JPH11330535A - フォトダイオードおよび光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 単一の素子で波長分割多重された光信号を受
信でき、作製容易なフォトダイオード、およびこれを用
い、シンプルな光回路によって波長分割多重光通信が可
能な光通信システムを提供する。 【解決手段】 フォトダイオード１００は、ｎ型半導体
基板１０１上に積層された複数の半導体層を有する堆積
体に、異なるバンド幅の光吸収層を有する２つの第１お
よび第２のｐｉｎ型フォトダイオード１００−１，１０
０−２を有し、半導体基板１０１の側から光吸収層１０
２，１０４のバンド幅の小さい順に積層される。受光部
１１０は、バンド幅がより大きい光吸収層を有するｐｉ
ｎ型フォトダイオード１００−２の側に形成され、上記
２つのフォトダイオードは、それぞれの同一導電型（ｐ
型）のコンタクト層が単一のコンタクト層１０３で共用
され、このフォトダイオードは、２つの異なる波長の光
を電気変換できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長分割多重光通
信に用いるのに適したフォトダイオードおよびこれを用
いた光通信システムに関するものである。

【０００２】

【背景技術】近年、高速、大容量の通信が可能な波長分
割多重光通信が注目されている。この波長分割多重光通
信の従来技術の一例を図１３に示す。

【０００３】図１３に示す例においては、２つの波長の
光を用いた波長分割多重光通信を例に取ると、発光素子
（半導体レーザ）ＬＤ１（波長λ₁）およびＬＤ２（波
長λ₂）から出射された光はそれぞれレンズＬ１および
Ｌ２を介して合波器（ダイクロイックミラー）Ｍ１に集
光され、この光はレンズＬ３を介して光ファイバ２に送
られる。受信側では、光ファイバ２によって伝送された
光は、レンズＬ４を介して分波器（ダイクロイックミラ
ー）Ｍ２に送られ、この分波器Ｍ２によって各波長成分
に分波される。さらに、分波された光はレンズＬ５およ
びＬ６を介してそれぞれ受光素子（フォトダイオード）
ＰＤ１およびＰＤ２に伝送される。

【０００４】このため、複数の波長成分の信号光を受信
するためには、成分光に応じた数の個別のフォトダイオ
ードを必要とし、また、光を分波するための光分波器や
レンズが必要となるため、光回路が複雑になるという問
題を有していた。

【０００５】これらの問題を解決するために、特開平５
−１８３１８１号公報では、基板上に半絶縁性の中間層
を挟んでバンド幅の大きい光吸収層とバンド幅の小さい
光吸収層を設け、その一部にそれぞれ不純物拡散領域を
形成し、バンド幅の大きい光吸収層のある側から光を入
射することによって、波長分割多重された光信号を単一
の素子で受信することが可能なフォトダイオードが提案
されている。

【０００６】しかしながら、上記従来技術においては、
その作製過程で不純物拡散を行っているため、作製プロ
セスが複雑であるという問題点を有する。さらに、上記
従来技術における構成では、不純物拡散を行うプロセス
があるため、基板に垂直な方向に３つ以上のフォトダイ
オードを積層することは非常に困難であるという問題点
を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題を解決するものであり、その目的とするところは、単
一の素子で波長分割多重された光信号を受信することが
でき、かつ作製の容易なフォトダイオードを提供するこ
とにある。

【０００８】本発明の他の目的は、本発明に係るフォト
ダイオードを用い、合波器や分波器などの光部品を要せ
ず、極めてシンプルな光回路によって波長分割多重光通
信が可能な光通信システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のフォトダイオー
ドは、半導体基板上に積層された複数の半導体層を有す
る堆積体に、異なるバンド幅の光吸収層を有する複数の
ｐｉｎ型フォトダイオードが含まれ、前記ｐｉｎ型フォ
トダイオードは、前記半導体基板の側から前記光吸収層
のバンド幅の小さい順に積層され、かつ、受光部は、バ
ンド幅が最も大きい光吸収層を有するｐｉｎ型フォトダ
イオードの側に形成され、複数の異なる波長の光を光−
電気変換できる。

【００１０】このフォトダイオードによれば、半導体基
板上に異なるバンド幅の光吸収層を有する複数のｐｉｎ
型フォトダイオードが積層され、その積層の順序が前記
半導体基板の側から前記光吸収層のバンド幅の小さい順
であり、かつバンド幅が最も大きい光吸収層を有するｐ
ｉｎ型フォトダイオードの側から光が入射されることに
より、異なる波長を有する複数の光を検出することがで
きる。

【００１１】例えば、半導体基板から順にｎ層の異なる
バンド幅の光吸収層を有する場合、第ｎ層目の光吸収層
のバンド幅のエネルギーに相当する波長よりも短い波長
の光はこの第ｎ層目の光吸収層に吸収され、第ｎ層目の
光吸収層のバンド幅のエネルギーに相当する波長よりも
長い波長で、かつ第ｎ−１層目の光吸収層のバンド幅の
エネルギーに相当する波長よりも短い光は第ｎ−１層目
の光吸収層に吸収される。そして、第ｎ−２層目，・・
・，第１層目でも順次同様の光吸収が行われる。その結
果、単一のフォトダイオードによって、ｎの異なる波長
の光をそれぞれ個別に検出することができる。前記フォ
トダイオードにおいて、隣接する第１および第２のｐｉ
ｎ型フォトダイオードからなる１組のフォトダイオード
が含まれ、前記第１のｐｉｎ型フォトダイオードおよび
前記第２のｐｉｎ型フォトダイオードは、それぞれの同
一導電型のコンタクト層が単一のコンタクト層で共用さ
れることが望ましい。このように、２つのｐｉｎ型フォ
トダイオードのコンタクト層を共用することにより、半
導体層の数を減ずることができ、デバイスを小さくでき
るだけでなく、製造プロセスの工程数を少なくすること
ができる。

【００１２】フォトダイオードを構成するｐｉｎ型フォ
トダイオードの数は、２以上であり、製造プロセス上の
制約を考慮すると、２〜４つが望ましい。

【００１３】（ａ） ｐｉｎ型フォトダイオードの数が
２つのフォトダイオードにおいては、以下の層構造を有
することが望ましい。

【００１４】このフォトダイオードは、第１導電型の半
導体基板上に、第１の光吸収層と、第２導電型の第１の
コンタクト層と、第２の光吸収層と、第１導電型の第２
のコンタクト層とがこの順に積層され、前記第１のｐｉ
ｎ型フォトダイオードは、前記半導体基板と、前記第１
の光吸収層と、前記第１のコンタクト層とから構成さ
れ、前記第２のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第１
のコンタクト層と、前記第２の光吸収層と、前記第２の
コンタクト層とから構成され、前記第１の光吸収層、前
記第１のコンタクト層、前記第２の光吸収層および前記
第２のコンタクト層のバンド幅のエネルギーに相当する
波長をそれぞれλ_ga、λ_gb、λ_gcおよびλ_gdとしたと
き、λ_gd＜λ_gc＜λ_ga、かつ、λ_gb≦λ_gc、である。

【００１５】（ｂ） ｐｉｎ型フォトダイオードの数が
３つのフォトダイオードにおいては、以下の層構造を有
することが望ましい。

【００１６】フォトダイオードは、前記１組のフォトダ
イオードと、前記１組のフォトダイオードを構成する前
記第１または第２のｐｉｎ型フォトダイオードと隣接す
る第３のｐｉｎ型フォトダイオードが含まれ、前記第１
または第２のｐｉｎ型フォトダイオードと、前記第３の
ｐｉｎ型フォトダイオードとの間に絶縁層が形成され、
前記１組のフォトダイオードと前記第３のｐｉｎ型フォ
トダイオードとが電気的に分離されている。

【００１７】このフォトダイオードは、さらに以下の層
構造を有することが望ましい。

【００１８】フォトダイオードは、高抵抗の半導体基板
上に、第１導電型の第１のコンタクト層と、第１の光吸
収層と、第２導電型の第２のコンタクト層と、第２の光
吸収層と、第１導電型の第３のコンタクト層と、絶縁層
と、第１導電型の第４のコンタクト層と、第３の光吸収
層と、第２導電型の第５のコンタクト層とがこの順に積
層され、前記第１のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記
第１のコンタクト層と、第１の光吸収層と、第２のコン
タクト層とから構成され、前記第２のｐｉｎ型フォトダ
イオードは、前記第２のコンタクト層と、前記第２の光
吸収層と、前記第３のコンタクト層とから構成され、前
記第３のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第４のコン
タクト層、前記第３の光吸収層と、前記第５のコンタク
ト層とから構成され、前記第１の光吸収層、前記第２の
コンタクト層、前記第２の光吸収層、前記第３のコンタ
クト層、前記絶縁層、前記第４のコンタクト層、前記第
３の光吸収層および前記第５のコンタクト層のバンド幅
のエネルギーに相当する波長を、それぞれλ_ga、λ_gb、
λ_gc、λ_gd、λ_ge、λ_gf、λ_gg、およびλ_ghとしたと
き、λ_gh＜λ_gg＜λ_gc＜λ_ga、λ_gb≦λ_gc、かつ、λ_gd
≦λ_ge≦λ_gf≦λ_gg、であるフォトダイオード。

【００１９】（ｃ） ｐｉｎ型フォトダイオードの数が
４つのフォトダイオードにおいては、以下の層構造を有
することが望ましい。

【００２０】このフォトダイオードは、前記１組のフォ
トダイオードが、絶縁層の両側にそれぞれ設けられ、４
つのｐｉｎ型フォトダイオードが含まれる。そして、２
組のフォトダイオードは、前記絶縁層によって電気的に
分離される。

【００２１】このフォトダイオードは、さらに以下の層
構造を有することが望ましい。

【００２２】フォトダイオードは、高抵抗の半導体基板
上に、第１導電型の第１のコンタクト層と、第１の光吸
収層と、第２導電型の第２のコンタクト層と、第２の光
吸収層と、第１導電型の第３のコンタクト層と、絶縁層
と、第１導電型の第４のコンタクト層と、第３の光吸収
層と、第２導電型の第５のコンタクト層と、第４の光吸
収層と、第１導電型の第６のコンタクト層がこの順に積
層され、第１のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第１
のコンタクト層と、前記第１の光吸収層と、前記第２の
コンタクト層とから構成され、第２のｐｉｎ型フォトダ
イオードは、前記第２のコンタクト層と、前記第２の光
吸収層と、前記第３のコンタクト層とから構成され、第
３のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第４のコンタク
ト層と、前記第３の光吸収層と、前記第５のコンタクト
層とから構成され、第４のｐｉｎ型フォトダイオード
は、前記第５のコンタクト層と、前記第４の光吸収層
と、前記第６のコンタクト層とから構成され、前記第１
の光吸収層、前記第２のコンタクト層、前記第２の光吸
収層、前記第３のコンタクト層、前記絶縁層、前記第４
のコンタクト層、前記第３の光吸収層、前記第５のコン
タクト層、前記第４の光吸収層および前記第６のコンタ
クト層のバンド幅のエネルギーに相当する波長を、それ
ぞれλ_ga、λ_gb、λ_gc、λ_gd、λ_ge、λ_gf、λ_gg、
λ_gh、λ_gi、およびλ_gjとしたとき、λ_gj＜λ_gi＜λ_gg
＜λ_gc＜λ_ga、λ_gb≦λ_gc、λ_gd≦λ_ge≦λ_gf≦λ_gg、
かつ、λ_gh≦λ_gi、である。

【００２３】また、本発明に係るフォトダイオードは、
各ｐｉｎ型フォトダイオードの相互間が、絶縁層によっ
てそれぞれ電気的に分離されている構造をとることもで
きる。このフォトダイオードによれば、各ｐｉｎ型フォ
トダイオードを個別に制御できる。

【００２４】本発明に係る光通信システムは、発光素子
と、光導波路と、請求項１〜請求項８のいずれかに記載
のフォトダイオードとが含まれ、前記発光素子と前記フ
ォトダイオードとが光導波路によって直接的に光学接続
され、波長分割多重光通信に好適である。

【００２５】この光通信システムによれば、発光素子、
光導波路、例えば光ファイバ、および本発明に係るフォ
トダイオードの３者からなるシンプルな構成で、つまり
レンズ，合波器，分波器などの光学部品を必要としない
構成で、波長分割多重光通信システムを構成することが
できる。

【００２６】そして、前記発光素子として異なる発振波
長を有する複数の面発光レーザを搭載した素子、および
複数の波長の光をそれぞれ個別に単一の素子で検出可能
な、本発明に係るフォトダイオードを用い、さらに、発
光素子を構成する複数の面発光レーザの各出射口と、光
導波路のコアと、本発明に係るフォトダイオードの受光
面とを光学的に直接結合することにより、従来の光通信
システムのように、レンズ，合波器，分波器などの光学
部品を必要としない。その結果、構成がシンプルで、か
つ、光学調整が容易で、低コストな波長分割多重伝送が
可能な光通信システムを構成することができる。

【００２７】前記発光素子として、発振波長の異なる複
数の面発光レーザ、好ましくは垂直共振器型の面発光レ
ーザを配置して構成された素子を用いることにより、し
きい値および電流−光出射特性の制御が優れ、かつ組立
も容易となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。

【００２９】（実施の形態１） （デバイス構造）図１は、本発明の一実施の形態に係る
フォトダイオード１００の断面を模式的に示す図であ
る。

【００３０】フォトダイオード１００は、ｎ型ＧａＡｓ
からなるｎ型半導体基板１０１上に、ｉ型Ａｌ_aＧａ_1-a
Ａｓからなる第１の光吸収層１０２、ｐ型Ａｌ_bＧａ_1-b
Ａｓからなるｐ型コンタクト層１０３、ｉ型Ａｌ_CＧａ
_1-CＡｓからなる第２の光吸収層１０４およびｎ型Ａｌ_d
Ｇａ_1-dＡｓのｎ型コンタクト層１０５が、順次積層さ
れている。そして、第２の光吸収層１０４およびｎ型コ
ンタクト層１０５からなる柱状部は、それより下位の第
１の光吸収層１０２およびｐ型コンタクト層１０３から
なる柱状部の径より小さい径を有し、ｐ型コンタクト層
１０３の表面にステップＳが形成されている。

【００３１】また、ｎ型半導体基板１０１上に形成され
た複数の半導体層からなる堆積層の周囲には、シリコン
酸化膜、シリコン窒化膜などから構成される誘電体膜１
０６が形成されている。この誘電体膜１０６の下端はｎ
型半導体基板１０１に到達するように形成されている。
また、ｎ型コンタクト層１０５の上面の受光部１１０で
は、誘電体膜１０６は入射面を構成するため、少なくと
も光学的に透明である。

【００３２】さらに、ｎ型コンタクト層１０５の上面に
は、受光部１１０を囲むようにｎ型オーミック電極１０
７（Ｅ１）が形成され、ｐ型コンタクト層１０３の上面
のステップＳにはｐ型オーミック電極１０８が形成され
ている。ｎ型半導体基板１０１の下面には、ｎ型オーミ
ック電極１０９（Ｅ３）が形成されている。

【００３３】ｎ型半導体基板１０１、第１の光吸収層１
０２およびｐ型コンタクト層１０３によって、第１のｐ
ｉｎ型フォトダイオード１００−１が構成される。ｐ型
コンタクト層１０３、第２の光吸収層１０４およびｎ型
コンタクト層１０５によって、第２のｐｉｎ型フォトダ
イオード１００−２が構成される。

【００３４】ここで、第１の光吸収層１０２、ｐ型コン
タクト層１０３、第２の光吸収層１０４およびｎ型コン
タクト層１０５の各層のＡｌの組成割合には、０≦ａ＜
ｃ＜ｄかつｃ≦ｂという関係がある。すなわち、第１の
光吸収層１０２、ｐ型コンタクト層１０３、第２の光吸
収層１０４およびｎ型コンタクト層１０５の各層のバン
ド幅のエネルギーに相当する波長を、それぞれλ_ga、λ
_gb、λ_gcおよびλ_gdとすると、λ_gd＜λ_gc＜λ_gaかつλ
_gb≦λ_gcという関係になる。

【００３５】したがって、受光部１１０から入射する光
のうち、波長λ_gcよりも短い波長の光は第２の光吸収層
１０４でほぼ吸収される。波長λ_gcよりも長波長でかつ
λ_gaよりも短い波長の光は第２の光吸収層１０４を透過
し、第１の光吸収層１０２で吸収される。

【００３６】また、λ_gd＜λ_gcとし、ｎ型コンタクト層
１０５に窓層としての機能を持たせることにより、表面
再結合による量子効率の低下を防いでいる。さらに、λ
_gb≦λ_gcとしたのは、第２の光吸収層１０４を透過した
光が、ｐ型コンタクト層１０３で吸収されずに透過し、
効率よく第１の光吸収層１０２で吸収されるようにする
ためである。

【００３７】図５に、フォトダイオード１００の等価回
路を示す。フォトダイオード１００は、第１のフォトダ
イオード１００−１と第２のフォトダイオード１００−
２とが、アノードでｐ型オーミック電極１０８（Ｅ２）
と共通接続されている。図５において、符号Ｅ１および
Ｅ３は、ｎ型オーミック電極１０７およびｎ型オーミッ
ク電極１０９を示す。

【００３８】フォトダイオード１００によれば、異なる
２つの波長λ₁およびλ₂の光は、２つのフォトダイオー
ド１００−１および１００−２によってそれぞれ電流に
変換され、電気信号として出力される。そして、波長λ
₁と波長λ₂（λ₂＜λ₁）の光で波長分割多重光通信を行
う場合、λ_gc＜λ₁≦λ_gaかつ、λ_gd＜λ₂≦λ_gcとなる
ように光源の波長を選択すればよい。

【００３９】本実施の形態では、半導体層の組成におい
て、ａ＝０、ｂ＝ｃ＝０．０７、ｄ＝０．１５としたと
き、λ_ga≒８７０ｎｍ、λ_gb＝λ_gc≒８２０ｎｍ、λ_gd
≒７７０ｎｍであることを確認した。したがって、波長
分割多重通信を行う２つの光源の波長を上記式を満たす
ように、例えばλ₁＝８６０ｎｍ、λ₂＝８１０ｎｍと設
定することにより、単一のフォトダイオード１００によ
って、これらの２つの波長の光を検出することができ
る。

【００４０】（デバイスの製造工程）次に、図１に示す
フォトダイオード１００の製造工程の一例を図２〜図４
を用いて説明する。

【００４１】（ａ）まず、図２に示すように、ｎ型Ｇａ
Ａｓからなるｎ型半導体基板１０１上に、ＧａＡｓから
なる第１の光吸収層１０２、ｐ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ａｓ
からなるｐ型コンタクト層１０３、Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ａ
ｓからなる第２の光吸収層１０４およびｎ型Ａｌ_0.15Ｇ
ａ_0.85Ａｓからなるｎ型コンタクト層１０５をＭＯＶＰ
Ｅ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａ
ｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法によって順次エピタキシャル
成長させる。本実施の形態では、エピタキシャル成長に
ＭＯＶＰＥ法を用いたが、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法あるいはＬＰＥ（Ｌｉ
ｇｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いても
よい。

【００４２】（ｂ）次に、図３に示すように、常圧熱Ｃ
ＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法によってエピタキシャル成長層上に２５ｎｍ
程度のＳｉＯ₂からなる誘電体膜１０６を形成する。こ
の誘電体膜１０６によって、エピタキシャル成長層のプ
ロセス中での表面汚染を防いでいる。

【００４３】次に、フォトレジストをマスクとして、ｐ
型コンタクト層１０３が露出するまで、エピタキシャル
成長層の上面から見て円形の形状にエッチングして柱状
部１１１を形成する。同様にフォトレジストをマスクと
して、ｎ型半導体基板１０１の途中までエッチングして
柱状部１１２を形成する。これらの柱状部１１１および
１１２の平面形状は、本実施の形態では円形としたが、
これに限られるものではない。また、柱状部１１１およ
び１１２を形成する順番は逆でもかまわない。

【００４４】（ｃ）次に、図４に示すように、フォトレ
ジストを除去し、硫化アンモニウム等によるエッチング
断面の処理を行った後、常圧熱ＣＶＤ法によってエピタ
キシャル成長層上とエッチング断面にＳｉＯ₂からなる
誘電体膜１０６をさらに形成する。ここで、柱状部１１
１の上面の部分は受光部１１０となるため、誘電体膜１
０６は受光部１１０において保護膜と反射防止膜を兼ね
るように、受光部１１０での誘電体膜１０６の膜厚を、
その光学的厚さが光源として使用する光の２波長の平均
値のほぼ１／４倍になるように設定する。

【００４５】（ｄ）次に、図１に示すように、ｎ型コン
タクト層１０５上の誘電体膜１０６に受光部１１０を囲
むリング状コンタクトホールを開けてｎ型オーミック電
極１０７を形成し、さらにｐ型コンタクト層１０３が露
出したステップＳ上の誘電体膜１０６にコンタクトホー
ルを開けてｐ型オーミック電極１０８を形成する。そし
て、ｎ型半導体基板１０１をへき開が容易な厚さである
５０〜１５０μｍの厚さまで研磨した後、ｎ型オーミッ
ク電極１０９を形成し、最後に各素子にへき開して、図
１に示す素子が完成する。素子をへき開でなくダイシン
グ等で形成する場合は、ｎ型半導体基板の研磨は必要な
い。

