JP2664510B2 - 光検出装置，および光検出方法 - Google Patents

光検出装置，および光検出方法

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JP2664510B2 JP2052393A JP5239390A JP2664510B2 JP 2664510 B2 JP2664510 B2 JP 2664510B2 JP 2052393 A JP2052393 A JP 2052393A JP 5239390 A JP5239390 A JP 5239390A JP 2664510 B2 JP2664510 B2 JP 2664510B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光検知器あるいは光を用いたスイッチン
グ素子として使用される光素子装置に係り、特に新機能
化、例えば入射光の波長に対する極めて高い選択性を有
すること、つまりある臨界波長以上の単色光信号には応
答するが、その波長以下の光信号には応答しない機能を
有した半導体光検知器に関するものである。
〔従来の技術〕
第１図は例えばアプライド フィジックス レターズ
47巻,3号，（1985年）190〜192頁（Appl.Phys.Lett.V
ol.47,No.3,1 August,1985,pp190−192）に示された量
子井戸光吸収層をもつ半導体光検知器の層構造を示す図
であり、図において、１は多重量子井戸光吸収層であ
り、イントリンシック層２の中に埋め込まれている。３
はｐ型にドープした層、４はｎ型にドープした層、７は
電極である。
次に動作について説明する。第１図のような量子井戸
構造に逆バイアスを印加すると量子閉じ込めシュタルク
効果により量子井戸層における入射光の吸収ピークが長
波長側へシフトする。この原理を用いて外部電界により
波長選択性のある光検知器が作製できる。
従来の光検知器は以上のように構成され、ある程度波
長選択性が強い素子が得られたが、極めて近い異なった
波長の光信号を識別するには十分ではなかった。
また入射光強度に対する出射光強度の双安定が得られ
る自己電子−光効果（Self−electro−optic−effect）
素子が例えばアプライド フィジックス レターズ 45
巻,1号，（1984年７月１日）13〜15頁（Appl.Phys.let
t.Vol.45,No.1,1 July 1984,pp13〜15）に示されてい
る。
この文献には入射光強度に対する出射光強度の双安定
が得られるものが示されているものの、入射光波長に対
する出射光強度の双安定性、あるいは入射光波長に対す
る出射光強度の変化の仕方については検討されていなか
った。
一方、光多重通信システムにおける光信号の検知方法
としては、第２図及び第３図に示された方法が従来知ら
れている。この第２図及び第３図に示したものは、例え
ば電子通信学会誌63巻11月号1185頁（1980年）に示され
ている。
第２図及び第３図それぞれにおいて、８は回折格子、
9a,9bはフォトディテクタ、10は透明な平行平板、11は
波長λ１近傍のみの光を通す干渉膜フィルタ、12は波長
がλ２近傍のみの光を通す干渉膜フィルタである。
次にそれぞれの検知方法について説明する。ここで信
号が波長λ１とλ２の光にのせられて独立に送られてき
たとし、それぞれの信号を独立に電気信号に変換する場
合を考える。
第２図の検知方法では、送られてきた波長λ１とλ２
からなる光を回折格子８にあて、λ１とλ２の２つの光
に空間的に分け、それぞれフォトディテクタ9a,9bで受
光し、電気信号に変換する。
第３図の検知方法では、送られてきた波長λ１とλ２
からなる光を平行平板10に入射させ、まず干渉膜フィル
タ11で波長λ１のみの光をとり出し、フォトディテクタ
9aで受光して電気信号に変換する。次に平行平板10で反
射した波長λ２の光を干渉膜フィルタ12を通してフォト
ディテクタ9bで受け、これを電気信号に変換する。
しかるに第２図の回折格子を用いるものの場合、波長
分離能はよいが、空間的に光を分けるため検知系が大き
く複雑になると共に入射角などを一定に保たなければな
らないという問題点があった。また、第３図の干渉フィ
ルタを用いるものの場合、波長分離能が悪い上、異なっ
た干渉フィルタをつけなければならないという問題点が
あった。さらに第２図及び第３図に示したいずれの光検
知器も分波部と検知部が同一素子でない、チューニング
機能がないという問題点があった。
この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、よ
り波長選択性が強い、あるいは光電流が入射光波長に対
して双安定性を示す光検出装置を得ることを目的とす
る。
ここで言う「光電流が入射光波長に対して双安定性を
示す」ということは、入射光のある波長領域において、
光電流が２つの安定点をもつことを意味しているもので
ある。
この発明の他の目的は、出射光強度が入射光波長に対
して双安定性を示す、あるいはある波長で出射光強度が
急激に変化する光検出装置を得ることである。
この発明のさらに他の目的は、１つの素子で異なった
波長の単色光からなる光を波長選択性よく独立に分けて
電気信号に変換できる光検出装置を得ることである。
この発明のさらに他の目的は、ある特定の波長の単色
光信号を極めて選択的に検出できる光検出方法を得るこ
とである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明（請求項１）に係る光検出装置は、第１導電
型の不純物がドープされた第１導電型半導体層、該第１
導電型半導体層の一面上に形成された，多重量子井戸光
吸収層が埋め込まれたイントリンシック層、該イントリ
ンシック層の一面上に形成された，第２導電型の不純物
がドープされた第２導電型半導体層、該第２導電型半導
体層の一面上に形成された第１の電極、及び上記第１の
導電型半導体層の他面上に形成された第２の電極を有す
るｐ−ｉ−ｎ型構造の光検出素子と、上記光検出素子の
上記第１の電極と第２の電極との間に直列に接続された
外部抵抗体であって、その抵抗値が、上記光検出素子に
光が入射することにより上記光検出素子で発生する光電
流によって上記当該外部抵抗体の両端に発生する電圧が
上記光検出素子の内部電圧に帰還されることによって、
上記光検出素子の光吸収層における吸収スペクトルが、
特定の波長を吸収のピークスペクトルとし，上記特定の
波長の短波長側で吸収量が急峻に低下するスペクトルに
成形されるような値である外部抵抗体とを備え、上記光
検出素子に入射される光から上記特定の波長の光を検出
するものである。
また、この発明（請求項２）に係る光検出装置は、上
記光検出装置（請求項１）において、上記外部抵抗体に
直列に接続され、かつ上記第１及び第２導電型半導体層
に対して逆バイアスの電位を与える外部直流電源をさら
に備えたものである。
また、この発明（請求項３）に係る光検出装置は、第
１導電型の不純物がドープされた第１導電型半導体層、
該第１導電型半導体層の一面上に形成された，多重量子
井戸光吸収層が埋め込まれたイントリンシック層、該イ
ントリンシック層の一面上に形成された，第２導電型の
不純物がドープされた第２導電型半導体層、該第２導電
型半導体層に電気的に接続された第１の電極、及び上記
第１の導電型半導体層に電気的に接続された４第２の電
極を有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第１の光検出素子と、上
記第１の光検出素子の上記第１の電極と第２の電極との
間に直列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗値
が、上記第１の光検出素子に光が入射することにより上
記第１の光検出素子で発生する光電流によって上記当該
外部抵抗体の両端に発生する電圧が上記第１の光検出素
子の内部電圧に帰還されることによって、上記第１の光
検出素子の光吸収層における吸収スペクトルが、第１の
特定の波長を吸収のピークスペクトルとし，上記第１の
特定の波長の短波長側で吸収量が急峻に低下するスペク
トルに成形されるような値である第１の外部抵抗体と、
第１導電型の不純物がドープされた第１導電型半導体
層、該第１導電型半導体層の一面上に形成された，多重
量子井戸光吸収層が埋め込まれたイントリンシック層、
該イントリンシック層の一面上に形成された，第２導電
型の不純物がドープされた第２導電型半導体層、該第２
導電型半導体層に電気的に接続された第１の電極、及び
上記第１の導電型半導体層に電気的に接続された第２の
電極を有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第２の光検出素子と、
上記第２の光検出素子の上記第１の電極と第２の電極と
の間に直列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗
値が、上記第２の光検出素子に光が入射することにより
上記第２の光検出素子で発生する光電流によって上記当
該外部抵抗体の両端に発生する電圧が上記第２の光検出
素子の内部電圧に帰還されることによって、上記第２の
光検出素子の光吸収層における吸収スペクトルが、上記
第１の特定の波長より波長の短い第２の特定の波長を吸
収のピークスペクトルとし、上記第２の特定の波長の短
波長側で吸収量が急峻に低下するスペクトルに成形され
るような値である第２の外部抵抗とを備え、上記第１の
光検出素子及び第２の光検出素子が、上記第１の光検出
素子に入射され該第１の光検出素子を透過した光が上記
第２の光検出素子に入射するように配置され、上記第１
の光検出素子で上記第１の特定の波長の光を検出し、上
記第２の光検出素子で上記第２の特定の波長の光を検出
するものである。
また、この発明（請求項４）に係る光検出装置は、上
記光検出装置（請求項３）において、上記第１の光検出
素子が、その上記第２導電型半導体層が上記第２の光検
出素子の上記第２導電型半導体層と共通の層となるよう
に、上記第２の光検出素子上に積層して配置されてお
り、上記第１の光検出素子の上記第１導電型半導体層側
から光が入射されるものである。
また、この発明（請求項５）に係る光検出装置は、上
記光検出装置（請求項４）において、上記第２の光検出
素子の上記第２の電極が、上記第２の光検出素子を透過
した光を出射するための開口を備えたものである。
また、この発明（請求項６）に係る光検出装置は、上
記光検出装置（請求項３）において、上記第１の光検出
素子が、上記第２の光検出素子の上記第２導電型半導体
層上に絶縁層を介して、該絶縁層に上記第１の光検出素
子の上記第１導電型半導体層が接するように積層して配
置されており、上記第１の光検出素子の上記第２導電型
半導体層側から光が入射されるものである。
また、この発明（請求項７）に係る光検出装置は、上
記光検出装置（請求項３）において、上記第１の光検出
素子と上記第２の光検出素子が、少なくともそれぞれの
上記第１導電型半導体層及び上記イントリンシック層が
共通の層となるように、同一基板上に並列に配設されて
おり、上記第１の光検出素子の上記第２の光検出素子に
接する側面に対向する側面から光が入射されるものであ
る。
また、この発明（請求項８）に係る光検出装置は、上
記光検出装置（請求項３ないし請求項７のいずれか）に
おいて、上記第１の外部抵抗体に直列に接続され、かつ
上記第１の光検出素子の上記第１及び第２導電型半導体
層に対して逆バイアスの電位を与える第１の外部直流電
源と、上記第２の外部抵抗体に直列に接続され、かつ上
記第２の光検出素子の上記第１及び第２導電型半導体層
に対して逆バイアスの電位を与える第２の外部直流電源
をさらに備えたものである。
また、この発明（請求項９）に係る光検出装置は、量
子井戸構造を光吸収層に有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第１
の光検出素子に光を入射して第１の特定の波長の光を検
出する光検出方法において、上記光検出素子に第１の特
定の抵抗値を有する第１の外部抵抗を直列に接続した状
態で、上記光検出素子に光を入射して上記特定の波長の
光を検出するものであって、上記特定の抵抗値を、上記
光の入射により上記光検出素子で発生する光電流により
上記外部抵抗の両端に発生する電圧が上記光検出素子の
内部電圧に帰還されることによって、上記光検出素子の
光吸収層における吸収スペクトルが、上記特定の波長を
吸収のピークスペクトルとし，上記特定の波長の短波長
側で吸収量が急峻に低下するスペクトルに成形されるよ
うな値に設定するものである。
また、この発明（請求項10）に係る光検出方法は、上
記光検出方法（請求項９）において、上記第１の光検出
素子に入射され該第１の光検出素子を透過した光を、第
２の特定の抵抗値を有する第２の外部抵抗を直列に接続
した状態の，量子井戸構造を光吸収層に有するｐ−ｉ−
ｎ型構造の第２の光検出素子に入射して上記第１の特定
の波長と異なる第２の特定の波長の光を検出するもので
あって、上記第２の特定の抵抗値を、上記第１の光検出
素子を透過した光の入射により上記第２の光検出素子で
発生する光電流により上記第２の外部抵抗の両端に発生
する電圧が上記第２の光検出素子の内部電圧に帰還され
ることによって、上記第２の光検出素子の光吸収層にお
ける吸収スペクトルが、上記第２の特定の波長を吸収の
ピークスペクトルとし，上記第２の特定の波長の短波長
側で吸収量が急峻に低下するスペクトルに成形されるよ
うな値に設定するものである。
〔作用〕
この発明においては、第１導電型の不純物がドープさ
れた第１導電型半導体層、該第１導電型半導体層の一面
上に形成された，多重量子井戸光吸収層が埋め込まれた
イントリンシック層、該イントリンシック層の一面上に
形成された，第２導電型の不純物がドープされた第２導
電型半導体層、該第２導電型半導体層の一面上に形成さ
れた第１の電極、及び上記第１の導電型半導体層の他面
上に形成された第２の電極を有するｐ−ｉ−ｎ型構造の
光検出素子と、上記光検出素子の上記第１の電極と第２
の電極との間に直列に接続された外部抵抗体であって、
その抵抗値が、上記光検出素子に光が入射することによ
り上記光検出素子で発生する光電流によって上記当該外
部抵抗体の両端に発生する電圧が上記光検出素子の内部
電圧に帰還されることによって、上記光検出素子の光吸
収層における吸収スペクトルが、特定の波長を吸収のピ
ークスペクトルとし，上記特定の波長の短波長側で吸収
量が急峻に低下するスペクトルに成形されるような値で
