JP2006344681A - 受光素子及び受光素子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】より薄いフィルタ層を用いて所望とする波長選択性を有する受光素子と、この受光素子を備えた受光素子モジュールとを提供する。
【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１と、第１および第２の波長成分の光を受ける第１のエリア２９と半導体領域２０が形成された第２のエリア３１とを含む主面を有しておりフィルタ用半導体層１７の表面上に設けられたフィルタ用半導体層１７と、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の他の表面に設けられており光を反射可能な第１の電極１３と、フィルタ用半導体層１７を介して第１の電極１３からの反射光を受ける第１導電型を示す受光層１９を含む半導体領域２０とを備え、フィルタ用半導体層１７は第１の波長成分の透過率が第２の波長成分の透過率より小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光素子と、この受光素子を備えた受光素子モジュールとに関する。

受光素子が特許文献１に開示されている。この受光素子は、基板裏面に設けられたフィルタ層を有する。このフィルタ層は、二つの波長成分のうち一方の波長成分をより多く透過させる。また、この基板の中央には第１のｐｎ接合が設けられ、この第１のｐｎ接合に係るｐ領域にはｐ電極が設けられている。この受光素子は、上記のフィルタ層を有するので、二つの異なる波長成分を含む光から一の波長成分を含む光のみを選択的に受光できる。従って、二つの波長成分によって生じ得るクロストークが低減できる。また、特許文献２には、上記のようなクロストークを低減するための受光素子モジュールが開示されている。
特開２０００−３６６１５号公報 特開平６−１６０６７４号公報

二つの波長成分により引き起こされるクロストークを更に低減するためには、より高い波長選択性を有する受光素子を開発する必要がある。高い波長選択性は例えばフィルタ層の厚みを増すことにより達成される。しかし、フィルタ層の厚みを増すと、フィルタ層自身の成長時間が長くなるため、歩留まりが悪くなる。その結果コストが増加する。つまり、求められていることは、所望とする波長選択性を、より薄いフィルタ層を用いて実現することである。

そこで、本発明の目的は、より薄いフィルタ層を用いて所望とする波長選択性を有する受光素子と、この受光素子を備えた受光素子モジュールとを提供することである。

本発明は、第１の面および該第１の面の反対側にある第２の面を有しており第１導電型を示すＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板と、第１および第２の波長成分を含む光を受ける第１のエリアと第２のエリアとを含む主面を有しており前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第１の面上に設けられたフィルタ用半導体層と、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第２の面上に設けられており前記光を反射可能な第１の電極と、前記フィルタ用半導体層を介して前記第１の電極からの反射光を受ける第１導電型を示す受光層と、該受光層内に設けられた第２導電型領域と、該受光層内において前記第２導電型領域の周りに設けられた第２導電型の拡散遮蔽領域とを含み、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第２のエリア上に設けられた半導体領域と、前記第２導電型領域にオーミック接触する第２の電極とを備え、前記フィルタ用半導体層は、前記第１の波長成分に対する透過率が前記第２の波長成分に対する透過率より小さい光学特性を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、入射光は第１のエリアに入射するとフィルタ用半導体層を通過（１回目の通過）した後に第１の電極によって反射される。この反射光は、フィルタ用半導体層を更に通過（２回目の通過）した後に受光層内に入射する。すなわち、第１のエリアに入射した光は第１のエリアから受光層内に入射するまでの過程でフィルタ用半導体層を複数回通過する。このため、第１の波長成分が第２の波長成分より少なく受光層内に入射する。従って、所望とする波長選択性が、より薄いフィルタ用半導体層で実現可能となる。

本発明は、第１の面および該第１の面とは反対側にある第２の面を有するフィルタ用半導体層と、第１および第２の波長成分を含む光を受ける第１のエリアと第２のエリアとを含む主面と前記フィルタ用半導体層を搭載する裏面とを有しており第１導電型を示すＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板と、前記フィルタ用半導体層の前記第２の面上に設けられており前記光を反射可能な第１の電極と、前記フィルタ用半導体層を介して前記第１の電極からの反射光を受ける第１導電型を示す受光層と、該受光層内に設けられた第２導電型領域と、該受光層内において前記第２導電型領域の周りに設けられた第２導電型の拡散遮蔽領域とを含み、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第２のエリア上に設けられた半導体領域と、前記第２導電型領域にオーミック接触する第２の電極とを備え、前記フィルタ用半導体層は、前記第１の波長成分に対する透過率が前記第２の波長成分に対する透過率より小さい光学特性を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、入射光は第１のエリアに入射するとフィルタ用半導体層を通過（１回目の通過）した後に第１の電極によって反射される。この反射光は、フィルタ用半導体層を更に通過（２回目の通過）した後に受光層内に入射する。すなわち、第１のエリアに入射した光は第１のエリアから受光層内に入射するまでの過程でフィルタ用半導体層を複数回通過する。このため、第１の波長成分が第２の波長成分より少なく受光層内に入射する。従って、所望とする波長選択性が、より薄いフィルタ用半導体層で実現可能となる。

更に、本発明では、前記フィルタ用半導体層は、前記第１の波長成分に対し３％以下の透過率を有するのが好ましい。故に、第１の波長成分は、フィルタ用半導体層により十分除去可能である。

更に、本発明では、前記第２の電極にはアロイ処理が施されており、前記第１の電極にはアロイ処理が施されていないのが好ましい。このように、前記第１の電極は、アロイ処理が施されていないため、光の反射率は低減しない。

