JPH0367203A - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JPH0367203A JPH0367203A JP20279789A JP20279789A JPH0367203A JP H0367203 A JPH0367203 A JP H0367203A JP 20279789 A JP20279789 A JP 20279789A JP 20279789 A JP20279789 A JP 20279789A JP H0367203 A JPH0367203 A JP H0367203A
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- JP
- Japan
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- layer
- waveguide
- photodetection
- photodetector
- light
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は波長多爪光伝送システムにおいて、人射された
光の中の特定の波長の信号光を選択的に検出する光検出
器に関する。
光の中の特定の波長の信号光を選択的に検出する光検出
器に関する。
[従来の技術]
従来この種の光検出器は、入射光を分波して信号光を取
出し、これをフォトダイオード等の光電変換器を用いて
受信していた。
出し、これをフォトダイオード等の光電変換器を用いて
受信していた。
第7図は従来の光検出器の構成を示す図である。
基板71J:に構成されたリッジ型の導波路73にはそ
れぞれ異なる波長の信号光を反射させる回折格子741
〜743が形成されている。光フアイバ77より入射さ
れる多重化された信号光は、その波長がブラッグ条件を
満足する回折格子によって反射される。各反射位置には
、同様に形成された回折格子76、〜763をそれぞれ
具備するフォトダイオード等の光検出部75.〜753
が形成されており、各信号光の検出が行なわれる。
れぞれ異なる波長の信号光を反射させる回折格子741
〜743が形成されている。光フアイバ77より入射さ
れる多重化された信号光は、その波長がブラッグ条件を
満足する回折格子によって反射される。各反射位置には
、同様に形成された回折格子76、〜763をそれぞれ
具備するフォトダイオード等の光検出部75.〜753
が形成されており、各信号光の検出が行なわれる。
また、入射光を分波するものとして回折格子の代わり(
干渉フィルタを配置し、特定波長の光のみを透過、もし
くは反射させるものもある。
干渉フィルタを配置し、特定波長の光のみを透過、もし
くは反射させるものもある。
L述した光検出器においては、分波を行なうために長い
光路を必要とし、その領域も広い面積を要するため、光
検出器が大きいものとなってしまうという欠点がある。
光路を必要とし、その領域も広い面積を要するため、光
検出器が大きいものとなってしまうという欠点がある。
また、長い光路Cよって生じる光吸収損失や種々の部品
を挿入することによって生じる反射散乱損失も大きなも
のとなってしまうという欠点があり、波長分解能も低く
、高密度集積化も成されていなかった。
を挿入することによって生じる反射散乱損失も大きなも
のとなってしまうという欠点があり、波長分解能も低く
、高密度集積化も成されていなかった。
このような欠点を解決するために提案された光検出器と
しては、特願平1−56142号や特願平1−5982
5号のものがある。こむらに記載されたものは、基板に
垂直な方向に伝搬定数の異なる2つの第1と第2の導波
層(第1導波層、804と第2導波贋806、第1導波
層901と光吸収層902)を形成し、所望の波長の光
において、各導波層間に光学的結合が生じるように、グ
レーティング(回折格子807.907)を形成するこ
とにより、所望の波長の光を第1の導波層から第2の導
波層へ移行させ、分波させる波長フィルタおよび、光検
出器である。
しては、特願平1−56142号や特願平1−5982
5号のものがある。こむらに記載されたものは、基板に
垂直な方向に伝搬定数の異なる2つの第1と第2の導波
層(第1導波層、804と第2導波贋806、第1導波
層901と光吸収層902)を形成し、所望の波長の光
において、各導波層間に光学的結合が生じるように、グ
レーティング(回折格子807.907)を形成するこ
とにより、所望の波長の光を第1の導波層から第2の導
波層へ移行させ、分波させる波長フィルタおよび、光検
出器である。
特願平1−59825号に記載されたものは第8図に示
すように第2導波層806の一部を除去し、第2の導波
層である光検出層に置き換えたものであり、特願平1−
56142号に記載されたものは第9図に示すように第
2の導波層自体を光吸収層902として光検出層とした
ものである。
すように第2導波層806の一部を除去し、第2の導波
層である光検出層に置き換えたものであり、特願平1−
56142号に記載されたものは第9図に示すように第
2の導波層自体を光吸収層902として光検出層とした
ものである。
これらのいずれのものにおいても、グレーティングが形
成される位置は、第10図に示す第I、第2の導波層を
それぞれ導波する偶モード1001゜奇モード】002
が重なる領域とされている。
成される位置は、第10図に示す第I、第2の導波層を
それぞれ導波する偶モード1001゜奇モード】002
が重なる領域とされている。
