JP2711049B2 - 半導体導波路型光検出器およびその製造方法 - Google Patents
半導体導波路型光検出器およびその製造方法Info
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- JP2711049B2 JP2711049B2 JP4178066A JP17806692A JP2711049B2 JP 2711049 B2 JP2711049 B2 JP 2711049B2 JP 4178066 A JP4178066 A JP 4178066A JP 17806692 A JP17806692 A JP 17806692A JP 2711049 B2 JP2711049 B2 JP 2711049B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には半導体光導
波路内にｐｎ接合を設けて形成した半導体導波路型光検
出器に関し、さらに具体的には光入射部に設けられた無
反射膜に起因する暗電流を低減しうる構造に特徴を有す
る半導体導波路型光検出器およびその製造方法に関する
ものである。
波路内にｐｎ接合を設けて形成した半導体導波路型光検
出器に関し、さらに具体的には光入射部に設けられた無
反射膜に起因する暗電流を低減しうる構造に特徴を有す
る半導体導波路型光検出器およびその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な半導体導波路型光検出器
の一例を図３に示す。同図に示すように従来の半導体導
波路型光検出器１０は信号光波長が1.５５μｍの場合を
例にとると、信号光１１を吸収するＩｎＰ系材料からな
るコア層（図３の場合はＩｎＧａＡｓ）１２の上下に信
号光１１を吸収しないＩｎＰ系材料からなる上部および
下部クラッド層（図３の場合はＩｎＰ層）１３，１４を
積層して形成されている（J.E.Bowers他、"Ultrawide-b
and long-wavelength p-i-n photoditectors",Journal
of Lightwave Technology 、５巻、１３３９頁、１９８
７年）。また、上部クラッド層１３の表面にはｐ型オー
ミック電極１５が下部クラッド層１４の表面にはｎ型オ
ーミック電極１４が各々形成されている。
の一例を図３に示す。同図に示すように従来の半導体導
波路型光検出器１０は信号光波長が1.５５μｍの場合を
例にとると、信号光１１を吸収するＩｎＰ系材料からな
るコア層（図３の場合はＩｎＧａＡｓ）１２の上下に信
号光１１を吸収しないＩｎＰ系材料からなる上部および
下部クラッド層（図３の場合はＩｎＰ層）１３，１４を
積層して形成されている（J.E.Bowers他、"Ultrawide-b
and long-wavelength p-i-n photoditectors",Journal
of Lightwave Technology 、５巻、１３３９頁、１９８
７年）。また、上部クラッド層１３の表面にはｐ型オー
ミック電極１５が下部クラッド層１４の表面にはｎ型オ
ーミック電極１４が各々形成されている。
【０００３】ここで上部クラッド層１３はｐ型、下部ク
ラッド層１４はｎ型とされており、またコア層１２はノ
ンドープであり実際には低濃度のｎ型となっている。こ
の半導体導波路型光検出器においては導電層である上部
クラッド層１３と下部クラッド層１４との間に逆バイア
ス電圧を印加して、ノンドープのコア層１２内に空乏層
にかかる高電界を利用して、半導体導波路型光検出器内
をコア層１２に沿って伝搬する信号光１１を光電変換す
るものである。尚、図中１８はｐｎ接合界面を示す。
ラッド層１４はｎ型とされており、またコア層１２はノ
ンドープであり実際には低濃度のｎ型となっている。こ
の半導体導波路型光検出器においては導電層である上部
クラッド層１３と下部クラッド層１４との間に逆バイア
ス電圧を印加して、ノンドープのコア層１２内に空乏層
