JP2006173329A - Light receiving element and its manufacturing method, optical module, and optical transmission apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受光素子およびその製造方法、光モジュール、並びに、光伝達装置に関する。 The present invention relates to a light receiving element, a method for manufacturing the same, an optical module, and an optical transmission device.
光通信の方式の1つとして、波長分割多重方式(WDM:Wavelength Division Multiplexing)が挙げられる。WDMの光通信では、例えばAWG(Arrayed Waveguide Grating)素子等を用いて波長分割が行われる。この場合、数mm角〜数cm角の素子サイズとなるため、集積化が困難な場合がある。 As one of optical communication systems, there is a wavelength division multiplexing (WDM). In WDM optical communication, wavelength division is performed using, for example, an AWG (Arrayed Waveguide Grating) element. In this case, since the element size is several mm square to several cm square, integration may be difficult.
本発明の目的は、集積化の容易な受光素子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、前記受光素子を含む光モジュール、および該光モジュールを有する光伝達装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a light-receiving element that can be easily integrated and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide an optical module including the light receiving element, and an optical transmission device having the optical module.
本発明に係る受光素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第1コンタクト層と、
前記第1コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第2コンタクト層と、
前記第2コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有する。
The light receiving element according to the present invention is:
A substrate,
A first contact layer formed above the substrate;
A light absorbing layer formed above the first contact layer;
A second contact layer formed above the light absorption layer;
A condensing lens formed above the second contact layer,
At least one of the light absorption layer and the second contact layer has a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction;
The photonic crystal region has a defect region.
この受光素子によれば、素子自体で入射光の波長選択を行うことが可能なため、例えばAWG素子等により波長選択を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子の集積化を容易に行うことができる。 According to this light receiving element, since the wavelength of incident light can be selected by the element itself, for example, the device can be downsized as compared with a case where wavelength selection is performed by an AWG element or the like. As a result, the light receiving elements can be easily integrated.
なお、本発明において、特定のもの(以下、「A」という)の上方に形成された他の特定のもの(以下、「B」という)とは、A上に直接形成されたBと、A上に、A上の他のものを介して形成されたBと、を含む。また、本発明において、Aの上方にBを形成するとは、A上に直接Bを形成する場合と、A上に、A上の他のものを介してBを形成する場合と、を含む。 In the present invention, other specific objects (hereinafter referred to as “B”) formed above a specific object (hereinafter referred to as “A”) are defined as B directly formed on A and A And B formed via the others on A. Further, in the present invention, forming B above A includes a case where B is formed directly on A and a case where B is formed on A via another on A.
また、本発明において、「周期的」とは、「擬周期的」を含む概念である。即ち、本発明のフォトニック結晶領域には、周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、擬周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、を含む。擬周期的なフォトニック結晶構造としては、例えば、フォトニック準結晶構造(例えば、M. Notomi, H. Suzuki, T. Tamamura, K. Edagawa, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 123906. 参照)または円座標フォトニック結晶構造(例えば、特開2004−109737号公報参照)などが挙げられる。 In the present invention, “periodic” is a concept including “pseudo-periodic”. That is, the photonic crystal region of the present invention includes those having a periodic photonic crystal structure and those having a quasi-periodic photonic crystal structure. Examples of the quasi-periodic photonic crystal structure include a photonic quasicrystal structure (see, for example, M. Notomi, H. Suzuki, T. Tamamura, K. Edagawa, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 123906. ) Or a circular coordinate photonic crystal structure (for example, see JP-A-2004-109737).
本発明に係る受光素子において、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域には、複数の穴が形成されていることができる。
In the light receiving element according to the present invention,
A plurality of holes may be formed in the photonic crystal region other than the defect region.
本発明に係る受光素子において、
平面視における前記欠陥領域の中心は、前記集光レンズに入射する光の中心と同一または略同一であり、
前記複数の穴は、前記欠陥領域の中心に対して対称となる位置に配列されていることができる。
In the light receiving element according to the present invention,
The center of the defect area in plan view is the same as or substantially the same as the center of the light incident on the condenser lens,
The plurality of holes may be arranged at positions symmetrical with respect to the center of the defect region.
本発明に係る受光素子は、
基板と、
前記基板の上方に、順に積み重ねられた複数の受光部と、
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に形成された集光レンズと、を含み、
各前記受光部は、
コンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された他のコンタクト層と、を含み、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも2層の前記光吸収層の内部に合わせる。
The light receiving element according to the present invention is:
A substrate,
Above the substrate, a plurality of light receiving units stacked in order,
A separation layer for electrically separating each of the plurality of light receiving parts;
A condenser lens formed above an uppermost light receiving part among the plurality of light receiving parts,
Each of the light receiving parts
A contact layer;
A light absorbing layer formed above the contact layer;
And another contact layer formed above the light absorption layer,
At least one of the light absorption layer and the other contact layer has a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction,
The photonic crystal region has a defect region;
The condensing lens focuses a plurality of lights having different wavelengths in the light absorbing layers of at least two of the light absorbing layers.
この受光素子によれば、素子自体で入射光の波長分割を行うことが可能なため、例えばAWG素子等により波長分割を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子の集積化を容易に行うことができる。 According to this light receiving element, since the wavelength of incident light can be divided by the element itself, the device can be reduced in size as compared with a case where wavelength division is performed by an AWG element or the like. As a result, the light receiving elements can be easily integrated.
本発明に係る受光素子において、
各前記受光部は、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域に形成された複数の穴と、
前記穴内に配置された内部部材と、を含み、
前記受光部の前記光吸収層の吸収波長は、該受光部の上方にある他の前記受光部のうちの少なくとも一つが有する前記内部部材の吸収波長とは異なることができる。
In the light receiving element according to the present invention,
Each of the light receiving parts
A plurality of holes formed in the photonic crystal region other than the defect region;
An internal member disposed in the hole,
The absorption wavelength of the light absorption layer of the light receiving unit may be different from the absorption wavelength of the internal member of at least one of the other light receiving units above the light receiving unit.
なお、本発明において、特定の部材の「吸収波長」とは、その部材が吸収する光のうち吸収強度が最大である光の波長をいう。 In the present invention, the “absorption wavelength” of a specific member refers to the wavelength of light having the maximum absorption intensity among light absorbed by the member.
本発明に係る受光素子は、
基板と、
前記基板の上方に、該基板側から配置された、第1コンタクト層と、第1光吸収層と、第2コンタクト層と、を含む第1受光部と、
前記第2コンタクト層の上方に形成された分離層と、
前記分離層の上方に、該分離層側から配置された、第3コンタクト層と、第2光吸収層と、第4コンタクト層と、を含む第2受光部と、
前記第4コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記第1光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第1フォトニック結晶領域を有し、
前記第1フォトニック結晶領域は、第1欠陥領域を有し、
前記第2光吸収層および前記第4コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第2フォトニック結晶領域を有し、
前記第2フォトニック結晶領域は、第2欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、第1波長の光の焦点を、前記第1光吸収層内に合わせ、第2波長の光の焦点を、前記第2光吸収層内に合わせる。
The light receiving element according to the present invention is:
A substrate,
A first light receiving portion, which is disposed from the substrate side above the substrate and includes a first contact layer, a first light absorption layer, and a second contact layer;
A separation layer formed above the second contact layer;
A second light-receiving portion disposed above the separation layer from the separation layer side and including a third contact layer, a second light absorption layer, and a fourth contact layer;
A condensing lens formed above the fourth contact layer,
At least one of the first light absorption layer and the second contact layer has a first photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction,
The first photonic crystal region has a first defect region;
At least one of the second light absorption layer and the fourth contact layer has a second photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in the plane direction;
The second photonic crystal region has a second defect region;
The condensing lens focuses the light of the first wavelength in the first light absorption layer, and focuses the light of the second wavelength in the second light absorption layer.
本発明に係る受光素子において、
前記第1受光部は、
前記第1欠陥領域以外の前記第1フォトニック結晶領域に形成された複数の第1穴と、
前記第1穴内に配置された第1内部部材と、を含み、
前記第2受光部は、
前記第2欠陥領域以外の前記第2フォトニック結晶領域に形成された複数の第2穴と、
前記第2穴内に配置された第2内部部材と、を含み、
前記第1光吸収層の吸収波長は、前記第2内部部材の吸収波長とは異なることができる。
In the light receiving element according to the present invention,
The first light receiving unit includes:
A plurality of first holes formed in the first photonic crystal region other than the first defect region;
A first internal member disposed in the first hole,
The second light receiving unit includes:
A plurality of second holes formed in the second photonic crystal region other than the second defect region;
A second internal member disposed in the second hole,
The absorption wavelength of the first light absorption layer may be different from the absorption wavelength of the second internal member.
本発明に係る受光素子において、
前記集光レンズは、一体的に積み重ねられた複数のレンズ部を有することができる。
In the light receiving element according to the present invention,
The condensing lens may have a plurality of lens portions stacked integrally.
本発明に係る光電子集積素子は、上述の受光素子と、
TIA(Trans-Impedance Amplifier)と、を含む。
An optoelectronic integrated device according to the present invention includes the above-described light receiving device,
TIA (Trans-Impedance Amplifier).
本発明に係る光モジュールは、上述の受光素子と、
発光素子と、を含む。
An optical module according to the present invention includes the above-described light receiving element,
A light emitting element.
本発明に係る光伝達装置は、上述の光モジュールを含む。 An optical transmission device according to the present invention includes the above-described optical module.
本発明に係る受光素子の製造方法は、
基板の上方に、少なくとも、第1コンタクト層、光吸収層、および、第2コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して半導体多層膜を形成する工程と、
前記半導体多層膜をパターニングすることにより、第1コンタクト層、光吸収層、および、第2コンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第2コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成される。
The manufacturing method of the light receiving element according to the present invention is as follows:
Forming a semiconductor multilayer film by sequentially laminating at least a first contact layer, a light absorption layer, and a semiconductor layer for constituting a second contact layer above the substrate;
Forming a first contact layer, a light absorption layer, and a second contact layer by patterning the semiconductor multilayer film;
Forming a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the light absorption layer and the second contact layer;
Forming a condensing lens above the second contact layer,
The photonic crystal region is formed to have a defect region.
