JP2023178006A - 半導体受光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】特性の劣化を抑制しつつ高速化が可能な半導体受光素子を提供する。【解決手段】半導体受光素子１は、基板１０と半導体積層部２０と、半導体積層部２０に電気的に接続された電極４及び電極５とを備える。半導体積層部２０は、ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓを含む第１導電型の光吸収層２３を含む。光吸収層２３におけるＩｎ組成ｘは、０．５５以上であり、光吸収層２３の厚さは、０．６μｍ以上１．８μｍ以下である。半導体受光素子１は、側面入射型である。側面２０ｓから入射した光Ｌが光導波路層を介して光吸収層２３に至る。【選択図】図２

Description

本開示は、半導体受光素子に関する。

特許文献１には、光導波路型受光素子が記載されている。この光導波路型受光素子は、第１導電型を有する第１半導体層と、第１半導体層の第１領域上に設けられた光導波路構造と、第１半導体層の第１領域と隣接する第２領域上に設けられた導波路型フォトダイオード構造と、を備える。光導波路構造は、第１半導体層上に設けられた光導波コア層と、光導波コア層上に設けられたクラッド層と、を有する。導波路型フォトダイオード構造は、第１半導体層上に設けられ、光導波コア層と光結合された、吸収端の波長が１６１２ｎｍ以上である光吸収層と、光吸収層上に設けられた第２導電型を有する第２半導体層と、を有する。光導波方向における光吸収層の長さは１２μｍ以上である。

特開２０１９－１９７７９４号公報

ところで、上記技術分野にあっては、さらなる動作速度の高速化が望まれている。そのためには、光吸収層を薄化することにより電子の移動距離を短縮することが考えられる。しかしながら、光吸収層を薄化すると感度の低下が生じる。これに対して、特許文献１に記載のフォトダイオードでは、光吸収層に対して、光吸収層の厚さ方向に交差する方向から光を入射させることにより、実行的な吸収層厚を増大させている（光吸収層が光導波方向に１２μｍの長さを有している）。これによれば、光吸収層の薄化による感度低下を抑制して高速化が図られるとも考えられる。

しかしながら、特許文献１に記載の光導波路型受光素子では、光吸収層に対して、光導波コア層が直接的に結合されており、光が直接的に入射する。このため、入射光が大強度である場合には、光が吸収される領域におけるフォトキャリア密度が非常に大きくなり、空間電荷効果等により周波数特性やリニアリティ等の特性が劣化するおそれがある。

本開示は、特性の劣化を抑制しつつ高速化が可能な半導体受光素子を提供することを目的とする。

本開示に係る半導体受光素子は、［１］「１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び１．６μｍ帯の少なくとも１つの波長帯の光の入射を受け、入射光に応じて電気信号を生成するための半導体受光素子であって、基板と、前記基板上に形成され、前記基板側の裏面と前記基板と反対側の表面と前記裏面から前記表面に向けて延びる側面と、を含む半導体積層部と、前記半導体積層部に電気的に接続された第１電極及び第２電極と、を備え、前記半導体積層部は、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む第１導電型の光吸収層と、前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の光導波路層と、前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置すると共に前記光吸収層に接合された前記第１導電型と異なる第２導電型の第１半導体層と、を含み、前記第１電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板側に位置する前記第１導電型の第１部分に接続されており、前記第２電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置する前記第２導電型の第２部分に接続されており、前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５５以上であり、前記光吸収層の厚さは、１．８μｍ以下であり、前記側面から前記光の入射を受ける側面入射型であり、前記側面から入射した前記光が前記光導波路層を介して前記光吸収層に至る、半導体受光素子」である。

上記［１］の半導体受光素子は、１．３μｍ帯（O-band(Original-band)）、１．５５μｍ帯（C-band (Conventional-band)）、及び１．６μｍ帯（L-band (Long-wavelength-band）)といった光通信用の波長帯の光を対象とする。この半導体受光素子では、基板上に設けられた光吸収層が、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む。そして、光吸収層のＩｎ組成ｘが０．５５以上（且つ１未満）である。このように、光吸収層においてＩｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓのＩｎ組成ｘを０．５５以上とすると、例えばＩｎ組成ｘが０．５３である場合と比較して、吸収係数が向上される（例えば１．５５μｍ帯では組成ｘを０．６２にすることで吸収係数が２倍程度に向上される）。したがって、光吸収層の厚さを１．８μｍ以下程度に薄化しても感度の低下が避けられる。つまり、高速化が可能となる。さらに、上記［１］の半導体受光素子は、半導体積層部の側面から半導体積層部に光が入射する側面入射型であるが、当該側面から入射した光が光吸収層よりも基板側の光導波路層を介して、光吸収層に至るようにされている。換言すれば、上記［１］の半導体受光素子では、光吸収層の厚さに交差する長さ方向に対して少なくとも斜めに入射することとなる。これにより、例えば特許文献１のように光吸収層の端面から長さ方向に直接的に光が入射する場合と比較して、光吸収層における光が吸収される領域が増大される。この結果、フォトキャリア密度の局所的な増大が生じることなく、周波数特性やリニアリティといった特性の劣化が抑制される。よって、上記［１］の半導体受光素子によれば、特性の劣化を抑制しつつ高速化が可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２］「前記半導体積層部は、前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型のバッファ層を含む、上記［１］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、バッファ層を第１電極とのコンタクトの形成に好適に利用することが可能である。また、光吸収層の下部にバッファ層を設けることで、応答の劣化を抑制できる。

本開示に係る半導体受光素子は、［３］「前記バッファ層は、前記基板の格子定数と前記光吸収層の格子定数との間の格子定数を有する歪緩和層を含む、上記［２］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、半導体積層部の結晶性が向上され、暗電流の増加が抑制される。

本開示に係る半導体受光素子は、［４］「前記バッファ層は、前記基板から前記光吸収層に向かうにつれて段階的に格子定数が前記光吸収層の格子定数に近づくように設けられた複数の前記歪緩和層を含む、上記［３］に記載の半導体受光素子」であってもよい。或いは、本開示に係る半導体受光素子は、［５］「前記バッファ層は、前記基板から前記光吸収層に向かうにつれて連続的に格子定数が前記光吸収層の格子定数に近づくように変化された前記歪緩和層を含む、上記［３］に記載の半導体受光素子」であってもよい。これらの場合、半導体積層部の結晶性が確実に向上され、暗電流の増加が抑制される。

本開示に係る半導体受光素子は、［６］「前記半導体積層部は、前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記光吸収層上に設けられると共に、ＩｎＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓＰを含む前記第２導電型のキャップ層と、前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記キャップ層上に設けられると共にＩｎＧａＡｓを含む前記第２導電型のコンタクト層と、を含み、前記第１半導体層は、前記コンタクト層及び前記キャップ層を含み、前記第２電極が接続される前記第２部分は、前記コンタクト層の表面である、上記［１］～［５］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、第２電極のコンタクト抵抗を下げ、直列抵抗を下げることが可能となる。これにより、応答性の悪化を抑制可能である。また、キャップ層として光吸収層の屈折率よりも低い屈折率の材料を用いることにより、光吸収層に光を好適に閉じ込めることが可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［７］「前記半導体積層部は、前記光導波路層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の第２半導体層と、前記第２半導体層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の容量低減層と、を含む、上記［１］～［６］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。このように、相対的に不純物濃度が低い容量低減層を設けることにより、バイアスが加えられた際に当該容量低減層が空乏化するため、容量の低減によってさらなる高速化が図られる。

本開示に係る半導体受光素子は、［８］「前記半導体積層部は、前記光吸収層と前記キャップ層との間に設けられ、前記光吸収層のバンドギャップと前記キャップ層のバンドギャップとの間のバンドギャップを有する第３半導体層を含む、上記［６］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、光吸収層とキャップ層との間に、それらの間のバンドギャップを有する層を設けることによって、各層間の障壁を低減し、応答の劣化を抑制することができる。

本開示に係る半導体受光素子は、［９］「前記光導波路層は、Ｆｅのドープにより半絶縁化されている層を含む、上記［１］～［８］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、容量低減を図ることが可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［１０］「前記容量低減層は、前記光吸収層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有すると共に、前記光吸収層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、前記光吸収層と前記光導波路層との間に設けられている、上記［７］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、容量低減層は、上記のように相対的に不純物濃度が低く、容量低減に寄与する層である。しかし、容量低減層の不純物濃度を単に低くしてしまうと各層間の障壁が大きくなり、応答の劣化につながるおそれがある。一方で、容量低減層の不純物濃度を高くすると、空乏層が広がらないために十分に容量を低減することが困難となる。したがって、この場合のように、容量低減層の不純物濃度を低くするに際して、容量低減層が光吸収層よりも大きなバンドギャップを有するようにすることによって、容量低減層での光の吸収、及び、当該光の吸収による容量低減層でのキャリアの発生が抑制され、応答の劣化が抑制される。また、容量低減層が光吸収層よりも大きなバンドギャップを有する一方で、容量低減層が光吸収層よりも高い不純物濃度を有するため、容量低減層における障壁が低減される。

本開示に係る半導体受光素子は、［１１］「前記容量低減層の厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下あり、前記容量低減層の不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である、上記［７］又は［１０］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、容量低減層の不純物濃度の上限が上記のとおりとされることにより、バイアスを加えた際に好適に空乏化され得る。また、容量低減層の厚さが上記の範囲とされることにより、応答速度の低下や、半導体受光素子の直列抵抗の増大を抑制することができる。

