JP2002033503A - 半導体受光素子 - Google Patents
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長波長側の光を選択的に受光する受光素子に
おいて、安価でかつ特性の良好な受光素子を提供する。 【解決手段】 長波長側の光Ａと短波長側の光Ｂとを含
む多重光から長波長側の光を選択的に受光する半導体受
光素子１０であって、屈折率の異なる物質を交互に積層
してなり、長波長側の光を透過しかつ短波長側の光を反
射するように各層の厚さおよび層数が設計された多層膜
２２と、長波長側の光よりも長いバンドギャップ波長を
有する材料で構成された第１光吸収層１４とを具えてい
る。
おいて、安価でかつ特性の良好な受光素子を提供する。 【解決手段】 長波長側の光Ａと短波長側の光Ｂとを含
む多重光から長波長側の光を選択的に受光する半導体受
光素子１０であって、屈折率の異なる物質を交互に積層
してなり、長波長側の光を透過しかつ短波長側の光を反
射するように各層の厚さおよび層数が設計された多層膜
２２と、長波長側の光よりも長いバンドギャップ波長を
有する材料で構成された第１光吸収層１４とを具えてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信に使用し
て好適な、光を高速で光電変換する半導体受光素子に関
し、多重光通信（特に２波長）において、長波長側の光
の信号を選択的に取り出すことのできる半導体受光素子
に関する。
て好適な、光を高速で光電変換する半導体受光素子に関
し、多重光通信（特に２波長）において、長波長側の光
の信号を選択的に取り出すことのできる半導体受光素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信、特に平面実装光モジュールの光
信号として、一般的に波長が１．３μｍおよび１．５５
μｍの光が用いられている。そして、光集積回路におい
ては、この１．３μｍおよび１．５５μｍの光信号が多
重光の状態で存在する。よって受光素子としては、１．
３μｍの光信号および１．５５μｍの光信号をそれぞれ
選択的に受光できる素子が必要である。
信号として、一般的に波長が１．３μｍおよび１．５５
μｍの光が用いられている。そして、光集積回路におい
ては、この１．３μｍおよび１．５５μｍの光信号が多
重光の状態で存在する。よって受光素子としては、１．
３μｍの光信号および１．５５μｍの光信号をそれぞれ
選択的に受光できる素子が必要である。
【０００３】従来、波長１．３μｍ（以下、短波長側と
称する。）の光信号を選択的に受光する受光素子とし
て、バンドギャップ波長が１．４μｍ程度のＩｎＧａＡ
ｓＰで構成される光吸収層を具えたものがあった。しか
しながら、光吸収層は一般的に光吸収層のバンドギャッ
プ波長よりも短い波長の光を吸収する特性を有してい
る。よって、１．５５μｍ（以下、長波長側と称す
る。）の光信号のみを選択的に受光できる光吸収層を１
層で構成するのは非常に困難である。
称する。）の光信号を選択的に受光する受光素子とし
て、バンドギャップ波長が１．４μｍ程度のＩｎＧａＡ
ｓＰで構成される光吸収層を具えたものがあった。しか
しながら、光吸収層は一般的に光吸収層のバンドギャッ
プ波長よりも短い波長の光を吸収する特性を有してい
る。よって、１．５５μｍ（以下、長波長側と称す
る。）の光信号のみを選択的に受光できる光吸収層を１
層で構成するのは非常に困難である。
【０００４】したがって、従来、長波長側の光信号を選
択的に受光するには、文献１（１９９８年電子情報通信
学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−８７、
石神良明他「ＰＬＣへのファイバブロック自動取付装
置」）、文献２（１９９８年電子情報通信学会エレクト
ロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−１１０、橋本俊和他
「ＰＬＣプラットフォームを用いた同時送受信用ＷＤＭ
光モジュール」）および文献３（１９９８年電子情報通
信学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−１５
０、前田俊昭他「石英導波路上への誘電体多層膜フィル
タを用いたフィルタ型ＷＤＭ（３）」）にそれぞれ記載
されているように、受光素子に入射する多重光と受光素
子の受光面との間に光フィルタを介在させる方法が用い
られていた。
択的に受光するには、文献１（１９９８年電子情報通信
学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−８７、
石神良明他「ＰＬＣへのファイバブロック自動取付装
置」）、文献２（１９９８年電子情報通信学会エレクト
ロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−１１０、橋本俊和他
「ＰＬＣプラットフォームを用いた同時送受信用ＷＤＭ
光モジュール」）および文献３（１９９８年電子情報通
信学会エレクトロニクスソサイエティ大会Ｃ−３−１５
０、前田俊昭他「石英導波路上への誘電体多層膜フィル
タを用いたフィルタ型ＷＤＭ（３）」）にそれぞれ記載
されているように、受光素子に入射する多重光と受光素
子の受光面との間に光フィルタを介在させる方法が用い
られていた。
【０００５】また、長波長側の光信号を選択的に受光す
る他の方法として、この発明にかかる発明者等は、以
前、文献４（特開２０００−７７７０２号公報）に開示
されている半導体受光素子を提案している。文献４の半
導体受光素子は、多重光の光路中に第１光吸収層と第２
光吸収層とをこの順に具えていて、この第１光吸収層を
１．３μｍよりも長くかつ１．５５μｍよりも短いバン
ドギャップ波長を有する材料（例えばＩｎＧａＡｓＰ）
で構成し、第２光吸収層を、１．５５μｍよりも長いバ
ンドギャップ波長を有する材料（例えばＩｎＧａＡｓ）
で構成している。これにより、まず、第１光吸収層で短
波長側の光を吸収し、この第１光吸収層を透過した長波
長側の光を第２光吸収層で吸収させることができる。
る他の方法として、この発明にかかる発明者等は、以
前、文献４（特開２０００−７７７０２号公報）に開示
されている半導体受光素子を提案している。文献４の半
導体受光素子は、多重光の光路中に第１光吸収層と第２
光吸収層とをこの順に具えていて、この第１光吸収層を
１．３μｍよりも長くかつ１．５５μｍよりも短いバン
ドギャップ波長を有する材料（例えばＩｎＧａＡｓＰ）
で構成し、第２光吸収層を、１．５５μｍよりも長いバ
ンドギャップ波長を有する材料（例えばＩｎＧａＡｓ）
で構成している。これにより、まず、第１光吸収層で短
波長側の光を吸収し、この第１光吸収層を透過した長波
長側の光を第２光吸収層で吸収させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、長波長
側の光を選択的に受光する目的で光フィルタを用いる場
合、光フィルタを挿入するために光集積回路（ＰＬＣ：
Planar Lightwave Circuit）の導波路を削るという加工
の必要があるため光導波路の挿入損失が大きくなる、Ｐ
ＬＣの加工費が嵩む、また、光フィルタは比較的部品コ
ストがかかるといった問題があった。
側の光を選択的に受光する目的で光フィルタを用いる場
合、光フィルタを挿入するために光集積回路（ＰＬＣ：
Planar Lightwave Circuit）の導波路を削るという加工
の必要があるため光導波路の挿入損失が大きくなる、Ｐ
ＬＣの加工費が嵩む、また、光フィルタは比較的部品コ
ストがかかるといった問題があった。
【０００７】また、第１光吸収層および第２光吸収層を