本発明に係る受光素子の製造方法は、
基板の上方に、複数の受光部を順に積み重ねて形成する工程と、
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層を形成する工程と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
各前記受光部を形成する工程は、
コンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層の上方に光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層の上方に他のコンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも2層の前記光吸収層の内部に合わせるように形成される。
The manufacturing method of the light receiving element according to the present invention is as follows:
A step of sequentially stacking and forming a plurality of light receiving portions above the substrate;
Forming a separation layer for electrically separating each of the plurality of light receiving parts;
Forming a condensing lens above the uppermost light receiving part among the plurality of light receiving parts,
The step of forming each of the light receiving portions includes:
Forming a contact layer;
Forming a light absorption layer above the contact layer;
Forming another contact layer above the light absorbing layer;
Forming a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the light absorption layer and the other contact layer, and
The photonic crystal region is formed to have a defect region,
The condensing lens is formed so that a plurality of lights having different wavelengths are focused on the inside of at least two of the light absorption layers.
本発明に係る受光素子の製造方法は、
基板の上方に、少なくとも、第1コンタクト層、第1光吸収層、および、第2コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して第1半導体多層膜を形成する工程と、
前記第1半導体多層膜をパターニングすることにより、第1コンタクト層、第1光吸収層、および、第2コンタクト層を形成する工程と、
前記第1光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第1フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第2コンタクト層の上方に、少なくとも、分離層、第3コンタクト層、第2光吸収層、および、第4コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して第2半導体多層膜を形成する工程と、
前記第2半導体多層膜をパターニングすることにより、分離層、第3コンタクト層、第2光吸収層、および、第4コンタクト層を形成する工程と、
前記第2光吸収層および前記第4コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第2フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第4コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記第1フォトニック結晶領域は、第1欠陥領域を有するように形成され、
前記第2フォトニック結晶領域は、第2欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、第1波長の光の焦点を、前記第1光吸収層内に合わせ、第2波長の光の焦点を、前記第2光吸収層内に合わせるように形成される。
The manufacturing method of the light receiving element according to the present invention is as follows:
Forming a first semiconductor multilayer film by sequentially laminating at least a first contact layer, a first light absorption layer, and a semiconductor layer for constituting a second contact layer above the substrate;
Forming a first contact layer, a first light absorption layer, and a second contact layer by patterning the first semiconductor multilayer film;
Forming a first photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the first light absorption layer and the second contact layer;
Above the second contact layer, at least a separation layer, a third contact layer, a second light absorption layer, and a semiconductor layer for forming a fourth contact layer are sequentially stacked to form a second semiconductor multilayer film. And a process of
Forming a separation layer, a third contact layer, a second light absorption layer, and a fourth contact layer by patterning the second semiconductor multilayer film;
Forming a second photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the second light absorption layer and the fourth contact layer;
Forming a condensing lens above the fourth contact layer,
The first photonic crystal region is formed to have a first defect region;
The second photonic crystal region is formed to have a second defect region;
The condensing lens is formed so that the first wavelength light is focused in the first light absorption layer and the second wavelength light is focused in the second light absorption layer.
本発明に係る受光素子の製造方法において、
前記集光レンズは、該集光レンズの材料を含む液滴を吐出する液滴吐出法によって形成されることができる。
In the method for manufacturing a light receiving element according to the present invention,
The condensing lens can be formed by a droplet discharge method for discharging a droplet including the material of the condensing lens.
本発明に係る受光素子の製造方法において、
前記集光レンズを形成する工程の前に、前記液滴を堰き止めるための堰き止め部材を形成する工程を含むことができる。
In the method for manufacturing a light receiving element according to the present invention,
Before the step of forming the condenser lens, a step of forming a blocking member for blocking the droplets can be included.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1.第1の実施形態
1−1.受光素子の構造
図1は、本実施形態に係る受光素子100を模式的に示す断面図である。図2は、図1に示す受光素子100を模式的に示す平面図である。なお、図1は、図2のI−I線における断面を示す図である。
1. 1. First embodiment 1-1. Structure of Light Receiving Element FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
本実施形態に係る受光素子100は、図1および図2に示すように、基板101と、受光部110と、集光レンズ170と、を含む。本実施形態においては、受光部110がpin型フォトダイオードとして機能する場合について説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
基板101としては、例えば、GaAs基板またはInP基板などを用いることができる。
As the
受光部110は、基板101上に設けられている。受光部110は、第1コンタクト層112と、光吸収層114と、第2コンタクト層116と、を含む。第1コンタクト層112は基板101上に設けられ、光吸収層114は第1コンタクト層112上に設けられ、第2コンタクト層116は光吸収層114上に設けられている。第1コンタクト層112は、柱状の半導体堆積体を構成する。第1コンタクト層112の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。光吸収層114および第2コンタクト層116は、一体的な柱状の半導体堆積体を構成する。光吸収層114および第2コンタクト層116の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。
The
基板101として例えばGaAs基板を用いる場合には、第1コンタクト層112は例えばn型GaAs層からなり、光吸収層114は例えばアンドープのGaInNAs層からなり、第2コンタクト層116は例えばp型GaAs層からなることができる。また、基板101として例えばInP基板を用いる場合には、第1コンタクト層112は例えばn型InGaAs層からなり、光吸収層114は例えばアンドープのInGaAs層からなり、第2コンタクト層116は例えばp型InGaAs層からなることができる。従って、p型の第2コンタクト層116、アンドープの光吸収層114、およびn型の第1コンタクト層112により、pin構造が形成される。
When, for example, a GaAs substrate is used as the
光吸収層114および第2コンタクト層116は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域140を有する。図示の例では、フォトニック結晶領域140には、複数の穴144が形成されている。穴144は、第2コンタクト層116を貫通しており、第2コンタクト層116の厚み方向に伸びている。さらに、穴144は、光吸収層114を貫通しており、光吸収層114の厚み方向に伸びている。フォトニック結晶領域140は、図1および図2に示すように、穴144の形成されていない領域、即ち、欠陥領域142を有する。言い換えるならば、図示の例では、穴144は、欠陥領域142の周囲に、三角格子状に同ピッチ間隔で複数配列されている。図示の例では、穴144の数は、124個であるが、その数は適宜増減可能である。また、穴144の配列は、三角格子状に限定されず、例えば、正方格子状などにすることもできる。また、穴144のピッチ間隔は、適宜変更可能である。また、穴144は、異なるピッチ間隔で配列されることもできる。また、穴144は、平面視における欠陥領域142の中心に対して、対称となる位置に形成されることができる。例えば、図2に示す三角格子状に配列された穴144は、6回の回転対称性を有する。また、穴144の深さは、特に限定されず、例えば、穴144は、第2コンタクト層116を貫通しないこともできるし、光吸収層114を貫通しないこともできる。また、例えば、穴144は、第1コンタクト層112に形成されていることもできる。この場合、穴144は、第1コンタクト層112を貫通していることもできるし、貫通しないこともできる。なお、穴144は、光吸収層114に形成されている方が、例えば、穴144が第2コンタクト層116にのみ形成されている場合に比べ、受光素子100は、より確実に波長選択を行うことができる。受光素子100により行われる波長選択については、後述する。
The
平面視において、欠陥領域142の中心は、集光レンズ170に入射する光の中心と同一または略同一とすることができる。上述したようなフォトニック結晶領域140によって、欠陥領域142に光を閉じ込めることができる。
In plan view, the center of the
図1に示すように、穴144内には、内部部材146が配置されている。図示の例では、集光レンズ170の下に配置された内部部材146は、集光レンズ170と同じ材質からなり、第2電極117の下に配置された内部部材146は、空気からなる。なお、内部部材146の材質は、特に限定されず、適宜選択することができる。内部部材146の状態は、固体、液体、気体などであることができる。
As shown in FIG. 1, an
