JPH03110504A - 光半導体装置 - Google Patents

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】 〔概要〕 本発明は、基板上に延在して設けられた光導波路層とそ
の上に設けられた光検出器とを集積した光半導体装置に
関し、 光導波路層の屈折率や厚み及び光吸収層の厚みや長さを
最適の値に設定しても、光導波路層と光吸収層との光結
合効率を高くすることができ、その結果、光吸収率を高
くすることができる構造を提供することを目的とし、 基板上に延在する様設けられ、第一の屈折率を有し、光
を伝播させる光導波路層と、 前記光導波路層上の一部の領域に形成され、前記第一の
屈折率と異なる第二の屈折率を有し、前記光導波路層を
伝播してきた光を吸収し電気信号として取り出す光吸収
層と、 前記光導波路層の一部の領域上であって、前記光導波路
層と光吸収層との間に形成され、前記第、第二の屈折率
の中間の屈折率を有する第三の屈折率を有するインピー
ダンス整合層とを有することを特徴とする光半導体装置
である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光半導体装置に関し、特に、基板上に延在し
て設けられた光導波路層とその上に設けられた光検出器
とを集積した装置に関する。

近年において、光導波路を伝播してきた光信号を処理す
る光電気集積回路装置、要すれば、ＯＥＩ　Ｃ（Ｏｐｔ
ｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃ１
ｒｃｕｉｔ）の研究開発が活発に行われている。

特に、基板上に形成した光導波路構造と、それを伝播し
てきた光を検知する光検知装置とを集積かした光導波路
デバイスが、注目されている。

〔従来技術〕

従来の先導波路デバイスには、第１４図に示したエバネ
セントカップリングタイプのものと、第１５図に示した
バットカップリングタイプのものとがある。

第１４図のエバネセントカップリングタイプの光導波路
デバイスは、半導体基板１上にバッファ層２を介して延
在するように形成された光導波路層３と、その光導波路
Ｎ３上の一部領域上に形成、された光吸収層４とコンタ
クトＮ５とを有する。

この光吸収層４とコンタクト層５とで、ＰＩＮホトダイ
オード構造が形成されている。更に、２つの電極６．７
が、図に示す通り形成され、ＰＩＮホトダイオードにバ
イアス電圧が印加される。

光導波路デバイスに付設された光ファイバ８がら入射さ
れた光は、光導波路Ｎ３内を伝播し、光吸収Ｎ４に吸収
され、電極６．７間に電気信号を発生させる。

このエバネセントカップリングタイプのデバイスは、半
導体基板上に光導波路層３、光吸収層４及びコンタクト
層５を一回のエピタキシャル成長により形成することが
できるという長所を有している。しかし一方では、光導
波路層３上に光吸収層４を設けているので、２つの層の
間での光の結合効率が低く、従って、光吸収率が低いと
いう欠点を有している。

第１５図のバットカップリングタイプのデバイスは、半
導体基板１上にバッファ層２を介して光導波路層９と、
光吸収層１０とを併設している。

１１はコンタクト層で、光吸収Ｎ１０と共にＰＩＮホト
ダイオードを構成している。このタイプのデバイスは、
光導波路層９を伝播してきた光の大部分が光吸収層ＩＯ
にて吸収されるので、光吸収率は、非常に高い。しかし
一方で、光導波路層９と光吸収ＪｉｌＯとを形成するた
めには、一方の層をエピタキシャル成長し、その層を一
部エッチング除去し、さらに他方の層をエピタキシャル
成長しなければならない。つまり、２回エピタキシャル
成長をする必要があり、その製造は困難である（発明が
解決しようとする課題〕 第１４図に示したエバネセントカップリングタイプのデ
バイスは、１回のエピタキシャル成長で形成できるので
、第１５図のデバイスより現実的な構造である。しかし
ながら、前述の通り、光の結合効率が悪く、光吸収率が
低いと言う欠点を有する。

