(57)【要約】 【課題】  二次元的或いは一次元的に複数の受光素子を１チップ上に並列させた裏面入射型受光素子アレイにおいて、裏面から入射し個別の上面電極で乱反射されて近接素子のｐｎ接合へ入り近接素子で光電流を発生させる漏れ光がある。それが光学的クロストークを引き起こす。近接素子間の光学的クロストークを低減することが目的である。【解決手段】  受光層と同じ程度のバンドギャップか、それより狭いバンドギャップの光吸収層を、上面電極と受光層の間に設ける。漏れ光は上面電極で反射されるが、その前後で光吸収層を通るから２回吸収されて減衰し光学的クロストークは低減する。【選択図】  図２
2005259829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、半導体基板の裏面に設けられ一次元的あるいは二次元的に配列するような開口部を有する第１導電型の電極と、半導体基板裏面の第１導電型電極開口部に設けられる一次元的あるいは二次元的に配列する反射防止膜と、基板表面側に形成された第１導電型の受光層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち受光層の上に設けられる光吸収層と、反射防止膜と同一の周期で一次元的又は二次元的に配列するように光吸収層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項２】
第１導電型の半導体基板と、半導体基板の裏面に設けられ一次元的あるいは二次元的に配列するような開口部を有する第１導電型の電極と、半導体基板裏面の第１導電型電極開口部に設けられる一次元的あるいは二次元的に配列する反射防止膜と、基板表面側に形成された第１導電型の受光層と、受光層の上に設けられ受光層吸収端波長λｇｒより短い吸収端波長λｇｗ（λｇｗ＜λｇｒ）をもつ窓層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち窓層の上に設けられる光吸収層と、反射防止膜と同一の周期で一次元的又は二次元的に配列するように光吸収層、窓層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項３】
受光層の吸収端波長λｇｒよりも短い吸収端波長λｇｂ（λｇｂ＜λｇｒ）をもつバッファ層を、受光層と基板の間に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項４】
受光層、吸収層、窓層及びバッファ層が半導体基板の上にエピタキシャル成長によって形成されたことを特徴とする請求項３に記載の裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項５】
ｎ型ＩｎＰ基板と、ｎ型ＩｎＰ基板の裏面に設けられた一次元的または二次元的に配列される開口部を有する共通のｎ電極と、ｎ型ＩｎＰ基板の裏面の一次元的または二次元的に配列される開口部に設けられた反射防止膜と、ｎ型ＩｎＰ基板の表面側にエピタキシャル成長したＩｎＧａＡｓ受光層と、ＩｎＧａＡｓ受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａをもちＩｎＧａＡｓ受光層の上に設けられたｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層と、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層とＩｎＧａＡｓ受光層の中に前記開口部と同一の周期で一次元的または二次元的に配列された複数個のｐ領域及びｐｎ接合と、個個のｐ領域の上面に設けられたｐ電極とよりなることを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項６】
ｎ型ＩｎＰ基板とＩｎＧａＡｓ受光層の間に、受光層の吸収端波長λｇｒより短い吸収端波長λｇｂをもつバッファ層を設けたことを特徴とする請求項５に記載の裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項７】
ＩｎＧａＡｓ受光層とｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層の間に、ｎ型ＩｎＰ窓層を設け、窓層にもｐ領域が形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項８】
