(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、半導体光吸収層及び半導体層を積層してなる半導体受光素子において、
前記半導体光吸収層と前記半導体層とは異なる伝導型を有し、かつ前記半導体層から前記半導体光吸収層に達する開孔領域を複数個有し、
受光領域の中心部にある開孔領域の開孔直径よりも、受光領域の端部にある開孔領域の開孔直径が大きくなっていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
半導体基板上に、半導体光吸収層及び半導体層を積層してなる半導体受光素子において、
前記半導体光吸収層と前記半導体層との間に、前記半導体層と異なる伝導型を有する半導体窓層を介在させ、かつ前記半導体層から前記半導体層窓層に達する開孔領域を複数個有し、
受光領域の中心部にある開孔領域の開孔直径よりも、受光領域の端部にある開孔領域の開孔直径が大きくなっていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体受光素子において、前記開孔領域は、円形型、楕円形型、多角形型の形状であることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光素子において、前記半導体吸収層、前記半導体層及び前記半導体窓層を構成する半導体材料が、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓ、Ｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｅであることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体受光素子を搭載することを特徴とする光通信、光情報処理及び光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光情報処理、光計測等の装置に適用する半導体受光素子に関するものであり、更に詳細には、光結合効率を低減することなく高速に受光することを特徴とする半導体受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信、光情報処理、光計測等の分野において、光電変換素子として半導体受光素子が適用されている。
【０００３】
１μｍ以上の光通信波長帯ではＩｎＰ基板上に格子整合したＩｎＧａＡｓＰ系が、又光情報処理、データ通信用途である１μｍ以下の光通信波長帯ではＳｉ系あるいはＧａＡｓ基板上に格子整合したＡｌＧａＡｓ系等が主要である。
【０００４】
図１１には、従来構造である面入射型のＩｎＧａＡｓＰ系半導体受光素子の基本構造を示す。ＩｎＰ基板１１１上に、格子整合したｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１１２及びｐ−型ＩｎＰ窓層１１４が形成されている。入射した信号光は、光吸収層で吸収され光キャリア（電子・正孔対）に変換され、外部電界によりドリフト走行で取り出される。ここで、受光素子の高周波帯域ｆｃは、キャリアの走行時間とＣＲ回路定数を考慮した数式１で示される。
【数１】
0004774966.tif 000002
【０００５】
ｔは光吸収層厚、ｖは光キャリアの平均速度、Ｃは素子容量、Ｒは負荷抵抗である。これより、高速化のためには光吸収層厚の低減あるいは容量低減が必要となる。しかしながら、一般には光吸収層厚を低減することは、空乏厚の低減を意味するために容量増大を招くこと、さらには量子効率の低下につながる。図１２には、半導体受光素子（図１１に対応）の受光直径（ｐｎ接合直径）に対する高周波帯域ｆｃを予測したもので、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層厚ｔをパラメータとしている。ここで、受光直径の拡大により高周波帯域は劣化するが、受光直径が３０μｍ以下では光キャリアの吸収層走行する時間が、受光直径が３０μｍ以上ではＣＲ定数が律速要因となっている。これより、高速光信号を受光するには受光直径を低減すれば良いが、実際にはファイバー等との光結合が不十分となり結合効率が劣化する。受光直径を拡大するには、吸収層厚の最適化のもと、拡大に伴う接合容量の増大を低減する工夫が必要となる。
【０００６】
