(57)【要約】  本開示の一側面に係る端面入射型受光素子は、半導体材料で構成され、垂直方向に対向する上面及び下面と、上面及び下面の端部同士を連結し、光を照射する光源側に配置される端面と、を備える。端面の少なくとも一部分は、上面側よりも下面側が光源に近付くように垂直方向に対して傾斜している。下面には、１又は複数の溝が設けられる。１又は複数の溝の前記端面側の斜面は、光源から端面を介して入射した光を反射するように配置される。上面側には、１又は複数の溝の端面側の斜面で反射された光を受光する受光領域が設けられる。
2019043864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料により形成される端面入射型受光素子であって、
垂直方向に対向する上面及び下面と、
前記上面及び前記下面の端部同士を連結し、光を照射する光源側に配置される端面と、
を備え、
前記端面の少なくとも一部分は、前記上面側よりも前記下面側が前記光源に近付くように前記垂直方向に対して傾斜しており、
前記下面には、１又は複数の溝が設けられており、
前記１又は複数の溝の前記端面側の斜面は、前記光源から前記端面を介して入射した光を反射するように配置されており、
前記上面側には、前記１又は複数の溝の前記端面側の斜面で反射された前記光を受光する受光領域が設けられている、
端面入射型受光素子。
【請求項２】
前記端面の全領域が、前記垂直方向に対して傾斜している、
請求項１に記載の端面入射型受光素子。
【請求項３】
前記端面の前記上面側の一部分が、前記垂直方向に対して傾斜しており、前記端面の残りの部分は、前記垂直方向に沿うように形成されている、
請求項１に記載の端面入射型受光素子。
【請求項４】
前記上面側の傾斜する前記一部分の下端は、前記１又は複数の溝の上端と同じ高さ又は前記１又は複数の溝の上端よりも高い高さに位置する、
請求項３に記載の端面入射型受光素子。
【請求項５】
前記上面側の傾斜する前記一部分の傾斜角度Ａ１と前記１又は複数の溝の前記斜面の傾斜角度Ａ２とは、次の式（１）を満たすように設定される、
請求項３又は４に記載の端面入射型受光素子。
【数１４】
2019043864.tif 000016
なお、ｎ1は、空気の絶対屈折率を示し、ｎ2は、前記半導体材料の絶対屈折率を示す。
【請求項６】
前記端面の前記垂直方向に対して傾斜した部分は、平坦状に形成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の端面入射型受光素子。
【請求項７】
前記端面の前記垂直方向に対して傾斜した部分は、前記１又は複数の溝の前記端面側の斜面の少なくともいずれかに前記光源から入射する前記光を集光するように曲面状に形成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の端面入射型受光素子。
【請求項８】
前記下面には、複数の前記溝が設けられており、
前記複数の溝は、前記光の入射する方向に沿って配列されている、
請求項１から７のいずれか１項に記載の端面入射型受光素子。
【請求項９】
前記１又は複数の溝の前記端面側の前記斜面の外側には金属膜が形成されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の端面入射型受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端面入射型受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信用の光源として用いられる半導体レーザは、光出力を安定に保つために、当該半導体レーザの裏面から出る光を受光素子によって常時監視（モニタ）される。従来、この監視のため、半導体主面に光が垂直に入射するいわゆる表面入射型受光素子が利用されてきた。【０００３】
しかしながら、半導体レーザの裏面からのレーザ光を表面入射型受光素子により受光するためには、レーザ光の光軸と受光面とを直交させることになり、受光素子をサブマウントに乗せ、そのサブマウントを９０度回転させることになる。すなわち、受光素子に表面入射型を利用する場合には、当該受光素子を半導体レーザの裏面に立てかけてマウントすることになる。そのため、サブマウント等の分だけ部品点数が増えてしまい、装置全体の小型化が困難であるという課題があった。【０００４】
そこで、特許文献１及び２並びに非特許文献１では、半導体レーザの裏面からのレーザ光の光軸と平行な入射光軸を有する端面入射型受光素子が提案されている。この端面入射型受光素子によれば、サブマウントを利用することなく、レーザ光の光軸と受光面（端面）とを直交させることができる。そのため、部品点数を抑えることができ、また、装置全体の小型化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０８７７６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８５３１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】冨本忠利、「端面入射型ＰＩＮ−ＰＤを用いた１０Ｇｂｉｔ／ｓ表面実装型モジュールの開発」、沖テクニカルレビュー 第１９６号 Ｖｏｌ．７０ Ｎｏ．４、２００３年１０月、ｐ．１００−１０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１Ａ〜図１Ｃを用いて、従来例に係る端面入射型受光素子の問題点について説明する。図１Ａは、従来例に係る端面入射型受光素子１０００を模式的に例示する断面図である。図１Ｂ及び図１Ｃは、従来例に係る端面入射型受光素子１０００がレーザ光１０５２を受光する場面を模式的に例示する。なお、以下では、ＩｎＰ（リン化インジウム）系半導体により形成された端面入射型受光素子を例示する。【０００８】
図１Ａに示されるとおり、従来例に係る端面入射型受光素子１０００は、ｎ型ＩｎＰ基板１００１と、ｎ型ＩｎＰ基板１００１の主面上に形成された活性層１００２と、活性層１００２上に形成されたｎ型ＩｎＰ層１００３と、を含んでいる。活性層１００２は、例えば、ｎ型ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）で構成される。また、活性層１００２及びｎ型ＩｎＰ層１００３は、例えば、エピタキシャル成長等により形成される。【０００９】
そして、ｎ型ＩｎＰ層１００３の一部には、例えば、Ｚｎ（亜鉛）等が拡散され、これにより、ｐ型拡散領域（ｐ型ＩｎＰ領域）１００４が形成される。このｐ型拡散領域１００４の直下に形成されるＰＮ接合により構成される部分が光を受光する活性領域（受光部）１００５となる。【００１０】
この従来例に係る端面入射型受光素子１０００は、断面略矩形状に形成され、垂直方向に対向する上面１０１１及び下面１０１２を備えている。また、従来例に係る端面入射型受光素子１０００は、レーザ光等の光が入射する側に配置された端面１０１３と、この端面に水平方向に対向する背面１０１４と、を備えている。【００１１】
ｎ型ＩｎＰ基板１００１の下面１０１２側には、エッチング等により断面略逆Ｖ字状の溝１０２１が形成されている。この溝１０２１は、端面１０１３側に配置される斜面１０２２と、最も上面１０１１側に位置する上端１０２３と、を含んでいる。なお、上面１０１１側においてｐ型拡散領域１００４上にはｐ型電極１００８が設けられ、これに対応して、下面１０１２上にはｎ型電極１００９が適宜設けられる。【００１２】
この端面入射型受光素子１０００は、次のとおり動作する。図１Ｂ及び図１Ｃに示されるとおり、この端面入射型受光素子１０００は、端面１０１３が光源と対向するように配置される。換言すると、光源となる半導体レーザ装置１０５０は、端面１０１３と対向する位置であって、端面入射型受光素子１０００の近傍に配置される。半導体レーザ装置１０５０は、発光点１０５１からレーザ光１０５２を照射するように構成される。【００１３】
半導体レーザ装置１０５０から照射されたレーザ光１０５２は、端面１０１３からｎ型ＩｎＰ基板１００１内に侵入して、溝１０２１の斜面１０２２に入射する。端面１０１３を介して入射したレーザ光１０５２は、反射の法則に従って、斜面１０２２により上面１０１１側に反射される。すなわち、レーザ光１０５２の光路は、斜面１０２２によって折り曲げられる。これにより、レーザ光１０５２は、活性領域１００５に到達し、当該活性領域１００５において光電流を発生させる。このように、基板主面（上面側）から入射光を取り込むのではなく、端面から入射光を取り込む受光素子が、端面入射型受光素子である。【００１４】
ここで、通常のケースでは、半導体レーザ装置１０５０の発光点１０５１は、端面入射型受光素子１０００の下面１０１２から１００μｍ〜１２０μｍの高さの位置に配置される。また、一般的に、発光点１０５１から照射されるレーザ光１０５２は、やや拡散しながら直進する。【００１５】
図１Ｂの例では、下面１０１２から活性領域１００５までの高さが２００μｍに設定されている。更に、下面１０１２から発光点１０５１までの高さが１００μｍに設定されているのに対して、溝１０２１の深さ、すなわち、下面１０１２から上端１０２３までの高さは１２０μｍに設定されている。【００１６】
この場合には、図１Ｂに示されるとおり、レーザ光１０５２がやや拡散しても、溝１０２１の上端１０２３が、発光点１０５１よりも十分に高い位置に配置されているため、換言すると、溝１０２１が十分に深いため、端面１０１３を介して侵入したレーザ光１０５２のほぼ全てが、溝１０２１の斜面１０２２に入射する。そのため、端面１０１３を介して侵入したレーザ光１０５２のほぼすべてを斜面１０２２で反射し、受光部である活性領域１００５に到達させることができる。【００１７】
一方、図１Ｃの例では、端面入射型受光素子１０００の構成は図１Ｂの例と同様のまま、下面１０１２から発光点１０５１までの高さが１２０μｍとなっている。すなわち、発光点１０５１の高さが、溝１０２１の深さと同じになっている。この場合には、図１Ｃに示されるとおり、レーザ光１０５２の上方に拡散される部分が、端面１０１３を介してｎ型ＩｎＰ基板１００１内に侵入した後、溝１０２１の斜面１０２２には入射せず、上端１０２３よりも上方を通過してしまう。【００１８】
そのため、このレーザ光１０５２の上方に拡散される部分は、背面１０１４の方に向かってしまい、受光部である活性領域１００５に到達することができない。よって、この場合には、活性領域１００５に到達しない分だけ、光電変換の効率（すなわち、端面入射型受光素子１０００の感度）が低下してしまうことになる。発光点１０５１の高さと溝１０２１の深さとが同じである場合には、発光点１０５１から照射されるレーザ光１０５２の約半分が、斜面１０２２で反射されず、背面１０１４の方に向かってしまうため、光電変換の効率が約５０％程度低下してしまう。【００１９】
