JP2850985B2 - Semiconductor waveguide type photo detector - Google Patents

Semiconductor waveguide type photo detector

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JP2850985B2
JP2850985B2 JP3002760A JP276091A JP2850985B2 JP 2850985 B2 JP2850985 B2 JP 2850985B2 JP 3002760 A JP3002760 A JP 3002760A JP 276091 A JP276091 A JP 276091A JP 2850985 B2 JP2850985 B2 JP 2850985B2
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健治 河野
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体光導波路層内に
pin構造を有する半導体導波路型受光素子に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor waveguide type photodetector having a pin structure in a semiconductor optical waveguide layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】光の吸収が大きいほど屈折率が大きいと
いう物質の特性を利用して、光の吸収が大きく、したが
って屈折率が高い材料で構成された層に、受光素子の光
電変換層および導波路のコア層の両者の機能を持たせる
ことを特徴とした導波路型受光素子が従来よりある。
2. Description of the Related Art A layer made of a material having a high light absorption and thus a high refractive index is used for a photoelectric conversion layer and a photoelectric conversion layer of a light receiving element by utilizing the property of a substance that the refractive index increases as the light absorption increases. 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a waveguide type light receiving element characterized by having both functions of a core layer of a waveguide.

【0003】このような導波路型受光素子は、光の入射
方向が光励起キャリアの走行方向(pn接合方向)と垂
直であるために、光電変換効率の要因となる光の入射方
向の素子長と高速性の要因となる素子厚とを独立に設定
することが可能であり、したがって高速かつ高効率な受
光素子として適している。
In such a waveguide type light receiving element, since the light incident direction is perpendicular to the traveling direction (pn junction direction) of the photoexcited carriers, the element length in the light incident direction which is a factor of photoelectric conversion efficiency is reduced. The element thickness, which is a factor of high speed, can be set independently, and therefore, it is suitable as a high-speed and high-efficiency light receiving element.

【0004】また、その構造の類似性から、半導体レー
ザーや導波路型光スイッチ等とのモノリシック集積化が
容易であるという利点を持っている。
Another advantage is that monolithic integration with a semiconductor laser, a waveguide type optical switch or the like is easy due to the similarity of the structure.

【0005】従来の一般的な導波路型受光素子は、信号
光波長が1.3μmの場合を例にとると、図7に示すよ
うに、n+ −InP基板20上に配置されたp電極層2
1としてのp+ −InP、低キャリア濃度層22として
の厚さ0.2μmのn−In0.72Ga0.28As0.6
0.4 およびn電極層23としてのn+ −InPによって
構成され、幅2μm,長さ30μmのストライプ状をな
している(J.E.Bowers,C.A.Burru
s,Electronics Letters、22
号,905頁,1986年)。層22としてのn−In
0.72Ga0.28As0.60.4 のみが波長1.3μmの信
号光を吸収し得る材料であり、この導波路型受光素子
は、波長1.3μmの信号光24を受光できるように設
計されている。
In a conventional general waveguide type light receiving element, when a signal light wavelength is 1.3 μm as an example, as shown in FIG. 7, a p electrode disposed on an n + -InP substrate 20 is used. Layer 2
P + -InP as 1 and 0.2 μm thick n-In 0.72 Ga 0.28 As 0.6 P as the low carrier concentration layer 22
0.4 and n + -InP as the n-electrode layer 23 and has a stripe shape of 2 μm in width and 30 μm in length (JE Bowers, CA Burru, CA).
s, Electronics Letters, 22
No. 905, 1986). N-In as layer 22
Only 0.72 Ga 0.28 As 0.6 P 0.4 is a material capable of absorbing a signal light having a wavelength of 1.3 μm, and this waveguide type light receiving element is designed to be able to receive the signal light 24 having a wavelength of 1.3 μm.

