JP6918398B1 - 端面入射型半導体受光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】受光感度を向上させた端面入射型半導体受光素子を提供すること。【解決手段】端面入射型半導体受光素子（１Ａ）は、半導体基板（１０）の主面側に第１光吸収領域（１１ａ）を有し、半導体基板（１０）の端面側から入射する光を反射又は屈折によって第１光吸収領域（１１ａ）に入射させ、半導体基板（１０）の主面側に、第１光吸収領域（１１ａ）を透過した光を第１光吸収領域（１１ａ）に入射させるための第１反射部（２１）を有する。
Description
本発明は、光通信システムで用いられるＬバンドと呼ばれる波長域の光に対して感度を高めた端面入射型半導体受光素子に関する。
光通信の分野では、通信量の急激な増加に対応するため、伝送速度を高速化する開発が行われている。光通信は、送信側から光ファイバケーブル等を介して光信号を送信し、受信側では受光モジュールの半導体受光素子が受信した光信号を電気信号に変換している。受光モジュールは、光ファイバケーブルと半導体受光素子との位置合わせが正確且つ容易であることが好ましく、正確且つ容易な位置合わせを実現可能な平面実装式の受光モジュールが有用である。平面実装式の受光モジュールは、光ファイバケーブルからの入射光が半導体受光素子の実装基板に平行になるように構成されている。
平面実装式の受光モジュールに適した半導体受光素子として、例えば特許文献１，２のように、半導体基板の表面側に光吸収領域を有し、半導体基板の端面から入射した入射光を反射又は屈折させて光吸収領域に入射させる端面入射型半導体受光素子が知られている。端面入射型半導体受光素子は、半導体基板の表面を光の入射側に向けて固定するサブ基板を用いることなく実装基板に固定できるので、平面実装式の受光モジュールの製造が容易且つ製造コストを低減可能である。
ところで、光通信の光信号には、光ファイバケーブルにおける損失が小さいＣバンドと呼ばれる１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長域の光が主に使用されてきた。そして近年は、増加する通信量に対応するために、Ｌバンドと呼ばれる１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長域の光も用いられるようになってきている。
光通信に使用される半導体受光素子は、光吸収領域としてＩｎＧａＡｓ層を有する化合物半導体が用いられる場合が多く、そのバンドギャップエネルギに基づく受信可能な光信号の波長の上限は、１６７０ｎｍ程度である。それ故、Ｌバンドでは、１６７０ｎｍに近づく程（波長が長い程）光信号に対する半導体受光素子の受光感度が低下する傾向がある（図３参照）。その上、半導体受光素子の原理上、使用環境における温度が低くなる程、受光感度スペクトルが短波長側にシフトして、Ｌバンドにおける受光感度が低下することが知られている。それ故、半導体受光素子の受光感度の向上が要望されている。
受光感度を向上させるためには、光吸収領域のＩｎＧａＡｓ層を厚くして、光信号を電気信号に変換する機会を増加させることが有効である。しかし、光吸収領域は、厚くする程結晶欠陥が発生し易くなり、結晶欠陥に起因する暗電流が増加する虞がある。また、光吸収領域の形成に時間がかかるようになり、半導体受光素子の製造コストを上昇させる。
そのため、例えば一般的な表面入射型の半導体受光素子１００では、光吸収領域１０１を透過した光を、半導体基板裏面に形成された反射部１０２で反射させて再度光吸収領域に１０１入射させることにより、光吸収領域１０１の厚さを実質的に２倍にする技術が知られている（図１３参照）。
しかし、表面入射型の半導体受光素子の光吸収領域と反射部の間を往復する間に、入射光が広がってしまうので、反射させた入射光を十分に光吸収領域に再入射させることが困難であり、受光感度の向上は限定的である。そして、表面入射型の半導体受光素子は、サブ基板を用いて表面を入射側に向けて実装基板に固定する必要があり、平面実装式の受光モジュールに不向きである。
一方、特許文献１，２のような平面実装式の受光モジュールに適した端面入射型半導体受光素子は、反射又は屈折させた入射光を光吸収領域に１回入射させる構造なので、光吸収領域を厚くせずに受光感度を向上させることは容易ではない。
本発明の目的は、受光感度を向上させた端面入射型半導体受光素子を提供することである。
