JP6836300B1 - 面入射型半導体受光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
上記構成によれば、反射部が円錐台の側面に相当する部分円錐面の傾斜面を有するので、反射部によって反射された光は、反射部と共通する受光部の中心線に向かって集光される。従って、コニカルファイバから出射された光が縮径するように集光されて、光吸収層の外周面に入射するので、受光量の減少を抑制し、受光感度の低下を抑制することができる。
上記構成によれば、光吸収層の厚さ方向に集光する凹曲面に形成された傾斜面を有する反射部によって反射された光は、受光部の光吸収層の厚さ方向に集光されて光吸収層の外周面に入射する。従って、出射された光が光吸収層の厚さ方向に広がる場合に、光吸収層の厚さ方向に集光して受光量を増加させることができるので、受光感度の低下を抑制することができる。
上記構成によれば、組み合わせるコニカルファイバに応じた反射部を容易に形成することができる。
(1)α=(π−θ)/2
(2)β=sin-1(n×sin(α))=sin-1(n×cos(θ/2))
(3)γ=(π−(θ/2)−β)/2=(π−(θ/2)−sin-1(n×cos(θ/2)))/2
従来の面入射型半導体受光素子では、光強度POの光が、例えば半径a、厚さdの円盤状の光吸収層32に到達し(図6(a)参照)、光吸収層32を厚さ方向に距離dだけ進行する間に電流に変換される。このときの量子効率η0は、光吸収層32の吸収係数をαとすると、下記(4)式のように(1−exp(−αd))に比例する。
(4)η0∝(1−exp(−αd))
(5)η1∝Γ(d)×(1−exp(−αa))
図9に示すように、半導体基板10(n−InP基板)の主面10a側に第1半導体層11(n−InP層)、光吸収層12(InGaAs層)、第2半導体層13(p−InP層)をこの順に、例えばエピタキシャル成長法やMOCVD法によって形成する(成膜工程)。そして、第2半導体層13上に受光部2及び反射部15を形成するためのエッチングマスク層16(例えばフォトレジスト)を形成する(エッチングマスク形成工程)。このとき、例えば公知のグレースケールマスクを用いて、エッチングマスク層16に円錐台状に窪んだ反射部15とその内側の受光部2に対応する形状を形成する。
面入射型半導体受光素子1(1A)には、その半導体基板10の主面10a(第1面)側に配置されたコニカルファイバ20から出射されて円錐状に広がった光Iが入射する。この光Iは、受光部2と同心状に形成された受光部2の側面を囲む傾斜面15a(25a)を有する反射部15(25)によって、受光部2に向けて受光部2の光吸収層12と平行な方向に反射される。
2 :受光部
3 :アノード電極
4 :カソード電極
5a,5b :ボンディングワイヤ
10 :半導体基板
10a:主面(第1面)
10b:裏面(第2面)
11 :第1半導体層(n−InP層)
12 :光吸収層(InGaAs層)
12a:外周面
13 :第2半導体層(p−InP層)
15,25 :反射部
15a,25a :傾斜面
15b,25b :反射膜
15c,25c :反射面
16 :エッチングマスク
17 :反射防止膜
20 :コニカルファイバ
21 :先端部
C :中心線
γ :傾斜角
θ :頂角
Claims (4)
- 半導体基板の第1面側に中心線が前記第1面と直交する錐台状に形成され且つ前記第1面に平行な光吸収層を有する受光部と、前記受光部の側面を囲む前記中心線と同心状の傾斜面を有する反射部であって、前記傾斜面の内径が前記第1面に対向する第2面側程縮径する反射部とを備え、
前記中心線上の前記第1面から所定距離離隔したコニカルファイバの先端部から出射されて円錐状に広がって入射する光を、前記反射部が前記光吸収層の外周面に向けて前記第1面と平行な方向に反射させるように構成したことを特徴とする面入射型半導体受光素子。 - 前記傾斜面が部分円錐面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の面入射型半導体受光素子。
- 前記傾斜面が前記光吸収層の厚さ方向に集光する凹曲面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の面入射型半導体受光素子。
- 前記先端部と前記反射部の間を満たす媒質に対する前記コニカルファイバの屈折率をn、前記先端部の頂角をθ、前記中心線に対する前記反射部の前記傾斜面の傾斜角をγとしたときに、
γ=(π−(θ/2)−sin-1(n×cos(θ/2)))/2
を満たすように前記反射部が形成されたことを特徴とする請求項2に記載の面入射型半導体受光素子。
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WO2024095405A1 (ja) * | 2022-11-02 | 2024-05-10 | デクセリアルズ株式会社 | 光給電コンバータ |
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