JPH10200154A - 光半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
光半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH10200154A JPH10200154A JP298297A JP298297A JPH10200154A JP H10200154 A JPH10200154 A JP H10200154A JP 298297 A JP298297 A JP 298297A JP 298297 A JP298297 A JP 298297A JP H10200154 A JPH10200154 A JP H10200154A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 同一基板上に発光部と受光部を容易に集積化
することができ、且つ発光効率の向上及び受光感度の向
上をはかる。 【解決手段】 同一基板上に発光部と受光部を形成して
なる光半導体素子であって、発光部Ａは、サファイア基
板１０上にｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２，ＧａＩｎＮ
活性層１３，ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４，ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１５を積層してなり、且つ円柱形状に形
成され、受光部Ｂは、発光部Ａと同一の積層構造で、発
光部Ａを取り囲むようにリング状に形成され、基板１０
の裏面側にプラスチックファイバを挿入するための凹部
が設けられている。
することができ、且つ発光効率の向上及び受光感度の向
上をはかる。 【解決手段】 同一基板上に発光部と受光部を形成して
なる光半導体素子であって、発光部Ａは、サファイア基
板１０上にｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１２，ＧａＩｎＮ
活性層１３，ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４，ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１５を積層してなり、且つ円柱形状に形
成され、受光部Ｂは、発光部Ａと同一の積層構造で、発
光部Ａを取り囲むようにリング状に形成され、基板１０
の裏面側にプラスチックファイバを挿入するための凹部
が設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号伝送装置用の
光半導体素子に係わり、特に同一基板上に発光部と受光
部を形成した光半導体素子に関する。
光半導体素子に係わり、特に同一基板上に発光部と受光
部を形成した光半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを用いた信号伝送装置は、同
軸ケーブルを用いた信号伝送に比較して、高速変調信号
伝送時においても減衰が少ない。特に、信号ケーブル径
が制限される機器間，盤内配線などではこの差は顕著で
ある。しかし、一般的な石英系ファイバとＧａＩｎＡｓ
ＰやＡｌＧａＡｓ等を発光層とする発光素子とを組み合
わせた伝送装置では、装置コストが高くなる上に、ファ
イバの湾曲半径が大きいために微細な配線には不向きで
あった。
軸ケーブルを用いた信号伝送に比較して、高速変調信号
伝送時においても減衰が少ない。特に、信号ケーブル径
が制限される機器間，盤内配線などではこの差は顕著で
ある。しかし、一般的な石英系ファイバとＧａＩｎＡｓ
ＰやＡｌＧａＡｓ等を発光層とする発光素子とを組み合
わせた伝送装置では、装置コストが高くなる上に、ファ
イバの湾曲半径が大きいために微細な配線には不向きで
あった。
【０００３】これらの不都合を解決するために、石英系
ファイバに代えてアクリル系のプラスチックファイバを
用いた装置も一部使用されている。しかし、プラスチッ
クファイバでは、従来使用されてきた半導体発光素子を
光源として用いた場合、光吸収による伝送損失が大きい
欠点がある。
ファイバに代えてアクリル系のプラスチックファイバを
用いた装置も一部使用されている。しかし、プラスチッ
クファイバでは、従来使用されてきた半導体発光素子を
光源として用いた場合、光吸収による伝送損失が大きい
欠点がある。
【０００４】図６は代表的なプラスチックファイバの光
吸収損失の波長依存性を示したものである。石英系ファ
イバで用いられる長波長域では吸収損失が大きいが、６
５０ｎｍ付近の波長域で比較的吸収が低くなっている。
この波長域の光源としては、ＧａＡｌＡｓ系のＬＥＤと
ＡｌＧａＩｎＰ系のレーザ若しくはＬＥＤが利用可能で
あるが、これらの光源は動作寿命が伝送用としては必ず
しも十分ではない。
吸収損失の波長依存性を示したものである。石英系ファ
イバで用いられる長波長域では吸収損失が大きいが、６
５０ｎｍ付近の波長域で比較的吸収が低くなっている。
この波長域の光源としては、ＧａＡｌＡｓ系のＬＥＤと
ＡｌＧａＩｎＰ系のレーザ若しくはＬＥＤが利用可能で
あるが、これらの光源は動作寿命が伝送用としては必ず
しも十分ではない。
【０００５】また、プラスチックファイバでは、径が１
ｍｍ程度とかなり太いために複数本を束ねて使用するこ
とに問題があり、単一のファイバにて送受信の可能な双
方向の機能が求められていた。このためには、発光部と