また、必要に応じて、第1コンタクト層112を光反射層とすることができる。この場合、第1コンタクト層112は、光吸収層114で吸収されずに透過した光を反射させて、再度、光吸収層114側へ戻すことができる。これにより、受光素子100の光検出感度を向上させることができる。光反射層としては、入射光に対して反射性を有するものであれば特に限定されず、例えば、分布ブラッグ反射型ミラー(DBR)、金属層などを用いることができる。
Moreover, the
第1コンタクト層112上には、図1および図2に示すように、第1電極113が形成されている。第1電極113の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第1電極113は、光吸収層114と接しないように形成されている。第2コンタクト層116上には、第2電極117が形成されている。第2電極117の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。第2電極117には開口部182が設けられており、この開口部182によって第2コンタクト層116の上面の一部が露出する。この露出した面が、受光部110における光の入射面180である。従って、開口部182の平面形状および大きさを適宜設定することにより、入射面180の形状および大きさを適宜設定することができる。図示の例では、入射面180の平面形状は、円形である。これらの第1電極113および第2電極117は、受光部110を駆動するために使用される。
A
第2電極117上には、堰き止め部材176が設けられている。堰き止め部材176は、集光レンズ170の材料を含む集光レンズ前駆体170aを堰き止めることができる(図8参照)。即ち、堰き止め部材176の形状を制御することによって、集光レンズ170の形状を制御することができる。堰き止め部材176の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。堰き止め部材176の断面形状は、例えば、四角形または三角形とすることができる。図示の例では、長方形としている。なお、第2電極117を堰き止め部材として用いることもできる。即ち、第2電極117は、集光レンズ前駆体170aを堰き止めることもできる。
A damming
集光レンズ170は、第2電極117の一部および入射面180の上に形成されている。集光レンズ170は、堰き止め部材176の内側の側面と接し、堰き止め部材176の上面と接しないように形成されている。集光レンズ170の形状は、凸状であることができる。より具体的には、集光レンズの形状は、例えば、図示の例のような1つの球の一部を切り取った形状とすることができる。
The
なお、本実施形態においては、受光部110がpin型フォトダイオードとして機能する場合について説明しているが、本発明は、pin型フォトダイオード以外の受光素子にも適用可能である。なお、本発明を適用できる受光素子としては、例えば、pn型フォトダイオード、アバランシェ型フォトダイオード、MSM型フォトダイオードなどが挙げられる。これらのことは、後述する第2の実施形態の第1受光部210および第2受光部250でも同様に適用される。
In the present embodiment, the case where the
また、本発明は、例えば、波長フィルタなどにも適用できる。この場合、第1コンタクト層112、第1電極113、第2コンタクト層116、および、第2電極117は、形成されないことができる。
The present invention can also be applied to, for example, a wavelength filter. In this case, the
1−2.受光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る受光素子100の製造方法の一例について、図1〜図8を用いて説明する。図3〜図8は、図1および図2に示す受光素子100の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図1に示す断面図に対応している。
1-2. Next, an example of a method for manufacturing the
(1)まず、基板101を用意する。以下では、基板101として、InP基板を用いた例について説明する。
(1) First, the
次に、基板101の表面101aに、エピタキシャル成長させることにより、図3に示すように、半導体多層膜120が形成される。ここで、半導体多層膜120は例えば、n型InGaAs層からなる第1コンタクト層112、アンドープのInGaAs層からなる光吸収層114、およびp型InGaAs層からなる第2コンタクト層116からなる。これらの層を順に基板101上に積層させることにより、半導体多層膜120が形成される。
Next, the
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板101の種類、あるいは形成する半導体多層膜120の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、450℃〜800℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、あるいはLPE(Liquid Phase Epitaxy)法などを用いることができる。
The temperature at which the epitaxial growth is performed is appropriately determined depending on the growth method, the raw material, the type of the
(2)次に、図4に示すように、半導体多層膜120をパターニングし、所望の形状の第1コンタクト層112、光吸収層114、および第2コンタクト層116を形成する。これにより、受光部110が形成される。半導体多層膜120のパターニングは、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術により行うことができる。
(2) Next, as shown in FIG. 4, the
(3)次に、図5に示すように、光吸収層114および第2コンタクト層116の内部にフォトニック結晶領域140を形成する。具体的には、光吸収層114および第2コンタクト層116に、周期的に配列された穴144を形成する。但し、欠陥領域142には、穴144を形成しない。穴144は、リソグラフィ技術およびエッチング技術、EB(Electron Beam)加工技術などを用いて形成することができる。
(3) Next, as shown in FIG. 5, a
(4)次に、図6に示すように、第1コンタクト層112上に第1電極113が形成され、第2コンタクト層116上に第2電極117が形成される。
(4) Next, as shown in FIG. 6, the
これらの電極は、例えば、公知の電極形成技術(例えば、真空蒸着法と、リフトオフ法と、アニール処理との組み合わせ)を用いて形成することができる。なお、第2電極117は、開口部182を有するように形成される。この開口部182によって、第2コンタクト層116の上面の一部が露出する。この露出した面が入射面180となる。第1電極113としては、例えば、金(Au)と亜鉛(Zn)の合金と、金(Au)との積層膜などを用いることができる。第2電極117としては、例えば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)の合金と、ニッケル(Ni)と、金(Au)との積層膜などを用いることができる。なお、第1電極113および第2電極117としては、例えば、アニール処理を行わずに電極形成することができる金属(ノンアロイ金属)などを用いることもできる。ノンアロイ金属としては、例えば、タングステンシリサイド(WSix)などが挙げられる。
These electrodes can be formed using, for example, a known electrode forming technique (for example, a combination of a vacuum deposition method, a lift-off method, and an annealing process). Note that the
(5)次に、図7に示すように、第2電極117上に堰き止め部材176を形成する。堰き止め部材176としては、例えば、ポリイミドなどの樹脂、SiNなどの誘電体層などを用いることができる。堰き止め部材176は、例えば、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることができる。
(5) Next, as shown in FIG. 7, a damming
(6)次に、図8に示すように、集光レンズ前駆体170aを形成する。具体的には、第2コンタクト層116の上面に対して、集光レンズ170を形成するための液体材料の液滴170bを吐出して、集光レンズ前駆体170aを形成する。液滴170bの吐出は、集光レンズ170が所望の形状となるような集光レンズ前駆体170aが形成されるまで行われる。このとき、集光レンズ前駆体170aは、堰き止め部材176の内側の側面によって堰き止められる。前記液体材料は、エネルギー(光、熱など)を付加することによって硬化可能な性質を有する。前記液体材料としては、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体が挙げられる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などが挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、高屈折率金属酸化物ナノ粒子を添加した熱硬化性ポリマー、熱硬化型のポリイミド系樹脂などが例示できる。
(6) Next, as shown in FIG. 8, a condensing
液滴170bを吐出する方法としては、例えば、ディスペンサ法または液滴吐出法が挙げられる。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴170bを吐出する場合に有効である。また、液滴吐出法は、液滴吐出用のインクジェットヘッド192を用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμmオーダーの単位で制御が可能である。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造の集光レンズ170を作製することができる。
Examples of a method for ejecting the
液滴吐出法としては、例えば、(i)熱により液体中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じさせ、液体をインクジェットノズル190から吐出させる方法や、(ii)圧電素子により生じた圧力によって液体をインクジェットノズル190から吐出させる方法などがある。圧力の制御性の観点からは、前記(ii)の方法が望ましい。
Examples of the droplet discharge method include (i) a method in which pressure is generated by changing the size of bubbles in the liquid by heat and a liquid is discharged from the
インクジェットヘッド192のインクジェットノズル190の位置と、液滴170bの吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。例えば、図8に示すように、インクジェットヘッド192のインクジェットノズル190の位置と、第2電極117の開口部182とのアライメントを画像認識により行う。アライメント後、インクジェットヘッド192に印加する電圧を制御した後、液滴170bを吐出する。
Alignment between the position of the
例えば、インクジェットノズル190から吐出される液滴170bの吐出角度にある程度のばらつきがある場合に、液滴170bが着弾した位置が堰き止め部材176の開口部177の内側であれば、堰き止め部材176で囲まれた領域に集光レンズ前駆体170aが濡れ広がり、自動的に位置の補正がなされる。
For example, when the discharge angle of the
なお、図示の例では、穴144内に集光レンズ前駆体170aが入るようにしている。穴144内に集光レンズ前駆体170aが入る度合は、例えば、集光レンズ前駆体170aの粘度、穴144の開口径等を調整することによって制御することができる。
In the illustrated example, the condensing
(7)次に、図1および図2に示すように、集光レンズ前駆体170aを硬化させて、集光レンズ170を形成する。具体的には、集光レンズ前駆体170aに対して、エネルギー(光、熱など)を付与する。集光レンズ前駆体170aを硬化する際は、集光レンズ前駆体170aの材料の種類により適切な方法を用いる。具体的には、例えば、熱エネルギーの付加、あるいは、紫外線、レーザ光等の光照射が挙げられる。
(7) Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the
以上の工程により、図1および図2に示すように、本実施形態の受光素子100が得られる。
Through the above steps, the
なお、上述した例では、まず、基板101上に、第1コンタクト層112、光吸収層114、および第2コンタクト層116を順に積層する場合について説明したが、例えば、第2コンタクト層116のみを他の基板上に形成し、後に、光吸収層114と第2コンタクト層116とを貼り合わせることもできる。この場合、光吸収層114および第2コンタクト層116のうちの少なくとも一方にフォトニック結晶領域140を形成した後に両者を貼り合わせることができる。光吸収層114と第2コンタクト層116との貼り合わせは、公知の基板貼り合わせ技術を用いて行うことができる。同様に、例えば、第2コンタクト層116および光吸収層114のみを他の基板上に形成し、後に、第1コンタクト層112と光吸収層114とを貼り合わせることもできる。この場合、第1コンタクト層112、光吸収層114、および第2コンタクト層116のうちの少なくとも一つにフォトニック結晶領域140を形成した後に両者を貼り合わせることができる。
In the above-described example, the case where the
1−3.作用・効果
本実施形態に係る受光素子100によれば、入射光A(図1参照)の波長選択を確実に行うことができ、かつ、高い光検出感度を有することができる。具体的には、以下の通りである。
1-3. Action / Effect According to the
本実施形態に係る受光素子100は、フォトニック結晶領域140を有する。フォトニック結晶領域140は、欠陥領域142に光を閉じ込めることができる。即ち、フォトニック結晶領域140は、共振器(例えば、点欠陥共振器)を構成することができる。この共振器の共振モードに入射光Aを結合させる。その結果、共振モードに結合した光が光吸収層114にて吸収され、光電流として検出される。従って、本実施形態に係る受光素子100によれば、所望の波長または波長帯域の光を検出することができる。言い換えるならば、本実施形態に係る受光素子100は、入射光Aの波長選択を行うことができる。
