CN112154545B - 光检测器 - Google Patents
光检测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112154545B CN112154545B CN201980033846.6A CN201980033846A CN112154545B CN 112154545 B CN112154545 B CN 112154545B CN 201980033846 A CN201980033846 A CN 201980033846A CN 112154545 B CN112154545 B CN 112154545B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- light
- circuit
- polarization
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 124
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 77
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 59
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 23
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 22
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 15
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 12
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 13
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 7
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 7
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/1013—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation devices sensitive to two or more wavelengths, e.g. multi-spectrum radiation detection devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
- H01L31/1037—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIVBVI compounds
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明实现一种不需要检查用的追加回路而在波长和温度依赖特性中也能进行光检测器单独的光灵敏度、OE特性这样的光输入、电输出的特性评价检查的光检测器。一种光检测器(400)，在半导体基板之上形成有光吸收层(414和415)，对从半导体基板的基板面内的方向入射到所述光吸收层(414和415)的信号光进行检测，光检测器(400)的特征在于，光吸收层(414和415)具有在从基板面外的方向观察半导体基板的基板面时，不被连接于光吸收层(414和415)的光电流检测用的电极(417)覆盖的部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种在光通信系统、光信息处理系统中使用的光检测器，特别涉及用于提供使制造时的初始检查变得容易的光检测器的构造。
背景技术
伴随着近年来的光通信的普及，要求光通信装置的低成本化。作为其解决方案之一，存在使用硅光子技术这样的微小光回路技术在硅片等大口径晶片上形成构成光通信装置的光回路的方法。由此，能一并形成许多光回路的芯片，能大幅降低每个芯片的材料费，从而谋求光通信装置的低成本化。作为使用了这样的技术的形成于硅(Si)基板上的代表性的光检测器，例如有可单片集成的半导体型的锗光检测器(GePD)。
图1是示意性地表示作为以往的半导体型的光检测器的一个例子的波导结合型的纵型GePD100的芯片构造的俯视图。图2是图1的II－II面(与光行进方向垂直的面)的剖视图。为了容易理解构造，在图1的俯视图中，省略了图2的剖视图所示的包覆层101～103等的表示，对于电极116～118，仅示出了与芯片内部的半导体区域112、113、115接触的部分的平面区域。
GePD100使用光刻技术等形成于包含Si基板、Si氧化膜、表面Si层的SOI(SiliconOn Insulator：绝缘体上硅)基板。如图2的剖视图所示，GePD100形成于从下起具备Si基板101、包含Si基板101之上的Si氧化膜的下部包覆层102以及引导信号光的芯层110的半导体基板。
在半导体基板的硅芯层110的硅板1102的区域之上设有吸收光的Ge层114，在其上部设有n型Ge区域115，Ge层114和n型Ge区域115被埋入至包含Si氧化膜的上部包覆层103中。
由图1的俯视图可以看出，图2的芯层110分为两个部分：检测到的信号光从基板面内的方向入射的输入波导1101；以及在中央载置有吸收光的Ge层114等的硅板1102。
在图1中，在硅板1102形成有掺杂了p型杂质离子的p型Si区域111、以更高浓度掺杂了p型杂质而作为电极发挥作用的p++硅电极部112、113，在各个电极部连接有光电流检测用的电极116、118。
在p型Si区域111上，通过外延生长而层叠有Ge层114来作为光吸收层，在其上部形成有掺杂了n型杂质的n型Ge区域115，在n型Ge区域115连接有光电流检测用的电极117。可以将Ge层114和n型Ge区域115作为整体称为光吸收层。
GePD100通过形成于半导体基板上的光吸收层，整体上构成光电二极管。检测对象的信号光从输入波导1101朝向硅板1102，从基板面内的方向入射。检测对象的信号光主要被Ge层114吸收而产生载流子。光电流因产生的载流子而在光电流检测用的电极117与电极116、118之间流动，通过检测该光电流来检测光。
需要说明的是，以下相同，但一般硅、锗等半导体材料根据添加的掺杂材料而具有半导体载流子不同的p型和n型，在将一种类型的半导体区域设为第一半导体区域、将另一种类型的半导体区域设为第二半导体区域时，如果将电流的方向、电压的极性颠倒，则能互换两者来构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利5370857号公报
非专利文献
非专利文献1：C.T.DeRose,D.C.Trotter,W.A.Zortman,A.L.Starbuck,M.Fisher,M.R.Watts,and P.S.Davids1,“Ultra compact 45GHz CMOS compatible Germaniumwaveguide photodiode with low dark current”,OPTICS EXPRESS,Vol.19,No.25,pp.24897-24904,5 December 2011.