光吸収率を向上させるためには、光吸収層４の長さしを
長くすれば良いが、そうするとＰＩＮホトダイオードの
寄生容量が大きくなり高速動作ができなくなる。

光吸収層４の長さしを短くしたまま、光吸収率を向上さ
せる方法として、光導波路層３の厚みを薄くしたり、バ
ッファ層２や基板１と光導波路層３との屈折率の差を大
きくしたりして、光導波路層３を伝播してきた光の光吸
収層４との界面での入射角（後述する第２図のθ）を小
さくして光の結合効率を向上する方法が考えられる。し
かしながら、光導波路Ｎ３の厚みを薄くシたり、バッフ
ァ層２や基板１と光導波路層３との屈折率の差を大きく
したりすると、光導波路層３での光の閉じ込めが強くな
り、デバイスに付設される光ファイバ８との結合効率が
下がり、好ましくない。つまり、光ファイバのコアの部
分の大きさに比べて、光導波路層部分での光の閉じ込め
領域が非常に狭くなるからである。

光吸収Ｎ４の長さしを短くしたまま、光吸収率を向上さ
せる別の方法として、光吸収層４を河くする方法が考え
られるが、光吸収層４を薄＜シすぎると、ＰＩＮホトダ
イオードの寄生容量が大きくなり、高速動作ができなく
なる。

本発明は、実用的な１回のエピタキシャル成長で形成で
きるエバネセントカップリングデバイスにおいて、光フ
ァイバ８との結合効率を最適化し、ＰＩＮホトダイオー
ドの高速動作を可能にするよう、光導波路層の屈折率や
厚み及び光吸収層の厚みや長さを最適の値に設定しても
、光導波路層と光吸収層との光結合効率を高（すること
ができ、その結果、光吸収率を高くすることができる構
造を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、基板上に延在する様設けられ、第一の屈折率
を有し、光を伝播させる光導波路層と、前記光導波路層
上の一部の領域に形成され、前記第一の屈折率と異なる
第二の屈折率ををし、前記光導波路層を伝播してきた光
を吸収し電気信号とて取り出す光吸収層と、前記光導波
路層と光吸収層との間に形成され、前記第一、第二の屈
折率の中間の屈折率を有する第三の屈折率を有するイン
ピーダンス整合層とを有することを特徴とする光半導体
装置を提供する。

本発明では、さらに、前記インピーダンス整合層が、前
記光吸収層へ入射する伝播光の反射を実質的に減少させ
る膜厚及び屈折率に選ばれてなることを特徴とする。

さらに、本発明では、前記光吸収層は一導電型の半導体
層により形成され、前記光吸収層上に反対導電型の半導
体層により形成されたコンタクト層をさらに有し、前記
光吸収層とコンタクト層との間にバイアス電圧を印加す
るコンタクト電極がさらに形成されていることを特徴と
する。

さらに、本発明では、前記光導波路層に接する上層また
は下層に、前記光導波路層より屈折率が小さいクラッド
手段が、前記光導波路層に沿って延在して設けられてい
ることを特徴とする。

さらに、本発明では、前記光導波路層及び、又は前記ク
ラッド手段が、物質の異なる２つの半導体層を交互に積
層した多重量子井戸層であることを特徴とする。

さらに、本発明のインピーダンス整合層は、屈折率の異
なる複数の層構造よりなることを特徴とする。

さらに、本発明のインピーダンス整合層は、屈折率の異
なる２つの層の繰り返し構造であることを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、光導波路層と光吸収層との間に設けられた
インピーダンス整合層が、無反射膜（ＡｎＬｉｒｅｆｒ
ｅｃｔｉｏｎ　Ｌａｙｅｒ）　と同等の機能を有し、光
導波路層内を伝播してきた光の波が、光導波路層と光吸
収層との境界面で殆ど反射されずに光吸収層側に透過し
てしまう。そのため、光の結合効率が向上し、光吸収効
率が高くなる。このように、インピーダンス整合層は、
光導波路層を伝播してくる光のパワーを反射されること
なく、光吸収層側に伝える機能を有している。つまり、
電気回路の伝送線路における変圧器の如き、インピーダ
ンス整合機能を有していることから、本発明では、イン
ピーダンス整合層と称している。

本発明のインピーダンス整合層は、無反射層としての機
能を有するために、その膜厚と屈折率が最適に選ばれて
いる。

〔発明の原理〕

第１図は、本発明の原理断面図であり、第２図はその原
理説明図である。従来例の第１４図と同じ部分には、同
じ番号を付している。

第１図に示すように、高濃度のＩｎＰよりなる半導体基
板１上に、同じ高濃度のＩｎＰよりなるバッファ層２を
介して、基板より低濃度のＩｎＰよりなる光導波路層３
が形成されている。さらに、光導波路層３の一部の領域
上に、例えばＩｎＧａＡｓ　Ｐよりなるインピーダンス
整合層２０が、所定の組成比、厚みで形成されている。

