(57)【要約】【課題】  集積化の容易な受光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る受光素子１００は，  基板１０１と、  基板１０１の上方に形成された第１コンタクト層１１２と、  第１コンタクト層１１２の上方に形成された光吸収層１１４と、  光吸収層１１４の上方に形成された第２コンタクト層１１６と、  第２コンタクト層１１６の上方に形成された集光レンズ１７０と、を含み、  光吸収層１１４および第２コンタクト層１１６のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域１４０を有し、  フォトニック結晶領域１４０は、欠陥領域１４２を有する。【選択図】      図１
2006173329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、
前記第２コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有する、受光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域には、複数の穴が形成されている、受光素子。
【請求項３】
請求項２において、
平面視における前記欠陥領域の中心は、前記集光レンズに入射する光の中心と同一または略同一であり、
前記複数の穴は、前記欠陥領域の中心に対して対称となる位置に配列されている、受光素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板の上方に、順に積み重ねられた複数の受光部と、
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に形成された集光レンズと、を含み、
各前記受光部は、
コンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された他のコンタクト層と、を含み、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも２層の前記光吸収層の内部に合わせる、受光素子。
【請求項５】
請求項４において、
各前記受光部は、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域に形成された複数の穴と、
前記穴内に配置された内部部材と、を含み、
前記受光部の前記光吸収層の吸収波長は、該受光部の上方にある他の前記受光部のうちの少なくとも一つが有する前記内部部材の吸収波長とは異なる、受光素子。
【請求項６】
基板と、
前記基板の上方に、該基板側から配置された、第１コンタクト層と、第１光吸収層と、第２コンタクト層と、を含む第１受光部と、
前記第２コンタクト層の上方に形成された分離層と、
前記分離層の上方に、該分離層側から配置された、第３コンタクト層と、第２光吸収層と、第４コンタクト層と、を含む第２受光部と、
前記第４コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記第１光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第１フォトニック結晶領域を有し、
前記第１フォトニック結晶領域は、第１欠陥領域を有し、
前記第２光吸収層および前記第４コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第２フォトニック結晶領域を有し、
前記第２フォトニック結晶領域は、第２欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、第１波長の光の焦点を、前記第１光吸収層内に合わせ、第２波長の光の焦点を、前記第２光吸収層内に合わせる、受光素子。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１受光部は、
前記第１欠陥領域以外の前記第１フォトニック結晶領域に形成された複数の第１穴と、
前記第１穴内に配置された第１内部部材と、を含み、
前記第２受光部は、
前記第２欠陥領域以外の前記第２フォトニック結晶領域に形成された複数の第２穴と、
前記第２穴内に配置された第２内部部材と、を含み、
前記第１光吸収層の吸収波長は、前記第２内部部材の吸収波長とは異なる、受光素子。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかにおいて、
前記集光レンズは、一体的に積み重ねられた複数のレンズ部を有する、受光素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の受光素子と、
ＴＩＡ（Trans-Impedance Amplifier）と、を含む、光電子集積素子。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の受光素子と、
発光素子と、を含む、光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光モジュールを含む、光伝達装置。
【請求項１２】
基板の上方に、少なくとも、第１コンタクト層、光吸収層、および、第２コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して半導体多層膜を形成する工程と、
前記半導体多層膜をパターニングすることにより、第１コンタクト層、光吸収層、および、第２コンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第２コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成される、受光素子の製造方法。
【請求項１３】
基板の上方に、複数の受光部を順に積み重ねて形成する工程と、
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層を形成する工程と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
各前記受光部を形成する工程は、
コンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層の上方に光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層の上方に他のコンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも２層の前記光吸収層の内部に合わせるように形成される、受光素子の製造方法。
【請求項１４】
基板の上方に、少なくとも、第１コンタクト層、第１光吸収層、および、第２コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して第１半導体多層膜を形成する工程と、
前記第１半導体多層膜をパターニングすることにより、第１コンタクト層、第１光吸収層、および、第２コンタクト層を形成する工程と、
前記第１光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第１フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第２コンタクト層の上方に、少なくとも、分離層、第３コンタクト層、第２光吸収層、および、第４コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して第２半導体多層膜を形成する工程と、
前記第２半導体多層膜をパターニングすることにより、分離層、第３コンタクト層、第２光吸収層、および、第４コンタクト層を形成する工程と、
前記第２光吸収層および前記第４コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第２フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第４コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記第１フォトニック結晶領域は、第１欠陥領域を有するように形成され、
前記第２フォトニック結晶領域は、第２欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、第１波長の光の焦点を、前記第１光吸収層内に合わせ、第２波長の光の焦点を、前記第２光吸収層内に合わせるように形成される、受光素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれかにおいて、
前記集光レンズは、該集光レンズの材料を含む液滴を吐出する液滴吐出法によって形成される、受光素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記集光レンズを形成する工程の前に、前記液滴を堰き止めるための堰き止め部材を形成する工程を含む、受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子およびその製造方法、光モジュール、並びに、光伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の方式の１つとして、波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）が挙げられる。ＷＤＭの光通信では、例えばＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）素子等を用いて波長分割が行われる。この場合、数ｍｍ角〜数ｃｍ角の素子サイズとなるため、集積化が困難な場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、集積化の容易な受光素子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、前記受光素子を含む光モジュール、および該光モジュールを有する光伝達装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る受光素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された第２コンタクト層と、
前記第２コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有する。
【０００５】
この受光素子によれば、素子自体で入射光の波長選択を行うことが可能なため、例えばＡＷＧ素子等により波長選択を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子の集積化を容易に行うことができる。
【０００６】
なお、本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に形成された他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）とは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。また、本発明において、Ａの上方にＢを形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。
