JPH1168125A - 感度可変導波路型の半導体受光素子 - Google Patents
感度可変導波路型の半導体受光素子Info
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- JPH1168125A JPH1168125A JP9220308A JP22030897A JPH1168125A JP H1168125 A JPH1168125 A JP H1168125A JP 9220308 A JP9220308 A JP 9220308A JP 22030897 A JP22030897 A JP 22030897A JP H1168125 A JPH1168125 A JP H1168125A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広いダイナミックレンジを有し、低歪特性か
つ低価格の光加入者系モジュール用受光素子を提供す
る。 【解決手段】 本受光素子１０は、導波路型受光素子領
域１２と、受光素子領域の前段に設けられた光減衰領域
１４とをモノリシック集積した光減衰器集積導波路型受
光素子として構成されている。本受光素子は、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１６上に順次に形成された、ＩｎＰ下部クラッド
層１８、光導波路層２０、ＩｎＰ上部クラッド層２２、
及びＧａＩｎＡｓコンタクト層２４から構成され、分離
溝２６により受光素子領域１２と光減衰領域１４とに分
離されている。バンドギャップ・エネルギーが１．３５
ｅＶの上部ＩｎＰクラッド層２２とバンドギャップ・エ
ネルギーが０．８５ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２
０ｂとの間にバンドギャップ・エネルギーが１．０ｅＶ
で厚さ５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ中間層３２を介在させて
いる。
つ低価格の光加入者系モジュール用受光素子を提供す
る。 【解決手段】 本受光素子１０は、導波路型受光素子領
域１２と、受光素子領域の前段に設けられた光減衰領域
１４とをモノリシック集積した光減衰器集積導波路型受
光素子として構成されている。本受光素子は、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１６上に順次に形成された、ＩｎＰ下部クラッド
層１８、光導波路層２０、ＩｎＰ上部クラッド層２２、
及びＧａＩｎＡｓコンタクト層２４から構成され、分離
溝２６により受光素子領域１２と光減衰領域１４とに分
離されている。バンドギャップ・エネルギーが１．３５
ｅＶの上部ＩｎＰクラッド層２２とバンドギャップ・エ
ネルギーが０．８５ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２
０ｂとの間にバンドギャップ・エネルギーが１．０ｅＶ
で厚さ５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ中間層３２を介在させて
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、感度可変導波路型
の半導体受光素子に関し、更に詳細には、大きな入力の
光信号に対しても線形性の良好な出力信号を出力する、
ダイナミックレンジの広い、光通信システムでの使用に
最適な、感度可変導波路型の半導体受光素子に関するも
のである。
の半導体受光素子に関し、更に詳細には、大きな入力の
光信号に対しても線形性の良好な出力信号を出力する、
ダイナミックレンジの広い、光通信システムでの使用に
最適な、感度可変導波路型の半導体受光素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムの光加入系モジュールの
低価格化には、入射光強度に依存することなく一定の吸
収光電流を得る、即ち大きな入力の光信号に対しても線
形性の良好な出力信号を出力する受光素子を提供するこ
とが重要であって、その実現を目指して研究が進んでい
る。そして、それを原理的に可能にする導波路型受光素
子として、感度可変導波路型の半導体受光素子が提案さ
れている。感度可変導波路型の半導体受光素子は、導波
路型受光素子領域と、その前段に配置された感度可変素
子領域とから構成され、入力光信号の信号強度を減衰さ
せる光減衰器を感度可変素子として採用した光減衰器集
積導波路受光素子が提案されている。光減衰器領域は、
電圧を印加することにより、光導波路層の光吸収を増大
させ、受光素子領域で受光される光量を減衰させる機能
を有する。
低価格化には、入射光強度に依存することなく一定の吸
収光電流を得る、即ち大きな入力の光信号に対しても線
形性の良好な出力信号を出力する受光素子を提供するこ
とが重要であって、その実現を目指して研究が進んでい
る。そして、それを原理的に可能にする導波路型受光素
子として、感度可変導波路型の半導体受光素子が提案さ
れている。感度可変導波路型の半導体受光素子は、導波
路型受光素子領域と、その前段に配置された感度可変素
子領域とから構成され、入力光信号の信号強度を減衰さ
せる光減衰器を感度可変素子として採用した光減衰器集
積導波路受光素子が提案されている。光減衰器領域は、
電圧を印加することにより、光導波路層の光吸収を増大
させ、受光素子領域で受光される光量を減衰させる機能
を有する。
【０００３】ここで、図６を参照して、従来の光減衰器
集積導波路受光素子の基本的構成を説明する。従来の光
減衰器集積導波路受光素子４０は、導波路型受光素子領
域１２と、その前段に配置され、受光素子領域で受光さ
れる光量を減衰させる機能を有する光減衰器として形成
された光減衰素子領域１４とから構成されている。ｎ−
ＩｎＰ基板１６上に順次に形成された、ＩｎＰ下部クラ
ッド層１８、光導波路層２０、ＩｎＰ上部クラッド層２
２、及びＧａＩｎＡｓコンタクト層２４から構成されて
いる。受光素子領域１２及び光減衰素子領域１４は、コ
ンタクト層２４を分離し、上部クラッド層２２を段違い
に形成して成るスリット状の切り欠き分離溝２６により
ｐ電極側で電気的に分離され、それぞれの領域１２、１
４のコンタクト層２４上にｐ電極２８ａ、２８ｂが形成
されている。また、基板１６の裏面にはｎ電極３０が形
成され、接地されている。光減衰素子領域１４の光導波
路層２０ｂは、受光素子領域１２の光導波路層２０ａよ
りも禁制帯幅が大きな半導体層により形成され、受光素
子領域の動作波長に対する光吸収が無視できるほど小さ
い透明導波路として構成されている。
集積導波路受光素子の基本的構成を説明する。従来の光
減衰器集積導波路受光素子４０は、導波路型受光素子領
域１２と、その前段に配置され、受光素子領域で受光さ
れる光量を減衰させる機能を有する光減衰器として形成
された光減衰素子領域１４とから構成されている。ｎ−
ＩｎＰ基板１６上に順次に形成された、ＩｎＰ下部クラ
ッド層１８、光導波路層２０、ＩｎＰ上部クラッド層２
２、及びＧａＩｎＡｓコンタクト層２４から構成されて
いる。受光素子領域１２及び光減衰素子領域１４は、コ
ンタクト層２４を分離し、上部クラッド層２２を段違い
に形成して成るスリット状の切り欠き分離溝２６により
ｐ電極側で電気的に分離され、それぞれの領域１２、１
４のコンタクト層２４上にｐ電極２８ａ、２８ｂが形成
されている。また、基板１６の裏面にはｎ電極３０が形
成され、接地されている。光減衰素子領域１４の光導波
路層２０ｂは、受光素子領域１２の光導波路層２０ａよ
りも禁制帯幅が大きな半導体層により形成され、受光素
子領域の動作波長に対する光吸収が無視できるほど小さ
い透明導波路として構成されている。
【０００４】ところで、二種類の異種材料の半導体層を
積層したヘテロ接合構造では、エネルギー的にはフェル
ミ準位が一致するように伝導帯及び価電子帯が曲がり、
ヘテロ接合界面でバンド不連続が生じる。特に、ｐ型の
価電子帯のバンド不連続は、スパイク形状になり、受光
素子や光変調器では、光吸収により励起されたホール
が、ヘテロ界面に蓄積されるようになる。この現象は、
ホールのパイルアップとして、例えばD.Meglio, et.,a
l.,ＩＥＥＥＪ，Quantum-Electron, 31, pp．261-268
，1995に報告されている。これにより、感度可変領域
の光導波路層に印加される電界が低下し、入力光信号に
対する出力光信号には、非線形性が現れる。つまり、入
射光強度が大きい場合、吸収係数が低下する。
積層したヘテロ接合構造では、エネルギー的にはフェル
ミ準位が一致するように伝導帯及び価電子帯が曲がり、
ヘテロ接合界面でバンド不連続が生じる。特に、ｐ型の
価電子帯のバンド不連続は、スパイク形状になり、受光
素子や光変調器では、光吸収により励起されたホール
が、ヘテロ界面に蓄積されるようになる。この現象は、
ホールのパイルアップとして、例えばD.Meglio, et.,a
l.,ＩＥＥＥＪ，Quantum-Electron, 31, pp．261-268
，1995に報告されている。これにより、感度可変領域
の光導波路層に印加される電界が低下し、入力光信号に
対する出力光信号には、非線形性が現れる。つまり、入
射光強度が大きい場合、吸収係数が低下する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の感度可
変導波路型の半導体受光素子、例えば光減衰器集積導波
路受光素子では、感度可変領域として備えられた光減衰
器は、光導波路層とクラッド層との間にヘテロ接合構造
を有する。このために、ホールのパイルアップの影響が
感度可変領域に現れることになり、入射光強度に対する
出力光強度の線形性を維持することが困難になる。そし
て、その結果、受光素子の歪み特性が劣化し、光加入系
モジュールの低価格化に必要な感度可変導波路型の半導
体受光素子を実現することが難しくなっている。
変導波路型の半導体受光素子、例えば光減衰器集積導波
路受光素子では、感度可変領域として備えられた光減衰
器は、光導波路層とクラッド層との間にヘテロ接合構造