本開示に係る半導体受光素子は、［１２］「前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５７以上であり、前記光吸収層の厚さは、１．２μｍ以下である、上記［１］～［１１］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。さらに、本開示に係る半導体受光素子は、［１３］「前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５９以上であり、前記光吸収層の厚さは、０．７μｍ以下である、上記［１２］に記載の半導体受光素子」であってもよい。これらの場合、光吸収層のさらなる薄化により高速化が図られる。

本開示に係る半導体受光素子は、［１４］「前記基板は、半絶縁性半導体を含む、上記［１］～［１３］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、第１電極のパッドを基板上に設けることによってパッド容量を低減することができ、高速化が可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［１５］「前記基板は、絶縁体又は半絶縁性半導体を含み、前記半導体積層部は、前記基板に接合されている、上記［１］～［１４］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、基板と半導体積層部とを別体に構成して直接接合することにより半導体受光素子を構成することによって、大口径化を図ることや、安価な材料にて光学的な部品を作り込むことによってコストを抑えることが可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［１６］「１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び１．６μｍ帯の少なくとも１つの波長帯の光の入射を受け、入射光に応じて電気信号を生成するための半導体受光素子であって、基板と、前記基板上に形成され、前記基板側の裏面と前記基板と反対側の表面と前記裏面から前記表面に向けて延びる側面と、を含む半導体積層部と、前記半導体積層部に電気的に接続された第１電極及び第２電極と、を備え、前記半導体積層部は、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む第２導電型の光吸収層と、前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第２導電型と異なる第１導電型の光導波路層と、前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置すると共に前記光吸収層に接合された前記第２導電型の第４半導体層と、を含み、前記第１電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板側に位置する前記第１導電型の第１部分に接続されており、前記第２電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置する前記第２導電型の第２部分に接続されており、前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５５以上であり、前記光吸収層の厚さは、１．８μｍ以下であり、前記側面から前記光の入射を受ける側面入射型であり、前記側面から入射した前記光が前記光導波路層を介して前記光吸収層に至る、半導体受光素子」である。

上記［１６］の半導体受光素子は、１．３μｍ帯（O-band(Original-band)）、１．５５μｍ帯（C-band (Conventional-band)）、及び１．６μｍ帯（L-band (Long-wavelength-band）)といった光通信用の波長帯の光を対象とする。この半導体受光素子では、基板上に設けられた光吸収層が、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む。そして、光吸収層のＩｎ組成ｘが０．５５以上（且つ１未満）である。このように、光吸収層においてＩｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓのＩｎ組成ｘを０．５５以上とすると、例えばＩｎ組成ｘが０．５３である場合と比較して、吸収係数が向上される（例えば１．５５μｍ帯では組成ｘを０．６２にすることで吸収係数が２倍程度に向上される）。したがって、光吸収層の厚さを１．８μｍ以下程度に薄化しても感度の低下が避けられる。つまり、高速化が可能となる。さらに、上記［１６］の半導体受光素子は、半導体積層部の側面から半導体積層部に光が入射する側面入射型であるが、当該側面から入射した光が光吸収層よりも基板側の光導波路層を介して、光吸収層に至るようにされている。換言すれば、上記［１６］の半導体受光素子では、光吸収層の厚さに交差する長さ方向に対して少なくとも斜めに入射することとなる。これにより、例えば特許文献１のように光吸収層の端面から長さ方向に直接的に光が入射する場合と比較して、光吸収層における光が吸収される領域が増大される。この結果、フォトキャリア密度の局所的な増大が生じることなく、周波数特性やリニアリティといった特性の劣化が抑制される。よって、上記［１６］の半導体受光素子によれば、特性の劣化を抑制しつつ高速化が可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［１７］「前記半導体積層部は、前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型のバッファ層を含む、上記［１６］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、バッファ層を第１電極とのコンタクトの形成に好適に利用することが可能である。また、光吸収層の下部にバッファ層を設けることで、応答の劣化を抑制できる。

本開示に係る半導体受光素子は、［１８］「前記バッファ層は、前記基板の格子定数と前記光吸収層の格子定数との間の格子定数を有する歪緩和層を含む、上記［１７］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、半導体積層部の結晶性が向上され、暗電流の増加が抑制される。

本開示に係る半導体受光素子は、［１９］「前記バッファ層は、前記基板から前記光吸収層に向かうにつれて段階的に格子定数が前記光吸収層の格子定数に近づくように設けられた複数の前記歪緩和層を含む、上記［１８］に記載の半導体受光素子」であってもよい。或いは、本開示に係る半導体受光素子は、［２０］「前記バッファ層は、前記基板から前記光吸収層に向かうにつれて連続的に格子定数が前記光吸収層の格子定数に近づくように変化された前記歪緩和層を含む、上記［１８］に記載の半導体受光素子」であってもよい。これらの場合、半導体積層部の結晶性が確実に向上され、暗電流の増加が抑制される。

本開示に係る半導体受光素子は、［２１］「前記半導体積層部は、前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記光吸収層上に設けられると共に、ＩｎＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓＰを含む前記第２導電型の拡散ブロック層と、前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記拡散ブロック層上に設けられると共にＩｎＧａＡｓを含む前記第２導電型のコンタクト層と、を含み、前記第４半導体層は、前記コンタクト層及び前記拡散ブロック層を含み、前記第２電極が接続される前記第２部分は、前記コンタクト層の表面である、上記［１６］～［２０］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、第２電極のコンタクト抵抗を下げ、直列抵抗を下げることが可能となる。これにより、応答性の悪化を抑制可能である。また、拡散ブロック層として光吸収層の屈折率よりも低い屈折率の材料を用いることにより、光吸収層に光を好適に閉じ込めることが可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２２］「前記半導体積層部は、前記光導波路層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の第５半導体層と、前記第５半導体層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、前記第５半導体層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の電子走行層と、を含む、上記［１６］～［２１］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。このように、電子走行層の不純物濃度を相対的に低くすることにより、バイアスが加えられた際に当該電子走行層が空乏化するため、容量の低減によってさらなる高速化が図られる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２３］「前記半導体積層部は、前記光吸収層と前記拡散ブロック層との間に設けられ、前記光吸収層のバンドギャップと前記拡散ブロック層のバンドギャップとの間のバンドギャップを有する第６導体層を含む、上記［２１］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、光吸収層と拡散ブロック層との間に、それらの間のバンドギャップを有する層を設けることによって、各層間の障壁を低減し、応答の劣化を抑制することができる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２４］「前記光導波路層は、Ｆｅのドープにより半絶縁化されている層を含む、上記［１６］～［２３］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、容量低減を図ることが可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２５］「前記電子走行層は、前記光吸収層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有すると共に、前記光吸収層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、前記光吸収層と前記光導波路層との間に設けられている、上記［２２］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、電子走行層の不純物濃度を相対的に低くすることにより、容量の低減を図ることができる。また、電子走行層の不純物濃度を低くすることによって空乏化しやすくしたうえで、光吸収層との間の障壁も低減することができる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２６］「前記電子走行層の厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下あり、前記電子走行層の不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である、上記［２２］又は［２５］に記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、電子走行層の不純物濃度の上限が上記のとおりとされることにより、バイアスを加えた際に好適に空乏化され得る。また、電子走行層の厚さが上記の範囲とされることにより、応答速度の低下や、半導体受光素子の直列抵抗の増大を抑制することができる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２７］「前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５７以上であり、前記光吸収層の厚さは、０．３μｍ以下である、上記［１６］～［２６］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。さらに、本開示に係る半導体受光素子は、［２８］「前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５９以上であり、前記光吸収層の厚さは、０．１μｍ以下である、上記［１６］～［２７］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。これらの場合、光吸収層のさらなる薄化により高速化が図られる。

本開示に係る半導体受光素子は、［２９］「前記基板は、半絶縁性半導体を含む、上記［１６］～［２８］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、第１電極のパッドを基板上に設けることによってパッド容量を低減することができ、高速化が可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［３０］「前記基板は、絶縁体又は半絶縁性半導体を含み、前記半導体積層部は、前記基板に接合されている、上記［１６］～［２９］のいずれかに記載の半導体受光素子」であってもよい。この場合、基板と半導体積層部とを別体に構成して直接接合することにより半導体受光素子を構成することによって、大口径化を図ることや、安価な材料にて光学的な部品を作り込むことによってコストを抑えることが可能となる。

本開示に係る半導体受光素子は、［３１］「１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び１．６μｍ帯の少なくとも１つの波長帯の光の入射を受け、入射光に応じて電気信号を生成するための半導体受光素子であって、第１方向に沿って順に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含む主面を有する基板と、前記第２領域上に形成され、前記基板側の裏面と前記基板と反対側の表面と前記裏面から前記表面に向けて延びる側面と、を含む半導体積層部と、前記第１領域上に形成された第１導電型の第１半導体部と、前記第３領域上に形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体部と、前記第１半導体部に電気的に接続された第１電極と、前記第２半導体部に電気的に接続された第２電極と、を備え、前記半導体積層部は、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む光吸収層と、前記基板と前記光吸収層との間に設けられた光導波路層と、を含み、前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５５以上であり、前記光吸収層の厚さは、１．８μｍ以下であり、前記側面から前記光の入射を受ける側面入射型であり、前記側面から入射した前記光が前記光導波路層を介して前記光吸収層に至る、半導体受光素子」である。

