JPH09181351A - アバランシェ・フォトダイオード - Google Patents
アバランシェ・フォトダイオードInfo
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- JPH09181351A JPH09181351A JP7340362A JP34036295A JPH09181351A JP H09181351 A JPH09181351 A JP H09181351A JP 7340362 A JP7340362 A JP 7340362A JP 34036295 A JP34036295 A JP 34036295A JP H09181351 A JPH09181351 A JP H09181351A
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Abstract
子効率と高速応答性が同時に得られる高感度なアバラン
シェ・フォトダイオードを提供する。 【解決手段】InGaAs光吸収層26とInAlAs
クラッド層22,28の中間的な屈折率を有する第2コ
ア層23,27(In1-xGaxAsyP1-y(0≦x≦
1,0≦y≦1)あるいはIn1-x-yAlxGayAs(0
≦x≦1,0≦y≦1)の少なくとも一方)でInGa
As光吸収層26,InGaAlAs電界緩和層25お
よびInAlAs/InGaAs超格子アバランシェ増
倍層24を挟み、導波路構造を有するアバランシェ・フ
ォトダイオード。
Description
送システム等に用いられるアバランシェ・フォトダイオ
ード(APD)に関する。
に光伝送分野においても高速化,大容量化が進められて
いる。この高速・大容量の光伝送システムを構成するに
は高速かつ高量子効率の半導体受光素子が必要である。
D)は素子自身に増倍作用を有するもので、低雑音高感
度な受光素子として広く知られている。その中でアバラ
ンシェ増倍層に超格子構造を用いたAPDは高利得帯域
幅(GB)積化、すなわち、高速・高感度化が可能であ
る。IEEE J.Quantum Electron.,Vol.29,pp1387
−1392(1993)では、InGaAsP/InA
lAs超格子構造を用いたAPDにおいて、波長1.5
5μm で遮断周波数17GHz,量子効率58%が報
告されている。しかし高速化を図る上ではキャリアの走
行時間の短縮が必須であり、このような面入射型のAP
Dでは、キャリアの走行時間制限による遮断周波数と量
子効率の間にトレードオフの関係があるため、キャリア
走行時間短縮による光吸収層の薄膜化が、量子効率を劣
化させてしまう問題があった。
と量子効率の間のトレードオフ関係を解消する方法とし
て、超格子構造を用いたアバランシェ増倍層が導波路構
造の一部をなす端面入射型のAPDが提案されている。
構造を有する超格子APDでは、導波路長が100μm
程度と大きく、光吸収層をメサ構造下にプレーナ状に構
成しているので素子容量の低減が困難である。よって、
遮断周波数は10GHz程度と制限されてしまう。ま
た、光導波路構造の光閉じ込めが強いため、光ファイバ
との結合損失によって外部量子効率が劣化してしまう欠
点を有する。
解決するため、図2に示すように、光吸収層26とクラ
ッド層22,28の中間的な屈折率を有する第2コア層
23,27(In1-xGaxAsyP1-y(0≦x≦1,0
≦y≦1)あるいはIn1-x-yAlxGayAs(0≦x≦1,0≦
y≦1)の少なくとも一方)で光吸収層26,電界緩和
層25および超格子アバランシェ増倍層24を挟むこと
により光導波路を多モード化する。
屈折率を、超格子アバランシェ増倍層24の屈折率と同
程度もしくはそれよりも小さくする。
22,28までの屈折率分布が光吸収層26の中心で対
称となる構造にする。
子アバランシェ増倍層24を含む、一方の第2コア層2
3から他方の第2コア層27までの全膜厚を1μm以上
とする。
1に示すような光導波路12の幅が5μm以下、または
長さが25μm以下とする。
的な屈折率を有する第2コア層(In1-xGaxAsyP
1-y(0≦x≦1,0≦y≦1)あるいはIn1-x-yAlxGayA
s(0≦x≦1,0≦y≦1)の少なくとも一方)で光
吸収層,電界緩和層および超格子アバランシェ増倍層を
挟み、光導波路を多モード化する。これにより、スポッ
トサイズの拡大が図られ、光ファイバとの結合効率の向
上を図ることができる。
超格子アバランシェ増倍層の屈折率と同程度もしくはそ
れよりも小さくする。さらに積層方向に、光吸収層26
からクラッド層22,28までの屈折率分布が光吸収層
26の中心で対称となる構造にする。
子アバランシェ増倍層と同程度であり、かつその屈折率
が対称である場合の断面構造,屈折率分布および導波光
強度の関係を示す。n−InP基板21上に、n−In
AlAs下部クラッド層22,n−InAlGaAs下
部第2コア層23,ノンドープInAlAs/InGaAs超
格子アバランシェ増倍層24,p−InAlGaAs電
界緩和層25,p−InGaAs光吸収層26,p−I
nAlGaAs上部第2コア層27、p−InAlAs
上部クラッド層28,p−InGaAsオーミックコン
タクト層29を順次積層した構造である。
が大きく、次いでその下部に中間的な屈折率を有するn
−InAlGaAs下部第2コア層23,ノンドープIn
AlAs/InGaAs超格子アバランシェ増倍層24,p
−InAlGaAs電界緩和層25を、上部にp−In
AlGaAs上部第2コア層27を配置し、それらを屈
折率の小さいn−InAlAs下部クラッド層22およ
びp−InAlAs上部クラッド層28で挟んだ構造で
ある。これにより屈折率は図2のようにp−InGaA
s光吸収層26を中心に対称な階段状に分布し、導波光
の多モード化によりスポットサイズの拡大を図ることが
できる。これにより、出射スポットサイズの大きい光フ
ァイバとの光結合が向上する。またトレランスも向上す
る。
び超格子アバランシェ増倍層24を含む、一方の第2コ
ア層23から他方の第2コア層27までの全膜厚を1μ
m以上とすることによるスポットサイズ拡大により、図
3に示すような計算結果から光ファイバとの光結合効率
は40%程度から80%以上にまで向上する。
1に示すような光導波路12の幅が5μm以下、または
長さが25μm以下としても導波光を充分吸収すること
ができ、かつ低容量化を図ることができる。図4の遮断
周波数と外部量子効率の計算結果から、従来の導波路型
超格子APDに比べ、外部量子効率は40%程度から8
0%にまで向上し、その量子効率を保ちながら遮断周波
数50GHzまでの高速応答が得られる。
物半導体を用いた本発明の一実施例の全体構造断面の斜
視図である。n−InP基板14上に分子線エピタキシ
ー法により半導体多層構造を結晶成長した。その多層構
造を化学エッチングにより幅4μm,長さ40μmのメ
サ構造を形成した。その後ポリイミド(PIQ)15で
平坦化を行い、Ti/Au電極16,AuGeNi電極
13をそれぞれ形成した。導波路長手方向の中心で劈開
することにより長さ20μm,幅4μmの導波路構造1
2を形成し、その劈開面を入射端面11とした。入力信
号光は先球光ファイバ17により入射端面11に入射し
た。
分子線エピタキシー法によりn−InP基板21上に、
n−InAlAs下部クラッド層22(n=2×1018
/cm3)を0.450μm,n−InAlGaAs下部第
2コア層23(n=2×1018/cm3)を0.805μ
m,ノンドープInAlAs/InGaAs超格子アバ
ランシェ増倍層24を0.195μm ,p−InAlG
aAs電界緩和層25(p=7×1017/cm3)を0.0
50μm,p−InGaAs光吸収層26(p=2×1
015/cm3)を0.400μm,p−InAlGaAs上
部第2コア層27(p=2×1018/cm3)を1.000
μm,p−InAlAs上部クラッド層28(p=2×
1018/cm3)を0.500μm,p−InGaAsオー
ミックコンタクト層29(p=5×1019/cm3)を0.
100μm順次積層した。なお、ノンドープInAlA
s/InGaAs超格子アバランシェ増倍層24はIn
AlAs障壁層15nm,InGaAs井戸層5nmを
9周期交互に積層し、最後にInAlAs障壁層15n
mを積層したものであり、InAlGaAs層23,2
5,27の屈折率は図2に示すようにノンドープInA
lAs/InGaAs超格子アバランシェ増倍層24の
ものと同程度とした。
As超格子アバランシェ・フォトダイオードは、増倍率
M=2で遮断周波数40GHzという極めて良好な特性
が得られた。このときの外部量子効率は80%、暗電流
は0.1μA と良好であった。また、光ファイバと結合
損失は0.7dB 程度と従来に比べ3dB以上改善され
た。
においても同様である。第2コア層23,27それぞれ
を2層以上の多層で構成しても同様の効果が得られる。
ポリイミド(PIQ)の代わりにSiN等の誘電体膜や
半導体結晶等を用いても同様である。
格子アバランシェ・フォトダイオードを用いれば、光フ
ァイバとの結合損失が0.7dB 程度と従来に比べ3d
B以上改善され、外部量子効率80%程度を保ったまま
遮断周波数50GHz程度までの高速応答が可能とな
る。また、スポットサイズの拡大により光ファイバとの
位置合わせも容易になる。
ェ・フォトダイオードの全体断面構造の斜視図。
造,屈折率分布および導波光強度を表す説明図。
層26,電界緩和層25,超格子アバランシェ増倍層2
4,下部第2コア層23までの全膜厚と光ファイバとの
光結合効率の関係を表す説明図。
部量子効率の関係を表す説明図。
i電極、14…n−InP基板、15…ポリイミド(P
IQ)、16…Ti/Au電極、17…先球光ファイ
バ。
Claims (5)
- 【請求項1】導波路構造を有する超格子増倍層アバラン
シェ・フォトダイオードにおいて、光吸収層とクラッド
層との中間的な屈折率を有する第2コア層In1-xGaxAsyP
1-y(0≦x≦1,0≦y≦1)あるいはIn1-x-yAl
xGayAs(0≦x≦1,0≦y≦1)の少なくとも一
方で光吸収層,電界緩和層および超格子アバランシェ増
倍層を挟むことを特徴とするアバランシェ・フォトダイ
オード。 - 【請求項2】前記第2コア層の少なくとも一方の屈折率
が、超格子アバランシェ増倍層の屈折率と同程度もしく
はそれよりも小さい請求項1に記載のアバランシェ・フ
ォトダイオード。 - 【請求項3】積層方向に、前記光吸収層から前記クラッ
ド層までの屈折率分布が光吸収層の中心で対称である請
求項1あるいは請求項2に記載のアバランシェ・フォト
ダイオード。 - 【請求項4】前記光吸収層,前記電界緩和層および前記
超格子アバランシェ増倍層を含む、一方の前記第2コア
層から他方の前記第2コア層までの全膜厚が1μm以上
である請求項1,請求項2あるいは請求項3に記載のア
バランシェ・フォトダイオード。 - 【請求項5】前記光導波路の幅が5μm以下、または長
さが25μm以下である請求項1,請求項2,請求項3
あるいは請求項4に記載のアバランシェ・フォトダイオ
ード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7340362A JPH09181351A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | アバランシェ・フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7340362A JPH09181351A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | アバランシェ・フォトダイオード |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09181351A true JPH09181351A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=18336222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7340362A Pending JPH09181351A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | アバランシェ・フォトダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09181351A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP7307287B1 (ja) * | 2022-07-19 | 2023-07-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体受光素子 |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP7340362A patent/JPH09181351A/ja active Pending
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