JPH05235410A - 送受信用光半導体素子及びそれを用いた光通信用モジュール - Google Patents
送受信用光半導体素子及びそれを用いた光通信用モジュールInfo
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- JPH05235410A JPH05235410A JP3914192A JP3914192A JPH05235410A JP H05235410 A JPH05235410 A JP H05235410A JP 3914192 A JP3914192 A JP 3914192A JP 3914192 A JP3914192 A JP 3914192A JP H05235410 A JPH05235410 A JP H05235410A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】サイズ及び価格を受信専用モジュール又は送信
専用モジュールと同等とし、損失を少なくする。 【構成】送受信用光半導体素子７として、ＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｌＡｓ系ＤＨ接合ＬＥＤに近い構造の単波長受光素
子を１個だけ用い、これに受光、発光の両機能をもたせ
る。送受信切換用電源回路８から素子７に、これを発光
素子として機能させる順方向電圧を印加すると、素子７
は発光素子として機能する。これに送信用信号処理回路
９から送信用信号が加えられると、その信号を光に変換
してファイバ１に出力する。電源回路８から素子７に、
これを受光素子として機能させる逆方向電圧を印加する
と、素子７は受光素子として機能する。受光素子でファ
イバ１から出力される信号を電気信号に変換する。受信
信号は受信用信号処理回路１０に入力処理される。これ
により単一素子で単波長受発光が可能となる。
専用モジュールと同等とし、損失を少なくする。 【構成】送受信用光半導体素子７として、ＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｌＡｓ系ＤＨ接合ＬＥＤに近い構造の単波長受光素
子を１個だけ用い、これに受光、発光の両機能をもたせ
る。送受信切換用電源回路８から素子７に、これを発光
素子として機能させる順方向電圧を印加すると、素子７
は発光素子として機能する。これに送信用信号処理回路
９から送信用信号が加えられると、その信号を光に変換
してファイバ１に出力する。電源回路８から素子７に、
これを受光素子として機能させる逆方向電圧を印加する
と、素子７は受光素子として機能する。受光素子でファ
イバ１から出力される信号を電気信号に変換する。受信
信号は受信用信号処理回路１０に入力処理される。これ
により単一素子で単波長受発光が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は送受信用光半導体素子及
びそれを用いた光通信用モジュールに係り、特に双方向
通信が可能なものに関する。
びそれを用いた光通信用モジュールに係り、特に双方向
通信が可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】通信分野において、光ファイバ通信は重
要な役割を果している。この光ファイバ通信を行うため
の基本構成要素は、発光素子、光ファイバ、受光素子で
ある。最も一般的な使い方は、１本の光ファイバの両端
にそれぞれ発光素子と受光素子を接続し、発光素子から
発した光を光ファイバに伝搬させ、これを受光素子で取
り出す方法である。しかし、この使い方では情報を一方
向へ送るのみなので、双方向通信するためには二本の光
ファイバが必要となる。このため特に通信距離が長くな
ると問題が生じる。
要な役割を果している。この光ファイバ通信を行うため
の基本構成要素は、発光素子、光ファイバ、受光素子で
ある。最も一般的な使い方は、１本の光ファイバの両端
にそれぞれ発光素子と受光素子を接続し、発光素子から
発した光を光ファイバに伝搬させ、これを受光素子で取
り出す方法である。しかし、この使い方では情報を一方
向へ送るのみなので、双方向通信するためには二本の光
ファイバが必要となる。このため特に通信距離が長くな
ると問題が生じる。
【０００３】この問題を解決する方法として、図４のよ
うに光分波器２を用いることが考えられる。光ファイバ
１に光分波器２の共通ポートを接続し、光分波器２の反
対側の２つのの分岐ポートに受光素子３と発光素子５を
それぞれ取り付ける。そして、受光素子３には受信用信
号処理回路４を、発光素子５には送信信号処理回路をそ
れぞれ接続する方法である。この方法は、光ファイバ一
本を用いて双方向通信ができるようになるため非常に有
用である。
うに光分波器２を用いることが考えられる。光ファイバ
１に光分波器２の共通ポートを接続し、光分波器２の反
対側の２つのの分岐ポートに受光素子３と発光素子５を
それぞれ取り付ける。そして、受光素子３には受信用信
号処理回路４を、発光素子５には送信信号処理回路をそ
れぞれ接続する方法である。この方法は、光ファイバ一
本を用いて双方向通信ができるようになるため非常に有
用である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法で
双方向通信の可能な汎用モジュールを構成するために
は、光ファイバとの接続側に光分波器と発光素子および
受光素子の３種類の素子を組込むことが要求される。し
かし、送信用信号処理回路、受信用信号処理回路の他
に、特に大きなスペースをとる光分波器を含む３種類の
素子を組み込むことになるモジュールは、受信専用モジ
ュールまたは送信専用モジュールに比して、サイズ外形
が大きく、高価で、しかも光分波器による光の損失も大
きい。このため、受信専用モジュールまたは送信専用モ
ジュールサイズで、価格がほぼそれに近く、損失の少な
い、双方向光通信用モジュールの開発が望まれている。
双方向通信の可能な汎用モジュールを構成するために
は、光ファイバとの接続側に光分波器と発光素子および
受光素子の３種類の素子を組込むことが要求される。し
かし、送信用信号処理回路、受信用信号処理回路の他
に、特に大きなスペースをとる光分波器を含む３種類の
素子を組み込むことになるモジュールは、受信専用モジ
ュールまたは送信専用モジュールに比して、サイズ外形
が大きく、高価で、しかも光分波器による光の損失も大
きい。このため、受信専用モジュールまたは送信専用モ
ジュールサイズで、価格がほぼそれに近く、損失の少な
い、双方向光通信用モジュールの開発が望まれている。
【０００５】本発明の目的は、送受信を一本化して光分
波器を排除することによって、上述した従来の欠点を解
消して、小型で廉価な双方向通信の可能な送受信用光半
導体素子及びそれを用いた光通信用モジュールを提供す
ることにある。
波器を排除することによって、上述した従来の欠点を解
消して、小型で廉価な双方向通信の可能な送受信用光半
導体素子及びそれを用いた光通信用モジュールを提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の送受信用光半導
体素子は、発光及び受光の中核をなすｐｎ接合がヘテロ
構造をもち、発光素子と受光素子とを兼ね備えた送受信
用光半導体素子であって、この素子が多層エピタキシャ
ル成長させた直接遷移型の化合物半導体で構成され、ｐ
ｎ接合の小面積領域にのみ電流を流す電流狭窄層と、ｐ
ｎ接合の一方を構成するエピタキシャル層の表面に光を
取り込む、あるいは光を取り出すための入出射部とをも
ち、表裏に電極を取り付けたものである。ヘテロ構造
は、シングルヘテロ構造（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ構
造（ＤＨ構造）のいずれでもよい。また、半導体は、発
光効率あるいは受光効率を高めるために、少なくとも発
光及び受光の中核をなすｐｎ接合部分の材料が直接遷移
型であることが望ましい。直接遷移型の化合物半導体材
料としては、例えば、ＧａＡｓ系、ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓ系、ＧａＡｓＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系などがある。
体素子は、発光及び受光の中核をなすｐｎ接合がヘテロ
構造をもち、発光素子と受光素子とを兼ね備えた送受信
用光半導体素子であって、この素子が多層エピタキシャ
ル成長させた直接遷移型の化合物半導体で構成され、ｐ
ｎ接合の小面積領域にのみ電流を流す電流狭窄層と、ｐ
ｎ接合の一方を構成するエピタキシャル層の表面に光を
取り込む、あるいは光を取り出すための入出射部とをも
ち、表裏に電極を取り付けたものである。ヘテロ構造
は、シングルヘテロ構造（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ構
造（ＤＨ構造）のいずれでもよい。また、半導体は、発
光効率あるいは受光効率を高めるために、少なくとも発
光及び受光の中核をなすｐｎ接合部分の材料が直接遷移
型であることが望ましい。直接遷移型の化合物半導体材
料としては、例えば、ＧａＡｓ系、ＧａＡｓ／ＡｌＧａ
Ａｓ系、ＧａＡｓＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系などがある。
【０００７】また、本発明の光通信用モジュールは、光
通信用ファイバに接続して送受信に用いる光通信用モジ
ュールにおいて、発光と受光の両方の機能を有する上記
の送受信用光半導体素子と、この送受信用光半導体素子
の表裏電極に印加するバイアス電圧を選択し、選択され
た電圧に応じて送受信用光半導体素子を発光素子又は受
光素子のいずれかに切換える送受信切換用電源回路と、
送受信用光半導体素子が発光素子に切換えられたとき、
これに送信用信号を加える送信用信号処理回路と、送受
信用光半導体素子が受光素子に切換えられたとき、これ
から信号を受け取る受信用信号処理回路とを備えたもの
である。
通信用ファイバに接続して送受信に用いる光通信用モジ
ュールにおいて、発光と受光の両方の機能を有する上記
の送受信用光半導体素子と、この送受信用光半導体素子
の表裏電極に印加するバイアス電圧を選択し、選択され
た電圧に応じて送受信用光半導体素子を発光素子又は受
