JPH11163383A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH11163383A JPH11163383A JP9323442A JP32344297A JPH11163383A JP H11163383 A JPH11163383 A JP H11163383A JP 9323442 A JP9323442 A JP 9323442A JP 32344297 A JP32344297 A JP 32344297A JP H11163383 A JPH11163383 A JP H11163383A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
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- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体受光素子の入射光に対する結合効率
と、周波数特性とを向上する。 【解決手段】 基板２０の上に形成された受光部３０の
受光面３１には、溝３２が形成されると共に、Ｓｉ3 Ｎ
4 の膜３３がコーティングされている。膜３３は、受光
部３０中の光吸収層よりも屈折率が小さく、かつ、光ル
ミネセンス波長が短い材質で構成されている。溝３２に
より、光ＯＰを入射する光吸収層の面積が増加して結合
効率が向上する。さらに、膜３３によって光ＯＰがその
光吸収層に導波されるので、電荷密度が光吸収層で局部
的に増加することが防止され、周波数特性が向上する。
と、周波数特性とを向上する。 【解決手段】 基板２０の上に形成された受光部３０の
受光面３１には、溝３２が形成されると共に、Ｓｉ3 Ｎ
4 の膜３３がコーティングされている。膜３３は、受光
部３０中の光吸収層よりも屈折率が小さく、かつ、光ル
ミネセンス波長が短い材質で構成されている。溝３２に
より、光ＯＰを入射する光吸収層の面積が増加して結合
効率が向上する。さらに、膜３３によって光ＯＰがその
光吸収層に導波されるので、電荷密度が光吸収層で局部
的に増加することが防止され、周波数特性が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１μｍ帯域の光通
信等に用いられる平面実装用の側面光入射型の半導体受
光素子に関するものである。
信等に用いられる平面実装用の側面光入射型の半導体受
光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されたものがあった。 文献；特開平７−２０２２６３号公報 図２は、従来の側面光入射型半導体受光素子の基本構成
を示す断面図であり、図３は、従来の文献に示された半
導体受光素子を示す斜視図である。側面光入射型の半導
体受光素子は、半導体基板１１に積層されたｎ型バッフ
ァ層１２、ｉ型光吸収層１３及びｐ型キャップ層１４か
らなるｐｉｎ接合エピウエハから作製される。その積層
構造が適宜な形状に形成されることにより、半導体基板
１１上に受光部１５が形成される。受光部１５の１側面
が、半導体基板１１に垂直な受光面１６になっている。
該受光部１５のｐ型キャップ層１４上に電極１７が形成
され、基板１１の裏面にも電極１８が形成されている。
ｎ型バッファ層１２、ｉ型光吸収層１３及びｐ型キャッ
プ層１４が積層されたエピウエハを用いて作製した側面
光入射型の受光素子では、光が素子内部のｉ型光吸収層
１３にまで導波されないので、光の結合効率を改善でき
ないばかりか、該ｉ型光吸収層１３の受光面１６近傍の
みでの電荷密度が高くなり、バッファ層１２またはキャ
ップ層１４を介して抽出される信号の周波数劣化が起き
る。これを解消するために、光を素子内部のｉ型光吸収
層１３に導波する導波路を設けた導波路構造にすること
も考えられるが、導波路構造を採用することは、半導体
受光素子の製造コストが極めて高くなり、実用的でなく
なる。文献１では、この半導体受光素子の結合効率を改
善するために、受光部１５の受光面１６を例えば図３の
ように湾曲面とし、受光面１６に対してｉ型光吸収層が
露出する面積を広げている。
例えば次のような文献に記載されたものがあった。 文献；特開平７−２０２２６３号公報 図２は、従来の側面光入射型半導体受光素子の基本構成
を示す断面図であり、図３は、従来の文献に示された半
導体受光素子を示す斜視図である。側面光入射型の半導
体受光素子は、半導体基板１１に積層されたｎ型バッフ
ァ層１２、ｉ型光吸収層１３及びｐ型キャップ層１４か
らなるｐｉｎ接合エピウエハから作製される。その積層
構造が適宜な形状に形成されることにより、半導体基板
１１上に受光部１５が形成される。受光部１５の１側面
が、半導体基板１１に垂直な受光面１６になっている。
該受光部１５のｐ型キャップ層１４上に電極１７が形成
され、基板１１の裏面にも電極１８が形成されている。
ｎ型バッファ層１２、ｉ型光吸収層１３及びｐ型キャッ
プ層１４が積層されたエピウエハを用いて作製した側面
光入射型の受光素子では、光が素子内部のｉ型光吸収層
１３にまで導波されないので、光の結合効率を改善でき
ないばかりか、該ｉ型光吸収層１３の受光面１６近傍の
みでの電荷密度が高くなり、バッファ層１２またはキャ
ップ層１４を介して抽出される信号の周波数劣化が起き
る。これを解消するために、光を素子内部のｉ型光吸収
層１３に導波する導波路を設けた導波路構造にすること
も考えられるが、導波路構造を採用することは、半導体
受光素子の製造コストが極めて高くなり、実用的でなく
なる。文献１では、この半導体受光素子の結合効率を改
善するために、受光部１５の受光面１６を例えば図３の
ように湾曲面とし、受光面１６に対してｉ型光吸収層が
