JPH09246586A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH09246586A JPH09246586A JP8047644A JP4764496A JPH09246586A JP H09246586 A JPH09246586 A JP H09246586A JP 8047644 A JP8047644 A JP 8047644A JP 4764496 A JP4764496 A JP 4764496A JP H09246586 A JPH09246586 A JP H09246586A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 偏光成分を検出することができ、微細加工が
可能な受光素子を提供するものである。 【解決手段】 線状の連続した凹凸構造４の光吸収領域
を有する受光素子１０を構成する。
可能な受光素子を提供するものである。 【解決手段】 線状の連続した凹凸構造４の光吸収領域
を有する受光素子１０を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光の偏光成分
を検出できる受光素子に係わる。
を検出できる受光素子に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えばフォトダイオード等の受光
素子においては、例えば基板上に半導体層からなるｐｎ
接合またはｐｉｎ接合を形成し、外部から受光素子に入
射した光を受光して、これらの接合において光電流が発
生する。そして、この光電流を検出することにより、光
の入射を感知することができる。
素子においては、例えば基板上に半導体層からなるｐｎ
接合またはｐｉｎ接合を形成し、外部から受光素子に入
射した光を受光して、これらの接合において光電流が発
生する。そして、この光電流を検出することにより、光
の入射を感知することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
受光素子単体では、入射した光の偏光成分を検出するこ
とができない。そして、偏光成分を検出するには独立に
偏光素子を必要とする。
受光素子単体では、入射した光の偏光成分を検出するこ
とができない。そして、偏光成分を検出するには独立に
偏光素子を必要とする。
【０００４】さらに、直交した偏光成分をそれぞれ検出
するには、偏光素子の透過光と反射光とを検出するため
に適当な位置に受光素子が２個以上必要になり、複雑且
つ光学系が大きくなる。
するには、偏光素子の透過光と反射光とを検出するため
に適当な位置に受光素子が２個以上必要になり、複雑且
つ光学系が大きくなる。
【０００５】波長より短い周期の格子による偏光素子、
いわゆるワイヤグリッドポラライザは、金属を材料とす
るため、それ自身では受光素子とはならない。また金属
は微細加工しにくい。
いわゆるワイヤグリッドポラライザは、金属を材料とす
るため、それ自身では受光素子とはならない。また金属
は微細加工しにくい。
【０００６】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、偏光成分を検出することができ、微細加工が可
能な受光素子を提供するものである。
いては、偏光成分を検出することができ、微細加工が可
能な受光素子を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の受光素子は、線
状の連続した凹凸構造の光吸収領域を有する構成であ
る。
状の連続した凹凸構造の光吸収領域を有する構成であ
る。
【０００８】上述の本発明の構成によれば、線状の連続
した凹凸構造の光吸収領域の凸部により光を吸収して、
入射光を線状の連続した凹凸構造と平行な偏光成分を分
離して受光することができる。
した凹凸構造の光吸収領域の凸部により光を吸収して、
入射光を線状の連続した凹凸構造と平行な偏光成分を分
離して受光することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の受光素子は、線状の連続
した凹凸構造の光吸収領域を有する構成である。
した凹凸構造の光吸収領域を有する構成である。
【００１０】本発明は、上記受光素子において、上記凹
凸構造の各凹部及び凸部が光の波長と同じ幅、または光
の波長より短い幅に形成された構成とする。
凸構造の各凹部及び凸部が光の波長と同じ幅、または光
の波長より短い幅に形成された構成とする。
【００１１】本発明は、上記受光素子において、上記凹
凸構造が光の波長と同じ又は光の波長より短い周期を有
する構成とする。
凸構造が光の波長と同じ又は光の波長より短い周期を有
する構成とする。
【００１２】本発明は、上記受光素子において、上記凹
凸構造を透過した光を受光する構成とする。
凸構造を透過した光を受光する構成とする。
【００１３】本発明は、上記受光素子において、上記光
吸収領域により光電流を検出する構成とする。
吸収領域により光電流を検出する構成とする。
【００１４】本発明は、上記受光素子において、上記光
吸収領域が半導体により形成された構成とする。
吸収領域が半導体により形成された構成とする。
【００１５】本発明の実施例の説明に先立ち、本発明の
概要について説明する。本発明の受光素子は、入射する
光の偏光成分を受光可能な構造を有するもので、例えば
光磁気ディスクの記録信号再生等に応用することができ
る。
概要について説明する。本発明の受光素子は、入射する
光の偏光成分を受光可能な構造を有するもので、例えば
光磁気ディスクの記録信号再生等に応用することができ
る。
【００１６】まず、基本概念である、構造複屈折理論
（form birefrinngence 理論）について説明する。この
理論は、基本的にボーン＆ウルフ共著の「Principle of
Optics 」（Born&Wolf,'Principle of Optics,Chap.1
4' 参照）に準じている。
（form birefrinngence 理論）について説明する。この
理論は、基本的にボーン＆ウルフ共著の「Principle of
Optics 」（Born&Wolf,'Principle of Optics,Chap.1
4' 参照）に準じている。
【００１７】まず、図６Ａに示すように、異なる媒質
１，媒質２の境界面Ｓが周期的な凹凸構造である場合を
考える。図６Ａにおいて、媒質１の屈折率をｎ1 、媒質
２の屈折率をｎ2 とし、凹凸構造の周期をΛ、凹凸構造
の深さをｄ、凹凸構造の凸部と凹部との比率をｑ：（１
−ｑ）とする。
１，媒質２の境界面Ｓが周期的な凹凸構造である場合を
考える。図６Ａにおいて、媒質１の屈折率をｎ1 、媒質
２の屈折率をｎ2 とし、凹凸構造の周期をΛ、凹凸構造
の深さをｄ、凹凸構造の凸部と凹部との比率をｑ：（１
−ｑ）とする。
【００１８】マックスウェル方程式から、完全導体以外
の媒質における電磁場の境界条件は、凹凸構造の溝側面
の境界で、電場Ｅの平行成分Ｅ‖と電束密度Ｄの垂直成
分Ｄ⊥とが連続である。さらに、凹凸の構造の周期Λが
光の波長と比べて充分小さいとすると、内部での電解分
布はほぼ一様と考えてよく、電場Ｅの垂直成分Ｅ⊥と電
束密度Ｄの平行成分Ｄ‖とは、２つの媒質のそれぞれの
平均で表すことができる（０次近似）。
の媒質における電磁場の境界条件は、凹凸構造の溝側面
の境界で、電場Ｅの平行成分Ｅ‖と電束密度Ｄの垂直成
分Ｄ⊥とが連続である。さらに、凹凸の構造の周期Λが
光の波長と比べて充分小さいとすると、内部での電解分
布はほぼ一様と考えてよく、電場Ｅの垂直成分Ｅ⊥と電
束密度Ｄの平行成分Ｄ‖とは、２つの媒質のそれぞれの
平均で表すことができる（０次近似）。
【００１９】これらの境界条件より、凹凸構造の水平方
向の平均誘電率ε‖と、垂直方向の平均誘電率ε⊥はそ
れぞれ、媒質１の誘電率ε1 と媒質２の誘電率εを用い
て、次の数１と数２で表される。
向の平均誘電率ε‖と、垂直方向の平均誘電率ε⊥はそ
れぞれ、媒質１の誘電率ε1 と媒質２の誘電率εを用い
て、次の数１と数２で表される。
【００２０】
【数１】 凹凸溝側面の水平方向 ε‖＝Ｄ‖／Ｅ‖ ＝｛ｑε1 Ｅ‖＋（１−ｑ）ε2 Ｅ‖｝／Ｅ‖；電場Ｅが連続 ＝ｑε1 ＋（１−ｑ）ε2
【００２１】
【数２】 凹凸溝側面の垂直方向 ε ＝Ｄ⊥／Ｅ⊥ ＝Ｄ⊥／｛ｑＤ⊥／ε1 ＋（１−ｑ）Ｄ⊥／ε2 ｝；電束密度Ｄが連続 ＝１／｛ｑ／ε1 ＋（１−ｑ）／ε2 ｝
【００２２】このように、方向によって異なる誘電率を
もつ複屈折誘電体として表せる。これが前出のいわゆる
構造複屈折理論（form birefrinngence 理論）である。
もつ複屈折誘電体として表せる。これが前出のいわゆる
構造複屈折理論（form birefrinngence 理論）である。
【００２３】さらに、これを屈折率に直すと、凹凸構造
の水平方向の平均屈折率ｎ‖と、垂直方向の平均屈折率
ｎ⊥はそれぞれ、次の数３で表される。
の水平方向の平均屈折率ｎ‖と、垂直方向の平均屈折率
ｎ⊥はそれぞれ、次の数３で表される。
【００２４】
【数３】 ｎ‖＝√（ｑｎ1 2 ＋（１−ｑ）ｎ2 2 ） ｎ⊥＝１／√（ｑ／ｎ1 2 ＋（１−ｑ）／ｎ2 2 ）
【００２５】このようにして、図６Ｂに示すように、凹
凸構造の部分を、厚さｄ、水平方向の屈折率がｎ‖、垂
直方向の屈折率がｎ⊥である層として考えることができ
る。このモデルは、周期Λが波長より充分短い領域、す
なわち回折光が存在しない領域で成り立つと考えられ
る。
凸構造の部分を、厚さｄ、水平方向の屈折率がｎ‖、垂
直方向の屈折率がｎ⊥である層として考えることができ
る。このモデルは、周期Λが波長より充分短い領域、す
なわち回折光が存在しない領域で成り立つと考えられ
る。
【００２６】また、任意の波形を持つ境界である場合で
も、図７に示すように、深さ方向に多分割することで近
似的に同様に扱える。図７Ａに示すような、周期Λ、振
幅ｄの波形の境界面Ｓの、外部の屈折率がｎ o で、内部
の屈折率ｎi である場合を考える。
も、図７に示すように、深さ方向に多分割することで近
似的に同様に扱える。図７Ａに示すような、周期Λ、振
幅ｄの波形の境界面Ｓの、外部の屈折率がｎ o で、内部
の屈折率ｎi である場合を考える。
【００２７】まず、図７Ｂに示すように、境界面Ｓを垂
直方向に細かく分割して、多数（Ｎ個）の長方形に分割
する。
直方向に細かく分割して、多数（Ｎ個）の長方形に分割
する。
【００２８】次に垂直方向の各深さにおいて、外部と内
部との比率を求め、数３のｑ及び１−ｑに代入すること
により、各深さにおける水平方向の屈折率ｎ‖j （ｊ＝
１，２，‥‥Ｎ）及び垂直方向の屈折率ｎ⊥j （ｊ＝
１，２，‥‥Ｎ）を求めることができる。そして、図７
Ｃに示すように、このような屈折率ｎ‖j ，ｎ⊥j （ｊ
＝１，２，‥‥Ｎ）を有する層が、Ｎ層積層されてなる
構造として考えることができる。
部との比率を求め、数３のｑ及び１−ｑに代入すること
により、各深さにおける水平方向の屈折率ｎ‖j （ｊ＝
１，２，‥‥Ｎ）及び垂直方向の屈折率ｎ⊥j （ｊ＝
１，２，‥‥Ｎ）を求めることができる。そして、図７
