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JP3386011B2 - Semiconductor light receiving element - Google Patents

Semiconductor light receiving element

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Publication number
JP3386011B2
JP3386011B2 JP20151999A JP20151999A JP3386011B2 JP 3386011 B2 JP3386011 B2 JP 3386011B2 JP 20151999 A JP20151999 A JP 20151999A JP 20151999 A JP20151999 A JP 20151999A JP 3386011 B2 JP3386011 B2 JP 3386011B2
Authority
JP
Japan
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layer
light receiving
light
electrode
type
Prior art date
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JP20151999A
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Japanese (ja)
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Inventor
美樹 工原
直之 山林
康博 猪口
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Priority to CA002307745A priority patent/CA2307745A1/en
Priority to US09/566,982 priority patent/US6518638B1/en
Priority to EP00109980A priority patent/EP1069626A2/en
Publication of JP2001028454A publication Critical patent/JP2001028454A/en
Priority to US10/307,278 priority patent/US6885075B2/en
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  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は異なる波長の光λ
、λを用いて1本の光ファイバによって送受信を行
うようにした光送受信モジュールにおいて送信光の影響
を良好に遮断できる受光素子の構造に関する。1本の光
ファイバを送受信に共用する場合送信光を出すLDと受
信光を受けるPDが同一の容器や同一の基板上に設けら
れる。PDは高感度の素子である。LDは遠くまで信号
を運ぶため強烈なパワーを持っている。波長は異なるが
受光素子には送信光に対する感度があるから送信光を感
受してしまう。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a structure of a light-receiving element capable of satisfactorily blocking the influence of transmission light in an optical transmission / reception module in which transmission / reception is performed by one optical fiber using 1 and λ 2 . When one optical fiber is used for both transmission and reception, an LD that emits transmission light and a PD that receives reception light are provided on the same container or the same substrate. PD is a highly sensitive element. The LD has a strong power because it carries a signal to a long distance. Although the wavelengths are different, the light receiving element has a sensitivity to the transmitted light, and thus the transmitted light is perceived.

【0002】PDが送信光を感受することを光学的クロ
ストークという。送信光を感受すると受信光の検知を難
しくする。だからクロストークはできるだけ小さく抑制
する必要がある。送信器と受信器の間には電気回路間の
電磁結合により電気的クロストークとこの光学的クロス
トークの2種類の相互作用がある。いずれも克服すべき
難しい問題である。ここでは光学的クロストークだけを
問題にする。
Sensing the transmitted light by the PD is called optical crosstalk. Sensing the transmitted light makes it difficult to detect the received light. Therefore, crosstalk needs to be suppressed as small as possible. There are two types of interactions between the transmitter and the receiver, electrical crosstalk and optical crosstalk due to electromagnetic coupling between electrical circuits. Both are difficult problems to overcome. Here, only optical crosstalk is considered.

【0003】送信受信を1本の光ファイバで行う送受信
器は、送信光と受信光の分離の方法によって様々の態様
のものが考案されている。最も一般的なものは波長分波
器を使って送信光経路と受信光経路を分岐させるもので
ある。そのような空間的分離をするものは光学的クロス
トークの問題が比較的軽微である。より特殊な送受信モ
ジュールとして、PDとLDを1直線上に並べ送受信経
路を殆ど同一にするものがある。そのような送信受信経
路が同一のものは光学的クロストークの問題はより深刻
になる。
Transceivers for transmitting and receiving with one optical fiber have been devised in various forms depending on the method of separating the transmitted light and the received light. The most common method is to use a wavelength demultiplexer to split the transmission light path and the reception light path. The optical crosstalk problem is relatively minor in the case of such spatial separation. As a more special transmission / reception module, there is a transmission / reception module in which PD and LD are arranged in a straight line so that transmission / reception paths are almost the same. The problem of optical crosstalk becomes more serious when the same transmission and reception paths are used.

【0004】[0004]

【従来の技術】送受信モジュールの典型的な例を図1
(波長多重双方向通信)に示す。局側ではLDによっ
て信号を加入者に向けて送る。PDによって加入者側
からの信号を受ける。波長分波器2が上り下りの信号を
波長の違いによって2本の異なる光ファイバ1、7に分
離している。下り信号の波長をλ、上り信号の波長を
λ とする。いずれも1本の光ファイバ3によって上下
方向に送られる。加入者側では波長分波器4によって送
信光と受信光を異なる光ファイバ5、6に分離する。受
信光λはPDによって受信する。送信光λはLD
によって発生させる。PD、LDより先には電気
回路があるが、ここでは図示を略す。この説明で送信受
信というのは加入者側からみてのことである。上り光が
送信光、下り光が受信光である。波長分波器4によって
分岐させるからPDとLDとは空間的に離隔してい
る。
2. Description of the Related Art A typical example of a transceiver module is shown in FIG.
(Wavelength multiplexing two-way communication). LD on the station side1By
Signal to the subscriber. PD1By the subscriber side
Receive the signal from. Wavelength demultiplexer 2 sends the upstream and downstream signals
Divided into two different optical fibers 1 and 7 depending on the wavelength difference.
Separated. The wavelength of the downstream signal is λTwo, The wavelength of the upstream signal
λ 1And Both are up and down by one optical fiber 3.
Sent in the direction. On the subscriber side, it is transmitted by the wavelength demultiplexer 4.
The reflected light and the received light are separated into different optical fibers 5 and 6. Receiving
Shinmitsu λTwoIs PDTwoTo receive by. Transmit light λ1Is LD
TwoCaused by. PDTwo, LDTwoElectricity before
Although there is a circuit, illustration is omitted here. Send and receive with this description
Belief is what the subscriber sees. The rising light
The transmitted light and the downstream light are the received light. By the wavelength demultiplexer 4
PD to branchTwoAnd LDTwoSpatially separated from
It

【0005】図2は2つの波長の光λ、λを送信す
る場合を示す(波長多重一方向通信)。局側では合波器
8で異なる波長の送信光を合一させる。加入者側では波
長分波器4によって波長分離する。受信側では異なるP
、PDによってλ、λの光を分離して受信す
る。この場合もPD、PDの間での光学的クロスト
ークが問題である。
FIG. 2 shows a case where two wavelengths of light λ 1 and λ 2 are transmitted (wavelength multiplexing one-way communication). On the station side, a multiplexer 8 combines transmission lights having different wavelengths. On the subscriber side, wavelength separation is performed by the wavelength demultiplexer 4. Different P on the receiving side
The lights of λ 1 and λ 2 are separated and received by D 1 and PD 2 . Also in this case, optical crosstalk between PD 1 and PD 2 is a problem.

【0006】図3は図1、図2など光路分離された光通
信系において受信器として用いることができる従来例に
かかるPDモジュールを示す。リードピン9を有する円
形金属製ステム10の中心にサブマウント11を介して
PDチップ12が取り付けられる。ステム10の上には
レンズ13を有する円筒形キャップ14が調芯して溶接
される。さらにその上には円筒形スリーブ15が設けら
れる。スリーブ15の軸穴にはフェルール16が挿入さ
れる。フェルール16は光ファイバ17の先端を保持す
る。フェルール16の先端は斜めに研磨してある。光フ
ァイバ17を保護するためベンドリミッタ18がスリー
ブにかぶせてある。図1、2の送受信モジュールはその
ほかに送信器を含む。それは図3のPDをLDに置き換
えたものであるので説明しない。
FIG. 3 shows a conventional PD module that can be used as a receiver in an optical communication system in which optical paths are separated as shown in FIGS. The PD chip 12 is attached to the center of the circular metal stem 10 having the lead pin 9 via the submount 11. On the stem 10, a cylindrical cap 14 having a lens 13 is aligned and welded. Furthermore, a cylindrical sleeve 15 is provided thereon. The ferrule 16 is inserted into the shaft hole of the sleeve 15. The ferrule 16 holds the tip of the optical fiber 17. The tip of the ferrule 16 is obliquely polished. A bend limiter 18 covers the sleeve to protect the optical fiber 17. The transceiver module of FIGS. 1 and 2 additionally includes a transmitter. It is the one in which the PD in FIG. 3 is replaced with an LD, and will not be described.

【0007】本発明は、図1、図2のような波長分波器
を含む系でも適用でき、図1、図2は図3のような受信
器を含むので説明している。その受信器は金属ケースを
用いており光ファイバ配置は立体的である。高性能であ
るが調芯が不可欠で製造コストが高く高価であって普及
実用という点では難がある。
The present invention can be applied to a system including a wavelength demultiplexer as shown in FIGS. 1 and 2, and FIGS. 1 and 2 include a receiver as shown in FIG. 3 for explanation. The receiver uses a metal case and the optical fiber arrangement is three-dimensional. Although it has high performance, alignment is essential, manufacturing cost is high, and it is difficult to be widely used.

【0008】より安価な受光素子モジュールとして表面
実装型のものが研究されている。図4は裏面入射型のP
Dを使った表面実装型モジュールの従来例を示す。本発
明はそのような受光素子にも適用できるので予め説明す
る。長方形のSiベンチ19の中央部に縦方向のV溝2
0がエッチングによって形成してある。V溝20の終端
には傾斜したミラー面21がある。これもエッチングに
よって同時に作製される。V溝20の終端部のすぐ上に
PDチップ23が固定してある。これは裏面入射型で上
面に受光部24がある。光ファイバ22からでた光はS
iベンチ面に平行にV溝内を伝搬しミラー面21で上向
きに反射され底面からPD23に入り受光部24に到達
する。表面実装型のモジュールは調芯箇所がないので製
造容易である。
A surface mount type module has been studied as a cheaper light receiving element module. Figure 4 is a back-illuminated P
A conventional example of a surface mount module using D is shown. The present invention can be applied to such a light receiving element and will be described in advance. A vertical V groove 2 is formed in the center of the rectangular Si bench 19.
0 is formed by etching. At the end of the V groove 20, there is an inclined mirror surface 21. This is also produced at the same time by etching. The PD chip 23 is fixed just above the end of the V groove 20. This is a back-illuminated type and has a light receiving portion 24 on the upper surface. The light emitted from the optical fiber 22 is S
The light propagates in the V groove parallel to the i bench surface, is reflected upward by the mirror surface 21, enters the PD 23 from the bottom surface, and reaches the light receiving portion 24. The surface mount type module is easy to manufacture because it has no centering point.

【0009】図3、図4の受光素子モジュールはともに
図1、図2の波長分波器によって分離された受信光を検
知するために用いることができる。波長分波器は例えば
Si基板上に波長選択性のある分岐導波路を作ることに
よって製造できる。しかし波長分波器にも色々有って図
5のようなプリズム型波長分波器を用いることができ
る。図5において透明の三角柱ガラスブロック25、2
6は斜辺面に誘電体多層膜27が積層してあり、それが
波長選択性を持つ。光ファイバ28から出た異なる波長
の光を一方は反射し、一方は透過するというような選択
性である。しかし、ここでは送信光と受信光を合成する
ための選択性を持つようにしている。光の相反性がある
から同じ選択性を異なる用途に利用しているだけであ
る。光ファイバ28から出た受信光λは多層膜27で
反射されPD30に導かれる。LD29から出た送信光
λは多層膜27を透過してファイバ28に入る。本発
明はそのような送受信モジュールにも利用できるから準
備的に説明した。
Both the light receiving element modules of FIGS. 3 and 4 can be used to detect the received light separated by the wavelength demultiplexer of FIGS. 1 and 2. The wavelength demultiplexer can be manufactured, for example, by forming a wavelength selective branching waveguide on a Si substrate. However, there are various wavelength demultiplexers, and a prism type wavelength demultiplexer as shown in FIG. 5 can be used. In FIG. 5, transparent triangular prism glass blocks 25, 2
6, the dielectric multilayer film 27 is laminated on the hypotenuse surface, which has wavelength selectivity. The selectivity is such that light of different wavelengths emitted from the optical fiber 28 is reflected on one side and transmitted on the other side. However, here, it has a selectivity for combining the transmitted light and the received light. Due to the reciprocity of light, the same selectivity is only used for different purposes. The received light λ 2 emitted from the optical fiber 28 is reflected by the multilayer film 27 and guided to the PD 30. The transmission light λ 1 emitted from the LD 29 passes through the multilayer film 27 and enters the fiber 28. The present invention can be applied to such a transmission / reception module, and thus has been described in a preliminary manner.

【0010】しかしながら、なんといっても本発明が最
も好適に適用できるのは波長分波器によって経路分離し
ないような送受信モジュールである。これまで述べたも
のと区別するために、ここでは経路非分離型と仮に呼ぼ
う。それは本発明者が初めて提唱したものであって未だ
特殊なモジュールということができる。図6は経路非分
離型のものを示す。本発明の用途として図6のものが本
命である。
However, the best application of the present invention is to a transmitting / receiving module in which the wavelength demultiplexer does not separate the paths. In order to distinguish it from the ones described so far, let's call it non-separable type. It was first proposed by the present inventor and can be said to be a special module. FIG. 6 shows a non-separated type. As the application of the present invention, the one shown in FIG. 6 is a favorite.