上記［３１］の半導体受光素子は、１．３μｍ帯（O-band(Original-band)）、１．５５μｍ帯（C-band (Conventional-band)）、及び１．６μｍ帯（L-band (Long-wavelength-band）)といった光通信用の波長帯の光を対象とする。この半導体受光素子では、基板上に設けられた光吸収層が、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む。そして、光吸収層のＩｎ組成ｘが０．５５以上（且つ１未満）である。このように、光吸収層においてＩｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓのＩｎ組成ｘを０．５５以上とすると、例えばＩｎ組成ｘが０．５３である場合と比較して、吸収係数が向上される（例えば１．５５μｍ帯では組成ｘを０．６２にすることで吸収係数が２倍程度に向上される）。したがって、光吸収層の厚さを１．８μｍ以下程度に薄化しても感度の低下が避けられる。つまり、高速化が可能となる。さらに、上記［１］の半導体受光素子は、半導体積層部の側面から半導体積層部に光が入射する側面入射型であるが、当該側面から入射した光が光吸収層よりも基板側の光導波路層を介して、光吸収層に至るようにされている。換言すれば、上記［３１］の半導体受光素子では、光吸収層の厚さに交差する長さ方向に対して少なくとも斜めに入射することとなる。これにより、例えば特許文献１のように光吸収層の端面から長さ方向に直接的に光が入射する場合と比較して、光吸収層における光が吸収される領域が増大される。この結果、フォトキャリア密度の局所的な増大が生じることなく、周波数特性やリニアリティといった特性の劣化が抑制される。よって、上記［３１］の半導体受光素子によれば、特性の劣化を抑制しつつ高速化が可能となる。

本開示によれば、特性の劣化を抑制しつつ高速化が可能な半導体受光素子を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る半導体受光素子を示す模式的な平面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿っての模式的な断面図である。 図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿っての模式的な断面図である。 図４は、光吸収層の組成と吸収係数との関係を説明するグラフである。 図５は、第２実施形態に係る半導体受光素子の模式的な断面図である。 図６は、第３実施形態に係る半導体受光素子の模式的な断面図である。 図７は、第４実施形態に係る半導体受光素子の模式的な平面図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿っての模式的な断面図である。 図９は、図７のＩＸ－ＩＸ線に沿っての模式的な断面図である。 図１０は、図９に示された半導体受光素子の変形例を示す断面図である。 図１１は、図９に示された半導体受光素子の変形例を示す断面図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係る半導体受光素子を示す模式的な平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿っての模式的な断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿っての模式的な断面図である。図１～３に示される半導体受光素子１は、１．３μｍ帯（O-band (Original-band)）、１．５５μｍ帯（C-band(Conventional-band)）、及び１．６μｍ帯（L-band(Long-wavelength-band）)といった光通信用の波長帯の光を対象としている。すなわち、半導体受光素子１は、上記複数の波長帯の少なくとも１つの波長帯の光の入射を受け、入射光に応じて電気信号を生成するためのものである。１．３μｍ帯とは、例えば、１．２６μｍ以上１．３６μｍ以下の波長範囲である。１．５５μｍ帯とは、例えば、１．５３μｍ以上１．５６５μｍ以下の波長範囲である。１．６μｍ帯とは、例えば、１．５６５μｍよりも大きく１．６２５μｍ以下の波長範囲である。また、通信用の波長帯の光とは、上記のいずれかの波長帯の波長範囲内にピークを有する光である（すなわち、ピーク以外の波長が上記の波長帯の波長範囲外となってもよい）。

半導体受光素子１は、基板１０と、半導体積層部２０と、電極４（第２電極）と、一対の電極５（第１電極）と、を備えている。電極４は、半導体積層部２０に接合される接合部４ａと、パッド部４ｂと、接合部４ａとパッド部４ｂとを接続する接続部４ｃと、を含む。接続部４ｃは、接合部４ａからパッド部４ｂに向けて拡幅している。電極５は、半導体積層部２０に接合される接合部５ａと、パッド部５ｂと、接合部５ａとパッド部５ｂとを接続する接続部５ｃと、を含む。接続部５ｃは、接合部５ａからパッド部５ｂに向けて拡幅している。

基板１０は、半絶縁性半導体を含む。ここでは、基板１０は、例えば、ＩｎＰからなる半絶縁半導体基板である。基板１０は、表面（主面）１０ａと表面１０ａの反対側の裏面１０ｂとを含む。また、基板１０は、表面１０ａ及び裏面１０ｂに沿うＸ軸方向（第１方向）に沿って順に配列された領域ＲＡ、領域ＲＢ、及び、領域ＲＣを含む。領域ＲＢは、領域ＲＡと領域ＲＣとの間の領域であって、半導体積層部２０が設けられる領域である。

半導体積層部２０は、上記のとおり、基板１０の領域ＲＢ上に形成されており、表面１０ａから突出する半導体メサとされている。半導体積層部２０は、基板１０側の裏面２０ｂと、基板１０と反対側の表面２０ａと、裏面２０ｂから表面２０ａに向けて延びる側面２０ｓと、を含む。側面２０ｓは、裏面２０ｂと表面２０ａとを接続している。半導体積層部２０は、基板１０側から順に積層されたバッファ層２１、容量低減層２２、光吸収層２３、キャップ層２４（第１半導体層）、及び、コンタクト層２５（第１半導体層）を含む。表面２０ａは、コンタクト層２５の光吸収層２３と反対側の表面であり、裏面２０ｂは、バッファ層２１の光吸収層２３と反対側の表面であり、基板１０の表面１０ａに接触している。

バッファ層２１は、第１導電型（ここではＮ型であり、一例としてＮ⁺型）を有する。バッファ層２１は、領域ＲＢを中心として領域ＲＡ及び領域ＲＣにわたって設けられている。ここでは、半導体積層部２０は、バッファ層２１において基板１０の表面１０ａに接している。半導体積層部２０のバッファ層２１以外の層は、領域ＲＢ上に設けられている。すなわち、バッファ層２１は、表面１０ａに交差する方向からみて半導体積層部２０の他の層から突出する部分２１ｐを有しており、当該部分２１ｐにおいて電極５（接合部５ａ）との接合が形成されている。

バッファ層２１は、基板１０側から順に積層された第１バッファ層、第２バッファ層、第３バッファ層を含む。一例として、第１バッファ層は、Ｎ⁺－ＩｎＰからなり、第２バッファ層は、Ｎ⁺－ＩｎＡｓ_０．０５Ｐからなり、第３バッファ層は、Ｎ^＋－ＩｎＡｓ_０．１０Ｐからなる。容量低減層２２は、第１導電型（ここではＮ型であり、一例としてＮ^－型）を有し、一例としてＮ^－－ＩｎＡｓ_０．１５Ｐからなる。

これにより、バッファ層２１及び容量低減層２２は、基板１０の格子定数と光吸収層２３の格子定数との間の格子定数を有する歪緩和層として機能する。すなわち、半導体積層部２０は、基板１０から光吸収層２３に向かうにつれて段階的に格子定数が光吸収層２３の格子定数に近づくように設けられた複数の歪緩和層（ステップ層）を含むこととなる。バッファ層２１の厚さは、例えば、０．５μｍ以上５μｍ以下である。

また、容量低減層２２は、バッファ層２１よりも光吸収層２３側に配置されており、且つ、バッファ層２１の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する。光吸収層２３は、第１導電型（例えばＮ^－型）を有する。光吸収層２３は、ＩｎＧａＡｓを含む。ここでは、光吸収層２３は、Ｎ^－－Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓからなる。そして、光吸収層２３のＩｎ組成ｘは、０．５５以上（且つ１未満）である。一例として、Ｉｎ組成ｘは、０．５７以上でもよく、ここでは０．５９以上である（一例として、０．５９である）。

また、光吸収層２３の厚さ（半導体積層部２０の積層方向（Ｚ軸方向）に沿っての厚さ）は、０．６μｍ以上１．８μｍ以下である。一例として、光吸収層２３の厚さは、１．２μｍ以下でもよく、ここでは、０．７μｍ以下である（一例として０．７μｍである）。なお、光吸収層２３は、バンドギャップが０．７２ｅＶ以下の範囲で、Ａｌ、Ｐ、Ｓｂ、Ｎ、その他の材料とＩｎＧａＡｓとの混晶の吸収層とされてもよい。ＩｎＧａＡｓに混ぜるＡｌ、Ｐ、Ｓｂ、及び、Ｎ（或いはその他の材料）の割合は、例えば５％以下、又は１０％以下とすることができる。

ここで、容量低減層２２は、光吸収層２３の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する。一例として、容量低減層２２の不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３程度であり、光吸収層２３の不純物濃度は、１．０×１０^１４ｃｍ^－３以上１．０×１０^１６ｃｍ^－３以下程度である。また、容量低減層２２は、光吸収層２３のバッドギャップよりも大きなバンドギャップを有する。光吸収層２３のバンドギャップが上記のように０．７２ｅＶ以下であるとき、容量低減層２２のバンドギャップは、０．７２ｅＶよりも大きく、１．３５ｅＶ以下の範囲とすることができる。