光素子のいずれかに切換える送受信切換用電源回路と、
送受信用光半導体素子が発光素子に切換えられたとき、
これに送信用信号を加える送信用信号処理回路と、送受
信用光半導体素子が受光素子に切換えられたとき、これ
から信号を受け取る受信用信号処理回路とを備えたもの
である。
【０００８】
【作用】本発明は、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系ＤＨ構造
の単波長ＰＤを試作して、たまたま発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）としての性能を調べてみたところ、単波長ＰＤが
ＬＥＤとしても十分に機能し得るという事実にもとづい
てなされたものである。受発光機能を有効に発揮するた
めには、ヘテロ構造をもつ直接遷移型の化合物半導体で
構成され、かつ発光ダイオードとしての発光出力を高く
するためにｐｎ接合の小面積領域にのみ電流を流す電流
狭窄層が必須である。ヘテロ構造と電流狭窄層を必須と
する理由は次の通りである。即ち、受光専用の受光素子
を単に製作するのであればホモ接合でもよい。しかし、
受光素子でありながら、発光効率の高い発光機能を有す
る受発光素子を製作するためには、素子の中央部が均一
に光るようにしなければならない。それには光取出し部
に均一に電流が分散するようにウィンドウ層の厚さを厚
くする必要があり、またウィンドウ層を厚くしても、な
お光を取り出すためにはウィンドウ層の混晶比を高くし
たヘテロ接合が必要となる。また取出し部だけに電流が
流れるように電流狭窄層を設ける必要がある。
の単波長ＰＤを試作して、たまたま発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）としての性能を調べてみたところ、単波長ＰＤが
ＬＥＤとしても十分に機能し得るという事実にもとづい
てなされたものである。受発光機能を有効に発揮するた
めには、ヘテロ構造をもつ直接遷移型の化合物半導体で
構成され、かつ発光ダイオードとしての発光出力を高く
するためにｐｎ接合の小面積領域にのみ電流を流す電流
狭窄層が必須である。ヘテロ構造と電流狭窄層を必須と
する理由は次の通りである。即ち、受光専用の受光素子
を単に製作するのであればホモ接合でもよい。しかし、
受光素子でありながら、発光効率の高い発光機能を有す
る受発光素子を製作するためには、素子の中央部が均一
に光るようにしなければならない。それには光取出し部
に均一に電流が分散するようにウィンドウ層の厚さを厚
くする必要があり、またウィンドウ層を厚くしても、な
お光を取り出すためにはウィンドウ層の混晶比を高くし
たヘテロ接合が必要となる。また取出し部だけに電流が
流れるように電流狭窄層を設ける必要がある。
【０００９】ところで、従来構造のＬＥＤでも、この必
須要件を備えて、ある程度発光輝度の高いものであれ
ば、受発光素子としての使用が可能である。しかしこれ
までに、ＧａＡｓ系又はＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤから発し
た光を受けるＰＤとしては、専らＳｉが使用されてお
り、ＧａＡｓ系又はＧａＡｌＡｓ系のＰＤが使用された
ことはほとんどなく、実際に報告された例もない。何故
これまでＧａＡｓ系、あるいはＧａＡｌＡｓ系がＰＤと
して使用されなかったのかは、実のところよく分らな
い。考えられるとしたら、ＧａＡｓはＳｉに比べ高価で
あり、同じ機能を発揮するのであれば当然安価なＳｉを
優先して使うという理由ぐらいである。しかし、現在生
産技術的には、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系の赤色ＬＥＤ
を例にとれば、非常に安くなっており、Ｓｉに比べても
差は縮まっている。ＧａＡｓ系のＰＤは応答速度がＳｉ
に比べて速いという報告もあることから、価格上の制約
は現状ではなくなったと見ることができる。この意味
で、本発明は実用上でも問題がない。
須要件を備えて、ある程度発光輝度の高いものであれ
ば、受発光素子としての使用が可能である。しかしこれ
までに、ＧａＡｓ系又はＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤから発し
た光を受けるＰＤとしては、専らＳｉが使用されてお
り、ＧａＡｓ系又はＧａＡｌＡｓ系のＰＤが使用された
ことはほとんどなく、実際に報告された例もない。何故
これまでＧａＡｓ系、あるいはＧａＡｌＡｓ系がＰＤと
して使用されなかったのかは、実のところよく分らな
い。考えられるとしたら、ＧａＡｓはＳｉに比べ高価で
あり、同じ機能を発揮するのであれば当然安価なＳｉを
優先して使うという理由ぐらいである。しかし、現在生
産技術的には、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系の赤色ＬＥＤ
を例にとれば、非常に安くなっており、Ｓｉに比べても
差は縮まっている。ＧａＡｓ系のＰＤは応答速度がＳｉ
に比べて速いという報告もあることから、価格上の制約
は現状ではなくなったと見ることができる。この意味
で、本発明は実用上でも問題がない。
