JP2023175153A - 受光デバイス及び受光装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023175153000001
【課題】迷光が検出される可能性を低減できる受光デバイス及び受光装置を提供する。
【解決手段】受光デバイスは、第１主面及び前記第１主面と反対の第２主面を有する半導体基板と、前記第２主面上に設けられた金属パターン層と、を備え、前記第１主面には、信号光が入力される第１入力ポートと、局部発振光が入力される第２入力ポートと、前記第１入力ポートに光学的に結合された第１受光素子と、前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートに光学的に結合された光９０°ハイブリッド素子と、前記光９０°ハイブリッド素子に光学的に結合された第２受光素子と、が設けられており、前記金属パターン層は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含む。
【選択図】図５

Description

本開示は、受光デバイス及び受光装置に関する。
特許文献１は、受光デバイスとキャリアとを備える受光装置を開示する。受光デバイスは、半導体基板を備える。半導体基板は、第１主面及び第１主面と反対の第２主面を有する。第１主面には、信号光が入力される第１入力ポートと、局部発振光が入力される第２入力ポートと、信号光の大きさをモニタするモニタ受光素子と、光９０°ハイブリッド素子と、が設けられる。第２主面には、金属パターン層が設けられる。金属パターン層は、金又は白金を含む。
特開２０２１－１２０６９５号公報
第２入力ポートに入力された局部発振光の一部である迷光が、半導体基板の内部を通って第２主面に到達する場合がある。この場合、迷光が、第２主面によって反射され、半導体基板の内部を通って第１主面に設けられたモニタ受光素子に到達する可能性がある。迷光がモニタ受光素子に到達すると、モニタ受光素子により迷光が検出されるので、モニタ受光素子による測定の精度が低下する。
本開示は、迷光が検出される可能性を低減できる受光デバイス及び受光装置を提供する。
本開示の一側面に係る受光デバイスは、第１主面及び前記第１主面と反対の第２主面を有する半導体基板と、前記第２主面上に設けられた金属パターン層と、を備え、前記第１主面には、信号光が入力される第１入力ポートと、局部発振光が入力される第２入力ポートと、前記第１入力ポートに光学的に結合された第１受光素子と、前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートに光学的に結合された光９０°ハイブリッド素子と、前記光９０°ハイブリッド素子に光学的に結合された第２受光素子と、が設けられており、前記金属パターン層は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含む。
本開示によれば、迷光が検出される可能性を低減できる受光デバイス及び受光装置が提供される。
図１は、一実施形態に係る受光装置を模式的に示す斜視図である。 図２は、一実施形態に係る受光装置のキャリア及びレンズアレイを模式的に示す平面図である。 図３は、一実施形態に係る受光デバイス及びレンズアレイを模式的に示す平面図である。 図４は、一実施形態に係る受光装置を模式的に示す平面図である。 図５は、一実施形態に係る受光デバイスの断面図である。 図６は、一実施形態に係る受光装置を模式的に示す平面図である。 図７は、７つのサンプルにおいて測定されたリーク光の電流値の例を示すグラフである。 図８は、図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 図９は、図３のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。 図１０は、図３のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。 図１１は、受光デバイスの製造方法の一工程を示す断面図である。 図１２は、受光デバイスの製造方法の一工程を示す断面図である。 図１３は、受光デバイスの製造方法の一工程を示す断面図である。 図１４は、受光デバイスの製造方法の一工程を示す断面図である。 図１５は、受光デバイスの製造方法の一工程を示す断面図である。 図１６は、受光デバイスの製造方法の一工程を示す断面図である。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
（１）第１主面及び前記第１主面と反対の第２主面を有する半導体基板と、前記第２主面上に設けられた金属パターン層と、を備え、前記第１主面には、信号光が入力される第１入力ポートと、局部発振光が入力される第２入力ポートと、前記第１入力ポートに光学的に結合された第１受光素子と、前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートに光学的に結合された光９０°ハイブリッド素子と、前記光９０°ハイブリッド素子に光学的に結合された第２受光素子と、が設けられており、前記金属パターン層は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含む、受光デバイス。
上記受光デバイスによれば、信号光と局部発振光とが、光９０°ハイブリッド素子に入力される。光９０°ハイブリッド素子から出力される光は第２受光素子によって検出される。第１受光素子は、信号光の一部を検出する。ここで、第２入力ポートに入力された局部発振光の一部である迷光が、半導体基板の内部を通って第２主面に到達する場合がある。この場合、上記受光デバイスの金属パターン層は比較的小さい反射率を有するので、迷光が金属パターン層によって反射され難い。よって、迷光が第１受光素子により検出される可能性を低減できる。
（２）上記（１）において、前記金属パターン層は、前記第１主面の法線方向から見て、前記第１受光素子と前記第２入力ポートとの間に位置する部分を含んでもよい。この場合、第１主面の法線方向から見て、第２入力ポートから第１受光素子に向かう迷光が第１受光素子により検出される可能性を低減できる。
（３）上記（１）又は（２）において、前記金属パターン層は、第１層及び第２層を含んでもよく、前記第１層は、前記第２層と前記半導体基板との間に配置されてもよく、前記第１層は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含んでもよく、前記第２層は金を含んでもよい。この場合、迷光が第１層によって反射され難い。さらに、第２層と他の部材との間の接合強度が高くなる。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、前記金属パターン層は、前記第１主面の法線方向から見て、前記光９０°ハイブリッド素子と重ならないように位置してもよい。この場合、金属パターン層により半導体基板に加わる応力が光９０°ハイブリッド素子に与える影響を低減できる。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つにおいて、前記第２主面が凹凸領域を有してもよい。この場合、第２主面に到達した迷光が凹凸領域により散乱する。よって、第２主面によって反射された迷光が第１受光素子により検出される可能性を低減できる。
（６）上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、前記第１主面には、前記第１入力ポート及び前記光９０°ハイブリッド素子に光学的に結合された可変光減衰器が設けられてもよい。この場合、光を減衰させることができる。
（７）上記（１）から（６）のいずれか１つの受光デバイスと、前記第２主面に対向配置された第３主面を有する支持基板と、前記第３主面上に設けられ前記金属パターン層に接合された半田パターン層とを備えるキャリアと、を備える、受光装置。この場合、上記（１）と同じ作用効果が得られる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面には必要に応じてＸＹＺ座標系が示される。Ｘ軸方向（第１方向）、Ｙ軸方向（第２方向）及びＺ軸方向は、互いに交差（例えば直交）する。
（受光装置）
