JPH1027921A - 半導体導波路型受光素子 - Google Patents
半導体導波路型受光素子Info
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- JPH1027921A JPH1027921A JP8199860A JP19986096A JPH1027921A JP H1027921 A JPH1027921 A JP H1027921A JP 8199860 A JP8199860 A JP 8199860A JP 19986096 A JP19986096 A JP 19986096A JP H1027921 A JPH1027921 A JP H1027921A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結合損失の少ない高感度の半導体導波路型受
光素子を提供する。 【解決手段】 本半導体導波路型受光素子１０は、ｎ−
ＩｎＰからなる基板１２上に、順次、形成された、キャ
リア濃度が１×１０18ｃｍ-3で、エネルギーバンドの波
長が１．２５μm のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなる厚さ
３μm の第一光閉じ込め層１４、エネルギーバンドの波
長が１．４０μm のノンドープＡｌＧａＩｎＡｓからな
る厚さ０．４μm の光吸収層１６、キャリア濃度が１×
１０18ｃｍ-3でエネルギーバンドの波長が１．２５μm
のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなる厚さ３μm の第二光閉
じ込め層１８、クラッド層２０、及び、ｐ−ＧａＩｎＡ
ｓからなる基板２２の積層構造体を備えている。以上の
構成により、本受光素子は、モードフィールド径が３μ
m 以上になって、受光素子に結合される光ファイバー等
の光部品のモードフィールド径とほぼ等しくなり、かつ
軸ずれトレランスが大きくなるので、高感度で受光でき
る。
光素子を提供する。 【解決手段】 本半導体導波路型受光素子１０は、ｎ−
ＩｎＰからなる基板１２上に、順次、形成された、キャ
リア濃度が１×１０18ｃｍ-3で、エネルギーバンドの波
長が１．２５μm のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなる厚さ
３μm の第一光閉じ込め層１４、エネルギーバンドの波
長が１．４０μm のノンドープＡｌＧａＩｎＡｓからな
る厚さ０．４μm の光吸収層１６、キャリア濃度が１×
１０18ｃｍ-3でエネルギーバンドの波長が１．２５μm
のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなる厚さ３μm の第二光閉
じ込め層１８、クラッド層２０、及び、ｐ−ＧａＩｎＡ
ｓからなる基板２２の積層構造体を備えている。以上の
構成により、本受光素子は、モードフィールド径が３μ
m 以上になって、受光素子に結合される光ファイバー等
の光部品のモードフィールド径とほぼ等しくなり、かつ
軸ずれトレランスが大きくなるので、高感度で受光でき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体導波路型受
光素子に関し、更に詳細には、受光感度が高く、かつ低
歪及び広帯域の半導体導波路型受光素子に関するもので
ある。
光素子に関し、更に詳細には、受光感度が高く、かつ低
歪及び広帯域の半導体導波路型受光素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体導波路型受光素子は、低キャリア
濃度の光吸収層の上下にＰ型の導電層、及びＮ型の導電
層をそれぞれ配置して形成したＰＮ接合を備え、Ｐ型導
電層とＮ型導電層の間に逆バイアス電圧を印加して低キ
ャリア濃度の光吸収層を空乏化し、この空乏層内に生じ
る高電界を利用して、導波路構造体の入射側端面から光
吸収層に入射した信号光を光電変換するものである。す
なわち、半導体導波路型受光素子は、信号光を入射側端
面から半導体導波路を経由して光吸収層に導波し、導波
された入射光によって発生した空乏層内の励起キャリア
を光電流として検出するものである。励起キャリアは、
空乏層内で発生し、空乏層の高電界によって分離され、
ドリフトして、ホールはＰ型導電層に、電子はＮ型導電
層に、それぞれ、到達し、光電流の発生に寄与する。
濃度の光吸収層の上下にＰ型の導電層、及びＮ型の導電
層をそれぞれ配置して形成したＰＮ接合を備え、Ｐ型導
電層とＮ型導電層の間に逆バイアス電圧を印加して低キ
ャリア濃度の光吸収層を空乏化し、この空乏層内に生じ
る高電界を利用して、導波路構造体の入射側端面から光
吸収層に入射した信号光を光電変換するものである。す
なわち、半導体導波路型受光素子は、信号光を入射側端
面から半導体導波路を経由して光吸収層に導波し、導波
された入射光によって発生した空乏層内の励起キャリア
を光電流として検出するものである。励起キャリアは、
空乏層内で発生し、空乏層の高電界によって分離され、
ドリフトして、ホールはＰ型導電層に、電子はＮ型導電
層に、それぞれ、到達し、光電流の発生に寄与する。
【０００３】半導体導波路型受光素子、即ち半導体導波
路型光検出器（以下、簡単に光検出器と言う）は、信号
光の波長選別性、高速性及び広帯域性を備え、かつ発光
素子と同じような構造、形状である等の多くの利点を有
している。しかし、従来の光検出器は、光ファイバ等の
光導波体との結合に際し、光ファイバ内での光の導波径
（モードフィールド径）と光検出器の内の光のモードフ
ィールド径を一致させることが難しいため、そこで結合
損失が起こることが問題視されていた。
路型光検出器（以下、簡単に光検出器と言う）は、信号
光の波長選別性、高速性及び広帯域性を備え、かつ発光
素子と同じような構造、形状である等の多くの利点を有
している。しかし、従来の光検出器は、光ファイバ等の
光導波体との結合に際し、光ファイバ内での光の導波径
（モードフィールド径）と光検出器の内の光のモードフ
ィールド径を一致させることが難しいため、そこで結合
損失が起こることが問題視されていた。
【０００４】光ファイバと光検出器との二つのフィール
ド系の光学的整合は、光の結合損失を小さくするために
非常に重要である。ここで、光学的整合にとって重要な
二つのフィールド系のモードフィールド径の整合につい
て検討する。異なる２つの系のモードフィールド径をそ
れぞれＷ１及びＷ２とし、モードフィールド同士の軸ず
れ量をδとするとき、モードフィールドの結合係数η
は、１次元方向のみを考えて電界の重なり積分を実行す
ると、以下のように定式化されることが知られている。 η＝２・Ｗ１・Ｗ２／｛（Ｗ１）2＋（Ｗ２）2｝×ｅｘ
ｐ［−２δ2／｛（Ｗ１）2＋（Ｗ２）2｝］ 上記の式に基づいて、二つの異なる系のモードフィール
ド径の比と結合損失との関係を計算すると、モードフィ
ールド径の比が約２倍であれば、結合損失は１ｄＢでな
り、モードフィールド径の比が３倍であれば、結合損失
は約２．５ｄＢになる。
ド系の光学的整合は、光の結合損失を小さくするために
非常に重要である。ここで、光学的整合にとって重要な
二つのフィールド系のモードフィールド径の整合につい
て検討する。異なる２つの系のモードフィールド径をそ
れぞれＷ１及びＷ２とし、モードフィールド同士の軸ず
れ量をδとするとき、モードフィールドの結合係数η
は、１次元方向のみを考えて電界の重なり積分を実行す
ると、以下のように定式化されることが知られている。 η＝２・Ｗ１・Ｗ２／｛（Ｗ１）2＋（Ｗ２）2｝×ｅｘ
ｐ［−２δ2／｛（Ｗ１）2＋（Ｗ２）2｝］ 上記の式に基づいて、二つの異なる系のモードフィール
ド径の比と結合損失との関係を計算すると、モードフィ
ールド径の比が約２倍であれば、結合損失は１ｄＢでな
り、モードフィールド径の比が３倍であれば、結合損失
は約２．５ｄＢになる。
【０００５】また、内部量子効率を１００％としたと
き、モードフィールド径の比が２倍になると、波長１．
３μm の信号光に対する受光感度は約０．８５Ａ／Ｗと
なり、モードフィールド径の比が３倍になると、受光感
度は約０．６Ａ／Ｗとなる。
き、モードフィールド径の比が２倍になると、波長１．
３μm の信号光に対する受光感度は約０．８５Ａ／Ｗと
なり、モードフィールド径の比が３倍になると、受光感
度は約０．６Ａ／Ｗとなる。
【０００６】以上のことから、結合損失をできるだけ低
くするためには、光ファイバ或いは石英導波路の端面か
ら出射された光を同じモードフィールド径の光検出器で
受けて、モードフィールド径の不一致を少なくする必要
がある。そこで、光ファイバのモードフィールド径をあ
る限度以下には出来ないことを考慮すると、モードフィ
ールド径ができるだけ一致するようにするには、光検出
器のモードフィールド径を大きくする必要があり、その
ためには、光吸収層の厚さを光ファイバ或いは石英導波
路から出射される光の径に対応して４μm 以上の厚さに
成長させることが必要になる。
くするためには、光ファイバ或いは石英導波路の端面か
ら出射された光を同じモードフィールド径の光検出器で
受けて、モードフィールド径の不一致を少なくする必要
がある。そこで、光ファイバのモードフィールド径をあ
る限度以下には出来ないことを考慮すると、モードフィ
ールド径ができるだけ一致するようにするには、光検出
器のモードフィールド径を大きくする必要があり、その
