JPH06326348A - 光カプラ - Google Patents
光カプラInfo
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- JPH06326348A JPH06326348A JP11140993A JP11140993A JPH06326348A JP H06326348 A JPH06326348 A JP H06326348A JP 11140993 A JP11140993 A JP 11140993A JP 11140993 A JP11140993 A JP 11140993A JP H06326348 A JPH06326348 A JP H06326348A
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- Japan
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- light emitting
- junction
- polycrystalline semiconductor
- polycrystalline
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単なプロセス、低コストでアライメントが
容易な光カプラを製造する。 【構成】 アモルファスなどのエピタキシャル成長が起
こらない材料からなる基板１上に多結晶半導体素子９、
１０対を形成し、その素子９、１０間を光導波路８を形
成する材料で結合し、一方の多結晶半導体素子９または
１０に順方向バイアスを印加したときに発光した光をそ
の導波路８で他方の多結晶半導体素子１０または９に導
き、その素子９、１０に設けた電極６、７間に発生する
電圧をモニタする光カプラを提供する。
容易な光カプラを製造する。 【構成】 アモルファスなどのエピタキシャル成長が起
こらない材料からなる基板１上に多結晶半導体素子９、
１０対を形成し、その素子９、１０間を光導波路８を形
成する材料で結合し、一方の多結晶半導体素子９または
１０に順方向バイアスを印加したときに発光した光をそ
の導波路８で他方の多結晶半導体素子１０または９に導
き、その素子９、１０に設けた電極６、７間に発生する
電圧をモニタする光カプラを提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子機器に利用できる光
カプラに関し、特に同一基板上に発光素子と受光素子お
よび導波路とを設けた光カプラに関するものである。
カプラに関し、特に同一基板上に発光素子と受光素子お
よび導波路とを設けた光カプラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気回路内において、ある回路を
電気的に独立させたい場合、光カプラが用いられてき
た。これは図１０のように半導体発光素子１１と受光素
子１２を組み合わせたモジュールで、発光素子１１と結
線された第１の回路（図示せず）に電流が流れると素子
が発光し、その光を受光素子１２が受光してそれと接続
する第２の回路（図示せず）に電気的な信号が発生する
ものである。第１の回路と第２の回路は光で接続してい
るが、電気的には独立となるため、たとえば第１の回路
で発生した電気的ノイズは第２の回路には伝わらない。
電気的に独立させたい場合、光カプラが用いられてき
た。これは図１０のように半導体発光素子１１と受光素
子１２を組み合わせたモジュールで、発光素子１１と結
線された第１の回路（図示せず）に電流が流れると素子
が発光し、その光を受光素子１２が受光してそれと接続
する第２の回路（図示せず）に電気的な信号が発生する
ものである。第１の回路と第２の回路は光で接続してい
るが、電気的には独立となるため、たとえば第１の回路
で発生した電気的ノイズは第２の回路には伝わらない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来の発
光素子１１および受光素子１２は、いずれも単結晶材料
で作製されており、単結晶上にエピタキシャル成長など
を用いて半導体膜を形成して加工し、チップとして切り
出されたものが用いられてきた。さらに従来の光カプラ
の製造工程には、このような複雑なプロセスを経て作製
された発光素子１１および受光素子１２を、発光素子１
１からの出射光が受光素子１２に結合する位置にアライ
メントするという工程が含まれる。このため、光カプラ
のコストが上昇する。また発光素子と受光素子を組み合
わせたものであるため、データの伝送方向が限定されて
いた。そこで、本発明は簡単なプロセスで発光素子と受
光素子を整合できる安価な光カプラを提供することを目
的としている。
光素子１１および受光素子１２は、いずれも単結晶材料
で作製されており、単結晶上にエピタキシャル成長など
を用いて半導体膜を形成して加工し、チップとして切り
出されたものが用いられてきた。さらに従来の光カプラ
の製造工程には、このような複雑なプロセスを経て作製
された発光素子１１および受光素子１２を、発光素子１
１からの出射光が受光素子１２に結合する位置にアライ
メントするという工程が含まれる。このため、光カプラ
のコストが上昇する。また発光素子と受光素子を組み合
わせたものであるため、データの伝送方向が限定されて
いた。そこで、本発明は簡単なプロセスで発光素子と受
光素子を整合できる安価な光カプラを提供することを目
的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、エピタキシャル成
長が起こらない材料から成る基板上に形成され、内部に
少なくともｐｎ接合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した
接合を有し、ｐ型およびｎ型半導体にそれぞれ設けた電
極間に電流注入することにより発光する多結晶半導体発
光素子と、前記基板上に内部に少なくともｐｎ接合もし
くはｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合を有し、光が
入射するとｐおよびｎ型半導体にそれぞれ設けた電極間
に電気信号が発生する多結晶半導体受光素子と、多結晶
半導体発光素子と多結晶半導体受光素子との間を基板よ
りも屈折率が大きく、しかも多結晶半導体発光素子の発
光波長に対して透明な材料で覆った光導波路とからな
り、双方向のデータ転送を可能とした光カプラ、また
は、エピタキシャル成長が起こらない材料から成る基板
上に作製したｐｎ接合もしくはｐｉｎ接合あるいはそれ
に類した接合を有する多結晶半導体素子を少なくとも二
つに分離し、一方の多結晶半導体素子には順方向バイア
スを印加して発光素子とし、他方の多結晶半導体素子に
は逆方向バイアスを印加して、あるいはゼロバイアスと
して受光素子として作用させ、発光素子と受光素子との
間を基板よりも屈折率が大きく、しかも多結晶半導体発
光素子の発光波長に対して透明な材料で覆った光導波路
を形成して、双方向のデータ転送を可能とした光カプラ
である。また、前記両光カプラを基板上でアレイをなし
た構成とした光カプラも本発明に属する。
構成によって達成される。すなわち、エピタキシャル成
長が起こらない材料から成る基板上に形成され、内部に
少なくともｐｎ接合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した
接合を有し、ｐ型およびｎ型半導体にそれぞれ設けた電
極間に電流注入することにより発光する多結晶半導体発
光素子と、前記基板上に内部に少なくともｐｎ接合もし
くはｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合を有し、光が
入射するとｐおよびｎ型半導体にそれぞれ設けた電極間
に電気信号が発生する多結晶半導体受光素子と、多結晶
半導体発光素子と多結晶半導体受光素子との間を基板よ
りも屈折率が大きく、しかも多結晶半導体発光素子の発
光波長に対して透明な材料で覆った光導波路とからな
り、双方向のデータ転送を可能とした光カプラ、また
は、エピタキシャル成長が起こらない材料から成る基板
上に作製したｐｎ接合もしくはｐｉｎ接合あるいはそれ
に類した接合を有する多結晶半導体素子を少なくとも二
つに分離し、一方の多結晶半導体素子には順方向バイア
スを印加して発光素子とし、他方の多結晶半導体素子に
は逆方向バイアスを印加して、あるいはゼロバイアスと
して受光素子として作用させ、発光素子と受光素子との
間を基板よりも屈折率が大きく、しかも多結晶半導体発
光素子の発光波長に対して透明な材料で覆った光導波路
を形成して、双方向のデータ転送を可能とした光カプラ
である。また、前記両光カプラを基板上でアレイをなし
た構成とした光カプラも本発明に属する。
【０００５】本発明はエピタキシャル成長が起こらない
材料から成る基板に直接作製した２つの多結晶半導体素
子を用い、一方の多結晶半導体素子に順方向バイアスを
印加したときに発せられる光を導波光として導き、他方
の多結晶半導体素子でそれを受光させるものである。す
なわち、例えば多結晶半導体素子を順方向バイアスを印
加したときには発光ダイオードとして、逆方向バイアス
あるいはゼロバイアス時にはフォトダイオードとして作
用させる。そして、２つの多結晶半導体素子は、基板全
面あるいは基板の一部とともに、基板よりも屈折率が大
きく、しかも前記多結晶半導体素子の発光波長に対して
透明な材料で覆い、多結晶半導体発光素子から発せられ
る光に対して該透明材料を光導波路として作用させるこ
とを特徴とするものである。
材料から成る基板に直接作製した２つの多結晶半導体素
子を用い、一方の多結晶半導体素子に順方向バイアスを
印加したときに発せられる光を導波光として導き、他方
の多結晶半導体素子でそれを受光させるものである。す
なわち、例えば多結晶半導体素子を順方向バイアスを印
加したときには発光ダイオードとして、逆方向バイアス
あるいはゼロバイアス時にはフォトダイオードとして作
用させる。そして、２つの多結晶半導体素子は、基板全
面あるいは基板の一部とともに、基板よりも屈折率が大
きく、しかも前記多結晶半導体素子の発光波長に対して
透明な材料で覆い、多結晶半導体発光素子から発せられ
る光に対して該透明材料を光導波路として作用させるこ
とを特徴とするものである。
【０００６】本発明ではエピタキシャル成長が起こらな
い材料から成る基板とは具体的には無機材料または金属
材料を用いる。ここで、無機材料または金属材料から成
る基板は単結晶である必要はなく、アモルファス、多結
晶等の物質を使用することができ。したがって、石英ガ
ラス、多成分系ガラス、結晶化ガラス、セラミック、金
属、半導体等の材料が使用可能であるので、非常に広範
囲のデバイス材料を利用することができる。また、前記
種々の基板上にＣＶＤ法、スパッタ法あるいは蒸着法な
どにより形成したＳｉＯ2をはじめとする種々の酸化
物、ＳｉＮなどの窒化物、ＳｉＣなどの炭化物、金属、
あるいは半導体からなる膜などのいかなるアモルファス
あるいは多結晶材料を用いても構わない。ただし、半導
体発光素子の発光波長に対して吸収係数が小さい方が好
ましい。
い材料から成る基板とは具体的には無機材料または金属
材料を用いる。ここで、無機材料または金属材料から成
る基板は単結晶である必要はなく、アモルファス、多結
晶等の物質を使用することができ。したがって、石英ガ
ラス、多成分系ガラス、結晶化ガラス、セラミック、金
属、半導体等の材料が使用可能であるので、非常に広範
囲のデバイス材料を利用することができる。また、前記
種々の基板上にＣＶＤ法、スパッタ法あるいは蒸着法な
どにより形成したＳｉＯ2をはじめとする種々の酸化
物、ＳｉＮなどの窒化物、ＳｉＣなどの炭化物、金属、
あるいは半導体からなる膜などのいかなるアモルファス
あるいは多結晶材料を用いても構わない。ただし、半導
体発光素子の発光波長に対して吸収係数が小さい方が好
ましい。
【０００７】また、半導体発光素子を形成する材料はＡ
ｌＧａＡｓをはじめ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅなど種々の半導体材料に応用で
き、多結晶膜はＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法あるいはＶＰＥ
法などで作製できる。多結晶半導体発光素子と基板の全
面あるいは基板の一部を覆う材料としては、アモルファ
ス、セラミック、高分子化合物、多結晶あるいは単結晶
材料など無機材料または金属材料からなるいかなる材料
でも構わない。ただし基板あるいは基板上に形成した膜
よりも屈折率が大きく、基板の全面あるいは基板の一部
を覆った材料が多結晶半導体発光素子の発光波長に対し
て光導波路として作用させる必要がある。またその波長
に対して小さな吸収係数を持った材料の方が、効率よく
光を取り出すという観点からは好ましい。またその成膜
も蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、スピン
法、ディッピング法など、いかなる方法でも良い。ま
た、本発明でｐｎ接合またはｐｉｎ接合に類した接合と
はショットキ接合のような接合を言う。
ｌＧａＡｓをはじめ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅなど種々の半導体材料に応用で
き、多結晶膜はＭＯＶＰＥ法、ＭＢＥ法あるいはＶＰＥ
法などで作製できる。多結晶半導体発光素子と基板の全
面あるいは基板の一部を覆う材料としては、アモルファ
ス、セラミック、高分子化合物、多結晶あるいは単結晶
材料など無機材料または金属材料からなるいかなる材料
でも構わない。ただし基板あるいは基板上に形成した膜
よりも屈折率が大きく、基板の全面あるいは基板の一部
を覆った材料が多結晶半導体発光素子の発光波長に対し
て光導波路として作用させる必要がある。またその波長
に対して小さな吸収係数を持った材料の方が、効率よく
光を取り出すという観点からは好ましい。またその成膜
も蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、スピン
法、ディッピング法など、いかなる方法でも良い。ま
た、本発明でｐｎ接合またはｐｉｎ接合に類した接合と
はショットキ接合のような接合を言う。
【０００８】
【作用】本発明を実施するにあたり、最も大きな問題は
アモルファス、セラミック、多結晶等のエピタキシャル
成長が起こらない材料からなる基板にサイズの大きなグ
レインからなる多結晶膜を作製することにある。サイズ
の大きなグレインが形成できれば、半導体発光素子また
は受光素子として機能させることができる。多結晶基板
上に多結晶膜を成膜する際、グレインのサイズは基板の
グレインサイズに影響されるが、例えばアモルファス基
板である石英ガラス基板上にＭＯＣＶＤ法で多結晶膜を
作製する場合、そのグレインの大きさは成長条件に依存
して変化する。例えば、グレイン成長温度、グレイン成
長圧力、成長速度、原料供給速度、キャリアガス流量の
制御等で、グレインのサイズをコントロールできる。例
えば、成長温度が高いほど、また成長圧力が低いほど得
られるグレインのサイズは大きくなる。１０Ｔｏｒｒの
圧力のもとで８５０℃でＧａＡｓの成長を試みた予備実
験では、直径が３０μｍ以上のグレインからなる多結晶
膜が得られた。
アモルファス、セラミック、多結晶等のエピタキシャル
成長が起こらない材料からなる基板にサイズの大きなグ
レインからなる多結晶膜を作製することにある。サイズ
の大きなグレインが形成できれば、半導体発光素子また
は受光素子として機能させることができる。多結晶基板
上に多結晶膜を成膜する際、グレインのサイズは基板の
グレインサイズに影響されるが、例えばアモルファス基
板である石英ガラス基板上にＭＯＣＶＤ法で多結晶膜を
作製する場合、そのグレインの大きさは成長条件に依存
して変化する。例えば、グレイン成長温度、グレイン成
長圧力、成長速度、原料供給速度、キャリアガス流量の
制御等で、グレインのサイズをコントロールできる。例
えば、成長温度が高いほど、また成長圧力が低いほど得
られるグレインのサイズは大きくなる。１０Ｔｏｒｒの
圧力のもとで８５０℃でＧａＡｓの成長を試みた予備実
験では、直径が３０μｍ以上のグレインからなる多結晶
膜が得られた。
【０００９】以上のように、ＭＯＣＶＤ法で条件を最適
化することで上記予備実験で得られたものよりもサイズ
の大きなグレインからなる多結晶膜を製造することが可
能となる。この基板上に、ｐ型とｎ型のＡｌＧａＡｓ膜
を成長すれば、そのｐ型およびｎ型の膜も基板である多
結晶の膜と同程度もしくはそれ以上のサイズからなる多
結晶となる。そのサイズが半導体発光素子または半導体
受光素子として十分に機能するものが得られる。
化することで上記予備実験で得られたものよりもサイズ
の大きなグレインからなる多結晶膜を製造することが可
能となる。この基板上に、ｐ型とｎ型のＡｌＧａＡｓ膜
を成長すれば、そのｐ型およびｎ型の膜も基板である多
結晶の膜と同程度もしくはそれ以上のサイズからなる多
結晶となる。そのサイズが半導体発光素子または半導体
受光素子として十分に機能するものが得られる。
【００１０】アモルファス、セラミックあるいは多結晶
の基板、もしくは基板の結晶構造が作製する半導体材料
とは異なる単結晶基板、あるいは結晶構造が同じであっ
ても格子定数に大きな差がある基板上には、基板全面に
わたる結晶のエピタキシャル成長は起こらない。しかし
ながら成長初期に基板上に生じる微結晶が結晶核として
作用し、核が成長して多結晶の膜となる。前記グレイン
の成長条件を選択することにより、多結晶膜の各グレイ
ンのサイズがデバイスサイズよりも大きければ、その多
結晶膜上に作製したデバイスは単結晶デバイスと同程度
の特性が得られることになる。
の基板、もしくは基板の結晶構造が作製する半導体材料
とは異なる単結晶基板、あるいは結晶構造が同じであっ
ても格子定数に大きな差がある基板上には、基板全面に
わたる結晶のエピタキシャル成長は起こらない。しかし
ながら成長初期に基板上に生じる微結晶が結晶核として
作用し、核が成長して多結晶の膜となる。前記グレイン
の成長条件を選択することにより、多結晶膜の各グレイ
ンのサイズがデバイスサイズよりも大きければ、その多
結晶膜上に作製したデバイスは単結晶デバイスと同程度
の特性が得られることになる。
【００１１】こうして、本発明によれば基板上に形成し
た多結晶体（バルクまたは膜）内に形成された少なくと
もｐｎ接合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合を持
つ多結晶半導体発光素子のｐ型およびｎ型半導体にそれ
ぞれ設けた電極間に電流を流して、ｐｎ接合、ｐｉｎ接
合あるいはそれに類した接合で発光させると、前記同一
の基板上に形成された半導体受光素子の多結晶体内のｐ
ｎ接合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合に光が入
射すると光によって発生したキャリアがドリフト電流と
なってｐおよびｎ型半導体にそれぞれ設けた電極間に電
気信号が発生する。このとき、前記多結晶半導体素子の
すべてあるいはその一部、および基板全面あるいは基板
の一部を覆う、基板よりも屈折率が大きく、しかも前記
多結晶半導体素子の発光波長に対して透明な材料が、多
結晶半導体発光素子から発せられる光に対して光導波路
として作用し、多結晶半導体素子で発生した光が該光導
波路に導かれて受光素子に達する。
た多結晶体（バルクまたは膜）内に形成された少なくと
もｐｎ接合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合を持
