JP2000036615A - 受光素子及び受光素子モジュール - Google Patents
受光素子及び受光素子モジュールInfo
- Publication number
- JP2000036615A JP2000036615A JP10205067A JP20506798A JP2000036615A JP 2000036615 A JP2000036615 A JP 2000036615A JP 10205067 A JP10205067 A JP 10205067A JP 20506798 A JP20506798 A JP 20506798A JP 2000036615 A JP2000036615 A JP 2000036615A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- layer
- light
- light receiving
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
- H01L2924/10253—Silicon [Si]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/3025—Electromagnetic shielding
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
いられ波長分波器が不要であり、信号遅れ成分を排除で
き、表面実装に適した受光素子を提供する事。 【解決手段】 λ1<λg<λ2であるバンドギャップ
波長を持つフィルタ層を基板の表面裏面の何れかに有
し、中央のpn接合を囲んで周辺部のpn接合を設け、
中央のp領域(又はn領域)にはp電極を、周辺の拡散
遮蔽層のpn接合を横切るようにn電極(又はp電極)
を設ける。
Description
つの異なる波長λ1 、λ2 の光信号を一方向或いは双方
向に通し、基地局と加入者の間で情報を伝送する光双方
向通信において、受信器として用いる受光素子に関す
る。或いは受光素子と発光素子を一体化した光送受信モ
ジュールに関する。
においては、λ1とλ2の光を波長分波器によって分離
し、何れの波長にも感度を持つ受光素子によって受信し
ていた。λ1とλ2に光を分ける波長分波器は光ファイ
バ、光導波路、誘電体ミラーなどを用いたものが提案さ
れている。しかし何れも波長選択性が不十分で消光比が
不足する。また異なる波長の光を別異の光路に分けるの
で嵩高い装置になる。波長分波器自体高価な素子であっ
て光通信のコストを押し上げる。
の損失の波長依存性からいくつかに決まっている。1.
3μm、1.55μmなどである。例えばλ1が1.3
μm、λ2が1.55μmというふうに二つの波長が決
まる。受光素子は、表面入射型、裏面入射型の2種類が
ある。
(PD)の断面図である。n+−InP基板1の上に、
n−InPバッファ層2、n−−InGaAs受光層
3、n−InP窓層4がエピタキシャル成長してある。
n−InP窓層、受光層の中央部にZn拡散によってp
領域5が形成される。その上面の一部にp電極6が形成
される。pn接合を保護するため周辺部にはパッシベー
ション膜7が形成される。中央部は開口になっており透
明の反射防止膜8によって覆われる。入射光が表面側か
ら入りpn接合を挟む空乏層で正孔電子対ができる。光
電流が流れるので光を検出できる。
の断面図である。n+−InP基板1の上に、n−In
Pバッファ層2、n−−InGaAs受光層3、n−I
nP窓層4がエピタキシャル成長してある。n−InP
窓層、受光層の中央部にZn拡散によってp領域5が形
成される。表面から光を入れないから、p領域5のほぼ
全面をp電極16が覆う。パッシベーション膜17と境
を接する。基板1の裏面の周辺部はn電極19となる。
中央部が開口になる。ここに反射防止膜20をつける。
裏面開口から入射光が入る。これは基板、バッファ層、
受光層を通って空乏層に至りここで電子正孔対を作る。
受光層の結晶組成によって決まる。InGaAs受光層
は1.3μmも1.55μmも受光できる。従来はこの
ような広範囲の波長範囲に感度をもつ受光素子が使われ
てきた。
に収容されるとフォトダイオードとなる。パッケージに
光ファイバの先端を取り付けるとPDモジュールとな
る。PDチップは発光素子であるLDモジュールに使用
されることもある。LDの背後に設けられLDの発光量
を監視するモニタPDとしてである。
ールの一例を示す斜視図である。ここでは表面入射型の
PDチップ22を使っている。PDチップ22をサブマ
ウント23にダイボンドし、サブマウント23は金属製
の円形パッケージ24の中央部に固定する。サブマウン
ト23を入れるのはパッケージ(ケース)電位から、P
Dカソード電位を浮かせる必要があるためである。パッ
ケージ24にはアノードピン25、カソードピン26、
ケースピン27が取り付けられる。パッケージ24の周
