JP3251211B2 - 半導体受光器 - Google Patents
半導体受光器Info
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Description
応可能なフィルター機能を有し、かつ高受光感度特性に
優れた光導波路構造を有する半導体受光器に関する。
は、大容量高速伝送を実現する技術として発展してい
る。この光通信技術を支えるデバイスとして、様々な光
デバイスが開発されており、中でも、伝送信号を直接受
光し電気信号に変換するデバイスである半導体受光器
は、長距離伝送を実現するためのキーデバイスとして現
在盛んに研究・開発が進められている。
が、導波路型の半導体受光器は、半導体レーザーと同様
のパッケージが利用でき、また他の導波型光デバイスや
受動導波路との集積に適すると言う特徴を有している。
受信するという観点から、受光領域はマルチモード導波
路として設計されるのが一般的である。例えば、「アイ
トリプルイー・ジャーナル・オブ・クォンタム・エレク
トロニクス(IEEE Journal ofQuantum Electronics)
Vol.28 No.12 1992」第2728〜2
735頁(著者:K.Katoなど)に報告されている導波路
型の半導体受光器も、受光領域はマルチモード導波路で
ある。
る場合、特にシングルモード導波路から構成する必要は
ない。しかしながら、導波路型半導体受光器に、単なる
信号光受信機能だけではなく、フィルター機能も兼ね備
えさせることが考えられている。すなわち、波長多重伝
送において、受光器の受信感度帯波長よりも長い波長の
信号光が入射してきた時はその波長の光を透過させ、受
信感度帯内の波長の信号光が入ってきた時はその波長の
光を吸収するという波長フィルターとしての機能を兼ね
備えた半導体受光器を構成する場合がある。このよう
に、特定の波長の光を受光し、かつ他の波長の光は透過
させるというフィルター機能を兼ね備えた用途を考えた
場合、透過信号光はシングルモードである必要がある。
信号光を受信することを考慮すると、受光領域はマルチ
モードであることが望ましい。しかし、波長多重伝送に
対応可能なフィルター機能を兼ね備えるためにはシング
ルモードである必要がある。このように、導波路型半導
体受光器において、波長多重伝送に対応可能なフィルタ
ー機能を兼ね備えるためシングルモード構造とし、かつ
効率よく受光する光導波路構造とすることは困難であ
る。
機能し得るとともに、受光効率のよい半導体受光器を提
供することにある。
がシングルモード光である半導体受光器であって、マル
チモード導波路領域を含む光導波路構造を有することに
ある。
ルチモード干渉型光導波路である。
波路領域と、該マルチモード導波路領域の両端部に接続
されている1対のシングルモード導波路領域とからな
る。
前記シングルモード導波路領域よりも導波路幅が広い。
についてはシングルモードを提供してフィルターとして
機能し得るとともに、受光導波路領域がマルチモード導
波路であり受光効率が向上する。
の実施形態について説明する。
半導体受光器の概略斜視図である。この導波路型半導体
受光器は、例えば1.3μm帯信号光と1.55μm帯
信号光の波長多重信号が入射されたとき、1.3μm帯
信号光を受信し、かつ1.55μm帯信号光は透過させ
るフィルター機能を兼ね備えている。そして、この導波
路型半導体受光器は、マルチモード導波路領域1と、そ
の両端に接続されたシングルモード導波路領域2、3と
から構成される。各領域の長さは、マルチモード導波路
領域1が100μm程度、シングルモード導波路領域2
および3がそれぞれ10μm程度、合計で素子長は12
0μm程度となっている。マルチモード導波路領域1は
1×1−MMI光導波路として設計されている。図2に
は、図1の1点鎖線A−A’およびB−B’での断面の
層構造を示す。図2(a)および(b)に示す断面A−
A’およびB−B’の層構造はほとんど同一であり、異
なっている点は導波路幅だけである。図2(a)のマル
チモード導波路領域の導波路幅W1および図2(b)の
シングルモード導波路領域2の導波路幅W2は、それぞ
れW1=6μm、W2=1.5μmとなっている。
による導波路型半導体受光器の製造方法を説明する。図
3に示すように、n−InP基板上23に、n−InP
バッファ層24と、1.4μm組成InGaAsP層2
9と、p−InPクラッド層26とが、MOVPE法
(有機金属気相成長法)により順番に積層形成されてい
る。各層の層厚は、n−InPバッファ層24が200
nm程度、1.4μm組成InGaAsP層29が10
0nm程度、p−InPクラッド層26が200nm程
度である。
ソグラフィ法により、p−InPクラッド層26上にエ
ッチング用マスク31が形成される。その後、反応性イ
オンエッチング法(RIE法)により、図5に示すよう
に、p−InPクラッド層26と、1.4μm組成In
GaAsP層29と、n−InPバッファ層24とが、
部分的に(マスク31が形成されていない部分のみ)除
去され、メサ構造が形成される。
面に形成された後に、通常のフォトリソグラフィ法によ
り、図6に示すように、メサ周囲に選択的結晶成長法に
よる埋め込み層形成のためのSiO2マスク32が形成
される。その後、MOVPE法により、図7に示すよう
に、p−InP埋め込み層27およびp−InGaAs
キャップ層28が形成される。p−InP埋め込み層2
7は2μm程度、p−InGaAsキャップ層28は2
00nm程度の厚さである。
施され、裏面電極および表面電極が通常のスパッタリン
グ法により形成され、素子劈開後の両端面に通常の無反
射(AR)コーティングが施され、半導体素子の製造が
完了する。以上が、本実施形態の導波路型半導体受光器
の製造方法の一例である。
ついて次に説明する。本実施形態による半導体導波路型
受光器は、図1に示すようにマルチモード導波路領域1
を含んだ構造となっている。本実施形態のマルチモード
導波路領域は、MMI(Multimode Interferenece)理
論によって、1×1動作するように設計されている。
導体受光器においては、透過光をシングルモード光とし
て透過させるために、その導波路幅は全域にわたって
1.5μm程度に制約されている。すなわち、導波路が
全長にわたって本実施形態のシングルモード導波路領域
2の導波路幅W2と同程度の幅で形成されている必要が
ある。
受光器では、前述の通り1×1−MMI光導波路を用い
ているので、光導波路幅が従来の3倍以上の6μmであ
っても、透過光に関してはシングルモード光(基本モー
ド光)として透過させることが可能である。本実施形態
の導波路型半導体受光器は、このMMIの原理を用いる
ことにより、主受光導波路領域は高受光感度特性に優れ
るマルチモード導波路で構成しながらも、透過光はシン
グルモード光として透過し得る。このため、本実施形態
の導波路型半導体受光器は、波長多重伝送に適したフィ
ルター機能も兼ね備えた受光器として動作させることが
可能となる。
に対する光の閉じ込めは極めて強いため、偏光無依存の
受信感度特性が容易に得られる。またこのように構造が
比較的単純であるため、集積光デバイスにも適した構造
である。
導波路型半導体受光器であるが、本発明はこれに限定さ
れるわけではなく、他の層構造に対しても適用可能であ
る。また、受光器の感度波長帯を1.3μm帯とした
が、もちろんこれに限るわけではなく、可視光帯域であ
っても良いし、近赤外光帯であっても、本発明は適用可
能である。
法にMOVPE法が、メサ形成方法にRIE法がそれぞ
れ採用されているが、もちろんこれに限定されるわけで
はなく、結晶成長方法には、例えばMBE法を用いるこ
とも可能であり、また、メサ形成方法に、ウェットエッ
チング法を用いても構わない。
導体受光器は、主受光導波路領域がマルチモード導波路
から構成されているため、高受光感度特性を達成でき
る。しかも、マルチモード導波路領域が1×1−MMI
光導波路で構成されているため、透過光に関してはシン
グルモード光として透過させることができ、波長多重伝
送に適用できるフィルターとして使用可能である。
視図である。
明図である。
明図である。
明図である。
明図である。
明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 透過光がシングルモード光である半導体
受光器であって、マルチモード導波路領域を含む光導波
路構造を有し、前記マルチモード導波路領域が1×1−
マルチモード干渉型光導波路であることを特徴とする半
導体受光器。 - 【請求項2】 シングルモード光導波路に1×1−マ
ルチモード干渉型光導波路が接続された半導体受光器で
あって、前記マルチモード干渉型光導波路は、受信感度
帯波長よりも長い波長の信号光の入射に対しシングルモ
ードで透過させ、受信感度帯域内の波長の信号光の入射
に対し吸収することを特徴とする半導体受光器。 - 【請求項3】 前記光導波路構造が、前記マルチモード
導波路領域と、該マルチモード導波路領域の両端部に接
続されている1対のシングルモード導波路領域とからな
る請求項1または2に記載の半導体受光器。 - 【請求項4】 前記マルチモード導波路領域が、前記シ
ングルモード導波路領域よりも導波路幅が広い請求項3
に記載の半導体受光器。
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1998
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