JPH1090540A - 半導体受光素子、半導体受光装置および半導体装置 - Google Patents
半導体受光素子、半導体受光装置および半導体装置Info
- Publication number
- JPH1090540A JPH1090540A JP8244464A JP24446496A JPH1090540A JP H1090540 A JPH1090540 A JP H1090540A JP 8244464 A JP8244464 A JP 8244464A JP 24446496 A JP24446496 A JP 24446496A JP H1090540 A JPH1090540 A JP H1090540A
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- Japan
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- thickness
- light receiving
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- core layer
- refractive index
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 他の導波路型光デバイスとの整合性が良く、
容易に光軸調整ができ、かつ低バイアス電圧で高い受光
感度を有する端面入射型の半導体受光素子を提供する。 【解決手段】 屈折率ｎａ、厚さＷａを有する光吸収層
１８が屈折率ｎｂ１、厚さＷｂ１の上部第２コア層１７
ならびに屈折率ｎｂ２、厚さＷｂ２の下部第２コア層１
９に挟まれており、さらに屈折率ｎｃ１の上部クラッド
層１６と屈折率ｎｃ２の下部クラッド層２０で挟み、そ
れらの屈折率がｎｃ１、ｎｃ２＜ｎｂ１、ｎｂ２＜ｎａ
の関係を有する端面入射型の導波路型受光素子におい
て、入射光１１のスポット半径Ｗｆと光吸収層１８の膜
厚Ｗａ、上部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コ
ア層１９の膜厚Ｗｂ２との間に０．４≦（Ｗａ＋Ｗｂ１
＋Ｗｂ２）／（２×Ｗｆ）≦０．７の関係が、または
０．３≦Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）≦０．５の関
係を有する。
容易に光軸調整ができ、かつ低バイアス電圧で高い受光
感度を有する端面入射型の半導体受光素子を提供する。 【解決手段】 屈折率ｎａ、厚さＷａを有する光吸収層
１８が屈折率ｎｂ１、厚さＷｂ１の上部第２コア層１７
ならびに屈折率ｎｂ２、厚さＷｂ２の下部第２コア層１
９に挟まれており、さらに屈折率ｎｃ１の上部クラッド
層１６と屈折率ｎｃ２の下部クラッド層２０で挟み、そ
れらの屈折率がｎｃ１、ｎｃ２＜ｎｂ１、ｎｂ２＜ｎａ
の関係を有する端面入射型の導波路型受光素子におい
て、入射光１１のスポット半径Ｗｆと光吸収層１８の膜
厚Ｗａ、上部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コ
ア層１９の膜厚Ｗｂ２との間に０．４≦（Ｗａ＋Ｗｂ１
＋Ｗｂ２）／（２×Ｗｆ）≦０．７の関係が、または
０．３≦Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）≦０．５の関
係を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受光素子等
に関し、特に光通信分野等に用いられる端面入射型の半
導体受光素子、光伝送装置に関する。
に関し、特に光通信分野等に用いられる端面入射型の半
導体受光素子、光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報サービス網の拡充ため、光通
信分野においても低コスト化が望まれている。低価格な
光通信システムを構築するためには、光信号を電気信号
に、電気信号を光信号に変換する光モジュールの低コス
ト化が鍵である。これには、同一基板上に平易な実装方
式で集積化できる光デバイスが必要である。
信分野においても低コスト化が望まれている。低価格な
光通信システムを構築するためには、光信号を電気信号
に、電気信号を光信号に変換する光モジュールの低コス
ト化が鍵である。これには、同一基板上に平易な実装方
式で集積化できる光デバイスが必要である。
【０００３】半導体レーザダイオード、光変調器や光ス
イッチ等に代表される光デバイスは一般に導波路構造を
有し、光を基板面内平行方向に入出射するものである。
一方、半導体受光素子は一般に基板面内に垂直な方向か
ら光信号を受光する面受光型である。したがって、面受
光型の半導体受光素子は他の光デバイスと光信号の入出
射方向が異なるため、集積化の観点から整合性が良くな
い。
イッチ等に代表される光デバイスは一般に導波路構造を
有し、光を基板面内平行方向に入出射するものである。
一方、半導体受光素子は一般に基板面内に垂直な方向か
ら光信号を受光する面受光型である。したがって、面受
光型の半導体受光素子は他の光デバイスと光信号の入出
射方向が異なるため、集積化の観点から整合性が良くな
い。
【０００４】このため他の光デバイスと整合性が良い端
面入射型の半導体受光素子が従来より知られているが、
信号光との高い光結合効率と低電圧動作化の両立が問題
であった。Ｙ．ＡｋａｔｓｕらはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、３１号、２０９８頁、１９９５年
で、低電圧動作が可能な中間屈折率層を有する導波路型
受光素子の構造について検討し、結晶成長層が比較的薄
い非対称構造で、フラットエンド分散シフトファイバと
の光結合効率が９２％になる計算結果を報告している。
