JPH0426234B2 - - Google Patents
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- JPH0426234B2 JPH0426234B2 JP59051991A JP5199184A JPH0426234B2 JP H0426234 B2 JPH0426234 B2 JP H0426234B2 JP 59051991 A JP59051991 A JP 59051991A JP 5199184 A JP5199184 A JP 5199184A JP H0426234 B2 JPH0426234 B2 JP H0426234B2
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- Japan
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- thin film
- light
- amorphous silicon
- silicon thin
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
- H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は光電変換器に関し、更に詳述すれ
ば、半導体レーザとその出力光を一定にするため
に同一基板上に集積して組み上げるための光電変
換器に関する。
ば、半導体レーザとその出力光を一定にするため
に同一基板上に集積して組み上げるための光電変
換器に関する。
一般にレーザ光を発生するレーザ発光素子は内
部の発熱に伴い、温度が上昇しやすいものであ
る。なんとなれば、半導体レーザの光出力部、つ
まり、活性層は、幅が一般に1μm以下と狭く、
光出力断面積が小さい割に80mw以上の高出力が
出て、エネルギー密度が高いために発熱量が大き
いからである。レーザ発振によるこの発熱は、周
囲の温度によつて熱放散量が変わつて活性層自体
の温度も変化する。すると、熱平衡状態が変化
し、伝導帯と価電子帯に注入している電子や正孔
の数が変化し、再結合の生じる頻度が変化する。
このことによつて、半導体レーザの光出力のレベ
ルが変化する。また、半導体レーザ駆動電圧の揺
らぎによつても半導体レーザの光出力は大きく変
化する。こうした諸要因が光出力の不安定をもた
らしている。
部の発熱に伴い、温度が上昇しやすいものであ
る。なんとなれば、半導体レーザの光出力部、つ
まり、活性層は、幅が一般に1μm以下と狭く、
光出力断面積が小さい割に80mw以上の高出力が
出て、エネルギー密度が高いために発熱量が大き
いからである。レーザ発振によるこの発熱は、周
囲の温度によつて熱放散量が変わつて活性層自体
の温度も変化する。すると、熱平衡状態が変化
し、伝導帯と価電子帯に注入している電子や正孔
の数が変化し、再結合の生じる頻度が変化する。
このことによつて、半導体レーザの光出力のレベ
ルが変化する。また、半導体レーザ駆動電圧の揺
らぎによつても半導体レーザの光出力は大きく変
化する。こうした諸要因が光出力の不安定をもた
らしている。
従来はこれを解決するために、熱伝導性の良い
物質、例えばダイヤモンドをヒートシンクとして
用いた。しかし、高価であり、かつ、密着剤とし
てInを使用するためにウエーハプロセス及びボン
デイングプロセスが増えるという欠点があつた。
物質、例えばダイヤモンドをヒートシンクとして
用いた。しかし、高価であり、かつ、密着剤とし
てInを使用するためにウエーハプロセス及びボン
デイングプロセスが増えるという欠点があつた。
また、従来は、不安定出力光を安定化させるた
めに半導体レーザの光出力をハーフミラーで反射
および透過させ、反射光を光電変換素子等で検知
し、その検知信号を電流・電圧制御駆動回路にフ
イードバツクさせることにより、半導体レーザの
光出力を安定させる方法を用いていた。しかし、
ハーフミラーを使用することによつて透過光と反
射光の角度を調節する作業に熟練度が要求され、
しかもハーフミラー自体の反射率分布のむらによ
り、一定の割合で透過光と反射光を分岐させるこ
とはむずかしいという欠点があつた。
めに半導体レーザの光出力をハーフミラーで反射
および透過させ、反射光を光電変換素子等で検知
し、その検知信号を電流・電圧制御駆動回路にフ
イードバツクさせることにより、半導体レーザの
光出力を安定させる方法を用いていた。しかし、
ハーフミラーを使用することによつて透過光と反
射光の角度を調節する作業に熟練度が要求され、
しかもハーフミラー自体の反射率分布のむらによ
り、一定の割合で透過光と反射光を分岐させるこ
とはむずかしいという欠点があつた。
更にまた、このような従来の装置、すなわち、
