(57)【要約】【課題】  受光感度の高い受光素子、光モジュール、及び光伝送装置を提供する。【解決手段】  基板１０と、基板１０の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する光吸収層４０と、光吸収層４０の上方に配置され、光Ｐｉｎの入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部５０ａと、を含む受光素子である。フォトニック結晶部５０ａは、入射光Ｐｉｎの少なくとも一部が偶数次の回折光となって光吸収層４０の面内に分布して伝搬するように形成される。【選択図】      図１
2005159002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する光吸収層と、
前記光吸収層の上方に配置され、前記光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部と、
を含み、
前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される、受光素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する光吸収層と、
前記光吸収層に形成され、前記光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部と、
を含み、
前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される、受光素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記光吸収層に対して前記入射光の入射面と反対側に前記光吸収層を透過した光を反射させる光反射膜が配置されている、受光素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記光吸収層に対して前記入射光の入射面側に無反射コート膜が配置されている、受光素子。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に配置される第１導電型の半導体からなる第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する半導体からなる光吸収層と、
前記光吸収層の上方に配置される第２導電型の半導体からなる第２コンタクト層と、
前記第１コンタクト層に接して設けられる第１電極と、
前記第２コンタクト層に接して設けられる第２電極と、
を含み、
前記第２コンタクト層は、周期的に配列された溝、穴又は柱状突起を有し、光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、
前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される、受光素子。
【請求項６】
請求項５において、
前記半導体基板と前記光吸収層との間に屈折率の異なる複数種類の半導体膜を積層した多層反射膜が配置されている、受光素子。
【請求項７】
底面に突起部が周期的に配列された凹部を有する基板と、
少なくとも前記基板の凹部内に配置される第１電極と、
前記基板の凹部の底面の突起部を被覆するように形成され、所与の波長帯の光を吸収する有機材料からなる光吸収層と、
前記光吸収層の上方に配置される第２電極と、
を含み、
前記光吸収層は、前記基板の凹部の底面との境界領域において光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、
前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される、受光素子。
【請求項８】
凹部を有する基板と、
少なくとも前記基板の凹部内に配置される第１電極と、
前記第１電極の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する有機材料からなる光吸収層と、
前記光吸収層の上方に配置される第２電極と、
を含み、
前記光吸収層は、前記光の入射面側に溝又は柱状突起が周期的に配列して形成されており、光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、
前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される、受光素子。
【請求項９】
凹部を有する基板と、
少なくとも前記基板の凹部内に配置される第１電極と、
前記第１電極の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する有機材料からなる光吸収層と、
前記光吸収層の上方に配置される第２電極と、
前記第１の電極と前記光吸収層との間、及び前記第２の電極と前記光吸収層との間の少なくとも一方に配置される電荷輸送層と、
を含み、
前記電荷輸送層は、周期的に配列された溝、穴又は柱状突起を有し、光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、