具える受光素子において、長波長側の光に対する短波長
側の光の選択比を、受光素子として希望される選択比と
するためには、第１光吸収層を厚く形成しなければなら
ない。その結果、第１光吸収層と、この第１光吸収層の
上側に形成される層との間の応力が大きくなり、第１光
吸収層の上側に形成される各層には歪みが発生するおそ
れがある。また、第１光吸収層はエピタキシャル成長に
より形成されるが、エピ層の厚さに応じて、受光素子の
コストは高くなる。
具える受光素子において、長波長側の光に対する短波長
側の光の選択比を、受光素子として希望される選択比と
するためには、第１光吸収層を厚く形成しなければなら
ない。その結果、第１光吸収層と、この第１光吸収層の
上側に形成される層との間の応力が大きくなり、第１光
吸収層の上側に形成される各層には歪みが発生するおそ
れがある。また、第１光吸収層はエピタキシャル成長に
より形成されるが、エピ層の厚さに応じて、受光素子の
コストは高くなる。
【０００８】したがって、短波長側の光と長波長側の光
とを含む多重光通信に用いられ、長波長側の光を選択的
に受光する受光素子において、ＰＬＣの導波路を削って
光フィルタを挿入させることなく、安価でかつ特性の良
好な受光素子の出現が望まれていた。
とを含む多重光通信に用いられ、長波長側の光を選択的
に受光する受光素子において、ＰＬＣの導波路を削って
光フィルタを挿入させることなく、安価でかつ特性の良
好な受光素子の出現が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため、この発明によ
れば、半導体受光素子を、長波長側の光および短波長側
の光とを含む多重光から、長波長側の光を選択的に受光
させるため、下記の構成とする。すなわち、この半導体
受光素子は、屈折率の異なる物質を交互に積層して多層
膜を設けてある。そして、この多層膜を、長波長側の光
を透過しかつ短波長側の光を反射するように各層の厚さ
および層数が設計された多層膜と、長波長側の光よりも
長いバンドギャップ波長を有する材料で構成された第１
光吸収層とを具えている。また、多重光が多層膜を介し
て第１光吸収層に入射するような構造を有している。
れば、半導体受光素子を、長波長側の光および短波長側
の光とを含む多重光から、長波長側の光を選択的に受光
させるため、下記の構成とする。すなわち、この半導体
受光素子は、屈折率の異なる物質を交互に積層して多層
膜を設けてある。そして、この多層膜を、長波長側の光
を透過しかつ短波長側の光を反射するように各層の厚さ
および層数が設計された多層膜と、長波長側の光よりも
長いバンドギャップ波長を有する材料で構成された第１
光吸収層とを具えている。また、多重光が多層膜を介し
て第１光吸収層に入射するような構造を有している。
【００１０】この多層膜に長波長側の光と短波長側の光
とからなる多重光が入射されると、短波長側の光は多層
膜で反射され、長波長側の光は多層膜を透過した後、光
吸収層まで到達する。よって、長波長側の光を選択的に
光吸収層で吸収、すなわち受光することができる。これ
により、受光素子と入射する多重光との間に、従来のよ
うな削り加工を必要とする光フィルタの挿入の必要はな
くなる。したがって、光フィルタを設けることによる問
題（ＰＬＣの加工コスト、光フィルタの部品コスト、光
導波路の挿入損失）は回避される。
とからなる多重光が入射されると、短波長側の光は多層
膜で反射され、長波長側の光は多層膜を透過した後、光
吸収層まで到達する。よって、長波長側の光を選択的に
光吸収層で吸収、すなわち受光することができる。これ
により、受光素子と入射する多重光との間に、従来のよ
うな削り加工を必要とする光フィルタの挿入の必要はな
くなる。したがって、光フィルタを設けることによる問
題（ＰＬＣの加工コスト、光フィルタの部品コスト、光
導波路の挿入損失）は回避される。
【００１１】また、このような半導体受光素子におい
て、好ましくは、第１主表面および第２主表面を有する
基板を具えていて、第１光吸収層は基板の第１主表面側
に設けられ、多層膜は基板の第２主表面側に設けられて
いるのがよい。
て、好ましくは、第１主表面および第２主表面を有する
基板を具えていて、第１光吸収層は基板の第１主表面側
に設けられ、多層膜は基板の第２主表面側に設けられて
いるのがよい。
【００１２】また、多重光の受光面を基板の第２主表面
側として、基板の第１主表面を表面と称し、また第２主
表面を裏面と称すると、このような構成の半導体受光素
子は裏面入射型の受光素子と称される。
側として、基板の第１主表面を表面と称し、また第２主
表面を裏面と称すると、このような構成の半導体受光素
子は裏面入射型の受光素子と称される。
【００１３】また、半導体受光素子の構成として、第１
主表面を有する基板を具えていて、多層膜は第１光吸収
層を介して、基板の第１主表面側に設けられている構成
としてもよい。
主表面を有する基板を具えていて、多層膜は第１光吸収
層を介して、基板の第１主表面側に設けられている構成
としてもよい。
【００１４】このような構成の受光素子は、上記裏面入
射型の受光素子に対して表面入射型の受光素子と称され
る。
射型の受光素子に対して表面入射型の受光素子と称され
る。
【００１５】この裏面入射型および表面入射型の受光素
子においては、長波長側の光と短波長側の光とを含む多
重光は、まず、多層膜に入射されて、この多層膜で短波
長側の光が反射される。その後、長波長側の光は、多層
膜を透過した後、基板を通って第１光吸収層に達し、こ
の第１光吸収層で吸収（受光）される。
子においては、長波長側の光と短波長側の光とを含む多
重光は、まず、多層膜に入射されて、この多層膜で短波
長側の光が反射される。その後、長波長側の光は、多層
膜を透過した後、基板を通って第１光吸収層に達し、こ
の第１光吸収層で吸収（受光）される。
【００１６】また、表面入射型あるいは裏面入射型の受
光素子は、受光面をチップサイズにまで大きくすること
ができるので、例えば、モニタフォトダイオード（ＭＰ
Ｄ）のように、入射光が広範囲にわたって広がる場合に
は好適である。
光素子は、受光面をチップサイズにまで大きくすること
ができるので、例えば、モニタフォトダイオード（ＭＰ
Ｄ）のように、入射光が広範囲にわたって広がる場合に
は好適である。
【００１７】また、半導体受光素子の構成として、好ま
しくは、第１主表面および側面を有する基板を具え、第
１光吸収層は基板の第１主表面側に設けられ、多層膜は
基板の側面に設けられているのがよい。さらに、基板に
は、多層膜を透過した光を第１光吸収層に向かって反射
させるようにメサ面が設けられているのが好ましい。
しくは、第１主表面および側面を有する基板を具え、第
１光吸収層は基板の第１主表面側に設けられ、多層膜は
基板の側面に設けられているのがよい。さらに、基板に
は、多層膜を透過した光を第１光吸収層に向かって反射
させるようにメサ面が設けられているのが好ましい。
【００１８】このような構成の受光素子は、端面入射型
といわれる。端面入射型の素子は表面あるいは裏面入射
型の素子よりも高速動作が可能となる。また、基板には
メサ面が設けられているので、多層膜を透過して基板内
に入射した光がメサ面で反射して、この反射光を基板の
第１主表面から第２光吸収層へ入射させる。これによ
り、多重光のうちの短波長側の光は多層膜で反射され
る。この後、長波長側の光のみが第１光吸収層で吸収さ
れる。
といわれる。端面入射型の素子は表面あるいは裏面入射
型の素子よりも高速動作が可能となる。また、基板には
メサ面が設けられているので、多層膜を透過して基板内
に入射した光がメサ面で反射して、この反射光を基板の
第１主表面から第２光吸収層へ入射させる。これによ