レーザ発光素子としての半導体レーザ、光分波器
としてのハーフミラー、受光素子としてのフオト
ダイオード、駆動回路としてFET(電界効果トラ
ンジスタ)などを使つた定出力半導体レーザ出力
装置を構成する場合、それぞれインターフエイス
を介して光及び電気回路で接続していた。この際
の光軸合わせ等の工程が複雑、かつ、困難であ
り、しかも、装置が大型になることなどの欠点が
あつた。従来の半導体レーザ出力装置における光
出力の不安定さは、レーザ測定器としての確度の
限界を自ら決定づけていた。例えば、光フアイバ
の伝播損失等を測定する場合に、フアイバへ入射
する半導体レーザの光出力が不安定であると、フ
アイバからの出射光も、入射光の強度変化に伴つ
て変化するので、光検出器の感度が安定していて
も、光フアイバの伝播損失等を精度良く検知する
ことができない等の事実があつた。
レーザ発光素子としての半導体レーザ、光分波器
としてのハーフミラー、受光素子としてのフオト
ダイオード、駆動回路としてFET(電界効果トラ
ンジスタ)などを使つた定出力半導体レーザ出力
装置を構成する場合、それぞれインターフエイス
を介して光及び電気回路で接続していた。この際
の光軸合わせ等の工程が複雑、かつ、困難であ
り、しかも、装置が大型になることなどの欠点が
あつた。従来の半導体レーザ出力装置における光
出力の不安定さは、レーザ測定器としての確度の
限界を自ら決定づけていた。例えば、光フアイバ
の伝播損失等を測定する場合に、フアイバへ入射
する半導体レーザの光出力が不安定であると、フ
アイバからの出射光も、入射光の強度変化に伴つ
て変化するので、光検出器の感度が安定していて
も、光フアイバの伝播損失等を精度良く検知する
ことができない等の事実があつた。
そのため、上記欠点を取り除くため、第1図乃
至第3図に示すように、同一基板上に、レーザ発
光素子として半導体レーザ、光分波器として光導
波路分岐路、受光素子としてフオトダイオード駆
動回路としてFET(電界効果トランジスタ)およ
びインピーダンス素子を設けた装置、換言すれ
ば、集積化された定出力半導体レーザ素子が考え
られている。
至第3図に示すように、同一基板上に、レーザ発
光素子として半導体レーザ、光分波器として光導
波路分岐路、受光素子としてフオトダイオード駆
動回路としてFET(電界効果トランジスタ)およ
びインピーダンス素子を設けた装置、換言すれ
ば、集積化された定出力半導体レーザ素子が考え
られている。
具体的に説明すると、第1図は従来の光電変換
器を用いた定出力半導体レーザ素子を示す図であ
り、第2図aはそのA−A断面図を示す図であ
り、第2図bはその平面図を機能的な模式で表わ
した図である。第1図において、まず、絶縁性基
板1上に一部段差を設け、レーザ発光素子として
半導体レーザ2を配設する。半導体レーザの光出
力は薄膜で作られた光導波路3で光分波器4へ導
びかれる。LiNbO3等強誘電体基板は光不導体で
あるがTi等の不純物を拡散することにより光良
導体となるので、強誘電体の一部にTi拡散領域
を形成することにより光導波路3を形成すること
ができる。また、光不導体よりなる強誘電体基板
や各種誘電体基板上の一部に光良導体のカルコゲ
ナイドアモルフアス薄膜(As−Se−S−Ge)を
堆積させることにより光導波路3を形成すること
ができる。光分波器4の従来例としては第3図に
示すようにLiNbO3等の誘電体上にTi拡散導波路
を近接して配列することにより形成する。
器を用いた定出力半導体レーザ素子を示す図であ
り、第2図aはそのA−A断面図を示す図であ
り、第2図bはその平面図を機能的な模式で表わ
した図である。第1図において、まず、絶縁性基
板1上に一部段差を設け、レーザ発光素子として
半導体レーザ2を配設する。半導体レーザの光出
力は薄膜で作られた光導波路3で光分波器4へ導
びかれる。LiNbO3等強誘電体基板は光不導体で
あるがTi等の不純物を拡散することにより光良
導体となるので、強誘電体の一部にTi拡散領域
を形成することにより光導波路3を形成すること
ができる。また、光不導体よりなる強誘電体基板
や各種誘電体基板上の一部に光良導体のカルコゲ
ナイドアモルフアス薄膜(As−Se−S−Ge)を
堆積させることにより光導波路3を形成すること
ができる。光分波器4の従来例としては第3図に
示すようにLiNbO3等の誘電体上にTi拡散導波路
を近接して配列することにより形成する。
ここで分波された半導体レーザの光出力の一部
はフオトダイオード等で構成される受光素子5へ
同じく光導波路3を通じて送られる。受光素子5
では受光された光量に対応した電気信号を制御駆
動回路6へ送る。フオトダイオードは従来の半導
体集積回路技術で作られる。ここで制御駆動回路
6は、電気信号と基準電気信号入力端子7から入