したがって、発光点１０５１の高さが高くなるほど、端面入射型受光素子１０００の感度は低下してしまう。このような感度の低下を防ぐためには、溝１０２１の深さを深くすれば解決可能である。しかしながら、溝１０２１の深さを深くすれば、図１Ｄ及び図１Ｅに示すような問題点が生じてしまう。【００２０】
図１Ｄは、従来例に係る端面入射型受光素子１０００を模式的に例示する斜視図である。図１Ｅは、従来例に係る端面入射型受光素子１０００を受光面である端面１０１３側からみた様子を模式的に例示する。一般的には、溝１０２１の形成には、異方性エッチング液が用いられる。ＩｎＰ系半導体をエッチングする場合には、ブロムメタノール液がよく用いられる。【００２１】
この異方性エッチングを利用した場合には、結晶方位によってエッチングの速度が異なってしまう。そのため、図１Ｄ及び図１Ｅに示されるとおり、溝１０２１の幅方向（図１Ａの紙面に垂直な方向、図１Ｅの左右方向）の長さが、上端１０２３に近付くにつれて、大きくなってしまう。すなわち、下面１０１２から深くなればなるほど、溝１０２１の幅が拡大してしまう。【００２２】
そうすると、上端１０２３では、溝１０２１の幅方向の端部が、端面入射型受光素子１０００（ｎ型ＩｎＰ基板１００１）の側壁に近接することになり、溝１０２１と側壁との間の部分１０３１の厚みが小さくなってしまう。これによって、端面入射型受光素子１０００の機械的に脆弱となってしまう。【００２３】
この問題に対して、端面入射型受光素子１０００の幅方向の長さを長くすることで、溝１０２１の深さを深くしても、当該端面入射型受光素子１０００の機械的強度を担保可能にすることが考えられる。しかしながら、端面入射型受光素子１０００の幅方向の長さを長くすると、当該端面入射型受光素子１０００のサイズが大きくなってしまい、当該端面入射型受光素子１０００の小型化を達成することができなくなってしまう。【００２４】
本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、機械的強度の低下を招くことなく、小型化が可能であり、かつ光電変換の効率を高めた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】
【００２５】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。【００２６】
すなわち、本開示の一側面に係る半導体材料により形成される端面入射型受光素子であって、垂直方向に対向する上面及び下面と、前記上面及び前記下面の端部同士を連結し、光を照射する光源側に配置される端面と、を備え、前記端面の少なくとも一部分は、前記上面側よりも前記下面側が前記光源に近付くように前記垂直方向に対して傾斜しており、前記下面には、１又は複数の溝が設けられており、前記１又は複数の溝の前記端面側の斜面は、前記光源から前記端面を介して入射した光を反射するように配置されており、前記上面側には、前記１又は複数の溝の前記端面側の斜面で反射された前記光を受光する受光領域が設けられている。【００２７】
上記構成に係る端面入射型受光素子では、光源側に配置される端面の少なくとも一部が、上面側よりも下面側が光源に近付くように垂直方向に対して傾斜している。これにより、光源から照射されたレーザ光等の光を、端面を介して端面入射型受光素子内に侵入する際に、この傾斜している部分で下面側に屈折するようにすることができる。つまり、光源から照射される光の光路が、この端面の傾斜している部分によって、１又は複数の溝が設けられた下面側に折り曲げられるようにすることができる。【００２８】
したがって、光源の発光点の高さが１又は複数の溝の上端の高さよりも高くても、端面入射型受光素子内に侵入した光を、１又は複数の溝の斜面で反射し、受光領域に到達するようにすることができる。そのため、１又は複数の溝の深さを深くしなくても、光電変換の効率の低下を抑制することができる。また、光電変換効率の低下を抑制したまま、１又は複数の溝の深さを浅くすることができるため、端面入射型受光素子の幅方向の厚みを小さくしても、当該端面入射型受光素子の機械的強度を担保することができる。よって、上記構成によれば、機械的強度の低下を招くことなく、小型化が可能であり、かつ光電変換の効率を高めた端面入射型受光素子を提供することができる。【００２９】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記端面の全領域が、前記垂直方向に対して傾斜していてもよい。当該構成によれば、端面入射型受光素子の製造工程を簡単にすることができる。【００３０】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記端面の前記上面側の一部分が、前記垂直方向に対して傾斜していてもよく、前記端面の残りの部分は、前記垂直方向に沿うように形成されていてもよい。当該構成によれば、光電変換の効率の高い端面入射型受光素子を提供することができる。【００３１】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記上面側の傾斜する前記一部分の下端は、前記１又は複数の溝の上端と同じ高さ又は前記１又は複数の溝の上端よりも高い高さに位置してもよい。当該構成によれば、光電変換の効率の高い端面入射型受光素子を提供することができる。【００３２】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記上面側の傾斜する前記一部分の傾斜角度Ａ１と前記１又は複数の溝の前記斜面の傾斜角度Ａ２とは、次の式（１）を満たすように設定されてよい。【００３３】
【数１】
2019043864.tif 000003
なお、ｎ1は、空気の絶対屈折率を示し、ｎ2は、前記半導体材料の絶対屈折率を示す。【００３４】
当該構成によれば、上面側の傾斜する部分を介して侵入した光を１又は複数の溝の斜面で全反射するようにすることができる。そのため、光電変換の効率の高い端面入射型受光素子を提供することができる。【００３５】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記端面の前記垂直方向に対して傾斜した部分は、平坦状に形成されていてもよい。当該構成によれば、端面入射型受光素子の製造工程を簡単にすることができる。【００３６】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記端面の前記垂直方向に対して傾斜した部分は、前記１又は複数の溝の前記端面側の斜面の少なくともいずれかに前記光源から入射する前記光を集光するように曲面状に形成されていてもよい。当該構成によれば、端面を介して端面入射型受光素子内に侵入する光を、１又は複数の溝の斜面の少なくともいずれかに集光させることができる。そのため、光電変換の効率の高い端面入射型受光素子を提供することができる。【００３７】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記下面には、複数の前記溝が設けられていてもよく、前記複数の溝は、前記光の入射する方向に沿って配列されていてもよい。端面入射型受光素子内に侵入した光を受光領域の方に反射するための複数の溝を、光の入射する方向に沿って配列することで、光電変換効率の低下を抑制したまま、各溝の深さを更に浅くすることができる。したがって、当該構成によれば、機械的強度の低下を招くことなく、更に小型化が可能な端面入射型受光素子を提供することができる。【００３８】
上記一側面に係る端面入射型受光素子において、前記１又は複数の溝の前記端面側の前記斜面の外側には金属膜が形成されていてもよい。当該構成によれば、１又は複数の溝の斜面の反射率を高めることができるため、光電変換の効率の高い端面入射型受光素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本開示によれば、機械的強度の低下を招くことなく、小型化が可能であり、かつ光電変換の効率を高めた端面入射型受光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】図１Ａは、従来例に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来例に係る端面入射型受光素子がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。
【図１Ｃ】図１Ｃは、従来例に係る端面入射型受光素子がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。
【図１Ｄ】図１Ｄは、従来例に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する斜視図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、従来例に係る端面入射型受光素子を受光面（端面）側からみた様子を模式的に例示する。
【図２】図２は、実施の形態に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施の形態に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施の形態に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図３Ｄ】図３Ｄは、実施の形態に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図４】図４は、実施の形態に係る端面入射型受光素子がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。
【図５】図５は、実施の形態に係る端面入射型受光素子を受光面（端面）側からみた様子を模式的に例示する。
【図６】図６は、変形例に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する断面図である。
【図７】図７は、変形例に係る端面入射型受光素子がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。
【図８】図８は、変形例に係る端面入射型受光素子における溝の斜面でレーザ光を全反射するための条件を説明するための図である。
【図９】図９は、変形例に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する断面図である。
【図１０】図１０は、変形例に係る端面入射型受光素子がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。
【図１１Ａ】図１１Ａは、変形例に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、変形例に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、変形例に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、変形例に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、変形例に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図１２】図１２は、変形例に係る端面入射型受光素子の製造過程における一状態を模式的に例示する。
【図１３】図１３は、変形例に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する断面図である。
【図１４】図１４は、変形例に係る端面入射型受光素子を受光面（端面）側からみた様子を模式的に例示する。
【図１５】図１５は、変形例に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する断面図である。
【図１６】図１６は、変形例に係る端面入射型受光素子がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。
【図１７】図１７は、変形例に係る端面入射型受光素子を模式的に例示する断面図である。
【図１８】図１８は、変形例に係る端面入射型受光素子がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。
【図１９】図１９は、各実施例及び比較例における光源の高さに対する結合効率のシミュレーション結果を示す。
【図２０】図２０は、実施例及び比較例における光源の高さに対する結合効率のシミュレーション結果を示す。
【図２１Ａ】図２１Ａは、実施例における端面の曲率半径に対する結合効率のシミュレーション結果を示す。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、実施例における端面の曲率半径に対する結合効率のシミュレーション結果を示す。
【図２２】図２２は、シミュレーション内容を説明するための図である。
【図２３】図２３は、光源の高さに対する光の到達位置のシミュレーション結果を示す。
【図２４】図２４は、シミュレーション内容を説明するための図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは、実施例における入射角に対する反射率のシミュレーション結果を示す。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、金及び二酸化ケイ素の厚みに対する反射率のシミュレーション結果を示す。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、金及び二酸化ケイ素の厚みに対する反射率の等高線をプロットした結果を示す。
【図２５Ｄ】図２５Ｄは、金の厚みに対する反射率のシミュレーション結果を示す。
【図２６】図２６は、シミュレーション内容を説明するための図である。
【図２７】図２７は、金及びクロムに対する反射率の等高線をプロットした結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
【００４２】
§１  構成例
まず、図２を用いて、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００を模式的に例示する断面図である。本実施形態に係る端面入射型受光素子１００は、半導体材料により構成される。以下では、端面入射型受光素子１００の材料として、ＩｎＰ（リン化インジウム）系半導体を用いた例を示す。
【００４３】
なお、本開示では、各方向を次のとおりに定義する。半導体材料の結晶成長する方向、すなわち、半導体材料の積層する方向を「垂直方向」（図２の上下方向）と称することとする。垂直方向に垂直な方向であり、光源（後述する半導体レーザ装置９０）と端面入射型受光素子１００とが対向する方向を「前後方向」（図２の左右方向）と称することとする。前後方向及び垂直方向に垂直な方向を「幅方向」（図２の紙面に垂直な方向）と称することとする。図２は、垂直方向及び前後方向に端面入射型受光素子１００を切断した断面を示す。
【００４４】
図２に示されるとおり、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００は、ｎ型ＩｎＰ基板１０と、ｎ型ＩｎＰ基板１０の主面上に形成された活性層１１と、活性層１１上に形成されたｎ型ＩｎＰ層１２と、を含んでいる。活性層１１は、例えば、ｎ型ＩｎＧａＡｓで構成される。活性層１１及びｎ型ＩｎＰ層１２は、例えば、エピタキシャル成長等の結晶成長方法によって、ｎ型ＩｎＰ基板１０の主面上に垂直方向に積層するように形成される。ｎ型ＩｎＰ層１２の一部には、例えば、Ｚｎ等が拡散され、これにより、ｐ型拡散領域（ｐ型ＩｎＰ領域）１３が形成される。このｐ型拡散領域１３の直下に形成されるＰＮ接合により構成される部分が光を受光する活性領域（受光部）１５となる。なお、活性領域１５は、本発明の「受光領域」の一例である。
【００４５】
この本実施形態に係る端面入射型受光素子１００は、断面略台形状に形成されており、垂直方向に対向する上面２１及び下面２２を備えている。上面２１は、垂直上方向側に配置され、下面２２は、垂直下方向側に配置される。本実施形態では、上面２１及び下面２２（後述する溝３１の形成される部分を除く）は、平坦状に形成されている。なお、上面２１側においてｐ型拡散領域１３上にはｐ型電極１８が設けられ、これに対応して、下面２２上にはｎ型電極１９が適宜設けられている。各電極（１８、１９）の材料には、例えば、ｐ型電極１８には、Ｃｒ/Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等が用いられてよい。また、ｎ型電極１９には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ等が用いられてよい。
【００４６】
また、端面入射型受光素子１００は、レーザ光等の光を照射する光源側に配置される端面２３と、この端面２３に前後方向に対向する背面２４と、を備えている。端面２３は、上面２１及び下面２２の光源側の端部（２１１、２２１）同士を連結するように形成されている。この端面２３は、前方向側に配置され、背面２４は、後方向側に配置される。本実施形態では、端面２３及び背面２４は、平坦状に形成されている。なお、「平坦状」は、完全に平らな状態の他、結晶成長等の製造過程により多少の凹凸が形成された状態を含む。
【００４７】
本実施形態では、端面２３の全領域が、上面２１側よりも下面２２側が光源に近付くように垂直方向に対して傾斜している。すなわち、端面２３は、下面２２側から垂直方向に対して後方斜め方向に延びている。そのため、図２に示されるとおり、端面２３と下面２２とのなす角（端面２３の傾斜角度）は鋭角になっている。これに対して、本実施形態では、背面２４は、垂直方向に沿うように形成されている。しかしながら、背面２４の形状は、このような例に限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００４８】
また、図２に示されるとおり、ｎ型ＩｎＰ基板１０の下面２２側には、断面略逆Ｖ字状の１つの溝３１が設けられている。溝３１は、例えば、エッチング等により形成され、幅方向に延びる形状を有している。この溝３１は、端面２３側に配置される斜面３２と、最も上面２１側に位置する上端３３と、を含んでいる。上端３３は、溝３１の底部に相当する。
【００４９】
斜面３２は、端面２３と同様に、下面２２側から垂直方向に対して後方斜め方向に延びている。そのため、溝３１の内側において、斜面３２と下面２２の延びる方向とのなす角（斜面３２の傾斜角度）は鋭角になっている。つまり、斜面３２と下面２２とのなす角は鈍角になっている。この斜面３２は、光源から端面２３を介して入射した光を反射するように適宜配置される。後述するとおり、斜面３２で反射された光は、上面２１側に設けられた活性領域１５により受光される。
【００５０】
溝３１の斜面３２を含む各面の外側には、誘電体膜３４及び金属膜３５が形成されている。本実施形態では、図２に示されるとおり、誘電体膜３４及び金属膜３５が、この順で、溝３１の内壁を含む溝３１の近傍領域に積層している。ただし、誘電体膜３４及び金属膜３５が形成される範囲は、このような例に限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。例えば、誘電体膜３４及び金属膜３５は、溝３１の斜面３２の外側にのみ形成されてもよい。
【００５１】
なお、誘電体膜３４及び金属膜３５それぞれの材料は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、誘電体膜３４の材料には、ＳｉＯ2（二酸化ケイ素）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＴｉＯ2（酸化チタン）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）等が用いられてもよい。また、例えば、金属膜３５の材料には、Ａｕ（金）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）等であってよい。
【００５２】
§２  製造工程
次に、図３Ａ〜図３Ｄを用いて、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００の製造工程について説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００の製造過程における一状態を模式的に例示する。なお、以下で説明する製造工程は、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００を製造する方法の一例に過ぎず、各製造工程は実施の形態に応じて、適宜、変更されてもよい。
【００５３】
まず、第１工程では、図３Ａに示されるとおり、端面入射型受光素子１００を構成するｎ型ＩｎＰ基板１０を用意する。そして、エピタキシャル成長等の結晶成長方法により、ｎ型ＩｎＰ基板１０の主面上に、活性層１１及びｎ型ＩｎＰ層１２をこの順で形成する。なお、ｎ型ＩｎＰ基板１０と活性層１１との間に、バッファ層（不図示）を形成してもよい。バッファ層は、ｎ−ＩｎＰが一般に用いられる。このバッファ層は、半導体基板上に存在する欠陥等を低減する働きを有する。
【００５４】
次の第２工程では、図３Ｂに示されるとおり、ｎ型ＩｎＰ層１２の一部分に、Ｚｎ、Ｃｄ（カドミウム）等のｐ型不純物を選択的に拡散する。これにより、ｐ型不純物を選択的に拡散した部分には、ｐ型拡散領域１３が形成される。上記のとおり、ｐ型拡散領域１３を形成することで、ｐ型拡散領域１３と活性層１１との界面にはＰＮ接合が形成され、ｐ型拡散領域１３の直下には、光を受光することで光電流を発生させることのできる活性領域１５が形成される。
【００５５】
次の第３工程では、エッチング等により下面２２に溝３１を形成する。溝３１の形成には、例えば、ブロムメタノール混合液等の異方性を有するエッチング液を用いることができる。後述するとおり、この溝３１の端面２３側の斜面３２は、ｎ型ＩｎＰ層１２内に侵入した光を活性領域１５の方に反射する反射部の役割を果たす。
【００５６】
次の第４工程では、図３Ｄに示されるとおり、溝３１の内壁を誘電体膜３４により被覆する。例えば、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等の方法によって、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の誘電体材料を溝３１の内壁に積層することで、誘電体膜３４を形成する。更に、誘電体膜３４を形成した部分を、金属膜３５により被覆する。例えば、蒸着，スパッタ等の方法によって、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ等の金属材料を誘電体膜３４上に積層することで、金属膜３５を形成する。
【００５７】
次の第５工程では、各電極（１８、１９）を形成する。例えば、蒸着、スパッタリング等の方法により、上記の電極材料を各部に積層することで、各電極（１８、１９）を形成する。
【００５８】
更に、次の第６工程では、ダイシングホイール等の加工具を利用して、端面２３の傾斜形状を形成する。このとき、ダイシングホイールの歯角を適宜選択することで、所望の傾斜角度を有する端面２３を形成することができる。また、ダイシングホイールにより、第１工程から第５工程までの製造工程の実施により得られた半導体構成体を上面２１から下面２２にかけて完全にカットすることで、全領域が垂直方向に対して傾斜する端面２３を形成することができる。以上により、図２に例示される上記構成を有する端面入射型受光素子１００を製造することができる。
【００５９】
§３  動作例
次に、図４を用いて、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００の動作例について説明する。図４は、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００がレーザ光９２を受光する場面を模式的に例示する。なお、図４は、各電極（１８、１９）等の一部の構成要素について図示を省略し、端面入射型受光素子１００を簡略的に示している。
【００６０】
図４に示されるとおり、端面入射型受光素子１００は、光源となる半導体レーザ装置９０の近傍に配置される。このとき、端面入射型受光素子１００は、半導体レーザ装置９０の方に端面２３を向けて、すなわち、半導体レーザ装置９０と端面２３とが前後方向に対向するように配置される。これにより、半導体レーザ装置９０の照射するレーザ光９２を端面２３に入射させるようにすることができる。なお、半導体レーザ装置９０は、発光点９１からレーザ光９２を照射するように適宜構成される。この半導体レーザ装置９０には、公知の半導体レーザ装置を利用することができる。
【００６１】
半導体レーザ装置９０の発光点９１から照射されたレーザ光９２は、垂直方向及び幅方向にやや拡散しながら前後方向に沿って直進し、端面入射型受光素子１００の端面２３に入射する。そして、端面２３に入射したレーザ光９２は、この端面２３を介してｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入する。ここで、本実施形態では、端面２３は、上面２１側よりも下面２２側が光源に近付くように垂直方向に対して傾斜している。また、半導体材料の絶対屈折率は、空気の絶対屈折率よりも大きい。そのため、図４に示されるとおり、レーザ光９２は、ｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入する際に、端面２３の傾斜により、反射部である斜面３２の設けられた下面２２側に屈折させられる。
【００６２】
端面２３により下面２２側に屈折し、ｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入したレーザ光９２は、当該ｎ型ＩｎＰ基板１０内を直進し、溝３１の斜面３２に入射する。端面２３を介して入射したレーザ光９２は、反射の法則に従って、斜面３２により上面２１側に反射される。すなわち、レーザ光９２の光路は、斜面３２によって折り曲げられる。
【００６３】
そして、斜面３２により反射された後、レーザ光９２は、活性領域１５に到達し、当該活性領域１５において光電流を発生させる。活性領域１５で発生した光電流は、各電極（１８、１９）を介して、端面入射型受光素子１００に接続された外部装置（不図示）により検出される。これによって、端面入射型受光素子１００は、半導体レーザ装置９０からの光（レーザ光９２）の存在を検知することができる。
【００６４】
［特徴］
以上のとおり、本実施形態によれば、端面２３が、上記のように傾斜した形状を有していることで、当該端面２３を介してｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入するレーザ光９２を溝３１の設けられた下面２２側に屈折させることができる。そのため、光源の発光点９１の高さｈ３が溝３１の上端３３の高さ（すなわち、溝３１の深さ）ｈ２より高くても、ｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入したレーザ光９２を、溝３１の斜面３２で反射し、活性領域１５に到達するようにすることができる。そのため、発光点９１の高さに応じて溝３１の深さを深くしなくても、光電変換の効率（すなわち、端面入射型受光素子１００の感度）の低下を抑制することができる。
【００６５】
例えば、発光点９１の高さｈ３を１２０μｍに設定した場合に、活性領域１５の高さｈ１を１５０μｍに設定し、溝３１の上端３３の高さｈ２を８０μｍに設定しても、光電変換の効率の低減が起きないようにすることができる。なお、説明の便宜のため、本実施形態では、下面２２をｈ１〜ｈ３の高さの基準とする。すなわち、発光点９１の高さｈ１は、下面２２から発光点９１までの垂直方向の長さに相当する。溝３１の深さｈ２は、下面２２から溝３１の上端３３までの垂直方向の長さに相当する。活性領域１５の高さｈ１は、下面２２から活性領域１５までの垂直方向の長さに相当する。以下の説明でも同様に、下面２２の高さの基準とする。
【００６６】
また、本実施形態によれば、図１Ｂ及び図１Ｃと図４との比較から明らかなとおり、光電変換の効率の低下を抑制したまま、溝３１の深さを浅くすることができる。上記の例では、溝３１の深さｈ２を従来よりも４０μｍ程度浅くしても、光電変換の効率の低下を招かないようにすることができる。そのため、端面入射型受光素子１００の幅方向の厚みを小さくしても、当該端面入射型受光素子１００の機械的強度を担保することができる。
【００６７】
ここで、図５を用いて、本効果について詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る端面入射型受光素子１００を端面２３（受光面）側からみた様子を模式的に例示する。図５に示されるとおり、上記第３工程において、異方性を有するエッチング液を用いて溝３１を形成しても、形成する溝３１の深さが上記従来例よりも浅くできるため、溝３１の上端３３の幅方向の長さを上記従来例よりも短くすることができる。これにより、端面入射型受光素子１００の幅方向の厚みを小さくしても、ｎ型ＩｎＰ基板１０の側壁（幅方向に対向する面）と溝３１との間の各部分４１の厚みが小さくなり過ぎないようにすることができる。そのため、端面入射型受光素子１００の機械的強度を担保したまま、当該端面入射型受光素子１００の小型化を図ることができる。
【００６８】
よって、本実施形態では、発光点９１の高さに応じて溝３１の深さを深くしなくても、光電変換の効率の低下を抑制することができる。また、光電変換の効率の低下を抑制したまま、溝３１の深さを浅くすることができることにより、端面入射型受光素子１００の幅方向の厚みを小さくしても、当該端面入射型受光素子１００の機械的強度を担保することができる。そのため、本実施形態によれば、機械的強度の低下を招くことなく、小型化が可能であり、かつ光電変換の効率を高めた端面入射型受光素子を提供することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、ダイシングホイール等の加工具によりカットするという簡単な工程で、端面２３の傾斜形状を形成することができる。そのため、本実施形態によれば、上記の特徴を有する端面入射型受光素子を製造する際に、製造コストの過大な増加を招かないようにすることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、上記動作において、レーザ光９２を溝３１の斜面３２で反射する際に、レーザ光９２の入射角度によっては、レーザ光９２の一部が斜面３２を透過する可能性がある。斜面３２においてレーザ光９２の透過が発生すると、その分だけ活性領域１５に到達する光の量が低減してしまい、光電変換の効率が低下してしまう。これに対して、本実施形態では、誘電体膜３４及び金属膜３５を斜面３２の外側（溝３１の内壁）に積層している。この誘電体膜３４及び金属膜３５によって、斜面３２の反射率を高めることができる。そのため、レーザ光９２の一部が斜面３２を透過する可能性を低減することができ、光電変換効率の低減を抑制することができる。
【００７１】
§４  変形例
以上、本発明の一実施形態について説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。上記端面入射型受光素子１００の各構成要素に関して、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が行われてもよい。また、上記端面入射型受光素子１００の各構成要素の形状及び大きさも、実施の形態に応じて適宜決定されてもよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
【００７２】
＜４．１＞
上記実施形態では、端面入射型受光素子１００の半導体材料として、ＩｎＰ系半導体を用いている。しかしながら、端面入射型受光素子１００の半導体材料は、ＩｎＰ系半導体に限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、端面入射型受光素子１００の半導体材料として、入射光に対して透明であればＩｎＰ以外にも適用できることはこれまでの説明からあきらかである。
【００７３】
＜４．２＞
また、上記実施形態では、斜面３２の外側に誘電体膜３４及び金属膜３５が形成されている。しかしながら、誘電体膜３４及び金属膜３５は、省略されてもよい。また、誘電体膜３４のみを省略し、斜面３２の外側、すなわち、溝３１の内壁を金属膜３５により直接被覆してもよい。また、誘電体膜３４及び金属膜３５はそれぞれ、異なる材料を用いて複数の層を有するように形成されてもよい。
【００７４】
＜４．３＞
また、上記実施形態では、端面２３の全領域が垂直方向に対して傾斜している。しかしながら、端面２３において傾斜する範囲は、このような例に限られなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。すなわち、上記端面２３は、少なくとも一部分が上記のように垂直方向に対して傾斜するように形成されていればよい。例えば、端面２３の上面２１側の一部分が垂直方向に対して傾斜するようにし、端面２３の残りの部分が垂直方向に沿うように形成してもよい。
【００７５】
図６は、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ａを模式的に例示する断面図である。本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ａは、端面２３Ａにおける傾斜範囲が上記端面２３と異なる点を除き、上記端面入射型受光素子１００と同様に構成される。なお、図６では、各電極（１８、１９）等の一部の構成要素について図示を省略し、端面入射型受光素子１００Ａを簡略的に示している。
【００７６】
図６で例示される端面入射型受光素子１００Ａでは、端面２３Ａは、上面２１側と下面２２側とで２つの部分に分けられている。具体的に、端面２３Ａは、上記実施形態と同様に垂直方向に傾斜する傾斜部２３１と、垂直方向に沿うように形成される垂直部２３２と、を含んでいる。傾斜部２３１は、上面２１側に配置され、垂直方向に対して傾斜する上記「一部分」に相当する。また、垂直部２３２は、下面２２側に配置され、垂直方向に沿うように形成される上記「残りの部分」に相当する。
【００７７】
本変形例では、傾斜部２３１の上端２３３は、上面２１の端面２３Ａ側の端部と結合している。傾斜部２３１の下端２３４は、垂直部２３２の上端と結合している。また、垂直部２３２の下端２３５は、下面２２の端面２３Ａ側の端部と結合している。このような端面２３Ａの形状は、上記第６工程において、ダイシングホイールにより、上面２１側から半導体構成体の所望の深さまで切り込みを入れ、この切り込みから半導体構成体を部分的にブレイクすることで、形成することができる。
【００７８】
なお、本変形例において、端面の一部分に傾斜部分を設ける形態は、図６〜図８で示した例に限定されなくてもよい。例えば、傾斜部２３１と上面２１の端部との間に、垂直方向に沿うように形成された部分が存在してもよい。傾斜部２３１は、傾斜角度の異なる複数の部分に分かれていてもよい。垂直部２３２内に傾斜部分が設けられてもよい。傾斜部分の配置及び傾斜角度は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００７９】
（動作例）
次に、図７を用いて、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ａの動作例について説明する。図７は、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ａがレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。本変形例では、端面２３Ａは、傾斜部２３１及び垂直部２３２の２つの部分に分かれており、光がいずれの部分に入射するかに応じて、ｎ型ＩｎＰ基板１０内での光の光路が異なる。
【００８０】
具体的には、傾斜部２３１の下端２３４の高さ（すなわち、垂直部２３２の上端の高さ）ｈ４よりも低い位置ｈ３１に、光源（上記半導体レーザ装置９０）の発光点９１ＡＡが配置された場合、この発光点９１ＡＡから照射される光は、端面２３Ａの垂直部２３２に入射する。この場合、図７に示されるとおり、垂直部２３２ではやや屈折が生じるものの、照射された光は、ほぼそのまま直進して、溝３１の斜面３２に入射し、当該斜面３２で反射されて、活性領域１５に到達する。
【００８１】
一方、傾斜部２３１の下端２３４の高さｈ４よりも高い位置ｈ３３に、光源の発光点９１ＡＢが配置された場合、この発光点９１ＡＢから照射される光は、端面２３Ａの傾斜部２３１に入射する。この場合、照射された光は、傾斜部２３１により溝３１の設けられた下面２２側に屈折させられて、溝３１の斜面３２に入射し、当該斜面３２で反射されて、活性領域１５に到達する。
【００８２】
（特徴）
上記従来例に示すとおり、端面の全領域が、前後方向に垂直な形状を有する場合、光源の発光点が、溝の上端よりも高い位置に配置されることで、端面入射型受光素子の光電変換の効率が大きく低下する。そこで、本変形例では、傾斜部２３１の下端２３４が、溝３１の上端３３と同じ高さ又は溝の上端よりも高い高さに位置するように構成してもよい。すなわち、傾斜部２３１の下端２３４の高さ（垂直部２３２の上端の高さ）ｈ４を、溝３１の上端３３の高さｈ２と同じにしてもよいし、溝３１の上端３３の高さｈ２よりも高くしてもよい。これにより、溝の上端の高さよりも高い位置に配置された発光点から照射される光を、端面入射型受光素子の端面の傾斜部分（傾斜部２３１）を通過させて、積極的に溝側に屈折させ、溝の斜面に入射させることができる。
【００８３】
また、上記実施形態のように、端面の全領域を垂直方向に対して傾斜するようにした場合、溝の上端の高さよりも低い位置に配置された光源の発光点から照射された光は、端面により下面側に屈折させられ、溝の斜面に到達する前に下面に到達してしまう可能性がある。この場合、光源から照射された光は、下面から放出されてしまい、活性領域（受光領域）には到達せず、端面入射型受光素子の光電変換の効率が低下してしまう可能性がある。
【００８４】
これに対して、本変形例では、溝の上端の高さよりも低い位置に配置された発光点から照射された光は、傾斜部分（傾斜部２３１）で下面側に屈折させるのではなく、端面入射型受光素子の端面の垂直な部分（垂直部２３２）を通過させて、溝の斜面に入射させやすくすることができる。したがって、本変形例によれば、光電変換の効率の高い端面入射型受光素子を提供することができる。
【００８５】
（全反射について）
ここで、傾斜部２３１の傾斜角度及び溝３１の斜面３２の傾斜角度によっては、傾斜部２３１を介して溝３１の斜面３２に入射する光の入射角が小さくなり、傾斜部２３１を介して斜面３２に入射した光の一部が外部に透過し得る。これについては、上記のとおり、斜面３２の外側に誘電体膜３４及び金属膜３５を形成することで、このような光の透過を抑制することができる。そのため、端面入射型受光素子１００Ａの感度を更に高めるためには、斜面３２の外側に誘電体膜３４及び金属膜３５（少なくとも金属膜３５）を形成するのが好ましい。
【００８６】
また、このような斜面３２の外側に金属膜３５を含む被膜を形成する方法の他に、次のような方法により、斜面３２における光の透過を抑制することができる。すなわち、上記変形例＜４．２＞のとおりに誘電体膜３４及び金属膜３５を省略しても、傾斜部２３１を介して斜面３２に入射した光が全反射するように、傾斜部２３１の傾斜角度及び溝３１の斜面３２の傾斜角度を適切に決定することで、斜面３２における光の透過を抑制することができる。
【００８７】
図８を用いて、端面２３Ａの傾斜部２３１を介して溝３１の斜面３２に入射した光が全反射するための条件の一例について説明する。図８は、傾斜部２３１を介して斜面３２に入射した光が全反射するための条件を説明するための図である。以下の説明では、端面入射型受光素子１００Ａを空気中で光源の近傍に配置し、傾斜部２３１に光源からの光が水平に入射したときの斜面３２における全反射の条件を説明する。
【００８８】
なお、図８では、下面２２の端面２３Ａ側の端部（すなわち、垂直部２３２の下端）の位置を点Ｐ０で示し、光源から照射された光が傾斜部２３１に入射する位置を点Ｐ１で示し、傾斜部２３１を介して斜面３２に入射する位置を点Ｐ２で示す。また、図８では、傾斜部２３１の傾斜角度をＡ１とし、溝３１の斜面３２の傾斜角度をＡ２とする。具体的には、傾斜部２３１の傾斜角度Ａ１は、傾斜部２３１と上面２１及び下面２２の延びる方向とのなす角である。斜面３２の傾斜角度Ａ２は、斜面３２と下面２２の延びる方向とのなす角である。更に、傾斜部２３１における光の入射角度をＢ１とし、傾斜部２３１における光の屈折角度をＢ２とし、傾斜部２３１を介して斜面３２に到達した光の入射角度をＢ３とする。
【００８９】
光が水平（図の左右方向）に直進していると仮定すると、傾斜部２３１の傾斜角度Ａ１と傾斜部２３１における光の入射角度Ｂ１との関係は、以下の式（２）により表すことができる。また、入射角度Ｂ１と屈折角度Ｂ２との関係は、スネルの法則により、以下の式（３）により表すことができる。更に、点Ｐ２における角度の関係を解くことで、以下の式（４）の関係式を得ることができる。
【００９０】
【数２】
2019043864.tif 000004
【数３】
2019043864.tif 000005
【数４】
2019043864.tif 000006
ここで、ｎ1は、空気の絶対屈折率を示し、ｎ2は、端面入射型受光素子１００Ａ（ｎ型ＩｎＰ基板１０）の半導体材料の絶対屈折率を示す。
【００９１】
点Ｐ２で全反射が生じるためには、点Ｐ２での入射角Ｂ３が、臨界角Ｂｃ以上であればよい。臨界角Ｂｃは、スネルの法則から、以下の式（５）により表すことができる。
【００９２】
【数５】
2019043864.tif 000007
以上の式（２）〜（５）をＡ１及びＡ２について解くことで、上記式（１）の関係式を得ることができる。そのため、傾斜部２３１の傾斜角度Ａ１及び斜面３２の傾斜角度Ａ２を、上記式（１）を満たすように設定することで、水平に直進して傾斜部２３１に入射し、当該傾斜部２３１を介して斜面３２に到達した光が、当該斜面３２において全反射するようにすることができる。これにより、斜面３２における光の透過を抑制することができる。
【００９３】
なお、溝３１が端面２３Ａから遠く離れると、傾斜部２３１を介してｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入した光が、溝３１の斜面３２に到達する前に、下面２２に到達してしまう可能性がある。そこで、以下では、傾斜部２３１を介してｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入した光が、溝３１の斜面３２に到達する条件を求める。
【００９４】
まず、図８に示すとおり、点Ｐ０を中心（０、０）とし、左右方向（前後方向）をｘ軸方向とし、上下方向（垂直方向）をｙ軸方向とする。点Ｐ１の座標を（ｘ1、ｙ1）とし、点Ｐ２の座標を（ｘ2、ｙ2）とする。また、傾斜部２３１の下端の高さをＷＨとし、光源の高さをＨとし、溝３１の上端３３の高さをＶＨとする。また、端面入射型受光素子１００Ａ内に侵入可能な傾斜部２３１の上端の高さをＨＨとする。なお、図面上、高さＨＨの上端を、ｎ型ＩｎＰ基板１０の上端部に設定しているが、活性層１１及びｎ型ＩｎＰ層１２内を光が通過可能である場合には、高さＨＨの上端は、上面２１であってよい。
【００９５】
このとき、ｘｙ平面において、傾斜部２３１を以下の式（６）により示すことができる。また、ｘｙ平面において、斜面３２を以下の式（７）により示すことができる。更に、傾斜部２３１を介してｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入してから斜面３２に到達するまでの光の光路を以下の式（８）により示すことができる。
【００９６】
【数６】
2019043864.tif 000008
【数７】
2019043864.tif 000009
【数８】
2019043864.tif 000010
【００９７】
点Ｐ２は、式（７）と式（８）との交点である。そのため、式（７）及び式（８）から以下の式（９）を導出することができる。
【００９８】
【数９】
2019043864.tif 000011
ここで、傾斜部２３１を通過した光が、溝３１の斜面３２に到達する前に、下面２２に到達してしまうのを防止するための条件（以下、「第１条件」とも称する）は、傾斜部２３１の下端２３４直近を光が通過したとき（光源の高さＨがＷＨであるとき）に、光路の点Ｐ２のｘ座標値ｘ2がＶＲ以上となることである。そのため、式（９）のｘ1に０を代入し、ＨにＷＨを代入することで、第１条件を以下の式（１０）のとおり導出することができる。
【００９９】
【数１０】
2019043864.tif 000012
また、傾斜部２３１を通過した光が、溝３１の上端３３の上方を通過してしまうのを防止するための条件（以下、「第２条件」とも称する）は、傾斜部２３１の上端直近を光が通過したとき（光源の高さＨがＨＨであるとき）に、光路の点Ｐ２のｙ座標値ｙ2がＶＨ以下となることである。このとき、点Ｐ１のｘ座標値ｘ1は、上記式（６）に基づいて、以下の式（１１）により示される。また、点Ｐ２のｘ座標値ｘ２とｙ座標値ｙ２との関係は、式（７）に基づいて、以下の式（１２）により示される。そのため、式（９）、（１１）及び（１２）に基づいて、第２条件を以下の式（１３）のとおり導出することができる。
【０１００】
【数１１】
2019043864.tif 000013
【数１２】
2019043864.tif 000014
【数１３】
2019043864.tif 000015
【０１０１】
以上により、式（１０）で示される第１条件、及び式（１３）で示される第２条件を満たすように、各部の長さを決定することで、傾斜部２３１を通過した光が溝３１の斜面３２に到達するようにすることができる。そのため、必ずしも上記第１条件及び第２条件を満たす必要はないが、上記第１条件及び第２条件を満たすように上記端面入射型受光素子１００Ａを作製するのが好ましい。
【０１０２】
＜４．４＞
また、上記実施形態及び図６で示される変形例では、端面の垂直方向に対して傾斜した部分（端面２３の全領域及び傾斜部２３１）は、平坦状に形成されている。しかしながら、この傾斜した部分の形状は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。例えば、この傾斜した部分は、光源から入射する光を溝の端面側の斜面（上記斜面３２）に集光するように曲面状に形成されてよい。
【０１０３】
図９は、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｂを模式的に例示する断面図である。本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｂは、端面２３Ｂの形状が上記端面２３と異なる点を除き、上記端面入射型受光素子１００と同様に構成される。なお、図９では、上記図６と同様に、各電極（１８、１９）等の一部の構成要素について図示を省略し、端面入射型受光素子１００Ｂを簡略的に示している。
【０１０４】
図９で例示される端面入射型受光素子１００Ｂでは、端面２３Ｂの全領域が、レンズとしての役割を果たすために、光源から入射する光を溝３１の斜面３２に集光するように曲面状に形成されている。具体的には、端面２３Ｂは、図９の断面（前後方向及び垂直方向により定義される平面）において所定の曲率半径を有するように断面湾曲状に形成されている。端面２３Ｂの曲率半径は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【０１０５】
なお、曲面状に形成される領域は、このような例に限られなくてもよい。例えば、端面２３Ｂは、上記変形例の傾斜部２３１及び垂直部２３２の少なくともいずれかと同様の形状を有する領域を部分的に有してもよい。また、端面２３Ｂは、曲率半径の異なる複数の部分に分かれていてもよい。
【０１０６】
（動作例）
次に、図１０を用いて、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｂの動作例について説明する。図１０は、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｂがレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。図１０では、発光点９１ＢＡの位置が最も低く、発光点９１ＢＢの位置が発光点９１ＢＡよりも高く、発光点９１ＢＣの位置が発光点９１ＢＢよりも高くなっている。
【０１０７】
本変形例では、端面２３Ｂは、一定の曲率半径で湾曲しているため、端面２３Ｂでは、上面２１側の領域が下面２２側の領域よりも湾曲している。そのため、上面２１側の領域からｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入した光の方が、下面２２側の領域から侵入した光よりもより下面２２側に屈折させられる。つまり、発光点９１ＢＡ、発光点９１ＢＢ、及び発光点９１ＢＣの順に光源の高さが高くなるに従って、光源から照射された光は、端面２３Ｂによって、より下面２２側に屈折させられる。
【０１０８】
これにより、上記端面入射型受光素子１００Ａと同様に、低い位置にある光源から照射された光に対しては、下面２２側に大きく屈折させないようにして、溝３１の斜面３２に到達する前に下面２２に到達してしまうのを抑制し、当該斜面３２に入射させやすくすることができる。また、高い位置にある光源から照射された光に対しては、下面２２側に大きく屈折させることで、溝３１の上端３３の上方を通過してしまうのを抑制し、斜面３２に入射させやすくすることができる。よって、本変形例によれば、光電変換の効率の高い端面入射型受光素子を提供することができる。
【０１０９】
（製造工程）
次に、図１１Ａ〜図１１Ｅを用いて、端面入射型受光素子１００Ｂの端面２３Ｂの形状を形成する方法について説明する。上記実施形態に係る製造工程の第１工程〜第５工程を実施し、上記第６工程を以下のとおり変更することで、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｂを製造することができる。
【０１１０】
まず、図１１Ａに示されるとおり、上記第１工程〜第５工程を実施することで、ｎ型ＩｎＰ基板１０、活性層１１及びｎ型ＩｎＰ層１２を含み、溝３１を有する半導体構造体２０１を作製する。そして、作製した半導体構造体２０１を基板２１０上に取り付ける。なお、図１１Ａ〜図１１Ｅでは、ｎ型ＩｎＰ基板１０等の構成要素については図示を省略している。
【０１１１】
次に、図１１Ｂに示されるとおり、比較的に歯厚の大きいダイシングホイール等の加工具を用いて、半導体構造体２０１に適当な深さの溝２０２を形成する。続いて、図１１Ｃに示されるとおり、溝２０２を形成した加工具よりも歯厚の小さい加工具を用いて、溝２０２の底部から更なる溝２０３を形成する。図１１Ｃの例では、２段の溝（２０２、２０３）を示しているが、実施の形態に応じて溝の段数は増やしてもよい。
【０１１２】
次に、ＨＢｒ（臭化水素）、Ｈ３ＰＯ４（リン酸）等を用いて、各溝（２０２、２０３）の内壁に対して化学エッチングを行う。化学エッチングでは、内壁の角の部分がその他の部分よりも早く除去される。そのため、加工具により形成した複数段の溝の内壁は、図１１Ｄに示されるように、滑らかな形状になっていき、所定の曲率半径を有する端面２３Ｂとなる。これにより、上記曲面状の端面２３Ｂを有する端面入射型受光素子１００Ｂを作製することができる（図では、２つの端面入射型受光素子１００Ｂが作製される）。最後に、図１１Ｅに示されるとおり、基板２１０から取り外すことで、端面入射型受光素子１００Ｂを得ることができる。
【０１１３】
＜４．５＞
また、上記実施形態及び上記各変形例では、各端面入射型受光素子（１００、１００Ａ、１００Ｂ）に設けられる溝３１の数は、１つである。しかしながら、端面入射型受光素子に設ける溝の数は、１つに限られなくてもよく、複数であってもよい。
【０１１４】
図１３は、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｃを模式的に例示する断面図である。本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｃは、溝の数が異なる点を除き、上記端面入射型受光素子１００と同様に構成される。なお、図１３では、上記図６等と同様に、各電極（１８、１９）等の一部の構成要素について図示を省略し、端面入射型受光素子１００Ｃを簡略的に示している。
【０１１５】
図１３で例示される端面入射型受光素子１００Ｃの下面２２には、複数の溝６１が設けられている。各溝６１は、幅方向に延びており、光の入射する方向（前後方向）に沿って配列されている。各溝６１は、上記溝３１と同様に、端面２３側に配置される斜面６２と、最も上面２１側に位置する上端６３と、を含んでいる。上端６３は、溝６１の底部に相当する。
【０１１６】
なお、図１３では、溝６１の数は、４つであるが、このような例に限られなくてもよく、２つであってもよいし、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。また、図１３では、各溝６１の上端６３の位置、すなわち、各溝６１の深さは、一致している。更に、各溝６１の斜面６２の傾斜角度も一致している。しかしながら、各溝６１の形状は、このような例に限られなくてもよい。複数の溝６１のうちの少なくともいずれかの溝６１の深さがその他の溝６１の深さと異なってもよい。例えば、各溝６１は、前方側の溝６１から後方側の溝６１になるにつれて、溝６１の深さが深くなる、すなわち、溝６１の上端６３の位置が高くなるように構成されてもよい。また、複数の溝６１のうちの少なくともいずれかの溝６１の斜面６２の傾斜角度が、その他の溝６１の斜面６２の傾斜角度と異なっていてもよい。
【０１１７】
図１４は、本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｃを端面２３側からみた様子を模式的に例示する。本変形例では、上記実施形態と同様に、端面２３は、上面２１側よりも下面２２側が光源に近付くように傾斜している。これにより、光源から照射された光は、端面２３によって下面２２側に屈折させられて、端面入射型受光素子１００Ｃ内に侵入する。そのため、この端面入射型受光素子１００Ｃ内を進む光は、前方側の溝６１の上端６３の上方を通過しても、その溝６１よりも後方側の溝６１の斜面６２に到達する可能性がある（後述する図１６及び図１８を参照）。
【０１１８】
したがって、各溝６１の深さを上記溝３１の深さよりも小さくしても、比較的に高い位置に存在する光源から照射された光を、複数の溝６１のいずれかの溝６１の斜面６２で反射することができる。よって、本変形例では、光電変換の効率の低下を招くことなく、１つの溝３１を設ける場合に比べて、各溝６１の深さを低くすることができる。
【０１１９】
そのため、図１４に示されるとおり、各溝６１の上端６３とｎ型ＩｎＰ基板１０の側壁との間の各部分４１Ｃの厚みを比較的に厚くすることができる。これによって、本変形例によれば、端面入射型受光素子の機械的強度を高めることができる。
【０１２０】
また、端面入射型受光素子１００Ｃの幅方向の厚みを小さくしても、各部分４１Ｃの厚みが小さくなり過ぎないようにすることができる。これによって、本変形例によれば、端面入射型受光素子の機械的強度を担保したまま、当該端面入射型受光素子の小型化を図ることができる。
【０１２１】
（その他）
なお、図１５〜図１８に示すとおり、上記各変形例に係る端面入射型受光素子（１Ａ、１Ｂ）においても、１つの溝３１に代えて、複数の溝６１を下面２２に設けることができる。図１５及び図１７は、各変形例に係る端面入射型受光素子（１００Ｄ、１００Ｅ）を模式的に例示する断面図である。図１６及び図１８は、各変形例に係る端面入射型受光素子（１００Ｄ、１００Ｅ）がレーザ光を受光する場面を模式的に例示する。なお、各図では、上記図６と同様に、各電極（１８、１９）等の一部の構成要素について図示を省略し、各端面入射型受光素子（１００Ｄ、１００Ｅ）を簡略的に示している。
【０１２２】
図１５及び図１６で例示される端面入射型受光素子１００Ｄは、１つの溝３１に代えて、複数の溝６１が設けられる点を除き、上記端面入射型受光素子１００Ａと同様に構成される。端面２３Ｄの傾斜部２３１Ｄ及び垂直部２３２Ｄはそれぞれ、上記端面２３Ａの傾斜部２３１及び垂直部２３２に対応する。
【０１２３】
図１６では、発光点９１ＤＡは、照射した光が垂直部２３２Ｄに入射するように配置され、発光点９１ＤＢは、照射した光が傾斜部２３１Ｄに入射するように配置されているものとする。この変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｄは、以下のとおり動作する。
【０１２４】
すなわち、発光点９１ＤＡから照射された光は、垂直部２３２でやや屈折させられるものの、ほぼそのまま直進して、最も端面２３Ｄ側に配置された溝６１の斜面６２に入射する。そして、当該光は、斜面６２により反射され、活性領域１５に到達する。各溝６１の深さが同じであり、かつ垂直部２３２Ｄを介して侵入した光の一部が、最も端面２３Ｄ側に配置された溝６１の上端６３の上方を通過する場合には、図１６に示されるとおり、その部分は、各溝６１の斜面６２では反射されず、背面２４側から透過してしまう可能性がある。
【０１２５】
一方、発光点９１ＤＢから照射された光は、傾斜部２３１により下面２２側に屈折させられているため、前方側の溝６１の上端６３の上方を通過しても、その溝６１よりも後方側の溝６１の斜面６２に到達する可能性がある。そのため、発光点９１ＤＢから照射された光は、複数の溝６１の少なくともいずれかの斜面６２により反射され得る。一例として、図１６では、発光点９１ＤＢから照射された光が、４つの溝６１それぞれの斜面６２で反射される場面が示されている。
【０１２６】
また、図１７及び図１８で例示される端面入射型受光素子１００Ｅは、１つの溝３１に代えて、複数の溝６１が設けられる点を除き、上記端面入射型受光素子１００Ｂと同様に構成される。端面２３Ｅは、上記端面２３Ｂに対応する。
【０１２７】
図１８では、発光点９１ＥＡの位置が最も低く、発光点９１ＥＢの位置が発光点９１ＥＡよりも高く、発光点９１ＥＣの位置が発光点９１ＥＢよりも高くなっている。この本変形例に係る端面入射型受光素子１００Ｅは、以下のとおり動作する。
【０１２８】
すなわち、端面入射型受光素子１００Ｅの端面２３Ｂでは、上記端面入射型受光素子１００Ｂと同様に、上面２１側の領域からｎ型ＩｎＰ基板１０内に侵入した光の方が、下面２２側の領域から侵入した光よりもより下面２２側に屈折させられる。つまり、発光点９１ＥＡ、発光点９１ＥＢ、及び発光点９１ＥＣの順に光源の高さが高くなるに従って、光源から照射された光は、端面２３Ｅによって、より下面２２側に屈折させられる。
【０１２９】
このとき、前方側の溝６１の上端６３の上方を通過しても、その溝６１よりも後方側の溝６１の斜面６２に到達する可能性がある。そのため、各発光点（９１ＥＡ、９１ＥＢ、９１ＥＣ）から照射された光は、複数の溝６１の少なくともいずれかの斜面６２により反射され得る。なお、本変形例の場合、端面２３Ｅは、光源から入射する光を、複数の溝６１の斜面６２の少なくともいずれかに集光するように形成されていればよい。
【実施例】
【０１３０】
以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定される訳ではない。本発明の端面入射型受光素子の性能を調べるため、以下の各シミュレーションを行った。以下、各シミュレーションについて説明する。【０１３１】
（１）第１シミュレーション
第１シミュレーションでは、１つの溝を設けた形態（上記端面入射型受光素子１００〜１００Ｂ）について、光源の発光点の高さと光電変換の効率（感度）との関係を調べた。【０１３２】
第１実施例に係る端面入射型受光素子については、上記端面入射型受光素子１００と同じ構成を有するものとして設定し、各構成要素のパラメータを以下のとおりに設定した。
＜第１実施例の属性＞
・端面の傾斜角度：６５度
・斜面の傾斜角度：５４．７度
・溝の深さ：８０μｍ
・端面入射型受光素子の高さ：１５０μｍ
・下面の端面側の端部から溝の端部（斜面の下端）までの長さ：１４０μｍ【０１３３】
第２実施例に係る端面入射型受光素子については、上記端面入射型受光素子１００Ａと同じ構成を有するものとして設定し、各構成要素のパラメータを以下のとおりに設定した。
＜第２実施例の属性＞
・傾斜部の傾斜角度：６０度
・斜面の傾斜角度：５４．７度
・傾斜部の下端の高さ：８０μｍ
・溝の深さ：８０μｍ
・端面入射型受光素子の高さ：１５０μｍ
・下面の端面側の端部から溝の端部（斜面の下端）までの長さ：１４０μｍ【０１３４】
第３実施例に係る端面入射型受光素子については、上記端面入射型受光素子１００Ｂと同じ構成を有するものとして設定し、各構成要素のパラメータを以下のとおりに設定した。
＜第３実施例の属性＞
・端面の曲率半径：３００μｍ
・斜面の傾斜角度：５４．７度
・溝の深さ：８０μｍ
・端面入射型受光素子の高さ：１５０μｍ
・下面の端面側の端部から溝の端部（斜面の下端）までの長さ：１４０μｍ【０１３５】
一方、比較例に係る端面入射型受光素子については、従来例に係る端面入射型受光素子１０００と同じ構成を有するものとして設定し、各構成要素のパラメータを以下のとおりに設定した。
＜比較例の属性＞
・斜面の傾斜角度：５４．７度
・溝の深さ：１２０μｍ
・端面入射型受光素子の高さ：２００μｍ
・下面の端面側の端部から溝の端部（斜面の下端）までの長さ：１４０ｕｍ【０１３６】
なお、各実施例及び比較例の半導体材料の絶対屈折率を３．２２４に設定し、空気の絶対屈折率を１．０に設定した。また、光源に関して、レーザ光の拡がり角度は１４度に設定し、発光点は、各端面入射型受光素子から１００ｕｍだけ離れた位置に配置されているものとした。【０１３７】
以上の条件で、発光点の高さを０μｍから１４０μｍまで５μｍずつ高くして、発光点から照射される光がどれだけ溝で反射されて、活性領域に到達するかを計算することで、各実施例及び比較例の光電変換の効率（結合効率）を算出した。すなわち、活性領域に到達する光の割合を結合効率として算出した。【０１３８】
図１９は、当該第１シミュレーションの計算結果を示す。図１９に示されるとおり、第１実施例の結合効率は、発光点が１００μｍ以下の高さに配置される場合には比較例よりも低いものの、１００μｍから１２０μｍまでの範囲の高さに発光点が配置される場合には総合的には比較例よりも高かった。１００μｍから１２０μｍまでの範囲の高さは、通常使用時に発光点が配置される高さである。加えて、第１実施例の溝の深さは、比較例の溝の深さよりも４０μｍ低くなっている。そのため、上記実施形態によれば、従来例によりも、通常使用時に光電変換の効率が高く、小型化が可能な端面入射型受光素子を得られることが分かった。【０１３９】
また、第２実施例及び第３実施例それぞれの結合効率は、光源をいずれの高さに配置しても、比較例と同程度か、比較例よりも高かった。特に、比較例では、光源が４０μｍ以下又は１００μｍ以上になった場合に、結合効率が急激に低下するのに対して、第２実施例及び第３実施例ではそれほど低下せず、高い結合効率が得られることが分かった。そのため、上記変形例によれば、溝の深さを従来よりも低くしても、光電変換の効率が高い端面入射型受光素子を得られることが分かった。更に、この点から、高い光電変換の効率を担保したまま、小型化が可能であることが分かった。【０１４０】
（２）第２シミュレーション
第２シミュレーションでは、溝の数が結合効率に与える影響を調べるため、複数の溝を有する端面入射型受光素子を第４実施例として設定した。【０１４１】
具体的に、第４実施例に係る端面入射型受光素子については、上記端面入射型受光素子１００Ｅと同じ構成を有するものとして設定し、各構成要素のパラメータを以下のとおりに設定した。
＜第４実施例の属性＞
・端面の曲率半径：２３０μｍ
・斜面の傾斜角度：５４．７度
・溝の深さ：３０μｍ
・端面入射型受光素子の高さ：１５０μｍ
・溝の数：４
・溝の前後方向の長さ：４２μｍ
・下面の端面側の端部から最も端面側の溝の端部（斜面の下端）までの長さ：１４０μｍ【０１４２】
半導体材料及び空気の絶対屈折率の条件並びに光源の条件は、上記第１シミュレーションと同じにした。この条件で、上記第１シミュレーションと同様に、発光点の高さを０μｍから１４０μｍまで５μｍずつ高くして、発光点から照射される光がどれだけ溝で反射されて、活性領域に到達するかを計算することで、第４実施例の結合効率を算出した。【０１４３】
図２０は、第４実施例及び上記比較例の結合効率の計算結果を示す。図２０に示されるとおり、第４実施例の結合効率は、光源をいずれの高さに配置しても、比較例と同程度か、比較例よりも高かった。特に、比較例では、光源が４０μｍ以下又は１００μｍ以上になった場合に、結合効率が急激に低下するのに対して、第４実施例ではそれほど低下せず、高い結合効率が得られることが分かった。そのため、溝の数を増やせば、各溝の深さを従来よりも更に低くしても、光電変換の効率が高い端面入射型受光素子を得られることが分かった。更に、この点から、高い光電変換の効率を担保したまま、端面入射型受光素子の更なる小型化が可能であることが分かった。【０１４４】
次に、端面が同一形状である場合に、溝の数が結合効率に与える影響を調べるため、第３実施例に係る端面入射型受光素子を以下のとおり修正して、第５実施例に係る端面入射型受光素子を更に設定した。以下には、修正したパラメータのみ記載する。
＜第５実施例の属性＞
・溝の深さ：３０μｍ【０１４５】
半導体材料及び空気の絶対屈折率の条件並びに光源の条件は、上記第１シミュレーションと同じにした。この条件で、光源の高さを３０μｍ、７５μｍ及び１２０μｍそれぞれに設定して、各実施例の端面の曲率半径を２００μｍから３００μｍまで１０μｍずつ大きくして、各発光点から照射される光がどれだけ溝で反射されて、活性領域に到達するかを計算することで、第４実施例及び第５実施例の結合効率を算出した。【０１４６】
図２１Ａは、第４実施例についての計算結果を示す。図２１Ｂは、第５実施例についての計算結果を示す。第４実施例では、発光点の高さが、各溝の深さと同じ３０μｍである場合には、端面の曲率半径を２２０μｍ以下又は２６０μｍ以上に設定すると、結合効率がやや低下することが分かった。しかしながら、第４実施例では、発光点の高さが７５μｍ又は１２０μｍである場合には、２００μｍから３００μｍまでの範囲のいずれの値に端面の曲率半径を設定しても、結合効率はほぼ変化しないことが分かった。【０１４７】
一方、第５実施例では、発光点の高さが３０μｍである場合には、２００μｍから３００μｍまでの範囲のいずれの値に端面の曲率半径を設定しても、結合効率はほぼ変化しないことが分かった。しかしながら、第５実施例では、発光点の高さが７５μｍ又は１２０μｍである場合には、曲率半径を２００μｍ以上に設定すると、結合効率が低下することが分かった。特に、発光点の高さが１２０μｍである場合には、２００μｍから３００μｍまでの範囲のいずれの値に端面の曲率半径を設定しても、結合効率がほぼ０であることが分かった。【０１４８】
以上の結果から、溝の深さを従来よりも更に低くする場合には、下面に複数の溝を設けることが、高い結合効率を得るのに非常に有効であることが分かった。特に、溝の深さよりも高い位置に光源が配置され得るケースでは、端面の曲率半径にばらつきが生じても、下面に複数の溝を設けることで、高い結合効率が得られることが分かった。【０１４９】
（３）第３シミュレーション
第３シミュレーションでは、活性領域（受光部）を上面側のどの範囲に配置すればよいかを調べた。【０１５０】
図２２は、第３シミュレーションの内容を説明するための図である。図２２に示されるとおり、第３シミュレーションでは、上記第２実施例の溝の深さを１００μｍに変更し、傾斜部の傾斜角度を６０度に変更することで、第６実施例に係る端面入射型受光素子を設定した。第６実施例では、下面から活性領域までの高さを１５０μｍに設定した。また、半導体材料及び空気の絶対屈折率の条件は、上記第１シミュレーションと同じに設定した。そして、光源の高さＨＹを０μｍから１４０μｍまで適宜高くして、光源から照射された光が、溝の斜面に反射されて、活性領域の配置される高さにおいて、端面（垂直部）からどれだけ離れた位置に到達するか（図中のＨＸ）を計算した。【０１５１】
図２３は、当該計算結果を示す。当該計算結果によれば、上記第６実施例では、端面（垂直部）を起点に前後方向に６８μｍから１９３μｍまでの範囲に活性領域を設けることで、溝の斜面で反射される光を全て光電変換可能であることが分かった。このように、光源から照射された光が、溝の斜面に反射されて、活性領域の配置される高さに到達する位置の範囲を計算することで、光の到達することのない範囲に活性領域を設けるのを防止することができる。これにより、端面入射型受光素子の製造コストを抑えることができる。【０１５２】
（４）第４シミュレーション
第４シミュレーションでは、以下の図２４に示す第７実施例を設定し、誘電体膜及び金属膜を設けることの効果を調べた。【０１５３】
図２４は、第４シミュレーションの内容を説明するための図である。図２４に示されるとおり、第７実施例に係る端面入射型受光素子は、上記端面入射型受光素子１００Ａと同じ構成を有するものとし、溝の斜面の外側（溝の内壁）にＳｉＯ2で構成された誘電体膜とＡｕで構成された金属膜とがこの順で積層されているものとして設定した。半導体材料及び空気の絶対屈折率の条件は上記第１シミュレーションと同じに設定した。また、誘電体膜（ＳｉＯ2）の絶対屈折率を１．４５に設定し、金属膜（Ａｕ）の複素屈折率を「０．５５−１１．５×ｊ」に設定した。ｊは、虚数を示す。【０１５４】
これらの条件において、１０００ｎｍの厚みの誘電体膜及び１０００ｎｍの厚みの金属膜を設けた第１ケース、及び１０００ｎｍの厚みの誘電体膜のみを設けた第２ケースについて、斜面に対する光の入射角Ｃを０度から４０度まで適宜変更して、斜面における反射率を計算した。また、入射角Ｃが１４．２度である場合に、誘電体膜及び金属膜それぞれの厚みを適宜変更して、斜面における反射率を計算した。【０１５５】
図２５Ａは、第１ケース及び第２ケースそれぞれに対する入射角Ｃを変更した場合の斜面の反射率の計算結果を示す。また、図２５Ｂは、入射角Ｃが１４．２度である場合における、誘電体膜（ＳｉＯ2）及び金属膜（Ａｕ）の厚みに対する斜面の反射率の計算結果を示す。更に、図２５Ｃは、光の入射角Ｃが１４．２度である場合における、誘電体膜（ＳｉＯ2）及び金属膜（Ａｕ）の厚みに対する反射率の等高線をプロットした結果を示す。【０１５６】
図２５Ａに示されるとおり、誘電体膜だけではなく、金属膜を設けることで、斜面における反射率を有効に高めることができることが分かった。特に、光の入射角Ｃが２０度以下となり得るケースにおいて、斜面の外側に金属膜を設けることが、端面入射型受光素子の結合効率を高めるのに有効であることが分かった。【０１５７】
また、図２５Ｂ及び図２５Ｃに示されるとおり、金属膜（Ａｕ）の厚みが１０ｎｍ以下になると、斜面における反射率が５０％以下になることが分かった。そのため、金属膜（Ａｕ）の厚みがどの程度であれば、斜面の反射率を有効に高めることができるかを調べるため、上記第７実施例の誘電体膜（ＳｉＯ2）の厚みを１００ｎｍとした第３ケース、及び厚みを１０ｎｍとした第４ケースについて、金属膜（Ａｕ）の厚みを適宜変更して、斜面における反射率を計算した。なお、光の入射角Ｃは、上記と同様、１４．２度に設定した。【０１５８】
図２５Ｄは、当該計算結果を示す。図２５Ｄに示されるとおり、いずれのケースにおいても、金属膜（Ａｕ）の厚みを４０ｎｍ以上にすることで、斜面の反射率を９０％以上にすることができることが分かった。そのため、斜面の外側にＡｕによる金属膜を設ける場合には、その金属膜の厚みを４０ｎｍ以上にすることで、斜面の反射率を有効に高めることができることが分かった。【０１５９】
更に、図２６に示されるとおり、第７実施例における単層の金属膜を複数層の金属膜に変更することで第８実施例に係る端面入射型受光素子を設定し、複数層の金属膜を設けることの効果を調べた。図２６は、本シミュレーションの内容を説明するための図である。複数の金属膜には、ＡｕとＣｒとを選択した。具体的には、第８実施例に係る端面入射型受光素子は、誘電体膜にはＣｒで構成された第１金属膜が積層されているものとし、第１実施例にはＡｕで構成された第２金属膜が積層されているものとして設定した。半導体材料及び空気の絶対屈折率の条件は上記第１シミュレーションと同じに設定した。また、第１金属膜（Ｃｒ）の複素屈折率を「３．６−３．６×ｊ」に設定し、第２金属膜（Ａｕ）の絶対屈折率を上記と同じに設定した。【０１６０】
これらの条件において、誘電体膜（ＳｉＯ2）の厚みを１００ｎｍとした第５ケース、及び厚みを１０ｎｍとした第６ケースについて、第１金属膜（Ｃｒ）及び第２金属膜（Ａｕ）の厚みをそれぞれ適宜変更して、斜面における反射率を計算した。なお、光の入射角Ｃは、上記と同様、１４．２度に設定し、光の波長を１５５０ｎｍに設定した。【０１６１】
図２７は、光の入射角Ｃが１４．２度である場合における、第１金属膜（Ｃｒ）及び第２金属膜（Ａｕ）の厚みに対する反射率の等高線をプロットした結果を示す。図２７に示されるとおり、いずれのケースにおいても、第１金属膜（Ｃｒ）の厚みを１０ｎｍ以下にし、第２金属膜（Ａｕ）の厚みを３０ｎｍ以上にすることで、斜面の反射率を９０％以上にすることができることが分かった。【０１６２】
これにより、１０ｎｍ以下のＣｒによる金属膜を形成することで、上記の第７実施例に比べて、Ａｕによる金属膜の厚みをやや小さくしても、斜面の反射率を９０％以上にすることができることが分かった。すなわち、金属膜を設けて斜面の反射率を高める際に、より安価な金属を利用することで、より高価な金属の使用量を減らすことができることが分かった。よって、複数の金属膜を設ける場合に、単層の金属膜を設ける場合に比べて、結合効率を低下させることなく、端面入射型受光素子の製造コストを抑えることができることが分かった。【０１６３】
なお、Ｔｉの複素屈折率は「３．６−３．５×ｊ」であり、Ｃｒの複素屈折率とほぼ同じであるため、第１金属膜の材料をＣｒからＴｉに代えても、同様の結果を得ることができる。そのため、斜面の外側に複数層の金属層を設ける場合には、第１金属膜の材料として、Ｃｒ又はＴｉを利用することが製造コストの観点から有効であることが分かった。
【符号の説明】
【０１６４】
１００…端面入射型受光素子、
１０…ｎ型ＩｎＰ基板、１１…活性層、
１２…ｎ型ＩｎＰ層、１３…ｐ型拡散領域、
１５…活性領域、
１８…ｐ型電極、１９…ｎ型電極、
２１…上面、２１１…端部、
２２…下面、２２１…端部、
２３…端面、２４…背面、
３１…溝、３２…斜面、３３…上端、
３４…誘電体膜、３５…金属膜、
９０…半導体レーザ装置、９１…発光点、
９２…レーザ光
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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