JP2001223369A - 端面入射導波路型半導体受光素子およびそれを用いた光受信モジュール - Google Patents
端面入射導波路型半導体受光素子およびそれを用いた光受信モジュールInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】導波路型光デバイスとの整合性に優れた端面入
射型構造を有し、高い水平方向位置ずれトレランス幅、
高い受光感度を得ると同時に、静電容量の低減が可能
な、導波路型受光素子を提供する。 【解決手段】半導体基板１１の一方の面上に、光を吸収
する光吸収層１３とその光吸収層をはさみその光吸収層
より屈折率が低い半導体層から構成されているコア層と
を備えた台形状に突起した半導体メサ部１２を有し、半
導体メサ部側面の一部を受光端面とする端面入射導波路
型受光素子であって、半導体メサ部１２の幅が、上記受
光端面から入射光の進行方向に沿って減少していること
を特徴とする。
射型構造を有し、高い水平方向位置ずれトレランス幅、
高い受光感度を得ると同時に、静電容量の低減が可能
な、導波路型受光素子を提供する。 【解決手段】半導体基板１１の一方の面上に、光を吸収
する光吸収層１３とその光吸収層をはさみその光吸収層
より屈折率が低い半導体層から構成されているコア層と
を備えた台形状に突起した半導体メサ部１２を有し、半
導体メサ部側面の一部を受光端面とする端面入射導波路
型受光素子であって、半導体メサ部１２の幅が、上記受
光端面から入射光の進行方向に沿って減少していること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信分野等に用い
られる端面入射型の半導体受光素子、光モジュール、お
よび光伝送装置に関するものである。
られる端面入射型の半導体受光素子、光モジュール、お
よび光伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、一般家庭への情報サービスの拡充
を図るため、加入者系光伝送システムの開発が進められ
ている。各家庭への設置という観点から、本システムに
使用される光モジュールには低価格化が要求されてい
る。これには同一基板上に簡易な実装方式で集積化可能
な発光素子、受光素子が必須である。半導体レーザダイ
オード、光変調器、あるいは光スイッチ等に代表される
光デバイスは導波路構造を有し、光を基板面内平行方向
に入出射するものである。一方、半導体受光素子は一般
に基板面内に垂直な方向から光信号を受光する面受光型
である。面受光型の半導体受光素子は他の光デバイスと
光信号の入出射方向が異なるため、同一基板上への集積
化が困難である。
を図るため、加入者系光伝送システムの開発が進められ
ている。各家庭への設置という観点から、本システムに
使用される光モジュールには低価格化が要求されてい
る。これには同一基板上に簡易な実装方式で集積化可能
な発光素子、受光素子が必須である。半導体レーザダイ
オード、光変調器、あるいは光スイッチ等に代表される
光デバイスは導波路構造を有し、光を基板面内平行方向
に入出射するものである。一方、半導体受光素子は一般
に基板面内に垂直な方向から光信号を受光する面受光型
である。面受光型の半導体受光素子は他の光デバイスと
光信号の入出射方向が異なるため、同一基板上への集積
化が困難である。
【０００３】上記問題を解決するために、端面入射型の
半導体受光素子の開発が進められている。信号光との高
い光結合効率と低電圧動作化の両立が課題となるが、電
子情報通信学会エレクトロニクスソサエティ大会、Ｃ−
３３４、「表面実装向けＩｎＧａＡｌＡｓ導波路型ＰＩ
Ｎ−ＰＤの高効率、高信頼化」、１９９６年にて、幅４
０μｍ、長さ１００μｍの受光部を有し、外部量子効率
０．９２Ａ／Ｗの導波路型受光素子が報告されている。
半導体受光素子の開発が進められている。信号光との高
い光結合効率と低電圧動作化の両立が課題となるが、電
子情報通信学会エレクトロニクスソサエティ大会、Ｃ−
３３４、「表面実装向けＩｎＧａＡｌＡｓ導波路型ＰＩ
Ｎ−ＰＤの高効率、高信頼化」、１９９６年にて、幅４
