JP2002344002A - 受光素子及び受光素子実装体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄いフィルタ層でも高い感度比が得られ、受
光部における不純物拡散の深さは従来のｐｉｎフォトダ
イオードと同等である長波長パスバンド特性を有する受
光素子を提供する。 【解決手段】 半導体基板１の第１主面２上に、フィル
タ層３及びバッファ層４が順次積層され、さらにバッフ
ァ層４の上に島状の光吸収層５及び窓層６が積層されて
いる。窓層６にはｐ型不純物が拡散された拡散領域７が
形成されている。バッファ層４の上にはｎ側電極８、拡
散領域７の上にはｐ側電極９が形成されている。光吸収
層５が形成されていないバッファ層４上に光入射部１０
が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光素子及び受光
素子実装体に関する。特に、波長の異なる複数の信号光
が入射した際に、波長の長い（長波長側の）信号光を選
択的に受光する受光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、光ファイバ通信用の受光素子とし
て、化合物半導体を材料とするｐｉｎフォトダイオード
が広く用いられている。

【０００３】このｐｉｎフォトダイオードでは、受光感
度を高めるために窓構造が採用されている。これは、半
導体基板上に禁制帯幅が小さい（吸収端波長が長い）光
吸収層、その光吸収層の上に禁制帯幅が大きい（吸収端
波長が短い）フィルタ層（窓層）が形成された構造を有
しており、この構造により、光吸収層及びフィルタ層に
おける吸収端波長の光を効率的に受光できるようになっ
ている。

【０００４】一般的なｐｉｎフォトダイオードとして
は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰを材料とするものがあり、光
吸収層の材料としてＩｎＧａＡｓ、フィルタ層の材料と
してＩｎＰが用いられている。この場合、ＩｎＰの吸収
端波長である０．９μｍからＩｎＧａＡｓの吸収端波長
である１．６５μｍまでの範囲の波長の信号光を高感度
で受光することができる。このｐｉｎフォトダイオード
の構造は、例えば特開平１−２３８０７０号公報に開示
されている。

【０００５】以下、従来のｐｉｎフォトダイオードにつ
いて図１０を参照しながら説明する。尚、図１０は、従
来のｐｉｎフォトダイオードの断面図である。

【０００６】図１０に示すように、ｎ⁺−ＩｎＰの基板
１０１上にｎ^-−ＩｎＰのキャリア阻止層（バッファ
層）１０２、ｎ^-−ＩｎＧａＡｓの光吸収層１０３、ｎ^-
−ＡｌＡｓＳｂのキャリア阻止層１０４、及びｎ^-−Ｉ
ｎＰのフィルタ層１０５が順次積層されている。ここ
で、ＡｌＡｓＳｂの禁制帯幅は、ＩｎＰの禁制帯幅より
も大きく、その吸収端波長は０．６７μｍである。

【０００７】フィルタ層１０５及びキャリア阻止層１０
４には、Ｚｎが拡散されてなるｐ⁺の拡散領域１０６が
形成されており、その上には表面保護膜１０７が形成さ
れている。また、拡散領域１０６上には、リング状のア
ノード電極１０８が形成されており、そして、基板１０
１の裏面には、カソード電極１０９が形成されている。

【０００８】なお、図１０に示したｐｉｎフォトダイオ
ードは、キャリア阻止層１０４が形成されているので、
キャリア阻止層１０４が形成されていないｐｉｎフォト
ダイオードと比較して、０．９μｍ以下の波長の信号光
に対する感度を良くすることができる。

【０００９】その理由を述べると、波長０．９μｍ以下
の信号光は、フィルタ層１０５で吸収されて電子−正孔
対を発生するのであるが、キャリア阻止層１０４が形成
されていないｐｉｎフォトダイオードの場合、フィルタ
層１０５で発生した電子の一部が光吸収層１０３に流入
して光電流となるのに対し、キャリア阻止層１０４があ
ると、フィルタ層１０５とキャリア阻止層１０４との界
面のヘテロ障壁で電子がくい止められて光電流とならな
いためである。

【００１０】また、より狭い波長範囲の光のみに感度を
有するパスバンド型のｐｉｎフォトダイオードも開発さ
れている。例えば、波長が１．３μｍの信号光と波長が
１．５５μｍの信号光によって波長多重通信を行う際に
は、それぞれの波長のみに感度を有するパスバンド型の
ｐｉｎフォトダイオードが有用である。

【００１１】ここで、波長が１．３μｍの信号光に対し
ては十分な感度があるものの、波長が１．５５μｍの信
号光に対してはほとんど感度がないという短波長パスバ
ンド特性を有するｐｉｎフォトダイオードは、ＩｎＧａ
Ａｓで構成される上記ｐｉｎフォトダイオードの光吸収
層の材料を吸収端波長が１．４μｍのＩｎＧａＡｓＰと
することによって容易に実現することができる。

【００１２】一方、波長が１．５５μｍの信号光に対し
ては十分な感度があるが、波長が１．３μｍの信号光に
対してはほとんど感度がないという長波長パスバンド特
性を得るには、キャリア阻止層１０４の材料をＩｎＰ、
フィルタ層１０５の材料を吸収端波長が１．４μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰとすることで実現可能である。尚、キャリ
ア阻止層１０４の禁制帯幅はフィルタ層１０５の禁制帯
幅よりも大きいという関係は維持する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
パスバンド特性を有するｐｉｎフォトダイオードでは、
長波長側の信号光と短波長側の信号光に対する感度差を
大きくするためにはフィルタ層１０５を厚くする必要が
ある。

【００１４】ここで、長波長パスバンド特性のｐｉｎフ
ォトダイオードを実現するためには、フィルタ層１０５
の材料をＩｎＧａＡｓＰとする必要があることは前述の
通りだが、ＩｎＧａＡｓＰを厚くエピタキシャル成長す
るとＩｎＧａＡｓＰの組成が変動を生じやすいという問
題がある。

【００１５】一方、フィルタ層１０５に島状にＺｎ等の
不純物を拡散して拡散領域を形成するプレーナ型のｐｉ
ｎフォトダイオードでは、キャリア阻止層１０４の厚さ
は１〜２μｍであり、通常この深さまで不純物拡散を行
うことになる。

【００１６】つまり、従来のｐｉｎフォトダイオードに
おいて、フィルタ層１０５の材料をＩｎＧａＡｓＰと
し、そのフィルタ層１０５を厚くエピタキシャル成長で
きたとしても、不純物拡散を深く制御良く行うことは困
難であるという課題があった。尚、キャリア阻止層１０
４及びフィルタ層１０５をあらかじめｐ型にドーピング
しておいて、エッチングによって素子を分離するメサ型
のｐｉｎフォトダイオードとすれば島状の部分的な不純
物拡散の必要はなくなるが、特にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ
系ではメサ型のｐｉｎフォトダイオードは暗電流が大き
く、不純物拡散で作製したプレーナ型のものと比較する
と信頼性が低い。