上記各提案によれば、集積化に適し、高効率で、かつ鋭
い波長選択性を有する光検出器を得ることができる。
い波長選択性を有する光検出器を得ることができる。
[発明が解決しようとする課題]
上記従来例のうち、第7図に示したものにおいては、製
造されるものが大きくなり、反射散乱損失も大きなもの
になってしまうという欠点がある。第8図および第9図
に示したものにおいては、これらの欠点は解消されるも
のの、光検出層である第2の導波層806,902には
、第10図に示すように第1の導波層804.901を
導波する奇モード1002がおよんでおり、非選択波長
の光も若干光検出層で検出されてしまう。このため極め
て高い波長選択比または波長間クロストークが要求され
る場合には、設計、製作に高度な技術を必要であるとい
う欠点があった。
造されるものが大きくなり、反射散乱損失も大きなもの
になってしまうという欠点がある。第8図および第9図
に示したものにおいては、これらの欠点は解消されるも
のの、光検出層である第2の導波層806,902には
、第10図に示すように第1の導波層804.901を
導波する奇モード1002がおよんでおり、非選択波長
の光も若干光検出層で検出されてしまう。このため極め
て高い波長選択比または波長間クロストークが要求され
る場合には、設計、製作に高度な技術を必要であるとい
う欠点があった。
さらに、第8図に示したものにおいては、第2導波層と
同一の層に光検出部である吸収層809が形成されるた
め、−旦、エツチング後、再成長を行なう必要があり、
作製工程が増加し、作製時間も長くなるという欠点があ
った。
同一の層に光検出部である吸収層809が形成されるた
め、−旦、エツチング後、再成長を行なう必要があり、
作製工程が増加し、作製時間も長くなるという欠点があ
った。
本発明は、上記従来技術が有する種々な欠点を解消する
ことのできる光検出器を実現することを目的とする。
ことのできる光検出器を実現することを目的とする。
[課題を解決するための手段]
本発明の光検出器は、
波長多電化された光信号の中より特定波長の信号光を分
波するために使用される半導体層が積層された形態の光
検出器であって、 光信号が入射される第1の導波層と、 特定波長の信号光を導波させるための第2の導波層と、 第1の導波層を中心とする第1の導波モードと、前記第
2の導波層を中心とする第2の導波モードとが重なり合
う領域に設けられた回折格子と、入射された光を吸収し
て該入射された光の量を検出する光検出層とを具備し、 光検出層は、自己を中心とする第3の導波モードが前記
第1の導波モードと多く重なることがなく、かつ、前記
第2の導波モードと多く重なるものとなる位置に形成さ
れている。
波するために使用される半導体層が積層された形態の光
検出器であって、 光信号が入射される第1の導波層と、 特定波長の信号光を導波させるための第2の導波層と、 第1の導波層を中心とする第1の導波モードと、前記第
2の導波層を中心とする第2の導波モードとが重なり合
う領域に設けられた回折格子と、入射された光を吸収し
て該入射された光の量を検出する光検出層とを具備し、 光検出層は、自己を中心とする第3の導波モードが前記
第1の導波モードと多く重なることがなく、かつ、前記
第2の導波モードと多く重なるものとなる位置に形成さ
れている。
この場合、光検出層に光伝導性を有するもの外部に面す
るように設け、その上面に電極を2個設けてその間の抵
抗値変化から入射光量を検出してもよく、また、電極を
3個設けてFET構造としてもよい。
るように設け、その上面に電極を2個設けてその間の抵
抗値変化から入射光量を検出してもよく、また、電極を
3個設けてFET構造としてもよい。
さらに、光検出層をi層とするPinホトダイオード構
造としてもよい。
造としてもよい。
[作用]
第8図および第9図に示した従来のものと同様に、第1
および第2の導波層は積層された形態のものとなるので
、それらの材料によっても伝搬定数を異ならせることが
でき、この間に生じる伝搬定数差を大きなものとするこ
とができる。このため、該2つの導波層間に生じる光パ
ワーの移行は回折格子によるものが支配的となり、鋭い
波長選択性が得られる。さらに、本発明のものでは、光
検出層が、自己を中心とする第3の導波モードが第1の
導波モードと多く重なることがなく、かつ、第2の導波
モードと多く重なるものとなる位置に形成されている。
および第2の導波層は積層された形態のものとなるので
、それらの材料によっても伝搬定数を異ならせることが
でき、この間に生じる伝搬定数差を大きなものとするこ
とができる。このため、該2つの導波層間に生じる光パ
ワーの移行は回折格子によるものが支配的となり、鋭い
波長選択性が得られる。さらに、本発明のものでは、光
検出層が、自己を中心とする第3の導波モードが第1の
導波モードと多く重なることがなく、かつ、第2の導波
モードと多く重なるものとなる位置に形成されている。
このため、該光検出層にて検出される光は第2の導波モ
ードのもの、すなわち、第2の導波層を伝搬するものが
ほとんどとなり、第1の導波層を伝搬する非選択波長光
の吸収が低減されるので極めて高い波長選択比または波
長間クロストークを得ることができる。また、半導体層
が積層された構造であるので、その製造プロセスは一般
の半導体素子とほぼ同様であり、再現性も良い。
ードのもの、すなわち、第2の導波層を伝搬するものが
ほとんどとなり、第1の導波層を伝搬する非選択波長光
の吸収が低減されるので極めて高い波長選択比または波
