JP2003142725A - フォトダイオード - Google Patents
フォトダイオードInfo
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- JP2003142725A JP2003142725A JP2001337770A JP2001337770A JP2003142725A JP 2003142725 A JP2003142725 A JP 2003142725A JP 2001337770 A JP2001337770 A JP 2001337770A JP 2001337770 A JP2001337770 A JP 2001337770A JP 2003142725 A JP2003142725 A JP 2003142725A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フォトダイオードに関し、光信号を入力する
光導波路層と光吸収層下の光導波路層との構成関係に簡
単な改変を加えることで、光吸収層を薄くしてキャリヤ
走行時間が低減されるようにしても上側クラッド層は適
正な厚さを維持できるようにして、光の滲み出しに起因
する損失が大きくならないようにする。 【解決手段】 半導体基板２１上に積層形成された半導
体基板２１に比較してエネルギ・バンド・ギャップが小
さい光導波路層２２、受光すべき光を吸収可能なエネル
ギ・バンド・ギャップをもつ光吸収層２３、ショットキ
接合形成層２４、ショットキ接合形成層２４上に形成さ
れたショットキ金属電極２７、光導波路層２２に水平方
向から光を入力できる位置であって、且つ、光導波路層
２２の光軸に比較して光軸が半導体基板２１側に偏位し
た位置に設けた光導波路層２５を備える。
光導波路層と光吸収層下の光導波路層との構成関係に簡
単な改変を加えることで、光吸収層を薄くしてキャリヤ
走行時間が低減されるようにしても上側クラッド層は適
正な厚さを維持できるようにして、光の滲み出しに起因
する損失が大きくならないようにする。 【解決手段】 半導体基板２１上に積層形成された半導
体基板２１に比較してエネルギ・バンド・ギャップが小
さい光導波路層２２、受光すべき光を吸収可能なエネル
ギ・バンド・ギャップをもつ光吸収層２３、ショットキ
接合形成層２４、ショットキ接合形成層２４上に形成さ
れたショットキ金属電極２７、光導波路層２２に水平方
向から光を入力できる位置であって、且つ、光導波路層
２２の光軸に比較して光軸が半導体基板２１側に偏位し
た位置に設けた光導波路層２５を備える。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高速で変調
された光信号を高い量子効率で受信することが可能なフ
ォトダイオードに関する。 【０００２】 【従来の技術】図４は超高速光通信用のフォトダイオー
ドを表す要部切断側面図であり、図に於いて、１はｎ−
ＩｎＰ基板、２はｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、３はｐ−
ＩｎＰ基板、４はＩｎＧａＡｓＰ光導波路層、５はｉ−
ＩｎＰクラッド層、６はｐ側電極をそれぞれ示してい
る。 【０００３】図示のフォトダイオードでは、ｉ−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層２をｎ−ＩｎＰ基板１とｐ−ＩｎＰ基板
３とで挟んだ構造、即ち、ｐｉｎ構造になっていて、薄
いｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層２で充分な量子効率を得る
為、接合面に対して光を水平方向に入射する横型入射構
造になっている。 【０００４】一般に、フォトダイオードに於いて、高速
応答性を向上しようとする場合、ＲＣ制限を緩和する
為、接合容量を低下させる必要があり、従って、接合面
積を小さくする必要がある。 【０００５】然しながら、接合面積を小さくすると電極
の接触抵抗及びｐ型領域の抵抗が大きくなり、フォトダ
イオードに於ける直列抵抗の増大を招来する為、接合面
積を小さくした割りには周波数特性は改善されない旨の
問題がある。 【０００６】また、電気接触抵抗を小さく、そして、ｐ
型領域抵抗を零にする為、ｐｉｎフォトダイオード構造
の代わりにショットキ・バリア・ダイオード構造を用い
ることが考えられている。 【０００７】然しながら、ショットキ・バリア・ダイオ
ード構造に於いて、横から光を入射した場合、ショット
キ金属に依る光の損失を回避しなければならないので、
光吸収層（図５に見られる光吸収層１３を参照）の直下
に光導波路層を挿入し、光導波路層を伝播してきた光を
光吸収層の直下に挿入された光導波路層を伝播させ、そ
の光導波路層から滲み出した光を光吸収層で吸収させる
構成が考えられる。 【０００８】図５は光吸収層の下に光導波路層を配設し
たフォトダイオードを表す要部切断側面図であり、１１
はｎ−ＩｎＰ基板、１２はＩｎＧａＡｓＰ光導波路層、
１３はｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、１４はｉ−ＩｎＰク
ラッド層、１５はショットキ電極をそれぞれ示してい
る。 【０００９】図示のフォトダイオードでは、外部からの
光信号が最大限に結合できるように光導波路層１２の構
造及び配置が決められるのであるが、この構造では、光
吸収層１３に於けるキャリヤ走行時間を低減して周波数
応答特性を改善するには、光吸収層１３を薄くすること
が必要であり、その場合、クラッド層１４も薄くしなけ
ればならず、そうするとクラッド層１４を滲み出す光が
大きくなって損失は増大する。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明では、光信号を
入力する光導波路層と光吸収層下の光導波路層との構成
関係に簡単な改変を加えることで、光吸収層を薄くして
キャリヤ走行時間が低減されるようにしても上側クラッ
ド層は適正な厚さを維持できるようにして、光の滲み出
しに起因する損失が大きくならないようにする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明では、光信号を入
力する光導波路層に於ける光軸を光吸収層下の光導波路
層の光軸と比較して基板側に接近した構成にすること
で、その上のクラッド層を所要の厚さに形成することを
可能にして光の損失を防止することが基本になってい
る。 【００１２】図１は本発明の原理を説明するためのフォ
トダイオードを表す要部切断側面図であり、図に於い
て、２１は半導体基板、２２は光導波路層、２３は光吸
収層、２４はショットキ接合形成層、２５は光信号を入
力する光導波路層、２６はクラッド層、２７はショット
キ金属電極をそれぞれ示している。 【００１３】図示のフォトダイオードに於いて、一導電
型の半導体基板２１上には、半導体基板２１に比較して
エネルギ・バンド・ギャップが小さい一導電型の光導波
路層２２、受光しようとする光の吸収を可能にするエネ
ルギ・バンド・ギャップをもつ光吸収層２３、ショット
キ接合の生成が可能なショットキ接合形成層２４が積層
形成され、ショットキ接合形成層２４上にはショットキ
接合生成可能なショットキ金属電極２７が形成されてい
る。 【００１４】前記積層構造に対して水平方向から光信号
を入力することを可能にする為、光導波路層２５が形成
され、光導波路層２５の光軸は光導波路層２２の光軸に
比較して基板２１側に偏位した構成になっていて、この
ようにすることで、光導波路層２５上のクラッド層２６
は厚く形成することができ、従って、滲み出す光は少な
くなって損失は抑えられる。 【００１５】 【発明の実施の形態】図２は本発明の実施の形態１を説
明する為のフォトダイオードを表す要部切断側面図であ
り、図に於いて、３１はｎ型ＩｎＰ基板、３２はｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光導波路層、３３はｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層、３４はｉ−ＡｌＩｎＡｓショットキ接合形成層、
３５は光信号を入力するためのＩｎＧａＡｓＰテーパ光
導波路コア層、３６はｉ−ＩｎＰクラッド層、３７はシ
ョットキ金属電極をそれぞれ示している。 【００１６】図示の各部分に関する主要なデータを例示
すると以下の通りである。 ｎ型ＩｎＰ基板３１ 不純物濃度：１×１０18〔cm-3〕 ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３２ 厚さ：０．３２〔μｍ〕 組成波長：１．２５〔μｍ〕 不純物濃度：１×１０18〔cm-3〕 ｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３ 厚さ：０．３〔μｍ〕 組成：ＩｎＰ格子整合 ｉ−ＡｌＩｎＡｓショットキ接合形成層３４ 厚さ：２０〔ｎｍ〕 組成：ＩｎＰ格子整合 ＩｎＧａＡｓＰテーパ光導波路コア層３５ 長さ：４００〔μｍ〕 テーパ比：４ 厚さ：入力端で０．０８〔μｍ〕、光導波路層３２との
界面で０．３２〔μｍ〕 組成波長：１．１〔μｍ〕 導波路幅：６〔μｍ〕 ｉ−ＩｎＰクラッド層３６ 厚さ：０．３２〔μｍ〕 ショットキ金属電極３７ 材料：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ 厚さ：３〔ｎｍ〕／２００〔ｎｍ〕／２〔μｍ〕 接合面積：６〔μｍ〕×６〔μｍ〕 【００１７】図示のテーパ光導波路層３５は、例えばＳ
ｉＯ2 からなるマスクを用いた選択成長法を適用するこ
とで容易に形成することができ、その際のマスクは、平
面で見て、光導波路層３２側で幅が狭く、且つ、光信号
の入力端で幅が広い開口をもつものを用いれば、図示の
ような厚さにテーパをもつ光導波路層３５を成長させる
ことができるので、それをストライプにパターニングす
れば良い。 【００１８】図３は本発明に基づいて作製するフォトダ
イオードについて光導波路層３５の中心を光導波路層３
２の中心からずらせた場合の量子効率を計算した結果を
表す線図であり、縦軸には量子効率を、横軸には光導波
路層３５の中心のずれをそれぞれ採ってあり、＋方向の
ずれは基板３１に近付く方向であり、−方向のずれは基
板３１から離間する方向であり、光導波路層３５を基板
３１側にずらすことで量子効率が改善されることが明ら
かである。 【００１９】 【発明の効果】本発明に依るフォトダイオードでは、一
導電型半導体基板上に順に積層形成された該一導電型半
導体基板に比較してエネルギ・バンド・ギャップが小さ
い一導電型光導波路層及び受光すべき光を吸収可能なエ
ネルギ・バンド・ギャップをもつ光吸収層及びショット
キ接合を形成可能な半導体層と、前記ショットキ接合を
形成可能な半導体層上に形成されたショットキ金属電極
と、前記一導電型光導波路層に水平方向から光を入力で
きる位置であると共に該一導電型光導波路層の光軸に比
較して光軸が前記一導電型半導体基板側に偏位した位置
に設けた光導波路層とを備える。 【００２０】前記構成を採ることに依り、光吸収層を薄
くしてキャリヤ走行時間が低減されるようにした構成に
した場合であっても、光を入力する為の光導波路層の上
側クラッド層は適正な厚さを維持できることから、光の
滲み出しに起因する損失が大きくなるようなことはな
い。
された光信号を高い量子効率で受信することが可能なフ
ォトダイオードに関する。 【０００２】 【従来の技術】図４は超高速光通信用のフォトダイオー
ドを表す要部切断側面図であり、図に於いて、１はｎ−
ＩｎＰ基板、２はｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、３はｐ−
ＩｎＰ基板、４はＩｎＧａＡｓＰ光導波路層、５はｉ−
ＩｎＰクラッド層、６はｐ側電極をそれぞれ示してい
る。 【０００３】図示のフォトダイオードでは、ｉ−ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層２をｎ−ＩｎＰ基板１とｐ−ＩｎＰ基板
３とで挟んだ構造、即ち、ｐｉｎ構造になっていて、薄
いｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層２で充分な量子効率を得る
為、接合面に対して光を水平方向に入射する横型入射構
造になっている。 【０００４】一般に、フォトダイオードに於いて、高速
応答性を向上しようとする場合、ＲＣ制限を緩和する
為、接合容量を低下させる必要があり、従って、接合面
積を小さくする必要がある。 【０００５】然しながら、接合面積を小さくすると電極
の接触抵抗及びｐ型領域の抵抗が大きくなり、フォトダ
イオードに於ける直列抵抗の増大を招来する為、接合面
積を小さくした割りには周波数特性は改善されない旨の
問題がある。 【０００６】また、電気接触抵抗を小さく、そして、ｐ
型領域抵抗を零にする為、ｐｉｎフォトダイオード構造
の代わりにショットキ・バリア・ダイオード構造を用い
ることが考えられている。 【０００７】然しながら、ショットキ・バリア・ダイオ
ード構造に於いて、横から光を入射した場合、ショット
キ金属に依る光の損失を回避しなければならないので、
光吸収層（図５に見られる光吸収層１３を参照）の直下
に光導波路層を挿入し、光導波路層を伝播してきた光を
光吸収層の直下に挿入された光導波路層を伝播させ、そ
の光導波路層から滲み出した光を光吸収層で吸収させる
構成が考えられる。 【０００８】図５は光吸収層の下に光導波路層を配設し
たフォトダイオードを表す要部切断側面図であり、１１
はｎ−ＩｎＰ基板、１２はＩｎＧａＡｓＰ光導波路層、
１３はｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、１４はｉ−ＩｎＰク
ラッド層、１５はショットキ電極をそれぞれ示してい
る。 【０００９】図示のフォトダイオードでは、外部からの
光信号が最大限に結合できるように光導波路層１２の構
造及び配置が決められるのであるが、この構造では、光
吸収層１３に於けるキャリヤ走行時間を低減して周波数
応答特性を改善するには、光吸収層１３を薄くすること
が必要であり、その場合、クラッド層１４も薄くしなけ
ればならず、そうするとクラッド層１４を滲み出す光が
大きくなって損失は増大する。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明では、光信号を
入力する光導波路層と光吸収層下の光導波路層との構成
関係に簡単な改変を加えることで、光吸収層を薄くして
キャリヤ走行時間が低減されるようにしても上側クラッ
ド層は適正な厚さを維持できるようにして、光の滲み出
しに起因する損失が大きくならないようにする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明では、光信号を入
力する光導波路層に於ける光軸を光吸収層下の光導波路
層の光軸と比較して基板側に接近した構成にすること
で、その上のクラッド層を所要の厚さに形成することを
可能にして光の損失を防止することが基本になってい
る。 【００１２】図１は本発明の原理を説明するためのフォ
トダイオードを表す要部切断側面図であり、図に於い
て、２１は半導体基板、２２は光導波路層、２３は光吸
収層、２４はショットキ接合形成層、２５は光信号を入
力する光導波路層、２６はクラッド層、２７はショット
キ金属電極をそれぞれ示している。 【００１３】図示のフォトダイオードに於いて、一導電
型の半導体基板２１上には、半導体基板２１に比較して
エネルギ・バンド・ギャップが小さい一導電型の光導波
路層２２、受光しようとする光の吸収を可能にするエネ
ルギ・バンド・ギャップをもつ光吸収層２３、ショット
キ接合の生成が可能なショットキ接合形成層２４が積層
形成され、ショットキ接合形成層２４上にはショットキ
接合生成可能なショットキ金属電極２７が形成されてい
る。 【００１４】前記積層構造に対して水平方向から光信号
を入力することを可能にする為、光導波路層２５が形成
され、光導波路層２５の光軸は光導波路層２２の光軸に
