JPH05129638A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH05129638A JPH05129638A JP3052515A JP5251591A JPH05129638A JP H05129638 A JPH05129638 A JP H05129638A JP 3052515 A JP3052515 A JP 3052515A JP 5251591 A JP5251591 A JP 5251591A JP H05129638 A JPH05129638 A JP H05129638A
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- optical semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光ファイバ、ロットレンズ等の光導体と結合
が容易でかつ広帯域特性を持つ光半導体装置を得る。 【構成】 半導体基板（２）上に光入力又は光出力方向
が積層方向にたいし垂直である光電変換領域（３、４、
５）を積層した光半導体装置において、上記基板（２）
の光結合部に外部光導体端部（１４）と密着挿入可能な
整合光結合用穴（０）を設けた。 【効果】 光半導体装置と外部光導体とのアライメン
トが簡単となり、素子加工工程、モジュール化工程での
生産時間、調整時間の短縮及び歩留まりが向上する。ま
た外部光導体低下がロットレンズ、先端加工レンズのと
き、光半導体装置の広帯域化が容易となる。
が容易でかつ広帯域特性を持つ光半導体装置を得る。 【構成】 半導体基板（２）上に光入力又は光出力方向
が積層方向にたいし垂直である光電変換領域（３、４、
５）を積層した光半導体装置において、上記基板（２）
の光結合部に外部光導体端部（１４）と密着挿入可能な
整合光結合用穴（０）を設けた。 【効果】 光半導体装置と外部光導体とのアライメン
トが簡単となり、素子加工工程、モジュール化工程での
生産時間、調整時間の短縮及び歩留まりが向上する。ま
た外部光導体低下がロットレンズ、先端加工レンズのと
き、光半導体装置の広帯域化が容易となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光半導体装置、更に詳し
く言えば、光信号を電気信号に変換又は電気信号を光信
号に変換、又はその両方を行なう部分をもつ光半導体装
置の外部光導体とを結合する半導体装置の構造に関する
ものである。
く言えば、光信号を電気信号に変換又は電気信号を光信
号に変換、又はその両方を行なう部分をもつ光半導体装
置の外部光導体とを結合する半導体装置の構造に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】長距離、大容量の光ファイバー伝送シス
テムは近年、急速に普及し、現在では１．６Ｇｂ／ｓ、
１．７Ｇｂ／ｓ光伝送システムが実用化されている。さ
らにシステムの大容量化を目差し、１０Ｇｂ／ｓ光伝送
が可能な光伝送システムの研究開発が活発になってい
る。一方、今までの光伝送方式と異なり、光の波として
の性質を利用して大容量光伝送を行なう、いわゆるコヒ
ーレント光伝送システムの研究開発も近年活発になって
いる。このような大容量光伝送システムに用いる受光素
子には数ＧＨｚ以上の広帯域特性が要求される。そのた
めに素子の低容量化が必須と成り、受光器、発光器の小
受光径化及び寄生容量の低減が重要技術課題と成ってい
る。例えば、エレクトロニクス・レターズ 第２４巻、
第２号（１９８８年）、第１０９頁から第１１０頁（El
ectronics Letters vol.24,No.2(1988) pp109-110)に
は、受光素子の小型化、広帯域化を目的としたモノリシ
ック集積化マイクロレンズ付き裏面光入射の受光素子が
記載されている。
テムは近年、急速に普及し、現在では１．６Ｇｂ／ｓ、
１．７Ｇｂ／ｓ光伝送システムが実用化されている。さ
らにシステムの大容量化を目差し、１０Ｇｂ／ｓ光伝送
が可能な光伝送システムの研究開発が活発になってい
る。一方、今までの光伝送方式と異なり、光の波として
の性質を利用して大容量光伝送を行なう、いわゆるコヒ
ーレント光伝送システムの研究開発も近年活発になって
いる。このような大容量光伝送システムに用いる受光素
子には数ＧＨｚ以上の広帯域特性が要求される。そのた
めに素子の低容量化が必須と成り、受光器、発光器の小
受光径化及び寄生容量の低減が重要技術課題と成ってい
る。例えば、エレクトロニクス・レターズ 第２４巻、
第２号（１９８８年）、第１０９頁から第１１０頁（El
ectronics Letters vol.24,No.2(1988) pp109-110)に
は、受光素子の小型化、広帯域化を目的としたモノリシ
ック集積化マイクロレンズ付き裏面光入射の受光素子が
記載されている。
