半導体受光素子および半導体受光素子の製造方法
【課題】耐久性が高く、かつ、高速応答性能を有する半導体受光素子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体受光素子１は、入力部１２１と、第一出力部１２２と、第二出力部１２３とを含み、入力部１２１から入力した光を偏光分離せずに、入射光よりも強度の低い光に分岐して、第一出力部１２２、第二出力部１２３から出力する光分波器１２と、第一出力部１２２からの光を伝播させる第一光導波路１３Ａと、第二出力部１２３からの光を伝播させる第二光導波路１３Ｂと、第一光導波路１３Ａの光射出側端面、第二光導波路１３Ｂの光射出側端面に接続された半導体光吸収層１４２とを備える。第一光導波路１３Ａからの光は、第二光導波路１３Ｂからの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層１４２に入射する。
【解決手段】半導体受光素子１は、入力部１２１と、第一出力部１２２と、第二出力部１２３とを含み、入力部１２１から入力した光を偏光分離せずに、入射光よりも強度の低い光に分岐して、第一出力部１２２、第二出力部１２３から出力する光分波器１２と、第一出力部１２２からの光を伝播させる第一光導波路１３Ａと、第二出力部１２３からの光を伝播させる第二光導波路１３Ｂと、第一光導波路１３Ａの光射出側端面、第二光導波路１３Ｂの光射出側端面に接続された半導体光吸収層１４２とを備える。第一光導波路１３Ａからの光は、第二光導波路１３Ｂからの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層１４２に入射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子および半導体受光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの爆発的普及に伴い通信量は急激に増加している。これを支えているのが光通信技術である。このような光通信技術では、半導体レーザ、光ファイバ、半導体受光素子の連携により光通信を行う。半導体レーザでは、電気信号を光信号に変換する。光ファイバでは、変換された前記光信号を伝送する。半導体受光素子では、光ファイバから出力された信号を受光し、電気信号に変換する。
電気信号を送る場合と比較して、光ファイバでは伝送に伴う減衰割合が少さく、より遠くまで、小さなパワーで送ることが可能となる。
しかし、伝送に伴う光パワーの減衰量はゼロではない。通信波長帯で伝送に伴う減衰量は約0.2〜0.4dB/kmである。このため、より遠くまで伝送するためには、受光素子の効率を高くすることが必要である。
ここで、受光素子としては、図１５に示すような受光素子が提案されている（非特許文献1参照）。この受光素子は、ｎ型のＩｎＰ層９０２、光吸収層９０３、ｐ型のInP層９０４を積層したものである。光がエッジ端面より入射し、光吸収層９０３と平行に導波しながら吸収されるため、薄膜の光吸収層９０３でも高い受光効率を実現できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３７００６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】J.E. Bowers, et al. Lightwave Technol., vol. Lt-5, No. 10, 1339 (1987)
【非特許文献２】T. Takeuchi, et. al., Electron. Lett., 36, 972(2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に開示された受光素子は、耐久性に劣るという課題がある。
図１６、図１７を参照して説明する。
図１６は量子効率の導波路長依存性を示した図である。図１７は光電流密度の、導波路方向各位置での相対強度を示したものである。ここで、導波路長とは図１５で示した吸収層領域の導波路方向への長さである。
導波路長が長くなるほど、量子効率は上昇し、その効率の上昇率は導波長10μm以下で急激に増加することがわかる。これは、入射光の大部分が端面で吸収されることを示している。このため光電流は、図１７からわかるように導波端面10μm以下に集中する。このように光電流密度が光入力端面領域に集中するため、高い強度の光が入力する時に素子が破壊されることがある。特に、伝送路内に、伝送に伴い減衰した光パワーを増幅するEDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）を導入した場合には、受光素子に高い強度の光が入力されるため、受光素子が破壊しない程度の高い耐久性が求められる。
【０００６】
このような課題を解決するために、エバネッセント波を受光する受光素子を使用することが考えられる（たとえば、非特許文献２参照）。図１８はエバネッセント波を受光する受光素子の断面構造図である。この受光素子は、ＩｎＰ基板８０２上にガイド層８０３を形成し、このガイド層８０３上に光吸収層８０４、半導体層８０５を集積した構造であり、入射光はガイド層８０３を導波しながら染み出すように吸収層８０４で吸収される。
図１９はエバネッセント型受光素子の吸収層長と効率の関係を計算した結果である。 吸収層長Lは図１８に示すように、ガイド層８０３の上に積層された吸収層８０４の長さで定義される。
導波路型受光素子の効率の導波路長依存性の計算結果を示す図１６とエバネッセント型受光素子の計算結果を示す図１９を比較して検討すると、効率80％を得るためにはエバネッセント型受光素子では、導波路型受光素子の倍の長さである30μｍの吸収層が必要となる。
すなわち、同等の受光効率を得るためにはエバネッセント型構造では吸収層の長さが長くなる。これは、受光素子の基本性能である高速応答性能を低下させる原因となる。
なお、特許文献１には、入射光をＴＥ波あるいは、ＴＭ波に分離して、光電変換する方法が開示されている。この場合においても、入射光がＴＥ波のみの場合、ＴＭ波のみの場合には、光電変換部分の一端面に入射光が集まってしまうので、光電変換部分が劣化しやすくなり耐久性がわるくなる。
【０００７】
本発明は、耐久性が高く、かつ、高速応答性能を有する半導体受光素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部からの入力光を、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを備え、前記第一光導波路からの光は、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射する半導体受光素子が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部から入力した入力光を偏光分離せずに、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを形成し、前記第一光導波路からの光が、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射するように、前記第一光導波路、前記第二光導波路を形成する半導体受光素子の製造方法も提供できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐久性が高く、かつ、高速応答性能を有する半導体受光素子およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる半導体受光素子を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ'断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ'断面図、Ｄ−Ｄ'断面図である。
