JPH11326440A - 光導電素子の抵抗値測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光パルスを照射した時の光導電素子（ＭＳＭ
フォトコンダクタ）の実際の実効的な抵抗値を簡易に測
定する測定方法の実現。 【解決手段】 光導電性材料の基板１と、基板上に形成
された相互に近接した第１及び第２の電極2,3 とを有
し、その近接部分に光を照射することにより導通する光
導電素子の抵抗値測定方法であって、第１の電極２に入
力電圧Vin を印加する工程と、第１及び第２の電極の近
接部分に所定の周期で光パルスを照射する工程と、光パ
ルスの照射に応じて第２の電極３に生じる出力電圧を平
均化して平均出力電圧Voutとして検出する工程と、入力
電圧と平均出力電圧、及び所定の周期内での光パルスを
照射する期間の割合から、光パルス印加時の抵抗値を算
出する工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導電性材料の基
板とこの基板上に形成された相互に近接した第１及び第
２の電極とを有し、この近接部分に光パルスを照射する
ことにより光スイッチとして動作する光導電素子の抵抗
値測定方法に関し、特に非常に短い光パルスを照射する
時の実効的な抵抗値を測定する抵抗値測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１は、本発明を適用して抵抗値を測定
する光導電素子１０の外観を示す図である。この光導電
素子１０は、図示のように、半絶縁性ＧａＡｓ基板や半
絶縁性ＩｎＰ基板や低温成長ＧａＡｓエピタキシャル基
板などの光導電性材料で作られた基板１上に、Ｔｉ／Ｐ
ｔ／ＡｕやＴｉ／Ａｕなどの材料で第１の電極２と第２
の電極３を近接して形成したもので、一般にＭＳＭ(Met
al-Semiconductor-Metal) フォトコンダクタ素子と呼ば
れるので、ここでもこの語を使用する。ＭＳＭフォトコ
ンダクタ素子は、周波数特性に優れ、光信号を電気信号
に変換するための高帯域半導体スイッチとして光通信シ
ステムなどに使用される。また、ＭＳＭフォトコンダク
タ素子は、電極に印加されている電圧を光を照射したタ
イミングでサンプリングする場合などにも使用される。

【０００３】ＭＳＭフォトコンダクタ素子１０を使用す
る場合には、例えば、図１に示すように、ＤＣ電源４か
ら第１の電極２にＤＣ電圧を印加し、第２の電極３を抵
抗５を介して接地する。この状態で第１の電極２と第２
の電極３の近接部分に光を照射すると、近接部分の基板
１の抵抗値が低下して、光信号に対応した電気信号出力
Ｓｏｕｔが得られる。第１の電極２と第２の電極３の近
接部分の形状は、図１では長方形の端面を並行に設けた
例を示してあるが、他にも各種の形状があり、例えば櫛
形の電極などが広く使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＭＳＭフ
ォトコンダクタ素子１０は、光を照射することにより第
１と第２の電極間の抵抗が低下して導通するが、使用す
る上では導通時の抵抗値を知ることが必要である。ＭＳ
Ｍフォトコンダクタ素子１０の導通時の抵抗値を測定す
る場合、図１に示すように、第１の電極２にＤＣ電圧Ｖ
ｉｎを印加し、連続して光を照射した状態で第２の電極
３の電圧Ｖｏｕｔを電圧計で測定していた。そして、Ｖ
ｉｎ、Ｖｏｕｔ及び電圧計のインピーダンスからＭＳＭ
フォトコンダクタ素子１０の導通時の抵抗値を算出する
ことが考えられる。しかし、ＭＳＭフォトコンダクタ素
子１０は、上記のように光パルスを照射して使用するも
のであり、この連続して光を照射する方法では、実際の
使用条件での抵抗値を測定するのが難しかった。

【０００５】光パルスを照射する場合には、実際の使用
条件に近い光パルスを照射する状態で電圧を検出して抵
抗値を測定する必要があるが、例えば、光パルスの照射
期間が１ｐｓ以下と非常に短い場合には、光パルスの照
射されている間の電圧を検出するのは非常に難しく、そ
のような短時間の電圧変化を正確に測定できる測定器を
入手するのは不可能に近く、たとえ入手可能でも非常に
高価である。そのため、通常の電圧計などを使用して簡
易に光パルス照射時の抵抗値を測定できる方法が求めら
れていた。

【０００６】本発明は、このような要求に答えることを
目的とし、光パルス照射時のＭＳＭフォトコンダクタ素
子の抵抗値の測定方法を実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の光導電素子の抵抗値測定方法は、光パルス
を照射に応じて生じる出力電圧を平均化して測定し、入
力電圧、測定した平均化された出力電圧、及び光パルス
のデューティ比を利用して光パルス印加時の抵抗値を算
出する。

【０００８】すなわち、本発明の光導電素子の抵抗値測
定方法は、光導電性材料の基板と、基板上に形成された
相互に近接した第１及び第２の電極とを有し、第１及び
第２の電極の近接部分に光を照射することにより導通す
る光導電素子の抵抗値測定方法であって、第１の電極に
入力電圧を印加する工程と、第１及び第２の電極の近接
部分に所定の周期で光パルスを照射する工程と、光パル
スの照射に応じて第２の電極に生じる出力電圧を平均化
して平均出力電圧として検出する工程と、入力電圧と平
均出力電圧、及び所定の周期内での光パルスを照射する
期間の割合から、光導電素子の光パルス印加時の抵抗値
を算出する工程とを備えることを特徴とする。

【０００９】光を照射しない時の暗抵抗が光パルスを照
射した時に比べて十分に大きい場合や、光パルスのデュ
ーティ比が大きくできる場合には、第１の電極に直流電
圧を印加した状態でも光パルス印加時の抵抗値を正確に
測定できるので、その場合には入力電圧として直流電圧
を印加すればよい。上記の条件を満たせない場合には、
光パルスの照射に同期してパルス信号を第１の電極に印
加した時のパルス出力電圧を検出すれば、実効上記の条
件が実現できる。従って、そのような光導電素子の抵抗
値を測定する場合には、入力電圧を光パルスと同じ所定
の周期で変化し、パルス幅が光パルスより長いパルス信
号を第１の電極に印加し、パルス信号のパルス中に光パ
ルスが照射されるようにしてパルス出力電圧を検出す
る。そして、入力されるパルス信号の振幅、測定した平
均化された出力電圧、及び光パルスのデューティ比とパ
ルス信号のデューティ比を利用して光パルス印加時の抵
抗値を算出する。

【００１０】なお、第１の電極に印加するパルス信号の
パルス中のどのタイミングで光パルスが照射されるかも
問題になるので、そのタイミングを変化させて、パルス
出力電圧が最大になるタイミングに設定した後に、パル
ス出力電圧を検出するようにすることが望ましい。ま
た、入力電圧を０Ｖとしてもある程度の出力電圧が検出
されるので、入力電圧が０Ｖの時の出力電圧を０Ｖ出力
電圧として検出し、抵抗値を算出する工程では、パルス
出力電圧から０Ｖ出力電圧を減じた電圧から抵抗値を算
出するようにする。

【００１１】本発明によれば、通常の電圧計を使用して
平均化された出力電圧を検出すれば光パルスを照射した
時の抵抗値を測定することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の第１実施例の光
導電素子（ＭＳＭフォトコンダクタ）の抵抗値測定方法
を行うための構成を示す図である。図２に示すように、
ＭＳＭフォトコンダクタ１０の第１の電極２にＤＣ電源
１３から所定の電圧Ｖｉｎ（例えば、６００ｍＶ）を印
加し、第２の電極３に電圧計１４を接続する。パルスレ
ーザ光源１１は、例えば、半導体レーザであり、図示し
ていない電気短パルス発生回路から印加される所定の周
波数（例えば、８０ＭＨｚ）の電気信号に応じて、周期
的に光パルスを出力する。この光パルスの幅は、例え
ば、７０ｆｓ（７０×１０^-15 秒）で、上記の電気信号
の周期（８０ＭＨｚであれば、１２．５ｎｓ）より非常
に短いとする。パルスレーザ光源１１から出力された光
パルスは、反射ミラー１２を介してＭＳＭフォトコンダ
クタ１０の第１の電極２と第２の電極３の近接部分に照
射される。光パルスの照射に応じて第１の電極２と第２
の電極３の間が導通して第２の電極３に出力電圧Ｖｏｕ
ｔが生じるので、これを電圧計１４で検出する。従っ
て、検出される出力電圧Ｖｏｕｔは平均化された電圧で
ある。

【００１３】ここで、光パルスを照射した場合の実効的
な抵抗値について、図３を参照して説明する。図３の
（１）に示すように、光パルスの照射周期をＴrep と
し、光パルスの照射期間をＴpkとし、光パルスの照射さ
れない期間をＴnl（＝Ｔrep −Ｔpk）とする。従って、
光パルスのデューティ比ＤはＴpk／Ｔrep である。光パ
ルスを照射した時の抵抗がＲpkであり、光パルスを照射
しない時の抵抗がＲnlである。この測定ではＲpkを測定
することを目的とする。抵抗がＲpkである期間はＴpkで
あり、抵抗がＲnlである期間はＴnlであり、第１の電極
２には常時入力電圧Ｖｉｎが印加されているので、実効
的な平均抵抗値Ｒavは、図３の（２）に示すように、１
／Ｒav＝（Ｔpk／Ｒpk＋Ｔnl／Ｒnl）／（Ｔpk＋Ｔnl）
であり、この式からＲav＝Ｒpk・Ｒnl／（Ｒnl・Ｄ＋Ｒ
pk・（１−Ｄ））である。

【００１４】ここで、光パルスを照射した時の抵抗Ｒpk
が光パルスを照射しない時の抵抗Ｒnlより十分に小さ
く、且つデューティ比Ｄがある程度大きく、Ｒnl・Ｄ＞
＞Ｒpk・（１−Ｄ）の条件が成立する場合には、上記の
式はＲav＝Ｒpk／Ｄとなる。すなわち、光パルスを照射
した時の抵抗Ｒpkは実効的な平均抵抗値Ｒavにデューテ
ィ比Ｄを乗じた値と言える。

【００１５】図２の構成では、電圧計１４で平均化され
た出力電圧Ｖｏｕｔを検出するので、これには上記の平
均抵抗値Ｒavが関係する。図４は、上記の条件が成立す
る場合の、ＶｉｎとＶｏｕｔの変化の関係及び図２の構
成の等価回路を示す図である。図４の（１）に示すよう
に、上記の条件が成立する場合にはＶｉｎとＶｏｕｔは
線形の関係にあり、ΔＶｉｎとΔＶｏｕｔの比は一定で
ある。しかし、ＶｉｎをゼロとしてもＶｏｕｔはゼロに
ならなず、その時のＶｏｕｔをＶａとする。図４の
（２）の等価回路から、平均抵抗値Ｒav＝Ｒｍ（Ｖｉｎ
−Ｖｏｕｔ＋Ｖａ）／（Ｖｏｕｔ−Ｖａ）である。但
し、電圧計１４のインピーダンスをＲｍで示している。
入力電圧ＶｉｎとインピーダンスＲｍは既知であるの
で、パルス出力電圧ＶｏｕｔとＶａを検出すれば、平均
抵抗値Ｒavが求まる。平均抵抗値Ｒavが求まれば、上記
の関係からＲpk＝Ｒav・Ｄであるから、光パルスを照射
した時の抵抗Ｒpkが求まる。

【００１６】第１実施例は、Ｒnl・Ｄ＞＞Ｒpk・（１−
Ｄ）の条件が成立する場合の例であるが、この条件が成
立しない場合には、図４の（２）の式に従ってＲavを求
め、更に光パルスを照射しない時の抵抗値Ｒnlを求め
て、それらを図３の（２）に示した式に代入してＲpkを
求めることができる。しかし、光パルスを照射しない時
の抵抗値Ｒnlは非常に大きな値であり、これを正確に求
めることは難しく、それを図３の（２）に示した式に代
入するとＲpkの精度を保証できない。第２実施例では、
Ｒnl・Ｄ＞＞Ｒpk・（１−Ｄ）の条件が成立しない場合
でもＲpkを高精度に測定する。

【００１７】図５は、本発明の第２実施例の光導電素子
（ＭＳＭフォトコンダクタ）の抵抗値測定方法を行うた
めの構成を示す図である。図５に示すように、パルスレ
ーザ光源１１から出射される光パルスを、ビームスプリ
ッタ２１で分岐し、一方は光−電気変換（Ｏ−Ｅ）素子
３２に印加し、他方は移動ミラー２２で反射された後、
反射ミラー２３で反射されて、ＭＳＭフォトコンダクタ
１０の第１の電極２と第２の電極３の近接部分に照射さ
れる。発生される光パルスは、第１実施例と同じである
とする。Ｏ−Ｅ素子３２は、受光した光パルスに応答し
て電気パルス信号を発生し、ＭＳＭフォトコンダクタ１
０の第１の電極に印加する。この電気パルス信号は、光
パルスに応答して発生されるので光パルスと同じ周期で
発生され、振幅が６００ｍＶで、パルス幅は７ｐｓ程度
であるとする。すなわち、光パルスに比べて１００倍程
度のパルス幅であるとする。電気パルス信号及び光パル
スが印加されることにより発生した出力電圧Ｖｏｕｔを
電圧計１４で検出する。従って、検出される出力電圧Ｖ
ｏｕｔは平均化された電圧である。

【００１８】図６は、第２実施例における電気パルス信
号と光パルスの関係を示す図である。図６の（１）に示
すように、電気パルス信号と光パルスの発生周期をＴre
p とし、電気パルス信号の幅をＴｅとし、光パルスの照
射期間をＴpkとする。従って、電気パルス信号のデュー
ティ比Ｄ’はＴｅ／Ｔrep であり、光パルスのデューテ
ィ比ＤはＴpk／Ｔrep である。光パルスを照射した時の
抵抗がＲpkであり、光パルスを照射しない時の抵抗がＲ
nlである。第１の電極に電気パルス信号を印加していな
い時には抵抗は実効的には寄与しないので、実効的な平
均抵抗値Ｒavは、図６の（２）に示すように、１／Ｒav
＝（Ｔpk／Ｒpk＋Ｔｅ／Ｒnl）／Ｔrepであり、この式
からＲav＝Ｒpk・Ｒnl／（Ｒnl・Ｄ＋Ｒpk・Ｄ’）であ
る。

【００１９】光パルスを照射した時の抵抗Ｒpkは、光パ
ルスを照射しない時の抵抗Ｒnlよりかならず小さく、し
かも通常は数オーダー異なるので、Ｄ’をＤに近づけて
いけば、Ｒnl・Ｄ＞＞Ｒpk・Ｄ’の条件が成立する。従
って、上記の式はＲav＝Ｒpk／Ｄとなる。すなわち、光
パルスを照射した時の抵抗Ｒpkは実効的な平均抵抗値Ｒ
avにデューティ比Ｄを乗じた値となる。これにより、第
１実施例と同じように、光パルスを照射した時の抵抗Ｒ
pkを求めることができる。

【００２０】このことから、Ｄ’はＤにできるだけ近い
こと、すなわち、電気パルス信号のパルス幅Ｔｅが光パ
ルスのパルス幅Ｔpkにできるだけ近いことが望ましい
が、光パルスは電気パルス信号のパルス幅内に照射され
ることが必要である。Ｏ−Ｅ素子３２は、光パルスを受
光したのに応じて電気パルス信号を発生させるが、電気
パルス信号のパルス幅Ｔｅが小さくなると、回路での遅
延などのため、光パルスが電気パルス信号のパルス幅か
ら外れて照射される恐れがある。そこで、第２実施例で
は、移動ミラー２２の位置を移動させることにより、Ｍ
ＳＭフォトコンダクタ１０に照射する光パルスの光路長
を変えて、第１の電極に印加される電気パルス信号の印
加タイミングとＭＳＭフォトコンダクタ１０に照射する
光パルスの照射タイミングを調整できるようにしてい
る。破線で示した光パルスはタイミングを移動した状態
を示す。実際にはこのタイミングを検出することはでき
ないので、移動ミラー２２の位置を移動させて電圧計１
４の出力が最大になる時を探した上で、測定を行う。

