特許 7438595 受光装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】受光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0232 20140101AFI20240219BHJP

   G02B 5/10 20060101ALI20240219BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20240219BHJP

【ＦＩ】

H01L31/02 D

G02B5/10 A

H01L31/10 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023555825

(86)(22)【出願日】2022-12-27

(86)【国際出願番号】 JP2022048201

【審査請求日】2023-09-14

【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２００８－００８６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０３４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５２８５６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０２３２、３１／１０－３１／１１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１半導体基板の主面側にフォトダイオードが形成された半導体受光素子と、この半導体受光素子に向けて入射光を反射する凹面鏡を有する受光装置において、
前記凹面鏡は、入射光に対して透明な第２半導体基板の平坦な第１面と、この第１面に対向する第２面側に前記第１面と反対側に向かって凸状に形成された凸面と、この凸面に形成された反射膜を有し、且つ前記第１面側から入射する入射光を前記反射膜によって反射して前記第１面近傍の集光位置に集光し、
前記半導体受光素子は、前記集光位置に重なるように、前記第１半導体基板の前記主面に対向する裏面が、入射光に対して透明な接着樹脂を介して前記第２半導体基板の前記第１面に接着され、
前記接着樹脂は、前記凹面鏡で反射された光の反射を、光の干渉を利用して抑制する厚さに調整されたことを特徴とする受光装置。

【請求項2】

前記凹面鏡の前記凸面が放物面であることを特徴とする請求項１に記載の受光装置。

【請求項3】

前記凹面鏡の前記凸面が部分球面であることを特徴とする請求項１に記載の受光装置。

【請求項4】

前記第１半導体基板がＩｎＰ基板であり、前記第２半導体基板がＳｉ基板であることを特徴とする請求項１に記載の受光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、入射する光信号を電気信号に変換して出力する半導体受光素子を有する光通信用の受光装置に関し、特に入射光を半導体受光素子に向けて集光するように反射する凹面鏡を備えた受光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光通信分野では、通信量の急激な増加に対応するため、伝送速度を高速化する開発が行われている。光通信は、送信側から光ファイバケーブル等を介して光信号を送信し、受信側では半導体受光素子が受信した光信号を電気信号に変換している。

【0003】

受信側における伝送速度の高速化は、半導体受光素子の応答速度の高速化により実現される。そのためには、素子容量と素子抵抗で規定される応答速度の上限を向上させることが必要である。また、光ファイバケーブルを介さずにコリメートされた光を通信に利用する光衛星間通信及び光空間通信の分野においても、同様に高速化が要求されている。

【0004】

半導体受光素子の素子容量は、フォトダイオードの面積、即ち光を電気（電荷）に変換する光吸収層の直径が小さいほど小さくなる。例えば応答周波数帯域が５ＧＨｚ程度の半導体受光素子を実現する場合、光吸収層の直径を１００μｍ程度とすれば素子容量が十分小さくなる。

【0005】

一方、光吸収層の直径が小さくなるほどフォトダイオードの面積が小さくなるので、受光量が少なくなって感度が低下する。そのため、送信された光を集光して光吸収層に入射させることができる半導体受光素子が知られている。

【0006】

例えば特許文献１には、半導体基板の表面側が凸レンズ状に形成され、その中央にフォトダイオードが形成され、裏面側には平面鏡が形成された半導体受光素子が記載されている。この半導体受光素子は、凸レンズ状の表面側から入射するコリメート光を集光して平面鏡でフォトダイオードに向けて反射する。

【0007】

また、例えば特許文献２には、半導体基板の表面側にフォトダイオードが形成され、裏面側には凹面鏡が形成された半導体受光素子が記載されている。この半導体受光素子は、表面側から入射するコリメート光を凹面鏡でフォトダイオードに向けて集光するように反射する。

【0008】

特許文献１，２では、フォトダイオードよりも面積が大きい凸レンズ又は凹面鏡で受けた光を集光してフォトダイオードに入射させている。このとき、フォトダイオードが形成された半導体基板の厚さに相当する距離またはその往復する距離で光を集光するので、凸レンズの直径又は凹面鏡の直径は半導体基板の厚さによって制限され、２００～４００μｍ程度になっている。