図１は、一実施形態に係る受光装置を模式的に示す斜視図である。図２は、一実施形態に係る受光装置のキャリア及びレンズアレイを模式的に示す平面図である。図３は、一実施形態に係る受光デバイス及びレンズアレイを模式的に示す平面図である。図４及び図６は、一実施形態に係る受光装置を模式的に示す平面図である。図５は、一実施形態に係る受光デバイスの断面図である。
図１、図４及び図６に示される受光装置１００は、例えばコヒーレント光通信に用いられる。受光装置１００は、受光デバイス１００ａと、キャリア１００ｂとを備える。受光デバイス１００ａ及びキャリア１００ｂは、Ｚ軸方向に沿って配列される。図２においては、受光デバイス１００ａが省略されている。図３においては、キャリア１００ｂが省略されている。受光装置１００は、レンズアレイ１００ｃを備えてもよい。レンズアレイ１００ｃ及び受光デバイス１００ａはＸ軸方向に沿って配列される。レンズアレイ１００ｃは、複数（例えば３つ）のレンズ１００ｃ１，１００ｃ２，１００ｃ３を備える。レンズ１００ｃ１，１００ｃ２，１００ｃ３は、Ｙ軸方向に沿って配列される。レンズ１００ｃ２は、レンズ１００ｃ１とレンズ１００ｃ３との間に配置される。
（受光デバイス）
受光デバイス１００ａは、第１主面１１０ｓ及び第１主面１１０ｓと反対の第２主面１１０ｔを有する半導体基板１１０と、第２主面１１０ｔ上に設けられた金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８（図３参照）とを備える。第１主面１１０ｓ及び第２主面１１０ｔのそれぞれは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に延在し、例えば矩形形状を有する。半導体基板１１０はインジウムリン（ＩｎＰ）基板等のＩＩＩ－Ｖ族半導体基板であってもよい。半導体基板１１０の厚みは１００μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。
金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８は、チタン（Ｔｉ）及びクロム（Ｃｒ）のうち少なくとも１つを含む。金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８は、Ｔｉ層及びＣｒ層のうち少なくとも１つを含んでもよい。金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８は、金（Ａｕ）及び白金（Ｐｔ）のうち少なくとも１つを更に含んでもよい。
以下、主として図６を参照しながら受光デバイス１００ａの第１主面１１０ｓに集積された素子について説明する。
第１主面１１０ｓには、複数（例えば３つ）の入力ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、複数（例えば２つ）の可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）１０ａ，１０ｂと、複数（例えば２つ）の光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂと、複数（例えば８つ）の受光素子３０ａ１，３０ａ２，３０ａ３，３０ａ４，３０ｂ１，３０ｂ２，３０ｂ３，３０ｂ４と、が設けられてもよい。可変光減衰器１０ａ，１０ｂ、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂ、受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４は、第１主面１１０ｓにモノリシックに集積されている。第１主面１１０ｓにおいて、入力ポートＰ１、可変光減衰器１０ａ、光９０°ハイブリッド素子２０ａ及び受光素子３０ａ１から３０ａ４は、第１方向（Ｘ軸方向）に配列されている。同様に、第１主面１１０ｓにおいて、入力ポートＰ３、可変光減衰器１０ｂ、光９０°ハイブリッド素子２０ｂ及び受光素子３０ｂ１から３０ｂ４は、Ｘ軸方向に配列されている。
複数（例えば４つ）の受光素子３０ａ１から３０ａ４（第２受光素子）は、光９０°ハイブリッド素子２０ａに光学的に結合されている。光９０°ハイブリッド素子２０ａは、可変光減衰器１０ａに光学的に結合されている。可変光減衰器１０ａは入力ポートＰ１，Ｐ２に光学的に結合されている。複数の受光素子３０ａ１から３０ａ４のそれぞれは、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ａに接続されている。光９０°ハイブリッド素子２０ａは、２入力２出力の多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ－Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ等の光分波器５２ａに光学的に結合されている。光分波器５２ａは可変光減衰器１０ａに光学的に結合されている。可変光減衰器１０ａは、１入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５０ａ，５１ａに光学的に結合されている。光分波器５０ａ，５１ａはスポットサイズ変換器４０ａに光学的に結合されている。スポットサイズ変換器４０ａは第１主面１１０ｓの縁（Ｙ軸方向に延在する縁）に位置する。
複数（例えば４つ）の受光素子３０ｂ１から３０ｂ４（第２受光素子）は、光９０°ハイブリッド素子２０ｂに光学的に結合されている。光９０°ハイブリッド素子２０ｂは、可変光減衰器１０ｂに光学的に結合されている。可変光減衰器１０ｂは入力ポートＰ２，Ｐ３に光学的に結合されている。複数の受光素子３０ｂ１から３０ｂ４のそれぞれは、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ｂに接続されている。光９０°ハイブリッド素子２０ｂは、２入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５２ｂに光学的に結合されている。光分波器５２ｂは可変光減衰器１０ｂに光学的に結合されている。可変光減衰器１０ｂは、１入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５０ｂ，５１ｂに光学的に結合されている。光分波器５０ｂ，５１ｂは、スポットサイズ変換器４０ｂに光学的に結合されている。スポットサイズ変換器４０ｂは第１主面１１０ｓの縁（Ｙ軸方向に延在する縁）に位置する。
光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂは、１入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５２ｃに光学的に結合されている。光分波器５２ｃはスポットサイズ変換器４０ｃに光学的に結合されている。スポットサイズ変換器４０ｃは第１主面１１０ｓの縁（Ｙ軸方向に延在する縁）に位置する。スポットサイズ変換器４０ｃは、Ｙ軸方向において、スポットサイズ変換器４０ａとスポットサイズ変換器４０ｂとの間に位置する。
スポットサイズ変換器４０ａは、レンズ１００ｃ１から第１信号光ＳｉｇＸが入力される入力ポートＰ１（第１入力ポート）として機能する。スポットサイズ変換器４０ｂは、レンズ１００ｃ３から第２信号光ＳｉｇＹが入力される入力ポートＰ３（第１入力ポート）として機能する。スポットサイズ変換器４０ｃは、レンズ１００ｃ２から局部発振光ＬＯが入力される入力ポートＰ２（第２入力ポート）として機能する。スポットサイズ変換器４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、光のモード径を広げることができる。
第１信号光ＳｉｇＸは、例えば互いに異なる４つの位相及び同じ波長を有するＸ偏波である。第２信号光ＳｉｇＹは、例えば互いに異なる４つの位相及び同じ波長を有するＹ偏波である。第１信号光ＳｉｇＸ及び第２信号光ＳｉｇＹのそれぞれは、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相偏移変調）方式により変調された信号光である。第１信号光ＳｉｇＸ及び第２信号光ＳｉｇＹのそれぞれは、１５３０ｎｍから１５７０ｎｍの波長範囲、すなわちＩＴＵ－Ｔ（International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector）におけるＣバンド帯において波長多重化されている。局部発振光ＬＯは、例えば第１信号光ＳｉｇＸ及び第２信号光ＳｉｇＹのそれぞれと同じ波長を有する。
