JP2819680B2 - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JP2819680B2 JP2819680B2 JP1260444A JP26044489A JP2819680B2 JP 2819680 B2 JP2819680 B2 JP 2819680B2 JP 1260444 A JP1260444 A JP 1260444A JP 26044489 A JP26044489 A JP 26044489A JP 2819680 B2 JP2819680 B2 JP 2819680B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信や光情報処理等に於て用いられる半導
体受光素子に関する。
体受光素子に関する。
化合物半導体受光素子は光通信や光情報処理用の高感
度受光器として実用化され、なかでも大容量長距離光通
信用の波長1.55μｍに対する半導体受光素子の材料とし
てInGaAsが広く使われている。このInGaAsを使ったPIN
ホトダイオードの超高速応答を実現するためには、素子
のpn接合容量をできるだけ小さくしてやること、及びキ
ャリア走行時間を短縮するために光吸収層を薄くするこ
とが必要となる。しかし接合容量を小さくするために受
光径を小さくすると光の結合が困難になる。また光吸収
層を薄くすることによって応答速度は上がるが量子効率
が下がる等のトレードオフ関係にある。そこで第２図
（ａ），（ｂ）に示す様な端面入射型の受光素子が考え
られている。
度受光器として実用化され、なかでも大容量長距離光通
信用の波長1.55μｍに対する半導体受光素子の材料とし
てInGaAsが広く使われている。このInGaAsを使ったPIN
ホトダイオードの超高速応答を実現するためには、素子
のpn接合容量をできるだけ小さくしてやること、及びキ
ャリア走行時間を短縮するために光吸収層を薄くするこ
とが必要となる。しかし接合容量を小さくするために受
光径を小さくすると光の結合が困難になる。また光吸収
層を薄くすることによって応答速度は上がるが量子効率
が下がる等のトレードオフ関係にある。そこで第２図
（ａ），（ｂ）に示す様な端面入射型の受光素子が考え
られている。
上述した従来例ではストライプ状に形成された光吸収
層４の上下にｎ−InP層15,p−InP層10を持つ構想となっ
ている。電極12,13を介して光吸収層の上下方向に逆バ
イアスを印加し、光吸収層内を空乏化した状態で端面か
ら入射した光は、光吸収層内で吸収され、電子−正孔対
が発生し、空乏層を通して外部回路へと流れる。このと
き光吸収層を薄膜化することで、短走行時間特性が得ら
れる。また、ストライプ方向にそってすべて吸収される
ため量子効率を下げることなく、かつ、拡散成分による
応答の遅れを生じることもない。ただし、この様な構造
には光ファイバーとの接合が困難であり、そのため、あ
まり光吸収層のストライプを小さくできないという欠点
がある。
層４の上下にｎ−InP層15,p−InP層10を持つ構想となっ
ている。電極12,13を介して光吸収層の上下方向に逆バ
イアスを印加し、光吸収層内を空乏化した状態で端面か
ら入射した光は、光吸収層内で吸収され、電子−正孔対
が発生し、空乏層を通して外部回路へと流れる。このと
き光吸収層を薄膜化することで、短走行時間特性が得ら
れる。また、ストライプ方向にそってすべて吸収される
ため量子効率を下げることなく、かつ、拡散成分による
応答の遅れを生じることもない。ただし、この様な構造
には光ファイバーとの接合が困難であり、そのため、あ
まり光吸収層のストライプを小さくできないという欠点
がある。
本発明の受光素子は横方向にpn接合を持つストライプ
状の光吸収層と、それに接続し、接続面では光吸収層と
一致する断面形状をしており、且つ、接続面から離れる
に従い幅及び厚さが大となる構造の光導波路を半導体基
板上に備え、前記光導波路表面に回折格子を形成した受
光部を有している。
状の光吸収層と、それに接続し、接続面では光吸収層と
一致する断面形状をしており、且つ、接続面から離れる
に従い幅及び厚さが大となる構造の光導波路を半導体基
板上に備え、前記光導波路表面に回折格子を形成した受
光部を有している。
本発明は上述した回折格子と光導波路を用いることに
より表面入射が行え、入射した光を絞ることができるた
め光吸収層を薄膜化することができ、光ファイバーとの
結合も容易である。
より表面入射が行え、入射した光を絞ることができるた
め光吸収層を薄膜化することができ、光ファイバーとの
結合も容易である。
以下、本発明の実施例について第１図を参照して説明
する。半絶縁性（Ｓ・Ｉと呼ぶことにする）InP基板１
上にＳ・Ｉ−Inpバッファ層２、Ｓ・Ｉ−InGaAsP層３、
ｎ−InGaAs光吸収層４を順次成長を行なった後、ｎ−In
GaAs光吸収層４に選択エッチングを施し、ストライプ状
の特定領域を残して除去する。その上にｎ−InP層5,6を
各々選択成長し、第１図（ａ），（ｂ）に示す様に導波
路部分はストライプ状の光吸収層４の延長線上に放射状
になる様にｎ−InPを残してエッチングを行なった後、
イオンビームによって光吸収層４と接する部分が同じ厚
さとなる様にしてテーパー状にエッチングを行い導波路
６を形成する。この導波路６の厚い方の表面を受光部
（光結合部）として回折格子７を形成する。また光吸収
層４が存在するフォトダイオード部はストライプ状の光
吸収層４を埋め込む様にして選択成長した前記InP層５
の光吸収層４上のInP領域のみストライプ状に光吸収層
４までエッチングして光吸収層４をはさんで２つのInP
層に分離した後、一方を選択的にZn拡散によりｐ転させ
ｐ−InP10とし、その後、先程の光吸収層４上をストラ
イプ状にエッチングした部分を半絶縁性InP層11で埋め
込んで第１図（ｄ）に示した構造を得る。以上の様にし
て成長したエピタキシャル層上を第１図（ｃ）に示すよ
うに、SiNx膜９で表面保護を行ない、受光部回折格子７
を除く導波路６をAuで覆い反射膜８で形成する。またｐ
側InP10,n側InP5上にそれぞれ電極12,13を設ける。
する。半絶縁性（Ｓ・Ｉと呼ぶことにする）InP基板１
上にＳ・Ｉ−Inpバッファ層２、Ｓ・Ｉ−InGaAsP層３、
ｎ−InGaAs光吸収層４を順次成長を行なった後、ｎ−In
GaAs光吸収層４に選択エッチングを施し、ストライプ状
の特定領域を残して除去する。その上にｎ−InP層5,6を
各々選択成長し、第１図（ａ），（ｂ）に示す様に導波
路部分はストライプ状の光吸収層４の延長線上に放射状
になる様にｎ−InPを残してエッチングを行なった後、
イオンビームによって光吸収層４と接する部分が同じ厚
さとなる様にしてテーパー状にエッチングを行い導波路
６を形成する。この導波路６の厚い方の表面を受光部
（光結合部）として回折格子７を形成する。また光吸収
層４が存在するフォトダイオード部はストライプ状の光
吸収層４を埋め込む様にして選択成長した前記InP層５
の光吸収層４上のInP領域のみストライプ状に光吸収層
４までエッチングして光吸収層４をはさんで２つのInP
層に分離した後、一方を選択的にZn拡散によりｐ転させ
ｐ−InP10とし、その後、先程の光吸収層４上をストラ
イプ状にエッチングした部分を半絶縁性InP層11で埋め
込んで第１図（ｄ）に示した構造を得る。以上の様にし
て成長したエピタキシャル層上を第１図（ｃ）に示すよ
うに、SiNx膜９で表面保護を行ない、受光部回折格子７
を除く導波路６をAuで覆い反射膜８で形成する。またｐ
側InP10,n側InP5上にそれぞれ電極12,13を設ける。
この様にして作製した導波路型受光素子では上方から
入射した光が受光部の回折格子７によって回折された導
波路を囲む反射膜８とInGaAsP層３によって臨界角で反
射されながら絞り込まれて光吸収層４に入射する。横方
向にpn接合を持つ光吸収層４はそのストライプ幅を２μ
ｍとすることによりキャリアの走行時間による応答の遅
れを生じることなく外部回路へと流れる。またストライ
プ状の光吸収層４に入射した光は、ストライプの長さ
（例えば20μｍ）方向で完全に吸収されキャリアとなる
ため量子効率の低下を生じることもない。
入射した光が受光部の回折格子７によって回折された導
波路を囲む反射膜８とInGaAsP層３によって臨界角で反
射されながら絞り込まれて光吸収層４に入射する。横方
向にpn接合を持つ光吸収層４はそのストライプ幅を２μ
ｍとすることによりキャリアの走行時間による応答の遅
れを生じることなく外部回路へと流れる。またストライ
プ状の光吸収層４に入射した光は、ストライプの長さ
（例えば20μｍ）方向で完全に吸収されキャリアとなる
ため量子効率の低下を生じることもない。
以上説明した様に本発明は、受光部に回折格子を持つ
導波路とストライプ状の光吸収層と光吸収層の横方向に
形成したpn接合により、垂直入射した光をストライプ状
の光吸収層に導びくことができ、光吸収層のストライプ
幅を小さくすることによって高速応答が可能となりかつ
ストライプの長さ方向ですべての光を吸収することがで
きるため高い量子効率が得られる。また面入射型となる
ため、光ファイバーとの結合効率も良い。
導波路とストライプ状の光吸収層と光吸収層の横方向に
形成したpn接合により、垂直入射した光をストライプ状
の光吸収層に導びくことができ、光吸収層のストライプ
幅を小さくすることによって高速応答が可能となりかつ
ストライプの長さ方向ですべての光を吸収することがで
きるため高い量子効率が得られる。また面入射型となる
ため、光ファイバーとの結合効率も良い。
第１図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の導波
路型受光素子で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）は導波路部（（ｂ）のＡ−Ａ′部）の横断面図、
（ｄ）は受光素子部（（ｂ）のＢ−Ｂ′部）の横断面
図、第２図（ａ），（ｂ）は従来例で、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図である。 １……Ｓ・Ｉ−InP基板、２……Ｓ・Ｉ−InPバッファ
層、３……Ｓ・Ｉ−InGaAsP層、４……ｎ−InGaAs光吸
収層、５……ｎ−InP層、６……InP導波路、７……回折
格子、８……Au反射膜、９……SiNx膜、10……ｐ−InP
層、11……Ｓ・Ｉ−InP層、12……ｎ側電極、13……ｐ
側電極、15……ｎ−InP層。
路型受光素子で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）は導波路部（（ｂ）のＡ−Ａ′部）の横断面図、
（ｄ）は受光素子部（（ｂ）のＢ−Ｂ′部）の横断面
図、第２図（ａ），（ｂ）は従来例で、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は横断面図である。 １……Ｓ・Ｉ−InP基板、２……Ｓ・Ｉ−InPバッファ
層、３……Ｓ・Ｉ−InGaAsP層、４……ｎ−InGaAs光吸
収層、５……ｎ−InP層、６……InP導波路、７……回折
格子、８……Au反射膜、９……SiNx膜、10……ｐ−InP
層、11……Ｓ・Ｉ−InP層、12……ｎ側電極、13……ｐ
側電極、15……ｎ−InP層。
Claims (1)
- 【請求項１】横方向にpn接合を持つストライプ状の光吸
収層と、それに接続し、接続面では光吸収層と一致する
断面形状をしており、且つ、接続面から離れるに従い幅
及び厚さが大となる構造の光導波路を半導体基板上に備
え、前記光導波路表面に回折格子を形成した受光部を有
することを特徴とする半導体受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1260444A JP2819680B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1260444A JP2819680B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03120876A JPH03120876A (ja) | 1991-05-23 |
| JP2819680B2 true JP2819680B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=17348024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1260444A Expired - Fee Related JP2819680B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2819680B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5254850A (en) * | 1992-08-14 | 1993-10-19 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for improving photoconductor signal output utilizing a geometrically modified shaped confinement region |
| US5998851A (en) * | 1996-12-04 | 1999-12-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Optical waveguide type photodiode and a process of producing the same |
| JP4168437B2 (ja) * | 2000-11-09 | 2008-10-22 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子 |
| US6909160B2 (en) | 2002-07-16 | 2005-06-21 | Anritsu Corporation | Semiconductor light-receiving module capable of converting light into current efficiently at light absorbing layer |
| US6819839B2 (en) * | 2002-07-23 | 2004-11-16 | Intel Corporation | Tapered waveguide photodetector apparatus and methods |
| JP2005093937A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Chunghwa Telecom Co Ltd | 高速のエージ・カップル式フォトデテクタの改善方法 |
| JP4227513B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2009-02-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
-
1989
- 1989-10-04 JP JP1260444A patent/JP2819680B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03120876A (ja) | 1991-05-23 |
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