JP2013171920A - Semiconductor light-receiving element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信や光情報処理等において用いられる半導体受光素子に関し、特に、光吸収層が薄厚に形成された半導体受光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light receiving element used in optical communication, optical information processing, and the like, and more particularly to a semiconductor light receiving element in which a light absorption layer is formed thin.
半導体受光素子は、光通信や光情報処理用の高感度受光器として実用化されている。半導体受光素子は特に、大容量長距離光通信用の波長1.3μmあるいは1.55μmの通信光に対する高感度受光器として用いられている。 Semiconductor light receiving elements have been put to practical use as high sensitivity light receivers for optical communication and optical information processing. The semiconductor light receiving element is particularly used as a high sensitivity light receiver for communication light having a wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm for large-capacity long-distance optical communication.
しかし、高速応答特性や耐高光入力特性を意図して光吸収層を2μm以下に薄くする場合、半導体受光素子の量子効率が低下する。特に、波長1.55μmの通信光は量子効率の低下が大きく、充分な感度が得られない場合がある。 However, when the light absorption layer is thinned to 2 μm or less for the purpose of high-speed response characteristics and high light input resistance characteristics, the quantum efficiency of the semiconductor light receiving element is lowered. In particular, communication light with a wavelength of 1.55 μm has a large decrease in quantum efficiency, and sufficient sensitivity may not be obtained.
そこで、特許文献1には、半導体基板の下方に曲面状の反射層を配置した半導体受光素子が開示されている。特許文献1の半導体受光素子の断面図を図10に示す。図10に示した半導体受光素子900において、受光領域920で光電変換されなかった光は、半導体基板910の下方に配置されている曲面状の反射層930で反射され、再度、受光領域920に入射して光電変換される。
Therefore, Patent Document 1 discloses a semiconductor light receiving element in which a curved reflection layer is disposed below a semiconductor substrate. A cross-sectional view of the semiconductor light-receiving element of Patent Document 1 is shown in FIG. In the semiconductor light receiving element 900 shown in FIG. 10, light that has not been subjected to photoelectric conversion in the
ここで、入射光は、受光領域に垂直方向に入射する場合と、受光領域に対して斜めに入射する場合とがある。特許文献1の半導体受光素子900は、受光領域920に垂直方向に入射した光については曲面状の反射層930で反射して再度、受光領域920に集光させることができるが、受光領域920に対して斜めに入射した光を有効に集光することができない。
Here, the incident light may be incident on the light receiving area in the vertical direction or may be incident on the light receiving area at an angle. In the semiconductor light receiving element 900 of Patent Document 1, light incident in the vertical direction on the light
本発明の目的は、上記課題に鑑み、受光領域で吸収されなかった光を、高い集光率で受光領域に再集光して光電変換できる半導体受光素子を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor light receiving element capable of photoelectrically converting light that has not been absorbed in the light receiving region into the light receiving region with a high light collection rate.
上記目的を達成するために本発明に係る半導体受光素子は、半導体基板と、半導体基板の上面に配置され、光が入射する受光部と、半導体基板下方に配置され、受光部を透過した光を反射する反射部と、を備える。ここで、反射部は、反射部で反射されて受光部に再び入射する光の反射光スポットサイズが受光部に入射する光の入射光スポットサイズ以下となる位置に配置される。 In order to achieve the above object, a semiconductor light receiving device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a light receiving portion that is disposed on the upper surface of the semiconductor substrate, and a light that is incident on the lower side of the semiconductor substrate and transmits light transmitted through the light receiving portion. A reflecting portion that reflects. Here, the reflection part is arranged at a position where the reflected light spot size of the light reflected by the reflection part and incident again on the light receiving part is equal to or smaller than the incident light spot size of light incident on the light receiving part.
