(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光受光層を含む半導体多層構造よりなる受光部分と端面に表面側から離れるに従い内側に傾斜した光入射端面を、前記光受光層がある表面側から逆メサ形状のエッチングにより形成することにより、該光入射端面の受光層より基板側の部分への入射光を屈折させて、前記光受光層を入射光が層厚方向に対し斜めに通過するようにした屈折型半導体受光素子とこれに対向して設置された光導波路よりなる半導体受光装置において、屈折型半導体受光素子と光導波路の間が屈折率が１よりも大きい固体又は液体で埋められていることにより、受光感度の調整が可能となることを特徴とする半導体受光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体受光装置において、屈折型半導体受光素子と光導波路の間が屈折率が２以上の固体又は液体で埋められていることを特徴とする半導体受光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体受光装置において、屈折型半導体受光素子と光導波路の間が屈折率が１．７のポリイミドで埋められていることを特徴とする半導体受光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体受光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の屈折型半導体受光装置においては、図２に示すように、屈折型半導体受光素子の光入射端面２１とシングルモード光ファイバ２８などの光導波路とが対向して設置され、その間に、空気や不活性ガス等の気体が詰められている。
屈折型半導体受光素子は、ｎ−ＩｎＰ基板２５上に、ｐ−ＩｎＰ層２２、ＩｎＧａＡｓ光受光層２３及びｎ−ＩｎＰ層２４を積層してなる半導体多層構造の端面に内側に傾斜した光入射端面２１を設けることにより、光受光層２３を入射光が斜めに通過するようにしたものである。また、素子の上下面には、ｐ電極２６、ｎ電極２７を設けている。
ここで、気体は、屈折率がほぼ１であり、また、受光素子構成材料の屈折率も一定であるため、屈折型半導体受光素子の光入射端面２１における屈折角は逆メサ角のみで決まることになる。
【０００３】
一般に、屈折型半導体受光素子の製作工程でメサ角を決定して製作するとそのウェハ内の素子のメサ角はすべて揃ってしまう。
屈折型半導体受光素子は、屈折により光が光吸収層を斜めに通過することによて実効的な吸収長が増大することを利用としているため、このように従来技術では屈折角が一義的に決まっており、従って、実効吸収長も一定となる。
【０００４】
このため、各種用途にあわせて実効吸収長を変えるためには、屈折角を変えるためにメサ角の異なるウェハを用意したり、あるいは、吸収層厚の異なるウェハを用途別に用意しなければならないという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、屈折型半導体受光素子とこれに対向して設置された光導波路よりなる半導体受光装置において、同一層構造及び同一メサ角構成の屈折型半導体受光素子を用いて用途にあわせた受光感度の調整が可能となる半導体受光装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る半導体受光装置は、光受光層を含む半導体多層構造よりなる受光部分と端面に表面側から離れるに従い内側に傾斜した光入射端面を、前記光受光層がある表面側から逆メサ形状のエッチングにより形成することにより、該光入射端面の受光層より基板側の部分への入射光を屈折させて、前記光受光層を入射光が層厚方向に対し斜めに通過するようにした屈折型半導体受光素子とこれに対向して設置された光導波路よりなる半導体受光装置において、屈折型半導体受光素子と光導波路の間が屈折率が１よりも大きい固体又は液体で埋められていることにより、受光感度の調整が可能となることを特徴とする。
【０００７】
屈折型半導体受光素子と光導波路の間が、屈折率が１より大きな固体又は液体で埋められることにより、屈折型半導体受光素子の光入射端面における屈折角が逆メサ角のみで決まることはなくなり、この埋め込んだ物質の屈折率で変化させることが可能となる。
従来技術とは、屈折型半導体受光素子と光導波路の間が屈折率がほぼ１の気体ではなく、屈折率が１以上の固体又は液体で埋められていることが異なる。
【０００８】
〔作用〕
