JPH04213876A - 半導体受光素子 - Google Patents

半導体受光素子

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JPH04213876A
JPH04213876A JP2409684A JP40968490A JPH04213876A JP H04213876 A JPH04213876 A JP H04213876A JP 2409684 A JP2409684 A JP 2409684A JP 40968490 A JP40968490 A JP 40968490A JP H04213876 A JPH04213876 A JP H04213876A
Authority
JP
Japan
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layer
light
wavelength
inp
semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2409684A
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English (en)
Inventor
Keisaku Tomita
冨田 恵作
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体受光素子に関し
、特に、複数の異なる波長の光を受光して別々の信号と
して取り出すことのできる半導体受光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信システムにおいては、大容量化の
ために異なる波長の複数の信号光を合成してこれを単一
の光ファイバにより伝送する波長分割多重(WDM:W
ave Length Division Multi
plexing)方式が採用されている。WDM方式が
採用された場合、受信方式としては合成波を光分波器に
より波長毎に分離する場合と、受光素子自体に波長選択
性をもたせて単一の受光素子により合成波から直接複数
の信号を取り出すようにする場合とがある。
【0003】図3は、後者の受信方式において用いられ
る半導体受光素子の断面図である。これは、波長:λ1
=1.3μmの信号光と、波長:λ2=1.55μmの
信号光との合成波を受信するように構成された素子であ
って、このような素子は例えばTrans. IECE
 Japan, vo1. 63−C, no.3, 
pp.192−197, Mar.,1980 に記載
されている。
【0004】この素子は、n−InP基板31上にn−
InGaAs層(光吸収層)32とn−InP層33と
を積層し、n−InP層33内にガードリング34とp
型半導体領域(アバランシェ領域)35とを形成したの
ち、さらにp−InGaAsP層(光吸収層)36とp
−InP層37とを積層し、p−InP層37内にガー
ドリング38、n型半導体領域(アバランシェ領域)3
9を形成し、最後に表面保護膜311、電極312、3
13、314を形成することによって構成されたもので
ある。
【0005】この素子において、p−InGaAsP層
36およびn−InGaAs層32の組成をその基礎吸
収端波長λg1、λg2がそれぞれ λ1≦λg1<λ2≦λg2 を満足するように選べば、表面保護膜311から入射さ
れた信号光は、p−InGaAsP層36でλg1より
短波長であるλ1=1.3μmの信号光のみが吸収され
、λ2=1.55μmの信号光はそのまま透過してn−
InGaAs層32で吸収される。
【0006】従って、この波長分割多重伝送用受光素子
を用いれば、光分波器によって合成波を個々の信号光に
分離しなくとも、電極312−313間からは波長λ1
の信号を、また電極313−314間からは波長λ2の
信号を別々に取り出すことが可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の波長分
割多重伝送用受光素子では、p−InGaAsP層36
に入射されたλ1=1.3μmの信号光のうち、通常約
85%〜90%はここで吸収され信号出力として取り出
されるが、残り約10%〜15%の信号光はそのまま透
過してしまうため、高い光電変換効率(量子効率)を得
ることができず、ひいては受信感度の低下を招いていた
。その上この透過光はλ2=1.55μmの信号光とと
もにn−InGaAs層32で吸収されるため、そのク
ロストークによってλ2=1.55μmの信号光の実効
受信感度を著しく劣化させる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体受光素子
は、波長λ2の信号光を吸収することのできる第1の受
光素子と、波長λ1(ただし、λ1<λ2)の信号光を
吸収するとのできる第2の受光素子とが、波長λ1の信
号光に対しては反射膜として働き波長λ2の信号光に対
しては透過膜として働く干渉膜を介して積層されたもの
である。
【0009】この干渉膜は、膜厚dが d≒m・λ1/(2・n) (ただし、mは正の整数、nはその材料の屈折率)であ
る半導体膜または絶縁膜を、互いに隣接する膜同士では
屈折率が互いに異なっている態様で複数層積層したもの
である。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施例を示
す断面図である。
【0011】本実施例の半導体受光素子は、波長:λ1
=1.3μmの信号光と、波長:λ2=1.55μmの
信号光との合成波を受光することを意図されたものであ
って、この受光素子は、n−InP基板11上にn−I
nGaAs層(光吸収層)12、n−InP層13を積
層し、n−InP層13内にガードリング14とp型半
導体領域(アバランシェ領域)15とを形成し、次に、
p型半導体領域15上にp−InP層115、117と
p−InGaAsP層116、118からなる4層の周
期構造を形成したのち、さらにその上にp−InGaA
sP層(光吸収層)16とp−InP層17とを積層し
、p−InP層17内にガードリング18とn型半導体
領域(アバランシェ領域)19とを形成し、最後に表面
保護膜111、電極112、113、114を形成する
ことによって構成されたものである。
【0012】p−InGaAsP層16とn−InGa
As層12の基礎吸収端波長をそれぞれλg1、λg2
、p−InP層115、117の基礎吸収端波長をλg
a、その屈折率をna、またその半導体層の厚さをda
とし、p−InGaAsP層116、118の基礎吸収
端波長をλgb、その屈折率をnb、またその半導体層
の厚さをdbとしたとき、       λga、λgb<λ1≦λg1<λ2≦λ
g2                  …■   
   na≠nb                 
                         
