JPH0298178A - モノリシック送受光素子 - Google Patents
モノリシック送受光素子Info
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- JPH0298178A JPH0298178A JP63250643A JP25064388A JPH0298178A JP H0298178 A JPH0298178 A JP H0298178A JP 63250643 A JP63250643 A JP 63250643A JP 25064388 A JP25064388 A JP 25064388A JP H0298178 A JPH0298178 A JP H0298178A
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Landscapes
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (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、光通信用モノリシック送受光素子の改良に関
するものである。
するものである。
[発明の概要]
本発明は、半導体基板の上に少なくとも発光部と受光部
とを一体に形成し、光ファイバを単線で双方向通信に使
用できるようにしたものである。
とを一体に形成し、光ファイバを単線で双方向通信に使
用できるようにしたものである。
[従来の技術]
光通信に使用する光ファイバは、石英を材料としており
、波長0.85,1.05,11,1.6μ帯で低い伝
送損失を示し、これらの波長帯で半導体発光素子および
受光素子の開発が進められている。
、波長0.85,1.05,11,1.6μ帯で低い伝
送損失を示し、これらの波長帯で半導体発光素子および
受光素子の開発が進められている。
上記発光素子としては、GaAIAs(0、8p ?i
F)、InGaAsP (1,2〜1.6 μ帯)の発
光ダイオード(LED)、 レーザダイオード(LD
)が使用され、受光素子としては、Siフォトダイオー
ド(0,8μ帯)、単体のGeやInGaAsPの化合
物半導体のフォトダイオード(1,2〜1.6μ帯)が
用いられている。
F)、InGaAsP (1,2〜1.6 μ帯)の発
光ダイオード(LED)、 レーザダイオード(LD
)が使用され、受光素子としては、Siフォトダイオー
ド(0,8μ帯)、単体のGeやInGaAsPの化合
物半導体のフォトダイオード(1,2〜1.6μ帯)が
用いられている。
近時、低伝導損失の有機系光ファイバが開発され、短距
離光通信用に注目されている。この有機系光ファイバは
0.8μ付近から赤外域にかけては有機物質特有の光吸
収があり、従来の石英系光ファイバで使用されていた赤
外域の発受光素子は使用し難い。光通信用としては、0
.7μ以下の可視域の受発器を必要とする。その場合、
発光器はGaP、GaAsP、GaAlAs、GaAI
P、InGaP等の■−■族化合物あるいはこれらの混
晶、またはZnS、Zn5eの■−■族化合物あるいは
これらの混晶で作成し、受光器は同じ化合物半導体や。
離光通信用に注目されている。この有機系光ファイバは
0.8μ付近から赤外域にかけては有機物質特有の光吸
収があり、従来の石英系光ファイバで使用されていた赤
外域の発受光素子は使用し難い。光通信用としては、0
.7μ以下の可視域の受発器を必要とする。その場合、
発光器はGaP、GaAsP、GaAlAs、GaAI
P、InGaP等の■−■族化合物あるいはこれらの混
晶、またはZnS、Zn5eの■−■族化合物あるいは
これらの混晶で作成し、受光器は同じ化合物半導体や。
Siフォトダイオードを用いるのが最適である。
第4図に従来の発光素子を、また5図に受光素子を示す
。第4図の発光素子はG a A I A s通信用L
EDであって、1はマウント、2はp GaAs層、
3はp−GaAlAs層、4は活性層、5はn−G a
A I A s層、6はG a A s基板、7はS
i02層、8は電極、9は発光部、10は光ファイバ
であり。
。第4図の発光素子はG a A I A s通信用L
EDであって、1はマウント、2はp GaAs層、
3はp−GaAlAs層、4は活性層、5はn−G a
A I A s層、6はG a A s基板、7はS
i02層、8は電極、9は発光部、10は光ファイバ
であり。
GaAlAsのLEDはG a A s基板5の上にエ
ピタキシャル成長により形成されたものである。第5図
の受光素子はSiフォトダイオードであって、1はマウ
ント、11はn−8i基板、12はn−8i層、13は
p−8i層、14は受光面、15は電極、10は光ファ
イバであり、n−層およびp−層はSi基板の上にエピ
タキシャル成長により形成されたものである。
ピタキシャル成長により形成されたものである。第5図
の受光素子はSiフォトダイオードであって、1はマウ
ント、11はn−8i基板、12はn−8i層、13は
p−8i層、14は受光面、15は電極、10は光ファ
イバであり、n−層およびp−層はSi基板の上にエピ
タキシャル成長により形成されたものである。
[発明が解決しようとする課題]
しかして、可視光域で光通信を行う場合、上記のように
発光部が化合物半導体で形成され、受光部がSiで形成
されることが多く、このように発光器と受光器の材料が
異なる場合、各素子を別個に作成しなければならない。
