JP2007081331A - Semiconductor light-receiving element, optical module, and optical monitoring components - Google Patents

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康博 猪口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-receiving element capable of easily forming the position of a pn junction in a light-receiving layer. <P>SOLUTION: The light-receiving layer 21 of a semiconductor light-receiving element 11 is composed of a III-V compound semiconductor with absorption coefficient α in the wavelength λ<SB>SIG</SB>of an incident light L<SB>IN</SB>and has a thickness (t) of no less than 1.5 μm. A window layer 23 is composed of a second III-V compound semiconductor with a larger band gap than the first III-V compound semiconductor. The light-receiving layer 21 of the semiconductor light-receiving element 11, absorbs part of incident light that an incoming window 15 has received, and sends remainder as outgoing light L<SB>OUT</SB>from an outgoing window 17. The light-receiving layer 21 and window layer 23 are located between the outgoing window 17 and incoming window 15. In this embodiment, the light-receiving layer 21 is located between the window layer 23 and outgoing window 17. The pn junction 19 is arranged inside the light-receiving layer 21 and window layer 23. The product of the thickness (t) of the light-receiving layer 21 and the absorption coefficientα of the light-receiving layer 21 is no more than 0.1. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体受光素子、光モジュールおよび光モニタ部品に関する。   The present invention relates to a semiconductor light receiving element, an optical module, and an optical monitor component.

非特許文献1には、透過型受光素子が記載されている。透過型受光素子は、入射する光の一部を吸収して残りの光を透過させる。このために、InGaAs受光層の厚みは薄い。この文献のフォトダイオードは、35%の透過率を有しており、受光層の厚みは1.1マイクロメートルである。透過率が35%であるので、入射光のうち吸収される光の割合は65%である。透過率を小さくするためには、受光層の厚みを小さくすることが必要であり、例えば80%の透過率を得るためには、受光層の厚みは0.1マイクロメートルにする必要がある。この厚みは非常に薄い。受光素子を通り抜ける信号光の強度が受光素子の高い吸収率のため弱くなることを、薄い受光層を用いることにより避けている。
SEIテクニカルレビュー、第154号(1999年)、pp.27
Non-Patent Document 1 describes a transmissive light-receiving element. The transmissive light receiving element absorbs a part of incident light and transmits the remaining light. For this reason, the thickness of the InGaAs light receiving layer is thin. The photodiode of this document has a transmittance of 35%, and the thickness of the light receiving layer is 1.1 micrometers. Since the transmittance is 35%, the proportion of light absorbed in the incident light is 65%. In order to reduce the transmittance, it is necessary to reduce the thickness of the light receiving layer. For example, in order to obtain a transmittance of 80%, the thickness of the light receiving layer needs to be 0.1 μm. This thickness is very thin. By using a thin light-receiving layer, the intensity of the signal light passing through the light-receiving element is prevented from becoming weak due to the high absorption rate of the light-receiving element.
SEI Technical Review, No. 154 (1999), pp. 27

光通信用フォトダイオードは、InGaAsやInGaAsPからなる受光層を用いる。これらの材料は1.3マイクロメール帯や1.55マイクロメートル帯の光に対して10000cm−1程度の高い吸収係数を持つので、高感度なフォトダイオードが提供される。 The photodiode for optical communication uses a light receiving layer made of InGaAs or InGaAsP. Since these materials have a high absorption coefficient of about 10,000 cm −1 with respect to light in the 1.3 μm band or 1.55 μm band, a highly sensitive photodiode is provided.

ところが、透過型フォトダイオードでは、小さい吸収係数が求められる。つまり、透過型フォトダイオードを作製するには、受光層における光の吸収量を小さくして所望の吸収率の範囲に入れるために、1マイクロメートル以下の厚みといった薄い受光層を用いることが求められる。しかしながら、薄い受光層内にp型不純物(例えば、亜鉛)の熱拡散により形成されるpn接合を薄い受光層内に形成することは容易ではない。このばらつきのため、(1)フォトダイオードの感度特性がばらつく、(2)フォトダイオードの素子抵抗が高くなる。   However, a transmissive photodiode requires a small absorption coefficient. That is, in order to manufacture a transmission type photodiode, it is required to use a thin light-receiving layer having a thickness of 1 μm or less in order to reduce the amount of light absorption in the light-receiving layer and enter the desired absorption rate range. . However, it is not easy to form a pn junction formed by thermal diffusion of a p-type impurity (for example, zinc) in the thin light receiving layer in the thin light receiving layer. Due to this variation, (1) the sensitivity characteristic of the photodiode varies, and (2) the element resistance of the photodiode increases.

そこで、本発明は、pn接合を受光層内に形成することが容易な構造を有する透過型の受光素子を提供することにあり、またこの透過型の受光素子を含む光モジュールを提供することにあり、さらにこの透過型の受光素子を含む光モニタ部品を提供することにある。   Accordingly, the present invention is to provide a transmissive light receiving element having a structure in which a pn junction can be easily formed in a light receiving layer, and to provide an optical module including the transmissive light receiving element. Furthermore, another object is to provide an optical monitor component including the transmission type light receiving element.

本発明の一側面によれば、半導体受光素子は、(a)第1の面および該第1の面の反対側にある第2の面を有しており第一導電型を示すIII−V族化合物半導体基板と、前記III−V族化合物半導体基板の前記第1の面上に設けられ第一導電型を示すIII−V族化合物半導体受光層と、(b)前記III−V族化合物半導体受光層に設けられた第2導電型半導体領域と、(c)入射光を受ける入射窓と前記入射光の一部を出射する出射窓とを備え、前記入射窓と前記出射窓とは互いに反対側の面に位置するように、前記III−V族化合物半導体基板の前記第2の面あるいは前記III−V族化合物半導体受光層側の面に設けられており、前記入射光の波長における前記III−V族化合物半導体受光層の吸収係数αと前記III−V族化合物半導体受光層の1.5マイクロメートル以上の厚さtとの積は0.1以下である。   According to one aspect of the present invention, a semiconductor light-receiving element has (a) a first surface and a second surface on the opposite side of the first surface, and exhibits a first conductivity type III-V A group III compound semiconductor substrate, a group III-V compound semiconductor light-receiving layer having a first conductivity type provided on the first surface of the group III-V compound semiconductor substrate, and (b) the group III-V compound semiconductor A second conductive type semiconductor region provided in the light receiving layer; (c) an incident window for receiving incident light; and an exit window for emitting a part of the incident light, wherein the incident window and the exit window are opposite to each other. The III-V compound semiconductor substrate is provided on the second surface or the III-V compound semiconductor light-receiving layer side surface so as to be located on the side surface, and the III-V compound semiconductor light receiving layer side surface. The absorption coefficient α of the -V group compound semiconductor light-receiving layer and 1.5 micrometer of the III-V compound semiconductor light-receiving layer The product of thickness t and above is 0.1 or less.

この半導体受光素子によれば、1.5マイクロメートル以上の厚さtを有する受光層を用いると共に、受光層の厚さtと受光層の吸収係数αとの積を0.1以下にしたので、この受光素子は、信号光のパワーをモニタするために使用できると共に、pn接合を受光層内に形成することが容易になる。   According to this semiconductor light receiving element, the light receiving layer having a thickness t of 1.5 micrometers or more is used, and the product of the light receiving layer thickness t and the light absorption layer α is 0.1 or less. The light receiving element can be used for monitoring the power of the signal light, and it becomes easy to form a pn junction in the light receiving layer.

本発明に係る半導体受光素子では、前記III−V族化合物半導体受光層の厚さtと前記受光層の前記III−V族化合物半導体吸収係数αとの積は、0.04以上であることが好ましい。   In the semiconductor light receiving element according to the present invention, the product of the thickness t of the III-V compound semiconductor light receiving layer and the III-V compound semiconductor absorption coefficient α of the light receiving layer may be 0.04 or more. preferable.

