については、図１及び図３に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
本変形例においては、反射面１５は、基板１の主面に対して略４５度の傾斜を有し、ｐ型領域５の下方に設けられている。このような配置関係の場合には、光Ｌは、受光素子に入射して基板１の主面に対して平行な方向に進行し、反射面１５によりほぼ垂直上方に反射されて受光部に導かれる。
【００６０】
図５は、反射面１５がやや切り立った斜面とされた変形例を表す模式断面図である。すなわち、本変形例においては、ｐ型領域５は、反射面１５からやや離れた場所に設けられている。このような場合には、基板１の主面に対して略平行な方向に進行してくる光Ｌを受光部に導くために、反射面１５は、やや切り立った斜面とされる。
【００６１】
一方、図６は、反射面１５が大きく傾斜した変形例を表す模式断面図である。
【００６２】
すなわち、本変形例においては、ｐ型領域５は、反射面１５の上端に接近して設けられている。このような場合には、基板１の面内方向に進行してくる光Ｌを受光部に導くために、反射面１５は、大きく傾斜した斜面とされる。
【００６３】
一方、本発明においては、反射面１５を曲面とすることもできる。
【００６４】
図７は、反射面１５を集光曲面とした変形例を表す模式断面図である。すなわち、反射面１５は、基板１の面内方向に対して進行してくる光Ｌをｐ型領域５に集光するように、曲面状に形成されている。このようにすれば、厚みのある基板１の中を拡がって進行してくる光Ｌを小さな受光部に集光させて検出することができる。つまり、受光部に対する集光効率を上げて、さらに量子効率を改善できる。またさらに、ｐ型領域５を小さくすることができるので、ｐｎ接合の寄生容量を下げることができる。その結果として、高速動作が可能となる。
【００６５】
なお、図７においては、断面図のみを表したが、平面図（図１（ａ）に対応する）においても集光曲面を形成すれば、集光効率はさらに向上する。
【００６６】
また、本発明においては、基板１を絶縁性の材料により形成してもよい。
【００６７】
図８は、基板１を半絶縁体により形成した変形例を表す模式断面図である。すなわち、基板１は、例えば、鉄（Ｆｅ）をドープした半絶縁ＩｎＰなどの材料により形成できる。この場合には、ｎ側電極９は、素子の表面側に設ける。
【００６８】
また、本発明においては、複数の受光部を集積させることもできる。
【００６９】
図９は、２つの受光部をアレイ状に集積化させた変形例を表す模式断面図である。すなわち、２つの受光部を光軸に対して平行な方向に並べ、反射面１５によって、それぞれの受光部に光Ｌが導かれる。この場合、２つの入射光Ａ及びＢの光軸を基板１の厚み方向に並べて入射させ、それぞれ別々の受光部により検出させることができ、いわゆる「光パラレルリンク」用の受光素子アレイを得ることができる。
【００７０】
またさらに、このような集積型の受光素子において、図１０に例示した如く、反射面１５を、それぞれの入射光に対応させた集光曲面としてもよい。すなわち、入射光Ａと入射光Ｂとにそれぞれ対応した２つの集光曲面が形成されている。このようにすれば、検出効率を上げることができると同時に、入射光Ａ及びＢのセパレーションも改善し、いわゆる「クロストーク」を低減できる。
【００７１】
さらにまた、図７に関して前述したように、ｐ型領域５のサイズを小さくできるので、ｐｎ接合の寄生容量を減らして、素子の遮断周波数を上げることもできる。すなわち、高い検出効率で高速動作が可能なパラレルリンク用の集積型受光素子を実現できる。
【００７２】
一方、本発明においては、複数の受光部を入射光の光軸に対して垂直な方向に並べることもできる。
【００７３】
図１１は、２つの受光部を入射光の光軸に対して垂直な方向に並べた集積型の半導体受光素子を表す模式断面図である。この場合には、２つの入射光Ａ及びＢの光軸は基板面に対して平行な方向に並べて、それぞれ反射面１５により反射させ、別々の受光部に導くことができる。
【００７４】
本具体例の場合には、複数の入射光の光軸を基板１の面内方向に並べるので、その光軸の間隔も自由に設定でき、クロストークを解消するために光軸の間隔を広くすることも容易である。また、本具体例の場合も、図７及び図１０に表したように、入射光のそれぞれに対応して反射面１５に集光曲面を形成すれば、検出効率をさらに高くし、クロストークも低減し、受光部を小さくすることにより高速化も可能となる。
【００７５】
なお、図９乃至図１１においては、２つの受光部を集積した受光素子を表したが、本発明はこれには限定されず、３つ以上の受光部を入射光の光軸に対して平行な方向または垂直な方向に並べてもよい。またさらに、複数の受光部を、入射光の光軸に対して平行及び垂直な方向にマトリクス状に集積してもよい。
【００７６】
図１２は、複数の受光部をマトリクス状に集積した半導体受光素子の模式図である。すなわち、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は断面図である。
【００７７】
本具体例の場合、４つの受光部が、入射光Ａ乃至Ｄのそれぞれに対応してマトリクス状に集積されている。このように、入射光の光軸に対して平行及び垂直な方向に受光部を並べると、多数の受光部をコンパクトに集積することが容易となる。その結果として、多チャンネルのパラレルリンク用の半導体受光素子を極めてコンパクトに実現できる。
【００７８】
また、本具体例の場合も、図示したように、入射光のそれぞれに対応して反射面１５に集光曲面を形成すれば、検出効率をさらに高くし、クロストークも低減し、受光部を小さくすることにより高速化も可能となる。
【００７９】
なお、図１２においては、４つの受光部をマトリクス状に集積した具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、より多数の受光部を入射光の光軸に対して平行及び垂直な方向に並べてもよい。
【００８０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００８１】
すなわち、本発明の半導体受光素子の各部の構造、形状、材料、配置関係などについては、公知の半導体受光素子あるいはその他の素子を元に当業者が適宜適用したものも包含する。例えば、本発明においては、受光部として、図示したような「プレーナ型」のｐｎ接合の他にも、例えば、「メサ型」のｐｎ接合を採用することもできる。また、受光素子を構成する基板や各層の材料についても、具体例として挙げたＩｎＰ系以外に、ＧａＡｓ系やＧａＮ系などの各種の化合物半導体や、Ｓｉ、Ｇｅなどを用いることもできる。また、基板としては、半導体以外にも、例えば、サファイアをはじめとする各種の絶縁体などを用いることもできる。
