WO2020213436A1 - 受光装置および光受信器 - Google Patents

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WO2020213436A1 PCT/JP2020/015362 JP2020015362W WO2020213436A1 WO 2020213436 A1 WO2020213436 A1 WO 2020213436A1 JP 2020015362 W JP2020015362 W JP 2020015362W WO 2020213436 A1 WO2020213436 A1 WO 2020213436A1
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light
semiconductor layer
layer
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史人 中島
松崎　秀昭
友輝 山田
允洋 名田
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light receiving device and an optical receiver composed of a plurality of light receiving elements.
  • Non-Patent Document 1 With the recent increase in communication capacity in data centers, etc., signal light is multiplexed and transmitted in optical communication.
  • an optical filter for demultiplexing light and a photodiode that converts light into electricity are integrated in the optical receiver (see Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 a planar type silica optical waveguide (Silica PLC), which is a waveguide type optical filter, is used as an optical filter, and a lens array (Micro-lens array) and a sub are used on the light emitting end face.
  • a photodiode array (4-ch PD array) mounted on a flip chip is adhered to a carrier (Subcareer) (see FIG. 5).
  • a surface-type photodiode having excellent mass productivity is used because it can be manufactured at low cost.
  • a configuration in which light is incident perpendicularly to a light receiving surface of a surface-type photodiode is adopted.
  • a groove is formed on the substrate on the side of the region where the photodiode is formed to provide a slope reflecting portion (total reflection mirror), and the photodiode is formed.
  • a technique in which light incident from the back surface side of the substrate is reflected by a slope reflecting portion, and light is incident on the light absorption layer from an oblique direction see Patent Document 1.
  • the light incident on the light absorption layer from an oblique direction is reflected by the reflection layer formed by the upper electrode formed on the upper part of the element, is incident on the light absorption layer again, and is emitted to the outside of the element portion.
  • an array chip in which a plurality of surface-type photodiodes are arranged is used as an optical receiver for optical communication in which signal light is multiplexed.
  • a plurality of surface-type photodiodes are arranged and used in this way and an oblique reflection portion is provided on the side of the element, there is an advantage that the sensitivity is improved, but the following problems occur. That is, there is a problem that the signal light emitted to the outside of the element portion after being reflected by the slope reflecting portion and incident on the light absorption layer is incident on the light absorption layer of another element to cause crosstalk.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to suppress crosstalk in a light receiving device in which a plurality of surface-type photodiodes are arranged.
  • the light receiving device includes a plurality of light receiving elements arranged in a row on a substrate, a first reflecting surface formed on the substrate extending in the arrangement direction with a row of the plurality of light receiving elements interposed therebetween.
  • Each of the plurality of light receiving elements is provided with a second reflecting surface, and is composed of a first semiconductor layer made of a first conductive type semiconductor formed on a substrate and a semiconductor formed on the first semiconductor layer.
  • a second semiconductor layer composed of a light absorbing layer, a second conductive type semiconductor formed on the light absorbing layer, a reflective layer formed on the second semiconductor layer, and a second semiconductor layer connected to the second semiconductor layer.
  • each of the first reflecting surface and the second reflecting surface is the main surface of a substrate on which a light receiving element is formed.
  • the light receiving device is formed on a plurality of light receiving elements arranged in a row on a substrate and a substrate on the side of a row of the plurality of light receiving elements extending in the arrangement direction of the plurality of light receiving elements. It is provided with a reflective surface and an inverted mesa groove formed on a substrate between a plurality of light receiving elements adjacent to each other in the arrangement direction, and each of the plurality of light receiving elements is a first conductive type semiconductor formed on the substrate.
  • a first semiconductor layer composed of a first semiconductor layer, a light absorption layer made of a semiconductor formed on the first semiconductor layer, a second semiconductor layer made of a second conductive type semiconductor formed on the light absorption layer, and a second semiconductor layer.
  • the reflective surface is composed of a back surface incident type photodiode having a reflective layer formed on the two semiconductor layers, a first electrode connected to the second semiconductor layer, and a second electrode connected to the first semiconductor layer.
  • the main surface of the substrate and the reflective surface in the region where the light receiving element is formed are composed of slopes forming one plane formed from the main surface of the substrate on which the light receiving element is formed to the back surface side of the substrate.
  • the angle formed is an blunt angle, and the cross section perpendicular to the arrangement direction of the inverted mesa grooves has a shape that widens toward the bottom surface of the inverted mesa grooves.
  • the first electrode is made of metal and is formed on the second semiconductor layer, and the reflection layer is made of the first electrode.
  • the reflective layer is composed of a metal layer formed on the second semiconductor layer via a dielectric layer.
  • the optical receiver according to the present invention includes any of the above-mentioned light receiving devices and an optical component that emits light incident from the substrate side toward the first reflecting surface, and the optical component is from the substrate side. It is incident toward the first reflecting surface, reflected by the first reflecting surface and passes through the light absorbing layer, reflected by the reflecting layer and passed through the light absorbing layer, and reflected by the second reflecting surface from the side of the substrate. It is located outside the optical path of the emitted light.
  • the reflective surface extending in the arrangement direction of the plurality of light receiving elements is formed on the substrate, crosstalk between the arranged light receiving elements can be suppressed.
