JPH0832102A - Photodetector - Google Patents

Photodetector

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Publication number
JPH0832102A
JPH0832102A JP6182862A JP18286294A JPH0832102A JP H0832102 A JPH0832102 A JP H0832102A JP 6182862 A JP6182862 A JP 6182862A JP 18286294 A JP18286294 A JP 18286294A JP H0832102 A JPH0832102 A JP H0832102A
Authority
JP
Japan
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main surface
substrate
light
photodetector
optical waveguide
Prior art date
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Pending
Application number
JP6182862A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Iwase
正幸 岩瀬
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP6182862A priority Critical patent/JPH0832102A/en
Publication of JPH0832102A publication Critical patent/JPH0832102A/en
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To optically couple the main surface of a substrate with an optical fiber extended in the direction parallel to the main surface and, at the same time, to obtain a high optical coupling efficiency between the main surface and the optical fiber by making light from an optical waveguide incident to a photoelectric conversion layer after the light is reflected by an inclined mirror surface. CONSTITUTION:Since an optical waveguide 32 having a core layer which is formed in parallel with the main surface of a substrate 16 and an inclined mirror surface 38 which is inclined against the main surface of the substrate 15 are formed on the substrate 16 in a photodetector 14, light which is made incident to the photodetector 14 in parallel with the main surface of the substrate 16 can be made incident to a light receiving window section 24 constituting a photoelectric conversion section by changing the incident angle in the direction perpendicular to the main surface while the light is confined in the direction perpendicular to the advancing direction of the light. Therefore, the main surface of the substrate 16 can be optically coupled with an optical fiber 40 extended in the direction parallel to the main surface and, at the same time, a high optical coupling efficiency can be obtained between the main surface and fiber 40, since the diffusion of light can be suppressed before the light is made incident to the light receiving window section.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フォトディテクタに関
し、特に、光通信、光計測、光メモリ等において検出器
として利用される半導体フォトディテクタの構造に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodetector, and more particularly to the structure of a semiconductor photodetector used as a detector in optical communication, optical measurement, optical memory and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体フォトディテクタ(受光素子)
は、光通信、光計測、光メモリ等において光検出器とし
て用いられる。特に、裏面入射型フォトディテクタは、
電極間の容量が小さく形成できることから、高速作動に
適し、高速光通信の受光素子として実用化されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor photodetectors (light receiving elements)
Is used as a photodetector in optical communication, optical measurement, optical memory and the like. Especially, the back-thinned photodetector is
Since the capacitance between the electrodes can be made small, it is suitable for high-speed operation and has been put to practical use as a light-receiving element for high-speed optical communication.

【0003】図5は、従来のフォトディテクタを、裏面
入射pin型フォトダイオードを例として示す基板主面
と直交方向の断面図である。フォトダイオード60のn
型InP(n-InP)基板62の主面には、バッファ層
64、ノンドープ活性層66及び受光窓部68が形成さ
れている。光ファイバ40を経由し、基板裏面から基板
62の主面に垂直な方向に入射した信号光は、受光窓部
68に入射し、電気信号に変換されて電極70及び72
を経由して取り出される。フォトディテクタは、同図に
示した裏面入射型の他に表面入射型も用いられ、何れも
基板と直交方向の光を検出する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional photodetector in a direction orthogonal to the main surface of a substrate showing a back illuminated pin type photodiode as an example. N of the photodiode 60
A buffer layer 64, a non-doped active layer 66, and a light receiving window portion 68 are formed on the main surface of the type InP (n-InP) substrate 62. The signal light that has passed through the optical fiber 40 from the back surface of the substrate in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 62 enters the light receiving window portion 68, is converted into an electrical signal, and is then converted into the electrodes 70 and 72.
Taken out via. As the photodetector, a front-illuminated type is used in addition to the back-illuminated type shown in the figure, and any of them detects light in a direction orthogonal to the substrate.

【0004】ところで、半導体フォトディテクタのため
の信号光源には、例えば半導体レーザが用いられてお
り、半導体レーザは、一般に、基板の主面と平行な方向
にレーザ光を出射する。即ち、基板の主面と光の進行方
向との関係では、半導体レーザとフォトディテクタとで
はその方向が90度異なっている。このため、半導体レ
ーザ及びフォトディテクタを1つの光モジュール内に組
み込み、相互に平行に配列された光ファイバとこれら各
素子とを光接続するためには、従来、下記のような構造
を採用する必要があった。
A semiconductor laser, for example, is used as a signal light source for the semiconductor photodetector, and the semiconductor laser generally emits laser light in a direction parallel to the main surface of the substrate. That is, in the relationship between the main surface of the substrate and the traveling direction of light, the semiconductor laser and the photodetector are different in direction by 90 degrees. Therefore, in order to incorporate the semiconductor laser and the photodetector in one optical module and optically connect the optical fibers arranged in parallel with each other and these elements, it is conventionally necessary to adopt the following structure. there were.