受光部を同一基板上に集積化した光半導体素子が必要と
なる。しかし、同一基板上に材料組成と膜厚が異なる素
子を作り込むことは極めて困難である。また、同一基板
上に同一の材料組成と膜厚を有する発光素子と受光素子
を作り込んでも、一般に高効率の発光と高感度の受光に
要求される材料組成と膜厚が異なるために、装置性能は
満足できるものとは言えなかった。
ｍｍ程度とかなり太いために複数本を束ねて使用するこ
とに問題があり、単一のファイバにて送受信の可能な双
方向の機能が求められていた。このためには、発光部と
受光部を同一基板上に集積化した光半導体素子が必要と
なる。しかし、同一基板上に材料組成と膜厚が異なる素
子を作り込むことは極めて困難である。また、同一基板
上に同一の材料組成と膜厚を有する発光素子と受光素子
を作り込んでも、一般に高効率の発光と高感度の受光に
要求される材料組成と膜厚が異なるために、装置性能は
満足できるものとは言えなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、単一
のプラスチックファイバを用いて送受信を行うには、同
一基板上に発光部と受光部を集積化する必要があるが、
このような構成では、製造が極めて困難であったり、発
光部及び受光部に要求される性能を共に満足させること
ができない等の問題があった。
のプラスチックファイバを用いて送受信を行うには、同
一基板上に発光部と受光部を集積化する必要があるが、
このような構成では、製造が極めて困難であったり、発
光部及び受光部に要求される性能を共に満足させること
ができない等の問題があった。
【０００７】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、同一基板上に発光部と
受光部を容易に集積化することができ、且つ発光効率の
向上及び受光感度の向上をはかり得る光半導体素子を提
供することにある。
ので、その目的とするところは、同一基板上に発光部と
受光部を容易に集積化することができ、且つ発光効率の
向上及び受光感度の向上をはかり得る光半導体素子を提
供することにある。
【０００８】
（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、同一基板上に発
光部と受光部を形成してなる光半導体素子であって、前
記発光部及び受光部はIII-Ｖ族化合物半導体を用いた同
一の積層構造に形成され、且つ発光部及び受光部の少な
くとも活性層は、窒素をＶ族元素として含むIII-Ｖ族化
合物半導体で形成されていることを特徴とする。
な構成を採用している。即ち本発明は、同一基板上に発
光部と受光部を形成してなる光半導体素子であって、前
記発光部及び受光部はIII-Ｖ族化合物半導体を用いた同
一の積層構造に形成され、且つ発光部及び受光部の少な
くとも活性層は、窒素をＶ族元素として含むIII-Ｖ族化
合物半導体で形成されていることを特徴とする。
【０００９】また本発明は、上記構成の光半導体素子の
製造方法において、基板上に、III-Ｖ族化合物半導体の
積層構造で、且つ少なくとも活性層に窒素をＶ族元素と
して含むIII-Ｖ族化合物半導体を用いた積層構造を形成
する工程と、前記積層構造上に電極を形成する工程と、
前記積層構造及び電極をエッチングにより発光部と受光
部に分離する工程とを含むことを特徴とする。
製造方法において、基板上に、III-Ｖ族化合物半導体の
積層構造で、且つ少なくとも活性層に窒素をＶ族元素と
して含むIII-Ｖ族化合物半導体を用いた積層構造を形成
する工程と、前記積層構造上に電極を形成する工程と、
前記積層構造及び電極をエッチングにより発光部と受光
部に分離する工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 基板は、単結晶の絶縁基板、例えばサファイア基板
であること。 (2) 基板の裏面に凹部が形成され、この凹部に光ファイ
バが設置されること。 (3) 発光部は円形に形成され、受光部は発光部の回りに
該発光部と同軸的にリング状に形成されており、発光部
の中心に送受信用の光ファイバの軸心が合わせられるこ
と。 (4) 光ファイバとしてプラスチックファイバを用いるこ
と。 (5) 発光部と受光部は、基板を通して光結合しているこ
と。 (6) 発光部の光のピーク波長が４５０〜６００ｎｍであ
ること。 (7) 活性層（発光部における発光層と受光部における受
光層）の膜厚が、１０〜１００ｎｍであること。 (8) 活性層は、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（ｘ＋ｙ＝
１，０≦ｘ，ｙ≦１）であること。 (9) 活性層には、高濃度（５×１０18ｃｍ-3以上）のド
ナー性不純物が添加されていること。 (10)ドナー性不純物が、Ｓｅ，Ｓ，Ｃ，Ｏのいずれかで
あること。 (11)活性層中に含まれるアクセプタ性不純物濃度がドナ
ー性不純物の１／３以下であること。 (12)積層構造の全ての層は、窒素をＶ族元素として含む
III-Ｖ族化合物半導体であること。 （作用）本発明では、活性層（発光部における発光層及
び受光部における受光層）として窒素をＶ族元素として
含むIII-Ｖ族化合物半導体、特にＡｌＧａＩｎＮ系の混
晶からなる半導体を用いることにより、プラスチックフ
ァイバの吸収損失が低い波長域にて高効率で高速応答可
能な光送受信を実現する。
は、次のものがあげられる。 (1) 基板は、単結晶の絶縁基板、例えばサファイア基板
であること。 (2) 基板の裏面に凹部が形成され、この凹部に光ファイ