スポットサイズ変換器４０ａの出力端は、光導波路Ｗａにより光分波器５０ａの入力端に接続されている。光分波器５０ａの第１出力端は、光導波路により光分波器５１ａの入力端に接続されている。光分波器５０ａの第２出力端は、光導波路により受光素子６０ａ（第１受光素子）に接続されている。受光素子６０ａは入力ポートＰ１に光学的に結合される。受光素子６０ａのアノード電極は電極パッドＥａ７に電気的に接続され、受光素子６０ａのカソード電極は電極パッドＥａ１０に電気的に接続されている。受光素子６０ａは、第１信号光ＳｉｇＸの大きさをモニタする。受光素子６０ａは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６０ａは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６０ａに位置する。
光分波器５１ａの第１出力端及び第２出力端は、光導波路により可変光減衰器１０ａの入力端に接続されている。可変光減衰器１０ａは、例えばマッハツェンダ型の光減衰器である。可変光減衰器１０ａは、第１及び第２のアーム光導波路をそれぞれ加熱するためのヒータ１２ａ，１３ａを備える。ヒータ１２ａ，１３ａはそれぞれ第１及び第２のアーム光導波路に沿って延在する。ヒータ１２ａの第１端は、配線Ｌａ１２により電極パッドＥ１２ａに電気的に接続され、ヒータ１２ａの第２端は、配線Ｌａ１４により電極パッドＥ１４ａに電気的に接続される。ヒータ１３ａの第１端は、配線Ｌａ１３により電極パッドＥ１３ａに電気的に接続され、ヒータ１３ａの第２端は、配線Ｌａ１４により電極パッドＥ１４ａに電気的に接続される。可変光減衰器１０ａの出力端は、光導波路により光分波器５２ａの入力端に接続されている。光分波器５２ａの第１出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ａの第１入力端に接続されている。光分波器５２ａの第２出力端は、光導波路により受光素子６１ａ（第１受光素子）に接続されている。受光素子６１ａは入力ポートＰ１に光学的に結合される。受光素子６１ａのアノード電極は電極パッドＥａ１１に電気的に接続され、受光素子６１ａのカソード電極は電極パッドＥａ８に電気的に接続されている。電極パッドＥａ８と電極パッドＥａ１１とは、受光装置１００の外部に設けられる信号処理装置（図示せず）に、ワイヤボンディングを用いて電気的に接続される。信号処理装置が電気信号の大きさを検出することによって、可変光減衰器１０ａから出力された第１信号光ＳｉｇＸの大きさが間接的にモニタされる。受光素子６１ａは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６１ａは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６１ａに位置する。
光９０°ハイブリッド素子２０ａは、２入力４出力のＭＭＩカプラ２１ａと、２入力２出力のＭＭＩカプラ２２ａとを含んでもよい。ＭＭＩカプラ２１ａの第１入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ａの第１入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ａの第２入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ａの第２入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ａの４つの出力端のうち２つは、光導波路により、ＭＭＩカプラ２２ａの２つの入力端とそれぞれ結合されている。これらの光導波路の光路長は互いに異なっており、位相シフト部２３ａにおいて、第１光導波路が湾曲して第２光導波路から離れることにより、第１光導波路が第２光導波路よりも僅かに長くなっている。これにより、第１光導波路を伝搬する信号成分が、第２光導波路を伝搬する信号成分に対して４５°の位相に相当する遅延を有することとなる。ＭＭＩカプラ２１ａの他の２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ａ１，３０ａ２に接続されている。受光素子３０ａ１のアノードは、電極パッドＥａ１に電気的に接続され、受光素子３０ａ１のカソードは、電極パッドＥａ５に電気的に接続されている。受光素子３０ａ２のアノードは、電極パッドＥａ２に電気的に接続され、受光素子３０ａ２のカソードは、電極パッドＥａ５に電気的に接続されている。ＭＭＩカプラ２２ａの２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ａ３，３０ａ４に接続されている。受光素子３０ａ３のアノードは、電極パッドＥａ３に電気的に接続され、受光素子３０ａ３のカソードは、電極パッドＥａ６に電気的に接続されている。受光素子３０ａ４のアノードは、電極パッドＥａ４に電気的に接続され、受光素子３０ａ４のカソードは、電極パッドＥａ６に電気的に接続されている。電極パッドＥａ１から電極パッドＥａ６は、受光装置１００の外部に設けられるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）（図示せず）に、ワイヤボンディングを用いて電気的に接続される。ＴＩＡが各受光素子からの電気信号を検出することよって、受光素子３０ａ１から受光素子３０ａ４のそれぞれに入る光の強度が検出される。受光素子３０ａ１から３０ａ４は、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ３０に位置する。受光素子３０ａ１から３０ａ４は、例えばＰＩＮフォトダイオードである。
第１主面１１０ｓには、電極パッドＥａ１５，Ｅａ１６，Ｅａ１７，Ｅａ１８が設けられてもよい。これらの電極パッドは、ワイヤボンディングを用いて、ＴＩＡのグランド電極に電気的に接続される。
スポットサイズ変換器４０ｂの出力端は、光導波路Ｗｂにより光分波器５０ｂの入力端に接続されている。光分波器５０ｂの第１出力端は、光導波路により光分波器５１ｂの入力端に接続されている。光分波器５０ｂの第２出力端は、光導波路により受光素子６０ｂ（第１受光素子）に接続されている。受光素子６０ｂは入力ポートＰ３に光学的に結合される。受光素子６０ｂのアノード電極は電極パッドＥｂ７に電気的に接続され、受光素子６０ｂのカソード電極は電極パッドＥｂ１０に電気的に接続されている。受光素子６０ｂは、第２信号光ＳｉｇＹの大きさをモニタする。受光素子６０ｂは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６０ｂは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６０ｂに位置する。
光分波器５１ｂの第１出力端及び第２出力端は、光導波路により可変光減衰器１０ｂの入力端に接続されている。可変光減衰器１０ｂは、例えばマッハツェンダ型の光減衰器である。可変光減衰器１０ｂは、第１及び第２のアーム光導波路をそれぞれ加熱するためのヒータ１２ｂ，１３ｂを備える。ヒータ１２ｂ，１３ｂはそれぞれ第１及び第２のアーム光導波路に沿って延在する。ヒータ１２ｂの第１端は、配線Ｌｂ１２により電極パッドＥ１２ｂに電気的に接続され、ヒータ１２ｂの第２端は、配線Ｌｂ１４により電極パッドＥ１４ｂに電気的に接続される。ヒータ１３ｂの第１端は、配線Ｌｂ１３により電極パッドＥ１３ｂに電気的に接続され、ヒータ１３ｂの第２端は、配線Ｌｂ１４により電極パッドＥ１４ｂに電気的に接続される。可変光減衰器１０ｂの出力端は、光導波路により光分波器５２ｂの入力端に接続されている。光分波器５２ｂの第１出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第１入力端に接続されている。光分波器５２ｂの第２出力端は、光導波路により受光素子６１ｂ（第１受光素子）に接続されている。受光素子６１ｂは入力ポートＰ３に光学的に結合される。受光素子６１ｂのアノード電極は電極パッドＥｂ１１に電気的に接続され、受光素子６１ｂのカソード電極は電極パッドＥｂ８に電気的に接続されている。電極パッドＥｂ８と電極パッドＥｂ１１とは、受光装置１００の外部に設けられる信号処理装置（図示せず）に、ワイヤボンディングを用いて電気的に接続される。信号処理装置が電気信号の大きさを検出することによって、可変光減衰器１０ｂから出力された第２信号光ＳｉｇＹの大きさが間接的にモニタされる。受光素子６１ｂは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６１ｂは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６１ｂに位置する。
