JPH0964399A - 導波路型受光素子 - Google Patents
導波路型受光素子Info
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- JPH0964399A JPH0964399A JP7243725A JP24372595A JPH0964399A JP H0964399 A JPH0964399 A JP H0964399A JP 7243725 A JP7243725 A JP 7243725A JP 24372595 A JP24372595 A JP 24372595A JP H0964399 A JPH0964399 A JP H0964399A
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- light receiving
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- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
- H10F30/222—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN heterojunction
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/40—Optical elements or arrangements
- H10F77/413—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広ダイナミックレンジ特性を備えた導波路型
受光素子を提供する。 【解決手段】 本導波路型受光素子１０は、光検出部１
４と、光減衰部１８と、光検出部と光減衰部とを電気的
に分離する光透過性電気的分離部２０とから構成されて
いる。光検出部は、基板２２上に、ｎ−光ガイド層２８
及びｉ−光吸収層３０と、それを挟むｎ−とｐ−の対の
光閉じ込め層２６、３２を備え、ダブルヘテロ構造を形
成している。光減衰部は、光吸収層が歪ＭＱＷ層で形成
されていることを除いて光検出部と同じ層構造を備え、
基板の上下には吸収制御用電極１６と電極４０が設けら
れている。光検出部及び光減衰部の光吸収層及び導波路
は、上述のように垂直（縦）方向の光閉じ込め構造と共
にリッジ構造を形成して水平方向の閉じ込め構造を形成
している。光減衰部の電極に逆方向バイアス電圧を印加
することにより、光減衰部の入射光の吸収程度を制御
し、光検出部へ伝搬される光の強度を制御できる。
受光素子を提供する。 【解決手段】 本導波路型受光素子１０は、光検出部１
４と、光減衰部１８と、光検出部と光減衰部とを電気的
に分離する光透過性電気的分離部２０とから構成されて
いる。光検出部は、基板２２上に、ｎ−光ガイド層２８
及びｉ−光吸収層３０と、それを挟むｎ−とｐ−の対の
光閉じ込め層２６、３２を備え、ダブルヘテロ構造を形
成している。光減衰部は、光吸収層が歪ＭＱＷ層で形成
されていることを除いて光検出部と同じ層構造を備え、
基板の上下には吸収制御用電極１６と電極４０が設けら
れている。光検出部及び光減衰部の光吸収層及び導波路
は、上述のように垂直（縦）方向の光閉じ込め構造と共
にリッジ構造を形成して水平方向の閉じ込め構造を形成
している。光減衰部の電極に逆方向バイアス電圧を印加
することにより、光減衰部の入射光の吸収程度を制御
し、光検出部へ伝搬される光の強度を制御できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導波路型受光素子
に関し、更に詳細には入射光の強度に応じて入射光を所
定レベルに減衰させることにより、ＡＭ−ＦＤＭ方式の
システム等の光通信システムに最適な、広帯域にわたり
優れた歪特性を備えた導波路型受光素子に関するもので
ある。
に関し、更に詳細には入射光の強度に応じて入射光を所
定レベルに減衰させることにより、ＡＭ−ＦＤＭ方式の
システム等の光通信システムに最適な、広帯域にわたり
優れた歪特性を備えた導波路型受光素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】光ＣＡＴＶシステムを含む光通信システ
ムでは、ＡＭ（Amplitude Modulation) −ＦＤＭ(Frequ
ency Division Multiplex)方式を使用して、振幅変調方
式周波数多重を行っている。従来、このような方式の光
通信システムでは、図１１に示すような面入力型のｐｉ
ｎホトダイオードが用いられて来た。この面入力型のｐ
ｉｎホトダイオードでは、ＩｎＧａＡｓ層で形成された
吸収層は、十分な光吸収効率を得るために、厚い層厚に
設定され、通常、約３μｍの厚さになっている。キャリ
アはこの厚い吸収層を走行するため走行時間が長くなっ
て、応答速度が遅くなり、また十分な感度を得るには広
い受光面積を必要とすることから、キャパシタンスが大
きくなるため、良好に動作する帯域は２ＧＨｚ以下にな
る。
ムでは、ＡＭ（Amplitude Modulation) −ＦＤＭ(Frequ
ency Division Multiplex)方式を使用して、振幅変調方
式周波数多重を行っている。従来、このような方式の光
通信システムでは、図１１に示すような面入力型のｐｉ
ｎホトダイオードが用いられて来た。この面入力型のｐ
ｉｎホトダイオードでは、ＩｎＧａＡｓ層で形成された
吸収層は、十分な光吸収効率を得るために、厚い層厚に
設定され、通常、約３μｍの厚さになっている。キャリ
アはこの厚い吸収層を走行するため走行時間が長くなっ
て、応答速度が遅くなり、また十分な感度を得るには広
い受光面積を必要とすることから、キャパシタンスが大
きくなるため、良好に動作する帯域は２ＧＨｚ以下にな
る。
【０００３】しかし、上述のＡＭ−ＦＤＭ方式では、広
帯域でしかも低歪特性の受光素子が必要とされている。
そこで、最近、図１２に示すような導波路型ｐｉｎホト
ダイオードが注目されている。図１２（ａ）は導波路型
ｐｉｎホトダイオードの概略斜視図を示し、図１２
（ｂ）はその層構造及び各層の屈折率を示している。こ
の受光素子では、第１には、導波路の端面に形成された
光入射面で入射光を受光し、導波路を伝搬中に吸収する
ので、光吸収層を０．６μｍ程度に薄くでき、しかも入
射光の光密度を高くして受光領域の面積を小さくするこ
とができるので、キャパシタンスは小さくなる。第２に
は、ノンドープＩｎＧａＡｓ層で形成された光吸収層
は、高濃度で不純物をドープしたｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層
とｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層との対により、光吸収層の上下
両面で挟まれているので、帯域は、薄いノンドープＩｎ
ＧａＡｓ層のキャリア走行時間で決まる。よって、この
ような導波路型受光素子では、５０ＧＨｚ以上にも及ぶ
広帯域で超高速動作が可能である。
帯域でしかも低歪特性の受光素子が必要とされている。
そこで、最近、図１２に示すような導波路型ｐｉｎホト
ダイオードが注目されている。図１２（ａ）は導波路型
ｐｉｎホトダイオードの概略斜視図を示し、図１２
（ｂ）はその層構造及び各層の屈折率を示している。こ
の受光素子では、第１には、導波路の端面に形成された
光入射面で入射光を受光し、導波路を伝搬中に吸収する
ので、光吸収層を０．６μｍ程度に薄くでき、しかも入
射光の光密度を高くして受光領域の面積を小さくするこ
とができるので、キャパシタンスは小さくなる。第２に
は、ノンドープＩｎＧａＡｓ層で形成された光吸収層
は、高濃度で不純物をドープしたｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層
とｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層との対により、光吸収層の上下
両面で挟まれているので、帯域は、薄いノンドープＩｎ
ＧａＡｓ層のキャリア走行時間で決まる。よって、この
ような導波路型受光素子では、５０ＧＨｚ以上にも及ぶ
広帯域で超高速動作が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、アナログ光伝
送システムで使用する受光素子に要求される重要な特性
の一つが広ダイナミックレンジ特性であるにもかかわら
ず、従来の導波路型ｐｉｎホトダイオードは、満足でき
る広ダイナミックレンジ特性を備えていない。即ち、微
小信号強度の受光に対して十分な感度を有するように構
成された受光素子は、強度の高い大振幅光信号を受光し
た場合には、光信号と変換された光電流との相関関係に
関し、その線型性が損なわれ、歪特性が低下する。この
ため、このような受光素子には入力光信号の強度が制限
されると言う問題が生じる。
送システムで使用する受光素子に要求される重要な特性
の一つが広ダイナミックレンジ特性であるにもかかわら
ず、従来の導波路型ｐｉｎホトダイオードは、満足でき
る広ダイナミックレンジ特性を備えていない。即ち、微
小信号強度の受光に対して十分な感度を有するように構
成された受光素子は、強度の高い大振幅光信号を受光し
た場合には、光信号と変換された光電流との相関関係に
関し、その線型性が損なわれ、歪特性が低下する。この
ため、このような受光素子には入力光信号の強度が制限
されると言う問題が生じる。
【０００５】以上のような問題に照らして、本発明の目
的は、広ダイナミックレンジ特性を備えた導波路型受光
素子を提供することである。