さらにその上に、低濃度のｎ型またはｉ型のＩ　ｎＧａ
Ａｓよりなる光吸収層４、ｐ型のＩｎＰよりなるコンタ
クト層、電極６が形成されている。

バッファＮ２及び基板１は、光導波路層３より不純物濃
度が高いので、屈折率が小さく、光導波路層３に対して
クラッド層の機能を有する。−力光導波路層３の上の空
気も、屈折率が低く　（ｎ−１）クラッド層の機能を有
する。従って、第１図の断面図の左側の部分は、光の伝
送領域となる。

インピーダンス整合層２０は、４元の材料よりなり、光
導波路層３と光吸収層４との間の屈折率を有している。

このように、インピーダンス整合層２０の屈折率を、光
導波路層３と光吸収層４との中間の値にする理由は、少
なくともそうすることにより、インピーダンス整合層２
０が光の無反射膜としての機能を有することができるか
らである。

そして、インピーダンス整合１２０の屈折率と膜厚は、
無反射防止膜としての機能をより高めるために、さらに
詳細には、次のようにして選ばれる。

まず、光導波路層３の屈折率Ｎｗｇと厚みＴｎｇが、光
ファイバ８のコアとの結合効率が最適になる値に選ばれ
る。一方、光吸収層４の厚みＴａｂ、長さし及び屈折率
Ｎａｂは、ＰＩＮホトダイオードの寄生容量が最適化さ
れて高速動作が可能に成るように選ばれる。

次に、インピーダンス整合層２０の膜厚Ｔｉｍと屈折率
Ｎｉｍとが、上記Ｎｗｇ、　Ｔｎｇ、　Ｎａｂ、、Ｔａ
ｂ、との関係から、無反射膜の機能を有するよう選ばれ
る。

そのためには、まず第一に、第２図に示した様に、光導
波路層３を伝播してくる光の光線がインピーダンス整合
層２０との界面２１で反射する光線の反射の大きさＲ８
と、更に光吸収層４との界面２２で反射する光線の反射
の大きさＲ２とが等しくなるようにする。つまり、 Ｒ＋＝ｌＲ２１■ である。

この式より、原理的には、インピーダンス整合層の屈折
率Ｎｉｍが、入射角θや光導波路層の屈折率Ｎｗｇ、光
吸収層の屈折率Ｎａｂとから得られる。

即ち、入射角ｅは、光導波路層の構造（Ｎｗｇ、Ｔｗｇ
等）より一義的に決まり、また、界面２２での入射角Φ
も、スネルの法則より求めることができる。そして、界
面２１での反射の大きさは、等の関係より求まる。また
界面２２での光の反射の大きさも同様である。

以上の関係より、■の式をもとに、原理的にはインピー
ダンス整合層の屈折率Ｎｉｍが、入射角θや光導波路層
の屈折率Ｎｗｇ、光吸収層の屈折率Ｎａｂとから得られ
るが、実際には、固定罫を計算で求めることはできない
。しかし、ＩＲＩ　　１−ＩＲ２１とＮｉｍとの関係が
、第３図に示される通りであるので、ＩＲＩ　　１−Ｉ
Ｒ２１ζ０になる領域のＮｉｍを求めれば良いことにな
る。