請求項１の発明の端面入射型半導体受光素子は、半導体基板の主面側に第１光吸収領域を有し、前記半導体基板の端面側から入射する光を反射又は屈折によって前記第１光吸収領域に入射させる端面入射型半導体受光素子において、前記主面側に、前記第１光吸収領域を透過した光を前記第１光吸収領域に入射させるための第１反射部を有すると共に、前記第１反射部によって反射されて前記第１光吸収領域を透過した光を前記第１光吸収領域に向けて最短経路で反射させるための単一の第２反射部を有することを特徴としている。
上記構成によれば、半導体基板の端面側から入射して主面側の第１光吸収領域を透過した光は、半導体基板の主面側の第１反射部によって反射されて第１光吸収領域に再び入射される。第１光吸収領域がある主面側に第１反射部があり、これらの距離が近いので、第１光吸収領域と第１反射部の間を往復する光の広がりは僅かである。従って、第１光吸収領域を透過した光の全てを第１光吸収領域に入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
また、第１反射部で反射されて第１光吸収領域を透過した光を、第２反射部によって反射させて第１光吸収領域に入射させることができる。従って、第１、第２反射部によって入射光を第１光吸収領域に通算４回入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
また、第１反射部で反射されて第１光吸収領域を透過した光を、第２反射部によって反射させて第１光吸収領域に入射させることができる。従って、第１、第２反射部によって入射光を第１光吸収領域に通算４回入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
請求項２の発明の端面入射型半導体受光素子は、請求項１の発明において、前記第１反射部によって反射されて前記第１光吸収領域を透過した光を前記第１光吸収領域に入射させるための第２反射部を有することを特徴としている。
上記構成によれば、第１反射部で反射されて第１光吸収領域を透過した光を、第２反射部によって反射させて第１光吸収領域に入射させることができる。従って、第１、第２反射部によって入射光を第１光吸収領域に通算４回入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
上記構成によれば、第１反射部で反射されて第１光吸収領域を透過した光を、第２反射部によって反射させて第１光吸収領域に入射させることができる。従って、第１、第２反射部によって入射光を第１光吸収領域に通算４回入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
請求項３の発明の端面入射型半導体受光素子は、請求項１の発明において、前記主面側に、前記第１光吸収領域から離隔した第２光吸収領域を有し、前記第１反射部によって反射されて前記第１光吸収領域を透過した光を前記第２光吸収領域に入射させるための第３反射部を有することを特徴としている。
上記構成によれば、第１反射部で反射されて第１光吸収領域を透過した光を、第３反射部によって反射させて第２光吸収領域に入射させることができる。従って、第１反射部によって入射光を第１光吸収領域に２回入射させ、第３反射部によって第１光吸収領域を透過した光を第２光吸収領域に入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
上記構成によれば、第１反射部で反射されて第１光吸収領域を透過した光を、第３反射部によって反射させて第２光吸収領域に入射させることができる。従って、第１反射部によって入射光を第１光吸収領域に２回入射させ、第３反射部によって第１光吸収領域を透過した光を第２光吸収領域に入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
請求項４の発明の端面入射型半導体受光素子は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記主面側に前記第１光吸収領域を縁取るように形成された環状電極を有し、前記第１反射部は、前記環状電極の内側において、誘電体膜と複数の金属膜を積層して形成されたことを特徴としている。
上記構成によれば、第１光吸収領域を縁取るように半導体基板の主面側に形成された環状電極の内側に、誘電体膜と複数の金属膜が積層された第１反射部が形成されている。環状電極の接合面は、合金化によって細かい凹凸が生じるため反射率が低い。しかし、環状電極の内側には、合金化を防いで平滑面を提供する誘電体膜と、高い反射率を提供するための複数の金属膜とが積層された第１反射部が形成されている。従って、第１光吸収領域を透過した光を第１反射部で反射させて第１光吸収領域に入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
上記構成によれば、第１光吸収領域を縁取るように半導体基板の主面側に形成された環状電極の内側に、誘電体膜と複数の金属膜が積層された第１反射部が形成されている。環状電極の接合面は、合金化によって細かい凹凸が生じるため反射率が低い。しかし、環状電極の内側には、合金化を防いで平滑面を提供する誘電体膜と、高い反射率を提供するための複数の金属膜とが積層された第１反射部が形成されている。従って、第１光吸収領域を透過した光を第１反射部で反射させて第１光吸収領域に入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子の受光感度を向上させることができる。
本発明の端面入射型半導体受光素子によれば、受光感度を向上させることができる。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
図１に示すように、端面入射型受光素子１Ａは、ｎ−ＩｎＰ基板である半導体基板１０の（１００）面を主面１０ａとして、主面１０ａ側に形成されたＩｎＧａＡｓ層１１内の光吸収領域１１ａと、ＩｎＧａＡｓ層１１上に形成されたｎ−ＩｎＰ層１２内に形成されたｐ型拡散領域１２ａを有する第１受光部１５（フォトダイオード）を備えている。半導体基板１０は、波長が１０００ｎｍより長い赤外光に対して透明であるため、半導体基板１０に入射した１０００ｎｍより長波長の赤外光は半導体基板１０内を進行する。
ｐ型拡散領域１２ａは、ＩｎＧａＡｓ層１１上のｎ−ＩｎＰ層１２の所定の領域に例えばＺｎをドープして形成され、図示を省略するが、主面１０ａ側から見て円形状又は矩形を含む多角形状に形成されている。このｐ型拡散領域１２ａに接するＩｎＧａＡｓ層１１の領域が第１光吸収領域１１ａに相当する。ｐ型拡散領域１２ａ上には、ｐ型拡散領域１２ａを縁取るように、即ち第１光吸収領域１１ａを縁取るように環状電極１６（ｐ電極）を備えている。環状電極１６とｐ型拡散領域１２ａの接合面は、合金化によって細かい凹凸ができるため、光の反射率が低い。ｎ−ＩｎＰ層１２は、第１受光部１５以外の領域が誘電体膜１３として例えばＳｉＯ２膜に覆われている。
端面入射型半導体受光素子１Ａは、主面１０ａに対向する半導体基板１０の裏面１０ｂに、基板電極１７（ｎ電極）を備えている。この基板電極１７又は環状電極１６のうちの一方（例えば基板電極１７）が図示外の実装基板の所定の配線上に載置された状態で接合され、他方（例えば環状電極１６）が実装基板の所定の配線にワイヤボンディングによって接続される。
半導体基板１０の裏面１０ｂには、この裏面１０ｂに夫々鈍角に連なる第１傾斜面１８ａ及び第２傾斜面１８ｂにより断面が二等辺三角形状又は台形状に形成された溝部１８（凹部）を有する。ここでは、溝部１８の第１受光部１５に近い傾斜面を第１傾斜面１８ａとしている。
第１傾斜面１８ａ及び第２傾斜面１８ｂは半導体基板１０の｛１１１｝面であり、半導体基板１０の（１００）面と｛１１１｝面は５４．７°の角度で交差する。それ故、第１傾斜面１８ａは、裏面１０ｂにθ１＝１２５．３°の鈍角に連なる。この溝部１８は、結晶面方位に依存する異方性を有する公知のエッチング液（例えば｛１１１｝面のエッチング速度が遅い臭化水素とメタノールの混合液）を用いる公知のエッチング手段によって形成される。
半導体基板１０の主面１０ａと裏面１０ｂに略垂直な端面は、溝部１８が延びる方向に平行に形成され、この第１傾斜面１８ａ側の端面１０ｃに光ファイバから出射される光が入射する。この出射点をＰとする。入射光の端面１０ｃにおける散乱を防ぐため、端面１０ｃは平坦に形成されている。また、この端面１０ｃは、入射光の反射を抑えるために、例えばＳｉＮ膜等の反射防止膜を備えていてもよい。
第１傾斜面１８ａは、入射光を反射するための誘電体膜（例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜等）及び金属膜（例えばＡｇ膜、Ａｕ膜等）を備えて溝反射部２０を構成している。ここで、例えばＬバンドに属する波長が１６００ｎｍの入射光に対して、ｎ−ＩｎＰ基板及びＳｉＮ膜の屈折率を夫々３．２及び２．０とすると、スネルの法則により臨界角は３７．３°程度になる。
出射点Ｐから端面１０ｃに入射して主面１０ａ及び裏面１０ｂに平行に進行する入射光は、その光軸が溝反射部２０に対して臨界角に近い３５．３°の入射角になるので、入射光の大部分が第１受光部１５に向かって反射される。屈折率が小さい誘電体膜を選択することにより、又は金属膜及び誘電体膜を備えていない第１傾斜面１８ａを溝反射部２０とすることにより、臨界角を小さくして入射光が溝反射部２０で全反射するように構成することも可能である。
第１光吸収領域１１ａ近傍であって、ｐ型拡散領域１２ａ上の環状電極１６の内側の領域には、第１反射部２１が形成されている。第１反射部２１は、ｐ型拡散領域１２ａを覆う誘電体膜１３と、この誘電体膜１３上に積層された複数の金属膜により形成されている。誘電体膜１３は例えばＳｉＯ２膜であり、積層された複数の金属膜は誘電体膜１３側から順にＣｒ膜２２、Ｎｉ膜２３、Ａｕ膜２４である。誘電体膜１３は、これら金属膜とｐ型拡散領域１２ａの合金化を防いで界面の平滑性を維持し、第１反射部２１の反射率を高める。
出射点Ｐから出射されて端面１０ｃ側から半導体基板１０に入射する光は、溝反射部２０によって第１受光部１５に向けて反射され、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａに入射して一部が電気信号に変換される。第１光吸収領域１１ａを透過した光は、第１光吸収領域１１ａ近傍の第１反射部２１で反射され、第１光吸収領域１１ａに再び入射する。
第１反射部２１は、第１光吸収領域１１ａの近傍にあるので、第１光吸収領域１１ａと第１反射部２１の間を往復する光の広がりは無視できるほど小さく、第１反射部２１で反射された光は全て第１光吸収領域１１ａに入射する。従って、入射した光が第１光吸収領域１１ａを２回通るので、第１光吸収領域１１ａの厚さが実質的に２倍になり、端面入射型半導体受光素子１の受光感度が向上する。
図２は、第１反射部２１を有する端面入射型受光素子１Ａの受光感度スペクトルを曲線Ｌ１で示し、第１反射部２１がない場合の受光感度スペクトルを曲線Ｌ０で示している。受信可能な光信号の波長の上限は１６７０ｎｍ程度で同じであるが、Ｌバンド（１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長域）では、第１反射部２１によって第１光吸収領域１１ａの厚さが実質的に２倍になったことにより受光感度が向上している。また、Ｃバンド（１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長域）においても同様に受光感度が向上している。
次に、第１反射部２１の形成方法について説明する。
図３に示すように、主面１０ａ側に第１受光部１５が形成された半導体基板１０を覆う誘電体膜１３（例えば２００ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜）を、公知のフォト、エッチング手段によって誘電体膜１３を選択的に除去して、環状電極１６を形成するための溝１３ａを形成する（溝形成工程）。溝１３ａの底部では、ｐ型拡散領域１２ａを露出させる。
図３に示すように、主面１０ａ側に第１受光部１５が形成された半導体基板１０を覆う誘電体膜１３（例えば２００ｎｍの厚さのＳｉＯ２膜）を、公知のフォト、エッチング手段によって誘電体膜１３を選択的に除去して、環状電極１６を形成するための溝１３ａを形成する（溝形成工程）。溝１３ａの底部では、ｐ型拡散領域１２ａを露出させる。
次に、図４に示すように、誘電体膜１３を覆うように、ｐ型拡散領域１２ａとの密着層となるＣｒ膜やＮｉ膜等を有する金属電極材料を積層して溝１３ａ内に金属電極材料を堆積し、公知のフォト、エッチング手段によって溝１３ａ外の金属電極材料を選択的に除去して環状電極１６を形成する（環状電極形成工程）。低抵抗化のために熱処理によりｐ型拡散領域１２ａと環状電極１６の接合面の合金化を促進させてもよい。金属電極材料が除去された部分は誘電体膜１３が露出する。
次に、図５に示すように、誘電体膜１３と環状電極１６を覆うようにＣｒ膜２２、Ｎｉ膜２３、Ａｕ膜２４の順に夫々５０ｎｍ、２００ｎｍ、２００ｎｍの厚さに金属膜を成膜する（金属膜積層工程）。そして図６に示すように、公知のフォト、エッチング手段によって、積層した金属膜を選択的に除去して第１反射部２１を形成する（金属積層膜除去工程）。
最後に、溝反射部２０を形成し、半導体基板１０の裏面１０ｂに金属電極材料を選択的に堆積して基板電極１７を形成し、図１の端面入射型半導体受光素子１を得る（基板電極形成工程）。尚、溝部１８は第１受光部１５の形成後に形成してもよく。上記金属積層膜除去工程後に形成してもよい。
