JPH03120876A - 半導体受光素子 - Google Patents
半導体受光素子Info
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- JPH03120876A JPH03120876A JP1260444A JP26044489A JPH03120876A JP H03120876 A JPH03120876 A JP H03120876A JP 1260444 A JP1260444 A JP 1260444A JP 26044489 A JP26044489 A JP 26044489A JP H03120876 A JPH03120876 A JP H03120876A
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- optical waveguide
- waveguide path
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 18
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Classifications
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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
-
- 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
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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Ｉ ｎＧａＡｓが広く使われている。このＩ ｎＧ
ａＡｓ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区（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。
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Ｉ ｎＧａＡｓが広く使われている。このＩ ｎＧ
ａＡｓ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区（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 −Ｉ ｎＰＲｌ ５． ｐ−Ｉ ｎ１層
１０を持つ構造となっている。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、ストライブ方向
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結合が
困難であり、そのため、あまり光吸収層のストライブを
小さくできないという欠点がある。
４の上下にｎ −Ｉ ｎＰＲｌ ５． ｐ−Ｉ ｎ１層
１０を持つ構造となっている。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、ストライブ方向
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結合が
困難であり、そのため、あまり光吸収層のストライブを
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ブ
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。
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・丁と呼ぶことにする）ＩｎＰ基板１
上に５−Ｉ−ＩｎＰバッファ層２、Ｓ−Ｉ −ＩｎＧａ
ＡｓＰ層３、ｎ−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ全吸収層４を
行なった後、ｎＩ ｎＧａＡｓ光吸収層４に選択エツチ
ングを施し、ストライブ状の特定領域を残して除去する
。
る。半絶縁性（Ｓ・丁と呼ぶことにする）ＩｎＰ基板１
上に５−Ｉ−ＩｎＰバッファ層２、Ｓ−Ｉ −ＩｎＧａ
ＡｓＰ層３、ｎ−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓ全吸収層４を
行なった後、ｎＩ ｎＧａＡｓ光吸収層４に選択エツチ
ングを施し、ストライブ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ブ状の
光吸収層４の延長線上に放射状になる様にｎ−ＩｎＰを
残してエツ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
パー状にエツチングを行ない導波路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ブ状の光吸収層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Ｉ
ｎＰ領域のみストライブ状に光吸収層４までエツチング
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−ＩｎＰｌ
ｏとし、その後、先程の光吸収層４上をストライブ状に
エツ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０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を形成する。また
ｐ側ＩｎＰ１０、ｎ側ＩｎＰ５上にそれぞれ電極１２．
１３を設ける。
（ａ）、（ｂ）に示す様に導波路部分はストライブ状の
光吸収層４の延長線上に放射状になる様にｎ−ＩｎＰを
残してエツ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
パー状にエツチングを行ない導波路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ブ状の光吸収層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Ｉ
ｎＰ領域のみストライブ状に光吸収層４までエツチング
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−ＩｎＰｌ
ｏとし、その後、先程の光吸収層４上をストライブ状に
エツ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０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を形成する。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
２μｍ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
ライブ状の光吸収層４に入射した光は、ストライブの長
さく例えば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しることもない。
射した光が受光部の回折格子７によって回折され導波路
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
２μｍ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
ライブ状の光吸収層４に入射した光は、ストライブの長
さく例えば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しることもない。
以上説明した様に本発明は、受光部に回折格子を持つ導
波路とストライブ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ブ状
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
ストライブ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。
波路とストライブ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ブ状
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
ストライブ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、（１つ）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ｌｂ）のＢ−１３’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・−３−Ｉ−１ｎＰ基板、２−３− Ｉ −Ｉ ｎＰ
バッファ層、３−３ ・Ｉ −Ｉ ｎＧａＡｓＰ層、４
−−−ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、５・−ｎ−ＩｎＰ層
、６・・・ＩｎＰ導波路、７・・・回折格子、８・・・
Ａ、 ｕ反射膜、９・・−３ｉＮＸ膜、１．０−ｐ−Ｉ
ｎＰ層、コ１−＝Ｓ −Ｉ −Ｉ ｎＰＩｌ、１２・・
・ｎ側型（÷、１３・・・ｐ側電極、１５・・ｎ−Ｉｎ
Ｐ層。
路型受光素子で、（ａ）は縦断面図、（１つ）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ｌｂ）のＢ−１３’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・−３−Ｉ−１ｎＰ基板、２−３− Ｉ −Ｉ ｎＰ
バッファ層、３−３ ・Ｉ −Ｉ ｎＧａＡｓＰ層、４
−−−ｎ−ＩｎＧａＡｓ光吸収層、５・−ｎ−ＩｎＰ層
、６・・・ＩｎＰ導波路、７・・・回折格子、８・・・
Ａ、 ｕ反射膜、９・・−３ｉＮＸ膜、１．０−ｐ−Ｉ
ｎＰ層、コ１−＝Ｓ −Ｉ −Ｉ ｎＰＩｌ、１２・・
・ｎ側型（÷、１３・・・ｐ側電極、１５・・ｎ−Ｉｎ
Ｐ層。
Claims (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 true JPH03120876A (ja) | 1991-05-23 |
| JP2819680B2 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) |
Cited By (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 |
| JP2002151728A (ja) * | 2000-11-09 | 2002-05-24 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| 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 |
| JP2005191401A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
| JP2005534178A (ja) * | 2002-07-23 | 2005-11-10 | インテル・コーポレーション | テーパ導波管式の光検出器装置および方法 |
| US7317236B2 (en) | 2002-07-16 | 2008-01-08 | Anritsu Corporation | Semiconductor light-receiving module capable of converting light into current efficiently at light absorbing layer |
-
1989
- 1989-10-04 JP JP1260444A patent/JP2819680B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| 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 |
| JP2002151728A (ja) * | 2000-11-09 | 2002-05-24 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
| US7317236B2 (en) | 2002-07-16 | 2008-01-08 | Anritsu Corporation | Semiconductor light-receiving module capable of converting light into current efficiently at light absorbing layer |
| US7372123B2 (en) | 2002-07-16 | 2008-05-13 | Anritsu Corporation | Semiconductor light-receiving module capable of converting light into current efficiently at light absorbing layer |
| JP2005534178A (ja) * | 2002-07-23 | 2005-11-10 | インテル・コーポレーション | テーパ導波管式の光検出器装置および方法 |
| 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 |
| JP2005191401A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体受光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2819680B2 (ja) | 1998-10-30 |
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