第１導電型の半導体基板と、半導体基板の裏面に設けられる反射防止膜と、基板表面側に形成された第１導電型の受光層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち受光層の上に設けられる光吸収層と、光吸収層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極と、光吸収層と受光層と半導体基板の一部を除去して露出した半導体基板の上に設けられる第１導電型の電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項９】
第１導電型の半導体基板と、半導体基板の裏面に設けられる反射防止膜と、基板表面側に形成された第１導電型の受光層と、受光層の上に設けられ受光層吸収端波長λｇｒより短い吸収端波長λｇｗ（λｇｗ＜λｇｒ）をもつ窓層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち窓層の上に設けられる光吸収層と、光吸収層、窓層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極と、光吸収層と窓層と受光層と半導体基板の一部を除去して露出した半導体基板の上に設けられる第１導電型の電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項１０】
第１導電型の半導体基板と、半導体基板の裏面に設けられる反射防止膜と、半導体基板の上に設けられる第１導電型のバッファ層と、基板表面側でバッファ層の上に形成された第１導電型の受光層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち受光層の上に設けられる光吸収層と、光吸収層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極と、光吸収層と受光層を除去して露出したバッファ層の上に設けられる第１導電型の電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項１１】
第１導電型の半導体基板と、半導体基板の上に設けられる第１導電型のバッファ層と、半導体基板の裏面に設けられる反射防止膜と、基板表面側でバッファ層の上に形成された第１導電型の受光層と、受光層の上に設けられ受光層吸収端波長λｇｒより短い吸収端波長λｇｗ（λｇｗ＜λｇｒ）をもつ窓層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち窓層の上に設けられる光吸収層と、光吸収層、窓層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極と、光吸収層と窓層と受光層を除去して露出したバッファ層の上に設けられる第１導電型の電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項１２】
半絶縁性の半導体基板と、半導体基板の裏面に設けられる反射防止膜と、半導体基板の上に設けられる第１導電型のバッファ層と、基板表面側でバッファ層の上に形成された第１導電型の受光層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち受光層の上に設けられる光吸収層と、光吸収層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極と、光吸収層と受光層を除去して露出したバッファ層の上に設けられる第１導電型の電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【請求項１３】
半絶縁性の半導体基板と、半導体基板の上に設けられる第１導電型のバッファ層と、半絶縁性基板の裏面に設けられる反射防止膜と、基板表面側でバッファ層の上に形成された第１導電型の受光層と、受光層の上に設けられ受光層吸収端波長λｇｒより短い吸収端波長λｇｗ（λｇｗ＜λｇｒ）をもつ窓層と、受光層の吸収端波長λｇｒよりも長い吸収端波長λｇａ（λｇａ＞λｇｒ）をもち窓層の上に設けられる光吸収層と、光吸収層、窓層、受光層の中に複数個離隔して形成された第２導電型領域と、複数の第２導電型領域の上面に設けられた個別の第２導電型電極と、光吸収層と窓層と受光層を除去して露出したバッファ層の上に設けられる第１導電型の電極とを含むことを特徴とする裏面入射型受光素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の受信部あるいは広く二次元光学センサとして利用できる光学的クロストークを低減した裏面入射型受光素子アレイに関する。