【0009】

しかし、光衛星間通信及び光空間通信では、微弱な光信号でも通信可能にするために、また、送信側と受信側の位置関係が変化する場合でも光信号を受信して通信可能にするために、光を受ける面積（受光面積）を一層大きくすることが要求されている。そのため、例えば特許文献３のように、半導体受光素子と凹面鏡を組合わせることにより、特許文献１，２よりも凹面鏡とフォトダイオードの間の距離を大きくして、受光面積を大きくした受光装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開平５－１３６４４６号公報

【文献】国際公開第２０１９／１５０５３３号

【文献】特開２０１３－２０１３６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献３では、リードによって支持された半導体受光素子が、凹面鏡の焦点の近傍に配設されている。そして、半導体受光素子と凹面鏡の間には透明なエポキシ樹脂が充填され、半導体受光素子がエポキシ樹脂で保護されている。入射するコリメートされた光信号は、エポキシ樹脂を透過し、凹面鏡で半導体受光素子に向けて集光するように反射される。このとき、半導体受光素子に入射する光の一部は半導体受光素子の入射面で反射されるので、入射面にはフッ化マグネシウムで形成された光の干渉を利用する反射防止膜を備えていることが記載されている。

【0012】

しかし、半導体受光素子の屈折率と反射防止膜の屈折率の差は大きいが、反射防止膜の屈折率とエポキシ樹脂の屈折率の差は小さい。それ故、この反射防止膜による反射防止効果は限定的であり、半導体受光素子に入射する光の反射率が大きくなり、フォトダイオードに入射する光が減少する。また、リードによって凹面鏡に入射する光が遮られるので、フォトダイオードに入射する光が減少する。

【0013】

そこで、本発明は、フォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができるように構成した半導体受光素子と凹面鏡を有する受光装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0014】

請求項１の発明の受光装置は、第１半導体基板の主面側にフォトダイオードが形成された半導体受光素子と、この半導体受光素子に向けて入射光を反射する凹面鏡を有する受光装置において、前記凹面鏡は、入射光に対して透明な第２半導体基板の平坦な第１面と、この第１面に対向する第２面側に前記第１面と反対側に向かって凸状に形成された凸面と、この凸面に形成された反射膜を有し、且つ前記第１面側から入射する入射光を前記反射膜によって反射して前記第１面近傍の集光位置に集光し、前記半導体受光素子は、前記集光位置に重なるように、前記第１半導体基板の前記主面に対向する裏面が、入射光に対して透明な接着樹脂を介して前記第２半導体基板の前記第１面に接着され、前記接着樹脂は、前記凹面鏡で反射された光の反射を、光の干渉を利用して抑制する厚さに調整されたことを特徴としている。

【0015】

上記構成によれば、受光装置は、第１半導体基板の主面側にフォトダイオードを備えた半導体受光素子が、入射光に対して透明な第２半導体基板によって形成された凹面鏡に、その集光位置に重なるように固定されて形成されている。凹面鏡は、第２半導体基板の平坦な第１面に対向する第２面側の凸面に形成された反射膜によって、第１面側から入射する入射光を反射して第１面近傍の集光位置に集光する。受光面積が大きい凹面鏡によって集光した光をフォトダイオードに入射させることができるので、高速応答のためにフォトダイオードの面積を小さくすることができる。そして、半導体受光素子が凹面鏡の第２半導体基板の第１面に固定されるので、半導体受光素子を凹面鏡の集光位置に容易に位置合わせすることができると共に、遮られる入射光を少なくして入射光の大部分を凹面鏡に入射させることができる。従って、フォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができる。

【0016】

【0017】

その上、半導体受光素子は、入射光に対して透明な接着樹脂であって、凹面鏡で反射された光の反射を光の干渉を利用して抑制するように厚さが調整された接着樹脂を介して、第１半導体基板の主面に対向する裏面が第２半導体基板の第１面に接着されている。これにより、凹面鏡で反射されて半導体受光素子に入射する光が反射されないように、接着樹脂を光の干渉を利用する反射防止膜として機能させることができる。凹面鏡で反射されて第１半導体基板に入射する光の反射が接着樹脂によって低減されるので、フォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができる。