本発明の半導体受光装置は、屈折型半導体受光素子と光導波路の間が、屈折率が１以上の固体又は液体で埋められているため、用いる固体又は液体を適当に選び、屈折率を変化させることにより、同一層構造及び同一メサ角構成よりなる同一ウェハより切り出した屈折型半導体受光素子を用いても、受光素子入射端面での屈折角の変化が可能となり、用途にあわせた受光感度の調整が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施例に係る半導体受光装置を図１に示す。
この半導体受光装置は、図１に示すように、屈折型半導体受光素子の光入射端面１１とシングルモード光ファイバ１８とを対向して設置し、その間にポリイミド１９を充填したものである。
屈折型半導体受光素子は、ｎ−ＩｎＰ基板１５上に、１μｍ厚ｐ−ＩｎＰ層１２、０．７μｍ厚ＩｎＧａＡｓ光受光層１３及び１μｍ厚ｎ−ＩｎＰ層１４を積層してなる半導体多層構造の端面に内側に傾斜した光入射端面１１を設けることにより、光受光層１３を入射光が斜めに通過するようにしたものである。また、素子の上下面には、ｐ電極１６、ｎ電極１７を設けている。更に、素子の受光層面積は３０μｍ×７０μｍである。
【００１０】
光入射面１１は、（００１）表面のウェハをブロムメタノールを用いたウェットエッチングでは（１１１）Ａ面が図のように逆メサ形状で形成され、この時の逆メサ角が５５度になることを利用して形成した。
もちろん、逆メサ部は他のウェットエッチング液やドライエッチング法を用いて形成しても良いし、他の結晶面を利用したり、エッチングマスクの密着性を利用し角度を制御して形成しても良い。
【００１１】
シングルモード光ファイバ１８と光入射面１１の間を埋めるポリイミド１９の屈折率は、１より大きく、〜１．７程度である。
なお、受光素子及びファイバ端面は無反射膜を形成している。
波長１．５５μｍの光をシングルモード光ファイバ１８にて導入すると、印加逆バイアス１．５Ｖで受光感度１．０Ａ／Ｗの大きな値が得られた。
【００１２】
なお、本実施例の受光素子の層構造は高速動作が可能なように設計されたものである。
即ち、吸収層が０．７μｍ厚と薄く、キャリアの走行時間が小さくなるようになっている。
また、素子とファイバ間が空気の時、屈折角が最も大きく、したがって、屈折した光を受光するために必要な素子長が短くでき、素子サイズで決まる素子容量が小さくできる。
素子とファイバ間が空気の従来技術で、素子サイズを１０μｍ×２０μｍに微小化したもので構成したモジュールで３ｄＢ帯域４０ＧＨｚ以上の高速動作が確認できた。
【００１３】
しかしながら、このモジュールでは、受光感度は０．８Ａ／Ｗであった。これは、光吸収層１３での吸収が十分でないためである。
高速化と受光感度は基本的にトレードオフの関係にあるため、高速化に伴う受光感度の低下はある程度はしかたのないことであるが、本発明によれば、高速化のために光吸収層１３を薄くしても広い範囲にわたって受光感度の変化を図ることが可能となる。
ただし、動作速度は受光素子長の増大にともなう素子容量の増加によりある程度低下する。
【００１４】
図３は、ＩｎＰにおいて、波長１．５５μｍの光をメサ角５５度で入射した時の素子とファイバ間の物質の屈折率ｎ１に対する実効吸収長の吸収層厚に対する増大率（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  Ｆａｃｔｏｒ）を計算したものを示している。
ここで、増大率は、光入射端面部分の拡大図である図４に示すように、屈折した光の吸収層に対する角度をφとすると、実行吸収長ｔｅｆｆの吸収層厚ｔに対する増大率として１／ｓｉｎφで与えられる。
従って、屈折率ｎ１が大きい材料を用いることで、増大率がかなり大きくできることが判る。
本実施例では屈折率〜１．７のポリイミド１９を用いており、この時の増大率は空気の時に対して、約４１％の増大がもたらされ、その結果、上述の受光感度の増大が得られている。
【００１５】
素子とファイバ間の物質は入射光に対して良好な透過性を持ち、屈折率が１以上のものであれば、特に限定するものではなく、フッ素化ポリイミド等の各種ポリイミド、エポキシ樹脂やフッ素化エポキシやフッ素化エポキシアクリレート樹脂等の各種エポキシやアクリル系及び変成シリコーン樹脂等の有機系物質等の他、屈折率が２以上となるカルコゲナイドガラスなどの無機物質等なんでも良く、また、オイルなどの液体物質でも良い。
【００１６】
こうした各種物質を適当に選ぶことにより、同一層構造及び同一メサ角構成よりなる同一ウェハより切り出した屈折型半導体受光素子を用いても、受光素子入射端面での屈折角の変化が可能となり、用途にあわせた受光感度の調整が可能となる。