素子容量の低減を目的とした半導体受光素子としては、メタルショットキーメタル（ＭＳＭ）型構造あるいは選択拡散型構造（例えば、特許文献１）がこれまでに提案されている。図１３にＭＳＭ型半導体受光素子を示すが、ｎ−型ＩｎＰ基板１３１、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３２の構造において、ショットキー接合を有する櫛形電極領域（受光領域）１３５が形成されている。ここで、素子容量はショットキー接合部で規定されるので低減されるが、受光領域は櫛形電極が暴露するので、表面入射構造では遮光され十分な光結合効率が得られないという問題を有する。図１４には、後者の選択拡散型半導体受光素子を示す。半導体受光素子は、ｎ（＋）−型半導体層１４１、ｎ−型半導体光吸収層１４２の構造において、選択拡散によりｐ−型半導体光吸収層１４３を形成している。本構造では、選択拡散によりｐｎ接合領域を部分的に形成することにより、ｐｎ接合面積が低減し容量低減効果が期待されるが、実際には拡散横部での接合容量が問題となり十分には低減できない。
【特許文献１】特開昭６１−１８２２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光通信、光情報処理、光計測等の装置では、高周波帯域および光結合方法に応じて、半導体受光素子の最適設計が要求される。特に最近の光通信方式では、２０Ｇｂｐｓを越える高速領域でも低コスト化の観点よりマルチモードファイバー（ＭＭＦ）の適用が始まっており、光伝送装置、さらには超高速コンピュータにおける架間光伝送装置等で検討されている。この場合、伝搬ビーム径の広いＭＭＦと光結合を得るための受光直径は５０μｍ以上が要求されるが、高周波帯域（２０Ｇｂｐｓ）からの受光直径限界は３０μｍであり、光結合効率と帯域を両立することが出来ない。ＭＭＦ適用において十分な性能を得るためには、素子容量を低減して受光直径の拡大が重要となる。また、ＤＶＤ等の光ピックアップにおいても、光電気変換効率（Ｖ／Ｗ）を高めるために、半導体受光素子（Ｓｉ系）の後段に高入力抵抗（〜数キロオーム）を有するＩＣ増幅器を接続している。このため、システムに要求される数百ＭＨｚの高周波帯域を得るためには、半導体受光素子には過大な容量低下が要求される。以より、光通信、光情報処理、光計測等の装置において、素子容量を低減した高性能な半導体受光素子が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明請求項１に記載の半導体受光素子は、半導体基板上に半導体光吸収層及び半導体層を積層してなる半導体受光素子において、前記半導体光吸収層と前記半導体層とは異なる伝導型を有し、かつ前記半導体層から前記半導体光吸収層に達する開孔領域を複数個有し、受光領域の中心部にある開孔領域の開孔直径よりも、受光領域の端部にある開孔領域の開孔直径が大きくなっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明請求項２に記載の半導体受光素子は、半導体基板上に、半導体光吸収層及び半導体層を積層してなる半導体受光素子において、前記半導体光吸収層と前記半導体層との間に、前記半導体層と異なる伝導型を有する半導体窓層を介在させ、かつ前記半導体層から前記半導体層窓層に達する開孔領域を複数個有し、受光領域の中心部にある開孔領域の開孔直径よりも、受光領域の端部にある開孔領域の開孔直径が大きくなっていることを特徴とする。
【００１１】
本発明請求項３に記載の半導体受光素子は、請求項１又は請求項２に記載の半導体受光素子において、前記開孔領域は、円形型、楕円形型、多角形型の形状であることを特徴とする。
【００１２】
本発明請求項４に記載の半導体受光素子は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光素子において、前記半導体吸収層、前記半導体層及び前記半導体窓層を構成する半導体材料が、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓ、Ｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｅであることを特徴とする。
【００１３】