力される基準電気信号と比較してその大小を判別
し、常に半導体レーザの光出力が一定レベルとな
るように制御する。制御はレーザ駆動電圧・電流
を制御することにより行う。
はフオトダイオード等で構成される受光素子5へ
同じく光導波路3を通じて送られる。受光素子5
では受光された光量に対応した電気信号を制御駆
動回路6へ送る。フオトダイオードは従来の半導
体集積回路技術で作られる。ここで制御駆動回路
6は、電気信号と基準電気信号入力端子7から入
力される基準電気信号と比較してその大小を判別
し、常に半導体レーザの光出力が一定レベルとな
るように制御する。制御はレーザ駆動電圧・電流
を制御することにより行う。
つまり、この従来例の要旨とする光電変換器を
列挙すると、次の通りである。
列挙すると、次の通りである。
(イ) 光分波器として光導波路分岐路を用いて、半
導体レーザの光出力の一部を検出用として分波
する。取り出した光出力を光導波路で受光素子
まで誘導し、光電変換するようにしている。
導体レーザの光出力の一部を検出用として分波
する。取り出した光出力を光導波路で受光素子
まで誘導し、光電変換するようにしている。
(ロ) 光導波路を半導体回路の製造技術、ホトエツ
チング等によつて同一基板上に構成している。
チング等によつて同一基板上に構成している。
しかしながら、第1図乃至第3図に示す光分波
器4では、ここで分波される半導体レーザの光出
力の割合を適宜に設定することが困難である。ま
た、光分波器4と受光素子5とが個々に形成され
ているため光分波器4で分波された半導体レーザ
の光出力を、光導波路3を通して受光素子5へ伝
播する。そのため、光電変換器を小型化するのに
限界がある。
器4では、ここで分波される半導体レーザの光出
力の割合を適宜に設定することが困難である。ま
た、光分波器4と受光素子5とが個々に形成され
ているため光分波器4で分波された半導体レーザ
の光出力を、光導波路3を通して受光素子5へ伝
播する。そのため、光電変換器を小型化するのに
限界がある。
本発明では前記従来例の光分波器と受光素子の
機能を兼ね備え、かつ集積化、一体化できる超小
形構造の光電変換器を用いて光導波路を伝播する
半導体レーザの光出力の一部を電気信号に変換す
る。
機能を兼ね備え、かつ集積化、一体化できる超小
形構造の光電変換器を用いて光導波路を伝播する
半導体レーザの光出力の一部を電気信号に変換す
る。
このように構成された光電変換器は、レーザ光
の波長と吸収すべき光量は、p形アモルフアスシ
リコン薄膜13の組成および光導波路における凹
部20の長さの組み合わせで構成できる。また吸
収した光量に応じた光エネルギーを電気信号に変
えることができる。
の波長と吸収すべき光量は、p形アモルフアスシ
リコン薄膜13の組成および光導波路における凹
部20の長さの組み合わせで構成できる。また吸
収した光量に応じた光エネルギーを電気信号に変
えることができる。
次に本発明の構成を図面を参照しながら説明す
る。
る。
第4図は本発明の一実施例であり、前記光分波
器4と受光素子5を一つにした機能を有する光集
積回路(以下、光ICという。)用の光電変換器を
示す図である。
器4と受光素子5を一つにした機能を有する光集
積回路(以下、光ICという。)用の光電変換器を
示す図である。
すなわち、第4図は光エネルギーの吸収・発熱
に伴う熱電効果を利用した光電変換器19を示す
図で、第4図中、1は絶縁性基板(強誘電体基
板)、3は光導波路、13はp形アモルフアスシ
リコン薄膜、14はn形アモルフアスシリコン薄
膜、15,16は電極、17は半導体レーザの入
力光、8は半導体レーザの出力光を示す。第4図
中のp形アモルフアスシリコン薄膜13は光吸
収・発熱作用を行い、対をなすように設けられた
n形アモルフアスシリコン薄膜14とで熱電体を
形成する。本実施例では、埋め込み型光導波路
(例えば、LiNbO3基板にTi拡散により形成する)
を用いているので、光導波路3の一部をエツチン
グで除去し、除去された凹部20は強誘電体基板
上に堆積されたp形アモルフアスシリコン薄膜1
3で埋め込まれる。p形アモルフアスシリコン薄
膜13は、光吸収特性に波長依存性があり、か
つ、吸収係数の大きさとしては101〜103cm-1程度
である。したがつて、光導波路3の凹部20の長
さを1〜10μmにすれば、p形アモルフアスシリ
コン薄膜13の領域で吸収されるレーザ光の光量
は0.1〜100%になる。この場合、レーザ光の波長
と吸収すべき光量が決定されれば、p形アモルフ
アスシリコン薄膜13の組成および光導波路にお
ける凹部20の長さの組み合わせで構成できる。
凹部20のp形アモルフアスシリコン薄膜13
は、レーザ光の吸収により発熱し高温となる。凹
部20近傍のp形アモルフアスシリコン薄膜13
の一部に接して設けられたn形アモルフアスシリ
コン薄膜14は、p形アモルフアスシリコン薄膜
13とで熱電対を構成し、凹部近傍が温接点を、
各アモルフアスシリコン薄膜13,14と互いに
分離して設けられた電極15,16が冷接点を形
成する。一般にアモルフアスシリコン薄膜は熱伝
導性が良いので、検出感度を高めるため、各アモ
ルフアスシリコン薄膜13,14の形状は第4図
のようにストリツプ線状となる。
に伴う熱電効果を利用した光電変換器19を示す
図で、第4図中、1は絶縁性基板(強誘電体基
板)、3は光導波路、13はp形アモルフアスシ
リコン薄膜、14はn形アモルフアスシリコン薄
膜、15,16は電極、17は半導体レーザの入
力光、8は半導体レーザの出力光を示す。第4図
中のp形アモルフアスシリコン薄膜13は光吸
収・発熱作用を行い、対をなすように設けられた
n形アモルフアスシリコン薄膜14とで熱電体を
形成する。本実施例では、埋め込み型光導波路
(例えば、LiNbO3基板にTi拡散により形成する)
を用いているので、光導波路3の一部をエツチン
グで除去し、除去された凹部20は強誘電体基板
上に堆積されたp形アモルフアスシリコン薄膜1
3で埋め込まれる。p形アモルフアスシリコン薄
膜13は、光吸収特性に波長依存性があり、か
つ、吸収係数の大きさとしては101〜103cm-1程度
である。したがつて、光導波路3の凹部20の長
さを1〜10μmにすれば、p形アモルフアスシリ
コン薄膜13の領域で吸収されるレーザ光の光量
は0.1〜100%になる。この場合、レーザ光の波長
と吸収すべき光量が決定されれば、p形アモルフ
アスシリコン薄膜13の組成および光導波路にお
ける凹部20の長さの組み合わせで構成できる。
凹部20のp形アモルフアスシリコン薄膜13
は、レーザ光の吸収により発熱し高温となる。凹
部20近傍のp形アモルフアスシリコン薄膜13
の一部に接して設けられたn形アモルフアスシリ
コン薄膜14は、p形アモルフアスシリコン薄膜
13とで熱電対を構成し、凹部近傍が温接点を、
各アモルフアスシリコン薄膜13,14と互いに
分離して設けられた電極15,16が冷接点を形
成する。一般にアモルフアスシリコン薄膜は熱伝
導性が良いので、検出感度を高めるため、各アモ
ルフアスシリコン薄膜13,14の形状は第4図
のようにストリツプ線状となる。
導電率が大きく、かつ、ゼーベツク係数のアモ
ルフアスシリコン薄膜の形成法に関しては、「熱
電対素子」(特願昭56−108728号)で述べた方法
を用いる。
ルフアスシリコン薄膜の形成法に関しては、「熱
電対素子」(特願昭56−108728号)で述べた方法
を用いる。
以上のごとく、本実施例では、半導体で形成さ
れた接合部が有する熱電効果、光起電力効果、広
義の光導電効果、更にはP−i−n構造の有する
光逓倍効果のいずれかと、光透過性のある半導体
のもつ光吸収特性を組み合わせることにより、半
導体に入射される光エネルギーの一部を半導体に
吸収させて光電変換し、光エネルギーを電気信号
に変える一方で、吸収されなかつた大部分の入射
光エネルギーを通過させることにより入射された
光エネルギーの大きさを検出する新しい型の光検
出器を用いているものである。
れた接合部が有する熱電効果、光起電力効果、広
義の光導電効果、更にはP−i−n構造の有する
光逓倍効果のいずれかと、光透過性のある半導体
のもつ光吸収特性を組み合わせることにより、半
導体に入射される光エネルギーの一部を半導体に
吸収させて光電変換し、光エネルギーを電気信号
に変える一方で、吸収されなかつた大部分の入射
光エネルギーを通過させることにより入射された
光エネルギーの大きさを検出する新しい型の光検
出器を用いているものである。
上記のごとく、本発明の光電変換器によれば、
レーザ光の波長と吸収すべき光量が決定されれ
ば、その光量は、p形アモルフアスシリコン薄膜
13の組成および光導波路3における凹部20の
長さの組み合わせで構成できる。さらに、凹部2
0近傍のp形アモルフアスシリコン薄膜13の一
部に接して設けられたn形アモルフアスシリコン
薄膜14は、p形アモルフアスシリコン薄膜13
とで熱電対を構成する。そのため、吸収された光
量の光エネルギーを電気信号に変換し、光分波器
と受光素子の機能を備えることができる。
レーザ光の波長と吸収すべき光量が決定されれ
ば、その光量は、p形アモルフアスシリコン薄膜
13の組成および光導波路3における凹部20の
長さの組み合わせで構成できる。さらに、凹部2
0近傍のp形アモルフアスシリコン薄膜13の一
部に接して設けられたn形アモルフアスシリコン
薄膜14は、p形アモルフアスシリコン薄膜13
とで熱電対を構成する。そのため、吸収された光
量の光エネルギーを電気信号に変換し、光分波器
と受光素子の機能を備えることができる。