【００１０】本発明では、受発光の両機能を有する送受
信用光半導体素子を使用するので、双方向通信可能な汎
用モジュールを構成するためには、光分波器が不用とな
り、光ファイバの接続側に組込む素子は１種類、すなわ
ち１個でよいことになる。このためモジュールは、受信
専用モジュールまたは送信専用モジュールサイズで、価
格がほぼそれに近く、損失の少ない、双方向光通信用モ
ジュールが実現できる。
信用光半導体素子を使用するので、双方向通信可能な汎
用モジュールを構成するためには、光分波器が不用とな
り、光ファイバの接続側に組込む素子は１種類、すなわ
ち１個でよいことになる。このためモジュールは、受信
専用モジュールまたは送信専用モジュールサイズで、価
格がほぼそれに近く、損失の少ない、双方向光通信用モ
ジュールが実現できる。
【００１１】本モジュールは次のように作用する。送受
信切換用電源回路から送受信用光半導体素子に、これを
発光素子として機能させるバイアス電圧を選択して印加
すると、送受信用光半導体素子は発光素子として機能
し、送信用信号処理回路から出力される送信用信号が加
えられると、その信号を光に変換してモジュール外に出
力する。送受信切換用電源回路から送受信用光半導体素
子に、これを受光素子として機能させるバイアス電圧を
選択して印加すると、送受信用光半導体素子は受光素子
として機能し、モジュール外から入力される光信号を電
気信号に変換する。この受信信号は受信用信号処理回路
に入力されて処理される。
信切換用電源回路から送受信用光半導体素子に、これを
発光素子として機能させるバイアス電圧を選択して印加
すると、送受信用光半導体素子は発光素子として機能
し、送信用信号処理回路から出力される送信用信号が加
えられると、その信号を光に変換してモジュール外に出
力する。送受信切換用電源回路から送受信用光半導体素
子に、これを受光素子として機能させるバイアス電圧を
選択して印加すると、送受信用光半導体素子は受光素子
として機能し、モジュール外から入力される光信号を電
気信号に変換する。この受信信号は受信用信号処理回路
に入力されて処理される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。本実施例で説明する双方向通信が可能な光通信用モ
ジュールの構成を図１に示す。このモジュールＭは光フ
ァイバ１に接続して送受信に用いられる。モジュールＭ
内の送受信用光半導体素子７は、光ファイバ１の接続側
に組込まれ、単一素子で単一波長の光を発光し、単一波
長の光を受光する両機能をもち、光ファイバ１から出射
された光信号を受信、あるいは該素子７から光ファイバ
１に光信号を入射する。送受信切換用電源回路８は、こ
の送受信用光半導体素子７を発光素子または受光素子と
して切換えるためのバイアス電圧付与回路であり、送受
信用光半導体素子７に印加する正負２種類のバイアス電
圧からいずれか一つを選択し、選択された電圧に応じて
送受信用光半導体素子７を発光素子又は受光素子のいず
れかに切換える。送信用信号処理回路９は光ファイバ１
を通じて伝送する信号を生成処理するもので、送受信用
光半導体素子７が発光素子に切換えられたとき、これに
送信信号をコンデンサ１２を介して加える。受信用信号
処理回路１０は受信信号を受け取り所定の形に処理する
もので、送受信用光半導体素子７が受光素子に切換えら
れたとき、これからコンデンサ１３を介して受信用信号
を受け取る。なお、各回路にはそれらの回路を動作させ
る電力を供給する配線があるが、図では省略している。
る。本実施例で説明する双方向通信が可能な光通信用モ
ジュールの構成を図１に示す。このモジュールＭは光フ
ァイバ１に接続して送受信に用いられる。モジュールＭ
内の送受信用光半導体素子７は、光ファイバ１の接続側
に組込まれ、単一素子で単一波長の光を発光し、単一波
長の光を受光する両機能をもち、光ファイバ１から出射
された光信号を受信、あるいは該素子７から光ファイバ
１に光信号を入射する。送受信切換用電源回路８は、こ
の送受信用光半導体素子７を発光素子または受光素子と
して切換えるためのバイアス電圧付与回路であり、送受
信用光半導体素子７に印加する正負２種類のバイアス電
圧からいずれか一つを選択し、選択された電圧に応じて
送受信用光半導体素子７を発光素子又は受光素子のいず
れかに切換える。送信用信号処理回路９は光ファイバ１
を通じて伝送する信号を生成処理するもので、送受信用
光半導体素子７が発光素子に切換えられたとき、これに
送信信号をコンデンサ１２を介して加える。受信用信号
処理回路１０は受信信号を受け取り所定の形に処理する
もので、送受信用光半導体素子７が受光素子に切換えら
れたとき、これからコンデンサ１３を介して受信用信号
を受け取る。なお、各回路にはそれらの回路を動作させ
る電力を供給する配線があるが、図では省略している。
【００１３】まず、このモジュールを送信用として用い
た場合について説明する。送受信切換用電源回路８から
送受信用光半導体素子７のアノードに負電圧が印加され
る。すると、送受信用光半導体素子７には順方向電流が
流れ発光状態になる。この状態で、送信用信号処理回路
９からはコンデンサ１２を介し、アナログの電気信号が
