JPH09139520A - 導波路型受光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度が良く、応答速度が速く、しかも導波体
との光結合効率が高い導波路型受光素子を提供する。 【解決手段】 本導波路型受光素子１０は、光検出器で
あって、光の進行方向に沿って順次光導波部１８、光収
縮部２０及び光吸収部２２を備えている。光導波部は、
それぞれｐｎ接合を構成するクラッド層１４、２８と、
その間に挟まれた光導波層１６、２６とを有する。光収
縮部２０は、光導波部１８のクラッド層に連続するクラ
ッド層と、光導波部の光導波層に連続する光導波層と、
光導波層に接しつつ横方向の幅及び厚さが光の進行方向
に縮小する光吸収層２４とを有する。光吸収部２２は、
光収縮部２０とは電気的に絶縁され、かつそれぞれｐｎ
接合を構成するクラッド層１４、２８と、その間に挟ま
れた光導波層１６、２６とを有し、光導波層の間に一方
の端部で光収縮部の光吸収層に連続して同じ幅でストラ
イプ状に延在する光吸収層とを有する。これにより、光
ファイバや石英光部品等の導波体からの光と検出器１０
の受光端面の光の導波径の整合が取れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバなどの
導波体との光結合効率を向上させ、かつ応答速度の速い
構造を備えた導波路型受光素子及びその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の導波路型受光素子、例えば導波路
型光検出器（以下、簡単に光検出器と言う）は、基本的
には、ｐ型の半導体層とｎ型の半導体層とで低キャリア
濃度の光吸収層をその上下から挟むような積層構造で形
成されている。光検出器では、ｐ型半導体層とｎ型半導
体層との間に逆バイアス電圧を印加して生じる高電界を
利用して、空乏化している光吸収層で吸収された光によ
り発生した電子・正孔対のうち電子をｎ型半導体層に、
正孔をｐ型半導体層にそれぞれ移行させ、これにより、
端面に設けられた光入射面から光吸収層に入射した信号
光を光電変換している。即ち、光検出器では、光電変換
して生じた電流を検知することにより光が検出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光検出器の
特性にとって、重要な要素は、光検出器の応答速度と、
光ファイバ等の光導波体と光検出器との光結合効率であ
る。光検出器の応答速度は、空乏層のＣＲ時定数と、励
起キャリアが光吸収層を走行するに要する走行時間との
二つの因子により決定される。即ち、走行時間が長くな
ればなる程、ＣＲ時定数が大きくなればなるほど、応答
速度は遅くなる。接合容量は光吸収層厚さに反比例する
ので、ＣＲ時定数を小さくするために光吸収層厚さを厚
くすると、接合容量が小さくなりＣＲ応答速度は速くな
る。一方、励起キャリアの走行時間は、光吸収層厚さを
薄くすることにより低減できる。例えば、光吸収層の幅
を１μm 以下にすると、励起キャリアの走行時間は無視
できる程短くなり、高速動作に適した構造となる。両者
は、トレード・オフの関係にあり、一般に、接合面積を
減らし、吸収層の厚さを薄くして最適値を得るようにし
ている。

【０００４】しかし、光吸収層の厚さを薄くすると、光
ファイバー、石英導波路等の光導波体から光を受ける場
合、光吸収層の光のスポット径が光導波体から受光する
光のスポット径より小さくなり、高い光結合効率で光を
受光することが難しい。そのため、従来の光検出器で
は、内部に導波する光の径が小さくなり、光ファイバ等
の光導波体から受光した光を減衰させることなく高い結
合効率で内部に導くことが難しかった。

【０００５】そこで、高い応答速度を維持しつつ高い光
結合効率を達成するために、従来から種々の提案が成さ
れている。例えば、特開昭６３−２７８２８０号公報及
び特開昭６３−２７８２８１号公報は、テーパ領域と直
状領域の２個の領域を有する平面形状の光導波層及び光
吸収層からなるｐｎ接合の積層構造をその両側から横方
向に別のｐｎ接合で挟んだ構成の光検出器を開示してい
る。また、特開平３−１２０８７６号公報は、横方向に
ｐｎ接合を持つストライプ状の光吸収層と、それに接続
し、接続面では光吸収層と一致する断面形状をしてお
り、且つ、接続面から離れるに従い幅及び厚さが大とな
る構造の光導波路を半導体基板上に備え、光導波路表面
に回折格子を形成した受光部を有する半導体受光素子を
開示している。