比較して基板２１側に偏位した構成になっていて、この
ようにすることで、光導波路層２５上のクラッド層２６
は厚く形成することができ、従って、滲み出す光は少な
くなって損失は抑えられる。 【００１５】 【発明の実施の形態】図２は本発明の実施の形態１を説
明する為のフォトダイオードを表す要部切断側面図であ
り、図に於いて、３１はｎ型ＩｎＰ基板、３２はｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光導波路層、３３はｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸
収層、３４はｉ−ＡｌＩｎＡｓショットキ接合形成層、
３５は光信号を入力するためのＩｎＧａＡｓＰテーパ光
導波路コア層、３６はｉ−ＩｎＰクラッド層、３７はシ
ョットキ金属電極をそれぞれ示している。 【００１６】図示の各部分に関する主要なデータを例示
すると以下の通りである。 ｎ型ＩｎＰ基板３１ 不純物濃度：１×１０18〔cm-3〕 ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３２ 厚さ：０．３２〔μｍ〕 組成波長：１．２５〔μｍ〕 不純物濃度：１×１０18〔cm-3〕 ｉ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３ 厚さ：０．３〔μｍ〕 組成：ＩｎＰ格子整合 ｉ−ＡｌＩｎＡｓショットキ接合形成層３４ 厚さ：２０〔ｎｍ〕 組成：ＩｎＰ格子整合 ＩｎＧａＡｓＰテーパ光導波路コア層３５ 長さ：４００〔μｍ〕 テーパ比：４ 厚さ：入力端で０．０８〔μｍ〕、光導波路層３２との
界面で０．３２〔μｍ〕 組成波長：１．１〔μｍ〕 導波路幅：６〔μｍ〕 ｉ−ＩｎＰクラッド層３６ 厚さ：０．３２〔μｍ〕 ショットキ金属電極３７ 材料：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ 厚さ：３〔ｎｍ〕／２００〔ｎｍ〕／２〔μｍ〕 接合面積：６〔μｍ〕×６〔μｍ〕 【００１７】図示のテーパ光導波路層３５は、例えばＳ
ｉＯ2 からなるマスクを用いた選択成長法を適用するこ
とで容易に形成することができ、その際のマスクは、平
面で見て、光導波路層３２側で幅が狭く、且つ、光信号
の入力端で幅が広い開口をもつものを用いれば、図示の
ような厚さにテーパをもつ光導波路層３５を成長させる
ことができるので、それをストライプにパターニングす
れば良い。 【００１８】図３は本発明に基づいて作製するフォトダ
イオードについて光導波路層３５の中心を光導波路層３
２の中心からずらせた場合の量子効率を計算した結果を
表す線図であり、縦軸には量子効率を、横軸には光導波
路層３５の中心のずれをそれぞれ採ってあり、＋方向の
ずれは基板３１に近付く方向であり、−方向のずれは基
板３１から離間する方向であり、光導波路層３５を基板
３１側にずらすことで量子効率が改善されることが明ら
かである。 【００１９】 【発明の効果】本発明に依るフォトダイオードでは、一
導電型半導体基板上に順に積層形成された該一導電型半
導体基板に比較してエネルギ・バンド・ギャップが小さ
い一導電型光導波路層及び受光すべき光を吸収可能なエ
ネルギ・バンド・ギャップをもつ光吸収層及びショット
キ接合を形成可能な半導体層と、前記ショットキ接合を
形成可能な半導体層上に形成されたショットキ金属電極
と、前記一導電型光導波路層に水平方向から光を入力で
きる位置であると共に該一導電型光導波路層の光軸に比
較して光軸が前記一導電型半導体基板側に偏位した位置
に設けた光導波路層とを備える。 【００２０】前記構成を採ることに依り、光吸収層を薄
くしてキャリヤ走行時間が低減されるようにした構成に
した場合であっても、光を入力する為の光導波路層の上
側クラッド層は適正な厚さを維持できることから、光の
滲み出しに起因する損失が大きくなるようなことはな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する為のフォトダイオード
を表す要部切断側面図である。 【図２】本発明の実施の形態１を説明する為のフォトダ
イオードを表す要部切断側面図である。 【図３】本発明に基づいて作製するフォトダイオードに
ついて光導波路層３５の中心を光導波路層３２の中心か
らずらせた場合の量子効率を計算した結果を表す線図で
ある。 【図４】超高速光通信用のフォトダイオードを表す要部
切断側面図である。 【図５】光吸収層の下に光導波路層を配設したフォトダ
イオードを表す要部切断側面図である。 【符号の説明】 ２１ 半導体基板 ２２ 光導波路層 ２３ 光吸収層 ２４ ショットキ接合形成層 ２５ 光信号を入力する光導波路層 ２６ クラッド層 ２７ ショットキ金属電極
を表す要部切断側面図である。 【図２】本発明の実施の形態１を説明する為のフォトダ
イオードを表す要部切断側面図である。 【図３】本発明に基づいて作製するフォトダイオードに
ついて光導波路層３５の中心を光導波路層３２の中心か
らずらせた場合の量子効率を計算した結果を表す線図で
ある。 【図４】超高速光通信用のフォトダイオードを表す要部
切断側面図である。 【図５】光吸収層の下に光導波路層を配設したフォトダ
イオードを表す要部切断側面図である。 【符号の説明】 ２１ 半導体基板 ２２ 光導波路層 ２３ 光吸収層 ２４ ショットキ接合形成層 ２５ 光信号を入力する光導波路層 ２６ クラッド層 ２７ ショットキ金属電極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】一導電型半導体基板上に順に積層形成され
た該一導電型半導体基板に比較してエネルギ・バンド・
ギャップが小さい一導電型光導波路層及び受光すべき光
を吸収可能なエネルギ・バンド・ギャップをもつ光吸収
層及びショットキ接合を形成可能な半導体層と、 前記ショットキ接合を形成可能な半導体層上に形成され
たショットキ金属電極と、 前記一導電型光導波路層に水平方向から光を入力できる
位置であって、且つ、該一導電型光導波路層の光軸に比
較して光軸が前記一導電型半導体基板側に偏位した位置
に設けた光導波路層とを備えてなることを特徴とするフ
ォトダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001337770A JP2003142725A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001337770A JP2003142725A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | フォトダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142725A true JP2003142725A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19152361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001337770A Withdrawn JP2003142725A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | フォトダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142725A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-11-02 JP JP2001337770A patent/JP2003142725A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
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| US20180358342A1 (en) * | 2017-06-08 | 2018-12-13 | Luxtera, Inc. | Method And System For Selectively Illluminated Integrated Photodetectors With Configured Launching And Adaptive Junction Profile For Bandwidth Improvement |
| CN110730917A (zh) * | 2017-06-08 | 2020-01-24 | 卢克斯特拉有限公司 | 具有用于带宽提升的配置发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的方法和系统 |
| US11049851B2 (en) * | 2017-06-08 | 2021-06-29 | Luxtera Llc | Method and system for selectively illuminated integrated photodetectors with configured launching and adaptive junction profile for bandwidth improvement |
| US20210313306A1 (en) * | 2017-06-08 | 2021-10-07 | Luxtera Llc | Method and system for selectively illluminated integrated photodetectors with configured launching and adaptive junction profile for bandwidth improvement |
| CN110730917B (zh) * | 2017-06-08 | 2022-12-02 | 卢克斯特拉有限公司 | 具有用于带宽提升的配置发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的方法和系统 |
| US11735574B2 (en) * | 2017-06-08 | 2023-08-22 | Cisco Technology, Inc. | Method and system for selectively illuminated integrated photodetectors with configured launching and adaptive junction profile for bandwidth improvement |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050104 |