JP2001024211A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】導波路型受光素子を高出力化する。
【解決手段】導波路型受光素子の積層構造を、光吸収層
（１１）に両面にそれぞれ接して形成される上部の光ガ
イド層（１２）および下部の光ガイド層（１３）の厚さ
が互いに異なる非対称構造とする。 【効果】入射端近傍における光の吸収とキャリア発生の
集中が緩和されて、受光素子の出力が高くなる。
（１１）に両面にそれぞれ接して形成される上部の光ガ
イド層（１２）および下部の光ガイド層（１３）の厚さ
が互いに異なる非対称構造とする。 【効果】入射端近傍における光の吸収とキャリア発生の
集中が緩和されて、受光素子の出力が高くなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体受光素子に関
し、詳しくは、キャリア発生にともなう光電流のｐｎ接
合面内における電流密度分布の不均一性が小さく、か
つ、素子の出力特性を制限している入射端近傍における
電流密度最高値を下げて高出力化することができる半導
体受光素子に関する。
し、詳しくは、キャリア発生にともなう光電流のｐｎ接
合面内における電流密度分布の不均一性が小さく、か
つ、素子の出力特性を制限している入射端近傍における
電流密度最高値を下げて高出力化することができる半導
体受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速用の半導体受光素子として用いられ
るｐｉｎフォトダイオードでは、光吸収層は低濃度であ
るため、動作電圧において完全に空乏化されており、キ
ャリアとして発生した電子とホールが空乏層の内部電界
によって加速される。しかし、ホールの速度が電子に比
べて小さいため、フォトダイオードの応答速度はホール
のドリフト速度によって制限される。また、高出力を得
る目的で、光アンプ等によって増幅された信号光を入射
した場合、キャリアの大量発生にともなって空乏層内で
空間電荷効果を生じ、内部電界が変調を受けて高速応答
が不安定になる。
るｐｉｎフォトダイオードでは、光吸収層は低濃度であ
るため、動作電圧において完全に空乏化されており、キ
ャリアとして発生した電子とホールが空乏層の内部電界
によって加速される。しかし、ホールの速度が電子に比
べて小さいため、フォトダイオードの応答速度はホール
のドリフト速度によって制限される。また、高出力を得
る目的で、光アンプ等によって増幅された信号光を入射
した場合、キャリアの大量発生にともなって空乏層内で
空間電荷効果を生じ、内部電界が変調を受けて高速応答
が不安定になる。
【０００３】これに対して、光吸収層をｐ型層とし、近
接した半導体層を光吸収層よりも広いバンドギャップを
持ったｎ型低濃度層とすることによって、光吸収層と空
乏層を分離した構造が従来技術１（特願平８−８３７０
４）に提案されている。
接した半導体層を光吸収層よりも広いバンドギャップを
持ったｎ型低濃度層とすることによって、光吸収層と空
乏層を分離した構造が従来技術１（特願平８−８３７０
４）に提案されている。
【０００４】この構造では、光吸収層で発生したキャリ
アのうち、電子のみが拡散行程でｎ型低濃度層に到達
し、動作電圧において完全に空乏化したｎ型低濃度層の
内部電界で加速される。また、ホールは直接ｐ電極へ流
れるため、空乏層を通過するキャリアにはならない。光
吸収層と空乏層が分離され、速度が速いキャリアのみが
空乏層を通過するため、高速応答が可能になるととも
に、高入力時においても空間電荷効果による空乏層への
影響は少なく、高入力の光でも高速応答が可能である。
アのうち、電子のみが拡散行程でｎ型低濃度層に到達
し、動作電圧において完全に空乏化したｎ型低濃度層の
内部電界で加速される。また、ホールは直接ｐ電極へ流
れるため、空乏層を通過するキャリアにはならない。光
吸収層と空乏層が分離され、速度が速いキャリアのみが
空乏層を通過するため、高速応答が可能になるととも
に、高入力時においても空間電荷効果による空乏層への
影響は少なく、高入力の光でも高速応答が可能である。
【０００５】また、薄い光吸収層をもった半導体受光素
子の効率を高くする方法として、光吸収層の両側に光ガ
イド層を設けた導波路型構造とし、光を層構造に平行に
入射して高出力、高速応答および高効率特性を同時に満
たす半導体受光素子が、従来技術２（特願平９−２６６
２２４）に提案されている。
子の効率を高くする方法として、光吸収層の両側に光ガ
イド層を設けた導波路型構造とし、光を層構造に平行に
入射して高出力、高速応答および高効率特性を同時に満
たす半導体受光素子が、従来技術２（特願平９−２６６
２２４）に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
１の構造では、光吸収層で発生したキャリアのうち、電
子のみが拡散行程でｎ型低濃度層に到達し、動作電圧に
おいて完全に空乏化されたｎ型低濃度層の内部電界によ
って加速される。また、ホールは直接ｐ電極へ流れるた
め、空乏層を通過するキャリアにはならない。光吸収層
と空乏層が分離され、速度が速いキャリアのみが空乏層
を通過するため、高速応答が可能になるとともに、高入
力時においても空間電荷効果による空乏層への影響は少
なく、高入力の光でも高速応答が可能である。
１の構造では、光吸収層で発生したキャリアのうち、電
子のみが拡散行程でｎ型低濃度層に到達し、動作電圧に
おいて完全に空乏化されたｎ型低濃度層の内部電界によ
って加速される。また、ホールは直接ｐ電極へ流れるた
め、空乏層を通過するキャリアにはならない。光吸収層
と空乏層が分離され、速度が速いキャリアのみが空乏層
を通過するため、高速応答が可能になるとともに、高入
力時においても空間電荷効果による空乏層への影響は少
なく、高入力の光でも高速応答が可能である。
【０００７】しかし、この構造では電子が拡散行程で空
乏層に到達する時間によってフォトダイオードの応答速
度が決まるため、高速応答を可能にするためには光吸収
層を薄くする必要がある。そのため、光が層構造に垂直
に入射する面入射の場合は、内部量子効率の低下を引き
起こし、層構造に平行に光が入射する端面入射の場合
は、入射光との結合効率の低下を引き起こし、いずれの
場合も高速度と効率とのトレードオフが生じ、両者を同
時に満足できないという問題があった。
乏層に到達する時間によってフォトダイオードの応答速
度が決まるため、高速応答を可能にするためには光吸収
層を薄くする必要がある。そのため、光が層構造に垂直
に入射する面入射の場合は、内部量子効率の低下を引き
起こし、層構造に平行に光が入射する端面入射の場合
は、入射光との結合効率の低下を引き起こし、いずれの
場合も高速度と効率とのトレードオフが生じ、両者を同
時に満足できないという問題があった。
【０００８】また、上記従来技術２の場合、半導体受光
素子では、入射された光は吸収層で指数関数的に吸収さ
れるため、導波路型受光素子のようにｐｎ接合に平行に
光が入射した場合は、光の吸収とキャリアの発生は光の
入射端近傍に集中する。そのため、キャリア発生にとも
なう光電流の電流密度は、ｐｎ接合面内で一様な分布を
示さず、入射端近傍において電流密度の最高値を持つよ
うな不均一な分布を示す。さらに、半導体受光素子の出
力特性は、光電流の電流密度によって決定されるため、
入射する光のパワーを上げて高出力を得ようとすると、
導波路型受光素子では入射端近傍における電流密度の最
高値によって出力が制限されてしまうという問題があっ
た。
素子では、入射された光は吸収層で指数関数的に吸収さ
れるため、導波路型受光素子のようにｐｎ接合に平行に
光が入射した場合は、光の吸収とキャリアの発生は光の
入射端近傍に集中する。そのため、キャリア発生にとも
なう光電流の電流密度は、ｐｎ接合面内で一様な分布を
示さず、入射端近傍において電流密度の最高値を持つよ
うな不均一な分布を示す。さらに、半導体受光素子の出
力特性は、光電流の電流密度によって決定されるため、
入射する光のパワーを上げて高出力を得ようとすると、
導波路型受光素子では入射端近傍における電流密度の最
高値によって出力が制限されてしまうという問題があっ
た。
【０００９】本発明の目的は、上記従来技術における問
題を解決し、高速かつ高出力を有する導波路型の半導体
受光素子を提供することである。
題を解決し、高速かつ高出力を有する導波路型の半導体
受光素子を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体受光素子は、光吸収層である第１の
半導体層と、当該第１の半導体層の第１および第２の面
の上にそれぞれ形成された光ガイド層である第２および
第３の半導体層と、当該第２および第３の半導体層上に
それぞれ形成された光を閉じ込めるためのクラッド層で
ある第４および第５の半導体層を少なくとも具備し、上
記第２の半導体層と上記第３の半導体層は、厚さが互い
に異ることを特徴とする。
め、本発明の半導体受光素子は、光吸収層である第１の
半導体層と、当該第１の半導体層の第１および第２の面
の上にそれぞれ形成された光ガイド層である第２および
第３の半導体層と、当該第２および第３の半導体層上に
それぞれ形成された光を閉じ込めるためのクラッド層で
ある第４および第５の半導体層を少なくとも具備し、上
記第２の半導体層と上記第３の半導体層は、厚さが互い
に異ることを特徴とする。
【００１１】従来の半導体受光素子の場合は、光吸収層
の両側に設けられる光ガイド層は、両者の厚さが互いに
等しくなるように形成されたので、両者の膜厚の差は膜
形成の際における膜厚の制御精度以下であった。しか
し、本発明では、光吸収層の両側に設けられる光ガイド
層は、膜厚が互いに異なるように形成されるので、両者
の膜厚の差は上記膜厚の制御精度より十分大きくなる。
の両側に設けられる光ガイド層は、両者の厚さが互いに
等しくなるように形成されたので、両者の膜厚の差は膜
形成の際における膜厚の制御精度以下であった。しか
し、本発明では、光吸収層の両側に設けられる光ガイド
層は、膜厚が互いに異なるように形成されるので、両者
の膜厚の差は上記膜厚の制御精度より十分大きくなる。
【００１２】すなわち、本発明によれば、導波路型の半
導体受光素子において、光ガイド層である第２および第
３の半導体層の厚さが互いに異なるため、導波路内で励
振される導波光分布の中心と光吸収層である上記第１の
半導体層の位置が一致せずにずれる。そのため、光吸収
とキャリアの発生が導波路の長さ方向に分散され、ｐｎ
接合面内における電流密度分布の不均一性が緩和され
て、入射端近傍での電流密度の最高値が低下し、高出力
化が達成される。
導体受光素子において、光ガイド層である第２および第
３の半導体層の厚さが互いに異なるため、導波路内で励
振される導波光分布の中心と光吸収層である上記第１の
半導体層の位置が一致せずにずれる。そのため、光吸収
とキャリアの発生が導波路の長さ方向に分散され、ｐｎ
接合面内における電流密度分布の不均一性が緩和され
て、入射端近傍での電流密度の最高値が低下し、高出力
化が達成される。
【００１３】また、光吸収層として作用する第１導電型
を有する第１の半導体層と、当該第１の半導体層の一方
の側に形成された上記第１導電型を有する第２の半導体
層と、上記第１の半導体層の他方の側に形成された第２
導電型を有する第３の半導体層と、上記第２の半導体層
上に形成された上記第１導電型を有する第４の半導体層
と、上記第３の半導体層上に形成された上記第２導電型
を有する第５の半導体層と、上記第１の半導体層と第３
の半導体層の間に当該第１および第３の半導体層に接し
て形成された上記第２導電型を有し、かつ上記第１およ
び第３の半導体層よりドーピング濃度が低い第６の半導
体層を有し、上記第３、第６および第２の半導体層は上
記第１の半導体層よりも大きなバンドギャップエネルギ
ーを有し、上記第４および第５の半導体層はバンドギャ
ップエネルギーが上記第３、第６および第２の半導体層
よりも大きく、上記第３の半導体層と上記第６の半導体
層の厚さの和が上記第２の半導体層の厚さと異なるとい
う構成とすることができる。
を有する第１の半導体層と、当該第１の半導体層の一方
の側に形成された上記第１導電型を有する第２の半導体
層と、上記第１の半導体層の他方の側に形成された第２
導電型を有する第３の半導体層と、上記第２の半導体層
上に形成された上記第１導電型を有する第４の半導体層
と、上記第３の半導体層上に形成された上記第２導電型
を有する第５の半導体層と、上記第１の半導体層と第３
の半導体層の間に当該第１および第３の半導体層に接し
て形成された上記第２導電型を有し、かつ上記第１およ
び第３の半導体層よりドーピング濃度が低い第６の半導
体層を有し、上記第３、第６および第２の半導体層は上
記第１の半導体層よりも大きなバンドギャップエネルギ
ーを有し、上記第４および第５の半導体層はバンドギャ
ップエネルギーが上記第３、第６および第２の半導体層
よりも大きく、上記第３の半導体層と上記第６の半導体
層の厚さの和が上記第２の半導体層の厚さと異なるとい
う構成とすることができる。
【００１４】この場合、上記第３の半導体層と第６の半
導体層によって下部の光ガイド層が構成され、上記第２
の半導体層が上部の光ガイド層として作用する。上記第
３および第６の半導体層の厚さの和が、上記第２の半導
体層の厚さと異なるので、導波路内で励振される導波光
分布の中心と、光吸収層である上記第１の半導体層の中
心の位置が一致せずにずれる。そのため、光吸収とキャ
リアの発生の入射端近傍における集中は緩和されて導波
路の長さ方向に分散され、ｐｎ接合面内における電流密
度分布の不均一性が緩和されて、入射端近傍での電流密
度の最高値が低下し、高出力化が達成される。
導体層によって下部の光ガイド層が構成され、上記第２
の半導体層が上部の光ガイド層として作用する。上記第
３および第６の半導体層の厚さの和が、上記第２の半導
体層の厚さと異なるので、導波路内で励振される導波光
分布の中心と、光吸収層である上記第１の半導体層の中
心の位置が一致せずにずれる。そのため、光吸収とキャ
リアの発生の入射端近傍における集中は緩和されて導波
路の長さ方向に分散され、ｐｎ接合面内における電流密
度分布の不均一性が緩和されて、入射端近傍での電流密
度の最高値が低下し、高出力化が達成される。
【００１５】また、少なくとも上記第４の半導体層から
上記第１の半導体層まで、若しくは上記第５の半導体層
から上記第１の半導体層までを、メサ形状に加工するこ
とができる。このようにメサ形状とすることによって、
実用上極めて好ましい素子が得られる。
上記第１の半導体層まで、若しくは上記第５の半導体層
から上記第１の半導体層までを、メサ形状に加工するこ
とができる。このようにメサ形状とすることによって、
実用上極めて好ましい素子が得られる。
【００１６】上記第１の半導体層の厚さが０．２μｍ以
下であると極めて好ましい結果が得られる。すなわち、
導波路構造を非対称構造にすることによって素子の高出
力化が可能になるが、光吸収層である上記第１の半導体
層が厚い場合は、実効的なコア層の厚さを厚くするとと
もに、上部光ガイド層と下部光ガイド層の厚さの差を大
きくし、さらに素子の長さを長くすることが必要であ
り、このようにしてはじめてその効果が認められる。
下であると極めて好ましい結果が得られる。すなわち、
導波路構造を非対称構造にすることによって素子の高出
力化が可能になるが、光吸収層である上記第１の半導体
層が厚い場合は、実効的なコア層の厚さを厚くするとと
もに、上部光ガイド層と下部光ガイド層の厚さの差を大
きくし、さらに素子の長さを長くすることが必要であ
り、このようにしてはじめてその効果が認められる。
【００１７】しかし、このようにすると、素子サイズが
大きくなってしまうので好ましくない。このような素子
サイズの増大なしに高速動作を実現するには、光吸収層
の厚さを、非対称効果がより顕著に認められるようにな
る０．２μｍ以下にし、さらに導波路内で励振される導
波光分布が二つのピークを持ち、光吸収層内に存在する
ピークがもう一つのピークと同等か、若しくは小さくな
るように、上部光ガイド層と下部光ガイド層の厚さが互
いに異なるようにすることが有効である。
大きくなってしまうので好ましくない。このような素子
サイズの増大なしに高速動作を実現するには、光吸収層
の厚さを、非対称効果がより顕著に認められるようにな
る０．２μｍ以下にし、さらに導波路内で励振される導
波光分布が二つのピークを持ち、光吸収層内に存在する
ピークがもう一つのピークと同等か、若しくは小さくな
るように、上部光ガイド層と下部光ガイド層の厚さが互
いに異なるようにすることが有効である。
【００１８】上記第１の半導体層の厚さを０．２μｍ以
下にすれば顕著な効果が得られ、この厚さが薄いほど好
ましいので、亀裂やピンホールなどの障害が発生せず、
光吸収層として支障なく動作できる範囲内で、できるだ
け薄い膜を用いるのがよい。
下にすれば顕著な効果が得られ、この厚さが薄いほど好
ましいので、亀裂やピンホールなどの障害が発生せず、
光吸収層として支障なく動作できる範囲内で、できるだ
け薄い膜を用いるのがよい。
【００１９】導波路内で励振される導波光の分布が二つ
のピークを持ち、当該二つのピークのうち、上記第１の
半導体層内に存在するピークが他の一つのピークと同等
若しくは当該他の一つのピークより低いことが好まし
い。従来は、例えば図２（ｂ）に示したように、上記導
波路内で励振される導波光の分布のピークは一般に一つ
であったが、本発明では第２の半導体層と第３の半導体
層の厚さが互いに異なるので、導波光の分布は二つのピ
ークを有し、しかも、一方のピークは他のピークと同等
若しくは当該他の一つのピークより低い。
のピークを持ち、当該二つのピークのうち、上記第１の
半導体層内に存在するピークが他の一つのピークと同等
若しくは当該他の一つのピークより低いことが好まし
い。従来は、例えば図２（ｂ）に示したように、上記導
波路内で励振される導波光の分布のピークは一般に一つ
であったが、本発明では第２の半導体層と第３の半導体
層の厚さが互いに異なるので、導波光の分布は二つのピ
ークを有し、しかも、一方のピークは他のピークと同等
若しくは当該他の一つのピークより低い。
【００２０】
【発明の実施の形態】〈実施例１＞本発明の第１の実施
例を図面を用いて詳細に説明する。本実施例の半導体受
光素子は、図１（ａ）にその層構造を示したように、ア
ンドープ光吸収層１１の両面に、第１導電型（本実施例
ではｐ型）を有する上部の光ガイド層１２と第２導電型
（本実施例ではｎ型）を有する下部の光ガイド層１３
が、それぞれ接して形成されており、上記上部および下
部の光ガイド層１２、１３の厚さは互いに異なる。これ
ら光吸収層１１、上部の光ガイド層１２および下部の光
ガイド層１３が、導波路構造における実効的なコア層と
なるので、以下、これらの層をすべて合わせたものをコ
ア層と記す。さらにこのコア層を、第１導電型を有する
クラッド層１４と第２導電型を有するクラッド層１５に
よって挟み込んで、導波路構造が形成されている。
例を図面を用いて詳細に説明する。本実施例の半導体受
光素子は、図１（ａ）にその層構造を示したように、ア
ンドープ光吸収層１１の両面に、第１導電型（本実施例
ではｐ型）を有する上部の光ガイド層１２と第２導電型
（本実施例ではｎ型）を有する下部の光ガイド層１３
が、それぞれ接して形成されており、上記上部および下
部の光ガイド層１２、１３の厚さは互いに異なる。これ
ら光吸収層１１、上部の光ガイド層１２および下部の光
ガイド層１３が、導波路構造における実効的なコア層と
なるので、以下、これらの層をすべて合わせたものをコ
ア層と記す。さらにこのコア層を、第１導電型を有する
クラッド層１４と第２導電型を有するクラッド層１５に
よって挟み込んで、導波路構造が形成されている。
【００２１】一方、従来の構造は、図２（ａ）にその層
構造を示したように、光吸収層２１の両面にそれぞれ接
して形成された、上部の光ガイド層２２と下部の光ガイ
ド層２３の層厚は均等であり、光吸収層２１の中心とコ
ア層の中心とが一致している対称構造である。そのた
め、図２（ｂ）に示したように、光が入射した時に励振
される導波光分布の中心は光吸収層２１の中心と一致
し、キャリアの発生は入射端面近傍において最も多く、
しかも、導波路長さ方向におけるキャリアの発生は不均
一であった。そのため、キャリア発生にともなう光電流
の電流密度はｐｎ接合面内で一様な分布を示さずに、入
射端近傍において電流密度の最高値を持つような不均一
な分布を示し、出力特性はこの入射端近傍における電流
密度の最高値によって制限されていた。
構造を示したように、光吸収層２１の両面にそれぞれ接
して形成された、上部の光ガイド層２２と下部の光ガイ
ド層２３の層厚は均等であり、光吸収層２１の中心とコ
ア層の中心とが一致している対称構造である。そのた
め、図２（ｂ）に示したように、光が入射した時に励振
される導波光分布の中心は光吸収層２１の中心と一致
し、キャリアの発生は入射端面近傍において最も多く、
しかも、導波路長さ方向におけるキャリアの発生は不均
一であった。そのため、キャリア発生にともなう光電流
の電流密度はｐｎ接合面内で一様な分布を示さずに、入
射端近傍において電流密度の最高値を持つような不均一
な分布を示し、出力特性はこの入射端近傍における電流
密度の最高値によって制限されていた。
【００２２】しかし、本実施例では、上記のように、上
部の光ガイド層１２と下部の光ガイド層１３の膜厚が互
いに異なるため、光吸収層１１の中心とコア層の中心が
一致せずにずれている非対称構造となっており、対称構
造を有する上記従来構造とは著しく異なる。
部の光ガイド層１２と下部の光ガイド層１３の膜厚が互
いに異なるため、光吸収層１１の中心とコア層の中心が
一致せずにずれている非対称構造となっており、対称構
造を有する上記従来構造とは著しく異なる。
【００２３】このように、光ガイド層を含む実効的なコ
ア層が形成されている導波路型の半導体受光素子では、
コア層内における光吸収層の位置とは無関係に、コア層
の中心に光が入射された時に、結合効率は常に最も高く
なる。本実施例においては、コア層の中心と光吸収層１
１の中心が一致せずにずれているため、結合効率が最も
高くなるようにコア層の中心に光を入射すると、図１
（ｂ）に示したように、励振される導波光分布の中心
は、光吸収層１１の中心とずれる。導波路型受光素子で
は光吸収係数は光電界の光吸収層１１への閉じ込め量に
比例するため、図１に示した非対称構造によって、光吸
収層１１への閉じ込めを弱め、入射端近傍におけるキャ
リア発生の集中を緩和して、導波路長さ方向にキャリア
発生を分散させることができる。その結果、キャリア発
生にともなう光電流のｐｎ接合面内における電流密度分
布の不均一性は緩和され、素子の出力特性を制限してい
る入射端近傍における電流密度最高値を下げて素子の出
力を高くすることができた。
ア層が形成されている導波路型の半導体受光素子では、
コア層内における光吸収層の位置とは無関係に、コア層
の中心に光が入射された時に、結合効率は常に最も高く
なる。本実施例においては、コア層の中心と光吸収層１
１の中心が一致せずにずれているため、結合効率が最も
高くなるようにコア層の中心に光を入射すると、図１
（ｂ）に示したように、励振される導波光分布の中心
は、光吸収層１１の中心とずれる。導波路型受光素子で
は光吸収係数は光電界の光吸収層１１への閉じ込め量に
比例するため、図１に示した非対称構造によって、光吸
収層１１への閉じ込めを弱め、入射端近傍におけるキャ
リア発生の集中を緩和して、導波路長さ方向にキャリア
発生を分散させることができる。その結果、キャリア発
生にともなう光電流のｐｎ接合面内における電流密度分
布の不均一性は緩和され、素子の出力特性を制限してい
る入射端近傍における電流密度最高値を下げて素子の出
力を高くすることができた。
【００２４】図１に示した本実施例の導波路型半導体受
光素子をさらに具体的に説明する。上記光吸収層１１と
してはアンドーブのＩｎＧａＡｓ層、上部の光ガイド層
１２としてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：
１．３μｍ）層、下部の光ガイド層１３としてはｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（バンドギャソブ波長：１１．３μｍ）
層、クラッド層１４としてはｐ−ＩｎＰ層、第２導電型
クラッド層１５としてはｎ−ＩｎＰ基板をそれぞれ用い
た。図１において、符号１６はｐ+−ＩｎＧａＡｓコン
タクト層、１７はオーミックｐ電極、１８はオーミック
ｎ電極をそれぞれ表わす。
光素子をさらに具体的に説明する。上記光吸収層１１と
してはアンドーブのＩｎＧａＡｓ層、上部の光ガイド層
１２としてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：
１．３μｍ）層、下部の光ガイド層１３としてはｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（バンドギャソブ波長：１１．３μｍ）
層、クラッド層１４としてはｐ−ＩｎＰ層、第２導電型
クラッド層１５としてはｎ−ＩｎＰ基板をそれぞれ用い
た。図１において、符号１６はｐ+−ＩｎＧａＡｓコン
タクト層、１７はオーミックｐ電極、１８はオーミック
ｎ電極をそれぞれ表わす。
【００２５】また、図２において、符号２１はアンドー
ブのＩｎＧａＡｓ層からなる光吸収層、２２はｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μｍ）層から
なる光ガイド層、２３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギ
ャソブ波長：１１．３μｍ）層からなる光ガイド層、２
４はクラッド層となるｐ−ＩｎＰ層、２５は下部クラッ
ド層となるｎ−ＩｎＰ基板、２６はｐ+−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層、２７はオーミックｐ電極、２８はオーミ
ックｎ電極をそれぞれ表わす。
ブのＩｎＧａＡｓ層からなる光吸収層、２２はｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μｍ）層から
なる光ガイド層、２３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギ
ャソブ波長：１１．３μｍ）層からなる光ガイド層、２
４はクラッド層となるｐ−ＩｎＰ層、２５は下部クラッ
ド層となるｎ−ＩｎＰ基板、２６はｐ+−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層、２７はオーミックｐ電極、２８はオーミ
ックｎ電極をそれぞれ表わす。
【００２６】上記光吸収層１１の厚さを０．１μｍ、上
部の光ガイド層１２の厚さを０．３μｍ、下部の光ガイ
ド層１３の厚さを１．７μｍに、それぞれした時の導波
路長さに対する効率をビーム伝搬法によって求め、その
結果から、導波路長さ３０μｍの素子で、２０ｍＡの光
電流が得られる時の導波路長さ方向に対する電流密度分
布を求め、得られた結果を図３に示した。
部の光ガイド層１２の厚さを０．３μｍ、下部の光ガイ
ド層１３の厚さを１．７μｍに、それぞれした時の導波
路長さに対する効率をビーム伝搬法によって求め、その
結果から、導波路長さ３０μｍの素子で、２０ｍＡの光
電流が得られる時の導波路長さ方向に対する電流密度分
布を求め、得られた結果を図３に示した。
【００２７】図３において、実線３１は図１に示した本
実施例の非対称導波路構造における計算結果を示す。点
線３２は図２にで示した従来の対称型導波路構造におい
て、ＩｎＧａＡｓ層からなる光吸収層２１の厚さを０．
１μｍ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長；
１．３μｍ）層からなる上部の光ガイド層２２の厚さを
１．０μｍとし、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ
波長：１．３μｍ）層からなる下部光ガイド層２３の厚
さを１．０μｍとしたときの結果を示している。
実施例の非対称導波路構造における計算結果を示す。点
線３２は図２にで示した従来の対称型導波路構造におい
て、ＩｎＧａＡｓ層からなる光吸収層２１の厚さを０．
１μｍ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長；
１．３μｍ）層からなる上部の光ガイド層２２の厚さを
１．０μｍとし、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ
波長：１．３μｍ）層からなる下部光ガイド層２３の厚
さを１．０μｍとしたときの結果を示している。
【００２８】両者とも光吸収層と光ガイド層を合わせた
コア層の厚さは２．１μｍであり、光の入射位置はいず
れもコア層の中心とした。図３から明らかなように、本
実施例の構造では、光吸収層１１の中心がコア層の中心
から０．７μｍずれているため、光吸収層１１での閉じ
込めが弱くなり、その結果、従来の対称型導波路構造よ
りも、入射端近傍における光の吸収とキャリア発生の集
中が緩和されて、導波路長さ方向に分散されていること
が認められた。この結果から、導波路長さ３０μｍの素
子で同じ出力を得る際に、本実施例における非対称構造
の導波路型受光素子の電流密度の最高値は、図２に示し
た従来の対称構造の素子の最高値の１／２以下になり、
はるかに高出力化できることが確認された。
コア層の厚さは２．１μｍであり、光の入射位置はいず
れもコア層の中心とした。図３から明らかなように、本
実施例の構造では、光吸収層１１の中心がコア層の中心
から０．７μｍずれているため、光吸収層１１での閉じ
込めが弱くなり、その結果、従来の対称型導波路構造よ
りも、入射端近傍における光の吸収とキャリア発生の集
中が緩和されて、導波路長さ方向に分散されていること
が認められた。この結果から、導波路長さ３０μｍの素
子で同じ出力を得る際に、本実施例における非対称構造
の導波路型受光素子の電流密度の最高値は、図２に示し
た従来の対称構造の素子の最高値の１／２以下になり、
はるかに高出力化できることが確認された。
【００２９】〈実施例２＞本発明の第２の実施例を図面
を用いて詳細に説明する。本実施例においては、図４
（ａ）に示したように、光吸収層４１としてはｐ型にド
ーピングした膜を用い、光吸収層４１の一方の面（図４
では下面）に接した半導体層４３として、光吸収層４１
よりも広いバンドギャップを持つｎ型の低濃度層を用
い、さらに上記半導体層４３に接して光吸収層４１とは
反対側（図４では下側）に上記半導体層４３と等しいバ
ンドギャップをもったｎ型の半導体層４２を設けた。こ
れにより、半導体層４２と半導体層４３を合わせた２層
によって下部の光ガイド層を構成した。
を用いて詳細に説明する。本実施例においては、図４
（ａ）に示したように、光吸収層４１としてはｐ型にド
ーピングした膜を用い、光吸収層４１の一方の面（図４
では下面）に接した半導体層４３として、光吸収層４１
よりも広いバンドギャップを持つｎ型の低濃度層を用
い、さらに上記半導体層４３に接して光吸収層４１とは
反対側（図４では下側）に上記半導体層４３と等しいバ
ンドギャップをもったｎ型の半導体層４２を設けた。こ
れにより、半導体層４２と半導体層４３を合わせた２層
によって下部の光ガイド層を構成した。
【００３０】さらに、上記光吸収層４１に接して上記半
導体層４３とは反対側（図４では上側）に、上記半導体
層４２および半導体層４３と同じバンドギャップをもっ
たｐ型の半導体層４４を設けて、上部の光ガイド層とし
た。
導体層４３とは反対側（図４では上側）に、上記半導体
層４２および半導体層４３と同じバンドギャップをもっ
たｐ型の半導体層４４を設けて、上部の光ガイド層とし
た。
【００３１】本実施例の素子はこのような構造を有して
おり、半導体層４２および半導体層４３の両者から構成
される下部の光ガイド層の厚さと、上部の光ガイド層で
ある半導体層４４の層の厚さは亙いに異なっている。な
お、光は層構造に水平に入射される。本実施例において
も、上部および下部の光ガイド層を構成するすべての半
導体層４２、４３、４４と光吸収層４１を合わせたもの
が、導波路構造における実効的なコア層となるので、以
後これらの層をすべて合わせたものをコア層と記す。
おり、半導体層４２および半導体層４３の両者から構成
される下部の光ガイド層の厚さと、上部の光ガイド層で
ある半導体層４４の層の厚さは亙いに異なっている。な
お、光は層構造に水平に入射される。本実施例において
も、上部および下部の光ガイド層を構成するすべての半
導体層４２、４３、４４と光吸収層４１を合わせたもの
が、導波路構造における実効的なコア層となるので、以
後これらの層をすべて合わせたものをコア層と記す。
【００３２】一方、従来の構造は、図５（ａ）にその層
構造を示したように、半導体層５４で構成される上部光
ガイド層と、半導体層５２と半導体層５３で構成される
下部光ガイド層と層厚が均等であり、光吸収層５１の中
心とコア層の中心とが一致している対称構造である。そ
のため、図５（ｂ）に示したように、光を入射した時に
励振される導波光分布の中心は光吸収層５１の中心と一
致し、入射端面近傍におけるキャリア発生が最も多く、
導波路長さ方向においてキャリアの発生が不均一であ
る。そのため、キャリア発生にともなう光電流の電流密
度は、ｐｎ接合面内で一様な分布を示さず、入射端近傍
において電流密度の最高値を持った不均一な分布とな
り、出力特性がこの入射端近傍における電流密度の最高
値によって制限されていた。
構造を示したように、半導体層５４で構成される上部光
ガイド層と、半導体層５２と半導体層５３で構成される
下部光ガイド層と層厚が均等であり、光吸収層５１の中
心とコア層の中心とが一致している対称構造である。そ
のため、図５（ｂ）に示したように、光を入射した時に
励振される導波光分布の中心は光吸収層５１の中心と一
致し、入射端面近傍におけるキャリア発生が最も多く、
導波路長さ方向においてキャリアの発生が不均一であ
る。そのため、キャリア発生にともなう光電流の電流密
度は、ｐｎ接合面内で一様な分布を示さず、入射端近傍
において電流密度の最高値を持った不均一な分布とな
り、出力特性がこの入射端近傍における電流密度の最高
値によって制限されていた。
【００３３】しかし、本実施例では、上記のように、半
導体層４４からなる上部の光ガイド層と、半導体層４２
と半導体層４３から構成される下部の光ガイド層の厚さ
が、互いに異なる非対称構造を有しており、この点が上
記従来構造とは著しく異なっている。
導体層４４からなる上部の光ガイド層と、半導体層４２
と半導体層４３から構成される下部の光ガイド層の厚さ
が、互いに異なる非対称構造を有しており、この点が上
記従来構造とは著しく異なっている。
【００３４】光ガイド層を含んで実効的なコア層を形成
する導波路型の半導体受光素子においては、コア層内に
おける光吸収層の位置とは無関係に、コア層の中心に光
を入射した時に、結合効率が常に最も高くなる。本実施
例においては、光吸収層４１の中心とコア層の中心が一
致せずにずれているため、結合効率が最も高くなるよう
にコア層の中心に光を入射すると、図４（ｂ）に示した
ように、励振される導波光分布の中心と光吸収層４１の
中心がずれる。導波路型受光素子の場合、光吸収係数は
光電界の光吸収層４１への閉じ込め量に比例する。本実
施例は非対称構造を有しているため、光吸収層４１への
閉じ込めは低下し、入射端近傍におけるキャリア発生の
集中は緩和されて、キャリア発生は導波路の長さ方向に
分散される。その結果、キャリアの発生にともなう光電
流のｐｎ接合面内における電流密度分布の不均一性は緩
和され、素子の出力特性を制限している入射端近傍での
電流密度の最高値が低下して素子が高出力化された。
する導波路型の半導体受光素子においては、コア層内に
おける光吸収層の位置とは無関係に、コア層の中心に光
を入射した時に、結合効率が常に最も高くなる。本実施
例においては、光吸収層４１の中心とコア層の中心が一
致せずにずれているため、結合効率が最も高くなるよう
にコア層の中心に光を入射すると、図４（ｂ）に示した
ように、励振される導波光分布の中心と光吸収層４１の
中心がずれる。導波路型受光素子の場合、光吸収係数は
光電界の光吸収層４１への閉じ込め量に比例する。本実
施例は非対称構造を有しているため、光吸収層４１への
閉じ込めは低下し、入射端近傍におけるキャリア発生の
集中は緩和されて、キャリア発生は導波路の長さ方向に
分散される。その結果、キャリアの発生にともなう光電
流のｐｎ接合面内における電流密度分布の不均一性は緩
和され、素子の出力特性を制限している入射端近傍での
電流密度の最高値が低下して素子が高出力化された。
【００３５】なお、本実施例においても、光吸収層４１
が厚い場合は、それにともなって実効的なコア層厚を厚
く、さらに半導体層４２と半導体層４３を合わせた下部
光ガイド層の厚さと上部光ガイド層４４の厚さの差を大
きくし、素子の長さを長くすることが必要である。した
がって、素子サイズを大きくすることなしに高速動作を
達成するためには、上記のように、非対称効果がより顕
著に表われ出す、光吸収層４１の厚さを０．２μｍ以下
として、導波路内で励振される導波光分布が二つのピー
クを持ち、さらに光吸収層４１内に存在する一方のピー
クが他方のピークと同等若しくは小さくなるように、半
導体層４２と半導体層４３を合わせた下部光ガイド層の
厚さと上部光ガイド層４４の厚さが、互いに異なるよう
にするのが効果的である。
が厚い場合は、それにともなって実効的なコア層厚を厚
く、さらに半導体層４２と半導体層４３を合わせた下部
光ガイド層の厚さと上部光ガイド層４４の厚さの差を大
きくし、素子の長さを長くすることが必要である。した
がって、素子サイズを大きくすることなしに高速動作を
達成するためには、上記のように、非対称効果がより顕
著に表われ出す、光吸収層４１の厚さを０．２μｍ以下
として、導波路内で励振される導波光分布が二つのピー
クを持ち、さらに光吸収層４１内に存在する一方のピー
クが他方のピークと同等若しくは小さくなるように、半
導体層４２と半導体層４３を合わせた下部光ガイド層の
厚さと上部光ガイド層４４の厚さが、互いに異なるよう
にするのが効果的である。
【００３６】なお、図１および図４には、光吸収層１
１、４１の両側に光ガイド層を設けた例を示したが、上
部光ガイド層１２、４４を除いて、下部光ガイド層のみ
を設けても、同様の効果が得られた。同様に、下部光ガ
イド層を除いて上部光ガイド層を残すようにすることも
できる。しかし、このようにすると、図４に示した構造
の場合は、光吸収層４１の下面に接するアンドープの光
ガイド層４３もなくなるので、下部クラッド層となるＩ
ｎＰ層４６の、光吸収層４１の下面に接する面からある
深さの領域をアンドープの領域とする必要がある。
１、４１の両側に光ガイド層を設けた例を示したが、上
部光ガイド層１２、４４を除いて、下部光ガイド層のみ
を設けても、同様の効果が得られた。同様に、下部光ガ
イド層を除いて上部光ガイド層を残すようにすることも
できる。しかし、このようにすると、図４に示した構造
の場合は、光吸収層４１の下面に接するアンドープの光
ガイド層４３もなくなるので、下部クラッド層となるＩ
ｎＰ層４６の、光吸収層４１の下面に接する面からある
深さの領域をアンドープの領域とする必要がある。
【００３７】図４に示した本実施例の導波路型半導体受
光素子をさらに具体的に説明する。図４（ａ）におい
て、符号４１はｐ−ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層、４
２はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１１．
３μｍ）からなる光ガイド層、４３はアンドープのＩｎ
ＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μｍ）からな
る光ガイド層、４４はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャ
ップ波長：１．３μｍ）からなる光ガイド層、４５はｐ
−ＩｎＰ層、４６はｎ−ＩｎＰ層、４７はｐ+−ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層、４８は半絶縁性ＩｎＰ基板、４９
Ａはオーミックｐ電極、４９Ｂはオーミックｎ電極を、
それぞれ表わす。
光素子をさらに具体的に説明する。図４（ａ）におい
て、符号４１はｐ−ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層、４
２はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１１．
３μｍ）からなる光ガイド層、４３はアンドープのＩｎ
ＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μｍ）からな
る光ガイド層、４４はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャ
ップ波長：１．３μｍ）からなる光ガイド層、４５はｐ
−ＩｎＰ層、４６はｎ−ＩｎＰ層、４７はｐ+−ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層、４８は半絶縁性ＩｎＰ基板、４９
Ａはオーミックｐ電極、４９Ｂはオーミックｎ電極を、
それぞれ表わす。
【００３８】また、図５（ａ）において、符号５１はｐ
−ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層、５２はｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ（バンドギャップ波長１１．３μｍ）からなる光
ガイド層、５３はアンドープのＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長：１．３μｍ）からなる光ガイド層、５４
はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μ
ｍ）からなる光ガイド層、５５はｐ−ＩｎＰ層、５６は
ｎ−ＩｎＰ層、５７はｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト
層、５８は半絶縁性ＩｎＰ基板、５９Ａはオーミックｐ
電極、５９Ｂはオーミックｎ電極を、それぞれ表わす。
−ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層、５２はｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ（バンドギャップ波長１１．３μｍ）からなる光
ガイド層、５３はアンドープのＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長：１．３μｍ）からなる光ガイド層、５４
はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．３μ
ｍ）からなる光ガイド層、５５はｐ−ＩｎＰ層、５６は
ｎ−ＩｎＰ層、５７はｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト
層、５８は半絶縁性ＩｎＰ基板、５９Ａはオーミックｐ
電極、５９Ｂはオーミックｎ電極を、それぞれ表わす。
【００３９】上記光吸収層４１の厚さを０．１μｍ、上
部光ガイド層４４の厚さを０．３μｍとし、さらに厚さ
１．５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１１．３μｍ）層４２と厚さ０．２μｍのアンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長；１．３μｍ）層４
３を合わせて厚さ１．７μｍの下部光ガイド層とした時
の、導波路長さに対する効率をビーム伝搬法によって求
め、その結果から導波路長さ３０μｍの素子で２０ｍＡ
の光電流が得られるときの、導波路長さ方向に対する電
流密度分布を求めた結果を図６に示した。図６におい
て、実線６１は図４に示した本実施例の非対称型導波路
構造から得られた結果であり、点線６２は図５で示した
従来の対称型構造において、光吸収層５１の厚さを０．
１μｍ、上部光ガイド層５４の厚さを１．０μｍ、厚さ
０．８μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波
長：１．３μｍ）５２と厚さ０．２μｍのアンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１１．３μｍ）５３
を合わせて厚さ１．０μｍの下部光ガイド層としたとき
の結果を示している。両者ともに光吸収層と光ガイド層
を合わせたコア層の厚さは２．１μｍ、光の入射位置は
コア層の中心とした。
部光ガイド層４４の厚さを０．３μｍとし、さらに厚さ
１．５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１１．３μｍ）層４２と厚さ０．２μｍのアンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長；１．３μｍ）層４
３を合わせて厚さ１．７μｍの下部光ガイド層とした時
の、導波路長さに対する効率をビーム伝搬法によって求
め、その結果から導波路長さ３０μｍの素子で２０ｍＡ
の光電流が得られるときの、導波路長さ方向に対する電
流密度分布を求めた結果を図６に示した。図６におい
て、実線６１は図４に示した本実施例の非対称型導波路
構造から得られた結果であり、点線６２は図５で示した
従来の対称型構造において、光吸収層５１の厚さを０．
１μｍ、上部光ガイド層５４の厚さを１．０μｍ、厚さ
０．８μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波
長：１．３μｍ）５２と厚さ０．２μｍのアンドープＩ
ｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１１．３μｍ）５３
を合わせて厚さ１．０μｍの下部光ガイド層としたとき
の結果を示している。両者ともに光吸収層と光ガイド層
を合わせたコア層の厚さは２．１μｍ、光の入射位置は
コア層の中心とした。
【００４０】図６に示したように、本実施例で示した構
造は、光吸収層４１の中心がコア層の中心から０．７μ
ｍずれているため、光吸収層４１での閉じ込めが弱くな
り、入射端近傍における光の吸収とキャリア発生の集中
が緩和されて、導波路長さ方向に分散していることが認
められた。この計算結果から、導波路長さ３０μｍの素
子で比較したところ、同じ出力を得るとき、本実施例で
示した非対称構造を有する導波路型受光素子の最高値
は、図５に示した対称構造を有する素子の最高値の半分
以下になることがわかった。
造は、光吸収層４１の中心がコア層の中心から０．７μ
ｍずれているため、光吸収層４１での閉じ込めが弱くな
り、入射端近傍における光の吸収とキャリア発生の集中
が緩和されて、導波路長さ方向に分散していることが認
められた。この計算結果から、導波路長さ３０μｍの素
子で比較したところ、同じ出力を得るとき、本実施例で
示した非対称構造を有する導波路型受光素子の最高値
は、図５に示した対称構造を有する素子の最高値の半分
以下になることがわかった。
【００４１】なお、上記実施例１、２ではＩｎＰ基板を
用いた例を示したが、ＧａＡｓ等、他の基板を用いても
よい。また、半導体層としては、ＩｎＧａＡｓＰ系の材
料系を用いた例を示したが、たとえばＩｎＧａＡ１Ａｓ
系やＡ１ＧａＡｓ系など、他の材料系の半導体層を用い
ても同様の効果を得ることができる。
用いた例を示したが、ＧａＡｓ等、他の基板を用いても
よい。また、半導体層としては、ＩｎＧａＡｓＰ系の材
料系を用いた例を示したが、たとえばＩｎＧａＡ１Ａｓ
系やＡ１ＧａＡｓ系など、他の材料系の半導体層を用い
ても同様の効果を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、導波路型受光素子の光吸収層の両側に、厚さが亙
いに異なる上部および下部光ガイド層がそれぞれ設けら
れて非対称構造が形成されているので、対称構造を有す
る従来の導波路型受光素子よりも、キャリア発生にとも
なう光電流のｐｎ接合面内における電流密度分布の不均
一性が緩和され、素子の出力特性を制限している入射端
近傍での電流密度の最高値が低下して、素子が著しく高
出力化される。
れば、導波路型受光素子の光吸収層の両側に、厚さが亙
いに異なる上部および下部光ガイド層がそれぞれ設けら
れて非対称構造が形成されているので、対称構造を有す
る従来の導波路型受光素子よりも、キャリア発生にとも
なう光電流のｐｎ接合面内における電流密度分布の不均
一性が緩和され、素子の出力特性を制限している入射端
近傍での電流密度の最高値が低下して、素子が著しく高
出力化される。
【００４３】また、光吸収層としてｐ型半導体層を用
い、光吸収層よりバンドギャップが大きいｎ型低濃度の
半導体層を光吸収層に近接して設け、層構造に平行に光
を入射する導波路型の半導体受光素子においても、両光
ガイド層の厚さが互いに異なる非対称構造にすることに
より、光吸収層内の閉じ込めは弱くなって、入射端近傍
でのキャリア発生が集中は緩和され、従来の対称構造を
有する導波路型受光素子よりも、導波路長さ方向に対し
てキャリアの発生が分散されて、キャリア発生にともな
う光電流のｐｎ接合面内における電流密度分布の不均一
性が緩和され、入射端近傍での電流密度最高値が低下し
て、さらなる高出力化が可能となる。
い、光吸収層よりバンドギャップが大きいｎ型低濃度の
半導体層を光吸収層に近接して設け、層構造に平行に光
を入射する導波路型の半導体受光素子においても、両光
ガイド層の厚さが互いに異なる非対称構造にすることに
より、光吸収層内の閉じ込めは弱くなって、入射端近傍
でのキャリア発生が集中は緩和され、従来の対称構造を
有する導波路型受光素子よりも、導波路長さ方向に対し
てキャリアの発生が分散されて、キャリア発生にともな
う光電流のｐｎ接合面内における電流密度分布の不均一
性が緩和され、入射端近傍での電流密度最高値が低下し
て、さらなる高出力化が可能となる。
【図１】本発明の実施例１を説明するための図、
【図２】対称構造を有する従来の導波路型半導体受光素
子を説明するための図、
子を説明するための図、
【図３】図１および図２に示した素子の特性を比較した
図、
図、
【図４】本発明の実施例２を説明するための図、
【図５】対称構造を有する従来の導波路型半導体受光素
子を説明するための図、
子を説明するための図、
【図６】図４および図５において示した素子の特性を比
較した図。
較した図。
１１、２１…アンドープ光吸収層、 １２、２２、４
４、５４…ｐ型光ガイド層、 １３、２３、４２、５２
…ｎ型光ガイド層、 １４、２４、４５、５５…ｐ型Ｉ
ｎＰ層、 １５、２５…ｎ型ＩｎＰ基板、 １６、２
６、４７、５７…ｐ+型コンタクト層、 １７、２７、
４９Ａ、５９Ａ…オーミックｐ電極、 １８、２８、４
９Ｂ、５９Ｂ…オーミックｎ電極、 ４１、５１…ｐ型
光吸収層、４３、５３…アンドープ光ガイド層、 ４
６、５６…ｎ型ＩｎＰ層、４８、５８…半絶縁性ＩｎＰ
基板、 ３１、６１、…非対称受光素子における電流密
度分布、３２、６２、…対称受光素子における電流密度
分布。
４、５４…ｐ型光ガイド層、 １３、２３、４２、５２
…ｎ型光ガイド層、 １４、２４、４５、５５…ｐ型Ｉ
ｎＰ層、 １５、２５…ｎ型ＩｎＰ基板、 １６、２
６、４７、５７…ｐ+型コンタクト層、 １７、２７、
４９Ａ、５９Ａ…オーミックｐ電極、 １８、２８、４
９Ｂ、５９Ｂ…オーミックｎ電極、 ４１、５１…ｐ型
光吸収層、４３、５３…アンドープ光ガイド層、 ４
６、５６…ｎ型ＩｎＰ層、４８、５８…半絶縁性ＩｎＰ
基板、 ３１、６１、…非対称受光素子における電流密
度分布、３２、６２、…対称受光素子における電流密度
分布。
Claims (5)
- 【請求項１】光吸収層である第１の半導体層と、当該第
１の半導体層の第１および第２の面の上にそれぞれ形成
された光ガイド層である第２および第３の半導体層と、
当該第２および第３の半導体層上にそれぞれ形成された
光を閉じ込めるためのクラッド層である第４および第５
の半導体層を少なくとも具備し、上記第２の半導体層と
上記第３の半導体層は、厚さが互いに異なることを特徴
とする半導体受光素子。 - 【請求項２】光吸収層として作用する第１導電型を有す
る第１の半導体層と、当該第１の半導体層の一方の側に
形成された上記第１導電型を有する第２の半導体層と、
上記第１の半導体層の他方の側に形成された第２導電型
を有する第３の半導体層と、上記第２の半導体層上に形
成された上記第１導電型を有する第４の半導体層と、上
記第３の半導体層上に形成された上記第２導電型を有す
る第５の半導体層と、上記第１の半導体層と第３の半導
体層の間に当該第１および第３の半導体層に接して形成
された上記第２導電型を有し、かつ上記第１および第３
の半導体層よりドーピング濃度が低い第６の半導体層を
有し、上記第３、第６および第２の半導体層は上記第１
の半導体層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有
し、上記第４および第５の半導体層はバンドギャップエ
ネルギーが上記第３、第６および第２の半導体層よりも
大きく、上記第３の半導体層と上記第６の半導体層の厚
さの和が上記第２の半導体層の厚さと異なることを特徴
とする半導体受光素子。 - 【請求項３】少なくとも上記第４の半導体層から上記第
１の半導体層まで、若しくは上記第５の半導体層から上
記第１の半導体層までがメサ形状に加工されていること
を特徴とする請求項２に記載の半導体受光素子。 - 【請求項４】上記第１の半導体層の厚さが０．２μｍ以
下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
に記載の半導体受光素子。 - 【請求項５】導波路内で励振される導波光の分布が二つ
のピークを持ち、当該二つのピークのうち、上記第１の
半導体層内に存在するピークが他の一つのピークと同等
若しくは当該他の一つのピークより低いことを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれか一に記載の半導体受光素
子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19727299A JP3708758B2 (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19727299A JP3708758B2 (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001024211A true JP2001024211A (ja) | 2001-01-26 |
| JP3708758B2 JP3708758B2 (ja) | 2005-10-19 |
Family
ID=16371717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19727299A Expired - Fee Related JP3708758B2 (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | 半導体受光素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3708758B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005072273A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | 導波路型受光素子 |
| JPWO2005060010A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2007-07-12 | 日本電気株式会社 | 受光素子およびそれを用いた光受信機 |
| CN111668329A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-15 | 三明学院 | 一种新型光电探测器 |
| CN114171614A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-11 | 苏州旭创科技有限公司 | 光电探测器 |
-
1999
- 1999-07-12 JP JP19727299A patent/JP3708758B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2005072273A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | 導波路型受光素子 |
| US7031587B2 (en) | 2003-08-25 | 2006-04-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Waveguide type photoreceptor device with particular thickness ratio |
| JPWO2005060010A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2007-07-12 | 日本電気株式会社 | 受光素子およびそれを用いた光受信機 |
| CN111668329A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-15 | 三明学院 | 一种新型光电探测器 |
| CN111668329B (zh) * | 2020-06-22 | 2022-04-05 | 三明学院 | 一种光电探测器 |
| CN114171614A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-11 | 苏州旭创科技有限公司 | 光电探测器 |
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|---|---|
| JP3708758B2 (ja) | 2005-10-19 |
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