【００１７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、薄いフィルタ層としても高い感度比が
得られ、受光部における不純物拡散の深さは従来のｐｉ
ｎフォトダイオードと同等である長波長パスバンド特性
の受光素子を提供することを主な目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の受光
素子は、半導体基板と、前記半導体基板の第１主面上に
形成されたフィルタ層と、前記フィルタ層上に島状に形
成された光吸収層と、前記フィルタ層上の前記光吸収層
が形成されていない部分に形成された光入射部とを有
し、前記フィルタ層の吸収端波長は、前記半導体基板の
吸収端波長よりも長く、前記光吸収層の吸収端波長より
も短いことを特徴とする。

【００１９】第１の受光素子によると、半導体基板の第
１主面側に形成された光入射部から斜めに入射した入射
光が第２主面で反射されて光吸収層に入射するまでに、
その入射光は半導体基板と光吸収層との間に形成された
フィルタ層を２回透過する。すなわち、入射光がフィル
タ層を１回透過する構造の受光素子に対して、フィルタ
層の厚さを実質的に２倍とすることができる。

【００２０】さらに、第１の受光素子は、前記半導体基
板の第２主面に反射膜が形成されていることが好まし
い。

【００２１】さらに、第１の受光素子は、前記フィルタ
層と前記光吸収層との間に形成された、前記フィルタ層
よりも禁制帯幅の大きい材料よりなるキャリア阻止層
と、前記光吸収層の上に形成された不純物拡散領域を有
するワイドバンドギャップ層とを有することが好まし
い。

【００２２】この構成により、フィルタ層は光吸収層と
半導体基板の間にあるので、光吸収層の上にワイドバン
ドギャップ層を積層して受光部を不純物拡散によって形
成したプレーナ型ｐｉｎフォトダイオードとすることも
容易であり、フィルタ層の厚さを実質的に２倍とするこ
とができるので、不純物拡散の深さは従来のｐｉｎフォ
トダイオードと同等とすることができる。また、フィル
タ層と光吸収層の間にフィルタ層よりも禁制帯幅の大き
い材料よりなるキャリア阻止層を挿入すれば、フィルタ
層で生成されたキャリアが光吸収層に流入するのを防ぐ
ことができる。

【００２３】さらに、第１の受光素子は、前記半導体基
板、前記フィルタ層及び前記キャリア阻止層が第１導電
型であり、前記不純物拡散領域が第２導電型であり、前
記半導体基板、前記フィルタ層および前記キャリア阻止
層の少なくとも１つの上に形成された第１電極と、前記
不純物拡散領域上に形成された第２電極と、前記半導体
基板、前記フィルタ層および前記キャリア阻止層の少な
くとも１つの上に絶縁膜を介して形成されたパッド部
と、前記第２電極と前記パッド部とを電気接続する配線
とを有することが好ましい。

【００２４】この構成により、半導体基板の第１主面側
にｐ側及びｎ側電極を共に形成することができ、フリッ
プチップボンディングを容易に行うことができる。ま
た、ｐ側電極を実装基板にボンディングするパッドを島
状の光吸収層の外に形成することで、光吸収層メサと拡
散領域の大きさの差を小さくできるので、拡散領域の下
部以外の光吸収層に入射光が入射することで発生するテ
ールカレントを抑制することができる。

【００２５】本発明に係る第２の受光素子は、第１の受
光素子において、さらに前記半導体基板に入射した入射
光を反射して、前記入射光を前記光吸収層に入射させる
傾斜部が、前記半導体基板の第２主面に形成されている
ことを特徴とするものである。

【００２６】この構成により、第１主面に垂直に入射し
た入射光を傾斜部により反射させることができるので、
入射光を垂直入射させた場合も入射光を光吸収層に入射
させることができる。

【００２７】本発明に係る第３の受光素子は、半導体基
板と、前記半導体基板の第２主面上に形成されたフィル
タ層と、前記半導体基板の第１主面上に島状に形成され
た光吸収層と、前記第１主面上の前記光吸収層が形成さ
れていない部分に形成された光入射部とを有し、前記フ
ィルタ層の吸収端波長は、前記半導体基板の吸収端波長
よりも長く、前記光吸収層の吸収端波長よりも短いこと
を特徴とするものである。

【００２８】この構成においても、第１の受光素子と同
様に、半導体基板の第１主面側に形成された光入射部か
ら斜めに入射した入射光が第２主面で反射されて光吸収
層に入射するまでに、その入射光は半導体基板と光吸収
層との間に形成されたフィルタ層を２回透過する。すな
わち、入射光がフィルタ層を１回透過する構造の受光素
子に対して、フィルタ層の厚さを実質的に２倍とするこ
とができる。

【００２９】さらに、第３の受光素子は、前記光吸収層
の上に形成された不純物拡散領域を有するワイドバンド
ギャップ層を有することが好ましい。

【００３０】本発明に係る第４の受光素子は、第３の受
光素子において、さらに前記半導体基板の第１主面に傾
斜部を有しており、光入射部が前記傾斜部にあるもので
ある。

【００３１】この構成により、第１主面に垂直に入射し
た入射光は傾斜部により屈折させることができるので、
垂直入射の場合も入射光を光吸収層に入射させることが
できる。

【００３２】さらに、第１〜第４の受光素子は、前記光
入射部から入射した光が、前記光吸収層に入射するまで
に前記フィルタ層を少なくとも２回透過することが好ま
しい。

【００３３】本発明に係る第５の受光素子は、半導体基
板と、前記半導体基板の第１主面側もしくは第２主面側
に形成されたフィルタ層と、前記半導体基板の前記第１
主面側に島状に形成された光吸収層と、前記半導体基板
の前記第１主面側に形成された反射膜と、前記半導体基
板の前記第２主面側に形成された光入射部とを有し、前
記フィルタ層の吸収端波長は前記半導体基板の吸収端波
長よりも長く、前記光吸収層の吸収端波長よりも短いこ
とを特徴とするものである。

【００３４】この構成により、入射光は半導体基板の第
２主面側に形成された光入射部から入射するが、通常の
裏面入射型ｐｉｎフォトダイオードのようにそのまま第
１主面側の光吸収層に入射するのではなく、第１主面側
に形成された反射膜で反射され、さらに第２主面で反射
された後に光吸収層に入射させることができる。この場
合、入射光は３回フィルタ層を透過することになるの
で、入射光が透過するフィルタ層の厚さを実質的に３倍
とすることができる。

【００３５】さらに、第５の受光素子は、前記光入射部
から入射した光が、前記光吸収層に入射するまでに前記
フィルタ層を少なくとも３回透過することが好ましい。

【００３６】本発明に係る第６の受光素子は、前記フィ
ルタ層及び前記キャリア阻止層が単数もしくは複数の島
状に形成されており、前記半導体基板が半絶縁性であ
り、前記フィルタ層及び前記キャリア阻止層が第１導電
型であり、前記不純物拡散領域が第２導電型であり、前
記光吸収層を有する島における前記フィルタ層もしくは
前記キャリア阻止層上に形成された第１電極と、前記不
純物拡散領域上に形成された第２電極と、前記半導体基
板上、あるいは前記第１電極が形成された島以外の島を
なす前記フィルタ層もしくは前記キャリア阻止層上に形
成されたパッド部と、前記第２電極と前記パッド部とを
電気接続する配線とを有することを特徴とするものであ
る。