前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される、受光素子。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかにおいて、
前記基板の主面と反対側の面上に光吸収層を透過した光を反射させる光反射膜が配置されている、受光素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の受光素子を含む、光モジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光モジュールを含む、光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子、光モジュール、及び光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
面型の受光素子は、端面型の受光素子と比較して、ＶＣＳＥＬとの相性、ファイバとの結合効率、ＩＪレンズとの相性などの点で優れているが、光の走行距離が短いので吸収効率が悪いという欠点もある。
【０００３】
また、図１１に示す光吸収層の材料としてＧａＡｓを用いた例のように、光吸収層の吸収効率が比較的高い場合には、吸収層の厚さをある程度厚くすれば、効率を上げることができるが、光吸収層を厚く形成すると駆動バイアス電圧が大きくなってしまうため、低バイアス駆動をするためには、光吸収層はできるだけ薄くできることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、受光感度の高い受光素子、光モジュール、及び光伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明は、基板と、前記基板の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する光吸収層と、前記光吸収層の上方に配置され、前記光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部と、を含み、前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される受光素子に関するものである。
【０００６】
本発明によれば、光吸収層の上方に配置されるフォトニック結晶部が、光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有するため、入射光の少なくとも一部を偶数次の回折光として光吸収層の面内方向に分布するように伝搬させて、光吸収層に入射される光に面内方向の広がりを持たせることができる。これにより、入射光を光吸収層で効率よく吸収させることができるようになり、例えば、光吸収層を薄型に形成しても、受光効率を向上させることができる。
【０００７】
（２）本発明は、基板と、前記基板の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する光吸収層と、前記光吸収層に形成され、前記光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部と、を含み、前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される受光素子に関するものである。
【０００８】
本発明によれば、光吸収層自体にフォトニック結晶部が形成されているため、上記の場合と同様に光吸収層へ入射した光に面内方向の広がりを持たせることができる。これにより、入射光を光吸収層で効率よく吸収させることができるようになり、例えば、光吸収層を薄型に形成しても、受光効率を向上させることができる。
【０００９】
（３）本発明の受光素子では、前記光吸収層に対して前記入射光の入射面と反対側に前記光吸収層を透過した光を反射させる光反射膜が配置されていてもよい。このようにすれば、光吸収層で吸収しきれずに透過してしまった光を反射して光吸収層に戻すことができるため、受光効率を向上させることができる。
【００１０】
（４）本発明の受光素子では、前記光吸収層に対して前記入射光の入射面側に無反射コート膜が配置されていてもよい。このようにすれば、光入射面側でおきる入射光の前面反射を防ぐことができ、受光効率を向上させることができる。
【００１１】
（５）本発明は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に配置される第１導電型の半導体からなる第１コンタクト層と、前記第１コンタクト層の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する半導体からなる光吸収層と、前記光吸収層の上方に配置される第２導電型の半導体からなる第２コンタクト層と、前記第１コンタクト層に接して設けられる第１電極と、前記第２コンタクト層に接して設けられる第２電極と、を含み、前記第２コンタクト層は、周期的に配列された溝、穴又は柱状突起を有し、光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される受光素子に関するものである。