【図５】図１のＥ−Ｅ'断面図である。
【図６】図１のＦ−Ｆ'断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態にかかる半導体受光素子を示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ'断面図、Ｃ−Ｃ'断面図、Ｄ−Ｄ'断面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ'断面図である。
【図１０】図７のＥ−Ｅ'断面図である。
【図１１】製造工程を示す断面図である。
【図１２】製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の第三実施形態にかかる半導体受光素子を示す平面図である。
【図１４】本発明の第四実施形態にかかる半導体受光素子の要部を示す断面図である。
【図１５】背景技術にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図１６】導波路長と、量子効率とを示す図である。
【図１７】導波路長と、光電流密度とを示す図である。
【図１８】背景技術にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図１９】吸収層長と、光電流密度とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。
（第一実施形態）
図１〜図６を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
はじめに、本実施形態の半導体受光素子の概要について説明する。
本実施形態の半導体受光素子１は、入力部１２１と、第一出力部１２２と、第二出力部１２３とを含み、入力部１２１から入力した入力光を偏光分離せずに、入力光よりも強度の低い光に分岐して、第一出力部１２２、第二出力部１２３から出力する光分波器１２と、第一出力部１２２からの光を伝播させる第一光導波路１３Ａと、第二出力部１２３からの光を伝播させる第二光導波路１３Ｂと、第一光導波路１３Ａの光射出側端面および第二光導波路１３Ｂの光射出側端面に接続された半導体光吸収層１４２とを備える。
第一光導波路１３Ａからの光は、第二光導波路１３Ｂからの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層１４２に入射する。
【００１３】
次に、本実施形態の半導体受光素子１について詳細に説明する。
この半導体受光素子１は、半導体基板１１上に光分波器１２と、光導波路１３Ａ，１３Ｂと、受光領域となる受光素子部１４とを積層したものである。
【００１４】
光分波器１２は、多モード干渉光導波路（MMI: Multi Mode Interference）で構成されている。
本実施形態では、多モード干渉光導波路には一つの入力部１２１と、二つの出力部１２２，１２３とが形成されている。
入力部１２１には、入力用の光導波路１５が接続されている。この光導波路１５は入力部１２１へ光を入射させるためのものである。図２に図１のＡ−Ａ'方向の断面図を示す。半導体基板１１上に積層された厚さ１μｍのInP層１５１Ａ、このＩｎＰ層１５１Ａ上に積層された厚さ０．２μｍのInGaAsP層１５１Ｂ、このInGaAsP層１５１Ｂ上に積層された厚さ１μｍのＩｎＰ層１５１Ｃを備える。光導波路１５は、メサ型導波路構造であり、メサ幅Wは2μm、メサ高さｈは3μmである。
なお、各半導体層の組成や、厚み、メサの幅、高さ等は例示であり、これに限定されるものではない。半導体レーザ等からの信号源からの光はInGaAsP層１５１Ｂをコアとする光導波路15に入力されることとなる。
【００１５】
多モード干渉光導波路（光分波器１２）は、矩形の干渉領域を有している。矩形の一方の辺に入力部１２１が形成され、対向する他方の辺に出力部１２２，１２３が形成される。
図３は、多モード干渉光導波路の断面であり、図１のＢ−Ｂ'方向の断面図である。図３に示すように、多モード干渉光導波路は、半導体基板１１上にInP層１２４Ａ、組成波長1.2μmのInGaAsP層１２４Ｂ、InP層１２４Ｃが積層されたメサ型構造である。メサ幅Wはたとえば、10μm、メサ高さｈはたとえば、3μmである。このとき、図１において多モード干渉光導波路の長さＬ（MMI長）はたとえば100μmである。
入力部１２１からの光は、InGaAsP層１２４Ｂをコアとする多モード干渉導波路を伝播する。
【００１６】
多モード干渉光導波路の出力部１２２には、第一光導波路１３Ａが接続されている。また、多モード干渉光導波路の出力部１２３には、第二光導波路１３Ｂが接続されている。第一光導波路１３Ａと、第二光導波路１３Ｂとは同じ層構造であり、図１のＣ−Ｃ'断面図および、Ｄ−Ｄ'断面図を図４に示す。第一光導波路１３Ａおよび、第二光導波路１３Ｂはそれぞれ、InP層１３１、組成波長1.2μmのInGaAsP層１３２、InP層１３３をこの順で半導体基板１１上に積層した積層構造であり、メサ型構造である。出力部１２２，１２３からの光は、それぞれInGaAsP層１３２内を伝播する。第一光導波路１３Ａの光射出側端面、第二光導波路１３Ｂの光射出側端面には、受光素子部１４が接続されている。
【００１７】
受光素子部１４は、図５に示すように、n型InP層１４１、光吸収層であるi-InGaAs層１４２、p型InP層１４３が半導体基板１１上にこの順で積層されたものであり、メサ型構造である。メサ幅Wはたとえば3.0μm、メサ高さｈはたとえば3μmである。ｐ型InP層１４３の層厚はたとえば、1μm、光吸収層であるi-InGaAs層１４２の層厚はたとえば、0.6μmである。ｐ型InP層１４３の直上にはｐ型電極１４４が形成され、n型InP層１４１上にはn型電極１４５が形成されている。なお、図５は、図１のＥ−Ｅ'断面図である。
図６に示すように、光吸収層１４２は、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３ＢのInGaAsP層１３２の光射出側端面に接続され、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３ＢのInGaAsP層１３２からの光を吸収する。このため、InGaAsP層１３２と光吸収層１４２は、ほぼ積層方向で同じ高さに積層されている。第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂからの光は、光吸収層１４２の異なる端面にそれぞれ入射する。本実施形態では、光吸収層１４２の対向する端面からそれぞれ光が入射することとなる。なお、図６は、図１のＦ−Ｆ'断面図である。
