(57)【要約】【課題】ｐｎ接合の位置を受光層内に形成することが容易である受光素子を提供する。【解決手段】半導体受光素子１１では、受光層２１は、入射光ＬＩＮの波長λＳＩＧにおいて吸収係数αを有するIII−Ｖ化合物半導体からなり、１．５マイクロメートル以上の厚さｔを有する。窓層２３は、第１のIII−Ｖ化合物半導体より大きなバンドギャップを有する第２のIII−Ｖ化合物半導体からなる。半導体受光素子１１の受光層２１は、入射窓１５に受けた入射光の一部を吸収して、残りの出射光ＬＯＵＴを出射窓１７から出射する。受光層２１および窓層２３は出射窓１７と入射窓１５との間に位置している。本実施例では、受光層２１は、窓層２３と出射窓１７との間に位置している。ｐｎ接合１９は受光層２１および窓層２３内に設けられている。受光層２１の厚さｔと受光層２１の吸収係数αとの積は０．１以下である。【選択図】図１
2007081331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面および該第１の面の反対側にある第２の面を有しており第一導電型を示すIII−Ｖ族化合物半導体基板と、
前記III−Ｖ族化合物半導体基板の前記第１の面上に設けられ第一導電型を示すIII−V族化合物半導体受光層と、
前記III−V族化合物半導体受光層に設けられた第２導電型半導体領域と、
入射光を受ける入射窓と前記入射光の一部を出射する出射窓と
を備え、
前記入射窓と前記出射窓とは互いに反対側の面に位置するように、前記III−Ｖ族化合物半導体基板の前記第２の面あるいは前記III−V族化合物半導体受光層側の面に設けられており、
前記入射光の波長における前記III−V族化合物半導体受光層の吸収係数αと前記III−V族化合物半導体受光層の１．５マイクロメートル以上の厚さｔとの積は０．１以下である、ことを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記III−V族化合物半導体受光層の厚さｔと前記III−V族化合物半導体受光層の前記吸収係数αとの積は、０．０４以上である、ことを特徴とする請求項１に記載された半導体受光素子。
【請求項３】
前記吸収係数は前記入射光の波長において１００ｃｍ−１以上であり、
前記吸収係数は前記入射光の波長において５００ｃｍ−１以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体受光素子。
【請求項４】
前記III−Ｖ族化合物半導体受光層上に、前記III−Ｖ族化合物半導体受光層より大きなバンドギャップを有するIII−Ｖ族化合物半導体窓層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載された半導体受光素子。
【請求項５】
前記III−Ｖ族化合物半導体基板と前記III−V化合物半導体受光層との間に設けられたバッファ層をさらに備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載された半導体受光素子。
【請求項６】
前記III−V族化合物半導体受光層上に設けられた窓層をさらに備え、
前記窓層はＩｎＰからなり、
前記窓層の厚さは１マイクロメートル以上であり、
前記バッファ層はＩｎＰからなり、
前記バッファ層のキャリア濃度は１×１０１６ｃｍ−３以上であり、１×１０１７ｃｍ−３以下であり、
前記III−V族化合物半導体受光層は、ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓＰ半導体からなる、ことを特徴とする請求項５に記載された半導体受光素子。
【請求項７】
前記III−V族化合物半導体受光層と前記第２導電型半導体領域とのｐｎ接合は、亜鉛の選択拡散により形成される、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載された半導体受光素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載された半導体受光素子と、
前記半導体受光素子の前記入射窓に光学的に結合されており信号光を出力する出射窓を有する端面発光型半導体レーザと、
前記半導体受光素子に接続されており前記半導体受光素子からの強度モニタ信号を提供する出力と
を備える、ことを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載された半導体受光素子と、
信号光を出力する出射窓を有する面発光型の半導体レーザと
を備え、