本発明に係る半導体受光素子は、受光領域で吸収されなかった光を、高い集光率で受光領域に再集光して光電変換できる。 The semiconductor light-receiving element according to the present invention can photoelectrically convert light that has not been absorbed in the light-receiving region by re-condensing it in the light-receiving region with a high light collection rate.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る半導体受光素子について説明する。本実施形態に係る半導体受光素子の断面図を図1に示す。図1において、本実施形態に係る半導体受光素子10は、半導体基板20、受光部30および反射部40を備える。
(First embodiment)
The semiconductor light receiving element according to the first embodiment will be described. A cross-sectional view of the semiconductor light receiving element according to this embodiment is shown in FIG. In FIG. 1, a semiconductor light receiving element 10 according to this embodiment includes a
半導体基板20は、第1導電型の半導体層の上面に複数の層を積層することによって形成される。受光部30は、半導体基板20の上面に配置される。また、受光部30は、第2導電型の不純物領域を備え、入射光を吸収して電気信号に変換する。反射部40は、半導体基板20の下方に配置され、受光部30において吸収されなかった光を反射する。
The
本実施形態に係る半導体受光素子10において、反射部40は、反射部40で反射されて受光部30に再び入射する光の反射光スポットサイズφrが、受光部30に入射する光の入射光スポットサイズφi以下となる位置に配置される。具体的には、反射部40は、入射光スポットサイズφiの境界に入射した光が集光する焦点位置F上または焦点位置Fより受光部30側に配置される。
In the semiconductor light receiving element 10 according to the present embodiment, the
反射光スポットサイズφrが入射光スポットサイズφi以下となる位置に反射部40を配置することにより、高い集光率で反射光を受光部30に集光して光電変換することができる。従って、本実施形態に係る半導体受光素子10は、受光部30で吸収されなかった光を、高い集光率で受光部30に再集光して光電変換できる。
By disposing the
ここで、反射光スポットサイズφrは、半導体受光素子10に光を入射させるための光学系の設計パラメータや、半導体基板20の厚さ、半導体基板20の屈折率などで変化する。従って、反射部40の位置は、半導体受光素子を含む光受信器全体の設計の最適化と合わせて決定することが望ましい。
Here, the reflected light spot size φr varies depending on the design parameters of the optical system for making light incident on the semiconductor light receiving element 10, the thickness of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体受光素子の断面図を図2に示す。図2において、本実施形態に係る半導体受光素子100は、半導体基板200、受光部300および反射膜400を備える。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the semiconductor light receiving element according to this embodiment. In FIG. 2, the semiconductor light receiving element 100 according to the present embodiment includes a
半導体基板200は、第1導電型の半導体層の上面に複数の層を積層することによって形成される。半導体基板200は、例えば、第1導電型の半導体層としてのn型InP基板の上面に、n型InP緩衝層、InGaAsP光吸収層、n型InP電界緩和層およびn型InP窓層等を順次積層することによって形成される。また、半導体基板200の上面内の受光領域には受光部300が配置され、半導体基板200の下面の、受光部300と対向する位置には穴部210が形成されている。穴部210については後述する。
The
受光部300は、第2導電型の不純物領域を備える。受光部300は、半導体基板200の上面内に配置され、入射光を吸収して電気信号に変換する。受光部300は、p型不純物、例えば、Znを半導体基板200の受光領域に注入等することにより形成される。
The
反射膜400は、半導体基板200の下面と、穴部210の側面および底面と、に配置され、受光部300に入射し、受光部300において吸収されなかった光を反射する。反射膜400としては、例えば、金属製の薄膜を適用することができる。
The
穴部210について説明する。穴部210は、半導体基板200の下面の受光部300と対応する位置を凹状に除去することによって形成される。本実施形態において、穴部210の深さdは、受光部300の入射光スポットサイズφiの境界に入射した光の焦点位置Fに穴部210の底面、すなわち、反射膜400が位置するように設計される。この場合、受光部300に光が入射するときのスポットサイズである入射光スポットサイズφiと、反射膜400で反射された光が受光部300に再び入射するときのスポットサイズである反射光スポットサイズφrと、が一致する。反射膜400を入射光の焦点位置Fに配置することにより、反射膜400で反射された光は、高い集光率で受光部300の領域内に集光される。
The