【００４６】ここで、ｎ型半導体基板１０１を高抵抗の
ＧａＡｓ半導体基板とｎ型コンタクト層に置き換えて、
このｎ型コンタクト層をエッチングにより露出させて誘
電体膜を形成し、この誘電体膜上にコンタクトホールを
開けてｎ型オーミック電極１０９を形成してもよい。

【００４７】また、ｐ型コンタクト層１０３を第１およ
び第２のフォトダイオードの共通のコンタクト層として
いるが、２つのフォトダイオードを独立に動作させたい
ときは、このコンタクト層の中間に例えば高抵抗のＡｌ
_0.07Ｇａ_0.93Ａｓからなる絶縁層を挿入して、この絶縁
層の上下のｐ型コンタクト層にそれぞれｐ型コンタクト
電極を形成してもよい。

【００４８】以上説明したように本実施の形態のフォト
ダイオードは、光分波器等の複雑な光回路を必要とせ
ず、単一の素子で波長分割多重された光信号を分離して
受信することができる。

【００４９】（実施の形態２） （デバイス構造）図６は、本発明の一実施の形態に係る
フォトダイオード４００の平面を模式的に示す図であ
り、図７は、図６に示すフォトダイオード４００のｘ−
ｘ′線に沿った断面を模式的に示す図、図８は、フォト
ダイオード４００のｙ−ｙ′線に沿った断面を模式的に
示す図、および図９は、フォトダイオード４００のｚ−
ｚ′線に沿った断面を模式的に示す図である。

【００５０】フォトダイオード４００は、ＧａＡｓから
なる高抵抗半導体基板４０１上に、ｐ型ＧａＡｓからな
るｐ型コンタクト層４０２（ｐ１）、ｉ型Ａｌ_aＧａ_1-a
Ａｓからなる第１の光吸収層４０３（ｉ１）、ｎ型Ａｌ
_bＧａ_1-bＡｓからなるｎ型コンタクト層４０４（ｎ
１）、ｉ型Ａｌ_cＧａ_1-cＡｓからなる第２の光吸収層４
０５（ｉ２）、ｐ型Ａｌ_dＧａ_1-dＡｓからなるｐ型コン
タクト層４０６（ｐ２）、半絶縁性Ａｌ_eＧａ_1-eＡｓか
らなる絶縁層４０７（ＳＩ）、ｐ型Ａｌ_fＧａ_1-fＡｓか
らなるｐ型コンタクト層４０８（ｐ３）、ｉ型Ａｌ_gＧ
ａ_1-gＡｓからなる第３の光吸収層４０９（ｉ３）、ｎ
型Ａｌ_hＧａ_1-hＡｓからなるｎ型コンタクト層４１０
（ｎ２）、ｉ型Ａｌ_iＧａ_1-iＡｓからなる第４の光吸収
層４１１（ｉ４）、およびｐ型Ａｌ_jＧａ_1-jＡｓからな
るｐ型コンタクト層４１２（ｐ４）が順次積層されてい
る。そして、図７〜図９に示すように、各コンタクト層
４０２，４０４，４０６，４０８および４１０の一部が
露出するように、ステップＳ１〜Ｓ５が形成されてい
る。

【００５１】また、半導体基板４０１上に形成された複
数の半導体層からなる堆積層の周囲には、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜などから構成される誘電体膜１０６
が形成されている。この誘電体膜１０６の下端は、半導
体基板４０１に到達するように形成されている。また、
ｐ型コンタクト層４１２の上面の受光部４２０では、誘
電体膜４１３は入射面を構成するため、少なくとも光学
的に透明である。

【００５２】さらに、半導体基板４０１上に形成された
複数の半導体層からなる堆積層の周囲には、絶縁性の埋
込み層４１４が形成されている。この埋込み層４１４
は、例えばポリイミドなどの耐熱性樹脂の他に、シリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜などを用い
ることができる。

【００５３】さらに、露出する誘電体膜４１３および埋
込み層４１４の上面には、図６に示すように、各コンタ
クト層４０２，４０４，４０６，４０８，４１０および
４１２に接続されるオーミック電極４１５ａ〜４１５ｆ
が所定のパターンで形成されている。各オーミック電極
４１５ａ，４１５ｂ，４１５ｃ，４１５ｅおよび４１５
ｆは、図７〜図９に示すように、埋込み層４１４に形成
されたコンタクトホール内の導電層４１６ａ，４１６
ｂ，４１６ｃ，４１６ｅおよび４１６ｆを介して、ステ
ップＳ４，Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５およびＳ２において露出す
る各コンタクト層４０８，４０２，４０６，４１０およ
び４０４と電気的に接続されている。また、オーミック
電極４１５ｄは、誘電体膜４１３に形成されたコンタク
トホール内の導電層４１６ｄを介してコンタクト層４１
２と電気的に接続されている。

【００５４】ｐ型コンタクト層４０２、第１の光吸収層
４０３およびｎ型コンタクト層４０４によって第１のｐ
ｉｎ型フォトダイオード４００−１が構成される。ｎ型
コンタクト層４０４、第２の光吸収層４０５およびｐ型
コンタクト層４０６によって第２のｐｉｎ型フォトダイ
オード４００−２が構成される。ｐ型コンタクト層４０
８、第３の光吸収層４０９およびｎ型コンタクト層４１
０によって第３のｐｉｎ型フォトダイオード４００−３
が構成される。そして、ｎ型コンタクト層４１０、第４
の光吸収層４１１およびｐ型コンタクト層４１２によっ
て、第４のｐｉｎ型フォトダイオード４００−４が構成
される。

【００５５】ここで、ｐ型コンタクト層４０２、第１の
光吸収層４０３、ｎ型コンタクト層４０４、第２の光吸
収層４０５、ｐ型コンタクト層４０６、絶縁層４０７、
ｐ型コンタクト層４０８、第３の光吸収層４０９、ｎ型
コンタクト層４１０、第４の光吸収層４１１およびｐ型
コンタクト層４１２の各層のＡｌの組成割合には、ａ＜
ｃ＜ｇ＜ｉ＜ｊ、ｃ≦ｂ、ｇ≦ｆ≦ｅ≦ｄ、かつｉ≦ｈ
という関係がある。

【００５６】すなわち、図７に示すように、各半導体層
４０３〜４１２のバンド幅のエネルギーに相当する波長
をそれぞれλ_ga〜λ_gjとすると、λ_gj＜λ_gi＜λ_gg＜λ
_gc＜λ_ga、λ_gb≦λ_gc、λ_gd≦λ_ge≦λ_gf≦λ_gg、か
つ、λ_gh≦λ_giという関係が成立する。

【００５７】光の透過原理は前述した実施の形態１と同
様である。具体的には、受光部４２０から入射する光の
うち、波長λ_giよりも短い波長の光は第４の光吸収層４
１１でほぼ吸収される。波長λ_giよりも長波長でかつλ
_ggよりも短い波長の光は第４の光吸収層４１１を透過
し、第３の光吸収層４０９で吸収される。さらに、波長
λ_ggより長波長でかつ波長λ_gcよりも短い波長の光は、
第４の光吸収層４１１および第３の光吸収層４０９を透
過し、第２の光吸収層４０５でほぼ吸収される。波長λ
_gcよりも長波長でかつλ_gaよりも短い波長の光は、第４
の光吸収層４１１、第３の光吸収層４０９および第２の
光吸収層４０５を透過し、第１の光吸収層４０３で吸収
される。

【００５８】また、λ_gj＜λ_giとし、ｐ型コンタクト層
４１２に窓層としての機能を持たせることにより、表面
再結合による量子効率の低下を防いでいる。さらに、λ
_gh≦λ_giとしたのは、第４の光吸収層４１１を透過した
光が、ｎ型コンタクト層４１０で吸収されずに透過し、
効率よく第３の光吸収層４０９で吸収されるようにする
ためである。λ_gd≦λ_ge≦λ_gf≦λ_gg、およびλ_gb≦λ
_gcとしたのも、同様の理由による。

【００５９】本実施の形態に係るフォトダイオード４０
０は、第１のフォトダイオード４００−１と第２のフォ
トダイオード４００−２とが、カソードでｎ型オーミッ
ク電極４１５ｆに共通接続され、かつ、第３のフォトダ
イオード４００−３と第４のフォトダイオード４００−
４とが、カソードでｎ型オーミック電極４１５ｅに共通
接続されている（図９参照）。そして、フォトダイオー
ド４００においては、絶縁層４０７で分離される上下の
２組のフォトダイオード、すなわちｐｉｎ型フォトダイ
オード４００−１と４００−２との組み合わせ、並びに
ｐｉｎ型フォトダイオード４００−３と４００−４との
組み合わせをみると、各組み合わせのｐｉｎ構造の順序
が同一であるため、全てのｐｉｎ型フォトダイオードに
対して同一極性の逆バイアスを印加することができる利
点を有する。

【００６０】このように、フォトダイオード４００によ
れば、異なる４つ波長の光を同一基板に形成された、４
つのｐｉｎ型フォトダイオード４００−１〜４００−４
によって、それぞれ光−電流変換することができる。そ
して、波長λ₁、λ₂、λ₃およびλ₄（λ₄＜λ₃＜λ₂＜
λ₁）の光で波長分割多重光通信を行う場合、λ_gj＜λ₄
≦λ_gi、λ_gi＜λ₃≦λ_gg、λ_gg＜λ₂≦λ_gc、λ_gc＜λ
₁≦λ_gaとなるように光源の波長を選択すればよい。

【００６１】本実施の形態では、半導体層の組成におい
て、ａ＝０、ｂ＝ｃ＝０．０４２、ｄ＝ｅ＝ｆ＝ｇ＝
０．０８５、ｈ＝ｉ＝０．１３３、およびｊ＝０．１８
４としたとき、 λ_ga≒８７０ｎｍ λ_gb＝λ_gc≒８４０ｎｍ λ_gd＝λ_ge＝λ_gf＝λ_gg≒８１０ｎｍ λ_gh＝λ_gi≒７８０ｎｍ λ_gj≒７５０ｎｍ であることを確認した。したがって、波長分割多重通信
を行う４つ光源の波長λ₁〜λ₄を上記式を満たすよう
に、例えば、λ₁＝８７０ｎｍ、λ₂＝８４０ｎｍ、λ₃
＝８１０ｎｍおよびλ₄＝７８０ｎｍと設定することに
より、単一のフォトダイオード４００によって、これら
の４波長の光を検出することができる。

【００６２】（デバイスの製造工程）次に、図６〜図９
に示すフォトダイオード４００の製造工程の一例を説明
する。

【００６３】（ａ）まず、高抵抗半導体基板４０１上
に、例えば図７に示す組成を有する、ｐ型コンタクト層
４０２、第１の光吸収層４０３、ｎ型コンタクト層４０
４、第２の光吸収層４０５、ｐ型コンタクト層４０６、
絶縁層４０７、ｐ型コンタクト層４０８、第３の光吸収
層４０９、ｎ型コンタクト層４１０、第４の光吸収層４
１１、およびｐ型コンタクト層４１２を順次エピタキシ
ャル成長させる。この成膜工程では、実施の形態１と同
様なエピタキシャル成長法を用いることができる。

【００６４】（ｂ）次に、実施の形態１と同様に、常圧
熱ＣＶＤ法によってエピタキシャル成長層上に２５ｎｍ
程度のシリコン酸化膜からなる誘電体膜を形成する。こ
の誘電体膜によって、エピタキシャル成長層のプロセス
中での表面汚染を防いでいる。

【００６５】次に、フォトレジストをマスクとして、図
７に示すように、ｐ型コンタクト層４０２が露出するま
で、エピタキシャル成長層の一部をエッチングしてステ
ップＳ１を形成する。同様にして、フォトレジストをマ
スクとして、エピタキシャル成長層をエッチングして、
ステップＳ２（図９参照）、Ｓ３（図８参照）、Ｓ４
（図７参照）をおよびＳ５（図９参照）を形成する。こ
れらのステップＳ１〜Ｓ５を形成する順序およびこれら
の平面形状は特に限定されず、オーミック電極４１５
ｂ，４１５ｆ，４１５ｃ，４１５ａおよび４１５ｅとコ
ンタクト層４０２，４０４，４０６，４０８および４１
０とのコンタクト領域を確保できればよい。

【００６６】（ｃ）次に、実施の形態１と同様に、フォ
トレジストを除去し、硫化アンモニウム等によるエッチ
ング断面の処理を行った後、常圧熱ＣＶＤ法によってエ
ピタキシャル成長層上とエッチング断面にシリコン酸化
膜からなる誘電体膜４１３を形成する。そして、受光部
４２０における誘電体膜４１３は、保護膜と反射防止膜
とを兼ねるように、その膜厚は、光学的厚さが光源とし
て使用する光の４波長の平均値のほぼ１／４倍になるよ
うに設定する。

【００６７】（ｄ）次に、エピタキシャル成長層の周囲
にポリイミドなどのフォトリソグラフィの可能な耐熱性
樹脂、あるいはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの
絶縁性の層を形成して、埋込み層４１４を形成する。埋
込み層４１４の形成方法は特に限定されないが、耐熱性
樹脂の場合には、スピンコート等の方法により形成する
ことができ、シリコン酸化膜の場合にはスピンオングラ
ス法により形成することができる。

【００６８】（ｅ）次に、オーミック電極とコンタクト
層とを接続するためのコンタクトホールを一般に用いら
れているフォトリソグラフィを含むプロセスによって形
成する。また、誘電体膜４１３の露出部分にもコンタク
トホールを形成する。次いで、各コンタクトホール内に
導電層を埋め込んだ後電極層を形成してパターニングす
ることにより、各コンタクト層４０２，４０４，４０
６，４０８，４１０および４１２と電気的に接続される
オーミック電極４１５ａ〜４１５ｆを形成する。

【００６９】ここで、ｎ型コンタクト層４０４および４
１０は、第１および第２、ならびに第３および第４のフ
ォトダイオードの共通のコンタクト層として用いられて
いるが、４つのｐｉｎ型フォトダイオードを独立に動作
させたいときは、例えば、ｎ型コンタクト層４０４の中
間に半絶縁性Ａｌ_0.042Ｇａ_0.958Ａｓからなる絶縁層、
およびｎ型コンタクト層４１０の中間に半絶縁性Ａｌ
_0.133Ｇａ_0.867Ａｓからなる絶縁層をそれぞれ挿入し
て、これらの絶縁層の上下のｎ型コンタクト層にそれぞ
れｎ型コンタクト電極を形成してもよい。

【００７０】（実施の形態３）３つのｐｉｎ型フォトダ
イオードを有するフォトダイオードにおいては、図６〜
図９に示す実施の形態２に係るフォトダイオード４００
で、第１のｐｉｎ型フォトダイオード４００−１あるい
は第４のｐｉｎ型フォトダイオード４００−４を有さな
い構造などを採用することができる。

【００７１】例えば、図１０に、本実施の形態に係るフ
ォトダイオード５００の半導体層の積層構造の一例を示
す。

【００７２】フォトダイオード５００は、ＧａＡｓから
なる高抵抗半導体基板５０１上に、ｎ型ＧａＡｓからな
るｎ型コンタクト層５０２（ｎ１）、ｉ型Ａｌ_aＧａ_1-a
Ａｓからなる第１の光吸収層５０３（ｉ１）、ｐ型Ａｌ
_bＧａ_1-bＡｓからなるｐ型コンタクト層５０４（ｐ
１）、ｉ型Ａｌ_cＧａ_1-cＡｓからなる第２の光吸収層５
０５（ｉ２）、ｎ型Ａｌ_dＧａ_1-dＡｓからなるｎ型コン
タクト層５０６（ｎ２）、半絶縁性Ａｌ_eＧａ_1-eＡｓか
らなる絶縁層５０７（ＳＩ）、ｎ型Ａｌ_fＧａ_1-fＡｓか
らなるｎ型コンタクト層５０８（ｎ３）、ｉ型Ａｌ_gＧ
ａ_1-gＡｓからなる第３の光吸収層５０９（ｉ３）、ｐ
型Ａｌ_hＧａ_1-hＡｓからなるｐ型コンタクト層５１０
（ｐ２）、が順次積層されている。

【００７３】図１０に示すフォトダイオード５００は、
前述した実施の形態２の最も上に位置するｐｉｎ型フォ
トダイオードを有さず、かつ各ｐｉｎ型フォトダイオー
ドの極性を逆にした構成を有している。その他の構成に
ついては、実施の形態２と同様を構成を採用することが
でき、その詳細な説明を省略する。

【００７４】ｎ型コンタクト層５０２、第１の光吸収層
５０３およびｐ型コンタクト層５０４によって第１のｐ
ｉｎ型フォトダイオード５００−１が構成される。ｐ型
コンタクト層５０４、第２の光吸収層５０５およびｎ型
コンタクト層５０６によって第２のｐｉｎ型フォトダイ
オード５００−２が構成される。そして、ｎ型コンタク
ト層５０８、第３の光吸収層５０９およびｐ型コンタク
ト層５１０によって第３のｐｉｎ型フォトダイオード５
００−３が構成される。

【００７５】ここで、ｎ型コンタクト層５０２、第１の
光吸収層５０３、ｐ型コンタクト層５０４、第２の光吸
収層５０５、ｎ型コンタクト層５０６、絶縁層５０７、
ｎ型コンタクト層５０８、第３の光吸収層５０９および
ｐ型コンタクト層５１０の各層のＡｌの組成割合には、
ａ＜ｃ＜ｇ＜ｈ、ｃ≦ｂ、かつｇ≦ｆ≦ｅ≦ｄ、という
関係がある。

【００７６】すなわち、図１０に示すように、各半導体
層５０３〜５１０のバンド幅のエネルギーに相当する波
長をそれぞれλ_ga〜λ_ghとすると、λ_gh＜λ_gg＜λ_gc＜
λ_ga、λ_gb≦λ_gc、かつλ_gd≦λ_ge≦λ_gf≦λ_gg、とい
う関係が成立する。

【００７７】光の透過原理は前述した実施の形態１と同
様である。具体的には、受光部から入射する光のうち、
λ_ggよりも短い波長の光は第３の光吸収層５０９でほぼ
吸収される。さらに、波長λ_ggよりも長波長でかつ波長
λ_gcよりも短い波長の光は、第３の光吸収層５０９を透
過し、第２の光吸収層５０５でほぼ吸収される。波長λ
_gcよりも長波長でかつλ_gaよりも短い波長の光は、第３
の光吸収層５０９および第２の光吸収層５０５を透過
し、第１の光吸収層５０３で吸収される。

【００７８】また、λ_gh＜λ_ggとし、ｐ型コンタクト層
５１０に窓層としての機能を持たせることにより、表面
再結合による量子効率の低下を防いでいる。さらに、λ
_gd≦λ_ge≦λ_gf≦λ_ggとしたのは、第３の光吸収層５０
９を透過した光が、ｎ型コンタクト層５０８，絶縁層５
０７およびｎ型コンタクト層５０６で吸収されずに透過
し、効率よく第２の光吸収層５０５で吸収されるように
するためである。また、λ_gb≦λ_gcとしたのも同様の理
由による。

【００７９】本実施の形態に係るフォトダイオード５０
０は、第１のフォトダイオード５００−１と第２のフォ
トダイオード５００−２とが、アノードでｐ型オーミッ
ク電極に共通接続されている。そして、フォトダイオー
ド５００においては、絶縁層５０７で第１および第２の
ｐｉｎ型フォトダイオード５００−１および５００−２
と、第３のｐｉｎ型フォトダイオード５００−３とが電
気的に分離されている。

【００８０】このように、フォトダイオード５００によ
れば、異なる３つ波長の光を同一基板に一体的に形成さ
れた、３つのｐｉｎ型フォトダイオード５００−１〜５
００−３によって、それぞれ光−電流変換することがで
きる。そして、波長λ₁、λ₂およびλ₃（λ₃＜λ₂＜
λ₁）の光で波長分割多重光通信を行う場合、λ_gh＜λ₃
≦λ_gg、λ_gg＜λ₂≦λ_gc、かつ、λ_gc＜λ₁≦λ_gaとな
るように光源の波長を選択すればよい。

【００８１】本実施の形態では、半導体層の組成におい
て、ａ＝０、ｂ＝ｃ＝０．０５６、ｄ＝ｅ＝ｆ＝ｇ＝
０．１１７、およびｈ＝０．１８４としたとき、 λ_ga≒８７０ｎｍ λ_gb＝λ_gc≒８３０ｎｍ λ_gd＝λ_ge＝λ_gf＝λ_gg≒７９０ｎｍ λ_gh≒７５０ｎｍ であることを確認した。したがって、波長分割多重通信
を行う３つ光源の波長λ₁〜λ₃を上記式を満たすよう
に、例えば、λ₁＝８６０ｎｍ、λ₂＝８２０ｎｍおよび
λ₃＝７８０ｎｍと設定することにより、単一のフォト
ダイオード５００によって、これらの３波長の光を検出
することができる。

【００８２】（その他のデバイス構造）前述した実施の
形態では、２つ，３つおよび４つのｐｉｎ型フォトダイ
オードを積層したフォトダイオードについて述べたが、
これらに限らず５つ以上のｐｉｎ型フォトダイオードを
積層することもできる。

【００８３】また、各ｐｉｎ型フォトダイオードを独立
して駆動するために、各ｐｉｎ型フォトダイオードの間
に絶縁層を挿入する構成としてもよい。

【００８４】本発明に係るフォトダイオードにおいて
は、前述した実施の形態において、各層におけるｐ型と
ｎ型を入れ替えて、極性を逆にしたフォトダイオードを
構成することもできる。また、前述した実施の形態で
は、ＡｌＧａＡｓ系のフォトダイオードについて述べた
が、その他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳ
ｅ系、ＩｎＧａＮ系等の半導体からなるフォトダイオー
ドについても適用できる。

【００８５】（実施の形態４） （光通信システム）図１１に、本発明に係るフォトダイ
オードを用いた光通信システムの一例を示す。この光通
信システムは、発光素子１０と、この発光素子１０から
出射された光を伝送する光ファイバ２０と、この光ファ
イバ２０からの光を受光するフォトダイオード１００
（４００または５００）とを有する。

【００８６】発光素子１０は、出射光の波長が異なる複
数の半導体レーザを有する。例えば、４つの成分光を用
いた波長分割多重光通信を行う場合には、発光素子１０
としては、図１２に示すように、波長の異なる４つの面
発光レーザ１０−１〜１０−４を用いる。

【００８７】すなわち、この発光素子１０は、波長が異
なる４つの面発光レーザ１０−１，１０−２，１０−３
および１０−４を近接して配置し、各面発光レーザの出
射口１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄが、光ファイ
バ２０のコア部２２に対向するように配置される。

【００８８】波長の異なる複数の発光素子を近接させて
配置することは、端面発光型の半導体レーザでは非常に
困難である。これに対し、基板に対し垂直な方向に共振
経路を設けた垂直共振器型の面発光レーザは、面内配置
の自由度が高く、波長の異なる複数の発光素子の発光部
を近接させて配置することが容易であり、本発明の発光
素子として最も適しているものの一つである。

【００８９】受光素子としては、前記波長λ₁〜λ₄に対
応する波長の検出が可能なフォトダイオード（例えば実
施の形態２に係るフォトダイオード４００）を用いる。
そして、フォトダイオード４００は、その受光面４２０
が光ファイバ２０のコア部と対面する状態で配置され
る。

【００９０】また、発光素子として異なる波長を有する
２つの面発光レーザを用いる場合には、受光素子として
は少なくともこれらの２つの波長を検出可能なフォトダ
イオード（例えば実施の形態１に係るフォトダイオード
１００）を用いることができる。さらに、発光素子とし
て異なる波長を有する３つの面発光レーザを用いる場合
には、受光素子としては、少なくともこれらの３つの波
長を検出可能なフォトダイオード（例えば実施の形態３
に係るフォトダイオード５００）を用いることができ
る。

【００９１】本実施の形態で用いられる発光素子１０と
しては、上述したように、発振波長が異なる複数の面発
光レーザを実装したものを用いることが、レーザ発振の
しきい値並びに電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）などを
そろえる点で望ましいが、これに限定されず、複数の波
長の光を出射することができるモノリシックな面発光レ
ーザを用いることもできる。また、光ファイバ２０とし
ては、コア径が大きく、光の損失、分散の小さいＧＩ
（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）型のフッ素系プラスチッ
クファイバあるいはＧＩ型のＨＰＣＦ（Ｈａｒｄ Ｐｏ
ｌｙｍｅｒ Ｃｌａｄ Ｆｉｂｅｒ）が好ましい。

【００９２】本実施の形態に係る光通信システムによれ
ば、発光素子として異なる発振波長を有する複数の面発
光レーザを搭載した素子、および複数の波長の光を単一
の素子で検出可能な、本発明に係るフォトダイオードを
用いることにより、発光素子、光ファイバおよびフォト
ダイオードの３者からなるシンプルな構成の波長分割多
重光通信システムを構成することができる。そして、発
光素子を構成する複数の面発光レーザの各出射口と、光
ファイバ２０のコア部と、本発明に係るフォトダイオー
ドの受光面とを光学的に位置合わせすることにより、従
来の光通信システムのように、レンズ，合波器，分波器
などの光学部品を必要としない。その結果、構成がシン
プルで、かつ、光学調整が容易で、低コストな波長分割
多重伝送が可能な光通信システムを構成することができ
る。

【００９３】（実験例）発光素子として、波長λ₁＝８
６０ｎｍ、波長λ₂＝８１０ｎｍの面発光レーザが実装
されたものを用い、受光素子として実施の形態１に係る
フォトダイオード１００を用い、波長分割多重光通信を
行ったところ、クロストークが２０ｄＢ以下の良好な通
信ができることが確認された。

【００９４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るフォトダイオード
を模式的に示す断面図である。

【図２】図１に示すフォトダイオードの製造プロセスを
模式的に示す断面図である。

【図３】図２に引き続き行われる製造プロセスを模式的
に示す断面図である。

【図４】図３に引き続き行われる製造プロセスを模式的
に示す断面図である。

【図５】図１に示すフォトダイオードの等価回路であ
る。

【図６】本発明の実施の形態２に係るフォトダイオード
を模式的に示す平面図である。

【図７】図６に示すフォトダイオードをｘ−ｘ′線に沿
って模式的に示す断面図である。

【図８】図６に示すフォトダイオードをｙ−ｙ′線に沿
って模式的に示す断面図である。

【図９】図６に示すフォトダイオードをｚ−ｚ′線に沿
って模式的に示す断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態３に係るフォトダイオー
ドの半導体層の積層構造を模式的に示す断面図である。

【図１１】本発明に係るフォトダイオードを用いた光通
信システムを示す図である。

【図１２】図１１に示す発光素子の構成例を示す図であ
る。

【図１３】従来の波長分割多重光通信を模式的に示す図
である。

【符号の説明】

１００，４００，５００ フォトダイオード １００−１，１００−２ ｐｉｎ型フォトダイオード １０１ ｎ型半導体基板 １０２，１０４ 光吸収層 １０３ ｐ型コンタクト層 １０５ ｎ型コンタクト層 １０６ 誘電体膜 １０７，１０９ ｎ型オーミック電極 １０８ ｐ型オーミック電極 １１０ 受光部 ４００−１，４００−２，４００−３，４００−４ ｐ
ｉｎ型フォトダイオード ４０１ 高抵抗半導体基板 ４０２ ｐ型コンタクト層 ４０３ 第１の光吸収層 ４０４ ｎ型コンタクト層 ４０５ 第２の光吸収層 ４０６ ｐ型コンタクト層 ４０７ 絶縁層 ４０８ ｐ型コンタクト層 ４０９ 第３の光吸収層 ４１０ ｎ型コンタクト層 ４１１ 第４の光吸収層 ４１２ ｐ型コンタクト層 ４１３ 誘電体膜 ４１４ 埋込み層 ４１５ａ〜４１５ｆ オーミック電極 ５００−１，５００−２，５００−３ ｐｉｎ型フォト
ダイオード ５０１ 高抵抗半導体基板 ５０２ ｎ型コンタクト層 ５０３ 第１の光吸収層 ５０４ ｐ型コンタクト層 ５０５ 第２の光吸収層 ５０６ ｎ型コンタクト層 ５０７ 絶縁層 ５０８ ｎ型コンタクト層 ５０９ 第３の光吸収層 ５１０ ｐ型コンタクト層 １０ 発光素子 １０−１，１０−２，１０−３，１０−４ 面発光レー
ザ ２０ 光ファイバ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に積層された複数の半導体
   層を有する堆積体に、異なるバンド幅の光吸収層を有す
   る複数のｐｉｎ型フォトダイオードが含まれ、 前記ｐｉｎ型フォトダイオードは、前記半導体基板の側
   から前記光吸収層のバンド幅の小さい順に積層され、か
   つ、 受光部は、バンド幅が最も大きい光吸収層を有するｐｉ
   ｎ型フォトダイオードの側に形成され、 複数の異なる波長の光を光−電気変換できるフォトダイ
   オード。
2. 【請求項２】 請求項１において、 隣接する第１および第２のｐｉｎ型フォトダイオードか
   らなる１組のフォトダイオードが含まれ、 前記第１のｐｉｎ型フォトダイオードおよび前記第２の
   ｐｉｎ型フォトダイオードは、それぞれの同一導電型の
   コンタクト層が単一のコンタクト層で共用されるフォト
   ダイオード。
3. 【請求項３】 請求項２において、 第１導電型の半導体基板上に、第１の光吸収層と、第２
   導電型の第１のコンタクト層と、第２の光吸収層と、第
   １導電型の第２のコンタクト層とがこの順に積層され、 前記第１のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記半導体基
   板と、前記第１の光吸収層と、前記第１のコンタクト層
   とから構成され、 前記第２のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第１のコ
   ンタクト層と、前記第２の光吸収層と、前記第２のコン
   タクト層とから構成され、 前記第１の光吸収層、前記第１のコンタクト層、前記第
   ２の光吸収層および前記第２のコンタクト層のバンド幅
   のエネルギーに相当する波長をそれぞれλ_ga、λ_gb、λ
   _gcおよびλ_gdとしたとき、 λ_gd＜λ_gc＜λ_ga、かつ、 λ_gb≦λ_gc、 であるフォトダイオード。
4. 【請求項４】 請求項１において、 請求項２に記載の前記１組のフォトダイオードと、 前記１組のフォトダイオードを構成する前記第１または
   第２のｐｉｎ型フォトダイオードと隣接する第３のｐｉ
   ｎ型フォトダイオードが含まれ、 前記第１または第２のｐｉｎ型フォトダイオードと、前
   記第３のｐｉｎ型フォトダイオードとの間に絶縁層が形
   成されたフォトダイオード。
5. 【請求項５】 請求項４において、 高抵抗の半導体基板上に、第１導電型の第１のコンタク
   ト層と、第１の光吸収層と、第２導電型の第２のコンタ
   クト層と、第２の光吸収層と、第１導電型の第３のコン
   タクト層と、絶縁層と、第１導電型の第４のコンタクト
   層と、第３の光吸収層と、第２導電型の第５のコンタク
   ト層とがこの順に積層され、 前記第１のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第１のコ
   ンタクト層と、第１の光吸収層と、第２のコンタクト層
   とから構成され、 前記第２のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第２のコ
   ンタクト層と、前記第２の光吸収層と、前記第３のコン
   タクト層とから構成され、 前記第３のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第４のコ
   ンタクト層、前記第３の光吸収層と、前記第５のコンタ
   クト層とから構成され、 前記第１の光吸収層、前記第２のコンタクト層、前記第
   ２の光吸収層、前記第３のコンタクト層、前記絶縁層、
   前記第４のコンタクト層、前記第３の光吸収層および前
   記第５のコンタクト層のバンド幅のエネルギーに相当す
   る波長を、それぞれλ_ga、λ_gb、λ_gc、λ_gd、λ_ge、λ
   _gf、λ_gg、およびλ_ghとしたとき、 λ_gh＜λ_gg＜λ_gc＜λ_ga、 λ_gb≦λ_gc、かつ、 λ_gd≦λ_ge≦λ_gf≦λ_gg、 であるフォトダイオード。
6. 【請求項６】 請求項１において、 請求項２に記載の前記１組のフォトダイオードが、絶縁
   層の両側にそれぞれ設けられ、４つのｐｉｎ型フォトダ
   イオードが含まれるフォトダイオード。
7. 【請求項７】 請求項６において、 高抵抗の半導体基板上に、第１導電型の第１のコンタク
   ト層と、第１の光吸収層と、第２導電型の第２のコンタ
   クト層と、第２の光吸収層と、第１導電型の第３のコン
   タクト層と、絶縁層と、第１導電型の第４のコンタクト
   層と、第３の光吸収層と、第２導電型の第５のコンタク
   ト層と、第４の光吸収層と、第１導電型の第６のコンタ
   クト層がこの順に積層され、 第１のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第１のコンタ
   クト層と、前記第１の光吸収層と、前記第２のコンタク
   ト層とから構成され、 第２のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第２のコンタ
   クト層と、前記第２の光吸収層と、前記第３のコンタク
   ト層とから構成され、 第３のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第４のコンタ
   クト層と、前記第３の光吸収層と、前記第５のコンタク
   ト層とから構成され、 第４のｐｉｎ型フォトダイオードは、前記第５のコンタ
   クト層と、前記第４の光吸収層と、前記第６のコンタク
   ト層とから構成され、 前記第１の光吸収層、前記第２のコンタクト層、前記第
   ２の光吸収層、前記第３のコンタクト層、前記絶縁層、
   前記第４のコンタクト層、前記第３の光吸収層、前記第
   ５のコンタクト層、前記第４の光吸収層および前記第６
   のコンタクト層のバンド幅のエネルギーに相当する波長
   を、それぞれλ_ga、λ_gb、λ_gc、λ_gd、λ_ge、λ_gf、λ
   _gg、λ_gh、λ_gi、およびλ_gjとしたとき、 λ_gj＜λ_gi＜λ_gg＜λ_gc＜λ_ga、 λ_gb≦λ_gc、 λ_gd≦λ_ge≦λ_gf≦λ_gg、かつ、 λ_gh≦λ_gi、 であるフォトダイオード。
8. 【請求項８】 請求項１において、 各ｐｉｎ型フォトダイオードの相互間は、絶縁層によっ
   てそれぞれ電気的に分離されているフォトダイオード。
9. 【請求項９】 発光素子と、光導波路と、請求項１〜請
   求項８のいずれかに記載のフォトダイオードとが含ま
   れ、 前記発光素子と前記フォトダイオードとが光導波路によ
   って直接的に光学接続された、波長分割多重光通信のた
   めの光通信システム。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記発光素子は、発振波長の異なる複数の面発光レーザ
    を配置して構成された光通信システム。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、 前記面発光レーザは、垂直共振器型の面発光レーザであ
    る光通信システム。
12. 【請求項１２】 請求項９〜請求項１１のいずれかにお
    いて、 前記光導波路は、光ファイバである光通信システム。
13. 【請求項１３】 請求項１０〜請求項１２のいずれかに
    おいて、 前記発光素子を構成する前記面発光レーザの各出射口
    と、前記光導波路の光伝送部とが、ならびに前記光導波
    路の光伝送部と、前記フォトダイオードの受光面とが、
    それぞれ光学的に対向するように配置されている光通信
    システム。