り、多重光のうちの短波長側の光は多層膜で反射され
る。この後、長波長側の光のみが第１光吸収層で吸収さ
れる。
【００１９】また、この発明の半導体受光素子として、
第１主表面を有する基板を具えていて、第１光吸収層が
この第１主表面側に設けられ、多層膜は、多層膜を透過
した光が屈折して第１光吸収層に入射するように配置さ
れているような構成としてもよい。このような構成は、
例えば端面入射型の上述とは別の構成例として挙げるこ
とができる。基板の第２主表面にウエットエッチングに
よってＶ溝を形成し、このＶ溝の頂点付近を劈開等（他
にスクライブ、ダイシング、エッチングなどが挙げられ
る。）を行うことでＶ溝のメサ面からなる端面を形成す
る。そしてこの端面を受光面として、多層膜を設けてお
く。これにより、多層膜に入射した多重光のうちの短波
長側の光は多層膜で反射される。そして、多層膜を透過
した光は端面で屈折して基板を通り第１光吸収層に達す
る。この後、第１光吸収層で長波長側の光が吸収され
る。
第１主表面を有する基板を具えていて、第１光吸収層が
この第１主表面側に設けられ、多層膜は、多層膜を透過
した光が屈折して第１光吸収層に入射するように配置さ
れているような構成としてもよい。このような構成は、
例えば端面入射型の上述とは別の構成例として挙げるこ
とができる。基板の第２主表面にウエットエッチングに
よってＶ溝を形成し、このＶ溝の頂点付近を劈開等（他
にスクライブ、ダイシング、エッチングなどが挙げられ
る。）を行うことでＶ溝のメサ面からなる端面を形成す
る。そしてこの端面を受光面として、多層膜を設けてお
く。これにより、多層膜に入射した多重光のうちの短波
長側の光は多層膜で反射される。そして、多層膜を透過
した光は端面で屈折して基板を通り第１光吸収層に達す
る。この後、第１光吸収層で長波長側の光が吸収され
る。
【００２０】また、上述したような構成の半導体受光素
子において、さらに、多重光から短波長側の光を選択的
に吸収する第２光吸収層を具えているのがよい。そし
て、この第２光吸収層は、多層膜を透過した光が第２光
吸収層を介して第１光吸収層に入射するような位置に設
けられているのがよい。
子において、さらに、多重光から短波長側の光を選択的
に吸収する第２光吸収層を具えているのがよい。そし
て、この第２光吸収層は、多層膜を透過した光が第２光
吸収層を介して第１光吸収層に入射するような位置に設
けられているのがよい。
【００２１】また、第２光吸収層は、短波長側の光より
も長くかつ長波長側の光よりも短いバンドギャップ波長
を有する材料で構成するのが好ましい。
も長くかつ長波長側の光よりも短いバンドギャップ波長
を有する材料で構成するのが好ましい。
【００２２】受光素子の特性をさらに向上させるため
に、長波長側の光に対する短波長側の光の選択比を例え
ば−３０ｄＢ程度にするためには、多層膜の厚さを厚く
する必要がある。しかしながら、多層膜が厚すぎると膜
の応力により歪みが発生するため、膜が剥がれたり、リ
ーク電流の増加や透過率の低下といった特性劣化が生じ
るおそれがある。そこで、多層膜の厚さをこのような特
性劣化が生じるおそれのない程度の厚さに形成し、かつ
多層膜を透過した光が第１光吸収層へ至る光路の途中に
第２光吸収層を設ける。この第２光吸収層は、短波長側
の光よりも長く、長波長側の光よりも短いバンドギャッ
プ波長を有しているので、多層膜で反射しきれなかった
短波長側の光をこの層で吸収することができる。一方、
長波長側の光はこの第２光吸収層も透過して、第１光吸
収層へ到達する。
に、長波長側の光に対する短波長側の光の選択比を例え
ば−３０ｄＢ程度にするためには、多層膜の厚さを厚く
する必要がある。しかしながら、多層膜が厚すぎると膜
の応力により歪みが発生するため、膜が剥がれたり、リ
ーク電流の増加や透過率の低下といった特性劣化が生じ
るおそれがある。そこで、多層膜の厚さをこのような特
性劣化が生じるおそれのない程度の厚さに形成し、かつ
多層膜を透過した光が第１光吸収層へ至る光路の途中に
第２光吸収層を設ける。この第２光吸収層は、短波長側
の光よりも長く、長波長側の光よりも短いバンドギャッ
プ波長を有しているので、多層膜で反射しきれなかった
短波長側の光をこの層で吸収することができる。一方、
長波長側の光はこの第２光吸収層も透過して、第１光吸
収層へ到達する。
【００２３】この受光素子においては、多層膜と短波長
側の光を選択的に吸収する第２光吸収層との両方の作用
で長波長側の光を好ましい強度選択比で選択して受光さ
せることができる。よって、多層膜の膜厚および第２光
吸収層の厚さをそれぞれ厚く形成する必要はない。この
ため、各層に歪みが発生するおそれはなくなり、受光素
子のコストの低減も図れる。
側の光を選択的に吸収する第２光吸収層との両方の作用
で長波長側の光を好ましい強度選択比で選択して受光さ
せることができる。よって、多層膜の膜厚および第２光
吸収層の厚さをそれぞれ厚く形成する必要はない。この
ため、各層に歪みが発生するおそれはなくなり、受光素
子のコストの低減も図れる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図を参照してこの発明の実
施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解でき
る程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概
略的に示してあるに過ぎず、したがってこの発明を図示
例に限定するものではない。
施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解でき
る程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概
略的に示してあるに過ぎず、したがってこの発明を図示
例に限定するものではない。
【００２５】＜第１の実施の形態＞以下、図１を参照し
て、この発明の第１の実施の形態の半導体受光素子の構
成につき説明する。図１は、半導体受光素子の概略的な
構成図であり、断面の切り口で示してある。
て、この発明の第１の実施の形態の半導体受光素子の構
成につき説明する。図１は、半導体受光素子の概略的な
構成図であり、断面の切り口で示してある。
【００２６】この半導体受光素子１０は、長波長側の光
Ａと短波長側の光Ｂとを含む多重光通信に用いられる受
光素子であって、その受光面１０ａに入射する多重光の
うち、長波長側の光Ａを選択的に受光する半導体受光素
子である。そして、この受光素子１０は、少なくとも基
板１２と、基板１２の第１主表面１２ａ側に設けられ、
長波長側の光Ａよりも長いバンドギャップ波長を有する
材料で構成された第１光吸収層１４とを具えている。
Ａと短波長側の光Ｂとを含む多重光通信に用いられる受
光素子であって、その受光面１０ａに入射する多重光の
うち、長波長側の光Ａを選択的に受光する半導体受光素
子である。そして、この受光素子１０は、少なくとも基
板１２と、基板１２の第１主表面１２ａ側に設けられ、
長波長側の光Ａよりも長いバンドギャップ波長を有する
材料で構成された第１光吸収層１４とを具えている。
【００２７】この例では、多重光を構成する長波長側の
光Ａを波長１．５５μｍの光とし、短波長側の光Ｂを波
長１．３μｍの光とする。受光素子１０は、ｎ型ＩｎＰ
基板１２と、このｎ型ＩｎＰ基板１２の第１主表面１２
ａに設けられた第１光吸収層１４としてのＩｎＧａＡｓ
層とを具えている。ＩｎＧａＡｓ層１４は、バンドギャ
ップ波長が１．７μｍ程度であるので、波長１．５５μ
ｍの光Ａおよび波長１．３μｍの光Ｂの両方を吸収す
る。また、この受光素子１０においては、ＩｎＧａＡｓ
層１４の上面に、コンタクト層としてのｐ型ＩｎＰ層１