露出する面積を広げている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
図３の半導体受光素子では、次のような課題があった。
受光面１６を例えば湾曲面とし、該受光面１６でｉ型光
吸収層が露出する面積を広げて結合効率の改善を図って
いるが、それでも結合効率がまだ低い上に、周波数劣化
についても技術的に満足できるものではなかった。
図３の半導体受光素子では、次のような課題があった。
受光面１６を例えば湾曲面とし、該受光面１６でｉ型光
吸収層が露出する面積を広げて結合効率の改善を図って
いるが、それでも結合効率がまだ低い上に、周波数劣化
についても技術的に満足できるものではなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第１の発明は、ｎ型導電型或いはＰ
型導電型のいずれかの第１の導電型または絶縁性の半導
体基板の表面に形成された第１の導電型のバッファ層、
そのバッファ層上に形成され、入射された光を吸収して
電荷を発生する光吸収層、及び光吸収層上に形成され、
第１の導電型とは異なる第２の導電型のキャップ層を有
する受光部と、半導体基板の裏面または表面に前記バッ
ファ層と接続された状態で配置された第１の電極と、キ
ャップ層の上面に配置された第２の電極とを備え、その
受光部の複数の側面のうちの１つの側面を光の受光面と
し、光吸収層の電荷に対応する信号を第１の電極または
第２の電極を介して出力する半導体受光素子において、
次のような溝及び膜を設けている。その溝は、受光面に
垂直方向に形成されたものである。膜は、光吸収層より
も屈折率が小さくかつ材質に固有の光ルミネセンス波長
が光吸収層よりも短い材料で構成され、少なくとも溝の
表面にコーティングされたものである。
に、本発明のうちの第１の発明は、ｎ型導電型或いはＰ
型導電型のいずれかの第１の導電型または絶縁性の半導
体基板の表面に形成された第１の導電型のバッファ層、
そのバッファ層上に形成され、入射された光を吸収して
電荷を発生する光吸収層、及び光吸収層上に形成され、
第１の導電型とは異なる第２の導電型のキャップ層を有
する受光部と、半導体基板の裏面または表面に前記バッ
ファ層と接続された状態で配置された第１の電極と、キ
ャップ層の上面に配置された第２の電極とを備え、その
受光部の複数の側面のうちの１つの側面を光の受光面と
し、光吸収層の電荷に対応する信号を第１の電極または
第２の電極を介して出力する半導体受光素子において、
次のような溝及び膜を設けている。その溝は、受光面に
垂直方向に形成されたものである。膜は、光吸収層より
も屈折率が小さくかつ材質に固有の光ルミネセンス波長
が光吸収層よりも短い材料で構成され、少なくとも溝の
表面にコーティングされたものである。
【０００５】第２の発明は、ｎ型導電型或いはＰ型導電
型のいずれかの第１の導電型または絶縁性の半導体基板
の表面に形成された該第１の導電型のバッファ層、その
バッファ層上に形成され、入射された光を吸収して電荷
を発生する光吸収層、及び光吸収層上に形成され、第１
の導電型とは異なる第２の導電型のキャップ層を有する
受光部と、半導体基板の裏面または半導体基板の表面に
前記バッファ層と接続された状態で配置された第１の電
極と、キャップ層の上面に配置された第２の電極とを備
え、その受光部の複数の側面のうちの１つの側面を光の
受光面とし、光吸収層の電荷に対応する信号を第１の電
極または第２の電極を介して出力する半導体受光素子に
おいて、次のような構成にしている。即ち、受光面に垂
直方向に形成された溝を設けている。そして、受光部の
キャップ層における溝の側面及び奥部に対応する部分
を、裾がその溝の内側に方向に広がったメサ面に形成し
ている。
型のいずれかの第１の導電型または絶縁性の半導体基板
の表面に形成された該第１の導電型のバッファ層、その
バッファ層上に形成され、入射された光を吸収して電荷
を発生する光吸収層、及び光吸収層上に形成され、第１
の導電型とは異なる第２の導電型のキャップ層を有する
受光部と、半導体基板の裏面または半導体基板の表面に
前記バッファ層と接続された状態で配置された第１の電
極と、キャップ層の上面に配置された第２の電極とを備
え、その受光部の複数の側面のうちの１つの側面を光の
受光面とし、光吸収層の電荷に対応する信号を第１の電
極または第２の電極を介して出力する半導体受光素子に
おいて、次のような構成にしている。即ち、受光面に垂
直方向に形成された溝を設けている。そして、受光部の
キャップ層における溝の側面及び奥部に対応する部分
を、裾がその溝の内側に方向に広がったメサ面に形成し
ている。
【０００６】第３の発明は、ｎ型導電型或いはＰ型導電
型のいずれかの第１の導電型または絶縁性の半導体基板
の表面に形成され、半導体基板と同じ該第１の導電型の
バッファ層、そのバッファ層上に形成され、入射された
光を吸収して電荷を発生する光吸収層、及び光吸収層上
に形成され、第１の導電型とは異なる第２の導電型のキ
ャップ層を有する受光部と、半導体基板の裏面または半
導体基板の表面にバッファ層と接続された状態で配置さ
れた第１の電極と、キャップ層の上面に配置された第２
の電極とを備え、受光部が樹脂で封止され、受光部の複
数の側面のうちの１つの側面を光の受光面とし、光吸収
層の電荷に対応する信号を第１の電極または第２の電極
を介して出力する半導体受光素子において、次のような
溝及び導波路を設けている。その溝は、第１の発明と同
様に、受光面に垂直方向に形成されたものである。導波
路は、その樹脂よりも屈折率が小さい材料で構成され、
溝に埋め込まれたものである。第４の発明は、第１〜第
３の発明における溝を、受光部の受光面の中心に形成し
ている。
型のいずれかの第１の導電型または絶縁性の半導体基板