Ｃに示すように、このような屈折率ｎ‖j ，ｎ⊥j （ｊ
＝１，２，‥‥Ｎ）を有する層が、Ｎ層積層されてなる
構造として考えることができる。
【００２９】さらに図８に示すように、媒質が吸収を持
つ場合でも、複素屈折率にすれば同様に計算できる。図
８Ａに示すように、凹凸構造の周期がΛ、凹凸構造の深
さがｄ、凹凸構造の凸部と凹部との比率がｑ：（１−
ｑ）である図８Ａに示した凹凸構造と同一の凹凸構造の
境界面を有し、媒質１の屈折率がｎ1 ′（ｎ1 ′＝ｎ1
−ｉκ1 ）、媒質２の屈折率がｎ2 ′（ｎ2 ′＝ｎ2 −
ｉκ2 ）とする。ここで、ｎ1 ，ｎ2 は屈折率の実数
部、κ1 ，κ2 は屈折率の虚数部すなわち吸収の項で、
吸収係数に相当する。
つ場合でも、複素屈折率にすれば同様に計算できる。図
８Ａに示すように、凹凸構造の周期がΛ、凹凸構造の深
さがｄ、凹凸構造の凸部と凹部との比率がｑ：（１−
ｑ）である図８Ａに示した凹凸構造と同一の凹凸構造の
境界面を有し、媒質１の屈折率がｎ1 ′（ｎ1 ′＝ｎ1
−ｉκ1 ）、媒質２の屈折率がｎ2 ′（ｎ2 ′＝ｎ2 −
ｉκ2 ）とする。ここで、ｎ1 ，ｎ2 は屈折率の実数
部、κ1 ，κ2 は屈折率の虚数部すなわち吸収の項で、
吸収係数に相当する。
【００３０】この場合も図６の場合と同様に計算して、
ｎ1 ′とｎ2 ′から凹凸構造の水平方向の屈折率ｎ‖′
と垂直方向の屈折率ｎ⊥′を求めることができる。これ
により、図８Ｂに示すように、凹凸構造の部分を、厚さ
ｄ、水平方向の屈折率がｎ‖′、垂直方向の屈折率がｎ
⊥′である層として考えることができる。
ｎ1 ′とｎ2 ′から凹凸構造の水平方向の屈折率ｎ‖′
と垂直方向の屈折率ｎ⊥′を求めることができる。これ
により、図８Ｂに示すように、凹凸構造の部分を、厚さ
ｄ、水平方向の屈折率がｎ‖′、垂直方向の屈折率がｎ
⊥′である層として考えることができる。
【００３１】ここで、図９に示すように、媒質１を空気
［ｎ1 ′＝（ｎ1 ，κ1 ）＝（1.0,0.0 ）］、媒質２を
ＧａＡｓ［ｎ2 ′＝（ｎ2 ，κ2 ）＝（3.66,-0.186
）：光の波長が７８０ｎｍのとき］として、ＧａＡｓ
のデューティー（ｑ）と、凹凸構造における水平方向の
屈折率及び垂直方向の屈折率との関係を計算した。
［ｎ1 ′＝（ｎ1 ，κ1 ）＝（1.0,0.0 ）］、媒質２を
ＧａＡｓ［ｎ2 ′＝（ｎ2 ，κ2 ）＝（3.66,-0.186
）：光の波長が７８０ｎｍのとき］として、ＧａＡｓ
のデューティー（ｑ）と、凹凸構造における水平方向の
屈折率及び垂直方向の屈折率との関係を計算した。
【００３２】その計算結果を図１０に示す。図１０よ
り、複素屈折率の実部ｎと虚部κの両方に異方性を持つ
ことがわかる。また、図１１にＧａＡｓのデューティー
（ｑ）と、凹凸構造の水平方向の吸収係数α‖及び垂直
方向の吸収係数α⊥との関係を示す。
り、複素屈折率の実部ｎと虚部κの両方に異方性を持つ
ことがわかる。また、図１１にＧａＡｓのデューティー
（ｑ）と、凹凸構造の水平方向の吸収係数α‖及び垂直
方向の吸収係数α⊥との関係を示す。
【００３３】図１１より、例えばＧａＡｓのデューティ
ー（ｑ）を５０％、凹凸溝深さｄを１μｍとすると、７
８０ｎｍの光の吸収係数は、それぞれ水平方向がα‖＝
１００００ｃｍ-1、垂直方向がα⊥＝４００ｃｍ-1であ
ることがわかる。
ー（ｑ）を５０％、凹凸溝深さｄを１μｍとすると、７
８０ｎｍの光の吸収係数は、それぞれ水平方向がα‖＝
１００００ｃｍ-1、垂直方向がα⊥＝４００ｃｍ-1であ
ることがわかる。
【００３４】このとき、水平方向の｜Ｅ‖｜2 は１３．
５％が透過し８６．５％が吸収され、一方垂直方向の｜
Ｅ⊥｜2 は９２．３％が透過し７．７％が吸収される。
従って、凹凸領域での光吸収により発生した光電流を検
出できるような構造（図１参照）をとると、８６．５／
（１００−９２．３）＝１１．２の消光比を有する偏光
受光素子を構成することができる。
５％が透過し８６．５％が吸収され、一方垂直方向の｜
Ｅ⊥｜2 は９２．３％が透過し７．７％が吸収される。
従って、凹凸領域での光吸収により発生した光電流を検
出できるような構造（図１参照）をとると、８６．５／
（１００−９２．３）＝１１．２の消光比を有する偏光
受光素子を構成することができる。
【００３５】上述のように、線状の連続した凹凸構造の
光吸収領域を形成することにより、光吸収に異方性を持
たせることができるので、入射光の偏光成分を分離して
検出することができる。
光吸収領域を形成することにより、光吸収に異方性を持
たせることができるので、入射光の偏光成分を分離して
検出することができる。
【００３６】このとき、線状の凹凸構造の幅が、受光す
る光の波長より充分短い幅にしておくことにより、広い
範囲の波長の光に対して偏光分離が可能になり、すなわ
ち偏光分離の波長依存性が小さくなる。また、吸収によ
り偏光分離を行うため、従来の偏光分離のための光学
系、例えばビームスプリッタを用いる系等のように、入
射角を指定する必要がなく、入射角依存性も小さくな
る。
る光の波長より充分短い幅にしておくことにより、広い
範囲の波長の光に対して偏光分離が可能になり、すなわ
ち偏光分離の波長依存性が小さくなる。また、吸収によ
り偏光分離を行うため、従来の偏光分離のための光学
系、例えばビームスプリッタを用いる系等のように、入
射角を指定する必要がなく、入射角依存性も小さくな
る。
【００３７】次に、本発明の受光素子の実施例を説明す
る。図１は、本発明による受光素子の一実施例を示す。
本実施例では、半導体基板１に線状の連続した凹凸構造