図７は、誘電体膜１３（ＳｉＯ２膜）、Ｃｒ膜２２、Ａｕ膜２４の膜厚が夫々２００ｎｍ、５０ｎｍ、２００ｎｍの場合に、Ｎｉ膜２３の膜厚を変えたときの第１反射部２１の反射率の変化を示している。これによると、反射率は概ね９２％〜９８％の範囲をＮｉ膜２３の膜厚に応じて周期的に変動する。これは、第１反射部２１を構成する積層膜の各界面における反射が、相互に干渉するためである。Ｎｉ膜２３が薄い方が製造コストの低減に有利なので、１８０ｎｍ〜３４０ｎｍ程度のＮｉ膜２３を採用することにより９８％程度の高い反射率を有する第１反射部２１が形成される。
実施例１の端面入射型半導体受光素子１Ａを変形して、第２反射部２５を装備させた端面入射型半導体受光素子１Ｂについて説明する。
図８に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｂは、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を溝反射部２０で第１受光部１５に向けて反射させ、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに再び入射させる。そして、第１光吸収領域１１ａを透過した光を、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に形成された第２反射部２５によって第１受光部１５に向けて反射させる。
図８に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｂは、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を溝反射部２０で第１受光部１５に向けて反射させ、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに再び入射させる。そして、第１光吸収領域１１ａを透過した光を、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に形成された第２反射部２５によって第１受光部１５に向けて反射させる。
第２反射部２５によって反射された光は、第１光吸収領域１１ａに入射し、第１光吸収領域１１ａを透過した光は、第１反射部２１によって反射されて第１光吸収領域１１ａにもう１回入射する。従って、端面１０ｃから入射した光は、第１光吸収領域１１ａに通算４回入射するので、端面入射型半導体受光素子１Ｂの受光感度が向上する。尚、第２反射部２５で反射された光は、広がって第１光吸収領域１１ａに入射するので、第２反射部２５で反射された光の一部が第１光吸収領域１１ａに入射されず、第２反射部２５による受光感度の向上は限定的になる場合がある。
第２反射部２５は、半導体基板１０の裏面１０ｂから端面１０ｃに連なる角部を、裏面１０ｂに対して所定の角度で連なる平面部２５ａとなるように加工し、この平面部２５ａに第１反射部２１と同じ構造の積層膜を成膜して形成される。第１傾斜面１８ａが裏面１０ｂに１２５．３°の鈍角に連なる場合、受光感度向上のため第２反射部２５に垂直に入射させるように、平面部２５ａの所定の角度θ２は１６０．６°に設定される。尚、平面部２５ａの加工は、切削、研削、研磨等によって行われる。
図９に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｃは、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を屈折面１０ｄにより第１受光部１５に向けて屈折させ、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに再び入射させる。入射した光は、第１光吸収領域１１ａを２回通るので、第１光吸収領域１１ａの厚さが実質的に２倍になり、端面入射型半導体受光素子１Ｃの受光感度が向上する。
入射光を第１受光部１５に向けて屈折させるために、半導体基板１０の裏面１０ｂから端面１０ｃに連なる角部が、裏面１０ｂに対して所定の角度で連なる平坦な屈折面１０ｄとなるように加工されている。所定の角度θ３は、例えば１３５°であり、切削、研削、研磨等によって屈折面１０ｄを形成する。第１反射部２１は、上記実施例１，２と同じ構造なので説明を省略する。
実施例３の端面入射型半導体受光素子１Ｃを変形して、第２反射部２６を装備させた端面入射型半導体受光素子１Ｄについて説明する。
図１０に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｄは、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を屈折面１０ｄで第１受光部１５に向けて屈折させ、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに再び入射させる。そして第１光吸収領域１１ａを透過した光を、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に形成された第２反射部２６によって第１受光部１５に向けて反射させる。
