(57)【要約】【課題】  バイアスＴを用いなくても、受光素子に印加するバイアスに変調信号を付加でき、小型かつ低コストの、変調バイアス動作可能な受光装置等を実現できる半導体受光素子を提供する。【解決手段】  本発明の半導体受光素子は、導電性半導体基板６、光信号を電気信号に変換する半導体層から形成された受光部、前記受光部で変換した電気信号を外部に取り出す電気信号取出用電極（２、３）および変調信号入力用電極５を有し、  前記受光部および電気信号取出用電極（２、３）が、基板６の上に形成され、  変調信号入力用電極５が、基板６の上の前記受光部および電気信号取出用電極（２、３）とは別の場所に、電気信号取出用電極（２、３）と絶縁状態で形成されていることを特徴とする。【選択図】図３
2010251433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性半導体基板、光信号を電気信号に変換する半導体層から形成された受光部、前記受光部で変換した電気信号を外部に取り出す電気信号取出用電極および変調信号入力用電極を有し、
前記受光部および前記電気信号取出用電極が、前記導電性半導体基板上に形成され、
前記変調信号入力用電極が、前記導電性半導体基板上の前記受光部および前記電気信号取出用電極とは別の場所に、前記電気信号取出用電極と絶縁状態で形成されていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
さらに絶縁膜を有し、前記変調信号入力用電極が、導体部とパッド電極を含み、前記変調信号入力用電極が、前記絶縁膜を介して、前記導電性半導体基板の前記受光部および前記電気信号取出用電極と反対側の面に形成され、
前記導体部が、前記絶縁膜と前記パッド電極の間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記変調信号入力用電極が、前記絶縁膜上の一部に形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記変調信号入力用電極が、前記絶縁膜の端から内側の一定幅の部分には形成されていないことを特徴とする請求項２または３記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記導電性半導体基板の一方の基板面に、前記受光部に対して入射する信号光を通過させる信号光通過領域が形成され、
前記変調信号入力用電極が、前記一方の基板面上の、前記信号光通過領域外の部分に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
前記導電性半導体基板の前記一方の基板面における前記信号光通過領域上に反射防止膜が形成され、前記一方の基板面上の、前記信号光通過領域外の部分に絶縁膜が形成され、
前記信号光通過領域外の部分の前記絶縁膜の厚みが、前記反射防止膜の厚みより薄いことを特徴とする請求項５記載の半導体受光素子。
【請求項７】
前記導電性半導体基板が、ｎ型半導体から形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項８】
前記導電性半導体基板が、ＩｎＰ基板から形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項９】
アバランシェ・フォトダイオードであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項１０】
前記変調信号入力用電極が、絶縁膜を介して前記導電性半導体基板上に形成され、前記絶縁膜が、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘおよびＳｉＯｘＮｘからなる群から選択される少なくとも一つの絶縁体から形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項１１】
前記受光部が、前記導電性半導体基板と同型の導電性半導体層と、前記導電性半導体基板と異型の導電性半導体層を含み、前記電気信号取出用電極として、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極と、前記異型の導電性半導体層に電気的に接続される電極とを含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体受光素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体受光素子と、
前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極に接続されるインダクタを含むことを特徴とする半導体受光装置。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体受光素子と、前記変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置を含むことを特徴とする半導体受光装置。
【請求項１４】
前記半導体受光素子の前記変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の半導体受光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子および半導体受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信や光計測等の分野において、光信号を電気信号に変換する素子として、半導体受光素子が使用されている。半導体受光素子は、光信号から電気信号を発生させる受光部を有する半導体積層体に、前記受光部で発生した電気信号を外部に取り出すための電気信号取出用電極としてｐ型電極とｎ型電極を形成した基本構造を有する。図１に、半導体受光素子の基本構造の一例を示す。図示のとおり、半導体受光素子は、受光部を有する半導体積層体１と電気信号取出用電極としてのｐ型またはｎ型の電極２と前記電極と異型の電極３を有する。前記半導体受光素子では、光信号から電気信号を外部に取り出すに際し、半導体受光素子の光検出特性を高めるため、前記電極２と前記電極３の間に逆バイアス電圧を印加して使用する。このような半導体受光素子等に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１から３がある。
【０００３】
特許文献１記載の半導体受光素子は、バンドギャップのある波長選択性の層を有し、ｐｎ接合を囲む円環状の第２のｐｎ接合を有し、第２のｐｎ接合のｐ領域と隣接するｎ領域にまたがるよう電極を設けた半導体受光素子である。
【０００４】
特許文献２記載の半導体受光装置は、基板と第１の半導体層と光吸収層と第２の半導体層と第１の電極部と第２の電極部と第３の半導体層とを有する半導体受光装置である。
【０００５】
特許文献３記載の半導体受光素子は、Ｓｉ系物質を結晶基板として用い、前記基板の一方側の上の光感受層の上方に透明電極を有し、上記基板の他方側の面に、受光素子を構成する他方側の電極を備えた半導体受光素子である。
【０００６】
上記のような半導体受光素子において、例えば、さらに前記半導体受光素子の光検出特性を高めたい場合、前記光信号に合わせて前記バイアスに変調信号を加えることができる。前記バイアスに変調信号を加えると、例えば、素子特性により利得を得ることができ、例えば、受信する光信号のシグナル対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を向上させることができる。この効果は、特に、アバランシェ・フォトダイオード等の増幅機能を内蔵する半導体受光素子において良好に得ることができる。特にアバランシェ・フォトダイオードの受光素子において、変調信号を用いてブレークダウン以上のバイアスを印加する前記受光素子の動作条件は、ゲーテッド・ガイガー・モードと呼ばれ、適用されている。前記半導体受光素子に高速の変調バイアスを外部から印加する場合、バイアス電源にバイアスＴを介して高速の変調信号を付加して、前記バイアスを印加する必要がある。バイアスＴは、インダクタとコンデンサからなり、例えば、バイアス電源からのバイアスに高速変調信号を重畳的に付加できる電子回路素子である。ここで、例えば、１０ＧＨｚ程度までの動作速度の半導体受光素子は、ＴＯパッケージに実装されることが多く、前記半導体受光素子に変調バイアスを印加する場合は、前記半導体受光素子の外部にバイアスＴを接続する必要がある。図２に、半導体受光素子に外部から変調バイアスを印加する場合の回路構成例を示す。図示のとおり、前記回路構成では、半導体受光素子５０５の外部にバイアスＴ５０４を接続して、前記半導体受光素子５０５とバイアス電源５０３の間に前記バイアスＴ５０４を介在させる。バイアスＴは、通常、コネクタ付パッケージに実装された状態で使用され、変調バイアス電源５０１に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−０３６６１５号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１７６２号公報
【特許文献３】特開２００７−１２３５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常使用されるバイアスＴの一例では、例えば、１５ｍｍ×３２ｍｍ×８．９ｍｍ程度のパッケージ（箱）に、Ｋコネクタ２端子およびＤＣ端子１つと共にバイアスＴを収容した状態で使用される。すなわち、例えば、半導体受光素子に変調バイアスを印加する半導体受光装置を構成する場合、パッケージに実装された半導体受光素子に、前述のとおりコネクタ等と共にパッケージに実装されたバイアスＴとその接続部を含めるため、前記装置が嵩張る問題がある。また、より小さなパッケージやバイアスＴを実現できたとしても、インダクタとコンデンサを互いに干渉しない位置に実装する必要があるため、実装上、相当の面積が必要となる。さらに、バイアスＴは、ソレノイド等のインダクタやコンデンサに比較して市販品の種類が少なく、受光装置の設計に合わせて前記バイアスＴを選択することは困難である。このように、半導体受光素子に変調バイアスを加える場合、受光素子モジュールの外部にバイアスＴやバイアスＴモジュールを配置する必要から、装置サイズの増大や回路上の設置面積の増大、コスト高の問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、バイアスＴを用いなくても、受光素子に印加するバイアスに変調信号を付加でき、小型かつ低コストの、変調バイアス動作可能な受光装置等を実現できる半導体受光素子およびそれを用いた半導体受光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体受光素子は、導電性半導体基板、光信号を電気信号に変換する半導体層から形成された受光部、前記受光部で変換した電気信号を外部に取り出す電気信号取出用電極および変調信号入力用電極を有し、
