特許 6856295 半導体受光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6856295

(24)【登録日】2021年3月22日

(45)【発行日】2021年4月7日

(54)【発明の名称】半導体受光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0232 20140101AFI20210329BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20210329BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/02 D

   H01L31/10 A

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2021-502631(P2021-502631)

(86)(22)【出願日】2020年10月16日

(86)【国際出願番号】JP2020039130

【審査請求日】2021年1月22日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000161862

【氏名又は名称】株式会社京都セミコンダクター

(74)【代理人】

【識別番号】100089004

【弁理士】

【氏名又は名称】岡村 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】磯村 尚友

(72)【発明者】

【氏名】大村 悦司

【審査官】 佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３２００８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１９４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−９２１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−９１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０９４６１７７８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０２３２、３１／０８−３１／１１９

Ｈ０１Ｌ ２７／１４４−２７／１４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板の第１面に第１半導体層と光吸収層と第２半導体層をこの順に積層させて形成された受光部を有し、前記半導体基板の前記第１面に対向する第２面側に前記受光部の中心線と同心に形成された集光レンズを有する半導体受光素子において、
前記第２半導体層の表面に、前記光吸収層側が凹面状に形成された第１反射部を備え、
前記集光レンズは、前記中心線の近傍の窓部と、前記窓部の外側に環状に且つ前記光吸収層側が凹面状に形成された第２反射部を備え、
前記窓部から前記受光部に入射して前記光吸収層を透過した光が、前記第１反射部によって反射されて前記光吸収層を再度透過し、前記光吸収層を再度透過した光の一部が前記第２反射部によって反射されて前記受光部に再入射するように構成したことを特徴とする半導体受光素子。

【請求項2】

前記第１反射部の曲率半径は、前記第１反射部で反射された光が前記光吸収層と前記集光レンズの間に集光した後広がって前記第２反射部に入射するように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。

【請求項3】

前記第１反射部で反射された光が前記第２反射部に入射する入射点において、入射する光線と前記第２反射部の法線が重なる又は接近するように前記第２反射部の曲率半径が設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体受光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光通信に用いられる半導体受光素子に関し、特に素子容量を小さくし、且つドリフト時間を短縮することにより高速動作可能な半導体受光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、光通信分野では、光ファイバケーブルを介して通信される情報量の増加に対応するために、伝送速度を高速化する技術の開発が進められている。伝送速度を高速化するために、受光した光信号を電気信号（光電流）に変換する受光素子を高速動作させることが要求されている。

【0003】

受光素子としては、面入射型の半導体受光素子が広く利用されている。面入射型の半導体受光素子は、半導体基板の第１面側に光吸収層を有する受光部を備え、第１面側又は第１面に対向する第２面側に配置された光ファイバケーブルから出射された光が、受光部に光吸収層の厚さ方向に入射される。この半導体受光素子を高速動作させるために、素子容量及び素子抵抗の低減と、受光部の光吸収層で生成した電荷（キャリア）のドリフト時間の短縮が要求されている。

【0004】

素子容量の低減には、受光部の面積を小さくすることが必要である。例えば４０ＧＨｚ程度の周波数帯域で使用される面入射型半導体受光素子では、要求される受光部の直径は１０μｍ程度になる。しかし、受光部が小型化されると受光量が減少するので、受光感度が低下する。

【0005】

一方、ドリフト時間の短縮には、受光部の光吸収層の厚さを薄くすることが必要である。例えば４０ＧＨｚ程度の周波数帯域で使用される半導体受光素子では、光吸収層の厚さを１μｍ以下にすることが要求される。光吸収層が薄いので、光をキャリアに変換する量子効率が低下し、受光感度が低下する。その上、光吸収層を薄くすると素子容量が大きくなる。