【００１８】
以上のような半導体受光素子１は、たとえば、以下のようにして製造することができる。光導波路１５、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂ、多モード干渉導波路１２を形成する際には、半導体基板１１上に光導波路１５、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂ、多モード干渉導波路１２を構成する半導体層を積層させる。その後、受光素子部14が形成される領域以外をマスクで被覆し、上記で成長した半導体層を除去する。その次に、受光素子部14となる部分に半導体層を選択的に形成して（選択成長させて）、受光素子部14を形成する。つぎに、上記成長した各半導体層を、光導波路１５、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂ、多モード干渉導波路１２、受光素子部14の形になるようにエッチング等により選択的に除去する。これにより、第一光導波路１３Ａからの光が、第二光導波路１３Ｂからの光とは異なる方向から半導体光吸収層１４２に入射する前述した半導体受光素子１を得ることができる。
【００１９】
次に、本実施形態の光受光素子の動作について説明する。
入力光は、光導波路１５を介して、多モード干渉光導波路１２に入射する。そして、多モード干渉光導波路１２から、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂに出射される。
このとき、多モード干渉光導波路１２に入射した、入射光パワーが1mＷである場合、出力部１２２，１２３には、各々0.5mWのパワーが結合する。すなわち、出力部１２２，１２３には、入力部１２１に入力した光のパワーの半分のパワーの光が入射し、出力部１２２，１２３からは、略同一の強度の光が射出されることとなる。出力部１２２から出射された信号光は第一光導波路１３Ａを伝播し、第一光導波路１３Ａの出射側端面から、受光素子部１４に入射する。一方、出力部１２３から射出された信号光は、第二光導波路１３Ｂの出射側端面を介して、受光素子部１４に入射する。図６に示すように、受光素子部１４の光吸収層１４２には、信号光が異なった方向（本実施形態では、反対方向）から入射するため、光吸収層１４２端面での光電流密度を半減することが可能となる。この結果、優れた耐高光入力特性を実現できる。
【００２０】
また、出力部１２２，１２３には、入力部１２１に入力した光のパワーの半分のパワーの光が入射することとなるので、受光素子部１４の光吸収層１４２の第二光導波路１３Ｂに接続される端面、光吸収層１４２の第一光導波路１３Ａに接続される端面のいずれにも同程度のパワーの光が入射することとなる。これにより、光吸収層１４２の一方の光入射端面が、他方の光入射端面に比べて過度に劣化してしまうことを抑制できる。
【００２１】
また、本実施形態では、受光素子部１４の光吸収層１４２の端面には、光導波路１３Ａ，１３Ｂの出射側端面（光導波路１３Ａ，１３Ｂの光伝播方向と直交する端面）から出射した光が導入されるため、半導体受光素子１は、高速応答性能を有するものとなる。
すなわち、この受光素子部１４は、光を伝播させながら、エバネッセント波を吸収するものではないので、高速応答性能が低下してしまうことを防止できる。
【００２２】
ここで、特許文献１には、入射光をＴＥ波あるいは、ＴＭ波に偏光分離して、光電変換する方法が開示されている。この場合、入射光がＴＥ波のみの場合、ＴＭ波のみの場合には、光電変換部分の一端面に入射光が集まってしまうので、光電変換部分が劣化しやすくなり耐久性がわるくなる。
これに対し、本実施形態では、光分波器１２により、入射光を偏光分離せずに、入射光よりも強度の低い光に分岐している。これにより、入射光がＴＥ波、ＴＭ波のみの場合であっても、光分波器１２により分岐されることとなるので、優れた耐高光入力特性を確実に実現できる。
【００２３】
（第二実施形態）
上述した第一実施形態では、光導波路１５，１３Ａ，１３Ｂおよび多モード干渉導波路および受光素子部１４がメサ構造の場合について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。
本実施形態では、光導波路、多モード干渉導波路、および受光素子部が埋め込み型である。
半導体受光素子が、埋め込み型である点以外は、前記実施形態と同様である。
図７に半導体受光素子２の平面図を示す。この半導体受光素子２も、第一実施形態と同様、半導体基板１１上に光導波路２５，２３Ａ，２３Ｂ，多モード干渉導波路２２、受光素子部２４を積層したものである。
図８は、図７のA-A'、Ｄ−Ｄ'，Ｃ−Ｃ'断面図に該当する。光導波路２５は、導波路コアとなる波長組成1.2μmのInGaAsP層１５１をInP層２００で埋め込んだ構造である。同様に、光導波路２３Ａ，２３Ｂも、導波路コアとなる波長組成1.2μmのInGaAsP層１３２をInP層２００で埋め込んだ構造である。導波路コアの幅Wは3μm、層厚hは2μmである。図９は、図７のＢ−Ｂ'断面図に該当する図である。多モード干渉導波路２２も、導波路コアとなる波長組成1.2μmのInGaAsP層１２４ＢをInP層２２１で埋め込んだ構造である。
図１０は、図７のE-E'の断面に該当する断面図である。受光素子部２４は、前記実施形態と同様にn型InP層１４１、光吸収層であるi-InGaAs層１４２、p型InP層１４３の積層構造を形成し、この積層構造をFeもしくはRuを不純物とする半絶縁性InP層２４７で埋め込んだ構造である。
【００２４】
このような半導体受光素子２は、例えば以下のように作製できる。
図１１（Ａ）に示すように、半導体基板１１上にInP層291、InGaAsP層290、InP層292を積層する。InP層291およびInP層292は、図8のInP層200および図9のInP層221の一部となる。InGaAsP層290は図8のInGaAsP層132、１５１および図9のInGaAsP層124Bとなる。次に、受光素子部24が形成される領域以外をマスクで被覆し、上記で積層した半導体層を除去する。その次に、図11（Ｂ）に示すように、受光素子部24となる領域にPIN構造となる、n型InP層294、i型InGaAs層293、p型InP層２９5を選択成長する。n型InP層294は図10のn型InP層141となり、i型InGaAs層293は図10のi型InGaAs層142となり、p型InP層295は図10のp型InP層143になる。
次に、上記成長した各半導体層を、光導波路２５、第一光導波路２３Ａ、第二光導波路２３Ｂ、多モード干渉導波路２２、受光素子部２４の形になるようにエッチング等により選択的に除去する。図12（Ａ）、（Ｂ）はエッチング等により除去したあとの構造を説明するための図である。図12（Ａ)は、図7においてA-A‘、C-C'、D-D'の位置の作製途中（エッチング後）断面図である。図7におけるB-B'の断面も、メサ幅Wが広くなる以外は同じである。図12（Ｂ）は図7の受光領域となるE-E'の位置の作製途中（エッチング後）断面図である。