本発明請求項５に記載の光通信、光情報処理及び光計測装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体受光素子を搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体受光素子によれば、１０Ｇｂｐｓ以上の光通信装置等において、マルチモードファイバー等との結合を損失することなく、広帯域で受光することが可能となる。また、ＤＶＤ等の光情報処理においても、Ｓｉ系ＰＤの受光面積を低減することなく、数百ＭＨｚの応答が可能となる。これは、受光面内にｐｎ接合を横切る開孔領域を複数個設けることにより、実効的なｐｎ接合面積の減少が生じて、容量を低減することが可能となったためである。
【００１５】
また、高効率での受光が可能となる。これは、半導体窓層を開孔領域直下に設けることにより、表面再結合等の影響を低減することが可能となったためである。
【００１６】
さらに、高入力光信号に対する応答特性が改善する。これは、受光面内で、開孔領域幅を光信号強度分布に応じて変化させることにより、電界降下現象の影響を低減することが可能となったためである。
【００１７】
以上本発明によれば、表面をｐ層としたＰＩＮ型構造を基本に記載しているが、逆転構造である表面ｎ層のＮＩＰ型構造でも、これらの発明思想は受け継がれる。また、開孔領域の形状も、円形で記載しているが、楕円形、多角形型等の形状も適用可能である。  以上の結果、本発明により、高効率かつ高速に受光する半導体受光素子が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の半導体受光素子の実施の形態および本発明の参考となる形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の参考形態）
図１は、第１の参考形態にかかる半導体受光素子の構造図である。
本参考形態の半導体受光素子は、ｎ−型半導体基板層（半導体基板層）１１上に、ｉ−型半導体光吸収層（半導体光吸収層）及びｐ−型半導体層（半導体層）１３をこの順で積層した構造である。ここで、受光領域１４面内に本発明の特徴である開孔領域１５が複数個形成されている。開孔領域１５は、化学エッチング等により形成されるもので、ｐ−型半導体層１３からｉ−型半導体光吸収層１２に貫通している。これにより、実効的なｐｎ接合面積が低減され、容量低減に繋がる。前述した従来構造（図１４）では、横方向の空乏化による接合が無視できず容量低減が不十分であるが、本構造ではｐｎ接合部が露出しているために上記の過剰な容量が存在しないことが特徴である。
【００１９】
図２は、受光領域の直径（受光直径）Φに対して、開孔領域１５の直径（開孔直径）Φ（ｈ）が、１μｍである開孔領域１５を複数個設けた時（受光直径の増加に応じてその個数は増加）の高周波帯域ｆｃの計算予測を示す図である。
【００２０】
図中では、従来の構造（開孔領域が存在しない素子）と本構造を比較している。ここで、ｉ−半導体光吸収層の厚さ（ｉ−吸収層厚）ｔを１．０μｍとしている。これより、マルチモードファイバー結合が可能な受光直径５０μｍでは、容量低減により高周波帯域は１５ＧＨｚとなり、従来構造に比較して５０％の増大が予測される。これは、２０Ｇｂｐｓの信号光を受光するのに可能な高周波帯域である。本構造では、開孔領域１５の底部で発生した光キャリアは、僅かに存在する電界によりドリフト走行して高濃度領域に達する。このため、開孔直径Φ（ｈ）が、走行時間として高周波帯域に影響を与える。つまり、目標帯域（帯域）にあわせて、開孔直径Φ（ｈ）を最適化する必要がある。
図３は、ドリフト走行時間から推測される、目標帯域に対する開孔直径Φ（ｈ）の限界を示す図である。これより、例えば２０ＧＨｚが所望の帯域とすれば開孔直径Φ（ｈ）限界は３μｍとなる。
（第２の参考形態）
図４は、第２の参考形態にかかる半導体受光素子の構造図である。
【００２１】
本参考形態の半導体受光素子は、ｎ−型半導体層（半導体基板層）４１上に、ｉ−型半導体光吸収層（半導体光吸収層）４２及びｐ−型半導体層（半導体層）４３をこの順で積層した構造である。ここで、ｉ−型半導体光吸収層４２とｐ−型半導体層４３の間に本形態の特徴であるｉ−型半導体窓層（半導体窓層）４６が挿入されており、かつ受光領域４４面内に開孔領域４５が複数個形成されている。開孔領域４４は、ｐ−型半導体層４３からｉ−型半導体窓層４６に貫通している。ここで、ｉ−型半導体窓層４６は、信号光のエネルギーよりも大きなバンドギャップを有する半導体層で、窓層の効果を有する。
【００２２】
すなわち、図１に記載した構造においては、開孔領域４５ではｉ−型半導体光吸収層が露出しているために、表面再結合による効率劣化が懸念される。図４では、開孔領域４４を窓層で被服することにより、上記の表面再結合の影響が除去できる。ここで、開孔領域４４の容量低減効果および開孔直径の決定は、図１と同様の思想に基づく。
