JP2006173329A - Light receiving element and its manufacturing method, optical module, and optical transmission apparatus - Google Patents

Light receiving element and its manufacturing method, optical module, and optical transmission apparatus Download PDF

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Masamitsu Mochizuki
理光 望月
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light receiving element easy to integrate and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: The light receiving element 100 comprises a substrate 101; a first contact layer 112 formed above the substrate 101, an optical absorption layer 114 formed above the first contact layer 112, a second contact layer 116 formed above the optical absorption layer 114, and a condenser 170 formed above the second contact layer 116. At least one of the optical absorption layer 114 and the second contact layer 116 includes a photonic crystal region 140 having a periodic refractive index distribution in a surface direction, and the photonic crystal region 140 includes a defect region 142. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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 light receiving element 100 according to this embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the light receiving element 100 shown in FIG. 1 is a view showing a cross section taken along the line II of FIG.

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 light receiving element 100 according to the present embodiment includes a substrate 101, a light receiving unit 110, and a condenser lens 170. In the present embodiment, a case where the light receiving unit 110 functions as a pin type photodiode will be described.

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 substrate 101, for example, a GaAs substrate or an InP substrate can be used.

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 light receiving unit 110 is provided on the substrate 101. The light receiving unit 110 includes a first contact layer 112, a light absorption layer 114, and a second contact layer 116. The first contact layer 112 is provided on the substrate 101, the light absorption layer 114 is provided on the first contact layer 112, and the second contact layer 116 is provided on the light absorption layer 114. The first contact layer 112 constitutes a columnar semiconductor deposited body. The planar shape of the first contact layer 112 can be, for example, a quadrangle or a circle. In the example shown in the figure, it is a quadrangle. The light absorption layer 114 and the second contact layer 116 constitute an integral columnar semiconductor deposit. The planar shape of the light absorption layer 114 and the second contact layer 116 can be, for example, a quadrangle or a circle. In the example shown in the figure, it is a quadrangle.

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 substrate 101, the first contact layer 112 is made of, for example, an n-type GaAs layer, the light absorption layer 114 is made of, for example, an undoped GaInNAs layer, and the second contact layer 116 is made of, for example, a p-type GaAs layer. Can consist of When an InP substrate is used as the substrate 101, for example, the first contact layer 112 is made of, for example, an n-type InGaAs layer, the light absorption layer 114 is made of, for example, an undoped InGaAs layer, and the second contact layer 116 is made of, for example, a p-type. It can consist of an InGaAs layer. Accordingly, the p-type second contact layer 116, the undoped light absorption layer 114, and the n-type first contact layer 112 form a pin structure.

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 light absorption layer 114 and the second contact layer 116 have a photonic crystal region 140 having a periodic refractive index distribution in the plane direction. In the illustrated example, a plurality of holes 144 are formed in the photonic crystal region 140. The hole 144 passes through the second contact layer 116 and extends in the thickness direction of the second contact layer 116. Further, the hole 144 penetrates the light absorption layer 114 and extends in the thickness direction of the light absorption layer 114. As shown in FIGS. 1 and 2, the photonic crystal region 140 has a region where the hole 144 is not formed, that is, a defect region 142. In other words, in the illustrated example, a plurality of holes 144 are arranged around the defect region 142 in a triangular lattice pattern at the same pitch interval. In the illustrated example, the number of holes 144 is 124, but the number can be appropriately increased or decreased. Further, the arrangement of the holes 144 is not limited to a triangular lattice shape, and may be a square lattice shape, for example. Further, the pitch interval of the holes 144 can be changed as appropriate. The holes 144 can also be arranged at different pitch intervals. Further, the hole 144 can be formed at a position that is symmetric with respect to the center of the defect region 142 in plan view. For example, the holes 144 arranged in a triangular lattice pattern shown in FIG. 2 have six-fold rotational symmetry. Further, the depth of the hole 144 is not particularly limited. For example, the hole 144 may not penetrate the second contact layer 116 or may not penetrate the light absorption layer 114. Further, for example, the hole 144 can be formed in the first contact layer 112. In this case, the hole 144 may penetrate the first contact layer 112 or may not penetrate. Note that the hole 144 is formed in the light absorption layer 114, for example, the light receiving element 100 performs wavelength selection more reliably than when the hole 144 is formed only in the second contact layer 116. be able to. The wavelength selection performed by the light receiving element 100 will be described later.

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 defect area 142 can be the same as or substantially the same as the center of the light incident on the condenser lens 170. Light can be confined in the defect region 142 by the photonic crystal region 140 as described above.

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 internal member 146 is disposed in the hole 144. In the illustrated example, the internal member 146 disposed below the condensing lens 170 is made of the same material as the condensing lens 170, and the internal member 146 disposed below the second electrode 117 is composed of air. In addition, the material of the internal member 146 is not specifically limited, It can select suitably. The state of the internal member 146 can be solid, liquid, gas, or the like.

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 1st contact layer 112 can be used as a light reflection layer as needed. In this case, the first contact layer 112 can reflect the light transmitted without being absorbed by the light absorption layer 114 and return it to the light absorption layer 114 side again. Thereby, the light detection sensitivity of the light receiving element 100 can be improved. The light reflection layer is not particularly limited as long as it has reflectivity with respect to incident light. For example, a distributed Bragg reflection mirror (DBR), a metal layer, or the like can be used.

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 first electrode 113 is formed on the first contact layer 112 as shown in FIGS. 1 and 2. The planar shape of the first electrode 113 can be, for example, a quadrangle as in the illustrated example. The first electrode 113 is formed so as not to contact the light absorption layer 114. A second electrode 117 is formed on the second contact layer 116. The planar shape of the second electrode 117 can be, for example, a ring shape as illustrated. An opening 182 is provided in the second electrode 117, and a part of the upper surface of the second contact layer 116 is exposed through the opening 182. This exposed surface is the light incident surface 180 in the light receiving unit 110. Accordingly, by appropriately setting the planar shape and size of the opening 182, the shape and size of the incident surface 180 can be appropriately set. In the illustrated example, the planar shape of the incident surface 180 is a circle. The first electrode 113 and the second electrode 117 are used to drive the light receiving unit 110.

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 member 176 is provided on the second electrode 117. The dam member 176 can dam the condensing lens precursor 170a including the material of the condensing lens 170 (see FIG. 8). That is, the shape of the condensing lens 170 can be controlled by controlling the shape of the blocking member 176. The planar shape of the damming member 176 can be, for example, a ring shape as illustrated. The cross-sectional shape of the damming member 176 can be a square or a triangle, for example. In the illustrated example, it is a rectangle. The second electrode 117 can also be used as a damming member. That is, the second electrode 117 can also dam the condenser lens precursor 170a.