これにより、半導体積層部２０は、バッファ層２１と光吸収層２３との間に設けられた容量低減層２２を有することとなる。容量低減層２２として求められる事項としては、上記のように光吸収層２３よりも不純物濃度が高いことと、バイアスを加えた際に空乏化することである。その理由としては、上記のように容量低減層２２は光吸収層２３よりも大きなバンドギャップを有するので、不純物濃度が低い場合には伝導帯に障壁ができ、障壁が大きいキャリアの移動が阻害されて好適に取り出されないおそれがあるためである。

また、容量低減層２２としては、バイアスを加えた際に空乏化する必要があることから、その不純物濃度の上限は、上記のように３．０×１０^１６ｃｍ^－３程度とされることが好適である。さらに容量低減層２２としては、入射光に対して吸収しない組成であること（すなわち、バンドギャップが光吸収層２３よりも広いこと）が望ましい。これは、容量低減層２２において入射光を吸収してしまうと、容量低減層２２でキャリアが発生する。当該キャリアは、容量低減層２２から光吸収層２３を介して信号として取り出されるため、遅いキャリアとなり、応答性特性を悪化させるおそれがあるためである。

換言すれば、バッファ層２１と容量低減層２２と光吸収層２３との関係を上記のように設定することにより、容量低減層２２を、キャリアの応答を下げずに容量を低減可能な層として機能させることが可能となる。容量低減層２２は、設けられていれば効果が得られるため、その厚さは特に制限はないものの、一例として、０．３μｍ以上３μｍ以下とされ得る。

なお、光吸収層２３と後述するキャップ層２４との間に、Ｐ^－型の半導体層を設けることで、当該半導体層を容量低減層とすることも可能である。しかし、Ｎ^－型の半導体層がＰ^－型の半導体層よりも作製が容易であることや、Ｐ^－層でのキャリアのスピードよりも電子の方が大きな移動度を有すること等から、光吸収層２３の直下に（光吸収層２３とバッファ層２１との間で光吸収層２３に接して）Ｎ^－型の容量低減層２２を形成することがより有効であると考えられる。

また、半導体受光素子１では、光吸収層２３は、単一の層とされている。光吸収層２３が単一の層であるとは、光吸収層２３が、組成或いは特性の異なる２つ以上の層が積層されて構成される積層構造を有していないことを意味する。より具体的には、光吸収層２３が単一の層であるとは、例えば、組成の異なる複数の層を繰り返し積層して構成される超格子構造を有していないことを意味する。

キャップ層２４は、第１導電型と異なる第２導電型（ここではＰ型であり、一例としてＰ^＋型）を有する。キャップ層２４は、ＩｎＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓＰを含む。ここでは、キャップ層２４は、ＩｎＡｓＰを含む。一例として、キャップ層２４は、Ｐ^＋－ＩｎＡｓ_０．１５Ｐからなる。キャップ層２４の厚さは、例えば０．０５μｍ以上２．５μｍ以下である。

コンタクト層２５は、第２導電型（ここではＰ型であり、一例としてＰ^＋型）を有する。コンタクト層２５は、ＩｎＧａＡｓを含む。一例として、コンタクト層２５は、Ｐ^＋－ＩｎＧａＡｓからなる。コンタクト層２５の厚さは、例えば０．０２５μｍ以上０．２μｍ以下である。このように、半導体積層部２０は、光吸収層２３に対して基板１０と反対側に位置すると共に光吸収層２３に接合された第２導電型の第１半導体層を含むこととなる。第１半導体層は、キャップ層２４及びコンタクト層２５を含む。

なお、以上の例において、Ｎ⁺型とは、Ｎ型の不純物濃度が１×１０^１７ｃｍ^－３程度以上であることを意味する。Ｎ^－型とは、Ｎ型の不純物濃度が３．０×１０^１６ｃｍ^－３程度以下であり、Ｎ+型と比較して相対的に低いことを意味する。また、Ｐ⁺型とは、Ｐ型不純物の濃度が１×１０^１７ｃｍ^－３程度以上であることを意味する。

半導体受光素子１は、保護膜（パッシベーション膜）Ｆを備えている。保護膜Ｆは、例えば絶縁膜である。半導体積層部２０の表面２０ａ（頂面）の一部、及び、表面２０ａの周縁から基板１０側に向けて延びる半導体積層部２０の側面２０ｓは、保護膜Ｆにより覆われている。一方、半導体積層部２０の表面２０ａの残部、ここでは、コンタクト層２５の表面の一部は、保護膜Ｆの開口Ｆｐから露出されている。

そして、表面２０ａの保護膜Ｆから露出した部分に電極４の接合部４ａが形成され、電極４と半導体積層部２０（コンタクト層２５）との接合が形成されている。すなわち、電極４は、半導体積層部２０のうち、光吸収層２３に対して基板１０と反対側に位置する第２導電型の第２部分（ここではコンタクト層２５の表面）に接続されている。一方、バッファ層２１の部分２１ｐの表面の一部は、保護膜Ｆの開口Ｆｎから露出されており、当該露出部分に電極５の接合部５ａが形成され、電極５と半導体積層部２０（バッファ層２１）との接合が形成されている。すなわち、電極５は、半導体積層部２０のうち、光吸収層２３に対して基板１０側に位置する第１導電型の第１部分（バッファ層２１の表面）に接続されている。

ここで、半導体受光素子１は、上記の半導体積層部２０を含む受光部２と、受光部２に向けて光を伝播させる導波路部３と、を有している。導波路部３は、基板１０の表面１０ａ上に設けられたバッファ層２１及び容量低減層２２を含む。より具体的には、バッファ層２１及び容量低減層２２は、それぞれ、基板１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂに沿ったＹ軸方向（第１方向に交差する第２方向）に沿って、受光部２（半導体積層部２０）の外部に延設されており、そのバッファ層２１及び容量低減層２２の受光部２の外部に延びる部分によって導波路部３が形成されている。

換言すれば、バッファ層２１は、半導体積層部２０に含まれる部分２１ｑと半導体積層部２０の側面２０ｓから半導体積層部２０の外部に延在する部分２１ｒとを含み、容量低減層２２は、半導体積層部２０に含まれる部分２２ｑと半導体積層部２０の側面２０ｓから半導体積層部２０の外部に延在する部分２２ｒとを含む。そして、当該部分２１ｒ，２２ｒによって導波路部３が形成されている。部分２２ｒの基板１０と反対側の表面は、保護膜Ｆによって覆われている。

半導体受光素子１は、導波路部３においてバッファ層２１及び容量低減層２２によって導波された光Ｌの入射を、半導体積層部２０の側面２０ｓから受ける側面入射型とされている。よって、半導体受光素子１では、バッファ層２１及び容量低減層２２は、基板１０と光吸収層２３との間に設けられた第１導電型の光導波路層でもある。バッファ層２１、容量低減層２２、及び、光吸収層２３は、この順に屈折率が高くなるようにされている。

したがって、導波路部３を伝播する光Ｌは、主に容量低減層２２に分布しつつ半導体積層部２０の側面２０ｓから半導体積層部２０に入射し、バッファ層２１及び容量低減層２２側から光吸収層２３に遷移して光吸収層２３において吸収される。すなわち、半導体受光素子１は、側面入射型である。側面２０ｓから入射した光Ｌは、光導波路層を介して光吸収層２３に至る。側面２０ｓに対する光Ｌの入射方向（Ｙ軸方向）に沿った光吸収層２３の幅は、例えば、２μｍ以上１０μｍ以下である。なお、光吸収層２３の屈折率を、キャップ層２４の屈折率よりも低くすることにより、光吸収層２３内に好適に光Ｌを閉じ込めることが可能となる。また、基板１０の屈折率は、バッファ層２１の屈折率よりも低い方が好ましいが、バッファ層２１の屈折率よりも高くてもよい。

以上説明したように、半導体受光素子１は、１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び１．６μｍ帯といった光通信用の波長帯の光を対象とする。半導体受光素子１では、基板１０上に設けられた光吸収層２３が、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む。そして、光吸収層２３のＩｎ組成ｘが０．５５以上（且つ１未満）である。このように、光吸収層２３においてＩｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓのＩｎ組成ｘを０．５５以上（図４のグラフＧ２）とすると、例えば、図４のグラフＧ１で示されるＩｎ組成ｘが０．５３である場合と比較して、吸収係数が向上される（図４の例では、１．５５μｍ帯では２倍程度に向上される）。なお、図４のグラフＧ０は、ＩｎＧａＡｓＰからなる光吸収層を用いた場合を示している。

したがって、光吸収層２３の厚さを１．８μｍ以下程度に薄化しても感度の低下が避けられる。つまり、高速化が可能となる。さらに、半導体受光素子１は、半導体積層部２０の側面２０ｓから半導体積層部２０に光が入射する側面入射型であるが、当該側面２０ｓから入射した光が光吸収層２３よりも基板１０側の光導波路層（少なくとも容量低減層２２）を介して、光吸収層２３に至るようにされている。換言すれば、半導体受光素子１では、光吸収層２３の厚さに交差するＹ軸方向に対して少なくとも斜めに入射することとなる。これにより、光吸収層の端面からＹ軸方向に直接的に光が入射する場合と比較して、光吸収層２３における光が吸収される領域が増大される。この結果、フォトキャリア密度の局所的な増大が生じることなく、周波数特性やリニアリティといった特性の劣化が抑制される。よって、半導体受光素子１によれば、特性の劣化を抑制しつつ高速化が可能となる。さらに、半導体受光素子１によれば、感度の低下が避けつつ、光の入射方向における光吸収層２３の幅を１０μｍ以下とすることができ、光吸収層２３の容量を小さくしてさらなる高速化を図ることが可能となる。