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態にかかる半導体受光素子の構造図である。
【００２３】
本実施形態の半導体受光素子は、ｎ−型半導体層（半導体基板層）５１上に、ｉ−型半導体光吸収層（半導体光吸収層）５２、ｉ−型半導体窓層（半導体窓層）５６及びｐ−型半導体層５３をこの順に積層した構造である。ここで、受光領域５４面内に開孔領域５５が複数個形成されており、開孔領域５５はｐ−型半導体層５３からｉ−型半導体窓層５６に貫通している。ここで、本発明では、開孔領域５５の直径（開孔直径）が受光領域面５４内で変化することである。すなわち、開孔直径Φ（ｈ）が受光領域の中心では小さく、受光領域の端では大きくなっている。これは、通常入力信号光の強度分布５７はガウシアン分布を有しており、受光領域５４の中心では光強度が大きい。ここで、ｍＷを越える高入力光が入射した場合、受光領域５４の中心では開孔領域５５直下に多数の光キャリアが発生して、光吸収層の電界を弱めることが予測される。これは、一般には電界降下現象と言われているものであるが、高周波帯域の劣化に繋がる。本発明は、光強度の強い受光領域５４の中心では開孔直径５５を小さくし、ｐｎ接合直下の十分な電界を補償することにより電界降下を緩和することを狙ったもので、高入力光に対する特性を改善することが目的である。
【００２４】
なお、本発明の半導体受光素子の構造を実現する上で、光通信、光情報処理、光計測等の装置に用いられる半導体受光素子としては、半導体材料がＩｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓ、Ｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｅ等に限定される。このように、本発明の半導体受光素子は、光通信、光情報処理、光計測等の装置に搭載することにより、高性能化が得られる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例および参考例について図面を参照して詳細に説明する。
（参考例１）
以下、図６を用いて半導体受光素子の参考例１について説明する。図６は、参考例１にかかる半導体受光素子の構造図である。
【００２６】
参考例１の半導体受光素子の構造および原理は、図１に基づくものである。ｎ−型ＩｎＰ基板（半導体基板）６１上に、格子整合したｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層（半導体光吸収層）６２（層厚１μｍ）、ｐ−型ＩｎＰ窓層（半導体窓層）６４（層厚０．５μｍ）が形成されている。受光領域６９は、マルチモードファイバー結合を目的としており、受光領域の直径（受光直径）Φ＝５０μｍである。受光領域面内には、本態様の特徴である開孔領域６８が複数個形成されている。ここで、開孔領域６８は、２０Ｇｂｐｓでの適用を目的として開孔直径を３μｍ、深さはウェットエッチ法（ドライエッチ法でも可能）により０．７μｍとした。これにより、光結合効率は６０％、また高周波帯域も従来構造（開孔領域を有さない構造）では８ＧＨｚであったが本構造で１６ＧＨｚまで増大、２０Ｇｂｐｓ信号光を高効率で受光することが可能になった。この性能改善の要因は、本態様による開孔領域の適用により、実質的なｐｎ接合面積低減を介して容量低減が図られ、高速化に繋がったためである。このため、マルチモードファイバー結合においても、２０Ｇｂｐｓ信号光を受光することが可能となった。
【００２７】
本参考例では、ｐ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層構造に適用されているが、ｎ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層構造においても同様の効果が得られる。
（参考例２）
以下、図７を用いて半導体受光素子の参考例２について説明する。図７は、参考例２にかかる半導体受光素子の構造図である。
【００２８】