【0005】図6は、その1つの例を示すもので、同図
(a)は半導体レーザを、同図(b)はフォトディテク
タを夫々示している。同図(a)において、半導体レー
ザ76のキャリア78の主面82上には、半導体レーザ
が形成された基板全体が搭載され、半導体レーザ76の
活性層80からの出力光は、キャリア78の主面82と
平行方向に延びる光ファイバ40に入射する。また、同
図(b)において、フォトディテクタ60のキャリア8
4の第1の主面86上には、裏面入射型フォトディテク
タが形成された基板全体が取り付けられ、基板の裏面に
は、キャリア84の第1の主面86と直交方向に延びる
光ファイバ40からの信号光が入射する。フォトディテ
クタ60の電極92は、キャリア84の第1の主面86
上に形成された図示しないボンディングパッドと接続さ
れ、キャリア84の第2の主面88上に形成された信号
ライン90にまで延びている。
FIG. 6 shows an example thereof, in which FIG. 6 (a) shows a semiconductor laser and FIG. 6 (b) shows a photodetector. In FIG. 10A, the entire substrate on which the semiconductor laser is formed is mounted on the main surface 82 of the carrier 78 of the semiconductor laser 76, and the output light from the active layer 80 of the semiconductor laser 76 is the main surface of the carrier 78. It is incident on the optical fiber 40 extending in the direction parallel to the surface 82. Further, in FIG. 2B, the carrier 8 of the photodetector 60 is
The entire substrate having the back illuminated photodetector formed thereon is mounted on the first main surface 86 of No. 4, and the optical fiber 40 extending in the direction orthogonal to the first main surface 86 of the carrier 84 is attached to the back surface of the substrate. Signal light enters. The electrode 92 of the photodetector 60 is formed on the first major surface 86 of the carrier 84.
It is connected to a bonding pad (not shown) formed above and extends to a signal line 90 formed on the second main surface 88 of the carrier 84.

【0006】図6に示した半導体レーザ及びフォトディ
テクタを組み合わせた光モジュールでは、これら各素子
を搭載したキャリアを並列に配列することにより、多数
の半導体レーザ及びフォトディテクタと、これら各素子
に対応する相互に平行な光ファイバとの直接接続を可能
にする。
In the optical module combining the semiconductor laser and the photodetector shown in FIG. 6, by arranging the carriers on which these elements are mounted in parallel, a large number of semiconductor lasers and photodetectors and the elements corresponding to these elements are mutually connected. Allows direct connection with parallel optical fibers.

【0007】別の従来の光モジュールでは、半導体レー
ザ及び裏面入射型フォトディテクタが形成された各基板
(素子基板)を、共通のキャリア(共通基板)の1主面
上に搭載することを可能にする。図7は、この光モジュ
ールにおけるフォトディテクタを示している。同図にお
いて、フォトディテクタ60に光を入射する光ファイバ
40の光出射側の端部を45度に切断し、この切断によ
り得られた傾斜端面94を鏡面として利用する。これに
より、光ファイバ40から入射する光の方向を90度変
える。かかる構成を採用すると、裏面入射型フォトディ
テクタ60とキャリア78の主面に平行に延びる光ファ
イバ40との光結合を可能にし、前記の如く、半導体レ
ーザ及びフォトディテクタの双方を共通キャリア上に搭
載することを可能にする。
In another conventional optical module, each substrate (element substrate) on which a semiconductor laser and a back illuminated photodetector are formed can be mounted on one main surface of a common carrier (common substrate). . FIG. 7 shows a photodetector in this optical module. In the figure, the light emitting side end of the optical fiber 40 that enters light into the photodetector 60 is cut at 45 degrees, and the inclined end surface 94 obtained by this cutting is used as a mirror surface. This changes the direction of the light incident from the optical fiber 40 by 90 degrees. If such a configuration is adopted, it is possible to optically couple the back illuminated photodetector 60 and the optical fiber 40 extending parallel to the main surface of the carrier 78, and as described above, mount both the semiconductor laser and the photodetector on a common carrier. To enable.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図6に示した従来例で
は、半導体レーザ及びフォトディテクタの各素子の実装
部品を成すキャリアの構造が素子の種類毎に相互に異な
る。この素子毎に異なる実装部品により、実装部品のコ
スト上昇を招くのみならず、双方の素子が組み込まれる
光モジュールにおいては、双方の素子を別々に製造しか
つ組み立てることが必要となる。このため、その組立て
コストを上昇させ、光モジュール全体のコストアップを
引き起こす。
In the conventional example shown in FIG. 6, the structure of the carrier forming the mounting parts of the respective elements of the semiconductor laser and the photodetector is different for each type of element. The mounting components different for each element not only increase the cost of the mounting components, but also in an optical module in which both elements are incorporated, it is necessary to separately manufacture and assemble both elements. Therefore, the assembling cost is increased and the cost of the entire optical module is increased.

