JP2002076424A - 光電気変換素子 - Google Patents
光電気変換素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製作や設計が容易でありながらも高出力化お
よび高効率化を図ることができる光電気変換素子を提供
する。 【解決手段】 フォトダイオード導波路１２と、導波路
１２に接続する対をなす電極層１３，１４と、電極層１
３，１４に接続する第一伝送線路１５ａ，１５ｂと、第
一伝送線路１５ａ，１５ｂに接続する第二伝送線路１６
ａ，１６ｂとを備え、第一伝送線路１５ａ，１５ｂが第
二伝送線路１６ａ，１６ｂよりも大きな特性インピーダ
ンスであり、上記導波路１２と第一伝送線路１５ａ，１
５ｂとが、βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl ＜２π／１６の条件
を満たすようにした。ただし、βdは上記導波路１２の
位相定数、βl は第一伝送線路１５ａ，１５ｂの位相定
数、Ｌd は上記導波路１２の線路長、Ｌl は第一伝送線
路１５ａ，１５ｂの線路長である。
よび高効率化を図ることができる光電気変換素子を提供
する。 【解決手段】 フォトダイオード導波路１２と、導波路
１２に接続する対をなす電極層１３，１４と、電極層１
３，１４に接続する第一伝送線路１５ａ，１５ｂと、第
一伝送線路１５ａ，１５ｂに接続する第二伝送線路１６
ａ，１６ｂとを備え、第一伝送線路１５ａ，１５ｂが第
二伝送線路１６ａ，１６ｂよりも大きな特性インピーダ
ンスであり、上記導波路１２と第一伝送線路１５ａ，１
５ｂとが、βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl ＜２π／１６の条件
を満たすようにした。ただし、βdは上記導波路１２の
位相定数、βl は第一伝送線路１５ａ，１５ｂの位相定
数、Ｌd は上記導波路１２の線路長、Ｌl は第一伝送線
路１５ａ，１５ｂの線路長である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
を用いた光電気変換素子に関する。
を用いた光電気変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信、光計測などの種々の光
システムにおいて、フォトダイオードは、光信号を電気
信号に変換する不可欠のデバイスであり、近年、高速化
と共に高出力化が強く要求されている。フォトダイオー
ドの出力を増大させるには、駆動できる光電流を増大さ
せることが必要であるが、フォトダイオードの自己発熱
（発熱限界）があるため、フォトダイオードのサイズを
拡大せざるを得なくなってしまう。このため、通常の集
中定数形のフォトダイオードでは、接合容量の増大化を
伴い、ＣＲ帯域が低下してしまう。すなわち、可能最大
出力と帯域とは、トレードオフの関係になっているので
ある。
システムにおいて、フォトダイオードは、光信号を電気
信号に変換する不可欠のデバイスであり、近年、高速化
と共に高出力化が強く要求されている。フォトダイオー
ドの出力を増大させるには、駆動できる光電流を増大さ
せることが必要であるが、フォトダイオードの自己発熱
（発熱限界）があるため、フォトダイオードのサイズを
拡大せざるを得なくなってしまう。このため、通常の集
中定数形のフォトダイオードでは、接合容量の増大化を
伴い、ＣＲ帯域が低下してしまう。すなわち、可能最大
出力と帯域とは、トレードオフの関係になっているので
ある。
【０００３】このようなＣＲ帯域の制限を取り除くこと
が可能な光電気変換素子として、いわゆる進行波形フォ
トダイオード（ＴＷ−ＰＤ）がある。最も単純な構造の
ＴＷ−ＰＤとしては、図５（ａ）に示すように、細長い
形状（１μｍ幅）のマイクロストリップフォトダイオー
ド導波路（ＭＳ−ＷＧ）１１１と伝送線路１１２とを同
一基板上に集積して接続することにより出力を取り出す
一段形ＴＷ−ＰＤ１１０が知られてる（例えば、K.S.Gi
boney et al.,IEEE Photon.Technol.Lett.,Vol.7,No.4,
pp.412-414,1995 等参照）。このような一段形ＴＷ−Ｐ
Ｄ１１０においては、ＭＳ−ＷＧ１１１が狭い幅である
ため、インピーダンスが上り、伝送線路１１２との整合
をとることができる。なお、図中、１１３は整合抵抗で