にかかる高電界を利用して、半導体導波路型光検出器内
をコア層１２に沿って伝搬する信号光１１を光電変換す
るものである。尚、図中１８はｐｎ接合界面を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで信号光１１を
半導体導波路型光検出器１０の端面から入射する際、空
気の屈折率と半導体導波路型光検出器１０の屈折率との
違いから、信号光強度の約３０％は端面反射により失わ
れる。そこで、従来から端面反射を制御するために端面
に誘電体無反射膜１７を用いる方法が行なわれてきた。
しかしこの誘電体無反射膜１７は、図３の例にみられる
ようにこれをｐｎ接合界面１８に接して形成する際、当
該ｐｎ接合界面１８の電気的特性を劣化させ、その結果
半導体導波路型光検出器１０の暗電流が増加するという
問題があった。
半導体導波路型光検出器１０の端面から入射する際、空
気の屈折率と半導体導波路型光検出器１０の屈折率との
違いから、信号光強度の約３０％は端面反射により失わ
れる。そこで、従来から端面反射を制御するために端面
に誘電体無反射膜１７を用いる方法が行なわれてきた。
しかしこの誘電体無反射膜１７は、図３の例にみられる
ようにこれをｐｎ接合界面１８に接して形成する際、当
該ｐｎ接合界面１８の電気的特性を劣化させ、その結果
半導体導波路型光検出器１０の暗電流が増加するという
問題があった。
【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、低暗電流な半導体導波路型光検出器およびその製造
方法を提供することを目的とする。
し、低暗電流な半導体導波路型光検出器およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る半導体導波路型光検出器の構成は、下部クラッ
ド層にコア層及び上部クラッド層を順次積層してなり、
ｐｎ接合を有する半導体導波路型光検出器において、少
くとも上部クラッド層及びコア層の導波方向の一端面が
鉛直方向から内側へ略４５度傾斜した逆メサ状側面の光
入力端となっており、この上方の上部クラッド層上に無
反射膜を形成し、逆メサ状側面を有する上記無反射膜を
介して導波路型光検出器の上面から入射された信号光
を、上記逆メサ状の側面によって当該導波路型光検出器
の導波方向に反射することを特徴とする。
明に係る半導体導波路型光検出器の構成は、下部クラッ
ド層にコア層及び上部クラッド層を順次積層してなり、
ｐｎ接合を有する半導体導波路型光検出器において、少
くとも上部クラッド層及びコア層の導波方向の一端面が
鉛直方向から内側へ略４５度傾斜した逆メサ状側面の光
入力端となっており、この上方の上部クラッド層上に無
反射膜を形成し、逆メサ状側面を有する上記無反射膜を
介して導波路型光検出器の上面から入射された信号光
を、上記逆メサ状の側面によって当該導波路型光検出器
の導波方向に反射することを特徴とする。
【０００７】また、一方の本発明に係る半導体導波路型
光検出器の製造方法は、１）半導体基板上に導波路型光
検出器層を積層する工程と、２）該導波路型光検出器層
上に導波路型光検出器と同形の無反射膜を形成し、次い
で、該無反射膜をマスクとして半導体基板上方から飛来
するエッチングビームにより該導波路型光検出器層、あ
るいは該導波路型光検出器層と半導体基板の一部とをエ
ッチングして、鉛直方向から内側へ略４５度傾斜した逆
メサ状側面を有する光入力端部を形成する工程と、３）
該無反射膜のうち前記逆メサ状側面の上部以外の部分を
除去する工程とを含むことを特徴とする。
光検出器の製造方法は、１）半導体基板上に導波路型光
検出器層を積層する工程と、２）該導波路型光検出器層
上に導波路型光検出器と同形の無反射膜を形成し、次い
で、該無反射膜をマスクとして半導体基板上方から飛来
するエッチングビームにより該導波路型光検出器層、あ
るいは該導波路型光検出器層と半導体基板の一部とをエ
ッチングして、鉛直方向から内側へ略４５度傾斜した逆
メサ状側面を有する光入力端部を形成する工程と、３）
