(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板と、
前記基板の上に形成された、前記基板よりバンドギャップが小さい第１導電型の光吸収層と、
前記光吸収層の一部の上に形成された第２導電型の拡散層と、
前記光吸収層の上に前記拡散層を囲むように形成された、前記光吸収層よりバンドギャップが大きい第１導電型の窓層と、
前記拡散層の上に形成されたアノード電極と、
前記基板の上に、前記窓層と前記光吸収層に接触せず、前記基板に接触するように設けられたカソード電極と、
平面視で前記拡散層と前記窓層の境界を囲み、断面視で前記窓層と前記光吸収層を貫通する、キャリアの流れを遮断するイオン注入部と、
前記基板の下面の一部を覆う、光を吸収するエピタキシャル層と、を備えたことを特徴とする受光素子。
【請求項２】
前記基板の下面の一部を覆うメタルマスクを備えたことを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光通信などに用いられる受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基板の上面側にアノード電極を有し、基板の下面にカソード電極を有する受光素子が開示されている。特許文献２には、基板の上面側にアノード電極とカソード電極を有する受光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４５４１７号公報
【特許文献２】特開２００７−８８４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受光素子の応答速度を早くするためには、光が受光素子に入射してから一定時間経過後に生じる電流成分である「応答の遅い電流成分」は排除しなければならない。特許文献１に開示の受光素子では、基板の厚みが厚いほどキャリアの走行距離が長くなり応答速度が遅くなる問題があった。特許文献２に開示の受光素子は、アノード電極とカソード電極が隣接しているので、これらがショートするおそれがあった。
【０００５】
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、応答速度を早くすることができ、かつアノード電極とカソード電極のショートを防止できる受光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明に係る他の受光素子は、第１導電型の基板と、該基板の上に形成された、該
基板よりバンドギャップが小さい第１導電型の光吸収層と、該光吸収層の一部の上に形成
された第２導電型の拡散層と、該光吸収層の上に該拡散層を囲むように形成された、該光
吸収層よりバンドギャップが大きい第１導電型の窓層と、該拡散層の上に形成されたアノ
ード電極と、該基板の上に、該窓層と該光吸収層に接触せず、該基板に接触するように設
けられたカソード電極と、平面視で該拡散層と該窓層の境界を囲み、断面視で該窓層と該
光吸収層を貫通する、キャリアの流れを遮断するイオン注入部と、該基板の下面の一部を覆う、光を吸収するエピタキシャル層と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アノード電極とカソード電極を基板の上面側に形成し、アノード電極とカソード電極の間に溝又はイオン注入部を形成することで、応答速度を早くすることができ、かつアノード電極とカソード電極のショートを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る受光素子の断面図である。
【図２】図１の受光素子の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る受光素子の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る受光素子の断面図である。
【図５】図４の受光素子の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る受光素子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。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る受光素子１０の断面図である。受光素子１０は第１導電型の基板１２を備えている。基板１２は例えばｎ型のＩｎＰである。基板１２の上には第１導電型の光吸収層１４が形成されている。光吸収層１４は基板１２よりバンドギャップが小さい。光吸収層１４は例えばｎ型のＩｎＧａＡｓである。
【００１２】
光吸収層１４の一部の上には第２導電型の拡散層１６が形成されている。拡散層１６は例えばｐ型のＩｎＰである。光吸収層１４の上に第１導電型の窓層１８が形成されている。窓層１８は平面視で拡散層１６を囲むように形成されている。窓層１８は光吸収層１４よりバンドギャップが大きい。窓層１８は例えばｎ型のＩｎＰである。
【００１３】
基板１２の上面側には溝２０、２２が形成されている。溝２０は平面視で拡散層１６と窓層１８の境界２３を囲み、断面視で窓層１８と光吸収層１４を貫通する。溝２２は、溝２０の外側に形成されている。溝２２は断面視で窓層１８と光吸収層１４を貫通する。
【００１４】
受光素子１０の上面側には絶縁膜２４が形成されている。絶縁膜２４は窓層１８の上面と溝２０、２２の中に形成されている。溝２０の中の絶縁膜２４は窓層１８、光吸収層１４及び基板１２に接している。絶縁膜２４の材料は例えばＳｉＮである。
【００１５】
絶縁膜２４は拡散層１６の直上に開口を有している。そして、拡散層１６の上にはアノード電極２６が形成されている。溝２２の中の絶縁膜２４は下端部に開口を有している。そして、この開口に、基板１２に接触するようにカソード電極２８が設けられている。カソード電極２８は、基板１２の上（上方）に設けられている。カソード電極２８は、溝２２の中の絶縁膜２４に接し、窓層１８と光吸収層１４に接触しない。なお、アノード電極２６とカソード電極２８は、例えば、Ｔｉ／Ａｕ（／の左側の材料が基板に近い材料である、以下同じ）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、又はＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕなどのＴｉとＡｕを含む積層構造で形成されている。
【００１６】
基板１２の下面の一部はメタルマスク３０で覆われている。メタルマスク３０は光を通さない材料であれば特に限定されないが、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ又はＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕなどのＴｉとＡｕを含む積層構造で形成する。メタルマスク３０は拡散層１６の直下には形成されない。つまりメタルマスク３０は拡散層１６の直下に開口を有している。この開口に、基板１２の下面と接するように低反射膜３２が形成されている。低反射膜３２は、光を反射せず光を透過させるものであれば特に限定されないが、例えばＳｉ／ＳｉＯ２, Ｓｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ／ＳｉＯ２などのＳｉとＳｉＯ２の積層構造で形成されている。
【００１７】
図２は、図１の受光素子１０の平面図である。溝２０は平面視で拡散層１６と窓層１８の境界２３を囲んでいる。境界２３は破線で示されている。また、図２には低反射膜３２の外周が破線で示されている。低反射膜３２の外周と溝２０の内周は重なっている。なお、図２の一転鎖線における断面図が図１である。
【００１８】
受光素子１０の動作について説明する。拡散層１６と窓層１８のｐｎ接合、及び拡散層１６と光吸収層１４のｐｎ接合に逆バイアスを印加して空乏層を形成した状態で、図１の矢印で示す方向から受光素子１０に光を入射させる。入射した光は光吸収層１４にてキャリア（電子と正孔）を発生させる。発生したキャリアは空乏層によって加速されアノード電極２６又はカソード電極２８に流れることで電流が検出される。
【００１９】
光によりキャリアが発生した場合そのキャリアが素早く電流として検出されることが好ましい。しかしながら、一般的な受光素子においては、キャリアが空乏層（拡散層）から遠く離れた場所で生じた場合、キャリアの移動距離が長くなりそのキャリアが電流として検出されるまでに時間がかかる。長距離移動したキャリアは受光素子に光が入射してからある程度の時間経過後に電流成分となるので、受光素子の応答性が悪くなる。つまり、長距離移動したキャリアが電流に寄与すると応答の遅い電流成分が生じることになる。
【００２０】
ところが本発明の実施の形態１に係る受光素子１０では、溝２０で囲まれた領域の外に光が入射しキャリアが発生した場合、そのキャリアは溝２０があるので空乏層に到達できない。従って、溝２０に囲まれた領域の外に光が入射してもその光によって生じたキャリアは電流に寄与しない。よって、応答の遅い電流成分を防止できる。
【００２１】
また、光学系の設計によっては、基板１２の厚さを例えば数百μｍ程度まで厚くすることがある。この場合、カソード電極を基板１２の下面に設けると、キャリアは厚い基板を走行しなければならず、応答の遅い電流成分が生じる。これに対し、本発明の実施の形態１の受光素子１０は、カソード電極２８を基板１２の上面側に設けたので、基板１２を厚くしてもキャリアの走行距離が長くならない。よって、応答の遅い電流成分を防止できる。
【００２２】
また、基板１２の上面側にアノード電極２６とカソード電極２８を設けることで、受光素子１０をサブマウントにダイボンドするだけで実装が終了する。他方、カソード電極を基板の下面に形成しアノード電極を基板の上面に形成すると、アノード電極をサブマウントに固定した後にカソード電極にワイヤボンドを施さなければならない。    
【００２３】
溝２０にカソード電極を形成するとアノード電極とカソード電極がショートするおそれがある。しかし、本発明の実施の形態１によれば、アノード電極２６とカソード電極２８の間に溝２０があるので、これらがショートする問題を回避できる。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る受光素子１０は様々な変形が可能である。例えば、溝２０に囲まれた領域に入射した光だけが電流に寄与するので、低反射膜３２の外周（メタルマスク３０の開口）は溝２０の内周より大きくしてもよい。これにより、ｐｎ接合全体を電流生成に用いることができる。さらに、メタルマスク３０を省略し基板１２の下面全面を受光面としてもよい。このように、メタルマスク３０の開口を大きくしたり、メタルマスク３０を省略したりすることで、メタルマスク３０によって遮られる光を減らすことができるので、光−電気の変換ロスを低減できる。
【００２５】
第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが導電型を逆転させてもよい。また、各層の層間にバッファ層等を設けてもよい。これらの変形は以下の実施の形態に係る受光素子に対して適宜応用できる。なお、以下の実施の形態に係る受光素子は実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００２６】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る受光素子の断面図である。基板１２の下面の一部はエピタキシャル層６０で覆われている。エピタキシャル層６０は光を吸収する材料であれば特に限定されないが、例えばｎ型のＩｎＧａＡｓである。エピタキシャル層６０は拡散層１６の直下に開口を有している。この開口には低反射膜６２が形成されている。
【００２７】
実施の形態１のメタルマスク３０は光を反射するので、反射された光が入射する光に干渉してしまうおそれがある。しかしながら、本発明の実施の形態２では光を吸収するエピタキシャル層６０を形成したので、光の反射を防止できる。
【００２８】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る受光素子の断面図である。この受光素子は、例えばＴｉなどを注入することで形成されたイオン注入部７０を備えている。イオン注入部７０は、平面視で拡散層１６と窓層１８の境界を囲み、断面視で窓層１８と光吸収層１４を貫通する。イオン注入部７０に光が入射してもキャリアは生成されない。また、イオン注入部７０はキャリアの流れを遮断する。図５は、図４の受光素子の平面図である。破線で示されたイオン注入部７０は、平面視で拡散層と窓層の境界２３を囲む。
【００２９】
イオン注入部７０は実施の形態１の溝２０と同じ機能を有する。しかも、イオン注入部７０は窓層１８を形成した後にイオン注入するだけで簡単に作成できる。なお、ここまでで説明した各実施の形態に係る受光素子の特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０  受光素子、  １２  基板、  １４  光吸収層、  １６  拡散層、  １８  窓層、  ２０,２２  溝、  ２３  境界、  ２４  絶縁膜、  ２６  アノード電極、  ２８  カソード電極、  ３０  メタルマスク、  ３２  低反射膜、  ６０  エピタキシャル層、  ６２  低反射膜、  ７０  イオン注入部
【図１】
0006398409.tif 000002
【図２】
0006398409.tif 000003
【図３】
0006398409.tif 000004
【図４】
0006398409.tif 000005
【図５】
0006398409.tif 000006