JP2002050785A

JP2002050785A - 半導体受光素子

Info

Publication number: JP2002050785A
Application number: JP2000232832A
Authority: JP
Inventors: Miki Kuhara; 美樹工原; Yasuhiro Inoguchi; 康博猪口
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-02-15
Also published as: US20030116818A1; US6696740B2; US6521968B2; US20020033491A1

Abstract

(57)【要約】【課題】二つの波長λ２、λ１（λ２＞λ１）を用い
る光送受信系における長波長λ２を感受する裏面入射型
のＰＤにおいて、λ１とのクロストークを低減したＰＤ
構造を与える。【解決手段】λ１とλ２の中間のバンドギャップ波長λ
ｇを有する材料を受光層として設け、受光層の上にλ２
を吸収する吸収層を設け、一旦受光層を通ったλ２が再
び受光層を通らないようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、異なる波長の光
λ１、λ２を用いて（λ１＜λ２）１本の光ファイバに
よって送受信を行うようにした光送受信モジュールにお
いて長波長の送信光（λ２）の影響を巧みに遮断するこ
とができる短波長（λ１）用受光素子の構造に関する。

【０００２】予め注意すべきことは、短波長用の受光素
子であって、長波長用の受光素子でない、ということで
ある。遮断すべきものは長波長光であり短波長光でな
い、ということを予め念頭に置くべきである。

【０００３】１本の光ファイバを送受信に共用する場
合、送信光を出すＬＤと受信光を受けるＰＤが同一の容
器や同一の基板に設けられることが多い。或いは１本の
光ファイバで２以上の波長の光を使って一方向に送信す
る場合も２つ以上のＰＤが同一の基板上に設けられる事
が多い。

【０００４】ＰＤは高感度の素子である。ＬＤは遠くま
で信号を運ぶために強烈なパワーを持っている。波長は
異なるが、ＰＤには送信光に対し感度があるのでＰＤは
送信光を感受してしまう。同一端末にＬＤとＰＤがあっ
て、ＰＤがＬＤの送信光を感受してしまうことを光学的
クロストークという。ＰＤにとって送信光はノイズであ
り送信光を感受すると受信光の正確な検知を難しくす
る。だからＰＤ、ＬＤ間のクロストークはできるだけ小
さく抑制する必要がある。

【０００５】送信器と受信器の間には、電気回路間の電
磁結合による電気的クロストークと、この光学的クロス
トークの二種類の異なる相互作用がある。クロストーク
の抑制は難しい問題である。ここでは光学的クロストー
クを問題にする。

【０００６】送信受信を１本の光ファイバで行う送受信
器は、送信光と受信光の分離の方法によって様々の態様
のものが考案されている。

【０００７】最も一般的なものは、波長分波器を用いて
送信光経路と受信光経路を分岐させるものである。その
ような空間的分離をするものは光学的クロストークの問
題が比較的克服し易い問題になる。

【０００８】より特殊な送受信モジュールとして、ＰＤ
とＬＤを一直線上に並べ送受信経路を殆ど同一にするも
のがある。そのように送信受信経路が同一のものは、光
学的クロストークの問題はより深刻になる。

【０００９】

【従来の技術】送受信モジュールの典型的な例を図１に
示す。波長多重双方向通信の系である。局側ではＬＤ１
によって信号を発生し、光ファイバ１、分波器２、光フ
ァイバ３、分波器４、光ファイバ５を経て信号を加入者
側に送る。加入者側はＬＤ２によって信号を発生し、光
ファイバ６、分波器４、光ファイバ３、分波器２、光フ
ァイバ７を経て局側のＰＤ１に信号を送る。１本の光フ
ァイバによって同時双方向に信号を送ることができる。

【００１０】波長分波器２が上り下りの信号を波長の違
いによって２本の光ファイバ１、７に分離している。下
り信号の波長をλ２、上り信号の波長をλ１とする。い
ずれも１本の光ファイバ３によって上下方向同時に送ら
れる。

【００１１】加入者側では波長分波器４によって送信光
と受信光を異なる光ファイバ５、６に分離する。加入者
側での受信光はλ２、送信光はλ１である。局側では送
信光がλ２で、受信光がλ１である。局側と加入者側で
送信光、受信光が逆になる。

【００１２】加入者側では、受信光λ２はＰＤ２によっ
て受信される。送信光λ１はＬＤ２によって発生させ
る。ＰＤ２、ＬＤ２より先には電気回路があるが、ここ
では図示を略している。

【００１３】送信受信という言葉は、加入者側と局側で
反対になる。この発明は局側の送受信装置を問題にす
る。局側と加入者側では波長関係が逆転するから問題も
異なっている。図１の例では、波長分波器２、４によっ
て送信光、受信光の光路を空間的に分離している。だか
ら光学的クロストークの問題は波長分波器の性能向上な
どによって解決する可能性がある。本発明が問題にする
のは、局側のＰＤ、ＬＤの光学的クロストークである。
加入者側のクロストークでない。局側では受信光がλ
１、送信光がλ２である。

【００１４】図２は、二つの波長λ１、λ２の光を局側
から加入者側へ一方向に送信する場合を示す。波長多重
一方向通信の系である。局側では、二つの異なるＬＤに
よって二つの送信光λ１、λ２を発生する。これを合波
器８によって合波する。λ１とλ２の信号は１本の光フ
ァイバによって局側から加入者側へと送られる。加入者
側では波長分波器４で波長分離し信号を分ける。ＰＤ
１、ＰＤ２がλ１、λ２の信号を選択的に受信する。Ｐ
Ｄ１、ＰＤ２間でクロストークの問題がここでも生じ
る。

【００１５】図３は、図１、図２など光路分離された光
通信系において、受信器として用いられている従来例に
かかるＰＤモジュールを示す。現在でもＰＤモジュール
の主流である。リードピン９を有する円形金属製ステム
１０の中心にサブマウント１１を介してＰＤチップ１２
が取り付けられている。ステム１０の上にはレンズ１３
を有する円筒形キャップ１４が調芯して溶接される。さ
らに、その上には円筒形スリーブ１５が設けられる。ス
リーブ１５の軸穴にはフェルール１６が挿入される。フ
ェルール１６は光ファイバ１７の先端を保持する。フェ
ルール１６の先端は斜めに研磨してある。光ファイバ１
７を保護するためにベンドリミッタ１８がスリーブにか
ぶせてある。これが現在使用されているＰＤモジュール
の構造である。図１、図２の系はその他に送信モジュー
ル（ＬＤモジュール）をも含むが、それは図３のＰＤを
ＬＤに置き換えたものであり、よく似た構造であるから
ここでは説明しない。

【００１６】現在使用されているＰＤモジュール、ＬＤ
モジュールは、金属ケースを用いており光ファイバの配
置は立体的である。高性能であるが調芯が不可欠で調芯
に時間がかかり製造コストが高くて、なお高価であるか
ら広範囲の普及実用化には適していない。

【００１７】より安価なＰＤモジュール、ＬＤモジュー
ル、ＰＤ・ＬＤモジュールとして表面実装型（ＰＬＣ）
のものが精力的に研究されている。図４は裏面入射型の
ＰＤを使った表面実装型モジュールの従来例を示す。長
方形のＳｉベンチ１９の中央部に縦方向に延びるＶ溝２
０がエッチングによって形成してある。Ｖ溝２０の終端
には傾斜したミラー面２１がある。これもエッチングに
よって同時に作られる。Ｖ溝２０の終端部のすぐ上にＰ
Ｄチップ２３が固定してある。これは裏面入射型ＰＤで
上面に受光部２４を持つ。光ファイバ２２から出た光
は、Ｓｉベンチ面に平行にＶ溝２０内を伝搬しミラー面
２１で上向きに反射され底面からＰＤ２３に入り受光部
２４に到達する。表面実装型のモジュールは調芯箇所が
ない。調芯不要で製造容易である。

【００１８】図３、図４の受光素子モジュールはとも
に、図１、図２の波長分波器によって分離された受信光
を感知するために用いることができる。波長分波器は例
えばＳｉ基板上に波長選択性のある分岐導波路を作るこ
とによって製造することができる。

【００１９】しかし波長分波器にもいろいろあって図５
のようなプリズム型波長分波器もある。透明の三角柱ガ
ラスブロック２５、２６は斜辺面に誘電体多層膜２７が
積層してあり、それが波長選択性を持つ。光ファイバ２
８から出た異なる波長の光を一方は反射し、他方は透過
するというような選択性である。

【００２０】しかしここでは、送信光と受信光を合成す
るための選択性を持つようにしている。光には相反性が
あるから同じ波長選択性を異なる用途に利用している。
光ファイバ２８から出た受信光λ２は多層膜２７で反射
されてＰＤ３０に導かれる。ＬＤ２９から出た送信光λ
１は多層膜２７を透過して光ファイバ２８に入る。その
他にもいくつもの種類の波長分波器がある。波長分波器
で光路を分離するような経路分離型の光通信系もある。

【００２１】しかしながら光学的クロストークの低減を
目的とする本発明が最も好適に適用できるのは、波長分
波器によって経路分離をしないような送受信モジュール
である。これまで述べてきた経路分離型と区別するため
に経路非分離型と呼ぼう。それは本発明が初めて提唱し
たものである。未だ特殊なモジュールである。

【００２２】経路非分離型は光ファイバの延長上にＰＤ
とＬＤがある。波長分波器が不要で小型になり構造が単
純だという利点がある。しかし反面、光軸を同じうする
からクロストークは一層深刻になる。

【００２３】図６は経路非分離型のものを示す。これは
加入者側のモジュールである。だから送信光、受信光の
波長が局側とは反対になっている。局側と加入者側は単
に光が反対になるというだけでない。途中で１：１６の
光分岐部を介しているから局側での送受信モジュール１
個が１６の加入者側の送受信モジュールに対応してい
る。だから必要なモジュールの数も大体１：１６であ
る。局側での装置の数より加入者側の数がずっと多いの
で加入者側モジュールの関心度も高い。しかしながら局
側の送受信モジュールも不可欠であって、局側も装置も
鋭意開発する必要がある。

【００２４】ハウジング３１の内部にＳｉベンチがある
が、ここでは図示を略している。光ファイバ３２が縦方
向に設けられる。光ファイバの先端に対向するようにＬ
Ｄ３３が取り付けられる。光ファイバ３２の途中にＷＤ
Ｍフィルタ３５があって波長分離するようになってい
る。ＷＤＭ３５の直上にＰＤ３４がある。ＬＤ３３の出
すλ１の送信光は例えば１ｍＷの強いものである。これ
が光ファイバ３２を通って外部へ伝搬してゆく。外部か
ら光ファイバ内を伝わってきた受信光λ２はＷＤＭ３５
で反射されＰＤ３４の裏面に入り受光部３６で検知され
る。

【００２５】送信光λ１は強い光であり、受信光λ２は
弱い光である。光ファイバ３２の中ではＷＤＭまでの経
路が同一である。伝搬方向は反対であって、ＷＤＭによ
って分離されるというものの、送信光の一部がＰＤに入
ることもある。これが光学的クロストークを引き起こ
す。僅かな割合であっても、もともと送信光パワーは大
きく受信光は微弱なのであるから、受信光のパワーに比
較して無視できないノイズとなる。

【００２６】図７に示すような広い感度領域を持つ従来
例のＰＤを用いた場合はより問題は大きい。そのような
ＰＤを受光素子として用いると、もはや単にノイズとい
ったものではない。送信光ノイズが受信光自身を上回
る。つまりＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比）が１より小
さい値になってしまう。λ２、λ１の両方に感度を持つ
通常のＰＤを用いるとそのようなことになる。

【００２７】図７のＩｎＰ系ＰＤの製造は、ｎ−ＩｎＰ
基板３７の上にｎ−ＩｎＰバッファ層３８、ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓ受光層３９、ｎ−ＩｎＰキャップ層４０を積層し
たエピタキシャルウエハから出発する。

【００２８】Ｚｎ拡散によってｐ型領域４１を作製し、
その上にｐ電極４２を形成する。ｐ電極４２の外側にパ
ッシベーション膜４４を被覆する。裏面にはリング状の
ｎ電極４５を設ける。光が入射する部分には反射防止膜
４６を設ける。この図の場合裏面入射型のＰＤであり、
ｎ電極をリング状にしいてｐ電極を開口部のない一様厚
みの電極とする。

【００２９】図８は図７のＰＤの感度特性図である。短
波長側で感度が低下するＰの部分はＩｎＰ基板のバンド
ギャップに対応する。それより短い波長の光はＩｎＰ基
板によって吸収されるので感受されない。長波長側で感
度が低下するＲの部分はＩｎＧａＡｓ受光層のバンドギ
ャップにあたる。それより長い波長の光は受光層バンド
ギャップ以下のエネルギーを持つ光だから感受できな
い。

【００３０】だからこの受光素子はＩｎＰ基板のバンド
ギャップＰからＩｎＧａＡｓ受光層のバンドギャップＲ
までの広い範囲Ｑに感度を持っている。だから１．３μ
ｍ帯にも１．５５μｍ帯にも十分な感度を持っている。

【００３１】図７の従来例構造のＰＤでは図８のように
１μｍ〜１．６５μｍまでの広い範囲に感度がある。こ
のように広い範囲で感度があるということは同じ受光素
子を１．３μｍにも１．５５μｍにも使用できるという
点では長所である。だから光通信に使われる長波長光に
対しては図７のような構造のＰＤが最も一般的に使用さ
れる。

【００３２】しかし反面、送受信モジュールに用いると
送信光をも感じるので送信光がノイズとなる。つまり送
受信光間で光学的クロストークをひきおこすという欠点
がある。

【００３３】図６の送受信モジュールにおいて図７のＰ
Ｄを用いると、どのようなわけで光学的クロストークが
起こるのかという理由を説明しよう。図６の素子におい
て、実際には、Ｓｉプラットフォーム（Ｓｉベンチ）上
に配置されたＬＤからの強い送信光（λ１）が全部光フ
ァイバに入るのではない。ＬＤ出射光はかなり角度をも
って広がる。一部はＳｉプラットフォーム、樹脂に当た
って散乱される。送信光に対してＳｉベンチは透明であ
る。これがそもそもの発端である。ＬＤなどは透明の樹
脂で覆う。Ｓｉベンチや透明樹脂の空間に入った送信光
はＳｉを透過し反射され散乱される。樹脂の分布、Ｓｉ
ベンチの形状、素子の配置によって様々の複雑な散乱光
が生じる。ＰＤからみるとＳｉプラットフォームの全体
が送信光の散乱によって明るく輝いているようにみえ
る。このように経路以外からＰＤに入る送信光成分を散
乱光或いは迷光と呼ぶ。

【００３４】可視光でないから人間の視覚には感じない
が、ＰＤには見える。様々の方角から様々の高さから送
信光成分がＰＤに入射する。裏面からも入る。上面から
も入る。側面からもＰＤに入る。このように光ファイバ
を通らない送信光がＰＤに入りクロストークを引き起こ
す。そのようなＷＤＭを通らない散乱光（迷光）による
クロストークは、ＷＤＭの性能をいくら上げても抑制で
きない。またＬＤの出力が大きくなるとＷＤＭだけでは
光ファイバを通る送信光の漏れを抑えきれなくなる。Ｌ
Ｄからの送信光がＷＤＭで反射屈折してＰＤに入る成分
を漏れ光と呼ぶ。

【００３５】特開平５−３２７００２号「多波長受光
素子」は分波器を用いることなく、λ１、λ２の二つの
異なる波長の光を感受できる複合受光素子を提案してい
る。ＧａＡｓ基板の表面と裏面の両方を使い、表面には
広いバンドギャップの光吸収層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ）を
含むＦＥＴ１を、裏面には狭いバンドギャップの光吸収
層（ｉ−ＩｎＧａＡｓ）を含むＦＥＴ２を形成してい
る。バンドギャップの広狭はＡｌの混晶比を変えること
によって調整される。光吸収層の上にはソース、ドレイ
ン、ゲート電極が形成される。これは受光素子としては
異質のものであってＰＤでない。電界効果トランジスタ
であって、光を吸収することによってキャリヤを輻射し
て増幅率が高揚するので光入射が検知される。表面から
裏面まで光が透過するような構造になっている。λ１＜
λ２の二つの波長の光が表面側から入る。

【００３６】波長の長いλ２は表面の吸収層をそのまま
通り抜けて裏面の吸収層にいたる。ここでλ２は吸収さ
れて電子・正孔対を発生して消滅する。これが増幅率を
高める。裏面のＦＥＴ２が長波長光λ２を感受する。

【００３７】波長の短いエネルギーの高い光は表面の光
吸収層によって吸収され電子・正孔対を発生し消滅す
る。表面のＦＥＴ１は短波長のλ１を感受する。だから
一つのＦＥＴでありながら、λ１とλ２の二つの波長を
分離して同時に計測できるのである。

【００３８】ＦＥＴであってＰＤでないから本発明と素
子構造が異なる。しかし二つの波長の光を検知するとい
う点で多少の関連を有するのでここに紹介した。λ１が
表面側で感受されるとしても一部のλ１は漏れて裏面に
至ることもあろう。これは裏面のＦＥＴ２で感受される
からλ２の光量に算入されることになる。そういうクロ
ストークの可能性がある。このようにλ１がλ２用ＦＥ
Ｔ２に雑音として混入するクロストークを簡単に”表ク
ロストーク”と呼ぶことにする。λ２用の受光素子はλ
１に対する感度を持つから表クロストークの問題の存在
は直観的にすぐに理解される。

【００３９】さらにλ２が厚い基板を透過する必要があ
り、その間に不純物による吸収を受けるという可能性も
ある。電極構造が複雑だという問題もある。電極が表面
と裏面の両面に付けられる。しかもソース、ドレイン、
ゲートの３つの電極が両面に付けられるから６つの電極
が必要である。光は上面から入射するので表面を上向き
にパッケージに実装する必要がある。構造が複雑であっ
て、電極の取付けが困難で、リードが入り組んでおり、
製造が難しい受光素子である。しかもＰＤでないから本
発明と直接の関連はない。

【００４０】特開平４−２１３８７６号「半導体受光
素子」はフォトダイオード（ＰＤ）であって２段感受層
を持った受光素子を提案している。ＩｎＰ基板の上に
１．５５μｍを感受する層構造を設けＰ電極を付ける。
その上の一部にさらに１．３μｍを感受する層構造を設
けＰ電極を付ける。ＩｎＰ基板の底面には共通のｎ電極
を設ける。だから、λ１（１．３μｍ）用のＰＤ１が上
に、λ２（１．５５μｍ）用のＰＤ２が下に並ぶ２段構
造となる。

【００４１】上面から二つの波長の光λ２とλ１が入
る。λ２は波長が長いので上部構造を通り抜け下部構造
にいたり光電流を生ずる。だから下部ＰＤ２はλ２を感
受する。波長の短いλ１は上部構造のＰＤ１によって吸
収され光電流を発生する。上部のＰＤ１はλ１を検知で
きる。巧みな２段構造の受光素子である。λ１が下部ま
で侵入するのを防止するために、ＰＤ１とＰＤ２の間に
ｄ＝ｍλ１／２ｎ（ｍは正整数、ｎは屈折率）の厚みの
層を設けている。λ１を上方へ反射してλ１がＰＤ２に
入らないようにするためである。λ１がもしもＰＤ２に
入ると、これはＰＤ２の光電流となるからクロストーク
を発生する。これは表クロストークの問題である。誘電
体反射膜はこれを防ぐためである。

【００４２】しかし反対のケースについてのクロストー
ク防止策はない。そのような事は予想もされないからで
ある。λ２が底面のｎ電極で反射してＰＤ１に戻り、こ
れに影響を与えるというようなことに対して対策がなさ
れていない。中間の選択反射膜はλ１を反射するがλ２
は透過させるので、底面で反射されたλ２はここを上向
きに通ることができる。

【００４３】アメリカ特許第４，２９７，７２０号”
Multi-Photodiodes”は上から順に１０００ｎｍ用ＰＤ
１と１３００ｎｍ用ＰＤ２を積んだ構造の複合受光素子
を提案している。１３００ｎｍ（１．３μｍ）はＰＤ１
を単に透過して下方のＰＤ２によって感受される。１μ
ｍ光はＰＤ１によって吸収される筈であるが、一部はこ
れを透過して下方へいたりＰＤ２によって感受される可
能性はある。これも上記の定義だと表クロストークであ
る。これはＰＤ１の吸収層の厚みを増やすことによって
ある程度防ぐことができる。１．３μｍのＰＤ１への影
響は全く考慮されていない。

【００４４】アメリカ特許第４，３２３，９１１
号，”Demultiplexing Photodetectors”は２段階構造
のＰＤを提案している。従来例は電極構造が複雑でウ
エハプロセスが極めて複雑であってチップ形状も込み入
っていたが、これは単純なメサ型に纏めている。ｐｎ接
合を２段階にして上部のＰＤ１は短波長λ１を、下部の
ＰＤ２は長波長λ２を感受する。中間のｎ層に連通する
ような共通の電極を上面の周囲に設けていて、これが巧
妙な点である。従来例の場合共通のｎ電極を基板の底
面に設けているから上面、中間面の二つの面を作る必要
があった。しかし従来例は中間のｎ層に通じる電極を
上面に作っているからチップ形状を単純化することがで
きる。しかし中間の電極は、ＰＤ１に対してはｎ電極
（カソード）であるが、ＰＤ２に対してはｐ電極（アノ
ード）になるとう奇妙な役割が与えられ、バイアスの方
向を切り替える必要がある。だから、同時にλ１とλ２
を受信できない。ここでλ１は１．０８μｍ程度、λ２
は１．１７μｍ程度であって波長が接近している。しか
し同時計測しないからクロストークの問題はやや緩和さ
れる。

【００４５】以上に紹介したものは、いずれも二つの異
なる波長の信号を一つの素子で受信しようとした複合素
子であった。それ以外の単独素子にもクロストーク抑制
を問題にした素子がある。

【００４６】特開平１１−８３６１９号「受光素子及
び受光素子モジュール」は裏面入射型のλ２用の受光素
子を提案する。λ１＜λ２の関係にある２つの異なる波
長の光が存在するときに長い波長λ２だけを受信するも
のである。λ２用受光層はλ２に対応するバンドギャッ
プよりさらに狭いバンドギャップを持つからλ１をも感
じる。だからλ１をカットするには受光層自体に頼るこ
とができない。そこで受光層の下にλ１のＩｎＧａＡｓ
Ｐ吸収層を設けている。バンドギャップ波長がλ１とλ
２の中間である層を吸収層に選んでいる。裏面入射なの
で裏面から入ったλ１は全部吸収層で吸収され受光層に
至らないからクロストークを防ぐことができる。つまり
両方に感受性を持つ受光層を、λ１遮断能力を持つ吸収
層によって防護しようとしたものである。これもλ２用
ＰＤに対するλ１の侵入であって表クロストークという
ことができる。これは単独の受光素子であるが、長波長
λ２を感受しようとするもので、短波長（λ１）の感受
を目的にしない。その点で本発明とは目的を異にする。
だから事情も反対である。それでは短波長光の感受を目
的にした単独のＰＤはないのか？そのようなものを本発
明者は既に提案している。

【００４７】特開平９−１６６７１７号「光受信モジ
ュール及び光送受信モジュール」はλ１（１．３μｍ）
とλ２（１．５５μｍ）の二つの異なる２波長信号を同
一の光ファイバに通して信号を送信するシステムの受光
素子を提案する。第１のＰＤ１はλ１を感受し、λ２を
通すものである。第２のＰＤ２はその後ろに設けられて
λ２を感じるものである。二つの独立ＰＤを前後に組み
合わせている。これまでに述べたような複合素子でな
い。二つの独立の分離した素子を前後に並べたのであ
る。前の素子ＰＤ１だけを見ると、λ１＜λｇ＜λ２と
いうようにちょうど中間のバンドギャップ波長を持つ受
光層をＰＤ１は備えている。受光層のバンドギャップλ
ｇがλ１より長いからλ１を吸収し感受する。λ２は通
してしまう。これは後方に設置したＰＤ２によって検出
される。図９はそこで本発明者が提案したλ１用のＰＤ
の構造を示す。中間的な位置に設けられて長波長光を透
過するものである。だから入射面と反対側にも開口部が
あって、ここから長波長光が抜けてゆくようになってい
る。つまり両面に光を通す開口部がある。両面開口型と
呼ぶことができよう。

【００４８】ｎ−ＩｎＰ基板５０の上に、ｎ−ＩｎＰバ
ッファ層５１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層（λｇ＝１．
４２μｍ）５２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ窓層５３をエピタ
キシャル成長させる。中央部にはＺｎを拡散してｐ型領
域５４を設ける。ｐ型領域５４の中央部は反射防止膜５
６によって覆う。その周囲にｐ電極５５をリング状に設
ける。さらにその外側にはパッシベーション膜５７を設
けてｐｎ接合５６の端部を保護する。ＩｎＰ基板５０の
裏面にはリング状のｎ電極５８が形成される。その内側
は開口部となっており反射防止膜５９によって覆われ
る。表面と裏面の両方が光を通す開口になっている。こ
れらの開口にかからないように環状の電極が取り付けら
れる。開口部には反射防止膜が設けられて入射光が反射
して減衰しないように工夫されている。

【００４９】図１０にはＩｎＧａＡｓＰ受光層（λｇ＝
１．４２μｍ）の透過率スペクトルを示す。バンドギャ
ップ波長が１．３μｍと１．５５μｍの中間の値になる
ように四元混晶の比率を選んである。実測もそのとおり
で、１．４μｍより短い光は殆ど吸収して透過しない。
１．４２μｍが境界になっている。１．５μｍを越える
と１００％透過するようになっている。透過率は厚みに
もよるが厚みは充分にあって、短波長は全部吸収できる
ようにしている。

【００５０】

【発明が解決しようとする課題】加入者側では受信光λ
２（１．５５μｍ）が送信光λ１（１．３μｍ）より長
い波長であるから、受光層の工夫によって送信光を捨象
するということができない。どのように受光層を選んだ
ところで、１．５５μｍ光を感じる受光層は１．３μｍ
光を感じるからである。長波長のλ２を感じるというこ
とは受光層のバンドギャップ波長λｇはλ２より長い筈
で、当然にλ１よりも長い。だとすれば受光層はλ１を
も感じてしまう。受光層の工夫が意味をもたない。そう
いう不利な点が加入者側にはある。本発明は、一般に短
波長を感受するＰＤにおいて、長波長のクロストークを
防止する、ということが目的である。だから一般にλ１
＜λ２を用いるべきであるが、それでは直感性を欠く恨
みがある。そこで、短波長λ１を１．３μｍ、長波長λ
２を１．５５μｍとして暫く問題を述べる。

【００５１】本発明は加入者側ではなくて局側を問題に
する。局側では送信光が１．５５μｍであり、受信光が
１．３μｍである。局側において図７のような通常の広
い感度を持つＰＤを受光素子として用いると、送信光の
散乱光、漏れ光をも感じてしまう。局側では波長の関係
が加入者側とは反対になっているから、加入者側でのク
ロストーク対策をそのまま局側に利用するということは
できない。

【００５２】反対に局側では受信光がλ１（１．３μ
ｍ）であり、送信光がλ２（１．５５μｍ）である。こ
れはまことに好都合の信号波長だということに気付く。
よく考えてみれば、ＰＤの選択に関し加入者側よりも局
側はずっと有利なのである。

【００５３】どうしてか？半導体はバンドギャップをも
ちフェルミ面がバンドギャップの中にある。バンドギャ
ップエネルギーＥｇに対応する波長をλｇとする。ｈｃ
＝Ｅｇλｇである。これより短い波長の光（λ＜λｇ）
はこの半導体によって吸収される。バンドギャップ遷移
を引き起こすからである。ところが、これより長い波長
の光（λ＞λｇ）の光は吸収されない。このような半導
体の基本的な性質を上手く利用することによって、局側
の受信光（λ１＝１．３μｍ）だけを感受し、送信光
（λ２＝１．５５μｍ）には非感受のＰＤを作製するこ
とができる。それは端的にＰＤの受光層のバンドギャッ
プ波長λｇを

【００５４】λ１（受信光）＜λｇ＜λ２（送信光）

【００５５】と選べば良いのである。これは可能であ
る。局側にはこのような好都合な関係がある。受光層の
バンドギャップ波長λｇを例えば１．４μｍ〜１．５μ
ｍに選ぶ。すると、この受光層は受信光には感じるが送
信光には感じないという誠に好ましい性質を帯びる筈で
ある。バンドギャップ波長を１．４μｍ〜１．５μｍに
するにはＩｎＧａＡｓＰの四元系の混晶を利用すれば良
い。

【００５６】図１０はバンドギャップ波長が１．４２μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰ四元混晶層の光透過率である。図９
の素子の受光層はこのような混晶からなる。これは１．
３μｍ光に対しては透過率は０である。つまり全部吸収
して感受する。反面１．５５μｍ（送信光）は透過率が
１００％である。つまり１．５５μｍは全部通してしま
うということである。通してしまうということは非感受
ということである。

【００５７】だから図９のような選択性のある受光素子
を局側の受光素子として単独に用いることができる。図
９の素子はその後ろに１．５５μｍの受光素子が配置さ
れるので裏面、表面ともに開口になっている。しかし局
側に設ける場合は前部の１．３μｍを吸収してしまえば
よいのだから開口部は一面だけでよい。裏面入射型なら
表面側はｐ電極で覆うようにする。上面入射型なら裏面
はｎ電極で全面を被覆する。そのような受光素子を局側
の検出器としてそのまま利用できると思われる。

【００５８】図１１はそのような考察から裏面入射型局
側ＰＤとして想定されたものを示す。図９のものと殆ど
同じであるがｐ電極の近傍の構造が少し違う。

【００５９】ｎ−ＩｎＰ基板６０の上に、ｎ−ＩｎＰバ
ッファ層６１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層（λｇ＝１．
４２μｍ）６２、ｎ−ＩｎＰキャップ層６３をエピタキ
シャル成長させる。チップ中央部にはＺｎを拡散してｐ
型領域６４を設ける。ｐ型領域６４の上には穴のないｐ
電極６５をほぼ全面に設ける。上面には光を通す必要が
ないから開口部を設けない。その外側にはパッシベーシ
ョン膜６７を設けてｐｎ接合の端部を保護する。裏面か
ら光が入射するので裏面の構造は図９のものと同じであ
る。ＩｎＰ基板６０の裏面にはリング状のｎ電極６８が
形成される。その内側は開口部となっており反射防止膜
６９によって覆われる。裏面が光を通す開口になってい
る。これらの開口にかからないように環状の電極が取り
付けられる。

【００６０】このような構造のＰＤを局側の受光素子と
して用いることができるはずである。実際に局側受光素
子として利用してみると意外なことに１．５５μｍ（局
側のでは送信光）によるクロストークがあるということ
が新たに判明した。ＩｎＧａＡｓＰ受光層６２のバンド
ギャップは１．４２μｍであって、１．５５μｍより広
くて理想的には１．５５μｍ光に不感受なはずであっ
た。しかし、そうではなかった。受光層６２の厚みが５
μｍとすると、１．５５μｍ光の０．２％程度の光を感
じるという事が分かった。１．３μｍ光は１００％吸収
される。１．５５μｍ光が少しでもこの受光素子に感じ
るというのは実は問題である。バンドギャップ以下のエ
ネルギーしかないから１．５５μｍはバンドギャップを
越えて電子正孔対を励起することはできない。しかしバ
ンドギャップの中にはいくらかの不純物レベルもあり、
バンドギャップ以下のエネルギーをも僅かに吸収するこ
とができる。そのために１．５５μｍ光にも感度がある
のである。

【００６１】実は０．１％程度の１．５５μｍ光に対す
る吸収は図９の両面開口型のＰＤにもあったのである。
それは図９のものをさらに測定してみて分かったことで
ある。図９のものは１．３μｍ光検出器と１．５５μｍ
光検出器を前後に並べてλ１＋λ２を同時に計測するも
のだから、λ１とλ２のパワーが同程度であったのであ
る。だから前の１．３μｍ光検出器にわずかに１．５５
μｍが混ざっても大して影響はなかった。だからそのよ
うなことはあまり問題にならなかったのである。

【００６２】しかし局側においては、局側で発生した強
烈な１．５５μｍ送信光が存在しており、光ファイバを
伝搬した１．３μｍの受信光は弱い、というアンバラン
スがある。１．５５μｍ送信光は、けた違いに１．３μ
ｍ受信光より大きいのである。だから、たったの０．２
％の感度といっても乗数が大きいのだから無視できない
大きさになる。

【００６３】局側において強い１．５５μｍ送信光が、
１．３μｍ光検出器に混入するクロストークを減少させ
ることが本発明の目的である。１．４２μｍの受光層が
どうして１．５５μｍを吸収するのか？という問題はこ
こではさておき、形状の工夫によって、１．３μｍ光検
出器への１．５５μｍのクロストークを減少させること
を目的とする。

【００６４】

【課題を解決するための手段】本発明は、裏面型のＰＤ
においてｐ型領域の上にλ２を吸収する材料層を設けて
λ２の反射戻りを防ぎλ２が受光層を２回通るのを防ぐ
ようにしたところに特徴がある。だから１回目にλ２が
受光層を通るのを防ぐことはできない。２回目に受光層
を通過するのを防ぐだけである。そのような着想を得た
理由を述べる。図９の１．３μｍ光用のＰＤは、０．１
％の１．５５μｍ光を感じるが、局側用に作った図１１
の１．３μｍ光用のＰＤは、１．５５μｍ光に対してよ
り高い０．２％の感度があった。受光層の厚みはいずれ
も５μｍで等しいのに因子が約２倍違う。どうしてか？
ということを考究した。すると１．５５μｍ光がｐ型領
域全面を覆うｐ電極６５によって反射されて受光層を前
後２回通るからである、ということが分かった。

【００６５】図１１において太い矢印は、感受すべき対
象のλ１（１．３μｍ）を示す。これはＩｎＧａＡｓＰ
受光層６２で吸収され光電流を生じて消滅する。１．３
μｍ強度に比例した電流を発生する。それは問題がな
い。

【００６６】しかし局側では送信光であり強い１．５５
μｍが裏面から入射すると、ＩｎＧａＡｓＰ受光層６２
を下から上へ１回通過してこのときに僅かな光電流を発
生する。それだけでなくてｐ電極６５の下面によって反
射されて受光層６２を上から下へともう一度透過する。
その時にも光電流を発生するので２回分のクロストーク
が生じるのである。だから図９では１．５５μｍ光の感
度が０．１％で図１１ではその倍の０．２％になるので
ある。

【００６７】それはｐ電極での反射を防止すれば良いの
である。ｐ電極から１．５５μｍ光が抜けてゆく構造は
図９そのものであるから新規ではない。

【００６８】本発明は、一旦受光層を通ったλ２（１．
５５μｍ）がもう一度受光層へ戻らないか戻りにくいよ
うにして１．５５μｍ光のクロストークを低減しようと
するものである。そのためにＰＤ内部、外部に１．５５
μｍ光用の吸収層を新たに設ける。内部・外部に設けた
吸収層が不要な１．５５μｍ光を吸収するから、１．５
５μｍは再び受光層へ戻らなくなるか、戻っても弱くな
っている。これによって局側で優勢な１．５５μｍ光
の、１．３μｍ光へのクロストークを有効に防止する。

【００６９】（タイプ１）キャップ層をＩｎＧａＡｓ
にして厚くする。

【００７０】（タイプ２）ＩｎＧａＡｓの１．５５μ
ｍ光吸収層をエピタキシャル成長によって作製して周辺
部を除去する。

【００７１】（タイプ３）ＩｎＧａＡｓの１．５５μ
ｍ光吸収層をｐ型領域の上に選択的に成長させて積層す
る。

【００７２】（タイプ４）樹脂などの１．５５μｍ光
吸収層をチップ全体の上に積む。

【００７３】このようにｐ型領域の上に１．５５μｍ光
を吸収する材料を設けると一旦ｐ型領域を透過した１．
５５μｍ（送信光）は再び受光層へ戻らなくなるか、戻
っても極めて弱いものになる。

【００７４】

【発明の実施の形態】本発明は、ｐ型領域の上にλ２を
吸収する材料層を設けてλ２の反射戻りを防ぎλ２が受
光層を２回通るのを防ぐようにしたところに特徴があ
る。ｐ型領域の上にλ２を吸収する材料を載せるのであ
るが、その違いによって上記にように４つのタイプがあ
る。

【００７５】［タイプ１（厚いキャップ層：図１２）］
図１２は受光層の上にＩｎＧａＡｓよりなる厚いキャッ
プ層（フィルタ層）を設けた本発明の実施の形態を示
す。ｎ−ＩｎＰ基板６０の上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層
６１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層（λｇ＝１．４２μ
ｍ）６２、ｎ−ＩｎＧａＡｓキャップ層（フィルタ層）
７８をエピタキシャル成長させる。チップ中央部にはＺ
ｎを拡散してｐ型領域６４を設ける。この例ではチップ
の周辺部にも同時にｐ型領域を形成する。これは拡散遮
蔽層７１と言っている。ｐ型領域６４の上には環状のｐ
電極６５を設ける。環状電極６５を付けたすぐ下の部分
はｎ−ＩｎＧａＡｓキャップ層７８がｐ型に変換したも
のである。ｐ電極は開口部があればよいので、環状電極
と表現した。環状電極６５の外形は任意であって、円
形、楕円形、正方形、正六角形、五角形など、適当な形
状を与えることができる。ここではリング電極として説
明するが、任意の多角形電極を含む。以後の実施例につ
いても同じである。

【００７６】受光層の上のキャップ層は、通常はＩｎＰ
層を使う。が、ＩｎＰはバンドギャップが広くてλ２を
吸収できない。そこでこの例ではキャップ層自体にλ２
吸収の作用をもたせている。通常はＩｎＰであるキャッ
プ層をＩｎＧａＡｓにしている。バンドギャップの狭い
ＩｎＧａＡｓならλ２を吸収できる。これはλ２を吸収
するためにあるので、ここではキャップ層或いはフィル
タ層と言うこともできる。

【００７７】ｐ電極６５の内部のｐ型領域６４の上には
反射防止膜７２が形成してある。裏面入射型だから、こ
こから光を入れるのではなくて不要なλ２を外へ出して
戻らないようにしている。リング状のｐ電極６５の外側
にはパッシベーション膜６７を設けてｐｎ接合６６の端
部を保護する。裏面から光が入射するので裏面の構造は
図９のものと同じである。ｎ−ＩｎＰ基板６０の裏面に
は環状（リング状）のｎ電極６８が形成される。裏面の
中央部は反射防止膜６９が被覆している。エピ層の厚み
とキャリヤ濃度を下に示す。ｎ電極も光を通す開口部が
あればよい。一般に環状電極と表現できる。外形は円
形、楕円形、正方形、正八角形など任意の形状を付与す
ることができる。リング状電極という表現をするが、任
意の形状の開口を有する電極という意味である。

【００７８】ＩｎＧａＡｓフィルタ層（７８）５μｍｐ^＋＝１０^１８ｃｍ^−３ＩｎＧａＡｓＰ受光層（６２）５μｍｎ⁻＝１０^１５ｃｍ^−３ＩｎＰバッファ層（６１）４μｍｎ⁻＝１０^１５ｃｍ^−３ＩｎＰ基板（６０）２００μｍｎ^＋＝１０^１８ｃｍ^−３

【００７９】ｐ−ＩｎＧａＡｓフィルタ層は、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層７８であったものが、Ｚｎの拡散に
よってｐ型になったものである。これはλ２を吸収して
減衰させるように５μｍもの厚い層になっている。不要
なλ２は受光層を下から上へ抜ける。フィルタ層７８で
吸収されて、さらに外部へ出てゆくから、図１１のよう
にｐ電極で反射されて戻ってくるということはない。上
面の反射防止膜７２はλ２（１．５５μｍ）が内側から
外へ出る時に反射しないようにした反射防止膜であっ
て、外部から入射する時に反射を防ぐというものではな
い。また上方からλ２の迷光が入ってきた時もＩｎＧａ
Ａｓキャップ層がこれを防ぐことができる。正孔濃度が
高いから、ここで吸収されたλ２が作った電子正孔対が
光電流とならないで再結合する。タイプ１はＰＤ内部構
造であったＩｎＰ窓層を、厚いＩｎＧａＡｓキャップ層
としてλ２を吸収して再び戻らないようにするものであ
る。

【００８０】［タイプ２（局所的な厚いキャップ層：図
１３）］図１３はチップ中央部だけに厚いＩｎＧａＡｓ
吸収層を設けた本発明の実施の形態を示す。図１２のタ
イプ１はＩｎＧａＡｓとしたキャップ層の全体を厚くし
たが、λ２はチップの中央部を通るのであるから中央部
だけ吸収層を厚くすればそれでよいのである。だから、
ここではキャップ層はＩｎＰである。ｎ−ＩｎＰ基板６
０の上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層６１、ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ受光層（λｇ＝１．４２μｍ）６２、ｎ−ＩｎＰキ
ャップ層６３、ＩｎＧａＡｓ吸収層７４をエピタキシャ
ル成長させる。チップ中央部にはＺｎを拡散してｐ型領
域６４を設ける。この例ではチップの周辺部にも同時に
ｐ型領域を形成する。これは拡散遮蔽層である。ｐ型領
域になったチップ中央部だけを残してＩｎＧａＡｓ吸収
層７４を除去する。中央部だけにｐ−ＩｎＧａＡｓ吸収
層７４が残る。中央部の突出した部分に環状のｐ電極７
０を形成する。ｐ電極７０の内部のＩｎＧａＡｓ吸収層
７４の上には反射防止膜７２が形成してある。裏面入射
型だから、ここから光を入れるのではなくて不要なλ２
を外へ出して戻らないようにしている。

【００８１】環状電極７０を付けたすぐ下の部分はｐ−
ＩｎＧａＡｓ吸収層（フィルタ層）７４があり、その下
にｐ−ＩｎＰキャップ層、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰの受光層
が存在する。受光層の上の層は、通常はＩｎＰキャップ
層を使うがＩｎＰはバンドギャップが広くてλ２を吸収
できない。そこでこの例ではＩｎＰキャップ層の上にλ
２を吸収できるＩｎＧａＡｓをさらに積層する。これに
よってλ２を吸収するようにした。タイプ１と違って、
厚いＩｎＧａＡｓ吸収層の外周部を切りとってある。中
央部だけにＩｎＧａＡｓを存在させλ２を吸収する。

【００８２】ＩｎＧａＡｓ吸収層７４の外側にはパッシ
ベーション膜６７を設けてｐｎ接合の端部を保護する。
裏面から光が入射するので裏面の構造は図１２のものと
同じである。ｎ−ＩｎＰ基板６０の裏面にはリング状の
ｎ電極６８が形成される。裏面の中央部は反射防止膜６
９が被覆している。ｐ−ＩｎＧａＡｓ吸収層７４の厚み
は５μｍでキャリヤ濃度はｐ^＋＝１０^１８ｃｍ^−３で
ある。これはλ２を吸収して減衰させるように５μｍも
の厚い層になっている。不要なλ２は受光層を下から上
へ抜ける。フィルタ層で吸収されて、さらに外部へ出て
ゆくから、図１１のようにｐ電極で反射されて戻ってく
るということはない。

【００８３】上面の反射防止膜７２はλ２（１．５５μ
ｍ）が内側から外へ出るときに反射しないようにした反
射防止膜であって、外部から入射する時に反射を防ぐと
いうものでない。また上方からλ２の迷光が入ってきた
時もＩｎＧａＡｓ吸収層７４がこれを防ぐことができ
る。正孔濃度が高いから、ここで吸収されたλ２が作っ
た電子正孔対が光電流とならないで再結合する。タイプ
２は厚いＩｎＧａＡｓ吸収層を付加し、λ２を吸収して
再び戻らないようにするものである。

【００８４】［タイプ３（選択成長した厚いλ２吸収
層：図１４）］図１４はチップ中央部だけに厚いキャッ
プ層を設けた本発明の実施の形態を示す。図１３のタイ
プ２はエピタキシャル成長によって吸収層まで形成した
が、タイプ３はｎ−ＩｎＰキャップ層まで成長した通常
のエピタキシャルウエハを用いる。中央部のＩｎＧａＡ
ｓ吸収層はｐｎ接合を形成した後、電極構造を利用して
選択成長させたものである。

【００８５】ｎ−ＩｎＰ基板６０の上に、ｎ−ＩｎＰバ
ッファ層６１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層（λｇ＝１．
４２μｍ）６２、ｎ−ＩｎＰキャップ層６３をエピタキ
シャル成長させる。チップ中央部にはＺｎを拡散してｐ
型領域６４を設ける。この例ではチップの周辺部にも同
時にｐ型領域を形成する。これは拡散遮蔽層である。ｐ
型領域６４の上には環状のｐ電極７０を設ける。環状ｐ
電極７０の外側にはｐｎ接合を保護するパッシベーショ
ン膜６７を設ける。

【００８６】リング状電極７０によって囲まれたチップ
の表面中央部にλ２を吸収するＩｎＧａＡｓ吸収層７５
を選択成長させる。これはＭＢＥやＭＯＣＶＤ法などに
よってエピタキシャル成長させることができる。パッシ
ベーション膜や金属の電極には成長しないから自然にＩ
ｎＰキャップ層の上だけにＩｎＧａＡｓが選択成長す
る。ｐ電極はＩｎＧａＡｓ吸収層７５の横にあるからＩ
ｎＧａＡｓには電界がかからない。

【００８７】裏面にはリング状のｎ電極６８と反射防止
膜６９が形成してある。裏面からλ１（受信光；１．３
μｍ）とλ２（送信光；１．５５μｍ）が入ってくる。
λ１は受光層６２で吸収され光電流を発生して検出され
る。λ２は僅かに受光層によって吸収されて上に抜け
る。λ２はさらにＩｎＧａＡｓ吸収層７５によって吸収
される。外部に僅かにでても反射する光量は弱い。だか
ら再びλ２は受光層６２に帰らない。λ２が受光層を通
るのは１回だけである。有効にλ２によるクロストーク
を防ぐことができる。

【００８８】［タイプ４（チップ全体を吸収層によって
覆う：図１５）］これまで述べたものはＩｎＧａＡｓの
半導体材料によってλ２を吸収したものである。樹脂に
よってもλ２を吸収させることができる。図１５はその
ような実施例を示す。ｎ−ＩｎＰ基板６０の上に、ｎ−
ＩｎＰバッファ層６１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層（λ
ｇ＝１．４２μｍ）６２、ｎ−ＩｎＰキャップ層６３を
エピタキシャル成長させる。エピタキシャル層の厚み、
キャリヤ濃度は以下のようである。

【００８９】ＩｎＰキャップ層（６３）３μｍｎ⁻＝５×１０^１５ｃｍ^−３ＩｎＧａＡｓＰ受光層（６２）５μｍｎ⁻＝１０^１５ｃｍ^−３ＩｎＰバッファ層（６１）４μｍｎ⁻＝１０^１５ｃｍ^−３ＩｎＰ基板（６０）２００μｍｎ^＋＝１０^１８ｃｍ^−３

【００９０】チップ中央部にはＺｎを拡散してｐ型領域
６４を設ける。この例ではチップの周辺部にも同時にｐ
型領域を形成する。これは拡散遮蔽層である。ｐ型領域
６４の上には環状のｐ電極７０を設ける。環状ｐ電極の
外側にはｐｎ接合を保護するパッシベーション膜６７を
設ける。ｐ電極７０の内部は反射防止膜を付けない。裏
面にはリング状のｎ電極６８と反射防止膜６９が形成し
てある。これらはウエハプロセスで作製できる。チップ
に切断してパッケージに実装したあとリードピンと電極
をワイヤ７７によって接続する。その後にλ２を吸収で
きるλ２吸収樹脂７６をチップの上面の全体に塗布す
る。この樹脂はλ２を吸収すればよくて、λ２を選択的
に吸収する必要はない。だから黒色の樹脂であってよ
い。

【００９１】裏面からλ１（受信光；１．３μｍ）とλ
２（送信光；１．５５μｍ）が入ってくる。λ１は受光
層で吸収され光電流を発生して検出される。λ２は僅か
に受光層によって吸収されて上に抜ける。λ２はチップ
上面に抜けてλ２吸収樹脂７６によって吸収される。外
部に出るλ２は微である。ケースや部品によって反射さ
れるとしても再び受光層まで戻らない。これまでの例と
同じようにλ２が受光層を通るのは１回だけである。有
効にλ２によるクロストークを防ぐことができる。これ
はエピタキシャル成長を余分に行う必要がなく、パッケ
ージにチップを実装した後に樹脂塗布によって行うこと
ができる。エピタキシャル成長が不要なので、この改良
は簡単にできる。実現の見込みは高い。但し樹脂塗布ま
でチップのＩｎＰキャップ層が空気中に露呈するから酸
化するという可能性はある。

【００９２】

【実施例】図１６はタイプ４のＰＤを表面実装型のＰＤ
モジュールに取り付けたものを示す。Ｓｉ基板８０の表
面に長手方向にＶ溝８１を設ける。Ｖ溝の終端部はミラ
ー面になっている。Ｖ溝８１に光ファイバ８２を挿入固
定する。Ｖ溝８１の上に本発明の裏面入射型のＰＤ８３
を固定する。裏面入射型であるが上面は光が透過できる
開口になっている。上面をλ２吸収樹脂８５によって覆
う。

【００９３】λ１は局側において受信光であり光ファイ
バ８２からＶ溝８１に入りミラー面で反射されてＰＤ８
３の底面から入射する。λ１は受光部８４に到達し光電
流を発生する。ＰＤはλ１を感受する。送信光である強
烈なλ２の迷光、あるいは散乱光がＶ溝からＰＤ裏面に
いたり受光部に入っても、受光層はほとんどこれを感じ
ない。そのまま上へ抜けてしまう。再び同じλ２が受光
層には戻らない。またＰＤの上方にはλ２の迷光が存在
するが、これらはλ２吸収樹脂８５によって吸収される
からＰＤの受光層には至らない。樹脂８５が邪魔なλ２
を吸収してしまう。だからλ２が受光層を通るのは１回
だけである。だからλ２によるクロストークを０．１％
以下に抑制できる。このようにＰＤの上に樹脂を塗布す
るのはウエハプロセスを増加させないでチップ実装の段
階で実行できる。

【００９４】図１７はタイプ４のＰＤを用いた表面実装
型の送受信モジュールの概略断面図を示す。光送受信モ
ジュール８６はＳｉ基板の上に構築される。Ｓｉ基板に
光ファイバ８７を取付け、光ファイバの端面延長上に、
λ２送信光を発生する局側のＬＤ８９を設ける。光ファ
イバの途中に斜めにＷＤＭ８８を設ける。その斜め上方
に本発明の裏面入射型のＰＤ９０を設ける。ＰＤ９０は
タイプ４のＰＤであり上面に樹脂９２が塗布してありλ
２を吸収できるようになっている。

【００９５】λ２（１．５５μｍ）の光に乗った信号は
ＬＤ８９から光ファイバ８７に入り加入者側へと送られ
る。加入者側からのλ１（１．３μｍ）に乗せられた信
号は光ファイバ８７、ＷＤＭ８８を経てＰＤ９０の裏面
から入射して受光部９１で吸収される。ここで光電流を
発生する。ＬＤ８９で発生した強力な送信光λ２は迷
光、散乱光になって周囲に満ちる。裏面から入ったもの
は、一度受光層を通る。このときに光電流を僅かに発生
する。表面のλ２は樹脂９２で吸収されるからＰＤの内
部に入らない。だからこのモジュールは局側において、
送信光の影響を極力低減することができる。

【００９６】

【発明の効果】局側では短波長λ１（１．３μｍ）を受
信光とし、長波長λ２（１．５５μｍ）を送信光とす
る。半導体のバンドギャップ波長をλｇとすると、これ
より長い波長λ２はこの半導体層をそのまま透過するは
ずで、λ２がλ１に対してクロストークを生じるという
ようなことは当業者においてこれまで知られていなかっ
た。長波長が短波長側のＰＤに及ぼすクロストークとい
う概念がなかった。だから当然に、長波長による短波長
ＰＤに対するクロストーク低減という要求そのものが新
規な発見である。

【００９７】本発明者は、在来の常識に反して、短波長
用ＰＤの受光層が、長波長λ２を僅かでも感受するとい
うことに初めて気付いた。本発明は、裏面入射型のλ１
用ＰＤにおいて、一度λ２が受光層を通るのはやむを得
ないとして、それが反射してもう一度受光層を通るのを
防ごうとする。一度通るだけなら０．１％のクロストー
クであっても、２回通ると０．２％に増えてしまう。本
発明はそれを防ぐことによって、これまでその存在を当
業者が知らなかった裏のクロストークを減らすことがで
きるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】局側と加入者側を１本の光ファイバで結びλ
１、λ２の異なる波長の光を用いて双方向に信号を伝送
する同時双方向光通信装置の概略図。

【図２】局側と加入者側を１本の光ファイバで結びλ
１、λ２の異なる波長の光を用いて一方向に信号を伝送
する同時一方向光通信装置の概略図。

【図３】従来例にかかる金属カンパッケージに収容した
三次元的な構造を持つＰＤモジュールの一部縦断斜視
図。

【図４】従来例にかかる表面実装型ＰＤモジュールの断
面図。

【図５】誘電体多層膜を設けたガラスブロックよりなる
ＷＤＭの概略構成図。

【図６】送信光λ１を発生するＬＤと、受信光λ２（λ
２＞λ１）を受信するＰＤを含む従来例にかかる加入者
側の光送受信モジュールの概略構成図。

【図７】λ１とλ２を含む広い範囲に感度を有するＩｎ
ＧａＡｓ受光層を持つ従来例にかかるＰＤの断面図。

【図８】従来例に係るＰＤの感度の波長依存性を示すグ
ラフ。横軸は波長（μｍ）、縦軸は感度（Ａ／Ｗ）であ
る。

【図９】本発明者がかつて発明した１．３μｍ光感受Ｐ
Ｄと１．５５μｍ光感受ＰＤの組み合わせのうち１．３
μｍ光感受ＰＤの断面図。

【図１０】ＩｎＧａＡｓＰ層の光透過率の波長依存性を
示すグラフ。横軸は波長（μｍ）、縦軸は透過率（％）
である。

【図１１】図９の１．３μｍ光感受ＰＤの表面開口部を
ｐ電極によって塞いだ構造の１．３μｍ光用ＰＤの断面
図。

【図１２】λ２を吸収するＩｎＧａＡｓキャップ層を受
光層全面に設けた本発明のタイプ１にかかるλ１（＜λ
２）感受用ＰＤの断面図。

【図１３】λ２を吸収するＩｎＧａＡｓ吸収層を受光層
中央部のみの上に設けた本発明のタイプ２にかかるλ１
（＜λ２）感受用ＰＤの断面図。

【図１４】λ２を吸収するＩｎＧａＡｓ吸収層をｐ電極
の内部に選択成長させた本発明のタイプ３にかかるλ１
（＜λ２）感受用ＰＤの断面図。

【図１５】本発明のタイプ４にかかるλ１（＜λ２）感
受用ＰＤの断面図。

【図１６】本発明のタイプ４のＰＤを局側の表面実装型
ＰＤモジュールとして用いた実施例を示す断面図。

【図１７】本発明のタイプ４のＰＤを局側の表面実装型
送受信モジュールのＰＤとして用いた実施例を示す断面
図。

【符号の説明】

１光ファイバ２分波器３光ファイバ４分波器５光ファイバ６光ファイバ７光ファイバ８合波器９ピン１０ステム１１サブマウント１２ＰＤ１３レンズ１４キャップ１５スリーブ１６フェルール１７光ファイバ１８ベンドリミッタ１９Ｓｉ基板２０Ｖ溝２１ミラー面２２光ファイバ２３ＰＤ２４受光部２５ガラスブロック２６ガラスブロック２７誘電体多層膜２８光ファイバ２９ＬＤ３０ＰＤ３１ハウジング３２光ファイバ３３ＬＤ３４ＰＤ３５ＷＤＭ３６受光部３７ｎ−ＩｎＰ基板３８ｎ−ＩｎＰバッファ層３９ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層４０ｎ−ＩｎＰキャップ層４１ｐ型領域４２ｐ電極４３ｐｎ接合４４パッシベーション膜４５ｎ電極４６反射防止膜５０ｎ−ＩｎＰ基板５１ｎ−ＩｎＰバッファ層５２ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層５３ｎ−ＩｎＧａＡｓキャップ層５４ｐ型領域５５ｐ電極５６反射防止膜５７パッシベーション膜５８ｎ電極５９反射防止膜６０ｎ−ＩｎＰ基板６１ｎ−ＩｎＰバッファ層６２ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層６３ｎ−ＩｎＰキャップ（フィルタ）層６４ｐ型領域６５ｐ電極６６ｐｎ接合６７パッシベーション膜６８ｎ電極６９反射防止膜７０ｐ電極７１拡散遮蔽層７２反射防止膜７４ＩｎＧａＡｓ吸収（フィルタ）層７５ＩｎＧａＡｓ吸収層７６ λ２吸収樹脂７７ワイヤ７８ｎ−ＩｎＧａＡｓキャップ（フィルタ）層８０Ｓｉベンチ８１Ｖ溝８２光ファイバ８３ＰＤ８４受光部８５ λ２吸収樹脂８６光送受信モジュール８７光ファイバ８８ＷＤＭ８９ＬＤ（λ２発生）９０ＰＤ（λ１受信）９１受光部９２ λ２吸収樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 DA03 DA04 DA06 DA40 5F049 MA02 MB07 MB12 NA04 NB01 PA04 QA03 QA06 SS04 SZ01 TA14 WA01 5F088 AA02 AB07 AB17 BA03 CB04 GA05 HA01 JA14 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長波長光λ２と短波長光λ１を含む光を
受けて短波長光λ１を検知すべき裏面入射型の半導体受
光素子であって、半導体基板とこの上に設けられｐｎ接
合を有する受光層と、受光層の上面に設けられるキャッ
プ層と、半導体基板の底面に設けた開口を有する第１電
極と、受光層の上方に設けた開口を有する第２電極を含
み、光は裏面から表面へ透過できるよう両面が開口部を
有し、受光層がλ１より長くλ２より短い吸収端波長
（バンドギャップ波長）λｇを持つ半導体材料からな
り、受光層の上部にはλ２光を吸収する材料からなるλ
２吸収層を設けたことを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】受光層の上面に接するキャップ層をλ２
光を吸収できる半導体材料によって形成し、キャップ層
の上に開口を有する電極を設けた事を特徴とする請求項
１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】キャップ層の上にλ２光を吸収できる半
導体材料の層を設け、その上に開口を有する電極を設け
た事を特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項４】 λ２を吸収する樹脂を上部開口部を覆う
ように塗布した事を特徴とする請求項１に記載の半導体
受光素子。
【請求項５】受光すべき短波長光の波長λ１が１．２
μｍから１．３μｍ帯であり、阻止すべき長波長光の波
長λ２が１．５μｍから１．６μｍ帯であることを特徴
とする請求項１〜４の何れかに記載の半導体受光素子。
【請求項６】ＩｎＰ基板の上に、吸収端波長１．３μ
ｍ〜１．５μｍであるＩｎＧａＡｓＰの受光層を有し、
その上方にＩｎＧａＡｓよりなるλ２吸収層を有するこ
とを特徴とする請求項５に記載の半導体受光素子。
【請求項７】基板と受光層の間にＩｎＰバッファ層を
設け、受光層とＩｎＧａＡｓ層との間にＩｎＰキャップ
層を設けた事を特徴とする請求項６に記載の半導体受光
素子。
【請求項８】ＩｎＧａＡｓＰ受光層の中央のｐｎ接合
の周囲にｐ領域よりなる拡散遮蔽層を設けたことを特徴
とする請求項６叉は７に記載の半導体受光素子。