的は、広ダイナミックレンジ特性を備えた導波路型受光
素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来の導
波路型ｐｉｎホトダイオードの光変換領域の構成を改良
するだけでは、広ダイナミックレンジ特性を実現できな
いと考え、寧ろ、光変換領域に伝搬させる光の強度を制
御するべきであると判断した。そして、本発明者等は、
入射光の強度に合わせて光変換領域に伝搬させる光の強
度を制御するために、光変換領域に伝搬させる入射光の
一部を吸収する光減衰部を設けることに着目した。
波路型ｐｉｎホトダイオードの光変換領域の構成を改良
するだけでは、広ダイナミックレンジ特性を実現できな
いと考え、寧ろ、光変換領域に伝搬させる光の強度を制
御するべきであると判断した。そして、本発明者等は、
入射光の強度に合わせて光変換領域に伝搬させる光の強
度を制御するために、光変換領域に伝搬させる入射光の
一部を吸収する光減衰部を設けることに着目した。
【０００７】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づき、本発明に係る導波路型受光素子は、第１の光吸
収層と、電気信号取り出しのための第１の電極対とを少
なくとも有する光検出部と、及び光検出部と光入射面と
の間に設けられ、第１の光吸収層と光学的に結合された
第２の光吸収層と、第２の光吸収層に電圧を印加するた
めに第１の電極対とは電気的に分離して形成された第２
の電極対とを少なくとも有する光減衰部とを備えること
を特徴としている。
基づき、本発明に係る導波路型受光素子は、第１の光吸
収層と、電気信号取り出しのための第１の電極対とを少
なくとも有する光検出部と、及び光検出部と光入射面と
の間に設けられ、第１の光吸収層と光学的に結合された
第２の光吸収層と、第２の光吸収層に電圧を印加するた
めに第１の電極対とは電気的に分離して形成された第２
の電極対とを少なくとも有する光減衰部とを備えること
を特徴としている。
【０００８】本発明において、光検出部の第１の光吸収
層と光減衰部の第２の光吸収層とが光学的に結合されて
いる限り、第１の光吸収層と第２の光吸収層とを結ぶ光
導波路を別途設ける必要は無い。但し、光検出部と光減
衰部との導波特性を向上させるために、光導波路を設け
ることもできる。第１の電極対と第２の電極対とを電気
的に分離する手段は、例えば第１の光吸収層のクラッド
層と第２の光吸収層のクラッド層との接合面をｐｎ接合
にして、第１の光吸収層のクラッド層に接する第１の電
極対と第２の光吸収層のクラッド層に接する第２の電極
対とを電気的に分離する手段、化合物半導体、半絶縁性
化合物半導体又は絶縁性有機材からなる電気的分離層を
第１の電極対と第２の電極対との間に介在させて電気的
に分離する手段等を例に挙げることができる。
層と光減衰部の第２の光吸収層とが光学的に結合されて
いる限り、第１の光吸収層と第２の光吸収層とを結ぶ光
導波路を別途設ける必要は無い。但し、光検出部と光減
衰部との導波特性を向上させるために、光導波路を設け
ることもできる。第１の電極対と第２の電極対とを電気
的に分離する手段は、例えば第１の光吸収層のクラッド
層と第２の光吸収層のクラッド層との接合面をｐｎ接合
にして、第１の光吸収層のクラッド層に接する第１の電
極対と第２の光吸収層のクラッド層に接する第２の電極
対とを電気的に分離する手段、化合物半導体、半絶縁性
化合物半導体又は絶縁性有機材からなる電気的分離層を
第１の電極対と第２の電極対との間に介在させて電気的
に分離する手段等を例に挙げることができる。
【０００９】本発明の好適な実施態様は、前記光減衰部
の第２の光吸収層が、前記光検出部の第１の光吸収層の
吸収端波長より短い吸収端波長を有する多重量子井戸構
造で形成されているか、または前記光減衰部の第２の光
吸収層が、前記光検出部の第１の光吸収層の吸収端波長
より短い吸収端波長を有する歪超格子構造で形成されて
いることを特徴としている。第２の電極対間に逆方向バ
イアスで電圧を印加することにより、光減衰部は、印加
した逆方向バイアス電圧の大きさに基づき一定の相関関
係に従って光吸収量が変化する可変光減衰部として構成
され、入射光の強度に応じて、逆方向バイアス電圧の大
きさを調整することにより、光検出部に伝搬する光の強
度を調節して、光検出部の感度を電気的に制御できる。
の第２の光吸収層が、前記光検出部の第１の光吸収層の
吸収端波長より短い吸収端波長を有する多重量子井戸構
造で形成されているか、または前記光減衰部の第２の光
吸収層が、前記光検出部の第１の光吸収層の吸収端波長
より短い吸収端波長を有する歪超格子構造で形成されて
いることを特徴としている。第２の電極対間に逆方向バ
イアスで電圧を印加することにより、光減衰部は、印加
した逆方向バイアス電圧の大きさに基づき一定の相関関
係に従って光吸収量が変化する可変光減衰部として構成
され、入射光の強度に応じて、逆方向バイアス電圧の大
きさを調整することにより、光検出部に伝搬する光の強
度を調節して、光検出部の感度を電気的に制御できる。
【００１０】本発明の更に別の好適な実施態様は、前記
光減衰部と前記光入射面との間にモードフィールド変換
器が設けられていることを特徴としている。モード・フ
ィールド変換器を備えることにより、外部導波体と本発
明に係る導波路型受光素子との結合効率を高くすること
ができる。
光減衰部と前記光入射面との間にモードフィールド変換
器が設けられていることを特徴としている。モード・フ
ィールド変換器を備えることにより、外部導波体と本発
明に係る導波路型受光素子との結合効率を高くすること
ができる。
【００１１】本発明の更に別の好適な実施態様は、電気
的分離部の光の伝搬方向の光路長が、入射光の波長の１
／２の長さの整数倍に設定されていることを特徴として
いる。光路長を１／２波長の整数倍に設定することよ
り、電気的分離部内の光の減衰を抑制することができ
る。
的分離部の光の伝搬方向の光路長が、入射光の波長の１
／２の長さの整数倍に設定されていることを特徴として
いる。光路長を１／２波長の整数倍に設定することよ
り、電気的分離部内の光の減衰を抑制することができ
る。
【００１２】
【作用】本発明では、入射光の受光強度に応じて光減衰
部で入射光の一部を吸収し、減衰した光を光検出部に伝
搬する。これにより、微小信号強度の受光に対して十分
な感度を有するように構成した受光素子が、強度の高い
大振幅光信号を受光した場合でも、入射光を適度に減衰
させることにより、受光素子の線型性を維持し、従って
優れた歪特性を維持できる。また、第２の光吸収層を歪
超格子構造で形成することにより、光減衰部の原水量の
偏波依存性を抑制することができる。更には、第２の電
極に逆方向バイアス電圧を印加し、光減衰部での入射光
の減衰の程度を可変にすることにより、光検出部の感度
を電気的には制御できる。電気分離部を設けることによ
り、光検出部の暗電流の強度を低下させ、加えて光減衰
部と光検出部との接続部での反射を抑制することができ
る。モード・フィールド変換部を設けることにより、光
ファイバ等の外部導波体と本発明に係る導波路型受光素
子との結合損失を低減することができる。
部で入射光の一部を吸収し、減衰した光を光検出部に伝
搬する。これにより、微小信号強度の受光に対して十分
な感度を有するように構成した受光素子が、強度の高い
大振幅光信号を受光した場合でも、入射光を適度に減衰
させることにより、受光素子の線型性を維持し、従って
優れた歪特性を維持できる。また、第２の光吸収層を歪
超格子構造で形成することにより、光減衰部の原水量の
偏波依存性を抑制することができる。更には、第２の電
極に逆方向バイアス電圧を印加し、光減衰部での入射光
の減衰の程度を可変にすることにより、光検出部の感度
を電気的には制御できる。電気分離部を設けることによ
り、光検出部の暗電流の強度を低下させ、加えて光減衰
部と光検出部との接続部での反射を抑制することができ
る。モード・フィールド変換部を設けることにより、光
ファイバ等の外部導波体と本発明に係る導波路型受光素
子との結合損失を低減することができる。
【００１３】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。実施例１ 図１は本発明に係る導波路型受光素子の実施例１の平面
図、図２は図１の導波路型受光素子の線Ｉ−Ｉ、即ち導
波路の光伝搬方向に沿った断面構造を示す断面図、図３
は図１及び図２の導波路型受光素子の線II−IIでの断面
図である。本実施例の導波路型受光素子１０（以下、簡
単に素子１０と言う）は、図１に示すように、オーミッ
クコンタクトする光検出用ｐ−電極（以下、光検出電極
と略称する）１２を含む光検出部１４と、オーミックコ
ンタクトする吸収制御用ｐ−電極（以下、吸収制御電極
と略称する）１６を含む光減衰部１８と、ポリイミドで
形成され、光検出部１４と光減衰部１８とを電気的に分
離する光透過性電気的分離部２０とから構成されてい
る。
本発明をより詳細に説明する。実施例１ 図１は本発明に係る導波路型受光素子の実施例１の平面
図、図２は図１の導波路型受光素子の線Ｉ−Ｉ、即ち導
波路の光伝搬方向に沿った断面構造を示す断面図、図３
は図１及び図２の導波路型受光素子の線II−IIでの断面
図である。本実施例の導波路型受光素子１０（以下、簡
単に素子１０と言う）は、図１に示すように、オーミッ
クコンタクトする光検出用ｐ−電極（以下、光検出電極
と略称する）１２を含む光検出部１４と、オーミックコ
ンタクトする吸収制御用ｐ−電極（以下、吸収制御電極
と略称する）１６を含む光減衰部１８と、ポリイミドで
形成され、光検出部１４と光減衰部１８とを電気的に分
離する光透過性電気的分離部２０とから構成されてい
る。