囲にスリーブ28を入れて固定する。
プ28が固定される。キャップ28の中央には球レンズ
29がある。スリーブ28には円筒形のフェルールホル
ダ−30が固定される。光ファイバ32の先端に固定し
たフェルール33はフェルールホルダ−30の中心軸穴
に挿入され調芯して固定される。光ファイバ32の先に
波長分波器があって、λ1とλ2を分離して何れかの波
長の光のみをこのPDモジュールに導く。このようなP
Dモジュールは三次元的な構成であって部品点数が多く
調芯点も多くて自動化ラインに乗せることができない。
コスト削減がむずかしい。波長分波器を省く事これが一
つの課題である。
ケージに、表面実装によって光デバイスも実装すること
が要求されるようになってきている。このようにデバイ
スの全体がフラットになると、モジュールが小型で薄
く、コンパクトになる。その上一般の電子部品と同じよ
うに、光部品(PDモジュール、LDモジュール)もプ
リント基板に半田リフローによって実装できるようにな
る。そうなると光部品も自動化ラインに乗せることがで
きる。表面実装するためには図3のように光ファイバを
パッケージ面に垂直にしているようではいけない。光フ
ァイバはパッケージ面に平行にする必要がある。チップ
はパッケージに平行につけるとするとどこかでビームを
90度曲げる必要がある。そのような工夫をしたフラッ
トパッケージのPDモジュールやLDモジュールがいく
つか提案される。いくつかの例を示そう。
T.Ihara, H.Hamano & T.Minami,"Packing Technology f
or a 10-Gb/s Photoreceiver Module", Journal of lig
htwaveTechnology, vol.12, no.2, p343 (1994)
行な光ファイバの光をPDに入れる構造の平面型パッケ
ージを提案している。図4はSiプラットフォームを使
った上面入射型のPDモジュールの例である。
ある。Siウエハを加工して長方形にしたSiベンチ3
5、36が平面実装のための基板になっている。下Si
ベンチ35の前半分には上Siベンチ36が固定され
る。上Siベンチ36には軸方向にV溝37が切ってあ
る。V溝37には光ファイバ38が挿入固定される。下
Siベンチ35の後半部は絶縁層39が覆い尽くすよう
になっている。絶縁層39の上にメタライズパターン4
0が印刷される。その上にPDチップ42がボンディン
グされる。このPDチップ42は表面入射型である。光
ファイバ38の後端は45度の斜め角に切ってあり、コ
アを伝導してきた信号光は斜め切断面45で反射されて
PD42のp領域43に入る。PDのp電極はワイヤ4
6によってメタライズ47に接続される。メタライズ4
7はワイヤ49によってアノードピン48に接続する。
PDチップの裏面はn電極となっておりこれがメタライ
ズパターン40に全面で接合される。メタライズパター
ン40はワイヤ50によってカソードピン51につなが
れる。
なっておりこれがメタライズパターンにダイボンドされ
る。このような回路基板であるとカソードのために予め
メタライズパターン40を作っておかなければならな
い。n電極についてはリフロー後にワイヤボンディング
するという訳にいかない。裏面n電極は受光素子の場合
最もありふれた設計であるが平面実装に向かない。
のモジュールを示す。Siベンチ52の長手方向中央に
光導波路53を形成する。Siベンチ52の上面は絶縁
層54によって被覆される。絶縁層54の上にメタライ
ズパターン55が印刷される。その上に裏面入射型のP
D56を固定する。光導波路53の前端に光ファイバ
(図示しない)を固定し光ファイバの光が光導波路5
3、ミラー58を経てPD56に入るようになってい
る。PD56のp電極57がワイヤ60によってメタラ
イズ59につながれる。メタライズ59はワイヤ62に
よってピン63につながる。n電極は裏面にあってメタ
ライズ55にダイボンドされている。このような導波路
を用いるものは、例えば
flat-pack fibre-photodiode coupling", ELECTRONICS
LETTERS, Vol.24, No.15,p918(1988)
不要である。光の進行方向とPDチップ面が平行であ
る。そういう利点がある。しかしなおn電極を付けるた
めのメタライズパターンが必要である。平面実装には最
適でない。
長の光を使う光通信において、λ2だけを感受する受光
素子を作製し波長分波器を省くことが本発明の目的の第
1の目的である。平面実装に適した受光素子構造を提供
することが本発明の第2の目的である。PDの周辺部に
入った光による信号の裾引きを防ぐことが本発明の第3
の目的である。
面入射型であって、λ1 〜λ2 間にバンドギャップの
ある波長選択性ある層をフィルタとして有し、エピタキ
シャル成長層の中央に設けたpn接合の他にこれを囲む
円環状の第2のpn接合を設け、第2のpn接合のp領
域と隣接するn領域にまたがるようにn電極(或いはp
電極)を設けたところに特徴がある。
層を介在させλ1を落とすようにしたという事である。
そのためλ1<λg<λ2であるようなバンドギャップ
波長λ gをもつフィルタ層を設ける。λ1の方が短いの
でバンドギャップエネルギーがその中間にある半導体結
晶の薄膜をどこかに挟めばλ1を吸収してしまうのでλ
2の光だけを感受できる素子となる。λ1に対するフィ
ルター効果は透過率が3%(−15dB)以下が望まし
い。
を設けたことである。これは周辺部に入った光によって
できた電子正孔対を吸収して応答遅れがないようにする
という作用がある。円環状のp領域(或いはn領域)を
拡散遮蔽層という。正孔や電子の拡散を遮断するからそ
のような名称がある。
域にまたがるようにn電極(p電極)を設けたというこ
とである。拡散遮蔽層の内外のp領域とn領域が短絡さ
れるから周辺部に入射した光によってできる電子正孔対
もすぐに消滅する。さらに実装上の利点がある。p電極
もn電極も表面側にあるから底面n電極のためのメタラ
イズパターンが不要になる。表面にあるn電極とp電極
をワイヤボンデイングによってパターン、ピンと接続す
る。但し基板の底面リング状にメタライズ面を設け回路
基板やパッケージ面に半田付け(ボンディング)しても
良い。その場合でもそれは電極でない。またメタライズ
を底面に付けず、接着材によってチップを回路基板やパ
ッケージに接着するようにしても良い。
合、λ1=1.3μm、λ2=1.55μmとすると、
例えばバンドギャップ波長λgがその間にある半導体混
晶をフィルタ層として入射面とInGaAs受光層の間
に設ければよい。例えばλgが1.42μmのInGa
AsP層をフィルタ層とすることができる。バンドギャ
ップが1.42μmに対応するInGaAsPは詳しい
組成でいうとIn0.66Ga0.34As0.76P0.24の4元混
晶である。これは1.3μmを吸収し、1.55μmを
透過する。1.42μmに限らず、λg が1.3μmと
1.55μmの間にある結晶であればそのような性質が
ある。このInGaAsP混晶を受光側に乗せると、
1.3μmを吸収し1.55μmを通すものが得られ
る。
面側(エピタキシャル層を積む方)であっても裏面側で
あってもよい。いずれにしても光がフィルタ層を通って
受光層に到達するようにしなければならないので裏面入
射型になる。フィルタ層はn型、p型、半絶縁性の何れ
でも良い。エピタキシャル層がn型の場合、p型のフィ
ルタを使うと裏面メタライズが絶縁されるから絶縁膜は
不要になる。基板、エピタキシャル層ともにn型の場合
は、n型フィルタを使ったとき絶縁膜が必要になる。半
絶縁性のフィルタを使った時は絶縁膜は不要である。
のpn接合とは別にこれを囲むようにリング状のpn接
合を設けここに電極を付ける。周辺部pn接合で囲まれ
る拡散遮蔽層と外側の部分にわたって電極を形成する。
周辺部pn接合にも逆バイアスを掛け空乏層を広げてお
く。周辺部空乏層に入った光によって電子正孔対ができ
光電流が流れる。これは周辺部のpn接合を跨ぐ電極に
よって短絡され消滅する。信号電流には入らないので信
号遅れはなくなる。
状の第2のpn接合の接合を横切る電極を設けて、これ
と中央の電極とで一対の電極とするから、基板底面に電
極を付ける必要がない。だから実装する場合もメタライ
ズパターンをパッケージに設ける必要がない。表面実装
に好適な構成になっている。
n型InP基板、p型InP基板のいずれにも適用する
ことができる。最も良いのは半絶縁性基板(SI−In
P基板)を使う事である。3つの種類の基板についてエ
ピタキシャル層(第1伝導型)、中央部の伝導型(第2
伝導型)、拡散遮蔽層(第2伝導型)の伝導型、中央電
極、周辺電極の伝導型、フィルタの伝導型などを以下に
示す。
シャル層の場合]n型エピタキシャル層。表面中央部=
p領域。拡散遮蔽層=p領域。フィルタ=n型、p型又
はSI型。中央電極=p電極。周辺電極=n電極。
ル層の場合]n型エピタキシャル層。表面中央部=p領
域。拡散遮蔽層=p領域。フィルタ=n型、p型又はS
I型。中央電極=p電極。周辺電極=n電極。
ル層の場合]p型エピタキシャル層。表面中央部=n領
域。拡散遮蔽層=n領域。フィルタ=n型、p型又はS
I型。中央電極=n電極。周辺電極=p電極。
シャル層の場合]p型エピタキシャル層。表面中央部=
n領域。拡散遮蔽層=n領域。フィルタ=n型、p型又
はSI型。中央電極=n電極。周辺電極=p電極。
nPの場合の概略のPD構造を示す。InP基板66と
あるのは、半絶縁性のInP基板と、n型InP基板の
両方を含む。InP基板66の一方の面(表面とする)
上にn−InGaAs受光層67がエピタキシャル成長
している。これは単層であっても良いが、のちに詳しく
述べるようにいくつかのエピタキシャル層を重ねたもの
であっても良い。基板66の反対側の面にはフィルタ層
68がやはりエピタキシャル成長してある。先述のよう
に、バンドギャップに対応する波長が1.3μmと1.