更に、本発明では、前記主面のうち前記第１のエリアは、前記第１の電極の反射面に対し所定の角度で傾斜しているのが好ましい。本発明によれば、光は、第１のエリアに入射した後、この第１のエリアを含む主面で屈折する。この屈折後の光は、フィルタ用半導体層を通過（１回目の通過）する。この通過光は、第１の電極の反射面によって反射される。この反射光は、フィルタ用半導体層を通過（２回目の通過）した後に受光層内に入射する。故に、第１の電極の反射面に対し略垂直に光が入射した場合であっても、この光はフィルタ用半導体層を２回通過して受光層内に入射できる。

更に、本発明では、前記第１の電極は、ＡｕＺｎから成り、前記第２の電極は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成るのが好ましい。

更に、本発明では、前記主面は、前記第１のエリアと前記第２のエリアとの間に位置する第３のエリアを有し、当該受光素子は、前記第３のエリア上に設けられた反射層を更に備えるのが好ましい。本発明によれば、第１のエリアに入射した光は、フィルタ用半導体層を通過（１回目の通過）した後に第１の電極によって反射される。この反射光は、フィルタ用半導体層を更に通過（２回目の通過）した後に反射層によって反射される。この反射光は、フィルタ用半導体層を通過（３回目の通過）した後に第１の電極によって反射される。このように、第１のエリアに入射した光は、フィルタ用半導体層を複数回通過して受光層内に入射する。故に、所望とする波長選択性が、より薄いフィルタ用半導体層で実現可能となる。

更に、本発明では、前記第１のエリア上に設けられた反射防止膜を更に備えるのが好ましい。第１のエリアに入射する光は、反射防止膜を介して第１のエリアに入射する。このため、この入射の際に生じる反射光の光量が反射防止膜によって低減できる。従って、入射光量が増えるため、受光感度が向上する。

更に、本発明では、前記受光層上に設けられたパッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも高い反射率を有する反射膜が設けられているのが好ましい。この反射膜により、パッシベーション膜を介して受光層の表面から受光層内へ入射する光量を低減できる。これによりノイズが低減できる。

更に、本発明では、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板と前記半導体領域との間に設けられたバッファ層を更に備え、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板はｎ型ＩｎＰ基板であり、前記受光層はｎ型ＩｎＧａＡｓ層またはｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層であり、前記第２導電型領域および前記拡散遮蔽領域はＺｎドーパントを含むｐ型半導体領域であり、前記バッファ層はｎ型ＩｎＰ層であるのが好ましい。

更に、本発明では、前記半導体領域は、前記受光層上に設けられた窓層を有しており該窓層はｎ型ＩｎＰ層であるのが好ましい。

また、本発明は、前記受光素子と、前記受光素子の前記第１のエリアに光学的に結合されたレンズと、前記レンズを保持するキャップと、前記受光素子および前記キャップを搭載するステムとを含むハウジングとを備え、前記レンズおよび前記受光素子は所定の軸に沿って配置されており、前記受光素子の前記第１のエリアは、前記所定の軸に対して傾斜した面に沿って延びている、ことを特徴とする。

本発明によれば、受光素子では、レンズからの光が、受光素子の第１のエリアに対し傾斜して入射する。故に、この入射光は、受光素子が有するフィルタ用半導体層を複数回透過した後に受光層内に入射する。従って、所望とする波長選択性が、より薄いフィルタ用半導体層を有する受光素子で実現できる。

更に、本発明では、前記受光素子からの電気信号を受け、前記ハウジング内に設けられた増幅器を更に備えるのが好ましい。本発明によれば、増幅器がハウジング内に設けられているため、ノイズが低減する。

本発明によれば、より薄いフィルタ層を用いて所望とする波長選択性を有する受光素子と、この受光素子を備えた受光素子モジュールとが提供できる。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、可能な場合に、図面の説明においては同一要素には同一符号を付す。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１（ａ）は、第１実施形態に係る受光素子の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＩ−Ｉ線に沿ってとられた受光素子の断面図である。受光素子１ａは、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１、第１の電極１３、バッファ層１５、フィルタ用半導体層１７、受光層１９、第２導電型領域２１、拡散遮蔽領域２３、パッシベーション膜２５および第２の電極２７を備える。

ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１は、第１の面Ｓ１と、第１の面Ｓ１の反対側に位置する第２の面Ｓ２とを有する。第１の電極１３は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の第２の面Ｓ２の略全面に設けられている。この第１の電極１３にはアロイ処理が施されていないため、第１の電極１３が有する光の反射率は、アロイ処理が施されている電極に比較して高い。第１の電極１３とＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１との間に生じる電気抵抗は、実用的な値である。

バッファ層１５は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の第１の面Ｓ１に設けられている。フィルタ用半導体層１７は、バッファ層１５上に設けられている。フィルタ用半導体層１７は、第１のエリア２９と第２のエリア３１とを含む主面Ｓ３を有する。第１のエリア２９は入射光（光Ｌ１）を受ける受光面であり、第２のエリア３１には半導体領域２０が設けられている。半導体領域２０は、受光層１９、第２導電型領域２１および拡散遮蔽領域２３を有する。また、光Ｌ１は、第１のエリア２９を通過する際に屈折し、その屈折の後に光Ｌ２となって進行する。