４を有する受光素子１０を形成したものである。
る。図１は、本発明による受光素子の一実施例を示す。
本実施例では、半導体基板１に線状の連続した凹凸構造
４を有する受光素子１０を形成したものである。
【００３８】図１Ａに受光素子の断面構成図を示し、図
１Ｂに斜視図を示すように、この受光素子１０は、第１
導電型例えばｎ型の半導体基板１に、光吸収領域とし
て、線状の連続した凹凸構造４を有するｐｉｎ型のフォ
トダイオードＰＤからなる受光素子１０が形成されてな
る。
１Ｂに斜視図を示すように、この受光素子１０は、第１
導電型例えばｎ型の半導体基板１に、光吸収領域とし
て、線状の連続した凹凸構造４を有するｐｉｎ型のフォ
トダイオードＰＤからなる受光素子１０が形成されてな
る。
【００３９】ｐｉｎ型のフォトダイオードＰＤは、第１
導電型例えばｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板１上に
ｉ型のＧａＡｓからなる第１の半導体層２、第２導電型
例えばｐ型のＧａＡｓからなる第２の半導体層３が順次
積層形成され、凹凸構造４の凹部４ａが半導体基板１の
第１導電型の層まで形成されてなる。この凹凸構造４
は、入射光の波長と同じか、または入射光の波長より短
い周期を有してなる。
導電型例えばｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板１上に
ｉ型のＧａＡｓからなる第１の半導体層２、第２導電型
例えばｐ型のＧａＡｓからなる第２の半導体層３が順次
積層形成され、凹凸構造４の凹部４ａが半導体基板１の
第１導電型の層まで形成されてなる。この凹凸構造４
は、入射光の波長と同じか、または入射光の波長より短
い周期を有してなる。
【００４０】そして、ｎ型の半導体基板１の裏面にいわ
ゆるｎ側の電極５ｎ、また上面の凹凸構造４が形成され
ていないｐ型半導体層３の部分にいわゆるｐ側の電極５
ｐがそれぞれ形成される。これら電極５ｎ，５ｐと外部
とを接続することにより、凹凸構造４のｐｉｎ型のフォ
トダイオードＰＤにより発生した光電流を検出すること
ができる。
ゆるｎ側の電極５ｎ、また上面の凹凸構造４が形成され
ていないｐ型半導体層３の部分にいわゆるｐ側の電極５
ｐがそれぞれ形成される。これら電極５ｎ，５ｐと外部
とを接続することにより、凹凸構造４のｐｉｎ型のフォ
トダイオードＰＤにより発生した光電流を検出すること
ができる。
【００４１】そして、受光素子１０の線状の凹凸構造４
の部分において、その凸部４ｂに形成されたフォトダイ
オードＰＤにより入射した光を受光吸収して、これによ
り入射光の線状の凹凸構造４に平行な成分の偏光を分離
して検出することができる。このように、本実施例の受
光素子１０によれば、偏光を検出するための特別な光学
部品を必要とせず、簡素な光学系により偏光を検出する
ことができるため、全体の光学系の簡素化や小型化をは
かることができる。また、他の光学部品により偏光分離
する場合と異なり、迷光すなわち屈折や反射などによる
余分な光を発生しない。
の部分において、その凸部４ｂに形成されたフォトダイ
オードＰＤにより入射した光を受光吸収して、これによ
り入射光の線状の凹凸構造４に平行な成分の偏光を分離
して検出することができる。このように、本実施例の受
光素子１０によれば、偏光を検出するための特別な光学
部品を必要とせず、簡素な光学系により偏光を検出する
ことができるため、全体の光学系の簡素化や小型化をは
かることができる。また、他の光学部品により偏光分離
する場合と異なり、迷光すなわち屈折や反射などによる
余分な光を発生しない。
【００４２】次に、図２に本発明の受光素子の他の実施
例を示す。この受光素子２０は、線状の連続した凹凸構
造の下に、さらにもう１つ通常の受光素子を配置して、
凹凸構造を透過した光も受光検出できるようにした構成
である。
例を示す。この受光素子２０は、線状の連続した凹凸構
造の下に、さらにもう１つ通常の受光素子を配置して、
凹凸構造を透過した光も受光検出できるようにした構成
である。
【００４３】図２Ａに受光素子の断面構成図を示し、図
２Ｂに斜視図を示すように、この受光素子２０では、第
１導電型例えばｎ型の半導体基板１に、ｐｉｎ型の第１
のフォトダイオードＰＤ1 が形成され、例えばｐｎｐｎ
型のＡｌＧａＡｓ層等の半導体層からなる透明電流阻止
層１３を挟んで、さらにその上に光吸収領域として線状
の連続した凹凸構造１７を有するｐｉｎ型の第２のフォ
トダイオードＰＤ2 が形成されて構成される。
２Ｂに斜視図を示すように、この受光素子２０では、第
１導電型例えばｎ型の半導体基板１に、ｐｉｎ型の第１
のフォトダイオードＰＤ1 が形成され、例えばｐｎｐｎ
型のＡｌＧａＡｓ層等の半導体層からなる透明電流阻止
層１３を挟んで、さらにその上に光吸収領域として線状
の連続した凹凸構造１７を有するｐｉｎ型の第２のフォ
トダイオードＰＤ2 が形成されて構成される。
【００４４】ｐｉｎ型の第１のフォトダイオードＰＤ1
は、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓからなる半導体基
板１上にｉ型のＧａＡｓからなる第１の半導体層１１、
第２導電型例えばＧａＡｓからなるｐ型の第２の半導体
層１２が形成されてなる。また、ｐｉｎ型の第２のフォ
トダイオードＰＤ2 は、透明電流阻止層１３の上に第１
導電型例えばｎ型のＧａＡｓからなる第３の半導体層１
４、ｉ型のＧａＡｓからなる第４の半導体層１５、第２
導電型例えばｐ型のＧａＡｓからなる第５の半導体層１