送受信用光半導体素子７に送られ、それに応じた光信号
が発生し、光ファイバ１に入る。送受信用光半導体素子
７は、後述するようにＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系のＤＨ
型ＬＥＤに近い構造であり、強い赤色光信号を光ファイ
バ１に入射する。
た場合について説明する。送受信切換用電源回路８から
送受信用光半導体素子７のアノードに負電圧が印加され
る。すると、送受信用光半導体素子７には順方向電流が
流れ発光状態になる。この状態で、送信用信号処理回路
９からはコンデンサ１２を介し、アナログの電気信号が
送受信用光半導体素子７に送られ、それに応じた光信号
が発生し、光ファイバ１に入る。送受信用光半導体素子
７は、後述するようにＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系のＤＨ
型ＬＥＤに近い構造であり、強い赤色光信号を光ファイ
バ１に入射する。
【００１４】次に、このモジュールを受信用として用い
た場合について説明する。送受信切換用電源回路８から
送受信用光半導体素子７にアノード正電圧が印加され
る。すると、送受信用光半導体素子７には逆方向電圧が
印加された状態のなる。この状態で、光ファイバ１より
光が出て送受信用光半導体素子７に入ると、その光信号
強度に応じた電流が流れる。その電流は抵抗１１で電圧
に変換され、コンデンサ１３を介してアナログの電気信
号として受信用信号処理回路１０に送られる。このよう
にして送受信用光半導体素子１０に印加する電圧によ
り、送受信用光半導体素子７を発光素子及び受光素子と
して切換えながら使用することができる。なお、素子に
印加する電圧は、例えばＬＥＤとして使用する場合、素
子に直接印加する電圧は１．５Ｖ位であり、受光素子と
して使用する場合、約２〜５Ｖの逆方向電圧である。ま
た、通信用信号としてアナログ信号について述べたが、
ディジタル信号に適用することもできる。
た場合について説明する。送受信切換用電源回路８から
送受信用光半導体素子７にアノード正電圧が印加され
る。すると、送受信用光半導体素子７には逆方向電圧が
印加された状態のなる。この状態で、光ファイバ１より
光が出て送受信用光半導体素子７に入ると、その光信号
強度に応じた電流が流れる。その電流は抵抗１１で電圧
に変換され、コンデンサ１３を介してアナログの電気信
号として受信用信号処理回路１０に送られる。このよう
にして送受信用光半導体素子１０に印加する電圧によ
り、送受信用光半導体素子７を発光素子及び受光素子と
して切換えながら使用することができる。なお、素子に
印加する電圧は、例えばＬＥＤとして使用する場合、素
子に直接印加する電圧は１．５Ｖ位であり、受光素子と
して使用する場合、約２〜５Ｖの逆方向電圧である。ま
た、通信用信号としてアナログ信号について述べたが、
ディジタル信号に適用することもできる。
【００１５】さて、上述した受発光の両機能を有する送
受信用光半導体素子７の構造を説明する。図２は送受信
用光半導体素子７のチップ構造を示す。この素子はＧａ
Ａｓ基板１９上にＧａＡｓの電流狭窄層１８があり、そ
の上にＤＨ接合のクラッド層１７、活性層１６、ウィン
ドウ層１５となるＧａＡｌＡｓ層がある。発光または受
光の中核をなすｐｎ接合を構成する活性層１６とウィン
ドウ層１５の材料は、発光ないし受光効率の点から直接
遷移型とすることが望ましい。更にウィンドウ層１５の
上に電極２０を形成するためのＧａＡｓコンタクト層１
４が形成される。表面と裏面には表面側周囲電極２０、
裏面側全面電極２１が形成され、また素子に光が入り又
は光が出る表面には反射防止膜２２が形成される。
受信用光半導体素子７の構造を説明する。図２は送受信
用光半導体素子７のチップ構造を示す。この素子はＧａ
Ａｓ基板１９上にＧａＡｓの電流狭窄層１８があり、そ
の上にＤＨ接合のクラッド層１７、活性層１６、ウィン
ドウ層１５となるＧａＡｌＡｓ層がある。発光または受
光の中核をなすｐｎ接合を構成する活性層１６とウィン
ドウ層１５の材料は、発光ないし受光効率の点から直接
遷移型とすることが望ましい。更にウィンドウ層１５の
上に電極２０を形成するためのＧａＡｓコンタクト層１
４が形成される。表面と裏面には表面側周囲電極２０、
裏面側全面電極２１が形成され、また素子に光が入り又
は光が出る表面には反射防止膜２２が形成される。
【００１６】具体的には、この素子は３００μｍ×３０
０μｍ×３００μｍのサイズである。ｐ型ＧａＡｓ基板
１９に円形のメサ１９ａをエッチングにより形成する。
メサ１９ａはその直径が５０μｍであり、３５０μｍお
きに多数個碁盤目状に形成される。ＧａＡｓ基板１９の
キャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さは２６０μｍで
ある。この基板１９上にｎ型ＧａＡｓ層１８を液相エピ
タキシャル法により形成する。電流狭窄層１８を構成す
るｎ型ＧａＡｓ層はキャリア濃度３×１０18ｃｍ-3、厚
さ５μｍとし、メサ１９ａの高さより若干低く形成し
て、メサ１９ａ頂部をｎ型ＧａＡｓ層表面より突出させ
て電流狭窄層として機能させる。なお、電流狭窄層１８