55μmの中間であるInGaAsP混晶である。先述
のように1.42μmならば、In0.66Ga0.34As
0.76P0.24である。そのほかの波長に対応するInGa
AsPでも良い。4元混晶でありパラメータが二つある
からInPと格子整合して吸収端波長が1.3μm〜
1.55μmにあるというようなInGaAsPは自在
に設計できる。
p領域69がp型ドーパントの拡散やイオン注入によっ
て形成される。中央p領域69の上にはp電極72が形
成される。裏面入射型であるからp電極72は広くp領
域69を覆うものであって良い。周辺部にリング状のp
領域70が形成される。中央p領域69も周辺p領域7
0も同一の工程で作製できる。実線で書いてあるのがp
n接合である。周辺p領域とn領域67に渡って、pn
接合を横切って円環状のn電極73が形成される。p電
極72、n電極73以外の部分はパッシベーション膜7
4によって被覆保護される。n電極73が逆バイアスを
掛けるべきカソード電極である。通常のPDのようにI
nP基板底面にn電極を作らない。
ディング用メタライズ75が周辺部に形成される。これ
はn電極ではない。単にパッケージや回路基板に固定す
るためのメタライズである。裏面中央部には反射防止膜
76が形成される。入射光77は反射防止膜76からチ
ップに裏面入射する。これはλ1+λ2の光であるが、
フィルタ層68でλ1が落ちて、λ2のみがn−InG
aAs受光層67の空乏層近傍に到達する。
部のp電極72の間に掛かる。InGaAs受光層はn
型であるがドーパント濃度が低く抵抗が高い。InP基
板がn型の場合はInP基板が低抵抗であるから、電界
はp電極−基板−n電極の間にできる。InP基板が半
絶縁性の場合は基板の上に低抵抗バッファ層を設ける。
だから電界方向は依然として縦方向である。n電極を正
に、p電極を負にバイアスするから基板からp電極に向
けて電界が発生する。中央の空乏層でできた電子はn領
域へ、正孔はp領域へ流れて光電流が流れる。
正孔電子対ができるが拡散によって進んでn領域やp領
域に入るので信号の遅れを引き起こす。これを裾引き電
流と呼ぶこともある。本発明はそのような周辺部に入っ
た迷光による裾引き電流の問題をも解決することができ
る。
孔対ができたとする。正孔は近くのp領域70に入る。
電子はn領域に進む。そのときに電極73に電流が流れ
るが、n領域とp領域がn電極73によって短絡されて
いるから電流は電極73を流れてすぐに消える。外部電
流とならない。裾引き電流が消える。n領域とp領域を
短絡させて信号遅延を起こす光電流を直ちに消去する。
号遅れを除くという受光素子は最初本出願によって提案
されている。特願平2−230208号「受光素子」
唐内一郎(特開平4−111479)である。これはp
n接合の終端がチップ側面にでており自己短絡するよう
になっている。特願平10−174227号「受光素
子と受光装置」工原美樹、寺内均はさらに一歩進めて周
辺部pn接合終端を表面に出し、周辺部p領域に電極を
付けている。これによって周辺部のpn接合に逆バイア
スを掛けられるようになった。USP5,420,4
18、藤村康、唐内一郎は周辺部p領域とそれに隣接す
るn領域にn電極を付け中央のp電極と、周辺部のn電
極の間に逆バイアスを掛けるような受光素子を提案して
いる。何れも本出願人の手になるものである。
説明する。InP基板66はn型InP基板である。n
−InP基板66の上にn−InPバッファ層78、n
−InGaAs受光層67、n−InP窓層79がエピ
タキシャル成長しており、裏面にはフィルタ層68が形
成されたようなエピタキシャルウエハ−を使う。図6の
基本形と比較すると、バッファ層78と窓層79が増え
ている。InP窓層79はInGaAs受光層より広い
バンドギャップを持つがそのバンドギャップ以上のエネ
ルギーを持つ光を通さない。だから表面入射型では窓層
を使う事が多い。裏面入射でも窓層を付けることもあ
る。n型InP窓層のドーパント濃度は、InGaAs
のドーパント濃度より高いので電極までの抵抗を下げる
ことができる。
80が形成される。これは全面にあって絶縁と反射防止
を兼ねる作用がある。素子はパッケージと絶縁する必要
があるから絶縁膜が必要である。さらに周辺部のみにメ
タライズ75を設ける。これはn電極でなくてボンディ
ングのためのものに過ぎない。裏面入射であって、底面
の反射防止膜80を通って(λ1+λ2)の入射光77
が進入してくる。λ1がフィルタ層68で吸収される。
λ2だけがInP基板66、InPバッファ層78、I
nGaAs受光層67を通って空乏層に至る。
7、8、9の素子に共通の平面図であある。中央部円形
にp領域69がある(破線によって囲んでいる)。周辺
部にも円形のp領域70がある(破線によって挟まれ
る)。それらの間にn領域がある。中央p領域69にp
電極72を、周辺p領域と隣接n領域にn電極73を設
ける。p電極72は中央p領域69の殆どを覆う。周辺
部のn電極73はおもにn領域の上にある。組成もn電
極の材料である。n電極材料であってもp領域とほぼオ
ーミックに接触する。p電極はAuZn系の合金で作
る。n電極はAuGeNi/Au/Ti/Au系のもの
とする。これらの電極はオーミック性、密着性ともに優
れる。n電極73を正に、p電極72を負になるように
逆バイアスする。電界は受光層で横方向にも生ずるがこ
こは高抵抗であるから主に基板から受光層に向かう縦方
向に電界が強く生ずる。底面にn電極がある場合と余り
違わない。周辺部に光が入って電子正孔対ができてもn
電極73を廻って電流が流れるだけで裾引き電流がなく
なる。
う)]n型基板よりも半絶縁性基板の方が絶縁に気を使
わなくて済む。図8は半絶縁性InP基板を使った場合
の受光素子構造を示す。鉄ドープSI−InP基板83
を使った。抵抗率は107Ωcmである。基板形状は
0.5mm×0.5mm×0.3mmである。厚み方向
の抵抗は100MΩ以上である。SI−InP基板の一
方の面(表面)にn+−InPバッファ層84、n−I
nPバッファ層85、InGaAs受光層67、n−I
nP窓層79をエピタキシャル成長させている。裏面側
にはInGaAsPフィルタ層68をエピタキシャル成
長させる。エピタキシャル層のパラメータは以下のよう
である。 n+−InPバッファ層…Sドープ,n=1018cm−3、d=2μm〜4μ m n−InPバッファ層…n=1〜5×1015cm−3、d=2μm〜4μm n−InGaAs(InGaAsP)受光層…n=1〜5×1015cm−3 d=3〜4μm n−InP窓層…n=2〜5×1015cm−3 d=2〜3μm InGaAsPフィルタ層…λg=1.4μm InP窓層の中央部にp領域69を、周辺部に第2のp
領域70を亜鉛拡散によって作る。中央p領域にはp電
極72を設ける。周辺部のp領域70と隣接するn領域
79にまたがるようにn電極73を形成する。フィルタ
層68には周辺部にボンディング用のメタライズ75を
中央部には反射防止膜76を付ける。
−InPバッファ層84をキャリヤ濃度の高いn型にし
ている。ドーパント濃度は1018cm−3以上とす
る。n電極73を高電圧に、p電極72を低電圧になる
よう逆バイアスすると、電界はn+−InPバッファ層
84から中央p領域69に向かう方向に形成される。λ
1+λ2の信号光77が裏面から入ってもλ1はフィル
タ層で吸収される。λ2だけが受光層に到達し感受され
る。基板が絶縁性だからメタライズ75とフィルタ層を
絶縁する必要がない。
縁性基板を使っておりしかも全面に絶縁膜を設けた例を
示す。SI−InP基板83の一方の上にn+−InP
バッファ層84、n−InPバッファ層85、n−In
GaAs受光層67、n−InP窓層79をエピタキシ
ャル成長させ、反対の面にはInGaAsPフィルタ層
68をエピタキシャル成長させる。表面側にはZn拡散
によって中央p領域69、周辺p領域70がある。中央
p領域69にはp電極72が、周辺p領域70にはn電
極73が設けられる。裏面のフィルタ層68には反射防
止膜80が全面に付けられる。その周辺部にはダイボン
ディング用のメタライズ75が付けられる。反射防止膜
80は反射防止とともに絶縁を兼ねる。SiON、Si
N、SiO2などによって作る。しかし基板が絶縁性な
のでことさら絶縁の必要はないのである。
って受光素子と増幅器を結合した基本回路を説明する。
n電極73に接続したVpdには例えば3.3Vの電圧
を掛ける。p電極72は増幅器86の入力端子に接続す
る。増幅器86はSiやGaAsのICが使われる。p
電極は低電圧、n電極は高電圧がかかりpn接合は逆バ
イアスされる。増幅信号はVoutに出てくる。入射光
77は底面から入る。フィルタ層68でλ1が落ち、λ
2だけが受光層67に達する。
子チップは、n電極が表面側にあり、底面にない。パッ
ケージに実装する場合n電極を固定するためのメタライ
ズパターンが不要になる。図12、図13は図10の回
路を実現する導波路型の受光素子モジュールを示す。S
iベンチ88の中心線状に屈折率の高い光導波路89を
作る。光導波路89の中間にミラー92を作る。これは
溝にミラー板を差し込んで作ることができる。或いはS
iを異方性エッチングして作る事もできる。
7を固定する。底面はn電極でなくメタライズが不要で
ある。樹脂によって固定しても良い。その背後に増幅器
チップ86を固定する。p電極72はワイヤ95によっ
て増幅器86の入力に接続される。n電極はワイヤ93
によってVpdピン94に接続される。増幅器86のグ
ランドパッドはワイヤ98によってグランドピン99に
接続する。電源パッドはワイヤ96によってVccピン
97につながる。増幅した信号はワイヤ102から出力
ピン103を通して外部に取り出される。光ファイバ9
0の先端を光導波路89の始端に接合する。信号光は光
ファイバから光導波路を通りミラー92で反射されPD
チップ87に裏面から入る。λ1+λ2の信号光である
が、フィルタ層68によってλ1が落ち、λ2のみが受
光層まで届く。これは底面にn電極がないのでVpd用
のメタライズパターンが入らない。n電極もワイヤで接
続される。
のを使った。ミラーはSiの(111)面をエッチング
して45度の角度をなす面とした。光ファイバはシング
ルモードファイバである。光ファイバ面と導波路は透明
樹脂によって接着した。パッケージ104は金属製であ
る。
Mbpsのデジタル信号によって変調されたレ−ザ光を
光ファイバから入射した。この状態でBERを測定し
た。誤り率10−8であり、最小受信感度が−35dB
m、最大受信感度0dBmであった。裾引き電流がない
ので、ファイバの調芯トレランスが広くなり全数良好な
特性を示した。電極間の配線が全て上面においてワイヤ
によってなされるから組立工数も短縮された。
14、図15は図10の回路を実現する埋め込み光ファ
イバ型の受光素子モジュールを示す。Siベンチ105
の中心線状にV溝106を切り欠く。V溝106の中に
光ファイバ90を差し込み固定する。先端部は45度の
傾斜角をなすように切断してある。切断面107で光が
上向きに反射しPD87の下面から入って行く。PDチ
ップ87の背後に増幅器86を固定した点は先例と同じ
である。これだと図4の例と違ってSiベンチを2段に
する必要もない。裏面入射型の利点である。
ギャップのフィルタ層を設けこれに2波長の信号を通し
λ2だけを通すようにするから、受光素子自身に高い波
長選択性が与えられる。波長分波器が不要になる。周辺
部に入射して光によって生成される電子正孔対は周辺部
のpn接合を横切る電極で短絡し消滅するから信号遅れ
がない。光学系の実装トレランスが緩和される。n電
極、p電極ともに表面にあるから表面実装に最適であ
る。
図。
斜視図。
ルの図。(1)が平面図、(2)が断面図である。
素子モジュールの図。(1)が平面図、(2)が概略断
面図。
1の類型を示す断面図。
の第2の類型を示す断面図。
の第3の類型を示す断面図。
回路図。
素子を実装しパッケージに収容した状態の概略の平面
図。
素子を実装した状態の概略の断面図。
入れ本発明の受光素子を実装してパッケージに収容した
状態の概略の平面図。
入れ本発明の受光素子を実装した状態の概略の断面図。
0)
Claims (11)
- 【請求項1】 第1の波長λ1 の光とそれより長い第2
の波長λ2 の光(λ 1 <λ2 )を用いた光通信において
第2の波長λ2 の光のみを感受するための受光素子であ
って、半絶縁性或いはn型又はp型の何れかである第1
伝導型の半導体基板と、半導体基板の一方の面にエピタ
キシャル成長させた波長λ1 の光のエネルギーより低く
波長λ2 の光のエネルギーより高いバンドギャップを持
ちλ1の光の透過率が3%以下である厚みを有するn型
又はp型半導体結晶よりなるフィルタ層と、フィルタ層
の上或いはフィルタ層と反対側の基板の上にエピタキシ
ャル成長させた第1伝導型の受光層と、第1伝導型受光
層の一部に第2伝導型の不純物をドープして形成したp
型又はn型の何れかである第2伝導型の中央受光領域
と、第2伝導型中央受光領域と第1伝導型半導体層の境
界にできる第1のpn接合と、第2伝導型中央受光領域
の上に形成される第2伝導型用の電極と、中央受光領域
を囲むように周辺部に第2伝導型不純物をドープするこ
とによって設けられる第2伝導型拡散遮蔽層と、第2伝
導型拡散遮蔽層と第1伝導型半導体層の境界にできる第
2のpn接合と、拡散遮蔽層、第2pn接合と第1伝導
型層にまたがって設けられる第1伝導型電極とを含み、
波長λ1、λ2の信号光が基板側から入射し、λ1はフ
ィルタ層に吸収され、λ2はフィルタ層、第1伝導型基
板、第1伝導型受光層、第1のpn接合を経て第2伝導
型中央受光領域に至るようにした裏面入射型であり、第
1伝導型電極は第2のpn接合を短絡する作用をもつよ
うにしたことを特徴とする受光素子。 - 【請求項2】 半導体基板が裏面の一部にボンディング
用メタライズ面を有することを特徴とする請求項1に記
載の受光素子。 - 【請求項3】 受光層と電極の間に、第1伝導型の窓層
を設けたことを特徴とする請求項1に記載の受光素子。 - 【請求項4】 半導体基板と第1伝導型受光層の間に第
1伝導型フィルタ層が設けられている事を特徴とする請
求項1に記載の受光素子。 - 【請求項5】 基板の裏面の全体或いは一部に誘電体反
射防止膜を設けた事を特徴とする請求項1に記載の受光
素子。 - 【請求項6】 第1伝導型がn型であり、第2伝導型が
p型であって、半導体基板が半絶縁性のInP基板であ
り、バッファ層が二つに分かれ第1のバッファ層が硫黄
添加低抵抗n−InPであり、第2のバッファ層が高抵
抗のn−InPであり、受光層がn−InGaAs又は
n−InGaAsPであって、窓層がn−InPであ
り、第2伝導型領域はZn拡散によって形成されたもの
である事を特徴とする請求項1に記載の受光素子。 - 【請求項7】 第1伝導型がn型であり、第2伝導型が
p型であって、半導体基板がn−InP基板であり、バ
ッファ層がn−InPであり、受光層がn−InGaA
s又はn−InGaAsPであって、窓層がn−InP
であり、第2伝導型領域はZn拡散によって形成された
ものである事を特徴とする請求項1に記載の受光素子。 - 【請求項8】 第1伝導型がn型であり、第2伝導型が
p型であって、p電極がAuZn系であり、n電極がA
uGeNi/Au/Ti/Au系である事を特徴とする
請求項1に記載の受光素子。 - 【請求項9】 第1の波長λ1 の光とそれより長い第2
の波長λ2 の光(λ 1 <λ2 )を用いた光通信において
第2の波長λ2 の光のみを感受するための受光素子であ
って、半絶縁性或いはn型又はp型の何れかである第1
伝導型の半導体基板と、半導体基板の一方の面にエピタ
キシャル成長させた波長λ1 の光のエネルギーより低く
波長λ2 の光のエネルギーより高いバンドギャップを持
ちλ1の光の透過率が3%以下である厚みを有するn型
又はp型半導体結晶よりなるフィルタ層と、フィルタ層
の上或いはフィルタ層と反対側の基板の上にエピタキシ
ャル成長させた第1伝導型の受光層と、第1伝導型受光
層の一部に第2伝導型の不純物をドープして形成したp
型又はn型の何れかである第2伝導型の中央受光領域
と、第2伝導型中央受光領域と第1伝導型半導体層の境
界にできる第1のpn接合と、第2伝導型中央受光領域
の上に形成される第2伝導型用の電極と、中央受光領域
を囲むように周辺部に第2伝導型不純物をドープするこ
とによって設けられる第2伝導型拡散遮蔽層と、第2伝
導型拡散遮蔽層と第1伝導型半導体層の境界にできる第
2のpn接合と、拡散遮蔽層、第2pn接合と第1伝導
型層にまたがって設けられる第1伝導型電極とを含み、
波長λ1、λ2の信号光が基板側から入射し、λ1はフ
ィルタ層に吸収され、λ2はフィルタ層、第1伝導型基
板、第1伝導型受光層、第1のpn接合を経て第2伝導
型中央受光領域に至るようにした裏面入射型であり、第
1伝導型電極は第2のpn接合を短絡する作用をもつよ
うにした受光素子と増幅器を同一のパッケージに収容し
た事を特徴とする受光素子モジュール。 - 【請求項10】 Siベンチに光導波路を設け光導波路
の一部にミラーを形成し、ミラー上の位置に前記の受光
素子を接着あるいは半田付けし、Siベンチの上面に増
幅器を固定し、Siベンチをパッケージに収容した事を
特徴とする請求項9に記載の受光素子モジュール。 - 【請求項11】 SiベンチにV溝を設け、V溝に先端
を45度の傾斜面に切った光ファイバを挿入し、光ファ
イバの切断面の直上位置に前記の受光素子を接着あるい
は半田付けし、Siベンチの上面に増幅器を固定し、S
iベンチをパッケージに収容した事を特徴とする請求項
9に記載の受光素子モジュール。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20506798A JP3419312B2 (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 受光素子及び受光素子モジュール |
US09/146,101 US6043550A (en) | 1997-09-03 | 1998-09-03 | Photodiode and photodiode module |
US09/525,222 US6340831B1 (en) | 1997-09-03 | 2000-03-14 | Photodiode and photodiode module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20506798A JP3419312B2 (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 受光素子及び受光素子モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000036615A true JP2000036615A (ja) | 2000-02-02 |
JP3419312B2 JP3419312B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=16500890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20506798A Expired - Fee Related JP3419312B2 (ja) | 1997-09-03 | 1998-07-21 | 受光素子及び受光素子モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3419312B2 (ja) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002261265A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光通信装置 |
EP1280207A1 (en) * | 2000-04-04 | 2003-01-29 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor energy detector |
JP2004111548A (ja) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Kyosemi Corp | 半導体受光素子 |
WO2005045940A1 (ja) * | 2003-11-11 | 2005-05-19 | Ngk Insulators, Ltd. | 光素子及び光モジュール |
US6909083B2 (en) | 2001-03-12 | 2005-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Photodetector and unit mounted with photodetector |
US7021841B2 (en) | 2002-10-15 | 2006-04-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical receiver and method of producing the optical receiver |
JP2008193109A (ja) * | 2008-03-10 | 2008-08-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子を製造する方法 |
CN100416864C (zh) * | 2004-10-28 | 2008-09-03 | 三星电机株式会社 | 多波长光接收元件及其制造方法 |
JP2011071312A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置 |
DE102011076887A1 (de) | 2010-06-03 | 2011-12-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Licht empfangendes Halbleiterelement und optisches Modul |
JP2015138145A (ja) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
US9257577B1 (en) | 2014-07-16 | 2016-02-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Light receiving element |
CN110061076A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-07-26 | 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 | 背入射式共面电极多单元芯片及其制备方法 |
WO2019146299A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
WO2022224308A1 (ja) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 日本電信電話株式会社 | 受光素子および光受信回路 |
-
1998
- 1998-07-21 JP JP20506798A patent/JP3419312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1280207A1 (en) * | 2000-04-04 | 2003-01-29 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor energy detector |
EP1280207A4 (en) * | 2000-04-04 | 2007-12-19 | Hamamatsu Photonics Kk | SEMICONDUCTOR ENERGY DETECTOR |
JP2002261265A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光通信装置 |
US6909083B2 (en) | 2001-03-12 | 2005-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Photodetector and unit mounted with photodetector |
JP2004111548A (ja) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Kyosemi Corp | 半導体受光素子 |
US7021841B2 (en) | 2002-10-15 | 2006-04-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical receiver and method of producing the optical receiver |
WO2005045940A1 (ja) * | 2003-11-11 | 2005-05-19 | Ngk Insulators, Ltd. | 光素子及び光モジュール |
US7324718B2 (en) | 2003-11-11 | 2008-01-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical device and optical module |
CN100416864C (zh) * | 2004-10-28 | 2008-09-03 | 三星电机株式会社 | 多波长光接收元件及其制造方法 |
JP2008193109A (ja) * | 2008-03-10 | 2008-08-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体受光素子を製造する方法 |
JP2011071312A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置 |
DE102011076887A1 (de) | 2010-06-03 | 2011-12-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Licht empfangendes Halbleiterelement und optisches Modul |
JP2011253987A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体受光素子及び光モジュール |
