特開 2024-118668 半導体受光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118668

(43)【公開日】2024-09-02

(54)【発明の名称】半導体受光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/10 20060101AFI20240826BHJP

【ＦＩ】

H01L31/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025072

(22)【出願日】2023-02-21

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「高効率・高速処理を可能とするＡＩチップ・次世代コンピューティングの技術開発／次世代コンピューティング技術の開発／異種材料集積光エレクトロニクスを用いた高効率・高速処理分散コンピューティングシステム技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140453

【弁理士】

【氏名又は名称】戸津 洋介

(72)【発明者】

【氏名】沖本 拓也

【テーマコード（参考）】

5F149

【Ｆターム（参考）】

5F149AA04

5F149AB07

5F149BA03

5F149BA14

5F149BA15

5F149DA06

5F149GA06

5F149XB18

5F149XB37

(57)【要約】

【課題】高速で動作可能な半導体受光デバイスを提供する。
【解決手段】半導体受光デバイスは、入力光導波路とテーパー光導波路と光検出部とを備える。入力光導波路は、第１コア及び第１クラッド層を備える。テーパー光導波路は、第２コア及び第２クラッド層を備える。光検出部は、光吸収層、第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び第１導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を備える。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有する。第２コアは第１厚さを有する。光吸収層は第２厚さを有する。第２厚さは第１厚さよりも小さい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に設けられた入力光導波路と、
前記基板上に設けられ、前記入力光導波路に接続されたテーパー光導波路と、
前記基板上に設けられ、前記テーパー光導波路に接続された光検出部と、
を備え、
前記入力光導波路は、第１コア及び第１クラッド層を備え、前記第１コアは、前記基板と前記第１クラッド層との間に配置され、
前記テーパー光導波路は、前記入力光導波路から前記光検出部に向かうに連れて大きくなる幅を有し、
前記テーパー光導波路は、第２コア及び第２クラッド層を備え、前記第２コアは、前記基板と前記第２クラッド層との間に配置され、前記第２コアは、前記第１コアに光学的に結合され、
前記光検出部は、光吸収層、第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び第１導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を備え、前記光吸収層は、前記基板と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記光吸収層は、前記第２コアに光学的に結合され、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有し、
前記第２コアは第１厚さを有し、前記光吸収層は第２厚さを有し、前記第２厚さは前記第１厚さよりも小さい、半導体受光デバイス。

【請求項2】

前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は第３厚さを有し、
前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は第４厚さを有し、前記第３厚さは前記第４厚さよりも小さい、請求項１に記載の半導体受光デバイス。

【請求項3】

前記第３厚さは前記第２厚さよりも小さい、請求項２に記載の半導体受光デバイス。

【請求項4】

前記テーパー光導波路と前記光検出部との界面において、前記第２クラッド層の上面は、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の下面よりも前記基板に近い、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光デバイス。

【請求項5】

前記第１クラッド層は、前記入力光導波路の入力端面における第５厚さと、前記入力光導波路の出力端面における第６厚さと、を有し、前記第６厚さは前記第５厚さよりも小さい、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光デバイス。

【請求項6】

前記第２厚さは５００ｎｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体受光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体受光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、基板上に形成された入力導波路と、基板上に形成されたフォトダイオードと、基板上に形成されたテーパー導波路とを有する受光デバイスを開示する。テーパー導波路は、入力導波路とフォトダイオードとを接続する。テーパー導波路の幅は、入力導波路に接続された入力端から、フォトダイオードに接続された出力端に向かって広がる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１９９３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、高速で動作可能な半導体受光デバイスを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る半導体受光デバイスは、基板上に設けられた入力光導波路と、前記基板上に設けられ、前記入力光導波路に接続されたテーパー光導波路と、前記基板上に設けられ、前記テーパー光導波路に接続された光検出部と、を備え、前記入力光導波路は、第１コア及び第１クラッド層を備え、前記第１コアは、前記基板と前記第１クラッド層との間に配置され、前記テーパー光導波路は、前記入力光導波路から前記光検出部に向かうに連れて大きくなる幅を有し、前記テーパー光導波路は、第２コア及び第２クラッド層を備え、前記第２コアは、前記基板と前記第２クラッド層との間に配置され、前記第２コアは、前記第１コアに光学的に結合され、前記光検出部は、光吸収層、第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び第１導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を備え、前記光吸収層は、前記基板と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記光吸収層は、前記第２コアに光学的に結合され、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有し、前記第２コアは第１厚さを有し、前記光吸収層は第２厚さを有し、前記第２厚さは前記第１厚さよりも小さい。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、高速で動作可能な半導体受光デバイスが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態に係る半導体受光デバイスを模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。