バが設置されること。 (3) 発光部は円形に形成され、受光部は発光部の回りに
該発光部と同軸的にリング状に形成されており、発光部
の中心に送受信用の光ファイバの軸心が合わせられるこ
と。 (4) 光ファイバとしてプラスチックファイバを用いるこ
と。 (5) 発光部と受光部は、基板を通して光結合しているこ
と。 (6) 発光部の光のピーク波長が４５０〜６００ｎｍであ
ること。 (7) 活性層（発光部における発光層と受光部における受
光層）の膜厚が、１０〜１００ｎｍであること。 (8) 活性層は、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（ｘ＋ｙ＝
１，０≦ｘ，ｙ≦１）であること。 (9) 活性層には、高濃度（５×１０18ｃｍ-3以上）のド
ナー性不純物が添加されていること。 (10)ドナー性不純物が、Ｓｅ，Ｓ，Ｃ，Ｏのいずれかで
あること。 (11)活性層中に含まれるアクセプタ性不純物濃度がドナ
ー性不純物の１／３以下であること。 (12)積層構造の全ての層は、窒素をＶ族元素として含む
III-Ｖ族化合物半導体であること。 （作用）本発明では、活性層（発光部における発光層及
び受光部における受光層）として窒素をＶ族元素として
含むIII-Ｖ族化合物半導体、特にＡｌＧａＩｎＮ系の混
晶からなる半導体を用いることにより、プラスチックフ
ァイバの吸収損失が低い波長域にて高効率で高速応答可
能な光送受信を実現する。
【００１１】同一の材料にて発光層と受光層を兼用する
には、受光波長を長波長側にシフトするために受光層の
禁制帯幅を狭くする必要があり、この方法として高電界
印加時のシュタルク効果の利用が考えられる。ＡｌＧａ
ＩｎＮ系材料では、吸収端より短波長域での吸収係数が
通常のIII-Ｖ族材料よりも大幅に大きいので、受光層膜
厚を薄膜化することが可能である。このため、ＡｌＧａ
ＩｎＮ系材料を用いることにより、発光部と同じ３Ｖ程
度の印加電圧にて受光部において十分な吸収端の長波長
化が期待できる。
には、受光波長を長波長側にシフトするために受光層の
禁制帯幅を狭くする必要があり、この方法として高電界
印加時のシュタルク効果の利用が考えられる。ＡｌＧａ
ＩｎＮ系材料では、吸収端より短波長域での吸収係数が
通常のIII-Ｖ族材料よりも大幅に大きいので、受光層膜
厚を薄膜化することが可能である。このため、ＡｌＧａ
ＩｎＮ系材料を用いることにより、発光部と同じ３Ｖ程
度の印加電圧にて受光部において十分な吸収端の長波長
化が期待できる。
【００１２】発光部を円形に、受光部をリング状に形成
することにより、光ファイバと発光部を良好に結合した
状態で、光ファイバからの散乱光を受光部に有効に結合
させることができる。このため、単一の光ファイバを用
いた双方向の光伝送を効率良く行うことが可能となる。
することにより、光ファイバと発光部を良好に結合した
状態で、光ファイバからの散乱光を受光部に有効に結合
させることができる。このため、単一の光ファイバを用
いた双方向の光伝送を効率良く行うことが可能となる。
【００１３】発光波長をアクリル系プラスチックファイ
バの吸収の窓である４５０〜６００ｎｍの間に設定する
ためには発光層のＩｎ組成を２０％以上に大きくする必
要がある。この場合、電子と正孔の有効質量が重いため
に励起子の結合エネルギーが大きく室温でも比較的安定
であり、ＩｎＮの格子定数がＡｌＮ，ＧａＮと大きく異
なるために混晶の揺らぎが大きくなりやすく、局在化に
より発光寿命が長くなり応答速度が遅くなる。そこで本
発明では、発光層に高濃度にドナー性不純物を添加（５
×１０18ｃｍ-3以上）することにより、励起子を構成す
る電子，正孔間に働く静電力を遮蔽することにより励起
子寿命を短くしている。
バの吸収の窓である４５０〜６００ｎｍの間に設定する
ためには発光層のＩｎ組成を２０％以上に大きくする必
要がある。この場合、電子と正孔の有効質量が重いため
に励起子の結合エネルギーが大きく室温でも比較的安定
であり、ＩｎＮの格子定数がＡｌＮ，ＧａＮと大きく異
なるために混晶の揺らぎが大きくなりやすく、局在化に
より発光寿命が長くなり応答速度が遅くなる。そこで本
発明では、発光層に高濃度にドナー性不純物を添加（５
×１０18ｃｍ-3以上）することにより、励起子を構成す
る電子，正孔間に働く静電力を遮蔽することにより励起
子寿命を短くしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示すもので、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ′断面図である。
この実施形態では、受信用ｐｉｎダイオード（受光部）
と送信用ＬＥＤ（発光部）を同一基板上に集積化した例
を示し、さらにこれらと組み合わされるプラスチックフ
ァイバとの位置関係を示している。なお、受光部は発光
部と反対に電圧を印加することにより高速応答が可能と
なっている。
形態によって説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示すもので、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ′断面図である。
この実施形態では、受信用ｐｉｎダイオード（受光部）
と送信用ＬＥＤ（発光部）を同一基板上に集積化した例
を示し、さらにこれらと組み合わされるプラスチックフ
ァイバとの位置関係を示している。なお、受光部は発光
部と反対に電圧を印加することにより高速応答が可能と
