JPH1183619A - 受光素子及び受光素子モジュ−ル - Google Patents
受光素子及び受光素子モジュ−ルInfo
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- JPH1183619A JPH1183619A JP9256107A JP25610797A JPH1183619A JP H1183619 A JPH1183619 A JP H1183619A JP 9256107 A JP9256107 A JP 9256107A JP 25610797 A JP25610797 A JP 25610797A JP H1183619 A JPH1183619 A JP H1183619A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２つの異なる波長の光λ1 、λ2 を用いて信
号を送受信する双方向光通信において１本の光ファイバ
によって２波長の信号を送信するから波長分波器によっ
て信号を分離する。波長分波器だけでは消光比が不十分
であるからさらにその波長の光だけを通す誘電体多層膜
フィルタを通す必要がある。このフィルタがなくても十
分な消光比を実現できるような受光素子を提供する。 【解決手段】 受信すべき光の波長をλ2 、不要な光の
波長をλ1 とし（λ1 ＜λ2 ）て、受光素子の基板の裏
面に不要な光のエネルギーより高く、受信すべき光のエ
ネルギーより低いバンドギャップをもつ結晶層をエピタ
キシャル成長させてフィルタとしこのフィルタを通して
光を受光素子に導き入れるようにし、不要光をこれによ
って吸収させる。
号を送受信する双方向光通信において１本の光ファイバ
によって２波長の信号を送信するから波長分波器によっ
て信号を分離する。波長分波器だけでは消光比が不十分
であるからさらにその波長の光だけを通す誘電体多層膜
フィルタを通す必要がある。このフィルタがなくても十
分な消光比を実現できるような受光素子を提供する。 【解決手段】 受信すべき光の波長をλ2 、不要な光の
波長をλ1 とし（λ1 ＜λ2 ）て、受光素子の基板の裏
面に不要な光のエネルギーより高く、受信すべき光のエ
ネルギーより低いバンドギャップをもつ結晶層をエピタ
キシャル成長させてフィルタとしこのフィルタを通して
光を受光素子に導き入れるようにし、不要光をこれによ
って吸収させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバに２
つの異なる波長λ1 、λ2 の光信号を一方向或いは双方
向に通し、基地局と加入者の間で情報を伝送する光双方
向通信において、受信器として用いる受光素子、或いは
受光素子と発光素子を一体化した光送受信モジュールに
関する。
つの異なる波長λ1 、λ2 の光信号を一方向或いは双方
向に通し、基地局と加入者の間で情報を伝送する光双方
向通信において、受信器として用いる受光素子、或いは
受光素子と発光素子を一体化した光送受信モジュールに
関する。
【０００２】［光双方向通信の説明］ 近年光ファイバ
の伝送損失が低下し、半導体レ−ザ（以下ＬＤと略す）
や半導体受光素子（以下ＰＤと略す）の特性が向上して
きた。このため光を用いた様々な情報の伝送が可能にな
ってきた。光を用いる通信であるので、光通信という。
伝送されるべき情報の形態としては、電話、ファクシミ
リ、テレビ画像信号などがある。特に、波長が１．３μ
ｍ帯の光や、１．５〜１．６μｍ帯の光などの長波長の
光を用いた通信の試みが盛んに行われている。最近は、
１本の光ファイバを用いて信号を双方向に送り、同時に
信号を送受信できるシステムが検討されている。信号を
双方向に送るから双方向通信と呼ぶ。この方式の利点
は、ファイバが１本で済むことである。
の伝送損失が低下し、半導体レ−ザ（以下ＬＤと略す）
や半導体受光素子（以下ＰＤと略す）の特性が向上して
きた。このため光を用いた様々な情報の伝送が可能にな
ってきた。光を用いる通信であるので、光通信という。
伝送されるべき情報の形態としては、電話、ファクシミ
リ、テレビ画像信号などがある。特に、波長が１．３μ
ｍ帯の光や、１．５〜１．６μｍ帯の光などの長波長の
光を用いた通信の試みが盛んに行われている。最近は、
１本の光ファイバを用いて信号を双方向に送り、同時に
信号を送受信できるシステムが検討されている。信号を
双方向に送るから双方向通信と呼ぶ。この方式の利点
は、ファイバが１本で済むことである。
【０００３】図１は、このような双方向通信のうち、異
なる波長の光を用いる波長多重双方向通信の原理図であ
る。一つの局と複数の加入者が光ファイバによって結合
される。ここでは加入者は一つだけ図示している。実際
には数多くの分岐点があって局からの光ファイバは多数
の光ファイバに分岐して加入者の装置に至っている。
なる波長の光を用いる波長多重双方向通信の原理図であ
る。一つの局と複数の加入者が光ファイバによって結合
される。ここでは加入者は一つだけ図示している。実際
には数多くの分岐点があって局からの光ファイバは多数
の光ファイバに分岐して加入者の装置に至っている。
【０００４】局側は、電話やＴＶの信号をデジタル或い
はアナログ信号として増幅し、この信号によって半導体
レ−ザＬＤ１を駆動する。この信号は波長λ1 の信号と
なって、光ファイバ１に入る。分波器２によって、中間
の光ファイバ３に導かれる。これが加入者側の分波器４
により光ファイバ５に入り、受光素子ＰＤ２によって受
信される。これによって光電変換され電気信号Ｐ３とな
る。電気信号Ｐ３は、加入者側の装置によって増幅され
信号処理されて、電話の音声或いはテレビ画像として再
生される。このように基地局から加入者側に向かう信号
を下り信号といい、この方向を下り系という。
はアナログ信号として増幅し、この信号によって半導体
レ−ザＬＤ１を駆動する。この信号は波長λ1 の信号と
なって、光ファイバ１に入る。分波器２によって、中間
の光ファイバ３に導かれる。これが加入者側の分波器４
により光ファイバ５に入り、受光素子ＰＤ２によって受
信される。これによって光電変換され電気信号Ｐ３とな
る。電気信号Ｐ３は、加入者側の装置によって増幅され
信号処理されて、電話の音声或いはテレビ画像として再
生される。このように基地局から加入者側に向かう信号
を下り信号といい、この方向を下り系という。
【０００５】一方加入者側は、電話やファクシミリの信
号を半導体レ−ザＬＤ２によって波長λ2 の光信号に変
換する。λ2 の光は、光ファイバ６に入射し、分波器４
によって中間の光ファイバ３に導かれ、局側の分波器２
を通って受光素子ＰＤ１に入る。局側の装置はλ2 の光
信号をＰＤ１によって光電変換し、電気信号とする。こ
の電気信号は、交換機や信号処理回路に送り込まれて適
当な処理を受ける。このように局側へ信号を送る方向を
上り系という。
号を半導体レ−ザＬＤ２によって波長λ2 の光信号に変
換する。λ2 の光は、光ファイバ６に入射し、分波器４
によって中間の光ファイバ３に導かれ、局側の分波器２
を通って受光素子ＰＤ１に入る。局側の装置はλ2 の光
信号をＰＤ１によって光電変換し、電気信号とする。こ
の電気信号は、交換機や信号処理回路に送り込まれて適
当な処理を受ける。このように局側へ信号を送る方向を
上り系という。
【０００６】［光の分波器の説明］ このように、２つ
の波長の光を用い、１本の光ファイバによって、光双方
向通信を行うためには、局側、加入者側どちらも光の波
長を識別し光路を分離する機能が必要である。図１にお
ける分波器２、４がその機能を果たす。分波器は、波長
λ1 と波長λ2 の光を、結合して１本の光ファイバに導
入したり、二つの波長の光から、一方の光のみを選んで
１本の光ファイバに取り出したりする作用がある。波長
多重双方向通信を行うには分波器が極めて重要な役割を
果たす。
の波長の光を用い、１本の光ファイバによって、光双方
向通信を行うためには、局側、加入者側どちらも光の波
長を識別し光路を分離する機能が必要である。図１にお
ける分波器２、４がその機能を果たす。分波器は、波長
λ1 と波長λ2 の光を、結合して１本の光ファイバに導
入したり、二つの波長の光から、一方の光のみを選んで
１本の光ファイバに取り出したりする作用がある。波長
多重双方向通信を行うには分波器が極めて重要な役割を
果たす。
【０００７】現在提案されている分波器にはいくつかの
種類がある。図２〜図４によって説明する。図２の例で
は、分波器は光ファイバまたは光導波路によって作られ
る。二つの光路８、９が一部分１０で近接しており、こ
こで光エネルギーの交換がなされる。近接部１０の間隔
Ｄや距離Ｌによって様々の態様の結合を実現できる。
種類がある。図２〜図４によって説明する。図２の例で
は、分波器は光ファイバまたは光導波路によって作られ
る。二つの光路８、９が一部分１０で近接しており、こ
こで光エネルギーの交換がなされる。近接部１０の間隔
Ｄや距離Ｌによって様々の態様の結合を実現できる。
【０００８】ここでは、光路８にλ1 の光を、光路９に
λ2 の光を入射すると、光路１１にλ1 、λ2 のいずれ
もの光が出てくるようになっている。光路１２にはいず
れの光も入らないようになっている。ポートＰ１からの
λ1 とＰ２からのλ2 が、いずれもＰ３に現れる。Ｐ４
には光が出てこない。つまりλ1 は隣接光ファイバには
入らず、λ2 が位相条件を満足し、隣接光ファイバに全
部移ってしまうのである。光ファイバや光導波路を用い
るからこの分波器は、偏波依存性が少ないという長所が
ある。
λ2 の光を入射すると、光路１１にλ1 、λ2 のいずれ
もの光が出てくるようになっている。光路１２にはいず
れの光も入らないようになっている。ポートＰ１からの
λ1 とＰ２からのλ2 が、いずれもＰ３に現れる。Ｐ４
には光が出てこない。つまりλ1 は隣接光ファイバには
入らず、λ2 が位相条件を満足し、隣接光ファイバに全
部移ってしまうのである。光ファイバや光導波路を用い
るからこの分波器は、偏波依存性が少ないという長所が
ある。
【０００９】導波路や光ファイバを進む光の経路につい
ては可逆性がある。図２のような分波器を、双方向通信
では、図３のようにして利用することができる。Ｐ１か
ら光ファイバ８にλ1 の光を入れ、Ｐ３から出るように
する。Ｐ３からλ2 の光を入れてＰ２から取り出す。こ
れは図１の分波器２、４として使うことができる。
ては可逆性がある。図２のような分波器を、双方向通信
では、図３のようにして利用することができる。Ｐ１か
ら光ファイバ８にλ1 の光を入れ、Ｐ３から出るように
する。Ｐ３からλ2 の光を入れてＰ２から取り出す。こ
れは図１の分波器２、４として使うことができる。
【００１０】図４は、多層膜ミラーを使うものである。
二等辺三角形柱のガラスブロック１３、１４の斜辺面に
誘電体多層膜を形成している。誘電体の屈折率と厚みを
適当に組み合わせて、λ1 の光は全て透過し、λ2 の光
は全て反射するようにしている。これは４５°の角度で
入射した光を反射させるから偏波依存性がある。この分
波器も図１の分波器２、４として利用できる。このよう
な分波器は、分波・合波器とも呼ばれる。ＷＤＭという
こともある。光ファイバやガラスブロックによるものは
既に市販されている。
二等辺三角形柱のガラスブロック１３、１４の斜辺面に
誘電体多層膜を形成している。誘電体の屈折率と厚みを
適当に組み合わせて、λ1 の光は全て透過し、λ2 の光
は全て反射するようにしている。これは４５°の角度で
入射した光を反射させるから偏波依存性がある。この分
波器も図１の分波器２、４として利用できる。このよう
な分波器は、分波・合波器とも呼ばれる。ＷＤＭという
こともある。光ファイバやガラスブロックによるものは
既に市販されている。
【００１１】
【従来の技術】加入者側の光送受信モジュールについて
説明する。図５において、局から加入者に向けて敷設さ
れた光ファイバ１６の終端が光コネクタ１７によって、
屋内の光ファイバ１８に接続される。加入者の屋内にあ
るＯＮＵモジュールには、光ファイバＷＤＭ（分波器）
２１が設けられる。光ファイバ１８と光ファイバ１９
が、ＷＤＭ２１の内部で波長選択的に結合されている。
光ファイバ１８には光コネクタ２２によって、ＬＤモジ
ュール２５をつなぐ。光ファイバ１９には光コネクタ２
３を介してＰＤモジュール２７を接続する。
説明する。図５において、局から加入者に向けて敷設さ
れた光ファイバ１６の終端が光コネクタ１７によって、
屋内の光ファイバ１８に接続される。加入者の屋内にあ
るＯＮＵモジュールには、光ファイバＷＤＭ（分波器）
２１が設けられる。光ファイバ１８と光ファイバ１９
が、ＷＤＭ２１の内部で波長選択的に結合されている。
光ファイバ１８には光コネクタ２２によって、ＬＤモジ
ュール２５をつなぐ。光ファイバ１９には光コネクタ２
３を介してＰＤモジュール２７を接続する。
【００１２】ＬＤ２５、光ファイバ２４は、上り系であ
る。１．３μｍ帯光が加入者側の信号を局へと伝送す
る。光ファイバ２６、ＰＤモジュール２７は下り系であ
る。局からの例えば１．５５μｍ帯信号を受けて、ＰＤ
モジュールによって光電変換する。送信装置であるＬＤ
２５は電話やファクシミリの信号を増幅し、変調する回
路や、電気信号を光信号に変換する半導体レ−ザなどを
含む。受信装置であるＰＤモジュール２７は、局から送
られたＴＶ信号、電話などの光信号を光電変換するフォ
トダイオードと増幅回路、復調回路などを含む。
る。１．３μｍ帯光が加入者側の信号を局へと伝送す
る。光ファイバ２６、ＰＤモジュール２７は下り系であ
る。局からの例えば１．５５μｍ帯信号を受けて、ＰＤ
モジュールによって光電変換する。送信装置であるＬＤ
２５は電話やファクシミリの信号を増幅し、変調する回
路や、電気信号を光信号に変換する半導体レ−ザなどを
含む。受信装置であるＰＤモジュール２７は、局から送
られたＴＶ信号、電話などの光信号を光電変換するフォ
トダイオードと増幅回路、復調回路などを含む。
【００１３】波長分波器２１は、１．５５μｍ帯光と
１．３μｍ帯光を分離する作用がある。この例では、
１．３μｍ帯を上り系の信号光、１．５５μｍ帯を下り
系の信号光として使っている。そのような場合、波長分
波器において二つの異なる波長の光を効率よく分離しな
ければならない。本発明は、２つの波長の異なる光信号
を用いて双方向通信をする場合における受光素子及び受
信モジュールの改良に関する。
１．３μｍ帯光を分離する作用がある。この例では、
１．３μｍ帯を上り系の信号光、１．５５μｍ帯を下り
系の信号光として使っている。そのような場合、波長分
波器において二つの異なる波長の光を効率よく分離しな
ければならない。本発明は、２つの波長の異なる光信号
を用いて双方向通信をする場合における受光素子及び受
信モジュールの改良に関する。
【００１４】［従来例に係る半導体受光素子モジュール
の説明］図６によって従来の半導体受光素子モジュール
の一例を説明する。受光素子チップ４１がヘッダ４２の
上面にダイボンドされる。ヘッダ４２の下面にはリード
ピン４３が設けられる。ヘッダ４２の上面はキャップ４
４によって覆われる。キャップ４４の中央には光を通す
ための窓４５がある。キャップの外側にはさらに、円筒
形のホルダ−４６が固定される。これはレンズ４７を保
持するためのものである。
の説明］図６によって従来の半導体受光素子モジュール
の一例を説明する。受光素子チップ４１がヘッダ４２の
上面にダイボンドされる。ヘッダ４２の下面にはリード
ピン４３が設けられる。ヘッダ４２の上面はキャップ４
４によって覆われる。キャップ４４の中央には光を通す
ための窓４５がある。キャップの外側にはさらに、円筒
形のホルダ−４６が固定される。これはレンズ４７を保
持するためのものである。
【００１５】レンズホルダ−４６の更に上には、円錐形
のハウジング４８が固定される。光ファイバ５０の先端
をフェルール４９によって固定し、フェルール４９がハ
ウジングによって保持される。フェルール、光ファイバ
の先端５１は斜め研磨してある。
のハウジング４８が固定される。光ファイバ５０の先端
をフェルール４９によって固定し、フェルール４９がハ
ウジングによって保持される。フェルール、光ファイバ
の先端５１は斜め研磨してある。
【００１６】受光素子チップの調芯のため、光ファイバ
に光を通し、受光素子チップ４１の出力を監視しなが
ら、ホルダ−４６の位置と、ハウジング４８の位置、フ
ェルールの位置を決める。受光素子の半導体層によっ
て、受光可能な波長が決まる。可視光の場合はＳｉの受
光素子を使うことができる。しかし本発明では、近赤外
光を用いるＯＮＵモジュールを対象にするから、Ｓｉの
フォトダイオードは不適当である。赤外光を感受するた
めにはＩｎＰを基板とする化合物半導体の受光素子を用
いる必要がある。
に光を通し、受光素子チップ４１の出力を監視しなが
ら、ホルダ−４６の位置と、ハウジング４８の位置、フ
ェルールの位置を決める。受光素子の半導体層によっ
て、受光可能な波長が決まる。可視光の場合はＳｉの受
光素子を使うことができる。しかし本発明では、近赤外
光を用いるＯＮＵモジュールを対象にするから、Ｓｉの
フォトダイオードは不適当である。赤外光を感受するた
めにはＩｎＰを基板とする化合物半導体の受光素子を用
いる必要がある。
【００１７】［従来例に係る半導体受光素子チップの説
明］そこでＩｎＰ基板を用いた長波長用の受光素子につ
いて述べる。図７は従来例に係る光通信用受光素子チッ
プの断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板５２の上に、ｎ型Ｉ
ｎＰバッファ層５３、ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層（光吸収
層）５４、ｎ型ＩｎＰ窓層５５がこの順にエピタキシャ
ル成長されている。チップの中央部上方から亜鉛を拡散
することによって、ｐ型領域５６を形成する。亜鉛拡散
はｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層の半ばにまで達している。つ
まりこの部分は、ｐ型−ＩｎＰ窓層、ｐ型ＩｎＧａＡｓ
受光層となっている。ｐｎ接合がＩｎＧａＡｓ受光層の
内部に生ずる。
明］そこでＩｎＰ基板を用いた長波長用の受光素子につ
いて述べる。図７は従来例に係る光通信用受光素子チッ
プの断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板５２の上に、ｎ型Ｉ
ｎＰバッファ層５３、ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層（光吸収
層）５４、ｎ型ＩｎＰ窓層５５がこの順にエピタキシャ
ル成長されている。チップの中央部上方から亜鉛を拡散
することによって、ｐ型領域５６を形成する。亜鉛拡散
はｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層の半ばにまで達している。つ
まりこの部分は、ｐ型−ＩｎＰ窓層、ｐ型ＩｎＧａＡｓ
受光層となっている。ｐｎ接合がＩｎＧａＡｓ受光層の
内部に生ずる。
【００１８】亜鉛拡散層５６の上にリング状のｐ電極５
７を付ける。リング状ｐ電極５７の内側は光が入る部分
である。光入射部分は反射防止膜５８によって覆う。ｐ
電極５７の外側はパッシベ−ション膜５９によって保護
される。基板５２の裏面にはｎ電極６０が形成される。
このように基板の裏面は必ず電極が全面に形成されて光
が通らないようになっている。これが従来例の受光素子
の特徴の一つである。
７を付ける。リング状ｐ電極５７の内側は光が入る部分
である。光入射部分は反射防止膜５８によって覆う。ｐ
電極５７の外側はパッシベ−ション膜５９によって保護
される。基板５２の裏面にはｎ電極６０が形成される。
このように基板の裏面は必ず電極が全面に形成されて光
が通らないようになっている。これが従来例の受光素子
の特徴の一つである。
【００１９】ｐ電極とｎ電極に電圧をかけてｐｎ接合を
逆バイアスする。光ファイバの端部から出た入射光は中
央部の反射防止膜５８、ｐ型ＩｎＰ窓層、ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓ層、ｐｎ接合を通りｎ型ＩｎＧａＡｓ５４に至る。
光が吸収されて電子正孔対を生ずる。逆バイアスされて
いるから電子はｎ電極に向けて、正孔はｐ電極に向って
走行する。為に電流が流れる。吸収された光子の量と電
流が比例するから、入射光量を検出することができる。
逆バイアスする。光ファイバの端部から出た入射光は中
央部の反射防止膜５８、ｐ型ＩｎＰ窓層、ｐ型ＩｎＧａ
Ａｓ層、ｐｎ接合を通りｎ型ＩｎＧａＡｓ５４に至る。
光が吸収されて電子正孔対を生ずる。逆バイアスされて
いるから電子はｎ電極に向けて、正孔はｐ電極に向って
走行する。為に電流が流れる。吸収された光子の量と電
流が比例するから、入射光量を検出することができる。
【００２０】ＩｎＧａＡｓ吸収層は、１．３μｍ光も
１．５〜１．６μｍ光も吸収することができる。ＩｎＰ
窓層では光は吸収されない。半導体は、バンドギャップ
よりも小さいエネルギーの光はそのまま透過する。その
光によって価電子帯の電子を伝導帯にまで上げることが
できないからである。つまりバンドギャップに対応する
波長よりも長い波長の光に対して半導体は透明である。
１．５〜１．６μｍ光も吸収することができる。ＩｎＰ
窓層では光は吸収されない。半導体は、バンドギャップ
よりも小さいエネルギーの光はそのまま透過する。その
光によって価電子帯の電子を伝導帯にまで上げることが
できないからである。つまりバンドギャップに対応する
波長よりも長い波長の光に対して半導体は透明である。
【００２１】反対に、十分な厚みがあれば、半導体はバ
ンドギャップよりも大きいエネルギーの光を全部吸収す
る。その光によって価電子帯の電子を伝導帯に上げるこ
とができるからである。そこで窓層の半導体のバンドギ
ャップをＥｇw 、吸収層（受光層）のバンドギャップを
Ｅｇz とすると、Ｅｇz ＜ｈν＜Ｅｇw の光は、窓層を
通り、受光層によって感受されることになる。ここでｈ
はプランク定数、νは光の振動数（周波数）である。つ
まり吸収層のバンドギャップＥｇz より大きく、窓層の
バンドギャップＥｇw より小さいエネルギーの光がこの
受光素子によって検出され得るのである。
ンドギャップよりも大きいエネルギーの光を全部吸収す
る。その光によって価電子帯の電子を伝導帯に上げるこ
とができるからである。そこで窓層の半導体のバンドギ
ャップをＥｇw 、吸収層（受光層）のバンドギャップを
Ｅｇz とすると、Ｅｇz ＜ｈν＜Ｅｇw の光は、窓層を
通り、受光層によって感受されることになる。ここでｈ
はプランク定数、νは光の振動数（周波数）である。つ
まり吸収層のバンドギャップＥｇz より大きく、窓層の
バンドギャップＥｇw より小さいエネルギーの光がこの
受光素子によって検出され得るのである。
【００２２】さらにＩｎＧａＡｓと単純化して表現する
が、基板であるＩｎＰとの格子整合の条件から、Ｉｎと
Ｇａの比率は一義に決まる。Ｉｎ1-x Ｇａx Ａｓと書い
た時の混晶比ｘは一つの値に決まっている。つまりＩｎ
Ｐに整合するＩｎＧａＡｓ層のバンドギャップは一義的
に決定されるのである。図８は図７のようなＩｎＧａＡ
ｓ受光素子の感度特性を示す。横軸は光の波長（μｍ）
である。縦軸は感度（Ａ／Ｗ）である。０．９μｍ以下
（Ｐ領域）では感度が低く、０．９５μｍで感度が急に
増加する。１．０μｍ〜１．５μｍ（Ｑ領域）で感度は
単調に増える。１．７μｍから感度は急減し（Ｒ領
域）、１．７５μｍで感度は０に落ちる。
が、基板であるＩｎＰとの格子整合の条件から、Ｉｎと
Ｇａの比率は一義に決まる。Ｉｎ1-x Ｇａx Ａｓと書い
た時の混晶比ｘは一つの値に決まっている。つまりＩｎ
Ｐに整合するＩｎＧａＡｓ層のバンドギャップは一義的
に決定されるのである。図８は図７のようなＩｎＧａＡ
ｓ受光素子の感度特性を示す。横軸は光の波長（μｍ）
である。縦軸は感度（Ａ／Ｗ）である。０．９μｍ以下
（Ｐ領域）では感度が低く、０．９５μｍで感度が急に
増加する。１．０μｍ〜１．５μｍ（Ｑ領域）で感度は
単調に増える。１．７μｍから感度は急減し（Ｒ領
域）、１．７５μｍで感度は０に落ちる。
【００２３】良く知られているように、光の波長λとエ
ネルギーＥの間には、ｈν＝ｈｃ／λ＝Ｅの関係があ
る。ここでｈはプランク定数である。νは光の振動数、
ｃは光速である。感度の波長下限（０．９５μｍ）を決
めるのは、窓層（ＩｎＰ）のバンドギャップＥｇw であ
る。これより高いエネルギーの光は全て窓層によって吸
収されるから受光層（吸収層）まで入らない。
ネルギーＥの間には、ｈν＝ｈｃ／λ＝Ｅの関係があ
る。ここでｈはプランク定数である。νは光の振動数、
ｃは光速である。感度の波長下限（０．９５μｍ）を決
めるのは、窓層（ＩｎＰ）のバンドギャップＥｇw であ
る。これより高いエネルギーの光は全て窓層によって吸
収されるから受光層（吸収層）まで入らない。
【００２４】感度の波長上限（１．６７μｍ）を決める
のは吸収層（ＩｎＧａＡｓ）のバンドギャップＥｇz で
ある。これより低いエネルギーの光は吸収層を単に透過
してしまうのでこの検出器によっては検知できない。つ
まり感度の立ち上がるＰ領域の波長を決めるのは窓層の
バンドギャップで、感度の立ち下がるＲ領域の波長を決
めるのは吸収層のバンドギャップである。このフォトダ
イオードはこのように広い感受幅をもつから、１．３μ
ｍ光にも１．５５μｍ光にも十分な感度を持っている。
つまり同じフォトダイオードを、１．３μｍの検出に
も、１．５５μｍの検出にも用いることができる。
のは吸収層（ＩｎＧａＡｓ）のバンドギャップＥｇz で
ある。これより低いエネルギーの光は吸収層を単に透過
してしまうのでこの検出器によっては検知できない。つ
まり感度の立ち上がるＰ領域の波長を決めるのは窓層の
バンドギャップで、感度の立ち下がるＲ領域の波長を決
めるのは吸収層のバンドギャップである。このフォトダ
イオードはこのように広い感受幅をもつから、１．３μ
ｍ光にも１．５５μｍ光にも十分な感度を持っている。
つまり同じフォトダイオードを、１．３μｍの検出に
も、１．５５μｍの検出にも用いることができる。
【００２５】さらにフォトン（光子）のエネルギーはｈ
ν＝ｈｃ／λであって、理想的にはフォトン一つが電子
正孔対を作り、２ｑ（ｑは電荷素量）の電流を発生す
る。変換効率が１００％の場合にそのようになる。つま
り受光素子の効率が１００％という場合、感度は２ｑλ
／ｈｃ（Ａ／Ｗ）によって与えられる。図８において
１．０μｍ〜１．５５μｍの間（Ｑ領域）で感度が波長
λに単調に増えているのはこの関係による。高感度のフ
ォトダイオードであれば必ずこのような感度曲線にな
る。
ν＝ｈｃ／λであって、理想的にはフォトン一つが電子
正孔対を作り、２ｑ（ｑは電荷素量）の電流を発生す
る。変換効率が１００％の場合にそのようになる。つま
り受光素子の効率が１００％という場合、感度は２ｑλ
／ｈｃ（Ａ／Ｗ）によって与えられる。図８において
１．０μｍ〜１．５５μｍの間（Ｑ領域）で感度が波長
λに単調に増えているのはこの関係による。高感度のフ
ォトダイオードであれば必ずこのような感度曲線にな
る。
【００２６】１．３μｍ光と１．５５μｍ光とを用いて
光通信の信号を伝送するシステムにおいて、いずれの波
長の光をも感受できるフォトダイオードを使用するのは
極めて好都合のように思える。しかし実はここに問題が
伏在しているのである。
光通信の信号を伝送するシステムにおいて、いずれの波
長の光をも感受できるフォトダイオードを使用するのは
極めて好都合のように思える。しかし実はここに問題が
伏在しているのである。
【００２７】もう一つの問題は波長分波器にある。
【００２８】波長分波器には一つの欠点がある。二つの
波長を扱い、これを１：１に分配をするだけであるの
に、分離が不完全である。出力を１、２で表すと、λ
1 ：λ2の比が、出力１でλ1 ：λ2 ＝１：ε、出力２
でλ1 ：λ2 ＝ε：１となる。消光比εが０にならな
い。せいぜい１／１００の程度である。
波長を扱い、これを１：１に分配をするだけであるの
に、分離が不完全である。出力を１、２で表すと、λ
1 ：λ2の比が、出力１でλ1 ：λ2 ＝１：ε、出力２
でλ1 ：λ2 ＝ε：１となる。消光比εが０にならな
い。せいぜい１／１００の程度である。
【００２９】従ってコネクタ部分や分波器などで反射散
乱された不要な光（特に自分自身１．３μｍの反射戻り
光）を感じクロストークを生ずる。これは困る。分波器
だけでは分離不完全であるために誘電体多層膜によって
さらに消光比を０に近づけるようにする。すなわち図５
のコネクタ２３のと分波器の間に、１．３μｍをカット
するフィルタを挿入したりする必要があった。
乱された不要な光（特に自分自身１．３μｍの反射戻り
光）を感じクロストークを生ずる。これは困る。分波器
だけでは分離不完全であるために誘電体多層膜によって
さらに消光比を０に近づけるようにする。すなわち図５
のコネクタ２３のと分波器の間に、１．３μｍをカット
するフィルタを挿入したりする必要があった。
【００３０】一定の波長の光のみを感受する横型の受光
素子（導波路型）が提案されている。それ以外の波長の
光は遮断してしまうものである。これは波長分波器で分
離した一方の光のみを高感度で検知するために開発され
る。
素子（導波路型）が提案されている。それ以外の波長の
光は遮断してしまうものである。これは波長分波器で分
離した一方の光のみを高感度で検知するために開発され
る。
【００３１】 宍倉正人、田中滋久、松田広志、中村
均、宮崎隆雄、辻伸二、「広トレランス導波路型ＰＩＮ
フォトダイオード」、１９９５年電子情報通信学会総合
大会、 Ｃ−３８６ｐ３８６（１９９５） これは１．３μｍと１．５５μｍを含む光を面に平行な
導波路に入射すると、１．３μｍ光のみを感じるように
したフォトダイオードである。適当なバイアス電圧かけ
たとき、１．３μｍと１．５５μｍの感度の比は２３ｄ
Ｂ（２００倍）であったと述べている。これは波長分波
器によって光を分離した後に、１．３μｍのみを感受す
るのに使われるフォトダイオードとして開発されたもの
である。波長分波器はもちろん必要になる。しかしこれ
は１．３μｍの受光にのみ適している。本発明が対象に
する１．５５μｍの受光には用いる事ができない。
均、宮崎隆雄、辻伸二、「広トレランス導波路型ＰＩＮ
フォトダイオード」、１９９５年電子情報通信学会総合
大会、 Ｃ−３８６ｐ３８６（１９９５） これは１．３μｍと１．５５μｍを含む光を面に平行な
導波路に入射すると、１．３μｍ光のみを感じるように
したフォトダイオードである。適当なバイアス電圧かけ
たとき、１．３μｍと１．５５μｍの感度の比は２３ｄ
Ｂ（２００倍）であったと述べている。これは波長分波
器によって光を分離した後に、１．３μｍのみを感受す
るのに使われるフォトダイオードとして開発されたもの
である。波長分波器はもちろん必要になる。しかしこれ
は１．３μｍの受光にのみ適している。本発明が対象に
する１．５５μｍの受光には用いる事ができない。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】従来の光受信モジュー
ルには、このように３つの主要部品がある。波長分波
器、フィルタ、受光素子の３つの部品である。部品点数
が多いので高価額になる。これは双方向光通信の送受信
器として致命的な欠陥と言わねばならない。
ルには、このように３つの主要部品がある。波長分波
器、フィルタ、受光素子の３つの部品である。部品点数
が多いので高価額になる。これは双方向光通信の送受信
器として致命的な欠陥と言わねばならない。
【００３３】部品点数がより少ない光受信モジュールを
提供する事が本発明の第１の目的である。より小型で低
価額の光受信モジュールを提供する事が本発明の第２の
目的である。長距離通信に好適な光受信モジュールを提
供する事が本発明の第３の目的である。低価額低光損失
のモジュールを提供する事によって光加入者系の実用化
を多いに促進することが本発明の第４の目的である。
提供する事が本発明の第１の目的である。より小型で低
価額の光受信モジュールを提供する事が本発明の第２の
目的である。長距離通信に好適な光受信モジュールを提
供する事が本発明の第３の目的である。低価額低光損失
のモジュールを提供する事によって光加入者系の実用化
を多いに促進することが本発明の第４の目的である。
【００３４】
【課題を解決するための手段】なぜに、従来の光受信モ
ジュールが大型に、高価になるのか？本発明者はこの問
題について様々に考察した。
ジュールが大型に、高価になるのか？本発明者はこの問
題について様々に考察した。
【００３５】従来の受信器は、いずれの波長の光をも感
受できる受光素子を用いていた。つまり共通型の受光素
子を使っていた。どの波長の光でも感受できるので便利
なようである。しかし反面これが問題である。何れの波
長の光にも感度があるので、予め信号光を空間的に分離
しなければならなかったのである。空間的分離のために
波長分波器や、誘電体多層膜が不可欠であった。波長の
異なる光を空間分離し、異なる光路に導き、異なる光路
の終点に感度共通型受光素子を設置し、これによってそ
れぞれの光の強度を検出していた。
受できる受光素子を用いていた。つまり共通型の受光素
子を使っていた。どの波長の光でも感受できるので便利
なようである。しかし反面これが問題である。何れの波
長の光にも感度があるので、予め信号光を空間的に分離
しなければならなかったのである。空間的分離のために
波長分波器や、誘電体多層膜が不可欠であった。波長の
異なる光を空間分離し、異なる光路に導き、異なる光路
の終点に感度共通型受光素子を設置し、これによってそ
れぞれの光の強度を検出していた。
【００３６】本発明は感度共通型受光素子を用いない。
感度固有型の受光素子を用いる。つまり対象となる波長
λj のみを感受する固有の受光素子Ｄj を用いる。誘電
体多層膜フィルタは用いない。波長分波器の機能を受光
素子にもたせる。ために波長分波器は不要になる。本発
明は半導体受光素子の物性に関する深い省察からなされ
たものである。良く考えれば半導体受光素子は特定の波
長のみに感受するようにできる。
感度固有型の受光素子を用いる。つまり対象となる波長
λj のみを感受する固有の受光素子Ｄj を用いる。誘電
体多層膜フィルタは用いない。波長分波器の機能を受光
素子にもたせる。ために波長分波器は不要になる。本発
明は半導体受光素子の物性に関する深い省察からなされ
たものである。良く考えれば半導体受光素子は特定の波
長のみに感受するようにできる。
【００３７】図８によって半導体受光素子の感度の波長
依存性を説明した。この点は本発明にとって極めて重要
であるのでさらに説明する。図２２によって入射光のエ
ネルギーと、半導体のバンド構造について述べる。伝導
帯の下端のエネルギーをＥc、価電子帯の上端のエネル
ギーをＥv とする。この差がバンドギャップである（Ｅ
g ＝Ｅc −Ｅv ）。伝導帯と価電子帯の間は禁制帯であ
る。
依存性を説明した。この点は本発明にとって極めて重要
であるのでさらに説明する。図２２によって入射光のエ
ネルギーと、半導体のバンド構造について述べる。伝導
帯の下端のエネルギーをＥc、価電子帯の上端のエネル
ギーをＥv とする。この差がバンドギャップである（Ｅ
g ＝Ｅc −Ｅv ）。伝導帯と価電子帯の間は禁制帯であ
る。
【００３８】不純物がない場合は、禁制帯には準位がな
い。伝導帯には電子が少ししかないし、価電子帯には電
子が詰まっている。価電子帯の電子の不足分が正孔であ
る。０Ｋでは伝導帯の電子、価電子帯の正孔の密度は０
である。不純物準位がない場合、フェルミ準位は禁制帯
の中間部に位置する。有限の温度では熱によって、伝導
帯に電子、価電子帯に正孔が僅かに励起されている。
い。伝導帯には電子が少ししかないし、価電子帯には電
子が詰まっている。価電子帯の電子の不足分が正孔であ
る。０Ｋでは伝導帯の電子、価電子帯の正孔の密度は０
である。不純物準位がない場合、フェルミ準位は禁制帯
の中間部に位置する。有限の温度では熱によって、伝導
帯に電子、価電子帯に正孔が僅かに励起されている。
【００３９】光子が入射すると、価電子帯の電子を伝導
帯に励起する。これをａによって示す。このような現象
を電子正孔の励起という。これは当然に光のエネルギー
がバンドギャップより高い時にしか起こらない。つまり
ｈν≧Ｅg が条件である。半導体が十分な厚さを持て
ば、バンドギャップより高いエネルギーの光は全て吸収
される。波長でいうと吸収端波長λg （＝ｈｃ／Ｅg ）
より短い波長λの光は全て吸収されるということになる
（λ＜λg ）。
帯に励起する。これをａによって示す。このような現象
を電子正孔の励起という。これは当然に光のエネルギー
がバンドギャップより高い時にしか起こらない。つまり
ｈν≧Ｅg が条件である。半導体が十分な厚さを持て
ば、バンドギャップより高いエネルギーの光は全て吸収
される。波長でいうと吸収端波長λg （＝ｈｃ／Ｅg ）
より短い波長λの光は全て吸収されるということになる
（λ＜λg ）。
【００４０】反対にバンドギャップよりも小さいエネル
ギーの光が入射しても、矢印ｂ、ｃのようにエネルギー
が足りない。禁制帯に電子準位がないので、矢印ｂ、ｃ
のような遷移は起こらない。つまりバンドギャップより
エネルギーの小さい光子（ｈν＜Ｅg ）はそのまま半導
体を通過する。このようなエネルギーの低い光に対して
半導体は透明である。波長でいうと、吸収端波長λg よ
り長い波長の光は半導体を透過できるのである。
ギーの光が入射しても、矢印ｂ、ｃのようにエネルギー
が足りない。禁制帯に電子準位がないので、矢印ｂ、ｃ
のような遷移は起こらない。つまりバンドギャップより
エネルギーの小さい光子（ｈν＜Ｅg ）はそのまま半導
体を通過する。このようなエネルギーの低い光に対して
半導体は透明である。波長でいうと、吸収端波長λg よ
り長い波長の光は半導体を透過できるのである。
【００４１】以上の説明は真性半導体の場合であって禁
制帯に電子準位のない場合である。しかしｎ型、ｐ型半
導体の場合であっても、多くの場合浅い不純物準位Ｅ
n 、Ｅp を作る。これを図２２によって説明する。
制帯に電子準位のない場合である。しかしｎ型、ｐ型半
導体の場合であっても、多くの場合浅い不純物準位Ｅ
n 、Ｅp を作る。これを図２２によって説明する。
【００４２】この場合、遷移の起こるエネルギーの限界
は（Ｅg −Ｅn ）或いは（Ｅg −Ｅp ）となる。これら
の準位Ｅn 、Ｅp はバンドギャップに比較して数百分の
１〜十分の１程度である。であるからｎ型、ｐ型の半導
体でも、吸収端が少しずれるだけで殆ど同じ事が言え
る。
は（Ｅg −Ｅn ）或いは（Ｅg −Ｅp ）となる。これら
の準位Ｅn 、Ｅp はバンドギャップに比較して数百分の
１〜十分の１程度である。であるからｎ型、ｐ型の半導
体でも、吸収端が少しずれるだけで殆ど同じ事が言え
る。
【００４３】Ｅs のように深い準位を作る不純物は、伝
導性の制御の為にはドープしない。良質のエピタキシャ
ル膜はこのような深い不純物準位を持たない。ｎ型、ｐ
型の場合は吸収されるフォトンエネルギーの限界がバン
ドギャップＥg の代わりに、（Ｅg −Ｅn ）或いは（Ｅ
g −Ｅp ）となる。しかし殆ど値が変わらないので、以
後、簡単にバンドギャップＥg によって代表する。
導性の制御の為にはドープしない。良質のエピタキシャ
ル膜はこのような深い不純物準位を持たない。ｎ型、ｐ
型の場合は吸収されるフォトンエネルギーの限界がバン
ドギャップＥg の代わりに、（Ｅg −Ｅn ）或いは（Ｅ
g −Ｅp ）となる。しかし殆ど値が変わらないので、以
後、簡単にバンドギャップＥg によって代表する。
【００４４】つまり何れにしても、半導体の内部で、バ
ンドギャップＥg より高いエネルギーｈνの光子（Ｅ≧
Ｅg ：λ≦λg ））は吸収され、低いエネルギーの光子
（Ｅ＜Ｅg ：λ＞λg ））は透過する。つまり半導体は
それ自身波長選択性がある。これまで、半導体素子自体
を波長選択素子として利用したものはなかった。本発明
者は半導体の波長選択性を巧妙に利用する。そして半導
体の波長選択性を利用した素子を初めて提供する。以下
に実施例によって本発明を説明する。
ンドギャップＥg より高いエネルギーｈνの光子（Ｅ≧
Ｅg ：λ≦λg ））は吸収され、低いエネルギーの光子
（Ｅ＜Ｅg ：λ＞λg ））は透過する。つまり半導体は
それ自身波長選択性がある。これまで、半導体素子自体
を波長選択素子として利用したものはなかった。本発明
者は半導体の波長選択性を巧妙に利用する。そして半導
体の波長選択性を利用した素子を初めて提供する。以下
に実施例によって本発明を説明する。
【００４５】図９は、ＩｎＧａＡｓを受光層とするフォ
トダイオードの例である。これは二つの波長λ1 、λ2
ともに受信する従来のフォトダイオードである。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５２の上にｎ−ＩｎＰバッファ層５３、ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−ＩｎＰ窓層５５がある。窓
層５５の中央部は亜鉛拡散によるｐ型領域５６になって
おりここにはリング状ｐ電極５７がある。ＩｎＰ窓層５
５の周辺部にはパッシベーション膜５９がありｐｎ接合
の端を保護する。ｎ−ＩｎＰ基板５２の裏面全面にはｎ
電極６０がある。λ1 、λ2 はどのような波長であって
も良いが、一例として、λ1 ＝１．３μｍ、λ2 ＝１．
５５μｍとして説明する。受光層の材料であるＩｎＧａ
Ａｓはいずれも波長の光をも吸収し感受する。ＩｎＰの
バンドギャップはλ1 、λ2 のエネルギーより高く、Ｉ
ｎＧａＡｓのバンドギャップはλ1 、λ2 のエネルギー
より小さいからである。このような組み合わせでは波長
選択性がでてこない。
トダイオードの例である。これは二つの波長λ1 、λ2
ともに受信する従来のフォトダイオードである。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５２の上にｎ−ＩｎＰバッファ層５３、ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−ＩｎＰ窓層５５がある。窓
層５５の中央部は亜鉛拡散によるｐ型領域５６になって
おりここにはリング状ｐ電極５７がある。ＩｎＰ窓層５
５の周辺部にはパッシベーション膜５９がありｐｎ接合
の端を保護する。ｎ−ＩｎＰ基板５２の裏面全面にはｎ
電極６０がある。λ1 、λ2 はどのような波長であって
も良いが、一例として、λ1 ＝１．３μｍ、λ2 ＝１．
５５μｍとして説明する。受光層の材料であるＩｎＧａ
Ａｓはいずれも波長の光をも吸収し感受する。ＩｎＰの
バンドギャップはλ1 、λ2 のエネルギーより高く、Ｉ
ｎＧａＡｓのバンドギャップはλ1 、λ2 のエネルギー
より小さいからである。このような組み合わせでは波長
選択性がでてこない。
【００４６】本発明の目的は、λ1 を落とし、λ2 だけ
を感受するというように波長選択性あるフォトダイオー
ドを与える事である。そのためにはλ1 〜λ1 間にバン
ドギャップのある波長選択性ある層を素子構造のなかに
取り入れる事が必要である。
を感受するというように波長選択性あるフォトダイオー
ドを与える事である。そのためにはλ1 〜λ1 間にバン
ドギャップのある波長選択性ある層を素子構造のなかに
取り入れる事が必要である。
【００４７】そこで、このＩｎＧａＡｓ層の入射側に、
例えばλ1 ＝１．３μｍを吸収するＩｎＧａＡｓＰ層を
設ける仮定しよう。そうすればλ1 を落とし、λ2 だけ
を通すフィルタとしての役割を機能を期待することがで
きる。
例えばλ1 ＝１．３μｍを吸収するＩｎＧａＡｓＰ層を
設ける仮定しよう。そうすればλ1 を落とし、λ2 だけ
を通すフィルタとしての役割を機能を期待することがで
きる。
【００４８】例えば図１０に示すような透過特性があれ
ばλ1 とλ2 を区別することができる。これは、バンド
ギャップλg ＝１．４２μｍをもつ結晶によってもたら
される。ＩｎＧａＡｓＰの組成でいうと、Ｉｎ0.66Ｇａ
0.34Ａｓ0.76Ｐ0.24の４元混晶である。これは１．３μ
ｍを吸収し、１．５５μｍを透過する。１．４２μｍに
限らず、λg が１．３μｍと１．５５μｍの間にある結
晶であればそのような性質がある。このＩｎＧａＡｓＰ
混晶を受光側に乗せると、１．３μｍを吸収し１．５５
μｍを通すものが得られるはずである。
ばλ1 とλ2 を区別することができる。これは、バンド
ギャップλg ＝１．４２μｍをもつ結晶によってもたら
される。ＩｎＧａＡｓＰの組成でいうと、Ｉｎ0.66Ｇａ
0.34Ａｓ0.76Ｐ0.24の４元混晶である。これは１．３μ
ｍを吸収し、１．５５μｍを透過する。１．４２μｍに
限らず、λg が１．３μｍと１．５５μｍの間にある結
晶であればそのような性質がある。このＩｎＧａＡｓＰ
混晶を受光側に乗せると、１．３μｍを吸収し１．５５
μｍを通すものが得られるはずである。
【００４９】しかし話はそう単純でない。もしもただ単
に、ＩｎＧａＡｓ受光層の上に、ＩｎＧａＡｓＰのフィ
ルタ層を設けただけであると、ここにも電界がかかって
いるのであるから、１．３μｍによって発生したキャリ
ヤが１．５５μｍによるキャリヤと混ざって電極に流
れ、やはり１．３μｍを受信してしまうことになる。ク
ロストークは減少しない。元々の受光層とフィルタ層は
空間的に分離していなければならない。
に、ＩｎＧａＡｓ受光層の上に、ＩｎＧａＡｓＰのフィ
ルタ層を設けただけであると、ここにも電界がかかって
いるのであるから、１．３μｍによって発生したキャリ
ヤが１．５５μｍによるキャリヤと混ざって電極に流
れ、やはり１．３μｍを受信してしまうことになる。ク
ロストークは減少しない。元々の受光層とフィルタ層は
空間的に分離していなければならない。
【００５０】［実施例：裏面にｎ型フィルタ層を設け
る］そこでいろいろ考えた末に、まず図１１のフォトダ
イオード構造を考えた。基板に関して受光層とは反対側
にλ1 を落とすフィルタを設ける。そのためｎ型のＩｎ
ＧａＡｓＰ吸収層（フィルタ）をｎ−ＩｎＰ基板の裏面
に形成する。そして裏面入射型とする。フィルタ層を、
受光層と空間的に分離するためには、フィルタ層は基板
の裏面に設ける他はない。そして不要光を除いていてか
ら受光層に至るようにする必要があるので裏面入射型と
せざるをえない。
る］そこでいろいろ考えた末に、まず図１１のフォトダ
イオード構造を考えた。基板に関して受光層とは反対側
にλ1 を落とすフィルタを設ける。そのためｎ型のＩｎ
ＧａＡｓＰ吸収層（フィルタ）をｎ−ＩｎＰ基板の裏面
に形成する。そして裏面入射型とする。フィルタ層を、
受光層と空間的に分離するためには、フィルタ層は基板
の裏面に設ける他はない。そして不要光を除いていてか
ら受光層に至るようにする必要があるので裏面入射型と
せざるをえない。
【００５１】ｎ−ＩｎＰ基板５２の上にｎ−ＩｎＰバッ
ファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−ＩｎＰ
窓層５５をエピタキシャル成長させる。この点は従来例
と同じである。さらに、それに加えてｎ−ＩｎＰ基板５
２の裏面にｎ+ −のＩｎＧａＡｓＰフィルタ層６３（λ
g ＝１．４μｍ）をエピタキシャル成長させる。このよ
うなエピタキシャル層を裏面に形成することが本発明の
顕著な特徴である。表裏面のエピタキシャル成長の順序
は逆でも良い。
ファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−ＩｎＰ
窓層５５をエピタキシャル成長させる。この点は従来例
と同じである。さらに、それに加えてｎ−ＩｎＰ基板５
２の裏面にｎ+ −のＩｎＧａＡｓＰフィルタ層６３（λ
g ＝１．４μｍ）をエピタキシャル成長させる。このよ
うなエピタキシャル層を裏面に形成することが本発明の
顕著な特徴である。表裏面のエピタキシャル成長の順序
は逆でも良い。
【００５２】つまりこのＩｎＰウェファは両面エピタキ
シャルウェファである。表面側には通常のフォトダイオ
ードと同様に、マスクをして亜鉛拡散してｐ領域５６を
形成する。ｐｎ接合３１がＩｎＧａＡｓ受光層５４の中
に形成される。ｐ領域５６の上にｐ電極６２を取り付け
る。但しこのｐ電極はリング状でなくて一様板状でよ
い。光がｐ側から入射しないからである。ｐ電極６２の
周囲はパッシベーション膜５９によって覆う。
シャルウェファである。表面側には通常のフォトダイオ
ードと同様に、マスクをして亜鉛拡散してｐ領域５６を
形成する。ｐｎ接合３１がＩｎＧａＡｓ受光層５４の中
に形成される。ｐ領域５６の上にｐ電極６２を取り付け
る。但しこのｐ電極はリング状でなくて一様板状でよ
い。光がｐ側から入射しないからである。ｐ電極６２の
周囲はパッシベーション膜５９によって覆う。
【００５３】裏面側のｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層
６３の上にはリング状のｎ電極６４を形成する。ｎ+ −
ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層６３の中央部には反射防止膜
６５を被覆する。ここではサフィックスを省略している
が、フィルタ層の組成は前述のようにＩｎ0.66Ｇａ0.34
Ａｓ0.76Ｐ0.24である。以後も同様の組成であるが簡単
のためにサフィックスを省略する。
６３の上にはリング状のｎ電極６４を形成する。ｎ+ −
ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層６３の中央部には反射防止膜
６５を被覆する。ここではサフィックスを省略している
が、フィルタ層の組成は前述のようにＩｎ0.66Ｇａ0.34
Ａｓ0.76Ｐ0.24である。以後も同様の組成であるが簡単
のためにサフィックスを省略する。
【００５４】λ1 、λ2 光は基板の裏面側から入射す
る。λ1 （１．３μｍ）はフィルタ層６３のバンドギャ
ップλg ＝１．４２μｍより短波長であるからフィルタ
層で吸収される。フィルタ層でキャリヤを生ずるが、こ
れが電極にまで到達しないで再結合し消滅する。ところ
がλ2 は、フィルタ層のバンドギャップより長波長であ
るからそのままフィルタ層を透過する。図１０に示すと
おりである。上方のｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４にはλ
2 ＝１．５５μｍだけしか到達しない。だからこの受光
素子は１．５５μｍだけを感受できる。波長選択性があ
るフォトダイオードとなる。
る。λ1 （１．３μｍ）はフィルタ層６３のバンドギャ
ップλg ＝１．４２μｍより短波長であるからフィルタ
層で吸収される。フィルタ層でキャリヤを生ずるが、こ
れが電極にまで到達しないで再結合し消滅する。ところ
がλ2 は、フィルタ層のバンドギャップより長波長であ
るからそのままフィルタ層を透過する。図１０に示すと
おりである。上方のｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４にはλ
2 ＝１．５５μｍだけしか到達しない。だからこの受光
素子は１．５５μｍだけを感受できる。波長選択性があ
るフォトダイオードとなる。
【００５５】ｎ型基板の上のｎ型のフィルタ層であるか
らここにｐｎ接合ができない。ｎ電極６４には正電圧
を、ｐ電極６２には負電圧を掛けるから、フィルタ層６
３、基板５２、バッファ層などには電圧がかからない。
電圧はｐｎ接合３１に掛かる。ここで電圧に応じた厚み
の空乏層ができる。裏面に入射したλ1 はフィルタ層で
完全に吸収される。吸収されて電子正孔対を作るが、電
界が掛かってないのでキャリヤは殆ど動かない。濃度差
によって拡散するがその速度は僅かである。ｎ型層にで
きた電子は周りにも電子が沢山あって別段どうというこ
ともない。正孔は電界がなくて動きが遅いのでやがて周
りの電子と再結合して消滅する。つまりこれらは電極に
到達する前に再結合して消滅し熱になるだけである。で
あるから１．３μｍ光は光電流にならずに完全に消滅す
る。
らここにｐｎ接合ができない。ｎ電極６４には正電圧
を、ｐ電極６２には負電圧を掛けるから、フィルタ層６
３、基板５２、バッファ層などには電圧がかからない。
電圧はｐｎ接合３１に掛かる。ここで電圧に応じた厚み
の空乏層ができる。裏面に入射したλ1 はフィルタ層で
完全に吸収される。吸収されて電子正孔対を作るが、電
界が掛かってないのでキャリヤは殆ど動かない。濃度差
によって拡散するがその速度は僅かである。ｎ型層にで
きた電子は周りにも電子が沢山あって別段どうというこ
ともない。正孔は電界がなくて動きが遅いのでやがて周
りの電子と再結合して消滅する。つまりこれらは電極に
到達する前に再結合して消滅し熱になるだけである。で
あるから１．３μｍ光は光電流にならずに完全に消滅す
る。
【００５６】１．５５μｍはｎ型ＩｎＧａＡｓＰによっ
て吸収されないので、表面近くの受光層にまで至りここ
で吸収される。代わりに電子正孔対ができる。ｐｎ接合
近くで強い電界があるのでこれを感じて電子はｎ側へ、
正孔はｐ側と走行しそれぞれ光電流となるのである。つ
まりｎ−ＩｎＰ基板の裏面に設けたＩｎＧａＡｓＰは、
１．３μｍを遮断し１．５５μｍを通すフィルタとして
機能し得るのである。ＩｎＧａＡｓＰフィルタを裏面に
設けたＩｎＧａＡｓ裏面入射型フォトダイオードは１．
３μｍに不感で、１．５５μｍを感受する選択的な光検
出器となる。
て吸収されないので、表面近くの受光層にまで至りここ
で吸収される。代わりに電子正孔対ができる。ｐｎ接合
近くで強い電界があるのでこれを感じて電子はｎ側へ、
正孔はｐ側と走行しそれぞれ光電流となるのである。つ
まりｎ−ＩｎＰ基板の裏面に設けたＩｎＧａＡｓＰは、
１．３μｍを遮断し１．５５μｍを通すフィルタとして
機能し得るのである。ＩｎＧａＡｓＰフィルタを裏面に
設けたＩｎＧａＡｓ裏面入射型フォトダイオードは１．
３μｍに不感で、１．５５μｍを感受する選択的な光検
出器となる。
【００５７】［実施例：裏面ｐ型フィルタ層を設け
る］実施例はｎ型基板の裏面にｎ型のＩｎＧａＡｓＰ
フィルタ層を設けたものであるからここでできた電子の
一部はｎ側電極に至る。その分の正孔は電子と再結合す
る。これは結局光電流が少し流れたということである。
光によって生じたキャリヤ（電子正孔）をもっと速く再
結合させて消滅させる方が好ましい。
る］実施例はｎ型基板の裏面にｎ型のＩｎＧａＡｓＰ
フィルタ層を設けたものであるからここでできた電子の
一部はｎ側電極に至る。その分の正孔は電子と再結合す
る。これは結局光電流が少し流れたということである。
光によって生じたキャリヤ（電子正孔）をもっと速く再
結合させて消滅させる方が好ましい。
【００５８】そのためにはフィルタ層の近傍にｐｎ接合
があってこれに電界を掛けるようにするのが良い。そこ
で次に図１２に示すフォトダイオードを創案した。これ
はｎ型ＩｎＰ基板の裏面にｎ型ではなくてｐ型のＩｎＧ
ａＡｓＰフィルタ層を設けるものである。
があってこれに電界を掛けるようにするのが良い。そこ
で次に図１２に示すフォトダイオードを創案した。これ
はｎ型ＩｎＰ基板の裏面にｎ型ではなくてｐ型のＩｎＧ
ａＡｓＰフィルタ層を設けるものである。
【００５９】ｎ−ＩｎＰ基板５２の表面にｎ−ＩｎＰバ
ッファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−Ｉｎ
Ｐ窓層５５をエピタキシャル成長させる。この点は従来
例と同じである。さらに、それに加えてｎ−ＩｎＰ基板
５２の裏面にｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層（λg ＝
１．４μｍ）６７をエピタキシャル成長させる。実施例
はｎ型ＩｎＧａＡｓＰをフィルタとするが、この実施
例ではｐ型ＩｎＧａＡｓＰをフィルタとする。ｎ型とｐ
型の違いがあるが、前例と同じようにこのＩｎＰウェフ
ァは両面エピタキシャルウェファである。
ッファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−Ｉｎ
Ｐ窓層５５をエピタキシャル成長させる。この点は従来
例と同じである。さらに、それに加えてｎ−ＩｎＰ基板
５２の裏面にｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層（λg ＝
１．４μｍ）６７をエピタキシャル成長させる。実施例
はｎ型ＩｎＧａＡｓＰをフィルタとするが、この実施
例ではｐ型ＩｎＧａＡｓＰをフィルタとする。ｎ型とｐ
型の違いがあるが、前例と同じようにこのＩｎＰウェフ
ァは両面エピタキシャルウェファである。
【００６０】表面側には通常のフォトダイオードと同様
に、マスクをして亜鉛拡散してｐ−領域５６を形成す
る。ｐｎ接合３１ができる。ｐ領域５６の上にｐ電極６
２を取り付ける。前例と同じくこのｐ電極６２はリング
状でなくて一様板状である。光が、ｐ側から入射しない
からである。ｐ電極６２の周囲はパッシベーション膜５
９によって覆う。ｐｎ接合３１の端はパッシベーション
膜５９によって被覆される。
に、マスクをして亜鉛拡散してｐ−領域５６を形成す
る。ｐｎ接合３１ができる。ｐ領域５６の上にｐ電極６
２を取り付ける。前例と同じくこのｐ電極６２はリング
状でなくて一様板状である。光が、ｐ側から入射しない
からである。ｐ電極６２の周囲はパッシベーション膜５
９によって覆う。ｐｎ接合３１の端はパッシベーション
膜５９によって被覆される。
【００６１】裏面側のｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層
６７の上にはリング状のｎ電極６４を形成する。但しｎ
電極６４といっても接触するのはｐ型材料であるから、
電極材料はｐ電極用のものを使う必要がある。この点で
ｎ電極６４は図１１や図１４のものと違う。ｐ+ −Ｉｎ
ＧａＡｓフィルタ層６７の中央部には反射防止膜６５を
被覆する。
６７の上にはリング状のｎ電極６４を形成する。但しｎ
電極６４といっても接触するのはｐ型材料であるから、
電極材料はｐ電極用のものを使う必要がある。この点で
ｎ電極６４は図１１や図１４のものと違う。ｐ+ −Ｉｎ
ＧａＡｓフィルタ層６７の中央部には反射防止膜６５を
被覆する。
【００６２】するとｐ−ＩｎＧａＡｓＰとｎ−ＩｎＰ基
板の間に新たなｐｎ接合３２ができる。つまりｐｎ接合
３１、３２が２重にできる。フィルタ層と基板の間のｐ
ｎ接合３２は順バイアスされるので電界は殆ど上側の受
光層のｐｎ接合３１に掛かる事になる。
板の間に新たなｐｎ接合３２ができる。つまりｐｎ接合
３１、３２が２重にできる。フィルタ層と基板の間のｐ
ｎ接合３２は順バイアスされるので電界は殆ど上側の受
光層のｐｎ接合３１に掛かる事になる。
【００６３】下側のｐｎ接合はチップの側面に露呈して
いる。ここをパッシベーション膜で覆わないから漏れ電
流が流れる。この電流によってｐｎ接合を短絡する。Ｉ
ｎＧａＡｓＰフィルタ層の中で１．３μｍがフォトキャ
リヤを発生する。ｐｎ接合には自然に電圧降下がおこる
ので正孔はｎ−ＩｎＰに加速して流れここで再結合す
る。電子はｐ−ＩｎＧａＡｓＰの中の多数キャリヤであ
る正孔と結合する。１．３μｍによって生じたキャリヤ
は電流を流すに至らない。
いる。ここをパッシベーション膜で覆わないから漏れ電
流が流れる。この電流によってｐｎ接合を短絡する。Ｉ
ｎＧａＡｓＰフィルタ層の中で１．３μｍがフォトキャ
リヤを発生する。ｐｎ接合には自然に電圧降下がおこる
ので正孔はｎ−ＩｎＰに加速して流れここで再結合す
る。電子はｐ−ＩｎＧａＡｓＰの中の多数キャリヤであ
る正孔と結合する。１．３μｍによって生じたキャリヤ
は電流を流すに至らない。
【００６４】図１３はこの受光素子の等価回路図であ
る。上方に描かれた受光層のｐｎ接合３１と、フィルタ
層のｐｎ接合３２があり直列につながれる。受光層のｐ
ｎ接合３１は逆バイアスされ、フィルタ層のｐｎ接合３
２は順バイアスされる。抵抗６８はｐｎ接合露出部６８
が電荷を流す作用があるのでこれを等価的に示したもの
である。１．５５μｍによる光電流はｐｎ接合３２と抵
抗６８を通じて流れる。
る。上方に描かれた受光層のｐｎ接合３１と、フィルタ
層のｐｎ接合３２があり直列につながれる。受光層のｐ
ｎ接合３１は逆バイアスされ、フィルタ層のｐｎ接合３
２は順バイアスされる。抵抗６８はｐｎ接合露出部６８
が電荷を流す作用があるのでこれを等価的に示したもの
である。１．５５μｍによる光電流はｐｎ接合３２と抵
抗６８を通じて流れる。
【００６５】［実施例：ｐｎ接合を短絡する］前例で
はフィルタ層に作ったｐｎ接合を露呈する事によって実
質的に短絡させている。より積極的にフィルタ層のｐｎ
接合３２を短絡させる事も可能である。そうすると１．
３μｍ光によってできた不要キャリヤをより速く消滅さ
せる事ができる。しかしｐｎ接合がチップの側面に出る
のでは短絡することができない。裏面にｐｎ接合が露呈
する必要がある。露呈したｐｎ接合を金属電極によって
短絡する。図１４にこのような受光素子７０を示す。
はフィルタ層に作ったｐｎ接合を露呈する事によって実
質的に短絡させている。より積極的にフィルタ層のｐｎ
接合３２を短絡させる事も可能である。そうすると１．
３μｍ光によってできた不要キャリヤをより速く消滅さ
せる事ができる。しかしｐｎ接合がチップの側面に出る
のでは短絡することができない。裏面にｐｎ接合が露呈
する必要がある。露呈したｐｎ接合を金属電極によって
短絡する。図１４にこのような受光素子７０を示す。
【００６６】ｎ−ＩｎＰ基板５２の上にｎ−ＩｎＰバッ
ファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−ＩｎＰ
窓層５５をエピタキシャル成長させる。さらに、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５２の裏面にｎ+ −のＩｎＧａＡｓＰフィルタ
層（λg ＝１．４μｍ）６３をエピタキシャル成長させ
る。つまりこのＩｎＰウェファは両面エピタキシャルウ
ェファである。前例とちがって基板の裏面にはｎ型のＩ
ｎＧａＡｓＰを設けるこの点で実施例に似ている。
ファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−ＩｎＰ
窓層５５をエピタキシャル成長させる。さらに、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板５２の裏面にｎ+ −のＩｎＧａＡｓＰフィルタ
層（λg ＝１．４μｍ）６３をエピタキシャル成長させ
る。つまりこのＩｎＰウェファは両面エピタキシャルウ
ェファである。前例とちがって基板の裏面にはｎ型のＩ
ｎＧａＡｓＰを設けるこの点で実施例に似ている。
【００６７】表面側には通常のフォトダイオードと同様
に、マスクをして亜鉛拡散してｐ−領域５６を形成す
る。ｐｎ接合３１ができる。ｐ領域５６の上にｐ電極６
２を取り付ける。前例と同じくこのｐ電極はリング状で
なくて一様板状である。光がｐ側から入射しないからで
ある。ｐ電極６２の周囲はパッシベーション膜５９によ
って覆う。裏面側のｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層６
３には更にマスクして、亜鉛拡散を行う。
に、マスクをして亜鉛拡散してｐ−領域５６を形成す
る。ｐｎ接合３１ができる。ｐ領域５６の上にｐ電極６
２を取り付ける。前例と同じくこのｐ電極はリング状で
なくて一様板状である。光がｐ側から入射しないからで
ある。ｐ電極６２の周囲はパッシベーション膜５９によ
って覆う。裏面側のｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層６
３には更にマスクして、亜鉛拡散を行う。
【００６８】亜鉛拡散によって中央部にｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ部６９ができる。このｐ領域６９はＩｎＰでなくて
ＩｎＧａＡｓＰのｐ領域であり、上部のｐ領域５６より
も広い。ｐｎ接合３２がＩｎＧａＡｓＰ層の内部に生成
される。ｐｎ接合の端部を含んでｎ−ＩｎＧａＡｓＰ６
３と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ６９の一部にリング状のｎ電
極兼短絡電極６４が形成される。
ｓＰ部６９ができる。このｐ領域６９はＩｎＰでなくて
ＩｎＧａＡｓＰのｐ領域であり、上部のｐ領域５６より
も広い。ｐｎ接合３２がＩｎＧａＡｓＰ層の内部に生成
される。ｐｎ接合の端部を含んでｎ−ＩｎＧａＡｓＰ６
３と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ６９の一部にリング状のｎ電
極兼短絡電極６４が形成される。
【００６９】このｎ電極６４は実施例と同じくｎ電極
用の材料で作る。この電極はｎ−領域とｐ−領域にまた
がっており、ｐｎ接合を短絡するという積極的な役割を
持つ。もちろんｎ電極としての作用をも持っている。ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ６９は反射防止膜６５によって覆われ
る。
用の材料で作る。この電極はｎ−領域とｐ−領域にまた
がっており、ｐｎ接合を短絡するという積極的な役割を
持つ。もちろんｎ電極としての作用をも持っている。ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ６９は反射防止膜６５によって覆われ
る。
【００７０】λ1 ＋λ2 の光は、裏面から入射する。λ
1 （１．３μｍ）はｐ−、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層６９、
６３で吸収されキャリヤを生ずる。このｐｎ接合は順バ
イアスであるから電界が弱くてキャリヤの運動は鈍い。
正孔はｎ−領域に入り少数キャリヤとなり、電子はｐ−
領域にいって少数キャリヤとなる。少数キャリヤである
から速度が遅いとやがて多数キャリヤと衝突し再結合し
てしまう。図１５は図１４のフォトダイオードの等価回
路である。ｐｎ接合３２が電極６４によって短絡されて
いるということが図示される。
1 （１．３μｍ）はｐ−、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層６９、
６３で吸収されキャリヤを生ずる。このｐｎ接合は順バ
イアスであるから電界が弱くてキャリヤの運動は鈍い。
正孔はｎ−領域に入り少数キャリヤとなり、電子はｐ−
領域にいって少数キャリヤとなる。少数キャリヤである
から速度が遅いとやがて多数キャリヤと衝突し再結合し
てしまう。図１５は図１４のフォトダイオードの等価回
路である。ｐｎ接合３２が電極６４によって短絡されて
いるということが図示される。
【００７１】［実施例４：ＰＤチップを金属パッケージ
に収容した受光素子］フォトダイオードチップを金属パ
ッケージに実装した実施例を図１６によって説明する。
裏面入射型であるから、図１１、図１２、図１４のフォ
トダイオードチップ６１、６６、７０を上下逆転させて
パッケージに実装する。何れでも良いがここでは受光素
子７０を示している。
に収容した受光素子］フォトダイオードチップを金属パ
ッケージに実装した実施例を図１６によって説明する。
裏面入射型であるから、図１１、図１２、図１４のフォ
トダイオードチップ６１、６６、７０を上下逆転させて
パッケージに実装する。何れでも良いがここでは受光素
子７０を示している。
【００７２】ステム７１は金属製（例えばコバール）で
あり、アノードピン７２、ケースピン７３、カソードピ
ン７４等を備える。アルミナなど絶縁体の両面をメタラ
イズしたサブマウント７５をステム７１に半田付けし、
さらにサブマウント７５にＰＤチップのｐ電極６２を半
田付けする。チップはステムの丁度真中になるように位
置決めする。サブマウントのメタライズはワイヤ８０に
よってアノードピン７２に接続される。つまりｐ電極６
２をピン７２に接続しているのである。
あり、アノードピン７２、ケースピン７３、カソードピ
ン７４等を備える。アルミナなど絶縁体の両面をメタラ
イズしたサブマウント７５をステム７１に半田付けし、
さらにサブマウント７５にＰＤチップのｐ電極６２を半
田付けする。チップはステムの丁度真中になるように位
置決めする。サブマウントのメタライズはワイヤ８０に
よってアノードピン７２に接続される。つまりｐ電極６
２をピン７２に接続しているのである。
【００７３】チップは上限反転しているから、下から順
に、ｐ領域５６、ＩｎＰ窓層５５、ＩｎＧａＡｓ受光層
５４、ＩｎＰバッファ層５３、ＩｎＰ基板５２、ＩｎＧ
ａＡｓＰフィルタ層６３、ｐ領域６６が並ぶことにな
る。ｐ領域の反射防止膜６５が上向きの面となる。これ
が光の入射面となる。フィルタ層上にあるｎ電極６４
（カソード）がワイヤ７６によってカソードピンに接続
される。キャップ７７はレンズ７８が付いたものであっ
て、調芯したのちステムに溶接する。光ファイバ８１が
集光レンズ７８の外側に設けられる。アノード（ｐ電極
６２）には負電圧が、カソード（ｎ電極６４）には正電
圧が印加されるので、電圧は下側のｐｎ接合３１に掛か
っている。
に、ｐ領域５６、ＩｎＰ窓層５５、ＩｎＧａＡｓ受光層
５４、ＩｎＰバッファ層５３、ＩｎＰ基板５２、ＩｎＧ
ａＡｓＰフィルタ層６３、ｐ領域６６が並ぶことにな
る。ｐ領域の反射防止膜６５が上向きの面となる。これ
が光の入射面となる。フィルタ層上にあるｎ電極６４
（カソード）がワイヤ７６によってカソードピンに接続
される。キャップ７７はレンズ７８が付いたものであっ
て、調芯したのちステムに溶接する。光ファイバ８１が
集光レンズ７８の外側に設けられる。アノード（ｐ電極
６２）には負電圧が、カソード（ｎ電極６４）には正電
圧が印加されるので、電圧は下側のｐｎ接合３１に掛か
っている。
【００７４】光ファイバ８１からは１．３μｍ、１．５
５μｍの２種類の光が出てレンズによって集光されＰＤ
チップに入る。１．３μｍは上方のＩｎＧａＡｓＰフィ
ルタ６３によって完全に吸収される。１．５５μｍはエ
ネルギーが、ＩｎＧａＡｓＰフィルタのバンドギャップ
よりも小さいからフィルタを通過して下側のｐｎ接合３
１に至りここで電子正孔対を作りだす。ここには強い電
界が存在するので電子はｎ電極６４（カソード）へ、正
孔はｐ電極６２（アノード）へ速やかにドリフトする。
これが回路を廻る電流になる。つまり光電流が流れる。
１．５５μｍ光の入射によって光電流が流れ、１．３μ
ｍ光はそれまでに吸収され光電流を生じない。だから選
択的に１．５５μｍだけを感受する。光路を空間的に分
離する必要がない選択フォトダイオードである。
５μｍの２種類の光が出てレンズによって集光されＰＤ
チップに入る。１．３μｍは上方のＩｎＧａＡｓＰフィ
ルタ６３によって完全に吸収される。１．５５μｍはエ
ネルギーが、ＩｎＧａＡｓＰフィルタのバンドギャップ
よりも小さいからフィルタを通過して下側のｐｎ接合３
１に至りここで電子正孔対を作りだす。ここには強い電
界が存在するので電子はｎ電極６４（カソード）へ、正
孔はｐ電極６２（アノード）へ速やかにドリフトする。
これが回路を廻る電流になる。つまり光電流が流れる。
１．５５μｍ光の入射によって光電流が流れ、１．３μ
ｍ光はそれまでに吸収され光電流を生じない。だから選
択的に１．５５μｍだけを感受する。光路を空間的に分
離する必要がない選択フォトダイオードである。
【００７５】［実施例５：光導波路、光ガイド、光ファ
イバと一体化したもの］光ファイバ、光導波路、光ガイ
ドなど光を導く媒体の終端部に直接に接合することもで
きる。直付けするとレンズは不要であるし場合によって
はパッケージも簡略化できる。調芯作業も省略できる。
図１７にこれを示す。光導波層、光ガイド、光ファイバ
の終端部を斜めに切断する。切断部８３で光が反射され
るので光の向きが変わりコアから出て行きさらに媒体か
ら横方向に出射することになる。
イバと一体化したもの］光ファイバ、光導波路、光ガイ
ドなど光を導く媒体の終端部に直接に接合することもで
きる。直付けするとレンズは不要であるし場合によって
はパッケージも簡略化できる。調芯作業も省略できる。
図１７にこれを示す。光導波層、光ガイド、光ファイバ
の終端部を斜めに切断する。切断部８３で光が反射され
るので光の向きが変わりコアから出て行きさらに媒体か
ら横方向に出射することになる。
【００７６】切断角を４５゜にしておくと丁度側面に垂
直に光が出る。そこで媒体の側面に本発明のＰＤチップ
を基板側が下になるように固定する。裏面入射型のＰＤ
でありこの場合接合側から光がくるので、裏面側を媒体
に固定することができ極めて好都合である。最下点にあ
るＩｎＧａＡｓＰフィルタが１．３μｍを吸収し、Ｉｎ
ＧａＡｓ受光層５４、ｐｎ接合３１にまで到達しない。
１．５５μｍのみがｐｎ接合３１に至り光電流を発生す
る。
直に光が出る。そこで媒体の側面に本発明のＰＤチップ
を基板側が下になるように固定する。裏面入射型のＰＤ
でありこの場合接合側から光がくるので、裏面側を媒体
に固定することができ極めて好都合である。最下点にあ
るＩｎＧａＡｓＰフィルタが１．３μｍを吸収し、Ｉｎ
ＧａＡｓ受光層５４、ｐｎ接合３１にまで到達しない。
１．５５μｍのみがｐｎ接合３１に至り光電流を発生す
る。
【００７７】レンズが不要でありパッケージも省くこと
ができ媒体の終端に寄生する小型の受光素子とする事が
できる。同一平面上に増幅器などを設けた電子回路など
を構成するのに好都合の形態になっている。
ができ媒体の終端に寄生する小型の受光素子とする事が
できる。同一平面上に増幅器などを設けた電子回路など
を構成するのに好都合の形態になっている。
【００７８】［実施例６：チップを横向きに固定し光フ
ァイバと対向］図１８によって横型の実施例を説明す
る。本発明のチップをｐ電極が接触し面一になるように
サブマウント９８に固定する。平坦なガイドブロック９
０の上にサブマウントともに横に寝かして固定してい
る。ガイドブロック９０の先端にはファイバ固定部９１
があってここにファイバが固定される。ファイバ８１の
先端が本発明のＰＤの裏面側の入射面に対向している。
フィルタ層６３、６７があるので、１．３μｍはここで
吸収され奥へ侵入することができない。１．５５μｍだ
けが感受される。横型の配置となるので、図１６のもの
よりも小型安価になる。これも同一平面上に増幅器など
の電子回路素子と一体に配置するのに都合がよい。
ァイバと対向］図１８によって横型の実施例を説明す
る。本発明のチップをｐ電極が接触し面一になるように
サブマウント９８に固定する。平坦なガイドブロック９
０の上にサブマウントともに横に寝かして固定してい
る。ガイドブロック９０の先端にはファイバ固定部９１
があってここにファイバが固定される。ファイバ８１の
先端が本発明のＰＤの裏面側の入射面に対向している。
フィルタ層６３、６７があるので、１．３μｍはここで
吸収され奥へ侵入することができない。１．５５μｍだ
けが感受される。横型の配置となるので、図１６のもの
よりも小型安価になる。これも同一平面上に増幅器など
の電子回路素子と一体に配置するのに都合がよい。
【００７９】［実施例７：受光素子モジュールに組立］
本発明のＰＤは、図２０のようなピグテイル型の受光素
子モジュールとすることもできる。そのためには図１３
に示したＰＤチップを図１９のようにパッケージに実装
しさらに図２０のようなモジュールに組み立てる必要が
ある。そこで図１３のチップ７０の製造方法、図１９の
実装方法などからモジュールの組立に付いて説明する。
本発明のＰＤは、図２０のようなピグテイル型の受光素
子モジュールとすることもできる。そのためには図１３
に示したＰＤチップを図１９のようにパッケージに実装
しさらに図２０のようなモジュールに組み立てる必要が
ある。そこで図１３のチップ７０の製造方法、図１９の
実装方法などからモジュールの組立に付いて説明する。
【００８０】図１４のＰＤチップ７０は次のような工程
によって作製する。ｎ−ＩｎＰ基板５２の一方の面に、
ｎ−ＩｎＰバッファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５
４、ｎ−ＩｎＰ窓層５５をクロライドＶＰＥ法によって
エピタキシャル成長させた。それぞれの膜厚ｄ、キャリ
ヤ濃度ｎは次の通りである。
によって作製する。ｎ−ＩｎＰ基板５２の一方の面に、
ｎ−ＩｎＰバッファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５
４、ｎ−ＩｎＰ窓層５５をクロライドＶＰＥ法によって
エピタキシャル成長させた。それぞれの膜厚ｄ、キャリ
ヤ濃度ｎは次の通りである。
【００８１】 ｎ−ＩｎＰ基板５２ ｄ＝３５０μｍ ｎ＝５×１０18ｃｍ-3
【００８２】 ｎ−ＩｎＰバッファ層５３ ｄ＝ ２μｍ ｎ＝２×１０15ｃｍ-3
【００８３】 ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４ ｄ＝ ４μｍ ｎ＝１×１０15ｃｍ-3
【００８４】 ｎ−ＩｎＰ窓層５５ ｄ＝ ２μｍ ｎ＝２×１０15ｃｍ-3
【００８５】このエピタキシャルウエハ−の裏面側つま
り基板面に、ｎ−Ｉｎ0.66Ｇａ0.34Ａｓ0.76Ｐ0.24をク
ロライドＶＰＥでエピタキシャル成長させた。これの膜
厚はｄ＝５μｍ、ｎ＝２×１０15ｃｍ-3である。この裏
面エピタキシャル層は１．３μｍに対する吸収係数がα
＝１×１０4 ｃｍ-1である。膜厚を５μｍにする理由
は、そのときの透過率Ｔが
り基板面に、ｎ−Ｉｎ0.66Ｇａ0.34Ａｓ0.76Ｐ0.24をク
ロライドＶＰＥでエピタキシャル成長させた。これの膜
厚はｄ＝５μｍ、ｎ＝２×１０15ｃｍ-3である。この裏
面エピタキシャル層は１．３μｍに対する吸収係数がα
＝１×１０4 ｃｍ-1である。膜厚を５μｍにする理由
は、そのときの透過率Ｔが
【００８６】Ｔ＝ｅｘｐ（−αｄ）＝０．００７
【００８７】となり、透過率が０．７％となる。つまり
９９％以上が５μｍのフィルタ層によって吸収されるか
らである。このようにすると、１．３μｍ光は光分波器
によって１／１００以下に減り、さらにこのＩｎＧａＡ
ｓＰフィルタによって１／１００以下に減る。併せて１
／１００００以下に減少することになる。実用上要求さ
れる４０ｄＢという消光比を満足する事ができる。
９９％以上が５μｍのフィルタ層によって吸収されるか
らである。このようにすると、１．３μｍ光は光分波器
によって１／１００以下に減り、さらにこのＩｎＧａＡ
ｓＰフィルタによって１／１００以下に減る。併せて１
／１００００以下に減少することになる。実用上要求さ
れる４０ｄＢという消光比を満足する事ができる。
【００８８】この両面エピタキシャルウェファに、両面
マスク合わせ、フォトエッチング、Ｚｎ拡散、蒸着など
の技術を使って、ウエハ−表面には、チップサイズに応
じた寸法のｐ+ −Ｚｎ拡散層５６、ｎ−ＩｎＰ窓層の上
のＳｉＮx パッシベーション膜５９、ＡｕＺｎ系ｐ電極
６２を形成した。ウエハ−の裏面側ＩｎＧａＡｓＰフィ
ルタの上には、ｐ+ −Ｚｎ拡散層６９、ＳｉＯＮパッシ
ベーション膜（反射防止膜）６５、ＡｕＧｅＮｉ系ｎ電
極６４を形成した。
マスク合わせ、フォトエッチング、Ｚｎ拡散、蒸着など
の技術を使って、ウエハ−表面には、チップサイズに応
じた寸法のｐ+ −Ｚｎ拡散層５６、ｎ−ＩｎＰ窓層の上
のＳｉＮx パッシベーション膜５９、ＡｕＺｎ系ｐ電極
６２を形成した。ウエハ−の裏面側ＩｎＧａＡｓＰフィ
ルタの上には、ｐ+ −Ｚｎ拡散層６９、ＳｉＯＮパッシ
ベーション膜（反射防止膜）６５、ＡｕＧｅＮｉ系ｎ電
極６４を形成した。
【００８９】ここでＰＤのチップサイズは５５０μｍ×
５５０μｍである。ＩｎＧａＡｓ受光層５４の、Ｚｎ拡
散層半径（受光径）は１００μｍとした。裏面の入射面
ＩｎＧａＡｓＰフィルタ側の開口部直径（リングｎ電極
の内径）はより広く３００μｍ径とした。ｎ電極が入射
光を遮断しないようにするためである。ウエハ−プロセ
スによって多数のＰＤ単位が製作されたので縦横にウエ
ハ−を切ってチップとする。こうして図１４のＰＤチッ
プができた。
５５０μｍである。ＩｎＧａＡｓ受光層５４の、Ｚｎ拡
散層半径（受光径）は１００μｍとした。裏面の入射面
ＩｎＧａＡｓＰフィルタ側の開口部直径（リングｎ電極
の内径）はより広く３００μｍ径とした。ｎ電極が入射
光を遮断しないようにするためである。ウエハ−プロセ
スによって多数のＰＤ単位が製作されたので縦横にウエ
ハ−を切ってチップとする。こうして図１４のＰＤチッ
プができた。
【００９０】つぎに図１９に示すようなフォトダイオー
ドを作る。鉄（Ｆｅ）製３ピンのステム１１１中央に、
両面メタライズしたアルミナ製サブマウント１２０をＡ
ｕＳｎ半田によって半田付けしておく。ＰＤチップ７０
を上下反対にして、ｐ電極６２側を、サブマウント１２
０の上に、ＳｎＰｂによって半田付けした。ｐ電極６２
はサブマウント上面と電気的に接続される。サブマウン
ト上面とアノードピン１１３がＡｕワイヤで接続され
る。リング状のｎ電極６４が上を向いている。２０μｍ
径のＡｕワイヤ１２１によってリング状ｎ電極６４がカ
ソードピン１１４に接続される。
ドを作る。鉄（Ｆｅ）製３ピンのステム１１１中央に、
両面メタライズしたアルミナ製サブマウント１２０をＡ
ｕＳｎ半田によって半田付けしておく。ＰＤチップ７０
を上下反対にして、ｐ電極６２側を、サブマウント１２
０の上に、ＳｎＰｂによって半田付けした。ｐ電極６２
はサブマウント上面と電気的に接続される。サブマウン
ト上面とアノードピン１１３がＡｕワイヤで接続され
る。リング状のｎ電極６４が上を向いている。２０μｍ
径のＡｕワイヤ１２１によってリング状ｎ電極６４がカ
ソードピン１１４に接続される。
【００９１】さらに窒素（Ｎ2 ）雰囲気で、キャップシ
ールする。キャップ１２４にはＢＫ−７ガラスの球レン
ズ１２６つきのキャップを利用している。そうするとレ
ンズが窓ガラスを兼ねて費用節減できる。もちろんレン
ズは別にして、平坦窓ガラスつきのキャップを使っても
差し支えない。こうして図１９のパッケージに実装され
た受光素子となる。
ールする。キャップ１２４にはＢＫ−７ガラスの球レン
ズ１２６つきのキャップを利用している。そうするとレ
ンズが窓ガラスを兼ねて費用節減できる。もちろんレン
ズは別にして、平坦窓ガラスつきのキャップを使っても
差し支えない。こうして図１９のパッケージに実装され
た受光素子となる。
【００９２】さらにこれを使って、図２０の受光素子モ
ジュールを作製する。シングルモードファイバ１３０の
先端をフェルール１３６に差し込んで固定し先端を斜め
研磨しておく。頂部が狭くなった円筒形状のステンレス
製フェルールホルダ−１３３の通し穴に、フェルール１
３６を差し込んでおく。フェルールホルダ−１３３の円
筒端面はステム１１１の直径とほぼ同じ大きさをもつ。
ホルダ−１３３の端面をステム１１１に当てて、光ファ
イバに光を通し、ＰＤでこれを検出するようにする。ホ
ルダ−端面をステム面内で動かして最大感度点を探し、
そこでＡ部をＹＡＧレ−ザによって溶接する。
ジュールを作製する。シングルモードファイバ１３０の
先端をフェルール１３６に差し込んで固定し先端を斜め
研磨しておく。頂部が狭くなった円筒形状のステンレス
製フェルールホルダ−１３３の通し穴に、フェルール１
３６を差し込んでおく。フェルールホルダ−１３３の円
筒端面はステム１１１の直径とほぼ同じ大きさをもつ。
ホルダ−１３３の端面をステム１１１に当てて、光ファ
イバに光を通し、ＰＤでこれを検出するようにする。ホ
ルダ−端面をステム面内で動かして最大感度点を探し、
そこでＡ部をＹＡＧレ−ザによって溶接する。
【００９３】つぎにフェルール１３６を、ホルダ−１３
３に対して軸方向に動かして最も感度の良い点を探す。
最大感度を得る点が見つかるとＢの位置でＹＡＧ溶接す
る。さらに光ファイバの根元付近での過度の曲がりを避
けるために、ゴム製のベンドリミッタ１３４をかぶせ
る。こうしてピッグテイル型の受光素子モジュールが作
製された。
３に対して軸方向に動かして最も感度の良い点を探す。
最大感度を得る点が見つかるとＢの位置でＹＡＧ溶接す
る。さらに光ファイバの根元付近での過度の曲がりを避
けるために、ゴム製のベンドリミッタ１３４をかぶせ
る。こうしてピッグテイル型の受光素子モジュールが作
製された。
【００９４】このＰＤモジュールの、１．３μｍ光と
１．５５μｍ光に対する感度を測定した。ＰＤの逆バイ
アスは５Ｖである。
１．５５μｍ光に対する感度を測定した。ＰＤの逆バイ
アスは５Ｖである。
【００９５】 １．３μｍ光に対する感度は、０．０１Ａ／Ｗ以下 １．５５μｍ光に対する感度は、１．０Ａ／Ｗ
【００９６】であった。１．５５μｍに対する感度は良
好である。１．３μｍにはほとんど感じない。消光比は
１／１００以下であった。優れた波長選択性のある受光
素子である。
好である。１．３μｍにはほとんど感じない。消光比は
１／１００以下であった。優れた波長選択性のある受光
素子である。
【００９７】［実施例８：レセプタクル型受光素子モジ
ュールへ］前述のピッグテイル型の場合は光ファイバが
モジュールに固定され光ファイバの着脱のためには別に
光コネクタが必要であった。ここではさらに着脱自由な
光コネクタ機能を兼ね備えた受光素子モジュールとして
レセプタクル型のものを挙げよう。図２１は本発明のＰ
Ｄチップを組み込んだレセプタクル型ＰＤモジュールを
示す。図１９のパッケージ入りのＰＤから出発する。ス
テム１１１の上に円筒形のＰＤ固定フランジ１４０が固
定される。
ュールへ］前述のピッグテイル型の場合は光ファイバが
モジュールに固定され光ファイバの着脱のためには別に
光コネクタが必要であった。ここではさらに着脱自由な
光コネクタ機能を兼ね備えた受光素子モジュールとして
レセプタクル型のものを挙げよう。図２１は本発明のＰ
Ｄチップを組み込んだレセプタクル型ＰＤモジュールを
示す。図１９のパッケージ入りのＰＤから出発する。ス
テム１１１の上に円筒形のＰＤ固定フランジ１４０が固
定される。
【００９８】これは上部にダミーファイバ１４２を把持
するダミーファイバホルダ−１４１を有する。ダミーフ
ァイバは短いファイバ片でありここに固定されている。
ＰＤ固定フランジ１４０の上端面にはネジ付き円盤状の
雌型ハウジング１４３が溶接される。雌型ハウジング１
４３の反対側の端面１４４の外周には雄螺部１４７が刻
まれている。ハウジング１４３の中心を貫く穴にはスリ
ーブ１４８がはめこんである。ハウジング１４３のフラ
ンジ部１４５には止めネジ用穴１４６がいくつか穿孔さ
れる。これは受光素子側の雌型コネクタの構造である。
するダミーファイバホルダ−１４１を有する。ダミーフ
ァイバは短いファイバ片でありここに固定されている。
ＰＤ固定フランジ１４０の上端面にはネジ付き円盤状の
雌型ハウジング１４３が溶接される。雌型ハウジング１
４３の反対側の端面１４４の外周には雄螺部１４７が刻
まれている。ハウジング１４３の中心を貫く穴にはスリ
ーブ１４８がはめこんである。ハウジング１４３のフラ
ンジ部１４５には止めネジ用穴１４６がいくつか穿孔さ
れる。これは受光素子側の雌型コネクタの構造である。
【００９９】光ファイバ側の雄型コネクタ１５０は、フ
ァイバコード１５２の先端にハウジング１５１を取り付
けている。ファイバ１５４の先端はフェルール１５５に
よって保護される。フェルールは摺動性に優れた材料、
たとえばジルコニヤなどで作る。フェルール１５５はハ
ウジング１５１を貫いている。ハウジング１５１の側面
には嵌合用の袋ナット１５３を設ける。さらにハウジン
グ側面にはキイ１５６があって受光素子側の位置決め穴
に挿入されてコネクタ同士の位置決めをする。
ァイバコード１５２の先端にハウジング１５１を取り付
けている。ファイバ１５４の先端はフェルール１５５に
よって保護される。フェルールは摺動性に優れた材料、
たとえばジルコニヤなどで作る。フェルール１５５はハ
ウジング１５１を貫いている。ハウジング１５１の側面
には嵌合用の袋ナット１５３を設ける。さらにハウジン
グ側面にはキイ１５６があって受光素子側の位置決め穴
に挿入されてコネクタ同士の位置決めをする。
【０１００】フェルール１５５をスリーブ１４８に差し
込んで、袋ナット１５３を雄螺部１４７に螺合させる。
ナット１５３を締め付ける事によってコネクタを一体化
できる。ファイバ１５４はダミーファイバ１４１の後端
面に接触しここでの光の反射が０になる。光ファイバか
ら出た光は、ダミーファイバ１４１を通り、端面から出
てレンズ１２６で集光され、ＰＤチップ７０に入る。レ
セプタクルタイプであるから、モジュールに光ファイバ
を自在に着脱することができる。
込んで、袋ナット１５３を雄螺部１４７に螺合させる。
ナット１５３を締め付ける事によってコネクタを一体化
できる。ファイバ１５４はダミーファイバ１４１の後端
面に接触しここでの光の反射が０になる。光ファイバか
ら出た光は、ダミーファイバ１４１を通り、端面から出
てレンズ１２６で集光され、ＰＤチップ７０に入る。レ
セプタクルタイプであるから、モジュールに光ファイバ
を自在に着脱することができる。
【０１０１】
【発明の効果】以上のように本発明は、フォトダイオー
ド自体に、フィルタ機能を持たせている。フィルタ機能
があるので、２波長光通信における受信器として、安価
で使いやすいモジュールを提供することができる。２波
長通信系において波長分波器は使うけれども消光比の不
足を補完する誘電体膜フィルタは不要になる。以上に述
べたものは、２波長λ1 、λ2 として、１．３μｍと
１．５５μｍの組み合わ（ａ）せである。２波長系であ
ればどのような組み合わせのものでも本発明を適用でき
る。実現性の高い２波長の組み合わせは（ａ）の他に
も、
ド自体に、フィルタ機能を持たせている。フィルタ機能
があるので、２波長光通信における受信器として、安価
で使いやすいモジュールを提供することができる。２波
長通信系において波長分波器は使うけれども消光比の不
足を補完する誘電体膜フィルタは不要になる。以上に述
べたものは、２波長λ1 、λ2 として、１．３μｍと
１．５５μｍの組み合わ（ａ）せである。２波長系であ
ればどのような組み合わせのものでも本発明を適用でき
る。実現性の高い２波長の組み合わせは（ａ）の他に
も、
【０１０２】 （ｂ）０．９８μｍと１．３μｍの組み合わせ （ｃ）１．３μｍと１．６５μｍの組み合わせ （ｄ）１．５５μｍと１．６５μｍの組み合わせ
【０１０３】などがある。これらのλ1 、λ2 の組み合
わせ等にも本発明を同様に適用することができる。これ
らはＩｎＰ系の受光素子であって受信波長も長いもので
ある。そのほかにより波長が短いＧａＡｓ系の受光素子
等にも利用することができる。
わせ等にも本発明を同様に適用することができる。これ
らはＩｎＰ系の受光素子であって受信波長も長いもので
ある。そのほかにより波長が短いＧａＡｓ系の受光素子
等にも利用することができる。
【図１】波長多重双方向通信の概略説明図。
【図２】λ1 とλ2 の光を分波器によって結合して１本
の光ファイバにλ1 ＋λ2 として導くような分波器の説
明図。
の光ファイバにλ1 ＋λ2 として導くような分波器の説
明図。
【図３】λ1 とλ2 の光を互いに分波器の反対側から入
れて、一方の側では同じファイバに、他方の側では異な
る側に取り出すようにした分波器の説明図。
れて、一方の側では同じファイバに、他方の側では異な
る側に取り出すようにした分波器の説明図。
【図４】多層膜ミラーを利用した分波器の説明図。
【図５】従来の加入者側の光送受信モジュールの構成
例。
例。
【図６】従来例に係る半導体受光素子の縦断面図。
【図７】従来例に係るフォトダイオードの縦断面図。
【図８】従来のフォトダイオードチップの感度特性図。
【図９】従来例に係るフォトダイオードに異なる二つの
波長λ1 、λ2 を入射したとき、いずれの光も受光層に
到達して光電流を生ずるということを説明する断面図。
波長λ1 、λ2 を入射したとき、いずれの光も受光層に
到達して光電流を生ずるということを説明する断面図。
【図１０】ＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．４２μｍ）層の
光透過率のグラフ。横軸は波長（μｍ）、縦軸は透過率
（％）。
光透過率のグラフ。横軸は波長（μｍ）、縦軸は透過率
（％）。
【図１１】ｎ−ＩｎＰ基板の裏面にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
フィルタ層を設けた本発明の第１の実施例にかかるフォ
トダイオードチップの断面図。
フィルタ層を設けた本発明の第１の実施例にかかるフォ
トダイオードチップの断面図。
【図１２】ｎ−ＩｎＰ基板の裏面にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
フィルタ層を設けた本発明の第２の実施例にかかるフォ
トダイオードチップの断面図。
フィルタ層を設けた本発明の第２の実施例にかかるフォ
トダイオードチップの断面図。
【図１３】図１２のフォトダイオードチップの等価回路
図。
図。
【図１４】ｎ−ＩｎＰ基板の裏面にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
フィルタ層を設けさらにＺｎ拡散をしてＩｎＧａＡｓＰ
フィルタ層の内部にｐｎ接合を作製した本発明の第３の
実施例にかかるフォトダイオードチップの断面図。
フィルタ層を設けさらにＺｎ拡散をしてＩｎＧａＡｓＰ
フィルタ層の内部にｐｎ接合を作製した本発明の第３の
実施例にかかるフォトダイオードチップの断面図。
【図１５】図１４のフォトダイオードチップの等価回路
図。
図。
【図１６】図１４に示した本発明の実施例にかかるチッ
プを上下逆にしてサブマウントに取り付け円筒形のパッ
ケージに実装した受光素子の断面図。
プを上下逆にしてサブマウントに取り付け円筒形のパッ
ケージに実装した受光素子の断面図。
【図１７】導波路、光ガイド、光ファイバなど光伝送媒
体の終端を斜めに切り、図１４に示した本発明の実施例
にかかるチップを、媒体の側面に直接取り付けてこれら
光媒体を伝搬した光をＰＤチップによって検出するよう
にしたものの断面図。
体の終端を斜めに切り、図１４に示した本発明の実施例
にかかるチップを、媒体の側面に直接取り付けてこれら
光媒体を伝搬した光をＰＤチップによって検出するよう
にしたものの断面図。
【図１８】本発明の受光素子チップをサブマウントに側
面が面一になるように固定しガイドブロックに寝かせて
固定し光ファイバの終端もガイドブロックによって固定
して光ファイバからの出射光を受光素子によって感受す
るようにした検出器の断面図。
面が面一になるように固定しガイドブロックに寝かせて
固定し光ファイバの終端もガイドブロックによって固定
して光ファイバからの出射光を受光素子によって感受す
るようにした検出器の断面図。
【図１９】金属ステムに本発明の裏面入射型受光素子を
サブマウントを介して取り付け、レンズ付きキャップに
よって覆ったパッケージ入り受光素子の実施例を示す断
面図。
サブマウントを介して取り付け、レンズ付きキャップに
よって覆ったパッケージ入り受光素子の実施例を示す断
面図。
【図２０】本発明の裏面入射型ＰＤ素子を取り付けたス
テムと、フェルールに固定した光ファイバを、フェルー
ルホルダ−を介して一体化したピッグテイル型受光素子
モジュールの縦断面図。
テムと、フェルールに固定した光ファイバを、フェルー
ルホルダ−を介して一体化したピッグテイル型受光素子
モジュールの縦断面図。
【図２１】本発明の裏面入射型ＰＤ素子を取り付けたス
テムと、フェルールに固定した光ファイバとを結合分離
可能としたレセプタクル型モジュールの縦断面図。
テムと、フェルールに固定した光ファイバとを結合分離
可能としたレセプタクル型モジュールの縦断面図。
【図２２】本発明のよって立つ原理を説明するための真
性半導体のバンド図。
性半導体のバンド図。
【図２３】本発明のよって立つ原理を説明する為の、浅
い不純物準位を有する半導体のバンド図。
い不純物準位を有する半導体のバンド図。
１ 光ファイバ ２ 分波器 ３ 光ファイバ ４ 分波器 ５ 光ファイバ ６ 光ファイバ ７ 光ファイバ １０ 波長分波器の結合部（近接部） １１ 光ファイバ １２ 光ファイバ １３ ガラスブロック １４ ガラスブロック １５ 誘電体多層膜 １７ 光コネクタ ２０ 光ファイバの結合部 ２１ 光ファイバ型波長分波器 ２２ 光コネクタ ２３ 光コネクタ ２５ 発光素子モジュール ２７ 受光素子モジュール ４１ 受光素子チップ ４２ ヘッダ ４３ ピン ４４ キャップ ４５ 窓 ４６ レンズホルダ− ４７ レンズ ４８ ハウジング ４９ フェルール ５０ 光ファイバ ５１ フェルールの斜め端面 ５２ ｎ−ＩｎＰ基板 ５３ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ５４ ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層 ５５ ｎ−ＩｎＰ窓層 ５６ 亜鉛拡散領域 ５７ 環状ｐ電極 ５８ 反射防止膜 ５９ パッシベーション膜 ６０ ｎ電極 ６１ ＰＤチップ ６２ ｐ電極 ６３ ｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層 ６４ 環状ｎ電極 ６５ 反射防止膜 ６６ ＰＤチップ ６７ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰフィルタ層 ６８ ｐｎ接合露出部 ６９ ｐ−Ｚｎ拡散層 ７０ ＰＤチップ ７１ ステム ７２ アノードピン ７３ ケースピン ７４ カソードピン ７５ サブマウント ７６ ワイヤ ７７ キャップ ７８ 集光レンズ ７９ メタライズパターン ８１ 光ファイバ ８２ 光導波路、光ガイド ８３ 傾斜切断面 ９０ ガイドブロック ９８ サブマウント １１１ ステム １１２ リードピン １１３ リードピン １１４ リードピン １１８ 絶縁性接着材 １２０ ＰＤ用サブマウント １２１ ワイヤ １２４ キャップ １２６ レンズ １３０ 光ファイバ １３３ フェルールホルダ− １３４ ベンドリミッタ １３６ フェルール １３７ 斜め研磨端面 １４０ ＬＤ固定フランジ １４１ ダミーファイバホルダ− １４２ ダミーファイバ １４３ 雌型光コネクタ １４５ フランジ部 １４６ 止めネジ用穴 １４７ 雄ねじ部 １４８ スリーブ １５０ 雄型光コネクタ １５１ ハウジング １５２ 光ファイバコード １５３ 嵌合用袋ナット １５４ 光ファイバ １５５ フェルール １５６ 方向を決めるためのピン
Claims (14)
- 【請求項１】 第１の波長λ1 の光とそれより長い第２
の波長λ2 の光（λ1 ＜λ2 ）を用いた光通信において
第２の波長λ2 の光のみを感受するための受光素子であ
って、ｎ型又はｐ型のいずれかである第１伝導型の半導
体基板と、半導体基板の一方の面にエピタキシャル成長
させた基板と同じ第１伝導型の受光層と、受光層の一部
に基板と反対の第２伝導型の不純物をドープして形成し
た第２伝導型のｐ型或いはｎ型領域と、受光層のなかに
形成されるｐｎ接合と、第２伝導型領域の上に形成され
る第２伝導型用の電極と、前記の半導体基板の他方の面
にエピタキシャル成長させた波長λ1 の光のエネルギー
より低く波長λ2 の光のエネルギーより高いバンドギャ
ップを持ちλ1 の光の透過率が１％以下である厚みを有
するｎ型又はｐ型半導体結晶よりなるフィルタ層と、フ
ィルタ層の上にリング状に形成された第１伝導型用の電
極とよりなり、第１伝導型電極の開口部を通してλ1 、
λ2 を光を入射させ、フィルタ層によってλ1 を吸収
し、λ2 のみが受光層のｐｎ接合に到達するようにした
ことを特徴とする受光素子。 - 【請求項２】 フィルタ層が、基板と同じ第１の伝導型
の半導体結晶のエピタキシャル層よりなることを特徴と
する請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項３】 フィルタ層が、基板と反対の伝導型であ
る第２伝導型の半導体結晶よりなり、基板とフィルタの
間に第２のｐｎ接合が形成され、このｐｎ接合の外周部
は露出しており保護されていないものである事を特徴と
する請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項４】 フィルタ層が、基板と同じ第１の伝導型
の半導体結晶と、第１伝導型結晶の中央部の一部に第２
伝導型不純物をドープして形成した第２伝導型結晶とよ
りなり、その間にｐｎ接合が存在しており、ｐｎ接合の
終端部は電極を兼ねる金属膜によって覆われｎ領域とｐ
領域が金属膜によって短絡されるようにしたことを特徴
とする請求項１に記載の受光素子。 - 【請求項５】 第１の波長λ1 が１．３μｍであり、第
２の波長λ2 が１．５〜１．６μｍ帯である請求項１〜
４項のいずれかに記載の受光素子。 - 【請求項６】 第１伝導型がｎ型で、第２伝導型がｐ型
であって、基板がｎ−ＩｎＰ単結晶よりなり、受光層が
ｎ−ＩｎＧａＡｓよりなり、受光層の中央部にｐ型不純
物をドープしたｐ型領域が形成され、ｐ型領域にｐ電極
が設けられ、フィルタ層がｎ型又はｐ型のＩｎ0.66Ｇａ
0.34Ａｓ0.76Ｐ0.24よりなり、フィルタ層の上にｎ電極
が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の受光素子。 - 【請求項７】 フィルタ層であるｎ型またはｐ型のＩｎ
0.66Ｇａ0.34Ａｓ0.76Ｐ0.24層の厚みが５μｍ以上ある
事を特徴とする請求項６に記載の受光素子。 - 【請求項８】 ＩｎＧａＡｓ受光層とｐ電極の間にＩｎ
Ｐ窓層を有しＩｎＰ窓層のｐ電極によって覆われない外
周部はパッシベーション膜によって被覆されていること
を特徴とする請求項６に記載の受光素子。 - 【請求項９】 受光素子チップの第２伝導電極の方をサ
ブマウントに固定し、サブマウントをパッケージに固定
することによって、受光素子チップをサブマウントを介
して窓付きのパッケージに気密封止し、受光素子チップ
をレンズを介して光ファイバに光学的に結合し、光ファ
イバから出た光は第１伝導電極のリング状の開口からフ
ィルタ層に入射できるようにした請求項１〜８に記載の
受光素子。 - 【請求項１０】 第１の波長λ1 の光とそれより長い第
２の波長λ2 の光（λ1 ＜λ2 ）を用いた光通信におい
て第２の波長λ2 の光のみを感受するための受光素子チ
ップであって、ｎ型又はｐ型のいずれかである第１伝導
型の半導体基板と、半導体基板の一方の面にエピタキシ
ャル成長させた基板と同じ第１伝導型の受光層と、受光
層の一部に基板と反対の第２伝導型の不純物をドープし
て形成した第２伝導型のｐ型或いはｎ型領域と、受光層
のなかに形成されるｐｎ接合と、第２伝導型領域の上に
形成される第２伝導型用の電極と、前記の半導体基板の
他方の面にエピタキシャル成長させた波長λ1 の光のエ
ネルギーより低く波長λ2 の光のエネルギーより高いバ
ンドギャップを持ちλ1 の光の透過率が１％以下である
厚みを有するｎ型又はｐ型半導体結晶よりなるフィルタ
層と、フィルタ層の上にリング状に形成された第１伝導
型用の電極とよりなり、第１伝導型電極の開口部を通し
てλ1 、λ2 を光を入射させ、フィルタ層によってλ1
を吸収し、λ2 のみが受光層のｐｎ接合に到達するよう
にした受光素子チップと、光ファイバ、光導波路、光ガ
イドなど光伝導媒体とをレンズを介してあるいはレンズ
を介さずに光学的に結合し、光伝導媒体から出射した光
が、受光素子の第１伝導型用電極の開口をとおって受光
層のｐｎ接合に至るようにしたことを特徴とする受光素
子モジュール。 - 【請求項１１】 受光素子チップの第２伝導型用電極の
側をサブマウントに取り付け、受光素子をサブマウント
を介してパッケージに気密封止し、光ファイバの終端を
受光素子チップの第１伝導型用リング電極の開口に対向
するようにパッケージに固定し、パッケージに固定した
レンズによって光ファイバと受光素子を光学的に結合し
た事を特徴とする請求項１０に記載の受光素子モジュー
ル。 - 【請求項１２】 光ファイバの終端を保持する第１の光
コネクタと、受光素子を固定したパッケージを有する第
２の光コネクタからなり、第１、第２の光コネクタは着
脱自在であって、第１、第２の光コネクタを結合したと
き光ファイバからの出射光が受光素子に入射するように
した事を特徴とする請求項１０に記載の受光素子モジュ
ール。 - 【請求項１３】 光導波路、光ファイバ或いは光ガイド
など光伝導媒体の終端を斜めに切断し、第１伝導電極が
接触するよう受光素子チップを光伝導媒体の側面に固定
し、光伝導媒体の斜め切断面で反射した光が、第１伝導
電極のリング状開口を通って受光素子に入射するように
して事を特徴とする請求項１０に記載の受光素子モジュ
ール。 - 【請求項１４】 光ファイバの先端を固定する部分とサ
ブマウントを固定する部分を有するガイドブロックと、
受光素子を側面が面一になるよう固定するサブマウント
とを用いて、ガイドブロックに光ファイバと、受光素子
を有するサブマウントを固定し、光ファイバの出射端面
と、受光素子がレンズを介することなく直接に対向する
ようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の受光素
子モジュール。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25610797A JP3734939B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 受光素子及び受光素子モジュ−ル |
| EP98306970A EP0901170A1 (en) | 1997-09-03 | 1998-09-01 | Wavelength selective photodiode and module comprising the same |
| US09/146,101 US6043550A (en) | 1997-09-03 | 1998-09-03 | Photodiode and photodiode module |
| US09/525,222 US6340831B1 (en) | 1997-09-03 | 2000-03-14 | Photodiode and photodiode module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25610797A JP3734939B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 受光素子及び受光素子モジュ−ル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1183619A true JPH1183619A (ja) | 1999-03-26 |
| JP3734939B2 JP3734939B2 (ja) | 2006-01-11 |
Family
ID=17287997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25610797A Expired - Fee Related JP3734939B2 (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 受光素子及び受光素子モジュ−ル |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0901170A1 (ja) |
| JP (1) | JP3734939B2 (ja) |
Cited By (11)
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| US6784512B2 (en) | 2001-03-23 | 2004-08-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode and method of producing same |
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