この半導体受光素子において、受光層の厚さtと受光層の吸収係数αとの積が0.04以上であれば、受光素子の感度が信号光のパワーをモニタするために十分である。   In this semiconductor light receiving element, if the product of the thickness t of the light receiving layer and the absorption coefficient α of the light receiving layer is 0.04 or more, the sensitivity of the light receiving element is sufficient for monitoring the power of the signal light.

本発明に係る半導体受光素子では、前記吸収係数は前記入射光の波長において100cm−1以上であり、前記吸収係数は前記入射光の波長において500cm−1以下であることが好ましい。 In the semiconductor light receiving element according to the present invention, it is preferable that the absorption coefficient is 100 cm −1 or more at the wavelength of the incident light, and the absorption coefficient is 500 cm −1 or less at the wavelength of the incident light.

この半導体受光素子によれば、III−V化合物半導体は、入射光の波長において100cm−1以上500cm−1以下の範囲の吸収係数αを有するので、受光層の厚みを薄くすることなく、pn接合の位置を受光層内に形成することがさ容易になる。 According to the semiconductor light-receiving elements, III-V compound semiconductors, because they have an absorption coefficient of 100 cm -1 or more 500 cm -1 or less in the range α at the wavelength of the incident light, without reducing the thickness of the absorption layer, pn junction Is easily formed in the light receiving layer.

本発明に係る半導体受光素子では、前記III−V族化合物半導体受光層上に前記III−V族化合物半導体受光層より大きなバンドギャップを有するIII−V族化合物半導体窓層をさらに備えることができる。これにより暗電流を低減できる。   The semiconductor light receiving element according to the present invention may further include a III-V compound semiconductor window layer having a larger band gap than the III-V compound semiconductor light receiving layer on the III-V compound semiconductor light receiving layer. Thereby, dark current can be reduced.

本発明に係る半導体受光素子では、前記III−V族化合物半導体基板と前記III−V化合物半導体受光層との間に設けられたバッファ層をさらに備えることができる。本発明に係る半導体受光素子は、 前記III−V族化合物半導体受光層上に設けられた窓層をさらに備え、前記窓層はInPからなり、前記窓層の厚さは1マイクロメートル以上であり、前記バッファ層はInPからなり、前記バッファ層のキャリア濃度は1×1016cm−3以上であり、1×1017cm−3以下であり、前記III−V族化合物半導体受光層は、InPに格子整合するInGaAsP半導体からなることが好ましい。 The semiconductor light receiving device according to the present invention may further include a buffer layer provided between the III-V compound semiconductor substrate and the III-V compound semiconductor light receiving layer. The semiconductor light receiving element according to the present invention further includes a window layer provided on the III-V compound semiconductor light receiving layer, the window layer is made of InP, and the thickness of the window layer is 1 micrometer or more. The buffer layer is made of InP, and the carrier concentration of the buffer layer is 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less, and the III-V group compound semiconductor light receiving layer is made of InP. It is preferable to be made of an InGaAsP semiconductor lattice-matched to.

この半導体受光素子では、InPバッファ層のキャリア濃度が1×1016cm−3未満であれば、光の吸収によって発生されたキャリアの再結合が遅くなる。InPバッファ層のキャリア濃度が1×1017cm−3を越えると、InPバッファ層から拡散したn型ドーパントが受光層に到達して、受光素子の特性が悪くなる。上記のように、InPバッファ層のキャリア濃度が1017cm−3程度であれば、光の吸収によって発生されたキャリアが速やかに再結合して、受光素子の高速応答に有利である。 In this semiconductor light receiving element, when the carrier concentration of the InP buffer layer is less than 1 × 10 16 cm −3 , recombination of carriers generated by light absorption is delayed. When the carrier concentration of the InP buffer layer exceeds 1 × 10 17 cm −3 , the n-type dopant diffused from the InP buffer layer reaches the light receiving layer, and the characteristics of the light receiving element are deteriorated. As described above, when the carrier concentration of the InP buffer layer is about 10 17 cm −3 , carriers generated by light absorption are quickly recombined, which is advantageous for high-speed response of the light receiving element.

また、この半導体受光素子によれば、受光層のためにInGaAsP半導体を用いると、受光層がInPに格子整合可能になり、かつ、基礎吸収端波長を0.92マイクロメートルから1.70マイクロメートルの範囲で自由に変えることが可能となる。   Further, according to this semiconductor light receiving element, when an InGaAsP semiconductor is used for the light receiving layer, the light receiving layer can be lattice-matched to InP, and the fundamental absorption edge wavelength is 0.92 to 1.70 micrometers. It is possible to change freely within the range.

本発明に係る半導体受光素子では、前記半導体領域は、前記第1のIII−V化合物半導体受光層より大きなバンドギャップを有する第2のIII−V化合物半導体からなる第1導電型の窓層を含み、前記受光層および前記窓層は前記出射窓と前記入射窓との間に位置しており、前記窓層はInPから成り、前記窓層の厚さは、1マイクロメートル以上であることが好ましい。窓層および受光層の厚みにより、pn接合の位置および不純物濃度の制御が容易になる。 In the semiconductor light receiving element according to the present invention, the semiconductor region includes a window layer of a first conductivity type made of a second III-V compound semiconductor having a larger band gap than the first III-V compound semiconductor light receiving layer. The light receiving layer and the window layer are located between the exit window and the entrance window, the window layer is preferably made of InP, and the thickness of the window layer is preferably 1 micrometer or more. . The position of the pn junction and the impurity concentration can be easily controlled by the thicknesses of the window layer and the light receiving layer.

本発明に係る半導体受光素子では、前記III−V族化合物半導体受光層と前記第2導電型半導体領域とのpn接合は、亜鉛の選択拡散により形成されることが好ましい。亜鉛の選択拡散によりpn接合を形成しても、pn接合が受光層内に位置する。   In the semiconductor light-receiving element according to the present invention, the pn junction between the III-V compound semiconductor light-receiving layer and the second conductivity type semiconductor region is preferably formed by selective diffusion of zinc. Even if the pn junction is formed by selective diffusion of zinc, the pn junction is located in the light receiving layer.

本発明の別の側面によれば、光モジュールは、上記のいずれかの半導体受光素子と、前記半導体受光素子の前記入射窓に光学的に結合されており信号光を出力する出射窓を有する端面発光型半導体レーザと、前記半導体受光素子に接続されており前記半導体受光素子からの強度モニタ信号を提供する出力とを備える。この光モジュールによれば、半導体レーザの前方光をモニタすることができる。   According to another aspect of the present invention, an optical module includes any one of the semiconductor light-receiving elements described above and an end face having an output window that is optically coupled to the incident window of the semiconductor light-receiving element and outputs signal light. A light emitting semiconductor laser; and an output connected to the semiconductor light receiving element and providing an intensity monitor signal from the semiconductor light receiving element. According to this optical module, the forward light of the semiconductor laser can be monitored.

本発明の別の側面によれば、光モジュールは、上記のいずれかの半導体受光素子と、信号光を出力する出射窓を有する面発光型の半導体レーザとを備え、前記半導体受光素子の前記出射窓および前記入射窓並びに前記面発光半導体レーザは所定の軸に沿って配列されており、前記半導体受光素子の前記入射窓は前記面発光半導体レーザと前記半導体受光素子の前記出射窓との間に位置している。この光モジュールによれば、面発光型の半導体レーザの前方光をモニタすることができる。   According to another aspect of the present invention, an optical module includes any one of the semiconductor light-receiving elements described above and a surface-emitting type semiconductor laser having an emission window that outputs signal light, and the emission of the semiconductor light-receiving element. The window, the entrance window, and the surface emitting semiconductor laser are arranged along a predetermined axis, and the entrance window of the semiconductor light receiving element is between the surface emitting semiconductor laser and the exit window of the semiconductor light receiving element. positioned. According to this optical module, the forward light of the surface emitting semiconductor laser can be monitored.