【0009】また、図7に示したフォトディテクタを採
用する光モジュールでは、共通キャリアに双方の素子を
設けることにより、部品コスト及び素子の組立てコスト
の低減を可能にするが、光ファイバの45度方向の切断
加工は困難であり、その加工に多くの工数を必要とする
という問題がある。また、この場合、光ファイバとフォ
トディテクタとの光結合効率が例えば50〜80%程度
に低下し、光伝送効率が低下する。更に、光ファイバの
光出射側の端部の支持ができなく、光ファイバが片持ち
梁になって機械的な振動の影響を受けやすいことから、
その信頼性が低下するという問題もある。
Further, in the optical module employing the photodetector shown in FIG. 7, by providing both elements on the common carrier, it is possible to reduce the component cost and the element assembling cost. Is difficult to cut, and there is a problem that a lot of man-hours are required for the cutting. Further, in this case, the optical coupling efficiency between the optical fiber and the photodetector decreases to, for example, about 50 to 80%, and the optical transmission efficiency decreases. Furthermore, since the end of the optical fiber on the light emission side cannot be supported, the optical fiber becomes a cantilever and is easily affected by mechanical vibration.
There is also a problem that its reliability is reduced.

【0010】本発明は、上記に鑑み、基板の主面と平行
方向に延びる光ファイバとの光結合を可能にすると共
に、光ファイバとの間で高い光結合効率が得られるフォ
トディテクタを提供し、もって、フォトディテクタ及び
半導体レーザを共通キャリア上に形成することを可能に
し、部品点数の削減及び素子の組立て工数の低減によ
り、光通信等に利用される光モジュールのコストを低減
することを目的とする。
In view of the above, the present invention provides a photodetector that enables optical coupling with an optical fiber extending in a direction parallel to the main surface of a substrate and that can obtain high optical coupling efficiency with the optical fiber. Therefore, it is possible to form a photodetector and a semiconductor laser on a common carrier, and to reduce the number of parts and the number of steps for assembling elements, thereby reducing the cost of an optical module used for optical communication or the like. .

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のフォトディテクタは、基板と、該基板の主
面上に形成され、該主面と直交方向の光を受光して電気
信号に変換する光電変換層と、前記基板上に前記主面と
略平行に形成されるコア層を有する光導波路と、該光導
波路の光出射側端部に形成されて前記主面と略45度の
角度をなす傾斜鏡面とを備え、前記傾斜鏡面が前記光導
波路からの光を反射して前記光電変換層に入射すること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a photodetector of the present invention is formed on a substrate and a main surface of the substrate, and receives light in a direction orthogonal to the main surface to generate an electric signal. A photoelectric conversion layer for conversion, an optical waveguide having a core layer formed on the substrate substantially parallel to the main surface, and a light emitting side end portion of the optical waveguide having an angle of about 45 degrees with the main surface. And a tilted mirror surface that makes an angle, and the tilted mirror surface reflects light from the optical waveguide to enter the photoelectric conversion layer.

【0012】ここで、本発明のフォトディテクタは、半
導体フォトダイオード或いはアバランシェフォトダイオ
ード等の何れも採用できる。また、本発明における基
板、光電変換層、及び、光導波路の各材料は、従来から
利用されているいかなる材料も使用できる。
Here, as the photodetector of the present invention, either a semiconductor photodiode or an avalanche photodiode can be adopted. Further, as the materials of the substrate, the photoelectric conversion layer, and the optical waveguide in the present invention, any conventionally used materials can be used.

【0013】光導波路の材料としては、例えば、フッ素
系ポリイミド、エポキシ樹脂、重水素化ポリメチルメタ
クリレート、ポリカーボネート及びポリスチレン等を使
用することが好ましい。
As the material of the optical waveguide, it is preferable to use, for example, fluorine-based polyimide, epoxy resin, deuterated polymethylmethacrylate, polycarbonate, polystyrene and the like.

【0014】コア層の光入射側の端面が主面と直交する
方向に対して約5〜10度の角度を有する構成を採用す
ることが好ましく、この場合、フォトディテクタから光
源側に戻る反射光量を低減することができる。
It is preferable to employ a structure in which the end surface on the light incident side of the core layer has an angle of about 5 to 10 degrees with respect to the direction orthogonal to the main surface. In this case, the amount of reflected light returning from the photodetector to the light source side is It can be reduced.

【0015】光導波路は、基板上にエッチングで形成さ
れた溝内に直接形成する構成が好ましく、この場合、フ
ォトリソグラフィ技術及びイオンビームエッチング技術
等が利用でき、製造工程が特に簡素化される。
The optical waveguide is preferably formed directly in a groove formed by etching on the substrate. In this case, photolithography technology and ion beam etching technology can be used, and the manufacturing process is particularly simplified.

【0016】コア層としては、スラブ型コア層を採用す
ることが好ましく、この場合、光を主面と平行方向に閉
じ込めることができ、光の拡がりを更に抑えることで、
光ファイバとの間で更に高い光結合効率が得られる。
As the core layer, it is preferable to adopt a slab type core layer. In this case, the light can be confined in the direction parallel to the main surface, and the spread of the light can be further suppressed,
Higher optical coupling efficiency with the optical fiber can be obtained.