その後、上記エッチングで除去した領域をRu（ルテニュウム）またはFeを不純物とするInPで埋め込む。図12（Ｃ）および図12（Ｄ）は、おのおの図12（Ａ）および（Ｂ）を、Fe-InP層296で埋め込んだ後の形状である。このFe-InP層は図8のInP層200および図9のInP層221および図10のInP層247の一部である。さらに、ＩｎＰ層で埋め込みを行い、図8のInP層200および図9のInP層221および図10のInP層247を完成させる。
【００２５】
このような埋め込み構造受光素子においても、第一実施形態と同様の効果を奏することができ、優れた耐高光入力特性が実現できる
【００２６】
（第三実施形態）
図１３を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。
本実施形態では、光分波器３２である多モード干渉光導波路には、２つの入力部３２１，３２２が形成されている。すなわち、多モード干渉光導波路は、入力部と出力部を各二つ備えた2×2多モード干渉導波路である。光分波器３２の入力部３２１，３２２には、入力用の光導波路１５がそれぞれ接続されている。他の点については第一実施形態と同様である。
ここで、一方の入力部３２１から多モード干渉光導波路に入射した信号光は、パワーが分割され出力部１２２，１２３からそれぞれ出力される。なお、入射光パワーが1mＷである場合、各出力部１２２，１２３には、各々半分のパワーの光、すなわち、0.5mWのパワーが結合する。その後、受光素子部１４の光吸収層１４２に異なった方向（ここでは、反対方向）から入射し吸収される。この結果、優れた耐高光入力特性を実現できる。
なお、一方の入力部３２１には、光源（光信号源）が接続されるが、他方の入力部３２２には、光源は接続されておらず光が入力されない。すなわち、入力部３２２は無接続状態となっている。
【００２７】
さらに、本実施形態では、光源（光信号源）への反射戻り光を抑制できる。光導波路１３Ａ，１３Ｂと光吸収層１４２との接続界面では屈折率が異なるため反射が生じる。例えば、図１３において出力部１２２，１２３からの信号光は、光導波路１３Ａと受光素子部１４の接続界面、および光導波路１３Ｂと受光素子部１４との接続界面で一部の光が反射する。この反射光は伝播してきた光導波路１３Ａ，１３Ｂ内を戻り、出力部１２２，１２３から多モード干渉導波路３２に入射し、無接続の入力部３２２に結合する。すなわち、反射戻り光が光源（光信号源）側に戻ることを抑制できる。
【００２８】
（第四実施形態）
図１４を参照して、本発明の第四実施形態について説明する。
本実施形態では、受光素子部が増倍層を具備する、アバランシェフォトダイオードであることを特徴とする。他の点は、第一実施形態と同様である。
図１４は受光素子部の断面図である。受光素子部は、n型InP層４１、InAlAs増倍層４２、InAlAs電界緩和層４３、InGaAs吸収層４４、ｐ型InP層４５を備えている。他の点は、第一実施形態と同様である。
このような第四実施形態では、第一実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、受光領域の増倍層でキャリアを増倍する内部利得を有するため、受光感度向上できる。
【００２９】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記各実施形態では多モード干渉導波路に２つの出力部を形成したが、これに限らず、出力部は３以上であってもよい。各出力部に導波路を接続し、光吸収領域へ導けばよい。ただし、各導波路からの光は、光吸収領域へそれぞれ異なる方向から入力されるようにすることが好ましい。
さらに、前記実施形態では、光分波器は入力部が２つ形成されていたが、これに限らず、３つ以上であってもよい。
また、前記各実施形態で述べた各半導体層の組成や、厚み、メサの幅、高さ等は例示であり、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１ 半導体受光素子
２ 半導体受光素子
１１ 半導体基板
１２ 光分波器（多モード干渉導波路）
１３Ａ 第一光導波路
１３Ｂ 第二光導波路
１４ 受光素子部
１５ 光導波路
２２ 光分波器（多モード干渉導波路）
２３Ａ 第一光導波路
２３Ｂ 第二光導波路
２４ 受光素子部
２５ 光導波路
３２ 光分波器（多モード干渉導波路）
４１ InP層
４２ 増倍層
４３ 電界緩和層
４４ 吸収層
４５ InP層
１２１ 入力部
１２１Ｄ ＩｎＰ層
１２２ 第一出力部
１２３ 第二出力部
１２４Ａ InP層
１２４Ｂ InGaAsP層
１２４Ｃ InP層
１３１ InP層
１３２ InGaAsP層
１３３ InP層
１４１ ＩｎＰ層
１４２ 半導体光吸収層
１４２ 吸収層
１４３ InP層
１４４ 電極
１４５ 電極
１５１Ａ ＩｎＰ層
１５１Ｂ InGaAsP層
１５１Ｃ ＩｎＰ層
２００ ＩｎＰ層
２２１ ＩｎＰ層
２４７ ＩｎＰ層
２９０ ＩｎＧａＡｓＰ層
２９１ ＩｎＰ層
２９２ ＩｎＰ層
２９３ i-ＩｎＧａＡｓ層
２９４ n-ＩｎＰ層
２９５ p-InP層
２９６ Fe-InP層
３２１ 入力部
３２２ 入力部
８０２ 基板
８０３ ガイド層
８０４ 光吸収層
８０４ 吸収層
８０５ 半導体層
９０２ InP層
９０３ 光吸収層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子および半導体受光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの爆発的普及に伴い通信量は急激に増加している。これを支えているのが光通信技術である。このような光通信技術では、半導体レーザ、光ファイバ、半導体受光素子の連携により光通信を行う。半導体レーザでは、電気信号を光信号に変換する。光ファイバでは、変換された前記光信号を伝送する。半導体受光素子では、光ファイバから出力された信号を受光し、電気信号に変換する。
電気信号を送る場合と比較して、光ファイバでは伝送に伴う減衰割合が少さく、より遠くまで、小さなパワーで送ることが可能となる。
しかし、伝送に伴う光パワーの減衰量はゼロではない。通信波長帯で伝送に伴う減衰量は約0.2〜0.4dB/kmである。このため、より遠くまで伝送するためには、受光素子の効率を高くすることが必要である。
ここで、受光素子としては、図１５に示すような受光素子が提案されている（非特許文献1参照）。この受光素子は、ｎ型のＩｎＰ層９０２、光吸収層９０３、ｐ型のInP層９０４を積層したものである。光がエッジ端面より入射し、光吸収層９０３と平行に導波しながら吸収されるため、薄膜の光吸収層９０３でも高い受光効率を実現できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３７００６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】J.E. Bowers, et al. Lightwave Technol., vol. Lt-5, No. 10, 1339 (1987)