【0011】ハウジング31の内部にSiベンチがある
が、ここでは図示を略している。光ファイバ32が縦方
向に設けられる。光ファイバの先端に対向するようLD
33が取り付けられる。光ファイバ32の途中にWDM
フィルタ35があって波長分離するようになっている。
WDM35の直上にPD34がある。LD33の出すλ
の送信光は例えば1mWの強いものである。これが光
ファイバ32を通って外部へ出て行く。外部から光ファ
イバを伝わってきた受信光λはWDM35で反射され
PD34の裏面に入り受光部36で検知される。送信光
λは強い光であり、受信光λは弱い光である。光フ
ァイバ32の中でWDMまでの経路が同一である。方向
は反対であってWDMによって分離されるというもの
の、送信光の一部がPDに入ることがある。これが光学
的クロストークを引き起こす。僅かな割合であっても、
もとの送信光パワーは大きく受信光は微弱であるから受
信光にとって無視できない大きいノイズとなる。
Although a Si bench is provided inside the housing 31, it is not shown here. The optical fiber 32 is provided in the vertical direction. LD to face the tip of the optical fiber
33 is attached. WDM in the middle of the optical fiber 32
There is a filter 35 for wavelength separation.
The PD 34 is located directly above the WDM 35. LD of LD33
1 of the transmitted light is stronger example of 1 mW. This goes out through the optical fiber 32. The received light λ 2 transmitted from the outside through the optical fiber is reflected by the WDM 35, enters the back surface of the PD 34, and is detected by the light receiving unit 36. The transmitted light λ 1 is strong light and the received light λ 2 is weak light. The paths to the WDM in the optical fiber 32 are the same. Although in the opposite direction and separated by WDM, some of the transmitted light may enter the PD. This causes optical crosstalk. Even a small percentage
Since the original transmitted light power is large and the received light is weak, the received light becomes a large noise that cannot be ignored.

【0012】図7のような従来例にかかるPDを用いた
ときは単にノイズというようなものではない。送信光ノ
イズが受信光自身を上回りS/N比が1をはるかに越え
てしまう場合も起こりうる。図7のInP系の受光素子
の製造は、n−InP基板37の上に、n−InPバッ
ファ層38、n−InGaAs受光層39、n−InP
窓層40を積層したエピタキシャルウエハから出発す
る。Zn拡散によってp型領域41を作製し、その上に
環状のp電極42を形成する。p電極42の内側に反射
防止膜43を、外側にパシベーション膜44を乗せる。
裏面にはn電極45を形成する。入射光は上面から入射
する。
When the conventional PD shown in FIG. 7 is used, it is not simply noise. It may happen that the transmitted light noise exceeds the received light itself and the S / N ratio far exceeds 1. The InP-based light receiving element shown in FIG. 7 is manufactured by forming the n-InP buffer layer 38, the n-InGaAs light receiving layer 39, and the n-InP on the n-InP substrate 37.
Starting from an epitaxial wafer on which a window layer 40 is laminated. A p-type region 41 is produced by Zn diffusion, and an annular p-electrode 42 is formed thereon. An antireflection film 43 is placed inside the p-electrode 42, and a passivation film 44 is placed outside.
An n electrode 45 is formed on the back surface. Incident light enters from the upper surface.

【0013】図8は図7の受光素子の感度特性を示す。
短波長側で感度が低下するPの部分はInP窓層のバン
ドギャップに対応する。それ以下の波長の光はInP窓
層によって吸収されるから感受されない。長波長側で感
度が低下するRの部分はInGaAs受光層のバンドギ
ャップにあたる。それ以下の低エネルギー(ここではフ
ォトンのエネルギー(hν)をさす。)の光は受光層バ
ンドギャップ以下だから感受できない。この受光素子
は、InP窓層のバンドギャップPからInGaAs受
光層のバンドギャップRまで広い範囲Qに感度を有す
る。1.3μm帯にも1.55μm帯にも充分な感度を
持っている。
FIG. 8 shows the sensitivity characteristic of the light receiving element of FIG.
The P portion where the sensitivity decreases on the short wavelength side corresponds to the band gap of the InP window layer. Light of wavelengths shorter than that is not perceived because it is absorbed by the InP window layer. The R portion where the sensitivity decreases on the long wavelength side corresponds to the band gap of the InGaAs absorption layer. Light with a lower energy (here, the photon energy (hν)) is less than the band gap of the light-receiving layer and cannot be sensed. This light receiving element has sensitivity in a wide range Q from the band gap P of the InP window layer to the band gap R of the InGaAs light receiving layer. It has sufficient sensitivity for both 1.3 μm band and 1.55 μm band.

【0014】だから光通信に使われる長波長光に対して
は図7の受光素子が最も一般的に用いられる。図7の従
来構造のPDでは、図8のように1μm〜1.65μm
まで感度がある。このような広い範囲で感度があるとい
うことは同じ受光素子を1.3μmにも1.55μmに
も利用できるという点では長所である。しかし反面、送
受信モジュールに用いると送信光を感じ光学的クロスト
ークを引き起こすという欠点がある。
Therefore, the light receiving element of FIG. 7 is most commonly used for long-wavelength light used for optical communication. In the conventional PD shown in FIG. 7, 1 μm to 1.65 μm as shown in FIG.
There is even sensitivity. The sensitivity in such a wide range is an advantage in that the same light receiving element can be used for 1.3 μm and 1.55 μm. However, on the other hand, when it is used in a transmission / reception module, it has a drawback that it feels transmission light and causes optical crosstalk.

【0015】もしも送信光が受信光よりもエネルギーが
低い場合は、PDの受光層を工夫することによってクロ
ストークを減らすこともできる。PDは受光層のバンド
ギャップよりエネルギーの高い光を吸収し光電流に変え
るが、バンドギャップより低いエネルギーの光は透過す
るから感受できない。送信光エネルギーと受信光エネル
ギーの中間のエネルギーのバンドギャップを持つような
受光層を選べば受信光だけを選択的に感受するPDがで
きよう。
If the energy of the transmitted light is lower than that of the received light, crosstalk can be reduced by devising the light receiving layer of the PD. PD absorbs light having energy higher than the bandgap of the light-receiving layer and converts it into photocurrent, but cannot perceive light having energy lower than the bandgap. If a light-receiving layer having a band gap between the transmitted light energy and the received light energy is selected, a PD that selectively receives only the received light can be formed.

【0016】しかし反対に、送信光λが受信光λ
りエネルギーが高い(λ<λ)場合はそのような手
段を使う事ができない。受光層のバンドギャップを工夫
するということではクロストークを押さえることができ
ない。本発明はそのような場合を対象にする。つまり送
信光波長は、受信光波長より短いのである。例えばλ
=1.3μm送信、λ=1.55μm受信というよう
な場合である。図1、図2のようなY分岐を有する波長
分波器を用いる時でもWDMの性能は不十分であるとク
ロストークは大きくなるし、図6のように経路非分離型
の場合クロストークはいっそう著しい。
However, on the contrary, the transmitted light λ1Is the received light λTwoYo
High energy (λ1Two) If such a hand
I can't use the steps. The bandgap of the absorption layer is devised
By doing so, you can suppress crosstalk
Absent. The present invention is directed to such cases. That is, send
The light wavelength is shorter than the received light wavelength. For example λ 1
= 1.3 μm transmission, λTwo= 1.55μm reception
That is the case. Wavelength with Y-branch as in FIGS. 1 and 2
The performance of WDM is insufficient even when using a duplexer.
Loss talk becomes large, and as shown in Fig. 6, the route is not separated.
In the case of, crosstalk is more remarkable.

【0017】図6の送受信モジュールにおいて、どのよ
うなわけで光学的クロストークが起こるのかを述べよ
う。図6の素子は実際にはSiプラットフォーム(Si
ベンチ)上に配置されたLDからの強い送信光(λ
が全部光ファイバに入るのではなくSiプラットフォー
ム、樹脂をも照らす。LD出射光はかなりの角度をもっ
て広がるからである。送信光λに対してSiベンチは
透明である。これがそもそもの問題の発端である。LD
などは透明の樹脂で覆う。Siベンチや透明樹脂の空間
に入った送信光λはSiを透過し反射され散乱され
る。樹脂の分布、Siプラットフォームの形状、素子配
置によって様々の散乱光が生じる。λの反射散乱光の
軌跡は複雑である。PDからみるとSiプラットフォー
ムの全体がλ で明るく輝いているかのようである。
In the transmitting / receiving module of FIG.
State why optical crosstalk occurs
U The device of FIG. 6 is actually a Si platform (Si
Intense transmitted light (λ from the LD placed on the bench)1)
Does not enter the optical fiber
It also illuminates the resin. LD emitted light has a considerable angle
Because it spreads. Transmit light λ1On the other hand, the Si bench is
It is transparent. This is the origin of the problem. LD
Etc. are covered with transparent resin. Space for Si bench and transparent resin
Transmitted light entering λ1Is transmitted through Si, reflected and scattered
It Resin distribution, Si platform shape, element distribution
Depending on the position, various scattered light is generated. λ1Reflection of scattered light
The trajectory is complicated. Seen from PD, Si platform
The whole area is λ 1It seems that it is shining brightly.

【0018】可視光でないから人間の視覚には感じない
がPDには見える。様々の方角から様々の高さからλ
がPDに入射する。裏面からも上面からも側面からもP
Dに入る。だから光ファイバを通らない送信光がPDに
入りクロストークを引き起こす。そのようなWDMを経
由しないλ散乱光によるクロストークは、WDMの性
能をいくら引上げても抑止できない。
Since it is not visible light, it is not visible to human eyes, but it is visible to PD. From different directions From different heights From λ 1
Is incident on the PD. P from the back, top, and sides
Enter D. Therefore, the transmitted light that does not pass through the optical fiber enters the PD and causes crosstalk. Such crosstalk due to λ 1 scattered light that does not pass through WDM cannot be suppressed even if the performance of WDM is improved.

【0019】しかしそのようなことはわからなかったの
で、かつては送信光がPDに入るのはWDMフィルタの
不完全によるものと思われた。だとすればWDMからP
Dに至る経路で送信光波長だけを除去する工夫をすれば
良いのだと考えられた。
However, since such a thing was not known, it was once thought that the transmitted light enters the PD due to the incompleteness of the WDM filter. If so, WDM to P
It was thought that it would be sufficient to devise to remove only the transmission light wavelength on the route to D.

【0020】そこで本発明者は送信光λだけを吸収し
受信光λを通すような波長選択性のある吸収層をPD
チップ内に設けるという頗る巧妙な構造のPDを発明し
た。 特開平11−83619号(出願人:住友電気工業株
式会社、発明者:工原美樹、中西裕美、寺内均、199
7年9月3日出願)である。図9にそのような吸収層を
有するPDの基本構造を示す。n型InP基板46の上
にn型InGaAs受光層47を設ける。n型InGa
As受光層47の中央部にはZn拡散によりp型領域4
8を形成する。pn接合に接してi層49(空乏層)が
できる。p型領域48の上にはp電極50を設ける。p
電極の外側にはpn接合を覆うようにパシベーション膜
51(例えばSiN)を設ける。n型InP基板46の
裏面にはn型InGaAsP吸収層52を設ける。その
さらに下にはリング状のn電極53を形成する。中央部
が入射窓になり反射防止膜54によって被覆される。
Therefore, the present inventor uses a PD having an absorption layer having a wavelength selectivity that absorbs only the transmitted light λ 1 and transmits the received light λ 2.
He invented a PD with a very clever structure that it is provided in a chip. JP-A-11-83619 (Applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd., inventors: Miki Kohara, Hiromi Nakanishi, Hitoshi Terauchi, 199.
Application dated September 3, 7). FIG. 9 shows the basic structure of a PD having such an absorption layer. An n-type InGaAs light receiving layer 47 is provided on the n-type InP substrate 46. n-type InGa
In the central portion of the As light receiving layer 47, the p-type region 4 is formed by Zn diffusion.
8 is formed. An i layer 49 (depletion layer) is formed in contact with the pn junction. A p-electrode 50 is provided on the p-type region 48. p
A passivation film 51 (eg, SiN) is provided outside the electrodes so as to cover the pn junction. An n-type InGaAsP absorption layer 52 is provided on the back surface of the n-type InP substrate 46. A ring-shaped n-electrode 53 is formed further below. The central portion serves as an entrance window and is covered with the antireflection film 54.

【0021】図10はより具体的なPDの構造を示す。
実際には結晶性を改善するために、n型InP基板46
とInGaAs受光層47の間にn型InPバッファ層
56を設ける。さらにInGaAs受光層47の上にI
nP窓層55を設ける。窓層55からZn拡散によって
p領域48を作製しp電極50を形成する。すでに述べ
たようにInP基板46やInPバッファ層56がある
ので、もしInGaAsP吸収層52がないと図8のよ
うな感度曲線においてPの感度下限が生じる。
FIG. 10 shows a more specific PD structure.
In practice, the n-type InP substrate 46 is used to improve the crystallinity.
An n-type InP buffer layer 56 is provided between and the InGaAs light receiving layer 47. Furthermore, I is formed on the InGaAs light receiving layer 47.
An nP window layer 55 is provided. The p region 48 is formed from the window layer 55 by Zn diffusion, and the p electrode 50 is formed. Since the InP substrate 46 and the InP buffer layer 56 are provided as described above, if the InGaAsP absorption layer 52 is not provided, the sensitivity lower limit of P occurs in the sensitivity curve as shown in FIG.

【0022】これは裏面入射型で図6のようなモジュー
ルに使われる。InGaAsP吸収層52がこのPDの
新規な点である。四元化合物であるからバンドギャップ
と格子定数は自在に選ぶことができる。およそ半導体、
絶縁体はバンドギャップより大きいエネルギーの光を吸
収できバンドギャップより小さいエネルギーの光は吸収
できない。そこで吸収層52のバンドギャップを送信光
λエネルギーと受信光λエネルギーの中間に選ぶと
λのみを選択的に吸収するものができる筈である。
This is a back-illuminated type and is used for a module as shown in FIG. The InGaAsP absorption layer 52 is a novel point of this PD. Since it is a quaternary compound, the band gap and lattice constant can be freely selected. About semiconductor,
The insulator can absorb light with energy larger than the band gap and cannot absorb light with energy smaller than the band gap. Therefore, if the band gap of the absorption layer 52 is selected between the energy of the transmitted light λ 1 and the energy of the received light λ 2 , it should be possible to selectively absorb only λ 1 .

【0023】たとえば送信光を1.3μm、受信光を
1.55μmとすると、吸収層バンドギャップ波長は
1.4μm程度にする。この吸収層は1×1018cm
−3のキャリヤ濃度(電子濃度)とし、厚みは例えば5
μmとする。かなり厚い吸収層である。また電子濃度も
かなり高くする。吸収層が厚いのは1.3μm光を充分
に吸収するためである。この吸収層の1.3μm光に対
する減衰定数αはα=10 cm−1である。膜厚が5
μmだと減衰はexp(−αd)=0.007となり透
過率が0.7%と充分に小さくなる。電子濃度が高いの
は一つはPDの順方向抵抗が高く成りすぎないためであ
る。もう一つは1.3μm光を吸収層が吸収して電子正
孔対を作るが正孔が再結合しやすいという意味もある。
n型だから電子の方は初めからたくさんあって問題な
い。吸収層は送信光を吸収し受信光だけを選択的に通す
から送信受信光間の光学的クロストークを防ぐ上に極め
て有効である。
For example, the transmitted light is 1.3 μm and the received light is
Assuming 1.55 μm, the absorption layer bandgap wavelength is
It is about 1.4 μm. This absorption layer is 1 × 1018cm
-3The carrier concentration (electron concentration) of
μm. It is a fairly thick absorption layer. Also the electron concentration
Make it quite high. Thick absorption layer is enough for 1.3 μm light
This is because it is absorbed in. This absorption layer is compatible with 1.3 μm light
Damping constant α is α = 10 Fourcm-1Is. Film thickness is 5
If it is μm, the attenuation is exp (-αd) = 0.007 and
The excess rate is 0.7%, which is sufficiently small. Electron concentration is high
One is because the forward resistance of PD does not become too high.
It The other is that the absorption layer absorbs 1.3 μm light and
Although it makes a hole pair, it also means that holes are likely to recombine.
Since it is n-type, there are many electrons from the beginning, which is a problem.
Yes. Absorption layer absorbs transmitted light and selectively passes only received light
To prevent optical crosstalk between transmitted and received light
Is effective.

【0024】図11はInGaAsP吸収層52の透過
率の波長依存性を示す。InGaAsPの混晶比をバン
ドギャップ波長がλ=1.42μmになるように選ん
である。だから1.42μmより短い波長は吸収し、
1.42μmより長い波長は透過する。PDの感度は
1.55μm光に対し1A/W、1.3μm光に対し
0.01A/W以下であったと述べている。消光比は1
/100以下である(20dB)。
FIG. 11 shows the wavelength dependence of the transmittance of the InGaAsP absorption layer 52. The mixed crystal ratio of InGaAsP is selected so that the bandgap wavelength is λ g = 1.42 μm. So it absorbs wavelengths shorter than 1.42 μm,
Wavelengths longer than 1.42 μm are transmitted. It is stated that the sensitivity of PD was 1 A / W for 1.55 μm light and 0.01 A / W or less for 1.3 μm light. Extinction ratio is 1
/ 100 or less (20 dB).

【0025】裏面入射型PDであるから、裏面からλ
とλが入射すると吸収層52はλ をそのまま通し、
λを吸収する。つまり送信光はここで吸収されてしま
い受光層まで行かない。だからLD送信光はPDに入ら
ず光学的クロストークは起こらない。これは図6の光学
系で有効であるし、図1、図2の場合でもWDMフィル
タでは分離しきれなかった1.3μm光を吸収層で落と
すことができる。
Since the back-illuminated PD is used,1
And λTwoIs incident on the absorption layer 52, TwoThrough,
λ1Absorbs. In other words, the transmitted light is absorbed here.
Do not go to the light receiving layer. So the LD transmitted light enters PD
No optical crosstalk occurs. This is the optics of FIG.
It is effective in the system, and even in the case of FIG. 1 and FIG.
The 1.3 μm light that could not be separated by the
You can

【0026】極めて巧妙で優れた発明である。n型In
P基板46の上側にn型InGaAs受光層47、下側
にn型InGaAsP吸収層52を有する。両方ともエ
ピタキシャル成長によって形成するが、両面エピタキシ
ャルなので製造方法はやや複雑である。吸収層と受光層
が基板の反対側にあるから、吸収によって発生した電子
正孔対が受光層に何等の影響を及ぼすことなく消滅する
という利点がある。だから厚みを考えるときは、1.3
μm光の光電変換exp(−αd)だけと考えれば良
い。これが充分に小さければ良いのである。邪魔な1.
3μm光を除去できるから送受信光間のクロストークを
完全に除くことができると考えられた。
It is a very clever and excellent invention. n-type In
An n-type InGaAs absorption layer 47 is provided on the upper side of the P substrate 46, and an n-type InGaAsP absorption layer 52 is provided on the lower side. Both are formed by epitaxial growth, but the manufacturing method is rather complicated because both sides are epitaxial. Since the absorption layer and the absorption layer are on the opposite side of the substrate, there is an advantage that electron-hole pairs generated by absorption disappear without affecting the absorption layer. Therefore, when considering the thickness, 1.3
It may be considered as only the photoelectric conversion exp (-αd) of the μm light. I hope this is small enough. Annoying 1.
It was considered that the crosstalk between the transmitted light and the received light can be completely eliminated because the 3 μm light can be removed.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】ところが必ずしもそう
でないことが分かってきた。の発明は裏面からまっす
ぐに入射する1.3μm漏れ光にはたいへん効果があ
る。必ず吸収層を通るからである。しかし送受信モジュ
ールにおいてLDからの光はそのような単純なものでな
く複雑な散乱、乱反射をするものである。LDは共振器
長が短いからそもそも出射角が広い。レンズを使わない
から出射光が上下左右に広がる。LD光のかなりのパワ
ーは光ファイバに入らない。図6のようにSiベンチを
使ってファイバ延長上にPD、LDを乗せる非分離型の
ものはLDからの光がSiベンチ全体を明るく照らす。
これは思いがけないことであった。λに対しSiベン
チは透明であるから、Siベンチや透明樹脂からのλ
の散乱光が生ずる。つまりWDMの不完全のためという
よりLDから出た光が光ファイバに入らないための散乱
光が多いのである。これに対してはWDMの性能を向上
しても無意味である。
However, it has been found that this is not always the case. The invention of (1) is extremely effective for 1.3 μm leaked light that is directly incident from the back surface. This is because it always passes through the absorption layer. However, in the transceiver module, the light from the LD is not such a simple one, but is complicatedly scattered and irregularly reflected. Since the resonator length of the LD is short, the emission angle is wide in the first place. Since no lens is used, the emitted light spreads vertically and horizontally. No significant power of LD light enters the optical fiber. As shown in FIG. 6, in the non-separable type in which the PD and LD are placed on the fiber extension using the Si bench, the light from the LD illuminates the entire Si bench brightly.
This was unexpected. Si bench since it is transparent to λ 1, λ 1 from the Si bench and a transparent resin
Scattered light is generated. That is, there is much scattered light because the light emitted from the LD does not enter the optical fiber, rather than because the WDM is incomplete. On the other hand, it is meaningless to improve the performance of WDM.

【0028】LDから出てファイバに入って送信光にな
らないλ光を迷光とよぶ。迷光は図6のハウジング内
に充満していると言って良い。裏面入射型だから裏面か
らλ が来るとは限らない。InP基板は200μmも
の厚みがある。だから基板側面から入る迷光がある。上
面から入る迷光もある。基板より下にInGaAsP吸
収層52があっても、PD上面やPD側面から入った迷
光(λ)を吸収することはできない。側面から入った
λの迷光は図9の空乏層49やp領域48に到達し光
電流を発生する。つまり底面の吸収層52は側面や上面
からの迷光に対してはまったく無力と言う他はない。し
かもPDに入る迷光は下方からよりも上方から側方から
という方がむしろ多いということがわかってきた。
The light emitted from the LD enters the fiber and becomes the transmitted light.
Not λ1The light is called stray light. Stray light is inside the housing of Figure 6
Can be said to be full. Since it is a back-illuminated type, is it the back side?
Λ 1Does not always come. InP substrate is 200μm
There is a thickness of. Therefore, there is stray light entering from the side of the board. Up
There is also stray light entering from the surface. InGaAsP absorption below the substrate
Even if there is a collecting layer 52, it is a stray that entered from the PD top surface or PD side surface
Light (λ1) Cannot be absorbed. Entered from the side
λ1Stray light reaches the depletion layer 49 and p region 48 in FIG.
Generates electric current. That is, the bottom absorption layer 52 is
There is nothing but helplessness to the stray light from. Shi
Even the stray light entering the PD is from the upper side rather than the lower side.
It has become clear that there are more people.

【0029】上方からの迷光に対してはp電極を広く
し、p電極以外の部分は不透明の材料で覆うというよう
なことも可能である。しかしPDはウエハプロセスによ
って製造するからウエハを多数のチップに切断しPDチ
ップにしたあと側面になんらかの加工をするというよう
なことは難しい。チップ側面の厚みは200μmもある
が、これは露呈したままになる。側面に被覆をして側面
から迷光が入るのを防ぐというようなことは難しい。
It is also possible to widen the p electrode against stray light from above and cover the portion other than the p electrode with an opaque material. However, since the PD is manufactured by a wafer process, it is difficult to cut the wafer into a large number of chips, form PD chips, and then perform some processing on the side surface. The thickness of the side surface of the chip is as large as 200 μm, but this remains exposed. It is difficult to cover the sides and prevent stray light from entering from the sides.

【0030】WDMフィルタやWDMカプラでの波長分
離比は15dBから20dBである。一方受信器全体と
しては、少なくとも30dB、望ましくは40dBの波
長分離比が必要とされる。例えばLDが1mW(=0d
Bm)で光ファイバから出る受信光の最小受信限界が−
30dBmだとし、PDに入射する送信光の受信光に対
するパワー比が−10dBでなければならないとする
と、全体として波長分離は40dB必要である。送信光
受信光の比が−15dB(約1/30)で最小受信感度
が−35dBmとすると50dBもの波長分離比が要求
される。
The wavelength separation ratio in the WDM filter or WDM coupler is 15 dB to 20 dB. On the other hand, the receiver as a whole needs to have a wavelength separation ratio of at least 30 dB, preferably 40 dB. For example, LD is 1mW (= 0d
In Bm), the minimum reception limit of the received light emitted from the optical fiber is −
If the power ratio of the transmitted light incident on the PD to the received light is -10 dB, the wavelength separation is required to be 40 dB as a whole. If the ratio of transmitted light to received light is -15 dB (about 1/30) and the minimum receiving sensitivity is -35 dBm, a wavelength separation ratio of 50 dB is required.

【0031】波長の長い受信光λと波長の短い送信光
λを送受信する装置において送信光の迷光が入らない
ようにしたPDの構造を提供することが本発明の目的で
ある。
It is an object of the present invention to provide a structure of a PD which prevents stray light of transmitted light from entering in a device which transmits and receives received light λ 2 having a long wavelength and transmitting light λ 1 having a short wavelength.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明では、基板より上
で受光層のすぐ下に、送信光λを選択的に吸収するI
nGaAsP系の吸収層を設ける。と違って基板の上
に吸収層を設けるのである。吸収層が基板の下()と
いうのと、基板の上(本発明)というだけの違いだけで
ある。基板の直上受光層直下に吸収層を設けるのであ
る。すると直下からだけでなく、側面や斜め下からのλ
(1.3μm光)もこの吸収層で全て吸収される。吸
収され受光層に達しないからクロストークが著しく減少
する。四元混晶のInGaAsPのバンドギャップ波長
λがλとλの中間の値(λ<λ<λ)にな
るよう混晶比を決める。厚みdは5μm程度が好適であ
り、3μm〜10μmである。薄いと1.3μm光を完
全に吸収できない。厚いとエピタキシャル成長時間がか
かり材料コストも増加する。厚みについては後に詳しく
述べる。キャリヤ(電子)濃度はかなり高いことが必要
である。1018cm −3程度が望ましい。キャリヤ濃
度が低いとPDの順方向抵抗が大きくなり良くないし
1.3μm光でできた正孔を再結合させる時間が掛か
る。と違い再結合による正孔の消滅が重要である。こ
れについても後に説明する。
SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, above the substrate
Immediately below the absorption layer at1To selectively absorb I
An nGaAsP-based absorption layer is provided. On the board unlike
The absorption layer is provided on. The absorption layer is below the substrate ()
Only because it is on the board (invention)
is there. The absorption layer is provided immediately above the substrate and immediately below the light-receiving layer.
It Then, not only from directly below, but also from the side and diagonally below
1All (1.3 μm light) is also absorbed by this absorption layer. Sucking
Crosstalk is significantly reduced because it is collected and does not reach the light receiving layer
To do. Bandgap wavelength of quaternary mixed crystal InGaAsP
λgIs λ1And λTwoIntermediate value of (λ1gTwo)
To determine the mixed crystal ratio. The thickness d is preferably about 5 μm
Is 3 μm to 10 μm. If it is thin, 1.3 μm light is completed
I can't absorb everything. If it is thick, the epitaxial growth time will increase
The material cost also increases. More about thickness later
Describe. Carrier (electron) concentration must be fairly high
Is. 1018cm -3The degree is desirable. Carrier rich
If the degree is low, the forward resistance of the PD becomes large, which is not good.
It takes time to recombine the holes created by 1.3 μm light
It Unlike that, the disappearance of holes due to recombination is important. This
This will also be described later.

