JPH02199877A - 光受信器及び光電子集積回路 - Google Patents
光受信器及び光電子集積回路Info
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- JPH02199877A JPH02199877A JP1019122A JP1912289A JPH02199877A JP H02199877 A JPH02199877 A JP H02199877A JP 1019122 A JP1019122 A JP 1019122A JP 1912289 A JP1912289 A JP 1912289A JP H02199877 A JPH02199877 A JP H02199877A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光受信器及び光電子集積回路に関する。
光通信技術の進歩に伴い、その適用分野は、基幹伝送系
から加入者系、ＬＡＮ、データ・リング等のシステムへ
急速に広がりつつある。このような、光システムの高度
化に対応するためには光デバイスの高性能化、高機能化
、高集積化が不可欠である。
から加入者系、ＬＡＮ、データ・リング等のシステムへ
急速に広がりつつある。このような、光システムの高度
化に対応するためには光デバイスの高性能化、高機能化
、高集積化が不可欠である。
光受信器は、これらの光システムの該となるキー・デバ
イスの一つである。又、光電子集積回路は光受信器や光
送信器とそれらを駆動あるいは増幅する電子回路を同一
チップ上に集積したものであり、低価格・小型・高信頼
・無調整化といった集積による基本的メリットのみなら
ず、高速化・高感度化といった光デバイスの性能改善や
新機能デバイスの実現を狙いとする。
イスの一つである。又、光電子集積回路は光受信器や光
送信器とそれらを駆動あるいは増幅する電子回路を同一
チップ上に集積したものであり、低価格・小型・高信頼
・無調整化といった集積による基本的メリットのみなら
ず、高速化・高感度化といった光デバイスの性能改善や
新機能デバイスの実現を狙いとする。
従来、光受信器の構成材料として、０．δμｍ帯ではＧ
ａＡｓ系材料またはＳｉを、ｌｊμｍ帯や１．５５μｍ
帯ではＩｎＰ系材料が使用さている０例えば、１．３μ
ｍ帯では、ＩｎＰ／ＩｏＧａＡｓ／ＩｎＰとＺｎ拡散に
よりｐｉｎ構造を形成し光受信器が形成される。光受信
器の性能をはかる物理量としては、量子効率ηがあげら
れるが、ηが大きければ大きい程受信感度が高い。一般
に、ｐｎ接合を用いた光受信器では、ηは表面反射率を
Ｒ５光吸収層の吸収係数をａ、空乏層幅をｗ、ｎ側空乏
層幅をＸとすれば、７７＝ （１−Ｒ）ｅ−ａＸ（１
−ｅ−”） −（１）で与えられる。従って、ηを大
きくするためにＲを小さくする、即ち受光面を無反射コ
ーティングするなどの手法が用いられている。また、空
乏層幅Ｗを大きくする方法も有効である。しかしながら
、空乏層幅Ｗを大きくするには吸収層厚ｄを大きくしな
ければ成らず、ｄを大きくし過ぎるとキャリアの走行時
間で応答速度が制限され、高速動作が不可能となる。ま
た、吸収層厚ｄを大きくした光受信器を光電子集積回路
に用いた場合には、基板表面の段差が大きくなり、電子
素子の微細化が出来ない等の問題点が生ずる。
ａＡｓ系材料またはＳｉを、ｌｊμｍ帯や１．５５μｍ
帯ではＩｎＰ系材料が使用さている０例えば、１．３μ
ｍ帯では、ＩｎＰ／ＩｏＧａＡｓ／ＩｎＰとＺｎ拡散に
よりｐｉｎ構造を形成し光受信器が形成される。光受信
器の性能をはかる物理量としては、量子効率ηがあげら
れるが、ηが大きければ大きい程受信感度が高い。一般
に、ｐｎ接合を用いた光受信器では、ηは表面反射率を
Ｒ５光吸収層の吸収係数をａ、空乏層幅をｗ、ｎ側空乏
層幅をＸとすれば、７７＝ （１−Ｒ）ｅ−ａＸ（１
−ｅ−”） −（１）で与えられる。従って、ηを大
きくするためにＲを小さくする、即ち受光面を無反射コ
ーティングするなどの手法が用いられている。また、空
乏層幅Ｗを大きくする方法も有効である。しかしながら
、空乏層幅Ｗを大きくするには吸収層厚ｄを大きくしな
ければ成らず、ｄを大きくし過ぎるとキャリアの走行時
間で応答速度が制限され、高速動作が不可能となる。ま
た、吸収層厚ｄを大きくした光受信器を光電子集積回路
に用いた場合には、基板表面の段差が大きくなり、電子
素子の微細化が出来ない等の問題点が生ずる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、光受信器の高感度化と高速化の相反す
る点を補い、光受信器をより高性能化し、さらには光受
信器を集積した光電子集積回路の高性能化、高集積化、
高信頼化を行うことにある。
る点を補い、光受信器をより高性能化し、さらには光受
信器を集積した光電子集積回路の高性能化、高集積化、
高信頼化を行うことにある。
前述の問題点を解決し、上記目的を達成するなめに、本
発明が提供する光受信器は、多重量子井戸構造を有する
光吸収層を備え、前記多重量子井戸（ＭＱＷ）構造が低
キャリア濃度層で構成されており、前記多重量子井戸構
造の各層に平行な電界を印加する手段を有し、前記多重
量子井戸が電界印加手段による電界によって空乏化され
る構成になっている。また光電子集積回路は、半絶縁性
ＩｎＰ基板上に、ＧａＡｓ又は＾ｌＧａＡｓからなる歪
バッファ層をはさんで形成されたＡｌＧ１Ａｓを含むＧ
ａＡｓ系半導体電子デバイス、または前記半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板に格子整合するＩｎＰ系半導体電子デバイスと、
前述の光受信器とが集積されていることを特徴とする構
成になっている。
発明が提供する光受信器は、多重量子井戸構造を有する
光吸収層を備え、前記多重量子井戸（ＭＱＷ）構造が低
キャリア濃度層で構成されており、前記多重量子井戸構
造の各層に平行な電界を印加する手段を有し、前記多重
量子井戸が電界印加手段による電界によって空乏化され
る構成になっている。また光電子集積回路は、半絶縁性
ＩｎＰ基板上に、ＧａＡｓ又は＾ｌＧａＡｓからなる歪
バッファ層をはさんで形成されたＡｌＧ１Ａｓを含むＧ
ａＡｓ系半導体電子デバイス、または前記半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板に格子整合するＩｎＰ系半導体電子デバイスと、
前述の光受信器とが集積されていることを特徴とする構
成になっている。
ＭＱＷ構造は、室温でエキシトン共鳴による吸収ピーク
が存在することが知られている。この吸収ピークにおけ
る吸収係数ａはバルク結晶よりも大きい。このＭＱＷ構
造に積層方向に垂直な電界を印加すると、エキシトン吸
収ピークはエキシトンのイオン化により、ピーク波長は
変化せず、吸収ピークが消失する（フィジカル・レビｘ
−Ｂ （Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ）第３
２巻、１０４３〜１０６０頁（１９８５））、吸収ピー
クが消滅するための電界強度はｌＸ１０’Ｖ／Ｃ１１程
度必要であり、層厚１μｍでは印加電圧１０Ｖである。
が存在することが知られている。この吸収ピークにおけ
る吸収係数ａはバルク結晶よりも大きい。このＭＱＷ構
造に積層方向に垂直な電界を印加すると、エキシトン吸
収ピークはエキシトンのイオン化により、ピーク波長は
変化せず、吸収ピークが消失する（フィジカル・レビｘ
−Ｂ （Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ）第３
２巻、１０４３〜１０６０頁（１９８５））、吸収ピー
クが消滅するための電界強度はｌＸ１０’Ｖ／Ｃ１１程
度必要であり、層厚１μｍでは印加電圧１０Ｖである。
従ってＭＱＷ構造による光吸収層が空乏化する電界強度
程度では、吸収係数の大きなエキシトン吸収ピークが存
在する。＜１）式によれば、ηを大きくするためには、
吸収係数ａを大きくすればよいから、ａがバルクよりも
大きなエキシトン吸収ピークを所望の波長に設定してお
けば、同じ層厚で大きなηが得られる。このために光受
信器の高性能化が図れ、また、この光受信器を集積した
光電子集積回路では、基板の段差が小さくできるために
、電子素子の微細化が可能となり、より高性能、高速、
高集積のデバイスが実現可能である。
程度では、吸収係数の大きなエキシトン吸収ピークが存
在する。＜１）式によれば、ηを大きくするためには、
吸収係数ａを大きくすればよいから、ａがバルクよりも
大きなエキシトン吸収ピークを所望の波長に設定してお
けば、同じ層厚で大きなηが得られる。このために光受
信器の高性能化が図れ、また、この光受信器を集積した
光電子集積回路では、基板の段差が小さくできるために
、電子素子の微細化が可能となり、より高性能、高速、
高集積のデバイスが実現可能である。
次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は本発明の光受信器を説明するための図である。
第１図（ａ＞は多重量子井戸に印加される電界がｐｎ接