光通信分野では波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバによって送受信するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術が普及しつつある。一本の光ファイバを伝搬してきた波長多重光信号を分岐して波長の異なる個々の光信号を受信するのに、離散的な受光素子の集合、あるいは受光素子アレイが用いられる。シングルモード光ファイバのクラッドの直径が１２５μｍであるから、受光素子のピッチは１２５μｍであるのが望ましいが離散的受光素子では、そのように小さくするのは難しい。アレイでも容易でないが電極取り出しなどに工夫すると光ファイバピッチに合わせることができるし、それ以下のピッチのものをも製造する可能性がある。
【０００２】
光通信以外にも受光素子アレイの用途は広い。例えば二次元光センサや撮像管のセンサ部に受光素子アレイが用いられる。受光素子アレイとしてピッチが狭い場合は光線の傾きがあると入射位置と受光位置に狂いが出るので上面入射型のアレイが用いられる。しかし裏面入射型でも利用できるような場合もある。光線が入射面法線にほぼ平行である場合などでは裏面入射型でも利用できる。
【背景技術】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４４２７８「受光素子アレイ」
【特許文献２】特開２００１−３５２０９４「ホトダイオードアレイ」
【０００４】
受光素子アレイというのは一つのチップの上に多数の受光素子単位を一次元あるいは二次元的に並べたものである。共通のｎ電極、共通のｎ型基板、受光層、窓層、個別のｐ領域、個別のｐ電極などを積層してなるアレイである。
【０００５】
狭いピッチで同等の作用をもった受光素子単位を並べるから電気的なクロストークが問題になる。電気的クロストークは隣接素子のｐｎ接合の近傍に入った光によって電子正孔対ができるが、正孔、電子が隣接素子へ流れ隣接素子単位の光電流を発生させることによって生ずる。だから電気的クロストークを減らすには溝を切って素子分離すればよいのである。
【０００６】
特許文献１は素子単位間に基板近くに至る溝を切り受光層、ｐｎ接合を分離し、電気的クロストークを減らした上面入射型受光素子アレイを提案している。分離溝の横壁にはＳｉＮなどの絶縁膜をＣＶＤなどで形成してｐｎ接合を保護するようにしている。
【０００７】
特許文献２はｐ領域をエピタキシャル成長で作ったＳｉフォトダイオードアレイの素子分離のためにエッチングによって基板に至る分離溝を形成して電気的クロストークを減らした上面入射型の受光素子アレイを提案している。ｐ型ドーパントの拡散ではなくてエピタキシャル成長で分離溝に接触する広いｐｎ接合を作っているから感度も高揚する、と述べている。
【０００８】
いずれも上面入射型の受光素子アレイである。つまり基板側でなくてエピタキシャル成長膜側（ｐ領域側）から光が入射するようなタイプの受光素子をアレイにしたものである。それは光が基板を通らないから損失が少ないし散乱の恐れもないという利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上面入射型でなくて、裏面入射型の受光素子アレイを提案する。調査したのであるが本発明者は裏面入射型受光素子アレイの公知技術文献を発見できなかった。裏面入射型の公知文献を提示できない。代わりに上面入射型アレイである特許文献１、２を紹介し、それを述べた。
【００１０】
裏面入射型の受光素子においては、基板の裏面側から各受光素子に入射した光信号はそれぞれの受光層で吸収され電子正孔対を生成し正孔、電子がｐｎ接合を横切ることによって光電流を生じる。だから裏面入射型では隣接素子間での光学的クロストークがおこるようには思えない。しかし、そうではない。
【００１１】
入射光の全部が光吸収層で吸収されず一部の光は光吸収層を漏れ出てｐ電極に当たる。ｐ電極は平坦ではない。ＡｕＺｎなどの合金をＩｎＰ結晶の上に形成し加熱してオーミック接合させる。その時に電極成分やＩｎＰ成分が混合し再結晶化が起こるのでｐ電極とＩｎＰ結晶の境界には複雑に結晶粒界ができる。そのため境界面は乱雑に乱れている。境界面で光が乱反射される。漏れ光はｐ電極で乱反射されて一部が隣接単位素子のｐｎ接合、受光層に至る。それは隣接素子の中に光電流を生ずる。隣接素子単位の光がノイズを発生するということである。これが光学的クロストークである。
【００１２】
隣接素子の間隔が狭くなると、そのような光学的クロストークはますます増大する。そのような光学的クロストークは最近接の素子単位間だけでなくて二番目、三番目に近い素子間でも起こり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の受光素子アレイは、受光層と上面電極の間に信号光を吸収するような光吸収層を設けたものである。信号光の波長λよりも長い吸収端波長λｇａをもった材料によって光吸収層を形成する。光吸収層は受光層または窓層の上にエピタキシャル成長させる。だから光吸収層の条件は、受光層、窓層の上にエピタキシャル成長できるということと、吸収端波長λｇａが信号光波長λよりも長いということである。λｇａ＞λということである。それはバンドギャップＥｇａ（＝ｈｃ／λｇａ）でも表現することができる。光信号のエネルギーｈｃ／λよりもバンドギャップＥｇａが小さいような半導体材料を用いるということである。Ｅｇａ＜ｈｃ／λというように表現することができる。