【０００３】図２は上記文献に記載された受光素子の構
造を示す。ｎ(+)-InＰ基板上２にn-InPバッファ層3(膜
厚1.5μm, ｎ＝１０15／ｃｍ3）、ｎ-InGaAs光吸収層４
（膜厚1.９μm, ｎ＝１０15／ｃｍ3）、ｎ-InＰキャッ
プ層５（膜厚1.０μm, ｎ＝１０16／ｃｍ3）を積層し、
Ｚｎ拡散によりｐｎ接合を形成後、化学エッチングによ
り、約15μmφのメサ構造を形成する。パッシベーショ
ン用Ｓｉｎ膜１０、Ａｕ系ｐコンタクト層８、同じくＡ
ｕ系ｎコンタクト層７を設けた後、基板２を約７０μm
まで薄く研磨し、Ａｒイオン・ビーム・エッチングによ
りマイクロレンズ１１を形成している。マイクロレンズ
１１の焦点距離は、光吸収層４に合わせて、曲率半径役
５５μmである。さらにマイクロレンズ１１の上にＳｉ
Ｎ反射防止膜１２を設けられている。この結果、バイア
ス電圧１０Ｖで暗電流３０ｎＡ、素子容量２０ｆＦ、量
子効率８４％、３ｄＢカットオフ周波数１７．７ＧＨｚ
の低暗電流、低素子容量、高帯域特性を得ている。さら
にマイクロレンズを集積化したことにより光信号入力フ
ァイバのアライメント許容度がレンズのない平坦な素子
の場合の約３倍の３３μmを実現している。
造を示す。ｎ(+)-InＰ基板上２にn-InPバッファ層3(膜
厚1.5μm, ｎ＝１０15／ｃｍ3）、ｎ-InGaAs光吸収層４
（膜厚1.９μm, ｎ＝１０15／ｃｍ3）、ｎ-InＰキャッ
プ層５（膜厚1.０μm, ｎ＝１０16／ｃｍ3）を積層し、
Ｚｎ拡散によりｐｎ接合を形成後、化学エッチングによ
り、約15μmφのメサ構造を形成する。パッシベーショ
ン用Ｓｉｎ膜１０、Ａｕ系ｐコンタクト層８、同じくＡ
ｕ系ｎコンタクト層７を設けた後、基板２を約７０μm
まで薄く研磨し、Ａｒイオン・ビーム・エッチングによ
りマイクロレンズ１１を形成している。マイクロレンズ
１１の焦点距離は、光吸収層４に合わせて、曲率半径役
５５μmである。さらにマイクロレンズ１１の上にＳｉ
Ｎ反射防止膜１２を設けられている。この結果、バイア
ス電圧１０Ｖで暗電流３０ｎＡ、素子容量２０ｆＦ、量
子効率８４％、３ｄＢカットオフ周波数１７．７ＧＨｚ
の低暗電流、低素子容量、高帯域特性を得ている。さら
にマイクロレンズを集積化したことにより光信号入力フ
ァイバのアライメント許容度がレンズのない平坦な素子
の場合の約３倍の３３μmを実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、素子
容量低減による高速応答特性の改善、即ち広帯域化につ
いて十分考慮され、素子容量低減に伴う小受光径化によ
る光ファイバのアライメント許容度を大きくするため、
マイクロレンズを集積化することで、レンズがない場合
に比べ３倍の許容度を得ている。 しかし、従来光通信
で用いられている５０μm以上のアライメント許容度を
持つ受光素子に比べ十分とは言えず、モジュール化工程
での歩留まりが低下する。又、コヒーレント光通信のバ
ランスドレシーバや将来のマルチアクセス光インターコ
ネクトのように多数の光半導体素子の集積化が必要な場
合、上記従来技術では素子の加工が複雑になる上、光フ
ァイバとのアライメントも複雑かつ時間を要するものと
なるため、素子加工工程、モジュール化工程での生産時
間、調整時間の増加、及び歩留まり低下などの問題があ
る。本発明の目的はこの様な問題を解決し、外部光導体
とのアライメント許容度の大きい光半導体装置を提供す
ることである。本発明の他の目的は外部光導体とのアラ
イメント許容度の大きく、同じに受光素子の小受光径化
により広帯域化可能な光半導体装置を提供することにあ
る。
容量低減による高速応答特性の改善、即ち広帯域化につ
いて十分考慮され、素子容量低減に伴う小受光径化によ
る光ファイバのアライメント許容度を大きくするため、
マイクロレンズを集積化することで、レンズがない場合
に比べ３倍の許容度を得ている。 しかし、従来光通信
で用いられている５０μm以上のアライメント許容度を
持つ受光素子に比べ十分とは言えず、モジュール化工程
での歩留まりが低下する。又、コヒーレント光通信のバ
ランスドレシーバや将来のマルチアクセス光インターコ
ネクトのように多数の光半導体素子の集積化が必要な場
合、上記従来技術では素子の加工が複雑になる上、光フ
ァイバとのアライメントも複雑かつ時間を要するものと
なるため、素子加工工程、モジュール化工程での生産時
間、調整時間の増加、及び歩留まり低下などの問題があ
る。本発明の目的はこの様な問題を解決し、外部光導体
とのアライメント許容度の大きい光半導体装置を提供す
ることである。本発明の他の目的は外部光導体とのアラ
イメント許容度の大きく、同じに受光素子の小受光径化
により広帯域化可能な光半導体装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、光電変換領域を有する半導体積層構造をも
つ光半導体装置の基板上に、光結合用ファイバ又はロッ
トレンズ等の外部光導体端部を密着挿入可能な、上記光
導体端部と整合する光結合用穴を設けた。ここで外部光
導体端部と整合する光結合用穴を設ける好ましい的形態
としては、先球加工光ファイバ又はロッドレンズの焦点
が上記光電変換領域にくるような深さを持つ穴を設け
る。
本発明では、光電変換領域を有する半導体積層構造をも
つ光半導体装置の基板上に、光結合用ファイバ又はロッ
トレンズ等の外部光導体端部を密着挿入可能な、上記光
導体端部と整合する光結合用穴を設けた。ここで外部光
導体端部と整合する光結合用穴を設ける好ましい的形態
としては、先球加工光ファイバ又はロッドレンズの焦点
が上記光電変換領域にくるような深さを持つ穴を設け
る。
【０００６】
【作用】本発明の光半導体装置は、半導体基板に光結合
用の外部光導体端部を密着挿入可能な、穴を有し、光結
合系の焦点が光電変換領域に来るように調整されている
ので、アライメントが不要でかつ安定した光結合が得ら
れる。光結合用の穴は通常の半導体プロセスで用いるマ
スクパターンのエッチングにより形成されるので上記光
電変換領域との位置合わせ精度は２〜３μｍ程度で収ま
る。先球加工光ファイバのビームウェストは５μｍ程度
であるから光電変換領域径は１０μｍあれば十分であ
る。したがって、受光径１０μｍの低容量高速受光素子
で簡便かつ安定した光結合が実現される。
用の外部光導体端部を密着挿入可能な、穴を有し、光結
合系の焦点が光電変換領域に来るように調整されている
ので、アライメントが不要でかつ安定した光結合が得ら
れる。光結合用の穴は通常の半導体プロセスで用いるマ
スクパターンのエッチングにより形成されるので上記光
電変換領域との位置合わせ精度は２〜３μｍ程度で収ま
る。先球加工光ファイバのビームウェストは５μｍ程度
であるから光電変換領域径は１０μｍあれば十分であ
る。したがって、受光径１０μｍの低容量高速受光素子
で簡便かつ安定した光結合が実現される。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 図１は、本発明による光半導体装置の第１の一実施例の
構成を示す断面図で、外部光導体である先球加工ファイ
バの端部を装着した状態示す。先球加工ファイバの端部
は図示のように、先端中心部が部分球面をなし、部分球
面からファイバ径にいたるテーパ部を持つ。まず、光半
導体装置の製造について説明する。表面が（１００）面
のｎ(+)−ＩｎＰ基板状２（(+)は高濃度であることを示
す、以下同じ）にＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層３（膜厚１．２μｍ，ｎ＝１０15／ｃｍ3）、ｎ−
ＩｎＧａＡｓ光吸収層４（膜厚２．０μｍ，ｎ＝１０15
／ｃｍ3）、ｎ−ＩｎＰキャップ層５（膜厚１．０μ
ｍ，ｎ＝１０16／ｃｍ3）を順次積層し、Ｚｎ熱拡散層
６を設け、ｐｎ接合を形成後、化学エッチングにより、
約１０μｍのメサ構造を形成した。なお、上記各層は気
相成長法や液相成長法更にはＭＢＥ法によって形成する
こともできる。次いで、ＣＶＤ法によりパッシベーショ
ン用ＳｉＮ膜１０、Ａｕ系コンタクト層８、同じくＡｕ
系ｎコンタクト層７を真空蒸着により設けた。それぞ
れ、オーミック接続をとるために、ｐコンタクト層８の
材料にはＴｉ／Ａｕ，ｎコンタクト層７の材料にはＴｉ
／Ａｕを用いた。なお、ＡｕＧｅＮｉ，ＡｕＺｎのよう
なｐ，ｎ両性半導体ともオーミック接合のとれる電極材
料を用いることもできる。パッシベーション膜は素子の
暗電流特性からＳｉ，ＰＳＧ，ＳｉＯ2等の材料から選
べば良い。
構成を示す断面図で、外部光導体である先球加工ファイ
バの端部を装着した状態示す。先球加工ファイバの端部
は図示のように、先端中心部が部分球面をなし、部分球
面からファイバ径にいたるテーパ部を持つ。まず、光半
導体装置の製造について説明する。表面が（１００）面
のｎ(+)−ＩｎＰ基板状２（(+)は高濃度であることを示
す、以下同じ）にＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層３（膜厚１．２μｍ，ｎ＝１０15／ｃｍ3）、ｎ−
ＩｎＧａＡｓ光吸収層４（膜厚２．０μｍ，ｎ＝１０15
／ｃｍ3）、ｎ−ＩｎＰキャップ層５（膜厚１．０μ
ｍ，ｎ＝１０16／ｃｍ3）を順次積層し、Ｚｎ熱拡散層
６を設け、ｐｎ接合を形成後、化学エッチングにより、
約１０μｍのメサ構造を形成した。なお、上記各層は気
相成長法や液相成長法更にはＭＢＥ法によって形成する
こともできる。次いで、ＣＶＤ法によりパッシベーショ
ン用ＳｉＮ膜１０、Ａｕ系コンタクト層８、同じくＡｕ
系ｎコンタクト層７を真空蒸着により設けた。それぞ
れ、オーミック接続をとるために、ｐコンタクト層８の
材料にはＴｉ／Ａｕ，ｎコンタクト層７の材料にはＴｉ
／Ａｕを用いた。なお、ＡｕＧｅＮｉ，ＡｕＺｎのよう
なｐ，ｎ両性半導体ともオーミック接合のとれる電極材
料を用いることもできる。パッシベーション膜は素子の
暗電流特性からＳｉ，ＰＳＧ，ＳｉＯ2等の材料から選
べば良い。
【０００８】次に光結合用穴１４の形成についてのべ
る。上記工程を経た基板２の下側（図面の上側）を約１
５０μｍ程度まで研磨した後、１０μｍφ径のマスク穴
パターンを利用して化学エッチングにより光ファイバの
出力光のビームウェストが光電変換領域に来るように深
さ約１２０μｍ程度までの穴１４を形成する。エッチン
グ液に異方性がほとんどない臭素系を用い、ほぼ円形状
の穴を形成した。この場合、サイドエッチングの効果に
よりメサ角約６０度となり、穴２の最大直径は約１４０
μｍφとなっている。これにより、６０度にテーパ角で
研磨した先球加工ファイバ１３の先端部１４は上記結合
用穴の形状と整合するので、上記ファイバを穴１４に挿
入後の外部導体である光ファイバをグラツキなく、安定
に光半導体装置に固定できる。なお、エッチングはイオ
ンミリング法などでも可能である。この後、反射防止膜
１２を基板２裏面に設け、基板２での反射による光結合
の劣化を防止する。
る。上記工程を経た基板２の下側（図面の上側）を約１
５０μｍ程度まで研磨した後、１０μｍφ径のマスク穴
パターンを利用して化学エッチングにより光ファイバの
出力光のビームウェストが光電変換領域に来るように深
さ約１２０μｍ程度までの穴１４を形成する。エッチン
グ液に異方性がほとんどない臭素系を用い、ほぼ円形状
の穴を形成した。この場合、サイドエッチングの効果に
よりメサ角約６０度となり、穴２の最大直径は約１４０
μｍφとなっている。これにより、６０度にテーパ角で
研磨した先球加工ファイバ１３の先端部１４は上記結合
用穴の形状と整合するので、上記ファイバを穴１４に挿
入後の外部導体である光ファイバをグラツキなく、安定
に光半導体装置に固定できる。なお、エッチングはイオ
ンミリング法などでも可能である。この後、反射防止膜
１２を基板２裏面に設け、基板２での反射による光結合
の劣化を防止する。
【０００９】電極７、８を介して受光素子を逆バイアス
状態にする。先球加工ファイバ１３からの光信号（波長
は１．３又は１．５５μｍ帯）は、端部１４のレンズの
作用によって収束され、光吸収層４にビームウェストが
くるように反射防止膜１２を介して入射され、ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層４で吸収、電気信号に変換されたる。変換
された電気信号は、電極８より外部に送出される。本実
施例で得られた特性は、素子容量１５ｆＦ、暗電流２０
ｎＡ、量子効率８５％、３ｄＢカットオフ周波数１９Ｇ
Ｈｚの高速、低雑音動作である。光結合は先球加工ファ
イバを所定の結合穴に挿入するだけで、極めて簡単でか
つ安定に量子効率８５％が得られた。
状態にする。先球加工ファイバ１３からの光信号（波長
は１．３又は１．５５μｍ帯）は、端部１４のレンズの
作用によって収束され、光吸収層４にビームウェストが
くるように反射防止膜１２を介して入射され、ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層４で吸収、電気信号に変換されたる。変換
された電気信号は、電極８より外部に送出される。本実
施例で得られた特性は、素子容量１５ｆＦ、暗電流２０
ｎＡ、量子効率８５％、３ｄＢカットオフ周波数１９Ｇ
Ｈｚの高速、低雑音動作である。光結合は先球加工ファ
イバを所定の結合穴に挿入するだけで、極めて簡単でか
つ安定に量子効率８５％が得られた。
【００１０】実施例２ 第３図は本発明による光半導体装置の他の実施例の構成
を示す断面図である。本実施例は、裏面入射方式受光素
子で適用する光波長にたいし基板での損失が無視できな
い場合、特に有効である。図１に示した実施例とは違っ
てｐ(+)−ＩｎＰ基板の場合、 波長１．３〜１．５５
μｍの吸収はｎ−ＩｎＰ基板の１０倍以上あるため、従
来例のようにマイクロレンズ状にすると実効的に基板厚
が厚くなるため光信号の損失が増加し、量子効率の低下
を招く。本実施例は光電変換部がＰＮ接合部でのなだれ
増倍機構を利用した増倍層と光吸収層からなる受光部か
らなり、上記増倍層が超格子構造で構成されている。
を示す断面図である。本実施例は、裏面入射方式受光素
子で適用する光波長にたいし基板での損失が無視できな
い場合、特に有効である。図１に示した実施例とは違っ
てｐ(+)−ＩｎＰ基板の場合、 波長１．３〜１．５５
μｍの吸収はｎ−ＩｎＰ基板の１０倍以上あるため、従
来例のようにマイクロレンズ状にすると実効的に基板厚
が厚くなるため光信号の損失が増加し、量子効率の低下
を招く。本実施例は光電変換部がＰＮ接合部でのなだれ
増倍機構を利用した増倍層と光吸収層からなる受光部か
らなり、上記増倍層が超格子構造で構成されている。