【００３７】この構成により、半絶縁性の半導体基板を
用いることで、ｐ側電極のパッド容量が素子容量に付加
されることを防止することができる。

【００３８】本発明に係る受光素子実装体は、実装基板
と、前記実装基板内に形成された光導波路と、前記光導
波路を伝搬する入射光の進路を前記実装基板の表面方向
に偏向させる偏向素子と、前記実装基板に配置された受
光素子とを有する受光素子実装体であって、前記受光素
子は、半導体基板と、前記半導体基板の第１主面側およ
び第２主面側の少なくとも一方の側に形成されたフィル
タ層と、前記半導体基板の前記第１主面側に島状に形成
された光吸収層と、前記半導体基板の前記第１主面側に
形成された光入射部とを有し、前記受光素子は前記光入
射部が形成された第１主面側を実装基板に向けて配置
（または固着）されていることを特徴とするものであ
る。

【００３９】この構成により、受光素子をフリップチッ
プボンディングして実装基板側から容易に光学結合でき
るので、ワイヤボンディングした場合と比較して実装に
伴う寄生容量が低減され、高速動作が可能になる上に、
ボンディングした時点で光学結合も完了するので光学結
合のための実装工程が不要になる。

【００４０】さらに、受光素子実装体は、前記光導波路
が、前記実装基板上に形成された溝に埋め込まれた光フ
ァイバであり、前記偏向素子が、前記光ファイバを切断
するように前記実装基板上に形成されたスリットに挿入
された反射板であり、前記受光素子が、前記溝を跨いで
前記実装基板に配置（または固着）されていることが好
ましい。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施形態に係る受光素子及び受光素子実装体を説明
する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実
質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で
示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

【００４２】（第１の実施形態）以下、図１を参照しな
がら、本発明の第１の実施形態に係る受光素子を説明す
る。尚、図１（ａ）は、第１の実施形態に係る受光素子
の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＸ
−Ｘ線に沿う断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）
におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

【００４３】本実施形態の受光素子は、半導体基板１
と、半導体基板１の第１主面２上に形成されたフィルタ
層３と、フィルタ層３上に島状に形成された光吸収層５
とを有している。ここで、フィルタ層３の吸収端波長
は、半導体基板１の吸収端波長よりも長く、光吸収層５
の吸収端波長よりも短い。そして、フィルタ層３上の光
吸収層５が形成されていない部分に、光入射部１０が形
成されている。なお、フィルタ層３と光吸収層５との間
には、フィルタ層３よりも禁制帯幅の大きい材料から構
成されたキャリア阻止層（バッファ層）４が形成されて
いることが好ましい。

【００４４】図１に示した受光素子は、ＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＰ系ｐｉｎフォトダイオードであり、本実施形態の
構成では、図１（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰよりな
る半導体基板１の第１主面２上に、吸収端波長が１．４
μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるフィルタ層３及びｎ
型ＩｎＰよりなるキャリア阻止層（バッファ層）４が順
次積層され、さらにキャリア阻止層４の上に島状の低濃
度ｎ型ＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層５及び低濃度ｎ型
ＩｎＰよりなるワイドバンドギャップ層（窓層）６が積
層されている。ワイドバンドギャップ層６も、キャリア
阻止層４と同様に、フィルタ層３よりも禁制帯幅の大き
い材料から構成されている。ワイドバンドギャップ層６
の中央部には、ｐ型不純物（例えば、ＺｎまたはＢｅな
ど）が拡散された拡散領域７が形成されている。また、
キャリア阻止層４の上には円状のｎ側電極８、拡散領域
７の上にはリング状のｐ側電極９が形成されている。

【００４５】また、図１（ｃ）に示すように、光吸収層
５とは離してキャリア阻止層４上には円状の光入射部１
０が形成されており、光入射部１０とｐ側電極９の内側
にはＳｉＮよりなる反射防止膜１１が堆積されている。
反射防止膜１１は、拡散領域７の上にも形成されてい
る。

【００４６】さらに、図１（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、露出したキャリア阻止層４の表面は、受光素子周辺
部のスクライブレーン１２を除いて、ＳｉＮとＳｉＯ₂
とが積層してなる絶縁膜１３によって覆われている。こ
の絶縁膜１３上に形成された導電体であるパッド（パッ
ド電極）１４は、配線１５を介して、ｐ側電極９と電気
的に接続されている。本実施形態では、パッド１４とｎ
側電極８は、光入射部１０及び光吸収層５の中心を結ぶ
線に対して対称の位置に形成されている。なお、ｎ側電
極８、ｐ側電極９、パッド１４及び配線１５は、例えば
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜より形成されており、こ
れらのパターンは、１回の蒸着およびリフトオフ工程に
よって一括して形成することも可能である。

【００４７】また、半導体基板１の第２主面１６には、
入射光を反射させるための反射膜１７が形成されてい
る。反射膜１７は金属膜のみで構成してもよいが、誘電
体と金属、例えばＳｉＮとＡｌの積層構造とすれば、よ
り高い反射率を得ることができる。これは、半導体基板
１に金属膜を直接形成すると、両者の間で合金反応が起
きてしまい、適切な反射面が形成されない場合があるた
めである。もちろん、合金反応が起こり難い金属を用い
れば、その問題を回避することができるが、反応し難い
金属は、密着性が悪いことが多く、それゆえに、誘電体
層を介して金属膜を形成することが望ましい。

【００４８】第１の実施形態に係る受光素子では、図１
（ｃ）に示すように入射光１８が光入射部１０から斜め
に入射すると、半導体基板１の第２主面１６で反射され
て光吸収層５に入射する。従って、入射光１８は半導体
基板１に入射する前と光吸収層５に入射する前の２回、
フィルタ層３を透過する。すなわち、入射光１８が透過
するフィルタ層３の厚さを実質的に２倍の厚さとするこ
とができる。

【００４９】次に、入射光がフィルタ層を１回透過する
従来の受光素子と比較しながら、入射光がフィルタ層を
２回透過する本発明の第１の実施形態に係る受光素子に
ついてさらに説明する。

【００５０】短波長及び長波長の異なる波長を有する信
号光が入射すると、短波長側の信号光は光吸収層に到達
する前にフィルタ層で吸収される。この短波長側の信号
光のフィルタ層での光吸収量は、フィルタ層の厚さを
ｄ、短波長側の信号光に対する吸収係数をαとして、１
−ｅｘｐ（−αｄ）の数式で与えられる。

【００５１】例えば、従来の受光素子において、感度比
２０ｄＢを得ようとすればフィルタ層における吸収量を
９９％にしなければならず、吸収係数αを１μｍ^-1と
し、これらを上記数式に代入し、フィルタ層の厚さｄを
求めると、フィルタ層の厚さｄは約４．６μｍ必要とな
ることがわかる。

【００５２】しかし、本発明の第１の実施形態に係る受
光素子においては、フィルタ層３の厚さを２．３μｍと
しておけば、入射光はフィルタ層３を２回透過するの
で、入射光１８は２．３μｍの約２倍、すなわち約４．
６μｍの厚さのフィルタ層を透過することになり、１．
５５μｍの波長の信号光と１．３μｍの波長の信号光の
感度比として２０ｄＢを得ることができる。これによ
り、ＩｎＧａＡｓＰを必要以上に厚くエピタキシャル成
長させることがなくなるので、ＩｎＧａＡｓＰの組成が
変動することを無くすことができる。

