JP2633234B2 - 光半導体素子 - Google Patents
光半導体素子Info
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- JP2633234B2 JP2633234B2 JP61158527A JP15852786A JP2633234B2 JP 2633234 B2 JP2633234 B2 JP 2633234B2 JP 61158527 A JP61158527 A JP 61158527A JP 15852786 A JP15852786 A JP 15852786A JP 2633234 B2 JP2633234 B2 JP 2633234B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光半導体素子に関し、特に光ファイバ通
信などに使用し得る光導波路と受光素子とを一体的に集
積化した光半導体素子の改良構造に係るものである。
信などに使用し得る光導波路と受光素子とを一体的に集
積化した光半導体素子の改良構造に係るものである。
従来例によるのこの種の光半導体素子の一例として、
こゝでは、アプライド・フィジックス・レターズ（Appl
ied Physics Letters）Vol.25 P.36（1974）に示されて
いる，光導波路と受光素子とを一体的に集積化した光半
導体素子の概要構成を第４図に示す。
こゝでは、アプライド・フィジックス・レターズ（Appl
ied Physics Letters）Vol.25 P.36（1974）に示されて
いる，光導波路と受光素子とを一体的に集積化した光半
導体素子の概要構成を第４図に示す。
すなわち，この第４図従来例構成において、符号１は
n+−GaAs基板、２はn-−GaAs光導波路層、３はInGaAs光
吸収層であり、また４はPtのショットキー電極、５は電
極、６は入射される光線である。
n+−GaAs基板、２はn-−GaAs光導波路層、３はInGaAs光
吸収層であり、また４はPtのショットキー電極、５は電
極、６は入射される光線である。
この構成による光半導体素子では、InxGa1-xAsの組成
比ｘを変えることにより、0.9〜1.15μｍの光に対して
大きな吸収を得るように、禁制帯幅を調整することがで
きる。
比ｘを変えることにより、0.9〜1.15μｍの光に対して
大きな吸収を得るように、禁制帯幅を調整することがで
きる。
そしてn-−GaAs光導波路層２は、キャリア濃度を低減
したn-−GaAs層を、n+−GaAs基板１上にエピタキシャル
成長させると共に、光検出部を形成させるために、この
n-−GaAs光導波路層２の一部に、エッチングによつてn+
−GaAs基板１に達する円形の穴を開け、同穴内にInGaAs
光吸収層３をエピタキシャル成長させる。その後、InGa
As光吸収層３上にショットキーバリア接合となるPt電極
４を形成させ、かつまたn+−GaAs基板１の裏面にもオー
ミック接合となる電極５を形成させる。
したn-−GaAs層を、n+−GaAs基板１上にエピタキシャル
成長させると共に、光検出部を形成させるために、この
n-−GaAs光導波路層２の一部に、エッチングによつてn+
−GaAs基板１に達する円形の穴を開け、同穴内にInGaAs
光吸収層３をエピタキシャル成長させる。その後、InGa
As光吸収層３上にショットキーバリア接合となるPt電極
４を形成させ、かつまたn+−GaAs基板１の裏面にもオー
ミック接合となる電極５を形成させる。
従つて、この光半導体素子の構成においては、Pt電極
４に、n+−GaAs基板１の電極５に対する負電圧を印加さ
せることにより、InGaAs光吸収層３中に空乏層（ディプ
レッション層）を形成させ、n-−GaAs光導波路層２を伝
搬してくる導波光を吸収，検出できるのである。
４に、n+−GaAs基板１の電極５に対する負電圧を印加さ
せることにより、InGaAs光吸収層３中に空乏層（ディプ
レッション層）を形成させ、n-−GaAs光導波路層２を伝
搬してくる導波光を吸収，検出できるのである。
しかしながら、前記構成からなる従来例での光半導体
素子の場合には、これがGaAs基板上に光導波路層を形成
させるようにしているために、長距離通信で使用される
ところの1.3〜1.5μｍの発光波長をもつ光源，つまり一
般的にはInP基板上に形成される半導体レーザとか発光
ダイオードなどの発光素子とは、同一基板上に一体化し
て形成することが困難であり、また光導波路層の上部に
は、半導体層などのクラッド層を有していないので、光
の損失，伝搬が表面状態に大きく影響されるとか、また
使用波長範囲が0.9〜1.15μｍの光に限定されるなどの
実用上好ましくない問題点があつた。
素子の場合には、これがGaAs基板上に光導波路層を形成
させるようにしているために、長距離通信で使用される
ところの1.3〜1.5μｍの発光波長をもつ光源，つまり一