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、受光素子の基板面に対して略平行に入射する光を傾斜した反射面により反射させて受光部において検出することにより、反射ミラーやチップキャリアなどの部品が不要となり、光通信用の受信モジュールなどの各種の光半導体装置の部品点数を削減し、結合効率も高くすることが可能となる。
【００８２】
すなわち、本発明によれば、優れた性能を有する半導体受光素子を提供することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体受光素子の要部構造を表す模式図である。
【図２】導波層を設けた半導体受光素子を表す模式断面図である。
【図３】逆メサの側面を反射面１５とした場合の半導体受光素子の要部構造を例示する模式図である。
【図４】本発明の変形例の半導体受光素子を表す模式断面図である。
【図５】反射面１５がやや切り立った斜面とされた変形例を表す模式断面図である。
【図６】反射面１５が大きく傾斜した変形例を表す模式断面図である。
【図７】反射面１５を集光曲面とした変形例を表す模式断面図である。
【図８】基板１を半絶縁体により形成した変形例を表す模式断面図である。
【図９】２つの受光部をアレイ状に集積化させた変形例を表す模式断面図である。
【図１０】反射面１５を、それぞれの入射光に対応させた集光曲面とした具体例を表す模式断面図である。
【図１１】２つの受光部を入射光の光軸に対して垂直な方向に並べた集積型の半導体受光素子を表す模式断面図である。
【図１２】複数の受光部をマトリクス状に集積した半導体受光素子の模式図である。
【図１３】いわゆる「表面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【図１４】いわゆる「裏面入射型」の半導体受光素子を表す断面図である。
【図１５】いわゆる「導波路型」の半導体受光素子を表す模式図である。
【図１６】マイクロミラーを用いた光学系を表す模式図である。
【図１７】チップキャリアを用いた実装方式を表す模式図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ バッフア層
３ 光吸収層
４ 窓層
５ ｐ型領域
６ 保護膜
７ 反射防止膜
８ ｐ側電極
８Ｂ パッド部
９ ｎ側電極
１５ 反射面
１０１ 基板
１０２ バッファ層
１０３ 光吸収層
１０４ 窓層
２１０ チップキャリア
２１１ 受光素子
２１２ 受光素子
２１２ 実装基板
２１３ 反射ミラー
２１４ ワイヤ
Ａ〜Ｄ、Ｌ 入射光
Claims (14)
- 上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に設けられた受光部と、第１の側面と、前記第１の側面と対向し前記上面に対して傾斜した反射面を有する第２の側面と、を備えたことを特徴とする半導体受光素子。
- 上面と、下面と、前記上面と前記下面との間に設けられた受光部と、第１の側面と、前記第１の側面と対向し前記上面に対して傾斜した反射面を有する第２の側面と、を備え、
前記第１の側面から入射し前記受光部と前記下面との間を前記上面に対して略平行な方向に進行する光を前記反射面において前記受光部に向けて反射させ検出可能としたことを特徴とする半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板の主面上に設けられた半導体層と、
前記半導体層の上に設けられた受光部と、
を備え、
前記基板及び前記半導体層の側面の少なくとも一部が前記主面に対して傾斜した反射面とされ、
前記反射面と対向する側面から入射し前記基板または前記半導体層の少なくともいずれかの中を進行する光を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板の主面上に設けられた受光部と、
を備え、
前記基板の側面の一部が前記主面に対して傾斜した反射面とされ、
前記反射面と対向する側面から入射し前記主面に対して略平行な方向に進行する光を前記反射面により反射させ前記受光部に導いて検出可能としたことを特徴とする半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板の主面上に設けられた受光部と、
前記基板の側面から入射し前記基板内を前記主面に対して略平行な方向に進行する光を前記受光部の方向に反射させる反射面と、
を備えたことを特徴とする半導体受光素子。 - 前記受光部の上に設けられた電極をさらに備え、
前記反射面により反射され前記受光部を透過した光の少なくとも一部が前記電極により反射されて前記受光部において検出可能とされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体受光素子。 - 前記入射する光の光軸に対して平行な方向に沿って前記受光部が複数設けられ、
前記反射面の第１の部分において反射される光と、前記第１の部分とは異なる第２の部分において反射される光とが、それぞれ前記複数の受光部のうちの異なるものにより検出可能とされたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体受光素子。 - 前記入射する光の光軸に対して垂直な方向に沿って前記受光部が複数設けられ、
前記反射面の第１の部分において反射される光と、前記第１の部分とは異なる第２の部分において反射される光とが、それぞれ前記複数の受光部のうちの異なるものにより検出可能とされたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体受光素子。 - 基板と、
前記基板の主面上に設けられた第１の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層の上に設けられた光吸収層と、
前記光吸収層の上に設けられた第２の半導体層と、
を備えた半導体受光素子であって、
側面の一部が傾斜した反射面とされ、
前記反射面に対向する側面から前記基板及び前記第２の半導体層の少なくともいずれかに入射し前記主面に対して略平行方向に進行する光を前記反射面により反射させ前記光吸収層において検出可能としたことを特徴とする半導体受光素子。 - 前記基板のエネルギーバンドギャップは、前記光吸収層のエネルギーバンドギャップよりも大なることよりも大なることを特徴とする請求項９記載の半導体受光素子。
- 前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層のエネルギーバンドギャップは、前記光吸収層のエネルギーバンドギャップよりも大なることを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体受光素子。
- 前記第２の半導体層の上に設けられた電極をさらに備え、
