JPH0233982A - 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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- JPH0233982A JPH0233982A JP63184161A JP18416188A JPH0233982A JP H0233982 A JPH0233982 A JP H0233982A JP 63184161 A JP63184161 A JP 63184161A JP 18416188 A JP18416188 A JP 18416188A JP H0233982 A JPH0233982 A JP H0233982A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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
光を弁別して受光する事が可能な波長多重弁別型半導体
受光素子に関するものである。
光を弁別して受光する事が可能な波長多重弁別型半導体
受光素子に関するものである。
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。
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半導体受光素子としては例
えばＳｉ、ＧｅあるいはＩｎＰ基板に格子整合したＩ
ｎＱ、 ５３ Ｇａ□、４７Ａ５層を光吸収層としたＰ
ＩＮ型受光受光素子バランシェ増倍型受光素子などがあ
る。ＰＩＮ型受光受光素子容量及びプロセス上容易な点
から、またアバランシ増倍型受光素子は内部利得効果及
び高速応答を有する点で注目されている。
えばＳｉ、ＧｅあるいはＩｎＰ基板に格子整合したＩ
ｎＱ、 ５３ Ｇａ□、４７Ａ５層を光吸収層としたＰ
ＩＮ型受光受光素子バランシェ増倍型受光素子などがあ
る。ＰＩＮ型受光受光素子容量及びプロセス上容易な点
から、またアバランシ増倍型受光素子は内部利得効果及
び高速応答を有する点で注目されている。
しかしながら、通常これらの受光素子は、層構造に対し
、垂直に光が入射する為、波長単位で光電流信号を弁別
する事は不可能である。これに対し、Ａ、Ｌａｒｓｓｃ
ｎ等は導波路構造でかつ吸収層が超格子構造である受光
素子をアプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ
、Ｐｂｙｓ、Ｌｅｔｔ。
、垂直に光が入射する為、波長単位で光電流信号を弁別
する事は不可能である。これに対し、Ａ、Ｌａｒｓｓｃ
ｎ等は導波路構造でかつ吸収層が超格子構造である受光
素子をアプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ
、Ｐｂｙｓ、Ｌｅｔｔ。
１９８６．４９．ｐｐ２３３〜ｐｐ２３５）誌上で提案
し、波長弁別の機能性を確認した。第３図にＡ、Ｌａｒ
ｓｓ。
し、波長弁別の機能性を確認した。第３図にＡ、Ｌａｒ
ｓｓ。
ｎ等の波長弁別受光素子の構造図を示す。層構造として
はｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ型ＡｅＧａＡｓ層３２
、ｎ型層ａＡｓ層／ｎ型Ａｊ’ＧａＡＳ層から成る超格
子構造３３、Ｐ型ＡＪ７ＧａＡｓ７＠ ３４から成り立
っている。ここでプロトン注入によって領域３８．３９
のみを選択的にＰ壁領域として導波路構造を得ている。
はｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ型ＡｅＧａＡｓ層３２
、ｎ型層ａＡｓ層／ｎ型Ａｊ’ＧａＡＳ層から成る超格
子構造３３、Ｐ型ＡＪ７ＧａＡｓ７＠ ３４から成り立
っている。ここでプロトン注入によって領域３８．３９
のみを選択的にＰ壁領域として導波路構造を得ている。
ここでＰ型コンタクト用電極３５，３６．ｎ型コンタク
ト用電極３７３７を設ける事により、各々の導波路３８
゜３９に異なった電圧を印加できる。この為、超格子構
造におけるスターク（Ｓｔａｒｋ）効果により、各々の
導波路で異なった吸収端波長が得られる。それ故、２波
長を有する光を端面方向から入射・導波させた場合、各
々の導波路で光が弁別・吸収され電極３５．３６により
各々電流信号として得られる事になる。
ト用電極３７３７を設ける事により、各々の導波路３８