【００１２】
（６）本発明は、底面に突起部が周期的に配列された凹部を有する基板と、少なくとも前記基板の凹部内に配置される第１電極と、前記基板の凹部の底面の突起部を被覆するように形成され、所与の波長帯の光を吸収する有機材料からなる光吸収層と、前記光吸収層の上方に配置される第２電極と、を含み、前記光吸収層は、前記基板の凹部の底面との境界領域において光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される受光素子に関するものである。
【００１３】
（７）本発明は、凹部を有する基板と、少なくとも前記基板の凹部内に配置される第１電極と、前記第１電極の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する有機材料からなる光吸収層と、前記光吸収層の上方に配置される第２電極と、を含み、前記光吸収層は、前記光の入射面側に溝又は柱状突起が周期的に配列して形成されており、光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される受光素子に関するものである。
【００１４】
（８）本発明は、凹部を有する基板と、少なくとも前記基板の凹部内に配置される第１電極と、前記第１電極の上方に配置され、所与の波長帯の光を吸収する有機材料からなる光吸収層と、前記光吸収層の上方に配置される第２電極と、前記第１の電極と前記光吸収層との間、及び前記第２の電極と前記光吸収層との間の少なくとも一方に配置される電荷輸送層と、を含み、前記電荷輸送層は、周期的に配列された溝、穴又は柱状突起を有し、光の入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布を有する１次元又は２次元のフォトニック結晶部を含み、前記フォトニック結晶部は、入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって前記光吸収層の面内に分布して伝搬するように形成される受光素子に関するものである。
【００１５】
（９）本発明は、上記いずれかの受光素子を含む光モジュールに適用することができる。また、本発明の光モジュールは、光伝送装置に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
１．第１の受光素子
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る第１の受光素子を模式的に示す断面図である。
【００１８】
第１の受光素子は、半導体基板１０上に、半導体多層反射膜２０、ｎ型コンタクト層（第１コンタクト層）３０、光吸収層４０、及びｐ型コンタクト層（第２コンタクト層）５０が順次積層されて構成される。また、第１の受光素子は、ｐ型コンタクト層の上に形成されるリング状のｐ型電極（第２電極）６２とｎ型コンタクト層のエッチング露出面に形成されるリング状のｎ型電極（第１電極）６４とを有する。ｐ型電極６２は、例えば、ＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜とすることができる。ｎ型電極６４は、例えば、ＡｕとＧｅとの合金とＡｕとＮｉとの合金との積層膜とすることができる。
【００１９】
半導体基板１０は、その上方に形成される光吸収層４０の材料に合わせて、例えば、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、あるいはＩｎＰ基板などを用いることができる。
【００２０】
半導体多層反射膜２０は、必要に応じて半導体基板１０と光吸収層４０との間に設けられるものである。半導体多層反射膜２０は、光吸収層４０で吸収されずに透過した光を反射させて再度光吸収層４０側へ戻すことができる。半導体多層反射膜２０は、例えば、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓなど屈折率の異なる複数種類の半導体膜を交互に積層して形成することができる。
【００２１】
ｎ型コンタクト層３０は、ｎ型電極６４とのオーミック接触を確保することができる程度の不純物がドーピングされた半導体層である。ｎ型コンタクト層３０は、例えば、ＧａＡｓにＳｉをドーピングしてｎ型にすることができる。
【００２２】
光吸収層４０は、ノンドープの半導体層からなり、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓなどで形成される。すなわち、ｐ型コンタクト層５０、光吸収層４０、及びｎ型コンタクト層３０によってｐｉｎダイオードを構成する。光吸収層４０は、単一の半導体層である場合に限られず、複数種類の半導体層が積層された量子井戸構造（多重量子井戸構造や超格子構造と呼ばれるものも含まれる。）であってもよい。
【００２３】