の表面に形成され、半導体基板と同じ該第１の導電型の
バッファ層、そのバッファ層上に形成され、入射された
光を吸収して電荷を発生する光吸収層、及び光吸収層上
に形成され、第１の導電型とは異なる第２の導電型のキ
ャップ層を有する受光部と、半導体基板の裏面または半
導体基板の表面にバッファ層と接続された状態で配置さ
れた第１の電極と、キャップ層の上面に配置された第２
の電極とを備え、受光部が樹脂で封止され、受光部の複
数の側面のうちの１つの側面を光の受光面とし、光吸収
層の電荷に対応する信号を第１の電極または第２の電極
を介して出力する半導体受光素子において、次のような
溝及び導波路を設けている。その溝は、第１の発明と同
様に、受光面に垂直方向に形成されたものである。導波
路は、その樹脂よりも屈折率が小さい材料で構成され、
溝に埋め込まれたものである。第４の発明は、第１〜第
３の発明における溝を、受光部の受光面の中心に形成し
ている。
【０００７】第１の発明によれば、以上のように半導体
受光素子を構成したので、外部から与えられた光は受光
部の受光面と到達に達する。受光面に到達した光は、受
光面の光吸収層に吸収され、溝に到達した光は、その溝
にコーティングされた膜によって光吸収層に導波され
る。第２の発明によれば、キャップ層から入射した光
は、メサ面により屈折し、受光部の内側の光吸収層に入
射される。第３の発明によれば、外部から与えられた光
は、樹脂で屈折を受けた上で受光面と溝に埋め込まれた
導波路に到達する。導波路は到達した光を屈折させて溝
の側壁に導き、該光がその側壁の光吸収層に入射され
る。第４の発明によれば、半導体受光素子に光を与える
光ファイバ等の調心を、溝に対して行えば、溝近傍が最
も結合効率が高いので、自動的に理想的な調心ができる
ことになる。従って、前記課題を解決できるのである。
受光素子を構成したので、外部から与えられた光は受光
部の受光面と到達に達する。受光面に到達した光は、受
光面の光吸収層に吸収され、溝に到達した光は、その溝
にコーティングされた膜によって光吸収層に導波され
る。第２の発明によれば、キャップ層から入射した光
は、メサ面により屈折し、受光部の内側の光吸収層に入
射される。第３の発明によれば、外部から与えられた光
は、樹脂で屈折を受けた上で受光面と溝に埋め込まれた
導波路に到達する。導波路は到達した光を屈折させて溝
の側壁に導き、該光がその側壁の光吸収層に入射され
る。第４の発明によれば、半導体受光素子に光を与える
光ファイバ等の調心を、溝に対して行えば、溝近傍が最
も結合効率が高いので、自動的に理想的な調心ができる
ことになる。従って、前記課題を解決できるのである。
【０００８】
【発明の実施の形態】第１の実施形態 図１は、本発明の第１の実施形態を示す半導体受光素子
の斜視図である。この半導体受光素子は、例えば図２の
構成のエピウエハから作製された側面光入射型の素子で
あり、半導体基板２０の表面に形成された受光部３０及
び支柱４０を備えている。これら受光部３０と支柱４０
とは、同一のプロセスによって形成されたものであり、
同様の積層構造を構成になっている。基板２０の裏面に
は、バイアス用の第１の電極２１が配置され、受光部３
０の上面には、第２の電極２２が配置されている。支柱
４０は、この半導体受光素子の上部を下にして実装可能
にするために設けられたものであり、受光部３０及び支
柱４０の上面の高さは、同じに揃えられている。受光部
３０を上から見た形状は、例えば矩形であり、該受光部
３０の１側面が、光ＯＰが入射される受光面３１になっ
ている。受光面３１の中心には、凹状の溝３２が垂直方
向に形成されている。受光部３０の側面及び溝３２と基
板２０の表面の一部とには、薄い膜３３がコーティング
されている。
の斜視図である。この半導体受光素子は、例えば図２の
構成のエピウエハから作製された側面光入射型の素子で
あり、半導体基板２０の表面に形成された受光部３０及
び支柱４０を備えている。これら受光部３０と支柱４０
とは、同一のプロセスによって形成されたものであり、
同様の積層構造を構成になっている。基板２０の裏面に
は、バイアス用の第１の電極２１が配置され、受光部３
０の上面には、第２の電極２２が配置されている。支柱
４０は、この半導体受光素子の上部を下にして実装可能
にするために設けられたものであり、受光部３０及び支
柱４０の上面の高さは、同じに揃えられている。受光部
３０を上から見た形状は、例えば矩形であり、該受光部
３０の１側面が、光ＯＰが入射される受光面３１になっ
ている。受光面３１の中心には、凹状の溝３２が垂直方
向に形成されている。受光部３０の側面及び溝３２と基
板２０の表面の一部とには、薄い膜３３がコーティング
されている。
【０００９】図４（ａ）〜（ｄ）は、図１の半導体受光
素子の製造工程を示す斜視図であり、従来の図２中と共
通する要素には共通の符号が付されている。図４（ａ）
の工程において、第１の導電型のｎ+ −ＩｎＰの半導体
基板１１に、ｎ−ＩｎＰのバッファ層１２、ｎ- −Ｉｎ
ＧａＡｓＰの光吸収層１３、及び第２の導電型のｐ+ −
ＩｎＰのキャップ層１４が、順に結晶成長法によって積
層される。図４（ｂ）の工程において、ｐ+ −ＩｎＰの
キャップ層１４の上に受光素子形成予定領域に、図示し
ないマスクパタンを形成しておき、該パタンをマスクと
してｎ−ＩｎＰ、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ、及びｐ+ −Ｉ
ｎＰをエッチング可能なエッチング液で、半導体基板１
１が露出するまで、エッチングする。エッチング液とし
ては、例えばＨＢｒ：Ｈ2 Ｏ2 ：ＨＣＬ：Ｈ2 Ｏ（＝５
０：１０：１００：１００）の混合液が用いられる。こ
のエッチングにより、図１の基板２０上の、溝３２を含