発光部が化合物半導体で形成され、受光部がSiで形成
されることが多く、このように発光器と受光器の材料が
異なる場合、各素子を別個に作成しなければならない。
そのため超小型化が不可能で、双方向光通信のため光フ
ァイバと結合させるときは1発光器と受光器でそれぞれ
単線方向線路を1本ずつ(1対)用意している。
ァイバと結合させるときは1発光器と受光器でそれぞれ
単線方向線路を1本ずつ(1対)用意している。
また1発光用と受光用の駆動回路や伝送信号処理用回路
もSi基板を用いて別素子として作らなければならない
。
もSi基板を用いて別素子として作らなければならない
。
[発明の目的]
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、半
導体基板上に発光部と受光部を一体化し、光ファイバを
単線で双方向通信に使用できるようにした光通信用モノ
リシック送受光器を提供することを目的としているもの
である。
導体基板上に発光部と受光部を一体化し、光ファイバを
単線で双方向通信に使用できるようにした光通信用モノ
リシック送受光器を提供することを目的としているもの
である。
[課題を解決するための手段]
本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板と、そ
の半導体基板上に形成された化合物半導体の発光部と、
前記半導体基板上の発光部近傍に形成された受光部とで
光ファイバの送受光部が構成し、前記発光部と受光部と
を光ファイバのコアの最大受光角度内に配置することに
より、上述した問題点の解決を図ったものである。
の半導体基板上に形成された化合物半導体の発光部と、
前記半導体基板上の発光部近傍に形成された受光部とで
光ファイバの送受光部が構成し、前記発光部と受光部と
を光ファイバのコアの最大受光角度内に配置することに
より、上述した問題点の解決を図ったものである。
[作用]
上記構成のモノリシック送受光素子においては、半導体
基板上に発光部と受光部とが形成され、再考が光ファイ
バのコアの最大受光角度内に納められているので、単線
双方向光フアイバ通信を可能とすることができる。
基板上に発光部と受光部とが形成され、再考が光ファイ
バのコアの最大受光角度内に納められているので、単線
双方向光フアイバ通信を可能とすることができる。
[実施例]
第1図および第2図は1本発明の一実施例を示すもので
ある。
ある。
第1図はモノリシック送受光素子の構成を概略的に示し
た平面図であって、20はSi基板であり、このSi基
板20上に発光部21とそれを囲むようにした受光部2
2とが形成され、また離れた部位に発受光部の駆動回路
部23および伝送信号処理回路部24が形成されている
。
た平面図であって、20はSi基板であり、このSi基
板20上に発光部21とそれを囲むようにした受光部2
2とが形成され、また離れた部位に発受光部の駆動回路
部23および伝送信号処理回路部24が形成されている
。
第2図は、前記発光部21および受光部22の構成を示
したものである。
したものである。
即ち、Si基板20上の発光部21は、GaPバッファ
層21a、n−GaP層21b、p−GaP層21c+
p″″GaP層21d、電極21eとで形成されてい
る。
層21a、n−GaP層21b、p−GaP層21c+
p″″GaP層21d、電極21eとで形成されてい
る。
一方、Si基板2o上で前記発光部21を囲むようにし
た受光部22は、n−3i層22a、p−8i層22b
、パッシベーション層22c、電極22dとで形成され
ている。10は光ファイバ、10aはそのコア部、10
bはクラッド部であって、前記発光部21および受光部
22は光ファイバのコア部の最大受光角部θ内に納めら
れている。
た受光部22は、n−3i層22a、p−8i層22b
、パッシベーション層22c、電極22dとで形成され
ている。10は光ファイバ、10aはそのコア部、10
bはクラッド部であって、前記発光部21および受光部
22は光ファイバのコア部の最大受光角部θ内に納めら
れている。
前記構成のモノリシック送受素子を製作するには、n”
−8i基板上に予め前記送受光用駆動回路、伝送信号処
理回路および受光部としてのSiフォトダイオードをS
i微細加工プロセスにより作成しておく。その際、Si
フォトダイオードはGaP発光部を取り囲む構造とする
。前記Siで構成された素子はパッシベーション膜によ
って覆われ、ヘテロエピタキシャルによって成長を行う
SL部分だけを露出させておき、発光部の成長後コンタ
クトホールをあけて全素子の配線を行う。発光部は、前
記パッシベーション膜に覆われていない部分にGaPバ
ッファ層、n−GaP層、p−GaP層、p”GaP層
をヘテロエピタキシャルで成長させ、赤色あるいは緑色
発光ダイオードとして形成する。
−8i基板上に予め前記送受光用駆動回路、伝送信号処
理回路および受光部としてのSiフォトダイオードをS
i微細加工プロセスにより作成しておく。その際、Si
フォトダイオードはGaP発光部を取り囲む構造とする
。前記Siで構成された素子はパッシベーション膜によ
って覆われ、ヘテロエピタキシャルによって成長を行う
SL部分だけを露出させておき、発光部の成長後コンタ
クトホールをあけて全素子の配線を行う。発光部は、前
記パッシベーション膜に覆われていない部分にGaPバ
ッファ層、n−GaP層、p−GaP層、p”GaP層
をヘテロエピタキシャルで成長させ、赤色あるいは緑色
発光ダイオードとして形成する。
Siフォトダイオードの波長感度は、第3図に示すよう
に、500〜900μに大きな感度をもっている。この
ため発光素子は500〜900μの波長域で発光するも
のが必要である。それに適する半導体発光材料としては
。
に、500〜900μに大きな感度をもっている。この
ため発光素子は500〜900μの波長域で発光するも
のが必要である。それに適する半導体発光材料としては
。
LED :
GaP赤色LEDニア00u
GaP緑色LED:560μ
GaP黄色LED:580u
G a A s 1− x P x赤色〜黄色LED
(x=o、4 : 650μx=o、85 : 590
u) GaxAll−XA!3赤色LED: (x=o、6
5:670μ)ZnS青色LED :約460μ Zn5e青色LED:約460μ LD : GaAIAs−LD : 0.78〜0.89 μA
IGaIn−LD : 0.6511等が使用可能で
あり、これらはSi上に直接あるいはバッファ層を介し
てヘテロエピタキシャル成長させることができる。
(x=o、4 : 650μx=o、85 : 590
u) GaxAll−XA!3赤色LED: (x=o、6
5:670μ)ZnS青色LED :約460μ Zn5e青色LED:約460μ LD : GaAIAs−LD : 0.78〜0.89 μA
IGaIn−LD : 0.6511等が使用可能で
あり、これらはSi上に直接あるいはバッファ層を介し
てヘテロエピタキシャル成長させることができる。
上記のように構成した発受光部に光ファイバを結合させ
るには、光ファイバのコア部とクラッド部の各屈折率を
n□ln2とすると、受光角度の最大値θは、 on+ax=sin−’ (n 、” −n 2” )
2で表わせる角度内の光が光フアイバ内に結合できる
。
るには、光ファイバのコア部とクラッド部の各屈折率を
n□ln2とすると、受光角度の最大値θは、 on+ax=sin−’ (n 、” −n 2” )
2で表わせる角度内の光が光フアイバ内に結合できる
。
それ故、Siフォトダイオードの受光部とGaP発光ダ
イオードの発光部を光ファイバのコア部の最大受光角度
内に納めないと、単線双方向の光の送受光はできない。
イオードの発光部を光ファイバのコア部の最大受光角度
内に納めないと、単線双方向の光の送受光はできない。
また、この角度内に送受光部があることで、結合効率は
増加する。送受光部の大きさは使用する光ファイバのコ
ア径によって決められる。
増加する。送受光部の大きさは使用する光ファイバのコ
ア径によって決められる。
石英ファイバの場合、コア径は50〜100μであり、
フォトダイオードと発光ダイオードをコアの最大受光角
度内に納めるのは困難であるが、プラスチッククラッド
石英ファイバ、多成分ガラスファイバ等はコア径が20
0〜300μあり、現在のプロセス技術で十分対応でき
る。さらにプラスチック光ファイバにすると、コア径は
700〜10oOμまで太くでき、コアの最大受光角度
内に発光部と受光部を納めることは容易である。
フォトダイオードと発光ダイオードをコアの最大受光角
度内に納めるのは困難であるが、プラスチッククラッド
石英ファイバ、多成分ガラスファイバ等はコア径が20
0〜300μあり、現在のプロセス技術で十分対応でき
る。さらにプラスチック光ファイバにすると、コア径は
700〜10oOμまで太くでき、コアの最大受光角度
内に発光部と受光部を納めることは容易である。
これにより信号処理用の周辺回路も含んだ機能性単線双
方向の光フアイバ用送受光素子とすることができる。
方向の光フアイバ用送受光素子とすることができる。
[発明の効果]
以上に述べたように1本発明によれば、半導体基板上に
発光部と受光部を一体化し、その発受光部を光ファイバ
のコアの最大受光角度内に納めて構成したので、光ファ
イバを単線で双方向通信に使用するための機能性光通信
用モノリシック送受光器を得ることができる。
発光部と受光部を一体化し、その発受光部を光ファイバ
のコアの最大受光角度内に納めて構成したので、光ファ
イバを単線で双方向通信に使用するための機能性光通信
用モノリシック送受光器を得ることができる。
特に発光部をヘテロエピタキシャル成長によってSi上
に形成することにより、Siプロセスの微細加工技術を
利用して発受光素子の一体化とあいまって超小型化が図
れる。
に形成することにより、Siプロセスの微細加工技術を
利用して発受光素子の一体化とあいまって超小型化が図
れる。
さらに送受光用駆動回路や信号処理等の周辺回路も同一
半導体基板にモノリシック化することで、機能性送受光
素子とすることができる6
半導体基板にモノリシック化することで、機能性送受光
素子とすることができる6
第1図は本発明の一実施例を示すモノリシック送受光素
子の平面図、第2図は要部の拡大側面図。 第3図は半導体材料の波長感度の関係を示すグラフ、第
4図は従来の発光素子の側面図、第5図は従来の受光素
子の側面図である。 1・・・・・・・・・マウント、2・・・・・・・・・
p−GaAs層、3・・・・・・・・・p−GaAlA
s層、4・・・・・・・・・活性層、5・・・・・・・
・・n−GaAlAs層、6・・・・・・・・・G a
A s基板、7・・・・・・・・・Sio、層、8・
・・・・・・・・電極、9・・・・・・・・・発光部、
10・・・・・・・・・光ファイバ、11・・・・・・
・・・n −8i基板。 12・・・・・・・・・n−8i層、13・・・・・・
・・・p−8i層、14・・・・・・・・・受光面、1