長間クロストークを得ることができる。また、半導体層
が積層された構造であるので、その製造プロセスは一般
の半導体素子とほぼ同様であり、再現性も良い。
[実施例コ
第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す図、第2図
(a)は第1の実施例の上面に形成される電極の構成を
示す上面図である。
(a)は第1の実施例の上面に形成される電極の構成を
示す上面図である。
まず、本実施例の構造について説明する。
本実施例は、GaAsである基板1上に、厚さ0.5μ
mのGaAsであるバッファ層104、厚さ1.5μm
のAl。、 、、Ga0. 、、Asであるクラッド層
105、GaAsとAI。、 4Ga、、 、、Asと
が交互に積層されて多重量子井戸(MQW)とされた厚
さ0,15μmの第1導波層101、厚さ1.1μnの
A1.、 aGao5^Sであるクラッド層106、G
aAsとAlo、 2Ga6. aAsとが交互に積層
されてMQWとされた厚さ0.2μmの第2導波層10
2、厚さ0.25μmのAlo4Ga0. 、、Asで
ある回折格子層107、厚さ0.25μmのn −Ga
As(n = 1 x 10 ”cm−’)である光検
出層108を分子線エピタキシャル(MBE)法により
順に成長させている。次に、フォトレジストを用いたフ
ォトリソグラフィー法によってレジストマスク作製後、
アンモニア水、過酸化水素水の混合エッチャントによる
選択エツチングを行ない、光検出層108を図面の右側
部分である光検出領域109を残して、除去した。この
とき光吸収層109の下はAI。4Gao、 sAsの
回折格子層107であるため、AIの特性に依存する選
択エツチングを容易に行なうことができる。
mのGaAsであるバッファ層104、厚さ1.5μm
のAl。、 、、Ga0. 、、Asであるクラッド層
105、GaAsとAI。、 4Ga、、 、、Asと
が交互に積層されて多重量子井戸(MQW)とされた厚
さ0,15μmの第1導波層101、厚さ1.1μnの
A1.、 aGao5^Sであるクラッド層106、G
aAsとAlo、 2Ga6. aAsとが交互に積層
されてMQWとされた厚さ0.2μmの第2導波層10
2、厚さ0.25μmのAlo4Ga0. 、、Asで
ある回折格子層107、厚さ0.25μmのn −Ga
As(n = 1 x 10 ”cm−’)である光検
出層108を分子線エピタキシャル(MBE)法により
順に成長させている。次に、フォトレジストを用いたフ
ォトリソグラフィー法によってレジストマスク作製後、
アンモニア水、過酸化水素水の混合エッチャントによる
選択エツチングを行ない、光検出層108を図面の右側
部分である光検出領域109を残して、除去した。この
とき光吸収層109の下はAI。4Gao、 sAsの
回折格子層107であるため、AIの特性に依存する選
択エツチングを容易に行なうことができる。
つづいて、再びレジストマスクを作製し、反応性イオン
ビームエツチング(RIBE)法により第2図(a)に
示すように、光検出領域109、導入領域111をつら
なる位置に導波光閉じ込め用のリッジ導波路201を形
成した。さらに同様の工程により、リッジ導波路201
の長手方向に直角にピッチ30μm1領域長550μm
の回折格子202を形成した。この回折格子202は、
A104Gao、 6Asである回折格子層107をエ
ツチングすることにより得ている。したがって深さは0
.25μmである。
ビームエツチング(RIBE)法により第2図(a)に
示すように、光検出領域109、導入領域111をつら
なる位置に導波光閉じ込め用のリッジ導波路201を形
成した。さらに同様の工程により、リッジ導波路201
の長手方向に直角にピッチ30μm1領域長550μm
の回折格子202を形成した。この回折格子202は、
A104Gao、 6Asである回折格子層107をエ
ツチングすることにより得ている。したがって深さは0
.25μmである。
さらに、光入力時に、第1導波層101のみが光と結合
するように、リッジ導波路201の前方の第2導波層1
02をエツチングにより除去した(第1図参照)。この
とき、リッジ端面203を第2図(a)、(b)に示す
ようにリッジ導波路201の長手方向に対して、斜めに
エツチングし、第2導波層102への結合をさらに、低
いものとした。
するように、リッジ導波路201の前方の第2導波層1
02をエツチングにより除去した(第1図参照)。この
とき、リッジ端面203を第2図(a)、(b)に示す
ようにリッジ導波路201の長手方向に対して、斜めに
エツチングし、第2導波層102への結合をさらに、低
いものとした。
次に、プラズマCVD (ケミカル・ベイバー・デポジ
ション)法により、上面にSi3N4膜を0.3μmの
厚さに成膜させた。そして、第2図(a)に示すように
光検出領域109の一部に電極用窓あけするためのレジ
ストマスク作製後、これを用いたドライエツチングによ
りSi3N4膜の一部を除去した。次にAu/Au−T
heからなる電極膜を成膜させ、フォトリソグラフィー
法により第2図(a)に示すように第1図中に示す光検
出層108に接する2つの電極204.205を形成し
た。この2つの電極204.205の配置は、波長選択
された導波光が各電極204.205間の下の光検出層
108にて結合するように、リッジ導波路201の長手
方向をはさんで対向するように設けられている。光の進
行方向に対する電極長は本実施例のもので100μmで
ある。
ション)法により、上面にSi3N4膜を0.3μmの