次に、２つの反射界面膜２１．２２での反射光について
、界面２１での位相が反転すれば、相殺されて、結局反
射がないことになる。その条件は、次の弐で表わせる。

４　Ｎ　ｉｍＴ　ｉｍ−ＣＯＳΦ＝（２ｍ＋１）λ　　
■式■において、ｍは自然数である。

式■にて、既にＮｉｍが求まっているので、式■よりさ
らにＴｉｍが求まることになる。

上記したインピーダンス整合層の屈折率Ｎｉｍと膜厚Ｔ
ｉｍの求め方は、薄膜光学の分野において従来から一般
的に知られているアプローチである。

また、第１図、第２図の構造において、光の吸収率をコ
ンピュータを利用して求めることもできる。たとえば、
アプライド・フィジックス・レター・５３　（２５）、
１９　ＤＥＣ０１９８Ｂ、第２５５２〜２５５４頁、ア
イ・イー・イー・プロシーデインゲス（ＩＥＥ　　ＰＲ
ＯＣＥＥＤＩＮＧＳ　）　、　Ｖｏ］、１３６．Ｐｔ、
Ｊ、Ｎｏ、１．ＦＥＢＲＵＡＲＹ　１９８９第７２〜７
５頁、オプティクス・コミュニケーションズ（ＯＰＴＩ
Ｃ３ＣＯＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ）　ＶＯＬ、６７、Ｎ
Ｏ，４１５Ｊｕｌｙ１９８Ｂ、第２６６〜２７０頁等に
記載されるように、当業者に良く知られた計算方法を利
用して、光吸収率が最大になるようなインピーダンス整
合層の屈折率Ｎｉｍと膜厚Ｔｉｍを求めることもできる
。

〔実施例〕

（第１の実施例） 第４図及び第５図に、本発明の第１の実施例の断面図及
び斜視図を示す。第４図は、第５図中のＡ−Ａの断面図
である。

本実施例では、高濃度のｎ″　ＩｎＰの半導体基板１上
にそれより濃度の低いｎ　−ＩｎＰの光導波路層３が延
在して設けられている。そして、光吸収層４と光導波路
層３との間に、ｎ−１ｎＧａＡｓ　Ｐ　／　ｎ　−１ｎ
　Ｐ　／　ｎ　−１ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐの３層構造
のインピーダンス整合層２０が設けられている。

本実施例は、バッファ眉２が設けられていない点と、イ
ンピーダンス整合層２０が３層構造である点で、前述の
原理図とは異なる。バッファＮ２がないので、基板１が
光導波路層３のクラッド層の機能を果たす。また、イン
ピーダンス整合層２０を３層構造にすることにより、最
適な屈折率と膜厚を実現している。各層の具体的なデー
タは、次の通りである。

半導体基板１ 材料　：ｎ−ＴｎＰ 濃度　：　　２Ｘ１０”／ｃ這 光導波路層３ 材料　：ｎ−１ｎＰ 濃度　：　　５Ｘ１０”／Ｃ！Ｉｔ 膜厚　：　３．５μｍ 幅　　　：　　６〜１２μｍ インピーダンス整合層２０ 材料　：　　ｎ−１ｎＧａＡｓＰ Ｚｎ−１ｎＰ／ｎ−１ｎＧａＡｓＰ （ＩｎＰに格子整合する。） 膜厚　：　　１５００人／２５００人／１５００人Ｉｎ
ＧａＡｓＰのバンドギャップ波長 ：　　１．１３μｍ Ｉ　ｎＧａＡｓ　Ｐの屈折率 ：３．３１７ 光吸収層４ 材料　：　　ｎ−−１ｎＧａＡｓ　（ＩｎＰに格子整合
） 膜厚　：１．７μｍ 濃度　：　実質的にノンドープ コンタクト層５ 材料　：ｐ−１ｎＰ 濃度　：　Ｚｎドープ　２　Ｘ　１０　”１ｃｔｌＰ側
電極６ 材料　：　　Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ Ｎ側電極７ 材料　：　　Ａｕ／ＡｕＧｅ 第５図に示されるとおり、インピーダンス整合層２０は
、光導波路Ｎ３の一部の領域上に設けられている。本実
施例では、その長さしを１００μｍ程度に短くすること
ができた。

本実施例では、光導波路層３の屈折率Ｎｗｇが３．１７
０で、膜厚Ｔｗｇが３．５μｍであり、光吸収層４の膜
厚Ｔａｂが１．７μｍで、屈折率Ｎａｂが３．５３５＋
３０．０８３で、長さしが１００μｍの時、インピーダ
ンス整合！２０の屈折率Ｎｉｓは、３．２２で、膜厚Ｔ
ｉｍは、５５００人である。

第６図は、本実施例と従来例の光吸収率と光吸収層４の
膜厚との関係を示すグラフである。同図の（ａ）が、イ
ンピーダンス整合層を設けない従来構造の光吸収率を、
同図の（ｂ）が、インピーダンス整合層を設けた本実施
例構造の光吸収率をそれぞれ示している。