  • FIG. 1A is a plan view showing the configuration of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the light receiving device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a partial configuration of an optical receiver in which the light receiving device according to the embodiment of the present invention is used.
  • FIG. 3A is a plan view showing the configuration of the light receiving device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing the configuration of the light receiving device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view showing the configuration of the light receiving device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a partial configuration of another optical receiver in which the light receiving device according to the embodiment of the present invention is used.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram described in Non-Patent Document 1.
  • FIG. 1B shows a cross section of the aa'line of FIG. 1A.
  • This light receiving device is formed on the substrate 101 by a plurality of light receiving elements 102 arranged in a row on the main surface of the substrate 101 and extending in the arrangement direction with the rows of the plurality of light receiving elements 102 interposed therebetween. It includes a reflecting surface 103 and a second reflecting surface 104. An antireflection film 105 is formed on the back surface of the substrate 101.
  • the light receiving element 102 includes a first semiconductor layer 121 made of a first conductive semiconductor formed on the substrate 101, a light absorbing layer 122 made of a semiconductor formed on the first semiconductor layer 121, and light absorption.
  • a second semiconductor layer 123 made of a second conductive type semiconductor formed on the layer 122 is provided.
  • the light receiving element 102 includes a first electrode 124 connected to the second semiconductor layer 123 and a second electrode 125 connected to the first semiconductor layer 121.
  • a reflection layer formed by the first electrode 124 made of metal is arranged on the second semiconductor layer 123.
  • the first electrode 124 may be formed on the second semiconductor layer 123 via a dielectric layer (not shown), and a reflective layer may be formed of these.
  • the light receiving element 102 is a so-called backside incident type photodiode.
  • the substrate 101 is composed of InP
  • the first semiconductor layer 121 is composed of n-type InP
  • the light absorption layer 122 is composed of InGaAs
  • the second semiconductor layer 123 is composed of p-type InGaAs.
  • the first conductive type described above becomes an n-type
  • the second conductive type becomes a p-type.
  • the light absorption layer 122 and the second semiconductor layer 123 are patterned in a desired shape, a part of the first semiconductor layer 121 is exposed in the plane direction, and the second electrode 125 is formed in this exposed region. ..
  • the light absorption layer 122 and the second semiconductor layer 123 are formed in a cylindrical shape having a diameter of about 22 ⁇ m.
  • the first semiconductor layer 121 is formed in a cylindrical shape having a diameter of about 25 ⁇ m.
  • lead-out wirings are connected to the first electrode 124 and the second electrode 125, respectively.
  • each of the first reflecting surface 103 and the second reflecting surface 104 is composed of slopes forming one plane formed from the main surface of the substrate 101 on which the light receiving element 102 is formed to the back surface side of the substrate 101. ing. Further, the angle formed by the main surface of the substrate 101 in the region where the light receiving element 102 is formed and each of the first reflecting surface 103 and the second reflecting surface 104 is an obtuse angle.
  • V-grooves 106 extending in the arrangement direction of the plurality of light receiving elements 102 on the substrate 101, this slope can be used as the first reflecting surface 103.
  • V-grooves 107 extending in the arrangement direction of the plurality of light receiving elements 102 on the substrate 101, this slope can be used as the second reflecting surface 104.
  • the V-groove 106 and the V-groove 107 sandwich a plurality of arranged light receiving elements 102 and are formed parallel to the arrangement direction thereof.
  • a V-groove can be formed by forming the substrate 101 with an InP having a surface orientation of the main surface of (001) or a surface equivalent to this surface.
  • a resist pattern having a rectangular opening in a plan view is formed on the substrate 101 by a known photolithography technique at a portion of the substrate 101 where the V-groove 106 and the V-groove 107 are formed.
  • wet etching is performed using an etching solution such as a mixed solution of brom and methanol.
  • This etching is so-called crystalline anisotropic etching, and as the etching progresses, the surface of the (111) A surface, which is difficult to be etched, appears and an inclined surface is formed.
  • the angle of the inclined surface is about 54.7 ° with respect to the main surface of the substrate 101 which is the (001) surface.
  • Each of the first reflecting surface 103 and the second reflecting surface 104 formed in this way has an angle formed by the main surface of the substrate 101 in the region where the light receiving element 102 is formed, which is about 125.3 °. ..
  • the above-mentioned processing may be performed so that the extending directions of the V-groove 106 and the V-groove 107 are parallel to the orientation flat of the substrate 101 made of InP.
  • the signal light 151 transmitted from the back surface of the substrate 101 through the antireflection film 105 is reflected by the first reflection surface 103, passes through the light absorption layer 122, and is reflected by the reflection layer by the first electrode 124.
  • the signal light 151 reflected by the reflection layer passes through the light absorption layer 122 again. Therefore, in the first embodiment, for example, when a signal light having a wavelength of 1.55 ⁇ m is incident on the light absorption layer 122 having a thickness of 400 nm, the coupling efficiency is ideally about 40% in the case of vertical incident. The binding efficiency can be improved to about 80%.
  • the signal light 151 that could not be absorbed is emitted to the outside from the light absorption layer 122.
  • the light that is not absorbed by the light absorbing layer 122 and is transmitted is reflected by the second reflecting surface 104, and is emitted from the back surface of the substrate 101 through the antireflection film 105.
  • the light transmitted through the light absorption layer 122 without being absorbed by the light absorption layer 122 is emitted from the back surface of the substrate, so that the light does not enter the other light receiving element 102. , Does not cause crosstalk.