本発明の更なる別の側面は、信号光のモニタを行うための光モニタ部品に係る。この光モニタ部品は、支持部材に位置決めされており信号光を受ける一端と他端とを有する第1の光伝送路と、前記支持部材に位置決めされておりモニタされた信号光を提供する一端と他端とを有する第2の光伝送路と、前記支持部材上において前記第1の光伝送路の前記他端と前記第2の光伝送路の前記他端と間に位置しており上記のいずれかの半導体受光素子とを備える。この光モニタ部品によれば、モニタのための信号光の減少が少ない。   Still another aspect of the present invention relates to an optical monitor component for monitoring signal light. The optical monitor component includes a first optical transmission line having one end and another end that are positioned on a support member and receive signal light, and one end that is positioned on the support member and provides monitored signal light. A second optical transmission line having the other end, and the second optical transmission line located on the support member between the other end of the first optical transmission line and the other end of the second optical transmission line. One of the semiconductor light receiving elements. According to this optical monitor component, there is little decrease in signal light for monitoring.

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。   The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

以上説明したように、本発明によれば、pn接合を受光層内に形成することが容易な構造を有する透過型の受光素子が提供され、またこの受光素子を含む光モジュールが提供され、さらにこの受光素子を含む光モニタ部品が提供される。   As described above, according to the present invention, there is provided a transmissive light receiving element having a structure in which a pn junction can be easily formed in a light receiving layer, and an optical module including the light receiving element is provided. An optical monitor component including the light receiving element is provided.

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体受光素子、光モジュールおよび光モニタ部品に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the semiconductor light receiving element, the optical module, and the optical monitor component of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態に係る半導体受光素子に係る図面である。半導体受光素子11は、半導体領域13を含む。半導体領域13は、入射光LINを受ける入射窓15と、出射光LOUTを出射する出射窓17と、pn接合19とを含む。半導体領域13は、受光層21と、窓層23とを含む。受光層21は、入射光LINの波長λSIGにおいて吸収係数αを有するIII−V化合物半導体からなり、1.5マイクロメートル以上の厚さtを有する。窓層23は、第1のIII−V化合物半導体より大きなバンドギャップを有する第2のIII−V化合物半導体からなる。半導体受光素子11の受光層21は、入射窓15に受けた入射光の一部を吸収して、残りの出射光LOUTは出射窓17から出射する。受光層21および窓層23は出射窓17と入射窓15との間に位置している。本実施例では、受光層21は、窓層23と出射窓17との間に位置している。pn接合19は受光層21および窓層23内に設けられている。受光層21の厚さtと受光層21の吸収係数αとの積は0.1以下である。受光層21および窓層23は第1導電型である。第2導電型半導体領域25は、受光層21および窓層23と第2導電型半導体領域25とがpn接合19を構成するように設けられている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a drawing relating to a semiconductor light receiving element according to the present embodiment. The semiconductor light receiving element 11 includes a semiconductor region 13. Semiconductor region 13 includes an entrance window 15 for receiving the incident light L IN, and the exit window 17 for emitting outgoing light L OUT, and a pn junction 19. The semiconductor region 13 includes a light receiving layer 21 and a window layer 23. Receiving layer 21 is made III-V compound semiconductor having an absorption coefficient α at a wavelength lambda SIG of the incident light L IN, it has a 1.5 micrometer or more in thickness t. The window layer 23 is made of a second III-V compound semiconductor having a larger band gap than the first III-V compound semiconductor. The light receiving layer 21 of the semiconductor light receiving element 11 absorbs part of the incident light received by the incident window 15, and the remaining emitted light L OUT is emitted from the emission window 17. The light receiving layer 21 and the window layer 23 are located between the exit window 17 and the entrance window 15. In the present embodiment, the light receiving layer 21 is located between the window layer 23 and the emission window 17. The pn junction 19 is provided in the light receiving layer 21 and the window layer 23. The product of the thickness t of the light receiving layer 21 and the absorption coefficient α of the light receiving layer 21 is 0.1 or less. The light receiving layer 21 and the window layer 23 are of the first conductivity type. The second conductivity type semiconductor region 25 is provided such that the light receiving layer 21 and the window layer 23 and the second conductivity type semiconductor region 25 form a pn junction 19.

この半導体受光素子11によれば、1.5マイクロメートル以上の厚さtを有する受光層21を用いると共に、受光層21の厚さtと受光層21の吸収係数αとの積を0.1以下にしたので、この受光素子11は、信号光のパワーをモニタするために使用できると共に、pn接合19を受光層21内に形成することが容易になる。   According to the semiconductor light receiving element 11, the light receiving layer 21 having a thickness t of 1.5 micrometers or more is used, and the product of the thickness t of the light receiving layer 21 and the absorption coefficient α of the light receiving layer 21 is 0.1. As described below, the light receiving element 11 can be used for monitoring the power of the signal light, and the pn junction 19 can be easily formed in the light receiving layer 21.

半導体受光素子11では、半導体領域13は、受光層21と逆導電型の半導体領域25とを含む。半導体領域25は、受光層21および窓層23とpn接合19を形成する。受光層21および窓層23の導電型がn型であるとき、半導体領域25の導電型はp型であり、半導体領域25はアノード領域として働く。   In the semiconductor light receiving element 11, the semiconductor region 13 includes a light receiving layer 21 and a reverse conductivity type semiconductor region 25. The semiconductor region 25 forms the pn junction 19 with the light receiving layer 21 and the window layer 23. When the light receiving layer 21 and the window layer 23 are n-type, the semiconductor region 25 is p-type, and the semiconductor region 25 serves as an anode region.

半導体受光素子11では、窓層23の厚さは、1マイクロメートル以上であり、pn接合19は、亜鉛の選択拡散により形成されることが好ましい。この半導体受光素子11では、pn接合の形成のために亜鉛の選択拡散を用いても、pn接合19が受光層21内に形成される。この亜鉛は、例えば、開口27aを有する絶縁膜27をマスクとして用いて熱的に拡散される。   In the semiconductor light receiving element 11, the thickness of the window layer 23 is preferably 1 micrometer or more, and the pn junction 19 is preferably formed by selective diffusion of zinc. In the semiconductor light receiving element 11, the pn junction 19 is formed in the light receiving layer 21 even if the selective diffusion of zinc is used for forming the pn junction. This zinc is thermally diffused using, for example, the insulating film 27 having the opening 27a as a mask.

好適には、受光層21のIII−V化合物半導体は、インジウム、ガリウム、ヒ素および燐を少なくとも構成元素として含む。入射光LINの波長λSIGが含まれる波長帯としては、1.55マイクロメートルバンド、1.3マイクロメートルバンド等がある。また、窓層23の材料は、例えばInPからなる。半導体受光素子11では、受光層21は、InPに格子整合するInGaAsP半導体からなることが好ましい。この半導体受光素子11によれば、受光層21のためにInGaAsP半導体を用いると、受光層21がInPに格子整合可能になり、かつ、基礎吸収端波長を0.92マイクロメートルから1.70マイクロメートルの範囲で自由に変えることが可能となる。 Preferably, the III-V compound semiconductor of the light receiving layer 21 includes indium, gallium, arsenic, and phosphorus as at least constituent elements. The wavelength band that includes the wavelength lambda SIG of the incident light L IN, 1.55 micrometer band, there is a 1.3 micrometer band and the like. The material of the window layer 23 is made of InP, for example. In the semiconductor light receiving element 11, the light receiving layer 21 is preferably made of an InGaAsP semiconductor lattice-matched to InP. According to this semiconductor light receiving element 11, when an InGaAsP semiconductor is used for the light receiving layer 21, the light receiving layer 21 can be lattice-matched to InP, and the fundamental absorption edge wavelength is changed from 0.92 micrometers to 1.70 micrometers. It can be changed freely within the range of meters.

