JPH088448A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
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- JPH088448A JPH088448A JP6135772A JP13577294A JPH088448A JP H088448 A JPH088448 A JP H088448A JP 6135772 A JP6135772 A JP 6135772A JP 13577294 A JP13577294 A JP 13577294A JP H088448 A JPH088448 A JP H088448A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １素子で光検出器および光変調器として機能
する透過型の半導体光素子において、面に対して光の入
出射を可能にする。 【構成】 半導体基板上に、第１の導電型の第１の半導
体層と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第２
の半導体層と、第２の導電型の第３の半導体層と、光を
吸収する第４の半導体層と、第１の導電型の第５の半導
体層とを積層し、第４の半導体層で吸収される光に応じ
た電流を取り出す第１の電極と、第２の半導体層に電圧
を印加する第２の電極とを形成する。
する透過型の半導体光素子において、面に対して光の入
出射を可能にする。 【構成】 半導体基板上に、第１の導電型の第１の半導
体層と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第２
の半導体層と、第２の導電型の第３の半導体層と、光を
吸収する第４の半導体層と、第１の導電型の第５の半導
体層とを積層し、第４の半導体層で吸収される光に応じ
た電流を取り出す第１の電極と、第２の半導体層に電圧
を印加する第２の電極とを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１素子で光検出器およ
び光変調器として機能する半導体光素子に関する。
び光変調器として機能する半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、光双方向伝送システムの基本構
成を示すブロック図である。図において、対向する伝送
装置１，２間で通信を行う光双方向伝送システムでは、
光伝送路として方向別に２本の光ファイバ３，４が設け
られる。一方の伝送装置では、受信器となる光電気変換
器５と送信器となる電気光変換器６がそれぞれ光ファイ
バ３，４に接続される。他方の伝送装置においても同様
である。
成を示すブロック図である。図において、対向する伝送
装置１，２間で通信を行う光双方向伝送システムでは、
光伝送路として方向別に２本の光ファイバ３，４が設け
られる。一方の伝送装置では、受信器となる光電気変換
器５と送信器となる電気光変換器６がそれぞれ光ファイ
バ３，４に接続される。他方の伝送装置においても同様
である。
【０００３】ここで、両方の伝送装置に光源（電気光変
換器６）を設けるのは不経済であるとの理由で、図７に
示す伝送装置が提案された。この伝送装置は、光カプラ
７に光電気変換器５と透過型光変調器８を接続した構成
である。光信号は光カプラ７を介して光電気変換器５に
受信される。また、光カプラ７で分配された光信号は透
過型光変調器８で変調して折り返し送信される。
換器６）を設けるのは不経済であるとの理由で、図７に
示す伝送装置が提案された。この伝送装置は、光カプラ
７に光電気変換器５と透過型光変調器８を接続した構成
である。光信号は光カプラ７を介して光電気変換器５に
受信される。また、光カプラ７で分配された光信号は透
過型光変調器８で変調して折り返し送信される。
【０００４】図８は、図７の光双方向伝送システムで伝
送される光信号を示す。(1) は伝送装置１から伝送装置
２へ伝送される光信号である。伝送装置１の送信信号で
変調した変調光ａと無変調光（直流光）が時分割で送ら
れ、この変調光ａが伝送装置２の光電気変換器５に受信
される。(2) は伝送装置２から伝送装置１へ伝送される
光信号である。伝送装置１から伝送装置２へ伝送された
変調光ａの一部が透過型光変調器８を介して折り返され
る。また、透過型光変調器８は、無変調光を伝送装置２
の送信信号で変調して変調光ｂを送出する。
送される光信号を示す。(1) は伝送装置１から伝送装置
２へ伝送される光信号である。伝送装置１の送信信号で
変調した変調光ａと無変調光（直流光）が時分割で送ら
れ、この変調光ａが伝送装置２の光電気変換器５に受信
される。(2) は伝送装置２から伝送装置１へ伝送される
光信号である。伝送装置１から伝送装置２へ伝送された
変調光ａの一部が透過型光変調器８を介して折り返され
る。また、透過型光変調器８は、無変調光を伝送装置２
の送信信号で変調して変調光ｂを送出する。
【０００５】このように伝送装置２は、対向する伝送装
置１から送られた無変調光を変調することにより送信処
理を行うことができた。しかし、伝送装置２に光源が不
要となったものの、光カプラ７が加わって部品点数が３
個となり、大幅なコスト低下は望めなかった。
置１から送られた無変調光を変調することにより送信処
理を行うことができた。しかし、伝送装置２に光源が不
要となったものの、光カプラ７が加わって部品点数が３
個となり、大幅なコスト低下は望めなかった。
【０００６】そこで、図９に示すように、光検出器と光
変調器を一体化した透過型光検出変調器９を用いた構成
が提案された。(2) は透過型光検出変調器９の断面図で