  • the light receiving device is used as an optical receiver in combination with an optical component that emits light incident on the first reflecting surface 103 from the side of the substrate 101.
  • the optical component is incident from the side of the substrate 101 toward the first reflecting surface 103, is reflected by the first reflecting surface 103, passes through the light absorbing layer 122, is reflected by the reflecting layer, and passes through the light absorbing layer 122 again. After that, it is arranged in a path other than the optical path of the light reflected by the second reflecting surface 104 and emitted from the side of the substrate 101.
  • the optical receiver comprises the light receiving device according to the first embodiment, for example, a planar silica optical waveguide 202 as an optical component fixed on a pedestal 201, a lens array, and the like, as shown in FIG.
  • An optical system 203 or the like as an optical component is combined.
  • the signal light 151 emitted from the planar silica optical waveguide 202, passing through the optical system 203, and incident from the substrate 101 side toward the first reflecting surface 103 is received by the light receiving device.
  • the signal light 151 is incident from the back surface side of the substrate 101, is received by the light receiving element 102, and the signal light 151 that is not absorbed is emitted from the back surface side of the substrate 101.
  • a light receiving device composed of a substrate 101 on which a plurality of light receiving elements 102 are formed is, for example, a photodiode chip on carrier (PDCoC) mounted on a subcarrier (not shown) by flip chip. ..
  • PDC photodiode chip on carrier
  • the light receiving sensitivity varies depending on the ratio of the TM mode component and the TE mode component of the signal light 151. Yield may be reduced when sensitivity is used as a quality judgment criterion.
  • the mode ratio of the above-mentioned polarization component is controlled by the structure of the emission end of the waveguide type optical filter. Therefore, the above-mentioned problem does not occur.
  • the first reflecting surface 103 and the second reflecting surface 104 extend on the substrate 101 in the arrangement direction with the rows of the plurality of light receiving elements 102 interposed therebetween. Since it is formed, crosstalk between the arranged light receiving elements 102 can be suppressed.
  • FIGS. 3A, 3B, and 3C show a cross section of the bb'line of FIG. 3A, and FIG. 3C shows a cross section of the cc'line of FIG. 3A.
  • This light receiving device includes a plurality of light receiving elements 102 arranged in a row on the main surface of the substrate 301, and a reflecting surface 303 formed on the substrate 301 extending in the arrangement direction of the rows of the plurality of light receiving elements 102.
  • a reverse mesa groove 307 formed in a substrate 301 between a plurality of light receiving elements 102 adjacent to each other in the arrangement direction is provided.
  • the light receiving element 102 is the same as that of the first embodiment.
  • the antireflection film 105 is formed on the back surface of the substrate 301.
  • the substrate 301 is composed of InP as in the first embodiment.
  • the reflecting surface 303 is composed of a slope forming one plane formed from the main surface of the substrate 301 on which the light receiving element 102 is formed to the back surface side of the substrate 301. Further, the angle formed by the main surface of the substrate 301 in the region where the light receiving element 102 is formed and the reflecting surface 303 is an obtuse angle.
  • V-grooves 306 extending in the arrangement direction of the plurality of light receiving elements 102 on the substrate 301, this slope can be used as the reflecting surface 303.
  • the V-groove 306 is formed parallel to the arrangement direction of the plurality of light receiving elements 102.
  • the formation of the V-groove 306 is the same as that of the V-groove 106 and the V-groove 107 of the first embodiment described above.
  • the cross section perpendicular to the arrangement direction of the inverted mesa groove 307 has a shape that widens toward the bottom surface of the inverted mesa groove 307.
  • the inverted mesa groove 307 can be formed at the same time as the V groove 306.
  • the side surface 304 of the inverted mesa groove 307 extends in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light receiving elements 102. Therefore, the extending direction of the side surface 304 is orthogonal to the extending direction of the reflecting surface 303. Further, the angle formed by the main surface of the substrate 101 in the region where the light receiving element 102 is formed and the side surface 304 adjacent to the light receiving element 102 is an acute angle.
  • the substrate 301 is composed of an InP having a surface orientation of the main surface (001) or a surface equivalent to this surface, and a V-groove 306 is formed in the same manner as in the first embodiment, thereby simultaneously performing a reverse mesa.
  • a groove 307 can be formed.
  • a resist pattern having a rectangular opening in a plan view is formed on the substrate 301 by a known photolithography technique at a portion of the substrate 301 where the V groove 106 and the inverted mesa groove 307 are formed.
  • wet etching is performed using an etching solution such as a mixed solution of brom and methanol.
  • This etching is crystalline anisotropic etching, and as the etching progresses, the surface of the (111) A surface, which is difficult to be etched, appears and an inclined surface is formed.
  • the angle of the inclined surface is about 54.7 ° with respect to the main surface of the substrate 101 which is the (001) surface.
  • the angle formed by the first reflecting surface 103 formed in this way with the main surface of the substrate 101 in the region where the light receiving element 102 is formed is about 125.3 °.
  • the angle formed by the side surface 304 with the main surface of the substrate 101 in the region where the adjacent light receiving elements 102 are formed is about 54.7 °.
  • the above-mentioned processing may be performed so that the extending direction of the V-groove 106 is parallel to the orientation flat of the substrate 101 made of InP and the extending direction of the inverted mesa groove 307 is perpendicular to the orientation flat.
  • the reverse mesa groove 307 can be formed at the same time as the V groove 106 and under the same conditions, and no new process is required to form the reverse mesa groove 307, so that the cost does not increase.
  • the signal light 151 transmitted from the back surface of the substrate 301 through the antireflection film 105 is reflected by the reflection surface 303, passes through the light absorption layer 122, and is reflected by the first electrode 124. Reflects on.
  • the signal light 151 reflected by the reflection layer passes through the light absorption layer 122 again. Therefore, even in the second embodiment, for example, when a signal light having a wavelength of 1.55 ⁇ m is incident on the light absorption layer 122 having a thickness of 400 nm, the coupling efficiency is ideally about 40% in the case of vertical incident.
  • the binding efficiency can be improved to about 80%.
  • the signal light 151 that could not be absorbed is emitted to the outside from the light absorption layer 122.
  • the light that is not absorbed by the light absorbing layer 122 and is transmitted is emitted from the end face 301a of the substrate 301 formed parallel to the arrangement direction of the plurality of light receiving elements 102.
  • the end face 301a can be formed from, for example, a side surface formed by cutting the substrate 301. The light emitted from the end face 301a does not enter the other light receiving element 102 and does not cause crosstalk.
  • the signal light 151 that has reached the end face 301a is reflected without passing through the end face 301a.
  • the reflected signal light 151 may cause optical crosstalk incident on the other light receiving element 102.
  • the signal light reflected by the end surface 301a and directed to the other light receiving element 102 is reflected by the side surface 304 and emitted from the back surface of the substrate 301. Therefore, it does not enter the other light receiving element 102 and does not cause crosstalk.
  • the reflecting surface 303 is formed on the substrate 301 so as to extend in the arrangement direction of the rows of the plurality of light receiving elements 102, and is adjacent to each other in the arrangement direction. Since the inverted mesa groove 307 is formed on the substrate 301 between the light receiving elements 102, crosstalk between the arranged light receiving elements 102 can be suppressed.
  • the light receiving device can also be used as an optical receiver in combination with an optical component.
  • the signal light 151 emitted from the planar type silica optical waveguide 202 fixed on the pedestal 201 and passed through the optical system 203a formed on the back surface of the substrate 101 is received by the light receiving device.
  • the optical system 203a can be composed of a lens shape formed on the back surface of the substrate 101.
  • the optical system 203a can be regarded as a part of the light receiving device or as an optical component incorporated in the light receiving device. Even in this case, the optical component is arranged in a path other than the optical path of the emitted light 152 emitted from the light receiving device.
  • the light receiving element 102 can also be composed of a well-known avalanche photodiode.
  • the reflective surface extending in the arrangement direction of the plurality of light receiving elements is formed on the substrate, crosstalk between the arranged light receiving elements can be suppressed. ..

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Abstract

基板（１０１）の主表面上に１列に配列された複数の受光素子（１０２）と、複数の受光素子（１０２）の列を挟んで配列方向に延在して基板（１０１）に形成された第１反射面（１０３）および第２反射面（１０４）とを備える。第１反射面（１０３）および第２反射面（１０４）の各々は、受光素子（１０２）が形成されている基板（１０１）の主表面から基板（１０１）の裏面側にかけて形成された１つの平面を形成する斜面から構成されている。

Description

受光装置および光受信器
　本発明は、複数の受光素子から構成された受光装置および光受信器に関する。
　データセンタなどにおける近年の通信容量の増大に伴い、光通信では信号光を多重化して信号を伝送している。このような信号伝送に対応するため、光受信器においては、光を逆多重化するための光フィルタと、光を電気に変換するフォトダイオードとが集積されている（非特許文献１参照）。
　非特許文献１には、光フィルタとして、導波路型光フィルタであるプレーナ型シリカ光導波路（Silica PLC）が使用されており、この光出射端面に、レンズアレイ（Micro-lens array）と、サブキャリア（Subcareer）にフリップチップ実装されたフォトダイオードアレイ（4-ch PD array）が接着されている（図５参照）。この技術では、低コストに作製できるため、量産性に優れた面型のフォトダイオードが用いられている。また、上述した技術では、面型のフォトダイオードの受光面に対して垂直に光が入射される構成を採用している。
　さらなる通信の大容量化のためには、光信号のボーレートを大きくする必要があり、フォトダイオードも高速化が必要である。フォトダイオードの高速化の技術の１つとして、光吸収層を薄くして、受光で発生したキャリアの走行時間を短縮する方法がある。しかしながら、光吸収層を薄くすると、受光感度の低下を招くため、高速性と受光感度はトレードオフの関係にある。
　上述したフォトダイオードにおけるトレードオフの問題を改善ために、フォトダイオードが形成されている領域の側部の基板に、溝を形成して斜面反射部（全反射ミラー）を設け、フォトダイオードが形成されている基板の裏面側から入射した光を斜面反射部で反射させ、光吸収層に斜め方向から光を入射させる技術がある（特許文献１参照）。この技術では、光吸収層に斜め方向から入射した光は、素子上部に形成された上部電極による反射層で反射し、再度、光吸収層に入射し、素子部の外へ出射する。
特許第３５８９８７８号公報
S. Tsunashima et al., "Silica-based, compact and variable-opticalattenuator integrated coherent receiver with stable optoelectronic coupling system", Optics Express, vol. 20, no. 24, pp. 27174-27179, 2012.
　前述の通り、信号光を多重化している光通信の光受信器には、複数の面型のフォトダイオードを配列したアレイチップ（受光装置）が用いられている。このように複数の面型のフォトダイオードを配列して用いる場合で、素子の側部に斜面反射部を設けようとする場合、感度が向上する利点があるが、次に示す問題が発生する。すなわち、斜面反射部で反射されて光吸収層に入射したあと、素子部の外へ出射した信号光が、他の素子の光吸収層に入射してクロストークが生じるという問題である。
　本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複数の面型のフォトダイオードを配列した受光装置におけるクロストークの抑制を目的とする。
　本発明に係る受光装置は、基板の上に１列に配列された複数の受光素子と、複数の受光素子の列を挟んで配列方向に延在して基板に形成された第１反射面および第２反射面とを備え、複数の受光素子の各々は、基板の上に形成された第１導電型の半導体からなる第１半導体層と、第１半導体層の上に形成された半導体からなる光吸収層と、光吸収層の上に形成された第２導電型の半導体からなる第２半導体層と、第２半導体層の上に形成された反射層と、第２半導体層に接続する第１電極と、第１半導体層に接続する第２電極とを備える裏面入射型フォトダイオードから構成され、第１反射面および第２反射面の各々は、受光素子が形成されている基板の主表面から基板の裏面側にかけて形成された１つの平面を形成する斜面から構成され、受光素子が形成されている領域の基板の主表面と、第１反射面および第２反射面の各々とのなす角は、鈍角とされている。
　本発明に係る受光装置は、基板の上に１列に配列された複数の受光素子と、複数の受光素子の配列方向に延在して複数の受光素子の列の側方の基板に形成された反射面と、配列方向に隣り合う複数の受光素子の間の基板に形成された逆メサ溝とを備え、複数の受光素子の各々は、基板の上に形成された第１導電型の半導体からなる第１半導体層と、第１半導体層の上に形成された半導体からなる光吸収層と、光吸収層の上に形成された第２導電型の半導体からなる第２半導体層と、第２半導体層の上に形成された反射層と、第２半導体層に接続する第１電極と、第１半導体層に接続する第２電極とを備える裏面入射型フォトダイオードから構成され、反射面は、受光素子が形成されている基板の主表面から基板の裏面側にかけて形成された１つの平面を形成する斜面から構成され、受光素子が形成されている領域の基板の主表面と反射面とのなす角は、鈍角とされ、逆メサ溝の配列方向に垂直な断面は、逆メサ溝の底面に行くほど幅拡の形状を有する。
　上記受光装置の一構成例において、第１電極は、金属から構成されて第２半導体層の上に形成され、反射層は、第１電極から構成されている。
　上記受光装置の一構成例において、反射層は、第２半導体層の上に誘電体層を介して形成された金属層から構成されている。
　本発明に係る光受信器は、上述したいずれかの受光装置と、基板の側から第１反射面に向けて入射する光が出射される光部品とを備え、光部品は、基板の側から第１反射面に向けて入射し、第１反射面で反射して光吸収層を通過し、反射層で反射して光吸収層を通過し、第２反射面で反射して基板の側から出射する光の光路以外に配置されている。
　以上説明したように、本発明によれば、複数の受光素子の配列方向に延在する反射面を基板に形成したので、配列されている受光素子の間におけるクロストークが抑制できる。
図１Ａは、本発明の実施の形態１における受光装置の構成を示す平面図である。 図１Ｂは、本発明の実施の形態１における受光装置の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態における受光装置が用いられる光受信器の一部構成を示す構成図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態２における受光装置の構成を示す平面図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態２における受光装置の構成を示す断面図である。 図３Ｃは、本発明の実施の形態２における受光装置の構成を示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態における受光装置が用いられる他の光受信器の一部構成を示す構成図である。 図５は、非特許文献１に記載されている説明図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る受光装置について説明する。
［実施の形態１］
　はじめに、本発明の実施の形態１に係る受光装置について、図１Ａ，図１Ｂを参照して説明する。なお、図１Ｂは、図１Ａのａａ’線の断面を示している。
　この受光装置は、基板１０１の主表面上に１列に配列された複数の受光素子１０２と、複数の受光素子１０２の列を挟んで配列方向に延在して基板１０１に形成された第１反射面１０３および第２反射面１０４とを備える。また、基板１０１の裏面には、反射防止膜１０５が形成されている。
　受光素子１０２は、基板１０１の上に形成された第１導電型の半導体からなる第１半導体層１２１と、第１半導体層１２１の上に形成された半導体からなる光吸収層１２２と、光吸収層１２２の上に形成された第２導電型の半導体からなる第２半導体層１２３とを備える。また、受光素子１０２は、第２半導体層１２３に接続する第１電極１２４と、第１半導体層１２１に接続する第２電極１２５とを備える。また、受光素子１０２は、金属から構成された第１電極１２４による反射層を第２半導体層１２３の上に配置している。また、第２半導体層１２３の上に誘電体層（不図示）を介して第１電極１２４を形成し、これらで反射層を構成することもできる。受光素子１０２は、いわゆる裏面入射型フォトダイオードである。
　例えば、基板１０１は、ＩｎＰから構成され、第１半導体層１２１は、ｎ型のＩｎＰから構成され、光吸収層１２２は、ＩｎＧａＡｓから構成され、第２半導体層１２３は、ｐ型のＩｎＧａＡｓから構成されている。これらの場合、上述した第１導電型がｎ型となり、第２導電型がｐ型となる。
　なお、光吸収層１２２および第２半導体層１２３は、所望とする形状にパターニングされ、一部の第１半導体層１２１は平面方向に露出し、この露出領域に第２電極１２５が形成されている。例えば、光吸収層１２２および第２半導体層１２３は、直径２２μｍ程度の円柱形状に形成されている。また、第１半導体層１２１は、直径２５μｍ程度の円柱形状に形成されている。また、図示せず省略しているが、第１電極１２４および第２電極１２５には、各々引き出し配線が接続されている。
　また、第１反射面１０３および第２反射面１０４の各々は、受光素子１０２が形成されている基板１０１の主表面から基板１０１の裏面側にかけて形成された１つの平面を形成する斜面から構成されている。また、受光素子１０２が形成されている領域の基板１０１の主表面と、第１反射面１０３，第２反射面１０４の各々とのなす角は、鈍角とされている。
　例えば、基板１０１に、複数の受光素子１０２の配列方向に延在するＶ溝１０６を形成することで、この斜面を第１反射面１０３とすることができる。同様に、基板１０１に複数の受光素子１０２の配列方向に延在するＶ溝１０７を形成することで、この斜面を第２反射面１０４とすることができる。Ｖ溝１０６およびＶ溝１０７は、配列されている複数の受光素子１０２を挾み、これらの配列方向に平行に形成する。
　例えば、基板１０１を主表面の面方位が（００１）面、またはこの面と等価な面としたＩｎＰから構成することで、Ｖ溝が形成できる。まず、基板１０１のＶ溝１０６，Ｖ溝１０７を形成する箇所に平面視矩形の開口を有するレジストパターンを、公知のフォトリソグラフィー技術により基板１０１の上に形成する。次に、このレジストパターンをマスクとし、ブロムとメタノールの混合液などによるエッチング液を用いてウエットエッチングする。
　このエッチングは、いわゆる結晶異方性エッチングであり、エッチングが進行するにつれ、エッチングされにくい（１１１）Ａ面の表面が現れ、傾斜面が形成される。この傾斜面の角度は、（００１）面である基板１０１の主表面に対して、約５４．７°となる。このようにして形成される第１反射面１０３，第２反射面１０４の各々は、受光素子１０２が形成されている領域の基板１０１の主表面とのなす角が、約１２５．３°となる。例えば、ＩｎＰからなる基板１０１のオリエンテーションフラットに対し、Ｖ溝１０６，Ｖ溝１０７の延在方向が平行となるように、上述した加工を実施すればよい。
　基板１０１の裏面から、反射防止膜１０５を透過して入射された信号光１５１は、第１反射面１０３で反射され、光吸収層１２２を透過し、第１電極１２４による反射層で反射する。この反射層で反射した信号光１５１は、再度、光吸収層１２２を透過する。従って、実施の形態１では、例えば厚さ４００ｎｍの光吸収層１２２に波長１．５５μｍの信号光を入射する場合、垂直入射であれば結合効率が理想的には約４０％であるところを、結合効率を約８０％に向上させることができる。
　なお、上述した結合効率が１００％には満たないことから、吸収できなかった信号光１５１は光吸収層１２２から外へ出射される。この、光吸収層１２２で吸収されず透過した光は、第２反射面１０４で反射され、基板１０１の裏面から反射防止膜１０５を透過して出射される。このように、実施の形態１によれば、光吸収層１２２で吸収されずに光吸収層１２２を透過した光は、基板裏面から放出されるため、他の受光素子１０２に入射することがなく、クロストークを生じさせることがない。
　実施の形態１に係る受光装置は、基板１０１の側から第１反射面１０３に向けて入射する光が出射される光部品と組み合わせて光受信器として用いられる。光部品は、基板１０１の側から第１反射面１０３に向けて入射し、第１反射面１０３で反射して光吸収層１２２を通過し、反射層で反射して光吸収層１２２を再度通過し、この後、第２反射面１０４で反射して基板１０１の側から出射する光の光路以外に配置されている。
　光受信器は、実施の形態１に係る受光装置に、例えば、図２に示されるように、台座２０１の上に固定された、光部品としてのプレーナ型シリカ光導波路２０２、レンズアレイなどからなる光部品としての光学系２０３などが組み合わされている。プレーナ型シリカ光導波路２０２から出射され、光学系２０３を通過し、基板１０１の側から第１反射面１０３に向けて入射する信号光１５１が、受光装置で受光される。信号光１５１は、基板１０１の裏面側から入射し、受光素子１０２で受光され、吸収されなかった信号光１５１が、基板１０１の裏面側から出射する。
　このような光受信器において、複数の受光素子１０２が形成されている基板１０１からなる受光装置は、例えば、図示しないサブキャリアにフリップチップ実装されてフォトダイオードチップオンキャリア（ＰＤＣｏＣ）とされている。光部品であるプレーナ型シリカ光導波路２０２、光学系２０３は、受光装置より出射される出射光１５２の光路以外に配置されている。
　ところで、第１反射面１０３で反射して基板１０１の平面に対して斜めに光吸収層１２２に入射した場合、信号光１５１のＴＭモード成分とＴＥモード成分との割合によって受光感度が変動し、感度を良否判断基準とする場合の歩留りを低下させる場合がある。しかしながら、非特許文献１に記載されているような導波路型光フィルタからの出射光が対象である場合、上述した偏光成分のモードの割合を、導波路型光フィルタの出射端の構造で制御できるため、上述したような問題が発生しない。
　以上に説明したように、実施の形態１によれば、第１反射面１０３および第２反射面１０４を、複数の受光素子１０２の列を挟んで配列方向に延在するように、基板１０１に形成したので、配列されている受光素子１０２の間におけるクロストークが抑制できるようになる。
［実施の形態２］
　次に、本発明の実施の形態２に係る受光装置について、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃを参照して説明する。なお、図３Ｂは、図３Ａのｂｂ’線の断面を示し、図３Ｃは、図３Ａのｃｃ’線の断面を示している。
　この受光装置は、基板３０１の主表面上に１列に配列された複数の受光素子１０２と、複数の受光素子１０２の列の配列方向に延在して基板３０１に形成された反射面３０３と、配列方向に隣り合う複数の受光素子１０２の間の基板３０１に形成された逆メサ溝３０７とを備える。受光素子１０２は、実施の形態１と同様である。また、実施の形態１と同様に、基板３０１の裏面には、反射防止膜１０５が形成されている。例えば、基板３０１は、実施の形態１と同様に、ＩｎＰから構成されている。
　また、反射面３０３は、受光素子１０２が形成されている基板３０１の主表面から基板３０１の裏面側にかけて形成された１つの平面を形成する斜面から構成されている。また、受光素子１０２が形成されている領域の基板３０１の主表面と、反射面３０３とのなす角は、鈍角とされている。
　例えば、基板３０１に、複数の受光素子１０２の配列方向に延在するＶ溝３０６を形成することで、この斜面を反射面３０３とすることができる。Ｖ溝３０６は、複数の受光素子１０２の配列方向に平行に形成する。Ｖ溝３０６の形成は、前述した実施の形態１のＶ溝１０６，Ｖ溝１０７と同様である。
　また、逆メサ溝３０７の配列方向に垂直な断面は、逆メサ溝３０７の底面に行くほど幅拡の形状を有する。逆メサ溝３０７は、Ｖ溝３０６と同時に形成することができる。逆メサ溝３０７の側面３０４は、複数の受光素子１０２の配列方向に垂直な方向に延在している。従って、側面３０４の延在方向は、反射面３０３の延在方向と互いに直交している。また、受光素子１０２が形成されている領域の基板１０１の主表面と、この受光素子１０２に隣り合う側面３０４とのなす角は、鋭角とされている。
　例えば、基板３０１を主表面の面方位が（００１）面、またはこの面と等価な面としたＩｎＰから構成し、実施の形態１と同様にしてＶ溝３０６を形成することで、同時に逆メサ溝３０７が形成できる。
　例えば、基板３０１のＶ溝１０６および逆メサ溝３０７を形成する箇所に平面視矩形の開口を有するレジストパターンを、公知のフォトリソグラフィー技術により基板３０１の上に形成する。次に、このレジストパターンをマスクとし、ブロムとメタノールの混合液などによるエッチング液を用いてウエットエッチングする。
　このエッチングは、結晶異方性エッチングであり、エッチングが進行するにつれ、エッチングされにくい（１１１）Ａ面の表面が現れ、傾斜面が形成される。この傾斜面の角度は、（００１）面である基板１０１の主表面に対して、約５４．７°となる。このようにして形成される第１反射面１０３は、受光素子１０２が形成されている領域の基板１０１の主表面とのなす角が、約１２５．３°となる。側面３０４は、隣り合う受光素子１０２が形成されている領域の基板１０１の主表面とのなす角が、約５４．７°となる。例えば、ＩｎＰからなる基板１０１のオリエンテーションフラットに対し、Ｖ溝１０６の延在方向が平行となり、逆メサ溝３０７の延在方向が垂直となるように、上述した加工を実施すればよい。
　逆メサ溝３０７は、Ｖ溝１０６と同時に、かつ同条件に形成することが可能であり、逆メサ溝３０７の形成のために新たな工程は不要であるため、高コストになることはない。
　実施の形態２において、基板３０１の裏面から、反射防止膜１０５を透過して入射された信号光１５１は、反射面３０３で反射され、光吸収層１２２を透過し、第１電極１２４による反射層で反射する。この反射層で反射した信号光１５１は、再度、光吸収層１２２を透過する。従って、実施の形態２でも、例えば厚さ４００ｎｍの光吸収層１２２に波長１．５５μｍの信号光を入射する場合、垂直入射であれば結合効率が理想的には約４０％であるところを、結合効率を約８０％に向上させることができる。
　また、上述した結合効率が１００％には満たないことから、吸収できなかった信号光１５１は光吸収層１２２から外へ出射される。この、光吸収層１２２で吸収されず透過した光は、複数の受光素子１０２の配列方向に平行に形成された基板３０１の端面３０１ａから出射される。端面３０１ａは例えば、基板３０１を切断することで形成した側面から構成することができる。端面３０１ａから出射した光は、他の受光素子１０２に入射することがなく、クロストークを生じさせることがない。