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 condenser lens 170 is formed on a part of the second electrode 117 and the incident surface 180. The condensing lens 170 is formed so as to contact the inner side surface of the damming member 176 and not to contact the upper surface of the damming member 176. The shape of the condenser lens 170 can be convex. More specifically, the shape of the condensing lens can be, for example, a shape obtained by cutting out a part of one sphere as in the illustrated example.

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 light receiving unit 110 functions as a pin type photodiode has been described, but the present invention is also applicable to a light receiving element other than the pin type photodiode. Note that examples of the light receiving element to which the present invention can be applied include a pn photodiode, an avalanche photodiode, and an MSM photodiode. These are similarly applied to the first light receiving unit 210 and the second light receiving unit 250 of the second embodiment to be described later.

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 first contact layer 112, the first electrode 113, the second contact layer 116, and the second electrode 117 may not be formed.

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 light receiving element 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views schematically showing one manufacturing process of the light receiving element 100 shown in FIGS. 1 and 2, and each correspond to the cross-sectional view shown in FIG.

(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 substrate 101 is prepared. Hereinafter, an example in which an InP substrate is used as the substrate 101 will be described.

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 semiconductor multilayer film 120 is formed by epitaxial growth on the surface 101a of the substrate 101, as shown in FIG. Here, the semiconductor multilayer film 120 includes, for example, a first contact layer 112 made of an n-type InGaAs layer, a light absorption layer 114 made of an undoped InGaAs layer, and a second contact layer 116 made of a p-type InGaAs layer. By laminating these layers on the substrate 101 in order, the semiconductor multilayer film 120 is formed.

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 substrate 101, or the type, thickness, and carrier density of the semiconductor multilayer film 120 to be formed, but is generally 450 ° C. to 800 ° C. Is preferred. Further, the time required for performing the epitaxial growth is also appropriately determined in the same manner as the temperature. In addition, as a method of epitaxial growth, a metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a liquid phase epitaxy (LPE) method, or the like can be used.

(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 semiconductor multilayer film 120 is patterned to form a first contact layer 112, a light absorption layer 114, and a second contact layer 116 having desired shapes. Thereby, the light receiving part 110 is formed. The patterning of the semiconductor multilayer film 120 can be performed by a known lithography technique and etching technique.

(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 photonic crystal region 140 is formed inside the light absorption layer 114 and the second contact layer 116. Specifically, periodically arranged holes 144 are formed in the light absorption layer 114 and the second contact layer 116. However, the hole 144 is not formed in the defect region 142. The hole 144 can be formed using a lithography technique, an etching technique, an EB (Electron Beam) processing technique, or the like.

(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 first electrode 113 is formed on the first contact layer 112, and the second electrode 117 is formed on the second contact layer 116.

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(WSi)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 second electrode 117 is formed to have an opening 182. The opening 182 exposes a part of the upper surface of the second contact layer 116. This exposed surface becomes the incident surface 180. As the first electrode 113, for example, a laminated film of an alloy of gold (Au) and zinc (Zn) and gold (Au) can be used. As the second electrode 117, for example, an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), a laminated film of nickel (Ni), and gold (Au) can be used. Note that, as the first electrode 113 and the second electrode 117, for example, a metal (non-alloy metal) that can be formed without performing an annealing process can be used. Examples of non-alloy metal include tungsten silicide (WSi x ).

(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 member 176 is formed on the second electrode 117. As the damming member 176, for example, a resin such as polyimide, a dielectric layer such as SiN, or the like can be used. The damming member 176 can be patterned using, for example, a known lithography technique and etching technique.

(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 lens precursor 170a is formed. Specifically, a liquid material droplet 170b for forming the condensing lens 170 is ejected onto the upper surface of the second contact layer 116 to form the condensing lens precursor 170a. The droplet 170b is discharged until the condensing lens precursor 170a is formed so that the condensing lens 170 has a desired shape. At this time, the condensing lens precursor 170 a is blocked by the inner side surface of the blocking member 176. The liquid material has a property of being curable by applying energy (light, heat, etc.). Examples of the liquid material include an ultraviolet curable resin and a thermosetting resin precursor. Examples of the ultraviolet curable resin include an ultraviolet curable acrylic resin and an epoxy resin. Examples of the thermosetting resin include a thermosetting polymer to which high refractive index metal oxide nanoparticles are added, a thermosetting polyimide resin, and the like.

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 droplet 170b include a dispenser method and a droplet ejection method. The dispenser method is a general method for discharging droplets, and is effective when the droplets 170b are discharged over a relatively wide area. The droplet discharge method is a method of discharging droplets using an inkjet head 192 for discharging droplets, and the position at which droplets are discharged can be controlled in units of μm. Further, since the amount of liquid droplets to be ejected can be controlled in units of picoliters, a condensing lens 170 having a fine structure can be manufactured.

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 ink jet nozzle 190, or (ii) a method in which a piezoelectric element is used. There is a method of discharging liquid from the inkjet nozzle 190 by pressure. From the viewpoint of controllability of pressure, the method (ii) is desirable.

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 inkjet nozzle 190 of the inkjet head 192 and the ejection position of the droplet 170b is performed using a known image recognition technique used in an exposure process or an inspection process in a general semiconductor integrated circuit manufacturing process. . For example, as shown in FIG. 8, alignment between the position of the inkjet nozzle 190 of the inkjet head 192 and the opening 182 of the second electrode 117 is performed by image recognition. After alignment, the voltage applied to the inkjet head 192 is controlled, and then the droplet 170b is ejected.

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 droplet 170b discharged from the inkjet nozzle 190 has some variation, if the position where the droplet 170b has landed is inside the opening 177 of the blocking member 176, the blocking member 176 The condensing lens precursor 170a wets and spreads in the area surrounded by, and the position is automatically corrected.

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 lens precursor 170 a enters the hole 144. The degree to which the condensing lens precursor 170a enters the hole 144 can be controlled, for example, by adjusting the viscosity of the condensing lens precursor 170a, the opening diameter of the hole 144, and the like.

(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 condenser lens precursor 170 a is cured to form the condenser lens 170. Specifically, energy (light, heat, etc.) is applied to the condensing lens precursor 170a. When the condensing lens precursor 170a is cured, an appropriate method is used depending on the material type of the condensing lens precursor 170a. Specifically, for example, addition of thermal energy or irradiation with light such as ultraviolet rays or laser light can be given.

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 light receiving element 100 of the present embodiment is obtained as shown in FIGS.

