JP2006032787A - Photoelectric conversion element - Google Patents

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Atsushi Sakai
篤 坂井
Ikuo Kato
幾雄 加藤
Hiroyoshi Funato
広義 船戸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field type photoelectric conversion element which can efficiently perform photoelectric conversion of incident light. <P>SOLUTION: In a photoelectric conversion device wherein one surface of a photoelectric conversion layer 102 is made a light receiving surface, a reflective layer 103 which reflects incident light is arranged on the opposite side of the light receiving surface of the photoelectric conversion layer 102. As a result, incident light which is made to enter the light receiving surface and reaches the bottom of the photoelectric conversion layer 102 and whose energy is not absorbed by the photoelectric conversion layer 102 is reflected by the reflective layer 103, and optical path length of the incident light can be lengthened. Hence, photoelectric conversion efficiency can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光インターコネクションにおける受光素子として好適に使用される光電変換素子に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion element that is suitably used as a light receiving element in optical interconnection.

通信容量の増大とともに光インターコネクションによる高速伝送が期待されている。光インターコネクションの基本構成は、半導体レーザ(LD: Laser Diode)や発光ダイオード(Light Emitting Diode)といった発光素子と、光導波路や光ファイバといった光伝達部と、フォトダイオード(Photodiode)やアバランシェダイオード(APD: Avalanche Photo Diode)といった受光素子とからなる。   As communication capacity increases, high-speed transmission by optical interconnection is expected. The basic configuration of the optical interconnection consists of a light emitting element such as a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode, a light transmission unit such as an optical waveguide or an optical fiber, a photodiode or an avalanche diode (APD). : Avalanche Photo Diode).

光インターコネクションの伝送スピードがGbpsのオーダになってくると、発光源や受光源に単純なレーザやフォトダイオードを使うことは困難になってくる。発光源として期待されている面発光レーザ(VCSEL)は平面内に大量にレーザを構成することができ、また、微小共振器レーザであるために、10Gbpsを越える直接変調を可能としている。VCSELに対応する受光素子としては、シリコンで構成されるフォトダイオードでは応答速度が間に合わないため、ガリウム砒素などの直接遷移型の材料が用いられている。   When the transmission speed of optical interconnection is on the order of Gbps, it becomes difficult to use a simple laser or photodiode as a light source or a light receiving source. A surface emitting laser (VCSEL), which is expected as a light emitting source, can form a large amount of lasers in a plane, and since it is a microcavity laser, direct modulation exceeding 10 Gbps is possible. As the light receiving element corresponding to the VCSEL, a direct transition type material such as gallium arsenide is used because the response speed of a photodiode made of silicon is not sufficient.

しかし、ガリウム砒素等の直接遷移型材料を用いた受光素子は、材料自体のコストが高く、また、シリコンによる受光素子と比較して電子回路を構成するシリコンとの整合性も劣るといった問題がある。   However, a light receiving element using a direct transition type material such as gallium arsenide has a problem that the cost of the material itself is high, and the compatibility with silicon constituting an electronic circuit is inferior to that of a light receiving element made of silicon. .

そこで、シリコンを用いた受光素子の光利用効率を上げるため、特許文献1は、入射光を効率良く電気信号に変換する光電変換装置を開示している。図12は特許文献1に示されている実施例である。特許文献1では、端面受光型の光電変換素子と、その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で構成されており、この漏光防止部材により光が反射されるために、光利用効率を向上させてことができる。この構成は端面受光型の光電変換素子を用いているので、例えば光利用効率を上げるために、光導波路型の光電変換素子を用いても同様な効果が得られると考えられる。   Therefore, in order to increase the light utilization efficiency of the light receiving element using silicon, Patent Document 1 discloses a photoelectric conversion device that efficiently converts incident light into an electric signal. FIG. 12 shows an embodiment disclosed in Patent Document 1. In patent document 1, it is comprised with the photoelectric conversion element of an end surface light reception type | mold, and the light leakage prevention member which covers the end surface except the light reception surface of the photoelectric conversion element, Since light is reflected by this light leakage prevention member, Use efficiency can be improved. Since this configuration uses an end face light receiving type photoelectric conversion element, it is considered that the same effect can be obtained even if an optical waveguide type photoelectric conversion element is used, for example, in order to increase the light utilization efficiency.

このように、特許文献1では、光電変換素子の受光面を除く端面を、フォトニック結晶からなる漏光防止部材で覆うことにより、光電変換素子の面内方向の光閉じ込めを実現している。しかし、面垂直方向の光閉じ込め効果はないので、光利用効率には限界がある。また、発光源にVCSELを用いる場合、面垂直方向での光信号の送受信を行うので、素子の実装や伝送路との接続を容易にすべく、受光素子側でも、面方向での信号のやり取りが可能な面型光電変換素子が望まれる。   As described above, in Patent Literature 1, light confinement in the in-plane direction of the photoelectric conversion element is realized by covering the end face except the light receiving surface of the photoelectric conversion element with a light leakage preventing member made of a photonic crystal. However, since there is no light confinement effect in the direction perpendicular to the plane, the light utilization efficiency is limited. When a VCSEL is used as the light source, optical signals are transmitted and received in the direction perpendicular to the plane, so that signals can be exchanged in the plane direction on the light receiving element side to facilitate mounting of the elements and connection to the transmission path. A surface type photoelectric conversion element capable of satisfying the demand is desired.

ところで、高速伝送用の面型光電変換素子に関して、電子ドリフト時間を小さくするために光電変換層の吸収長幅を小さくすることが行われている。このため、実装時に高精度の位置合せが必要となり、位置合せの精度が低いと光電変換効率が小さくなってしまう。さらに入射光の斜め成分に対して、透過帯域が変化するので、強くビームが絞られた斜め成分を多く含む入射光源に対しては、光利用効率が低下してしまう。高速の光信号を検出するためには、電気回路としての時定数を抑える必要があり、そのためには受光面積を小さくする必要がある。将来的に40Gbpsを超える光信号を処理するときには、例えば受光面が円形の場合、受光面の直径は40μm以下になり、その受光面積に光を絞ることになれば、光ビームの角度成分はさらに増えると予想され、入射光の斜め成分に対する対応が必要となる。   By the way, regarding the planar photoelectric conversion element for high-speed transmission, in order to reduce the electron drift time, the absorption length width of the photoelectric conversion layer is reduced. For this reason, highly accurate alignment is required at the time of mounting, and if the alignment accuracy is low, the photoelectric conversion efficiency is reduced. Furthermore, since the transmission band changes with respect to the oblique component of the incident light, the light use efficiency is reduced for an incident light source that includes a large amount of the oblique component with a strongly focused beam. In order to detect a high-speed optical signal, it is necessary to suppress the time constant as an electric circuit. For this purpose, it is necessary to reduce the light receiving area. When processing an optical signal exceeding 40 Gbps in the future, for example, when the light receiving surface is circular, the diameter of the light receiving surface is 40 μm or less, and if the light is focused on the light receiving area, the angle component of the light beam is further increased. It is expected to increase, and it is necessary to deal with the oblique component of the incident light.

特開2003−35845号公報JP 2003-35845 A

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入射光を効率良く光電変換することができる面型光電変換素子を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the surface type photoelectric conversion element which can photoelectrically convert incident light efficiently.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかる光電変換素子は、光電変換層を有し、前記光電変換層の一方の面を受光面とする光電変換素子であって、前記光電変換層の受光面の反対側に、入射光を反射する第1の反射層を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a photoelectric conversion element according to claim 1 is a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer and having one surface of the photoelectric conversion layer as a light receiving surface. A first reflective layer that reflects incident light is provided on the opposite side of the light receiving surface of the photoelectric conversion layer.

また、請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の光電変換素子において、前記第1の反射層は、前記入射光の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。   The invention according to claim 2 is the photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first reflective layer is made of a photonic crystal having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light. Features.

また、請求項3にかかる発明は、請求項1または2に記載の光電変換素子において、前記フォトニック結晶は、前記第1の反射層の層厚方向に周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, wherein the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in a layer thickness direction of the first reflective layer. Features.

また、請求項4にかかる発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子において、前記フォトニック結晶は、前記第1の反射層の面内方向に周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the photoelectric conversion element according to any one of the first to third aspects, the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in an in-plane direction of the first reflective layer. It is characterized by having.

また、請求項5にかかる発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子において、前記フォトニック結晶は、誘電体柱を周期的に配置してなる周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in which dielectric columns are periodically arranged. It is characterized by having.

また、請求項6にかかる発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子において、前記フォトニック結晶は、誘電体微粒子球を周期的に配置してなる周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in which dielectric fine particle spheres are periodically arranged. It is characterized by having.

また、請求項7にかかる発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換素子において、さらに、前記光電変換層の受光面側に、入射光の少なくとも一部を透過するとともに、前記第1の反射層で反射された入射光を反射する第2の反射層を設けてなることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6, further transmitting at least part of incident light to the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer, and A second reflective layer that reflects incident light reflected by the first reflective layer is provided.

また、請求項8にかかる発明は、請求項7に記載の光電変換素子において、前記第2の反射層は、前記入射光の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。   The invention according to claim 8 is the photoelectric conversion element according to claim 7, wherein the second reflective layer is made of a photonic crystal having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light. Features.