ｐ型コンタクト層５０は、ｐ型電極６２とのオーミック接触を確保することができる程度の不純物がドーピングされた半導体層である。ｐ型コンタクト層５０は、例えば、ＧａＡｓにＣをドーピングしてｐ型にすることができる。また、光吸収層４０よりも光入射面側に配置されるｐ型コンタクト層５０には、図１（Ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層５０の材料と溝５０ｂ内部の媒質（空気など）との屈折率差によって入射光Ｐｉｎの進行方向と交差する面内において周期的な屈折率分布を有する２次元フォトニック結晶構造となるフォトニック結晶部５０ａが形成されている。フォトニック結晶部５０ａは、例えば、入射光Ｐｉｎの波長程度の間隔で周期的に配列された溝５０ｂを設けることにより実現される。また、フォトニック結晶部５０ａは、入射光Ｐｉｎの少なくとも一部が偶数時の回折光、より好ましくは２次の回折光となって、面内に分布して素子内部を伝搬するように形成される。例えば、フォトニック結晶部５０ａが屈折率ｎ１の媒質と屈折率ｎ２の媒質からなる１次元のフォトニック結晶構造を有する場合、屈折率分布の周期間隔Ｄは、光吸収層４０の吸収波長をλとすると、Ｄ＝λ／２ｎ１＋λ／２ｎ２となるように形成することができる。また、２次元のフォトニック結晶構造の場合においても、同程度の周期間隔で屈折率分布が形成されればよい。
【００２４】
また、溝５０ｂの配列は、例えば、三角格子状あるいは正方格子状とすることができる。また、溝５０ｂの断面形状は、例えば、円筒形状のような対称性形状である場合に限られず、例えば、円錐形状などテーパーを有する非対称性形状であってもよい。また、溝５０ｂの平面形状は、円形に限らず、多角形であってもよい。また、フォトニック結晶部５０ａが１次元フォトニック結晶構造を有するようにするには、溝５０ｂを、スリット状にパターニングして光入射面に平行にスリットが配列された回折格子として機能するように形成すればよい。また、フォトニック結晶部５０ａの上部に保護膜や無反射コート膜などが形成され、溝５０ｂの内部に他の材料が充填されるような場合には、ｐ型コンタクト層５０の材料との屈折率差が高いものを選択することが好ましい。
【００２５】
本実施の形態の第１の受光素子では、ｐ型コンタクト層５０に設けられたフォトニック結晶部５０ａにおいて、光吸収層４０で吸収されるべき所定波長の入射光の少なくとも一部が偶数次の回折光となって面内に分布するように伝搬する。これにより、入射光は、光吸収層４０の面内に広がった状態となって効率よく光を吸収させることができる。また、素子の低電圧動作を実現するためには、光吸収層４０を薄型化することが望まれるが、この場合、光吸収層４０での光吸収率が低くなる。しかし、本実施形態の第１の受光素子では、光吸収層４０を薄型化しても受光感度を高く維持することができる。
【００２６】
また、本実施の形態の第１の受光素子では、必要に応じてｐ型コンタクト層５０の上に入射光Ｐｉｎに対して反射率が低くなるように設定された無反射コート膜（図示省略）を設けてもよい。無反射コート膜は、例えば、半導体光増幅器の光出射面などに用いられている公知の材料から形成することができる。このようにすれば、光入射面における入射光の前面反射を低減して素子内部に多くの光を取り込むことができるようになる。
【００２７】
次に、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）を参照しながら、第１の受光素子の製造工程の例を説明する。
【００２８】
まず、図２（Ａ）に示すように、半導体基板１０上に半導体多層反射膜２０をエピタキシャル成長により形成する。成膜方法としては、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法などが挙げられる。以下、各種の半導体層をエピタキシャル成長により成膜する場合には、上記の方法を用いることができるものとする。次に、図２（Ｂ）に示すように、半導体多層反射膜２０の上にｎ型コンタクト層３０、光吸収層４０、及びｐ型コンタクト層５０を順次エピタキシャル成長して形成する。
【００２９】
そして、図２（Ｃ）に示すように、ｎ型コンタクト層３０、光吸収層４０、及びｐ型コンタクト層５０からなる積層体に対してフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングを施し、柱状構造を形成する。さらに、ｐ型コンタクト層５０に対しては、フォトリソグラフィー技術やＥＢ（Electron  Beam）加工技術などを施して周期的に配列された溝を設けてフォトニック結晶部５０ａを形成する。最終的には、マスク蒸着法やマスクスパッタ法などを用いて、ｐ型コンタクト層５０に対してはリング状のｐ型電極６２を形成し、ｎ型コンタクト層３０に対してはリング状のｎ型電極６４を形成して第１の受光素子を得ることができる。
【００３０】
次に、第１の受光素子についての変形例を説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本実施の形態の第１の受光素子の変形例を示す断面図である。図１（Ａ）に示す第１の受光素子と実質的に同様の機能を有する部材には、同一符号を付し詳細な説明は省略し、主要な相違点について説明する。
【００３１】