前記受光部および前記電気信号取出用電極が、前記導電性半導体基板上に形成され、
前記変調信号入力用電極が、前記基板上の前記受光部および前記電気信号取出用電極とは別の場所に、前記電気信号取出用電極と絶縁状態で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の半導体受光装置は、前記受光部が、前記導電性半導体基板と同型の導電性半導体層と、前記導電性半導体基板と異型の導電性半導体層を含み、前記電気信号取出用電極として、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極と、前記異型の導電性半導体層に電気的に接続される電極とを含む前記本発明の半導体受光素子と、
前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極に接続されるインダクタを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の半導体受光装置は、また、前記本発明の半導体受光素子と、前記変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の半導体受光装置は、前記受光部が、前記導電性半導体基板と同型の導電性半導体層と、前記導電性半導体基板と異型の導電性半導体層を含み、前記電気信号取出用電極として、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極と、前記異型の導電性半導体層に電気的に接続される電極とを含む前記本発明の半導体受光素子と、
前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極に接続されるインダクタと、
前記変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置と
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バイアスＴを用いなくても、受光素子に印加するバイアスに変調信号を付加でき、小型かつ低コストの、変調バイアス動作可能な半導体受光素子等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、半導体受光素子の基本構造を示す断面図である。
【図２】図２は、半導体受光素子にバイアスＴを用いて変調バイアスを印加する場合の回路構成例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の半導体受光装置の構成例を示す回路図である。
【図８】図８は、本発明の半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に示す実施形態の裏面を示す背面図である。
【図１０】図１０は、図８および図９に示す実施形態を実装するチップキャリアの例を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１０に示すチップキャリアに実装された図８および図９に示す実施形態の、ステムにおける実装例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の半導体受光素子を含む受光モジュールの例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の半導体受光素子に変調バイアスを印加する場合の回路構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の半導体受光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す実施形態の裏面を示す背面図である。
【図１５】図１５は、図１３および図１４に示す実施形態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前述のとおり、本発明の半導体受光素子は、前記受光部および前記電気信号取出用電極が、前記導電性半導体基板上に形成されている。そして、前記変調信号入力用電極が、前記導電性半導体基板上の前記受光部および前記電気信号取出用電極とは別の場所に、前記電気信号取出用電極と絶縁状態で形成されている。図３に、本発明の半導体受光素子の一例の構成を示す。図３は、矢印で示すように半導体受光素子の上面（表面）から信号光が入射する例を示す。図示のとおり、本発明の半導体受光素子は、導電性半導体基板６上に、受光部、ならびに電気信号取出用電極である電極２および電極３が形成され、変調信号入力用電極５が、前記受光部および電極２および電極３とは別の場所に、電極２および電極３と絶縁状態で形成された構成を有する。同図に示す本発明の半導体受光素子は、導電性半導体基板６の上に、導電性半導体基板６から順に、導電性半導体基板６と同型の半導体層７と、光吸収層８と、導電性半導体基板６と異型の半導体層９が積層された半導体積層体１から形成されている。前記受光部は、半導体積層体１の中央のメサ形状の部分に、半導体層（７、８、９）から形成されている。導電性半導体基板６には、絶縁膜４を介して変調信号入力用電極５が形成されている。ただし、本発明の半導体受光素子は、このような図３に示す態様に限定されない。例えば、図３では、前記受光部は、半導体層７と光吸収層８と半導体層９から形成されているが、このような構造に限定されず、半導体層から形成されていればよい。また、図３では、変調信号入力用電極５は、絶縁膜４を介して導電性半導体基板６に形成されているが、このような構造に限定されず、前記電気信号取出用電極（２、３）と絶縁状態で導電性半導体基板６に形成されていればよい。また、同図では、前述のとおり、前記半導体受光素子の表面から信号光が入射する表面入射型の半導体受光素子を示すが、本発明の半導体受光素子は、これには限定されない。このように、本発明の半導体受光素子は、前記変調信号入力用電極５を有するため、バイアスに変調信号を付加するためにバイアスＴを使用する必要がなく、変調信号動作を実現する場合のコストを低減でき、実装設計上の自由度を高めることができる。
【００１７】
前記本発明の半導体受光素子において、前記導電性半導体基板は、半導体から形成されている限り、特に制限されない。前記導電性半導体基板としては、例えば、ＩｎＰ基板、ＧａＡｓ基板を使用でき、例えば、ＩｎＰ基板を好適に使用できる。前記導電性半導体基板は、ｐ型半導体から形成されてもよいし、ｎ型半導体から形成されてもよい。前記受光部は、半導体層から形成され、光信号を電気信号に変換できる限り、特に制限されない。前記受光部は、例えば、前記本発明の半導体受光素子の表面または裏面から入射し、前記受光部まで到達した信号光を光信号として受信する。前記受光部は、例えば、半導体層の積層体において光電効果を生じる部分である。前記受光部は、例えば、ｐ型半導体から形成されたｐ型半導体層とｎ型半導体から形成されたｎ型半導体層から形成される。このような受光部において、前記光電効果を生じる部分は、例えば、ｐｎ接合やｐｉｎ接合等である。このような受光部は、例えば、前記導電性半導体基板上に、前記導電性半導体基板から、前記導電性半導体基板と同型の第１の半導体層、光吸収層、および前記導電性半導体基板と異型の第２の半導体層を順に積層することにより作製できる。前記受光部は、これら以外の他の半導体層を含んでいてもよい。前記第１および第２の半導体層は、例えば、バッファ層である。前記第１の半導体層および前記第２の半導体層は、それぞれ、例えば、エッチング層等の他の層を介して複数層が積層されていてもよい。また、前記受光部は、前記他の半導体層として、導電性コンタクト層や増倍層、電界緩和層を含んでいてもよい。このような受光部は、例えば、前記導電性半導体基板上に前記各層をエピタキシャル成長させることにより作製できる。前記信号光は、前記受光部に対し、前記受光部のどちらの面から入射してもよい。すなわち、前記半導体受光素子は、その表面および裏面の少なくとも一方の面に前記信号光を通過させるための領域（本発明において「信号光通過領域」という）を有していてよい。前記半導体受光素子は、例えば、約５００μｍ角の方形形状で作製することができ、これにより、一枚のウエハから多数の本発明の半導体受光素子を作製でき、歩留まりを向上でき、製造コストを削減できる。製造工程における取り扱いの容易さ等の観点から、前記導電性半導体基板は、一辺の長さが、２００μｍ程度または２００μｍ以上の方形形状に形成されることが好ましい。歩留まり向上の観点からは、前記導電性半導体基板は、平面面積が小さいほうが望ましく、例えば、平面面積が少なくとも１ｍｍ２以下であることが好ましい。こうすることで、例えば、２インチ基板（２０２５ｍｍ２サイズ）を用いて作製した際、前記導電性半導体基板を２０００個近く作製できることにより、コスト低減できる。ただし、このようなサイズに限定されない。他方、変調信号入力用電極の形成の観点からは、前記導電性半導体基板は、平面面積は大きいほうが、広帯域の変調信号に対応でき、好ましい。例えば、一辺が２５０μｍ〜５００μｍの方形形状で形成した場合に、歩留りよく、かつ、変調信号入力用電極形成の観点から好適な前記本発明の半導体素子を作製できるが、このような範囲には限定されず、どのようなサイズでも��い。例えば、変調信号入力用電極の観点で特別にダイナミックレンジをあげるため、前記導電性半導体基板は、一辺が最大５ｍｍの方形形状に形成することができる。
【００１８】
前記電気信号取出用電極は、例えば、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極と、前記受光部における前記導電性半導体基板と異なる型の半導体層に電気的に接続される電極を含む。このような電気信号取出用電極は、前記導電性半導体基板や前記異なる型の半導体層に電気的に接続されていればよく、前記導電性半導体基板や前記異なる型の半導体層に直接接続されていてもよいし、例えば、電気的に接続されるべき前記基板または前記異なる型の半導体層に他の層を介して接続されていてもよい。このような電極は、例えば、ｐ型半導体層に接続されるｐ型電極とｎ型半導体層に接続されるｎ型電極である。前記本発明の半導体受光素子は、例えば、前記受光部が光信号を受信する際に、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極と、前記異なる型の半導体層に電気的に接続される電極の間に逆バイアスを印加する。これにより、前記光信号を前記受光部が電気信号に変換し、この電気信号が、電流（以下、「信号電流」ともいう）として前記電気信号取出用電極から出力されることで、前記電気信号を外部に取り出すことができる。
【００１９】