【００１４】光検出部１４は、図２の左側及び図３に示
すように、ｎ−ＩｎＰ基板２２上にダブルヘテロ構造を
形成するように順次積層された、ｎ−ＩｎＰ層２４、ｎ
−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２６、ｎ−ＧａＩｎＡ
ｓＰ光ガイド層２８、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層３
０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層３２、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層３４、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３６、及び基
板の上下にオーミックコンタクトするように設けられた
光検出用のＴｉＰｔＡｕからなるｐ−電極１２と、Ａｕ
ＧｅＮｉからなるｎ−電極４０とで構成されている。上
述のように、光検出部１４の光吸収層及び導波路は、垂
直（縦）方向に関して光閉じ込め構造を有するように形
成されていると共に、図３に示すように、水平方向に関
してもリッジ構造を形成して閉じ込め構造を有するよう
に形成されている。
すように、ｎ−ＩｎＰ基板２２上にダブルヘテロ構造を
形成するように順次積層された、ｎ−ＩｎＰ層２４、ｎ
−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２６、ｎ−ＧａＩｎＡ
ｓＰ光ガイド層２８、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層３
０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層３２、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層３４、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層３６、及び基
板の上下にオーミックコンタクトするように設けられた
光検出用のＴｉＰｔＡｕからなるｐ−電極１２と、Ａｕ
ＧｅＮｉからなるｎ−電極４０とで構成されている。上
述のように、光検出部１４の光吸収層及び導波路は、垂
直（縦）方向に関して光閉じ込め構造を有するように形
成されていると共に、図３に示すように、水平方向に関
してもリッジ構造を形成して閉じ込め構造を有するよう
に形成されている。
【００１５】光減衰部１８は、光吸収層が歪ＭＱＷ層で
形成されていることを除いて、光検出部１４の層構造と
同じ層構造を備えている。詳細には、光減衰部１８は、
図２の右側に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２２上に光検
出部１４と共通に積層されたｎ−ＩｎＰ層２４、ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２６、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ
光ガイド層２８と、その上に積層されたｉ−ＧａＩｎＡ
ｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪ＭＱＷ層４２と、更
にその上に光検出部１４と共通に積層されたｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＡｓ光閉じ込め層３２、ｐ−ＩｎＰ層３４、ｐ−
ＧａＩｎＡｓコンタクト層３６、及び基板の上下に設け
られた吸収制御用ｐ−電極１６と光検出部１４と共通の
ｎ−電極４０で構成されている。尚、光検出部１４と共
通のｎ−電極４０に代えて、光減衰部１８のｎ−電極を
別に設けてもよい。光減衰部１８において、ｎ−ＧａＩ
ｎＡｓＰ光ガイド層２８は導波路として、ｉ−ＧａＩｎ
Ａｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪ＭＱＷ層４２は、
光吸収層としてそれぞれ機能する。光検出部１４と同様
に、光減衰部１８の光吸収層及び導波路は、垂直（縦）
方向に関して光閉じ込め構造を有するように形成されて
いると共に、水平方向に関しもメサストライプ構造の光
閉じ込め構造を有するように形成されている。また、ｎ
−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層２８の端面を含む素子１０
の光減衰部１８側端面は、入射光を受光する光入射面を
構成し、その面には反射防止膜４４が設けてある。
形成されていることを除いて、光検出部１４の層構造と
同じ層構造を備えている。詳細には、光減衰部１８は、
図２の右側に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２２上に光検
出部１４と共通に積層されたｎ−ＩｎＰ層２４、ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層２６、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ
光ガイド層２８と、その上に積層されたｉ−ＧａＩｎＡ
ｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪ＭＱＷ層４２と、更
にその上に光検出部１４と共通に積層されたｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＡｓ光閉じ込め層３２、ｐ−ＩｎＰ層３４、ｐ−
ＧａＩｎＡｓコンタクト層３６、及び基板の上下に設け
られた吸収制御用ｐ−電極１６と光検出部１４と共通の
ｎ−電極４０で構成されている。尚、光検出部１４と共
通のｎ−電極４０に代えて、光減衰部１８のｎ−電極を
別に設けてもよい。光減衰部１８において、ｎ−ＧａＩ
ｎＡｓＰ光ガイド層２８は導波路として、ｉ−ＧａＩｎ
Ａｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪ＭＱＷ層４２は、
光吸収層としてそれぞれ機能する。光検出部１４と同様
に、光減衰部１８の光吸収層及び導波路は、垂直（縦）
方向に関して光閉じ込め構造を有するように形成されて
いると共に、水平方向に関しもメサストライプ構造の光
閉じ込め構造を有するように形成されている。また、ｎ
−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層２８の端面を含む素子１０
の光減衰部１８側端面は、入射光を受光する光入射面を
構成し、その面には反射防止膜４４が設けてある。
【００１６】光検出部１４と光減衰部１８とは、電気的
分離部２０により電気的に分離されている。なお、電気
的分離部２０は、ポリイミドで形成され、電気的分離性
と光透過性とを兼ね備えている。光減衰部１８と光検出
部１４との間の電気的分離部２０の光の伝搬方向の厚
さ、即ち光路長は、光減衰部１８から光検出部１４へ伝
播する光の反射が最も小さくなるように、Ｎ×（１／
２）×（λ／ｎ0 ）とすることが望ましい。ここで、λ
は入射信号光の波長、ｎ0 は電気的分離部２０を形成す
るポリイミドの屈折率、Ｎは整数である。
分離部２０により電気的に分離されている。なお、電気
的分離部２０は、ポリイミドで形成され、電気的分離性
と光透過性とを兼ね備えている。光減衰部１８と光検出
部１４との間の電気的分離部２０の光の伝搬方向の厚
さ、即ち光路長は、光減衰部１８から光検出部１４へ伝
播する光の反射が最も小さくなるように、Ｎ×（１／
２）×（λ／ｎ0 ）とすることが望ましい。ここで、λ
は入射信号光の波長、ｎ0 は電気的分離部２０を形成す
るポリイミドの屈折率、Ｎは整数である。
【００１７】以下に、素子１０の作成方法を簡単に説明
する。 （１）先ず、エピタキシャル成長法によりｎ−ＩｎＰ基
板２２上に順次、ｎ−ＩｎＰ層２４、ｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ａｓ光閉じ込め層２６、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層
２８、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層３０、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ光閉じ込め層３２を成膜する。 （２）次いで、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層３２
上にＳｉＯ2 膜からなるマスクを形成し、光減衰部１８
を形成する領域にあるｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め
層３２、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層３０をエッチング
して除去する。続いて、ＳｉＯ2 マスクを成長防止マス
クとして使用して、ＭＯＣＶＤ法、ガスソースＭＢＥ法
等により、歪ＭＱＷ層３２を構成するｉ−ＧａＩｎＡｓ
層及びＡｌＩｎＡｓ層、更にｐ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ
込め層３２を選択成長する。
する。 （１）先ず、エピタキシャル成長法によりｎ−ＩｎＰ基
板２２上に順次、ｎ−ＩｎＰ層２４、ｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ａｓ光閉じ込め層２６、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層