【０００７】
また、本発明において、「周期的」とは、「擬周期的」を含む概念である。即ち、本発明のフォトニック結晶領域には、周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、擬周期的なフォトニック結晶構造を有するものと、を含む。擬周期的なフォトニック結晶構造としては、例えば、フォトニック準結晶構造（例えば、M. Notomi, H. Suzuki, T. Tamamura, K. Edagawa, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 123906. 参照）または円座標フォトニック結晶構造（例えば、特開２００４−１０９７３７号公報参照）などが挙げられる。
【０００８】
本発明に係る受光素子において、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域には、複数の穴が形成されていることができる。
【０００９】
本発明に係る受光素子において、
平面視における前記欠陥領域の中心は、前記集光レンズに入射する光の中心と同一または略同一であり、
前記複数の穴は、前記欠陥領域の中心に対して対称となる位置に配列されていることができる。
【００１０】
本発明に係る受光素子は、
基板と、
前記基板の上方に、順に積み重ねられた複数の受光部と、
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に形成された集光レンズと、を含み、
各前記受光部は、
コンタクト層と、
前記コンタクト層の上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の上方に形成された他のコンタクト層と、を含み、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を有し、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも２層の前記光吸収層の内部に合わせる。
【００１１】
この受光素子によれば、素子自体で入射光の波長分割を行うことが可能なため、例えばＡＷＧ素子等により波長分割を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子の集積化を容易に行うことができる。
【００１２】
本発明に係る受光素子において、
各前記受光部は、
前記欠陥領域以外の前記フォトニック結晶領域に形成された複数の穴と、
前記穴内に配置された内部部材と、を含み、
前記受光部の前記光吸収層の吸収波長は、該受光部の上方にある他の前記受光部のうちの少なくとも一つが有する前記内部部材の吸収波長とは異なることができる。
【００１３】
なお、本発明において、特定の部材の「吸収波長」とは、その部材が吸収する光のうち吸収強度が最大である光の波長をいう。
【００１４】
本発明に係る受光素子は、
基板と、
前記基板の上方に、該基板側から配置された、第１コンタクト層と、第１光吸収層と、第２コンタクト層と、を含む第１受光部と、
前記第２コンタクト層の上方に形成された分離層と、
前記分離層の上方に、該分離層側から配置された、第３コンタクト層と、第２光吸収層と、第４コンタクト層と、を含む第２受光部と、
前記第４コンタクト層の上方に形成された集光レンズと、を含み、
前記第１光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第１フォトニック結晶領域を有し、
前記第１フォトニック結晶領域は、第１欠陥領域を有し、
前記第２光吸収層および前記第４コンタクト層のうちの少なくとも一方は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第２フォトニック結晶領域を有し、
前記第２フォトニック結晶領域は、第２欠陥領域を有し、
前記集光レンズは、第１波長の光の焦点を、前記第１光吸収層内に合わせ、第２波長の光の焦点を、前記第２光吸収層内に合わせる。
【００１５】
本発明に係る受光素子において、
前記第１受光部は、
前記第１欠陥領域以外の前記第１フォトニック結晶領域に形成された複数の第１穴と、
前記第１穴内に配置された第１内部部材と、を含み、
前記第２受光部は、
前記第２欠陥領域以外の前記第２フォトニック結晶領域に形成された複数の第２穴と、
前記第２穴内に配置された第２内部部材と、を含み、
前記第１光吸収層の吸収波長は、前記第２内部部材の吸収波長とは異なることができる。
【００１６】
本発明に係る受光素子において、
前記集光レンズは、一体的に積み重ねられた複数のレンズ部を有することができる。
【００１７】
本発明に係る光電子集積素子は、上述の受光素子と、
ＴＩＡ（Trans-Impedance Amplifier）と、を含む。
【００１８】
本発明に係る光モジュールは、上述の受光素子と、
発光素子と、を含む。
【００１９】
本発明に係る光伝達装置は、上述の光モジュールを含む。
【００２０】
本発明に係る受光素子の製造方法は、
基板の上方に、少なくとも、第１コンタクト層、光吸収層、および、第２コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して半導体多層膜を形成する工程と、
前記半導体多層膜をパターニングすることにより、第１コンタクト層、光吸収層、および、第２コンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第２コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成される。
【００２１】
本発明に係る受光素子の製造方法は、
基板の上方に、複数の受光部を順に積み重ねて形成する工程と、
前記複数の受光部のそれぞれを電気的に分離する分離層を形成する工程と、
前記複数の受光部のうちの最上の受光部の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
各前記受光部を形成する工程は、
コンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層の上方に光吸収層を形成する工程と、
前記光吸収層の上方に他のコンタクト層を形成する工程と、
前記光吸収層および前記他のコンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域を形成する工程と、を含み、
前記フォトニック結晶領域は、欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、波長の異なる複数の光の焦点を、各前記光吸収層のうちの少なくとも２層の前記光吸収層の内部に合わせるように形成される。
【００２２】
本発明に係る受光素子の製造方法は、
基板の上方に、少なくとも、第１コンタクト層、第１光吸収層、および、第２コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して第１半導体多層膜を形成する工程と、
前記第１半導体多層膜をパターニングすることにより、第１コンタクト層、第１光吸収層、および、第２コンタクト層を形成する工程と、
前記第１光吸収層および前記第２コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第１フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第２コンタクト層の上方に、少なくとも、分離層、第３コンタクト層、第２光吸収層、および、第４コンタクト層を構成するための半導体層を順に積層して第２半導体多層膜を形成する工程と、
前記第２半導体多層膜をパターニングすることにより、分離層、第３コンタクト層、第２光吸収層、および、第４コンタクト層を形成する工程と、
前記第２光吸収層および前記第４コンタクト層のうちの少なくとも一方の内部に、面方向に周期的な屈折率分布を有する第２フォトニック結晶領域を形成する工程と、
前記第４コンタクト層の上方に集光レンズを形成する工程と、を含み、
前記第１フォトニック結晶領域は、第１欠陥領域を有するように形成され、
前記第２フォトニック結晶領域は、第２欠陥領域を有するように形成され、
前記集光レンズは、第１波長の光の焦点を、前記第１光吸収層内に合わせ、第２波長の光の焦点を、前記第２光吸収層内に合わせるように形成される。
【００２３】
本発明に係る受光素子の製造方法において、
前記集光レンズは、該集光レンズの材料を含む液滴を吐出する液滴吐出法によって形成されることができる。
【００２４】
本発明に係る受光素子の製造方法において、
前記集光レンズを形成する工程の前に、前記液滴を堰き止めるための堰き止め部材を形成する工程を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
１．第１の実施形態
１−１．受光素子の構造
図１は、本実施形態に係る受光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す受光素子１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線における断面を示す図である。
【００２７】
本実施形態に係る受光素子１００は、図１および図２に示すように、基板１０１と、受光部１１０と、集光レンズ１７０と、を含む。本実施形態においては、受光部１１０がｐｉｎ型フォトダイオードとして機能する場合について説明する。
【００２８】
基板１０１としては、例えば、ＧａＡｓ基板またはＩｎＰ基板などを用いることができる。
【００２９】
受光部１１０は、基板１０１上に設けられている。受光部１１０は、第１コンタクト層１１２と、光吸収層１１４と、第２コンタクト層１１６と、を含む。第１コンタクト層１１２は基板１０１上に設けられ、光吸収層１１４は第１コンタクト層１１２上に設けられ、第２コンタクト層１１６は光吸収層１１４上に設けられている。第１コンタクト層１１２は、柱状の半導体堆積体を構成する。第１コンタクト層１１２の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。光吸収層１１４および第２コンタクト層１１６は、一体的な柱状の半導体堆積体を構成する。光吸収層１１４および第２コンタクト層１１６の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。
【００３０】
基板１０１として例えばＧａＡｓ基板を用いる場合には、第１コンタクト層１１２は例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、光吸収層１１４は例えばアンドープのＧａＩｎＮＡｓ層からなり、第２コンタクト層１１６は例えばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。また、基板１０１として例えばＩｎＰ基板を用いる場合には、第１コンタクト層１１２は例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなり、光吸収層１１４は例えばアンドープのＩｎＧａＡｓ層からなり、第２コンタクト層１１６は例えばｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなることができる。従って、ｐ型の第２コンタクト層１１６、アンドープの光吸収層１１４、およびｎ型の第１コンタクト層１１２により、ｐｉｎ構造が形成される。