あり、光導波路構造の光検出部９−１と光変調部９−２
が縦続に接続された構成になっている。透過型光検出変
調器９では、図８(1) に示すように変調光ａと無変調光
が時分割で伝送されたとすると、光検出部９−１で変調
光ａが受信信号Ｒに変換される。また、光検出部９−１
を透過した変調光ａと無変調光は光変調部９−２に入力
され、その無変調光が伝送装置２の送信信号Ｓで変調さ
れ、変調光ｂとなって送出される。
変調器を一体化した透過型光検出変調器９を用いた構成
が提案された。(2) は透過型光検出変調器９の断面図で
あり、光導波路構造の光検出部９−１と光変調部９−２
が縦続に接続された構成になっている。透過型光検出変
調器９では、図８(1) に示すように変調光ａと無変調光
が時分割で伝送されたとすると、光検出部９−１で変調
光ａが受信信号Ｒに変換される。また、光検出部９−１
を透過した変調光ａと無変調光は光変調部９−２に入力
され、その無変調光が伝送装置２の送信信号Ｓで変調さ
れ、変調光ｂとなって送出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図９に示す
透過型光検出変調器９を用いることにより、部品点数が
１個となってコスト低下は可能になった。しかし、この
透過型光検出変調器９は、その光導波路と光伝送路とな
る光ファイバ３，４との結合が一般に容易ではなく、結
合部材または結合作業に新たなコストがかかっていた。
透過型光検出変調器９を用いることにより、部品点数が
１個となってコスト低下は可能になった。しかし、この
透過型光検出変調器９は、その光導波路と光伝送路とな
る光ファイバ３，４との結合が一般に容易ではなく、結
合部材または結合作業に新たなコストがかかっていた。
【０００８】本発明は、１素子で光検出器および光変調
器として機能する透過型光検出変調器において、面に対
して光の入出射を可能にした構造の半導体光素子を提供
することを目的とする。
器として機能する透過型光検出変調器において、面に対
して光の入出射を可能にした構造の半導体光素子を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体光素子
は、半導体基板上に、第１の導電型の第１の半導体層
と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第２の半
導体層と、第２の導電型の第３の半導体層と、光を吸収
する第４の半導体層と、第１の導電型の第５の半導体層
とを積層し、第４の半導体層で吸収される光に応じた電
流を取り出す第１の電極と、第２の半導体層に電圧を印
加する第２の電極とを形成する（請求項１）。
は、半導体基板上に、第１の導電型の第１の半導体層
と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第２の半
導体層と、第２の導電型の第３の半導体層と、光を吸収
する第４の半導体層と、第１の導電型の第５の半導体層
とを積層し、第４の半導体層で吸収される光に応じた電
流を取り出す第１の電極と、第２の半導体層に電圧を印
加する第２の電極とを形成する（請求項１）。
【００１０】また、第２の半導体層および第４の半導体
層は、III-Ｖ族化合物半導体材料で形成される（請求項
２）。また、第２の半導体層は、多重量子井戸構造また
はバルク構造とする（請求項３）。
層は、III-Ｖ族化合物半導体材料で形成される（請求項
２）。また、第２の半導体層は、多重量子井戸構造また
はバルク構造とする（請求項３）。
【００１１】また、第２の半導体層は、印加電圧に応じ
て光の吸収係数が変化する半導体層を第１導電型δドー
プ層と第２導電型δドープ層とで挟んだものを多層に積
層した構造とする（請求項４）。
て光の吸収係数が変化する半導体層を第１導電型δドー
プ層と第２導電型δドープ層とで挟んだものを多層に積
層した構造とする（請求項４）。
【００１２】また、第２の半導体層を請求項３の構造と
した場合に、第１の電極は、第５の半導体層の上に光が
入射する第１の窓をあけて形成される電極と、第４の半
導体層および第５の半導体層の一部が除去されて露出し
た第３の半導体層上に形成された電極とにより構成す
る。第２の電極は、半導体基板の一部が除去されて露出
した第１の半導体層上に、第５の半導体層に入射された
光がその下の各層を通過して外部に出射される位置に第
２の窓をあけて形成される電極と、第３の半導体層上に
形成された電極とにより構成する（請求項５）。
した場合に、第１の電極は、第５の半導体層の上に光が
入射する第１の窓をあけて形成される電極と、第４の半
導体層および第５の半導体層の一部が除去されて露出し
た第３の半導体層上に形成された電極とにより構成す
る。第２の電極は、半導体基板の一部が除去されて露出
した第１の半導体層上に、第５の半導体層に入射された
光がその下の各層を通過して外部に出射される位置に第
２の窓をあけて形成される電極と、第３の半導体層上に
形成された電極とにより構成する（請求項５）。
【００１３】また、第２の半導体層を請求項４の構造と
した場合に、第１の電極は、第５の半導体層の上に光が
入射する窓をあけて形成される電極と、第４の半導体層
および第５の半導体層の一部が除去されて露出した第３
の半導体層上に形成された電極により構成する。第２の
電極は、第２の半導体層の両側面から各δドープ層を挟
む位置に形成する（請求項６）。
した場合に、第１の電極は、第５の半導体層の上に光が
入射する窓をあけて形成される電極と、第４の半導体層
および第５の半導体層の一部が除去されて露出した第３
の半導体層上に形成された電極により構成する。第２の