光９０°ハイブリッド素子２０ｂは、２入力４出力のＭＭＩカプラ２１ｂと、２入力２出力のＭＭＩカプラ２２ｂとを含んでもよい。ＭＭＩカプラ２１ｂの第１入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第１入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ｂの第２入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第２入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ｂの４つの出力端のうち２つは、光導波路により、ＭＭＩカプラ２２ｂの２つの入力端とそれぞれ結合されている。これらの光導波路の光路長は互いに異なっており、位相シフト部２３ｂにおいて、第１光導波路が湾曲して第２光導波路から離れることにより、第１光導波路が第２光導波路よりも僅かに長くなっている。これにより、第１光導波路を伝搬する信号成分が、第２光導波路を伝搬する信号成分に対して４５°の位相に相当する遅延を有することとなる。ＭＭＩカプラ２１ｂの他の２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ｂ１，３０ｂ２に接続されている。受光素子３０ｂ１のアノードは、電極パッドＥｂ１に電気的に接続され、受光素子３０ｂ１のカソードは、電極パッドＥｂ５に電気的に接続されている。受光素子３０ｂ２のアノードは、電極パッドＥｂ２に電気的に接続され、受光素子３０ｂ２のカソードは、電極パッドＥｂ５に電気的に接続されている。ＭＭＩカプラ２２ｂの２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ｂ３，３０ｂ４に接続されている。受光素子３０ｂ３のアノードは、電極パッドＥｂ３に電気的に接続され、受光素子３０ｂ３のカソードは、電極パッドＥｂ６に電気的に接続されている。受光素子３０ｂ４のアノードは、電極パッドＥｂ４に電気的に接続され、受光素子３０ｂ４のカソードは、電極パッドＥｂ６に電気的に接続されている。電極パッドＥｂ１から電極パッドＥｂ６は、受光装置１００の外部に設けられるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）（図示せず）に、ワイヤボンディングを用いて電気的に接続される。ＴＩＡが各受光素子からの電気信号を検出することよって、受光素子３０ｂ１から受光素子３０ｂ４のそれぞれに入る光の強度が検出される。受光素子３０ｂ１から３０ｂ４は、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ３０に位置する。受光素子３０ｂ１から３０ｂ４は、例えばＰＩＮフォトダイオードである。
第１主面１１０ｓには、電極パッドＥｂ１５，Ｅｂ１６，Ｅｂ１７，Ｅｂ１８が設けられてもよい。これらの電極パッドは、ワイヤボンディングを用いて、ＴＩＡのグランド電極に電気的に接続される。
スポットサイズ変換器４０ｃの出力端は、光導波路Ｗｃにより光分波器５２ｃの入力端に接続されている。光分波器５２ｃの第１出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ａの第２入力端に接続されている。光分波器５２ｃの第２出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第２入力端に接続されている。
受光デバイス１００ａによれば、スポットサイズ変換器４０ａに入力された第１信号光ＳｉｇＸは、スポットサイズ変換器４０ｃに入力された局部発振光ＬＯと共に光９０°ハイブリッド素子２０ａに入力される。光９０°ハイブリッド素子２０ａにおいて第１信号光ＳｉｇＸと局部発振光ＬＯとが互いに干渉することによって、第１信号光ＳｉｇＸは、４つの成分の光に分離される。４つの成分の光は、受光素子３０ａ１から３０ａ４によってそれぞれ検出される。受光素子３０ａ１，３０ａ２によって検出される光は、互いに１８０°異なる位相を有する同相（In-Phase）成分Ｉである。例えば、受光素子３０ａ１によって検出される光の位相は１８０°であり、受光素子３０ａ２によって検出される光の位相は０°である。受光素子３０ａ３，３０ａ４によって検出される光は、同相成分Ｉの位相とは９０°異なり、互いに１８０°異なる位相を有する直角位相（Quadrature）成分Ｑである。例えば、受光素子３０ａ３によって検出される光の位相は２７０°であり、受光素子３０ａ４によって検出される光の位相は９０°である。
スポットサイズ変換器４０ｂに入力された第２信号光ＳｉｇＹは、スポットサイズ変換器４０ｃに入力された局部発振光ＬＯと共に光９０°ハイブリッド素子２０ｂに入力される。光９０°ハイブリッド素子２０ｂにおいて第２信号光ＳｉｇＹと局部発振光ＬＯとが互いに干渉することによって、第２信号光ＳｉｇＹは、第１信号光ＳｉｇＸと同様に４つの成分の光に分離される。４つの成分の光は、受光素子３０ｂ１から３０ｂ４によってそれぞれ検出される。
次に、図３及び図５を参照しながら受光デバイス１００ａの第２主面１１０ｔ上に設けられた金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８について説明する。
金属パターン層１１４は、第２主面１１０ｔの縁（Ｙ軸方向に延在する縁）に沿って延在する。
金属パターン層１１６は、Ｘ軸方向に沿って延在する一対の第３部分１１６ａ，１１６ｂと、一対の第３部分１１６ａ，１１６ｂとは離間して配置された第４部分１１６ｃとを含んでもよい。一対の第３部分１１６ａ，１１６ｂは、Ｙ軸方向において互いに離間して配置される。第４部分１１６ｃは、金属パターン層１１４と一対の第３部分１１６ａ，１１６ｂとの間において、Ｙ軸方向に延在する。金属パターン層１１６の配置は、光分波器５２ｃを通りＸ軸方向に延在する線（図示せず）に対し、線対称であってもよい。２つの可変光減衰器１０ａ，１０ｂも当該線に対して線対称であるので、金属パターン層１１６に起因する応力が、２つの可変光減衰器１０ａ，１０ｂに影響を与えるとしても、その影響は均等になる。よって、２つの可変光減衰器の特性の不均一が、回避される。第４部分１１６ｃがＹ軸方向に延在することにより、金属パターン層１１６が全体として線対称性を有することができる。
金属パターン層１１７は、第１部分１１７ａ及び第２部分１１７ｂを含んでもよい。第１部分１１７ａ及び第２部分１１７ｂは、Ｙ軸方向において互いに離間してもよい。第１部分１１７ａは、Ｚ軸方向（第１主面１１０ｓの法線方向）から見て、受光素子６０ａ，６１ａと入力ポートＰ２との間に位置してもよい。Ｚ軸方向から見て、第１部分１１７ａは、受光素子６０ａと入力ポートＰ２とを結ぶ線分又は受光素子６１ａと入力ポートＰ２とを結ぶ線分と重なってもよい。第２部分１１７ｂは、Ｚ軸方向から見て、受光素子６０ｂ，６１ｂと入力ポートＰ２との間に位置してもよい。Ｚ軸方向から見て、第２部分１１７ｂは、受光素子６０ｂと入力ポートＰ２とを結ぶ線分又は受光素子６１ｂと入力ポートＰ２とを結ぶ線分と重なってもよい。金属パターン層１１７は、Ｚ軸方向から見て、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂ及び光分波器５２ａ，５２ｂ，５２ｃと重ならず、離れてもよい。第１部分１１７ａは、Ｚ軸方向から見て、可変光減衰器１０ａ及び光分波器５０ａ，５１ａと重なってもよい。第２部分１１７ｂは、Ｚ軸方向から見て、可変光減衰器１０ｂ及び光分波器５０ｂ，５１ｂと重なってもよい。