厚さに成膜させた。そして、第2図(a)に示すように
光検出領域109の一部に電極用窓あけするためのレジ
ストマスク作製後、これを用いたドライエツチングによ
りSi3N4膜の一部を除去した。次にAu/Au−T
heからなる電極膜を成膜させ、フォトリソグラフィー
法により第2図(a)に示すように第1図中に示す光検
出層108に接する2つの電極204.205を形成し
た。この2つの電極204.205の配置は、波長選択
された導波光が各電極204.205間の下の光検出層
108にて結合するように、リッジ導波路201の長手
方向をはさんで対向するように設けられている。光の進
行方向に対する電極長は本実施例のもので100μmで
ある。
波長選択領域110の長さは回折格子202の長さに相
当し、本実施例では550μm、光検出領域109の長
さは電極の長さに相当し、本実施例では100μmであ
る。
当し、本実施例では550μm、光検出領域109の長
さは電極の長さに相当し、本実施例では100μmであ
る。
上述の手順にて作製した素子を切断後、試料ホルダーに
固定し、各電極204.205にリード線をボンディン
グし、外部へ取り出した。
固定し、各電極204.205にリード線をボンディン
グし、外部へ取り出した。
このように、本実施例の光検出器は、第1図および第2
図(a)に示すように、導波層(第1導波層101、第
2導波層102、光検出層108〉が層方向に3層積層
され、これらによる方向性結合器が構成されている。各
導波層101.102および光検出層108は、厚さや
組成が異なるように形成されているので、各々を導波す
る光の伝搬定数は異なるものとなる。第2導波層102
に形成された回折格子202は、光結合される波長を選
択するためのもので、そのピッチにより選択される波長
域が決定される。
図(a)に示すように、導波層(第1導波層101、第
2導波層102、光検出層108〉が層方向に3層積層
され、これらによる方向性結合器が構成されている。各
導波層101.102および光検出層108は、厚さや
組成が異なるように形成されているので、各々を導波す
る光の伝搬定数は異なるものとなる。第2導波層102
に形成された回折格子202は、光結合される波長を選
択するためのもので、そのピッチにより選択される波長
域が決定される。
さらに、光検出領域109では第2導波層102上に光
検出層108が形成されているので選択波長の光が吸収
されて、キャリアが発生する。このため、各電極204
.205の間の抵抗値は、光伝導性により発生したキャ
リアの量に応じて低下するので、これを検出することに
より選択波長光の検出を行なうことができる。
検出層108が形成されているので選択波長の光が吸収
されて、キャリアが発生する。このため、各電極204
.205の間の抵抗値は、光伝導性により発生したキャ
リアの量に応じて低下するので、これを検出することに
より選択波長光の検出を行なうことができる。
第1図中のTEO〜TE、は、各領域における導波モー
ドの光電界分布を示すもので、導波光の進行方向に光強
度を示している。
ドの光電界分布を示すもので、導波光の進行方向に光強
度を示している。
本実施例中の各領域109〜111では、各々異なる半
導体層が積層されているので、成立する導波モードも異
なるものになっている。
導体層が積層されているので、成立する導波モードも異
なるものになっている。
光導入領域111での導波モードは、基板モード、つま
りTEoモードのみが成立する。波長選択領域110で
は、第2導波層102に中心強度を有する偶モード(T
Eoモード)および第1導波層101に中心強度を有す
る奇モード(TE、モード)が成立する。
りTEoモードのみが成立する。波長選択領域110で
は、第2導波層102に中心強度を有する偶モード(T
Eoモード)および第1導波層101に中心強度を有す
る奇モード(TE、モード)が成立する。
光検出領域109ではその積層構成に依存して、2つ以
上のモードが成立し、第1図に示すようにTEo、TE
+ 、TE2の3つのモードが成立する。各モードの導
波光は、前述したように光検出層で、吸収されるが、こ
のときの吸収係数は、各モードの光電界分布が、光検出
層108へどれだけおよんでいるかに依存して大きく異
なるものである。
上のモードが成立し、第1図に示すようにTEo、TE
+ 、TE2の3つのモードが成立する。各モードの導
波光は、前述したように光検出層で、吸収されるが、こ
のときの吸収係数は、各モードの光電界分布が、光検出
層108へどれだけおよんでいるかに依存して大きく異
なるものである。
次に、本実施例の動作について、第1図および第2図(
a)、(b)を参照し、第1導波層101に入射される
光信号112が、回折格子202によって選択される受
信を行なう波長/l。
a)、(b)を参照し、第1導波層101に入射される
光信号112が、回折格子202によって選択される受
信を行なう波長/l。
のものとしゃ断したい波長λ2のものとを含むものとし
て説明する。
て説明する。
第1導波層101に入射した導波光101は、光導入領
域111においてはTEoモードとなって導波される。
域111においてはTEoモードとなって導波される。
次に、波長選択領域110においては、波長λ1のもの
は回折格子202によって選択されて第2導波層102
に中心強度を有するTE。モードと強く結合し、波長入
2のものは第1導波層101に中心強度を有するTEI
モードと強く結合して導波される。続く光検出領域10
