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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- semiconductor
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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 |