合を介している場合である。また、第１図（ｂ）は、多
重量子井戸に印加される電界がショットキー電極を介し
ている場合である。以下、第１図（ａ）の場合の光受信
器の製作方法を説明する。半絶縁性ＩｎＰ基板１上に有
機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いてノンドープｌ
ｎＰ層２、ノンドープＩｏＧａＡｓ／Ｉｎ？（３０人１
５０人Ｘ２００）ＭＱＷ光吸収層３、ノンドープＩｎＰ
層４を順次成長する。ここで、ＭＱＷの組成をＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＰ （３０人１５０人）にしたのは、エキシ
トン吸収ピーク波長を１．３μｍにするためである。次
に、５ｉ０２をマスクとした２ｎの選択拡散を行い、ｐ
型反転層をＭＱＷ光吸収層の受光面に２箇所形成する。
合を介している場合である。また、第１図（ｂ）は、多
重量子井戸に印加される電界がショットキー電極を介し
ている場合である。以下、第１図（ａ）の場合の光受信
器の製作方法を説明する。半絶縁性ＩｎＰ基板１上に有
機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いてノンドープｌ
ｎＰ層２、ノンドープＩｏＧａＡｓ／Ｉｎ？（３０人１
５０人Ｘ２００）ＭＱＷ光吸収層３、ノンドープＩｎＰ
層４を順次成長する。ここで、ＭＱＷの組成をＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＰ （３０人１５０人）にしたのは、エキシ
トン吸収ピーク波長を１．３μｍにするためである。次
に、５ｉ０２をマスクとした２ｎの選択拡散を行い、ｐ
型反転層をＭＱＷ光吸収層の受光面に２箇所形成する。
最後に、対向するＡｕＺｎ電極６をＺｎ拡散領域５の上
部に、＾ｕＧｅ／旧ハＵ電極７をＩｎＰ４上に形成し、
オーミック電極とすることにより、第１図（ａ）の光受
信器が完成する。第１図（ｂ）の場合は、ノンドープＩ
ｎＰ ４を成長後、さらにノンドープＩｎＡｌＡｓ層１
５を成長する０次に受光面中心部のＩｎＡｌＡｓｎＡｌ
Ａｓ層上５チ後残ったＩｎＡｌＡｌ５１層上にＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕショ’ｙトキー電極を形成し、第１図＜ｂ＞の
光受信器が完成する。
部に、＾ｕＧｅ／旧ハＵ電極７をＩｎＰ４上に形成し、
オーミック電極とすることにより、第１図（ａ）の光受
信器が完成する。第１図（ｂ）の場合は、ノンドープＩ
ｎＰ ４を成長後、さらにノンドープＩｎＡｌＡｓ層１
５を成長する０次に受光面中心部のＩｎＡｌＡｓｎＡｌ
Ａｓ層上５チ後残ったＩｎＡｌＡｌ５１層上にＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕショ’ｙトキー電極を形成し、第１図＜ｂ＞の
光受信器が完成する。
第２図は、ＭＱＷに積層方向に垂直に電界（横電界）を
印加した場合のエキシトン吸収ピークの変化を説明する
ための図である。電界強度が大きくなるとエキシトンピ
ーク波長の位置は変わらずに、ピークの強度（吸収係数
ａ）が小さくなる。
印加した場合のエキシトン吸収ピークの変化を説明する
ための図である。電界強度が大きくなるとエキシトンピ
ーク波長の位置は変わらずに、ピークの強度（吸収係数
ａ）が小さくなる。
しかしながら、吸収係数の大きさは、バルクのＩａＧａ
Ａｓより１．５倍程度大きい、（１）式によれば、光受
信器の量子効率はａの指数関数で表せるから、ａが大き
くなればηは指数間数のべき乗で大きくなる。このため
、光受信感度も従来に比べて高くなる。
Ａｓより１．５倍程度大きい、（１）式によれば、光受
信器の量子効率はａの指数関数で表せるから、ａが大き
くなればηは指数間数のべき乗で大きくなる。このため
、光受信感度も従来に比べて高くなる。
第３図は第１図（ｂ）に示した光受信器を光電子集積回
路に集積した例である。半絶縁性ＩｎＰ基板１上にＧａ
Ａｓバッファ層〈層厚１．５μｍ）２１をＭＢＥ法によ
り積層する０次にＧａＡｓチャネル層（層厚０．３μｍ
）２２を積層する。窒化シリコン膜をマスクとしてメサ
エッチにより先受信器部分をＩｎＰ基板まで除去する。
路に集積した例である。半絶縁性ＩｎＰ基板１上にＧａ
Ａｓバッファ層〈層厚１．５μｍ）２１をＭＢＥ法によ
り積層する０次にＧａＡｓチャネル層（層厚０．３μｍ
）２２を積層する。窒化シリコン膜をマスクとしてメサ
エッチにより先受信器部分をＩｎＰ基板まで除去する。
ノンドープＩｎＰ層２、ノンドープＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＰＭ Ｑ Ｗ光吸収層１３、ノンドープＩｎＰ層４、ノ
ンドープＩｎＡｌＡｓ層１５をＭＯＶＰＥ法により選択
成長する。光受信器部を第１図（ｂ）の様に加工後、光
受信器のショットキー電極、電界効果トランジスタのゲ
ート電極にＴｉ／Ｐｔ／Ａｌ、電界効果トランジスタの
ソース、ドレイン電極に＾ｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し
、最後に配線を施して第３図に示す光電子集積回路が完
成する。この時電子回路を形成する際には、基板上の段
差がほとんど無いために、ゲート長が０．７μｍと良好
な電子デバイスが形成された。第３図の実施例は、光受
信器と電界、効果トランジスタが半絶縁性ＩｎＰ基板上
にモノリシックに集積された光受信用の光電子集積回路
として動作する。
ＰＭ Ｑ Ｗ光吸収層１３、ノンドープＩｎＰ層４、ノ
ンドープＩｎＡｌＡｓ層１５をＭＯＶＰＥ法により選択
成長する。光受信器部を第１図（ｂ）の様に加工後、光
受信器のショットキー電極、電界効果トランジスタのゲ
ート電極にＴｉ／Ｐｔ／Ａｌ、電界効果トランジスタの
ソース、ドレイン電極に＾ｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し
、最後に配線を施して第３図に示す光電子集積回路が完
成する。この時電子回路を形成する際には、基板上の段
差がほとんど無いために、ゲート長が０．７μｍと良好
な電子デバイスが形成された。第３図の実施例は、光受
信器と電界、効果トランジスタが半絶縁性ＩｎＰ基板上
にモノリシックに集積された光受信用の光電子集積回路
として動作する。
なお、上述の実施例において、光受信器のショットキー
電極、電界効果トランジスタのゲート電極は、Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｌに限らずショットキー接合がとれればいかなる
ものでもよく、また電界効果トランジスタの能動層の厚
さ、キャリア濃度、組成は光電子集積回路用の電子デバ
イスとして最適化されていればいかなるものでもよい、
また、光受信器は複数あってもよく、光導波路によって
光双安定素子や光アンプなどの光機能素子と集積してあ
ってもよい、電子デバイスは、ＧａＡｓ電界効果トラン
ジスタのみならず、ダイオード、抵抗を含んでもよく、
その集積規模も、さらに大きなものであってもよい。
電極、電界効果トランジスタのゲート電極は、Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｌに限らずショットキー接合がとれればいかなる
ものでもよく、また電界効果トランジスタの能動層の厚
さ、キャリア濃度、組成は光電子集積回路用の電子デバ
イスとして最適化されていればいかなるものでもよい、
また、光受信器は複数あってもよく、光導波路によって
光双安定素子や光アンプなどの光機能素子と集積してあ
ってもよい、電子デバイスは、ＧａＡｓ電界効果トラン
ジスタのみならず、ダイオード、抵抗を含んでもよく、
その集積規模も、さらに大きなものであってもよい。
以上説明したように本発明によれば、光受信器の受信感
度の改善が行え、前記光受信器を光電子集積回路に集積
することにより電子デバイスの微細化が可能となり、高
性能かつ高信頼な光電子集積回路が得られる。
度の改善が行え、前記光受信器を光電子集積回路に集積
することにより電子デバイスの微細化が可能となり、高
性能かつ高信頼な光電子集積回路が得られる。
第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の光受信器の実施例を
示す図であり、（ａ）はｐｎ接合を用いた例、（ｂ）は
ショットキー電極を用いた例である。第２図は、本発明
の詳細な説明するための図である。又、第３図は、本発
明の光受信器を光電子集積回路に集積した実施例を説明
するための図である。 ３・・・ＭＱＷ光吸収層、５・・・Ｚｎ拡散領域（ｐ型
反転領域）、６，７．１６・・・電極。 代理人 弁理士 内 原 晋 （仄） あ ■ 囚 二民長χ（メ１） りど邑 どノ）響〕’ＩｙＰ ２禾こ困
示す図であり、（ａ）はｐｎ接合を用いた例、（ｂ）は
ショットキー電極を用いた例である。第２図は、本発明
の詳細な説明するための図である。又、第３図は、本発
明の光受信器を光電子集積回路に集積した実施例を説明
するための図である。 ３・・・ＭＱＷ光吸収層、５・・・Ｚｎ拡散領域（ｐ型