前記本発明の半導体受光素子において、前記変調信号入力用電極は、前記半導体受光素子の外部から変調信号を前記導電性半導体基板に入力でき、かつ、前記電気信号取出用電極と絶縁されている限り、特に制限されない。前記変調信号入力用電極は、前記導電性半導体基板上の前記受光部および前記電気信号取出用電極とは別の場所に形成される。前記変調信号入力用電極は、例えば、前記導電性半導体基板の前記受光部および前記電気信号取出用電極と反対側の面に形成されるが、これには限定されない。前記変調信号入力用電極は、グランド（ＧＮＤ）とは接続しない。前記変調信号入力用電極は、例えば、前記導電性半導体基板上に絶縁膜を介して形成できる。前記変調信号入力用電極は、前記導電性半導体基板との間に前記絶縁膜を介して容量を持ち得るものが好ましい。例えば、前記変調信号入力用電極を、導体を用いて構成することで、前記導電性半導体基板との間に前記絶縁膜を介して容量を持たせることができる。前記本発明の半導体受光素子において、前記変調信号入力用電極は、前記絶縁膜上の少なくとも一部に形成されていればよい。すなわち、前記絶縁膜上の全面ではなく、前記絶縁膜上の一部に前記変調信号入力用電極が形成されていれば、前記バイアスに適切に変調信号を付加できる。前記変調信号入力用電極は、前記絶縁膜の端から内側の一定幅の部分には形成されていないことが好ましい。これにより、例えば、前記絶縁膜上に前記変調信号入力用電極を形成する際の、前記絶縁膜に対する位置合わせのズレの許容範囲を拡大できる。しかし、例えば、前記位置合わせを高精度で実施できる装置を用いる場合等、高精度の前記位置合わせを実現できる場合には、前記変調信号入力用電極の前記絶縁膜の端からの距離をより小さくすることができる。前記変調信号は、信号光に応じて適宜選択でき、特に制限されないが、例えば、高速の信号であり、例えば、サイン波、パルス波である。前記変調信号は、例えば、２ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波信号であるが、これには限定されない。
【００２０】
前記絶縁膜は、前記変調信号入力用電極と前記導電性半導体基板の間で容量を発生し、前記変調信号入力用電極と前記導電性半導体基板の間に直流電流が流れるのを防止する。前記絶縁膜は、前記導電性半導体基板の一方の面上に、前記一方の面と同程度のサイズで形成されてもよいし、例えば、スクライブによる素子分離作業効率を低下させないために、前記導電性半導体基板の端から一定距離内側の範囲に形成されてもよい。すなわち、このような素子分離作業効率の低下防止のためには、前記導電性半導体基板の端から内側の一定幅の部分には形成されていないことが好ましい。例えば、前記絶縁膜は、前記導電性半導体基板の端からスクライブ装置のスクライブ刃の幅以上内側の範囲に形成されることが好ましい。例えば、前記スクライブ刃の幅が小さい場合や、スクライブ刃のエッジの角度が小さい場合には、前記一定距離を小さくして問題はない。より具体的には、前記素子分離作業効率の低下防止のためには、前記絶縁膜は、前記導電性半導体基板の端から５μｍ以上内側の範囲に形成されることが好ましい。前記絶縁膜は、絶縁材料で形成することができる。前記絶縁膜としては、有機誘電体膜および無機誘電体膜のいずれも使用でき、前記有機誘電体膜と前記無機誘電体膜を組み合わせた積層体として前記絶縁膜を形成してもよい。前記絶縁膜として、前記有機誘電体膜や前記無機誘電体膜、前記積層体を使用して、前記変調信号入力用電極と前記導電性半導体基板との間にコンデンサを形成できる。前記有機誘電体膜としては、例えば、ポリイミド膜、ＢＣＢ膜を使用できるが、これらには制限されない。前記無機誘電体膜を形成する絶縁体としては、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｘを使用できるが、これらには制限されない。特に、前記絶縁膜をＳｉＮｘで形成することにより、４〜６ＭＶ／ｃｍ程度の耐圧特性を前記絶縁膜において確保できる。前記絶縁膜は、前記本発明の半導体受光素子の動作電圧に応じて適宜選択できる。例えば、前記絶縁膜は、少なくとも前記本発明の半導体受光素子の動作電圧でのリーク電流を抑制できる厚みを有することが好ましい。前記絶縁膜を厚く形成することで、リーク電流を抑制でき、信号電流の小さな高感度の本発明の半導体受光素子を作製できる。他方、前記絶縁膜は、薄く形成することで、キャパシタとしての容量が増加し、前記変調バイアスの周波数を低くすることが可能となり、また、パルス状変調バイアスを前記導電性半導体基板に付加できる。例えば、前記本発明の半導体受光素子が、動作電圧の低いｐｉｎフォトダイオードである場合、動作電圧は５Ｖ程度までであることにより、前記絶縁膜に印加されるバイアス電圧は、前記動作電圧以下となる。これにより、リーク電流が小さくなり、例えば、前記絶縁膜を薄く形成できる。すなわち、この場合、前記絶縁膜の厚みに特に制限はないが、例えば、１００Å〜２０００Åが好ましく、１００Å〜５００Åであることが好ましい。なお、１Åは、１０−１０ｍに等しい。また、例えば、前記本発明の半導体受光素子が、動作電圧の高いアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）である場合、前記絶縁膜としては、耐電圧性の高いものを使用することが好ましい。具体的には、前記本発明���半導体受光素子の動作範囲の電圧において、前記絶縁膜のリーク電流が１μＡ以下である絶縁膜が好ましい。すなわち、前記本発明の半導体受光素子が、ＡＰＤである場合、動作電圧に従って膜厚を厚く形成することが好ましい。具体的には、前記本発明の半導体受光素子が、ＡＰＤである場合、ブレークダウン電圧が３０Ｖ以上である場合がある。このような本発明の半導体受光素子において、前記絶縁体として、例えばＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｘを用いた場合、例えば、前記絶縁膜を５００Å以上に形成すれば、使用電圧が高い場合でもリーク電流を１ｎＡ以下に抑えることができ、信号電流に影響を生じない。特に、前記絶縁体が、ＳｉＮｘである場合、例えば、耐圧３ＭＶ／ｃｍ程度の絶縁膜を使用できる。この場合、前記絶縁膜は、（ブレークダウン電圧Ｖｂ×３３）Å以上の厚みで形成されることが好ましい。具体例を挙げると、動作電圧３０ＶのＡＰＤの場合、前記絶縁膜は、９９０Å以上の厚みで形成されることが好ましい。さらに、この場合、動作電圧が非常に高い場合を除き、後述の反射防止膜の厚みである２０３９Å以下で形成されることが好ましい。前記本発明の半導体受光素子において、信号光の検出に用いる光電流が小さい場合、特に、前記本発明の半導体受光素子が、アバランシェ・フォトダイオードであり、前記アバランシェ・フォトダイオードで微弱な信号光を検出する場合には、前記絶縁膜が、取り出された信号電流に大きな影響を及ぼすのを防止できることが好ましい。このために、前記絶縁膜としては、前記本発明の半導体受光素子の動作電圧での前記絶縁膜のリーク電流が、約１ｎＡまたは１ｎＡ以下である絶縁膜を使用することが好ましい。
【００２１】
前記絶縁膜としては、また、信号光が透過するような誘電体を用いることができる。このような誘電体によれば、前記絶縁膜としての絶縁効果と、信号光の反射を防止する反射防止膜としての反射防止効果を併せ持つ絶縁膜を作製できる。ただし、前記反射防止効果を持たせる場合、反射防止のために、前記絶縁膜の屈折率と厚みの関係を利用するため、厚みに関して設計上の自由度が小さくなる。例えば、ＳｉＮｘの単層で前記絶縁膜を作製する場合、前記導電性半導体基板と空気の間で信号光の反射率を低減するために、前記絶縁膜は、２０００Å程度の厚みを有していてよい。前記反射率低減の観点から好ましい前記絶縁膜の厚みは、前記絶縁膜の屈折率と信号光の波長により変化する。前記絶縁膜は、その厚みをｄとすると、下記式（Ｉ）で表わされる厚み（ｄ）を有することが好ましい。
（０．９λ／４ｎ）≦ｄ≦（１．１λ／４ｎ）            （Ｉ）
前記式（Ｉ）中、λは、信号光の波長を意味し、ｎは、前記信号光波長での絶縁膜の屈折率を意味する。例えば、信号光１．５５μｍ、絶縁体の屈折率１．９で計算すると、２０３９Å×０．９以上、２０３９Å×１．１以下となる。このように形成することで、絶縁膜としての機能も確保できる。なお、本発明の半導体受光素子は、あらゆる波長の信号光に対応できるが、例えば、１．２μｍ〜１．６μｍの波長を有する信号光に対応できる。本発明の半導体受光素子は、例えば、１．３μｍや１．５５μｍ等の波長を有する信号光に対応できる。前記絶縁膜の屈折率（ｎ）は、例えば、ＳｉＮから形成される絶縁膜の場合、１．８０〜２．１０（例えば、１．９）であり、また、例えば、ＳｉＯＮから形成される絶縁膜の場合、１．５〜１．９である。なお、反射防止効果を併せ持つ前記絶縁膜としては、下記式（ＩＩ）により算出される値に近い屈折率値（ｎ）を持つ材料から形成されるものを好適に使用できる。
ｎ＝ＳＱＲＴ（Ｘ）            （ＩＩ）
前記式（ＩＩ）中、ｎは、絶縁膜の屈折率を意味し、ＳＱＲＴ（Ｘ）は、Ｘの平方根を意味し、Ｘ＝ｎ１×ｎ２であり、ｎ１は、前記導電性半導体基板の屈折率を意味し、ｎ２は、空気の屈折率を意味する。例えば、ｎ１が、３．５３の場合、前記絶縁膜としては、前記式（ＩＩ）により算出して、ｎ＝ＳＱＲＴ（３．５３×１）≒１．８８に近い値の屈折率値を持つ材料から形成されるものを好適に使用できる。ただし、本発明は、このような範囲に限定されない。このような反射防止層を形成する場合、反射防止層と比較して薄い絶縁膜を用いた本発明の半導体受光素子と同じ容量の変調信号入力用電極を形成するのに必要となる導体の形成面積は広くなる。ここで、前記絶縁膜は、可能な限り薄い方が、容量が増し、広帯域の変調信号を通過させることができる。そのため、例えば、前記反射防止膜としての前記誘電体膜と容量部分の絶縁膜を別々に形成してもよく、こうすることで、前記変調信号入力用電極の特性を向上させることができる。例えば、信号光が通過する領域より広い範囲で反射防止膜を形成しておき、前記反射防止膜の外側部分について、前記絶縁膜を薄く形成することができる。前述のとおり、リーク電流を抑えて信号電流の小さな高感度の半導体受光素子を作製するためには、前記絶縁膜をある程度厚く形成する必要がある。他方、前記絶縁膜の容量を増加させて、広帯域の変調信号を通過させるためには、前記絶縁膜は、ある程度薄く形成する必要がある。この観点から、前記反射防止膜と前記絶縁膜を別々に形成する場合、前記絶縁膜の厚みは、５０Å〜１０００Åであることが好ましく、１００Å〜５００Åであることがより好ましい。前記反射防止膜としての前記誘電体膜と容量部分の絶縁膜を別々に形成する場合、例えば、前記反射防止膜として前記誘電体を形成後、前記絶縁膜部分のみエッチング等により膜を薄く形成して（膜減りさせて）絶縁膜を形成することができる。また、前記反射防止膜としての前記誘電体を形成後、前記絶縁膜を形成する箇所のみ前記誘電体を除去し、新たに絶縁膜を形成してもよい。また、前記絶縁膜としての誘電体を形成後、前記反射防止膜を形成する箇所のみ前記誘電体を除去し、次いで新たに前記反射防止膜を形成してもよい。