第６図より明らかな如く、インピーダンス整合層を設け
ない従来構造では、光吸収層の膜厚が非常に薄い場合に
、わずかに光吸収率が高くなるが、インピーダンス整合
層を設けると、光吸収層が厚くなっても、光吸収率はか
なり高くなる。本実施例では、光吸収層の厚みを１．７
μｍ程度にして、第６図（ｂ）に示されるように非常に
高い光吸収率を達成している。

第７図は、上記の実施例の構造における、伝播光の波長
と光吸収率との関係を示す図である。

第７図より明らかな通り、光吸収率は、伝播光の波長に
依存して変化する。しかし、１．３μｍのピーク値に対
して、±４０ｎｍ（０，０４μｍ）でも、その光吸収率
は、±１０％程度しか変化していない。つまり、光吸収
率の高い現実的な波長の幅は、８０ｎｍであり、十分実
用に耐えうると考えられる。

（第２の実施例） 第８図は、本発明の第２の実施例の斜視図を示している
。この実施例が第５図の実施例と異なる点は、ｎ　−１
ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ　／　ｎ　−１ｎ　Ｐ　／　ｎ
　−ＩｎＧａＡｓ　Ｐの３層構造のインピーダンス整合
層２１が、光導波路層３の幅より大きく、光吸収層４お
よびコンタクト層５の幅より小さい点である。

その他の構造は、同じである。

このように、階段状の構造にする理由は、次の通りであ
る。第１の実施例（第５図）の如く光導波路層３、イン
ピーダンス整合層２０、光吸収層４を同一のマスクを利
用してエツチング法により同一側面構造を形成しようと
すると、インピーダンス整合Ｎ２０の４元材料のＩｎＧ
ａＡｓＰのエツチングレートが、他の２元、３元材料よ
りも小さいため、４元材料をエツチングできるエッチャ
ントを使用しなければならない。そうすると、４元材料
をエンチングしている間に、光吸収層の３元材料（Ｉｎ
ＧａＡｓ）が、大きくサイドエツチングされてしまう。

これに対して、第２の実施例では、第９図にて説明する
エツチングプロセスを採用することで、インピーダンス
整合層２１の４元材料をエツチングするときは、レジス
トマスクにより光吸収層４をカバーするようにして、そ
のサイドエツチングを防止している。

第９図は、第８図の第２の実施例の製造工程断面図であ
り、第８図のＢ−Ｂの断面を示す。

第９図（１）参照 ｎ”−１ｎＰ基板１上に、ｎ−ＩｎＰ光導波路層３、ｎ
　−１ｎＧａＡｓ　Ｐ／ｎ　−１ｎ　Ｐ／ｎ　−１ｎＧ
ａＡｓ　Ｐの３層構造のインピーダンス整合層２１、ノ
ンドープＩ　ｎＧａＡｓ光吸収層４、Ｚｎドープのｐ−
ＩｎＰコンタクト層を、順次エピタキシャル成長する。

そして、Ａ　ｕ　／　Ｚ　ｎ　／　Ａ　ｕの電極６を所
定形状に形成する。そのあと、第１のレジストマスク膜
３１を形成し、エツチング液を使用して、コンタクト層
５と光吸収Ｎ４とをエツチングする。この結果、コンタ
クト層５と光吸収層４とは、第８図に示されるメサ構造
となる。

この時のエツチング液は、次の通りである。

コンタクト層５　：　ＨＣ１＋Ｈ：ｌ　ＰＯ４又はＨＣ
１＋ＨｚＯ 光吸収層４　：　Ｈ：ｌ　Ｐ　Ｏｓ　＋　Ｈ２０２又は
Ｈ２ＳＯ４十Ｈ２０□＋１］２０ 第９図（２）参照 次に、基板１の長手方向に延在する形状の第２のレジス
トマスク膜３２を形成し、Ｂｒ２＋ＣＨ３０Ｈ１又はＨ
Ｃ１＋ＣＨ３Ｃ０ＯＨ＋Ｈ２０□のエツチング液で４元
材料を有するインピーダンス整合層２１を、さらにＨＣ
１＋Ｈ３ｒ’ｏ４又はＨＣ１＋Ｈ２０のエツチング液で
光導波路Ｎ３をそれぞれエツチングし、第８図に示した
光導波路層３の形状を形成する。この時、光吸収層４は
、レジストマスク膜３２によりカバーされているので、
サイドエツチングが生じることはない。