反転領域）、６，７．１６・・・電極。 代理人 弁理士 内 原 晋 （仄） あ ■ 囚 二民長χ（メ１） りど邑 どノ）響〕’ＩｙＰ ２禾こ困
Claims (2)
- （１）多重量子井戸構造を有する光吸収層を備え、前記
多重量子井戸（ＭＱＷ）構造が低キャリア濃度層で構成
されており、前記多重量子井戸構造の各層に平行な電界
を印加する手段を有し、前記多重量子井戸が前記電界印
加手段による電界によって空乏化されることを特徴とす
る光受信器。 - （２）半絶縁性ＩｎＰ基板上に、ＧａＡｓ又はＡｌＧａ
Ａｓからなる歪バッファ層をはさんで形成されたＡｌＧ
ａＡｓを含むＧａＡｓ系半導体電子デバイス、または前
記半絶縁性ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎＰ系半導体電
子デバイスと請求項１に記載の光受信器とが集積されて
いることを特徴とする光電子集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1019122A JPH02199877A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 光受信器及び光電子集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1019122A JPH02199877A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 光受信器及び光電子集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02199877A true JPH02199877A (ja) | 1990-08-08 |
Family
ID=11990664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1019122A Pending JPH02199877A (ja) | 1989-01-27 | 1989-01-27 | 光受信器及び光電子集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02199877A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5281542A (en) * | 1992-03-31 | 1994-01-25 | At&T Bell Laboratories | Planar quantum well photodetector |
| WO1994015367A1 (fr) * | 1992-12-21 | 1994-07-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Element photodetecteur monolithique a reseau cristallin deforme, comportant une structure de contact lateral |
| US5488231A (en) * | 1994-11-23 | 1996-01-30 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Metal/semiconductor junction Schottky diode optical device using a distortion grown layer |
| JPH08107232A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Nec Corp | シリコン受光素子 |
| US5789760A (en) * | 1992-05-08 | 1998-08-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Multiquantum barrier Schottky junction device |
| WO2008072688A1 (ja) * | 2006-12-14 | 2008-06-19 | Nec Corporation | フォトダイオード |
-
1989
- 1989-01-27 JP JP1019122A patent/JPH02199877A/ja active Pending
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