【００１１】表面が（１００）面のｐ(+)−ＩｎＰ基板
１９の上に、ＭＢＥ法によりＢｅドープｐ−ＩｎＡｌＡ
ｓ層２０（膜厚１．０μｍ，ｎ＝２×１０18／ｃ
ｍ3）、ＩｎＧａＡｓ光吸収層２１（膜厚１．８μｍ，
ｎ＝２×１０15／ｃｍ3）、ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層２
２（膜厚０．２μｍ，ｎ＝５×１０16／ｃｍ3）２２、
ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子倍増層２３（膜厚
０．６μｍ，ｎ＜１×１０15／ｃｍ、１５ｎｍＩｎＡｌ
Ａｓ障壁層、１５ｎｍＩｎＧａＡｓ倍増層、周期２
０）、Ｓｉドープｎ−ＩｎＡｌＡｓ層２４（膜厚１．０
μｍ，ｎ＝２×１０18／ｃｍ3）、ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層２５（膜厚０．２μｍ，ｎ＝５×１０18／ｃ
ｍ3）を順次連続成長させた後、重クロム酸系エッチン
グ液を用いて、約１０μｍφ径のメサ構造を形成する。
ｎ電極２６、ｐ電極２７を真空蒸着する。ここでは図１
の実施例同様、ｎ電極材料にはＡｕＺｎ／Ｐｔ／Ａｕ、
ｐ電極材料にはＴｉ／Ａｕを用いた。メサ部にポリミイ
ド絶縁保護膜２８を、基板１９の裏面には反射防止膜２
９をそれぞれ設けた。外部光導体端部がロットレンズで
構成され、整合光結合用穴１４は、ロットレンズ端部が
密着挿入できるように円柱状に構成されている。円柱状
の穴の深さは、ロットレンズの出力光のビームウェスト
が光電変換領域に来るように深さ設定されている。本実
施例はでえられたアバランシェ増倍受光素子の特性は、
素子容量２０ｆＦ、暗電流４０ｎＡ、量子効率７５％、
増倍率１０で３ｄＢカットオフ周波数１０ＧＨｚ以上の
高速、低雑音である。
１９の上に、ＭＢＥ法によりＢｅドープｐ−ＩｎＡｌＡ
ｓ層２０（膜厚１．０μｍ，ｎ＝２×１０18／ｃ
ｍ3）、ＩｎＧａＡｓ光吸収層２１（膜厚１．８μｍ，
ｎ＝２×１０15／ｃｍ3）、ＩｎＡｌＡｓ電界緩和層２
２（膜厚０．２μｍ，ｎ＝５×１０16／ｃｍ3）２２、
ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子倍増層２３（膜厚
０．６μｍ，ｎ＜１×１０15／ｃｍ、１５ｎｍＩｎＡｌ
Ａｓ障壁層、１５ｎｍＩｎＧａＡｓ倍増層、周期２
０）、Ｓｉドープｎ−ＩｎＡｌＡｓ層２４（膜厚１．０
μｍ，ｎ＝２×１０18／ｃｍ3）、ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層２５（膜厚０．２μｍ，ｎ＝５×１０18／ｃ
ｍ3）を順次連続成長させた後、重クロム酸系エッチン
グ液を用いて、約１０μｍφ径のメサ構造を形成する。
ｎ電極２６、ｐ電極２７を真空蒸着する。ここでは図１
の実施例同様、ｎ電極材料にはＡｕＺｎ／Ｐｔ／Ａｕ、
ｐ電極材料にはＴｉ／Ａｕを用いた。メサ部にポリミイ
ド絶縁保護膜２８を、基板１９の裏面には反射防止膜２
９をそれぞれ設けた。外部光導体端部がロットレンズで
構成され、整合光結合用穴１４は、ロットレンズ端部が
密着挿入できるように円柱状に構成されている。円柱状
の穴の深さは、ロットレンズの出力光のビームウェスト
が光電変換領域に来るように深さ設定されている。本実
施例はでえられたアバランシェ増倍受光素子の特性は、
素子容量２０ｆＦ、暗電流４０ｎＡ、量子効率７５％、
増倍率１０で３ｄＢカットオフ周波数１０ＧＨｚ以上の
高速、低雑音である。
【００１２】実施例３ 図４は、本発明による光半導体装置の更に他の実施例の
構成を示す断面図である。本実施例は図１に示した実施
例の受光素子を回路基板１５に組み込んだものである。
図において、図１に示した実施例の受光素子と同一部分
には同一の番号を付している。回路基板１５は、受光素
子へバイアスを供給し電気信号を取り出すための電子回
路パターン１６を有し、電子回路パターン１６と受光素
子の電気接続部にハンダバンプ１７を設けてある。受光
素子をフェイスダウンして図示のように回路基板１５上
に置き、ホットプレートで加熱しハンダバンプを溶かし
て受光素子と回路パターン１６と接続固定する。光ファ
イバー（図示せず）の先端部は光結合用穴１４に目視に
より挿入固定する。このように本発明の構造を採用する
ことにより、電気接続用のボンディングワイヤを不要と
するフリップチップ実装が可能となり、寄生インダクタ
ンスの影響による高周波特性の劣化がなく、かつ外部光
導体と容易に光結合が得られる光半導体装置を実現し
た。
構成を示す断面図である。本実施例は図１に示した実施
例の受光素子を回路基板１５に組み込んだものである。
図において、図１に示した実施例の受光素子と同一部分
には同一の番号を付している。回路基板１５は、受光素
子へバイアスを供給し電気信号を取り出すための電子回
路パターン１６を有し、電子回路パターン１６と受光素
子の電気接続部にハンダバンプ１７を設けてある。受光
素子をフェイスダウンして図示のように回路基板１５上
に置き、ホットプレートで加熱しハンダバンプを溶かし
て受光素子と回路パターン１６と接続固定する。光ファ
イバー（図示せず）の先端部は光結合用穴１４に目視に
より挿入固定する。このように本発明の構造を採用する
ことにより、電気接続用のボンディングワイヤを不要と
するフリップチップ実装が可能となり、寄生インダクタ
ンスの影響による高周波特性の劣化がなく、かつ外部光
導体と容易に光結合が得られる光半導体装置を実現し
た。
【００１３】以上の説明は本発明が特に有効な受光素子
の例について説明したが、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではない。受光素子と他の半導体装置と組み合
わせたもの、光電変換領域が発光部を構成する場合も含
む。即ち図５のように半導体集積回路装置に受光素子用
の光結合穴３０、発光素子用の光結合穴３１等同種又は
異種の素子用の複数の光結合穴３０、３１を設け、半導
体集積回路装置内にこれらの素子３０、３１と結合した
電気回路３２、３３を形成する場合、図６のように半導
体装置が光共振器をもつレーザ素子で、光結合穴３１が
半導体レーザ素子の発光面近くに形成される場合、図７
のように光半導体の光出力部がレーザの発光面部から離
れた位置にある場合等含む。
の例について説明したが、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではない。受光素子と他の半導体装置と組み合
わせたもの、光電変換領域が発光部を構成する場合も含
む。即ち図５のように半導体集積回路装置に受光素子用
の光結合穴３０、発光素子用の光結合穴３１等同種又は
異種の素子用の複数の光結合穴３０、３１を設け、半導
体集積回路装置内にこれらの素子３０、３１と結合した
電気回路３２、３３を形成する場合、図６のように半導
体装置が光共振器をもつレーザ素子で、光結合穴３１が
半導体レーザ素子の発光面近くに形成される場合、図７
のように光半導体の光出力部がレーザの発光面部から離
れた位置にある場合等含む。
【発明の効果】本発明によれば、光半導体装置の半導体
積層構造内に設けられた光電変換領域に光信号を結合さ
せるための光学系用の穴を上記光学系の形状にあうよう
に半導体基板側に設けることにより、安定した光結合が
得られ、このため光結合のトレランスのために光電変換
領域を必要最小限の大きさにすることができ、素子特性
向上、特に高速化を促進できる。光結合系が基板裏側に
来るのでフリップチップ実装が可能となり、発光器、受
光器で良好な高速応答性が実現できる。又、光結合の位
置合わせなど調整がなくなるので歩留まりが向上する。
これは素子が複数ある場合、特に有利である。
積層構造内に設けられた光電変換領域に光信号を結合さ
せるための光学系用の穴を上記光学系の形状にあうよう
に半導体基板側に設けることにより、安定した光結合が
得られ、このため光結合のトレランスのために光電変換
領域を必要最小限の大きさにすることができ、素子特性
向上、特に高速化を促進できる。光結合系が基板裏側に
来るのでフリップチップ実装が可能となり、発光器、受
光器で良好な高速応答性が実現できる。又、光結合の位
置合わせなど調整がなくなるので歩留まりが向上する。
これは素子が複数ある場合、特に有利である。
【図１】本発明による光半導体素子の一実施例の断面図
である。
である。
【図２】従来の受半導体光素子の一実施例の断面図であ
る。
る。
【図３】本発明による光半導体素子の他の実施例の断面
図である。
図である。
【図４】本発明による光半導体装置の一実施例の断面図
である。
である。
【図５】本発明による光半導体装置の他の実施例の断面
図である。
図である。
【図６】本発明による発光素子の一実施例の断面図であ
る。
る。
【図７】本発明による発光素子の他の実施例の断面図で
ある。
ある。
０、３０、３１…整合光結合穴、 ２、１９…p(+)−ＩｎＰ基板、 ３…ＩｎＰバッファ層、 ４、２１…ＩｎＧａＡｓ吸収層、 ５…ＩｎＰキャップ層、 ６…Ｚｎ拡散層、 ７…ｎコンタクト層、 ８…ｐコンタクト層 ９…ボンディング−パッド、 １０…ＳｉＮ層、 １２、２９…ＳｉＮ反射防止膜、 １３…光ファイバ、 １４…外部光導体端部、 １５…回路基板、 １６…回路パターン、 １７…半田バンプ、 ２０…ｐ−ＩｎＡｌＡｓ層、 ２２…ＩｎＡｌＡｓＰ層、 ２３…ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ超格子増倍層、 ２４…ＩｎＡｌＡｓ層、 ２５…ＩｎＧａＡｓコンタクト層、 ２６…ｎ電極、 ２６…ｐ電極、 ２８…ポリミイド層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/18 9170−4Ｍ