まず、図３（Ａ）に示す態様では、光吸収層４０とｐ型コンタクト層５０との間に中間層７２が設けられている。中間層７２は、他のエピタキシャル層に比べて膜厚が十分に薄いことが好ましい。また、中間層７２は不純物がドーピングされた半導体層であることができる。また、この中間層７２は、ｐ型コンタクト層５０よりもエッチング選択比の小さいエッチャントを用いることができる材料から構成されることが好ましい。このようにすれば、ｐ型コンタクト層５０に対して周期的に貫通孔を形成してフォトニック結晶構造を形成する場合に中間層７２がエッチストッパとなるため、ウェットエッチングなどの手法を用いることができるようになる。また、中間層７２を薄型として貫通孔によりフォトニック結晶部５０ａを設けることにより、光吸収層４０とフォトニック結晶部５０ａとを近づけることができるようになる。
【００３２】
次に、図３（Ｂ）に示す態様では、フォトニック結晶構造をｐ型コンタクト層５０自体に設けるのではなく、ｐ型コンタクト層５０において光が入射される領域をエッチングにより除去しておき、例えば、ポリイミドなどからなる保護膜７４を形成し、保護膜７４にフォトニック結晶部７４ａが形成されている。このようにすれば、フォトニック結晶構造を構成する材料についての選択性の幅が広がるため、例えば、成形性に優れた樹脂材料を選択することにより加工プロセスの容易化を図ることができるようになる。
【００３３】
２．第２の受光素子
図４（Ａ）は、本実施の形態の第２の受光素子を模式的に示す平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００３４】
第２の受光素子は、基板１２の主面上から凹部１２ａ内にかけて形成された陰極（第１電極）６８と、基板１２の凹部１２ａの底面上に形成された突起部１２ｂを覆うように形成された光吸収層４２と、光吸収層４２の上に形成された陽極（第２電極）６６とから構成される。
【００３５】
基板１２は、ガラス基板、樹脂基板、半導体基板などから用途に応じて好適なものを採用することができる。例えば、基板１２の裏面（主面と反対側の面）の側から光を入射させたい場合には、石英ガラスや、ポリカーボネート、ポリイミドあるいはＰＥＴなどの透明性プラスチックなどを材料とする透明基板を用いることができる。また、本実施形態の第２の受光素子では、基板１２に突起部１２ｂを設けることで、突起部１２ｂを被覆する光吸収層４２をパターニングしてフォトニック結晶部４２ａを設ける構成を採用する。このため、基板１２の材料は、光吸収層４２の材料との間で十分な屈折率差を有するものを選択することが好ましい。
【００３６】
陰極６８は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を用いることができる。このような電極物質としては、例えば特開平８−２４８２７６号公報に開示されたものを用いることができる。
【００３７】
陽極６６は、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を用いることができる。陽極６６として光学的に透明な材料を用いる場合には、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの導電性化合物を用いることができ、透明性を必要としない場合には、金などの金属を用いることができる。
【００３８】
光吸収層４２は、光吸収性（あるいは光電変換性）を有する有機材料からなり、例えば、特開２００１−２９７８７４号公報、あるいは特開２００３−１０１０６０号公報などに開示されている有機材料を用いて形成することができる。また、光吸収層４２は、基板１２の突起部１２ｂによってパターニングされた周期的に配列される複数の溝４２ｂを有する。本実施の形態の第２の受光素子では、基板１２の突起部１２ｂと光吸収層４２の溝４２ｂとの間で屈折率差を有することにより入射光Ｐｉｎの入射方向と交差する面内に周期的な屈折率分布が生ずる。そして、光吸収層４２の基板１２との境界領域においてフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶部４２ａが形成される。フォトニック結晶部４２ａは、複数の溝４２ｂが回折格子として機能するように基板１２の突起部１２ｂを設けることにより、１次元フォトニック結晶構造とすることができる。また、フォトニック結晶部４２ａは、溝４２ｂの平面形状が円形あるいは多角形となるように基板１２の突起部１２ｂを設けることにより、２次元フォトニック結晶構造とすることもできる。また、突起部１２ｂを非対称性の断面形状で形成することにより、光吸収層４２の溝４２ｂを非対称性の断面形状となるように形成してもよい。そして、フォトニック結晶部４２ａは、入射光Ｐｉｎの少なくとも一部が偶数時の回折光、より好ましくは２次の回折光となって、面内に分布して素子内部を伝搬するように形成される。
【００３９】