なっている。
【００１５】サファイア基板１０上にｎ−ＧａＮバッフ
ァ層１１が形成され、その上に送信部Ａとして、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層１２ａ，ＧａＩｎＮ発光層（活性
層）１３ａ，ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４ａからなる
ダブルヘテロ接合構造部が形成され、その上にｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１５ａが形成されている。ここで、発光
部Ａは円柱形状に形成されている。
ァ層１１が形成され、その上に送信部Ａとして、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層１２ａ，ＧａＩｎＮ発光層（活性
層）１３ａ，ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１４ａからなる
ダブルヘテロ接合構造部が形成され、その上にｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１５ａが形成されている。ここで、発光
部Ａは円柱形状に形成されている。
【００１６】また、発光部Ａの回りには発光部Ａと同軸
的にリング状の受光部Ｂが設けられている。この受光部
Ｂは、発光部Ａと同じ組成の各層１２ｂ，１３ｂ，１４
ｂ，１５ｂから形成されている。そして、発光部Ａのコ
ンタクト層１５ａ上には発光側電極２１が形成され、受
光部Ｂのコンタクト層１５ｂ上には受光側電極２２が形
成され、バッファ層１１上には共通電極２３が形成され
ている。
的にリング状の受光部Ｂが設けられている。この受光部
Ｂは、発光部Ａと同じ組成の各層１２ｂ，１３ｂ，１４
ｂ，１５ｂから形成されている。そして、発光部Ａのコ
ンタクト層１５ａ上には発光側電極２１が形成され、受
光部Ｂのコンタクト層１５ｂ上には受光側電極２２が形
成され、バッファ層１１上には共通電極２３が形成され
ている。
【００１７】また、サファイア基板１０の裏面は、発光
部Ａの下部において直径５００μｍ程度のくぼみが設け
られている。そして、このくぼみにプラスチックファイ
バ３０が設置され、発光部Ａ及び受光部Ｂとファイバ３
０とが光結合するものとなっている。
部Ａの下部において直径５００μｍ程度のくぼみが設け
られている。そして、このくぼみにプラスチックファイ
バ３０が設置され、発光部Ａ及び受光部Ｂとファイバ３
０とが光結合するものとなっている。
【００１８】次に、本実施形態の光半導体素子の製造方
法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、
基板１０としてサファイアｃ面若しくはＭ面方向に１〜
１０度傾いた基板を用い、この基板１０上にＳｉ若しく
はＳｅ，Ｓを添加したｎ型ＧａＮバッファ層１１（１〜
９×１０18ｃｍ-3，１〜１０μｍ）、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎクラッド層１２（Ｓｉ，Ｓｅ，Ｓ濃度１×１０18
〜３×１０19ｃｍ-3，０．１〜１．０μｍ）、Ｇａ0.6
Ｉｎ0.4 Ｎ（５×１０18〜５×１０19ｃｍ-3，３０〜３
００ｎｍ）活性層１３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッ
ド層１４（Ｍｇ濃度１×１０18〜３×１０19ｃｍ-3，
０．１〜１．０μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１５
（Ｍｇ濃度１×１０18〜５×１０19ｃｍ-3，０．１〜
１．０μｍ）を順次成長形成し、その上にｐ側電極２０
（Ｐｄ0.05μｍ／Ｐｔ0.05μｍ／Ａｕ 0.1μｍ又はＮｉ
0.1μｍ）を形成する。
法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、
基板１０としてサファイアｃ面若しくはＭ面方向に１〜
１０度傾いた基板を用い、この基板１０上にＳｉ若しく
はＳｅ，Ｓを添加したｎ型ＧａＮバッファ層１１（１〜
９×１０18ｃｍ-3，１〜１０μｍ）、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎクラッド層１２（Ｓｉ，Ｓｅ，Ｓ濃度１×１０18
〜３×１０19ｃｍ-3，０．１〜１．０μｍ）、Ｇａ0.6
Ｉｎ0.4 Ｎ（５×１０18〜５×１０19ｃｍ-3，３０〜３
００ｎｍ）活性層１３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッ
ド層１４（Ｍｇ濃度１×１０18〜３×１０19ｃｍ-3，
０．１〜１．０μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１５
（Ｍｇ濃度１×１０18〜５×１０19ｃｍ-3，０．１〜
１．０μｍ）を順次成長形成し、その上にｐ側電極２０
（Ｐｄ0.05μｍ／Ｐｔ0.05μｍ／Ａｕ 0.1μｍ又はＮｉ
0.1μｍ）を形成する。
【００１９】次いで、図２（ｂ）に示すように、ｐ側電
極２０を周知のリソグラフィプロセスにより選択エッチ
ングし、直径２００μｍの円形部分２１と、その周囲を
取り巻くリング状部分２２に分離する。
極２０を周知のリソグラフィプロセスにより選択エッチ
ングし、直径２００μｍの円形部分２１と、その周囲を
取り巻くリング状部分２２に分離する。