The
さらに、本実施形態の受光素子100によれば、集光レンズ170により、入射光Aを集光させて、欠陥領域142に入射させることができる。即ち、入射光Aの経路は、例えば、図1に示す矢印Aのように模式的に示される。その結果、受光素子100が集光レンズ170を有しない場合に比べ、上述した共振器への入射光Aの結合効率を向上させることができる。従って、より確実に、入射光Aの波長選択を行うことができ、さらに、受光素子100の光検出感度を高くすることができる。
Furthermore, according to the
また、本実施形態に係る受光素子100によれば、素子自体で入射光の波長選択を行うことが可能なため、例えばAWG素子等により波長選択を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子100の集積化を容易に行うことができる。
Further, according to the
2.第2の実施形態
2−1.受光素子の構造
図9は、本実施形態に係る受光素子200を模式的に示す断面図である。図10は、図9に示す受光素子200を模式的に示す平面図である。なお、図9は、図10のII−II線における断面を示す図である。
2. Second embodiment 2-1. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a
本実施形態に係る受光素子200は、図9および図10に示すように、基板201と、第1受光部210と、分離層230と、第2受光部250と、集光レンズ270と、を含む。本実施形態においては、第1受光部210および第2受光部250がpin型フォトダイオードとして機能する場合について説明する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
基板201としては、例えば、GaAs基板またはInP基板などを用いることができる。
As the
第1受光部210は、基板201上に設けられている。第1受光部210は、第1コンタクト層212と、第1光吸収層214と、第2コンタクト層216と、を含む。第1コンタクト層212は基板201上に設けられ、第1光吸収層214は第1コンタクト層212上に設けられ、第2コンタクト層216は第1光吸収層214上に設けられている。第1コンタクト層212は、柱状の半導体堆積体を構成する。第1コンタクト層212の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。第1光吸収層214および第2コンタクト層216は、一体的な柱状の半導体堆積体を構成する。第1光吸収層214および第2コンタクト層216の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。
The first
基板201として例えばGaAs基板を用いる場合には、第1コンタクト層212は例えばn型GaAs層からなり、第1光吸収層214は例えばアンドープのGaInNAs層からなり、第2コンタクト層216は例えばp型GaAs層からなることができる。また、基板201として例えばInP基板を用いる場合には、第1コンタクト層212は例えばn型InGaAs層からなり、第1光吸収層214は例えばアンドープのInGaAs層からなり、第2コンタクト層216は例えばp型InGaAs層からなることができる。従って、p型の第2コンタクト層216、アンドープの第1光吸収層214、およびn型の第1コンタクト層212により、pin構造が形成される。
When a GaAs substrate is used as the
第1光吸収層214および第2コンタクト層216は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第1フォトニック結晶領域240を有する。図示の例では、第1フォトニック結晶領域240には、複数の第1穴244が形成されている。第1穴244は、第2コンタクト層216を貫通しており、第2コンタクト層216の厚み方向に伸びている。さらに、第1穴244は、第1光吸収層214を貫通しており、第1光吸収層214の厚み方向に伸びている。第1フォトニック結晶領域240は、図9および図10に示すように、第1穴244の形成されていない領域、即ち、第1欠陥領域242を有する。言い換えるならば、図示の例では、第1穴244は、第1欠陥領域242の周囲に、三角格子状に同ピッチ間隔で複数配列されている。図示の例では、第1穴244の数は、124個であるが、その数は適宜増減可能である。また、第1穴244の配列は、三角格子状に限定されず、例えば、正方格子状などにすることもできる。また、第1穴244のピッチ間隔は、適宜変更可能である。また、第1穴244は、異なるピッチ間隔で配列されることもできる。また、第1穴244は、平面視における第1欠陥領域242の中心に対して、対称となる位置に形成されることができる。例えば、図10に示す三角格子状に配列された第1穴244は、6回の回転対称性を有する。また、第1穴244の深さは、特に限定されず、例えば、第1穴244は、第2コンタクト層216を貫通しないこともできるし、第1光吸収層214を貫通しないこともできる。また、例えば、第1穴244は、第1コンタクト層212に形成されていることもできる。この場合、第1穴244は、第1コンタクト層212を貫通していることもできるし、貫通しないこともできる。なお、第1穴244は、第1光吸収層214に形成されている方が、例えば、第1穴244が第2コンタクト層216にのみ形成されている場合に比べ、受光素子200は、より確実に波長分割を行うことができる。受光素子200により行われる波長分割については、後述する。
The first
平面視において、第1欠陥領域242の中心は、集光レンズ270に入射する光の中心と同一または略同一とすることができる。上述したような第1フォトニック結晶領域240によって、第1欠陥領域242に光を閉じ込めることができる。
In plan view, the center of the
図9に示すように、第1穴244内には、第1内部部材246が配置されている。図示の例では、第1内部部材246は、空気からなる。なお、第1内部部材246の材質としては、特に限定されず、適宜選択することができる。第1内部部材246の状態は、固体、液体、気体などであることができる。
As shown in FIG. 9, a first
第1コンタクト層212上には、図1および図2に示すように、第1電極213が形成されている。第1電極213の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第1電極213は、第1光吸収層214と接しないように形成されている。第2コンタクト層216上には、第2電極217が形成されている。第2電極217の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第2電極217は、分離層230と接しないように形成されることができる。これらの第1電極213および第2電極217は、第1受光部210を駆動するために使用される。
A
分離層230は、第1受光部210上に設けられている。より具体的には、分離層230は、第2コンタクト層216上に設けられている。分離層230は、柱状の半導体堆積体を構成する。分離層230の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。
The
分離層230は、第1受光部210と、第2受光部250と、を電気的に分離している。より具体的には、分離層230は、第2コンタクト層216と、後述する第3コンタクト層252と、を電気的に分離している。即ち、分離層230としては、絶縁性または半絶縁性の層を用いることができる。例えば、分離層230としては、InAlAs層を酸化した層、AlGaAs層を酸化した層、InGaAsP層を酸化した層、アンドープのGaAs層、アンドープのInGaAs層、SiN層、SiO2層などを用いることができる。
The
第2受光部250は、分離層230上に設けられている。第2受光部250は、第3コンタクト層252と、第2光吸収層254と、第4コンタクト層256と、を含む。第3コンタクト層252は分離層230上に設けられ、第2光吸収層254は第3コンタクト層252上に設けられ、第4コンタクト層256は第2光吸収層254上に設けられている。第3コンタクト層252は、柱状の半導体堆積体を構成する。第3コンタクト層252の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。第2光吸収層254および第4コンタクト層256は、一体的な柱状の半導体堆積体を構成する。第2光吸収層254および第4コンタクト層256の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、円形としている。
The second
基板201として例えばGaAs基板を用いる場合には、第3コンタクト層252は例えばn型GaAs層からなり、第2光吸収層254は例えばアンドープのGaInNAs層からなり、第4コンタクト層256は例えばp型GaAs層からなることができる。また、基板201として例えばInP基板を用いる場合には、第3コンタクト層252は例えばn型InGaAs層からなり、第2光吸収層254は例えばアンドープのInGaAs層からなり、第4コンタクト層256は例えばp型InGaAs層からなることができる。従って、p型の第4コンタクト層256、アンドープの第2光吸収層254、およびn型の第3コンタクト層252により、pin構造が形成される。
When a GaAs substrate, for example, is used as the
なお、第1光吸収層214と、第2光吸収層254とは、同じ材質であることもできるし、異なる材質であることもできる。ここで、異なる材質とは、同じ構成元素からなる化合物で、各元素の組成比が異なる場合を含む概念である。後述するが、本実施形態に係る受光素子200により、狭い範囲の波長帯の波長分割を行う際には、同じ材質であることが望ましい。逆に、本実施形態に係る受光素子200により、広い範囲の波長帯の波長分割を行う際には、異なる材質であることが望ましい。また、第1光吸収層214にて吸収される光が、第2光吸収層254にて吸収されるのを抑制することができるように、第1光吸収層214および第2光吸収層254の材質を選択することができる。
Note that the first
第2光吸収層254および第4コンタクト層256は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第2フォトニック結晶領域241を有する。図示の例では、第2フォトニック結晶領域241には、複数の第2穴245が形成されている。第2穴245は、第4コンタクト層256を貫通しており、第4コンタクト層256の厚み方向に伸びている。さらに、第2穴245は、第2光吸収層254を貫通しており、第2光吸収層254の厚み方向に伸びている。第2フォトニック結晶領域241は、図9および図10に示すように、第2穴245の形成されていない領域、即ち、第2欠陥領域243を有する。言い換えるならば、図示の例では、第2穴245は、第2欠陥領域243の周囲に、三角格子状に同ピッチ間隔で複数配列されている。図示の例では、第2穴245の数は、124個であるが、その数は適宜増減可能である。また、第2穴245の配列は、三角格子状に限定されず、例えば、正方格子状などにすることもできる。また、第2穴245のピッチ間隔は、適宜変更可能である。また、第2穴245は、異なるピッチ間隔で配列されることもできる。また、第2穴245は、平面視における第2欠陥領域243の中心に対して、対称となる位置に形成されることができる。例えば、図10に示す三角格子状に配列された第2穴245は、6回の回転対称性を有する。また、第2穴245の深さは、特に限定されず、例えば、第2穴245は、第4コンタクト層256を貫通しないこともできるし、第2光吸収層254を貫通しないこともできる。また、例えば、第2穴245は、第3コンタクト層252に形成されていることもできる。この場合、第2穴245は、第3コンタクト層252を貫通していることもできるし、貫通しないこともできる。なお、第2穴245は、第2光吸収層254に形成されている方が、例えば、第2穴245が第4コンタクト層256にのみ形成されている場合に比べ、受光素子200は、より確実に波長分割を行うことができる。受光素子200により行われる波長分割については、後述する。また、図示の例では、第2穴245と、第1穴244とは、数、配列、ピッチ間隔、および深さを同じにして形成されているが、必要に応じて、数、配列、ピッチ間隔、および深さのうちの少なくとも一つを異ならせることもできる。
The second
平面視において、第2欠陥領域243の中心は、集光レンズ270に入射する光の中心と同一または略同一とすることができる。上述したような第2フォトニック結晶領域241によって、第2欠陥領域243に光を閉じ込めることができる。
In plan view, the center of the
図9に示すように、第2穴245内には、第2内部部材247が配置されている。図示の例では、第2内部部材247は、空気からなる。なお、第2内部部材247の材質としては、特に限定されず、適宜選択することができる。第2内部部材247の状態は、固体、液体、気体などであることができる。
As shown in FIG. 9, a second
第3コンタクト層252上には、図9および図10に示すように、第3電極253が形成されている。第3電極253の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第3電極253は、第2光吸収層254と接しないように形成されている。第4コンタクト層256上には、第4電極257が形成されている。第4電極257の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。第4電極257には開口部282が設けられており、この開口部282によって第4コンタクト層256の上面の一部が露出する。この露出した面が、第2受光部250における光の入射面280である。従って、開口部282の平面形状および大きさを適宜設定することにより、入射面280の形状および大きさを適宜設定することができる。図示の例では、入射面280の平面形状は、円形である。これらの第3電極253および第4電極257は、第2受光部250を駆動するために使用される。
A
第4電極257上には、堰き止め部材276が設けられている。堰き止め部材276は、第1レンズ部272の材料を含む第1レンズ部前駆体272および第2レンズ部274の材料を含む第2レンズ部前駆体274aを堰き止めることができる(図17および図18参照)。即ち、堰き止め部材276の形状を制御することによって、第1レンズ部272および第2レンズ部274の形状を制御することができる。堰き止め部材276の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。堰き止め部材276の断面形状は、例えば、四角形または三角形とすることができる。図示の例では、長方形としている。本実施形態では、堰き止め部材276の上面の位置は、入射面280の位置に比べ、7.2μm高くなっている。なお、第4電極257を堰き止め部材として用いることもできる。即ち、第4電極257は、第1レンズ部前駆体272aおよび第2レンズ部前駆体274aを堰き止めることもできる。
A blocking
集光レンズ270は、第1レンズ部272と、第2レンズ部274と、を含む。第1レンズ部272は、第4電極257の一部および入射面280の上に形成されている。第1レンズ部272は、堰き止め部材276の内側の側面と接し、堰き止め部材276の上面と接しないように形成されている。第2レンズ部274は、第1レンズ部272の上に積み重ねられている。即ち、第1レンズ部272と、第2レンズ部274とは、一体的に形成されている。第2レンズ部274は、第1レンズ部272および堰き止め部材276の上に形成されている。第2レンズ部274は、堰き止め部材276の外側の側面と接しないように形成されている。
The
第1レンズ部272の平面視における中心と、第2レンズ部274の平面視における中心とは、集光レンズ270に入射する光の中心と同一または略同一となるように形成されることができる。
The center of the
第1レンズ部272および第2レンズ部274の形状は、凸状であることができる。より具体的には、第1レンズ部272および第2レンズ部274の形状は、例えば、図示の例のような1つの球の一部を切り取った形状とすることができる。
The
なお、本実施形態においては、集光レンズ270が2つのレンズ部(第1レンズ部272および第2レンズ部274)からなる場合について説明しているが、集光レンズ270を構成するレンズ部の数は特に限定されず、1つ以上であることができる。例えば、集光レンズ270を構成するレンズ部の数を2以上とし、かつ、各レンズ部が異なる屈折率を有する(外側になるほど、屈折率を小さくする)ことにより、光を効率良く屈折させることができる。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施形態においては、受光素子200が2つの受光部(第1受光部210および第2受光部250)を有する場合について説明しているが、受光素子200が有する受光部の数は、2以上であれば、特に限定されない。受光素子200が有する受光部の数は、受光素子200により波長分割される光の数に応じて、適宜設定することができる。受光素子200により行われる波長分割については、後述する。
In the present embodiment, the case where the
2−2.受光素子の動作
本実施形態の受光素子200の動作を以下に示す。なお、下記の受光素子200の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
2-2. Operation of the light receiving element The operation of the
図11は、本実施形態の受光素子200の動作を模式的に示す断面図であり、図9に示す断面図に対応している。受光素子200は、波長の異なる複数の光からなる複数の光信号を、それぞれの光信号に対応した電流信号に変換する機能を有する。具体的には、以下の通りである。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the operation of the
まず、受光素子200の外部から出射された波長の異なる複数の光が、受光素子200に入射される。より具体的には、例えば、まず、発光素子(図示せず)から、波長の異なる複数の光が出射される。この複数の光が、例えば、光導波路(図示せず)の一方の端面に入射され、光導波路内を伝播し、他方の端面から出射される。この出射された複数の光が、受光素子200の第2レンズ部274に入射される。ここでは、便宜上、波長λ1の光(以下、「第1波長の光λ1」と言う。)および波長λ2の光(以下、「第2波長の光λ2」と言う。)が第2レンズ部274に入射される例について説明する。また、波長λ1は、波長λ2よりも長い場合について説明する。例えば、波長λ1は、1.55μm、波長λ2は、1.31μmとすることができる。第1波長の光λ1および第2波長の光λ2の経路は、図11において、矢印により模式的に示されている。例えば、第2レンズ部274に入射される第1波長の光λ1および第2波長の光λ2と、水平面との成す角θは、83.7°とすることができる。また、例えば、第2レンズ部274に入射される第1波長の光λ1および第2波長の光λ2としては、集光レンズ270が存在しない場合に、入射面280におけるスポット半径が20μmとなるような絞り光を用いることができる。
First, a plurality of lights having different wavelengths emitted from the outside of the
第1波長の光λ1および第2波長の光λ2は、第2レンズ部274の外部(例えば、空気)と第2レンズ部274との界面において屈折される。このとき、第1波長の光λ1と第2波長の光λ2とは波長が異なるため、屈折角が異なる。具体的には、第1波長の光λ1は、第2波長の光λ2に比べ、屈折角が大きい。その結果、図11に示すように、第1波長の光λ1に比べ、第2波長の光λ2の方が、より集光される。
The light λ <b> 1 having the first wavelength and the light λ <b> 2 having the second wavelength are refracted at the interface between the outside of the second lens unit 274 (for example, air) and the
次に、第2レンズ部274内を伝播した第1波長の光λ1および第2波長の光λ2は、第1レンズ部272に入射される。第1波長の光λ1および第2波長の光λ2は、第2レンズ部274と第1レンズ部272との界面において屈折される。このとき、上述した第2レンズ部274の外部と第2レンズ部274との界面における屈折の場合と同様に、第1波長の光λ1は、第2波長の光λ2に比べ、屈折角が大きい。その結果、図11に示すように、第1波長の光λ1に比べ、第2波長の光λ2の方が、より集光される。
Next, the first wavelength light λ <b> 1 and the second wavelength light λ <b> 2 propagated through the
そして、集光レンズ270(第1レンズ部272および第2レンズ部274)によって、第1波長の光λ1に比べ、より集光された第2波長の光λ2の焦点は、図11に示すように、第2光吸収層254の第2欠陥領域243内に合わされる。そして、第2波長の光λ2は、第2フォトニック結晶領域241が構成する点欠陥共振器の共振モードに結合される。その結果、共振モードに結合した第2波長の光λ2が第2光吸収層254にて主として吸収される。具体的には、まず、第1レンズ部272内を伝播した第2波長の光λ2は、入射面280から第2受光部250に入射される。次に、第2波長の光λ2は、第4コンタクト層256を透過し、第2光吸収層254にて主として吸収される。
Then, the focal point of the light λ2 having the second wavelength condensed by the condensing lens 270 (the
同様に、集光レンズ270によって集光された第1波長の光λ1の焦点は、図11に示すように、第1光吸収層214の第1欠陥領域242内に合わされる。そして、第1波長の光λ1は、第1フォトニック結晶領域240が構成する点欠陥共振器の共振モードに結合される。その結果、共振モードに結合した第1波長の光λ1が第1光吸収層214にて主として吸収される。具体的には、まず、第1レンズ部272内を伝播した第1波長の光λ1は、入射面280から第2受光部250に入射される。次に、第1波長の光λ1は、第2受光部250内および分離層230内を伝播し、第1受光部210に入射される。次に、第1波長の光λ1は、第2コンタクト層216を透過し、第1光吸収層214にて主として吸収される。
Similarly, the focus of the first wavelength light λ1 collected by the
従って、本実施形態に係る受光素子200において、第1波長の光λ1は、第1光吸収層214にて主として吸収される結果、第1光吸収層214において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、第1電極213と第2電極217との間に印加された電界により、電子は第1電極213に、正孔は第2電極217にそれぞれ移動する。その結果、第1受光部210において、第1コンタクト層212から第2コンタクト層216の方向に電流(光電流)が生じる。即ち、第1波長の光λ1からなる光信号を、電流信号に変換することができる。
Therefore, in the
同様に、第2波長の光λ2は、第2光吸収層254にて主として吸収される結果、第2光吸収層254において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、第3電極253と第4電極257との間に印加された電界により、電子は第3電極253に、正孔は第4電極257にそれぞれ移動する。その結果、第2受光部250において、第3コンタクト層252から第4コンタクト層256の方向に電流(光電流)が生じる。即ち、第2波長の光λ2からなる光信号を、電流信号に変換することができる。
Similarly, the light λ2 having the second wavelength is mainly absorbed by the second
なお、本実施形態においては、便宜上、波長の異なる2つの光(第1波長の光λ1および第2波長の光λ2)が集光レンズ270に入射される例について説明しているが、集光レンズ270に入射される波長の異なる光の数は、2以上であれば、特に限定されない。集光レンズ270に入射される波長の異なる光の数は、受光素子200の使用形態に応じて、適宜設定することができる。
In this embodiment, for the sake of convenience, an example in which two lights having different wavelengths (light λ1 having the first wavelength and light λ2 having the second wavelength) are incident on the
2−3.受光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る受光素子200の製造方法の一例について、図9、図10、図12〜図18を用いて説明する。図12〜図18は、図9および図10に示す受光素子200の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図9に示す断面図に対応している。
2-3. Next, an example of a method for manufacturing the
(1)まず、基板201を用意する。以下では、基板201として、InP基板を用いた例について説明する。
(1) First, the
次に、基板201の表面201aにエピタキシャル成長させることにより、第1半導体多層膜(図示せず)が形成される。ここで、第1半導体多層膜は例えば、n型InGaAs層からなる第1コンタクト層212、アンドープのInGaAs層からなる第1光吸収層214、およびp型InGaAs層からなる第2コンタクト層216からなる。これらの層を順に基板201上に積層させることにより、第1半導体多層膜が形成される。第1半導体多層膜のエピタキシャル成長は、上述した第1の実施形態の半導体多層膜120(図3参照)のエピタキシャル成長と同様に行うことができる。なお、各層の材質の組成は、適宜決定することができる。
Next, a first semiconductor multilayer film (not shown) is formed by epitaxial growth on the
第1半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、上述したように、第1波長の光λ1の焦点が第1光吸収層214内に合い、第2波長の光λ2の焦点が第2光吸収層254内に合うような値に適宜設定することができる。また、第1半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、光軸ずれによる焦点位置のずれを考慮して設定することもできる。例えば、第1半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、第1コンタクト層212の膜厚が0.2μm、第1光吸収層214の膜厚が0.3μm、第2コンタクト層216の膜厚が0.1μmなどとすることができる。
As described above, the film thickness of each layer constituting the first semiconductor multilayer film is such that the first wavelength light λ1 is focused in the first
次に、図12に示すように、第1半導体多層膜をパターニングし、所望の形状の第1コンタクト層212、第1光吸収層214、および第2コンタクト層216を形成する。これにより、第1受光部210が形成される。第1半導体多層膜のパターニングは、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術により行うことができる。
Next, as shown in FIG. 12, the first semiconductor multilayer film is patterned to form a
(2)次に、図13に示すように、第1光吸収層214および第2コンタクト層216の内部に第1フォトニック結晶領域240を形成する。第1フォトニック結晶領域240の形成は、上述した第1の実施形態のフォトニック結晶領域140の形成と同様にして行うことができる。
(2) Next, as shown in FIG. 13, a first
(3)次に、第2コンタクト層216の表面216aにエピタキシャル成長させることにより、第2半導体多層膜(図示せず)が形成される。ここで、第2半導体多層膜は例えば、InAlAs層からなる層(以下、「分離層となる層」と言う。)230a、n型InGaAs層からなる第3コンタクト層252、アンドープのInGaAs層からなる第2光吸収層254、およびp型InGaAs層からなる第4コンタクト層256からなる。これらの層を順に第2コンタクト層216上に積層させることにより、第2半導体多層膜が形成される。第2半導体多層膜のエピタキシャル成長は、上述した第1半導体多層膜のエピタキシャル成長と同様に行うことができる。なお、各層の材質の組成は、適宜決定することができる。例えば、第1光吸収層214にて吸収される光が、第2光吸収層254にて吸収されるのを抑制することができるように、第1光吸収層214の材質の組成と、第2光吸収層254の材質の組成とを異ならせることができる。具体的には、例えば、第1光吸収層214は、In0.53Ga0.47As層からなり、第2光吸収層254は、In0.4Ga0.6As層からなることができる。また、分離層となる層230aであるInAlAs層のAl組成を高くすることにより、後の酸化工程(図15参照)において、分離層となる層230aを酸化し易くすることができる。本発明において、InAlAs層のAl組成とは、III族元素に対するアルミニウム(Al)の組成である。