従って、本実施の形態に係る第２の受光素子においても、入射光Ｐｉｎは、光吸収層４２の面内に広がった状態となって効率よく光を吸収させることができる。また、第２の受光素子では、光吸収層４２の材料として有機材料を用いているため、絶縁性が高く光吸収層４２を薄型化することが望まれる。光吸収層４２を薄型化すると光の吸収領域が小さくなるため光の吸収効率が低くなる。しかし、本実施形態の第２の受光素子では、入射光Ｐｉｎを光吸収層４２の面内に分布するように伝搬させるため、光吸収層４２を薄型化しても受光感度を高く維持することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態の第２の受光素子では、さらに受光感度を高めるために、基板１２の裏面側、具体的には、基板１２の光吸収層４２形成面と反対側の面に入射光Ｐｉｎに対して反射性を有する金属膜、誘電体多層反射膜、あるいは半導体多層反射膜を設けることができる。このようにすれば、光吸収層４２において吸収されずに透過した光を反射させて、再度光吸収層４２へ入射させることができるようになる。
【００４１】
また、本実施の形態の第２の受光素子では、光吸収層４２でのキャリア輸送能力が低い場合に、図８（Ａ）に示すように、光吸収層４２と陰極６８との間に光吸収層４２での光吸収作用で発生したキャリアを電極側へ輸送する電荷輸送層８２を設けてもよい。電荷輸送層８２は、光吸収層４２と陽極６６との間に設けてもよい。電荷輸送層８２を形成する材料は、例えば、特開平８−２４８２７６号公報、あるいは特開２００３−１０１０６０号公報に開示されたものを用いることができる。また、本例のように、電荷輸送層８２を設ける場合には、電荷輸送層８２に周期的に配列される溝８２ｂをパターニングすることによって入射光Ｐｉｎを光吸収層４２の面内に分布させるためのフォトニック結晶部８２ａを形成することができる。
【００４２】
次に、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を参照しながら、第２の受光素子の製造工程の例を説明する。
【００４３】
まず、図５（Ａ）に示すように、基板１２に凹部１２ａを設けるとともに、凹部１２ａの底面に複数の突起部１２ｂが周期的に配列されるようにパターニングを行う。パターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や電子線描画法などを用いて行うことができる。突起部１２ｂは、光吸収層４２に１次元フォトニック結晶構造を形成する場合には、ストライプ状にパターニングを行うことができる。また、突起部１２ｂは、光吸収層４２に２次元フォトニック結晶構造を形成する場合には、例えば、円形や多角形の平面形状で正方格子状や三角格子状にパターンニングを行うことができる。
【００４４】
次に、図５（Ｂ）に示すように、基板１２の主面から凹部１２ａの内部にかけて陰極６８を蒸着法やスパッタ法などを用いて形成する。陰極６８は、光吸収層４２に形成するフォトニック結晶構造のパターニング寸法の精度を取るために、突起部１２ｂに電極材が付着しないように形成することが望まれる場合には、マスク蒸着法やマスクスパッタ法を用いればよい。
【００４５】
次に、図５（Ｃ）に示すように、上述した有機材料で基板１２の凹部１２ａの突起部１２ｂを覆うように光吸収層４２を形成する。光吸収層４２は、特開２００３−１０１０６０号公報に開示されているように蒸着法で形成することもできるが、有機材料を溶液状にしてインクジェット装置やディスペンサを用いて凹部１２ａ内に滴下する方法で充填した後に溶液状の有機材料を硬化させる方法を用いてもよい。この場合、有機材料を硬化させる方法としては、材料の性質に応じて紫外線を照射する方法や熱を付与する方法などが挙げられる。この工程により、突起部１２ｂのパターン形状に合わせて光吸収層４２もパターニングされて周期的な溝４２ｂが形成され、フォトニック結晶部４２ａが基板１２との境界領域に設けられる。
【００４６】
次に、図５（Ｄ）に示すように、光吸収層４２の上に陽極６６を形成することにより本実施の形態の第２の受光素子を得ることができる。陽極６６も、陰極６８と同様の成膜方法により形成することができる。
【００４７】
３．第３の受光素子
図６（Ａ）は、本実施の形態の第３の受光素子を模式的に示す平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。なお、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す第２の受光素子と実質的に同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して以下では詳細な説明を省略し、主要な相違点について説明する。
【００４８】
本実施の形態の第３の受光素子では、上述の第２の受光素子が基板１２に設けられた突起部を利用して光吸収層４２と基板１２との境界領域にフォトニック結晶部４２ａを有していたのに対して、光吸収層４２の上面（基板１２と反対側の面）に溝４２ｂがパターニングされていてフォトニック結晶部４２ａが形成されている。この場合、陽極６６は、リング状電極とすることができる。
【００４９】
