JP2003522421A - モノリシックに集積された光検出器を有するｖｃｓｅｌ - Google Patents

モノリシックに集積された光検出器を有するｖｃｓｅｌ

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JP2003522421A
JP2003522421A JP2001557129A JP2001557129A JP2003522421A JP 2003522421 A JP2003522421 A JP 2003522421A JP 2001557129 A JP2001557129 A JP 2001557129A JP 2001557129 A JP2001557129 A JP 2001557129A JP 2003522421 A JP2003522421 A JP 2003522421A
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light
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グンター シュタインレ，
ハンス−ディートリッヒ ヴォルフ，
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インフィネオン テクノロジーズ アクチェンゲゼルシャフト
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Abstract

(57)【要約】 活性層（４７）、ＤＢＲ格子（１５；４０、５０）における光検出器（２０、２５）およびレーザモードの波腹に構成される光吸収層（２５）を有するＶＣＳＥＬ。レーザおよび光検出器は、共通のコンタクト（３５）を介して厚い、高濃度にドーピングされたスペーサ層（３０）上で駆動され、このスペーサ層は、レーザと光検出器との間のレーザインピーダンスを低くし、電気クロストークを少なくする。また、光吸収層（２５）は、前記レーザモードのフォトンエネルギーよりもわずかに低エネルギーバンド端を有し、光検出器（２０、２５）およびスペーサ層（３０）は、レーザモードに関して非共振光学の厚さを有し、その結果、ＤＢＲ格子（１５；４０、５０）内の光の電界分布は不変の状態でとどまる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、共振器エンドミラー（ＤＢＲ格子）間の共振器においてモノリシッ
クに集積された光検出器を有する、高データレートを伝送する光通信リンク用の
ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉ
ｎｇ Ｌａｓｅｒ＝表面発光型垂直共振器レーザ）に関する。
【０００２】 例えば、閾値電流および差動効率等の電気特性および光学的特性は、レーザダ
イオードの場合、素子によって異なる。各素子の特性は温度に依存し、一時的お
よび長期的変動にさらされる。従って、レーザの実際の光出力についての直接的
な情報を提供し、直流バイアス電圧およびレーザ電流の変調深さを伝送中も制御
するために用いられ得るような電気のフィードバック信号を有することが必要で
ある。わずかではあるが無視し得ないレーザ光の部分を外部の光検出器に照射す
るためのデバイスの構成と結びついた費用は、モノリシックに集積された素子を
開発するもとになる。
【０００３】 反射器のはたらきをするブラッグ格子におけるモノリシックに集積された光検
出器を有する一連のＶＣＳＥＬ構造は、Ｔ．Ｋｉｍらによる刊行物「Ａ Ｓｉｎ
ｇｌｅ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｐ
Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ ｗｉｔｈ ａ
ｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ」ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＬＥＯ
Ｓ １９９５、４１６〜４１７ページ、１９９５年１０月、Ｓ．Ｆ．Ｌｉｍらに
よる刊行物「Ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ Ｐｈｏｔｏ