【００２２】
前記本発明の半導体受光素子において前記変調信号入力用電極を形成する面と信号光の入射面とが同じである場合、前記変調信号入力用電極は、前記導電性半導体基板の前記入射面における前記信号光が通過する前記信号光通過領域を除く部分に形成されることが好ましい。すなわち、この場合、前記変調信号入力用電極は、前記導電性半導体基板の前記一方の面上の、前記信号光通過領域外の部分に形成されることが好ましい。これにより、前記変調信号入力用電極による前記本発明の半導体受光素子の信号光検出能力への影響を抑制できる。前記変調信号入力用電極は、例えば、導体を含む場合、前記導体によっては前記信号光の１０％以上を吸収する場合がある。このような場合に、前記変調信号入力用電極を前記領域外に形成することは、例えば、前記導体による信号光の吸収による受光素子の信号光検出能力への影響を抑制でき、特に効果的である。前記信号光通過領域は、前記導電性半導体基板の入射面における信号光の受光スポットの面積よりも大きな面積を有する形状に形成されることが好ましい。前記信号光通過領域のサイズは、前記信号光の受光スポットの直径等により適宜決定できる。例えば、前記信号光通過領域は、前記導電性半導体基板の入射面における信号光の受光スポットの直径以上の長さの直径を有する円形状に形成することができる。こうすることで、前記変調信号入力用電極を前記信号光通過領域外に形成することにより、前記変調信号入力用電極と前記信号光通過領域を通過する信号光の干渉を防止できる。例えば、前記信号光の受光スポットが円形状であり、前記受光スポットの直径が、前記導電性半導体基板の厚みより小さい場合、前記信号光通過領域は、前記導電性半導体基板の厚み以上の直径を有する円形状であることが好ましい。また、例えば、前記信号光の受光スポットが、円形状であり、前記受光スポットの直径が、前記導電性半導体基板の厚みより大きい場合、前記信号光通過領域は、前記受光スポットの直径以上の直径を有する円形状であることが好ましい。具体的には、前記本発明の半導体受光素子が、厚さ１００μｍの導電性半導体基板を含み、前記受光スポットの直径が１００μｍより短い場合、前記信号光通過領域を直径約１００μｍの円形に形成することで、前記変調信号入力用電極と前記信号光の干渉を防止できる。また、例えば、前記受光スポットの直径が１００μｍより長い場合、前記信号光通過領域を前記受光スポットの直径と同程度の長さの直径を有する円形に形成することで、前記変調信号入力用電極と前記信号光の干渉を防止できる。さらに、例えば、前記信号光の受光スポットが、楕円形状や長円形状であり、前記受光スポットの長径が、前記導電性半導体基板の厚みより小さい場合、前記信号光通過領域は、前記導電性半導体基板の厚み以上の直径を有する円形状であることが好ましい。また、例えば、前記信号光の受光スポットが、楕円形状や長円形状であり、前記信号光の受光スポットの長径が、前記導電性半導体基板の厚みより大きい場合、前記信号光通過領域は、前記受光スポットの長径以上の直径を有する円形状であることが好ましい。なお、例えば、前記受光スポットが、円形状や楕円形状でない場合は、前記信号光通過領域は、���記受光スポットよりも大きな形状（面積）に形成されていればよい。
【００２３】
前記変調信号入力用電極は、導体部とパッド電極を含むことが好ましい。これにより、前記変調信号入力用電極を容量を発生する極板としての機能させることができる。特に、前記変調信号入力用電極は、前記絶縁膜を介して前記導電性半導体基板上に形成され、前記導体部が、前記絶縁膜と前記パッド電極との間に配置されていることが好ましい。これにより、前記導体部は、前記導電性半導体基板に、外部変調信号発生装置からの変調信号を伝達することができる。また、前記導体部を、例えばその面積を広げることで前記導電性半導体基板との間に前記絶縁膜を介して容量を発生する電極板として機能させることができる。すなわち、ＤＣブロックとして機能させるために素子容量を大きくすることで、前記本発明の半導体受光素子の特性を向上させることができる。具体的には、前記本発明の半導体受光素子において、低損失で通過させることのできる周波数範囲を広げることができる。
【００２４】
前記導体は、単一の金属から形成されてもよいし複数の金属、いわゆる合金から形成されてもよいし、また、複数の金属の層を組み合わせた積層構造を有していてもよい。前記導体を金属で形成することにより、前記導体を薄膜化できる。前記金属としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＡｌのいずれか一つを使用できるが、これらには制限されず、例えば、前記金属と同族の金属を使用することができる。前記金属としては、３３０℃以上の融点を持つ金属が好ましい。このような金属は、単体および合金のいずれも使用できる。前記導体は、コンデンサの極板としての機能を果たすために必要とされる程度の厚みを有することが好ましい。この観点から、前記導体は、例えば、１００Å以上の厚みを有することが好ましいが、特に制限されない。前記導体としては、例えば、６００Å〜３５００Åの厚みを有するものを好適に使用できるが、これには制限されず、例えば５０００Åの厚みを有するものも使用できる。前記導電性半導体基板との密着性を確保するためには、例えば、前記導体は、それぞれ３００Å程度のＴｉ層と１０００Å程度のＡｕ層を用いることができ、これにより、前記導電性半導体基板上に安定に形成することができる。前記導体が、Ｔｉ層とＡｕ層を含む場合、前記Ｔｉ層は、１００Å〜５００Åの厚みを有することが好ましい。前記Ａｕ層は、５００Å〜３０００Åの厚みを有することが好ましい。ただし、前記導体の厚みを厚くする場合、形成時間（電極作製時間）が長くなり、作業時間や原料費等を含む製造コストが増すため、コスト面を考慮すれば、前記導体は、３０００Å以下の厚みを有することが好ましい。前述のとおり、前記変調信号入力用電極は、前記絶縁膜の端より一定幅だけ内側の部分には、形成されないことが好ましい。すなわち、前記変調信号入力用電極が、前記導体を含む場合、前記導体は、前記絶縁膜の端より一定距離内側の範囲に形成されることが好ましい。これにより、また、前記変調信号入力用電極と前記導電性半導体基板とのショートを防止して、前記変調信号入力用電極の前記電気信号取出用電極からの絶縁状態を確保できる。前記ショートの防止のためには、前記導体は、前記絶縁膜の端から３μｍ以上内側までの範囲には形成されないことが好ましい。また、前記導体を形成しない部分を、前記絶縁膜の端より１０μｍ以上内側の部分とする場合、前記本発明の半導体受光素子の作成時のずれや絶縁膜の割れ等を許容でき、製造の歩留りに影響を与えない。
【００２５】
例えば、前記変調信号入力用電極が、平板状の前記導体部を含む場合、前記導体部の平面面積を１．６４×１０６μｍ２以下にすることにより、ＴＯ−５６パッケージに搭載可能な前記本発明の半導体受光素子を作製できる。また、前記変調信号入力用電極が、平板状の前記導体部を含む場合、前記導体部の平面面積を３．０３×１０７μｍ２以下にすることにより、ＴＯ−８パッケージに搭載可能な前記本発明の半導体受光素子を作製できる。
【００２６】
前記パッド電極は、ボンディングワイヤや導電性ペースト、ハンダや共晶合金等の材料を用いて、変調信号発生装置等の外部デバイスと接続するための電極である。これにより、前記パッド電極にワイヤボンドすることで、外部の変調信号発生装置からの変調信号を前記導体部に供給できる。前記パッド電極は、金属で形成でき、例えば、アルミや金を用いて前記導体上に形成できる。前記パッド電極を金属で形成することで、前記パッド電極の外部デバイスとの接続性を向上できる。特に、前記パッド電極をアルミや金で形成することで、配線ワイヤとの接着性が向上する。前記パッド電極は、例えば、一辺が約８０μｍまたは８０μｍ以下の方形形状で形成することができるが、これには限定されない。すなわち、このようなサイズの方形形状で前記パッド電極を作製した場合、肉眼による製造作業が容易になる利点があるが、例えば、高精度の実装を実現できる装置を用いる場合には、もっと小さなパッド電極を形成することができる。アルミや金で作製した前記パッド電極は、例えば、優れたワイヤボンド特性を持つ。前記パッド電極は、約２０００Åまたは２０００Å以上の厚さを有することが好ましく、これにより、例えば、配線ワイヤと安定に熱接着することができる。前記パッド電極は、例えば、金メッキ等を用いて、２〜３μｍ程度まで厚く形成することができ、これにより、例えば、配線ワイヤとより安定に接着することができる。
【００２７】
前記本発明の半導体受光素子は、例えば、リソグラフィー、エッチング、拡散、ＣＶＤ、蒸着、研磨等の半導体加工技術を用いて作製できる。すなわち、前記本発明の半導体受光素子は、例えば、前記導電性半導体基板上に半導体層をエピタキシャル成長させ、受光部を形成した積層体に、前記電気信号取出用電極と前記変調信号入力用電極を形成することにより作製できる。前記本発明の半導体受光素子は、例えば、前記本発明の半導体受光素子を実装可能なチップキャリア上に実装することができる。前記チップキャリアは、例えば、絶縁体から形成され、一方の面に、前記本発明の半導体受光素子等の前記電気信号取出用電極および前記変調信号入力用電極それぞれと配線するための、導体を含む電極パターンを有し、他方の面に、ステムと接続するための金属部分を有する。前記本発明の半導体受光素子等の前記電気信号取出用電極および前記変調信号入力用電極を、それぞれ対応する前記電極パターンと接続する。このようにして前記チップキャリアに搭載した前記本発明の半導体受光素子を、ステムに搭載し、３つの独立したＧＮＤではない端子に配線する。例えば、このパッケージを蓋を封止し、ファイバモジュールを溶接して、通常のＣＡＮモジュール（ピグテイルモジュール）のように完成させることができる。
【００２８】
前記本発明の半導体受光素子は、前記電気信号取出用電極に逆バイアスを印加することで、前記電気信号取出用電極から信号電流を出力させることができる。その際、前記変調信号入力用電極に変調信号を入力することで、前記バイアスに変調信号を追加することができる。前記変調信号入力用電極への前記変調信号の入力は、例えば、前記変調信号を発生可能なあらゆる変調信号発生装置を用いて行うことができる。このような変調信号発生装置は、前記変調信号を発生できる限り、特に制限されない。前記変調信号発生装置は、例えば、変調バイアス電源や、パルス源とアンプの組み合わせ、発振器、発振器と広帯域アンプの組み合わせ、パルスパターンジェネレータ、パルスパターンジェネレータと広帯域アンプの組み合わせなどであるが、これらには限定されない。ここで、前記本発明の半導体受光素子は、例えば、前記導電性半導体基板に電気的に接続されている前記電気信号取出用電極にインダクタを接続して使用することができる。前記インダクタは、例えば、コイル等のインダクタンスを持つ回路素子である。本発明では、例えば、前記インダクタにバイアス電圧および電流を通過させることができる。これにより、前記導電性半導体基板に電気的に接続されている前記電気信号取出用電極から変調信号が逃すことなく、前記半導体積層体に変調信号を入力できる。前記インダクタには、例えば、ソレノイドが含まれる。このように、本発明の半導体受光素子によれば、例えば、ＤＣバイアスに変調信号を付加する光検出回路において、バイアスＴを使用しなくても、例えば前記インダクタを使用して、変調バイアス動作が可能な光検出装置等を設計でき、装置サイズの低減や製造コストを削減できる。また、インダクタは、一般にバイアスＴに比較して種類が豊富でコストが低いので、本発明の半導体受光素子によれば、前記光検出装置等の装置の設計の自由度も高めることができる。
【００２９】
前記本発明の半導体受光素子の態様は、前記本発明の効果を奏する限り、特に制限されない。前記本発明の半導体受光素子は、例えば、ｐｉｎフォトダイオードやアバランシェ・フォトダイオードであるが、これらには限定されない。例えば、前記本発明の半導体受光素子が、アバランシェ・フォトダイオードである場合、前記本発明の半導体受光素子は、ゲーテッドガイガーモードと呼ばれる動作態様をとることができる。すなわち、前記半導体受光素子の動作点を、例えば、ＤＣバイアスを用いてブレークダウン近傍に設定し、前記導電性半導体基板に印加するＤＣバイアスと、前記変調信号入力用電極から印加する変調信号の振幅の和が、ブレークダウン以上になるように、ＤＣバイアスと同一符号の電圧パルスを前記変調信号として印加することができる。この態様では、ブレークダウンを超えるバイアスを瞬時に印加するため、光子１つを受信する程度まで高感度の信号光検出効果を得ることができる。このようなゲーテッドガイガーモードの動作態様において必要な前記変調信号の振幅は、１Ｖ以上であり、振幅が大きいほど、信号光の検出のシグナル対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を高くすることができる。このようなゲーテッドガイガーモードの動作態様における前記変調信号の振幅は、例えば、ブレークダウン電圧の１０％〜２０％であることが好ましいが、この範囲には限定されない。具体的には、前記ＡＰＤのブレークダウン電圧が、２０Ｖ〜８０Ｖである場合、前記変調信号の振幅は、２Ｖ〜１６Ｖであることが好ましい。また、前記変調信号の振幅は、前記ブレークダウン電圧を超えるためには、１Ｖ以上であることが好ましい。前記態様の本発明の半導体受光素子は、例えば、市販のアンプを用いて、光検出回路を形成することができる。前記市販のアンプは、例えば、約１３Ｖまでの高電圧のゲートパルスを生成して、他のデバイスに印加することができ、前記ゲートパルスのパルス幅は、例えば、０．１ｎｓ〜１００ｎｓであるが、この範囲には限定されない。本発明の半導体受光素子は、広範囲のゲートパルス幅に対応でき、例えば、０．５〜２ｎｓのパルス幅で動作させることができる。このようにして構成した前記光検出回路では、バイアスＴを使用する必要がなく、ソレノイド等のインダクタを前記本発明の半導体受光素子に接続するだけで変調バイアス動作が可能となる。このため、前記変調バイアス動作可能な光検出回路は、構造が簡易であり、低コストで実現できる。すなわち、本発明の半導体受光素子によれば、コンパクトで低コストの半導体受光装置を作製することができる。
【００３０】
本発明の第１の半導体受光装置は、前述のとおり、前記受光部が、前記導電性半導体基板と同型の導電性半導体層と、前記導電性半導体基板と異型の導電性半導体層を含み、前記電気信号取出用電極として、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極と、前記異型の導電性半導体層に電気的に接続される電極とを含む前記本発明の半導体受光素子と、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極に接続されるインダクタを含む。図７に、前記本発明の半導体受光装置の一例の構成を示す回路図を示す。同図中、点線で囲む部分５００が、前記本発明の半導体受光素子と前記インダクタを含む本発明の半導体受光装置の部分である。同図中、電極２が、前記半導体受光素子５０８における前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極である。図示のとおり、前記本発明の半導体受光装置５００は、前記本発明の半導体受光素子５０８と、電極２に接続されるインダクタ５０７を含む。前記本発明の半導体受光装置において、前記インダクタの構成および機能は、前記本発明の半導体受光素子について説明したとおりである。このような本発明の半導体受光装置は、バイアスＴを用いなくてもバイアスに変調信号を付加できる。すなわち、外部のバイアス電源５０３から、ソレノイドを介して電極取出用電極（２および３）にバイアスを印加できる。この際、変調バイアス電源５０１からの変調信号を、変調信号入力用電極５に入力できる。このようにして、本発明の半導体受光装置において変調バイアス動作を実現することができる。このような本発明の半導体受光装置は、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、光検出回路の回路面積を小さく形成でき、小型かつ低コストで作製できる。
【００３１】
本発明の第２の半導体受光装置は、また、前述のとおり、前記本発明の半導体受光素子と、前記変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置を含む。図７に、前記本発明の半導体受光装置の一例の構成を示す回路図を示す。同図中、点線で囲む部分５００’が、前記本発明の半導体受光素子と前記変調信号発生装置を含む本発明の半導体受光装置の部分である。図示のとおり、前記本発明の半導体受光装置５００’は、前記本発明の半導体受光素子５０８と、前記変調信号入力用電極５に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置５０１を含む。前記変調信号発生装置の構成および機能については、前記本発明の半導体受光素子について説明したとおりである。このような構成の本発明の半導体受光装置は、バイアスＴを用いなくてもバイアスに変調信号を付加できる。すなわち、このような本発明の半導体受光装置は、例えば、前記導電性半導体基板に電気的に接続されている前記電気信号取出用電極２にインダクタ５０７を接続することで、前記電気信号取出用電極２から変調信号を逃すことなく、導電性半導体基板６に変調信号を入力できる。すなわち、外部のバイアス電源５０３から、ソレノイドを介して電極取出用電極（２および３）にバイアスを印加できる。この際、変調バイアス電源５０１からの変調信号を、変調信号入力用電極５に入力できる。このようにして、本発明の半導体受光装置において変調バイアス動作を実現することができる。このような本発明の半導体受光装置によれば、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、バイアスに変調信号を付加する光検出回路を小さな回路面積で、かつ、低コストで形成できる。
【００３２】
本発明の第３の半導体受光装置は、さらに、前述のとおり、前記受光部が、前記導電性半導体基板と同型の導電性半導体層と、前記導電性半導体基板とは異型の導電性半導体層を含み、前記電気信号取出用電極として、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極と、前記異型の導電性半導体層に電気的に接続される電極とを含む前記本発明の半導体受光素子と、前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極に接続されるインダクタと、前記変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置とを含む。図７に、前記本発明の半導体受光装置の一例の構成を示す回路図を示す。同図中、点線で囲む部分５００”が、前記本発明の半導体受光素子と前記インダクタと前記変調信号発生装置を含む本発明の半導体受光装置の部分である。図中、電極２が、前記半導体受光素子５０８における前記導電性半導体基板に電気的に接続される電極である。図示のとおり、前記本発明の半導体受光装置５００”は、前記本発明の半導体受光素子５０８と、電極２に接続されるインダクタ５０７と、前記変調信号入力用電極５に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置５０１とを含む。前記インダクタおよび前記変調信号発生装置については、それぞれ、前述したとおりである。このような本発明の半導体受光装置は、バイアスＴを用いなくてもバイアスに変調信号を付加できる。すなわち、外部のバイアス電源５０３から、インダクタ５０７を介して電極取出用電極（２および３）にバイアスを印加できる。この際、変調バイアス電源５０１からの変調信号を、変調信号入力用電極５に入力できる。このようにして、本発明の半導体受光装置において変調バイアス動作を実現することができる。このような本発明の半導体受光装置は、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、光検出回路の回路面積を小さく形成でき、小型かつ低コストで作製できる。
【００３３】
次に、本発明の半導体受光素子について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態は、例示であり、本発明は、以下の実施形態により制限および限定されない。
【００３４】
［実施形態１］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子の一例を示す。本実施形態では、信号光が半導体受光素子の上面（表面）から入射する本発明の半導体受光素子の例として示す。図３に、本実施形態の半導体受光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板６と、後述する受光部と、前記電気信号取出用電極（２および３）と、変調信号入力用電極５を含む。前記受光部および電気信号取出用電極（２および３）は、基板６の上に形成され、変調信号入力用電極５は、基板６上の前記受光部および前記電気信号取出用電極とは別の場所に、前記電気信号取出用電極と絶縁状態で形成されている。本実施形態では、導電性半導体基板上６に、導電性半導体基板６から順に、導電性半導体基板６と同型の第１の導電性半導体層７と、光吸収層８と、導電性半導体基板６と異型の第２の導電性半導体層９が積層されて、本実施形態の半導体受光素子が形成されている。本実施形態では、前記受光部は、前記導電性半導体基板６上の中央に、光吸収層８を含むメサ形状の半導体層の積層体から形成されている。このような受光部は、例えば、導電性半導体基板６の上に、第１の導電性半導体層７、光吸収層８および第２の導電性半導体層９をエピタキシャル成長させることにより作製することができる。なお、前記受光部は、これら層以外の層を含む半導体層の積層体から形成されていてもよい。前述のとおり、導電性半導体基板６には、第１の導電性半導体層７に接続され、導電性半導体基板６と電気的に接続される電極２と、第２の導電性半導体層９に接続される電極３と変調信号入力用電極５が形成されている。本実施形態では、変調信号入力用電極５は、導電性半導体基板６の上に、絶縁膜４を介して形成されている。すなわち、本実施形態では、導電性半導体基板６の裏面に絶縁膜４が形成され、絶縁膜４の一部に、変調信号入力用電極５が形成されている。電極２および電極３は、例えば、外部のＤＣバイアス電源と接続することができる。変調信号入力用電源５は、例えば、外部の変調信号発生装置に接続することができる。
【００３５】
本実施形態では、例えば、前記受光部に光信号を受信させる際に、電極２と電極３の間に逆バイアスを印加する。これにより、前記光信号を前記受光部が電気信号に変換し、この電気信号が、信号電流として電極２および電極３から出力されることで、前記電気信号を外部に取り出すことができる。ここで、本実施形態では、例えば、前記逆バイアスを印加する際に、外部の変調信号発生装置から、前記変調信号入力用電極５に変調信号を入力することができる。これにより、前記バイアスに変調信号を追加することができ、本実施形態の半導体受光素子の素子特性により利得を得ることが出来、光信号のＳ／Ｎ比を向上させることが出来る。
【００３６】
［実施形態２］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子の別の例を示す。本実施形態の半導体受光素子は、前記実施形態１における変調信号入力用端子５が、導体部１０とパッド電極１１を含むこと以外は、前記実施形態１と同じ構成を有する。図４に、本実施形態の半導体受光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の半導体受光素子は、変調信号入力用電極５が、導体部１０とパッド電極１１を含む以外は、図３の半導体受光素子と同じである。なお、図４において、図３と同じ構成要素には、同一の符号を付している。変調信号入力用電極５は、絶縁膜４の上に導体部１０を形成し、その上にパッド電極１１を形成することで構成されている。導体部１０は、単一の金属から形成されてもよいし複数の金属、いわゆる合金から形成されてもよいし、また、複数の金属の層を組み合わせた積層構造を有していてもよい。パッド電極１１は、金属で形成でき、ワイヤボンドにより外部デバイスと接続できる。
【００３７】
本実施形態でも、前記実施形態１と同様に、電極２と電極３の間に逆バイアスを印加することにより、外部に電気信号を外部に取り出すことができる。また、変調信号入力用電極５に変調信号を入力することにより、前記バイアスに変調信号を追加することができ、半導体受光素子の素子特性により利得を得ることが出来、光信号のＳ／Ｎ比を向上させることが出来る。本実施形態では、さらに、変調信号入力用電極５を導体部１０とパッド電極１１で構成したことにより、例えば、導体部１０の面積を広げることにより、導電性半導体基板６との間に絶縁膜４を介して容量を発生する電極板として機能させることができる。これにより、本実施形態の半導体受光素子において、低損失で通過させることのできる周波数範囲を広げることができる。
【００３８】
本実施形態において、導体部１０は、絶縁膜４の端より一定距離内側の部分には形成しないようにすることができる。これにより、前記絶縁膜４の上に前記変調信号入力用電極５を形成する際の、前記絶縁膜４に対する位置合わせのズレの許容範囲を拡大できる。また、前記変調信号入力用電極５と前記導電性半導体基板６とのショートを防止して、前記変調信号入力用電極５の前記電気信号取出用電極（２および３）からの絶縁状態を確保できる。
【００３９】
［実施形態３］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子の別の例を示す。本実施形態の半導体受光素子は、信号光が導電性半導体基板の下面（裏面）から入射する構成を有する以外は、前記実施形態２と同様の構成を有する。図５に、本実施形態の半導体受光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板６が、裏面に、受光部に対して入射する信号光を通過させる信号光通過領域１２を有し、変調信号入力用電極５が、前記導電性半導体基板６の裏面上の、前記信号光通過領域１２よりも外の部分に形成されている。これ以外は、本実施形態の半導体受光素子は、図４の半導体受光素子と同じである。なお、図５において、図４と同じ構成要素には、同一の符号を付している。
【００４０】
本実施形態でも、前記実施形態２と同じ効果を得ることができる。本実施形態では、特に、導電性半導体基板６の信号光通過領域外の部分に変調信号入力用電極５を形成したことから、変調信号入力用電極５による半導体受光素子の信号光検出能力への影響を抑制できる。具体的には、例えば、前記変調信号入力用電極５と前記信号光通過領域１２を通過する信号光の干渉等を防止できる。
【００４１】
［実施形態４］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子の別の例を示す。本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板の信号光通過領域に誘電体から形成される反射防止膜を形成した以外は、前記実施形態３と同様の構成を有する。図６に、本実施形態の半導体受光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板６における信号光通過領域１２の上に反射防止膜１３を形成し、反射防止膜１２とは別に、導電性半導体基板６の裏面における信号光通過領域１２の外側の部分に、反射防止膜１３よりも厚みの薄い絶縁膜４を形成したことを除き、前記実施形態３と同じである。このような反射防止膜１３および絶縁膜４は、例えば、導電性半導体基板６の裏面に誘電体を用いて反射防止膜１３を形成後、絶縁膜４の部分のみエッチング等により膜を薄く形成することにより、絶縁膜４を形成することができる。また、誘電体を用いて反射防止膜１３を形成後、絶縁膜４の部分となる箇所のみ前記誘電体を除去し、新たに絶縁膜４を形成してもよい。また、導電性半導体基板６の裏面に誘電体を用いて絶縁膜４を形成後、反射防止膜１３を形成する箇所のみ前記誘電体を除去し、次いで新たに前記誘電体を用いて反射防止膜１３を形成してもよい。
【００４２】
絶縁膜は、可能な限り薄い方が、容量が増し、本実施形態の半導体受光素子において広帯域の変調信号を通過させることが可能となる。そのため、本実施形態のように、反射防止層１３を形成した場合、例えば、反射防止層を形成せずに薄い絶縁膜を用いた本発明の半導体受光素子と同じ容量の変調信号入力用電極を形成するためには、導体部１０の形成面積を広くする必要がある。そこで、本実施形態のように、信号光通過領域外の部分に、反射防止膜よりも厚みの薄い絶縁膜を形成することにより、反射防止効果と大きな容量の両方の効果を得ることができる。
【００４３】
次に、特に、変調信号入力用電極が導体部を含む本発明の半導体受光素子における導体部の設計態様について、前記実施形態２および前記実施形態３を例にして具体的に説明する。すなわち、前記実施形態２の半導体受光素子では、導体部１０の容量を大きくすることで、半導体受光素子の光検出特性を向上させることができる。よって、本実施形態の半導体素子では、導体部１０の容量が可能な限り大きくなるよう、変調信号入力用電極５のサイズや形状を設計することができる。すなわち、例えば、前記実施形態２において、例えば、導電性半導体基板６を５００μｍ×５００μｍのサイズの表面を有する正方形形状に形成した場合、絶縁膜４は、導電性半導体基板６の裏面において４９０μｍ×４９０μｍ程度に形成することができる。この場合、導体部１０は、例えば、絶縁膜４の端よりも３μｍ内側に形成するとして、４８４μｍ×４８４μｍのサイズまで広く形成することができる。ここで、導電性半導体基板６は均一な導体であることから、導電性半導体基板６と変調信号入力用電極５の間で有効な電極面積は、変調信号入力用電極５の面積で規定される。従って、変調信号入力用電極５が前記サイズを有する場合、導電性半導体基板６と変調信号入力用電極５の間で有効な電極面積は、最大２．３４×１０５μｍ２まで拡大できる。
【００４４】
また、例えば、実施形態３において、例えば、導電性半導体基板６を５００μｍ×５００μｍのサイズの表面を有する正方形形状に形成し、絶縁膜４を、導電性半導体基板６の裏面において４９０μｍ×４９０μｍ程度の外周サイズとなるよう形成した場合の導電性半導体基板６と変調信号入力用電極５の間で有効な電極面積は次のようになる。導体部１０は、例えば、絶縁膜４の端よりも３μｍ内側に形成するとして、４８４μｍ×４８４μｍのサイズまで広く形成することができる。信号光の光スポットが直径（受光径）２０μｍの円形であり、信号光と変調信号入力用電極５が干渉しないための信号光通過領域１２を、１００μｍ程度の直径を有する円形に形成した場合、次のようになる。すなわち、「変調信号入力用電極５の平面面積−信号光通過領域１２の面積」により計算して、２．３４×１０５μｍ２−３．１４×５０μｍ×５０μｍより、前記有効電極面積は、最大２．２６×１０５μｍ２まで拡大できる。
【００４５】
また、例えば、ＴＯ−５６型のステムに、チップキャリア搭載済の前記実施形態２または前記実施形態３の半導体受光素子を搭載する場合、前記ステムの端子配置にもよるが、例えば、３つのピン端子が配置された前記ステム上に搭載できるチップキャリアの大きさは、約１．５ｍｍ×１．５ｍｍサイズである。このようなチップキャリア上の周辺部に、端子パターンとして１００μｍ×１００μｍのサイズのパッドを配置する場合、前記チップキャリアの周辺から１００μｍ内側まで、前記実施形態の半導体受光素子を配置できる。よって、この場合、前記チップキャリアに搭載できる前記実施形態の半導体受光素子の最大サイズは、１．３ｍｍ×１．３ｍｍとなる。この場合、絶縁膜４の形成範囲は、例えば、最大１．２９０ｍｍ×１．２９０ｍｍのサイズに設計できる。そして、導体部１０の形成範囲の面積は、前記実施形態２では、１．２８４ｍｍ×１．２８４ｍｍまで拡大できる。また、前記実施形態３の場合には、信号光の受光スポットが直径２０μｍの円形状で、信号光通過領域１２を直径約１００μｍの円形状に形成した場合、「導体部１０の外径面積−信号光通過領域１２の面積」より計算して、導体部１０の面積は、１．２８４ｍｍ×１．２８４ｍｍ−３．１４×５０μｍ×５０μｍ＝１．６４×１０６μｍ２まで拡大できる。
【００４６】
また、例えば、前記実施形態２または前記実施形態３の半導体受光素子を、ＴＯ−８型のステムのようなより大きなパッケージに搭載する場合、導体部１０のサイズは、次のようにして設計することができる。すなわち、ＴＯ−８型のステムでは、より大きな実装面積（例えば、５．７２ｍｍ×５．７２ｍｍ程度）を取ることができるので、チップキャリアの最大サイズは、５．７２ｍｍ×５．７２ｍｍに形成できる。このようなチップキャリアに搭載できる最大の前記半導体受光素子のサイズは、平面面積にして５．５２ｍｍ×５．５２ｍｍとなる。そして、このサイズの前記半導体受光素子で形成できる絶縁膜４の最大面積は、５．５１ｍｍ×５．５１ｍｍである。よって、前記実施形態２の場合には、導体部１０の形成範囲は、５．５０４ｍｍ×５．５０４ｍｍまで拡大できる。前記実施形態３の場合には、信号光の受光スポットが直径２０μｍの円形状で、信号光通過領域１２を直径約１００μｍの円形状に形成した場合、「導体部１０の外径面積−信号光通過領域１２の面積」より計算して、導体部１０の面積は、５．５０４ｍｍ×５．５０４ｍｍ−３．１４×５０μｍ×５０μｍ＝３．０３×１０７μｍ２まで拡大できる。なお、前述した以上に大きな本発明の半導体受光素子も作製できるが、パッケージに搭載できるという観点からは、前記導体部１０の平面面積は、１．６×１０２μｍ２〜３．０３×１０７μｍ２であることが好ましい。
【００４７】
次に、本発明の半導体受光装置について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態は、例示であり、本発明は、以下の実施形態により制限および限定されない。
【００４８】
［実施形態５］
本実施形態では、本発明の半導体受光装置の一例を示す。本実施形態では、本発明の半導体受光素子とインダクタを含む本発明の半導体受光装置の例を示す。図７に、本実施形態の半導体受光装置の構成を示す回路図を示す。図中、一点鎖線で示す部分５００が、本実施形態の半導体受光装置を構成する部分である。図示のとおり、本実施形態の半導体受光装置は、本発明の半導体受光素子５０８とインダクタ５０７を含む。本実施形態では、本発明の半導体受光素子は、実施形態１から４のいずれかである。すなわち、前記受光部が、導電性半導体基板６と同型の導電性半導体層７と、導電性半導体基板６とは異型の導電性半導体層９を含み、前記電気信号取出用電極として、導電性半導体層７に接続されて導電性半導体基板６に電気的に接続される電極２と、前記異型の導電性半導体層９に電気的に接続される電極３とを含む本発明の半導体受光素子である。インダクタ５０７は、第１の導電性半導体層７に電気的に接続される電極２に接続される、例えばソレノイドである。本実施形態では、例えば、前記受光部が光信号を受信する際に、電極２と電極３の間に、例えば外部のＤＣバイアス電源から逆バイアスを印加する。これにより、前記受光部が光信号を電気信号に変換し、この電気信号が、信号電流として電極２および電極３から出力されることで、前記電気信号を外部に取り出すことができる。ここで、本実施形態では、例えば、前記逆バイアスを印加する際に、外部の変調信号発生装置５０１から、前記変調信号入力用電極５に変調信号を入力することができる。これにより、前記バイアスに変調信号を追加することができ、本実施形態の半導体受光素子の素子特性により利得を得ることが出来、受光する光信号のＳ／Ｎ比を向上させることが出来る。
【００４９】
本実施形態の半導体受光装置では、バイアスＴを用いなくても半導体受光素子に印加するバイアスに変調信号を付加できる。すなわち、このような本発明の半導体受光装置５００は、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、光検出回路の回路面積を小さく形成でき、小型かつ低コストで作製できる。
【００５０】
［実施形態６］
本実施形態では、本発明の半導体受光装置の別の例を示す。本実施形態では、本発明の半導体受光素子と、変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置を含む本発明の半導体受光装置の例を示す。図７に、本実施形態の半導体受光装置の構成を示す回路図を示す。図中、鎖線で示す部分５００’が、本実施形態の半導体受光装置を構成する部分である。図示のとおり、本実施形態の半導体受光装置は、本発明の半導体受光素子５０８と変調信号発生装置５０１を含む。具体的には、本実施形態では、前記本発明の半導体受光素子は、実施形態１から４のいずれかである。変調信号発生装置５０１は、例えば、本発明の半導体受光素子５０８において光信号のシグナル対ノイズ比を向上させることができるサイン波やパルス波等の変調信号を発生可能な装置であり、例えば、変調バイアス電源や、パルス源とアンプの組み合わせ等である。
【００５１】
本実施形態の半導体受光装置は、例えば、前記導電性半導体基板６に電気的に接続されている電極２にインダクタ５０７を接続することで、前記電気信号取出用電極２から変調信号を逃すことなく、実施形態５と同様にして、優れた変調バイアス動作を実現できる。本実施形態の半導体受光装置によれば、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、バイアスに変調信号を付加する光検出回路を小さな回路面積で、かつ、低コストで形成できる。
【００５２】
［実施形態７］
本実施形態では、本発明の半導体受光装置の別の例を示す。本実施形態では、本発明の半導体受光素子と、インダクタと、変調信号入力用電極に入力する変調信号を発生する変調信号発生装置を含む本発明の半導体受光装置の例を示す。図７に、本実施形態の半導体受光装置の構成を示す回路図を示す。図中、一点鎖線で示す部分５００”が、本実施形態の半導体受光装置を構成する部分である。図示のとおり、本実施形態の半導体受光装置は、本発明の半導体受光素子５０８と、インダクタ５０７と、変調信号発生装置５０１を含む。具体的には、本実施形態では、前記本発明の半導体受光素子は、前記実施形態１から４のいずれかである。すなわち、本発明の半導体受光素子５０８は、前記受光部が、導電性半導体基板６と同型の導電性半導体層７と、導電性半導体基板６とは異型の導電性半導体層９を含み、前記電気信号取出用電極として、導電性半導体基板６に電気的に接続される電極２と、異型の導電性半導体層９に電気的に接続される電極３とを含む本発明の半導体受光素子である。インダクタ５０７は、導電性半導体基板６と電気的に接続される電極２に接続される、例えばソレノイドである。変調信号発生装置５０１は、例えば、本発明の半導体受光素子において光信号のシグナル対ノイズ比を向上させることができるサイン波やパルス波等の変調信号を発生可能な装置であり、例えば、変調バイアス電源や、パルス源とアンプの組み合わせ等である。
【００５３】
本実施形態の半導体受光装置５００”は、バイアスＴを用いなくてもバイアスに変調信号を付加でき、実施形態５や実施形態６と同様にして、優れた変調バイアス動作を実現できる。すなわち、このような本発明の半導体受光装置は、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、光検出回路の回路面積を小さく形成でき、小型かつ低コストで作製できる。
【００５４】
次に、本発明の半導体受光素子および本発明の半導体受光装置について、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。ただし、以下の実施形態は、例示であり、本発明は、以下の実施形態により制限および限定されない。
【００５５】
［実施形態８］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子のさらに別の例を示す。本実施形態では、信号光が半導体受光素子の裏面から入射するメサ型の本発明の半導体受光素子の例を示す。本実施形態の半導体受光素子は、アバランシェ・フォトダイオードである。図８に、本実施形態の半導体受光素子の構成を示す断面図を示す。図９に、本実施形態の半導体受光素子の裏面を示す背面図を示す。図８は、図９のＩＩ−ＩＩ間の断面を示す。図示のとおり、本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板６、半導体層から形成された受光部、前記受光部で変換した電気信号を外部に取り出す電気信号取出用電極（２および３）および変調信号入力用電極５を含む。具体的には、前記受光部および電気信号取出用電極（２および３）が、基板６の上に形成され、変調信号入力用電極５が、基板６の上の前記受光部および電気信号取出用電極（２および３）とは別の場所に、前記電気信号取出用電極（２および３）と絶縁状態で形成されている。前記本発明の半導体受光素子は、導電性半導体基板であるＮ型ＩｎＰ基板６の上に、Ｎ型ＩｎＰ基板６から順に、ｎ型バッファ層７（ＩｎＡｌＡｓ、厚さ０．５μｍ）と、増倍層ならびに電界緩和層８’（ＩｎＡｌＡｓ、増倍層の厚さ１．０μｍ、電界緩和層の厚さ０．１μｍ）と、光吸収層８（ｉ−ＩｎＧａＡｓ、厚さ１．２μｍ）と、ｐ型バッファ層９（ｐ−ＩｎＡｌＡｓ、厚さ０．５μｍ）と、ｐ型コンタクト層９’（ｐ−ＩｎＧａＡｓ、厚さ０．２μｍ）とが積層された積層体から形成されている。このような半導体積層体１は、例えば、Ｎ型ＩｎＰ基板６の上に、ｎ型バッファ層７、増倍層ならびに電界緩和層８’、光吸収層８、ｐ型バッファ層９およびｐ型コンタクト層９’をエピタキシャル成長させることにより作製することができる。本実施形態では、Ｎ型ＩｎＰ基板６からエピタキシャル層側が、表面側である。本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板６の裏面中央に、前記受光部に入射する信号光を通過させる信号光通過領域１２を有する。本実施形態では、前記受光部は、信号光通過領域１２の上方に位置し、前記導電性半導体基板６上に形成され、光吸収層８を含む半導体層の積層体から形成されている。本実施形態では、電気信号取出用電極として、エピタキシャル層に接続される２つの型の電極（２および３）が形成されている。すなわち、導電性半導体基板６上に、ｎ型バッファ層７に接続されてＮ型ＩｎＰ基板６と電気的に接続されるｎ型電極２とｐ型バッファ層に接続されるｐ型電極３が形成されている。Ｎ型ＩｎＰ基板６の裏面には、ＳｉＮｘから形成される絶縁膜４（厚さ２０００Å）が、形成されており、この絶縁膜４の上に、変調信号入力用電極５が形成されている。変調信号入力用電極５は、導体部１０とパッド電極１１を含み、絶縁膜４の裏面に、５００ÅのＴｉ層と１０００ÅのＡｕ層を積層した導体部１０を形成し、導体部１０の上に、導体１０の一部に、４０００ÅのＡｕから形成されるパッド電極１１が形成されている。