０μｍ、長さ１００μｍの受光部を有し、外部量子効率
０．９２Ａ／Ｗの導波路型受光素子が報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の一例を
図８に示す。図８において、受光部メサ８２の幅をＷ、
長さをＬとする。受光部メサの静電容量Ｃは、受光部メ
サ面積をＳ、動作時の空乏層幅をｄ、光吸収層の誘電率
をεとすると、Ｃ＝εＳ／ｄである。上記従来技術で
は、Ｗが入射光の進行方向に対し一定であり、Ｓ＝Ｗ
Ｌ、Ｃ＝εＷＬ／ｄであった。このため、水平方向光結
合トレランス幅、受光感度を増大させるためにＷ，Ｌを
増大させると静電容量Ｃが大きくなり高速動作が困難に
なるという問題があった。
図８に示す。図８において、受光部メサ８２の幅をＷ、
長さをＬとする。受光部メサの静電容量Ｃは、受光部メ
サ面積をＳ、動作時の空乏層幅をｄ、光吸収層の誘電率
をεとすると、Ｃ＝εＳ／ｄである。上記従来技術で
は、Ｗが入射光の進行方向に対し一定であり、Ｓ＝Ｗ
Ｌ、Ｃ＝εＷＬ／ｄであった。このため、水平方向光結
合トレランス幅、受光感度を増大させるためにＷ，Ｌを
増大させると静電容量Ｃが大きくなり高速動作が困難に
なるという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、高い水平方向光結合トレ
ランス幅、高い受光感度を得ると同時に、静電容量の低
減が可能な、端面入射型受光素子を提供することであ
る。さらに、これを受光素子として用いる発光素子モジ
ュールあるいは光受信モジュールを提供することであ
る。
ランス幅、高い受光感度を得ると同時に、静電容量の低
減が可能な、端面入射型受光素子を提供することであ
る。さらに、これを受光素子として用いる発光素子モジ
ュールあるいは光受信モジュールを提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために、半導体基板の一方の面上に、光を吸収
する光吸収層とそれをはさんでその光吸収層より屈折率
が低い半導体層から構成されているコア層とを備えた半
導体メサ部を有し、半導体メサ部側面の一部を受光端面
とする端面入射導波路型受光素子であって、半導体メサ
部の幅が、上記受光端面から入射光の進行方向に沿って
減少していることを特徴とする。
解決するために、半導体基板の一方の面上に、光を吸収
する光吸収層とそれをはさんでその光吸収層より屈折率
が低い半導体層から構成されているコア層とを備えた半
導体メサ部を有し、半導体メサ部側面の一部を受光端面
とする端面入射導波路型受光素子であって、半導体メサ
部の幅が、上記受光端面から入射光の進行方向に沿って
減少していることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例により説明
する。
する。
【０００８】図1にＩｎＧａＡｌＡｓ系化合物半導体を
用いた本発明の一実施例の斜視構造を示す。ｐ−ＩｎＰ
基板１１上に分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法により、ｐ
−ＩｎＡｌＡｓバッファ層１９（厚さ０．７μｍ）、ｐ
−ＩｎＡｌＧａＡｓ下部第２コア層１８（厚さ２μｍ、
バンドギャップ波長１．１μｍ）、アンドープＩｎＡｌ
ＧａＡｓ光吸収層１３（厚さ２μｍ、バンドギャップ波
長１．４μｍ）、ｎ−ＩｎＡｌＧａＡｓ上部第２コア層
２２（厚さ２μｍ、バンドギャップ波長１．１μｍ）、
ｎ−ＩｎＡｌＡｓ上部クラッド層２１（厚さ１μｍ）、
ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０（厚さ０．１μｍ）
を順次結晶成長させ、化学エッチングにより受光部メサ
１２、スタッド部メサ１５を形成する。その後、ＳｉＮ
絶縁膜１４により結晶表面をパッシベーションし、受光
部メサ１２の上部のみ、開口部を形成する。次にＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕよりなるｎ型電極１６およびｐ型電極１７を
蒸着形成する。劈開により受光端面を形成し、反射防止
膜を形成し、素子単位に分割し、本発明の導波路型受光
素子が得られる。受光部メサの幅は、受光端面側ではＷ
ａ＝４０μｍ、反対側ではＷｂ＝５μｍ、受光部メサの
長さはＬ＝１００μｍである。
用いた本発明の一実施例の斜視構造を示す。ｐ−ＩｎＰ
基板１１上に分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法により、ｐ
−ＩｎＡｌＡｓバッファ層１９（厚さ０．７μｍ）、ｐ
−ＩｎＡｌＧａＡｓ下部第２コア層１８（厚さ２μｍ、
バンドギャップ波長１．１μｍ）、アンドープＩｎＡｌ
ＧａＡｓ光吸収層１３（厚さ２μｍ、バンドギャップ波
長１．４μｍ）、ｎ−ＩｎＡｌＧａＡｓ上部第２コア層
２２（厚さ２μｍ、バンドギャップ波長１．１μｍ）、
ｎ−ＩｎＡｌＡｓ上部クラッド層２１（厚さ１μｍ）、
ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０（厚さ０．１μｍ）
を順次結晶成長させ、化学エッチングにより受光部メサ
１２、スタッド部メサ１５を形成する。その後、ＳｉＮ
絶縁膜１４により結晶表面をパッシベーションし、受光
部メサ１２の上部のみ、開口部を形成する。次にＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕよりなるｎ型電極１６およびｐ型電極１７を
蒸着形成する。劈開により受光端面を形成し、反射防止
膜を形成し、素子単位に分割し、本発明の導波路型受光
素子が得られる。受光部メサの幅は、受光端面側ではＷ
ａ＝４０μｍ、反対側ではＷｂ＝５μｍ、受光部メサの
長さはＬ＝１００μｍである。
【０００９】図1に示すような受光部メサ１２を有する
端面入射型の導波路型受光素子において、受光部メサ１
２の幅Ｗが、受光端面で最大Ｗａであり、入射光の進行
方向に沿ってＷｂまで減少している。受光部メサ面積Ｓ
＝（Ｗａ＋Ｗｂ）Ｌ／２であり、上記従来技術における
受光部メサ面積Ｓ＝ＷＬより小さいことが特徴である。
このため、水平方向光結合トレランス幅を増大させるた
めＷａを増大し、受光感度を増大させるためにＬを増大
した場合においても、受光部メサ面積Ｓを低減し、静電
容量の低減が可能である。
端面入射型の導波路型受光素子において、受光部メサ１
２の幅Ｗが、受光端面で最大Ｗａであり、入射光の進行
方向に沿ってＷｂまで減少している。受光部メサ面積Ｓ
＝（Ｗａ＋Ｗｂ）Ｌ／２であり、上記従来技術における
受光部メサ面積Ｓ＝ＷＬより小さいことが特徴である。
このため、水平方向光結合トレランス幅を増大させるた
めＷａを増大し、受光感度を増大させるためにＬを増大
した場合においても、受光部メサ面積Ｓを低減し、静電
容量の低減が可能である。
【００１０】図２にＷａ＝４０μｍ、Ｌ＝１００μｍの
場合、Ｗｂと静電容量Ｃの関係を示す。Ｗが入射光の進
行方向に対し一定であり、Ｗｂ＝Ｗａ＝４０μｍである
従来構造の場合、静電容量が０．３ｐＦ以上になるのに
対し、本発明によりＷｂを低減させることにより静電容
量が減少する。Ｗｂ＝５μｍとすることにより、静電容
量を０．２ｐＦ以下に低減可能である。
場合、Ｗｂと静電容量Ｃの関係を示す。Ｗが入射光の進
行方向に対し一定であり、Ｗｂ＝Ｗａ＝４０μｍである
従来構造の場合、静電容量が０．３ｐＦ以上になるのに
対し、本発明によりＷｂを低減させることにより静電容
量が減少する。Ｗｂ＝５μｍとすることにより、静電容
量を０．２ｐＦ以下に低減可能である。
【００１１】図７は本発明の素子に単一モードファイバ
からの信号光を入射した場合の説明図である。同図よ
り、単一モードファイバ７１からの波長１．３μｍの信
号光を入射した場合の効果を説明する。単一モードファ
イバ７１からの拡がり角（光出力強度がピーク値の１／
ｅ２となる角度で定義）は、θ０＝５．６°であり、受
光部メサ１２内に入射した後、メサ側面に入射する角度
はθe＝７８．４°である。これは全反射する臨界角θc
＝ｓｉｎ−１（ｎｂ／ｎｅ）＝３７．３°より十分大き
いため、受光部メサ１２内で全反射し導波される。ここ
でｎｂはＳｉＮ絶縁膜１４の屈折率、ｎｅは受光部メサ
１２の等価屈折率である。なお、半導体メサ部の側面