【非特許文献２】T. Takeuchi, et. al., Electron. Lett., 36, 972(2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に開示された受光素子は、耐久性に劣るという課題がある。
図１６、図１７を参照して説明する。
図１６は量子効率の導波路長依存性を示した図である。図１７は光電流密度の、導波路方向各位置での相対強度を示したものである。ここで、導波路長とは図１５で示した吸収層領域の導波路方向への長さである。
導波路長が長くなるほど、量子効率は上昇し、その効率の上昇率は導波長10μm以下で急激に増加することがわかる。これは、入射光の大部分が端面で吸収されることを示している。このため光電流は、図１７からわかるように導波端面10μm以下に集中する。このように光電流密度が光入力端面領域に集中するため、高い強度の光が入力する時に素子が破壊されることがある。特に、伝送路内に、伝送に伴い減衰した光パワーを増幅するEDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）を導入した場合には、受光素子に高い強度の光が入力されるため、受光素子が破壊しない程度の高い耐久性が求められる。
【０００６】
このような課題を解決するために、エバネッセント波を受光する受光素子を使用することが考えられる（たとえば、非特許文献２参照）。図１８はエバネッセント波を受光する受光素子の断面構造図である。この受光素子は、ＩｎＰ基板８０２上にガイド層８０３を形成し、このガイド層８０３上に光吸収層８０４、半導体層８０５を集積した構造であり、入射光はガイド層８０３を導波しながら染み出すように吸収層８０４で吸収される。
図１９はエバネッセント型受光素子の吸収層長と効率の関係を計算した結果である。 吸収層長Lは図１８に示すように、ガイド層８０３の上に積層された吸収層８０４の長さで定義される。
導波路型受光素子の効率の導波路長依存性の計算結果を示す図１６とエバネッセント型受光素子の計算結果を示す図１９を比較して検討すると、効率80％を得るためにはエバネッセント型受光素子では、導波路型受光素子の倍の長さである30μｍの吸収層が必要となる。
すなわち、同等の受光効率を得るためにはエバネッセント型構造では吸収層の長さが長くなる。これは、受光素子の基本性能である高速応答性能を低下させる原因となる。
なお、特許文献１には、入射光をＴＥ波あるいは、ＴＭ波に分離して、光電変換する方法が開示されている。この場合においても、入射光がＴＥ波のみの場合、ＴＭ波のみの場合には、光電変換部分の一端面に入射光が集まってしまうので、光電変換部分が劣化しやすくなり耐久性がわるくなる。
【０００７】
本発明は、耐久性が高く、かつ、高速応答性能を有する半導体受光素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部からの入力光を、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを備え、前記第一光導波路からの光は、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射する半導体受光素子が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部から入力した入力光を偏光分離せずに、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを形成し、前記第一光導波路からの光が、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射するように、前記第一光導波路、前記第二光導波路を形成する半導体受光素子の製造方法も提供できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐久性が高く、かつ、高速応答性能を有する半導体受光素子およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる半導体受光素子を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ'断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ'断面図、Ｄ−Ｄ'断面図である。
【図５】図１のＥ−Ｅ'断面図である。
【図６】図１のＦ−Ｆ'断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態にかかる半導体受光素子を示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ'断面図、Ｃ−Ｃ'断面図、Ｄ−Ｄ'断面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ'断面図である。
【図１０】図７のＥ−Ｅ'断面図である。
【図１１】製造工程を示す断面図である。
【図１２】製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の第三実施形態にかかる半導体受光素子を示す平面図である。
【図１４】本発明の第四実施形態にかかる半導体受光素子の要部を示す断面図である。
【図１５】背景技術にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図１６】導波路長と、量子効率とを示す図である。
【図１７】導波路長と、光電流密度とを示す図である。
【図１８】背景技術にかかる半導体受光素子を示す断面図である。
【図１９】吸収層長と、光電流密度とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。
（第一実施形態）
図１〜図６を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
はじめに、本実施形態の半導体受光素子の概要について説明する。
本実施形態の半導体受光素子１は、入力部１２１と、第一出力部１２２と、第二出力部１２３とを含み、入力部１２１から入力した入力光を偏光分離せずに、入力光よりも強度の低い光に分岐して、第一出力部１２２、第二出力部１２３から出力する光分波器１２と、第一出力部１２２からの光を伝播させる第一光導波路１３Ａと、第二出力部１２３からの光を伝播させる第二光導波路１３Ｂと、第一光導波路１３Ａの光射出側端面および第二光導波路１３Ｂの光射出側端面に接続された半導体光吸収層１４２とを備える。
第一光導波路１３Ａからの光は、第二光導波路１３Ｂからの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層１４２に入射する。
【００１３】
次に、本実施形態の半導体受光素子１について詳細に説明する。
この半導体受光素子１は、半導体基板１１上に光分波器１２と、光導波路１３Ａ，１３Ｂと、受光領域となる受光素子部１４とを積層したものである。
【００１４】
光分波器１２は、多モード干渉光導波路（MMI: Multi Mode Interference）で構成されている。