ここで、入射光スポットサイズφiとは、入射光が受光部300に入射する領域の範囲を指す。一方、反射光スポットサイズφrとは、入射光スポットサイズφiの境界に入射した光が、反射膜400で反射されて受光部300に再入射した時の位置で規定される範囲を指す。図3(a)〜(e)に、入射光スポットサイズφiと反射光スポットサイズφrとの関係を示す。
Here, the incident light spot size φi indicates a range of a region where incident light enters the
図3(a)に示すように、反射光スポットサイズφrが入射光スポットサイズφiよりも大きい場合、受光部に斜め方向から入射して反射膜で反射された光の一部は受光部に再集光されず、光電変換効率が低下する。一方、図3(b)〜(e)に示す半導体受光素子100の場合、反射光スポットサイズφrが入射光スポットサイズφiと同等か、それよりも小さいため、反射膜で反射された光は高い集光率で受光部に再集光される。従って、光電変換効率が向上する。 As shown in FIG. 3A, when the reflected light spot size φr is larger than the incident light spot size φi, a part of the light incident on the light receiving portion from an oblique direction and reflected by the reflecting film is retransmitted to the light receiving portion. The light is not condensed and the photoelectric conversion efficiency is lowered. On the other hand, in the case of the semiconductor light receiving element 100 shown in FIGS. 3B to 3E, the reflected light spot size φr is equal to or smaller than the incident light spot size φi, so that the light reflected by the reflective film is high. The light is condensed again on the light receiving portion with the light collection rate. Accordingly, the photoelectric conversion efficiency is improved.
次に、本実施形態に係る半導体受光素子100の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体受光素子100の製造工程を図4に示す。 Next, a method for manufacturing the semiconductor light receiving element 100 according to this embodiment will be described. A manufacturing process of the semiconductor light receiving element 100 according to this embodiment is shown in FIG.
図4(a)に示すように、先ず、n型InP基板の上に、n型InP緩衝層、InGaAsP光吸収層、n型InP電界緩和層およびn型InP窓層等を順次積層し、半導体基板200を形成する。そして、半導体基板200のInP窓層の受光領域にp型不純物、例えば、Znを拡散あるいはイオン注入することにより第2導電型の不純物領域を形成する。さらに、第2導電型の不純物領域の周りに、例えば、Beを拡散またはイオン注入することによって図示しないガードリングを形成し、受光部300を形成する。
As shown in FIG. 4A, first, an n-type InP buffer layer, an InGaAsP light absorption layer, an n-type InP electric field relaxation layer, an n-type InP window layer, and the like are sequentially stacked on an n-type InP substrate to form a semiconductor. A
次に、図4(b)に示すように、半導体基板200の受光部300の下方領域をフォトリソグラフィー工法や半導体のエッチング工法等を用いて除去し、穴部210を形成する。ここで、穴部210は、穴部210の底面が受光部300から入射した入射光の焦点位置Fに位置する深さdに形成される。穴部210の底面が焦点位置Fに位置する時、入射光スポットサイズφiと反射光スポットサイズφrとが一致する。
Next, as shown in FIG. 4B, the lower region of the
さらに、図4(c)に示すように、穴部210の側面および底面を含む基板200の下面全体に、例えば、TiPtAuを蒸着等することによって反射膜400を形成し、本実施形態に係る半導体受光素子100が形成される。
Further, as shown in FIG. 4C, the
上記のように形成された半導体受光素子100は、入射した光を受光部300において電気信号に変換する。一方、電気信号に変換されなかった入射光は、反射膜400まで到達する。そして、反射膜400に到達した入射光は、反射膜400が入射光スポットサイズφiと反射光スポットサイズφrとが一致する位置に配置されていることから、高い集光率で受光部300に再集光され、光電変換される。従って、光電変換効率が向上する。
The semiconductor light receiving element 100 formed as described above converts incident light into an electrical signal in the