゜３９に異なった電圧を印加できる。この為、超格子構
造におけるスターク（Ｓｔａｒｋ）効果により、各々の
導波路で異なった吸収端波長が得られる。それ故、２波
長を有する光を端面方向から入射・導波させた場合、各
々の導波路で光が弁別・吸収され電極３５．３６により
各々電流信号として得られる事になる。
前述した構造（第３図）において、波長弁別が可能な波
長範囲は、原理的にはスターク（Ｓｔａｒｋ）効果のみ
に依存する。スターク効果とは、逆電界印加時にバンド
構造の変形により、量子準位がシフトし、実効的な電子
−正孔遷移エネルギーが減少する現象で、これにより逆
電界印加時には長波長側に吸収端が延びることになる。
長範囲は、原理的にはスターク（Ｓｔａｒｋ）効果のみ
に依存する。スターク効果とは、逆電界印加時にバンド
構造の変形により、量子準位がシフトし、実効的な電子
−正孔遷移エネルギーが減少する現象で、これにより逆
電界印加時には長波長側に吸収端が延びることになる。
ところがスターク効果のみでは波長弁別適用範囲は理論
的に極めて狭い領域である事が予想され、事実Ａ、Ｌａ
ｒｓｓｏｎ等の実験においても高々３００皮酸度の波長
差を弁別しているにすぎない。通信システム上では更に
広範囲な波長領域にわたり波長弁別する受光素子が必要
であり、それによって将来の波長多重による大容量光通
信に適用可能となってくる。
的に極めて狭い領域である事が予想され、事実Ａ、Ｌａ
ｒｓｓｏｎ等の実験においても高々３００皮酸度の波長
差を弁別しているにすぎない。通信システム上では更に
広範囲な波長領域にわたり波長弁別する受光素子が必要
であり、それによって将来の波長多重による大容量光通
信に適用可能となってくる。
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
多重弁別型半導体受光素子を提供することにある。
る波長を有する光を弁別して受光する事のできる、波長
多重弁別型半導体受光素子を提供することにある。
本発明の波長多重弁別型半導体受光素子は、半導体基板
上に形成した溝中に、第１の半導体層、光吸収層でかつ
光導波層である半導体層群を有する超格子構造、第２の
半導体層を積層して導波路を形成し、前記半導体層群は
第１．第２の半導体層よりも屈折率が高く吸収端エネル
ギーが小さく、前記溝の深さが導波路方向に異なってい
る構成になっている。
上に形成した溝中に、第１の半導体層、光吸収層でかつ
光導波層である半導体層群を有する超格子構造、第２の
半導体層を積層して導波路を形成し、前記半導体層群は
第１．第２の半導体層よりも屈折率が高く吸収端エネル
ギーが小さく、前記溝の深さが導波路方向に異なってい
る構成になっている。
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。
点を解決した。
−ｍに超格子構造では、吸収端波長は通常のバルク材料
とは異なってくる。つまり超格子構造による正孔と電子
の量子準位化によってその吸収端エネルギーはバルク材
料の吸収端よりも大きくなる。それを（１）式に示す。
とは異なってくる。つまり超格子構造による正孔と電子
の量子準位化によってその吸収端エネルギーはバルク材
料の吸収端よりも大きくなる。それを（１）式に示す。
ここで２は井戸層厚、Ｅｌはバルクとしてのエネルギー
ギャップ、ｍｎは電子の有効質量、ｍｐは正孔の有効質
量を示す。ここで、同一導波路内において井戸層厚を部
分的に変える事が可能であれば、（１）式に示される様
に従来のスターク効果を利用した場合よりも、はるかに
広い波長帯での波長弁別性が可能になる。
ギャップ、ｍｎは電子の有効質量、ｍｐは正孔の有効質
量を示す。ここで、同一導波路内において井戸層厚を部
分的に変える事が可能であれば、（１）式に示される様
に従来のスターク効果を利用した場合よりも、はるかに
広い波長帯での波長弁別性が可能になる。
本発明では溝中に超格子構造を形成する場合、溝深さに
よって成長速度が変化する事に着目している。一般的に
は溝深さが深い程、成長速度は増加する傾向にある。こ
の実験事実を背景として超格子構造を有する層構造を成
長させると溝深さに対応して井戸層厚の違う超格子ｎｒ
Ｊ造が実現される。
よって成長速度が変化する事に着目している。一般的に
は溝深さが深い程、成長速度は増加する傾向にある。こ
の実験事実を背景として超格子構造を有する層構造を成
長させると溝深さに対応して井戸層厚の違う超格子ｎｒ
Ｊ造が実現される。
