JPH09153638A - 導波路型半導体受光装置およびその製造方法 - Google Patents
導波路型半導体受光装置およびその製造方法Info
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- JPH09153638A JPH09153638A JP7334298A JP33429895A JPH09153638A JP H09153638 A JPH09153638 A JP H09153638A JP 7334298 A JP7334298 A JP 7334298A JP 33429895 A JP33429895 A JP 33429895A JP H09153638 A JPH09153638 A JP H09153638A
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射端の幅を広げても導波路での損失が生じ
ないようにする。導波路と受光素子との結合効率を向上
させる。 【構成】 半導体基板１０１上に、光入射側からＰＤ部
に向かって幅が連続的に減少するテーパ導波路１０２
と、このテーパ導波路と光学的に結合された受光素子１
０３とが集積化される。テーパ導波路１０２は、第１ク
ラッド層１０４、コア層１０５、第２クラッド層１０５
により構成されるが、テーパ導波路１０２の幅は受光素
子１０３に向かって徐々に狭くなると共にその膜厚が連
続的に厚くなり、かつ、コア層１０５の屈折率が受光素
子側に向かって連続的に高くなっている。コア層１０５
をＰＤ部にまで引き延ばし、ＰＤ部でのバンドギャップ
波長を信号光の波長以上となるようにして、コア層の延
長部を受光素子１０３の光吸収層とすることができる。
ないようにする。導波路と受光素子との結合効率を向上
させる。 【構成】 半導体基板１０１上に、光入射側からＰＤ部
に向かって幅が連続的に減少するテーパ導波路１０２
と、このテーパ導波路と光学的に結合された受光素子１
０３とが集積化される。テーパ導波路１０２は、第１ク
ラッド層１０４、コア層１０５、第２クラッド層１０５
により構成されるが、テーパ導波路１０２の幅は受光素
子１０３に向かって徐々に狭くなると共にその膜厚が連
続的に厚くなり、かつ、コア層１０５の屈折率が受光素
子側に向かって連続的に高くなっている。コア層１０５
をＰＤ部にまで引き延ばし、ＰＤ部でのバンドギャップ
波長を信号光の波長以上となるようにして、コア層の延
長部を受光素子１０３の光吸収層とすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に、
光導波路とこれに光学的に結合された半導体受光素子と
が集積化されている導波路型半導体受光装置に関するも
のである。
光導波路とこれに光学的に結合された半導体受光素子と
が集積化されている導波路型半導体受光装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体を用いた半導体受光素子は
光ファイバの低損失領域である１．３μｍ〜１．５μｍ
の波長の光に感度をもつ素子が容易に得られることから
光通信用素子として広く用いられている。この光通信用
受光素子の一例としてＩｎＧａＡｓ ｐｉｎフォトダイ
オードが挙げられるが、応答特性の高速化、受信感度の
向上がこの素子には求められている。
光ファイバの低損失領域である１．３μｍ〜１．５μｍ
の波長の光に感度をもつ素子が容易に得られることから
光通信用素子として広く用いられている。この光通信用
受光素子の一例としてＩｎＧａＡｓ ｐｉｎフォトダイ
オードが挙げられるが、応答特性の高速化、受信感度の
向上がこの素子には求められている。
【０００３】受信感度の改善に求められる光電変換効率
を向上させるためには、光吸収層に垂直に光が入射する
場合、ＩｎＧａＡｓ光吸収層を厚くすればよいが、ある
程度以上厚くするとキャリアの走行時間制限により応答
速度の劣化が起こってくるため無制限に厚くすることは
できない。そこで、このトレードオフの関係を解決する
素子構造として導波路と受光素子とを集積化した導波路
型受光装置が注目されている。この受光装置では入射光
を光吸収層と平行な方向から入射させることにより、高
速、かつ高感度な素子特性が得られる。
を向上させるためには、光吸収層に垂直に光が入射する
場合、ＩｎＧａＡｓ光吸収層を厚くすればよいが、ある
程度以上厚くするとキャリアの走行時間制限により応答
速度の劣化が起こってくるため無制限に厚くすることは
できない。そこで、このトレードオフの関係を解決する
素子構造として導波路と受光素子とを集積化した導波路
型受光装置が注目されている。この受光装置では入射光
を光吸収層と平行な方向から入射させることにより、高
速、かつ高感度な素子特性が得られる。
【０００４】但し、この導波路付ｐｉｎフォトダイオー
ドはファイバ入力との結合トレランスが低いという問題
点を有する。即ち、帯域５０ＧＨｚ程度の導波路付ｐｉ
ｎフォトダイオードの入射端面は導波路幅５μｍ程度、
光吸収層厚０．５μｍ程度で、通常の面入射型ｐｉｎフ
ォトダイオードと比較して極めて微小であり、入射端面
位置が入射光の焦点位置から僅かにずれただけで感度は
大きく劣化する。また、帯域が５０ＧＨｚを超える導波
路付ｐｉｎフォトダイオードでは、素子容量を低減する
ために導波路幅をさらに２μｍ以下にまで狭くする必要
があり、このような場合にはたとえ焦点位置からのずれ
がない場合でも結合効率自体の低下のために感度が劣化
するという問題も生じる。
ドはファイバ入力との結合トレランスが低いという問題
点を有する。即ち、帯域５０ＧＨｚ程度の導波路付ｐｉ
ｎフォトダイオードの入射端面は導波路幅５μｍ程度、
光吸収層厚０．５μｍ程度で、通常の面入射型ｐｉｎフ
ォトダイオードと比較して極めて微小であり、入射端面
位置が入射光の焦点位置から僅かにずれただけで感度は
大きく劣化する。また、帯域が５０ＧＨｚを超える導波
路付ｐｉｎフォトダイオードでは、素子容量を低減する
ために導波路幅をさらに２μｍ以下にまで狭くする必要
があり、このような場合にはたとえ焦点位置からのずれ
がない場合でも結合効率自体の低下のために感度が劣化
するという問題も生じる。
【０００５】導波路付ｐｉｎフォトダイオードにおける
このような結合トレランス、結合効率低下の問題を解決
するための従来の技術として、素子の入射端側にテーパ
形状に加工した導波路（以下、テーパ導波路と略記）を
集積化し、入射光のスポットサイズを変換して素子に導
くことが行われている。そのような従来技術による集積
回路の一例（IEICE TRANS.ELECTRON.,VOL.E-76-C,No.2
p.214,1993）を図１３に示す。この従来例では、半絶縁
性ＩｎＰ基板２１上に、ＩｎＰバッファ層２２、ｐ+−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３、ｎ- −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層２４を設け、その上に一部重なるように、ｎ+
−ＩｎＰクラッド層２５、ｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰコア層
２６、ｎ+ −ＩｎＰクラッド層２７からなるテーパ状導
波路を設け、さらに、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層２３上にｐ側電極２８を、ｎ+ −ＩｎＰクラッド層２
７上にｎ側電極２９を設けている。そして、テーパ導波
路幅をｐｉｎフォトダイオード側ではｐｉｎフォトダイ
オードと一致させて１〜２μｍとし、そこから徐々に幅
を広げて入射端面では４μｍと広くすることで入射光と
の結合効率を向上させている。
このような結合トレランス、結合効率低下の問題を解決
するための従来の技術として、素子の入射端側にテーパ
形状に加工した導波路（以下、テーパ導波路と略記）を
集積化し、入射光のスポットサイズを変換して素子に導
くことが行われている。そのような従来技術による集積
回路の一例（IEICE TRANS.ELECTRON.,VOL.E-76-C,No.2