本実施形態では、多モード干渉光導波路には一つの入力部１２１と、二つの出力部１２２，１２３とが形成されている。
入力部１２１には、入力用の光導波路１５が接続されている。この光導波路１５は入力部１２１へ光を入射させるためのものである。図２に図１のＡ−Ａ'方向の断面図を示す。半導体基板１１上に積層された厚さ１μｍのInP層１５１Ａ、このＩｎＰ層１５１Ａ上に積層された厚さ０．２μｍのInGaAsP層１５１Ｂ、このInGaAsP層１５１Ｂ上に積層された厚さ１μｍのＩｎＰ層１５１Ｃを備える。光導波路１５は、メサ型導波路構造であり、メサ幅Wは2μm、メサ高さｈは3μmである。
なお、各半導体層の組成や、厚み、メサの幅、高さ等は例示であり、これに限定されるものではない。半導体レーザ等からの信号源からの光はInGaAsP層１５１Ｂをコアとする光導波路15に入力されることとなる。
【００１５】
多モード干渉光導波路（光分波器１２）は、矩形の干渉領域を有している。矩形の一方の辺に入力部１２１が形成され、対向する他方の辺に出力部１２２，１２３が形成される。
図３は、多モード干渉光導波路の断面であり、図１のＢ−Ｂ'方向の断面図である。図３に示すように、多モード干渉光導波路は、半導体基板１１上にInP層１２４Ａ、組成波長1.2μmのInGaAsP層１２４Ｂ、InP層１２４Ｃが積層されたメサ型構造である。メサ幅Wはたとえば、10μm、メサ高さｈはたとえば、3μmである。このとき、図１において多モード干渉光導波路の長さＬ（MMI長）はたとえば100μmである。
入力部１２１からの光は、InGaAsP層１２４Ｂをコアとする多モード干渉導波路を伝播する。
【００１６】
多モード干渉光導波路の出力部１２２には、第一光導波路１３Ａが接続されている。また、多モード干渉光導波路の出力部１２３には、第二光導波路１３Ｂが接続されている。第一光導波路１３Ａと、第二光導波路１３Ｂとは同じ層構造であり、図１のＣ−Ｃ'断面図および、Ｄ−Ｄ'断面図を図４に示す。第一光導波路１３Ａおよび、第二光導波路１３Ｂはそれぞれ、InP層１３１、組成波長1.2μmのInGaAsP層１３２、InP層１３３をこの順で半導体基板１１上に積層した積層構造であり、メサ型構造である。出力部１２２，１２３からの光は、それぞれInGaAsP層１３２内を伝播する。第一光導波路１３Ａの光射出側端面、第二光導波路１３Ｂの光射出側端面には、受光素子部１４が接続されている。
【００１７】
受光素子部１４は、図５に示すように、n型InP層１４１、光吸収層であるi-InGaAs層１４２、p型InP層１４３が半導体基板１１上にこの順で積層されたものであり、メサ型構造である。メサ幅Wはたとえば3.0μm、メサ高さｈはたとえば3μmである。ｐ型InP層１４３の層厚はたとえば、1μm、光吸収層であるi-InGaAs層１４２の層厚はたとえば、0.6μmである。ｐ型InP層１４３の直上にはｐ型電極１４４が形成され、n型InP層１４１上にはn型電極１４５が形成されている。なお、図５は、図１のＥ−Ｅ'断面図である。
図６に示すように、光吸収層１４２は、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３ＢのInGaAsP層１３２の光射出側端面に接続され、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３ＢのInGaAsP層１３２からの光を吸収する。このため、InGaAsP層１３２と光吸収層１４２は、ほぼ積層方向で同じ高さに積層されている。第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂからの光は、光吸収層１４２の異なる端面にそれぞれ入射する。本実施形態では、光吸収層１４２の対向する端面からそれぞれ光が入射することとなる。なお、図６は、図１のＦ−Ｆ'断面図である。
【００１８】
以上のような半導体受光素子１は、たとえば、以下のようにして製造することができる。光導波路１５、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂ、多モード干渉導波路１２を形成する際には、半導体基板１１上に光導波路１５、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂ、多モード干渉導波路１２を構成する半導体層を積層させる。その後、受光素子部14が形成される領域以外をマスクで被覆し、上記で成長した半導体層を除去する。その次に、受光素子部14となる部分に半導体層を選択的に形成して（選択成長させて）、受光素子部14を形成する。つぎに、上記成長した各半導体層を、光導波路１５、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂ、多モード干渉導波路１２、受光素子部14の形になるようにエッチング等により選択的に除去する。これにより、第一光導波路１３Ａからの光が、第二光導波路１３Ｂからの光とは異なる方向から半導体光吸収層１４２に入射する前述した半導体受光素子１を得ることができる。
【００１９】
次に、本実施形態の光受光素子の動作について説明する。
入力光は、光導波路１５を介して、多モード干渉光導波路１２に入射する。そして、多モード干渉光導波路１２から、第一光導波路１３Ａ、第二光導波路１３Ｂに出射される。
このとき、多モード干渉光導波路１２に入射した、入射光パワーが1mＷである場合、出力部１２２，１２３には、各々0.5mWのパワーが結合する。すなわち、出力部１２２，１２３には、入力部１２１に入力した光のパワーの半分のパワーの光が入射し、出力部１２２，１２３からは、略同一の強度の光が射出されることとなる。出力部１２２から出射された信号光は第一光導波路１３Ａを伝播し、第一光導波路１３Ａの出射側端面から、受光素子部１４に入射する。一方、出力部１２３から射出された信号光は、第二光導波路１３Ｂの出射側端面を介して、受光素子部１４に入射する。図６に示すように、受光素子部１４の光吸収層１４２には、信号光が異なった方向（本実施形態では、反対方向）から入射するため、光吸収層１４２端面での光電流密度を半減することが可能となる。この結果、優れた耐高光入力特性を実現できる。
【００２０】
また、出力部１２２，１２３には、入力部１２１に入力した光のパワーの半分のパワーの光が入射することとなるので、受光素子部１４の光吸収層１４２の第二光導波路１３Ｂに接続される端面、光吸収層１４２の第一光導波路１３Ａに接続される端面のいずれにも同程度のパワーの光が入射することとなる。これにより、光吸収層１４２の一方の光入射端面が、他方の光入射端面に比べて過度に劣化してしまうことを抑制できる。
【００２１】
また、本実施形態では、受光素子部１４の光吸収層１４２の端面には、光導波路１３Ａ，１３Ｂの出射側端面（光導波路１３Ａ，１３Ｂの光伝播方向と直交する端面）から出射した光が導入されるため、半導体受光素子１は、高速応答性能を有するものとなる。
すなわち、この受光素子部１４は、光を伝播させながら、エバネッセント波を吸収するものではないので、高速応答性能が低下してしまうことを防止できる。
【００２２】