ためには、光吸収層の厚さを光ファイバ或いは石英導波
路から出射される光の径に対応して４μm 以上の厚さに
成長させることが必要になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、クラッド層、
光吸収層等をエピタキシャル成長させた積層構造からな
る半導体導波路型光検出器では、４μm 以上の厚い光吸
収層をエピタキシャル成長させることが技術的に容易で
はなく、厚い光吸収層を作製することにより、モードフ
ィールド径の不一致を抑制することは実用的には困難で
ある。そこで、この課題を解決するために、例えば特開
平４−２４１２７２号公報に示されているように、光吸
収層を０．１５μm 以下にして光の閉じ込めを弱くし、
モードフィールド径を広げる方法が提案されているが、
この方法では、光吸収層に高電界が作用し、トンネル電
流が発生してツェナーブレークダウンが生じるなどの問
題があった。
光吸収層等をエピタキシャル成長させた積層構造からな
る半導体導波路型光検出器では、４μm 以上の厚い光吸
収層をエピタキシャル成長させることが技術的に容易で
はなく、厚い光吸収層を作製することにより、モードフ
ィールド径の不一致を抑制することは実用的には困難で
ある。そこで、この課題を解決するために、例えば特開
平４−２４１２７２号公報に示されているように、光吸
収層を０．１５μm 以下にして光の閉じ込めを弱くし、
モードフィールド径を広げる方法が提案されているが、
この方法では、光吸収層に高電界が作用し、トンネル電
流が発生してツェナーブレークダウンが生じるなどの問
題があった。
【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、結合損失の少ない高感度の半導体導波路型受光素
子を提供することを目的としている。
ので、結合損失の少ない高感度の半導体導波路型受光素
子を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、この目的を
達成するために、半導体導波路型受光素子の導波路のモ
ードフィールド径と、光吸収層及び光閉じ込め層の各々
の厚さ及びバンドギャップ波長との関係について、以下
のように、鋭意、シュミレーション及び解析実験を重ね
た。先ず、パラメータとして光吸収層と光導波層内の組
成と厚さを変化させ、受光素子の導波路内の光のモード
フィールド径（導波径）と光吸収層の厚さの関係を研究
した。図１は、その関係を示すグラフである。図１のグ
ラフ（１）は、光吸収層及び光閉じ込め層のバンドギャ
ップ波長がそれぞれ１．３５μm 及び１．２５μm 、上
下の光閉じ込め層の厚さがそれぞれ２μm 及び３μm の
際の光吸収層の厚さとモードフィールド径との関係を示
している。また、グラフ（６）は光吸収層及び光閉じ込
め層のバンドギャップ波長がそれぞれ１．６５μm 及び
１．０５μm 、上下の光閉じ込め層の厚さがそれぞれ１
μm 及び１μm の際の光吸収層の厚さとモードフィール
ド径との関係を示している。図１によれば、光吸収層の
厚さが、１μm から０．５μm 以下に薄くなると、モー
ドフィールド径は急激に大きくなる。逆に、光吸収層の
厚さが、１μm より厚くなるにつれて、光吸収層の厚さ
と直線関係にあるモードフィールド径（原点を通る直
線）に漸近する。また、ＧａＩｎＡｓ（波長λ＝１．６
５μm ）で光吸収層を形成した場合、光吸収層の屈折率
が光閉じ込め層に対して非常に大きくなるので、光の閉
じ込めがきつくなり、光吸収層の厚さと導波径の厚さが
ほぼ等しくなる。一方、光吸収層と光閉じ込め層のバン
ドギャップ波長が近い場合（屈折率差が近い場合）、光
閉じ込め層の厚さが厚くなるに従い、導波径は大きくな
る。
達成するために、半導体導波路型受光素子の導波路のモ
ードフィールド径と、光吸収層及び光閉じ込め層の各々
の厚さ及びバンドギャップ波長との関係について、以下
のように、鋭意、シュミレーション及び解析実験を重ね
た。先ず、パラメータとして光吸収層と光導波層内の組
成と厚さを変化させ、受光素子の導波路内の光のモード
フィールド径（導波径）と光吸収層の厚さの関係を研究
した。図１は、その関係を示すグラフである。図１のグ
ラフ（１）は、光吸収層及び光閉じ込め層のバンドギャ
ップ波長がそれぞれ１．３５μm 及び１．２５μm 、上
下の光閉じ込め層の厚さがそれぞれ２μm 及び３μm の
際の光吸収層の厚さとモードフィールド径との関係を示
している。また、グラフ（６）は光吸収層及び光閉じ込
め層のバンドギャップ波長がそれぞれ１．６５μm 及び
１．０５μm 、上下の光閉じ込め層の厚さがそれぞれ１
μm 及び１μm の際の光吸収層の厚さとモードフィール
ド径との関係を示している。図１によれば、光吸収層の
厚さが、１μm から０．５μm 以下に薄くなると、モー
ドフィールド径は急激に大きくなる。逆に、光吸収層の
厚さが、１μm より厚くなるにつれて、光吸収層の厚さ
と直線関係にあるモードフィールド径（原点を通る直
線）に漸近する。また、ＧａＩｎＡｓ（波長λ＝１．６
５μm ）で光吸収層を形成した場合、光吸収層の屈折率
が光閉じ込め層に対して非常に大きくなるので、光の閉
じ込めがきつくなり、光吸収層の厚さと導波径の厚さが
ほぼ等しくなる。一方、光吸収層と光閉じ込め層のバン
ドギャップ波長が近い場合（屈折率差が近い場合）、光
閉じ込め層の厚さが厚くなるに従い、導波径は大きくな
る。
【００１０】以上をまとめると、光検出器のモードフィ
ールド径を大きくするためには、 （１）光吸収層の層厚を所望のフィールド径と同程度ま
で厚くする。 （２）光吸収層のバンドギャップ波長と光閉じ込め層の
バンドギャップ波長を近づけ、即ち屈折率差を小さく
し、光閉じ込め層を厚くし、光吸収層厚を０．５μm 以
下に薄くする。 という２つの選択肢が考えられる。
ールド径を大きくするためには、 （１）光吸収層の層厚を所望のフィールド径と同程度ま
で厚くする。 （２）光吸収層のバンドギャップ波長と光閉じ込め層の
バンドギャップ波長を近づけ、即ち屈折率差を小さく
し、光閉じ込め層を厚くし、光吸収層厚を０．５μm 以
下に薄くする。 という２つの選択肢が考えられる。
【００１１】ところで、光吸収層の層厚を厚くする
（１）の選択肢は、既に試みられた技術であって、前述
のように、技術的な問題が存在する。そこで、本発明
は、（２）の選択肢に基づいて、導波路型光検出器の導
波路内のモードフィールド径が広がる構造を工夫して、
高感度の光検出器を実現するものである。
（１）の選択肢は、既に試みられた技術であって、前述
のように、技術的な問題が存在する。そこで、本発明
は、（２）の選択肢に基づいて、導波路型光検出器の導
波路内のモードフィールド径が広がる構造を工夫して、
高感度の光検出器を実現するものである。
【００１２】上記目的を達成するために、本発明に係る
半導体導波路型受光素子は、半導体基板上に、順次、形
成された一の導電性を有する第一の半導体層と、第一の
半導体層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有
し、０．２μm から０．５μmの範囲の層厚のノンドー
プ層からなる第二の半導体層と、第二の半導体層よりも
大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ第一の半
導体層と逆の導電性を有する第三の半導体層とからなる
積層構造を有することを特徴としている。
半導体導波路型受光素子は、半導体基板上に、順次、形
成された一の導電性を有する第一の半導体層と、第一の
半導体層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有
し、０．２μm から０．５μmの範囲の層厚のノンドー
プ層からなる第二の半導体層と、第二の半導体層よりも
大きいバンドギャップエネルギーを有し、かつ第一の半
導体層と逆の導電性を有する第三の半導体層とからなる
積層構造を有することを特徴としている。
【００１３】以上の構成により、本発明に係る半導体導
波路型受光素子の第一の半導体層及び第三の半導体層は
光閉じ込め層の機能を果たし、第二の半導体層は光吸収
層の機能を果たし、また、半導体導波路型受光素子のモ
ードフィールド径が３μm 以上になり、受光素子と結合
される光ファイバ等の光部品のモードフィールド径とほ
ぼ等しくなるので、高感度で受光できる。尚、第二の半
導体層、即ち光吸収層の層厚を０．２μm 以下にするの
は、低電圧でツェナーブレークダウンを生じ、また、光
の閉じ込め係数が小さくなって光吸収層の実効的な吸収
係数が小さくなるので、好ましくない。好適には、光閉
じ込め層のバンドギャップ波長と第二の半導体層からな
る光吸収層のバンドギャップ波長との差を０．３μm 以
下にする。
波路型受光素子の第一の半導体層及び第三の半導体層は
光閉じ込め層の機能を果たし、第二の半導体層は光吸収
層の機能を果たし、また、半導体導波路型受光素子のモ
ードフィールド径が３μm 以上になり、受光素子と結合
される光ファイバ等の光部品のモードフィールド径とほ
ぼ等しくなるので、高感度で受光できる。尚、第二の半
導体層、即ち光吸収層の層厚を０．２μm 以下にするの
は、低電圧でツェナーブレークダウンを生じ、また、光
の閉じ込め係数が小さくなって光吸収層の実効的な吸収
係数が小さくなるので、好ましくない。好適には、光閉
じ込め層のバンドギャップ波長と第二の半導体層からな
る光吸収層のバンドギャップ波長との差を０．３μm 以
下にする。
【００１４】更には、第一の半導体層及び第三の半導体
層からなる光閉じ込め層を２μm 以上の厚さに設定す
る。これにより、以下に説明するように、異なる二つの
モードフィールドの軸ずれトレランスが大きくなり、軸
ずれが起きたときの感度の低下が小さいので、それだけ
受光感度が向上する。図２は、横軸に光閉じ込め層の厚
さ、両縦軸に半導体導波路型受光素子のモードフィール
ド径と導波路内の最大次数をそれぞれ示し、光閉じ込め
層の厚さを変えて行ったときのモードの最大次数の変化
及びモードフィールド径の変化を示すグラフである。
尚、光閉じ込め層の厚さが２．５μm のモードの最大次
数及びモードフィールド径は、ｐ型の光閉じ込め層の厚
さを２μm 、ｎ型の光閉じ込め層の厚さを３μm とした
ときのそれぞれの数値である。本発明に係る半導体導波
路型受光素子の好適態様のように、光閉じ込め層が２μ
m を越えると、最大次数は６になり、このため、軸ずれ
に対するトレランスが大きくなり、従って、受光感度の
低下が起き難くなる。
層からなる光閉じ込め層を２μm 以上の厚さに設定す
る。これにより、以下に説明するように、異なる二つの
モードフィールドの軸ずれトレランスが大きくなり、軸
ずれが起きたときの感度の低下が小さいので、それだけ
受光感度が向上する。図２は、横軸に光閉じ込め層の厚
さ、両縦軸に半導体導波路型受光素子のモードフィール
ド径と導波路内の最大次数をそれぞれ示し、光閉じ込め
層の厚さを変えて行ったときのモードの最大次数の変化
及びモードフィールド径の変化を示すグラフである。
尚、光閉じ込め層の厚さが２．５μm のモードの最大次
数及びモードフィールド径は、ｐ型の光閉じ込め層の厚
さを２μm 、ｎ型の光閉じ込め層の厚さを３μm とした
ときのそれぞれの数値である。本発明に係る半導体導波
路型受光素子の好適態様のように、光閉じ込め層が２μ
m を越えると、最大次数は６になり、このため、軸ずれ
に対するトレランスが大きくなり、従って、受光感度の
低下が起き難くなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例１ 本実施例は、１．３μm の波長を持つ光を吸収し、１．
５５μm の波長を持つ光を吸収しないような波長選別機
能を持たせた光検出器に本発明に係る半導体導波路型受
光素子を適用した例である。図３は、本実施例の光検出
器の模式的斜視図である。本実施例の半導体導波路型受
光素子１０は、導波路型光検出器１０として構成され、
図３に示すように、キャリア濃度が５× １０18ｃｍ-3
のｎ−ＩｎＰからなる基板１２上に、順次、形成され
た、キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3で、バンドギャッ
プ波長が１．２μm のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなる厚
さ３μm の第一光閉じ込め層１４、バンドギャップ波長
が１．４０μm のノンドープＡｌＧａＩｎＡｓからなる
厚さ０．４μm の光吸収層１６、キャリア濃度が１×１
０18ｃｍ-3でバンドギャップ波長が１．２μm のｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＡｓからなる厚さ３μm の第二光閉じ込め層
１８、キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰか
らなる厚さ２μm のクラッド層２０、キャリア濃度が２
×１０19ｃｍ-3のｐ−ＧａＩｎＡｓからなる基板２２の
積層構造体を備えている。第一光閉じ込め層１４から基
板２２を含む半導体層は、基板１２に格子整合して成長
した半導体層である。
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説
明する。実施例１ 本実施例は、１．３μm の波長を持つ光を吸収し、１．
５５μm の波長を持つ光を吸収しないような波長選別機
能を持たせた光検出器に本発明に係る半導体導波路型受
光素子を適用した例である。図３は、本実施例の光検出
器の模式的斜視図である。本実施例の半導体導波路型受
光素子１０は、導波路型光検出器１０として構成され、
図３に示すように、キャリア濃度が５× １０18ｃｍ-3
のｎ−ＩｎＰからなる基板１２上に、順次、形成され
た、キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3で、バンドギャッ
プ波長が１．２μm のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなる厚
