JP2011253987A - 半導体受光素子及び光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】戻り光不良を防ぐことができる半導体受光素子を得る。
【解決手段】ｎ型ＩｎＰ基板３２は、互いに対向する表面と裏面を有する。ｎ型ＩｎＰ基板３２の表面上にｎ型ＩｎＧａＡｓ層３４が設けられている。このｎ型ＩｎＧａＡｓ層３４は、ｎ型ＩｎＰ基板３２のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ。ｎ型ＩｎＧａＡｓ層３４上にｎ型ＩｎＰ層３６が設けられている。ｎ型ＩｎＰ層３６の一部にｐ型領域４０が設けられている。ｎ型ＩｎＰ層３６にカソード電極４２が接続され、ｐ型領域４０にアノード電極４４が接続されている。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面上に低反射膜４６が設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面が入射光の受光面である。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面には、低反射膜４６よりも入射光に対する反射率が高い物質又は構造が設けられていない。
【選択図】図３

Description

本発明は、戻り光不良を防ぐことができる半導体受光素子及び光モジュールに関する。
光通信に用いられる光モジュールにおいて、レーザダイオードなどの半導体発光素子の背面に、半導体発光素子の発光量をモニタする半導体受光素子が配置されている（例えば、特許文献１の段落０００７参照）。
特開２０００−３６６１５号公報
従来の半導体受光素子は、入射光の受光面に集光レンズや電極などが設けられていた。これらの集光レンズや電極などで入射光が反射し、この反射光が半導体発光素子へ戻る。この反射光が入射光と干渉したり、半導体発光素子のモニタ電流が減少したりという問題があった（戻り光不良）。
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、その目的は戻り光不良を防ぐことができる半導体受光素子及び光モジュールを得るものである。
本発明に係る半導体受光素子は、互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の前記第１の主面上に設けられ、前記半導体基板のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ第１導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に設けられた第１導電型の第２の半導体層と、前記第２の半導体層の一部に設けられた第２導電型の半導体領域と、前記第２の半導体層に接続された第１の電極と、前記半導体領域に接続された第２の電極と、前記半導体基板の前記第２の主面上に設けられた低反射膜とを備え、前記半導体基板の前記第２の主面が入射光の受光面であり、前記半導体基板の前記第２の主面には、前記低反射膜よりも前記入射光に対する反射率が高い物質又は構造が設けられていない。
本発明により、戻り光不良を防ぐことができる。
実施の形態１に係る光モジュールを示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体受光素子用の台座を示す上面図である。 実施の形態１に係る半導体受光素子を示す断面図である。 比較例に係る光モジュールを示す断面図である。 比較例１に係る裏面入射型の半導体受光素子を示す断面図である。 比較例２に係る表面入射型の半導体受光素子を示す断面図である。 比較例２に係る半導体受光素子用の台座を示す上面図である。 実施の形態２に係る半導体受光素子を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体受光素子を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体受光素子を示す断面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体受光素子及び光モジュールについて図面を参照して説明する。同じ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。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光モジュールを示す断面図である。ステム１０上に台座１２，１４が実装されている。台座１２の側面に半導体発光素子１６が接合されている。台座１４上に、レーザダイオードなどの半導体受光素子１８が接合されている。この半導体受光素子１８は、半導体発光素子１６の背面に配置され、半導体発光素子１６の背面から出射された背面光を入射光として受光する。リードピン２０，２２がステム１０を貫通している。
図２は、実施の形態１に係る半導体受光素子用の台座を示す上面図である。台座１４の上面には配線２４，２６が設けられている。この配線２４，２６は、それぞれワイヤ２８，３０によりリードピン２０，２２に接続されている。
図３は、実施の形態１に係る半導体受光素子を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板３２は、互いに対向する表面（第１の主面）と裏面（第２の主面）を有する。ｎ型ＩｎＰ基板３２の表面上にｎ型ＩｎＧａＡｓ層３４が設けられている。このｎ型ＩｎＧａＡｓ層３４は、ｎ型ＩｎＰ基板３２のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ。
ｎ型ＩｎＧａＡｓ層３４上にｎ型ＩｎＰ層３６が設けられている。ｎ型ＩｎＰ層３６の一部にｐ型領域３８，４０が設けられている。
ｎ型ＩｎＰ層３６及びｐ型領域３８にカソード電極４２が接続され、ｐ型領域４０にアノード電極４４が接続されている。カソード電極４２及びアノード電極４４は、Ｔｉ膜と、その上に形成されたＡｕ膜とからなる。半導体受光素子１８のカソード電極４２及びアノード電極４４は、それぞれ配線２４，２６に半田により接続されている。
なお、ｐ型領域３８は無くてもよい。ただし、ｐ型領域３８を設け、カソード電極４２で周囲のｎ型ＩｎＰ層３６とショートさせて同電位とすることで、応答の遅いキャリアを消滅できるため、応答速度が速くなる。
ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面上に、ＳｉＮからなる低反射膜４６が設けられている。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面が入射光の受光面である。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面には、集光レンズや電極や段差など、低反射膜４６よりも入射光に対する反射率が高い物質又は構造が設けられていない。
本実施の形態の効果について比較例と比較して説明する。図４は、比較例に係る光モジュールを示す断面図である。比較例では、戻り光不良を防ぐために、台座１４の上面が斜めにカットされている。一方、本実施の形態では、半導体受光素子１８に戻り光不良対策がなされているため、台座１４を斜めにカットする必要がない。従って、製造コストを低減できる。
図５は比較例１に係る裏面入射型の半導体受光素子を示す断面図である。比較例１では、受光面であるｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面上に遮光マスク４８と集光レンズ５０が設けられている。遮光マスク４８により受光部を外れた入射光が反射され、応答の遅い成分をカットできる。従って、応答速度を追及する用途であれば有用である。しかし、半導体発光素子１６のモニタに使用する場合には戻り光不良が問題となる。一方、本実施の形態では、受光面に遮光マスク４８や集光レンズ５０が設けられていないため、戻り光不良を防ぐことができる。
図６は比較例２に係る表面入射型の半導体受光素子を示す断面図である。比較例２では、受光面であるｐ型領域４０上にリング状のアノード電極４４が設けられている。このアノード電極４４により入射光が反射されるため、戻り光不良が問題となる。一方、本実施の形態では、受光面に電極が設けられていないため、戻り光不良を防ぐことができる。また、受光面に電極が無いため、表面入射型より受光部を広く取ることができ、モニタ電流を増やすことができる。
図７は比較例２に係る半導体受光素子用の台座を示す上面図である。比較例２では、半導体受光素子１８上のアノード電極４４と台座１４上の配線２６とをワイヤ５２で接続する必要がある。一方、本実施の形態では、半導体受光素子１８のカソード電極４２及びアノード電極４４を台座１４上の配線２４，２６に半田付けするだけでチップの組立が完成するので、半導体受光素子１８へのワイヤボンド工程が不要である。また、ワイヤボンドによる半導体受光素子１８の破壊が無い。
以上説明したように、本実施の形態では、受光面であるｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面上に、遮光マスクや集光レンズや段差など、低反射膜４６よりも入射光に対する反射率が高い物質又は構造が設けられていない。従って、戻り光不良を防ぐことができる。
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る半導体受光素子を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面は曲面である。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面で反射されて半導体受光素子に戻る反射光が更に小さくなるため、戻り光不良を更に確実に防ぐことができる。
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る半導体受光素子を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面は、斜めにカットされて、入射光の入射方向に対して傾いている。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面で反射されて半導体受光素子に戻る反射光が更に小さくなるため、戻り光不良を更に確実に防ぐことができる。
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る半導体受光素子を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面は、ｎ型ＩｎＰ基板３２の表面やｎ型ＩｎＰ層３６の表面などに比べて荒れている。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板３２の裏面で反射されて半導体受光素子に戻る反射光が更に小さくなるため、戻り光不良を更に確実に防ぐことができる。
１４ 台座
１６ 半導体発光素子
１８ 半導体受光素子
２４ 配線（第１の配線）
２６ 配線（第２の配線）
３２ ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）
３４ ｎ型ＩｎＧａＡｓ層（第１の半導体層）
３６ ｎ型ＩｎＰ層（第２の半導体層）
４０ ｐ型領域（半導体領域）
４２ カソード電極（第１の電極）
４４ アノード電極（第２の電極）
４６ 低反射膜