【００２０】次いで、図２（ｃ）に示すように、発光部
Ａと受光部Ｂ間、及び受光部Ｂ周囲の各半導体層１５〜
１２をｎ型ＧａＮバッファ層１１が露出するまで反応性
イオンエッチングにより除去する。これにより、同一ウ
ェハから発光部Ａと受光部Ｂを作成できる。
Ａと受光部Ｂ間、及び受光部Ｂ周囲の各半導体層１５〜
１２をｎ型ＧａＮバッファ層１１が露出するまで反応性
イオンエッチングにより除去する。これにより、同一ウ
ェハから発光部Ａと受光部Ｂを作成できる。
【００２１】次いで、受光部Ｂの外側に露出したｎ型Ｇ
ａＮバッファ層１１上に、ｎ側電極２３（Ｔｉ0.05μｍ
／Ｐｔ0.05μｍ／Ａｕ 0.1μｍ又はＡｌ 0.1μｍ）を受
光部Ｂを取り囲むように形成する。そして、基板１０の
裏面側を発光部Ａに対応して直径５００μｍ程度のくぼ
みができるようにエッチングすることにより、前記図１
に示す構造が得られる。
ａＮバッファ層１１上に、ｎ側電極２３（Ｔｉ0.05μｍ
／Ｐｔ0.05μｍ／Ａｕ 0.1μｍ又はＡｌ 0.1μｍ）を受
光部Ｂを取り囲むように形成する。そして、基板１０の
裏面側を発光部Ａに対応して直径５００μｍ程度のくぼ
みができるようにエッチングすることにより、前記図１
に示す構造が得られる。
【００２２】本実施形態においては、発光層１３ａのＧ
ａＩｎＮのＩｎ組成は発光波長を４５０ｎｍから６００
ｎｍの範囲に制御するために、１０％から５０％が適切
である。この場合、バンドの揺らぎが大きいために発光
のエネルギーとキャリアの伝導に寄与する吸収端のエネ
ルギー差が大きいと考えられ、受光部Ｂの実効吸収端が
発光波長よりも長波長側になるには検知部（活性層１３
ｂ）に１０5 Ｖ／ｃｍ以上の高電界を印加する必要があ
る。
ａＩｎＮのＩｎ組成は発光波長を４５０ｎｍから６００
ｎｍの範囲に制御するために、１０％から５０％が適切
である。この場合、バンドの揺らぎが大きいために発光
のエネルギーとキャリアの伝導に寄与する吸収端のエネ
ルギー差が大きいと考えられ、受光部Ｂの実効吸収端が
発光波長よりも長波長側になるには検知部（活性層１３
ｂ）に１０5 Ｖ／ｃｍ以上の高電界を印加する必要があ
る。
【００２３】また、受光部Ｂは発光波長に対して不透明
で高効率で光を検知するためには最大吸収係数の点から
１０ｎｍ以上が必要であり、発光部Ａの動作電圧である
３Ｖ程度にて十分バンドギャップを小さくするためには
上記のように１０5 Ｖ／ｃｍ以上の電界強度が必要であ
り、リーク電流を十分低く抑えるには１０6 Ｖ／ｃｍ以
下にする必要がある。これらの要請から、活性層１３の
膜厚としては３０〜３００ｎｍが望ましい。
で高効率で光を検知するためには最大吸収係数の点から
１０ｎｍ以上が必要であり、発光部Ａの動作電圧である
３Ｖ程度にて十分バンドギャップを小さくするためには
上記のように１０5 Ｖ／ｃｍ以上の電界強度が必要であ
り、リーク電流を十分低く抑えるには１０6 Ｖ／ｃｍ以
下にする必要がある。これらの要請から、活性層１３の
膜厚としては３０〜３００ｎｍが望ましい。
【００２４】単一の光ファイバにて双方向の通信を行う
にはいくつかの工夫が必要である。この例では、発光部
Ａを円形に、受光部Ｂをリング状に形成することによ
り、プラスチックファイバ３０と発光部Ａを良好に結合
した状態で、プラスチックファイバ３０からの散乱光を
受光部Ｂに有効に結合させることができる。さらに、発
光部Ａの発光箇所と受光部Ｂの感光部分が同一平面上に
できるので、相互干渉を最小限に抑えることができる。
にはいくつかの工夫が必要である。この例では、発光部
Ａを円形に、受光部Ｂをリング状に形成することによ
り、プラスチックファイバ３０と発光部Ａを良好に結合
した状態で、プラスチックファイバ３０からの散乱光を
受光部Ｂに有効に結合させることができる。さらに、発
光部Ａの発光箇所と受光部Ｂの感光部分が同一平面上に
できるので、相互干渉を最小限に抑えることができる。
【００２５】このように本実施形態によれば、活性層１
３として窒素をＶ族元素として含むIII-Ｖ族化合物半導
体であるＧａＩｎＮを用いることにより、発光部Ａにお
いてプラスチックファイバ３０で減衰の少ない４５０〜
６００ｎｍの範囲の発光波長を得ることができる。しか
も、活性層１３のドナー不純物濃度を５×１０18ｃｍ-3
以上と高くしているので、発光部Ａにおいて励起子寿命
を短くして応答速度の向上をはかり得る。
３として窒素をＶ族元素として含むIII-Ｖ族化合物半導
体であるＧａＩｎＮを用いることにより、発光部Ａにお
いてプラスチックファイバ３０で減衰の少ない４５０〜
６００ｎｍの範囲の発光波長を得ることができる。しか
も、活性層１３のドナー不純物濃度を５×１０18ｃｍ-3
以上と高くしているので、発光部Ａにおいて励起子寿命
を短くして応答速度の向上をはかり得る。
【００２６】また、ＧａＩｎＮは発光波長に対して不透
明であることから、活性層１３を薄膜化しても受光部Ｂ
において十分な受光感度を得ることができる。しかも、
活性層１３の薄膜化により検知部に高電界を印加するこ
とが可能となり、シュタルク効果を利用して受光波長を
長波長側にシフトすることができる。これにより、受光
感度の向上をはかり得る。また、発光部Ａと受光部Ｂを
同軸構造に形成していることから、ファイバ３０との結
合効率を高くでき、相互干渉を抑制することもできる。
明であることから、活性層１３を薄膜化しても受光部Ｂ
において十分な受光感度を得ることができる。しかも、
活性層１３の薄膜化により検知部に高電界を印加するこ
とが可能となり、シュタルク効果を利用して受光波長を