フィルタ用半導体層１７は、所定のバンドギャップエネルギーを有する。このバンドギャップエネルギーに対応する波長以下の波長成分を含む光がフィルタ用半導体層１７に入射すると、この波長成分の多くがフィルタ用半導体層１７に吸収される。すなわち、フィルタ用半導体層１７は、フィルタ用半導体層１７のバンドギャップエネルギーに対応する波長以下の波長成分に対する透過率が、このバンドギャップエネルギーに対応する波長より長い波長成分に対する透過率より小さいという光学特性を有する。フィルタ用半導体層１７のバンドギャップエネルギーに対応する波長（バンドギャップ波長）より長い波長成分を含む光がフィルタ用半導体層１７に入射する場合、この波長成分はフィルタ用半導体層１７にほどんど吸収されることなくフィルタ用半導体層１７を透過する。ここで、１．３μｍ帯の波長成分の光は、式Ｉ＝Ｉ_０ｅｘｐ（−αｔ）に従ってフィルタ用半導体層１７を透過する。ここで、Ｉ，Ｉ_０は１．３μｍ帯の波長成分の光強度を表し、αは吸収係数（１０^４ｃｍ^−１）を表し、ｔはフィルタ用半導体層１７の厚みを表している。よって、１．３μｍ帯の波長成分の光がフィルタ用半導体層１７を透過する際の透過率（Ｉ／Ｉ_０×１００％）は、フィルタ用半導体層１７の厚みが３．５μｍの場合、略３％（略−１５ｄＢ）程度であり、フィルタ用半導体層１７の厚みが７．０μｍの場合、略０．０９％（略−３０ｄＢ）程度である。ここで、透過率が０．１％以下の場合、受光素子１ａは、バースト信号を伴う通信にも対応できる。

また、フィルタ用半導体層１７のバンドギャップエネルギーは、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１およびバッファ層１５がそれぞれ有するバンドギャップエネルギーより小さい。故に、フィルタ用半導体層１７のバンドギャップ波長より長い波長成分は、フィルタ用半導体層１７、バッファ層１５およびＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１には殆ど吸収されないため、フィルタ用半導体層１７、バッファ層１５およびＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１を透過できる。他方、フィルタ用半導体層１７のバンドギャップ波長以下の波長成分は、フィルタ用半導体層１７によって殆ど吸収されるため、フィルタ用半導体層１７を透過するのが困難となる。

例えば、フィルタ用半導体層１７のバンドギャップ波長が１．３μｍより長い場合、１．３μｍ帯の波長成分は、少なくともフィルタ用半導体層１７によって殆ど吸収される。更に、フィルタ用半導体層１７のバンドギャップ波長が１．５μｍより短い場合、１．５μｍ帯の波長成分は、フィルタ用半導体層１７（更に、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１およびバッファ層１５）では殆ど吸収されずに透過する。故に、上述のような１．３μｍより長く且つ１．５μｍより短いバンドギャップ波長を有するフィルタ用半導体層１７は、１．３μｍ帯の波長成分の透過率が１．５μｍ帯の波長成分の透過率より小さい、という光学特性を有する。

受光層１９は、フィルタ用半導体層１７の主面Ｓ３に含まれる第２のエリア３１上に設けられている。受光層１９は、フィルタ用半導体層１７を介して第１の電極１３からの反射光（光Ｌ３）を受ける。受光層１９は、第１の電極１３と第２の電極２７とに対し逆バイアス電圧が印加されている場合には、この光Ｌ３の光量に応じたキャリアを生成する。

第２導電型領域２１および拡散遮蔽領域２３は、受光層１９の面Ｓ４から内部に厚みを有するように設けられている。第２導電型領域２１は、図１（ａ）に示すように、受光層１９の中央部に設けられており、拡散遮蔽領域２３は、受光層１９を囲むように半導体領域２０の端部に至るまで設けられている。第２導電型領域２１の近傍領域Ｅ１で生成されたキャリアは、第２導電型領域２１と第２の電極２７とを介して出力される。また、拡散遮蔽領域２３の近傍領域Ｅ２で生成されたキャリアは、拡散遮蔽領域２３に流れ込むため、拡散遮蔽領域２３は、第２の電極２７からの出力信号に現れる裾引きを低減する。

パッシベーション膜２５は、受光層１９上に設けられている。パッシベーション膜２５は、半導体領域２０の面Ｓ４を介して光が受光層１９に入射することを防止する。また、第２の電極２７は、第２導電型領域２１と電気的に接続されている。ここで、第２の電極２７は、アロイ処理が施されているため、第２導電型領域２１とオーミック接触している。

ここで、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１は、例えばＳｎがドープされたｎ型のＩｎＰ基板である。第１の電極１３は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成るアロイ処理されていない電極である。バッファ層１５は、エピタキシャル成長により形成されており、例えばｎ型ＩｎＰ層である。フィルタ用半導体層１７は、エピタキシャル成長により形成されており、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層である。受光層１９は、エピタキシャル成長によって形成されており、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層である。第２導電型領域２１および拡散遮蔽領域２３は、例えばＺｎがドープされたｐ型半導体領域である。パッシベーション膜２５は、例えばＳｉＮ膜等から成る。第２の電極２７は、例えばＡｕＺｎから成るアロイ処理された電極である。

また、受光素子１ａは、例えば３００μｍ×６００μｍ角のチップとする。ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みは、例えば４５０μｍ程度、３５０μｍ程度または３００μｍ程度等である。ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１におけるＳｎドーパント濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３程度である。バッファ層１５の厚みは、例えば２〜４μｍ程度である。バッファ層１５のドーパント濃度は、例えば１×１０^１５ｃｍ^−３程度である。フィルタ用半導体層１７の厚みは、例えば３μｍ程度である。フィルタ用半導体層１７のドーパント濃度は、例えば１×１０^１５ｃｍ^−３程度である。受光層１９の厚みは、例えば３〜４μｍ程度である。受光層１９のドーパント濃度は、例えば１×１０^１５ｃｍ^−３程度である。

次に、図２を参照して、受光素子１ａの動作を説明する。図２は、図１に示す受光素子内における光の進路（光路）を説明するための図である。一般にバッファ層１５およびフィルタ用半導体層１７の厚みはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みに比較して十分に薄いため、これらの厚みは図２には描かれていない。