つ多結晶半導体発光素子のｐ型およびｎ型半導体にそれ
ぞれ設けた電極間に電流を流して、ｐｎ接合、ｐｉｎ接
合あるいはそれに類した接合で発光させると、前記同一
の基板上に形成された半導体受光素子の多結晶体内のｐ
ｎ接合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合に光が入
射すると光によって発生したキャリアがドリフト電流と
なってｐおよびｎ型半導体にそれぞれ設けた電極間に電
気信号が発生する。このとき、前記多結晶半導体素子の
すべてあるいはその一部、および基板全面あるいは基板
の一部を覆う、基板よりも屈折率が大きく、しかも前記
多結晶半導体素子の発光波長に対して透明な材料が、多
結晶半導体発光素子から発せられる光に対して光導波路
として作用し、多結晶半導体素子で発生した光が該光導
波路に導かれて受光素子に達する。
【００１２】したがって、前記基板上に作製したｐｎ接
合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合を有する多結
晶半導体素子を用いて、これを２以上に分割して、この
間に導波路を形成し、その内、一方の多結晶半導体素子
を順方向バイアスを印加したときには発光ダイオードと
して作用させ、他方の多結晶半導体素子を逆方向バイア
スを印加したとき、あるいはゼロバイアス時にはフォト
ダイオードとして作用させると、この間に形成した導波
路により双方向のデータ転送が可能となる。
合、ｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合を有する多結
晶半導体素子を用いて、これを２以上に分割して、この
間に導波路を形成し、その内、一方の多結晶半導体素子
を順方向バイアスを印加したときには発光ダイオードと
して作用させ、他方の多結晶半導体素子を逆方向バイア
スを印加したとき、あるいはゼロバイアス時にはフォト
ダイオードとして作用させると、この間に形成した導波
路により双方向のデータ転送が可能となる。
【００１３】
【実施例】本実施例の一実施例を図面とともに説明す
る。 実施例１ 本実施例は、ＭＯＣＶＤ法により石英ガラス基板上にＡ
ｌＧａＡｓ発光ダイオードおよびフォトダイオードを作
製し、光導波路によりカップリングさせたものである。
図１は本実施例の工程を示す図である。図１（ａ）に示
す基板１として石英ガラスを用い、この前処理としてフ
ッ化水素酸によるエッチングを行った。さらにこれを不
純物による結晶核の異常発生を防ぐために、ＭＯＣＶＤ
チャンバ内に導入して１０００℃で１５分間ＨＣｌにさ
らして表面を清浄化した。これを８５０℃まで降温し、
圧力１０Ｔｏｒｒで第１回目の成長を行った。ここで第
３族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウム、第５族原料としてアルシンを用い、またキャリ
アガスとして水素を用いた。第５族／第３族原料のモル
流量比＝４０で１時間原料を供給した。
る。 実施例１ 本実施例は、ＭＯＣＶＤ法により石英ガラス基板上にＡ
ｌＧａＡｓ発光ダイオードおよびフォトダイオードを作
製し、光導波路によりカップリングさせたものである。
図１は本実施例の工程を示す図である。図１（ａ）に示
す基板１として石英ガラスを用い、この前処理としてフ
ッ化水素酸によるエッチングを行った。さらにこれを不
純物による結晶核の異常発生を防ぐために、ＭＯＣＶＤ
チャンバ内に導入して１０００℃で１５分間ＨＣｌにさ
らして表面を清浄化した。これを８５０℃まで降温し、
圧力１０Ｔｏｒｒで第１回目の成長を行った。ここで第
３族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウム、第５族原料としてアルシンを用い、またキャリ
アガスとして水素を用いた。第５族／第３族原料のモル
流量比＝４０で１時間原料を供給した。
【００１４】この結果、石英ガラス１上にはｐ型ＡｌＧ
ａＡｓ（ｘ＝０．４）からなる直径３０μｍ程度の結晶
（グレイン）２が成長した（図１（ｂ））。続いて圧力
を常圧として８００℃でグレイン２と同一組成のｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ（＝０．４）層３を成長させ（図１
（ｃ））、次いで８５０℃でｎ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．４）層４をそれぞれ成長させた（図１（ｄ））。こ
の２段階の成長は、第２の成長では良好な特性を有する
ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３あるいはｎ型ＡｌＧａＡｓ層４を
得るためである。この多結晶ＡｌＧａＡｓ層３、４を、
図１（ｅ）に示すように、発光ダイオードおよびフォト
ダイオードとする部分を残してエッチング除去した。
ａＡｓ（ｘ＝０．４）からなる直径３０μｍ程度の結晶
（グレイン）２が成長した（図１（ｂ））。続いて圧力
を常圧として８００℃でグレイン２と同一組成のｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ（＝０．４）層３を成長させ（図１
（ｃ））、次いで８５０℃でｎ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．４）層４をそれぞれ成長させた（図１（ｄ））。こ
の２段階の成長は、第２の成長では良好な特性を有する
ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３あるいはｎ型ＡｌＧａＡｓ層４を
得るためである。この多結晶ＡｌＧａＡｓ層３、４を、
図１（ｅ）に示すように、発光ダイオードおよびフォト
ダイオードとする部分を残してエッチング除去した。
【００１５】次いで図２に示すように、ｐ電極を取るた
めに残した膜の一部に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３に達する
ステップ５を形成し、エッチング部にはｐ電極６を、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ層４上部にはｎ電極７をそれぞれ形成し
た。この基板上に、ＰＭＭＡをスピンコートで３μｍ成
膜し、図３のように、発光ダイオードおよびフォトダイ
オード用素子９、１０間を残してエッチングし、導波光
を横方向にも閉じ込めるリブ型光導波路８を形成した。
めに残した膜の一部に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３に達する