【００５３】また、フィルタ層３と光吸収層５の間に、
フィルタ層３よりも禁制帯幅の大きい材料よりなるキャ
リア阻止層４が挿入されているので、フィルタ層３で生
成されたキャリアが光吸収層５に流入して感度比が低下
することもない。

【００５４】ここで、フィルタ層３によるフィルタ機
能、および、キャリア阻止層４のキャリア阻止機能につ
いて説明する。

【００５５】まず、フィルタ層３について説明する。フ
ィルタ層３を構成するＩｎＧａＡｓＰは、その組成によ
り異なる吸収端波長を有するので、その組成を変えるこ
とにより、透過させたい光または透過させたくない光の
波長を選択することができる。つまり、ＩｎＧａＡｓＰ
からなる層３は、フィルタとして機能させることができ
る。

【００５６】ＩｎＧａＡｓＰは、Ｉｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ
_1-yと表され、そしてｘとｙとの間にはｙ＝２．１２ｘ
の関係がある。すなわち、Ｉｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰの組成
には一次元の自由度があり、組成ｘまたはｙの値を規定
すると、所定の吸収端波長を有するＩｎＧａＡｓＰが一
義的に決定される。言い換えると、ＩｎＧａＡｓＰの組
成は、ＩｎＧａＡｓＰの吸収端波長によっても表現する
ことができる。

【００５７】図２は、波長とＩｎＧａＡｓＰの光吸収と
の関係を示すグラフである。本明細書では、Ｉｎ_1-xＧ
ａ_xＡｓ_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）において光
が吸収される最大波長を吸収端波長と定義する。図２に
示すように、ＧａおよびＡｓが含まれていないＩｎＰ
（ｘ＝０、ｙ＝０）の場合、吸収端波長は０．９３μｍ
であり、ＩｎＧａＡｓＰ系材料の中では、吸収端波長は
最も小さい。一方、Ｐが含まれていないＩｎ_1-xＧａ_xＡ
ｓ（ｙ＝１）では、吸収端波長は１．６μｍよりも大き
く、ＩｎＧａＡｓＰ系材料では、吸収端波長は最も大き
い。ＩｎＧａＡｓＰ系材料の吸収端波長は、組成ｘとｙ
とを考慮することにより、この上端と下端との間の任意
の値に設定され得る。

【００５８】Ｉｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ_1-yの吸収端波長λｇ
と、組成ｘ、ｙとの関係を下記表１に示す。なお、参考
までに、禁制帯幅Ｅｇもあわせて示す。

【００５９】

【表１】

【００６０】このように、組成ｘ、ｙの値を定めること
により、例えば、１．０μｍ、１．３０μｍ、１．５μ
ｍなどの吸収端波長を有するＩｎＧａＡｓＰ層を得るこ
とができる。

【００６１】次に、キャリア阻止層４について説明す
る。フィルタ層３と光吸収層５の間に位置するキャリア
阻止層４は、フィルタ層３にて生じたキャリアが光吸収
層５に拡散することを防止する機能を有している。した
がって、キャリア阻止層４によって、フィルタ層３で光
励起された電子−正孔対の正孔が光吸収層５に拡散する
ことを防止することができる。図３は、本実施形態の受
光素子の各層（１、３、４、５および６）のバンドギャ
ップを模式的に示しており、黒丸は電子を表し、白丸は
正孔を表している。

【００６２】本実施形態の受光素子の場合、半導体基板
１の第２主面１６で反射されて光吸収層５に光が入射す
るので、従来例の表面入射のときと異なり、入射光は、
光吸収層５の前に、先にフィルタ層３に達する。半導体
基板１を構成するＩｎＰは、バンドギャップが比較的大
きいため、光ファイバ通信用の波長１．３μｍまたは
１．５５μｍの光を透過させるが（図２および表１参
照）、ＩｎＰ基板１よりバンドギャップが小さいフィル
タ層３では、入射光によって光励起が起こり電子−正孔
対が生じる可能性がある。この電子−正孔対の正孔が光
吸収層５へと拡散することを防止するため、フィルタ層
３と光吸収層５との間に、フィルタ層３よりもバンドギ
ャップが大きいＩｎＰキャリア阻止層４が挿入されてい
る。この構成では、フィルタ層３で発生した電子−正孔
対の正孔は、光吸収層５に拡散できずに、そのままフィ
ルタ層３内で再結合することになるため、光電流は発生
しない。

【００６３】なお、従来例のような表面入射の場合に
は、ワイドバンドギャップ層６は、窓層（ウィンドウ
層）としての機能を果たし得るものであるが、本実施形
態のように半導体基板１の第２主面１６で反射されて光
吸収層５に光を入させる場合には、ワイドバンドギャッ
プ層６は、窓層としての役割ではなく、ｐ−ｎ接合の逆
方向リーク電流を低減させるという役割を専ら果たすも
のである。より詳細に説明すると、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ系ｐｉｎフォトダイオードでは、光吸収層５であるＩ
ｎＧａＡｓ層の表面にｐ−ｎ接合が露出すると、リーク
電流が大きくなることが知られている。しかし、ＩｎＧ
ａＡｓ層５の上にＩｎＰワイドバンドギャップ層６が設
けられている場合には、ワイドバンドギャップ層６の表
面にｐ−ｎ接合が露出して、ＩｎＧａＡｓ層５の表面に
はｐ−ｎ接合が露出しないので、ワイドバンドギャップ
層６がない場合と比べて、リーク電流の低減を図ること
ができる。

【００６４】本実施形態の構成では、半導体基板１の第
１主面２側に形成された光吸収層５に入射光１８は直接
入射しないものの、光入射部１０は第１主面２側にある
ので、本実施形態の受光素子は表面入射型である。ま
た、本実施形態の受光素子は、光吸収層５の上にワイド
バンドギャップ層６を積層して受光部を不純物拡散によ
って形成したプレーナ型のものであり、フィルタ層３は
光吸収層５と半導体基板１の間にあるので、不純物拡散
の深さは従来のプレーナ型のｐｉｎフォトダイオードと
同等である。従って、不純物拡散を深くすることなく、
感度比を向上させることができる。さらに、半導体基板
１の第１主面２側にｐ側及びｎ側電極が共に形成されて
いるので、容易にフリップチップボンディングすること
ができる。また、不純物が拡散されないワイドバンドギ
ャップ層６の上を絶縁膜１３により覆っているので、拡
散領域７の下部以外の光吸収層５に入射光１８が入射す
ることで発生するテールカレントを抑制することができ
る。

【００６５】なお、第１の実施形態に係る受光素子にお
いてｐ側電極９の内側に反射防止膜１１を堆積している
のは、検査工程で光吸収層５の上部から直接光を入射す
るときに入射する光が反射しないようにするためであ
る。ただし、受光素子実装体の構成によっては、入射光
１８の散乱光が光吸収層５の上部から入射して感度比を
劣化させる場合もあるので、この場合は、ｐ側電極９を
リング状ではなく円形として、光吸収層上部からの入射
光を遮光する方が望ましい。また、第１の実施形態に係
る受光素子では、ｎ側電極８及びパッド１４はキャリア
阻止層４上に形成されているが、これらをフィルタ層３
上、あるいは半導体基板１上に形成してもよい。フィル
タ層３は、キャリア阻止層４よりも禁制帯幅が小さく、
半導体基板１はキャリア阻止層４よりもキャリア濃度が
高い場合が多いので、これらの上にｎ側電極を形成した
方がコンタクト抵抗を低減できる場合があるからであ
る。また、フリップチップボンディングをする際には、
ｎ側電極８とパッド１４の高さが揃っていた方がよいの
で、パッド１４はｎ側電極８と同一の半導体層上に形成
するのが望ましい。