【００３１】
光吸収層１１４および第２コンタクト層１１６は、面方向に周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶領域１４０を有する。図示の例では、フォトニック結晶領域１４０には、複数の穴１４４が形成されている。穴１４４は、第２コンタクト層１１６を貫通しており、第２コンタクト層１１６の厚み方向に伸びている。さらに、穴１４４は、光吸収層１１４を貫通しており、光吸収層１１４の厚み方向に伸びている。フォトニック結晶領域１４０は、図１および図２に示すように、穴１４４の形成されていない領域、即ち、欠陥領域１４２を有する。言い換えるならば、図示の例では、穴１４４は、欠陥領域１４２の周囲に、三角格子状に同ピッチ間隔で複数配列されている。図示の例では、穴１４４の数は、１２４個であるが、その数は適宜増減可能である。また、穴１４４の配列は、三角格子状に限定されず、例えば、正方格子状などにすることもできる。また、穴１４４のピッチ間隔は、適宜変更可能である。また、穴１４４は、異なるピッチ間隔で配列されることもできる。また、穴１４４は、平面視における欠陥領域１４２の中心に対して、対称となる位置に形成されることができる。例えば、図２に示す三角格子状に配列された穴１４４は、６回の回転対称性を有する。また、穴１４４の深さは、特に限定されず、例えば、穴１４４は、第２コンタクト層１１６を貫通しないこともできるし、光吸収層１１４を貫通しないこともできる。また、例えば、穴１４４は、第１コンタクト層１１２に形成されていることもできる。この場合、穴１４４は、第１コンタクト層１１２を貫通していることもできるし、貫通しないこともできる。なお、穴１４４は、光吸収層１１４に形成されている方が、例えば、穴１４４が第２コンタクト層１１６にのみ形成されている場合に比べ、受光素子１００は、より確実に波長選択を行うことができる。受光素子１００により行われる波長選択については、後述する。
【００３２】
平面視において、欠陥領域１４２の中心は、集光レンズ１７０に入射する光の中心と同一または略同一とすることができる。上述したようなフォトニック結晶領域１４０によって、欠陥領域１４２に光を閉じ込めることができる。
【００３３】
図１に示すように、穴１４４内には、内部部材１４６が配置されている。図示の例では、集光レンズ１７０の下に配置された内部部材１４６は、集光レンズ１７０と同じ材質からなり、第２電極１１７の下に配置された内部部材１４６は、空気からなる。なお、内部部材１４６の材質は、特に限定されず、適宜選択することができる。内部部材１４６の状態は、固体、液体、気体などであることができる。
【００３４】
また、必要に応じて、第１コンタクト層１１２を光反射層とすることができる。この場合、第１コンタクト層１１２は、光吸収層１１４で吸収されずに透過した光を反射させて、再度、光吸収層１１４側へ戻すことができる。これにより、受光素子１００の光検出感度を向上させることができる。光反射層としては、入射光に対して反射性を有するものであれば特に限定されず、例えば、分布ブラッグ反射型ミラー（ＤＢＲ）、金属層などを用いることができる。
【００３５】
第１コンタクト層１１２上には、図１および図２に示すように、第１電極１１３が形成されている。第１電極１１３の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第１電極１１３は、光吸収層１１４と接しないように形成されている。第２コンタクト層１１６上には、第２電極１１７が形成されている。第２電極１１７の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。第２電極１１７には開口部１８２が設けられており、この開口部１８２によって第２コンタクト層１１６の上面の一部が露出する。この露出した面が、受光部１１０における光の入射面１８０である。従って、開口部１８２の平面形状および大きさを適宜設定することにより、入射面１８０の形状および大きさを適宜設定することができる。図示の例では、入射面１８０の平面形状は、円形である。これらの第１電極１１３および第２電極１１７は、受光部１１０を駆動するために使用される。
【００３６】
第２電極１１７上には、堰き止め部材１７６が設けられている。堰き止め部材１７６は、集光レンズ１７０の材料を含む集光レンズ前駆体１７０ａを堰き止めることができる（図８参照）。即ち、堰き止め部材１７６の形状を制御することによって、集光レンズ１７０の形状を制御することができる。堰き止め部材１７６の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。堰き止め部材１７６の断面形状は、例えば、四角形または三角形とすることができる。図示の例では、長方形としている。なお、第２電極１１７を堰き止め部材として用いることもできる。即ち、第２電極１１７は、集光レンズ前駆体１７０ａを堰き止めることもできる。
【００３７】
集光レンズ１７０は、第２電極１１７の一部および入射面１８０の上に形成されている。集光レンズ１７０は、堰き止め部材１７６の内側の側面と接し、堰き止め部材１７６の上面と接しないように形成されている。集光レンズ１７０の形状は、凸状であることができる。より具体的には、集光レンズの形状は、例えば、図示の例のような１つの球の一部を切り取った形状とすることができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、受光部１１０がｐｉｎ型フォトダイオードとして機能する場合について説明しているが、本発明は、ｐｉｎ型フォトダイオード以外の受光素子にも適用可能である。なお、本発明を適用できる受光素子としては、例えば、ｐｎ型フォトダイオード、アバランシェ型フォトダイオード、ＭＳＭ型フォトダイオードなどが挙げられる。これらのことは、後述する第２の実施形態の第１受光部２１０および第２受光部２５０でも同様に適用される。
【００３９】
また、本発明は、例えば、波長フィルタなどにも適用できる。この場合、第１コンタクト層１１２、第１電極１１３、第２コンタクト層１１６、および、第２電極１１７は、形成されないことができる。
【００４０】
１−２．受光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る受光素子１００の製造方法の一例について、図１〜図８を用いて説明する。図３〜図８は、図１および図２に示す受光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面図に対応している。
【００４１】
（１）まず、基板１０１を用意する。以下では、基板１０１として、ＩｎＰ基板を用いた例について説明する。
【００４２】
次に、基板１０１の表面１０１ａに、エピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、半導体多層膜１２０が形成される。ここで、半導体多層膜１２０は例えば、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層１１２、アンドープのＩｎＧａＡｓ層からなる光吸収層１１４、およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層１１６からなる。これらの層を順に基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１２０が形成される。
【００４３】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１２０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、あるいはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法などを用いることができる。
【００４４】
（２）次に、図４に示すように、半導体多層膜１２０をパターニングし、所望の形状の第１コンタクト層１１２、光吸収層１１４、および第２コンタクト層１１６を形成する。これにより、受光部１１０が形成される。半導体多層膜１２０のパターニングは、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術により行うことができる。
【００４５】
（３）次に、図５に示すように、光吸収層１１４および第２コンタクト層１１６の内部にフォトニック結晶領域１４０を形成する。具体的には、光吸収層１１４および第２コンタクト層１１６に、周期的に配列された穴１４４を形成する。但し、欠陥領域１４２には、穴１４４を形成しない。穴１４４は、リソグラフィ技術およびエッチング技術、ＥＢ（Electron Beam）加工技術などを用いて形成することができる。
【００４６】
（４）次に、図６に示すように、第１コンタクト層１１２上に第１電極１１３が形成され、第２コンタクト層１１６上に第２電極１１７が形成される。
【００４７】
これらの電極は、例えば、公知の電極形成技術（例えば、真空蒸着法と、リフトオフ法と、アニール処理との組み合わせ）を用いて形成することができる。なお、第２電極１１７は、開口部１８２を有するように形成される。この開口部１８２によって、第２コンタクト層１１６の上面の一部が露出する。この露出した面が入射面１８０となる。第１電極１１３としては、例えば、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金と、金（Ａｕ）との積層膜などを用いることができる。第２電極１１７としては、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、ニッケル（Ｎｉ）と、金（Ａｕ）との積層膜などを用いることができる。なお、第１電極１１３および第２電極１１７としては、例えば、アニール処理を行わずに電極形成することができる金属（ノンアロイ金属）などを用いることもできる。ノンアロイ金属としては、例えば、タングステンシリサイド（ＷＳｉｘ）などが挙げられる。
【００４８】
（５）次に、図７に示すように、第２電極１１７上に堰き止め部材１７６を形成する。堰き止め部材１７６としては、例えば、ポリイミドなどの樹脂、ＳｉＮなどの誘電体層などを用いることができる。堰き止め部材１７６は、例えば、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされることができる。
【００４９】
（６）次に、図８に示すように、集光レンズ前駆体１７０ａを形成する。具体的には、第２コンタクト層１１６の上面に対して、集光レンズ１７０を形成するための液体材料の液滴１７０ｂを吐出して、集光レンズ前駆体１７０ａを形成する。液滴１７０ｂの吐出は、集光レンズ１７０が所望の形状となるような集光レンズ前駆体１７０ａが形成されるまで行われる。このとき、集光レンズ前駆体１７０ａは、堰き止め部材１７６の内側の側面によって堰き止められる。前記液体材料は、エネルギー（光、熱など）を付加することによって硬化可能な性質を有する。前記液体材料としては、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体が挙げられる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などが挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、高屈折率金属酸化物ナノ粒子を添加した熱硬化性ポリマー、熱硬化型のポリイミド系樹脂などが例示できる。
【００５０】
液滴１７０ｂを吐出する方法としては、例えば、ディスペンサ法または液滴吐出法が挙げられる。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴１７０ｂを吐出する場合に有効である。また、液滴吐出法は、液滴吐出用のインクジェットヘッド１９２を用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμｍオーダーの単位で制御が可能である。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造の集光レンズ１７０を作製することができる。
【００５１】
液滴吐出法としては、例えば、（ｉ）熱により液体中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じさせ、液体をインクジェットノズル１９０から吐出させる方法や、（ii）圧電素子により生じた圧力によって液体をインクジェットノズル１９０から吐出させる方法などがある。圧力の制御性の観点からは、前記（ii）の方法が望ましい。
【００５２】
インクジェットヘッド１９２のインクジェットノズル１９０の位置と、液滴１７０ｂの吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。例えば、図８に示すように、インクジェットヘッド１９２のインクジェットノズル１９０の位置と、第２電極１１７の開口部１８２とのアライメントを画像認識により行う。アライメント後、インクジェットヘッド１９２に印加する電圧を制御した後、液滴１７０ｂを吐出する。
【００５３】
例えば、インクジェットノズル１９０から吐出される液滴１７０ｂの吐出角度にある程度のばらつきがある場合に、液滴１７０ｂが着弾した位置が堰き止め部材１７６の開口部１７７の内側であれば、堰き止め部材１７６で囲まれた領域に集光レンズ前駆体１７０ａが濡れ広がり、自動的に位置の補正がなされる。
【００５４】
なお、図示の例では、穴１４４内に集光レンズ前駆体１７０ａが入るようにしている。穴１４４内に集光レンズ前駆体１７０ａが入る度合は、例えば、集光レンズ前駆体１７０ａの粘度、穴１４４の開口径等を調整することによって制御することができる。
【００５５】
（７）次に、図１および図２に示すように、集光レンズ前駆体１７０ａを硬化させて、集光レンズ１７０を形成する。具体的には、集光レンズ前駆体１７０ａに対して、エネルギー（光、熱など）を付与する。集光レンズ前駆体１７０ａを硬化する際は、集光レンズ前駆体１７０ａの材料の種類により適切な方法を用いる。具体的には、例えば、熱エネルギーの付加、あるいは、紫外線、レーザ光等の光照射が挙げられる。
【００５６】
以上の工程により、図１および図２に示すように、本実施形態の受光素子１００が得られる。
【００５７】
なお、上述した例では、まず、基板１０１上に、第１コンタクト層１１２、光吸収層１１４、および第２コンタクト層１１６を順に積層する場合について説明したが、例えば、第２コンタクト層１１６のみを他の基板上に形成し、後に、光吸収層１１４と第２コンタクト層１１６とを貼り合わせることもできる。この場合、光吸収層１１４および第２コンタクト層１１６のうちの少なくとも一方にフォトニック結晶領域１４０を形成した後に両者を貼り合わせることができる。光吸収層１１４と第２コンタクト層１１６との貼り合わせは、公知の基板貼り合わせ技術を用いて行うことができる。同様に、例えば、第２コンタクト層１１６および光吸収層１１４のみを他の基板上に形成し、後に、第１コンタクト層１１２と光吸収層１１４とを貼り合わせることもできる。この場合、第１コンタクト層１１２、光吸収層１１４、および第２コンタクト層１１６のうちの少なくとも一つにフォトニック結晶領域１４０を形成した後に両者を貼り合わせることができる。
【００５８】
１−３．作用・効果
本実施形態に係る受光素子１００によれば、入射光Ａ（図１参照）の波長選択を確実に行うことができ、かつ、高い光検出感度を有することができる。具体的には、以下の通りである。
【００５９】
本実施形態に係る受光素子１００は、フォトニック結晶領域１４０を有する。フォトニック結晶領域１４０は、欠陥領域１４２に光を閉じ込めることができる。即ち、フォトニック結晶領域１４０は、共振器（例えば、点欠陥共振器）を構成することができる。この共振器の共振モードに入射光Ａを結合させる。その結果、共振モードに結合した光が光吸収層１１４にて吸収され、光電流として検出される。従って、本実施形態に係る受光素子１００によれば、所望の波長または波長帯域の光を検出することができる。言い換えるならば、本実施形態に係る受光素子１００は、入射光Ａの波長選択を行うことができる。
【００６０】
さらに、本実施形態の受光素子１００によれば、集光レンズ１７０により、入射光Ａを集光させて、欠陥領域１４２に入射させることができる。即ち、入射光Ａの経路は、例えば、図１に示す矢印Ａのように模式的に示される。その結果、受光素子１００が集光レンズ１７０を有しない場合に比べ、上述した共振器への入射光Ａの結合効率を向上させることができる。従って、より確実に、入射光Ａの波長選択を行うことができ、さらに、受光素子１００の光検出感度を高くすることができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る受光素子１００によれば、素子自体で入射光の波長選択を行うことが可能なため、例えばＡＷＧ素子等により波長選択を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子１００の集積化を容易に行うことができる。
【００６２】
２．第２の実施形態
２−１．受光素子の構造
図９は、本実施形態に係る受光素子２００を模式的に示す断面図である。図１０は、図９に示す受光素子２００を模式的に示す平面図である。なお、図９は、図１０のII−II線における断面を示す図である。
【００６３】
本実施形態に係る受光素子２００は、図９および図１０に示すように、基板２０１と、第１受光部２１０と、分離層２３０と、第２受光部２５０と、集光レンズ２７０と、を含む。本実施形態においては、第１受光部２１０および第２受光部２５０がｐｉｎ型フォトダイオードとして機能する場合について説明する。
【００６４】
基板２０１としては、例えば、ＧａＡｓ基板またはＩｎＰ基板などを用いることができる。
【００６５】
第１受光部２１０は、基板２０１上に設けられている。第１受光部２１０は、第１コンタクト層２１２と、第１光吸収層２１４と、第２コンタクト層２１６と、を含む。第１コンタクト層２１２は基板２０１上に設けられ、第１光吸収層２１４は第１コンタクト層２１２上に設けられ、第２コンタクト層２１６は第１光吸収層２１４上に設けられている。第１コンタクト層２１２は、柱状の半導体堆積体を構成する。第１コンタクト層２１２の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。第１光吸収層２１４および第２コンタクト層２１６は、一体的な柱状の半導体堆積体を構成する。第１光吸収層２１４および第２コンタクト層２１６の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。
【００６６】
基板２０１として例えばＧａＡｓ基板を用いる場合には、第１コンタクト層２１２は例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、第１光吸収層２１４は例えばアンドープのＧａＩｎＮＡｓ層からなり、第２コンタクト層２１６は例えばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。また、基板２０１として例えばＩｎＰ基板を用いる場合には、第１コンタクト層２１２は例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなり、第１光吸収層２１４は例えばアンドープのＩｎＧａＡｓ層からなり、第２コンタクト層２１６は例えばｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなることができる。従って、ｐ型の第２コンタクト層２１６、アンドープの第１光吸収層２１４、およびｎ型の第１コンタクト層２１２により、ｐｉｎ構造が形成される。
【００６７】
第１光吸収層２１４および第２コンタクト層２１６は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第１フォトニック結晶領域２４０を有する。図示の例では、第１フォトニック結晶領域２４０には、複数の第１穴２４４が形成されている。第１穴２４４は、第２コンタクト層２１６を貫通しており、第２コンタクト層２１６の厚み方向に伸びている。さらに、第１穴２４４は、第１光吸収層２１４を貫通しており、第１光吸収層２１４の厚み方向に伸びている。第１フォトニック結晶領域２４０は、図９および図１０に示すように、第１穴２４４の形成されていない領域、即ち、第１欠陥領域２４２を有する。言い換えるならば、図示の例では、第１穴２４４は、第１欠陥領域２４２の周囲に、三角格子状に同ピッチ間隔で複数配列されている。図示の例では、第１穴２４４の数は、１２４個であるが、その数は適宜増減可能である。また、第１穴２４４の配列は、三角格子状に限定されず、例えば、正方格子状などにすることもできる。また、第１穴２４４のピッチ間隔は、適宜変更可能である。また、第１穴２４４は、異なるピッチ間隔で配列されることもできる。また、第１穴２４４は、平面視における第１欠陥領域２４２の中心に対して、対称となる位置に形成されることができる。例えば、図１０に示す三角格子状に配列された第１穴２４４は、６回の回転対称性を有する。また、第１穴２４４の深さは、特に限定されず、例えば、第１穴２４４は、第２コンタクト層２１６を貫通しないこともできるし、第１光吸収層２１４を貫通しないこともできる。また、例えば、第１穴２４４は、第１コンタクト層２１２に形成されていることもできる。この場合、第１穴２４４は、第１コンタクト層２１２を貫通していることもできるし、貫通しないこともできる。なお、第１穴２４４は、第１光吸収層２１４に形成されている方が、例えば、第１穴２４４が第２コンタクト層２１６にのみ形成されている場合に比べ、受光素子２００は、より確実に波長分割を行うことができる。受光素子２００により行われる波長分割については、後述する。
【００６８】
平面視において、第１欠陥領域２４２の中心は、集光レンズ２７０に入射する光の中心と同一または略同一とすることができる。上述したような第１フォトニック結晶領域２４０によって、第１欠陥領域２４２に光を閉じ込めることができる。
【００６９】
図９に示すように、第１穴２４４内には、第１内部部材２４６が配置されている。図示の例では、第１内部部材２４６は、空気からなる。なお、第１内部部材２４６の材質としては、特に限定されず、適宜選択することができる。第１内部部材２４６の状態は、固体、液体、気体などであることができる。
【００７０】
第１コンタクト層２１２上には、図１および図２に示すように、第１電極２１３が形成されている。第１電極２１３の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第１電極２１３は、第１光吸収層２１４と接しないように形成されている。第２コンタクト層２１６上には、第２電極２１７が形成されている。第２電極２１７の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第２電極２１７は、分離層２３０と接しないように形成されることができる。これらの第１電極２１３および第２電極２１７は、第１受光部２１０を駆動するために使用される。
【００７１】
分離層２３０は、第１受光部２１０上に設けられている。より具体的には、分離層２３０は、第２コンタクト層２１６上に設けられている。分離層２３０は、柱状の半導体堆積体を構成する。分離層２３０の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。
【００７２】
分離層２３０は、第１受光部２１０と、第２受光部２５０と、を電気的に分離している。より具体的には、分離層２３０は、第２コンタクト層２１６と、後述する第３コンタクト層２５２と、を電気的に分離している。即ち、分離層２３０としては、絶縁性または半絶縁性の層を用いることができる。例えば、分離層２３０としては、ＩｎＡｌＡｓ層を酸化した層、ＡｌＧａＡｓ層を酸化した層、ＩｎＧａＡｓＰ層を酸化した層、アンドープのＧａＡｓ層、アンドープのＩｎＧａＡｓ層、ＳｉＮ層、ＳｉＯ２層などを用いることができる。
【００７３】
第２受光部２５０は、分離層２３０上に設けられている。第２受光部２５０は、第３コンタクト層２５２と、第２光吸収層２５４と、第４コンタクト層２５６と、を含む。第３コンタクト層２５２は分離層２３０上に設けられ、第２光吸収層２５４は第３コンタクト層２５２上に設けられ、第４コンタクト層２５６は第２光吸収層２５４上に設けられている。第３コンタクト層２５２は、柱状の半導体堆積体を構成する。第３コンタクト層２５２の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、四角形としている。第２光吸収層２５４および第４コンタクト層２５６は、一体的な柱状の半導体堆積体を構成する。第２光吸収層２５４および第４コンタクト層２５６の平面形状は、例えば、四角形または円形とすることができる。図示の例では、円形としている。
【００７４】
基板２０１として例えばＧａＡｓ基板を用いる場合には、第３コンタクト層２５２は例えばｎ型ＧａＡｓ層からなり、第２光吸収層２５４は例えばアンドープのＧａＩｎＮＡｓ層からなり、第４コンタクト層２５６は例えばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。また、基板２０１として例えばＩｎＰ基板を用いる場合には、第３コンタクト層２５２は例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなり、第２光吸収層２５４は例えばアンドープのＩｎＧａＡｓ層からなり、第４コンタクト層２５６は例えばｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなることができる。従って、ｐ型の第４コンタクト層２５６、アンドープの第２光吸収層２５４、およびｎ型の第３コンタクト層２５２により、ｐｉｎ構造が形成される。
【００７５】
なお、第１光吸収層２１４と、第２光吸収層２５４とは、同じ材質であることもできるし、異なる材質であることもできる。ここで、異なる材質とは、同じ構成元素からなる化合物で、各元素の組成比が異なる場合を含む概念である。後述するが、本実施形態に係る受光素子２００により、狭い範囲の波長帯の波長分割を行う際には、同じ材質であることが望ましい。逆に、本実施形態に係る受光素子２００により、広い範囲の波長帯の波長分割を行う際には、異なる材質であることが望ましい。また、第１光吸収層２１４にて吸収される光が、第２光吸収層２５４にて吸収されるのを抑制することができるように、第１光吸収層２１４および第２光吸収層２５４の材質を選択することができる。
【００７６】
第２光吸収層２５４および第４コンタクト層２５６は、面方向に周期的な屈折率分布を有する第２フォトニック結晶領域２４１を有する。図示の例では、第２フォトニック結晶領域２４１には、複数の第２穴２４５が形成されている。第２穴２４５は、第４コンタクト層２５６を貫通しており、第４コンタクト層２５６の厚み方向に伸びている。さらに、第２穴２４５は、第２光吸収層２５４を貫通しており、第２光吸収層２５４の厚み方向に伸びている。第２フォトニック結晶領域２４１は、図９および図１０に示すように、第２穴２４５の形成されていない領域、即ち、第２欠陥領域２４３を有する。言い換えるならば、図示の例では、第２穴２４５は、第２欠陥領域２４３の周囲に、三角格子状に同ピッチ間隔で複数配列されている。図示の例では、第２穴２４５の数は、１２４個であるが、その数は適宜増減可能である。また、第２穴２４５の配列は、三角格子状に限定されず、例えば、正方格子状などにすることもできる。また、第２穴２４５のピッチ間隔は、適宜変更可能である。また、第２穴２４５は、異なるピッチ間隔で配列されることもできる。また、第２穴２４５は、平面視における第２欠陥領域２４３の中心に対して、対称となる位置に形成されることができる。例えば、図１０に示す三角格子状に配列された第２穴２４５は、６回の回転対称性を有する。また、第２穴２４５の深さは、特に限定されず、例えば、第２穴２４５は、第４コンタクト層２５６を貫通しないこともできるし、第２光吸収層２５４を貫通しないこともできる。また、例えば、第２穴２４５は、第３コンタクト層２５２に形成されていることもできる。この場合、第２穴２４５は、第３コンタクト層２５２を貫通していることもできるし、貫通しないこともできる。なお、第２穴２４５は、第２光吸収層２５４に形成されている方が、例えば、第２穴２４５が第４コンタクト層２５６にのみ形成されている場合に比べ、受光素子２００は、より確実に波長分割を行うことができる。受光素子２００により行われる波長分割については、後述する。また、図示の例では、第２穴２４５と、第１穴２４４とは、数、配列、ピッチ間隔、および深さを同じにして形成されているが、必要に応じて、数、配列、ピッチ間隔、および深さのうちの少なくとも一つを異ならせることもできる。
【００７７】
平面視において、第２欠陥領域２４３の中心は、集光レンズ２７０に入射する光の中心と同一または略同一とすることができる。上述したような第２フォトニック結晶領域２４１によって、第２欠陥領域２４３に光を閉じ込めることができる。
【００７８】
図９に示すように、第２穴２４５内には、第２内部部材２４７が配置されている。図示の例では、第２内部部材２４７は、空気からなる。なお、第２内部部材２４７の材質としては、特に限定されず、適宜選択することができる。第２内部部材２４７の状態は、固体、液体、気体などであることができる。
【００７９】
第３コンタクト層２５２上には、図９および図１０に示すように、第３電極２５３が形成されている。第３電極２５３の平面形状は、例えば、図示の例のような四角形とすることができる。第３電極２５３は、第２光吸収層２５４と接しないように形成されている。第４コンタクト層２５６上には、第４電極２５７が形成されている。第４電極２５７の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。第４電極２５７には開口部２８２が設けられており、この開口部２８２によって第４コンタクト層２５６の上面の一部が露出する。この露出した面が、第２受光部２５０における光の入射面２８０である。従って、開口部２８２の平面形状および大きさを適宜設定することにより、入射面２８０の形状および大きさを適宜設定することができる。図示の例では、入射面２８０の平面形状は、円形である。これらの第３電極２５３および第４電極２５７は、第２受光部２５０を駆動するために使用される。
【００８０】
第４電極２５７上には、堰き止め部材２７６が設けられている。堰き止め部材２７６は、第１レンズ部２７２の材料を含む第１レンズ部前駆体２７２および第２レンズ部２７４の材料を含む第２レンズ部前駆体２７４ａを堰き止めることができる（図１７および図１８参照）。即ち、堰き止め部材２７６の形状を制御することによって、第１レンズ部２７２および第２レンズ部２７４の形状を制御することができる。堰き止め部材２７６の平面形状は、例えば、図示の例のようなリング状とすることができる。堰き止め部材２７６の断面形状は、例えば、四角形または三角形とすることができる。図示の例では、長方形としている。本実施形態では、堰き止め部材２７６の上面の位置は、入射面２８０の位置に比べ、７．２μｍ高くなっている。なお、第４電極２５７を堰き止め部材として用いることもできる。即ち、第４電極２５７は、第１レンズ部前駆体２７２ａおよび第２レンズ部前駆体２７４ａを堰き止めることもできる。
【００８１】
集光レンズ２７０は、第１レンズ部２７２と、第２レンズ部２７４と、を含む。第１レンズ部２７２は、第４電極２５７の一部および入射面２８０の上に形成されている。第１レンズ部２７２は、堰き止め部材２７６の内側の側面と接し、堰き止め部材２７６の上面と接しないように形成されている。第２レンズ部２７４は、第１レンズ部２７２の上に積み重ねられている。即ち、第１レンズ部２７２と、第２レンズ部２７４とは、一体的に形成されている。第２レンズ部２７４は、第１レンズ部２７２および堰き止め部材２７６の上に形成されている。第２レンズ部２７４は、堰き止め部材２７６の外側の側面と接しないように形成されている。
【００８２】
第１レンズ部２７２の平面視における中心と、第２レンズ部２７４の平面視における中心とは、集光レンズ２７０に入射する光の中心と同一または略同一となるように形成されることができる。
【００８３】
第１レンズ部２７２および第２レンズ部２７４の形状は、凸状であることができる。より具体的には、第１レンズ部２７２および第２レンズ部２７４の形状は、例えば、図示の例のような１つの球の一部を切り取った形状とすることができる。
【００８４】
なお、本実施形態においては、集光レンズ２７０が２つのレンズ部（第１レンズ部２７２および第２レンズ部２７４）からなる場合について説明しているが、集光レンズ２７０を構成するレンズ部の数は特に限定されず、１つ以上であることができる。例えば、集光レンズ２７０を構成するレンズ部の数を２以上とし、かつ、各レンズ部が異なる屈折率を有する（外側になるほど、屈折率を小さくする）ことにより、光を効率良く屈折させることができる。
【００８５】
また、本実施形態においては、受光素子２００が２つの受光部（第１受光部２１０および第２受光部２５０）を有する場合について説明しているが、受光素子２００が有する受光部の数は、２以上であれば、特に限定されない。受光素子２００が有する受光部の数は、受光素子２００により波長分割される光の数に応じて、適宜設定することができる。受光素子２００により行われる波長分割については、後述する。
【００８６】
２−２．受光素子の動作
本実施形態の受光素子２００の動作を以下に示す。なお、下記の受光素子２００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００８７】
図１１は、本実施形態の受光素子２００の動作を模式的に示す断面図であり、図９に示す断面図に対応している。受光素子２００は、波長の異なる複数の光からなる複数の光信号を、それぞれの光信号に対応した電流信号に変換する機能を有する。具体的には、以下の通りである。