【0017】[0017]

【作用】本発明のフォトディテクタでは、基板の主面と
平行なコア層を有する光導波路及び主面に対して傾斜す
る傾斜鏡面を基板上に形成した構成により、基板の主面
と平行方向に入射する光を、その進行方向と直交する方
向に閉じ込めつつ、主面と直交方向に角度を変えて光電
変換層に入射させることができる。このため、基板の主
面と平行方向に延びる光ファイバとの間で光結合を可能
にすると共に、光電変換層に入射する以前の光の拡散を
小さく抑えることから、光ファイバとの間で高い光結合
効率が得られる。
In the photodetector of the present invention, the optical waveguide having the core layer parallel to the main surface of the substrate and the inclined mirror surface inclined to the main surface are formed on the substrate, so that the light is incident in the direction parallel to the main surface of the substrate. The incident light can be incident on the photoelectric conversion layer while being confined in the direction orthogonal to the traveling direction thereof while changing the angle in the direction orthogonal to the main surface. For this reason, optical coupling is enabled between the main surface of the substrate and the optical fiber extending in the parallel direction, and diffusion of light before entering the photoelectric conversion layer is suppressed to a small level, so that it is high with the optical fiber. Optical coupling efficiency is obtained.

【0018】[0018]

【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図1は、本発明の一実施例のフォトディテクタの構
造を、そのキャリア及び光ファイバと共に示すもので、
フォトディテクタの光導波路の軸に沿う断面図である。
また、図2は、図1のフォトディテクタのII−II矢視の
拡大断面図である。本実施例のフォトディテクタは、裏
面入射型のフォトディテクタとして構成され、半導体レ
ーザと同一のキャリア上に形成することを可能にする。
The present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a photodetector according to an embodiment of the present invention, together with its carrier and optical fiber.
It is sectional drawing which follows the axis | shaft of the optical waveguide of a photodetector.
2 is an enlarged sectional view of the photodetector of FIG. 1 taken along the line II-II. The photodetector of this embodiment is configured as a back-illuminated photodetector, and can be formed on the same carrier as the semiconductor laser.

【0019】キャリア10の主面上には信号ラインを成
す配線層12が形成されており、n-InP基板16の主
面には、n+-InPバッファ層18、アンドープInGa
As活性層20、n--InP層22が順次エピタキシャル
成長層として形成されている。n-−InP層22及びア
ンドープInGaAs活性層20には、選択的にZn拡散が
なされて、受光窓部24が形成されている。受光窓部2
4を含むn--InP層22上には、AuZnから成るp電
極26が、また、溝を挟んでn--InP層22を基板主
面と平行方向に取り囲むバッファ層18上にはAuGeか
ら成るn電極28が形成されている。このフォトディテ
クタ14は、いわゆるpin型フォトダイオードを成し
ており、エピタキシャル成長層側からp、n電極をとる
ため、メサ構造を採用している。しかし、本発明のフォ
トディテクタの活性層構造はアバランシェ型でもよく、
構造はメサ−プレーナ型或いはプレーナ型でもよい。
A wiring layer 12 forming a signal line is formed on the main surface of the carrier 10, and an n + -InP buffer layer 18 and an undoped InGa are formed on the main surface of the n-InP substrate 16.
An As active layer 20 and an n -- InP layer 22 are sequentially formed as epitaxial growth layers. The n -InP layer 22 and the undoped InGaAs active layer 20 are selectively Zn-diffused to form a light receiving window portion 24. Light receiving window 2
P-electrode 26 made of AuZn on the n -InP layer 22 including 4 and AuGe on the buffer layer 18 that surrounds the n -InP layer 22 in a direction parallel to the main surface of the substrate with a groove interposed therebetween. The formed n-electrode 28 is formed. The photodetector 14 forms a so-called pin type photodiode, and has a mesa structure because it takes p and n electrodes from the epitaxial growth layer side. However, the active layer structure of the photodetector of the present invention may be avalanche type,
The structure may be mesa-planar or planar.

【0020】図1において、基板16の裏面の溝30内
には、有機材料からなる光導波路32が形成され、光導
波路32の光入射側の端面34はキャリア10の端面3
6と一致している。また、光導波路32の光出射側の端
面38は、基板16の主面と約45度の角度を成す傾斜
鏡面を構成している。光ファイバ40からの光は、基板
16の主面と平行に入射し、光導波路32の入射側端面
34から光導波路のコア層42を経由して出射側の傾斜
鏡面38に送られ、更に、傾斜鏡面38で反射して主面
と直交方向の光となって光電変換部を成す受光窓部24
に入射する。
In FIG. 1, an optical waveguide 32 made of an organic material is formed in the groove 30 on the back surface of the substrate 16, and the end face 34 of the optical waveguide 32 on the light incident side is the end face 3 of the carrier 10.
Consistent with 6. The end surface 38 of the optical waveguide 32 on the light emitting side forms an inclined mirror surface that makes an angle of about 45 degrees with the main surface of the substrate 16. The light from the optical fiber 40 enters in parallel with the main surface of the substrate 16, is sent from the incident side end face 34 of the optical waveguide 32 to the outgoing side inclined mirror surface 38 via the core layer 42 of the optical waveguide, and further, The light receiving window portion 24 which is reflected by the inclined mirror surface 38 and becomes light in the direction orthogonal to the main surface to form a photoelectric conversion portion.
Incident on.