また、請求項9にかかる発明は、請求項7または8に記載の光電変換素子において、前記第1の反射層と前記第2の反射層とが共振器を構成していることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the photoelectric conversion element according to claim 7 or 8, wherein the first reflection layer and the second reflection layer constitute a resonator. .

また、請求項10にかかる発明は、請求項1に記載の光電変換素子において、前記第1の反射層は、前記入射光の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層を、少なくとも2層以上、相互に間隙を設けて積層してなる積層構造を有しており、前記積層構造中に含まれる隣接するフォトニック結晶層同士がそれぞれ共振器を構成していることを特徴とする。   The invention according to claim 10 is the photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first reflective layer includes at least a photonic crystal layer having a photonic band gap with respect to a wavelength of the incident light. It has a laminated structure in which two or more layers are laminated with a gap between each other, and adjacent photonic crystal layers included in the laminated structure each constitute a resonator. .

また、請求項11にかかる発明は、請求項10に記載の光電変換素子において、さらに、前記光電変換層の受光面側に、入射光の少なくとも一部を透過するとともに、前記第1の反射層で反射された入射光を反射する第2の反射層を有し、当該第2の反射層は、前記入射光の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層を、少なくとも2層以上、相互に間隙を設けて積層してなる積層構造を有しており、前記積層構造中に含まれる隣接するフォトニック結晶層同士がそれぞれ共振器を構成していることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the photoelectric conversion element according to the tenth aspect, at least part of incident light is transmitted to the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer, and the first reflective layer is provided. A second reflective layer that reflects the incident light reflected by the light source, and the second reflective layer includes at least two or more photonic crystal layers having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light. The laminated structure has a laminated structure in which gaps are provided between each other, and adjacent photonic crystal layers included in the laminated structure each constitute a resonator.

また、請求項12にかかる発明は、請求項1〜11のいずれかに記載の光電変換素子において、前記光電変換層の端面周囲に隣接して、前記入射光の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を有し、当該フォトニック結晶は、前記光電変換層の面内方向に向かって周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする。   The invention according to claim 12 is the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 11, wherein the photonic band gap is adjacent to the periphery of the end face of the photoelectric conversion layer with respect to the wavelength of the incident light. The photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer.

また、請求項13にかかる発明は、請求項1〜12のいずれかに記載の光電変換素子において、前記第1の反射層は、反射光の反射方向を変化させることを特徴とする。   The invention according to claim 13 is the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 12, wherein the first reflection layer changes a reflection direction of reflected light.

また、請求項14にかかる発明は、請求項1〜13のいずれかに記載の光電変換素子において、前記光電変換層の受光面側に、光の進行方向を変化させる偏向層を有することを特徴とする。   The invention according to claim 14 is the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 13, further comprising a deflection layer that changes a traveling direction of light on a light receiving surface side of the photoelectric conversion layer. And

請求項1にかかる発明によれば、光電変換層の一方の面を受光面とする光電変換素子において、受光面の反対側に、入射光を反射する第1の反射層を設けているため、光電変換層に入射した入射光のうち、光電変換層でエネルギー吸収されずに光電変換層の底部に到達した入射光を、第1の反射層で反射し、入射光の光路長を長くすることができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the first aspect of the invention, in the photoelectric conversion element having one surface of the photoelectric conversion layer as the light receiving surface, the first reflective layer that reflects incident light is provided on the opposite side of the light receiving surface. Of the incident light that has entered the photoelectric conversion layer, incident light that has reached the bottom of the photoelectric conversion layer without being absorbed by the photoelectric conversion layer is reflected by the first reflective layer to increase the optical path length of the incident light. Thus, the photoelectric conversion efficiency can be increased.

また、請求項2にかかる発明によれば、第1の反射層を前記入射光の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って形成するため、光電変換層でエネルギー吸収されずに光電変換層の底部に到達した入射光を、効率良く反射することができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 2, since the first reflective layer is formed of a photonic crystal having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light, the photoelectric conversion layer does not absorb energy and photoelectrically Incident light that has reached the bottom of the conversion layer can be efficiently reflected, thereby increasing the photoelectric conversion efficiency.

また、請求項3にかかる発明によれば、層厚方向に周期的屈折率分布構造を有するフォトニック結晶を用いるため、垂直方向から入射する光を効率良く反射することができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 3, since the photonic crystal having the periodic refractive index distribution structure in the layer thickness direction is used, the light incident from the vertical direction can be efficiently reflected, and thus the photoelectric conversion efficiency. There is an effect that can be increased.

また、請求項4にかかる発明によれば、面内方向に周期的屈折率分布構造を有するフォトニック結晶を用いるため、垂直方向以外から入射する光も効率良く反射することができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   Further, according to the invention according to claim 4, since the photonic crystal having the periodic refractive index distribution structure in the in-plane direction is used, light incident from other than the vertical direction can be efficiently reflected, so that the photoelectric conversion is performed. There is an effect that the efficiency can be increased.

また、請求項5にかかる発明によれば、誘電体柱を周期的に配置してなる周期的屈折率分布構造によって、反射効率の高い反射層を簡単に構成することができるため、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   Further, according to the invention of claim 5, since the reflective layer having a high reflection efficiency can be easily configured by the periodic refractive index distribution structure in which the dielectric pillars are periodically arranged, the photoelectric conversion is thus achieved. There is an effect that the efficiency can be increased.

また、請求項6にかかる発明によれば、誘電体微粒子球を周期的に配置してなる周期的屈折率分布構造によって、反射効率の高い反射層を簡単に構成することができるため、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   Further, according to the invention of claim 6, since the reflective layer having a high reflection efficiency can be easily configured by the periodic refractive index distribution structure formed by periodically arranging the dielectric fine particle spheres, There is an effect that the conversion efficiency can be increased.

また、請求項7にかかる発明によれば、光電変換層の受光面側に、第2の反射層を設けることにより、第1の反射層で反射された反射光のうち、光電変換層でエネルギー吸収されずに光電変換層の受光面に到達した入射光を、第2の反射層で反射し、入射光の光路長をさらに長くすることができるため、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 7, by providing the second reflective layer on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer, the energy in the photoelectric conversion layer out of the reflected light reflected by the first reflective layer. Incident light that reaches the light-receiving surface of the photoelectric conversion layer without being absorbed can be reflected by the second reflective layer to further increase the optical path length of the incident light, thereby increasing the photoelectric conversion efficiency. There is an effect.

また、請求項8にかかる発明によれば、第2の反射層を前記入射光の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って形成するため、光電変換層でエネルギー吸収されずに光電変換層の受光面に到達した反射光を、効率良く反射することができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 8, since the second reflective layer is formed of a photonic crystal having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light, the photoelectric conversion layer does not absorb energy and photoelectrically The reflected light that has reached the light receiving surface of the conversion layer can be reflected efficiently, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

また、請求項9にかかる発明によれば、第1の反射層と前記第2の反射層によって共振器を構成することにより、入射光を光電変換層内部に長く閉じ込めることが可能となり、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the ninth aspect of the present invention, since the resonator is constituted by the first reflective layer and the second reflective layer, incident light can be confined in the photoelectric conversion layer for a long time, and thus the photoelectric There is an effect that the conversion efficiency can be increased.

また、請求項10にかかる発明によれば、第1の反射層を、前記入射光の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層を、少なくとも2層以上、相互に間隙を設けて積層してなる積層構造とし、多重共振器を形成することによって、共振帯域を広げることができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 10, the first reflective layer has at least two photonic crystal layers having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light, and a gap is provided between them. By forming a multilayer structure by laminating and forming a multi-resonator, the resonance band can be widened, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

また、請求項11にかかる発明によれば、さらに、多重共振器構造を有する第2の反射層を受光面側に設けることにより、共振帯域を広げることができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the eleventh aspect of the present invention, by further providing the second reflective layer having the multiple resonator structure on the light receiving surface side, the resonance band can be widened, thereby improving the photoelectric conversion efficiency. There is an effect that can be done.

また、請求項12にかかる発明によれば、光電変換層の端面周囲に隣接して、前記光電変換層の面内方向に周期的屈折率分布構造を有するフォトニック結晶を配設することにより、光電変換層の面内で広がって光電変換層の端面に到達した光を、光電変換層の端面周囲に隣接するフォトニック結晶によって反射して光電変換層内に戻すことができ、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 12, by disposing a photonic crystal having a periodic refractive index distribution structure in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer adjacent to the periphery of the end face of the photoelectric conversion layer, Light that spreads in the plane of the photoelectric conversion layer and reaches the end face of the photoelectric conversion layer can be reflected by the photonic crystal adjacent to the periphery of the end face of the photoelectric conversion layer and returned to the photoelectric conversion layer, thereby providing photoelectric conversion efficiency. There is an effect that can be increased.