(3) Next, a second semiconductor multilayer film (not shown) is formed by epitaxial growth on the
第2半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、上述したように、第1波長の光λ1の焦点が第1光吸収層214内に合い、第2波長の光λ2の焦点が第2光吸収層254内に合うような値に適宜設定することができる。また、第2半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、光軸ずれによる焦点位置のずれを考慮して設定することもできる。例えば、第2半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、分離層となる層230aの膜厚が0.2μm、第3コンタクト層252の膜厚が0.2μm、第2光吸収層254の膜厚が0.3μm、第4コンタクト層256の膜厚が0.1μmなどとすることができる。
As described above, the film thickness of each layer constituting the second semiconductor multilayer film is such that the first wavelength light λ1 is focused in the first
次に、図14に示すように、第2半導体多層膜をパターニングし、所望の形状の分離層となる層230a、第3コンタクト層252、第2光吸収層254、および第4コンタクト層256を形成する。これにより、第2受光部250が形成される。第2半導体多層膜のパターニングは、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術により行うことができる。
Next, as shown in FIG. 14, the second semiconductor multilayer film is patterned to form a
(4)次に、図15に示すように、例えば400℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって第1受光部210および第2受光部250が形成された基板201を投入することにより、分離層となる層230aを側面から酸化して、分離層230が形成される。分離層となる層230aの酸化は、分離層となる層230aの全体が酸化されるまで行われる。
(4) Next, as shown in FIG. 15, by separating the
以上の工程により、第1受光部210と、分離層230と、第2受光部250との積層体が形成される。
Through the above steps, a stacked body of the first
次に、図15に示すように、第2光吸収層254および第4コンタクト層256の内部に第2フォトニック結晶領域241を形成する。第2フォトニック結晶領域241の形成は、上述した第1フォトニック結晶領域240の形成と同様にして行うことができる。
Next, as shown in FIG. 15, a second
(5)次に、図16に示すように、第1コンタクト層212上に第1電極213が形成され、第2コンタクト層216上に第2電極217が形成され、第3コンタクト層252上に第3電極253が形成され、第4コンタクト層256上に第4電極257が形成される。
(5) Next, as shown in FIG. 16, the
これらの電極は、例えば、公知の電極形成技術(例えば、真空蒸着法と、リフトオフ法と、アニール処理との組み合わせ)を用いて形成することができる。なお、第4電極257は、開口部282を有するように形成される。この開口部282によって、第4コンタクト層256の上面の一部が露出する。この露出した面が入射面280となる。第1電極213および第3電極253としては、例えば、金(Au)と亜鉛(Zn)の合金と、金(Au)との積層膜などを用いることができる。第2電極217および第4電極257としては、例えば、金(Au)とゲルマニウム(Ge)の合金と、ニッケル(Ni)と、金(Au)との積層膜などを用いることができる。なお、第1〜第4電極213,217,253,257としては、例えば、アニール処理を行わずに電極形成することができる金属(ノンアロイ金属)などを用いることもできる。
These electrodes can be formed using, for example, a known electrode forming technique (for example, a combination of a vacuum deposition method, a lift-off method, and an annealing process). Note that the
次に、図16に示すように、第4電極257上に堰き止め部材176を形成する。堰き止め部材276の形成は、上述した第1の実施形態の堰き止め部材176の形成と同様にして行うことができる。
Next, as shown in FIG. 16, a damming
(6)次に、図17に示すように、第1レンズ部前駆体272aを形成する。第1レンズ部前駆体272aの形成は、上述した第1の実施形態の集光レンズ前駆体170aの形成と同様にして行うことができる。なお、図示の例では、第2穴245内に第1レンズ部前駆体272aが入らないようにしている。第2穴245内に第1レンズ部前駆体272aが入る度合は、例えば、第1レンズ部前駆体272aの粘度、第2穴245の開口径等を調整することによって制御することができる。
(6) Next, as shown in FIG. 17, a first
(7)次に、図18に示すように、第1レンズ部前駆体272aを硬化させて、第1レンズ部272を形成する。第1レンズ部前駆体272aの硬化は、上述した第1の実施形態の集光レンズ前駆体170aの硬化と同様にして行うことができる。
(7) Next, as shown in FIG. 18, the first
第1レンズ部272の構造および材質は、上述したように、第1波長の光λ1の焦点が第1光吸収層214内に合い、第2波長の光λ2の焦点が第2光吸収層254内に合うように適宜選択されることができる。例えば、第1レンズ部272の外縁の曲率半径は、25μm、第1レンズ部272の最高点の入射面280からの高さは、32μmなどとすることができる。また、例えば、第1レンズ部272の材質は、第1波長の光λ1に対する屈折率が1.98、第2波長の光λ2に対する屈折率が2.00である高屈折率金属酸化物ナノ粒子を添加した熱硬化性ポリマーなどを用いることができる。
As described above, the structure and material of the
次に、図18に示すように、第2レンズ部前駆体274aを形成する。具体的には、第1レンズ部272の上面に対して、第2レンズ部274を形成するための液体材料の液滴274bを吐出して、第2レンズ部前駆体274aを形成する。このとき、第2レンズ部前駆体274aは、堰き止め部材276の上面と外側の側面とによって構成される角部279によって堰き止められる。なお、上述した第1レンズ部前駆体272aの形成と同様の点については、詳細な説明を省略する。
Next, as shown in FIG. 18, the second
(8)次に、図9および図10に示すように、第2レンズ部前駆体274aを硬化させて、第2レンズ部274を形成する。第2レンズ部前駆体274aの硬化は、上述した第1レンズ部前駆体272aの硬化と同様にして行うことができる。
(8) Next, as shown in FIGS. 9 and 10, the second
第2レンズ部274の構造および材質は、上述したように、第1波長の光λ1の焦点が第1光吸収層214内に合い、第2波長の光λ2の焦点が第2光吸収層254内に合うように適宜選択されることができる。例えば、第2レンズ部274の外縁の曲率半径は、40μm、第2レンズ部274の最高点の入射面180からの高さは、67μmなどとすることができる。また、例えば、第2レンズ部274の材質は、第1波長の光λ1に対する屈折率が1.58、第2波長の光λ2に対する屈折率が1.6であるエポキシ系樹脂などを用いることができる。なお、第1レンズ部272と、第2レンズ部274とは、同じ材質であることもできるし、異なる材質であることもできる。例えば、第1レンズ部272と、第2レンズ部274とが、異なる材質である場合には、光をより大きく屈折させることができる。この場合、第1レンズ部272の材質の屈折率は、第2レンズ部274の材質の屈折率よりも大きいことが好ましい。例えば、酢酸ビニルの屈折率は、1.450〜1.470、エポキシ系樹脂の屈折率は、1.550〜1.610、フェノキシ系樹脂の屈折率は、1.598、ポリイミドの屈折率は、1.780、高屈折率金属酸化物ナノ粒子を添加した熱硬化性ポリマーの屈折率は、2.0程度(あるいはそれ以上)などである。従って、これらの材質を適宜選択して、第1レンズ部272の材質の屈折率を、第2レンズ部274の材質の屈折率よりも大きくすることができる。
As described above, the structure and material of the
以上の工程により、図9および図10に示すように、本実施形態の受光素子200が得られる。
Through the above steps, as shown in FIGS. 9 and 10, the
なお、上述した第1の実施形態と同様に、第1コンタクト層212、第1光吸収層214、および第2コンタクト層216のうちの少なくとも一つに第1フォトニック結晶領域240を形成した後に両者を貼り合わせることもできる。そして、第3コンタクト層252、第2光吸収層254、および第4コンタクト層256のうちの少なくとも一つに第2フォトニック結晶領域241を形成した後に両者を貼り合わせることもできる。
As in the first embodiment described above, after forming the first
2−4.作用・効果
本実施形態に係る受光素子200によれば、上述したように、波長の異なる複数の光からなる複数の光信号を、それぞれの光信号に対応した電流信号に変換することができる。そして、集光レンズ270の構造および材質のうちの少なくとも一方を適宜選択することにより、所望の波長分割を行うことができる。例えば、非常に近接した波長を有する複数の光からなる複数の光信号を、それぞれの光信号に対応した電流信号に変換することにより、波長分割を行うことができる。従って、狭い範囲の波長帯の波長分割を行うことができる。また、当然ながら、広い範囲の波長帯の波長分割を行うこともできる。
2-4. Action / Effect According to the
さらに、本実施形態に係る受光素子200によれば、入射光(例えば、図11に示すような第1波長の光λ1および第2波長の光λ2)の波長分割を確実に行うことができ、かつ、高い光検出感度を有することができる。具体的には、以下の通りである。
Furthermore, according to the
本実施形態に係る受光素子200は、第1フォトニック結晶領域240および第2フォトニック結晶領域241を有する。第1フォトニック結晶領域240は、第1欠陥領域242に光を閉じ込めることができ、第2フォトニック結晶領域241は、第2欠陥領域243に光を閉じ込めることができる。即ち、第1フォトニック結晶領域240および第2フォトニック結晶領域241は、共振器(例えば、点欠陥共振器)を構成することができる。上述したように、この共振器の共振モードに入射光を結合させる。その結果、共振モードに結合した第1波長の光λ1が第1光吸収層214にて吸収され、共振モードに結合した第2波長の光λ2が第2光吸収層254にて吸収される。従って、本実施形態に係る受光素子200によれば、所望の波長λ1(または所望の波長帯域)の光を第1受光部210にて検出することができ、かつ、他の所望の波長λ2(または所望の波長帯域)の光を第2受光部250にて検出することができる。言い換えるならば、本実施形態に係る受光素子200は、入射光の波長分割をより確実に行うことができる。
The
そして、本実施形態の受光素子200によれば、集光レンズ270により、第1波長の光λ1を集光させて、第1欠陥領域242に入射させることができ、第2波長の光λ2を集光させて、第2欠陥領域243に入射させることができる。その結果、受光素子200が集光レンズ270を有しない場合に比べ、上述した共振器への入射光の結合効率を向上させることができる。従って、より確実に、入射光の波長分割を行うことができ、さらに、受光素子200の光検出感度を高くすることができる。
According to the
また、本実施形態に係る受光素子200によれば、素子自体で入射光の波長分割を行うことが可能なため、例えばAWG素子等により波長分割を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子200の集積化を容易に行うことができる。
Further, according to the
また、本実施形態に係る受光素子200によれば、第2受光部250が有する第2内部部材247の吸収波長は、第1受光部210の第1光吸収層214の吸収波長とは異なることができる。これにより、第1光吸収層214にて吸収される第1波長の光λ1が、第2内部部材247を通過する際に、第2内部部材247にて吸収されるのを抑制することができる。その結果、第1受光部210の光検出感度を高くすることができる。
Further, according to the
また、本実施形態に係る受光素子200によれば、入射面280の上方に集光レンズ270が形成されていることにより、光軸ずれの許容範囲が広がる。即ち、本実施形態に係る受光素子200によれば、光軸トレランスが向上する。
Further, according to the
また、本実施形態に係る受光素子200によれば、第1受光部210と第2受光部250とを、分離層230のみを介して積層しているので、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子200の集積化を容易に行うことができる。
In addition, according to the
また、本実施形態に係る受光素子200の製造方法によれば、例えば、第1受光部210と、第2受光部250とを、ハンダなどを用いて接着して積み重ねるような場合に比べ、受光素子200を再現性良く製造することができ、かつ、信頼性が良好な受光素子200を提供することができる。
In addition, according to the method for manufacturing the
3.第3の実施形態
