JPS63269572A - 波長多重弁別型半導体受光素子 - Google Patents
波長多重弁別型半導体受光素子Info
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- JPS63269572A JPS63269572A JP62105330A JP10533087A JPS63269572A JP S63269572 A JPS63269572 A JP S63269572A JP 62105330 A JP62105330 A JP 62105330A JP 10533087 A JP10533087 A JP 10533087A JP S63269572 A JPS63269572 A JP S63269572A
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- Japan
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- light
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- waveguide
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- semiconductor
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 25
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
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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、半導体受光素子に関し、特に波長の異なる複
数の光を１個のチップ上で弁別して受光する事が可能な
、波長多重弁別型受光素子に関するものである。
数の光を１個のチップ上で弁別して受光する事が可能な
、波長多重弁別型受光素子に関するものである。
（従来の技術）
従来、光通信においては、単一光の変調による伝送方式
によっていた。ところが、より高密度及び高速度の伝送
方式として複数の波長の異なる光を用いた波長多重方式
が注目されている。この場合、発光素子（ＬＤあるいは
ＬＥＤ）はもとより受光素子においても波長を弁別し各
々の信号を識別する機能が必要になってくる。
によっていた。ところが、より高密度及び高速度の伝送
方式として複数の波長の異なる光を用いた波長多重方式
が注目されている。この場合、発光素子（ＬＤあるいは
ＬＥＤ）はもとより受光素子においても波長を弁別し各
々の信号を識別する機能が必要になってくる。
現在、よく知られている光通信用半導体受光素子として
は、例えばＳｔ、Ｇｅあるいは、ＩｎＰ基板に格子整合
したＩｎθＩ５３ Ｇ ａ ６．４７ Ａ Ｓ屑を光吸
収層としたＰＩＮ型受光受光素子えばエレクトｏニクス
・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 Ｌｅｔｔ、 ） １
９８４゜剪、 ｐｐ ６５３〜ｐｐ ６５４に記！り、
アバランシェ増倍型受光素子（例えばアイイーイーイー
・エレクトロン・デバイス・レターズ（ＩＥＥＥ −Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ、 ） １９８
６．ヱ、 ｐｐ ２５７〜２５８に記ｉりなどがある。
は、例えばＳｔ、Ｇｅあるいは、ＩｎＰ基板に格子整合
したＩｎθＩ５３ Ｇ ａ ６．４７ Ａ Ｓ屑を光吸
収層としたＰＩＮ型受光受光素子えばエレクトｏニクス
・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 Ｌｅｔｔ、 ） １
９８４゜剪、 ｐｐ ６５３〜ｐｐ ６５４に記！り、
アバランシェ増倍型受光素子（例えばアイイーイーイー
・エレクトロン・デバイス・レターズ（ＩＥＥＥ −Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ、 ） １９８
６．ヱ、 ｐｐ ２５７〜２５８に記ｉりなどがある。
ＰＩＮ型受光受光素子低容量及び製造の容易性から、ア
バランシェ増倍型受光素子は内部利得効果及び高速応答
性からそれぞれ注目されている。
バランシェ増倍型受光素子は内部利得効果及び高速応答
性からそれぞれ注目されている。
（発明が解決しようとする問題点）
第３図には、Ｉ ｎ Ｑ、１Ｊ３Ｇ ａ ０．４７Ａ
Ｓ Ｍを光吸収層としたＰＩＮ型受光受光素子般的な構
造例を示す。アバランシェ増倍型受光素子も構造として
は、これに準するものである０本図の受光素子は、ｎ型
１ｎＰ基板１１上に、ｎ型１ｎＰバッフｙ層１７゜ｎ型
！ ｎ Ｑ、ｉ Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ ｓ光吸収層１８
及びｎ型ＩｎＰキャップ層１９を順に′Ｖｔ層した屑棺
造から成り立っている。この様な層棺造に受光部である
Ｐ壁領域２０を形成し、ｎ型およびｐ型オーミック用電
ＭＪ！１５及び１６をそれぞれ設ける事によって、ＰＩ
Ｎ型受光受光素基本構造が得られる。本図のＰＩＮ型受
光受光素子、光吸収層のバンドエネルギーよりも大きな
エネルギーを有する光か受光面ニ入射することにより、
Ｉ ｎ ｏ、５ｔ３ｃｒ ａ Ｑ、４７Ａ Ｓ″＃。
Ｓ Ｍを光吸収層としたＰＩＮ型受光受光素子般的な構
造例を示す。アバランシェ増倍型受光素子も構造として
は、これに準するものである０本図の受光素子は、ｎ型
１ｎＰ基板１１上に、ｎ型１ｎＰバッフｙ層１７゜ｎ型
！ ｎ Ｑ、ｉ Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ ｓ光吸収層１８
及びｎ型ＩｎＰキャップ層１９を順に′Ｖｔ層した屑棺
造から成り立っている。この様な層棺造に受光部である
Ｐ壁領域２０を形成し、ｎ型およびｐ型オーミック用電
ＭＪ！１５及び１６をそれぞれ設ける事によって、ＰＩ
Ｎ型受光受光素基本構造が得られる。本図のＰＩＮ型受
光受光素子、光吸収層のバンドエネルギーよりも大きな
エネルギーを有する光か受光面ニ入射することにより、
Ｉ ｎ ｏ、５ｔ３ｃｒ ａ Ｑ、４７Ａ Ｓ″＃。
吸収層１８で吸収され電子と正孔が発生し、逆電界によ
りキャリアが走行することによって、電流信号として得
られる。
りキャリアが走行することによって、電流信号として得
られる。
ところが、この様な構造において、波長の異なる光を弁
別して受光する機能を実現させる事は、１個の素子を使
う限りでは構造上困難である。何故なら発生した電流を
波長単位で識別する事がこの構造では容易ではないから
である。
別して受光する機能を実現させる事は、１個の素子を使
う限りでは構造上困難である。何故なら発生した電流を
波長単位で識別する事がこの構造では容易ではないから
である。
本発明の目的は、これらの問題点を解決して、複数の異
なる波長を有する光を弁別して受光する事のできる、波
長ｇ−重重刑別型半導体受光素子提供する事にある。
なる波長を有する光を弁別して受光する事のできる、波
長ｇ−重重刑別型半導体受光素子提供する事にある。
（問題点を解決するための手段）
前述の問題点を解決するなめに本発明が提供する手段は
、同一半導体基板上に、第一の半導体層と光吸収層でか
つ光導波層である第二の半導体層と第三の半導体層とが
順に積層されてなり、前記第二の半導体層では前記第一
及び第三の半導体層よりも屈折率が高くバンドエネルギ
ーが小さい半導体禎層楕遣を含む波長多重弁別型半導体
受光素子であって、第二の半導体層はバンドエネルギー
が互いに異なる複数の導波路をなしており、これら導波
路の接合部はそれぞれ方向性結合器をなしており、前記
各導波路は前記方向性結合器で順次に光結合されており
、前記各導波路には電流信号取り出し用の端子がそれぞ
れ備えてあることを特徴とする。
、同一半導体基板上に、第一の半導体層と光吸収層でか
つ光導波層である第二の半導体層と第三の半導体層とが
順に積層されてなり、前記第二の半導体層では前記第一
及び第三の半導体層よりも屈折率が高くバンドエネルギ
ーが小さい半導体禎層楕遣を含む波長多重弁別型半導体
受光素子であって、第二の半導体層はバンドエネルギー
が互いに異なる複数の導波路をなしており、これら導波
路の接合部はそれぞれ方向性結合器をなしており、前記
各導波路は前記方向性結合器で順次に光結合されており
、前記各導波路には電流信号取り出し用の端子がそれぞ
れ備えてあることを特徴とする。
（作用）
本発明は、上述の手段をとることにより、従来技術の問
題点を解決した。光導波路において光を外部にしみ出さ
せることなく光を導波する為には、導波層が屈折率のよ
り低いクラッド層により挟まれている必要がある。また
光導波路中で光が吸収−されるか導波されるかは導波層
のバンドエネルギーによって決定される。つまりバンド
エネルギーよりも大きなエネルギーを有する光が入射し
た場合（波長としては短波長側）には吸収され、小さな
エネルギーを有する光が入射した場合（波長としては長
波長側）には導波される事になる。更に、上記光導波路
２個を〜数μｍ程度に近接させる平によってカップリン
グにより隣りの導波路に光が移行する事が知られている
（方向性結合器）、この場合、１００％のカップリング
が得られる方向性結合器の長さを完全結合長と呼んでい
る。その完全結合長は、光導波路幅及び導波路間距離に
よって決定される。一般に短い完全結合長を必要とする
場合には、導波路間距離を狭くする必要がある。
題点を解決した。光導波路において光を外部にしみ出さ
せることなく光を導波する為には、導波層が屈折率のよ
り低いクラッド層により挟まれている必要がある。また
光導波路中で光が吸収−されるか導波されるかは導波層
のバンドエネルギーによって決定される。つまりバンド
エネルギーよりも大きなエネルギーを有する光が入射し
た場合（波長としては短波長側）には吸収され、小さな
エネルギーを有する光が入射した場合（波長としては長
波長側）には導波される事になる。更に、上記光導波路
２個を〜数μｍ程度に近接させる平によってカップリン
グにより隣りの導波路に光が移行する事が知られている
（方向性結合器）、この場合、１００％のカップリング
が得られる方向性結合器の長さを完全結合長と呼んでい
る。その完全結合長は、光導波路幅及び導波路間距離に
よって決定される。一般に短い完全結合長を必要とする
場合には、導波路間距離を狭くする必要がある。
この様な原理を背景として上記手段を講じると次の様な
作用が得られる。まず波長の異なる複数の光を第一の導
波路に入射させ第一の導波層のバンドエネルギーよりも
大きなエネルギーを有する光は吸収されるが、他の光は
導波される。更に完全結合長を有する様な方向性結合器
をへて第一の導波層よりも小さなバンドエネルギーを有
する導波層に光は移行し、かつそのバンドエネルギーよ
りも大きなエネルギーを有する光のみが吸収され、他の
光は更に導波していくことになる。以下同様にして、光
を弁別する事が可能であるが例えばＮ波の光を弁別して
受光しようとすれば、バンドエネルギーの違う導波層を
存する導波路をＮ個、完全結合長を存する方向性結合器
は（Ｎ−１＞個必要となる。
作用が得られる。まず波長の異なる複数の光を第一の導
波路に入射させ第一の導波層のバンドエネルギーよりも
大きなエネルギーを有する光は吸収されるが、他の光は
導波される。更に完全結合長を有する様な方向性結合器
をへて第一の導波層よりも小さなバンドエネルギーを有
する導波層に光は移行し、かつそのバンドエネルギーよ
りも大きなエネルギーを有する光のみが吸収され、他の
光は更に導波していくことになる。以下同様にして、光
を弁別する事が可能であるが例えばＮ波の光を弁別して
受光しようとすれば、バンドエネルギーの違う導波層を
存する導波路をＮ個、完全結合長を存する方向性結合器
は（Ｎ−１＞個必要となる。
（実施例）
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。第１図に本発明の一実施例である波長多重弁別
型半導体受光素子の平面図を示す。
明する。第１図に本発明の一実施例である波長多重弁別
型半導体受光素子の平面図を示す。
この実施例は、３波の異なる波長を弁別する事を目的と
しており、その為にバンドエネルギーの違う導波層を有
する３個の光導波路！、２．３及び完全結合長を有する
２個の方向性結合器４，５から成り立っている。
しており、その為にバンドエネルギーの違う導波層を有
する３個の光導波路！、２．３及び完全結合長を有する
２個の方向性結合器４，５から成り立っている。
ここで光導波路１．２．３の先導波Ｎ１（光吸収層）の
バンドエネルギーをそれぞれＥ ｇ ｓ ＋Ｅｇ２．Ｅ
ｇ３とする。いま、３波の異なる波長を有した光１０が
入射してきたとする。この場合、３波の波長をλ１．λ
２．λ３とすると、それぞれの波長の光のエネルギーは で３個の電極６，７．８から３波を弁別して信号を得る
には、作用の欄で説明した様に次式を満たしている必要
がある。
バンドエネルギーをそれぞれＥ ｇ ｓ ＋Ｅｇ２．Ｅ
ｇ３とする。いま、３波の異なる波長を有した光１０が
入射してきたとする。この場合、３波の波長をλ１．λ
２．λ３とすると、それぞれの波長の光のエネルギーは で３個の電極６，７．８から３波を弁別して信号を得る
には、作用の欄で説明した様に次式を満たしている必要
がある。
これにより、光導波路１では波長λ１の光が、光導波路
２では波長λ２の光が、光導波路３では波長λ３の光が
吸収され、各々、電極６，７．８から電流信号として得
られる。
２では波長λ２の光が、光導波路３では波長λ３の光が
吸収され、各々、電極６，７．８から電流信号として得
られる。
第２図には具体例としてＩｎ、Ｇａ１−８ＡｓｙＰｊ−
ｙ系の導波路構造を示ず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上にｎ型
ＩｎＰクラッド層１２．ｎ型ＩｎｘＧ ａ １−ｘＡ
Ｓ ｙ Ｐ １−ｙ光導波１１１ （光吸収１）１３゜
ｐ型ＩｎＰクラッド層１４を形成し、エツチング除去す
る事により断面図に示す様な導波路を形成している。さ
らにｎ型、ｐ型オーミック用電極を設ける事により吸収
した光を電流信号として収り出せる様になっている。こ
こでＩｎつＧａｐ−ｘＡｓｙＰｌ−ｙＭの屈折率はＩｎ
Ｐクラッド層の屈折率よりも大きく、かつバンドエネル
ギーは小さいので光導波路としての条件は満たしている
。
ｙ系の導波路構造を示ず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上にｎ型
ＩｎＰクラッド層１２．ｎ型ＩｎｘＧ ａ １−ｘＡ
Ｓ ｙ Ｐ １−ｙ光導波１１１ （光吸収１）１３゜
ｐ型ＩｎＰクラッド層１４を形成し、エツチング除去す
る事により断面図に示す様な導波路を形成している。さ
らにｎ型、ｐ型オーミック用電極を設ける事により吸収
した光を電流信号として収り出せる様になっている。こ
こでＩｎつＧａｐ−ｘＡｓｙＰｌ−ｙＭの屈折率はＩｎ
Ｐクラッド層の屈折率よりも大きく、かつバンドエネル
ギーは小さいので光導波路としての条件は満たしている
。
また光導波層（光吸収層）であるＩｎ、ＧａトウＡｓ、
Ｐ、−、ｇは、Ｘとｙをある特定の関係で変える事によ
り、ＩｎＰに格子整合をとりながらバンドエネルギーを
１．３！＋ｅＶから０．７３ｅＶまで変える事ができる
。これは波長にして０．９１ＪＩ１１から１．７１ｕｏ
に対応している。この様な材料系を用いて第１図に示す
様に、光導波層（光吸収層）ＩｎつＧａ１−。
Ｐ、−、ｇは、Ｘとｙをある特定の関係で変える事によ
り、ＩｎＰに格子整合をとりながらバンドエネルギーを
１．３！＋ｅＶから０．７３ｅＶまで変える事ができる
。これは波長にして０．９１ＪＩ１１から１．７１ｕｏ
に対応している。この様な材料系を用いて第１図に示す
様に、光導波層（光吸収層）ＩｎつＧａ１−。
ＡｓｙＰｔ−ｙＭの組成を変える事により吸収波長の違
う光導波路が得られる。
う光導波路が得られる。
（発明の効果）
以上、説明した様に、本発明により得られた波長多重弁
別型半導体受光素子は、バンドエネルギーの異なる光導
波層によって光導波路を形成し、更に方向性結合器を併
せる事によって各々の光導波路中で異なった波長の光を
吸収し、電流信号として取り出す事が可能になる。これ
により、波長多重光通信において、容易に１チツプ上で
波長を弁別して受光する事が可能になる。
別型半導体受光素子は、バンドエネルギーの異なる光導
波層によって光導波路を形成し、更に方向性結合器を併
せる事によって各々の光導波路中で異なった波長の光を
吸収し、電流信号として取り出す事が可能になる。これ
により、波長多重光通信において、容易に１チツプ上で
波長を弁別して受光する事が可能になる。
第１図は、本発明の一実施例である３波長の光を弁別す
ることのできる波長多重弁別型半導体受光素子を示す平
面図である。第２図はＩｎｘＧａｐ−、Ａｓｙ ｐｌ−
ｙ系を用いた光導波路ｉ造の具体例を示す断面図である
。第３図はＩ ｎ ０．１！３Ｇ ａ Ｑ、 ４７ Ａ
’Ｓ層を光吸収層とした従来のＰＩＮ型受光受光素子
す断面図である。 １・・・先導波路、２・・・光導波路、３・・・光導波
路、４・・・方向性結合器、５・・・方向性結合器、６
・・・電極、７・・・電極、８・・・電極、９・・・基
板、１０・・・３波長（λ１．λ２．λ３）を含んだ入
射光、１１・・・ｎ型１ｎＰ基板、１２・・・ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、１３・・・ｎ型１ ｎ ｚ Ｇ ａ １
−１ Ａ ｓ ｙ Ｐ 、−ｙ光導波層（光吸収ＪＮ）
、１４・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、１５・・・ｐ型オ
ーミック用電極、１６・・・ｎ型オーミック用電極、１
７−ｎ型１ｎＰバッフｒＭ、１Ｂ−ｎ型Ｉ ｎ ０．１
！３Ｇ ａ ０．４７ Ａ Ｓ光吸収層、１９−ｎ型！
ｎＰキ’Ｉ’ ップ層、２０・・・ｐ壁領域、２１・・
・入射光。
ることのできる波長多重弁別型半導体受光素子を示す平
面図である。第２図はＩｎｘＧａｐ−、Ａｓｙ ｐｌ−
ｙ系を用いた光導波路ｉ造の具体例を示す断面図である
。第３図はＩ ｎ ０．１！３Ｇ ａ Ｑ、 ４７ Ａ
’Ｓ層を光吸収層とした従来のＰＩＮ型受光受光素子
す断面図である。 １・・・先導波路、２・・・光導波路、３・・・光導波
路、４・・・方向性結合器、５・・・方向性結合器、６
・・・電極、７・・・電極、８・・・電極、９・・・基
板、１０・・・３波長（λ１．λ２．λ３）を含んだ入
射光、１１・・・ｎ型１ｎＰ基板、１２・・・ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、１３・・・ｎ型１ ｎ ｚ Ｇ ａ １
−１ Ａ ｓ ｙ Ｐ 、−ｙ光導波層（光吸収ＪＮ）
、１４・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、１５・・・ｐ型オ
ーミック用電極、１６・・・ｎ型オーミック用電極、１
７−ｎ型１ｎＰバッフｒＭ、１Ｂ−ｎ型Ｉ ｎ ０．１
！３Ｇ ａ ０．４７ Ａ Ｓ光吸収層、１９−ｎ型！
ｎＰキ’Ｉ’ ップ層、２０・・・ｐ壁領域、２１・・
・入射光。
Claims (1)
- 同一半導体基板上に、第一の半導体層と光吸収層でかつ
光導波層である第二の半導体層と第三の半導体層とが順
に積層されてなり、前記第二の半導体層では前記第一及
び第三の半導体層よりも屈折率が高くバンドエネルギー
が小さい半導体積層構造を含む波長多重弁別型半導体受
光素子において、第二の半導体層はバンドエネルギーが
互いに異なる複数の導波路をなしており、これら導波路
の接合部はそれぞれ方向性結合器をなしており、前記各
導波路は前記方向性結合器で順次に光結合されており、
前記各導波路には電流信号取り出し用の端子がそれぞれ
備えてあることを特徴とする波長多重弁別型半導体受光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62105330A JP2664900B2 (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62105330A JP2664900B2 (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63269572A true JPS63269572A (ja) | 1988-11-07 |
| JP2664900B2 JP2664900B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=14404713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62105330A Expired - Fee Related JP2664900B2 (ja) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2664900B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933932A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-14 | 中航光电科技股份有限公司 | 一种基于定向耦合的多层波导路由交换设计方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5762573A (en) * | 1980-10-03 | 1982-04-15 | Fujitsu Ltd | Multiple wavelength photoelectric converter |
| JPS5961822A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-09 | Fujitsu Ltd | ホモダイン検波型光受光装置 |
| JPS6068676A (ja) * | 1983-09-26 | 1985-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 波長選択形受光器 |
-
1987
- 1987-04-27 JP JP62105330A patent/JP2664900B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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| JPS5961822A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-09 | Fujitsu Ltd | ホモダイン検波型光受光装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2664900B2 (ja) | 1997-10-22 |
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