【図3】図３は、他の一実施形態に係る半導体受光デバイスを模式的に示す断面図である。

【図4】図４は、他の一実施形態に係る半導体受光デバイスを模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、光吸収層の厚さと３ｄＢ帯域との関係の例を示すグラフである。

【図6】図６は、光吸収層の厚さと３ｄＢ帯域との関係の例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
（１）基板上に設けられた入力光導波路と、前記基板上に設けられ、前記入力光導波路に接続されたテーパー光導波路と、前記基板上に設けられ、前記テーパー光導波路に接続された光検出部と、を備え、前記入力光導波路は、第１コア及び第１クラッド層を備え、前記第１コアは、前記基板と前記第１クラッド層との間に配置され、前記テーパー光導波路は、前記入力光導波路から前記光検出部に向かうに連れて大きくなる幅を有し、前記テーパー光導波路は、第２コア及び第２クラッド層を備え、前記第２コアは、前記基板と前記第２クラッド層との間に配置され、前記第２コアは、前記第１コアに光学的に結合され、前記光検出部は、光吸収層、第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層及び第１導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を備え、前記光吸収層は、前記基板と前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記光吸収層と前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層との間に配置され、前記光吸収層は、前記第２コアに光学的に結合され、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有し、前記第２コアは第１厚さを有し、前記光吸収層は第２厚さを有し、前記第２厚さは前記第１厚さよりも小さい、半導体受光デバイス。

【0009】

上記半導体受光デバイスによれば、光検出部の光吸収層を薄くできる。薄い光吸収層は、キャリアの走行時間を短縮するので、上記半導体受光デバイスは高速で動作可能である。

【0010】

（２）上記（１）において、前記第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は第３厚さを有してもよく、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層は第４厚さを有してもよく、前記第３厚さは前記第４厚さよりも小さくてもよい。この場合、光検出部の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を薄くできる。よって、光検出部の直列抵抗を小さくできる。

【0011】

（３）上記（２）において、前記第３厚さは前記第２厚さよりも小さくてもよい。

【0012】

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、前記テーパー光導波路と前記光検出部との界面において、前記第２クラッド層の上面は、前記第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層の下面よりも前記基板に近くてもよい。この場合、テーパー光導波路の第２コアから光検出部の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層に光が漏れ難くなる。よって、光検出部の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層による光吸収を抑制できる。

【0013】

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つにおいて、前記第１クラッド層は、前記入力光導波路の入力端面における第５厚さと、前記入力光導波路の出力端面における第６厚さと、を有してもよく、前記第６厚さは前記第５厚さよりも小さくてもよい。この場合、入力光導波路の入力端面において第１クラッド層が厚くなる。よって、入力端面に入力される光の損失を低減できる。

【0014】

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、前記第２厚さは５００ｎｍ以下であってもよい。

【0015】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図面には必要に応じてＸＹＺ座標系が示される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（例えば直交）する。