【０００６】しかし、前掲の光検出器の構成は非常に複
雑である。例えば前掲特開昭公報に開示の光検出器は、
縦方向と横方向の２個のｐｎ接合を備えているためにそ
の構成が複雑であり、また前掲特開平公報に開示の光検
出器は回折格子を形成した受光部及び導波路の構成が複
雑である。その結果、その製造に当たって、製造プロセ
スが複雑になりコストが嵩むと言う問題があった。ま
た、縦方向の結合が改善されていない言う問題点があっ
た。以上の事情に照らして、本発明の目的は、感度が良
く、応答速度が速く、しかも光導波体との光結合効率が
高い導波路型光検出器を提供することであり、またその
ような導波路型光検出器を製造する方法を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、光検出器の
ような受光素子と光導波体との光結合効率を向上させる
には、光導波体から受ける光の径と受光素子内を導波す
る光の径とをほぼ同じにして整合させることが必要であ
ると認識した。この認識に基づき、本発明者は、光を導
波させる領域では、光導波体から受けた光の径にほぼ等
しいように導波する光の径を大きく保ち、光収縮領域で
は集光して光の径を小さくし、光吸収領域では効率良く
光を吸収できるようにした構造を工夫し、実験を重ねて
本発明を完成するに至った。

【０００８】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づき、本発明に係る導波路型光検出器は、光導波層
と、光導波層に対して小さい比屈折率を有して光導波層
を挟むクラッド層とを有する光導波部と、光導波部のク
ラッド層に連続するクラッド層と、光導波部の光導波層
に連続する光導波層と、光導波層に接しつつ横方向の幅
が光の進行方向に沿って減少すると共に厚さが増加する
光吸収層とを有する光収縮部と、ｐｎ接合を構成するク
ラッド層と、その間に挟まれ、かつ一方の端部で光収縮
部の光吸収層の幅の狭い方の端部に連続し、その端部の
幅と厚さでストライプ状に延在する光吸収層とを有する
光吸収部とを備えていることを特徴としている。

【０００９】本発明の導波路型受光素子の光導波部で
は、光導波層とクラッド層との比屈折率が小さいので、
光は光導波層内に閉じ込められることなく、大きな径の
ままで進行する。本発明では、比屈折率の大きさは、
０．０９から０．０１、好適には０．０８から０．０４
である。光収縮部では、光吸収層は、その屈折率が光導
波層の屈折率に比べて大きく、また、光の進行方向に沿
ってその幅が減少するとともに厚さが増加するので、光
の閉じ込めが強くなり、導波する光は進行するに連れて
集光して光の径が小さくなる。光が光吸収部に到達する
と、光吸収部の光吸収層の厚さに見合う程度に十分径が
小さくなった光が効率良く吸収される。即ち、本発明で
は、光の進行方向に沿って光収縮部の光吸収層の横方向
の幅を減少させるともに厚さを厚くすることにより、光
収縮部で入射光を集光し、その集光された光を光吸収部
のストライプ状の光吸収層に効率良く入射させている。

【００１０】上述のように、本発明は、光導波体から受
光した大きな径の光を減衰させることなく光吸収部の光
吸収層に導いているので、光吸収層の高い量子効率を損
なうことなく、光ファイバ、石英光部品等の光導波体と
の高い光結合効率を実現でき、かつ高速の光検出を可能
にしている。

【００１１】本発明で、クラッド層、光導波層、光吸収
層等を形成する材料としては、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ
系材料、Ｇa ＩｎＡs Ｐ系材料、ＩｎＰ系材料を使用で
きる。また、光収縮部で光の進行方向に光吸収層の横方
向の幅を縮小させる率及び光吸収部でストライプ状に延
在する光吸収層の幅は、光を導波する際の所望の光結合
効率に基づいて決定される。

【００１２】上述の導波路型受光素子を製造する本発明
に係る方法（以下、第１発明方法と言う）は、光の進行
方向に沿って光導波部と光収縮部と光吸収部とを順次備
える導波路型受光素子を製造する方法であって、基板上
に所定の波長の光を吸収しない第１の導電型の第１半導
体層を成膜する工程と、第１半導体層をエッチングして
第１半導体層の順メサ構造を形成する工程とを備え、順
メサ構造の形成工程では、平面形状で見て、第１半導体
層が、光導波部では全面に残存し、光収縮部では光の進
行方向に沿って幅が減少する縮幅領域を、光吸収部では
光収縮部の幅が狭くなった端部から同じ幅でストライプ
状に延在するストライプ領域をそれぞれ形成するように
エッチングされ、更に、基板上に光吸収層を成長させる
工程と光吸収層を選択的にエッチングして光収縮部の縮
幅領域及び光吸収部のストライプ領域以外の領域から光
吸収層を除去する工程と、基板上に所定の波長の光を吸
収しない第２の導電型の第２半導体層を成膜する工程
と、及び第２半導体層上に第２半導体層より屈折率の小
さい第２の導電型の第３半導体層を成膜する工程とを備
えることを特徴としている。