ステップ５を形成し、エッチング部にはｐ電極６を、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ層４上部にはｎ電極７をそれぞれ形成し
た。この基板上に、ＰＭＭＡをスピンコートで３μｍ成
膜し、図３のように、発光ダイオードおよびフォトダイ
オード用素子９、１０間を残してエッチングし、導波光
を横方向にも閉じ込めるリブ型光導波路８を形成した。
【００１６】半導体素子９の電極６、７間にバイアスを
印加したところ、素子９は発光し、その光はＰＭＭＡ光
導波路８を伝搬して半導体素子１０に達した。これは素
子１０の電極６、７間に電圧が発生したことから確認で
きた。従って、この場合には素子８は発光ダイオードと
して、素子１０はフォトダイオードとして作用している
ことになる。また素子９、１０間を結ぶＰＭＭＡ層は光
導波路８として作用していることが確認できた。逆に素
子１０にバイアスを印加したところ、素子１０が発光ダ
イオード、素子９がフォトダイオードとして作用した。
以上のことにより、本デバイスは双方向の光を用いたカ
プラとして機能すると言える。
印加したところ、素子９は発光し、その光はＰＭＭＡ光
導波路８を伝搬して半導体素子１０に達した。これは素
子１０の電極６、７間に電圧が発生したことから確認で
きた。従って、この場合には素子８は発光ダイオードと
して、素子１０はフォトダイオードとして作用している
ことになる。また素子９、１０間を結ぶＰＭＭＡ層は光
導波路８として作用していることが確認できた。逆に素
子１０にバイアスを印加したところ、素子１０が発光ダ
イオード、素子９がフォトダイオードとして作用した。
以上のことにより、本デバイスは双方向の光を用いたカ
プラとして機能すると言える。
【００１７】実施例２ 本実施例は、石英ガラス基板上にＭＯＣＶＤ法により作
製した多結晶ＡｌＧａＡｓ発光ダイオードとプラズマＣ
ＶＤ法を用いて作製した多結晶Ｓｉフォトダイオードを
光導波路により結合させた光カプラについて図４を用い
て説明する。図４（ａ）に示す基板１として石英ガラス
を用い、この前処理としてフッ化水素酸によるエッチン
グを行った。さらにこれを不純物による結晶核の異常発
生を防ぐために、ＭＯＣＶＤチャンバ内に導入した１０
００℃で１５分間ＨＣｌにさらして表面を清浄化した。
これを８５０℃まで降温し、圧力１０Ｔｏｒｒで第１回
目の成長を行った。
製した多結晶ＡｌＧａＡｓ発光ダイオードとプラズマＣ
ＶＤ法を用いて作製した多結晶Ｓｉフォトダイオードを
光導波路により結合させた光カプラについて図４を用い
て説明する。図４（ａ）に示す基板１として石英ガラス
を用い、この前処理としてフッ化水素酸によるエッチン
グを行った。さらにこれを不純物による結晶核の異常発
生を防ぐために、ＭＯＣＶＤチャンバ内に導入した１０
００℃で１５分間ＨＣｌにさらして表面を清浄化した。
これを８５０℃まで降温し、圧力１０Ｔｏｒｒで第１回
目の成長を行った。
【００１８】ここで第３族原料としてトリメチルガリウ
ム、トリメチルアルミニウム、第５族原料としてアルシ
ンを用い、またキャリアガスとして水素を用いた。第５
族／第３族原料のモル流量比＝４０で１時間原料を供給
した。この結果、石英ガラス１上にはｐ型ＡｌＧａＡｓ
（ｘ＝０．４）からなる直径３０μｍ程度の結晶（グレ
イン）２が成長した（図４（ｂ））。続いて圧力を常圧
として８００℃でグレイン２と同一組成のｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．４）層３を成長させ（図４（ｃ））、次
いで、８５０℃でｎ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．４）層４
をそれぞれ成長させた（図４（ｄ））。この２段階の成
長は、第２の成長では良好な特性を有するｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ層３あるいはｎ型のＡｌＧａＡｓ４を得るためであ
る。この多結晶ＡｌＧａＡｓ層３、４を、図４（ｅ）に
示すように、発光ダイオード１５とする部分を残してエ
ッチング除去した。
ム、トリメチルアルミニウム、第５族原料としてアルシ
ンを用い、またキャリアガスとして水素を用いた。第５
族／第３族原料のモル流量比＝４０で１時間原料を供給
した。この結果、石英ガラス１上にはｐ型ＡｌＧａＡｓ
（ｘ＝０．４）からなる直径３０μｍ程度の結晶（グレ
イン）２が成長した（図４（ｂ））。続いて圧力を常圧
として８００℃でグレイン２と同一組成のｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ（ｘ＝０．４）層３を成長させ（図４（ｃ））、次
いで、８５０℃でｎ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．４）層４
をそれぞれ成長させた（図４（ｄ））。この２段階の成
長は、第２の成長では良好な特性を有するｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ層３あるいはｎ型のＡｌＧａＡｓ４を得るためであ
る。この多結晶ＡｌＧａＡｓ層３、４を、図４（ｅ）に
示すように、発光ダイオード１５とする部分を残してエ
ッチング除去した。
【００１９】次いで石英ガラス基板１にシランガスを原
料としたプラズマＣＶＤ法により、基板温度３００℃で
順次ｐ型アモルファスシリコン層１２、ｉ型アモルファ
スシリコン層１３、ｎ型アモルファスシリコン層１４を
成膜した（図５（ａ））。続いて図５（ｂ）に示すよう
にＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、
フォトダイオード１６とする部分を残してｐ型アモルフ
ァスシリコン層１２、ｉ型アモルファスシリコン層１
３、ｎ型アモルファスシリコン層１４をエッチング除去
した。次いで、図６に示すように、多結晶ＡｌＧａＡｓ
発光ダイオード１５にｐ電極を取るためにｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ層４の一部をエッチングして、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層
３に達するステップ５を形成した。このステップ５にｐ
電極６を、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層４上部にｎ電極７をそれ
ぞれ形成した。またフォトダイオード１６も同様に、ｐ
型アモルファスシリコンから電極を取り出すために、ス
テップ５ａを形成し、ステップ５ａ上にｐ電極１７、ｎ
型アモルファスシリコン層１４上部にｎ電極１８をそれ
ぞれ形成した。
料としたプラズマＣＶＤ法により、基板温度３００℃で
順次ｐ型アモルファスシリコン層１２、ｉ型アモルファ
スシリコン層１３、ｎ型アモルファスシリコン層１４を
成膜した（図５（ａ））。続いて図５（ｂ）に示すよう
にＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、
フォトダイオード１６とする部分を残してｐ型アモルフ
ァスシリコン層１２、ｉ型アモルファスシリコン層１
３、ｎ型アモルファスシリコン層１４をエッチング除去
した。次いで、図６に示すように、多結晶ＡｌＧａＡｓ
発光ダイオード１５にｐ電極を取るためにｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ層４の一部をエッチングして、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層
３に達するステップ５を形成した。このステップ５にｐ
電極６を、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層４上部にｎ電極７をそれ
ぞれ形成した。またフォトダイオード１６も同様に、ｐ
型アモルファスシリコンから電極を取り出すために、ス
テップ５ａを形成し、ステップ５ａ上にｐ電極１７、ｎ
型アモルファスシリコン層１４上部にｎ電極１８をそれ
ぞれ形成した。
【００２０】この基板上に、ＰＭＭＡをスピンコートで
３μｍ成膜し、図７のように、発光ダイオード１５およ
びフォトダイオード１６間を残してエッチングし、導波
光を横方向にも閉じ込めるリブ型光導波路８を形成し
た。発光ダイオード１５の電極６、７間にバイアスを印
加したところ、素子１５は発光し、その光はＰＭＭＡ光
導波路８を伝搬してフォトダイオード１６に達した。こ
れは発光ダイオード１６の電極１７、１８間に電圧が発
生したことから確認できた。さらに、発光ダイオード１
５とフォトダイオード１６間を結ぶＰＭＭＡ層は光導波
路８として作用している。
３μｍ成膜し、図７のように、発光ダイオード１５およ
びフォトダイオード１６間を残してエッチングし、導波
光を横方向にも閉じ込めるリブ型光導波路８を形成し
た。発光ダイオード１５の電極６、７間にバイアスを印
加したところ、素子１５は発光し、その光はＰＭＭＡ光
導波路８を伝搬してフォトダイオード１６に達した。こ
れは発光ダイオード１６の電極１７、１８間に電圧が発
生したことから確認できた。さらに、発光ダイオード１
５とフォトダイオード１６間を結ぶＰＭＭＡ層は光導波
路８として作用している。
【００２１】実施例３ 本実施例は、ＭＯＣＶＤ法により石英ガラス基板上にＡ
ｌＧａＡｓ発光ダイオードおよびフォトダイオードを作
製し、光導波路によりカップリングさせたものである。
図８は本実施例の工程を示す図である。図８（ａ）に示
す基板１として石英ガラスを用い、この前処理としてフ
ッ化水素酸によるエッチングを行った。さらにこれを不
純物による結晶核の異常発生を防ぐために、ＭＯＣＶＤ
チャンバ内に導入して１０００℃で１５分間ＨＣｌにさ
らして表面を清浄化した。これを８５０℃まで降温し、
圧力１０Ｔｏｒｒで第１回目の成長を行った。ここで第
３族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウム、第５族原料としてアルシンを用い、またキャリ
アガスとして水素を用いた。第５族／第３族原料のモル
流量比＝４０で１時間原料を供給した。この結果、石英
ガラス１上にはｐ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３）からな
る直径３０μｍ程度の結晶（グレイン）２が成長した
（図８（ｂ））。続いて圧力を常圧として８００℃でグ
レイン２と同一組成のｐ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３）
層３、ノンドープＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．４）層１９を
成長させ（図８（ｃ））、次いで、８５０℃でｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ（ｘ＝０．４）層４をそれぞれ成長させた（図
８（ｄ））。この２段階の成長は、第２の成長では良好
な特性を有するｐ型ＡｌＧａＡｓ層３あるいはｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ４層を得るためである。この多結晶ＡｌＧａＡ
ｓ層３、１９、４を、図８（ｅ）に示すように、発光ダ
イオードおよびフォトダイオードとする部分を残してエ
ッチング除去した。
ｌＧａＡｓ発光ダイオードおよびフォトダイオードを作
製し、光導波路によりカップリングさせたものである。
図８は本実施例の工程を示す図である。図８（ａ）に示
す基板１として石英ガラスを用い、この前処理としてフ
ッ化水素酸によるエッチングを行った。さらにこれを不
純物による結晶核の異常発生を防ぐために、ＭＯＣＶＤ
チャンバ内に導入して１０００℃で１５分間ＨＣｌにさ
らして表面を清浄化した。これを８５０℃まで降温し、
圧力１０Ｔｏｒｒで第１回目の成長を行った。ここで第
３族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミ
ニウム、第５族原料としてアルシンを用い、またキャリ
アガスとして水素を用いた。第５族／第３族原料のモル
流量比＝４０で１時間原料を供給した。この結果、石英
ガラス１上にはｐ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３）からな
る直径３０μｍ程度の結晶（グレイン）２が成長した
（図８（ｂ））。続いて圧力を常圧として８００℃でグ
レイン２と同一組成のｐ型ＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３）
層３、ノンドープＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．４）層１９を
成長させ（図８（ｃ））、次いで、８５０℃でｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ（ｘ＝０．４）層４をそれぞれ成長させた（図
８（ｄ））。この２段階の成長は、第２の成長では良好
な特性を有するｐ型ＡｌＧａＡｓ層３あるいはｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ４層を得るためである。この多結晶ＡｌＧａＡ
ｓ層３、１９、４を、図８（ｅ）に示すように、発光ダ
イオードおよびフォトダイオードとする部分を残してエ
ッチング除去した。
【００２２】次いで図９に示すように、ｐ電極を取るた
めに残した膜の一部に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３に達する
ステップ２１を形成し、エッチング部にはｐ電極６を、
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層４上部にはｎ電極７をそれぞれ形成
した。この基板上に、ＰＭＭＡをスピンコートで３μｍ
成膜し、発光ダイオードおよびフォトダイオード用素子
２２、２３間を残してエッチングし、導波光を横方向に
閉じ込めるリブ型光導波路８を形成した。半導体素子の
電極６、７間にバイアスを印加したところ、素子２２は
発光し、その光はＰＭＭＡ光導波路８を伝搬して半導体
素子２３に達した。これは素子２３の電極６、７間に電
圧が発生したことから確認できた。従って、この場合に
は素子２２は発光ダイオードとして、素子２３はフォト
ダイオードとして作用していることになる。また素子２
２、２３間を結ぶＰＭＭＡ層は光導波路８として作用し
ていることが確認できた。逆に素子２３にバイアスを印
加したところ、素子２３が発光ダイオード、素子２２が
フォトダイオードとして作用した。以上のことにより、
本デバイスは双方向の光を用いたカプラとして機能する
と言える。
めに残した膜の一部に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３に達する
ステップ２１を形成し、エッチング部にはｐ電極６を、
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層４上部にはｎ電極７をそれぞれ形成
した。この基板上に、ＰＭＭＡをスピンコートで３μｍ
成膜し、発光ダイオードおよびフォトダイオード用素子
２２、２３間を残してエッチングし、導波光を横方向に
閉じ込めるリブ型光導波路８を形成した。半導体素子の
電極６、７間にバイアスを印加したところ、素子２２は
発光し、その光はＰＭＭＡ光導波路８を伝搬して半導体
素子２３に達した。これは素子２３の電極６、７間に電
圧が発生したことから確認できた。従って、この場合に
は素子２２は発光ダイオードとして、素子２３はフォト
ダイオードとして作用していることになる。また素子２
２、２３間を結ぶＰＭＭＡ層は光導波路８として作用し
ていることが確認できた。逆に素子２３にバイアスを印
加したところ、素子２３が発光ダイオード、素子２２が
フォトダイオードとして作用した。以上のことにより、
本デバイスは双方向の光を用いたカプラとして機能する
と言える。
【００２３】
【発明の効果】本発明によると同一基板上の発光素子と
受光素子の間に導波路を形成することで両素子の結合の
ためのアライメント工程を省略でき、従来よりも単純な
プロセスで基板上に光を結合させるためのアライメント
が実現できる。また、基板材料が単結晶に限定されない
ために、低コストで光カプラが製造できる。さらに、本
発明を用いることにより、発光素子と受光素子間の距離
を任意に設定でき、しかもチャネル間のクロストークが
非常に小さくなる。
受光素子の間に導波路を形成することで両素子の結合の
ためのアライメント工程を省略でき、従来よりも単純な
プロセスで基板上に光を結合させるためのアライメント
が実現できる。また、基板材料が単結晶に限定されない
ために、低コストで光カプラが製造できる。さらに、本
発明を用いることにより、発光素子と受光素子間の距離
を任意に設定でき、しかもチャネル間のクロストークが
非常に小さくなる。
【図１】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図２】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図４】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図５】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図６】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図７】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図８】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図９】 本発明の一実施例の光カプラの製造工程を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１０】 従来の光カプラの模式図である。
１…石英ガラス基板、２…ｐ型ＡｌＧａＡｓグレイン、
３…ｐ型多結晶ＡｌＧａＡｓ層、４…ｎ型多結晶ＡｌＧ
ａＡｓ層、５、２１…ステップ、６…ｐ型電極、７…ｎ
型電極、８…ＰＭＭＡ光導波路、９、１０、２２、２３
…多結晶半導体素子、１２…アモルファスシリコン層、
１３…ｉ型アモルファスシリコン層、１４…ｎ型アモル
ファスシリコン層、１５…発光ダイオード、１６…フォ
トダイオード、１７…ｐ型電極、１８…ｎ型電極、１９
…ノンドープ多結晶ＡｌＧａＡｓ層
３…ｐ型多結晶ＡｌＧａＡｓ層、４…ｎ型多結晶ＡｌＧ
ａＡｓ層、５、２１…ステップ、６…ｐ型電極、７…ｎ
型電極、８…ＰＭＭＡ光導波路、９、１０、２２、２３
…多結晶半導体素子、１２…アモルファスシリコン層、
１３…ｉ型アモルファスシリコン層、１４…ｎ型アモル
ファスシリコン層、１５…発光ダイオード、１６…フォ
トダイオード、１７…ｐ型電極、１８…ｎ型電極、１９
…ノンドープ多結晶ＡｌＧａＡｓ層
Claims (3)
- 【請求項１】 エピタキシャル成長が起こらない材料か
ら成る基板上に形成され、内部に少なくともｐｎ接合、
ｐｉｎ接合あるいはそれに類した接合を有し、ｐ型およ
びｎ型半導体にそれぞれ設けた電極間に電流注入するこ
とにより発光する多結晶半導体発光素子と、前記基板上
に内部に少なくともｐｎ接合もしくはｐｉｎ接合あるい
はそれに類した接合を有し、光が入射するとｐおよびｎ
型半導体にそれぞれ設けた電極間に電気信号が発生する