また、半導体受光素子１では、半導体積層部２０は、基板１０と光吸収層２３との間に設けられた第１導電型のバッファ層２１を含む。このため、バッファ層２１の不純物濃度を高めることにより、バッファ層２１を電極５とのコンタクトの形成に好適に利用することが可能である。また、光吸収層２３の下部にバッファ層２１を設けることで、応答の劣化を抑制できる。

また、半導体受光素子１では、バッファ層２１は、基板１０の格子定数と光吸収層２３の格子定数との間の格子定数を有する歪緩和層（第１～３バッファ層）を含む。このため、半導体積層部２０の結晶性が向上され、暗電流の増加が抑制される。

また、半導体受光素子１では、バッファ層２１は、基板１０から光吸収層２３に向かうにつれて段階的に格子定数が光吸収層２３の格子定数に近づくように設けられた複数の歪緩和層（第１～第３バッファ層）を含む。このため、半導体積層部の結晶性が確実に向上され、暗電流の増加が抑制される。

また、半導体受光素子１では、半導体積層部２０は、光吸収層２３に対して基板１０と反対側において光吸収層２３上に設けられると共に、ＩｎＡｓＰを含む第２導電型のキャップ層２４（第１半導体層）と、光吸収層２３に対して基板１０と反対側においてキャップ層２４上に設けられると共にＩｎＧａＡｓを含む第２導電型のコンタクト層２５（第１半導体層）と、を含む。そして、電極４が接続される第２部分は、コンタクト層２５の表面である。このため、電極４のコンタクト抵抗を下げ、直列抵抗を下げることが可能となる。これにより、応答性の悪化を抑制可能である。また、キャップ層２４として光吸収層２３の屈折率よりも低い屈折率の材料を用いることにより、光吸収層２３に光を好適に閉じ込めることが可能となる。

また、半導体受光素子１では、半導体積層部２０は、基板１０（バッファ層２１）と光吸収層２３との間に配置され、バッファ層２１の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第１導電型の容量低減層２２を含む。このように、相対的に不純物濃度が低い容量低減層２２を設けることにより、バイアスが加えられた際に当該容量低減層２２が空乏化するため、容量の低減によってさらなる高速化が図られる。

また、半導体受光素子１では、容量低減層２２は、光吸収層２３の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有すると共に、光吸収層２３のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、光吸収層２３とバッファ層２１のとの間に設けられている。容量低減層２２は、上記のように相対的に不純物濃度が低く、容量低減に寄与する層である。しかし、容量低減層２２の不純物濃度を単に低くしてしまうと各層間の障壁が大きくなり、応答の劣化につながるおそれがある。一方で、容量低減層２２の不純物濃度を高くすると、空乏層が広がらないために十分に容量を低減することが困難となる。

したがって、上記のように、容量低減層２２の不純物濃度を低くするに際して、容量低減層２２が光吸収層２３よりも大きなバンドギャップを有するようにすることによって、容量低減層２２での光の吸収、及び、当該光の吸収による容量低減層２２でのキャリアの発生が抑制され、応答の劣化が抑制される。また、容量低減層２２が光吸収層２３よりも大きなバンドギャップを有する一方で、容量低減層２２が光吸収層２３よりも高い不純物濃度を有するため、容量低減層２２における障壁が低減される。

また、半導体受光素子１では、容量低減層２２の厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、容量低減層２２の不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である。このため、容量低減層２２の不純物濃度の上限が上記のとおりとされることにより、バイアスを加えた際に好適に空乏化され得る。また、容量低減層２２の厚さが上記の範囲とされることにより、応答速度の低下や、半導体受光素子１の直列抵抗の増大を抑制することができる。

また、半導体受光素子１では、光吸収層２３におけるＩｎ組成ｘは、０．５７以上であり、光吸収層２３の厚さは、１．２μｍ以下である。さらに、半導体受光素子１では、光吸収層２３におけるＩｎ組成ｘは、０．５９以上であり、光吸収層２３の厚さは、０．７μｍ以下である。このため、光吸収層２３のさらなる薄化により高速化が図られる。

また、半導体受光素子１では、基板１０は、半絶縁性半導体を含む。このため、電極５のパッド部５ｂを基板１０上に設けることによってパッド容量を低減することができ、高速化が可能となる。

なお、半導体受光素子１では、バッファ層２１は、光導波路層の少なくとも一部を構成しているが、Ｆｅのドープにより半絶縁化されている層を含んでもよい。この場合、容量低減を図ることが可能となる。

また、半導体受光素子１では、半導体積層部２０は、光吸収層２３とキャップ層２４との間に設けられ、光吸収層２３のバンドギャップとキャップ層２４のバンドギャップとの間のバンドギャップを有する第３半導体層を含んでもよい。この場合、光吸収層２３とキャップ層２４との間に、それらの間のバンドギャップを有する層を設けることによって、各層間の障壁を低減し、応答の劣化を抑制することができる。

なお、各波長帯と光吸収層２３の厚さ及び光吸収層２３のＩｎ組成ｘとの組み合わせの例について、以下に列記する。なお、例えば以下の（５）等については、C-band帯に限らず、O-band帯及びL-band帯でも同様に構成可能である。

（１）C-band帯。
感度：０．８６Ａ／Ｗ以上。
遮断周波数：２０ＧＨｚ以上（２８ＧＢ等の場合）。
吸収層厚：１．５μｍ。
Ｉｎ組成ｘ：ｘ＝０．５５。

（２）C-band帯。
感度：０．９０Ａ／Ｗ以上。
遮断周波数：２０ＧＨｚ以上（２８ＧＢの高感度品の場合）。
吸収層厚：１．５μｍ。
Ｉｎ組成ｘ：ｘ＝０．５７。

（３）C-band帯。
感度：０．８０Ａ／Ｗ以上。
遮断周波数：３０ＧＨｚ以上（５６ＧＢ等の場合）。
吸収層厚：１．２μｍ。
Ｉｎ組成ｘ：ｘ＝０．５７。

（４）C-band帯。
感度０．８５Ａ／Ｗ以上。
遮断周波数：３０ＧＨｚ以上（５６ＧＢの高感度品の場合）。
吸収層厚：１．２μｍ。
Ｉｎ組成ｘ：ｘ＝０．５９。

（５）C-band帯。
感度０．７Ａ／Ｗ以上。
遮断周波数：４５ＧＨｚ以上（９６ＧＢ等の場合）。
吸収層厚：０．７μｍ。
Ｉｎ組成ｘ：ｘ＝０．５９。

（６）C-band帯。
感度０．９０Ａ／Ｗ以上。
遮断周波数：１６ＧＨｚ以上（２５ＧＢ等の場合）。
吸収層厚：１．８μｍ。
Ｉｎ組成ｘ：ｘ＝０．５５。

（７）C-band帯。
感度０．９３Ａ／Ｗ以上。
遮断周波数：１６ＧＨｚ以上（２５ＧＢ等の場合）。
吸収層厚：１．８μｍ。
Ｉｎ組成ｘ：ｘ＝０．５７。
［第２実施形態］

図５は、第２実施形態に係る半導体受光素子の模式的な断面図である。図５に示されるように、半導体受光素子１Ａは、第１実施形態に係る半導体受光素子１と比較して、半導体積層部２０に代えて半導体積層部２０Ａを備える点で相違している。半導体積層部２０Ａは、半導体積層部２０の各層に加えて、光導波路層２７Ａをさらに備えている。光導波路層２７Ａは、光吸収層２３と基板１０との間、より具体的には、バッファ層２１と基板１０との間に設けられている。

光導波路層２７Ａは、基板１０の表面１０ａと接している。半導体受光素子１Ａでは、光導波路層２７Ａ、バッファ層２１、容量低減層２２、光吸収層２３の順で屈折率が高くされている。光導波路層２７Ａは、例えばＩｎＧａＡｓＰを含む。光導波路層２７Ａは、光損失を減らすためにドーパントを含まない材料（例えばノンドープの材料）から構成され得る。或いは、光導波路層２７Ａは、同様の理由から絶縁材料により構成されてもよい。なお、基板１０の屈折率は、光導波路層２７Ａの屈折率よりも低いことが好ましいが、光導波路層２７Ａの屈折率よりも高くてもよい。

光導波路層２７Ａは、半導体積層部２０Ａに含まれる部分２７ｑと半導体積層部２０Ａの側面２０ｓから半導体積層部２０Ａの外部に延在する部分２７ｒとを含む。部分２７ｒの基板１０と反対側の表面は、保護膜Ｆによって覆われている。半導体受光素子１Ａでは、この部分２７ｒによって導波路部３が形成されている。半導体受光素子１Ａは、導波路部３において光導波路層２７Ａ（部分２７ｒ）によって導波された光Ｌの入射を半導体積層部２０Ａの側面２０ｓから受ける側面入射型とされている。半導体受光素子１Ａでは、導波路部３（光導波路層２７Ａ）を伝播する光Ｌは、半導体積層部２０Ａの側面２０ｓから半導体積層部２０Ａに入射し、光導波路層２７Ａ側から光吸収層２３に遷移して光吸収層２３において吸収される。すなわち、半導体受光素子１Ａは、側面入射型である。側面２０ｓから入射した光Ｌは、光導波路層２７Ａ（及びバッファ層２１、容量低減層２２）を介して光吸収層２３に至る。