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａ
ｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ」ｉｎ Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｓ．Ｃ．−Ｌ
ａｓｅｒ Ｃｏｎｆ．１９９６年１０月、Ｈａｉｆａ／Ｉｓｒａｅｌ、１８３〜
１８４ページ、およびＪ．Ａ．Ｌｏｔｔらによる刊行物「Ｄｅｅｐ Ｒｅｄ Ｖ
ｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅ
ｒｓ Ｗｉｔｈ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｈｅ
ｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｈｏｔｏｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｆｏｒ Ｏｕ
ｔｐｕｔ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ」ｉｎ Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｓ．Ｃ．−
Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｆ．１９９６年１０月、Ｈａｉｆａ／Ｉｓｒａｅｌ、１８５
〜１８６ページ、において記載される。さらなる資料は、米国特許第５，７５７
，８３７号、米国特許第５，７４２，６３０号、米国特許第５，５７７，０６４
号、米国特許第５，６０６，５７２号および米国特許第５，１３６，６０３号で
ある。
【０００４】 集積光検出器を有するこれらの開示されたレーザ構造は、以下の最低条件のす
べてを満たすものではない。ウェハ上で歩留まり損失を起こすことなく容易に作
製できること、レーザ閾値および差動効率を確認し得るための自然放出光および
周囲光に対する良好なコントラスト、システム全体に対して印加すべき電圧をさ
らに少しだけ必要とするか、または追加的には全く必要としないこと、再現性お
よび周波数に依存しないフィードバック特性、および長い作業時間の間に光学的
特性および電気特性がわずかな変化のみであること（劣化）。
【０００５】 半導体共振器における光検出器は、周囲光または散乱に対して、実際、敏感で
はない。この光検出器の検出特性は、主としてエピタキシャル成長の特性に基づ
くため、大きい公差を有して作製される場合でも機能を果たす能力のある素子の
良好な歩留まりが得られ得る。光検出器が自然放出光に対して良好なコントラス
トを提供する素子を作製するために、さらなる技術的問題を投げかけ、従って歩
留まりを低減することにはなるが（Ｉ．Ｙ．Ｈａｎ、Ｙ．Ｈ．Ｌｅｅ：「Ｏｘｉ
ｄｅ−ａｐｅｒｔｕｒｅｄ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ ｏｎ ＶＣＳＥＬ」ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＣＬＥＯ‘９９、１７６ページ）、活
性検出領域をレーザスポットの大きさに低減するか、または自然放出光と比較し
たコヒーレント光に対する感度が定常波の波腹における薄い吸収領域によって高
められ得るかのどちらかである。活性領域から、この薄い吸収領域の距離を低減
することによって、自然放出光に対するコントラストはさらに増大され得る。し
かしながら、このことは、レーザ光の吸収も高められるので、差動効率は低減さ
れ、このことは約１Ａ／Ｗの非常に高い検出器の感度をもたらす。
【０００６】 他の問題は、集積された素子において、個々のＶＣＳＥＬよりも高いレーザイ
ンピーダンスを回避して、それによりレーザ電流を高周波変調するために駆動回
路を用いる場合の困難を回避するということである。さらに、モニター信号の不
変の高周波素子が、例えば、直流バイアス電圧と変調深さとを調整することを必
要とする場合、レーザと検出器との間の電気クロストークが最小限にされなけれ
ばならない。
【０００７】 本発明の課題は、モノリシックに集積された光検出器を有する改良されたＶＣ