金属パターン層１１８は、第２主面１１０ｔの縁（Ｙ軸方向に延在し、金属パターン層１１４が設けられた縁とは反対の縁）に沿って延在する。
金属パターン層１１６，１１７，１１８は、互いに連結されて単一の金属パターン層を形成してもよい。この場合、第４部分１１６ｃと金属パターン層１１８との間の領域も金属パターン層によって覆われる。
図５は、Ｚ軸方向に沿った受光デバイス１００ａの断面図である。図５の断面は、図３に示される入力ポートＰ２及び受光素子６０ａを通る。図５に示されるように、金属パターン層１１７の第１部分１１７ａは、第１層１１７ａ１及び第２層１１７ａ２を含んでもよい。第１層１１７ａ１は、第２層１１７ａ２と半導体基板１１０との間に配置される。第１層１１７ａ１は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含んでもよい。第２層１１７ａ２は金を含んでもよい。金属パターン層１１７の第２部分１１７ｂは、第１部分１１７ａと同じ構成を備えてもよい。他の金属パターン層１１４，１１６，１１８も第１部分１１７ａと同じ構成を備えてもよい。
半導体基板１１０の第２主面１１０ｔは凹凸領域を有してもよい。凹凸領域は、第２主面１１０ｔ全体に設けられてもよいし、第２主面１１０ｔの一部に設けられてもよい。金属パターン層１１７の第１部分１１７ａ及び第２部分１１７ｂは、凹凸領域上に設けられる。凹凸領域は、スパッタリングによって形成され得る。
受光デバイス１００ａによれば、入力ポートＰ２に入力された局部発振光ＬＯの一部（図５の迷光ＳＬ）が半導体基板１１０の内部を通って第２主面１１０ｔに到達する場合がある。受光デバイス１００ａの金属パターン層１１７は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含む。１．５５μｍの波長を有する光に対するチタンの反射率は６０％以下である。１．５５μｍの波長を有する光に対するクロムの反射率は７０％以下である。金属パターン層１１７は、１．５μｍから１．６μｍの波長範囲の光に対して比較的小さい反射率を有する。よって、迷光ＳＬは金属パターン層１１７の第１部分１１７ａによって反射され難い。その結果、迷光ＳＬが受光素子６０ａ，６１ａにより検出される可能性を低減できる。同様に、迷光ＳＬは金属パターン層１１７の第２部分１１７ｂによって反射され難い。その結果、迷光ＳＬが受光素子６０ｂ，６１ｂにより検出される可能性を低減できる。
図３に示されるように、第１部分１１７ａが、Ｚ軸方向から見て、受光素子６０ａ，６１ａと入力ポートＰ２との間に位置する場合、入力ポートＰ２から受光素子６０ａ，６１ａに向かう迷光ＳＬは第１部分１１７ａによって反射され難い。よって、迷光ＳＬが受光素子６０ａ，６１ａにより検出される可能性を低減できる。同様に、第２部分１１７ｂが、Ｚ軸方向から見て、受光素子６０ｂ，６１ｂと入力ポートＰ２との間に位置する場合、入力ポートＰ２から受光素子６０ｂ，６１ｂに向かう迷光ＳＬは第２部分１１７ｂによって反射され難い。よって、迷光ＳＬが受光素子６０ｂ，６１ｂにより検出される可能性を低減できる。
半導体基板１１０の第２主面１１０ｔが凹凸領域を有する場合、第２主面１１０ｔに到達した迷光ＳＬが凹凸領域により散乱する。よって、第２主面１１０ｔによって反射された迷光ＳＬが受光素子６０ａ，６１ａ，６０ｂ，６１ｂにより検出される可能性を低減できる。
第２層１１７ａ２が金を含む場合、第２層１１７ａ２と他の部材（例えば図２及び図４の半田パターン層１０７）との間の接合強度が高くなる。
（実験例）
以下、受光デバイス１００ａの評価のために行った実験例について説明する。以下の実験例は本開示を限定するものではない。
金属パターン層１１７が設けられていないこと以外は図３に示される受光デバイス１００ａと同じ構成を備える４つのサンプルＳＭ１からＳＭ４を準備した。金属パターン層１１６，１１７，１１８が互いに連結されて単一の金属パターン層が形成されること以外は図３に示される受光デバイス１００ａと同じ構成を備える３つのサンプルＳＭ５からＳＭ７を準備した。金属パターン層はチタン層である。
サンプルＳＭ１からＳＭ７について、受光素子６０ａによって検出されるリーク光（迷光）の電流値を測定した。サンプルＳＭ１からＳＭ７に入射される局部発振光ＬＯのパワーは１ｍＷである。サンプルＳＭ１からＳＭ７の受光素子６０ａに印加される電圧は－２．５Ｖ（逆バイアス）である。結果を図７に示す。
図７は、７つのサンプルにおいて測定されたリーク光の電流値の例を示すグラフである。縦軸は、各サンプルにおいて測定されたリーク光の電流値を示す。横軸は、各サンプルの番号を示す。サンプルＳＭ１のリーク光の電流値は４．２ｎＡであった。サンプルＳＭ２のリーク光の電流値は４．１ｎＡであった。サンプルＳＭ３のリーク光の電流値は３．７ｎＡであった。サンプルＳＭ４のリーク光の電流値は３．７ｎＡであった。サンプルＳＭ５のリーク光の電流値は１．０ｎＡであった。サンプルＳＭ６のリーク光の電流値は０．９ｎＡであった。サンプルＳＭ７のリーク光の電流値は０．８ｎＡであった。このように、サンプルＳＭ５からＳＭ７におけるリーク光の電流値は、サンプルＳＭ１からＳＭ４におけるリーク光の電流値よりも顕著に小さかった。よって、金属パターン層１１７によりリーク光の検出を抑制できることが分かる。
（キャリア）
次に、図１、図２、図４及び図６を参照しながらキャリア１００ｂについて説明する。図１及び図２に示されるように、キャリア１００ｂは、第２主面１１０ｔに対向配置された第３主面１０２ｓを有する支持基板１０２と、第３主面１０２ｓ上に設けられた半田パターン層１０４，１０６，１０７，１０８とを備える。支持基板１０２は、第３主面１０２ｓと反対の第４主面１０２ｔを有する。第３主面１０２ｓ及び第４主面１０２ｔのそれぞれは例えば矩形形状を有する。半田パターン層１０４は金属パターン層１１４に接合される。半田パターン層１０６は金属パターン層１１６に接合される。半田パターン層１０７は金属パターン層１１７に接合される。半田パターン層１０８は金属パターン層１１８に接合される。支持基板１０２は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板である。半田パターン層１０４，１０６，１０７，１０８は例えば金錫（ＡｕＳｎ）合金を含む。
半田パターン層１０４は、Ｙ軸方向に延在する。半田パターン層１０４は、第３主面１０２ｓの縁（Ｙ軸方向に延在する縁）に沿って延在する。
半田パターン層１０６は、Ｘ軸方向において半田パターン層１０４から離間して配置される。半田パターン層１０６は、Ｘ軸方向に沿って延在する一対の第１部分１０６ａ，１０６ｂと、一対の第１部分１０６ａ，１０６ｂ同士を連結する第２部分１０６ｃとを有する。第２部分１０６ｃは、Ｘ軸方向において半田パターン層１０４から離間して配置され、Ｙ軸方向に延在する。一対の第１部分１０６ａ，１０６ｂは、半田パターン層１０４に近い端部を有し、当該端部において第２部分１０６ｃに一体的に接続されている。したがって、半田パターン層１０６は例えばＵ字形状を有する。
半田パターン層１０７は、第１部分１０７ａ及び第２部分１０７ｂを有する。第１部分１０７ａ及び第２部分１０７ｂは互いに離間して配置される。第１部分１０７ａは、第１部分１０６ａと半田パターン層１０８との間に配置される。第２部分１０７ｂは、第１部分１０６ｂと半田パターン層１０８との間に配置される。
半田パターン層１０８は、Ｘ軸方向において半田パターン層１０６から離間して配置される。半田パターン層１０８は、第３主面１０２ｓの縁（Ｙ軸方向に延在し、半田パターン層１０４が設けられた縁とは反対の縁）に設けられる。半田パターン層１０８は、Ｙ軸方向において第３主面１０２ｓの縁の中心に位置する。
半田パターン層１０６，１０７，１０８は、互いに連結されて単一の半田パターン層を形成してもよい。この場合、第１部分１０６ａと第１部分１０６ｂとの間の領域も半田パターン層によって覆われる。
（受光デバイスとキャリアとの重なり）