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板上に積層され、光入力又は光
出力方向が積層方向にたいし垂直である光電変換領域を
有する半導体積層構造において、上記基板の光結合部に
外部光導体端部と密着挿入可能な整合光結合用穴を設け
たことを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の光半導体装置において、
上記光結合用穴が先球加工光ファイバのテーパ角と等し
いテーパ状、かつ、深さが上記光電変換領域に上記先球
加工光ファイバの焦点がくるように加工され、光電変換
領域が受光部であることを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の光半導体装置において、
上記光結合用穴が上記ドットレンズ径と等しい内径を持
ち、かつ、深さが上記光電変換領域に上記ロットレンズ
の焦点がくるように加工され、光電変換領域が受光部で
あることを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の光半導体装置
において、上記光電変換領域がＰＮ接合に逆バイアス電
圧を印加したＰＩＮ構造の受光部であることを特徴とす
る光半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１、２又は３記載の光半導体装置
において、上記光電変換領域がＰＮ接合部でのなだれ増
倍機構を利用した増倍層と光吸収層からなる受光部であ
ることを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の光半導体装置において、
上記増倍層が超格子構造であることを特徴とする光半導
体装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし６記載の光半導体装置が
電子回路を搭載した他の半導体装置にフリップ・チップ
実装されたことを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項８】 半導体基板上に、光入力又は光出力方向
が積層方向にたいし垂直である光電変換領域を少なくと
も１つと、上記光電変換領域と関連する電子回路を有す
る光半導体装置において、 上記半導体基板の光電変換領域に対応する光結合部に外
部光導体端部と密着挿入可能な整合光結合用穴を設けた
ことを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項９】 請求項８記載の光半導体装置において、
上記光結合用穴が先球加工光ファイバのテーパ角と等し
いテーパ状、かつ、深さが上記光電変換領域に上記先球
加工光ファイバの焦点がくる深さに加工され、光電変換
領域が受光部であることを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項１０】 請求項８記載の光半導体装置におい
て、上記光結合用穴が上記ドットレンズ径と等しい内径
を持ち、かつ、深さが上記光電変換領域に上記ロットレ
ンズの焦点がくるように加工され、光電変換領域が受光
部であることを特徴とする光半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3052515A JPH05129638A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3052515A JPH05129638A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129638A true JPH05129638A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=12916876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3052515A Pending JPH05129638A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129638A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06237016A (ja) * | 1993-02-09 | 1994-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光ファイバモジュールおよびその製造方法 |
| JP2001223369A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Opnext Japan Inc | 端面入射導波路型半導体受光素子およびそれを用いた光受信モジュール |
