WO1997008757A1

WO1997008757A1 - Waveguide type photodetector

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Publication number: WO1997008757A1
Application number: PCT/JP1996/002425
Authority: WO
Inventors: Michinori Irikawa; Kazuaki Nishikata; Takehiko Nomura
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1997-03-06
Also published as: US5926585A; JPH0964399A; CN1164933A; EP0791967A4; EP0791967A1

Description

明細書

導波路型受光素子 - 技術分野

本発明は、導波路型受光素子に関し、更に詳細には入射光の強度に応じて入射光を所定レベルに減衰させることにより、 AM— F DM方式のシステム等の光通信システムに最適な、広帯域にわたり優れた歪特性を備えた導波路型受光素子に関するものである。背景技術

光 CATVシステムを含む光通信システムでは、 AM (Amplitude Modulation ) - F DMCFrequency Division Multiplex)方式を使用して、振幅変調方式周波数多重を行っている。

従来、このような方式の光通信システムでは、図 1 1に示すような面入力型の p i nホ卜ダイォ一ドが用いられて来た。この面入力型の p i nホトダイォードでは、 I n G a A s層で形成された吸収層は、十分な光吸収効率を得るために、. 厚い層厚に設定され、通常、約 3 mの厚さになっている。キャリアはこの厚い吸収層を走行するため走行時間が長くなつて、応答速度が遅くなり、また十分な感度を得るには広い受光面積を必要とすることから、キャパシタンスが大きくなるため、良好に動作する帯域は 2 GH z以下になる。

しかし、上述の AM— F DM方式では、広帯域でしかも低歪特性の受光素子が必要とされている。

そこで、最近、図 1 1に示すような導波路型 p i nホトダイォードが注目されている。図 1 2 (a ) は導波路型 p i nホトダイォードの概略斜視図を示し、図 1 2 (b) はその層構造及び各層の屈折率を示している。

この受光素子では、第 1には、導波路の端面に形成された光入射面で入射光を受光し、導波路を伝搬中に吸収するので、光吸収層を 0. 6 m程度に薄くでき、しかも入射光の光密度を高くして受光領域の面積を小さくすることができるので、キャパシタンスは小さくなる。第 2には、ノンドープ I n G a A s層で形成された光吸収層は、高濃度で不純物をドープした p— I n G a A s P層と n — I n G a A s P層との対により、光吸収層の上下両面で挟まれているので、帯域は、薄いノンドープ I n G a A s層のキヤリァ走行時間で決まる。

よって、このような導波路型受光素子では、 5 0 G H z以上にも及ぶ広帯域で超高速動作が可能である。

しかし、アナログ光伝送システムで使用する受光素子に要求される重要な特性の一つが広ダイナミックレンジ特性であるにもかかわらず、従来の導波路型 p i nホ卜ダイォードは、満足できる広ダイナミックレンジ特性を備えていない。即ち、微小信号強度の受光に対して十分な感度を有するように構成された受光素子は、強度の高い大振幅光信号を受光した場合には、光信号と変換された光電流との相関関係に関し、その線型性が損なわれ、歪特性が低下する。

このため、このような受光素子には入力光信号の強度が制限されると言う問題が生じる。

以上のような問題に照らして、本発明の目的は、広ダイナミックレンジ特性を備えた導波路型受光素子を提供することである。発明の開示

本発明者等は、従来の導波路型 p i nホトダイォ—ドの光変換領域の構成を改良するだけでは、広ダイナミックレンジ特性を実現できないと考え、寧ろ、光変換領域に伝搬させる光の強度を制御するべきであると判断した。そして、本発明者等は、入射光の強度に合わせて光変換領域に伝搬させる光の強度を制御するために、光変換領域に伝搬させる入射光の一部を吸収する光減衰部を設けることに着目した。

上記目的を達成するために、上述の知見に基づき、本発明に係る導波路型受光素子は、第 1の光吸収層と、電気信号取り出しのための第 1の電極対とを少なくとも有する光検出部と、及び

光検出部と光入射面との間に設けられ、第 1の光吸収層と光学的に結合された第 2の光吸収層と、第 2の光吸収層に電圧を印加するために第 1の電極対とは電気的に分離して形成された第 2の電極対とを少なくとも有する光減衰部とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、化合物半導体上に光検出部と光減衰部とを設けた導波路型受光素子により、入射光の強度に応じて光減衰部にて入射光の一部を吸収して減衰させ、光検出部に伝搬される光の強度を調整し、光検出部の受光感度を制御している。これにより、微小信号強度の受光に対して十分な感度を有するように構成した受光素子が、強度の高い大振幅光信号を受光した場合でも、入射光を適度に減衰させることにより、受光素子の線型性を維持し、従って優れた歪特性を維持できる。従って、信号レベルに高低のある入力光に対しても良好な歪特性を持つ、広ダイナミックレンジ特性に優れた導波路型受光素子を実現している。

光減衰部の光吸収層を所定の吸収端波長を有する多重量子井戸構造又は歪超格子構造で形成し、逆方向バイアス電圧を光減衰部に印加することにより、光減衰部の光吸収量を可変にすることができる。

また、第 2の光吸収層を歪超格子構造で形成することにより、光減衰部の原水量の偏波依存性を抑制することができる。更には、第 2の電極に逆方向バイアス電圧を印加し、光減衰部での入射光の減衰の程度を可変にすることにより、光検出部の感度を電気的には制御できる。電気分離部を設けることにより、光検出部の暗電流の強度を低下させ、加えて光減衰部と光検出部との接続部での反射を抑制することができる。モード · フィールド変換部を設けることにより、光フアイバ等の外部導波体と本発明に係る導波路型受光素子との結合損失を低減することができる。

本発明に係る導波路型受光素子は、広帯域でしかも低歪特性を-有しているので、例えば A M— F D M方式のシステム等の光通信システムに最適である。

本発明において、光検出部の第 1 の光吸収層と光減衰部の第 2の光吸収層とが光学的に結合されている限り、第 1 の光吸収層と第 2の光吸収層とを結ぶ光導波路を別途設ける必要は無い。但し、光検出部と光減衰部との導波特性を向上させるために、光導波路を設けることもできる。

第 1 の電極対と第 2の電極対とを電気的に分離する手段は、例えば第 1 の光吸収層のクラッド層と第 2の光吸収層のクラッド層との接合面を p n接合にして、第 1 の光吸収層のクラッド層に接する第 1 の電極対と第 2の光吸収層のクラッド層に接する第 2の電極対とを電気的に分離する手段、化合物半導体、半絶縁性化合物半導体又は絶縁性有機材からなる電気的分離層を第 1 の電極対と第 2の電極対との間に介在させて電気的に分離する手段等を例に挙げることができる。本発明の好適な実施態様は、前記光減衰部の第 2の光吸収層が、前記光検出部の第 1の光吸収層の吸収端波長より短い吸収端波長を有する多重量子井戸構造で形成されているか、または前記光減衰部の第 2の光吸収層が、前記光検出部の第 1の光吸収層の吸収端波長より短い吸収端波長を有する歪超格子構造で形成されていることを特徵としている。

第 2の電極対間に逆方向バイアスで電圧を印加することにより、光減衰部は、印加した逆方向バイアス電圧の大きさに基づき一定の相関関係に従って光吸収量が変化する可変光減衰部として構成され、入射光の強度に応じて、逆方向バイァス電圧の大きさを調整することにより、光検出部に伝搬する光の強度を調節して、光検出部の感度を電気的に制御できる。

本発明の更に別の好適な実施態様は、前記光減衰部と前記光入射面との間にモ一ドフィールド変換器が設けられていることを特徵としている。モード · フィールド変換器を備えることにより、外部導波体と本発明に係る導波路型受光素子の結合効率を高くすることができる。

本発明の更に別の好適な実施態様は、電気的分離部の光の伝搬方向の光路長が、入射光の波長の 1 / 2の長さの整数倍に設定されていることを特徵としている。光路長を 1ノ 2波長の整数倍に設定することより、電気的分離部内の光の減衰を抑制することができる。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明に係る導波路型受光素子の実施例 1の平面図である。

図 2は、図 1の導波路型受光素子の線 I一 I、即ち導波路の伝搬方向に沿った断面構造を示す断面図である。

図 3は、図 1及び図 2の導波路型受光素子の線 I I— I Iでの断面図である。

図 4は、横軸には波長を、縦軸には吸収係数を取った、実施例 1の動作原理を説明するグラフである。図 5は、本発明に係る導波路型受光素子の実施例 2の層構造を示す断面図である。 ―

図 6は、本発明に係る導波路型受光素子の実施例 3の層構造を示す断面図である。

図 7は、本発明に係る導波路型受光素子の実施例 3の作製工程を説明する基板断面図である。

図 8 ( a ) は、図 7に続く、実施例 3の作製工程を説明する基板断面図、図 8 ( b ) は図 8 ( a ) の平面図である。

図 9は、図 8 ( a ) 及び（b ) に続く、実施例 3の作製工程を説明する基板断面図である。

図 1 0は、本発明に係る導波路型受光素子の実施例 4の層構造を示す断面図である。

図 1 1 は、従来の面入力型 p i nホトダイォードの層構造図である。

図 1 2 ( a ) は従来の導波路 p i nホトダイォードの斜視図、図 1 2 ( b ) はその導波路 p i nホトダイォードの層構造図である。発明を実施するための好適な態様

以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。実施例 1

図 1は本発明に係る導波路型受光素子の実施例 1の平面図、図 2は図 1の導波路型受光素子の線 I - I、即ち導波路の光伝搬方向に沿った断面構造を示す断面図、図 3は図 1及び図 2の導波路型受光素子の線 I I一 I Iでの断面図である。本実施例の導波路型受光素子 1 0 (以下、簡単に素子 1 0と言う）は、図 1に示すように、ォーミックコンタク卜する光検出用 p —電極（以下、光検出電極と略称する） 1 2を含む光検出部 1 4と、ォーミックコンタク卜する吸収制御用 p 一電極（以下、吸収制御電極と略称する） 1 6を含む光減衰部 1 8と、ポリイミドで形成され、光検出部 1 4と光減衰部 1 8とを電気的に分離する光透過性電気的分離部 2 0とから構成されている。光検出部 1 4は図 2の左側及び図 3に示すように、 n— I n P基板 2 2上にダブルへテロ構造を形成するように順次積層された、 11ー 1 ] ?層 2 4 n— A 1 G a I n A s光閉じ込め層 2 6、 n - G a I n A s P光ガイド層 2 8、 i 一 G a I n A s P光吸収層 3 0、 p -A l G a l nA s光閉じ込め層 3 2、 p - I n P層 3 4、 p— G a l nA sコンタクト層 3 6、及び基板の上下にォーミックコンタク卜するように設けられた光検出用の T i P t A uからなる p—電極 1 2と、 A u G e N iからなる n—電極 4 0とで構成されている。

上述のように、光検出部 1 4の光吸収層及び導波路は、垂直（縦）方向に関して光閉じ込め構造を有するように形成されていると共に、図 3に示すように、水平方向に関してもリッジ構造を形成して閉じ込め構造を有するように形成されている。

光減衰部 1 8は、光吸収層が歪 MQW層で形成されていることを除いて、光検出部 1 4の層構造と同じ層構造を備えている。詳細には、光減衰部 1 8は、図 2 の右側に示すように、 n— I n P基板 2 2上に光検出部 1 4と共通に積層された 11ー 1 11 ?層 2 4、 n— A l G a l nA s光閉じ込め層 2 6、 n - G a I n A s P光ガイド層 2 8と、その上に積層された i一 G a I n A s層及び A 1 I n A s . 層からなる歪 MQW層 4 2と、更にその上に光検出部 1 4と共通に積層された！） -A l G a l nA s光閉じ込め層 3 2、 p— I n P層 3 4、 p— G a l nA sコンタクト層 3 6、及び基板の上下に設けられた吸収制御用 p—電極 1 6と光検出部 1 4と共通の n—電極 4 0で構成されている。尚、光検出部 1 4と共通の n— 電極 4 0に代えて、光減衰部 1 8の n—電極を別に設けてもよい。

光減衰部 1 8において、 n— G a I n A s P光ガイド層 1 8は導波路として、 i 一 G a I n A s層及び A 1 I n A s層からなる歪 MQW層 4 2は、光吸収層としてそれぞれ機能する。

光検出部 1 4と同様に、光減衰部 1 8の光吸収層及び導波路は、垂直（縦）方向に関して光閉じ込め構造を有するように形成されていると共に、水平方向に関しもメサストライプ構造の光閉じ込め構造を有するように形成されている。

また、 n— G a I n A s P光ガイド層 2 8の端面を含む素子 1 0の光減衰部 1 8側端面は、入射光を受光する光入射面を構成し、その面には反射防止膜 4 4が設けてある。

光検出部 1 4 と光減衰部 1 8 とは、電気的分離部 2 0により電気的に—分離されている。なお、電気的分離部 2 0は、ポリイミドで形成され、電気的分離性と光透過性とを兼ね備えている。

光減衰部 1 8 と光検出部 1 4 との間の電気的分離部 2 0の光の伝搬方向の厚さ、即ち光路長は、光減衰部 1 8から光検出部 1 4へ伝播する光の反射が最も小さくなるように、 N X ( 1 / 2 ) X ( λ /ηθ ) とすることが望ましい。ここで、スは入射信号光の波長、 ηθ は電気的分離部 2 0を形成するポリイミドの屈折率、 Νは整数である。

以下に、素子 1 0の作成方法を簡単に説明する。

( 1 ) 先ず、ェピタキシャル成長法により η— I η Ρ基板 2 2上に順次、 η - Ι η Ρ層 2 4、 η— A l G a l n A s光閉じ込め層 2 6、 n— G a l n A s P光ガイド層 2 8、 i - G a I n A s P光吸収層 3 0、 p— A l G a l n A s光閉じ込め層 3 2を成膜する。

( 2 ) 次いで、 p— A l G a l n A s光閉じ込め層 3 2上に S i 02 膜からなるマスクを形成し、光減衰部 1 8を形成する領域にある p— A 1 G a I n A s光閉じ込め層 3 2、 i 一 G a l n A s P光吸収層 3 0をエツチングして除去する。続いて、 S i 02 マスクを成長防止マスクとして使用して、 MO C VD法、ガスソース MB E法等により、歪 MQW層 3 2を構成する i — G a I n A s層及び A 1 I n A s層、更に p— G a I n A s P光閉じ込め層 3 2を選択成長する。

( 3 ) S i 02 マスクを除去し、ー 6 3 1 11八 5 ?光閉じ込め層 3 2、 p - I n Pクラッド層 3 4、 p— G a l n A s Pコンタクト層 3 6を全面成長させる

( 4 ) 光検出部 1 4及び光減衰部 1 8をエッチングしてメサストライプ構造を形成し、次いで、必要な領域にポリイミドを塗布し、次いで不要部分のポリイミドをホトリソグラフィ及びエッチングにより除去して電気的分離部 2 0を形成する。更に、電極 1 2、 1 6、 4 0を形成し、光入射面 4 4に反射防止膜 4 4をコ一ティングする。

これにより、図 1 から図 3に示す実施例 1の素子 1 0を得ることができる。図 4は、横軸には波長を、縦軸には吸収係数を取って、実施例 1の素子 1 0の動作原理を説明するグラフである。光検出部 1 4の i 一 G. a I n A s P—で形成された光吸収層 3 0は、 1 . 6 mに吸収端波長を持ち、図 4に示すような吸収スぺクトル特性を有する。一方、 i — G a I n A s層及び A 1 I n A s層からなる歪 M Q Wで形成された光減衰部 1 8の光吸収層 4 2は、信号光の波長 1 . 5 5 mよりわずかに短い吸収端波長を持つ。

歪 M Q W層 4 2を挟む p n接合に逆方向バイアスを印加した時、量子閉じ込めシュタルク効果等により、歪 M Q W層 4 2の吸収特性は、図 4に示すように、長波側へシフトし、例えば 2 ~ 3 Vの印加電圧で 1 0〜 2 0 n m程度の長波長シフトを実現できる。

これは、印加逆方向バイアス電圧の大きさを変化させることにより、 1 . 5 5 mの信号光に対する歪 M Q W層 4 2の吸収量を、図 4に示すように、可変的に精度良く制御できることを意味し、光減衰部 1 8を可変減衰領域とすることができる。

従って、印加電圧と長波長シフ卜の関係を予め実験等により設定しておけば、、印加電圧を調整することにより、素子 1 0に入射した入射光を光減衰部 1 8で入射光の強度に応じて所定のレベルに減衰させ、次いで光検出部 1 4において光電流に変換して電気信号として検出することができる。

よって、本実施例を採用すれば、微小光信号強度の受光に対して十分な感度を有するように構成した受光素子であっても、入射光強度が大きい場合には、光減衰部 1 8での減衰を大きくすることにより、逆に入射光強度が小さい場合には、光減衰部 1 8での減衰を小さくすることにより、光検出部の感度を可変にでき、広帯域にわたり強度幅の広い信号光に対して光変換の線型性を損なわない広ダイナミックレンジ特性を備えることができる。実施例 2

本実施例の導波路型受光素子 5 0では、図 5に示すように、光検出部 1 4の層構造は、 n — G a I n A s P光閉じ込め層 2 8が無いことを除いて、実施例 1の導波路型受光素子 1 0の光検出部 1 4の層構造と同じである。光減衰部 1 8の層構造では、歪 MQW層 4 2と n—電極 4 0との間の層構造が、 n - G a I n A s P光ガイド層 2 8が無いことを除いて、実施例 1の導波路型受光素子 1 0の光検出部 1 4の層構造と同じであり、他方、歪 MQW層 4 2から吸収制御用 p—電極 1 6との間の層は、全て、歪 MQW層 4 2と n—電極 4 0との間の半導体層の導電型と同じ n型半導体層で形成されている。即ち、それは、歪 MQW層 4 2上に順次形成された n— A l G a l nA s層 5 2と、 n— I n P 層 5 4と、 n— G a l nA sコンタクト層 5 6とから構成されている。

本実施例の導波路型受光素子 5 0では、光検出部 1 4の光吸収層 3 0上の半導体層と光減衰部 1 8の歪 MQW層 4 2上の半導体層との間の p n接合によって、光検出部 1 4の電極対 1 2、 4 0と光減衰部 1 8の電極対 1 6、 4 0とが電気的に分離されている。実施例 3

本発明に係る導波路型受光素子の実施例 3は、光減衰部にモードフィールド変換器（MF C) を集積した、導波路型受光素子である。図 6は、その層構造を示す断面図である。

本実施例の導波路型受光素子 6 0 (以下、簡単に素子 6 0と言う）は、実施例 1の光検出部 1 4と同じ構成の光検出部 6 2と、実施例 1の素子 1 0の光減衰部 1 8の構成に加えて、モード · フィールド変換器を備えた光減衰部 6 4とから構成されている。光検出部 6 2と光減衰部 6 4とは、ポリイミドで形成された電気的分離性と光透過性とを兼ね備えた電気的分離部.6 5により電気的に分離されている。

光検出部 6 2は、 n— I n P基板 7 2上に、ダブルへテロ構造を形成するように順次積層された、 n— I n P層 74、 n— A l G a l nA s光閉じ込め層 7 6 、 n - G a I n A s P光ガイド層 7 8、 i一 G a l nA s P光吸収層 8 0、 p— A 1 G a I n A s光閉じ込め層 8 2、 p— I n P層 8 4、 p— G a l nA sコンタクト層 8 6、及び基板の上下に設けられた光検出用 p—電極 8 8と Auメツキされた Au G e N i合金製の n—電極 9 0で構成されている。光検出部 6 2において、 n— G a I n A s P光ガイド層 7 8は導波路として機能する。図 6に示すように、光減衰部 6 は、光検出部 6 2側から光入射面 1 0 4に向かって順に一体的に形成された可変減衰部 9 2と、モード · フィールド変換部 9 4と、導波路部 9 6とから構成されている。

可変減衰部 9 2は、実施例 1の光減衰部 1 8と同じ構成になっている。即ち、可変減衰部 9 2は、 n— I n P基板 7 2上に、光検出部 6 2と共通に積層された、 n— I n P層 74、 n— A l G a l nA s光閉じ込め層 7 6、 n— G a l nA s P光ガイド層 7 8と、更にその上に積層された i — G a I n A s層及び A 1 I n A s層からなる歪 MQW層 9 &と、更にその上に光検出部 6 2と共通に積層された p— A l G a l nA s光閉じ込め層 8 2、 p— I n P層 84、 p— G a i n A sコンタクト層 8 6と、及び基板の上下に設けられた吸収制御用 p—電極 1 0 0と光検出部 6 2と共通の n—電極 9 0で構成されている。

可変減衰部 9 2において、 i —G a l nA s/A l I nA s層からなる歪 MQ W層 9 8は光吸収層とし機能し、モード · フィールド変換部 9 4、導波路部 9 6 及び可変減衰部 9 2を通じて、 n— G a I n A s P光ガイド層 7 8は導波路として機能する。

モード · フィールド変換部 9 4では、歪 MQW層 9 8を構成する i一 G a I n. A s層及び A 1 I n A s層の各々が、 n— G a I n A s P光ガイド層 7 8に対して入射光を受光する光入射面 1 0 4に向かう方向に徐々に薄くなるように成驟されていて、それにより歪 MQW層 9 8は n— G a I n A s P光ガイド層 7 8に対して光入射面 1 0 4に向かう方向に下方に傾斜したテーパ部となるように形成されている。

テーパ部を備えていることを除いて、モード · フィールド変換部 9 4は、可変減衰部 9 2と同じ層構成を備えている。

導波路部 9 6は、 p— G a l nA sコンタクト層 8 6と吸収制御用 p—電極 1 0 0に代えて p— I n P層 8 4上に S i NX 層 1 0 2を有すること、及び歪 MQ W層 9 8が存在しないことを除いて、可変減衰部 9 2と同じ層構成を備えている。また、 n— G a I n A s P光ガイド層 7 8の端面を含む素子 6 0の光減衰部 6 4側端面は、入射光を受光する光入射面 1 0 4を構成し、その面には反射防止膜 1 0 4が設けてある。実施例 3の作製方法

以下に、図 7から図 9を参照しつつ、実施例 3の素子 6 0の作製工程を説明する

( 1 ) 先ず、図 7に示すように、ェピタキシャル成長法により n— I n P基板

7 2上に順次、 n— I n P層 7 4、 n - A 1 G a I n A s光閉じ込め層 7 6、 n - G a I n A s P光ガイド層 7 8、 i - G a I n A s P光吸収層 8 0、 p - A 1 G a I nA s光閉じ込め層 8 2を成膜する。

( 2 ) 次いで、 p—A l G a l nA s光閉じ込め層 8 2上に S i 02 膜からなるマスク 1 0 6を図 8 (b ) に示すように形成し、可変'减衰部 9 2、モード . フィ ―ルド変換部 9 4、導波路部 9 6の領域の p— A 1 G a I n A s光閉じ込め層

8 2、 i - G a I n A s P光吸収層 8 0をエッチングして除去する。続いて、 S i 02 マスク 1 0 6を成長防止マスクとして使用して、 MO C VD法、ガスソ一ス MB E法等により、歪 MQW層 9 8を構成する i一 G a l nA s層及び A l l nA s層、更に p - G a I nA s P光閉じ込め層 8 2を選択成長する。

これにより、 S i 02 マスク形状に応じて、図 8 ( a ) に示すように、歪 MQ. W層 9 8を構成する各層の層厚が n— G a I nA s P光ガイド層 7 8に対して光入射面に向う方向に徐々に薄くなるように成膜され、テ一バ状に歪 MQW層 9 8 が形成される。

( 3 ) 図 9に示すように、 S i 02 マスク 1 0 6を除去し、 p— G a I nA s P光閉じ込め層 8 2、 p— I n Pクラッド層 8 4、 p— G a l nA s Pコンタク卜層 8 6を全面成長する。

( 4 ) 光検出部 6 2及び光減衰部 6 4をエッチングしてメサストライプ構造を形成し、またモード · フィールド変換部 9 4、導波路部 9 6の領域の p— G a I 1 八 5 ?コンタクト層 8 6は予め除去する。次いで、必要な領域にポリィミドを塗布し、次いで不要部分のポリイミドをホトリソグラフィ及びエッチングにより除去して電気的分離部 6 5を形成する。更に、電極 8 8、 9 0、 1 0 0を形成し、光入射面 1 0 4に反射防止膜 1 0 4をコーティングする。

これにより、図 6に示す素子 6 0を得ることができる。本実施例において、実施例 1と同様に、印加電圧を調整することにより、素子

6 0に入射した入射光を光減衰部 6 において入射光の強度に応じて所定のレべルに可変的に減衰させ、次いで光検出部 6 2で電気信号として検出する。

これにより、微小光信号強度の受光に対して十分な感度を有するように構成した受光素子であっても、入射光強度が大きい場合には、光減衰部 6 4での減衰を大きくすることにより、逆に入射光強度が小さい場合には、光減衰部 6 4での減衰を小さくすることにより、光検出部の感度を可変にでき、広帯域にわたり強度幅の広い信号光に対して光変換の線型性を損なわない広ダイナミックレンジ特性を備えることができる。

尚、本実施例において、光減衰部 6 4の光吸収層 9 8を歪 MQWに代えて、超格子構造にすることもできる。実施例 4

本実施例の導波路型受光素子 1 1 0は、光検出部と光減衰部とを電気的に分離する電気的分離部 1 1 2として、実施例 3のポリイミドに代えて化合物半導体にプロトンを注入して生成した半絶縁性化合物半導体、例えば半絶縁性 I n Pを用いている。光検出部及び光減衰部の層構成は、実施例 3の層構成と同じである。なお、光減衰部のモード · フィールド変換部は、この実施例 3及び 4に示した S i 02マスクを用いた選択ェリァ成長方法の他に、リッジの幅を接合面に平行に減少させてテーパ状に形成したリッジストライプを形成し、その上に MQW層を成長させる方法を用いても作製可能である。

光入射面は入射光に垂直でなく斜め端面としても良い。

また、本発明に係る導波路型受光素子を構成する材料として、以上の説明では、 I n P基板上に積層する材料として G a I n A s P/ I n P A 1 G a I n A s / I n Pを用いたが、この他に G a I nA s S b/ I n P> A 1 G a A s / G a A s、 G a l nA s PZG a A sを用いても良い。また、本発明に係る導波路型受光素子の基板は、 n型化合物半導体基板の他、 p型化合物半導体基板、 Semi -Insulating ( S. I . ) 化合物半導体基板でも良い。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1 の光吸収層と、電気信号取り出しのための第 1 の電極対とを少なくとも有する光検出部と、及び

光検出部と光入射面との間に設けられ、第 1 の光吸収層と光学的に結合された第 2の光吸収層と、第 2の光吸収層に電圧を印加するために第 1 の電極対とは電気的に分離して形成された第 2の電極対とを少なくとも有する光減衰部とを備えることを特徴とする導波路型受光素子。

2 . 前記光減衰部の第 2の光吸収層を挟むクラッド層が、相互に異なる導電型の半導体層で形成されていることを特徵とする請求項 1 に記載の導波路型受光素子。

3 . 前記光減衰部の第 2の光吸収層を挟むクラッド層が、同じ導電型の半導体層で形成されていることを特徴とする請求項 1 に記載の導波路型受光素子。

4 . 第 1 の電極対の一方に接する第 1の光吸収層のクラッド層と第 2の電極対の一方に接する第 2の光吸収層のクラッド層との接合面が p n接合で形成されていることを特徵とする請求項 3に記載の導波路型受光素子。

5 . 前記光減衰部の第 2の光吸収層が、前記光検出部の第 1 の光吸収層の吸収端波長より短い吸収端波長を有する多重量子井戸構造で形成されていることを特徵とする請求項 1から 4のうちのいずれか 1項に記載の導波路型受光素子。

6 . 前記光減衰部の第 2の光吸収層が、前記光検出部の第 1の光吸収層の吸収端波長より短い吸収端波長を有する歪超格子構造で形成されていることを特徴とする請求項 1 から 4のうちのいずれか 1項に記載の導波路型受光素子。

7 . 前記光減衰部と前記光入射面との間にモードフィールド変換器が設けられていることを特徴とする請求項 1力、ら 6のうちのいずれか 1項に記載の導波路型受光素子。 ―

8 . 前記光減衰部と前記光検出部との間に光透過性の電気的分離部を備えていることを特徴とする請求項 1から 7のうちのいずれか 1項に記載の導波路型受光素子。

9 . 前記電気的分離部の光の伝搬方向の光路長が、入射光の波長の 1 2の長さの整数倍に設定されていることを特徴とする請求項 8に記載の導波路型受光素子。

1 0 . 前記電気的分離部が、化合物半導体又は半絶縁性化合物半導体で形成されていることを特徴とする請求項 8又は 9に記載の導波路型受光素子。

1 1 . 前記電気的分離部が、絶縁性有機材で形成されていることを特徵とする請求項 8から 1 0のうちのいずれか 1項に記載の導波路型受光素子。

1 2 . 第 1の光吸収層と、電気信号取り出しのための第 1の電極対とを少なくとも有する光検出部と、及び

光検出部と光入射.面との間に設けられ、第 1の光吸収層と光学的に結合された第 2の光吸収層と、第 2の光吸収層に電圧を印加するために第 1の電極対とは電気的に分離して形成された第 2の電極対とを少なくとも有する光減衰部とを備える導波路型受光素子の駆動方法であって、

前記第 2の電極対に逆方向バイアス電圧を印加して、光減衰部の光吸収量を可変にすることを特徵とする導波路型受光素子の駆動方法。