次に、図４及び図８を参照しながらＺ軸方向から見た受光装置１００について説明する。図８は、図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。図４に示されるように、金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８は、Ｚ軸方向から見て、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂ及び光分波器５２ａ，５２ｂ，５２ｃと重ならないように位置する。上述のように、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂは、ＭＭＩカプラ２１ａ，２２ａ，２１ｂ，２２ｂ（図６）を含む。光分波器及びＭＭＩカプラの光学特性は、応力にとりわけ敏感である。このような金属パターン層の配置は、金属パターン層に起因する応力による光９０°ハイブリッドの光学特性の劣化を避けるために有効である。
電極パッドＥａ１０，Ｅａ７，Ｅａ１４，Ｅａ１２，Ｅａ１３，Ｅａ１１，Ｅａ８は、Ｘ軸方向に沿って互いに隣接して順に配列される。Ｚ軸方向から見て、電極パッドＥａ１０，Ｅａ７，Ｅａ１４，Ｅａ１２，Ｅａ１３，Ｅａ１１，Ｅａ８の全体は、金属パターン層１１６の第３部分１１６ａと重なっている。Ｚ軸方向から見て、金属パターン層１１６の第３部分１１６ａの全体は、半田パターン層１０６の第１部分１０６ａと重なっている（図８参照）。
電極パッドＥｂ１０，Ｅｂ７，Ｅｂ１４，Ｅｂ１２，Ｅｂ１３，Ｅｂ１１，Ｅｂ８は、Ｘ軸方向に沿って互いに隣接して順に配列される。Ｚ軸方向から見て、電極パッドＥｂ１０，Ｅｂ７，Ｅｂ１４，Ｅｂ１２，Ｅｂ１３，Ｅｂ１１，Ｅｂ８の全体は、金属パターン層１１６の第３部分１１６ｂと重なっている。Ｚ軸方向から見て、金属パターン層１１６の第３部分１１６ｂの全体は、半田パターン層１０６の第１部分１０６ｂと重なっている。
Ｚ軸方向から見て、金属パターン層１１６の第４部分１１６ｃの全体は、半田パターン層１０６の第２部分１０６ｃと重なっている。金属パターン層１１６の第４部分１１６ｃ及び半田パターン層１０６の第２部分１０６ｃは、Ｚ軸方向から見て、複数の受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４と光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂとの間において、Ｙ軸方向に延在している。
Ｚ軸方向から見て、金属パターン層１１７の第１部分１１７ａの全体は、半田パターン層１０７の第１部分１０７ａと重なっている。Ｚ軸方向から見て、金属パターン層１１７の第２部分１１７ｂの全体は、半田パターン層１０７の第２部分１０７ｂと重なっている。
Ｚ軸方向から見て、半田パターン層１０８の全体は金属パターン層１１８と重なっている。半田パターン層１０８及び金属パターン層１１８は、Ｚ軸方向から見て、入力ポートＰ２に隣接する部分である。金属パターン層１１８は、Ｚ軸方向から見て、入力ポートＰ１，Ｐ３に隣接してもよい。
電極パッドＥａ１５，Ｅａ１，Ｅａ５，Ｅａ２，Ｅａ１６，Ｅａ１７，Ｅａ３，Ｅａ６，Ｅａ４，Ｅａ１８，Ｅｂ１５，Ｅｂ１，Ｅｂ５，Ｅｂ２，Ｅｂ１６，Ｅｂ１７，Ｅｂ３，Ｅｂ６，Ｅｂ４，Ｅｂ１８は、Ｘ軸方向に沿って互いに隣接して順に配列される。Ｚ軸方向から見て、電極パッドＥａ１からＥａ６，Ｅａ１５からＥａ１８，Ｅｂ１からＥｂ６，Ｅｂ１５からＥｂ１８の全体は、金属パターン層１１４と重なっている。Ｚ軸方向から見て、金属パターン層１１４の全体は、半田パターン層１０４と重なっている。
（受光デバイスの第１主面に集積された素子）
図９は、図３のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。図９に示されるように、可変光減衰器１０ａは、基板２上に設けられた一対のメサＭ１，Ｍ２を備える。各メサＭ１，Ｍ２は光導波路に沿って延在する。メサＭ１はヒータ１２ａによって加熱され、メサＭ２はヒータ１３ａによって加熱される。本実施形態において、ヒータ１３ａに供給される電力は、ヒータ１２ａに供給される電力よりも大きい。ヒータ１２ａ，１３ａに供給される電力を制御することによって、可変光減衰器１０ａを動作させることができる。
各メサＭ１，Ｍ２は、クラッド層５、コア層６及びクラッド層７を含む。クラッド層５は基板２上に設けられる。コア層６はクラッド層５上に設けられる。クラッド層７はコア層６上に設けられる。
基板２は、半絶縁性ＩｎＰ基板等の半絶縁性ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板である。クラッド層５は、ｎ－ＩｎＰ等のｎ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。コア層６は、ｉ－ガリウムインジウムヒ素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。クラッド層７は、ｉ－ＩｎＰ等のｉ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。
ヒータ１２ａは、メサＭ１の頂面上に順に設けられた複数の金属層１２ａ１，１２ａ２，１２ａ３を含む。金属層１２ａ１は例えばＴｉ層である。金属層１２ａ２は例えばチタンタングステン（ＴｉＷ）層である。金属層１２ａ３は例えばＡｕメッキ層である。ヒータ１３ａは、メサＭ２の頂面上に順に設けられた複数の金属層１３ａ１，１３ａ２，１３ａ３を含む。金属層１３ａ１は例えばＴｉ層である。金属層１３ａ２は例えばＴｉＷ層である。金属層１３ａ３は例えばＡｕメッキ層である。
可変光減衰器１０ａは、メサＭ１，Ｍ２を覆う絶縁膜９を有する。絶縁膜９は、メサＭ１，Ｍ２を覆う第１絶縁膜９ａと、第１絶縁膜９ａ上に設けられた第２絶縁膜９ｂとを含む。第１絶縁膜９ａは例えばシリコン窒化膜である。第２絶縁膜９ｂは例えばシリコン酸窒化膜である。第２絶縁膜９ｂは、メサＭ１の頂面上に設けられた開口９ｂ１と、メサＭ２の頂面上に設けられた開口９ｂ２とを有する。本実施形態では、開口９ｂ１が金属層１２ａ１上に設けられ、開口９ｂ１内には金属層１２ａ２が埋め込まれる。同様に、開口９ｂ２が金属層１３ａ１上に設けられ、開口９ｂ２内には金属層１３ａ２が埋め込まれる。
可変光減衰器１０ｂも可変光減衰器１０ａと同様の構成を備える。光分波器５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ及び光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂは、メサＭ１，Ｍ２と同様に、クラッド層５、コア層６及びクラッド層７を含むメサを有する。
図１０は、図３のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。図１０に示されるように、受光素子６１ｂは、基板２上に設けられたメサＭ３を備える。メサＭ３は、クラッド層５、光吸収層６ａ、クラッド層７ａ及びｐ型コンタクト層７ｂを含む。クラッド層５は基板２上に設けられる。光吸収層６ａはクラッド層５上に設けられる。クラッド層７ａは光吸収層６ａ上に設けられる。ｐ型コンタクト層７ｂはクラッド層７ａ上に設けられる。メサＭ３の側面はＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層８によって覆われている。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層８は、鉄が添加されたインジウムリンを含んでもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層８は暗電流を低減できる。
受光素子６１ｂにおいて、クラッド層５はｎ型コンタクト層としても機能する。光吸収層６ａは、ｉ－ガリウムインジウムヒ素（ＧａＩｎＡｓ）等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。クラッド層７ａは、ｐ－ＩｎＰ等のｐ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。ｐ型コンタクト層７ｂは、ｐ－ＧａＩｎＡｓ等のｐ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。
受光素子６１ｂは、ｐ型コンタクト層７ｂに接続された第１電極１４ｐと、クラッド層５に接続された第２電極１４ｎとを備える。第１電極１４ｐは、メサＭ３の頂面上に順に設けられた複数の金属層１４ｐ１，１４ｐ２，１４ｐ３を含む。金属層１４ｐ１は例えばオーミック層である。金属層１４ｐ２は例えばＴｉＷ層である。金属層１４ｐ３は例えばＡｕメッキ層である。第２電極１４ｎは、メサＭ３の隣においてクラッド層５上に順に設けられた複数の金属層１４ｎ１，１４ｎ２，１４ｎ３を含む。金属層１４ｎ１は例えばオーミック層である。金属層１４ｎ２は例えばＴｉＷ層である。金属層１４ｎ３は例えばＡｕメッキ層である。
メサＭ３は絶縁膜９によって覆われている。絶縁膜９は、メサＭ３を覆う第１絶縁膜９ａと、第１絶縁膜９ａ上に設けられた第２絶縁膜９ｂとを含む。絶縁膜９は、メサＭ３の頂面上に設けられた開口９ｈ１と、メサＭ３の隣においてクラッド層５上に設けられた開口９ｈ２とを有する。本実施形態では、開口９ｈ１が金属層１４ｐ１上に設けられ、開口９ｈ１内には金属層１４ｐ２が埋め込まれる。開口９ｈ２内には金属層１４ｎ１，１４ｎ２が埋め込まれる。
他の受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４，６０ａ，６０ｂ，６１ａも受光素子６１ｂと同様の構成を備える。
（受光装置の製造方法）
受光装置１００は、以下のようにして製造される。まず、受光デバイス１００ａ及びキャリア１００ｂを準備する。次に、キャリア１００ｂを加熱することによって、半田パターン層１０４，１０６，１０７，１０８を溶融させる。半田パターン層１０４，１０６，１０７，１０８が溶融した状態で、受光デバイス１００ａの金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８を半田パターン層１０４，１０６，１０７，１０８にそれぞれ接合する。
受光デバイス１００ａの製造方法について、主として図９から図１６を参照して説明する。受光デバイス１００ａは例えば以下のようにして製造される。
まず、有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ：Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）等を用いて、基板２上に、クラッド層５、光吸収層６ａ、クラッド層７ａ及びｐ型コンタクト層７ｂを順に成長する（図１１参照）。
次に、化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等を用いて、シリコン窒化膜等の絶縁膜（例えば厚さ２００ｎｍ）をｐ型コンタクト層７ｂ上に堆積した後、フォトリソグラフィー及びエッチング（例えばバッファードフッ酸を用いたウェットエッチング）によりバットジョイント用のマスクを形成する。バットジョイント用のマスクは、領域ＢＪ６０ａ，ＢＪ６１ａ，ＢＪ６０ｂ，ＢＪ６１ｂ，ＢＪ３０に形成される（図６参照）。続いて、例えば塩化水素（ＨＣｌ）系又は臭化水素（ＨＢｒ）系のエッチャントを用いたウェットエッチングにより、光吸収層６ａ、クラッド層７ａ及びｐ型コンタクト層７ｂをエッチングする。光吸収層６ａをエッチングする際に、クラッド層５がエッチングストップ層として機能する。
次に、バットジョイント用のマスクを用いて、有機金属気相成長法等によりコア層６及びクラッド層７をクラッド層５上に選択成長する（図１２参照）。これにより、領域ＢＪ６０ａ，ＢＪ６１ａ，ＢＪ６０ｂ，ＢＪ６１ｂ，ＢＪ３０の縁にバットジョイント接合が形成される。その後、バットジョイント用のマスクを除去する。
次に、シリコン窒化膜又はシリコン酸化膜等の絶縁膜（例えば厚さ３００ｎｍ）をクラッド層７及びｐ型コンタクト層７ｂ上に堆積した後、フォトリソグラフィーにより、メサＭ１，Ｍ２，Ｍ３等のメサを形成するためのレジストパターンを形成する。レジストパターンを用いて、例えば四フッ化メタン（ＣＦ４）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により絶縁膜をエッチングすることによって、第１絶縁マスクＭＳ１を形成する（図１１及び図１２参照）。第１絶縁マスクＭＳ１を用いて、例えば塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、クラッド層５、光吸収層６ａ、クラッド層７ａ、ｐ型コンタクト層７ｂ、コア層６及びクラッド層７をエッチングする。その結果、メサＭ１，Ｍ２，Ｍ３等のメサが形成される。このようにして、可変光減衰器１０ａ，１０ｂ、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂ、光分波器５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、光導波路及び受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４，６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂに含まれるメサが形成される。フォトリソグラフィー及びウェットエッチング（バッファードフッ酸等のエッチャントを用いたエッチング）により、第１絶縁マスクＭＳ１のうちテラス上に設けられた不要な部分は除去される。テラスは、メサと同じ高さを有する部分である。
次に、シリコン窒化膜等の絶縁膜（例えば厚さ１００ｎｍ）をメサ及び第１絶縁マスクＭＳ１上に堆積した後、スポットサイズ変換器４０ａ，４０ｂ，４０ｃ及び受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４，６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ以外のメサ（メサＭ１，Ｍ２等）を覆うレジストパターンを形成する。レジストパターンを用いて、ウェットエッチング（バッファードフッ酸等のエッチャントを用いたエッチング）により絶縁膜をエッチングすることによって、スポットサイズ変換器及び受光素子以外のメサ（メサＭ１，Ｍ２等）を覆う第２絶縁マスクＭＳ２を形成する（図１３及び図１４参照）。第２絶縁マスクＭＳ２はメサＭ３上に形成されない。その後、ＨＣｌ系のエッチャントを用いたウェットエッチングにより、ドライエッチングにより形成されたダメージ層を除去する。
次に、第１絶縁マスクＭＳ１及び第２絶縁マスクＭＳ２を用いて、有機金属気相成長法等により、スポットサイズ変換器４０ａ，４０ｂ，４０ｃ及び受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４，６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂに含まれるメサ（メサＭ３等）の側面にＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層８を形成する（図１０参照）。続いて、バッファードフッ酸を用いたウェットエッチングにより、第１絶縁マスクＭＳ１及び第２絶縁マスクＭＳ２を除去する。
次に、シリコン窒化膜等の絶縁膜（例えば厚さ３００ｎｍ）をクラッド層５上に堆積した後、フォトリソグラフィーにより、隣り合う受光素子間に開口を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンを用いて、例えばＣＦ４を用いた反応性イオンエッチングにより絶縁膜をエッチングすることによって、隣り合う受光素子間に開口を有する第３絶縁マスクＭＳ３を形成する（図１５及び図１６参照）。第３絶縁マスクＭＳ３を用いて、例えば塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、クラッド層５を除去する。これにより、隣り合う受光素子間のクラッド層５が除去されるので、隣り合う受光素子同士が分離される。同時に、メサＭ１，Ｍ２間においてもクラッド層５が除去される（図９参照）。続いて、第３絶縁マスクＭＳ３を除去する。
次に、可変光減衰器１０ａ，１０ｂにおいて、シリコン窒化膜等の第１絶縁膜９ａをメサＭ１，Ｍ２及び基板２上に形成した後、メサＭ１，Ｍ２の頂面上に開口を有するレジストパターンを用いて、リフトオフ法により、メサＭ１上に金属層１２ａ１を形成し、メサＭ２上に金属層１３ａ１を形成する（図９参照）。
次に、受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４，６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂにおいて、第１絶縁膜９ａを開口した後、リフトオフ法を用いて、メサＭ３上に金属層１４ｐ１を形成し、メサＭ３の隣に金属層１４ｎ１を形成する（図１０参照）。