半導体受光素子11では、半導体領域13はバッファ層29を含む。バッファ層29は、出射窓17と入射窓15との間に設けられている。バッファ層29は、例えばInPから成ることができる。このInPバッファ層のキャリア濃度が1×1016cm−3未満であれば、光の吸収によって発生されたキャリアの再結合が遅くなる。また、InPバッファ層のキャリア濃度が1×1017cm−3を越えると、InPバッファ層から拡散したn型ドーパントが受光層21に到達して、半導体受光素子11の特性が悪くなる。上記のように、InPバッファ層のキャリア濃度が1017cm−3程度であれば、光の吸収によって発生されたキャリアが速やかに再結合して、受光素子の高速応答に有利である。 In the semiconductor light receiving element 11, the semiconductor region 13 includes a buffer layer 29. The buffer layer 29 is provided between the exit window 17 and the entrance window 15. The buffer layer 29 can be made of, for example, InP. If the carrier concentration of this InP buffer layer is less than 1 × 10 16 cm −3 , recombination of carriers generated by light absorption is delayed. When the carrier concentration of the InP buffer layer exceeds 1 × 10 17 cm −3 , the n-type dopant diffused from the InP buffer layer reaches the light receiving layer 21 and the characteristics of the semiconductor light receiving element 11 are deteriorated. As described above, when the carrier concentration of the InP buffer layer is about 10 17 cm −3 , carriers generated by light absorption are quickly recombined, which is advantageous for high-speed response of the light receiving element.

半導体領域13は基板31を含む。基板31の表面31aには、バッファ層29が設けられている。基板31の裏面31bには、電極33が設けられている。また、出射窓17上には、SiON膜といった反射防止膜35が設けられている。入射窓15上には、SiON膜といった反射防止膜37が設けられており、電極39が位置する。例えば、InP基板31がn導電性を示すと共に第2導電型半導体領域25がp導電性を示すとき、電極33はカソード電極として働き、電極39はアノード電極として働く。電極33は、信号光が通過するための開口33aを有する。また、電極39は信号光が通過するための開口35aを有する。   The semiconductor region 13 includes a substrate 31. A buffer layer 29 is provided on the surface 31 a of the substrate 31. An electrode 33 is provided on the back surface 31 b of the substrate 31. An antireflection film 35 such as a SiON film is provided on the emission window 17. On the entrance window 15, an antireflection film 37 such as a SiON film is provided, and an electrode 39 is located. For example, when the InP substrate 31 exhibits n conductivity and the second conductivity type semiconductor region 25 exhibits p conductivity, the electrode 33 functions as a cathode electrode and the electrode 39 functions as an anode electrode. The electrode 33 has an opening 33a through which signal light passes. The electrode 39 has an opening 35a through which signal light passes.

半導体受光素子11の一例は、
基板31:InP基板
バッファ層29:n型InP(キャリア濃度:1〜5×1015cm−3
受光層21:n型GaInAsP(キャリア濃度:1〜3×1015cm−3
窓層23:n型InP(キャリア濃度:1〜5×1015cm−3
半導体領域25:亜鉛拡散領域
アノード電極39:AuZn
カソード電極33:AuGeNi
である。
An example of the semiconductor light receiving element 11 is:
Substrate 31: InP substrate buffer layer 29: n-type InP (carrier concentration: 1 to 5 × 10 15 cm −3 )
Light-receiving layer 21: n-type GaInAsP (carrier concentration: 1-3 × 10 15 cm −3 )
Window layer 23: n-type InP (carrier concentration: 1 to 5 × 10 15 cm −3 )
Semiconductor region 25: zinc diffusion region anode electrode 39: AuZn
Cathode electrode 33: AuGeNi
It is.

図2は、4マイクロメートル厚のInGaAsP膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。図3は、4マイクロメートル厚のInGaAs膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。   FIG. 2 is a drawing showing the wavelength dependence of the absorptance of an InGaAsP film having a thickness of 4 micrometers. FIG. 3 is a drawing showing the wavelength dependence of the absorption rate of an InGaAs film having a thickness of 4 micrometers.

図2を参照すると、このInGaAsP膜では、基礎吸収端波長λInGaAsPまでは、吸収率はほぼ一定の高い値を示しており、基礎吸収端波長λInGaAsPを超えると吸収率は単調に減少しており、基礎吸収端波長λInGaAsPより十分に大きな波長では吸収率は非常に小さい値になる。この組成のInGaAsPの基礎吸収端波長λInGaAsPは、例えば1.42マイクロメートルである。1.55マイクロメートル帯の信号光の波長λSIGは、基礎吸収端波長λInGaAsPよりも長波長である。 Referring to Figure 2, in this InGaAsP film, basic to the absorption edge wavelength lambda InGaAsP, the absorption rate indicates a substantially constant high value, greater than the fundamental absorption edge wavelength lambda InGaAsP and the absorption rate decreases monotonously Therefore, at a wavelength sufficiently larger than the fundamental absorption edge wavelength λ InGaAsP , the absorptance becomes a very small value. The fundamental absorption edge wavelength λ InGaAsP of InGaAsP having this composition is, for example, 1.42 micrometers. The wavelength λ SIG of the signal light in the 1.55 micrometer band is longer than the fundamental absorption edge wavelength λ InGaAsP .

図3を参照すると、このInGaAs膜では、基礎吸収端波長λInGaAsまでは、吸収率はほぼ一定の高い値を示しており、基礎吸収端波長λInGaAsを超えると吸収率は単調に減少しており、基礎吸収端波長λInGaAsより十分に大きな波長では吸収率は非常に小さい値になる。この組成のInGaAsの基礎吸収端波長λInGaAsは、例えば1.67マイクロメートルである。1.55マイクロメートル帯の信号光の波長λSIGは、基礎吸収端波長λInGaAsよりも短波長である。 Referring to FIG. 3, in this InGaAs layer, basic to the absorption edge wavelength lambda InGaAs, the absorption rate indicates a substantially constant high value, greater than the fundamental absorption edge wavelength lambda InGaAs and the absorption rate decreases monotonously Therefore, at a wavelength sufficiently larger than the fundamental absorption edge wavelength λ InGaAs , the absorptance becomes a very small value. The fundamental absorption edge wavelength λ InGaAs of InGaAs having this composition is, for example, 1.67 micrometers. The wavelength λ SIG of the signal light in the 1.55 micrometer band is shorter than the fundamental absorption edge wavelength λ InGaAs .