第２図＜Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は上記内容を図示してい
る。基板２１上に溝深さが部分的に違う溝２２を形成し
、この溝中に超格子構造２３を成長させる事によって、
第２図（Ｂ）、（Ｃ）に示すように溝深さ対応した井戸
層厚を有する導波路構造が得られる。ここで各々の導波
領域２４゜２５の吸収端波長は（１）式に従い決定され
、溝深さが深いほうがより長い波長の吸収端を有する。
る。基板２１上に溝深さが部分的に違う溝２２を形成し
、この溝中に超格子構造２３を成長させる事によって、
第２図（Ｂ）、（Ｃ）に示すように溝深さ対応した井戸
層厚を有する導波路構造が得られる。ここで各々の導波
領域２４゜２５の吸収端波長は（１）式に従い決定され
、溝深さが深いほうがより長い波長の吸収端を有する。
この様な層構造に、端面から２波長を含む光を入射・導
波させると各々の導波領域で弁別・吸収され、光電流信
号として得られる。
波させると各々の導波領域で弁別・吸収され、光電流信
号として得られる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。
する。
第１図に本発明の一実施例により形成された波長多重弁
別型半導体受光素子の構造図を示す。ここでは２波長を
弁別する素子例であり、材料としては長波長光通信用帯
（１〜１．６μｍ帯）としてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系を
用いているが、Ａ、Ｌｓｒｓｓｏｎ等のＡ ４７ Ｇ
ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ等の材料系でも適用さ
れることはいうまでもない。
別型半導体受光素子の構造図を示す。ここでは２波長を
弁別する素子例であり、材料としては長波長光通信用帯
（１〜１．６μｍ帯）としてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系を
用いているが、Ａ、Ｌｓｒｓｓｏｎ等のＡ ４７ Ｇ
ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ等の材料系でも適用さ
れることはいうまでもない。
ここでｎ型ＩｎＰ基板１上に、溝幅１０μｍ。
溝の深さ３μｍと６μｍからなる溝領域をエツチングで
形成し、この後にハイドライドＶＰＥ法により選択的に
溝中にｎ型ＩｎＰ層２．ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ層／ｎ型Ｉ
ｎＰＭからなる超格子構造３．ｎ型ＩｎＰＪｔ１４を形
成する。ここでＺｎ拡散によってｎ型ＩｎＰ層４に選択
的にＰ型頭域１０を形成し、このＰ型領域下の超格子構
造に導波領域構造を得ている。さらにＰ型コンタクト用
電極５，６及びｎ型コンタク１〜用電極を設ける事によ
って、超格子構造から成る各々の導波路に電界印加し、
かつ光電流信号が取り出せる様になっている。なお、超
格子構造３の実効的な屈折率はＩｎＰ層よりも大きく、
かつ吸収端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。
形成し、この後にハイドライドＶＰＥ法により選択的に
溝中にｎ型ＩｎＰ層２．ｎ型Ｉ ｎＧａＡｓ層／ｎ型Ｉ
ｎＰＭからなる超格子構造３．ｎ型ＩｎＰＪｔ１４を形
成する。ここでＺｎ拡散によってｎ型ＩｎＰ層４に選択
的にＰ型頭域１０を形成し、このＰ型領域下の超格子構
造に導波領域構造を得ている。さらにＰ型コンタクト用
電極５，６及びｎ型コンタク１〜用電極を設ける事によ
って、超格子構造から成る各々の導波路に電界印加し、
かつ光電流信号が取り出せる様になっている。なお、超
格子構造３の実効的な屈折率はＩｎＰ層よりも大きく、
かつ吸収端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。
この場合、溝深さ６μｍ溝内での成長速度は湧深さ３μ
ｍに比較して約１．５倍程度大きい事が実験的に判って
おり、本実施例では、深さ６．ｕｍ厚での井戸層厚は７
５人、深さ３μｍ溝での井戸層厚は５０人程度であった
。それ故、（１）式より推定される吸収端波長の長波長
側での限界は溝深さ６μｍの導波領域で１．３８μｍ、
溝深さ３μｍ導波頭域で１．１１μｍである。これは例
えば１．１１μｍ、１．３８μｍの２波長を含んだ光］
２を浅い溝の方の導波領域側から端面に入射・導波させ
る事により、１．１１μｍ光を浅い溝側の導波領域で１
．３８μｍ光を深い溝側の導波領域で弁別・吸収し電極
５．６から光電流信号として取り出す事が可能になる。
ｍに比較して約１．５倍程度大きい事が実験的に判って
おり、本実施例では、深さ６．ｕｍ厚での井戸層厚は７
５人、深さ３μｍ溝での井戸層厚は５０人程度であった
。それ故、（１）式より推定される吸収端波長の長波長
側での限界は溝深さ６μｍの導波領域で１．３８μｍ、
溝深さ３μｍ導波頭域で１．１１μｍである。これは例
えば１．１１μｍ、１．３８μｍの２波長を含んだ光］
２を浅い溝の方の導波領域側から端面に入射・導波させ
る事により、１．１１μｍ光を浅い溝側の導波領域で１
．３８μｍ光を深い溝側の導波領域で弁別・吸収し電極
５．６から光電流信号として取り出す事が可能になる。
この場合、波長弁別が可能な波長範囲は２７００人にわ
たり、従来のスターク効果のみを利用した素子よりも広
範囲な波長を弁別する事が可能である。
たり、従来のスターク効果のみを利用した素子よりも広
範囲な波長を弁別する事が可能である。
なお、本実施例では２波長光を弁別する場合について延
べたがＮ波長光を弁別するにはＮ個の溝深さが違う領域
からなる溝中に本製造方法に従って層構造を形成する事
によって可能となる。
べたがＮ波長光を弁別するにはＮ個の溝深さが違う領域
からなる溝中に本製造方法に従って層構造を形成する事
によって可能となる。
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、溝中での成長速度が溝深さ依存性
を有する事を利用して井戸層厚の違う超格子構造を導波
路構造で作成することによって、異なった波長の光を弁
別・吸収し、光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、容易にワンチ
ップ上で波長を弁別して受光する事が可能になる。
型半導体受光素子は、溝中での成長速度が溝深さ依存性
を有する事を利用して井戸層厚の違う超格子構造を導波
路構造で作成することによって、異なった波長の光を弁
別・吸収し、光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、容易にワンチ
ッ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２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してい
る図、第２図（Ａ）、（Ｂ）。 （Ｃ）は本発明の特徴である異なった溝深さの溝中に超
格子構造を成長させる製造方法についての図、第３図は
従来技術による波長多重弁別型半導体受光素子の図であ
る。 １−−− ｎ型ＩｎＰ基板、２−ｎ型ＴｎＰｌ、３・・
・ｎ型ＩｎＧａＡｓ層／ｎ型ＩｎＰ層超格子構造、４・
・・ｎ型ＩｎＰ層、５・・・Ｐ型電極、６・・・Ｐ型電
極、７・・・ｎ型電極、１０・・・Ｚｎ拡散領域（Ｐ型
頭域）、１２：２波長を含む入射光、２】・・・半導体
基板、２２・・・溝、２３・・・半導体超格子構造、２
４・・・導波領域、２５・・・導波領域、３１・・・ｎ
型ＧａＡｓ基板、３２−ｎ型ＡＪ？ＧａＡｓ層、３３・
ｎ型ＧａＡｓ層／ｎ型Ａｌ２ＧａＡｓ層超格子構刀五
、 ３４−Ｐ型ＡｆｆＧａＡｓ層、 ５・・・Ｐ型コン タクト用電極、 ６・・・Ｐ型コンタク ト用電極、 ３７・・・ｎ型コンタク ト用電極、 ３８・・・導波領域、 ９・・・導波領域。
ことのできる波長多重弁別型半導体受光素子を示してい
る図、第２図（Ａ）、（Ｂ）。 （Ｃ）は本発明の特徴である異なった溝深さの溝中に超
格子構造を成長させる製造方法についての図、第３図は
従来技術による波長多重弁別型半導体受光素子の図であ
る。 １−−− ｎ型ＩｎＰ基板、２−ｎ型ＴｎＰｌ、３・・
・ｎ型ＩｎＧａＡｓ層／ｎ型ＩｎＰ層超格子構造、４・
・・ｎ型ＩｎＰ層、５・・・Ｐ型電極、６・・・Ｐ型電
極、７・・・ｎ型電極、１０・・・Ｚｎ拡散領域（Ｐ型
頭域）、１２：２波長を含む入射光、２】・・・半導体
基板、２２・・・溝、２３・・・半導体超格子構造、２
４・・・導波領域、２５・・・導波領域、３１・・・ｎ
型ＧａＡｓ基板、３２−ｎ型ＡＪ？ＧａＡｓ層、３３・
ｎ型ＧａＡｓ層／ｎ型Ａｌ２ＧａＡｓ層超格子構刀五
、 ３４−Ｐ型ＡｆｆＧａＡｓ層、 ５・・・Ｐ型コン タクト用電極、 ６・・・Ｐ型コンタク ト用電極、 ３７・・・ｎ型コンタク ト用電極、 ３８・・・導波領域、 ９・・・導波領域。
Claims (1)
- 半導体基板上に形成した溝中に、第１の半導体層、禁制
帯幅が互いに異なる２種類の半導体層を交互に積層した
半導体層群から成る超格子構造、第２の半導体層を積層
して導波路を構成し、前記半導体層群は前記第１、第２
の半導体層よりも屈折率が高く吸収端エネルギーが小さ
く、前記溝の深さは導波路方向で異なっている事を特徴
としてい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 |
|---|---|---|---|
| JP63184161A JPH0233982A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP63184161A JPH0233982A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0233982A true JPH0233982A (ja) | 1990-02-05 |
Family
ID=16148434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63184161A Pending JPH0233982A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0233982A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138416A (en) * | 1991-07-12 | 1992-08-11 | Xerox Corporation | Multi-color photosensitive element with heterojunctions |
| WO1997008757A1 (fr) * | 1995-08-29 | 1997-03-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Photodetecteur du type a guide d'onde |
| US6020620A (en) * | 1996-06-28 | 2000-02-01 | Nec Corporation | Semiconductor light-receiving device with inclined multilayer structure |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP63184161A patent/JPH0233982A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138416A (en) * | 1991-07-12 | 1992-08-11 | Xerox Corporation | Multi-color photosensitive element with heterojunctions |
| WO1997008757A1 (fr) * | 1995-08-29 | 1997-03-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Photodetecteur du type a guide d'onde |
| US5926585A (en) * | 1995-08-29 | 1999-07-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Waveguide type light receiving element |
| US6020620A (en) * | 1996-06-28 | 2000-02-01 | Nec Corporation | Semiconductor light-receiving device with inclined multilayer structure |
| US6232141B1 (en) | 1996-06-28 | 2001-05-15 | Nec Corporation | Semiconductor light-receiving device and method of fabricating the same |
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