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 first contact layer 112, the light absorption layer 114, and the second contact layer 116 are sequentially stacked on the substrate 101 has been described. However, for example, only the second contact layer 116 is formed. The light absorption layer 114 and the second contact layer 116 can be attached to each other after being formed over another substrate. In this case, after the photonic crystal region 140 is formed in at least one of the light absorption layer 114 and the second contact layer 116, both can be bonded together. The light absorption layer 114 and the second contact layer 116 can be bonded using a known substrate bonding technique. Similarly, for example, only the second contact layer 116 and the light absorption layer 114 may be formed on another substrate, and then the first contact layer 112 and the light absorption layer 114 may be bonded together. In this case, after forming the photonic crystal region 140 in at least one of the first contact layer 112, the light absorption layer 114, and the second contact layer 116, the two can be bonded together.

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 light receiving element 100 according to the present embodiment, the wavelength of the incident light A (see FIG. 1) can be reliably selected, and high light detection sensitivity can be obtained. Specifically, it is as follows.

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 light receiving element 100 according to the present embodiment has a photonic crystal region 140. The photonic crystal region 140 can confine light in the defect region 142. That is, the photonic crystal region 140 can constitute a resonator (for example, a point defect resonator). Incident light A is coupled to the resonance mode of this resonator. As a result, the light coupled to the resonance mode is absorbed by the light absorption layer 114 and detected as a photocurrent. Therefore, the light receiving element 100 according to the present embodiment can detect light having a desired wavelength or wavelength band. In other words, the light receiving element 100 according to the present embodiment can perform wavelength selection of the incident light A.

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 light receiving element 100 of this embodiment, the incident light A can be condensed by the condenser lens 170 and can be incident on the defect region 142. That is, the path of the incident light A is schematically shown as an arrow A shown in FIG. As a result, compared with the case where the light receiving element 100 does not have the condenser lens 170, the coupling efficiency of the incident light A to the resonator described above can be improved. Therefore, the wavelength of the incident light A can be selected more reliably, and the light detection sensitivity of the light receiving element 100 can be increased.

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 light receiving element 100 according to the present embodiment, since the wavelength of incident light can be selected by the element itself, the device can be downsized compared to the case where wavelength selection is performed by an AWG element or the like, for example. Can be planned. As a result, the light receiving element 100 can be easily integrated.

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 light receiving element 200 according to this embodiment. FIG. 10 is a plan view schematically showing the light receiving element 200 shown in FIG. 9 is a view showing a cross section taken along line II-II in FIG.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment includes a substrate 201, a first light receiving unit 210, a separation layer 230, a second light receiving unit 250, and a condenser lens 270. Including. In the present embodiment, a case where the first light receiving unit 210 and the second light receiving unit 250 function as a pin type photodiode will be described.

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 substrate 201, for example, a GaAs substrate or an InP substrate can be used.

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 light receiving unit 210 is provided on the substrate 201. The first light receiving unit 210 includes a first contact layer 212, a first light absorption layer 214, and a second contact layer 216. The first contact layer 212 is provided on the substrate 201, the first light absorption layer 214 is provided on the first contact layer 212, and the second contact layer 216 is provided on the first light absorption layer 214. The first contact layer 212 constitutes a columnar semiconductor deposited body. The planar shape of the first contact layer 212 can be, for example, a quadrangle or a circle. In the example shown in the figure, it is a quadrangle. The first light absorption layer 214 and the second contact layer 216 constitute an integrated columnar semiconductor deposit. The planar shapes of the first light absorption layer 214 and the second contact layer 216 can be, for example, a quadrangle or a circle. In the example shown in the figure, it is a quadrangle.

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 substrate 201, the first contact layer 212 is made of, for example, an n-type GaAs layer, the first light absorption layer 214 is made of, for example, an undoped GaInNAs layer, and the second contact layer 216 is made of, for example, a p-type. It can consist of a GaAs layer. When an InP substrate, for example, is used as the substrate 201, the first contact layer 212 is made of, for example, an n-type InGaAs layer, the first light absorption layer 214 is made of, for example, an undoped InGaAs layer, and the second contact layer 216 is made of, for example, It can consist of a p-type InGaAs layer. Therefore, the p-type second contact layer 216, the undoped first light absorption layer 214, and the n-type first contact layer 212 form a pin structure.

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 light absorption layer 214 and the second contact layer 216 have a first photonic crystal region 240 having a periodic refractive index distribution in the plane direction. In the illustrated example, a plurality of first holes 244 are formed in the first photonic crystal region 240. The first hole 244 passes through the second contact layer 216 and extends in the thickness direction of the second contact layer 216. Further, the first hole 244 passes through the first light absorption layer 214 and extends in the thickness direction of the first light absorption layer 214. As shown in FIGS. 9 and 10, the first photonic crystal region 240 has a region where the first hole 244 is not formed, that is, a first defect region 242. In other words, in the illustrated example, a plurality of first holes 244 are arranged around the first defect region 242 in a triangular lattice pattern at the same pitch interval. In the illustrated example, the number of the first holes 244 is 124, but the number can be appropriately increased or decreased. Further, the arrangement of the first holes 244 is not limited to a triangular lattice shape, and may be a square lattice shape, for example. Further, the pitch interval of the first holes 244 can be changed as appropriate. Also, the first holes 244 can be arranged at different pitch intervals. Further, the first hole 244 can be formed at a position that is symmetric with respect to the center of the first defect region 242 in plan view. For example, the first holes 244 arranged in a triangular lattice shape shown in FIG. 10 have six-fold rotational symmetry. Further, the depth of the first hole 244 is not particularly limited. For example, the first hole 244 may not penetrate the second contact layer 216 or may not penetrate the first light absorption layer 214. Further, for example, the first hole 244 can be formed in the first contact layer 212. In this case, the first hole 244 may penetrate the first contact layer 212 or may not penetrate. The first hole 244 is formed in the first light absorption layer 214, for example, compared to the case where the first hole 244 is formed only in the second contact layer 216, the light receiving element 200 is more Wavelength division can be reliably performed. The wavelength division performed by the light receiving element 200 will be described later.

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 first defect region 242 can be the same as or substantially the same as the center of the light incident on the condenser lens 270. The first photonic crystal region 240 as described above can confine light in the first defect region 242.

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 internal member 246 is disposed in the first hole 244. In the illustrated example, the first inner member 246 is made of air. The material of the first internal member 246 is not particularly limited and can be selected as appropriate. The state of the first internal member 246 can be solid, liquid, gas, or the like.

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 first electrode 213 is formed on the first contact layer 212 as shown in FIGS. 1 and 2. The planar shape of the first electrode 213 can be, for example, a quadrangle as in the illustrated example. The first electrode 213 is formed so as not to contact the first light absorption layer 214. A second electrode 217 is formed on the second contact layer 216. The planar shape of the second electrode 217 can be, for example, a quadrangle as in the illustrated example. The second electrode 217 can be formed so as not to contact the separation layer 230. The first electrode 213 and the second electrode 217 are used to drive the first light receiving unit 210.