【００６６】本実施形態の受光素子の他の条件を例示的
に示すと、以下のようである。なお、本発明は、これら
の条件に限定されず、適時好適な条件を設定することが
可能である。

【００６７】半導体基板（ＩｎＰ基板）１の厚さは、１
５０〜２００μｍ程度である。不純物拡散領域９を含む
ワイドバンドギャップ層６および光吸収層５からなる島
状構造体（受光部メサ）の高さは、２．５〜５μｍ程度
である。なお、本明細書において、「島状」とは、平面
領域内において囲まれたある一定領域からなる形状のこ
とを意味し、図１に示した凸状の島構造の形状を専ら意
味するが、それだけでなく、一部または全部が埋め込ま
れた構造の形状も含むものである。

【００６８】フィルタ層３の厚さは、２〜３μｍ程度で
あり、キャリア阻止層４の厚さは、１〜２μｍ程度であ
る。光吸収層５の厚さは、１．５〜３μｍ程度であり、
そのメサ形状は、直径１００〜１４０μｍの円形であ
る。ワイドバンドギャップ層６の厚さは、１〜２μｍで
あり、そのメサ形状は、直径１００〜１４０μｍの円形
である。ワイドバンドギャップ層６内の拡散領域７の形
状は、直径８０〜１２０μｍの円形である。反射膜１７
の厚さは、０．２〜０．４μｍ程度である。なお、それ
ぞれの形状は、基板法線方向（受光素子の上方）から見
た形状である。

【００６９】また、キャリア濃度の関係を示すと、キャ
リア阻止層４（あるいは、フィルタ層３）（ｎ⁺層）の
キャリア濃度は高く、一方、光吸収層５（ｎ^-層または
ｉ層）のキャリア濃度は低い。本実施形態では、キャリ
ア濃度の低い層（ｎ^-層）からワイドバンドギャップ層
６を構成したが、ワイドバンドギャップ層６のキャリア
濃度は特に限定されない。

【００７０】（第２の実施形態）次に、図４を参照しな
がら、本発明の第２の実施形態に係る受光素子を説明す
る。尚、図４（ａ）は、第２の実施形態に係る受光素子
の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＸ
−Ｘ線に沿う断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）
におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。ここで、図４
（ｄ）は、半導体基板１を裏面からみた場合の傾斜部１
９の箇所を形状を示す裏面図である。

【００７１】第２の実施形態に係る受光素子が、第１の
実施形態に係る受光素子と異なる点は、図４（ｃ）に示
すように、半導体基板１の第２主面１６に傾斜部１９を
有する凹部が形成され、傾斜部１９を有する半導体基板
１の第２主面１６に反射膜２０が形成されている点であ
る。なお、入射光１８は傾斜部１９に入射することとな
るので、傾斜部１９にのみ反射膜２０を形成してもよ
い。また、傾斜部１９は光入射部１０に対向する位置に
あり、傾斜部１９の半導体基板１に対する傾斜角度は、
入射光１８が傾斜部１９で反射して光吸収層５に入射す
るように形成する。傾斜角は、例えば、１５〜３５度の
範囲で適宜好適な値を設定すればよい。なお、所定の結
晶面が露出するようにして傾斜部１９を形成すれば、傾
斜角を精度の高く且つ容易に設定することが可能とな
る。

【００７２】なお、説明の簡略化のため、第１の実施形
態に係る受光素子と同じ構成要素には、同じ符号を付し
ており、ここではその説明を省略する。

【００７３】第２の実施形態に係る受光素子では、第１
主面２に垂直に入射した入射光１８は、光入射部１０か
ら半導体基板１に対して垂直に入射した後、傾斜部１９
で反射されて光吸収層５に入射する。

【００７４】第２の実施形態に係る受光素子は、第１の
実施形態に係る受光素子とは異なり、受光素子の実装形
態に応じて垂直入射がより適した場合に用いることがで
きる。なお、第２の実施形態に係る受光素子は、第１の
実施形態に係る受光素子と同様に、入射光１８がフィル
タ層３を２回透過するので、実質的に２倍の厚さのフィ
ルタ層を透過する効果があることはいうまでもない。

【００７５】（第３の実施形態）次に、図５を参照しな
がら、本発明の第３の実施形態に係る受光素子を説明す
る。尚、図５（ａ）は、第３の実施形態に係る受光素子
の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＸ
−Ｘ線に沿う断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）
におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

【００７６】第３の実施形態に係る受光素子が、第１の
実施形態に係る受光素子と異なる点は、図５（ｃ）に示
すように、半導体基板１の第１主面２上にフィルタ層３
が形成されているのではなく、半導体基板１の第２主面
１６上にフィルタ層２１が形成され、フィルタ層２１の
上に反射膜１７が形成されている点である。また、キャ
リア阻止層は形成されていない。

【００７７】なお、説明の簡略化のため、第１の実施形
態に係る受光素子と同じ構成要素には、同じ符号を付し
ており、ここではその説明を省略する。

【００７８】第３の実施形態に係る受光素子は、第１の
実施形態に係る受光素子と同様に、入射光１８は半導体
基板１の第２主面１６で反射する前後の２回、フィルタ
層２１を透過する。すなわち、入射光１８が透過するフ
ィルタ層２１の厚さを実質的に２倍の厚さとすることが
できる。

【００７９】また、入射光１８は半導体基板１の第１主
面２側に形成された光入射部１０から入射するので、表
面入射型である。さらに、フィルタ層２１は半導体基板
１の第２主面１６上にあるので、光吸収層５の上にワイ
ドバンドギャップ層６を積層した受光部を不純物拡散に
よって形成したプレーナ型ｐｉｎフォトダイオードとす
ることも容易であり、不純物拡散の深さは従来のｐｉｎ
フォトダイオードと同等である。さらに、第３の実施形
態に係る受光素子では、半導体基板１そのものが、フィ
ルタ層２１で生成されたキャリアが光吸収層５に流入す
るのを防ぐ役割をしているので、特にキャリア阻止層を
設ける必要はない。

【００８０】なお、第３の実施形態に係る受光素子と第
１の実施形態に係る受光素子を組合せた構成、すなわち
半導体基板１の第１主面２上と第２主面１６上にともに
フィルタ層を形成するということも可能である。この構
造では、上下のフィルタ層を２回ずつ、即ち４回フィル
タ層を透過させることができるので、フィルタ層の厚さ
を実質的に４倍の厚さとすることができ、実質的に４倍
の感度比を得ることができる。フィルタ層となるＩｎＧ
ａＡｓＰ層を厚くエピタキシャル成長させると組成の変
動を生じやすいことは前述の通りだが、半導体基板１の
第１主面２上と第２主面１６上であれば、それぞれ厚さ
２．３μｍのフィルタ層を形成することは容易である。
この場合、入射光は厚さ約９．２μｍのフィルタ層を透
過することになり、波長１．５５μｍの信号光と波長
１．３μｍの信号光の感度比として約４０ｄＢを得るこ
とができる。