一方、半導体受光素子１Ａでは、バッファ層２１及び容量低減層２２は、側面２０ｓで終端されており（バッファ層２１及び容量低減層２２の端面が光吸収層２３の端面と面一とされており）、側面２０ｓの外部に延在していない。半導体受光素子１Ａでは、半導体積層部２０Ａは、光導波路層２７Ａと光吸収層２３との間に設けられた第１導電型のバッファ層２１（第２半導体層）と、バッファ層２１の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、バッファ層２１と光吸収層２３との間に設けられた第１導電型の容量低減層２２と、を含むこととなる。容量低減層２２は、光吸収層２３の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有すると共に、光吸収層２３のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、光吸収層２３と光導波路層２７Ａとの間に設けられる。

以上の半導体受光素子１Ａにあっても、半導体受光素子１と同様の効果を奏することが可能となる。特に、半導体受光素子１Ａでは、受光部２までの光の伝播を担う光導波路層２７Ａと、バッファ層２１とが別の層として構成されている。したがって、光導波路層２７Ａの不純物濃度を高めることによる（自由電子吸収による）光損失を生じさせることなく、バッファ層２１の不純物濃度を高めることによってバッファ層２１を電極５とのコンタクトの形成に好適に利用することが可能である。

また、半導体受光素子１Ａでは、半導体積層部２０Ａは、光導波路層２７Ａと光吸収層２３との間に設けられた第１導電型のバッファ層２１（第２半導体層）と、バッファ層２１の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、バッファ層２１と光吸収層２３との間に設けられた第１導電型の容量低減層２２と、を含む。このように、相対的に不純物濃度が低い容量低減層２２を設けることにより、バイアスが加えられた際に当該容量低減層２２が空乏化するため、容量の低減によってさらなる高速化が図られる。
［第３実施形態］

図６は、第３実施形態に係る半導体受光素子の模式的な断面図である。図６に示されるように、半導体受光素子１Ｂは、第１実施形態に係る半導体受光素子１と比較して、半導体積層部２０に代えて半導体積層部２０Ｂを備える点で相違している。半導体積層部２０Ｂは、半導体積層部２０と比較して、容量低減層２２に代えて電子走行層２２Ｂを含む点、光吸収層２３に代えて光吸収層２３Ｂを含む点、及び、キャップ層２４に代えて拡散ブロック層２４Ｂを含む点で相違している。

光吸収層２３Ｂは、Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含み、第２導電型（ここではＰ型であり、一例としてＰ^＋型）を有する。光吸収層２３ＢのＩｎ組成ｘは、０．５５以上（且つ１未満）である。一例として、Ｉｎ組成ｘは、０．５７以上でもよく、ここでは０．５９以上である（一例として、０．５９である）。また、光吸収層２３Ｂの厚さは、１．８μｍ以下である。一例として、光吸収層２３Ｂの厚さは、０．３μｍ以下でもよく、ここでは、０．１μｍ以下であってもよい。一例として、光吸収層２３Ｂの厚さは、０．０２μｍ以上０．５μｍ以下とされてもよい。側面２０ｓに対する光Ｌの入射方向（Ｙ軸方向）に沿った光吸収層２３Ｂの幅は、例えば、２μｍ以上１０μｍ以下である。

電子走行層２２Ｂは、光吸収層２３Ｂとバッファ層２１との間に設けられており、第１導電型（ここではＮ型であり、一例としてＮ^－型）を有する。電子走行層２２Ｂは、一例としてＮ^－－ＩｎＡｓ_０．１５Ｐからなる。電子走行層２２Ｂは、バッファ層２１の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する。電子走行層２２Ｂの厚さは、例えば、０．１μｍ以上３．０μｍ以下であり、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であってもよい。また、電子走行層２２Ｂの不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下程度である。

拡散ブロック層２４Ｂは、第２導電型（ここではＰ型であり、一例としてＰ^＋型）を有する。拡散ブロック層２４Ｂ、ＩｎＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓＰを含む。ここでは、拡散ブロック層２４Ｂは、ＩｎＡｓＰを含む。一例として、拡散ブロック層２４Ｂは、Ｐ^＋－ＩｎＡｓ_０．１５Ｐからなる。拡散ブロック層２４Ｂの厚さは、例えば０．０５μｍ以上２．５μｍ以下である。このように、半導体積層部２０Ｂは、光吸収層２３Ｂに対して基板１０と反対側に位置すると共に光吸収層２３Ｂに接合された第２導電型の第４半導体層を含むこととなる。第４半導体層は、拡散ブロック層２４Ｂ及びコンタクト層２５を含む。

なお、半導体受光素子１Ｂでは、半導体受光素子１のバッファ層２１及び容量低減層２２と同様に、バッファ層２１及び電子走行層２２Ｂが、半導体積層部２０Ｂの外部に延設されて導波路部３を構成している。すなわち、半導体受光素子１Ｂは、側面入射型である。半導体受光素子１Ｂでは、バッファ層２１及び電子走行層２２Ｂは、基板１０と光吸収層２３Ｂとの間に設けられた第１導電型の光導波路層でもある。半導体受光素子１Ｂでは、側面２０ｓから入射した光Ｌは、光導波路層を介して光吸収層２３Ｂに至る。

以上の半導体受光素子１Ｂにあっても、半導体受光素子１と同様の効果を奏することが可能となる。また、半導体受光素子１Ｂでは、ＵＴＣ構造にすることで電子のみの移動を考慮することとなり、光吸収層２３Ｂが薄い場合には応答性の向上が見込める。また、ＩｎＰに比べ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰの方が電子の移動度が早いことが期待されるため同じ膜厚での応答性の向上も期待できる。

また、半導体受光素子１Ｂでは、半導体積層部２０Ｂは、光吸収層２３Ｂに対して基板１０と反対側において光吸収層２３Ｂ上に設けられると共に、ＩｎＡｓＰを含む第２導電型の拡散ブロック層２４Ｂと、光吸収層２３Ｂに対して基板１０と反対側において拡散ブロック層２４Ｂ上に設けられると共にＩｎＧａＡｓを含む第２導電型のコンタクト層２５と、を含む。そして、第４半導体層は、コンタクト層２５及び拡散ブロック層２４Ｂを含み、電極４が接続される第２部分は、コンタクト層２５の表面である。このため、電極４のコンタクト抵抗を下げ、直列抵抗を下げることが可能となる。これにより、応答性の悪化を抑制可能である。また、拡散ブロック層２４Ｂとして光吸収層２３Ｂの屈折率よりも低い屈折率の材料を用いることにより、光吸収層２３Ｂに光を好適に閉じ込めることが可能となる。

また、半導体受光素子１Ｂでは、電子走行層２２Ｂの厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下あり、電子走行層２２Ｂの不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である。このため、電子走行層２２Ｂの不純物濃度の上限が上記のとおりとされることにより、バイアスを加えた際に好適に空乏化され得る。また、電子走行層２２Ｂの厚さが上記の範囲とされることにより、応答速度の低下や、半導体受光素子１Ｂの直列抵抗の増大を抑制することができる。

なお、半導体受光素子１Ｂにおいても、半導体受光素子１Ａと同様に、バッファ層２１及び拡散ブロック層２４Ｂが側面２０ｓで終端される（バッファ層２１及び拡散ブロック層２４Ｂの端面が光吸収層２３Ｂの端面と面一とされる）と共に、バッファ層２１と基板１０との間に光導波路層２７Ａを設けることが可能である。この場合、半導体積層部２０Ｂは、光導波路層２７Ａと光吸収層２３Ｂとの間に設けられた第１導電型のバッファ層２１（第５半導体層）と、バッファ層２１の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、バッファ層２１と光吸収層２３Ｂとの間に設けられた第１導電型の電子走行層２２Ｂと、を含むこととなる。このように、電子走行層２２Ｂの不純物濃度を相対的に低くすることにより、バイアスが加えられた際に当該電子走行層２２Ｂが空乏化するため、容量の低減によってさらなる高速化が図られる。

また、この場合、電子走行層２２Ｂは、光吸収層２３Ｂの不純物濃度よりも低い不純物濃度を有すると共に、光吸収層２３Ｂのバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、光吸収層２３Ｂと光導波路層２７Ａとの間に設けられてもよい。この場合、電子走行層２２Ｂの不純物濃度を相対的に低くすることにより、容量の低減を図ることができる。また、電子走行層２２Ｂの不純物濃度を低くすることによって空乏化しやすくしたうえで、光吸収層２３Ｂとの間の障壁も低減することができる。

また、半導体受光素子１Ｂでは、半導体積層部２０Ｂは、光吸収層２３Ｂと拡散ブロック層２４Ｂとの間に設けられ、光吸収層２３Ｂのバンドギャップと拡散ブロック層２４Ｂのバンドギャップとの間のバンドギャップを有する第６半導体層を含んでもよい。この場合、光吸収層２３Ｂと拡散ブロック層２４Ｂとの間に、それらの間のバンドギャップを有する層を設けることによって、各層間の障壁を低減し、応答の劣化を抑制することができる。
［第４実施形態］

図７は、第４実施形態に係る半導体受光素子の模式的な平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿っての模式的な断面図である。図９は、図７のＩＸ－ＩＸ線に沿っての模式的な断面図である。図７～９に示されるように、半導体受光素子１Ｋは、基板１０の表面１０ａ上に設けられた半導体積層部２０Ｋを備えている。基板１０の表面１０ａ（主面）は、Ｘ軸方向（第１方向）に沿って順に配列された第１領域１０ａ１、第２領域１０ａ２、及び、第３領域１０ａ３を含む。半導体積層部２０Ｋは、第２領域１０ａ２上に設けられている。