図１０に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｄは、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を屈折面１０ｄで第１受光部１５に向けて屈折させ、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに再び入射させる。そして第１光吸収領域１１ａを透過した光を、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に形成された第２反射部２６によって第１受光部１５に向けて反射させる。
第２反射部２６によって反射された光は、第１光吸収領域１１ａに入射し、第１光吸収領域１１ａを透過した光は、第１反射部２１によって反射されて第１光吸収領域１１ａにもう１回入射する。従って、入射した光は、第１光吸収領域１１ａに通算４回入射するので、端面入射型半導体受光素子１Ｄの受光感度が向上する。尚、第２反射部２６で反射された光は、広がって第１光吸収領域１１ａに入射するので、第２反射部２６で反射された光の一部が第１光吸収領域１１ａに入射されず、第２反射部２６による受光感度の向上は限定的になる場合がある。
第２反射部２６は、半導体基板１０の裏面１０ｂから端面１０ｃと反対側の端面１０ｅに連なる角部を、裏面１０ｂに対して所定の角度で連なる平面部１０ｆとなるように加工し、この平面部１０ｆに第１反射部２１と同じ構造の積層膜を成膜して形成される。屈折面１０ｄが裏面１０ｂにθ３＝１３５°の鈍角に連なる場合、所定の角度θ４は、空気に対する半導体基板１０の屈折率を３．４とした場合に１４７°である。尚、平面部１０ｆの加工は、切削、研削、研磨等によって行われる。
実施例１の端面入射型半導体受光素子１Ａに、第２受光部３０と光を第２受光部３０に向けて反射させる第３反射部３１を備備させた端面入射型半導体受光素子１Ｅについて説明する。
図１１に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｅは、半導体基板１０の主面１０ａ側に第１受光部１５及び第１受光部１５から離隔して形成された第２受光部３０を有し、裏面１０ｂ側に溝反射部２０を有する。また、裏面１０ｂにおける第１受光部１５と第２受光部３０の中間の部位に第３反射部３１を有する。第２受光部３０は、第２光吸収領域１１ｂとｐ型拡散領域１２ｂを有し、第１受光部１５と同じ構造のフォトダイオードである。
端面入射型半導体受光素子１Ｅは、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を溝反射部２０で第１受光部１５に向けて反射させ、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに再び入射させる。そして、第１光吸収領域１１ａを透過した光を、半導体基板１０の裏面１０ｂに形成された第３反射部３１によって第２受光部３０に向けて反射させ、第２受光部３０の第２光吸収領域１１ｂに入射させる。
第２受光部３０は環状電極３２の内側に第４反射部３５を有し、光が第２光吸収領域１１ｂに２回入射する。第３反射部３１と第４反射部は３５、第１反射部２１と同じ積層構造を有する。尚、第４反射部３５を省略することもできる。
第３反射部３１で反射された光が第２受光部３０に入射するように、第２受光部３０は第１受光部１５から離隔させているが、第１受光部１５と第２受光部３０は電気的に並列接続され、第１、第２受光部１５，３０の出力の和が端面入射型半導体受光素子１Ｅから出力される。従って、端面１０ｃから入射した光は、第１、第２光吸収領域１１ａ，１１ｂに夫々２回入射するので、端面入射型半導体受光素子１Ｅの受光感度が向上する。
尚、第３反射部３１で反射された光は広がって第２光吸収領域１１ｂに入射するので、第３反射部３１で反射された光の一部が第２光吸収領域１１ｂに入射されず、第３反射部３１による受光感度の向上は限定的になる場合がある。また、第４反射部３５を省略した場合には、第２光吸収領域１１ｂへの光の入射は１回になるので、その分だけ受光感度の向上が制限される。
実施例３の端面入射型半導体受光素子１Ｃを変形して、第２受光部３０と光を第２受光部３０に向けて反射させる第３反射部３１を備備させた端面入射型半導体受光素子１Ｆについて説明する。
図１２に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｆは、半導体基板１０の主面１０ａ側に第１受光部１５及び第１受光部１５から離隔して形成された第２受光部３０を有し、裏面１０ｂの第１受光部１５と第２受光部３０の中間の部位に第３反射部３１を有する。第２受光部３０は、第２光吸収領域１１ｂとｐ型拡散領域１２ｂを有し、第１受光部１５と同じ構造のフォトダイオードである。
図１２に示すように、端面入射型半導体受光素子１Ｆは、半導体基板１０の主面１０ａ側に第１受光部１５及び第１受光部１５から離隔して形成された第２受光部３０を有し、裏面１０ｂの第１受光部１５と第２受光部３０の中間の部位に第３反射部３１を有する。第２受光部３０は、第２光吸収領域１１ｂとｐ型拡散領域１２ｂを有し、第１受光部１５と同じ構造のフォトダイオードである。
端面入射型半導体受光素子１Ｆは、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を屈折面１０ｄで第１受光部１５に向けて屈折させ、第１受光部１５の第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに再び入射させる。そして第１光吸収領域１１ａを透過した光を、半導体基板１０の裏面１０ｂに形成された第３反射部３１によって第２受光部３０に向けて反射させ、第２受光部３０の第２光吸収領域１１ｂに入射させる。
第２受光部３０は環状電極３２の内側に第４反射部３５を有し、光が第２光吸収領域１１ｂに２回入射する。第３反射部３１と第４反射部３５は、第１反射部１５と同じ積層構造を有する。尚、第４反射部３５を省略することもできる。
第３反射部３１で反射された光が第２受光部３０に入射するように、第２受光部３０は第１受光部１５から離隔させているが、第１受光部１５と第２受光部３０は電気的に並列接続され、第１、第２受光部１５，３０の出力の和が端面入射型半導体受光素子１Ｆから出力される。従って、出射点Ｐから入射する光は、第１、第２光吸収領域１１ａ，１１ｂに夫々２回入射するので、端面入射型半導体受光素子１Ｆの受光感度が向上する。
尚、第３反射部３１で反射された光は広がって第２光吸収領域１１ｂに入射するので、第３反射部３１で反射された光の一部が第２光吸収領域１１ｂに入射されず、第３反射部３１による受光感度の向上は限定的になる場合がある。また、第４反射部３５を省略した場合には、第２光吸収領域１１ｂへの光の入射は１回になるので、その分だけ受光感度の向上が制限される。
上記端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆの作用、効果について説明する。
端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆは、半導体基板１０の主面１０ａ側に第１光吸収領域１１ａを有し、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を溝反射部２０による反射又は屈折面１０ｄによる屈折によって、第１光吸収領域１１ａに入射させる。そして、端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆは主面１０ａ側の第１光吸収領域１１ａ近傍に第１反射部２１を有し、第１光吸収領域１１ａを透過した光が第１反射部２１で反射され、第１光吸収領域１１ａに再び入射される。第１光吸収領域１１ａの近傍に第１反射部２１があるので、反射された光の広がりは僅かである。従って、第１反射部２１で反射された光の全てを第１光吸収領域１１ａに入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆの受光感度を向上させることができる。
端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆは、半導体基板１０の主面１０ａ側に第１光吸収領域１１ａを有し、端面１０ｃ側の出射点Ｐから入射する光を溝反射部２０による反射又は屈折面１０ｄによる屈折によって、第１光吸収領域１１ａに入射させる。そして、端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆは主面１０ａ側の第１光吸収領域１１ａ近傍に第１反射部２１を有し、第１光吸収領域１１ａを透過した光が第１反射部２１で反射され、第１光吸収領域１１ａに再び入射される。第１光吸収領域１１ａの近傍に第１反射部２１があるので、反射された光の広がりは僅かである。従って、第１反射部２１で反射された光の全てを第１光吸収領域１１ａに入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆの受光感度を向上させることができる。
端面入射型半導体受光素子１Ｂ，１Ｄは第２反射部２５，２６を有し、第１反射部２１によって反射されて第１光吸収領域１１ａを透過した光を、第２反射部２５，２６によって反射させて第１光吸収領域１１ａに入射させることができる。従って、第１、第２反射部２１，２５，２６によって入射光を第１光吸収領域１１ａに通算４回入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子１Ｂ，１Ｄの受光感度を向上させることができる。
端面入射型半導体受光素子１Ｅ，１Ｆは、半導体基板１０の主面１０ａ側の第１光吸収領域１１ａから離隔した第２光吸収領域１１ｂと、裏面１０ｂの第３反射部３１を有する。そして、第１反射部２１によって反射されて第１光吸収領域１１ａを透過した光を第３反射部で反射させて第２光吸収領域１１ｂに入射させる。従って、第１反射部２１によって入射光を第１光吸収領域１１ａに２回入射させることができ、第３反射部３１によって第１光吸収領域１１ａを透過した光を第２光吸収領域１１ｂに入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子１Ｅ，１Ｆの受光感度を向上させることができる。
端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆは、半導体基板１０の主面１０ａ側に第１光吸収領域１１ａを縁取るように形成された環状電極１６を有し、環状電極１６の内側に、誘電体膜１３と複数の金属膜２２〜２４が積層された第１反射部２１が形成されている。環状電極１６と第１受光部１５のｐ型拡散領域１２ａの界面は、合金化によって細かい凹凸が生じるため反射率が低い。しかし、環状電極１６の内側には、合金化を防いで界面の平坦性を維持する誘電体膜１３と、高い反射率を提供するための複数の金属膜２２〜２４とが積層された第１反射部２１が形成されている。従って、第１光吸収領域１１ａを透過した光を第１反射部２１で反射させて第１光吸収領域１１ａに入射させることができるので、端面入射型半導体受光素子１Ａ〜１Ｆの受光感度を向上させることができる。
その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
１Ａ〜１Ｆ ：端面入射型半導体受光素子
１０ ：半導体基板
１０ａ ：主面
１０ｂ ：裏面
１０ｃ ：端面
１０ｄ ：屈折面
１０ｅ ：端面
１０ｆ ：平面部
１１ ：ＩｎＧａＡｓ層
１１ａ ：第１光吸収領域
１１ｂ ：第２光吸収領域
１２ ：ｎ−ＩｎＰ層
１２ａ，１２ｂ ：ｐ型拡散領域
１３ ：誘電体膜
１５ ：第１受光部
１６ ：環状電極
１７ ：基板電極
１８ ：溝部
１８ａ ：第１傾斜面
１８ｂ ：第２傾斜面
２０ ：溝反射部
２１ ：第１反射部
２２ ：Ｃｒ膜
２３ ：Ｎｉ膜
２４ ：Ａｕ膜
２５，２６ ：第２反射部
３０ ：第２受光部
３１ ：第３反射部
３２ ：環状電極
３５ ：第４反射部
１０ ：半導体基板
１０ａ ：主面
１０ｂ ：裏面
１０ｃ ：端面
１０ｄ ：屈折面
１０ｅ ：端面
１０ｆ ：平面部
１１ ：ＩｎＧａＡｓ層
１１ａ ：第１光吸収領域
１１ｂ ：第２光吸収領域
１２ ：ｎ−ＩｎＰ層
１２ａ，１２ｂ ：ｐ型拡散領域
１３ ：誘電体膜
１５ ：第１受光部
１６ ：環状電極
１７ ：基板電極
１８ ：溝部
１８ａ ：第１傾斜面
１８ｂ ：第２傾斜面
２０ ：溝反射部
２１ ：第１反射部
２２ ：Ｃｒ膜
２３ ：Ｎｉ膜
２４ ：Ａｕ膜
２５，２６ ：第２反射部
３０ ：第２受光部
３１ ：第３反射部
３２ ：環状電極
３５ ：第４反射部
Claims (1)
- 半導体基板の主面側に第１光吸収領域を有し、前記半導体基板の端面側から入射する光を反射又は屈折によって前記第１光吸収領域に入射させる端面入射型半導体受光素子において、
前記主面側に、前記第１光吸収領域を透過した光を前記第１光吸収領域に入射させるための第１反射部を有すると共に、前記第１反射部によって反射されて前記第１光吸収領域を透過した光を前記第１光吸収領域に向けて最短経路で反射させるための単一の第２反射部を有することを特徴とする端面入射型半導体受光素子。
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