【００８１】（第４の実施形態）次に、図６を参照しな
がら、本発明の第４の実施形態に係る受光素子を説明す
る。尚、図６（ａ）は、第４の実施形態に係る受光素子
の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＸ
−Ｘ線に沿う断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）
におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

【００８２】第４の実施形態に係る受光素子が、第３の
実施形態に係る受光素子と異なる点は、図６（ｃ）に示
すように、半導体基板１の第１主面２に傾斜部２２を有
する凹部が形成された点である。

【００８３】なお、説明の簡略化のため、第３の実施形
態に係る受光素子と同じ構成要素には、同じ符号を付し
ており、ここではその説明を省略する。

【００８４】また、光入射部１０は傾斜部２２に形成さ
れており、光入射部１０から入射した入射光１８は傾斜
部２２で屈折されてから半導体基板１に入射した後、第
２主面１６で反射されて光吸収層５に入射する。第３の
実施形態に係る受光素子のように、傾斜部２２がなく、
第１主面２と第２主面１６とが平行な構造の受光素子の
場合においては、入射光１８を光吸収層５に入射させる
ためには入射光１８を斜めに入射する必要がある。しか
し、第４の実施形態に係る受光素子のように第２主面１
６に傾斜部２２を形成しておき、傾斜部２２で入射光１
８を屈折するようにすれば、第１主面２に垂直に入射し
た入射光１８を光吸収層５に入射させることができる。
なお、第４の実施形態に係る受光素子は、第３の実施形
態に係る受光素子と同様に、入射光１８がフィルタ層２
１を２回透過するので、実質的に２倍の厚さのフィルタ
層を透過する効果があることは言うまでもない。

【００８５】（第５の実施形態）次に、図７を参照しな
がら、本発明の第５の実施形態に係る受光素子を説明す
る。尚、図７（ａ）は、第５の実施形態に係る受光素子
の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＸ
−Ｘ線に沿う断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）
におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。ここで、図７
（ｄ）は、半導体基板１を裏面からみた場合の傾斜部１
９の箇所を形状を示す裏面図である。

【００８６】第５の実施形態に係る受光素子が、第１の
実施形態に係る受光素子と異なる点は、図７（ｃ）に示
すように、光入射部２３が半導体基板１の第２主面１６
上に形成されるとともに、第１主面２上のキャリア阻止
層４上には第２の反射膜２４が形成された点である。な
お、第２主面１６において、光入射部２３が形成された
部分には反射膜１７は形成されていない。

【００８７】なお、説明の簡略化のため、第１の実施形
態に係る受光素子と同じ構成要素には、同じ符号を付し
ており、ここではその説明を省略する。

【００８８】第５の実施形態に係る受光素子によると、
第２主面１６上に形成された光入射部２３から入射した
入射光は、第１主面２上の反射膜２４で反射され、さら
に第２主面１６上の反射膜１７で反射された後に光吸収
層５に入射する。この場合、入射光１８は光吸収層５に
達するまでにフィルタ層３を３回透過することになる。
例えばフィルタ層３の厚さを２．３μｍとしておけば、
入射光１８は厚さ６．９μｍのフィルタ層を透過するこ
とになり、波長１．５５μｍの信号光と波長１．３μｍ
の信号光の感度比として３０ｄＢを得ることができる。
この構成は、特に裏面入射型が望ましい受光素子の場合
において有効であり、入射光１８が透過するフィルタ層
３の厚さを実質的に３倍の厚さとすることができる。

【００８９】なお、光入射部２３と光吸収層５の距離を
大きくし、反射膜２４の大きさを大きく若しくは反射膜
２４を複数設けることにより、フィルタ層を５回、また
は２ｎ＋１（ｎは２以上の自然数）回透過する構成の受
光素子を実現できる。また、光入射部２４を半導体基板
１の第１主面２側に形成する構成の表面入射型の受光素
子とすることにより、入射光１８が光吸収層５に達する
までに４回、または２ｎ（ｎは２以上の自然数）回フィ
ルタ層を透過する構成の受光素子を実現できる。

【００９０】（第６の実施形態）次に、図８を参照しな
がら、本発明の第６の実施形態に係る受光素子を説明す
る。尚、図８（ａ）は、第６の実施形態に係る受光素子
の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＸ
−Ｘ線に沿う断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）
におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

【００９１】図８（ｂ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ
よりなる半導体基板２５の第１主面２６上に、吸収端波
長が１．４μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるフィルタ
層２７及びｎ型ＩｎＰよりなるキャリア阻止層２８が積
層された２つの島、第１メサ２９及び第２メサ３０が形
成されている。第１メサ２９上に島状の低濃度ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓよりなる光吸収層３１及び低濃度ｎ型ＩｎＰよ
りなるワイドバンドギャップ層３２が積層されている。
ワイドバンドギャップ層３２の中央部には、Ｚｎ等のｐ
型不純物が拡散された拡散領域３３があり、第１メサ２
９をなすキャリア阻止層２８上にｎ側電極３４、拡散領
域３３上にｐ側電極３５が形成されている。ｎ側電極３
４は、第１のメサ２９上を占めるように形成されてい
る。

【００９２】また、図８（ａ）、（ｃ）に示すように、
第１メサ２９において、光吸収層３１と離してキャリア
阻止層２８上に光入射部３６が形成され、光入射部３６
の内側にはＳｉＮよりなる反射防止膜３７が堆積されて
いる。

【００９３】さらに、図８（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、露出した半導体層表面は、周辺部のスクライブレー
ン３８を除いてＳｉＮとＳｉＯ₂が積層された絶縁膜３
９によって覆われており、第２メサ３０上に絶縁膜３９
を介して形成されたパッド４０はｐ側電極３５と配線４
１によって接続されている。ｎ側電極３４、ｐ側電極３
５、パッド４０及び配線４１は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕの積層金属膜よりなっており、１回の蒸着、リフトオ
フ工程で一括して形成することも可能である。

【００９４】また、半導体基板２５の第２主面４２に
は、光を反射する反射膜４３が形成されている。反射膜
４３は金属膜のみで構成してもよいが、誘電体と金属、
例えばＳｉＮとＡｌの積層構造とすれば、より高い反射
率を得ることができる。

【００９５】第６の実施形態に係る受光素子は、第１の
実施形態に係る受光素子と同様に、入射光４４は基板２
５に入射する前と光吸収層３１に入射する前の２回、フ
ィルタ層２７を透過する。すなわち、入射光４４が透過
するフィルタ層２７の厚さを実質的に２倍の厚さとする
ことができる。また、フィルタ層２７と光吸収層３１の
間にフィルタ層２７よりも禁制帯幅の大きい材料よりな
るキャリア阻止層２８が挿入されているので、フィルタ
層２７で生成されたキャリアが光吸収層３１に流入して
感度比が低下することもない。