一般に強度I(0)の光が吸収係数α、厚みtの物質を透過した後の光強度Iは次の式で表される。
I=I(0)×exp(−α×t)
受光層を透過する光の割合Aは次の式で表される。
A=I/I(0)=exp(−α×t)
αとtの積が0.04から0.1であれば、Aは0.9から0.96となる。つまり、受光層で吸収される光量は4%〜10%であり、90〜96%の光が透過する。受光層で100%の光が吸収された場合、フォトダイオードの感度は0.9A/Wから1A/Wである。吸収率が4%〜10%であるとき、フォトダイオードの感度は30〜100mW/Aである。この感度の値は、パワーモニタ用としての使用において充分である。本実施例の受光層では、受信光の波長における吸収係数(α)と厚み(t)の積が0.04〜0.1であって、厚みtは1.5マイクロメートル以上となるように受光層の吸収係数αを決定する。このフォトダイオードによれば、受光層のためのIII−V化合物半導体の吸収係数αは、入射光の波長において100cm−1以上500cm−1以下の範囲であることが好ましい。この範囲であれば、受光層の厚みを薄くすることなく、pn接合の位置を受光層内に形成することが容易になる。
In general, the light intensity I after light having an intensity I (0) is transmitted through a substance having an absorption coefficient α and a thickness t is expressed by the following equation.
I = I (0) × exp (−α × t)
The ratio A of light transmitted through the light receiving layer is expressed by the following equation.
A = I / I (0) = exp (−α × t)
If the product of α and t is 0.04 to 0.1, A is 0.9 to 0.96. That is, the amount of light absorbed by the light receiving layer is 4% to 10%, and 90 to 96% of light is transmitted. When 100% of light is absorbed by the light receiving layer, the sensitivity of the photodiode is 0.9 A / W to 1 A / W. When the absorptance is 4% to 10%, the sensitivity of the photodiode is 30 to 100 mW / A. This sensitivity value is sufficient for use as a power monitor. In the light receiving layer of this embodiment, the product of the absorption coefficient (α) and the thickness (t) at the wavelength of the received light is 0.04 to 0.1, and the thickness t is 1.5 micrometers or more. The absorption coefficient α of the light receiving layer is determined. According to the photodiode, the absorption coefficient of the III-V compound semiconductors for light-receiving layer α is preferably in the range of 100 cm -1 or more 500 cm -1 or less at the wavelength of the incident light. Within this range, it becomes easy to form the position of the pn junction in the light receiving layer without reducing the thickness of the light receiving layer.

光信号の典型的な波長帯のためのフォトダイオードの受光層に使用可能な材料は、例えば、
1.55マイクロメートル帯: GaInAsP(フォトルミネッセンス波長:1.42マイクロメートル)
1.3マイクロメートル帯:GaInAsP(フォトルミネッセンス波長:1.17マイクロメートル)
である。受光層のフォトルミネッセンス波長は、フォトダイオードが受ける信号光の波長よりも大きい。
Materials that can be used for the light receiving layer of a photodiode for a typical wavelength band of an optical signal are, for example,
1.55 micrometer band: GaInAsP (photoluminescence wavelength: 1.42 micrometers)
1.3 micrometer band: GaInAsP (photoluminescence wavelength: 1.17 micrometers)
It is. The photoluminescence wavelength of the light receiving layer is larger than the wavelength of the signal light received by the photodiode.

先行技術文献(SEIテクニカルレビュー)ではInGaAsP(フォトルミ波長:1.42マイクロメートル)を1.3マイクロメートル帯のフォトダイオードとして用いている。   In the prior art document (SEI technical review), InGaAsP (photoluminescence wavelength: 1.42 micrometers) is used as a photodiode in the 1.3 micrometer band.

吸収係数αが100cm−1から500cm−1であり、例えば、
α=100、α×t=0.04の場合:t=4マイクロメートル
α=100、α×t=0.10の場合:t=10マイクロメートル
α=500、α×t=0.04の場合:t=0.8マイクロメートル
α=500、α×t=0.10の場合:t=2マイクロメートル
るので、厚みtは最大10マイクロメートルまで大きくできる。
The absorption coefficient α is from 100 cm −1 to 500 cm −1 , for example,
When α = 100, α × t = 0.04: t = 4 micrometers α = 100, α × t = 0.10: t = 10 micrometers α = 500, α × t = 0.04 Case: When t = 0.8 micrometers α = 500, α × t = 0.10: Since t = 2 micrometers, the thickness t can be increased up to a maximum of 10 micrometers.

図4(A)は、受光層の基礎吸収端波長よりも短波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。このフォトダイオード41は、
(基礎吸収端波長:1.67マイクロメートル、信号光波長:1.55マイクロメートル)
基板43:InP基板
バッファ層45:n型InP(キャリア濃度:1〜5×1015cm−3
受光層47:n型GaInAs(キャリア濃度:1〜3×1015cm−3
厚み:0.8マイクロメートル
窓層51:n型InP(キャリア濃度:1〜5×1015cm−3
半導体領域53:亜鉛拡散領域
アノード電極55:AuZn
カソード電極57:AuGeNi
である。
FIG. 4A is a diagram schematically illustrating a photodiode that receives signal light having a wavelength shorter than the fundamental absorption edge wavelength of the light receiving layer. This photodiode 41 is
(Basic absorption edge wavelength: 1.67 micrometers, signal light wavelength: 1.55 micrometers)
Substrate 43: InP substrate buffer layer 45: n-type InP (carrier concentration: 1 to 5 × 10 15 cm −3 )
Light receiving layer 47: n-type GaInAs (carrier concentration: 1 to 3 × 10 15 cm −3 )
Thickness: 0.8 micrometer Window layer 51: n-type InP (carrier concentration: 1 to 5 × 10 15 cm −3 )
Semiconductor region 53: zinc diffusion region anode electrode 55: AuZn
Cathode electrode 57: AuGeNi
It is.

図4(B)は、浅い亜鉛拡散のためPアノード領域がInP窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。このフォトダイオードでは、p領域がInP窓層内に形成されているので、InP窓層に低濃度p層が形成され、この低濃度p層は抵抗を増加させる。図4(C)は、ほぼ期待された深さの亜鉛拡散のためPアノード領域がInP窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。図4(D)は、深い亜鉛拡散のためPアノード領域がInPバッファ層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。このフォトダイオードでは、深いZn拡散領域のため、P領域が受光層を超えているので、
InPバッファ層にpn接合が形成され、このためフォトダイオードの所望の感度が得られない。
FIG. 4B is a schematic diagram showing a photodiode in which the P + anode region is located in the InP window layer due to shallow zinc diffusion. In this photodiode, since the p + region is formed in the InP window layer, a low concentration p layer is formed in the InP window layer, and this low concentration p layer increases the resistance. FIG. 4C is a schematic diagram showing a photodiode in which the P + anode region is located in the InP window layer for zinc diffusion at a substantially expected depth. FIG. 4D is a schematic diagram showing a photodiode in which the P + anode region is located in the InP buffer layer due to deep zinc diffusion. In this photodiode, because of the deep Zn diffusion region, the P + region exceeds the light receiving layer.
A pn junction is formed in the InP buffer layer, so that the desired sensitivity of the photodiode cannot be obtained.

図5(A)は、受光層の基礎吸収端波長よりも長波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。このフォトダイオード61は、
(基礎吸収端波長:1.42マイクロメートル、信号光波長:1.55マイクロメートル)
基板43:InP基板
バッファ層63:n型InP(キャリア濃度:1〜5×1015cm−3
受光層65:n型GaInAsP(キャリア濃度:1〜3×1015cm−3
厚み:1.5マイクロメートル
窓層67:n型InP(キャリア濃度:1〜5×1015cm−3
半導体領域69:亜鉛拡散領域
アノード電極55:AuZn
カソード電極57:AuGeNi
である。
FIG. 5A is a drawing schematically showing a photodiode that receives signal light having a wavelength longer than the fundamental absorption edge wavelength of the light receiving layer. This photodiode 61 is
(Basic absorption edge wavelength: 1.42 micrometers, signal light wavelength: 1.55 micrometers)
Substrate 43: InP substrate buffer layer 63: n-type InP (carrier concentration: 1 to 5 × 10 15 cm −3 )
Light receiving layer 65: n-type GaInAsP (carrier concentration: 1 to 3 × 10 15 cm −3 )
Thickness: 1.5 micrometer window layer 67: n-type InP (carrier concentration: 1 to 5 × 10 15 cm −3 )
Semiconductor region 69: zinc diffusion region anode electrode 55: AuZn
Cathode electrode 57: AuGeNi
It is.

図5(B)〜図5(D)は、本実施の形態に係る受光素子の構造を有するフォトダイオードの一例を示す図面である。図5(A)に示されたフォトダイオードは、図4(A)に示されたフォトダイオードに比べて受光層を厚くできるので、亜鉛拡散の深さがばらついても、フォトダイオードの感度に大きなばらつきが生じることはない。発明者の実験は、1.5マイクロメートル以上の厚みがあれば亜鉛拡散を用いてpn接合を受光層内に安定して形成できることを示している。したがって、受信光の波長に対する吸収係数(α)と厚み(t)の積が0.04から0.1であって、厚さtは1.5ミクロメートル以上となるように受光層のαとtを設定する。   5B to 5D are diagrams illustrating an example of a photodiode having the structure of a light receiving element according to this embodiment. Since the photodiode shown in FIG. 5A can have a light receiving layer thicker than the photodiode shown in FIG. 4A, the sensitivity of the photodiode is large even if the zinc diffusion depth varies. There is no variation. The inventor's experiment shows that a pn junction can be stably formed in the light receiving layer using zinc diffusion if the thickness is 1.5 micrometers or more. Therefore, the product of the absorption coefficient (α) and the thickness (t) with respect to the wavelength of the received light is 0.04 to 0.1, and the thickness of the light receiving layer is set to α and 1.5 μm or more. Set t.

以上説明したように、受光層の厚みを1.5マイクロメートル以上にできるので、亜鉛拡散によるpn接合を受光層内に形成できる。これ故に、低バイアス電圧でも空乏層は受光層内に広がり期待された感度を得ることができる。   As described above, since the thickness of the light receiving layer can be 1.5 micrometers or more, a pn junction by zinc diffusion can be formed in the light receiving layer. Therefore, even when the bias voltage is low, the depletion layer spreads in the light receiving layer and the expected sensitivity can be obtained.

(第2の実施の形態)
図6は、第2の実施の形態に係る光モジュールを示す図面である。光モジュール71は、半導体受光素子11と、半導体レーザ73とを含む。半導体レーザ73は、信号光LSIG0を出力する出射窓73aを有しており、例えば1.55マイクロメートル帯の光といった光通信波長帯の信号光を発生する。本実施例では、半導体レーザ73は、面発光型半導体レーザであることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows an optical module according to the second embodiment. The optical module 71 includes a semiconductor light receiving element 11 and a semiconductor laser 73. The semiconductor laser 73 has an emission window 73a that outputs the signal light L SIG0 and generates signal light in an optical communication wavelength band such as light in the 1.55 micrometer band. In the present embodiment, the semiconductor laser 73 can be a surface emitting semiconductor laser.

半導体受光素子11の出射窓17および入射窓15並びに半導体レーザ73は所定の軸Axに沿って配列されている。半導体受光素子11の入射窓15は半導体レーザ73と半導体受光素子11の出射窓17との間に位置している。この配置は、例えば以下の構造によって提供される。半導体レーザ73は、ステム75上に設けられている。また、ステム75上には、支持部材79が、半導体レーザ73を覆うように設けられている。支持部材79上には、半導体受光素子11が位置している。支持部材79は、半導体レーザ73の出射窓73aからの信号光LSIGが通過する開口79aを有する。信号光LSIG0は、半導体受光素子11の入射窓15に入射する。半導体受光素子11の受光層は、信号光LSIG0の一部を吸収して、モニタのための信号を生成すると共に、信号光LSIG0の残りは、半導体受光素子11の出射窓17から出射する。また、ステム75上には、レンズホルダ77が設けられており、レンズホルダ77は、レンズ77aを保持する。ステム75およびレンズホルダ77は、半導体レーザ73および半導体受光素子11を気密に封止するためのキャビティを形成する。半導体レーザ73、半導体受光素子11およびレンズ77は、所定の軸Axに沿って配列されている。この配列によって、半導体受光素子11の出射窓17がレンズ77と光学的に結合される。これ故に、半導体受光素子11の出射窓17からの信号光LSIG1は、レンズ77aに入射する。光モジュール71の出力81は、半導体受光素子11に接続されており半導体受光素子11からの強度モニタ信号SMON1を提供する。なお、半導体レーザ73として、面発光型半導体レーザに替えて、端面発光型半導体レーザを用いることができる。 The exit window 17 and the entrance window 15 of the semiconductor light receiving element 11 and the semiconductor laser 73 are arranged along a predetermined axis Ax. The incident window 15 of the semiconductor light receiving element 11 is located between the semiconductor laser 73 and the emission window 17 of the semiconductor light receiving element 11. This arrangement is provided, for example, by the following structure. The semiconductor laser 73 is provided on the stem 75. A support member 79 is provided on the stem 75 so as to cover the semiconductor laser 73. On the support member 79, the semiconductor light receiving element 11 is located. The support member 79 has an opening 79 a through which the signal light L SIG from the emission window 73 a of the semiconductor laser 73 passes. The signal light L SIG0 is incident on the incident window 15 of the semiconductor light receiving element 11. The light receiving layer of the semiconductor light receiving element 11 absorbs a part of the signal light L SIG0 to generate a signal for monitoring, and the remainder of the signal light L SIG0 is emitted from the emission window 17 of the semiconductor light receiving element 11. . A lens holder 77 is provided on the stem 75, and the lens holder 77 holds a lens 77a. The stem 75 and the lens holder 77 form a cavity for hermetically sealing the semiconductor laser 73 and the semiconductor light receiving element 11. The semiconductor laser 73, the semiconductor light receiving element 11, and the lens 77 are arranged along a predetermined axis Ax. With this arrangement, the exit window 17 of the semiconductor light receiving element 11 is optically coupled to the lens 77. Therefore, the signal light L SIG1 from the emission window 17 of the semiconductor light receiving element 11 is incident on the lens 77a. An output 81 of the optical module 71 is connected to the semiconductor light receiving element 11 and provides an intensity monitor signal SMON1 from the semiconductor light receiving element 11. As the semiconductor laser 73, an edge emitting semiconductor laser can be used instead of the surface emitting semiconductor laser.

この光モジュールによれば、半導体レーザからの前面光をモニタすることができる。   According to this optical module, the front light from the semiconductor laser can be monitored.

(第3の実施の形態)
図7は、第3の実施の形態に係る光モニタ部品を示す図面である。この光モニタ部品91は、第1の光伝送路93と、第2の光伝送路95と、半導体受光素子11とを備える。第1の光伝送路93は、支持部材97に位置決めされており信号光LSIG2を受ける一端93aと他端93bとを有する。第2の光伝送路95は、支持部材97に位置決めされておりモニタされた信号光LSIG3を提供する一端95aと他端95bとを有する。半導体受光素子11は、支持部材97上において第1の光伝送路93の他端93bと第2の光伝送路95の他端95bと間に位置している。第1の光伝送路93および第2の光伝送路95は、例えば光ファイバであることができる。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a view showing an optical monitor component according to the third embodiment. The optical monitor component 91 includes a first optical transmission path 93, a second optical transmission path 95, and the semiconductor light receiving element 11. The first optical transmission path 93 is positioned on the support member 97 and has one end 93a and the other end 93b that receive the signal light L SIG2 . The second optical transmission line 95 has one end 95a and the other end 95b that are positioned on the support member 97 and provide the monitored signal light L SIG3 . The semiconductor light receiving element 11 is positioned between the other end 93 b of the first optical transmission path 93 and the other end 95 b of the second optical transmission path 95 on the support member 97. The first optical transmission line 93 and the second optical transmission line 95 can be, for example, optical fibers.