該無反射膜のうち前記逆メサ状側面の上部以外の部分を
除去する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
【作用】前記構成において、信号光を半導体導波路型光
検出器の上面に形成された無反射膜を通して入射し、逆
メサ状に加工された逆メサ状側面を有する光入力端部で
反射させて光検出器の導波方向に導くことにより、従来
の、半導体導波路型光検出器の端部に形成された無反射
膜を通して信号光を入射する半導体導波路型光検出器と
比べて、暗電流が少なく、その結果、高感度な半導体導
波路型光検出器が実現可能となる。
検出器の上面に形成された無反射膜を通して入射し、逆
メサ状に加工された逆メサ状側面を有する光入力端部で
反射させて光検出器の導波方向に導くことにより、従来
の、半導体導波路型光検出器の端部に形成された無反射
膜を通して信号光を入射する半導体導波路型光検出器と
比べて、暗電流が少なく、その結果、高感度な半導体導
波路型光検出器が実現可能となる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１０】図１は、本実施例に係る半導体導波路型光
検出器の概略図を示す。同図に示すように、本実施例に
係る半導体導波路型光検出器（以下「光検出器」とい
う。）２０は、信号光１１を吸収するＩｎＰ系材料から
なるコア層（ノンドープＩｎＧａＡｓ層）１２の上下に
信号光１１を吸収しないＩｎＰ系材料からなる上部クラ
ッド層（ｐ型ＩｎＰ層）１３及び下部クラッド層（ｎ型
ＩｎＰ層）１４が形成されており、導波路としてみれ
ば、ｐ型ＩｎＰ層が上部クラッド層、ノンドープＩｎＧ
ａＡｓ層がコア層、ｎ型ＩｎＰ基板が下部クラッド層で
あり、また光検出器としてみればノンドープＩｎＧａＡ
ｓ層を光電変換層とするｐｉｎフォトダイオードの構成
となっている。尚、図中１８はｐｎ接合界面を図示す
る。
検出器の概略図を示す。同図に示すように、本実施例に
係る半導体導波路型光検出器（以下「光検出器」とい
う。）２０は、信号光１１を吸収するＩｎＰ系材料から
なるコア層（ノンドープＩｎＧａＡｓ層）１２の上下に
信号光１１を吸収しないＩｎＰ系材料からなる上部クラ
ッド層（ｐ型ＩｎＰ層）１３及び下部クラッド層（ｎ型
ＩｎＰ層）１４が形成されており、導波路としてみれ
ば、ｐ型ＩｎＰ層が上部クラッド層、ノンドープＩｎＧ
ａＡｓ層がコア層、ｎ型ＩｎＰ基板が下部クラッド層で
あり、また光検出器としてみればノンドープＩｎＧａＡ
ｓ層を光電変換層とするｐｉｎフォトダイオードの構成
となっている。尚、図中１８はｐｎ接合界面を図示す
る。
【００１１】また、上記検出器２０上の一部分には誘電
体無反射膜２１が積層されていると共に、この誘電体無
反射膜２１の縁から鉛直方向下方に向って略４５°の角
度の側面を有すると共に下部クラッド層１４まで達し、
かつ、当該下部クラッド層１４を臨むようにエッチング
された逆メサ状側面２２が形成されている。
体無反射膜２１が積層されていると共に、この誘電体無
反射膜２１の縁から鉛直方向下方に向って略４５°の角
度の側面を有すると共に下部クラッド層１４まで達し、
かつ、当該下部クラッド層１４を臨むようにエッチング
された逆メサ状側面２２が形成されている。
【００１２】この半導体導波路型光検出器の一製造例を
以下に示す。
以下に示す。
【００１３】１）図２（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ
基板（下部クラッド層）１４上に厚さ１μｍのノンドー
プＩｎＧａＡｓ層（コア層）１２、厚さ0.５μｍのｐ型
ＩｎＰ層（上部クラッド層）１３をこの順に順次エピタ
キシャル成長し、半導体導波路型光検出器層を形成す
る。
基板（下部クラッド層）１４上に厚さ１μｍのノンドー
プＩｎＧａＡｓ層（コア層）１２、厚さ0.５μｍのｐ型
ＩｎＰ層（上部クラッド層）１３をこの順に順次エピタ
キシャル成長し、半導体導波路型光検出器層を形成す
る。