面入射型の半導体受光素子が従来より知られているが、
信号光との高い光結合効率と低電圧動作化の両立が問題
であった。Ｙ．ＡｋａｔｓｕらはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、３１号、２０９８頁、１９９５年
で、低電圧動作が可能な中間屈折率層を有する導波路型
受光素子の構造について検討し、結晶成長層が比較的薄
い非対称構造で、フラットエンド分散シフトファイバと
の光結合効率が９２％になる計算結果を報告している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、導
波路型受光素子の導波モードと信号光との光結合効率の
みを考慮しているため、必ずしも受光感度が最大になる
とは限らない。また、スポットサイズ半径約４μｍのフ
ラットエンド分散シフトファイバからの信号光に対する
光結合効率のみであり、任意のスポット径に対しては有
効ではない。
波路型受光素子の導波モードと信号光との光結合効率の
みを考慮しているため、必ずしも受光感度が最大になる
とは限らない。また、スポットサイズ半径約４μｍのフ
ラットエンド分散シフトファイバからの信号光に対する
光結合効率のみであり、任意のスポット径に対しては有
効ではない。
【０００６】本発明の目的は、任意のスポット径を有す
る信号光に対して充分に高い受光感度と低電圧動作を同
時に満足でき、かつ他の光デバイスと整合性の良い端面
入射型の半導体受光素子を提供することである。さら
に、これを受信素子として、また半導体レーザ光のモニ
タ素子として用いる低コストの光モジュールあるいは光
伝送装置を提供することである。
る信号光に対して充分に高い受光感度と低電圧動作を同
時に満足でき、かつ他の光デバイスと整合性の良い端面
入射型の半導体受光素子を提供することである。さら
に、これを受信素子として、また半導体レーザ光のモニ
タ素子として用いる低コストの光モジュールあるいは光
伝送装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために、図１に示すような屈折率ｎａ、厚さＷ
ａを有する光吸収層１８が屈折率ｎｂ１、厚さＷｂ１の
上部第２コア層１７ならびに屈折率ｎｂ２、厚さＷｂ２
の下部第２コア層１９に挟まれており、さらに屈折率ｎ
ｃ１の上部クラッド層１６と屈折率ｎｃ２の下部クラッ
ド層２０で挟み、それらの屈折率がｎｃ１、ｎｃ２＜ｎ
ｂ１、ｎｂ２＜ｎａの関係を有する端面入射型の導波路
型受光素子において、スポット半径Ｗｆを有する信号光
１１に対し、受光感度は図２に示すような関係がある。
入射光のスポット半径をＷｆ、光吸収層１８の膜厚をＷ
ａ、上部第２コア層１７の膜厚をＷｂ１、下部第２コア
層１９の膜厚をＷｂ２とすると、（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ
２）／（２×Ｗｆ）＝０．５５付近で受光感度が最大と
なる。そこで本発明では、スポット半径Ｗｆを有する任
意の信号光１１に対して、光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上
部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の
膜厚Ｗｂ２の関係を０．４≦（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）
／（２×Ｗｆ）≦０．７とすることにより充分に高い受
光感度を得ることができる。
解決するために、図１に示すような屈折率ｎａ、厚さＷ
ａを有する光吸収層１８が屈折率ｎｂ１、厚さＷｂ１の
上部第２コア層１７ならびに屈折率ｎｂ２、厚さＷｂ２
の下部第２コア層１９に挟まれており、さらに屈折率ｎ
ｃ１の上部クラッド層１６と屈折率ｎｃ２の下部クラッ
ド層２０で挟み、それらの屈折率がｎｃ１、ｎｃ２＜ｎ
ｂ１、ｎｂ２＜ｎａの関係を有する端面入射型の導波路
型受光素子において、スポット半径Ｗｆを有する信号光
１１に対し、受光感度は図２に示すような関係がある。
入射光のスポット半径をＷｆ、光吸収層１８の膜厚をＷ
ａ、上部第２コア層１７の膜厚をＷｂ１、下部第２コア
層１９の膜厚をＷｂ２とすると、（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ
２）／（２×Ｗｆ）＝０．５５付近で受光感度が最大と
なる。そこで本発明では、スポット半径Ｗｆを有する任
意の信号光１１に対して、光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上
部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の
膜厚Ｗｂ２の関係を０．４≦（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）
／（２×Ｗｆ）≦０．７とすることにより充分に高い受
光感度を得ることができる。
【０００８】また、光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上部第２
コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗ
ｂ２と受光感度の関係は図３のようになる。受光感度は
Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）＝０．３５付近で最大
となる。したがって本発明では充分に高い受光感度を得
るために、光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上部第２コア層１
７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２との
