JP2009010295A - 半導体受光素子及び光半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上に設けられた半導体からなる受光部と、前記受光部の上に設けられ、前記受光部への光の入射範囲を制限する開口を有するマスク層と、前記開口から上の光入射経路の少なくとも一部に透光性部材と該透光性部材中に分散された光散乱粒子とを有する光散乱部とを備え、前記受光部への入射光は、前記光散乱部を通過して、前記受光部へ入射されることを特徴とする半導体受光素子が提供される。
【選択図】図1
Description
このような電気配線装置の問題を鑑み、LSI間を光で接続する光配線装置がいくつか提案されている。光配線は、直流から100GHz以上の周波数領域で損失の周波数依存性が殆ど無く、配線路の電磁障害や接地電位変動雑音も無いため、数十Gbpsの配線が容易に実現できる。
光配線においては、低コスト化のために簡易な構成で大きな実装余裕と動作余裕が確保可能な光伝送系を構築する必要がある。半導体受光素子の光結合における実装余裕を確保する従来技術として、例えば特許文献1、2がある。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体受光素子の概略構成を示す斜視図である。ここでは、具体的な構成材料の例としてGaInAs/InP系材料を用いて説明していくが、これは前述のように他の材料でも構わず、例えばGaAlAs/GaAs系、SiGe/Si系、GaN/Si系、SiC/Si系等の材料であっても構わない。また、光受光部は上記したような半導体材料により構成し、その基板を剥離してガラス基板やセラミック基板に貼り付けた構成であっても構わない。
なお、受光部への光の入射範囲を制限するマスクは、マスクと受光部とが接触していなくてもよい。たとえば、マスクと受光部との間に空隙が設けられていてもよいし、マスクと受光部との間に透明樹脂等の層が設けられていても良い。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2は、本発明の第2の実施形態を示す概略構成断面図であり、図1と同一の番号で示す部分の説明は省略する。また、マスク材5の逆錐体型開口の形状等は図1の実施例と同様とする。図2(a)において、201はn型InPバッファー層、202は低濃度GaInAs受光層、203はn型InPウィンドウ層、204は窒化シリコン絶縁層(SiNxパッシベーション膜)、205はp型拡散層(例えばZn拡散層)、11は光反射膜(例えば表面をAuとするAu/Pt/Ti、Au/Crなど)、12は裏面電極(裏面n側電極、例えばAuGe、AuSnなど)である。この実施例の特徴は、光散乱樹脂10とマスク材5の間に光反射膜11を設けたことにあり、図1実施例で散乱されてマスク材に吸収されていた光を反射し、再び光散乱させることで受光部に達する光を増加させるものである。この様子を図2(b)、図2(c)に示す。図2(b)、図2(c)において、16は光ファイバのコア、17は光ファイバのクラッドを示しており、各図の折れ線は光ファイバからの光経路(光線軌跡)を模式的に示したものである。尚、図1の受光部2は、p型拡散層205の下部に位置するGaInAs受光層202の電界印加された領域がこれに相当するが、ここでは、p型拡散層205を通じて光入射することから、p型拡散層205とその下部の電界印加されたGaInAs受光層202をまとめて受光部2と記すものとする。
(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施例を示す断面構成図であり、第1の実施例、第2の実施例と共通な部分の説明は省略する。図3(a)において、13は透明樹脂である。本実施例の特徴は、逆錐体型開口(テーパー開口)、即ち、光反射膜11の上部側テーパーによる集光効果で入射光をある程度絞り込んでから光散乱樹脂10に光を入射するところにあり、光散乱樹脂10による散乱距離を短くすることにより、逆方向散乱による光損失を低減するものである。透明樹脂13の厚さとしては、例えば30μm(光散乱樹脂10の厚さ40μm)とする。
(第4の実施形態)
図4(a)は、本発明の第4の実施例を示す構成斜視図であり、図4(b)はその断面図である。前述してきた実施例と同一の部分は説明を省略する。前述してきた実施例では、光散乱樹脂10の形状を逆テーパー型としてきたが、十分な光量を入射可能な場合は、ほぼ垂直な断面として単に光ミキサー効果だけを付与するようにしても良い。この場合、マスク材5をテーパー形状に加工する必要が無く、単純に感光性樹脂によるフォトリゾグラフィーでの加工が可能であるため、その製造が容易となる。
(第5の実施形態)
図5(a)は、本発明の第5の実施例を示す構成斜視図であり、図5(b)はその断面図である。前述してきた実施例と同一の部分は説明を省略する。図4の実施例では、光散乱樹脂10を埋め込むように形成しているが、これは図5(a)、図5(b)のように光散乱樹脂10の周りを除去したものでも構わない。
(第6の実施例)
図6は、本発明の第6の実施形態にかかる光半導体モジュールの模式断面図である。例えば図2で示した半導体受光素子22を、3次元メッキ配線19を施した光電気フェルール18にAuスタッドバンプ20を用いてフリップチップマウントする。光電気フェルール18の光素子搭載面は、図に示すように垂直面からずれた斜面とし、光散乱樹脂10の表面での残留反射光が光ファイバコア16に光結合するのを抑制するようにしてもよい。光電気フェルール18の斜面角度は、例えば8度とする。また、光ファイバ端面および光散乱樹脂10表面での反射光自体を減少させるため、透明樹脂21を充填することが望ましい。透明樹脂21は、半導体受光素子22のアンダーフィルとしても機能する。透明樹脂21として、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂などを用いることができる。また、透明樹脂21は、光ファイバと屈折率がほぼ同じ屈折率整合樹脂とすることが望ましく、これにより光ファイバへの戻り光を抑制でき、光送信側に半導体レーザを用いた場合においても、戻り光ノイズの発生を抑制することができる。
(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。上述した本発明の実施形態はいくつかの具体例を示しているが、これはあくまで構成例であり、例えば、受光層、マスク層、光散乱部、開口部、光反射膜、光ファイバの材質、など、本発明の主旨に従い個々の要素に他の手段(構成、材料、寸法、形状、配置)などを用いても構わないものである。また、上記した実施例は、適宜組み合せて実施することも可能である。即ち、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能なものである。
なお、上述した実施形態およびそれらの変形例にかかる半導体受光素子および光半導体モジュールにより、光配線を高密度多並列に構成する事が容易で、半導体レーザを光源とする場合の反射戻り光対策も容易となる半導体受光素子および光半導体モジュールを得ることができる。また、発光素子の光結合が容易なマルチモードファイバを用いる場合でも、全ての伝送モードを受光可能な範囲が広く、結果としてモーダルノイズを発生し難いため動作余裕や実装余裕の大きな半導体受光素子および光半導体モジュールが得られる。これにより、光配線装置の実用性と低コスト化を大幅に促進し、情報通信機器などの高度化に大きく貢献することができる。
Claims (5)
- 基板上に設けられた半導体からなる受光部と、
前記受光部の上に設けられ、前記受光部への光の入射範囲を制限する開口を有するマスク層と、
前記開口から上の光入射経路の少なくとも一部に透光性部材と該透光性部材中に分散された光散乱粒子とを有する光散乱部と
を備え、
前記受光部への入射光は、前記光散乱部を通過して、前記受光部へ入射されることを特徴とする半導体受光素子。 - 前記光散乱部の側壁が光反射膜により覆われていることを特徴とする請求項1記載の半導体受光素子。
- 前記開口が上に向かって拡開し、前記マスク層の表面が光反射膜により覆われ、前記光散乱部の少なくとも一部が前記開口の上に向かって拡開する領域の内部に形成されてなることを特徴とする請求項1記載の半導体受光素子。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体受光素子と、前記光散乱部の上面に光出射端が対向する光ファイバまたは光導波路を備えたことを特徴とする光半導体モジュール。
- 前記光散乱部の光入射面と、前記光ファイバまたは光導波路光出射端との間に透明樹脂が充填されてなることを特徴とする請求項4記載の光半導体モジュール。
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