JP2019204820A - 光検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
半導体基板の上に光吸収層が形成され、前記半導体基板の基板面内の方向から前記光吸収層に入射する信号光を検出する光検出器において、
前記光吸収層は、前記半導体基板の基板面を基板面外の方向から見たときに前記光吸収層に接続された光電流検出用の電極によって覆われていない領域を有する
ことを特徴とする光検出器。
前記半導体基板は、
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成され、第1の半導体領域を含むシリコンコア層と、
前記シリコンコア層に接続され、検出対象の前記信号光を前記シリコンコア層へ基板面内の方向より導波する入力導波路とを備え、
前記光吸収層は、前記シリコンコア層の上に形成され、第2の半導体領域を含むゲルマニウム層を備え、
前記光電流検出用の電極は、前記第2の半導体領域の一部に接続される
ことを特徴とする発明の構成1に記載の光検出器。
前記光電流検出用の電極が、前記第2の半導体領域の上面における全てまたは1部の辺を覆い、上面における中心部周辺の面を覆わない平面形状で配置されている
ことを特徴とする発明の構成2に記載の光検出器。
前記光電流検出用の電極が、梯子型または複数の開口を有する平面形状をしている
ことを特徴とする発明の構成2に記載の光検出器。
前記光電流検出用の電極は、前記ゲルマニウム層に入射した光が前記ゲルマニウム層を伝搬するときに、前記光電流検出用の電極の近傍で反射が生じない位置に設けられている、ことを特徴とする発明の構成2から4のいずれか1項に記載の光検出器。
偏波分離/合流回路と、TM偏光とTE偏光の間で偏波回転する偏波回転回路を有する偏波ダイバーシティ構成の光回路であって、
主信号経路から一部の光パワーを分岐して受光し、信号光のパワーを監視する光モニタ回路を備え、
前記光モニタ回路は、
TE偏波成分の信号が通過する経路上に設けられた第1のモニタ光分岐回路と、
TM偏波成分の信号が通過する経路上に設けられた第2のモニタ光分岐回路とを有し、
前記第1および第2のモニタ光分岐回路のそれぞれのモニタ光出力に接続された前記発明の構成1から5のいずれか1項に記載の光検出器を有する
ことを特徴とする光回路。
前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
光源からの送信キャリア光を分岐する光パワースプリッタと、
前記分岐された送信キャリア光をそれぞれの偏波用の電気信号で光変調するTE偏波成分用とTM偏波成分用の光変調回路と、
前記TM偏波成分用の光変調回路の出力を偏波回転する前記偏波回転回路と、
前記TE偏波成分用の光変調回路の出力と前記偏波回転回路の出力を偏波合流する前記偏波分離/合流回路と
から構成される光送信回路である
ことを特徴とする発明の構成6に記載の光回路。
前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
受信信号光の入力ポートに接続され、前記受信信号光を偏波分離する前記偏波分離/合流回路と、
前記偏波分離/合流回路の一方の出力に接続する前記偏波回転回路と、
局発光源からの参照光を分岐する光パワースプリッタと、
前記偏波/合流分離回路の他方の出力と、前記光パワースプリッタの一方の出力に接続されてTE偏波成分用の光復調を行う光コヒーレントミキサと、
前記偏波回転回路の出力と、前記光パワースプリッタの他方の出力に接続されてTM偏波成分用の光復調を行う光コヒーレントミキサと、
前記TE偏波成分用およびTM偏波成分用の光コヒーレントミキサそれぞれの復調光出力に接続された光検出器と
から構成される光受信回路であって、
前記復調光出力に接続された光検出器は前記発明の構成1から5のいずれか1項に記載の光検出器である
ことを特徴とする発明の構成6に記載の光回路。
図4は、本発明の光検出器の実施例1の構造例1であるGePD400のチップ構造を模式的に示す平面図である。図5は、図4のV−V面(光進行方向に垂直な面)の断面図である。
以上のように本発明のGePDでは、光吸収層であるn型Ge領域415が基板上で全面的に光電流検出用の電極417に覆われていなければ、基板面外の方向から検査光の入射が可能である。光電流検出用の電極の平面形状は、図4構造例1の電極417の様な口の字型の平面形状に限定されることは無い。例えば、図6の構造例2のような光入射側に開口したコの字型の平面形状の電極517、または図7の構造例3のような光終端側の短辺のみにIの字型の平面形状の電極617が設けられ、n型Ge領域615の一部と接している形であっても良い。
更には図8の構造例4のように、図4(構造例1)の口型(長方形の枠型)の電極417に対向する長辺を結ぶブリッジを付けて、梯子状または複数の開口(穴)を有する平面形状の電極717としてもよい。
図9は、図4の本発明実施例1の構造例1のGePDの、光感度の波長特性を測定した結果を示す図である。波長が長くなるにつれて感度が減少してゆく形を表しており、図10(非特許文献1から引用)に示すゲルマニウム結晶単独の光吸収係数の波長特性と比較した場合に、ほぼ同じ傾向の特性が実現できていることがわかる。
図11に示すように、n型Ge領域415に基板斜め上方より入射した検査光450は、Ge層414を通過してGe層414とp型Si領域411の界面で反射し、再びn型Ge領域415に光451として戻ってくる。この時n型Ge領域415の上面の反射点の近傍には、通常金属で構成され光通信の波長では吸収体としても作用する電極417が接していないため、光451は電極417に吸収されず、光452として再びGe層414へ反射し戻ってくる。
この効果は、光検出器で検出される信号光についても同様に働く。図12は図11と同様に、図4のGePD400を光進行方向(素子の長手手方向)のXI−XI基板断面で切った断面図である。
図15は、実施例1にある光検出器を偏波ダイバーシティ構成のコヒーレント光送信機に搭載した実施例2の光回路の構成を示す図である。図15には、光源からの送信キャリア光を分岐する光パワースプリッタ801、分岐された送信キャリア光をそれぞれの偏波用の電気信号で光変調するY偏波光変調回路802とX偏波光変調回路803、一方の偏波光を他方の偏波に偏波回転する偏波回転器808、それぞれの偏波の変調光を結合して偏波合流する偏波分離/合流回路である偏波ビームコンバイナ809が示される。
図16は、実施例1にある光検出器を偏波ダイバーシティ構成のコヒーレント光受信機に搭載した実施例3の光回路の構成を示す図である。
101 Si基板
102 下部クラッド層
103 上部クラッド層
110 コア層
111、411 p型Si領域
114、414 Ge層
115、415、515、615、715 n型Ge領域
1101、303、4101 入力導波路
1102、4102 シリコンスラブ
112、113、412、413 p++シリコン電極部
116、117、118、416、417、418、517、617、717 電極
301 方向性結合器
302 グレーティングカプラ
440、450、451、452、460、461 光(検査光、信号光、反射光)
801、909 光パワースプリッタ
802、803 Y(X)偏波光変調回路
808、904 偏波回転器
809 偏波ビームコンバイナ
806、807、905,906 光分岐回路
810、811、912、913、914,915 PD(光検出器)
804、805、907,908 光可変アッテネータ(VOA)
901、902 光入力経路
903 偏波ビームスプリッタ
910,911 Y(X)光コヒーレントミキサ
Claims (8)
- 半導体基板の上に光吸収層が形成され、前記半導体基板の基板面内の方向から前記光吸収層に入射する信号光を検出する光検出器において、
前記光吸収層は、前記半導体基板の基板面を基板面外の方向から見たときに前記光吸収層に接続された光電流検出用の電極によって覆われていない領域を有する
ことを特徴とする光検出器。 - 前記半導体基板は、
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成され、第1の半導体領域を含むシリコンコア層と、
前記シリコンコア層に接続され、検出対象の前記信号光を前記シリコンコア層へ基板面内の方向より導波する入力導波路とを備え、
前記光吸収層は、前記シリコンコア層の上に形成され、第2の半導体領域を含むゲルマニウム層を備え、
前記光電流検出用の電極は、前記第2の半導体領域の一部に接続される
ことを特徴とする請求項1に記載の光検出器。 - 前記光電流検出用の電極が、前記第2の半導体領域の上面における全てまたは1部の辺を覆い、上面における中心部周辺の面を覆わない平面形状で配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の光検出器。 - 前記光電流検出用の電極が、梯子型または複数の開口を有する平面形状をしている
ことを特徴とする請求項2に記載の光検出器。 - 前記光電流検出用の電極は、前記ゲルマニウム層に入射した光が前記ゲルマニウム層を伝搬するときに、前記光電流検出用の電極の近傍で反射が生じない位置に設けられている、ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の光検出器。
- 偏波分離/合流回路と、TM偏光とTE偏光の間で偏波回転する偏波回転回路を有する偏波ダイバーシティ構成の光回路であって、
主信号経路から一部の光パワーを分岐して受光し、信号光のパワーを監視する光モニタ回路を備え、
前記光モニタ回路は、
TE偏波成分の信号が通過する経路上に設けられた第1のモニタ光分岐回路と、
TM偏波成分の信号が通過する経路上に設けられた第2のモニタ光分岐回路とを有し、
前記第1および第2のモニタ光分岐回路のそれぞれのモニタ光出力に接続された前記請求項1から5のいずれか1項に記載の光検出器を有する
ことを特徴とする光回路。 - 前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
光源からの送信キャリア光を分岐する光パワースプリッタと、
前記分岐された送信キャリア光をそれぞれの偏波用の電気信号で光変調するTE偏波成分用とTM偏波成分用の光変調回路と、
前記TM偏波成分用の光変調回路の出力を偏波回転する前記偏波回転回路と、
前記TE偏波成分用の光変調回路の出力と前記偏波回転回路の出力を偏波合流する前記偏波分離/合流回路と
から構成される光送信回路である
ことを特徴とする請求項6に記載の光回路。 - 前記偏波ダイバーシティ構成の光回路は、
受信信号光の入力ポートに接続され、前記受信信号光を偏波分離する前記偏波分離/合流回路と、
前記偏波分離/合流回路の一方の出力に接続する前記偏波回転回路と、
局発光源からの参照光を分岐する光パワースプリッタと、
前記偏波/合流分離回路の他方の出力と、前記光パワースプリッタの一方の出力に接続されてTE偏波成分用の光復調を行う光コヒーレントミキサと、
前記偏波回転回路の出力と、前記光パワースプリッタの他方の出力に接続されてTM偏波成分用の光復調を行う光コヒーレントミキサと、
前記TE偏波成分用およびTM偏波成分用の光コヒーレントミキサそれぞれの復調光出力に接続された光検出器と
から構成される光受信回路であって、
前記復調光出力に接続された光検出器は前記請求項1から5のいずれか1項に記載の光検出器である
ことを特徴とする請求項6に記載の光回路。
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