本実施の形態の第３の受光素子では、溝４２ｂ内の空気と光吸収層４２を構成する有機材料との間で屈折率差を生じ、フォトニック結晶部４２ａが２次元フォトニック結晶構造を構成する。また、溝４２ｂをストライプ状にパターニングすれば、フォトニック結晶部４２ａが回折格子として働き、１次元フォトニック結晶構造を構成するようにすることもできる。フォトニック結晶部４２ａは、第２の受光素子の場合と同様に、入射光Ｐｉｎの少なくとも一部が偶数時の回折光、より好ましくは２次の回折光となって、面内に分布して素子内部を伝搬するように形成される。従って、本実施の形態に係る第３の受光素子においても、入射光Ｐｉｎは、光吸収層４２の面内に広がった状態となって効率よく光を吸収させることができ、光吸収層４２を薄型化しても受光感度を高く維持することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態の第３の受光素子でも、さらに受光感度を高めるために、基板１２の裏面側、具体的には、基板１２の光吸収層４２形成面と反対側の面に入射光Ｐｉｎに対して反射性を有する金属膜、誘電体多層反射膜、あるいは半導体多層反射膜を設けることができる。
【００５１】
また、本実施の形態の第３の受光素子では、光吸収層４２でのキャリア輸送能力が低い場合に、図８（Ｂ）に示すように、光吸収層４２と陰極６８との間に光吸収層４２での光吸収作用で発生したキャリアを電極側へ輸送する電荷輸送層８２を設けてもよい。電荷輸送層８２は、光吸収層４２と陽極６６との間に設けてもよい。電荷輸送層８２を形成するための材料は、例えば、特開平８−２４８２７６号公報、あるいは特開２００３−１０１０６０号公報に開示されたものを用いることができる。また、本例のように、電荷輸送層８２を設ける場合には、電荷輸送層８２に溝８２ｂをパターニングすることによって入射光Ｐｉｎを光吸収層４２の面内に分布させるためのフォトニック結晶部８２ａを形成することができる。
【００５２】
次に、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）を参照しながら、第３の受光素子の製造工程の例を説明する。
【００５３】
まず、図７（Ａ）に示すように、基板１２に凹部１２ａを設ける。凹部１２ａは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や電子線描画法などを用いて設けることができる。続いて、図７（Ｂ）に示すように、基板１２の主面から凹部１２ａの内部にかけて陰極６８を蒸着法やスパッタ法などを用いて形成するとともに、上述した有機材料で基板１２の凹部１２ａ内に光吸収層４２を形成する。光吸収層４２は、特開２００３−１０１０６０号公報に開示されているように蒸着法で形成することもできるが、有機材料を溶液状にしてインクジェット装置やディスペンサを用いて凹部１２ａ内に滴下する方法で充填した後に溶液状の有機材料を硬化させる方法を用いてもよい。この場合、有機材料を硬化させる方法としては、材料の性質に応じて紫外線を照射する方法や熱を付与する方法などが挙げられる。
【００５４】
次に、図７（Ｃ）に示すように、光吸収層４２の上面に周期的な溝４２ｂをパターニングして形成してフォトニック結晶部４２ａを設ける。溝４２ｂは、光吸収層４２に１次元フォトニック結晶構造を形成する場合には、ストライプ状にパターニングして形成することができる。また、溝４２ｂは、光吸収層４２に２次元フォトニック結晶構造を形成する場合には、例えば、円形や多角形の平面形状で正方格子状や三角格子状にパターンニングして形成することができる。なお、光吸収層４２を硬化性樹脂から形成する場合には、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示す工程を連続的に行う必要がある。例えば、有機材料を溶液化したものを凹部１２ａに滴下し、溝４２ｂを形成するためのパターンが形成されたスタンパ等で型押ししながら樹脂を硬化させる。このような手法を用いれば、パターンの再現性が高く製造コストも安価なものとすることができる。
【００５５】
次に、図７（Ｄ）に示すように、光吸収層４２の上にリング状の陽極６６を形成することにより本実施の形態の第３の受光素子を得ることができる。陽極６６も、陰極６８と同様の成膜方法により形成することができる。
【００５６】
４．光モジュール
図９は、本実施の形態の受光素子を適用した光モジュールを示す図である。
【００５７】
この光モジュールは、図９（Ａ）に示すように金属製のステム１０１と接合（あるいは一体化）された容器１０２と、容器１０２と反対側に突出されて設けられたリード１０４とを有する、いわゆるＣＡＮパッケージ型の光モジュールである。容器１０２には、上面に入射光を取り入れるガラス製の受光窓１０３が設けられている。図９（Ｂ）には、本実施の形態の光モジュールの模式的な断面図が示されている。容器１０２には、本実施の形態の受光素子１００がステム１０１上に配置されていて、ボンディングワイヤなどによりリード１０４と電極とが接続されている。なお、受光素子１００は、金属製のサブマウントを介してステム１０１上に配置されていてもよい。この光モジュールでは、受光窓１０３から入射光を取り入れ、受光素子１００で光信号を電気信号に変換してリード１０４から取り出すことができる。なお、本実施の形態の光モジュールとしては、図９（Ａ）に示すようなＣＡＮパッケージ型のものに限られず、ＳＭＤ（表面実装デバイス）型や光コネクタ一体型、さらには先端部に光ファイバが接合されたピグテール型の光モジュールであってもよい。