長波長側にシフトすることができる。これにより、受光
感度の向上をはかり得る。また、発光部Ａと受光部Ｂを
同軸構造に形成していることから、ファイバ３０との結
合効率を高くでき、相互干渉を抑制することもできる。
【００２７】また、発光部Ａと受光部Ｂを同一の積層構
造、即ち同一の材料組成及び膜厚に形成しているので、
複雑なプロセスを要することもなく、これらを同一基板
上に集積化することが極めて容易となる。従って、高い
伝送効率と高速応答性を合せ持つ高信頼度の光伝送装置
を低価格で実現することが可能となり、その有用性は大
である。 （第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示す断面図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。
造、即ち同一の材料組成及び膜厚に形成しているので、
複雑なプロセスを要することもなく、これらを同一基板
上に集積化することが極めて容易となる。従って、高い
伝送効率と高速応答性を合せ持つ高信頼度の光伝送装置
を低価格で実現することが可能となり、その有用性は大
である。 （第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示す断面図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。
【００２８】本実施形態は、受光部Ｂをリング状に形成
するのではなく、発光部Ａに近接して受光部Ｂを形成し
たものである。この場合、ｎ側電極は発光部Ａ側の２４
と受光部Ｂ側の２５に別けて設けられている。また、フ
ァイバ３０からの散乱光を有効に検知可能なように発光
部Ａよりも受光部Ｂの面積を大きく設定してある。 （第３の実施形態）図４は、本発明の第３の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示す断面図である。な
お、図１及び図３と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。
するのではなく、発光部Ａに近接して受光部Ｂを形成し
たものである。この場合、ｎ側電極は発光部Ａ側の２４
と受光部Ｂ側の２５に別けて設けられている。また、フ
ァイバ３０からの散乱光を有効に検知可能なように発光
部Ａよりも受光部Ｂの面積を大きく設定してある。 （第３の実施形態）図４は、本発明の第３の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示す断面図である。な
お、図１及び図３と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。
【００２９】本実施形態は、発光部Ａと受光部Ｂを比較
的離して設け、発光部Ａと受光部Ｂとにそれぞれ専用の
ファイバ３１，３２を接続している。この場合、単一フ
ァイバによる送受信はできないが、同一基板上に同一積
層構造の発光部Ａ及び受光部Ｂを集積しながら、各々の
性能を共に向上させることができるという効果は得られ
る。 （第４の実施形態）図５は、本発明の第４の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示す断面図である。な
お、図１及び図３と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。
的離して設け、発光部Ａと受光部Ｂとにそれぞれ専用の
ファイバ３１，３２を接続している。この場合、単一フ
ァイバによる送受信はできないが、同一基板上に同一積
層構造の発光部Ａ及び受光部Ｂを集積しながら、各々の
性能を共に向上させることができるという効果は得られ
る。 （第４の実施形態）図５は、本発明の第４の実施形態に
係わる光半導体素子の概略構造を示す断面図である。な
お、図１及び図３と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。
【００３０】本実施形態は、フォトカプラとして機能す
るもので、光ファイバを用いることなく、基板１０を通
して発光部Ａから受光部Ｂに光が伝送されるようになっ
ている。具体的には、発光部Ａ側及び受光部Ｂ側におい
て、基板１０の側面をエッチングして４５度の傾斜部５
１，５２を設け、これらの傾斜部５１，５２での光の反
射を利用する。反射効率を高めるために傾斜部５１，５
２に反射膜等を形成してもよい。また、発光部Ａと受光
部Ｂとの間に電極２６を設け、これを共通電極として用
いてもよい。
るもので、光ファイバを用いることなく、基板１０を通
して発光部Ａから受光部Ｂに光が伝送されるようになっ
ている。具体的には、発光部Ａ側及び受光部Ｂ側におい
て、基板１０の側面をエッチングして４５度の傾斜部５
１，５２を設け、これらの傾斜部５１，５２での光の反
射を利用する。反射効率を高めるために傾斜部５１，５
２に反射膜等を形成してもよい。また、発光部Ａと受光
部Ｂとの間に電極２６を設け、これを共通電極として用
いてもよい。
【００３１】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態ではIII-Ｖ族化合物半導
体としてＡｌＧａＩｎＮ系を用いたが、窒素をＶ族元素
として含むIII-Ｖ族化合物半導体に適用することが可能
である。また、基板は必ずしもサファイア等の単結晶の
絶縁基板に限るものではなく、III-Ｖ族化合物半導体を
良好に結晶成長できるものであればよい。さらに、各層