関係を０．３≦Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）≦０．
５とする。
コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗ
ｂ２と受光感度の関係は図３のようになる。受光感度は
Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）＝０．３５付近で最大
となる。したがって本発明では充分に高い受光感度を得
るために、光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上部第２コア層１
７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２との
関係を０．３≦Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）≦０．
５とする。
【０００９】特に光通信では１．３μｍおよび１．５５
μｍの波長帯が用いられ、このときの光ファイバや石英
系光導波路回路のスポット半径は約４〜５μｍ程度とな
る。光学レンズを用いずにこれらに対し高い受光感度を
得るために、光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上部第２コア層
１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２と
の関係を３μｍ＜Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２＜７μｍとし、
かつ光吸収層１８の膜厚Ｗａを１．５μｍ≦Ｗａ≦２．
５μｍとする。
μｍの波長帯が用いられ、このときの光ファイバや石英
系光導波路回路のスポット半径は約４〜５μｍ程度とな
る。光学レンズを用いずにこれらに対し高い受光感度を
得るために、光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上部第２コア層
１７の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２と
の関係を３μｍ＜Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２＜７μｍとし、
かつ光吸収層１８の膜厚Ｗａを１．５μｍ≦Ｗａ≦２．
５μｍとする。
【００１０】さらに低コスト化のために、上部第２コア
層１７の膜厚Ｗｂ１と下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２
を等しくする。もしくは上部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ
１または下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２を０とする。
層１７の膜厚Ｗｂ１と下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２
を等しくする。もしくは上部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ
１または下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２を０とする。
【００１１】光モジュール低コスト化のため、図４およ
び図６に示すように光回路３５を有する光導波路基板３
６上に受信素子もしくは半導体レーザ４１のモニタ素子
として本発明の導波路型受光素子３１を光学レンズなし
で集積化する。また、図５および図７に示すような光フ
ァイバ３８を固定するためのＶ溝を有する基板３７上に
受信素子もしくは半導体レーザ４１のモニタ素子として
本発明の導波路型受光素子３１を光学レンズなしで集積
化する。
び図６に示すように光回路３５を有する光導波路基板３
６上に受信素子もしくは半導体レーザ４１のモニタ素子
として本発明の導波路型受光素子３１を光学レンズなし
で集積化する。また、図５および図７に示すような光フ
ァイバ３８を固定するためのＶ溝を有する基板３７上に
受信素子もしくは半導体レーザ４１のモニタ素子として
本発明の導波路型受光素子３１を光学レンズなしで集積
化する。
【００１２】また図８に示すように信号光入射用の光フ
ァイバ５２の付いたＶ溝基板５４上に受信用の本発明の
導波路型受光素子５５をパッシブアライメント法を用い
て集積化し、さらにプリアンプＩＣ５６を実装する。こ
れをセラミックあるいは樹脂できたベース５３とキャッ
プ５１にてパッケージングする。ベース５３とキャップ
５１の代わりに樹脂にてトランスファモールドを用いて
も同様である。さらにＶ溝基板５４の代わりに光回路を
有する導波路基板を用いても同様である。また、本発明
の導波路型受光素子を半導体レーザのモニタ用として用
いた光送信モジュールあるいは同一基板上に本発明の導
波路型受光素子を受信用、半導体レーザモニタ用として
それぞれ搭載した光送受信モジュールを用いても同様で
ある。
ァイバ５２の付いたＶ溝基板５４上に受信用の本発明の
導波路型受光素子５５をパッシブアライメント法を用い
て集積化し、さらにプリアンプＩＣ５６を実装する。こ
れをセラミックあるいは樹脂できたベース５３とキャッ
プ５１にてパッケージングする。ベース５３とキャップ
５１の代わりに樹脂にてトランスファモールドを用いて
も同様である。さらにＶ溝基板５４の代わりに光回路を
有する導波路基板を用いても同様である。また、本発明
の導波路型受光素子を半導体レーザのモニタ用として用
いた光送信モジュールあるいは同一基板上に本発明の導
波路型受光素子を受信用、半導体レーザモニタ用として
それぞれ搭載した光送受信モジュールを用いても同様で
ある。
【００１３】さらに図９に示すように本発明の導波路型
受光素子を搭載した光ファイバ６３付き光モジュール６