を有する。このために、ホールのパイルアップの影響が
感度可変領域に現れることになり、入射光強度に対する
出力光強度の線形性を維持することが困難になる。そし
て、その結果、受光素子の歪み特性が劣化し、光加入系
モジュールの低価格化に必要な感度可変導波路型の半導
体受光素子を実現することが難しくなっている。
【０００６】そこで、本発明は、ホールのパイルアップ
の影響を抑制して、入射光強度の線形性が良好で、広い
ダイナミックレンジを有し、低歪特性かつ低価格の光加
入者系モジュール用受光素子の提供を行うことを目的と
する。
の影響を抑制して、入射光強度の線形性が良好で、広い
ダイナミックレンジを有し、低歪特性かつ低価格の光加
入者系モジュール用受光素子の提供を行うことを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る感度可変導波路型の半導体受光素子
は、バンドギャップ・エネルギーがＥ１の光導波路層と
バンドギャップ・エネルギーがＥ２の光閉じ込め層とを
有して入力光信号の信号強度を減衰させる光減衰素子領
域と、光減衰素子領域の後段に配置された導波路型受光
素子領域とを備える感度可変導波路型の半導体受光素子
であって、光減衰素子領域では、光導波路層と光閉じ込
め層間に、光導波路層と同じ元素で構成され、Ｅ１＜Ｅ
３＜Ｅ２で規定されるＥ３のバンドギャップ・エネルギ
ーを有する少なくとも一層の半導体中間層が形成されて
いることを特徴としている。
に、本発明に係る感度可変導波路型の半導体受光素子
は、バンドギャップ・エネルギーがＥ１の光導波路層と
バンドギャップ・エネルギーがＥ２の光閉じ込め層とを
有して入力光信号の信号強度を減衰させる光減衰素子領
域と、光減衰素子領域の後段に配置された導波路型受光
素子領域とを備える感度可変導波路型の半導体受光素子
であって、光減衰素子領域では、光導波路層と光閉じ込
め層間に、光導波路層と同じ元素で構成され、Ｅ１＜Ｅ
３＜Ｅ２で規定されるＥ３のバンドギャップ・エネルギ
ーを有する少なくとも一層の半導体中間層が形成されて
いることを特徴としている。
【０００８】本発明では、バンドギャップ・エネルギー
が光導波路層と光閉じ込め層のそれぞれのバンドギャッ
プ・エネルギーの大きさの中間にある半導体中間層を双
方の間に介在させることにより、光導波路層と光閉じ込
め層との間のバンド不連続を緩和して、ホールのパイル
アップの影響を防ぎ、電圧印加時の非線形応答を抑制す
ることにより、入射光強度に対す出力線形性が良好な広
いダイナミックレンジと低歪特性を達成している。本発
明は、光導波路層の構成元素を問わず適用でき、例えば
ＧａＩｎＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ
系、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ系などの
元素系で構成した感度可変導波路受光素子に好適であ
る。また、半導体中間層によるバンド不連続の緩和作用
をより効果的にするためには、半導体中間層のバンドギ
ャップ・エネルギーＥ３が、Ｅ３ａ（Ｅ３ａ＞Ｅ１）か
らＥ３ｂ（Ｅ３ｂ＜Ｅ２）まで連続的に増大するよう
に、半導体中間層が構成されているようにする。半導体
中間層の成膜は、既知の有機金属気層成長法、分子線エ
ピタキシャル法、化学線エピタキシャル法等により行
う。また、好適には、半導体中間層の層厚ｔはｔ≧２ｎ
ｍである。
が光導波路層と光閉じ込め層のそれぞれのバンドギャッ
プ・エネルギーの大きさの中間にある半導体中間層を双
方の間に介在させることにより、光導波路層と光閉じ込
め層との間のバンド不連続を緩和して、ホールのパイル
アップの影響を防ぎ、電圧印加時の非線形応答を抑制す
ることにより、入射光強度に対す出力線形性が良好な広
いダイナミックレンジと低歪特性を達成している。本発
明は、光導波路層の構成元素を問わず適用でき、例えば
ＧａＩｎＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ
系、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ系などの
元素系で構成した感度可変導波路受光素子に好適であ
る。また、半導体中間層によるバンド不連続の緩和作用
をより効果的にするためには、半導体中間層のバンドギ
ャップ・エネルギーＥ３が、Ｅ３ａ（Ｅ３ａ＞Ｅ１）か
らＥ３ｂ（Ｅ３ｂ＜Ｅ２）まで連続的に増大するよう
に、半導体中間層が構成されているようにする。半導体
中間層の成膜は、既知の有機金属気層成長法、分子線エ
ピタキシャル法、化学線エピタキシャル法等により行
う。また、好適には、半導体中間層の層厚ｔはｔ≧２ｎ
ｍである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例 本実施例は、本発明に係る感度可変導波路型の半導体受
光素子の実施例の一つであって、図１は感度可変導波路
型の半導体受光素子の本実施例の構成を示す模式的な断
面図である。本実施例の感度可変導波路型の半導体受光
素子１０は、感度可変導波路型の半導体受光素子として
構成された光減衰器集積導波路型受光素子であって、導
波路型受光素子領域１２と、入力光信号の信号強度を減
衰させるために、導波路型受光素子領域１２の前段に設
けられた光減衰素子領域１４とをモノリシック集積した
受光素子である。感度可変導波路型受光素子１０は、光
減衰素子領域１４において、逆バイアス電圧（Ｖatt ）
を印加するとフランツ・ケルディッシュ効果により吸収
係数が増大し、後段の受光素子領域１２に到達する光信
号光強度を減衰することが出来る。
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例 本実施例は、本発明に係る感度可変導波路型の半導体受
光素子の実施例の一つであって、図１は感度可変導波路
型の半導体受光素子の本実施例の構成を示す模式的な断
面図である。本実施例の感度可変導波路型の半導体受光
素子１０は、感度可変導波路型の半導体受光素子として
構成された光減衰器集積導波路型受光素子であって、導
波路型受光素子領域１２と、入力光信号の信号強度を減
衰させるために、導波路型受光素子領域１２の前段に設
けられた光減衰素子領域１４とをモノリシック集積した
受光素子である。感度可変導波路型受光素子１０は、光
減衰素子領域１４において、逆バイアス電圧（Ｖatt ）
を印加するとフランツ・ケルディッシュ効果により吸収
係数が増大し、後段の受光素子領域１２に到達する光信
号光強度を減衰することが出来る。
【００１０】本実施例の素子構造は、ｎ−ＩｎＰ基板１
６上に順次に形成された、層厚２μｍのＩｎＰ下部クラ
ッド層１８、光導波路層２０、層厚２μｍでバンドギャ
ップ・エネルギーが１．３５ｅＶのＩｎＰ上部クラッド
層２２、及び層厚０．３μmのＧａＩｎＡｓコンタクト
層２４から構成されている。受光素子領域１２及び光減
衰素子領域１４は、コンタクト層２４を分離し、上部ク
ラッド層２２を段違いに形成して成るスリット状の切り
欠き分離溝２６によりｐ電極側で電気的に分離され、そ
れぞれの領域１２、１４のコンタクト層２４上にｐ電極
２８ａ、２８ｂが形成されている。また、基板１６の裏
面にはｎ電極３０が形成され、接地されている。
６上に順次に形成された、層厚２μｍのＩｎＰ下部クラ
ッド層１８、光導波路層２０、層厚２μｍでバンドギャ
ップ・エネルギーが１．３５ｅＶのＩｎＰ上部クラッド
層２２、及び層厚０．３μmのＧａＩｎＡｓコンタクト
層２４から構成されている。受光素子領域１２及び光減
衰素子領域１４は、コンタクト層２４を分離し、上部ク
ラッド層２２を段違いに形成して成るスリット状の切り
欠き分離溝２６によりｐ電極側で電気的に分離され、そ
れぞれの領域１２、１４のコンタクト層２４上にｐ電極
２８ａ、２８ｂが形成されている。また、基板１６の裏
面にはｎ電極３０が形成され、接地されている。
【００１１】光導波路層２０は、光減衰素子領域１４で
は、層厚（ｄatt ）が０．８μｍでバンドギャップ・エ
ネルギーが０．８５ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２
０ｂとして構成され、受光素子領域１２では、層厚（ｄ
pd）が１．５μｍのＧａＩｎＡｓ光導波路層２０ａとし
て構成されている。。光減衰素子領域１４のＧａＩｎＡ
ｓＰ光導波路層２０ｂは、その禁制帯幅（バンドギャッ
プ・エネルギー）が受光素子領域１２のＧａＩｎＡｓ光
導波路層２０ａよりも大きく、受光素子の動作波長に対
して光吸収が無視できるほど小さい透明導波路である。
は、層厚（ｄatt ）が０．８μｍでバンドギャップ・エ
ネルギーが０．８５ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２
０ｂとして構成され、受光素子領域１２では、層厚（ｄ
pd）が１．５μｍのＧａＩｎＡｓ光導波路層２０ａとし
て構成されている。。光減衰素子領域１４のＧａＩｎＡ
ｓＰ光導波路層２０ｂは、その禁制帯幅（バンドギャッ
プ・エネルギー）が受光素子領域１２のＧａＩｎＡｓ光
導波路層２０ａよりも大きく、受光素子の動作波長に対
して光吸収が無視できるほど小さい透明導波路である。
【００１２】光導波路層２０ａ、２０ｂと上部クラッド
層２２とは、異種半導体接合となるために、その接合界
面においてエネルギーバンドの不連続が生じる。特に、
価電子帯においては、バンド不連続はスパイク形状とな
り、光励起されたホールが蓄積される。その結果、Ｇａ
ＩｎＡｓＰ光導波路層２０ｂ及びＧａＩｎＡｓ光導波路
層２０ａに印加される電界強度が低下し、入力光信号に
対する出力光信号には、非線形性が現れる。このため、
入射光強度に対する出力光強度の線形性が良好な、広い
ダイナミックレンジで、低歪特性の受光素子の実現が困
難となる。
層２２とは、異種半導体接合となるために、その接合界
面においてエネルギーバンドの不連続が生じる。特に、
価電子帯においては、バンド不連続はスパイク形状とな
り、光励起されたホールが蓄積される。その結果、Ｇａ
ＩｎＡｓＰ光導波路層２０ｂ及びＧａＩｎＡｓ光導波路
層２０ａに印加される電界強度が低下し、入力光信号に
対する出力光信号には、非線形性が現れる。このため、
入射光強度に対する出力光強度の線形性が良好な、広い
ダイナミックレンジで、低歪特性の受光素子の実現が困
難となる。
【００１３】そこで、本実施例の感度可変導波路型受光
素子１０の光減衰素子領域１４では、ヘテロ接合界面で
のエネルギーバンドの不連続を緩和するために、図１に
示すように、バンドギャップ・エネルギーが１．３５ｅ
Ｖの上部ＩｎＰクラッド層２２とバンドギャップ・エネ
ルギーが０．８５ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２０
ｂとの間にバンドギャップ・エネルギーが１．０ｅＶで
厚さ５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ半導体中間層３２を介在さ
せている。図２（ａ）は、ＧａＩｎＡｓＰ半導体中間層
３２を介在させた光減衰素子領域１４のエネルギーバン
ド図である。
素子１０の光減衰素子領域１４では、ヘテロ接合界面で
のエネルギーバンドの不連続を緩和するために、図１に
示すように、バンドギャップ・エネルギーが１．３５ｅ
Ｖの上部ＩｎＰクラッド層２２とバンドギャップ・エネ
ルギーが０．８５ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２０
ｂとの間にバンドギャップ・エネルギーが１．０ｅＶで
厚さ５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ半導体中間層３２を介在さ
せている。図２（ａ）は、ＧａＩｎＡｓＰ半導体中間層
３２を介在させた光減衰素子領域１４のエネルギーバン
ド図である。
【００１４】本実施例の感度可変導波路型受光素子１０
は、有機金属気層成長装置、分子線エピタキシャル装
置、化学線エピタキシャル装置などを使って形成でき
る。尚、ｐ−ＩｎＰ基板上に光減衰器集積導波路受光素
子を作成した場合、下部ＩｎＰクラッド層１８と光導波
層２０ａ、２０ｂとの異種接合界面で上述のホールの蓄
積に起因する入力光信号に対する出力光信号の非線形応
答が問題となる。本発明によれば、ｐ−ＩｎＰ基板上
に、入射光強度の線形性が良好な広いダイナミックレン
ジと低歪特性の感度可変導波路型の半導体受光素子を実
現できる。
は、有機金属気層成長装置、分子線エピタキシャル装
置、化学線エピタキシャル装置などを使って形成でき
る。尚、ｐ−ＩｎＰ基板上に光減衰器集積導波路受光素
子を作成した場合、下部ＩｎＰクラッド層１８と光導波
層２０ａ、２０ｂとの異種接合界面で上述のホールの蓄
積に起因する入力光信号に対する出力光信号の非線形応
答が問題となる。本発明によれば、ｐ−ＩｎＰ基板上
に、入射光強度の線形性が良好な広いダイナミックレン
ジと低歪特性の感度可変導波路型の半導体受光素子を実
現できる。
【００１５】改変例 本改変例は、ヘテロ接合界面でのエネルギーバンドの不
連続を緩和する別の例であって、感度可変導波路型受光
素子１０に設ける厚さ５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ半導体中
間層として、バンドギャップ・エネルギーが不連続に変
化する実施例１の半導体中間層３２に代えて、バンドギ
ャップ・エネルギーが０．８５ｅＶから１．３５ｅＶま
で連続的に増大するグレーデッド層３４を介在させてい
る。図２（ｂ）は、グレーデッド層３４を介在させた光
減衰素子領域のエネルギーバンド図である。
連続を緩和する別の例であって、感度可変導波路型受光
素子１０に設ける厚さ５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ半導体中
間層として、バンドギャップ・エネルギーが不連続に変
化する実施例１の半導体中間層３２に代えて、バンドギ
ャップ・エネルギーが０．８５ｅＶから１．３５ｅＶま
で連続的に増大するグレーデッド層３４を介在させてい
る。図２（ｂ）は、グレーデッド層３４を介在させた光
減衰素子領域のエネルギーバンド図である。
【００１６】従来例 光減衰素子領域１４の光導波層２０ｂに半導体中間層を
備えていない、図１に示す層構造を有する受光素子は、
従来例であって、図２（ｃ）は、その光導波層近傍のエ
ネルギーバンド図を示している。
備えていない、図１に示す層構造を有する受光素子は、
従来例であって、図２（ｃ）は、その光導波層近傍のエ
ネルギーバンド図を示している。
【００１７】本発明を評価するために、実施例１の感度
可変導波路型受光素子１０と受光素子１０の改変例及び
従来例について、波長１．５５μｍの入力信号を受光し
た際の受光電流（Ｉｐｄ）と光入力（Ｐin）との関係、
即ち受光電流（Ipd ）の光入力（Ｐin）依存性を光減衰
素子領域１４の印加電圧Ｖatt をＶatt ＝０Ｖ、８Ｖに
した時についてそれぞれ試験した。
可変導波路型受光素子１０と受光素子１０の改変例及び
従来例について、波長１．５５μｍの入力信号を受光し
た際の受光電流（Ｉｐｄ）と光入力（Ｐin）との関係、
即ち受光電流（Ipd ）の光入力（Ｐin）依存性を光減衰
素子領域１４の印加電圧Ｖatt をＶatt ＝０Ｖ、８Ｖに
した時についてそれぞれ試験した。
【００１８】図３は、光減衰素子領域１４の印加電圧Ｖ
att ＝０Ｖとした時の受光電流（Ipd ）と光入力（Ｐi
n）との関係を示すグラフである。図３から判る通り、
実施例１の感度可変導波路型受光素子１０と受光素子１
０の改変例及び従来例の全てについて、電圧が印加され
ていない限り、Ｐin＜１０ｍＷでは、Ｉ pd の線形性が
確認されている。これは、波長１．５５μｍに対し透明
な導波路である光減衰素子領域に電界が印加されていな
いために光が減衰せず、入力光信号をそのまま受光素子
領域１２で受光電流として検出しているためと考えられ
る。
att ＝０Ｖとした時の受光電流（Ipd ）と光入力（Ｐi
n）との関係を示すグラフである。図３から判る通り、
実施例１の感度可変導波路型受光素子１０と受光素子１
０の改変例及び従来例の全てについて、電圧が印加され
ていない限り、Ｐin＜１０ｍＷでは、Ｉ pd の線形性が
確認されている。これは、波長１．５５μｍに対し透明
な導波路である光減衰素子領域に電界が印加されていな
いために光が減衰せず、入力光信号をそのまま受光素子
領域１２で受光電流として検出しているためと考えられ
る。
【００１９】図４は、光減衰素子領域１４の印加電圧Ｖ
att をＶatt ＝８Ｖとした時の受光電流（Ｉpd）と光入
力（Ｐin）との関係を示すグラフである。図４から判る
通り、光減衰素子領域の印加電圧Ｖatt ＝８Ｖの時、従
来例は、Ｐin＜１ｍＷの時で既にＩ pd の線形性が維持
できていない。実施例は、Ｐin＝６ｍＷまで線形性が確
認された。グレーデッド半導体中間層を有する改変例
は、、Ｐin＝１０ｍＷまで線形性が確認された。図４
は、半導体中間層３２、又は３４を挿入することによ
り、光減衰素子領域１２の上部ＩｎＰクラッド層２２と
ＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２０ｂ間のヘテロ界面でのホ
ールのパイルアップが抑制されることを示し、またその
抑制効果はグレーデッド半導体中間層３４の方が大きい
ことを示している。
att をＶatt ＝８Ｖとした時の受光電流（Ｉpd）と光入
力（Ｐin）との関係を示すグラフである。図４から判る
通り、光減衰素子領域の印加電圧Ｖatt ＝８Ｖの時、従
来例は、Ｐin＜１ｍＷの時で既にＩ pd の線形性が維持
できていない。実施例は、Ｐin＝６ｍＷまで線形性が確
認された。グレーデッド半導体中間層を有する改変例
は、、Ｐin＝１０ｍＷまで線形性が確認された。図４
は、半導体中間層３２、又は３４を挿入することによ
り、光減衰素子領域１２の上部ＩｎＰクラッド層２２と
ＧａＩｎＡｓＰ光導波路層２０ｂ間のヘテロ界面でのホ
ールのパイルアップが抑制されることを示し、またその
抑制効果はグレーデッド半導体中間層３４の方が大きい
ことを示している。
【００２０】次いで、感度可変導波路型受光素子１０の
Ｉpd−Ｐin特性の半導体中間層３２の層厚依存性を調べ
た。試験では、図５に示すように、半導体中間層３２の
厚さｔをそれぞれ１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ及
び１００ｎｍにして、Ｖatt＝８Ｖとして受光電流Ｉpd
−光入力Ｐinとの関係を測定し、図５に示した。本試験
では、半導体中間層３２として実施例と同様に一層で構
成されるバンドギャップ１ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ層を一
例として採用した。図５から判る通り、半導体中間層の
層厚ｔが、ｔ＜５ｎｍでは、Ｐin＝１０（ｍＷ）までＩ
pdの線形応答が得られたが、ｔ＜２ｎｍのときは、Ｐin
＞５ｍＷでは線形性を維持することが難しかった。これ
は、半導体中間層の層厚が薄く、半導体中間層のホール
のパイルアップ抑制効果が小さかったためと考えられ
る。なお、実験では、半導体中間層の層厚が１００ｎｍ
まで、Ｉpdの線形性が得られた。従って、ホールのパイ
ルアップを抑制する半導体中間層の厚さは、２ｎｍ＜ｔ
とする必要がある。なお、同様の傾向が、グレーデッド
半導体中間層において成立することは、言うまでもな
い。
Ｉpd−Ｐin特性の半導体中間層３２の層厚依存性を調べ
た。試験では、図５に示すように、半導体中間層３２の
厚さｔをそれぞれ１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ及
び１００ｎｍにして、Ｖatt＝８Ｖとして受光電流Ｉpd
−光入力Ｐinとの関係を測定し、図５に示した。本試験
では、半導体中間層３２として実施例と同様に一層で構
成されるバンドギャップ１ｅＶのＧａＩｎＡｓＰ層を一
例として採用した。図５から判る通り、半導体中間層の
層厚ｔが、ｔ＜５ｎｍでは、Ｐin＝１０（ｍＷ）までＩ
pdの線形応答が得られたが、ｔ＜２ｎｍのときは、Ｐin
＞５ｍＷでは線形性を維持することが難しかった。これ
は、半導体中間層の層厚が薄く、半導体中間層のホール
のパイルアップ抑制効果が小さかったためと考えられ
る。なお、実験では、半導体中間層の層厚が１００ｎｍ
まで、Ｉpdの線形性が得られた。従って、ホールのパイ
ルアップを抑制する半導体中間層の厚さは、２ｎｍ＜ｔ
とする必要がある。なお、同様の傾向が、グレーデッド
半導体中間層において成立することは、言うまでもな
い。
【００２１】本実施例で示したＧａＩｎＡｓＰ系を材料
とする感度可変導波路受光素子１０は、本発明を説明す
るための一例であって、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ系など
他の材料系で構成した感度可変導波路受光素子において
も本発明は効果的である。
とする感度可変導波路受光素子１０は、本発明を説明す
るための一例であって、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ系など
他の材料系で構成した感度可変導波路受光素子において
も本発明は効果的である。
【００２２】
【発明の効果】本発明の構成によれば、光導波路層と光
閉じ込め層との間にそれらのバンドギャップ・エネルギ
ーの中間のバンドギャップ・エネルギーを有する半導体
中間層を設けることにより、バンド不連続を緩和して、
ホールのパイルアップの影響を防ぎ、電圧印加時の非線
形応答を抑制することができる。これにより、本発明は
大入力の光信号に対して線形性の良好な出力信号を出力
し、広いダイナミックレンジと低歪特性の感度可変導波
路型の半導体受光素子を実現している。
閉じ込め層との間にそれらのバンドギャップ・エネルギ
ーの中間のバンドギャップ・エネルギーを有する半導体
中間層を設けることにより、バンド不連続を緩和して、
ホールのパイルアップの影響を防ぎ、電圧印加時の非線
形応答を抑制することができる。これにより、本発明は
大入力の光信号に対して線形性の良好な出力信号を出力
し、広いダイナミックレンジと低歪特性の感度可変導波
路型の半導体受光素子を実現している。
【図１】本発明に係る感度可変導波路受光素子の実施例
の層構造を示す模式的基板断面図である。
の層構造を示す模式的基板断面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、
実施例の受光素子、改変例の受光素子及び従来例の受光
素子の光減衰素子領域のエネルギーバンド図である。
実施例の受光素子、改変例の受光素子及び従来例の受光
素子の光減衰素子領域のエネルギーバンド図である。
【図３】光減衰素子領域の印加電圧Ｖatt がＶatt ＝０
Ｖで、波長１．５５μｍの入力信号を入れた際の受光電
流（Ｉin）の光入力（Ｐin）依存性を示すグラフであ
る。
Ｖで、波長１．５５μｍの入力信号を入れた際の受光電
流（Ｉin）の光入力（Ｐin）依存性を示すグラフであ
る。
【図４】光減衰素子領域の印加電圧Ｖatt が Ｖatt ＝
８Ｖで、波長１．５５μｍの入力信号を入れた際の受光
電流（Ｉin）の光入力（Ｐin）依存性を示すグラフであ
る。
８Ｖで、波長１．５５μｍの入力信号を入れた際の受光
電流（Ｉin）の光入力（Ｐin）依存性を示すグラフであ
る。
【図５】Ｉpd−Ｐin特性の半導体中間層の層厚依存性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図６】従来の光減衰器集積導波路受光素子の層構造を
示す模式的基板断面図である。
示す模式的基板断面図である。
１０ 本発明に係る感度可変導波路型の半導体受光素子
の実施例 １２ 導波路型受光素子領域 １４ 光減衰素子領域 １６ ｎ−ＩｎＰ基板 １８ ＩｎＰ下部クラッド層 ２０ａ、ｂ 光導波路層 ２２ ＩｎＰ上部クラッド層 ２４ ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ２６ 分離溝 ２８ａ、ｂ ｐ電極 ３０ ｎ電極 ３２ 半導体中間層 ３４ グレーデッド層 ４０ 従来の感度可変導波路型の半導体受光素子
の実施例 １２ 導波路型受光素子領域 １４ 光減衰素子領域 １６ ｎ−ＩｎＰ基板 １８ ＩｎＰ下部クラッド層 ２０ａ、ｂ 光導波路層 ２２ ＩｎＰ上部クラッド層 ２４ ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ２６ 分離溝 ２８ａ、ｂ ｐ電極 ３０ ｎ電極 ３２ 半導体中間層 ３４ グレーデッド層 ４０ 従来の感度可変導波路型の半導体受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西片 一昭 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 バンドギャップ・エネルギーがＥ１の光
導波路層とバンドギャップ・エネルギーがＥ２の光閉じ
込め層とを有して入力光信号の信号強度を減衰させる光
減衰素子領域と、光減衰素子領域の後段に配置された導
波路型受光素子領域とを備える感度可変導波路型の半導
体受光素子であって、 光減衰素子領域では、光導波路層と光閉じ込め層間に、
光導波路層と同じ元素で構成され、Ｅ１＜Ｅ３＜Ｅ２で
規定されるＥ３のバンドギャップ・エネルギーを有する
少なくとも一層の半導体中間層が形成されていることを
特徴とする感度可変導波路型の半導体受光素子。 - 【請求項２】 半導体中間層のバンドギャップ・エネル
ギーＥ３が、Ｅ３ａ（Ｅ３ａ＞Ｅ１）からＥ３ｂ（Ｅ３
ｂ＜Ｅ２）まで連続的に増大するように、半導体中間層
が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の感
度可変導波路型の半導体受光素子。 - 【請求項３】 半導体中間層の層厚ｔがｔ≧２ｎｍであ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の感度可変導
波路型の半導体受光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22030897A JP4158866B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | 感度可変導波路型の半導体受光素子 |
| US09/134,344 US6115116A (en) | 1997-08-15 | 1998-08-14 | Waveguide-type variable-sensitivity semiconductor photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22030897A JP4158866B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | 感度可変導波路型の半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168125A true JPH1168125A (ja) | 1999-03-09 |
| JP4158866B2 JP4158866B2 (ja) | 2008-10-01 |
Family
ID=16749116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22030897A Expired - Fee Related JP4158866B2 (ja) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | 感度可変導波路型の半導体受光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6115116A (ja) |
| JP (1) | JP4158866B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005051124A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体素子 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005052663A1 (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-09 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | 光素子結合構造体 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10144950A (ja) * | 1996-11-15 | 1998-05-29 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体受光デバイス |
-
1997
- 1997-08-15 JP JP22030897A patent/JP4158866B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-14 US US09/134,344 patent/US6115116A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005051124A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 面発光型半導体素子 |
| US7613217B2 (en) | 2003-07-30 | 2009-11-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor surface emitting device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6115116A (en) | 2000-09-05 |
| JP4158866B2 (ja) | 2008-10-01 |
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