２８、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層３０、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ光閉じ込め層３２を成膜する。 （２）次いで、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層３２
上にＳｉＯ2 膜からなるマスクを形成し、光減衰部１８
を形成する領域にあるｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め
層３２、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層３０をエッチング
して除去する。続いて、ＳｉＯ2 マスクを成長防止マス
クとして使用して、ＭＯＣＶＤ法、ガスソースＭＢＥ法
等により、歪ＭＱＷ層３２を構成するｉ−ＧａＩｎＡｓ
層及びＡｌＩｎＡｓ層、更にｐ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ
込め層３２を選択成長する。
【００１８】（３）ＳｉＯ2 マスクを除去し、ｐ−Ｇａ
ＩｎＡｓＰ光閉じ込め層３２、ｐ−ＩｎＰクラッド層３
４、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層３６を全面成長さ
せる。 （４）光検出部１４及び光減衰部１８をエッチングして
メサストライプ構造を形成し、次いで、必要な領域にポ
リイミドを塗布し、次いで不要部分のポリイミドをホト
リソグラフィ及びエッチングにより除去して電気的分離
部２０を形成する。更に、電極１２、１６、４０を形成
し、光入射面４４に反射防止膜４４をコーティングす
る。これにより、図１から図３に示す実施例１の素子１
０を得ることができる。
ＩｎＡｓＰ光閉じ込め層３２、ｐ−ＩｎＰクラッド層３
４、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層３６を全面成長さ
せる。 （４）光検出部１４及び光減衰部１８をエッチングして
メサストライプ構造を形成し、次いで、必要な領域にポ
リイミドを塗布し、次いで不要部分のポリイミドをホト
リソグラフィ及びエッチングにより除去して電気的分離
部２０を形成する。更に、電極１２、１６、４０を形成
し、光入射面４４に反射防止膜４４をコーティングす
る。これにより、図１から図３に示す実施例１の素子１
０を得ることができる。
【００１９】図４は、横軸には波長を、縦軸には吸収係
数を取って、実施例１の素子１０の動作原理を説明する
グラフである。光検出部１４のｉ−ＧａＩｎＡｓＰで形
成された光吸収層３０は、１．６μｍに吸収端波長を持
ち、図４に示すような吸収スペクトル特性を有する。一
方、ｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪
ＭＱＷで形成された光減衰部１８の光吸収層４２は、信
号光の波長１．５５μｍよりわずかに短い吸収端波長を
持つ。歪ＭＱＷ層４２を挟むｐｎ接合に逆方向バイアス
を印加した時、量子閉じ込めシュタルク効果等により、
歪ＭＱＷ層４２の吸収特性は、図４に示すように、長波
側へシフトし、例えば２〜３Ｖの印加電圧で１０〜２０
ｎｍ程度の長波長シフトを実現できる。
数を取って、実施例１の素子１０の動作原理を説明する
グラフである。光検出部１４のｉ−ＧａＩｎＡｓＰで形
成された光吸収層３０は、１．６μｍに吸収端波長を持
ち、図４に示すような吸収スペクトル特性を有する。一
方、ｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪
ＭＱＷで形成された光減衰部１８の光吸収層４２は、信
号光の波長１．５５μｍよりわずかに短い吸収端波長を
持つ。歪ＭＱＷ層４２を挟むｐｎ接合に逆方向バイアス
を印加した時、量子閉じ込めシュタルク効果等により、
歪ＭＱＷ層４２の吸収特性は、図４に示すように、長波
側へシフトし、例えば２〜３Ｖの印加電圧で１０〜２０
ｎｍ程度の長波長シフトを実現できる。
【００２０】これは、印加逆方向バイアス電圧の大きさ
を変化させることにより、１．５５μｍの信号光に対す
る歪ＭＱＷ層４２の吸収量を、図４に示すように、可変
的に精度良く制御できることを意味し、光減衰部１８を
可変減衰領域とすることができる。従って、印加電圧と
長波長シフトの関係を予め実験等により設定しておけ
ば、、印加電圧を調整することにより、素子１０に入射
した入射光を光減衰部１８で入射光の強度に応じて所定
のレベルに減衰させ、次いで光検出部１４において光電
流に変換して電気信号として検出することができる。よ
って、本実施例を採用すれば、微小光信号強度の受光に
対して十分な感度を有するように構成した受光素子であ
っても、入射光強度が大きい場合には、光減衰部１８で
の減衰を大きくすることにより、逆に入射光強度が小さ
い場合には、光減衰部１８での減衰を小さくすることに
より、光検出部の感度を可変にでき、広帯域にわたり強
度幅の広い信号光に対して光変換の線型性を損なわない
広ダイナミックレンジ特性を備えることができる。
を変化させることにより、１．５５μｍの信号光に対す
る歪ＭＱＷ層４２の吸収量を、図４に示すように、可変
的に精度良く制御できることを意味し、光減衰部１８を
可変減衰領域とすることができる。従って、印加電圧と
長波長シフトの関係を予め実験等により設定しておけ
ば、、印加電圧を調整することにより、素子１０に入射
した入射光を光減衰部１８で入射光の強度に応じて所定
のレベルに減衰させ、次いで光検出部１４において光電
流に変換して電気信号として検出することができる。よ
って、本実施例を採用すれば、微小光信号強度の受光に
対して十分な感度を有するように構成した受光素子であ
っても、入射光強度が大きい場合には、光減衰部１８で
の減衰を大きくすることにより、逆に入射光強度が小さ
い場合には、光減衰部１８での減衰を小さくすることに
より、光検出部の感度を可変にでき、広帯域にわたり強
度幅の広い信号光に対して光変換の線型性を損なわない
広ダイナミックレンジ特性を備えることができる。
【００２１】実施例２ 本実施例の導波路型受光素子５０では、図５に示すよう
に、光検出部１４の層構造は、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉
じ込め層２８が無いことを除いて、実施例１の導波路型
受光素子１０の光検出部１４の層構造と同じである。光
減衰部１８の層構造では、歪ＭＱＷ層４２とｎ−電極４
０との間の層構造が、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層２
８が無いことを除いて、実施例１の導波路型受光素子１
０の光検出部１４の層構造と同じであり、他方、歪ＭＱ
Ｗ層４２から吸収制御用ｐ−電極１６との間の層は、全
て、歪ＭＱＷ層４２とｎ−電極４０との間の半導体層の
導電型と同じｎ型半導体層で形成されている。即ち、そ
れは、歪ＭＱＷ層４２上に順次形成されたｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ層５２と、ｎ−ＩｎＰ層５４と、ｎ−ＧａＩｎ
Ａｓコンタクト層５６とから構成されている。
に、光検出部１４の層構造は、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉
じ込め層２８が無いことを除いて、実施例１の導波路型
受光素子１０の光検出部１４の層構造と同じである。光
減衰部１８の層構造では、歪ＭＱＷ層４２とｎ−電極４
０との間の層構造が、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層２
８が無いことを除いて、実施例１の導波路型受光素子１
０の光検出部１４の層構造と同じであり、他方、歪ＭＱ
Ｗ層４２から吸収制御用ｐ−電極１６との間の層は、全
て、歪ＭＱＷ層４２とｎ−電極４０との間の半導体層の
導電型と同じｎ型半導体層で形成されている。即ち、そ
れは、歪ＭＱＷ層４２上に順次形成されたｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ層５２と、ｎ−ＩｎＰ層５４と、ｎ−ＧａＩｎ
Ａｓコンタクト層５６とから構成されている。
【００２２】本実施例の導波路型受光素子５０では、光
検出部１４の光吸収層３０上の半導体層と光減衰部１８
の歪ＭＱＷ層４２上の半導体層との間のｐｎ接合によっ
て、光検出部１４の電極対１２、４０と光減衰部１８の
電極対１６、４０とが電気的に分離されている。
検出部１４の光吸収層３０上の半導体層と光減衰部１８
の歪ＭＱＷ層４２上の半導体層との間のｐｎ接合によっ
て、光検出部１４の電極対１２、４０と光減衰部１８の
電極対１６、４０とが電気的に分離されている。
【００２３】実施例３ 本発明に係る導波路型受光素子の実施例３は、光減衰部
にモードフィールド変換器（ＭＦＣ）を集積した、導波
路型受光素子である。図６は、その層構造を示す断面図
である。本実施例の導波路型受光素子６０（以下、簡単
に素子６０と言う）は、実施例１の光検出部１４と同じ
構成の光検出部６２と、実施例１の素子１０の光減衰部
１８の構成に加えて、モード・フィールド変換器を備え
た光減衰部６４とから構成されている。光検出部６２と
光減衰部６４とは、ポリイミドで形成された電気的分離
性と光透過性とを兼ね備えた電気的分離部６５により電
気的に分離されている。
にモードフィールド変換器（ＭＦＣ）を集積した、導波