また、受光素子に関しては、本実施例では、表面側のｐ−ＩｎＰ層は結晶成長によって形成しているが、結晶成長ではアンドープＩｎＰ層とし、表面側の主たる部分の半導体の導電形を、Ｚｎの拡散や、イオン注入法とその後のアニールによって決定しても良い。
【００１７】
また、半導体受光素子部分は、第１導電形を有する半導体層上にあって、真性又は第一の導電型の半導体層、超格子半導体層又は多重量子井戸半導体層より成る光受光層とショットキー電極との間に、前記光受光層と前記ショットキー電極との間のショットキー障壁よりも高いショットキー障壁を前記ショットキー電極に対して有するショットキーバリアハイトの高い半導体属を介在した多層構造を基板上に構成してなる半導体受光素子や、前記ショットキーバリアハイトの高い半導体層は、Ｉｎ１−ｘ−ｙＧａｘＡｌｙＡｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）又はＩｎ１−ｕＧａｕＡｌｙＡｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とその上の薄いＩｎ１−ｕＧａｕＡｓ１−ｖＰｖ（０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１）よりなる半導体受光素子で構成しても良い。
【００１８】
また、この実施例では、基板としてｎ−ＩｎＰを用いた例であるが、ｐ−ＩｎＰを用いても上記のｐとｎを逆にして同様に製作可能であり、また、半絶縁性ＩｎＰ基板をもちいても電極の引出し方を考慮すれば同様に製作可能である。
また、ここでは、受光層としで均一組成のバルクを用いているが、アバランシェフォトダイオードに用いられるＳＧＡＭ（Ｓｅｐａｒａｔｅ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｇｒａｄｅｄ−ｍｕｌｔｐｌｉｃａｔｉｏｎ）構造やＳＡＭ−ＳＬ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ）構造や他の超格子構造の半導体層等を用いても良い。
【００１９】
また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以外のＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系などの材料系や歪を内在するような材料系でも良い。
また、光導波路に関しては、この実施例では、シングルモード光ファイバを用いているが、レンズ付ファイバや先球ファイバ等の他、ＰＬＣ（Ｐｌａｎｅｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の様な石英系光導波路等でも良い。
【００２０】
また、ＰＬＣ上に受光素子をマウントするハイブリッド集積構造等でも良い。また、導波路は石英系などの無機系各種材料によるものだけでなく、ポリマー導波路やプラスチックファイバー等の有機系各種材料によるもので良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の半導体受光装置は、屈折型半導体受光素子と光導波路の間が、屈折率が１以上の固体又は液体で埋められているため、用いる固体又は液体を適当に選び、屈折率を変化させることにより、同一層構造及び同一メサ角構成よりなる同一ウェハより切り出した屈折型半導体受光素子を用いても、受光素子入射端面での屈折角の変化が可能となり、用途にあわせた受光感度の調整が可能となる。また、用途にあわせて、新たに層構造やメサ角の異なった素子を製作することが不要となるため、コスト低減にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す説明図である。
【図２】従来の屈折型半導体光受光素子を示す説明図である。
【図３】ＩnＰにおいて、波長１．５５μｍの光をメサ角５５度で入射した時の素子とファイバ間の物質の屈折率ｎ1に対する実効吸収長の吸収層厚に対する増大率を計算した結果を示すグラフである。
【図４】光入射端面部分の拡大図である。
【符号の説明】
１１ 光入射面
１２ １μｍ厚ｐ−ＩnＰ層
１３ ０．７μｍ厚ＩnＧaＡs光受光層
１４ １μｍ厚ｎ−ＩnＰ層
１５ ｎ−ＩnＰ基板
１６ ｐ電極
１７ ｎ電極
１８ シングルモード光ファイバ
１９ ポリイミド
２１ 光入射面
２２ ｐ−ＩnＰ層
２３ ＩnＧaＡs光受光層
２４ ｎ−ＩnＰ層
２５ ｎ−ＩnＰ基板
２６ ｐ電極
２７ ｎ電極
２８ シングルモード光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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