また、請求項13にかかる発明によれば、第1の反射層が、反射光の反射方向を変化させるため、垂直に入射した光は、光電変換層内で閉じ込められて、反射を繰り返し、実効的な光路長が長くなり、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 13, since the first reflection layer changes the reflection direction of the reflected light, the vertically incident light is confined in the photoelectric conversion layer, repeatedly reflected, and effective. As a result, the optical path length becomes longer, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

また、請求項14にかかる発明によれば、光電変換層の受光面側に、光の進行方向を変化させる偏向層を設けることにより、垂直に入射した光は、光電変換層内で閉じ込められて、反射を繰り返し、実効的な光路長が長くなり、もって光電変換効率を高めることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 14, by providing the deflecting layer for changing the traveling direction of light on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer, vertically incident light is confined in the photoelectric conversion layer. Thus, the reflection is repeated, the effective optical path length is increased, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光電変換素子の最良な実施の形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a photoelectric conversion element according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。第1の実施の形態にかかる光電変換素子は、基板101、光電変換層102、反射層103、正極側電極105、負極側電極106、スルーホール110、絶縁層111からなる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present invention. The photoelectric conversion element according to the first embodiment includes a substrate 101, a photoelectric conversion layer 102, a reflective layer 103, a positive electrode 105, a negative electrode 106, a through hole 110, and an insulating layer 111.

図1に示すように、基板101の上面には反射層103が積層されており、この反射層103の上面には光電変換層102が積層されており、光電変換層102の上方から入射光が入射する構成となっている。すなわち、反射層103は、光電変換層102の受光面の反対側に設けられた層構成となっている。かかる層構成により、光電変換層102に入射した入射光のうち、光電変換層102でエネルギー吸収されずに光電変換層102の底部に到達した入射光は、当該反射層103で反射され、光電変換層102内に戻される。   As shown in FIG. 1, a reflective layer 103 is laminated on the upper surface of the substrate 101, and a photoelectric conversion layer 102 is laminated on the upper surface of the reflective layer 103, and incident light is received from above the photoelectric conversion layer 102. The structure is incident. That is, the reflective layer 103 has a layer configuration provided on the opposite side of the light receiving surface of the photoelectric conversion layer 102. With such a layer structure, incident light that has entered the photoelectric conversion layer 102 and has reached the bottom of the photoelectric conversion layer 102 without being absorbed by the photoelectric conversion layer 102 is reflected by the reflective layer 103 and is subjected to photoelectric conversion. Returned in layer 102.

光電変換層102は、入射光を受けて電子ホール対を形成できる材料からなる。例えば、最も一般的な材料は半導体であり、シリコン、ガリウム砒素、インジウム燐もしくはそれらを母体とした化合物半導体を用いて光電変換層102を形成することができる。光電変換層102は、入射面側の面にp側高濃度ドープ層102aを有し、また、入射面と反対側にn側高濃度ドープ層102bを有している。p側高濃度ドープ層102aは、光電変換層102を構成する半導体材料にドナーを、n側高濃度ドープ層102bは、光電変換層102を構成する半導体材料にアクセプタを、それぞれイオン注入やイオン拡散によって高濃度ドープすることによって形成される。   The photoelectric conversion layer 102 is made of a material that can form an electron hole pair by receiving incident light. For example, the most common material is a semiconductor, and the photoelectric conversion layer 102 can be formed using silicon, gallium arsenide, indium phosphide, or a compound semiconductor based on them. The photoelectric conversion layer 102 has a p-side heavily doped layer 102a on the incident surface side and an n-side heavily doped layer 102b on the opposite side to the incident surface. The p-side heavily doped layer 102a is a donor for the semiconductor material constituting the photoelectric conversion layer 102, and the n-side heavily doped layer 102b is an acceptor for the semiconductor material constituting the photoelectric conversion layer 102. Formed by high concentration doping.

正極側電極105および負極側電極106は、それぞれ、p側高濃度ドープ層102aおよびn側高濃度ドープ層102bと導通しており、光電変換層102で発生した電流を取り出すことができる。取り出された電流は、電気信号として外部回路に送られる。図1において、正極側電極105は、絶縁層111を介して、p側高濃度ドープ層102a上に形成されている。また、負極側電極106は、光電変換層102に形成されたスルーホール110を通じてn側高濃度ドープ層102bと電気的に接触している。スルーホール110は、負極側の導通を取ることが目的であるので、n側高濃度ドープ層102bと電気的な接触ができる大きさであればよい。つまり、デバイス設計の自由度に応じて、スルーホール110の大きさを適宜設定することができる。   The positive electrode 105 and the negative electrode 106 are electrically connected to the p-side heavily doped layer 102a and the n-side heavily doped layer 102b, respectively, and can extract current generated in the photoelectric conversion layer 102. The extracted current is sent to an external circuit as an electrical signal. In FIG. 1, the positive electrode 105 is formed on the p-side heavily doped layer 102 a via the insulating layer 111. Further, the negative electrode 106 is in electrical contact with the n-side highly doped layer 102 b through a through hole 110 formed in the photoelectric conversion layer 102. Since the purpose of the through hole 110 is to provide conduction on the negative electrode side, the through hole 110 may have a size that allows electrical contact with the n-side heavily doped layer 102b. That is, the size of the through hole 110 can be appropriately set according to the degree of freedom in device design.

反射層103は、入射光の波長範囲(例えば20nm以上の波長範囲)で反射率が高く、かつ、光吸収率材料が低い材料であれば、特に限定はなく、誘電体材料でも金属でも良い。反射層103として、望ましい反射率は、入射光の波長範囲で、90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上である。例えば、入射光の波長が850nm帯であれば、銅、金、銀の金属膜が高い反射率と低い光吸収率を有するので、これらの金属膜を用いることで、光電変換層102を透過した光を再び光電変換層102にフィードバックすることができ、光利用効率を上げることが可能となる。   The reflective layer 103 is not particularly limited as long as it has a high reflectance in a wavelength range of incident light (for example, a wavelength range of 20 nm or more) and a low light absorptivity material, and may be a dielectric material or a metal. A desirable reflectance for the reflective layer 103 is 90% or more, preferably 95% or more, and more preferably 99% or more in the wavelength range of incident light. For example, if the wavelength of incident light is in the 850 nm band, copper, gold, and silver metal films have high reflectivity and low light absorptance, so that these metal films are used to transmit the photoelectric conversion layer 102. The light can be fed back to the photoelectric conversion layer 102 again, and the light use efficiency can be increased.

p側の受光面から入ってきた入射光は、光電変換層102にてそのエネルギーが吸収されて電子ホール対になる。電子ホール対は、逆バイアスを加えることによって生じた電界により、電子が正極側電極105に、ホールが負極側電極106に移動し、電流を発生させる。   Incident light that enters from the p-side light-receiving surface is absorbed by the photoelectric conversion layer 102 to form electron hole pairs. In the electron hole pair, due to an electric field generated by applying a reverse bias, electrons move to the positive electrode 105 and holes move to the negative electrode 106 to generate a current.

光電変換素子の光電変換量は、入射光が光電変換層102の内部を通過する長さ、つまり光路長に比例するため、光路長を長くすることにより、入射した光の光利用効率を向上することができる。通常、面受光型の光電変換素子では、光路長を長くするために、光電変換層102を厚く設計している。しかし、光電変換層102を厚くすると逆バイアス電圧を大きくする必要があるなどの電気的な制約が出てくるという問題があった。そのため、逆バイアスの電圧を低く抑えながら光路長を長くして光利用効率を向上させる方式として、光導波路型のデバイスが提案されているが、光導波路に光を入射するためにアライメント調整をする必要があり、極めて薄い光吸収層に光を入射するためのアライメント調整は非常に困難である。   The photoelectric conversion amount of the photoelectric conversion element is proportional to the length of incident light passing through the inside of the photoelectric conversion layer 102, that is, the optical path length. Therefore, by increasing the optical path length, the light use efficiency of incident light is improved. be able to. In general, in the surface-receiving photoelectric conversion element, the photoelectric conversion layer 102 is designed to be thick in order to increase the optical path length. However, when the photoelectric conversion layer 102 is thickened, there is a problem that an electrical restriction such as a need to increase the reverse bias voltage appears. Therefore, an optical waveguide type device has been proposed as a method for improving the light utilization efficiency by increasing the optical path length while keeping the reverse bias voltage low. However, alignment adjustment is performed to make light incident on the optical waveguide. Therefore, alignment adjustment for making light incident on an extremely thin light absorption layer is very difficult.

第1の実施の形態によれば、光電変換層102の入射面の反対側に、反射層103を設け、p側の受光面から光電変換層102に入ってきた光を反射層103で反射させることにより、光路長を長くすることができる。このため、光電変換層102を厚くしたり、光導波路型の光電変換素子のように高精度のアライメント調整したりすることなく、簡単な構成で、光利用効率を向上させることが可能となる。   According to the first embodiment, the reflective layer 103 is provided on the opposite side of the incident surface of the photoelectric conversion layer 102, and the light that enters the photoelectric conversion layer 102 from the p-side light receiving surface is reflected by the reflective layer 103. As a result, the optical path length can be increased. For this reason, it is possible to improve the light utilization efficiency with a simple configuration without increasing the thickness of the photoelectric conversion layer 102 or adjusting the alignment with high accuracy like an optical waveguide photoelectric conversion element.