６が順次形成されてなる。そして、凹凸構造１７の凹部
１７ａは、両フォトダイオードＰＤ1 ，ＰＤ2 の間の透
明電流阻止層１３まで形成される。この凹凸構造１７
は、入射光の波長と同じか、または入射光の波長より短
い周期を有してなる。
は、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓからなる半導体基
板１上にｉ型のＧａＡｓからなる第１の半導体層１１、
第２導電型例えばＧａＡｓからなるｐ型の第２の半導体
層１２が形成されてなる。また、ｐｉｎ型の第２のフォ
トダイオードＰＤ2 は、透明電流阻止層１３の上に第１
導電型例えばｎ型のＧａＡｓからなる第３の半導体層１
４、ｉ型のＧａＡｓからなる第４の半導体層１５、第２
導電型例えばｐ型のＧａＡｓからなる第５の半導体層１
６が順次形成されてなる。そして、凹凸構造１７の凹部
１７ａは、両フォトダイオードＰＤ1 ，ＰＤ2 の間の透
明電流阻止層１３まで形成される。この凹凸構造１７
は、入射光の波長と同じか、または入射光の波長より短
い周期を有してなる。
【００４５】そして、ｎ型の半導体基板１の裏面に第１
のフォトダイオードＰＤ1 のｎ側の電極１８ｎが形成さ
れ、凹凸構造１７の向こう側に段差を設けて外部に臨ま
せたｐ型第２の半導体層１２の面上に、第１のフォトダ
イオードＰＤ1 のｐ側の電極１８ｐが形成される。ま
た、凹凸構造１７の手前において、上面のｐ型の第５の
半導体層１６上に第２のフォトダイオードＰＤ2 のｐ側
の電極１９ｐが形成され、段差を設けて外部に臨ませた
ｎ型の第３の半導体層１４の面上に第２のフォトダイオ
ードＰＤ2 のｎ側の電極１９ｎが形成される。これらの
電極１８ｎ，１８ｐ，１９ｎ，１９ｐと外部とを接続す
ることにより、凹凸構造１７のｐｉｎ型のフォトダイオ
ードＰＤ1 ，ＰＤ2 において発生した光電流を検出する
ことができる。
のフォトダイオードＰＤ1 のｎ側の電極１８ｎが形成さ
れ、凹凸構造１７の向こう側に段差を設けて外部に臨ま
せたｐ型第２の半導体層１２の面上に、第１のフォトダ
イオードＰＤ1 のｐ側の電極１８ｐが形成される。ま
た、凹凸構造１７の手前において、上面のｐ型の第５の
半導体層１６上に第２のフォトダイオードＰＤ2 のｐ側
の電極１９ｐが形成され、段差を設けて外部に臨ませた
ｎ型の第３の半導体層１４の面上に第２のフォトダイオ
ードＰＤ2 のｎ側の電極１９ｎが形成される。これらの
電極１８ｎ，１８ｐ，１９ｎ，１９ｐと外部とを接続す
ることにより、凹凸構造１７のｐｉｎ型のフォトダイオ
ードＰＤ1 ，ＰＤ2 において発生した光電流を検出する
ことができる。
【００４６】そして、受光素子２０の線状の連続した凹
凸構造１７の凸部１７ｂに形成された第２のフォトダイ
オードＰＤ2 において、入射した光を受光吸収して、こ
の入射光の線状の連続した凹凸構造に平行な成分の偏光
を分離して検出することができ、さらにその下の第１の
フォトダイオードＰＤ1 により、凹凸構造を透過した光
を受光して、第２のフォトダイオードＰＤ2 へ分離され
た以外の、入射光の残りの偏光成分を受光検出すること
ができる。
凸構造１７の凸部１７ｂに形成された第２のフォトダイ
オードＰＤ2 において、入射した光を受光吸収して、こ
の入射光の線状の連続した凹凸構造に平行な成分の偏光
を分離して検出することができ、さらにその下の第１の
フォトダイオードＰＤ1 により、凹凸構造を透過した光
を受光して、第２のフォトダイオードＰＤ2 へ分離され
た以外の、入射光の残りの偏光成分を受光検出すること
ができる。
【００４７】これにより、ほぼ同位置において入射光の
それぞれ直交する偏光成分を検出することができ、他に
例を見ない偏光受光素子となる。
それぞれ直交する偏光成分を検出することができ、他に
例を見ない偏光受光素子となる。
【００４８】透明電流阻止層１３は、例えば光エネルギ
ーよりバンドギャップの大きいｐｎｐｎ構造の半導体層
の他、ｐｎ層やＳＩ（Semi-Insulator）層等の透明な高
抵抗層により構成することができ、この透明電流阻止層
１３により電気クロストークを防止することができる。
ーよりバンドギャップの大きいｐｎｐｎ構造の半導体層
の他、ｐｎ層やＳＩ（Semi-Insulator）層等の透明な高
抵抗層により構成することができ、この透明電流阻止層
１３により電気クロストークを防止することができる。
【００４９】この受光素子２０の製造は、例えば次のよ
うにして行うことができる。まず、図３Ａに示すよう
に、半導体基板１に第１のフォトダイオードＰＤ1 及び
第２のフォトダイオードＰＤ2 となるｐｉｎ構造の各半
導体層１１〜１２及び１４〜１６を、境界層である透明
電流阻止層１３を挟んで連続的に結晶成長する。
うにして行うことができる。まず、図３Ａに示すよう
に、半導体基板１に第１のフォトダイオードＰＤ1 及び
第２のフォトダイオードＰＤ2 となるｐｉｎ構造の各半
導体層１１〜１２及び１４〜１６を、境界層である透明
電流阻止層１３を挟んで連続的に結晶成長する。
【００５０】次に、図３Ｂに示すように、受光部となる
凹凸構造１７の領域を形成するために、透明電流阻止層
１３に達するまでドライエッチングして、線状の凹凸形
状による周期的なパターンを形成する。
凹凸構造１７の領域を形成するために、透明電流阻止層
１３に達するまでドライエッチングして、線状の凹凸形
状による周期的なパターンを形成する。
【００５１】次に、図３Ｃに示すように、コンタクトを
取るために、凹凸構造１７の手前の領域の一部を、第２
のフォトダイオードＰＤ2 のｎ型の半導体層、即ち第３
の半導体層１４が表面に現れるまでエッチングする。
取るために、凹凸構造１７の手前の領域の一部を、第２
のフォトダイオードＰＤ2 のｎ型の半導体層、即ち第３
の半導体層１４が表面に現れるまでエッチングする。
【００５２】同様に、図４Ｄに示すように、凹凸構造１
７の向こう側の領域を、第１のフォトダイオードＰＤ1
のｐ型の半導体層、即ち第２の半導体層１２が表面に現
れるまでエッチングする。
７の向こう側の領域を、第１のフォトダイオードＰＤ1
のｐ型の半導体層、即ち第２の半導体層１２が表面に現
れるまでエッチングする。
【００５３】次に、図４Ｅに示すように、エッチングし
て表面に出た第２の半導体層１２の上に第１のフォトダ
イオードＰＤ1 のｐ側の電極１８ｐを形成し、上面の第
５の半導体層の１６上に第２のフォトダイオードＰＤ2
のｐ側の電極１９ｐを形成する。
て表面に出た第２の半導体層１２の上に第１のフォトダ
イオードＰＤ1 のｐ側の電極１８ｐを形成し、上面の第
５の半導体層の１６上に第２のフォトダイオードＰＤ2
のｐ側の電極１９ｐを形成する。
【００５４】次に、図４Ｆに示すように、半導体基板１
の裏面に第１のフォトダイオードＰＤ1 のｎ側の電極１
８ｎを形成し、エッチングして表面に出た第３の半導体
層１４の上に第２のフォトダイオードＰＤ2 のｎ側の電
極１９ｎを形成する。これらの電極は、蒸着等により積
層形成した後に合金化して形成する。このようにして、
図２Ａ及び図２Ｂの構成の受光素子２０を形成すること
ができる。
の裏面に第１のフォトダイオードＰＤ1 のｎ側の電極１
８ｎを形成し、エッチングして表面に出た第３の半導体
層１４の上に第２のフォトダイオードＰＤ2 のｎ側の電
極１９ｎを形成する。これらの電極は、蒸着等により積
層形成した後に合金化して形成する。このようにして、
図２Ａ及び図２Ｂの構成の受光素子２０を形成すること
ができる。
【００５５】また図示しないが、基板上にＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ層を多数積層し、劈開やドライエッチングの
後側面のＡｌＧａＡｓ層を選択エッチングすれば、側面
方向にも同様の凹凸構造を構成することもできる。
ｌＧａＡｓ層を多数積層し、劈開やドライエッチングの
後側面のＡｌＧａＡｓ層を選択エッチングすれば、側面
方向にも同様の凹凸構造を構成することもできる。
【００５６】本発明の受光素子は、光吸収材料がＳｉ，
Ｇｅ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＺｎＳｅ，Ｉｎ
Ｐ，ＧａＰ等の半導体結晶だけでなく、アモルファス材
料やカルコパイライト等の場合でも適用できる。
Ｇｅ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＺｎＳｅ，Ｉｎ
Ｐ，ＧａＰ等の半導体結晶だけでなく、アモルファス材
料やカルコパイライト等の場合でも適用できる。
【００５７】このように、本発明の受光素子は、半導体
の製造プロセスを適用して製造できるので、特別な装置
を必要とせずに容易に製造することができる。
の製造プロセスを適用して製造できるので、特別な装置
を必要とせずに容易に製造することができる。
【００５８】凹凸構造の形状は矩形に限らず、前出の波
形等、その他任意の形状を採ることができる。上述の実
施例のように周期的な凹凸構造のほか、一定した周期を
有しない凹凸構造により受光素子を構成することもでき
る。そして、特に凹凸構造の側面を半導体の結晶面によ
り形成する場合は、結晶成長や選択エッチングによる凹
凸構造の作製にとって好都合である。
形等、その他任意の形状を採ることができる。上述の実
施例のように周期的な凹凸構造のほか、一定した周期を
有しない凹凸構造により受光素子を構成することもでき
る。そして、特に凹凸構造の側面を半導体の結晶面によ
り形成する場合は、結晶成長や選択エッチングによる凹
凸構造の作製にとって好都合である。
【００５９】また、受光面上の凹凸構造の方向分布は任
意に設定でき、例えば複数の方向を有する構成としても
よい。方向の異なる複数の凹凸構造を形成した例を次に
示す。
意に設定でき、例えば複数の方向を有する構成としても
よい。方向の異なる複数の凹凸構造を形成した例を次に
示す。
【００６０】図５は本発明の受光素子のさらに他の実施
例の概略構成図を示す。この受光素子３０は、先の図２
Ａ及び図２Ｂに示した構成の受光素子２０に対して、受
光領域を２つに分割し、各分割された受光領域の連続し
た線状の凹凸構造の方向を互いに直交する方向にして、
それぞれ独立に検出できるようにしたものである。
例の概略構成図を示す。この受光素子３０は、先の図２
Ａ及び図２Ｂに示した構成の受光素子２０に対して、受
光領域を２つに分割し、各分割された受光領域の連続し
た線状の凹凸構造の方向を互いに直交する方向にして、
それぞれ独立に検出できるようにしたものである。
【００６１】この受光素子３０では、中央部に形成され
た溝２１を挟んで、両側に互いに直交する方向を有する
２つの線状の凹凸構造２２ａ，２２ｂが形成されてな
る。溝２１の左側には図中左右方向の凹凸構造２２ａ
が、溝２１の右側には図中上下方向の凹凸構造２２ｂが
それぞれ形成されている。
た溝２１を挟んで、両側に互いに直交する方向を有する
２つの線状の凹凸構造２２ａ，２２ｂが形成されてな
る。溝２１の左側には図中左右方向の凹凸構造２２ａ
が、溝２１の右側には図中上下方向の凹凸構造２２ｂが
それぞれ形成されている。
【００６２】各凹凸構造は、図２Ａ及び図２Ｂに示した
構成の受光素子２０と同様に、透明電流阻止層１３を挟