【００１３】第１発明方法から第３発明方法において、
半導体層及び光吸収層を成膜する方法は、特に限定はな
く、例えば分子線蒸着法（ＭＢＥ法）、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）等を使用できる。第１発明方法に
おいて、光吸収層を第１半導体層上に成長させる際、原
子の拡散距離が長いので、順メサ構造の側面に飛来して
きた原子は、そこに堆積することなく、順メサ構造の上
部に拡散して上面に堆積する。その結果、順メサ構造の
幅が狭い光吸収部では、順メサ構造の上面の面積に対す
る側面の面積の比率が大きいので、光吸収層の膜厚が厚
くなる。一方、光導波部では順メサ構造の上面の面積に
比べて側面の面積が極めて小さいので、光吸収層の膜厚
は厚くならない。中間の光収縮部では、順メサ構造の幅
が減少するに連れて順メサ構造の上面の面積に対する側
面の面積の比率が大きくなるので、光吸収層の膜厚が徐
々に厚くなる。また、縮幅領域を側縁を定める境界は、
必ずしも直線である必要はなく、曲線でも良い。以上の
ことは、以下の第２発明方法についても、同じである。

【００１４】導波路型受光素子の本発明に係る別の製造
方法（以下、第２発明方法と言う）は、光の進行方向に
沿って光導波部と光収縮部と光吸収部とを順次備える導
波路型受光素子を製造する方法であって、基板面をエッ
チングして基板面に順メサ構造を形成する工程を備え、
順メサ構造の形成工程では、平面形状で見て、基板面
が、光導波部では全面に残存し、光収縮部では光の進行
方向に沿って幅が減少する縮幅領域を、光吸収部では光
収縮部の幅が狭くなった端部から同じ幅でストライプ状
に延在するストライプ領域をそれぞれ形成するようにエ
ッチングされ、更に、基板上に所定の波長の光を吸収し
ない第１の導電型の第１半導体層を成膜する工程と、基
板上に光吸収層を成長させる工程と光吸収層を選択的に
エッチングして光収縮部の縮幅領域及び光吸収部のスト
ライプ領域以外の領域から光吸収層を除去する工程と、
基板上に所定の波長の光を吸収しない第２の導電型の第
２半導体層を成膜する工程と、及び第２半導体層上に第
２半導体層より屈折率の小さい第２の導電型の第３半導
体層を成膜する工程とを備えることを特徴としている。

【００１５】導波路型受光素子の本発明に係る更に別の
製造方法（以下、第３発明方法と言う）は、光の進行方
向に沿って光導波部と光収縮部と光吸収部とを順次備え
る導波路型受光素子を製造する方法であって、基板上に
所定の波長の光を吸収しない第１の導電型の第１半導体
層を成膜する工程と、第１半導体層上に誘電体膜を成膜
する工程と、第１半導体層が、光導波部では全面に露出
し、光収縮部では光の進行方向に沿って露出面の横方向
の幅が減少するように露出し、光吸収部では光収縮部の
露出面の幅が狭くなった端部から同じ幅でストライプ状
に露出するように、誘電体膜をエッチングして誘電体膜
のマスクパターンを形成する工程と、誘電体膜をマスク
にして、基板上に光吸収層を成長させる工程と光吸収層
を選択的にエッチングして光導波部から除去する工程
と、基板上に所定の波長の光を吸収しない第２の導電型
の第２半導体層を成膜する工程と、及び第２半導体層上
に第２半導体層より屈折率の小さい第２の導電型の第３
半導体層を成膜する工程とを備えることを特徴としてい
る。