参考例２の半導体受光素子の構造および原理は、図４に基づくものである。ｎ−型ＩｎＰ基板（半導体基板）７１上に、格子整合したｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層（半導体光吸収層）７２（層厚１μｍ）、ｐ−型ＩｎＰ窓層（半導体窓層）７４（層厚０．５μｍ）が形成、さらに本態様の特徴であるｉ−型ＩｎＰ窓層７１０（層厚０．２μｍ）がｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層７２、ｐ−型ＩｎＰ窓層７４の間に挿入されている。受光領域は、マルチモードファイバー結合を目的としており、受光領域の直径（受光直径）Φ＝５０μｍである。受光領域面内には、本態様の特徴である開孔領域７８が複数個形成されている。ここで、開孔領域７８は、２０Ｇｂｐｓでの適用を目的として開孔領域の直径（開孔直径）が３μｍ、深さはウェットエッチ法（ドライエッチ法でも可能）により０．９μｍとした。これにより、光結合効率は７０％、また高周波帯域も従来構造（開孔領域を有さない構造）では８ＧＨｚであったが本構造では１６ＧＨｚまで増大、２０Ｇｂｐｓ信号光を高効率で受光すること可能になった。この改善の要因は、本態様による開孔領域の適用により、実質的なｐｎ接合面積低減を介して容量低減が図られ高速化に繋がったこと、さらにｉ−型ＩｎＰ窓層７１０を介在させたことにより、表面再結合の影響が低減され効率が改善されたためである。このため、マルチモードファイバー結合でありながら２０Ｇｂｐｓ信号光を高効率で受光することが可能となった。
【００２９】
本参考例では、ｐ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層構造に適用されているが、ｎ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層構造においても同様の効果が得られる。
【００３０】
実施例３の半導体受光素子の構造および原理は、図５に基づくものである。ｎ−型ＩｎＰ基板（半導体基板）８１上に、格子整合したｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層（半導体光吸収層）８２（層厚１μｍ）、ｉ−型ＩｎＰ窓層（半導体窓層）８１０（層厚０．２μｍ）、ｐ−型ＩｎＰ窓層８４（層厚０．５μｍ）が形成されている。受光領域８９は、マルチモードファイバー結合を目的としており、受光領域の直径（受光直径）Φ＝５０μｍである。受光領域面内には、本発明の特徴である開孔直径を受光領域面内で変化させた開孔領域８８が複数個形成されている。ここで、開孔直径は、２０Ｇｂｐｓかつ高光入力時の帯域劣化を抑制するために、受光領域の中心では開孔直径が１μｍ、受光領域の端では３μｍへと徐々に増大するようになっている。深さは、ウェットエッチ法（ドライエッチ法でも可能）により０．９μｍとした。これにより、光結合効率は７０％、また高周波帯域も従来構造（開孔領域を有さない構造）では８ＧＨｚであったが本発明構造では１５ＧＨｚまで増大、２０Ｇｂｐｓ信号光を高効率で受光することが可能になった。さらに、本構造では＋３ｄＢｍの高入力光を入れても、顕著な帯域劣化が観測されなかった。この性能改善の要因は、本発明による開孔領域８８の適用により、実質的なｐｎ接合面積低減を介して容量低減が図られ高速化に繋がったこと、ｉ−型ＩｎＰ窓層８１０を介在させ表面再結合の影響を低減したこと、さらに開孔領域８８の開孔直径を光強度分布に応じて変化させ電界降下による帯域劣化を抑制できたことによる。このため、マルチモードファイバー結合でありながら２０Ｇｂｐｓ信号光を高効率で受光し、さらに優れた高光入力特性も達成された。
【００３１】
本実施例では、ｐ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層構造に適用されているが、ｎ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＰ窓層、ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層構造においても同様の効果が得られる。
（実施例４）
以下、図９を用いて半導体受光素子の参考例４について説明する。図９は、参考例４にかかる半導体受光素子の構造図である。
【００３２】