ある。
が可能な光電気変換素子として、いわゆる進行波形フォ
トダイオード（ＴＷ−ＰＤ）がある。最も単純な構造の
ＴＷ−ＰＤとしては、図５（ａ）に示すように、細長い
形状（１μｍ幅）のマイクロストリップフォトダイオー
ド導波路（ＭＳ−ＷＧ）１１１と伝送線路１１２とを同
一基板上に集積して接続することにより出力を取り出す
一段形ＴＷ−ＰＤ１１０が知られてる（例えば、K.S.Gi
boney et al.,IEEE Photon.Technol.Lett.,Vol.7,No.4,
pp.412-414,1995 等参照）。このような一段形ＴＷ−Ｐ
Ｄ１１０においては、ＭＳ−ＷＧ１１１が狭い幅である
ため、インピーダンスが上り、伝送線路１１２との整合
をとることができる。なお、図中、１１３は整合抵抗で
ある。
【０００４】また、図５（ｂ）に示すように、フォトダ
イオード導波路（または集中定数形フォトダイオード）
１２１と伝送線路１２２とを接続して同一基板上に多段
集積することにより出力を合成する多段形ＴＷ−ＰＤ１
２０も知られている（例えば、L.Y.Lin et al.,IEEE Ph
oton.Technol.Lett.,Vol.8,No.10,pp.1376-1378,1996等
参照）。このような多段形ＴＷ−ＰＤ１２０において
は、多段とすることにより、光電流を分散させて自己発
熱を抑制することができるため、原理的にはより高い出
力を得ることができる。なお、図中、１２３は整合抵抗
である。
イオード導波路（または集中定数形フォトダイオード）
１２１と伝送線路１２２とを接続して同一基板上に多段
集積することにより出力を合成する多段形ＴＷ−ＰＤ１
２０も知られている（例えば、L.Y.Lin et al.,IEEE Ph
oton.Technol.Lett.,Vol.8,No.10,pp.1376-1378,1996等
参照）。このような多段形ＴＷ−ＰＤ１２０において
は、多段とすることにより、光電流を分散させて自己発
熱を抑制することができるため、原理的にはより高い出
力を得ることができる。なお、図中、１２３は整合抵抗
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述したような一段形
ＴＷ−ＰＤ１１０や多段形ＴＷ−ＰＤ１２０において
は、以下のような問題があった。
ＴＷ−ＰＤ１１０や多段形ＴＷ−ＰＤ１２０において
は、以下のような問題があった。
【０００６】［一段形ＴＷ−ＰＤ１１０］ （１）ＭＳ−ＷＧ１１１の幅が狭いため、精度よく製作
することが容易ではなかった。 （２）ＭＳ−ＷＧ１１１の幅が狭いため、一定の長さに
対する光吸収量（光吸収効率）が低下してしまう。 （３）光入力を上げて光電流を増加させると、発熱によ
る出力制限を生じてしまう。
することが容易ではなかった。 （２）ＭＳ−ＷＧ１１１の幅が狭いため、一定の長さに
対する光吸収量（光吸収効率）が低下してしまう。 （３）光入力を上げて光電流を増加させると、発熱によ
る出力制限を生じてしまう。
【０００７】［多段形ＴＷ−ＰＤ１２０］ （１）負荷と反対側に進む後進波を終端抵抗を用いて吸
収させる必要があるため、発生した光電流の５０％が浪
費されてしまい、出力電力が１／４に低下してしまう。 （２）光の進行速度と電気信号の進行速度とを整合させ
なければならず、設計が容易ではなかった。
収させる必要があるため、発生した光電流の５０％が浪
費されてしまい、出力電力が１／４に低下してしまう。 （２）光の進行速度と電気信号の進行速度とを整合させ
なければならず、設計が容易ではなかった。
【０００８】このようなことから、本発明は、製作や設
計が容易でありながらも高出力化および高効率化を図る
ことができる光電気変換素子を提供することを目的とし
た。
計が容易でありながらも高出力化および高効率化を図る
ことができる光電気変換素子を提供することを目的とし
た。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による光電気変換素子は、フォトダイオ
ード導波路と、前記フォトダイオード導波路に接続する
対をなす電極層と、前記電極層に接続する第一伝送線路
と、前記第一伝送線路に接続する第二伝送線路とを備
え、前記第一伝送線路の特性インピーダンスが前記第二
伝送線路の特性インピーダンスよりも大きいと共に、前
記フォトダイオード導波路と前記第一伝送線路とが下記