の不純物の種類や濃度等の条件は仕様に応じて適宜変更
可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
されるものではない。実施形態ではIII-Ｖ族化合物半導
体としてＡｌＧａＩｎＮ系を用いたが、窒素をＶ族元素
として含むIII-Ｖ族化合物半導体に適用することが可能
である。また、基板は必ずしもサファイア等の単結晶の
絶縁基板に限るものではなく、III-Ｖ族化合物半導体を
良好に結晶成長できるものであればよい。さらに、各層
の不純物の種類や濃度等の条件は仕様に応じて適宜変更
可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、活
性層として窒素をＶ族元素として含むIII-Ｖ族化合物半
導体を用い、同一基板上に発光部及び受光部を同一積層
構造に形成することにより、プラスチックファイバ等と
組み合わせて双方向の通信が可能な光半導体素子を実現
することができ、且つその発光部及び受光部の双方にお
いて十分な性能を発揮させることが可能となる。
性層として窒素をＶ族元素として含むIII-Ｖ族化合物半
導体を用い、同一基板上に発光部及び受光部を同一積層
構造に形成することにより、プラスチックファイバ等と
組み合わせて双方向の通信が可能な光半導体素子を実現
することができ、且つその発光部及び受光部の双方にお
いて十分な性能を発揮させることが可能となる。
【図１】第１の実施形態に係わる光半導体素子の概略構
造を示す平面図と断面図。
造を示す平面図と断面図。
【図２】第１の実施形態における光半導体素子の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
【図３】第２の実施形態に係わる光半導体素子の概略構
造を示す断面図。
造を示す断面図。
【図４】第３の実施形態に係わる光半導体素子の概略構
造を示す断面図。
造を示す断面図。
【図５】第４の実施形態に係わる光半導体素子の概略構
造を示す断面図。
造を示す断面図。
【図６】代表的なプラスチックファイバの光伝送損失の
波長依存性を示す図。
波長依存性を示す図。
１０…サファイア基板 １１…ｎ−ＧａＮバッファ層 １２…ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 １３…ＧａＩｎＮ活性層 １４…ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 １５…ｐ−ＧａＮコンタクト層 ２１…発光部側ｐ電極 ２２…受光部側ｐ電極 ２３，２６…共通ｎ電極 ２４…発光部側ｎ電極 ２５…受光部側ｎ電極 ３０，３１，３２…プラスチックファイバ ５１，５２…基板傾斜部
Claims (5)
- 【請求項１】同一基板上に発光部と受光部を形成してな
り、前記発光部及び受光部はIII-Ｖ族化合物半導体を用
いた同一の積層構造に形成され、且つ発光部及び受光部
の少なくとも活性層は、窒素をＶ族元素として含むIII-
Ｖ族化合物半導体で形成されていることを特徴とする光
半導体素子。 - 【請求項２】前記活性層は、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ
（ｘ＋ｙ＝１，０≦ｘ，ｙ≦１）であることを特徴とす
る請求項１記載の光半導体素子。 - 【請求項３】前記発光部は円形に形成され、前記受光部
は前記発光部の回りに該発光部と同軸的にリング状に形
成されており、前記発光部の中心に送受信用の光ファイ
バの軸心が合わせられることを特徴とする光半導体素
子。 - 【請求項４】基板上に、III-Ｖ族化合物半導体の積層構
造で、且つ少なくとも活性層に窒素をＶ族元素として含
むIII-Ｖ族化合物半導体を用いた積層構造を形成する工
程と、前記積層構造上に電極を形成する工程と、前記積
層構造及び電極をエッチングにより発光部と受光部に分
離する工程とを含むことを特徴とする光半導体素子の製
造方法。 - 【請求項５】単結晶基板上にIII-Ｖ族化合物半導体から
なるバッファ層を成長する工程と、前記バッファ層上に
活性層として窒素をＶ族元素として含むIII-Ｖ族化合物
半導体を用いたダブルヘテロ接合構造部を成長する工程
と、前記ダブルヘテロ接合構造部上にIII-Ｖ族化合物半
導体からなるコンタクト層を成長する工程と、前記コン
タクト層上に電極を形成する工程と、前記電極の表面か
ら前記バッファ層に達するまで選択的にエッチングし
て、内側の発光部と該発光部を取り囲む外側の受光部を
分離すると共に、該受光部の外側領域を除去する工程
と、前記受光部の外側領域に露出した前記バッファ層上
に共通電極を形成する工程とを含むことを特徴とする光
半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP298297A JPH10200154A (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP298297A JPH10200154A (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10200154A true JPH10200154A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11544588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP298297A Pending JPH10200154A (ja) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10200154A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353496A (ja) * | 2001-03-14 | 2002-12-06 | Sunx Ltd | 光電センサ |