参考例４の半導体受光素子の構造および原理は、図１に基づくものである。Ｓｉ基板上に、ｐ−型Ｓｉ層９１、ｉ−型Ｓｉ光吸収層（半導体光吸収層）９２（層厚１０μｍ）、ｎ−型Ｓｉ層９４（層厚０．５μｍ）が形成されている。受光領域は、ＤＶＤピックアップ方式（帯域１００ＭＨｚ）に対応するために４分割されており、１個の受光領域は４０μｍの正方形である。受光領域面内には、本態様の特徴である開孔領域９８が複数個形成されている。ここで、本態様の受光素子後段には、入力抵抗１０ｋΩの増幅ＩＣが接続する。このため、帯域１００ＭＨｚを得るために受光素子に要求される素子容量は、１５０ｆＦ以下である。本参考例では、開孔領域９８は２μｍの正方形状にして、かつｐ−型Ｓｉ層９１は１μｍ幅で形成した。深さは、ドライエッチ法により０．７μｍで形成した。これにより素子容量は、従来構造（開孔領域の有さないもの）では２００ｆＦであったが、本構造で１３０ｆＦまで低減された。これにより、１００ＭＨｚでの駆動が可能となった。この性能改善の要因は、本態様による開孔領域の適用により、実質的なｐｎ接合面積低減を介して容量低減が図られ、高速化に繋がったことによる。
【００３３】
本参考例では、ｎ−型Ｓｉ層、ｉ−型Ｓｉ光吸収層、ｐ−型Ｓｉ層構造に適用されているが、ｐ−型Ｓｉ層、ｉ−型Ｓｉ光吸収層、ｎ−型Ｓｉ層構造においても同様の効果が得られる。
（実施例５）
以下、図１０を用いて本発明による半導体受光素子の実施例５について説明する。図１０は、実施例５にかかる半導体受光素子の構造図である。本実施例では内部利得効果を有するアバランシェ増倍型半導体受光素子への適用を図ったものである。
【００３４】
実施例５の半導体受光素子の構造および原理は、図５に基づくものである。ｎ−型ＩｎＰ基板（半導体基板）１０１上に、格子整合したｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層（半導体吸収層）１０２（層厚１μｍ）、ｉ−型ＩｎＰ窓層（半導体窓層）１０１０（層厚０．２μｍ）、ｐ−型ＩｎＰ窓１０４（層厚０．５μｍ）が形成されており、さらにｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０２の直下には、ｉ−型ＩｎＡｌＡｓ増倍層１０１２、ｐ型−ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層１０１１が付加されている。受光領域の直径は、マルチモードファイバー結合を目的としており、受光直径Φ＝５０μｍである。受光領域面内には、本発明の特徴である開孔領域１０８が複数個形成されている。ここで、開孔領域１０８は、２０Ｇｂｐｓかつ高光入力時の性能を満たすために、受光領域の中心では開孔直径が1μｍ、受光領域の端では３μｍへと徐々に増大するようになっている。深さは、ウェットエッチ法（ドライエッチ法でも可能）により０．９μｍとした。これにより、光結合効率は７０％、また高周波帯域も従来構造（開孔領域を有さない構造）では増倍率〜２において８ＧＨｚであったが本発明構造では１５ＧＨｚまで増大、２０Ｇｂｐｓ信号光を高効率で受光することが可能になった。さらに、本構造では＋０ｄＢｍの高入力光を入れても、顕著な帯域劣化が観測されなかった。この性能改善の要因は、本発明による開孔領域１０８の適用により、実質的なｐｎ接合面積低減を介して容量低減が図られ高速化に繋がったこと、ｉ−型ＩｎＰ窓層１０１０を介在させることにより表面再結合の影響を低減したこと、さらに開孔領域１０８の開孔直径を光強度分布に応じて変化させ電界降下による帯域劣化を抑制できたことによる。このため、マルチモードファイバー結合でありながら２０Ｇｂｐｓ信号光を高効率で受光、さらに高光入力特性に優れたアバランシェ増倍型半導体受光素子が実現できた。
【００３５】
以上のように、本発明により、光結合効率を低減することなく高速に受光することが可能な半導体受光素子が実現できる。また、本発明により実現された半導体受光素子は、光通信、光情報処理、光計測装置に搭載することにより、高性能化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の参考形態にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図２】半導体受光素子の高周波帯域（受光直径依存性）である。
【図３】半導体受光素子の開孔領域の直径限界である。