６を設け、このｐ型ＩｎＰ層１６の上面にｐ型電極１８
を設けている。さらに、ｎ型ＩｎＰ基板１２の第１主表
面１２ａのＩｎＧａＡｓ層１４が設けられている領域と
は別の領域にｎ型電極２０を設けている。これにより、
第１光吸収層（ＩｎＧａＡｓ層）１４で吸収された光信
号は光電変換されて、ｐ型電極１８およびｎ型電極２０
から電気信号として取り出される（図１）。
光Ａを波長１．５５μｍの光とし、短波長側の光Ｂを波
長１．３μｍの光とする。受光素子１０は、ｎ型ＩｎＰ
基板１２と、このｎ型ＩｎＰ基板１２の第１主表面１２
ａに設けられた第１光吸収層１４としてのＩｎＧａＡｓ
層とを具えている。ＩｎＧａＡｓ層１４は、バンドギャ
ップ波長が１．７μｍ程度であるので、波長１．５５μ
ｍの光Ａおよび波長１．３μｍの光Ｂの両方を吸収す
る。また、この受光素子１０においては、ＩｎＧａＡｓ
層１４の上面に、コンタクト層としてのｐ型ＩｎＰ層１
６を設け、このｐ型ＩｎＰ層１６の上面にｐ型電極１８
を設けている。さらに、ｎ型ＩｎＰ基板１２の第１主表
面１２ａのＩｎＧａＡｓ層１４が設けられている領域と
は別の領域にｎ型電極２０を設けている。これにより、
第１光吸収層（ＩｎＧａＡｓ層）１４で吸収された光信
号は光電変換されて、ｐ型電極１８およびｎ型電極２０
から電気信号として取り出される（図１）。
【００２８】また、図１に示す構成例では、受光素子を
裏面入射型の素子とする。すなわち、この受光素子１０
の受光面１０ａは基板１２の第２主表面１２ｂ側（裏面
側）とする。受光面１０ａには、屈折率の異なる物質を
交互に積層して形成された多層膜２２を設けてある。こ
の多層膜２２は、長波長側の光Ａを透過しかつ短波長側
の光Ｂを反射するように各層の厚さおよび層数が設計さ
れた多層膜２２である（図１）。
裏面入射型の素子とする。すなわち、この受光素子１０
の受光面１０ａは基板１２の第２主表面１２ｂ側（裏面
側）とする。受光面１０ａには、屈折率の異なる物質を
交互に積層して形成された多層膜２２を設けてある。こ
の多層膜２２は、長波長側の光Ａを透過しかつ短波長側
の光Ｂを反射するように各層の厚さおよび層数が設計さ
れた多層膜２２である（図１）。
【００２９】多層膜２２を、この例では、高屈折率（ｎ
＝３．５）のＳｉの層２４と、低屈折率（ｎ＝１．７〜
２．０）のＳｉＯの層２６とが交互に積層された膜とす
る。その他、多層膜２２を構成する材料としては、例え
ば氷晶石（ＮａとＡｌのフッ化物：Ｎａ3ＡｌＦ6（ｎ＝
１．３５））およびＺｎＳ（ｎ＝２．３）、ＳｉＯ
2（ｎ＝１．４６）とＴｉＯ2（ｎ＝２．３）、Ａｌ2Ｏ3
（ｎ＝１．７）とＳｉ（ｎ＝３．５）、ＳｉＯ2とＡｌ2
Ｏ3、またはＳｉＯ2とＳｉ等を用いてもよい。
＝３．５）のＳｉの層２４と、低屈折率（ｎ＝１．７〜
２．０）のＳｉＯの層２６とが交互に積層された膜とす
る。その他、多層膜２２を構成する材料としては、例え
ば氷晶石（ＮａとＡｌのフッ化物：Ｎａ3ＡｌＦ6（ｎ＝
１．３５））およびＺｎＳ（ｎ＝２．３）、ＳｉＯ
2（ｎ＝１．４６）とＴｉＯ2（ｎ＝２．３）、Ａｌ2Ｏ3
（ｎ＝１．７）とＳｉ（ｎ＝３．５）、ＳｉＯ2とＡｌ2
Ｏ3、またはＳｉＯ2とＳｉ等を用いてもよい。
【００３０】また、多層膜２２の各々の層の厚さおよび
層数は、長波長側の光Ａに対する短波長側の光Ｂの強度
選択比を考慮して、従来より光学的コーティングに用い
られている多層膜の光学計算方法に基づいて決定する。
多層膜の反射率については、例えば文献５（吉田 貞史
著「応用物理光学選書３ 薄膜」培風館１９９７年発
行、ｐｐ．１７３−１７４）に開示されている。この文
献５の有効フレネル係数を用いる方法に基づき、所望の
反射率から、各層の厚さおよび層数が決定されるような
プログラムを作成しておく。そして、このプログラムに
所望の反射率、膜を構成する材料の屈折率、用いる波長
等の必要な設定条件を加えて、コンピュータを用いて計
算することによって、多層膜の各層の厚さおよび層数が
決められる。なお、多層膜２２での上述した選択比は−
２７〜−３３ｄＢの範囲内とするのが好適である。
層数は、長波長側の光Ａに対する短波長側の光Ｂの強度
選択比を考慮して、従来より光学的コーティングに用い
られている多層膜の光学計算方法に基づいて決定する。
多層膜の反射率については、例えば文献５（吉田 貞史
著「応用物理光学選書３ 薄膜」培風館１９９７年発
行、ｐｐ．１７３−１７４）に開示されている。この文
献５の有効フレネル係数を用いる方法に基づき、所望の
反射率から、各層の厚さおよび層数が決定されるような
プログラムを作成しておく。そして、このプログラムに
所望の反射率、膜を構成する材料の屈折率、用いる波長
等の必要な設定条件を加えて、コンピュータを用いて計
算することによって、多層膜の各層の厚さおよび層数が
決められる。なお、多層膜２２での上述した選択比は−
２７〜−３３ｄＢの範囲内とするのが好適である。
【００３１】このような多層膜２２を用いることによ
り、波長１．５５μｍの光Ａを透過させかつ波長１．３
μｍの光Ｂを反射させることができる。
り、波長１．５５μｍの光Ａを透過させかつ波長１．３
μｍの光Ｂを反射させることができる。
【００３２】よって、波長１．５５μｍの光Ａと波長
１．３μｍの光Ｂとで構成される多重光をこの実施の形
態の受光素子１０に入射させると、まず、多層膜２２で
は、波長１．３μｍの光Ｂが反射し、かつ波長１．５５
μｍの光Ａが透過される。この後、ｎ型ＩｎＰ基板１２
を透過した波長１．５５μｍの光ＡはＩｎＧａＡｓ層１
４へ入射する。そして、波長１．５５μｍの光Ａは、こ
のＩｎＧａＡｓ層１４で吸収された後、光電変換されて
ｐ型電極１８およびｎ型電極２０から電気信号として取
り出される（図１）。
１．３μｍの光Ｂとで構成される多重光をこの実施の形
態の受光素子１０に入射させると、まず、多層膜２２で
は、波長１．３μｍの光Ｂが反射し、かつ波長１．５５
μｍの光Ａが透過される。この後、ｎ型ＩｎＰ基板１２
を透過した波長１．５５μｍの光ＡはＩｎＧａＡｓ層１
４へ入射する。そして、波長１．５５μｍの光Ａは、こ
のＩｎＧａＡｓ層１４で吸収された後、光電変換されて
ｐ型電極１８およびｎ型電極２０から電気信号として取
り出される（図１）。
【００３３】このように、この発明の半導体受光素子に
よれば、従来のように、受光素子と入射光との間のＰＬ
Ｃの光導波路を削って光フィルタを設けることなく、長
波長側の光Ａのみを受光することができる。
よれば、従来のように、受光素子と入射光との間のＰＬ
Ｃの光導波路を削って光フィルタを設けることなく、長
波長側の光Ａのみを受光することができる。
【００３４】＜第２の実施の形態＞次に、図２を参照し
て、この発明の第２の実施の形態の半導体受光素子の構
成につき説明する。図２は、第２の実施の形態の半導体
受光素子の構成図であり、断面の切り口で示してある。
て、この発明の第２の実施の形態の半導体受光素子の構
成につき説明する。図２は、第２の実施の形態の半導体
受光素子の構成図であり、断面の切り口で示してある。
【００３５】この実施の形態の半導体受光素子３０は、
第１の実施の形態と同様に、長波長側の光Ａとして波長
１．５５μｍの光と、短波長側の光Ｂとして波長１．３
μｍの光とからなる多重光を用いた多重光通信に使用さ
れる受光素子３０であって、長波長側の光Ａを選択的に
受光するものである。そして、第１の実施の形態と同様
に、少なくとも基板３２と、基板３２の第１主表面３２
ａ側に設けられた第１光吸収層１４とを具えている。こ
の第１光吸収層１４は、長波長側の光Ａよりも長いバン
ドギャップ波長を有する材料で構成されている。また、
この受光素子３０の受光面３０ａを基板３２の第２主表
面３２ｂとし、その表面に第１の実施の形態と同様の多