        …■を満足し、かつ       da≒ma・λ1/(2・na)    
                         
 …■      db≒mb・λ1/(2・nb) 
                         
    …■(ただし、ma、mb=1、2、3、…)
を満足するように各半導体層の組成を選ぶ。
【0013】上記各条件を満たすように構成された受光
素子においては、表面保護膜18から入射された信号光
はp−InGaAsP層16でその基礎吸収端波長λg
1より短波長であるλ1=1.3μmの信号光のみが吸
収され、p−InGaAsP層16で吸収されなかった
λ1=1.3μm成分およびλ2=1.55μmの信号
はそのまま透過してp−InP層115、117とp−
InGaAsP層116、118からなる周期構造に至
る。ここで、この周期構造は■、■式を満足しているた
めに、波長λ1の近傍の波長の光に対して選択的に反射
する反射鏡となるが、一方、λ2の波長の信号光に対し
ては反射鏡としては作用せず、そのまま透過させる。半
導体層115〜118を透過した波長λ2の信号光はn
−InGaAs層12で吸収される。
【0014】この波長分割多重伝送用受光素子を用いれ
ば、光分波器を用いずに電極112−113間からはλ
1の信号を、また電極113−114間からはλ2の信
号を別々に取り出すことが可能となる。そして、その素
子内にはλ1=1.3μmの信号光に対してのみ選択的
に作用する反射鏡が形成されているために、λ1の信号
光に対する量子効率が改善される。また、波長λ1の信
号光の、波長λ2の信号光に対する吸収層であるn−I
nGaAs層12への漏洩が回避できるため、この吸収
層におけるクロストークによる実効的受信感度の劣化を
防ぐことができる。
【0015】実際に本実施例の構造を用いて周期構造が
4層の波長分割多重伝送用受光素子を試作・評価した結
果、波長1.3μmと1.55μmの2つの波長の信号
光に対して選択的に反射鏡を介在せしめたことによる量
子効率の向上によって、波長1.3μmの信号光につい
ては平均で受信感度が約0.5dB改善され、また波長
1.55μmの信号光についてはクロストークが抑制さ
れたことによってS/Nが約1.0dB改善された。
【0016】図2は、本発明の第2の実施例を示す断面
図である。本実施例も、λ1=1.3μm、λ2=1.
55μmの2波長のWDM方式に適合された受光素子に
関するものである。図2において、21乃至29および
211乃至214はそれぞれ図1の11乃至19および
111乃至114と同等のものを指しているので、これ
らの部分に関する説明は省略する。
【0017】本実施例では、図1の実施例でのp−In
P層115、117とp−InGaAsP層116、1
18からなる周期構造に代えてSiO2 層215、2
17とTiO2 層216、218からなる周期構造が
形成されている。TiO2 層218とp−InGaA
sP層26との間にはさらにp−InP層219が形成
されている。
【0018】ここで、SiO2 層125、127の屈
折率をnc、またその厚さをdcとし、TiO2 層1
26、128の屈折率をnd、またその厚さをddとし
て、 dc≒mc・λ1/(2・nc) dd≒md・λ1/(2・nd) (ただし、mc、md=1、2、3、…)を満足するよ
う各誘電体層を形成すれば、この周期構造は、先の実施
例と同様に、波長λ1の近傍の波長の光に対しては反射
鏡として作用し、波長λ2の光信号に対しては透過膜と
して機能するので、本実施例も先の実施例と同様の効果
を奏することができる。さらに、本実施例においては周
期構造を誘電体多層膜で構成しているため、電子ビーム
蒸着法等を用いて膜厚を制御性よくコントロールするこ
とができ、波長λ1の光信号に対する高い反射率と波長
λ2の光信号に対する高い透過率を有する周期構造を容
易に形成することができる。なお、本実施例においては
p−InP層219の膜厚を上記■式を満たすものとす