また、半導体受光素子１Ｋは、第１領域１０ａ１上に設けられた第１導電型（ここではＮ型であり、一例としてＮ^＋型）の第１半導体部４１Ｋと、第３領域１０ａ３上に設けられた第２導電型（ここではＰ型であり、一例としてＰ^＋型）の第２半導体部４２Ｋと、を備えている。これにより、後述する光吸収層２３Ｋ及び半導体積層部２０Ｋは、第１半導体部４１Ｋと第２半導体部４２Ｋとの間に配置され、第１半導体部４１Ｋと第２半導体部４２Ｋとに埋め込まれるように設けられることとなる。第１半導体部４１Ｋ及び第２半導体部４２Ｋは、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、及び、ＩｎＧａＡａＰ等により構成されている。

保護膜Ｆは、半導体積層部２０Ｋの表面２０ａを覆うっている。一方、保護膜Ｆには、第１半導体部４１Ｋの表面（頂面）の一部を露出するように開口Ｆｎが設けられ、且つ、第２半導体部４２Ｋの表面（頂面）の一部を露出するように開口Ｆｐが設けられている。電極４（接合部４ａ）は、開口Ｆｐを介して第２半導体部４２Ｋに接合されて電気的に接続され、電極５（接合部５ａ）は、開口Ｆｎを介して第１半導体部４１Ｋに接合されて電気的に接続されている。なお、第１半導体部４１Ｋ及び第２半導体部４２Ｋと電極４，５との間に、コンタクト層が設けられてもよい。

半導体積層部２０Ｋは、光吸収層２３Ｋと、光吸収層２３Ｋと基板１０との間に設けられた光導波路層２７Ｋと、基板１０と反対側において光吸収層２３Ｋ上に設けられたクラッド層３１Ｋと、を含む。光吸収層２３Ｋは、Ｉ型、又は、第１導電型（例えばＮ^－型）である。光吸収層２３Ｋは、ＩｎＧａＡｓを含む。ここでは、光吸収層２３Ｋは、Ｎ^－－Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓからなる。そして、光吸収層２３ＫのＩｎ組成ｘは、０．５５以上（且つ１未満）である。一例として、Ｉｎ組成ｘは、０．５７以上でもよく、ここでは０．５９以上である（一例として、０．５９である）。また、光吸収層２３Ｋの厚さは、０．６μｍ以上１．８μｍ以下である。一例として、光吸収層２３Ｋの厚さは、１．２μｍ以下でもよく、ここでは、０．７μｍ以下である（一例として０．７μｍである）。側面２０ｓに対する光Ｌの入射方向（Ｙ軸方向）に沿った光吸収層２３Ｋの幅は、例えば、２μｍ以上１０μｍ以下である。

クラッド層３１Ｋは、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ等から構成され得る。クラッド層３１Ｋは、光吸収層２３Ｋの屈折率よりも低い屈折率を有する。ここでは、半導体積層部２０Ｋの表面２０ａは、クラッド層３１Ｋの光吸収層２３Ｋと反対側の表面である。光導波路層２７Ｋは、例えばＩｎＧａＡｓＰを含む（ＩｎＧａＡｓＰから構成される）。光導波路層２７Ｋは、光損失を減らすためにドーパントを含まない材料（例えばノンドープの材料）から構成され得る。或いは、光導波路層２７Ｋは、同様の理由から絶縁材料により構成されてもよい。

光導波路層２７Ｋは、光導波路層２７Ａと同様に、半導体積層部２０Ｋに含まれる部分２７ｑと半導体積層部２０Ｋの側面２０ｓから半導体積層部２０Ｋの外部に延在する部分２７ｒを含む。部分２７ｒの基板１０と反対側の表面は、保護膜Ｆによって覆われている。半導体受光素子１Ｋでは、この部分２７ｒによって導波路部３が形成されている。半導体受光素子１Ｋは、導波路部３において光導波路層２７Ｋによって導波された光Ｌの入射を、半導体積層部２０Ｋの側面２０ｓから受ける側面入射型とされている。

半導体受光素子１Ｋでは、導波路部３（光導波路層２７Ｋ）を伝播する光Ｌは、半導体積層部２０Ｋの側面２０ｓから半導体積層部２０Ｋに入射し、光導波路層２７Ｋ側から光吸収層２３Ｋに遷移して光吸収層２３Ｋにおいて吸収される。すなわち、側面２０ｓから入射した光Ｌは、光導波路層２７Ｋを介して光吸収層２３Ｋに至る。なお、半導体受光素子１Ｋでは、光導波路層２７Ｋにおいて、基板１０と光吸収層２３Ｋとの間の格子緩和を図ることができる。

以上の半導体受光素子１Ｋにあっても、第１実施形態に係る半導体受光素子１と同様の効果を奏することが可能である。また、光導波路層２７Ｋよりも高屈折、かつ光吸収層２３Ｋよりも低屈折率の材料を用いることにより、より効率的に吸収層に光を導くことが出来る。

なお、図１０に示されるように、半導体受光素子１Ｋにおいて、基板１０をエッチングや研磨等により除去しつつ、別途に用意した基板に対して半導体積層部２０Ｋを直接接合してもよい。図１０の例では、互いに積層された第１層５１Ｍ及び第２層５２Ｍを含む基板１０Ｍを用意し、半導体積層部２０Ｋを第１層５１Ｍに直接接合している。このとき、半導体積層部２０Ｋの光導波路層２７Ｋを、第２層５２Ｍに形成された導波路５３Ｍに直接接合することができる。第１層５１Ｍ及び第２層５２Ｍは、例えばＳｉＯ_２を含み、導波路５３Ｍは、例えばＳｉを含む。このように、基板１０Ｍと半導体積層部２０Ｋとを別体に構成して接合することにより半導体受光素子１Ｋを製造することによって、面積の大きな導波路を安価に作製することができる。

また、図１１に示されるように、半導体受光素子１Ｋを半導体受光素子１Ｌに変更することができる。半導体受光素子１Ｌは、半導体受光素子１Ｋの半導体積層部２０Ｋに代えて半導体積層部２０Ｌを備える。半導体積層部２０Ｌは、光吸収層２３Ｋの導電型を第２導電型（例えばＰ^－型）に変更したものに相当する光吸収層２２Ｌを含む。また、第１導電型の第１半導体部４１Ｋと半導体積層部２０Ｌの側面２０ｓとの間に、第１導電型（例えばＮ^－型）の電子走行層４３が設けられている。電子走行層４３の材料等については、電子走行層２２Ｂと同様である。このように、ＵＴＣ構造にすることで電子のみの移動を考慮することとなり、光吸収層２３Ｋが薄い場合には応答性の向上が見込める。また、ＩｎＰに比べ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰの方が電子の移動度が早いことが期待されるため同じ膜厚での応答性の向上も期待できる。
［他の変形例］

以上の実施形態は、本開示の一形態を説明したものである。したがって、本開示に係る半導体受光素子は、上述した半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂ，１Ｋを任意に変更してものとされ得る。

例えば、半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂにおいて、バッファ層２１は、ＩｎＡｓＰに限らず、バンドギャップを大きくして１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び、１．６μｍ帯の透過率を向上させる目的から、ＩｎＧａＡｓＰを含んでもよい（ＩｎＧａＡｓＰから構成されてもよい）。さらに、半導体積層部２０の各層は、Ａｌ等の他の元素を含んでもよい。

また、半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂにおいて、バッファ層２１は、基板１０から光吸収層２３，２３Ｂに向かうにつれて連続的に格子定数が光吸収層２３の格子定数に近づくように変化された歪緩和層を含んでもよい。また、半導体受光素子１，１Ａにおいて、光吸収層２３上に順に積層されたキャップ層２４及びコンタクト層２５のうち、キャップ層２４が省略され、コンタクト層２５が光吸収層２３に直接的に形成されていてもよい。この場合であっても、電極４のコンタクト抵抗が下げられる。

また、高速化の観点に着目した場合には、半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂにおいて、光吸収層２３，２３Ｂを、導波路型の半導体受光素子に適用してもよい。導波路型の半導体受光素子では、半絶縁のＩｎＰ基板上にリッジ導波路を形成し、当該リッジ導波路内に光吸収層２３，２３Ｂを含む受光部を形成する。このように、導波路型であっても、吸収率が向上された光吸収層２３，２３Ｂを採用することにより、導波路の延在方向に沿っての受光面の長さを短縮して容量を下げることが可能となる。また、同じ厚さだとしても電子の走行スピードが上がることによって応答性が向上する。

また、半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂ，１Ｋでは、例えばエッチングや研磨によって基板１０を除去したうえで、石英等の絶縁体や、ＩｎＰ以外の半絶縁性半導体（例えばガリウムヒ素等）の材料からなる基板に半導体積層部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｋが接合されてもよい。換言すれば、半導体受光素子１では、基板１０は、絶縁体又は半絶縁性半導体を含むと共に半導体積層部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｋとは別体に構成され、半導体積層部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｋが当該基板１０に（例えば直接的に）接合されていてもよい。このように、基板１０と半導体積層部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｋとを別体に構成して接合することにより半導体受光素子１を製造することによって、大口径化を図ることや、安価な材料にて光学的な部品を作り込むことによってコストを抑えることが可能となる。