次に、図19を用いて、第1の実施形態に係る受光素子100を適用した光電子集積素子300および光モジュール700について説明する。図19は、本実施形態に係る光電子集積素子300および光モジュール700を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態の光電子集積素子300および光モジュール700において、第1の実施形態の受光素子100の代わりに、上述した第2の実施形態の受光素子200を用いることもできる。このことは、後述する第4および第5の実施形態においても同様である。
3. Third Embodiment Next, an optoelectronic
光電子集積素子300は、図19に示すように、受光素子100と、TIA(Trans-Impedance Amplifier)350とを含む。TIA350は、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタによって構成される。受光素子100およびTIA350は、サブマウント基板406上に形成されている。
The optoelectronic
光モジュール700は、受信部400と、送信部500と、電子回路部600と、を含む。電子回路部600は、増幅回路部610および駆動回路部620を含む。
The
受信部400は、サブマウント基板406と、光電子集積素子300と、筐体部402と、ガラス部404と、を含む。
The receiving
送信部500は、サブマウント基板508と、発光素子510と、モニタフォトダイオード512と、斜めガラス部504と、筐体部502と、を含む。発光素子510およびモニタフォトダイオード512は、サブマウント基板508上に形成されている。
The
筐体部402は、樹脂材料で形成され、後述するスリーブ420および集光部405と一体的に形成される。同様に筐体部502は、樹脂材料で形成され、後述するスリーブ520と一体的に形成される。樹脂材料としては、光を透過可能なものが選択され、例えば、プラスチック系光ファイバ(POF)に用いられるポリメチルメタクリレート(PMMA)、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等を採用することができる。
The
スリーブ420、520は、外部から光ファイバなどの導光部材(図示せず)をはめ込み可能な形状に形成されており、収容空間422、522の周壁の一部を構成している。集光部405は、導光部材からの光信号を集光して送り出す。これにより、導光部材からの光の損失を低減して、受光素子100と導光部材との光の結合効率を良好なものとすることができる。
The
斜めガラス部504は、収容空間522内であって、スリーブ520と発光素子510との間に設けられている。斜めガラス部504は、発光素子510からの光を反射および透過させる。モニタフォトダイオード512は、斜めガラス部504によって反射された光を受け取る。駆動回路部620は、モニタフォトダイオード512が受け取った光の光量に応じて、発光素子510が発光する光量を調節する。斜めガラス部504を透過した光は、送信部500のスリーブ520にはめ込まれる導光部材に送り出される。
The
発光素子510は、外部から入力した電気信号を光信号に変換して、導光部材を介して外部に出力する。受光素子100は、導光部材を介して光信号を受信し、これを電流に変換し、変換した電流をTIA350に送る。TIA350は、受け取った電流を電圧出力に変換し、増幅して、電子回路部600に送る。増幅回路部610は、電圧出力が一定以上にならないように制御し、外部に出力する。なお、電気信号の出力端子や入力端子などの外部端子の説明は省略する。
The
このように、受光素子100は、光電子集積素子300、および光モジュール700に用いられる。
As described above, the
4.第4の実施形態
図20は、本発明を適用した第4の実施形態に係る光伝達装置90を模式的に示す図である。光伝達装置90は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器92を相互に接続するものである。電子機器92は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置90は、ケーブル94の両端にプラグ96が設けられたものであってもよい。ケーブル94は、導光部材(例えば光ファイバ)を含むことができる。プラグ96は、第3の実施形態に係る光モジュール700を内蔵する。なお、導光部材はケーブル94に内蔵され、光モジュール700はプラグ96に内蔵されているため、図示されていない。導光部材と光モジュール700との関係は、第3の実施形態にて説明した通りである。
4). Fourth Embodiment FIG. 20 is a diagram schematically showing a
導光部材の両端部にはそれぞれ、第3の実施形態に係る光モジュール700が設けられている。図19および図20に示すように、導光部材の一方の端部に設置された受光素子100は、光信号を電気信号に変換した後、この電気信号を、TIA350および電子回路部600を介して、電子機器92に入力する。この導光部材の他方の端部には、発光素子510が設置されている。すなわち、この発光素子510において、電子機器92から出力された電気信号が光信号に変換される。この光信号は導光部材を伝わり、受光素子100に入力される。
以上説明したように、本実施形態の光伝達装置90によれば、光信号によって、電子機器92間の情報伝達を行うことができる。
As described above, according to the
5.第5の実施形態
図21は、本発明を適用した第5の実施形態に係る光伝達装置90の使用形態を模式的に示す図である。光伝達装置90は、電子機器80間に接続されている。電子機器80として、液晶表示モニタまたはデジタル対応のCRT(金融、通信販売、医療、教育等の分野で使用されることがある。)、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル(PDP)、デジタルTV、小売店のレジ(POS(Point of Sale Scanning)用)、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
5. Fifth Embodiment FIG. 21 is a diagram schematically showing a usage pattern of a
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, those skilled in the art can easily understand that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. . Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.
例えば、複数の上述した受光素子をアレイ化することもできる。また、例えば、上述した実施形態において、各半導体層におけるp型とn型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、上述した実施形態の受光素子では、InGaAs系のもの、および、GaInNAs系のものについて説明したが、入射光の波長に応じてその他の材料系、例えば、Si系、Ge系、GaAs系、InGaAsP系、HgCdTe系などの半導体材料を用いることも可能である。 For example, a plurality of the above-described light receiving elements can be arrayed. Further, for example, in the above-described embodiment, even if the p-type and the n-type in each semiconductor layer are switched, it does not depart from the spirit of the present invention. In the light receiving element of the above-described embodiment, the InGaAs type and the GaInNAs type have been described, but other material types such as Si type, Ge type, GaAs type, It is also possible to use a semiconductor material such as an InGaAsP system or an HgCdTe system.
80 電子機器、90 光伝達装置、92 電子機器、94 ケーブル、96 プラグ、100 受光素子、101 基板、110 受光部、112 第1コンタクト層、113 第1電極、114 光吸収層、116 第2コンタクト層、117 第2電極、120 半導体多層膜、140 フォトニック結晶領域、142 欠陥領域、144 穴、146 内部部材、170 集光レンズ、176 堰き止め部材、177 開口部、180 入射面、182 開口部、190 インクジェットノズル、192 インクジェットヘッド、200 受光素子、201 基板、210 第1受光部、212 第1コンタクト層、213 第1電極、214 第1光吸収層、216 第2コンタクト層、217 第2電極、230 分離層、240 第1フォトニック結晶領域、241 第2フォトニック結晶領域、242 第1欠陥領域、243 第2欠陥領域、244 第1穴、245 第2穴、246 第1内部部材、247 第2内部部材、250 第2受光部、252 第3コンタクト層、253 第3電極、254 第2光吸収層、256 第4コンタクト層、257 第4電極、270 集光レンズ、272 第1レンズ部、274 第2レンズ部、276 堰き止め部材、279 角部、280 入射面、282 開口部、300 光電子集積素子、350 TIA、400 受信部、402 筐体部、404 ガラス部、405 集光部、406 サブマウント基板、420 スリーブ、422 収容空間、500 送信部、502 筐体部、504 ガラス部、508 サブマウント基板、510 発光素子、512 モニタフォトダイオード、520 スリーブ、522 収容空間、600 電子回路部、610 増幅回路部、620 駆動回路部、700 光モジュール 80 electronic device, 90 light transmission device, 92 electronic device, 94 cable, 96 plug, 100 light receiving element, 101 substrate, 110 light receiving portion, 112 first contact layer, 113 first electrode, 114 light absorption layer, 116 second contact Layer, 117 second electrode, 120 semiconductor multilayer film, 140 photonic crystal region, 142 defect region, 144 hole, 146 internal member, 170 condensing lens, 176 damming member, 177 opening, 180 incident surface, 182 opening , 190 inkjet nozzle, 192 inkjet head, 200 light receiving element, 201 substrate, 210 first light receiving portion, 212 first contact layer, 213 first electrode, 214 first light absorbing layer, 216 second contact layer, 217 second electrode , 230 Separation layer, 240 First photonic crystal Region, 241 second photonic crystal region, 242 first defect region, 243 second defect region, 244 first hole, 245 second hole, 246 first inner member, 247 second inner member, 250 second light receiving portion, 252 3rd contact layer, 253 3rd electrode, 254 2nd light absorption layer, 256 4th contact layer, 257 4th electrode, 270 Condensing lens, 272 1st lens part, 274 2nd lens part, 276 Damping member 279 Corner, 280 Incident surface, 282 Opening, 300 Optoelectronic integrated device, 350 TIA, 400 Receiver, 402 Case, 404 Glass, 405 Light collector, 406 Submount substrate, 420 Sleeve, 422 Storage space , 500 transmitting unit, 502 housing unit, 504 glass unit, 508 submount substrate, 510 light emitting element, 51 Monitor photodiode, 520 a sleeve 522 housing space, 600 electronic circuit unit, 610 amplifier unit, 620 drive circuit section, 700 optical module
Claims (16)
前記基板の上方に形成された第1コンタクト層と、
前記第1コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第2コンタクト層と、
前記第2コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有する、受光素子。 A substrate,
A first contact layer formed above the substrate;
A light absorbing layer formed above the first contact layer;
A second contact layer formed above the light absorption layer;
A condensing lens formed above the second contact layer,
At least one of the light absorption layer and the second contact layer has a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction;
The photonic crystal region is a light receiving element having a defect region.