般的にはInP基板上に形成される半導体レーザとか発光
ダイオードなどの発光素子とは、同一基板上に一体化し
て形成することが困難であり、また光導波路層の上部に
は、半導体層などのクラッド層を有していないので、光
の損失，伝搬が表面状態に大きく影響されるとか、また
使用波長範囲が0.9〜1.15μｍの光に限定されるなどの
実用上好ましくない問題点があつた。
この発明は、従来のこのような問題点を解消するため
になされたものであり、その目的とするところは、1.3
〜1.5μｍの発光波長をもつ発光素子と同一のInP基板上
に形成可能な，光導波路層と受光素子とを一体的に集積
化した，この種の光半導体素子を得ることである。
になされたものであり、その目的とするところは、1.3
〜1.5μｍの発光波長をもつ発光素子と同一のInP基板上
に形成可能な，光導波路層と受光素子とを一体的に集積
化した，この種の光半導体素子を得ることである。
前記目的を達成するため、この発明に係る光半導体素
子は、半導体基板としてInP基板を用い、このInP基板上
にあつて、InGaAsP光導波路層を形成させると共に、光
導波路層の終端部には、この光導波路層の禁制帯幅より
も小さい禁制帯幅をもつInGaAs光吸収層を、斜面状，も
しくは垂直状に形成させ、かつ少なくとも光吸収層内に
不純物拡散領域を形成させて、これらの光導波路層と光
吸収層とを、InP基板上にモノリシックに、かつ高密度
に集積化形成させたものである。
子は、半導体基板としてInP基板を用い、このInP基板上
にあつて、InGaAsP光導波路層を形成させると共に、光
導波路層の終端部には、この光導波路層の禁制帯幅より
も小さい禁制帯幅をもつInGaAs光吸収層を、斜面状，も
しくは垂直状に形成させ、かつ少なくとも光吸収層内に
不純物拡散領域を形成させて、これらの光導波路層と光
吸収層とを、InP基板上にモノリシックに、かつ高密度
に集積化形成させたものである。
従つて、この発明の場合、回折格子を有するInGaAsP
光導波路を形成することによって、光を検出するために
光吸収層中に設けられる不純物領域、ひいては該不純物
領域に接続される電極を各々複数個、InGaAsP光導波路
層を伝搬する光の伝搬方向と直角方向に設けることがで
きるので、分波機能を有する小型の光半導体素子が得ら
れるとともに、InGaAsP光導波路層を通して伝搬される
光を、InGaAs光吸収層により効率良く吸収，検出でき、
また、これらの光導波路層と光吸収層とを、InP基板上
にモノリシックに集積化形成させたので、1.3〜1.5μｍ
の発光波長をもつ発光素子と同一基板上に形成し得て、
この種の長波長光通信用の光素子を小型化，かつ多機能
化構成できるのである。
光導波路を形成することによって、光を検出するために
光吸収層中に設けられる不純物領域、ひいては該不純物
領域に接続される電極を各々複数個、InGaAsP光導波路
層を伝搬する光の伝搬方向と直角方向に設けることがで
きるので、分波機能を有する小型の光半導体素子が得ら
れるとともに、InGaAsP光導波路層を通して伝搬される
光を、InGaAs光吸収層により効率良く吸収，検出でき、
また、これらの光導波路層と光吸収層とを、InP基板上
にモノリシックに集積化形成させたので、1.3〜1.5μｍ
の発光波長をもつ発光素子と同一基板上に形成し得て、
この種の長波長光通信用の光素子を小型化，かつ多機能
化構成できるのである。
以下、この発明に係る光半導体素子の各別の実施例に
つき、第１図ないし第３図を参照して詳細に説明する。
つき、第１図ないし第３図を参照して詳細に説明する。
第１図はこの発明の第１実施例による光半導体素子の
概要構成を模式的に示す断面図である。
概要構成を模式的に示す断面図である。
すなわち，この第１実施例による素子構成において、
符号11は半絶縁性InP基板、12はこのInP基板11上に形成
されたInGaAsP光導波路層、13はこの光導波路層12のク
ラッド層となるｎ−InP層、14はこの光導波路層12の端
部に斜面状，もしくは垂直状に形成され、かつこの光導
波路層12の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅のInGaAs光吸
収層、15はこの光吸収層14上のクラッド層となるｎ−In
P層であり、また16はこれらの光吸収層14,n−InP層15内
に形成されるｐ領域、17は表面絶縁膜、18はｎ型電極、
19はｎ型電極、20は入射される光線である。
符号11は半絶縁性InP基板、12はこのInP基板11上に形成
されたInGaAsP光導波路層、13はこの光導波路層12のク
ラッド層となるｎ−InP層、14はこの光導波路層12の端
部に斜面状，もしくは垂直状に形成され、かつこの光導
波路層12の禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅のInGaAs光吸
収層、15はこの光吸収層14上のクラッド層となるｎ−In
P層であり、また16はこれらの光吸収層14,n−InP層15内
に形成されるｐ領域、17は表面絶縁膜、18はｎ型電極、
19はｎ型電極、20は入射される光線である。
しかして、この第１実施例による光半導体素子では、
半絶縁性InP基板11上に、まず、光導波路層12となるInG
aAsP層を結晶成長させ、ついで、この光導波路層12上に
クラッド層となるｎ−InP層13を成長させ、次に、これ
らの各層12,13の一方の端部，こゝでは図の右端部を基
板11の表面一部にかけて、端面が傾斜面となるようにエ
ッチング除去した上で、このエッチング除去部分に、光
吸収層14となる低キャリア濃度のInGaAs層，およびこゝ
でもクラッド層となるｎ−InP層15を順次に再成長さ
せ、続いて、この再成長部分の一部に、Zn（亜鉛）やCd
（カドミウム）を熱拡散させてｐ領域16を形成させ、か
つこのｐ領域16部分と、光導波路層12上のｎ−InP層13
部分とを、それぞれに窓開口部を残して表面絶縁膜17で
覆い、最後にこれらの各窓開口部にｐ型電極18,n型電極
19を形成させ、以上によつて、発光素子と同一のInP基
板11上に、光導波路層12と受光素子としての光吸収層14
とを、モノリシックに集積化形成して完成するのであ
る。
半絶縁性InP基板11上に、まず、光導波路層12となるInG
aAsP層を結晶成長させ、ついで、この光導波路層12上に
クラッド層となるｎ−InP層13を成長させ、次に、これ
らの各層12,13の一方の端部，こゝでは図の右端部を基
板11の表面一部にかけて、端面が傾斜面となるようにエ
ッチング除去した上で、このエッチング除去部分に、光
吸収層14となる低キャリア濃度のInGaAs層，およびこゝ
でもクラッド層となるｎ−InP層15を順次に再成長さ
せ、続いて、この再成長部分の一部に、Zn（亜鉛）やCd
（カドミウム）を熱拡散させてｐ領域16を形成させ、か
つこのｐ領域16部分と、光導波路層12上のｎ−InP層13
部分とを、それぞれに窓開口部を残して表面絶縁膜17で
覆い、最後にこれらの各窓開口部にｐ型電極18,n型電極
19を形成させ、以上によつて、発光素子と同一のInP基
板11上に、光導波路層12と受光素子としての光吸収層14
とを、モノリシックに集積化形成して完成するのであ
る。
従つて、この第１実施例構成においては、ｐ型電極18
にマイナス,n型電極19にプラスの逆バイアス電圧を印加
させることにより、低キャリア濃度のInGaAs層からなる
光吸収層14中に、空乏層が光導波路層12の端部方向に向
つて拡がり、光導波路層12中を伝搬してきた光が、この
光吸収層14の空乏層により吸収，検出され、これを電流
として外部に取出し得るのである。
にマイナス,n型電極19にプラスの逆バイアス電圧を印加
させることにより、低キャリア濃度のInGaAs層からなる
光吸収層14中に、空乏層が光導波路層12の端部方向に向
つて拡がり、光導波路層12中を伝搬してきた光が、この
光吸収層14の空乏層により吸収，検出され、これを電流
として外部に取出し得るのである。
またこゝで、空乏層となるInGaAs光吸収層14の厚さ
が、〜３μｍ程度となるように、このInGaAs層のキャリ
ア濃度，および厚みを設定しておくことにより、90％程
度以上もの高い光吸収効率が得られる。
が、〜３μｍ程度となるように、このInGaAs層のキャリ
ア濃度，および厚みを設定しておくことにより、90％程
度以上もの高い光吸収効率が得られる。
さらに、光導波路部に、例えば回折格子を設けること
により、光分波機能を併せてもつ光半導体素子を構成で
きる。
により、光分波機能を併せてもつ光半導体素子を構成で
きる。
すなわち，このように発光素子と同一の半絶縁性InP
基板上にあつて、光導波路層と受光素子とを一体的，モ
ノリシックに集積化構成させ得ることは、この種の長波
長光通信用光素子の小型化，多機能化を図る上で、極め
て有利な手段であると云える。
基板上にあつて、光導波路層と受光素子とを一体的，モ
ノリシックに集積化構成させ得ることは、この種の長波
長光通信用光素子の小型化，多機能化を図る上で、極め
て有利な手段であると云える。
なお、前記第１実施例においては、InGaAsP光導波路
層12上にクラッド層としてのｎ−InP層13を成長させ、
かつこれらの各層12,13の端部を、半絶縁性InP基板11の
表面一部にかけて、その端面が傾斜面となるようにエッ
チング除去した上で、このエッチング除去部分に、InGa
As光吸収層14を成長させるようにしているが、第２図に
示す第２実施例でのように、InGaAsP光導波路層12を成
長させた上で、同様なエッチングをなし、その後，全面
にクラッド層としてのｎ−InP層13,InGaAs光吸収層14,
クラッド層としてのｎ−InP層15を順次に成長させるよ
うにしても良く、第１実施例と同様な効果が得られる。
層12上にクラッド層としてのｎ−InP層13を成長させ、
かつこれらの各層12,13の端部を、半絶縁性InP基板11の
表面一部にかけて、その端面が傾斜面となるようにエッ
チング除去した上で、このエッチング除去部分に、InGa
As光吸収層14を成長させるようにしているが、第２図に
示す第２実施例でのように、InGaAsP光導波路層12を成
長させた上で、同様なエッチングをなし、その後，全面
にクラッド層としてのｎ−InP層13,InGaAs光吸収層14,
クラッド層としてのｎ−InP層15を順次に成長させるよ
うにしても良く、第１実施例と同様な効果が得られる。
また、前記第1,第２各実施例では、結晶基板として、
半絶縁性InP基板11を使用する場合について述べたが、
第３図に示す第３実施例でのように、ｎ型InP基板11aを
用い、この基板側にｎ型電極19を設け、pn接合を有する
形式に形成させ、逆バイアス電圧を印加させた場合、こ
のpn接合の空乏層が、InGaAsP光導波路層12の端部方向
に向つて延びるようにしても良く、こゝでも第１実施例
と同様な効果が得られる。
半絶縁性InP基板11を使用する場合について述べたが、
第３図に示す第３実施例でのように、ｎ型InP基板11aを
用い、この基板側にｎ型電極19を設け、pn接合を有する
形式に形成させ、逆バイアス電圧を印加させた場合、こ
のpn接合の空乏層が、InGaAsP光導波路層12の端部方向
に向つて延びるようにしても良く、こゝでも第１実施例
と同様な効果が得られる。
さらに、前記各実施例では、InGaAs光吸収層14上にｎ
−InP層15を成長形成させているが、必ずしも形成させ
なくても、受光素子としての機能を充分に果すことがで
きる。
−InP層15を成長形成させているが、必ずしも形成させ
なくても、受光素子としての機能を充分に果すことがで
きる。
以上詳述したように、この発明によるときは、半導体
基板としてInP基板を用い、このInP基板上にあつて、回
折格子を有するInGaAsP光導波路を形成させると共に、I
nGaAsP光導波路層の終端部に、その禁制帯幅よりも小さ
い禁制帯幅のInGaAs光吸収層を、斜面状，もしくは垂直
状に形成させ、かつ少なくともInGaAs光吸収層内に不純
物拡散領域を形成させて、これらの光導波路層と光吸収
層とを、InP基板上にモノリシックに集積化形成したの
で、回折格子を有するInGaAsP光導波路を形成すること
によって、光を検出するために光吸収層中に設けられる
不純物領域、ひいては該不純物領域に接続される電極を
各々複数個、InGaAsP光導波路層を伝搬する光の伝搬方
向と直角方向に設けることができるので、分波機能を有
する小型の光半導体素子が得られるとともに、InGaAsP
光導波路層を通して伝搬される光を、InGaAs光吸収層に
より効率良く吸収，検出でき、また、例えば1.3〜1.5μ
ｍの発光波長をもつ光源，つまり一般的にはInP基板上
に形成される半導体レーザとか発光ダイオードなどの発
光素子と共々に、同一基板上に高密度に一体化形成可能
となり、この種の長波長光通信用の光素子を小型化，か
つ多機能化構成できるなどの優れた特長を有するもので
ある。
基板としてInP基板を用い、このInP基板上にあつて、回
折格子を有するInGaAsP光導波路を形成させると共に、I
nGaAsP光導波路層の終端部に、その禁制帯幅よりも小さ
い禁制帯幅のInGaAs光吸収層を、斜面状，もしくは垂直
状に形成させ、かつ少なくともInGaAs光吸収層内に不純
物拡散領域を形成させて、これらの光導波路層と光吸収
層とを、InP基板上にモノリシックに集積化形成したの
で、回折格子を有するInGaAsP光導波路を形成すること
によって、光を検出するために光吸収層中に設けられる
不純物領域、ひいては該不純物領域に接続される電極を
各々複数個、InGaAsP光導波路層を伝搬する光の伝搬方
向と直角方向に設けることができるので、分波機能を有
する小型の光半導体素子が得られるとともに、InGaAsP
光導波路層を通して伝搬される光を、InGaAs光吸収層に
より効率良く吸収，検出でき、また、例えば1.3〜1.5μ
ｍの発光波長をもつ光源，つまり一般的にはInP基板上
に形成される半導体レーザとか発光ダイオードなどの発
光素子と共々に、同一基板上に高密度に一体化形成可能
となり、この種の長波長光通信用の光素子を小型化，か
つ多機能化構成できるなどの優れた特長を有するもので
ある。
第１図ないし第３図はこの発明に係る光半導体素子の各
別の実施例による概要構成を模式的に示すそれぞれ断面
図であり、また第４図は同上従来例による光半導体素子
の概要構成を模式的に示す断面図である。 11……半絶縁性InP基板、11a……ｎ型InP基板、12……I
nGaAsP光導波路層、13……ｎ−InP層（クラッド層）、1
4……InGaAs光吸収層、15……ｎ−InP層（クラッド
層）、16……ｐ領域、17……表面絶縁膜、18……ｐ型電
極、19……ｎ型電極、20……入射される光線。
別の実施例による概要構成を模式的に示すそれぞれ断面
図であり、また第４図は同上従来例による光半導体素子
の概要構成を模式的に示す断面図である。 11……半絶縁性InP基板、11a……ｎ型InP基板、12……I
nGaAsP光導波路層、13……ｎ−InP層（クラッド層）、1
4……InGaAs光吸収層、15……ｎ−InP層（クラッド
層）、16……ｐ領域、17……表面絶縁膜、18……ｐ型電
極、19……ｎ型電極、20……入射される光線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 博司 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者 阿部 雄次 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−4986（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上にあって、それぞれに半導体
層からなる光導波路層、および受光部としての光吸収層
を形成した光半導体素子において、前記半導体基板とし
てInP基板を用い、このInP基板上には、回折格子を有す
るInGaAsP光導波路層を形成させると共に、このInGaAsP
光導波路層の終端部に、同光導波路層の禁制帯幅よりも
小さい禁制帯幅のInGaAs光吸収層を、斜面状、もしくは
垂直状に形成させ、かつ少なくともInGaAs吸収層内に不
純物拡散領域を形成させて、これらの光導波路層と光吸
収層とを、InP基板上にモノリシックに集積化形成した
ことを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項２】InP基板上のInGaAs光吸収層が、pn接合を
有して形成され、逆バイアス電圧印加時に、同pn接合の
空乏層が、InGaAsP光導波路層の端部に向かって延びる
ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61158527A JP2633234B2 (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61158527A JP2633234B2 (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 光半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6314470A JPS6314470A (ja) | 1988-01-21 |
| JP2633234B2 true JP2633234B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=15673681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61158527A Expired - Fee Related JP2633234B2 (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2633234B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04211209A (ja) * | 1990-03-07 | 1992-08-03 | Toshiba Corp | 集積化光半導体素子 |
| JPH1022520A (ja) | 1996-06-28 | 1998-01-23 | Nec Corp | 半導体受光素子及びその製造方法 |
| JP3386011B2 (ja) * | 1999-07-15 | 2003-03-10 | 住友電気工業株式会社 | 半導体受光素子 |
| JP2003152216A (ja) * | 2001-11-16 | 2003-05-23 | Anritsu Corp | 半導体受光素子 |
| WO2006091741A2 (en) * | 2005-02-23 | 2006-08-31 | Georgia Tech Research Corporation | Edge viewing photodetector |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS584986A (ja) * | 1981-07-01 | 1983-01-12 | Nec Corp | 分波光検出器 |
-
1986
- 1986-07-04 JP JP61158527A patent/JP2633234B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6314470A (ja) | 1988-01-21 |
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