前記半導体受光素子の前記出射窓および前記入射窓並びに前記面発光半導体レーザは所定の軸に沿って配列されており、
前記半導体受光素子の前記入射窓は前記面発光半導体レーザと前記半導体受光素子の前記出射窓との間に位置している、ことを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
信号光のモニタを行うための光モニタ部品であって、
支持部材に位置決めされており信号光を受ける一端と他端とを有する第１の光伝送路と、
前記支持部材に位置決めされておりモニタされた信号光を提供する一端と他端とを有する第２の光伝送路と、
前記支持部材上において前記第１の光伝送路の前記他端と前記第２の光伝送路の前記他端との間に位置しており請求項１〜７のいずれか一項に記載された半導体受光素子と
を備えることを特徴とする光モニタ部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子、光モジュールおよび光モニタ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、透過型受光素子が記載されている。透過型受光素子は、入射する光の一部を吸収して残りの光を透過させる。このために、ＩｎＧａＡｓ受光層の厚みは薄い。この文献のフォトダイオードは、３５％の透過率を有しており、受光層の厚みは１．１マイクロメートルである。透過率が３５％であるので、入射光のうち吸収される光の割合は６５％である。透過率を小さくするためには、受光層の厚みを小さくすることが必要であり、例えば８０％の透過率を得るためには、受光層の厚みは０．１マイクロメートルにする必要がある。この厚みは非常に薄い。受光素子を通り抜ける信号光の強度が受光素子の高い吸収率のため弱くなることを、薄い受光層を用いることにより避けている。
【非特許文献１】ＳＥＩテクニカルレビュー、第１５４号（１９９９年）、ｐｐ．２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光通信用フォトダイオードは、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰからなる受光層を用いる。これらの材料は１．３マイクロメール帯や１．５５マイクロメートル帯の光に対して１００００ｃｍ−１程度の高い吸収係数を持つので、高感度なフォトダイオードが提供される。
【０００４】
ところが、透過型フォトダイオードでは、小さい吸収係数が求められる。つまり、透過型フォトダイオードを作製するには、受光層における光の吸収量を小さくして所望の吸収率の範囲に入れるために、１マイクロメートル以下の厚みといった薄い受光層を用いることが求められる。しかしながら、薄い受光層内にｐ型不純物（例えば、亜鉛）の熱拡散により形成されるｐｎ接合を薄い受光層内に形成することは容易ではない。このばらつきのため、（１）フォトダイオードの感度特性がばらつく、（２）フォトダイオードの素子抵抗が高くなる。
【０００５】
そこで、本発明は、ｐｎ接合を受光層内に形成することが容易な構造を有する透過型の受光素子を提供することにあり、またこの透過型の受光素子を含む光モジュールを提供することにあり、さらにこの透過型の受光素子を含む光モニタ部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によれば、半導体受光素子は、（ａ）第１の面および該第１の面の反対側にある第２の面を有しており第一導電型を示すIII−Ｖ族化合物半導体基板と、前記III−Ｖ族化合物半導体基板の前記第１の面上に設けられ第一導電型を示すIII−V族化合物半導体受光層と、（ｂ）前記III−V族化合物半導体受光層に設けられた第２導電型半導体領域と、（ｃ）入射光を受ける入射窓と前記入射光の一部を出射する出射窓とを備え、前記入射窓と前記出射窓とは互いに反対側の面に位置するように、前記III−Ｖ族化合物半導体基板の前記第２の面あるいは前記III−V族化合物半導体受光層側の面に設けられており、前記入射光の波長における前記III−V族化合物半導体受光層の吸収係数αと前記III−V族化合物半導体受光層の１．５マイクロメートル以上の厚さｔとの積は０．１以下である。
【０００７】
この半導体受光素子によれば、１．５マイクロメートル以上の厚さｔを有する受光層を用いると共に、受光層の厚さｔと受光層の吸収係数αとの積を０．１以下にしたので、この受光素子は、信号光のパワーをモニタするために使用できると共に、ｐｎ接合を受光層内に形成することが容易になる。
【０００８】