電極は、第２の半導体層の両側面から各δドープ層を挟
む位置に形成する（請求項６）。
【００１４】
【作用】本発明の半導体光素子では、第５の半導体層に
入射された光が第４の半導体層で吸収されて第１の電極
からその信号が取り出される。さらに、そこを通過した
光は第２の半導体層に達し、第２の電極から印加される
電圧に応じた吸収係数の変化によって変調され、第１の
半導体層および半導体基板（半導体基板に窓をあけた場
合には第１の半導体層）を介して出射される。すなわ
ち、光検出部となる第４の半導体層と、光変調部となる
第２の半導体層とを光の入射方向に積層することによ
り、透過型でかつ面に対して光の入出射が可能な構造を
実現することができる。
入射された光が第４の半導体層で吸収されて第１の電極
からその信号が取り出される。さらに、そこを通過した
光は第２の半導体層に達し、第２の電極から印加される
電圧に応じた吸収係数の変化によって変調され、第１の
半導体層および半導体基板（半導体基板に窓をあけた場
合には第１の半導体層）を介して出射される。すなわ
ち、光検出部となる第４の半導体層と、光変調部となる
第２の半導体層とを光の入射方向に積層することによ
り、透過型でかつ面に対して光の入出射が可能な構造を
実現することができる。
【００１５】第２の半導体層および第４の半導体層をII
I-Ｖ族化合物半導体材料で形成することにより、効率の
よい光検出および光変調ができる。第２の半導体層を多
重量子井戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調
動作ができる。第２の半導体層をバルク構造とすること
により、光変調するための印加電圧は高くなるものの製
造が簡単である。
I-Ｖ族化合物半導体材料で形成することにより、効率の
よい光検出および光変調ができる。第２の半導体層を多
重量子井戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調
動作ができる。第２の半導体層をバルク構造とすること
により、光変調するための印加電圧は高くなるものの製
造が簡単である。
【００１６】第２の半導体層をδドープ層を挿入した多
層構造とすることにより、単一層のものを直列に接続し
た場合と等価になり、印加電圧をオフにしたときの吸収
係数が大きくなり、大きな消光比を得ることができる。
層構造とすることにより、単一層のものを直列に接続し
た場合と等価になり、印加電圧をオフにしたときの吸収
係数が大きくなり、大きな消光比を得ることができる。
【００１７】また、第５の半導体層から半導体基板まで
の光の経路に沿って、第１の電極および第２の電極が窓
を形成することにより、電極の取り付けと光の経路を同
時に確保することができる。なお、第３の半導体層上に
形成される電極は、第１の電極の一方の電極および第２
の電極の一方の電極として共通に用いられる。
の光の経路に沿って、第１の電極および第２の電極が窓
を形成することにより、電極の取り付けと光の経路を同
時に確保することができる。なお、第３の半導体層上に
形成される電極は、第１の電極の一方の電極および第２
の電極の一方の電極として共通に用いられる。
【００１８】また、第２の半導体層をδドープ層を挿入
した多層構造とした場合には、第２の電極を第２の半導
体層の両側面から各δドープ層を挟むように構成するこ
とにより、個々の光変調層に電圧を印加することができ
る。
した多層構造とした場合には、第２の電極を第２の半導
体層の両側面から各δドープ層を挟むように構成するこ
とにより、個々の光変調層に電圧を印加することができ
る。
【００１９】
【実施例】図１は、本発明の半導体光素子の第１実施例
の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示し、
(2) は素子構造を示す。
の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示し、
(2) は素子構造を示す。
【００２０】図において、半絶縁性のSI-InP基板１０の
上に、厚さ 0.3μｍのp-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ）１
１、厚さ４μｍのi-InGaAsP/InP 多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）層（λg＝1.3μｍ）１２、厚さ 0.3μｍのn-InP 層
１３、厚さ 0.2μｍのi-In0.53Ga0.47As層１４、厚さ
0.3μｍのp-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ）１５を順次積
層し、ウエハを製作する。成長方法は、ＭＱＷ層を制御
よく形成できる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用
いる。λg はバンドギャップ波長である。
上に、厚さ 0.3μｍのp-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ）１
１、厚さ４μｍのi-InGaAsP/InP 多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）層（λg＝1.3μｍ）１２、厚さ 0.3μｍのn-InP 層
１３、厚さ 0.2μｍのi-In0.53Ga0.47As層１４、厚さ
0.3μｍのp-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ）１５を順次積
層し、ウエハを製作する。成長方法は、ＭＱＷ層を制御