ＳＥＬを提示することであり、このＶＣＳＥＬは容易に作製でき、十分に低いレ
ーザインピーダンス、少ないクロストークおよび自然放出光に対する良好なコン
トラストを有する。
【０００８】 この課題は、請求項１の特徴を有する光電子素子を用いて解決される。実施形
態は従属請求項から明らかになる。
【０００９】 本発明による素子は、光検出器を有するＶＣＳＥＬであり、共振器ミラーとし
て提供されるＤＢＲ格子の１つに集積され、従って、外部モニターダイオードの
機械的調整は必要とされない。ＤＢＲ反射器間には、光を生成するために提供さ
れる活性領域が存在する。共振器にて生成されたコヒーレント光は素子の表面で
放出される。ＤＢＲ反射器の１つである光検出器は薄い吸収層を含み、この吸収
層はレーザモードの定常波の波腹の領域において構成される。薄い吸収領域にお
ける材料のエネルギーバンド端は、放出された光の周波数に相当するエネルギー
よりもわずかに低く選択され、自然放出光の低いエネルギーの部分を吸収するこ
となく検出器の応答が再現できないことを回避する。
【００１０】 レーザおよび光検出器は、共通の電極を介して、好適にはｎ型コンタクト層を
介して電気制御される。このコンタクト層はスペーサ層上に存在する。このスペ
ーサ層は、十分なドーパント濃度のｎ型導電率でドーピングされ、低抵抗性イン
ピーダンスを層の内部に保証し、金属と半導体との良好な抵抗のコンタクトもも
たらす。このスペーサ層は、レーザと光検出器との間に低いレーザインピーダン
スおよびわずかな電気クロストークを引き起こす。
【００１１】 好適には、レーザ活性層と光検出器との間のこのスペーサ層またはさらなる層
は、コヒーレント光がこの層を通り抜けるが、自然放出光の高エネルギーの部分
は吸収され、従って、自然放出光に対して低域通過フィルタが形成されるように
選択される。薄い吸収領域の特性と共に高帯域フィルタを形成することで、全体
として帯域フィルタが形成される。このフィルタの通過領域は、レーザ放射周波
数の周囲に存在し、従って、自然放出光に対するコントラストをさらに高める。
【００１２】 以下において、本発明による素子の例が図１〜図５を用いてより詳細に記載さ
れる。
【００１３】 図１は、基板と光生成活性領域との間に光検出器を有する本発明による素子の
好適な実施形態の断面を示す。図２は、光検出器が活性領域の基板から離れた側
に構成される素子に対応する断面を示す。図１による実施例において、裏側にコ
ンタクト１０を有し、好適には、ｐ型導電率でドーピングされた基板１２上に、
下部の第１のＤＢＲ格子の、この例においてはｐ型導電率でドーピングされた第
１の部分１５、１５中に構成された薄い吸収層２５を有する光検出器の真性導電
性領域２０、本明細書中においては高濃度にｎ型導電率でドーピングされたスペ
ーサ層３０、ｎ型導電率でドーピングされた、第１のＤＢＲ格子の第２の部分４
０、４０中に形成された活性層４７を有するレーザ活性領域４５、およびｐ型導
電率でドーピングされた上部の第２のＤＢＲ格子が重なり合って存在する。活性
領域４５、４７は、好適には、ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅ
ｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＝分離閉じ込めヘテロ構造）として形成
される。本例において、スペーサ層３０上に環状のコンタクト３５が存在する。
このコンタクト３５は、メサ型の半導体材料の周囲に構成され、このコンタクト
の中に第１のＤＢＲ格子の上部部分４０、活性領域４５、４７および第２のＤＢ
Ｒ格子５０が存在する。
【００１４】 エネルギーバンドの吸収端は、吸収層２５において、生成されたレーザモード
のコヒーレント光のエネルギーよりもわずかに低く選択される。このようにして
、レーザモードの放射は確実に検出され得、自然放出光における低いエネルギー
部分を同時に検出することはない。例えば、１４６０ｍｅＶのレーザエネルギー
に対して、吸収端は約１４５０ｍｅＶで選択され得る。この例において、薄い吸
収層は、通常、約７ｎｍ厚さであり、少ない割合のインジウムを含有するＩｎＧ
ａＡｓのポテンシャル井戸として形成される。正確な吸収端を規定する場合、励