非专利文献2：D.P.Mathur,R.J.McIntyre,and P.P.Webb,“A New GermaniumPhotodiode with Extended Long-Wavelength Response”,APPLIED OPTICS,Vol.9,No.8,pp.1842-1847,August 1970.
发明内容
发明所要解决的问题
图1、图2所示的以往的GePD100存在如下的问题：作为半导体元件，通常受光性能因制造时的误差、污染等而不均，根据情况，会产生性能显著下降的所谓故障品。在硅光子技术中的光集成回路中集成有大量的GePD，在制造时即使是大量的GePD中的一个混入了性能不佳的故障品，光集成回路也会变得无法正常动作。因此，一般，所有GePD在制造时都对性能进行评价，判别是正常品还是故障品。
一般，在制造时被评价的GePD的性能包括暗电流、光灵敏度、光电频率响应(OE)特性等。其中，暗电流是没有光输入时的电特性，因此，通过将电探针与图1的电极116、117、118接触，能比较容易地进行性能检查。
另一方面，光灵敏度、OE特性是针对光输入的电响应，因此，需要从图1的输入波导1101输入光，从电极116、117、118提取信号。然而，GePD的输入波导1101在制造时作为光集成回路与其他光回路连接，因此无法单独进行GePD的性能的检查，只能测定与其他集成的光回路合计后的性能。
在设为要单独检查GePD的性能的情况下，以往如图3所示，需要将检查用的光回路重新连接到个别的GePD。在图3中，GePD300是与图1、图2相同的GePD，在GePD300的输入波导303侧追加定向耦合器301、光栅耦合器302来作为检查用的光回路。从基板面上方向光栅耦合器302照射检查用的光(检查光)，经由定向耦合器301将检查光供给至GePD300的输入波导303，由此能检查GePD300。
若追加这样的检查用的光回路，则会出现光集成回路整体的回路规模增大、即使在除检查时以外的实际动作时也会产生因耦合器引起的光损失等的影响。这些影响在每个GePD中都很小，但在整个光集成回路中配置有大量的GePD，因此，若在所有的GePD中追加检查用耦合器等，则影响会累计而变得无法忽视。
此外，上述光栅耦合器302、定向耦合器301等检查用的光回路具有它们自身的波长特性、温度依赖性。因此，在图3的构成中，当利用穿过了检查用的光回路的光来测定GePD300的光灵敏度或OE特性的波长特性、温度依赖性时，会存在测定受到了检查用的光回路的影响的性能而并非GePD300单独的性能的问题。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，实现不需要检查用的追加回路而在波长特性和温度依赖性中也能进行GePD单独的光灵敏度、OE特性这样的光输入、电输出的特性评价检查的光检测器。
用于解决问题的方案
本发明为了达成这样的目的，其特征在于具备如下的构成。
(发明的构成1)
一种光检测器，在半导体基板之上形成有光吸收层，对从所述半导体基板的基板面内的方向入射到所述光吸收层的信号光进行检测，所述光检测器的特征在于，所述光吸收层具有在从基板面外的方向观察所述半导体基板的基板面时不被连接于所述光吸收层的光电流检测用的电极覆盖的区域。
(发明的构成2)
根据发明的构成1所述的光检测器，其特征在于，所述半导体基板具备：硅基板；下部包覆层，形成于所述硅基板之上；硅芯层，形成于所述下部包覆层之上，包含第一半导体区域；以及输入波导，连接于所述硅芯层，将检测对象的所述信号光从基板面内的方向向所述硅芯层进行导波，所述光吸收层具备锗层，该锗层形成于所述硅芯层之上，包含第二半导体区域，所述光电流检测用的电极连接于所述第二半导体区域的一部分。
(发明的构成3)
根据发明的构成2所述的光检测器，其特征在于，所述光电流检测用的电极被配置为覆盖所述第二半导体区域的上表面的全部或一部分的边、不覆盖上表面的中心部周边的面的平面形状。
(发明的构成4)
根据发明的构成2所述的光检测器，其特征在于，所述光电流检测用的电极呈梯子型或具有多个开口的平面形状。
(发明的构成5)
根据发明的构成2至4中任一项所述的光检测器，其特征在于，所述光电流检测用的电极设于在入射到所述锗层的光在所述锗层中传输时在所述光电流检测用的电极的附近不产生反射的位置。
(发明的构成6)
一种光回路，其是具有偏振分离/合流回路以及在TM偏光与TE偏光之间进行偏振旋转的偏振旋转回路的偏振分集构成的光回路，所述光回路的特征在于，具备：光监控回路，从主信号路径分支并接收一部分的光功率，对信号光的功率进行监视，所述光监控回路具有：第一监控光分支回路，设于TE偏振成分的信号通过的路径上；以及第二监控光分支回路，设于TM偏振成分的信号通过的路径上，所述光回路具有连接于所述第一监控光分支回路和所述第二监控光分支回路的各自的监控光输出的所述发明的构成1至5中任一项所述的光检测器。
(发明的构成7)