多結晶半導体受光素子と、多結晶半導体発光素子と多結
晶半導体受光素子との間を基板よりも屈折率が大きく、
しかも多結晶半導体発光素子の発光波長に対して透明な
材料で覆った光導波路とからなり、双方向のデータ転送
を可能としたことを特徴とする光カプラ。 - 【請求項２】 エピタキシャル成長が起こらない材料か
ら成る基板上に作製したｐｎ接合もしくはｐｉｎ接合あ
るいはそれに類した接合を有する多結晶半導体素子を少
なくとも二つに分離し、一方の多結晶半導体素子には順
方向バイアスを印加して発光素子とし、他方の多結晶半
導体素子には逆方向バイアスを印加して、あるいはゼロ
バイアスとして受光素子として作用させ、発光素子と受
光素子との間を基板よりも屈折率が大きく、しかも多結
晶半導体発光素子の発光波長に対して透明な材料で覆っ
た光導波路を形成して、双方向のデータ転送を可能とし
たことを特徴とする光カプラ。 - 【請求項３】光カプラが基板上でアレイをなしているこ
とを特徴とする請求項１または２記載の光カプラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140993A JPH06326348A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 光カプラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11140993A JPH06326348A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 光カプラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326348A true JPH06326348A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14560435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11140993A Pending JPH06326348A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 光カプラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06326348A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014813A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Seiko Epson Corporation | Dispositif dote de moyens de communication optiques |
| DE10103022A1 (de) * | 2001-01-24 | 2002-08-22 | Fraunhofer Ges Forschung | Organisches optoelektronisches Bauelement |
| IT202100025160A1 (it) * | 2021-09-30 | 2023-03-30 | Photonpath S R L | Dispositivo di accoppiamento ottico e relativo metodo di sintonizzazione |
| IT202100025166A1 (it) * | 2021-09-30 | 2023-03-30 | Photonpath S R L | Dispositivo di accoppiamento ottico e relativo metodo di sintonizzazione |
-
1993
- 1993-05-13 JP JP11140993A patent/JPH06326348A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014813A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Seiko Epson Corporation | Dispositif dote de moyens de communication optiques |
| US6430325B1 (en) | 1998-09-04 | 2002-08-06 | Seiko Epson Corporation | Device having a light transmission device |
| US6775428B2 (en) | 1998-09-04 | 2004-08-10 | Seiko Epson Corporation | Device having a light transmission device |
| DE10103022A1 (de) * | 2001-01-24 | 2002-08-22 | Fraunhofer Ges Forschung | Organisches optoelektronisches Bauelement |
| DE10103022B4 (de) * | 2001-01-24 | 2007-08-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Organisches optoelektronisches Bauelement |
| IT202100025160A1 (it) * | 2021-09-30 | 2023-03-30 | Photonpath S R L | Dispositivo di accoppiamento ottico e relativo metodo di sintonizzazione |
| IT202100025166A1 (it) * | 2021-09-30 | 2023-03-30 | Photonpath S R L | Dispositivo di accoppiamento ottico e relativo metodo di sintonizzazione |
| WO2023053153A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | Photonpath S.R.L | Optical coupling device and respective method for tuning |
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