む受光部３０及び支柱４０が形成される。図４（ｃ）の
工程では、Ｓｉ3 Ｎ4 の膜３３が、受光面３１及び溝３
２での厚さがλ／４ｎ（ただし、λは光ＯＰの波長、ｎ
はＳｉ3 Ｎ4 の屈折率）となるように、コーティングさ
れる。Ｓｉ3 Ｎ4 の屈折率ｎは約１．９であり、ｎ- −
ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３の屈折率よりも小さく、
かつ、材質固有の光ルミネセンス波長が該光吸収層１３
よりも短い。図４（ｄ）の工程では、ｐ+ −ＩｎＰのキ
ャップ層１４の上に（Ａｕ／ＡｕＺｎ＋Ｔｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕ）からなる陰極用の電極２２を形成し、ｎ+ −ＩｎＰ
の半導体基板１１の裏面に、（ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ＋Ｃ
ｒ／Ａｕ）からなる陽極用の電極２１を形成し、図１の
半導体受光素子を作製する。
素子の製造工程を示す斜視図であり、従来の図２中と共
通する要素には共通の符号が付されている。図４（ａ）
の工程において、第１の導電型のｎ+ −ＩｎＰの半導体
基板１１に、ｎ−ＩｎＰのバッファ層１２、ｎ- −Ｉｎ
ＧａＡｓＰの光吸収層１３、及び第２の導電型のｐ+ −
ＩｎＰのキャップ層１４が、順に結晶成長法によって積
層される。図４（ｂ）の工程において、ｐ+ −ＩｎＰの
キャップ層１４の上に受光素子形成予定領域に、図示し
ないマスクパタンを形成しておき、該パタンをマスクと
してｎ−ＩｎＰ、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ、及びｐ+ −Ｉ
ｎＰをエッチング可能なエッチング液で、半導体基板１
１が露出するまで、エッチングする。エッチング液とし
ては、例えばＨＢｒ：Ｈ2 Ｏ2 ：ＨＣＬ：Ｈ2 Ｏ（＝５
０：１０：１００：１００）の混合液が用いられる。こ
のエッチングにより、図１の基板２０上の、溝３２を含
む受光部３０及び支柱４０が形成される。図４（ｃ）の
工程では、Ｓｉ3 Ｎ4 の膜３３が、受光面３１及び溝３
２での厚さがλ／４ｎ（ただし、λは光ＯＰの波長、ｎ
はＳｉ3 Ｎ4 の屈折率）となるように、コーティングさ
れる。Ｓｉ3 Ｎ4 の屈折率ｎは約１．９であり、ｎ- −
ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３の屈折率よりも小さく、
かつ、材質固有の光ルミネセンス波長が該光吸収層１３
よりも短い。図４（ｄ）の工程では、ｐ+ −ＩｎＰのキ
ャップ層１４の上に（Ａｕ／ＡｕＺｎ＋Ｔｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕ）からなる陰極用の電極２２を形成し、ｎ+ −ＩｎＰ
の半導体基板１１の裏面に、（ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ＋Ｃ
ｒ／Ａｕ）からなる陽極用の電極２１を形成し、図１の
半導体受光素子を作製する。
【００１０】図５は、光の入射を示す説明図であり、こ
の図５を参照しつつ、図１の半導体受光素子の動作を説
明する。図１の半導体受光素子では、外部から与えられ
た入射光ＯＰが、受光面３１及び該受光面３１に形成さ
れた溝３２に到達する。溝３２により、ｎ- −ＩｎＧａ
ＡｓＰの光吸収層１３の受光面積が増加しており、入射
光ＯＰとの結合効率が高くなっている。受光面３１に到
達した光ＯＰは、受光面３１のｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの
光吸収層１３の表面近傍に吸収される。さらに、Ｓｉ3
Ｎ4 の膜３３がコーティングされているので、溝３２に
到達した光ＯＰは、Ｓｉ3 Ｎ4 の膜３３の屈折率ｎがｎ
- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３よりも小さく、光ル
ミネセンス波長が短いので、溝３２の側壁３２ａ及び奥
３２ｂのＳｉ3 Ｎ4 の膜３３を介してｎ- −ＩｎＧａＡ
ｓＰの光吸収層１３に導波される。この光ＯＰの導波に
より、光の局所的な吸収が防止される。光ＯＰを吸収し
たｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３には、キャリア
となる電荷が発生し、該電荷に対応する信号が電極２２
を介して出力される。ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層
１３では、光の吸収が局所的でないので、電荷密度が局
所的に増加せず、溝３２での結合効率が高まると共に、
出力信号における周波数特性が向上する。
の図５を参照しつつ、図１の半導体受光素子の動作を説
明する。図１の半導体受光素子では、外部から与えられ
た入射光ＯＰが、受光面３１及び該受光面３１に形成さ
れた溝３２に到達する。溝３２により、ｎ- −ＩｎＧａ
ＡｓＰの光吸収層１３の受光面積が増加しており、入射
光ＯＰとの結合効率が高くなっている。受光面３１に到
達した光ＯＰは、受光面３１のｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの
光吸収層１３の表面近傍に吸収される。さらに、Ｓｉ3
Ｎ4 の膜３３がコーティングされているので、溝３２に
到達した光ＯＰは、Ｓｉ3 Ｎ4 の膜３３の屈折率ｎがｎ
- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３よりも小さく、光ル
ミネセンス波長が短いので、溝３２の側壁３２ａ及び奥
３２ｂのＳｉ3 Ｎ4 の膜３３を介してｎ- −ＩｎＧａＡ