【００１４】
（ａ）  光波長λが既知である場合の光吸収層（λｇａ、Ｅｇａ）の条件
λｇａ＞λ、Ｅｇａ＜ｈｃ／λ
【００１５】
それは受光層の吸収端波長の条件と同じである。だから光吸収層は受光層と同じ組成である場合もありうるし、そうでない場合もありうる。入射光の波長λが既知既定のものであればλｇａ＞λ、Ｅｇａ＜ｈｃ／λで良いのであるが、入射光波長λが既知既定でない場合もある。その場合は受光層のバンドギャップＥｇｒ、受光層の吸収端波長λｇｒを基準にして光吸収層のＥｇａ、吸収端波長λｇａを決めることができる。先ほど述べたように一般に光吸収層のバンドギャップが光エネルギーより小さければ良い。受光層のバンドギャップは光エネルギーより小さいのだから、受光層のバンドギャップＥｇｒか、それ以下のバンドギャップをもち、受光層の吸収端波長λｇｒか、それ以上の吸収端波長をもつような光吸収層とすれば良い。
【００１６】
（ｂ）  光波長λが既知既定でない場合の光吸収層（λｇａ、Ｅｇａ）の条件
λｇａ≧λｇｒ、Ｅｇａ≦Ｅｇｒ
というようになる。（ｂ）は（ａ）に含まれる。（ｂ）の範囲の方が（ａ）に比べて狭い。
【００１７】
光吸収層の厚みは、ノイズ光を充分に吸収できるものが良いのであるが、あまりに厚いと、うまくエピタキシャル成長しない。だから１μｍ〜４μｍ程度の厚みのものが良い。
【００１８】
ＩｎＰ基板の上にＩｎＧａＡｓ受光層を形成したものは光吸収層もＩｎＧａＡｓとなるが混晶比が違うこともあり同一のこともある。
【００１９】
受光層の上に窓層があり、その上に光吸収層を載せるというような構造にすると、窓層をＩｎＰ層にでき基板との整合性が良くて受光層によって発生した内部応力を緩和できる。だから窓層の上に混晶である光吸収層を載せると結晶性の乱れを少なくできる。
【００２０】
そうでなくて窓層がなくて受光層の上に直接に光吸収層を載せるということも可能である。その場合は、やはり結晶性が悪くなるので光吸収層は１μｍ〜３μｍ程度にする。基板の上に直接に受光層を設けることもあるが、バッファ層をその間に介在させることもある。バッファ層は結晶性を改善するために入れる。バッファ層を省くこともできる。
【００２１】
だから本発明の素子の層構造は 
（１）  ｐ電極／光吸収層／窓層／受光層／ｎ基板／ｎ電極
（２）  ｐ電極／光吸収層／窓層／受光層／ｎバッファ層／ｎ基板／ｎ電極
（３）  ｐ電極／光吸収層／受光層／ｎバッファ層／ｎ基板／ｎ電極
（４）  ｐ電極／光吸収層／受光層／ｎ基板／ｎ電極
などの場合がありうる。これはｎ型基板を用いｎ型受光層、ｎ型窓層を設けて、ｐ領域を上から拡散、エピ成長するｎ型の受光素子アレイである。
が、ｐ型基板、ｐ型受光層、ｐ型窓層を設けてｎ領域を拡散、エピ成長によって設けるｐ型の受光素子アレイの場合もある。
【００２２】
（５）  ｎ電極／光吸収層／窓層／受光層／ｐ基板／ｐ電極
（６）  ｎ電極／光吸収層／窓層／受光層／ｐバッファ層／ｐ基板／ｐ電極
（７）  ｎ電極／光吸収層／受光層／ｐバッファ層／ｐ基板／ｐ電極
（８）  ｎ電極／光吸収層／受光層／ｐ基板／ｐ電極
という場合もある。
【００２３】
図１に本発明の受光素子アレイの一例の構成を示す。ｎ型基板２の上に、ノンドープ（或いは低濃度ドープ）受光層３、ｎ型窓層４、ｎ型光吸収層２５をエピタキシャル成長させる。表面にマスクを付け一次元または二次元的に並ぶ窓を開ける。マスクの窓からＺｎを結晶中へ拡散する。Ｚｎ拡散によって、上から順に光吸収層２５、窓層４、受光層３の一部がｐ領域５となる。一次元または二次元的に並ぶ分離したｐ領域５ができる。それぞれ個別の素子単位のｐ領域５の上部の一部又は全部にｐ電極７を形成する。ｐ電極７は窓層４でなく光吸収層２５の上に設けるが光吸収層２５とオーミック接合することができる。ｐ電極７の存在しない中間部は保護膜２０で覆う。これはＳｉＯ２、ＳｉＮなどである。
【００２４】
基板２の裏面には、受光素子ごとに光の入る開口部がある。開口部は反射防止膜９によって被覆される。反射防止膜９以外の部分はｎ電極８となっている。ｎ電極８とｎ型基板２はオーミック接合している。ｎ電極８（カソード）は各素子単位に共通の電極である。
【００２５】