４と受信ＩＣ６１等の電子回路を同一ボード６２上に搭
載し、これを送信あるいは受信あるいは送受信装置とし
て光伝送システムに用いる。
受光素子を搭載した光ファイバ６３付き光モジュール６
４と受信ＩＣ６１等の電子回路を同一ボード６２上に搭
載し、これを送信あるいは受信あるいは送受信装置とし
て光伝送システムに用いる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例により説明
する。
する。
【００１５】実施例１ 図１はＩｎＧａＡｌＡｓ系化合物半導体を用いた本発明
の一実施例の断面構造図である。ｐ−ＩｎＰ基板２１上
に分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法により、ｐ−ＩｎＡｌ
Ａｓ下部クラッド層２０を０．５μｍ、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｌＡｓ下部第２コア層１９を１．５μｍ、アンドープＩ
ｎＧａＡｌＡｓ光吸収層１８をを１．５μｍ、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｌＡｓ上部第２コア層１７を１．５μｍ、ｎ−Ｉ
ｎＡｌＡｓ上部クラッド層１６を１．０μｍ、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層１５を０．２μｍ、順次積層し
た。ここで上部第２コア層１７および下部第２コア層１
９のバンドギャップ波長は１．１μｍであり、光吸収層
１８のバンドギャップ波長は１．４μｍである。この半
導体多層構造を化学エッチングによりメサ構造を形成
し、その後ＳｉＮ絶縁膜１４により結晶表面をパッシベ
ーションした。受光部の導波路幅は３０μｍ、長さは１
００μｍである。次にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕよりなるｎ型電
極１３およびｐ型電極２２を形成した。劈開により入射
端面を形成し、反射防止膜１２を施した。
の一実施例の断面構造図である。ｐ−ＩｎＰ基板２１上
に分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法により、ｐ−ＩｎＡｌ
Ａｓ下部クラッド層２０を０．５μｍ、ｐ−ＩｎＧａＡ
ｌＡｓ下部第２コア層１９を１．５μｍ、アンドープＩ
ｎＧａＡｌＡｓ光吸収層１８をを１．５μｍ、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｌＡｓ上部第２コア層１７を１．５μｍ、ｎ−Ｉ
ｎＡｌＡｓ上部クラッド層１６を１．０μｍ、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層１５を０．２μｍ、順次積層し
た。ここで上部第２コア層１７および下部第２コア層１
９のバンドギャップ波長は１．１μｍであり、光吸収層
１８のバンドギャップ波長は１．４μｍである。この半
導体多層構造を化学エッチングによりメサ構造を形成
し、その後ＳｉＮ絶縁膜１４により結晶表面をパッシベ
ーションした。受光部の導波路幅は３０μｍ、長さは１
００μｍである。次にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕよりなるｎ型電
極１３およびｐ型電極２２を形成した。劈開により入射
端面を形成し、反射防止膜１２を施した。
【００１６】作製した端面入射型の半導体受光素子をス
ポット半径Ｗｆが約４μｍのフラットエンド分散シフト
ファイバからの波長１．３μｍの信号光１１と光結合さ
せたところ、バイアス電圧２Ｖで受光感度０．９８Ａ／
Ｗと高い値が得られた。また、信号光１１の位置ずれト
レランスも０．５ｄＢ劣化時で垂直方向が±２．０μ
ｍ、水平方向が±１２．０μｍとパッシブアライメント
法を用いた表面実装時の位置ずれ量を充分にカバーでき
る値となった。バイアス電圧２Ｖにおける最大遮断周波
数は１０ＧＨｚであった。
ポット半径Ｗｆが約４μｍのフラットエンド分散シフト
ファイバからの波長１．３μｍの信号光１１と光結合さ
せたところ、バイアス電圧２Ｖで受光感度０．９８Ａ／
Ｗと高い値が得られた。また、信号光１１の位置ずれト
レランスも０．５ｄＢ劣化時で垂直方向が±２．０μ
ｍ、水平方向が±１２．０μｍとパッシブアライメント
法を用いた表面実装時の位置ずれ量を充分にカバーでき
る値となった。バイアス電圧２Ｖにおける最大遮断周波
数は１０ＧＨｚであった。
【００１７】また、上記の構造をＩｎＧａＡｓＰ系の半
導体層で構成しても同様の効果が得られる。本実施例で
は光吸収層１８に波長１．５５μｍの信号光に受光感度
が無く、波長１．３μｍの信号光に対して受光感度を有
する半導体層を用いたが、波長１．５５μｍの信号光に
受光感度を有する半導体層を用いても同様の効果が得ら
れる。
導体層で構成しても同様の効果が得られる。本実施例で
は光吸収層１８に波長１．５５μｍの信号光に受光感度
が無く、波長１．３μｍの信号光に対して受光感度を有
する半導体層を用いたが、波長１．５５μｍの信号光に
受光感度を有する半導体層を用いても同様の効果が得ら
れる。
【００１８】実施例２ 図４は本発明の導波路型受光素子を用いた光モジュール
の一実施例の斜視構造図である。石英系光回路３５、絶
縁膜３４、電気配線３２、３３を有する光導波路基板３
６上に本発明の導波路型受光素子３１をパッシブアライ
メント法用いてフリップチップ実装した。ここで導波路
型受光素子には片面にｎ型、ｐ型電極を有するものを用
い、導波路型受光素子３１と電気配線３２、３３の接続
にはＡｕＳｎ半田を使用した。
の一実施例の斜視構造図である。石英系光回路３５、絶
縁膜３４、電気配線３２、３３を有する光導波路基板３
６上に本発明の導波路型受光素子３１をパッシブアライ
メント法用いてフリップチップ実装した。ここで導波路
型受光素子には片面にｎ型、ｐ型電極を有するものを用
い、導波路型受光素子３１と電気配線３２、３３の接続
にはＡｕＳｎ半田を使用した。
【００１９】素子搭載時の位置ずれは±１μｍ以内に抑
えられ、１．３μｍ光に対する受光感度は０．９Ａ／Ｗ
と高い値が得られた。最大遮断周波数も９ＧＨｚとな
り、浮遊容量による帯域劣化は認められなかった。
えられ、１．３μｍ光に対する受光感度は０．９Ａ／Ｗ
と高い値が得られた。最大遮断周波数も９ＧＨｚとな
り、浮遊容量による帯域劣化は認められなかった。
【００２０】実施例３ 図５は本発明の導波路型受光素子を用いた光モジュール
の一実施例の斜視構造図である。絶縁膜３４、電気配線
３２、３３を有するＶ溝光導波路基板３７上に本発明の
導波路型受光素子３１をパッシブアライメント法用いて
フリップチップ実装した。ここで導波路型受光素子には
片面にｎ型、ｐ型電極を有するものを用い、導波路型受
光素子３１と電気配線３２、３３の接続にはＡｕＳｎ半
田を使用した。その後フラットエンドの光ファイバ３８
をＶ溝に固定した。
の一実施例の斜視構造図である。絶縁膜３４、電気配線
３２、３３を有するＶ溝光導波路基板３７上に本発明の
導波路型受光素子３１をパッシブアライメント法用いて
フリップチップ実装した。ここで導波路型受光素子には
片面にｎ型、ｐ型電極を有するものを用い、導波路型受
光素子３１と電気配線３２、３３の接続にはＡｕＳｎ半
田を使用した。その後フラットエンドの光ファイバ３８
をＶ溝に固定した。
【００２１】素子搭載時及び光ファイバ固定時の位置ず
れは±１μｍ以内に抑えられ、１．３μｍ光に対する受
光感度は０．８５Ａ／Ｗと高い値が得られた。最大遮断
周波数も９ＧＨｚとなり、浮遊容量による帯域劣化は認
められなかった。
れは±１μｍ以内に抑えられ、１．３μｍ光に対する受
光感度は０．８５Ａ／Ｗと高い値が得られた。最大遮断
周波数も９ＧＨｚとなり、浮遊容量による帯域劣化は認
められなかった。
【００２２】実施例４ 図６は本発明の導波路型受光素子を用いた光モジュール
の一実施例の斜視構造図である。石英系光回路３５、絶
縁膜３４、モニタ受光素子用電気配線３２、３３、半導
体レーザ用電気配線４２、４３を有する光導波路基板３
６上に半導体レーザ４１と本発明の導波路型受光素子３
１をパッシブアライメント法用いてフリップチップ実装
した。ここで導波路型受光素子には片面にｎ型、ｐ型電
極を有するものを用い、導波路型受光素子３１とモニタ
受光素子電気配線３２、３３および半導体レーザ４１と
半導体レーザ用電気配線４２、４３の接続にはＡｕＳｎ
半田を使用した。
の一実施例の斜視構造図である。石英系光回路３５、絶
縁膜３４、モニタ受光素子用電気配線３２、３３、半導
体レーザ用電気配線４２、４３を有する光導波路基板３
６上に半導体レーザ４１と本発明の導波路型受光素子３
１をパッシブアライメント法用いてフリップチップ実装
した。ここで導波路型受光素子には片面にｎ型、ｐ型電
極を有するものを用い、導波路型受光素子３１とモニタ
受光素子電気配線３２、３３および半導体レーザ４１と
半導体レーザ用電気配線４２、４３の接続にはＡｕＳｎ
半田を使用した。
【００２３】各素子の搭載時の位置ずれは±１μｍ以内
に抑えられ、半導体レーザ４１とモニタ用導波路型受光
素子３１間の光結合損失は２〜３ｄＢであった。また外
部出力１ｍＷ時のモニタ電流は５００μＡと良好な値が
得られた。
に抑えられ、半導体レーザ４１とモニタ用導波路型受光
素子３１間の光結合損失は２〜３ｄＢであった。また外
部出力１ｍＷ時のモニタ電流は５００μＡと良好な値が
得られた。
【００２４】実施例５ 図７は本発明の導波路型受光素子を用いた光モジュール
の一実施例の斜視構造図である。絶縁膜３４、モニタ受
光素子用電気配線３２、３３、半導体レーザ用電気配線
４２、４３を有するＶ溝光導波路基板３７上に半導体レ
ーザ４１と本発明の導波路型受光素子３１をパッシブア
ライメント法用いてフリップチップ実装した。ここで導
波路型受光素子には片面にｎ型、ｐ型電極を有するもの
を用い、導波路型受光素子３１とモニタ受光素子電気配
線３２、３３および半導体レーザ４１と半導体レーザ用
電気配線４２、４３の接続にはＡｕＳｎ半田を使用し
た。その後フラットエンドの光ファイバ３８をＶ溝に固
定した。
の一実施例の斜視構造図である。絶縁膜３４、モニタ受
光素子用電気配線３２、３３、半導体レーザ用電気配線
４２、４３を有するＶ溝光導波路基板３７上に半導体レ
ーザ４１と本発明の導波路型受光素子３１をパッシブア
ライメント法用いてフリップチップ実装した。ここで導
波路型受光素子には片面にｎ型、ｐ型電極を有するもの
を用い、導波路型受光素子３１とモニタ受光素子電気配
線３２、３３および半導体レーザ４１と半導体レーザ用
電気配線４２、４３の接続にはＡｕＳｎ半田を使用し
た。その後フラットエンドの光ファイバ３８をＶ溝に固
定した。
【００２５】各素子の搭載時及び光ファイバ固定時の位
置ずれは±１μｍ以内に抑えられ、半導体レーザ４１と
モニタ用導波路型受光素子３１間の光結合損失は２〜３
ｄＢであった。また外部出力１ｍＷ時のモニタ電流は４
００μＡと良好な値が得られた。
置ずれは±１μｍ以内に抑えられ、半導体レーザ４１と
モニタ用導波路型受光素子３１間の光結合損失は２〜３
ｄＢであった。また外部出力１ｍＷ時のモニタ電流は４
００μＡと良好な値が得られた。
【００２６】実施例６ 図８は本発明の導波路型受光素子を用い、パッケージン
グされた光受信モジュールの一実施例の斜視構造図であ
る。Ｖ溝基板５４上に受信用の本発明の導波路型受光素
子５５をパッシブアライメント法を用いて実装した。さ
らに高感度化のために受信用プリアンプＩＣ５６もＶ溝
基板５４上に実装した。その後、信号光入射用の光ファ
イバ５２を付け、セラミック製のベース５３に固定し、
キャップ５１にて蓋をした。
グされた光受信モジュールの一実施例の斜視構造図であ
る。Ｖ溝基板５４上に受信用の本発明の導波路型受光素
子５５をパッシブアライメント法を用いて実装した。さ
らに高感度化のために受信用プリアンプＩＣ５６もＶ溝
基板５４上に実装した。その後、信号光入射用の光ファ
イバ５２を付け、セラミック製のベース５３に固定し、
キャップ５１にて蓋をした。
【００２７】作製した光モジュールを伝送評価した。信
号光波長１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂ／ｓのバースト
伝送において、１０の−８乗の誤り率における最小受光
感度は−３８ｄＢｍと良好であった。
号光波長１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂ／ｓのバースト
伝送において、１０の−８乗の誤り率における最小受光
感度は−３８ｄＢｍと良好であった。
【００２８】セラミック製のベース５３およびキャップ
５１の代わりに樹脂製のもの、あるいは樹脂のトランス
ファモールドを用いても同様である。さらにＶ溝基板５
４の代わりに光回路を有する光導波路基板等を用いても
同様である。また、本発明の導波路型受光素子を用いた
送信および送受信光モジュールをパッケージングしても
同様である。
５１の代わりに樹脂製のもの、あるいは樹脂のトランス
ファモールドを用いても同様である。さらにＶ溝基板５
４の代わりに光回路を有する光導波路基板等を用いても
同様である。また、本発明の導波路型受光素子を用いた
送信および送受信光モジュールをパッケージングしても
同様である。
【００２９】実施例７ 図９は本発明の導波路型受光素子を用いた光伝送装置の
一実施例の鳥瞰図である。本発明の導波路型受光素子が
搭載され、信号光入射用の光ファイバ６３が付いた光受
信モジュール６４と受信ＩＣ６１およびその他の電子部
品をボード６２上に搭載した。
一実施例の鳥瞰図である。本発明の導波路型受光素子が
搭載され、信号光入射用の光ファイバ６３が付いた光受
信モジュール６４と受信ＩＣ６１およびその他の電子部
品をボード６２上に搭載した。
【００３０】作製した光伝送装置の伝送評価を行った。
信号光波長１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂ／ｓのバース
ト伝送において、１０の−８乗の誤り率における最小受
光感度は−３８ｄＢｍと良好であった。
信号光波長１．３μｍ、伝送速度５０Ｍｂ／ｓのバース
ト伝送において、１０の−８乗の誤り率における最小受
光感度は−３８ｄＢｍと良好であった。
【００３１】光受信モジュールの代わりに本発明の導波
路型受光素子が集積化された光送信モジュールおよび光
送受信モジュールを搭載しても同様である。
路型受光素子が集積化された光送信モジュールおよび光
送受信モジュールを搭載しても同様である。
【００３２】本発明の実施例に係る導波路型半導体受光
素子を用いれば、低動作電圧で高い受光感度を得ること
ができ、かつ信号光に対する位置ずれトレランス幅を広
げることができる。これにより実装マージンを大きくと
れ、光学レンズなし容易に高光結合をとることができ
る。したがって、煩雑な実装工程をとらずに低コストな
光モジュールおよび光伝送装置を作製することが可能と
なる。
素子を用いれば、低動作電圧で高い受光感度を得ること
ができ、かつ信号光に対する位置ずれトレランス幅を広
げることができる。これにより実装マージンを大きくと
れ、光学レンズなし容易に高光結合をとることができ
る。したがって、煩雑な実装工程をとらずに低コストな
光モジュールおよび光伝送装置を作製することが可能と
なる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、光モジュール等の低コ
スト化が可能である。
スト化が可能である。
【図１】本発明実施例１の導波路型受光素子の典型的な
断面構造図を示す。
断面構造図を示す。
【図２】信号光１１のスポット半径Ｗｆ、光吸収層１８
の膜厚Ｗａ、上部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第
２コア層１９の膜厚Ｗｂ２と受光感度の関係を示す。
の膜厚Ｗａ、上部第２コア層１７の膜厚Ｗｂ１、下部第
２コア層１９の膜厚Ｗｂ２と受光感度の関係を示す。
【図３】光吸収層１８の膜厚Ｗａ、上部第２コア層１７
の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２と受光
感度の関係を示す。
の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層１９の膜厚Ｗｂ２と受光
感度の関係を示す。
【図４】本発明実施例２の全体構造斜視図である。
【図５】本発明実施例３の全体構造斜視図である。
【図６】本発明実施例４の全体構造斜視図である。
【図７】本発明実施例５の全体構造斜視図である。
【図８】本発明実施例６の全体構造斜視図である。
【図９】本発明実施例７の全体構造鳥瞰図である。
１１・・・信号光 １２・・・反射防止膜 １３・・・ｎ型電極 １４・・・ＳｉＮ絶縁膜 １５・・・コンタクト層 １６・・・上部クラッド層 １７・・・上部第２コア層 １８・・・光吸収層 １９・・・下部第２コア層 ２０・・・下部クラッド層 ２１・・・ｐ−ＩｎＰ基板 ２２・・・ｐ型電極 ３１・・・本発明の導波路型受光素子 ３２、３３・・・電気配線 ３４・・・絶縁膜 ３５・・・光回路 ３６・・・光導波路基板 ３７・・・Ｖ溝基板 ３８・・・光ファイバ ４１・・・半導体レーザ ４２、４３・・・電気配線 ５１・・・キャップ ５２・・・光ファイバ ５３・・・ベース ５４・・・Ｖ溝基板 ５５・・・本発明の導波路型受光素子 ５６・・・プリアンプＩＣ ６１・・・受信ＩＣ ６２・・・ボード ６３・・・光ファイバ ６４・・・光受信モジュール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 滋久 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 松岡 康信 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 (72)発明者 小野 綱男 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 赤津 祐史 神奈川県厚木市森の里若宮３−１ 日本電 信電話株式会社ＮＴＴ光エレクトロニクス 研究所内 (72)発明者 加藤 和利 神奈川県厚木市森の里若宮３−１ 日本電 信電話株式会社ＮＴＴ光エレクトロニクス 研究所内
Claims (13)
- 【請求項１】屈折率ｎａ、厚さＷａを有する光吸収層が
屈折率ｎｂ１、厚さＷｂ１の上部第２コア層ならびに屈
折率ｎｂ２、厚さＷｂ２の下部第２コア層に挟まれてお
り、さらに上記半導体層を屈折率ｎｃ１の上部クラッド
層と屈折率ｎｃ２の下部クラッド層で挟み、それらの屈
折率がｎｃ１、ｎｃ２＜ｎｂ１、ｎｂ２＜ｎａの関係を
有する端面入射型の導波路型受光素子において、入射光
のスポット半径Ｗｆと光吸収層の膜厚Ｗａ、上部第２コ
ア層の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層の膜厚Ｗｂ２との間
に０．４≦（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）／（２×Ｗｆ）≦
０．７の関係があることを特徴とする導波路型半導体受
光素子。 - 【請求項２】屈折率ｎａ、厚さＷａを有する光吸収層が
屈折率ｎｂ１、厚さＷｂ１の上部第２コア層ならびに屈
折率ｎｂ２、厚さＷｂ２の下部第２コア層に挟まれてお
り、さらに上記半導体層を屈折率ｎｃ１の上部クラッド
層と屈折率ｎｃ２の下部クラッド層で挟み、それらの屈
折率がｎｃ１、ｎｃ２＜ｎｂ１、ｎｂ２＜ｎａの関係を
有する端面入射型の導波路型受光素子において、光吸収
層の膜厚Ｗａと上部第２コア層の膜厚Ｗｂ１、下部第２
コア層の膜厚Ｗｂ２との間に０．３≦Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗ
ｂ１＋Ｗｂ２）≦０．５の関係があることを特徴とする
導波路型半導体受光素子。 - 【請求項３】屈折率ｎａ、厚さＷａを有する光吸収層が
屈折率ｎｂ１、厚さＷｂ１の上部第２コア層ならびに屈
折率ｎｂ２、厚さＷｂ２の下部第２コア層に挟まれてお
り、さらに上記半導体層を屈折率ｎｃ１の上部クラッド
層と屈折率ｎｃ２の下部クラッド層で挟み、それらの屈
折率がｎｃ１、ｎｃ２＜ｎｂ１、ｎｂ２＜ｎａの関係を
有する端面入射型の導波路型受光素子において、入射光
のスポット半径Ｗｆと光吸収層の膜厚Ｗａ、上部第２コ
ア層の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層の膜厚Ｗｂ２との間
に０．４≦（Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２）／（２×Ｗｆ）≦
０．７の関係が有り、かつ０．３≦Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ
１＋Ｗｂ２）≦０．５の関係があることを特徴とする導
波路型半導体受光素子。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか一つに記載の
導波路型半導体受光素子において、上部第２コア層の膜
厚Ｗｂ１と下部第２コア層の膜厚Ｗｂ２が等しいことを
特徴とする導波路型半導体受光素子。 - 【請求項５】請求項１ないし３のいずれか一つに記載の
導波路型半導体受光素子において、上部第２コア層の膜
厚Ｗｂ１もしくは下部第２コア層の膜厚Ｗｂ２が０であ
ることを特徴とする導波路型半導体受光素子。 - 【請求項６】請求項１ないし５のいずれか一つに記載の
導波路型半導体受光素子において、光吸収層の膜厚Ｗａ
と上部第２コア層の膜厚Ｗｂ１、下部第２コア層の膜厚
Ｗｂ２との間に３μｍ＜Ｗａ＋Ｗｂ１＋Ｗｂ２＜７μｍ
の関係が成り立ち、かつ光吸収層の膜厚Ｗａが１．５μ
ｍ≦Ｗａ≦２．５μｍであることを特徴とする導波路型
半導体受光素子。 - 【請求項７】請求項１ないし６のいずれか一つに記載の
導波路型半導体受光素子を光導波路基板上に集積化する
ことを特徴とする半導体受光装置。 - 【請求項８】請求項１ないし６のいずれか一つに記載の
導波路型半導体受光素子と光ファイバとを同一基板上に
集積化することを特徴とする半導体受光装置。 - 【請求項９】請求項１ないし６のいずれか一つに記載の
導波路型半導体受光素子と半導体レーザを光導波路基板
上に集積化することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１０】請求項１ないし６のいずれか一つに記載
の導波路型半導体受光素子と半導体レーザ、光ファイバ
を同一基板上に集積化することを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項１１】請求項７ないし１０のいずれか一つに記
載の半導体装置をセラミックあるいは樹脂にてパッケー
ジングすることを特徴とする光モジュール。 - 【請求項１２】請求項７ないし１０のいずれか一つに記
載の半導体装置の基板上にプリアンプＩＣ等の電子回路
を搭載し、セラミックあるいは樹脂にてパッケージング
することを特徴とする光モジュール。 - 【請求項１３】請求項１１又は１２記載の光モジュール
と送信ＩＣや受信ＩＣ等の電子回路を同一ボード上に搭
載し、これを送信あるいは受信あるいは送受信装置とし
て用いることを特徴とする光伝送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8244464A JPH1090540A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 半導体受光素子、半導体受光装置および半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8244464A JPH1090540A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 半導体受光素子、半導体受光装置および半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090540A true JPH1090540A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17119043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8244464A Pending JPH1090540A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 半導体受光素子、半導体受光装置および半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1090540A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0966046A2 (en) * | 1998-06-15 | 1999-12-22 | NEC Corporation | Semiconductor photodetector with an increased photo receiving area and exhibiting high speed performances |
| EP1107318A2 (en) * | 1999-12-10 | 2001-06-13 | Nec Corporation | Semiconductor photodetector |
| JP2001223369A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Opnext Japan Inc | 端面入射導波路型半導体受光素子およびそれを用いた光受信モジュール |
| US7021840B2 (en) | 2002-06-25 | 2006-04-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical receiver and method of manufacturing the same |
-
1996
- 1996-09-17 JP JP8244464A patent/JPH1090540A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0966046A2 (en) * | 1998-06-15 | 1999-12-22 | NEC Corporation | Semiconductor photodetector with an increased photo receiving area and exhibiting high speed performances |
| EP0966046A3 (en) * | 1998-06-15 | 2000-02-02 | NEC Corporation | Semiconductor photodetector with an increased photo receiving area and exhibiting high speed performances |
| US6271546B1 (en) | 1998-06-15 | 2001-08-07 | Nec Corporation | Semiconductor photodetector with an increased photo receiving area and exhibiting high speed performances |
| EP1107318A2 (en) * | 1999-12-10 | 2001-06-13 | Nec Corporation | Semiconductor photodetector |
| EP1107318A3 (en) * | 1999-12-10 | 2003-08-06 | NEC Compound Semiconductor Devices, Ltd. | Semiconductor photodetector |
| US6718108B2 (en) | 1999-12-10 | 2004-04-06 | Nec Compound Semiconductor Devices | Semiconductor photodetector |
| JP2001223369A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Opnext Japan Inc | 端面入射導波路型半導体受光素子およびそれを用いた光受信モジュール |
| US7021840B2 (en) | 2002-06-25 | 2006-04-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical receiver and method of manufacturing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041026 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041216 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050118 |