起子および温度の影響が考慮され得る。吸収端は、例えば、透過型分光器を用い
て測定され得る。有効エネルギーバンド端とレーザ光のエネルギーとの差異が少
ないほど、上部のエネルギー領域において吸収される自然放出光の部分が少なく
なり、自然放出光に対するコントラストがより良好になる。
【００１５】 スペーサ層３０は、好適には、レーザ光の複数の波長の厚さを有し、好適には
直接的に光検出器の真性導電性領域２０の上部に構成される。スペーサ層３０の
有効エネルギーバンド端は、レーザモードのコヒーレント光を吸収しないが、自
然放出光の高エネルギーの部分を吸収するように選択される。
【００１６】 上方の環状ｐ型コンタクト５５は、素子を完全なものにする。基本的には、光
透過性の上方のコンタクトも付与され得、これは、その後、光出力面全体を覆う
。あるいは、光出力は基板１２を通り抜けて下方へ提供され得る。基板は、その
後、対応して、放射波長に対して透過性の半導体材料から形成される。さらに、
光検出器の薄い吸収層の対応して選択された半導体材料を用いて、例えば、９８
０ｎｍまたは１３００ｎｍの他のレーザ波長も可能である。この材料は、活性層
の材料とわずかに異なる。なぜなら、吸収層では、活性層よりもいくぶん低いエ
ネルギーバンドギャップが必要とされるからである。ドーピングの符号（ｎ型導
電率またはｐ型導電率）は交換され得る。しかしながら、上述の符号は好適な実
施例を表す。
【００１７】 光検出器のモニタリング機能は、ＶＣＳＥＬの分極化方向、またはＴＭモード
に依存しない。活性領域、または中に活性領域が存在するメサ構造の形状の変化
は本発明の範囲に入る。
【００１８】 図２に対応する別の好適な実施形態において、活性層４７を有するＳＣＨ構造
４５の位置および光検出領域の位置は真性導電層２０および薄い吸収層２５と交
換される。光検出器は、ここでは厚いｎ型ドーピングされたスペーサ層３０の上
部に位置する。活性層４７を有する活性領域は、スペーサ層３０と基板１２との
間の、下部のＤＢＲ格子のｐ型導電率でドーピングされた第１の部分５０とｎ型
導電率でドーピングされた第２の部分４０との間に位置する。スペーサ層３０の
上には、ここでもｎ型コンタクト３５が付与される。光検出器２０、２５は、帯
状のメサ構造内、しかも上部のｐ型導電率でドーピングされたＤＢＲ格子の下方
に構成される。検出器アノードは表面側におけるｐ型コンタクト１０によって形
成される。このコンタクトには、図１の実施例に関して説明されたことが意味的
に当てはまる。
【００１９】 本発明による素子の実質的な利点は、有効な光検出領域が低減され得、このこ
とは自然放出光に対するより良好なコントラストおよびより少ない光検出キャパ
シタンスを提供することである。従って、より高い検出速度が達成され得る。図
２の実施例内のレーザに対して提供される構造を可能な限り小さい寸法で、しか
しながら光検出器のメサよりも大きい寸法で形成することによって、少ないレー
ザ容量が達成され得る。
【００２０】 スペーサ層３０上に付与されたｎ型コンタクト３５は、環状のコンタクトであ
る必要はない。スペーサ層３０の低抵抗インピーダンスが十分に高濃度にｎ型導
電率でドーピングされるため、レーザ特性を悪化させることなく側方の荷電キャ
リアの注入を非対称的に行うことが可能である。従って、コンタクト３５は、光
検出器を有するメサの領域の外側におけるスペーサ層３０の表面側の側方に付与
され得る。その後、レーザ活性領域を有する構造の下部も、光検出領域の寸法と
ほぼ同じように小さい寸法のメサ型として形成され得る。
【００２１】 記載された実施例のその他の特性は、従来のＶＣＳＥＬに対応して形成され得
る。金と金属の合金は、好適なコンタクト材料である。金属が半導体の表面に付
与される前に、この半導体の表面から、場合によっては存在する酸化物が取り除
かれる。例えば、ＤＢＲ格子の場合がそうであるが、混晶組成が極度に異なる場
合でも良好な金属と半導体のコンタクトが獲得されるために、エッチングの深さ
の不均一性も考慮に入れられなければならない。これらの不均一性は、用いられ
る材料系およびエッチングプロセスの種類（ドライエッチング、ウェットエッチ
ング）によって異なるが、主に、エピタキシー成長層の均等性に依存する。Ａｌ
ＧａＡｓと、湿式化学エッチング溶液としての硫酸および過酸化水素の水溶液と
の場合、エッチングの深さの１マイクロメータ毎に±２０ｎｍの範囲で、主とし
て不均一性の偏差がある。アルミニウム含有率が高いかまたは部分的に異なる層
上に良好で安定した抵抗のコンタクトを獲得することは困難である。従って、本
発明により、厚い、均一で高濃度にｎ型導電率でドーピングされた半導体層がス
ペーサ層３０として素子に提供される。この厚いスペーサ層３０の場合、エッチ
ングの深さの公差が許容され得る。さらに、層は、レーザおよび光検出用の共通
の低抵抗コンタクト層としても利用される。
【００２２】 本発明による素子におけるように光検出器と接しているｎ型ドーピングされた
スペーサ層は種々の利点を有する。自由キャリアによる寄生光吸収は、通常、ｎ
型導電率でドーピングされた半導体材料の方がｐ型導電率でドーピングされた半
導体材料よりも低くなる（少なくとも、通常用いられる半導体材料の大半に関す
る）。例えば、８５０ｎｍの波長のＡｌＧａＡｓの材料系において、ｐ型ドーピ
ングされた材料における吸収は、同じドーパント濃度のｎ型ドーピングされた材
料よりも約２．５〜３倍高い。光検出器と接するｎ型ドーピングされたスペーサ
層を用いる場合のさらなる利点は、対応する低抵抗インピーダンスである。この
インピーダンスは、ｐ型導電率の材料と比較して、ｎ型導電率の半導体材料を用
いて獲得される。これは、例えば、ＡｌＧａＡｓにおいて約２０のファクタだけ
ホールよりも電子の移動度が高いためである。ピン型光検出器がさらなるトンネ
ル接合なしに（すなわち、逆方向の極性の場合、抵抗インピーダンスのように機
能するｐ＋ｎ＋接合なしで）必要とされる場合、ＤＢＲ格子は、好適には低温で
作製されたバッファ層を用いて、ｐ＋型基板上で成長させられる。これの代わり
に、浮動電位および勾配エネルギーバンドギャップ（ＨＢＰＴ）を用いるベース
を有する従来のｎｐｎバイポーラフォトトランジスタが光検出器として用いられ
得、この際、光検出器においてさらなる電圧が印加される。この素子は、ｎ型基
板上で成長させられ得る。あるいは、共通のアノード（ｎｐｎ）または共通のト
ンネルコンタクト（ｎｐｐ＋ｎ＋ｎｐ）を有する２重ダイオード構造を検出器と
して用いることも可能であり、この場合、２つの光ダイオードは、補償の目的で
、異なった吸収特性を有し得る。従って、第１の光ダイオードの検出する層（２
５）は波腹に、および第２の光ダイオードは定常波のノードにあり、両方の光の
流れが互いに引き合う場合、光の流れの内部または外部の重なりによって、コン
トラスト率を高めることが可能である。
【００２３】 図３において、図１または図２に対応する集積光検出端子を有する本発明によ
る素子の基本的構造の代替回路図である。図３におけるこの図の上部は真性レー
ザインピーダンスに相当し、このレーザインピーダンスは、第１に、レーザの作
動中、抵抗性レーザインピーダンス（ＲＡ）によって有効レーザキャパシタンス
ＣＬと並列に定められる。図の下部は、光検出器のキャパシタンスＣＤを光電流
の電流源ｉＤと並列に表す。共通のｎ型コンタクトは、直列インピーダンスＲＴ を有し、このインピーダンスは、厚いｎ型ドーピングされたスペーサ層３０にお
ける横方向の抵抗インピーダンスによって決定される。実質的な動的な値は、レ
ーザおよび光検出器のＲＣ時定数τＬ、τＤである。後者は、外部の測定抵抗Ｒ Ｍ による影響を受け、τＤ＝ＣＤ（ＲＤ＋ＲＴ＋ＲＭ）に等しい。小さい光検出
領域が存在する場合、小さい光検出キャパシタンスが獲得され得るが、この場合
、内部の抵抗ＲＤはより大きい（ＲＤ＝ｃｏｎｓｔ／ＣＤ）。これは、さらなる
寄生電圧降下を引き起こし、この電圧降下は、小さいか、またはごくわずかな検
出電圧ＶＣを用いて作動する場合に光検出器の線形特性を悪化させ得る。
【００２４】 レーザの真性ＲＣ時定数は、τＬ＝ＲＡＣＬによって求められる。これは別と
して、例えば、レーザ共振周波数およびフォトン寿命等の他の固有値を別として
、全レーザインピーダンス（ＲＬ＋ＲＡ）／（ＣＬ＋ＲＴ）は非常に重要な値で
あり、駆動回路またはモジュール構造のキャパシタンスと類似であり、安価なレ
ーザ駆動回路を用いることを可能にするために可能な限り小さくする。
【００２５】 低い周波数またはごくわずかなＣＤの場合、関係ＲＴ（ＣＬ＋ＲＴ）／（ＲＬ ＋ＲＡ）は、寄生的に光検出器にも隣接するレーザ変調電圧の部分（ノード１１
０における寄生交流電圧）を表す。例えば、フォトトランジスタ等、電圧に大き
く依存する感度を有する光検出器が用いられる場合、小さい値ＲＴおよび隣接す
る高い光検出電圧が望ましい。
【００２６】 高周波におけるレーザと光検出器との間の電気クロストークに対して、τｃｏ ｕｐ ＝ＲＴＣＤによって連結時定数が規定され得る。変調周波数ｆ＝１／（２π
τｃｏｕｐ）で、ノード１１０における寄生交流電圧の約半分が光検出キャパシ
タンスを介して抵抗ＲＤ＋ＲＭに接合され、しかも光電流信号に重ねられる。光
電流の高周波素子を検出するために、τＤの小さい値が必要となる。しかしなが
ら、光電流によって抵抗ＲＤ＋ＲＭを介して引き起こされる電圧降下は、クロス
トークを最小限にするために、上述の寄生交流電圧と比較して、常により大きく
なければならない。従って、レーザの良好な変調特性および光検出信号の良好な
高周波特性を生成するための横方向の抵抗ＲＴは、光検出器として高品質のピン
型の光ダイオードを用いる場合でも可能な限り少ない必要がある。
【００２７】 レーザ波長よりも厚いスペーサ層を含む光検出領域の光学的厚さも同様に重要
な大きさである。この光学的厚さは、共振器における光検出器がレーザ強度に影
響を与えるか否かを決定する。任意の光検出器は、コヒーレント光の定常波のパ
ターン内の特定の位置において薄い吸収層を有し得る。強度配分の最大値を検出
するだけで、検出感度の第１の改良が達成され得る。この増幅は、いわゆる閉じ
込め係数を用いて定量化され得る。検出器の位置が活性領域の近傍のＤＢＲ格子
の中に選択される場合、さらなる増幅が可能である。図４において、図１に対応
する特定の実施形態のコヒーレント光に関する厚いスペーサ層の近傍における算
出された電界配分が図示される。
【００２８】 スペーサ層３０がレーザ波長に関して意図しない共振を有することを回避する
ために、スペーサ層の厚さはレーザ波長の４分の１の奇数倍である必要がある。
共振でないスペーサ層は、例えば、応答動作のような光検出特性がエピタキシー
層の正確な厚さにわずかに依存するという利点を有する。本発明による素子の場
合、スペーサ層はレーザ波長と比較して比較的厚いため、層の厚さを正確に設定
することが非常に重要である。層のエピタキシー成長の場合、層厚の精度はイン
サイチュ制御によって改良され得る。層厚の必要な絶対精度は、基本的に４分の
１の波長より小さい層厚によって決定される。特定の実施例において、上述のよ
うに、スペーサ層の１．３μｍの全厚さから約±１３ｎｍの偏差が生じると、光
検出感度において約±５％の散乱が生じる。
【００２９】 図５は、吸収層および隣接する層における勾配ドーピングおよびエネルギーバ
ンドギャップを含む特定の実施形態に関する簡略化したエネルギーバンド図を示
す。このようにして、薄い吸収層内の吸収は、ドーパント濃度の結果として低減
され得、同時に、キャリアの寄生再結合が回避され得、その結果、自然放出光に
対するコントラストを損なうことなく、検出器の感度がより低くなり、レーザの
差動効率がより高くなる。ピン型光検出器は、ｐ型ドーピングされた領域１２５
、用いることによって光検出キャパシタンスが低減される固有の導電性ドーピン
グされた層１３０、およびｎ型ドーピングされた層１５０を含む。それ自体公知
の従来のポテンシャル井戸ピン型ダイオードとは逆に、本明細書中においては、
吸収層４１は、高濃度にｎ型ドーピングされ、光吸収を回避するために、高濃度
にｎ型ドーピングされた層１３５および１４５に埋め込まれる。例えば、光吸収
を３倍より低減するために、少ない割合のインジウムを含有するＩｎＧａＡｓポ
テンシャル井戸において、２×１０１８ｃｍ−３よりも多いドーパント濃度が必
要とされる。ホール１３７が電子１４７と再結合することを回避するために、光
電流は高濃度にドーピングされた領域からずらされなければならない。本発明に
よる素子の実施形態において、隣接する高濃度にドーピングされた層はエネルギ
ーバンド勾配を有し、このエネルギーバンド勾配はエネルギーバンドギャップを
減少させ、従って、元来のドーピング層１３０の方向に価電子帯とフェルミ準位
との差を減少する。さらに、薄い吸収層１４０の非対称障壁が用いられ得、しか
も、図５に図示されるように、層１３５の方向では、より低い障壁の高さを有す
る。
【００３０】 さらなる可能性は、欠乏層が吸収層の中に達するように光検出電圧が印加され
ることによって、薄い吸収層１４０における電子の密度を変更することである。
このようにして、吸収係数は印加電圧によって変調され得る。ドーパント濃度と
層１３５の厚さと層１３０の厚さとの適切な適合によって、変調深さおよびＤＣ
バイアスが変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、実施例による素子の断面を示す。
【図２】 図２は、さらなる実施例を示す。
【図３】 図３は、図１および図２に図示された素子構造の代替回路図を示す。
【図４】 図４は、スペーサ層周辺の電界分布の図を示す。
【図５】 図５は、特定の実施形態のエネルギーバンド図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F049 MA04 MB07 NA03 NA14 NA17 RA07 5F073 AA13 AA45 AA65 AA74 AB13 AB17 CA05 EA14 EA27 GA12

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光を生成するために提供された活性層（４７）を反射器とし
    てのＤＢＲ格子（１５；４０、５０）間に、および光吸収層（２５）が提供され
    た光検出器を該ＤＢＲ格子のうちの１つの中に有するＶＣＳＥＬとしての光電子
    素子であって、該光吸収層（２５）は、生成された光のレーザモードの波腹と重
    なるように構成される、光電子素子であって、 厚い、高濃度にドーピングされたスペーサ層（３０）が該活性層（４７）と該
    吸収層（２５）との間に存在することを特徴とする光電子素子。
  2. 【請求項２】 前記光吸収層（２５）は、前記レーザモードのフォトンエネ
    ルギーよりもわずかに低エネルギーバンド端を有する、請求項１に記載の素子。
  3. 【請求項３】 前記光検出器（２０、２５）および前記スペーサ層（３０）
    は、前記レーザモードに関して非共振光学の厚さを有し、その結果、前記ＤＢＲ
    格子（１５；４０、５０）内の前記光の電界分布は不変の状態でとどまる、請求
    項１または２に記載の素子。
  4. 【請求項４】 前記スペーサ層（３０）は、前記レーザモードの前記フォト
    ンエネルギーよりもわずかに高いエネルギーバンド端を有する、請求項１〜３の
    １つに記載の素子。
  5. 【請求項５】 前記スペーサ層（３０）は高濃度にｎ型導電率でドーピング
    され、少なくとも１つの半導体層が前記吸収層（２５）に隣接し、高濃度にｎ型
    導電率でドーピングされる、請求項１〜４の１つに記載の素子。
  6. 【請求項６】 前記吸収層（２５）に隣接する少なくとも１つの半導体層は
    エネルギーバンドギャップにおいて勾配を有し、その結果、該吸収層に隣接する
    領域において該エネルギーバンドギャップは前記スペーサ層（３０）の方向へ成
    長する、請求項５に記載の素子。
  7. 【請求項７】 前記光吸収層（２５）は、欠乏層内または欠乏層のｎ型ドー
    ピングされた周縁領域の近傍に位置し、該吸収層（２５）における吸収を変更す
    るために、電圧が印加され得る手段が存在する、請求項５または６に記載の素子
    。
  8. 【請求項８】 前記光検出器はピン型光ダイオードである、請求項１〜７の
    １つに記載の素子。
  9. 【請求項９】 前記光検出器はバイポーラフォトトランジスタおよびヘテロ
    バイポーラフォトトランジスタの群を含むフォトトランジスタである、請求項１
    〜７の１つに記載の素子。
  10. 【請求項１０】 前記光検出器は、共通のアノード（ｎｐｎ）または共通の
    カソード（ｐｎｐ）を有する２つの光ダイオードを含む、請求項１〜７の１つに
    記載の素子。
  11. 【請求項１１】 前記光検出器は、共通のトンネルコンタクト（ｎｐｐ＋ｎ ＋ ｎｐ）を有する２つの光ダイオードを含む、請求項１〜７の１つに記載の素子
    。
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