根据发明的构成6所述的光回路，其特征在于，所述偏振分集构成的光回路是光发送回路，包括：光功率分配器，对来自光源的发送载波光进行分支；TE偏振成分用的光调制回路和TM偏振成分用的光调制回路，用各个偏振用的电信号对所述分支后的发送载波光进行光调制；所述偏振旋转回路，对所述TM偏振成分用的光调制回路的输出进行偏振旋转；以及所述偏振分离/合流回路，对所述TE偏振成分用的光调制回路的输出和所述偏振旋转回路的输出进行偏振合流。
(发明的构成8)
根据发明的构成6所述的光回路，其特征在于，所述偏振分集构成的光回路是光接收回路，包括：所述偏振分离/合流回路，连接于接收信号光的输入口，对所述接收信号光进行偏振分离；所述偏振旋转回路，连接于所述偏振分离/合流回路的一方的输出；光功率分配器，对来自本振光源的参照光进行分支；光相干混频器，连接于所述偏振合流/分离回路的另一方的输出和所述光功率分配器的一方的输出，进行TE偏振成分用的光解调；光相干混频器，连接于所述偏振旋转回路的输出和所述光功率分配器的另一方的输出，进行TM偏振成分用的光解调；以及光检测器，连接于所述TE偏振成分用的光相干混频器和TM偏振成分用的光相干混频器各自的解调光输出，连接于所述解调光输出的光检测器是所述发明的构成1至5中任一项所述的光检测器。
发明效果
如上所述，根据本发明，能实现不需要检查用的追加的光回路而在波长特性和温度依赖性中也能实施GePD单独的光灵敏度、OE特性这样的光输入、电输出的特性评价、检查的光检测器。
附图说明
图1是表示以往的波导结合型的纵型GePD的构造的俯视图。
图2是以往的波导结合型的纵型的GePD的与光行进方向垂直的剖视图。
图3是表示连接了检查用的光回路的以往的GePD的回路构成的俯视图。
图4是本发明的光检测器的实施例1的构造例1的俯视图。
图5是本发明的光检测器的实施例1的构造例1的与光行进方向垂直的剖视图。
图6是本发明的光检测器的实施例1的构造例2的俯视图。
图7是本发明的光检测器的实施例1的构造例3的俯视图。
图8是本发明的光检测器的实施例1的构造例4的俯视图。
图9是表示本发明的光检测器的实施例1的构造例1的光灵敏度的波长特性的图。
图10是表示锗晶体单独的光吸收系数的波长特性的图。
图11是本发明的光检测器的实施例1的构造例1的光行进方向的剖视图。
图12是本发明的光检测器的实施例1的构造例1的光行进方向的剖视图。
图13是表示本发明的光检测器的实施例1的构造例1的光灵敏度的波长特性的温度依赖性的图。
图14是表示锗晶体单独的光吸收系数的波长特性的温度依赖性的图。
图15是表示使用了本发明的光检测器的实施例2的回路构成的俯视图。
图16是表示使用了本发明的光检测器的实施例3的回路构成的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
(实施例1)
图4是示意性地表示作为本发明的光检测器的实施例1的构造例1的GePD400的芯片构造的俯视图。图5是图4的V－V面(与光行进方向垂直的面)的剖视图。
图4和图5所示的构造例1的GePD400例如以与以往同样的SOI构造而具备Si基板401、包含Si氧化膜的下部包覆层402、引导检测对象的信号光的硅芯层410以及将信号光从基板面内的方向向硅芯层进行导波的输入波导4101，并形成于半导体基板。
在半导体基板的硅芯层410的硅板4102的区域之上设有构成光吸收层的Ge层414，在其上部设有n型Ge区域415，在包含Si氧化膜的上部包覆层403中被埋入。
如图5所示，在硅芯层410的硅板4102形成有掺杂了p型杂质离子的p型Si区域411(第一半导体区域)、以更高浓度掺杂了p型杂质并作为电极发挥作用的p++硅电极部412、413，在各个电极部连接有光电流检测用的电极416、418。通过外延生长在p型Si区域411上层叠有Ge层414，在其上表面形成有掺杂了n型杂质的n型Ge区域415(第二半导体区域)而构成光吸收层。
如图4所示，在本发明的光检测器实施例1的构造例1中，在光吸收层的n型Ge区域415连接有从上方观察基板面时以横长的“口”字形(长方形的框型)在中央具有开口的平面形状的光电流检测用的电极417。与图1、图2的以往的GePD100不同，本发明的光检测器的特征在于，作为光吸收层的n型Ge区域415具有从基板面外的方向观察基板面时不被连接于光吸收层的光电流检测用的电极417覆盖的区域。
对于本发明的GePD400而言，在信号光从输入波导4101入射到硅板4102并被Ge层414吸收时，通过检测在电极417与电极416、418之间流动的光电流来检测信号光的动作也与以往的GePD相同。
在本发明的GePD的构造中，作为光吸收层的n型Ge区域415具有在从基板面的上方观察基板面时不被光电流检测用的电极417覆盖的开口区域，因此能从基板面外的方向入射检查光来检测检查光。例如在图5中，当检查光440从基板面的斜上方入射到n型Ge区域415并被Ge层414吸收时，光电流在电极417与电极416、148之间流动。
本发明的光检测器的构造与以往不同，即使不穿过输入波导4101也能实现向Ge层414的光入射，因此本申请发明的较大的优点在于，不需要图3的定向耦合器301、光栅耦合器302这样的追加的光回路也能进行作为光检测器的GePD单独的光输入、电输出的特性评价、检查。
此外，能将检查光直接导入到锗层414，因此也能测定GePD400的单独的波长特性和温度依赖性。
(实施例1的构造例2、3)
如以上那样，在本发明的GePD中，如果作为光吸收层的n型Ge区域415在基板上没有全面地被光电流检测用的电极417覆盖，则能从基板面外的方向入射检查光。光电流检测用的电极的平面形状并不限定于图4构造例1的电极417那样的“口”字形的平面形状。例如，也可以是图6的构造例2那样的在光入射侧开口的“コ”字形的平面形状的电极517，或者图7的构造例3那样的仅在光终端侧的短边设有“I”字形的平面形状的电极617，与n型Ge区域615的一部分接触的形状。
在图4、图6、图7的任意构造例中，由从n型Ge区域415、515、615的上表面入射的检查光产生的载流子穿过n型Ge区域415、515、615而流向电极417、517、617，因此作为光电二极管发挥功能。
如以上那样，在实施例1的构造例1～3的光检测器中，光电流检测用的电极(417、517、617)被配置为覆盖第二半导体区域(415、515、615)的上表面的全部或一部分的边，而不覆盖上表面的中心部周边的面的形状。光电流检测用的电极也可以与第二半导体区域以外的所述锗层的一部分连接。
(实施例1的构造例4)
而且，如图8的构造例4那样，也可以附加连结与图4(构造例1)的口型(长方形的框型)的电极417对置的长边的桥来作为梯子状或具有多个开口(孔)的平面形状的电极717。
对于该电极形状，在图4、图6、图7的构造例1～3这样的电极形状中，产生的载流子在n型Ge区域长距离移动后到达电极417、517、617，载流子移动的时间有时会增加，这是针对高频下的频率特性下降的对策。如图8的构造例4那样，在电极717上设置多个开口(孔)作为附加了桥的梯子型的形状的电极717，由此，能减少载流子的最大移动时间，改善高频特性。
在图8的梯子型的电极构造例4中，n型Ge区域715的露出面积比构造例1～3减少，因此检查时的光入射功率变小，但载流子在n型Ge区域715移动的时间比实施例1的其他构造例1～3短，因此具有不易降低频率特性的特征。
(实施例1的特性)
图9是表示图4的本发明实施例1的构造例1的GePD的测定了光灵敏度的波长特性的结果的图。表示灵敏度随着波长变长而减少的形状，可知在与图10(从非专利文献1引用)所示的锗晶体单独的光吸收系数的波长特性进行比较的情况下，能实现大致相同的倾向的特性。
从图9可以看出，作为本发明的另一效果，本发明还有如下的效果：在1530～1565nm的光通信波段的C段中灵敏度不会大幅下降(停留在一成左右的下降)。如果与图10的锗晶体单独的光灵敏度的波长特性在C段显示出3～5成左右的下降相比，则可以说本发明的GePD在C段具有比较平坦的光灵敏度的波长特性。这是由于电极417没有覆盖在n型Ge区域415之上而产生的效果。
以下，参照图11、图12，分为检查光和信号光的情况对该效果的理由进行说明。图11是沿光行进方向(元件的长尺寸方向)的XI－XI基板截面剖切图4的实施例1构造例1的GePD400的剖视图。
(检查光的情况)
如图11所示，从基板斜上方入射到n型Ge区域415的检查光450穿过Ge层414而在Ge层414和p型Si区域411的界面反射，再次作为光451返回到n型Ge区域415。此时，在n型Ge区域415的上表面的反射点的附近不与通常由金属构成并在光通信的波长下也作为吸收体发挥作用的电极417接触，因此，光451不被电极417吸收，作为光452再次向Ge层414反射返回。
越是在锗的光吸收系数下降的长波长侧，在该n型Ge区域415的反射次数越多，因此能充分生成载流子，在电极417处不吸收光的本发明的GePD中，长波长侧的灵敏度不下降，表现出比较平坦的灵敏度光谱。
(信号光的情况)
该效果对于由光检测器检测的信号光也同样起作用。图12与图11同样，是在光行进方向(元件的长尺寸方向)的XI－XI基板截面剖切的图4的GePD400的剖视图。
在图12中，从输入波导4101入射到基板面内方向的信号光460传输至锗层414，如光461那样在n型Ge区域415的上表面反射。此时，在反射点的附近不与通常由金属构成并在光通信的波长下作为吸收体发挥作用的电极417接触，因此在反射时不会引起由电极417产生的光吸收。因此，信号光的n型Ge区域415处的反射时的损失被抑制，信号光在光吸收层内经过足够的距离传输而生成载流子，因此在本发明的GePD中，长波长侧的灵敏度不下降，表现出比较平坦的灵敏度光谱。
图13是表示测定了图4的本发明的GePD400的光灵敏度的波长特性的温度依赖性的结果的图。可知，本发明的GePD的光灵敏度的波长特性表现出依赖于温度而变化并向长波长侧偏移的倾向，这也能实现与从非专利文献2引用的图14所示的锗晶体单独的光吸收系数的波长特性的温度依赖性相同的倾向。
如以上那样，在本发明的实施例1的光检测器中，关于光检测器的波长特性、温度依存性，能使检查光直接入射到光吸收层来测定GePD单独的性能。此外，本发明的光检测器还有如下的优点：光电流检测用的电极设于在入射到光吸收层(锗层)的光传输时在光电流检测用的电极的附近不产生反射的位置，因此，在C段中具有比较平坦的灵敏度光谱。
(实施例2)
图15是将实施例1中的光检测器搭载到偏振分集构成的相干光发送器的实施例2的光回路的构成的图。图15中示出了：光功率分配器801，对来自光源的发送载波光进行分支；Y偏振光调制回路802和X偏振光调制回路803，用各个偏振用的电信号对分支后的发送载波光进行光调制；偏振旋转器808，将一方的偏振光偏振旋转为另一方的偏振；以及偏振合束器809，作为结合各个偏振的调制光进行偏振合流的偏振分离/合流回路。
作为图15的相干光发送器的功率监控用的构成，从监控光分支回路806、807分支出XY偏振各自的调制光信号的光输出的一部分来作为监控光输出，并且被本发明实施例1的光检测器(PD)810和811接收。各个光检测器的输出被附加到光可变衰减器(VOA：Variable Optical Attenuator)804、805来作为光功率监控输出，从而控制发送光功率。
(实施例3)
图16是表示将实施例1中的光检测器搭载到偏振分集构成的相干光接收器的实施例3的光回路的构成的图。
图16中示出了来自本振光源的参照光的光输入路径901、来自接收信号光的输入口的输入路径902、作为对接收信号光进行偏振分离的偏振分离/合流回路的偏振分束器903、偏振旋转器904。图16中还示出了参照光分支用的光功率分配器909、Y偏振解调用的光相干混频器910、X偏振解调用的光相干混频器911、将解调后的光信号转换为电信号的PD912、913。
此外，作为接收光的功率监控用的构成，图16中示出了监控光分支回路905、906、功率监控用的光检测器(PD)914、915、光可变衰减器(VOA)907、908。将PD914、915的光检测输出附加到VOA907、908来控制接收电平。在PD912、913以及914、915使用本实施例1的光检测器。
产业上的可利用性
如以上那样，根据本发明，能实现不需要检查用的追加回路而即使在波长和温度依赖特性下也能测定光检测器单独的光灵敏度、OE特性那样的光输入、电输出的特性评价检查的光检测器。
附图标记说明：
100、300、400……GePD；
101……Si基板；
102……下部包覆层；
103……上部包覆层；
110……芯层；
111、411……p型Si区域；
114、414……Ge层；
115、415、515、615、715……n型Ge区域；
1101、303、4101……输入波导；
1102、4102……硅板；
112、113、412、413……p++硅电极部；
116、117、118、416、417、418、517、617、717……电极；
301……定向耦合器；
302……光栅耦合器；
440、450、451、452、460、461……光(检查光、信号光、反射光)；
801、909……光功率分配器；
802、803……Y(X)偏振光调制回路；
808、904……偏振旋转器；
809……偏振合束器；
806、807、905、906……光分支回路；
810、811、912、913、914、915……PD(光检测器)；
804、805、907、908……光可变衰减器(VOA)；
901、902……光输入路径；
903……偏振分束器；
910、911……Y(X)光相干混频器。
Claims (6)
1.一种光检测器，其特征在于，具备半导体基板、光吸收层以及光电流检测用的电极，
所述半导体基板包括：
硅基板；
下部包覆层，形成于所述硅基板之上；
硅芯层，形成于所述下部包覆层之上，包含第一半导体区域；以及
输入波导，经由锥形部连接于所述硅芯层的硅板，
所述光吸收层具备锗层，该锗层形成于所述硅芯层的所述第一半导体区域之上，包含第二半导体区域，
光电流检测用的所述电极连接于所述光吸收层的所述第二半导体区域，
该光检测器构成为：对经由所述锥形部向所述光吸收层沿所述输入波导传播的输入信号光进行检测，
光电流检测用的所述电极被配置为覆盖所述第二半导体区域的上表面的全部或一部分的边、不覆盖上表面的中心周边的边的面的平面形状，
所述电极构成为：用于性能检查的检查光穿过不被所述电极覆盖的开口部，入射至所述锗层。
2.根据权利要求1所述的光检测器，其特征在于，
所述光电流检测用的电极呈梯子型或具有多个开口的平面形状。
3.根据权利要求1或2所述的光检测器，其特征在于，
所述光电流检测用的电极设于在入射到所述锗层的光在所述锗层中传输时在所述光电流检测用的电极的附近不产生反射的位置。
4.一种光回路，其是具有偏振分离/合流回路以及在TM偏光与TE偏光之间进行偏振旋转的偏振旋转回路的偏振分集构成的光回路，所述光回路的特征在于，具备：
光监控回路，从主信号路径分支并接收一部分的光功率，对信号光的功率进行监视，
所述光监控回路具有：
第一监控光分支回路，设于TE偏振成分的信号通过的路径上；以及
第二监控光分支回路，设于TM偏振成分的信号通过的路径上，
所述光回路具有连接于所述第一监控光分支回路和所述第二监控光分支回路的各自的监控光输出的所述权利要求1至3中任一项所述的光检测器。
5.根据权利要求4所述的光回路，其特征在于，还包括光发送回路，
所述光发送回路包括：
光功率分配器，对来自光源的发送载波光进行分支；
TE偏振成分用的光调制回路和TM偏振成分用的光调制回路，用各个偏振用的电信号对所述分支后的发送载波光进行光调制；
所述偏振旋转回路，对所述TM偏振成分用的光调制回路的输出进行偏振旋转；以及
所述偏振分离/合流回路，对所述TE偏振成分用的光调制回路的输出和所述偏振旋转回路的输出进行偏振合流。
6.根据权利要求4所述的光回路，其特征在于，还包括光接收回路，
所述光接收回路包括：
所述偏振分离/合流回路，连接于接收信号光的输入口，对所述接收信号光进行偏振分离；
所述偏振旋转回路，连接于所述偏振分离/合流回路的一方的输出；
光功率分配器，对来自本振光源的参照光进行分支；
光相干混频器，连接于所述偏振合流/分离回路的另一方的输出和所述光功率分配器的一方的输出，进行TE偏振成分用的光解调；
光相干混频器，连接于所述偏振旋转回路的输出和所述光功率分配器的另一方的输出，进行TM偏振成分用的光解调；以及
根据权利要求1至3中任一项所述的光检测器，所述光检测器连接于所述TE偏振成分用的光相干混频器和TM偏振成分用的光相干混频器各自的解调光输出。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018097211A JP6836547B2 (ja) | 2018-05-21 | 2018-05-21 | 光検出器 |
| JP2018-097211 | 2018-05-21 | ||
| PCT/JP2019/019315 WO2019225439A1 (ja) | 2018-05-21 | 2019-05-15 | 光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112154545A CN112154545A (zh) | 2020-12-29 |
| CN112154545B true CN112154545B (zh) | 2024-06-25 |
Family
ID=68617077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980033846.6A Active CN112154545B (zh) | 2018-05-21 | 2019-05-15 | 光检测器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11921324B2 (zh) |
| EP (1) | EP3799137B1 (zh) |
| JP (1) | JP6836547B2 (zh) |
| CN (1) | CN112154545B (zh) |
| WO (1) | WO2019225439A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117148318B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-12 | 吉林大学 | 一种相干探测器及激光雷达芯片 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017220581A (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法、光インターコネクトシステム |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5032710A (en) * | 1988-09-22 | 1991-07-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Photodetector to detect a light in different wavelength regions through clad layer having different thickness portions |
| JP3233983B2 (ja) * | 1991-05-24 | 2001-12-04 | キヤノン株式会社 | キャリアの吐き出しの為の手段を有する光検出器及びそれを用いた光通信システム |
| JPH0566432A (ja) * | 1991-09-06 | 1993-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体集積化光検出器 |
| JP3690571B2 (ja) * | 1999-02-08 | 2005-08-31 | 日本電信電話株式会社 | 半導体受光装置及びその特性検査方法 |
| CA2307745A1 (en) * | 1999-07-15 | 2001-01-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode |
| US7012314B2 (en) * | 2002-12-18 | 2006-03-14 | Agere Systems Inc. | Semiconductor devices with reduced active region defects and unique contacting schemes |
| US7043097B2 (en) * | 2003-07-25 | 2006-05-09 | Agility Communications, Inc. | Traveling-wave optoelectronic wavelength converter |
| US7170142B2 (en) * | 2003-10-03 | 2007-01-30 | Applied Materials, Inc. | Planar integrated circuit including a plasmon waveguide-fed Schottky barrier detector and transistors connected therewith |
| KR100575969B1 (ko) * | 2003-11-14 | 2006-05-02 | 삼성전자주식회사 | 티오-캔 구조의 광 모듈 |
| US7652815B2 (en) * | 2006-09-08 | 2010-01-26 | Necsel Intellectual Property, Inc. | Mobile charge induced periodic poling and device |
| US8467637B2 (en) * | 2007-05-01 | 2013-06-18 | Nec Corporation | Waveguide path coupling-type photodiode |
| JP5170110B2 (ja) * | 2008-01-10 | 2013-03-27 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子及び光通信デバイス |
| US8031985B2 (en) * | 2008-02-07 | 2011-10-04 | University Of Washington | Optical XOR logic gate |
| US8067724B2 (en) * | 2008-02-07 | 2011-11-29 | University Of Washington | All-optical integrated photonic clock having a delay line for providing gate signal to a gate waveguide |
| JP2011512670A (ja) * | 2008-02-15 | 2011-04-21 | エージェンシー フォー サイエンス，テクノロジー アンド リサーチ | 価数補償吸着層領域を備える光検出器およびその製造方法 |
| JP5370857B2 (ja) | 2010-03-04 | 2013-12-18 | 日本電信電話株式会社 | ゲルマニウム受光器およびその製造方法 |
| US9653639B2 (en) * | 2012-02-07 | 2017-05-16 | Apic Corporation | Laser using locally strained germanium on silicon for opto-electronic applications |
| WO2014089454A2 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-12 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Systems and methods for graphene photodetectors |
| CN107534504B (zh) * | 2015-04-13 | 2019-09-03 | 日本电信电话株式会社 | 偏振复用光发射电路以及偏振复用光收发电路 |
| CN107533271B (zh) * | 2015-05-29 | 2020-12-25 | 日本电信电话株式会社 | 相干光混频器回路 |
| JP6656016B2 (ja) * | 2016-02-22 | 2020-03-04 | 富士通株式会社 | 半導体装置及び光インターコネクトシステム |
| JP6586063B2 (ja) * | 2016-09-07 | 2019-10-02 | 日本電信電話株式会社 | 光モニタ回路 |