【００８８】
まず、受光素子２００の外部から出射された波長の異なる複数の光が、受光素子２００に入射される。より具体的には、例えば、まず、発光素子（図示せず）から、波長の異なる複数の光が出射される。この複数の光が、例えば、光導波路（図示せず）の一方の端面に入射され、光導波路内を伝播し、他方の端面から出射される。この出射された複数の光が、受光素子２００の第２レンズ部２７４に入射される。ここでは、便宜上、波長λ１の光（以下、「第１波長の光λ１」と言う。）および波長λ２の光（以下、「第２波長の光λ２」と言う。）が第２レンズ部２７４に入射される例について説明する。また、波長λ１は、波長λ２よりも長い場合について説明する。例えば、波長λ１は、１．５５μｍ、波長λ２は、１．３１μｍとすることができる。第１波長の光λ１および第２波長の光λ２の経路は、図１１において、矢印により模式的に示されている。例えば、第２レンズ部２７４に入射される第１波長の光λ１および第２波長の光λ２と、水平面との成す角θは、８３．７°とすることができる。また、例えば、第２レンズ部２７４に入射される第１波長の光λ１および第２波長の光λ２としては、集光レンズ２７０が存在しない場合に、入射面２８０におけるスポット半径が２０μｍとなるような絞り光を用いることができる。
【００８９】
第１波長の光λ１および第２波長の光λ２は、第２レンズ部２７４の外部（例えば、空気）と第２レンズ部２７４との界面において屈折される。このとき、第１波長の光λ１と第２波長の光λ２とは波長が異なるため、屈折角が異なる。具体的には、第１波長の光λ１は、第２波長の光λ２に比べ、屈折角が大きい。その結果、図１１に示すように、第１波長の光λ１に比べ、第２波長の光λ２の方が、より集光される。
【００９０】
次に、第２レンズ部２７４内を伝播した第１波長の光λ１および第２波長の光λ２は、第１レンズ部２７２に入射される。第１波長の光λ１および第２波長の光λ２は、第２レンズ部２７４と第１レンズ部２７２との界面において屈折される。このとき、上述した第２レンズ部２７４の外部と第２レンズ部２７４との界面における屈折の場合と同様に、第１波長の光λ１は、第２波長の光λ２に比べ、屈折角が大きい。その結果、図１１に示すように、第１波長の光λ１に比べ、第２波長の光λ２の方が、より集光される。
【００９１】
そして、集光レンズ２７０（第１レンズ部２７２および第２レンズ部２７４）によって、第１波長の光λ１に比べ、より集光された第２波長の光λ２の焦点は、図１１に示すように、第２光吸収層２５４の第２欠陥領域２４３内に合わされる。そして、第２波長の光λ２は、第２フォトニック結晶領域２４１が構成する点欠陥共振器の共振モードに結合される。その結果、共振モードに結合した第２波長の光λ２が第２光吸収層２５４にて主として吸収される。具体的には、まず、第１レンズ部２７２内を伝播した第２波長の光λ２は、入射面２８０から第２受光部２５０に入射される。次に、第２波長の光λ２は、第４コンタクト層２５６を透過し、第２光吸収層２５４にて主として吸収される。
【００９２】
同様に、集光レンズ２７０によって集光された第１波長の光λ１の焦点は、図１１に示すように、第１光吸収層２１４の第１欠陥領域２４２内に合わされる。そして、第１波長の光λ１は、第１フォトニック結晶領域２４０が構成する点欠陥共振器の共振モードに結合される。その結果、共振モードに結合した第１波長の光λ１が第１光吸収層２１４にて主として吸収される。具体的には、まず、第１レンズ部２７２内を伝播した第１波長の光λ１は、入射面２８０から第２受光部２５０に入射される。次に、第１波長の光λ１は、第２受光部２５０内および分離層２３０内を伝播し、第１受光部２１０に入射される。次に、第１波長の光λ１は、第２コンタクト層２１６を透過し、第１光吸収層２１４にて主として吸収される。
【００９３】
従って、本実施形態に係る受光素子２００において、第１波長の光λ１は、第１光吸収層２１４にて主として吸収される結果、第１光吸収層２１４において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、第１電極２１３と第２電極２１７との間に印加された電界により、電子は第１電極２１３に、正孔は第２電極２１７にそれぞれ移動する。その結果、第１受光部２１０において、第１コンタクト層２１２から第２コンタクト層２１６の方向に電流（光電流）が生じる。即ち、第１波長の光λ１からなる光信号を、電流信号に変換することができる。
【００９４】
同様に、第２波長の光λ２は、第２光吸収層２５４にて主として吸収される結果、第２光吸収層２５４において光励起が生じ、電子および正孔が生じる。そして、第３電極２５３と第４電極２５７との間に印加された電界により、電子は第３電極２５３に、正孔は第４電極２５７にそれぞれ移動する。その結果、第２受光部２５０において、第３コンタクト層２５２から第４コンタクト層２５６の方向に電流（光電流）が生じる。即ち、第２波長の光λ２からなる光信号を、電流信号に変換することができる。
【００９５】
なお、本実施形態においては、便宜上、波長の異なる２つの光（第１波長の光λ１および第２波長の光λ２）が集光レンズ２７０に入射される例について説明しているが、集光レンズ２７０に入射される波長の異なる光の数は、２以上であれば、特に限定されない。集光レンズ２７０に入射される波長の異なる光の数は、受光素子２００の使用形態に応じて、適宜設定することができる。
【００９６】
２−３．受光素子の製造方法
次に、本実施形態に係る受光素子２００の製造方法の一例について、図９、図１０、図１２〜図１８を用いて説明する。図１２〜図１８は、図９および図１０に示す受光素子２００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図９に示す断面図に対応している。
【００９７】
（１）まず、基板２０１を用意する。以下では、基板２０１として、ＩｎＰ基板を用いた例について説明する。
【００９８】
次に、基板２０１の表面２０１ａにエピタキシャル成長させることにより、第１半導体多層膜（図示せず）が形成される。ここで、第１半導体多層膜は例えば、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなる第１コンタクト層２１２、アンドープのＩｎＧａＡｓ層からなる第１光吸収層２１４、およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなる第２コンタクト層２１６からなる。これらの層を順に基板２０１上に積層させることにより、第１半導体多層膜が形成される。第１半導体多層膜のエピタキシャル成長は、上述した第１の実施形態の半導体多層膜１２０（図３参照）のエピタキシャル成長と同様に行うことができる。なお、各層の材質の組成は、適宜決定することができる。
【００９９】
第１半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、上述したように、第１波長の光λ１の焦点が第１光吸収層２１４内に合い、第２波長の光λ２の焦点が第２光吸収層２５４内に合うような値に適宜設定することができる。また、第１半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、光軸ずれによる焦点位置のずれを考慮して設定することもできる。例えば、第１半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、第１コンタクト層２１２の膜厚が０．２μｍ、第１光吸収層２１４の膜厚が０．３μｍ、第２コンタクト層２１６の膜厚が０．１μｍなどとすることができる。
【０１００】
次に、図１２に示すように、第１半導体多層膜をパターニングし、所望の形状の第１コンタクト層２１２、第１光吸収層２１４、および第２コンタクト層２１６を形成する。これにより、第１受光部２１０が形成される。第１半導体多層膜のパターニングは、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術により行うことができる。
【０１０１】
（２）次に、図１３に示すように、第１光吸収層２１４および第２コンタクト層２１６の内部に第１フォトニック結晶領域２４０を形成する。第１フォトニック結晶領域２４０の形成は、上述した第１の実施形態のフォトニック結晶領域１４０の形成と同様にして行うことができる。
【０１０２】
（３）次に、第２コンタクト層２１６の表面２１６ａにエピタキシャル成長させることにより、第２半導体多層膜（図示せず）が形成される。ここで、第２半導体多層膜は例えば、ＩｎＡｌＡｓ層からなる層（以下、「分離層となる層」と言う。）２３０ａ、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなる第３コンタクト層２５２、アンドープのＩｎＧａＡｓ層からなる第２光吸収層２５４、およびｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなる第４コンタクト層２５６からなる。これらの層を順に第２コンタクト層２１６上に積層させることにより、第２半導体多層膜が形成される。第２半導体多層膜のエピタキシャル成長は、上述した第１半導体多層膜のエピタキシャル成長と同様に行うことができる。なお、各層の材質の組成は、適宜決定することができる。例えば、第１光吸収層２１４にて吸収される光が、第２光吸収層２５４にて吸収されるのを抑制することができるように、第１光吸収層２１４の材質の組成と、第２光吸収層２５４の材質の組成とを異ならせることができる。具体的には、例えば、第１光吸収層２１４は、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層からなり、第２光吸収層２５４は、Ｉｎ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層からなることができる。また、分離層となる層２３０ａであるＩｎＡｌＡｓ層のＡｌ組成を高くすることにより、後の酸化工程（図１５参照）において、分離層となる層２３０ａを酸化し易くすることができる。本発明において、ＩｎＡｌＡｓ層のＡｌ組成とは、III族元素に対するアルミニウム（Ａｌ）の組成である。
【０１０３】
第２半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、上述したように、第１波長の光λ１の焦点が第１光吸収層２１４内に合い、第２波長の光λ２の焦点が第２光吸収層２５４内に合うような値に適宜設定することができる。また、第２半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、光軸ずれによる焦点位置のずれを考慮して設定することもできる。例えば、第２半導体多層膜を構成する各層の膜厚は、分離層となる層２３０ａの膜厚が０．２μｍ、第３コンタクト層２５２の膜厚が０．２μｍ、第２光吸収層２５４の膜厚が０．３μｍ、第４コンタクト層２５６の膜厚が０．１μｍなどとすることができる。
【０１０４】
次に、図１４に示すように、第２半導体多層膜をパターニングし、所望の形状の分離層となる層２３０ａ、第３コンタクト層２５２、第２光吸収層２５４、および第４コンタクト層２５６を形成する。これにより、第２受光部２５０が形成される。第２半導体多層膜のパターニングは、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術により行うことができる。
【０１０５】
（４）次に、図１５に示すように、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって第１受光部２１０および第２受光部２５０が形成された基板２０１を投入することにより、分離層となる層２３０ａを側面から酸化して、分離層２３０が形成される。分離層となる層２３０ａの酸化は、分離層となる層２３０ａの全体が酸化されるまで行われる。
【０１０６】
以上の工程により、第１受光部２１０と、分離層２３０と、第２受光部２５０との積層体が形成される。
【０１０７】
次に、図１５に示すように、第２光吸収層２５４および第４コンタクト層２５６の内部に第２フォトニック結晶領域２４１を形成する。第２フォトニック結晶領域２４１の形成は、上述した第１フォトニック結晶領域２４０の形成と同様にして行うことができる。
【０１０８】
（５）次に、図１６に示すように、第１コンタクト層２１２上に第１電極２１３が形成され、第２コンタクト層２１６上に第２電極２１７が形成され、第３コンタクト層２５２上に第３電極２５３が形成され、第４コンタクト層２５６上に第４電極２５７が形成される。
【０１０９】
これらの電極は、例えば、公知の電極形成技術（例えば、真空蒸着法と、リフトオフ法と、アニール処理との組み合わせ）を用いて形成することができる。なお、第４電極２５７は、開口部２８２を有するように形成される。この開口部２８２によって、第４コンタクト層２５６の上面の一部が露出する。この露出した面が入射面２８０となる。第１電極２１３および第３電極２５３としては、例えば、金（Ａｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の合金と、金（Ａｕ）との積層膜などを用いることができる。第２電極２１７および第４電極２５７としては、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の合金と、ニッケル（Ｎｉ）と、金（Ａｕ）との積層膜などを用いることができる。なお、第１〜第４電極２１３，２１７，２５３，２５７としては、例えば、アニール処理を行わずに電極形成することができる金属（ノンアロイ金属）などを用いることもできる。
【０１１０】
次に、図１６に示すように、第４電極２５７上に堰き止め部材１７６を形成する。堰き止め部材２７６の形成は、上述した第１の実施形態の堰き止め部材１７６の形成と同様にして行うことができる。
【０１１１】
（６）次に、図１７に示すように、第１レンズ部前駆体２７２ａを形成する。第１レンズ部前駆体２７２ａの形成は、上述した第１の実施形態の集光レンズ前駆体１７０ａの形成と同様にして行うことができる。なお、図示の例では、第２穴２４５内に第１レンズ部前駆体２７２ａが入らないようにしている。第２穴２４５内に第１レンズ部前駆体２７２ａが入る度合は、例えば、第１レンズ部前駆体２７２ａの粘度、第２穴２４５の開口径等を調整することによって制御することができる。
【０１１２】
（７）次に、図１８に示すように、第１レンズ部前駆体２７２ａを硬化させて、第１レンズ部２７２を形成する。第１レンズ部前駆体２７２ａの硬化は、上述した第１の実施形態の集光レンズ前駆体１７０ａの硬化と同様にして行うことができる。
【０１１３】
第１レンズ部２７２の構造および材質は、上述したように、第１波長の光λ１の焦点が第１光吸収層２１４内に合い、第２波長の光λ２の焦点が第２光吸収層２５４内に合うように適宜選択されることができる。例えば、第１レンズ部２７２の外縁の曲率半径は、２５μｍ、第１レンズ部２７２の最高点の入射面２８０からの高さは、３２μｍなどとすることができる。また、例えば、第１レンズ部２７２の材質は、第１波長の光λ１に対する屈折率が１．９８、第２波長の光λ２に対する屈折率が２．００である高屈折率金属酸化物ナノ粒子を添加した熱硬化性ポリマーなどを用いることができる。
【０１１４】
次に、図１８に示すように、第２レンズ部前駆体２７４ａを形成する。具体的には、第１レンズ部２７２の上面に対して、第２レンズ部２７４を形成するための液体材料の液滴２７４ｂを吐出して、第２レンズ部前駆体２７４ａを形成する。このとき、第２レンズ部前駆体２７４ａは、堰き止め部材２７６の上面と外側の側面とによって構成される角部２７９によって堰き止められる。なお、上述した第１レンズ部前駆体２７２ａの形成と同様の点については、詳細な説明を省略する。
【０１１５】
（８）次に、図９および図１０に示すように、第２レンズ部前駆体２７４ａを硬化させて、第２レンズ部２７４を形成する。第２レンズ部前駆体２７４ａの硬化は、上述した第１レンズ部前駆体２７２ａの硬化と同様にして行うことができる。
【０１１６】
第２レンズ部２７４の構造および材質は、上述したように、第１波長の光λ１の焦点が第１光吸収層２１４内に合い、第２波長の光λ２の焦点が第２光吸収層２５４内に合うように適宜選択されることができる。例えば、第２レンズ部２７４の外縁の曲率半径は、４０μｍ、第２レンズ部２７４の最高点の入射面１８０からの高さは、６７μｍなどとすることができる。また、例えば、第２レンズ部２７４の材質は、第１波長の光λ１に対する屈折率が１．５８、第２波長の光λ２に対する屈折率が１．６であるエポキシ系樹脂などを用いることができる。なお、第１レンズ部２７２と、第２レンズ部２７４とは、同じ材質であることもできるし、異なる材質であることもできる。例えば、第１レンズ部２７２と、第２レンズ部２７４とが、異なる材質である場合には、光をより大きく屈折させることができる。この場合、第１レンズ部２７２の材質の屈折率は、第２レンズ部２７４の材質の屈折率よりも大きいことが好ましい。例えば、酢酸ビニルの屈折率は、１．４５０〜１．４７０、エポキシ系樹脂の屈折率は、１．５５０〜１．６１０、フェノキシ系樹脂の屈折率は、１．５９８、ポリイミドの屈折率は、１．７８０、高屈折率金属酸化物ナノ粒子を添加した熱硬化性ポリマーの屈折率は、２．０程度（あるいはそれ以上）などである。従って、これらの材質を適宜選択して、第１レンズ部２７２の材質の屈折率を、第２レンズ部２７４の材質の屈折率よりも大きくすることができる。
【０１１７】
以上の工程により、図９および図１０に示すように、本実施形態の受光素子２００が得られる。
【０１１８】
なお、上述した第１の実施形態と同様に、第１コンタクト層２１２、第１光吸収層２１４、および第２コンタクト層２１６のうちの少なくとも一つに第１フォトニック結晶領域２４０を形成した後に両者を貼り合わせることもできる。そして、第３コンタクト層２５２、第２光吸収層２５４、および第４コンタクト層２５６のうちの少なくとも一つに第２フォトニック結晶領域２４１を形成した後に両者を貼り合わせることもできる。
【０１１９】
２−４．作用・効果
本実施形態に係る受光素子２００によれば、上述したように、波長の異なる複数の光からなる複数の光信号を、それぞれの光信号に対応した電流信号に変換することができる。そして、集光レンズ２７０の構造および材質のうちの少なくとも一方を適宜選択することにより、所望の波長分割を行うことができる。例えば、非常に近接した波長を有する複数の光からなる複数の光信号を、それぞれの光信号に対応した電流信号に変換することにより、波長分割を行うことができる。従って、狭い範囲の波長帯の波長分割を行うことができる。また、当然ながら、広い範囲の波長帯の波長分割を行うこともできる。
【０１２０】
さらに、本実施形態に係る受光素子２００によれば、入射光（例えば、図１１に示すような第１波長の光λ１および第２波長の光λ２）の波長分割を確実に行うことができ、かつ、高い光検出感度を有することができる。具体的には、以下の通りである。
【０１２１】
本実施形態に係る受光素子２００は、第１フォトニック結晶領域２４０および第２フォトニック結晶領域２４１を有する。第１フォトニック結晶領域２４０は、第１欠陥領域２４２に光を閉じ込めることができ、第２フォトニック結晶領域２４１は、第２欠陥領域２４３に光を閉じ込めることができる。即ち、第１フォトニック結晶領域２４０および第２フォトニック結晶領域２４１は、共振器（例えば、点欠陥共振器）を構成することができる。上述したように、この共振器の共振モードに入射光を結合させる。その結果、共振モードに結合した第１波長の光λ１が第１光吸収層２１４にて吸収され、共振モードに結合した第２波長の光λ２が第２光吸収層２５４にて吸収される。従って、本実施形態に係る受光素子２００によれば、所望の波長λ１（または所望の波長帯域）の光を第１受光部２１０にて検出することができ、かつ、他の所望の波長λ２（または所望の波長帯域）の光を第２受光部２５０にて検出することができる。言い換えるならば、本実施形態に係る受光素子２００は、入射光の波長分割をより確実に行うことができる。
【０１２２】
そして、本実施形態の受光素子２００によれば、集光レンズ２７０により、第１波長の光λ１を集光させて、第１欠陥領域２４２に入射させることができ、第２波長の光λ２を集光させて、第２欠陥領域２４３に入射させることができる。その結果、受光素子２００が集光レンズ２７０を有しない場合に比べ、上述した共振器への入射光の結合効率を向上させることができる。従って、より確実に、入射光の波長分割を行うことができ、さらに、受光素子２００の光検出感度を高くすることができる。
【０１２３】
また、本実施形態に係る受光素子２００によれば、素子自体で入射光の波長分割を行うことが可能なため、例えばＡＷＧ素子等により波長分割を行うような場合に比べ、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子２００の集積化を容易に行うことができる。
【０１２４】
また、本実施形態に係る受光素子２００によれば、第２受光部２５０が有する第２内部部材２４７の吸収波長は、第１受光部２１０の第１光吸収層２１４の吸収波長とは異なることができる。これにより、第１光吸収層２１４にて吸収される第１波長の光λ１が、第２内部部材２４７を通過する際に、第２内部部材２４７にて吸収されるのを抑制することができる。その結果、第１受光部２１０の光検出感度を高くすることができる。
【０１２５】
また、本実施形態に係る受光素子２００によれば、入射面２８０の上方に集光レンズ２７０が形成されていることにより、光軸ずれの許容範囲が広がる。即ち、本実施形態に係る受光素子２００によれば、光軸トレランスが向上する。
【０１２６】
また、本実施形態に係る受光素子２００によれば、第１受光部２１０と第２受光部２５０とを、分離層２３０のみを介して積層しているので、デバイスの小型化を図ることができる。その結果、受光素子２００の集積化を容易に行うことができる。
【０１２７】
また、本実施形態に係る受光素子２００の製造方法によれば、例えば、第１受光部２１０と、第２受光部２５０とを、ハンダなどを用いて接着して積み重ねるような場合に比べ、受光素子２００を再現性良く製造することができ、かつ、信頼性が良好な受光素子２００を提供することができる。
【０１２８】
３．第３の実施形態
次に、図１９を用いて、第１の実施形態に係る受光素子１００を適用した光電子集積素子３００および光モジュール７００について説明する。図１９は、本実施形態に係る光電子集積素子３００および光モジュール７００を模式的に示す断面図である。なお、本実施形態の光電子集積素子３００および光モジュール７００において、第１の実施形態の受光素子１００の代わりに、上述した第２の実施形態の受光素子２００を用いることもできる。このことは、後述する第４および第５の実施形態においても同様である。