【0033】この構造はチップ周辺が外界に曝されてい
るあらゆるPDに有効である。裏面入射型、上面入射
型、側面入射型、導波路型などどのようなPDにも適用
することができる。
This structure is effective for any PD in which the periphery of the chip is exposed to the outside. It can be applied to any PD such as back-illuminated type, top-illuminated type, side-illuminated type, and waveguide type.

【0034】さらに中央のp領域を囲むように周辺部p
領域(拡散遮蔽層とよぶ)を設けると、真横からの光に
よるキャリヤはここで消滅する。
Further, the peripheral portion p is formed so as to surround the central p region.
When a region (referred to as a diffusion shielding layer) is provided, carriers due to light from the immediate side disappear here.

【0035】InGaAs受光層の上にInP窓層を形
成するとさらによい。InP窓層を設けておくと、pn
接合の表面部分をパシベーション膜で安定化させ、暗電
流を下げると共に長期信頼性の確保にも有効である。
It is more preferable to form an InP window layer on the InGaAs light receiving layer. If an InP window layer is provided, pn
The surface of the junction is stabilized by a passivation film, which is effective in reducing dark current and ensuring long-term reliability.

【0036】吸収層と受光層の間に結晶性を改善するた
めに低ドープInPバッファ層を設けるのも有効であ
る。不純物濃度が高いと格子構造が乱れ結晶性が悪くな
ることがある。吸収層はドーパント濃度が高いからバッ
ファ層で結晶性を回復するのである。
It is also effective to provide a low-doped InP buffer layer between the absorption layer and the light-receiving layer to improve crystallinity. If the impurity concentration is high, the lattice structure may be disturbed and the crystallinity may deteriorate. Since the absorption layer has a high dopant concentration, the buffer layer restores the crystallinity.

【0037】吸収層の厚みdについて説明する。これま
で何度か述べているが、ここでより詳しく述べよう。吸
収係数をα、厚みをd、透過率をTとする。表面裏面で
の反射がないとすると、
The thickness d of the absorption layer will be described. I've said this a few times, but here's more. The absorption coefficient is α, the thickness is d, and the transmittance is T. If there is no reflection on the front and back,

【0038】T=exp(−αd) (1)T = exp (-αd) (1)

【0039】である。αは結晶組成によって変わるが、
例えば本発明のある例では、吸収端1.42μmの組成
のとき、α=1×10cm−1である。この関係を図
22に示す。吸収層では1.55μm光は殆ど吸収され
ない(T=1)ので、Tが(1.55μm光を通し1.
3μm光を除く)フィルタとしての効果を表す数字とみ
なすことができる。
[0039] α changes depending on the crystal composition,
For example, in one example of the present invention, α = 1 × 10 4 cm −1 when the composition has an absorption edge of 1.42 μm. This relationship is shown in FIG. Since 1.55 μm light is hardly absorbed in the absorption layer (T = 1), T passes through (1.55 μm light and 1.
It can be regarded as a number indicating the effect as a filter (excluding 3 μm light).

【0040】 フィルタ効果=−10logT=4.343αd (2) (α−1=1μmとして)Filter effect = −10 log T = 4.343 αd (2) (As α −1 = 1 μm)

【0041】図22から10dBのフィルタ効果(T=
10%)を得るためには、d=2.3μm以上であるこ
とが必要である。20dBのフィルタ効果(T=1%)
を得るためにはd=4.6μmの厚みが必要である。エ
ピタキシャル成長層の厚みのばらつきを考慮すれば、2
0dBのフィルタ効果(1%)を確保しようとするとd
=4〜6μm、つまり5μm程度の厚みが好ましいとい
うことになる。
From FIG. 22, a filter effect of 10 dB (T =
10%), it is necessary that d = 2.3 μm or more. 20dB filter effect (T = 1%)
In order to obtain, a thickness of d = 4.6 μm is required. Considering the variation in the thickness of the epitaxial growth layer, 2
When trying to secure the filter effect of 0 dB (1%), d
= 4 to 6 μm, that is, a thickness of about 5 μm is preferable.

【0042】フィルタ効果からいえばもっと吸収層厚み
を増やした方がよい。しかしあまり吸収層が厚いと結晶
性が低下する。吸収層はドーパント濃度が高いし四元の
混晶であるから厚い層にすると結晶性が劣化する。結晶
性が多少悪くなってもその上にInPのバッファ層を入
れると、ある程度結晶性は回復する。だから10μm程
度の厚みは許容される。
In terms of filter effect, it is better to increase the thickness of the absorption layer. However, if the absorption layer is too thick, the crystallinity will decrease. Since the absorption layer has a high dopant concentration and is a quaternary mixed crystal, a thick layer deteriorates the crystallinity. Even if the crystallinity is deteriorated to some extent, the crystallinity is recovered to some extent when an InP buffer layer is put on the crystal layer. Therefore, a thickness of about 10 μm is allowed.

【0043】そのように送信光を吸収するというだけな
らで述べたようにTだけの問題ですむ。しかし本発明
はと違って吸収層を受光層の近傍に入れているから、
もう一つキャリヤの早期再結合という問題がある。不要
なλ(1.3μm光)が吸収層で吸収され電子正孔対
を作るが、これが流れてしまうと光電流になり1.3μ
m光がノイズとなって信号に含まれる。これが光電流に
ならない内に早期に再結合させなければならない。吸収
層には再結合分の厚みも必要だということである。吸収
層はn型InGaAsPであるから電子正孔対ができた
場合電子は多数キャリヤであって既にたくさんの伝導電
子が存在するから別段問題でない。
If only the transmitted light is absorbed as described above, the problem of T is sufficient as described in. However, unlike the present invention, since the absorption layer is placed in the vicinity of the light receiving layer,
Another problem is the early recombination of carriers. Unwanted λ 1 (1.3 μm light) is absorbed by the absorption layer to form electron-hole pairs, but if this flows, it becomes photocurrent and 1.3 μm.
m light becomes noise and is included in the signal. It must be recombined early before it becomes a photocurrent. This means that the recombination thickness is also necessary for the absorption layer. Since the absorption layer is n-type InGaAsP, if electron-hole pairs are formed, the electrons are majority carriers and a large number of conduction electrons already exist, so there is no particular problem.

【0044】吸収層において正孔が小数キャリヤであ
る。n型吸収層はキャリヤ濃度が高いから電界は利かな
い(電界=0)。しかしp領域にむけて正孔濃度勾配が
あるから正孔は濃度勾配によってp領域に向かって拡散
する。拡散の間に大量の電子と相互作用して再結合し消
滅する。再結合消滅までに拡散する長さのことを拡散長
という。実際には正孔寿命をτ、拡散係数をDとし
たとき(Dτ)の平方根として拡散長Ldhが定義され
る。Ldh=(Dτ)1/2。拡散というのは一方向の
動きでなく行きつ戻りつした運動の総体であるから、D
自体は変位xの2乗を時間tで割ったもの、x/tの
極限として定義される。
Holes are minority carriers in the absorption layer. Since the n-type absorption layer has a high carrier concentration, an electric field is not effective (electric field = 0). However, since there is a hole concentration gradient toward the p region, holes diffuse toward the p region due to the concentration gradient. During diffusion, they interact with a large amount of electrons, recombine, and disappear. The length of diffusion until the recombination disappears is called diffusion length L d . Actually, the diffusion length L dh is defined as the square root of (D τ) where τ is the hole lifetime and D is the diffusion coefficient. L dh = (Dτ) 1/2 . Diffusion is not a movement in one direction, but a movement that goes back and forth, so D
It is itself defined as the square of the displacement x divided by the time t, the limit of x 2 / t.

【0045】一般にInGaAsP結晶中での電子拡散
長Ldeは長く、正孔拡散長Ldhは短い。もしもp型
吸収層を用いてλを吸収したとすると電子が小数キャ
リヤとなり拡散長が長いので光電流を生じ易い。これは
困るのでn型の吸収層を用いて小数キャリヤを正孔にす
る。拡散長は結晶組成によって変わるがそれだけでな
い。同じ組成でも結晶純度が高いほど衝突が少ないから
拡散長は長くなる。高純度(n=1015cm−3)の
InGaAsP結晶中で電子拡散長Lde=6.0μ
m、正孔拡散長Ldh=1.6μmである。純度が低い
結晶はもっと拡散長が短くなる。多数キャリヤが増える
から再結合断面積が増える(τが減る)ためである。一
般に正孔の拡散長Ldhはn型領域のキャリヤ濃度nの
平方根に比例して減少する。かなり濃度の高いInGa
AsP吸収層(n=1018cm−3)を使うから、高
純度InGaAsPに比べて大体1/30程度に低下す
る。つまりn−InGaAsP吸収層での正孔拡散長は
dh=0.05μmとなる。これは0.05μmで正
孔濃度が1/eに低下するということである。
Generally, the electron diffusion length L de in InGaAsP crystal is long and the hole diffusion length L dh is short. If the p-type absorption layer is used to absorb λ 1 , the electrons become minor carriers and the diffusion length is long, so that a photocurrent is easily generated. Since this is a problem, the n-type absorption layer is used to convert the minority carriers into holes. The diffusion length depends on the crystal composition but is not the only one. Even with the same composition, the higher the crystal purity, the less collisions occur, and the longer the diffusion length. Electron diffusion length L de = 6.0 μ in a high-purity (n = 10 15 cm −3 ) InGaAsP crystal
m, hole diffusion length L dh = 1.6 μm. A crystal with low purity has a shorter diffusion length. This is because the number of majority carriers increases and the recombination cross section increases (τ decreases). Generally, the diffusion length L dh of holes decreases in proportion to the square root of the carrier concentration n of the n-type region. InGa with a fairly high concentration
Since the AsP absorption layer (n = 10 18 cm −3 ) is used, it is reduced to about 1/30 as compared with high-purity InGaAsP. That is, the hole diffusion length in the n-InGaAsP absorption layer is L dh = 0.05 μm. This means that the hole concentration drops to 1 / e at 0.05 μm.

【0046】αが大きいから1.3μm光は吸収層の最
初の部分で殆ど電子正孔対になる。正孔は最初の部分か
ら拡散しはじめるが、吸収層の厚みがd=5μmもあれ
ば、exp(−5/0.05)≒10−44に減衰して
しまう。吸収層のキャリヤ濃度nをかなり高くするの
は、正孔拡散長Ldh(以後単にLと書く)を少なくす
るためでもある。だから吸収層のキャリヤ濃度の下限
は、吸収層の厚みdにもよる。dが大きいと多少正孔拡
散長が長くても差し支えないから濃度nは少しぐらい小
さくてもよい。
Since α is large, 1.3 μm light is mostly electron-hole pairs in the first part of the absorption layer. The holes start to diffuse from the first part, but if the thickness of the absorption layer is d = 5 μm, the holes are attenuated to exp (−5 / 0.05) ≈10 −44 . The reason why the carrier concentration n of the absorption layer is made considerably high is also to reduce the hole diffusion length L dh (hereinafter simply referred to as L). Therefore, the lower limit of the carrier concentration of the absorption layer also depends on the thickness d of the absorption layer. If the d is large, the hole diffusion length may be somewhat long, so the concentration n may be slightly small.

【0047】より厳密にいえば、吸収層の下からzの部
位で不要なλが光電変換し正孔が再結合によって減少
するという二重の現象を考える必要がある。zにおいて
光電変換する率がαexp(−αz)dzである。ここ
で生じた正孔がdまでに再結合し減少するが減少比はe
xp{(z−d)/L}(Lは拡散長)である。吸収層
はz=0〜dの厚みをもつが、最後まで生存する正孔の
比Sは
Strictly speaking, it is necessary to consider the double phenomenon that unwanted λ 1 is photoelectrically converted from the bottom of the absorption layer at the z position and holes are reduced by recombination. The rate of photoelectric conversion in z is αexp (−αz) dz. The holes generated here recombine by d and decrease, but the decrease ratio is e
xp {(z−d) / L} (L is the diffusion length). Although the absorption layer has a thickness of z = 0 to d, the ratio S of holes that survive to the end is

【0048】 S=α∫exp(−αz)exp{(z−d)/L}dz =αL(1−αL)−1{exp(−αd)−exp(−d/L)} ( 3) S = α∫exp (−αz) exp {(z−d) / L} dz = αL (1-αL) −1 {exp (−αd) −exp (−d / L)} (3)

【0049】となる。αと1/Lは同じ元を持つ。αは
吸収層濃度にあまりよらないが、正孔拡散長Lは濃度n
による。基準の濃度を1015cm−3の低ドープにと
ると、先ほど述べたように正孔拡散長は1.6μmであ
るから、一般の濃度nに対してLは
It becomes α and 1 / L have the same element. α does not depend on the concentration of the absorption layer, but the hole diffusion length L is the concentration n.
by. When the standard concentration is set to a low doping of 10 15 cm −3 , the hole diffusion length is 1.6 μm as described above, so that L is smaller than the general concentration n.

【0050】 L=1.6(1015/n)1/2(μm) (4) L = 1.6 (10 15 / n) 1/2 (μm) (4)

【0051】というように現象論的に考えることができ
る。これを式(3)に入れると、厚みdとキャリヤ濃度
により、任意のSが得られ、
It can be considered phenomenologically as follows. When this is put into the equation (3), an arbitrary S is obtained by the thickness d and the carrier concentration,

【0052】[0052]

【数1】 [Equation 1]

【0053】が送信受信光の消光比になる。これが20
dB必要だというなら(10logS<−20dB)そ
こからInGaAsPのキャリヤ濃度n、厚みdの限定
が算出できる。例えばd=5μmではn=1018cm
−3の時S=−35dBとなり、n=1017cm−3
でもS=−30dBとなるので、nは1017cm−3
でも有効である。nの上限は結晶性劣化を防ぐという面
から決まる。上限は10 19cm−3である。
Is the extinction ratio of transmitted and received light. This is 20
If you need dB (10logS <-20dB)
From here, the carrier concentration n and thickness d of InGaAsP are limited.
Can be calculated. For example, when d = 5 μm, n = 1018cm
-3Then S = -35 dB and n = 1017cm-3
However, since S = -30 dB, n is 1017cm-3
But it is effective. The upper limit of n is to prevent deterioration of crystallinity.
Determined by The upper limit is 10 19cm-3Is.

【0054】 1017cm−3≦n≦1019cm−3 (6)10 17 cm −3 ≦ n ≦ 10 19 cm −3 (6)

【0055】次に本発明と先述のとの違いであるが、
端的に言えばそれはPDの受光層から吸収層を望む立体
角Ωの大きさが大きいということである。PDチップの
横幅をWとする(300μm〜500μm)。受光層か
ら吸収層までの距離をgとする。受光層の一点から吸収
層を望む立体角Ωは近似の範囲で
The difference between the present invention and the above is as follows.
In short, it means that the solid angle Ω desired from the light receiving layer of the PD to the absorption layer is large. The width of the PD chip is W (300 μm to 500 μm). The distance from the light receiving layer to the absorbing layer is g. The solid angle Ω that wants the absorption layer from one point of the absorption layer is in the approximate range.

【0056】 Ω=2π[1−g/{(W/2)+g1/2] (7) Ω = 2π [1-g / {(W / 2) 2 + g 2 } 1/2 ] (7)

【0057】である。本発明の場合、吸収層と受光層の
距離gは2μm〜10μm程度で極短い。しかしW/2
は200μm程度で大きい。だから本発明では大体Ω≒
2πである。ところがの場合はgに基板厚みが含まれ
る(200μm〜300μm)から、これがW/2と同
じ程度の大きさを持つので、Ω≒π程度である。このよ
うな単純な幾何学的な相違によって本発明ととは明確
に区別される。もう一つの差異は製造技術上のものであ
る。はInP基板の両面に受光層と吸収層をエピタキ
シャル成長させる必要がある。基板片面にエピタキシャ
ル成長させ、裏返してもう一度エピタキシャル成長させ
る必要がある。つまり両面エピタキシャルになる。だか
らエピタキシャルウエハ−を製造する工程が二重になり
高コストである。本発明は、基板の同一の面に吸収層と
受光層を設けるから片面エピタキシャルであって工程が
より単純である。
It is In the case of the present invention, the distance g between the absorption layer and the light receiving layer is about 2 μm to 10 μm, which is extremely short. But W / 2
Is as large as about 200 μm. Therefore, in the present invention, approximately Ω ≈
2π. However, in this case, since g includes the substrate thickness (200 μm to 300 μm), since this has a size similar to W / 2, Ω≈π. This simple geometrical difference clearly distinguishes the present invention from the present invention. Another difference is in manufacturing technology. Needs to epitaxially grow the absorption layer and the absorption layer on both sides of the InP substrate. It is necessary to epitaxially grow on one surface of the substrate, turn it over, and perform epitaxial growth again. In other words, it becomes double-sided epitaxial. Therefore, the process of manufacturing the epitaxial wafer is duplicated and the cost is high. In the present invention, the absorption layer and the light receiving layer are provided on the same surface of the substrate, so that the single-sided epitaxial process is simpler.

【0058】[0058]

【発明の実施の形態】[実施形態1(裏面入射型;基本
形)]図12によって裏面入射型PDに本発明を適用し
たPDを説明する。n型InP基板57の上にn
のInGaAsP光吸収層58、n型InGaAs受光
層59をエピタキシャル成長させる。このように基板−
吸収層−受光層とするのが本発明の端的な特徴である。
−InP基板は例えば200μm厚みでキャリヤ
(電子)濃度はn=3×1018cm−3である。n
−InGaAsP吸収層は例えば5μm厚みでキャリヤ
濃度はn=1018cm−3である。n−InGaAs
受光層59は例えば厚みが3〜4μmで、キャリヤ濃度
がn=10 15cm−3である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiment 1 (back-thinned type; basic
The present invention is applied to a back illuminated PD according to FIG.
PD will be described. n+N on the InP substrate 57+Type
InGaAsP light absorption layer 58, n-type InGaAs light receiving layer
Layer 59 is grown epitaxially. Board like this
The characteristic feature of the present invention is that the absorption layer and the light receiving layer are used.
n+-The InP substrate is, for example, a 200 μm thick carrier
(Electron) concentration is n = 3 × 1018cm-3Is. n+
-The InGaAsP absorption layer has a thickness of, for example, 5 μm
Concentration is n = 1018cm-3Is. n-InGaAs
The light-receiving layer 59 has, for example, a thickness of 3 to 4 μm and a carrier concentration of
Is n = 10 15cm-3Is.

【0059】n型InGaAs受光層59の中央部にZ
n拡散によってp領域60を形成する。拡散で作製す
るのであるからキャリヤ濃度pは一定しないが、n型I
nGaAs受光層59とキャリヤ濃度が等しくなった
(p=n)ところがpn接合61となる。受光層59は
キャリヤ濃度nが低いから厚い空乏層(i層)62がp
n接合の下に連続して発生する。p領域60の上に広い
p電極63が形成される。裏面入射型であるからp電極
がp領域をほぼ覆い尽くしても差し支えない。周辺部に
はパシベーション膜64が形成される。例えばSiN膜
であってpn接合61の終端を保護する。n−InP基
板57の裏面には環状のn電極65が形成される。裏面
から光を入れるのでn電極65がリング状になる。反射
防止膜66がn−InP基板57の裏面中央部を被覆す
る。
Z is formed in the center of the n-type InGaAs absorption layer 59.
A p + region 60 is formed by n diffusion. The carrier concentration p is not constant because it is produced by diffusion, but n-type I
A pn junction 61 is formed where the carrier concentration becomes equal to that of the nGaAs light receiving layer 59 (p = n). Since the light-receiving layer 59 has a low carrier concentration n, the thick depletion layer (i layer) 62 is p
It occurs continuously under the n-junction. A wide p electrode 63 is formed on the p region 60. Since it is a back-illuminated type, there is no problem even if the p-electrode substantially covers the p-region. A passivation film 64 is formed on the peripheral portion. For example, it is a SiN film and protects the end of the pn junction 61. An annular n electrode 65 is formed on the back surface of the n-InP substrate 57. Since light enters from the back surface, the n-electrode 65 has a ring shape. The antireflection film 66 covers the center of the back surface of the n-InP substrate 57.

【0060】裏面から入ったλの入射光Aが空乏層6
2で吸収され電子正孔対を作る。これが光を感受する領
域である。逆バイアスによって、電子はn型領域へ、正
孔はp型領域に走行して光電流を流す。これは正常なP
Dの光電変換動作である。
Incident light A of λ 2 entered from the back surface is depleted layer 6
It is absorbed at 2 and forms an electron-hole pair. This is the light sensitive area. Due to reverse bias, electrons travel to the n-type region and holes travel to the p-type region, causing photocurrent to flow. This is normal P
This is a photoelectric conversion operation of D.

【0061】同じように裏面から入ったλ(送信光波
長)の入射光Bはn−InGaAsP吸収層58で吸
収される。λの光Bは受光層59に達しない。だから
送信光波長λに対してこのPDは感度を持たない。そ
れだけではない。斜め下方からλの入射光CがPDに
入ったとしても吸収層58によって吸収されてしまう。
斜め入射光Cは受光層59に至らない。PDは斜め入射
光Cを検知しない。斜め入射光Cに対しても本発明のP
Dは非感受なのである。λ光B、Cに対して非感受で
ある。特に斜め入射光Cを感じないということが重要で
ある。
Similarly, the incident light B having a wavelength of λ 1 (transmitted light wavelength) entered from the back surface is absorbed by the n + -InGaAsP absorption layer 58. The light B of λ 1 does not reach the light receiving layer 59. Therefore, this PD has no sensitivity to the transmission light wavelength λ 1 . That is not all. Even if the incident light C of λ 1 enters the PD from diagonally below, it is absorbed by the absorption layer 58.
The obliquely incident light C does not reach the light receiving layer 59. The PD does not detect the obliquely incident light C. Even for obliquely incident light C, P of the present invention
D is insensitive. Insensitive to the λ 1 lights B and C. In particular, it is important not to feel the obliquely incident light C.

【0062】図12は基本形であり、このままの構造で
も動作する。が、n−InGaAs受光層59の上にI
nP窓層を挿入するとさらによい。またInP基板57
とInGaAsP吸収層58の間にはバッファ層を入れ
るのが結晶性を良くするために有効である。
FIG. 12 shows a basic form, and the structure as it is can operate. On the n-InGaAs absorption layer 59
It is even better to insert an nP window layer. InP substrate 57
It is effective to insert a buffer layer between the InGaAsP absorption layer 58 and the InGaAsP absorption layer 58 in order to improve the crystallinity.

【0063】[実施形態2(裏面入射型;拡散遮蔽
層)]図13は裏面入射型への本発明の適用例である
が、p電極の周囲に拡散遮蔽層というものを設けたもの
である。n型InP基板57の上にn型のInGa
AsP光吸収層58、n型InGaAs受光層59、n
−InP窓層69をエピタキシャル成長させる。基板−
吸収層−受光層とするのが本発明の特徴であるが、ここ
ではさらにInP窓層69を加えている。バンドギャッ
プの広いInP窓層を用いることにより、pn接合のパ
シベーションを安定にすると共に、暗電流を低くする効
果がある。また、外界からの光に対しては図8の吸収端
Pを与える効果も有する。
[Second Embodiment (Back-thinned Type; Diffusion Shielding Layer)] FIG. 13 shows an example of application of the present invention to the back-illuminated type, in which a diffusion shielding layer is provided around the p-electrode. . InGa of n + type on top of the n + -type InP substrate 57
AsP light absorbing layer 58, n-type InGaAs light receiving layer 59, n
-Epitaxially grow the InP window layer 69. Board
The feature of the present invention is that it serves as an absorption layer and a light receiving layer, but an InP window layer 69 is further added here. By using the InP window layer having a wide band gap, it is possible to stabilize the passivation of the pn junction and to reduce the dark current. It also has an effect of giving the absorption edge P of FIG. 8 to the light from the outside.

【0064】n−InP基板は例えば200μm厚み
でキャリヤ濃度はn=3×1018cm−3である。n
−InGaAsP吸収層は例えば5μm厚みでキャリ
ヤ濃度はn=1018cm−3である。n−InGaA
s受光層59は例えば厚みが3〜4μmで、キャリヤ濃
度がn=1015cm−3である。n型InP窓層69
は例えば厚みが2μmでキャリヤ濃度はn=2×10
15cm−3である。n−InP窓層69、n型InG
aAs受光層59の中央部にZn拡散によってp 領域
60を形成する。pn接合61が生成される。厚い空乏
層(i層)62がpn接合61の下に連続して発生す
る。p領域60の上に広いp電極63が形成される。
N+-InP substrate is, for example, 200 μm thick
And carrier concentration is n = 3 × 1018cm-3Is. n
+-The InGaAsP absorption layer is, for example, 5 μm thick and is a carrier.
Ya concentration is n = 1018cm-3Is. n-InGaA
The light receiving layer 59 has a thickness of, for example, 3 to 4 μm, and has a carrier concentration of
Degree n = 1015cm-3Is. n-type InP window layer 69
Has a thickness of 2 μm and a carrier concentration of n = 2 × 10
15cm-3Is. n-InP window layer 69, n-type InG
In the central part of the aAs light receiving layer 59, p is formed by Zn diffusion. +region
Form 60. A pn junction 61 is created. Thick depletion
A layer (i layer) 62 is continuously formed below the pn junction 61.
It A wide p electrode 63 is formed on the p region 60.

【0065】それだけでなく上面周辺部にも同時にZn
拡散を行ってp領域70を作製する。このp領域7
0を「拡散遮蔽層」と本発明者は呼んでいる。電子の拡
散を防ぐというのではなくてZn拡散によってp領域を
作り、周辺部入射光の影響を遮蔽するという意味であ
る。必ずしも適切な用語でないが、本発明者等は長くそ
ういう言葉を用いて周辺p領域を表現してきた。周辺p
領域70の直下にpn接合71が生成され、その下に空
乏層72が発生する。pn接合61、71が表面に露呈
する部分をSiNパシベーション膜64によって保護し
ている。n−InP基板57の裏面にはリング状n電極
65と反射防止膜66が形成してある。
Not only that, but Zn is simultaneously applied to the peripheral portion of the upper surface.
Diffusion is performed to form the p + region 70. This p + region 7
The present inventor calls 0 as a “diffusion shielding layer”. It does not mean that the diffusion of electrons is prevented, but it means that a p region is formed by Zn diffusion and the influence of incident light on the peripheral portion is shielded. Although not necessarily a proper term, the present inventors have long used such a term to describe the peripheral p region. Peripheral p
A pn junction 71 is formed immediately below the region 70, and a depletion layer 72 is generated below it. The SiN passivation film 64 protects the exposed portions of the pn junctions 61 and 71. A ring-shaped n electrode 65 and an antireflection film 66 are formed on the back surface of the n-InP substrate 57.

【0066】裏面入射型で直下からのλ入射光Aが中
央の空乏層62に至り電子正孔対を作り、これが光電流
になる。直下から入射する送信光(λ)B、斜め下か
らのλ光Cはn型InGaAsP光吸収層58で吸
収されてしまう。それに加えて側方から入って来たλ
入射光Dも感受されない。その理由はこれまでの吸収層
によるものではない。側方入射光Dは拡散遮蔽層70の
空乏層72で電子正孔対を発生するが、正孔が周辺部p
領域70に入って消滅するから中央のp電極の電流とな
らない。拡散遮蔽層70によって側方入射光の影響を打
ち消しているのである。
The back-illuminated type λ 2 incident light A from directly below reaches the central depletion layer 62 to form an electron-hole pair, which becomes a photocurrent. The transmission light (λ 1 ) B incident from directly below and the λ 1 light C from obliquely below are absorbed by the n + type InGaAsP light absorption layer 58. In addition to that, λ 1 coming from the side
Incident light D is also not perceived. The reason is not due to the conventional absorption layer. The side incident light D generates electron-hole pairs in the depletion layer 72 of the diffusion blocking layer 70, but the holes are generated in the peripheral portion p.
Since it enters the region 70 and disappears, the current does not flow to the central p-electrode. The influence of the side incident light is canceled by the diffusion shield layer 70.

【0067】[実施形態3(裏面入射型;拡散遮蔽層+
反射膜)]図14は裏面入射型であって、拡散遮蔽層の
ほかにさらに反射膜を設けて上面からの送信光λの進
入を防ごうとするものを示す。n型InP基板57の
上にn型のInGaAsP光吸収層58、n型InG
aAs受光層59、n−InP窓層69をエピタキシャ
ル成長させる。n−InP窓層69、n型InGaAs
受光層59の中央部にZn拡散によってp領域60を
形成する。pn接合61が生成される。厚い空乏層(i
層)62がpn接合61の下に発生する。p領域60の
上に広いp電極63が形成される。
[Embodiment 3 (back-illuminated type; diffusion shielding layer +
(Reflecting film)] FIG. 14 shows a back-illuminated type in which a reflecting film is further provided in addition to the diffusion shielding layer in order to prevent the transmission light λ 1 from entering from the upper surface. On the n + type InP substrate 57, an n + type InGaAsP light absorption layer 58, an n type InG
The aAs light receiving layer 59 and the n-InP window layer 69 are epitaxially grown. n-InP window layer 69, n-type InGaAs
A p + region 60 is formed in the center of the light receiving layer 59 by Zn diffusion. A pn junction 61 is created. Thick depletion layer (i
A layer 62 occurs below the pn junction 61. A wide p electrode 63 is formed on the p region 60.

【0068】上面周辺部にも同時にZn拡散を行ってp
領域(拡散遮蔽層)70を作製する。周辺p領域70
の直下にpn接合71が、その下に空乏層72が発生す
る。pn接合61、71が表面に露呈する部分をSiN
パシベーション膜64によって保護している。PD上面
の中央は金属のp電極63で覆われるが、その外側は反
射膜73によって全体を覆う。PDを上から見るとp電
極63と反射膜73によって全体が覆われている。1.
3μm(λ)の送信光は下方入射B、斜め下入射C、
側方入射D、上方入射Eなどがありうる。B〜Dは前の
実施形態2でも防ぐことができる。これに加え、この実
施形態では上方入射Eを反射膜によって退けることがで
きる。このようにするともう万全である。どこから迷光
(λ)がやってきても、PDの中央空乏層62には至
らず感受されることがない。
At the same time, Zn is diffused to the peripheral portion of the upper surface, and p
A + region (diffusion shield layer) 70 is produced. Peripheral p region 70
A pn junction 71 is formed immediately below the depletion layer, and a depletion layer 72 is formed thereunder. The portion where the pn junctions 61 and 71 are exposed on the surface is SiN.
It is protected by the passivation film 64. The center of the upper surface of the PD is covered with the metal p-electrode 63, and the outside thereof is covered with the reflective film 73. When the PD is viewed from above, it is entirely covered with the p-electrode 63 and the reflective film 73. 1.
The transmitted light of 3 μm (λ 1 ) is downward incident B, oblique downward incident C,
There may be side incidence D, upward incidence E, etc. B to D can be prevented also in the second embodiment. In addition to this, in this embodiment, the upward incident E can be rejected by the reflective film. This is all right. No matter where stray light (λ 1 ) comes from, it does not reach the central depletion layer 62 of the PD and is not sensed.

【0069】[実施形態4(裏面入射型;拡散遮蔽層+
反射膜;バッファ層)]高濃度のInGaAsP吸収層
58を設けると結晶性が乱れることがある。その場合は
低不純物濃度のバッファ層を入れて結晶性を改善でき
る。バッファ層のために吸収層58の結晶欠陥や不純物
が受光層に影響を及ぼすのを防ぐことができる。図15
は吸収層58と受光層59の間にn−InPバッファ層
74を設けたものである。
[Embodiment 4 (back-illuminated type; diffusion shielding layer +
Reflective film; buffer layer)] If a high-concentration InGaAsP absorption layer 58 is provided, the crystallinity may be disturbed. In that case, the crystallinity can be improved by adding a buffer layer having a low impurity concentration. The buffer layer can prevent the crystal defects and impurities of the absorption layer 58 from affecting the light receiving layer. Figure 15
Is an n-InP buffer layer 74 provided between the absorption layer 58 and the light receiving layer 59.

【0070】n型InP基板57の上にn型のIn
GaAsP光吸収層58、n−InPバッファ層74、
n型InGaAs受光層59、n−InP窓層69をエ
ピタキシャル成長させる。n−InP窓層69、n型I
nGaAs受光層59の中央部にZn拡散によってp
領域60を形成する。pn接合61が形成され、その下
に空乏層62が生成される。上面周辺部にも同時にZn
拡散を行ってp領域(拡散遮蔽層)70を作製する。
周辺p領域70の直下にpn接合71が、その下に空乏
層72が発生する。
On the n + -type InP substrate 57, n + -type In
GaAsP light absorption layer 58, n-InP buffer layer 74,
The n-type InGaAs light receiving layer 59 and the n-InP window layer 69 are epitaxially grown. n-InP window layer 69, n-type I
In the central part of the nGaAs light receiving layer 59, p +
A region 60 is formed. A pn junction 61 is formed, and a depletion layer 62 is formed below it. Zn is simultaneously applied to the peripheral area of the upper surface.
Diffusion is performed to form the p + region (diffusion shield layer) 70.
A pn junction 71 is formed just below the peripheral p region 70, and a depletion layer 72 is formed below it.

【0071】中央のp領域60にp電極63を付ける。
SiNパシベーション膜64によってpn接合61、7
1を保護している。PD上面の中央は金属のp電極63
で覆われる。その外側は反射膜73によって全体を覆
う。バッファ層74は例えば2μm〜4μmの厚みを持
ち、キャリヤ濃度はn=1015cm−3程度である。
これはバッファ層74を吸収層58と受光層59の間に
入れたというだけのことで、図12、図13の形態にも
適用できる。λの入射光B、C、D、Eを感受しない
という性質は前実施形態と同様である。
A p electrode 63 is attached to the central p region 60.
The SiN passivation film 64 allows the pn junctions 61 and 7 to be formed.
1 is protected. The center of the upper surface of the PD is the metal p-electrode 63.
Covered with. The outer side is entirely covered with a reflective film 73. The buffer layer 74 has a thickness of, for example, 2 μm to 4 μm, and the carrier concentration is about n = 10 15 cm −3 .
This is only because the buffer layer 74 is inserted between the absorption layer 58 and the light receiving layer 59, and can be applied to the configurations shown in FIGS. 12 and 13. The property that the incident lights B, C, D, and E of λ 1 are not sensed is the same as in the previous embodiment.

【0072】この構成で500μm角、厚み200μm
のPDを作成して、感度を測定した。1.55μm光に
対して1.0A/Wの高感度を示し、1.3μm光に対
しては、0.01A/W以下の低感度であることを確認
した。また、周囲から1.3μm光を照射したが、これ
らの光に対しても、0.01A/W以下の低感度であっ
た。次にこのPDを図6の構成で1.3μm−LDと一
体化したところ、送信パワー1mWのときでも、1.5
5μm光の受信感度は−35dBm(増幅器と組み合わ
せて)という高感度をクロストークなく実現できた。
With this structure, 500 μm square and 200 μm thick
The PD was prepared and the sensitivity was measured. It was confirmed that the high sensitivity was 1.0 A / W for 1.55 μm light and the low sensitivity was 0.01 A / W or less for 1.3 μm light. In addition, when light of 1.3 μm was emitted from the surroundings, the sensitivity to these lights was as low as 0.01 A / W or less. Next, when this PD was integrated with the 1.3 μm-LD in the configuration of FIG. 6, even when the transmission power was 1 mW, it was 1.5
A reception sensitivity of 5 μm light of −35 dBm (combined with an amplifier) was realized without crosstalk.

【0073】 [実施形態5(上面入射型;拡散遮蔽層+反射膜;バッ
ファ層)] 本発明は上面入射型のPDにも適用できる。図12、図
13、図14の裏面入射型のものを上面入射型に書き換
えることは簡単である。しかし、ここでは図15に対応
した上面入射型PDを説明する。図16は上面入射型P
Dの実施形態を示す。n型InP基板57の上にn
型のInGaAsP光吸収層58、n−InPバッファ
層74、n型InGaAs受光層59、n−InGaA
sP窓層86をエピタキシャル成長させる。n−InG
aAsP窓層86、n型InGaAs受光層59の中央
部にZn拡散によってp領域60を形成する。pn接
合61と、その下に空乏層62が生成される。上面周辺
部にも同時にZn拡散を行ってp領域(拡散遮蔽層)
70を作製する。周辺p領域70の直下にpn接合71
が、その下に空乏層72が発生する。
[Embodiment 5 (Top incident type; Diffusion shielding layer + Reflective film; Buffer layer)] The present invention can be applied to a top incident type PD. It is easy to rewrite the back-illuminated type shown in FIGS. 12, 13 and 14 into the top-illuminated type. However, here, a top-illuminated PD corresponding to FIG. 15 will be described. FIG. 16 shows a top-illuminated type P
3 shows an embodiment of D. n on the n + type InP substrate 57 +
Type InGaAsP light absorption layer 58, n-InP buffer layer 74, n type InGaAs light receiving layer 59, n-InGaA
The sP window layer 86 is epitaxially grown. n-InG
A p + region 60 is formed by Zn diffusion in the central portion of the aAsP window layer 86 and the n-type InGaAs light receiving layer 59. A pn junction 61 and a depletion layer 62 thereunder are generated. At the same time, Zn is diffused to the peripheral area of the upper surface to form ap + region (diffusion shield layer)
70 is produced. A pn junction 71 is formed immediately below the peripheral p region 70.
However, a depletion layer 72 is generated thereunder.

【0074】中央のp領域60にリング状のp電極75
を付ける。上面入射なのでp電極75は入射光を通すた
め環状になる。p電極75で囲まれる中央部は光が入る
部分であり、λに対する反射防止膜76が形成され
る。SiNパシベーション膜64によってpn接合6
1、71を保護している。パシベーション膜64を含め
環状p電極75の外側は反射膜73によって全体を覆
う。n−InP基板57の裏面は広くn電極77で覆
う。窓層をInPでなくてInGaAsPにするから窓
層によってエネルギーの高い送信光(λ)が吸収され
除去される。窓層も巧みに利用している。
A ring-shaped p electrode 75 is formed in the central p region 60.
Attach. Since the light is incident on the top surface, the p-electrode 75 has a ring shape for transmitting incident light. A central portion surrounded by the p-electrode 75 is a portion where light enters, and an antireflection film 76 for λ 2 is formed. The pn junction 6 is formed by the SiN passivation film 64.
Protects 1, 71. The outside of the annular p-electrode 75 including the passivation film 64 is entirely covered with the reflective film 73. The back surface of the n + -InP substrate 57 is widely covered with the n-electrode 77. Since the window layer is made of InGaAsP instead of InP, the transmitted light (λ 1 ) having high energy is absorbed and removed by the window layer. The window layer is also skillfully used.

【0075】下方からの迷光(λ)Bはn電極77で
遮断できる。側方からの迷光C、DはInGaAsP吸
収層58と、拡散遮蔽層70によって遮断できる。上方
からの周辺部に向かう迷光Eは反射膜73が反射する。
上方中央からのλ漏れ光は先述のようにInGaAs
P窓層で除かれる。迷光はさらにλ反射防止膜76に
よっても減衰する。反射防止膜というのは屈折率の異な
る2種類の誘電体を交互に重ねて堆積して特定の波長の
光が直角入射したときにそれを無反射で透過させるもの
である。それ以外の波長の光は一部反射する。また直角
入射以外では特定の波長の光でも反射がある。屈折率、
厚みに自由度があるから直角入射のλは反射し直角入
射のλは透過するようにできる。上面入射の場合図
1、図2などのように必ずWDMが設けられる。WDM
とInGaAsP窓層とλ反射防止膜の作用で上方か
らの迷光が抑制されている。
Stray light (λ 1 ) B from below can be blocked by the n-electrode 77. The stray light C and D from the side can be blocked by the InGaAsP absorption layer 58 and the diffusion blocking layer 70. The stray light E traveling from above to the peripheral portion is reflected by the reflective film 73.
The λ 1 leaked light from the upper center is InGaAs as described above.
Excluded with P window layer. The stray light is further attenuated by the λ 2 antireflection film 76. An antireflection film is a film in which two types of dielectrics having different refractive indexes are alternately stacked and transmitted when light of a specific wavelength is incident at a right angle without reflection. Light of other wavelengths is partially reflected. Also, there is reflection of light of a specific wavelength other than normal incidence. Refractive index,
Since there is a degree of freedom in thickness, λ 1 at normal incidence can be reflected and λ 2 at normal incidence can be transmitted. In the case of top incidence, a WDM is always provided as shown in FIGS. WDM
Stray light from above is suppressed by the action of the InGaAsP window layer and the λ 2 antireflection film.

【0076】[実施形態6(導波路型;バッファ層)]
これまで裏面入射型PD、上面入射型PDへの本発明の
適用について述べた。それ以外にも様々の形式のPDが
ものが提案されている。本発明は導波路型PDにも適用
できる。図17によって導波路型PDの必要な場合を説
明する。基板78に分波導波路79が設けられる。これ
は共通路80、分岐した分岐路81、83を含む。結合
部82では波長選択性を与えるために間隔と距離が厳密
に規定される。光ファイバは共通路80に結合される。
分岐路81の先に導波路型PD84が、分岐路83の先
にLD85が設けられる。LD85はλの送信光を生
じ、分岐路83、結合部82、共通路80から光ファイ
バへと送り出す。光ファイバからの受信光λは導波路
80、81からPD84へと伝搬する。そのような導波
路面において側方から直接に受信光を受けることができ
るようにしたのが導波路型PDである。
[Embodiment 6 (waveguide type; buffer layer)]
So far, the application of the present invention to the back illuminated PD and the top illuminated PD has been described. Other than that, various types of PDs have been proposed. The present invention can also be applied to a waveguide type PD. A case where the waveguide type PD is required will be described with reference to FIG. A demultiplexing waveguide 79 is provided on the substrate 78. This includes a common path 80 and branched paths 81 and 83. In the coupling section 82, the spacing and distance are strictly defined to give wavelength selectivity. The optical fiber is coupled to the common path 80.
A waveguide type PD 84 is provided at the tip of the branch path 81, and an LD 85 is provided at the tip of the branch path 83. The LD 85 generates transmission light of λ 1 and sends it out to the optical fiber from the branch path 83, the coupling section 82, and the common path 80. Received light λ 2 from the optical fiber propagates from the waveguides 80 and 81 to the PD 84. The waveguide type PD is such that the received light can be directly received from the side on such a waveguide surface.

【0077】図18に導波路型へ適用した実施形態を示
す。側方から光が入るのでこれまでのようにZn拡散に
よってp領域を作らずn型受光層の上にp型層を成長さ
せる。n型InP基板57の上にn型のInGaA
sP光吸収層58、n−InPバッファ層74、n型I
nGaAs受光層59、p−InP窓層87をエピタキ
シャル成長させる。InP窓層87がp型であるから、
窓層87と受光層59の界面がpn接合となる。拡散に
よらないからpn接合端が上面に露呈しない。光は上面
からも裏面からも入射しない。上面の全体を金属のp電
極88によって覆う。n−InP基板57はn電極8
9によって覆うことができる。受信光λ であるKは側
方光としてn型InGaAs受光層59に入る。この場
合もn型InGaAs受光層の下、InP基板の上にn
型InGaAsP吸収層58を設ける。電極88、8
9で覆われるから直下から入る迷光、直上から入る迷光
というものはありえない。斜め下方からの迷光に対して
InGaAsP吸収層58が有効な働きをする。このよ
うに導波路型PDは図17のようにLDとそもそも経路
を別にし、しかも迷光が入りにくい構造になっている。
光学的クロストークを減らすには好適である。
FIG. 18 shows an embodiment applied to a waveguide type.
You Since light enters from the side, Zn diffusion is the same as before.
Therefore, the p-type layer is grown on the n-type absorption layer without forming the p-region.
Let n+N on the InP substrate 57+Type InGaA
sP light absorption layer 58, n-InP buffer layer 74, n-type I
The nGaAs light receiving layer 59 and the p-InP window layer 87 are epitaxially formed.
Shall grow. Since the InP window layer 87 is p-type,
The interface between the window layer 87 and the light receiving layer 59 becomes a pn junction. To spread
Therefore, the pn junction end is not exposed on the upper surface. Light is the top
It does not enter from the bottom or the back. The entire upper surface is made of metal
Covered by pole 88. n+-InP substrate 57 is an n-electrode 8
It can be covered by 9. Received light λ TwoK is the side
The light enters the n-type InGaAs absorption layer 59 as the direction light. This place
In the case of n-type InGaAs light receiving layer, on the InP substrate
+A type InGaAsP absorption layer 58 is provided. Electrodes 88, 8
As it is covered with 9, stray light entering from directly below, stray light entering from directly above
There is no such thing. Against stray light from diagonally below
The InGaAsP absorption layer 58 works effectively. This
As shown in Fig. 17, the waveguide type PD has an LD and a path in the first place.
Apart from that, it has a structure that makes it difficult for stray light to enter.
It is suitable for reducing optical crosstalk.

【0078】[実施形態7(側面入射型;傾斜側面;拡
散遮蔽層+反射膜;バッファ層)]本発明は側面入射型
のPDにも適用できる。実施形態6の導波路型も側面入
射であるが、実際には受光層は薄くて導波路との結合が
難しい。ここでいう側面入射型というのはPDの底部の
一部を斜めに切り欠いて側面光を斜め上へ屈折させるも
のをいう。図19によって本発明を側面入射に適用した
ものを示す。
[Embodiment 7 (side incidence type; inclined side surface; diffusion shielding layer + reflection film; buffer layer)] The present invention can also be applied to a side incidence type PD. The waveguide type of the sixth embodiment is also a side-incident type, but in reality, the light receiving layer is thin and it is difficult to couple with the waveguide. The side-incident type referred to here is one in which a part of the bottom portion of the PD is obliquely cut out to refract side light obliquely upward. FIG. 19 shows that the present invention is applied to side incidence.

【0079】n型InP基板57の上にn型のIn
GaAsP光吸収層58、n−InPバッファ層74、
n型InGaAs受光層59、n−InP窓層69をエ
ピタキシャル成長させる。n−InP窓層69、n型I
nGaAs受光層59の中央部にZn拡散によってp
領域60を形成する。その下にpn接合61と空乏層6
2が生成される。上面周辺部にも同時にZn拡散を行っ
てp領域(拡散遮蔽層)70を作製する。周辺p領域
70の直下にpn接合71が、その下に空乏層72が発
生する。
On the n + -type InP substrate 57, n + -type In
GaAsP light absorption layer 58, n-InP buffer layer 74,
The n-type InGaAs light receiving layer 59 and the n-InP window layer 69 are epitaxially grown. n-InP window layer 69, n-type I
In the central part of the nGaAs light receiving layer 59, p +
A region 60 is formed. Below that, a pn junction 61 and a depletion layer 6 are formed.
2 is generated. At the same time, Zn diffusion is performed on the peripheral portion of the upper surface to form the p + region (diffusion shield layer) 70. A pn junction 71 is formed just below the peripheral p region 70, and a depletion layer 72 is formed below it.

【0080】中央のp領域60に一様なp電極63を付
ける。側面入射なのでp電極63に開口部は不要であ
る。SiNパシベーション膜64によってpn接合6
1、71を保護している。パシベーション膜64を含め
p電極63の外側は反射膜73によって全体を覆う。n
−InP基板57の裏面は広くn電極91で覆う。チ
ップに切り出してからチップの下隅を斜めに削ってでき
る傾斜面90が受信光(λ )Lの入る部分となる。内
外の屈折率が著しく違うのでλは傾斜面90で上方へ
屈折され中央の空乏層に至り光電流となる。
A uniform p electrode 63 is attached to the central p region 60.
Kick Since it is incident on the side, no opening is required in the p electrode 63
It The pn junction 6 is formed by the SiN passivation film 64.
Protects 1, 71. Including passivation film 64
The outside of the p-electrode 63 is entirely covered with the reflective film 73. n
+The back surface of the -InP substrate 57 is widely covered with the n-electrode 91. Chi
And then cut the bottom corner of the chip diagonally
The inclined surface 90 is Two) It becomes the part where L enters. Within
Since the outside refractive index is significantly different, λTwoIs upwards at slope 90
It is refracted and reaches the depletion layer in the center to become a photocurrent.

【0081】送信光(λ)の迷光は下からも上からも
PDへ入れない。斜め下からの迷光はInGaAsP吸
収層58によって吸収される。
The stray light of the transmitted light (λ 1 ) cannot enter the PD from below or above. Stray light from diagonally below is absorbed by the InGaAsP absorption layer 58.

【0082】[実施形態8(側面入射型;V字切り欠
き;拡散遮蔽層+反射膜;バッファ層)]側面入射型は
導波路型、傾斜面型の他に底面にV溝93を掘るような
PDもある。それに本発明を適用したものを図20に示
す。側方からの受信光λであるMは底面のV溝面93
によって反射され中央の空乏層へゆき光電流を発生す
る。それ以外の構造はこれまでに述べたものと同様であ
るから説明を略す。
[Embodiment 8 (side incident type; V-shaped notch; diffusion shield layer + reflection film; buffer layer)] The side incident type is a waveguide type, an inclined surface type, or a V groove 93 is dug in the bottom surface. There is also PD. FIG. 20 shows an application of the present invention thereto. M which is the received light λ 2 from the side is the V groove surface 93 on the bottom surface.
It is reflected by and goes to the central depletion layer to generate a photocurrent. The other structure is the same as that described so far, and the description thereof is omitted.

【0083】[実施形態9(側面入射型;メサ型;拡散
遮蔽層+反射膜;バッファ層)]側面入射型は導波路
型、傾斜面型、底面V溝型の他に上方をメサ型にエッチ
ングしたPDもある。メサによって受信光を屈折させ
る。図21にメサ型PDに本発明を適用したものを示
す。側方からの受信光λは上面のメサ面95によって
反射され中央の空乏層へゆき光電流を発生する。導波路
型、傾斜面型、底面V溝型はいずれもエピタキシャル層
を上にする(エピアップという)が、これは逆さまにし
て(エピダウンで)基板に取り付ける。それ以外の構造
はこれまでに述べたものと同様であるから説明を略す。
[Embodiment 9 (side incidence type; mesa type; diffusion shielding layer + reflection film; buffer layer)] The side incidence type is a waveguide type, an inclined surface type, a bottom V-groove type, and a mesa type on the upper side. Some PDs have been etched. The received light is refracted by the mesa. FIG. 21 shows a mesa PD to which the present invention is applied. The received light λ 2 from the side is reflected by the upper mesa surface 95 and travels to the central depletion layer to generate a photocurrent. The waveguide type, the inclined surface type, and the bottom surface V-groove type all have the epitaxial layer on top (referred to as epi-up), but they are mounted upside down (epi-down) on the substrate. The other structure is the same as that described so far, and the description thereof is omitted.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明は、短い波長λを送信に、長い
波長λを受信に用いる送受信モジュールにおいて、λ
を吸収する吸収層を受光素子の基板と受光層の間に設
ける。LDから強いλが出射され、これが散乱され迷
光となってモジュール内に充満する。本発明の受光素子
には受光層に極近接してλの吸収層があるので受光素
子の受光層には至らない。これによって送信信号を受光
素子から排除できる。基板の下に吸収層を設けたのに比
べて、斜め下方からの夥しいλ迷光をも防ぐことがで
きる。送信光が受光層に入るのを厳しく禁止し光学的ク
ロストークを著しく下げることができる。特に図6のよ
うな光路非分離型の送受信モジュールにおいて極めて有
効である。もちろん図1、図2、図5のような光路分離
型送受信モジュールにも適用することができる。
As described above, the present invention provides a transceiver module using a short wavelength λ 1 for transmission and a long wavelength λ 2 for reception.
An absorption layer that absorbs 1 is provided between the substrate of the light receiving element and the light receiving layer. A strong λ 1 is emitted from the LD, which is scattered and becomes stray light, which fills the inside of the module. Since the light receiving element of the present invention has the absorption layer of λ 1 in close proximity to the light receiving layer, it does not reach the light receiving layer of the light receiving element. As a result, the transmission signal can be eliminated from the light receiving element. Compared to the case where the absorption layer is provided under the substrate, a large amount of λ 1 stray light obliquely from below can be prevented. It is possible to severely prevent the transmitted light from entering the light receiving layer and significantly reduce the optical crosstalk. In particular, it is extremely effective in the optical path non-separation type transceiver module as shown in FIG. Of course, the present invention can also be applied to the optical path separation type transceiver module as shown in FIGS.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の受光素子の一つの適用対象候補として
の波長多重双方向通信の概略図。
FIG. 1 is a schematic view of wavelength division multiplexing bidirectional communication as one application candidate of a light receiving element of the present invention.

【図2】本発明の受光素子の一つの適用対象候補として
の波長多重一方向通信の概略図。
FIG. 2 is a schematic diagram of wavelength division multiplexing one-way communication as one application target candidate of the light receiving element of the present invention.

【図3】光通信に用いられた従来例にかかる受光素子の
一例を示す縦断斜視図。
FIG. 3 is a vertical perspective view showing an example of a light receiving element according to a conventional example used for optical communication.

【図4】裏面入射型PDを用いた表面実装型の受光モジ
ュール。
FIG. 4 is a surface-mounted light-receiving module using a back-illuminated PD.