支持部材97は、第1の光伝送路93を支持するための支持部97aを含んでおり、第1の光伝送路93の一例である光ファイバは、第1の支持面94aおよび第2の支持面94bによって支持されている。支持部材97は、第2の光伝送路95を支持するための支持部97bを含んでおり、第2の光伝送路95の一例である光ファイバは、第1の支持面96aおよび第2の支持面96bによって支持されている。第1の支持部97aおよび第2の支持部97bは、例えばV型溝といった、2つの支持面を含む溝であることができる。また、支持部材97上において第1の光伝送路93の他端93bと第2の光伝送路95の他端95bと間に半導体受光素子11を位置決めするための支持部97cを有しており、本実施例では、支持部97cは、半導体受光素子11を第1の光伝送路93の他端93bと第2の光伝送路95の他端95bとの間に位置決めするための第1の側面98a、第2の側面98bおよび底面98cを有している。この支持部97cによって、半導体受光素子11の入射窓は、第1の光伝送路93の他端93bに光学的に結合される。また、半導体受光素子11の出射窓は、第2の光伝送路95の他端95bに光学的に結合される。光モニタ部品91は、光伝送路93、95を伝わる信号光の強度に応じたモニタ信号IMON2を提供する。これによって、光モニタ部品91は、信号光SSIG2のモニタを行うことができる。信号光LSIG2は、制御部99に提供される。光モニタ部品91には、光増幅器101が光学的に結合されている。制御部99は、モニタ信号IMON2に応答して光増幅器101を制御するSCONを生成する。 The support member 97 includes a support portion 97a for supporting the first optical transmission path 93, and the optical fiber as an example of the first optical transmission path 93 includes the first support surface 94a and the second optical transmission path 93. It is supported by the support surface 94b. The support member 97 includes a support portion 97b for supporting the second optical transmission path 95, and the optical fiber as an example of the second optical transmission path 95 includes the first support surface 96a and the second optical transmission path 95. It is supported by the support surface 96b. The first support part 97a and the second support part 97b can be grooves including two support surfaces, for example, V-shaped grooves. Further, the support member 97 has a support portion 97 c for positioning the semiconductor light receiving element 11 between the other end 93 b of the first optical transmission path 93 and the other end 95 b of the second optical transmission path 95 on the support member 97. In the present embodiment, the support portion 97c is a first for positioning the semiconductor light receiving element 11 between the other end 93b of the first optical transmission path 93 and the other end 95b of the second optical transmission path 95. It has a side surface 98a, a second side surface 98b, and a bottom surface 98c. By this support portion 97 c, the incident window of the semiconductor light receiving element 11 is optically coupled to the other end 93 b of the first optical transmission path 93. Further, the exit window of the semiconductor light receiving element 11 is optically coupled to the other end 95 b of the second optical transmission path 95. The optical monitor component 91 provides a monitor signal IMON2 corresponding to the intensity of the signal light transmitted through the optical transmission lines 93 and 95 . Thereby, the optical monitor component 91 can monitor the signal light S SIG2 . The signal light L SIG2 is provided to the control unit 99. An optical amplifier 101 is optically coupled to the optical monitor component 91. The control unit 99 generates S CON that controls the optical amplifier 101 in response to the monitor signal I MON2 .

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではなく、例えば、Feドープの半絶縁性InP基板を用いてこの素子構造を実現することもできる。この構造では同じ側に電極を形成することが可能になり、実装が容易になる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。   While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. For example, this element structure can be realized by using a Fe-doped semi-insulating InP substrate. In this structure, electrodes can be formed on the same side, and mounting becomes easy. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

図1は、本実施の形態に係る半導体受光素子に係る図面である。FIG. 1 is a drawing relating to a semiconductor light receiving element according to the present embodiment. 図2は、4マイクロメートル厚のInGaAsP膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。FIG. 2 is a drawing showing the wavelength dependence of the absorptance of an InGaAsP film having a thickness of 4 micrometers. 図3は、4マイクロメートル厚のInGaAs膜の吸収率の波長依存性を示す図面である。FIG. 3 is a drawing showing the wavelength dependence of the absorption rate of an InGaAs film having a thickness of 4 micrometers. 図4(A)は、受光層の基礎吸収端波長よりも短波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。図4(B)は、浅い亜鉛拡散のためP+アノード領域がInP窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。図4(C)は、ほぼ期待された深さの亜鉛拡散のためP+アノード領域がInP窓層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。図4(D)は、深い亜鉛拡散のためP+アノード領域がInPバッファ層内に位置するフォトダイオードを示す模式図である。FIG. 4A is a diagram schematically illustrating a photodiode that receives signal light having a wavelength shorter than the fundamental absorption edge wavelength of the light receiving layer. FIG. 4B is a schematic diagram showing a photodiode in which the P + anode region is located in the InP window layer due to shallow zinc diffusion. FIG. 4C is a schematic diagram showing a photodiode in which the P + anode region is located in the InP window layer for zinc diffusion at a substantially expected depth. FIG. 4D is a schematic diagram showing a photodiode in which the P + anode region is located in the InP buffer layer for deep zinc diffusion. 図5(A)は、受光層の基礎吸収端波長よりも長波長の波長の信号光を受けるフォトダイオードを模式的に示す図面である。図5(B)〜図5(D)は、本実施の形態に係る受光素子の構造を有するフォトダイオードの一例を示す図面である。FIG. 5A is a drawing schematically showing a photodiode that receives signal light having a wavelength longer than the fundamental absorption edge wavelength of the light receiving layer. 5B to 5D are diagrams illustrating an example of a photodiode having the structure of a light receiving element according to this embodiment. 図6は、第2の実施の形態に係る光モジュールを示す図面である。FIG. 6 shows an optical module according to the second embodiment. 図7は、第3の実施の形態に係る光モニタ部品を示す図面である。FIG. 7 is a view showing an optical monitor component according to the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11…半導体受光素子、13…半導体領域、LIN…入射光、LOUT…出射光、15…入射窓、17…出射窓、19…pn接合、21…受光層、23…窓層、λSIG…入射光の波長、25…第2導電型半導体領域、27…絶縁膜、29…バッファ層、31…基板、33…電極、35…反射防止膜、37…反射防止膜、39…電極、λInGaAsP、λInGaP…基礎吸収端波長、α…受光層の吸収係数、t…受光層の厚み、41…フォトダイオード、43…基板、45…バッファ層、47…受光層、51…窓層、53…半導体領域、55…アノード電極、57…カソード電極、61…フォトダイオード、63…バッファ層、65…受光層、67…窓層、69…半導体領域、71…光モジュール、73…半導体レーザ、LSIG0…信号光、73a…半導体レーザ出射窓、75…ステム、79…支持部材、77…レンズホルダ、77a…レンズ、91…光モニタ部品、93…第1の光伝送路、95…第2の光伝送路、97…支持部材、93a、93b…第1の光伝送路の端、95a、95b…第2の光伝送路の端、97a、97b、97c…支持部、94a、94b、96a、96b…支持面、98a、98b…側面、98c…底面、99…制御部、IMON2…モニタ信号、101…光増幅器、SCON…制御信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor light receiving element, 13 ... Semiconductor region, LIN ... Incident light, LOUT ... Outgoing light, 15 ... Incident window, 17 ... Outgoing window, 19 ... pn junction, 21 ... Light receiving layer, 23 ... Window layer, (lambda) SIG ... wavelength of incident light, 25 ... second conductive type semiconductor region, 27 ... insulating film, 29 ... buffer layer, 31 ... substrate, 33 ... electrode, 35 ... antireflection film, 37 ... antireflection film, 39 ... electrode, λ InGaAsP , λ InGaP ... fundamental absorption edge wavelength, α ... absorption coefficient of the light receiving layer, t ... thickness of the light receiving layer, 41 ... photodiode, 43 ... substrate, 45 ... buffer layer, 47 ... light receiving layer, 51 ... window layer, 53 ... Semiconductor region, 55 ... Anode electrode, 57 ... Cathode electrode, 61 ... Photodiode, 63 ... Buffer layer, 65 ... Light receiving layer, 67 ... Window layer, 69 ... Semiconductor region, 71 ... Optical module, 73 ... Semiconductor laser, L SIG0 Signal light 73a Semiconductor laser exit window 75 Stem 79 Support member 77 Lens holder 77a Lens 91 Light monitor component 93 First light transmission path 95 Second light Transmission path 97: Support member, 93a, 93b ... End of first optical transmission path, 95a, 95b ... End of second optical transmission path, 97a, 97b, 97c ... Support section, 94a, 94b, 96a, 96b ... support surface, 98a, 98b ... side, 98c ... bottom, 99 ... controller, I MON2 ... monitor signal, 101 ... optical amplifier, S CON ... control signal