窓層４と電極７の間に光吸収層２５を設けたというのが本発明の着想の骨子である。光吸収層の存在は、隣接受光素子単位間の光学的クロストークを防止する上で効果がある。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、裏面入射型受光素子アレイにおいて、上面電極と受光層の間に光吸収層を新たに設けたので裏面から入射した光が上面電極で乱反射されて隣接素子へ行こうとしても光吸収層で全て吸収される。だから受光素子アレイにおいて隣接素子間での光学的クロストークが減少する。ノイズの少ない高感度の受光素子アレイを実現できる。隣接素子単位での光学的クロストークが低減するから受光素子単位の間隔をより小さく詰めることができる。それによって受光素子アレイをより小型にできる。二次元一次元センサとする場合は素子ピッチを狭くできるから空間的な分解能が上昇する。撮像系のセンサとして利用する場合は解像度が向上する。
【００２７】
図２によって、本発明の受光素子アレイの動作を述べる。
ｎ電極（カソード）８が正に、ｐ電極（アノード）７が負になるよう逆バイアスされている。ｐ電極７（アノード）は各単位素子ごとに別の増幅回路に繋がれる。ｎ電極８は共通に接続されている。信号光λ１、λ２、λ３、…が裏面から入射する。それが、それぞれの受光素子単位ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３の受光層３で吸収され電子正孔対を生じる。電子はｎ側へ、正孔はｐ側へ電界の作用で引き寄せられる。それで受光素子単位に個別の光電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３…が流れる。
【００２８】
ｐ電極の裏面は必ずしも平滑な面でない。ＰＤ１のための信号光λ１がＡＢというように裏面から入射してＢ点で殆ど吸収されるが一部は漏れてＡＢＣＣ’というように直進しｐ電極７の裏面Ｃ’点に至る。漏れ光はＣ’点で乱反射されて一部が隣接素子ＰＤ２の受光層へ向けてＣ’Ｄの方向に向かう。しかしＣＣ’間及びＣ’Ｄ間に光吸収層２５がある。これによって漏れ光が２度吸収される。だから漏れ光はＤ点には至らない。余分の電子正孔対ができずＰＤ２の光電流を余分に発生しない。だからＰＤ１の信号光がＰＤ２にノイズを発生しない。つまり受光素子アレイの単位間での光学的クロストークを減らすことができる。
【実施例１】
【００２９】
［一次元受光素子アレイの例（Ｍ×１：図３）］
図３に示す本発明の裏面入射型受光素子アレイの製造方法を説明する。
厚さ３５０μｍ、Ｓドープで、キャリヤ濃度ｎ＝３×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＰ基板２の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層３０（厚さ２μｍ、ノンドープ、キャリヤ濃度ｎ＝１×１０１５ｃｍ−３）、ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層３（厚さ４μｍ、ノンドープ、キャリヤ濃度ｎ＝１×１０１５ｃｍ−３、ＩｎＰに格子整合）、ｎ型ＩｎＰ窓層４（厚さ１．５μｍ、ノンドープ、キャリヤ濃度ｎ＝１×１０１５ｃｍ−３）、ｎ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層２５（厚さ３μｍ、ノンドープ、キャリヤ濃度ｎ＝１×１０１５ｃｍ−３）を順次ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシャル成長法）によってエピタキシャル成長させた。
【００３０】
ＭＯＶＰＥ成長の原料として、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）を用いた。ｎ型ドーパントとしてはモノシラン（ＳｉＨ４）を用いた。エピタキシャル成長の温度は６５０℃、圧力は４０Ｔｏｒｒ（５．３×１０３Ｐａ）であった。
【００３１】
ＳｉＮｘ膜をエピタキシャル成長層の上に形成しフォトリソグラフィによって一次元あるいは二次元的に一定ピッチで配列される一定サイズの穴を開けた。それをマスクとしてＺｎを拡散した。それによって光吸収層２５、窓層４、受光層３に渡る複数のｐ型領域５を形成した。ｐ型領域５とｎ型の光吸収層２５、窓層４、受光層３の境界がｐｎ接合６となる。
【００３２】
ｐ電極７はｐ領域５上面の一部または全面にＡｕＺｎによって作った。ｎ電極８はｎ型ＩｎＰ基板２の裏面に素子毎の開口部を有するようＡｕＧｅＮｉによって作った。いずれも加熱処理して下地とオーミック接触するようにした。反射防止膜（ＡＲ膜）９は裏面のｎ電極のない開口部を覆うようにＳｉＯＮによって形成した。それは一層の反射防止膜であって膜厚と屈折率の積が信号光波長の１／４になるようにしてある。
【００３３】
