JP6881703B1 - 導波路型受光素子 - Google Patents
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Abstract
少なくとも光吸収層（４）を有するリッジ構造（７）が半導体基板（１）の上に設けられている。光吸収層（４）よりも低い屈折率を有する半導体埋め込み層（８）が光吸収層（４）の側面を埋め込んでいる。光吸収層（４）と半導体埋め込み層（８）の間の屈折率を有する半導体層（１３）が光吸収層（４）の側面と半導体埋め込み層（８）の間に設けられている。半導体層（１３）の屈折率をｎ３、入射光（１５）の波長をλとして、半導体層（１３）の横方向の厚さはλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内である。
Description
本開示は、光ファイバ通信等に用いられる導波路型受光素子に関する。
通信容量の飛躍的な増加に伴って通信システムの大容量化が図られてきている。このために光通信機器の高速化が必要となっている。光通信機器に用いられる半導体受光素子であるフォトダイオード（以下、ＰＤとする）の応答速度を決定する要因の一つにＣＲ時定数がある。このＣＲ時定数は半導体受光素子の素子容量と素子抵抗とによって決定される。応答速度を高めるためにはＣＲ時定数を小さくする必要がある。このため、素子容量を低減することが重要である。
素子容量を低減し、例えば４０ＧＨｚ以上の高速応答性を得るために導波路型受光素子が採用されている。これは、エピタキシャル成長層の側面から光を入射する構造であり、通常の面入射型構造と異なり感度と帯域を個別に最適化することができる。このため、高速動作に適した構造となっている。
導波路型受光素子は更に２種類に大別される。１つは装荷型受光素子である。装荷型受光素子では光導波路をへき開端面まで形成している。その導波路に光を入射させ、その入射部から数μｍ以上離れた位置に形成された光吸収層まで光を導波させ、この光吸収層においてガイド層から層厚方向にしみ出したエバネッセント光を光電変換する。従って、光電変換が間接的であり、入射端面近傍の光電流の集中が緩和され、強度の高い光を入射した場合にも応答速度の劣化が起こりにくいという利点がある。その一方で、ガイド層から層厚方向にしみ出す光を光電変換するため、原理的に高い感度を得ることが難しいという欠点もある。
この問題を解決するため、光吸収層に直接光を入射する構造、ＦｅドープＩｎＰ層で光吸収層等を埋め込んだ構造が提案されている。これらの構造は、窓層を介して光吸収層に直接光が入射するため、導波路長をそれほど長くしなくても高い感度が得られる。従って、容量も小さくでき、高い感度と高速応答性を両立しやすい。
しかし、光吸収層と半導体埋め込み層の界面で屈折率差が生じ、光の反射が生じる。受光素子から反射した戻り光は、ファイバへ結合した場合に発光素子側へ戻り、発光素子の動作が不安定になる。このため、受光素子内での光の反射は十分に小さいことが望ましい。これに対して、２つの異なる屈折率の光導波路の結合界面にそれらの中間の屈折率を持つ誘電体膜を挿入することで、結合界面における反射を低減する構造が提案されている（例えば、特許文献１の図７参照）。
しかし、誘電体膜の上に所望の半導体層を積層することは困難であるため、実際には光吸収層と半導体埋め込み層の界面に誘電体膜を挿入した導波路型受光素子を製造することはできなかった。
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は素子内部での光の反射を低減することができる導波路型受光素子を得るものである。
本開示に係る導波路型受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板の上に設けられ、少なくとも光吸収層を含むリッジ構造と、前記光吸収層の側面を埋め込み、前記光吸収層よりも低い屈折率を有する半導体埋め込み層と、前記光吸収層の側面と前記半導体埋め込み層の間に設けられ、前記光吸収層と前記半導体埋め込み層の間の屈折率を有する半導体層とを備え、前記半導体層の屈折率をｎ３、入射光の波長をλとして、前記半導体層の横方向の厚さはλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内であり、前記半導体埋め込み層は、前記光吸収層の側面と前記半導体層の間にも設けられ、前記半導体埋め込み層の屈折率をｎ１として、前記光吸収層の側面と前記半導体層の横方向の間隔はλ／（２×ｎ１）であることを特徴とする。
本開示では、光吸収層と半導体埋め込み層の間の屈折率を有する半導体層を吸収層の側面と半導体埋め込み層の間に設け、半導体層の横方向の厚さをλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内に設定する。これにより、入射光は半導体層の前側面と後側面で反射し、それぞれが干渉して打ち消しあう。この結果、素子内部での光の反射を低減することができる。従って、戻り光が小さくなるため、発光素子の動作が安定化される。
実施の形態に係る導波路型受光素子について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る導波路型受光素子を示す断面図である。図１は光入射方向に沿った断面図である。ＩｎＰ基板１の上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６が順に積層されている。少なくとも光吸収層４を含むリッジ構造７がＩｎＰ基板１の上に設けられている。光吸収層４よりも低い屈折率を有する半導体埋め込み層８がリッジ構造７の両サイド、即ち光吸収層４の側面を埋め込んでいる。ｐ型コンタクト層６の上にｐ型電極メタル９が設けられている。
図１は、実施の形態１に係る導波路型受光素子を示す断面図である。図１は光入射方向に沿った断面図である。ＩｎＰ基板１の上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６が順に積層されている。少なくとも光吸収層４を含むリッジ構造７がＩｎＰ基板１の上に設けられている。光吸収層４よりも低い屈折率を有する半導体埋め込み層８がリッジ構造７の両サイド、即ち光吸収層４の側面を埋め込んでいる。ｐ型コンタクト層６の上にｐ型電極メタル９が設けられている。
ＩｎＰ基板１の裏面の全面又は一部に裏面メタル１０が設けられている。光入射面１４の少なくとも光が入射する部分に反射防止膜１１が設けられている。表面側のコンタクト層以外の部分はパッシベーション膜１２で覆われている。なお、裏面メタル１０、反射防止膜１１、パッシベーション膜１２は無くてもよい。
ＩｎＧａＡｓＰからなる半導体層１３が光吸収層４の側面と半導体埋め込み層８の間に設けられている。具体的には、光入射面１４側の光吸収層４の前側面と光入射面１４側の半導体埋め込み層８の間、及び、光入射面１４とは反対側の光吸収層４の後側面と後方の半導体埋め込み層８の間にそれぞれ半導体層１３が設けられている。半導体層１３の屈折率ｎ３は、光吸収層４と半導体埋め込み層８の間の屈折率である。光入射面１４から入射光１５が入射される。入射光１５の波長をλとして、半導体層１３の横方向の厚さｄ１は概ねλ／（４×ｎ３）に設定されている。
図２は、実施の形態１に係る導波路型受光素子を示す斜視図である。図３は図２のＩ−ＩＩに沿った断面図である。図３は光入射方向に対して垂直な断面図である。光吸収層４を含むリッジ構造７ではない箇所に、ｎ型コンタクト層２に接続されたｎ型電極メタル１６が設けられている。
上記の導波路型受光素子の各半導体層の結晶成長法として、液相成長法（Liquid Phase Epitaxy:LPE)、気相成長法(Vapor Phase Epitaxy: VPE）、特に有機金属気相成長法（Metal Organic VPE: MO-VPE）、分子線エピタキシー成長法（Molecular Beam Epitaxy: MBE）などが用いられる。
上記の方法で各半導体層を結晶成長した後、一般的なリソグラフィー技術によって絶縁膜のマスクを形成する。その後、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching: RIE）などのドライエッチング又はウェットエッチングにより、絶縁膜マスクに覆われていない部分の半導体層をｎ型クラッド層３の途中までエッチングする。その後、ＭＯ−ＶＰＥ法などによってエッチングした部分に半導体層１３と半導体埋め込み層８を結晶成長する。
パッシベーション膜１２は、絶縁膜をプラズマ励起化学気相成膜法（plasma-enhanced chemical vapor deposition: PE-CVD）又はスパッタなどの方法で成膜した後、一般的なリソグラフィー技術を用いて所望の部分のみマスクを残した状態で、不要な部分の絶縁膜をエッチングすることで形成できる。次に、半導体層１３と半導体埋め込み層８を結晶成長した箇所を一部、ｎ型コンタクト層２の直上まで、ＲＩＥなどのドライエッチング又はウェットエッチングによりエッチングする。
ｐ型電極メタル９及びｎ型電極メタル１６は、一般的なリソグラフィー技術を用いて所望の部分のみマスクを開口させた状態で、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの材料を電子ビーム蒸着又はスパッタなどの方法で成膜し、不要な部分のメタルを除去することにより形成できる。また、ｐ型電極メタル９及びｎ型電極メタル１６は、メタルを全面に成膜した後、一般的なリソグラフィー技術を用いて所望の部分のみマスクを残した状態で、不要な部分のメタルをウェットエッチングすることでも形成できる。
裏面メタル１０は、ＩｎＰ基板１を反転させ、一般的なリソグラフィー技術を用いて所望の部分のみマスクを開口させた状態で、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの材料を電子ビーム蒸着又はスパッタなどの方法で成膜し、不要な部分のメタルを除去することにより形成できる。また、裏面メタル１０は、メタルを全面に成膜した後、一般的なリソグラフィー技術を用いて所望の部分のみマスクを残した状態で、不要な部分のメタルをウェットエッチングすることでも形成できる。反射防止膜１１は、チップをへき開した状態で端面に蒸着又はスパッタにより形成される。
本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図４は、比較例に係る導波路型受光素子を示す断面図である。比較例には半導体層１３が設けられていない。光入射面１４に光が入射すると、入射した光は半導体埋め込み層８を通過して光吸収層４に到達する。この際、半導体埋め込み層８と光吸収層４の間には屈折率差が存在するため、光の反射が生じる。また、光吸収層４で吸収しきれなかった光は、光吸収層４の後方の半導体埋め込み層８側に通り抜けるが、この光吸収層４と半導体埋め込み層８の界面でも同様に光の反射が生じる。結果として、光入射面１４側に戻ってくる光が増加する。
これに対して、本実施の形態では、半導体埋め込み層８で埋め込まれた光吸収層４の側面に両者の間の屈折率を有する半導体層１３を設ける。そして、半導体層１３の横方向の厚さｄ１を概ねλ／（４×ｎ３）に設定する。
図５は、図１の構造における半導体層の横方向の厚さに対する素子内部での光の反射率の計算結果を示す図である。横軸は、半導体層１３の横方向の厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）で規格化したものである。計算において、入射光１５の波長λを１５５０ｎｍ、半導体埋め込み層８の屈折率を３．１７、光吸収層４の屈折率の実部を３．６７、虚部を−０．０８４、屈折率ｎ３を３．４とした。半導体層１３の横方向の厚さｄ１が概ねλ／（４×ｎ３）であれば、素子内部での光の反射を十分に低減できることが分かる。
例えば、入射光１５の波長λを１５５０ｎｍ、半導体埋め込み層８の屈折率を３．１７、光吸収層４の屈折率を３．６７とすると、比較例では、前方の半導体埋め込み層８と光吸収層４の前側面の界面での反射率は２２．６ｄＢとなる。本実施の形態で屈折率ｎ３を３．３、厚さｄ１を１１７ｎｍとすると、反射率は−２９．１ｄＢとなる。従って、反射率を６．５ｄＢ低減できており、その分だけ戻り光を低減することができる。同様に、光吸収層４の後側面と後方の半導体埋め込み層８の界面の反射は、比較例では−２２．１ｄＢ、本実施の形態では−２８．６ｄＢとなり、反射率を６．５ｄＢ低減できる。
ただし、図５によると、半導体層１３の横方向の厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内であれば、０．０１％以下の実用上問題ない反射率まで低減することが分かる。そこで、半導体層１３の横方向の厚さをλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内に設定する。これにより、入射光１５は半導体層１３の前側面と後側面で反射し、それぞれが干渉して打ち消しあう。この結果、素子内部での光の反射を低減することができる。従って、戻り光が小さくなるため、発光素子の動作が安定化される。
また、２つの異なる屈折率の光導波路の結合界面に誘電体膜を挿入する従来技術が提案されているが、誘電体膜の上に所望の半導体層を積層することは困難である。これに対して、本実施の形態では一般的な半導体プロセスにより半導体層１３の上に半導体埋め込み層８をエピタキシャル成長することができる。このため、半導体層１３を有する導波路型受光素子を製造することができる。例えば、ＭＯ−ＶＰＥ法の場合、ガス流量又は圧力・温度などで半導体層１３の横方向の成長レートを制御できるため、誘電体膜の成膜では困難な層厚制御性も高い。
なお、ＩｎＰ基板１はＦｅなどをドーピングした半絶縁性基板であることが望ましい。ｎ型コンタクト層２の材料は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ又はそれらの組み合わせなどでもよい。ｎ型クラッド層３の材料は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ又はそれらの組み合わせなどでもよい。光吸収層４の材料は、光を入射した場合にキャリアが発生する材料、即ち入射光に対してバンドギャップの小さい材料であればＩｎＧａＡｓに限らず、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、又はそれらの組み合わせなどでもよい。ｐ型クラッド層５の材料は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ又はそれらの組み合わせなどでもよい。ｐ型コンタクト層６の材料は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ又はそれらの組み合わせなどでもよい。半導体埋め込み層８の材料は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰなどでもよく、それらにＦｅ又はＲｕがドーピングされていてもよい。バンド不連続を緩和するために、各エピタキシャル層の間又はｐ型電極メタル９とエピタキシャル層の間にＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓなどからなるバンド不連続緩和層を設けてもよい。パッシベーション膜１２の材料はＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ又はそれらの組み合わせでもよい。導波路型受光素子として動作に必要な特性が得られるなら各層にどのような材料を使用してもよく、上述の材料は範囲を限定するものではない。
第III−V族半導体結晶に導電性を与えるｐ型ドーパントとしてＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄなどの第II族原子が用いられる。ｎ型ドーパントとしてＳ、Ｓｅ、Ｔｅなどの第VI族原子が用いられる。半導体結晶により何れかの導電型のドーパントとして働く両性不純物として、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎなどのIV族原子が用いられる。また、Ｆｅ、Ｒｕなどの原子は、導電性を抑え半絶縁性（Semi-Insulating: SI）型となる絶縁型ドーパントとして働く。
実施の形態２．
実施の形態１では半導体層１３の横方向の厚さｄ１を概ねλ／（４×ｎ３）に設定することで反射率を低減している。ただし、正確には、光吸収層４は光を吸収する材料からなるため、光吸収層４の屈折率の虚部はゼロではない。このため、図５に示すように、厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）＝１１４ｎｍの場合は反射率が０．０１４％であるが、厚さｄ１を１０５ｎｍに短くすると０．００３％まで反射率を低減できる。即ち、半導体層１３の横方向の厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）より短い場合に反射率が極小となる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の横方向の厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）より短く、入射光１５の反射率が極小となる厚さに設定する。これにより更に反射率を低減することができる。
実施の形態１では半導体層１３の横方向の厚さｄ１を概ねλ／（４×ｎ３）に設定することで反射率を低減している。ただし、正確には、光吸収層４は光を吸収する材料からなるため、光吸収層４の屈折率の虚部はゼロではない。このため、図５に示すように、厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）＝１１４ｎｍの場合は反射率が０．０１４％であるが、厚さｄ１を１０５ｎｍに短くすると０．００３％まで反射率を低減できる。即ち、半導体層１３の横方向の厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）より短い場合に反射率が極小となる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の横方向の厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）より短く、入射光１５の反射率が極小となる厚さに設定する。これにより更に反射率を低減することができる。
実施の形態３．
図６は、図１の構造における半導体層の屈折率に対する反射率の計算結果を示す図である。計算において入射光１５の波長λを１５５０ｎｍ、厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）、半導体埋め込み層８の屈折率ｎ１を３．１７、光吸収層４の屈折率ｎ２を３．６７とした。半導体層１３の屈折率ｎ３が３．４１の場合に反射率が極小となることが分かる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の屈折率ｎ３を入射光１５の反射率が極小値になる値に設定する。具体的には、屈折率ｎ３を（ｎ１×ｎ２）＾０．５とした場合に反射率を極小にすることができ、反射率を低減することができる。
図６は、図１の構造における半導体層の屈折率に対する反射率の計算結果を示す図である。計算において入射光１５の波長λを１５５０ｎｍ、厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）、半導体埋め込み層８の屈折率ｎ１を３．１７、光吸収層４の屈折率ｎ２を３．６７とした。半導体層１３の屈折率ｎ３が３．４１の場合に反射率が極小となることが分かる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の屈折率ｎ３を入射光１５の反射率が極小値になる値に設定する。具体的には、屈折率ｎ３を（ｎ１×ｎ２）＾０．５とした場合に反射率を極小にすることができ、反射率を低減することができる。
実施の形態４．
図７及び図８は、実施の形態４に係る導波路型受光素子を示す断面図である。図７は光入射方向に沿った断面図である。図８は光入射方向に対して垂直な断面図である。実施の形態１では半導体層１３が光吸収層４に接していたが、本実施の形態では半導体埋め込み層８が光吸収層４の側面と半導体層１３の間にも設けられている。光吸収層４の側面と半導体層１３の横方向の間隔ｄ２は概ねλ／（２×ｎ１）に設定されている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、半導体層１３の横方向の厚さｄ１は概ねλ／（４×ｎ３）に設定されている。
図７及び図８は、実施の形態４に係る導波路型受光素子を示す断面図である。図７は光入射方向に沿った断面図である。図８は光入射方向に対して垂直な断面図である。実施の形態１では半導体層１３が光吸収層４に接していたが、本実施の形態では半導体埋め込み層８が光吸収層４の側面と半導体層１３の間にも設けられている。光吸収層４の側面と半導体層１３の横方向の間隔ｄ２は概ねλ／（２×ｎ１）に設定されている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、半導体層１３の横方向の厚さｄ１は概ねλ／（４×ｎ３）に設定されている。
ＭＯ−ＶＰＥ法などのエッチングにより形成したリッジ構造７の両サイドに１回目の半導体埋め込み層８を成長した後、半導体層１３と２回目の半導体埋め込み層８を順に結晶成長することで本実施の形態の構成を実現できる。その他の形成方法は実施の形態１と同様である。
図９は、図７及び図８の構造における半導体層の横方向の厚さに対する素子内部での光の反射率の計算結果を示す図である。横軸は、半導体層１３の横方向の厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）で規格化したものである。計算において、入射光１５の波長λを１５５０ｎｍ、半導体埋め込み層８の屈折率を３．１７、光吸収層４の屈折率の実部を３．６７、虚部を−０．０８４、屈折率ｎ３を３．４とした。半導体層１３の横方向の厚さｄ１が概ねλ／（４×ｎ３）であれば、素子内部での光の反射を十分に低減できることが分かる。
上記のように、比較例では、前方の半導体埋め込み層８と光吸収層４の前側面の界面での反射率は２２．６ｄＢとなる。本実施の形態で屈折率ｎ３を３．３、厚さｄ１を１１７ｎｍ、間隔ｄ２を２４４ｎｍとすると反射率は−２９．２ｄＢとなる。従って、反射率を６．６ｄＢ低減できており、その分だけ戻り光を低減することができる。同様に、光吸収層４の後側面と後方の半導体埋め込み層８の界面の反射は、比較例では−２２．１ｄＢ、本実施の形態では−２８．５ｄＢとなり、反射率を６．４ｄＢ低減できる。
ただし、図９によると、半導体層１３の横方向の厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内であれば、０．０１％以下の実用上問題ない反射率まで低減することが分かる。そこで、半導体層１３の横方向の厚さをλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内に設定する。これにより、入射光１５は半導体層１３の前側面と後側面で反射し、それぞれが干渉して打ち消しあう。この結果、素子内部での光の反射を低減することができる。従って、戻り光が小さくなるため、発光素子の動作が安定化される。
また、本実施の形態では半導体埋め込み層８が光吸収層４の側面と半導体層１３の間にも設けられている。このため、光吸収層４の側面に、半導体層１３よりも屈折率が小さい、つまりバンドギャップが小さい半導体埋め込み層８が接する。従って、光吸収層４の側面を流れるリーク電流を低減することができ、長期信頼性を改善できる。
実施の形態５．
実施の形態４では半導体層１３の横方向の厚さｄ１を概ねλ／（４×ｎ３）に設定することで反射率を低減している。ただし、正確には、光吸収層４は光を吸収する材料からなるため、光吸収層４の屈折率の虚部はゼロではない。このため、図９に示すように、厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）＝１１４ｎｍの場合は反射率が０．０１２％であるが、厚さｄ１を１０５ｎｍに短くすると０．００３％まで反射率を低減できる。即ち、半導体層１３の横方向の厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）より短い場合に反射率が極小となる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の横方向の厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）より短く、入射光１５の反射率が極小となる厚さに設定する。これにより更に反射率を低減することができる。
実施の形態４では半導体層１３の横方向の厚さｄ１を概ねλ／（４×ｎ３）に設定することで反射率を低減している。ただし、正確には、光吸収層４は光を吸収する材料からなるため、光吸収層４の屈折率の虚部はゼロではない。このため、図９に示すように、厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）＝１１４ｎｍの場合は反射率が０．０１２％であるが、厚さｄ１を１０５ｎｍに短くすると０．００３％まで反射率を低減できる。即ち、半導体層１３の横方向の厚さｄ１がλ／（４×ｎ３）より短い場合に反射率が極小となる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の横方向の厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）より短く、入射光１５の反射率が極小となる厚さに設定する。これにより更に反射率を低減することができる。
実施の形態６．
図１０は、図７及び図８の構造における半導体層の屈折率に対する反射率の計算結果を示す図である。計算において入射光１５の波長λを１５５０ｎｍ、厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）、屈折率ｎ１を３．１７、屈折率ｎ２を３．６７とした。半導体層１３の屈折率ｎ３が＝３．４１７の場合に反射率が極小となることが分かる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の屈折率ｎ３を入射光１５の反射率が極小値になる値に設定する。なお、実施の形態３では屈折率ｎ３を（ｎ１×ｎ２）＾０．５とした場合に反射率を極小であったが、本実施の形態で同様に計算すると、屈折率ｎ３をその値よりも大きくした方がより反射率を低減できる。これは、光吸収層４の屈折率の虚部がゼロでない場合に特有である。
図１０は、図７及び図８の構造における半導体層の屈折率に対する反射率の計算結果を示す図である。計算において入射光１５の波長λを１５５０ｎｍ、厚さｄ１をλ／（４×ｎ３）、屈折率ｎ１を３．１７、屈折率ｎ２を３．６７とした。半導体層１３の屈折率ｎ３が＝３．４１７の場合に反射率が極小となることが分かる。そこで、本実施の形態では、半導体層１３の屈折率ｎ３を入射光１５の反射率が極小値になる値に設定する。なお、実施の形態３では屈折率ｎ３を（ｎ１×ｎ２）＾０．５とした場合に反射率を極小であったが、本実施の形態で同様に計算すると、屈折率ｎ３をその値よりも大きくした方がより反射率を低減できる。これは、光吸収層４の屈折率の虚部がゼロでない場合に特有である。
１ ＩｎＰ基板（半導体基板）、４ 光吸収層、７ リッジ構造、８ 半導体埋め込み層、１３ 半導体層
Claims (3)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられ、少なくとも光吸収層を含むリッジ構造と、
前記光吸収層の側面を埋め込み、前記光吸収層よりも低い屈折率を有する半導体埋め込み層と、
前記光吸収層の側面と前記半導体埋め込み層の間に設けられ、前記光吸収層と前記半導体埋め込み層の間の屈折率を有する半導体層とを備え、
前記半導体層の屈折率をｎ３、入射光の波長をλとして、前記半導体層の横方向の厚さはλ／（４×ｎ３）の−３０％から＋２０％の範囲内であり、
前記半導体埋め込み層は、前記光吸収層の側面と前記半導体層の間にも設けられ、
前記半導体埋め込み層の屈折率をｎ１として、前記光吸収層の側面と前記半導体層の横方向の間隔はλ／（２×ｎ１）であることを特徴とする導波路型受光素子。 - 前記光吸収層の屈折率の虚部がゼロでなく、
前記半導体層の屈折率をｎ３、入射光の波長をλとして、前記半導体層の横方向の厚さはλ／（４×ｎ３）より短く、前記入射光の反射率が極小となる厚さに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型受光素子。 - 前記半導体層の屈折率は、前記入射光の反射率が極小値になる値に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型受光素子。
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