Claims (6)

  1. 互いに対向する第１の主面と第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板の前記第１の主面上に設けられ、前記半導体基板のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを持つ第１導電型の第１の半導体層と、
    前記第１の半導体層上に設けられた第１導電型の第２の半導体層と、
    前記第２の半導体層の一部に設けられた第２導電型の半導体領域と、
    前記第２の半導体層に接続された第１の電極と、
    前記半導体領域に接続された第２の電極と、
    前記半導体基板の前記第２の主面上に設けられた低反射膜とを備え、
    前記半導体基板の前記第２の主面が入射光の受光面であり、
    前記半導体基板の前記第２の主面には、前記低反射膜よりも前記入射光に対する反射率が高い物質又は構造が設けられていないことを特徴とする半導体受光素子。
  2. 前記半導体基板の前記第２の主面は曲面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
  3. 前記半導体基板の前記第２の主面は前記入射光の入射方向に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
  4. 前記半導体基板の前記第２の主面は前記第１の主面に比べて荒れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
  5. 半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子の背面に配置され、前記半導体発光素子の背面から出射された背面光を前記入射光として受光する請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体受光素子とを備えることを特徴とする光モジュール。
  6. 前記半導体受光素子の前記第１の電極及び前記第２の電極にそれぞれ接続された第１の配線及び第２の配線を有する台座を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
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