に、誘電体多層膜による高反射膜を形成してもよい。こ
の結果、バイアス電圧１．２Ｖで０．９２Ａ／Ｗと高い
受光感度が得られ、単一モードファイバ７１との位置ず
れトレランスも、０．５ｄＢ劣化時で、垂直方向が±
２．０μｍ、水平方向が±１５．０μｍと大きく、パッ
シブアライメント法（受光感度をモニタせず、各部品の
搭載位置の調整のみにより、光学的結合を得る方法）を
用いた表面実装が可能となる。さらに受光部メサ面積Ｓ
＝（Ｗａ＋Ｗｂ）Ｌ／２＝２２５０μｍ２であり、受光
部の静電容量を０．１８ｐＦに低減可能となり、バイア
ス電圧１．２Ｖにおいて、１０ＧＨｚ以上の遮断周波数
が得られる。
からの信号光を入射した場合の説明図である。同図よ
り、単一モードファイバ７１からの波長１．３μｍの信
号光を入射した場合の効果を説明する。単一モードファ
イバ７１からの拡がり角（光出力強度がピーク値の１／
ｅ２となる角度で定義）は、θ０＝５．６°であり、受
光部メサ１２内に入射した後、メサ側面に入射する角度
はθe＝７８．４°である。これは全反射する臨界角θc
＝ｓｉｎ−１（ｎｂ／ｎｅ）＝３７．３°より十分大き
いため、受光部メサ１２内で全反射し導波される。ここ
でｎｂはＳｉＮ絶縁膜１４の屈折率、ｎｅは受光部メサ
１２の等価屈折率である。なお、半導体メサ部の側面
に、誘電体多層膜による高反射膜を形成してもよい。こ
の結果、バイアス電圧１．２Ｖで０．９２Ａ／Ｗと高い
受光感度が得られ、単一モードファイバ７１との位置ず
れトレランスも、０．５ｄＢ劣化時で、垂直方向が±
２．０μｍ、水平方向が±１５．０μｍと大きく、パッ
シブアライメント法（受光感度をモニタせず、各部品の
搭載位置の調整のみにより、光学的結合を得る方法）を
用いた表面実装が可能となる。さらに受光部メサ面積Ｓ
＝（Ｗａ＋Ｗｂ）Ｌ／２＝２２５０μｍ２であり、受光
部の静電容量を０．１８ｐＦに低減可能となり、バイア
ス電圧１．２Ｖにおいて、１０ＧＨｚ以上の遮断周波数
が得られる。
【００１２】また、上記の構造をＩｎＧａＡｓＰ系の半
導体層で構成しても同様の効果が得られる。
導体層で構成しても同様の効果が得られる。
【００１３】また、光吸収層１３を、波長１．５５μｍ
の信号光に受光感度を有する半導体層を用いても同様の
効果が得られる。
の信号光に受光感度を有する半導体層を用いても同様の
効果が得られる。
【００１４】図３に本発明の導波路型受光素子を用いた
応用例の斜視構造を示す。光導波路を埋め込んだ光カプ
ラや光合分波器等の石英系光回路３５、絶縁膜３４、電
気配線３２、３３を有する光導波路基板３６上に、本発
明の導波路型受光素子３１を、光学レンズなしでパッシ
ブアライメント法を用いて実装する。導波路型受光素子
３１のｎ型電極はＡｕＳｎはんだにより電気配線３２に
接続し、ｐ型電極はＡｕ線のワイヤボンディングにより
電気配線３３に接続する。
応用例の斜視構造を示す。光導波路を埋め込んだ光カプ
ラや光合分波器等の石英系光回路３５、絶縁膜３４、電
気配線３２、３３を有する光導波路基板３６上に、本発
明の導波路型受光素子３１を、光学レンズなしでパッシ
ブアライメント法を用いて実装する。導波路型受光素子
３１のｎ型電極はＡｕＳｎはんだにより電気配線３２に
接続し、ｐ型電極はＡｕ線のワイヤボンディングにより
電気配線３３に接続する。
【００１５】素子搭載時の、基板に水平方向の位置ずれ
は±１μｍ以内であり、これに伴う結合損失は０．２ｄ
Ｂ以下に低減可能となる。この結果、１．３μｍ信号光
に対し、バイアス電圧１．２Ｖにおいて、０．８７Ａ／
Ｗ以上の高い受光感度が得られる。さらに、受光部の静
電容量を０．１８ｐＦに低減可能となり、１０ＧＨｚ以
上の遮断周波数が得られる。
は±１μｍ以内であり、これに伴う結合損失は０．２ｄ
Ｂ以下に低減可能となる。この結果、１．３μｍ信号光
に対し、バイアス電圧１．２Ｖにおいて、０．８７Ａ／
Ｗ以上の高い受光感度が得られる。さらに、受光部の静
電容量を０．１８ｐＦに低減可能となり、１０ＧＨｚ以
上の遮断周波数が得られる。
【００１６】図４に本発明の導波路型受光素子を用いた
別の応用例の斜視構造を示す。絶縁膜３４、電気配線３
