JP2700262B2 - 光検出方法 - Google Patents
光検出方法Info
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- JP2700262B2 JP2700262B2 JP63307281A JP30728188A JP2700262B2 JP 2700262 B2 JP2700262 B2 JP 2700262B2 JP 63307281 A JP63307281 A JP 63307281A JP 30728188 A JP30728188 A JP 30728188A JP 2700262 B2 JP2700262 B2 JP 2700262B2
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- Japan
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- light
- quantum well
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- electrodes
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１個の受光素子で入射光を各波長成分ごとに
検出する検出方法に関するものである。
検出する検出方法に関するものである。
従来、光波長分割多重化光通信に用いる受光システム
としては、「チューナブル光ヘテロダイン受信器」（Ab
stract of Fourteenth Europian Conference on Optica
l Communication,P.86,1988年９月）と呼ばれるものが
知られている。これは、光学システムにより特定の波長
成分の信号のみを分離した後に、通常の受光素子により
光検出を行なうものである。
としては、「チューナブル光ヘテロダイン受信器」（Ab
stract of Fourteenth Europian Conference on Optica
l Communication,P.86,1988年９月）と呼ばれるものが
知られている。これは、光学システムにより特定の波長
成分の信号のみを分離した後に、通常の受光素子により
光検出を行なうものである。
しかしながら、このような光検出では波長成分ごとの
光の分離が必要になり、システムが複雑化する。また、
単一のシステムで同時に受信できるのは１つの波長成分
の光信号のみであり、複数の波長成分の光信号を同時に
受信しよとすると、波長成分ごとに上記システムを用意
することが必要になる。
光の分離が必要になり、システムが複雑化する。また、
単一のシステムで同時に受信できるのは１つの波長成分
の光信号のみであり、複数の波長成分の光信号を同時に
受信しよとすると、波長成分ごとに上記システムを用意
することが必要になる。
そこで本発明は、単一の受光素子によって複数の波長
成分の光を含む光信号を、波長成分ごとに同時に受信で
きる検出方法を提供することを目的とする。
成分の光を含む光信号を、波長成分ごとに同時に受信で
きる検出方法を提供することを目的とする。
本発明に係る光検出方法は、基板と、この基板の表面
に交互に積層された障壁層および井戸層からなり、当該
障壁層および井戸層の積層方向の幅の少なくともいずれ
かが基板の表面に沿って一端から他端に向けて拡大して
いる一層もしくは多層の量子井戸構造の層と、障壁層あ
るいは井戸層の幅が互いに異なる位置において量子井戸
構造に形成された複数の電極とを備える受光素子に量子
井戸構造の層の幅が小さい一端側の面から基板表面に平
行に被測定光を入射させることにより、複数の電極のそ
れぞれから被測定光の波長成分ごとの強度に対応する検
出信号を取り出すことを特徴とする。
に交互に積層された障壁層および井戸層からなり、当該
障壁層および井戸層の積層方向の幅の少なくともいずれ
かが基板の表面に沿って一端から他端に向けて拡大して
いる一層もしくは多層の量子井戸構造の層と、障壁層あ
るいは井戸層の幅が互いに異なる位置において量子井戸
構造に形成された複数の電極とを備える受光素子に量子
井戸構造の層の幅が小さい一端側の面から基板表面に平
行に被測定光を入射させることにより、複数の電極のそ
れぞれから被測定光の波長成分ごとの強度に対応する検
出信号を取り出すことを特徴とする。
ここで、量子井戸構造の層および複数の電極により光
導電型受光素子が構成されていてもよい。
導電型受光素子が構成されていてもよい。
本発明によれば、量子井戸幅が狭い部分ではバンドギ
ャップEgが大きく、量子井戸幅が広い部分ではバンドキ
ャップEgが小さくなる。従って、入射光のうち短波長い
エネルギーの大きい）成分は量子井戸幅の狭い部分で光
電変換され、長波長（エネルギーの小さい）成分は量子
井戸幅の広い部分で光電変換される。このため、別々の
電極から異なる波長成分に対応した検出信号が得られ
る。
ャップEgが大きく、量子井戸幅が広い部分ではバンドキ
ャップEgが小さくなる。従って、入射光のうち短波長い
エネルギーの大きい）成分は量子井戸幅の狭い部分で光
電変換され、長波長（エネルギーの小さい）成分は量子
井戸幅の広い部分で光電変換される。このため、別々の
電極から異なる波長成分に対応した検出信号が得られ
る。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
る。
第１図は本発明の検出方法の基本構成を示す斜視図で
ある。図示の通り、半絶縁性のInPからなる基板１の上
面には、InPからなる障害層21,22,…2n+1とGaInAsから
なる井戸層31,32,…3nとを交互に積層した量子井戸構造
が形成されている。ここで、障壁層21〜2n+1および井戸
層31〜3nは、図中の左側から右側に向って幅が徐々に大
きくなっている。すなわち、障壁層２〜2n+1の幅は左端
でtb1、右端でtb2（tb1＜tb2）となり、井戸層313nの幅
は左端でtw1で、右端でtw2（tw2＜tw2）となっている。
ある。図示の通り、半絶縁性のInPからなる基板１の上
面には、InPからなる障害層21,22,…2n+1とGaInAsから
なる井戸層31,32,…3nとを交互に積層した量子井戸構造
が形成されている。ここで、障壁層21〜2n+1および井戸
層31〜3nは、図中の左側から右側に向って幅が徐々に大
きくなっている。すなわち、障壁層２〜2n+1の幅は左端
でtb1、右端でtb2（tb1＜tb2）となり、井戸層313nの幅
は左端でtw1で、右端でtw2（tw2＜tw2）となっている。
障壁層2n+1の上には４つのオーミック電極41a,41b,42
a,42bが設けられている。ここで、左側に設けられた電
極41a,42aで一対をなし、右側に設けられた電極41b,42b
で他の一対をなし、これらから信号が取り出される。す
なわち、第１図の構成では、井戸幅および障壁幅が異な
る２つの光導電型受光素子が、電極41a,42a間と電極41
b,42b間に設けられている。
a,42bが設けられている。ここで、左側に設けられた電
極41a,42aで一対をなし、右側に設けられた電極41b,42b
で他の一対をなし、これらから信号が取り出される。す
なわち、第１図の構成では、井戸幅および障壁幅が異な
る２つの光導電型受光素子が、電極41a,42a間と電極41
b,42b間に設けられている。
次に、第１図に示す実施例の受光素子の作用を説明す
る。
る。
多波長受光素子に対して、第１図に矢印で示すように
光を入射させる。このとき入射光は、量子井戸幅が狭い
部分から広い部分に向けて入射するようになっている。
量子井戸の中には量子準位ができており、量子井戸幅が
狭い部分ではバンドギャップEgが大きく、量子井戸幅が
広い部分ではバンドギャップEgが小さくなっている。こ
のため、入射した光はそのエネルギーがバンドギャップ
より小さい部分は透過し、バンドギャップが入射光のエ
ネルギーより小さくなる位置から吸収がおこる。したが
って、入射光の波長成分によって、受光素子の中での吸
収される位置が異なることになる。
光を入射させる。このとき入射光は、量子井戸幅が狭い
部分から広い部分に向けて入射するようになっている。
量子井戸の中には量子準位ができており、量子井戸幅が
狭い部分ではバンドギャップEgが大きく、量子井戸幅が
広い部分ではバンドギャップEgが小さくなっている。こ
のため、入射した光はそのエネルギーがバンドギャップ
より小さい部分は透過し、バンドギャップが入射光のエ
ネルギーより小さくなる位置から吸収がおこる。したが
って、入射光の波長成分によって、受光素子の中での吸
収される位置が異なることになる。
第２図は上記の作用をエネルギーバンド構造で示して
いる。まず、エネルギーがｈνa,hνｂ（ｈνａ＜ｈν
ｂ）の入射光があると、エネルギーがｈνａの波長成分
についてはバンドギャップがEgaのところで光励起によ
り電子／正孔対が発生し、これが第１図の電極41a,42a
により検出される。これに対し、エネルギーｈνｂの波
長成分の光については、バンドギャップがEgbのところ
で電子／正孔対が生じ、電極41b,42bにより検出され
る。
いる。まず、エネルギーがｈνa,hνｂ（ｈνａ＜ｈν
ｂ）の入射光があると、エネルギーがｈνａの波長成分
についてはバンドギャップがEgaのところで光励起によ
り電子／正孔対が発生し、これが第１図の電極41a,42a
により検出される。これに対し、エネルギーｈνｂの波
長成分の光については、バンドギャップがEgbのところ
で電子／正孔対が生じ、電極41b,42bにより検出され
る。
このように、波長の短い光成分は量子井戸幅が大きい
領域で吸収され、電極41a,42aの間の光電流として検出
される。このとき、量子井戸幅の変化量および電極41a,
42aと電極41b,42bの間の距離を適切に選ぶことによっ
て、電極41b,42bの領域まで波長の短い成分が透過して
くることがなくなり、２つの波長成分を十分に分離する
ことができる。
領域で吸収され、電極41a,42aの間の光電流として検出
される。このとき、量子井戸幅の変化量および電極41a,
42aと電極41b,42bの間の距離を適切に選ぶことによっ
て、電極41b,42bの領域まで波長の短い成分が透過して
くることがなくなり、２つの波長成分を十分に分離する
ことができる。
以上、２つの波長成分の光を受信する場合について説
明したが、電極の数を増やすことによって、３つ以上の
波長成分の光を同時に受信することも可能である。ま
た、受光素子の基本構造が光導電型のものについて説明
したが、pinフォトダイオードアバランシェフォトダイ
オードを基本構造とする波長受光素子も実現可能であ
る。
明したが、電極の数を増やすことによって、３つ以上の
波長成分の光を同時に受信することも可能である。ま
た、受光素子の基本構造が光導電型のものについて説明
したが、pinフォトダイオードアバランシェフォトダイ
オードを基本構造とする波長受光素子も実現可能であ
る。
次に、第３図および第４図により、本発明の一実施例
を説明する。
を説明する。
第３図はその斜視図である。図示の通り、半絶縁正の
InPからなる基板１上には、InPの障壁層21〜2101と、井
戸層31〜3100を交互に積層させた100層の量子井戸構造
が形成され、井戸幅の異なる位置に電極41a,42aと電極4
1b,42bが設けられている。ここで、障壁層21〜2101の幅
は最大が150Å、最小50Åであり、井戸層31〜3100の幅
についても最大が150Å、最小が50Åとなっている。
InPからなる基板１上には、InPの障壁層21〜2101と、井
戸層31〜3100を交互に積層させた100層の量子井戸構造
が形成され、井戸幅の異なる位置に電極41a,42aと電極4
1b,42bが設けられている。ここで、障壁層21〜2101の幅
は最大が150Å、最小50Åであり、井戸層31〜3100の幅
についても最大が150Å、最小が50Åとなっている。
第４図はその製造工程を示しており、同図（ｂ）〜
（ｄ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。まず、同
図（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１の表面の一
部をSiNxのマスク５で被覆する。そして、OMVPE法によ
りInPを結晶成長させると、マスク５に覆われていない
基板１の表面に障壁層21が形成される（同図（ｃ）図
示）。ここで、障壁層21の幅はマスク５の近傍で150
Å、十分離れたところで50Åである。このように、幅が
異なってしまうのは、マスク５の存在によりマスク５の
直上では原料ガスがよどみ、その近傍の結晶面で成長速
度が速くなるからである。
（ｄ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。まず、同
図（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１の表面の一
部をSiNxのマスク５で被覆する。そして、OMVPE法によ
りInPを結晶成長させると、マスク５に覆われていない
基板１の表面に障壁層21が形成される（同図（ｃ）図
示）。ここで、障壁層21の幅はマスク５の近傍で150
Å、十分離れたところで50Åである。このように、幅が
異なってしまうのは、マスク５の存在によりマスク５の
直上では原料ガスがよどみ、その近傍の結晶面で成長速
度が速くなるからである。
次に、原料ガスをInおよびＰを含むものから、Ga、In
およびAsを含むものに切り換えると、障壁層21の上に井
戸層31が形成される。以下、この工程を交互に繰り返す
と、第４図（ｄ）のように、障壁層21、井戸層31、障壁
層22、井戸層32および障壁層23が順次に形成され、100
層の量子井戸構造が形成されたところでOMVPEを終了さ
せる。
およびAsを含むものに切り換えると、障壁層21の上に井
戸層31が形成される。以下、この工程を交互に繰り返す
と、第４図（ｄ）のように、障壁層21、井戸層31、障壁
層22、井戸層32および障壁層23が順次に形成され、100
層の量子井戸構造が形成されたところでOMVPEを終了さ
せる。
しかる後、第４図（ａ），（ｂ）に記号Ｓで示す領域
を別のマスク（図示せず）を覆い、メサエッチングして
オーミック電極41a,42a,41b,42bを形成すると、第３図
に示す受光素子が得られる。ここで、電極41a,42aと電
極41b,42bの間の距離は30μｍである。
を別のマスク（図示せず）を覆い、メサエッチングして
オーミック電極41a,42a,41b,42bを形成すると、第３図
に示す受光素子が得られる。ここで、電極41a,42aと電
極41b,42bの間の距離は30μｍである。
この多波長受光素子に対して、波長1.5μｍの光信号
と波長1.55μｍの光信号を多重化した光を入射させたと
ころ、オーミック電極41a,42a間からは波長1.5μｍの光
信号が取り出され、オーミック電極41b,42b間からは波
長1.55μｍの光信号を取り出すことができた。
と波長1.55μｍの光信号を多重化した光を入射させたと
ころ、オーミック電極41a,42a間からは波長1.5μｍの光
信号が取り出され、オーミック電極41b,42b間からは波
長1.55μｍの光信号を取り出すことができた。
以上、詳細に説明した通り本発明で用いる多波長受光
素子では、量子井戸幅が狭い部分ではバンドギャップEg
が大きく、量子井戸幅が広い部分ではバンドギャップEg
が小さくなるので、入射光のうち短波長（エネルギーの
大きい）成分は量子井戸幅の狭い部分で光電変換され、
長波長成分は量子井戸幅の広い部分で光電変換される。
このため、別々の電極から異なる波長成分に対応した検
出信号が得られるので、単一の受光素子によって複数の
波長成分を含む光信号を、波長成分ごとに同時に受信で
きる。
素子では、量子井戸幅が狭い部分ではバンドギャップEg
が大きく、量子井戸幅が広い部分ではバンドギャップEg
が小さくなるので、入射光のうち短波長（エネルギーの
大きい）成分は量子井戸幅の狭い部分で光電変換され、
長波長成分は量子井戸幅の広い部分で光電変換される。
このため、別々の電極から異なる波長成分に対応した検
出信号が得られるので、単一の受光素子によって複数の
波長成分を含む光信号を、波長成分ごとに同時に受信で
きる。
第１図は、本発明の基本構成を示す斜視図、第２図は、
第１図に示す受光素子の作用を示すバンド構造図、第３
図は、実施例に係る光導電型受光素子の斜視図、第４図
は、その製造工程を示す図である。 １……基板、21〜2n……障壁層、31〜3n……井戸層、５
……マスク。
第１図に示す受光素子の作用を示すバンド構造図、第３
図は、実施例に係る光導電型受光素子の斜視図、第４図
は、その製造工程を示す図である。 １……基板、21〜2n……障壁層、31〜3n……井戸層、５
……マスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−164279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−21881（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−42386（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】基板と、この基板の表面に交互に積層され
た障壁層および井戸層からなり、当該障壁層および井戸
層の積層方向の幅の少なくともいずれかが前記基板の表
面に沿って一端から他端に向けて拡大している一層もし
くは多層の量子井戸構造の層と、前記障壁層あるいは井
戸層の幅が互いに異なる位置において前記量子井戸構造
に形成された複数の電極とを備える受光素子に前記量子
井戸構造の層の幅が小さい一端側の面から基板表面に平
行に被測定光を入射させることにより、前記複数の電極
のそれぞれから前記被測定光の波長成分ごとの強度に対
応する検出信号を取り出すことを特徴とする光検出方
法。 - 【請求項２】前記受光素子は、前記量子井戸構造の層お
よび前記複数の電極により光導電型受光素子が構成され
ている請求項１記載の光検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63307281A JP2700262B2 (ja) | 1988-12-05 | 1988-12-05 | 光検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63307281A JP2700262B2 (ja) | 1988-12-05 | 1988-12-05 | 光検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02152282A JPH02152282A (ja) | 1990-06-12 |
| JP2700262B2 true JP2700262B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=17967241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63307281A Expired - Lifetime JP2700262B2 (ja) | 1988-12-05 | 1988-12-05 | 光検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2700262B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5949561A (en) * | 1997-04-15 | 1999-09-07 | Lucent Technologies Inc. | Wavelength demultiplexing multiple quantum well photodetector |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6321881A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-29 | Sharp Corp | 超格子電子素子 |
-
1988
- 1988-12-05 JP JP63307281A patent/JP2700262B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02152282A (ja) | 1990-06-12 |
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Legal Events
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