9においては、波長λ1のものはTEo、TE+モード
と強〈結合し、波長R2のものはTE2モードと強く結
合する。このとき、光検出層108は光を吸収してキャ
リアが発生するが、このときに吸収される光は光検出層
108が光電界分布の中心であり、吸収係数の高いTE
o、TE、モードのもの、すなわち、波長R1のものが
ほとんどとなる。波長入2のものに関しては、光電界分
布が第1導波層101を中心とし、光検出層108Cお
よんでいないために吸収係数の低いTE2モードとして
導波されているため、はとんど吸収されない。
は回折格子202によって選択されて第2導波層102
に中心強度を有するTE。モードと強く結合し、波長入
2のものは第1導波層101に中心強度を有するTEI
モードと強く結合して導波される。続く光検出領域10
9においては、波長λ1のものはTEo、TE+モード
と強〈結合し、波長R2のものはTE2モードと強く結
合する。このとき、光検出層108は光を吸収してキャ
リアが発生するが、このときに吸収される光は光検出層
108が光電界分布の中心であり、吸収係数の高いTE
o、TE、モードのもの、すなわち、波長R1のものが
ほとんどとなる。波長入2のものに関しては、光電界分
布が第1導波層101を中心とし、光検出層108Cお
よんでいないために吸収係数の低いTE2モードとして
導波されているため、はとんど吸収されない。
第2図(b)は、光検出層108にて吸収された光の量
を検出する回路の一例を示すものである。
を検出する回路の一例を示すものである。
電極204.205間に抵抗R1および電流計206を
介して直流電源vlを接続し、供給電流値の変化を電流
計206で計ることにより、電極204.205間の抵
抗値の変化を検出することができ、光検出層108にて
吸収された光の量を検出することができる。
介して直流電源vlを接続し、供給電流値の変化を電流
計206で計ることにより、電極204.205間の抵
抗値の変化を検出することができ、光検出層108にて
吸収された光の量を検出することができる。
第3図は波長0.80μmから0.86μmの光を入射
光112として第1導波層101へ導入し、各波長毎の
検出電流比を測定したものである。図示するように中心
の検出ピークでの半値全幅は77入となっている。また
、波長0.83μmと波長0.85μm間のクロストー
クは約20dBであった。
光112として第1導波層101へ導入し、各波長毎の
検出電流比を測定したものである。図示するように中心
の検出ピークでの半値全幅は77入となっている。また
、波長0.83μmと波長0.85μm間のクロストー
クは約20dBであった。
第4図は本発明の第2の実施例の外観を示す斜視図であ
る。
る。
本実施例は、第1の実施例が光伝導性を利用して光検出
を行なっていたのに対し、FET構造電極を用いて光検
出を行なったものである。作製工程および構造は、上面
に形成される電極構造以外は第1の実施例のものと同様
であり、同一番号を付し、説明は省略する。
を行なっていたのに対し、FET構造電極を用いて光検
出を行なったものである。作製工程および構造は、上面
に形成される電極構造以外は第1の実施例のものと同様
であり、同一番号を付し、説明は省略する。
本実施例における電極は第1の実施例において設けた2
個の電極の間にさらに、第3の電極を設けた構成となっ
ている。
個の電極の間にさらに、第3の電極を設けた構成となっ
ている。
すなわち、第4図に示すように電極は全部で3個設けら
れており、それぞれ、ドレイン電極401、ゲート電極
402、ソース電極403とされている。ドレイン電F
i401、ソース電極403はAu/八uへGe膜かな
らなり。その間に設けられるゲート電極402はAt膜
からなっている。
れており、それぞれ、ドレイン電極401、ゲート電極
402、ソース電極403とされている。ドレイン電F
i401、ソース電極403はAu/八uへGe膜かな
らなり。その間に設けられるゲート電極402はAt膜
からなっている。
ゲート電極402と光検出層108はショットキー接触
とされており、ゲート型棒402直下の光検出層は空乏
層となっている。ドレイン電極401に正電圧、ソース
電極403に負電圧を印加1ノた状態で、ゲート電極4
02&ニー2Vから−SV程度の負電圧を印加すると空
乏層が広がり、ピンチオフ状態では、ドレイン−ソース
間に流れる電流は0となる。
とされており、ゲート型棒402直下の光検出層は空乏
層となっている。ドレイン電極401に正電圧、ソース
電極403に負電圧を印加1ノた状態で、ゲート電極4
02&ニー2Vから−SV程度の負電圧を印加すると空
乏層が広がり、ピンチオフ状態では、ドレイン−ソース
間に流れる電流は0となる。
この状態で、波長選択領域110から、第2導波層10
2を伝搬してくる導波光が、光検出領域109に達する
と、該導波光は光検出層108に吸収されてキャリアが
発生する。発生したキャリアのうちのホールはゲート電
極402に吸い込まれて空乏層が押し上げられるため、
ドレイン−ソース間にチャネル電流が流れる。このとき
、上述のキャリアのうちの電子はドレイン電極401へ
流入する光電流となる。
2を伝搬してくる導波光が、光検出領域109に達する
と、該導波光は光検出層108に吸収されてキャリアが
発生する。発生したキャリアのうちのホールはゲート電
極402に吸い込まれて空乏層が押し上げられるため、
ドレイン−ソース間にチャネル電流が流れる。このとき
、上述のキャリアのうちの電子はドレイン電極401へ
流入する光電流となる。