【0016】

図１は、一実施形態に係る半導体受光デバイスを模式的に示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図２は、Ｙ軸方向に直交するＸＺ断面を示す。図１及び図２に示される半導体受光デバイス１００は、例えば１３０ＧＢａｕｄ以上の変調速度を有する光通信デバイスにおいて用いられてもよい。半導体受光デバイス１００は、基板１０上に設けられた入力光導波路２０と、基板１０上に設けられたテーパー光導波路３０と、基板１０上に設けられた光検出部４０とを備える。テーパー光導波路３０は、入力光導波路２０に接続される。光検出部４０は、テーパー光導波路３０に接続される。入力光導波路２０、テーパー光導波路３０及び光検出部４０は、光軸方向（Ｘ軸方向）に沿って順に配列される。入力光導波路２０及びテーパー光導波路３０は、互いに接触してもよい。テーパー光導波路３０及び光検出部４０は、互いに接触してもよい。入力光導波路２０に入力された光は、入力光導波路２０及びテーパー光導波路３０を通って進み、光検出部４０によって検出される。

【0017】

基板１０は、半絶縁性のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板であってもよい。基板１０は、半絶縁性のインジウムリン（ＩｎＰ）基板であってもよい。

【0018】

入力光導波路２０は、メサ構造を有してもよい。入力光導波路２０は、Ｘ軸方向に沿って延在する。入力光導波路２０は、Ｘ軸方向に直交する幅Ｗ１（Ｙ軸方向の長さ）を有する。入力光導波路２０は、基板１０の主面に直交するＺ軸方向に高さを有する。

【0019】

入力光導波路２０は、第１コア２２及び第１クラッド層２４を備える。第１コア２２は、基板１０と第１クラッド層２４との間に配置される。第１コア２２の厚さは、２００ｎｍ以上であってもよいし、６００ｎｍ以下であってもよい。第１クラッド層２４の厚さは、８００ｎｍ以下であってもよい。入力光導波路２０は、第２導電型（例えばｎ型）のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６を更に備えてもよい。第２導電型は、第１導電型（例えばｐ型）とは反対の導電型である。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６は、基板１０と第１コア２２との間に配置される。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６は、バッファ層又はクラッド層であってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６の厚さは、５００ｎｍ以下であってもよい。基板１０、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６、第１コア２２及び第１クラッド層２４のうち隣り合う部材は、互いに接触してもよい。

【0020】

第１コア２２は、ｉ型（ノンドープ）のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層であってもよい。第１コア２２は、ガリウムインジウムヒ素リン（ＧａＩｎＡｓＰ）を含んでもよい。第１クラッド層２４は、ｉ型のＩｎＰを含んでもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６は、第２導電型のＩｎＰを含んでもよい。

【0021】

テーパー光導波路３０は、メサ構造を有してもよい。テーパー光導波路３０は、入力光導波路２０から光検出部４０に向かうに連れて大きくなる幅を有する。テーパー光導波路３０は、入力光導波路２０に接続される入力端面において幅Ｗ２（Ｙ軸方向の長さ）を有する。幅Ｗ２は幅Ｗ１よりも大きい。幅Ｗ２と幅Ｗ１との差は、１００ｎｍ以上であってもよい。幅Ｗ２と幅Ｗ１との差によって、高次モードが励起され得る。その結果、テーパー光導波路３０と光検出部４０との界面において、Ｚ軸方向における光の染み出しを抑制できる。テーパー光導波路３０は、光検出部４０に接続される出力端面において幅Ｗ３（Ｙ軸方向の長さ）を有する。幅Ｗ３は幅Ｗ２よりも大きい。光検出部４０は幅Ｗ３と同じ幅を有してもよい。

【0022】

テーパー光導波路３０は、第２コア３２及び第２クラッド層３４を備える。第２コア３２は、基板１０と第２クラッド層３４との間に配置される。第２コア３２は、第１コア２２に光学的に結合される。第２コア３２は第１厚さＤ１を有する。第１厚さＤ１は、６００ｎｍ以下であってもよいし、２００ｎｍ以上であってもよい。第２クラッド層３４の厚さは、８００ｎｍ以下であってもよい。テーパー光導波路３０は、第２導電型のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３６を更に備えてもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３６は、基板１０と第２コア３２との間に配置される。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３６は、バッファ層又はクラッド層であってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３６の厚さは、５００ｎｍ以下であってもよい。基板１０、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３６、第２コア３２及び第２クラッド層３４のうち隣り合う部材は、互いに接触してもよい。

【0023】

第２コア３２に含まれる材料の例は、第１コア２２に含まれる材料の例と同じであってもよい。第２クラッド層３４に含まれる材料の例は、第１クラッド層２４に含まれる材料の例と同じであってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層３６に含まれる材料の例は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６に含まれる材料の例と同じであってもよい。

【0024】

光検出部４０は、ＰＩＮフォトダイオードであってもよい。光検出部４０は、メサ構造を有してもよい。光検出部４０は、光吸収層４２、第１導電型の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４及び第１導電型の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５を備える。光吸収層４２は、基板１０と第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４との間に配置される。光吸収層４２は、第２コア３２に光学的に結合される。第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４は、光吸収層４２と第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５との間に配置される。第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４は、クラッド層であってもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５は、コンタクト層であってもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５は、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有する。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５のドーパント濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以上であってもよい。

【0025】

光吸収層４２は第２厚さＤ２を有する。第２厚さＤ２は、第２コア３２の第１厚さＤ１よりも小さい。第２厚さＤ２は、５００ｎｍ以下であってもよいし、２００ｎｍ以上であってもよい。第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４は第３厚さＤ３を有してもよい。第３厚さＤ３は、３００ｎｍ以下であってもよいし、１００ｎｍ以上であってもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５は第４厚さＤ４を有してもよい。第４厚さＤ４は、４００ｎｍ以下であってもよいし、１００ｎｍ以上であってもよい。第３厚さＤ３は第４厚さＤ４より小さくてもよい。第３厚さＤ３は光吸収層４２の第２厚さＤ２より小さくてもよい。

【0026】

光吸収層４２は、ｉ型（ノンドープ）のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層であってもよい。光吸収層４２は、ガリウムインジウムヒ素（ＧａＩｎＡｓ）を含んでもよい。第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４に含まれる材料の例は、第１クラッド層２４に含まれる材料の例と同じであってもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５は、ＧａＩｎＡｓを含んでもよい。

【0027】

第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５は、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５の厚さ方向（Ｚ軸方向）に直交するＸＹ断面を有してもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５のＸＹ断面の面積は、８μｍ^２以上であってもよいし、１２０μｍ^２以下であってもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５のＸＹ断面は、矩形形状を有してもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５のＸＹ断面において、Ｘ軸方向に沿った長さは４μｍ以上であってもよいし、１２μｍ以下であってもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５のＸＹ断面において、Ｙ軸方向に沿った長さは２μｍ以上であってもよいし、１０μｍ以下であってもよい。

【0028】

光検出部４０は、第２導電型のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６を更に備えてもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６は、基板１０と光吸収層４２との間に配置される。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６はバッファ層であってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６の厚さは、３００ｎｍ以下であってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６に含まれる材料の例は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層２６に含まれる材料の例と同じであってもよい。

【0029】

光検出部４０は、ｉ型のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４８を更に備えてもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４８は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６と光吸収層４２との間に配置される。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４８はバッファ層であってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４８の厚さは、３００ｎｍ以下であってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４８は、ＧａＩｎＡｓＰを含んでもよい。

【0030】

半導体受光デバイス１００は、第２導電型のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２を更に備えてもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２は、基板１０と光検出部４０との間に配置される。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２は、基板１０と入力光導波路２０との間に配置されてもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２は、基板１０とテーパー光導波路３０との間に配置されてもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２は、コンタクト層であってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有する。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２のドーパント濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上であってもよい。基板１０、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４６、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４８、光吸収層４２、第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４及び第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５のうち隣り合う部材は、互いに接触してもよい。

【0031】

半導体受光デバイス１００は、第１電極５０を更に備えてもよい。第１電極５０は、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５に接続される。第１電極５０と第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５との接合面積は、８０μｍ^２以下であってもよい。半導体受光デバイス１００は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層１２に接続される第２電極を更に備えてもよい。第１電極５０及び第２電極にはそれぞれ配線が接続され得る。第１電極５０と第２電極との間には、逆バイアス電圧が印加され得る。

【0032】

半導体受光デバイス１００において、第１電極５０と第２電極との間の直列抵抗は、６０Ω（オーム）以下であってもよいし、４０Ω以下であってもよい。第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４の第３厚さＤ３が小さいと、半導体受光デバイス１００の直列抵抗が小さくなる。

【0033】

半導体受光デバイス１００において、第１電極５０と第２電極との間の静電容量は、４０ｆＦ（フェムトファラド）以下であってもよいし、１０ｆＦ以上であってもよい。第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５のＸＹ断面の断面積を小さくすると、半導体受光デバイス１００の静電容量が小さくなる。

【0034】

半導体受光デバイス１００によれば、光検出部４０の光吸収層４２を薄くできる。薄い光吸収層４２は、キャリアの走行時間を短縮するので、半導体受光デバイス１００が高速で動作することができる。半導体受光デバイス１００の３ｄＢ帯域は、５０ＧＨｚ以上であってもよい。

【0035】

第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４の第３厚さＤ３が第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５の第４厚さＤ４より小さい場合、光検出部４０の第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４４を薄くできる。よって、半導体受光デバイス１００の直列抵抗を小さくできる。

【0036】

図３は、他の一実施形態に係る半導体受光デバイスを模式的に示す断面図である。図３に示される半導体受光デバイス１００Ａは、入力光導波路２０及びテーパー光導波路３０に代えて入力光導波路１２０及びテーパー光導波路１３０をそれぞれ備えること以外は半導体受光デバイス１００と同じ構成を備える。入力光導波路１２０は、第１クラッド層２４に代えて第１クラッド層１２４を備えること以外は入力光導波路２０と同じ構成を備える。第１クラッド層１２４は、第１クラッド層２４よりも薄い。テーパー光導波路１３０は、第２クラッド層３４に代えて第２クラッド層１３４を備えること以外はテーパー光導波路３０と同じ構成を備える。第２クラッド層１３４は、第２クラッド層３４よりも薄い。第２クラッド層１３４は、第１クラッド層１２４と同じ厚さを有してもよい。

【0037】

テーパー光導波路１３０と光検出部４０との界面において、第２クラッド層１３４の上面１３４Ｕは、第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５の下面４５Ｌよりも基板１０に近い。その結果、第２クラッド層１３４が第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５に接触しなくなる。

【0038】

半導体受光デバイス１００Ａによれば、半導体受光デバイス１００と同じ作用効果が得られる。さらに、テーパー光導波路１３０の第２コア３２から光検出部４０の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５に光が漏れ難くなる。よって、光検出部４０の第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層４５による光吸収を抑制できる。

【0039】

図４は、他の一実施形態に係る半導体受光デバイスを模式的に示す断面図である。図４に示される半導体受光デバイス１００Ｂは、入力光導波路１２０に代えて入力光導波路２２０を備えること以外は半導体受光デバイス１００Ａと同じ構成を備える。入力光導波路２２０は、第１クラッド層１２４に代えて第１クラッド層２２４を備えること以外は入力光導波路１２０と同じ構成を備える。第１クラッド層２２４は、入力光導波路２２０の入力端面２２４ａにおける第５厚さＤ５と、入力光導波路２２０の出力端面２２４ｂにおける第６厚さＤ６とを有する。第６厚さＤ６は第５厚さＤ５よりも小さい。第６厚さＤ６は、第２クラッド層１３４の厚さと同じであってもよい。入力光導波路２２０は、出力端面２２４ｂを含む第１部分と、入力端面２２４ａを含む第２部分とを有してもよい。入力光導波路２２０の第１部分は、一定の厚みを有してもよい。入力光導波路２２０の第２部分は、出力端面２２４ｂから入力端面２２４ａに向かって大きくなる厚みを有してもよい。第１クラッド層２２４の表面には凹部が形成されてもよい。そのような凹部は、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより形成され得る。