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 separation layer 230 is provided on the first light receiving unit 210. More specifically, the separation layer 230 is provided on the second contact layer 216. The separation layer 230 constitutes a columnar semiconductor deposited body. The planar shape of the separation layer 230 can be a square or a circle, for example. In the example shown in the figure, it is a quadrangle.

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、SiO層などを用いることができる。 The separation layer 230 electrically separates the first light receiving unit 210 and the second light receiving unit 250. More specifically, the separation layer 230 electrically separates the second contact layer 216 and a third contact layer 252 described later. That is, as the separation layer 230, an insulating or semi-insulating layer can be used. For example, as the separation layer 230, a layer obtained by oxidizing an InAlAs layer, a layer obtained by oxidizing an AlGaAs layer, a layer obtained by oxidizing an InGaAsP layer, an undoped GaAs layer, an undoped InGaAs layer, a SiN layer, a SiO 2 layer, or the like may be used. it can.

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 light receiving unit 250 is provided on the separation layer 230. The second light receiving unit 250 includes a third contact layer 252, a second light absorption layer 254, and a fourth contact layer 256. The third contact layer 252 is provided on the separation layer 230, the second light absorption layer 254 is provided on the third contact layer 252, and the fourth contact layer 256 is provided on the second light absorption layer 254. The third contact layer 252 constitutes a columnar semiconductor deposited body. The planar shape of the third contact layer 252 can be, for example, a quadrangle or a circle. In the example shown in the figure, it is a quadrangle. The second light absorption layer 254 and the fourth contact layer 256 constitute an integrated columnar semiconductor deposit. The planar shape of the second light absorption layer 254 and the fourth contact layer 256 can be, for example, a quadrangle or a circle. In the illustrated example, it is circular.

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 substrate 201, the third contact layer 252 is made of, for example, an n-type GaAs layer, the second light absorption layer 254 is made of, for example, an undoped GaInNAs layer, and the fourth contact layer 256 is made of, for example, a p-type. It can consist of a GaAs layer. Further, when an InP substrate is used as the substrate 201, the third contact layer 252 is made of, for example, an n-type InGaAs layer, the second light absorption layer 254 is made of, for example, an undoped InGaAs layer, and the fourth contact layer 256 is made of, for example, It can consist of a p-type InGaAs layer. Accordingly, the p-type fourth contact layer 256, the undoped second light absorption layer 254, and the n-type third contact layer 252 form a pin structure.

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 light absorption layer 214 and the second light absorption layer 254 may be made of the same material or different materials. Here, the different materials are compounds including the same constituent elements and include the case where the composition ratios of the respective elements are different. As will be described later, when the light receiving element 200 according to the present embodiment performs wavelength division in a narrow wavelength band, the same material is desirable. Conversely, when performing wavelength division of a wide range of wavelength bands by the light receiving element 200 according to the present embodiment, it is desirable that the materials be different. In addition, the first light absorption layer 214 and the second light absorption layer 254 can suppress the light absorbed by the first light absorption layer 214 from being absorbed by the second light absorption layer 254. The material can be selected.

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 light absorption layer 254 and the fourth contact layer 256 have a second photonic crystal region 241 having a periodic refractive index distribution in the plane direction. In the illustrated example, a plurality of second holes 245 are formed in the second photonic crystal region 241. The second hole 245 passes through the fourth contact layer 256 and extends in the thickness direction of the fourth contact layer 256. Further, the second hole 245 passes through the second light absorption layer 254 and extends in the thickness direction of the second light absorption layer 254. As shown in FIGS. 9 and 10, the second photonic crystal region 241 has a region where the second hole 245 is not formed, that is, a second defect region 243. In other words, in the illustrated example, a plurality of the second holes 245 are arranged around the second defect region 243 in a triangular lattice pattern at the same pitch interval. In the illustrated example, the number of the second holes 245 is 124, but the number can be appropriately increased or decreased. Further, the arrangement of the second holes 245 is not limited to a triangular lattice shape, and may be a square lattice shape, for example. Further, the pitch interval of the second holes 245 can be changed as appropriate. In addition, the second holes 245 may be arranged at different pitch intervals. The second hole 245 can be formed at a position that is symmetric with respect to the center of the second defect region 243 in plan view. For example, the second holes 245 arranged in a triangular lattice shape shown in FIG. 10 have six-fold rotational symmetry. Further, the depth of the second hole 245 is not particularly limited. For example, the second hole 245 may not penetrate the fourth contact layer 256 or may not penetrate the second light absorption layer 254. For example, the second hole 245 may be formed in the third contact layer 252. In this case, the second hole 245 may penetrate the third contact layer 252 or may not penetrate. Note that the second hole 245 is formed in the second light absorption layer 254. For example, the light receiving element 200 is more formed than in the case where the second hole 245 is formed only in the fourth contact layer 256. Wavelength division can be reliably performed. The wavelength division performed by the light receiving element 200 will be described later. Further, in the illustrated example, the second holes 245 and the first holes 244 are formed with the same number, arrangement, pitch interval, and depth. However, the number, arrangement, pitch may be changed as necessary. At least one of the interval and the depth can be varied.

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 second defect region 243 can be the same as or substantially the same as the center of the light incident on the condenser lens 270. Light can be confined in the second defect region 243 by the second photonic crystal region 241 as described above.

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 internal member 247 is disposed in the second hole 245. In the illustrated example, the second inner member 247 is made of air. The material of the second internal member 247 is not particularly limited and can be selected as appropriate. The state of the second internal member 247 can be solid, liquid, gas, or the like.

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 third electrode 253 is formed on the third contact layer 252 as shown in FIGS. 9 and 10. The planar shape of the third electrode 253 can be, for example, a quadrangle as in the illustrated example. The third electrode 253 is formed so as not to contact the second light absorption layer 254. A fourth electrode 257 is formed on the fourth contact layer 256. The planar shape of the fourth electrode 257 can be, for example, a ring shape as shown in the illustrated example. The fourth electrode 257 is provided with an opening 282, and a part of the upper surface of the fourth contact layer 256 is exposed through the opening 282. This exposed surface is the light incident surface 280 of the second light receiving unit 250. Therefore, by appropriately setting the planar shape and size of the opening 282, the shape and size of the incident surface 280 can be appropriately set. In the illustrated example, the planar shape of the incident surface 280 is a circle. The third electrode 253 and the fourth electrode 257 are used to drive the second light receiving unit 250.