導体部１０は、信号光通過領域１２とは距離（ｗ１）を置いて形成されており、かつ、絶縁膜４の端から距離（ｗ２）内側に形成されている。すなわち、導体部１０は、絶縁膜４の端から前記距離幅（ｗ２）の部分には形成されていない。電極２および電極３は、外部のＤＣバイアス電源と接続可能に形成されている。変調信号入力用電源５は、例えば、電極パッド１１を外部の変調信号発生装置にワイヤボンドすることにより接続できる。本実施形態の半導体受光素子は、例えば、下記実施形態９に一例を示す本発明の半導体受光装置において使用できる。本実施形態の半導体受光素子は、例えば、図１０に一例を示すチップキャリア９０５に搭載することができる。図示のとおり、チップキャリア９０５には、３つの端子（端子９０１、端子９０２および端子９０３）が装備されている。例えば、前記３つの端子は、それぞれ、本実施形態の半導体受光素子のｐ型電極３、ｎ型電極２および変調信号入力用電極５に割り当てられる。このようなチップキャリア９０５は、点線で示す範囲９０４（搭載可能なチップサイズの最大限界）内に収まるサイズの半導体素子を搭載できる。このようなチップキャリア９０５に対し、本実施形態の半導体受光素子の表面と、チップキャリア９０５の表面を向かい合わせて実装する。次いで、チップキャリア９０５上の変調信号入力用電極５に対応する端子と変調信号入力用電極５とを金ワイヤで接続する。ｐ型電極３およびｎ型電極２についても、チップキャリア上の対応する端子と接続する。このようにチップキャリア上に実装した本実施形態の半導体受光素子は、例えば、図１１Ａに一例を示すような、少なくとも３つの端子（１０２、１０３、１０４）を持つＴＯ−５６ステム１０１の上に搭載することができる。すなわち、チップキャリア９０５の上の３つの端子（９０１、９０２、９０３）を、ステム１０１の３つの端子に、それぞれ最短の距離となるようワイヤ１０６で接続する。最後に、ステム１０１の上部を覆うよう、例えばガラス付の蓋を溶接等により封止し、レンズやファイバピグテイルをアライメントし、溶接等によりこれらを接続し、図１１Ｂに一例を示すような受光モジュールとすることができる。本実施形態の半導体受光素子は、例えば、７０Ｖ±１０Ｖ程度で動作可能である。
【００５６】
本実施形態の半導体受光素子は、例えば、前記受光モジュールを用いて、図１２に一例を示す回路に接続して動作させることができる。すなわち、例えば、光を検出するに際し、ｐ型電極３およびｎ型電極２にＤＣバイアスを接続する。本実施形態では、ｎ電極２には、ソレノイド５０７を介して、ＤＣバイアス電源５０３からＤＣバイアスを印加する。ここで、ＤＣバイアスは、例えば、アバランシェ・フォトダイオードのブレークダウン近傍に設定することができる。変調信号入力用電極５には、光信号を受信するタイミングに合わせて、例えば、パルス源５０１から変調信号としてパルス電圧を印加することができる。これにより、１光子まで感度を持つ光検出器として動作することが可能となる。また、この際、必要に応じて前記受光モジュールの冷却等を行うことで、感度をさらに向上させることができる。変調信号入力用電極５には、変調信号発生装置５０１から、例えば、電圧振幅が５Ｖであり、パルス幅が５ｎｓであり、繰り返し周期が５０ｎｓのパルス電圧を印加することができる。このようにして動作させる本実施形態の半導体受光素子は、例えば、動作温度を適宜設定し、ＤＣバイアスを調整することにより、光子検出可能な利得を持たせることができる。ｐ型電極３からは、前記タイミングに合わせて入射した光子の検出信号が、例えば、信号取出し抵抗５０６により、電気信号として出力される。このように、本実施形態の半導体受光素子５０８を用いた光検出回路では、バイアスＴは不要であり、インダクタ５０７のみを接続して、バイアスに変調信号を付加でき、光検出回路をコンパクトに低コストで構成できる。
【００５７】
［実施形態９］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子のさらに別の例を示す。本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板の裏面部分の構造が異なる以外は、実施形態８の半導体受光素子と同じ構成を有する。図１３に、本実施形態の半導体受光素子の構成を示す断面図を示す。図１４に、本実施形態の半導体受光素子の裏面を示す背面図を示す。図１３は、図１４のＩＩＩ−ＩＩＩ間の断面を示す。さらに、図１５に、本実施形態の半導体受光素子の側面図を示す。図示のとおり、本実施形態の半導体受光素子は、導電性半導体基板６の裏面において、信号光通過領域１２の上に反射防止膜１３を有し、信号光通過領域外の部分上に、導電性半導体基板６の端まで絶縁膜４を有する。前記信号光通過領域外の部分の絶縁膜４は、反射防止膜１３より薄く形成されている。本実施形態では、反射防止膜１３を設けたことから、実施形態８よりも導体部１０の形成面積を広くとっている。本実施形態の半導体受光素子は、例えば、次のようにして作製できる。まず、実施形態８と同様にして作製した導電性半導体基板６の裏面全体に反射防止膜１２となる誘電体膜を形成する。次いで、信号光通過領域１２を残して、前記誘電体膜の他の部分を例えばエッチングにより除去する。次いで、信号光通過領域の外側で、Ｎ型ＩｎＰ基板６の裏面の周縁までの部分に、厚さ５００Åの絶縁膜４を形成し、この絶縁膜４の上に、変調信号入力用電極の導体部１０（５００ÅのＴｉ層と１０００ÅのＡｕ層を積層体）を、絶縁膜４の端から一定距離ｗ３（例えば３μｍ）内側までの部分に形成する。導体部１０の上に、変調信号入力用電極のパッド電極１１（１００μｍ×１００μｍの平面面積サイズ）を、Ａｕを用いて４０００Åの厚さで形成する。
【００５８】
本実施形態の半導体受光素子は、例えば、５．７２ｍｍ×５．７２ｍｍのサイズのチップキャリアに搭載でき、ＴＯ−８型パッケージに搭載できる。本実施形態の半導体受光素子では、変調信号入力用電極５の導体部１０は、３．０３×１０７μｍ２の平面面積まで拡大でき、変調信号入力用電極５は、導電性半導体基板６との間に約６９ｎＦの容量を持つことができる。本実施形態の半導体素子も、図１２に一例を示す回路に接続して動作させることができる。例えば、本実施形態の半導体受光素子を接続した光検出回路では、例えば、２ＭＨｚ付近以上で５Ω以下のインピーダンスが期待でき、２ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの帯域を含む変調バイアス信号を導電性半導体基板６に印加できる。本実施形態の半導体受光素子を用いた光検出回路では、バイアスＴは不要であり、外部回路にインダクタを付加するだけで、変調バイアス動作が可能となり、光検出回路をコンパクトに低コストで構成できる。
【００５９】
［実施形態１０］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子とインダクタを含む本発明の半導体受光装置の例を示す。図７に、本実施形態の半導体受光装置の構成を示す回路図を示す。同図中、点線で囲む部分５００が、本実施形態の半導体受光装置の部分である。図示のとおり、本実施形態の半導体受光装置５００は、本発明の半導体受光素子５０８とインダクタ５０７を含む。本発明の半導体受光素子５０８としては、例えば、実施形態８または実施形態９の半導体受光素子を用いることができる。インダクタ５０７は、例えば、ソレノイドであり、ｎ型電極２に接続される。本実施形態の半導体受光装置５００では、バイアスＴを用いなくてもＤＣバイアス電源５０３からのバイアスに変調信号を付加でき、電気信号取出抵抗５０６から高いシグナル対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）で電気信号を取り出すことができる。すなわち、本実施形態の半導体受光装置５００は、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、光検出回路の回路面積を小さく形成でき、小型かつ低コストで作製できる。
【００６０】
［実施形態１１］
本実施形態では、本発明の半導体受光素子と変調信号発生装置を含む本発明の半導体受光装置の例を示す。図７に、本実施形態の半導体受光装置の構成を示す回路図を示す。同図中、点線で囲む部分５００’が、本実施形態の半導体受光装置の部分である。図示のとおり、本実施形態の半導体受光装置５００’は、本発明の半導体受光素子５０８と変調信号発生装置５０１を含む。本発明の半導体受光素子５０８としては、例えば、実施形態８または実施形態９の半導体受光素子を用いることができる。変調信号発生装置５０１は、例えば、変調バイアス電源または、パルス源とアンプの組み合わせである。本実施形態の半導体受光装置５００’は、例えば、図示のとおり、ｎ型電極２にインダクタ５０７を接続することで、ｎ型電極２から変調信号を逃すことなく、半導体受光素子５００’の導電性半導体基板６に変調信号を入力できる。すなわち、半導体受光素子５００’の変調バイアス動作を実現でき、電気信号取出抵抗５０６から高いシグナル対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）で電気信号を取り出すことができる。このような本発明の半導体受光装置５００’によれば、バイアスＴを使用する半導体受光装置と比較して、バイアスに変調信号を付加する光検出回路を小さな回路面積で、かつ、低コストで形成できる。なお、前記インダクタ５０７を接続した同図の点線５００”で囲まれる部分は、本発明の半導体受光素子５０８とインダクタ５０７と変調信号発生装置５０１を含む本発明の半導体受光装置５００”である。
【符号の説明】
【００６１】
１  半導体積層体
２、３  電気信号取出用電極
４  絶縁膜
５  変調信号入力用電極
６  導電性半導体基板
７  第１の半導体層
８’  増倍層および電界緩和層
８  光吸収層
９  第２の半導体層
９’  半導体層（パッシベーション層）
１０  導体部
１１  パッド電極
１２  信号光通過領域
１３  反射防止膜
１４  受光部を含む部分
１０１  ステム
１０２、１０３、１０４  端子
１０６  ワイヤ
１０７  半導体受光素子
１０８  光ファイバ
１０９  光コネクタ
５０１  変調信号発生装置
５０２  変調信号
５０３  バイアス電源
５０４  バイアスＴ
５０５、５０８  半導体受光素子
５０６  電気信号取出抵抗（電流電圧変換素子）
５０７  インダクタ
５００、５００’、５００”  半導体受光装置
９０１、９０２、９０３  端子
９０４  搭載可能なチップサイズの最大限界
９０５  チップキャリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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