よく形成できる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用
いる。λg はバンドギャップ波長である。
【００２１】なお、i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２
は、厚さ 4.5ｎｍのInGaAsP 量子井戸層と、InP バリア
層と、厚さ10ｎｍのInGaAsP 量子井戸層の３層構造を 2
76層積層させたものである。
は、厚さ 4.5ｎｍのInGaAsP 量子井戸層と、InP バリア
層と、厚さ10ｎｍのInGaAsP 量子井戸層の３層構造を 2
76層積層させたものである。
【００２２】半導体光素子は、p-InGaAsP 層１５の上
に、入射光が入る窓を除いて光検出器用ｐ電極としてAu
ZnNi電極１７が形成される。また、その窓に対応する光
透過部分のSI-InP基板１０をエンチングにより除去す
る。そして、露出したp-InGaAsP層１１上に、出射光の
窓となる部分を除いて光変調器用ｐ電極としてAuZnNi電
極１８が形成される。また、n-InP 層１３上の結晶が一
部除去され、光検出器・光変調器共用ｎ電極としてAuGe
Ni電極１９が形成される。
に、入射光が入る窓を除いて光検出器用ｐ電極としてAu
ZnNi電極１７が形成される。また、その窓に対応する光
透過部分のSI-InP基板１０をエンチングにより除去す
る。そして、露出したp-InGaAsP層１１上に、出射光の
窓となる部分を除いて光変調器用ｐ電極としてAuZnNi電
極１８が形成される。また、n-InP 層１３上の結晶が一
部除去され、光検出器・光変調器共用ｎ電極としてAuGe
Ni電極１９が形成される。
【００２３】ここで、p-InGaAsP 層１５は、AuZnNi電極
（光検出器用ｐ電極）１７のオーミックコンタクト用結
晶である。p-InGaAsP 層１１は、AuZnNi電極（光変調器
用ｐ電極）１８のオーミックコンタクト用結晶である。
n-InP 層１３は、AuGeNi電極（光検出器・光変調器共用
ｎ電極）１９のオーミックコンタクト用結晶である。i-
In0.53Ga0.47As層１４は光検出部となる吸収領域であ
る。i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２は光変調部とな
る結晶である。
（光検出器用ｐ電極）１７のオーミックコンタクト用結
晶である。p-InGaAsP 層１１は、AuZnNi電極（光変調器
用ｐ電極）１８のオーミックコンタクト用結晶である。
n-InP 層１３は、AuGeNi電極（光検出器・光変調器共用
ｎ電極）１９のオーミックコンタクト用結晶である。i-
In0.53Ga0.47As層１４は光検出部となる吸収領域であ
る。i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２は光変調部とな
る結晶である。
【００２４】図２は、第１実施例の光検出部および光変
調部の吸収スペクトルを示す図である。図において、
(1) は光検出部の吸収スペクトルである。吸収端が1.65
μｍのところにあるので、波長1.3 μｍの光の吸収係数
は非常に高く、比較的薄い吸収層で光信号を検出するこ
とができる。(2) は光変調部の吸収スペクトルであり、
ａは素子に電圧を印加しない場合の吸収スペクトルであ
り、以下素子に印加する逆バイアス電圧が大きくなるに
つれて吸収スペクトルｂ，ｃ，ｄのように変化する。こ
れは、i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２における量子
閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）による。したがっ
て、適当な直流逆バイアスに送信信号Ｓを重畳して印加
することにより、波長1.3 μｍの光における吸収係数を
変化させ、送信信号Ｓに応じた変調光を生成することが
できる。本実施例の場合には、ピークツーピーク２Ｖで
変調光が得られ、消光比は10dBであった。
調部の吸収スペクトルを示す図である。図において、
(1) は光検出部の吸収スペクトルである。吸収端が1.65
μｍのところにあるので、波長1.3 μｍの光の吸収係数
は非常に高く、比較的薄い吸収層で光信号を検出するこ
とができる。(2) は光変調部の吸収スペクトルであり、
ａは素子に電圧を印加しない場合の吸収スペクトルであ
り、以下素子に印加する逆バイアス電圧が大きくなるに
つれて吸収スペクトルｂ，ｃ，ｄのように変化する。こ
れは、i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２における量子
閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）による。したがっ
て、適当な直流逆バイアスに送信信号Ｓを重畳して印加
することにより、波長1.3 μｍの光における吸収係数を
変化させ、送信信号Ｓに応じた変調光を生成することが
できる。本実施例の場合には、ピークツーピーク２Ｖで
変調光が得られ、消光比は10dBであった。
【００２５】本実施例の半導体光素子では、光検出部で
受信に必要な光の吸収量は全入射光量の1/10程度で十分
である。したがって、対向する伝送装置から送られてき
た変調光のうち、光検出部（１４）で吸収されなかった
部分は光変調部（１２）を通過して対向する伝送装置に
戻る。一方、変調光に続いて光変調部（１２）に入力さ
れる無変調光は、対向する伝送装置へ送る送信信号で変
調される。したがって、対向する伝送装置では自装置宛
の変調光のみを検出する。