Claims (10)

第1の面および該第1の面の反対側にある第2の面を有しており第一導電型を示すIII−V族化合物半導体基板と、
前記III−V族化合物半導体基板の前記第1の面上に設けられ第一導電型を示すIII−V族化合物半導体受光層と、
前記III−V族化合物半導体受光層に設けられた第2導電型半導体領域と、
入射光を受ける入射窓と前記入射光の一部を出射する出射窓と
を備え、
前記入射窓と前記出射窓とは互いに反対側の面に位置するように、前記III−V族化合物半導体基板の前記第2の面あるいは前記III−V族化合物半導体受光層側の面に設けられており、
前記入射光の波長における前記III−V族化合物半導体受光層の吸収係数αと前記III−V族化合物半導体受光層の1.5マイクロメートル以上の厚さtとの積は0.1以下である、ことを特徴とする半導体受光素子。
A group III-V compound semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface and exhibiting a first conductivity type;
A III-V compound semiconductor light receiving layer provided on the first surface of the III-V compound semiconductor substrate and exhibiting a first conductivity type;
A second conductivity type semiconductor region provided in the III-V compound semiconductor light-receiving layer;
An incident window for receiving incident light and an exit window for emitting a part of the incident light,
The entrance window and the exit window are provided on the second surface of the group III-V compound semiconductor substrate or the surface on the side of the group III-V compound semiconductor light receiving layer so that the surfaces are opposite to each other. And
The product of the absorption coefficient α of the III-V compound semiconductor light-receiving layer at the wavelength of the incident light and the thickness t of 1.5 μm or more of the III-V compound semiconductor light-receiving layer is 0.1 or less. A semiconductor light receiving element characterized by the above.
前記III−V族化合物半導体受光層の厚さtと前記III−V族化合物半導体受光層の前記吸収係数αとの積は、0.04以上である、ことを特徴とする請求項1に記載された半導体受光素子。   The product of the thickness t of the III-V compound semiconductor light-receiving layer and the absorption coefficient α of the III-V compound semiconductor light-receiving layer is 0.04 or more. Semiconductor light receiving element. 前記吸収係数は前記入射光の波長において100cm−1以上であり、
前記吸収係数は前記入射光の波長において500cm−1以下である、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された半導体受光素子。
The absorption coefficient is 100 cm −1 or more at the wavelength of the incident light,
3. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein the absorption coefficient is 500 cm −1 or less at a wavelength of the incident light. 4.
前記III−V族化合物半導体受光層上に、前記III−V族化合物半導体受光層より大きなバンドギャップを有するIII−V族化合物半導体窓層をさらに備えることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載された半導体受光素子。   The III-V compound semiconductor light receiving layer further comprises a III-V compound semiconductor window layer having a larger band gap than the III-V compound semiconductor light receiving layer. The semiconductor light receiving element described in any one of. 前記III−V族化合物半導体基板と前記III−V化合物半導体受光層との間に設けられたバッファ層をさらに備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載された半導体受光素子。   The semiconductor according to claim 1, further comprising a buffer layer provided between the III-V compound semiconductor substrate and the III-V compound semiconductor light receiving layer. Light receiving element. 前記III−V族化合物半導体受光層上に設けられた窓層をさらに備え、
前記窓層はInPからなり、
前記窓層の厚さは1マイクロメートル以上であり、
前記バッファ層はInPからなり、
前記バッファ層のキャリア濃度は1×1016cm−3以上であり、1×1017cm−3以下であり、
前記III−V族化合物半導体受光層は、InPに格子整合するInGaAsP半導体からなる、ことを特徴とする請求項5に記載された半導体受光素子。
Further comprising a window layer provided on the III-V compound semiconductor light receiving layer,
The window layer is made of InP;
The window layer has a thickness of 1 micrometer or more;
The buffer layer is made of InP,
The buffer layer has a carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or more, 1 × 10 17 cm −3 or less,
6. The semiconductor light receiving element according to claim 5, wherein the III-V compound semiconductor light receiving layer is made of an InGaAsP semiconductor lattice-matched to InP.
前記III−V族化合物半導体受光層と前記第2導電型半導体領域とのpn接合は、亜鉛の選択拡散により形成される、ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載された半導体受光素子。   7. The pn junction between the III-V compound semiconductor light receiving layer and the second conductivity type semiconductor region is formed by selective diffusion of zinc. 8. Semiconductor light receiving element. 請求項1〜7のいずれか一項に記載された半導体受光素子と、
前記半導体受光素子の前記入射窓に光学的に結合されており信号光を出力する出射窓を有する端面発光型半導体レーザと、
前記半導体受光素子に接続されており前記半導体受光素子からの強度モニタ信号を提供する出力と
を備える、ことを特徴とする光モジュール。
A semiconductor light receiving element according to any one of claims 1 to 7;
An edge emitting semiconductor laser having an exit window optically coupled to the entrance window of the semiconductor light receiving element and outputting signal light;
An optical module comprising: an output connected to the semiconductor light receiving element and providing an intensity monitor signal from the semiconductor light receiving element.
請求項1〜7のいずれか一項に記載された半導体受光素子と、
信号光を出力する出射窓を有する面発光型の半導体レーザと
を備え、
前記半導体受光素子の前記出射窓および前記入射窓並びに前記面発光半導体レーザは所定の軸に沿って配列されており、
前記半導体受光素子の前記入射窓は前記面発光半導体レーザと前記半導体受光素子の前記出射窓との間に位置している、ことを特徴とする光モジュール。
A semiconductor light receiving element according to any one of claims 1 to 7;
A surface emitting semiconductor laser having an exit window for outputting signal light,
The exit window and the entrance window of the semiconductor light receiving element and the surface emitting semiconductor laser are arranged along a predetermined axis,
The optical module, wherein the entrance window of the semiconductor light receiving element is located between the surface emitting semiconductor laser and the exit window of the semiconductor light receiving element.
信号光のモニタを行うための光モニタ部品であって、
支持部材に位置決めされており信号光を受ける一端と他端とを有する第1の光伝送路と、
前記支持部材に位置決めされておりモニタされた信号光を提供する一端と他端とを有する第2の光伝送路と、
前記支持部材上において前記第1の光伝送路の前記他端と前記第2の光伝送路の前記他端との間に位置しており請求項1〜7のいずれか一項に記載された半導体受光素子と
を備えることを特徴とする光モニタ部品。
An optical monitor component for monitoring signal light,
A first optical transmission line positioned at the support member and having one end and the other end for receiving signal light;
A second optical transmission line having one end and the other end positioned on the support member and providing monitored signal light;
It is located on the said supporting member between the said other end of the said 1st optical transmission path, and the said other end of the said 2nd optical transmission path, It was described in any one of Claims 1-7 An optical monitor component comprising a semiconductor light receiving element.
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