JPH06132548A - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
- Publication number
- JPH06132548A JPH06132548A JP4277614A JP27761492A JPH06132548A JP H06132548 A JPH06132548 A JP H06132548A JP 4277614 A JP4277614 A JP 4277614A JP 27761492 A JP27761492 A JP 27761492A JP H06132548 A JPH06132548 A JP H06132548A
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- JP
- Japan
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- optical waveguide
- optical
- layer
- light receiving
- waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は，半導体受光装置の構造に関し，光
ファイバとの結合効率を良くし，簡単な構造で作成プロ
セスも比較的容易に実施できる構造を得ることを目的と
する。 【構成】 光導波路１と受光素子２とをモノリシックに
集積する半導体受光装置において, 光導波路１と光ファ
イバ３との光結合部に，光ファイバ３と光結合性の良い
多重量子井戸からなる接続光導波路４と，光閉じ込め性
の強い光導波路５とを積層した構造を有するように構成
する。
ファイバとの結合効率を良くし，簡単な構造で作成プロ
セスも比較的容易に実施できる構造を得ることを目的と
する。 【構成】 光導波路１と受光素子２とをモノリシックに
集積する半導体受光装置において, 光導波路１と光ファ
イバ３との光結合部に，光ファイバ３と光結合性の良い
多重量子井戸からなる接続光導波路４と，光閉じ込め性
の強い光導波路５とを積層した構造を有するように構成
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，半導体受光装置の構造
に関する。近年，光通信，情報処理分野の進歩にともな
って，光ファイバを伝播してきた光を波長分波，波長選
択等の処理を行ってから光電変換する構造の素子が必要
になってきている。
に関する。近年，光通信，情報処理分野の進歩にともな
って，光ファイバを伝播してきた光を波長分波，波長選
択等の処理を行ってから光電変換する構造の素子が必要
になってきている。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来例の説明図である。図におい
て，１は光導波路，２は受光素子，３は光ファイバ，６
は回折格子，20は受光装置である。
て，１は光導波路，２は受光素子，３は光ファイバ，６
は回折格子，20は受光装置である。
【０００３】受光装置20に上述の機能を持たせるために
は，光部品をハイブリッドに集積化する方法と，図６に
示すように，半導体光導波路１と受光素子２とを受光装
置20内にモノリシックに集積する方法とがある。
は，光部品をハイブリッドに集積化する方法と，図６に
示すように，半導体光導波路１と受光素子２とを受光装
置20内にモノリシックに集積する方法とがある。
【０００４】ところが，ハイブリッド集積化の方法で
は，全体のサイズが大きくなり，また光軸合わせが非常
に困難である。一方，半導体モノリシック集積化の方法
では，光ファイバ３との結合効率が良くなく，複雑な半
導体層の成長技術を用いているものが多い。
は，全体のサイズが大きくなり，また光軸合わせが非常
に困難である。一方，半導体モノリシック集積化の方法
では，光ファイバ３との結合効率が良くなく，複雑な半
導体層の成長技術を用いているものが多い。
【０００５】また，光ファイバ３との結合効率が良い光
導波路１を用いる場合には，曲げ導波路や，導波路ミラ
ー，回折格子（グレーティング）６等の作成技術におい
て，深いエッチングが必要となるため，実用化には程遠
いレベルにあった。
導波路１を用いる場合には，曲げ導波路や，導波路ミラ
ー，回折格子（グレーティング）６等の作成技術におい
て，深いエッチングが必要となるため，実用化には程遠
いレベルにあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って，半導体モノリ
シック集積化の方法では，光ファイバとの結合効率を良
くし，簡単な構造で作成プロセスも比較的容易に実施で
きることが必要となる。
シック集積化の方法では，光ファイバとの結合効率を良