【００９６】なお、入射光４４は半導体基板２５の第１
主面２６側に形成された光吸収層３１に直接入射しない
が、光入射部３６は第１主面２６側にあるので、第６の
実施形態に係る受光素子は表面入射型である。また、第
６の実施形態に係る受光素子は、光吸収層３１の上にワ
イドバンドギャップ層３２を積層して受光部を不純物拡
散によって形成したプレーナ型のものであり、フィルタ
層２７は光吸収層３１と半導体基板２５の間にあるの
で、不純物拡散の深さは第１の実施形態に係る受光素子
と同等である。さらに、半導体基板２５の第１主面２６
側にｐ側及びｎ側電極が共に形成されているので、容易
にフリップチップボンディングすることができる。

【００９７】以上の効果は第１の実施形態に係る受光素
子と同様であるが、さらに第６の実施形態に係る受光素
子は、半絶縁性の半導体基板２５を用いてｐ側電極３５
のパッド４０の部分と光吸収層３１の部分とがメサ状
（島状）に分離されている。分離されていない場合は、
ｎ型基板を用い絶縁膜を介してｐ側電極のパッドを形成
することになるので、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌ
ａｔｏｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造となり、
パッド容量として素子容量に付加されることになり、そ
のパッド容量が受光素子全体として影響を及ぼす場合が
ある。これに対し、第６の実施形態に係る受光素子で
は、ｎ側電極３４が形成されたｎ型層（第１メサ２９）
とは別のメサ（第２メサ３０）上にパッド４０を形成す
るので、パッド容量が素子容量に付加されないという独
自の効果を有する。

【００９８】なお、第６の実施形態に係る受光素子にお
いて、ｐ側電極３５をリング状ではなく円形として、光
吸収層３１上部からの入射光を遮光している。これは入
射光４４の散乱光が光吸収層３１の上部から入射して感
度比を劣化させるのを防ぐためである。しかし、検査工
程で光吸収層３１の上部から直接入射光を入射する場合
には、ｐ側電極３５をリング状としてもよい。また、第
６の実施形態に係る受光素子ではｎ側電極３４はキャリ
ア阻止層２８上に形成されているが、これをフィルタ層
２７上に形成してもよい。フィルタ層２７はキャリア阻
止層２８よりも禁制帯幅が小さく、この上にｎ側電極を
形成した方がコンタクト抵抗を低減できる場合がある。
また、パッド４０はフィルタ層２７のみからなる第２メ
サ３０上に形成してもよく、半導体基板２５上に形成し
てもよい。ただし、いずれの場合も絶縁膜３９を介した
方が望ましい。これは半絶縁性基板であっても多少の導
電性はあり、半導体層上に直接パッド４０を形成すると
ｎ側電極との間にリーク電流が発生するからである。

【００９９】（第７の実施形態）第７の実施形態では、
本発明の第１の実施形態に係る受光素子を光学部材と電
気的あるいは光学的に実装した受光素子実装体につい
て、図９を参照しながら説明する。尚、図９は、本発明
の第７の実施形態に係る受光素子実装体の断面図であ
る。

【０１００】石英ガラスあるいはＳｉ、ＧａＡｓ等の半
導体よりなる実装基板４５にはガイド溝４６が形成され
ており、ガイド溝４６に光ファイバ４７が載置されてい
る。ガイド溝４６は、樹脂（図示せず）によって埋め込
まれる。

【０１０１】光ファイバ４７を斜めに切断するように実
装基板４５にスリット４８が形成され、このスリット４
８に反射板４９が挿入されている。また、実装基板４５
の表面には、ガイド溝４６を跨いで受光素子５０がフリ
ップチップボンディングされている。受光素子５０は、
受光素子５０の光入射部５１を実装基板４５に向けてボ
ンディングされている。

【０１０２】光ファイバ４７を紙面右方向から伝搬して
きた入射光５２は、反射板４９によって反射されて、受
光素子５０の光入射部５１に入射する。受光素子５０に
入射した入射光５２は、第１の実施の形態で説明したよ
うに、半導体基板の第２主面で反射されて光吸収層に入
射する。従って、入射光５２は半導体基板に入射する前
と光吸収層に入射する前の２回、フィルタ層を透過す
る。すなわち、入射光５２が透過するフィルタ層の厚さ
を実質的に２倍の厚さとすることができる。

【０１０３】第７の実施形態に係る受光素子実装体で
は、受光素子５０を実装基板４５にフリップチップボン
ディングしているので、ワイヤボンディングした場合と
比較してワイヤに伴う寄生容量が低減され、高速動作が
可能になる。特に、実装基板をガラス等の誘電体あるい
は半絶縁性の半導体基板とすると、寄生容量低減の効果
が大きくなる。また、光入射部に斜め入射する受光素子
を用いることにより、実装基板４５側からの入射光５２
を直接受光素子５０の光入射部５１に入射して光学結合
するので、受光素子５０を実装基板４５にボンディング
した時点で光学結合も完了し、これにより、光学結合の
ための実装工程が不要になる。

【０１０４】さらに、図示していないが、光ファイバ４
７の出射側（図９における光ファイバ４７の左端側）に
半導体レーザを置き、反射板４９をハーフミラーとすれ
ば、容易に受光発光モジュールとすることができる。

【０１０５】なお、受光素子５０は、第２〜第６の実施
形態に係る受光素子としてもよいが、図９に示すように
光入射部５１に斜め入射する場合は、第３、第５及び第
６の実施形態に係る受光素子が好ましく、光入射部５１
に垂直に入射する場合、すなわち反射板４９を入射光５
２の進行方向に対して４５度の角度となるように設けた
場合は、第２及び第４の実施形態に係る受光素子が好ま
しい。

【０１０６】

【発明の効果】本発明の受光素子によれば、光入射部か
ら入射した入射光が第１主面若しくは第２主面で反射さ
れて光吸収層に入射するまでに、その入射光は半導体基
板と光吸収層との間に形成されたフィルタ層を２回以上
透過するので、入射光がフィルタ層を１回透過する構造
の受光素子に対して、フィルタ層の厚さを実質的に２倍
以上とすることができる。その結果、長波長（１．５５
μｍ）側の信号光と短波長（１．３μｍ）側の信号光の
感度比として例えば２０ｄＢ以上を得ることができる。

【０１０７】一方、本発明の受光素子実装体によれば、
受光素子を実装基板に容易にフリップチップボンディン
グできるので、ワイヤボンディングした場合と比較して
実装に伴う寄生容量が低減され、高速動作が可能になる
上に、ボンディングした時点で光学結合も完了するので
光学結合のための実装工程が不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る受光素子
の平面図 （ｂ）（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図 （ｃ）（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図

【図２】波長とＩｎＧａＡｓＰの吸収との関係を示すグ
ラフである。

【図３】各層のバンドギャップを示すグラフである。

【図４】（ａ）本発明の第２の実施形態に係る受光素子
の平面図 （ｂ）（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図 （ｃ）（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図 （ｄ）本実施形態の受光素子の裏面の一部を示す裏面図

【図５】（ａ）本発明の第３の実施形態に係る受光素子
の平面図 （ｂ）（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図 （ｃ）（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図

【図６】（ａ）本発明の第４の実施形態に係る受光素子
の平面図 （ｂ）（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図 （ｃ）（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図

【図７】（ａ）本発明の第５の実施形態に係る受光素子
の平面図 （ｂ）（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図 （ｃ）（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図 （ｄ）本実施形態の受光素子の裏面の一部を示す裏面図

【図８】（ａ）本発明の第６の実施形態に係る受光素子
の平面図 （ｂ）（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図 （ｃ）（ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図

【図９】本発明の第７の実施形態に係る受光素子実装体
の断面図

【図１０】従来の長波長パスバンド特性のｐｉｎフォト
ダイオードの断面図

【符号の説明】

１、２５ 半導体基板 ２、２６ 第１主面 ３、２１、２７ フィルタ層 ４、２８ キャリア阻止層（バッファ層） ５、３１ 光吸収層 ６、３２ ワイドバンドギャップ層（窓層） ７、３３ 拡散領域 ８、３４ ｎ側電極 ９、３５ ｐ側電極 １０、２３、３６、５１ 光入射部 １１、３７ 反射防止膜 １２、３８ スクライブレーン １３、３９ 絶縁膜 １４、４０ パッド（パッド電極） １５、４１ 配線 １６、４２ 第２主面 １７、２０、２４、４３ 反射膜 １８、４４、５２ 入射光 １９、２２ 傾斜部 ２９ 第１メサ ３０ 第２メサ ４５ 実装基板 ４６ ガイド溝 ４７ 光ファイバ ４８ スリット ４９ 反射板 ５０ 受光素子

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の第１主面上に形成されたフィルタ層
   と、 前記フィルタ層上に島状に形成された光吸収層と、 前記フィルタ層上の前記光吸収層が形成されていない部
   分に形成された光入射部とを有し、 前記フィルタ層の吸収端波長は、前記半導体基板の吸収
   端波長よりも長く、前記光吸収層の吸収端波長よりも短
   いことを特徴とする受光素子。
2. 【請求項２】 前記半導体基板の第２主面に反射膜が形
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の受光素
   子。
3. 【請求項３】 前記フィルタ層と前記光吸収層との間に
   形成された、前記フィルタ層よりも禁制帯幅の大きい材
   料よりなるキャリア阻止層と、 前記光吸収層の上に形成され、不純物拡散領域を有する
   ワイドバンドキャップ層とを有することを特徴とする請
   求項１に記載の受光素子。
4. 【請求項４】 前記半導体基板、前記フィルタ層及び前
   記キャリア阻止層が第１導電型であり、 前記不純物拡散領域が第２導電型であり、 前記半導体基板、前記フィルタ層および前記キャリア阻
   止層の少なくとも１つの上に形成された第１電極と、 前記不純物拡散領域上に形成された第２電極と、 前記半導体基板、前記フィルタ層および前記キャリア阻
   止層の少なくとも一つの上に、絶縁膜を介して形成され
   たパッド部と、 前記第２電極と前記パッド部とを電気接続する配線とを
   有することを特徴とする請求項３に記載の受光素子。
5. 【請求項５】 前記半導体基板に入射した入射光を反射
   して、前記入射光を前記光吸収層に入射させる傾斜部
   が、前記半導体基板の第２主面に形成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の受光素子。
6. 【請求項６】 半導体基板と、 前記半導体基板の第２主面上に形成されたフィルタ層
   と、 前記半導体基板の第１主面上に島状に形成された光吸収
   層と、 前記第１主面上の前記光吸収層が形成されていない部分
   に形成された光入射部とを有し、 前記フィルタ層の吸収端波長は、前記半導体基板の吸収
   端波長よりも長く、前記光吸収層の吸収端波長よりも短
   いことを特徴とする受光素子。
7. 【請求項７】 前記光吸収層の上に、不純物拡散領域を
   有するワイドバンドギャップ層が形成されていることを
   特徴とする請求項６に記載の受光素子。
8. 【請求項８】 前記半導体基板の第１主面に傾斜部を有
   しており、光入射部が前記傾斜部にあることを特徴とす
   る請求項７に記載の受光素子。
9. 【請求項９】 前記光入射部から入射した光が、前記光
   吸収層に入射するまでに前記フィルタ層を少なくとも２
   回透過することを特徴とする請求項１ないし請求項８の
   いずれかに記載の受光素子。
10. 【請求項１０】 半導体基板と、 前記半導体基板の第１主面側もしくは第２主面側に形成
    されたフィルタ層と、 前記半導体基板の前記第１主面側に島状に形成された光
    吸収層と、 前記半導体基板の前記第１主面側に形成された反射膜
    と、 前記半導体基板の前記第２主面側に形成された光入射部
    とを有し、 前記フィルタ層の吸収端波長は、前記半導体基板の吸収
    端波長よりも長く、前記光吸収層の吸収端波長よりも短
    いことを特徴とする受光素子。
11. 【請求項１１】 前記光入射部から入射した光が、前記
    光吸収層に入射するまでに前記フィルタ層を少なくとも
    ３回透過することを特徴とする請求項１０に記載の受光
    素子。
12. 【請求項１２】 前記フィルタ層及び前記キャリア阻止
    層が単数もしくは複数の島状に形成されており、 前記半導体基板が半絶縁性であり、 前記フィルタ層及び前記キャリア阻止層が第１導電型で
    あり、 前記不純物拡散領域が第２導電型であり、 前記光吸収層を有する島における前記フィルタ層もしく
    は前記キャリア阻止層の上に形成された第１電極と、 前記不純物拡散領域上に形成された第２電極と、 前記半導体基板上、あるいは前記第１電極が形成された
    島以外の島をなす前記フィルタ層もしくは前記キャリア
    阻止層上に形成されたパッド部と、 前記第２電極と前記パッド部とを電気接続する配線とを
    有することを特徴とする請求項３に記載の受光素子。
13. 【請求項１３】 半導体基板と光吸収層の間に形成され
    たフィルタ層を有する受光素子であって、 前記半導体基板の第１主面側から入射した光が、前記半
    導体基板の第２主面で反射して前記光吸収層に吸収され
    るまでに前記フィルタ層を少なくとも２回以上透過する
    ことを特徴とする受光素子。
14. 【請求項１４】 前記フィルタ層の吸収端波長が、前記
    半導体基板の吸収端波長よりも長く前記光吸収層の吸収
    端波長よりも短いことを特徴とする請求項１３に記載の
    受光素子。
15. 【請求項１５】 実装基板と、前記実装基板内に形成さ
    れた光導波路と、前記光導波路を伝搬する入射光の進路
    を前記実装基板の表面方向に偏向させる偏向素子と、前
    記実装基板に配置された受光素子とを有する受光素子実
    装体であって、前記受光素子は、 半導体基板と、 前記半導体基板の第１主面側および第２主面側の少なく
    とも一方の側に形成されたフィルタ層と、 前記半導体基板の前記第１主面側に島状に形成された光
    吸収層と、 前記半導体基板の前記第１主面側に形成された光入射部
    とを有し、 前記受光素子は前記光入射部が形成された第１主面側を
    実装基板に向けて配置されていることを特徴とする受光
    素子実装体。
16. 【請求項１６】 前記光導波路が、前記実装基板上に形
    成された溝に埋め込まれた光ファイバであり、 前記偏向素子が、前記光ファイバを切断するように前記
    実装基板上に形成されたスリットに挿入された反射板で
    あり、 前記受光素子が、前記溝を跨いで前記実装基板に配置さ
    れていることを特徴とする請求項１５記載の受光素子実
    装体。