5・・・・・・・・・電極、20・・・・・・・・・8
1基板、21・・・・・・・・・発光部、21a・・・
・・・・・・GaPバッファ層、21b・・・・・・・
・・n −GaP層、 21 c・・・・・・・・・p
−GaP層、21d・・・・・・・・・p”GaP層、
21e・・・・・・・・・電極、22・・・・・・・・
・発光部、22a・・・・・・・・・n−8i層、22
b・・・・・・・・・p−8i層、22c・・・・・・
・・・パッシベーション層、22d・・・・・・・・・
電極、0・・・・・・・・・ファイバコアの最大受光角
度。
子の平面図、第2図は要部の拡大側面図。 第3図は半導体材料の波長感度の関係を示すグラフ、第
4図は従来の発光素子の側面図、第5図は従来の受光素
子の側面図である。 1・・・・・・・・・マウント、2・・・・・・・・・
p−GaAs層、3・・・・・・・・・p−GaAlA
s層、4・・・・・・・・・活性層、5・・・・・・・
・・n−GaAlAs層、6・・・・・・・・・G a
A s基板、7・・・・・・・・・Sio、層、8・
・・・・・・・・電極、9・・・・・・・・・発光部、
10・・・・・・・・・光ファイバ、11・・・・・・
・・・n −8i基板。 12・・・・・・・・・n−8i層、13・・・・・・
・・・p−8i層、14・・・・・・・・・受光面、1
5・・・・・・・・・電極、20・・・・・・・・・8
1基板、21・・・・・・・・・発光部、21a・・・
・・・・・・GaPバッファ層、21b・・・・・・・
・・n −GaP層、 21 c・・・・・・・・・p
−GaP層、21d・・・・・・・・・p”GaP層、
21e・・・・・・・・・電極、22・・・・・・・・
・発光部、22a・・・・・・・・・n−8i層、22
b・・・・・・・・・p−8i層、22c・・・・・・
・・・パッシベーション層、22d・・・・・・・・・
電極、0・・・・・・・・・ファイバコアの最大受光角
度。
Claims (1)
- 半導体基板と、その半導体基板上に形成された化合物半
導体の発光部と、前記半導体基板上の発光部近傍に形成
された受光部とで光ファイバの送受光部が構成され、前
記発光部と受光部とが光ファイバのコアの最大受光角度
内に配置されていることを特徴とするモノリシック送受
光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250643A JPH0298178A (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | モノリシック送受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250643A JPH0298178A (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | モノリシック送受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0298178A true JPH0298178A (ja) | 1990-04-10 |
Family
ID=17210911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63250643A Pending JPH0298178A (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | モノリシック送受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0298178A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304819A (en) * | 1992-06-29 | 1994-04-19 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Light-activated semiconductor device having light-emitting elements, light-receiving elements and output elements |
| US7831152B2 (en) | 2002-06-04 | 2010-11-09 | Finisar Corporation | Optical transceiver |
-
1988
- 1988-10-04 JP JP63250643A patent/JPH0298178A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304819A (en) * | 1992-06-29 | 1994-04-19 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Light-activated semiconductor device having light-emitting elements, light-receiving elements and output elements |
| US7831152B2 (en) | 2002-06-04 | 2010-11-09 | Finisar Corporation | Optical transceiver |
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