US8330243B2 (en) | 2010-06-03 | 2012-12-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light-receiving element and optical module |
JP2015138145A (ja) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調器 |
US9257577B1 (en) | 2014-07-16 | 2016-02-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Light receiving element |
WO2019146299A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
JPWO2019146299A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2021-02-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
US11329084B2 (en) | 2018-01-23 | 2022-05-10 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging unit |
JP7291082B2 (ja) | 2018-01-23 | 2023-06-14 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
CN110061076A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-07-26 | 深圳市芯思杰智慧传感技术有限公司 | 背入射式共面电极多单元芯片及其制备方法 |
CN110061076B (zh) * | 2018-12-25 | 2024-05-24 | 芯思杰技术(深圳)股份有限公司 | 背入射式共面电极多单元芯片及其制备方法 |
WO2022224308A1 (ja) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 日本電信電話株式会社 | 受光素子および光受信回路 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3419312B2 (ja) | 2003-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6043550A (en) | Photodiode and photodiode module | |
US6683326B2 (en) | Semiconductor photodiode and an optical receiver | |
JP3419312B2 (ja) | 受光素子及び受光素子モジュール | |
US7875943B2 (en) | Semiconductor photoreceptor device | |
EP0901170A1 (en) | Wavelength selective photodiode and module comprising the same | |
US6670600B2 (en) | Semiconductor photodetector with ohmic contact areas formed to prevent incident light from resolving the areas, semiconductor photo receiver and semiconductor device installed with the semiconductor photodetector | |
JPH0888393A (ja) | 半導体光検出装置およびその製造方法 | |
CA2331992A1 (en) | High speed semiconductor photodetector | |
CA2030008C (en) | Light-receiving device | |
CN109844963B (zh) | 背面入射型受光元件及光模块 | |
JP3356017B2 (ja) | 光送受信モジュ−ル | |
JPH09269440A (ja) | 光送受信モジュ−ル | |
JP4038669B2 (ja) | 光受信器及びその製造方法 | |
EP3792983B1 (en) | Light-receiving element unit | |
JP2002319669A (ja) | 裏面入射型ホトダイオード及びホトダイオードアレイ | |
JP2001028454A (ja) | 半導体受光素子 | |
JP3960031B2 (ja) | 光受信モジュール | |
JPH1117211A (ja) | 半導体面型受光素子及び装置 | |
JP2945438B2 (ja) | 光半導体装置及びそれを用いた受光器 | |
JP3348644B2 (ja) | 光受信モジュールと光送受信モジュール | |
US20030075672A1 (en) | Method and apparatus for coupling optical fiber with photodetectors | |
JPS639987A (ja) | 半導体受光素子 | |
JP2001156303A (ja) | 凹レンズ付き裏面入射型受光素子、およびそれを用いた受光素子モジュール、光受信モジュール | |
JPH03296279A (ja) | 半導体受光素子 | |
JPH02239674A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090418 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090418 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100418 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100418 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120418 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140418 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |