JPH088448A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
- Publication number
- JPH088448A JPH088448A JP6135772A JP13577294A JPH088448A JP H088448 A JPH088448 A JP H088448A JP 6135772 A JP6135772 A JP 6135772A JP 13577294 A JP13577294 A JP 13577294A JP H088448 A JPH088448 A JP H088448A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- semiconductor
- electrode
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 1素子で光検出器および光変調器として機能
する透過型の半導体光素子において、面に対して光の入
出射を可能にする。 【構成】 半導体基板上に、第1の導電型の第1の半導
体層と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第2
の半導体層と、第2の導電型の第3の半導体層と、光を
吸収する第4の半導体層と、第1の導電型の第5の半導
体層とを積層し、第4の半導体層で吸収される光に応じ
た電流を取り出す第1の電極と、第2の半導体層に電圧
を印加する第2の電極とを形成する。
する透過型の半導体光素子において、面に対して光の入
出射を可能にする。 【構成】 半導体基板上に、第1の導電型の第1の半導
体層と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第2
の半導体層と、第2の導電型の第3の半導体層と、光を
吸収する第4の半導体層と、第1の導電型の第5の半導
体層とを積層し、第4の半導体層で吸収される光に応じ
た電流を取り出す第1の電極と、第2の半導体層に電圧
を印加する第2の電極とを形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1素子で光検出器およ
び光変調器として機能する半導体光素子に関する。
び光変調器として機能する半導体光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、光双方向伝送システムの基本構
成を示すブロック図である。図において、対向する伝送
装置1,2間で通信を行う光双方向伝送システムでは、
光伝送路として方向別に2本の光ファイバ3,4が設け
られる。一方の伝送装置では、受信器となる光電気変換
器5と送信器となる電気光変換器6がそれぞれ光ファイ
バ3,4に接続される。他方の伝送装置においても同様
である。
成を示すブロック図である。図において、対向する伝送
装置1,2間で通信を行う光双方向伝送システムでは、
光伝送路として方向別に2本の光ファイバ3,4が設け
られる。一方の伝送装置では、受信器となる光電気変換
器5と送信器となる電気光変換器6がそれぞれ光ファイ
バ3,4に接続される。他方の伝送装置においても同様
である。
【0003】ここで、両方の伝送装置に光源(電気光変
換器6)を設けるのは不経済であるとの理由で、図7に
示す伝送装置が提案された。この伝送装置は、光カプラ
7に光電気変換器5と透過型光変調器8を接続した構成
である。光信号は光カプラ7を介して光電気変換器5に
受信される。また、光カプラ7で分配された光信号は透
過型光変調器8で変調して折り返し送信される。
換器6)を設けるのは不経済であるとの理由で、図7に
示す伝送装置が提案された。この伝送装置は、光カプラ
7に光電気変換器5と透過型光変調器8を接続した構成
である。光信号は光カプラ7を介して光電気変換器5に
受信される。また、光カプラ7で分配された光信号は透
過型光変調器8で変調して折り返し送信される。
【0004】図8は、図7の光双方向伝送システムで伝
送される光信号を示す。(1) は伝送装置1から伝送装置
2へ伝送される光信号である。伝送装置1の送信信号で
変調した変調光aと無変調光(直流光)が時分割で送ら
れ、この変調光aが伝送装置2の光電気変換器5に受信
される。(2) は伝送装置2から伝送装置1へ伝送される
光信号である。伝送装置1から伝送装置2へ伝送された
変調光aの一部が透過型光変調器8を介して折り返され
る。また、透過型光変調器8は、無変調光を伝送装置2
の送信信号で変調して変調光bを送出する。
送される光信号を示す。(1) は伝送装置1から伝送装置
2へ伝送される光信号である。伝送装置1の送信信号で
変調した変調光aと無変調光(直流光)が時分割で送ら
れ、この変調光aが伝送装置2の光電気変換器5に受信
される。(2) は伝送装置2から伝送装置1へ伝送される
光信号である。伝送装置1から伝送装置2へ伝送された
変調光aの一部が透過型光変調器8を介して折り返され
る。また、透過型光変調器8は、無変調光を伝送装置2
の送信信号で変調して変調光bを送出する。
【0005】このように伝送装置2は、対向する伝送装
置1から送られた無変調光を変調することにより送信処
理を行うことができた。しかし、伝送装置2に光源が不
要となったものの、光カプラ7が加わって部品点数が3
個となり、大幅なコスト低下は望めなかった。
置1から送られた無変調光を変調することにより送信処
理を行うことができた。しかし、伝送装置2に光源が不
要となったものの、光カプラ7が加わって部品点数が3
個となり、大幅なコスト低下は望めなかった。
【0006】そこで、図9に示すように、光検出器と光
変調器を一体化した透過型光検出変調器9を用いた構成
が提案された。(2) は透過型光検出変調器9の断面図で
あり、光導波路構造の光検出部9−1と光変調部9−2
が縦続に接続された構成になっている。透過型光検出変
調器9では、図8(1) に示すように変調光aと無変調光
が時分割で伝送されたとすると、光検出部9−1で変調
光aが受信信号Rに変換される。また、光検出部9−1
を透過した変調光aと無変調光は光変調部9−2に入力
され、その無変調光が伝送装置2の送信信号Sで変調さ
れ、変調光bとなって送出される。
変調器を一体化した透過型光検出変調器9を用いた構成
が提案された。(2) は透過型光検出変調器9の断面図で
あり、光導波路構造の光検出部9−1と光変調部9−2
が縦続に接続された構成になっている。透過型光検出変
調器9では、図8(1) に示すように変調光aと無変調光
が時分割で伝送されたとすると、光検出部9−1で変調
光aが受信信号Rに変換される。また、光検出部9−1
を透過した変調光aと無変調光は光変調部9−2に入力
され、その無変調光が伝送装置2の送信信号Sで変調さ
れ、変調光bとなって送出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図9に示す
透過型光検出変調器9を用いることにより、部品点数が
1個となってコスト低下は可能になった。しかし、この
透過型光検出変調器9は、その光導波路と光伝送路とな
る光ファイバ3,4との結合が一般に容易ではなく、結
合部材または結合作業に新たなコストがかかっていた。
透過型光検出変調器9を用いることにより、部品点数が
1個となってコスト低下は可能になった。しかし、この
透過型光検出変調器9は、その光導波路と光伝送路とな
る光ファイバ3,4との結合が一般に容易ではなく、結
合部材または結合作業に新たなコストがかかっていた。
【0008】本発明は、1素子で光検出器および光変調
器として機能する透過型光検出変調器において、面に対
して光の入出射を可能にした構造の半導体光素子を提供
することを目的とする。
器として機能する透過型光検出変調器において、面に対
して光の入出射を可能にした構造の半導体光素子を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体光素子
は、半導体基板上に、第1の導電型の第1の半導体層
と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第2の半
導体層と、第2の導電型の第3の半導体層と、光を吸収
する第4の半導体層と、第1の導電型の第5の半導体層
とを積層し、第4の半導体層で吸収される光に応じた電
流を取り出す第1の電極と、第2の半導体層に電圧を印
加する第2の電極とを形成する(請求項1)。
は、半導体基板上に、第1の導電型の第1の半導体層
と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する第2の半
導体層と、第2の導電型の第3の半導体層と、光を吸収
する第4の半導体層と、第1の導電型の第5の半導体層
とを積層し、第4の半導体層で吸収される光に応じた電
流を取り出す第1の電極と、第2の半導体層に電圧を印
加する第2の電極とを形成する(請求項1)。
【0010】また、第2の半導体層および第4の半導体
層は、III-V族化合物半導体材料で形成される(請求項
2)。また、第2の半導体層は、多重量子井戸構造また
はバルク構造とする(請求項3)。
層は、III-V族化合物半導体材料で形成される(請求項
2)。また、第2の半導体層は、多重量子井戸構造また
はバルク構造とする(請求項3)。
【0011】また、第2の半導体層は、印加電圧に応じ
て光の吸収係数が変化する半導体層を第1導電型δドー
プ層と第2導電型δドープ層とで挟んだものを多層に積
層した構造とする(請求項4)。
て光の吸収係数が変化する半導体層を第1導電型δドー
プ層と第2導電型δドープ層とで挟んだものを多層に積
層した構造とする(請求項4)。
【0012】また、第2の半導体層を請求項3の構造と
した場合に、第1の電極は、第5の半導体層の上に光が
入射する第1の窓をあけて形成される電極と、第4の半
導体層および第5の半導体層の一部が除去されて露出し
た第3の半導体層上に形成された電極とにより構成す
る。第2の電極は、半導体基板の一部が除去されて露出
した第1の半導体層上に、第5の半導体層に入射された
光がその下の各層を通過して外部に出射される位置に第
2の窓をあけて形成される電極と、第3の半導体層上に
形成された電極とにより構成する(請求項5)。
した場合に、第1の電極は、第5の半導体層の上に光が
入射する第1の窓をあけて形成される電極と、第4の半
導体層および第5の半導体層の一部が除去されて露出し
た第3の半導体層上に形成された電極とにより構成す
る。第2の電極は、半導体基板の一部が除去されて露出
した第1の半導体層上に、第5の半導体層に入射された
光がその下の各層を通過して外部に出射される位置に第
2の窓をあけて形成される電極と、第3の半導体層上に
形成された電極とにより構成する(請求項5)。
【0013】また、第2の半導体層を請求項4の構造と
した場合に、第1の電極は、第5の半導体層の上に光が
入射する窓をあけて形成される電極と、第4の半導体層
および第5の半導体層の一部が除去されて露出した第3
の半導体層上に形成された電極により構成する。第2の
電極は、第2の半導体層の両側面から各δドープ層を挟
む位置に形成する(請求項6)。
した場合に、第1の電極は、第5の半導体層の上に光が
入射する窓をあけて形成される電極と、第4の半導体層
および第5の半導体層の一部が除去されて露出した第3
の半導体層上に形成された電極により構成する。第2の
電極は、第2の半導体層の両側面から各δドープ層を挟
む位置に形成する(請求項6)。
【0014】
【作用】本発明の半導体光素子では、第5の半導体層に
入射された光が第4の半導体層で吸収されて第1の電極
からその信号が取り出される。さらに、そこを通過した
光は第2の半導体層に達し、第2の電極から印加される
電圧に応じた吸収係数の変化によって変調され、第1の
半導体層および半導体基板(半導体基板に窓をあけた場
合には第1の半導体層)を介して出射される。すなわ
ち、光検出部となる第4の半導体層と、光変調部となる
第2の半導体層とを光の入射方向に積層することによ
り、透過型でかつ面に対して光の入出射が可能な構造を
実現することができる。
入射された光が第4の半導体層で吸収されて第1の電極
からその信号が取り出される。さらに、そこを通過した
光は第2の半導体層に達し、第2の電極から印加される
電圧に応じた吸収係数の変化によって変調され、第1の
半導体層および半導体基板(半導体基板に窓をあけた場
合には第1の半導体層)を介して出射される。すなわ
ち、光検出部となる第4の半導体層と、光変調部となる
第2の半導体層とを光の入射方向に積層することによ
り、透過型でかつ面に対して光の入出射が可能な構造を
実現することができる。
【0015】第2の半導体層および第4の半導体層をII
I-V族化合物半導体材料で形成することにより、効率の
よい光検出および光変調ができる。第2の半導体層を多
重量子井戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調
動作ができる。第2の半導体層をバルク構造とすること
により、光変調するための印加電圧は高くなるものの製
造が簡単である。
I-V族化合物半導体材料で形成することにより、効率の
よい光検出および光変調ができる。第2の半導体層を多
重量子井戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調
動作ができる。第2の半導体層をバルク構造とすること
により、光変調するための印加電圧は高くなるものの製
造が簡単である。
【0016】第2の半導体層をδドープ層を挿入した多
層構造とすることにより、単一層のものを直列に接続し
た場合と等価になり、印加電圧をオフにしたときの吸収
係数が大きくなり、大きな消光比を得ることができる。
層構造とすることにより、単一層のものを直列に接続し
た場合と等価になり、印加電圧をオフにしたときの吸収
係数が大きくなり、大きな消光比を得ることができる。
【0017】また、第5の半導体層から半導体基板まで
の光の経路に沿って、第1の電極および第2の電極が窓
を形成することにより、電極の取り付けと光の経路を同
時に確保することができる。なお、第3の半導体層上に
形成される電極は、第1の電極の一方の電極および第2
の電極の一方の電極として共通に用いられる。
の光の経路に沿って、第1の電極および第2の電極が窓
を形成することにより、電極の取り付けと光の経路を同
時に確保することができる。なお、第3の半導体層上に
形成される電極は、第1の電極の一方の電極および第2
の電極の一方の電極として共通に用いられる。
【0018】また、第2の半導体層をδドープ層を挿入
した多層構造とした場合には、第2の電極を第2の半導
体層の両側面から各δドープ層を挟むように構成するこ
とにより、個々の光変調層に電圧を印加することができ
る。
した多層構造とした場合には、第2の電極を第2の半導
体層の両側面から各δドープ層を挟むように構成するこ
とにより、個々の光変調層に電圧を印加することができ
る。
【0019】
【実施例】図1は、本発明の半導体光素子の第1実施例
の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示し、
(2) は素子構造を示す。
の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示し、
(2) は素子構造を示す。
【0020】図において、半絶縁性のSI-InP基板10の
上に、厚さ 0.3μmのp-InGaAsP 層(λg=1.2μm)1
1、厚さ4μmのi-InGaAsP/InP 多重量子井戸(MQ
W)層(λg=1.3μm)12、厚さ 0.3μmのn-InP 層
13、厚さ 0.2μmのi-In0.53Ga0.47As層14、厚さ
0.3μmのp-InGaAsP 層(λg=1.2μm)15を順次積
層し、ウエハを製作する。成長方法は、MQW層を制御
よく形成できる有機金属気相成長法(MOCVD)を用
いる。λg はバンドギャップ波長である。
上に、厚さ 0.3μmのp-InGaAsP 層(λg=1.2μm)1
1、厚さ4μmのi-InGaAsP/InP 多重量子井戸(MQ
W)層(λg=1.3μm)12、厚さ 0.3μmのn-InP 層
13、厚さ 0.2μmのi-In0.53Ga0.47As層14、厚さ
0.3μmのp-InGaAsP 層(λg=1.2μm)15を順次積
層し、ウエハを製作する。成長方法は、MQW層を制御
よく形成できる有機金属気相成長法(MOCVD)を用
いる。λg はバンドギャップ波長である。
【0021】なお、i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12
は、厚さ 4.5nmのInGaAsP 量子井戸層と、InP バリア
層と、厚さ10nmのInGaAsP 量子井戸層の3層構造を 2
76層積層させたものである。
は、厚さ 4.5nmのInGaAsP 量子井戸層と、InP バリア
層と、厚さ10nmのInGaAsP 量子井戸層の3層構造を 2
76層積層させたものである。
【0022】半導体光素子は、p-InGaAsP 層15の上
に、入射光が入る窓を除いて光検出器用p電極としてAu
ZnNi電極17が形成される。また、その窓に対応する光
透過部分のSI-InP基板10をエンチングにより除去す
る。そして、露出したp-InGaAsP層11上に、出射光の
窓となる部分を除いて光変調器用p電極としてAuZnNi電
極18が形成される。また、n-InP 層13上の結晶が一
部除去され、光検出器・光変調器共用n電極としてAuGe
Ni電極19が形成される。
に、入射光が入る窓を除いて光検出器用p電極としてAu
ZnNi電極17が形成される。また、その窓に対応する光
透過部分のSI-InP基板10をエンチングにより除去す
る。そして、露出したp-InGaAsP層11上に、出射光の
窓となる部分を除いて光変調器用p電極としてAuZnNi電
極18が形成される。また、n-InP 層13上の結晶が一
部除去され、光検出器・光変調器共用n電極としてAuGe
Ni電極19が形成される。
【0023】ここで、p-InGaAsP 層15は、AuZnNi電極
(光検出器用p電極)17のオーミックコンタクト用結
晶である。p-InGaAsP 層11は、AuZnNi電極(光変調器
用p電極)18のオーミックコンタクト用結晶である。
n-InP 層13は、AuGeNi電極(光検出器・光変調器共用
n電極)19のオーミックコンタクト用結晶である。i-
In0.53Ga0.47As層14は光検出部となる吸収領域であ
る。i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12は光変調部とな
る結晶である。
(光検出器用p電極)17のオーミックコンタクト用結
晶である。p-InGaAsP 層11は、AuZnNi電極(光変調器
用p電極)18のオーミックコンタクト用結晶である。
n-InP 層13は、AuGeNi電極(光検出器・光変調器共用
n電極)19のオーミックコンタクト用結晶である。i-
In0.53Ga0.47As層14は光検出部となる吸収領域であ
る。i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12は光変調部とな
る結晶である。
【0024】図2は、第1実施例の光検出部および光変
調部の吸収スペクトルを示す図である。図において、
(1) は光検出部の吸収スペクトルである。吸収端が1.65
μmのところにあるので、波長1.3 μmの光の吸収係数
は非常に高く、比較的薄い吸収層で光信号を検出するこ
とができる。(2) は光変調部の吸収スペクトルであり、
aは素子に電圧を印加しない場合の吸収スペクトルであ
り、以下素子に印加する逆バイアス電圧が大きくなるに
つれて吸収スペクトルb,c,dのように変化する。こ
れは、i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12における量子
閉じ込めシュタルク効果(QCSE)による。したがっ
て、適当な直流逆バイアスに送信信号Sを重畳して印加
することにより、波長1.3 μmの光における吸収係数を
変化させ、送信信号Sに応じた変調光を生成することが
できる。本実施例の場合には、ピークツーピーク2Vで
変調光が得られ、消光比は10dBであった。
調部の吸収スペクトルを示す図である。図において、
(1) は光検出部の吸収スペクトルである。吸収端が1.65
μmのところにあるので、波長1.3 μmの光の吸収係数
は非常に高く、比較的薄い吸収層で光信号を検出するこ
とができる。(2) は光変調部の吸収スペクトルであり、
aは素子に電圧を印加しない場合の吸収スペクトルであ
り、以下素子に印加する逆バイアス電圧が大きくなるに
つれて吸収スペクトルb,c,dのように変化する。こ
れは、i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12における量子
閉じ込めシュタルク効果(QCSE)による。したがっ
て、適当な直流逆バイアスに送信信号Sを重畳して印加
することにより、波長1.3 μmの光における吸収係数を
変化させ、送信信号Sに応じた変調光を生成することが
できる。本実施例の場合には、ピークツーピーク2Vで
変調光が得られ、消光比は10dBであった。
【0025】本実施例の半導体光素子では、光検出部で
受信に必要な光の吸収量は全入射光量の1/10程度で十分
である。したがって、対向する伝送装置から送られてき
た変調光のうち、光検出部(14)で吸収されなかった
部分は光変調部(12)を通過して対向する伝送装置に
戻る。一方、変調光に続いて光変調部(12)に入力さ
れる無変調光は、対向する伝送装置へ送る送信信号で変
調される。したがって、対向する伝送装置では自装置宛
の変調光のみを検出する。
受信に必要な光の吸収量は全入射光量の1/10程度で十分
である。したがって、対向する伝送装置から送られてき
た変調光のうち、光検出部(14)で吸収されなかった
部分は光変調部(12)を通過して対向する伝送装置に
戻る。一方、変調光に続いて光変調部(12)に入力さ
れる無変調光は、対向する伝送装置へ送る送信信号で変
調される。したがって、対向する伝送装置では自装置宛
の変調光のみを検出する。
【0026】図3は、本発明の半導体光素子の第2実施
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は素子構造を示す。第1実施例と異なる点は、
光変調部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12に代
えて i-InGaAsPバルク層(λg=1.3μm)21を用いた
ことである。バルク層の成長には、有機金属気相成長法
(MOCVD)を用いる必要はなく、従来からの液相成
長法(LPE)を用いることができる。そのために、本
発明素子の製造コストを下げることができる。
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は素子構造を示す。第1実施例と異なる点は、
光変調部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12に代
えて i-InGaAsPバルク層(λg=1.3μm)21を用いた
ことである。バルク層の成長には、有機金属気相成長法
(MOCVD)を用いる必要はなく、従来からの液相成
長法(LPE)を用いることができる。そのために、本
発明素子の製造コストを下げることができる。
【0027】素子構造は第1実施例と同様である。ただ
し、バルク層を用いているので光変調を行う際の印加電
圧が大きくなる。本実施例の場合には、ピークツーピー
ク10Vで変調光が得られ、消光比は10dBであった。な
お、バルク層の印加電圧の変化によって吸収係数が変わ
るのは、フランツ・ケルディッシュ(Franz-Keldysh)効
果による。
し、バルク層を用いているので光変調を行う際の印加電
圧が大きくなる。本実施例の場合には、ピークツーピー
ク10Vで変調光が得られ、消光比は10dBであった。な
お、バルク層の印加電圧の変化によって吸収係数が変わ
るのは、フランツ・ケルディッシュ(Franz-Keldysh)効
果による。
【0028】図4は、本発明の半導体光素子の第3実施
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は光変調層の構造を示し、(3) は素子構造を示
す。第1実施例または第2実施例と異なる点は、光変調
部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12あるいは i
-InGaAsPバルク層21に代えて、δドープした多層構造
の光変調層30を用いたことである。δドープは、結晶
成長を行う際にシート状にドーパントを積層させたもの
である。その厚さは1原子層以下の極めて薄いものであ
る。
例の構造を示す断面図である。(1)はウエハ構造を示
し、(2) は光変調層の構造を示し、(3) は素子構造を示
す。第1実施例または第2実施例と異なる点は、光変調
部となるi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層12あるいは i
-InGaAsPバルク層21に代えて、δドープした多層構造
の光変調層30を用いたことである。δドープは、結晶
成長を行う際にシート状にドーパントを積層させたもの
である。その厚さは1原子層以下の極めて薄いものであ
る。
【0029】図4(2) に示す光変調層30の構造は、δ
−pドープ層31とδ−nドープ層32を交互に挟みな
がら、複数のi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層(λg=1.3
μm)33を積層したものである。なお、i-InGaAsP バ
ルク層を用いてもよい。
−pドープ層31とδ−nドープ層32を交互に挟みな
がら、複数のi-InGaAsP/InP 多重量子井戸層(λg=1.3
μm)33を積層したものである。なお、i-InGaAsP バ
ルク層を用いてもよい。
【0030】成長方法は、制御性がよい有機金属気相成
長法(MOCVD)を用いる。第1実施例と同様に、半
絶縁性のSI-InP基板10の上にp-InGaAsP 層(λg=1.2
μm)11を積層した後にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層33を堆積し、その後に結晶成長をとめてδ−nドー
プ層32を堆積する。次にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層33を堆積し、同様にδ−pドープ層31を堆積す
る。以下同様の成長を繰り返し、5周期積層した後にn-
InP 層13を積層する。続いて、i-In0.53Ga0.47As層1
4、p-InGaAsP 層(λg=1.2μm)15を積層し、ウエ
ハを製作する。
長法(MOCVD)を用いる。第1実施例と同様に、半
絶縁性のSI-InP基板10の上にp-InGaAsP 層(λg=1.2
μm)11を積層した後にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層33を堆積し、その後に結晶成長をとめてδ−nドー
プ層32を堆積する。次にi-InGaAsP/InP 多重量子井戸
層33を堆積し、同様にδ−pドープ層31を堆積す
る。以下同様の成長を繰り返し、5周期積層した後にn-
InP 層13を積層する。続いて、i-In0.53Ga0.47As層1
4、p-InGaAsP 層(λg=1.2μm)15を積層し、ウエ
ハを製作する。
【0031】半導体光素子は、p-InGaAsP 層15の上
に、入射光の窓となる部分を除いて光検出器用p電極と
してAuZnNi電極17が形成され、その窓に対応する光透
過部分のSI-InP基板10をエンチングにより除去する。
また、光変調層30の両側に光変調器用p電極としてAu
ZnNi電極34と、光変調器用n電極としてAuGeNi電極3
5が形成される。なお、AuGeNi電極35はn-InP 層13
に接続されて光検出器用n電極としても機能させ、AuGe
Ni電極35とp-InGaAsP 層11との間に絶縁をとるため
のSiO2絶縁膜36を挿入する。
に、入射光の窓となる部分を除いて光検出器用p電極と
してAuZnNi電極17が形成され、その窓に対応する光透
過部分のSI-InP基板10をエンチングにより除去する。
また、光変調層30の両側に光変調器用p電極としてAu
ZnNi電極34と、光変調器用n電極としてAuGeNi電極3
5が形成される。なお、AuGeNi電極35はn-InP 層13
に接続されて光検出器用n電極としても機能させ、AuGe
Ni電極35とp-InGaAsP 層11との間に絶縁をとるため
のSiO2絶縁膜36を挿入する。
【0032】ところで、単一層で光変調部の消光比を大
きくとるには、その厚さを厚くしてオフ時の吸収係数を
上げる必要がある。しかし、電界を印加できる厚さには
限界があるので、厚さを単純に厚くして消光比を大きく
することはできない。すなわち、単一層では消光比を大
きくすることはできない。一方、δドープ層を挿入した
多層構造では、単一層の数倍の厚さ(本実施例では5
倍)が実現できる。この多層構造は、実効的には単一層
の光変調器を直列に接続した場合と同等であり、オフ時
の吸収係数を大きくすることができ、大きな消光比を得
ることができる。ここで、δドープを用いているのは、
p電極となるAuZnNi電極34とδ−nドープ層32、n
電極となるAuGeNi電極35とδ−pドープ層31間のリ