第９図（３）参照 次に、第１、第２のレジストマスク膜３１．３２の中間
の幅を有する第３のレジストマスク膜３３を形成し、Ｂ
　ｒｔ　＋ＣＨ３０Ｈ１又はＨＣ１＋ＣＨ，Ｃｏ○Ｈ＋
Ｈ２０□のエツチング液を利用して４元材料を含むイン
ピーダンス整合層２１をエツチングする。その結果、第
８図の構造が完成する。この工程でも、光吸収層４が、
第３のレジストマスクでカバーされているので、光吸収
層がサイドエツチングされることはない。

以上のとおり、第２の実施例の構造は、製法上の理由に
より、第１の実施例よりも有利である。

（第３の実施例） 第１０図は、本発明の第３の実施例の部分断面図を示し
、第１１図は、その吸収率と光の波長との関係を示す特
性図である。

この第３の実施例では、インピーダンス整合層２２の構
造を、２２ａと２２ｂよりなる２層構造にしている。具
体的には、２３ａは、第１．２の実施例と同等の、ｎ−
１ｎＧａＡｓＰ／ｎ−ＩｎＰ　／　ｎ　−Ｉ　ｎ　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ　Ｐの３Ｎ構造であり、２２ｂは、２２ａの
４元材料とはＡｓの組成が異なるｎ−ｒ、ｎＧａＡｓＰ
で、厚みが０．２〜１．０μｍ程度である。本実施例で
は、２２ａの屈折率は、３．２〜３．４の範囲内で、２
２ｂの屈折率は、３．２〜３．４の範囲内であり、両者
の屈折率が異なる様に選ばれている。

このように、屈折率の異なる２つのＩ！　２２　ａ、２
２ｂにより、インピーダンス整合層２２を構成すると、
第１１図に示すとおり、吸収率が高くなる波長の幅Ｗが
、第７図よりも広くなる。つまり、インピーダンス整合
層を屈折率の異なる２層構造とすることで、２つの吸収
率のピークが近接して現れるのである。本実施例では、
その波長幅Ｗは、２５０ｎｍ程度になる。

（第４の実施例） 第１２図は、本発明の第４の実施例の部分断面図を示し
、第１３図は、その吸収率と光の波長との関係を示す特
性図である。

この第４の実施例では、インピーダンス整合層２３の構
造を、組成の異なる二種類の膜２３ａと２３ｂの繰り返
し構造、２３　ａ　／　２３　ｂ　／　２３　ａ／２３
ｂ／・・・にしている。具体的には、屈折率が３．１〜
３．４と３．１〜３．４の範囲内で異なる様に選ばれ、
膜厚が０．１〜０．３μｍ程度の２種類のｎ−１ｎＧａ
ＡｓＰを繰り返し形成している。

この構造にすると、第１３図に示したように、吸収率の
ピークの傾きＳを、第７図の場合よりも急峻にすること
ができる。このような特性は、複数の波長の光を伝播さ
せる場合、ＰＩＮホ斗ダイオードにて、特定の波長の光
を選択的に検出することを可能にする。

（その他の実施例） 上記の第１、第２の実施例で基板の背面に設けた電極７
を、インピーダンス整合層２１の表面上や、光導波路層
３の表面上に設けることもできる。また、２つの電極６
．７に印加する電圧を変化させて、光吸収層４やインピ
ーダンス整合層２０．２１等の屈折率を変化させ、最高
の光結合率が得られる波長を制御することができる。ま
た光吸収層４やインピーダンス整合層２０に量子井戸構
造を採用することにより、その屈折率の変化を増大する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明は、光導波路層と光吸収層との間に、屈折率が中
間の値を有するインピーダンス整合層を形成することに
より、そのような層を設けないよりも、光の吸収効率を
高（することができる。そのため、光導波路層の屈折率
や膜厚を、光ファイバとの結合効率向上の観点から最適
の値に選び、且つ光吸収層の膜厚や長さをホトダイオー
ドの高速化の観点から最適の値に選んでも、光導波路層
と光吸収層との光結合効率を高く保つことができる。つ
まり、光吸収率を高（することができる。