受信に必要な光の吸収量は全入射光量の1/10程度で十分
である。したがって、対向する伝送装置から送られてき
た変調光のうち、光検出部（１４）で吸収されなかった
部分は光変調部（１２）を通過して対向する伝送装置に
戻る。一方、変調光に続いて光変調部（１２）に入力さ
れる無変調光は、対向する伝送装置へ送る送信信号で変
調される。したがって、対向する伝送装置では自装置宛
の変調光のみを検出する。
【００２６】図３は、本発明の半導体光素子の第２実施
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は素子構造を示す。第１実施例と異なる点は、
光変調部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２に代
えて i-InGaAsPバルク層（λg＝1.3μｍ）２１を用いた
ことである。バルク層の成長には、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）を用いる必要はなく、従来からの液相成
長法（ＬＰＥ）を用いることができる。そのために、本
発明素子の製造コストを下げることができる。
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は素子構造を示す。第１実施例と異なる点は、
光変調部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２に代
えて i-InGaAsPバルク層（λg＝1.3μｍ）２１を用いた
ことである。バルク層の成長には、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）を用いる必要はなく、従来からの液相成
長法（ＬＰＥ）を用いることができる。そのために、本
発明素子の製造コストを下げることができる。
【００２７】素子構造は第１実施例と同様である。ただ
し、バルク層を用いているので光変調を行う際の印加電
圧が大きくなる。本実施例の場合には、ピークツーピー
ク10Ｖで変調光が得られ、消光比は10dBであった。な
お、バルク層の印加電圧の変化によって吸収係数が変わ
るのは、フランツ・ケルディッシュ（Franz-Keldysh)効
果による。
し、バルク層を用いているので光変調を行う際の印加電
圧が大きくなる。本実施例の場合には、ピークツーピー
ク10Ｖで変調光が得られ、消光比は10dBであった。な
お、バルク層の印加電圧の変化によって吸収係数が変わ
るのは、フランツ・ケルディッシュ（Franz-Keldysh)効
果による。
【００２８】図４は、本発明の半導体光素子の第３実施
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は光変調層の構造を示し、(3) は素子構造を示
す。第１実施例または第２実施例と異なる点は、光変調
部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２あるいは i
-InGaAsPバルク層２１に代えて、δドープした多層構造
の光変調層３０を用いたことである。δドープは、結晶
成長を行う際にシート状にドーパントを積層させたもの
である。その厚さは１原子層以下の極めて薄いものであ
る。
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は光変調層の構造を示し、(3) は素子構造を示
す。第１実施例または第２実施例と異なる点は、光変調
部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層１２あるいは i
-InGaAsPバルク層２１に代えて、δドープした多層構造
の光変調層３０を用いたことである。δドープは、結晶
成長を行う際にシート状にドーパントを積層させたもの
である。その厚さは１原子層以下の極めて薄いものであ
る。
【００２９】図４(2) に示す光変調層３０の構造は、δ
−ｐドープ層３１とδ−ｎドープ層３２を交互に挟みな
がら、複数のi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層(λg＝1.3
μｍ)３３を積層したものである。なお、i-InGaAsP バ
ルク層を用いてもよい。
−ｐドープ層３１とδ−ｎドープ層３２を交互に挟みな
がら、複数のi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層(λg＝1.3
μｍ)３３を積層したものである。なお、i-InGaAsP バ
ルク層を用いてもよい。
【００３０】成長方法は、制御性がよい有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）を用いる。第１実施例と同様に、半
絶縁性のSI-InP基板１０の上にp-InGaAsP 層(λg＝1.2
μｍ)１１を積層した後にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層３３を堆積し、その後に結晶成長をとめてδ−ｎドー
プ層３２を堆積する。次にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層３３を堆積し、同様にδ−ｐドープ層３１を堆積す
る。以下同様の成長を繰り返し、５周期積層した後にn-
InP 層１３を積層する。続いて、i-In0.53Ga0.47As層１
４、p-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ）１５を積層し、ウエ
ハを製作する。