【0021】上記実施例のフォトディテクタは以下のよ
うに製造される。この様子を更に図3を参照して説明す
る。図3は、図1におけるフォトディテクタの拡大図で
ある。まず、n-InP基板16の主面上にn+-InP
バッファ層18、アンドープInGaAs活性層20、及
び、n--InP層22を順次に成長形成し、受光窓部2
4のみに選択的にZn拡散を行なう。次いで、エッチン
グにより、受光窓部24を囲む溝を活性層の下まで形成
してメサ構造とする。
The photodetector of the above embodiment is manufactured as follows. This state will be further described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the photodetector in FIG. First, n + -InP is formed on the main surface of the n-InP substrate 16.
The buffer layer 18, the undoped InGaAs active layer 20, and the n -InP layer 22 are sequentially grown to form the light receiving window portion 2.
Zn diffusion is selectively performed only on No. 4. Next, a groove surrounding the light receiving window portion 24 is formed under the active layer by etching to form a mesa structure.

【0022】その後、受光窓部にp電極26としてAu
Zn電極を、バッファ層18上にn電極28としてAuG
e電極を夫々形成する。次に、基板厚みが100μmとな
るまで基板16裏面を研磨し、引き続き、受光窓部24
に平面的に重なる基板裏面の位置に、幅50μmで深さ
20μmのストライプ溝30をエッチングにより形成す
る。次に、溝30の表面に反射率1%の低反射膜44、
例えばSiN膜を形成する。
After that, Au is used as the p electrode 26 in the light receiving window.
The Zn electrode is formed on the buffer layer 18 as an n-electrode 28 using AuG.
Form each e-electrode. Next, the back surface of the substrate 16 is polished until the substrate thickness becomes 100 μm, and then the light receiving window portion 24
A stripe groove 30 having a width of 50 μm and a depth of 20 μm is formed by etching at a position on the back surface of the substrate which overlaps with the plane. Next, a low reflection film 44 having a reflectance of 1% is formed on the surface of the groove 30.
For example, a SiN film is formed.

【0023】次いで、溝30内に屈折率n1=1.52
のフッ化物ポリイミドを塗布し、熱硬化させて光導波路
32の下側クラッド層46とする。この下側クラッド層
46内に、図示しないSiO2膜をマスクとし酸素イオン
を利用するイオンビームエッチングにより、受光窓部2
4を平面的に横切る、幅10μmで深さ15μmの第2の
ストライプ溝を形成する。引き続き、屈折率n2=1.
53のフッ化物ポリイミドを塗布し、熱硬化させた後に
再度酸素イオンを利用したイオンビームエッチングによ
り、厚み5μmだけエッチングする。このエッチングに
より、第2のストライプ溝内の光導波路32のコア層の
厚みが決定され、10μm厚のコア層42が形成され
る。なお、コア層42の厚み10μmは、一例であり、
この場合、シングルモードファイバ40の一般的なモー
ドフィールドの径と同じ値にした。
Next, the refractive index n 1 = 1.52 in the groove 30.
Is applied and thermally cured to form the lower clad layer 46 of the optical waveguide 32. In the lower clad layer 46, the light receiving window portion 2 is formed by ion beam etching using oxygen ions using a SiO 2 film (not shown) as a mask.
A second stripe groove having a width of 10 μm and a depth of 15 μm is formed across the plane 4 in a plane. Subsequently, the refractive index n 2 = 1.
53 fluoride polyimide is applied and thermally cured, and then etched again by ion beam etching using oxygen ions to a thickness of 5 μm. By this etching, the thickness of the core layer of the optical waveguide 32 in the second stripe groove is determined, and the core layer 42 having a thickness of 10 μm is formed. The thickness of the core layer 42 of 10 μm is an example,
In this case, the diameter is set to the same value as the diameter of the general mode field of the single mode fiber 40.

【0024】次に、SiO2膜を除去し、屈折率n3
1.52(=n1)のフッ化物ポリイミドを塗布し、熱
硬化させた後に、酸素イオンを利用したイオンビームエ
ッチングを行なう。この場合、基板表面が露出するまで
フッ化物ポリイミドをエッチバックすることで、上側ク
ラッド層48を得る。これにより、10μm厚のコア層
44を有するスラブ型光導波路32が形成される。
Next, the SiO 2 film is removed, and the refractive index n 3 =
After applying 1.52 (= n 1 ) fluoride polyimide and thermally curing it, ion beam etching using oxygen ions is performed. In this case, the upper cladding layer 48 is obtained by etching back the fluoride polyimide until the substrate surface is exposed. As a result, the slab type optical waveguide 32 having the core layer 44 with a thickness of 10 μm is formed.