| EP3635752B1 (en) * | 2017-06-01 | 2023-12-27 | The Regents of The University of California | Metallo-graphene nanocomposites and methods for using metallo-graphene nanocomposites for electromagnetic energy conversion |
-
2018
- 2018-05-21 JP JP2018097211A patent/JP6836547B2/ja active Active
-
2019
- 2019-05-15 WO PCT/JP2019/019315 patent/WO2019225439A1/ja unknown
- 2019-05-15 EP EP19807866.9A patent/EP3799137B1/en active Active
- 2019-05-15 CN CN201980033846.6A patent/CN112154545B/zh active Active
- 2019-05-15 US US17/057,600 patent/US11921324B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017220581A (ja) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法、光インターコネクトシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210199888A1 (en) | 2021-07-01 |
| EP3799137A1 (en) | 2021-03-31 |
| US11921324B2 (en) | 2024-03-05 |
| JP2019204820A (ja) | 2019-11-28 |
| CN112154545A (zh) | 2020-12-29 |
| JP6836547B2 (ja) | 2021-03-03 |
| EP3799137B1 (en) | 2024-02-21 |
| EP3799137A4 (en) | 2022-02-23 |
| WO2019225439A1 (ja) | 2019-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11217710B2 (en) | Method and system for germanium-on-silicon photodetectors without germanium layer contacts | |
| KR102497074B1 (ko) | 자가-테스트 기능성을 가진 수직 입사 광검출기 | |
| US10877212B2 (en) | Photonic integrated circuit devices and methods of forming same | |
| US10222294B2 (en) | Wafer level testing of optical devices | |
| US9335480B1 (en) | Optical alignment using multimode edge couplers | |
| JP6823571B2 (ja) | 光回路 | |
| Hoffman et al. | The effect of gamma radiation exposure on active silicon photonic device performance metrics | |
| CN112154545B (zh) | 光检测器 | |
| US11675127B2 (en) | Deposited Si photodetectors for silicon nitride waveguide based optical interposer | |
| US9397756B2 (en) | Optical receiver | |
| Faralli et al. | 25 Gbaud DQPSK receiver integrated on the hybrid silicon platform | |
| Trommer et al. | Ultrahigh bandwidth balanced mixer receiver OEIC | |
| Van Laere et al. | Efficient polarization independent optical link in bonded InP-membrane |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |