JPWO2019021362A1 - 端面入射型受光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
図1〜図3に示すように、端面入射型受光素子1は、半導体基板10の(100)面を上面11(第1の面)として、上面11近傍にi−InGaAs層12からなる光吸収領域を備えた受光部2を有し、この半導体基板10の上面11に基板電極14(n電極)と、受光部2のp型拡散領域19の上面に受光部電極15(p電極)を備えている。半導体基板10は半絶縁性のInP基板であるが、端面入射型受光素子1の用途等に応じてSi基板等、適宜基板材料を選択可能である。InP基板は、波長が1μmより長い赤外光に対して透明であり、InP基板に入射した1μmより長波長の赤外光はInP基板内を進行する。
図4に示すように、(100)面を主面(上面11)とする清浄な半導体基板10(半絶縁性InP基板)上に、順に第1n−InP層16、第2n−InP層17、i−InGaAs層12、第3n−InP層18を気相成長法等により成膜する。そして、図示を省略するが、第3n−InP層18の所定の領域が露出するように開口したマスク層(例えばシリコン窒化膜)を形成し、選択拡散法により例えば亜鉛を拡散させたp型拡散領域19を形成する。第1n−InP層16、第2n−InP層17、i−InGaAs層12、第3n−InP層18の厚さは夫々5μm、2μm、1μm、2μm程度であり、p型拡散領域19の幅は20μm程度である。
図3において入射光の入射位置を高さ方向及び水平方向(奥行き方向)にずらした場合に、入射光の受光部2への到達率(受光部到達率)をシミュレーションした結果を図10に示す。受光部2は、平面視にて1辺が20μmの矩形又は外径20μmの円形に従来より小さい面積に形成されているが、入射位置を受光部2の中心に入射する位置から高さ方向又は水平方向に±20μmずらした場合でも90%以上の高い受光部到達率が得られる。従って、受光部2が小さくても、凹面反射部4により集光して確実に入射光を受光部2に導くことができるので、受光部2の縮小により端面入射型受光素子1を高速化でき、この端面入射型受光素子1を搭載した受信モジュールに光ファイバの出力端を固定する際の位置合わせが容易になる。
2 受光部
3 平面反射部
4 凹面反射部
10 半導体基板
11 上面(第1の面)
21 下面(第2の面)
22 溝部
22a 第1傾斜面
23 凸状部
31 端面
42 V形溝部
42a 第3傾斜面
ため、受光部53を小さく形成すると受光面積が縮小して十分な受光量を得ることが困難になる。それ故、受光部53を小さくすることによる端面入射型受光素子50の高速化を図ることができない。また、受光部53を小さく形成すると、受信モジュールの組み立てばらつき等により光ファイバの出力端の固定位置にずれが生じた場合に、入射光の入射位置がずれるので受光量が一層低下する虞がある。
[0009]
本発明の目的は、高速動作可能な端面入射型受光素子を提供することである。
課題を解決するための手段
[0010]
請求項1の発明の端面入射型受光素子は、半導体基板の第1の面の近傍に形成された受光部と、前記第1の面に対向する前記半導体基板の第2の面に前記第2の面と直交する方向から視た平面視で円形に形成された部分球面状凹面反射部と、前記第1の面と前記第2の面の間に形成された平面反射部とを備え、前記平面反射部は、前記第1の面及び前記第2の面に垂直な前記半導体基板の端面に垂直に入射した入射光を前記部分球面状凹面反射部に向けて反射し、前記部分球面状凹面反射部は、前記平面反射部で反射した入射光を前記受光部に集光するように反射することを特徴としている。
[0011]
上記構成により、平面反射部は、半導体基板の端面に垂直に入射した入射光を第2の面の部分球面状凹面反射部に向けて反射し、部分球面状凹面反射部は、第1の面近傍の受光部に集光するように反射するので、受光量を確保しながら受光部を小さくすることができ、受光部の縮小により端面入射型受光素子の高速化が可能である。また、部分球面状凹面反射部は受光部に集光するので、入射光の入射位置のずれによる受光量の低下を抑えることができる。
[0012]
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記平面反射部は、前記第2の面に鋭角に連なることを特徴としている。
[0013]
上記構成により、平面反射部は、半導体基板の端面に入射した入射光を半導体基板の第2の面の凹面反射部に向けて反射することができる。
[0014]
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記平面反射部は、前記第1の面に鈍角に連なることを特徴としている。