【0006】

上記のように、高速化しながら受光感度の低下を軽減することは容易ではない。そこで、例えば特許文献１のように、高速化のために受光部の面積を小さくしたときに受光感度の低下を軽減するために、半導体基板に一体的に形成された集光レンズを有する半導体受光素子が知られている。光が広がるため受光部に到達できない光も集光レンズで集光して受光部に入射させるので、面積が小さい受光部でも受光感度の低下が軽減される。

【0007】

また、高速化のために光吸収層を薄くしたときの受光感度の低下も軽減するために、特許文献２のように、集光レンズで集光して受光部に入射させ、光吸収層を透過した光を反射させて光吸収層を再度透過させ、この光を集光レンズの中央部表面に形成された金属反射膜によって受光部に向けて反射させる半導体受光素子が知られている。光が光吸収層を複数回透過して量子効率が向上するので、受光感度の低下が軽減される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平２−１０５５８５号公報

【特許文献2】特開平６−７７５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記特許文献１では、光吸収層を薄くした場合に受光感度の低下を防ぐことができないので、受光感度の低下の軽減と高速化の両立が困難である。また、特許文献２のように、集光レンズの中央部表面に形成された金属反射膜は、入射光を集光レンズ全域に入射させる場合に光強度が強い光軸及びその近傍の光を遮ってしまうので、受光感度の向上が限定的になり、却って受光感度が低下する虞もある。

【0010】

本発明の目的は、高速化に伴う受光感度の低下を軽減することができる半導体受光素子を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

請求項１の発明の半導体受光素子は、半導体基板の第１面に第１半導体層と光吸収層と第２半導体層をこの順に積層させて形成された受光部を有し、前記半導体基板の前記第１面に対向する第２面側に前記受光部の中心線と同心に形成された集光レンズを有する半導体受光素子において、前記第２半導体層の表面に、前記光吸収層側が凹面状に形成された第１反射部を備え、前記集光レンズは、前記中心線の近傍の窓部と、前記窓部の外側に環状に且つ前記光吸収層側が凹面状に形成された第２反射部を備え、前記窓部から前記受光部に入射して前記光吸収層を透過した光が、前記第１反射部によって反射されて前記光吸収層を再度透過し、前記光吸収層を再度透過した光の一部が前記第２反射部によって反射されて前記受光部に再入射するように構成したことを特徴としている。

【0012】

上記構成によれば、窓部から受光部に入射して光吸収層を透過した光は、第１反射部で反射されて光吸収層を再度透過する。そして、光吸収層を再度透過した光の一部が、第２反射部で反射されて受光部に再入射する。従って、窓部から入射した光は受光部の光吸収層を２回透過し、そのうちの一部は第２反射部によって反射されて光吸収層を再び透過することができる。それ故、量子効率が向上するので、半導体受光素子の高速化のために光吸収層を薄くした場合の受光感度の低下を軽減することができる。

【0013】

請求項２の発明の半導体受光素子は、請求項１の発明において、前記第１反射部の曲率半径は、前記第１反射部で反射された光が前記光吸収層と前記集光レンズの間に集光した後広がって前記第２反射部に入射するように設定されたことを特徴としている。
上記構成によれば、集光されて光吸収層を透過した光は、高速化のために受光部と共に小型化された第１反射部によって、窓部の外側の第２反射部に向かって広がるように反射される。それ故、窓部から入射した光は第１反射部で反射され、第１反射部で反射された光の一部が第２反射部で反射されるので、窓部から入射した光が光吸収層を複数回透過して量子効率が向上し、受光感度の低下を軽減することができる。

【0014】

請求項３の発明の半導体受光素子は、請求項１又は２の発明において、前記第１反射部で反射された光が前記第２反射部に入射する入射点において、入射する光線と前記第２反射部の法線が重なる又は接近するように前記第２反射部の曲率半径が設定されたことを特徴としている。
上記構成によれば、第１反射部で反射された光が第２反射部で反射されたときに、この第２反射部で反射された光を元の第１反射部の反射点に一致又は接近させて第１反射部に入射させることができる。従って、光吸収層を透過した光を第２反射部で反射させて光吸収層に再入射させることができ、半導体受光素子の高速化のために光吸収層を薄くした場合の受光感度の低下を軽減することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の半導体受光素子によれば、高速化に伴う受光感度の低下を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施例に係る半導体受光素子を集光レンズ側から見た平面図である。