また、上記のように形成された半導体受光素子100は、半導体基板200に穴部210を形成し、この穴部210に反射膜400を配置する。この場合、穴部210の深さdを半導体基板200の厚さとは別個に設計することができる。たとえば、光受信器全体の設計の都合上、入射光の焦点位置が受光部300近傍に来てしまう場合でも、穴部210の深さdを焦点位置Fに合わせて設計すればよく、半導体基板200の厚さは厚く保つことできる。従って、半導体受光素子100の機械的強度を保つことが出来る。
In the semiconductor light receiving element 100 formed as described above, the
ここで、一般的に、狭い領域に入射光を集中させると、その領域の光電流密度が高まる。光電流密度が高い場合は生成されたキャリアを引き抜くことが難しくなり、周波数応答が劣化する。従って、できるだけ受光部300B全体に入射光を分散させて光電流密度を低くすることが望ましい。トータルの入射光パワーが決まっている場合は、入射光スポットサイズφiを大きくし、受光部300B全体に入射光を分散させることによって、光電流密度上昇による周波数応答の劣化を低減することができる。入射光スポットサイズφiを大きくした場合の半導体受光素子の断面図を図5に示す。
Here, generally, when incident light is concentrated in a narrow area, the photocurrent density in that area increases. When the photocurrent density is high, it is difficult to extract the generated carriers, and the frequency response is deteriorated. Therefore, it is desirable to reduce the photocurrent density by dispersing incident light as much as possible throughout the
図5に示した半導体受光素子100Bの入射光スポットサイズφiは、図2に示した半導体受光素子100の入射光スポットサイズφiよりも大きい。従って、トータルの入射光パワーが決まっている場合、入射光が受光部300B全体に分散され、光電流密度上昇による周波数応答の劣化を低減することができる。
The incident light spot size φi of the semiconductor light receiving element 100B shown in FIG. 5 is larger than the incident light spot size φi of the semiconductor light receiving element 100 shown in FIG. Therefore, when the total incident light power is determined, the incident light is dispersed throughout the
しかし、入射光スポットサイズφiを大きくする場合、入射光の仮想的な焦点位置Fが受光部300Bから離れてしまい、散乱等によって集光率が低下する。そこで、図5に示した半導体受光素子100Bにおいては、半導体基板200Bに形成する穴部210Bの深さd’を、受光部300から入射した光の焦点位置Fに反射膜400が位置するように設計した時の深さdよりも大きく設計した。この場合、散乱等によって集光率が低下することを低減できる。
However, when the incident light spot size φi is increased, the virtual focal position F of the incident light is separated from the
なお、穴部210Bの底面が焦点位置Fよりも受光部300B側に位置する場合、反射光スポットサイズφrが入射光スポットサイズφiよりも小さくなる。一般的に、反射膜で反射して再び受光部に入射する光のパワーは、入射光学系から直接受光部に入射される光のパワーに比べて低いことから、反射光スポットサイズφrが小さい場合でも反射光の集中による光電流密度の高まりは無視することができる。
When the bottom surface of the
以上のように、図5に示した半導体受光素子100Bは、入射光スポットサイズφiを大きくしたことから、入射光が受光部300B全体に分散され、光電流密度上昇による周波数応答の劣化を低減することができる。また、穴部210Bの深さd’を、受光部300から入射した光の焦点位置Fに反射膜400が位置するように設計した時の深さdよりも大きく設計したことから、散乱等による集光率の低下を低減することができる。さらに、反射光スポットサイズφrが入射光スポットサイズφiよりも小さいことから、反射膜400Bによって反射された光は高い集光率で受光部300Bに集光され、光電変換される。従って、光電変換効率を向上させることができる。
As described above, in the semiconductor light receiving element 100B shown in FIG. 5, since the incident light spot size φi is increased, the incident light is dispersed throughout the
(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体受光素子の断面図を図6に示す。図6において、本実施形態に係る半導体受光素子100Cは、半導体基板200C、受光部300Cおよび反射膜400Cを備える。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the semiconductor light receiving element according to this embodiment. In FIG. 6, a semiconductor light receiving element 100C according to this embodiment includes a
半導体基板200Cは、第1導電型の半導体層の上面に複数の層を積層することによって形成される。受光部300Cは、第2導電型の不純物領域を備え、入射した光を吸収して電気信号に変換する。反射膜400Cは、半導体基板200の下面に配置され、受光部300Cで吸収されなかった光を反射する。
The