【0018】

請求項２の発明の受光装置は、請求項１の発明において、前記凹面鏡の前記凸面が放物面であることを特徴としている。
上記構成によれば、凹面鏡の凸面が放物面なので、この凸面に形成された反射膜によって、凹面鏡に入射する入射光として光通信で利用されるコリメート光を、放物面の焦点に相当する凹面鏡の集光位置に集光することができる。従って、凹面鏡で集光した光を半導体受光素子のフォトダイオードに入射させることができ、高速応答のために小さい面積に形成されたフォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができる。

【0019】

請求項３の発明の受光装置は、請求項１の発明において、前記凹面鏡の前記凸面が部分球面であることを特徴としている。
上記構成によれば、凹面鏡の凸面が部分球面なので、この凸面に形成された反射膜によって、凹面鏡に入射する入射光として光通信で利用されるコリメート光を、部分球面の焦点に相当する凹面鏡の集光位置に集光することができる。従って、凹面鏡で集光した光を半導体受光素子のフォトダイオードに入射させることができ、高速応答のために小さい面積に形成されたフォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができる。

【0020】

請求項４の発明の受光装置は、請求項１の発明において、前記第１半導体基板がＩｎＰ基板であり、前記第２半導体基板がＳｉ基板であることを特徴としている。
上記構成によれば、小型の半導体受光素子をＩｎＰ基板に形成し、受光面積が大きい凹面鏡をＩｎＰ基板よりも安価なＳｉ基板で形成して、受光装置の製造コストを低減することができる。その上、ＩｎＰ基板は光通信で利用される光に対して透明であり、入射光は半導体受光素子のフォトダイオードと電極以外の部分を透過して凹面鏡に入射するので、フォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の受光装置によれば、フォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施例に係る受光装置の平面図である。

【図2】放物面状の反射面による光の入射例を示す図１のII－II線断面図である。

【図3】半導体受光素子を示す図２の要部拡大図である。

【図4】部分球面状の反射面による光の入射例を示す断面図である。

【図5】半導体受光素子と凹面鏡の固定態様の他の例を示す要部拡大図である。

【図6】接着樹脂の厚さと半導体受光素子に入射する光の反射率の関係の計算結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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】

【0024】

図１、図２に示すように、受光装置１は、半導体受光素子１０と凹面鏡２０を有する。半導体受光素子１０は１対の電極１１ａ，１１ｂを有し、凹面鏡２０は１対の出力端子部２１ａ，２１ｂを有する。そして、１対の電極１１ａ，１１ｂと対応する出力端子部２１ａ，２１ｂとが導電性ワイヤ２ａ，２ｂによって夫々接続されている。

【0025】

光通信で利用されるコリメートされた光信号である入射光Ｉは、凹面鏡２０によって半導体受光素子１０に向けて反射され、この反射光Ｒ１が半導体受光素子１０に集光される。そして、反射光Ｒ１が半導体受光素子１０に入射すると、光電変換により電流に変換されて出力端子部２１ａ，２１ｂを介して外部に出力される。電極１１ａ，１１ｂから対応する出力端子部２１ａ，２１ｂには、リードよりも細い導電性ワイヤ２ａ，２ｂによって接続されているので、凹面鏡２０に入射する入射光Ｉのうち、遮られる光を少なくすることができる。入射光Ｉは、光通信用として一般に使用される波長が１３００～１６００ｎｍの範囲の赤外光である。

【0026】

図３に示すように、半導体受光素子１０は、第１半導体基板１２の主面１２ａ側に、第１半導体層１３と光吸収層１４と第２半導体層１５が積層されて形成されたフォトダイオード１６を備えている。そして、半導体受光素子１０は、このフォトダイオード１６の第１半導体層１３に接続する電極１１ａと、第２半導体層１５に接続する電極１１ｂを有する。第１半導体基板１２は例えばＩｎＰ（リン化インジウム）基板であり、第１半導体層１３は例えばｎ－ＩｎＰ層であり、光吸収層１４は例えばＩｎＧａＡｓ層であり、第２半導体層１５は例えばｐ－ＩｎＰ層である。ＩｎＰ基板は、入射光Ｉに対して透明である。

【0027】

第１半導体基板１２は、１辺の長さが例えば５００μｍ、厚さが例えば１５０μｍに形成されている。フォトダイオード１６は、例えば光吸収層１４の直径が１００μｍのメサ型のフォトダイオードであるが、プレーナ型であってもよい。第１半導体層１３、光吸収層１４、第２半導体層１５は、通常１～１０μｍの範囲の厚さに夫々設定され、例えば夫々２μｍの厚さで形成されている。第１半導体基板１２の主面１２ａに対向する裏面１２ｂは研磨され、第１半導体基板１２の厚さが調整されていると共に裏面１２ｂが平坦化されている。

【0028】

図２に示すように、凹面鏡２０は、第２半導体基板２２によって形成されている。第２半導体基板２２は、平坦な第１面２２ａと、第１面２２ａに対向する第２面２２ｂと、第２面２２ｂ側の一部を凹入させることによって第１面２２ａと反対側に向かって凸状に形成された凸面２２ｃと、この凸面２２ｃに形成された反射膜２３と、凸面２２ｃの周囲に脚部２２ｄを有する。第２半導体基板２２は例えば厚さが１ｍｍのＳｉ（シリコン）基板であり、凸面２２ｃの直径Ｄは例えば２．３ｍｍである。脚部２２ｄは、不図示の例えばプリント回路基板、基台等に固定される。Ｓｉ基板は、入射光Ｉに対して透明である。

【0029】

第２半導体基板２２の第１面２２ａには、誘電体膜（例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜）を介して、半導体受光素子１０の１対の電極１１ａ，１１ｂに対応する出力端子部２１ａ，２１ｂが形成されている。これら出力端子部２１ａ，２１ｂは、凸面２２ｃと重ならないように、脚部２２ｄに対応する部位に形成されている。

【0030】

反射膜２３は、凸面２２ｃ側から順に、誘電体膜として例えばシリコン酸化膜と、電極１１ａ，１１ｂ及び出力端子部２１ａ，２１ｂにも使用される金属材料である例えばＣｒ（クロム）膜とＡｕ（金）膜を積層して形成されている。反射膜２３には、半導体素子に通常用いられている例えばＴｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）のような金属材料を使用することもできる。

【0031】

凸面２２ｃは放物面になっており、この凸面２２ｃに反射膜２３が形成されたことによって、凸面２２ｃが第１面２２ａ側に対して凹面状の反射面になっている。この凸面２２ｃは、公知の方法により例えば放物面の形状となるように厚さが調整されたエッチングマスクを第２半導体基板２２の第２面２２ｂに形成し、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）によって第２半導体基板２２をエッチングすることにより形成される。放物面の形状に形成された砥石等で研磨することによって凸面２２ｃが形成されてもよい。

【0032】

第２半導体基板２２の厚さ及び放物面は、放物面の焦点が第２半導体基板２２の第１面２２ａの近傍外側になるように夫々設定されている。ここでは第２半導体基板２２の厚さが１ｍｍ、放物面の焦点距離が１ｍｍに設定されている。そして、放物面の焦点が、第２半導体基板２２の外側であって、第１面２２ａから例えば０．１ｍｍだけ離隔した位置になるように、凸面２２ｃが第２面２２ｂから凹入された位置に形成されている。

【0033】

図２、図３に示すように、凹面鏡２０の集光位置Ｆ１に半導体受光素子１０が重なるように、半導体受光素子１０と凹面鏡２０とが固定されている。このとき、半導体受光素子１０は、フォトダイオード１６の中心軸線Ａを、凹面鏡２０の凸面２２ｃ（放物面）の対称軸線に一致させて固定される。この固定には例えばエポキシ樹脂のような入射光Ｉに対して透明な接着樹脂３が使用され、第２半導体基板２２の第１面２２ａに第１半導体基板１２の裏面１２ｂを密着させた状態で、半導体受光素子１０と凹面鏡２０とが固定される。

【0034】

凹面鏡２０は、第１面２２ａ側から凸面２２ｃに入射する凸面２２ｃの対称軸線に平行なコリメート光を、放物面の焦点に相当する焦点位置Ｆ１に向けて反射、集光することができる。フォトダイオード１６の光吸収層１４全体に光が入射するように、半導体受光素子１０の第１半導体基板１２が集光位置Ｆ１に重なることが好ましいが、フォトダイオード１６が集光位置Ｆ１に重なってもよい。凸面２２ｃの直径Ｄが大きいので、対称軸線に対する入射光Ｉの光軸の径方向のずれをある程度許容することができ、例えば光空間通信において送信側と受信側の位置関係が変化する場合に通信が途切れ難くなる。また、低強度のコリメート光が入射する場合でも、受光面積が大きい凹面鏡２０で集光するので受光感度が向上する。

【0035】

接着樹脂３は、凹面鏡２０の第２半導体基板２２の第１面２２ａに密着させた半導体受光素子１０の外周に沿って塗布され、この接着樹脂３の硬化によって半導体受光素子１０と凹面鏡２０とが固定される。第１半導体基板１２の裏面１２ｂ及び第２半導体基板２２の第１面２２ａは平坦なので、これら裏面１２ｂと第１面２２ａを隙間がないように密着させることができる。

【0036】

ここで、一般的に光は、屈折率が異なる媒体に入射する際に、その界面で光の一部が反射され、界面において屈折率の差が大きいほど反射率が大きくなる傾向がある。空気の屈折率を１としたときに、第１半導体基板１２の屈折率（ＩｎＰ基板の場合は３．２）と第２半導体基板２２の屈折率（Ｓｉ基板の場合は３．５）の差は、第１、第２半導体基板１２，２２の屈折率と空気の屈折率の差よりも小さい。また、第１半導体基板１２の屈折率と第２半導体基板２２の屈折率の差は、第１、第２半導体基板１２，２２の屈折率と接着樹脂３の屈折率（エポキシ樹脂の場合は通常１．５程度）の差よりも小さい。第１半導体基板１２と第２半導体基板２２の屈折率の差が小さいので、凹面鏡２０の凹面状の反射面で反射された反射光Ｒ１が第２半導体基板２２から第１半導体基板１２に入射する際の反射を抑制することができる。

【0037】

図４に示すように、放物面の凸面２２ｃの代わりに部分球面の凸面２２ｅに反射膜２３を形成して、凹面鏡２０の凹面状の反射面を形成することもできる。第２半導体基板２２の厚さと部分球面は、部分球面の焦点が第２半導体基板２２の外側であって、第２半導体基板２２の第１面２２ａの近傍になるように夫々設定されている。ここでは、第２半導体基板２２の厚さが１．６ｍｍに設定され、半径が３．４ｍｍの球面の一部（部分球面）が凸面２２ｅになっている。

【0038】

この部分球面（凸面２２ｅ）の焦点は、第２半導体基板２２の外側であって、第１面２２ａから０．１ｍｍだけ離隔した位置になる。この焦点に相当する凹面鏡２０の集光位置Ｆ２に半導体受光素子１０が重なるように、半導体受光素子１０と凹面鏡２０とが接着樹脂３によって固定されている。半導体受光素子１０は、フォトダイオード１６の中心軸線Ａを凸面２２ｅの対称軸線に一致させ、且つ第２半導体基板２２の第１面２２ａに第１半導体基板１２の裏面１２ｂを密着させた状態で、凹面鏡２０に固定される。

【0039】

凸面２２ｅの対称軸線に平行な入射光Ｉが凹面状の反射面で反射された反射光Ｒ２は、集光位置Ｆ２に向けて集光されて半導体受光素子１０に入射する。凸面２２ｅの直径Ｄは例えば２．３ｍｍであり、凸面２２ｅの直径Ｄが大きいので、対称軸線に対する入射光Ｉの光軸の径方向のずれをある程度許容することができ、例えば光空間通信において送信側と受信側の位置関係が変化する場合に通信が途切れ難くなる。また、低強度のコリメート光が入射する場合でも、受光面積が大きい凹面鏡２０で集光するので受光感度が向上する。

【0040】

図５に示すように、入射光Ｉに対して透明な接着樹脂３によって、凹面鏡２０の第２半導体基板２２の第１面２２ａと半導体受光素子１０の第１半導体基板１２の裏面１２ｂとを接着することもできる。この場合には、接着樹脂３の厚さを、凹面状の反射面で反射された光が反射し難い厚さに調整する。

【0041】

図６に示すように、例えば屈折率が１．４５である接着樹脂３の厚さに対して、第２半導体基板２２から第１半導体基板１２に入射する光の反射率が周期的に変動することが計算されている。接着樹脂３の厚さが０，５４０，１０８０，１６２０ｎｍの場合に反射率が最低になるので、反射率が低くなる厚さ（例えば５４０ｎｍ）に調整した接着樹脂３によって半導体受光素子１０と凹面鏡２０とを接着して固定する。尚、反射膜２３と半導体受光素子１０の間がエポキシ樹脂で充填された場合の反射率は１４．４％、空気の場合は２７％と計算される。

【0042】

反射率が低くなる厚さに調整した接着樹脂３は、光の干渉を利用する反射防止膜として機能し、第２半導体基板２２から第１半導体基板１２に入射する際の反射を抑制することができる。それ故、凹面鏡２０で反射した光の大部分を半導体受光素子１０に入射させることができる。

【0043】

上記の受光装置１の作用、効果について説明する。
受光装置１は、第１半導体基板１２の主面１２ａ側にフォトダイオード１６を備えた半導体受光素子１０が、入射光Ｉに対して透明な第２半導体基板２２によって形成された凹面鏡２０に、その集光位置Ｆ１，Ｆ２に重なるように固定されて形成されている。凹面鏡２０は、第２半導体基板２２の平坦な第１面２２ａに対向する第２面２２ｂ側の凸面２２ｃ，２２ｅに形成された反射膜２３によって、第１面２２ａ側から入射する入射光Ｉを反射して第１面２２ａ近傍の集光位置Ｆ１，Ｆ２に集光する。

【0044】

受光面積が大きい凹面鏡２０によって集光した反射光をフォトダイオード１６に入射させることができるので、高速応答のためにフォトダイオード１６の面積を小さくすることができる。そして、半導体受光素子１０は、リードを使用せずに凹面鏡２０の第２半導体基板２２の第１面２２ａに固定されるので、凹面鏡２０の集光位置Ｆ１，Ｆ２に容易に位置合わせすることができると共に、遮られる入射光Ｉを少なくして入射光Ｉの大部分を凹面鏡２０に入射させることができる。従って、フォトダイオード１６に入射する光の減少を抑制することができる。

【0045】

半導体受光素子１０と凹面鏡２０は、入射光Ｉに対して透明な接着樹脂３によって、第１半導体基板１２の裏面１２ｂと第２半導体基板２２の第１面２２ａとを密着させた状態に固定されている。第１半導体基板１２と第２半導体基板２２が密着しているので、凹面鏡２０で反射された反射光Ｒ１，Ｒ２は、第１半導体基板１２よりも屈折率が低い他の媒体を介さずに第２半導体基板２２から第１半導体基板１２に入射する。そして、第２半導体基板２２から第１半導体基板１２へ入射する際に屈折率の差が小さいので、第１半導体基板１２に入射する光の反射が抑制され、反射防止膜がなくてもフォトダイオード１６に入射する光の減少を抑制することができる。

【0046】

入射光Ｉに対して透明な接着樹脂３であって、凹面鏡２０で反射された反射光Ｒ１，Ｒ２が反射されないように厚さが調整された接着樹脂３によって、半導体受光素子１０の第１半導体基板１２の裏面１２ｂと凹面鏡２０の第２半導体基板２２の第１面２２ａとが、接着されて固定されてもよい。接着樹脂３を反射防止膜として機能させることにより、凹面鏡２０で反射されて第１半導体基板１２に入射する光の反射が低減され、フォトダイオード１６に入射する光の減少を抑制することができる。

【0047】

凹面鏡２０が放物面である凸面２２ｃを有する場合には、凹面鏡２０に入射する入射光Ｉとして光通信で利用されるコリメート光を、放物面の焦点に相当する凹面鏡２０の集光位置Ｆ１に集光することができる。従って、受光面積が大きい凹面鏡２０で受けて反射、集光した反射光Ｒ１をフォトダイオード１６に入射させることができ、高速応答のために小さい面積に形成されたフォトダイオード１６に入射する光の減少を抑制することができる。

【0048】

凹面鏡２０が部分球面である凸面２２ｅを有する場合には、凹面鏡２０に入射する入射光Ｉとして光通信で利用されるコリメート光を、部分球面の焦点に相当する凹面鏡２０の集光位置Ｆ２に集光することができる。従って、受光面積が大きい凹面鏡２０で受けて反射、集光した反射光Ｒ２をフォトダイオード１６に入射させることができ、高速応答のために小さい面積に形成されたフォトダイオード１６に入射する光の減少を抑制することができる。

【0049】

第１半導体基板１２はＩｎＰ基板であり、第２半導体基板２２はＳｉ基板である。小型の半導体受光素子１０をＩｎＰ基板に形成し、受光面積が大きい凹面鏡２０をＩｎＰ基板よりも安価なＳｉ基板で形成して、受光装置１の製造コストを低減することができる。また、ＩｎＰ基板の屈折率とＳｉ基板の屈折率の差が小さいので、反射光Ｒ１，Ｒ２が半導体受光素子１０に入射する際の反射を低減することができ、フォトダイオード１６に入射する光の減少を抑えることができる。その上、ＩｎＰ基板は光通信で利用される光に対して透明であり、入射光Ｉは半導体受光素子１０のフォトダイオード１６と電極１１ａ，１１ｂ以外の部分を透過して凹面鏡２０に入射するので、フォトダイオード１６に入射する光の減少を抑制することができる。

【0050】

第２半導体基板２２の第１面２２ａには、半導体受光素子１０を固定する領域以外に反反射防止膜が形成され、第１面２２ａ側から入射する入射光Ｉの反射を低減するようにしてもよい。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】

【0051】

１ ：受光装置
２ａ，２ｂ：導電性ワイヤ
３ ：接着樹脂
１０ ：半導体受光素子
１１ａ，１１ｂ：電極
１２ ：第１半導体基板
１２ａ：主面
１２ｂ：裏面
１３ ：第１半導体層
１４ ：光吸収層
１５ ：第２半導体層
１６ ：フォトダイオード
２０ ：凹面鏡
２１ａ，２１ｂ：出力端子部
２２ ：第２半導体基板
２２ａ：第１面
２２ｂ：第２面
２２ｃ，２２ｅ：凸面
２２ｄ：脚部
２３ ：反射膜
Ｉ ：入射光
Ｒ１，Ｒ２：反射光

【要約】

【課題】フォトダイオードに入射する光の減少を抑制することができるように構成した半導体受光素子と凹面鏡を有する受光装置を提供すること。
【解決手段】第１半導体基板(12)の主面(12a)側にフォトダイオード(16)が形成された半導体受光素子(10)と、この半導体受光素子(10)に向けて入射光(I)を反射する凹面鏡(20)を有する受光装置(1)において、凹面鏡(20)は、入射光(I)に対して透明な第２半導体基板(22)の平坦な第１面(22a)と、この第１面(22a)に対向する第２面(22b)側に第１面(22a)と反対側に向かって凸状に形成された凸面(22c)と、この凸面(22c)に形成された反射膜(23)を有し、且つ第１面(22a)側から入射する入射光(I)を反射膜(23)によって反射して第１面(22a)近傍の集光位置(F1)に集光し、半導体受光素子(10)は、凹面鏡(20)の集光位置(F1)に重なるように第２半導体基板(22)の第１面(22a)に固定された。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】