【００２１】図７の（１）は、第２実施例の変形例を示
す図であり、異なる形状のＭＳＭフォトコンダクタの光
パルス照射時の抵抗値を測定する例である。このＭＳＭ
フォトコンダクタ１０は、図示のように第１の電極２に
対して、第２の電極３が近接して設けられ、その近接部
分に光パルスが照射される。抵抗４１を介して接地され
た第１の電極２にＯ−Ｅ素子３２から電気パルス信号を
印加し、第２の電極３に生じる電圧を電圧計１４で検出
する。他は第１実施例と同じである。

【００２２】図７の（２）は、Ｏ−Ｅ素子３２の替わり
に、パルスレーザ光源のパルス発生のトリガ信号を受け
て電気パルス信号を発生する電気パルス回路５１を設け
たもので、他は第１実施例と同じである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光パルスを照射した時の光導電素子（ＭＳＭフォトコン
ダクタ）の実際の条件での実効的な抵抗値が簡易に測定
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光導電素子（ＭＳＭフォトコンダクタ）及びそ
の使用方法を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例のＭＳＭフォトコンダクタ
の光パルス照射時の抵抗測定方法を示す図である。

【図３】第１実施例において測定される実効的な平均抵
抗値を説明する図である。

【図４】第１実施例における入力電圧と平均出力電圧の
変化と等価回路を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例のＭＳＭフォトコンダクタ
の光パルス照射時の抵抗測定方法を示す図である。

【図６】第２実施例において測定される実効的な平均抵
抗値を説明する図である。

【図７】第２実施例の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１…光導電性基板 ２…第１の電極 ３…第２の電極 １０…ＭＳＭフォトコンダクタ １１…パルスレーザ光源 １３…ＤＣ電源 １４…電圧計 ２２…移動ミラー ３２…光−電気変換（Ｏ−Ｅ）素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導電性材料の基板と、該基板上に形成
   された相互に近接した第１及び第２の電極とを有し、該
   第１及び第２の電極の近接部分に光を照射することによ
   り導通する光導電素子の抵抗値測定方法であって、 前記第１の電極に入力電圧を印加する工程と、 前記第１及び第２の電極の近接部分に所定の周期で光パ
   ルスを照射する工程と、 前記光パルスの照射に応じて前記第２の電極に生じる出
   力電圧を平均化して平均出力電圧として検出する工程
   と、 前記入力電圧と前記平均出力電圧、及び前記所定の周期
   内での前記光パルスを照射する時間の割合から、当該光
   導電素子の光パルス印加時の抵抗値を算出する工程とを
   備えることを特徴とする光導電素子の抵抗値測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光導電素子の抵抗値測
   定方法であって、 前記入力電圧は直流電圧である光導電素子の抵抗値測定
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光導電素子の抵抗値測
   定方法であって、 前記入力電圧は、前記所定の周期と同じ周期で変化する
   前記光パルスよりパルス幅の広いパルス信号であり、 該パルス信号のパルス中に前記光パルスが照射され、 前記光パルス印加時の抵抗値を算出する工程では、前記
   入力電圧と前記平均出力電圧、及び前記所定の周期内で
   の前記光パルスと前記パルス信号の割合から当該光導電
   素子の光パルス印加時の抵抗値を算出する光導電素子の
   抵抗値測定方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の光導電素子の抵抗値測
   定方法であって、 前記パルス信号のパルス中の前記光パルスが照射される
   タイミングを変化させて、前記平均出力電圧が最大にな
   るタイミングに設定する工程を備え、 該工程後に、前記平均出力電圧を検出する工程を行う光
   導電素子の抵抗値測定方法。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項に記載の
   光導電素子の抵抗値測定方法であって、 前記入力電圧を０Ｖとした時の前記出力電圧を０Ｖ出力
   電圧として検出する工程を備え、 前記抵抗値を算出する工程では、前記平均出力電圧から
   前記０Ｖ出力電圧を減じた電圧から抵抗値を算出する光
   導電素子の抵抗値測定方法。