ｐ電極（アノード）を負に、ｎ電極（カソード）を正に逆バイアスして全ての受光素子単位に信号光λ１、λ２、…（１．５５μｍ帯）を垂直に裏面入射して感度を測定した。ｎ番目の信号光λｎに対するｎ番目のＰＤｎの感度は１Ａ／Ｗであって高感度であった。λ１の信号光をＰＤ１に垂直裏面入射したときの隣接受光素子単位ＰＤ２の感度を測定したところ０．００１Ａ／Ｗであった。消光比が１／１０００になる。それは充分にノイズをカットできているということである。
【００３４】
光吸収層の効果をよりよく確かめるために裏面からＰＤ１へ斜めに１．５５μｍ光を入射し隣りのＰＤ２での光電流を測定した。その場合でも感度は０．００１Ａ／Ｗ以下であった。光吸収層は３μｍの厚みであるが、反射光は斜めに光吸収層を通ることになり実効的な厚みはもっと長くなるわけである。つまり本発明において、厚み３μｍの光吸収層を入れることによって１／１０００（−３０ｄＢ）もの消光比を実現できた。
【実施例２】
【００３５】
［二次元受光素子アレイの例（Ｍ×Ｎ：図４、５）］
本発明は裏面入射型受光素子の二次元アレイにも適用できる。図４にその一部平面図を、図５に一部断面図を示す。これは１チップ上にＭ×Ｎ個の受光素子単位を形成したものである。上面には全面に広がる光吸収層２５と、光吸収層の中に嶋状に孤立して縦横に並ぶ、ｐ領域５、ｐ電極７、バンプ４０が同心円状に見える。上面は実際には保護膜とｐ電極７で相補的に覆われる。バンプ４０というのは蒸着、メッキまたは印刷によって形成した低融点合金であり半田付けのために用いられる。同じように二次元的な配列をした電極を有するＩＣチップ（例えば増幅回路を含むもの）とフリップチップ接続するようにしたものである。つまり、そのような表面電極を有するＩＣチップに本発明のアレイを裏返して接触させ加熱しバンプを溶融して上下のＭ×Ｎ個の電極を一挙に半田付けする。そのようにすると配線を上面に引き回したりする必要がない。
【００３６】
図５に示すように、ｐ電極７と受光層３、窓層４の間に光エネルギーより小さいバンドギャップの光吸収層２５がある。これがｐ電極で反射される漏れ光を２回吸収するから素子間の光学的クロストークを減らすことができる。
【００３７】
これはバンプを用いて上面で他のＩＣチップに接続するものであるが、その他に上面に配線を引き回し周辺部にパッド群を並べて、パッドとリードピンをワイヤボンディングしてパッケージに収容して単独の素子とすることもできる。
【実施例３】
【００３８】
［基板上あるいはバッファ層上に付けたｎ電極をもつ受光素子アレイの例（図６）］
実施例１や実施例２のようにｎ電極を基板の裏面に設けるのではなくて、基板の上のエピタキシャル成長層をエッチングで一部除去し、露呈された基板上にｎ電極を設ける受光素子アレイにも本発明は適用できる。図６にその一部断面図を示す。この場合は一次元的受光素子単位の配列でもよいし、二次元的受光素子単位の配列にしても良い。ｎ型基板上にエピタキシャル成長させたバッファ層３０、受光層３、窓層４、光吸収層２５があり、個別にｐ電極７が個別のｐ領域５の上に設けられている。光吸収層２５、窓層４、受光層３の一部をエッチングによって除去し、露呈されたバッファ層上にｎ電極８を付けている。バッファ層３０は設けずに、光吸収層２５、窓層４を一部エッチング除去して、露呈したｎ型基板２上に直接ｎ電極８を設けても良い。また、窓層４のない構造でも良い。この実施例３では、ｎ型基板２の裏面の反射防止膜９は基板２の裏面全体を覆う。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の裏面入射型受光素子アレイの一例を示す断面図。
【図２】本発明の裏面入射型受光素子アレイにおいて裏面からＰＤ１に入射した信号光λ１がＰＤ１の受光層で消滅せず一部が上面ｐ電極で反射するとしても光吸収層で吸収されるから隣接のＰＤ２のｐｎ接合にはいたらずクロストークが減少することを示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる裏面入射型受光素子アレイの断面図。
【図４】Ｍ×Ｎの二次元配列する素子群をもつ本発明の実施例２にかかる裏面入射型受光素子アレイを示す平面図。
【図５】図４の二次元受光素子アレイの縦断面図。
【図６】本発明の実施例３にかかる裏面入射型受光素子アレイの断面図。
【符号の説明】
【００４０】
２  ｎ型基板 
３  受光層 
４  窓層 
５  ｐ領域 
６  ｐｎ接合 
７  ｐ電極 
８  ｎ電極 
９  反射防止膜 
２０  保護膜
２５  光吸収層 
３０  バッファ層 
４０  バンプ 
【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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