本発明に係る半導体受光素子では、前記III−V族化合物半導体受光層の厚さｔと前記受光層の前記III−V族化合物半導体吸収係数αとの積は、０．０４以上であることが好ましい。
【０００９】
この半導体受光素子において、受光層の厚さｔと受光層の吸収係数αとの積が０．０４以上であれば、受光素子の感度が信号光のパワーをモニタするために十分である。
【００１０】
本発明に係る半導体受光素子では、前記吸収係数は前記入射光の波長において１００ｃｍ−１以上であり、前記吸収係数は前記入射光の波長において５００ｃｍ−１以下であることが好ましい。
【００１１】
この半導体受光素子によれば、III−Ｖ化合物半導体は、入射光の波長において１００ｃｍ−１以上５００ｃｍ−１以下の範囲の吸収係数αを有するので、受光層の厚みを薄くすることなく、ｐｎ接合の位置を受光層内に形成することがさ容易になる。
【００１２】
本発明に係る半導体受光素子では、前記III−Ｖ族化合物半導体受光層上に前記III−Ｖ族化合物半導体受光層より大きなバンドギャップを有するIII−Ｖ族化合物半導体窓層をさらに備えることができる。これにより暗電流を低減できる。
【００１３】
本発明に係る半導体受光素子では、前記III−Ｖ族化合物半導体基板と前記III−V化合物半導体受光層との間に設けられたバッファ層をさらに備えることができる。本発明に係る半導体受光素子は、  前記III−V族化合物半導体受光層上に設けられた窓層をさらに備え、前記窓層はＩｎＰからなり、前記窓層の厚さは１マイクロメートル以上であり、前記バッファ層はＩｎＰからなり、前記バッファ層のキャリア濃度は１×１０１６ｃｍ−３以上であり、１×１０１７ｃｍ−３以下であり、前記III−V族化合物半導体受光層は、ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓＰ半導体からなることが好ましい。
【００１４】
この半導体受光素子では、ＩｎＰバッファ層のキャリア濃度が１×１０１６ｃｍ−３未満であれば、光の吸収によって発生されたキャリアの再結合が遅くなる。ＩｎＰバッファ層のキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３を越えると、ＩｎＰバッファ層から拡散したｎ型ドーパントが受光層に到達して、受光素子の特性が悪くなる。上記のように、ＩｎＰバッファ層のキャリア濃度が１０１７ｃｍ−３程度であれば、光の吸収によって発生されたキャリアが速やかに再結合して、受光素子の高速応答に有利である。
【００１５】
また、この半導体受光素子によれば、受光層のためにＩｎＧａＡｓＰ半導体を用いると、受光層がＩｎＰに格子整合可能になり、かつ、基礎吸収端波長を０．９２マイクロメートルから１．７０マイクロメートルの範囲で自由に変えることが可能となる。
【００１６】
本発明に係る半導体受光素子では、前記半導体領域は、前記第１のIII−Ｖ化合物半導体受光層より大きなバンドギャップを有する第２のIII−Ｖ化合物半導体からなる第１導電型の窓層を含み、前記受光層および前記窓層は前記出射窓と前記入射窓との間に位置しており、前記窓層はＩｎＰから成り、前記窓層の厚さは、１マイクロメートル以上であることが好ましい。窓層および受光層の厚みにより、ｐｎ接合の位置および不純物濃度の制御が容易になる。
【００１７】
本発明に係る半導体受光素子では、前記III−V族化合物半導体受光層と前記第２導電型半導体領域とのｐｎ接合は、亜鉛の選択拡散により形成されることが好ましい。亜鉛の選択拡散によりｐｎ接合を形成しても、ｐｎ接合が受光層内に位置する。
【００１８】
本発明の別の側面によれば、光モジュールは、上記のいずれかの半導体受光素子と、前記半導体受光素子の前記入射窓に光学的に結合されており信号光を出力する出射窓を有する端面発光型半導体レーザと、前記半導体受光素子に接続されており前記半導体受光素子からの強度モニタ信号を提供する出力とを備える。この光モジュールによれば、半導体レーザの前方光をモニタすることができる。
【００１９】
本発明の別の側面によれば、光モジュールは、上記のいずれかの半導体受光素子と、信号光を出力する出射窓を有する面発光型の半導体レーザとを備え、前記半導体受光素子の前記出射窓および前記入射窓並びに前記面発光半導体レーザは所定の軸に沿って配列されており、前記半導体受光素子の前記入射窓は前記面発光半導体レーザと前記半導体受光素子の前記出射窓との間に位置している。この光モジュールによれば、面発光型の半導体レーザの前方光をモニタすることができる。
【００２０】