ここで、特許文献１には、入射光をＴＥ波あるいは、ＴＭ波に偏光分離して、光電変換する方法が開示されている。この場合、入射光がＴＥ波のみの場合、ＴＭ波のみの場合には、光電変換部分の一端面に入射光が集まってしまうので、光電変換部分が劣化しやすくなり耐久性がわるくなる。
これに対し、本実施形態では、光分波器１２により、入射光を偏光分離せずに、入射光よりも強度の低い光に分岐している。これにより、入射光がＴＥ波、ＴＭ波のみの場合であっても、光分波器１２により分岐されることとなるので、優れた耐高光入力特性を確実に実現できる。
【００２３】
（第二実施形態）
上述した第一実施形態では、光導波路１５，１３Ａ，１３Ｂおよび多モード干渉導波路および受光素子部１４がメサ構造の場合について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。
本実施形態では、光導波路、多モード干渉導波路、および受光素子部が埋め込み型である。
半導体受光素子が、埋め込み型である点以外は、前記実施形態と同様である。
図７に半導体受光素子２の平面図を示す。この半導体受光素子２も、第一実施形態と同様、半導体基板１１上に光導波路２５，２３Ａ，２３Ｂ，多モード干渉導波路２２、受光素子部２４を積層したものである。
図８は、図７のA-A'、Ｄ−Ｄ'，Ｃ−Ｃ'断面図に該当する。光導波路２５は、導波路コアとなる波長組成1.2μmのInGaAsP層１５１をInP層２００で埋め込んだ構造である。同様に、光導波路２３Ａ，２３Ｂも、導波路コアとなる波長組成1.2μmのInGaAsP層１３２をInP層２００で埋め込んだ構造である。導波路コアの幅Wは3μm、層厚hは2μmである。図９は、図７のＢ−Ｂ'断面図に該当する図である。多モード干渉導波路２２も、導波路コアとなる波長組成1.2μmのInGaAsP層１２４ＢをInP層２２１で埋め込んだ構造である。
図１０は、図７のE-E'の断面に該当する断面図である。受光素子部２４は、前記実施形態と同様にn型InP層１４１、光吸収層であるi-InGaAs層１４２、p型InP層１４３の積層構造を形成し、この積層構造をFeもしくはRuを不純物とする半絶縁性InP層２４７で埋め込んだ構造である。
【００２４】
このような半導体受光素子２は、例えば以下のように作製できる。
図１１（Ａ）に示すように、半導体基板１１上にInP層291、InGaAsP層290、InP層292を積層する。InP層291およびInP層292は、図8のInP層200および図9のInP層221の一部となる。InGaAsP層290は図8のInGaAsP層132、１５１および図9のInGaAsP層124Bとなる。次に、受光素子部24が形成される領域以外をマスクで被覆し、上記で積層した半導体層を除去する。その次に、図11（Ｂ）に示すように、受光素子部24となる領域にPIN構造となる、n型InP層294、i型InGaAs層293、p型InP層２９5を選択成長する。n型InP層294は図10のn型InP層141となり、i型InGaAs層293は図10のi型InGaAs層142となり、p型InP層295は図10のp型InP層143になる。
次に、上記成長した各半導体層を、光導波路２５、第一光導波路２３Ａ、第二光導波路２３Ｂ、多モード干渉導波路２２、受光素子部２４の形になるようにエッチング等により選択的に除去する。図12（Ａ）、（Ｂ）はエッチング等により除去したあとの構造を説明するための図である。図12（Ａ)は、図7においてA-A‘、C-C'、D-D'の位置の作製途中（エッチング後）断面図である。図7におけるB-B'の断面も、メサ幅Wが広くなる以外は同じである。図12（Ｂ）は図7の受光領域となるE-E'の位置の作製途中（エッチング後）断面図である。
その後、上記エッチングで除去した領域をRu（ルテニュウム）またはFeを不純物とするInPで埋め込む。図12（Ｃ）および図12（Ｄ）は、おのおの図12（Ａ）および（Ｂ）を、Fe-InP層296で埋め込んだ後の形状である。このFe-InP層は図8のInP層200および図9のInP層221および図10のInP層247の一部である。さらに、ＩｎＰ層で埋め込みを行い、図8のInP層200および図9のInP層221および図10のInP層247を完成させる。
【００２５】
このような埋め込み構造受光素子においても、第一実施形態と同様の効果を奏することができ、優れた耐高光入力特性が実現できる
【００２６】
（第三実施形態）
図１３を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。
本実施形態では、光分波器３２である多モード干渉光導波路には、２つの入力部３２１，３２２が形成されている。すなわち、多モード干渉光導波路は、入力部と出力部を各二つ備えた2×2多モード干渉導波路である。光分波器３２の入力部３２１，３２２には、入力用の光導波路１５がそれぞれ接続されている。他の点については第一実施形態と同様である。
ここで、一方の入力部３２１から多モード干渉光導波路に入射した信号光は、パワーが分割され出力部１２２，１２３からそれぞれ出力される。なお、入射光パワーが1mＷである場合、各出力部１２２，１２３には、各々半分のパワーの光、すなわち、0.5mWのパワーが結合する。その後、受光素子部１４の光吸収層１４２に異なった方向（ここでは、反対方向）から入射し吸収される。この結果、優れた耐高光入力特性を実現できる。
なお、一方の入力部３２１には、光源（光信号源）が接続されるが、他方の入力部３２２には、光源は接続されておらず光が入力されない。すなわち、入力部３２２は無接続状態となっている。
【００２７】
さらに、本実施形態では、光源（光信号源）への反射戻り光を抑制できる。光導波路１３Ａ，１３Ｂと光吸収層１４２との接続界面では屈折率が異なるため反射が生じる。例えば、図１３において出力部１２２，１２３からの信号光は、光導波路１３Ａと受光素子部１４の接続界面、および光導波路１３Ｂと受光素子部１４との接続界面で一部の光が反射する。この反射光は伝播してきた光導波路１３Ａ，１３Ｂ内を戻り、出力部１２２，１２３から多モード干渉導波路３２に入射し、無接続の入力部３２２に結合する。すなわち、反射戻り光が光源（光信号源）側に戻ることを抑制できる。
【００２８】
（第四実施形態）
図１４を参照して、本発明の第四実施形態について説明する。
本実施形態では、受光素子部が増倍層を具備する、アバランシェフォトダイオードであることを特徴とする。他の点は、第一実施形態と同様である。
図１４は受光素子部の断面図である。受光素子部は、n型InP層４１、InAlAs増倍層４２、InAlAs電界緩和層４３、InGaAs吸収層４４、ｐ型InP層４５を備えている。他の点は、第一実施形態と同様である。
このような第四実施形態では、第一実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、受光領域の増倍層でキャリアを増倍する内部利得を有するため、受光感度向上できる。
【００２９】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記各実施形態では多モード干渉導波路に２つの出力部を形成したが、これに限らず、出力部は３以上であってもよい。各出力部に導波路を接続し、光吸収領域へ導けばよい。ただし、各導波路からの光は、光吸収領域へそれぞれ異なる方向から入力されるようにすることが好ましい。