路型受光素子である。図６は、その層構造を示す断面図
である。本実施例の導波路型受光素子６０（以下、簡単
に素子６０と言う）は、実施例１の光検出部１４と同じ
構成の光検出部６２と、実施例１の素子１０の光減衰部
１８の構成に加えて、モード・フィールド変換器を備え
た光減衰部６４とから構成されている。光検出部６２と
光減衰部６４とは、ポリイミドで形成された電気的分離
性と光透過性とを兼ね備えた電気的分離部６５により電
気的に分離されている。
【００２４】光検出部６２は、ｎ−ＩｎＰ基板７２上
に、ダブルヘテロ構造を形成するように順次積層され
た、ｎ−ＩｎＰ層７４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込
め層７６、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８、ｉ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光吸収層８０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉
じ込め層８２、ｐ−ＩｎＰ層８４、ｐ−ＧａＩｎＡｓコ
ンタクト層８６、及び基板の上下に設けられた光検出用
ｐ−電極８８とＡｕメッキされたＡｕＧｅＮｉ合金製の
ｎ−電極９０で構成されている。光検出部６２におい
て、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８は導波路として
機能する。
に、ダブルヘテロ構造を形成するように順次積層され
た、ｎ−ＩｎＰ層７４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込
め層７６、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８、ｉ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光吸収層８０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉
じ込め層８２、ｐ−ＩｎＰ層８４、ｐ−ＧａＩｎＡｓコ
ンタクト層８６、及び基板の上下に設けられた光検出用
ｐ−電極８８とＡｕメッキされたＡｕＧｅＮｉ合金製の
ｎ−電極９０で構成されている。光検出部６２におい
て、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８は導波路として
機能する。
【００２５】図６に示すように、光減衰部６４は、光検
出部６２側から光入射面１０４に向かって順に一体的に
形成された可変減衰部９２と、モード・フィールド変換
部９４と、導波路部９６とから構成されている。可変減
衰部９２は、実施例１の光減衰部１８と同じ構成になっ
ている。即ち、可変減衰部９２は、ｎ−ＩｎＰ基板７２
上に、光検出部６２と共通に積層された、ｎ−ＩｎＰ層
７４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層７６、ｎ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８と、更にその上に積層され
たｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪Ｍ
ＱＷ層９８と、更にその上に光検出部６２と共通に積層
されたｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層８２、ｐ−Ｉ
ｎＰ層８４、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層８６と、及
び基板の上下に設けられた吸収制御用ｐ−電極１００と
光検出部６２と共通のｎ−電極９０で構成されている。
可変減衰部９２において、ｉ−ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎ
Ａｓ層からなる歪ＭＱＷ層９８は光吸収層とし機能し、
モード・フィールド変換部９４、導波路部９６及び可変
減衰部９２を通じて、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７
８は導波路として機能する。
出部６２側から光入射面１０４に向かって順に一体的に
形成された可変減衰部９２と、モード・フィールド変換
部９４と、導波路部９６とから構成されている。可変減
衰部９２は、実施例１の光減衰部１８と同じ構成になっ
ている。即ち、可変減衰部９２は、ｎ−ＩｎＰ基板７２
上に、光検出部６２と共通に積層された、ｎ−ＩｎＰ層
７４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層７６、ｎ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８と、更にその上に積層され
たｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層からなる歪Ｍ
ＱＷ層９８と、更にその上に光検出部６２と共通に積層
されたｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層８２、ｐ−Ｉ
ｎＰ層８４、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層８６と、及
び基板の上下に設けられた吸収制御用ｐ−電極１００と
光検出部６２と共通のｎ−電極９０で構成されている。
可変減衰部９２において、ｉ−ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎ
Ａｓ層からなる歪ＭＱＷ層９８は光吸収層とし機能し、
モード・フィールド変換部９４、導波路部９６及び可変
減衰部９２を通じて、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７
８は導波路として機能する。
【００２６】モード・フィールド変換部９４では、歪Ｍ
ＱＷ層９８を構成するｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎ
Ａｓ層の各々が、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８に
対して入射光を受光する光入射面１０４に向かう方向に
徐々に薄くなるように成膜されていて、それにより歪Ｍ
ＱＷ層９８はｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８に対し
て光入射面１０４に向かう方向に下方に傾斜したテーパ
部となるように形成されている。テーパ部を備えている
ことを除いて、モード・フィールド変換部９４は、可変
減衰部９２と同じ層構成を備えている。
ＱＷ層９８を構成するｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎ
Ａｓ層の各々が、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８に
対して入射光を受光する光入射面１０４に向かう方向に
徐々に薄くなるように成膜されていて、それにより歪Ｍ
ＱＷ層９８はｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８に対し
て光入射面１０４に向かう方向に下方に傾斜したテーパ
部となるように形成されている。テーパ部を備えている
ことを除いて、モード・フィールド変換部９４は、可変
減衰部９２と同じ層構成を備えている。
【００２７】導波路部９６は、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタ
クト層８６と吸収制御用ｐ−電極１００に代えてｐ−Ｉ
ｎＰ層８４上にＳｉＮX 層１０２を有すること、及び歪
ＭＱＷ層９８が存在しないことを除いて、可変減衰部９
２と同じ層構成を備えている。また、ｎ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ光ガイド層７８の端面を含む素子６０の光減衰部６４
側端面は、入射光を受光する光入射面１０４を構成し、
その面には反射防止膜１０４が設けてある。
クト層８６と吸収制御用ｐ−電極１００に代えてｐ−Ｉ
ｎＰ層８４上にＳｉＮX 層１０２を有すること、及び歪
ＭＱＷ層９８が存在しないことを除いて、可変減衰部９
２と同じ層構成を備えている。また、ｎ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ光ガイド層７８の端面を含む素子６０の光減衰部６４
側端面は、入射光を受光する光入射面１０４を構成し、
その面には反射防止膜１０４が設けてある。
【００２８】実施例３の作製方法 以下に、図７から図９を参照しつつ、実施例３の素子６
０の作製工程を説明する。 （１）先ず、図７に示すように、エピタキシャル成長法
によりｎ−ＩｎＰ基板７２上に順次、ｎ−ＩｎＰ層７
４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層７６、ｎ−Ｇａ
ＩｎＡｓＰ光ガイド層７８、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収
層８０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層８２を成膜
する。 （２）次いで、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層８２
上にＳｉＯ2 膜からなるマスク１０６を図８（ｂ）に示
