JPH05167096A

JPH05167096A - 半導体光検出器

Info

Publication number: JPH05167096A
Application number: JP3332277A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hata; 進秦; Kazutoshi Kato; 和利加藤; Masahiro Yuda; 正宏湯田; Junichi Yoshida; 淳一吉田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1993-07-02

Abstract

(57)【要約】【構成】本願の半導体光検出器２１は、半導体基板２
２上に入射光の伝搬方向に沿って形成された複数の導波
路型受光素子２４〜２６と、これら間に形成された半導
体光導波路２７とを具備し、受光素子２４〜２６は、そ
の光吸収層のバンドギャップエネルギが入射光が伝搬す
る方向に向かって順次小さくなる様に配列されている。
また、複数の半導体光導波路のコア層およびクラッド層
のバンドギャップエネルギが、複数の受光素子の光吸収
層のバンドギャップエネルギよりも大である。また、各
々の半導体光導波路のコア層の少なくとも一部分が入射
光の伝搬方向に対して前に位置する受光素子の吸収層と
同一の半導体層からなる。【効果】複数の波長光から構成される入射光信号を短
波長光から順次検出することができ、光吸収効率を劣化
させずキャリア走行時間を短縮することができ、受光素
子の集積数を増加させることがきわめて容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の波長を各波長毎
に個別に検出することができる半導体光検出器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体光検出器として
は、例えば、図５に示す様な多波長構造の半導体光検出
器１が知られている（特願昭５８−２２２７５０号公報
『半導体受光素子およびその製造方法』参照）。この半
導体光検出器１は二波長光検出器の一種で、半絶縁性Ｉ
ｎＰ基板２上にｎ^-−ＩｎＧａＡｓ第２光吸収層３、ｎ⁺
−ＩｎＰバッファ層４、ｎ^-−ＩｎＧａＡｓＰ第１光吸
収層５が順次積層され、ｎ^-−ＩｎＧａＡｓ第２光吸収
層３内にはｐｎ接合６が、またｎ^-−ＩｎＧａＡｓＰ第
１光吸収層５内にはｐｎ接合７がそれぞれ形成されてい
る。そして、第１光吸収層５の表面の所定位置には、誘
電体絶縁膜８、誘電体膜９、ｐ電極１０及びｎ電極１１
がそれぞれ設けられ、一方半絶縁性ＩｎＰ基板２の裏面
にはｐ電極１２が設けられている。この半導体光検出器
１は二種の受光素子を半導体基板に縦方向に集積化した
構成を有している。すなわち、第１光吸収層５、ｐ電極
１０及びｎ電極１１からなる受光素子Ｅ₁と、第２光吸
収層３、ｐ電極１２及びｎ電極１１からなる受光素子Ｅ
₂とが集積化されている。

【０００３】次に、この半導体光検出器１の動作につい
て説明する。ｎ電極１１を共通端子とし、ｐ電極１０及
びｐ電極１２にそれぞれ−５Ｖを印加する。入射光信号
１３は１．３μｍ波長光と１．５５μｍ波長光より構成
され、受光素子Ｅ₁側より誘電体膜９を透過し入射され
る。ここでは、受光素子Ｅ₁のｎ^-−ＩｎＧａＡｓＰ層は
１．３μｍの波長光を吸収するが、１．５５μｍの波長
光に対しては透明であるため、この受光素子Ｅ₁からは
１．３μｍの波長光による信号のみが得られる。一方、
受光素子Ｅ₂のｎ^-−ＩｎＧａＡｓ層は１．３μｍ及び
１．５５μｍの両波長光を吸収するが、１．３μｍの波
長光は既に受光素子Ｅ₁により吸収されているために残
った１．５５μｍの波長光を吸収することとなる。した
がって、受光素子Ｅ₁において１．３μｍの波長光が完
全に吸収されれば受光素子Ｅ₂には１．５５μｍの波長
光のみによる光信号が入射される結果、同波長光のみの
信号が得られることになる。以上の様に、この半導体光
検出器１は二波長からなる光信号を個別に分けて検出す
ることが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この半
導体光検出器１には以下に述べるような問題点がある。
まず、第一の問題点は、検出する波長数をさらに増加さ
せることが極めて困難な点である。その理由は、この半
導体光検出器１においては２個の受光素子Ｅ₁，Ｅ₂が半
絶縁性ＩｎＰ基板２に対して縦方向（図５中上下方向）
に集積化されているために、さらに縦方向に受光素子を
集積化することは半導体の構成および端子の取り出し等
を非常に複雑にし製造上の困難が大幅に増すこととな
り、実現性が極めて困難なためである。

【０００５】また、第二の問題点は、個々の受光素子Ｅ
₁（Ｅ₂）の高速応答化が図り難いことである。一般に、
受光素子の応答速度が入射光で励起されたキャリアの走
行時間及び受光素子回路の応答時間により制限されるこ
とはよく知られている。このうちキャリア走行時間を短
縮するためには光吸収層の厚みを薄くする必要がある
が、これは非吸収光を増やすこととなり、例えば上記の
受光素子Ｅ₂では入射される１．３μｍの波長光の増
加、すなわち受光素子Ｅ₂の漏話量の増加をもたらすこ
ととなる。以上の二点が従来の多波長構造の半導体光検
出器１が有する問題点である。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、上記の問題点を解決するとともに複数の波
長を各波長毎に個別に検出することができる半導体光検
出器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な半導体光検出器を採用した。すな
わち、請求項１記載の半導体光検出器は、半導体基板上
に入射光の伝搬方向に沿って形成された複数の導波路型
受光素子と、前記複数の導波路型受光素子のそれぞれの
間に形成された半導体光導波路とを具備し、これらの導
波路型受光素子は、その光吸収層をなす半導体層のバン
ドギャップエネルギが、入射光が伝搬する方向に向かっ
て順次小さくなる様に配列されていることを特徴として
いる。

【０００８】また、請求項２記載の半導体光検出器は、
請求項１記載の半導体光検出器において、前記複数の半
導体光導波路のコア層およびクラッド層を形成する半導
体層のバンドギャップエネルギが、前記複数の導波路型
受光素子の光吸収層のバンドギャップエネルギよりも大
であることを特徴としている。

【０００９】また、請求項３記載の半導体光検出器は、
請求項１記載の半導体光検出器において、前記各々の半
導体光導波路のコア層の少なくとも一部分が入射光の伝
搬方向に対して前に位置する導波路型受光素子の吸収層
と同一の半導体層からなることを特徴としている。

【００１０】また、請求項４記載の半導体光検出器は、
半絶縁性ＩｎＰ基板上に入射光の伝搬方向に沿って形成
され、かつ該ＩｎＰ基板に格子整合されたＧａ_xiＩｎ
_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi（０≦ｘｉ≦０．４６７，０≦ｙｉ≦
１，但しｉはｎまでの整数）半導体層を光吸収層とする
ｎ個の導波路型受光素子と、前記ｎ個の導波路型受光素
子のそれぞれの間に形成され、Ｇａ_uＩｎ_1-uＡｓ_vＰ_1-v
（０≦ｕ≦０．４６７，０≦ｖ≦１）半導体層をコア層
とする半導体光導波路とを具備し、前記導波路型受光素
子のＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi光吸収半導体層が、入
射光が伝搬する方向に向かってｙ₁＜ｙ₂＜…＜ｙ_n、か
つ、ｖ＜ｙｉとなるように配列されてなることを特徴と
している。

【００１１】また、請求項５記載の半導体光検出器は、
半絶縁性ＩｎＰ基板上に入射光の伝搬方向に沿って形成
され、かつ該ＩｎＰ基板に格子整合されたＧａ_xiＩｎ
_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi（０≦ｘｉ≦０．４６７，０≦ｙｉ≦
１，但しｉはｎまでの整数）半導体層を光吸収層とする
ｎ個の導波路型受光素子を具備し、前記ｎ個の導波路型
受光素子が入射光が伝搬する方向に向かってｙ₁＜ｙ₂＜
…＜ｙ_nとなるように配列され、かつ、ｉ番目の導波路
型受光素子とｉ＋１番目の導波路型受光素子との間に形
成された半導体光導波路の少なくとも一部がＧａ_xiＩｎ
_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi層をコア層とする光導波路からなるこ
とを特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明の請求項１記載の半導体光検出器では、
前記複数の導波路型受光素子が、その光吸収層をなす半
導体層のバンドギャップエネルギが、入射光が伝搬する
方向に向かって順次小さくなる様に配列されていること
により、これらの半導体層のそれぞれの吸収端波長は入
射光の伝搬方向に対して順次長波長側にシフトする。し
たがって、この半導体光検出器は、複数の波長光から構
成される入射光信号のうち短波長光から順次検出する。

【００１３】また、前記複数の導波路型受光素子は、半
導体基板上に入射光の伝搬方向に沿って形成されるた
め、さらに導波路型受光素子の集積数を増加させること
はきわめて容易となり、また、入射光の伝搬方向と光励
起キャリアの走行方向が異なるため、光吸収効率を劣化
させずにキャリア走行時間を短縮する。

【００１４】また、請求項２記載の半導体光検出器で
は、前記複数の半導体光導波路のコア層およびクラッド
層を形成する半導体層のバンドギャップエネルギが、前
記複数の導波路型受光素子の光吸収層のバンドギャップ
エネルギよりも大であることにより、これらの半導体光
導波路のそれぞれの吸収端波長は前記複数の導波路型受
光素子のそれぞれの吸収端波長より短波長側にシフトす
る。したがって、これらの半導体光導波路は前記複数の
導波路型受光素子それぞれにおいて吸収される波長の光
信号を全く吸収せずに透過させる。

【００１５】また、請求項３記載の半導体光検出器で
は、前記各々の半導体光導波路のコア層の少なくとも一
部分が入射光の伝搬方向に対して前に位置する導波路型
受光素子の吸収層と同一の半導体層からなることによ
り、この半導体光導波路は前記導波路型受光素子におい
て吸収されなかった波長の光信号を完全に吸収し、入射
光の伝搬方向に対して後に位置する導波路型受光素子に
当該光信号が入射することを防止する。

【００１６】また、請求項４記載の半導体光検出器で
は、前記導波路型受光素子のＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ
_1-yi光吸収半導体層が、入射光が伝搬する方向に向かっ
てｙ₁＜ｙ₂＜…＜ｙ_n、かつ、ｖ＜ｙｉとなるように配
列されてなることにより、Ｇａ_uＩｎ_1-uＡｓ_vＰ_1-v（０
≦ｕ≦０．４６７，０≦ｖ≦１）半導体層をコア層とす
る半導体光導波路のそれぞれの吸収端波長は前記複数の
導波路型受光素子のそれぞれの吸収端波長より短波長側
にシフトする。したがって、これらの半導体光導波路は
前記複数の導波路型受光素子それぞれにおいて吸収され
る波長の光信号を全く吸収せずに透過させる。

【００１７】また、請求項５記載の半導体光検出器で
は、前記ｎ個の導波路型受光素子が入射光が伝搬する方
向に向かってｙ₁＜ｙ₂＜…＜ｙ_nとなるように配列さ
れ、かつ、ｉ番目の導波路型受光素子とｉ＋１番目の導
波路型受光素子との間に形成された半導体光導波路の少
なくとも一部がＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi層をコア層
とする光導波路からなることにより、この半導体光導波
路は前記導波路型受光素子において吸収されなかった波
長の光信号を完全に吸収し、入射光の伝搬方向に対して
後に位置する導波路型受光素子に当該光信号が入射する
ことを防止する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の各実施態様について説明す
る。（第１実施例）図１は本発明の第１実施例である半導体
光検出器２１を示す斜視図である。この半導体光検出器
２１は、半絶縁性ＩｎＰ基板（半導体基板）２２上に入
射信号光２３の伝搬方向に沿って第１の導波路型受光素
子（以下、単に第１の受光素子と略称する）２４、第２
の導波路型受光素子（第２の受光素子）２５、第３の導
波路型受光素子（第３の受光素子）２６が順次形成さ
れ、第１の受光素子２４の入射信号光２３側、これら第
１ないし第３の受光素子２４〜２６のそれぞれの間、第
３の受光素子２６の出射光側それぞれに半導体光導波路
２７が形成されている。

【００１９】前記第１の受光素子２４の光吸収層３１は
吸収端波長が１．３μｍのＧａ_0.29Ｉｎ_0.71Ａｓ_0.62Ｐ
_0.38層から、また、第２の受光素子２５の光吸収層３２
は吸収端波長が１．４７μｍのＧａ_0.35Ｉｎ_0.65Ａｓ
_0.75Ｐ_0.25層から、また、第３の受光素子２６の光吸収
層３３は吸収端波長が１．６５μｍのＧａ_0.47Ｉｎ_0.53
Ａｓ層からそれぞれ構成されている。また、半導体光導
波路２７のコア層３４は吸収端波長が１．１３μｍのＧ
ａ_0.17Ｉｎ_0.83Ａｓ_0.37Ｐ_0.63層から構成されている。

【００２０】図２は、半導体光検出器２１の第１の受光
素子２４と前後に形成されている半導体光導波路２７，
２７の詳細な構造を示す部分斜視図である。この第１の
受光素子２４は、半絶縁性ＩｎＰ基板２２上に厚み２μ
ｍ、キャリア濃度２×１０¹⁸／ｃｍ³のｎ⁺−ＩｎＰ層４
１、厚み１μｍ、キャリア濃度２×１０¹⁵／ｃｍ³のｎ
^-−Ｇａ_0.29Ｉｎ_0.71Ａｓ_0.62Ｐ_0.38光吸収層３１、厚
み２μｍ、キャリア濃度５×１０¹⁸／ｃｍ³のｐ⁺−Ｉｎ
Ｐ層４２が積層されており、少なくとも光吸収層３１と
ｐ⁺−ＩｎＰ層４２は光の伝搬方向にストライプ状のメ
サ形４３に加工されている。

【００２１】このメサ形４３の一端部４３ａはさらに半
絶縁性ＩｎＰ基板２２まで除去され、ほぼｐ⁺−ＩｎＰ
層４２の高さまでポリイミド層４４で被覆されている。
このメサ形４３のストライプ幅は約４μｍ、長さは約２
０μｍである。そして、ｐ⁺−ＩｎＰ層４２上にはｐ電
極４５が、また、ｎ⁺−ＩｎＰ層４１上にはｎ電極４６
がそれぞれ形成されている。この第１の受光素子２４
は、光導波路としてみれば、光吸収層３１がコア層、ｎ
⁺−ＩｎＰ層４１とｐ⁺−ＩｎＰ層４２がクラッド層とな
る。

【００２２】また、半導体光導波路２７は、半絶縁性Ｉ
ｎＰ基板２２上にクラッド層となる厚み２μｍのノンド
ープＩｎＰ層５１、厚み１μｍのノンドープｎ−Ｇａ
_0.17Ｉｎ_0.83Ａｓ_0.37Ｐ_0.63コア層３４、クラッド層と
なる厚み２μｍのノンドープＩｎＰ層５２が積層され、
前記第１の受光素子２４と同様にストライプ状にメサ加
工されている。

【００２３】この半導体光導波路２７は、すべてノンド
ープ層で構成する必要はなく、例えば、ノンドープＩｎ
Ｐ層５１をｎ形のドープ層としても同様の効果が得られ
る。また、第２の受光素子２５及び第３の受光素子２６
についても、光吸収層３２，３３の組成が異なる点を除
けば前記第１の受光素子２４と同様の構造を有している
ので、これらの受光素子２５，２６については説明を省
略する。

【００２４】図３は半導体光検出器２１の第１ないし第
３の受光素子２４〜２６の光吸収層３１〜３３及び半導
体光導波路２７のコア層３４のそれぞれの光吸収特性を
示す図である。コア層３４のバンドギャップエネルギ
は、光吸収層３１〜３３のいずれのバンドギャップエネ
ルギよりも大きく、その吸収端波長は最も短波長側にあ
る。また、前記光吸収層３１〜３３についてみると、光
吸収層３１、光吸収層３２、光吸収層３３の順にバンド
ギャップエネルギが小さくなっており、したがって吸収
短波長は順次長くなっている。

【００２５】次に、この半導体光検出器２１の動作につ
いて図３を基に説明する。まず、第１ないし第３の受光
素子２４〜２６にそれぞれ逆方向のバイアス電圧を印加
した状態にしておき、１．２５μｍ、１．４０μｍ、
１．５５μｍの３波長からなる入射信号光２３を半導体
光検出器２１の一端部より入射させる。入射した入射信
号光２３は光電変換作用により、波長１．２５μｍの光
信号は第１の受光素子２４により、波長１．４０μｍの
光信号は第２の受光素子２５により、さらに波長１．５
５μｍの光信号は第３の受光素子２６によりそれぞれ電
気信号に変換される。

【００２６】第１の受光素子２４の光吸収層３１は１．
２５μｍの波長光を十分吸収できるが、１．４０μｍ及
び１．５５μｍの波長光を全く吸収出来ないので、両波
長光に対しては透明になる。したがって、この第１の受
光素子２４は１．２５μｍの波長のみの光信号を検出す
る。また、この第１の受光素子２４の長さは約２０μｍ
に設定されているため、１．２５μｍの波長光は該第１
の受光素子２４において完全に吸収される。したがっ
て、第２の受光素子２５には、１．２５μｍの波長光は
入射せず、１．４０μｍの波長光と１．５５μｍの波長
光が入射される。第２の受光素子２５は、これら２種類
の光信号のうち１．４０μｍの波長光のみを完全に吸収
し光信号として検出する。最後の第３の受光素子２６に
は、残った１．５５μｍの波長光のみが入射され、検出
される。

【００２７】この半導体光検出器２１においては、半導
体光導波路２７のコア層３４の吸収端波長は１．１３μ
ｍであるから、前記入射信号光２３のすべてに対して透
明であり、この入射信号光２３を全く吸収しない。

【００２８】以上説明した様に、この第１実施例の半導
体光検出器２１によれば、第１ないし第３の受光素子２
４〜２６の光吸収層３１〜３３のそれぞれの吸収端波長
を入射光の伝搬方向に対して順次長波長側にシフトさせ
ることができ、したがって、複数の波長光から構成され
る入射光信号を短波長光から順次検出することができ
る。

【００２９】また、複数の受光素子２４〜２６は、半絶
縁性ＩｎＰ基板２２上に入射光の伝搬方向に沿って形成
されるため、さらに受光素子の集積数を増加させること
はきわめて容易となり、また、入射光の伝搬方向と光励
起キャリアの走行方向が異なるため、光吸収効率を劣化
させずにキャリア走行時間を短縮することができる。

【００３０】また、コア層３４のバンドギャップエネル
ギは、光吸収層３１〜３３のいずれのバンドギャップエ
ネルギよりも大きく、その吸収端波長は最も短波長側に
あるので、半導体光導波路２７のそれぞれの吸収端波長
は第１ないし第３の受光素子２４〜２６のそれぞれの吸
収端波長より短波長側にシフトさせることができ、した
がって、これらの半導体光導波路２７は前記第１ないし
第３の受光素子２４〜２６それぞれにおいて吸収される
波長の光信号を全く吸収せずに透過させることができ、
非吸収光による他受光素子への漏話は生じない。

【００３１】（第２実施例）図４は本発明の第２実施例
である半導体光検出器６１を示す斜視図である。なお、
この半導体光検出器６１は、第１実施例の半導体光検出
器２１を変更したものであり、前記半導体光検出器２１
と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省
略する。この半導体光検出器６１が半導体光検出器２１
と異なる点は、第１ないし第３の受光素子２４〜２６の
導波路長が短く波長光を完全に吸収できる長さ以下であ
ることと、半導体光導波路２７のコア層３４の一部に前
記受光素子２４〜２６の光吸収層３１〜３３と同一組成
の半導体層が用いられていることである。

【００３２】すなわち、この半導体光検出器６１は、入
射信号光２３側からみて半導体光導波路２７と第２の受
光素子２５との間にそのコア層６２が第１の受光素子２
４の光吸収層３１と同一の半導体層からなる半導体光導
波路６３が、また、半導体光導波路２７と第３の受光素
子２６との間にそのコア層６４が第２の受光素子２５の
光吸収層３２と同一の半導体層からなる半導体光導波路
６５がそれぞれ形成されている。

【００３３】次に、この半導体光検出器６１の動作につ
いて説明する。第１の受光素子２４の素子長は１．２５
μｍの波長光を完全に吸収できる長さ以下であるから
１．２５μｍの波長光は完全に吸収されず、この第１の
受光素子２４を透過した後に半導体光導波路２７に入射
され、さらに半導体光導波路６３へと伝搬される。

【００３４】半導体光導波路６３のコア層６２は光吸収
層３１と同一組成を有するため、１．２５μｍ波長光を
吸収する。この結果、１．２５μｍの波長光は半導体光
導波路６３のコア層６２にて完全に吸収され第２の受光
素子２５には入射されない。半導体光導波路６３と第１
の受光素子２４とは電気的に分離されているため、半導
体光導波路６３で検出された１．２５μｍの光信号は第
１の受光素子２４に付加されない。また、１．４０μｍ
の波長の非吸収光については半導体光導波路６５により
吸収、除去され第３の受光素子２６に入射されることは
ない。

【００３５】以上説明した様に、この第２実施例の半導
体光検出器６１においても、第１実施例の半導体光検出
器２１と同様の作用・効果を奏することができる。

【００３６】なお、これらの半導体光検出器２１，６１
は、三波長の構成例について説明したものであるが、組
成の異なる光吸収層を有する受光素子をさらに集積化す
ることにより、四波長以上の分波機能を有する多波長の
半導体光検出器を構成することは容易である。

【００３７】また、ダイオード容量の観点から導波路長
が制限されることも考えられる。この際に、非吸収光が
発生することは従来構造の光検出器と同様であるが、受
光素子の入射光側に形成された光導波路において漏話を
もたらす有害な非吸収光を除去するように構成できる。
すなわち、接続する光導波路のコア層の一部あるいは全
部を非吸収光を吸収する半導体層で構成すればよい。

【００３８】また、上記各実施例では、半導体光導波路
２７のコア層３４のバンドギャップエネルギは、第１な
いし第３の受光素子２４〜２６の光吸収層３１〜３３の
いずれのバンドギャップエネルギよりも大きいとした
が、これに限らず光の進行方向に向かって入射光が最初
に入射・吸収されるべき、任意の受光素子の光吸収端よ
りも少なくとも大きいバンドギャップエネルギのコア層
を有する半導体光導波路が、該受光素子の入射側にくれ
ば良い。例えば、半導体光検出器２１では、光吸収層３
１，３２間のコア層３４のバンドギャップエネルギは、
少なくとも光の進行方向に向かって入射光が次に入射さ
れるべき第２の受光素子２５の光吸収層３２のバンドギ
ャップエネルギよりも大きければ良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の半導体光検出器によれば、半導体基板上に入射光
の伝搬方向に沿って形成された複数の導波路型受光素子
と、前記複数の導波路型受光素子のそれぞれの間に形成
された半導体光導波路とを具備し、これらの導波路型受
光素子は、その光吸収層をなす半導体層のバンドギャッ
プエネルギが、入射光が伝搬する方向に向かって順次小
さくなる様に配列されることとしたので、これらの半導
体層のそれぞれの吸収端波長を入射光の伝搬方向に対し
て順次長波長側にシフトすることができ、したがって、
この半導体光検出器は、複数の波長光から構成される入
射光信号のうち短波長光から順次検出することができ
る。

【００４０】また、前記複数の導波路型受光素子は、入
射光の伝搬方向と光励起キャリアの走行方向が異なるた
め、光吸収効率を劣化させずにキャリア走行時間を短縮
することができ、また、各受光素子が半導体基板上に入
射光の伝搬方向に沿って形成されるため、さらに導波路
型受光素子の集積数を増加させることがきわめて容易な
ものとなる。

【００４１】また、請求項２記載の半導体光検出器によ
れば、請求項１記載の半導体光検出器において、前記複
数の半導体光導波路のコア層およびクラッド層を形成す
る半導体層のバンドギャップエネルギが、前記複数の導
波路型受光素子の光吸収層のバンドギャップエネルギよ
りも大であることとしたので、これらの半導体光導波路
のそれぞれの吸収端波長を前記複数の導波路型受光素子
のそれぞれの吸収端波長より短波長側にシフトすること
ができ、したがって、これらの半導体光導波路は前記複
数の導波路型受光素子それぞれにおいて吸収される波長
の光信号を全く吸収せずに透過させることができる。

【００４２】また、請求項３記載の半導体光検出器によ
れば、請求項１記載の半導体光検出器において、前記各
々の半導体光導波路のコア層の少なくとも一部分が入射
光の伝搬方向に対して前に位置する導波路型受光素子の
吸収層と同一の半導体層からなることとしたので、この
半導体光導波路は前記導波路型受光素子において吸収さ
れなかった波長の光信号を完全に吸収することができ、
入射光の伝搬方向に対して後に位置する導波路型受光素
子に当該光信号が入射するのを防止することができる。

【００４３】また、請求項４記載の半導体光検出器によ
れば、半絶縁性ＩｎＰ基板上に入射光の伝搬方向に沿っ
て形成され、かつ該ＩｎＰ基板に格子整合されたＧａ_xi
Ｉｎ _1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi（０≦ｘｉ≦０．４６７，０≦ｙ
ｉ≦１，但しｉはｎまでの整数）半導体層を光吸収層と
するｎ個の導波路型受光素子と、前記ｎ個の導波路型受
光素子のそれぞれの間に形成され、Ｇａ_uＩｎ_1-uＡｓ_v
Ｐ_1-v（０≦ｕ≦０．４６７，０≦ｖ≦１）半導体層を
コア層とする半導体光導波路とを具備し、前記導波路型
受光素子のＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi光吸収半導体層
が、入射光が伝搬する方向に向かってｙ₁＜ｙ₂＜…＜ｙ
_n、かつ、ｖ＜ｙｉとなるように配列されてなることと
したので、前記Ｇａ_uＩｎ_1-uＡｓ_vＰ_1-v（０≦ｕ≦０．
４６７，０≦ｖ≦１）半導体層をコア層とする半導体光
導波路のそれぞれの吸収端波長を前記複数の導波路型受
光素子のそれぞれの吸収端波長より短波長側にシフトす
ることができ、したがって、これらの半導体光導波路は
前記複数の導波路型受光素子それぞれにおいて吸収され
る波長の光信号を全く吸収せずに透過させることができ
る。

【００４４】また、請求項５記載の半導体光検出器によ
れば、半絶縁性ＩｎＰ基板上に入射光の伝搬方向に沿っ
て形成され、かつ該ＩｎＰ基板に格子整合されたＧａ_xi
Ｉｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi（０≦ｘｉ≦０．４６７，０≦ｙ
ｉ≦１，但しｉはｎまでの整数）半導体層を光吸収層と
するｎ個の導波路型受光素子を具備し、前記ｎ個の導波
路型受光素子が入射光が伝搬する方向に向かってｙ₁＜
ｙ₂＜…＜ｙ_nとなるように配列され、かつ、ｉ番目の導
波路型受光素子とｉ＋１番目の導波路型受光素子との間
に形成された半導体光導波路の少なくとも一部がＧａ_xi
Ｉｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi層をコア層とする光導波路からな
ることとしたので、このＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi層
をコア層とする半導体光導波路は前記導波路型受光素子
において吸収されなかった波長の光信号を完全に吸収す
ることができ、入射光の伝搬方向に対して後に位置する
導波路型受光素子に当該光信号が入射するのを防止する
ことができる。

【００４５】以上により、複数の波長を各波長毎に個別
に検出することができる半導体光検出器を提供すること
ができる。また、この半導体光検出器の受光素子は数十
ＧＨｚ以上の広帯域応答が可能となるため、そのダイオ
ード容量低減の要請から素子長を十分な長さに設定出来
ない場合においても、漏話を生じさせないで動作させる
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の半導体光検出器を示す斜
視図である。

【図２】本発明の第１実施例の半導体光検出器の第１の
受光素子と前後に形成されている半導体光導波路の構造
を示す部分斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例の半導体光検出器の各受光
素子の光吸収層及び半導体光導波路のコア層のそれぞれ
の光吸収特性を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例の半導体光検出器を示す斜
視図である。

【図５】従来の多波長半導体光検出器を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２１半導体光検出器２２半絶縁性ＩｎＰ基板（半導体基板）２３入射信号光２４第１の導波路型受光素子２５第２の導波路型受光素子２６第３の導波路型受光素子２７半導体光導波路３１，３２，３３光吸収層３４コア層４１ｎ⁺−ＩｎＰ層４２ｐ⁺−ＩｎＰ層４３メサ形４４ポリイミド層４５ｐ電極４６ｎ電極５１ノンドープＩｎＰ層５２ノンドープＩｎＰ層６１半導体光検出器６２コア層６３半導体光導波路６４コア層６５半導体光導波路

フロントページの続き (72)発明者吉田淳一東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に入射光の伝搬方向に沿っ
て形成された複数の導波路型受光素子と、前記複数の導波路型受光素子のそれぞれの間に形成され
た半導体光導波路とを具備し、これらの導波路型受光素子は、その光吸収層をなす半導
体層のバンドギャップエネルギが、入射光が伝搬する方
向に向かって順次小さくなる様に配列されていることを
特徴とする半導体光検出器。
【請求項２】請求項１記載の半導体光検出器におい
て、前記複数の半導体光導波路のコア層およびクラッド層を
形成する半導体層のバンドギャップエネルギが、前記複
数の導波路型受光素子の光吸収層のバンドギャップエネ
ルギよりも大であることを特徴とする半導体光検出器。
【請求項３】請求項１記載の半導体光検出器におい
て、前記各々の半導体光導波路のコア層の少なくとも一部分
が入射光の伝搬方向に対して前に位置する導波路型受光
素子の吸収層と同一の半導体層からなることを特徴とす
る半導体光検出器。
【請求項４】半絶縁性ＩｎＰ基板上に入射光の伝搬方
向に沿って形成され、かつ該ＩｎＰ基板に格子整合され
たＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi（０≦ｘｉ≦０．４６
７，０≦ｙｉ≦１，但しｉはｎまでの整数）半導体層を
光吸収層とするｎ個の導波路型受光素子と、前記ｎ個の導波路型受光素子のそれぞれの間に形成さ
れ、Ｇａ_uＩｎ_1-uＡｓ_vＰ_1-v（０≦ｕ≦０．４６７，０
≦ｖ≦１）半導体層をコア層とする半導体光導波路とを
具備し、前記導波路型受光素子のＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi光
吸収半導体層が、入射光が伝搬する方向に向かってｙ₁
＜ｙ₂＜…＜ｙ_n、かつ、ｖ＜ｙｉとなるように配列され
てなることを特徴とする半導体光検出器。
【請求項５】半絶縁性ＩｎＰ基板上に入射光の伝搬方
向に沿って形成され、かつ該ＩｎＰ基板に格子整合され
たＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi（０≦ｘｉ≦０．４６
７，０≦ｙｉ≦１，但しｉはｎまでの整数）半導体層を
光吸収層とするｎ個の導波路型受光素子を具備し、前記ｎ個の導波路型受光素子が入射光が伝搬する方向に
向かってｙ₁＜ｙ₂＜…＜ｙ_nとなるように配列され、か
つ、ｉ番目の導波路型受光素子とｉ＋１番目の導波路型
受光素子との間に形成された半導体光導波路の少なくと
も一部がＧａ_xiＩｎ_1-xiＡｓ_yiＰ_1-yi層をコア層とする
光導波路からなることを特徴とする半導体光検出器。