さらに、前記実施形態では、光分波器は入力部が２つ形成されていたが、これに限らず、３つ以上であってもよい。
また、前記各実施形態で述べた各半導体層の組成や、厚み、メサの幅、高さ等は例示であり、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１ 半導体受光素子
２ 半導体受光素子
１１ 半導体基板
１２ 光分波器（多モード干渉導波路）
１３Ａ 第一光導波路
１３Ｂ 第二光導波路
１４ 受光素子部
１５ 光導波路
２２ 光分波器（多モード干渉導波路）
２３Ａ 第一光導波路
２３Ｂ 第二光導波路
２４ 受光素子部
２５ 光導波路
３２ 光分波器（多モード干渉導波路）
４１ InP層
４２ 増倍層
４３ 電界緩和層
４４ 吸収層
４５ InP層
１２１ 入力部
１２１Ｄ ＩｎＰ層
１２２ 第一出力部
１２３ 第二出力部
１２４Ａ InP層
１２４Ｂ InGaAsP層
１２４Ｃ InP層
１３１ InP層
１３２ InGaAsP層
１３３ InP層
１４１ ＩｎＰ層
１４２ 半導体光吸収層
１４２ 吸収層
１４３ InP層
１４４ 電極
１４５ 電極
１５１Ａ ＩｎＰ層
１５１Ｂ InGaAsP層
１５１Ｃ ＩｎＰ層
２００ ＩｎＰ層
２２１ ＩｎＰ層
２４７ ＩｎＰ層
２９０ ＩｎＧａＡｓＰ層
２９１ ＩｎＰ層
２９２ ＩｎＰ層
２９３ i-ＩｎＧａＡｓ層
２９４ n-ＩｎＰ層
２９５ p-InP層
２９６ Fe-InP層
３２１ 入力部
３２２ 入力部
８０２ 基板
８０３ ガイド層
８０４ 光吸収層
８０４ 吸収層
８０５ 半導体層
９０２ InP層
９０３ 光吸収層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部からの入力光を偏光分離せずに、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、
前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、
前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを備え、
前記第一光導波路からの光は、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射する半導体受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体受光素子において、
前記光分波器の前記第一出力部および前記第二出力部から射出される光の強度は、略同一である半導体受光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体受光素子において、
前記光分波器が、多モード干渉（ＭＭＩ）構造である半導体受光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体受光素子において、
前記光分波器は、入力部を２以上備え、
一つの入力部に光源が接続され、他の入力部には光源が接続されていない半導体受光素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体受光素子において、
前記半導体光吸収層を含んだアバランシェフォトダイオードが形成されている半導体受光素子。
【請求項６】
入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部からの入力光を偏光分離せずに、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、
前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、
前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを形成し、
前記第一光導波路からの光が、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射するように、前記第一光導波路、前記第二光導波路を形成する半導体受光素子の製造方法。
【請求項１】
入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部からの入力光を偏光分離せずに、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、
前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、
前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを備え、
前記第一光導波路からの光は、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射する半導体受光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体受光素子において、
前記光分波器の前記第一出力部および前記第二出力部から射出される光の強度は、略同一である半導体受光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体受光素子において、
前記光分波器が、多モード干渉（ＭＭＩ）構造である半導体受光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体受光素子において、
前記光分波器は、入力部を２以上備え、
一つの入力部に光源が接続され、他の入力部には光源が接続されていない半導体受光素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体受光素子において、
前記半導体光吸収層を含んだアバランシェフォトダイオードが形成されている半導体受光素子。
【請求項６】
入力部と、第一出力部と、第二出力部とを含み、前記入力部からの入力光を偏光分離せずに、前記入力光よりも強度の低い光に分岐して、前記第一出力部、前記第二出力部から出力する光分波器と、
前記第一出力部からの光を伝播させる第一光導波路と、前記第二出力部からの光を伝播させる第二光導波路と、
前記第一光導波路の光射出側端面および前記第二光導波路の光射出側端面に接続された半導体光吸収層とを形成し、
前記第一光導波路からの光が、前記第二光導波路からの光とは異なる方向から前記半導体光吸収層に入射するように、前記第一光導波路、前記第二光導波路を形成する半導体受光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２８７６２３（Ｐ２０１０−２８７６２３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８４８１（Ｐ２００９−１３８４８１）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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