【００１４】２）図２（ｂ）に示すように、半導体導波
路型光検出器層上にストライプ状のＳｉＯ2 からなる無
反射膜２１を形成する。その後、この無反射膜２１をマ
スクとしてハロゲン系ＲＩＢＥ法を用いて半導体導波路
型光検出器層と半導体基板の一部をエッチングする。こ
のときＲＩＢＥ法による入射ビームの飛来方向に対して
ＩｎＰ基板（下部クラッド層）１４を４５度傾ける。そ
の結果、半導体導波路型光検出器端部（図中左端部）は
４５度の逆メサ状に形成される。一方、他端部（図中右
端部）は順メサ状にエッチングされる。尚、基板を傾む
ける代わりに、エッチングビームの飛来角度を略４５度
とし、エッチングにより逆メサ状側面２２を形成するよ
うにしてもよい。
路型光検出器層上にストライプ状のＳｉＯ2 からなる無
反射膜２１を形成する。その後、この無反射膜２１をマ
スクとしてハロゲン系ＲＩＢＥ法を用いて半導体導波路
型光検出器層と半導体基板の一部をエッチングする。こ
のときＲＩＢＥ法による入射ビームの飛来方向に対して
ＩｎＰ基板（下部クラッド層）１４を４５度傾ける。そ
の結果、半導体導波路型光検出器端部（図中左端部）は
４５度の逆メサ状に形成される。一方、他端部（図中右
端部）は順メサ状にエッチングされる。尚、基板を傾む
ける代わりに、エッチングビームの飛来角度を略４５度
とし、エッチングにより逆メサ状側面２２を形成するよ
うにしてもよい。
【００１５】３）次に、図２（ｃ）に示すように、逆メ
サ状端部付近以外の部分の無反射膜２１をエッチングに
より除去する。
サ状端部付近以外の部分の無反射膜２１をエッチングに
より除去する。
【００１６】４）図２（ｄ）に示すように、ＩｎＰ基板
（下部クラッド層）１４裏面側にｎ型オーミック電極１
６、ｐ型ＩｎＰ層（上部クラッド層）１３上面の無反射
膜２１を除去した部分にｐ型オーミック電極１５を形成
し、光検出器２０を得る。
（下部クラッド層）１４裏面側にｎ型オーミック電極１
６、ｐ型ＩｎＰ層（上部クラッド層）１３上面の無反射
膜２１を除去した部分にｐ型オーミック電極１５を形成
し、光検出器２０を得る。
【００１７】ここで逆メサ状側面２２とは、当該逆メサ
状側面２２が下部クラッド層（ｎ型ＩｎＰ層）１４を臨
むようにエッチングビームによりエッチングされてでき
る側面をいい、当該側面が反射ミラーとなって入力され
た信号光１１をコア層（ノンドープＩｎＧａＡｓ層）１
２中を該コア層１２に沿った方向に反射させる機能を有
するものをいう。
状側面２２が下部クラッド層（ｎ型ＩｎＰ層）１４を臨
むようにエッチングビームによりエッチングされてでき
る側面をいい、当該側面が反射ミラーとなって入力され
た信号光１１をコア層（ノンドープＩｎＧａＡｓ層）１
２中を該コア層１２に沿った方向に反射させる機能を有
するものをいう。
【００１８】また、本実施例では上記逆メサ状側面２２
は、鉛直方向から内側へ略４５度（半導体層積層面から
略１３５度）傾斜を有するよう、エッチングによって形
成したが、必ずしも略４５度に限定されるものではな
く、略４５度以上又は４５度以下になった場合でも、逆
メサ状側面２２の傾斜に対応して入力信号１１の入力角
を適宜設定することで、コア層１２中を該コア層１２に
沿って導入し、導波できるようにすればよい。
は、鉛直方向から内側へ略４５度（半導体層積層面から
略１３５度）傾斜を有するよう、エッチングによって形
成したが、必ずしも略４５度に限定されるものではな
く、略４５度以上又は４５度以下になった場合でも、逆
メサ状側面２２の傾斜に対応して入力信号１１の入力角
を適宜設定することで、コア層１２中を該コア層１２に
沿って導入し、導波できるようにすればよい。
【００１９】上記得られた半導体導波路型光検出器２０
において、光検出器上面に形成された無反射膜２１を通
過してきた信号光１１は、光検出器端部の逆メサ状側面
２２で光検出器２０のコア層１２に沿った方向に反射さ
れる。ここで逆メサ状側面２２での反射損失は３％程度
と小さい。この無反射膜２１は光検出器２０のｐｎ接合
に接していないので暗電流は増加しない。実際、本手法
で製作した半導体導波路型光検出器の暗電流はｌｎＡで
あり、従来のものと比べて約１００分の１にまで減少し
た。
において、光検出器上面に形成された無反射膜２１を通
過してきた信号光１１は、光検出器端部の逆メサ状側面
２２で光検出器２０のコア層１２に沿った方向に反射さ
れる。ここで逆メサ状側面２２での反射損失は３％程度
と小さい。この無反射膜２１は光検出器２０のｐｎ接合
に接していないので暗電流は増加しない。実際、本手法
で製作した半導体導波路型光検出器の暗電流はｌｎＡで
あり、従来のものと比べて約１００分の１にまで減少し
た。
【００２０】また、半導体導波路型光検出器は、その逆
メサ状側面の光入力端部をエッチングで形成するため、
半導体導波路型光検出器を必ずしも従来のように半導体
基板の周囲に配置する必要がない。したがって半導体基
板上の任意の位置にできるため、他の素子との集積化に
適している。
メサ状側面の光入力端部をエッチングで形成するため、
半導体導波路型光検出器を必ずしも従来のように半導体
基板の周囲に配置する必要がない。したがって半導体基
板上の任意の位置にできるため、他の素子との集積化に
適している。
【００２１】本実施例においては、半導体導波路型光検
出器を高分子物質で埋め込まれない例を示したが、半導
体導波路型光検出器の周囲のうち少なくとも逆メサ側面
を例えばポリイミド，レジストなどの高分子物質で埋め
込んでも設計自由度の高い高感度の検出器が実現でき、
同様の効果が期待できる。
出器を高分子物質で埋め込まれない例を示したが、半導
体導波路型光検出器の周囲のうち少なくとも逆メサ側面
を例えばポリイミド，レジストなどの高分子物質で埋め
込んでも設計自由度の高い高感度の検出器が実現でき、
同様の効果が期待できる。
【００２２】本実施例においては、ｎ型基板を用いた例
を示したが、半絶縁性基板を用いても本実施例と同様の
効果が期待できる。この場合にはｎ型ＩｎＰ層をコア層
下部に挿入し、このｎ型ＩｎＰ層上にｎ型オーミック電
極を形成すればよい。
を示したが、半絶縁性基板を用いても本実施例と同様の
効果が期待できる。この場合にはｎ型ＩｎＰ層をコア層
下部に挿入し、このｎ型ＩｎＰ層上にｎ型オーミック電
極を形成すればよい。
【００２３】また本実施例においては、半導体材料とし
てＩｎＰ基板と格子整合する材料を用いた例を示した
が、これらの一部または全部をＩｎＰと格子整合しない
材料としても同様の効果が期待できる。また、信号光波
長が1.５５μｍの場合についての例を示したが、材料を
適当に選ぶことにより波長1.５５μｍ以外の信号光に対
して本実施例と同様の効果がある半導体導波路型光検出
器が実現できる。さらに本構造を半導体レーザあるいは
半導体光変調器などの他の光素子に適用することも可能
である。
てＩｎＰ基板と格子整合する材料を用いた例を示した
が、これらの一部または全部をＩｎＰと格子整合しない
材料としても同様の効果が期待できる。また、信号光波
長が1.５５μｍの場合についての例を示したが、材料を
適当に選ぶことにより波長1.５５μｍ以外の信号光に対
して本実施例と同様の効果がある半導体導波路型光検出
器が実現できる。さらに本構造を半導体レーザあるいは
半導体光変調器などの他の光素子に適用することも可能
である。
【００２４】尚、本実施例においては無反射膜２１とし
てＳｉＯ2 の誘電体単層膜を用いたが、他にＰｉＯ2 の
単層膜又はＳｉＯ2 とＰｉＯ2 との多層膜を適宜用いて
もよい。さらに誘電体無反射膜に限らず半導体無反射膜
等の他の無反射膜を用いてもよい。
てＳｉＯ2 の誘電体単層膜を用いたが、他にＰｉＯ2 の
単層膜又はＳｉＯ2 とＰｉＯ2 との多層膜を適宜用いて
もよい。さらに誘電体無反射膜に限らず半導体無反射膜
等の他の無反射膜を用いてもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば上
方から入射された信号光を光検出器の導波方向に反射し
うる構造を有する半導体導波路型光検出器の上面に誘電
体無反射膜形成することによって、ｐｎ接合特性の劣化
を回避し、低暗電流な、すなわち高感度な半導体導波路
型光検出器を実現できるという利点がある。
方から入射された信号光を光検出器の導波方向に反射し
うる構造を有する半導体導波路型光検出器の上面に誘電
体無反射膜形成することによって、ｐｎ接合特性の劣化
を回避し、低暗電流な、すなわち高感度な半導体導波路
型光検出器を実現できるという利点がある。
【図１】本実施例に係る半導体導波路型光検出器の概略
図である。
図である。
【図２】その製造工程概略図である。
【図３】従来の半導体導波路型光検出器の概略図であ
る。
る。
１０，２０ 半導体導波路型光検出器 １１ 信号光 １２ コア層 １３ 上部クラッド層 １４ 下部クラッド層 １５ ｐ型オーミック電極 １６ ｎ型オーミック電極 １７，２１ 無反射膜 ２２ 逆メサ状側面
Claims (3)
- 【請求項１】 下部クラッド層にコア層及び上部クラッ
ド層を順次積層してなり、ｐｎ接合を有する半導体導波
路型光検出器において、少くとも上部クラッド層及びコ
ア層の導波方向の一端面が鉛直方向から内側へ略４５度
傾斜した逆メサ状側面の光入力端となっており、この上
方の上部クラッド層上に無反射膜を形成し、逆メサ状側
面を有する上記無反射膜を介して導波路型光検出器の上
面から入射された信号光を、上記逆メサ状の側面によっ
て当該導波路型光検出器の導波方向に反射することを特
徴とする半導体導波路型光検出器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体導波路型光検出
器において、 半導体導波路型光検出器の周囲のうちの少なくとも逆メ
サ状側面の光入力端部が高分子物質で埋め込まれている
ことを特徴とする半導体導波路型光検出器。 - 【請求項３】 １）半導体基板上に導波路型光検出器層
を積層する工程と、 ２）該導波路型光検出器層上に導波路型光検出器と同形
の無反射膜を形成し、次いで、該無反射膜をマスクとし
て半導体基板上方から飛来するエッチングビームにより
該導波路型光検出器層、あるいは該導波路型光検出器層
と半導体基板の一部とをエッチングして、鉛直方向から
内側へ略４５度傾斜した逆メサ状側面を有する入力端部
を形成する工程と、 ３）該誘電体無反射膜のうち前記逆メサ状側面の上部以
外の部分を除去する工程とを含むことを特徴とする半導
体導波路型光検出器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4178066A JP2711049B2 (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 半導体導波路型光検出器およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4178066A JP2711049B2 (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 半導体導波路型光検出器およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621505A JPH0621505A (ja) | 1994-01-28 |
| JP2711049B2 true JP2711049B2 (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=16042023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4178066A Expired - Fee Related JP2711049B2 (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 半導体導波路型光検出器およびその製造方法 |
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