さらに、本発明では、インピーダンス整合層の膜厚と屈
折率とを最適の値に選ぶことにより、インピーダンス整
合層に光の無反射膜と同等の機能をもたせることができ
、光の吸収率を、ますます高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理断面図、 第２図は、本発明の原理説明図、 第３図は、本発明の原理説明特性図、 第４図は、本発明の第１の実施例の断面図、第５図は、
本発明の第１の実施例の斜視図、第６図は、本発明の第
１の実施例の特性図、第７図は、本発明の第１の実施例
の特性図、第８図は、本発明の第２の実施例の斜視図、
第９図は、本発明の第２の実施例の製造工程断面図、 第１０図は、本発明の第３の実施例の断面図、第１１図
は、本発明の第３の実施例の特性図、第１２図は、本発
明の第４の実施例の断面図、第１３図は、本発明の第４
の実施例の特性図、第１４図は、従来のエバネセントカ
ップリングタイプの断面図、 第１５図は、従来のバットカップリングタイプの断面図
である。 図中の各番号は次の通りである。 １・・・半導体基板 ２・　・・バッファ層 ３・・・光導波路層 ４・・・光吸収層 ５・・・コンタクト層 ６．７・電極 ２０．２１，２２．２３ 金層 ・インピーダンス整 本発明ｆ）洗理５免明ｍ 第 図 屈Ｊ１牟ＡＪＨｒｒｔ オレヒ明／ｌ／Ｉｉ？、チ里協乞明特士−図第　３　図 九の凌ｋ　喫ｍ） 本発明の第１の実大びりの吟・１部 ０ （ａン Ｄ列叉屑ｎ、厚÷（戸１９ ３、夕 Δ（９１θ月ｎ−りＣ方セ 第 、４りつｉつ才子・Ｉ’Ｌ　図 図 （ｂ） 男 １０ の顔面図 第 ２ 図 第 １ 図 の翳１１１ ） ３ 凹 名し釆のエバ〉七ントカ・・ｌプリン２タイプのｒ面区
第 ４ 図 ｇｉｎ八′へブトカツブンン２゛タイプのｍ１６図あ Ｓ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基板上に延在する様設けられ、第一の屈折率を有
   し、光を伝播させる光導波路層と、 前記光導波路層上の一部の領域に形成され、前記第一の
   屈折率と異なる第二の屈折率を有し、前記光導波路層を
   伝播してきた光を吸収し電気信号として取り出す光吸収
   層と、 前記光導波路層の一部の領域上であって、前記光導波路
   層と光吸収層との間に形成され、前記第一、第二の屈折
   率の中間の屈折率を有する第三の屈折率を有するインピ
   ーダンス整合層とを有することを特徴とする光半導体装
   置。 （２）前記インピーダンス整合層が、前記光吸収層へ入
   射する伝播光の反射を実質的に減少させる膜厚及び屈折
   率に選ばれてなることを特徴とする請求項第１項記載の
   光半導体装置。 （３）前記光吸収層は一導電型の半導体層により形成さ
   れ、前記光吸収層上に反対導電型の半導体層により形成
   されたコンタクト層をさらに有し、前記光吸収層とコン
   タクト層との間にバイアス電圧を印加するコンタクト電
   極がさらに形成されていることを特徴とする請求項第１
   項記載の光半導体装置。 （４）前記光導波路層に接する上層または下層に、前記
   光導波路層より屈折率が小さいクラッド手段が、前記光
   導波路層に沿って延在して設けられていることを特徴と
   する請求項第１項記載の光半導体装置。 （５）前記光導波路層及び、又は前記クラッド手段が、
   物質の異なる２つの半導体層を交互に積層した多重量子
   井戸層であることを特徴とする請求項第１項記載の光半
   導体装置。（６）前記インピーダンス整合層が、屈折率
   の異なる複数の層構造よりなることを特徴とする請求項
   第１項記載の光半導体装置。 （７）前記インピーダンス整合層が、屈折率の異なる２
   つの層の繰り返し構造であることを特徴とする請求項第
   １項記載の光半導体装置。