本実施形態において、半導体基板200Cの厚さtは、受光部300Cから受光部300Cに入射した光の焦点距離Fまでの距離(以下、焦点距離と記載する。)と同等になるように設計されている。半導体基板200Cの厚さtは、例えば、焦点距離と同等に、100〜200μm程度に設計される。
In the present embodiment, the thickness t of the
ここで、焦点距離は、入射光学系を含む光受信器全体の設計から決まる。焦点距離は、例えば、受光部300Cの上面に高屈折率層やマイクロレンズ等を配置したり、受光部300Cの面積を調整したり、半導体基板200の屈折率を調整したりすることによって調整することができる。なお、半導体受光素子100Cへ入射する光の入射条件を調整することによって焦点距離を所望の値に調整することもできる。
Here, the focal length is determined from the design of the entire optical receiver including the incident optical system. The focal length is adjusted by, for example, arranging a high refractive index layer, a micro lens, or the like on the upper surface of the light receiving unit 300C, adjusting the area of the light receiving unit 300C, or adjusting the refractive index of the
本実施形態に係る半導体受光素子100Cにおいて、半導体基板200Cの厚さtを入射光の焦点距離と同等の値に調整することにより、反射膜400Cが入射光の焦点位置Fに配置される。この場合、受光部300Cに光が入射するときのスポットサイズである入射光スポットサイズφiと、反射膜400Cで反射された光が受光部300Cに再び入射するときのスポットサイズである反射光スポットサイズφrと、が一致する。従って、反射膜400Cで反射された光は高い集光率で受光部300Cに集光される。
In the semiconductor light receiving element 100C according to the present embodiment, the reflective film 400C is disposed at the focal position F of the incident light by adjusting the thickness t of the
以上のように、本実施形態に係る半導体受光素子100Cは、反射光を高い集光率で受光部300Cに集光して光電変換することができ、光電変換効率を向上させることができる。さらに、本実施形態に係る半導体受光素子100Cは、半導体基板200Cに穴部等を形成する必要がないことから、製造コストを低減することができる。
As described above, the semiconductor light receiving element 100 </ b> C according to the present embodiment can condense reflected light on the
ここで、トータルの入射光パワーが決まっている場合、光電流密度上昇による周波数応答の劣化を低減するために、入射光スポットサイズφiを大きくすることが望ましい。入射光スポットサイズφiを大きく設計した場合の半導体受光素子の断面図を図7に示す。 Here, when the total incident light power is determined, it is desirable to increase the incident light spot size φi in order to reduce the deterioration of the frequency response due to the increase in the photocurrent density. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the semiconductor light receiving element when the incident light spot size φi is designed to be large.
図7に示した半導体受光素子100Dの入射光スポットサイズφiは、図6に示した半導体受光素子100Cの入射光スポットサイズφiよりも大きい。従って、トータルの入射光パワーが決まっている場合、入射光が受光部300D全体に分散され、光電流密度上昇による周波数応答の劣化を低減することができる。
The incident light spot size φi of the semiconductor light receiving element 100D shown in FIG. 7 is larger than the incident light spot size φi of the semiconductor light receiving element 100C shown in FIG. Therefore, when the total incident light power is determined, the incident light is dispersed throughout the
しかし、入射光スポットサイズφiを大きくする場合、入射光の仮想的な焦点位置Fが受光部300Dから離れてしまい、散乱等によって集光率が低下する。そこで、図7に示した半導体受光素子100Dにおいては、半導体基板200Dの厚さt’を、焦点位置Fに反射膜が位置するように設計した時の厚さtよりも小さく設計した。この場合、散乱等によって集光率が低下することを低減できる。
However, when the incident light spot size φi is increased, the virtual focal position F of the incident light is separated from the
なお、反射膜400Dが焦点位置Fよりも受光部300D側に位置する場合、反射光スポットサイズφrが入射光スポットサイズφiよりも小さくなる。この場合も、反射膜400Dによって反射された光は高い集光率で受光部300Dに集光される。従って、反射光を受光部300Dで効率よく再受光して光電変換することができ、光電変換効率を向上させることができる。さらに、本実施形態に係る半導体受光素子100Dは、半導体基板200Dに穴部等を形成する必要がないことから、製造コストを低減することができる。
When the
(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体受光素子の断面図を図8に示す。図8において、本実施形態に係る半導体受光素子100Eは、半導体基板200E、受光部300Eおよび反射膜400Eを備える。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the semiconductor light receiving element according to this embodiment. In FIG. 8, a semiconductor light receiving element 100E according to this embodiment includes a
半導体基板200Eは、第1導電型の半導体層の上面に複数の層を積層することによって形成される。半導体基板200Eの上面の受光領域には受光部300Eが配置され、半導体基板200Eの下面の、受光部300Eと対向する位置には穴部210Eが形成されている。穴部210Eについては後述する。
The
受光部300Eは、第2導電型の不純物領域を備え、入射した光を吸収して電気信号に変換する。反射膜400Eは、半導体基板200Eの下面と、穴部210Eの側面および底面と、に配置され、受光部300Eに入射して受光部300Eにおいて吸収されなかった光を、受光部300E側へ反射する。反射膜400Eとしては、例えば、金属製の薄膜を適用することができる。
The
穴部210Eについて説明する。穴部210Eは、半導体基板200Eの下面の受光部300Eと対応する位置を凹状に除去することによって形成される。さらに、穴部210Eの底面は球面状に加工されている。本実施形態において、穴部210Eは、受光部300Eから入射した入射光の焦点位置Fと、穴部210Eの球面状の底面の幾何学的中心Oと、が一致するように設計されている。
The
この場合、受光部300Eに光が入射するときのスポットサイズである入射光スポットサイズφiと、反射膜400Eで反射された光が受光部300Eに再び入射するときのスポットサイズである反射光スポットサイズφrと、が一致する。入射光の焦点位置Fと球面状の底面の幾何学的中心Oとを一致させることにより、反射膜400Eで反射された光は、再度、焦点位置F(幾何学的中心O)に集まった後、高い集光率で受光部300Eに集光される。
In this case, an incident light spot size φi that is a spot size when light is incident on the
次に、本実施形態に係る半導体受光素子100Eの製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体受光素子100Eの製造工程を図9に示す。 Next, a method for manufacturing the semiconductor light receiving element 100E according to this embodiment will be described. FIG. 9 shows a manufacturing process of the semiconductor light receiving element 100E according to this embodiment.
図9(a)において、第2の実施形態と同様に、第1導電型の半導体基板の上に、n型InP緩衝層、InGaAsP光吸収層、n型InP電界緩和層およびn型InP窓層等を順次積層して半導体基板200Eを形成し、半導体基板200EのInP窓層の一部分に第2導電型の不純物領域を形成して受光部300Eを形成する。さらに、半導体基板200Eの受光部300Eの下方領域をフォトリソグラフィー工法や半導体のエッチング工法等を用いて除去し、穴部210Eを形成する。
In FIG. 9A, as in the second embodiment, an n-type InP buffer layer, an InGaAsP light absorption layer, an n-type InP electric field relaxation layer, and an n-type InP window layer are formed on a first conductivity type semiconductor substrate. Etc. are sequentially stacked to form a
次に、図9(b)に示すように、半導体基板200Eの穴部210Eの底面に、フォトリソグラフィー工法や半導体のエッチング工法を用いて、メサ状の構造を形成する。さらに、フォトリソグラフィー工法を用いて、このメサ状の構造を含む凹状の部分を除き、素子裏面をレジスト膜で覆う。
Next, as shown in FIG. 9B, a mesa-like structure is formed on the bottom surface of the
この状態で、図9(c)に示すように、ウェットエッチングにより、メサ状の構造全体をエッチングして球面形状を形成し、レジストを除去する。なお、穴部210Eの形成工程、メサ状の構造の形成工程およびメサ状の構造のエッチング工程の中で、入射光の焦点位置Fと穴部210Eの球面状の底面の幾何学的中心Oとが一致するように調整する。
In this state, as shown in FIG. 9C, the entire mesa structure is etched by wet etching to form a spherical shape, and the resist is removed. In the
最後に、図9(d)に示すように、例えば、TiPtAuを半導体基板200Eの下面と、穴部210Eの側面および底面と、に蒸着する等により反射膜400Eを形成し、本実施形態に係る半導体受光素子100Eを得る。
Finally, as shown in FIG. 9D, the