２、３３を有するＶ溝基板４１上に、本発明の導波路型
受光素子３１を、光学レンズなしで、パッシブアライメ
ント法を用いてフリップチップ実装する。導波路型受光
素子３１のｎ型電極はＡｕＳｎはんだにより電気配線３
２に接続し、ｐ型電極はＡｕ線のワイヤボンディングに
より電気配線３３に接続する。その後、フラットエンド
の光ファイバ４２をＶ溝に固定する。
別の応用例の斜視構造を示す。絶縁膜３４、電気配線３
２、３３を有するＶ溝基板４１上に、本発明の導波路型
受光素子３１を、光学レンズなしで、パッシブアライメ
ント法を用いてフリップチップ実装する。導波路型受光
素子３１のｎ型電極はＡｕＳｎはんだにより電気配線３
２に接続し、ｐ型電極はＡｕ線のワイヤボンディングに
より電気配線３３に接続する。その後、フラットエンド
の光ファイバ４２をＶ溝に固定する。
【００１７】素子搭載時及び光ファイバ固定時の位置ず
れは±１μｍ以内であり、これに伴う結合損失は０．２
ｄＢ以下に低減可能となる。この結果、１．３μｍ信号
光に対し、バイアス電圧１．２Ｖにおいて、０．８７Ａ
／Ｗ以上の高い受光感度が得られる。さらに、受光部の
静電容量を０．１８ｐＦに低減可能となり、１０ＧＨｚ
以上の遮断周波数が得られる。
れは±１μｍ以内であり、これに伴う結合損失は０．２
ｄＢ以下に低減可能となる。この結果、１．３μｍ信号
光に対し、バイアス電圧１．２Ｖにおいて、０．８７Ａ
／Ｗ以上の高い受光感度が得られる。さらに、受光部の
静電容量を０．１８ｐＦに低減可能となり、１０ＧＨｚ
以上の遮断周波数が得られる。
【００１８】図５に本発明の導波路型受光素子を用い、
パッケージングされた受光素子モジュールの一実施例の
斜視構造を示す。Ｖ溝基板５４上に本発明の導波路型受
光素子５５、受信用前置増幅器（プリアンプ）ＩＣ５６
を表面実装する。ここで導波路型受光素子５５の実装に
はパッシブアライメント法を用いることが可能である。
その後、信号光入射用の光ファイバ５２をＶ溝内に固定
する。このＶ溝基板５４をセラミック製のベース５３に
固定し、金属製のキャップ５１にてレーザ溶接等により
気密封止しパッケージングする。
パッケージングされた受光素子モジュールの一実施例の
斜視構造を示す。Ｖ溝基板５４上に本発明の導波路型受
光素子５５、受信用前置増幅器（プリアンプ）ＩＣ５６
を表面実装する。ここで導波路型受光素子５５の実装に
はパッシブアライメント法を用いることが可能である。
その後、信号光入射用の光ファイバ５２をＶ溝内に固定
する。このＶ溝基板５４をセラミック製のベース５３に
固定し、金属製のキャップ５１にてレーザ溶接等により
気密封止しパッケージングする。
【００１９】する。ベースとキャップの代わりに樹脂に
てトランスファモールドを用いても同様である。
てトランスファモールドを用いても同様である。
【００２０】作製した光モジュールを伝送評価した。信
号光波長１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂｉｔ／ｓのバー
スト伝送において、１０の−８乗の誤り率で、−３８ｄ
Ｂｍの最小受信感度が得られた。
号光波長１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂｉｔ／ｓのバー
スト伝送において、１０の−８乗の誤り率で、−３８ｄ
Ｂｍの最小受信感度が得られた。
【００２１】セラミック製のベース５３の代わりに樹脂
製、あるいは金属製も考えられる。また、セラミック製
のベース５３と金属製のキャップ５１の代わりに樹脂の
トランスファモールドを用いても同様である。さらにＶ
溝基板５４の代わりに光回路を有する光導波路基板を用
いても同様である。
製、あるいは金属製も考えられる。また、セラミック製
のベース５３と金属製のキャップ５１の代わりに樹脂の
トランスファモールドを用いても同様である。さらにＶ
溝基板５４の代わりに光回路を有する光導波路基板を用
いても同様である。
【００２２】図６に本発明の導波路型受光素子を用いた
光受信モジュールの一実施例の鳥瞰図を示す。本発明の
導波路型受光素子が搭載され、信号光入射用の光ファイ
バ６３が付いた受光素子モジュール６４と受信ＩＣ６１
およびその他の電子部品をボード６２上に搭載する。な
お、受信回路を構成する受信ＩＣ６１とは、前置増幅器
（プリアンプ）出力を入力とし増幅して出力する主増幅
回路と、主増幅回路出力を入力としタイミングを抽出し
クロックを出力するタイミング抽出回路と、主増幅器出
力とクロックを入力とし識別再生する識別再生回路と、
無信号時の警報回路と、全体の電源回路等で構成されて
いる。本光受信モジュールを伝送評価した。信号光波長
１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂｉｔ／ｓのバースト伝送
において、１０−８の誤り率で、−３８ｄＢｍ以下の最
小受信感度が得られ、長距離伝送システムの要求に対応
可能となった。また受信ＩＣ等に、１０Ｇｂｉｔ／ｓ伝
送用回路を使用することにより、伝送速度１０Ｇｂｉｔ
／ｓにおいて、１０−１２の誤り率で、−１６ｄＢｍ以
下の最小受信感度が得られ、高帯域伝送に対応可能とな
った。
光受信モジュールの一実施例の鳥瞰図を示す。本発明の
導波路型受光素子が搭載され、信号光入射用の光ファイ
バ６３が付いた受光素子モジュール６４と受信ＩＣ６１
およびその他の電子部品をボード６２上に搭載する。な
お、受信回路を構成する受信ＩＣ６１とは、前置増幅器
（プリアンプ）出力を入力とし増幅して出力する主増幅
回路と、主増幅回路出力を入力としタイミングを抽出し
クロックを出力するタイミング抽出回路と、主増幅器出
力とクロックを入力とし識別再生する識別再生回路と、
無信号時の警報回路と、全体の電源回路等で構成されて
いる。本光受信モジュールを伝送評価した。信号光波長
１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂｉｔ／ｓのバースト伝送
において、１０−８の誤り率で、−３８ｄＢｍ以下の最
小受信感度が得られ、長距離伝送システムの要求に対応
可能となった。また受信ＩＣ等に、１０Ｇｂｉｔ／ｓ伝
送用回路を使用することにより、伝送速度１０Ｇｂｉｔ
／ｓにおいて、１０−１２の誤り率で、−１６ｄＢｍ以
下の最小受信感度が得られ、高帯域伝送に対応可能とな
った。
【００２３】
【発明の効果】本発明の導波路型受光素子を用いれば、
低電圧動作で、高い受光感度が得られ、信号光に対する
水平方向位置ずれトレランス幅を広げることができ、且
つ受光部の静電容量を低減することが可能となる。これ
により、実装マージンを大きくとれ、光学レンズなし
に、容易に光結合を得ると同時に、高帯域の受信特性が
得られる。従って、低コスト、且つ伝送速度の速い受光
素子、受光素子モジュール、光受信モジュールおよび光
伝送装置を作製することが可能となる。
低電圧動作で、高い受光感度が得られ、信号光に対する
水平方向位置ずれトレランス幅を広げることができ、且
つ受光部の静電容量を低減することが可能となる。これ
により、実装マージンを大きくとれ、光学レンズなし
に、容易に光結合を得ると同時に、高帯域の受信特性が
得られる。従って、低コスト、且つ伝送速度の速い受光
素子、受光素子モジュール、光受信モジュールおよび光
伝送装置を作製することが可能となる。
【図１】本発明の端面入射導波路型受光素子の斜視構造
図を示す。
図を示す。
【図２】受光部メサ１２の長さＬと受光部メサ面積Ｓの
相関を示す。
相関を示す。
【図３】本発明の端面入射導波路型受光素子の応用例の
斜視構造を示す。
斜視構造を示す。
【図４】本発明の別の端面入射導波路型受光素子の応用
例の斜視構造を示す。
例の斜視構造を示す。
【図５】本発明の受光素子モジュールの斜視構造を示
す。
す。
【図６】本発明の受信モジュールの全体構造鳥瞰図を示
す。
す。
【図７】本発明の受光素子への入射光が全反射すること
を示す。
を示す。
【図８】従来の端面入射導波路型受光素子の斜視構造を
示す。
示す。
