JPH0250487A - 半導体受光素子 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体受光素子に関し、特に光通信波長多重シ
ステムの受光用として多波長入力光を吸収受光する機能
を有する半導体受光素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の半導体受光素子では光電流変換は一つの
半導体光吸収層を介して行われる。

第５図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来半導体受光素
子の代表的構造の平面図およびそのＡ−Ａ’断面図を示
すものであるが、その構造は図面から明らかなように、
例えば底部に電極端子５が設けられたＰ＋形ＩｎＰ基板
１と、Ｐ＋形ＩｎＰ２と、ｎ形ＩｎＰアバランシェ領域
層３と、上部に電極端子が設けられたｎ形ＩｎＧａＡｓ
吸収層４との４層構造から成り、ｎ形ＩｎＧａＡｓ吸収
層４は受光面１０からの入射光に励起されて光電変換電
流を層内に発生せしめる。ここで、電極端子５および６
はそれぞれ電源電圧を供給する。

この種の半導体受光素子は、第６図に示すように１つの
吸収層内に、１つのバンドギャップエネルギー帯３３の
みを有し、多様な帯域幅の光を一括して受光する。

すなわち、価電子帯３１の電子３４は１２００ｎｍの光
３６．１３００ｎｍの光３７および１５００ｎｍの光３
８を吸収し、それぞれ伝導帯３２のバンドギャップエネ
ルギー帯３３に励起される。そのため、特定の帯域幅の
光のみ受光する場合にはフィルタ等を設置し、多重波長
光による光通信システムでは、こうした特性帯域幅の光
を受光する半導体素子を複数設けていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の半導体受光素子は、素子内部の吸収層内
部に唯一つのバンドギャップエネルギー帯を有するだけ
であるので、この吸収層の吸収特性を受光波長に対し広
範囲に設定し受光帯域をかなり広範囲に設定するのが通
常である。

第７図および第８図は従来半導体受光素子における光吸
収層の受光波長に対する吸収　特性および光電変換特性
をそれぞれ示す図であるが、第７図からも明らかなよう
に、従来の受光素子におけるｎ形１ｎＧａＡｓ吸収層４
は代表的な受光波長λＩ（１２００ｎｍ）、λｔ　（１
３００ｎｍ）およびλ。

（１５００ｎｍ）の光子エネルギー（Ｅ）に対してそれ
ぞれ良好な吸収係数（Ｋ）を示−している。

従って、これを表１のようにまとめると、従来のｎ形Ｉ
ｎＧａＡｓ吸収層４は第８図で明らかなように上記帯域
の波長光をそれぞれ効率的に光電変換することが理解さ
れる。

しかしながら、特定の波長帯のみの受光を必要とする例
えば光通信または光計測の各システム分野ではむしろ受
光帯域が狭帯域であることが要求される。しかし、唯一
つの吸収層のみでこの要求を満たすことは技術上困難な
問題を含むので、フィルタまたはスプリンタ等の伴用に
よって一応解決しているのが現状である。従って、多重
波長光を利用する光通信システムでは、このようなフィ
ルタを設けた複数の受光素子を必要とし、システム装置
が大型化してコスト低減ができず、また、変換効率も低
下するのでシステムの品質向上を期待することができな
い。

本発明の目的は、上記の状況に鑑み、複数の特定の波長
光を選択的に効率良く光電変換し得る半導体受光素子を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体受光素子は、１つの吸収層内に異なる複
数のバンドギャップエネルギー帯と、そのバンドギャッ
プエネルギー帯毎に発生する光電変換電流を外部に導出
する複数の電極とを有し、各波長に対応したバンドギャ
ップエネルギー帯で各波長光を同時に独立して吸収受光
できる機能を有している。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）は本発明の半導体受光素子の一実施例を示
す平面図である。第１図（ｂ）には、第１図（ａ）の半
導体受光素子のＡ−Ａ’断面構造を示す。第１図（ｂ）
において電極端子５が底部に設けられたＰ＋形ＩｎＰ基
板ｌ上にＰ＋形ＩｎＰ層２、ｎ形ＩｎＰアバランシェ領
域層３および上部に電極端子６の設けられたｎ形ＩｎＧ
ａＡｓ吸収層４が形成される。ｎ形Ｉ　ｎＧａＡｓ吸収
層４には、吸収層内のバンドギャップエネルギーの違い
に応じて電極７，８．９が設けられている。

次にｎ形Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ吸収層４内のエネルギ
ー帯について第２図を参照して説明する。

ｎ形ＩｎＧａＡｓ吸収層４内のバンドギャップエネルギ
ー帯は各入力波長光１８，１９．２０に応答する様に、
伝導帯１２と価電子帯１１との間に形成される。これは
吸収層内での不純物濃度をステップ状に作ることで実現
される。

波長１２００ｎｍ光１８は、価電子帯１１にある光吸収
前の電子１６をバンドギャップエネルギー１５にのみ励
起する。また、波長１３００ｒ＋ｍ光１９は、価電子帯
】１にある光吸収前の電子１６をバンドギャップエネル
ギー１４にのみ励起する。

そして波長１５００ｎｍ光２０は、価電子帯１１にある
光吸収前の電子１６を、バンドギャップエネルギー１３
にのみ励起する。

すなわち、表２に示すようにｎ形ＩｎＧａＡｓ吸収層４
のバンドギャップエネルギー１３，１４゜１５が特定の
受光波長λ、１２００ｎｍ、　　λ、１３００ｎｍ、λ
、１５００ｎｍに対し選択性をもつようにそれぞれの吸
収透過特性に波長依存性があたえられる。

（吸収層における各波長の吸収透過状態）○：光吸収 ×：光透過 ＼：吸収波長以上の波長は入力されない従って、受光面
１０に入った波長λ１．λ２゜λ、からなる多波長の入
力光は、波長λ１のエネルギーに相当するバンドギャッ
プエネルギー帯１３、波長λ２のエネルギーに相当する
バンドギヤ、プエネルギー帯１４、波長λ、のエネルギ
ーに相当するバンドギャップエネルギー帯１５へそれぞ
れ価電子帯の電子を励起する。

そのため、第１図（ｂ）に示したｎ形Ｉ　ｎＧａＡｓ吸
収層４内には、各入力波長に応答する様に、電極７は１
２００ｎｍ光を、電極８は１３００ｎｍ光を、電極９は
１５００ｎｍ光をそれぞれ受光するように設定されて・
いる。

第３図は、第２図のバンドギャップエネルギー帯を吸収
係数の波長（光子エネルギー）依存性の関係で示したも
のである。ｎ形ＩｎＧａＡｓ吸収層内には、バンドギャ
ップエネルギー帯がステップ状に形成されているため、
それぞれの吸収特性は、波長１２００ｒ＋ｍ光２１に対
する特性曲線２４を示し、波長１３００ｎｍ光２２に対
する特性２５を、波長１５００ｎｍ光２３に対する特性
２６を示す。

第４図は、第１図における各電極７，８．９から取り出
した波長感度特性を示す。電極７から１２００ｎｍ光２
１に対応する特性曲線２７が、電極８から１３００ｎｍ
光２２に対応する特性曲線２８が、電極９から１５００
ｎｍ光２３に対応する特性曲線２９が、得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、半導体受光素子の１つの
吸収層内に異なるバンドギャップエネルギー帯を持たせ
ることにより、多波長入力光に対し同時に独立して各波
長を吸収受光でき、システムの増設なしに多重波長を利
用した光通信システムを実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の半導体受光素子の平面図、第１
図（ｂ）は第１図（ａ）の半導体受光素子のＡ−Ａ’断
面図、第２図は本発明の半導体受光素子の吸収層内での
バンドギャップエネルギー帯を示す図、第３図は吸収係
数の波長依存性を示す図、第４図は受光した波長の感度
特性を示す図、第５図（ａ）は従来の半導体受光素子の
平面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）の半導体受光素子
のＡ−Ａ’断面図、第６図は従来の半導体受光素子吸収
層内のバンドギャップエネルギー帯を示す図、第７図は
従来の半導体受光素子の吸収係数の波長依存性を示す図
、第８図は従来の半導体受光素子の波長感度特性を示す
図である。 ｌ・・・・・・Ｐ形ＩｎＰ基板、２・・・・・・Ｐ形Ｉ
ｎＰ層、３・・・・・・ｎ形ＩｎＰアバランシェ領域層
、４・・・・・・ｎ形ＩｎＧａＡｓ吸収層、５，６・・
・・・・電極端子、７．８．９・・・・・・電極、１０
・・・・・・受光面、１１゜３１・・・・・・価電子帯
、１２，３２・・・・・・伝導帯、１３．１４，１５．
３３・・・・・・バンドギャップエネルギー帯、１６．
３４・・・・・・光吸収前の電子、１７，３訃・・・・
・光吸収後の電子、１８，２１，３６．４１・・・・・
・波長１２００ｎｍ光、１９，２２，３７．４２・・・
・・・波長１３００ｎｍ光、２０，２３，３８．４３・
・・・・・波長１５００ｎｍ光、２４，２５，２６．４
４・・・・・・吸収曲線、２７，２８．２９・・・・・
・波長感度特性曲線。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 （ｂノ 第１記 （α） （ｂ） 第Ｓ図 光子エネルギ゛− （シ１と５之、４　　←） 第３図 第４ ス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板と、該半導体基板上に形成され、それぞれが
   異なる波長帯域の光子エネルギー成分を選択吸収する複
   数のバンドギャップエネルギー帯を有する半導体吸収層
   と、該バンドギャップエネルギー帯毎に発生する光電変
   換電流をそれぞれ外部に導出する複数の電極とを含むこ
   とを特徴とする半導体受光素子。