くし，簡単な構造で作成プロセスも比較的容易に実施で
きることが必要となる。
【０００７】本発明は，上記の問題点を鑑み，これに対
応した半導体受光装置の構造を提案する。
応した半導体受光装置の構造を提案する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。図において，１は光導波路，２は受光素子，
３は光ファイバ，４は接続光導波路，５は光閉じ込め性
の強い光導波路，６は回折格子, 20は受光装置である。
図である。図において，１は光導波路，２は受光素子，
３は光ファイバ，４は接続光導波路，５は光閉じ込め性
の強い光導波路，６は回折格子, 20は受光装置である。
【０００９】問題解決の手段として，本発明の受光装置
20では，図１に示すように，光導波路１と受光素子２を
モノリシックに集積する半導体受光素子において，光フ
ァイバ３との光結合部に光ファイバ３と光結合性の良い
接続光導波路４と光閉じ込め性の強い光導波路５とを集
積し，光結合性の良い接続光導波路４から，光閉じ込め
性の強い光導波路５に光を移行させる。続いて，回折格
子６で光の分光処理を行った後，光閉じ込め性の強い光
導波路５内の光を再び光結合性の良い接続光導波路４に
移行した後，伝播させる。
20では，図１に示すように，光導波路１と受光素子２を
モノリシックに集積する半導体受光素子において，光フ
ァイバ３との光結合部に光ファイバ３と光結合性の良い
接続光導波路４と光閉じ込め性の強い光導波路５とを集
積し，光結合性の良い接続光導波路４から，光閉じ込め
性の強い光導波路５に光を移行させる。続いて，回折格
子６で光の分光処理を行った後，光閉じ込め性の強い光
導波路５内の光を再び光結合性の良い接続光導波路４に
移行した後，伝播させる。
【００１０】光結合性の良い接続光導波路４は多重量子
井戸の層とし，シュタルク効果を用いて移行した光を吸
収し，検出する構造を用いる。即ち，本発明の目的は,
図１（ａ）に示すように，光導波路１と受光素子２とを
モノリシックに集積する半導体受光装置において,図１
（ｂ）に示すように，該光導波路１と光ファイバ３との
光結合部に，多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる接続光導
波路４と，光導波路５とを積層した構造を有することに
より達成される。
井戸の層とし，シュタルク効果を用いて移行した光を吸
収し，検出する構造を用いる。即ち，本発明の目的は,
図１（ａ）に示すように，光導波路１と受光素子２とを
モノリシックに集積する半導体受光装置において,図１
（ｂ）に示すように，該光導波路１と光ファイバ３との
光結合部に，多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる接続光導
波路４と，光導波路５とを積層した構造を有することに
より達成される。
【００１１】
【作用】光導波路１は単一モード光ファイバ３の光の断
面積と同程度の寸法を有しているため，光導波路１と光
ファイバ３は高効率で結合する。
面積と同程度の寸法を有しているため，光導波路１と光
ファイバ３は高効率で結合する。
【００１２】接続光導波路４は多モード導波路である
が，適当な位置で光ファイバ３と光結合した場合には，
接続光導波路４では光ファイバ３の伝播モードに最も近
いプロファイルを持つ低次元モードが強く励振される。
が，適当な位置で光ファイバ３と光結合した場合には，
接続光導波路４では光ファイバ３の伝播モードに最も近
いプロファイルを持つ低次元モードが強く励振される。
【００１３】接続光導波路４に励振された光電磁界は，
図１（ｂ）に示すように，光導波路１内を伝播しなが
ら，光閉じ込め性の強い光導波路５に徐々に移行する。
接続光導波路４の最低次モードと光閉じ込め性の強い光
導波路５の伝播モードとが位相整合状態にある時，最大
の結合効率が得られる。
図１（ｂ）に示すように，光導波路１内を伝播しなが
ら，光閉じ込め性の強い光導波路５に徐々に移行する。
接続光導波路４の最低次モードと光閉じ込め性の強い光
導波路５の伝播モードとが位相整合状態にある時，最大
の結合効率が得られる。
【００１４】光閉じ込め性の強い光導波路５を伝播し，
回折格子６で分光処理する。光閉じ込め性の強い光導波
路５では，従来より浅いエッチングで回折格子６を作成
出来るので回折格子６の形状が精巧に作成でき，ロスが
少なくなる。その後，光閉じ込め性の強い光導波路５の
伝播モードとが位相整合状態にある接続導波路４の最低
次モードに光を移行させる。
回折格子６で分光処理する。光閉じ込め性の強い光導波
路５では，従来より浅いエッチングで回折格子６を作成
出来るので回折格子６の形状が精巧に作成でき，ロスが
少なくなる。その後，光閉じ込め性の強い光導波路５の
伝播モードとが位相整合状態にある接続導波路４の最低
次モードに光を移行させる。
【００１５】接続光導波路４は多重量子井戸構造になっ
ているため，形成されたｐｎ接合に電圧をかけ，シュタ
ルク効果で伝播してきた光を吸収させて検出する。ま
た，図１（ｃ）に示すように，受光素子２であるＰＩＮ
ホトダイオードに必要なｎ+ 層９を薄く形成し，ｐ+ 層
７を選択拡散で作成することで，接合導波路４の部分の
フリーキャリアによる散乱効果を小さくできる。
ているため，形成されたｐｎ接合に電圧をかけ，シュタ
ルク効果で伝播してきた光を吸収させて検出する。ま
た，図１（ｃ）に示すように，受光素子２であるＰＩＮ
ホトダイオードに必要なｎ+ 層９を薄く形成し，ｐ+ 層
７を選択拡散で作成することで，接合導波路４の部分の
フリーキャリアによる散乱効果を小さくできる。
【００１６】更に，本発明の光導波路１の構造は，エピ
タキシャル成長技術で連続して１回の成長のみで作成で
きるため，製造工程も比較的簡単となる。
タキシャル成長技術で連続して１回の成長のみで作成で
きるため，製造工程も比較的簡単となる。
【００１７】
【実施例】図２〜図３は本発明の一実施例の工程順模式
断面図，図４は本発明の第１の実施例の説明図，図５は
本発明の第２の実施例の説明図である。
断面図，図４は本発明の第１の実施例の説明図，図５は
本発明の第２の実施例の説明図である。
【００１８】図において，１は光導波路，２は受光素
子，３は光ファイバ，４は接続光導波路，５は光閉じ込
め性の強い光導波路，６は回折格子，７はｐ+ 層，８は
ｉ層，９はｎ+ 層，10は半絶縁性InP 基板, 11はInGaAs
P/InAlAs/InGaAsP層, 12はInP/InGaAsP ＭＱＷ層, 13は
Si3N4膜, 14はZn拡散層, 15はAu/Zn/Au電極, 16は第１
のレジスト膜，17は第２のレジスト膜，18は第３のレジ
スト膜，19は AuGe/Au電極, 20は受光装置，21はｐ型コ
ンタクト電極，22はｎ型コンタクト電極である。
子，３は光ファイバ，４は接続光導波路，５は光閉じ込
め性の強い光導波路，６は回折格子，７はｐ+ 層，８は
ｉ層，９はｎ+ 層，10は半絶縁性InP 基板, 11はInGaAs
P/InAlAs/InGaAsP層, 12はInP/InGaAsP ＭＱＷ層, 13は
Si3N4膜, 14はZn拡散層, 15はAu/Zn/Au電極, 16は第１
のレジスト膜，17は第２のレジスト膜，18は第３のレジ
スト膜，19は AuGe/Au電極, 20は受光装置，21はｐ型コ
ンタクト電極，22はｎ型コンタクト電極である。
【００１９】図２〜図５により，本発明の半導体受光装
置製造の実施例について説明する。先ず，図２（ａ）に
示すように，半絶縁性 InP半導体基板10上にＭＯＣＶＤ
法を用い，InPGaAs 層を 1.5μｍ, InAlAs層を 1.0μ
ｍ, InGaAsP 層を 0.5μｍ順次積層した三層構造のInGa
AsP/InAlAs/InGaAsP層11を形成し, 続いて, InP/InGaAs
P を交互に50Å/100Å, 或いは他の厚さの組み合わせを
繰り返し, 真ん中に１μｍの厚さにInAlAs層を挟んで薄
く積層したInP/InGaAsP ＭＱＷ層12を積層する。
置製造の実施例について説明する。先ず，図２（ａ）に
示すように，半絶縁性 InP半導体基板10上にＭＯＣＶＤ
法を用い，InPGaAs 層を 1.5μｍ, InAlAs層を 1.0μ
ｍ, InGaAsP 層を 0.5μｍ順次積層した三層構造のInGa
AsP/InAlAs/InGaAsP層11を形成し, 続いて, InP/InGaAs
P を交互に50Å/100Å, 或いは他の厚さの組み合わせを
繰り返し, 真ん中に１μｍの厚さにInAlAs層を挟んで薄
く積層したInP/InGaAsP ＭＱＷ層12を積層する。
【００２０】成長条件は，真空度75Torr, ガスの種類
は, トリメチルインジュウム(TMI),トリメチルガリウム
(TMG), アルシン(AsH3), フォスフィン(PH3), トリメ
チルアルミニウム(TMA) を用いた。成長温度は 630℃で
成長時間は17時間であった。
は, トリメチルインジュウム(TMI),トリメチルガリウム
(TMG), アルシン(AsH3), フォスフィン(PH3), トリメ
チルアルミニウム(TMA) を用いた。成長温度は 630℃で
成長時間は17時間であった。
【００２１】次に，図２（ｂ）に示すように，ＣＶＤ法
で成長した Si3N4膜13をパターニングし，この Si3N4膜
13をマスクとして亜鉛(Zn)の選択拡散を 500℃で20分行
い,ｐ+ 層としてのZn拡散層14を形成する。
で成長した Si3N4膜13をパターニングし，この Si3N4膜
13をマスクとして亜鉛(Zn)の選択拡散を 500℃で20分行
い,ｐ+ 層としてのZn拡散層14を形成する。
【００２２】図２（ｃ）に示すように，金／亜鉛／金(A
u/Zn/Au)をそれぞれ300/200/1500Åの厚さに蒸着し,430
℃で１分間のアロイを行い，レジストリフト法を用い
て, ｐ型コンタクト電極としての Au/Zn/Au 電極15を形
成する。
u/Zn/Au)をそれぞれ300/200/1500Åの厚さに蒸着し,430
℃で１分間のアロイを行い，レジストリフト法を用い
て, ｐ型コンタクト電極としての Au/Zn/Au 電極15を形
成する。
【００２３】図２（ｄ）に示すように，第１のレジスト
膜16をマスクとして, 回折格子６，及び光導波路１のエ
ッチングを行う。先ず，第１のレジスト膜16により Si3
N4膜13をパターニングし， Si3N4膜13をマスクとしてＲ
ＩＥを用いた異方性ドライエッチングにより10μｍの深
さにエッチングする。
膜16をマスクとして, 回折格子６，及び光導波路１のエ
ッチングを行う。先ず，第１のレジスト膜16により Si3
N4膜13をパターニングし， Si3N4膜13をマスクとしてＲ
ＩＥを用いた異方性ドライエッチングにより10μｍの深
さにエッチングする。
【００２４】図３（ｅ）に示すように，光導波路１の部
分を第２のレジスト膜17で覆って，回折格子６の部分の
追加エッチングを行う。図３（ｆ）に示すように，第３
のレジスト膜18をマスクとしてｎ型コンタクト電極用の
エッチングを行う。方法は第述のように第３のレジスト
膜18で Si3N4膜13をパターニングし, この Si3N4膜13を
マスクとして用いる。
分を第２のレジスト膜17で覆って，回折格子６の部分の
追加エッチングを行う。図３（ｆ）に示すように，第３
のレジスト膜18をマスクとしてｎ型コンタクト電極用の
エッチングを行う。方法は第述のように第３のレジスト
膜18で Si3N4膜13をパターニングし, この Si3N4膜13を
マスクとして用いる。
【００２５】図３（ｇ）に示すように，ｎ型コンタクト
電極として, 金・ゲルマニウム／金(AuGe/Au) を500/25
00Åの厚さに蒸着し, 380 ℃で１分間アロイし，レジス
トリフト法により AuGe/Au電極19を形成する。
電極として, 金・ゲルマニウム／金(AuGe/Au) を500/25
00Åの厚さに蒸着し, 380 ℃で１分間アロイし，レジス
トリフト法により AuGe/Au電極19を形成する。
【００２６】図４は本発明の受光装置を上述の工程で作
成した第１の実施例の完成品の構造図である。図４
（ａ）は接続光導波路４，及び光閉じ込め性の強い光導
波路５を積層した光導波路１のエピタキシャル積層構造
を側面から見た断面図で，各層の厚さを示し，図４
（ｂ）は半導体受光素子２の構造を側面から見た断面図
を示し，また，図４（ｃ）は半導体受光装置全体の平面
図で，装置全体及び，光導波路１，受光素子２，回折格
子６のサイズを示している。
成した第１の実施例の完成品の構造図である。図４
（ａ）は接続光導波路４，及び光閉じ込め性の強い光導
波路５を積層した光導波路１のエピタキシャル積層構造
を側面から見た断面図で，各層の厚さを示し，図４
（ｂ）は半導体受光素子２の構造を側面から見た断面図
を示し，また，図４（ｃ）は半導体受光装置全体の平面
図で，装置全体及び，光導波路１，受光素子２，回折格
子６のサイズを示している。
【００２７】図４に第１の実施例として示すように，構
造的な特徴としては, 光閉じ込め性の強い光導波路５に
縦型の回折格子６，若しくはミラーを作成したこと, 受
光素子２のＰＩＮホトダイオード構造を作成する際，Ｍ
ＱＷ層12内に薄いｎ層を挿入させ，ｐ層を選択拡散させ
た構造を用いた事である。
造的な特徴としては, 光閉じ込め性の強い光導波路５に
縦型の回折格子６，若しくはミラーを作成したこと, 受
光素子２のＰＩＮホトダイオード構造を作成する際，Ｍ
ＱＷ層12内に薄いｎ層を挿入させ，ｐ層を選択拡散させ
た構造を用いた事である。
【００２８】第２の実施例として，図５に示すように，
接続光導波路４の形状をテーパ状にした構造がある。こ
の構造を用いることで，作成プロセスのばらつきでリッ
ジ幅が変化しても，接続光導波路４と，閉じ込め性の強
い光導波路５の間の光の移行がスムーズになる。
接続光導波路４の形状をテーパ状にした構造がある。こ
の構造を用いることで，作成プロセスのばらつきでリッ
ジ幅が変化しても，接続光導波路４と，閉じ込め性の強
い光導波路５の間の光の移行がスムーズになる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば, 光ファイバからの光が