前記反射面により反射され前記光吸収層を透過した光の少なくとも一部が前記電極により反射されて前記光吸収層において検出可能とされたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つに記載の半導体受光素子。 - 前記反射面は、集光曲面を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体受光素子。
- 前記反射面は、金属膜または誘電体多層膜を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002325046A JP2004158763A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002325046A JP2004158763A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004158763A true JP2004158763A (ja) | 2004-06-03 |
Family
ID=32804400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002325046A Pending JP2004158763A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004158763A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013131637A (ja) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Japan Oclaro Inc | 光モジュール |
| CN107516684A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-26 | 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 | 光电二极管芯片及其制作方法 |
| JP6685482B1 (ja) * | 2019-08-06 | 2020-04-22 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| WO2022074780A1 (ja) * | 2020-10-08 | 2022-04-14 | 日本電信電話株式会社 | 半導体受光素子 |
-
2002
- 2002-11-08 JP JP2002325046A patent/JP2004158763A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013131637A (ja) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Japan Oclaro Inc | 光モジュール |
| CN107516684A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-12-26 | 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 | 光电二极管芯片及其制作方法 |
| JP6685482B1 (ja) * | 2019-08-06 | 2020-04-22 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| WO2022074780A1 (ja) * | 2020-10-08 | 2022-04-14 | 日本電信電話株式会社 | 半導体受光素子 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9276162B2 (en) | Semiconductor photodetector and method for manufacturing the same | |
| TWI228320B (en) | An avalanche photo-detector(APD) with high saturation power, high gain-bandwidth product | |
| JP5410001B2 (ja) | シリコンベースショットキ障壁赤外線光検出器 | |
| JP5250165B2 (ja) | 端面視光検出器 | |
| JPWO2007105593A1 (ja) | フォトダイオード、およびその製造方法、ならびに光通信デバイスおよび光インタコネクションモジュール | |
| KR20070004900A (ko) | 포토 다이오드와 그 제조 방법 | |
| JP2002289904A (ja) | 半導体受光素子とその製造方法 | |
| US20020050622A1 (en) | Semiconductor photodetector | |
| KR102093168B1 (ko) | 이중 광경로를 가진 광 검출기 | |
| JP2011124450A (ja) | 半導体受光素子 | |
| US9406832B2 (en) | Waveguide-coupled MSM-type photodiode | |
| JP5228922B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP3589878B2 (ja) | 裏面入射型受光装置およびその作製方法 | |
| JP2004304187A (ja) | 受光素子及びその製造方法 | |
| JPH04246868A (ja) | Ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードおよびその効率を改善する方法 | |
| JP2004158763A (ja) | 半導体受光素子 | |
| JP3589390B2 (ja) | 光電気集積回路およびヘテロ接合ホトトランジスタ | |
| KR102307789B1 (ko) | 후면 입사형 애벌런치 포토다이오드 및 그 제조 방법 | |
| JP6774792B2 (ja) | 赤外線デバイス | |
| JPS63269580A (ja) | 光検出器 | |
| JPH04263475A (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| JPH0272679A (ja) | 光導波路付き半導体受光素子 | |
| JP2945438B2 (ja) | 光半導体装置及びそれを用いた受光器 | |
| WO2023284328A1 (zh) | 光电探测器及其制造方法 | |
| JPH05102513A (ja) | 半導体受光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040528 |