| JP2003163369A (ja) * | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体発光素子及び光伝送装置 |
| JP2007096026A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Toyoda Gosei Co Ltd | 通信用発光素子及びそれを用いた光通信装置 |
| JP2012256683A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Rohm Co Ltd | フォトカプラ装置 |
| WO2014082567A1 (zh) | 2012-11-28 | 2014-06-05 | 浜松光子学株式会社 | 单芯光收发器 |
| JP2015070065A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 旭化成株式会社 | 紫外光発光装置、流体濃度測定装置、透析装置及びオゾン濃度測定装置 |
| JP2015216231A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-03 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 受発光装置 |
| JP2016042607A (ja) * | 2016-01-07 | 2016-03-31 | ローム株式会社 | フォトカプラ |
| KR20170033051A (ko) * | 2015-09-16 | 2017-03-24 | 엘지이노텍 주식회사 | 감지 장치 |
| JP2020503679A (ja) * | 2016-12-22 | 2020-01-30 | ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 動作フィードバックのためのセンサセグメントを備えた発光ダイオード |
| WO2024096178A1 (ko) * | 2022-11-04 | 2024-05-10 | (주)파트론 | 수직 적층형 발광부를 포함하는 심박 센서 모듈 |
-
1997
- 1997-01-10 JP JP298297A patent/JPH10200154A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353496A (ja) * | 2001-03-14 | 2002-12-06 | Sunx Ltd | 光電センサ |
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| JP2012256683A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Rohm Co Ltd | フォトカプラ装置 |
| US9762327B2 (en) | 2012-11-28 | 2017-09-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Single-core optical transceiver |
| WO2014082567A1 (zh) | 2012-11-28 | 2014-06-05 | 浜松光子学株式会社 | 单芯光收发器 |
| JP2015070065A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 旭化成株式会社 | 紫外光発光装置、流体濃度測定装置、透析装置及びオゾン濃度測定装置 |
| JP2015216231A (ja) * | 2014-05-09 | 2015-12-03 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 受発光装置 |
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| JP2016042607A (ja) * | 2016-01-07 | 2016-03-31 | ローム株式会社 | フォトカプラ |
| JP2020503679A (ja) * | 2016-12-22 | 2020-01-30 | ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 動作フィードバックのためのセンサセグメントを備えた発光ダイオード |
| US11094851B2 (en) | 2016-12-22 | 2021-08-17 | Lumileds Llc | Light emitting diodes with sensor segment for operational feedback |
| WO2024096178A1 (ko) * | 2022-11-04 | 2024-05-10 | (주)파트론 | 수직 적층형 발광부를 포함하는 심박 센서 모듈 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040302 |