(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層と、
前記第１電極層上に配置され、第１波長に感度を有する第１活性層と、
前記第１活性層上に配置される第２電極層と、
前記第２電極層上に配置され、第２波長に感度を有する第２活性層と、
前記第２活性層上に配置される第３電極層と、
前記第２電極層に対して前記第１活性層側に配置され、入射した光の内の第１波長を有する光を選択的に第１活性層に導く第１光結合層と、
前記第２電極層に対して前記第２活性層側に配置され、入射した光の内の第２波長を有する光を選択的に第２活性層に導く第２光結合層と、
前記第２光結合層上に配置され、第１波長を有する光を反射する反射層と、
を備え、
前記第１光結合層は、前記第１電極層の外方に配置され、前記第２光結合層は、前記第３電極層の外方に配置され、
前記第１電極層側に光の入射面を備え、第１波長は、第２波長よりも波長が短い光半導体素子。
【請求項２】
前記第１光結合層は、前記第１活性層に隣接して配置され、前記第２光結合層は、前記第２活性層に隣接して配置される請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記第１光結合層又は前記第２光結合層は、回折格子を有する請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記第１活性層又は前記第２活性層は、量子井戸又は量子ドットを有する請求項１〜３の何れか一項に記載の光半導体素子。
【請求項５】
第１電極層と、
前記第１電極層上に配置され、第１波長に感度を有する第１活性層と、
前記第１活性層上に配置される第２電極層と、
前記第２電極層上に配置され、第２波長に感度を有する第２活性層と、
前記第２活性層上に配置される第３電極層と、
前記第２電極層に対して前記第１活性層側に配置され、入射した光の内第１波長を有する光を選択的に第１活性層に導く第１光結合層と、
前記第２電極層に対して前記第２活性層側に配置され、入射した光の内第２波長を有する光を選択的に第２活性層に導く第２光結合層と、
前記第２光結合層上に配置され、第１波長を有する光を反射する反射層と、
を有し、
前記第１光結合層は、前記第１電極層の外方に配置され、前記第２光結合層は、前記第３電極層の外方に配置され、
前記第１電極層側に光の入射面を備え、第１波長は、第２波長よりも波長が短い、
複数の光半導体素子と、
各前記光半導体素子の電気信号を読み出す信号処理部と、
を備える光センサ。
【請求項６】
基板上に、第１電極層を形成することと、
前記第１電極層上に、第１波長に感度を有する第１活性層を形成することと、
前記第１活性層上に、第２電極層を形成することと、
前記第２電極層上に、第２波長に感度を有する第２活性層を形成することと、
前記第２活性層上に、第３電極層を形成することと、
前記第３電極層上に、第２波長を有する光を選択的に第２光吸収層に導く第２光結合層を形成することと、
前記第２光結合層上に、第１波長を有する光を反射する反射層を形成することと、
前記基板を加工して、第１波長を有する光を選択的に第１光吸収層に導く第１光結合層を形成することと、
を含み、
前記第１電極層側に光の入射面を備え、第１波長は、第２波長よりも波長が短い、光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子、光センサ及び光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を検知するために光半導体素子が用いられている。また、複数の光半導体素子を２次元のアレイ状に配置して、画像を撮像する光センサが用いられている。
【０００３】
光センサは、用途に応じて検知すべき所定の波長に感度を有する。
【０００４】
例えば、赤外線の波長領域に感度を有する光半導体素子がある。このような赤外線を検知する光半導体素子は、熱源の探知又は暗視野監視等において用いられる。赤外線を検知する光半導体素子には、例えば、波長が３〜５μｍのＭＷ帯と、波長が８〜１０μｍのＬＷ帯の２つの波長を検知するものがある。
【０００５】
このような光半導体素子は、第１波長の赤外線に感度を有する活性層と、第２波長の赤外線に感度を有する活性層とを有しており、これら２つの活性層が積層されて形成されるものがある。
【０００６】
図１は、従来例の光半導体素子を示す図である。
【０００７】