ーク電流を極力抑え、透過光のドーパントによる吸収を
極力低くするためである。本実施例で、光変調層30に
i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層33を用いた場合にはピ
ークツーピーク2Vで消光比10dB、i-InGaAsP バルク層
を用いた場合にはピークツーピーク10Vで消光比20dBが
実現できた。
きくとるには、その厚さを厚くしてオフ時の吸収係数を
上げる必要がある。しかし、電界を印加できる厚さには
限界があるので、厚さを単純に厚くして消光比を大きく
することはできない。すなわち、単一層では消光比を大
きくすることはできない。一方、δドープ層を挿入した
多層構造では、単一層の数倍の厚さ(本実施例では5
倍)が実現できる。この多層構造は、実効的には単一層
の光変調器を直列に接続した場合と同等であり、オフ時
の吸収係数を大きくすることができ、大きな消光比を得
ることができる。ここで、δドープを用いているのは、
p電極となるAuZnNi電極34とδ−nドープ層32、n
電極となるAuGeNi電極35とδ−pドープ層31間のリ
ーク電流を極力抑え、透過光のドーパントによる吸収を
極力低くするためである。本実施例で、光変調層30に
i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層33を用いた場合にはピ
ークツーピーク2Vで消光比10dB、i-InGaAsP バルク層
を用いた場合にはピークツーピーク10Vで消光比20dBが
実現できた。
【0033】図5は、本発明の半導体光素子の実装例を
示す図である。ここで用いる半導体光素子は、第1実施
例〜第3実施例のいずれの構造のものでもよい。図にお
いて、半導体光素子40は支持台41に支持され、光の
入出射位置にロッドレンズ42a,42bが装着され
る。そして、全体が光ファイバ用のコネクタ(レセプタ
クル)43a,43bに挟まれた構造になっている。入
射光はロッドレンズ42aを介して平行光となって半導
体光素子40に入射され、出射光はロッドレンズ42b
を介してファイバコネクタのフェルール端面のコアに収
束する。光ファイバのコネクタ43a,43bは、FC
型,PC型,その他のいずれでもよい。半導体光素子4
0の光検出器用p電極44、光変調器用p電極45、光
検出器・光変調器共用n電極46は、モジュールの横か
ら取り出している。
示す図である。ここで用いる半導体光素子は、第1実施
例〜第3実施例のいずれの構造のものでもよい。図にお
いて、半導体光素子40は支持台41に支持され、光の
入出射位置にロッドレンズ42a,42bが装着され
る。そして、全体が光ファイバ用のコネクタ(レセプタ
クル)43a,43bに挟まれた構造になっている。入
射光はロッドレンズ42aを介して平行光となって半導
体光素子40に入射され、出射光はロッドレンズ42b
を介してファイバコネクタのフェルール端面のコアに収
束する。光ファイバのコネクタ43a,43bは、FC
型,PC型,その他のいずれでもよい。半導体光素子4
0の光検出器用p電極44、光変調器用p電極45、光
検出器・光変調器共用n電極46は、モジュールの横か
ら取り出している。
【0034】本発明の半導体光素子は面型素子であるの
で、その実装には通常の半導体レーザなどのモジュール
化と異なり、工程数および時間を大幅に削減することが
できる。なお、実装後の測定では、挿入損失が2dB、光
検出部の感度は0.1A/Wであった。
で、その実装には通常の半導体レーザなどのモジュール
化と異なり、工程数および時間を大幅に削減することが
できる。なお、実装後の測定では、挿入損失が2dB、光
検出部の感度は0.1A/Wであった。
【0035】また、本実装例はレンズを用いた構成にな
っているが、要求される挿入損失条件が緩和される場合
には、レンズを用いずに直接ファイバフェルールを半導
体光素子40に近接させてもよい。
っているが、要求される挿入損失条件が緩和される場合
には、レンズを用いずに直接ファイバフェルールを半導
体光素子40に近接させてもよい。
【0036】なお、以上説明した実施例では、InGaAsP/
InP 系の材料を用いた構成を示したが、InGaAs/InAlAs
系の材料を用いることもできる。
InP 系の材料を用いた構成を示したが、InGaAs/InAlAs
系の材料を用いることもできる。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体光素
子は、光を吸収する半導体層と、光の吸収係数を変化さ
せて変調をかける半導体層を重ね合わせた透過型構造に
より、1素子で光検出器および光変調器として機能させ
ることができる。しかも、面で光の入出射が可能な構造
であるので、光導波路型の従来素子に比べて光ファイバ
とのカップリングが容易である。さらに、受光面積も大
きいので挿入損失を小さくすることができる。
子は、光を吸収する半導体層と、光の吸収係数を変化さ
せて変調をかける半導体層を重ね合わせた透過型構造に
より、1素子で光検出器および光変調器として機能させ
ることができる。しかも、面で光の入出射が可能な構造
であるので、光導波路型の従来素子に比べて光ファイバ
とのカップリングが容易である。さらに、受光面積も大
きいので挿入損失を小さくすることができる。
【0038】なお、光を変調する半導体層を多重量子井
戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調動作が可
能となる。また、δドープ層を挿入した多層構造とする
ことにより、印加電圧をオフにしたときの吸収係数が大
きくなり、大きな消光比を得ることができる。
戸構造とすることにより、低い印加電圧で変調動作が可
能となる。また、δドープ層を挿入した多層構造とする
ことにより、印加電圧をオフにしたときの吸収係数が大
きくなり、大きな消光比を得ることができる。
【0039】本発明の半導体光素子は、対向する伝送装
置から送られた光を受信するとともに、その直流光を変
調して折り返すことにより双方向伝送を行う光双方向伝
送システムにおいて、その伝送装置の送受信器として用
いることができる。さらに、本素子は光ファイバとのカ
ップリングが容易なことから、伝送装置のコストを大幅
に低下させることができる。
置から送られた光を受信するとともに、その直流光を変
調して折り返すことにより双方向伝送を行う光双方向伝
送システムにおいて、その伝送装置の送受信器として用
いることができる。さらに、本素子は光ファイバとのカ
ップリングが容易なことから、伝送装置のコストを大幅
に低下させることができる。
【図1】本発明の半導体光素子の第1実施例の構造を示
す断面図。
す断面図。
【図2】第1実施例の光検出部および光変調部の吸収ス
ペクトルを示す図。
ペクトルを示す図。
【図3】本発明の半導体光素子の第2実施例の構造を示
す断面図。
す断面図。
【図4】本発明の半導体光素子の第3実施例の構造を示
す断面図。
す断面図。
【図5】本発明の半導体光素子の実装例を示す図。
【図6】光双方向伝送システムの基本構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図7】伝送装置2の他の従来構成を示すブロック図。
【図8】図7の光双方向伝送システムで伝送される光信
号を示す図。
号を示す図。
【図9】伝送装置2の他の従来構成を示すブロック図。
10 半絶縁性のSI-InP基板 11 p-InGaAsP 層(λg=1.2μm) 12 i-InGaAsP/InP 多重量子井戸(MQW)層(λg
=1.3μm) 13 n-InP 層 14 i-In0.53Ga0.47As層 15 p-InGaAsP 層(λg=1.2μm) 17 AuZnNi電極 18 AuZnNi電極 19 AuGeNi電極 21 i-InGaAsPバルク層(λg=1.3μm) 30 光変調層 31 δ−pドープ層 32 δ−nドープ層 33 i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層(λg=1.3μm) 34 AuZnNi電極 35 AuGeNi電極 36 SiO2絶縁膜 40 半導体光素子 41 支持台 42 ロッドレンズ 43 コネクタ(レセプタクル) 44 光検出器用p電極 45 光変調器用p電極 46 光検出器・光変調器共用n電極
=1.3μm) 13 n-InP 層 14 i-In0.53Ga0.47As層 15 p-InGaAsP 層(λg=1.2μm) 17 AuZnNi電極 18 AuZnNi電極 19 AuGeNi電極 21 i-InGaAsPバルク層(λg=1.3μm) 30 光変調層 31 δ−pドープ層 32 δ−nドープ層 33 i-InGaAsP/InP 多重量子井戸層(λg=1.3μm) 34 AuZnNi電極 35 AuGeNi電極 36 SiO2絶縁膜 40 半導体光素子 41 支持台 42 ロッドレンズ 43 コネクタ(レセプタクル) 44 光検出器用p電極 45 光変調器用p電極 46 光検出器・光変調器共用n電極
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上に、第1の導電型の第1の
半導体層と、印加電圧に応じて光の吸収係数が変化する
第2の半導体層と、第2の導電型の第3の半導体層と、
光を吸収する第4の半導体層と、第1の導電型の第5の
半導体層とを積層し、 前記第4の半導体層で吸収される光に応じた電流を取り
出す第1の電極と、前記第2の半導体層に電圧を印加す
る第2の電極とを備えたことを特徴とする半導体光素
子。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体光素子におい
て、 第2の半導体層および第4の半導体層は、III-V族化合
物半導体材料で形成されたことを特徴とする半導体光素
子。 - 【請求項3】 請求項1に記載の半導体光素子におい
て、 第2の半導体層は、多重量子井戸構造またはバルク構造
であることを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項4】 請求項1に記載の半導体光素子におい
て、 第2の半導体層は、印加電圧に応じて光の吸収係数が変
化する半導体層を第1導電型δドープ層と第2導電型δ
ドープ層とで挟んだものを多層に積層した構造であるこ
とを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項5】 請求項3に記載の半導体光素子におい
て、 第1の電極は、第5の半導体層の上に光が入射する第1
の窓をあけて形成される電極と、第4の半導体層および
第5の半導体層の一部が除去されて露出した第3の半導
体層上に形成された電極とにより構成され、 第2の電極は、半導体基板の一部が除去されて露出した
第1の半導体層上に、前記第5の半導体層に入射された
光がその下の各層を通過して外部に出射される位置に第
2の窓をあけて形成される電極と、前記第3の半導体層
上に形成された電極とにより構成されたことを特徴とす
る半導体光素子。 - 【請求項6】 請求項4に記載の半導体光素子におい
て、 第1の電極は、第5の半導体層の上に光が入射する窓を
あけて形成される電極と、第4の半導体層および第5の
半導体層の一部が除去されて露出した第3の半導体層上
に形成された電極により構成され、 第2の電極は、第2の半導体層の両側面から各δドープ
層を挟む位置に形成されたことを特徴とする半導体光素
子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6135772A JPH088448A (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 半導体光素子 |
DE69501686T DE69501686T2 (de) | 1994-06-14 | 1995-06-12 | Bidirektionales, optisches Übertragungssystem |
EP95401354A EP0688111B1 (en) | 1994-06-14 | 1995-06-12 | Bidirectional optical transmission system |
US08/489,675 US5608565A (en) | 1994-06-14 | 1995-06-13 | Bidirectional optical transmission system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6135772A JPH088448A (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 半導体光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH088448A true JPH088448A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15159504
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6135772A Pending JPH088448A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-17 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH088448A (ja) |
-
1994
- 1994-06-17 JP JP6135772A patent/JPH088448A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2770996B2 (ja) | 多重チャンネル空胴レーザー | |
Wakita et al. | High-speed InGaAlAs/InAlAs multiple quantum well optical modulators | |
US20110110628A1 (en) | Semiconductor light-receiving element, optical communication device, optical interconnect module, and photoelectric conversion method | |
EP0762157A2 (en) | Optical integrated circuit and method for fabricating the same | |
US6148015A (en) | Device, in particular a semiconductor device, for processing two waves, in particular light waves | |
US5926585A (en) | Waveguide type light receiving element | |
Larsson et al. | High‐speed dual‐wavelength demultiplexing and detection in a monolithic superlattice p‐i‐n waveguide detector array | |
EP0252565B1 (fr) | Dispositif semiconducteur intégré du type dispositif de couplage entre un photodéecteur et un guide d'ond lumineuse | |
US6835990B2 (en) | Semiconductor light receiving element | |
US4916305A (en) | Optical detectors with selective bias voltage application | |
JPH08111559A (ja) | 半導体発受光素子及び装置 | |
Steenbergen et al. | Compact low loss 8/spl times/10 GHz polarisation independent WDM receiver | |
JPH088448A (ja) | 半導体光素子 | |
EP0369706B1 (en) | Optical intensity modulator | |
JP3111982B2 (ja) | 導波路型半導体光素子 | |
CN111900629B (zh) | 一种反射式半导体光放大器 | |
Bossi et al. | Regrowth-free waveguide-integrated photodetector with efficient total-internal-reflection coupling | |
Pathak et al. | InGaAs-InP PI (MQW)-N surface-normal electroabsorption modulators exhibiting better than 8: 1 contrast ratio for 1.55-μm applications grown by gas-source MBE | |
JPH10144950A (ja) | 半導体受光デバイス | |
JP3203539B2 (ja) | 双方向光伝送システム及び方法 | |
JPH06204549A (ja) | 導波路型受光素子並びにその製造方法及びその駆動方法 | |
JP2646978B2 (ja) | 半導体受光素子 | |
JP2833615B2 (ja) | 光半導体集積素子 | |
JP2672141B2 (ja) | 光検出器 | |
JP2895099B2 (ja) | 光検出器 |