p.214,1993）を図１３に示す。この従来例では、半絶縁
性ＩｎＰ基板２１上に、ＩｎＰバッファ層２２、ｐ+−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３、ｎ- −ＩｎＧａＡｓ
光吸収層２４を設け、その上に一部重なるように、ｎ+
−ＩｎＰクラッド層２５、ｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰコア層
２６、ｎ+ −ＩｎＰクラッド層２７からなるテーパ状導
波路を設け、さらに、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層２３上にｐ側電極２８を、ｎ+ −ＩｎＰクラッド層２
７上にｎ側電極２９を設けている。そして、テーパ導波
路幅をｐｉｎフォトダイオード側ではｐｉｎフォトダイ
オードと一致させて１〜２μｍとし、そこから徐々に幅
を広げて入射端面では４μｍと広くすることで入射光と
の結合効率を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１３の従来例のよう
なテーパ導波路においては、入射端面側の導波路幅をあ
る程度以上広げると、水平方向の導波モードとして新た
な高次モードが存在し得るようになる。一方、テーパ導
波路のｐｉｎフォトダイオード側端面では導波路幅が狭
く、この高次モードはカットオフとなっており、入射端
面に於いて励振されたこの高次モード光はテーパ導波路
を伝搬する途中で全て放射され損失となってしまう（図
８参照）。従って入射端面側の導波路幅はこのような問
題が生じない範囲でしか広げることができず、必ずしも
十分な結合トレランスが得られないという問題点があっ
た。
なテーパ導波路においては、入射端面側の導波路幅をあ
る程度以上広げると、水平方向の導波モードとして新た
な高次モードが存在し得るようになる。一方、テーパ導
波路のｐｉｎフォトダイオード側端面では導波路幅が狭
く、この高次モードはカットオフとなっており、入射端
面に於いて励振されたこの高次モード光はテーパ導波路
を伝搬する途中で全て放射され損失となってしまう（図
８参照）。従って入射端面側の導波路幅はこのような問
題が生じない範囲でしか広げることができず、必ずしも
十分な結合トレランスが得られないという問題点があっ
た。
【０００７】また、この従来例ではテーパ導波路のコア
層とｐｉｎフォトダイオードのコア層（光吸収層）とが
少なくとも２回の結晶成長によって各々形成され、そし
て結晶成長間に結晶層のエッチング工程が加わるため、
テーパ導波路−ｐｉｎフォトダイオード間の高結合効率
を高い歩留まりで実現するのが難しいという問題点があ
った。よって、本発明の目的とするところは、第１に、
テーパ導波路の光入射側の幅を広くしてもテーパ導波路
中において光損失が生じることのないようにすることで
あり、第２に、光導波路と受光素子との結合効率を高め
ることである。
層とｐｉｎフォトダイオードのコア層（光吸収層）とが
少なくとも２回の結晶成長によって各々形成され、そし
て結晶成長間に結晶層のエッチング工程が加わるため、
テーパ導波路−ｐｉｎフォトダイオード間の高結合効率
を高い歩留まりで実現するのが難しいという問題点があ
った。よって、本発明の目的とするところは、第１に、
テーパ導波路の光入射側の幅を広くしてもテーパ導波路
中において光損失が生じることのないようにすることで
あり、第２に、光導波路と受光素子との結合効率を高め
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による導波路型半導体受光装置は、半導体基
板上に、受動導波路とこれにより導波された信号光を受
光する受光素子とが集積化されている導波路型半導体受
光装置において、受動導波路の導波層は、光入射側から
受光素子側に向かって幅が漸減し厚さが漸増するととも
に屈折率が漸増していることを特徴としている。
めの本発明による導波路型半導体受光装置は、半導体基
板上に、受動導波路とこれにより導波された信号光を受
光する受光素子とが集積化されている導波路型半導体受
光装置において、受動導波路の導波層は、光入射側から
受光素子側に向かって幅が漸減し厚さが漸増するととも
に屈折率が漸増していることを特徴としている。
【０００９】また、上記の目的を達成するための本発明
による導波路型半導体受光装置の製造方法は、（１）化
合物半導体基板上に、マスク間間隔が導波路部では光入
射側からフォトダイオード部に向かって狭くなりフォト
ダイオード部では一定間隔の、マスク幅が導波路部では
一定幅またはフォトダイオード部に向かって漸増し、フ
ォトダイオード部では一定幅の一対の誘電体マスクを形
成する工程と、（２）化合物半導体基板上に、前記誘電
体マスクを成長マスクとして、有機金属気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法により、下層クラッド層、コア層、上層クラ
ッド層を順次成長させる工程と、（３）前記誘電体マス
クを除去し、前記第（２）の工程において形成した半導
体層を埋め込み半導体層によって埋め込む工程と、を有
することを特徴としている。
による導波路型半導体受光装置の製造方法は、（１）化
合物半導体基板上に、マスク間間隔が導波路部では光入
射側からフォトダイオード部に向かって狭くなりフォト
ダイオード部では一定間隔の、マスク幅が導波路部では
一定幅またはフォトダイオード部に向かって漸増し、フ
ォトダイオード部では一定幅の一対の誘電体マスクを形
成する工程と、（２）化合物半導体基板上に、前記誘電
体マスクを成長マスクとして、有機金属気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法により、下層クラッド層、コア層、上層クラ
ッド層を順次成長させる工程と、（３）前記誘電体マス
クを除去し、前記第（２）の工程において形成した半導
体層を埋め込み半導体層によって埋め込む工程と、を有
することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の実施の形
態を説明するための平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ
−Ａ線での断面図である。本発明による受光装置におい
ては、図１に示されるように、半導体基板１０１上に、
光入射側からＰＤ部に向かって幅が連続的に減少するテ
ーパ導波路１０２と、このテーパ導波路と光学的に結合
された受光素子１０３とが集積化される。
態を説明するための平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ
−Ａ線での断面図である。本発明による受光装置におい
ては、図１に示されるように、半導体基板１０１上に、
光入射側からＰＤ部に向かって幅が連続的に減少するテ
ーパ導波路１０２と、このテーパ導波路と光学的に結合
された受光素子１０３とが集積化される。
【００１１】図１（ｂ）に示されるように、テーパ導波
路１０２は、第１クラッド層１０４、コア層１０５、第
２クラッド層１０５により構成されるが、本発明の受光
装置において特徴的なことは、テーパ導波路１０２の幅
が受光素子１０３に向かって徐々に狭くなると共にその
膜厚が連続的に厚くなり、かつ、コア層１０５の屈折率
が受光素子側に向かって連続的に高くなっていることで
ある。このように構成されたテーパ導波路においては、
高次モードの入射光も外部に放射することなくＰＤ部に
伝搬することができるため、入射側の幅を広くすること
ができ、結合トレランスを緩和することができる。
路１０２は、第１クラッド層１０４、コア層１０５、第
２クラッド層１０５により構成されるが、本発明の受光
装置において特徴的なことは、テーパ導波路１０２の幅
が受光素子１０３に向かって徐々に狭くなると共にその
膜厚が連続的に厚くなり、かつ、コア層１０５の屈折率
が受光素子側に向かって連続的に高くなっていることで
ある。このように構成されたテーパ導波路においては、
高次モードの入射光も外部に放射することなくＰＤ部に