ｓＰの光吸収層１３に導波される。この光ＯＰの導波に
より、光の局所的な吸収が防止される。光ＯＰを吸収し
たｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３には、キャリア
となる電荷が発生し、該電荷に対応する信号が電極２２
を介して出力される。ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層
１３では、光の吸収が局所的でないので、電荷密度が局
所的に増加せず、溝３２での結合効率が高まると共に、
出力信号における周波数特性が向上する。
【００１１】図６（ａ）〜（ｆ）は、受光部３０の全体
及び断面形状を示す図である。受光部３０の形状におい
て、受光面３１に形成された溝３２の側面及び奥の面に
対応する部分の受光部３０の側面に、メサ面を形成した
ときの外観が図６（ａ）であり、メサ面を形成しない場
合の外観が図６（ｄ）である。図６（ａ）の受光部３０
をＡ−Ａ方向に切断した断面とＢ−Ｂ方向に切断した断
面は、同図（ｂ）及び（ｃ）となる。図６（ｄ）の受光
部３０をＡ−Ａ方向に切断した断面とＢ−Ｂ方向に切断
した断面は、同図（ｅ）及び（ｆ）となる。溝３２に相
当する部分の受光部３０の側面をメサ面に形成すると、
ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３より上のｐ+ −Ｉ
ｎＰのキャップ層１４に入射された光ＯＰが、図６
（ｂ），（ｃ）のように、メサ面で屈折されてｎ- −Ｉ
ｎＧａＡｓＰの光吸収層１３に到達する。つまり、ｎ-
−ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３の実効的な受光面積
が、図６（ｅ），（ｆ）のようにメサ面を形成しない場
合よりも増加する。また、このようなメサ面を採用する
ことにより、例えば入射光ＯＰの光軸のずれによっての
受光の中心が上下方向にずれた場合でも、結合損失が少
なくなるので、トレランス特性も向上する。
及び断面形状を示す図である。受光部３０の形状におい
て、受光面３１に形成された溝３２の側面及び奥の面に
対応する部分の受光部３０の側面に、メサ面を形成した
ときの外観が図６（ａ）であり、メサ面を形成しない場
合の外観が図６（ｄ）である。図６（ａ）の受光部３０
をＡ−Ａ方向に切断した断面とＢ−Ｂ方向に切断した断
面は、同図（ｂ）及び（ｃ）となる。図６（ｄ）の受光
部３０をＡ−Ａ方向に切断した断面とＢ−Ｂ方向に切断
した断面は、同図（ｅ）及び（ｆ）となる。溝３２に相
当する部分の受光部３０の側面をメサ面に形成すると、
ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３より上のｐ+ −Ｉ
ｎＰのキャップ層１４に入射された光ＯＰが、図６
（ｂ），（ｃ）のように、メサ面で屈折されてｎ- −Ｉ
ｎＧａＡｓＰの光吸収層１３に到達する。つまり、ｎ-
−ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３の実効的な受光面積
が、図６（ｅ），（ｆ）のようにメサ面を形成しない場
合よりも増加する。また、このようなメサ面を採用する
ことにより、例えば入射光ＯＰの光軸のずれによっての
受光の中心が上下方向にずれた場合でも、結合損失が少
なくなるので、トレランス特性も向上する。
【００１２】以上のように、この第１の実施形態では、
次のような利点が得られる。 （ｉ） 受光部３０の受光面３１に溝３２を形成すると
共に、Ｓｉ3 Ｎ4 の膜３３をコーティングしたので、ｎ
- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３での電荷密度が局所
的に増加することを抑制でき、出力信号における周波数
劣化を防止できると共に、結合効率が向上できる。よっ
て、安価なエピウエハでも、技術的に周波数特性を満足
できる側面光入射型の半導体受光素子を構成することが
できる。 （ii） 受光部３０の溝３２に対応する部分に、メサ面
を形成することにより、さらに、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ
の光吸収層１３での電荷密度が局所的に増加することを
確実に抑制でき、出力信号における周波数劣化を防止で
きると共に、結合効率が向上できる。よって、安価なエ
ピウエハでも、周波数特性を技術的に満足できる側面光
入射型の半導体受光素子を構成することができる。 （iii) 受光部３０の受光面３１の中心に溝３２を形成
したので、受光面３１の中心が最も結合効率が高くな
り、光軸の調心の際に、他の場所の結合効率の良いとこ
ろを捜す必要がなくなる。つまり、半導体受光素子にお
ける実装コストを低減できる。
次のような利点が得られる。 （ｉ） 受光部３０の受光面３１に溝３２を形成すると
共に、Ｓｉ3 Ｎ4 の膜３３をコーティングしたので、ｎ
- −ＩｎＧａＡｓＰの光吸収層１３での電荷密度が局所
的に増加することを抑制でき、出力信号における周波数
劣化を防止できると共に、結合効率が向上できる。よっ
て、安価なエピウエハでも、技術的に周波数特性を満足
できる側面光入射型の半導体受光素子を構成することが
できる。 （ii） 受光部３０の溝３２に対応する部分に、メサ面
を形成することにより、さらに、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ
の光吸収層１３での電荷密度が局所的に増加することを
確実に抑制でき、出力信号における周波数劣化を防止で
きると共に、結合効率が向上できる。よって、安価なエ
ピウエハでも、周波数特性を技術的に満足できる側面光
入射型の半導体受光素子を構成することができる。 （iii) 受光部３０の受光面３１の中心に溝３２を形成