は図示例のものに限定されるものではない。この電流狭
窄層１８の上にｐ型ＧａＡｌＡｓ層であるクラッド層１
７をエピタキシャル成長させる。このクラッド層１７
は、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3、厚さ５μｍ、Ａｌ
Ａｓ混晶比０．３である。更にその上にｐ型のＧａＡｌ
Ａｓ層である活性層１６を成長させる。この活性層１６
は、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3、厚さ１μｍ、Ａｌ
Ａｓ混晶比０．０５である。その上にはｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ層であるウィンドウ層１５をエピタキシャル成長させ
る。このウインド層１５は、キャリア濃度が１×１０18
ｃｍ-3、厚さ３０μｍ、ＡｌＡｓ混晶比０．３である。
この上にｎ型ＧａＡｓ層であるコンタクト層１４をエピ
タキシャル成長する。コンタクト層１４のキャリア濃度
は３×１０18ｃｍ-3、厚さ１μｍである。このエピタキ
シャルウェハのコンタクト層１４をホトリソグラフによ
りメサ１９ａに合せてエッチングし、コンタクト層１４
に光入出射用の窓穴１４ａを開ける。その後窓穴１４ａ
には、Ａｌ2 Ｏ3 の反射防止膜２２を形成する。更に表
面のＧａＡｓコンタクト層１４の部分には、窓穴１４ａ
を取り囲むように周囲電極２０を、裏面には全面電極２
１を形成する。
０μｍ×３００μｍのサイズである。ｐ型ＧａＡｓ基板
１９に円形のメサ１９ａをエッチングにより形成する。
メサ１９ａはその直径が５０μｍであり、３５０μｍお
きに多数個碁盤目状に形成される。ＧａＡｓ基板１９の
キャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3、厚さは２６０μｍで
ある。この基板１９上にｎ型ＧａＡｓ層１８を液相エピ
タキシャル法により形成する。電流狭窄層１８を構成す
るｎ型ＧａＡｓ層はキャリア濃度３×１０18ｃｍ-3、厚
さ５μｍとし、メサ１９ａの高さより若干低く形成し
て、メサ１９ａ頂部をｎ型ＧａＡｓ層表面より突出させ
て電流狭窄層として機能させる。なお、電流狭窄層１８
は図示例のものに限定されるものではない。この電流狭
窄層１８の上にｐ型ＧａＡｌＡｓ層であるクラッド層１
７をエピタキシャル成長させる。このクラッド層１７
は、キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3、厚さ５μｍ、Ａｌ
Ａｓ混晶比０．３である。更にその上にｐ型のＧａＡｌ
Ａｓ層である活性層１６を成長させる。この活性層１６
は、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3、厚さ１μｍ、Ａｌ
Ａｓ混晶比０．０５である。その上にはｎ型ＧａＡｌＡ
ｓ層であるウィンドウ層１５をエピタキシャル成長させ
る。このウインド層１５は、キャリア濃度が１×１０18
ｃｍ-3、厚さ３０μｍ、ＡｌＡｓ混晶比０．３である。
この上にｎ型ＧａＡｓ層であるコンタクト層１４をエピ
タキシャル成長する。コンタクト層１４のキャリア濃度
は３×１０18ｃｍ-3、厚さ１μｍである。このエピタキ
シャルウェハのコンタクト層１４をホトリソグラフによ
りメサ１９ａに合せてエッチングし、コンタクト層１４
に光入出射用の窓穴１４ａを開ける。その後窓穴１４ａ
には、Ａｌ2 Ｏ3 の反射防止膜２２を形成する。更に表
面のＧａＡｓコンタクト層１４の部分には、窓穴１４ａ
を取り囲むように周囲電極２０を、裏面には全面電極２
１を形成する。
【００１７】このように形成した送受信用光半導体素子
をＬＥＤとして使用した場合、発光波長は８５０ｎｍの
単波長で、発光出力は順方向電流が５０ｍＡで１．５ｍ
Ｗであった。また受光素子として使用した場合、受光波
長は同じく８５０ｎｍの単波長で、受光面に入射した光
の約６０％が電気に変換されていることが確認できた。
をＬＥＤとして使用した場合、発光波長は８５０ｎｍの
単波長で、発光出力は順方向電流が５０ｍＡで１．５ｍ
Ｗであった。また受光素子として使用した場合、受光波
長は同じく８５０ｎｍの単波長で、受光面に入射した光
の約６０％が電気に変換されていることが確認できた。
【００１８】なお、上記実施例では、送受信用光半導体
素子としてＧａＡｌＡｓのＤＨ接合素子を用いたが、応
答速度が低くてもよければ、ＳＨ接合素子を用いること
もできる。このＳＨ構造の受発光素子の具体例を図３に
示す。この素子は、電流狭窄層１８上に活性層１６を厚
さ６μｍで直接成長させる点を除けば、他は全て図２の
実施例と同じ構造をしている。
素子としてＧａＡｌＡｓのＤＨ接合素子を用いたが、応
答速度が低くてもよければ、ＳＨ接合素子を用いること
もできる。このＳＨ構造の受発光素子の具体例を図３に
示す。この素子は、電流狭窄層１８上に活性層１６を厚
さ６μｍで直接成長させる点を除けば、他は全て図２の
実施例と同じ構造をしている。
【００１９】このように本実施例の送受信用光半導体素
子は、いずれもヘテロ構造をもつＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓ系半導体で構成され、電流狭窄層と、表面に光の入出
