JPH1117211A - 半導体面型受光素子及び装置 - Google Patents
半導体面型受光素子及び装置Info
- Publication number
- JPH1117211A JPH1117211A JP9169928A JP16992897A JPH1117211A JP H1117211 A JPH1117211 A JP H1117211A JP 9169928 A JP9169928 A JP 9169928A JP 16992897 A JP16992897 A JP 16992897A JP H1117211 A JPH1117211 A JP H1117211A
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- Japan
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- light receiving
- transmission
- layer
- semiconductor
- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低動作電圧の使用条件下で、入力光のスポット
径に依存しない十分速い応答速度と高い受光感度を同時
に満足するフォトダイオード素子を提供する。 【解決手段】面入射型Ｐ−ｉ−Ｎフォトダイオードにお
いて、低キャリア濃度層である光吸収層の層厚Ｌａを
１.２μｍ≦Ｌａ≦１.８μｍとし、さらに基板と光吸収
層の間にあるバッファ層の層厚Ｌｂを０.０５μｍ≦Ｌ
ｂ≦１.８μｍとする。
径に依存しない十分速い応答速度と高い受光感度を同時
に満足するフォトダイオード素子を提供する。 【解決手段】面入射型Ｐ−ｉ−Ｎフォトダイオードにお
いて、低キャリア濃度層である光吸収層の層厚Ｌａを
１.２μｍ≦Ｌａ≦１.８μｍとし、さらに基板と光吸収
層の間にあるバッファ層の層厚Ｌｂを０.０５μｍ≦Ｌ
ｂ≦１.８μｍとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信分野等に用い
られる面入射型の半導体受光素子、およびこれを用いた
光モジュール，光伝送装置に関するものである。
られる面入射型の半導体受光素子、およびこれを用いた
光モジュール，光伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マルチチャネル光インタコネクト技術
は、超高速計算機あるいは交換機の架間あるいはボード
間配線の大容量，高密度化に対応するため、従来の電気
配線に代わる技術として現在盛んに開発が進められてい
る。受信機の主要構成要素は半導体受光素子，受信Ｉ
Ｃ，ファイバアレイ，レンズアレイであり、このうち半
導体受光素子には光の波長１μｍ帯で感度のあるＩｎＧ
ａＡｓを受光層に持つ面入射Ｐ−ｉ−Ｎ型フォトダイオ
ードアレイを適用する例が多い。K.ItohらはJSAPCatalo
g Number；ＡＰ 921124−０３で、吸収層厚２.２μｍの
８チャネル裏面入射型Ｐ−ｉ−Ｎフォトダイオードアレ
イについて試作し、受光感度０.９５Ａ／Ｗ，暗電流０.
１ｎＡという評価結果を報告している。
は、超高速計算機あるいは交換機の架間あるいはボード
間配線の大容量，高密度化に対応するため、従来の電気
配線に代わる技術として現在盛んに開発が進められてい
る。受信機の主要構成要素は半導体受光素子，受信Ｉ
Ｃ，ファイバアレイ，レンズアレイであり、このうち半
導体受光素子には光の波長１μｍ帯で感度のあるＩｎＧ
ａＡｓを受光層に持つ面入射Ｐ−ｉ−Ｎ型フォトダイオ
ードアレイを適用する例が多い。K.ItohらはJSAPCatalo
g Number；ＡＰ 921124−０３で、吸収層厚２.２μｍの
８チャネル裏面入射型Ｐ−ｉ−Ｎフォトダイオードアレ
イについて試作し、受光感度０.９５Ａ／Ｗ，暗電流０.
１ｎＡという評価結果を報告している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】マルチチャネル光伝送
用受信機の性能としては、クロックチャネルに対するデ
ータチャネルの信号伝達時間差を低減すること、すなわ
ち低スキュー特性の実現が重要である。このため、フォ
トダイオードアレイに対してはチャネル間の応答速度ば
らつきが少ないこと、各チャネルの応答速度自体が速い
ことが必要となる。しかしながら、近年光インタコネク
トモジュールには低消費電力化が要求されており、フォ
トダイオード素子に供給される電圧の低減が避けられな
い状況にある。従来構造のフォトダイオード素子では、
動作電圧の低減に伴い、空間電荷効果の影響が無視でき
なくなり、応答速度が入力光の光密度すなわち、入力光
パワーとスポット径の依存性をもつという欠点があっ
た。
用受信機の性能としては、クロックチャネルに対するデ
ータチャネルの信号伝達時間差を低減すること、すなわ
ち低スキュー特性の実現が重要である。このため、フォ
トダイオードアレイに対してはチャネル間の応答速度ば
らつきが少ないこと、各チャネルの応答速度自体が速い
ことが必要となる。しかしながら、近年光インタコネク
トモジュールには低消費電力化が要求されており、フォ
トダイオード素子に供給される電圧の低減が避けられな
い状況にある。従来構造のフォトダイオード素子では、
動作電圧の低減に伴い、空間電荷効果の影響が無視でき
なくなり、応答速度が入力光の光密度すなわち、入力光
パワーとスポット径の依存性をもつという欠点があっ
た。
【０００４】本発明の目的は、低動作電圧の使用条件下
で、入力光のスポット径に依存しない十分速い応答速度
と高い受光感度を同時に満足するフォトダイオード素子
を提供することである。さらに、これを受光素子とし
て、あるいは半導体レーザの出力光のモニタ用素子とし
て用いる、光モジュール、あるいは伝送装置を提供する
ことである。
で、入力光のスポット径に依存しない十分速い応答速度
と高い受光感度を同時に満足するフォトダイオード素子
を提供することである。さらに、これを受光素子とし
て、あるいは半導体レーザの出力光のモニタ用素子とし
て用いる、光モジュール、あるいは伝送装置を提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では図１に示すよ
うな裏面入射型Ｐ−ｉ−Ｎフォトダイオードにおいて、
低キャリア濃度層である光吸収層１１の層厚Ｌａおよび
基板１３と接する第１成長層であるバッファ層１２の層
厚Ｌｂを最適化することにより、高速応答と高受光感度
を両立させることで、上記課題を解決した。
うな裏面入射型Ｐ−ｉ−Ｎフォトダイオードにおいて、
低キャリア濃度層である光吸収層１１の層厚Ｌａおよび
基板１３と接する第１成長層であるバッファ層１２の層
厚Ｌｂを最適化することにより、高速応答と高受光感度
を両立させることで、上記課題を解決した。
【０００６】光吸収層１１の層厚Ｌａと遮断周波数との
関係をスポットサイズをパラメータに、図２に示す。Ｌ
ａ≦１.８μｍ のときスポット径依存性が観察されなく
なり、光入力−３ｄＢｍ，バイアス電圧２.０Ｖ で遮断
周波数＞５ＧＨｚが得られた。また量子効率≧８０％を
得るためにはＬａ≧１.２μｍ が必要である。
関係をスポットサイズをパラメータに、図２に示す。Ｌ
ａ≦１.８μｍ のときスポット径依存性が観察されなく
なり、光入力−３ｄＢｍ，バイアス電圧２.０Ｖ で遮断
周波数＞５ＧＨｚが得られた。また量子効率≧８０％を
得るためにはＬａ≧１.２μｍ が必要である。
【０００７】また図３に示すようにＬａ＝１.５μｍ の
とき、バッファ層１２の層厚Ｌｂ≦１.８μｍ で遮断周
波数＞１ＧＨｚが得られる。ただしバッファ層は基板１
３に存在する欠陥の影響を光吸収層に及ぼさないためＬ
ｂ≧０.０５μｍ である必要がある。ため、吸収層厚を
１.２μｍ≦Ｌａ≦１.８μｍ，バッファ層厚を0.05μｍ
≦Ｌｂ≦１.８μｍとする。
とき、バッファ層１２の層厚Ｌｂ≦１.８μｍ で遮断周
波数＞１ＧＨｚが得られる。ただしバッファ層は基板１
３に存在する欠陥の影響を光吸収層に及ぼさないためＬ
ｂ≧０.０５μｍ である必要がある。ため、吸収層厚を
１.２μｍ≦Ｌａ≦１.８μｍ，バッファ層厚を0.05μｍ
≦Ｌｂ≦１.８μｍとする。
【０００８】また上記の素子をモジュールに実装する場
合、信号光をレンズで集光させても、スポット径依存性
がないため周波数応答特性は劣化しない。
合、信号光をレンズで集光させても、スポット径依存性
がないため周波数応答特性は劣化しない。
【０００９】
（実施例１）図１はＩｎＰ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。厚みが１５０μｍの
ｎ−ＩｎＰ基板１３にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＰ
バッファ層１２を０.５μｍ，ｎ−ＩｎＧａＡｓ１１光
吸収層を１.５μｍ、およびｎ−ＩｎＧａＡｓＰコンタ
クト層１８を０.４μｍ 順次積層した。積層部の一部に
メサ形状を形成した後、上面より亜鉛を選択的に直径５
０μｍの円形領域１５に拡散し、この部分にＴｉＰｔＡ
ｕよりなるオーミック性ｐ電極１４を形成し、裏面に反
射防止膜１７を形成した。
明の一実施例の断面構造図である。厚みが１５０μｍの
ｎ−ＩｎＰ基板１３にＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＰ
バッファ層１２を０.５μｍ，ｎ−ＩｎＧａＡｓ１１光
吸収層を１.５μｍ、およびｎ−ＩｎＧａＡｓＰコンタ
クト層１８を０.４μｍ 順次積層した。積層部の一部に
メサ形状を形成した後、上面より亜鉛を選択的に直径５
０μｍの円形領域１５に拡散し、この部分にＴｉＰｔＡ
ｕよりなるオーミック性ｐ電極１４を形成し、裏面に反
射防止膜１７を形成した。
【００１０】作製した裏面入射型受光素子はバイアス２
Ｖ、光入力−３ｄＢｍの条件下で遮断周波数が７ＧＨｚ
であり、かつスポット径による変動はない。また受光感
度０.８４％が得られている。
Ｖ、光入力−３ｄＢｍの条件下で遮断周波数が７ＧＨｚ
であり、かつスポット径による変動はない。また受光感
度０.８４％が得られている。
【００１１】（実施例２）図４は本発明の半導体面型受
光素子を用いたサブマウント付フォトダイオードの正面
図である。１２個のフォトダイオードが一次元的に並列
配置したフォトダイオードアレイ４１がセラミックサブ
マウント４２にフリップチップ実装されている。チップ
裏面に形成された受光窓４５より光が進入し、チップの
受光窓とは反対の面に形成された受光部で吸収され、電
気信号としてｐ電極４３から出力される。ｎ電極４４は
共通端子となっている。フリップ実装のため低容量であ
り、静電容量は１チャネルあたりバイアス２Ｖで、サブ
マウントを含み０.２３pＦであった。
光素子を用いたサブマウント付フォトダイオードの正面
図である。１２個のフォトダイオードが一次元的に並列
配置したフォトダイオードアレイ４１がセラミックサブ
マウント４２にフリップチップ実装されている。チップ
裏面に形成された受光窓４５より光が進入し、チップの
受光窓とは反対の面に形成された受光部で吸収され、電
気信号としてｐ電極４３から出力される。ｎ電極４４は
共通端子となっている。フリップ実装のため低容量であ
り、静電容量は１チャネルあたりバイアス２Ｖで、サブ
マウントを含み０.２３pＦであった。
【００１２】（実施例３）図５は本発明の半導体面型受
光素子を用いた光モジュールの１実施例の上面図であ
る。サブマウント５２にフォトダイオードアレイ素子５
１をハンダ接合し、これをパッケージ５６にダイボンド
する。パッケージ５６には受信ＩＣ５３，レンズアレイ
５５が既に搭載されており、これにファイバアレイ５４
を結合させ、パッケージ５６に固着させる。
光素子を用いた光モジュールの１実施例の上面図であ
る。サブマウント５２にフォトダイオードアレイ素子５
１をハンダ接合し、これをパッケージ５６にダイボンド
する。パッケージ５６には受信ＩＣ５３，レンズアレイ
５５が既に搭載されており、これにファイバアレイ５４
を結合させ、パッケージ５６に固着させる。
【００１３】
【発明の効果】本発明の低電圧，高速動作半導体面型受
光素子を用いれば、応答速度が速くなり、通信容量の増
大に貢献する。また、マルチチャネル光通信のチャネル
間位相差が低減でき並列伝送におけるスキュー性能向上
が可能となる。またモジュール作製においてスキュー不
良は低減し、モジュール作製歩留りが向上する。
光素子を用いれば、応答速度が速くなり、通信容量の増
大に貢献する。また、マルチチャネル光通信のチャネル
間位相差が低減でき並列伝送におけるスキュー性能向上
が可能となる。またモジュール作製においてスキュー不
良は低減し、モジュール作製歩留りが向上する。
【図１】本発明の実施例１の半導体面型受光素子の断面
図。
図。
【図２】本発明の実施例１の遮断周波数の吸収層厚依存
性を示す特性図。
性を示す特性図。
【図３】本発明の実施例１の遮断周波数のバッファ層厚
依存性を示す特性図。
依存性を示す特性図。
【図４】本発明の実施例２のフォトダイオードアレイの
正面図。
正面図。
【図５】本発明の実施例３の光モジュールの上面図。
１１…光吸収層、１２…バッファ層、１３…基板、１４
…ｐ電極、１５…不純物ドーピング領域、１６…絶縁
膜、１７…反射防止膜、１８…コンタクト層、４１…裏
面入射フォトダイオードアレイ、４２…セラミックサブ
マウント、４３…ｐ電極引き出しパタン、４４…ｎ電極
引き出しパタン、４５…光入射窓、５１…裏面入射フォ
トダイオードアレイ、５２…サブマウント、５３…受信
ＩＣ、５４…ファイバアレイ、５５…レンズアレイ、５
６…パッケージ。
…ｐ電極、１５…不純物ドーピング領域、１６…絶縁
膜、１７…反射防止膜、１８…コンタクト層、４１…裏
面入射フォトダイオードアレイ、４２…セラミックサブ
マウント、４３…ｐ電極引き出しパタン、４４…ｎ電極
引き出しパタン、４５…光入射窓、５１…裏面入射フォ
トダイオードアレイ、５２…サブマウント、５３…受信
ＩＣ、５４…ファイバアレイ、５５…レンズアレイ、５
６…パッケージ。
Claims (7)
- 【請求項１】半導体基板上に少なくとも一つの選択的に
設けたｐｎ接合を有し、ｐｎ接合面いわゆる受光面をそ
の少なくとも一面に有する立方体形状を有し、光を受光
面側から入射させる表面入射構造あるいは光を受光面に
対向する面から入射させる裏面入射構造を有する半導体
面型受光素子において、光吸収層としてＩｎxＧａ1-xＡ
ｓyＰ1-y層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を有し、その層
厚Ｌａを１.２μｍ≦Ｌａ≦１.８μｍとし、あるいは、
半導体基板上の第１成長層であるバッファ層の層厚Ｗｂ
を０.０５μｍ≦Ｗｂ≦１.８μｍとしたことを特徴とす
る半導体面型受光素子。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体面型受光素子におい
て、裏面入射構造を有し、かつ光入射する半導体基板表
面上に集光機能を有した球面形状いわゆるマイクロレン
ズを有することを特徴とする半導体面型受光素子。 - 【請求項３】請求項１または２記載の半導体面型受光素
子を一次元的あるいは二次元的に配列させたことを特徴
とする半導体面型受光素子。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれか記載の受光装置に
光ファイバあるいは半導体レーザあるいはその両方を搭
載することを特徴とする光モジュール。 - 【請求項５】請求項１〜３のいずれか記載の受光素子あ
るいは請求項４記載の光モジュールをセラミックあるい
は樹脂あるいは金属パッケージにてパッケージングする
ことを特徴とする送受信装置。 - 【請求項６】請求項１〜３のいずれか記載の受光素子あ
るいは請求項４記載の光モジュールあるいは請求項７記
載の送受信装置に、送信ＩＣや受信ＩＣ等の電子回路を
付加し、セラミックあるいは樹脂あるいは金属パッケー
ジにてパッケージングすることを特徴とする送受信装
置。 - 【請求項７】請求項４〜６のいずれか記載の光モジュー
ルまたは送受信装置と送信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 |
|---|---|---|---|
| JP9169928A JPH1117211A (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 半導体面型受光素子及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9169928A JPH1117211A (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 半導体面型受光素子及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1117211A true JPH1117211A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15895544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9169928A Pending JPH1117211A (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | 半導体面型受光素子及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1117211A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086826A (ja) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Hamamatsu Photonics Kk | ホトダイオードアレイ、固体撮像装置、及び、放射線検出器 |
| US7307250B2 (en) | 2003-02-06 | 2007-12-11 | Seiko Epson Corporation | Light-receiving element and manufacturing method of the same, optical module and optical transmitting device |
| US8019188B2 (en) | 2008-11-21 | 2011-09-13 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical transmission apparatus |
| US8330243B2 (en) | 2010-06-03 | 2012-12-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light-receiving element and optical module |
-
1997
- 1997-06-26 JP JP9169928A patent/JPH1117211A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086826A (ja) * | 2001-09-12 | 2003-03-20 | Hamamatsu Photonics Kk | ホトダイオードアレイ、固体撮像装置、及び、放射線検出器 |
| JP4482253B2 (ja) * | 2001-09-12 | 2010-06-16 | 浜松ホトニクス株式会社 | ホトダイオードアレイ、固体撮像装置、及び、放射線検出器 |
| US7307250B2 (en) | 2003-02-06 | 2007-12-11 | Seiko Epson Corporation | Light-receiving element and manufacturing method of the same, optical module and optical transmitting device |
| US8019188B2 (en) | 2008-11-21 | 2011-09-13 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical transmission apparatus |
| US8330243B2 (en) | 2010-06-03 | 2012-12-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light-receiving element and optical module |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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