【０１２９】
光電子集積素子３００は、図１９に示すように、受光素子１００と、ＴＩＡ（Trans-Impedance Amplifier）３５０とを含む。ＴＩＡ３５０は、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタによって構成される。受光素子１００およびＴＩＡ３５０は、サブマウント基板４０６上に形成されている。
【０１３０】
光モジュール７００は、受信部４００と、送信部５００と、電子回路部６００と、を含む。電子回路部６００は、増幅回路部６１０および駆動回路部６２０を含む。
【０１３１】
受信部４００は、サブマウント基板４０６と、光電子集積素子３００と、筐体部４０２と、ガラス部４０４と、を含む。
【０１３２】
送信部５００は、サブマウント基板５０８と、発光素子５１０と、モニタフォトダイオード５１２と、斜めガラス部５０４と、筐体部５０２と、を含む。発光素子５１０およびモニタフォトダイオード５１２は、サブマウント基板５０８上に形成されている。
【０１３３】
筐体部４０２は、樹脂材料で形成され、後述するスリーブ４２０および集光部４０５と一体的に形成される。同様に筐体部５０２は、樹脂材料で形成され、後述するスリーブ５２０と一体的に形成される。樹脂材料としては、光を透過可能なものが選択され、例えば、プラスチック系光ファイバ（ＰＯＦ）に用いられるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ジアリルフタレート、フェニルメタクリレート、フッ素系ポリマー等を採用することができる。
【０１３４】
スリーブ４２０、５２０は、外部から光ファイバなどの導光部材（図示せず）をはめ込み可能な形状に形成されており、収容空間４２２、５２２の周壁の一部を構成している。集光部４０５は、導光部材からの光信号を集光して送り出す。これにより、導光部材からの光の損失を低減して、受光素子１００と導光部材との光の結合効率を良好なものとすることができる。
【０１３５】
斜めガラス部５０４は、収容空間５２２内であって、スリーブ５２０と発光素子５１０との間に設けられている。斜めガラス部５０４は、発光素子５１０からの光を反射および透過させる。モニタフォトダイオード５１２は、斜めガラス部５０４によって反射された光を受け取る。駆動回路部６２０は、モニタフォトダイオード５１２が受け取った光の光量に応じて、発光素子５１０が発光する光量を調節する。斜めガラス部５０４を透過した光は、送信部５００のスリーブ５２０にはめ込まれる導光部材に送り出される。
【０１３６】
発光素子５１０は、外部から入力した電気信号を光信号に変換して、導光部材を介して外部に出力する。受光素子１００は、導光部材を介して光信号を受信し、これを電流に変換し、変換した電流をＴＩＡ３５０に送る。ＴＩＡ３５０は、受け取った電流を電圧出力に変換し、増幅して、電子回路部６００に送る。増幅回路部６１０は、電圧出力が一定以上にならないように制御し、外部に出力する。なお、電気信号の出力端子や入力端子などの外部端子の説明は省略する。
【０１３７】
このように、受光素子１００は、光電子集積素子３００、および光モジュール７００に用いられる。
【０１３８】
４．第４の実施形態
図２０は、本発明を適用した第４の実施形態に係る光伝達装置９０を模式的に示す図である。光伝達装置９０は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器９２を相互に接続するものである。電子機器９２は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置９０は、ケーブル９４の両端にプラグ９６が設けられたものであってもよい。ケーブル９４は、導光部材（例えば光ファイバ）を含むことができる。プラグ９６は、第３の実施形態に係る光モジュール７００を内蔵する。なお、導光部材はケーブル９４に内蔵され、光モジュール７００はプラグ９６に内蔵されているため、図示されていない。導光部材と光モジュール７００との関係は、第３の実施形態にて説明した通りである。
【０１３９】
導光部材の両端部にはそれぞれ、第３の実施形態に係る光モジュール７００が設けられている。図１９および図２０に示すように、導光部材の一方の端部に設置された受光素子１００は、光信号を電気信号に変換した後、この電気信号を、ＴＩＡ３５０および電子回路部６００を介して、電子機器９２に入力する。この導光部材の他方の端部には、発光素子５１０が設置されている。すなわち、この発光素子５１０において、電子機器９２から出力された電気信号が光信号に変換される。この光信号は導光部材を伝わり、受光素子１００に入力される。
【０１４０】
以上説明したように、本実施形態の光伝達装置９０によれば、光信号によって、電子機器９２間の情報伝達を行うことができる。
【０１４１】
５．第５の実施形態
図２１は、本発明を適用した第５の実施形態に係る光伝達装置９０の使用形態を模式的に示す図である。光伝達装置９０は、電子機器８０間に接続されている。電子機器８０として、液晶表示モニタまたはデジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育等の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、デジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Point of Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
【０１４２】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【０１４３】
例えば、複数の上述した受光素子をアレイ化することもできる。また、例えば、上述した実施形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。また、上述した実施形態の受光素子では、ＩｎＧａＡｓ系のもの、および、ＧａＩｎＮＡｓ系のものについて説明したが、入射光の波長に応じてその他の材料系、例えば、Ｓｉ系、Ｇｅ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＨｇＣｄＴｅ系などの半導体材料を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】第１の実施形態に係る受光素子を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係る受光素子を模式的に示す平面図。
【図３】第１の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図４】第１の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図５】第１の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図６】第１の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図７】第１の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図８】第１の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図９】第２の実施形態に係る受光素子を模式的に示す断面図。
【図１０】第２の実施形態に係る受光素子を模式的に示す平面図。
【図１１】第２の実施形態に係る受光素子の動作を模式的に示す断面図。
【図１２】第２の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１３】第２の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１４】第２の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１５】第２の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１６】第２の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１７】第２の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１８】第２の実施形態に係る受光素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１９】第３の実施形態に係る光モジュールを模式的に示す図。
【図２０】第４の実施形態に係る光伝達装置を模式的に示す図。
【図２１】第５の実施形態に係る光伝達装置の使用形態を模式的に示す図。
【符号の説明】
【０１４５】
８０  電子機器、９０  光伝達装置、９２  電子機器、９４  ケーブル、９６  プラグ、１００  受光素子、１０１  基板、１１０  受光部、１１２  第１コンタクト層、１１３  第１電極、１１４  光吸収層、１１６  第２コンタクト層、１１７  第２電極、１２０  半導体多層膜、１４０  フォトニック結晶領域、１４２  欠陥領域、１４４  穴、１４６  内部部材、１７０  集光レンズ、１７６  堰き止め部材、１７７  開口部、１８０  入射面、１８２  開口部、１９０  インクジェットノズル、１９２  インクジェットヘッド、２００  受光素子、２０１  基板、２１０  第１受光部、２１２  第１コンタクト層、２１３  第１電極、２１４  第１光吸収層、２１６  第２コンタクト層、２１７  第２電極、２３０  分離層、２４０  第１フォトニック結晶領域、２４１  第２フォトニック結晶領域、２４２  第１欠陥領域、２４３  第２欠陥領域、２４４  第１穴、２４５  第２穴、２４６  第１内部部材、２４７  第２内部部材、２５０  第２受光部、２５２  第３コンタクト層、２５３  第３電極、２５４  第２光吸収層、２５６  第４コンタクト層、２５７  第４電極、２７０  集光レンズ、２７２  第１レンズ部、２７４  第２レンズ部、２７６  堰き止め部材、２７９  角部、２８０  入射面、２８２  開口部、３００  光電子集積素子、３５０  ＴＩＡ、４００  受信部、４０２  筐体部、４０４  ガラス部、４０５  集光部、４０６  サブマウント基板、４２０  スリーブ、４２２  収容空間、５００  送信部、５０２  筐体部、５０４  ガラス部、５０８  サブマウント基板、５１０  発光素子、５１２  モニタフォトダイオード、５２０  スリーブ、５２２  収容空間、６００  電子回路部、６１０  増幅回路部、６２０  駆動回路部、７００  光モジュール
【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１１】
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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２１】
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