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 member 276 is provided on the fourth electrode 257. The damming member 276 can dam the first lens portion precursor 272 including the material of the first lens portion 272 and the second lens portion precursor 274a including the material of the second lens portion 274 (see FIGS. 17 and 17). 18). That is, by controlling the shape of the blocking member 276, the shapes of the first lens portion 272 and the second lens portion 274 can be controlled. The planar shape of the damming member 276 can be, for example, a ring shape as shown in the illustrated example. The cross-sectional shape of the damming member 276 can be, for example, a quadrangle or a triangle. In the illustrated example, it is a rectangle. In the present embodiment, the position of the upper surface of the damming member 276 is 7.2 μm higher than the position of the incident surface 280. Note that the fourth electrode 257 can also be used as a blocking member. That is, the fourth electrode 257 can dam the first lens part precursor 272a and the second lens part precursor 274a.

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 condenser lens 270 includes a first lens part 272 and a second lens part 274. The first lens portion 272 is formed on a part of the fourth electrode 257 and the incident surface 280. The first lens portion 272 is formed so as to contact the inner side surface of the damming member 276 and not to contact the upper surface of the damming member 276. The second lens unit 274 is stacked on the first lens unit 272. That is, the first lens portion 272 and the second lens portion 274 are integrally formed. The second lens part 274 is formed on the first lens part 272 and the damming member 276. The second lens portion 274 is formed so as not to contact the outer side surface of the damming member 276.

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 first lens part 272 in plan view and the center of the second lens part 274 in plan view can be formed to be the same or substantially the same as the center of the light incident on the condenser lens 270. .

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 first lens part 272 and the second lens part 274 may have a convex shape. More specifically, the shape of the first lens portion 272 and the second lens portion 274 can be, for example, a shape in which a part of one sphere is cut out as shown in the illustrated example.

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 condenser lens 270 includes two lens portions (the first lens portion 272 and the second lens portion 274) has been described. The number is not particularly limited and can be one or more. For example, the number of lens parts constituting the condensing lens 270 is two or more, and each lens part has a different refractive index (the refractive index is reduced as it goes to the outside), thereby efficiently refracting light. Can do.

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 light receiving element 200 includes two light receiving units (the first light receiving unit 210 and the second light receiving unit 250) is described. However, the number of light receiving units included in the light receiving element 200 is as follows. If it is two or more, it will not specifically limit. The number of light receiving units included in the light receiving element 200 can be set as appropriate according to the number of light wavelengths divided by the light receiving element 200. The wavelength division performed by the light receiving element 200 will be described later.

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 light receiving element 200 of the present embodiment will be described below. The following driving method of the light receiving element 200 is an example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

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 light receiving element 200 of the present embodiment, and corresponds to the cross-sectional view shown in FIG. The light receiving element 200 has a function of converting a plurality of optical signals composed of a plurality of lights having different wavelengths into current signals corresponding to the respective optical signals. Specifically, it is as follows.

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 light receiving element 200 are incident on the light receiving element 200. More specifically, for example, first, a plurality of lights having different wavelengths are emitted from a light emitting element (not shown). The plurality of lights enter, for example, one end face of an optical waveguide (not shown), propagate in the optical waveguide, and exit from the other end face. The plurality of emitted light is incident on the second lens portion 274 of the light receiving element 200. Here, for convenience, light of wavelength λ1 (hereinafter referred to as “first wavelength light λ1”) and light of wavelength λ2 (hereinafter referred to as “second wavelength light λ2”) are the second lens unit 274. An example of incidence on the light will be described. A case where the wavelength λ1 is longer than the wavelength λ2 will be described. For example, the wavelength λ1 can be 1.55 μm, and the wavelength λ2 can be 1.31 μm. The paths of the first wavelength light λ1 and the second wavelength light λ2 are schematically indicated by arrows in FIG. For example, the angle θ formed between the first wavelength light λ1 and the second wavelength light λ2 incident on the second lens unit 274 and the horizontal plane may be 83.7 °. Further, for example, as the first wavelength light λ1 and the second wavelength light λ2 incident on the second lens unit 274, the spot radius on the incident surface 280 is 20 μm when the condensing lens 270 is not present. Aperture light can be used.

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 second lens unit 274. At this time, the light λ1 having the first wavelength and the light λ2 having the second wavelength have different wavelengths, and thus have different refraction angles. Specifically, the light λ1 having the first wavelength has a larger refraction angle than the light λ2 having the second wavelength. As a result, as shown in FIG. 11, the light λ2 having the second wavelength is more condensed than the light λ1 having the first wavelength.

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 second lens unit 274 are incident on the first lens unit 272. The light λ1 having the first wavelength and the light λ2 having the second wavelength are refracted at the interface between the second lens portion 274 and the first lens portion 272. At this time, similarly to the case of refraction at the interface between the outside of the second lens unit 274 and the second lens unit 274 described above, the light λ1 of the first wavelength has a larger refraction angle than the light λ2 of the second wavelength. . As a result, as shown in FIG. 11, the light λ2 having the second wavelength is more condensed than the light λ1 having the first wavelength.

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 first lens unit 272 and the second lens unit 274) as compared with the light λ1 having the first wavelength is as shown in FIG. And the second defect region 243 of the second light absorption layer 254. The second wavelength light λ <b> 2 is coupled to the resonance mode of the point defect resonator formed by the second photonic crystal region 241. As a result, the second wavelength light λ <b> 2 coupled to the resonance mode is mainly absorbed by the second light absorption layer 254. Specifically, first, the light λ <b> 2 having the second wavelength propagated in the first lens unit 272 is incident on the second light receiving unit 250 from the incident surface 280. Next, the light λ <b> 2 having the second wavelength passes through the fourth contact layer 256 and is mainly absorbed by the second light absorption layer 254.

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 condenser lens 270 is focused in the first defect region 242 of the first light absorption layer 214 as shown in FIG. Then, the light λ1 having the first wavelength is coupled to the resonance mode of the point defect resonator formed by the first photonic crystal region 240. As a result, the first wavelength light λ 1 coupled to the resonance mode is mainly absorbed by the first light absorption layer 214. Specifically, first, the light λ <b> 1 having the first wavelength that has propagated through the first lens unit 272 is incident on the second light receiving unit 250 from the incident surface 280. Next, the light λ <b> 1 having the first wavelength propagates through the second light receiving unit 250 and the separation layer 230 and is incident on the first light receiving unit 210. Next, the light λ 1 having the first wavelength passes through the second contact layer 216 and is mainly absorbed by the first light absorption layer 214.