【図5】誘電体多層膜WDMを用いた送受信モジュール
の概略図。
FIG. 5 is a schematic diagram of a transmission / reception module using a dielectric multilayer film WDM.

【図6】ファイバ延長線上にPD、LDを設けた経路非
分離型の光送受信モジュールの概略構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a path non-separation type optical transceiver module in which PD and LD are provided on the fiber extension line.

【図7】従来例にかかるInGaAs系フォトダイオー
ドの断面図。
FIG. 7 is a sectional view of an InGaAs photodiode according to a conventional example.

【図8】従来例にかかるInGaAs系フォトダイオー
ドの感度特性図。
FIG. 8 is a sensitivity characteristic diagram of an InGaAs photodiode according to a conventional example.

【図9】本発明者が以前に提案した1.3μm光を落と
し1.55μm光だけを感受する受光素子の概略の断面
図。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a light receiving element previously proposed by the present inventor that senses only 1.35 μm light and senses only 1.55 μm light.

【図10】本発明者が以前に提案した1.3μm光を落
とし1.55μm光だけを感受する受光素子のより具体
的な断面図。
FIG. 10 is a more specific cross-sectional view of a light receiving element previously proposed by the present inventor, which receives 1.3 μm light and senses only 1.55 μm light.

【図11】1.3μm光吸収層として基板裏面にエピタ
キシャル成長させたInGaAsP吸収層の光透過率の
波長依存性を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing wavelength dependence of light transmittance of an InGaAsP absorption layer epitaxially grown on the back surface of the substrate as a 1.3 μm light absorption layer.

【図12】裏面入射型の本発明の受光素子を示す断面
図。
FIG. 12 is a sectional view showing a back-illuminated type light receiving element of the present invention.

【図13】裏面入射型であって中央p領域の周囲にZn
拡散による拡散遮蔽層を設けた本発明の受光素子の断面
図。
FIG. 13 is a back-thinned type in which Zn is formed around the central p region.
Sectional drawing of the light receiving element of this invention which provided the diffusion shielding layer by diffusion.

【図14】裏面入射型であって中央p領域の周囲に拡散
遮蔽層をもうけp電極の周囲を反射膜で被覆した本発明
の受光素子の断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a light-receiving element of the present invention, which is a back-illuminated type, in which a diffusion shield layer is provided around the central p region, and the periphery of the p electrode is covered with a reflective film.

【図15】裏面入射型であって中央p領域の周囲に拡散
遮蔽層をもうけp電極の周囲を反射膜で被覆し、さらに
バッファ層をもうけた本発明の受光素子の断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a back-illuminated type light receiving element of the present invention in which a diffusion shield layer is provided around the central p region, the periphery of the p electrode is covered with a reflective film, and a buffer layer is further provided.

【図16】上面入射型であって中央p領域の周囲に拡散
遮蔽層をもうけp電極の周囲を反射膜で被覆した本発明
の受光素子の断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a light-receiving element of the present invention which is a top-illuminated type, in which a diffusion shield layer is provided around the central p region, and the periphery of the p electrode is covered with a reflective film.

【図17】導波路型WDMの二つの終端にLDと導波路
型PDを設けた光受信モジュールの平面図。
FIG. 17 is a plan view of an optical receiver module in which an LD and a waveguide PD are provided at two ends of a waveguide WDM.

【図18】導波路型の本発明の受光素子を示す断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a waveguide type light receiving element of the present invention.

【図19】底面隅部を斜めに切り欠いた側面入射型の本
発明の受光素子を示す断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing a side-incident light-receiving element of the present invention in which a bottom corner is obliquely cut away.

【図20】底面中央部を楔型に切り欠いた側面入射型の
本発明の受光素子を示す断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a side-incident light-receiving element of the present invention in which the central portion of the bottom surface is cut out in a wedge shape.

【図21】上面側部をメサ型に切り欠いた側面入射型の
本発明の受光素子を示す断面図。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a side-incident light-receiving element of the present invention in which an upper surface side portion is cut out in a mesa shape.

【図22】1.3μm光に対するInGaAsP吸収層
の厚みdと透過率Tの関係を示すグラフ。
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the thickness d of the InGaAsP absorption layer and the transmittance T for 1.3 μm light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1光ファイバ 2波長分波器 3光ファイバ 4波長分波器 5光ファイバ 6光ファイバ 7光ファイバ 8波長合波器 9リードピン 10ステム 11サブマウント 12PDチップ 13レンズ 14キャップ 15スリーブ 16フェルール 17光ファイバ 18ベンドリミッタ 19Siベンチ 20V溝 21ミラー面 22光ファイバ 23PDチップ 24受光部 25ガラスブロック 26ガラスブロック 27誘電体多層膜 28光ファイバ 29LD 30PD 31ハウジング 32光ファイバ 33LD 34PD 35WDM 36受光部 37n−InP基板 38n−InPバッファ層 39n−InGaAs受光層 40n−InP窓層 41p型領域 42p電極 43反射防止膜 44パシベーション膜 45n電極 46n型InP基板 47n型InGaAs受光層 48p型領域 49空乏層 50p電極 51パシベーション膜 52InGaAsP吸収層 53n電極 54反射防止膜 55InP窓層 56n型InPバッファ層 57n型InP基板 58InGaAsP光吸収層 59n型InGaAs受光層 60p領域 61pn接合 62空乏層 63p電極 64パシベーション膜 65n電極 66反射防止膜 69n−InP窓層 70p領域 71pn接合 72空乏層 73反射膜 74n−InPバッファ層 75p電極 76反射防止膜 77n電極 78基板 79分波導波路 80共通路 81分岐路 82結合部 83分岐路 84PD 85LD 86n−InGaAsP窓層 87p−InP窓層 88p電極 89n電極 90傾斜面 91n電極 92n電極 93V溝 94n電極 95メサ面1 optical fiber 2 wavelength demultiplexer 3 optical fiber 4 wavelength demultiplexer 5 optical fiber 6 optical fiber 7 optical fiber 8 wavelength multiplexer 9 lead pin 10 stem 11 submount 12 PD chip 13 lens 14 cap 15 sleeve 16 ferrule 17 optical fiber 18 bend limiter 19 Si bench 20 V groove 21 mirror surface 22 optical fiber 23 PD chip 24 light receiving portion 25 glass block 26 glass block 27 dielectric multilayer film 28 optical fiber 29LD 30PD 31 housing 32 optical fiber 33LD 34PD 35WDM 36 light receiving portion 37n-InP substrate 38n -InP buffer layer 39n-InGaAs light receiving layer 40n-InP window layer 41p type region 42p electrode 43 antireflection film 44 passivation film 45n electrode 46n type InP substrate 47n type InGaAs light receiving layer 48p type region 9 depletion layer 50p electrode 51 passivation film 52InGaAsP absorbing layer 53n electrode 54 antireflection film 55InP window layer 56n-type InP buffer layer 57n + -type InP substrate 58InGaAsP light absorbing layer 59n-type InGaAs light receiving layer 60p + region 61pn junction 62 depletion layer 63p electrode 64 Passivation film 65n electrode 66 antireflection film 69n-InP window layer 70p + region 71pn junction 72 depletion layer 73 reflection film 74n-InP buffer layer 75p electrode 76 antireflection film 77n electrode 78 substrate 79 demultiplexing waveguide 80 common path 81 branch path 82 Coupling portion 83 Branch path 84PD 85LD 86n-InGaAsP window layer 87p-InP window layer 88p electrode 89n electrode 90 inclined surface 91n electrode 92n electrode 93V groove 94n electrode 95 mesa surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−83619(JP,A) 特開 昭63−14470(JP,A) 特開 平3−4571(JP,A) 特開 平3−206671(JP,A) 特開 昭62−142375(JP,A) 特開2000−77702(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/0232 H01L 31/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-11-83619 (JP, A) JP-A-63-14470 (JP, A) JP-A-3-4571 (JP, A) JP-A-3- 206671 (JP, A) JP 62-142375 (JP, A) JP 2000-77702 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 31/0232 H01L 31 / Ten

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 InP基板と、InP基板の上に設けら
れpn接合を有するInGaAs受光層を含み、InG
aAs受光層よりも吸収端波長が短くInP基板と同じ
導電型でpn接合を含まず、厚みが3μm〜10μmで
キャリヤ濃度が1017cm−3〜1019cm−3
あるInGaAsP吸収層をInP基板とInGaAs
受光層の間に少なくとも一つ設けたことを特徴とする半
導体受光素子。
1. An InG substrate including an InP substrate and an InGaAs light receiving layer provided on the InP substrate and having a pn junction.
An InGaAsP absorption layer having a shorter absorption edge wavelength than that of the aAs absorption layer, the same conductivity type as the InP substrate, no pn junction, a thickness of 3 μm to 10 μm, and a carrier concentration of 10 17 cm −3 to 10 19 cm −3 Substrate and InGaAs
A semiconductor light receiving element, characterized in that at least one is provided between the light receiving layers.
【請求項2】 InGaAsP吸収層とInGaAs受
光層の間にInPバッファ層を成長させた事を特徴とす
る請求項1に記載の半導体受光素子。
2. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein an InP buffer layer is grown between the InGaAsP absorption layer and the InGaAs light absorption layer.
【請求項3】 InGaAs受光層のpn接合の周囲に
p領域よりなる拡散遮蔽層を形成した事を特徴とする請
求項1又は2に記載の半導体受光素子。
3. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein a diffusion blocking layer made of a p region is formed around the pn junction of the InGaAs light receiving layer.
【請求項4】 InGaAs受光層の上にInP窓層を
設け、InGaAs受光層とInP窓層にpn接合を設
けたことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半
導体受光素子。
4. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein an InP window layer is provided on the InGaAs light receiving layer, and a pn junction is provided in the InGaAs light receiving layer and the InP window layer.
【請求項5】 InGaAs受光層の上にInGaAs
P窓層(吸収端波長約1.4μm)を設け、InGaA
s受光層とInGaAsP窓層にpn接合を設けた事を
特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体受光素
子。
5. InGaAs on the InGaAs light receiving layer
A P window layer (absorption edge wavelength of about 1.4 μm) is provided, and InGaA
4. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein a pn junction is provided in the s light receiving layer and the InGaAsP window layer.
【請求項6】 基板側にリング状電極を持ち、受光層上
部に不透明の金属電極を有し受光層の殆どが不透明電極
で覆われており、裏面入射型であることを特徴とする請
求項1〜5の何れかに記載の半導体受光素子。
6. A back-illuminated type having a ring-shaped electrode on the substrate side, an opaque metal electrode above the light-receiving layer, and most of the light-receiving layer covered with the opaque electrode. The semiconductor light receiving element according to any one of 1 to 5.
【請求項7】 拡散遮蔽層と不透明電極の周囲の全てを
阻止すべき波長λに対する誘電体多層膜で覆った事を
特徴とする請求項3に記載の半導体受光素子。
7. The semiconductor light receiving element according to claim 3, wherein the diffusion shielding layer and the opaque electrode are entirely covered with a dielectric multilayer film for a wavelength λ 1 to be blocked.
【請求項8】 基板底面側に底面の全体を覆う電極を有
し、受光層上部の全体を電極で覆い、側方から受光層に
光を導入するようにした導波路型である事を特徴とする
請求項1〜4の何れかに記載の半導体受光素子。
8. A waveguide type having an electrode covering the entire bottom surface on the bottom surface side of the substrate and covering the entire upper part of the light receiving layer with the electrode so that light is introduced into the light receiving layer from the side. The semiconductor light receiving element according to claim 1.
【請求項9】 基板底面側に底面の全体を覆う電極を有
し、受光層上部に全面を覆う電極を設けてあり、底面の
側部が斜めに切り欠いてあって、側面の切り欠き部から
光が入射し屈折して受光部に至るようにした側面入射型
である事を特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の半
導体受光素子。
9. A substrate bottom surface has an electrode covering the entire bottom surface, and an electrode covering the entire surface is provided on the upper part of the light-receiving layer. The side surface of the bottom surface is obliquely cut out, and the side surface notch is formed. 5. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein the semiconductor light receiving element is a side-incident type in which light is incident from and refracted to reach a light receiving portion.
【請求項10】 基板底面側に底面の全体を覆う電極を
有し、受光層上部に全面を覆う電極を設けてあり、底面
の中央部がV型に切り欠いてあって、側面から入射した
光が切り欠き部で反射して受光層に入るようにした側面
入射型である事を特徴とする請求項1〜4の何れかに記
載の半導体受光素子。
10. An electrode that covers the entire bottom surface is provided on the bottom surface side of the substrate, and an electrode that covers the entire bottom surface is provided on the upper surface of the light-receiving layer. 5. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein the semiconductor light receiving element is a side-incident type in which light is reflected by the cutout portion and enters the light receiving layer.
【請求項11】 基板下部全面を覆う電極を有し、受光
層上部を覆う電極を設けてあり、上面の両側がメサ型に
切り欠いてあって、エピダウンでパッケージに取り付け
られ、側面から入射した光がメサ面で屈折して受光層に
入るようにした側面入射型である事を特徴とする請求項
1〜4の何れかに記載の半導体受光素子。
11. An electrode that covers the entire lower surface of the substrate, an electrode that covers the upper portion of the light-receiving layer is provided, both sides of the upper surface are notched in a mesa shape, and they are attached to the package by epi-down and incident from the side surface. 5. The semiconductor light receiving element according to claim 1, wherein the semiconductor light receiving element is a side-incident type in which light is refracted at the mesa surface and enters the light receiving layer.
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