JPH01140678A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH01140678A JPH01140678A JP62298384A JP29838487A JPH01140678A JP H01140678 A JPH01140678 A JP H01140678A JP 62298384 A JP62298384 A JP 62298384A JP 29838487 A JP29838487 A JP 29838487A JP H01140678 A JPH01140678 A JP H01140678A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、２波長以上の入射光に対して波長選１１（Ｗ
能を有する受光素子の構造に関するものであり、高速で
かつ光電子集積回路への応用が容易な受光素子として利
用できる。
能を有する受光素子の構造に関するものであり、高速で
かつ光電子集積回路への応用が容易な受光素子として利
用できる。
従来の技術
２波長以−ヒの入射光に対して波長選択機能を有する受
ｔｉ子を含む構造としては、例えば特願昭Ｇｏ−１５１
５７８号公報に示されている第５図の構造がある。本構
造では、ロー１ｎＰ基板１上にｎ −［ｎ Ｐ第２エミ
ッタ２、ｐ−（ｎＧａＡｓＰ （ｌ成波長λｇ＝１．１
７ｚｍ）第２ベース３、ｎ−１ｎＧａＡｓＰ （組成波
長λｇ＝１． １７１ｍ）第１エミツタ兼第２コレクタ
４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（ｇ成波長λｇ＝１．３μｍ）
第１ベース５、ｎ −１ｔｌＰ ｎクラッド兼第１コレ
クタ６、ｒｎＧａＡｓＰ（、［成波長λｇ＝１．１７１
ｍ）活性層７、Ｉ） −ｒ ｎ Ｐ ｐクラッド８が積
層されている。このうち、Ｐ−クラット８、活性層７、
ｎクラッド６が発光素子９を構成している。また、第１
コレクタ６、第１ペース５、第１エミツタ４が第１のホ
トトランジスタｌＯを構成し、第２コレクタ４、第２ベ
ース３、第２エミツタ２が第２のホトトラ、ンジスタ１
１を構成している。
ｔｉ子を含む構造としては、例えば特願昭Ｇｏ−１５１
５７８号公報に示されている第５図の構造がある。本構
造では、ロー１ｎＰ基板１上にｎ −［ｎ Ｐ第２エミ
ッタ２、ｐ−（ｎＧａＡｓＰ （ｌ成波長λｇ＝１．１
７ｚｍ）第２ベース３、ｎ−１ｎＧａＡｓＰ （組成波
長λｇ＝１． １７１ｍ）第１エミツタ兼第２コレクタ
４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（ｇ成波長λｇ＝１．３μｍ）
第１ベース５、ｎ −１ｔｌＰ ｎクラッド兼第１コレ
クタ６、ｒｎＧａＡｓＰ（、［成波長λｇ＝１．１７１
ｍ）活性層７、Ｉ） −ｒ ｎ Ｐ ｐクラッド８が積
層されている。このうち、Ｐ−クラット８、活性層７、
ｎクラッド６が発光素子９を構成している。また、第１
コレクタ６、第１ペース５、第１エミツタ４が第１のホ
トトランジスタｌＯを構成し、第２コレクタ４、第２ベ
ース３、第２エミツタ２が第２のホトトラ、ンジスタ１
１を構成している。
ここで、発光素子９の機能は本発明と直接間係はないが
、第１および第２のホトトランジスタ１Ｏ１ｌｉが２波
長以上の入射光に対して波長選択機能を有する受光素子
として機能している。第１および第２のホトトランジス
タはワイド・バンド・ギャップ・エミッタ構造となって
おり、その受光可能な最長波長はベースのバンド・ギャ
ップによって決まり、最短波長はエミッタのバンド・ギ
ャップによって決まる。すなわち、第２のホトトランジ
スタは波長０．９−１．１μｒｎの光を選択的に受光し
、第１のホトトランジスタは波長１゜１−１．３μｍの
光を選択的に受光することになる。従って、入射光１２
として波長１．０μｍおよび１．２μｍの光が同時に入
射した場合、波長１．０７１ｍの光は第２のホトトラン
ジスタで電流に変換され、波長１． ２μｍの光は第１
のホトトランジスタで電流に変換されることになる。
、第１および第２のホトトランジスタ１Ｏ１ｌｉが２波
長以上の入射光に対して波長選択機能を有する受光素子
として機能している。第１および第２のホトトランジス
タはワイド・バンド・ギャップ・エミッタ構造となって
おり、その受光可能な最長波長はベースのバンド・ギャ
ップによって決まり、最短波長はエミッタのバンド・ギ
ャップによって決まる。すなわち、第２のホトトランジ
スタは波長０．９−１．１μｒｎの光を選択的に受光し
、第１のホトトランジスタは波長１゜１−１．３μｍの
光を選択的に受光することになる。従って、入射光１２
として波長１．０μｍおよび１．２μｍの光が同時に入
射した場合、波長１．０７１ｍの光は第２のホトトラン
ジスタで電流に変換され、波長１． ２μｍの光は第１
のホトトランジスタで電流に変換されることになる。
発明が解決しようとする問題点
第５図に示した受光素子はホトトランジスタによって光
電変換しているので、増幅機能を有するという利αがあ
るが、応答速度を速くすることは困難である。また、縦
型の集積構造をとっているために、例えば電子素子も集
積化した光電子集積回路にするといった応用が容易では
ない。
電変換しているので、増幅機能を有するという利αがあ
るが、応答速度を速くすることは困難である。また、縦
型の集積構造をとっているために、例えば電子素子も集
積化した光電子集積回路にするといった応用が容易では
ない。
問題点を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決するために、半絶縁性半導体
基板と、前記基板の一部領域上に形成され前記基板より
も屈折率の高い半導体薄膜よりなりかつ第１の光導波路
を含む第１の光吸収層と、前記基板の前記第１の光吸収
層が形成された領域以外の領域ヒに前記第１の光吸収層
に接して形成され前記第１の光吸収層よりもバンド・ギ
ャップの小さいｔ導体薄膜よりなりかつ第２の光導波路
を含む第２の光吸収層とを含み、前記第１および第２の
光導波路が光学的に結合されており、かつ前記第１およ
び第２の光導波路に沿って前記基板に垂直にｌ） −ｎ
接合が形成されるように前記第１および第２の光吸収層
の導電型が反転しているという構造で受光素子を構成す
るものである・作用 本発明の受光素子は、例えば半絶縁性半導体基板上にス
トライブ状に溝を形成しておき、この溝に垂直な方向に
境界を有するように共にｎ型の第１および第２の光吸収
層を表面が平坦になるように結晶成長した後、第１およ
び第２の光吸収層の一部にｐ型不純物を拡散して溝に沿
ってｐ−ｎ接合を形成することによって作製される。こ
こで、溝の上に形成された第１および第２の光吸収層が
それぞれ第１および第２の光導波路になる。第１および
第２の光吸収層のｐ−ｎ接合に逆バイアスを印加し、空
乏層を光導波路内に広げることで光吸収層をｐ−１−ｎ
ホトダイオードとして機能させることができる。
基板と、前記基板の一部領域上に形成され前記基板より
も屈折率の高い半導体薄膜よりなりかつ第１の光導波路
を含む第１の光吸収層と、前記基板の前記第１の光吸収
層が形成された領域以外の領域ヒに前記第１の光吸収層
に接して形成され前記第１の光吸収層よりもバンド・ギ
ャップの小さいｔ導体薄膜よりなりかつ第２の光導波路
を含む第２の光吸収層とを含み、前記第１および第２の
光導波路が光学的に結合されており、かつ前記第１およ
び第２の光導波路に沿って前記基板に垂直にｌ） −ｎ
接合が形成されるように前記第１および第２の光吸収層
の導電型が反転しているという構造で受光素子を構成す
るものである・作用 本発明の受光素子は、例えば半絶縁性半導体基板上にス
トライブ状に溝を形成しておき、この溝に垂直な方向に
境界を有するように共にｎ型の第１および第２の光吸収
層を表面が平坦になるように結晶成長した後、第１およ
び第２の光吸収層の一部にｐ型不純物を拡散して溝に沿
ってｐ−ｎ接合を形成することによって作製される。こ
こで、溝の上に形成された第１および第２の光吸収層が
それぞれ第１および第２の光導波路になる。第１および
第２の光吸収層のｐ−ｎ接合に逆バイアスを印加し、空
乏層を光導波路内に広げることで光吸収層をｐ−１−ｎ
ホトダイオードとして機能させることができる。
本受光素子では、第２の光吸収層の組成波長λ２が第１
の光吸収層の組成液長大１よりも大きいので、第１の光
吸収層では入１以下の波長の光が吸収され、第２の光吸
収層では入１以上λ２以下の波長の光が吸収される。す
なわち、波長選択が可能である。また、ｐ −ｎ接合の
面積が非常に小さいｌ） −ｉ −ｎホトダイオードを
用いて光電変換を１ｒうので、高速動作が可能になる。
の光吸収層の組成液長大１よりも大きいので、第１の光
吸収層では入１以下の波長の光が吸収され、第２の光吸
収層では入１以上λ２以下の波長の光が吸収される。す
なわち、波長選択が可能である。また、ｐ −ｎ接合の
面積が非常に小さいｌ） −ｉ −ｎホトダイオードを
用いて光電変換を１ｒうので、高速動作が可能になる。
さらに、本受光素子はブレーナ構造となることから、作
製が容易であり、他の電子素子との集積化も容易に実現
でき名 実施例 第１図は本発明の一実施例の受光素子の斜視図である。
製が容易であり、他の電子素子との集積化も容易に実現
でき名 実施例 第１図は本発明の一実施例の受光素子の斜視図である。
ストライブ状の溝が形成された半絶縁性［ｎＰ基板１３
上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰよりなる第１の光吸収層１４（
組成波長λｇ＝１．４μｍ）およびｎ−Ｉｎｃ；ａＡｓ
よりなる第２の光吸収層１５が結晶成長されており、溝
上の第１の光吸収層１４が第１の光導波路１６となって
いる。一方、第２図は第１図に示すＡ−Ａ’線に沿って
の断面図であるが、溝上の第２の光吸収層１５が第２の
光導波路１７となっている。また、第１および第２の光
吸収層１４．１５の一部はＺｎ等が拡散された第１のｐ
型反転領域１８および第２のｐ型反転領域１９となって
おり、第１のｐ−ｎ接合２０が第１の光導波路１６に沿
って形成され、第２のｐ−ｎ接合２１が第２の光導波路
１７に沿って形成されている。さらに、第１および第２
のｐ型層転領域１８．１９上にｐ４’！’ＩＴｊ、極２
２、それ以外の第１および第２の光吸収層１４．１５上
にｎ側電極２３が設けられている。
上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰよりなる第１の光吸収層１４（
組成波長λｇ＝１．４μｍ）およびｎ−Ｉｎｃ；ａＡｓ
よりなる第２の光吸収層１５が結晶成長されており、溝
上の第１の光吸収層１４が第１の光導波路１６となって
いる。一方、第２図は第１図に示すＡ−Ａ’線に沿って
の断面図であるが、溝上の第２の光吸収層１５が第２の
光導波路１７となっている。また、第１および第２の光
吸収層１４．１５の一部はＺｎ等が拡散された第１のｐ
型反転領域１８および第２のｐ型反転領域１９となって
おり、第１のｐ−ｎ接合２０が第１の光導波路１６に沿
って形成され、第２のｐ−ｎ接合２１が第２の光導波路
１７に沿って形成されている。さらに、第１および第２
のｐ型層転領域１８．１９上にｐ４’！’ＩＴｊ、極２
２、それ以外の第１および第２の光吸収層１４．１５上
にｎ側電極２３が設けられている。
第１の光導波路１６は波長１．４１ｔｍ以上の光に対し
て透明となるので、例えば入射光２４として波長１．３
μｍと１． ５μｍの光を同時に入射すると、波長１．
３μｍの光のみが第１の光導波路１６で吸収される。一
方、波長１．５μｍの光は第１の光導波路１６を透過し
て第２の光導波路１７に入射し、ここで吸収される。こ
の時、光吸収層上に設けられたｎ側電極２２とｎ側電極
２３の間に逆バイアスを印加して、第１および第２の光
導波路１６．１７内に空乏層を広げておけば、吸収され
た入射光２４が電流に変換される。本受光素子に必要と
されるｐ−ｎ接合は光導波路に沿った５７ｔｍ程度の長
さの部分だけであり、それ以外に付加的なｐ−ｎ接合が
生じないように第１図に示す分離溝２５によって電気的
分離を行う。こうずれは、［）−ｎ接合の面積は光導波
路の厚さ（例えばＩＢｔｎ程度）Ｘ５μｍとなるので、
従来の受光素子のｐ −１１接合の面積よりも大幅に低
減され、接合容量も非常に小さくなる。例えば光吸収層
のキャリア濃度を５ ×ｌ Ｑ Ｉ’ｌ、印加電圧を１
０Ｖとすると接合容量は３． ２Ｘ １０−”Ｆとなり
、負荷抵抗の値を１０１（Ωとしても３ｄＢ遮断周波Ｘ
ｔは５０ Ｇ Ｈｚとなる。
て透明となるので、例えば入射光２４として波長１．３
μｍと１． ５μｍの光を同時に入射すると、波長１．
３μｍの光のみが第１の光導波路１６で吸収される。一
方、波長１．５μｍの光は第１の光導波路１６を透過し
て第２の光導波路１７に入射し、ここで吸収される。こ
の時、光吸収層上に設けられたｎ側電極２２とｎ側電極
２３の間に逆バイアスを印加して、第１および第２の光
導波路１６．１７内に空乏層を広げておけば、吸収され
た入射光２４が電流に変換される。本受光素子に必要と
されるｐ−ｎ接合は光導波路に沿った５７ｔｍ程度の長
さの部分だけであり、それ以外に付加的なｐ−ｎ接合が
生じないように第１図に示す分離溝２５によって電気的
分離を行う。こうずれは、［）−ｎ接合の面積は光導波
路の厚さ（例えばＩＢｔｎ程度）Ｘ５μｍとなるので、
従来の受光素子のｐ −１１接合の面積よりも大幅に低
減され、接合容量も非常に小さくなる。例えば光吸収層
のキャリア濃度を５ ×ｌ Ｑ Ｉ’ｌ、印加電圧を１
０Ｖとすると接合容量は３． ２Ｘ １０−”Ｆとなり
、負荷抵抗の値を１０１（Ωとしても３ｄＢ遮断周波Ｘ
ｔは５０ Ｇ Ｈｚとなる。
また、本受光素子は表面が平坦ないわゆるブレーナ構造
となっていることから、光電子Ｓ積回路への応用も容易
である。電子素子を集積イヒするためには、例えば光吸
収層の光導波路以外の部分をＦＥＴのチャネル層として
利用すればよい。あるいはこの部分をコレクタ層として
、その上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰベース層およびｎ−Ｔｎ
Ｐエミッタ層を積層してヘテロ接合バイポーラ・トラン
ジスタを構成することも可能である。
となっていることから、光電子Ｓ積回路への応用も容易
である。電子素子を集積イヒするためには、例えば光吸
収層の光導波路以外の部分をＦＥＴのチャネル層として
利用すればよい。あるいはこの部分をコレクタ層として
、その上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰベース層およびｎ−Ｔｎ
Ｐエミッタ層を積層してヘテロ接合バイポーラ・トラン
ジスタを構成することも可能である。
次に、本発明の第２の実施例の受光素子の断面図を第３
図に示す。第３図は第２図と同じ部分の断面図であり、
第２図と同じ機能を有する箇所には同一の番号を付して
いる。本実施例が第１の実施例と異なるのは、第１およ
び第２の光導波路がリッジ型となっている点のみである
。光導波路をリッジ型にすると表面がブレーナでなくな
るという欠点があるものの、平坦な基板玉に第１および
第２の光吸収層を結晶成長できるというメリットがある
。
図に示す。第３図は第２図と同じ部分の断面図であり、
第２図と同じ機能を有する箇所には同一の番号を付して
いる。本実施例が第１の実施例と異なるのは、第１およ
び第２の光導波路がリッジ型となっている点のみである
。光導波路をリッジ型にすると表面がブレーナでなくな
るという欠点があるものの、平坦な基板玉に第１および
第２の光吸収層を結晶成長できるというメリットがある
。
本発明の第３の実施例の受光素子の断面図を第４図に示
す。第４図も第２図と同じ部分の断面図であり、第２図
と同じ機能を有する箇所には同一の番号を付している。
す。第４図も第２図と同じ部分の断面図であり、第２図
と同じ機能を有する箇所には同一の番号を付している。
本実施例が第１の実施例と異なるのは、光吸収層の上に
クラッド層２６が積層されている点のみである。クラッ
ドＮ２６を積層するとｐ−ｎ接合の面積が大きくなると
いう欠点があるものの、第１の光吸収層の導波損失が小
さくなるというメリットがある。
クラッド層２６が積層されている点のみである。クラッ
ドＮ２６を積層するとｐ−ｎ接合の面積が大きくなると
いう欠点があるものの、第１の光吸収層の導波損失が小
さくなるというメリットがある。
なお、以上の実施例の説明においては、本発明の受光素
子を構成する材料がＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系であるとし
たが、［ｎＧａＡｌＡｓ／ｌｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系等の他の半導体材料を用いてもよいことは言う
までもない。
子を構成する材料がＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系であるとし
たが、［ｎＧａＡｌＡｓ／ｌｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系等の他の半導体材料を用いてもよいことは言う
までもない。
発明の効果
以−ヒ述へてきたように、本発明を用いれば２波長以上
の入射光に対して波長選択機能を有する受光素子を容易
に構成できろ。この受光素子は高速動作が可能な上に、
他の電子素子とも集積化して光電子集積回路とするとい
った応用も容易である。
の入射光に対して波長選択機能を有する受光素子を容易
に構成できろ。この受光素子は高速動作が可能な上に、
他の電子素子とも集積化して光電子集積回路とするとい
った応用も容易である。
第１図は本発明の一実施例の受光素子の斜視図、第２図
は第１図のＡ−Ａ’線の断面図、第３図および第４図は
他の実施例の受光素子の断面図、第５図は従来の受光素
子の断面図である。 １３・・・基板、１４・・・第１の光吸収層、１５・・
・第２の光吸収層、１６・・・第１の光導波路、１７・
・・第２の光導波路、２０・・・第１のρ−ｎ接合、２
Ｉ・・・第２のｐ−ｎ接合。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 ！４第１Ｉ？光吸収１ 第 ２ ＠ 第２の光砺しＤρ曾 １３石」及第 ３（２Ｎ 第４図 光吸収層
は第１図のＡ−Ａ’線の断面図、第３図および第４図は
他の実施例の受光素子の断面図、第５図は従来の受光素
子の断面図である。 １３・・・基板、１４・・・第１の光吸収層、１５・・
・第２の光吸収層、１６・・・第１の光導波路、１７・
・・第２の光導波路、２０・・・第１のρ−ｎ接合、２
Ｉ・・・第２のｐ−ｎ接合。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 ！４第１Ｉ？光吸収１ 第 ２ ＠ 第２の光砺しＤρ曾 １３石」及第 ３（２Ｎ 第４図 光吸収層
Claims (1)
- 半絶縁性半導体基板と、前記基板の一部領域上に形成
され前記基板よりも屈折率の高い半導体薄膜よりなりか
つ第１の光導波路を含む第１の光吸収層と、前記基板の
前記第１の光吸収層が形成された領域以外の領域上に前
記第１の光吸収層に接して形成され前記第１の光吸収層
よりもバンド・ギャップの小さい半導体薄膜よりなりか
つ第２の光導波路を含む第２の光吸収層とを含み、前記
第１および第２の光導波路が光学的に結合されており、
かつ前記第１および第２の光導波路に沿って前記基板に
垂直にｐ−ｎ接合が形成されるように前記第１および第
２の光吸収層の導電型が反転していることを特徴とする
受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298384A JPH01140678A (ja) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62298384A JPH01140678A (ja) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01140678A true JPH01140678A (ja) | 1989-06-01 |
Family
ID=17859000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62298384A Pending JPH01140678A (ja) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01140678A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03174503A (ja) * | 1989-12-04 | 1991-07-29 | Canon Inc | 光波長フィルター及びそれを用いた装置 |
| JP2009117708A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Toshiba Corp | 導波路型光検出装置およびその製造方法 |
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| JPS61204987A (ja) * | 1985-03-08 | 1986-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発受光装置 |
| JPS62165981A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 受光素子 |
-
1987
- 1987-11-26 JP JP62298384A patent/JPH01140678A/ja active Pending
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