光半導体素子１００は、基板１１と、基板１１上に配置されるバッファ層１２と、バッファ層１２上に配置される第１電極層１３と、第１電極層１３上に配置される第１活性層１４と、第１活性層１４上に配置される第２電極層１５を備える。第２電極層１５上には、第２活性層１６が配置され、第２活性層１６上には第３電極層１７が配置される。
【０００８】
第１活性層１４及び第２活性層１６それぞれは、基板１１側から入射した所定の波長を有する光を受光して、電気信号を生成する。第１活性層１４は第１波長の光に感度を有し、第２活性層１６は第２波長の光に感度を有しており、それぞれ異なる波長に感度を有する。
【０００９】
第１電極層１３と第２電極層１５との間に所定の電圧を印加して、第１活性層１４の電気信号が読み出される。また、第３電極層１７と第２電極層１５との間に所定の電圧を印加して、第２活性層１６の電気信号が読み出される。
【００１０】
第３電極層１７上には、光結合層１２０及び反射層１８が配置される。光結合層１２０は、第２波長の格子周期を有する回折格子により形成されており、第２波長の光を選択的に乱反射して、光半導体素子内に光を戻す働きを有する。光結合層１２０の乱反射により光半導体素子内へ戻された光の電界成分を、第２活性層１６内のキャリアと相互作用させて励起させることにより、第２波長の光に対する受光感度が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１１４３８１号公報
【特許文献２】国際公開第２００７−０２９７１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１に示す光半導体素子１０の光結合層１２０は、第２波長の光に対しては光半導体素子内に戻すように乱反射して、外部量子効率を向上する働きを有するが、第１波長の光を乱反射する働きはない。そのため、第１波長の光に対する外部量子効率は、第２波長の光よりも小さい。
【００１３】
そこで、第１波長及び第２波長の格子周期を有する回折格子を有する光結合層が提案されている。
【００１４】
図２は、従来例の他の光半導体素子を示す図である。
【００１５】
光半導体素子２００は、第１波長の格子周期を有する回折格子と、第２波長の格子周期を有する回折格子を含む光結合層２２０を備える。光結合層２２０の一方の半分の領域には、第１波長の格子周期を有する回折格子が形成され、他方の半分の領域には、第２波長の格子周期を有する回折格子が形成される。
【００１６】
光結合層２２０は、第１波長及び第２波長の光を乱反射して、光半導体素子内に光を戻す働きを有する。
【００１７】
しかし、図２に示す光半導体素子２００では、第２波長の格子周期を有する回折格子の領域は、図１に示す光半導体素子１００の半分に減っているので、第２波長の光に対する受光感度が低下する。同様の理由から、図２に示す光半導体素子２００では、第１波長の光に対する受光感度は十分ではないおそれがある。
【００１８】
本明細書は、２つの波長に対する感度を向上した光半導体素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、第１電極層と、上記第１電極層上に配置され、第１波長に感度を有する第１活性層と、上記第１活性層上に配置される第２電極層と、上記第２電極層上に配置され、第２波長に感度を有する第２活性層と、上記第２活性層上に配置される第３電極層と、上記第２電極層に対して上記第１活性層側に配置され、入射した光の内の第１波長を有する光を選択的に第１活性層に導く第１光結合層と、上記第２電極層に対して上記第２活性層側に配置され、入射した光の内の第２波長を有する光を選択的に第２活性層に導く第２光結合層と、を備える。
【００２０】
また、本明細書に開示する光センサの一形態によれば、第１電極層と、上記第１電極層上に配置され、第１波長に感度を有する第１活性層と、上記第１活性層上に配置される第２電極層と、上記第２電極層上に配置され、第２波長に感度を有する第２活性層と、上記第２活性層上に配置される第３電極層と、上記第２電極層に対して上記第１活性層側に配置され、入射した光の内第１波長を有する光を選択的に第１活性層に導く第１光結合層と、上記第２電極層に対して上記第２活性層側に配置され、入射した光の内第２波長を有する光を選択的に第２活性層に導く第２光結合層と、を有する複数の光半導体素子と、各上記光半導体素子の電気信号を読み出す信号処理部と、を備える。
【００２１】
更に、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、基板上に、第１電極層を形成し、上記第１電極層上に、第１波長に感度を有する第１活性層を形成し、上記第１活性層上に、第２電極層を形成し、上記第２電極層上に、第２波長に感度を有する第２活性層を形成し、上記第２活性層上に、第３電極層を形成し、上記第３電極層上に、第２波長を有する光を選択的に第２光吸収層に導く第２光結合層を形成し、上記基板を加工して、第１波長を有する光を選択的に第１光吸収層に導く第１光結合層を形成する。
