JP2865699B2 - 受光装置 - Google Patents
受光装置Info
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- JP2865699B2 JP2865699B2 JP1067871A JP6787189A JP2865699B2 JP 2865699 B2 JP2865699 B2 JP 2865699B2 JP 1067871 A JP1067871 A JP 1067871A JP 6787189 A JP6787189 A JP 6787189A JP 2865699 B2 JP2865699 B2 JP 2865699B2
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- Japan
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- inp
- optical waveguide
- light receiving
- receiving device
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Description
【発明の詳細な説明】 ［概要］ 受光装置、特に光導波路とPINフォトダイオードが一
体的に形成された受光装置に関し、 光導波路層からPINフォトダイオードに入射する光の
強度を均一化した受光装置を提供することを目的とし、 光を導く光導波路と、前記光導波路上に形成されたＮ
層と、前記Ｎ層上に形成されたＩ層と、前記Ｉ層上に形
成されたＰ層とを有するPINフォトダイオードとを備
え、前記Ｎ層の厚さが、前記光導波路における光の進行
方向に沿って徐々に薄くなるように形成するように構成
する。
体的に形成された受光装置に関し、 光導波路層からPINフォトダイオードに入射する光の
強度を均一化した受光装置を提供することを目的とし、 光を導く光導波路と、前記光導波路上に形成されたＮ
層と、前記Ｎ層上に形成されたＩ層と、前記Ｉ層上に形
成されたＰ層とを有するPINフォトダイオードとを備
え、前記Ｎ層の厚さが、前記光導波路における光の進行
方向に沿って徐々に薄くなるように形成するように構成
する。
［産業上の利用分野］ 本発明は受光装置、特に光導波路とPINフォトダイオ
ードが一体的に形成された受光装置に関する。
ードが一体的に形成された受光装置に関する。
光通信システムは高速で大容量通信が可能なことから
徐々に実用化段階に入っている。現在の光通信システム
では光の強弱を情報として伝送する方式が採用されてい
るが、次世代の光通信方式として、光の周波数、位相、
振幅などに情報をのせて伝送するコヒーレント光伝送方
式が注目されている。
徐々に実用化段階に入っている。現在の光通信システム
では光の強弱を情報として伝送する方式が採用されてい
るが、次世代の光通信方式として、光の周波数、位相、
振幅などに情報をのせて伝送するコヒーレント光伝送方
式が注目されている。
［従来の技術］ コヒーレント光伝送方式における受光装置では、位相
変調された光信号とレファランス用の光信号との間でビ
ートを形成して検波が行われる。このため、受光装置と
して、変調光信号とレファランス光信号とを結合させる
機能が必要となる。従来は、この光結合部と受光部とを
独立に形成していたため、装置全体が大きくなると共
に、装置内部での雑音の発生や信号の減衰が大きくなる
という問題があった。
変調された光信号とレファランス用の光信号との間でビ
ートを形成して検波が行われる。このため、受光装置と
して、変調光信号とレファランス光信号とを結合させる
機能が必要となる。従来は、この光結合部と受光部とを
独立に形成していたため、装置全体が大きくなると共
に、装置内部での雑音の発生や信号の減衰が大きくなる
という問題があった。
このため光結合部と受光部とを一体化してOEIC（Opto
-Electronic Integrated Circuit）化する方向で検討さ
れている。光結合部と受光部とを一体化するために必要
な条件として、量子効率が高いこと、高速動作する
こと、PINフォトダイオード内で発生する電流を大き
くして低雑音化を図ること、がある。の条件からPIN
フォトダイオードに入射する光信号のパワーをできるだ
け大きくする必要があり、の条件からPINフォトダイ
オードを小形化して容量を小さくする必要があり、の
条件から光導波路とPINフォトダイオードの結合性を高
める必要がある。
-Electronic Integrated Circuit）化する方向で検討さ
れている。光結合部と受光部とを一体化するために必要
な条件として、量子効率が高いこと、高速動作する
こと、PINフォトダイオード内で発生する電流を大き
くして低雑音化を図ること、がある。の条件からPIN
フォトダイオードに入射する光信号のパワーをできるだ
け大きくする必要があり、の条件からPINフォトダイ
オードを小形化して容量を小さくする必要があり、の
条件から光導波路とPINフォトダイオードの結合性を高
める必要がある。
このような条件を考慮して第４図（ａ）に示すように
光導波路とPINフォトダイオードを一体的に形成した受
光装置が提案されている。
光導波路とPINフォトダイオードを一体的に形成した受
光装置が提案されている。
高抵抗InP基板50上にｎ-InPのバッファ層52を介して
ｎ-InGaAsPの光導波路層54が形成されている。この光導
波路層54上に光進行方向に沿って長く形成されたPINフ
ォトダイオード56が形成されている。すなわち、光導波
路層54上にｎ+InPのＮ層57、ｎ-InGaAsのＩ層58、ｐ+In
PのＰ層59が順番に積層されている。PINフォトダイオー
ド56全体が小型で容量が小さいわりに、光導波路層54と
Ｎ層57との接触面積が大きく入射光量が大きくとれると
いう利点がある。
ｎ-InGaAsPの光導波路層54が形成されている。この光導
波路層54上に光進行方向に沿って長く形成されたPINフ
ォトダイオード56が形成されている。すなわち、光導波
路層54上にｎ+InPのＮ層57、ｎ-InGaAsのＩ層58、ｐ+In
PのＰ層59が順番に積層されている。PINフォトダイオー
ド56全体が小型で容量が小さいわりに、光導波路層54と
Ｎ層57との接触面積が大きく入射光量が大きくとれると
いう利点がある。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の提案された受光装置の場合、PI
Nフォトダイオードに入射する光強度が第４図（ｂ）に
示すように、光の進行方向に沿って徐々に低下するとい
う不均一性を呈するという問題があった。したがって、
第４図（ａ）に示すPINフォトダイオードの左側ではキ
ャリアが多く発生し、右側では発生するキャリアが少な
くなる。
Nフォトダイオードに入射する光強度が第４図（ｂ）に
示すように、光の進行方向に沿って徐々に低下するとい
う不均一性を呈するという問題があった。したがって、
第４図（ａ）に示すPINフォトダイオードの左側ではキ
ャリアが多く発生し、右側では発生するキャリアが少な
くなる。
光強度が強くPINフォトダイオードで発生するキャリ
アが多くなりすぎると、そのキャリアによる空間電荷効
果により高速動作性が損なわれるため、入射可能な光強
度に限界がある。このためPINフォトダイオードに入射
する光強度が第４図（ｂ）に示すように不均一である
と、PINフォトダイオードに入射し得る光強度が、その
左側の最も強い部分の限界値により制限される。したが
って、第４図（ｂ）に示す光強度の不均一性により、PI
Nフォトダイオードに入射し得る光強度の限界が低下す
るという問題があった。
アが多くなりすぎると、そのキャリアによる空間電荷効
果により高速動作性が損なわれるため、入射可能な光強
度に限界がある。このためPINフォトダイオードに入射
する光強度が第４図（ｂ）に示すように不均一である
と、PINフォトダイオードに入射し得る光強度が、その
左側の最も強い部分の限界値により制限される。したが
って、第４図（ｂ）に示す光強度の不均一性により、PI
Nフォトダイオードに入射し得る光強度の限界が低下す
るという問題があった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、光導波
路層からPINフォトダイオードに入射する光の強度を均
一化した受光装置を提供することを目的とする。
路層からPINフォトダイオードに入射する光の強度を均
一化した受光装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記目的は、光を導く光導波路と、前記光導波路上に
形成されたＮ層と、前記Ｎ層上に形成されたＩ層と、前
記Ｉ層上に形成されたＰ層とを有するPINフォトダイオ
ードとを備え、前記Ｎ層の厚さが、前記光導波路におけ
る光の進行方向に沿って徐々に薄くなるように形成され
ていることを特徴とする受光装置によって達成される。
形成されたＮ層と、前記Ｎ層上に形成されたＩ層と、前
記Ｉ層上に形成されたＰ層とを有するPINフォトダイオ
ードとを備え、前記Ｎ層の厚さが、前記光導波路におけ
る光の進行方向に沿って徐々に薄くなるように形成され
ていることを特徴とする受光装置によって達成される。
［作用］ 本発明によれば、Ｎ層の厚さが、前記光導波路層の前
記一端から前記他端へ向かう方向に沿って徐々に薄くな
るように形成したので、入射する光強度の不均一を補償
して均一な光を入射することができる。
記一端から前記他端へ向かう方向に沿って徐々に薄くな
るように形成したので、入射する光強度の不均一を補償
して均一な光を入射することができる。
［実施例］ 本発明の一実施例による受光装置を第１図及び第２図
を用いて説明する。第１図は受光装置全体を示す斜視
図、第２図（ａ）は受光装置の主要部のIIa-IIa線断面
図、同図（ｂ）はIIb-IIb線断面図である。
を用いて説明する。第１図は受光装置全体を示す斜視
図、第２図（ａ）は受光装置の主要部のIIa-IIa線断面
図、同図（ｂ）はIIb-IIb線断面図である。
第１図に示すように、高抵抗InP基板10上には２本の
光導波路12、14が形成されている。これら光導波路12、
14は光検波のための光結合部16を構成するように配置さ
れ、一方には変調光信号が入射され、他方にはレファラ
ンス光信号が入射される。光導波路12、14の端部にはそ
れぞれPINフォトダイオード20、30が形成されている。
光導波路12、14が形成されている。これら光導波路12、
14は光検波のための光結合部16を構成するように配置さ
れ、一方には変調光信号が入射され、他方にはレファラ
ンス光信号が入射される。光導波路12、14の端部にはそ
れぞれPINフォトダイオード20、30が形成されている。
光導波路12、14は、InP基板10上に形成されたｎ-InP
のバッファ層12a、14aと、バッファ層12a、14a上に形成
されたｎ-InGaAsPの光導波路層12b、14bにより構成され
ている。
のバッファ層12a、14aと、バッファ層12a、14a上に形成
されたｎ-InGaAsPの光導波路層12b、14bにより構成され
ている。
PINフォトダイオード20、30の詳細について第１図及
び第２図を参照して説明する。
び第２図を参照して説明する。
PINフォトダイオード20は、光導波路層12b上にｎ+InG
aAsのエッチングストップ層12cを介して形成されてい
る。エッチングストップ層12cは製造工程上の必要によ
り挿入されたもので、その詳細については後述する。
aAsのエッチングストップ層12cを介して形成されてい
る。エッチングストップ層12cは製造工程上の必要によ
り挿入されたもので、その詳細については後述する。
ｎ+InGaAs層12c上にｎ+InPのＮ層21が形成されている
が、本実施例の特徴は、このＮ層21の厚さが、光導波路
層12bの入射光の進行方向に沿って徐々に薄くなってい
る点である。すなわち、従来の受光装置が有していた光
強度の不均一性をＮ層21の厚さを変えることにより補償
している。
が、本実施例の特徴は、このＮ層21の厚さが、光導波路
層12bの入射光の進行方向に沿って徐々に薄くなってい
る点である。すなわち、従来の受光装置が有していた光
強度の不均一性をＮ層21の厚さを変えることにより補償
している。
Ｎ層21の最も薄い部分の厚さを従来のＮ層の厚さに相
当するようにし、他の部分をそれより厚矩形製すること
が望ましい。
当するようにし、他の部分をそれより厚矩形製すること
が望ましい。
Ｎ層21上には、従来と同様に、ｎ-InGaAsのＩ層22及
びｐ+InPのＰ層23が順に積層されている。
びｐ+InPのＰ層23が順に積層されている。
Ｐ層23上にはAuZnAuのＰ側電極24が形成されている。
InP基板10上に伸びたＮ層21上にAuSnのＮ側電極25が形
成されている。
InP基板10上に伸びたＮ層21上にAuSnのＮ側電極25が形
成されている。
PINフォトダイオード30もPINフォトダイオード20と同
様な構成をしており、ｎ+InGaAs層14c上にｎ+InPのＮ層
31、ｎ-InGaAsのＩ層32及びｐ+InPのＰ層33が順に積層
され、Ｐ層33上にはＰ側電極34、InP基板10上に伸びた
Ｎ層31上にＮ側電極35が形成されている。
様な構成をしており、ｎ+InGaAs層14c上にｎ+InPのＮ層
31、ｎ-InGaAsのＩ層32及びｐ+InPのＰ層33が順に積層
され、Ｐ層33上にはＰ側電極34、InP基板10上に伸びた
Ｎ層31上にＮ側電極35が形成されている。
なお、PINフォトダイオード20、30が形成されていな
い光導波路12、14上はｎ-InPの埋込みクラッド層（図示
せず）が形成されている。
い光導波路12、14上はｎ-InPの埋込みクラッド層（図示
せず）が形成されている。
光導波路12、14及びPINフォトダイオード20、30全体
はシリコン窒化膜の保護膜40により覆われている。
はシリコン窒化膜の保護膜40により覆われている。
このように本実施例によれば PINフォトダイオード
のＮ層の厚さを変えることにより光強度が均一化された
ので、PINフォトダイオードに入射し得る光強度の限界
を上昇させ、低雑音で高速動作させることが可能であ
る。
のＮ層の厚さを変えることにより光強度が均一化された
ので、PINフォトダイオードに入射し得る光強度の限界
を上昇させ、低雑音で高速動作させることが可能であ
る。
次に、第３図を用いて受光装置の製造方向を説明す
る。第３図（a1）〜（g1）は第２図（ａ）のIIa-IIa線
断面図に相当し、第３図（a2）〜（g2）は第２図（ｂ）
のIIb-IIb線断面図の左半部に相当している。
る。第３図（a1）〜（g1）は第２図（ａ）のIIa-IIa線
断面図に相当し、第３図（a2）〜（g2）は第２図（ｂ）
のIIb-IIb線断面図の左半部に相当している。
まず、高抵抗InP基板10全面にｎ-InPのバッファ層12a
とｎ-InxGa1-xAsyＰ1-yの光導波路層12bと厚さ50Åのｎ
+InGaAsのエッチングストップ層12cをMOCVD法により順
次形成する（第３図（a1），（a2））。なお、Inの組成
比ｘとAsの組成比ｙとの間には次式のような関係があ
る。
とｎ-InxGa1-xAsyＰ1-yの光導波路層12bと厚さ50Åのｎ
+InGaAsのエッチングストップ層12cをMOCVD法により順
次形成する（第３図（a1），（a2））。なお、Inの組成
比ｘとAsの組成比ｙとの間には次式のような関係があ
る。
ｙ＝0.42/（0.18＋0.02x） 次に、バッファ層12a、光導波路層12b、エッチングス
トップ層12cを第１図に示すような形状にエッチング整
形して、光導波路12を形成する（第３図（b1），（b
2））。
トップ層12cを第１図に示すような形状にエッチング整
形して、光導波路12を形成する（第３図（b1），（b
2））。
次に、厚さをコントロールしながら図示のテーパ形状
になるようにｎ+InPのＮ層21を全面形成する（第３図
（c1），（c2））。ｎ+InPは、In溶媒中にＰを過飽和さ
せた溶液を用いて液相成長法により形成される。したが
って、ｎ+InP層の厚さのコントロールは溶液に浸してい
る時間、すなわち液相成長させる時間をコントロールす
ることにより行う。
になるようにｎ+InPのＮ層21を全面形成する（第３図
（c1），（c2））。ｎ+InPは、In溶媒中にＰを過飽和さ
せた溶液を用いて液相成長法により形成される。したが
って、ｎ+InP層の厚さのコントロールは溶液に浸してい
る時間、すなわち液相成長させる時間をコントロールす
ることにより行う。
引き続いて、ｎ-InGaAsのＩ層22及びｐ+InPのＰ層23
を全面に形成する（第３図（c1），（c2））。
を全面に形成する（第３図（c1），（c2））。
次に、PINフォトダイオード20の平面形状のレジスト
層（図示せず）をマスクとして、HClによりｐ+InPのＰ
層23をエッチング除去する（第３図（d1），（d2））。
エッチング液のHClはInPのみ選択エッチングするため、
ｎ-InGaAsのＩ層22でエッチングがストップする。
層（図示せず）をマスクとして、HClによりｐ+InPのＰ
層23をエッチング除去する（第３図（d1），（d2））。
エッチング液のHClはInPのみ選択エッチングするため、
ｎ-InGaAsのＩ層22でエッチングがストップする。
次に、エッチング整形されたｐ+InPのＰ層23をマスク
として、HFとHNO3の混合エッチング液によりｎ-InGaAs
のＩ層22をエッチング除去する（第３図（e1），（e
2））。エッチング液のHFとHNO3の混合液は、InGaAsの
み選択エッチングするため、ｎ+InPのＮ層21でエッチン
グがストップする。
として、HFとHNO3の混合エッチング液によりｎ-InGaAs
のＩ層22をエッチング除去する（第３図（e1），（e
2））。エッチング液のHFとHNO3の混合液は、InGaAsの
み選択エッチングするため、ｎ+InPのＮ層21でエッチン
グがストップする。
次に、Ｎ側電極25形成予定領域まで覆うように形成さ
れたレジスト層（図示せず）をマスクとして、HClエッ
チング液によりｎ+InPのＮ層21をエッチング除去する
（第３図（f1），（f2））。このとき、エッチングはｎ
+InPのＮ層21下に形成されたｎ+InGaAsのエッチングス
トップ層12cによりストップし、光導波路層12bまで達し
ない。すなわち、エッチングストップ層12cは、ｎ+InP
のＮ層21のエッチング時に光導波路層12bまでエッチン
グされるの防止するためのものである。
れたレジスト層（図示せず）をマスクとして、HClエッ
チング液によりｎ+InPのＮ層21をエッチング除去する
（第３図（f1），（f2））。このとき、エッチングはｎ
+InPのＮ層21下に形成されたｎ+InGaAsのエッチングス
トップ層12cによりストップし、光導波路層12bまで達し
ない。すなわち、エッチングストップ層12cは、ｎ+InP
のＮ層21のエッチング時に光導波路層12bまでエッチン
グされるの防止するためのものである。
次に、PINフォトダイオード20領域以外のエッチング
ストップ層12cを除去した後、PINフォトダイオード20上
のみにシリコン酸化膜（図示せず）を被せて、ｎ-InPの
埋込みクラッド層42を形成する。次に、シリコン酸化膜
を剥離してシリコン窒化膜の保護膜40を形成する。続い
て、Ｎ層21のInP基板10に伸びた部分及びＰ層23上の保
護膜40にコンタクトホールを形成し、それぞれＮ側電極
25及びＰ側電極24を形成する（第３図（g1），（g
2））。
ストップ層12cを除去した後、PINフォトダイオード20上
のみにシリコン酸化膜（図示せず）を被せて、ｎ-InPの
埋込みクラッド層42を形成する。次に、シリコン酸化膜
を剥離してシリコン窒化膜の保護膜40を形成する。続い
て、Ｎ層21のInP基板10に伸びた部分及びＰ層23上の保
護膜40にコンタクトホールを形成し、それぞれＮ側電極
25及びＰ側電極24を形成する（第３図（g1），（g
2））。
本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能であ
る。例えば、基板、光導波路、PINフォトダイオードを
構成する材料について上記実施例のものに限定されるも
のではない。
る。例えば、基板、光導波路、PINフォトダイオードを
構成する材料について上記実施例のものに限定されるも
のではない。
［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、PINフォトダイオード
に入射する光強度が均一化されたので、入射し得る光強
度の限界を上昇させ、低雑音で高速動作が可能な受光装
置を実現することができる。
に入射する光強度が均一化されたので、入射し得る光強
度の限界を上昇させ、低雑音で高速動作が可能な受光装
置を実現することができる。
第１図は本発明の一実施例による受光装置の斜視図、 第２図は同受光装置の主要部の断面図、 第３図は同受光装置の製造方法の工程図、 第４図は従来の受光装置の主要部の断面図 である。 図において、 10……InP基板 12、14……光導波路 12a、14a……バッファ層（ｎ-InP） 12b、14b……光導波路層（ｎ-InGaAsP） 12c、14c……エッチングストップ層（ｎ+InGaAs） 16……光結合部 20、30……PINフォトダイオード 21、31……Ｎ層（ｎ+InP） 22、32……Ｉ層（ｎ-InGaAs） 23、33……Ｐ層（ｐ+InP） 24、34……Ｐ側電極 25、35……Ｎ側電極 40……保護膜 42……埋込みクラッド層（ｎ-InP） 50……InP基板 52……バッファ層（ｎ-InP） 54……光導波路層（ｎ-InGaAsP） 56……PINフォトダイオード 57……Ｎ層（ｎ+InP） 58……Ｉ層（ｎ-InGaAs） 59……Ｐ層（ｐ+InP）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/14 H01L 31/10
Claims (1)
- 【請求項１】光を導く光導波路と、 前記光導波路上に形成されたＮ層と、前記Ｎ層上に形成
されたＩ層と、前記Ｉ層上に形成されたＰ層とを有する
PINフォトダイオードとを備え、 前記Ｎ層の厚さが、前記光導波路における光の進行方向
に沿って徐々に薄くなるように形成されていることを特
徴とする受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1067871A JP2865699B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1067871A JP2865699B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 受光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02246268A JPH02246268A (ja) | 1990-10-02 |
| JP2865699B2 true JP2865699B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=13357420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1067871A Expired - Lifetime JP2865699B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2865699B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5278428B2 (ja) * | 2008-05-28 | 2013-09-04 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子及びその製造方法 |
| WO2009144884A1 (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-03 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子及びその製造方法 |
| JP7125822B2 (ja) * | 2018-06-06 | 2022-08-25 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光半導体素子及び光伝送装置 |
| WO2021100133A1 (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 日本電信電話株式会社 | 受光デバイスおよびその製造方法 |
-
1989
- 1989-03-20 JP JP1067871A patent/JP2865699B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02246268A (ja) | 1990-10-02 |
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