JP3162424B2 - 導波型光検出器及びその作製方法 - Google Patents
導波型光検出器及びその作製方法Info
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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
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光集積回路などに用い
る為の導波型光検出器及びその作製方法に関する。
る為の導波型光検出器及びその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、導波路と受光器を組み合わせたデ
バイスとしては、例えば、米国特許第4,360,24
6号明細書に開示されているデバイスがある。ここで
は、図6に示す如く、基板61は半絶縁性GaAsで形
成され、第1クラッド層62はノンドープ(φ−)Al
yGa1-yAs(厚さ0.5μm〜1μm)で形成され、
導波路層63はφ−AlxGa1-xAs(厚さ2μm〜5
μm)と厚く設けられ、更に光吸収層64としてn−G
aAsが厚さ0.1μm〜1μmで積層されている。こ
こで、第1クラッド層62の屈折率を光導波路層63の
屈折率より小さくする為に、xとyの関係はx<yであ
る。
バイスとしては、例えば、米国特許第4,360,24
6号明細書に開示されているデバイスがある。ここで
は、図6に示す如く、基板61は半絶縁性GaAsで形
成され、第1クラッド層62はノンドープ(φ−)Al
yGa1-yAs(厚さ0.5μm〜1μm)で形成され、
導波路層63はφ−AlxGa1-xAs(厚さ2μm〜5
μm)と厚く設けられ、更に光吸収層64としてn−G
aAsが厚さ0.1μm〜1μmで積層されている。こ
こで、第1クラッド層62の屈折率を光導波路層63の
屈折率より小さくする為に、xとyの関係はx<yであ
る。
【0003】光吸収層64は、GaAsとAlGaAs
の選択エッチングを用いてn−GaAs64を島状に形
成し、φ−AlxGa1-xAs63の表面を露出させて形
成される。更に、3次元導波路70を形成する為に、空
気よりも屈折率の大きい誘電体65(例えば、二酸化シ
リコン)をストライプ状に設けて導波路70と導波路以
外の部分の等価屈折率を変え、導波路層63における横
方向の光閉じ込めを行なっている。
の選択エッチングを用いてn−GaAs64を島状に形
成し、φ−AlxGa1-xAs63の表面を露出させて形
成される。更に、3次元導波路70を形成する為に、空
気よりも屈折率の大きい誘電体65(例えば、二酸化シ
リコン)をストライプ状に設けて導波路70と導波路以
外の部分の等価屈折率を変え、導波路層63における横
方向の光閉じ込めを行なっている。
【0004】動作としては、信号光74は端面72側に
おいて入力され、導波路層63を伝搬していく。伝搬し
た光は上下のクラッド層であるφ−AlyGa1-yAs6
2と誘電体65により閉じ込められ、A−A′点におい
て導波路層63よりも屈折率の大きいn−GaAs64
に達し、導波路から光がn−GaAs層64に漏れ出
す。この漏れ光はn−GaAs層64で吸収され電子・
正孔を生成する。この従来例では、受光器の構造がFE
T構造となっており、前記のキャリアのうち電子は吸収
層64上部に設けた1組のオーミック電極66、67に
より取り出され、光の検出が行なわれ、正孔はショット
キー電極であるゲート電極68より取り出される構造に
なっている。ゲート電極68は光吸収層64に空乏層を
形成し暗電流の制御とドレイン電流の制御とを行なう。
おいて入力され、導波路層63を伝搬していく。伝搬し
た光は上下のクラッド層であるφ−AlyGa1-yAs6
2と誘電体65により閉じ込められ、A−A′点におい
て導波路層63よりも屈折率の大きいn−GaAs64
に達し、導波路から光がn−GaAs層64に漏れ出
す。この漏れ光はn−GaAs層64で吸収され電子・
正孔を生成する。この従来例では、受光器の構造がFE
T構造となっており、前記のキャリアのうち電子は吸収
層64上部に設けた1組のオーミック電極66、67に
より取り出され、光の検出が行なわれ、正孔はショット
キー電極であるゲート電極68より取り出される構造に
なっている。ゲート電極68は光吸収層64に空乏層を
形成し暗電流の制御とドレイン電流の制御とを行なう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、入力信号光74はAlxGa1-xAsを導波する波長
である為に、導波光のエネルギーEs が次の範囲になけ
ればならない。 1.42<Es <1.42+1.247×x (eV) ここで、上記従来例に記載されたxを代入して計算を
し、Esを波長に換算するとほぼ0.64μm〜0.8
7μmである。この波長範囲をもとに導波路のモード計
算を行なうと、この導波路はマルチモードとなる。導波
路がマルチモードである場合、伝搬する光は高次モード
になり速度が遅くなる。この為に、受光器から出力され
る電気信号と入力信号を比較すると出力信号の立ち下が
りが悪い波形となり、更にS/N比が高く取れないとい
う欠点があった。
は、入力信号光74はAlxGa1-xAsを導波する波長
である為に、導波光のエネルギーEs が次の範囲になけ
ればならない。 1.42<Es <1.42+1.247×x (eV) ここで、上記従来例に記載されたxを代入して計算を
し、Esを波長に換算するとほぼ0.64μm〜0.8
7μmである。この波長範囲をもとに導波路のモード計
算を行なうと、この導波路はマルチモードとなる。導波
路がマルチモードである場合、伝搬する光は高次モード
になり速度が遅くなる。この為に、受光器から出力され
る電気信号と入力信号を比較すると出力信号の立ち下が
りが悪い波形となり、更にS/N比が高く取れないとい
う欠点があった。
【0006】また、成膜時に厚膜混晶を成膜方向に均一
に製作することは困難であるし、3次元導波路70とし
ての横方向の閉じ込めは誘電体65と空気の屈折率の差
を用いるのみなので弱くなっていると言う欠点があっ
た。更に、導波路として混晶導波路を用いているので吸
収端がだらだらしており、入力信号の波長を吸収端より
相当短くしなければならないと言う欠点もあった。
に製作することは困難であるし、3次元導波路70とし
ての横方向の閉じ込めは誘電体65と空気の屈折率の差
を用いるのみなので弱くなっていると言う欠点があっ
た。更に、導波路として混晶導波路を用いているので吸
収端がだらだらしており、入力信号の波長を吸収端より
相当短くしなければならないと言う欠点もあった。
【0007】また、受光部下でも導波光を広げずに3次
元的に伝搬させる為に、導波路中か若しくはそれよりも
若干広くしか吸収層を形成できず、デバイス作製時に微
細プロセスをしなければならないと言う欠点もあった。
元的に伝搬させる為に、導波路中か若しくはそれよりも
若干広くしか吸収層を形成できず、デバイス作製時に微
細プロセスをしなければならないと言う欠点もあった。
【0008】従って、本発明の目的は、上記課題に鑑
み、光が効率よく受光検出器に吸収され検出器から出力
される電気信号の立ち上がり、立ち下がりを改善し、且
つS/N比も高くとれる様にした導波型光検出器及びそ
の作製方法を提供することにある。
み、光が効率よく受光検出器に吸収され検出器から出力
される電気信号の立ち上がり、立ち下がりを改善し、且
つS/N比も高くとれる様にした導波型光検出器及びそ
の作製方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決する為の手段】本発明の導波型光検出器
は、ストライプ状の溝を有する半導体基板上に、第1の
クラッド層、光導波路、第2のクラッド層が順次積層さ
れ、前記第2のクラッド層上の一部に島状の光吸収層が
形成され、前記光吸収層上にFET構造を構成するソー
ス電極、ゲート電極及びドレイン電極が形成されて成る
光検出器であって、ストライプ状の溝に沿って光導波路
を伝搬する光を光吸収層で吸収して検出することを特徴
とする。ストライプ状の溝付き基板上に、光導波路及び
光吸収層を別に形成し、このストライプ状の溝に沿って
光が閉じ込められるように構成された特徴によって、本
発明は、光が効率良く光検出器に吸収され、光検出器か
ら出力される電気信号の立ち上がり、立ち下がりを改善
し、且つS/N比が高くとれるという顕著な作用効果を
奏するものです。より具体的には、前記第2クラッド層
の膜厚は光吸収層の部分で導波光の電磁界分布の裾がか
かる程度の厚みであったりする。
は、ストライプ状の溝を有する半導体基板上に、第1の
クラッド層、光導波路、第2のクラッド層が順次積層さ
れ、前記第2のクラッド層上の一部に島状の光吸収層が
形成され、前記光吸収層上にFET構造を構成するソー
ス電極、ゲート電極及びドレイン電極が形成されて成る
光検出器であって、ストライプ状の溝に沿って光導波路
を伝搬する光を光吸収層で吸収して検出することを特徴
とする。ストライプ状の溝付き基板上に、光導波路及び
光吸収層を別に形成し、このストライプ状の溝に沿って
光が閉じ込められるように構成された特徴によって、本
発明は、光が効率良く光検出器に吸収され、光検出器か
ら出力される電気信号の立ち上がり、立ち下がりを改善
し、且つS/N比が高くとれるという顕著な作用効果を
奏するものです。より具体的には、前記第2クラッド層
の膜厚は光吸収層の部分で導波光の電磁界分布の裾がか
かる程度の厚みであったりする。
【0010】本発明の導波型光検出器の作製方法は、半
導体基板上にストライプ状の溝を設ける工程と、溝が形
成された半導体基板上に、第1のクラッド層、光導波
路、第2のクラッド層を順次積層する工程と、前記第2
のクラッド層上の一部に島状の光吸収層を形成する工程
と、前記光吸収層上にFET構造を構成するソース電
極、ゲート電極及びドレイン電極を形成する工程とから
成ることを特徴とする。この方法により、ストライプ状
の溝付き基板上に、光導波路及び光吸収層を別に形成
し、このストライプ状の溝に沿って光が閉じ込められる
ような構成が作製できる。
導体基板上にストライプ状の溝を設ける工程と、溝が形
成された半導体基板上に、第1のクラッド層、光導波
路、第2のクラッド層を順次積層する工程と、前記第2
のクラッド層上の一部に島状の光吸収層を形成する工程
と、前記光吸収層上にFET構造を構成するソース電
極、ゲート電極及びドレイン電極を形成する工程とから
成ることを特徴とする。この方法により、ストライプ状
の溝付き基板上に、光導波路及び光吸収層を別に形成
し、このストライプ状の溝に沿って光が閉じ込められる
ような構成が作製できる。
【0011】より具体的には、前記第2クラッド層の膜
厚は、光吸収層の部分で導波光の電磁界分布の裾が光吸
収層にかかる程度の厚みであったり、前記光導波路が第
1の半導体材料と第2の半導体材料を含む材料系で構成
されている超格子構造であったり、前記光吸収層は、そ
のバンドギャップが入力光のエネルギーよりも小さく、
移動度が高い材料から成ったり、前記光吸収層には、吸
収キャリア検出の為にキャリアの取り出し電極が設けて
あったり、導波型光検出器の構成がFET型光検出器で
あったりする。
厚は、光吸収層の部分で導波光の電磁界分布の裾が光吸
収層にかかる程度の厚みであったり、前記光導波路が第
1の半導体材料と第2の半導体材料を含む材料系で構成
されている超格子構造であったり、前記光吸収層は、そ
のバンドギャップが入力光のエネルギーよりも小さく、
移動度が高い材料から成ったり、前記光吸収層には、吸
収キャリア検出の為にキャリアの取り出し電極が設けて
あったり、導波型光検出器の構成がFET型光検出器で
あったりする。
【0012】本発明では、成長基板に溝を形成し、その
溝幅と深さを制御することとダブルヘテロ構造を併用す
ることで、成長直後にシングルモード化したインナース
トライプの3次元導波路が形成され、受光部下でも3次
元導波路が形成されていることから、光信号が効率良く
受光部に吸収され受光部から出力される電気信号の立ち
上がり、立ち下がりを改善し、且つS/N比も高くとれ
る様にしたものである。
溝幅と深さを制御することとダブルヘテロ構造を併用す
ることで、成長直後にシングルモード化したインナース
トライプの3次元導波路が形成され、受光部下でも3次
元導波路が形成されていることから、光信号が効率良く
受光部に吸収され受光部から出力される電気信号の立ち
上がり、立ち下がりを改善し、且つS/N比も高くとれ
る様にしたものである。
【0013】
【実施例】第1実施例 以下、本発明の第1実施例を図1乃至図3で説明する。
GaAsの半絶縁性基板1上にネガレジスト(例えば、
RD2000N:日立化成製)をスピンコートし、De
ep UV光源のアライナーを用いて幅2μm、ピッチ
500μmのストライプを形成する。図2(a)の如く
ストライプ形成後、GaAs1を図2(b)に示す様に
エッチングする。エッチング方法としては、ウエットエ
ッチングを用いた。エッチャントはNH4OH:H
2O2:H2O=3:1:100で、ノンドープGaAs
に対するエッチングレートはおおよそ100Å/min
である。
GaAsの半絶縁性基板1上にネガレジスト(例えば、
RD2000N:日立化成製)をスピンコートし、De
ep UV光源のアライナーを用いて幅2μm、ピッチ
500μmのストライプを形成する。図2(a)の如く
ストライプ形成後、GaAs1を図2(b)に示す様に
エッチングする。エッチング方法としては、ウエットエ
ッチングを用いた。エッチャントはNH4OH:H
2O2:H2O=3:1:100で、ノンドープGaAs
に対するエッチングレートはおおよそ100Å/min
である。
【0014】この様に、基板1に溝2を形成した後、M
O−CVD装置を用いて膜成長を行なう。GaAsの半
絶縁性基板1上に、先ず、第1クラッド層としてφ−A
lGaAs層3を厚さ1.0μm積層し、次に導波路層
4としてφ−AlGaAs30Åとφ−GaAs60Å
のMQW層を0.39μm積層し、第2クラッド層とし
てφ−AlGaAs層5を厚さ0.3μm積層する。更
に、その上に能動層6として、Siを1.0×1017c
m-3ドーピングしたn−GaAs層を0.2μm積層す
る。
O−CVD装置を用いて膜成長を行なう。GaAsの半
絶縁性基板1上に、先ず、第1クラッド層としてφ−A
lGaAs層3を厚さ1.0μm積層し、次に導波路層
4としてφ−AlGaAs30Åとφ−GaAs60Å
のMQW層を0.39μm積層し、第2クラッド層とし
てφ−AlGaAs層5を厚さ0.3μm積層する。更
に、その上に能動層6として、Siを1.0×1017c
m-3ドーピングしたn−GaAs層を0.2μm積層す
る。
【0015】本実施例では受光器としてFET型光検出
器を設けている。FETの構成としては、オーミック電
極であるソース電極11とドレイン電極13にAu−G
e/Ni/Auを用い、ゲート電極12はAlを蒸着し
て形成している。デバイス寸法としては、ゲート長さ1
μm、ゲート幅100μm、ソース・ゲート間隔1μ
m、ゲート・ドレイン間隔2μmである。第2クラッド
層5とゲート電極12との間にはSiO2絶縁層7が設
けられている。図1では、括弧の部分のSiO2絶縁層
7が省いて描かれている。
器を設けている。FETの構成としては、オーミック電
極であるソース電極11とドレイン電極13にAu−G
e/Ni/Auを用い、ゲート電極12はAlを蒸着し
て形成している。デバイス寸法としては、ゲート長さ1
μm、ゲート幅100μm、ソース・ゲート間隔1μ
m、ゲート・ドレイン間隔2μmである。第2クラッド
層5とゲート電極12との間にはSiO2絶縁層7が設
けられている。図1では、括弧の部分のSiO2絶縁層
7が省いて描かれている。
【0016】本実施例の結晶成長方法としては、有機金
属CVD法(MO−CVD)の他に、分子線エピタキシ
ー法(MBE)、液相エピタキシャル法(LPE)等が
ある。
属CVD法(MO−CVD)の他に、分子線エピタキシ
ー法(MBE)、液相エピタキシャル法(LPE)等が
ある。
【0017】この様にして作製されたウェハーのデバイ
スプロセスを次に説明する。 (1)第2クラッド層5上に能動層を積層後、フォトリ
ソグラフィにより能動層6のn−GaAsを選択的にエ
ッチングする。選択エッチング方法は、ウェットエッチ
ングの場合、エッチャントとして過酸化水素(200c
c)とアンモニア水(1cc)でエッチングし、ドライ
エッチングの場合はCCl2F2を用いたRIE(反応性
イオンエッチング)によりGaAsのみを選択的にエッ
チングする。 (2)レジストマスクを剥離し表面を保護する為にスパ
ッタ蒸着装置により酸化シリコン7を蒸着する。 (3)フォトリソグラフィにより能動層6以外の部分を
レジストで覆いバッファフッ酸(BHF)により能動層
6部の表面の酸化シリコンをエッチングする。 (4)ソース・ドレイン電極パターニングを行なう。 (5)Au−Ge/Ni/Auを連続蒸着する。 (6)Azリムーバー(remover)でレジストを
剥離し電極部以外のAu−Ge/Ni/Auをリフトオ
フする。 (7)ソース・ドレイン電極のオーミックコンタクトを
取るためにアロイ化を行なう。 (8)各電極にワイヤーボンディングする為の引き出し
電極をパターニングする(不図示)。 (9)Cr/Auを連続蒸着する。 (10)リムーバーでレジストを剥離し引き出し電極部
以外のCr/Auをリフトオフする。 (11)ゲート電極パターニングを行なう。 (12)ゲート材料としてAlを抵抗加熱蒸着する。 (13)リムーバーでレジストを剥離しゲート電極部以
外のAlをリフトオフする。 (14)表面保護膜を蒸着する(不図示)。 (15)フォトリソによりワイヤーボンディングパッド
の部分を除去する(不図示)。 (16)半絶縁性基板1をメカニカルにラッピングしデ
バイス全体の厚みを100μmから150μmとする。 (17)基板1の裏面にAu−Ge/Auを連続蒸着す
る。 (18)基板1と裏面電極(不図示)との密着性を良く
する為にアロイ化を行なう。 (19)実装用基板に実装して外部とのコンタクトを取
る。
スプロセスを次に説明する。 (1)第2クラッド層5上に能動層を積層後、フォトリ
ソグラフィにより能動層6のn−GaAsを選択的にエ
ッチングする。選択エッチング方法は、ウェットエッチ
ングの場合、エッチャントとして過酸化水素(200c
c)とアンモニア水(1cc)でエッチングし、ドライ
エッチングの場合はCCl2F2を用いたRIE(反応性
イオンエッチング)によりGaAsのみを選択的にエッ
チングする。 (2)レジストマスクを剥離し表面を保護する為にスパ
ッタ蒸着装置により酸化シリコン7を蒸着する。 (3)フォトリソグラフィにより能動層6以外の部分を
レジストで覆いバッファフッ酸(BHF)により能動層
6部の表面の酸化シリコンをエッチングする。 (4)ソース・ドレイン電極パターニングを行なう。 (5)Au−Ge/Ni/Auを連続蒸着する。 (6)Azリムーバー(remover)でレジストを
剥離し電極部以外のAu−Ge/Ni/Auをリフトオ
フする。 (7)ソース・ドレイン電極のオーミックコンタクトを
取るためにアロイ化を行なう。 (8)各電極にワイヤーボンディングする為の引き出し
電極をパターニングする(不図示)。 (9)Cr/Auを連続蒸着する。 (10)リムーバーでレジストを剥離し引き出し電極部
以外のCr/Auをリフトオフする。 (11)ゲート電極パターニングを行なう。 (12)ゲート材料としてAlを抵抗加熱蒸着する。 (13)リムーバーでレジストを剥離しゲート電極部以
外のAlをリフトオフする。 (14)表面保護膜を蒸着する(不図示)。 (15)フォトリソによりワイヤーボンディングパッド
の部分を除去する(不図示)。 (16)半絶縁性基板1をメカニカルにラッピングしデ
バイス全体の厚みを100μmから150μmとする。 (17)基板1の裏面にAu−Ge/Auを連続蒸着す
る。 (18)基板1と裏面電極(不図示)との密着性を良く
する為にアロイ化を行なう。 (19)実装用基板に実装して外部とのコンタクトを取
る。
【0018】以上の様に作製したデバイスの動作につい
て説明する。図3の如く、ドレイン電極13にソース電
極11に対して正の電界Vdsを印加し、ゲート電極12
にソース電極11に対して負の電界Vgを印加する。ゲ
ート電極12はショットキー電極であるので逆バイアス
を印加することにより空乏層20が能動層6内に伸び
る。この空乏層幅はゲート電圧Vgにより変化し、それ
に従ってチャネル幅が変化する。この結果、ドレイン電
極13とソース電極11間に流れるドレイン電流Idが
変化する。空乏層20が第2クラッド層5まで達すると
チャネルは閉じられドレイン電流Idは流れなくなる。
作製したFETのVds−Id特性からゲート電圧のピン
チオフ電圧を求めたところ大体−3Vであった。
て説明する。図3の如く、ドレイン電極13にソース電
極11に対して正の電界Vdsを印加し、ゲート電極12
にソース電極11に対して負の電界Vgを印加する。ゲ
ート電極12はショットキー電極であるので逆バイアス
を印加することにより空乏層20が能動層6内に伸び
る。この空乏層幅はゲート電圧Vgにより変化し、それ
に従ってチャネル幅が変化する。この結果、ドレイン電
極13とソース電極11間に流れるドレイン電流Idが
変化する。空乏層20が第2クラッド層5まで達すると
チャネルは閉じられドレイン電流Idは流れなくなる。
作製したFETのVds−Id特性からゲート電圧のピン
チオフ電圧を求めたところ大体−3Vであった。
【0019】更に、このデバイスを図4に示す光学系に
組み込み、信号光115としてλ=830nm(バンド
ギャップEg=1.494eV)のレーザ光を該光学系
により導波路層4とカップリングさせ、信号光をデバイ
スに入力させた。
組み込み、信号光115としてλ=830nm(バンド
ギャップEg=1.494eV)のレーザ光を該光学系
により導波路層4とカップリングさせ、信号光をデバイ
スに入力させた。
【0020】本実施例の如くFETを受光器として動作
させる場合、応答を良くする為にはゲート電圧はピンチ
オフ電圧の値に設定する必要がある。本実施例ではVg
=−3V、またドレイン電圧Vdsは通常1から5V位印
加するが、本実施例ではVds=1.5V印加した。この
時の暗電流はほぼ10nA程度であった。
させる場合、応答を良くする為にはゲート電圧はピンチ
オフ電圧の値に設定する必要がある。本実施例ではVg
=−3V、またドレイン電圧Vdsは通常1から5V位印
加するが、本実施例ではVds=1.5V印加した。この
時の暗電流はほぼ10nA程度であった。
【0021】図1の端面116に入力した信号光115
はMQW導波路4を伝搬し受光部であるFETのソース
・ドレイン間に到達する。FET受光部に到達した信号
光115は、FETの能動層であるn−GaAs層6の
バンドギャップが〜1.4eVであることからn−Ga
As層6に吸収されて電子と正孔を生成する。吸収によ
って生成された電子はゲート・ドレイン電極間の電界に
よりドレイン電極13に達する。また、ゲート・ソース
間の電子は空乏層20内を拡散しながらドレインに向か
う。ただし、この電流は非常に微小で実際に外部に取り
出しフォトカレントとして観察することは困難である。
はMQW導波路4を伝搬し受光部であるFETのソース
・ドレイン間に到達する。FET受光部に到達した信号
光115は、FETの能動層であるn−GaAs層6の
バンドギャップが〜1.4eVであることからn−Ga
As層6に吸収されて電子と正孔を生成する。吸収によ
って生成された電子はゲート・ドレイン電極間の電界に
よりドレイン電極13に達する。また、ゲート・ソース
間の電子は空乏層20内を拡散しながらドレインに向か
う。ただし、この電流は非常に微小で実際に外部に取り
出しフォトカレントとして観察することは困難である。
【0022】また、正孔は、電子と同様にゲート・ドレ
イン電界によりゲート12近傍の空乏層20に拡散によ
り移動する。空乏層20内に入った正孔はドリフトして
ゲート電極12に到達する。この結果、ゲート電極12
にかかっているポテンシャル障壁が下がり空乏層20が
収縮する。この空乏層が収縮している間のみFETの能
動層6にチャネルが存在してソース電極11からドレイ
ン電極13に電子が移動してドレイン電流が流れる。
イン電界によりゲート12近傍の空乏層20に拡散によ
り移動する。空乏層20内に入った正孔はドリフトして
ゲート電極12に到達する。この結果、ゲート電極12
にかかっているポテンシャル障壁が下がり空乏層20が
収縮する。この空乏層が収縮している間のみFETの能
動層6にチャネルが存在してソース電極11からドレイ
ン電極13に電子が移動してドレイン電流が流れる。
【0023】このドレイン電流は前述のフォトカレント
とは異なりドレイン電圧とゲート電圧により決まる量で
あるから、信号振幅と暗電流振幅との比を考慮しなけれ
ばならない。
とは異なりドレイン電圧とゲート電圧により決まる量で
あるから、信号振幅と暗電流振幅との比を考慮しなけれ
ばならない。
【0024】ゲートに達した正孔はゲート電極12から
外部回路に吸い出され外部回路の取り付けられているコ
ンデンサーを介して再結合して消滅する。それと同時
に、ゲートにかかっているポテンシャル障壁が信号入力
以前の状態に戻り空乏層20が伸びて能動層6のチャネ
ルが閉じドレイン電流が流れなくなる。
外部回路に吸い出され外部回路の取り付けられているコ
ンデンサーを介して再結合して消滅する。それと同時
に、ゲートにかかっているポテンシャル障壁が信号入力
以前の状態に戻り空乏層20が伸びて能動層6のチャネ
ルが閉じドレイン電流が流れなくなる。
【0025】本実施例において導波路はシングルモード
化している為に受光部から出力される電気信号の立ち上
がりが改善され、更に導波路をMQW構造としているの
で、かなり吸収端に近い波長の光信号でも伝搬させるこ
とが可能となった。
化している為に受光部から出力される電気信号の立ち上
がりが改善され、更に導波路をMQW構造としているの
で、かなり吸収端に近い波長の光信号でも伝搬させるこ
とが可能となった。
【0026】第2実施例 図5は第2実施例の断面図を示す。本実施例では半導体
基板1にV字溝22の形成を行なう。(100)GaA
s基板の<110>方向にレジストを用いて幅2μmの
ストライプを500μmピッチで形成し、50H2O:
2H2O2:1NH4OHのエッチング液によって深さ
1.2μm、幅4μmのV字形溝22を形成する。
基板1にV字溝22の形成を行なう。(100)GaA
s基板の<110>方向にレジストを用いて幅2μmの
ストライプを500μmピッチで形成し、50H2O:
2H2O2:1NH4OHのエッチング液によって深さ
1.2μm、幅4μmのV字形溝22を形成する。
【0027】以下の成長プロセスとフォトリソプロセス
は第1実施例と同じである。本実施例の構造ではV溝2
2内の面方位の成長速度が(100)面内より早い為、
図5に示す様にV溝以外の平坦部での成長膜厚は薄くな
る。この為、V溝22以外の部分での光信号は基板に吸
収されてしまう。この結果、導波光をV溝導波路内に、
より効果的に閉じ込めることができる。
は第1実施例と同じである。本実施例の構造ではV溝2
2内の面方位の成長速度が(100)面内より早い為、
図5に示す様にV溝以外の平坦部での成長膜厚は薄くな
る。この為、V溝22以外の部分での光信号は基板に吸
収されてしまう。この結果、導波光をV溝導波路内に、
より効果的に閉じ込めることができる。
【0028】ところで、本発明における材料はGaAs
/AlGaAsに限られるものではなく、他のIII−
V族、II−VI族化合物半導体を用いた場合や、Si
等のIV族半導体を用いても同様な効果が得られる。ま
た、本発明における光検出器はFET型に限られるもの
ではなく、MSM型等でも同様な構成で効果がある。更
に、本発明におけるインナーストライプ溝構造は凹溝、
V溝に限られるものではない。
/AlGaAsに限られるものではなく、他のIII−
V族、II−VI族化合物半導体を用いた場合や、Si
等のIV族半導体を用いても同様な効果が得られる。ま
た、本発明における光検出器はFET型に限られるもの
ではなく、MSM型等でも同様な構成で効果がある。更
に、本発明におけるインナーストライプ溝構造は凹溝、
V溝に限られるものではない。
【0029】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、F
ET型などの導波型光受光器は1回の成長で3次元導波
路構造が作製でき、FET受光部下の導波光の広がりを
抑えることが可能となる。
ET型などの導波型光受光器は1回の成長で3次元導波
路構造が作製でき、FET受光部下の導波光の広がりを
抑えることが可能となる。
【0030】更に、成長表面が平坦に近い為、FETを
作製するプロセス上でも有利となる。本発明の導波型F
ET受光器は、従来の導波型フォトトランジスターに比
べて飛躍的に大きな光電流を出力し、その出力が光信号
に対してリニアな為、アナログ伝送にも適用できるとい
う特徴を有しており、光通信や光情報処理用受光素子と
して大変有効であるばかりでなく、抵抗やコンデンサー
等の電気素子と組み合わせることが可能なことから、用
途によっては電気素子としても使用できるという特徴を
有する新しい集積機能素子となる。
作製するプロセス上でも有利となる。本発明の導波型F
ET受光器は、従来の導波型フォトトランジスターに比
べて飛躍的に大きな光電流を出力し、その出力が光信号
に対してリニアな為、アナログ伝送にも適用できるとい
う特徴を有しており、光通信や光情報処理用受光素子と
して大変有効であるばかりでなく、抵抗やコンデンサー
等の電気素子と組み合わせることが可能なことから、用
途によっては電気素子としても使用できるという特徴を
有する新しい集積機能素子となる。
【図1】本発明を実施した導波型光検出器の第1実施例
の斜視構成図である。
の斜視構成図である。
【図2】図1のストライプ溝作製プロセスの模式図であ
る。
る。
【図3】図1のFET受光部での断面図を示し動作時の
回路を含む図である。
回路を含む図である。
【図4】入力光学系を示す図である。
【図5】本発明を実施した導波型光検出器の第2実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図6】従来例を示す斜視構成図である。
1 半絶縁性GaAs基板 2,22 ストライプ溝 3 φ−AlGaAs第1クラッド層 4 MQW光導波路層 5 φ−AlGaAs第2クラッド層 6 n−GaAs能動層 7 SiO2絶縁膜 11 ソース電極 12 ゲート電極 13 ドレイン電極 20 空乏層 115 信号光 116 入力端面
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−38269(JP,A) 特開 平2−237176(JP,A) 特表 平2−502953(JP,A) 米国特許4360246(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/0248 - 31/0264 H01L 31/08 - 31/119
Claims (3)
- 【請求項1】ストライプ状の溝を有する半導体基板上
に、第1のクラッド層、光導波路、第2のクラッド層が
順次積層され、前記第2のクラッド層上の一部に島状の
光吸収層が形成され、前記光吸収層上にFET構造を構
成するソース電極、ゲート電極及びドレイン電極が形成
されて成る光検出器であって、ストライプ状の溝に沿っ
て光導波路を伝搬する光を光吸収層で吸収して検出する
ことを特徴とする導波型光検出器。 - 【請求項2】前記第2クラッド層の膜厚は光吸収層の部
分で導波光の電磁界分布の裾がかかる程度の厚みである
請求項1に記載の光検出器。 - 【請求項3】半導体基板上にストライプ状の溝を設ける
工程と、溝が形成された半導体基板上に、第1のクラッ
ド層、光導波路、第2のクラッド層を順次積層する工程
と、前記第2のクラッド層上の一部に島状の光吸収層を
形成する工程と、前記光吸収層上にFET構造を構成す
るソース電極、ゲート電極及びドレイン電極を形成する
工程とから成る導波型光検出器の作製方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15102291A JP3162424B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 導波型光検出器及びその作製方法 |
US07/887,806 US5285514A (en) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | Waveguide type photodetector and a method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15102291A JP3162424B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 導波型光検出器及びその作製方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04349673A JPH04349673A (ja) | 1992-12-04 |
JP3162424B2 true JP3162424B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=15509592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15102291A Expired - Fee Related JP3162424B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 導波型光検出器及びその作製方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5285514A (ja) |
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US6416714B1 (en) * | 1995-04-25 | 2002-07-09 | Discovery Partners International, Inc. | Remotely programmable matrices with memories |
US20020092987A1 (en) * | 1998-09-05 | 2002-07-18 | Taehee Cho | Photo detect device using quantum dots and materialization method thereof |
US6453105B1 (en) * | 2000-10-04 | 2002-09-17 | Agere Systems Guardian Corp | Optoelectronic device with power monitoring tap |
GB2392007A (en) * | 2002-08-14 | 2004-02-18 | Bookham Technology Plc | Integrated optoelectronic photodetector Tap-off waveguide light sensor |
US6808957B1 (en) | 2003-07-31 | 2004-10-26 | Chunghwa Telecom Co., Ltd. | Method for improving a high-speed edge-coupled photodetector |
JP4650224B2 (ja) * | 2004-11-19 | 2011-03-16 | 日亜化学工業株式会社 | 電界効果トランジスタ |
JP4604981B2 (ja) * | 2005-11-24 | 2011-01-05 | ソニー株式会社 | 半導体装置と光検出方法 |
JP4840062B2 (ja) * | 2006-10-06 | 2011-12-21 | ソニー株式会社 | 半導体装置および光検出方法 |
JP2010020879A (ja) * | 2008-06-11 | 2010-01-28 | Sony Corp | 信号検出装置及び信号検出方法 |
US8053782B2 (en) * | 2009-08-24 | 2011-11-08 | International Business Machines Corporation | Single and few-layer graphene based photodetecting devices |
US8242432B2 (en) * | 2009-10-23 | 2012-08-14 | Kotura, Inc. | System having light sensor with enhanced sensitivity including a multiplication layer for generating additional electrons |
CN102569513B (zh) | 2010-12-22 | 2016-02-17 | 李冰 | 一种波导光探测器及其制备方法 |
CN102566090B (zh) | 2010-12-22 | 2014-12-10 | 李冰 | 一种光波导开关 |
WO2012095027A1 (en) | 2011-01-14 | 2012-07-19 | Bing Li | Dispersion-corrected arrayed waveguide grating |
US9377581B2 (en) | 2013-05-08 | 2016-06-28 | Mellanox Technologies Silicon Photonics Inc. | Enhancing the performance of light sensors that receive light signals from an integrated waveguide |
WO2018195168A2 (en) | 2017-04-21 | 2018-10-25 | University Of Virginia Patent Foundation | Integrated photodiode with unique waveguide drift layer |
JP7212254B2 (ja) * | 2019-01-16 | 2023-01-25 | 日本電信電話株式会社 | 光検出器 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4553317A (en) * | 1981-11-09 | 1985-11-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of obtaining an impact ionization coefficient rate by junction of different kinds of semiconductors |
JPS61140189A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-27 | Canon Inc | 半導体レ−ザ |
JPH0614575B2 (ja) * | 1987-07-10 | 1994-02-23 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子 |
EP0302732B1 (en) * | 1987-08-04 | 1993-10-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | A semiconductor laser device |
JP2733263B2 (ja) * | 1988-10-04 | 1998-03-30 | キヤノン株式会社 | 集積型光ノードおよびそれを用いたバス型光情報システム |
JPH0479283A (ja) * | 1990-07-20 | 1992-03-12 | Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk | 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1991
- 1991-05-27 JP JP15102291A patent/JP3162424B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-05-26 US US07/887,806 patent/US5285514A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04349673A (ja) | 1992-12-04 |
US5285514A (en) | 1994-02-08 |
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