【0006】ここで、導波路構造としてみれば、屈折率
の高いn−In0.72Ga0.28As0.60.4 がコア層、
屈折率の低いp+ −InPおよびn+ −InPが、それ
ぞれ、上部クラッド層および下部クラッド層となってお
り、図8に示すように、コア層とクラッド層の大きな屈
折率の違いによって、導波光をコア層近傍に閉じ込める
ことが可能となる。
Here, as a waveguide structure, n-In 0.72 Ga 0.28 As 0.6 P 0.4 having a high refractive index is composed of a core layer,
P + -InP and n + -InP having low refractive indices constitute an upper cladding layer and a lower cladding layer, respectively. As shown in FIG. Wave light can be confined in the vicinity of the core layer.

【0007】この受光素子は、p電極層21であるp+
−InPと、n電極層23であるn+ −InPとの間に
逆バイアス電圧を印加してIn0.72Ga0.28As0.6
0.4低キャリア濃度層22に空乏層を形成し、この空乏
層にかかる高電界を利用して光電変換するものである。
This light receiving element has a p +
-InP and n + -InP, which is the n-electrode layer 23, apply a reverse bias voltage to apply In 0.72 Ga 0.28 As 0.6 P
0.4 A depletion layer is formed in the low carrier concentration layer 22, and photoelectric conversion is performed using a high electric field applied to the depletion layer.

【0008】図7において、信号光24は受光素子の端
面から入射され、コア層22に沿って導波路内を導波し
ながら、このコア層22で光電変換される。しかし、光
ファイバから出射された信号光のすべてが導波路内を導
波することができるわけではない。すなわち、光ファイ
バからの出射光のうち、光ファイバからの出射光界分布
のスポットサイズWOFと、それぞれの導波路構造に固有
な導波光界分布のスポットサイズWWGとで表わされる結
合効率、η=2/(WOF/WWG+WWG/WOF)の割合の
みが導波路型受光素子内を導波して光電変換され、それ
以外の部分は導波路外へ放射され、光電変換され得な
い。
In FIG. 7, a signal light 24 enters from an end face of a light receiving element, and is photoelectrically converted by the core layer 22 while guiding the signal light 24 through the waveguide along the core layer 22. However, not all of the signal light emitted from the optical fiber can be guided in the waveguide. That is, of the light emitted from the optical fiber, the coupling efficiency represented by the spot size W OF of the light field distribution emitted from the optical fiber and the spot size W WG of the guided light field distribution unique to each waveguide structure, Only the ratio of η = 2 / (W OF / W WG + W WG / W OF ) is guided inside the waveguide type light receiving element and photoelectrically converted, and the other parts are radiated out of the waveguide and photoelectrically converted. I can't get it.

【0009】図9に示すように、結合効率ηの値はWOF
=WWGのときに最大値1となり、WOFとWWGの違いが大
きくなればなるほど減少する。
As shown in FIG. 9, the value of the coupling efficiency η is W OF
= W maximum value of 1 when the WG, difference between W OF and W WG is reduced the greater.

【0010】ところで、光ファイバからの出射光界分布
のスポットサイズは光ファイバのコア径とほぼ等しく、
約10μmであり、先球ファイバを用いた場合において
も、1μm以上となるのに対し、従来の導波路型受光素
子においては、コア層とクラッド層の屈折率差が0.4
程度と大きいので、導波光はコア層近傍に閉じ込めら
れ、スポットサイズは導波路のコア層の厚さとほぼ等し
く0.2μm程度となっている。
By the way, the spot size of the distribution of the emitted light field from the optical fiber is substantially equal to the core diameter of the optical fiber.
It is about 10 μm, which is 1 μm or more even when a spherical fiber is used. On the other hand, in the conventional waveguide type light receiving element, the refractive index difference between the core layer and the cladding layer is 0.4 μm.
Since it is large, the guided light is confined in the vicinity of the core layer, and the spot size is about 0.2 μm, which is almost equal to the thickness of the core layer of the waveguide.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このような光ファイバ
とのスポットサイズの差異から、従来の導波路型受光素
子においては、信号光を十分に受光素子内に導くことが
できず、導波路型受光素子が本来有する高速かつ高効率
な性質を実現することが困難であった。
Due to such a difference in spot size from that of the optical fiber, the conventional waveguide type light receiving element cannot sufficiently guide the signal light into the light receiving element, so that the waveguide type light receiving element cannot be used. It has been difficult to realize the high-speed and high-efficiency properties inherent in the light-receiving element.

【0012】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解消し、光ファイバからの信号光を高効率に光
電変換する導波路型受光素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a waveguide type light receiving element for photoelectrically converting signal light from an optical fiber with high efficiency.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、半導体基板と、該半導体基板上に
配置された、第一の半導体層と、該第一の半導体層上に
配置され、当該第一の半導体層よりも小さいバンドギャ
ップエネルギを有し、ノンドープ層であってかつ厚さが
0.15μm以下の第二の半導体層と、該第二の半導体
層上に配置され、当該第二の半導体層よりも大きいバン
ドギャップエネルギを有する第三の半導体層とを具え、
前記第二および第三の半導体層の境界近傍あるいは第三
の半導体層内にpn接合を設けたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, a first semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate, and a first semiconductor layer on the first semiconductor layer. A second semiconductor layer having a bandgap energy smaller than that of the first semiconductor layer, being a non-doped layer and having a thickness of 0.15 μm or less, and being disposed on the second semiconductor layer. And a third semiconductor layer having a larger band gap energy than the second semiconductor layer,
A pn junction is provided near the boundary between the second and third semiconductor layers or in the third semiconductor layer.

【0014】ここで、前記第二および第三の半導体層の
一部あるいは全てを長さ20μm以下かつ幅5μm以下
のストライプ状に構成することができる。
Here, part or all of the second and third semiconductor layers can be formed in a stripe shape having a length of 20 μm or less and a width of 5 μm or less.

【0015】前記第一、第二および第三の半導体層をI
nPに格子整合するIn1-x GaxAsy1-y (0≦
x≦1、0≦y≦1)系半導体となし、前記第一の半導
体層をIn1-x Gax Asy1-y (x<0.42、y
<0.9)、前記第二の半導体層をIn1-x Gax As
y1-y (x≧0.42、y≧0.9)、前記第三の半
導体層をIn1-x Gax Asy1-y(x<0.42、
y<0.9)とすることができる。
The first, second and third semiconductor layers are formed by I
lattice-matched to nP In 1-x Ga x As y P 1-y (0 ≦
x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) based semiconductor and without, the first semiconductor layer In 1-x Ga x As y P 1-y (x <0.42, y
<0.9), the second semiconductor layer is formed of In 1-x Ga x As.
y P 1-y (x ≧ 0.42, y ≧ 0.9), said third semiconductor layer In 1-x Ga x As y P 1-y (x <0.42,
y <0.9).

【0016】[0016]

【作用】図1は、導波路型受光素子のコア層と、計算に
より求められた導波光界分布のスポットサイズとの関係
である。スポットサイズはコア層が0.2μmのとき最
小となり、ほぼ0.15μmを境にしてこの値よりも小
さくなればなるほど急激に増加する。このときのコア層
およびクラッド層の材料は後述する実施例1と同じであ
るが、他のコア層とクラッド層の組合せに対しても、計
算結果はほとんど変わらない。
FIG. 1 shows the relationship between the core layer of the waveguide type light receiving element and the spot size of the waveguide light field distribution obtained by calculation. The spot size is minimum when the core layer is 0.2 μm, and increases sharply as the core layer becomes smaller than this value at about 0.15 μm. At this time, the materials of the core layer and the cladding layer are the same as those of the first embodiment described later, but the calculation result is hardly changed for other combinations of the core layer and the cladding layer.

【0017】本発明では、上述した図1の関係を基にし
て、導波路型受光素子のコア層の厚さを0.15μm以
下とすることにより、コア層内への導波光の閉じ込めを
弱くし、以て、導波路型受光素子の導波光界分布のスポ
ットサイズを光ファイバからの出射光界分布のスポット
サイズに近づけるように構成したことを特徴とするもの
であり、従来技術におけるコア層の厚さが0.2μm以
上の導波路型受光素子に比べて、光ファイバからの信号
光を高い効率で素子内に導くことができるという利点が
ある。
According to the present invention, the confinement of the guided light in the core layer is reduced by setting the thickness of the core layer of the waveguide type light receiving element to 0.15 μm or less based on the relationship shown in FIG. Thus, the configuration is such that the spot size of the guided light field distribution of the waveguide type light receiving element is close to the spot size of the emitted light field distribution from the optical fiber. There is an advantage that the signal light from the optical fiber can be guided into the element with high efficiency as compared with a waveguide type light receiving element having a thickness of 0.2 μm or more.

【0018】さらにまた、本発明は、素子の幅を5μm
以下とすることにより、信号光を素子の幅内に閉じ込め
て導波させるように構成したことを特徴としており、従
来の、素子幅が5μm以上の場合のように、素子幅方向
に顕著な導波モードを有しない側面入射型の受光素子と
は異なる。
Further, according to the present invention, the width of the element is 5 μm.
The following is a characteristic feature that the signal light is confined within the width of the element and guided, and as in the conventional case where the element width is 5 μm or more, the signal light is remarkably guided in the element width direction. This is different from a side-incident type light receiving element having no wave mode.

【0019】しかもまた、本発明の素子構造は、容量を
低減して50GHz以上の高速動作を可能とするため
に、素子の長さを20μm以下にしたという点で半導体
レーザとは異なる構造である。
Furthermore, the device structure of the present invention is different from a semiconductor laser in that the length of the device is set to 20 μm or less in order to enable high-speed operation of 50 GHz or more by reducing the capacity. .

【0020】図2は、素子の長さから算出した容量をも
とに見積った、カットオフ周波数であり、50GHz以
上の動作には20μm以下の素子長が必要であることが
わかる。
FIG. 2 shows the cut-off frequency estimated based on the capacitance calculated from the length of the element. It can be seen that the operation at 50 GHz or more requires an element length of 20 μm or less.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0022】(実施例1)図3は本発明の第一の実施例
を説明する図である。
(Embodiment 1) FIG. 3 is a view for explaining a first embodiment of the present invention.

【0023】図3において、1はキャリア濃度1×10
18cm-3のn+ −InP基板、2は厚さ2μm,キャリ
ア濃度1×1018cm-3のn+ −In1-x Gax Asy
1-y (x=0.37、y=0.8)クラッド層、3は
厚さ0.1μmのノンドープ層であって、n型キャリア
濃度1×1016cm-3以下のIn1-xGax Asy1-y
(x=0.42、y=0.9)コア層、4は厚さ2μ
m,キャリア濃度1×1018cm-3のp+ −In1-x
x Asy1-y (x=0.37、y=0.8)クラッ
ド層であり、基板1の上に層2,3および4をこの順序
で配置する。In1-x Gax Asy1-y (x=0.3
7、y=0.8)およびIn1-x GaxAsy1-y
(x=0.42、y=0.9)はInPと格子整合する
半導体である。
In FIG. 3, 1 is a carrier concentration of 1 × 10
18 cm -3 of n + -InP substrate, 2 is a thickness of 2μm, n + -In 1-x of the carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 Ga x As y
P 1-y (x = 0.37 , y = 0.8) cladding layer, 3 is a non-doped layer having a thickness of 0.1 [mu] m, n-type carrier concentration of 1 × 10 16 cm -3 or less of an In 1- x Ga x As y P 1- y
(X = 0.42, y = 0.9) core layer, 4 has a thickness of 2μ
m, p + -In 1-x G with a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3
a x As y P 1-y (x = 0.37, y = 0.8) is clad layer, disposed on the substrate 1 a layer 2, 3 and 4 in this order. In 1-x Ga x As y P 1-y (x = 0.3
7, y = 0.8) and In 1-x Ga x As y P 1-y
(X = 0.42, y = 0.9) is a semiconductor lattice-matched to InP.

【0024】ここで、ダイオード構造より記述すれば、
基板1とクラッド層2はn電極層、コア層3は低キャリ
ア濃度層、クラッド層4はp電極層であり、これらのう
ちコア層3のみが波長1.55μmの光を吸収し得る光
電変換層である。
Here, from the diode structure,
The substrate 1 and the cladding layer 2 are n-electrode layers, the core layer 3 is a low carrier concentration layer, and the cladding layer 4 is a p-electrode layer. Of these, only the core layer 3 can absorb light having a wavelength of 1.55 μm. Layer.

【0025】図3の構成の受光素子は次のようにして製
造する。まず、基板1上に、各層2,3および4をエピ
タキシャル成長した後に、層2,3および4をエッチン
グにより長さ20μm,幅2μmのストライプ状に加工
し、P+−In1-x Gax Asy1-y (x=0.3
7、y=0.8)層4上にp型オーミック電極,InP
基板1の裏面にn型オーミック電極をそれぞれ蒸着して
受光素子を形成する。
The light receiving element having the structure shown in FIG. 3 is manufactured as follows. First, after the layers 2, 3 and 4 are epitaxially grown on the substrate 1, the layers 2, 3 and 4 are processed by etching into stripes having a length of 20 μm and a width of 2 μm, and P + -In 1 -x Ga x As y P 1-y (x = 0.3
7, y = 0.8) p-type ohmic electrode, InP
An n-type ohmic electrode is deposited on the back surface of the substrate 1 to form a light receiving element.

【0026】光ファイバから出射された波長1.55μ
mの信号光は素子の端面に照射され、その一部が素子内
を導波する。
The wavelength of 1.55 μ emitted from the optical fiber
The signal light of m is applied to the end face of the element, and a part thereof is guided in the element.

【0027】マックスウェル方程式によって計算される
素子内の導波光界分布を図3の各層に対応して図4に示
す。導波光界分布の広がりの度合を表わすスポットサイ
ズは、この実施例の構造において約1μmとなり、コア
層の厚さを0.4μmとした従来例の場合(図8)のス
ポットサイズ0.4μmと比べて非常に大きくなってい
る。実際、先球ファイバを用いた実験によりこの実施例
の構造の導波路型受光素子の受光効率は約60%とな
り、コア層が0.4μmと厚い導波路型受光素子の場合
の受光効率約30%に比べて大幅に改善された。
FIG. 4 shows the guided light field distribution in the device calculated by the Maxwell equation, corresponding to each layer in FIG. The spot size representing the degree of spread of the guided light field distribution is about 1 μm in the structure of this embodiment, and the spot size is 0.4 μm in the case of the conventional example (FIG. 8) in which the thickness of the core layer is 0.4 μm. It is much larger than that. Actually, the light receiving efficiency of the waveguide type light receiving element having the structure of this embodiment is about 60% by the experiment using the spherical fiber, and the light receiving efficiency of the waveguide type light receiving element having the core layer as thick as 0.4 μm is about 30%. % Was significantly improved.

【0028】(実施例2)図5は本発明の第二の実施例
を説明する図である。
(Embodiment 2) FIG. 5 is a view for explaining a second embodiment of the present invention.

【0029】図5において、5はキャリア濃度1×10
18cm-3のn+ −InP基板である。6および7はIn
1-x Gax Asy1-y (x=0.37、y=0.8)
クラッド層であり、クラッド層6は厚さ2μm,n型キ
ャリア濃度1×1018cm-3、クラッド層7は厚さ0.
2μmのノンドープ層であって、n型キャリア濃度1×
1016cm-3以下である。8は厚さ0.1μmのノンド
ープ層であり、n型キャリア濃度1×1016cm-3以下
のn−In1-x Gax Asy1-y (x=0.42、y
=0.9)コア層である。9および10はIn1-x Ga
x Asy1-y(x=0.37、y=0.8)クラッド
層である。クラッド層9は厚さ0.2μmのノンドープ
層であり、n型キャリア濃度1×1016cm-3以下であ
る。クラッド層10は厚さ2μm,p型キャリア濃度1
×1018cm-3である。
In FIG. 5, reference numeral 5 denotes a carrier concentration of 1 × 10
18 cm -3 n + -InP substrate. 6 and 7 are In
1-x Ga x As y P 1-y (x = 0.37, y = 0.8)
The cladding layer 6 has a thickness of 2 μm, an n-type carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 , and the cladding layer 7 has a thickness of 0.1 μm.
A 2 μm non-doped layer having an n-type carrier concentration of 1 ×
It is 10 16 cm -3 or less. 8 is a non-doped layer having a thickness of 0.1 [mu] m, n-type carrier concentration of 1 × 10 16 cm -3 or less of n-In 1-x Ga x As y P 1-y (x = 0.42, y
= 0.9) core layer. 9 and 10 are In 1-x Ga
x As y P 1-y ( x = 0.37, y = 0.8) is a cladding layer. The cladding layer 9 is a non-doped layer having a thickness of 0.2 μm and has an n-type carrier concentration of 1 × 10 16 cm −3 or less. The cladding layer 10 has a thickness of 2 μm and a p-type carrier concentration of 1.
× 10 18 cm -3 .

【0030】ここで、ダイオード構造より記述すれば、
基板5およびクラッド層6はn電極層,クラッド層7,
コア層8およびクラッド層9は低キャリア濃度層、クラ
ッド層10はp電極層であり、低キャリア濃度層7,8
および9のうちコア層8のみが波長1.55μmの光を
吸収し得る光電変換層である。
Here, from the diode structure,
The substrate 5 and the cladding layer 6 are an n-electrode layer, a cladding layer 7,
The core layer 8 and the cladding layer 9 are low carrier concentration layers, and the cladding layer 10 is a p-electrode layer.
And 9, only the core layer 8 is a photoelectric conversion layer capable of absorbing light having a wavelength of 1.55 μm.

【0031】この実施例2の構造は、実施例1と比べ、
空乏層が厚いため、接合容量を低減できる効果もある。
The structure of the second embodiment is different from that of the first embodiment.
Since the depletion layer is thick, there is also an effect that the junction capacitance can be reduced.

【0032】屈折率分布からマックスウェル方程式によ
って計算される素子内の導波光界分布を図5の各層に対
応して図6に示す。導波光界分布の広がりの度合を表わ
すスポットサイズはこの実施例の構造においても約1μ
mとなり、実施例1と同様に受光効率は大幅に改善され
た。
FIG. 6 shows the guided light field distribution in the device calculated from the refractive index distribution by the Maxwell equation, corresponding to each layer in FIG. The spot size representing the degree of spread of the guided light field distribution is about 1 μm in the structure of this embodiment.
m, and the light receiving efficiency was greatly improved as in Example 1.

【0033】本実施例においては、クラッド層9の厚さ
をクラッド層7と同じとしたが、クラッド層9をクラッ
ド層7よりも薄くした構造としても同様の効果が得られ
る。この構造は光電変換層8とp電極層10との距離が
短くなるため、光電変換層8で生成されたホールがp電
極層10に到達するのに要する時間が短くなり、したが
ってより高速な受光素子に適している。
In the present embodiment, the thickness of the cladding layer 9 is the same as that of the cladding layer 7, but the same effect can be obtained even if the cladding layer 9 is made thinner than the cladding layer 7. In this structure, since the distance between the photoelectric conversion layer 8 and the p-electrode layer 10 is short, the time required for the holes generated in the photoelectric conversion layer 8 to reach the p-electrode layer 10 is short, and therefore, the light receiving speed is higher. Suitable for devices.

【0034】以上、本発明の実施例においては、クラッ
ド層およびコア層の材料としてIn1-x Gax Asy
1-y(0≦x≦、0≦y≦1)系半導体を用いた例を示
したが、In1-x-y Alx Gay As(0≦x≦1、0
≦y≦1)を用いても同様の効果が期待できる。
[0034] above, in the embodiment of the present invention, an In 1-x Ga as a material of the cladding layer and the core layer x As y P
1-y (0 ≦ x ≦ , 0 ≦ y ≦ 1) has shown an example of using the system semiconductor, In 1-xy Al x Ga y As (0 ≦ x ≦ 1,0
The same effect can be expected by using ≦ y ≦ 1).

【0035】あるいはまた、クラッド層およびコア層の
一部あるいは全てをInP基板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。
Alternatively, a similar effect can be expected even if a part or all of the cladding layer and the core layer are made of a material that does not lattice match with the InP substrate.

【0036】さらにまた、本発明実施例では信号光波長
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
に対しても本実施例と同様の効果がある導波路型受光素
子を実現することができる。
Further, in the embodiment of the present invention, an example in which the signal light wavelength is 1.55 μm is shown. However, the present invention can be applied to signal light having a wavelength other than 1.55 μm by appropriately selecting the material. A waveguide type light receiving element having the same effect as the example can be realized.

【0037】さらにまた、GaAs基板とAl1-x Ga
x As(0≦x≦1),GaSb基板とAl1-x Gax
Asy Sb1-y (0≦x≦1、0≦y≦1)半導体層で
構成することも可能である。
Further, a GaAs substrate and Al 1-x Ga
x As (0 ≦ x ≦ 1), GaSb substrate and Al 1-x Ga x
As y Sb 1-y (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) can also be a semiconductor layer.

【0038】さらにまた、本発明の構造を半導体光変調
器に適用することによって、光ファイバとの結合の良い
半導体光変調器を実現することも可能である。
Furthermore, by applying the structure of the present invention to a semiconductor optical modulator, it is possible to realize a semiconductor optical modulator having good coupling with an optical fiber.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導波路型受光素子のコア層の厚さを0.15μm以下に
薄くすることによって、光ファイバからの信号光を高い
効率で素子内に導くことができるため、きわめて高い光
電変換効率をもつ導波路型受光素子を実現できるという
利点がある。
As described above, according to the present invention,
By reducing the thickness of the core layer of the waveguide type light receiving element to 0.15 μm or less, it is possible to guide the signal light from the optical fiber into the element with high efficiency. There is an advantage that a light receiving element can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】導波路型受光素子のコア層の厚さと導波光界分
布のスポットサイズとの関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a thickness of a core layer of a waveguide type light receiving element and a spot size of a guided light field distribution.

【図2】素子の長さとカットオフ周波数との関係を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a length of an element and a cutoff frequency.

【図3】本発明導波路型受光素子の実施例1を示す模式
図である。
FIG. 3 is a schematic view showing Example 1 of the waveguide type light receiving element of the present invention.

【図4】図3に示した実施例1の導波路型受光素子内に
おける屈折率分布と導波光界分布を示す分布図である。
FIG. 4 is a distribution diagram showing a refractive index distribution and a guided light field distribution in the waveguide type light receiving element of Example 1 shown in FIG.

【図5】本発明導波路型受光素子の実施例2を示す模式
図である。
FIG. 5 is a schematic view showing Example 2 of the waveguide type light receiving element of the present invention.

【図6】図5に示した実施例2の導波路型受光素子内に
おける屈折率分布と導波光界分布を示す分布図である。
FIG. 6 is a distribution diagram showing a refractive index distribution and a guided light field distribution in the waveguide type light receiving element of Example 2 shown in FIG.

【図7】従来の導波路型受光素子の模式図である。FIG. 7 is a schematic view of a conventional waveguide light receiving element.

【図8】従来の導波路型受光素子内における屈折率分布
と導波光界分布を示す分布図である。
FIG. 8 is a distribution diagram showing a refractive index distribution and a guided light field distribution in a conventional waveguide type light receiving element.

【図9】導波路型受光素子構造に固有な導波光界分布の
スポットサイズWWGと光ファイバからの信号光の結合効
率との関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a spot size WWG of a waveguide light field distribution unique to a waveguide type light receiving element structure and a coupling efficiency of signal light from an optical fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 クラッド層 3 コア層 4 クラッド層 5 基板 6 クラッド層 7 クラッド層 8 コア層 9 クラッド層 10 クラッド層 20 基板 21 p電極層 22 低キャリア濃度層 23 n電極層 24 信号光 Reference Signs List 1 substrate 2 clad layer 3 core layer 4 clad layer 5 substrate 6 clad layer 7 clad layer 8 core layer 9 clad layer 10 clad layer 20 substrate 21 p electrode layer 22 low carrier concentration layer 23 n electrode layer 24 signal light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 淳一 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−59625(JP,A) 特開 平1−150374(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/10──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Junichi Yoshida 1-6-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-2-59625 (JP, A) JP-A-Hei 1-150374 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 31/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板と、該半導体基板上に配置さ
れた、第一の半導体層と、該第一の半導体層上に配置さ
れ、当該第一の半導体層よりも小さいバンドギャップエ
ネルギを有し、ノンドープ層であってかつ厚さが0.1
5μm以下の第二の半導体層と、該第二の半導体層上に
配置され、当該第二の半導体層よりも大きいバンドギャ
ップエネルギを有する第三の半導体層とを具え、前記第
二および第三の半導体層の境界近傍あるいは第三の半導
体層内にpn接合を設けたことを特徴とする半導体導波
路型受光素子。
1. A semiconductor substrate, a first semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate, and a bandgap energy smaller than the first semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer. A non-doped layer having a thickness of 0.1
A second semiconductor layer having a thickness of 5 μm or less, and a third semiconductor layer disposed on the second semiconductor layer and having a bandgap energy larger than that of the second semiconductor layer; A pn junction provided near the boundary of the semiconductor layer or in the third semiconductor layer.
【請求項2】 請求項1記載の半導体導波路型受光素子
において、前記第二および第三の半導体層の一部あるい
は全てを長さ20μm以下かつ幅5μm以下のストライ
プ状に構成したことを特徴とする半導体導波路型受光素
子。
2. The semiconductor waveguide light receiving device according to claim 1, wherein a part or all of the second and third semiconductor layers are formed in a stripe shape having a length of 20 μm or less and a width of 5 μm or less. Semiconductor waveguide type light receiving element.
【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体導波路
型受光素子において、前記第一、第二および第三の半導
体層をInPに格子整合するIn1-x GaxAsy1-y
(0≦x≦1、0≦y≦1)系半導体となし、前記第
一の半導体層をIn1-x Gax Asy1-y (x<0.
42、y<0.9)、前記第二の半導体層をIn1-x
x Asy1-y (x≧0.42、y≧0.9)、前記
第三の半導体層をIn1-x Gax Asy1-y (x<
0.42、y<0.9)としたことを特徴とする半導体
導波路型受光素子。
In the semiconductor waveguide type light receiving element according to 3. A process according to claim 1 or 2, wherein the first, second and third semiconductor layers lattice-matched to InP and In 1-x Ga x As y P 1- y
(0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) based semiconductor and without, the first semiconductor layer In 1-x Ga x As y P 1-y (x <0.
42, y <0.9), and the second semiconductor layer is formed of In 1-x G
a x As y P 1-y (x ≧ 0.42, y ≧ 0.9), the third semiconductor layer In 1-x Ga x As y P 1-y (x <
0.42, y <0.9).
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