【図４】第２の参考形態にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図５】第３の実施形態にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図６】参考例１にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図７】参考例２にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図８】実施例３にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図９】参考例４にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図１０】実施例５にかかる半導体受光素子の構造図である。
【図１１】従来構造による半導体受光素子の構造図である。
【図１２】従来構造による半導体受光素子の高周波帯域（受光直径依存性）である。
【図１３】従来構造による半導体受光素子の構造図（メタルショットキーメタル型）である。
【図１４】従来構造による半導体受光素子の構造図（選択拡散型）である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  ｎ−型半導体層
１２  ｉ−型半導体光吸収層
１３  ｐ−型半導体層
１４  受光領域（直径Φ）
１５  本発明による開孔領域（直径Φ（ｈ））
４１  ｎ−型半導体層
４２  ｉ−型半導体光吸収層
４３  ｐ−型半導体層
４４  受光領域（直径Φ）
４５  本発明による開孔領域（直径Φ（ｈ））
４６  本発明によるｉ−型半導体窓層
５１  ｎ−型半導体層
５２  ｉ−型半導体光吸収層
５３  ｐ−型半導体層
５４  受光領域（直径Φ）
５５  本発明による開孔領域（開孔直径Φ（ｈ）が変化）
５６  本発明によるｉ−型半導体窓層
５７  入力信号光の光強度分布
６１  ｎ−型ＩｎＰ基板
６２  ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
６３  ｎ−型ＩｎＰ層
６４  ｐ−型ＩｎＰ窓層
６５  ＳｉＮ膜
６６  ｐ型電極
６７  ｎ型電極
６８  開孔領域（直径Φ（ｈ））
６９  受光領域
７１  ｎ−型ＩｎＰ基板
７２  ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
７３  ｎ−型ＩｎＰ層
７４  ｐ−型ＩｎＰ窓層
７５  ＳｉＮ膜
７６  ｐ型電極
７７  ｎ型電極
７８  開孔領域（直径Φ（ｈ））
７９  受光領域
７１０  ｉ−型ＩｎＰ窓層
８１  ｎ−型ＩｎＰ基板
８２  ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
８３  ｎ−型ＩｎＰ層
８４  ｐ−型ＩｎＰ窓層
８５  ＳｉＮ膜
８６  ｐ型電極
８７  ｎ型電極
８８  開孔領域（開孔直径Φ（ｈ）が変化）
８９  受光領域
８１０  ｉ−型ＩｎＰ窓層
９１  ｐ−型Ｓｉ層
９２  ｉ−型Ｓｉ光吸収層
９４  ｎ−型Ｓｉ層
９５  ＳｉＮ膜
９６  ｎ型電極
９８  開孔領域
９９  受光領域（４分割）
１０１  ｎ−型ＩｎＰ基板
１０２  ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１０３  ｎ−型ＩｎＰ
１０４  ｐ−型ＩｎＰ窓層
１０５  ＳｉＮ膜
１０６  ｐ型電極
１０７  ｎ型電極
１０８  開孔領域（開孔直径Φ（ｈ）が変化）
１０９  受光領域
１０１０  ｉ−型ＩｎＰ窓層
１０１１  ｐ−型ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層
１０１２  ｉ−型ＩｎＡｌＡｓ増倍層
１１１  ｎ−型ＩｎＰ基板
１１２  ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１１３  ｎ−型ＩｎＰ
１１４  ｐ−型ＩｎＰ窓層
１１５  ＳｉＮ膜
１１６  ｐ型電極
１１７  ｎ型電極
１１９  受光領域
１３１  ｎ−型ＩｎＰ基板
１３２  ｉ−型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１３３  取り出し電極１
１３４  取り出し電極２
１３５  櫛形電極領域（受光領域）
１４１  ｎ（＋）−型半導体層
１４２  ｎ−型半導体光吸収層
１４３  ｐ−型半導体光吸収層（拡散領域）
１４４  ｎ−型半導体光吸収層（非拡散領域）
１４５  受光領域
【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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