次に、シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜等の第２絶縁膜９ｂを堆積した後、フォトリソグラフィーにより、金属層１２ａ１，１３ａ１，１４ｐ１，１４ｎ１上に開口を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンを用いて、第２絶縁膜９ｂをエッチングすることにより、開口９ｂ１，９ｂ２，９ｈ１，９ｈ２を形成する（図９及び図１０参照）。
次に、フォトリソグラフィーにより、開口９ｂ１，９ｂ２，９ｈ１，９ｈ２よりも大きい開口を有する第１レジストパターンを形成した後、スパッタリングにより金属層１２ａ２，１３ａ２，１４ｐ２，１４ｎ２を堆積する（図９及び図１０参照）。その後、同様の開口を有する第２レジストパターンを形成した後、メッキにより金属層１２ａ３，１３ａ３，１４ｐ３，１４ｎ３を堆積する。第２レジストパターンを除去した後、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用いた反応性イオンエッチングにより、不要な金属層１２ａ２，１３ａ２，１４ｐ２，１４ｎ２を除去する。その後、酸素アッシング等により第１レジストパターンを除去する。
次に、半導体基板１１０の第２主面１１０ｔの研磨を行うことによって、半導体基板１１０を薄くする。その後、例えばメッキにより、半導体基板１１０上に金属膜を形成する。金属膜は、例えばＴｉ下地層とＡｕメッキ層とを含む。その後、フォトリソグラフィーにより、金属膜をエッチングすることによって、金属パターン層１１４，１１６，１１７，１１８を形成する（図３及び図５参照）。
以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。
２…基板
５…クラッド層
６…コア層
６ａ…光吸収層
７…クラッド層
７ａ…クラッド層
７ｂ…ｐ型コンタクト層
８…ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
９…絶縁膜
９ａ…第１絶縁膜
９ｂ…第２絶縁膜
９ｂ１…開口
９ｂ２…開口
９ｈ１…開口
９ｈ２…開口
１０ａ…可変光減衰器
１０ｂ…可変光減衰器
１２ａ…ヒータ
１２ａ１…金属層
１２ａ２…金属層
１２ａ３…金属層
１２ｂ…ヒータ
１３ａ…ヒータ
１３ａ１…金属層
１３ａ２…金属層
１３ａ３…金属層
１３ｂ…ヒータ
１４ｎ…第２電極
１４ｎ１…金属層
１４ｎ２…金属層
１４ｎ３…金属層
１４ｐ…第１電極
１４ｐ１…金属層
１４ｐ２…金属層
１４ｐ３…金属層
２０ａ…光９０°ハイブリッド素子
２０ｂ…光９０°ハイブリッド素子
２１ａ…ＭＭＩカプラ
２１ｂ…ＭＭＩカプラ
２２ａ…ＭＭＩカプラ
２２ｂ…ＭＭＩカプラ
２３ａ…位相シフト部
２３ｂ…位相シフト部
３０ａ１…受光素子（第２受光素子）
３０ａ２…受光素子（第２受光素子）
３０ａ３…受光素子（第２受光素子）
３０ａ４…受光素子（第２受光素子）
３０ｂ１…受光素子（第２受光素子）
３０ｂ２…受光素子（第２受光素子）
３０ｂ３…受光素子（第２受光素子）
３０ｂ４…受光素子（第２受光素子）
４０ａ…スポットサイズ変換器
４０ｂ…スポットサイズ変換器
４０ｃ…スポットサイズ変換器
５０ａ…光分波器
５０ｂ…光分波器
５１ａ…光分波器
５１ｂ…光分波器
５２ａ…光分波器
５２ｂ…光分波器
５２ｃ…光分波器
６０ａ…受光素子（第１受光素子）
６０ｂ…受光素子（第１受光素子）
６１ａ…受光素子（第１受光素子）
６１ｂ…受光素子（第１受光素子）
１００…受光装置
１００ａ…受光デバイス
１００ｂ…キャリア
１００ｃ…レンズアレイ
１００ｃ１…レンズ
１００ｃ２…レンズ
１００ｃ３…レンズ
１０２…支持基板
１０２ｓ…第３主面
１０２ｔ…第４主面
１０４…半田パターン層
１０６…半田パターン層
１０６ａ…第１部分
１０６ｂ…第１部分
１０６ｃ…第２部分
１０７…半田パターン層
１０７ａ…第１部分
１０７ｂ…第２部分
１０８…半田パターン層
１１０…半導体基板
１１０ｓ…第１主面
１１０ｔ…第２主面
１１４…金属パターン層
１１６…金属パターン層
１１６ａ…第３部分
１１６ｂ…第３部分
１１６ｃ…第４部分
１１７…金属パターン層
１１７ａ…第１部分
１１７ａ１…第１層
１１７ａ２…第２層
１１７ｂ…第２部分
１１８…金属パターン層
ＢＪ３０…領域
ＢＪ６０ａ…領域
ＢＪ６０ｂ…領域
ＢＪ６１ａ…領域
ＢＪ６１ｂ…領域
Ｅ１２ａ…電極パッド
Ｅ１２ｂ…電極パッド
Ｅ１３ａ…電極パッド
Ｅ１３ｂ…電極パッド
Ｅ１４ａ…電極パッド
Ｅ１４ｂ…電極パッド
Ｅａ１…電極パッド
Ｅａ２…電極パッド
Ｅａ３…電極パッド
Ｅａ４…電極パッド
Ｅａ５…電極パッド
Ｅａ６…電極パッド
Ｅａ７…電極パッド
Ｅａ８…電極パッド
Ｅａ１０…電極パッド
Ｅａ１１…電極パッド
Ｅａ１２…電極パッド
Ｅａ１３…電極パッド
Ｅａ１４…電極パッド
Ｅａ１５…電極パッド
Ｅａ１６…電極パッド
Ｅａ１７…電極パッド
Ｅａ１８…電極パッド
Ｅｂ１…電極パッド
Ｅｂ２…電極パッド
Ｅｂ３…電極パッド
Ｅｂ４…電極パッド
Ｅｂ５…電極パッド
Ｅｂ６…電極パッド
Ｅｂ７…電極パッド
Ｅｂ８…電極パッド
Ｅｂ１０…電極パッド
Ｅｂ１１…電極パッド
Ｅｂ１２…電極パッド
Ｅｂ１３…電極パッド
Ｅｂ１４…電極パッド
Ｅｂ１５…電極パッド
Ｅｂ１６…電極パッド
Ｅｂ１７…電極パッド
Ｅｂ１８…電極パッド
Ｌａ１２…配線
Ｌａ１３…配線
Ｌａ１４…配線
Ｌｂ１２…配線
Ｌｂ１３…配線
Ｌｂ１４…配線
ＬＯ…局部発振光
Ｍ１…メサ
Ｍ２…メサ
Ｍ３…メサ
ＭＳ１…第１絶縁マスク
ＭＳ２…第２絶縁マスク
ＭＳ３…第３絶縁マスク
Ｐ１…入力ポート（第１入力ポート）
Ｐ２…入力ポート（第２入力ポート）
Ｐ３…入力ポート（第１入力ポート）
ＳｉｇＸ…第１信号光
ＳｉｇＹ…第２信号光
ＳＬ…迷光
ＳＭ１…サンプル
ＳＭ２…サンプル
ＳＭ３…サンプル
ＳＭ４…サンプル
ＳＭ５…サンプル
ＳＭ６…サンプル
ＳＭ７…サンプル
Ｗａ…光導波路
Ｗｂ…光導波路
Ｗｃ…光導波路

Claims (7)

  1. 第１主面及び前記第１主面と反対の第２主面を有する半導体基板と、
    前記第２主面上に設けられた金属パターン層と、
    を備え、
    前記第１主面には、信号光が入力される第１入力ポートと、局部発振光が入力される第２入力ポートと、前記第１入力ポートに光学的に結合された第１受光素子と、前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートに光学的に結合された光９０°ハイブリッド素子と、前記光９０°ハイブリッド素子に光学的に結合された第２受光素子と、が設けられており、
    前記金属パターン層は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含む、受光デバイス。
  2. 前記金属パターン層は、前記第１主面の法線方向から見て、前記第１受光素子と前記第２入力ポートとの間に位置する部分を含む、請求項１に記載の受光デバイス。
  3. 前記金属パターン層は、第１層及び第２層を含み、前記第１層は、前記第２層と前記半導体基板との間に配置され、前記第１層は、チタン及びクロムのうち少なくとも１つを含み、前記第２層は金を含む、請求項１又は請求項２に記載の受光デバイス。
  4. 前記金属パターン層は、前記第１主面の法線方向から見て、前記光９０°ハイブリッド素子と重ならないように位置する、請求項１又は請求項２に記載の受光デバイス。
  5. 前記第２主面が凹凸領域を有する、請求項１又は請求項２に記載の受光デバイス。
  6. 前記第１主面には、前記第１入力ポート及び前記光９０°ハイブリッド素子に光学的に結合された可変光減衰器が設けられる、請求項１又は請求項２に記載の受光デバイス。
  7. 請求項１又は請求項２に記載の受光デバイスと、
    前記第２主面に対向配置された第３主面を有する支持基板と、前記第３主面上に設けられ前記金属パターン層に接合された半田パターン層とを備えるキャリアと、
    を備える、受光装置。
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