【００５８】
５．光伝送装置
図１０は、本実施の形態の光モジュールを適用した光伝送装置を示す図である。
【００５９】
光伝送装置９０は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器９２を相互に接続するものである。電子機器９２は、情報通信機器であってもよい。光伝送装置９０は、ケーブル９４の両端にプラグ９６が設けられたものであってもよい。ケーブル９４は、具体的には、マルチモード光ファイバである。プラグ９６は、受信用の光検出器として本実施の形態の光モジュールを含んで構成される。この光伝送装置によれば、光信号によって、電子機器間のデータ伝送を行うことができる。
【００６０】
なお、本実施の形態の光伝送装置により相互接続される電子機器は、液晶表示モニタ、ディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）。ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置などであってもよい。
【００６１】
以上に、本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述したものに限られず、発明の要旨の範囲内で種々の変形態様により実施することができる。
【００６２】
例えば、本実施の形態では、フォトニック結晶部が専ら溝の周期的な配列により形成される場合について説明したが、これに限られず、穴や柱状突起の周期的配列によっても屈折率分布を生じさせてフォトニック結晶部を実現することができる。
【００６３】
また、例えば、第１の受光素子におけるｐ型電極とｎ型電極、ならびに第２，第３の受光素子における陰極と陽極は、それぞれ採用される層構造により互いを入れ替えて設けることができる。
【００６４】
また、例えば、第２の受光素子や第３の受光素子では、陰極が基板の凹部内に形成されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、基板が導電性を有する場合には、基板の裏面側に陰極を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１（Ａ）は、第１の受光素子を模式的に示す断面図である。図１（Ｂ）は、第１の受光素子のフォトニック結晶部を説明するための断面斜視図である。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、第１の受光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、第１の受光素子の変形例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、第２の受光素子を模式的に示す平面図である。図４（Ｂ）は、第２の受光素子を模式的に示す断面図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、第２の受光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、第３の受光素子を模式的に示す平面図である。図６（Ｂ）は、第３の受光素子を模式的に示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、第３の受光素子の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、第２の受光素子の変形例を模式的に示す断面図である。図８（Ｂ）は、第３の受光素子の変形例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、光モジュールを模式的に示す外観図である。図９（Ｂ）は、光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、光伝送装置を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、ＧａＡｓの層厚と光吸収率との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  基板、２０  多層反射膜、３０  ｎ型コンタクト層、４０  光吸収層、５０  ｐ型コンタクト層、５０ａ  フォトニック結晶部、６２  ｐ型電極、６４  ｎ型電極
【図１】
2005159002.tif 000003
【図２】
2005159002.tif 000004
【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】
2005159002.tif 000009
【図８】
2005159002.tif 000010
【図９】
2005159002.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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