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 light receiving element 200 according to this embodiment, the light λ1 having the first wavelength is mainly absorbed by the first light absorption layer 214. As a result, photoexcitation occurs in the first light absorption layer 214, and electrons and holes are generated. Arise. Then, due to the electric field applied between the first electrode 213 and the second electrode 217, electrons move to the first electrode 213 and holes move to the second electrode 217. As a result, a current (photocurrent) is generated in the first light receiving unit 210 in the direction from the first contact layer 212 to the second contact layer 216. That is, an optical signal composed of the light λ1 having the first wavelength can be converted into a current signal.

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 light absorption layer 254, and as a result, photoexcitation occurs in the second light absorption layer 254, and electrons and holes are generated. Then, due to the electric field applied between the third electrode 253 and the fourth electrode 257, electrons move to the third electrode 253 and holes move to the fourth electrode 257, respectively. As a result, a current (photocurrent) is generated from the third contact layer 252 to the fourth contact layer 256 in the second light receiving unit 250. That is, an optical signal composed of the light λ2 having the second wavelength can be converted into a current signal.

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 condenser lens 270 has been described. The number of lights having different wavelengths incident on the lens 270 is not particularly limited as long as it is two or more. The number of lights having different wavelengths incident on the condenser lens 270 can be appropriately set according to the usage pattern of the light receiving element 200.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9, 10, and 12 to 18. 12 to 18 are cross-sectional views schematically showing one manufacturing process of the light receiving element 200 shown in FIGS. 9 and 10, and each correspond to the cross-sectional view shown in FIG.

(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 substrate 201 is prepared. Hereinafter, an example in which an InP substrate is used as the substrate 201 will be described.

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 surface 201 a of the substrate 201. Here, the first semiconductor multilayer film includes, for example, a first contact layer 212 made of an n-type InGaAs layer, a first light absorption layer 214 made of an undoped InGaAs layer, and a second contact layer 216 made of a p-type InGaAs layer. . By laminating these layers on the substrate 201 in order, a first semiconductor multilayer film is formed. The epitaxial growth of the first semiconductor multilayer film can be performed in the same manner as the epitaxial growth of the semiconductor multilayer film 120 (see FIG. 3) of the first embodiment described above. The composition of the material of each layer can be determined as appropriate.

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 light absorption layer 214, and the second wavelength light λ2 is focused on the second light. The value can be set as appropriate so as to fit within the absorption layer 254. In addition, the thickness of each layer constituting the first semiconductor multilayer film can be set in consideration of the shift of the focal position due to the optical axis shift. For example, as for the thickness of each layer constituting the first semiconductor multilayer film, the thickness of the first contact layer 212 is 0.2 μm, the thickness of the first light absorption layer 214 is 0.3 μm, and the film of the second contact layer 216. The thickness can be 0.1 μm or the like.

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 first contact layer 212, a first light absorption layer 214, and a second contact layer 216 having desired shapes. Thereby, the 1st light-receiving part 210 is formed. The patterning of the first semiconductor multilayer film can be performed by a known lithography technique and etching technique.

(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 photonic crystal region 240 is formed inside the first light absorption layer 214 and the second contact layer 216. The formation of the first photonic crystal region 240 can be performed in the same manner as the formation of the photonic crystal region 140 of the first embodiment described above.

(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 surface 216a of the second contact layer 216. Here, the second semiconductor multilayer film includes, for example, a layer made of an InAlAs layer (hereinafter referred to as a “layer to be a separation layer”) 230a, a third contact layer 252 made of an n-type InGaAs layer, and an undoped InGaAs layer. It consists of a second light absorption layer 254 and a fourth contact layer 256 made of a p-type InGaAs layer. By laminating these layers on the second contact layer 216 in order, a second semiconductor multilayer film is formed. The epitaxial growth of the second semiconductor multilayer film can be performed in the same manner as the epitaxial growth of the first semiconductor multilayer film described above. The composition of the material of each layer can be determined as appropriate. For example, the composition of the material of the first light absorption layer 214 and the first light absorption layer 214 so that the light absorbed by the first light absorption layer 214 can be suppressed from being absorbed by the second light absorption layer 254. The composition of the material of the two-light absorption layer 254 can be made different. Specifically, for example, the first light absorption layer 214 is made of an In 0.53 Ga 0.47 As layer, and the second light absorption layer 254 is made of an In 0.4 Ga 0.6 As layer. it can. Further, by increasing the Al composition of the InAlAs layer that is the layer 230a serving as the separation layer, the layer 230a serving as the separation layer can be easily oxidized in the subsequent oxidation step (see FIG. 15). In the present invention, the Al composition of the InAlAs layer is the composition of aluminum (Al) with respect to the group III element.

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 light absorption layer 214 and the second wavelength light λ2 is focused on the second light. The value can be set as appropriate so as to fit within the absorption layer 254. Further, the film thickness of each layer constituting the second semiconductor multilayer film can be set in consideration of the shift of the focal position due to the optical axis shift. For example, the thickness of each layer constituting the second semiconductor multilayer film is 0.2 μm for the layer 230 a serving as the separation layer, 0.2 μm for the third contact layer 252, and the second light absorption layer 254. The film thickness can be 0.3 μm, the film thickness of the fourth contact layer 256 can be 0.1 μm, and the like.

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 layer 230 a, a third contact layer 252, a second light absorption layer 254, and a fourth contact layer 256 that serve as separation layers having a desired shape. Form. Thereby, the 2nd light-receiving part 250 is formed. The patterning of the second semiconductor multilayer film can be performed by a known lithography technique and etching technique.

(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 substrate 201 on which the first light receiving unit 210 and the second light receiving unit 250 are formed by the above process in a water vapor atmosphere at about 400 ° C., for example, separation is performed. The separation layer 230 is formed by oxidizing the layer 230a to be a layer from the side surface. The oxidation of the layer 230a serving as the separation layer is performed until the entire layer 230a serving as the separation layer is oxidized.

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 light receiving unit 210, the separation layer 230, and the second light receiving unit 250 is formed.

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 photonic crystal region 241 is formed inside the second light absorption layer 254 and the fourth contact layer 256. The formation of the second photonic crystal region 241 can be performed in the same manner as the formation of the first photonic crystal region 240 described above.

(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 first electrode 213 is formed on the first contact layer 212, the second electrode 217 is formed on the second contact layer 216, and the third contact layer 252 is formed. A third electrode 253 is formed, and a fourth electrode 257 is formed on the fourth contact layer 256.

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 fourth electrode 257 is formed to have an opening 282. The opening 282 exposes part of the upper surface of the fourth contact layer 256. This exposed surface becomes the incident surface 280. As the first electrode 213 and the third electrode 253, for example, a laminated film of an alloy of gold (Au) and zinc (Zn) and gold (Au) can be used. As the second electrode 217 and the fourth electrode 257, for example, a laminated film of an alloy of gold (Au) and germanium (Ge), nickel (Ni), and gold (Au) can be used. In addition, as the first to fourth electrodes 213, 217, 253, and 257, for example, a metal (non-alloy metal) that can form an electrode without performing annealing treatment can be used.