したので、受光面３１の中心が最も結合効率が高くな
り、光軸の調心の際に、他の場所の結合効率の良いとこ
ろを捜す必要がなくなる。つまり、半導体受光素子にお
ける実装コストを低減できる。
【００１３】第２の実施形態 図７は、本発明の第２の実施形態を示す半導体受光素子
の斜視図であり、図１中と共通する要素には共通の符号
が付されている。この半導体受光素子の特徴は、受光部
３０の受光面３１に形成された溝３２に、導波路となる
シリコーン５０を埋込んだことであり、他の構成は図１
と同様になっている。シリコーン５０は、例えば、屈折
率ｎが１．４の東芝シリコーン社製のＴＳＥ３０３３２
が用いられる。図８（ａ）〜（ｃ）は、図７のシリコー
ン５０の機能を説明する平面図である。半導体受光素子
に光ＯＰを導入するシングルモード光ファイバ５１から
放射する光ＯＰは、図８（ａ）のように大気中に広が
り、すべての光ＯＰを受光部３０の受光面３１に取り入
れることができない場合がある。そこで、例えば屈折率
が１．５４程度のエポキシ樹脂５２で、図８（ｂ）のよ
うに、受光部３０を封止する。エポキシ樹脂５２の封止
によって、光ＯＰが広がらずに集束する。ところが、こ
のように、エポキシ樹脂５２で受光部３０を封止した場
合には、逆に、溝３２に入る光ＯＰの強度が強くなるの
で、光吸収層１３での電荷密度が局所的に増加し、周波
数劣化を引き起こす可能性がある。溝３２に導波路５０
を埋め込んだ半導体受光素子では、エポキシ樹脂５２よ
りもシリコーン５０の方が屈折率が小さいので、図８
（ｃ）のように、溝３２に集束した光ＯＰが、溝３２全
体に広がる。その結果、光吸収層１３での電荷密度が局
所的に増加することが防止される。以上のように、この
第２の実施形態では、エポキシ樹脂５２で受光部３０が
封止される半導体受光素子において、溝３２に、そのエ
ポキシ樹脂５２よりも屈折率の小さいシリコーン５０を
埋め込んだので、受光部３０の溝３２に対応する部分で
の、光吸収層１３の電荷密度が局部的に増加することが
防止でき、周波数劣化が抑制できる。
の斜視図であり、図１中と共通する要素には共通の符号
が付されている。この半導体受光素子の特徴は、受光部
３０の受光面３１に形成された溝３２に、導波路となる
シリコーン５０を埋込んだことであり、他の構成は図１
と同様になっている。シリコーン５０は、例えば、屈折
率ｎが１．４の東芝シリコーン社製のＴＳＥ３０３３２
が用いられる。図８（ａ）〜（ｃ）は、図７のシリコー
ン５０の機能を説明する平面図である。半導体受光素子
に光ＯＰを導入するシングルモード光ファイバ５１から
放射する光ＯＰは、図８（ａ）のように大気中に広が
り、すべての光ＯＰを受光部３０の受光面３１に取り入
れることができない場合がある。そこで、例えば屈折率
が１．５４程度のエポキシ樹脂５２で、図８（ｂ）のよ
うに、受光部３０を封止する。エポキシ樹脂５２の封止
によって、光ＯＰが広がらずに集束する。ところが、こ
のように、エポキシ樹脂５２で受光部３０を封止した場
合には、逆に、溝３２に入る光ＯＰの強度が強くなるの
で、光吸収層１３での電荷密度が局所的に増加し、周波
数劣化を引き起こす可能性がある。溝３２に導波路５０
を埋め込んだ半導体受光素子では、エポキシ樹脂５２よ
りもシリコーン５０の方が屈折率が小さいので、図８
（ｃ）のように、溝３２に集束した光ＯＰが、溝３２全
体に広がる。その結果、光吸収層１３での電荷密度が局
所的に増加することが防止される。以上のように、この
第２の実施形態では、エポキシ樹脂５２で受光部３０が
封止される半導体受光素子において、溝３２に、そのエ
ポキシ樹脂５２よりも屈折率の小さいシリコーン５０を
埋め込んだので、受光部３０の溝３２に対応する部分で
の、光吸収層１３の電荷密度が局部的に増加することが
防止でき、周波数劣化が抑制できる。
【００１４】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
ず種々の変形が可能である。その変形例としては、例え
ば次のようなものがある。 （１） 図９は、図１の変形構造を示す斜視図である。
第１及び第２の実施形態では、ｎ+ −ＩｎＰの半導体基
板２０に半導体受光素子を形成し、電極２１を該基板２
０の裏面に配置した例を説明しているが、例えば図９の
ように、絶縁性の基板６０に半導体受光素子を形成する
ことも可能である。基板６０として、例えばＦｅ−Ｉｎ
Ｐのウエハを用い、この基板６０上に受光部３０を形成
すると共に、該受光部３０からバッファ層１２を延長さ
せて形成する。そして、そのバッファ層１２上に電極２
１を形成する。このようにすると、図９のように基板６
０の表面側に電極２１が配置された構造になる。電極２
１が基板６０の表面側に配置された構造では、光吸収層
１３から電極２１までの距離が近づくので、高速化が可
能になる。 （２） 第１の実施形態で示したメサ面は、キャップ層
１４のみに形成してもよく、このようしても第１の実施
形態と同様の効果を奏する。 （３） 図２のエピウエハの組成は、第１及び第２の実
施形態に限定されるものではなく、他の組成のものも適
用可能である。
ず種々の変形が可能である。その変形例としては、例え
ば次のようなものがある。 （１） 図９は、図１の変形構造を示す斜視図である。
第１及び第２の実施形態では、ｎ+ −ＩｎＰの半導体基
板２０に半導体受光素子を形成し、電極２１を該基板２
０の裏面に配置した例を説明しているが、例えば図９の
ように、絶縁性の基板６０に半導体受光素子を形成する
ことも可能である。基板６０として、例えばＦｅ−Ｉｎ
Ｐのウエハを用い、この基板６０上に受光部３０を形成
すると共に、該受光部３０からバッファ層１２を延長さ
せて形成する。そして、そのバッファ層１２上に電極２