つまり導波光が光検出層に入射してこない状態において
は、ドレイン−ソース電極間はピンチオフ状態であり、
ドレイン電流は発生しない。t、かし、導波光が入射さ
れると、空乏層変化によるチャネル電流およびキャリア
発生による光電流が生じ、結果として、ドレイン電流が
発生し、光の検出が行なわれる。
は、ドレイン−ソース電極間はピンチオフ状態であり、
ドレイン電流は発生しない。t、かし、導波光が入射さ
れると、空乏層変化によるチャネル電流およびキャリア
発生による光電流が生じ、結果として、ドレイン電流が
発生し、光の検出が行なわれる。
この場合、ゲート電圧を適当な値に制御することにより
、波長間のクロストークを向上させたり、検出電流を増
幅させることが可能である。また、第1の実施例と異な
り検出動作をFET構造を用いて行なっていることによ
り、GHz以上の高速応答も可能な光検出器を得ること
ができた。
、波長間のクロストークを向上させたり、検出電流を増
幅させることが可能である。また、第1の実施例と異な
り検出動作をFET構造を用いて行なっていることによ
り、GHz以上の高速応答も可能な光検出器を得ること
ができた。
第5図は本発明の第3の実施例の構造を示す図である。
本実施例は、光検出機構として、光検出層をi−層とし
てPinフォトダイオードを形成した例を第5図に示す
。
てPinフォトダイオードを形成した例を第5図に示す
。
まず、本実施例の構造について説明する。
n” −GaAsである基板501上に、厚さ0.5μ
mのn−GaAsであるバッファ層502、厚さ1.5
μmのn A10.5GaO5ASであるクラッド層
503、厚さ0.1μmのn −A103Gao、 7
ASである第1導波層504、厚さ1.3μmのn
Alo、5Gao、5ASであるクラッド層505、n
−GaAsとn −Alo、 5Gao、 7ASと
が交互に積層されて多重量子井戸とされた厚さ0.2μ
mの第2導波層506、厚さ0.15μmのn Al
e4Gao6ASである回折格子層507、厚さ0.2
75 μmの1−GaAsである光検出層508、厚さ
1.0μmのP Alo、5Gao、sASであるク
ラッド層509、厚さ0.5μmのp”−GaAsであ
るキャップ層510を分子線エピタキシャル(MBE)
法を用いて順に成長させた。その後、フォトリソグラフ
ィー法を用いて4光検出領域109を保護したレジスト
・マスク作製後、硫酸、過酸化水素水、水の混合エッチ
ャントによりp”−GaAs、キャップ層510 、
p−A1.GaAsクラット509層をエツチングし
た。つづいて、アンモニア水、過酸化水素水の混合エッ
チャントに切り替えて、i −GaAs光検出層508
を選択エツチングした。このとき、1−GaAs光検出
層508の下地はAiのコンテンツが40%のn−Al
o、 aGaa6Asからなる回折格子層507である
ため、エツチングはi −GaAs層で、止めることが
できる。
mのn−GaAsであるバッファ層502、厚さ1.5
μmのn A10.5GaO5ASであるクラッド層
503、厚さ0.1μmのn −A103Gao、 7
ASである第1導波層504、厚さ1.3μmのn
Alo、5Gao、5ASであるクラッド層505、n
−GaAsとn −Alo、 5Gao、 7ASと
が交互に積層されて多重量子井戸とされた厚さ0.2μ
mの第2導波層506、厚さ0.15μmのn Al
e4Gao6ASである回折格子層507、厚さ0.2
75 μmの1−GaAsである光検出層508、厚さ
1.0μmのP Alo、5Gao、sASであるク
ラッド層509、厚さ0.5μmのp”−GaAsであ
るキャップ層510を分子線エピタキシャル(MBE)
法を用いて順に成長させた。その後、フォトリソグラフ
ィー法を用いて4光検出領域109を保護したレジスト
・マスク作製後、硫酸、過酸化水素水、水の混合エッチ
ャントによりp”−GaAs、キャップ層510 、
p−A1.GaAsクラット509層をエツチングし
た。つづいて、アンモニア水、過酸化水素水の混合エッ
チャントに切り替えて、i −GaAs光検出層508
を選択エツチングした。このとき、1−GaAs光検出
層508の下地はAiのコンテンツが40%のn−Al
o、 aGaa6Asからなる回折格子層507である
ため、エツチングはi −GaAs層で、止めることが
できる。
続けて、第1の実施例と同様の工程により、波長選択領
域110を形成した。回折格子のピッチは22μm、長
さは690μm、深さは0.15μmとした。そして光
検出領域109を除いて、Si3N、である保護膜51
1を成膜した。
域110を形成した。回折格子のピッチは22μm、長
さは690μm、深さは0.15μmとした。そして光
検出領域109を除いて、Si3N、である保護膜51
1を成膜した。
この後、キャップ層510上にAu/Crから成る電極
512を形成し、基板501の裏面に^U/Au−Ge
から成る電gi513を形成した。
512を形成し、基板501の裏面に^U/Au−Ge
から成る電gi513を形成した。
本実施例のものにおいては、第1導波層504に入力し
てきた光信号514のうち、選択される波長のもののみ
が波長選択領域110で第2導波層506と結合する。
てきた光信号514のうち、選択される波長のもののみ
が波長選択領域110で第2導波層506と結合する。
この後光検出領域109に導入後、第2導波層上部の光
検出層i −GaAs508で吸収される。光検出領域
109は、p−1−n構造となっており、電極512.