の上面11に基板電極14(n電極)と、受光部2のp型拡散領域19の上面に受光部電極15(p電極)を備えている。半導体基板10は半絶縁性のInP基板であるが、端面入射型受光素子1の用途等に応じてSi基板等、適宜基板材料を選択可能である。InP基板は、波長が1μmより長い赤外光に対して透明であり、InP基板に入射した1μmより長波長の赤外光はInP基板内を進行する。
[0020]
上面11に対向する半導体基板10の下面21(第2の面)に開口された溝部22は、この下面21に夫々鋭角に連なる第1傾斜面22a及び第2傾斜面22bと半導体基板10の上面11及び下面21に略平行な頂面22cにより断面がダブテール形状に形成されている。ここでは、溝部22の受光部2に近い傾斜面を第1傾斜面22aとしている。第1傾斜面22a及び第2傾斜面22b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°程度の角度で交差する。
[0021]
半導体基板10の下面21には、さらに第1傾斜面22aの近傍に下方に向かって部分球面状に膨出状に形成された凸状部23を備えている。
[0022]
溝部22に対して凸状部23側の半導体基板10の上面11と下面21に略垂直な端面31は、溝部22が延びる方向に略平行に形成され、この端面31に光ファイバから出射される光が入射する。端面31は、入射光の端面31における散乱を防ぐため平坦に形成されている。また、この端面31は、入射光の反射を抑えるための反射防止膜を備えていてもよい。
[0023]
第1傾斜面22aと凸状部23は、入射光を反射するための誘電体膜24(例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等)及び金属膜25(例えば銀膜、金膜等)を備えて平面反射部3と部分球面状凹面反射部4を構成している。ここで、例えば波長が1.3μmの入射光に対してInP基板及びシリコン窒化膜の屈折率は夫々3.2及び2.0程度であり、スネルの法則により臨界角は37.3°程度になる。尚、前記部分球面状凹面反射部4は、下面21と直交する方向から視た平面視で円形に形成されている。
[0024]
図3に示すように端面31に入射し、上面11及び下面21に平行に進行する入射光の光軸は、平面反射部3に臨界角に近い入射角θ=35.3°程
4傾斜面42bは{111}面であり、第3傾斜面42aと第4傾斜面42bがなすV形溝部42の頂角は70.6°程度である。第3傾斜面42aは、入射光を反射するための誘電体膜44(例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等)及び金属膜45(例えば銀膜、金膜等)を有して平面反射部3を構成している。尚、誘電体膜44及び金属膜45を備えていない第3傾斜面42aを平面反射部3とすることも可能である。
[0039]
また、半導体基板10の下面21には、平面視にてV形溝部42と受光部2の間に下方に膨出状に形成された凸状部23が形成されている。この凸状部23は誘電体膜24と金属膜25を有し、上面に向かって凹面状に形成された部分球面状凹面反射部4を構成している。
[0040]
V形溝部42に対して受光部2側の半導体基板10の上面11と下面21に略垂直な端面31は、V形溝部42が延びる方向に略平行に形成された入射光の入射面である。
[0041]
V形溝部42は、実施例1の溝部22と同様の方法で半導体基板10の上面11に結晶面方位に依存した異方性を有する公知のエッチング液によりエッチングして形成される。但し、V形溝部42が延びる方向が実施例1の溝部22が延びる方向に直交することを考慮して受光部2と部分球面状凹面反射部4を配設する。こうして形成された端面入射型受光素子1Aは、実施例1の端面入射型受光素子1と同様に入射光を受光部2に集光して導入することができ、同等の効果を有する。
符号の説明
[0042]
1,1A 端面入射型受光素子
2 受光部
3 平面反射部
4 部分球面状凹面反射部
10 半導体基板
11 上面(第1の面)
21 下面(第2の面)
Claims (3)
- 端面入射型受光素子において、
半導体基板の第1の面の近傍に形成された受光部と、前記第1の面に対向する前記半導体基板の第2の面に形成された凹面反射部と、前記第1の面と前記第2の面の間に形成された平面反射部とを備え、
前記平面反射部は、前記第1の面及び前記第2の面に垂直な前記半導体基板の端面に入射した入射光を前記凹面反射部に向けて反射し、
前記凹面反射部は、前記平面反射部で反射した入射光を前記受光部に集光するように反射することを特徴とする端面入射型受光素子。 - 前記平面反射部は、前記第2の面に鋭角に連なることを特徴とする請求項1に記載の端面入射型受光素子。
- 前記平面反射部は、前記第1の面に鈍角に連なることを特徴とする請求項1に記載の端面入射型受光素子。
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