本発明の更なる別の側面は、信号光のモニタを行うための光モニタ部品に係る。この光モニタ部品は、支持部材に位置決めされており信号光を受ける一端と他端とを有する第１の光伝送路と、前記支持部材に位置決めされておりモニタされた信号光を提供する一端と他端とを有する第２の光伝送路と、前記支持部材上において前記第１の光伝送路の前記他端と前記第２の光伝送路の前記他端と間に位置しており上記のいずれかの半導体受光素子とを備える。この光モニタ部品によれば、モニタのための信号光の減少が少ない。
【００２１】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、ｐｎ接合を受光層内に形成することが容易な構造を有する透過型の受光素子が提供され、またこの受光素子を含む光モジュールが提供され、さらにこの受光素子を含む光モニタ部品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体受光素子、光モジュールおよび光モニタ部品に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る半導体受光素子に係る図面である。半導体受光素子１１は、半導体領域１３を含む。半導体領域１３は、入射光ＬＩＮを受ける入射窓１５と、出射光ＬＯＵＴを出射する出射窓１７と、ｐｎ接合１９とを含む。半導体領域１３は、受光層２１と、窓層２３とを含む。受光層２１は、入射光ＬＩＮの波長λＳＩＧにおいて吸収係数αを有するIII−Ｖ化合物半導体からなり、１．５マイクロメートル以上の厚さｔを有する。窓層２３は、第１のIII−Ｖ化合物半導体より大きなバンドギャップを有する第２のIII−Ｖ化合物半導体からなる。半導体受光素子１１の受光層２１は、入射窓１５に受けた入射光の一部を吸収して、残りの出射光ＬＯＵＴは出射窓１７から出射する。受光層２１および窓層２３は出射窓１７と入射窓１５との間に位置している。本実施例では、受光層２１は、窓層２３と出射窓１７との間に位置している。ｐｎ接合１９は受光層２１および窓層２３内に設けられている。受光層２１の厚さｔと受光層２１の吸収係数αとの積は０．１以下である。受光層２１および窓層２３は第１導電型である。第２導電型半導体領域２５は、受光層２１および窓層２３と第２導電型半導体領域２５とがｐｎ接合１９を構成するように設けられている。
【００２５】
この半導体受光素子１１によれば、１．５マイクロメートル以上の厚さｔを有する受光層２１を用いると共に、受光層２１の厚さｔと受光層２１の吸収係数αとの積を０．１以下にしたので、この受光素子１１は、信号光のパワーをモニタするために使用できると共に、ｐｎ接合１９を受光層２１内に形成することが容易になる。
【００２６】
半導体受光素子１１では、半導体領域１３は、受光層２１と逆導電型の半導体領域２５とを含む。半導体領域２５は、受光層２１および窓層２３とｐｎ接合１９を形成する。受光層２１および窓層２３の導電型がｎ型であるとき、半導体領域２５の導電型はｐ型であり、半導体領域２５はアノード領域として働く。
【００２７】
半導体受光素子１１では、窓層２３の厚さは、１マイクロメートル以上であり、ｐｎ接合１９は、亜鉛の選択拡散により形成されることが好ましい。この半導体受光素子１１では、ｐｎ接合の形成のために亜鉛の選択拡散を用いても、ｐｎ接合１９が受光層２１内に形成される。この亜鉛は、例えば、開口２７ａを有する絶縁膜２７をマスクとして用いて熱的に拡散される。
【００２８】
好適には、受光層２１のIII−Ｖ化合物半導体は、インジウム、ガリウム、ヒ素および燐を少なくとも構成元素として含む。入射光ＬＩＮの波長λＳＩＧが含まれる波長帯としては、１．５５マイクロメートルバンド、１．３マイクロメートルバンド等がある。また、窓層２３の材料は、例えばＩｎＰからなる。半導体受光素子１１では、受光層２１は、ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓＰ半導体からなることが好ましい。この半導体受光素子１１によれば、受光層２１のためにＩｎＧａＡｓＰ半導体を用いると、受光層２１がＩｎＰに格子整合可能になり、かつ、基礎吸収端波長を０．９２マイクロメートルから１．７０マイクロメートルの範囲で自由に変えることが可能となる。
【００２９】