伝搬することができるため、入射側の幅を広くすること
ができ、結合トレランスを緩和することができる。
【００１２】コア層１０５をＰＤ部にまで引き延ばし、
ＰＤ部でのバンドギャップ波長を信号光の波長以上とな
るようにして、コア層の延長部を受光素子１０３の光吸
収層とすることができる。あるいは、コア層１０５のＰ
Ｄ部での延長部でのバンドギャップ波長を信号光波長よ
り短波長とすることにより受光素子内部に導波路を形成
するようにすることができる。この場合にはコア層１０
５とは別の層に光吸収層を設けることになる。
ＰＤ部でのバンドギャップ波長を信号光の波長以上とな
るようにして、コア層の延長部を受光素子１０３の光吸
収層とすることができる。あるいは、コア層１０５のＰ
Ｄ部での延長部でのバンドギャップ波長を信号光波長よ
り短波長とすることにより受光素子内部に導波路を形成
するようにすることができる。この場合にはコア層１０
５とは別の層に光吸収層を設けることになる。
【００１３】コア層１０５（その延長部に連続して光吸
収層を形成する場合にはこの光吸収層も）は、単一の半
導体層あるいは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすること
ができる。コア層を形成するための半導体層としては、
ＩｎＧａＡｓＰの単層、ＩｎＡｌＧａＡｓの単層、
ＩｎＧａＡｓをウェル層としＩｎＧａＡｓＰをバリア
層とする多重量子井戸構造、ＩｎＧａＡｓをウェル層
としＩｎＡｌＧａＡｓををバリア層とする多重量子井戸
構造、ＩｎＧａＡｓＰをウェル層としＩｎＧａＡｓＰ
をバリア層とする多重量子井戸構造、ＩｎＡｌＧａＡ
ｓをウェル層としＩｎＡｌＧａＡｓをバリア層とする多
重量子井戸構造、のいずれかを用いることができる。
収層を形成する場合にはこの光吸収層も）は、単一の半
導体層あるいは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすること
ができる。コア層を形成するための半導体層としては、
ＩｎＧａＡｓＰの単層、ＩｎＡｌＧａＡｓの単層、
ＩｎＧａＡｓをウェル層としＩｎＧａＡｓＰをバリア
層とする多重量子井戸構造、ＩｎＧａＡｓをウェル層
としＩｎＡｌＧａＡｓををバリア層とする多重量子井戸
構造、ＩｎＧａＡｓＰをウェル層としＩｎＧａＡｓＰ
をバリア層とする多重量子井戸構造、ＩｎＡｌＧａＡ
ｓをウェル層としＩｎＡｌＧａＡｓをバリア層とする多
重量子井戸構造、のいずれかを用いることができる。
【００１４】図１に示す構造の受光装置は、図２
（ａ）、（ｂ）に示すような誘電体マスク１０７を半導
体基板１０１上に形成し、有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により、導波路を構成する半導体層を成長させる
ことにより形成することができる。図２（ａ）に示され
るように、テーパ導波路部でのマスク間幅がＰＤ部側に
向かって徐々に狭まるとき、成長する半導体層の膜厚は
幅が狭まるにつれて厚くなる。そして、例えば、ＩｎＧ
ａＡｓＰをコア層として成長させるとき、マスク間隔が
狭くなるほど成長する半導体層の組成は、バンドギャッ
プ波長が長波長側に移動し、また屈折率が高くなるよう
に変化する。
（ａ）、（ｂ）に示すような誘電体マスク１０７を半導
体基板１０１上に形成し、有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により、導波路を構成する半導体層を成長させる
ことにより形成することができる。図２（ａ）に示され
るように、テーパ導波路部でのマスク間幅がＰＤ部側に
向かって徐々に狭まるとき、成長する半導体層の膜厚は
幅が狭まるにつれて厚くなる。そして、例えば、ＩｎＧ
ａＡｓＰをコア層として成長させるとき、マスク間隔が
狭くなるほど成長する半導体層の組成は、バンドギャッ
プ波長が長波長側に移動し、また屈折率が高くなるよう
に変化する。
【００１５】この傾向は、マスク幅が広くなるにつれて
著しくなる。従って、図２（ａ）に示すマスクを用いる
場合よりも図２（ｂ）に示すマスクを用いて成長を行う
場合の方がテーパ導波路部におけるコア層の膜厚、バン
ドギャップ波長、屈折率の増加傾向は大きくなる。ま
た、図２（ａ）に示すように、ＰＤ部におけるマスク幅
をテーパ導波路部におけるそれより十分に大きくすると
き、ＰＤ部において成長するコア層のバンドギャップ波
長を信号光の波長以上にすることが可能になり、この層
を光吸収層として用いることが可能になる。
著しくなる。従って、図２（ａ）に示すマスクを用いる
場合よりも図２（ｂ）に示すマスクを用いて成長を行う
場合の方がテーパ導波路部におけるコア層の膜厚、バン
ドギャップ波長、屈折率の増加傾向は大きくなる。ま
た、図２（ａ）に示すように、ＰＤ部におけるマスク幅
をテーパ導波路部におけるそれより十分に大きくすると
き、ＰＤ部において成長するコア層のバンドギャップ波
長を信号光の波長以上にすることが可能になり、この層
を光吸収層として用いることが可能になる。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］図３〜図６は、本発明の第１の実施例
を示す導波路付ｐｉｎフォトダイオードの製造方法を説
明するための、工程順の平面図乃至断面図である。ま
ず、図３の平面図あるいは図４の断面図に示すように、
（００１）面を有する半絶縁性型ＩｎＰ基板１上にｎ+
−ＩｎＰ低抵抗層（１×１０18ｃｍ-3）２を厚さ１μｍ
に成長させる。次に、その上にＳｉＯ2 膜３を熱ＣＶＤ
法により形成した後、これを通常のフォトリソグラフィ
工程およびエッチング工程によりパターニングして図３
に示すようなパターンの成長マスクを形成する。
て説明する。 ［第１の実施例］図３〜図６は、本発明の第１の実施例
を示す導波路付ｐｉｎフォトダイオードの製造方法を説
明するための、工程順の平面図乃至断面図である。ま
ず、図３の平面図あるいは図４の断面図に示すように、
（００１）面を有する半絶縁性型ＩｎＰ基板１上にｎ+
−ＩｎＰ低抵抗層（１×１０18ｃｍ-3）２を厚さ１μｍ
に成長させる。次に、その上にＳｉＯ2 膜３を熱ＣＶＤ
法により形成した後、これを通常のフォトリソグラフィ
工程およびエッチング工程によりパターニングして図３
に示すようなパターンの成長マスクを形成する。
【００１７】このパターンは互いに線対称の関係にある
一対のＳｉＯ2 膜からなり、これらのマスクパターンに
挟まれた領域が導波路を形成する領域である。この導波
路の幅はＰＤ部４では５μｍ、テーパ導波路部５ではＰ
Ｄ側（図３中、Ａ２−Ａ２線部）から入射端側（同図
中、Ａ１−Ａ１線部）に向かって連続的に幅が広がり、
入射端部では１５μｍとなっている。またマスクの幅は
ＰＤ部４で５０μｍ、テーパ導波路部５ではこれより狭
く２０μｍとなっている。導波路方向は［１１０］であ
る。次に、有機金属気相成長法により、この膜ＳｉＯ2
膜３を選択成長マスクとしてｎ+ −ＩｎＰバッファ層
（クラッド層）（１×１０18ｃｍ-3）６、ｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓＰ層（１×１０15ｃｍ-3）７、ｎ- −ＩｎＰクラ
ッド層（１×１０16ｃｍ-3）８を形成する。ＰＤ部４に
おけるこれら結晶層の層厚はそれぞれ０．１μｍ、０．
５μｍ、０．２μｍである。このときｎ- −ＩｎＧａＡ
ｓＰ層７はＰＤ部４とテーパ導波路部５とでは組成、層
厚が異なり、さらにテーパ導波路部５ではＰＤ側から入
射端側に向かって組成、層厚が連続的に変化したものが
得られる（特開平４−２４３２１６号公報参照）。
一対のＳｉＯ2 膜からなり、これらのマスクパターンに
挟まれた領域が導波路を形成する領域である。この導波
路の幅はＰＤ部４では５μｍ、テーパ導波路部５ではＰ
Ｄ側（図３中、Ａ２−Ａ２線部）から入射端側（同図
中、Ａ１−Ａ１線部）に向かって連続的に幅が広がり、
入射端部では１５μｍとなっている。またマスクの幅は
ＰＤ部４で５０μｍ、テーパ導波路部５ではこれより狭
く２０μｍとなっている。導波路方向は［１１０］であ
る。次に、有機金属気相成長法により、この膜ＳｉＯ2
膜３を選択成長マスクとしてｎ+ −ＩｎＰバッファ層
（クラッド層）（１×１０18ｃｍ-3）６、ｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓＰ層（１×１０15ｃｍ-3）７、ｎ- −ＩｎＰクラ
ッド層（１×１０16ｃｍ-3）８を形成する。ＰＤ部４に
おけるこれら結晶層の層厚はそれぞれ０．１μｍ、０．
５μｍ、０．２μｍである。このときｎ- −ＩｎＧａＡ
ｓＰ層７はＰＤ部４とテーパ導波路部５とでは組成、層
厚が異なり、さらにテーパ導波路部５ではＰＤ側から入
射端側に向かって組成、層厚が連続的に変化したものが
得られる（特開平４−２４３２１６号公報参照）。
【００１８】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ
図３中のＡ１−Ａ１線、Ａ２−Ａ２線、Ａ３−Ａ３線に
おける選択成長後における断面図である。ｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓＰ層７は図４（ｃ）に於いては通常光通信で用い
る１．５５μｍ帯の入射光に対して十分な吸収係数を持
つｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層７ｃ（バンドギャップ
波長λｇ＝１．５５μｍ）として働き、図４（ａ）、
（ｂ）においては入射光に対して十分低損失なｎ- −Ｉ
ｎＧａＡｓＰコア層７ａ（バンドギャップ波長λｇ＝
１．１５μｍ）、７ｂ（バンドギャップ波長λｇ＝１．
４５μｍ）として働く。
図３中のＡ１−Ａ１線、Ａ２−Ａ２線、Ａ３−Ａ３線に
おける選択成長後における断面図である。ｎ- −ＩｎＧ
ａＡｓＰ層７は図４（ｃ）に於いては通常光通信で用い
る１．５５μｍ帯の入射光に対して十分な吸収係数を持
つｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層７ｃ（バンドギャップ
波長λｇ＝１．５５μｍ）として働き、図４（ａ）、
（ｂ）においては入射光に対して十分低損失なｎ- −Ｉ
ｎＧａＡｓＰコア層７ａ（バンドギャップ波長λｇ＝
１．１５μｍ）、７ｂ（バンドギャップ波長λｇ＝１．
４５μｍ）として働く。
【００１９】ここでｎ- −ＩｎＧａＡｓＰコア層７ａ、
７ｂ、光吸収層７ｃのそれぞれに組成、層厚の差が生ず
るのは、ＳｉＯ2 膜３のマスク幅および導波路幅のみに
依存しており、これらは一回の結晶成長で同時にかつ連
結して形成される。次の工程では、図５（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）〔これらの図はそれぞれ図４の（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に対応している〕に示すように、ＳｉＯ
2 膜３を除去したのち、選択成長層を埋め込む形でｎ-
−ＩｎＰ埋め込み層（１×１０16ｃｍ-3）９を膜厚１μ
ｍに成長させる。
７ｂ、光吸収層７ｃのそれぞれに組成、層厚の差が生ず
るのは、ＳｉＯ2 膜３のマスク幅および導波路幅のみに
依存しており、これらは一回の結晶成長で同時にかつ連
結して形成される。次の工程では、図５（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）〔これらの図はそれぞれ図４の（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に対応している〕に示すように、ＳｉＯ
2 膜３を除去したのち、選択成長層を埋め込む形でｎ-
−ＩｎＰ埋め込み層（１×１０16ｃｍ-3）９を膜厚１μ
ｍに成長させる。
【００２０】この後、図５（ｃ）に示すように、Ｚｎの
選択熱拡散でＰＤ部４の上部にのみｐ型高濃度領域１０
を選択的に形成する。次に、図６（ａ）、（ｂ）〔図６
（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図〕に示すよう
に、パッド形成領域１１におけるエピタキシャル成長層
をエッチング除去して半絶縁性ＩｎＰ基板１の表面を露
出させる。その後、図５および図６に示すように、絶縁
膜としてのＳｉＮ膜１２を形成しこれに電極窓開けを行
った後、ｐ型高濃度領域１０上にこれとコンタクトをと
るｐ側電極としてのＴｉＡｕ膜１３を、ｎ- −ＩｎＰ埋
め込み層９上にこれとコンタクトをとるｎ側電極として
のＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４をそれぞれ形成し、ア
ロイ化熱処理を行う。
選択熱拡散でＰＤ部４の上部にのみｐ型高濃度領域１０
を選択的に形成する。次に、図６（ａ）、（ｂ）〔図６
（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図〕に示すよう
に、パッド形成領域１１におけるエピタキシャル成長層
をエッチング除去して半絶縁性ＩｎＰ基板１の表面を露
出させる。その後、図５および図６に示すように、絶縁
膜としてのＳｉＮ膜１２を形成しこれに電極窓開けを行
った後、ｐ型高濃度領域１０上にこれとコンタクトをと
るｐ側電極としてのＴｉＡｕ膜１３を、ｎ- −ＩｎＰ埋
め込み層９上にこれとコンタクトをとるｎ側電極として
のＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４をそれぞれ形成し、ア
ロイ化熱処理を行う。
【００２１】このときｐ側電極のパッド電極部１３ａは
パッド形成領域１１上に形成する。また、図６に示され
るように、ＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４はＴｉＡｕ膜
１３を挟んで両側に形成され、これらがテーパ導波路上
で接続された形状を持つ。最後に基板裏面に、素子をＡ
ｎＳｎ半田などで固定するときのためのＴｉＡｕ膜１５
を形成する。
パッド形成領域１１上に形成する。また、図６に示され
るように、ＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４はＴｉＡｕ膜
１３を挟んで両側に形成され、これらがテーパ導波路上
で接続された形状を持つ。最後に基板裏面に、素子をＡ
ｎＳｎ半田などで固定するときのためのＴｉＡｕ膜１５
を形成する。
【００２２】次に、本発明の第１の実施例の効果につい
て説明する。先に述べたように、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ
層７のバンドギャップ波長λｇは素子内の各部で異な
る。ＰＤ部では１．５５μｍとなっており、波長１．５
５μの入射信号光に対して十分な吸収係数を持つ光吸収
層として働く一方、テーパ導波路部ではλｇ＝１．４５
〜１．１５μｍとなっており、このテーパ導波路は十分
低損失なスポットサイズ変換器として働く。しかもこの
ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層７は１回の結晶成長で連結して
形成されるためＰＤ部とテーパ導波路部との境界部に再
成長界面を含まず、極めて高い結合効率が得られる。
て説明する。先に述べたように、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ
層７のバンドギャップ波長λｇは素子内の各部で異な
る。ＰＤ部では１．５５μｍとなっており、波長１．５
５μの入射信号光に対して十分な吸収係数を持つ光吸収
層として働く一方、テーパ導波路部ではλｇ＝１．４５
〜１．１５μｍとなっており、このテーパ導波路は十分
低損失なスポットサイズ変換器として働く。しかもこの
ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層７は１回の結晶成長で連結して
形成されるためＰＤ部とテーパ導波路部との境界部に再
成長界面を含まず、極めて高い結合効率が得られる。
【００２３】さらに、第１の実施例の別の効果について
図７、図８を参照して説明する。図７（ａ）は、本実施
例による受光装置のテーパ導波路部およびＰＤ部におけ
るｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層７を模式的に表したものであ
る。図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図７（ａ）
中の（イ）（ＰＤ部）、（ロ）（テーパ導波路部のＰＤ
側端面）、（ハ）（テーパ導波路部の入射側端面）の各
部における導波路断面での、１．５５μｍ光に対する屈
折率分布をモデル化したものである。ＩｎＧａＡｓＰコ
ア層の屈折率、層厚は各部で異なっている。
図７、図８を参照して説明する。図７（ａ）は、本実施
例による受光装置のテーパ導波路部およびＰＤ部におけ
るｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層７を模式的に表したものであ
る。図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図７（ａ）
中の（イ）（ＰＤ部）、（ロ）（テーパ導波路部のＰＤ
側端面）、（ハ）（テーパ導波路部の入射側端面）の各
部における導波路断面での、１．５５μｍ光に対する屈
折率分布をモデル化したものである。ＩｎＧａＡｓＰコ
ア層の屈折率、層厚は各部で異なっている。
【００２４】また、図７（ａ）の（イ）、（ロ）、
（ハ）部に示した曲線はそれぞれ同図（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）の屈折率分布モデルを用いて計算した水平横モー
ドの６次モード光の電界分布である。図８は本発明によ
らずにテーパ導波路とＰＤとを多数回の結晶成長により
集積化した例で、ＩｎＧａＡｓＰコア層の屈折率、層厚
はテーパ導波路内でどこでも一定となっている。図８
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図７
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応しており、また
図８（ａ）の（ニ）、（ホ）、（ヘ）は、図７（ａ）の
（イ）、（ロ）、（ハ）に対応している。
（ハ）部に示した曲線はそれぞれ同図（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）の屈折率分布モデルを用いて計算した水平横モー
ドの６次モード光の電界分布である。図８は本発明によ
らずにテーパ導波路とＰＤとを多数回の結晶成長により
集積化した例で、ＩｎＧａＡｓＰコア層の屈折率、層厚
はテーパ導波路内でどこでも一定となっている。図８
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図７
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応しており、また
図８（ａ）の（ニ）、（ホ）、（ヘ）は、図７（ａ）の
（イ）、（ロ）、（ハ）に対応している。
【００２５】テーパ導波路部の入射側端面における導波
モードは、水平横モードとして０次モードから６次モー
ドまで存在する。図８の例では、ＩｎＧａＡｓＰコア層
の層厚、屈折率がテーパ導波路内で一定であるため、テ
ーパ導波路部のＰＤ側端面（図８（ａ）の（ホ）の位
置）では導波路幅が狭くなることにより次数の高いモー
ドはカットオフとなり大きな放射損失が生じる。実際、
図８（ｃ）の屈折率分布モデルでは水平横モードとして
２次モードまでしか存在せず、テーパ導波路入射端で励
起された３次〜６次モードはテーパ導波路部を伝搬する
途中で放射されてしまうので感度が低下する。
モードは、水平横モードとして０次モードから６次モー
ドまで存在する。図８の例では、ＩｎＧａＡｓＰコア層
の層厚、屈折率がテーパ導波路内で一定であるため、テ
ーパ導波路部のＰＤ側端面（図８（ａ）の（ホ）の位
置）では導波路幅が狭くなることにより次数の高いモー
ドはカットオフとなり大きな放射損失が生じる。実際、
図８（ｃ）の屈折率分布モデルでは水平横モードとして
２次モードまでしか存在せず、テーパ導波路入射端で励
起された３次〜６次モードはテーパ導波路部を伝搬する
途中で放射されてしまうので感度が低下する。
【００２６】これに対して図７の本実施例ではテーパ導
波路の入射側からＰＤ側に向かって連続的にＩｎＧａＡ
ｓＰコア層の層厚は厚く、屈折率は高くなっており、導
波路幅が狭くなっても高次モードがカットオフされな
い。実際、図７の例では同図（ａ）で示したように入射
側で励起される最も次数の高い６次モード光でさえカッ
トオフされることなくＰＤ側まで導波される。したがっ
て、本発明によりカットオフによる放射損失がなく、極
めて高感度で、かつ結合トレランスが高い受光装置が実
現される。
波路の入射側からＰＤ側に向かって連続的にＩｎＧａＡ
ｓＰコア層の層厚は厚く、屈折率は高くなっており、導
波路幅が狭くなっても高次モードがカットオフされな
い。実際、図７の例では同図（ａ）で示したように入射
側で励起される最も次数の高い６次モード光でさえカッ
トオフされることなくＰＤ側まで導波される。したがっ
て、本発明によりカットオフによる放射損失がなく、極
めて高感度で、かつ結合トレランスが高い受光装置が実
現される。
【００２７】なお、第１の実施例では、ｎ- −ＩｎＧａ
ＡｓＰ層７のバンドギャップ波長λｇがＰＤ部４で１．
５５μｍとなっている例を示し、その効果を説明した
が、１．５５μｍよりさらに長波長である場合でも同様
の効果が得られる。また、テーパ導波路部５のコア層お
よびＰＤ部４の光吸収層としてｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層
７の代わりにｎ- −ＩｎＡｌＧａＡｓ層を用いた場合で
も同様の効果が得られる。
ＡｓＰ層７のバンドギャップ波長λｇがＰＤ部４で１．
５５μｍとなっている例を示し、その効果を説明した
が、１．５５μｍよりさらに長波長である場合でも同様
の効果が得られる。また、テーパ導波路部５のコア層お
よびＰＤ部４の光吸収層としてｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層
７の代わりにｎ- −ＩｎＡｌＧａＡｓ層を用いた場合で
も同様の効果が得られる。
【００２８】次に、第１の実施例においてｎ+ −ＩｎＰ
低抵抗層２、ＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４を用いたこ
とによる効果について説明する。本実施例のｎ側電極
は、図５（ｃ）に示したように、半絶縁性基板上に水平
方向に広がった構造を持つ。一般にこのような横型電極
における寄生抵抗値は、半導体層のシート抵抗、半導体
層と電極とのコンタクト抵抗率および電流と垂直方向の
電極幅で決定される。ｎ+ −ＩｎＰ低抵抗層２はこのう
ちシート抵抗を低減する効果をもつ。シート抵抗は半導
体層の濃度にほぼ反比例するため、この実施例の場合で
はｎ+ −ＩｎＰ低抵抗層２を用いない場合と比べシート
抵抗を約１００分の１に低減することができる。また、
図６に示したようにＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４はＴ
ｉＡｕ膜１３を挟んでその両側に形成され、かつこれら
が接続されているので寄生抵抗をさらに半減することが
できる。これらの効果により本実施例では寄生抵抗が極
めて低く、高速応答特性に優れた素子が実現される。
低抵抗層２、ＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４を用いたこ
とによる効果について説明する。本実施例のｎ側電極
は、図５（ｃ）に示したように、半絶縁性基板上に水平
方向に広がった構造を持つ。一般にこのような横型電極
における寄生抵抗値は、半導体層のシート抵抗、半導体
層と電極とのコンタクト抵抗率および電流と垂直方向の
電極幅で決定される。ｎ+ −ＩｎＰ低抵抗層２はこのう
ちシート抵抗を低減する効果をもつ。シート抵抗は半導
体層の濃度にほぼ反比例するため、この実施例の場合で
はｎ+ −ＩｎＰ低抵抗層２を用いない場合と比べシート
抵抗を約１００分の１に低減することができる。また、
図６に示したようにＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜１４はＴ
ｉＡｕ膜１３を挟んでその両側に形成され、かつこれら
が接続されているので寄生抵抗をさらに半減することが
できる。これらの効果により本実施例では寄生抵抗が極
めて低く、高速応答特性に優れた素子が実現される。
【００２９】［第２の実施例］次に、本発明の第２の実
施例について図９を参照して説明する。図９は、ＳｉＯ
2 膜３で形成された選択成長マスクパターンで、第１の
実施例における図３に対応している。図３のパターンと
異なる点はテーパ導波路の入射端側の導波路幅を図３の
それより広く２０μｍとし、またマスク幅を図３のそれ
より狭く５μｍとした点である。選択成長マスクパター
ンが異なるという点を除いて、その他の素子製造工程等
は第１の実施例の場合と同様である。
施例について図９を参照して説明する。図９は、ＳｉＯ
2 膜３で形成された選択成長マスクパターンで、第１の
実施例における図３に対応している。図３のパターンと
異なる点はテーパ導波路の入射端側の導波路幅を図３の
それより広く２０μｍとし、またマスク幅を図３のそれ
より狭く５μｍとした点である。選択成長マスクパター
ンが異なるという点を除いて、その他の素子製造工程等
は第１の実施例の場合と同様である。
【００３０】この実施例では、図９に示したように選択
成長マスクの幅がテーパ導波路部においてＰＤ側から入
射端側に向かって徐々に狭くなっている。マスク幅が狭
くなればその時選択成長されるｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層
７の層厚は薄くなり屈折率は低くなる。したがって入射
端側の導波路幅をさらに広げてもさらに高い次数の導波
モードが新たに許容されることがなく、図７で説明した
効果を保ったまま、入力端導波路幅の拡大に伴う高い結
合トレランスが得られる。
成長マスクの幅がテーパ導波路部においてＰＤ側から入
射端側に向かって徐々に狭くなっている。マスク幅が狭
くなればその時選択成長されるｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層
７の層厚は薄くなり屈折率は低くなる。したがって入射
端側の導波路幅をさらに広げてもさらに高い次数の導波
モードが新たに許容されることがなく、図７で説明した
効果を保ったまま、入力端導波路幅の拡大に伴う高い結
合トレランスが得られる。
【００３１】［第３の実施例］次に、本発明の第３の実
施例について説明する。特に図には示していないが、こ
の実施例では図４におけるｎ- −ＩｎＧａＡｓＰコア層
７ａ、７ｂ、光吸収層７ｃの代わりに、ｎ- −ＩｎＧａ
ＡｓＰウェル層、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰバリア層からな
る多重量子井戸（ＭＱＷ）層を用いる。この点を除い
て、他の素子製造工程などは第１あるいは第２の実施例
と同様である。
施例について説明する。特に図には示していないが、こ
の実施例では図４におけるｎ- −ＩｎＧａＡｓＰコア層
７ａ、７ｂ、光吸収層７ｃの代わりに、ｎ- −ＩｎＧａ
ＡｓＰウェル層、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰバリア層からな
る多重量子井戸（ＭＱＷ）層を用いる。この点を除い
て、他の素子製造工程などは第１あるいは第２の実施例
と同様である。
【００３２】この実施例では、第１の実施例におけるｎ
- −ＩｎＧａＡｓＰ層７に代え、ＭＱＷ層を用いている
ため、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層を用いた場合よりも大き
なバンドギャップ波長λｇの変化が得られる。これはＭ
ＱＷ層では組成変化に加えて井戸層の層厚変化もλｇの
変化に寄与するためである。したがってＰＤ部ではより
λｇが長く高感度となり、逆にテーパ導波路部ではλｇ
がより短く低損失となるので、さらに高性能な素子が得
られる。
- −ＩｎＧａＡｓＰ層７に代え、ＭＱＷ層を用いている
ため、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層を用いた場合よりも大き
なバンドギャップ波長λｇの変化が得られる。これはＭ
ＱＷ層では組成変化に加えて井戸層の層厚変化もλｇの
変化に寄与するためである。したがってＰＤ部ではより
λｇが長く高感度となり、逆にテーパ導波路部ではλｇ
がより短く低損失となるので、さらに高性能な素子が得
られる。
【００３３】また、この実施例ではｎ- −ＩｎＧａＡｓ
Ｐウェル層、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなる多
重量子井戸（ＭＱＷ）層を用いた場合について説明した
が、ウェル層としてはｎ- −ＩｎＧａＡｓ層、ｎ- −Ｉ
ｎＡｌＧａＡｓ層、バリア層としてはｎ- −ＩｎＰ層、
ｎ- −ＩｎＡｌＧａＡｓ層、ｎ- −ＩｎＡｌＡｓ層等を
用いた場合にも同様の効果が得られる。
Ｐウェル層、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなる多
重量子井戸（ＭＱＷ）層を用いた場合について説明した
が、ウェル層としてはｎ- −ＩｎＧａＡｓ層、ｎ- −Ｉ
ｎＡｌＧａＡｓ層、バリア層としてはｎ- −ＩｎＰ層、
ｎ- −ＩｎＡｌＧａＡｓ層、ｎ- −ＩｎＡｌＡｓ層等を
用いた場合にも同様の効果が得られる。
【００３４】［第４の実施例］次に、本発明の第４の実
施例について図１０を参照して説明する。図１０（ａ）
は第１の実施例の図５（ｃ）、図１０（ｂ）は図６
（ａ）の部位、工程にそれぞれ対応している。図１０に
示したように、本実施例では基板としてｎ+ −ＩｎＰ基
板１６を用い、ｎ+ −ＩｎＰ低抵抗層２は形成しない。
そしてＴｉＡｕ膜１５をｎ側電極として用い、ＡｕＧｅ
Ｎｉ／ＴｉＡｕ膜１４は形成しない。また、図６に示し
たようなパッド形成領域１１も形成せず、ｐ側電極のパ
ッド電極部１３ａはｎ- −ＩｎＰ埋め込み層９上にＳｉ
Ｎ膜１２を介して形成する。他の素子製造工程などは第
１、第２あるいは第３の実施例と同様である。この第４
の実施例によれば、第１、第２あるいは第３の実施例と
比較して、より少ない工数で、すなわち低コストで受光
装置を作製できる。
施例について図１０を参照して説明する。図１０（ａ）
は第１の実施例の図５（ｃ）、図１０（ｂ）は図６
（ａ）の部位、工程にそれぞれ対応している。図１０に
示したように、本実施例では基板としてｎ+ −ＩｎＰ基
板１６を用い、ｎ+ −ＩｎＰ低抵抗層２は形成しない。
そしてＴｉＡｕ膜１５をｎ側電極として用い、ＡｕＧｅ
Ｎｉ／ＴｉＡｕ膜１４は形成しない。また、図６に示し
たようなパッド形成領域１１も形成せず、ｐ側電極のパ
ッド電極部１３ａはｎ- −ＩｎＰ埋め込み層９上にＳｉ
Ｎ膜１２を介して形成する。他の素子製造工程などは第
１、第２あるいは第３の実施例と同様である。この第４
の実施例によれば、第１、第２あるいは第３の実施例と
比較して、より少ない工数で、すなわち低コストで受光
装置を作製できる。
【００３５】［第５の実施例］次に、本発明の第５の実
施例について図１１を参照して説明する。図１１は第１
の実施例の図５（ｃ）に対応している。図１１に示すよ
うに、本実施例ではｎ- −ＩｎＰクラッド層８の代わり
にｐ+ −ＩｎＰクラッド層（１×１０18ｃｍ-3）８ａを
形成する。また、ｎ- −ＩｎＰ埋め込み層９を形成する
際に、ｎ+ −ＩｎＰバッファ層６、ｎ- −ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層７、ｐ+ −ＩｎＰクラッド層８ａからなるメサ構造
の側壁部のみ埋め込んだ後、ＰＤ部４のｐ+ −ＩｎＰク
ラツド層８ａの上部にｐ+ −ＩｎＰ層１７を成長させ
る。他の素子製造工程などは第１、第２あるいは第３の
実施例の場合と同様である。本実施例では、選択熱拡散
でｐ型高濃度領域１０を形成する工程を含まないため、
拡散深さ制御の困難さに起因する歩留まりの低下がな
い。
施例について図１１を参照して説明する。図１１は第１
の実施例の図５（ｃ）に対応している。図１１に示すよ
うに、本実施例ではｎ- −ＩｎＰクラッド層８の代わり
にｐ+ −ＩｎＰクラッド層（１×１０18ｃｍ-3）８ａを
形成する。また、ｎ- −ＩｎＰ埋め込み層９を形成する
際に、ｎ+ −ＩｎＰバッファ層６、ｎ- −ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層７、ｐ+ −ＩｎＰクラッド層８ａからなるメサ構造
の側壁部のみ埋め込んだ後、ＰＤ部４のｐ+ −ＩｎＰク
ラツド層８ａの上部にｐ+ −ＩｎＰ層１７を成長させ
る。他の素子製造工程などは第１、第２あるいは第３の
実施例の場合と同様である。本実施例では、選択熱拡散
でｐ型高濃度領域１０を形成する工程を含まないため、
拡散深さ制御の困難さに起因する歩留まりの低下がな
い。
【００３６】［第６の実施例］次に、本発明の第６の実
施例について図１２を参照して説明する。図１２（ａ）
は第１の実施例の図３に、また図１２（ｂ）は第１の実
施例の図５（ｃ）に対応している。図１２（ａ）に示す
ように、本実施例では選択成長用のマスクの幅がＰＤ部
４においても２０μｍであり、そこに成長されるｎ- −
ＩｎＧａＡｓＰ層７のバンドギャップ波長は１．４５μ
ｍである。
施例について図１２を参照して説明する。図１２（ａ）
は第１の実施例の図３に、また図１２（ｂ）は第１の実
施例の図５（ｃ）に対応している。図１２（ａ）に示す
ように、本実施例では選択成長用のマスクの幅がＰＤ部
４においても２０μｍであり、そこに成長されるｎ- −
ＩｎＧａＡｓＰ層７のバンドギャップ波長は１．４５μ
ｍである。
【００３７】また、図１２（ｂ）に示すように、ｎ- −
ＩｎＰ埋め込み層９の上部にｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収
層（１×１０16ｃｍ-3）１８を０．５μｍの膜厚に、ｐ
+ −ＩｎＰクラツド層（１×１０18ｃｍ-3）１９を０．
５μｍの膜厚に形成した後、ＰＤ部４のｎ- −ＩｎＧａ
ＡｓＰ層７の上部領域を残してｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸
収層１８、ｐ+ −ＩｎＰクラッド層１９を除去する。他
の素子製造工程などは第１、第２あるいは第３の実施例
と同様である。
ＩｎＰ埋め込み層９の上部にｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収
層（１×１０16ｃｍ-3）１８を０．５μｍの膜厚に、ｐ
+ −ＩｎＰクラツド層（１×１０18ｃｍ-3）１９を０．
５μｍの膜厚に形成した後、ＰＤ部４のｎ- −ＩｎＧａ
ＡｓＰ層７の上部領域を残してｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸
収層１８、ｐ+ −ＩｎＰクラッド層１９を除去する。他
の素子製造工程などは第１、第２あるいは第３の実施例
と同様である。
【００３８】この第６の実施例は、ＰＤ部４のｎ- −Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層７を導波する光の滲み出し光をｎ- −Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層１８で吸収させる、いわゆるエバネ
ッセント（evanescent）波結合型の素子である。この実
施例では、選択熱拡散でｐ型高濃度領域１０を形成する
工程を含まないため、拡散深さ制御の困難さに起因する
歩留まりの低下がない。さらに第５の実施例と異なり、
テーパ導波路部５はｐ型と比べ吸収損失の小さいｎ型半
導体層のみで形成されているため低損失、高感度な素子
特性が得られる。
ｎＧａＡｓＰ層７を導波する光の滲み出し光をｎ- −Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層１８で吸収させる、いわゆるエバネ
ッセント（evanescent）波結合型の素子である。この実
施例では、選択熱拡散でｐ型高濃度領域１０を形成する
工程を含まないため、拡散深さ制御の困難さに起因する
歩留まりの低下がない。さらに第５の実施例と異なり、
テーパ導波路部５はｐ型と比べ吸収損失の小さいｎ型半
導体層のみで形成されているため低損失、高感度な素子
特性が得られる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明すたように、本発明による受光
装置は、受光素子と光結合されるテーパ導波路を、受光
素子側に向かって幅が漸減、膜厚および屈折率が漸増す
るように形成したものであるので、導波路に入射した高
次モードの光をもテーパ導波路を介して受光素子へ伝搬
させることができるようになる。従って、本発明によれ
ば、テーパ導波路の入射側の幅を広げて光ファイバとの
結合トレランスを高くすることができるとともに、受光
素子の微細化を可能ならしめて動作高速化を実現するこ
とができる。
装置は、受光素子と光結合されるテーパ導波路を、受光
素子側に向かって幅が漸減、膜厚および屈折率が漸増す
るように形成したものであるので、導波路に入射した高
次モードの光をもテーパ導波路を介して受光素子へ伝搬
させることができるようになる。従って、本発明によれ
ば、テーパ導波路の入射側の幅を広げて光ファイバとの
結合トレランスを高くすることができるとともに、受光
素子の微細化を可能ならしめて動作高速化を実現するこ
とができる。
【００４０】また、本発明の製造方法によれば、１回の
選択成長により導波路部のコア層とＰＤ部のコア層また
は光吸収層を形成することができるので、工数を短縮し
かつ信頼性高く形成することができる。さらに、導波路
部のコア層がＰＤ部の光吸収層と連続して形成されるた
め、高い光結合効率を実現することができる。よって、
本発明によれば、高速で光結合効率が高く、かつ、光フ
ァイバとの結合トレランスの高い導波路型受光装置を低
コストで提供することが可能になる。
選択成長により導波路部のコア層とＰＤ部のコア層また
は光吸収層を形成することができるので、工数を短縮し
かつ信頼性高く形成することができる。さらに、導波路
部のコア層がＰＤ部の光吸収層と連続して形成されるた
め、高い光結合効率を実現することができる。よって、
本発明によれば、高速で光結合効率が高く、かつ、光フ
ァイバとの結合トレランスの高い導波路型受光装置を低
コストで提供することが可能になる。
【図１】本発明の実施の形態を説明するための平面図と
断面図。
断面図。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための誘電体マ
スクパターンを示す平面図。
スクパターンを示す平面図。
【図３】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの平面図（マスクパターン図）。
めの平面図（マスクパターン図）。
【図４】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程途中段階での断面図。
めの工程途中段階での断面図。
【図５】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程途中段階での断面図。
めの工程途中段階での断面図。
【図６】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの平面図および断面図。
めの平面図および断面図。
【図７】本発明の第１の実施例の効果を説明するための
光の伝搬状態を示す図。
光の伝搬状態を示す図。
【図８】従来例の問題点を説明するための光の伝搬状態
を示す図。
を示す図。
【図９】本発明の第２の実施例の製造方法を説明するた
めの平面図（マスクパターン図）。
めの平面図（マスクパターン図）。
【図１０】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための平面図と断面図。
ための平面図と断面図。
【図１１】本発明の第５の実施例を示す断面図。
【図１２】本発明の第６の実施例の製造方法を説明する
ための平面図（マスクパターン図）と断面図。
ための平面図（マスクパターン図）と断面図。
【図１３】従来例の平面図および断面図。
１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２ ｎ+ −ＩｎＰ低抵抗層 ３ ＳｉＯ2 膜 ４ ＰＤ部 ５ テーパ導波路部 ６ ｎ+ −ＩｎＰバッファ層 ７ ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ層 ７ａ ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰコア層 ７ｂ ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰコア層 ７ｃ ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層 ８ ｎ- −ＩｎＰクラッド層 ８ａ ｐ+ −ＩｎＰクラッド層 ９ ｎ- −ＩｎＰ埋め込み層 １０ ｐ型高濃度領域 １１ パッド形成領域 １２ ＳｉＮ膜 １３ ＴｉＡｕ膜 １３ａ ｐ側電極のパッド電極部 １４ ＡｕＧｅＮｉ／ＴｉＡｕ膜 １５ ＴｉＡｕ膜 １６ ｎ+ −ＩｎＰ基板 １７ ｐ+ −ＩｎＰ層 １８ ｎ- ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １９ ｐ+ −ＩｎＰクラッド層 ２１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２２ ＩｎＰバッファ層 ２３ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ２４ ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸収層 ２５ ｎ+ −ＩｎＰクラッド層 ２６ ｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰコア層 ２７ ｎ+ −ＩｎＰクラッド層 ２８ ｐ側電極 ２９ ｎ側電極 １０１ 半導体基板 １０２ テーパ導波路 １０３ フォトダイオード １０４ 第１クラッド層 １０５ コア層 １０６ 第２クラッド層 １０７ 誘電体マスク
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板上に、受動導波路とこれによ
り導波された信号光を受光する受光素子とが集積化され
ている導波路型半導体受光装置において、受動導波路の
導波層は、光入射側から受光素子側に向かって幅が漸減
し厚さが漸増するとともに屈折率が漸増していることを
特徴とする導波路型半導体受光装置。 - 【請求項２】 前記受動導波路の導波層および／または
前記受光素子の光吸収層とが多重量子井戸構造を有して
いることを特徴とする請求項１記載の導波路型半導体受
光装置。 - 【請求項３】 前記受光素子の光吸収層が、前記受動導
波路の導波層に滑らかに連続して形成されていることを
特徴とする請求項１記載の導波路型半導体受光装置。 - 【請求項４】 前記受動導波路の導波層が、前記受光素
子の光吸収層の直下にまで連続して延びていることを特
徴とする請求項１記載の導波路型半導体受光装置。 - 【請求項５】 （１）化合物半導体基板上に、マスク間
間隔が導波路部では光入射側からフォトダイオード部に
向かって狭くなりフォトダイオード部では一定間隔の、
マスク幅が導波路部では一定幅またはフォトダイオード
部に向かって漸増し、フォトダイオード部では一定幅の
一対の誘電体マスクを形成する工程と、 （２）化合物半導体基板上に、前記誘電体マスクを成長
マスクとして、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によ
り、下層クラッド層、コア層、上層クラッド層を順次成
長させる工程と、 （３）前記誘電体マスクを除去し、前記第（２）の工程
において形成した半導体層を埋め込み半導体層によって
埋め込む工程と、を有することを特徴とする導波路型半
導体受光装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記誘電体マスクのフォトダイオード部
におけるマスク幅が前記導波路部におけるマスク幅より
大きく、フォトダイオード部の誘電体マスク間に形成さ
れたコア層が光吸収層を構成することを特徴とする請求
項５記載の導波路型半導体受光装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記コア層が、ＩｎＧａＡｓＰの単
層、ＩｎＡｌＧａＡｓの単層、ＩｎＧａＡｓをウェ
ル層としＩｎＧａＡｓＰをバリア層とする多重量子井戸
構造、ＩｎＧａＡｓをウェル層としＩｎＡｌＧａＡｓ
ををバリア層とする多重量子井戸構造、ＩｎＧａＡｓ
Ｐをウェル層としＩｎＧａＡｓＰをバリア層とする多重
量子井戸構造、ＩｎＡｌＧａＡｓをウェル層としＩｎ
ＡｌＧａＡｓをバリア層とする多重量子井戸構造、のい
ずれかにより形成されることを特徴とする請求項５記載
の導波路型半導体受光装置の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7334298A JPH09153638A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 導波路型半導体受光装置およびその製造方法 |
| US08/757,999 US5701379A (en) | 1995-11-30 | 1996-11-27 | Waveguide type semiconductor photodetecting device and fabrication process therefor |
| EP96119123A EP0777139A1 (en) | 1995-11-30 | 1996-11-28 | Waveguide type semiconductor photodetecting device and fabrication process therefor |
| US08/904,358 US5910012A (en) | 1995-11-30 | 1997-08-01 | Waveguide type semiconductor photodetecting device method for fabricating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7334298A JPH09153638A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 導波路型半導体受光装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09153638A true JPH09153638A (ja) | 1997-06-10 |
Family
ID=18275787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7334298A Pending JPH09153638A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 導波路型半導体受光装置およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5701379A (ja) |
| EP (1) | EP0777139A1 (ja) |
| JP (1) | JPH09153638A (ja) |
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| JP2017126738A (ja) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | ソニー株式会社 | 受光素子、受光素子の製造方法、撮像素子および電子機器 |
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