【図2】図１のII−II線に対応する入射光の入射経路を示す断面図である。

【図3】図２の集光レンズと第１反射部と第２反射部の関係の説明図である。

【図4】第２反射部に入射する光線に直交する直線と第２反射部の接線の関係の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

【実施例】

【0018】

図１、図２に示すように、半導体受光素子１は、半導体基板２として例えばｎ−ＩｎＰ基板の第１面２ａ側に受光部３を有する。第１面２ａに対向する第２面２ｂ側には、受光部３の中心線ＣＬと同心に形成された集光レンズ４を有する。半導体基板２の第１面２ａに、第１半導体層５としてｎ−ＩｎＰ層、光吸収層６としてＩｎＧａＡｓ層、第２半導体層７としてｐ−ＩｎＰ層がこの順に積層されている。半導体基板２、第１半導体層５、第２半導体層７は、光通信に使用される赤外光に対して透明である。

【0019】

受光部３は、例えばエッチングによって第２半導体層７、光吸収層６、第１半導体層５を１つの円柱状又は円錐台状に形成し、この第２半導体層７の表面７ａ（光吸収層６と反対側の面）を部分球面状に形成したフォトダイオードである。第２半導体層７、光吸収層６、第１半導体層５を１つの正多角柱状又は正多角錐状に形成した後、第２半導体層７の表面７ａを部分球面状に形成して受光部３を形成することもできる。

【0020】

部分球面状の表面７ａは、外縁部分を除いて誘電体膜８ａ（例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜）によって覆われている。そして、第２半導体層７の表面７ａと誘電体膜８ａを覆うように、金属膜８ｂ（例えばＴｉ膜とＡｕ膜の積層膜）が選択的に堆積されて、光吸収層６側が凹面状の反射面になった第１反射部８が形成されている。

【0021】

金属膜８ｂは、第２半導体層７の表面７ａの外縁部分に接続され、半導体受光素子１の電極（アノード電極）になっている。表面７ａの外縁部分以外では、金属膜８ｂと第２半導体層７との間に誘電体膜８ａを備えているので、金属膜８ｂと第２半導体層７との界面における合金化による凹凸の発生が防止され、滑らかな反射面が形成されている。受光部３の側面は、保護膜（例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜）によって覆われていてもよい。

【0022】

受光部３から離隔した半導体基板２の第１面２ａ側の所定の領域には、例えばエッチングによって露出させた第１半導体層５に接続する電極１１（カソード電極）が形成されている。電極１１は半導体基板２の第２面２ｂにおける集光レンズ４から離隔した部位に形成されていてもよい。図示を省略するが、半導体受光素子１は第１面２ａ側が実装基板に固定され、且つアノード電極とカソード電極が実装基板上の対応する配線に夫々接続され、受光部３で変換された光電流が半導体受光素子１の外部に取り出される。

【0023】

集光レンズ４は、第２面２ｂ側から第１面２ａ側に向かって半導体基板２をエッチングすることによって、受光部３の中心線ＣＬと同心に形成された凸レンズである。この集光レンズ４の表面を含む半導体基板２の第２面２ｂには、入射光の反射防止用の反射防止膜１２（例えばＳｉＮ膜）が形成されている。

【0024】

集光レンズ４の中心線ＣＬの近傍には、光が入射する窓部１４を有する。この窓部１４は、曲率半径ｒ２の部分球面状に形成されている。窓部１４の曲率半径ｒ２は第１反射部８の曲率半径ｒ１よりも大きく設定され、例えばｒ１＝５０μｍ、ｒ２＝９０μｍである。