効率良く光導波路に結合でき，接続光導波路や閉じ込め
性の強い光導波路の作成を連続エピタキシャル成長技術
により１回で行なえるため，製造工程も比較的簡単とな
り，半導体受光装置の性能向上に寄与するところが大き
い。
効率良く光導波路に結合でき，接続光導波路や閉じ込め
性の強い光導波路の作成を連続エピタキシャル成長技術
により１回で行なえるため，製造工程も比較的簡単とな
り，半導体受光装置の性能向上に寄与するところが大き
い。
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 本発明の一実施例の工程順模式断面図（その
１）
１）
【図３】 本発明の一実施例の工程順模式断面図（その
２）
２）
【図４】 本発明の第１の実施例の説明図
【図５】 本発明の第２の実施例の説明図
【図６】 従来例の説明図
１ 光導波路 ２ 受光素子 ３ 光ファイバ ４ 接続光導波路 ５ 光閉じ込め性の強い光導波路 ６ 回折格子 ７ ｐ+ 層 ８ ｉ層 ９ ｎ+ 層 10 半絶縁性InP 基板 11 InGaAsP/InAlAs/InGaAsP層 12 InP/InGaAsP ＭＱＷ層 13 Si3N4膜 14 Zn拡散層 15 Au/Zn/Au電極 16 第１のレジスト膜 17 第２のレジスト膜 18 第３のレジスト膜 19 AuGe/Au電極 20 受光装置 21 ｐ型コンタクト電極 22 ｎ型コンタクト電極
Claims (1)
- 【請求項１】 光導波路(1) と受光素子(2) とをモノリ
シックに集積する半導体受光装置において, 該光導波路(1) と光ファイバ(3) との光結合部に，多重
量子井戸（ＭＱＷ）からなる接続光導波路(4) と，光導
波路(5) とを積層した構造を有することを特徴とする半
導体受光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4277614A JPH06132548A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 半導体受光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4277614A JPH06132548A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 半導体受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132548A true JPH06132548A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17585875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4277614A Withdrawn JPH06132548A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06132548A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5603752A (en) * | 1994-06-07 | 1997-02-18 | Filtration Japan Co., Ltd. | Electrostatic precipitator |
| CN114664959A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-24 | 北京工业大学 | 一种基于光子晶体的多通道探测器 |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP4277614A patent/JPH06132548A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5603752A (en) * | 1994-06-07 | 1997-02-18 | Filtration Japan Co., Ltd. | Electrostatic precipitator |
| CN114664959A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-24 | 北京工业大学 | 一种基于光子晶体的多通道探测器 |
| CN114664959B (zh) * | 2022-03-15 | 2023-10-10 | 北京工业大学 | 一种基于光子晶体的多通道探测器 |
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