んで、それぞれｐｉｎ型の第１のフォトダイオードＰＤ
1A，ＰＤ1Bとｐｉｎ型の第２のフォトダイオードＰ
Ｄ2A，ＰＤ2Bが形成されてなる。
構成の受光素子２０と同様に、透明電流阻止層１３を挟
んで、それぞれｐｉｎ型の第１のフォトダイオードＰＤ
1A，ＰＤ1Bとｐｉｎ型の第２のフォトダイオードＰ
Ｄ2A，ＰＤ2Bが形成されてなる。
【００６３】左右の凹凸構造２２ａ，２２ｂを分離する
中央部の溝２１は、ｐｉｎ型の第１のフォトダイオード
ＰＤ1A，ＰＤ1Bの一番下のｎ型の半導体基板１の層まで
達するように形成される。
中央部の溝２１は、ｐｉｎ型の第１のフォトダイオード
ＰＤ1A，ＰＤ1Bの一番下のｎ型の半導体基板１の層まで
達するように形成される。
【００６４】そして、左右の凹凸構造２２ａ，２２ｂか
らなる受光素子３０に対して、それぞれ凹凸構造２２
ａ，２２ｂの向こう側の段差上に第１のフォトダイオー
ドＰＤ 1A，ＰＤ1Bの第２導電型例えばｐ側の電極２３
ｐ，２４ｐが、凹凸構造の手前上面に第２のフォトダイ
オードＰＤ2A，ＰＤ2Bの第２導電型例えばｐ側の電極２
５ｐ，２６ｐが、手前の段差上に第２のフォトダイオー
ドＰＤ2A，ＰＤ2Bの第１導電型例えばｎ側の電極２５
ｎ，２６ｎが、それぞれ形成されてなる。尚、第１のフ
ォトダイオードＰＤ1A，ＰＤ1Bの第１導電型例えばｎ側
の電極は、半導体基板１の裏面に共通のｎ側の電極２７
ｎとして設けられる。
らなる受光素子３０に対して、それぞれ凹凸構造２２
ａ，２２ｂの向こう側の段差上に第１のフォトダイオー
ドＰＤ 1A，ＰＤ1Bの第２導電型例えばｐ側の電極２３
ｐ，２４ｐが、凹凸構造の手前上面に第２のフォトダイ
オードＰＤ2A，ＰＤ2Bの第２導電型例えばｐ側の電極２
５ｐ，２６ｐが、手前の段差上に第２のフォトダイオー
ドＰＤ2A，ＰＤ2Bの第１導電型例えばｎ側の電極２５
ｎ，２６ｎが、それぞれ形成されてなる。尚、第１のフ
ォトダイオードＰＤ1A，ＰＤ1Bの第１導電型例えばｎ側
の電極は、半導体基板１の裏面に共通のｎ側の電極２７
ｎとして設けられる。
【００６５】その他の構成は、図２に示した受光素子２
０と同様であるので、同一の符号を付して重複説明を省
略する。
０と同様であるので、同一の符号を付して重複説明を省
略する。
【００６６】本発明の受光素子においては、この実施例
の受光素子３０のように、受光領域が２つ以上に分割さ
れ、それぞれ独立に検出できるようにしてもよい。さら
に、分割された各々の凹凸構造の方向は、上述の例のよ
うに直交する場合の他に任意に変えることもできる。
の受光素子３０のように、受光領域が２つ以上に分割さ
れ、それぞれ独立に検出できるようにしてもよい。さら
に、分割された各々の凹凸構造の方向は、上述の例のよ
うに直交する場合の他に任意に変えることもできる。
【００６７】また上述の各実施例において、受光面に無
反射コートを施す構成もとることができる。
反射コートを施す構成もとることができる。
【００６８】本発明の受光素子は、上述の例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその
他様々な構成が取り得る。
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその
他様々な構成が取り得る。
【００６９】
【発明の効果】上述の本発明による受光素子によれば、
線状の連続した凹凸構造の光吸収領域を有することによ
り、この凹凸構造において偏光の検出ができる。また、
偏光分離の際にその方向を任意に設定することができ
る。
線状の連続した凹凸構造の光吸収領域を有することによ
り、この凹凸構造において偏光の検出ができる。また、
偏光分離の際にその方向を任意に設定することができ
る。
【００７０】さらに本発明の受光素子においては、偏光
を検出するための特別な光学部品を必要としないので、
光学部品の方向合わせも不要となり、偏光の検出におけ
る入射角依存性や波長依存性も小さくなり、また迷光を
生じなくなる等の利点を有する。
を検出するための特別な光学部品を必要としないので、
光学部品の方向合わせも不要となり、偏光の検出におけ
る入射角依存性や波長依存性も小さくなり、また迷光を
生じなくなる等の利点を有する。
【００７１】従って、本発明の受光素子により、偏光検
出するための光学系の簡素化、短小化、低価格化を図る
ことができる。
出するための光学系の簡素化、短小化、低価格化を図る
ことができる。
【００７２】また本発明の受光素子は、半導体プロセス
で製造することが可能で、簡便な方法で製造することが
できる。
で製造することが可能で、簡便な方法で製造することが
できる。
【図１】本発明の受光素子の実施例の概略構成図であ
る。 Ａ 受光素子の断面図である。 Ｂ 受光素子の斜視図である。
る。 Ａ 受光素子の断面図である。 Ｂ 受光素子の斜視図である。
【図２】本発明の受光素子の他の実施例の概略構成図で
ある。 Ａ 受光素子の断面図である。 Ｂ 受光素子の斜視図である。
ある。 Ａ 受光素子の断面図である。 Ｂ 受光素子の斜視図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 図２の受光素子の製造工程の工程図で
ある。
ある。
【図４】Ｄ〜Ｆ 図２の受光素子の製造工程の工程図で
ある。
ある。
【図５】本発明の受光素子のさらに実施例の概略構成図
（斜視図）である。
（斜視図）である。
【図６】Ａ、Ｂ 凹凸構造の境界層を有する構造の模式
図である。
図である。
【図７】Ａ、Ｂ、Ｃ 波形の境界層を有する構造の模式
図である。
図である。
【図８】Ａ、Ｂ 図６の構造で媒質に吸収がある場合の
模式図である。
模式図である。
【図９】計算に用いる凹凸構造の例の構成図である。
【図１０】図９の構造におけるＧａＡｓ比と複素屈折率
の各成分の値との関係を示す図である。
の各成分の値との関係を示す図である。
【図１１】図９の構造におけるＧａＡｓ比と吸収係数の
値との関係を示す図である。
値との関係を示す図である。
１ 半導体基板（第１導電型）、２，１１ 第１の半導
体層（ｉ型）、３，１２第２の半導体層（第２導電
型）、４，１７，２２ａ，２２ｂ 凹凸構造、５ｎ，１
８ｎ，１９ｎ ｎ側の電極、５ｐ，１８ｐ，１９ｐ ｐ
側の電極、１０，２０，３０ 受光素子、１３ 透明電
流阻止層、１４ 第３の半導体層（第１導電型）、１５
第４の半導体層（ｉ型）、１６ 第５の半導体層（第
２導電型）、２１ 溝、２３ｐ，２４ｐ 第１のフォト
ダイオードのｐ側の電極、２５ｎ，２６ｎ 第２のフォ
トダイオードのｎ側の電極、２５ｐ，２６ｐ 第２のフ
ォトダイオードのｐ側の電極、２７ｎ 第１のフォトダ
イオード共通のｎ側の電極、ＰＤ フォトダイオード、
ＰＤ1 ，ＰＤ1A，ＰＤ1B 第１のフォトダイオード、Ｐ
Ｄ2 ，ＰＤ2A，ＰＤ2B 第２のフォトダイオード、Ｓ
境界面
体層（ｉ型）、３，１２第２の半導体層（第２導電
型）、４，１７，２２ａ，２２ｂ 凹凸構造、５ｎ，１
８ｎ，１９ｎ ｎ側の電極、５ｐ，１８ｐ，１９ｐ ｐ
側の電極、１０，２０，３０ 受光素子、１３ 透明電
流阻止層、１４ 第３の半導体層（第１導電型）、１５
第４の半導体層（ｉ型）、１６ 第５の半導体層（第
２導電型）、２１ 溝、２３ｐ，２４ｐ 第１のフォト
ダイオードのｐ側の電極、２５ｎ，２６ｎ 第２のフォ
トダイオードのｎ側の電極、２５ｐ，２６ｐ 第２のフ
ォトダイオードのｐ側の電極、２７ｎ 第１のフォトダ
イオード共通のｎ側の電極、ＰＤ フォトダイオード、
ＰＤ1 ，ＰＤ1A，ＰＤ1B 第１のフォトダイオード、Ｐ
Ｄ2 ，ＰＤ2A，ＰＤ2B 第２のフォトダイオード、Ｓ
境界面
Claims (6)
- 【請求項１】 線状の連続した凹凸構造の光吸収領域を
有することを特徴とする受光素子。 - 【請求項２】 上記凹凸構造の各凹部及び凸部が光の波
長と同じ幅、または光の波長より短い幅に形成されたこ
とを特徴とする請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項３】 上記凹凸構造が光の波長と同じ又は光の
波長より短い周期を有することを特徴とする請求項１に
記載の受光素子。 - 【請求項４】 上記凹凸構造を透過した光を受光するこ
とを特徴とする請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項５】 上記光吸収領域により光電流を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項６】 上記光吸収領域が半導体により形成され
たことを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8047644A JPH09246586A (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8047644A JPH09246586A (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09246586A true JPH09246586A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=12780964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8047644A Pending JPH09246586A (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09246586A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100512846B1 (ko) * | 2002-10-24 | 2005-09-07 | 전자부품연구원 | 포토디텍터의 제조방법 |
| JP2019219672A (ja) * | 2019-08-05 | 2019-12-26 | デクセリアルズ株式会社 | 偏光板およびその製造方法 |
| JPWO2019097839A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | 光電変換素子および光電変換装置 |
-
1996
- 1996-03-05 JP JP8047644A patent/JPH09246586A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100512846B1 (ko) * | 2002-10-24 | 2005-09-07 | 전자부품연구원 | 포토디텍터의 제조방법 |
| JPWO2019097839A1 (ja) * | 2017-11-15 | 2020-12-03 | 株式会社カネカ | 光電変換素子および光電変換装置 |
| JP2019219672A (ja) * | 2019-08-05 | 2019-12-26 | デクセリアルズ株式会社 | 偏光板およびその製造方法 |
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