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 member 176 is formed on the fourth electrode 257. The dam member 276 can be formed in the same manner as the dam member 176 of the first embodiment described above.

(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 lens portion precursor 272a is formed. The formation of the first lens portion precursor 272a can be performed in the same manner as the formation of the condensing lens precursor 170a of the first embodiment described above. In the illustrated example, the first lens portion precursor 272a is prevented from entering the second hole 245. The degree to which the first lens part precursor 272a enters the second hole 245 can be controlled, for example, by adjusting the viscosity of the first lens part precursor 272a, the opening diameter of the second hole 245, and the like.

(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 lens part precursor 272a is cured to form the first lens part 272. The first lens portion precursor 272a can be cured in the same manner as the condensing lens precursor 170a of the first embodiment described above.

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 first lens portion 272 are such that the first wavelength light λ1 is focused in the first light absorption layer 214 and the second wavelength light λ2 is focused in the second light absorption layer 254. It can be appropriately selected to fit inside. For example, the radius of curvature of the outer edge of the first lens unit 272 may be 25 μm, and the height of the highest point of the first lens unit 272 from the incident surface 280 may be 32 μm. Further, for example, the material of the first lens portion 272 is a high refractive index metal oxide nanoparticle having a refractive index of 1.98 for the first wavelength light λ1 and a refractive index of 2.00 for the second wavelength light λ2. A thermosetting polymer to which is added can be used.

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 lens portion precursor 274a is formed. Specifically, a liquid material droplet 274b for forming the second lens unit 274 is ejected onto the upper surface of the first lens unit 272 to form the second lens unit precursor 274a. At this time, the second lens portion precursor 274a is dammed by a corner portion 279 constituted by the upper surface of the damming member 276 and the outer side surface. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the point similar to formation of the 1st lens part precursor 272a mentioned above.

(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 lens portion precursor 274 a is cured to form the second lens portion 274. The second lens portion precursor 274a can be cured in the same manner as the first lens portion precursor 272a described above.

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 second lens unit 274 are such that the first wavelength light λ1 is focused in the first light absorption layer 214, and the second wavelength light λ2 is focused in the second light absorption layer 254. It can be appropriately selected to fit inside. For example, the radius of curvature of the outer edge of the second lens portion 274 may be 40 μm, and the height of the second lens portion 274 from the highest incident surface 180 may be 67 μm. For example, the material of the second lens unit 274 is an epoxy resin having a refractive index of 1.58 for the first wavelength light λ1 and a refractive index of 1.6 for the second wavelength light λ2. it can. Note that the first lens portion 272 and the second lens portion 274 can be made of the same material or different materials. For example, when the first lens portion 272 and the second lens portion 274 are made of different materials, the light can be refracted more greatly. In this case, the refractive index of the material of the first lens part 272 is preferably larger than the refractive index of the material of the second lens part 274. For example, the refractive index of vinyl acetate is 1.450 to 1.470, the refractive index of epoxy resin is 1.550 to 1.610, the refractive index of phenoxy resin is 1.598, and the refractive index of polyimide is 1.780, the refractive index of the thermosetting polymer to which the high refractive index metal oxide nanoparticles are added is about 2.0 (or more). Therefore, by appropriately selecting these materials, the refractive index of the material of the first lens portion 272 can be made larger than the refractive index of the material of the second lens portion 274.

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 light receiving element 200 of the present embodiment is obtained.

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 photonic crystal region 240 in at least one of the first contact layer 212, the first light absorption layer 214, and the second contact layer 216. Both can also be pasted together. Then, after forming the second photonic crystal region 241 in at least one of the third contact layer 252, the second light absorption layer 254, and the fourth contact layer 256, they can be bonded together.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment, as described above, a plurality of optical signals composed of a plurality of lights having different wavelengths can be converted into current signals corresponding to the respective optical signals. The desired wavelength division can be performed by appropriately selecting at least one of the structure and material of the condenser lens 270. For example, wavelength division can be performed by converting a plurality of optical signals composed of a plurality of lights having very close wavelengths into current signals corresponding to the respective optical signals. Therefore, wavelength division in a narrow wavelength band can be performed. Of course, wavelength division of a wide range of wavelength bands can also be performed.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment, the wavelength division of incident light (for example, the first wavelength light λ1 and the second wavelength light λ2 as shown in FIG. 11) can be reliably performed, And it can have high photodetection sensitivity. Specifically, it is as follows.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment includes a first photonic crystal region 240 and a second photonic crystal region 241. The first photonic crystal region 240 can confine light in the first defect region 242, and the second photonic crystal region 241 can confine light in the second defect region 243. That is, the first photonic crystal region 240 and the second photonic crystal region 241 can constitute a resonator (for example, a point defect resonator). As described above, incident light is coupled to the resonance mode of the resonator. As a result, the first wavelength light λ 1 coupled to the resonance mode is absorbed by the first light absorption layer 214, and the second wavelength light λ 2 coupled to the resonance mode is absorbed by the second light absorption layer 254. Therefore, according to the light receiving element 200 according to the present embodiment, the light having the desired wavelength λ1 (or the desired wavelength band) can be detected by the first light receiving unit 210, and the other desired wavelength λ2 ( Alternatively, the second light receiving unit 250 can detect light in a desired wavelength band. In other words, the light receiving element 200 according to the present embodiment can perform wavelength division of incident light more reliably.

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 light receiving element 200 of the present embodiment, the light λ1 having the first wavelength can be condensed by the condenser lens 270 and can be incident on the first defect region 242, and the light λ2 having the second wavelength can be incident. The light can be condensed and incident on the second defect region 243. As a result, compared with the case where the light receiving element 200 does not include the condenser lens 270, the coupling efficiency of the incident light to the resonator described above can be improved. Therefore, the wavelength division of incident light can be more reliably performed, and the light detection sensitivity of the light receiving element 200 can be increased.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment, since the wavelength of incident light can be divided by the element itself, for example, the device can be downsized compared to the case where wavelength division is performed by an AWG element or the like. Can be planned. As a result, the light receiving element 200 can be easily integrated.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment, the absorption wavelength of the second internal member 247 included in the second light receiving unit 250 is different from the absorption wavelength of the first light absorption layer 214 of the first light receiving unit 210. Can do. Accordingly, the light λ1 having the first wavelength absorbed by the first light absorption layer 214 can be suppressed from being absorbed by the second internal member 247 when passing through the second internal member 247. . As a result, the light detection sensitivity of the first light receiving unit 210 can be increased.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment, since the condensing lens 270 is formed above the incident surface 280, the allowable range of the optical axis deviation is widened. That is, according to the light receiving element 200 according to the present embodiment, the optical axis tolerance is improved.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment, the first light receiving unit 210 and the second light receiving unit 250 are stacked through only the separation layer 230, so that the device can be miniaturized. . As a result, the light receiving element 200 can be easily integrated.

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 light receiving element 200 according to the present embodiment, for example, compared to the case where the first light receiving unit 210 and the second light receiving unit 250 are bonded and stacked using solder or the like. It is possible to provide the light receiving element 200 that can manufacture the element 200 with good reproducibility and has high reliability.

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 integrated device 300 and an optical module 700 to which the light receiving device 100 according to the first embodiment is applied will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing the optoelectronic integrated device 300 and the optical module 700 according to this embodiment. In the optoelectronic integrated device 300 and the optical module 700 of the present embodiment, the light receiving device 200 of the second embodiment described above can be used instead of the light receiving device 100 of the first embodiment. The same applies to the fourth and fifth embodiments described later.

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 integrated device 300 includes a light receiving device 100 and a TIA (Trans-Impedance Amplifier) 350 as shown in FIG. The TIA 350 is configured by, for example, a heterojunction bipolar transistor. The light receiving element 100 and the TIA 350 are formed on the submount substrate 406.

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 optical module 700 includes a receiving unit 400, a transmitting unit 500, and an electronic circuit unit 600. The electronic circuit unit 600 includes an amplifier circuit unit 610 and a drive circuit unit 620.

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 unit 400 includes a submount substrate 406, an optoelectronic integrated device 300, a housing unit 402, and a glass unit 404.

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 transmission unit 500 includes a submount substrate 508, a light emitting element 510, a monitor photodiode 512, an oblique glass unit 504, and a housing unit 502. The light emitting element 510 and the monitor photodiode 512 are formed on the submount substrate 508.

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 casing unit 402 is formed of a resin material, and is formed integrally with a sleeve 420 and a condensing unit 405 described later. Similarly, the housing portion 502 is formed of a resin material and is formed integrally with a sleeve 520 described later. As the resin material, a material that can transmit light is selected. For example, polymethyl methacrylate (PMMA), epoxy resin, phenol resin, diallyl phthalate, phenyl methacrylate, fluorine resin used for plastic optical fiber (POF). A polymer or the like can be employed.

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 sleeves 420 and 520 are formed in a shape in which a light guide member (not shown) such as an optical fiber can be fitted from the outside, and constitute a part of the peripheral wall of the accommodation spaces 422 and 522. The condensing part 405 condenses and sends out the optical signal from the light guide member. Thereby, the loss of light from the light guide member can be reduced, and the light coupling efficiency between the light receiving element 100 and the light guide member can be improved.

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 oblique glass portion 504 is provided in the accommodation space 522 and between the sleeve 520 and the light emitting element 510. The oblique glass portion 504 reflects and transmits light from the light emitting element 510. The monitor photodiode 512 receives the light reflected by the oblique glass portion 504. The drive circuit unit 620 adjusts the amount of light emitted by the light emitting element 510 in accordance with the amount of light received by the monitor photodiode 512. The light transmitted through the oblique glass portion 504 is sent out to a light guide member fitted in the sleeve 520 of the transmission unit 500.

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 light emitting element 510 converts an electrical signal input from the outside into an optical signal and outputs the optical signal to the outside through the light guide member. The light receiving element 100 receives an optical signal through the light guide member, converts this into a current, and sends the converted current to the TIA 350. The TIA 350 converts the received current into a voltage output, amplifies it, and sends it to the electronic circuit unit 600. The amplifier circuit unit 610 performs control so that the voltage output does not exceed a certain level, and outputs the voltage output to the outside. In addition, description of external terminals, such as an output terminal and input terminal of an electrical signal, is omitted.

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 light receiving element 100 is used in the optoelectronic integrated element 300 and the optical module 700.

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 light transmission device 90 according to a fourth embodiment to which the present invention is applied. The light transmission device 90 connects electronic devices 92 such as a computer, a display, a storage device, and a printer to each other. The electronic device 92 may be an information communication device. The light transmission device 90 may be one in which plugs 96 are provided at both ends of the cable 94. The cable 94 can include a light guide member (for example, an optical fiber). The plug 96 contains the optical module 700 according to the third embodiment. Since the light guide member is built in the cable 94 and the optical module 700 is built in the plug 96, it is not shown. The relationship between the light guide member and the optical module 700 is as described in the third embodiment.

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。   Optical modules 700 according to the third embodiment are provided at both ends of the light guide member. As shown in FIGS. 19 and 20, the light receiving element 100 installed at one end of the light guide member converts an optical signal into an electrical signal, and then transmits the electrical signal via the TIA 350 and the electronic circuit unit 600. To the electronic device 92. A light emitting element 510 is installed at the other end of the light guide member. That is, in the light emitting element 510, the electrical signal output from the electronic device 92 is converted into an optical signal. This optical signal travels through the light guide member and is input to the light receiving element 100.

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 optical transmission device 90 of the present embodiment, information transmission between the electronic devices 92 can be performed by an optical signal.

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 light transmission device 90 according to a fifth embodiment to which the present invention is applied. The light transmission device 90 is connected between the electronic devices 80. As the electronic device 80, a liquid crystal display monitor or a digital CRT (may be used in the fields of finance, mail order, medical care, education, etc.), liquid crystal projector, plasma display panel (PDP), digital TV, retail store Cash register (POS for Point of Sale Scanning), video, tuner, game device, printer, and the like.

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.

第1の実施形態に係る受光素子を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the light receiving element according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る受光素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light receiving element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の動作を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically operation | movement of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing method of the light receiving element which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る光モジュールを模式的に示す図。The figure which shows typically the optical module which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る光伝達装置を模式的に示す図。The figure which shows typically the light transmission apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る光伝達装置の使用形態を模式的に示す図。The figure which shows typically the usage type of the optical transmission apparatus which concerns on 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

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)

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、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.
請求項1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、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.
請求項2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、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.
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、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.
請求項4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、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.
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、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.
請求項6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、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.
請求項4〜7のいずれかにおいて、
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、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.
請求項1〜8のいずれかに記載の受光素子と、
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).
請求項1〜8のいずれかに記載の受光素子と、
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.
請求項10に記載の光モジュールを含む、光伝達装置。   An optical transmission device comprising the optical module according to claim 10. 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、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.
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、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.
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、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.
請求項12〜14のいずれかにおいて、
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、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.
請求項15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、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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