JPH10284750A - 半導体受光素子および光電子集積回路素子 - Google Patents
半導体受光素子および光電子集積回路素子Info
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- JPH10284750A JPH10284750A JP9082672A JP8267297A JPH10284750A JP H10284750 A JPH10284750 A JP H10284750A JP 9082672 A JP9082672 A JP 9082672A JP 8267297 A JP8267297 A JP 8267297A JP H10284750 A JPH10284750 A JP H10284750A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光感度を良好にし、周波数応答特性を良好に
する。 【解決手段】 半絶縁性基板２１上に光吸収層２２を形
成し、光吸収層２２上にクラッド層２３を形成し、クラ
ッド層２３上にゲート電極２５を形成し、光吸収層２２
の側面にドレイン電極２４、ソース電極２６を形成し、
ドレイン電極２４、ゲート電極２５、ソース電極２６間
に絶縁分離層２７を形成し、光吸収層２２の側面からゲ
ート電極２５の長さ方向にゲート電極２５の直下の部分
に向けて入射光２８を入射させる。
する。 【解決手段】 半絶縁性基板２１上に光吸収層２２を形
成し、光吸収層２２上にクラッド層２３を形成し、クラ
ッド層２３上にゲート電極２５を形成し、光吸収層２２
の側面にドレイン電極２４、ソース電極２６を形成し、
ドレイン電極２４、ゲート電極２５、ソース電極２６間
に絶縁分離層２７を形成し、光吸収層２２の側面からゲ
ート電極２５の長さ方向にゲート電極２５の直下の部分
に向けて入射光２８を入射させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信装置等に用い
られる光検知素子としてのホトトランジスタ、ホトダイ
オードなどの半導体受光素子および光電子集積回路素子
（ＯＥＩＣ）に関するものである。
られる光検知素子としてのホトトランジスタ、ホトダイ
オードなどの半導体受光素子および光電子集積回路素子
（ＯＥＩＣ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信では長距離の信号伝送により減衰
した微弱光を高感度でかつ広い周波数帯域特性をもって
検出することが必要である。代表的な化合物半導体を用
いた光検知素子には、ＰＩＮホトダイオードとＡＰＤホ
トダイオードとがある。ＰＩＮホトダイオードは広帯域
特性にすぐれているものの出力電圧が小さいから、高利
得、低雑音の増幅器と組み合わせて使用しなければなら
ない。また、ＡＰＤホトダイオードは増幅作用による高
利得性にすぐれているものの周波数帯域が低く、動作に
必要なバイアス印加電圧が通常の電子回路の電源電圧よ
りもかなり高いことなどの欠点がある。これ以外の光検
知素子として、バイポーラトランジスタのベース領域を
受光領域としたり、電界効果型トランジスタのゲート電
極部分を受光領域とするホトトランジスタがあり、ホト
トランジスタは三端子能動素子（ＯＰＦＥＴ）としても
用いられ、低電圧動作と高利得化にすぐれている。
した微弱光を高感度でかつ広い周波数帯域特性をもって
検出することが必要である。代表的な化合物半導体を用
いた光検知素子には、ＰＩＮホトダイオードとＡＰＤホ
トダイオードとがある。ＰＩＮホトダイオードは広帯域
特性にすぐれているものの出力電圧が小さいから、高利
得、低雑音の増幅器と組み合わせて使用しなければなら
ない。また、ＡＰＤホトダイオードは増幅作用による高
利得性にすぐれているものの周波数帯域が低く、動作に
必要なバイアス印加電圧が通常の電子回路の電源電圧よ
りもかなり高いことなどの欠点がある。これ以外の光検
知素子として、バイポーラトランジスタのベース領域を
受光領域としたり、電界効果型トランジスタのゲート電
極部分を受光領域とするホトトランジスタがあり、ホト
トランジスタは三端子能動素子（ＯＰＦＥＴ）としても
用いられ、低電圧動作と高利得化にすぐれている。
【０００３】図８は従来の電界効果ホトトランジスタを
示す概略断面図である。図に示すように、ＩｎＰからな
る半絶縁性基板１上にｉ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収
層２が形成され、光吸収層２上にｐ型ＩｎＡｌＡｓから
なるゲート層３が形成され、ゲート層３上にゲート電極
５が形成され、光吸収層２上にドレイン電極４、ソース
電極６が形成されている。
示す概略断面図である。図に示すように、ＩｎＰからな
る半絶縁性基板１上にｉ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収
層２が形成され、光吸収層２上にｐ型ＩｎＡｌＡｓから
なるゲート層３が形成され、ゲート層３上にゲート電極
５が形成され、光吸収層２上にドレイン電極４、ソース
電極６が形成されている。
【０００４】このような電界効果ホトトランジスタは増
幅作用を有する能動素子で、他の電子回路素子との整合
性が高く、モノリシック集積化に適している。
幅作用を有する能動素子で、他の電子回路素子との整合
性が高く、モノリシック集積化に適している。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】しかし、図８に示した
電界効果トランジスタにおいては、入射光７を上部から
照射すると、大部分の光は金属からなるドレイン電極
４、ゲート電極５、ソース電極６で遮蔽され、光吸収層
２のドレイン近傍部分８とソース近傍部分９でのみ光吸
収が生ずるから、有効光入射断面積が小さくなり、光感
度が低下し、また低電界領域であるソース近傍部分９で
発生したキャリヤは走行時間効果により周波数追随性が
悪くなるから、周波数応答特性（帯域特性）の劣化が生
ずる。
電界効果トランジスタにおいては、入射光７を上部から
照射すると、大部分の光は金属からなるドレイン電極
４、ゲート電極５、ソース電極６で遮蔽され、光吸収層
２のドレイン近傍部分８とソース近傍部分９でのみ光吸
収が生ずるから、有効光入射断面積が小さくなり、光感
度が低下し、また低電界領域であるソース近傍部分９で
発生したキャリヤは走行時間効果により周波数追随性が
悪くなるから、周波数応答特性（帯域特性）の劣化が生
ずる。
【０００６】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、光感度が良好である半導体受光素子を提供
することを目的とする。
れたもので、光感度が良好である半導体受光素子を提供
することを目的とする。
【０００７】また、光感度が良好であり、しかも周波数
応答特性が良好である半導体受光素子を提供することを
目的とする。
応答特性が良好である半導体受光素子を提供することを
目的とする。
【０００８】また、モノリシック化が極めて容易である
光電子集積回路素子を提供することを目的とする。
光電子集積回路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】この目的を達成するた
め、本発明においては、光吸収層とクラッド層とを有す
る半導体受光素子において、上記光吸収層の側面から光
を入射する。
め、本発明においては、光吸収層とクラッド層とを有す
る半導体受光素子において、上記光吸収層の側面から光
を入射する。
【００１０】この場合、上記クラッド層を上記光吸収層
上に形成し、上記クラッド層上に第１の電極を形成し、
上記光吸収層の両側部に第２、第３の電極を形成する。
上に形成し、上記クラッド層上に第１の電極を形成し、
上記光吸収層の両側部に第２、第３の電極を形成する。
【００１１】この場合、上記第１の電極をゲート電極と
し、上記第２の電極をドレイン電極とし、第３の電極を
ソース電極とし、上記光の入射を上記ゲート電極の長さ
方向に行なう。
し、上記第２の電極をドレイン電極とし、第３の電極を
ソース電極とし、上記光の入射を上記ゲート電極の長さ
方向に行なう。
【００１２】また、上記第１の電極をゲート電極とし、
上記第２の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソー
ス電極とし、上記光の入射を上記ドレイン電極直下から
行なう。
上記第２の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソー
ス電極とし、上記光の入射を上記ドレイン電極直下から
行なう。
【００１３】また、上記第２の電極と上記第３の電極と
を短絡する。
を短絡する。
【００１４】また、同一基板上に上記の半導体受光素子
を複数モノリシック集積化する。
を複数モノリシック集積化する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図２は本発明に係る半導体受光素
子（ホトトランジスタ）を示す概略図、図１は図２のＡ
−Ａ断面図である。図に示すように、ＩｎＰからなる半
絶縁性基板２１上にｉ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層
２２が形成され、光吸収層２２上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
からなるクラッド層２３が形成され、クラッド層２３上
にｐ型ゲート電極（第１の電極）２５が形成され、光吸
収層２２の側部の側面部にｎ型ドレイン電極（第２の電
極）２４、ｎ型ソース電極（第３の電極）２６が形成さ
れ、ドレイン電極２４、ゲート電極２５、ソース電極２
６間に窒化珪素からなる絶縁分離層２７が形成され、光
ファイバ（図示せず）を用いて光吸収層２２の側面から
ゲート電極２５の長さ方向すなわち図２紙面上下方向に
ゲート電極２５の直下の部分に向けて入射光２８が入射
され、入射光２８の入射面には反射防止膜（図示せず）
が形成されている。
子（ホトトランジスタ）を示す概略図、図１は図２のＡ
−Ａ断面図である。図に示すように、ＩｎＰからなる半
絶縁性基板２１上にｉ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層
２２が形成され、光吸収層２２上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
からなるクラッド層２３が形成され、クラッド層２３上
にｐ型ゲート電極（第１の電極）２５が形成され、光吸
収層２２の側部の側面部にｎ型ドレイン電極（第２の電
極）２４、ｎ型ソース電極（第３の電極）２６が形成さ
れ、ドレイン電極２４、ゲート電極２５、ソース電極２
６間に窒化珪素からなる絶縁分離層２７が形成され、光
ファイバ（図示せず）を用いて光吸収層２２の側面から
ゲート電極２５の長さ方向すなわち図２紙面上下方向に
ゲート電極２５の直下の部分に向けて入射光２８が入射
され、入射光２８の入射面には反射防止膜（図示せず）
が形成されている。
【００１６】つぎに、図１、図２に示す半導体受光素子
の製造方法について説明する。まず、半絶縁性基板１上
に周知のＭＯＶＰＥ法あるいはＭＢＥ法によるエピタキ
シャル成長でｉ型ＩｎＧａＡｓ層およびｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ層を順次形成する。つぎに、エピタキシャル成長結
晶層であるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層
を周知の半導体プロセス技術を用いて加工して、光吸収
層２２、クラッド層２３を形成する。つぎに、ｎ型ドレ
イン電極２４、ｎ型ソース電極２６およびｐ型ゲート電
極２５を形成する。つぎに、マグネトロンスパッタ法に
より窒化珪素膜を形成し、窒化珪素膜を平坦化して絶縁
分離層２７を形成する。
の製造方法について説明する。まず、半絶縁性基板１上
に周知のＭＯＶＰＥ法あるいはＭＢＥ法によるエピタキ
シャル成長でｉ型ＩｎＧａＡｓ層およびｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ層を順次形成する。つぎに、エピタキシャル成長結
晶層であるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層
を周知の半導体プロセス技術を用いて加工して、光吸収
層２２、クラッド層２３を形成する。つぎに、ｎ型ドレ
イン電極２４、ｎ型ソース電極２６およびｐ型ゲート電
極２５を形成する。つぎに、マグネトロンスパッタ法に
より窒化珪素膜を形成し、窒化珪素膜を平坦化して絶縁
分離層２７を形成する。
【００１７】図１、図２に示す半導体受光素子において
は、光吸収層２２の側面から入射光２８が入射されてい
るから、入射光２８がドレイン電極２４、ゲート電極２
５、ソース電極２６で遮蔽されることがないので、光感
度が良好である。また、入射光２８がゲート電極２５の
直下の部分に向けて入射されているから、従来構造では
遮蔽されていた領域がキャリヤ生成に寄与するので、光
の利用効率や利得の向上が顕著である。すなわち、従来
では付加的抵抗や容量として作用していたゲート電極２
５の直下の部分にも光吸収が生ずるから、光感度の向上
につながるとともに、光吸収により生成したキャリヤの
うち低電界領域に関与する比率は激減し、高電界領域で
効率的に光吸収とキャリヤ生成が行なわれるから、周波
数応答特性が向上する。また、入射光２８をゲート電極
２５の長さ方向に入射させているから、入射光２８はク
ラッド層２３によって形成されたスラブ導波路に沿って
ゲート電極２５の長さ方向に伝搬するので、光感度がよ
り良好である。また、従来構造でも基板下部からの光入
射でほぼ同様の特性改善が期待できるが、電子回路との
集積化や光モジュール化への応用を考慮すると、側面入
射構造の方が有利である。
は、光吸収層２２の側面から入射光２８が入射されてい
るから、入射光２８がドレイン電極２４、ゲート電極２
５、ソース電極２６で遮蔽されることがないので、光感
度が良好である。また、入射光２８がゲート電極２５の
直下の部分に向けて入射されているから、従来構造では
遮蔽されていた領域がキャリヤ生成に寄与するので、光
の利用効率や利得の向上が顕著である。すなわち、従来
では付加的抵抗や容量として作用していたゲート電極２
５の直下の部分にも光吸収が生ずるから、光感度の向上
につながるとともに、光吸収により生成したキャリヤの
うち低電界領域に関与する比率は激減し、高電界領域で
効率的に光吸収とキャリヤ生成が行なわれるから、周波
数応答特性が向上する。また、入射光２８をゲート電極
２５の長さ方向に入射させているから、入射光２８はク
ラッド層２３によって形成されたスラブ導波路に沿って
ゲート電極２５の長さ方向に伝搬するので、光感度がよ
り良好である。また、従来構造でも基板下部からの光入
射でほぼ同様の特性改善が期待できるが、電子回路との
集積化や光モジュール化への応用を考慮すると、側面入
射構造の方が有利である。
【００１８】図３は本発明に係る他の半導体受光素子
（ホトトランジスタ）を示す概略図、図４は図３のＢ−
Ｂ断面図である。図に示すように、ＩｎＰからなる半絶
縁性基板３１上にｉ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層３
２が形成され、光吸収層３２上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰか
らなるクラッド層３３が形成され、クラッド層３３上に
ｐ型ゲート電極（第１の電極）３５が形成され、光吸収
層３２の側部の上面上にｎ型ドレイン電極（第２の電
極）３４、ｎ型ソース電極（第３の電極）３６が形成さ
れ、ドレイン電極３４、ゲート電極３５、ソース電極３
６間に窒化珪素膜からなる絶縁分離層３７が形成され、
光ファイバ（図示せず）を用いて光吸収層２２の側面か
らすなわちドレイン電極３４側からゲート電極３５の長
さ方向と直角の方向に入射光３８が入射され、入射光３
８の入射面には反射防止膜（図示せず）が形成されてい
る。
（ホトトランジスタ）を示す概略図、図４は図３のＢ−
Ｂ断面図である。図に示すように、ＩｎＰからなる半絶
縁性基板３１上にｉ型ＩｎＧａＡｓからなる光吸収層３
２が形成され、光吸収層３２上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰか
らなるクラッド層３３が形成され、クラッド層３３上に
ｐ型ゲート電極（第１の電極）３５が形成され、光吸収
層３２の側部の上面上にｎ型ドレイン電極（第２の電
極）３４、ｎ型ソース電極（第３の電極）３６が形成さ
れ、ドレイン電極３４、ゲート電極３５、ソース電極３
６間に窒化珪素膜からなる絶縁分離層３７が形成され、
光ファイバ（図示せず）を用いて光吸収層２２の側面か
らすなわちドレイン電極３４側からゲート電極３５の長
さ方向と直角の方向に入射光３８が入射され、入射光３
８の入射面には反射防止膜（図示せず）が形成されてい
る。
【００１９】図３、図４に示すホトトランジスタにおい
ては、ドレイン電極３４側から入射光３８を入射してお
り、ドレイン電極３４の幅は通常１０μｍ以上であり、
ドレイン電極３４とソース電極３６との間の距離も１０
μｍ以上に設定することが多いから、入射光３８のビー
ム径を大きくして、光吸収が生ずる領域を大きくとれる
ことができるので、光感度がさらに良好であるととも
に、高電界領域にキャリヤの生成を集中することができ
るので、周波数応答特性（帯域特性）をより向上するこ
とができる。
ては、ドレイン電極３４側から入射光３８を入射してお
り、ドレイン電極３４の幅は通常１０μｍ以上であり、
ドレイン電極３４とソース電極３６との間の距離も１０
μｍ以上に設定することが多いから、入射光３８のビー
ム径を大きくして、光吸収が生ずる領域を大きくとれる
ことができるので、光感度がさらに良好であるととも
に、高電界領域にキャリヤの生成を集中することができ
るので、周波数応答特性（帯域特性）をより向上するこ
とができる。
【００２０】図５はホトトランジスタの感度Ｒ（Ａ／
Ｗ）の変調周波数Ｆ（ＧＨｚ）依存性を示すグラフであ
り、線ａ、ｂはそれぞれ同一入射条件で入射光を入射し
たときの本発明に係るホトトランジスタ（半導体受光素
子）、従来のホトトランジスタの場合を示す。このグラ
フから明らかなように、本発明に係るホトトランジスタ
の方が従来のホトトランジスタよりも感度が大幅に向上
しており、また本発明に係るホトトランジスタにおける
感度が半分になる周波数Ｆbは従来のホトトランジスタ
における感度が半分になる周波数Ｆaよりもかなり高
い。
Ｗ）の変調周波数Ｆ（ＧＨｚ）依存性を示すグラフであ
り、線ａ、ｂはそれぞれ同一入射条件で入射光を入射し
たときの本発明に係るホトトランジスタ（半導体受光素
子）、従来のホトトランジスタの場合を示す。このグラ
フから明らかなように、本発明に係るホトトランジスタ
の方が従来のホトトランジスタよりも感度が大幅に向上
しており、また本発明に係るホトトランジスタにおける
感度が半分になる周波数Ｆbは従来のホトトランジスタ
における感度が半分になる周波数Ｆaよりもかなり高
い。
【００２１】図６は本発明に係る他の半導体受光素子
（ダイオード）を示す概略断面図である。図に示すよう
に、ＩｎＰからなる半絶縁性基板５１上にｉ型ＩｎＧａ
Ａｓからなる光吸収層５２が形成され、光吸収層５２上
にｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるクラッド層５３が形成さ
れ、クラッド層５３上にダイオード電極（第１の電極）
５５が形成され、光吸収層５２の側面に接地電極（第
２、第３の電極）５４、５６が形成され、接地電極５
４、ダイオード電極５５、接地電極５６間に窒化珪素か
らなる絶縁分離層５７が形成され、光吸収層５２の側面
からダイオード電極５５の長さ方向に光が入出射され、
光入出射部５８の入出射面には反射防止膜（図示せず）
が形成されている。すなわち、この半導体受光素子の素
子構成は図１、図２に示した半導体受光素子（ホトトラ
ンジスタ）の素子構成と同様である。そして、ドレイン
電極、ソース電極に相当する接地電極５４と接地電極５
６とが短絡されている。
（ダイオード）を示す概略断面図である。図に示すよう
に、ＩｎＰからなる半絶縁性基板５１上にｉ型ＩｎＧａ
Ａｓからなる光吸収層５２が形成され、光吸収層５２上
にｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるクラッド層５３が形成さ
れ、クラッド層５３上にダイオード電極（第１の電極）
５５が形成され、光吸収層５２の側面に接地電極（第
２、第３の電極）５４、５６が形成され、接地電極５
４、ダイオード電極５５、接地電極５６間に窒化珪素か
らなる絶縁分離層５７が形成され、光吸収層５２の側面
からダイオード電極５５の長さ方向に光が入出射され、
光入出射部５８の入出射面には反射防止膜（図示せず）
が形成されている。すなわち、この半導体受光素子の素
子構成は図１、図２に示した半導体受光素子（ホトトラ
ンジスタ）の素子構成と同様である。そして、ドレイン
電極、ソース電極に相当する接地電極５４と接地電極５
６とが短絡されている。
【００２２】この半導体受光素子においては、ダイオー
ド電極５５に順方向バイアス電圧を印加すると、光入出
射部５８から１．５５μｍ近傍波長の発光スペクトルが
生じ、発光ダイオードとして動作する。また、光入出射
部５８に１．５５μｍの光を入射するとともに、ダイオ
ード電極５５に逆方向バイアス電圧を印加すると、ダイ
オード電極５５の幅が１０μｍ以下の場合には、光入出
射部５８の対向面から通過光が出射し、逆方向バイアス
電圧を増加するにつれて光の減衰が顕著になり、電界吸
収型の変調ダイオードとして動作する。
ド電極５５に順方向バイアス電圧を印加すると、光入出
射部５８から１．５５μｍ近傍波長の発光スペクトルが
生じ、発光ダイオードとして動作する。また、光入出射
部５８に１．５５μｍの光を入射するとともに、ダイオ
ード電極５５に逆方向バイアス電圧を印加すると、ダイ
オード電極５５の幅が１０μｍ以下の場合には、光入出
射部５８の対向面から通過光が出射し、逆方向バイアス
電圧を増加するにつれて光の減衰が顕著になり、電界吸
収型の変調ダイオードとして動作する。
【００２３】図７は本発明に係る光電子集積回路素子を
示す概略図である。図に示すように、ＩｎＰからなる半
絶縁性基板６１上に図６に示した構造の発光ダイオード
６２、図６に示した構造の変調ダイオード６３および図
１、図２に示した構造の三端子能動素子６４がモノリシ
ック集積化されている。
示す概略図である。図に示すように、ＩｎＰからなる半
絶縁性基板６１上に図６に示した構造の発光ダイオード
６２、図６に示した構造の変調ダイオード６３および図
１、図２に示した構造の三端子能動素子６４がモノリシ
ック集積化されている。
【００２４】この光電子集積回路素子においては、発光
ダイオード６２にダイオード電圧ＶLに印加すると、発
光ダイオード６２から光が発生し、発光ダイオード６２
から発生した出射光６５は変調ダイオード６３に印加さ
れるバイアス電圧ＶMで変調される。このバイアス電圧
ＶMには変調周波数Ｆ1の制御入力信号が付加されて、変
調ダイオード６３で変調された入力光６６に変換され
る。この状態で、三端子能動素子６４のゲートバイアス
電圧ＶGおよびドレインバイアス電圧ＶDで最適動作状態
に動作を設定し、三端子能動素子６４の側面から外部か
らの入力光６７を入射する。この入力光６７による光入
力信号は信号周波数Ｆ2で駆動されている。すると、三
端子能動素子６４が変調周波数Ｆ1で制御された入力光
６６と信号周波数Ｆ2で駆動される入力光６７とを同時
に受光することにより、三端子能動素子６４に電子正孔
対キャリヤ発生による光電流が生成され、三端子能動素
子６４のドレイン電極から取り出される信号電流はヘテ
ロダイン検波によるビート周波数Ｆ1−Ｆ2で変調され
る。そして、入力信号が複数個の波長の光よりなるＷＤ
Ｍ構成では、各波長に対応する変調周波数を変化させる
ことにより信号電流のビート周波数も変化することにな
り、周波数スペクトルの検出によりチューナブルな動作
をなし、波長多重用チューナブル受光器として動作す
る。また、入力光６６、６７を電気的に変調周波数Ｆ1
および信号周波数Ｆ2の周波数で変調しない場合には、
入力光６６の波長λ1と入力光の波長λ2との組み合わせ
により、光ヘテロダイン検波によるマイクロ波やミリ波
が発生し、マイクロ波やミリ波は三端子能動素子６４の
ゲート信号で変調可能であり、光−マイクロ波変換装置
として動作する。
ダイオード６２にダイオード電圧ＶLに印加すると、発
光ダイオード６２から光が発生し、発光ダイオード６２
から発生した出射光６５は変調ダイオード６３に印加さ
れるバイアス電圧ＶMで変調される。このバイアス電圧
ＶMには変調周波数Ｆ1の制御入力信号が付加されて、変
調ダイオード６３で変調された入力光６６に変換され
る。この状態で、三端子能動素子６４のゲートバイアス
電圧ＶGおよびドレインバイアス電圧ＶDで最適動作状態
に動作を設定し、三端子能動素子６４の側面から外部か
らの入力光６７を入射する。この入力光６７による光入
力信号は信号周波数Ｆ2で駆動されている。すると、三
端子能動素子６４が変調周波数Ｆ1で制御された入力光
６６と信号周波数Ｆ2で駆動される入力光６７とを同時
に受光することにより、三端子能動素子６４に電子正孔
対キャリヤ発生による光電流が生成され、三端子能動素
子６４のドレイン電極から取り出される信号電流はヘテ
ロダイン検波によるビート周波数Ｆ1−Ｆ2で変調され
る。そして、入力信号が複数個の波長の光よりなるＷＤ
Ｍ構成では、各波長に対応する変調周波数を変化させる
ことにより信号電流のビート周波数も変化することにな
り、周波数スペクトルの検出によりチューナブルな動作
をなし、波長多重用チューナブル受光器として動作す
る。また、入力光６６、６７を電気的に変調周波数Ｆ1
および信号周波数Ｆ2の周波数で変調しない場合には、
入力光６６の波長λ1と入力光の波長λ2との組み合わせ
により、光ヘテロダイン検波によるマイクロ波やミリ波
が発生し、マイクロ波やミリ波は三端子能動素子６４の
ゲート信号で変調可能であり、光−マイクロ波変換装置
として動作する。
【００２５】このような光電子集積回路素子において
は、発光ダイオード６２、変調ダイオード６３、三端子
能動素子６４のエピタキシャル層の構成が同一であるか
ら、発光ダイオード６２、変調ダイオード６３、三端子
能動素子６４の製造プロセスが簡略化されるので、モノ
リシック化が極めて容易である。なお、発光ダイオード
６２、変調ダイオード６３、三端子能動素子６４間の分
離は、従来のエッチング法による空間分離か、あるいは
その領域へのスパッタ法による窒化珪素膜の埋め込みに
よる絶縁膜分離のいずれでもよいが、光学的減衰を考慮
してその併用によってもよい。
は、発光ダイオード６２、変調ダイオード６３、三端子
能動素子６４のエピタキシャル層の構成が同一であるか
ら、発光ダイオード６２、変調ダイオード６３、三端子
能動素子６４の製造プロセスが簡略化されるので、モノ
リシック化が極めて容易である。なお、発光ダイオード
６２、変調ダイオード６３、三端子能動素子６４間の分
離は、従来のエッチング法による空間分離か、あるいは
その領域へのスパッタ法による窒化珪素膜の埋め込みに
よる絶縁膜分離のいずれでもよいが、光学的減衰を考慮
してその併用によってもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明に係る半導体受光素子において
は、入射光が電極で遮蔽されることがないので、光感度
が良好である。
は、入射光が電極で遮蔽されることがないので、光感度
が良好である。
【００２７】また、クラッド層を光吸収層上に形成し、
クラッド層上に第１の電極を形成し、光吸収層の両側部
に第２、第３の電極を形成したときには、ホトトランジ
スタとして使用することができる。
クラッド層上に第１の電極を形成し、光吸収層の両側部
に第２、第３の電極を形成したときには、ホトトランジ
スタとして使用することができる。
【００２８】また、第１の電極をゲート電極とし、第２
の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソース電極と
し、光の入射をゲート電極の長さ方向に行なったときに
は、ゲート電極の直下の部分にも光吸収が生ずるから、
光感度の向上につながるとともに、高電界領域で効率的
に光吸収とキャリヤ生成が行なわれるから、周波数応答
特性が向上する。
の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソース電極と
し、光の入射をゲート電極の長さ方向に行なったときに
は、ゲート電極の直下の部分にも光吸収が生ずるから、
光感度の向上につながるとともに、高電界領域で効率的
に光吸収とキャリヤ生成が行なわれるから、周波数応答
特性が向上する。
【００２９】また、第１の電極をゲート電極とし、第２
の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソース電極と
し、光の入射をドレイン電極直下から行なったときに
は、高電界領域にキャリヤの生成を集中することができ
るので、周波数応答特性をより向上することができる。
の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソース電極と
し、光の入射をドレイン電極直下から行なったときに
は、高電界領域にキャリヤの生成を集中することができ
るので、周波数応答特性をより向上することができる。
【００３０】また、第２の電極と第３の電極とを短絡し
たときには、ダイオードとして動作する。
たときには、ダイオードとして動作する。
【００３１】また、光電子集積回路素子において、同一
基板上に上記の半導体受光素子を複数モノリシック集積
化したときには、各半導体受光素子のエピタキシャル層
の構成を同一にすることができるから、モノリシック化
が極めて容易である。
基板上に上記の半導体受光素子を複数モノリシック集積
化したときには、各半導体受光素子のエピタキシャル層
の構成を同一にすることができるから、モノリシック化
が極めて容易である。
【図１】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明に係る半導体受光素子を示す概略図であ
る。
る。
【図３】本発明に係る他の半導体受光素子を示す概略図
である。
である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】ホトトランジスタの感度の変調周波数依存性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図６】本発明に係る他の半導体受光素子を示す概略断
面図である。
面図である。
【図７】本発明に係る光電子集積回路素子を示す概略図
である。
である。
【図８】従来の電界効果ホトトランジスタを示す概略断
面図である。
面図である。
２２…光吸収層 ２３…クラッド層 ２４…ドレイン電極 ２５…ゲート電極 ２６…ソース電極 ２８…入射光 ３２…光吸収層 ３３…クラッド層 ３４…ドレイン電極 ３５…ゲート電極 ３６…ソース電極 ３８…入射光 ５２…光吸収層 ５３…クラッド層 ５４…接地電極 ５５…ダイオード電極 ５６…接地電極 ６１…半絶縁性基板 ６２…発光ダイオード ６３…変調ダイオード ６４…三端子能動素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 均 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 辻 伸二 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】光吸収層とクラッド層とを有する半導体受
光素子において、上記光吸収層の側面から光を入射する
ことを特徴とする半導体受光素子。 - 【請求項２】上記クラッド層を上記光吸収層上に形成
し、上記クラッド層上に第１の電極を形成し、上記光吸
収層の両側部に第２、第３の電極を形成したことを特徴
とする請求項１に記載の半導体受光素子。 - 【請求項３】上記第１の電極をゲート電極とし、上記第
２の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソース電極
とし、上記光の入射を上記ゲート電極の長さ方向に行な
うことを特徴とする請求項２に記載の半導体受光素子。 - 【請求項４】上記第１の電極をゲート電極とし、上記第
２の電極をドレイン電極とし、第３の電極をソース電極
とし、上記光の入射を上記ドレイン電極直下から行なう
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体受光素子。 - 【請求項５】上記第２の電極と上記第３の電極とを短絡
したことを特徴とする請求項２に記載の半導体受光素
子。 - 【請求項６】同一基板上に請求項２〜５のいずれかに記
載の半導体受光素子を複数モノリシック集積化したこと
を特徴とする光電子集積回路素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9082672A JPH10284750A (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | 半導体受光素子および光電子集積回路素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9082672A JPH10284750A (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | 半導体受光素子および光電子集積回路素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10284750A true JPH10284750A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=13780926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9082672A Pending JPH10284750A (ja) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | 半導体受光素子および光電子集積回路素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10284750A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022018860A1 (ja) * | 2020-07-22 | 2022-01-27 | 日本電信電話株式会社 | 受光器 |
-
1997
- 1997-04-01 JP JP9082672A patent/JPH10284750A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022018860A1 (ja) * | 2020-07-22 | 2022-01-27 | 日本電信電話株式会社 | 受光器 |
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