の式（１）の条件を満たすことを特徴とする。 βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl ＜２π／１６ （１） ただし、βd はフォトダイオード導波路の位相定数、β
l は第一伝送線路の位相定数、Ｌd はフォトダイオード
導波路の線路長、Ｌl は第一伝送線路の線路長である。
ための、本発明による光電気変換素子は、フォトダイオ
ード導波路と、前記フォトダイオード導波路に接続する
対をなす電極層と、前記電極層に接続する第一伝送線路
と、前記第一伝送線路に接続する第二伝送線路とを備
え、前記第一伝送線路の特性インピーダンスが前記第二
伝送線路の特性インピーダンスよりも大きいと共に、前
記フォトダイオード導波路と前記第一伝送線路とが下記
の式（１）の条件を満たすことを特徴とする。 βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl ＜２π／１６ （１） ただし、βd はフォトダイオード導波路の位相定数、β
l は第一伝送線路の位相定数、Ｌd はフォトダイオード
導波路の線路長、Ｌl は第一伝送線路の線路長である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明による光電気変換素子の実
施の形態を図１〜４を用いて説明する。図１は、光電気
変換素子の概略構成図、図２は、ＩｎＰ系のフォトダイ
オード導波路の接合幅と特性インピーダンスとの関係を
表すグラフ、図３は、周波数と出力電力との関係を求め
る際に用いた光電気変換素子の概略構成図、図４は、図
３の光電気変換素子の周波数と出力電力との関係を表す
グラフ、図５は、従来の光電気変換素子の概略構成図で
ある。
施の形態を図１〜４を用いて説明する。図１は、光電気
変換素子の概略構成図、図２は、ＩｎＰ系のフォトダイ
オード導波路の接合幅と特性インピーダンスとの関係を
表すグラフ、図３は、周波数と出力電力との関係を求め
る際に用いた光電気変換素子の概略構成図、図４は、図
３の光電気変換素子の周波数と出力電力との関係を表す
グラフ、図５は、従来の光電気変換素子の概略構成図で
ある。
【００１１】図１に示すように、半絶縁性の基板１１上
には、ｎ形半導体層１２ａが積層されている。ｎ形半導
体層１２ａ上には、半導体光吸収層１２ｂが積層されて
いる。半導体光吸収層１２ｂ上には、ｐ形半導体層１２
ｃが積層されている。ｐ形半導体層１２ｃ上には、ｐ形
金属電極層１３が積層されている。このようなｎ形半導
体層１２ａ、半導体光吸収層１２ｂ、ｐ形半導体層１２
ｃにより、電気導波路として機能してその接合形状が信
号導波方向（線路長）に長いフォトダイオード導波路１
２を構成している。
には、ｎ形半導体層１２ａが積層されている。ｎ形半導
体層１２ａ上には、半導体光吸収層１２ｂが積層されて
いる。半導体光吸収層１２ｂ上には、ｐ形半導体層１２
ｃが積層されている。ｐ形半導体層１２ｃ上には、ｐ形
金属電極層１３が積層されている。このようなｎ形半導
体層１２ａ、半導体光吸収層１２ｂ、ｐ形半導体層１２
ｃにより、電気導波路として機能してその接合形状が信
号導波方向（線路長）に長いフォトダイオード導波路１
２を構成している。
【００１２】また、前記基板１１上には、ｎ形金属電極
層１４が前記ｎ形半導体層１２ａと接続するようにして
積層されている。基板１１上には、線路長を規定された
第一伝送線路１５ａが前記ｎ形金属電極層１４と接続す
るように積層されている。基板１１上には、任意の線路
長の第二伝送線路１６ａが前記第一伝送線路１５ａと接
続するように積層されている。さらに、基板１１上に
は、任意の線路長の第二伝送線路１６ｂが積層されてい
る。この第二伝送線路１６ｂと前記ｐ形金属電極層１２
ｃとの間は、線路長を規定された第一伝送線路１５ｂで
接続されている。
層１４が前記ｎ形半導体層１２ａと接続するようにして
積層されている。基板１１上には、線路長を規定された
第一伝送線路１５ａが前記ｎ形金属電極層１４と接続す
るように積層されている。基板１１上には、任意の線路
長の第二伝送線路１６ａが前記第一伝送線路１５ａと接
続するように積層されている。さらに、基板１１上に
は、任意の線路長の第二伝送線路１６ｂが積層されてい
る。この第二伝送線路１６ｂと前記ｐ形金属電極層１２
ｃとの間は、線路長を規定された第一伝送線路１５ｂで
接続されている。