【発明の効果】
【００２２】
上述した本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、２つの波長に対する感度が向上する。
【００２３】
また、上述した本明細書に開示する光センサの一形態によれば、２つの波長に対する感度が向上する。
【００２４】
更に、上述した本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、２つの波長に対する感度を向上した光半導体素子が得られる。
【００２５】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２６】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来例の光半導体素子を示す図である。
【図２】従来例の他の光半導体素子を示す図である。
【図３】本明細書に開示する光半導体素子の一実施形態を示す図である。
【図４】光半導体素子の電界強度分布の計算結果である。
【図５】光半導体素子の変形例を示す図である。
【図６】本明細書に開示する光センサの一実施形態を示す図である。
【図７】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その１）を示す図である。
【図８】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その２）を示す図である。
【図９】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その３）を示す図である。
【図１０】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その４）を示す図である。
【図１１】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その５）を示す図である。
【図１２】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その６）を示す図である。
【図１３】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その７）を示す図である。
【図１４】光センサの製造方法の一実施形態の工程（その８）を示す図である。
【図１５】光半導体素子の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２９】
図３は、本明細書に開示する光半導体素子の一実施形態を示す図である。
【００３０】
本実施形態の光半導体素子１０は、２つの異なる波長の光に対して良好な感度を有する。光半導体素子１０は、入射面１０ａから光を受光して、２つの所定の波長を有する光を検知して電気信号に変換する。
【００３１】
光半導体素子１０は、第１光結合層２０と、第１光結合層２０上に配置されるバッファ層１２と、バッファ層１２上に配置される第１電極層１３と、第１電極層１３上に配置される第１活性層１４と、第１活性層１４上に配置される第２電極層１５を備える。
【００３２】
また、光半導体素子１０は、第２電極層１５上に配置される第２活性層１６と、第２活性層１６上に配置される第３電極層１７と、第３電極層１７上に配置される第２光結合層２１と、第２光結合層２１上に配置される反射層１８を備える。
【００３３】
第１活性層１４及び第２活性層１６それぞれは、入射面１０ａから入射した所定の波長を有する光を受光して、電気信号を生成する。第１活性層１４は第１波長の光に感度を有し、第２活性層１６は第２波長の光に感度を有しており、それぞれ、同一又は異なる波長に感度を有する。本実施形態では、第１活性層１４及び第２活性層１６それぞれは、異なる波長に感度を有する。
【００３４】
第１電極層１３と第２電極層１５との間に所定の電圧を印加して、第１活性層１４の電気信号が読み出される。また、第３電極層１７と第２電極層１５との間に所定の電圧を印加して、第２活性層１６の電気信号が読み出される。このようにして、光半導体素子１０は、第１波長の光及び第２波長の光を検知することができる。
【００３５】
第１活性層１４は、第１波長の光を選択的に吸収して、電気信号を生成する。所定の波長に高い感度を有する観点から、第１活性層１４は、量子井戸又は量子ドットを用いて形成されることが好ましい。