【0025】

窓部１４の外側部分１５の曲率半径ｒ３は、窓部１４の曲率半径ｒ２よりも大きく、且つ窓部１４から離れるにつれて徐々に大きくなるように設定されている。この外側部分１５には金属膜１６（例えばＴｉ膜とＡｕ膜の積層膜）が選択的に堆積され、窓部１４を囲む環状且つ光吸収層６側が凹面状の第２反射部１７が形成されている。

【0026】

光ファイバケーブルの出射端に相当する中心線ＣＬ上の点Ｉから出射された光は、例えば光線ＩＬ１，ＩＬ２で示すように発散角２θ（全角）を有して広がりながら空気中を進行し、集光レンズ４の窓部１４から半導体受光素子１に入射する。半導体受光素子１の受光部３に入射する光は、集光レンズ４によって集光されて光吸収層６を透過し、第１反射部８で反射されて光吸収層６を再度透過する。

【0027】

第１反射部８は窓部１４よりも曲率半径が小さい凹面状に形成されており、第１反射部８で反射された光は、光吸収層６と集光レンズ４の間に集光した後広がって集光レンズ４に到達する。集光レンズ４に到達した光うちの一部が、第２反射部１７に入射する。

【0028】

第２反射部１７に入射した光は、反射光線ＲＬ１，ＲＬ２で示すように第２反射部１７によって半導体基板２の第１面２ａ側に向かって反射され、受光部３に再入射する。受光部３に再入射して光吸収層６を透過した光は、第１反射部８で反射されて光吸収層６をもう１回透過する。従って、窓部１４から入射した光は光吸収層６を２回透過し、そのうちの一部の光が光吸収層６をさらに２回透過するので、量子効率が向上する。それ故、高速化のために光吸収層６を薄くした場合に、光吸収層６の厚さを実質的に補って、受光感度の低下を軽減することができる。

【0029】

図３は、集光レンズ４と第１反射部８と第２反射部１７の関係の説明図である。集光レンズ４における曲率半径ｒ２の部分球面状の窓部１４を円弧Ｒ２で表し、曲率半径ｒ２の円弧Ｒ２の中心を中心線ＣＬ上の点Ｏとする。また、第１反射部８の曲率半径ｒ１の部分球面状の反射面を円弧Ｒ１で表し、曲率半径ｒ１の円弧Ｒ１の中心をＣ１とする。点Ｏと中心Ｃ１を通る中心線ＣＬに一致させた軸をｙ軸とし、点Ｏを通りｙ軸に直交する軸をｘ軸とし、点Ｏを原点とする。

【0030】

光吸収層６は、ｘ軸と平行であり、中心Ｃ１と円弧Ｒ１（第１反射部８）の間に位置し、光吸収層６の中心をｙ軸が通る。また、第２反射部１７の反射面を曲線Ｒ３で表し、円弧Ｒ２を延長した円弧Ｒ２ａを二点鎖線で表している。集光レンズ４と第１反射部８と第２反射部１７はｙ軸を中心とした対称な形状なので、光線ＩＬ１を例にして説明する。

【0031】

ｙ軸上で集光レンズ４から距離ｈだけ離隔した点Ｉ（０，ｒ２＋ｈ）から、光軸がｙ軸に一致するように光吸収層６に向けて光が出射され、光線ＩＬ１で示すように発散角θ（半角）を有して集光レンズ４の窓部１４（円弧Ｒ２）に入射する。光線ＩＬ１の入射点を点Ｐ（ｘ０，ｙ０）とする。直線ＯＰとｙ軸がなす角をαとし、直線ＯＰ（点Ｐにおける窓部１４の法線）と線分ＩＰ（光線ＩＬ１）がなす角をγとする。このとき点Ｐ（ｘ０，ｙ０）とγとθは下記（１）〜（４）式のように表される。
（１）ｘ０＝ｒ２×ｓｉｎ（α）
（２）ｙ０＝ｒ２×ｃｏｓ（α）
（３）γ＝θ＋α
（４）θ＝ｓｉｎ^-1（ｘ０／（ｘ０²＋（ｒ２＋ｈ−ｙ０）²）^1/2）