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域には、複数の穴が形成されている、受光素子。 In claim 1,
A light receiving element in which a plurality of holes are formed in the photonic crystal region other than the defect region.
平面視における前記欠陥領域の中心は、前記集光レンズに入射する光の中心と同一または略同一であり、
前記複数の穴は、前記欠陥領域の中心に対して対称となる位置に配列されている、受光素子。 In claim 2,
The center of the defect area in plan view is the same as or substantially the same as the center of the light incident on the condenser lens,
The light receiving element, wherein the plurality of holes are arranged at positions symmetrical with respect to a center of the defect region.
前記基板の上方に、順に積み重ねられた複数の受光部と、
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に形成された集光レンズと、を含み、
各前記受光部は、
コンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された他のコンタクト層と、を含み、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも2層の前記光吸収層の内部に合わせる、受光素子。 A substrate,
Above the substrate, a plurality of light receiving units stacked in order,
A separation layer for electrically separating each of the plurality of light receiving parts;
A condenser lens formed above an uppermost light receiving part among the plurality of light receiving parts,
Each of the light receiving parts
A contact layer;
A light absorbing layer formed above the contact layer;
And another contact layer formed above the light absorption layer,
At least one of the light absorption layer and the other contact layer has a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction,
The photonic crystal region has a defect region;
The said condensing lens is a light receiving element which adjusts the focus of several light from which a wavelength differs in the inside of the said light absorption layer of the at least 2 layer of each said light absorption layer.
各前記受光部は、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域に形成された複数の穴と、
前記穴内に配置された内部部材と、を含み、
前記受光部の前記光吸収層の吸収波長は、該受光部の上方にある他の前記受光部のうちの少なくとも一つが有する前記内部部材の吸収波長とは異なる、受光素子。 In claim 4,
Each of the light receiving parts
A plurality of holes formed in the photonic crystal region other than the defect region;
An internal member disposed in the hole,
The light receiving element, wherein an absorption wavelength of the light absorbing layer of the light receiving unit is different from an absorption wavelength of the internal member included in at least one of the other light receiving units above the light receiving unit.
前記基板の上方に、該基板側から配置された、第1コンタクト層と、第1光吸収層と、第2コンタクト層と、を含む第1受光部と、
前記第2コンタクト層の上方に形成された分離層と、
前記分離層の上方に、該分離層側から配置された、第3コンタクト層と、第2光吸収層と、第4コンタクト層と、を含む第2受光部と、
前記第4コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記第1光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第1フォトニック結晶領域を有し、
前記第1フォトニック結晶領域は、第1欠陥領域を有し、
前記第2光吸収層および前記第4コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第2フォトニック結晶領域を有し、
前記第2フォトニック結晶領域は、第2欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、第1波長の光の焦点を、前記第1光吸収層内に合わせ、第2波長の光の焦点を、前記第2光吸収層内に合わせる、受光素子。 A substrate,
A first light receiving portion, which is disposed from the substrate side above the substrate and includes a first contact layer, a first light absorption layer, and a second contact layer;
A separation layer formed above the second contact layer;
A second light-receiving portion disposed above the separation layer from the separation layer side and including a third contact layer, a second light absorption layer, and a fourth contact layer;
A condensing lens formed above the fourth contact layer,
At least one of the first light absorption layer and the second contact layer has a first photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction,
The first photonic crystal region has a first defect region;
At least one of the second light absorption layer and the fourth contact layer has a second photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in the plane direction;
The second photonic crystal region has a second defect region;
The condensing lens is a light receiving element in which a first wavelength light is focused in the first light absorption layer, and a second wavelength light is focused in the second light absorption layer.
前記第1受光部は、
前記第1欠陥領域以外の前記第1フォトニック結晶領域に形成された複数の第1穴と、
前記第1穴内に配置された第1内部部材と、を含み、
前記第2受光部は、
前記第2欠陥領域以外の前記第2フォトニック結晶領域に形成された複数の第2穴と、
前記第2穴内に配置された第2内部部材と、を含み、
前記第1光吸収層の吸収波長は、前記第2内部部材の吸収波長とは異なる、受光素子。 In claim 6,
The first light receiving unit includes:
A plurality of first holes formed in the first photonic crystal region other than the first defect region;
A first internal member disposed in the first hole,
The second light receiving unit includes:
A plurality of second holes formed in the second photonic crystal region other than the second defect region;
A second internal member disposed in the second hole,
The light receiving element, wherein an absorption wavelength of the first light absorption layer is different from an absorption wavelength of the second internal member.
前記集光レンズは、一体的に積み重ねられた複数のレンズ部を有する、受光素子。 In any one of Claims 4-7,
The condensing lens is a light receiving element having a plurality of lens portions stacked integrally.
TIA(Trans-Impedance Amplifier)と、を含む、光電子集積素子。 The light receiving element according to any one of claims 1 to 8,
An optoelectronic integrated device including a TIA (Trans-Impedance Amplifier).
発光素子と、を含む、光モジュール。 The light receiving element according to any one of claims 1 to 8,
An optical module comprising a light emitting element.
前記半導体多層膜をパターニングすることにより、第1コンタクト層、光吸収層、および、第2コンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第2コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成される、受光素子の製造方法。 Forming a semiconductor multilayer film by sequentially laminating at least a first contact layer, a light absorption layer, and a semiconductor layer for constituting a second contact layer above the substrate;
Forming a first contact layer, a light absorption layer, and a second contact layer by patterning the semiconductor multilayer film;
Forming a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the light absorption layer and the second contact layer;
Forming a condensing lens above the second contact layer,
The method for manufacturing a light receiving element, wherein the photonic crystal region is formed to have a defect region.
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層を形成する工程と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
各前記受光部を形成する工程は、
コンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層の上方に光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層の上方に他のコンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも2層の前記光吸収層の内部に合わせるように形成される、受光素子の製造方法。 A step of sequentially stacking and forming a plurality of light receiving portions above the substrate;
Forming a separation layer for electrically separating each of the plurality of light receiving parts;
Forming a condensing lens above the uppermost light receiving part among the plurality of light receiving parts,
The step of forming each of the light receiving portions includes:
Forming a contact layer;
Forming a light absorption layer above the contact layer;
Forming another contact layer above the light absorbing layer;
Forming a photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the light absorption layer and the other contact layer, and
The photonic crystal region is formed to have a defect region,
The said condensing lens is a manufacturing method of a light receiving element formed so that the focus of the several light from which a wavelength differs may be adjusted to the inside of the said light absorption layer of at least 2 layer of each said light absorption layer.
前記第1半導体多層膜をパターニングすることにより、第1コンタクト層、第1光吸収層、および、第2コンタクト層を形成する工程と、
前記第1光吸収層および前記第2コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第1フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第2コンタクト層の上方に、少なくとも、分離層、第3コンタクト層、第2光吸収層、および、第4コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して第2半導体多層膜を形成する工程と、
前記第2半導体多層膜をパターニングすることにより、分離層、第3コンタクト層、第2光吸収層、および、第4コンタクト層を形成する工程と、
前記第2光吸収層および前記第4コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第2フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第4コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記第1フォトニック結晶領域は、第1欠陥領域を有するように形成され、
前記第2フォトニック結晶領域は、第2欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、第1波長の光の焦点を、前記第1光吸収層内に合わせ、第2波長の光の焦点を、前記第2光吸収層内に合わせるように形成される、受光素子の製造方法。 Forming a first semiconductor multilayer film by sequentially laminating at least a first contact layer, a first light absorption layer, and a semiconductor layer for constituting a second contact layer above the substrate;
Forming a first contact layer, a first light absorption layer, and a second contact layer by patterning the first semiconductor multilayer film;
Forming a first photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the first light absorption layer and the second contact layer;
Above the second contact layer, at least a separation layer, a third contact layer, a second light absorption layer, and a semiconductor layer for forming a fourth contact layer are sequentially stacked to form a second semiconductor multilayer film. And a process of
Forming a separation layer, a third contact layer, a second light absorption layer, and a fourth contact layer by patterning the second semiconductor multilayer film;
Forming a second photonic crystal region having a periodic refractive index distribution in a plane direction inside at least one of the second light absorption layer and the fourth contact layer;
Forming a condensing lens above the fourth contact layer,
The first photonic crystal region is formed to have a first defect region;
The second photonic crystal region is formed to have a second defect region;
The condensing lens is formed so that the first wavelength light is focused in the first light absorption layer, and the second wavelength light is focused in the second light absorption layer. Device manufacturing method.
前記集光レンズは、該集光レンズの材料を含む液滴を吐出する液滴吐出法によって形成される、受光素子の製造方法。 In any one of Claims 12-14,
The method for manufacturing a light receiving element, wherein the condenser lens is formed by a droplet discharge method for discharging a droplet including a material of the condenser lens.
前記集光レンズを形成する工程の前に、前記液滴を堰き止めるための堰き止め部材を形成する工程を含む、受光素子の製造方法。 In claim 15,
A method for manufacturing a light receiving element, including a step of forming a blocking member for blocking the droplet before the step of forming the condenser lens.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080304 |