また、互いに別体に構成された基板１０と半導体積層部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｋとを接合する際には、直接接合（direct bonding）や樹脂を用いた接合を採用することができる。基板１０と半導体積層部２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｋとの接合に樹脂を用いた場合、樹脂の性質によっては、ターゲット波長帯の光を吸収してしまう可能性があるが、直接接合によればその可能性がない。

また、半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂ，１Ｋでは、基板１０上に、ＭＩＭ構造やトランジスタ等の電子デバイスやスポットサイズコンバータ等を含む光回路等がさらに形成されていてもよい。

さらに、半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂ，１Ｋの各構成に対して、半導体受光素子１，１Ａ，１Ｂ，１Ｋの各構成を任意に交換して採用することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｋ…半導体受光素子、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｋ…半導体積層部、２１…バッファ層（歪緩和層、第２半導体層、第５半導体層）、２２…容量低減層、２２Ｂ…電子走行層、２３，２３Ｂ，２３Ｋ…光吸収層、２４…キャップ層（第１半導体層）、２４Ｂ…拡散ブロック層（第４半導体層）、２５…コンタクト層（第１半導体層、第４半導体層）、２７Ａ…光導波路層、４…電極（第２電極）、５…電極（第１電極）。

Claims (25)

1. １．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び１．６μｍ帯の少なくとも１つの波長帯の光の入射を受け、入射光に応じて電気信号を生成するための半導体受光素子であって、
   基板と、
   前記基板上に形成され、前記基板側の裏面と前記基板と反対側の表面と前記裏面から前記表面に向けて延びる側面と、を含む半導体積層部と、
   前記半導体積層部に電気的に接続された第１電極及び第２電極と、
   を備え、
   前記半導体積層部は、
   Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む第１導電型の光吸収層と、
   前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の光導波路層と、
   前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置すると共に前記光吸収層に接合された前記第１導電型と異なる第２導電型の第１半導体層と、
   を含み、
   前記第１電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板側に位置する前記第１導電型の第１部分に接続されており、
   前記第２電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置する前記第２導電型の第２部分に接続されており、
   前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５５以上であり、
   前記光吸収層の厚さは、１．８μｍ以下であり、
   前記側面から前記光の入射を受ける側面入射型であり、前記側面から入射した前記光が前記光導波路層を介して前記光吸収層に至る、
   半導体受光素子。
2. 前記半導体積層部は、前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型のバッファ層を含む、
   請求項１に記載の半導体受光素子。
3. 前記バッファ層は、前記基板の格子定数と前記光吸収層の格子定数との間の格子定数を有する歪緩和層を含む、
   請求項２に記載の半導体受光素子。
4. 前記半導体積層部は、
   前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記光吸収層上に設けられると共に、ＩｎＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓＰを含む前記第２導電型のキャップ層と、
   前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記キャップ層上に設けられると共にＩｎＧａＡｓを含む前記第２導電型のコンタクト層と、
   を含み、
   前記第１半導体層は、前記コンタクト層及び前記キャップ層を含み、
   前記第２電極が接続される前記第２部分は、前記コンタクト層の表面である、
   請求項１に記載の半導体受光素子。
5. 前記半導体積層部は、
   前記光導波路層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の第２半導体層と、
   前記第２半導体層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、前記第２半導体層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の容量低減層と、
   を含む、
   請求項１に記載の半導体受光素子。
6. 前記半導体積層部は、前記光吸収層と前記キャップ層との間に設けられ、前記光吸収層のバンドギャップと前記キャップ層のバンドギャップとの間のバンドギャップを有する第３半導体層を含む、
   請求項４に記載の半導体受光素子。
7. 前記光導波路層は、Ｆｅのドープにより半絶縁化されている層を含む、
   請求項１に記載の半導体受光素子。
8. 前記容量低減層は、前記光吸収層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有すると共に、前記光吸収層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、前記光吸収層と前記光導波路層との間に設けられている、
   請求項５に記載の半導体受光素子。
9. 前記容量低減層の厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下あり、
   前記容量低減層の不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である、
   請求項８に記載の半導体受光素子。
10. 前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５７以上であり、
    前記光吸収層の厚さは、１．２μｍ以下である、
    請求項１に記載の半導体受光素子。
11. 前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５９以上であり、
    前記光吸収層の厚さは、０．７μｍ以下である、
    請求項１０に記載の半導体受光素子。
12. 前記基板は、絶縁体又は半絶縁性半導体を含み、
    前記半導体積層部は、前記基板に接合されている、
    請求項１に記載の半導体受光素子。
13. １．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び１．６μｍ帯の少なくとも１つの波長帯の光の入射を受け、入射光に応じて電気信号を生成するための半導体受光素子であって、
    基板と、
    前記基板上に形成され、前記基板側の裏面と前記基板と反対側の表面と前記裏面から前記表面に向けて延びる側面と、を含む半導体積層部と、
    前記半導体積層部に電気的に接続された第１電極及び第２電極と、
    を備え、
    前記半導体積層部は、
    Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む第２導電型の光吸収層と、
    前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第２導電型と異なる第１導電型の光導波路層と、
    前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置すると共に前記光吸収層に接合された前記第２導電型の第４半導体層と、
    を含み、
    前記第１電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板側に位置する前記第１導電型の第１部分に接続されており、
    前記第２電極は、前記半導体積層部のうち、前記光吸収層に対して前記基板と反対側に位置する前記第２導電型の第２部分に接続されており、
    前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５５以上であり、
    前記光吸収層の厚さは、１．８μｍ以下であり、
    前記側面から前記光の入射を受ける側面入射型であり、前記側面から入射した前記光が前記光導波路層を介して前記光吸収層に至る、
    半導体受光素子。
14. 前記半導体積層部は、前記基板と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型のバッファ層を含む、
    請求項１３に記載の半導体受光素子。
15. 前記バッファ層は、前記基板の格子定数と前記光吸収層の格子定数との間の格子定数を有する歪緩和層を含む、
    請求項１４に記載の半導体受光素子。
16. 前記半導体積層部は、
    前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記光吸収層上に設けられると共に、ＩｎＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓＰを含む前記第２導電型の拡散ブロック層と、
    前記光吸収層に対して前記基板と反対側において前記拡散ブロック層上に設けられると共にＩｎＧａＡｓを含む前記第２導電型のコンタクト層と、
    を含み、
    前記第４半導体層は、前記コンタクト層及び前記拡散ブロック層を含み、
    前記第２電極が接続される前記第２部分は、前記コンタクト層の表面である、
    請求項１３に記載の半導体受光素子。
17. 前記半導体積層部は、
    前記光導波路層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の第５半導体層と、
    前記第５半導体層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有し、前記第５半導体層と前記光吸収層との間に設けられた前記第１導電型の電子走行層と、
    を含む、
    請求項１３に記載の半導体受光素子。
18. 前記半導体積層部は、前記光吸収層と前記拡散ブロック層との間に設けられ、前記光吸収層のバンドギャップと前記拡散ブロック層のバンドギャップとの間のバンドギャップを有する第６半導体層を含む、
    請求項１６に記載の半導体受光素子。
19. 前記光導波路層は、Ｆｅのドープにより半絶縁化されている層を含む、
    請求項１３に記載の半導体受光素子。
20. 前記電子走行層は、前記光吸収層の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有すると共に、前記光吸収層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、前記光吸収層と前記光導波路層との間に設けられている、
    請求項１７に記載の半導体受光素子。
21. 前記電子走行層の厚さは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下あり、
    前記電子走行層の不純物濃度は、２．０×１０^１４ｃｍ^－３以上３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下である、
    請求項２０に記載の半導体受光素子。
22. 前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５７以上であり、
    前記光吸収層の厚さは、０．３μｍ以下である、
    請求項１３に記載の半導体受光素子。
23. 前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５９以上であり、
    前記光吸収層の厚さは、０．１μｍ以下である、
    請求項１３に記載の半導体受光素子。
24. 前記基板は、絶縁体又は半絶縁性半導体を含み、
    前記半導体積層部は、前記基板に接合されている、
    請求項１３に記載の半導体受光素子。
25. １．３μｍ帯、１．５５μｍ帯、及び１．６μｍ帯の少なくとも１つの波長帯の光の入射を受け、入射光に応じて電気信号を生成するための半導体受光素子であって、
    第１方向に沿って順に配列された第１領域、第２領域、及び第３領域を含む主面を有する基板と、
    前記第２領域上に形成され、前記基板側の裏面と前記基板と反対側の表面と前記裏面から前記表面に向けて延びる側面と、を含む半導体積層部と、
    前記第１領域上に形成された第１導電型の第１半導体部と、
    前記第３領域上に形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体部と、
    前記第１半導体部に電気的に接続された第１電極と、
    前記第２半導体部に電気的に接続された第２電極と、
    を備え、
    前記半導体積層部は、
    Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＡｓを含む光吸収層と、
    前記基板と前記光吸収層との間に設けられた光導波路層と、
    を含み、
    前記光吸収層におけるＩｎ組成ｘは、０．５５以上であり、
    前記光吸収層の厚さは、１．８μｍ以下であり、
    前記側面から前記光の入射を受ける側面入射型であり、前記側面から入射した前記光が前記光導波路層を介して前記光吸収層に至る、
    半導体受光素子。

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