【0025】次いで、上記光導波路32の上に、受光窓
部24の中心からストライプ溝の方向に夫々約10μm
離れた位置の間に開口を有するマスクをSiO2膜により
形成する。図面上で基板の右側を下げるようにして、基
板裏面(主面)が水平面から約45度に傾くように傾斜
させる。引き続き、SiO2膜をマスクとし酸素イオンを
利用するイオンビームエッチングを行なって、光導波路
32のコア層42の末端部分を45度方向にエッチング
除去する。その結果、図3に示すように、基板の主面と
45度の傾斜を有する傾斜面38が光導波路32の出射
側端面に形成される。
Next, on the optical waveguide 32, about 10 μm each from the center of the light receiving window portion 24 toward the stripe groove.
A mask having an opening between distant positions is formed of a SiO 2 film. The right side of the substrate is lowered in the drawing so that the back surface (main surface) of the substrate is inclined at about 45 degrees from the horizontal plane. Subsequently, ion beam etching using oxygen ions is performed using the SiO 2 film as a mask to remove the end portion of the core layer 42 of the optical waveguide 32 by etching in the direction of 45 degrees. As a result, as shown in FIG. 3, an inclined surface 38 having an inclination of 45 degrees with the main surface of the substrate is formed on the emission side end surface of the optical waveguide 32.

【0026】その後、傾斜面38の表面に反射率が90
%の高反射膜50を形成し、傾斜面38を傾斜鏡面とし
て形成する。高反射膜50は、SiO2膜及びアモルファ
スSi膜の多層誘電体膜や、絶縁膜の上に金属膜を蒸着
した積層膜等を採用する。その後、ウエハ全体を切断、
分割して、各フォトディテクタ素子を得る。光導波路3
2の光ファイバ40との結合側の入射側端面34はこの
ウエハのへき開時に得られる。へき開面34には反射防
止用の低反射膜52としてSiN膜を形成する。
Thereafter, the surface of the inclined surface 38 has a reflectance of 90.
% High reflection film 50 is formed, and the inclined surface 38 is formed as an inclined mirror surface. As the high reflection film 50, a multilayer dielectric film of a SiO 2 film and an amorphous Si film, a laminated film in which a metal film is deposited on an insulating film, or the like is adopted. Then cut the entire wafer,
Each photodetector element is obtained by division. Optical waveguide 3
The incident-side end face 34 on the coupling side of the second optical fiber 40 is obtained when the wafer is cleaved. A SiN film is formed on the cleaved surface 34 as a low reflection film 52 for preventing reflection.

【0027】図4は、本発明の第2の実施例のフォトデ
ィテクタを示す断面図である。本実施例のフォトディテ
クタ14Aは、光ファイバ40との結合側の光導波路3
2の端面54を、基板の主面と垂直な方向に対して約5
〜10度の角度をなすように形成してある。この形状
は、酸素イオンを利用するイオンビームエッチングによ
り得られる。端面54には、先の実施例と同様にSiN
膜から成る反射防止用の低反射膜56を形成してある。
この構造は、光導波路32から光ファイバ40側に戻る
反射光の強度を低減するために採用される。その他の構
成は先の実施例と同様であり、他の要素は、図1〜図3
と同様な符号を付してその説明を省略する。
FIG. 4 is a sectional view showing the photodetector of the second embodiment of the present invention. The photodetector 14A of the present embodiment is provided with the optical waveguide 3 on the coupling side with the optical fiber 40.
2 end face 54 with respect to the direction perpendicular to the main surface of the substrate by about 5
It is formed so as to form an angle of 10 degrees. This shape is obtained by ion beam etching using oxygen ions. The end surface 54 is made of SiN as in the previous embodiment.
A low reflection film 56 for preventing reflection is formed of a film.
This structure is adopted to reduce the intensity of the reflected light returning from the optical waveguide 32 to the optical fiber 40 side. The other structure is the same as that of the previous embodiment, and other elements are the same as those shown in FIGS.
The same reference numerals are given and their explanations are omitted.

【0028】上記各実施例では、光導波路の材料として
有機物誘電体を採用した例について説明したが、光導波
路の材料は、上記有機物誘電体の他に、半導体、酸化物
結晶、及び、シリカ系ガラス等が利用できる。
In each of the above-mentioned embodiments, an example in which an organic dielectric material is used as the material of the optical waveguide has been described. However, in addition to the organic dielectric material, the material of the optical waveguide is a semiconductor, an oxide crystal, or a silica-based material. Glass etc. can be used.

【0029】上記実施例の如く、光導波路の材料として
有機系材料を採用する場合には、有機系材料は、スピン
コート法を利用して容易に成膜が可能であり、特に、厚
膜の形成が容易であるという利点がある。また、熱膨張
係数の相違に起因する歪を基板に対して殆ど与えないの
で、フォトディテクタの信頼性が向上するという利点も
ある。有機系材料としては、フッ化物ポリイミドの他
に、ポリウレタン、エポキシ樹脂、KPRフォトレジス
ト、シロキサン系高分子等が利用でき、これらのうち、
特にフッ化物ポリイミド及びシロキサン系高分子は、吸
湿及び加水分解が生じ難く、耐熱性が良好という長所が
ある。
When an organic material is used as the material of the optical waveguide as in the above embodiment, the organic material can be easily formed by using the spin coating method. It has the advantage of being easy to form. Further, since the strain caused by the difference in the thermal expansion coefficient is hardly applied to the substrate, there is an advantage that the reliability of the photodetector is improved. As the organic material, in addition to fluoride polyimide, polyurethane, epoxy resin, KPR photoresist, siloxane polymer, etc. can be used.
Particularly, the fluoride polyimide and the siloxane-based polymer have advantages that moisture absorption and hydrolysis hardly occur, and that heat resistance is good.