【００３６】
第２活性層１６は、第１波長とは異なる第２波長の光を選択的に吸収して、電気信号を生成する。所定の波長に高い感度を有する観点から、第２活性層１６は、量子井戸又は量子ドットを用いて形成されることが好ましい。
【００３７】
第１活性層１４及び第２活性層１６は、層の積層方向に１次元的に量子化されているので、第１活性層１４内及び第２活性層１６内のキャリアは、積層面に対して垂直な方向に入射した光の電界成分との相互作用が弱い。
【００３８】
そこで、第１光結合層２０は、第２電極層１５に対して第１活性層１４側に配置され、入射した光の内の第１波長を有する光を選択的に第１活性層１４に導く。
【００３９】
同様に、第２光結合層２１は、第２電極層１５に対して第２活性層１６側に配置され、入射した光の内の第２波長を有する光を選択的に第２活性層１６に導く。
【００４０】
第１光結合層２０は、第１波長の格子周期を有する回折格子により形成されており、第１波長の光を選択的に乱反射して、光半導体素子内に光を戻す働きを有する。第１光結合層２０の乱反射により光半導体素子内へ戻された光の電界成分を、第１活性層１４内のキャリアと相互作用させて励起させることにより、第１波長の光に対する光半導体素子１０の受光感度が高められる。
【００４１】
同様に、第２光結合層２１は、第２波長の格子周期を有する回折格子により形成されており、第２波長の光を選択的に乱反射して、光半導体素子内に光を戻す働きを有する。第２光結合層２１の乱反射により光半導体素子内へ戻された光の電界成分を、第２活性層１６内のキャリアと相互作用させて励起させることにより、第２波長の光に対する光半導体素子１０の受光感度が高められる。
【００４２】
また、光半導体素子１０は、反射層１８を用いて、入射した光を光半導体素子内部へ戻すことにより、第１活性層１４及び第２活性層１６のキャリアと光との相互作用をする機会を増やしている。
【００４３】
第１活性層１４及び第２活性層１６の内、相対的に短い波長に対する感度を有する方の活性層を入射面１０ａ側に配置することが、光の損失を低減して、感度を高める観点から好ましい。本実施形態では、第１波長λＭは、第２波長λＬよりも波長が短いので、第１波長λＭの光に感度を有する第１活性層１４が、入射面１０ａ側に配置される。また、第１波長λＭを有する光を選択的に第１活性層１４に導く第１光結合層２０が、第２電極層１５に対して第１活性層１４側に配置される。
【００４４】
仮に、相対的に波長の長い第２波長λＬに感度を有する第２活性層１６が入射面１０ａ側に配置された場合には、光が第２活性層１６を通過する時に、第１波長λＭの光の一部が、第２活性層１６で吸収されるおそれがある。一方、相対的に波長の長い第２波長λＬを有する光は、第１活性層１４ではほとんど吸収されないので、相対的に波長の短い第１波長に感度を有する第２活性層１６を入射面１０ａ側に配置することの影響は少ない。
【００４５】
次に、第１光結合層２０及び第２光結合層２１の働きを、図を参照しながら、以下に説明する。
【００４６】
まず、第１波長λＭ及び第２波長λＬを含む光が入射面１０ａに照射される。光が入射面１０ａに入射する角度は、一般に、入射面１０ａに対して、平行よりも垂直に近い。
【００４７】
光半導体素子１０内に入射した光は、第１波長λＭの光の一部が第１活性層１４で吸収され、第２波長λＬの光の一部が第２活性層１６で吸収された後、第２光結合層２１に到達する。
【００４８】
第２光結合層２１は、第２波長λＬを有する光を選択的に回折することにより、第２光結合層２１に到達した光を乱反射する。また、第２波長λＬ以外の波長の光は、反射層１８により鏡面反射されて、光半導体素子内部に戻る。
【００４９】
第２光結合層２１により乱反射された第２波長λＬを有する光は、第２活性層１６の層方向に進む割合が増加するので、第２活性層１６内のキャリアと相互作用が増加することにより、光半導体素子１０の第２波長の光に対する感度が高められる。
【００５０】
一方、反射層１８により鏡面反射された第２波長λＬ以外の波長の光は、第１活性層１４を通過する時に第１波長λＭの光の一部が第１活性層１４で吸収された後、第１光結合層２０に到達する。
【００５１】
第１光結合層２０は、第１波長λＭを有する光を選択的に回折することにより、第１光結合層２０に到達した光を乱反射する。第１光結合層２０により乱反射された第１波長λＭを有する光は、第１活性層１４の層方向に進む割合が増加するので、第１活性層１４内のキャリアと相互作用が増加することにより、光半導体素子１０の第１波長の光に対する受光感度が高められる。
【００５２】