【0032】

点Ｐから半導体基板２内に屈折して入射した光は、光吸収層６を透過して円弧Ｒ１上の点Ｑ（ｘ１，ｙ１）に入射する。円弧Ｒ１の中心Ｃ１をｙ軸上の点Ｃ１（０，−ｔ）とする。直線ＯＰと線分ＰＱがなす角をβとし、直線Ｃ１Ｑ（点Ｑにおける第１反射部８の法線）と線分ＰＱがなす角をδとする。点Ｑにおいて、ｙ軸に直交する直線Ｌ１と円弧Ｒ１の接線Ｔ１がなす角をφとする。また、空気に対する半導体基板２の屈折率をｎとする。このとき、βとδとφは下記（５）〜（７）式のように表される。
（５）β＝ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（γ）／ｎ）
（６）δ＝φ＋α−β
（７）φ＝−ｔａｎ^-1（ｘ１／（ｙ１＋ｔ））

【0033】

円弧Ｒ１上の点Ｑに入射した光は、半導体基板２の第２面２ｂに向けて反射され、第２反射部１７の反射面を表す曲線Ｒ３上の点Ｓに入射する。直線Ｌ１と線分ＱＳがなす角をσとする。このときσは下記（８）式のように表される。
（８）σ＝π／２＋α−β＋２φ

【0034】

第２反射部１７の曲率半径ｒ３は、窓部１４の曲率半径ｒ２よりも大きく、且つ窓部１４から離れるにつれて徐々に大きくなる。曲線Ｒ３上の点Ｓにおける第２反射部１７の曲率半径ｒ３の中心Ｃ３をｙ軸上の点Ｃ３とする。点Ｑで反射されて点Ｓに入射する光は、点Ｓで半導体基板２の第１面２ａに向けて反射される。

【0035】

仮想的に曲率半径ｒ２の部分球面状のレンズに第２反射部１７に相当する仮想反射部を設けた場合、この仮想反射部が曲率半径ｒ２の円弧Ｒ２ａで表される。この場合、円弧Ｒ２ａが線分ＱＳと交差する点Ｓａ（ｘ２，ｙ２）に入射した光は、直線ＯＳａ（仮想反射部の点Ｓａにおける法線）に対して対称に反射されるので、反射光線ＲＬ１ａで示すように光吸収層６に再入射させることができない。

【0036】

ここで、点Ｓａにおける入射光線を表す線分ＱＳａに直交する直線を直線Ｍとし、点Ｓａにおける円弧Ｒ２ａの接線を接線Ｔ２ａとする。そして、図４に、直線ＯＰとｙ軸がなす角αに対して、ｘ軸に対する直線Ｍの傾斜角と点Ｓａにおける接線Ｔ２ａの傾斜角を示す。αが大きい程、即ち点Ｐがｙ軸（中心線ＣＬ）から離れる程、直線Ｍの傾斜角及び点Ｓａにおける接線Ｔ２ａの傾斜角が大きくなり、これらの角度の差も大きくなる。そして角度の差が大きくなる程、図３に示すように反射光線ＲＬ１ａは点Ｓａで入射方向から大きくずれた方向に反射されることになる。

【0037】

直線Ｍの傾きをｍ１とし、接線Ｔ２ａの傾きをｍ２ａとすると、傾きｍ１，ｍ２ａは下記（９），（１０）式のように表される。
（９）ｍ１＝−１／ｔａｎ（σ）
（１０）ｍ２ａ＝−ｘ２／ｙ２

【0038】

円弧Ｒ１上の点Ｑ（ｘ１，ｙ１）は下記（１１），（１２）式の関係を満たす。
（１１）ｘ１²＋（ｙ１＋ｔ）²＝ｒ１²
（１２）ｙ１−ｙ０＝（ｘ１−ｘ０）×ｔａｎ（π／２−α＋β）

【0039】

円弧Ｒ２ａ上の点Ｓａ（ｘ２，ｙ２）は下記（１３），（１４）式の関係を満たす。
（１３）ｘ２²＋ｙ２²＝ｒ２²
（１４）ｙ２−ｙ１＝（ｘ２−ｘ１）×ｔａｎ（σ）

【0040】

以上の（１）〜（１４）式の関係から、点Ｐ（ｘ０，ｙ０）とα、ｒ１、ｒ２、ｈ、ｔを与えると、他の角β、γ、δ、θ、φ、σが定まり、点Ｑ（ｘ１，ｙ１）と点Ｓａ（ｘ２，ｙ２）が定まる。そして、直線Ｃ３Ｓ（点Ｓにおける第２反射部１７の法線）が点Ｓａを通る線分ＱＳに重なる又は接近するように、直線ＱＳａ上に第２反射部１７の曲率半径ｒ３（線分Ｃ３Ｓ）を曲率半径ｒ２よりも大きく設定した点Ｓを定めることができる。曲線Ｒ３は、窓部１４に入射する光に対して上記のように定めた複数の点によって構成され、窓部１４に近い点から順に曲率半径ｒ３を徐々に大きくして曲線Ｒ３を定め、外側部分１５が窓部１４から滑らかに連なるようにすることができる。

【0041】

点Ｓにおける第２反射部１７の接線Ｔ３の傾きを直線Ｍの傾きｍ１に近づけると、直線Ｃ３Ｓが線分ＱＳに接近し、接線Ｔ３の傾きを直線Ｍの傾きｍ１に一致させた（接線Ｔ３を直線Ｍと平行にした）場合には、直線Ｃ３Ｓが線分ＱＳに重なる。従って、点Ｓにおける第２反射部１７の接線Ｔ３の傾きを入射光に直交する直線Ｍの傾きｍ１に一致又は近づけて設定することによって、点Ｓにおける曲率半径ｒ３を設定することができる。そして、窓部１４に入射する光に対して上記のように曲率半径ｒ３を設定した複数の点によって曲線Ｒ３を定めることができる。

【0042】

半導体受光素子１の第２反射部１７は、中心線ＣＬを含む断面が上記のように定められた曲線Ｒ３で表される反射面を有する。これにより、点Ｓａで反射光線ＲＬ１ａのように反射されるはずだった光を点Ｓで反射させて、反射光線ＲＬ１で示すように光吸収層６に再入射させることができる。直線Ｃ３Ｓを線分ＱＳに重ねた場合には、反射光線ＲＬ１は元の反射点Ｑに入射するので、確実に光吸収層６に再入射させることができ、点Ｑで反射して光吸収層６にもう１回入射させることができる。

【0043】

第２反射部１７はｙ軸に対称なので、光線ＩＬ２についても光線ＩＬ１と同様に、反射光線ＲＬ２で示すように光吸収層６に再入射させることができる。

【0044】

上記のように第２反射部１７は、中心線ＣＬを含む断面が上記のように定められた曲線Ｒ３で表される反射面を有する。それ故、第２反射部１７は、中心線ＣＬから離れていても、窓部１４に入射して第１反射部８で反射された光のうちの一部を反射光線ＲＬ１，ＲＬ２のように光吸収層６に再入射させることができる。そして、光吸収層６に再入射した光が第１反射部８で反射されて光吸収層６にもう１回入射するので、光吸収層６の厚さが実質的に４倍になって量子効率が向上し、光吸収層６を薄くした場合でも受光感度の低下を軽減することができる。尚、中心線ＣＬに一致する光とその近傍の光は、第１反射部８で反射されると窓部１４に到達して、半導体受光素子１の外部に出てゆく。

【0045】

上記半導体受光素子１の作用、効果について説明する。
半導体受光素子１の窓部１４から受光部３に入射して光吸収層６を透過した光は、第１反射部８によって反射されて光吸収層６を再度透過する。この光吸収層６を再度透過した光の一部は、第２反射部１７によって反射されて受光部３に再入射する。

【0046】

従って、窓部１４から入射した光は、第１反射部８によって受光部３の光吸収層６を２回透過することができる。この光吸収層６を２回透過した光のうちの一部は、第２反射部１７によって反射され、光吸収層６を再び透過することができる。それ故、量子効率が向上するので、半導体受光素子１の高速化のために光吸収層６を薄くした場合における受光感度の低下を軽減することができる。

【0047】

第１反射部８の曲率半径ｒ１は、第１反射部８で反射された光が光吸収層６と集光レンズ４の間に集光した後広がって、第２反射部１７に入射するように設定されている。従って、光吸収層６を透過した光を、高速化のために受光部３と共に小型化された第１反射部８によって、窓部１４の外側の第２反射部１７に向けて広げるように反射させることができる。それ故、窓部１４から入射した光を第１反射部８で反射し、第１反射部で反射した光の一部を第２反射部１７で反射して光吸収層６を複数回透過させることにより量子効率が向上するので、受光感度の低下を軽減することができる。

【0048】

第１反射部８の点Ｑで反射された光が第２反射部１７に入射する入射点Ｓにおいて、入射する光線（線分ＱＳ）と第２反射部１７の法線（直線Ｃ３Ｓ）が重なる又は接近するように第２反射部１７の曲率半径ｒ３が設定されている。従って、第１反射部８で反射した光を第２反射部１７で反射したときに、この第２反射部１７で反射した光を元の第１反射部８の反射点Ｑに一致又は接近させて入射させることができる。それ故、光吸収層６を透過した光を第２反射部１７で反射させて光吸収層６に再入射させることができ、高速化のために光吸収層６を薄くした場合に受光感度の低下を軽減することができる。

【0049】

光ファイバケーブルとして出射端が円錐状に形成されたコニカルファイバから光を入射させて、光強度が強い部分が第２反射部１７で反射するように構成すれば、受光感度の低下を一層軽減することができる。尚、半導体基板２や第１、第２半導体層５，７、光吸収層６の材質は、上記に限られるものではなく、受光する光の波長に適した公知の材質を使用して適切なサイズの受光部３を備えた半導体受光素子１を形成することができる。その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態も包含するものである。

【符号の説明】

【0050】

１ ：半導体受光素子
２ ：半導体基板
２ａ ：第１面
２ｂ ：第２面
３ ：受光部
４ ：集光レンズ
５ ：第１半導体層
６ ：光吸収層
７ ：第２半導体層
７ａ ：表面
８ ：第１反射部
８ａ ：誘電体膜
８ｂ ：金属膜
１１ ：電極
１２ ：反射防止膜
１４ ：窓部
１５ ：外側部分
１６ ：金属膜
１７ ：第２反射部
ＣＬ ：中心線

【要約】

【課題】高速化に伴う受光感度の低下を軽減することができる半導体受光素子を提供すること。
【解決手段】半導体基板(2)の第１面(2a)に第１半導体層(5)と光吸収層(6)と第２半導体層(7)をこの順に積層させて形成された受光部(3)を有し、半導体基板(2)の第１面(2a)に対向する第２面(2b)側に受光部(3)の中心線(CL)と同心に形成された集光レンズ(4)を有する半導体受光素子(1)において、第２半導体層(7)の表面(7a)に、光吸収層(6)側が凹面状に形成された第１反射部(8)を備え、集光レンズ(4)は、中心線(CL)の近傍の窓部(14)と、窓部(14)の外側に環状に且つ光吸収層(6)側が凹面状に形成された第２反射部(17)を備え、窓部(14)から受光部(3)に入射して光吸収層(6)を透過した光が、第１反射部(8)によって反射されて光吸収層(6)を再度透過し、光吸収層(6)を再度透過した光の一部が第２反射部(17)によって反射されて受光部(3)に再入射するように構成した。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】