１１…ｐ−ＩｎＰ基板、 １２…受光部メサ、 １３…アンドープＩｎＡｌＧａＡｓ光吸収層、 １４…ＳｉＮ絶縁膜、 １５…スタッド部メサ、 １６…ｎ型電極、 １７…ｐ型電極、 １８…ｐ−ＩｎＡｌＧａＡｓ下部第２コア層、 １９…ｐ−ＩｎＡｌＡｓバッファ層、 ２０…ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、 ２１…ｎ−ＩｎＡｌＡｓ上部クラッド層、 ２２…ｎ−ＩｎＡｌＧａＡｓ上部第２コア層、 ３１…本発明の導波路型受光素子、 ３２…電気配線、 ３３…電気配線、 ３４…絶縁膜、 ３５…石英系光回路、 ３６…光導波路基板、 ４１…Ｖ溝基板、 ４２…光ファイバ、 ５１…キャップ、 ５２…光ファイバ、 ５３…ベース、 ５４…Ｖ溝基板、 ５５…導波路型受光素子、 ５６…受信用前置増幅器（プリアンプ）ＩＣ、 ６１…受信ＩＣ、 ６２…ボード、 ６３…光ファイバ、 ６４…受光素子モジュール、 ７１…単一モードファイバ、 ８１…ｐ−ＩｎＰ基板、 ８２…受光部メサ、 ８３…アンドープＩｎＡｌＧａＡｓ光吸収層、 ８４…ＳｉＮ絶縁膜、 ８５…スタッド部メサ、 ８６…ｎ型電極、 ８７…ｐ型電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宍倉 正人 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA11 CA39 DA03 DA04 DA12 5F073 AB18 AB28 BA01 FA07 FA16 5F088 AA03 AB07 BA01 BA02 BA16 BB01 DA17 EA07 EA09 FA09 GA03 GA07 GA10 JA20 KA02 KA08 KA10
Claims (5)
- 【請求項１】半導体基板の一方の面上に、光を吸収する
光吸収層と該光吸収層をはさみ該光吸収層より屈折率が
低い半導体層から構成されているコア層とを備えた台形
状に突起した半導体メサ部を有し、上記半導体メサ部側
面の一部を受光端面とする端面入射導波路型受光素子で
あって、 上記半導体メサ部の幅が、上記受光端面から入射光の進
行方向に沿って減少していることを特徴とする端面入射
導波路型半導体受光素子。 - 【請求項２】前記受光端面から入射される入射光が前記
半導体メサ部の側面で全反射されることを特徴とする請
求項１に記載の端面入射導波路型半導体受光素子。 - 【請求項３】前記半導体基板の一方の面上に前記半導体
メサ部とほぼ同じ高さの第２の半導体メサ部を有し、前
記半導体メサ部と第２の半導体メサ部にｎ型電極を設
け、上記半導体基板の他方の面上にｐ型電極を設けるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記
載の端面入射導波路型半導体受光素子。 - 【請求項４】信号光を伝達させる光ファイバと、 上記光ファイバを保持するＶ溝を有するＶ溝基板と、 上記光ファイバと光学的に結合させ、上記信号光を光電
変換し電気信号を出力する請求項１ないし請求項３いず
れかに記載の端面入射導波路型半導体受光素子と、 上記電気信号を増幅する前置増幅器と、 上記前置増幅器出力を伝える端子とを有し、 上記光ファイバと上記Ｖ溝基板と上記受光素子と上記前
置増幅器とをベースとキャップとで気密封止し一体化す
ることを特徴とする受光素子モジュール。 - 【請求項５】請求項４に記載の受光素子モジュールと、 上記受光素子モジュールの前記前置増幅器出力を増幅す
る主増幅器と、 上記主増幅器出力を入力としタイミングを抽出しクロッ
クを出力するタイミング抽出器と、 上記主増幅器出力と該クロックを入力とし識別再生し信
号データを出力する識別再生器とで構成した受信回路
と、 上記受光素子モジュールと上記受信回路を搭載するプリ
ント配線基板とを有することを特徴とする光受信モジュ
ール。
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| JP2000038039A JP2001223369A (ja) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | 端面入射導波路型半導体受光素子およびそれを用いた光受信モジュール |
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