また、第１波長λＭ以外の波長の光の一部は、第１光結合層２０とバッファ層１２との境界で鏡面反射されて、光半導体素子１０内部に戻る。光半導体素子１０内部に戻った光は、上述した過程を繰り返す。また、第１波長λＭ以外の波長の光の一部は、光半導体素子１０の外部へ出ていく。
【００５３】
第１光結合層２０を形成する材料としては、回折格子として働く上で、バッファ層１２とは異なる屈折率を有することが好ましい。また、第１光結合層２０を形成する材料は、第１波長λＭ及び第２波長λＬの光に対する吸収係数が低いことが好ましい。
【００５４】
図４は、光半導体素子の電界強度分布の計算結果である。
【００５５】
図４は、第１波長λＭとして４．７μｍの光に感度を有する第１活性層１４と、第２波長λＬとして１０．８μｍの光に感度を有する第２活性層１６を備える光半導体素子１０に対して、波長４．７μｍの光を照射した時の計算結果を示す。
【００５６】
光半導体素子１０の形成材料については、後述する光半導体素子の製造方法の説明で記載する。
【００５７】
光半導体素子の電界強度分布の計算は、電磁界シミュレータを用いて、マクスウェル方程式の境界値問題を解くことにより行った。
【００５８】
図４の縦軸は、光半導体素子の厚さ方向の位置を示し、横軸は、光半導体素子の層方向の位置を示す。また、図４の右側に配置する指標は、光半導体素子内の電界成分Ｅｙの電界強度を示す。
【００５９】
また、図４に示す計算とは別に、第１光結合層を配置しない光半導体素子に対しても、同様に、光半導体素子内の電界強度分布の計算を行った。
【００６０】
両計算結果を比較した所、第１光結合層を配置することにより、第１活性層内の電界成分Ｅｙの積算量が１．０８倍になることが分かった。
【００６１】
更に、図４に示す計算とは別に、波長１０．８μｍの光を照射した時の光半導体素子内の電界強度分布の計算を行った所、光半導体素子内の電界成分Ｅｙの値には変化は見られなかった。即ち、第１光結合層を配置することが、相対的に波長の長い第２波長の受光感度に影響を与えないと考えられる。
【００６２】
上述した本実施形態の光半導体素子１０によれば、２つの波長に対する感度が向上する。従って、光半導体素子１０は、第１波長及び第２波長の光に対する外部量子効率が共に向上する。
【００６３】
また、上述した実施形態の光半導体素子では、相対的に短い波長に感度を有する活性層及び光結合層を、入射面１０ａ側に配置していたが、相対的に長い波長に感度を有する活性層及びその光結合層を、入射面１０ａ側に配置してもよい。このような構成を用いても、２つの波長に対する感度が向上する効果を得ることができる。
【００６４】
図５は、光半導体素子の変形例を示す図である。
【００６５】
本変型例の光半導体素子１０では、第１光結合層２０は、第１活性層１４に隣接して配置され、第２光結合層２１は、第２活性層１６に隣接して配置される。具体的には、第１光結合層２０は、第１活性層１４と第１電極層１３との間に配置され、第２光結合層２１は、第２活性層１６と第３電極層１７との間に配置される。
【００６６】
また、第１光結合層２０を、第２電極層１５の第１活性層１４側の面上に配置し、第２光結合層２１を、第２電極層１５の第２活性層１６側の面上に配置してもよい。
【００６７】
次に、上述した本明細書に開示する複数の光半導体素子が２次元アレイ状に配置された光センサを、図面を参照して、以下に説明する。
【００６８】
本実施形態の光センサ３０は、２次元アレイ状に配置された複数の光半導体素子１０と、各光半導体素子１０の電気信号を読み出す信号処理部４０を備える。各光半導体素子１０は、光センサ３０の一画素として機能する。光センサ３０は、２次元アレイ状に配置された複数の光半導体素子１０が受光した光を電気信号に変換することにより、画像信号を生成する。
【００６９】
各光半導体素子１０は、入射面を外方に向けた状態で、信号処理部４０上に配置される。信号処理部４０と、各光半導体素子１０の各電極とは、図示しないバンプ等を用いて、電気的に接続される。
【００７０】
図６に示す例では、光半導体素子１０が２次元アレイ状に配置されているが、光半導体素子１０は、１次元アレイ状に配置されていてもよい。
【００７１】
次に、本明細書に開示する光センサの製造方法の一形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００７２】
本実施形態では、説明を分かり易くするために、光センサが有する光半導体素子アレイ内の一の光半導体素子の部分の製造工程を説明する。他の光半導体素子の部分も同様に形成される。
【００７３】
