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

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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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JP
Japan
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light
layer
light emitting
optical fiber
receiving
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Pending
Application number
JP63250643A
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English (en)
Inventor
Seiki Sato
清貴 佐藤
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Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Original Assignee
Clarion Co Ltd
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Publication date
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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。

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。
[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。
[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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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
[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。
[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。
[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。
[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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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。
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
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP63250643A 1988-10-04 1988-10-04 モノリシック送受光素子 Pending JPH0298178A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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