まず、光Ｌ１は、空気中を進行し、第１のエリア２９上の点Ｐ１に入射角度θ１で入射する。この第１のエリア２９に入射した光Ｌ１は、第１のエリア２９を角度θ２で屈折し、この屈折の後に光Ｌ２となって進行する。この光Ｌ２は、フィルタ用半導体層１７を通過する（１回目の通過）。光Ｌ２は、フィルタ用半導体層１７を通過した後、第１の電極１３上の点Ｐ２で反射され、この反射後に光Ｌ３となって進行する。この光Ｌ３は、フィルタ用半導体層１７を通過（２回目の通過）する。光Ｌ３は、フィルタ用半導体層１７を通過した後、第２のエリア３１上の点Ｐ３を介して受光層１９内に入射する。受光層１９内では、第１の電極１３と第２の電極２７とに対し逆バイアス電圧が印加されているため、光Ｌ３の入射に応じたキャリアが生成される。

上述のように、第１のエリア２９に入射した光は、受光層１９内に入射するまでの過程でフィルタ用半導体層１７を２回通過する。よって、フィルタ用半導体層１７の厚みは、第１のエリア２９に入射する光がフィルタ用半導体層１７を２回通過する際の総通過距離の略２分の１程度となる。故に、第１のエリア２９に入射する光が１．３μｍ帯の波長成分と１．５μｍ帯の波長成分とを含む場合、この入射光がフィルタ用半導体層１７を２回通過するので、１．３μｍ帯の波長成分の方が１．５μｍ帯の波長成分より少なくなる。従って、所望とする波長選択性が、より薄いフィルタ用半導体層１７で実現可能となる。

ここで、点Ｐ１と点Ｐ３との間隔Ｄ２は例えば１９７μｍ（＜４００μｍ）である。この場合、第１のエリア２９に入射した光がフィルタ用半導体層１７を通過する際の総通過距離はフィルタ用半導体層１７の厚みの例えば２．０４７倍である。これらの値は、図２を参照して下記の値を用いて算出される。

ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みＤ１＝４５０μｍ、
フィルタ用半導体層１７の厚み＝３μｍ、
空気の屈折率＝１、
フィルタ用半導体層１７内の屈折率＝３．３、
θ１＝４５度、
θ２＝１２．４度。
上記値に基づいて受光素子１ａを試作した結果、感度Ｒ＝０．８Ａ／Ｗ、１．３μｍ／１．５μｍの波長選択性が−２６ｄＢの特性を得た。

次に、図３を参照して、受光素子モジュール２ａについて説明する。図３は、図１に示す受光素子を備えた受光素子モジュールの断面を示す図である。

受光素子モジュール２ａは、受光素子１ａ、ハウジング３３、光ファイバ３５、レンズ３７、キャップ３９およびピン４１を備える。ハウジング３３は、ステム３３ａ、支持台３３ｂ、サブマウント３３ｃ、ファイバスタブ３３ｄおよびフェルールホルダ３３ｅを有する。ピン４１は、アノード端子４１ａ、カソード端子４１ｂおよびケース端子４１ｃを有する。

ステム３３ａは、支持台３３ｂ、フェルールホルダ３３ｅおよびキャップ３９を搭載する。ステム３３ａにはピン４１が貫通している。支持台３３ｂは、ステム３３ａの面Ｓ５の中央に設けられている。支持台３３ｂは、ステム３３ａの面Ｓ５に対、図２に示す光の入射角度θ１に対応する角度だけ傾斜している面Ｓ６を有する。この支持台３３ｂの面Ｓ６には板状のサブマウント３３ｃが設けられ、サブマウント３３ｃの面Ｓ７には受光素子１ａが搭載されている。受光素子１ａは、受光素子モジュール２ａの中心軸Ａが第１のエリア２９を通過する位置に配置されている。この場合、第１のエリア２９は、図２に示す光の入射角度θ１に対応する角度だけステム３３ａの面Ｓ５に対して傾斜している。

ファイバスタブ３３ｄは、中心軸Ａ上に光ファイバ３５を保持する。レンズ３７は、キャップ３９により保持されている。この場合、レンズ３７は、光ファイバ３５の一端と光学的に結合されている。キャップ３９は、フェルールホルダ３３ｅ内に設けられている。なお、光ファイバ３５の端面は斜め研磨されてもよい。この場合、光ファイバ３５の端面の斜め研磨の角度をθ４、光ファイバ３５のコアの屈折率をｎ１とすると、光ファイバ３５からの光は端面が平坦な場合と比較して、ｓｉｎ^−１（ｎ１×ｓｉｎ（θ４））−θ４だけ傾いて入射するため、その分更に受光素子１ａを傾ければよい。

また、受光素子モジュール２ａは増幅器４３を更に備える。増幅器４３は、ハウジング３３内に設けられている。増幅器４３は、受光素子１ａから受けた電気信号を増幅する。増幅器４３は、ステム３３ａに設けられた端子（図示略）と電気的に接続されている。受光素子モジュール２ａは、増幅器４３を含む場合には、更に２本のピンとコンデンサとを有する。

上述した受光素子モジュール２ａによれば、光ファイバ３５からの光は、レンズ３７を介して受光素子１ｂに入射する。この光は、第１のエリア２９に対し入射角度θ１で入射する。故に、この光は、図２に示す光Ｌ１、光Ｌ２および光Ｌ３のように受光層１９内に入射する。

次に、図４および図５を参照して受光素子１ａの変形例を説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）および図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１実施形態に係る受光素子の変形例の構成を示す断面図である。

まず、図４（ａ）に示す受光素子１ｂは、フィルタ用半導体層１７の主面Ｓ３の第１のエリア２９上に設けられた反射防止膜４５を有する。反射防止膜４５は、例えば、第１のエリア２９全面に設けられていてもよいが、少なくとも、光Ｌ１が入射する領域に設けられている。第１のエリア２９に入射する光Ｌ１は、反射防止膜４５を介して第１のエリア２９に入射する。このため、この入射の際に生じる反射光の光量が反射防止膜４５によって低減できる。従って、受光素子１ｂでは、入射光量が増えるため、受光感度が向上する。

図４（ｂ）に示す受光素子１ｃでは、主面Ｓ３は、第１のエリア２９と第２のエリア３１との間に位置する第３のエリア４７を含む。そして、受光素子１ｃは、第３のエリア４７上に設けられた反射層４９を更に備える。受光素子１ｃでは、第１のエリア２９に入射した光Ｌ４は、第１のエリア２９を通過する際に屈折し、この屈折の後に光Ｌ５となって進行する。この光Ｌ５は、フィルタ用半導体層１７を通過（１回目の通過）した後に第１の電極１３によって反射され、この反射後に光Ｌ６となって進行する。この光Ｌ６は、フィルタ用半導体層１７を通過（２回目の通過）した後に反射層４９によって反射され、この反射後に光Ｌ７となって進行する。この光Ｌ７は、フィルタ用半導体層１７を通過（３回目の通過）した後に第１の電極１３によって反射され、この反射後に光Ｌ８となって進行する。そして、この光Ｌ８は、フィルタ用半導体層１７を通過（４回目の通過）した後に受光層１９内に入射する。従って、フィルタ用半導体層１７の厚みは、フィルタ用半導体層１７に対する総通過距離の略４分の１程度となる。故に、１．３μｍ帯の波長成分と１．５μｍ帯の波長成分とを含む光がフィルタ用半導体層１７を４回通過する場合、１．５μｍ帯の波長成分の方が１．３μｍ帯の波長成分より多く受光層１９に到達できる。よって、所望とする波長選択性が、薄いフィルタ用半導体層１７で実現可能となる。

図５（ａ）に示す受光素子１ｄは、窓層５１を有する。第２導電型領域２１および拡散遮蔽領域２３は、受光層１９および窓層５１内に設けられている。

図５（ｂ）に示す受光素子１ｅでは、受光層１９上に設けられたパッシベーション膜２５上に、パッシベーション膜２５の表面全体を覆うように反射膜５３が設けられている。この反射膜５３は、パッシベーション膜２５よりも高い反射率を有している。この反射膜５３により、パッシベーション膜２５を介して受光層１９の表面から受光層１９内へ入射する光量は低減する。

図５（ｃ）に示す受光素子１ｆは、拡散遮蔽領域２３ａを有する。拡散遮蔽領域２３ａは半導体領域２０に含まれる。拡散遮蔽領域２３ａは、受光層１９の側面と第２導電型領域２１との間にあって、受光層１９の面Ｓ４から内部に厚みを有するように設けられている。また、受光素子１ｆは、受光層１９上に設けられた第３の電極５７を有する。この第３の電極５７は、受光層１９と拡散遮蔽領域２３ａとに電気的に接続している。そして、第３の電極５７に対しても信号用とは別にバイアス電圧が印加されれば、拡散遮蔽領域２３ａの近傍領域Ｅ３（図１（ｂ）に示す拡散遮蔽領域２３の近傍領域Ｅ２と同様の領域）で生成されるキャリアが十分除去できる。故に、拡散遮蔽領域２３ａは、第２の電極２７からの出力信号に現れる裾引きを十分低減する。

なお、本発明は、第１実施形態の受光素子１ａに図４（ａ）、図４（ｂ）および図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す変形例を組み合わせてもよい。また、図３に示す受光素子モジュール２ａは、受光素子１ａに替えて、受光素子１ｂ〜１ｆを備えてもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る受光素子１ｇの構成を図６に示す。図６（ａ）は、第２実施形態に係る受光素子の構成を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられた受光素子の断面図である。受光素子１ｇは、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１、第１の電極１３、バッファ層１５、フィルタ用半導体層１７、受光層１９、第２導電型領域２１、拡散遮蔽領域２３、パッシベーション膜２５および第２の電極２７を備える。

受光素子１ｇは、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１と第１の電極１３との間にフィルタ用半導体層１７が設けられている点で受光素子１ａとは異なった構成を有する。すなわち、フィルタ用半導体層１７は、第１の面Ｓ８と、第１の面Ｓ８の反対側に位置する第２の面Ｓ９とを有する。第１の面Ｓ８には第１の電極１３が設けられ、第２の面Ｓ９にはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１が設けられている。そしてＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１上にはバッファ層１５が設けられている。バッファ層１５は、第１のエリア２９と第２のエリア３１とを含む主面Ｓ１０を有する。第１のエリア２９は入射光を受ける受光面であり、第２のエリア３１には半導体領域２０が設けられている。この半導体領域２０は、受光層１９、第２導電型領域２１および拡散遮蔽領域２３を有する。また、光Ｌ１は、第１のエリア２９を通過する際に屈折し、その屈折の後に光Ｌ２となって進行する。

第２実施形態に係る受光素子１ｇにおいても、第１のエリア２９に入射した光Ｌ１は、第１のエリア２９で屈折し、この屈折の後に光Ｌ２となって進行する。この光Ｌ２は、フィルタ用半導体層１７を通過（１回目の通過）する。光Ｌ２は、フィルタ用半導体層１７を通過した後、第１の電極１３によって反射され、この反射後に光Ｌ３となって進行する。この光Ｌ３は、フィルタ用半導体層１７を通過（２回目の通過）する。光Ｌ３は、フィルタ用半導体層１７を通過した後、第２のエリア３１上の点Ｐ３を介して受光層１９内に入射する。受光層１９内では、第１の電極１３と第２の電極２７とに対し逆バイアス電圧が印加されているので、第２導電型領域２１の近傍領域Ｅ１で生成されたキャリアは、第２導電型領域２１と第２の電極２７とを介して出力される。また、拡散遮蔽領域２３の近傍領域Ｅ２で生成されたキャリアは、拡散遮蔽領域２３に流れ込むため、拡散遮蔽領域２３は、第２の電極２７からの出力信号に現れる裾引きを低減する。

次に、図７および図８を参照して受光素子１ｇの変形例を説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）および図８（ａ）〜図８（ｃ）は、第２実施形態に係る受光素子の変形例の構成を示す断面図である。

まず、図７（ａ）に示す受光素子１ｈは、バッファ層１５の主面Ｓ１０の第１のエリア２９上に設けられた反射防止膜４５を有する。反射防止膜４５は、例えば、第１のエリア２９全面に設けられていてもよいが、少なくとも、光Ｌ１が入射する領域に設けられている。第１のエリア２９に入射する光Ｌ１は、反射防止膜４５を介して第１のエリア２９に入射する。このため、この入射の際に生じる反射光の光量が反射防止膜４５によって低減できる。従って、反射光に起因するノイズが低減できる。

図７（ｂ）に示す受光素子１ｉでは、主面Ｓ１０は、第１のエリア２９と第２のエリア３１との間に位置する第３のエリア４７を含む。そして、受光素子１ｉは、第３のエリア４７上に設けられた反射層４９を更に備える。受光素子１ｉでは、第１のエリア２９に入射した光Ｌ４は、第１のエリア２９を通過する際に屈折し、この屈折の後に光Ｌ５となって進行する。この光Ｌ５は、フィルタ用半導体層１７を通過（１回目の通過）した後に第１の電極１３によって反射され、この反射後に光Ｌ６となって進行する。この光Ｌ６は、フィルタ用半導体層１７を通過（２回目の通過）した後に反射層４９によって反射され、この反射後に光Ｌ７となって進行する。この光Ｌ７は、フィルタ用半導体層１７を通過（３回目の通過）した後に第１の電極１３によって反射され、この反射後に光Ｌ８となって進行する。そして、この光Ｌ８は、フィルタ用半導体層１７を通過（４回目の通過）した後に受光層１９内に入射する。従って、フィルタ用半導体層１７の厚みは、フィルタ用半導体層１７に対する総通過距離の略４分の１程度となる。故に、１．３μｍ帯の波長成分と１．５μｍ帯の波長成分とを含む光がフィルタ用半導体層１７を４回通過する場合、１．５μｍ帯の波長成分の方が１．３μｍ帯の波長成分より多く受光層１９に到達できる。よって、所望とする波長選択性が、薄いフィルタ用半導体層１７で実現可能となる。

図８（ａ）に示す受光素子１ｊは、窓層５１を有する。第２導電型領域２１および拡散遮蔽領域２３は、受光層１９および窓層５１内に設けられている。

図８（ｂ）に示す受光素子１ｋでは、受光層１９上に設けられたパッシベーション膜２５上に、パッシベーション膜２５の表面全体を覆うように反射膜５３が設けられている。この反射膜５３は、パッシベーション膜２５よりも高い反射率を有している。この反射膜５３により、パッシベーション膜２５を介して受光層１９の表面から受光層１９内へ入射する光量は低減する。

図８（ｃ）に示す受光素子１ｌは、拡散遮蔽領域２３ａを有する。拡散遮蔽領域２３ａは半導体領域２０に含まれる。拡散遮蔽領域２３ａは、受光層１９の側面と第２導電型領域２１との間にあって、受光層１９の面Ｓ４から厚みを有するように設けられている。また、受光素子１ｌは、受光層１９上に設けられた第３の電極５７を有する。この第３の電極５７は、受光層１９と拡散遮蔽領域２３ａとに電気的に接続している。そして、第２の電極２７と同様に第３の電極５７に対しても信号用とは別にバイアス電圧が印加されれば、拡散遮蔽領域２３ａの近傍領域Ｅ３（図６（ｂ）に示す拡散遮蔽領域２３の近傍領域Ｅ２と同様の領域）で生成されるキャリアが十分除去できる。故に、拡散遮蔽領域２３ａは、第２の電極２７からの出力信号に現れる裾引きを十分低減する。

なお、本発明は、第２実施形態の受光素子１ｇに図７（ａ）、図７（ｂ）および図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す変形例を組み合わせてもよい。また、図３に示す受光素子モジュール２ａは、受光素子１ａ〜１ｆに替えて、受光素子１ｇ〜１ｌを備えてもよい。

なお、図９（ａ）に示す受光素子１ｍのように、バッファ層１５の第１のエリア２９の一部または全部が、第１の電極１３の反射面Ｓ１１対し傾斜していてもよい。図９（ａ）は、この受光素子の構成を示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられた受光素子の断面図である。

ここで、図１０を参照して、図９（ａ）および図９（ｂ）に示す受光素子１ｍに対し、第１のエリア２９に入射した光が、受光層１９内に至るまでの様子を説明する。図１０は、図９に示す受光素子内における光の経路（光路）を説明するための図である。一般にバッファ層１５およびフィルタ用半導体層１７の厚みはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みに比較して十分に薄いので、これらの厚みは図１０には描かれていない。

まず、光Ｌ９は、空気中を進行し、第１のエリア２９上の点Ｐ４に入射角度θ１で入射する。ここで、光Ｌ９の進行の向きは、第１の電極１３の反射面Ｓ１１に対して略垂直である。この第１のエリア２９に入射した光Ｌ９は、第１のエリア２９を角度θ２で屈折し、この屈折の後に光Ｌ１０となって進行する。この光Ｌ１０は、フィルタ用半導体層１７を通過する（１回目の通過）。光Ｌ２は、フィルタ用半導体層１７を通過した後、第１の電極１３上の点Ｐ５で反射され、この反射後に光Ｌ１１となって進行する。この光Ｌ１１は、フィルタ用半導体層１７を通過（２回目の通過）する。光Ｌ１１は、フィルタ用半導体層１７を通過した後、第２のエリア３１上の点Ｐ６を介して受光層１９内に入射する。受光層１９内では、第１の電極１３と第２の電極２７とに対し逆バイアス電圧が印加されているので、光Ｌ１１の入射に応じたキャリアが生成される。

上述のように、第１のエリア２９に入射した光は、受光層１９内に入射するまでの過程でフィルタ用半導体層１７を２回通過する。よって、フィルタ用半導体層１７の厚みは、第１のエリア２９に入射した光がフィルタ用半導体層１７を２回通過する際の総通過距離の略２分の１程度となる。故に、第１のエリア２９に入射する光が１．３μｍ帯の波長成分と１．５μｍ帯の波長成分とを含む場合、この入射光がフィルタ用半導体層１７を２回通過する過程で、１．５μｍ帯の波長成分の方が１．３μｍ帯の波長成分より多く受光層１９に到達する。従って、所望とする波長選択性が、より薄いフィルタ用半導体層１７で実現可能となる。

点Ｐ４と点Ｐ６との間隔Ｄ３は例えば３８２μｍ（＜４００μｍ）である。この場合、第１のエリア２９に入射した光がフィルタ用半導体層１７を通過する際の総通過距離はフィルタ用半導体層１７の厚みの例えば２．６２２４倍である。これらの値は、図１０を参照して下記の値を用いて算出される。なお、フィルタ用半導体層１７およびバッファ層１５の厚みはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みに比較して十分に薄いので、これらの厚みは考慮されていない。

第１のエリア２９の表面は（１１１）面、
ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みＤ１＝３００μｍ、
点Ｐ３から第１の電極１３までの距離Ｄ４＝１５０μｍ、
フィルタ用半導体層１７の厚み＝３μｍ、
空気中の屈折率＝１、
フィルタ用半導体層１７内の屈折率＝３．３、
θ１＝５４．７度、
θ２＝１４．４度、
θ３＝４０．３度。

また、点Ｐ４と点Ｐ６との間隔Ｄ３は例えば３０６μｍ（＜４００μｍ）であってもよく、この場合、光がフィルタ用半導体層１７を通過する際の総通過距離はフィルタ用半導体層１７の厚みの例えば２．２１０３倍である。これらの値は、下記の値を用いて算出される（図１０参照）。なお、フィルタ用半導体層１７およびバッファ層１５の厚みはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みに比較して十分に薄いので、これらの厚みは考慮されていない。

第１のエリア２９の表面は（１１２）面、
ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板１１の厚みＤ１＝３５０μｍ、
点Ｐ３から第１の電極１３までの距離Ｄ４＝３００μｍ、
フィルタ用半導体層１７の厚み＝３μｍ、
空気中の屈折率＝１、
フィルタ用半導体層１７内の屈折率＝３．３、
θ１＝３５．３度、
θ２＝１０．１度、
θ３＝２５．２度。

更に、図９に示す受光素子１ｍは、図１１に示す受光素子モジュール２ｂに設けられている。図１１は、図９に示す受光素子を備えた受光素子モジュールの断面を示す図である。

受光素子モジュール２ｂは、受光素子１ｍ、ハウジング３３、光ファイバ３５、レンズ３７、キャップ３９、ピン４１および増幅器４３を備える。ハウジング３３は、ステム３３ａ、サブマウント３３ｃ、ファイバスタブ３３ｄおよびフェルールホルダ３３ｅを有する。ピン４１は、アノード端子４１ａ、カソード端子４１ｂおよびケース端子４１ｃを有する。

受光素子モジュール２ｂは、受光素子モジュール２ａと同様の構成を有するが、次の点で受光素子モジュール２ａとは異なっている。すなわち、受光素子モジュール２ｂは、受光素子モジュール２ａが備える受光素子１ａ（又は、受光素子１ｂ〜受光素子１ｌの何れか一つ）に換えて受光素子１ｍを備える。そして、受光素子１ｍは、第１の電極１３の反射面Ｓ１１が中心軸Ａに対し略垂直となるように配置されている。

この受光素子モジュール２ｂによれば、光ファイバ３５から出力された光は、レンズ３７を介して受光素子１ｂの第１のエリア２９に入射する。この際、この入射光は、受光素子１ｍの第１の電極１３の反射面Ｓ１１に対し略垂直に入射する。故に、入射光は、図１０に示す経路Ｌ９、Ｌ１０およびＬ１１を順次通過して受光層１９内に入射する。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

（ａ）は、第１実施形態に係る受光素子の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＩ−Ｉ線に沿ってとられた受光素子の断面図である。 図１に示す受光素子内における光の経路（光路）を説明するための図である。 図１に示す受光素子を備えた受光素子モジュールの断面を示す図である。 第１実施形態に係る受光素子の変形例の構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る受光素子の変形例の構成を示す断面図である。 （ａ）は、第２実施形態に係る受光素子の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＩＩ−ＩＩ線に沿ってとられた受光素子の断面図である。 第２実施形態に係る受光素子の変形例の構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る受光素子の変形例の構成を示す断面図である。 （ａ）は、受光素子の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ってとられた受光素子の断面図である。 図９に示す受光素子内における光の経路（光路）を説明するための図である。 図９に示す受光素子を備えた受光素子モジュールの断面を示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｍ…受光素子、１１…ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板、１３…第１の電極、１５…バッファ層、１７…フィルタ用半導体層、１９…受光層、２ａ，２ｂ…受光素子モジュール、２０…半導体領域、２１…第２導電型領域、２３，２３ａ…拡散遮蔽領域、２３ａ…拡散遮蔽領域、２５…パッシベーション膜、２７…第２の電極、２９…第１のエリア、３１…第２のエリア、３３…ハウジング、３３ｅ…フェルールホルダ、３３ａ…ステム、３３ｂ…支持台、３３ｃ…サブマウント、３３ｄ…ファイバスタブ、３５…光ファイバ、３７…レンズ、３９…キャップ、４１…ピン、４１ａ…アノード端子、４１ｃ…ケース端子、４１ｂ…カソード端子、４３…増幅器、４５…反射防止膜、４７…第３のエリア、４９…反射層、５１…窓層、５３…反射膜、５７…第３の電極。

Claims (13)

1. 第１の面および該第１の面の反対側にある第２の面を有しており第１導電型を示すＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板と、
   第１および第２の波長成分を含む光を受ける第１のエリアと第２のエリアとを含む主面を有しており前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第１の面上に設けられたフィルタ用半導体層と、
   前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第２の面上に設けられており前記光を反射可能な第１の電極と、
   前記フィルタ用半導体層を介して前記第１の電極からの反射光を受ける第１導電型を示す受光層と、該受光層内に設けられた第２導電型領域と、該受光層内において前記第２導電型領域の周りに設けられた第２導電型の拡散遮蔽領域とを含み、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第２のエリア上に設けられた半導体領域と、
   前記第２導電型領域にオーミック接触する第２の電極と
   を備え、
   前記フィルタ用半導体層は、前記第１の波長成分に対する透過率が前記第２の波長成分に対する透過率より小さい光学特性を有する、ことを特徴とする受光素子。
2. 第１の面および該第１の面とは反対側にある第２の面を有するフィルタ用半導体層と、
   第１および第２の波長成分を含む光を受ける第１のエリアと第２のエリアとを含む主面と前記フィルタ用半導体層を搭載する裏面とを有しており第１導電型を示すＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板と、
   前記フィルタ用半導体層の前記第２の面上に設けられており前記光を反射可能な第１の電極と、
   前記フィルタ用半導体層を介して前記第１の電極からの反射光を受ける第１導電型を示す受光層と、該受光層内に設けられた第２導電型領域と、該受光層内において前記第２導電型領域の周りに設けられた第２導電型の拡散遮蔽領域とを含み、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板の前記第２のエリア上に設けられた半導体領域と、
   前記第２導電型領域にオーミック接触する第２の電極と
   を備え、
   前記フィルタ用半導体層は、前記第１の波長成分に対する透過率が前記第２の波長成分に対する透過率より小さい光学特性を有する、ことを特徴とする受光素子。
3. 前記フィルタ用半導体層は、前記第１の波長成分に対し３％以下の透過率を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の受光素子。
4. 前記第２の電極にはアロイ処理が施されており、前記第１の電極にはアロイ処理が施されていない、ことを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の受光素子。
5. 前記主面のうち前記第１のエリアは、前記第１の電極の反射面に対し所定の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の受光素子。
6. 前記第１の電極は、ＡｕＺｎから成り、前記第２の電極は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る、ことを特徴とする請求項１〜５のうち何れか一項に記載の受光素子。
7. 前記主面は、前記第１のエリアと前記第２のエリアとの間に位置する第３のエリアを有し、
   当該受光素子は、前記第３のエリア上に設けられた反射層を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜６のうち何れか一項に記載の受光素子。
8. 前記第１のエリア上に設けられた反射防止膜を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜７のうち何れか一項に記載の受光素子。
9. 前記受光層上に設けられたパッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも高い反射率を有する反射膜が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜８のうち何れか一項に記載の受光素子。
10. 前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板と前記半導体領域との間に設けられたバッファ層を更に備え、
    前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体基板はｎ型ＩｎＰ基板であり、前記受光層はｎ型ＩｎＧａＡｓ層またはｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層であり、前記第２導電型領域および前記拡散遮蔽領域はＺｎドーパントを含むｐ型半導体領域であり、前記バッファ層はｎ型ＩｎＰ層である、ことを特徴とする請求項１〜９のうち何れか一項に記載の受光素子。
11. 前記半導体領域は、前記受光層上に設けられた窓層を有しており該窓層はｎ型ＩｎＰ層である、ことを特徴とする請求項１〜１０のうち何れか一項に記載の受光素子。
12. 請求項１〜１１のうち何れか一項に記載の受光素子と、
    前記受光素子の前記第１のエリアに光学的に結合されたレンズと、
    前記レンズを保持するキャップと、前記受光素子および前記キャップを搭載するステムとを含むハウジングと
    を備え、
    前記レンズおよび前記受光素子は所定の軸に沿って配置されており、
    前記受光素子の前記第１のエリアは、前記所定の軸に対して傾斜した面に沿って延びている、ことを特徴とする受光素子モジュール。
13. 前記受光素子からの電気信号を受け、前記ハウジング内に設けられた増幅器を更に備える、ことを特徴とする請求項１２に記載の受光素子モジュール。
    

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