　ここで、端面３０１ａに到達した信号光１５１の一部は、端面３０１ａを透過せず反射する。この反射した信号光１５１が、他の受光素子１０２に入射した光クロストークを生じさせる可能性がある。これに対し、実施の形態２では、逆メサ溝３０７を設けたので、端面３０１ａで反射して他の受光素子１０２へ向かう信号光は、側面３０４で反射し、基板３０１の裏面から放出されるため、他の受光素子１０２に入射することがなく、クロストークを生じさせることがない。
　以上に説明したように、実施の形態２によれば、反射面３０３を、複数の受光素子１０２の列の配列方向に延在するように、基板３０１に形成し、また、配列方向に隣り合う受光素子１０２の間の基板３０１に逆メサ溝３０７を形成したので、配列されている受光素子１０２の間におけるクロストークが抑制できるようになる。
　なお、本発明に係る受光装置は、図４に示されるように、光部品と組み合わせて光受信器とすることもできる。この光受信器では、台座２０１の上に固定されたプレーナ型シリカ光導波路２０２から出射され、基板１０１の裏面に形成した光学系２０３ａを通過した信号光１５１が、受光装置で受光される。この例において、光学系２０３ａは、基板１０１の裏面に形成したレンズ形状から構成することができる。この場合、光学系２０３ａは、受光装置の一部として捉えることもでき、受光装置に組み込まれた光部品として捉えることもできる。この場合においても、光部品は、受光装置より出射される出射光１５２の光路以外に配置される。
　また、受光素子１０２は、よく知られたアバランシェフォトダイオードから構成することもできる。
　以上に説明したように、本発明によれば、複数の受光素子の配列方向に延在する反射面を基板に形成したので、配列されている受光素子の間におけるクロストークが抑制できるようになる。
　なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
　１０１…基板、１０２…受光素子、１０３…第１反射面、１０４…第２反射面、１０５…反射防止膜、１０６…Ｖ溝、１０７…Ｖ溝、１５１…信号光。

Claims (5)

  1. 　基板の上に１列に配列された複数の受光素子と、
    　前記複数の受光素子の列を挟んで配列方向に延在して前記基板に形成された第１反射面および第２反射面と
    　を備え、
    　前記複数の受光素子の各々は、
    　前記基板の上に形成された第１導電型の半導体からなる第１半導体層と、
    　前記第１半導体層の上に形成された半導体からなる光吸収層と、
    　前記光吸収層の上に形成された第２導電型の半導体からなる第２半導体層と、
    　前記第２半導体層の上に形成された反射層と、
    　前記第２半導体層に接続する第１電極と、
    　前記第１半導体層に接続する第２電極と
    　を備える裏面入射型フォトダイオードから構成され、
    　前記第１反射面および前記第２反射面の各々は、前記受光素子が形成されている前記基板の主表面から前記基板の裏面側にかけて形成された１つの平面を形成する斜面から構成され、
    　前記受光素子が形成されている領域の前記基板の主表面と、前記第１反射面および前記第２反射面の各々とのなす角は、鈍角とされている
    　ことを特徴とする受光装置。
  2. 　基板の上に１列に配列された複数の受光素子と、
    　前記複数の受光素子の配列方向に延在して前記複数の受光素子の列の側方の前記基板に形成された反射面と、
    　前記配列方向に隣り合う前記複数の受光素子の間の前記基板に形成された逆メサ溝と
    　を備え、
    　前記複数の受光素子の各々は、
    　前記基板の上に形成された第１導電型の半導体からなる第１半導体層と、
    　前記第１半導体層の上に形成された半導体からなる光吸収層と、
    　前記光吸収層の上に形成された第２導電型の半導体からなる第２半導体層と、
    　前記第２半導体層の上に形成された反射層と、
    　前記第２半導体層に接続する第１電極と、
    　前記第１半導体層に接続する第２電極と
    　を備える裏面入射型フォトダイオードから構成され、
    　前記反射面は、前記受光素子が形成されている前記基板の主表面から前記基板の裏面側にかけて形成された１つの平面を形成する斜面から構成され、
    　前記受光素子が形成されている領域の前記基板の主表面と前記反射面とのなす角は、鈍角とされ、
    　前記逆メサ溝の前記配列方向に垂直な断面は、前記逆メサ溝の底面に行くほど幅拡の形状を有する
    　ことを特徴とする受光装置。
  3. 　請求項１または２記載の受光装置において、
    　前記第１電極は、金属から構成されて前記第２半導体層の上に形成され、
    　前記反射層は、前記第１電極から構成されている
    　ことを特徴とする受光装置。
  4. 　請求項１または２記載の受光装置において、
    　前記反射層は、前記第２半導体層の上に誘電体層を介して形成された金属層から構成されていることを特徴とする受光装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の受光装置と、
    　前記基板の側から前記第１反射面に向けて入射する光が出射される光部品と
    　を備え、
    　前記光部品は、前記基板の側から前記第１反射面に向けて入射し、前記第１反射面で反射して前記光吸収層を通過し、前記反射層で反射して前記光吸収層を通過し、前記第２反射面で反射して前記基板の側から出射する光の光路以外に配置されている
    　ことを特徴とする光受信器。
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