射部とをもち、表裏に電極を取り付けたものである。こ
れは、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系のＤＨ型ＬＥＤに近い
構造であり、この構造から発光及び受光の両方の機能を
もたせることができる。なお、受光素子としてＳｉを使
用する場合には、従来、高い逆方向電圧を加えて受光効
率の高いアバランシェＰＤとして使用することがある
が、本実施例のＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系素子に対して
も、上述した２〜５Ｖよりも大きな逆方向電圧を加える
ようにすれば、Ｓｉと同様にアバランシェＰＤとするこ
とが期待できる。
子は、いずれもヘテロ構造をもつＧａＡｓ／ＧａＡｌＡ
ｓ系半導体で構成され、電流狭窄層と、表面に光の入出
射部とをもち、表裏に電極を取り付けたものである。こ
れは、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系のＤＨ型ＬＥＤに近い
構造であり、この構造から発光及び受光の両方の機能を
もたせることができる。なお、受光素子としてＳｉを使
用する場合には、従来、高い逆方向電圧を加えて受光効
率の高いアバランシェＰＤとして使用することがある
が、本実施例のＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系素子に対して
も、上述した２〜５Ｖよりも大きな逆方向電圧を加える
ようにすれば、Ｓｉと同様にアバランシェＰＤとするこ
とが期待できる。
【００２０】以上述べたように本実施例によれば次の効
果がある。
果がある。
【００２１】（１）送受信をするための素子に受発光の
可能なＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系の素子を用いたので、
単一素子で単波長の受発光が可能となり、かつ光ファイ
バ側に設ける素子が１個で済み、光分波器、発光素子、
受光素子の３種類の素子を用いた従来例に比べ、モジュ
ールの大きさが小さくて済む。
可能なＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ系の素子を用いたので、
単一素子で単波長の受発光が可能となり、かつ光ファイ
バ側に設ける素子が１個で済み、光分波器、発光素子、
受光素子の３種類の素子を用いた従来例に比べ、モジュ
ールの大きさが小さくて済む。
【００２２】（２）送受信用光半導体素子に接続する信
号処理回路は、送受信用と受信用の２つ必要となるが、
特にスペースをとる光分波器が不要となる上、半導体素
子も１個で済むため、安価に生産できる。
号処理回路は、送受信用と受信用の２つ必要となるが、
特にスペースをとる光分波器が不要となる上、半導体素
子も１個で済むため、安価に生産できる。
【００２３】（３）従来のように光分波器を用いると、
光を分波した分だけ送受信用光半導体素子に入る光の強
度が弱まるが、本実施例のモジュールでは、光分波器を
用いず、直接光ファイバから送受信用光半導体素子に受
光し、あるいは光半導体素子から直接光ファイバに入射
させるため、損失を大幅に少なくすることができる。
光を分波した分だけ送受信用光半導体素子に入る光の強
度が弱まるが、本実施例のモジュールでは、光分波器を
用いず、直接光ファイバから送受信用光半導体素子に受
光し、あるいは光半導体素子から直接光ファイバに入射
させるため、損失を大幅に少なくすることができる。
【００２４】これらより、システム構成のコストが安く
簡易型の双方向通信可能な光通信用モジュールを実現す
ることができる。
簡易型の双方向通信可能な光通信用モジュールを実現す
ることができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、単一素子で受発光が可
能となり、またこれを用いることで光分波器を用いない
でも送受信が一本化できるので、モジュールの小型化を
図ることができ、損失の少ない廉価な双方向通信が実現
できる。
能となり、またこれを用いることで光分波器を用いない
でも送受信が一本化できるので、モジュールの小型化を
図ることができ、損失の少ない廉価な双方向通信が実現
できる。
【図１】本発明の実施例による双方向光通信用モジュー
ルの構成図。
ルの構成図。
【図２】本実施例によるＤＨ構造をもつ送受信用半導体
素子チップ構造を示す断面図。
素子チップ構造を示す断面図。
【図３】本実施例によるＳＨ構造をもつ送受信用半導体
素子チップの構造を示す断面図。
素子チップの構造を示す断面図。
【図４】従来の光分波器を用いた双方向光通信モジュー
ルの構成図。
ルの構成図。
Ｍ 光通信モジュール １ 光ファイバ ７ 送受信用光半導体素子 ８ 送受信切換用電源 ９ 送信用信号処理回路 １０ 受信用信号処理回路 １４ コンタクト層 １５ ウィンドウ層 １６ 活性層 １７ クラッド層 １８ 電流狭窄層 １９ 基板 ２０ 表面側周囲電極 ２１ 裏面側全面電極 ２２ 反射防止膜
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０４Ｂ 10/02 8426−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｗ
Claims (5)
- 【請求項１】発光及び受光の中核をなすｐｎ接合がヘテ
ロ構造をもち、発光素子と受光素子とを兼ね備えた送受
信用光半導体素子であって、この素子が多層エピタキシ
ャル成長させた直接遷移型の化合物半導体で構成され、
上記ｐｎ接合の小面積領域にのみ電流を流す電流狭窄層
と、ｐｎ接合の一方を構成するエピタキシャル層の表面
に光の入出射部とをもち、表裏に電極を取り付けたこと
を特徴とする送受信用光半導体素子。 - 【請求項２】上記ヘテロ構造がシングルヘテロ構造であ
ることを特徴とする請求項１に記載の送受信用光半導体
素子。 - 【請求項３】上記ヘテロ構造がダブルヘテロ構造である
ことを特徴とする請求項１に記載の送受信用光半導体素
子。 - 【請求項４】上記半導体は、少なくとも発光及び受光の
中核をなすｐｎ接合部分の材料が直接遷移型であること
を特徴とする送受信用光半導体素子。 - 【請求項５】光通信用ファイバに接続して送受信に用い
る光通信用モジュールにおいて、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の送受信用光半導体素子と、この送受信用
光半導体素子に印加するバイアス電圧を選択し、選択さ
れた電圧に応じて送受信用光半導体素子を発光素子又は
受光素子のいずれかに切り換える送受信切換用電源回路
と、送受信用光半導体素子が発光素子に切換えられたと
き、これに送信用信号を加える送信用信号処理回路と、
送受信用光半導体素子が受光素子に切換えられたとき、
これから信号を受け取る受信用信号処理回路とを備えた
ことを特徴とする光通信用モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3914192A JPH05235410A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 送受信用光半導体素子及びそれを用いた光通信用モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3914192A JPH05235410A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 送受信用光半導体素子及びそれを用いた光通信用モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235410A true JPH05235410A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12544834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3914192A Pending JPH05235410A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 送受信用光半導体素子及びそれを用いた光通信用モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05235410A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001119063A (ja) * | 1999-10-20 | 2001-04-27 | Nitto Kogaku Kk | 発光兼受光回路並びにカメラ及び光学装置 |
| JP2007507864A (ja) * | 2003-09-30 | 2007-03-29 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 放射検出器 |
| US8212285B2 (en) | 2004-03-31 | 2012-07-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation detector |
-
1992
- 1992-02-26 JP JP3914192A patent/JPH05235410A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001119063A (ja) * | 1999-10-20 | 2001-04-27 | Nitto Kogaku Kk | 発光兼受光回路並びにカメラ及び光学装置 |
| JP2007507864A (ja) * | 2003-09-30 | 2007-03-29 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 放射検出器 |
| US8212285B2 (en) | 2004-03-31 | 2012-07-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation detector |
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