第1図は従来の光電変換器を用いた定出力半導
体レーザ素子を示す図、第2図aは第1図におけ
るA−A断面図、第2図bは第1図に係る平面図
を機能的な模式で表わした図、第3図は従来の光
IC用光分波器、第4図aは本発明の一実施例を
示す図、第4図bは第4図aのa部拡大図を示す
図である。 1……絶縁性基板、2……レーザ発光素子(半
導体レーザ)、3……光導波路、4……光分波器、
5……受光素子、6……制御駆動回路、7……基
準電気信号入力端子、8……光出力、9……分波
された光出力、13……p形アモルフアスシリコ
ン薄膜、14……n形アモルフアスシリコン薄
膜、15,16……電極、17……光入力、19
……光電変換器、20……凹部。
体レーザ素子を示す図、第2図aは第1図におけ
るA−A断面図、第2図bは第1図に係る平面図
を機能的な模式で表わした図、第3図は従来の光
IC用光分波器、第4図aは本発明の一実施例を
示す図、第4図bは第4図aのa部拡大図を示す
図である。 1……絶縁性基板、2……レーザ発光素子(半
導体レーザ)、3……光導波路、4……光分波器、
5……受光素子、6……制御駆動回路、7……基
準電気信号入力端子、8……光出力、9……分波
された光出力、13……p形アモルフアスシリコ
ン薄膜、14……n形アモルフアスシリコン薄
膜、15,16……電極、17……光入力、19
……光電変換器、20……凹部。
Claims (1)
- 1 絶縁性を有する基板1と、該基板と一体に形
成された光導波路3と、光透過性のp形アモルフ
アスシリコン薄膜13と、光透過性のn形アモル
フアスシリコン薄膜14と、前記p形アモルフア
スシリコン薄膜に設けられた電極15と、前記n
形アモルフアスシリコン薄膜に設けられた電極1
6と、前記光導波路の一部に設けられた凹部20
とから成り、前記p形アモルフアスシリコン薄膜
とn形アモルフアスシリコン薄膜は少なくとも一
部が前記凹部で重なり、かつ、前記光導波路をよ
こぎるようにして前記基板上に集積された光電変
換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59051991A JPS60195985A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 光電変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59051991A JPS60195985A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 光電変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60195985A JPS60195985A (ja) | 1985-10-04 |
| JPH0426234B2 true JPH0426234B2 (ja) | 1992-05-06 |
Family
ID=12902318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59051991A Granted JPS60195985A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | 光電変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60195985A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62251707A (ja) * | 1986-04-24 | 1987-11-02 | Fujitsu Ltd | 光受動部品 |
| JP2572050B2 (ja) * | 1986-11-05 | 1997-01-16 | シャープ株式会社 | 導波路型光ヘツド |
| JP3470016B2 (ja) * | 1997-07-31 | 2003-11-25 | 京セラ株式会社 | 光集積回路基板の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5749288A (en) * | 1980-09-09 | 1982-03-23 | Toshiba Corp | Photo hybrid integrated circuit |
-
1984
- 1984-03-16 JP JP59051991A patent/JPS60195985A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60195985A (ja) | 1985-10-04 |
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