513間には逆バイアスが印加されている。そのため、
吸収により生じたキャリアは電流信号として検出される
。
検出層i −GaAs508で吸収される。光検出領域
109は、p−1−n構造となっており、電極512.
513間には逆バイアスが印加されている。そのため、
吸収により生じたキャリアは電流信号として検出される
。
第6図は本実施例のものにおいて取り出される信号電流
の波長特性を示す図である。
の波長特性を示す図である。
本実施例では第1の実施例と比較してコルゲーションの
深さを浅く、かつ、導波層の間隔を広く設定しているた
め、結合長が長くなっているが、半値全幅は約50入と
狭いものとなった。
深さを浅く、かつ、導波層の間隔を広く設定しているた
め、結合長が長くなっているが、半値全幅は約50入と
狭いものとなった。
以上の各実施例はすべて光検出層を第2導波層の上層部
に積層して形成したものであるが、熱論、光検出層を第
2導波層の横、すなわち、平面上に並列して形成しても
本発明の目的は達成される。つまり、信号光が、第2導
波層から、光検出層へ結合し、かつ第1導波層から光検
出層へ結合しない各層の配置であれば、光検出層と導波
層の空間的位置関係は特に問題とはならない。
に積層して形成したものであるが、熱論、光検出層を第
2導波層の横、すなわち、平面上に並列して形成しても
本発明の目的は達成される。つまり、信号光が、第2導
波層から、光検出層へ結合し、かつ第1導波層から光検
出層へ結合しない各層の配置であれば、光検出層と導波
層の空間的位置関係は特に問題とはならない。
また、構成する材料としては、GaAs系材料から構成
されていたが、検出波長に合わせてInGaAsなと他
のm−v族化合物半導体や、Si、 Geなとの半導体
や、GdTeなどII−VT族化合物半導体などから構
成することも熱論可能である。
されていたが、検出波長に合わせてInGaAsなと他
のm−v族化合物半導体や、Si、 Geなとの半導体
や、GdTeなどII−VT族化合物半導体などから構
成することも熱論可能である。
さらに、回折格子の形成される層は、光吸収層、導波層
を中心に成立する導波モード(偶モードおよび奇モード
)が重なり合う領域ならばいずれでも良い。
を中心に成立する導波モード(偶モードおよび奇モード
)が重なり合う領域ならばいずれでも良い。
[発明の効果コ
本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載するような効果を奏する。
に記載するような効果を奏する。
請求項1に記載のものにおいては、波長選択機能を光検
出器に兼備させることが可能な集積化に適した光検出器
を実現することができ、従来のものに比して波長選択比
および波長間クロストークがさらに優れた検出器を実現
することができる効果がある。
出器に兼備させることが可能な集積化に適した光検出器
を実現することができ、従来のものに比して波長選択比
および波長間クロストークがさらに優れた検出器を実現
することができる効果がある。
請求項2に記載のものにおいては、上記効果を有するも
のを簡単に実現することができる効果がある。
のを簡単に実現することができる効果がある。
請求項3に記載のものにおいては、FET構造とされて
いるので、波長間のクロストークを向上させることや検
出電流を増幅させることが可能となり、かつ、GHz以
上の高速応答性を持たせることもできる効果がある。
いるので、波長間のクロストークを向上させることや検
出電流を増幅させることが可能となり、かつ、GHz以
上の高速応答性を持たせることもできる効果がある。
請求項4に記載のものにおいてはPin構造とされて人
力光の量に応じた電流が流れるので、上記効果に加えて
検出が容易なものとなる効果がある。
力光の量に応じた電流が流れるので、上記効果に加えて
検出が容易なものとなる効果がある。
また、上記いずれのものにおいても、波長多重通信シス
テムに適用する光検出器として好適であり、他の機能素
子との集積化も容易なため将来の光IC,0EIC(光
電子IC)にも好適である。また、現在および今後の光
情報伝送システム、光通信システム、光LAN、光コン
ピユーテイングなどに広く応用することが可能である。
テムに適用する光検出器として好適であり、他の機能素
子との集積化も容易なため将来の光IC,0EIC(光
電子IC)にも好適である。また、現在および今後の光
情報伝送システム、光通信システム、光LAN、光コン
ピユーテイングなどに広く応用することが可能である。
第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す図、第2図
(a)は第1の実施例の上面に形成される電極の構成を
示す上面図、第2図(b)は第1の実施例を用いた検出
回路の一例を示す図、第3図は第1の実施例での検出電
流の波長特性を示す図、第4図は本発明の第2の実施例
の外観を示す斜視図、第5図は本発明の第3の実施例の
構造を示す図、第6図は第3の実施例での検出電流の波
長特性を示す図、第7図乃至第9図はそれぞれ従来例の
構成を示す図、第10図は第8図および第9図に示した
従来例の動作を説明するための図である。 1・一基板、 101,504−・・第1
導波層、102.502−一第2導波層、104,50
2−・・バッファ層、105−・・第1クラッド層、1
06−・・第2クラッド層、107.507−・・回折
格子層、108,508・・・光検出層、109・・・
光検出領域、 110・・・波長選択領域、111−
・・導入領域、 112,514−・・光信号、2
01−・・リッジ導波路、 202−・・回折格子、2
03・・・リッジ端面、 204.205,512,513・・・電極、206・
・・電流計、 401・・・ドレイン電極、4
02−・・ゲート電極、 403−・・ソース電極、
503.505,509−・・クラッド層、510・・
・キャップ層、 511・・・保護膜、旧・・・抵抗
、 v2・・・直流電源。
(a)は第1の実施例の上面に形成される電極の構成を
示す上面図、第2図(b)は第1の実施例を用いた検出
回路の一例を示す図、第3図は第1の実施例での検出電
流の波長特性を示す図、第4図は本発明の第2の実施例
の外観を示す斜視図、第5図は本発明の第3の実施例の
構造を示す図、第6図は第3の実施例での検出電流の波
長特性を示す図、第7図乃至第9図はそれぞれ従来例の
構成を示す図、第10図は第8図および第9図に示した
従来例の動作を説明するための図である。 1・一基板、 101,504−・・第1
導波層、102.502−一第2導波層、104,50
2−・・バッファ層、105−・・第1クラッド層、1
06−・・第2クラッド層、107.507−・・回折
格子層、108,508・・・光検出層、109・・・
光検出領域、 110・・・波長選択領域、111−
・・導入領域、 112,514−・・光信号、2
01−・・リッジ導波路、 202−・・回折格子、2
03・・・リッジ端面、 204.205,512,513・・・電極、206・
・・電流計、 401・・・ドレイン電極、4
02−・・ゲート電極、 403−・・ソース電極、
503.505,509−・・クラッド層、510・・
・キャップ層、 511・・・保護膜、旧・・・抵抗
、 v2・・・直流電源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、波長多重化された光信号の中より特定波長の信号光
を分波するために使用される半導体層が積層された形態
の光検出器であって、 前記光信号が入射される第1の導波層と、 前記特定波長の信号光を導波させるための第2の導波層
と、 前記第1の導波層を中心とする第1の導波モードと、前
記第2の導波層を中心とする第2の導波モードとが重な
り合う領域に設けられた回折格子と、 入射された光を吸収して該入射された光の量を検出する
光検出層とを具備し、 前記光検出層は、自己を中心とする第3の導波モードが
前記第1の導波モードと多く重なることがなく、かつ、
前記第2の導波モードと多く重なるものとなる位置に形
成されていることを特徴とする光検出器。 2、請求項1記載の光検出器において、 光検出層として光伝導性を有するものが外部に面するよ
うに形成され、 前記光検出層の上面に、その間の抵抗値の変化を検出す
ることにより、入射された光の量を検出するための2個
の電極が設けられていることを特徴とする光検出器。 3、請求項1記載の光検出器において、 光検出層として光伝導性を有するものが外部に面するよ
うに形成され、 前記光検出層の上面に、該光検出層を基板としたFET
構造を形成するための3個の電極が設けられていること
を特徴とする光検出器。 4、請求項1記載の光検出器において、 光検出層をi層とするPinホトダイオード構造とされ
ていることを特徴とする光検出器。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1202797A JP2895099B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 光検出器 |
| EP90104675A EP0386797B1 (en) | 1989-03-10 | 1990-03-12 | Photodetector using wavelength selective optical coupler |
| DE69030831T DE69030831T2 (de) | 1989-03-10 | 1990-03-12 | Photodetektor mit wellenlängenselektivem optischem Koppler |
| US07/795,966 US5220573A (en) | 1989-03-10 | 1991-11-21 | Optical apparatus using wavelength selective photocoupler |
| US07/796,929 US5140149A (en) | 1989-03-10 | 1991-11-22 | Optical apparatus using wavelength selective photocoupler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1202797A JP2895099B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0367203A true JPH0367203A (ja) | 1991-03-22 |
| JP2895099B2 JP2895099B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=16463351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1202797A Expired - Fee Related JP2895099B2 (ja) | 1989-03-10 | 1989-08-07 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2895099B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005063838A (ja) * | 2003-08-13 | 2005-03-10 | Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd | 光学デバイス及び有機el表示装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103202A (ja) * | 1986-10-08 | 1988-05-07 | エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション | 光デバイス |
-
1989
- 1989-08-07 JP JP1202797A patent/JP2895099B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103202A (ja) * | 1986-10-08 | 1988-05-07 | エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション | 光デバイス |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005063838A (ja) * | 2003-08-13 | 2005-03-10 | Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd | 光学デバイス及び有機el表示装置 |
| US7573193B2 (en) | 2003-08-13 | 2009-08-11 | Toshiba Matsushita Display Technology Co., Ltd. | Optical device and organic EL display |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2895099B2 (ja) | 1999-05-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |