JPH0629566A - 導波路集積型半導体受光素子 - Google Patents

導波路集積型半導体受光素子

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JPH0629566A
JPH0629566A JP4180782A JP18078292A JPH0629566A JP H0629566 A JPH0629566 A JP H0629566A JP 4180782 A JP4180782 A JP 4180782A JP 18078292 A JP18078292 A JP 18078292A JP H0629566 A JPH0629566 A JP H0629566A
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JP
Japan
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receiving element
light receiving
waveguide
semiconductor
semiconductor light
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Withdrawn
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JP4180782A
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English (en)
Inventor
Kazutoshi Kato
和利 加藤
Susumu Hata
進 秦
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光素子の高速化と高効率化を図った導波路
集積型半導体受光素子を提供する。 【構成】 半導体基板上に設けられた半導体光導波路2
3と、該半導体光導波路上に積層された半導体受光素子
層24とからなる導波路集積型半導体受光素子におい
て、前記半導体光導波路23の光入力端部と反対側の一
端部が鉛直方向から内側へ所望角度傾斜した逆メサ状側
面25を有する光反射部を形成してなり、入力端部から
入射されて前記半導体光導波路23を伝搬した信号光2
2を、当該逆メサ状側面25によって上方に反射し、か
つ当該逆メサ状側面25を有する光反射部のほぼ上部に
積層された半導体受光素子24で吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には半導体光導
波路と半導体受光素子とを集積化して形成され、半導体
光導波路を用いて構成された光回路内を伝搬する信号光
を半導体受光素子に導いて電気信号に変換する機能を有
する導波路集積型半導体受光素子に関し、さらに具体的
には信号光を半導体光導波路の端部で反射して受光素子
層に効率よく導くことによって受光素子の高速化と高効
率化を図った導波路集積型半導体受光素子に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の一般的な導波路集積型半導体受光
素子は、信号光波長が1.55μmの場合を例にとる
と、図6に示す様に、InP 基板11の上面に信号光12
を吸収しないInP 系材料からなる半導体光導波路13が
形成されており、さらに信号光12の導波方向端部側の
半導体光導波路13の上面には信号光12を吸収しうる
InGaAs層を有する半導体受光素子層14を積層して形成
されている(C. Bornhold他、Electoronics Letters
、23巻、2頁、1987年参照)。
【0003】この導波路集積型半導体受光素子において
は、半導体光導波路13を伝搬してきた信号光12は、
受光素子層14の下部領域にさしかかるや、この導波路
13の屈折率よりも高い屈折率をもつ半導体受光素子層
14に徐々に移行し吸収される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、入力端部か
ら入射された信号光12は導波路13を伝搬しながら徐
々に受光素子層に移行するため、信号光12の大部分を
受光素子層14内へと導くためには、受光素子層14の
動波方向の長さLを、信号光12の大部分が受光素子層
14に移行するのに必要な導波距離と同程度の長さにす
る必要がある。しかし、移行に必要な距離(L)は10
0μm以上と長いため、受光素子層14の面積が大きく
なる結果、受光素子層14の静電容量が増大して受光素
子層14が高速動作できないという問題があった。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、高速かつ高効率な導波路集積型半導体受光素子を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る導波路集積型半導体受光素子の構成は、半導体
基板上に設けられた半導体光導波路と、該半導体光導波
路上に積層された半導体受光素子層とからなる導波路集
積型半導体受光素子において、前記半導体光導波路の光
入力端部と反対側の一端部が鉛直方向から内側へ所望角
度傾斜した逆メサ状側面を有する光反射部を形成してな
り、入力端部から入射されて前記半導体光導波路を伝搬
