JPH04241472A - 半導体導波路型受光素子 - Google Patents
半導体導波路型受光素子Info
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- JPH04241472A JPH04241472A JP3002760A JP276091A JPH04241472A JP H04241472 A JPH04241472 A JP H04241472A JP 3002760 A JP3002760 A JP 3002760A JP 276091 A JP276091 A JP 276091A JP H04241472 A JPH04241472 A JP H04241472A
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- 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
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
２１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−Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２８
Ａｓ０．６ Ｐ０．４ 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３０μ
ｍのストライプ状をなしている（Ｊ．Ｅ．Ｂｏｗｅｒｓ
，Ｃ．Ａ．Ｂｕｒｒｕｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ、２２号，９０５頁，１９８６年）。層
２２としてのｎ−Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２８Ａｓ０．６
Ｐ０．４ 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１．３μ
ｍの信号光２４を受光できるように設計されている。
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
２１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−Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２８
Ａｓ０．６ Ｐ０．４ 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３０μ
ｍのストライプ状をなしている（Ｊ．Ｅ．Ｂｏｗｅｒｓ
，Ｃ．Ａ．Ｂｕｒｒｕｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ、２２号，９０５頁，１９８６年）。層
２２としてのｎ−Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２８Ａｓ０．６
Ｐ０．４ 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１．３μ
ｍの信号光２４を受光できるように設計されている。
【０００６】ここで、導波路構造としてみれば、屈折率
の高いｎ−Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２８Ａｓ０．６ Ｐ０
．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。
の高いｎ−Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２８Ａｓ０．６ Ｐ０
．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。
【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Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２
８Ａｓ０．６ Ｐ０．４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。
−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Ｉｎ０．７２Ｇａ０．２
８Ａｓ０．６ Ｐ０．４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。
【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／ＷＯ
Ｆ）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。
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／ＷＯ
Ｆ）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。
【０００９】図９に示すように、結合効率ηの値はＷＯ
Ｆ＝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。
Ｆ＝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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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 ＧａｘＡｓｙ Ｐ１−
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 Ａｓｙ Ｐ１−
ｙ （ｘ＜０．４２、ｙ＜０．９）、前記第二の半導体
層をＩｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ≧０
．４２、ｙ≧０．９）、前記第三の半導体層をＩｎ１−
ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ（ｘ＜０．４２、ｙ＜０
．９）とすることができる。
ｎＰに格子整合するＩｎ１−ｘ ＧａｘＡｓｙ Ｐ１−
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 Ａｓｙ Ｐ１−
ｙ （ｘ＜０．４２、ｙ＜０．９）、前記第二の半導体
層をＩｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ≧０
．４２、ｙ≧０．９）、前記第三の半導体層をＩｎ１−
ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ（ｘ＜０．４２、ｙ＜０
．９）とすることができる。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
に説明する。
【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。
を説明する図である。
【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 Ｐ１−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 Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．
４２、ｙ＝０．９）コア層、４は厚さ２μｍ，キャリア
濃度１×１０１８ｃｍ−３のｐ＋ −Ｉｎ１−ｘ Ｇａ
ｘ Ａｓｙ Ｐ１−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 Ａｓｙ Ｐ１
−ｙ （ｘ＝０．３７、ｙ＝０．８）およびＩｎ１−ｘ
ＧａｘＡｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．４２、ｙ＝０．
９）はＩｎＰと格子整合する半導体である。
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 Ｐ１−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 Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．
４２、ｙ＝０．９）コア層、４は厚さ２μｍ，キャリア
濃度１×１０１８ｃｍ−３のｐ＋ −Ｉｎ１−ｘ Ｇａ
ｘ Ａｓｙ Ｐ１−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 Ａｓｙ Ｐ１
−ｙ （ｘ＝０．３７、ｙ＝０．８）およびＩｎ１−ｘ
ＧａｘＡｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．４２、ｙ＝０．
９）はＩｎＰと格子整合する半導体である。
【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。
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。
【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 Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （
ｘ＝０．３７、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。
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 Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （
ｘ＝０．３７、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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
を説明する図である。
【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Ｉｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−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 Ｇ
ａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．４２、ｙ＝０．９
）コア層である。９および１０はＩｎ１−ｘ Ｇａｘ
Ａｓｙ Ｐ１−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。
１８ｃｍ−３のｎ＋ −ＩｎＰ基板である。６および７
はＩｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−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 Ｇ
ａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．４２、ｙ＝０．９
）コア層である。９および１０はＩｎ１−ｘ Ｇａｘ
Ａｓｙ Ｐ１−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。
【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。
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。
【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。
空乏層が厚いため、接合容量を低減できる効果もある。
【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。
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。
【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。
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。
【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 Ａ
ｓｙ Ｐ１−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。
ド層およびコア層の材料としてＩｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａ
ｓｙ Ｐ１−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。
【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。
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。
【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。
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。
【００３７】さらにまた、ＧａＡｓ基板とＡｌ１−ｘ
Ｇａｘ 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。
Ｇａｘ 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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
布のスポットサイズとの関係を示す図である。
【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。
図である。
【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。
図である。
【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。
おける屈折率分布と導波光界分布を示す分布図である。
【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。
図である。
【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。
おける屈折率分布と導波光界分布を示す分布図である。
【図７】従来の導波路型受光素子の模式図である。
【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。
と導波光界分布を示す分布図である。
【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。
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。
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
Claims (3)
- 【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．
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半導体導
波路型受光素子。 - 【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。 - 【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 ＧａｘＡｓ
ｙ Ｐ１−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 Ａｓ
ｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＜０．４２、ｙ＜０．９）、前記第
二の半導体層をＩｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ
（ｘ≧０．４２、ｙ≧０．９）、前記第三の半導体層
をＩｎ１−ｘ Ｇａｘ Ａｓｙ Ｐ１−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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002760A JP2850985B2 (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 半導体導波路型受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002760A JP2850985B2 (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 半導体導波路型受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04241472A true JPH04241472A (ja) | 1992-08-28 |
| JP2850985B2 JP2850985B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=11538296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3002760A Expired - Lifetime JP2850985B2 (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 半導体導波路型受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2850985B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997048137A1 (fr) * | 1996-06-13 | 1997-12-18 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Photodetecteur de type guide d'ondes a semi-conducteur et procede de fabrication de ce dernier |
| JP2007512393A (ja) * | 2003-10-27 | 2007-05-17 | クラリアント インターナショナル リミティド | アニオン性ジス又はテトラアゾ染料の貯蔵安定性濃厚水溶液 |
-
1991
- 1991-01-14 JP JP3002760A patent/JP2850985B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997048137A1 (fr) * | 1996-06-13 | 1997-12-18 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Photodetecteur de type guide d'ondes a semi-conducteur et procede de fabrication de ce dernier |
| US6177710B1 (en) | 1996-06-13 | 2001-01-23 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor waveguide type photodetector and method for manufacturing the same |
| JP2007512393A (ja) * | 2003-10-27 | 2007-05-17 | クラリアント インターナショナル リミティド | アニオン性ジス又はテトラアゾ染料の貯蔵安定性濃厚水溶液 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2850985B2 (ja) | 1999-01-27 |
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