(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第2の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

第2の実施の形態は、反射層201として、入射光の波長に対してフォトニックバンドギャップ(光伝搬禁止帯)を有するフォトニック結晶を用いることを特徴とする。フォトニック結晶は、屈折率の違う物質を光の波長程度の周期で組み合わせることによって、その内部に屈折率の周期的な分布を持たせた結晶であり、伝播できない光のエネルギー帯、すなわちフォトニックバンドギャップを有するものである。第2の実施の形態は、特定の波長の光を伝搬できないというフォトニック結晶の性質を利用して、これを反射層として利用するものである。   The second embodiment is characterized in that a photonic crystal having a photonic band gap (light propagation prohibition band) with respect to the wavelength of incident light is used as the reflective layer 201. A photonic crystal is a crystal that has a periodic distribution of refractive index inside by combining materials with different refractive indices with a period of the order of the wavelength of light. It has a band gap. The second embodiment uses the property of a photonic crystal that cannot propagate light of a specific wavelength, and uses this as a reflection layer.

第2の実施の形態では、として、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層とのペアーを多数積層することによって、層厚方向に入射光の波長程度の周期的屈折率分布構造(以下、周期構造と略す場合がある)を付与した多層膜からなる一次元フォトニック結晶を用いる。多層膜を構成する各膜の膜厚を入射光の1/4波長の光学厚さで設計することにより、分布ブラッグ反射鏡として高い反射率を得ることができる。第2の実施の形態においては、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層とのペアーを、少なくとも5ペア以上積層することが好ましく、積層数を多くすることで反射率を高めることができる。このような多層膜は、スパッタリング等の公知の手法を用いて作成することができる。   In the second embodiment, a periodic refractive index distribution structure (hereinafter, referred to as the wavelength of incident light) in the layer thickness direction is formed by laminating a large number of pairs of low refractive index medium layers and high refractive index medium layers. A one-dimensional photonic crystal made of a multilayer film to which a periodic structure may be abbreviated) is used. A high reflectance can be obtained as a distributed Bragg reflector by designing the film thickness of each film constituting the multilayer film with an optical thickness of ¼ wavelength of incident light. In the second embodiment, it is preferable to stack at least 5 pairs of a low refractive index medium layer and a high refractive index medium layer, and the reflectance can be increased by increasing the number of stacked layers. Such a multilayer film can be prepared using a known method such as sputtering.

フォトニック結晶においては、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層との屈折率差が大きい程、反射率を向上させることができるため、低屈折率媒質と高屈折率媒質の組合せを選択する際、両者の屈折率差が、好ましくは1%以上、より好ましくは3%以上となるような組合せを選択することが好ましい。多層膜の材質としては、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層との屈折率差を十分に確保できる材質であれば特に限定されず公知の材質を利用することができ、例えば、半導体多層膜、誘電体多層膜、あるいは、半導体層と誘電体層を組み合わせた複合多層膜などを例示することができる。   In photonic crystals, the greater the difference in refractive index between the low-refractive index medium layer and the high-refractive index medium layer, the more the reflectivity can be improved, so the combination of the low-refractive index medium and the high-refractive index medium is selected. In this case, it is preferable to select a combination in which the difference in refractive index between the two is preferably 1% or more, more preferably 3% or more. The material of the multilayer film is not particularly limited as long as the material can sufficiently ensure the difference in refractive index between the low refractive index medium layer and the high refractive index medium layer. For example, a known material can be used. Examples thereof include a film, a dielectric multilayer film, or a composite multilayer film in which a semiconductor layer and a dielectric layer are combined.

フォトニック結晶として使用できる半導体多層膜としては、例えば、ガリウム砒素/アルミニウムガリウム砒素、インジウム燐/ガリウムインジウム砒素燐等の材質を例示することができる。半導体多層膜によってフォトニック結晶を形成する場合、公知の結晶成長技術によって、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層を順次積層すればよい。結晶成長技術により成長できる材料は、材料原子の格子間隔が整合する材料で形成する必要がある。そのため、半導体多層膜では、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層との材料の性質が近くなってしまい、十分な屈折率差をとることが難しい場合がある。一般的には、半導体多層膜で反射層201を構成する場合、十分な反射率を実現するためには、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層とのペアーを数10ペアー積層することが好ましい。   Examples of the semiconductor multilayer film that can be used as the photonic crystal include materials such as gallium arsenide / aluminum gallium arsenide and indium phosphide / gallium indium arsenide phosphorus. When a photonic crystal is formed by a semiconductor multilayer film, a low refractive index medium layer and a high refractive index medium layer may be sequentially stacked by a known crystal growth technique. A material that can be grown by the crystal growth technique needs to be formed of a material in which the lattice spacing of material atoms is matched. For this reason, in the semiconductor multilayer film, the material properties of the low refractive index medium layer and the high refractive index medium layer are close to each other, and it may be difficult to obtain a sufficient refractive index difference. In general, when the reflective layer 201 is formed of a semiconductor multilayer film, several tens of pairs of a low refractive index medium layer and a high refractive index medium layer are stacked in order to achieve sufficient reflectance. preferable.

誘電体多層膜としては、例えば、材料と二酸化シリコン/酸化マグネシウム、二酸化シリコン/二酸化ジルコニアなどといった材質を例示することができる。誘電体多層膜の場合、低屈折率媒質層と高屈折率媒質層として、屈折率差は大きい組合せを選択することができるために、10ペアー程度の積層数で99%以上の反射率を得ることができる。   Examples of the dielectric multilayer film include materials and materials such as silicon dioxide / magnesium oxide and silicon dioxide / zirconia dioxide. In the case of a dielectric multilayer film, a combination having a large difference in refractive index can be selected as the low refractive index medium layer and the high refractive index medium layer, so that a reflectivity of 99% or more is obtained with the number of stacked layers of about 10 pairs. be able to.

以上説明したように、第2の実施の形態によれば、反射層201を、入射光の波長に対してフォトニックバンドギャップを有する一次元フォトニック結晶によって形成するため、光電変換層102でエネルギー吸収されずに光電変換層の底部に到達した入射光を、効率良く反射することができ、光電変換効率を高めることができる。   As described above, according to the second embodiment, since the reflective layer 201 is formed of a one-dimensional photonic crystal having a photonic band gap with respect to the wavelength of incident light, energy is generated in the photoelectric conversion layer 102. Incident light that reaches the bottom of the photoelectric conversion layer without being absorbed can be efficiently reflected, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

(第3の実施の形態)
図3は、本発明の第3の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第3の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to the third embodiment of the present invention. Note that, in the third embodiment, components that are the same as those in the first embodiment are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

第3の実施の形態は、反射層301として、層厚方向および面内方向に入射光の波長程度の周期構造を有する三次元フォトニック結晶を用いることを特徴とする。三次元フォトニック結晶は、低屈折率媒質および高屈折率媒質の個々の薄膜を、リソグラフィーとドライエッチングで加工し、それらを交互に張り合わせることによって、層厚方向および面内方向に周期構造を付与することで形成できる。   The third embodiment is characterized in that a three-dimensional photonic crystal having a periodic structure of about the wavelength of incident light in the layer thickness direction and in-plane direction is used as the reflective layer 301. A three-dimensional photonic crystal has a periodic structure in the layer thickness direction and in-plane direction by processing individual thin films of a low refractive index medium and a high refractive index medium by lithography and dry etching, and laminating them alternately. It can be formed by applying.

三次元フォトニック結晶からなる反射層301は、基板と光電変換層との間の全面に設ける必要はなく、受光面より若干大きい面積、例えば、受光面の1.5倍程度の面積があれば十分である。   The reflective layer 301 made of a three-dimensional photonic crystal does not need to be provided on the entire surface between the substrate and the photoelectric conversion layer, and has a slightly larger area than the light receiving surface, for example, about 1.5 times the area of the light receiving surface. It is enough.

以上説明したように、第3の実施の形態によれば、反射層301に三次元フォトニック結晶を用いることで、一次元フォトニック結晶では得られない広帯域での高い反射率を実現することができるとともに、入射角度による反射率低下を防止することが可能となる。   As described above, according to the third embodiment, by using a three-dimensional photonic crystal for the reflective layer 301, it is possible to realize a high reflectance in a wide band that cannot be obtained with a one-dimensional photonic crystal. In addition, it is possible to prevent a decrease in reflectance due to the incident angle.

(第4の実施の形態)
図4は、本発明の第4の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第4の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to the fourth embodiment of the present invention. Note that in the fourth embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

第4の実施の形態は、反射層401を構成する三次元フォトニック結晶を、誘電体柱401aを規則的に積み重ねることによって形成したことを特徴とする。   The fourth embodiment is characterized in that a three-dimensional photonic crystal constituting the reflective layer 401 is formed by regularly stacking dielectric columns 401a.

第4の実施の形態の三次元フォトニック結晶は、非対称面心立方構造により構成される。非対称面心立方構造は、あらゆる方向にフォトニックバンドギャップを与える完全三次元構造である。このように、波数空間の全方向に対してフォトニックバンドギャップが開く構造を有する三次元フォトニック結晶を用いて反射層を形成することにより、垂直入射ではない入射角度を持つ入射光源に対しても高い反射率を実現することができる。   The three-dimensional photonic crystal of the fourth embodiment has an asymmetric face centered cubic structure. The asymmetric face-centered cubic structure is a complete three-dimensional structure that gives a photonic band gap in all directions. In this way, by forming a reflective layer using a three-dimensional photonic crystal having a structure in which a photonic band gap opens in all directions of the wave number space, an incident light source having an incident angle other than normal incidence can be obtained. High reflectivity can be realized.

非対称面心立方構造を形成するために用いる誘電体柱401aの形状は、四角柱でも良いし、円柱でもよい。誘電体の誘電率は高いほうが好ましく、誘電体柱とそれを囲む媒質との誘電率差は大きければ、フォトニックバンドギャップが大きく開き、広帯域で高い反射率が得られる。例えば、空気中にシリコン柱でフォトニック結晶を形成すれば、屈折率差が大きくすることができ、50nm程度の広帯域で、高い反射率が得ることが可能となる。   The shape of the dielectric pillar 401a used for forming the asymmetric face-centered cubic structure may be a square pillar or a cylinder. It is preferable that the dielectric has a high dielectric constant. If the dielectric constant difference between the dielectric pillar and the medium surrounding it is large, the photonic band gap is widened, and a high reflectance is obtained in a wide band. For example, if a photonic crystal is formed with silicon pillars in the air, the difference in refractive index can be increased, and a high reflectance can be obtained in a wide band of about 50 nm.

この誘電体柱401aの材料は受光する光の波長で透明である材料が好ましい。例えば、波長1.3μmであれば、ガラス材料、半導体材料であるシリコンやガリウム砒素、インジウム燐などが上げられる。   The material of the dielectric pillar 401a is preferably a material that is transparent at the wavelength of light to be received. For example, when the wavelength is 1.3 μm, glass, semiconductor materials such as silicon, gallium arsenide, and indium phosphide can be raised.

非対称面心立方構造は、誘電体柱403aを交互に積み重ねることによって形成することができる。まず、基板101上に、一定のピッチで誘電体柱401aを並行に配列し、第1層を形成する。次いで、第1層の上に、90度回転して同様のピッチで誘電体柱401aを並行に配列させることによって、第2層を形成する。次に第2層の上に、第1層の配列と半ピッチずらして誘電体柱401aを並行に配列することによって、第3層を形成する。さらに第3層の上に、第2層の配列と半ピッチずらして誘電体柱401aを並行に配列することによって、第4層を形成する。これらの積層工程を繰り返すことにより非対称面心立方構造の三次元フォトニック結晶を形成することができる。   The asymmetric face-centered cubic structure can be formed by alternately stacking dielectric columns 403a. First, the dielectric pillars 401a are arranged in parallel at a constant pitch on the substrate 101 to form a first layer. Next, the second layer is formed on the first layer by rotating the dielectric columns 401a in parallel at the same pitch by rotating 90 degrees. Next, a third layer is formed on the second layer by arranging the dielectric pillars 401a in parallel with a half-pitch shift from the arrangement of the first layer. Further, the fourth layer is formed on the third layer by arranging the dielectric pillars 401a in parallel with the arrangement of the second layer shifted by a half pitch. By repeating these lamination steps, a three-dimensional photonic crystal having an asymmetric face-centered cubic structure can be formed.

例えば、半導体からなる誘電体柱401aを用いる場合、半導体融着技術によって非対称面心立方構造を形成可能である。半導体融着技術とは、同種もしくは異種の半導体に表面処理を施して表面に水酸基を導入し、水酸基の水素結合により半導体表面を貼り合せ、水素雰囲気中で高温加熱により、水分子を除去することで、基板面の分子結合を得るプロセスである。リソグラフィーとエッチングで基板101上にサブミクロンの半導体柱構造を形成し、それらを高精度に位置合せをして融着し、基板101を除去する操作を繰り返すことで形成できる。また、例えば、誘電体柱401aをシリコンとすれば、光電変換層102と三次元フォトニック結晶からなる反射層401とを同じ材料で構成することができるため、半導体融着を繰り返すことで反射層401および光電変換層102を製作可能である。   For example, when the dielectric pillar 401a made of a semiconductor is used, an asymmetric face-centered cubic structure can be formed by a semiconductor fusion technique. The semiconductor fusion technology is to perform surface treatment on the same or different semiconductors, introduce hydroxyl groups on the surface, bond the semiconductor surfaces by hydrogen bonding of hydroxyl groups, and remove water molecules by heating at high temperature in a hydrogen atmosphere. In this process, molecular bonds on the substrate surface are obtained. It can be formed by forming submicron semiconductor pillar structures on the substrate 101 by lithography and etching, aligning and fusing them with high accuracy, and repeating the operation of removing the substrate 101. Further, for example, if the dielectric pillar 401a is made of silicon, the photoelectric conversion layer 102 and the reflective layer 401 made of a three-dimensional photonic crystal can be made of the same material. 401 and the photoelectric conversion layer 102 can be manufactured.

また、非対称面心立方構造は、基板101上に紫外線硬化樹脂層を形成し、この紫外線硬化樹脂に短パルスのレーザを照射することで紫外線硬化樹脂の一部を硬化させ、柱形状を形成する方法で製作しても良い。この方法を用いるとレーザの集光位置を変化させるだけで、周期構造の製作が可能である。また、リソグラフィーとエッチングにより、基板101に受光半径よりも大きな溝を形成し、その溝に紫外線硬化樹脂を埋め込み、レーザ照射により、フォトニック結晶構造を形成してもよい。   In the asymmetric face-centered cubic structure, an ultraviolet curable resin layer is formed on the substrate 101, and a part of the ultraviolet curable resin is cured by irradiating the ultraviolet curable resin with a short pulse laser to form a column shape. You may produce by the method. By using this method, it is possible to manufacture a periodic structure by simply changing the laser focusing position. Alternatively, a groove larger than the light receiving radius may be formed in the substrate 101 by lithography and etching, an ultraviolet curable resin may be embedded in the groove, and a photonic crystal structure may be formed by laser irradiation.

三次元フォトニック結晶からなる反射層401を形成した後、反射層401の上に光電変換層102を接着し、電極を形成する。なお、電極を形成する時、および、受光面の近傍にスルーホール110を開孔する時に、反射層401と受光面との位置合せが必要となるが、光電変換層102は10ミクロン程度ときわめて薄いので、反射層401の上に光電変換層102を貼り合せる工程の前に、位置合せ用マークを反射層401にパターンニングして形成しておけば、位置合せが容易となる。   After forming the reflective layer 401 made of a three-dimensional photonic crystal, the photoelectric conversion layer 102 is bonded onto the reflective layer 401 to form an electrode. Note that when the electrode is formed and when the through hole 110 is opened in the vicinity of the light receiving surface, it is necessary to align the reflective layer 401 and the light receiving surface. However, the photoelectric conversion layer 102 is extremely about 10 microns. Since it is thin, alignment can be facilitated by patterning the alignment mark on the reflective layer 401 before the step of bonding the photoelectric conversion layer 102 on the reflective layer 401.

非対称面心立方構造を有する三次元フォトニック結晶からなる反射層401は、基板と光電変換層との間の全面に設ける必要はなく、受光面より若干大きい面積、例えば、受光面の1.5倍程度の面積があれば十分である。   The reflective layer 401 made of a three-dimensional photonic crystal having an asymmetric face-centered cubic structure does not need to be provided on the entire surface between the substrate and the photoelectric conversion layer, and has an area slightly larger than the light receiving surface, for example, 1.5 of the light receiving surface. A double area is sufficient.

第4の実施の形態によれば、反射層401に、あらゆる方向にフォトニックバンドギャップを与える完全三次元構造を有するフォトニック結晶を用いることで、広帯域での高い反射率を実現することができるとともに、入射角度による反射率低下を防止することが可能となる。   According to the fourth embodiment, a high reflectivity in a wide band can be realized by using a photonic crystal having a complete three-dimensional structure that provides a photonic band gap in any direction for the reflective layer 401. At the same time, it is possible to prevent a decrease in reflectance due to the incident angle.

(第5の実施の形態)
図5は、本発明の第5の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第5の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to a fifth embodiment of the present invention. Note that in the fifth embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

第5の実施の形態は、反射層501を構成する三次元フォトニック結晶を、サブミクロンサイズの誘電体球501aを規則的に積み重ねることによって形成したことを特徴とする。第5の実施の形態では、誘電体球501aを周期的に配列することによって、ダイヤモンド構造からなる三次元フォトニック結晶を形成している。   The fifth embodiment is characterized in that the three-dimensional photonic crystal constituting the reflective layer 501 is formed by regularly stacking submicron-sized dielectric spheres 501a. In the fifth embodiment, a three-dimensional photonic crystal having a diamond structure is formed by periodically arranging dielectric spheres 501a.

誘電体球501aの周期配列は、均一な粒径を有する微粒子球を積み重ねることで形成できる。誘電体球501aの直径としては、例えば、50nm〜500nm程度である。微粒子球の材料としては、ポリスチレン、二酸化シリコン、二酸化チタンなどがある。   The periodic arrangement of the dielectric spheres 501a can be formed by stacking fine particle spheres having a uniform particle diameter. The diameter of the dielectric sphere 501a is, for example, about 50 nm to 500 nm. Examples of the material for the fine particle sphere include polystyrene, silicon dioxide, and titanium dioxide.

ダイヤモンド構造を有する三次元フォトニック結晶は、基板101上に受光径以上の面積をもつ溝をリソグラフィーとエッチングで形成し、当該溝に、均一な粒径を持つ誘電体球501aを液体中に分散した誘電体球分散溶液を液滴し、誘電体球が分散している液体を蒸発させることにより形成することができる。   In the three-dimensional photonic crystal having a diamond structure, a groove having an area larger than the light receiving diameter is formed on the substrate 101 by lithography and etching, and dielectric spheres 501a having a uniform particle diameter are dispersed in the groove in the liquid. The dielectric sphere dispersion solution is dropped and the liquid in which the dielectric spheres are dispersed is evaporated.

誘電体球501aの構成材料は、入射光の波長に対して透明である材料が好ましく、屈折率が大きな材料であればより好ましい。ダイヤモンド構造を有する三次元フォトニック結晶からなる反射層501を形成した後、反射層501の上に光電変換層102を貼り合わせ、光電変換層102の上に電極を形成する。   The constituent material of the dielectric sphere 501a is preferably a material that is transparent to the wavelength of incident light, and more preferably a material having a large refractive index. After the reflective layer 501 made of a three-dimensional photonic crystal having a diamond structure is formed, the photoelectric conversion layer 102 is bonded to the reflective layer 501, and an electrode is formed on the photoelectric conversion layer 102.

以上説明したように、第5の実施の形態によれば、反射層501に、あらゆる方向にフォトニックバンドギャップを与える完全三次元構造を有するフォトニック結晶を用いることで、広帯域での高い反射率を実現することができるとともに、入射角度による反射率低下を防止することが可能となる。   As described above, according to the fifth embodiment, the reflection layer 501 uses a photonic crystal having a complete three-dimensional structure that gives a photonic band gap in all directions, thereby providing high reflectivity in a wide band. Can be realized, and a decrease in reflectance due to the incident angle can be prevented.

(第6の実施の形態)
図6は、本発明の第6の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第6の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to a sixth embodiment of the present invention. Note that in the sixth embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

第6の実施の形態は、第5の実施の形態の応用例であり、高屈折率の充填材601b中に、空気球601aが周期的に配列することによって、反射層501を構成することを特徴とする。すなわち、第5の実施の形態では、空気の中に誘電体球501aが配置されており、空気より球部分の屈折率が大きい構造となっているが、第6の実施の形態はこの屈折率分布を逆転させた構造の例である。つまり、空気球601aの誘電率が周囲の充填材601b屈折率よりも低い構造とすることによって、フォトニック結晶を形成している。製作方法としては図5に示した誘電体球による構造を製作した後、誘電体球間に屈折率が高い材料を埋め込み、エッチングで誘電体球の配列を除去することで空気球を形成する方法等がある。   The sixth embodiment is an application example of the fifth embodiment, and the reflective layer 501 is configured by periodically arranging the air spheres 601a in the high refractive index filler 601b. Features. That is, in the fifth embodiment, the dielectric sphere 501a is arranged in the air and has a structure in which the refractive index of the sphere portion is larger than that of the air, but the sixth embodiment has this refractive index. It is an example of the structure where distribution was reversed. That is, the photonic crystal is formed by setting the dielectric constant of the air sphere 601a to be lower than the refractive index of the surrounding filler 601b. As a manufacturing method, after manufacturing the structure using the dielectric sphere shown in FIG. 5, a material having a high refractive index is embedded between the dielectric spheres, and the array of the dielectric spheres is removed by etching to form air spheres. Etc.

以上説明したように、第6の実施の形態によれば、反射層601に、空気球601aを周期的に配置した周期構造とし、空気球601aの誘電率よりも高い誘電率をもつ媒質で空気球601aの周囲を満たすことによっても、フォトニック結晶を構成することができ、光利用効率を向上させることが可能となる。   As described above, according to the sixth embodiment, the reflective layer 601 has a periodic structure in which the air spheres 601a are periodically arranged, and the air is a medium having a dielectric constant higher than that of the air spheres 601a. A photonic crystal can also be formed by filling the periphery of the sphere 601a, and the light utilization efficiency can be improved.

(第7の実施の形態)
図7は、本発明の第7の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第7の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Seventh embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to a seventh embodiment of the present invention. Note that in the seventh embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

第7の実施の形態は、光電変換層102の受光面の反対側に、入射光を反射する第1の反射層701を設けるとともに、さらに、光電変換層102の受光面側に、入射光の少なくとも一部を透過するとともに、第1の反射層701で反射された入射光を反射する第2の反射層703を設けたことを特徴とする。   In the seventh embodiment, a first reflection layer 701 that reflects incident light is provided on the opposite side of the light receiving surface of the photoelectric conversion layer 102, and further, incident light is incident on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 102. A second reflective layer 703 that transmits at least part of the light and reflects incident light reflected by the first reflective layer 701 is provided.

図7では、第1の反射層701および第2の反射層703は、第5の実施の形態と同様、サブミクロンサイズの誘電体球501aを用いたフォトニック結晶によって構成されている。   In FIG. 7, the first reflective layer 701 and the second reflective layer 703 are configured by photonic crystals using dielectric microspheres 501a of submicron size, as in the fifth embodiment.

第7の実施の形態では、第1の反射層701については、反射膜として高い光反射率を実現できるよう層厚を厚くし、第2の反射層703については、第1の反射層701より層厚を薄くすることによって、光透過率を高めることで、光電変換層102への光の結合量を増やしている。   In the seventh embodiment, the first reflective layer 701 is made thicker so that a high light reflectance can be realized as a reflective film, and the second reflective layer 703 is more than the first reflective layer 701. The amount of light coupled to the photoelectric conversion layer 102 is increased by increasing the light transmittance by reducing the layer thickness.

p側の受光面から入ってきた入射光は、第2の反射層703を透過し、光電変換層102にてそのエネルギーが吸収されて電流を発生させる。入射光のうち、光電変換層102でエネルギー吸収されずに光電変換層102の底部に到達した入射光は、第1の反射層701によって反射されて光電変換層102に戻され、電流を発生させる。第1の反射層701によって反射された反射光のうち、光電変換層102でエネルギー吸収されずに光電変換層102の表面に到達した入射光は、第2の反射層703によって反射されて再び光電変換層102に戻され、電流を発生させる。このように、第1の反射層701と第2の反射層703の間で、光反射を反復させることにより、光路長をより一層長くすることができ、光利用効率を向上させることが可能となる。   Incident light that has entered from the p-side light-receiving surface passes through the second reflective layer 703 and is absorbed by the photoelectric conversion layer 102 to generate a current. Of the incident light, incident light that reaches the bottom of the photoelectric conversion layer 102 without being absorbed by the photoelectric conversion layer 102 is reflected by the first reflection layer 701 and returned to the photoelectric conversion layer 102 to generate a current. . Of the reflected light reflected by the first reflective layer 701, incident light that reaches the surface of the photoelectric conversion layer 102 without being absorbed by the photoelectric conversion layer 102 is reflected by the second reflective layer 703 and again becomes photoelectrical. Returned to the conversion layer 102 to generate current. Thus, by repeating light reflection between the first reflective layer 701 and the second reflective layer 703, the optical path length can be further increased, and the light utilization efficiency can be improved. Become.

なお、第7の実施の形態では、第1の反射層701および第2の反射層703を、サブミクロンサイズの誘電体球501aを用いて構成したが、入射光を反射できるものであれば、反射層の構成は特に限定されない。また、第1の反射層701および第2の反射層703は、必ずしも同じ構成である必要はなく、例えば、第1の反射層701を金属層とし、第2の反射層703をフォトニック結晶によって構成することも可能である。   In the seventh embodiment, the first reflective layer 701 and the second reflective layer 703 are configured using the submicron-sized dielectric spheres 501a. However, as long as incident light can be reflected, The configuration of the reflective layer is not particularly limited. The first reflective layer 701 and the second reflective layer 703 do not necessarily have the same configuration. For example, the first reflective layer 701 is a metal layer, and the second reflective layer 703 is made of a photonic crystal. It is also possible to configure.

以上説明したように、第7の実施の形態によれば、光電変換層102の両面に、反射層を設けることにより、2つの反射層の間で光反射を反復させ、光路長をより一層長くすることができるため、光利用効率を向上させることが可能となる。   As described above, according to the seventh embodiment, by providing reflection layers on both sides of the photoelectric conversion layer 102, light reflection is repeated between the two reflection layers, and the optical path length is further increased. Therefore, the light use efficiency can be improved.

(第8の実施の形態)
図8は、本発明の第8の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第8の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Eighth embodiment)
FIG. 8 is a sectional view of a photoelectric conversion element according to an eighth embodiment of the present invention. Note that in the eighth embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

第8の実施の形態では、光電変換層102の受光面の反対側および受光面側に、それぞれ第1の反射層801および第2の反射層803を設けたものであり、第1の反射層801と第2の反射層803のフォトニック結晶の3次元周期構造を調整することによって、第1の反射層801と第2の反射層803とが共振器を構成していることを特徴とする。   In the eighth embodiment, the first reflective layer 801 and the second reflective layer 803 are provided on the opposite side and the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 102, respectively. The first reflective layer 801 and the second reflective layer 803 constitute a resonator by adjusting the three-dimensional periodic structure of the photonic crystal of the 801 and the second reflective layer 803. .

第1の反射層801と第2の反射層803の3次元周期構造を調整することで、共振器の共振状態を制御することができ、注目波長帯での光の透過率と、Q値を制御することが可能となる。このQ値とは、共振器の性質をあらわす値であり、Q値が大きいと光が共振器内部に長く閉じ込めることが可能であり、実効的な共振器長を長くすることができる。そのため、光利用効率を向上することが可能である。   By adjusting the three-dimensional periodic structure of the first reflective layer 801 and the second reflective layer 803, the resonance state of the resonator can be controlled, and the light transmittance and Q value in the wavelength band of interest can be controlled. It becomes possible to control. The Q value is a value representing the properties of the resonator. When the Q value is large, light can be confined in the resonator for a long time, and the effective resonator length can be increased. Therefore, it is possible to improve the light utilization efficiency.

以上説明したように、第8の実施の形態によれば、第1の反射層801と第2の反射層803によって共振器を構成することにより、入射光を光電変換層102内部に長く閉じ込めることが可能となり、もって光電変換効率を高めることができる。   As described above, according to the eighth embodiment, the first reflective layer 801 and the second reflective layer 803 constitute a resonator to confine incident light in the photoelectric conversion layer 102 for a long time. Thus, the photoelectric conversion efficiency can be increased.

(第9の実施の形態)
図9は、本発明の第9の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第9の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Ninth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to the ninth embodiment of the present invention. Note that in the ninth embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

図9に示すように、光電変換層102の受光面の反対側および受光面側には、それぞれ第1の反射層901および第2の反射層903が設けられている。   As shown in FIG. 9, a first reflective layer 901 and a second reflective layer 903 are provided on the opposite side and the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 102, respectively.

第9の実施の形態において、第1の反射層901は、少なくとも2層以上のフォトニック結晶層901aを積層した積層構造からなる。また、第2の反射層903も、少なくとも2層以上のフォトニック結晶層903aを積層した積層構造からなる。各フォトニック結晶層901a、903aの間に、スペーサ層901b、903bを介在させることによって、各フォトニック結晶層901a、903aの間に間隙を設けた構造となっている。   In the ninth embodiment, the first reflective layer 901 has a laminated structure in which at least two photonic crystal layers 901a are laminated. The second reflective layer 903 also has a stacked structure in which at least two or more photonic crystal layers 903a are stacked. The spacer layers 901b and 903b are interposed between the photonic crystal layers 901a and 903a so that a gap is provided between the photonic crystal layers 901a and 903a.

第9の実施の形態は、各フォトニック結晶層901aおよび903aの膜厚等の周期構造を調整することによって、隣接するフォトニック結晶層間で共振器を構成させたことを特徴とする。隣接するフォトニック結晶層901a間、および、隣接するフォトニック結晶層903a間で、共振器を形成させることによって、第1の反射層901、光電変換層102および第2の反射層903の間で多重共振器を形成することができ、共振帯域をより一層広げることができる。共振帯域を広げられれば、VCSELの発振波長ぶれをカバーすることが可能であり、光利用効率を向上させることができる。   The ninth embodiment is characterized in that a resonator is configured between adjacent photonic crystal layers by adjusting a periodic structure such as a film thickness of each of the photonic crystal layers 901a and 903a. By forming a resonator between the adjacent photonic crystal layers 901a and between the adjacent photonic crystal layers 903a, between the first reflective layer 901, the photoelectric conversion layer 102, and the second reflective layer 903 Multiple resonators can be formed, and the resonance band can be further expanded. If the resonance band can be widened, it is possible to cover the oscillation wavelength fluctuation of the VCSEL, and the light utilization efficiency can be improved.

このような、第1の反射層901および第2の反射層903は、フォトニック結晶層901a、903aの周期構造を形成し、その上に光電変換層102と同じ材質からなるスペーサ層901b、903bを形成し、さらにスペーサ層901b、903bの上にフォトニック結晶層901a、903aの周期構造を形成することによって製造することが可能である。この製造工程を繰り返すことにより、多重共振器を形成できる。   The first reflective layer 901 and the second reflective layer 903 as described above form a periodic structure of the photonic crystal layers 901a and 903a, and spacer layers 901b and 903b made of the same material as the photoelectric conversion layer 102 thereon. And a periodic structure of photonic crystal layers 901a and 903a can be formed on the spacer layers 901b and 903b. By repeating this manufacturing process, a multiple resonator can be formed.

隣接するフォトニック結晶層901a、903a間で構成される共振器は、フォトニック結晶層901a、903aの周期構造を形成する誘電体微粒子球の大きさを調整することで、注目波長帯での光の透過率と、Q値を制御することが可能となる。   The resonator formed between the adjacent photonic crystal layers 901a and 903a adjusts the size of the dielectric fine particle spheres that form the periodic structure of the photonic crystal layers 901a and 903a, thereby allowing light in the wavelength band of interest. It is possible to control the transmittance and the Q value.

以上説明したように、第9の実施の形態によれば、第1の反射層901、光電変換層102および第2の反射層903の間で多重共振器を形成させることによって、共振帯域をより一層広げることができるため、もって光電変換効率を高めることができる。   As described above, according to the ninth embodiment, by forming a multiple resonator among the first reflective layer 901, the photoelectric conversion layer 102, and the second reflective layer 903, the resonance band can be further increased. Since it can be further expanded, the photoelectric conversion efficiency can be increased.

(第10の実施の形態)
図10は、本発明の第10の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第10の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Tenth embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion element according to the tenth embodiment of the present invention. Note that in the tenth embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

第10の実施の形態では、光電変換層102の受光面の反対側および受光面側に、それぞれ第1の反射層1001および第2の反射層1003を設けるとともに、光電変換層102の端面周囲に隣接して、光電変換層102の面内方向に周期的屈折率分布構造を有するフォトニック結晶1004を配設したことを特徴とする。   In the tenth embodiment, the first reflective layer 1001 and the second reflective layer 1003 are provided on the opposite side and the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer 102, respectively, and around the end surface of the photoelectric conversion layer 102. A photonic crystal 1004 having a periodic refractive index distribution structure is disposed adjacent to the photoelectric conversion layer 102 in the in-plane direction.

光電変換層102の端面周囲に面内方向に周期的屈折率分布構造を有するフォトニック結晶1004を設けることにより、光電変換層102の面内で広がって光電変換層102の端面に到達した光を、端面周囲のフォトニック結晶1004によって反射して光電変換層102内に戻すことができる。   By providing a photonic crystal 1004 having a periodic refractive index distribution structure in the in-plane direction around the end face of the photoelectric conversion layer 102, light that has spread in the plane of the photoelectric conversion layer 102 and has reached the end face of the photoelectric conversion layer 102 can be obtained. It can be reflected by the photonic crystal 1004 around the end face and returned into the photoelectric conversion layer 102.

光電変換層102の端面周囲のフォトニック結晶1004は、光電変換層の面内で広がった光を反射することで光電変換層102に戻し、光利用効率を向上させるために設けられる。フォトニック結晶1004は、光電変換層102の受光領域の周囲に形成されるものであり、受光領域には形成する必要はない。   The photonic crystal 1004 around the end face of the photoelectric conversion layer 102 is provided to reflect light that has spread in the plane of the photoelectric conversion layer back to the photoelectric conversion layer 102 and improve light utilization efficiency. The photonic crystal 1004 is formed around the light receiving region of the photoelectric conversion layer 102 and need not be formed in the light receiving region.

このようなフォトニック結晶1004は、基板101の全面に光電変換層102を形成した後、光電変換層102の受光領域の周囲に、リソグラフィーとエッチングによって、光電変換層102の面内方向に周期構造を形成することによって作成することができる。   Such a photonic crystal 1004 has a periodic structure in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 102 by lithography and etching around the light receiving region of the photoelectric conversion layer 102 after the photoelectric conversion layer 102 is formed on the entire surface of the substrate 101. Can be created by forming.

以上説明したように、第10の実施の形態によれば、光電変換層102の端面周囲に、光電変換層102の面内方向に周期的屈折率分布構造を有するフォトニック結晶1004を設けることにより、光電変換層102の面内で広がって光電変換層102の端面に到達した光を、端面周囲のフォトニック結晶1004によって反射して光電変換層102内に戻すことができるため、もって光電変換効率を高めることができる。   As described above, according to the tenth embodiment, by providing the photonic crystal 1004 having a periodic refractive index distribution structure in the in-plane direction of the photoelectric conversion layer 102 around the end face of the photoelectric conversion layer 102. The light that spreads in the plane of the photoelectric conversion layer 102 and reaches the end face of the photoelectric conversion layer 102 can be reflected by the photonic crystal 1004 around the end face and returned into the photoelectric conversion layer 102, so that the photoelectric conversion efficiency Can be increased.

(第11の実施の形態)
図11は、本発明の第11の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。なお、第11の実施の形態において、第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付けて、その説明を省略する。
(Eleventh embodiment)
FIG. 11 is a sectional view of a photoelectric conversion element according to an eleventh embodiment of the present invention. Note that in the eleventh embodiment, identical symbols are assigned to components common to the first embodiment and descriptions thereof are omitted.

第11の実施の形態は、光電変換層102と基板101との間に、入射面に対して、傾きを有する反射層1101を設けたことを特徴とする。反射層1101を傾斜面とすることによって、図11に示すように、反射層1101で反射された光の反射方向を変化させることができる。反射層1101は金属層でも、フォトニック結晶層でも良く、入力光源の波長に対して高い反射率があればよい。   The eleventh embodiment is characterized in that a reflective layer 1101 having an inclination with respect to the incident surface is provided between the photoelectric conversion layer 102 and the substrate 101. By making the reflective layer 1101 an inclined surface, the reflection direction of the light reflected by the reflective layer 1101 can be changed as shown in FIG. The reflective layer 1101 may be a metal layer or a photonic crystal layer, as long as it has a high reflectance with respect to the wavelength of the input light source.

光電変換層102と、反射層1101との間の屈折率、および反射層1101の傾きを調整することにより、p側の受光面から垂直に入射した光は、光電変換層102内で閉じ込められて、反射を繰り返す。このため、実効的な光路長が長くなり、光利用効率が向上する。   By adjusting the refractive index between the photoelectric conversion layer 102 and the reflective layer 1101 and the inclination of the reflective layer 1101, light perpendicularly incident from the p-side light receiving surface is confined in the photoelectric conversion layer 102. , Repeat reflection. For this reason, the effective optical path length becomes long and the light utilization efficiency is improved.

以上説明したように、第11の実施の形態によれば、入射面に対して、傾きを有する反射層1101を設けることにより、反射光の反射方向を変化させることができ、実効的な光路長が長くなるため、光利用効率を向上させることができる。   As described above, according to the eleventh embodiment, the reflection direction of the reflected light can be changed by providing the reflection layer 1101 having an inclination with respect to the incident surface, and the effective optical path length. Therefore, the light utilization efficiency can be improved.

なお、図示はしていないが、光電変換層102の上にも、入射光の進行方向を変化させる層を設けることにより、垂直に入射した光は、光電変換層内で閉じ込められて、反射を繰り返し、実効的な光路長が長くなり、光利用効率が向上する。このような入射光の進行方向を変化させる層としては、偏向作用を有する偏向層や、入射面に対して非平行の層や、回折格子構造を有する層等を例示することができる。   Although not shown, a layer that changes the traveling direction of incident light is also provided on the photoelectric conversion layer 102, so that vertically incident light is confined in the photoelectric conversion layer and reflected. Repeatedly, the effective optical path length becomes longer and the light utilization efficiency is improved. Examples of the layer that changes the traveling direction of incident light include a deflecting layer having a deflecting action, a layer non-parallel to the incident surface, and a layer having a diffraction grating structure.

以上説明したように、本発明の光電変換素子は、入射光を効率良く光電変換することができる面型光電変換素子であるため、発光源にVCSELを用いる場合の受光素子として好適に使用することができる。   As described above, since the photoelectric conversion element of the present invention is a planar photoelectric conversion element that can efficiently convert incident light, it can be suitably used as a light receiving element when a VCSEL is used as a light emission source. Can do.

第1の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 1st Embodiment. 第2の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 2nd Embodiment. 第3の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 3rd Embodiment. 第4の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 4th Embodiment. 第5の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 5th Embodiment. 第6の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 6th Embodiment. 第7の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 7th Embodiment. 第8の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 8th Embodiment. 第9の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 9th Embodiment. 第10の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 10th Embodiment. 第11の実施の形態にかかる光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element concerning 11th Embodiment. 従来技術の光電変換素子の断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion element of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
102 光電変換層
102a p側高濃度ドープ層
102b n側高濃度ドープ層
103 反射層
105 正極
106 負極
110 スルーホール
111 絶縁膜
201 反射層
301 反射層
401 反射層
401a 柱状体
501 反射層
501a 微粒子球
601 反射層
601a 空気球
601b 充填材
701 第1の反射層
703 第2の反射層
801 第1の反射層
803 第2の反射層
901 第1の反射層
901a フォトニック結晶層
901b スペーサ層
903 第2の反射層
903a フォトニック結晶層
903b スペーサ層
1001 第1の反射層
1003 第2の反射層
1004 フォトニック結晶
1101 反射層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 102 Photoelectric conversion layer 102a P-side highly doped layer 102b n-side highly doped layer 103 Reflective layer 105 Positive electrode 106 Negative electrode 110 Through hole 111 Insulating film 201 Reflective layer 301 Reflective layer 401 Reflective layer 401a Columnar body 501 Reflective layer 501a Fine particles Sphere 601 Reflective layer 601a Air sphere 601b Filler 701 First reflective layer 703 Second reflective layer 801 First reflective layer 803 Second reflective layer 901 First reflective layer 901a Photonic crystal layer 901b Spacer layer
903 Second reflective layer 903a Photonic crystal layer 903b Spacer layer 1001 First reflective layer 1003 Second reflective layer 1004 Photonic crystal 1101 Reflective layer

Claims (14)

光電変換層を有し、前記光電変換層の一方の面を受光面とする光電変換素子であって、
前記光電変換層の受光面の反対側に、入射光を反射する第1の反射層を有することを特徴とする光電変換素子。
A photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer and having one surface of the photoelectric conversion layer as a light receiving surface,
A photoelectric conversion element comprising a first reflection layer that reflects incident light on a side opposite to a light receiving surface of the photoelectric conversion layer.
前記第1の反射層は、前記入射光の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請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first reflective layer is made of a photonic crystal having a photonic band gap with respect to a wavelength of the incident light. 前記フォトニック結晶は、前記第1の反射層の層厚方向に周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in a layer thickness direction of the first reflective layer. 前記フォトニック結晶は、前記第1の反射層の面内方向に周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in an in-plane direction of the first reflective layer. 前記フォトニック結晶は、誘電体柱を周期的に配置してなる周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in which dielectric columns are periodically arranged. 前記フォトニック結晶は、誘電体微粒子球を周期的に配置してなる周期的屈折率分布構造を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure in which dielectric fine particle spheres are periodically arranged. さらに、前記光電変換層の受光面側に、入射光の少なくとも一部を透過するとともに、前記第1の反射層で反射された入射光を反射する第2の反射層を設けてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光電変換素子。   Furthermore, a second reflective layer that transmits at least part of incident light and reflects incident light reflected by the first reflective layer is provided on the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer. The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6. 前記第2の反射層は、前記入射光の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請求項7に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 7, wherein the second reflective layer is made of a photonic crystal having a photonic band gap with respect to a wavelength of the incident light. 前記第1の反射層と前記第2の反射層とが共振器を構成していることを特徴とする請求項7または8に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 7, wherein the first reflective layer and the second reflective layer constitute a resonator. 前記第1の反射層は、
前記入射光の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層を、少なくとも2層以上、相互に間隙を設けて積層してなる積層構造を有しており、
前記積層構造中に含まれる隣接するフォトニック結晶層同士がそれぞれ共振器を構成していることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The first reflective layer includes
The photonic crystal layer having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light has a laminated structure in which at least two layers are laminated with a gap therebetween,
2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein adjacent photonic crystal layers included in the stacked structure each constitute a resonator.
さらに、前記光電変換層の受光面側に、入射光の少なくとも一部を透過するとともに、前記第1の反射層で反射された入射光を反射する第2の反射層を有し、
当該第2の反射層は、
前記入射光の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層を、少なくとも2層以上、相互に間隙を設けて積層してなる積層構造を有しており、
前記積層構造中に含まれる隣接するフォトニック結晶層同士がそれぞれ共振器を構成していることを特徴とする請求項10に記載の光電変換素子。
Furthermore, the light receiving surface side of the photoelectric conversion layer has a second reflection layer that transmits at least part of incident light and reflects incident light reflected by the first reflection layer,
The second reflective layer is
The photonic crystal layer having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light has a laminated structure in which at least two layers are laminated with a gap therebetween,
The photoelectric conversion element according to claim 10, wherein adjacent photonic crystal layers included in the laminated structure constitute a resonator.
前記光電変換層の端面周囲に隣接して、前記入射光の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を有し、
当該フォトニック結晶は、前記光電変換層の面内方向に向かって周期的屈折率分布構造
を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の光電変換素子。
A photonic crystal having a photonic band gap with respect to the wavelength of the incident light adjacent to the periphery of the end face of the photoelectric conversion layer;
The said photonic crystal has a periodic refractive index distribution structure toward the in-plane direction of the said photoelectric converting layer, The photoelectric conversion element as described in any one of Claims 1-11 characterized by the above-mentioned.
前記第1の反射層は、反射光の反射方向を変化させることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first reflective layer changes a reflection direction of reflected light. 前記光電変換層の受光面側に、光の進行方向を変化させる偏向層を有することを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, further comprising a deflection layer that changes a traveling direction of light on a light receiving surface side of the photoelectric conversion layer.
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