した信号光を、当該逆メサ状側面によって上方に反射
し、かつ当該逆メサ状側面を有する光反射部のほぼ上部
に積層された半導体受光素子層で吸収することを特徴と
する。
【0007】
【作用】前記構成において、入力端部から入射され半導
体導波路を伝搬した信号光を逆メサ状に加工された逆メ
サ状側面を有する光反射部で反射させ、半導体受光子層
へ導くことができ、高速かつ高効率な導波路集積型半導
体受光素子が実現可能となる。
【0008】
【実施例】以下、本発明に係る導波路集積型半導体受光
素子の好適な実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【0009】実施例1 図1は本実施例に係る導波路集積型半導体受光素子の概
略図を示す。同図に示すように、本実施例に係る導波路
集積型半導体受光素子20は、n型InP 基板21の上面
に信号光22を吸収しないInP 材料からなる半導体導波
路(n型InGaAsP 層)23が形成されており、さらに信
号光22の導波方向端部側の半導体導波路23の上面に
は、半導体受光素子層(InGaAs層)24が積層されてい
る。
【0010】上記半導体受光素子層(以下「受光素子
層」という)24を形成した端部は、鉛直方向から内側
へ所望角度(本実施例では略45度)傾斜した逆メサ状
側面25をエッチングにより形成し、光反射部を構成し
ている。
【0011】本実施例においては、上記受光素子層24
はその中心がノンドープ型InGaAs層24aとすると共に
その上部をp型InGaAs層24bとしており、受光素子は
pinフォトダイオードとして機能している。
【0012】この導波路集積型半導体受光素子20の製
造は以下の工程で行なう。
【0013】(工程1)n型InP 基板21の上に厚さ
0.5μmでバンドギャップ波長1.3μmのn型InGa
AsP 層(半導体導波路)23、厚さ1μmのノンドープ
InGaAsP層24a、厚さ0.2μmのp型InGaAs層24
bをこの順に順次エピタキシャル成長する。
【0014】(工程2)ハロゲン系RIBE法を用いて
導波路端部をエッチングする。このときRIBEの入射
ビームの飛来方向に対してInP 基板21を略45度傾け
る。その結果、導波路端部は略45度の逆メサ状に形成
される。尚、基板を傾ける代わりに、エッチングビーム
の飛来角度を略45度としエッチングにより逆メサ状側
面25を形成するようにしてもよい。
【0015】(工程3)受光素子層のうち導波路端部上
部以外の部分をエッチングにより除去し、長さ10μm
の受光素子領域を形成する。
【0016】(工程4)n型InP 基板21にn型オーミ
ック電極26、p型GaAsP 層24bにp型オーミック電
極27を各々形成し、導波路集積型半導体受光素子20
を得る。
【0017】ここで、光反射部を形成する逆メサ状側面
とは、当該逆メサ状側面25が、InP 基板21を臨むよ
うに鉛直方向から内側へ略45度(積層面から略135
度)エッチングビームによりエッチングされてできる側
面をいい、当該側面が反射ミラーとなって導波されてき
た信号光22を受光素子層24へ反射させる機能を有す
るものをいう。
【0018】上記得られた導波路集積型半導体受光素子
において、半導体導波路(InGaAsP層)23を伝搬して
きた信号光22は、導波路端部の逆メサ状側面25で上
方に反射され、受光素子層24に導かれる。したがって
10μm程度の短い受光素子においてもほとんどの信号
光22を受光素子層24内に導くことが可能となる。
【0019】実際、本手法で製作した導波路集積型半導
体受光素子は従来のものと比べて、効率は約50%と同
程度の値を保持しつつ、静電容量は約10分の1に減少
し、その結果2GHZ 程度だった受光素子の動作速度は約
20GHZ に改善された。
【0020】本実施例においては、n型基板を用いた例
を示したが、半絶縁性基板を用いても本実施例と同様の
効果が期待できる。この場合にはn型オーミック電極を
導波路層上部に形成すればよい。
【0021】本実施例においては、導波路端部を略45
度の逆メサ状に形成した例を示したが、略45度に限定
されるものではない。例えば図2に示すような略45度
以上の逆メサ状側面25Aに形成することにより、信号
光22の入射方向を受光素子に対して傾け、信号光22
から見た受光素子層24の実効的な厚さを増大させるこ
とが可能となり、受光素子層24に吸収されずに透過す
る信号光22の割合を低減することができる。
【0022】また、図3に示すように信号光22の全反
射条件を満たすように導波路23端部を略45度以下の
逆メサ状側面25Bに形成することにより、導波路端部
での信号光22の反射損失を低減することが可能とな
る。
【0023】本実施例では受光素子としてpin フォトダ
イオードを用いた例を示したが、MSMフォトダイオー
ドやフォトトランジスタなどの受光素子を用いても同様
の効果が期待できる。
【0024】本実施例では半導体材料としてInP 基板と
格子整合する材料を用いた例を示したが、これらの一部
または全部をInP 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。
【0025】また、本実施例では信号波長が1.55μ
m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本実施
例と同様の効果がある導波路型受光素子が実現できる。
【0026】さらに本構造を面入射型半導体レーザある
いは半導体光変調器などの他の光素子に適用することも
可能である。
【0027】実施例2 前述した実施例1の導波路集積型半導体受光素子は光反
射部の逆メサ状側面の反射機能は、半導体と空気との屈
折率差によっているが、逆メサ状側面の外面に誘電体薄
膜を堆積させ、反射機能を増大させる一例を次に示す。
尚、実施例1の導波路集積型半導体受光素子と同一部材
については同一符号を付して重複する説明は省略する。
【0028】図4は、本実施例に係る導波路集積型半導
体受光素子の概略図を示す。同図に示すように、本実施
例に係る導波路集積型半導体受光素子30は、n型InP
基板21の上面に信号光22を吸収しないInP 材料から
なる半導体導波路(n型InGaAsP 層)23が形成されて
おり、さらに信号光22の導波方向端部側の半導体導波
路23の上面には、受光素子層(InGaAs層)24が積層
されている。
【0029】上記受光素子層24を形成した端部は、鉛
直方向から内側へ所望角度(本実施例では略45度)傾
斜した逆メサ状側面25をエッチングにより形成し、光
反射部を構成しており、本実施例ではこの逆メサ状側面
25の外面にSiO2 を堆積してなる誘電体薄膜31を
設け、反射ミラーの機能を持たせている。
【0030】この導波路集積型受光素子30の製造法の
例を説明する。尚、前述した実施例1において説明した
(工程1)〜(工程4)は同様であるので、オーミック
電極を形成した後の(工程5)から説明する。
【0031】(工程5)図5に示すように、オーミック
電極25,26を形成した後に、マグネトロンスパッタ
リング法で素子全面に信号光波長の四分の一の厚さを有
するSiO2 誘電体薄膜31を堆積する。
【0032】(工程6)C26 の反応性イオンビーム
を素子上方より照射し、素子上面のSiO2 誘電体薄膜
をエッチング除去する。このエッチングの際イオンビー
ムは方向性を有しているため、逆メサ状側面25の外面
に堆積したSiO2 誘電体薄膜31はエッチングされず
に残り、ミラーとして機能する。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る導波
路集積型半導体受光素子は、半導体光導波路の端部を逆
メサ状に加工した逆メサ状側面を有する光反射部とする
ことによって、効率を損なわずに受光素子を短くできる
ため、従来の、導波路から受光素子へ徐々に光を移行さ
せる導波路集積型半導体受光素子と比べ、高速かつ高効
率な受光素子を実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係る導波路集積型半導体受光素子の
概略図である。
【図2】実施例1に係る導波路集積型半導体受光素子の
概略図である。
【図3】実施例1に係る導波路集積型半導体受光素子の
概略図である。
【図4】実施例2に係る導波路集積型半導体受光素子の
概略図である。
【図5】実施例2に係る導波路集積型半導体受光素子の
概略図である。
【図6】従来例に係る導波路集積型半導体受光素子の概
略図である。
【符号の説明】
20,30 導波路集積型半導体受光 21 n型InP 基板 22 信号光 23 半導体導波路 24 受光素子層 25,25A,25B 逆メサ状側面 26 n型オーミック電極 27 p型オーミック電極 31 誘電体薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/0232 7210−4M H01L 31/02 C

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に設けられた半導体光導波
    路と、該半導体光導波路上に積層された半導体受光素子
    層とからなる導波路集積型半導体受光素子において、前
    記半導体光導波路の光入力端部と反対側の一端部が鉛直
    方向から内側へ所望角度傾斜した逆メサ状側面を有する
    光反射部を形成してなり、入力端部から入射されて前記
    半導体光導波路を伝搬した信号光を、当該逆メサ状側面
    によって上方に反射し、かつ当該逆メサ状側面を有する
    光反射部のほぼ上部に積層された半導体受光素子層で吸
    収することを特徴とする導波路集積型半導体受光素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の導波路集積型半導体受光
    素子において、上記光反射部の逆メサ状側面が鉛直方向
    から内側へ略45度傾斜していることを特徴とする導波
    路集積型半導体受光素子。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の導波路集積型半導
    体受光素子において、上記入力端部及び光反射部に誘電
    体薄膜を堆積してなることを特徴とする導波路集積型半
    導体受光素子。
JP4180782A 1992-07-08 1992-07-08 導波路集積型半導体受光素子 Withdrawn JPH0629566A (ja)

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