(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と前記表面に対向する裏面とを有する基板と、
前記表面に順に積層されたｎ型層、増倍層、ｐ型電界制御層、光吸収層、及び窓層と、
前記窓層の一部に形成されたｐ型領域と、
前記ｐ型領域の上に形成され、前記ｐ型領域に接続されたアノード電極と、
前記裏面に形成されたアノードパッド及びカソードパッドとを備え、
第１及び第２の接続孔が前記基板を貫通し、
第３の接続孔が前記窓層から前記ｎ型層まで貫通し、
前記カソードパッドは前記第１の接続孔を介して前記ｎ型層に電気的に接続され、
前記アノードパッドは前記第２及び第３の接続孔を介して前記アノード電極に電気的に接続され、
前記裏面に受光領域を有することを特徴とする裏面入射型受光素子。
【請求項２】
前記窓層から前記ｎ型層までエッチングされて半絶縁性層で埋め込まれ、
前記第３の接続孔は前記半絶縁性層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の裏面入射型受光素子。
【請求項３】
前記ｎ型層と前記増倍層との間に挿入されたエッチングストッパ層を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の裏面入射型受光素子。
【請求項４】
前記第２及び第３の接続孔は前記基板から前記窓層まで一続きに貫通することを特徴とする請求項１に記載の裏面入射型受光素子。
【請求項５】
前記基板と前記アノードパッド及び前記カソードパッドとの間に形成された絶縁膜を更に備え、
前記基板は導電性基板であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の裏面入射型受光素子。
【請求項６】
サブマウントと、
前記サブマウントの上に前記受光領域を上にして固定された請求項１〜５の何れか１項に記載の裏面入射型受光素子と、
第１及び第２の回路部品と、
前記カソードパッドを第１の回路部品に接続する第１のワイヤと、
前記アノードパッドを第２の回路部品に接続する第２のワイヤとを備えることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信等に用いられる裏面入射型受光素子及び光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体受光素子の構造は、半導体基板上のエピタキシャル成長層の表面側から光を入射する表面入射型、エピタキシャル成長層の側面から光を入射する端面入射型、半導体基板の裏面側から光を入射する裏面入射型に大別される。【０００３】
一般的に、半導体受光素子はｐｎ接合領域でのみ受光感度を得ることができ、そのサイズが大きい方が光を調芯しやすく、実装性に優れている。一方、ｐｎ接合領域が大きくなると素子容量が増加し時定数が大きくなるため、高速応答性の面では不利である。【０００４】
裏面入射型受光素子は寄生容量を低減しやすいため、その分ｐｎ接合領域を大きくすることができ、実装の容易性と素子容量低減による高速動作化を両立しやすい。そのため、特に１０Ｇｂｐｓ以上の高速通信用では一般的な構造となっている。また、裏面入射型受光素子は、基板裏面側から入射した光を、電極メタルミラーで反射させ再度吸収層に戻し光吸収に寄与させるため、高い量子効率を得やすい。このような裏面入射型受光素子を用いた光モジュールが開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本特開２０１４−１９２５１０号公報
【特許文献２】日本特開２０１１−２５３９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
裏面入射型受光素子のアノード・カソードは基板の表面側に形成されていた。従って、アノード・カソードはサブマウントに形成されたメタルパターンに半田又はＡｕバンプ等を用いてダイボンドされ、それぞれのメタルパターンにワイヤが打たれる。しかし、ワイヤを打つためのパターンをサブマウント上に形成する必要があるため、サブマウントのサイズが大きくなるという問題があった。【０００７】
また、ＴＩＡ又はキャパシタなどの他の回路部品と裏面入射型受光素子との接続経路において、Ａｕワイヤから誘電率の異なるサブマウント上の配線パターンを通る。このため、高周波的な反射点が増え、共振の原因になり受信感度を低下させるという問題があった。【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はサイズを低減し、受信感度を向上させることができる裏面入射型受光素子及び光モジュールを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る裏面入射型受光素子は、表面と前記表面に対向する裏面とを有する基板と、前記表面に順に積層されたｎ型層、増倍層、ｐ型電界制御層、光吸収層、及び窓層と、前記窓層の一部に形成されたｐ型領域と、前記ｐ型領域の上に形成され、前記ｐ型領域に接続されたアノード電極と、前記裏面に形成されたアノードパッド及びカソードパッドとを備え、第１及び第２の接続孔が前記基板を貫通し、第３の接続孔が前記窓層から前記ｎ型層まで貫通し、前記カソードパッドは前記第１の接続孔を介して前記ｎ型層に電気的に接続され、前記アノードパッドは前記第２及び第３の接続孔を介して前記アノード電極に電気的に接続され、前記裏面に受光領域を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、アノードパッド及びカソードパッドが基板裏面側に形成されているため、他の回路部品に接続するためのワイヤを裏面入射型受光素子の基板裏面に直接的に打つことができる。これにより、サブマウント上のパターンが不要となるため、サブマウントのサイズを小さくすることができる。また、高周波的な反射点が無くなり、共振等が起き難くなるため、受信感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光モジュールを示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光モジュールの主要部を示す斜視図である。
【図４】比較例に係る裏面入射型受光素子を使用した光モジュールを示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る裏面入射型受光素子及び光モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。基板１は表面と表面に対向する裏面とを有する半絶縁性ＩｎＰ基板である。基板１の表面にｎ型層２、ＡｌＩｎＡｓの増倍層３、ＩｎＰのｐ型電界制御層４、ＩｎＧａＡｓの光吸収層５、及びＩｎＰの窓層６が順に積層されている。窓層６の一部にｐ型領域７が形成されている。アノード電極８がｐ型領域７の上に形成され、ｐ型領域７に接続されている。
【００１４】
アノードパッド９及びカソードパッド１０が基板１の裏面に形成されている。基板１を貫通する第１及び第２の接続孔１１，１２がエッチングにより形成されている。窓層６からｎ型層２まで貫通する第３の接続孔１３が、第２の接続孔１２と少なくとも一部が繋がるようにエッチングにより形成されている。ＩｎＰの窓層６の上面と第３の接続孔１３の内側面は、ＳｉＮなどのパッシベーション膜１４で覆われている。
【００１５】
カソードパッド１０は第１の接続孔１１を介してｎ型層２に電気的に接続されている。アノードパッド９は第２の接続孔１２及び第３の接続孔１３内のアノード配線１５を介してアノード電極８に電気的に接続されている。アノードパッド９及びカソードパッド１０以外の領域において基板１の裏面に受光領域１６を有する。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る光モジュールを示す平面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る光モジュールの主要部を示す斜視図である。キャン型パッケージのキャリア１７上にサブマウント１８、ＴＩＡ１９（トランスインピーダンス・アンプ）及びキャパシタ２０が半田で固定されている。裏面入射型受光素子２１が受光領域１６を上にしてサブマウント１８上に固定されている。アノードパッド９がＡｕワイヤ２２によりＴＩＡ１９のボンディングパッド２３に接続されている。カソードパッド１０がＡｕワイヤ２４によりキャパシタ２０のボンディングパッド２５に接続されている。キャパシタ２０はＡｕワイヤ２６によりリード端子２７に接続されている。ＴＩＡ１９はＡｕワイヤ２８によりリード端子２９に接続されている。なお、これに限らず、裏面入射型受光素子２１のカソードパッド１０及びアノードパッド９が抵抗又はリード端子などの他の回路部品と接続してもよい。
【００１７】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図４は、比較例に係る裏面入射型受光素子を使用した光モジュールを示す斜視図である。比較例に係る裏面入射型受光素子２１のアノード・カソードは基板表面側に形成されている。従って、アノード・カソードを引き出してワイヤを打つためのメタルパターン３０，３１をサブマウント１８上に形成する必要があるため、サブマウント１８のサイズが大きくなる。また、高周波的な反射点が増え、共振の原因になり受信感度を低下させる。
【００１８】
一方、本実施の形態に係る裏面入射型受光素子２１では、アノードパッド９及びカソードパッド１０が基板裏面側に形成されているため、他の回路部品に接続するためのワイヤを裏面入射型受光素子２１の基板裏面に直接的に打つことができる。これにより、サブマウント１８上のパターンが不要となるため、サブマウント１８のサイズを小さくすることができる。また、高周波的な反射点が無くなり、共振等が起き難くなるため、受信感度を向上させることができる。
【００１９】
なお、ｐ型電界制御層４はＡｌＩｎＡｓでもよい。光吸収層５は、入射光に対してバンドギャップの小さい材料であればＩｎＧａＡｓではなくＩｎＧａＡｓＰなどでもよい。窓層６は、入射光に対してバンドギャップの大きい材料であればＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどでもよい。ｐ型領域７とアノード電極８との間に、コンタクト抵抗を下げるためのＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓなどを形成してもよい。受光領域１６に部分的に絶縁膜などでＡＲコートを形成してもよい。動作に必要な特性が得られるなら各層にどの材料を使用してもよく、上記の材料は本発明の範囲を限定するものではない。また、ｐ型領域７の製法も特に限定されず、熱拡散、イオン注入などにより形成すればよい。
【００２０】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。光吸収層からｎ型層までエッチングされてＦｅ−ＩｎＰ又はＲｕ−ＩｎＰを含む半絶縁性層３２で埋め込まれている。第３の接続孔１３は半絶縁性層３２に形成されている。これにより、アノード配線１５と半導体層との距離が拡がるため、信頼が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００２１】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。ｎ型層２と増倍層３との間にＩｎＰでないエッチングストッパ層３３が挿入されている。基板側からエッチングして第２の接続孔１２を形成する時、及びエピ面側からエッチングして第３の接続孔１３を形成する時に選択エッチングが可能となる。このため、第２及び第３の接続孔１２，１３を容易に形成することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００２２】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。基板１とアノードパッド９及びカソードパッド１０との間に絶縁膜３４が形成されている。これにより、基板１の極性が不問となるため、導電性基板を用いることができる。また、基板の極性に依らずにアノードパッド９及びカソードパッド１０を形成できるため、作製が容易になる。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
【００２３】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５に係る裏面入射型受光素子を示す断面図である。第２及び第３の接続孔１２，１３は基板１から窓層６まで一続きに貫通する。これにより、基板両側からエッチングせずに済むため、作製が容易になる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【符号の説明】
【００２４】
１  基板、２  ｎ型層、３  増倍層、４  ｐ型電界制御層、５  光吸収層、６  窓層、７  ｐ型領域、８  アノード電極、９  アノードパッド、１０  カソードパッド、１１  第１の接続孔、１２  第２の接続孔、１３  第３の接続孔、１６  受光領域、１８  サブマウント、１９  ＴＩＡ（第２の回路部品）、２０  キャパシタ（第１の回路部品）、２１  裏面入射型受光素子、２２  Ａｕワイヤ（第２のワイヤ）、２４  Ａｕワイヤ（第１のワイヤ）、３２  半絶縁性層、３３  エッチングストッパ層、３４  絶縁膜
【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】
0006658910.tif 000008
【図８】
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