すように形成し、可変減衰部９２、モード・フィールド
変換部９４、導波路部９６の領域のｐ−ＡｌＧａＩｎＡ
ｓ光閉じ込め層８２、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層８０
をエッチングして除去する。続いて、ＳｉＯ2 マスク１
０６を成長防止マスクとして使用して、ＭＯＣＶＤ法、
ガスソースＭＢＥ法等により、歪ＭＱＷ層９８を構成す
るｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層、更にｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層８２を選択成長する。これに
より、ＳｉＯ2 マスク形状に応じて、図８（ａ）に示す
ように、歪ＭＱＷ層９８を構成する各層の層厚がｎ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８に対して光入射面に向う方
向に徐々に薄くなるように成膜され、テーバ状に歪ＭＱ
Ｗ層９８が形成される。
０の作製工程を説明する。 （１）先ず、図７に示すように、エピタキシャル成長法
によりｎ−ＩｎＰ基板７２上に順次、ｎ−ＩｎＰ層７
４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層７６、ｎ−Ｇａ
ＩｎＡｓＰ光ガイド層７８、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収
層８０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層８２を成膜
する。 （２）次いで、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層８２
上にＳｉＯ2 膜からなるマスク１０６を図８（ｂ）に示
すように形成し、可変減衰部９２、モード・フィールド
変換部９４、導波路部９６の領域のｐ−ＡｌＧａＩｎＡ
ｓ光閉じ込め層８２、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層８０
をエッチングして除去する。続いて、ＳｉＯ2 マスク１
０６を成長防止マスクとして使用して、ＭＯＣＶＤ法、
ガスソースＭＢＥ法等により、歪ＭＱＷ層９８を構成す
るｉ−ＧａＩｎＡｓ層及びＡｌＩｎＡｓ層、更にｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層８２を選択成長する。これに
より、ＳｉＯ2 マスク形状に応じて、図８（ａ）に示す
ように、歪ＭＱＷ層９８を構成する各層の層厚がｎ−Ｇ
ａＩｎＡｓＰ光ガイド層７８に対して光入射面に向う方
向に徐々に薄くなるように成膜され、テーバ状に歪ＭＱ
Ｗ層９８が形成される。
【００２９】（３）図９に示すように、ＳｉＯ2 マスク
１０６を除去し、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層８
２、ｐ−ＩｎＰクラッド層８４、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコ
ンタクト層８６を全面成長する。 （４）光検出部６２及び光減衰部６４をエッチングして
メサストライプ構造を形成し、またモード・フィールド
変換部９４、導波路部９６の領域のｐ−ＧａＩｎＡｓＰ
コンタクト層８６は予め除去する。次いで、必要な領域
にポリイミドを塗布し、次いで不要部分のポリイミドを
ホトリソグラフィ及びエッチングにより除去して電気的
分離部６５を形成する。更に、電極８８、９０、１００
を形成し、光入射面１０４に反射防止膜１０４をコーテ
ィングする。これにより、図６に示す素子６０を得るこ
とができる。
１０６を除去し、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層８
２、ｐ−ＩｎＰクラッド層８４、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコ
ンタクト層８６を全面成長する。 （４）光検出部６２及び光減衰部６４をエッチングして
メサストライプ構造を形成し、またモード・フィールド
変換部９４、導波路部９６の領域のｐ−ＧａＩｎＡｓＰ
コンタクト層８６は予め除去する。次いで、必要な領域
にポリイミドを塗布し、次いで不要部分のポリイミドを
ホトリソグラフィ及びエッチングにより除去して電気的
分離部６５を形成する。更に、電極８８、９０、１００
を形成し、光入射面１０４に反射防止膜１０４をコーテ
ィングする。これにより、図６に示す素子６０を得るこ
とができる。
【００３０】本実施例において、実施例１と同様に、印
加電圧を調整することにより、素子６０に入射した入射
光を光減衰部６４において入射光の強度に応じて所定の
レベルに可変的に減衰させ、次いで光検出部６２で電気
信号として検出する。これにより、微小光信号強度の受
光に対して十分な感度を有するように構成した受光素子
であっても、入射光強度が大きい場合には、光減衰部６
４での減衰を大きくすることにより、逆に入射光強度が
小さい場合には、光減衰部６４での減衰を小さくするこ
とにより、光検出部の感度を可変にでき、広帯域にわた
り強度幅の広い信号光に対して光変換の線型性を損なわ
ない広ダイナミックレンジ特性を備えることができる。
尚、本実施例において、光減衰部６４の光吸収層９８を
歪ＭＱＷに代えて、超格子構造にすることもできる。
加電圧を調整することにより、素子６０に入射した入射
光を光減衰部６４において入射光の強度に応じて所定の
レベルに可変的に減衰させ、次いで光検出部６２で電気
信号として検出する。これにより、微小光信号強度の受
光に対して十分な感度を有するように構成した受光素子
であっても、入射光強度が大きい場合には、光減衰部６
４での減衰を大きくすることにより、逆に入射光強度が
小さい場合には、光減衰部６４での減衰を小さくするこ
とにより、光検出部の感度を可変にでき、広帯域にわた
り強度幅の広い信号光に対して光変換の線型性を損なわ
ない広ダイナミックレンジ特性を備えることができる。
尚、本実施例において、光減衰部６４の光吸収層９８を
歪ＭＱＷに代えて、超格子構造にすることもできる。
【００３１】実施例４ 本実施例の導波路型受光素子１１０は、光検出部と光減
衰部とを電気的に分離する電気的分離部１１２として、
実施例３のポリイミドに代えて化合物半導体にプロトン
を注入して生成した半絶縁性化合物半導体、例えば半絶
縁性ＩｎＰを用いている。光検出部及び光減衰部の層構
成は、実施例３の層構成と同じである。
衰部とを電気的に分離する電気的分離部１１２として、
実施例３のポリイミドに代えて化合物半導体にプロトン
を注入して生成した半絶縁性化合物半導体、例えば半絶
縁性ＩｎＰを用いている。光検出部及び光減衰部の層構
成は、実施例３の層構成と同じである。
【００３２】なお、光減衰部のモード・フィールド変換
部は、この実施例３及び４に示したＳｉＯ2マスクを用
いた選択エリア成長方法の他に、リッジの幅を接合面に
平行に減少させてテーパ状に形成したリッジストライプ
を形成し、その上にＭＱＷ層を成長させる方法を用いて
も作製可能である。光入射面は入射光に垂直でなく斜め
端面としても良い。また、本発明に係る導波路型受光素
子を構成する材料として、以上の説明では、ＩｎＰ基板
上に積層する材料としてＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ、Ａｌ
ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰを用いたが、この他にＧａＩｎＡ
ｓＳｂ／ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡ
ｓＰ／ＧａＡｓを用いても良い。また、本発明に係る導
波路型受光素子の基板は、ｎ型化合物半導体基板の他、
ｐ型化合物半導体基板、Semi-Insulating ( Ｓ. Ｉ．）
化合物半導体基板でも良い。
部は、この実施例３及び４に示したＳｉＯ2マスクを用
いた選択エリア成長方法の他に、リッジの幅を接合面に
平行に減少させてテーパ状に形成したリッジストライプ
を形成し、その上にＭＱＷ層を成長させる方法を用いて
も作製可能である。光入射面は入射光に垂直でなく斜め
端面としても良い。また、本発明に係る導波路型受光素
子を構成する材料として、以上の説明では、ＩｎＰ基板
上に積層する材料としてＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ、Ａｌ
ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰを用いたが、この他にＧａＩｎＡ
ｓＳｂ／ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡ
ｓＰ／ＧａＡｓを用いても良い。また、本発明に係る導
波路型受光素子の基板は、ｎ型化合物半導体基板の他、
ｐ型化合物半導体基板、Semi-Insulating ( Ｓ. Ｉ．）
化合物半導体基板でも良い。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、化合物半導体上に光検
出部と光減衰部とを設けた導波路型受光素子により、入
射光の強度に応じて光減衰部にて入射光の一部を吸収し
て減衰させ、光検出部に伝搬される光の強度を調整し、
光検出部の受光感度を制御している。これにより、信号
レベルに高低のある入力光に対しても良好な歪特性を持
つ、広ダイナミックレンジ特性に優れた導波路型受光素
子を実現している。また、光減衰部の光吸収層を所定の