層膜２２が形成されている。そして、この実施の形態で
は特に、多層膜２２から第１光吸収層１４までの光路途
中に短波長側の光Ｂを選択的に吸収する第２光吸収層３
４が設けられている。
第１の実施の形態と同様に、長波長側の光Ａとして波長
１．５５μｍの光と、短波長側の光Ｂとして波長１．３
μｍの光とからなる多重光を用いた多重光通信に使用さ
れる受光素子３０であって、長波長側の光Ａを選択的に
受光するものである。そして、第１の実施の形態と同様
に、少なくとも基板３２と、基板３２の第１主表面３２
ａ側に設けられた第１光吸収層１４とを具えている。こ
の第１光吸収層１４は、長波長側の光Ａよりも長いバン
ドギャップ波長を有する材料で構成されている。また、
この受光素子３０の受光面３０ａを基板３２の第２主表
面３２ｂとし、その表面に第１の実施の形態と同様の多
層膜２２が形成されている。そして、この実施の形態で
は特に、多層膜２２から第１光吸収層１４までの光路途
中に短波長側の光Ｂを選択的に吸収する第２光吸収層３
４が設けられている。
【００３６】このため、この例の受光素子３０は、Ｉｎ
Ｐ基板３２と、このＩｎＰ基板３２の第１主表面３２ａ
側に、第２光吸収層３４としてのＩｎＧａＡｓＰ層と、
バッファ層としてのｎ型ＩｎＰ層３６と、第１光吸収層
１４としてのＩｎＧａＡｓ層と、コンタクト層としての
ｐ型ＩｎＰ層１６とがこの順に設けられている。既に説
明した通り、ＩｎＰ基板３２の第２主表面３２ｂ側に第
１の実施の形態と同様の多層膜２２が設けられているの
で、この例の受光素子３０は裏面入射型の素子である。
また、ｐ型ＩｎＰ層１６の上面にはｐ型電極１８が設け
られ、ｎ型ＩｎＰ層３６の上面であってＩｎＧａＡｓ層
１４が設けられている領域とは別の領域にｎ型電極２０
が設けられている（図２）。
Ｐ基板３２と、このＩｎＰ基板３２の第１主表面３２ａ
側に、第２光吸収層３４としてのＩｎＧａＡｓＰ層と、
バッファ層としてのｎ型ＩｎＰ層３６と、第１光吸収層
１４としてのＩｎＧａＡｓ層と、コンタクト層としての
ｐ型ＩｎＰ層１６とがこの順に設けられている。既に説
明した通り、ＩｎＰ基板３２の第２主表面３２ｂ側に第
１の実施の形態と同様の多層膜２２が設けられているの
で、この例の受光素子３０は裏面入射型の素子である。
また、ｐ型ＩｎＰ層１６の上面にはｐ型電極１８が設け
られ、ｎ型ＩｎＰ層３６の上面であってＩｎＧａＡｓ層
１４が設けられている領域とは別の領域にｎ型電極２０
が設けられている（図２）。
【００３７】このような構成の受光素子３０において、
ＩｎＧａＡｓＰ層３４のバンドギャップ波長は、１．４
μｍ程度であるので、この層３４で波長１．５５μｍの
光Ａは透過され、波長１．３μｍの光Ｂは吸収される。
ＩｎＧａＡｓＰ層３４のバンドギャップ波長は、１．４
μｍ程度であるので、この層３４で波長１．５５μｍの
光Ａは透過され、波長１．３μｍの光Ｂは吸収される。
【００３８】この実施の形態の受光素子３０では、ま
ず、多層膜２２で波長１．３μｍの光Ｂをある程度反射
した後、反射しきれずに透過した波長１．３μｍの光ｂ
を、波長１．５５μｍの光Ａを透過しかつ波長１．３μ
ｍの光Ｂを吸収する特性を有する第２光吸収層３４で吸
収する。よって、多層膜２２と第２光吸収層３４とで波
長１．３μｍの光Ｂおよび光ｂを取り除いた後、第１光
吸収層１４において波長１．５５μｍの光Ａのみを吸収
させる。
ず、多層膜２２で波長１．３μｍの光Ｂをある程度反射
した後、反射しきれずに透過した波長１．３μｍの光ｂ
を、波長１．５５μｍの光Ａを透過しかつ波長１．３μ
ｍの光Ｂを吸収する特性を有する第２光吸収層３４で吸
収する。よって、多層膜２２と第２光吸収層３４とで波
長１．３μｍの光Ｂおよび光ｂを取り除いた後、第１光
吸収層１４において波長１．５５μｍの光Ａのみを吸収
させる。
【００３９】この実施の形態では、受光素子３０の特性
として、例えば波長１．５５μｍの光Ａに対する波長
１．３μｍの光Ｂの強度選択比が−２７〜−３３ｄＢ程
度となるようにする。そこで、この例では、多層膜２２
で以て上記選択比が−２０ｄＢとなるように、多層膜２
２を構成する各々の層の厚さおよび層数を決定する。こ
の層の厚さおよび層数の設計方法は、第１の実施の形態
で説明したと同様である。
として、例えば波長１．５５μｍの光Ａに対する波長
１．３μｍの光Ｂの強度選択比が−２７〜−３３ｄＢ程
度となるようにする。そこで、この例では、多層膜２２
で以て上記選択比が−２０ｄＢとなるように、多層膜２
２を構成する各々の層の厚さおよび層数を決定する。こ
の層の厚さおよび層数の設計方法は、第１の実施の形態
で説明したと同様である。
【００４０】このような受光素子３０に波長１．５５μ
ｍの光Ａと波長１．３μｍの光Ｂとで構成される多重光
を入射させると、まず多層膜２２では波長１．３μｍの
光Ｂが反射され、かつ波長１．５５μｍの光Ａが透過さ
れる。この多層膜２２では、波長１．５５μｍの光Ａに
対する波長１．３μｍの光Ｂの選択比が−２０ｄＢ程度
であるので、波長１．３μｍの光ｂが若干多層膜２２を
透過する。この波長１．３μｍの光ｂを、残存光ｂと称
する。多層膜を透過した光Ａおよび光ｂは、ＩｎＰ基板
３２を透過してＩｎＧａＡｓＰ層３４に到達する。この
ＩｎＧａＡｓＰ層３４で、残存光ｂは吸収され、かつ波
長１．５５μｍの光Ａだけが透過する。この後、ＩｎＧ
ａＡｓ層１４に到達した波長１．５５μｍの光Ａは、こ
の層１４で吸収され、光電変換されてｐ型電極１８およ
びｎ型電極２０から電気信号として取り出される。
ｍの光Ａと波長１．３μｍの光Ｂとで構成される多重光
を入射させると、まず多層膜２２では波長１．３μｍの
光Ｂが反射され、かつ波長１．５５μｍの光Ａが透過さ
れる。この多層膜２２では、波長１．５５μｍの光Ａに
対する波長１．３μｍの光Ｂの選択比が−２０ｄＢ程度
であるので、波長１．３μｍの光ｂが若干多層膜２２を
透過する。この波長１．３μｍの光ｂを、残存光ｂと称
する。多層膜を透過した光Ａおよび光ｂは、ＩｎＰ基板
３２を透過してＩｎＧａＡｓＰ層３４に到達する。この
ＩｎＧａＡｓＰ層３４で、残存光ｂは吸収され、かつ波
長１．５５μｍの光Ａだけが透過する。この後、ＩｎＧ
ａＡｓ層１４に到達した波長１．５５μｍの光Ａは、こ
の層１４で吸収され、光電変換されてｐ型電極１８およ
びｎ型電極２０から電気信号として取り出される。
【００４１】この結果、この実施の形態においては、多
層膜２２と第２光吸収層３４との両方の作用によって、
波長１．５５μｍの光Ａを好ましい選択比で選択して受
光させることができる。このため、受光素子として、例
えば選択比−３０ｄＢ程度の特性を目指す場合に、多層
膜のみ、あるいは第２光吸収層のみを設けるのでは、こ
れらの膜（層）の厚さを、膜にひずみが生じたり特性劣
化が生じたりするくらいに厚く形成しなければならない
が、この実施の形態ではその必要がない。したがって、
安価で且つ良好な特性の受光素子が得られる。
層膜２２と第２光吸収層３４との両方の作用によって、
波長１．５５μｍの光Ａを好ましい選択比で選択して受
光させることができる。このため、受光素子として、例
えば選択比−３０ｄＢ程度の特性を目指す場合に、多層
膜のみ、あるいは第２光吸収層のみを設けるのでは、こ
れらの膜（層）の厚さを、膜にひずみが生じたり特性劣
化が生じたりするくらいに厚く形成しなければならない
が、この実施の形態ではその必要がない。したがって、
安価で且つ良好な特性の受光素子が得られる。
【００４２】また、図３〜図５は、第２の実施の形態の
受光素子の構成の変形例である。
受光素子の構成の変形例である。
【００４３】図３は、表面入射型の受光素子４０にこの
発明の構成を適用させた一例であり、図４および図５は
端面入射型の受光素子５０および６０にこの発明の構成
を適用させた例である。いずれの図も、受光素子の構成
例を、受光素子の断面の切り口で示してある。
発明の構成を適用させた一例であり、図４および図５は
端面入射型の受光素子５０および６０にこの発明の構成
を適用させた例である。いずれの図も、受光素子の構成
例を、受光素子の断面の切り口で示してある。
【００４４】まず、図３に示す受光素子においては、ｎ
型ＩｎＰ基板４２の第１主表面４２ａに、第１光吸収層
１４であるＩｎＧａＡｓ層、ｐ型ＩｎＰ層１６、第２光
吸収層３４であるＩｎＧａＡｓＰ層、および多層膜２２
がこの順に設けられている。また、ｎ型ＩｎＰ基板４２
の第２主表面４２ｂにｎ型電極２０が設けられていて、
ｐ型ＩｎＰ層１６の上面であってＩｎＧａＡｓＰ層３４
が設けられている領域とは別の領域にｐ型電極１８が設
けられている（図３）。
型ＩｎＰ基板４２の第１主表面４２ａに、第１光吸収層
１４であるＩｎＧａＡｓ層、ｐ型ＩｎＰ層１６、第２光
吸収層３４であるＩｎＧａＡｓＰ層、および多層膜２２
がこの順に設けられている。また、ｎ型ＩｎＰ基板４２
の第２主表面４２ｂにｎ型電極２０が設けられていて、
ｐ型ＩｎＰ層１６の上面であってＩｎＧａＡｓＰ層３４
が設けられている領域とは別の領域にｐ型電極１８が設
けられている（図３）。
【００４５】この受光素子４０の受光面４０ａは、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層３４の基板側の面３４ｂとは反対の側の面
３４ａである。
ＧａＡｓＰ層３４の基板側の面３４ｂとは反対の側の面
３４ａである。
【００４６】また、図４の受光素子５０においては、Ｉ
ｎＰ基板３２の第１主表面３２ａに、第２光吸収層３４
であるＩｎＧａＡｓＰ層、ｎ型ＩｎＰ層３６、第１光吸
収層１４であるＩｎＧａＡｓ層、およびｐ型ＩｎＰ層１
６がこの順に設けられている。また、ｐ型ＩｎＰ層１６
の上面にはｐ型電極１８が設けられていて、ｎ型ＩｎＰ
層３６の上面であってＩｎＧａＡｓ層１４が設けられて
いる領域とは別の領域にｎ型電極２０が設けられてい
る。また、ＩｎＰ基板３２とＩｎＧａＡｓＰ層３４とｎ
型ＩｎＰ層３６とで構成される積層体５２の一方の端面
５２ａに多層膜２２が設けられている。さらに、ＩｎＰ
基板３２の第２主表面３２ｂ側にはＶ溝５４が形成され
ている。このＶ溝５４は、端面５２ａから入射した光
が、基板３２を通る際に、溝５４のメサ面５６で反射す
ることにより、光の進行方向が第２光吸収層３４へ向か
うように設計して設けられている。好ましくは、このＶ
溝５４を端面５２ａと平行となる方向に延在するように
設けるのが良い。このＶ溝は、ＩｎＰ基板３２の第２主
表面３２ｂ側をエッチングすることにより形成される。
ｎＰ基板３２の第１主表面３２ａに、第２光吸収層３４
であるＩｎＧａＡｓＰ層、ｎ型ＩｎＰ層３６、第１光吸
収層１４であるＩｎＧａＡｓ層、およびｐ型ＩｎＰ層１
６がこの順に設けられている。また、ｐ型ＩｎＰ層１６
の上面にはｐ型電極１８が設けられていて、ｎ型ＩｎＰ
層３６の上面であってＩｎＧａＡｓ層１４が設けられて
いる領域とは別の領域にｎ型電極２０が設けられてい
る。また、ＩｎＰ基板３２とＩｎＧａＡｓＰ層３４とｎ
型ＩｎＰ層３６とで構成される積層体５２の一方の端面
５２ａに多層膜２２が設けられている。さらに、ＩｎＰ
基板３２の第２主表面３２ｂ側にはＶ溝５４が形成され
ている。このＶ溝５４は、端面５２ａから入射した光
が、基板３２を通る際に、溝５４のメサ面５６で反射す
ることにより、光の進行方向が第２光吸収層３４へ向か
うように設計して設けられている。好ましくは、このＶ
溝５４を端面５２ａと平行となる方向に延在するように
設けるのが良い。このＶ溝は、ＩｎＰ基板３２の第２主
表面３２ｂ側をエッチングすることにより形成される。
【００４７】また、図５の受光素子６０も端面入射型の
素子である。ＩｎＰ基板３２の第１主表面３２ａ側の構
成は図４の素子５０と同様である。すなわち、ＩｎＰ基
板３２の第１主表面３２ａに、第２光吸収層３４である
ＩｎＧａＡｓＰ層、ｎ型ＩｎＰ層３６、第１光吸収層１
４であるＩｎＧａＡｓ層およびｐ型ＩｎＰ層１６がこの
順に設けられている。また、ｐ型ＩｎＰ層１６の上面に
はｐ型電極１８が設けられていて、ｎ型ＩｎＰ層３６の
上面であってＩｎＧａＡｓ層１４が設けられている領域
とは別の領域にｎ型電極２０が設けられている（図
５）。この構成例においては、ＩｎＰ基板３２の第２主
表面３２ｂと端面３２ｘとが交差する角を含むコーナの
部分が斜めに形成されている。このメサ面３２ｙは、第
２主表面３２ｂおよび端面３２ｘに対し傾斜面となって
おり、当該メサ面３２ｙの入射光に対する角度は、メサ
面３２ｙに入射した光がこのメサ面３２ｙで屈折して、
屈折光が第２光吸収層３４へ全反射せずに入射するよう
な角度とする。このメサ面３２ｙの形成は、まずＩｎＰ
基板３２の第２主表面３２ｂをウエットエッチングする
ことによってＶ溝を形成した後、このＶ溝の頂点付近に
対して、劈開、スクライブ、ダイシング、あるいはエッ
チングを行う。この劈開等によって得られるＶ溝の一部
の面がメサ面３２ｙとなる。
素子である。ＩｎＰ基板３２の第１主表面３２ａ側の構
成は図４の素子５０と同様である。すなわち、ＩｎＰ基
板３２の第１主表面３２ａに、第２光吸収層３４である
ＩｎＧａＡｓＰ層、ｎ型ＩｎＰ層３６、第１光吸収層１
４であるＩｎＧａＡｓ層およびｐ型ＩｎＰ層１６がこの
順に設けられている。また、ｐ型ＩｎＰ層１６の上面に
はｐ型電極１８が設けられていて、ｎ型ＩｎＰ層３６の
上面であってＩｎＧａＡｓ層１４が設けられている領域
とは別の領域にｎ型電極２０が設けられている（図
５）。この構成例においては、ＩｎＰ基板３２の第２主
表面３２ｂと端面３２ｘとが交差する角を含むコーナの
部分が斜めに形成されている。このメサ面３２ｙは、第
２主表面３２ｂおよび端面３２ｘに対し傾斜面となって
おり、当該メサ面３２ｙの入射光に対する角度は、メサ
面３２ｙに入射した光がこのメサ面３２ｙで屈折して、
屈折光が第２光吸収層３４へ全反射せずに入射するよう
な角度とする。このメサ面３２ｙの形成は、まずＩｎＰ
基板３２の第２主表面３２ｂをウエットエッチングする
ことによってＶ溝を形成した後、このＶ溝の頂点付近に
対して、劈開、スクライブ、ダイシング、あるいはエッ
チングを行う。この劈開等によって得られるＶ溝の一部
の面がメサ面３２ｙとなる。
【００４８】
【実施例】以下、図２、図６および図７を参照して第２
の実施の形態で説明した半導体受光素子について、より
具体的な例を挙げて説明する。図２は半導体受光素子の
構成図であり、図６は、この実施例で設計された多層膜
の構成を示す図である。また、図７は、図６の多層膜の
１．２０μｍ〜１．６０μｍの波長帯域における透過率
特性図である。
の実施の形態で説明した半導体受光素子について、より
具体的な例を挙げて説明する。図２は半導体受光素子の
構成図であり、図６は、この実施例で設計された多層膜
の構成を示す図である。また、図７は、図６の多層膜の
１．２０μｍ〜１．６０μｍの波長帯域における透過率
特性図である。
【００４９】この受光素子３０で用いられる多層膜２２
はＳｉ層２４とＳｉＯ層２６とを交互に積層したもので
（図２参照）、波長１．５５μｍの光Ａに対する波長
１．３μｍの光Ｂの選択比は、約−２０ｄＢとなるよう
に、上記で既に説明した方法に基づいて各層の厚さおよ
び層数を求める。
はＳｉ層２４とＳｉＯ層２６とを交互に積層したもので
（図２参照）、波長１．５５μｍの光Ａに対する波長
１．３μｍの光Ｂの選択比は、約−２０ｄＢとなるよう
に、上記で既に説明した方法に基づいて各層の厚さおよ
び層数を求める。
【００５０】この結果、設計された多層膜２２は、Ｉｎ
Ｐ基板３２の第２主表面３２ｂ側から、厚さ２９０．６
８ｎｍの第１Ｓｉ層２４ａ、厚さ４７５．９２ｎｍの第
１ＳｉＯ層２６ａ、厚さ８２．６４ｎｍの第２Ｓｉ層２
４ｂ、厚さ５２１．９８ｎｍの第２ＳｉＯ層２６ｂ、厚
さ２８６．０７ｎｍの第３Ｓｉ層２４ｃ、厚さ５３５．
７７ｎｍの第３ＳｉＯ層２６ｃ、厚さ２８０．４５ｎｍ
の第４Ｓｉ層２４ｄ、厚さ１７４．５８ｎｍの第４Ｓｉ
Ｏ層２６ｄ、厚さ２６２．７６ｎｍの第５Ｓｉ層２４ｅ
および厚さ３２３．５０ｎｍの第５ＳｉＯ層２６ｅがこ
の順に積層された１０層からなっている（図６）。この
多層膜２２の合計膜厚は約３．２μｍであった。これに
より、波長１．５５μｍの光Ａに対する波長１．３μｍ
の光Ｂの選択比は−２０．４７ｄＢとなった。
Ｐ基板３２の第２主表面３２ｂ側から、厚さ２９０．６
８ｎｍの第１Ｓｉ層２４ａ、厚さ４７５．９２ｎｍの第
１ＳｉＯ層２６ａ、厚さ８２．６４ｎｍの第２Ｓｉ層２
４ｂ、厚さ５２１．９８ｎｍの第２ＳｉＯ層２６ｂ、厚
さ２８６．０７ｎｍの第３Ｓｉ層２４ｃ、厚さ５３５．
７７ｎｍの第３ＳｉＯ層２６ｃ、厚さ２８０．４５ｎｍ
の第４Ｓｉ層２４ｄ、厚さ１７４．５８ｎｍの第４Ｓｉ
Ｏ層２６ｄ、厚さ２６２．７６ｎｍの第５Ｓｉ層２４ｅ
および厚さ３２３．５０ｎｍの第５ＳｉＯ層２６ｅがこ
の順に積層された１０層からなっている（図６）。この
多層膜２２の合計膜厚は約３．２μｍであった。これに
より、波長１．５５μｍの光Ａに対する波長１．３μｍ
の光Ｂの選択比は−２０．４７ｄＢとなった。
【００５１】この多層膜２２を透過する光の分光特性を
図７に示す。図７によれば、波長１．３μｍの光Ｂの多
層膜２２の透過率は０．８９８％であり、波長１．５５
μｍの光Ａの透過率は９９．９９０％であった（図
７）。
図７に示す。図７によれば、波長１．３μｍの光Ｂの多
層膜２２の透過率は０．８９８％であり、波長１．５５
μｍの光Ａの透過率は９９．９９０％であった（図
７）。
【００５２】また、この受光素子３０においては、第１
光吸収層１４で吸収されるときの波長１．５５μｍの光
Ａに対する波長１．３μｍの光Ｂの選択比が−３０ｄＢ
となるような特性が望まれている。このため、バンドギ
ャップ波長が１．４μｍであるＩｎＧａＡｓＰからなる
第２光吸収層３４を設ける（図２）。ここでは、多層膜
２２で選択比−２０ｄＢが達成されているため、第２光
吸収層３４での選択比が−３０ｄＢとなるようにするに
は、ＩｎＧａＡｓＰ層３４の厚さを２．６μｍにすれば
よい。
光吸収層１４で吸収されるときの波長１．５５μｍの光
Ａに対する波長１．３μｍの光Ｂの選択比が−３０ｄＢ
となるような特性が望まれている。このため、バンドギ
ャップ波長が１．４μｍであるＩｎＧａＡｓＰからなる
第２光吸収層３４を設ける（図２）。ここでは、多層膜
２２で選択比−２０ｄＢが達成されているため、第２光
吸収層３４での選択比が−３０ｄＢとなるようにするに
は、ＩｎＧａＡｓＰ層３４の厚さを２．６μｍにすれば
よい。
【００５３】したがって、この例の受光素子３０におい
ては、多層膜２２の厚さが合計３．２μｍで、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層３４の厚さが２．６μｍとなる。−３０ｄＢと
いう選択比を、多層膜２２のみあるいは第２光吸収層３
４のみで得ようとする場合には、多層膜もしくは第２光
吸収層は、上記厚さ（３．２μｍもしくは２．６μｍ）
よりももっと厚く形成しなければならない。しかしなが
ら、この例では、−３０ｄＢという選択比を多層膜２２
と第２光吸収層３４との両方で達成すればよいので、双
方の厚さは、それぞれ従来よりも薄くてすむ。これらの
厚さの程度であれば、膜の応力によって歪みが発生する
おそれはなく、特性劣化するおそれもない。またエピタ
キシャル成長させるＩｎＧａＡｓＰ層３４も薄くて済む
ので、コストの低減が図れる。よって、安価でしかも特
性の安定した受光素子が得られる。
ては、多層膜２２の厚さが合計３．２μｍで、ＩｎＧａ
ＡｓＰ層３４の厚さが２．６μｍとなる。−３０ｄＢと
いう選択比を、多層膜２２のみあるいは第２光吸収層３
４のみで得ようとする場合には、多層膜もしくは第２光
吸収層は、上記厚さ（３．２μｍもしくは２．６μｍ）
よりももっと厚く形成しなければならない。しかしなが
ら、この例では、−３０ｄＢという選択比を多層膜２２
と第２光吸収層３４との両方で達成すればよいので、双
方の厚さは、それぞれ従来よりも薄くてすむ。これらの
厚さの程度であれば、膜の応力によって歪みが発生する
おそれはなく、特性劣化するおそれもない。またエピタ
キシャル成長させるＩｎＧａＡｓＰ層３４も薄くて済む
ので、コストの低減が図れる。よって、安価でしかも特
性の安定した受光素子が得られる。
【００５４】なお、この例において、多層膜を設けずに
ＩｎＧａＡｓＰ層のみによって、波長１．５５μｍの光
に対する波長１．３μｍの光の選択比が−３０ｄＢとな
るようにするには、ＩｎＧａＡｓＰ層の厚さを８．５μ
ｍの厚さにしなければならない。８．５μｍの厚さは受
光素子のコストが増大する原因となるだけでなく、膜の
応力が大きくなるので膜の剥がれや特性劣化の原因にも
なる。
ＩｎＧａＡｓＰ層のみによって、波長１．５５μｍの光
に対する波長１．３μｍの光の選択比が−３０ｄＢとな
るようにするには、ＩｎＧａＡｓＰ層の厚さを８．５μ
ｍの厚さにしなければならない。８．５μｍの厚さは受
光素子のコストが増大する原因となるだけでなく、膜の
応力が大きくなるので膜の剥がれや特性劣化の原因にも
なる。
【００５５】また、上述した実施の形態および実施例に
おいては、長波長側の光として波長１．５５μｍの光を
用い、短波長側の光として波長１．３μｍの光を用いた
が、この発明の半導体受光素子に用いられる光は、これ
ら波長の光に限られるものではない。
おいては、長波長側の光として波長１．５５μｍの光を
用い、短波長側の光として波長１．３μｍの光を用いた
が、この発明の半導体受光素子に用いられる光は、これ
ら波長の光に限られるものではない。
【００５６】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の半導体受光素子によれば、長波長側の光と短波長
側の光とを含む多重光から、長波長側の光を選択的に受
光する半導体受光素子であって、屈折率の異なる物質を
交互に積層してなり、長波長側の光を透過しかつ短波長
側の光を反射するように各層の厚さおよび層数が設計さ
れた多層膜と、長波長側の光よりも長いバンドギャップ
波長を有する材料で構成された第１光吸収層とを具えて
いる。
発明の半導体受光素子によれば、長波長側の光と短波長
側の光とを含む多重光から、長波長側の光を選択的に受
光する半導体受光素子であって、屈折率の異なる物質を
交互に積層してなり、長波長側の光を透過しかつ短波長
側の光を反射するように各層の厚さおよび層数が設計さ
れた多層膜と、長波長側の光よりも長いバンドギャップ
波長を有する材料で構成された第１光吸収層とを具えて
いる。
【００５７】この多層膜に長波長側の光と短波長側の光
とからなる多重光が入射されると、短波長側の光は多層
膜で反射され、長波長側の光は多層膜を透過した後、第
１光吸収層まで到達する。よって、長波長側の光を選択
的に第１光吸収層で吸収、すなわち受光することができ
る。これにより、受光素子と入射する多重光との間に光
フィルタを挿入する必要はなくなる。したがって、光フ
ィルタを設けることによる問題（ＰＬＣの加工コスト、
光フィルタの部品コスト、光導波路の挿入損失）は回避
される。
とからなる多重光が入射されると、短波長側の光は多層
膜で反射され、長波長側の光は多層膜を透過した後、第
１光吸収層まで到達する。よって、長波長側の光を選択
的に第１光吸収層で吸収、すなわち受光することができ
る。これにより、受光素子と入射する多重光との間に光
フィルタを挿入する必要はなくなる。したがって、光フ
ィルタを設けることによる問題（ＰＬＣの加工コスト、
光フィルタの部品コスト、光導波路の挿入損失）は回避
される。
【図１】第１の実施の形態の半導体受光素子の概略的な
構成図であり、断面の切り口で示してある。
構成図であり、断面の切り口で示してある。
【図２】第２の実施の形態の半導体受光素子の概略的な
構成図であり、断面の切り口で示してある。
構成図であり、断面の切り口で示してある。
【図３】第２の実施の形態の変形例（その１）であり、
構成を断面の切り口で概略的に示してある。
構成を断面の切り口で概略的に示してある。
【図４】第２の実施の形態の変形例（その２）であり、
構成を断面の切り口で概略的に示してある。
構成を断面の切り口で概略的に示してある。
【図５】第２の実施の形態の変形例（その３）であり、
構成を断面の切り口で概略的に示してある。
構成を断面の切り口で概略的に示してある。
【図６】この発明の実施例で設計された多層膜の構成を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図７】実施例の多層膜の透過率特性図である。
１０，３０：半導体受光素子（受光素子） １０ａ，３０ａ，４０ａ：受光面 １２，４２：基板（ｎ型ＩｎＰ基板） １２ａ，３２ａ，４２ａ：第１主表面 １２ｂ，３２ｂ，４２ｂ：第２主表面 １４：第１光吸収層（ＩｎＧａＡｓ層） １６：ｐ型ＩｎＰ層 １８：ｐ型電極 ２０：ｎ型電極 ２２：多層膜 ２４：Ｓｉの層 ２４ａ：第１Ｓｉ層 ２４ｂ：第２Ｓｉ層 ２４ｃ：第３Ｓｉ層 ２４ｄ：第４Ｓｉ層 ２４ｅ：第５Ｓｉ層 ２６：ＳｉＯの層 ２６ａ：第１ＳｉＯ層 ２６ｂ：第２ＳｉＯ層 ２６ｃ：第３ＳｉＯ層 ２６ｄ：第４ＳｉＯ層 ２６ｅ：第５ＳｉＯ層 ３２：基板（ＩｎＰ基板） ３４：第２光吸収層（ＩｎＧａＡｓＰ層） ３４ａ：反対側の面 ３４ｂ：基板側の面 ３６：ｎ型ＩｎＰ層 ４０：表面入射型の受光素子（受光素子） ５０，６０：端面入射型の受光素子（受光素子） ５２：積層体 ５２ａ，３２ｘ：端面 ５４：Ｖ溝（溝） ５６，３２ｙ：メサ面
Claims (7)
- 【請求項１】 長波長の光と短波長の光とを含む多重光
から、長波長の光を選択的に受光する半導体受光素子に
おいて、 屈折率の異なる物質を交互に積層してなり、前記長波長
の光を透過し、かつ前記短波長の光を反射するように、
前記積層した層の厚さおよび数が設計された多層膜と、 前記長波長の光の波長よりも長いバンドギャップ波長を
有する材料で構成された第１光吸収層とを有し、 前記多重光が、前記多層膜を介して前記第１光吸収層に
入射する構造を有することを特徴とする半導体受光素
子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体受光素子におい
て、 第１主表面および第２主表面を有する基板を具え、 前記第１光吸収層は前記基板の第１主表面側に設けら
れ、 前記多層膜は、前記基板の第２主表面側に設けられてい
ることを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項３】 請求項１に記載の半導体受光素子におい
て、 第１主表面を有する基板を具え、 前記多層膜は、前記第１光吸収層を介して前記基板の前
記第１主表面側に設けられていることを特徴とする半導
体受光素子。 - 【請求項４】 請求項１に記載の半導体受光素子におい
て、 第１主表面および側面を有する基板を具え、 前記第１光吸収層は、前記基板の第１主表面側に設けら
れ、 前記多層膜は、前記基板の前記側面に設けられ、 前記基板には、前記多層膜を透過した光を前記第１光吸
収層に向かって反射させるようにメサ面が設けられてい
ることを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項５】 請求項１に記載の半導体受光素子におい
て、 第１主表面を有する基板を具え、 前記第１光吸収層は、前記基板の第１主表面側に設けら
れ、 前記多層膜は、前記多層膜が透過した光が屈折して前記
第１光吸収層に入射するように配置されていることを特
徴とする半導体受光素子。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項に記載の半
導体受光素子において、 前記多重光から、前記短波長の光を吸収する第２光吸収
層を具え、 前記多層膜を透過した光が、前記第２光吸収層を介して
前記第１光吸収層に入射する構造を有することを特徴と
する半導体受光素子。 - 【請求項７】 請求項６に記載の半導体受光素子におい
て、 前記第２光吸収層は、前記短波長の光の波長よりも長く
かつ前記長波長の光の波長よりも短いバンドギャップ波
長を有する材料で構成されていることを特徴とする半導
体受光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000212945A JP2002033503A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 半導体受光素子 |
| US09/732,728 US6399968B2 (en) | 2000-07-13 | 2000-12-11 | Semiconductor photoreceiving device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000212945A JP2002033503A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033503A true JP2002033503A (ja) | 2002-01-31 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000212945A Pending JP2002033503A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 半導体受光素子 |
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|---|---|
| US (1) | US6399968B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002033503A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004111548A (ja) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Kyosemi Corp | 半導体受光素子 |
| US7851823B2 (en) | 2005-03-14 | 2010-12-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor photodetector device |
| JP6829923B1 (ja) * | 2020-08-03 | 2021-02-17 | 株式会社京都セミコンダクター | 受光素子ユニット |
| US12034101B2 (en) | 2020-03-11 | 2024-07-09 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Semiconductor wafer, semiconductor device, and gas concentration measuring device |
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