【0030】光導波路材料として半導体を採用する場合
には、例えば、コア層の材料としてInGaAsP(n=
3.4)を、クラッド層の材料としてInP(n=3.
2)を使用し、CVD法による成長及びパターンエッチ
ング技術を組み合わせることにより、容易に導波路構造
を形成できる。このように半導体材料を使用すると、こ
れらは、基板との間で熱膨張係数の差が小さく、また、
格子不整合率も小さく抑えられるので、得られたフォト
ディテクタの信頼性が向上する。
When a semiconductor is adopted as the optical waveguide material, for example, InGaAsP (n =
InP (n = 3.3.4) as the material for the cladding layer.
The waveguide structure can be easily formed by using the method 2) and combining the growth by the CVD method and the pattern etching technique. When semiconductor materials are used in this way, they have a small difference in coefficient of thermal expansion from the substrate, and
Since the lattice mismatch rate can be suppressed to a small value, the reliability of the obtained photodetector is improved.

【0031】光導波路材料としてシリカガラス(Si
2)を採用する場合には、高屈折率のコア層はGeドー
プによって得る。この場合には、CVD法及び加炎加水
分解法等の通常の光導波路の形成方法の組合せが使用で
きる。シリカガラスは、パターニング及び厚膜形成が容
易で、かつ、導波路損失が低いという長所がある。シリ
カガラスを使用する場合には、屈折率は、クラッド層で
1.45程度、コア層で1.46程度である。
Silica glass (Si
When O 2 ) is adopted, the high refractive index core layer is obtained by Ge doping. In this case, a combination of ordinary methods for forming an optical waveguide such as a CVD method and a flame hydrolysis method can be used. Silica glass has the advantages that patterning and thick film formation are easy, and the waveguide loss is low. When silica glass is used, the refractive index is about 1.45 in the clad layer and about 1.46 in the core layer.

【0032】光導波路材料として酸化物結晶を採用する
場合には、Si34、Nb25、Ta25、ZnO等が用い
られ、これらの内から高屈折率材料及び低屈折率材料を
選択し組み合せて使用する。この場合、光導波路の形成
にはCVD法及びスパッタリング法が利用できる。
When an oxide crystal is used as the optical waveguide material, Si 3 N 4 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , ZnO or the like is used, and among these, a high refractive index material and a low refractive index material are used. Select materials and use in combination. In this case, the CVD method and the sputtering method can be used to form the optical waveguide.

【0033】前記各実施例では、基板裏面の溝内に光導
波路及び傾斜鏡面を形成する構成を採用している。ここ
で、上記溝内に或いは基板裏面上に、単に傾斜鏡面のみ
を単独で形成する構成も考えられ、かかる構成によって
も、基板の主面と平行方向に延びる光ファイバからの信
号光を基板の主面と直交方向の光に変えることが出来
る。しかし、この場合には、光ファイバから出射した光
が、フォトディテクタの光電変換部に入射する以前に大
きく拡がり、光ファイバとフォトディテクタとの光結合
効率が低下する欠点がある。
In each of the above-mentioned embodiments, the optical waveguide and the inclined mirror surface are formed in the groove on the back surface of the substrate. Here, a configuration in which only the inclined mirror surface is solely formed in the groove or on the back surface of the substrate is also conceivable. Even with such a configuration, the signal light from the optical fiber extending in the direction parallel to the main surface of the substrate is supplied to the substrate. It can be converted into light in the direction orthogonal to the main surface. However, in this case, there is a drawback that the light emitted from the optical fiber spreads significantly before entering the photoelectric conversion part of the photodetector, and the optical coupling efficiency between the optical fiber and the photodetector decreases.

【0034】以上、本発明を、主としてその好適な実施
例に基づいて説明したが、各実施例の構成は単に例示で
あり、本発明のフォトディテクタは、上記各実施例の構
成から種々の修正及び変更が可能である。例えば、本発
明におけるフォトディテクタは、裏面入射型に限らず、
表面入射型に適用できる。
The present invention has been described above mainly on the basis of the preferred embodiments thereof, but the constitution of each embodiment is merely an example, and the photodetector of the present invention has various modifications and alterations from the constitutions of the above respective embodiments. It can be changed. For example, the photodetector in the present invention is not limited to the back-illuminated type,
It can be applied to the front-illuminated type.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のフォトデ
ィテクタによると、基板の主面と平行方向に延びる光フ
ァイバとの光結合が可能となると共に、光ファイバとの
光結合効率が向上する。従って、フォトディテクタと半
導体レーザとで共通の実装部品の使用を可能とし、実装
部品のコスト低減のみならず、素子の組立て工数の削減
をも可能とし、光通信等に利用される光モジュールの製
造コストを低減し、その信頼性及びエネルギー効率を向
上させた顕著な効果を奏する。
As described above, according to the photodetector of the present invention, the optical coupling with the optical fiber extending in the direction parallel to the main surface of the substrate becomes possible and the optical coupling efficiency with the optical fiber is improved. Therefore, it is possible to use a common mounting component for the photodetector and the semiconductor laser, which not only reduces the cost of the mounting component but also the number of steps for assembling the element, and the manufacturing cost of the optical module used for optical communication and the like. And the reliability and energy efficiency are improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例のフォトディテクタを光
ファイバと共に示す、光導波路の軸に沿う断面図。
FIG. 1 is a sectional view taken along the axis of an optical waveguide showing a photodetector according to a first embodiment of the present invention together with an optical fiber.

【図2】図1のフォトディテクタのII−II矢視の拡大断
面図。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of the photodetector of FIG. 1 taken along the line II-II.

【図3】図1のフォトディテクタの拡大図。FIG. 3 is an enlarged view of the photodetector of FIG.

【図4】本発明の第2の実施例のフォトディテクタを光
ファイバと共に示す、光導波路の軸に沿う断面図。
FIG. 4 is a sectional view taken along the axis of an optical waveguide showing a photodetector of a second embodiment of the present invention together with an optical fiber.

【図5】従来の裏面入射型のフォトディテクタの断面
図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional back-illuminated photodetector.

【図6】(a)及び(b)は、第1の従来例の光モジュ
ールにおけるフォトディテクタ及び半導体レーザを示す
断面図。
6A and 6B are cross-sectional views showing a photodetector and a semiconductor laser in an optical module of a first conventional example.

【図7】第2の従来例の光モジュールにおけるフォトデ
ィテクタをそのキャリアと共に示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a photodetector in an optical module of a second conventional example together with its carrier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 キャリア 12 配線層 14 フォトディテクタ 16 基板 18 n+−InPバッファ層 20 アンドープInGaAs活性層 22 n-−InP層 24 受光窓部 26 p電極 28 n電極 30 溝 32 光導波路 34、54 光導波路の光入射側端面 36 キャリア端面 38 傾斜鏡面 40 光ファイバ 42 コア層 44、52、56 低反射膜 46 下側クラッド層 48 上側クラッド層 50 高反射膜Reference Signs List 10 carrier 12 wiring layer 14 photodetector 16 substrate 18 n + -InP buffer layer 20 undoped InGaAs active layer 22 n -- InP layer 24 light receiving window portion 26 p electrode 28 n electrode 30 groove 32 optical waveguide 34, 54 light incident on optical waveguide Side end face 36 Carrier end face 38 Inclined mirror face 40 Optical fiber 42 Core layer 44, 52, 56 Low reflection film 46 Lower clad layer 48 Upper clad layer 50 High reflection film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板の主面上に形成され、該
主面と直交方向の光を受光して電気信号に変換する光電
変換層と、前記基板上に前記主面と略平行に形成される
コア層を有する光導波路と、該光導波路の光出射側端部
に形成されて前記主面と略45度の角度をなす傾斜鏡面
とを備え、前記傾斜鏡面が前記光導波路からの光を反射
して前記光電変換層に入射することを特徴とするフォト
ディテクタ。
1. A substrate, a photoelectric conversion layer formed on the main surface of the substrate, for receiving light in a direction orthogonal to the main surface, and converting the light into an electric signal, the substrate being substantially parallel to the main surface. An optical waveguide having a core layer formed on the optical waveguide, and an inclined mirror surface formed at an end of the optical waveguide on the light emitting side and forming an angle of about 45 degrees with the main surface, wherein the inclined mirror surface is separated from the optical waveguide. A photodetector, which reflects the light of (1) and enters the photoelectric conversion layer.
【請求項2】 前記コア層の光入射側の端面が前記主面
に垂直な方向に対して約5〜10度の角度を有する、請
求項1に記載のフォトディテクタ。
2. The photodetector according to claim 1, wherein an end surface of the core layer on the light incident side has an angle of about 5 to 10 degrees with respect to a direction perpendicular to the main surface.
【請求項3】 前記光導波路の材料が、フッ素系ポリイ
ミド、エポキシ樹脂、重水素化ポリメチルメタクリレー
ト、ポリカーボネート及びポリスチレンの少くとも1種
類を含む、請求項1又は2に記載のフォトディテクタ。
3. The photodetector according to claim 1, wherein the material of the optical waveguide contains at least one of fluorine-based polyimide, epoxy resin, deuterated polymethylmethacrylate, polycarbonate and polystyrene.
【請求項4】 前記光導波路が、前記基板上にエッチン
グで形成された溝内に形成される、請求項1乃至3の一
に記載のフォトディテクタ。
4. The photodetector according to claim 1, wherein the optical waveguide is formed in a groove formed by etching on the substrate.
【請求項5】 前記コア層がスラブ型コア層として形成
される、請求項1乃至4の一に記載のフォトディテク
タ。
5. The photodetector according to claim 1, wherein the core layer is formed as a slab type core layer.
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