吸収端波長を有する多重量子井戸構造又は歪超格子構造
で形成し、逆方向バイアス電圧を光減衰部に印加するこ
とにより、光減衰部の光吸収量を可変にすることができ
る。本発明に係る導波路型受光素子は、広帯域でしかも
低歪特性を有しているので、例えばＡＭ−ＦＤＭ方式の
システム等の光通信システムに最適である。
出部と光減衰部とを設けた導波路型受光素子により、入
射光の強度に応じて光減衰部にて入射光の一部を吸収し
て減衰させ、光検出部に伝搬される光の強度を調整し、
光検出部の受光感度を制御している。これにより、信号
レベルに高低のある入力光に対しても良好な歪特性を持
つ、広ダイナミックレンジ特性に優れた導波路型受光素
子を実現している。また、光減衰部の光吸収層を所定の
吸収端波長を有する多重量子井戸構造又は歪超格子構造
で形成し、逆方向バイアス電圧を光減衰部に印加するこ
とにより、光減衰部の光吸収量を可変にすることができ
る。本発明に係る導波路型受光素子は、広帯域でしかも
低歪特性を有しているので、例えばＡＭ−ＦＤＭ方式の
システム等の光通信システムに最適である。
【図１】本発明に係る導波路型受光素子の実施例１の平
面図である。
面図である。
【図２】図１の導波路型受光素子の線Ｉ−Ｉ、即ち導波
路の伝搬方向に沿った断面構造を示す断面図である。
路の伝搬方向に沿った断面構造を示す断面図である。
【図３】図１及び図２の導波路型受光素子の線II−IIで
の断面図である。
の断面図である。
【図４】横軸には波長を、縦軸には吸収係数を取った、
実施例１の動作原理を説明するグラフである。
実施例１の動作原理を説明するグラフである。
【図５】本発明に係る導波路型受光素子の実施例２の層
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図６】本発明に係る導波路型受光素子の実施例３の層
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図７】本発明に係る導波路型受光素子の実施例３の作
製工程を説明する基板断面図である。
製工程を説明する基板断面図である。
【図８】図８（ａ）は、図７に続く、実施例３の作製工
程を説明する基板断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の平
面図である。
程を説明する基板断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の平
面図である。
【図９】図８に続く、実施例３の作製工程を説明する基
板断面図である。
板断面図である。
【図１０】本発明に係る導波路型受光素子の実施例４の
層構造を示す断面図である。
層構造を示す断面図である。
【図１１】従来の面入力型ｐｉｎホトダイオードの層構
造図である。
造図である。
【図１２】図１２（ａ）は従来の導波路ｐｉｎホトダイ
オードの斜視図、図１２（ｂ）はその導波路ｐｉｎホト
ダイオードの層構造図である。
オードの斜視図、図１２（ｂ）はその導波路ｐｉｎホト
ダイオードの層構造図である。
１０ 本発明に係る導波路型受光素子の実施例１ １２ 光検出用ｐ−電極 １４ 光検出部 １６ 吸収制御用ｐ−電極 １８ 光減衰部 ２０ 電気的分離部 ２２ ｎ−ＩｎＰ基板 ２４ ｎ−ＩｎＰ層 ２６ ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層 ２８ ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層 ３０ ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層 ３２ ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層 ３４ ｐ−ＩｎＰ層 ３６ ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ４０ ｎ−電極 ４２ 歪ＭＱＷ層 ４４ 光入射面、防止反射膜 ５０ 本発明に係る導波路型受光素子の実施例２ ５２ ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層 ５４ ｎ−ＩｎＰ層 ５６ ｎ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ６０ 本発明に係る導波路型受光素子の実施例３ ６２ 光検出部 ６４ 光減衰部 ６５ 電気的分離部 ７２ ｎ−ＩｎＰ基板 ７４ ｎ−ＩｎＰ層 ７６ ｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層 ７８ ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光ガイド層 ８０ ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光吸収層 ８２ ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層 ８４ ｐ−ＩｎＰ層 ８６ ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ８８ 光検出用ｐ−電極 ９０ ｎ−電極 ９２ 可変減衰部 ９４ モード・フィールド変換部 ９６ 導波路部 ９８ 歪ＭＱＷ層 １００ 吸収制御用ｐ−電極 １０２ ＳｉＮX 層 １０４ 光入射面、反射防止膜 １１０ 本発明に係る導波路型受光素子の実施例４ １１２ 電気的分離部
Claims (12)
- 【請求項１】 第１の光吸収層と、電気信号取り出しの
ための第１の電極対とを少なくとも有する光検出部と、
及び光検出部と光入射面との間に設けられ、第１の光吸
収層と光学的に結合された第２の光吸収層と、第２の光
吸収層に電圧を印加するために第１の電極対とは電気的
に分離して形成された第２の電極対とを少なくとも有す
る光減衰部とを備えることを特徴とする導波路型受光素
子。 - 【請求項２】 前記光減衰部の第２の光吸収層を挟むク
ラッド層が、相互に異なる導電型の半導体層で形成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型受光
素子。 - 【請求項３】 前記光減衰部の第２の光吸収層を挟むク
ラッド層が、同じ導電型の半導体層で形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の導波路型受光素子。 - 【請求項４】 第１の電極対の一方に接する第１の光吸
収層のクラッド層と第２の電極対の一方に接する第２の
光吸収層のクラッド層との接合面がｐｎ接合で形成され
ていることを特徴とする請求項３に記載の導波路型受光
素子。 - 【請求項５】 前記光減衰部の第２の光吸収層が、前記
光検出部の第１の光吸収層の吸収端波長より短い吸収端
波長を有する多重量子井戸構造で形成されていることを
特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載
の導波路型受光素子。 - 【請求項６】 前記光減衰部の第２の光吸収層が、前記
光検出部の第１の光吸収層の吸収端波長より短い吸収端
波長を有する歪超格子構造で形成されていることを特徴
とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の導
波路型受光素子。 - 【請求項７】 前記光減衰部と前記光入射面との間にモ
ードフィールド変換器が設けられていることを特徴とす
る請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の導波路
型受光素子。 - 【請求項８】 前記光減衰部と前記光検出部との間に光
透過性の電気的分離部を備えていることを特徴とする請
求項１から７のうちのいずれか１項に記載の導波路型受
光素子。 - 【請求項９】 前記電気的分離部の光の伝搬方向の光路
長が、入射光の波長の１／２の長さの整数倍に設定され
ていることを特徴とする請求項８に記載の導波路型受光
素子。 - 【請求項１０】 前記電気的分離部が、化合物半導体又
は半絶縁性化合物半導体で形成されていることを特徴と
する請求項８又は９に記載の導波路型受光素子。 - 【請求項１１】 前記電気的分離部が、絶縁性有機材で
形成されていることを特徴とする請求項８から１０のう
ちのいずれか１項に記載の導波路型受光素子。 - 【請求項１２】 第１の光吸収層と、電気信号取り出し
のための第１の電極対とを少なくとも有する光検出部
と、及び光検出部と光入射面との間に設けられ、第１の
光吸収層と光学的に結合された第２の光吸収層と、第２
の光吸収層に電圧を印加するために第１の電極対とは電
気的に分離して形成された第２の電極対とを少なくとも
有する光減衰部とを備える導波路型受光素子の駆動方法
であって、 前記第２の電極対に逆方向バイアス電圧を印加して、光
減衰部の光吸収量を可変にすることを特徴とする導波路
型受光素子の駆動方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7243725A JPH0964399A (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | 導波路型受光素子 |
| PCT/JP1996/002425 WO1997008757A1 (fr) | 1995-08-29 | 1996-08-29 | Photodetecteur du type a guide d'onde |
| US08/849,189 US5926585A (en) | 1995-08-29 | 1996-08-29 | Waveguide type light receiving element |