さ３μm の第一光閉じ込め層１４、バンドギャップ波長
が１．４０μm のノンドープＡｌＧａＩｎＡｓからなる
厚さ０．４μm の光吸収層１６、キャリア濃度が１×１
０18ｃｍ-3でバンドギャップ波長が１．２μm のｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＡｓからなる厚さ３μm の第二光閉じ込め層
１８、キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰか
らなる厚さ２μm のクラッド層２０、キャリア濃度が２
×１０19ｃｍ-3のｐ−ＧａＩｎＡｓからなる基板２２の
積層構造体を備えている。第一光閉じ込め層１４から基
板２２を含む半導体層は、基板１２に格子整合して成長
した半導体層である。
【００１６】基板１２上に、順次、上述した半導体層を
結晶成長させて積層構造体を形成した後に、半導体層を
エッチングによりストライプ状に加工し、誘電体膜を全
面にわたり塗布し、パッシベーションを施した後に、基
板２２上の誘電体膜を除去した。次いで、基板２２上に
Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕを蒸着し、５０μm 角になるように
大きさを加工したＰ型オーミック電極２４が形成されて
いる。また、ｎ型オーミック電極２６が基板１２の裏面
に蒸着して形成されている。更に、光検出器１０の光入
射側端面にはＳｉＮX からなる無反射膜２８が蒸着され
ている。
結晶成長させて積層構造体を形成した後に、半導体層を
エッチングによりストライプ状に加工し、誘電体膜を全
面にわたり塗布し、パッシベーションを施した後に、基
板２２上の誘電体膜を除去した。次いで、基板２２上に
Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕを蒸着し、５０μm 角になるように
大きさを加工したＰ型オーミック電極２４が形成されて
いる。また、ｎ型オーミック電極２６が基板１２の裏面
に蒸着して形成されている。更に、光検出器１０の光入
射側端面にはＳｉＮX からなる無反射膜２８が蒸着され
ている。
【００１７】モードフィールド径が６μm の石英導波路
と結合して１．３μm の波長の光を受光した時の本光検
出器１０の感度は、０．９Ａ／Ｗであった。また、モー
ドフィールド径が８μm の光ファイバと結合した時に
は、光検出器１０の感度は、０．７Ａ／Ｗであった。従
って、このときの結合損失は、それぞれ、約８５％であ
り、従来の導波路型受光素子において通常に用いられて
いるＧａＩｎＡｓからなる厚さ１μm の光吸収層を用い
た場合に比べ、２倍以上の高感度が実現している。これ
は、本実施例の光検出器１０の光吸収層１６の厚さが
０．４μm であり、光吸収層１６のバンドギャップ波長
が１．４０μm で、一方第一光閉じ込め層１４及び第二
光閉じ込め層１８のバンドギャップ波長が１．２μm で
あるから、その差は０．２μm になって、モードフィー
ルド径が大きいこと、また、第一及び第二光閉じ込め層
の厚さがそれぞれ３μm と厚いので、軸ずれトレランス
が大きいことに因る。
と結合して１．３μm の波長の光を受光した時の本光検
出器１０の感度は、０．９Ａ／Ｗであった。また、モー
ドフィールド径が８μm の光ファイバと結合した時に
は、光検出器１０の感度は、０．７Ａ／Ｗであった。従
って、このときの結合損失は、それぞれ、約８５％であ
り、従来の導波路型受光素子において通常に用いられて
いるＧａＩｎＡｓからなる厚さ１μm の光吸収層を用い
た場合に比べ、２倍以上の高感度が実現している。これ
は、本実施例の光検出器１０の光吸収層１６の厚さが
０．４μm であり、光吸収層１６のバンドギャップ波長
が１．４０μm で、一方第一光閉じ込め層１４及び第二
光閉じ込め層１８のバンドギャップ波長が１．２μm で
あるから、その差は０．２μm になって、モードフィー
ルド径が大きいこと、また、第一及び第二光閉じ込め層
の厚さがそれぞれ３μm と厚いので、軸ずれトレランス
が大きいことに因る。
【００１８】実施例２ 本実施例は、１．５５μm の光を吸収する光検出器に本
発明に係る半導体導波路型受光素子を適用した例であ
る。図３は、実施例１と同様に、本実施例の光検出器３
０の模式的斜視図である。本実施例の光検出器３０は、
図３において、第一光閉じ込め層１４が１．４５μm の
バンドギャップ波長のｎ−ＧａＩｎＡｓＰで、光吸収層
１６が１．６５μm のバンドギャップ波長のノンドープ
ＧａＩｎＡｓで、第二光閉じ込め層１８が１．４５μm
のｐ−ＧａＩｎＡｓＰで構成されていることを除いて、
それぞれの層のキャリア濃度を含めて、実施例１の光検
出器１０と同じ積層構造及び電極構造を備えている。ま
た、光検出器３０の光入射側端面にも、実施例１の光検
出器１０と同様にＳｉＮX からなる無反射膜２８が蒸着
されている。
発明に係る半導体導波路型受光素子を適用した例であ
る。図３は、実施例１と同様に、本実施例の光検出器３
０の模式的斜視図である。本実施例の光検出器３０は、
図３において、第一光閉じ込め層１４が１．４５μm の
バンドギャップ波長のｎ−ＧａＩｎＡｓＰで、光吸収層
１６が１．６５μm のバンドギャップ波長のノンドープ
ＧａＩｎＡｓで、第二光閉じ込め層１８が１．４５μm
のｐ−ＧａＩｎＡｓＰで構成されていることを除いて、
それぞれの層のキャリア濃度を含めて、実施例１の光検
出器１０と同じ積層構造及び電極構造を備えている。ま
た、光検出器３０の光入射側端面にも、実施例１の光検
出器１０と同様にＳｉＮX からなる無反射膜２８が蒸着
されている。
【００１９】モードフィールド径が６μm の石英導波路
と結合して１．５５μm の波長の光を受光した時の本光
検出器３０の感度は、１．０Ａ／Ｗであった。従って、
このときの結合損失は、約８０％であり、従来の導波路
型受光素子において通常に用いられているＧａＩｎＡｓ
からなる厚さ１μm の光吸収層を用いた場合に比べ、２
倍以上の高感度が実現している。これは、本実施例の光
検出器３０の光吸収層１６の厚さが０．４μm であり、
光吸収層１６のバンドギャップ波長と第一光閉じ込め層
１４及び第二光閉じ込め層１８のバンドギャップ波長と
の差が０．２μm になって、モードフィールド径が大き
いこと、また、第一及び第二光閉じ込め層の厚さがそれ
ぞれ３μm と厚いので、軸ずれトレランスが大きいこと
に因る。
と結合して１．５５μm の波長の光を受光した時の本光
検出器３０の感度は、１．０Ａ／Ｗであった。従って、
このときの結合損失は、約８０％であり、従来の導波路
型受光素子において通常に用いられているＧａＩｎＡｓ
からなる厚さ１μm の光吸収層を用いた場合に比べ、２
倍以上の高感度が実現している。これは、本実施例の光
検出器３０の光吸収層１６の厚さが０．４μm であり、
光吸収層１６のバンドギャップ波長と第一光閉じ込め層
１４及び第二光閉じ込め層１８のバンドギャップ波長と
の差が０．２μm になって、モードフィールド径が大き
いこと、また、第一及び第二光閉じ込め層の厚さがそれ
ぞれ３μm と厚いので、軸ずれトレランスが大きいこと
に因る。
【００２０】以上の実施例では、クラッド層にＩｎＰを
用いているが、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓなど
の材料を用いても同様の効果が得られる。更に、光変調
器や半導体レーザ等の他の導波路型光部品と一体になっ
ている受光素子にも、本発明の構造を適用することがで
きる。また、光変調器そのものにも本構造を適用するこ
とにより、結合損失の少ない光変調器を実現することが
出来る。
用いているが、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓなど
の材料を用いても同様の効果が得られる。更に、光変調
器や半導体レーザ等の他の導波路型光部品と一体になっ
ている受光素子にも、本発明の構造を適用することがで
きる。また、光変調器そのものにも本構造を適用するこ
とにより、結合損失の少ない光変調器を実現することが
出来る。
【００２１】
【発明の効果】本発明の構成によれば、光吸収層の層厚
を０．２〜０．５μm の範囲に薄くすることにより、更
には、光吸収層のバンドギャップ波長と光閉じ込め層の
バンドギャップ波長を近づけ、即ち屈折率差を小さくす
ることにより、半導体導波路型受光素子のモードフィー
ルド径を拡大して光ファイバ等の導波路のモードフィー
ルド径との差を小さくし、更には、光閉じ込め層を厚く
することにより、軸ずれトレランスを大きくして、受光
感度の高い半導体導波路型受光素子を実現している。
を０．２〜０．５μm の範囲に薄くすることにより、更
には、光吸収層のバンドギャップ波長と光閉じ込め層の
バンドギャップ波長を近づけ、即ち屈折率差を小さくす
ることにより、半導体導波路型受光素子のモードフィー
ルド径を拡大して光ファイバ等の導波路のモードフィー
ルド径との差を小さくし、更には、光閉じ込め層を厚く
することにより、軸ずれトレランスを大きくして、受光
感度の高い半導体導波路型受光素子を実現している。
【図１】光閉じ込め層の厚さとモードフィールド径との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図２】光閉じ込め層の厚さとモードフィールド径及び
モードの最大次数との関係を示すグラフである。
モードの最大次数との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る半導体導波路型受光素子の実施例
の積層構造を示す斜視図である。
の積層構造を示す斜視図である。
１０ 本発明に係る半導体導波路型受光素子の実施例１ １２ ｎ−ＩｎＰからなる基板 １４ 第一光閉じ込め層 １６ 光吸収層 １８ 第二光閉じ込め層 ２０ クラッド層 ２２ ｐ−ＧａＩｎＡｓからなる基板 ２４ Ｐ型オーミック電極 ２６ ｎ型オーミック電極 ２８ 無反射膜 ３０ 本発明に係る半導体導波路型受光素子の実施例２
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に、順次、形成された一の
導電性を有する第一の半導体層と、第一の半導体層より
も小さいバンドギャップエネルギーを有し、０．２μm
から０．５μm の範囲の層厚のノンドープ層からなる第
二の半導体層と、第二の半導体層よりも大きいバンドギ
ャップエネルギーを有し、かつ第一の半導体層と逆の導
電性を有する第三の半導体層とからなる積層構造を有す
ることを特徴とする半導体導波路型受光素子。 - 【請求項２】 第一の半導体層のバンドギャップ波長と
第二の半導体層のバンドギャップ波長との差及び第三の
半導体層のバンドギャップ波長と第二の半導体層のバン
ドギャップ波長との差が、それぞれ、０．３μm 以下で
あることを特徴とする請求項１に記載の半導体導波路型
受光素子。 - 【請求項３】 第一の半導体層の厚さ及び第三の半導体
層の厚さが、それぞれ２μm 以上であることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の半導体導波路型受光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8199860A JPH1027921A (ja) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | 半導体導波路型受光素子 |
| US08/890,119 US5991473A (en) | 1996-07-10 | 1997-07-09 | Waveguide type semiconductor photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8199860A JPH1027921A (ja) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | 半導体導波路型受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1027921A true JPH1027921A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=16414862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8199860A Pending JPH1027921A (ja) | 1996-07-10 | 1996-07-10 | 半導体導波路型受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1027921A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7020375B2 (en) * | 2003-07-29 | 2006-03-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Waveguide light detecting element |
-
1996
- 1996-07-10 JP JP8199860A patent/JPH1027921A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7020375B2 (en) * | 2003-07-29 | 2006-03-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Waveguide light detecting element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040630 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040705 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041028 |