半導体受光素子１１では、半導体領域１３はバッファ層２９を含む。バッファ層２９は、出射窓１７と入射窓１５との間に設けられている。バッファ層２９は、例えばＩｎＰから成ることができる。このＩｎＰバッファ層のキャリア濃度が１×１０１６ｃｍ−３未満であれば、光の吸収によって発生されたキャリアの再結合が遅くなる。また、ＩｎＰバッファ層のキャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３を越えると、ＩｎＰバッファ層から拡散したｎ型ドーパントが受光層２１に到達して、半導体受光素子１１の特性が悪くなる。上記のように、ＩｎＰバッファ層のキャリア濃度が１０１７ｃｍ−３程度であれば、光の吸収によって発生されたキャリアが速やかに再結合して、受光素子の高速応答に有利である。
【００３０】
半導体領域１３は基板３１を含む。基板３１の表面３１ａには、バッファ層２９が設けられている。基板３１の裏面３１ｂには、電極３３が設けられている。また、出射窓１７上には、ＳｉＯＮ膜といった反射防止膜３５が設けられている。入射窓１５上には、ＳｉＯＮ膜といった反射防止膜３７が設けられており、電極３９が位置する。例えば、ＩｎＰ基板３１がｎ導電性を示すと共に第２導電型半導体領域２５がｐ導電性を示すとき、電極３３はカソード電極として働き、電極３９はアノード電極として働く。電極３３は、信号光が通過するための開口３３ａを有する。また、電極３９は信号光が通過するための開口３５ａを有する。
【００３１】
半導体受光素子１１の一例は、
基板３１：ＩｎＰ基板
バッファ層２９：ｎ型ＩｎＰ（キャリア濃度：１〜５×１０１５ｃｍ−３）
受光層２１：ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ（キャリア濃度：１〜３×１０１５ｃｍ−３）
窓層２３：ｎ型ＩｎＰ（キャリア濃度：１〜５×１０１５ｃｍ−３）
半導体領域２５：亜鉛拡散領域
アノード電極３９：ＡｕＺｎ
カソード電極３３：ＡｕＧｅＮｉ
である。
【００３２】
図２は、４マイクロメートル厚のＩｎＧａＡｓＰ膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。図３は、４マイクロメートル厚のＩｎＧａＡｓ膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。
【００３３】
図２を参照すると、このＩｎＧａＡｓＰ膜では、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓＰまでは、吸収率はほぼ一定の高い値を示しており、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓＰを超えると吸収率は単調に減少しており、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓＰより十分に大きな波長では吸収率は非常に小さい値になる。この組成のＩｎＧａＡｓＰの基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓＰは、例えば１．４２マイクロメートルである。１．５５マイクロメートル帯の信号光の波長λＳＩＧは、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓＰよりも長波長である。
【００３４】
図３を参照すると、このＩｎＧａＡｓ膜では、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓまでは、吸収率はほぼ一定の高い値を示しており、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓを超えると吸収率は単調に減少しており、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓより十分に大きな波長では吸収率は非常に小さい値になる。この組成のＩｎＧａＡｓの基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓは、例えば１．６７マイクロメートルである。１．５５マイクロメートル帯の信号光の波長λＳＩＧは、基礎吸収端波長λＩｎＧａＡｓよりも短波長である。
【００３５】
一般に強度Ｉ（０）の光が吸収係数α、厚みｔの物質を透過した後の光強度Ｉは次の式で表される。
Ｉ＝Ｉ（０）×ｅｘｐ（−α×ｔ）
受光層を透過する光の割合Ａは次の式で表される。
Ａ=Ｉ／Ｉ（０）＝ｅｘｐ(−α×ｔ)
αとｔの積が０．０４から０．１であれば、Ａは０．９から０．９６となる。つまり、受光層で吸収される光量は４％〜１０％であり、９０〜９６％の光が透過する。受光層で１００％の光が吸収された場合、フォトダイオードの感度は０．９Ａ／Ｗから１Ａ／Ｗである。吸収率が４％〜１０％であるとき、フォトダイオードの感度は３０〜１００ｍＷ／Ａである。この感度の値は、パワーモニタ用としての使用において充分である。本実施例の受光層では、受信光の波長における吸収係数（α）と厚み（ｔ）の積が０．０４〜０．１であって、厚みｔは１．５マイクロメートル以上となるように受光層の吸収係数αを決定する。このフォトダイオードによれば、受光層のためのIII−Ｖ化合物半導体の吸収係数αは、入射光の波長において１００ｃｍ−１以上５００ｃｍ−１以下の範囲であることが好ましい。この範囲であれば、受光層の厚みを薄くすることなく、ｐｎ接合の位置を受光層内に形成することが容易になる。
【００３６】
光信号の典型的な波長帯のためのフォトダイオードの受光層に使用可能な材料は、例えば、
１．５５マイクロメートル帯： ＧａＩｎＡｓＰ（フォトルミネッセンス波長：１．４２マイクロメートル）
１．３マイクロメートル帯：ＧａＩｎＡｓＰ（フォトルミネッセンス波長：１．１７マイクロメートル）
である。受光層のフォトルミネッセンス波長は、フォトダイオードが受ける信号光の波長よりも大きい。
【００３７】
先行技術文献（ＳＥＩテクニカルレビュー）ではＩｎＧａＡｓＰ（フォトルミ波長：１．４２マイクロメートル）を１．３マイクロメートル帯のフォトダイオードとして用いている。
【００３８】
吸収係数αが１００ｃｍ−１から５００ｃｍ−１であり、例えば、
α=１００、α×ｔ=０．０４の場合：ｔ=４マイクロメートル
α=１００、α×ｔ=０．１０の場合：ｔ=１０マイクロメートル
α=５００、α×ｔ=０．０４の場合：ｔ=０．８マイクロメートル
α=５００、α×ｔ=０．１０の場合：ｔ=２マイクロメートル
るので、厚みｔは最大１０マイクロメートルまで大きくできる。
【００３９】
図４（Ａ）は、受光層の基礎吸収端波長よりも短波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。このフォトダイオード４１は、
（基礎吸収端波長：１．６７マイクロメートル、信号光波長：１．５５マイクロメートル）
基板４３：ＩｎＰ基板
バッファ層４５：ｎ型ＩｎＰ（キャリア濃度：１〜５×１０１５ｃｍ−３）
受光層４７：ｎ型ＧａＩｎＡｓ（キャリア濃度：１〜３×１０１５ｃｍ−３）
厚み：０．８マイクロメートル
窓層５１：ｎ型ＩｎＰ（キャリア濃度：１〜５×１０１５ｃｍ−３）
半導体領域５３：亜鉛拡散領域
アノード電極５５：ＡｕＺｎ
カソード電極５７：ＡｕＧｅＮｉ
である。
【００４０】
図４（Ｂ）は、浅い亜鉛拡散のためＰ＋アノード領域がＩｎＰ窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。このフォトダイオードでは、ｐ＋領域がＩｎＰ窓層内に形成されているので、ＩｎＰ窓層に低濃度ｐ層が形成され、この低濃度ｐ層は抵抗を増加させる。図４（Ｃ）は、ほぼ期待された深さの亜鉛拡散のためＰ＋アノード領域がＩｎＰ窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。図４（Ｄ）は、深い亜鉛拡散のためＰ＋アノード領域がＩｎＰバッファ層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。このフォトダイオードでは、深いＺｎ拡散領域のため、Ｐ＋領域が受光層を超えているので、
ＩｎＰバッファ層にｐｎ接合が形成され、このためフォトダイオードの所望の感度が得られない。
【００４１】
図５（Ａ）は、受光層の基礎吸収端波長よりも長波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。このフォトダイオード６１は、
（基礎吸収端波長：１．４２マイクロメートル、信号光波長：１．５５マイクロメートル）
基板４３：ＩｎＰ基板
バッファ層６３：ｎ型ＩｎＰ（キャリア濃度：１〜５×１０１５ｃｍ−３）
受光層６５：ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ（キャリア濃度：１〜３×１０１５ｃｍ−３）
厚み：１．５マイクロメートル
窓層６７：ｎ型ＩｎＰ（キャリア濃度：１〜５×１０１５ｃｍ−３）
半導体領域６９：亜鉛拡散領域
アノード電極５５：ＡｕＺｎ
カソード電極５７：ＡｕＧｅＮｉ
である。
【００４２】
図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）は、本実施の形態に係る受光素子の構造を有するフォトダイオードの一例を示す図面である。図５（Ａ）に示されたフォトダイオードは、図４（Ａ）に示されたフォトダイオードに比べて受光層を厚くできるので、亜鉛拡散の深さがばらついても、フォトダイオードの感度に大きなばらつきが生じることはない。発明者の実験は、１．５マイクロメートル以上の厚みがあれば亜鉛拡散を用いてｐｎ接合を受光層内に安定して形成できることを示している。したがって、受信光の波長に対する吸収係数（α）と厚み（ｔ）の積が０．０４から０．１であって、厚さｔは１．５ミクロメートル以上となるように受光層のαとｔを設定する。
【００４３】
以上説明したように、受光層の厚みを１．５マイクロメートル以上にできるので、亜鉛拡散によるｐｎ接合を受光層内に形成できる。これ故に、低バイアス電圧でも空乏層は受光層内に広がり期待された感度を得ることができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係る光モジュールを示す図面である。光モジュール７１は、半導体受光素子１１と、半導体レーザ７３とを含む。半導体レーザ７３は、信号光ＬＳＩＧ０を出力する出射窓７３ａを有しており、例えば１．５５マイクロメートル帯の光といった光通信波長帯の信号光を発生する。本実施例では、半導体レーザ７３は、面発光型半導体レーザであることができる。
【００４５】
半導体受光素子１１の出射窓１７および入射窓１５並びに半導体レーザ７３は所定の軸Ａｘに沿って配列されている。半導体受光素子１１の入射窓１５は半導体レーザ７３と半導体受光素子１１の出射窓１７との間に位置している。この配置は、例えば以下の構造によって提供される。半導体レーザ７３は、ステム７５上に設けられている。また、ステム７５上には、支持部材７９が、半導体レーザ７３を覆うように設けられている。支持部材７９上には、半導体受光素子１１が位置している。支持部材７９は、半導体レーザ７３の出射窓７３ａからの信号光ＬＳＩＧが通過する開口７９ａを有する。信号光ＬＳＩＧ０は、半導体受光素子１１の入射窓１５に入射する。半導体受光素子１１の受光層は、信号光ＬＳＩＧ０の一部を吸収して、モニタのための信号を生成すると共に、信号光ＬＳＩＧ０の残りは、半導体受光素子１１の出射窓１７から出射する。また、ステム７５上には、レンズホルダ７７が設けられており、レンズホルダ７７は、レンズ７７ａを保持する。ステム７５およびレンズホルダ７７は、半導体レーザ７３および半導体受光素子１１を気密に封止するためのキャビティを形成する。半導体レーザ７３、半導体受光素子１１およびレンズ７７は、所定の軸Ａｘに沿って配列されている。この配列によって、半導体受光素子１１の出射窓１７がレンズ７７と光学的に結合される。これ故に、半導体受光素子１１の出射窓１７からの信号光ＬＳＩＧ１は、レンズ７７ａに入射する。光モジュール７１の出力８１は、半導体受光素子１１に接続されており半導体受光素子１１からの強度モニタ信号ＳＭＯＮ１を提供する。なお、半導体レーザ７３として、面発光型半導体レーザに替えて、端面発光型半導体レーザを用いることができる。
【００４６】
この光モジュールによれば、半導体レーザからの前面光をモニタすることができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係る光モニタ部品を示す図面である。この光モニタ部品９１は、第１の光伝送路９３と、第２の光伝送路９５と、半導体受光素子１１とを備える。第１の光伝送路９３は、支持部材９７に位置決めされており信号光ＬＳＩＧ２を受ける一端９３ａと他端９３ｂとを有する。第２の光伝送路９５は、支持部材９７に位置決めされておりモニタされた信号光ＬＳＩＧ３を提供する一端９５ａと他端９５ｂとを有する。半導体受光素子１１は、支持部材９７上において第１の光伝送路９３の他端９３ｂと第２の光伝送路９５の他端９５ｂと間に位置している。第１の光伝送路９３および第２の光伝送路９５は、例えば光ファイバであることができる。
【００４８】
支持部材９７は、第１の光伝送路９３を支持するための支持部９７ａを含んでおり、第１の光伝送路９３の一例である光ファイバは、第１の支持面９４ａおよび第２の支持面９４ｂによって支持されている。支持部材９７は、第２の光伝送路９５を支持するための支持部９７ｂを含んでおり、第２の光伝送路９５の一例である光ファイバは、第１の支持面９６ａおよび第２の支持面９６ｂによって支持されている。第１の支持部９７ａおよび第２の支持部９７ｂは、例えばＶ型溝といった、２つの支持面を含む溝であることができる。また、支持部材９７上において第１の光伝送路９３の他端９３ｂと第２の光伝送路９５の他端９５ｂと間に半導体受光素子１１を位置決めするための支持部９７ｃを有しており、本実施例では、支持部９７ｃは、半導体受光素子１１を第１の光伝送路９３の他端９３ｂと第２の光伝送路９５の他端９５ｂとの間に位置決めするための第１の側面９８ａ、第２の側面９８ｂおよび底面９８ｃを有している。この支持部９７ｃによって、半導体受光素子１１の入射窓は、第１の光伝送路９３の他端９３ｂに光学的に結合される。また、半導体受光素子１１の出射窓は、第２の光伝送路９５の他端９５ｂに光学的に結合される。光モニタ部品９１は、光伝送路９３、９５を伝わる信号光の強度に応じたモニタ信号ＩＭＯＮ２を提供する。これによって、光モニタ部品９１は、信号光ＳＳＩＧ２のモニタを行うことができる。信号光ＬＳＩＧ２は、制御部９９に提供される。光モニタ部品９１には、光増幅器１０１が光学的に結合されている。制御部９９は、モニタ信号ＩＭＯＮ２に応答して光増幅器１０１を制御するＳＣＯＮを生成する。
【００４９】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではなく、例えば、Ｆｅドープの半絶縁性ＩｎＰ基板を用いてこの素子構造を実現することもできる。この構造では同じ側に電極を形成することが可能になり、実装が容易になる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本実施の形態に係る半導体受光素子に係る図面である。
【図２】図２は、４マイクロメートル厚のＩｎＧａＡｓＰ膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。
【図３】図３は、４マイクロメートル厚のＩｎＧａＡｓ膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。
【図４】図４（Ａ）は、受光層の基礎吸収端波長よりも短波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。図４（Ｂ）は、浅い亜鉛拡散のためＰ＋アノード領域がＩｎＰ窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。図４（Ｃ）は、ほぼ期待された深さの亜鉛拡散のためＰ＋アノード領域がＩｎＰ窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。図４（Ｄ）は、深い亜鉛拡散のためＰ＋アノード領域がＩｎＰバッファ層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。
【図５】図５（Ａ）は、受光層の基礎吸収端波長よりも長波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）は、本実施の形態に係る受光素子の構造を有するフォトダイオードの一例を示す図面である。
【図６】図６は、第２の実施の形態に係る光モジュールを示す図面である。
【図７】図７は、第３の実施の形態に係る光モニタ部品を示す図面である。
【符号の説明】
【００５１】
１１…半導体受光素子、１３…半導体領域、ＬＩＮ…入射光、ＬＯＵＴ…出射光、１５…入射窓、１７…出射窓、１９…ｐｎ接合、２１…受光層、２３…窓層、λＳＩＧ…入射光の波長、２５…第２導電型半導体領域、２７…絶縁膜、２９…バッファ層、３１…基板、３３…電極、３５…反射防止膜、３７…反射防止膜、３９…電極、λＩｎＧａＡｓＰ、λＩｎＧａＰ…基礎吸収端波長、α…受光層の吸収係数、ｔ…受光層の厚み、４１…フォトダイオード、４３…基板、４５…バッファ層、４７…受光層、５１…窓層、５３…半導体領域、５５…アノード電極、５７…カソード電極、６１…フォトダイオード、６３…バッファ層、６５…受光層、６７…窓層、６９…半導体領域、７１…光モジュール、７３…半導体レーザ、ＬＳＩＧ０…信号光、７３ａ…半導体レーザ出射窓、７５…ステム、７９…支持部材、７７…レンズホルダ、７７ａ…レンズ、９１…光モニタ部品、９３…第１の光伝送路、９５…第２の光伝送路、９７…支持部材、９３ａ、９３ｂ…第１の光伝送路の端、９５ａ、９５ｂ…第２の光伝送路の端、９７ａ、９７ｂ、９７ｃ…支持部、９４ａ、９４ｂ、９６ａ、９６ｂ…支持面、９８ａ、９８ｂ…側面、９８ｃ…底面、９９…制御部、ＩＭＯＮ２…モニタ信号、１０１…光増幅器、ＳＣＯＮ…制御信号  
【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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