| EP96928692A EP0791967A4 (en) | 1995-08-29 | 1996-08-29 | WAVEGUID TYPE PHOTODETECTOR |
| CN96190987A CN1164933A (zh) | 1995-08-29 | 1996-08-29 | 波导式光接收元件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7243725A JPH0964399A (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | 導波路型受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0964399A true JPH0964399A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=17108068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7243725A Pending JPH0964399A (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | 導波路型受光素子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5926585A (ja) |
| EP (1) | EP0791967A4 (ja) |
| JP (1) | JPH0964399A (ja) |
| CN (1) | CN1164933A (ja) |
| WO (1) | WO1997008757A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017017102A (ja) * | 2015-06-29 | 2017-01-19 | 住友電気工業株式会社 | 半導体光素子を作製する方法及び半導体光素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP4100792B2 (ja) * | 1998-12-18 | 2008-06-11 | シャープ株式会社 | スポットサイズ変換器付き半導体レーザ装置、及びその製造方法 |
| JP3328881B2 (ja) * | 1999-05-26 | 2002-09-30 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 半導体光パルス圧縮導波路素子及び半導体光パルス発生レーザ |
| US6526082B1 (en) * | 2000-06-02 | 2003-02-25 | Lumileds Lighting U.S., Llc | P-contact for GaN-based semiconductors utilizing a reverse-biased tunnel junction |
| US6654534B1 (en) * | 2000-11-13 | 2003-11-25 | Bookham Technology, Plc | Electrode, termination for reduced local heating in an optical device |
| DE10056858B4 (de) * | 2000-11-16 | 2005-07-28 | Bernhard Rappl | Mobile Not- oder Ersatztoilette |
| JP2002174801A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体光機能装置 |
| WO2004001816A1 (en) * | 2002-06-21 | 2003-12-31 | Applied Materials, Inc. | Angled sensors for detecting substrates |
| US7235852B2 (en) * | 2003-08-28 | 2007-06-26 | Finisar Corporation | Integrated variable optical attenuator |
| US20070262296A1 (en) * | 2006-05-11 | 2007-11-15 | Matthias Bauer | Photodetectors employing germanium layers |
| US7529433B2 (en) * | 2007-01-12 | 2009-05-05 | Jds Uniphase Corporation | Humidity tolerant electro-optic device |
| WO2013066325A1 (en) | 2011-11-02 | 2013-05-10 | Intel Corporation | Waveguide avalanche photodetectors |
| US10884185B2 (en) | 2018-04-12 | 2021-01-05 | Atomera Incorporated | Semiconductor device including vertically integrated optical and electronic devices and comprising a superlattice |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS63163407A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-06 | Hitachi Ltd | 光導波路構造及びその作製方法 |
| JPH0233982A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-05 | Nec Corp | 波長多重弁別型半導体受光素子 |
| US5220573A (en) * | 1989-03-10 | 1993-06-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical apparatus using wavelength selective photocoupler |
| JPH0396917A (ja) * | 1989-09-11 | 1991-04-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 受光型光機能素子およびその製造方法 |
| JPH03102515A (ja) * | 1989-09-18 | 1991-04-26 | Toshiba Corp | 文書作成装置 |
| US5090790A (en) * | 1990-06-29 | 1992-02-25 | At&T Bell Laboratories | Polarization-independent semiconductor waveguide |
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| JPH0779203A (ja) * | 1993-09-08 | 1995-03-20 | Hitachi Cable Ltd | 光受信器 |
| FR2710455B1 (fr) * | 1993-09-24 | 1995-12-15 | Frederic Ghirardi | Procédé de réalisation d'une structure intégrée monolithique incorporant des composants opto-électroniques et structure ainsi réalisée. |
-
1995
- 1995-08-29 JP JP7243725A patent/JPH0964399A/ja active Pending
-
1996
- 1996-08-29 US US08/849,189 patent/US5926585A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-08-29 CN CN96190987A patent/CN1164933A/zh active Pending
- 1996-08-29 WO PCT/JP1996/002425 patent/WO1997008757A1/ja not_active Ceased
- 1996-08-29 EP EP96928692A patent/EP0791967A4/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017017102A (ja) * | 2015-06-29 | 2017-01-19 | 住友電気工業株式会社 | 半導体光素子を作製する方法及び半導体光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5926585A (en) | 1999-07-20 |
| WO1997008757A1 (fr) | 1997-03-06 |
| CN1164933A (zh) | 1997-11-12 |
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| EP0791967A4 (en) | 1998-12-23 |
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