１を形成する。このようにすると、図９のように基板６
０の表面側に電極２１が配置された構造になる。電極２
１が基板６０の表面側に配置された構造では、光吸収層
１３から電極２１までの距離が近づくので、高速化が可
能になる。 （２） 第１の実施形態で示したメサ面は、キャップ層
１４のみに形成してもよく、このようしても第１の実施
形態と同様の効果を奏する。 （３） 図２のエピウエハの組成は、第１及び第２の実
施形態に限定されるものではなく、他の組成のものも適
用可能である。
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、受光部の受光面に垂直方向に形成された溝
と、該受光部の光吸収層よりも屈折率が小さく、かつ材
質に固有の光ルミネセンス波長がその光吸収層よりも短
い材料で構成され、少なくとも溝の表面にコーティング
された膜とを設けたので、光吸収層での光の結合効率が
向上すると共に、光吸収層での電荷密度が局部的に増加
することを防止でき、周波数特性が向上する。よって、
安価なエピウエハでも、周波数特性のよい半導体受光素
子を構成することができる。第２の発明によれば、受光
面に垂直方向に形成された溝を設け、受光部のキャップ
層における溝の側面及び奥部に対応する部分を、裾が溝
の内側に方向に広がったメサ面に形成したので、光吸収
層での光の結合効率が向上すると共に、光吸収層での電
荷密度が局部的に増加することを防止でき、周波数特性
が向上する。よって、安価なエピウエハでも、周波数特
性のよい半導体受光素子を構成することができる。第３
の発明によれば、受光部が樹脂で封止される半導体受光
素子に、溝に埋め込まれた導波路を設けたので、溝に入
射された光が広がり、光吸収層での電荷密度が局部的に
増加することを防止でき、周波数特性が向上する。第４
の発明によれば、溝を、受光部の受光面の中心に形成し
たので、半導体受光素子の実装コストを低減することが
可能になる。
によれば、受光部の受光面に垂直方向に形成された溝
と、該受光部の光吸収層よりも屈折率が小さく、かつ材
質に固有の光ルミネセンス波長がその光吸収層よりも短
い材料で構成され、少なくとも溝の表面にコーティング
された膜とを設けたので、光吸収層での光の結合効率が
向上すると共に、光吸収層での電荷密度が局部的に増加
することを防止でき、周波数特性が向上する。よって、
安価なエピウエハでも、周波数特性のよい半導体受光素
子を構成することができる。第２の発明によれば、受光
面に垂直方向に形成された溝を設け、受光部のキャップ
層における溝の側面及び奥部に対応する部分を、裾が溝
の内側に方向に広がったメサ面に形成したので、光吸収
層での光の結合効率が向上すると共に、光吸収層での電
荷密度が局部的に増加することを防止でき、周波数特性
が向上する。よって、安価なエピウエハでも、周波数特
性のよい半導体受光素子を構成することができる。第３
の発明によれば、受光部が樹脂で封止される半導体受光
素子に、溝に埋め込まれた導波路を設けたので、溝に入
射された光が広がり、光吸収層での電荷密度が局部的に
増加することを防止でき、周波数特性が向上する。第４
の発明によれば、溝を、受光部の受光面の中心に形成し
たので、半導体受光素子の実装コストを低減することが
可能になる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す半導体受光素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図２】従来の側面光入射型半導体受光素子の基本構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】従来の文献に示された半導体受光素子を示す斜
視図である。
視図である。
【図４】図１の半導体受光素子の製造工程を示す斜視図
である。
である。
【図５】光の入射を示す説明図である。
【図６】受光部の全体及び断面形状を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す半導体受光素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図８】図７のシリコーン５０の機能を説明する平面図
である。
である。
【図９】図１の変形構造を示す斜視図である。
１１，２０，６０ 半導体基板 １２ バッファ層 １３ 光吸収層 １４ キャップ層 ２１，２２ 電極 ３０ 受光部 ３１ 受光面 ３２ 溝 ３３ 膜 ５０ シリコーン（導波路） ５１ ファイバ ５２ エポキシ樹脂 ＯＰ 光
Claims (4)
- 【請求項１】 ｎ型導電型或いはＰ型導電型のいずれか
の第１の導電型または絶縁性の半導体基板の表面に形成
された該第１の導電型のバッファ層、前記バッファ層上
に形成され、入射された光を吸収して電荷を発生する光
吸収層、及び前記光吸収層上に形成され、前記第１の導
電型とは異なる第２の導電型のキャップ層を有する受光
部と、 前記半導体基板の裏面または該半導体基板の表面に前記
バッファ層と接続された状態で配置された第１の電極
と、 前記キャップ層の上面に配置された第２の電極とを備
え、 前記受光部の複数の側面のうちの１つの側面を前記光の
受光面とし、前記電荷に対応する信号を前記第１の電極
または第２の電極を介して出力する半導体受光素子にお
いて、 前記受光面に垂直方向に形成された溝と、 前記光吸収層よりも屈折率が小さくかつ材質に固有の光
ルミネセンス波長が該光吸収層よりも短い材料で構成さ
れ、少なくとも前記溝の表面にコーティングされた膜と
を、設けたことを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】 ｎ型導電型或いはＰ型導電型のいずれか
