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公開番号2025098924
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2024164774,2024522513
出願日2024-09-24,2023-12-20
発明の名称半導体受光素子、光回線終端装置、多値強度変調送受信装置、デジタルコヒーレント受信装置、光ファイバ無線システム、SPADセンサーシステム、及びライダー装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H10F 30/20 20250101AFI20250625BHJP()
要約【課題】広い応答帯域で動作し、かつ高い受信感度を有する半導体受光素子を得る。
【解決手段】本開示の半導体受光素子100は、InP基板1と、InP基板1上に形成されたn型半導体層2と、n型半導体層2上に形成された電子走行層3と、電子走行層3上に形成され、キャリア濃度が1×10¹⁷cm^-3以下であり、InAs層及びGaAs層、InAlAs層及びInGaAs層、または、互いに組成比の異なるInAlGaAs層のいずれかの組み合わせで構成された2種類の半導体層が2原子層から6原子層の周期でそれぞれ交互に積層されたi型デジタルアロイ構造からなる光吸収層5と、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ＩｎＰ基板と、
前記ＩｎＰ基板上に形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に形成された電子走行層と、
前記電子走行層上に形成され、キャリア濃度が１×１０
17
ｃｍ
-3
以下であり、ＩｎＡｓ層及びＧａＡｓ層、ＩｎＡｌＡｓ層及びＩｎＧａＡｓ層、または、互いに組成比の異なるＩｎＡｌＧａＡｓ層のいずれかの組み合わせで構成された２種類の半導体層が２原子層から６原子層の周期でそれぞれ交互に積層されたｉ型デジタルアロイ構造からなる光吸収層と、
を備える半導体受光素子。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記光吸収層は、１周期の原子層数が互いに等しいＩｎＡｓ層及びＧａＡｓ層が交互に積層されたｉ型デジタルアロイ構造からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記電子走行層は、キャリア濃度が５×１０
17
ｃｍ
-3
以下であり、層厚が０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記ｎ型半導体層はｎ型導電層であり、前記ＩｎＰ基板上に形成された前記ｎ型導電層が部分的に露出した部位にｎ型電極が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記光吸収層上に、ｉ型またはｎ型の窓層が形成され、少なくとも前記窓層の内部にｐ型不純物拡散領域が形成され、前記ｐ型不純物拡散領域の上部にｐ型電極が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
前記ｐ型不純物拡散領域の外周部分に前記ｎ型半導体層に達する分離溝が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体受光素子。
【請求項７】
前記ｐ型電極と相対する前記ＩｎＰ基板の裏面に、光の入射領域が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体受光素子。
【請求項８】
前記光吸収層上にメサ型のｐ型導電層が形成され、前記ｐ型導電層上にｐ型電極が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【請求項９】
前記メサ型のｐ型導電層の外周部に、底部が少なくとも前記ｎ型半導体層に達する分離溝が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の半導体受光素子。
【請求項１０】
ＩｎＰ基板と、
前記ＩｎＰ基板上に形成されたｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、キャリア濃度が１×１０
17
ｃｍ
-3
以下であり、ＩｎＡｓ層及びＧａＡｓ層、ＩｎＡｌＡｓ層及びＩｎＧａＡｓ層、または、互いに組成比の異なるＩｎＡｌＧａＡｓ層のいずれかの組み合わせで構成された２種類の半導体層が２原子層から６原子層の周期でそれぞれ交互に積層されたｉ型デジタルアロイ構造からなる光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された電子走行層と、
を備える半導体受光素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体受光素子、光回線終端装置、多値強度変調送受信装置、デジタルコヒーレント受信装置、光ファイバ無線システム、ＳＰＡＤセンサーシステム、及びライダー装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
デジタル情報を活用するデジタルトランスフォーメーションの進展とともに、デジタル情報を相互に通信する通信ネットワークとデータの蓄積処理を行うデータセンタの発展が著しい。通信ネットワーク及びデータセンタ内通信には光通信が用いられる。光通信は、近年、高速化及び大容量化が目覚ましい進展を遂げている。光通信の進展の中で、光通信の受信器として、高い受信感度が得られるフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）及びアバランシェフォトダイオード（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＡＰＤ）が必要とされる。
【０００３】
光通信の加入者まで接続するアクセス網では、パッシブ光ネットワーク（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ：ＰＯＮ）が主たる方式として採用されている。ＰＯＮシステムでは、１～２Ｇｂｐｓの信号を伝送するＧ（Ｅ）－ＰＯＮシステムから始まり、今後は１０Ｇｂｐｓの信号を伝送する１０Ｇ－ＥＰＯＮシステム、ＸＧ－ＰＯＮシステムが増加していくと予想される。
【０００４】
さらに、ＩＴＵ－Ｔ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎＳｅｃｔｏｒ）において、次世代高速ＰＯＮシステムである５０Ｇ－ＰＯＮシステムが検討されており、アクセス網においても今後、５０Ｇｂｐｓ級の伝送が実用化されていくと期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平３－０５０８７５号公報
特開平１－２５５２８２号公報
特開平６－０９７４８３号公報
【非特許文献】
【０００６】
ＪｉｙｕａｎＺｈｅｎｇｅｔａｌ．，“ＤｉｇｉｔａｌＡｌｌｏｙＩｎＡｌＡｓＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ”，ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＷＡＶＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．３６，ＮＯ．１７，ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ１，ｐｐ．３５８０－３５８５，２０１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（１）ＰＤ及びＡＰＤにおける光吸収層に関する課題
高速の光通信に用いられるＰＤ及びＡＰＤは、光吸収層として、光通信波長帯である１．３μｍ帯と１．５５μｍ帯で吸収係数が高いＩｎＧａＡｓが用いられる。たとえば、１．３μｍ帯では、１００００／ｃｍ以上の高い吸収係数が得られる。
【０００８】
ＰＤ及びＡＰＤの応答帯域を広帯域化するためには、光吸収層を構成するＩｎＧａＡｓ層を薄膜化してキャリアの走行時間を短縮する必要がある。しかしながら、光吸収層の層厚を薄膜化すると、受光感度が低下するという問題が発生する。
【０００９】
光吸収層の吸収係数をα、光吸収層の層厚をＷとすると、量子効率η（＝吸収される光子数／入射光子数）は、以下の式（１）で表される。
η＝１－ｅｘｐ（－αＷ）（１）
【００１０】
式（１）において、たとえば、α＝１００００／ｃｍ、Ｗ＝１μｍとすると、量子効率ηは６３％となる。ちなみに、受光感度Ｓ（Ａ／Ｗ）は、Ｓ＝η・λ（ｎｍ）／１２４０で与えられるので、波長１．３μｍの光の場合は、受光感度は０．６６Ａ／Ｗとなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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