まず、図７に示すように、基板１１上に、バッファ層１２と、ｎ型の極性を有する第１電極層１３と、第１活性層１４と、ｎ型の極性を有する第２電極層１５と、第２活性層１６と、ｎ型の極性を有する第３電極層１７と、加工層２２とが、順番に形成される。
【００７４】
各層を形成する方法としては、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、又は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いることができる。
【００７５】
本実施形態では、基板１１として、半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いた。バッファ層は、ＧａＡｓを用いて形成した。第１電極層１３と、第２電極層１５と、第３電極層１７は、Ｓｉが１×１０１８ｃｍ−３程度の濃度でドーピングされたＧａＡｓを用いて形成した。第１活性層１４は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを用いた量子井戸により形成した。量子井戸の繰り返し数は１０〜５０周期とした。各層の厚さと、Ｉｎ組成及びＡｌ組成は、第１波長に感度を有するように決定される。また、ＩｎＧａＡｓ層には、Ｓｉをドーピングしてもよい。第２活性層１６は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを用いた量子井戸により形成した。量子井戸の繰り返し数は１０〜５０周期とした。各層の厚さと、Ａｌ組成は、第２波長に感度を有するように決定される。また、ＧａＡｓ層には、Ｓｉをドーピングしてもよい。加工層２２は、ＳｉをドーピングしたＧａＡｓを用いて形成した。
【００７６】
次に、図８に示すように、加工層２２が回折格子に加工されて、第２光結合層２１が形成される。第２光結合層２１は、例えば、フォトリソグラフィー法を用いて、加工層２２上にレジストパターンを形成した後、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて、露出している加工層２２の部分を除去して形成される。回折格子の格子間隔は、第２波長の周期と一致するように決定される。
【００７７】
次に、図９に示すように、第３電極層１７上の第２光結合層２１を覆うように、反射層１８が形成される。反射層１８は、例えば、真空蒸着法又は真空スパッタ法等の公知の金属膜の成膜法を用いて形成できる。本実施形態では、反射層１８を、Ａｕを用いて形成した。
【００７８】
次に、図１０に示すように、第２電極層１５の一部が露出するように、この第２電極層１５の部分の上に位置する第３電極層１７及び第２活性層１６がエッチングされる。また、第１電極層１３の一部が露出するように、この第１電極層１３の部分の上に位置する第３電極層１７及び第２活性層１６及び第２電極層１５及び第１活性層１４がエッチングされる。また、隣接する光半導体素子同士を電気的に絶縁してバッファ層１２が露出するように、バッファ層１２の上に位置する第３電極層１７及び第２活性層１６及び第２電極層１５及び第１活性層１４及びバッファ層１２及び第１電極層１３がエッチングされる。各層をエッチングする方法としては、例えば、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いることができる。
【００７９】
次に、図１１に示すように、バッファ層１２から反射層１８上に電気絶縁性の絶縁層３１が形成された後、第２電極層１５を露出する開口３２ａと、反射層１８を露出する開口３２ｂと、第１電極層１３を露出する開口３２ｃが絶縁層３１に形成される。絶縁層３１は、光半導体素子１０の各層を保護する機能も有する。本実施形態では、絶縁層３１を、ＳｉＯＮを用いて形成した。開口３２ａ〜３２ｃは、例えば、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて形成される。
【００８０】
次に、図１２に示すように、開口３２ａに露出する第２電極層１５と電気的に接続し、反射層１８上の絶縁層３１の部分まで延びる配線層３３が形成される。また、開口３２ｃに露出する第１電極層１３と電気的に接続し、反射層１８上の絶縁層３１の部分まで延びる配線層３４が形成される。
【００８１】
そして、配線層３４上にバンプ３５ａが形成され、配線層３４上にバンプ３５ｃが形成される。また、開口３２ｂに露出している反射層１８上にバンプ３５ｂが形成される。反射層１８は電気伝導性を有するので、バンプ３５ｂと第３電極層１７は、電気的に接続する。
【００８２】
次に、図１３に示すように、光半導体素子１０を、別に用意した信号処理部４０と電気的に接続する。具体的には、光半導体素子１０のバンプ３５ａ〜３５ｃを、信号処理部４０の対応するバンプ３６ａ〜３６ｂとがフリップチップボンディングされる。
【００８３】
次に、図１４に示すように、基板１１が回折格子に加工されて、第１光結合層２０が形成されて光半導体素子１０が得られると共に光半導体素子１０のアレイを有する光センサ３０が完成する。回折格子の格子間隔は、第１波長の周期と一致するように決定される。基板１１は、例えば、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いて、厚さを薄くされた後、レーザ加工法等を用いて、回折格子に加工される。
【００８４】
上述した実施形態では、各光半導体素子１０の第１電極層１３及び第２電極層１５及び第３電極層１７が、電気的に絶縁されていたが、第１電極層１３及び第３電極層１７が、各光半導体素子で一体になるように形成してもよい。この場合には、各光半導体素子１０には、第２電極層１５と電気的に接続するバンプ３５ｂが形成され、第１活性層１４及び第２活性層１６の電気信号は、バンプ３５ｂから出力される。
【００８５】
本発明では、上述した実施形態の光半導体素子、光センサ及び光半導体素子の製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【００８６】
例えば、図１５は、光半導体素子の他の実施形態を示す図である。
【００８７】
光半導体素子１０は、第１光結合層２０と、第１光結合層２０上に配置されるバッファ層１２と、バッファ層１２上に配置される第１電極層１３と、第１電極層１３上に配置される第１活性層１４を備える。
【００８８】
また、光半導体素子１０は、第１活性層１４上に配置される第３電極層１７と、第３電極層１７上に配置される第２光結合層２１と、第２光結合層２１上に配置される反射層１８を備える。
【００８９】
本実施形態の光半導体素子は、第２電極層及び第２活性層を備えていない。
【００９０】
入射光の一部は、入射面１０ａで反射して、全ての入射光がバッファ層１２を介して第１活性層１４へ入射するわけではない。一方、受光感度を増加する観点から、入射面１０ａで反射する光量を低減することが望まれる。
【００９１】
入射面１０ａで反射する光量を低減する方法として、例えば、反射防止膜（ＡＲコート）を入射面１０ａに形成することがあるが、厚さの薄い光半導体素子１０の入射面１０ａに反射防止膜を形成することは、一般に困難である。
【００９２】
そこで、第１光結合層２０を入射面１０ａに配置することにより、入射面１０ａで反射する光量を低減することができる。例えば、電磁界シミュレータを用いた光半導体素子の電界強度分布の計算によれば、入射面１０ａで反射する光量を３０％低減することができる。
【００９３】
また、第１光結合層２０を入射面１０ａに配置することにより、光が入射面１０ａで回折するので、第１活性層１４内における電界成分が増加する効果も得られる。
【００９４】
第１光結合層２０は、回折格子により形成されており、回折格子の周期は、第１活性層１４が感度を有する第１波長と同じでもよい。また、回折格子の周期は、第１波長と同じでなくとも、上述した入射面１０ａで反射する光量を低減及び第１活性層１４内における電界成分が増加する効果を得ることができる。
【００９５】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００９６】
１０    光半導体素子
１０ａ    入射面
１１    基板
１２    バッファ層
１３    第１電極層
１４    第１活性層
１５    第２電極層
１６    第２活性層
１７    第３電極層
１８    反射層
２０    第１光結合層
２１    第２光結合層
２２    加工層
３０    光センサ
３１    絶縁層
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ    開口
３３    配線層
３４    配線層
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ    電極
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ    バンプ
４０    信号処理部
【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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