ることができる。
【0019】上記各実施例において、半導体受光素子と
してアバランシェフォトダイオードを用いていたが、本
発明はこれに限定されたものではなく、他の型の受光素
子を用いることができる。また、各実施例において、λ
2の信号光に対する反射鏡を追加形成することもできる
。さらに、半導体層(115〜118)、誘電体膜(2
15〜218)に関しては、4層の構造に限定されるも
のではなく、また2種の半導体乃至誘電体に限定される
ものでもない。また、半導体の受光素子は2信号光受信
用に限定されるものではない。3信号光以上の合成波を
受信する素子の場合には、信号光の数分だけの受光素子
を設け、それらの受光素子間に特定の波長の信号光を選
択的に反射することのできる干渉膜を介在せしめるよう
にすればよい。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体受
光素子は、2つ以上の吸収層の間に屈折率の異なる半導
体層あるいは屈折率の異なる誘電体層からなる干渉膜を
介在せしめ、この干渉膜により異なる波長の信号光を選
択的に透過、反射せしめるものであるので、本発明によ
れば、WDM方式における一つの信号光に対して量子効
率を向上させることができるとともに、その信号光の漏
洩光を抑制し、他の信号光における実効受信感度の劣化
を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を示す断面図。
【図3】従来例の断面図。
【符号の説明】
11、21、31  n−InP基板 12、22、32  n−InGaAs層(光吸収層)
13、23、33  n−InP層 14、24、34、18、28、38  ガードリング
15、25、35  p型半導体領域(アバランシェ領
域) 16、26、36  p−InGaAsP層(光吸収層
)17、27、37  p−InP層 19、29、39  n型半導体領域(アバランシェ領
域) 111、211、311  表面保護膜112〜114
、212〜214、312〜314  電極 115、117  p−InP層 116、118  p−InGaAsP層215、21
7  SiO2 膜 216、218  TiO2 膜 219  p−InP層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1のバンドギャップ幅を有する第1
    の半導体を光吸収層とする第1の受光素子と、第1バン
    ドギャップ幅より大きい第2のバンドギャップ幅を有す
    る第2の半導体を光吸収層とする第2の受光素子とが、
    第2の半導体により吸収される光に対しては反射膜とし
    て働き第1の半導体により吸収される光に対しては透過
    膜として働く干渉膜を介して積層されている半導体受光
    素子。
  2. 【請求項2】  前記干渉膜が、膜厚dがd≒m・λ/
    (2・n)(ただし、mは正の整数、λは第2の半導体
    により吸収される光の波長、nはその材料の屈折率)で
    ある膜を、互いに隣接する膜同士では屈折率が互いに異
    なっている態様で複数層積層したものである請求項1記
    載の半導体受光素子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203986A (ja) * 2000-12-19 2002-07-19 Korea Electronics Telecommun アバランシェ光検出器
US6521968B2 (en) 2000-08-01 2003-02-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Photodiode
JP2010045417A (ja) * 2009-11-27 2010-02-25 Mitsubishi Electric Corp 半導体受光素子

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