【００１６】第３発明方法で使用する誘電体膜として
は、例えばＳｉＯ₂ 膜、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜等を使用できる。
光吸収層が成長する際、飛来した原子は、長い拡散距離
にわたって拡散するので、誘電体膜上に飛来した原子
は、殆どその上に堆積することなく、誘電体膜の無い領
域に拡散して堆積する。その結果、第１半導体層が露出
しているストライプ領域の幅が狭く誘電体膜が広い領域
にわたって存在する光吸収部では、光吸収層の膜厚が厚
くなる。一方、光導波部では第１半導体層が全面にわた
って露出しているので、光吸収層の膜厚が厚くなること
はない。中間の光収縮部では、光吸収層の膜厚が徐々に
厚くなる。第１発明方法から第３発明方法において、半
導体層を成長させる際、Ｉｎが最も促進（エンハンス）
されて拡散するので、光吸収層の厚さが増加する程、Ｉ
ｎ成分が増加し、波長が長くなり、屈折率が増大する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
例を挙げて本発明方法の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施例１ 本実施例は、本発明に係る導波路型受光素子、例えば半
導体導波路型光検出器（以下、簡単に光検出器と言う）
を製造する第１発明方法の実施例であって、図１及び図
４（ａ）から（ｃ）は各工程毎の基板断面を示し、図２
及び図３（ａ）から（ｃ）はそれぞれ順メサ構造の詳細
を示す平面図及び図２の線Ｉ−Ｉ、線II−II及び線III
−III での断面図である。本実施例では、先ず、図１に
示すように、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）によって、ｎ型
のＩｎＰ半導体基板１２上に、順次、ＩｎＰ基板１２と
格子整合したｎ型のＡｌＩｎＡｓからなる層厚２μm の
クラッド層１４及びｎ型のＡｌＧａＩｎＡｓからなる層
厚３μm の光導波層１６をそれぞれ成膜した。

【００１８】次いで、光導波層１６をエッチングして図
２及び図３（ａ）から（ｃ）に示すような平面形状のパ
ターンを有する順メサ構造を形成した。順メサ構造を形
成する光導波層１６は、平面で見て、光導波部１８では
図３（ａ）に示すように全面に延在し、光収縮部２０で
は図３（ｂ）に示すように光の進行方向に沿って横方向
の幅が狭くなる縮幅領域２０ａを形成し、光吸収部２２
では図３（ｃ）に示すように幅が狭くなった端部から同
じ幅でストライプ状に延在しているストライプ領域２２
ａを形成している。尚、ＩｎＰ基板１２上にクラッド層
１４及び光導波層１６を成長させる上で、順メサが出現
するような結晶方位が、ＩｎＰ基板１２の面として選択
されている。

【００１９】次いで、順メサ構造を有する基板上に光導
波層１６よりエネルギーギャップの小さいＡｌＧａＩｎ
Ａｓからなる光吸収層２４を膜厚０．１μm になるよう
な条件でＭＢＥ法により成長させた。光吸収層が成長す
る際、原子の拡散距離が長いために、順メサ構造の側面
に飛来した原子は殆ど順メサ構造の上部に拡散して上面
に堆積する。その結果、順メサ構造の幅が狭い光吸収部
２２では、順メサ構造の上面の面積に対する側面の面積
に比率が大きいので、光吸収層２４の膜厚が厚くなる。
一方、光導波部１８では順メサ構造の上面の面積に比べ
て側面の面積が極めて小さいので、光吸収層２４の膜厚
は厚くならない。中間の光収縮部２０では、順メサ構造
の幅が減少するに連れて順メサ構造の上面の面積に対す
る側面の面積の比率が大きくなるので、光吸収層２４の
膜厚が徐々に厚くなる。このため、図４（ａ）に示すよ
うに、光吸収層２４の膜厚は光吸収部２２では０．３μ
m になり、光導波部１８では０．１μm になり、光収縮
部２０では光導波部１８から光吸収部２２に向かって
０．１μm から０．３μm に徐々に厚くなった。

【００２０】続いて、図４（ｂ）に示すように、光吸収
層２４を選択的にエッチングして光収縮部２０の縮幅領
域２０ａ及び光吸収部２２のストライプ領域２２ａ以外
の領域の光吸収層２４を除去した。次いで、基板上に、
順次、ｐ型のＡｌＧａＩｎＡｓからなる膜厚３μm の光
導波層２６及びｐ型のＡｌＩｎＡｓからなる膜厚２μm
のクラッド層２８を成膜した。光導波層２６の成膜の
時、最初の０．２μm は１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度の低ドー
プで行い、残りは２×１０¹⁸ｃｍ^-3程度の高ドープで行
った。次に、イオン打ち込み法により、プロトンを拡散
させて導電を遮断する電気絶縁層２１を光吸収部２２と
光収縮部２０との間に設け、更に、光吸収部２２の光吸
収層２４の領域でクラッド層２８上に、順次、コンタク
ト層３０及び配線のための金属蒸着層３２を形成した。
また、ＩｎＰ基板１２の厚さを所定の厚さに調整した後
に、裏面に配線のための金属蒸着層３４を形成した。

【００２１】以上の工程により、図４（ｃ）に示すよう
な積層構造が形成され、これをへき開して所望の大きさ
の本発明に係る光検出器１０を得ることができた。光検
出器１０は、図４（ｃ）に示すように、光の進行方向に
沿って光導波部１８と、光収縮部２０と、光吸収部２２
とを備えている。光導波部１８は、ｐｎ接合を構成する
光導波層１６、２６と、光導波層１６、２６に対して比
屈折率が小さく、光導波層１６、２６を挟みかつｐｎ接
合を構成するクラッド層１４、２８とを備えている。光
収縮部２０は、光導波部１８のクラッド層１４、２８に
連続するクラッド層１４、２８と、光導波部１８の光導
波層１６、２６に連続する光導波層１６、２６と、光導
波層１６、２６に接しつつ横方向の幅が光の進行方向に
減少すると共に厚さが増加する光吸収層２４とを備えて
いる。光吸収部２２は、光収縮部２０とは電気絶縁層２
１により電気的に分離されており、かつそれぞれｐｎ接
合を構成するクラッド層１４、２８と、光導波層１６、
２６と、その間に挟まれ、かつ一方の端部で光収縮部２
０の光吸収層２４の幅の狭い端部に連続し、その端部の
幅と厚さでストライプ状に延在する光吸収層２４とを有
する。本実施例では、光吸収層２４の幅は、光導波部１
８で１０〜３０μm 、光吸収部２２で２μm 、光導波部
１８の長さは２０〜１００μm 、光収縮部２０の長さは
２０〜２００μm 、光吸収部２２の長さは３０μm であ
った。また、光導波層に対するクラッド層の比屈折率
は、０．０７であった。

【００２２】本実施例で得た光検出器１０内を導波する
光の径をシミュレーションを使って計算すると、図５に
示すように、光の径は、光導波部１８では光導波層１６
及び２６の厚さにほぼ等しい６．５μm 、光収縮部２０
を進行するに連れて光導波層１６、２６の幅が狭くな
り、かつ屈折率の大きい光吸収層２４の厚さが増加する
に伴い、光の閉じ込めが強くなり、徐々に光の径は小さ
くなり、光吸収部２２では１．５μm となった。光吸収
層の幅が２μm と狭いので、ＣＲ時定数が小さくなり、
応答速度が速い。また、本実施例で得た光検出器１０
は、光収縮部２０と光吸収部２２とは電気的に絶縁され
ており、光吸収部２２の光吸収層２４にのみ電極用金属
蒸着層３２が形成されているので、静電容量が小さくな
り、受光した光信号の検出を高速化することができる。
光検出器１０では、光ファイバや石英光部品等の光導波
体からの光の径と光検出器１０の受光端面の光の導波径
の整合が取れているために、レンズ等の集光手段を通さ
なくても高い光結合効率で光を光検出器１０に導くこと
ができる。

【００２３】実施例２ 本実施例は第２発明方法の実施例であって、図６及び図
７は各工程の基板断面を示している。図６及び図７に示
す半導体層等は、図１から図５に示す半導体層等と同じ
ものである限り、同じ符号を付してその説明を省略す
る。先ず、図６に示すように、ｎ型のＩｎＰ半導体基板
１２上に分子線蒸着法（ＭＢＥ法）によってＩｎＰ基板
１２と格子整合したｎ型のＡｌＩｎＡｓからなる層厚２
μm のクラッド層１４を成膜した。

【００２４】次いで、クラッド層１４をエッチングして
図７及び図８（ａ）から（ｃ）に示すような平面形状の
パターンを有する順メサ構造を形成した。図８（ａ）か
ら（ｃ）に示すように、順メサ構造を形成するクラッド
層１４は、平面で見て、光導波部１８では全面に延在
し、光収縮部２０では光の進行方向に沿って幅が狭くな
る縮幅領域２０ｂを形成し、光吸収部２２では幅が狭く
なった端部から同じ幅でストライプ状に延在しているス
トライプ領域２２ｂを形成している。尚、ＩｎＰ基板１
２上にクラッド層１４を成長させる上で、順メサが出現
するような結晶方位が、ＩｎＰ基板１２の面として選択
されている。

【００２５】次いで、図９に示すように、基板上に分子
線蒸着法（ＭＢＥ法）によって順メサ構造の上面にｎ型
のＡｌＧａＩｎＡｓからなる層厚３μm の光導波層１６
を成膜した。続いて、基板上に光導波層１６よりエネル
ギーギャップの小さいＡｌＧａＩｎＡｓからなる光吸収
層２４を膜厚０．１μm になるような条件でＭＢＥ法に
より成長させた。

【００２６】光吸収層が成長する際、原子の拡散距離が
長いために、実施例１と同様に、順メサ構造の側面に飛
来した原子は殆どそこに堆積することなく、順メサ構造
の上部に拡散して上面に堆積する。このため、図１０に
示すように、光吸収層２４の膜厚は光吸収部２２では
０．３μm になり、光導波部１８では０．１μm にな
り、光収縮部２０では光導波部１８から光吸収部２２に
向かって０．１μm から０．３μm に徐々に厚くなる。

【００２７】次に、実施例１と同様にして、図４（ｂ）
に示すように、光吸収層２４を選択的なエッチングによ
り光収縮部２０の縮幅領域２０ｂ及び光吸収部２２のス
トライプ領域２２ｂ以外の領域の光吸収層２４を除去し
た。次いで、図４（ｃ）に示すように、光導波層２６、
クラッド層２８、コンタクト層３０及び金属蒸着層３
２、３４を形成して、実施例１で得た光検出器１０と同
様な光検出器を得た。

【００２８】実施例１及び２において、ＭＢＥ法を用い
てＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を積層した例を示したが、Ｍ
ＯＣＶＤ法を用いてＧa ＩｎＡs Ｐ系材料によりＧa Ｉ
ｎＡs Ｐ光吸収層、Ｇa ＩｎＡs Ｐ光導波層及びＩｎＰ
クラッド層を形成しても良い。

【００２９】実施例３ 本実施例は第３発明方法の実施例であって、図１１は基
板の層構造を示す断面図、図１２及び図１３（ａ）から
（ｃ）はそれぞれ順メサ構造の詳細を示す平面図及び図
１２の線VII −VII 、線VIII−VIII及び線IX−IXでの断
面図である。図１１から図１３に示す半導体層等は、図
１から図５に示す半導体層等と同じものである限り、同
じ符号を付してその説明を省略する。先ず、図１１に示
すように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によっ
て、ｎ型のＩｎＰ半導体基板１２上に、順次、ＩｎＰ基
板１２と格子整合したｎ型のＩｎＰからなる層厚２μm
のクラッド層４２及びｎ型のＧa ＩｎＡs Ｐからなる層
厚３μm の光導波層４４をそれぞれ成膜した。

【００３０】プラズマ蒸着法を用いて基板上にＳｉ₃ Ｎ
₄ 膜４６を蒸着させ、次いで、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜４６をエッ
チングして図１２及び図１３（ａ）から（ｃ）に示すよ
うな平面形状のパターンを有するマスクを形成した。マ
スクの平面形状は、図１３（ａ）から（ｃ）に示すよう
に、光導波層４４が、光導波部１８では全面に露出し、
光収縮部２０では光の進行方向に沿って露出面の幅が狭
くなるように露出し、光吸収部２２では幅が狭くなった
端部から同じ幅でストライプ状に露出するような形であ
る。

【００３１】次いで、基板上に光導波層４４よりエネル
ギーギャップの小さいＧa ＩｎＡsＰからなる光吸収層
４８を膜厚０．１μm になるような条件でＭＢＥ法によ
り成長させた。光吸収層が成長する際、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜マ
スク４６上では、光吸収層４８の堆積が起こらず、そこ
に飛来した原子は殆どＳｉ₃ Ｎ₄ 膜マスク４６の無い領
域に拡散して堆積する。その結果、光吸収部２２では光
導波層４４が露出している領域が幅の狭いストライプ状
であるから、光吸収層４８の膜厚が厚くなる。一方、光
導波部１８では光導波層４４が全面に露出しているの
で、光吸収層４８の膜厚が厚くならない。中間の光収縮
部２０では、光吸収層４８の膜厚が徐々に厚くなる。こ
のため、図１４（ａ）に示すように、光吸収層４８の膜
厚は光吸収部２２では０．３μm になり、光導波部１８
では０．１μm になり、光収縮部２０では光導波部１８
から光吸収部２２に向かって０．１μm から０．３μm
に徐々に厚くなった。

【００３２】続いて、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜マスク４６をエッチ
ングにより除去し、更に図１４（ｂ）に示すように、光
導波部１８の光導波層４４上の光吸収層４８をエッチン
グにより除去した。次いで、基板上に、順次、ｐ型のＧ
a ＩｎＡs Ｐからなる膜厚３μm の光導波層５０及びｐ
型のＩｎＰからなる膜厚２μm のクラッド層５２を成膜
した。次に、イオン打ち込み法により、プロトンを拡散
させて導電を遮断する電気絶縁層２１を光吸収部２２と
光収縮部２０との間に設け、更に、光吸収部２２のクラ
ッド層２８上に、順次、コンタクト層３０及び配線ため
の金属蒸着層３２を形成した。また、ＩｎＰ基板１２の
厚さを所定の厚さに調整した後に、裏面に配線のための
金属蒸着層３４を形成した。以上の工程により、図１４
（ｃ）に示すような積層構造が形成され、これをへき開
して所望の大きさの本発明に係る光検出器４０を得るこ
とができた。

【００３３】光検出器４０は、図１４（ｃ）に示すよう
に、図４（ｃ）に示す光検出器１００と同じ構成を備え
ており、また光吸収層４８の幅、光導波部１８、光収縮
部２０及び光吸収部２２の長さも実施例１と同じであっ
た。

【００３４】実施例１と同様にして、本実施例で得た光
検出器４０内を導波する光の径をシミュレーションを使
って測定したところ、実施例１について図５に示したも
のと同様な結果を得た。また、本実施例で得た光検出器
４０は、実施例１と同様に、光ファイバや石英光部品等
の光導波体からの光と光検出器１０の受光端面の光の導
波径の整合が取れているために、レンズ等の集光手段を
通さなくても高い効率で光を光検出器４０に導くことが
できる。

【００３５】以上の説明から判るとおり、本発明に係る
光検出器１０、４０は半導体層の積層構造の厚さ方向に
のみｐｎ接合を構成しているので、その製造方法の工程
が前掲公報の製造方法に比べて簡単である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、導波路型受光素子を順
次光の進行方向に沿って設けられた光導波部、光収縮部
及び光吸収部から構成し、光の進行方向に沿って光収縮
部の光吸収層の横方向の幅を減少させると共に厚さを厚
くし、かつ光吸収部の光吸収層をストライプ状に延在さ
せることにより、光吸収層の幅が狭く、ＣＲ時定数が小
さくなって、感度が良く、応答速度が速く、しかも光導
波体との光結合効率が高い導波路型受光素子を実現して
いる。また、本発明方法によれば、本発明に係る導波路
型受光素子を簡単な工程で製造できる方法を実現してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１での第１の工程での基板断面を示す断
面図である。

【図２】順メサ構造の平面形状を示すための平面図であ
る。

【図３】図３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ図２の線Ｉ
−Ｉ、線II−II及び線III −III での断面図である。

【図４】図４（ａ）から（ｃ）はそれぞれ各工程毎の基
板断面を示す断面図である。

【図５】受光した光の導波を示す概念的基板断面図であ
る。

【図６】実施例２での第１の工程での基板断面を示す断
面図である。

【図７】順メサ構造の平面形状を示すための平面図であ
る。

【図８】図８（ａ）から（ｃ）は、それぞれ図７の線IV
−IV、線Ｖ−Ｖ及び線VI−VIでの断面図である。

【図９】実施例２で光導波層を成膜した段階の基板断面
を示す断面図である。

【図１０】実施例２で光吸収層を成膜した段階の基板断
面を示す断面図である。

【図１１】実施例３でＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を成膜した段階の基
板断面を示す断面図である。

【図１２】Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜マスクの平面形状を示すための
平面図である。

【図１３】図１３（ａ）から（ｃ）はそれぞれ図１２の
線VII −VII 、線VIII−VIII及び線IX−IXでの断面図で
ある。

【図１４】図１４（ａ）から（ｃ）は、それぞれ各工程
毎の基板断面を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 第１発明方法及び第２発明方法により形成した光
検出器の層構造 １２ ｎ型のＩｎＰ半導体基板 １４ ｎ型のＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層 １６ ｎ型のＡｌＧａＩｎＡｓからなる光導波層 １８ 光導波部 ２０ 光収縮部 ２２ 光吸収部 ２４ ＡｌＧａＩｎＡｓからなる光吸収層 ２６ ｐ型のＡｌＧａＩｎＡｓからなる光導波層 ２８ ｐ型のＡｌＩｎＡｓからなるクラッド層 ３０ コンタクト層 ３２、３４ 金属蒸着層 ４０ 第３発明方法により形成した光検出器の層構造 ４２ ｎ型のＩｎＰからなるクラッド層 ４４ ｎ型のＧa ＩｎＡs Ｐからなる光導波層 ４６ Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜 ４８ Ｇa ＩｎＡs Ｐからなる光吸収層 ５０ ｐ型のＧa ＩｎＡs Ｐからなる光導波層 ５２ ＩｎＰからなるクラッド層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波層と、光導波層に対して小さい比
   屈折率を有して光導波層を挟むクラッド層とを有する光
   導波部と、 光導波部のクラッド層に連続するクラッド層と、光導波
   部の光導波層に連続する光導波層と、光導波層に接しつ
   つ横方向の幅が光の進行方向に沿って減少すると共に厚
   さが増加する光吸収層とを有する光収縮部と、 ｐｎ接合を構成するクラッド層と、その間に挟まれ、か
   つ一方の端部で光収縮部の光吸収層の幅の狭い方の端部
   に連続し、その端部の幅と厚さでストライプ状に延在す
   る光吸収層とを有する光吸収部とを備えていることを特
   徴とする導波路型受光素子。
2. 【請求項２】 光の進行方向に沿って光導波部と光収縮
   部と光吸収部とを順次備える導波路型受光素子を製造す
   る方法であって、 基板上に所定の波長の光を吸収しない第１の導電型の第
   １半導体層を成膜する工程と、 第１半導体層をエッチングして第１半導体層の順メサ構
   造を形成する工程とを備え、順メサ構造の形成工程で
   は、平面形状で見て、第１半導体層が、光導波部では全
   面に残存し、光収縮部では光の進行方向に沿って幅が減
   少する縮幅領域を、光吸収部では光収縮部の幅が狭くな
   った端部から同じ幅でストライプ状に延在するストライ
   プ領域をそれぞれ形成するようにエッチングされ、 更に、基板上に光吸収層を成長させる工程と光吸収層を
   選択的にエッチングして光収縮部の縮幅領域及び光吸収
   部のストライプ領域以外の領域から光吸収層を除去する
   工程と、 基板上に所定の波長の光を吸収しない第２の導電型の第
   ２半導体層を成膜する工程と、及び第２半導体層上に第
   ２半導体層より屈折率の小さい第２の導電型の第３半導
   体層を成膜する工程とを備えることを特徴とする導波路
   型受光素子の製造方法。
3. 【請求項３】 光の進行方向に沿って光導波部と光収縮
   部と光吸収部とを順次備える導波路型受光素子を製造す
   る方法であって、 基板面をエッチングして基板面に順メサ構造を形成する
   工程を備え、順メサ構造の形成工程では、平面形状で見
   て、基板面が、光導波部では全面に残存し、光収縮部で
   は光の進行方向に沿って幅が減少する縮幅領域を、光吸
   収部では光収縮部の幅が狭くなった端部から同じ幅でス
   トライプ状に延在するストライプ領域をそれぞれ形成す
   るようにエッチングされ、 更に、基板上に所定の波長の光を吸収しない第１の導電
   型の第１半導体層を成膜する工程と、 基板上に光吸収層を成長させる工程と光吸収層を選択的
   にエッチングして光収縮部の縮幅領域及び光吸収部のス
   トライプ領域以外の領域から光吸収層を除去する工程
   と、 基板上に所定の波長の光を吸収しない第２の導電型の第
   ２半導体層を成膜する工程と、及び第２半導体層上に第
   ２半導体層より屈折率の小さい第２の導電型の第３半導
   体層を成膜する工程とを備えることを特徴とする導波路
   型受光素子の製造方法。
4. 【請求項４】 光の進行方向に沿って光導波部と光収縮
   部と光吸収部とを順次備える導波路型受光素子を製造す
   る方法であって、 基板上に所定の波長の光を吸収しない第１の導電型の第
   １半導体層を成膜する工程と、 第１半導体層上に誘電体膜を成膜する工程と、 第１半導体層が、光導波部では全面に露出し、光収縮部
   では光の進行方向に沿って露出面の横方向の幅が減少す
   るように露出し、光吸収部では光収縮部の露出面の幅が
   狭くなった端部から同じ幅でストライプ状に露出するよ
   うに、誘電体膜をエッチングして誘電体膜のマスクパタ
   ーンを形成する工程と、 誘電体膜をマスクにして、基板上に光吸収層を成長させ
   る工程と 光吸収層を選択的にエッチングして光導波部から除去す
   る工程と、 基板上に所定の波長の光を吸収しない第２の導電型の第
   ２半導体層を成膜する工程と、及び第２半導体層上に第
   ２半導体層より屈折率の小さい第２の導電型の第３半導
   体層を成膜する工程とを備えることを特徴とする導波路
   型受光素子の製造方法。