【0040】

半導体受光デバイス１００Ｂによれば、半導体受光デバイス１００Ａと同じ作用効果が得られる。さらに、入力光導波路２２０の入力端面２２４ａにおいて第１クラッド層２２４が厚くなるので、入力端面２２４ａに入力される光の損失を低減できる。

【0041】

半導体受光デバイス１００と同じ構造を有する半導体受光デバイスについて、シミュレーションを行った。このシミュレーションは本開示を限定するものではない。シミュレーションは、以下の式（１）を用いて行われた。

【数1】

【0042】

式（１）中、ｆ１は、半導体受光デバイスの３ｄＢ帯域の値を示す。ｆ２は、以下の式（２）で表される。

【数2】

式（２）中、ｖは電子及びホールの平均飽和速度（５．３５×１０^６［ｃｍ／ｓ］）を示す。Ｄは、光吸収層の厚さを示す。

【0043】

式（１）中、ｆ３は、以下の式（３）で表される。

【数3】

式（３）中、Ｃは、半導体受光デバイスに含まれるフォトダイオードの静電容量を示す。ＲＬは、負荷抵抗（５０Ω）を示す。Ｒｓは、半導体受光デバイスに含まれるフォトダイオードの直列抵抗を示す。Ｒｓは、フォトダイオードの光吸収層上のクラッド層の厚さによって変化する。シミュレーション結果を図５及び図６に示す。

【0044】

図５及び図６のそれぞれは、光吸収層の厚さと３ｄＢ帯域との関係の例を示すグラフである。横軸は、光吸収層の厚さ（μｍ）を示す。縦軸は、３ｄＢ帯域（ＧＨｚ）を示す。図５は、フォトダイオードの直列抵抗Ｒｓが５０Ωである場合のシミュレーション結果を示す。図６は、フォトダイオードの直列抵抗Ｒｓが２０Ωである場合のシミュレーション結果を示す。図５及び図６のそれぞれにおいて、１０ｆＦ、２０ｆＦ、３０ｆＦ、４０ｆＦ及び５０ｆＦのそれぞれは、フォトダイオードの静電容量Ｃを示す。各曲線は、フォトダイオードの静電容量Ｃが各値である場合のシミュレーション結果を示す。図５及び図６のそれぞれにおいて、基準線ＲＥＦは、フォトダイオードの静電容量Ｃが０ｆＦであると仮定した場合のシミュレーション結果を示す。

【0045】

図５及び図６に示されるように、フォトダイオードの静電容量が小さくなると、３ｄＢ帯域が大きくなることが分かる。また、フォトダイオードの直列抵抗が小さくなると、３ｄＢ帯域が大きくなることが分かる。さらに、光吸収層の厚さが小さくなると、３ｄＢ帯域が大きくなることが分かる。

【0046】

以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。

【符号の説明】

【0047】

１０…基板
１２…ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
２０…入力光導波路
２２…第１コア
２４…第１クラッド層
２６…ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
３０…テーパー光導波路
３２…第２コア
３４…第２クラッド層
３６…ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
４０…光検出部
４２…光吸収層
４４…第１ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
４５…第２ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
４５Ｌ…下面
４６…ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
４８…ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層
５０…第１電極
１００…半導体受光デバイス
１００Ａ…半導体受光デバイス
１００Ｂ…半導体受光デバイス
１２０…入力光導波路
１２４…第１クラッド層
１３０…テーパー光導波路
１３４…第２クラッド層
１３４Ｕ…上面
２２０…入力光導波路
２２４…第１クラッド層
２２４ａ…入力端面
２２４ｂ…出力端面
ＲＥＦ…基準線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】