上記のように形成された半導体受光素子100Eにおいて、穴部210Eは、受光部300Eから入射した入射光の焦点位置Fと、穴部210Eの球面状の底面の幾何学的中心Oと、が一致するように設計されている。この場合、受光部300Eで吸収されずに、焦点位置Fを通過して反射膜400Eまで到達した入射光は、反射膜400Eで反射されて、再度焦点位置Fに集まった後、高い集光率で受光部300Eへ集光される。従って、反射光を効率よく受光部300Eで再受光して光電変換することができ、光電変換効率が向上する。
In the semiconductor light receiving element 100E formed as described above, in the
さらに、入射光の焦点位置Fに反射膜400Eを配置するのではなく、入射光の焦点位置Fを幾何学的中心Oとした球面上に反射膜400Eを配置することにより、受光部300Eと反射膜400Eとの距離を大きくすることができ、受光部300Eの下方の半導体基板200Eの厚さを大きくすることができる。従って、半導体基板200Eの機械的強度を大きくすることができる。
In addition, the
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and any design change or the like within a range not departing from the gist of the present invention is included in the present invention.
10 半導体受光素子
20 半導体基板
30 受光部
40 反射部
100、100B、100C、100D、100E 半導体受光素子
200、200B、200C、200D、200E 半導体基板
210、210B、210E 穴部
300、300B、300C、300D、300E 受光部
400、400B、400C、400D、400E 反射膜
900 半導体受光素子
910 半導体基板
920 受光領域
930 反射層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor
Claims (5)
前記半導体基板の上面に配置され、光が入射する受光部と、
前記半導体基板下方に配置され、前記受光部を透過した光を反射する反射部と、
を備え、
前記反射部は、前記反射部で反射されて前記受光部に再び入射する光の反射光スポットサイズが前記受光部に入射する光の入射光スポットサイズ以下となる位置に配置されることを特徴とする半導体受光素子。 A semiconductor substrate;
A light receiving portion disposed on an upper surface of the semiconductor substrate and receiving light;
A reflective portion that is disposed below the semiconductor substrate and reflects light transmitted through the light receiving portion;
With
The reflection part is disposed at a position where a reflected light spot size of light reflected by the reflection part and incident again on the light receiving part is equal to or smaller than an incident light spot size of light incident on the light receiving part. Semiconductor light receiving element.
前記穴部の底面は、前記焦点位置または前記焦点位置よりも前記受光部側に位置し、
前記反射部は、前記穴部の底面に配置される、
請求項2記載の半導体受光素子。 The semiconductor substrate includes a hole formed below and facing the light receiving unit,
The bottom surface of the hole is located closer to the light receiving unit than the focal position or the focal position,
The reflecting portion is disposed on the bottom surface of the hole portion,
The semiconductor light receiving element according to claim 2.
前記反射部は、前記半導体基板の下面に配置される、
請求項2記載の半導体受光素子。 The thickness of the semiconductor substrate is not more than the distance from the light receiving unit to the focal position,
The reflective portion is disposed on a lower surface of the semiconductor substrate.
The semiconductor light receiving element according to claim 2.
前記穴部の底面は、中心が前記焦点位置に一致する曲面状に形成され、
前記反射部は、前記穴部の底面に配置される、
請求項2記載の半導体受光素子。 The semiconductor substrate includes a hole formed below and facing the light receiving unit,
The bottom surface of the hole is formed in a curved shape whose center coincides with the focal position,
The reflecting portion is disposed on the bottom surface of the hole portion,
The semiconductor light receiving element according to claim 2.
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