ある外部抵抗体とを備え、上記光検出素子に入射される
光から上記特定の波長の光を検出する構成としたから、
特定の波長の光を極めて高い波長選択性をもって検出で
きる光検出装置を実現できる。
また、この発明においては、第１導電型の不純物がド
ープされた第１導電型半導体層、該第１導電型半導体層
の一面上に形成された，多重量子井戸光吸収層が埋め込
まれたイントリンシック層、該イントリンシック層の一
面上に形成された，第２導電型の不純物がドープされた
第２導電型半導体層、該第２導電型半導体層に電気的に
接続された第１の電極、及び上記第１の導電型半導体層
に電気的に接続された第２の電極を有するｐ−ｉ−ｎ型
構造の第１の光検出素子と、上記第１の光検出素子の上
記第１の電極と第２の電極との間に直列に接続された外
部抵抗体であって、その抵抗値が、上記第１の光検出素
子に光が入射することにより上記第１の光検出素子で発
生する光電流によって上記当該外部抵抗体の両端に発生
する電圧が上記第１の光検出素子の内部電圧に帰還され
ることによって、上記第１の光検出素子の光吸収層にお
ける吸収スペクトルが、第１の特定の波長を吸収のピー
クスペクトルとし，上記第１の特定の波長の短波長側で
吸収量が急峻に低下するスペクトルに成形されるような
値である第１の外部抵抗体と、第１導電型の不純物がド
ープされた第１導電型半導体層、該第１導電型半導体層
の一面上に形成された，多重量子井戸光吸収層が埋め込
まれたイントリンシック層、該イントリンシック層の一
面上に形成された，第２導電型の不純物がドープされた
第２導電型半導体層、該第２導電型半導体層に電気的に
接続された第１の電極、及び上記第１の導電型半導体層
に電気的に接続された第２の電極を有するｐ−ｉ−ｎ型
構造の第２の光検出素子と、上記第２の光検出素子の上
記第１の電極と第２の電極との間に直列に接続された外
部抵抗体であって、その抵抗値が、上記第２の光検出素
子に光が入射することにより上記第２の光検出素子で発
生する光電流によって上記当該外部抵抗体の両端に発生
する電圧が上記第２の光検出素子の内部電圧に帰還され
ることによって、上記第２の光検出素子の光吸収層にお
ける吸収スペクトルが、上記第１の特定の波長より波長
の短い第２の特定の波長を吸収のピークスペクトルと
し，上記第２の特定の波長の短波長側で吸収量が急峻に
低下するスペクトルに成形されるような値である第２の
外部抵抗体とを備え、上記第１の光検出素子及び上記第
２の光検出素子が、上記第１の光検出素子に入射され該
第１の光検出素子を透過した光が上記第２の光検出素子
に入射するように配置され、上記第１の光検出素子で上
記第１の特定の波長の光を検出し、上記第２の光検出素
子で上記第２の特定の波長の光を検出する構成としたか
ら、複数の特定の波長の光を極めて高い波長選択性をも
って独立に検出できる光検出装置を実現できる。
また、この発明においては、量子井戸構造を光吸収層
に有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第１の光検出素子に光を入
射して第１の特定の波長の光を検出する光検出方法にお
いて、上記光検出素子に第１の特定の抵抗値を有する第
１の外部抵抗を直列に接続した状態で、上記光検出素子
に光を入射して上記特定の波長の光を検出するものであ
って、上記特定の抵抗値を、上記光の入射により上記光
検出素子で発生する光電流により上記外部抵抗の両端に
発生する電圧が上記光検出素子の内部電圧に帰還される
ことによって、上記光検出素子の光吸収層における吸収
スペクトルが、上記特定の波長を吸収のピークスペクト
ルとし，上記特定の波長の短波長側で吸収量が急峻に低
下するスペクトルに成形されるような値に設定するよう
にしたから、特定の波長の光を極めて高い波長選択性を
もって検出することができる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を説明する。
第４図はこの発明の第１の実施例を示すものであり、
101は多重量子井戸光吸収層で、イントリンシック層102
の中に埋込まれたものであり、この第１の実施例では例
えばGaAsとAlGaAsの積層構造であり、100ÅのGaAsと100
ÅのAlGaAsを20回繰り返して形成されたものである。イ
ントリンシック層102の多重量子井戸光吸収層101以外の
それぞれの層は500ÅのAlGaAsであり、分子線エピタキ
シャル法などの一般的な成長技術で形成されるものであ
る。103はｐ型AlGaAs層で、この第１の実施例では例え
ばBeを５×1017cm-3ドープした5000ÅのAlGaAsである。
104はｎ型AlGaAs層で、この第１の実施例では例えばSi
を５×1017cm-3ドープした5000ÅのAlGaAsである。107a
は窓を有する上側電極で、この第１の実施例では例えば
CrAuの金属を2000Åの厚さで蒸着したものであり、窓の
大きさは800μｍφである。107bは下側電極で、この第
１の実施例では例えばAuGe/Ni/Auからなる。そして多重
量子井戸光吸収層101,イントリンシック層102,p型層10
3,n型層104,上側電極107a及び下側電極107bとにより、
量子井戸構造を光吸収層に有するｐ−ｉ−ｎ型構造の半
導体光素子を構成しているものであり、この第１の実施
例では例えば平面形状は〜1mm×1mmである。また、105
は一端が上側電極107aに接続された外部抵抗で、この第
１の実施例では例えば20MΩの抵抗を用いている。106は
−電極が外部抵抗106を介して上側電極107aに、＋電極
が下側電極107bにそれぞれ接続された定電圧電源で、こ
の第１の実施例では例えば1Vの直流電源を用いているも
のである。
第５図（ａ）は抵抗105がない場合の量子井戸層101で
の内部電圧Vin（実際に素子にかかっている電圧）を色
々に変化させたときの光電流スペクトルを示す。第５図
（ａ）においてVinは外部印加電圧Vexと素子固有のビル
トイン電圧Vbi（pn接合に生じる固有電圧）との和であ
る。ここで、V0＝Vexであり、V1〜V5は異なるVex値に対
応する内部電圧である。第５図（ａ）より色々な波長λ
に対する内部電圧Vinと光電流Ｉとの関係が第５図
（ｂ）のように得られる。一方、光電流Ｉは波長λ，入
射光強度Pin,そして内部電圧Vinの関数であるため、 Vin＝V0−Ｉ（Vin,Pin,λ）Ｒ となり、この直線を第５図（ｂ）にひくことで第５図
（ｃ）に示すように、第４図の抵抗105を接続したとき
の光電流スペクトルが得られる。
ここでまず外部抵抗105がないとき、即ちＲ＝０Ωの
ときは当然、第５図（ａ）のVin＝V0に対する光電流ス
ペクトルと同様のスペクトルが得られる。
第５図（ｂ）に示した応答曲線は第５図（ａ）から得
られ、第５図（ｂ）において、外部抵抗105の抵抗値がR
1用の直線と各波長の応答曲線との交点を順に求める
と、第５図（ｃ）に示した曲線が得られる。
外部抵抗105が抵抗値R1を持つ場合、R1での光電流に
より電圧が生じ、内部電圧は低くなる。このため第５図
（ｂ）からもわかるようにピーク波長は短波長側にシフ
トし、第５図（ｃ）においてR1に示すようなスペクトル
の自己変形が生じる。
同様に、抵抗値R1より大きいR2の直線と各波長の応答
曲線との交点を順に求めると、波長λ４とλ６＋αの間
で２つの交点（双安定，ヒステリシスを示す）が存在
し、第５図（ｃ）に示した実線の応答曲線になる。光電
流が双安定のエッジの波長λ４で急激かつ不連続に変化
していることがわかる。
またヒステリシスが得られなくても抵抗Ｒが大きくな
るにつれてλ４近傍での光電流の変化が急峻になる。
この第１の実施例では、第５図（ｃ）に実線にて示し
た応答曲線を有した半導体光素子を利用しており、波長
λ４で極めて高い波長選択性を有した波長選別が可能と
なっているが、これは該素子がλ４とλ６＋αとの間の
波長の単色光に対し低い光電流レベルで応答するためで
ある。つまりλ４より短い波長の単色光λが入射される
と、光電流Ｉは流れず、λ４より長い波長の単色光λが
入射されると光電流Ｉは流れる。従って、光電流Ｉを見
ることにより、入射光λのきわめて高い波長選別ができ
るものである。
なお、上記第１の実施例では、定電圧電源106を設け
て外部印加電圧Vexで逆バイアスをかけるようにしたも
のを示したが、波長選別のための臨界波長λｃ（第５図
（ｃ）に示したλ４）を特定した場合は、外部印加電圧
は必ずしも必要とされるものではなく、上側電極107aと
下側電極107bとの間に直接外部抵抗を接続したものであ
っても良い。一方、同一構造のもので選別のための臨界
波長λｃを変えて用いるものにあっては、ヒステリシス
の生じる波長域やヒステリシス幅等の制御のために外部
印加電圧Vexを用いるものである。
以上のように、この第１の実施例によれば、ｐ−ｉ−
ｎフォトダイオード構造のｉ層に量子井戸光吸収層を有
する素子に、該素子に入射した光により発生する光電流
により電圧を発生する外部抵抗を直列接続した構成とし
たから、波長に対する光電流の急峻な変化や双安定特性
が得られ、光多重通信などの波長が情報伝達に意味をも
つシステムにおける光検知器として利用できる効果があ
る。
第６図は上記第１の実施例における具体的一例のもの
の波長と光電流との関係を示した図であり、ｎ＝１の重
い生孔とｎ＝１の電子間の励起子遷移に対して得られた
ヒステリシス特性を示す。
第７図はこの発明の第２の実施例を示すものであり、
上記した第１の実施例が、入射光λの波長に対して光電
流Ｉが双安定性，ヒステリシス性、あるいはある臨界波
長で急峻に変化する特性を持ち、入射光λの高度な波長
選択性の検出が可能であるのに対し、この第７図の装置
では、入射光λの波長に対して出射光（透過光）の強度
に双安定性（ヒステリシス性）あるいは急峻な変化を持
たせることができる。
そしてこの第２の実施例はその構成において、第１の
実施例に対して下側電極107bに800μｍφの大きさの窓
を設けて出射光（透過光）を得た点以外は同じ構成にし
てあるものである。
次にこの第２の実施例がフィルタ機能を有する点につ
いて、第８図を用いて説明する。
第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ第５図
（ａ），（ｂ），（ｃ）と同じものである。一般に吸収
された光に対して光電流が流れるので、光電流スペクト
ルは光吸収スペクトルに等価になる。その結果、第８図
（ｃ）に示した光電流スペクトルから、入射光の波長λ
に対する出射光の強度Poutは第８図（ｄ）に示した特性
が得られる。この第８図（ｄ）から明らかなように、出
射光の強度Poutは入射光の波長λに対して双安定性、つ
まり入射光λのある波長領域（第８図（ｄ）に示したも
のにおいては、λ４からλ６＋αの範囲）において出射
光の強度が２つの安定点をもつ特性を示すことになる。
この第２の実施例では、第８図（ｄ）に示した応答曲
線を有した半導体素子を利用し、波長λ４を臨界波長に
して極めて高い選択性を有して行うようにしたものであ
る。つまり、λ４より短い波長の入射光λが入射される
と、光電流Ｉは流れず、出力光強度Poutは大きい。λ４
より長い波長λの入射光が入射されると光電流Ｉが流
れ、出力光強度outは小さい。要するに臨界波長である
λ４より低い波長λの単色光を透過させるフィルタ機能
を有することになるものである。
なお、双安定性あるいはヒステリシス性は示さなくと
も、出射光の強度Poutが入射光のある波長において急峻
に変化する特性を、第８図（ｄ）の一点鎖線に示すよう
に得ることができる。
また双安定性の特性は外部印加電圧Vex、入射光強度P
in、及び抵抗値Ｒにより上述のように変えることができ
るものである。
以上のように、この第２の実施例によれば量子井戸光
吸収層を有する素子に入射光により発生する光電流によ
り抵抗に電圧が発生するように外部抵抗を直列接続した
構成としたから、光の透過率がある波長で急激に変化し
たり、透過率スペクトルが双安定性を示すこととなり、
たとえば波長選択性の強いフィルタ、光メモリ，光変調
器，光検出器などの光情報処理システムのキーデバイス
として利用できる効果がある。
第９図はこの発明の第３の実施例を示すものであり、
上記した第１及び第２の実施例に示した半導体光素子の
新しい機能の応用例を示すものである。
この第３の実施例は、入射光から波長の異なった単色
光の光信号を分別して検知する装置である。
第９図においてＩは入射光のうち波長λ１の単色光信
号のみを吸収して光電流信号に変換するとともに、波長
λ１より短い波長λ２〜λｎの単色光信号を出射光とし
て透過する第１段の光素子で、第７図（ｃ）,8図（ｃ）
および８図（ｄ）に示した応答曲線と同様に入射光の波
長に対して光電流および出射光の強度が双安定性あるい
はヒステリシス性を示すものである。この素子は第１及
び第２の実施例と構成的に同様の構成をしており、GaAs
とAlGaAsからなる量子井戸光吸収層101aが埋め込まれた
アンドープドAlGaAsからなるイントリンシック層102
と、ｐ型不純物がドープされたAlGaAsからなるｐ型層10
3と、ｎ型不純物がドープされたAlGaAsからなるｎ型層1
04と、ｐ型不純物がドープされたGaAsからなるｐ型層10
8と、ｎ型不純物がドープされたGaAsからなるｎ型層109
と、入射窓を有する上側電極107aと、出射窓を有する下
側電極107bとによって構成されているものである。105
a,106aは上記第１段の光素子Ｉに対する外部抵抗及び定
電圧電源で、これらは上記第１段の光素子Ｉの吸収特性
を制御するのに用いられる。IIは入射光のうち波長λ２
の単色光信号を吸収して光電流信号に変換するととも
に、波長λ２より短い波長λ３〜λｎの単色光信号を出
射光として透過する第２段の光素子で、第７図（ｃ）,8
図（ｃ），及び８図（ｄ）に示した応答曲線と同様に入
射光の波長に対して光電流および出射光の強度が双安定
性を示す素子であり、上記第１段の光素子Ｉと構成的に
同様の構成をしている。ただし、量子井戸光吸収層101b
の量子井戸幅は、第１段の光素子Ｉの入射光の波長に対
する吸収スペクトルの不連続的に変化する波長（この第
３の実施例においてλ１とλ２の間の波長）を短波長側
（この第３の実施例においてλ２とλ３の間の波長）に
ずらすように異ならしめてもよいものである。
105b,106bは上記第２段の光素子IIに対する外部抵抗
及び定電圧源で、これらは上記第２段の光素子IIの吸収
特性を制御，調整するためのものである。
次にこの第３の実施例の動作について説明する。今、
第１の光素子Ｉの上側電極107aの窓から、λ1,λ2,λ３
…λｎの波長をそれぞれ有する単色光信号が入射する
と、第１段の光素子Ｉでは長い波長λ１の信号を吸収
し、電気信号（光電流）にかえられる。残りのλ2,λ３
…λｎの波長を有した入射信号は第１の素子Ｉの下側電
極107bから透過される。このようにして透過されたλ２
〜λｎの波長を有する光信号は第２段の光素子IIの上側
電極107aの窓から入射され、波長λ１より短い波長λ２
の単色光信号を吸収し、電気信号（光電流）にかえられ
る。
従って、この第３の実施例においては、入射光に波長
λ１の信号が含まれているか否かを第１段の光素子Ｉか
らの光電流Ｉによって判別でき、入射光に波長λ２の光
が含まれているか否かを第２段の光素子IIからの光電流
Ｉによって判別できるものである。
しかも、第１及び第２の光素子I,IIは吸収特性の変化
が極めて急激であるのでλ１とλ２の単色信号の波長差
を極めて小さくとることができる。
なお、上記第３の実施例では第１段及び第２段の光素
子を用いた場合を示したが、さらに多数、すなわち、３
つ以上の光素子を用いれば、より多くの単色光信号を独
立にかつ分離して検知できるものである。
３つ以上の光素子を用いた場合、低段の光素子におけ
る吸収がより低い波長で急激に不連続的に変化すること
が要求される。つまり、第２段の光素子IIからの透過光
を受ける第３段の光素子は波長λ２より短いλ３以上の
波長の単色光信号を吸収し、第３段の光素子からの透過
光を受ける第４段の光素子は波長λ３より短いλ４以上
の波長の単色光信号を吸収し、…一般に第（ｎ−１）段
の光素子からの透過光を受ける第ｎ段の光素子は波長λ
ｎ−１より短いλｎ以上の波長の単色光信号を吸収する
構成にすれば良いものである。
以上のように、この第３の実施例にかかる光検知方法
によれば、量子井戸構造を光吸収層に有するｐ−ｉ−ｎ
構造の光素子に適度な大きさの外部抵抗を接続すること
により吸収特性をある波長範囲で双安定性を示すか、あ
るいはある波長で急激かつ不連続的な変化を示すように
したので、入射光のうちある特定の波長の光信号のみが
ある素子で極めて選択的に電気信号に変換され、入射光
中の臨界波長より短い波長成分の信号は透過されて次段
の素子に入射することとなり、簡単な構成で極めて選択
性の高い光検知が可能となる効果がある。
その結果、複数の異なる単色波長の信号が簡単な構成
により波長選択性よく検出できる効果がある。
第10図はこの発明の第４の実施例を示すものであり、
上記した第１及び第２の実施例に示された第１及び第２
の光素子I,IIを共通ｐ型層を介して集積したものであ
る。
この第４の実施例は第３の実施例の原理に基づいてい
る。
第10図において101は量子井戸光吸収層で、この第４
の実施例では例えば100ÅのGaAsと100ÅのAlGaAsを30回
交互に繰り返して積層されたものである。102はこの量
子井戸光吸収層101を含むイントリンシック層で、この
第４の実施例では例えば2000ÅのAlGaAsからなる。103
はこのイントリンシック層102の上面に形成された第１
のｎ型層で、この第４の実施例では例えばSiが５×1017
cm-3ドープされた5000ÅのAlGaAsからなる。108はこの
第１のｎ型層103上に形成され、入射窓を有した第２の
ｎ型層で、この第４の実施例ではSiが２×1018cm-3ドー
プされたGaAsからなる。107はこの第２のｎ型層108の上
面に形成された第１の電極で、この第４の実施例では20
00ÅのAuGe/Ni/Auからなる。104は上記イントリンシッ
ク層102の下面に形成されたｐ型不純物がドープされた
ｐ型層で、この第４の実施例では例えばBeが１×1018ド
ープされた１μｍのAlGaAsからなる。207aはこのｐ型層
の上面の一部に形成された第２の電極で、この第４の実
施例では例えばCrAuからなる。上記量子井戸光吸収層10
1,イントリンシック層102,第１及び第２のｎ型層103,10
8,第１の電極107及びｐ型層104で波長λ１とλ２の間の
臨界波長λｃより長い波長の入射光を吸収して光電流に
変換するとともに波長λ１とλ２の間の臨界波長λｃよ
り短い波長の光をｐ型層104下方へ透過させる第１の光
素子を構成する。105は第１の電極107に一端が接続され
た第１の抵抗、106はこの第１の抵抗の他端に＋側が、
上記第２の電極207aに−側が接続された第１の外部電源
である。
201は量子井戸光吸収層で、この第４の実施例では例
えば100ÅのGaAsと100ÅのAlGaAsを30回交互に繰り返し
て積層されたものである。202はこの量子井戸吸収層201
が埋め込まれたイントリンシック層で、この第４の実施
例では例えば2000ÅのAlGaAsからなり、上記ｐ型層104
の下面に形成されている。203はこのイントリンシック
層202の下面に形成された第３のｎ型層で、この第４の
実施例では例えばSiが５×1017cm-3ドープされた5000Å
のAlGaAsからなる。208はこの第３のｎ型層203の下面に
位置したｎ型の基板で、この第４の実施例では例えばSi
が２×1018cm-3ドープされたGaAs基板である。207bはこ
の基板の下面に形成された第３の電極で、この第４の実
施例では例えばAuGe/Ni/Auからなる。上記量子井戸光吸
収層201,イントリンシック層102,第３のｎ型層203,基板
208,第３の電極207b、ｐ型層104及び第２の電極層207a
とで、ｐ型層104を透過した光のうちλ１とλ２の間の
臨界波長λｃより短い波長の光を吸収して光電流に変換
する第２の光素子を構成する。205は第２の電極207aに
一端が接続された第２の抵抗,206はこの第２の抵抗の他
端に一側が、上記第３の電極に＋側が接続された第２の
外部電極である。
次にこの第４の実施例の動作について説明する。まず
波長λ１とλ２の入射光を第１の電極107の入射窓に入
射すると、まず第１の光素子を構成する量子井戸101を
含む上側のｐ−ｉ−ｎ構造では吸収スペクトルを第11図
（ａ）のように設定されているため長い波長λ１光のみ
を吸収し、第１の抵抗105を含む回路には光電流が流れ
る。一方短い波長λ２の光は第１の光素子では吸収され
ず透過し、下段に位置する第２の光素子の量子井戸201
で吸収され、第２の抵抗205を含む回路に流れる光電流
として電気信号に変換される。ここで第１及び第２の光
素子の吸収特性は、同一量子井戸層構造を採用している
場合は、第１及び第２の外部電源106,206の外部印加電
圧V1とV2を制御する、あるいは第１及び第２の抵抗R110
5とR2205を変化させることで調整できる。上記第４の実
施例では第１及び第２の外部電源106,206の外部印加電
圧V1,V2及び第１及び第２の抵抗105,205の抵抗値R1,R2
を調整することにより、第１の光素子の波長に対する光
電流特性を第11図（ａ）に示すように、第２の光素子の
波長に対する光電流特性を第11図（ｂ）に示すように設
定している。
この第４の実施例においては、光素子の吸収特性の変
化は極めてシャープであるから入射する波長λ1,λ２が
非常に近くてもこれを選択検知することができる。この
ようにこの第４の実施例は急激にかつ連続に変化する異
なる吸収特性を持つ複数のディテクタを集積することに
より、極めて高い波長選択性を得ることができる。
第12図はこの発明の第５の実施例を示すものであり、
第４の実施例がｎ−ｉ−ｐ−ｉ−ｎの構造にて２つの光
素子を構成したが、この第５の実施例では例えばアンド
ープAlGaAs層等からなる電気分離層210を設け、ｐ−ｉ
−ｎ−ｉ−ｐ−ｉ−ｎの構造にて２つの光素子を構成し
たものである。
上記第４及び第５の実施例では２段構造の場合を示し
たが、多段構造、すなわち、量子井戸層を３つ以上含む
構造を作製することもでき、より多くの多波長信号を独
立に検知できることは自明である。
第13図はこの発明の第６の実施例を示すものであり、
上記した第４の実施例において、第２の光素子を構成す
る基板208及び第３の電極207bに出射窓を形成したもの
である。
第14図はこの発明の第７の実施例を示すものであり、
上部電極を分割し、電気的に素子を２つに分離した導波
路型素子である。これは、第13図の実施例を横型素子に
したもので、光は層に対し平行に入射し、λ１を前部
で、λ２を後部で検知し、λ３は素子を通過するように
したものである。
すなわち、第14図において、301はｎ型GaAs基板、302
はこのｎ型GaAs基板301上に蒸着された電極、303はｎ型
GaAs基板301上に成長されたｎ型GaAsバッファ層、304は
ｎ型GaAsバッファ層303上に成長されたｎ型AlGaAs層、3
05はｎ型AlGaAs層304上に成長されたアンドープGaAs/Al
GaAs量子井戸構造、306はアンドープGaAs/AlGaAs量子井
戸構造305上に成長されたｐ型AlGaAs層、307はｐ型AlGa
As層306上に成長されたｐ型GaAsコンタクト層、308a及
び308bはｐ型GaAsコンタクト層307上に製造された電
極、309は素子分離領域である。
この第７の実施例による光検出器は、上記のｎ型GaAs
基板301〜素子分離領域309に加え，負端子が電極308aに
接続された直流電源V1310Aと、一端がこの直流電源310A
の正端子に接続されかつ他端が電極302に接続された抵
抗R1312と、負端子が電極308bに接続された直流電源V23
11Aと、一端がこの直流電源311Aの正端子に接続されか
つ他端が電極302に接続された抵抗R2313とから構成され
ている。
次に動作について、第15図に示すこの第７の実施例の
２つの分割セグメントの波長と光電流の関係を示す特性
図を参照して説明する。
直流電流V1,V2,抵抗R1,R2を調整することで第15図に
示すように２つの検知部の光電流特性を変えることがで
きる。一般に、V1＞V2,R1＜R2の関係にすればよい。こ
こで、双安定領域が存在するが、単独で単色光信号が入
射する場合、この素子は双安定性の低いレベルで応答す
る。したがって、初段で波長λ１の光を、次段で波長λ
２の光を検知でき、また波長λ３の光を通すように働
く。ここで、双安定の吸収端は極めてシャープであるの
で、波長選択性はきわめて高い。言い換えれば、原理的
にはλ1,λ２、λ３間の波長差は無限に小さくできる。
なお、吸収される波長の順序はApply.Phys.Lett.49 23
3,（1986）に示された従来例のものと逆である。
この第７の実施例では、上述したように、量子井戸pi
nダイオードの上部電極を分割し、各セグメントに電源
と外部抵抗を接続し、外部抵抗によるフィードバック効
果を用いて、波長に対する応答の双安定特性を得て、そ
の急峻な吸収端を利用して多波長の光を分別できるの
で、波長選択性が極めてよいものを実現することができ
るという効果を奏する。
なお、上記第７の実施例では２段分割型の光検出器に
ついて説明したが、３段分割型あるいはそれ以上の多段
に上部電極を分割しても同様の効果を奏することはいう
までもない。
以上のように、これら第４ないし第７の実施例にかか
る光検知素子によれば、量子井戸構造を光吸収層に有す
る光検知素子構造の各々に、入射光により発生する光電
流により電圧を発生する抵抗を直列に接続し、各光検知
素子構造の吸収がある波長範囲でヒステリシスを示すか
あるいはある波長で不連続的に急激に変化するようにし
て、各量子井戸層がそれぞれ特定の波長の単色光を極め
て波長選択性よく検知し電気信号に換える構成としたか
ら、１つのチップで多波長の光信号を極めて波長選択性
よく独立に検知できる効果がある。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明にかかる光検出装置によれ
ば、第１導電型の不純物がドープされた第１導電型半導
体層、該第１導電型半導体層の一面上に形成された，多
重量子井戸光吸収層が埋め込まれたイントリンシック
層、該イントリンシック層の一面上に形成された，第２
導電型の不純物がドープされた第２導電型半導体層、該
第２導電型半導体層の一面上に形成された第１の電極、
及び上記第１の導電型半導体層の他面上に形成された第
２の電極を有するｐ−ｉ−ｎ型構造の光検出素子と、上
記光検出素子の上記第１の電極と第２の電極との間に直
列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗値が、上
記光検出素子に光が入射することにより上記光検出素子
で発生する光電流によって上記当該外部抵抗体の両端に
発生する電圧が上記光検出素子の内部電圧に帰還される
ことによって、上記光検出素子の光吸収層における吸収
スペクトルが、特定の波長を吸収のピークスペクトルと
し，上記特定の波長の短波長側で吸収量が急峻に低下す
るスペクトルに成形されるような値である外部抵抗体と
を備え、上記光検出素子に入射される光から上記特定の
波長の光を検出する構成としたから、特定の波長の光を
極めて高い波長選択性をもって検出できる光検出装置を
実現できる効果がある。
また、この発明にかかる光検出装置によれば、第１導
電型の不純物がドープされた第１導電型半導体層、該第
１導電型半導体層の一面上に形成された，多重量子井戸
光吸収層が埋め込まれたイントリンシック層、該イント
リンシック層の一面上に形成された，第２導電型の不純
物がドープされた第２導電型半導体層、該第２導電型半
導体層に電気的に接続された第１の電極、及び上記第１
の導電型半導体層に電気的に接続された第２の電極を有
するｐ−ｉ−ｎ型構造の第１の光検出素子と、上記第１
の光検出素子の上記第１の電極と第２の電極との間に直
列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗値が、上
記第１の光検出素子に光が入射することにより上記第１
の光検出素子で発生する光電流によって上記当該外部抵
抗体の両端に発生する電圧が上記第１の光検出素子の内
部電圧に帰還されることによって、上記第１の光検出素
子の光吸収層における吸収スペクトルが、第１の特定の
波長を吸収のピークスペクトルとし，上記第１の特定の
波長の短波長側で吸収量が急峻に低下するスペクトルに
成形されるような値である第１の外部抵抗体と、第１導
電型の不純物がドープされた第１導電型半導体層、該第
１導電型半導体層の一面上に形成された，多重量子井戸
光吸収層が埋め込まれたイントリンシック層、該イント
リンシック層の一面上に形成された，第２導電型の不純
物がドープされた第２導電型半導体層、該第２導電型半
導体層に電気的に接続された第１の電極、及び上記第１
の導電型半導体層に電気的に接続された第２の電極を有
するｐ−ｉ−ｎ型構造の第２の光検出素子と、上記第２
の光検出素子の上記第１の電極と第２の電極との間に直
列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗値が、上
記第２の光検出素子に光が入射することにより上記第２
の光検出素子で発生する光電流によって上記当該外部抵
抗体の両端に発生する電圧が上記第２の光検出素子の内
部電圧に帰還されることによって、上記第２の光検出素
子の光吸収層における吸収スペクトルが、上記第１の特
定の波長より波長の短い第２の特定の波長を吸収のピー
クスペクトルとし，上記第２の特定の波長の短波長側で
吸収量が急峻に低下するスペクトルに成形されるような
値である第２の外部抵抗体とを備え、上記第１の光検出
素子及び上記第２の光検出素子が、上記第１の光検出素
子に入射され該第１の光検出素子を透過した光が上記第
２の光検出素子に入射するように配置され、上記第１の
光検出素子で上記第１の特定の波長の光を検出し、上記
第２の光検出素子で上記第２の特定の波長の光を検出す
る構成としたから、複数の特定の波長の光を極めて高い
波長選択性をもって独立に検出できる光検出装置を実現
できる効果がある。
また、この発明にかかる光検出装置によれば、量子井
戸構造を光吸収層に有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第１の光
検出素子に光を入射して第１の特定の波長の光を検出す
る光検出方法において、上記光検出素子に第１の特定の
抵抗値を有する第１の外部抵抗を直列に接続した状態
で、上記光検出素子に光を入射して上記特定の波長の光
を検出するものであって、上記特定の抵抗値を、上記光
の入射により上記光検出素子で発生する光電流により上
記外部抵抗の両端に発生する電圧が上記光検出素子の内
部電圧に帰還されることによって、上記光検出素子の光
吸収層における吸収スペクトルが、上記特定の波長を吸
収のピークスペクトルとし，上記特定の波長の短波長側
で吸収量が急峻に低下するスペクトルに成形されるよう
な値に設定するようにしたから、特定の波長の光を極め
て高い波長選択性をもって検出することができる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は量子井戸を光吸収層に含む光検知器の層構造を
示す図、第２図は従来の回折格子を用いた光検知方法を
示す図、第３図は従来の干渉膜フィルタを用いた光検知
方法を示す図、第４図はこの発明の第１の実施例による
光検出装置の構成を示す図、第５図は第４図の光検出装
置の素子の特性を説明するための図、第６図は第１の実
施例の特性の実験データを示す図、第７図はこの発明の
第２の実施例による光検出装置の構成を示す図、第８図
は第７図に示した第２の実施例における光素子の特性を
説明するための図、第９図はこの発明の第３の実施例に
よる光検出方法を示す図、第10図はこの発明の第４の実
施例による光検出装置を示す図、第11図は第10図に示し
た素子の機能を説明するための図、第12図は本発明の第
５の実施例による光検出装置を示す図、第13図はこの発
明の第６の実施例による光検出装置を示す図、第14図は
この発明の第７の実施例による導波路型の光検出装置を
示す図、第15図は第７の実施例の波長と光電流の関係を
示す特性図である。 図において、1,101,201は量子井戸吸収層、2,102,202は
イントリンシック層、３はｐ型ドープ層、４はｎ型ドー
プ層、７は電極、８は回折格子、9a,9bはフォトディテ
クタ、10は平行平板、11,12は干渉フィルタ、103はｐ型
ドープ層、104はｎ型ドープ層、105は外部抵抗、106は
低電圧電源、107a,107bは電極、108はｐ型ドープ層、10
9はｎ型ドープ層、203はｎ型ドープ層、204はｐ型ドー
プ層、205は抵抗、206は外部電源、207a,207bは電極、2
08は基板、301はｎ型GaAs基板、302は電極、303はｎ型G
aAsバッファ層、304はｎ型AlGaAs層、305はアンドープG
aAs/AlGaAs量子井戸構造、306はｐ型AlGaAs層、307はｐ
型GaAsコンタクト層、308a,308bは電極、309は素子分離
領域、310A,311Aは電源、312,313は抵抗である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平1−301935 (32)優先日 平１(1989)11月22日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 昭61−204986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182273（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−59625（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−170581（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−37062（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−55135（ＪＰ，Ｕ) ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ，Ｖｏｌ．ＱＥ−21，Ｎｏ．９，Ｐ. 1462−1476（1985)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型の不純物がドープされた第１導
    電型半導体層、該第１導電型半導体層の一面上に形成さ
    れた，多重量子井戸光吸収層が埋め込まれたイントリン
    シック層、該イントリンシック層の一面上に形成され
    た，第２導電型の不純物がドープされた第２導電型半導
    体層、該第２導電型半導体層の一面上に形成された第１
    の電極、及び上記第１の導電型半導体層の他面上に形成
    された第２の電極を有するｐ−ｉ−ｎ型構造の光検出素
    子と、 上記光検出素子の上記第１の電極と第２の電極との間に
    直列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗値が、
    上記光検出素子に光が入射することにより上記光検出素
    子で発生する光電流によって上記当該外部抵抗体の両端
    に発生する電圧が上記光検出素子の内部電圧に帰還され
    ることによって、上記光検出素子の光吸収層における吸
    収スペクトルが、特定の波長を吸収のピークスペクトル
    とし，上記特定の波長の短波長側で吸収量が急峻に低下
    するスペクトルに成形されるような値である外部抵抗体
    とを備え、 上記光検出素子に入射される光から上記特定の波長の光
    を検出することを特徴とする光検出装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の光検出装置において、 上記外部抵抗体に直列に接続され、かつ上記第１及び第
    ２導電型半導体層に対して逆バイアスの電位を与える外
    部直流電源をさらに備えたことを特徴とする光検出装
    置。
  3. 【請求項３】第１導電型の不純物がドープされた第１導
    電型半導体層、該第１導電型半導体層の一面上に形成さ
    れた，多重量子井戸光吸収層が埋め込まれたイントリン
    シック層、該イントリンシック層の一面上に形成され
    た，第２導電型の不純物がドープされた第２導電型半導
    体層、該第２導電型半導体層に電気的に接続された第１
    の電極、及び上記第１の導電型半導体層に電気的に接続
    された第２の電極を有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第１の光
    検出素子と、 上記第１の光検出素子の上記第１の電極と第２の電極と
    の間に直列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗
    値が、上記第１の光検出素子に光が入射することにより
    上記第１の光検出素子で発生する光電流によって上記当
    該外部抵抗体の両端に発生する電圧が上記第１の光検出
    素子の内部電圧に帰還されることによって、上記第１の
    光検出素子の光吸収層における吸収スペクトルが、第１
    の特定の波長を吸収のピークスペクトルとし，上記第１
    の特定の波長の短波長側で吸収量が急峻に低下するスペ
    クトルに成形されるような値である第１の外部抵抗体
    と、 第１導電型の不純物がドープされた第１導電型半導体
    層、該第１導電型半導体層の一面上に形成された，多重
    量子井戸光吸収層が埋め込まれたイントリンシック層、
    該イントリンシック層の一面上に形成された，第２導電
    型の不純物がドープされた第２導電型半導体層、該第２
    導電型半導体層に電気的に接続された第１の電極、及び
    上記第１の導電型半導体層に電気的に接続された第２の
    電極を有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第２の光検出素子と、 上記第２の光検出素子の上記第１の電極と第２の電極と
    の間に直列に接続された外部抵抗体であって、その抵抗
    値が、上記第２の光検出素子に光が入射することにより
    上記第２の光検出素子で発生する光電流によって上記当
    該外部抵抗体の両端に発生する電圧が上記第２の光検出
    素子の内部電圧に帰還されることによって、上記第２の
    光検出素子の光吸収層における吸収スペクトルが、上記
    第１の特定の波長より波長の短い第２の特定の波長を吸
    収のピークスペクトルとし，上記第２の特定の波長の短
    波長側で吸収量が急峻に低下するスペクトルに成形され
    るような値である第２の外部抵抗体とを備え、 上記第１の光検出素子及び上記第２の光検出素子が、上
    記第１の光検出素子に入射され該第１の光検出素子を透
    過した光が上記第２の光検出素子に入射するように配置
    され、 上記第１の光検出素子で上記第１の特定の波長の光を検
    出し、上記第２の光検出素子で上記第２の特定の波長の
    光を検出することを特徴とする光検出装置。
  4. 【請求項４】請求項３記載の光検出装置において、 上記第１の光検出素子は、その上記第２導電型半導体層
    が上記第２の光検出素子の上記第２導電型半導体層と共
    通の層となるように、上記第２の光検出素子上に積層し
    て配置されており、 上記第１の光検出素子の上記第１導電型半導体層側から
    光が入射されることを特徴とする光検出装置。
  5. 【請求項５】請求項４記載の光検出装置において、 上記第２の光検出素子の上記第２の電極が、上記第２の
    光検出素子を透過した光を出射するための開口を備えた
    ことを特徴とする光検出装置。
  6. 【請求項６】請求項３記載の光検出装置において、 上記第１の光検出素子は、上記第２の光検出素子の上記
    第２導電型半導体層上に絶縁層を介して、該絶縁層に上
    記第１の光検出素子の上記第１導電型半導体層が接する
    ように積層して配置されており、 上記第１の光検出素子の上記第２導電型半導体層側から
    光が入射されることを特徴とする光検出装置。
  7. 【請求項７】請求項３記載の光検出装置において、 上記第１の光検出素子と上記第２の光検出素子が、少な
    くともそれぞれの上記第１導電型半導体層及び上記イン
    トリンシック層が共通の層となるように、同一基板上に
    並列に配設されており、 上記第１の光検出素子の上記第２の光検出素子に接する
    側面に対向する側面から光が入射されることを特徴とす
    る光検出装置。
  8. 【請求項８】請求項３ないし請求項７のいずれかに記載
    の光検出装置において、 上記第１の外部抵抗体に直列に接続され、かつ上記第１
    の光検出素子の上記第１及び第２導電型半導体層に対し
    て逆バイアスの電位を与える第１の外部直流電源と、上
    記第２の外部抵抗体に直列に接続され、かつ上記第２の
    光検出素子の上記第１及び第２導電型半導体層に対して
    逆バイアスの電位を与える第２の外部直流電源をさらに
    備えたことを特徴とする光検出装置。
  9. 【請求項９】量子井戸構造を光吸収層に有するｐ−ｉ−
    ｎ型構造の第１の光検出素子に光を入射して第１の特定
    の波長の光を検出する光検出方法において、 上記光検出素子に第１の特定の抵抗値を有する第１の外
    部抵抗を直列に接続した状態で、上記光検出素子に光を
    入射して上記特定の波長の光を検出するものであって、 上記特定の抵抗値を、上記光の入射により上記光検出素
    子で発生する光電流により上記外部抵抗の両端に発生す
    る電圧が上記光検出素子の内部電圧に帰還されることに
    よって、上記光検出素子の光吸収層における吸収スペク
    トルが、上記特定の波長を吸収のピークスペクトルと
    し，上記特定の波長の短波長側で吸収量が急峻に低下す
    るスペクトルに成形されるような値に設定することを特
    徴とする光検出方法。
  10. 【請求項１０】請求項９記載の光検出方法において、 上記第１の光検出素子に入射され該第１の光検出素子を
    透過した光を、第２の特定の抵抗値を有する第２の外部
    抵抗を直列に接続した状態の，量子井戸構造を光吸収層
    に有するｐ−ｉ−ｎ型構造の第２の光検出素子に入射し
    て上記第１の特定の波長と異なる第２の特定の波長の光
    を検出するものであって、 上記第２の特定の抵抗値を、上記第１の光検出素子を透
    過した光の入射により上記第２の光検出素子で発生する
    光電流により上記第２の外部抵抗の両端に発生する電圧
    が上記第２の光検出素子の内部電圧に帰還されることに
    よって、上記第２の光検出素子の光吸収層における吸収
    スペクトルが、上記第２の特定の波長を吸収のピークス
    ペクトルとし，上記第２の特定の波長の短波長側で吸収
    量が急峻に低下するスペクトルに成形されるような値に
    設定することを特徴とする光検出方法。
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