【００１３】このような光電気変換素子１０において
は、光を照射すると、フォトダイオード導波路１２の半
導体光吸収層１２ｂに光電流が発生し、電気信号とし
て、フォトダイオード導波路１２の線路長方向の前記伝
送線路１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ側（進行方向）
とその反対側との二方向に伝搬する。反対側に伝搬した
上記信号は、上記線路長方向の当該反対側の端部で反射
し、上記進行方向へ最終的に伝搬する。このとき、照射
した光の変調周波数がどのような値であっても、当初か
ら進行方向に伝搬した信号波と反射して進行方向に伝搬
した信号波との位相のずれ時間によって問題を生じるこ
とがないように、フォトダイオード導波路１２の線路長
が設定されている。
は、光を照射すると、フォトダイオード導波路１２の半
導体光吸収層１２ｂに光電流が発生し、電気信号とし
て、フォトダイオード導波路１２の線路長方向の前記伝
送線路１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ側（進行方向）
とその反対側との二方向に伝搬する。反対側に伝搬した
上記信号は、上記線路長方向の当該反対側の端部で反射
し、上記進行方向へ最終的に伝搬する。このとき、照射
した光の変調周波数がどのような値であっても、当初か
ら進行方向に伝搬した信号波と反射して進行方向に伝搬
した信号波との位相のずれ時間によって問題を生じるこ
とがないように、フォトダイオード導波路１２の線路長
が設定されている。
【００１４】従来技術で説明した一段形ＴＷ−ＰＤ１１
０においては、ＭＳ−ＷＧ１１１と伝送線路１１２との
特性インピーダンスが等しくなるように設定されてい
る。
０においては、ＭＳ−ＷＧ１１１と伝送線路１１２との
特性インピーダンスが等しくなるように設定されてい
る。
【００１５】これに対し、本実施の形態の光電気変換素
子１０は、第二伝送線路１６ａ，１６ｂの特性インピー
ダンスが典型的な扱いやすい値（例えば、Ｚb ＝５０
Ω）に設定され、前記第一伝送線路１５ａ，１５ｂの特
性インピーダンスが上記第二伝送線路１６ａ，１６ｂよ
りも高い値（例えば、Ｚa ＝１００Ω）に設定され、フ
ォトダイオード導波路１２の特性インピーダンスが上記
第二伝送線路１６ａ，１６ｂよりもはるかに低い値（例
えばＺd ＝１５Ω）に設定されている。
子１０は、第二伝送線路１６ａ，１６ｂの特性インピー
ダンスが典型的な扱いやすい値（例えば、Ｚb ＝５０
Ω）に設定され、前記第一伝送線路１５ａ，１５ｂの特
性インピーダンスが上記第二伝送線路１６ａ，１６ｂよ
りも高い値（例えば、Ｚa ＝１００Ω）に設定され、フ
ォトダイオード導波路１２の特性インピーダンスが上記
第二伝送線路１６ａ，１６ｂよりもはるかに低い値（例
えばＺd ＝１５Ω）に設定されている。
【００１６】このため、本実施の形態の光電気変換素子
１０は、その帯域が、特性インピーダンスの整合を図っ
た従来技術の一段形ＴＷ−ＰＤ１１０の帯域よりも狭く
なっている。
１０は、その帯域が、特性インピーダンスの整合を図っ
た従来技術の一段形ＴＷ−ＰＤ１１０の帯域よりも狭く
なっている。
【００１７】しかしながら、本実施の形態の光電気変換
素子１０においては、第一伝送線路１５ａ，１５ｂの特
性インピーダンスＺa および線路長をフォトダイオード
導波路１２Ｚd の特性インピーダンスおよび線路長にあ
わせて適切に設定しているため、第一伝送線路１５ａ，
１５ｂがない場合に比べて、帯域を一定量拡げることが
できる。
素子１０においては、第一伝送線路１５ａ，１５ｂの特
性インピーダンスＺa および線路長をフォトダイオード
導波路１２Ｚd の特性インピーダンスおよび線路長にあ
わせて適切に設定しているため、第一伝送線路１５ａ，
１５ｂがない場合に比べて、帯域を一定量拡げることが
できる。
【００１８】すなわち、本実施の形態の光電気変換素子
１０は、フォトダイオード導波路１２の特性インピーダ
ンスＺd が第二伝送線路１６ａ，１６ｂの特性インピー
ダンス（例えば、Ｚb ＝５０Ω）よりも低い場合に、所
定の周波数帯でフォトダイオード導波路１２の見掛け上
の負荷インピーダンスを大きくする作用がある。これ
は、要求される帯域に対して、フォトダイオード導波路
１２の幅を広くできることを意味する。
１０は、フォトダイオード導波路１２の特性インピーダ
ンスＺd が第二伝送線路１６ａ，１６ｂの特性インピー
ダンス（例えば、Ｚb ＝５０Ω）よりも低い場合に、所
定の周波数帯でフォトダイオード導波路１２の見掛け上
の負荷インピーダンスを大きくする作用がある。これ
は、要求される帯域に対して、フォトダイオード導波路
１２の幅を広くできることを意味する。
【００１９】ＩｎＰ系の化合物半導体で製作したフォト
ダイオード導波路（空乏層の厚さ：０．２μｍ）の幅に
対する特性インピーダンスの依存性を調べた。その結果
を図２に示す。
ダイオード導波路（空乏層の厚さ：０．２μｍ）の幅に
対する特性インピーダンスの依存性を調べた。その結果
を図２に示す。
【００２０】図２からわかるように、フォトダイオード
導波路の幅を１μｍ以下にしなければ、特性インピーダ
ンスＺd を４０〜５０Ωとすることができない。一方、
フォトダイオード導波路の幅を製作の容易な３〜４μｍ
程度にすると、特性インピーダンスＺd が１５Ω程度に
下がってしまう。
導波路の幅を１μｍ以下にしなければ、特性インピーダ
ンスＺd を４０〜５０Ωとすることができない。一方、
フォトダイオード導波路の幅を製作の容易な３〜４μｍ
程度にすると、特性インピーダンスＺd が１５Ω程度に
下がってしまう。
【００２１】一方、第一伝送線路１５ａ，１５ｂとフォ
トダイオード導波路１２との線路長は、以下の式（１）
によって決定される。
トダイオード導波路１２との線路長は、以下の式（１）
によって決定される。
【００２２】 βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl ＜２π／１６ （１） ただし、βd はフォトダイオード導波路１２の位相定
数、βl は第一伝送線路１５ａ，１４ｂの位相定数、Ｌ
d はフォトダイオード導波路１２の線路長、Ｌlは第一
伝送線路１５ａ，１５ｂの線路長である。
数、βl は第一伝送線路１５ａ，１４ｂの位相定数、Ｌ
d はフォトダイオード導波路１２の線路長、Ｌlは第一
伝送線路１５ａ，１５ｂの線路長である。
【００２３】第一伝送線路１５ａ，１５ｂに関して、β
l ・Ｌl ＜２π／１６の条件は、第一伝送線路１５ａ，
１５ｂの線路長Ｌl を変えた際に所望の周波数帯での負
荷インピーダンスの変化がリアクタンス部分のみに留ま
る目安である。また、フォトダイオード導波路１２に関
して、βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl の条件は、フォトダイオ
ード導波路１２の中心からみた負荷インピーダンスのリ
アクタンス部分が負に大きく振り込まれないための目安
である。フォトダイオード導波路１２の線路長Ｌd およ
び第一伝送線路１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl の詳細な設
定は、フォトダイオード導波路１２の中心からみた負荷
インピーダンスが、所望の周波数帯でのリアクタンスの
絶対値が最小となるように、計算して行う。
l ・Ｌl ＜２π／１６の条件は、第一伝送線路１５ａ，
１５ｂの線路長Ｌl を変えた際に所望の周波数帯での負
荷インピーダンスの変化がリアクタンス部分のみに留ま
る目安である。また、フォトダイオード導波路１２に関
して、βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl の条件は、フォトダイオ
ード導波路１２の中心からみた負荷インピーダンスのリ
アクタンス部分が負に大きく振り込まれないための目安
である。フォトダイオード導波路１２の線路長Ｌd およ
び第一伝送線路１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl の詳細な設
定は、フォトダイオード導波路１２の中心からみた負荷
インピーダンスが、所望の周波数帯でのリアクタンスの
絶対値が最小となるように、計算して行う。
【００２４】ここで、光電気変換素子１０の周波数特性
と出力電力との関係を調べた。このときのフォトダイオ
ード導波路１２の線路長Ｌd を１２μｍとし、フォトダ
イオード導波路１２の特性インピーダンスＺd を１５Ω
とし、第二伝送線路１６ａ，１６ｂの特性インピーダン
スＺb を５０Ωとし、第一伝送線路１５ａ，１５ｂの線
路長Ｌl を１４μｍとし、第一伝送線路１５ａ，１５ｂ
の特性インピーダンスＺa を５０Ω，１００Ω，１５０
Ωと変化させた。なお、光電流は、簡単にするため、図
３に示すように、フォトダイオード導波路１２の中心に
電流源１７として挿入した。図中、１８は整合抵抗であ
る。その結果を図４に示す。
と出力電力との関係を調べた。このときのフォトダイオ
ード導波路１２の線路長Ｌd を１２μｍとし、フォトダ
イオード導波路１２の特性インピーダンスＺd を１５Ω
とし、第二伝送線路１６ａ，１６ｂの特性インピーダン
スＺb を５０Ωとし、第一伝送線路１５ａ，１５ｂの線
路長Ｌl を１４μｍとし、第一伝送線路１５ａ，１５ｂ
の特性インピーダンスＺa を５０Ω，１００Ω，１５０
Ωと変化させた。なお、光電流は、簡単にするため、図
３に示すように、フォトダイオード導波路１２の中心に
電流源１７として挿入した。図中、１８は整合抵抗であ
る。その結果を図４に示す。
【００２５】図４からわかるように、第一伝送線路１５
ａ，１５ｂの特性インピーダンスＺ a を５０Ω，１００
Ω，１５０Ωと増加させると、１５０〜４５０ＧＨｚの
周波数閾において、出力電力Ｐout が大幅に増加する。
ちなみに、出力が１ｄＢ低下する点で比較すると、光電
気変換素子１０においては、帯域が２５０ＧＨｚから４
５０ＧＨｚへと大幅に拡大している。一方、６００〜７
００ＧＨｚを超える周波数閾において、第一伝送線路１
５ａ，１５ｂの特性インピーダンスＺa が増大すると、
出力電力Ｐout が低下してしまう。
ａ，１５ｂの特性インピーダンスＺ a を５０Ω，１００
Ω，１５０Ωと増加させると、１５０〜４５０ＧＨｚの
周波数閾において、出力電力Ｐout が大幅に増加する。
ちなみに、出力が１ｄＢ低下する点で比較すると、光電
気変換素子１０においては、帯域が２５０ＧＨｚから４
５０ＧＨｚへと大幅に拡大している。一方、６００〜７
００ＧＨｚを超える周波数閾において、第一伝送線路１
５ａ，１５ｂの特性インピーダンスＺa が増大すると、
出力電力Ｐout が低下してしまう。
【００２６】フォトダイオード導波路１２と第二伝送線
路１６ａ，１６ｂとの間に前述したような第一伝送線路
１５ａ，１５ｂを設けることにより生じる作用は、以下
のように定性的に説明できる。
路１６ａ，１６ｂとの間に前述したような第一伝送線路
１５ａ，１５ｂを設けることにより生じる作用は、以下
のように定性的に説明できる。
【００２７】まず、一定の周波数において、第一伝送線
路１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl を０から次第に増大して
いくとすると、フォトダイオード導波路１２側からみた
第一伝送線路１５ａ，１５ｂの特性インピーダンスＺa
は、当初は５０Ωに近く、次第に位相が回転することに
より、周期的に高低を繰り返すようになると共に、電流
源１７側からみたフォトダイオード導波路１２の特性イ
ンピーダンスＺd も、それにしたがって変化する。ま
た、第一伝送線路１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl を固定し
て周波数を変化させていっても、電流源１７側からみた
フォトダイオード導波路１２の特性インピーダンスＺd
は、周期的に変化する。このため、フォトダイオード導
波路１２の線路長Ｌd の大きさに応じて、第一伝送線路
１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl および特性インピーダンス
Ｚa を適切に設定することにより、所定の周波数領域で
の電流源１７側からみたフォトダイオード導波路１２の
特性インピーダンスＺd を増減することができる。
路１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl を０から次第に増大して
いくとすると、フォトダイオード導波路１２側からみた
第一伝送線路１５ａ，１５ｂの特性インピーダンスＺa
は、当初は５０Ωに近く、次第に位相が回転することに
より、周期的に高低を繰り返すようになると共に、電流
源１７側からみたフォトダイオード導波路１２の特性イ
ンピーダンスＺd も、それにしたがって変化する。ま
た、第一伝送線路１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl を固定し
て周波数を変化させていっても、電流源１７側からみた
フォトダイオード導波路１２の特性インピーダンスＺd
は、周期的に変化する。このため、フォトダイオード導
波路１２の線路長Ｌd の大きさに応じて、第一伝送線路
１５ａ，１５ｂの線路長Ｌl および特性インピーダンス
Ｚa を適切に設定することにより、所定の周波数領域で
の電流源１７側からみたフォトダイオード導波路１２の
特性インピーダンスＺd を増減することができる。
【００２８】本実施の形態では、フォトダイオード導波
路１２の特性インピーダンスＺd が１５Ωであったが、
これは従来のフォトダイオード導波路の典型的な特性イ
ンピーダンス（５０Ω）に比べて約１／３の大きさであ
る。このため、フォトダイオード導波路１２の幅を従来
に比べて約３倍に大きくすることができる。これによ
り、フォトダイオード導波路１２の線路長Ｌl が従来と
同様な大きさであれば、電流値を３倍に拡大することが
できると共に、出力電力を約１０倍に増大させることが
できる。
路１２の特性インピーダンスＺd が１５Ωであったが、
これは従来のフォトダイオード導波路の典型的な特性イ
ンピーダンス（５０Ω）に比べて約１／３の大きさであ
る。このため、フォトダイオード導波路１２の幅を従来
に比べて約３倍に大きくすることができる。これによ
り、フォトダイオード導波路１２の線路長Ｌl が従来と
同様な大きさであれば、電流値を３倍に拡大することが
できると共に、出力電力を約１０倍に増大させることが
できる。
【００２９】
【発明の効果】このように、本発明の光電気変換素子に
よれば、進行波フォトダイオードの出力を大幅に増加さ
せることができる。帯域は、理想的な進行波フォトダイ
オードよりも狭くなるものの、数百ＧＨｚの周波数領域
で十分な出力増大効果を得ることができる。このため、
例えば、光増幅と高出力フォトダイオードとを組み合わ
せた、いわゆる「光／電気直接変換レシーバ」等に応用
すれば、より高速な光デジタル信号や光サブキャリア信
号を受信することができ、より大きな電気信号を出力す
ることができるようになる。
よれば、進行波フォトダイオードの出力を大幅に増加さ
せることができる。帯域は、理想的な進行波フォトダイ
オードよりも狭くなるものの、数百ＧＨｚの周波数領域
で十分な出力増大効果を得ることができる。このため、
例えば、光増幅と高出力フォトダイオードとを組み合わ
せた、いわゆる「光／電気直接変換レシーバ」等に応用
すれば、より高速な光デジタル信号や光サブキャリア信
号を受信することができ、より大きな電気信号を出力す
ることができるようになる。
【図１】本発明による光電気変換素子の実施の形態の概
略構成図である。
略構成図である。
【図２】ＩｎＰ系のフォトダイオード導波路の接合幅と
特性インピーダンスとの関係を表すグラフである。
特性インピーダンスとの関係を表すグラフである。
【図３】周波数と出力電力との関係を求める際に用いた
光電気変換素子の概略構成図である。
光電気変換素子の概略構成図である。
【図４】図３の光電気変換素子の周波数と出力電力との
関係を表すグラフである。
関係を表すグラフである。
【図５】従来の光電気変換素子の概略構成図である。
１０ 光電気変換素子 １１ 基板 １２ フォトダイオード導波路 １２ａ ｎ形半導体層 １２ｂ 半導体光吸収層 １２ｃ ｐ形半導体層 １３ ｐ形金属電極層 １４ ｎ形金属電極層 １５ａ，１５ｂ 第一伝送線路 １６ａ，１６ｂ 第二伝送線路 １７ 電流源 １８ 整合抵抗
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 猛 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F049 MA04 MB07 NA01 NB01 QA08 UA07 UA20
Claims (1)
- 【請求項１】 フォトダイオード導波路と、 前記フォトダイオード導波路に接続する対をなす電極層
と、 前記電極層に接続する第一伝送線路と、 前記第一伝送線路に接続する第二伝送線路と を備え、 前記第一伝送線路の特性インピーダンスが前記第二伝送
線路の特性インピーダンスよりも大きいと共に、 前記フォトダイオード導波路と前記第一伝送線路とが下
記の式（１）の条件を満たすことを特徴とする光電気変
換素子。 βd ・Ｌd ＜βl ・Ｌl ＜２π／１６ （１） ただし、βd はフォトダイオード導波路の位相定数、β
l は第一伝送線路の位相定数、Ｌd はフォトダイオード
導波路の線路長、Ｌl は第一伝送線路の線路長である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260144A JP2002076424A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 光電気変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260144A JP2002076424A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 光電気変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076424A true JP2002076424A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18748198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000260144A Withdrawn JP2002076424A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 光電気変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002076424A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7602525B2 (en) | 2002-01-09 | 2009-10-13 | Seiko Epson Corporation | Method of producing color conversion table, image processing device, image processing method, program and recording medium |
| JP2012503308A (ja) * | 2008-09-17 | 2012-02-02 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 波長制御半導体レーザデバイス |
| JP2012244293A (ja) * | 2011-05-17 | 2012-12-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光受信回路 |
| KR101406627B1 (ko) | 2013-07-30 | 2014-06-12 | 경희대학교 산학협력단 | 위상 변이 마스크를 이용하는 광전소자 |
-
2000
- 2000-08-30 JP JP2000260144A patent/JP2002076424A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7602525B2 (en) | 2002-01-09 | 2009-10-13 | Seiko Epson Corporation | Method of producing color conversion table, image processing device, image processing method, program and recording medium |
| JP2012503308A (ja) * | 2008-09-17 | 2012-02-02 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 波長制御半導体レーザデバイス |
| JP2012244293A (ja) * | 2011-05-17 | 2012-12-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光受信回路 |
| KR101406627B1 (ko) | 2013-07-30 | 2014-06-12 | 경희대학교 산학협력단 | 위상 변이 마스크를 이용하는 광전소자 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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