JPS63278280A - 光検出器 - Google Patents

光検出器

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JPS63278280A
JPS63278280A JP62111714A JP11171487A JPS63278280A JP S63278280 A JPS63278280 A JP S63278280A JP 62111714 A JP62111714 A JP 62111714A JP 11171487 A JP11171487 A JP 11171487A JP S63278280 A JPS63278280 A JP S63278280A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
type
layer
optical waveguide
waveguide layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP62111714A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Makiuchi
正男 牧内
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、光検出器に於いて、i型の光吸収層をp型及
びn型の各光導波層で上下から挟んで光導波及び吸収層
を形成し、その先導波及び吸収層に一導電型不純物拡散
領域と反対導電型不純物拡散領域とを形成することで一
方の劈開面から他方の劈開面に向かう漏斗状の不純物非
拡散領域を画成し、その漏斗状の不純物非拡散領域に於
けるテーバ部分で入射光の集光を行い、その集光された
光を同じく直状部分に入射させて光検出を行うようにし
たことに依り、光ファイバとの光結合効率を向上させ、
また、高速の光検出、即ち、高速光パルスの検出も可能
にしたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光結合効率が良好で、且つ、集積化するのに
好適な構成をもった光検出器に関する。
〔従来の技術〕
従来、光検出器としてピン(pin)  ・フォト・ダ
イオード、アバランシェ・フォト・ダイオード((av
alanche  photo  di。
de:APD)などが知られている。
第5図は従来のpinフォト・ダイオードを説明する為
の要部切断側面図を表している。
図に於いて、1はn型AlGaAs層、2はi型GaA
s層、3はn型AJGaAs層、3Aはp型領域、4は
二酸化シリコン(Si02)からなる絶縁膜、5はp側
電極、6はn側電極、7は電源、Lは入射する光をそれ
ぞれ示している。因に、n型Aj!GaAs層1の厚さ
は2〔μm〕、i型GaAS層2の厚さは3乃至4 (
μm) 、n型Aj!GaAs層3の厚さは1  (μ
m)としである。尚、構造に依っては、光りを裏面から
入射させるものもある。
このpinフォト・ダイオードに於いては、図示のよう
に逆バイアス電圧を印加しておき、光りを入射させると
、空乏化されているi型GaAs層2に於いて光りが吸
収されて電子・正孔対が発生し、電子はp型領域3Aに
、また、正孔はn型A*caAs層1に流れ込み、所謂
、フォト電流が流れ、光が検出されるものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、第5図に見られるpinフォト・ダイオード
に光を入射させる場合、光伝送路とじて光ファイバを用
いるのが一般的であるが、取り扱う光の波長λを0.8
〔μm〕とした場合、光ファイバのコア径は、シングル
・モードのもので、6〔μm〕乃至10〔μm〕である
また、pinフォト・ダイオードを高速化するには、極
低容量化(〜0.01  (pF) )する必要があり
、受光径も6〜10〔μm〕と小さくしなければならな
い。
従って、このようなpinフォト・ダイオードに対し、
高い結合効率をもって光を入射させることは困難である
。尚、レンズを用いて光りを集束させることも行われて
いるが、pinフォト・ダイオードとレンズとの整合を
高精度で維持することや集積化が難しく、また、光りを
入射させる方向が、表面側或いは裏面側に限定されると
集積化は更に困難となる。
本発明は、光検出器に導波路を一体的に形成して光の入
射を容易にすることで光ファイバとの結合効率を向上し
、また、劈開面からも光の入射を可能にし、集積化を容
易にしようとする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に依る光検出器に於いては、導電型がi型若しく
はi型に近い化合物半導体光吸収層(例えばn型GaA
s光吸収層12B)をp型化合物半導体光導波N(例え
ばp型AfGaAs光導波層12A)とn型化合物半導
体光導波層(例えばn型AAGaAs光導波層12C)
とで上下から挟んだ構成を含む光導波及び吸収層(例え
ば光導波及び吸収層12)と、該光導波及び吸収層を表
面で見て一方の劈開面から他方の劈開面に向かい次第に
狭幅化されるテーパ部分(例えばテーバ部分16A)及
びそれに連なり一定の幅をもって延在する直状部分(例
えば直状部分16B)からなるパターンを画成する為に
該パターンの一方の外側に形成された一導電型不純物拡
散領域(例えばp型不純物拡散領域14)及び同じく他
方の外側に形成された反対導電型不純物拡散領域(例え
ばn型不純物拡散領域15)とを備えている。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、先導波及び吸収層と光ファ
イバとは高い光結合効率をもって結合させることができ
、そして、テーバ部分で効率良く集光された光は幅が狭
い直状部分に確実に入射され、そこで高速の光検出を行
うことが可能であり、また、光の入射は劈開面、表面、
裏面の何れでも良いから、集積化する際には有利である
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例の要部切断斜面図を表している
。尚、図では簡明にする為、電極などを省略しである。
図に於いて、11は半絶縁性のAβGaAsβGaAs
バッフは多重量子井戸(multiqua n t u
m  we 11 : MQW)光導波及び吸収層、1
3は半絶縁性のAllGaAsキャップ層、14はp型
不純物拡散領域、15はn型不純物拡散領域、16Aは
不純物非拡散領域のテーパ部分、16Bは不純物非拡散
領域の直状部分、17は直状部分の幅、Eは電源、Lは
入射する光をそれぞれ示している。尚、本発明の光検出
器では、前記した材料の外、InP系など他のそれに代
替しても良い。
第2図は光導波及び吸収層12を拡大して詳細に表した
要部切断正面図であり、第1図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする
図に於いて、12Aはp型Al1GaAs光導波層、1
2Bはi型GaAs光吸収層、12Cはn型AlGaA
s光導波層をそれぞれ示している。
尚、光導波層12Aの材料をp型1nPに、光吸収層1
2Bのそれをi型1nGaAsに、光導波層12Gのそ
れをn型1nPにそれぞれ代替しても良い。
本実施例に於ける各部分の主要データを例示すると次の
通りである。
(11バッファ層11について 厚さ=3〜4 〔μm〕 (2)光導波及び吸収層12について 厚さ=2〜6 〔μm〕 (3)光導波層12Aについて 厚さ: 0.01〜0.2  (um)不純物濃度:1
×10I7〜10IO〔cm−3〕AffiのX値: 
0.1 B (AffGaAsの場合)(4)光吸収層
12Bについて 厚さ: 0.01〜0.2  Cμm)Ga : 0.
47 (InGaAsの場合)Into、53 (In
GaAsの場合)(5)光導波層12Cについて 厚さ: O,Of 〜0.2  (,17m)不純物濃
度:1×1017〜10I8〔cm−3〕AlのX値:
 0.18 (Aj!GaAsの場合)(6)  キャ
ンプ層13について 厚さ:0.5(μm〕 Al10X値: 0.7〜0.4 (AI!GaAsの
場合) (7)n型不純物拡散領域14について不純物:Zn 拡散手段:熱拡散 (8)n型不純物拡散領域15について不純物:GaA
s系の場合は5i InP系の場合はCd 拡散手段:熱拡散 (9)  テーパ部分16Aについて 最大幅:6〜15〔μm〕 最小幅:3〜5〔μm〕 αω 直状部分16Bについて 幅17:3〜5〔μm〕 長さ:6〜15 〔μm〕 図から判るように、光導波及び吸収層12は、光導波層
12Aと光吸収層12Bと光導波層12Cとを順に積層
し、これを必要に応じて繰り返したものからなっていて
、n型不純物拡散領域14とn型不純物拡散領域15と
の間に電源Eから逆バイアス電圧を印加した状態で、第
1図に示しであるように光りが入射すると、光吸収層1
2Bに於いては電子・正札対が発生し、また、光導波層
12A或いは12Gに於いては、直進するものもあるが
、斜めに入射したものは光導波層12A及び12Cに比
較して屈折率が小さい光吸収112Aの間を反射しなが
ら進行し、光吸収層12Bに入った場合には、前記同様
、電子・正孔対を発生する。尚、n型不純物拡散領域1
4及びn型不純物拡散領域15は、多結晶化して屈折率
が低くなっていることから、光導波及び吸収層12に入
射した光に対する横方向の閉じ込め効果があり、また、
勿論、上下方向の閉じ込めも行われているから、光はテ
ーパ部分16Aで集光されて直状部分16Bに達する。
前記のようにして発生した電子・正孔対のうち、電子は
光導波層12Aを介してn型不純物拡散領域14へ、ま
た、正孔は光導波層12Cを介してn型不純物拡散領域
15へ向かう。
その結果、p型A6GaAs光導波層12Aとn型A7
!GaAs光導波層12Cとの間にはフォト電流が流れ
、光検出が行われるものである。
第3図は光導波及び吸収層12の一部を更に拡大して詳
細に表した要部切断正面図であり、第1図及び第2図に
於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同し
意味を持つものとする。
図に於いて、hは正孔、eは電子をそれぞれ示している
図から判るように、p型AAGaAs光導波層12A、
、i型GaAs光吸収層12B、n型AlGaAs光導
波層12Cのそれぞれはpinフォト・ダイオードを成
し、それが多数積層された構成になっている。そして、
直状部分16Bに於ける光吸収層12Bで発生した正孔
h・電子eの対は分離され、電子eはp型A7!GaA
S光導波層12Aに、また、正孔りはn型Aj!GaA
s光導波層12Cにそれぞれ流れ込んでいる。
さきに説明したように、キャリヤが走行する距離は極め
て短いことから、高速の光パルスであっても容易に検出
することができる。尚、n型不純物拡散領域14に近接
した個所で発生した電子・正孔対に於ける電子は、p型
A#GaAs光導波層12Aを介することなくn型不純
物拡散領域14に直接流入することは勿論であり、これ
はn型不純物拡散領域15の近傍に於ける正孔について
も同じことが言える。
第4図は本発明の他の実施例を説明する為の要部切断斜
面図であり、第1図乃至第3図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする
本実施例が第1図乃至第3図について説明した実施例と
相違する点は、図示のように、溝18を形成し、テーパ
部分16Aと直状部分16Bとを切り離し、テーパ部分
16Aには電圧が加わらないようにしたことにある。
このような構成にすると、直状部分16Bの側に関連す
る電極領域が小面積となり、従って、容量が小さくなる
ので高速化の面で有利である。
前記説明した何れの実施例に於いても、光導波及び吸収
層12の厚さを約2〜6 〔μm〕程度に選択すること
ができ、これは波長0.8 〔μm〕の光に好適なシン
グル・モードの光ファイバに於けるコア径に近い厚さで
あり、従って、光結合効率は極めて良好である。
また、同じく何れの実施例に於いても、光りはpinフ
ォト・ダイオードのテーパ部分16A側に於ける劈開面
から入射させているが、光導波層12Aと12Gとの間
隔、従って、光吸収層12Bの厚さを入射する光りの波
長程度以下にしであるから、前記のような手段に限らず
、テーパ部分16A側の表面或いは裏面からも入射させ
ることが可能である。
〔発明の効果〕
本発明の光検出器に於いては、i型の光吸収層をn型及
びn型の各光導波層で上下から挾んで光導波及び吸収層
を形成し、その光導波及び吸収層に一導電型不純物拡散
領域と反対導電型不純物拡散領域とを形成することで一
方の劈開面から他方の劈開面に向かう漏斗状の不純物非
拡散領域を画成し、その漏斗状の不純物非拡散領域に於
けるテーパ部分で入射光の集光を行い、その集光された
光を同じく直状部分に入射させて光検出を行うようにし
ている。
この構成を採ることに依り、光導波及び吸収層と光ファ
イバとは高い光結合効率をもって結合させることができ
、そして、テーパ部分で効率良く集光された光は幅が狭
い直状部分に確実に入射され、そこでは高速の光検出を
行うことが可能であす、また、光の入射は劈開面、表面
、裏面の何れでも良いから、集積化する際には有利であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部切断斜面図、第2図は光
導波及び吸収層12を拡大して詳細に表した要部切断正
面図、第3図は光導波及び吸収層12の一部を更に拡大
して詳細に表した要部切断正面図、第4図は本発明の他
の実施例を説明する為の要部切断斜面図、第5図は従来
例の要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、11は半絶縁性のAj!GaAsバッファ
層、12は多重量子井戸(multiqua n t 
um  we l l :MQW)光導波及び吸収層、
13は半絶縁性のAj!GaAsキャップ層、14はn
型不純物拡散領域、15はn型不純物拡散領域、16A
は不純物非拡散領域のテーパ部分、16Bは不純物非拡
散領域の直状部分、17は直状部分の幅、Eは電源、L
は入射する光をそれぞれ示している。 実施例の要部切断正面図 第2図 光導波及び吸収層の要部切断正面図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 導電型がi型若しくはi型に近い化合物半導体光吸収層
    をp型化合物半導体光導波層とn型化合物半導体光導波
    層とで上下から挟んだ構成を含む光導波及び吸収層と、 該光導波及び吸収層を表面で見て一方の劈開面から他方
    の劈開面に向かい次第に狭幅化されるテーパ部分及びそ
    れに連なり一定の幅をもって延在する直状部分からなる
    パターンを画成する為に該パターンの一方の外側に形成
    された一導電型不純物拡散領域及び同じく他方の外側に
    形成された反対導電型不純物拡散領域と を備えてなることを特徴とする光検出器。
JP62111714A 1987-05-09 1987-05-09 光検出器 Pending JPS63278280A (ja)

Priority Applications (1)

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JP62111714A JPS63278280A (ja) 1987-05-09 1987-05-09 光検出器

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JP62111714A JPS63278280A (ja) 1987-05-09 1987-05-09 光検出器

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001223369A (ja) * 2000-02-09 2001-08-17 Opnext Japan Inc 端面入射導波路型半導体受光素子およびそれを用いた光受信モジュール
US6307242B1 (en) 1998-02-19 2001-10-23 Nec Corporation Semiconductor photo-detector with square-shaped optical wave-guide

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307242B1 (en) 1998-02-19 2001-10-23 Nec Corporation Semiconductor photo-detector with square-shaped optical wave-guide
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