の第１の導電型または絶縁性の半導体基板の表面に形成
された該第１の導電型のバッファ層、前記バッファ層上
に形成され、入射された光を吸収して電荷を発生する光
吸収層、及び前記光吸収層上に形成され、前記第１の導
電型とは異なる第２の導電型のキャップ層を有する受光
部と、 前記半導体基板の裏面または該半導体基板の表面に前記
バッファ層と接続された状態で配置された第１の電極
と、 前記キャップ層の上面に配置された第２の電極と、 前記受光部の複数の側面のうちの１つの側面を前記光の
受光面とし、前記電荷に対応する信号を前記第１の電極
または第２の電極を介して出力する半導体受光素子にお
いて、 前記受光面に垂直方向に形成された溝を設け、 前記受光部の前記キャップ層における前記溝の側面及び
奥部に対応する部分は、裾が該溝の内側に方向に広がっ
たメサ面に形成したことを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項３】 ｎ型導電型或いはＰ型導電型のいずれか
の第１の導電型または絶縁性の半導体基板の表面に形成
された該第１の導電型のバッファ層、前記バッファ層上
に形成され、入射された光を吸収して電荷を発生する光
吸収層、及び前記光吸収層上に形成され、前記第１の導
電型とは異なる第２の導電型のキャップ層を有する受光
部と、 前記半導体基板の裏面または該半導体基板の表面に前記
バッファ層と接続された状態で配置された第１の電極
と、 前記キャップ層の上面に配置された第２の電極と、 前記受光部を封止する樹脂とを備え、 前記受光部の複数の側面のうちの１つの側面を前記光の
受光面とし、前記電荷に対応する信号を前記第１の電極
または第２の電極を介して出力する半導体受光素子にお
いて、 前記受光面に垂直方向に形成された溝と、 前記樹脂よりも屈折率が小さい材料で構成され、前記溝
に埋め込まれた導波路とを、設けたことを特徴とする半
導体受光素子。 - 【請求項４】 前記溝は、前記受光部の受光面の中心に
形成したことを特徴とする請求項１、２または３記載の
半導体受光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9323442A JPH11163383A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 半導体受光素子 |
| US09/124,071 US6194771B1 (en) | 1997-11-25 | 1998-07-29 | Semiconductor light-receiving device having sloped groove in light receiving surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9323442A JPH11163383A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11163383A true JPH11163383A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18154720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9323442A Withdrawn JPH11163383A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 半導体受光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6194771B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11163383A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4284634B2 (ja) * | 1999-10-29 | 2009-06-24 | 富士通株式会社 | 半導体受光装置 |
| JP5742344B2 (ja) * | 2011-03-20 | 2015-07-01 | 富士通株式会社 | 受光素子、光受信器及び光受信モジュール |
| US10700233B2 (en) * | 2017-10-04 | 2020-06-30 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University | Photodetector for detecting incoming infrared light |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3150999A (en) * | 1961-02-17 | 1964-09-29 | Transitron Electronic Corp | Radiant energy transducer |
| US4698129A (en) * | 1986-05-01 | 1987-10-06 | Oregon Graduate Center | Focused ion beam micromachining of optical surfaces in materials |
| EP0410067B1 (en) * | 1989-07-27 | 1993-09-22 | International Business Machines Corporation | Integrated semiconductor diode laser and photodiode structure |
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