長法（ＭＯＣＶＤ）を用いる。第１実施例と同様に、半
絶縁性のSI-InP基板１０の上にp-InGaAsP 層(λg＝1.2
μｍ)１１を積層した後にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層３３を堆積し、その後に結晶成長をとめてδ−ｎドー
プ層３２を堆積する。次にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層３３を堆積し、同様にδ−ｐドープ層３１を堆積す
る。以下同様の成長を繰り返し、５周期積層した後にn-
InP 層１３を積層する。続いて、i-In0.53Ga0.47As層１
４、p-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ）１５を積層し、ウエ
ハを製作する。
【００３１】半導体光素子は、p-InGaAsP 層１５の上
に、入射光の窓となる部分を除いて光検出器用ｐ電極と
してAuZnNi電極１７が形成され、その窓に対応する光透
過部分のSI-InP基板１０をエンチングにより除去する。
また、光変調層３０の両側に光変調器用ｐ電極としてAu
ZnNi電極３４と、光変調器用ｎ電極としてAuGeNi電極３
５が形成される。なお、AuGeNi電極３５はn-InP 層１３
に接続されて光検出器用ｎ電極としても機能させ、AuGe
Ni電極３５とp-InGaAsP 層１１との間に絶縁をとるため
のSiO2絶縁膜３６を挿入する。
に、入射光の窓となる部分を除いて光検出器用ｐ電極と
してAuZnNi電極１７が形成され、その窓に対応する光透
過部分のSI-InP基板１０をエンチングにより除去する。
また、光変調層３０の両側に光変調器用ｐ電極としてAu
ZnNi電極３４と、光変調器用ｎ電極としてAuGeNi電極３
５が形成される。なお、AuGeNi電極３５はn-InP 層１３
に接続されて光検出器用ｎ電極としても機能させ、AuGe
Ni電極３５とp-InGaAsP 層１１との間に絶縁をとるため
のSiO2絶縁膜３６を挿入する。
【００３２】ところで、単一層で光変調部の消光比を大
きくとるには、その厚さを厚くしてオフ時の吸収係数を
上げる必要がある。しかし、電界を印加できる厚さには
限界があるので、厚さを単純に厚くして消光比を大きく
することはできない。すなわち、単一層では消光比を大
きくすることはできない。一方、δドープ層を挿入した
多層構造では、単一層の数倍の厚さ（本実施例では５
倍）が実現できる。この多層構造は、実効的には単一層
の光変調器を直列に接続した場合と同等であり、オフ時
の吸収係数を大きくすることができ、大きな消光比を得
ることができる。ここで、δドープを用いているのは、
ｐ電極となるAuZnNi電極３４とδ−ｎドープ層３２、ｎ
電極となるAuGeNi電極３５とδ−ｐドープ層３１間のリ
ーク電流を極力抑え、透過光のドーパントによる吸収を
極力低くするためである。本実施例で、光変調層３０に
i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層３３を用いた場合にはピ
ークツーピーク２Ｖで消光比10dB、i-InGaAsP バルク層
を用いた場合にはピークツーピーク10Ｖで消光比20dBが
実現できた。
きくとるには、その厚さを厚くしてオフ時の吸収係数を
上げる必要がある。しかし、電界を印加できる厚さには
限界があるので、厚さを単純に厚くして消光比を大きく
することはできない。すなわち、単一層では消光比を大
きくすることはできない。一方、δドープ層を挿入した
多層構造では、単一層の数倍の厚さ（本実施例では５
倍）が実現できる。この多層構造は、実効的には単一層
の光変調器を直列に接続した場合と同等であり、オフ時
の吸収係数を大きくすることができ、大きな消光比を得
ることができる。ここで、δドープを用いているのは、
ｐ電極となるAuZnNi電極３４とδ−ｎドープ層３２、ｎ
電極となるAuGeNi電極３５とδ−ｐドープ層３１間のリ
ーク電流を極力抑え、透過光のドーパントによる吸収を
極力低くするためである。本実施例で、光変調層３０に
i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層３３を用いた場合にはピ
ークツーピーク２Ｖで消光比10dB、i-InGaAsP バルク層
を用いた場合にはピークツーピーク10Ｖで消光比20dBが
実現できた。
【００３３】図５は、本発明の半導体光素子の実装例を
示す図である。ここで用いる半導体光素子は、第１実施
例〜第３実施例のいずれの構造のものでもよい。図にお
いて、半導体光素子４０は支持台４１に支持され、光の
入出射位置にロッドレンズ４２ａ，４２ｂが装着され
る。そして、全体が光ファイバ用のコネクタ（レセプタ
クル）４３ａ，４３ｂに挟まれた構造になっている。入
射光はロッドレンズ４２ａを介して平行光となって半導
体光素子４０に入射され、出射光はロッドレンズ４２ｂ
を介してファイバコネクタのフェルール端面のコアに収
束する。光ファイバのコネクタ４３ａ，４３ｂは、ＦＣ
型，ＰＣ型，その他のいずれでもよい。半導体光素子４
０の光検出器用ｐ電極４４、光変調器用ｐ電極４５、光
検出器・光変調器共用ｎ電極４６は、モジュールの横か
ら取り出している。
示す図である。ここで用いる半導体光素子は、第１実施
例〜第３実施例のいずれの構造のものでもよい。図にお
いて、半導体光素子４０は支持台４１に支持され、光の
入出射位置にロッドレンズ４２ａ，４２ｂが装着され
る。そして、全体が光ファイバ用のコネクタ（レセプタ
クル）４３ａ，４３ｂに挟まれた構造になっている。入
射光はロッドレンズ４２ａを介して平行光となって半導
体光素子４０に入射され、出射光はロッドレンズ４２ｂ
を介してファイバコネクタのフェルール端面のコアに収
束する。光ファイバのコネクタ４３ａ，４３ｂは、ＦＣ
型，ＰＣ型，その他のいずれでもよい。半導体光素子４
０の光検出器用ｐ電極４４、光変調器用ｐ電極４５、光
検出器・光変調器共用ｎ電極４６は、モジュールの横か
ら取り出している。
【００３４】本発明の半導体光素子は面型素子であるの
で、その実装には通常の半導体レーザなどのモジュール
化と異なり、工程数および時間を大幅に削減することが
できる。なお、実装後の測定では、挿入損失が２dB、光
検出部の感度は0.1A/Wであった。
で、その実装には通常の半導体レーザなどのモジュール
化と異なり、工程数および時間を大幅に削減することが
できる。なお、実装後の測定では、挿入損失が２dB、光
検出部の感度は0.1A/Wであった。
【００３５】また、本実装例はレンズを用いた構成にな
っているが、要求される挿入損失条件が緩和される場合
には、レンズを用いずに直接ファイバフェルールを半導
体光素子４０に近接させてもよい。
っているが、要求される挿入損失条件が緩和される場合
には、レンズを用いずに直接ファイバフェルールを半導
体光素子４０に近接させてもよい。
【００３６】なお、以上説明した実施例では、InGaAsP/
InP 系の材料を用いた構成を示したが、InGaAs/InAlAs
系の材料を用いることもできる。
InP 系の材料を用いた構成を示したが、InGaAs/InAlAs
系の材料を用いることもできる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体光素
子は、光を吸収する半導体層と、光の吸収係数を変化さ
せて変調をかける半導体層を重ね合わせた透過型構造に
より、１素子で光検出器および光変調器として機能させ
ることができる。しかも、面で光の入出射が可能な構造
であるので、光導波路型の従来素子に比べて光ファイバ
とのカップリングが容易である。さらに、受光面積も大
きいので挿入損失を小さくすることができる。
子は、光を吸収する半導体層と、光の吸収係数を変化さ
せて変調をかける半導体層を重ね合わせた透過型構造に
より、１素子で光検出器および光変調器として機能させ
ることができる。しかも、面で光の入出射が可能な構造
であるので、光導波路型の従来素子に比べて光ファイバ
とのカップリングが容易である。さらに、受光面積も大
きいので挿入損失を小さくすることができる。
【００３８】なお、光を変調する半導体層を多重量子井
戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調動作が可
能となる。また、δドープ層を挿入した多層構造とする
ことにより、印加電圧をオフにしたときの吸収係数が大
きくなり、大きな消光比を得ることができる。
戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調動作が可
能となる。また、δドープ層を挿入した多層構造とする
ことにより、印加電圧をオフにしたときの吸収係数が大
きくなり、大きな消光比を得ることができる。
【００３９】本発明の半導体光素子は、対向する伝送装
置から送られた光を受信するとともに、その直流光を変
調して折り返すことにより双方向伝送を行う光双方向伝
送システムにおいて、その伝送装置の送受信器として用
いることができる。さらに、本素子は光ファイバとのカ
ップリングが容易なことから、伝送装置のコストを大幅
に低下させることができる。
置から送られた光を受信するとともに、その直流光を変
調して折り返すことにより双方向伝送を行う光双方向伝
送システムにおいて、その伝送装置の送受信器として用
いることができる。さらに、本素子は光ファイバとのカ
ップリングが容易なことから、伝送装置のコストを大幅
に低下させることができる。
【図１】本発明の半導体光素子の第１実施例の構造を示
す断面図。
す断面図。
【図２】第１実施例の光検出部および光変調部の吸収ス
ペクトルを示す図。
ペクトルを示す図。
【図３】本発明の半導体光素子の第２実施例の構造を示
す断面図。
す断面図。
【図４】本発明の半導体光素子の第３実施例の構造を示
す断面図。
す断面図。
【図５】本発明の半導体光素子の実装例を示す図。
【図６】光双方向伝送システムの基本構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図７】伝送装置２の他の従来構成を示すブロック図。
【図８】図７の光双方向伝送システムで伝送される光信
号を示す図。
号を示す図。
【図９】伝送装置２の他の従来構成を示すブロック図。
１０ 半絶縁性のSI-InP基板 １１ p-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ） １２ i-InGaAsP/InP 多重量子井戸（ＭＱＷ）層（λg
＝1.3μｍ） １３ n-InP 層 １４ i-In0.53Ga0.47As層 １５ p-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ） １７ AuZnNi電極 １８ AuZnNi電極 １９ AuGeNi電極 ２１ i-InGaAsPバルク層（λg＝1.3μｍ） ３０ 光変調層 ３１ δ−ｐドープ層 ３２ δ−ｎドープ層 ３３ i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層（λg＝1.3μｍ） ３４ AuZnNi電極 ３５ AuGeNi電極 ３６ SiO2絶縁膜 ４０ 半導体光素子 ４１ 支持台 ４２ ロッドレンズ ４３ コネクタ（レセプタクル） ４４ 光検出器用ｐ電極 ４５ 光変調器用ｐ電極 ４６ 光検出器・光変調器共用ｎ電極
＝1.3μｍ） １３ n-InP 層 １４ i-In0.53Ga0.47As層 １５ p-InGaAsP 層（λg＝1.2μｍ） １７ AuZnNi電極 １８ AuZnNi電極 １９ AuGeNi電極 ２１ i-InGaAsPバルク層（λg＝1.3μｍ） ３０ 光変調層 ３１ δ−ｐドープ層 ３２ δ−ｎドープ層 ３３ i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層（λg＝1.3μｍ） ３４ AuZnNi電極 ３５ AuGeNi電極 ３６ SiO2絶縁膜 ４０ 半導体光素子 ４１ 支持台 ４２ ロッドレンズ ４３ コネクタ（レセプタクル） ４４ 光検出器用ｐ電極 ４５ 光変調器用ｐ電極 ４６ 光検出器・光変調器共用ｎ電極
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に、第１の導電型の第１の
半導体層と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する
第２の半導体層と、第２の導電型の第３の半導体層と、
光を吸収する第４の半導体層と、第１の導電型の第５の
半導体層とを積層し、 前記第４の半導体層で吸収される光に応じた電流を取り
出す第１の電極と、前記第２の半導体層に電圧を印加す
る第２の電極とを備えたことを特徴とする半導体光素
子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体光素子におい
て、 第２の半導体層および第４の半導体層は、III-Ｖ族化合
物半導体材料で形成されたことを特徴とする半導体光素
子。 - 【請求項３】 請求項１に記載の半導体光素子におい
て、 第２の半導体層は、多重量子井戸構造またはバルク構造
であることを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項４】 請求項１に記載の半導体光素子におい
て、 第２の半導体層は、印加電圧に応じて光の吸収係数が変
化する半導体層を第１導電型δドープ層と第２導電型δ
ドープ層とで挟んだものを多層に積層した構造であるこ
とを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項５】 請求項３に記載の半導体光素子におい
て、 第１の電極は、第５の半導体層の上に光が入射する第１
の窓をあけて形成される電極と、第４の半導体層および
第５の半導体層の一部が除去されて露出した第３の半導
体層上に形成された電極とにより構成され、 第２の電極は、半導体基板の一部が除去されて露出した
第１の半導体層上に、前記第５の半導体層に入射された
光がその下の各層を通過して外部に出射される位置に第
２の窓をあけて形成される電極と、前記第３の半導体層
上に形成された電極とにより構成されたことを特徴とす
る半導体光素子。 - 【請求項６】 請求項４に記載の半導体光素子におい
て、 第１の電極は、第５の半導体層の上に光が入射する窓を
あけて形成される電極と、第４の半導体層および第５の
半導体層の一部が除去されて露出した第３の半導体層上
に形成された電極により構成され、 第２の電極は、第２の半導体層の両側面から各δドープ
層を挟む位置に形成されたことを特徴とする半導体光素
子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6135772A JPH088448A (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 半導体光素子 |
| DE69501686T DE69501686T2 (de) | 1994-06-14 | 1995-06-12 | Bidirektionales, optisches Übertragungssystem |
| EP95401354A EP0688111B1 (en) | 1994-06-14 | 1995-06-12 | Bidirectional optical transmission system |
| US08/489,675 US5608565A (en) | 1994-06-14 | 1995-06-13 | Bidirectional optical transmission system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6135772A JPH088448A (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088448A true JPH088448A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15159504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6135772A Pending JPH088448A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-17 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH088448A (ja) |
-
1994
- 1994-06-17 JP JP6135772A patent/JPH088448A/ja active Pending
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