| JP2004096091A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-03-25 | Ricoh Co Ltd | 複合光学素子、その製造方法及び光トランシーバー |
| JP2005340339A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体素子 |
| WO2006046276A1 (ja) * | 2004-10-25 | 2006-05-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | アバランシェフォトダイオード |
| US7150568B2 (en) | 2003-02-06 | 2006-12-19 | Seiko Epson Corporation | Light-receiving element, manufacturing method for the same, optical module, and optical transmitting device |
| JP2008028421A (ja) * | 2007-10-10 | 2008-02-07 | Mitsubishi Electric Corp | アバランシェフォトダイオード |
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| JP2009175274A (ja) * | 2008-01-22 | 2009-08-06 | Nitto Denko Corp | 光導波路デバイスの製法 |
| JP2010251649A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Hitachi Ltd | 面出射型レーザモジュールおよび面受光型モジュール |
| JP2017102208A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 株式会社東芝 | 光デバイスおよび光結合モジュール |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3052515A patent/JPH05129638A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7150568B2 (en) | 2003-02-06 | 2006-12-19 | Seiko Epson Corporation | Light-receiving element, manufacturing method for the same, optical module, and optical transmitting device |
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| JPWO2006046276A1 (ja) * | 2004-10-25 | 2008-05-22 | 三菱電機株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| WO2006046276A1 (ja) * | 2004-10-25 | 2006-05-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | アバランシェフォトダイオード |
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| JP2008235510A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光半導体装置 |
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| US8755423B2 (en) | 2009-04-20 | 2014-06-17 | Hitachi, Ltd. | Surface emitting laser module and vertical illuminated photodiode module |
| JP2017102208A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 株式会社東芝 | 光デバイスおよび光結合モジュール |
| US10429598B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-10-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical device and optical coupling module |
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