JP3264684B2 - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JP3264684B2 JP3264684B2 JP29007291A JP29007291A JP3264684B2 JP 3264684 B2 JP3264684 B2 JP 3264684B2 JP 29007291 A JP29007291 A JP 29007291A JP 29007291 A JP29007291 A JP 29007291A JP 3264684 B2 JP3264684 B2 JP 3264684B2
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- Japan
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- light
- optical thyristor
- pnpn
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- emitting diode
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光検出器としては、ＰＩＮやアバ
ランシェなどの光ダイオードや光トランジスタが用いら
れてきた。これらは通常適当な負荷抵抗を介して直流電
圧源と直列に接続され、回路に流れる光電流を出力とす
る。このため、検出システム全体としての入射光−出力
特性の線形性や応答速度、増幅率は、素子の入射光−光
電流特性によって決定される。
ランシェなどの光ダイオードや光トランジスタが用いら
れてきた。これらは通常適当な負荷抵抗を介して直流電
圧源と直列に接続され、回路に流れる光電流を出力とす
る。このため、検出システム全体としての入射光−出力
特性の線形性や応答速度、増幅率は、素子の入射光−光
電流特性によって決定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＰＩＮ光ダイオード
は、高速性、入出力の線形性に優れ、現在最も広く用い
られている光ダイオードである。しかし、出力が小さく
検出システム全体を見た場合、Ｓ／Ｎ比の向上には限界
がある。また、アバランシェ光ダイオードは内部増幅作
用を持ち、ＰＩＮ光ダイオードに比べて高い出力が得ら
れる。しかし、アバランシェ光ダイオードの動作には、
通常百〜数百Ｖの高い駆動電圧を必要とする他、素子の
電流増幅率の値を大きくしていくと、ショット雑音が増
加し、Ｓ／Ｎ比が急激に低下するなどの欠点を有する。
また、アバランシェ光ダイオードと同様に内部増幅作用
を持ち、且つアバランシェ光ダイオードよりも低雑音で
ある光検出素子として光トランジスタがある。しかし、
光トランジスタの電流増幅率は入力光強度に対して大き
く依存することから入出力特性の直線性が悪く、線形性
の良い光検出システムを得ることは難しい。本発明は上
記事情に鑑みてなされたものであって、高感度で入出力
の線形性に優れ、且つ低雑音である光検出器を提供する
ことを目的とする。
は、高速性、入出力の線形性に優れ、現在最も広く用い
られている光ダイオードである。しかし、出力が小さく
検出システム全体を見た場合、Ｓ／Ｎ比の向上には限界
がある。また、アバランシェ光ダイオードは内部増幅作
用を持ち、ＰＩＮ光ダイオードに比べて高い出力が得ら
れる。しかし、アバランシェ光ダイオードの動作には、
通常百〜数百Ｖの高い駆動電圧を必要とする他、素子の
電流増幅率の値を大きくしていくと、ショット雑音が増
加し、Ｓ／Ｎ比が急激に低下するなどの欠点を有する。
また、アバランシェ光ダイオードと同様に内部増幅作用
を持ち、且つアバランシェ光ダイオードよりも低雑音で
ある光検出素子として光トランジスタがある。しかし、
光トランジスタの電流増幅率は入力光強度に対して大き
く依存することから入出力特性の直線性が悪く、線形性
の良い光検出システムを得ることは難しい。本発明は上
記事情に鑑みてなされたものであって、高感度で入出力
の線形性に優れ、且つ低雑音である光検出器を提供する
ことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、光入力の光量に対して出力電流
特性に急峻な閾値を持つＰＮＰＮ光サイリスタと発光ダ
イオードを集積化した光電子集積回路から成り、前記発
光ダイオードによってＰＮＰＮ光サイリスタを閾途中に
光でバイアスし、ＰＮＰＮ光サイリスタへの入力光の変
動に対してＰＮＰＮ光サイリスタが常に一定状態に保た
れるようにＰＮＰＮ光サイリスタから発光ダイオードへ
負の帰還を設ける零位法を用いて駆動することを特徴と
する。すなわち、請求項１の光検出器は、光入力に対し
て出力電流特性に急峻な閾値を持つＰＮＰＮ光サイリス
タに対して、側面もしくは縦方向より光バイアスを与え
ることができるように同一基板上に発光ダイオードを横
もしくは縦方向に集積化した光電子集積回路から成り、
発光ダイオードによってＰＮＰＮ光サイリスタを閾途中
に光でバイアスし、ＰＮＰＮ光サイリスタへの入力光の
変動に対してＰＮＰＮ光サイリスタが常に一定状態に保
たれるようにＰＮＰＮ光サイリスタから発光ダイオード
へ負の帰還を設ける零位法を用いて駆動することによ
り、高感度で入出力の線形性に優れ、且つ低雑音な光検
出を行なうことができる。
め、請求項１の発明は、光入力の光量に対して出力電流
特性に急峻な閾値を持つＰＮＰＮ光サイリスタと発光ダ
イオードを集積化した光電子集積回路から成り、前記発
光ダイオードによってＰＮＰＮ光サイリスタを閾途中に
光でバイアスし、ＰＮＰＮ光サイリスタへの入力光の変
動に対してＰＮＰＮ光サイリスタが常に一定状態に保た
れるようにＰＮＰＮ光サイリスタから発光ダイオードへ
負の帰還を設ける零位法を用いて駆動することを特徴と
する。すなわち、請求項１の光検出器は、光入力に対し
て出力電流特性に急峻な閾値を持つＰＮＰＮ光サイリス
タに対して、側面もしくは縦方向より光バイアスを与え
ることができるように同一基板上に発光ダイオードを横
もしくは縦方向に集積化した光電子集積回路から成り、
発光ダイオードによってＰＮＰＮ光サイリスタを閾途中
に光でバイアスし、ＰＮＰＮ光サイリスタへの入力光の
変動に対してＰＮＰＮ光サイリスタが常に一定状態に保
たれるようにＰＮＰＮ光サイリスタから発光ダイオード
へ負の帰還を設ける零位法を用いて駆動することによ
り、高感度で入出力の線形性に優れ、且つ低雑音な光検
出を行なうことができる。
【０００５】次に、請求項２の光検出器は、請求項１の
光検出器において、ＰＮＰＮ光サイリスタが少なくとも
一つの発光ダイオード領域を含むことを特徴とする。す
なわち、請求項２の光検出器は、ＰＮＰＮ光サイリスタ
内に発光ダイオード部を有することにより、ＰＮＰＮ光
サイリスタ内で発光部から受光部への光の正帰還が生ず
るために、請求項１の光検出器に比べて、ＰＮＰＮ光サ
イリスタの入力光−出力電流特性により急峻な閾値特性
が得られる。このことから、上記したような零位法を用
いて光の検出を行なう場合、請求項１の光検出器に比べ
て高い開ループゲインが得られる。
光検出器において、ＰＮＰＮ光サイリスタが少なくとも
一つの発光ダイオード領域を含むことを特徴とする。す
なわち、請求項２の光検出器は、ＰＮＰＮ光サイリスタ
内に発光ダイオード部を有することにより、ＰＮＰＮ光
サイリスタ内で発光部から受光部への光の正帰還が生ず
るために、請求項１の光検出器に比べて、ＰＮＰＮ光サ
イリスタの入力光−出力電流特性により急峻な閾値特性
が得られる。このことから、上記したような零位法を用
いて光の検出を行なう場合、請求項１の光検出器に比べ
て高い開ループゲインが得られる。
【０００６】次に、請求項３の光検出器は、請求項１の
光検出器において、ＰＮＰＮ光サイリスタが少なくとも
一つのレーザーダイオード領域を含むことを特徴とす
る。すなわち、請求項３の光検出器は、ＰＮＰＮ光サイ
リスタ内にレーザーダイオード部を有することにより、
ＰＮＰＮ光サイリスタ内で発光部から受光部への光の正
帰還が生ずる。また、この帰還量は請求項２の光検出器
よりも大きく、請求項１及び請求項２の光検出器に比べ
て、入力光−出力電流特性により急峻な閾値特性を得る
ことができる。このことから、零位法を用いて光の検出
を行なう場合、請求項１及び請求項２の光検出器に比べ
て高い開ループゲインが得られる。
光検出器において、ＰＮＰＮ光サイリスタが少なくとも
一つのレーザーダイオード領域を含むことを特徴とす
る。すなわち、請求項３の光検出器は、ＰＮＰＮ光サイ
リスタ内にレーザーダイオード部を有することにより、
ＰＮＰＮ光サイリスタ内で発光部から受光部への光の正
帰還が生ずる。また、この帰還量は請求項２の光検出器
よりも大きく、請求項１及び請求項２の光検出器に比べ
て、入力光−出力電流特性により急峻な閾値特性を得る
ことができる。このことから、零位法を用いて光の検出
を行なう場合、請求項１及び請求項２の光検出器に比べ
て高い開ループゲインが得られる。
【０００７】次に、請求項４の光検出器は、請求項２、
請求項３の光検出器において、ＰＮＰＮ光サイリスタの
光の入力窓と出力窓が同一であることを特徴とする。す
なわち、請求項４の光検出器は、ＰＮＰＮ光サイリスタ
内に発光部を持ち、且つ光の入出力を同一の窓で行なう
ものである。この素子で上記したように零位法を用いて
光の検出を行なった場合、ＰＮＰＮ光サイリスタの光入
出力窓からは常に一定の光が出力されることから、外部
からの入力光を検出するばかりでなく、ＰＮＰＮ光サイ
リスタ自身から発光した光を外部の物体等に照射し、そ
の反射光を検出することもできる。
請求項３の光検出器において、ＰＮＰＮ光サイリスタの
光の入力窓と出力窓が同一であることを特徴とする。す
なわち、請求項４の光検出器は、ＰＮＰＮ光サイリスタ
内に発光部を持ち、且つ光の入出力を同一の窓で行なう
ものである。この素子で上記したように零位法を用いて
光の検出を行なった場合、ＰＮＰＮ光サイリスタの光入
出力窓からは常に一定の光が出力されることから、外部
からの入力光を検出するばかりでなく、ＰＮＰＮ光サイ
リスタ自身から発光した光を外部の物体等に照射し、そ
の反射光を検出することもできる。
【０００８】
【作用】入力光に対して出力電流が図４のように急峻な
閾値を持つＰＮＰＮ光サイリスタに対して、隣接して集
積化された発光ダイオードによって図４のＡ点に光でバ
イアスした場合、入力光に対する出力電流の急峻な立ち
上がりを利用して高感度な光検出器を作製することが可
能である。そこで、入力光によりＰＮＰＮ光サイリスタ
の出力電流が増加した場合、発光ダイオードの出力光を
減少させＰＮＰＮ光サイリスタの電流を図４のＡ点の状
態に戻すようにＰＮＰＮ光サイリスタから発光ダイオー
ドに負の帰還を設け、ＰＮＰＮサイリスタは常に図４の
Ａの状態に固定されているようにする。この帰還量を出
力とすることにより、高感度で入出力の線形性に優れた
光検出器を作製することができる。また、この動作には
アバランシェ効果を利用していないことから、元来低雑
音である。また、ＰＮＰＮ光サイリスタに発光層を有
し、且つ光の入出射窓が同一である請求項４の光検出器
では、上記したような負帰還回路を用いて駆動した場
合、光の入出射窓から常に一定の光が出力される。この
ことから、この光の入出射窓の上部に物体を置いた場
合、物体からの反射光を検出することができる。
閾値を持つＰＮＰＮ光サイリスタに対して、隣接して集
積化された発光ダイオードによって図４のＡ点に光でバ
イアスした場合、入力光に対する出力電流の急峻な立ち
上がりを利用して高感度な光検出器を作製することが可
能である。そこで、入力光によりＰＮＰＮ光サイリスタ
の出力電流が増加した場合、発光ダイオードの出力光を
減少させＰＮＰＮ光サイリスタの電流を図４のＡ点の状
態に戻すようにＰＮＰＮ光サイリスタから発光ダイオー
ドに負の帰還を設け、ＰＮＰＮサイリスタは常に図４の
Ａの状態に固定されているようにする。この帰還量を出
力とすることにより、高感度で入出力の線形性に優れた
光検出器を作製することができる。また、この動作には
アバランシェ効果を利用していないことから、元来低雑
音である。また、ＰＮＰＮ光サイリスタに発光層を有
し、且つ光の入出射窓が同一である請求項４の光検出器
では、上記したような負帰還回路を用いて駆動した場
合、光の入出射窓から常に一定の光が出力される。この
ことから、この光の入出射窓の上部に物体を置いた場
合、物体からの反射光を検出することができる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は請求項１記載の発明の一実施例を示
す光検出器の要部斜視図である。図１において、半導体
基板２にはＮ型ＧａＡｓ半導体基板が用いられた。この
半導体基板２の裏面にはＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ共通負
電極３が形成されている。そしてこの半導体基板２上に
は順にＮ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓカソード層２０５，Ｐ型
ＧａＡｓゲート層２０４，Ｎ型ＧａＡｓゲート層２０
３，Ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓアノード層２０２，Ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層２０１がＭＯ−ＣＶＤ法によるエピタ
キシャル成長を用いて形成されている。そしてＥＣＲ−
ＲＩＢＥを用いたエッチングによって形成された基板２
に達する溝（分離溝）７によって分離された右側半分に
はＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ正電極１がキャップ層２０１上に形
成され、並びに右側最上部には電極１及びキャップ層２
０１が取り除かれた領域からなる光入射窓４が形成さ
れ、ＰＮＰＮ光サイリスタ部５０１が形成されている。
また、図中の分離溝７より左側の半分には、Ｐ型不純物
のドープをＮ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓカソード層２０５の
途中まで行なったＰ型ドープ領域（図中の斜線部分）６
を形成し、さらにＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ正電極５を最上部に
形成して、発光ダイオード（ＬＥＤ）部５０２を形成し
ており、この発光ダイオード部５０２からの光が分離溝
７を介してＰＮＰＮ光サイリスタ部５０１の対向する側
面に入射できるようになっている。
に説明する。図１は請求項１記載の発明の一実施例を示
す光検出器の要部斜視図である。図１において、半導体
基板２にはＮ型ＧａＡｓ半導体基板が用いられた。この
半導体基板２の裏面にはＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ共通負
電極３が形成されている。そしてこの半導体基板２上に
は順にＮ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓカソード層２０５，Ｐ型
ＧａＡｓゲート層２０４，Ｎ型ＧａＡｓゲート層２０
３，Ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓアノード層２０２，Ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層２０１がＭＯ−ＣＶＤ法によるエピタ
キシャル成長を用いて形成されている。そしてＥＣＲ−
ＲＩＢＥを用いたエッチングによって形成された基板２
に達する溝（分離溝）７によって分離された右側半分に
はＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ正電極１がキャップ層２０１上に形
成され、並びに右側最上部には電極１及びキャップ層２
０１が取り除かれた領域からなる光入射窓４が形成さ
れ、ＰＮＰＮ光サイリスタ部５０１が形成されている。
また、図中の分離溝７より左側の半分には、Ｐ型不純物
のドープをＮ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓカソード層２０５の
途中まで行なったＰ型ドープ領域（図中の斜線部分）６
を形成し、さらにＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ正電極５を最上部に
形成して、発光ダイオード（ＬＥＤ）部５０２を形成し
ており、この発光ダイオード部５０２からの光が分離溝
７を介してＰＮＰＮ光サイリスタ部５０１の対向する側
面に入射できるようになっている。
【００１０】上述した構成によって、図５の回路図に示
すＰＮＰＮ光サイリスタ５０１と発光ダイオード５０２
がモノリシックに半導体基板上に形成された。図５に示
す回路構成において、ＰＮＰＮ光サイリスタ５０１に抵
抗を介して一定電圧で電気的にバイアスしたとき、発光
ダイオード５０２の電流５０４、及び外部入力光５０６
に対するＰＮＰＮ光サイリスタ５０１の電流５０５の特
性は図６(ａ)，(ｂ)に示すように急峻な閾値特性となっ
た。そこで、発光ダイオード５０２の電流５０４によっ
て、ＰＮＰＮ光サイリスタの電流５０５を閾途中までバ
イアス光５０３を介してバイアスし、外部入力光５０６
の変化に対してＰＮＰＮ光サイリスタ５０１の電流５０
５が常に一定となるようにＰＮＰＮ光サイリスタ５０１
の電流５０５から発光ダイオード５０２の電流５０４に
負の帰還を設け、この帰還量を出力とすることによっ
て、外部入力光５０６を高感度、低雑音で線形性良く検
出することができた。このようにして、光バイアス用の
発光ダイオードをモノリシックに集積化したことを特徴
とする光検出器が得られる。以上説明した実施例では、
半導体基板上にモノリシックに微小素子が形成されてい
ることから、小型化、集積化が可能であり、且つ、高感
度、低雑音で線形性に優れた光検出が可能である。
すＰＮＰＮ光サイリスタ５０１と発光ダイオード５０２
がモノリシックに半導体基板上に形成された。図５に示
す回路構成において、ＰＮＰＮ光サイリスタ５０１に抵
抗を介して一定電圧で電気的にバイアスしたとき、発光
ダイオード５０２の電流５０４、及び外部入力光５０６
に対するＰＮＰＮ光サイリスタ５０１の電流５０５の特
性は図６(ａ)，(ｂ)に示すように急峻な閾値特性となっ
た。そこで、発光ダイオード５０２の電流５０４によっ
て、ＰＮＰＮ光サイリスタの電流５０５を閾途中までバ
イアス光５０３を介してバイアスし、外部入力光５０６
の変化に対してＰＮＰＮ光サイリスタ５０１の電流５０
５が常に一定となるようにＰＮＰＮ光サイリスタ５０１
の電流５０５から発光ダイオード５０２の電流５０４に
負の帰還を設け、この帰還量を出力とすることによっ
て、外部入力光５０６を高感度、低雑音で線形性良く検
出することができた。このようにして、光バイアス用の
発光ダイオードをモノリシックに集積化したことを特徴
とする光検出器が得られる。以上説明した実施例では、
半導体基板上にモノリシックに微小素子が形成されてい
ることから、小型化、集積化が可能であり、且つ、高感
度、低雑音で線形性に優れた光検出が可能である。
【００１１】次に、図２は請求項２記載の発明の一実施
例を示す光検出器の要部斜視図である。図２において、
半導体基板２にはＮ型ＧａＡｓ半導体基板が用いられ
た。この半導体基板２の裏面にはＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇ
ｅ共通負電極３が形成されている。そして、この半導体
基板２上には順に、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓカソード層
３０７，Ｉ型ＧａＡｓ発光層３０６，Ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓゲート層３０５，Ｎ型ＧａＡｓゲート層３０
４，Ｐ型ＧａＡｓアノード層３０３，Ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層３０１がＭＯ−ＣＶＤ法によるエピタキシャル成
長を用いて形成されている。そしてＥＣＲ−ＲＩＢＥを
用いたエッチングによって形成された基板２に達する溝
（分離溝）７によって分離された右側半分にはＡｕ／Ａ
ｕ−Ｚｎ正電極１並びに光入射窓４が第１の実施例と同
様に形成され、発光ダイオード領域を含むＰＮＰＮ光サ
イリスタ部５０１が形成されている。また、図中の分離
溝７より左側半分の部分では、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３０１，Ｐ型ＧａＡｓコレクタ層３０３がエッチングに
よって取り除かれている。そして、Ｎ型ＧａＡｓゲート
層３０４にＰ型不純物をドープしこれをオーム性電極の
キャップ層とする。そして、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ正電極５
をその上に形成し、発光ダイオード部５０２が形成され
ている。上述した構成によって、図５に示すＰＮＰＮ光
サイリスタ５０１と発光ダイオード５０２がモノリシッ
クに半導体基板上に形成された。そして、この発光ダイ
オード５０２からの光が分離溝７を介してＰＮＰＮ光サ
イリスタの対向する側面に入射できるようになってい
る。
例を示す光検出器の要部斜視図である。図２において、
半導体基板２にはＮ型ＧａＡｓ半導体基板が用いられ
た。この半導体基板２の裏面にはＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇ
ｅ共通負電極３が形成されている。そして、この半導体
基板２上には順に、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓカソード層
３０７，Ｉ型ＧａＡｓ発光層３０６，Ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓゲート層３０５，Ｎ型ＧａＡｓゲート層３０
４，Ｐ型ＧａＡｓアノード層３０３，Ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層３０１がＭＯ−ＣＶＤ法によるエピタキシャル成
長を用いて形成されている。そしてＥＣＲ−ＲＩＢＥを
用いたエッチングによって形成された基板２に達する溝
（分離溝）７によって分離された右側半分にはＡｕ／Ａ
ｕ−Ｚｎ正電極１並びに光入射窓４が第１の実施例と同
様に形成され、発光ダイオード領域を含むＰＮＰＮ光サ
イリスタ部５０１が形成されている。また、図中の分離
溝７より左側半分の部分では、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３０１，Ｐ型ＧａＡｓコレクタ層３０３がエッチングに
よって取り除かれている。そして、Ｎ型ＧａＡｓゲート
層３０４にＰ型不純物をドープしこれをオーム性電極の
キャップ層とする。そして、Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ正電極５
をその上に形成し、発光ダイオード部５０２が形成され
ている。上述した構成によって、図５に示すＰＮＰＮ光
サイリスタ５０１と発光ダイオード５０２がモノリシッ
クに半導体基板上に形成された。そして、この発光ダイ
オード５０２からの光が分離溝７を介してＰＮＰＮ光サ
イリスタの対向する側面に入射できるようになってい
る。
【００１２】以上説明した実施例では、バイアス用の発
光ダイオードの層構造をダブルヘテロ構造等の発光効率
の高いものとすることができ、これによって、光バイア
スを効率良く行なうことができる。また、ＰＮＰＮ光サ
イリスタ内に発光部を有し、発光部から受光部への光の
正帰還があることから、入力光−出力電流特性により急
峻な閾値特性が得られ、これによって、上述したような
零位法を用いた駆動回路で光の検出を行なった時、より
大きな開ループゲインが得られた。このようにして、Ｐ
ＮＰＮ光サイリスタ内に発光ダイオード領域を含むこと
を特徴とする光検出器が得られる。また、本実施例にお
いても、半導体基板上にモノリシックに微小素子が形成
されていることから、小型化、集積化が可能であり、且
つ、高感度、低雑音で線形性に優れた光検出が可能であ
る。尚、ＰＮＰＮ光サイリスタ内の発光ダイオード領域
の構成を変えてレーザーダイオード領域とすれば、請求
項３の光検出器が得られる。
光ダイオードの層構造をダブルヘテロ構造等の発光効率
の高いものとすることができ、これによって、光バイア
スを効率良く行なうことができる。また、ＰＮＰＮ光サ
イリスタ内に発光部を有し、発光部から受光部への光の
正帰還があることから、入力光−出力電流特性により急
峻な閾値特性が得られ、これによって、上述したような
零位法を用いた駆動回路で光の検出を行なった時、より
大きな開ループゲインが得られた。このようにして、Ｐ
ＮＰＮ光サイリスタ内に発光ダイオード領域を含むこと
を特徴とする光検出器が得られる。また、本実施例にお
いても、半導体基板上にモノリシックに微小素子が形成
されていることから、小型化、集積化が可能であり、且
つ、高感度、低雑音で線形性に優れた光検出が可能であ
る。尚、ＰＮＰＮ光サイリスタ内の発光ダイオード領域
の構成を変えてレーザーダイオード領域とすれば、請求
項３の光検出器が得られる。
【００１３】次に、図３は請求項４記載の発明の一実施
例を示す光検出器の要部斜視図である。図３において、
半導体基板２にはＮ型ＧａＡｓ半導体基板が用いられ
た。この半導体基板２の裏面にはＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇ
ｅ光サイリスタ負電極４１１が形成されている。この半
導体基板２上には順に、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓエミッ
タ層４０８，Ｉ型ＧａＡｓキャリアストップ層４０７，
Ｐ型ＧａＡｓベース層４０６，Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
４０５，Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層４０４，Ｉ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ発光層４０３，Ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓクラッド層４０２，Ｐ型ＧａＡｓキャップ層４
０１がＭＯ−ＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長によ
って形成されている。そして、ＥＣＲ−ＲＩＢＥを用い
たエッチングによって形成された基板２に達する溝（分
離溝）７によって分離された右側半分にはＡｕ／Ａｕ−
Ｚｎ正電極１並びに光入射窓４０９が第１の実施例と同
様に形成され、発光ダイオード領域を有し且つ光の入出
力窓が同一であるＰＮＰＮ光サイリスタ部５０１が形成
されている。また、図中の分離溝７より左側半分の部分
では、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層４０１，Ｐ型Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層４０２，Ｉ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ
発光層４０３，Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層４０
４のＰＮＰＮ光サイリスタ５０１と対向しない一部分を
エッチングによって取り除き、Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
４０５上部にＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ負電極４１０、Ｐ
型ＧａＡｓキャップ層４０１上部にＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ正
電極５を形成して、発光ダイオード部５０２を形成して
いる。この発光ダイオード５０２からの光が分離溝７を
介してＰＮＰＮ光サイリスタ５０１の対向する側面に入
射できるようになっている。
例を示す光検出器の要部斜視図である。図３において、
半導体基板２にはＮ型ＧａＡｓ半導体基板が用いられ
た。この半導体基板２の裏面にはＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇ
ｅ光サイリスタ負電極４１１が形成されている。この半
導体基板２上には順に、Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓエミッ
タ層４０８，Ｉ型ＧａＡｓキャリアストップ層４０７，
Ｐ型ＧａＡｓベース層４０６，Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
４０５，Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層４０４，Ｉ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ発光層４０３，Ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓクラッド層４０２，Ｐ型ＧａＡｓキャップ層４
０１がＭＯ−ＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長によ
って形成されている。そして、ＥＣＲ−ＲＩＢＥを用い
たエッチングによって形成された基板２に達する溝（分
離溝）７によって分離された右側半分にはＡｕ／Ａｕ−
Ｚｎ正電極１並びに光入射窓４０９が第１の実施例と同
様に形成され、発光ダイオード領域を有し且つ光の入出
力窓が同一であるＰＮＰＮ光サイリスタ部５０１が形成
されている。また、図中の分離溝７より左側半分の部分
では、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層４０１，Ｐ型Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓクラッド層４０２，Ｉ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ
発光層４０３，Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層４０
４のＰＮＰＮ光サイリスタ５０１と対向しない一部分を
エッチングによって取り除き、Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
４０５上部にＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ負電極４１０、Ｐ
型ＧａＡｓキャップ層４０１上部にＡｕ／Ａｕ−Ｚｎ正
電極５を形成して、発光ダイオード部５０２を形成して
いる。この発光ダイオード５０２からの光が分離溝７を
介してＰＮＰＮ光サイリスタ５０１の対向する側面に入
射できるようになっている。
【００１４】以上説明した実施例では、バイアス用の発
光ダイオード５０２の層構造をダブルヘテロ構造等の発
光効率の高いものとすることができ、これによって、光
バイアスを効率良く行なうことができる。また、ＰＮＰ
Ｎ光サイリスタ５０１内に発光部を有し発光部から受光
部への光の正帰還があることから、入力光−出力電流特
性により急峻な閾値特性が得られ、これによって、上述
したような零位法を用いた駆動回路で光の検出を行なっ
た時、より大きな開ループゲインが得られた。このよう
にして、光入出力窓が同一であることを特徴とする光検
出器が得られる。また、本実施例においても、半導体基
板上にモノリシックに微小素子が形成されていることか
ら、小型化、集積化が可能であり、且つ、高感度、低雑
音で線形性に優れた光検出が可能である。またここで、
ＰＮＰＮ光サイリスタは発光層を有し且つ光の入出射窓
が同一であることから、光入出射窓の上部に物体がある
場合、ＰＮＰＮ光サイリスタの出力光の物体からの反射
光を検出することができる。このことから、単なる光検
出ばかりでなく、距離や段差、画像等を外部光源を用い
ることなく検出することができる。
光ダイオード５０２の層構造をダブルヘテロ構造等の発
光効率の高いものとすることができ、これによって、光
バイアスを効率良く行なうことができる。また、ＰＮＰ
Ｎ光サイリスタ５０１内に発光部を有し発光部から受光
部への光の正帰還があることから、入力光−出力電流特
性により急峻な閾値特性が得られ、これによって、上述
したような零位法を用いた駆動回路で光の検出を行なっ
た時、より大きな開ループゲインが得られた。このよう
にして、光入出力窓が同一であることを特徴とする光検
出器が得られる。また、本実施例においても、半導体基
板上にモノリシックに微小素子が形成されていることか
ら、小型化、集積化が可能であり、且つ、高感度、低雑
音で線形性に優れた光検出が可能である。またここで、
ＰＮＰＮ光サイリスタは発光層を有し且つ光の入出射窓
が同一であることから、光入出射窓の上部に物体がある
場合、ＰＮＰＮ光サイリスタの出力光の物体からの反射
光を検出することができる。このことから、単なる光検
出ばかりでなく、距離や段差、画像等を外部光源を用い
ることなく検出することができる。
【００１５】以上、実施例について説明したが、上記実
施例の導伝型と全く逆の導伝型の構成でも同様の効果が
得られることは明らかである。また、上記実施例におい
て述べられた、各層の厚みや組成は特に限定されるもの
ではないことも明らかである。また、上記実施例におい
ては、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体が用いられた
が、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系など他の半導体でも実施可
能である。また、上記実施例においては、素子分離のた
めの溝形成にＥＣＲ−ＲＩＢＥを用いたエッチング法を
適用したが、他のエッチング方法でも可能である。ま
た、上記実施例においては、エピタキシャル成長法とし
てＭＯ−ＣＶＤ法を用いたが、ＭＢＥ法やＬＰＥ法等、
他のエピタキシャル成長法でも可能である。
施例の導伝型と全く逆の導伝型の構成でも同様の効果が
得られることは明らかである。また、上記実施例におい
て述べられた、各層の厚みや組成は特に限定されるもの
ではないことも明らかである。また、上記実施例におい
ては、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体が用いられた
が、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系など他の半導体でも実施可
能である。また、上記実施例においては、素子分離のた
めの溝形成にＥＣＲ−ＲＩＢＥを用いたエッチング法を
適用したが、他のエッチング方法でも可能である。ま
た、上記実施例においては、エピタキシャル成長法とし
てＭＯ−ＣＶＤ法を用いたが、ＭＢＥ法やＬＰＥ法等、
他のエピタキシャル成長法でも可能である。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の光検出
器は、光入力に対して出力電流特性に急峻な閾値を持つ
ＰＮＰＮ光サイリスタに対して、側面もしくは縦方向よ
り光バイアスを与えることができるように同一基板上に
発光ダイオードを横もしくは縦方向に集積化した光電子
集積回路から成り、発光ダイオードによってＰＮＰＮ光
サイリスタを閾途中に光でバイアスし、ＰＮＰＮ光サイ
リスタへの入力光の変動に対してＰＮＰＮ光サイリスタ
が常に一定状態に保たれるようにＰＮＰＮ光サイリスタ
から発光ダイオードへ負の帰還を設ける零位法を用いて
駆動するようにしたことにより、高感度で入出力の線形
性に優れ、且つ低雑音な光検出を行なうことができる。
器は、光入力に対して出力電流特性に急峻な閾値を持つ
ＰＮＰＮ光サイリスタに対して、側面もしくは縦方向よ
り光バイアスを与えることができるように同一基板上に
発光ダイオードを横もしくは縦方向に集積化した光電子
集積回路から成り、発光ダイオードによってＰＮＰＮ光
サイリスタを閾途中に光でバイアスし、ＰＮＰＮ光サイ
リスタへの入力光の変動に対してＰＮＰＮ光サイリスタ
が常に一定状態に保たれるようにＰＮＰＮ光サイリスタ
から発光ダイオードへ負の帰還を設ける零位法を用いて
駆動するようにしたことにより、高感度で入出力の線形
性に優れ、且つ低雑音な光検出を行なうことができる。
【００１７】また、請求項２、請求項３の光検出器は、
ＰＮＰＮ光サイリスタ内に発光部を有することにより、
ＰＮＰＮ光サイリスタ内で発光部から受光部への光の正
帰還が生ずるために、請求項１の光検出器に比べて、Ｐ
ＮＰＮ光サイリスタの入力光−出力電流特性により急峻
な閾値特性が得られる。このことから、上記したような
零位法を用いて光の検出を行なう場合、請求項１の光検
出器に比べて高い開ループゲインが得られる。また、請
求項４の光検出器では、ＰＮＰＮ光サイリスタに発光層
を有し、且つ光の入出射窓が同一であるため、上記した
ような負帰還回路を用いて駆動した場合、光の入出射窓
から常に一定の光が出力される。このことから、この光
の入出射窓の上部に物体を置いた場合、物体からの反射
光を外部光源を用いることなく検出することができる。
以上のように、本発明の請求項１〜４の光検出器におい
ては、半導体基板上にモノリシックに低雑音な微小素子
（発光素子、受光素子）が形成されていることから、小
型化、集積化が容易に可能であり、且つ高感度で線形性
に優れた光検出が可能となる。
ＰＮＰＮ光サイリスタ内に発光部を有することにより、
ＰＮＰＮ光サイリスタ内で発光部から受光部への光の正
帰還が生ずるために、請求項１の光検出器に比べて、Ｐ
ＮＰＮ光サイリスタの入力光−出力電流特性により急峻
な閾値特性が得られる。このことから、上記したような
零位法を用いて光の検出を行なう場合、請求項１の光検
出器に比べて高い開ループゲインが得られる。また、請
求項４の光検出器では、ＰＮＰＮ光サイリスタに発光層
を有し、且つ光の入出射窓が同一であるため、上記した
ような負帰還回路を用いて駆動した場合、光の入出射窓
から常に一定の光が出力される。このことから、この光
の入出射窓の上部に物体を置いた場合、物体からの反射
光を外部光源を用いることなく検出することができる。
以上のように、本発明の請求項１〜４の光検出器におい
ては、半導体基板上にモノリシックに低雑音な微小素子
（発光素子、受光素子）が形成されていることから、小
型化、集積化が容易に可能であり、且つ高感度で線形性
に優れた光検出が可能となる。
【図１】請求項１記載の発明の一実施例を示す光検出器
の要部斜視図である。
の要部斜視図である。
【図２】請求項２記載の発明の一実施例を示す光検出器
の要部斜視図である。
の要部斜視図である。
【図３】請求項４記載の発明の一実施例を示す光検出器
の要部斜視図である。
の要部斜視図である。
【図４】本発明の光検出器に用いられるＰＮＰＮ光サイ
リスタの光入力−出力電流特性を示す特性曲線図であ
る。
リスタの光入力−出力電流特性を示す特性曲線図であ
る。
【図５】本発明による光検出器の回路の要部のみを示す
回路図である。
回路図である。
【図６】本発明による光検出器の特性曲線図であって、
(ａ)は発光ダイオード電流に対するＰＮＰＮ光サイリス
タの電流特性を示す図、(ｂ)は外部入力光に対するＰＮ
ＰＮ光サイリスタの電流特性を示す図である。
(ａ)は発光ダイオード電流に対するＰＮＰＮ光サイリス
タの電流特性を示す図、(ｂ)は外部入力光に対するＰＮ
ＰＮ光サイリスタの電流特性を示す図である。
１・・・（Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ）正電極 ２・・・（Ｎ型ＧａＡｓ）半導体基板 ３・・・（Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ）共通負電極 ４・・・光入射窓 ５・・・（Ａｕ／Ａｕ−Ｚｎ）正電極 ６・・・Ｐ型ドープ領域 ７・・・分離溝 ２０１・・・（Ｐ型ＧａＡｓ）キャップ層 ２０２・・・（Ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）アノード層 ２０３・・・（Ｎ型ＧａＡｓ）ゲート層 ２０４・・・（Ｐ型ＧａＡｓ）ゲート層 ２０５・・・（Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）カソード層 ３０１・・・（Ｐ型ＧａＡｓ）キャップ層 ３０３・・・（Ｐ型ＧａＡｓ）アノード層 ３０４・・・（Ｎ型ＧａＡｓ）ゲート層 ３０５・・・（Ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）ゲート層 ３０６・・・（Ｉ型ＧａＡｓ）発光層 ３０７・・・（Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）カソード層 ４０１・・・（Ｐ型ＧａＡｓ）キャップ層 ４０２・・・（Ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）クラッド層 ４０３・・・（Ｉ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ）発光層 ４０４・・・（Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）クラッド層 ４０５・・・（Ｎ型ＧａＡｓ）コレクタ層 ４０６・・・（Ｐ型ＧａＡｓ）ベース層 ４０７・・・（Ｉ型ＧａＡｓ）キャリアストップ層 ４０８・・・（Ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ）エミッタ層 ４０９・・・光入出射窓 ４１０・・・（Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ）負電極 ４１１・・・（Ａｕ／Ｎｉ／Ａｕ−Ｇｅ）光サイリスタ
負電極 ５０１・・・ＰＮＰＮ光サイリスタ ５０２・・・発光ダイオード ５０３・・・バイアス光 ５０４・・・発光ダイオード電流 ５０５・・・ＰＮＰＮ光サイリスタ電流 ５０６・・・外部入力光
負電極 ５０１・・・ＰＮＰＮ光サイリスタ ５０２・・・発光ダイオード ５０３・・・バイアス光 ５０４・・・発光ダイオード電流 ５０５・・・ＰＮＰＮ光サイリスタ電流 ５０６・・・外部入力光
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−37774（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55885（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−112096（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−31387（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/02 H01L 27/15
Claims (4)
- 【請求項１】光入力の光量に対して出力電流特性に急峻
な閾値を持つＰＮＰＮ光サイリスタと発光ダイオードを
集積化した光電子集積回路から成り、前記発光ダイオー
ドによってＰＮＰＮ光サイリスタを閾途中に光でバイア
スし、ＰＮＰＮ光サイリスタへの入力光の変動に対して
ＰＮＰＮ光サイリスタが常に一定状態に保たれるように
ＰＮＰＮ光サイリスタから発光ダイオードへ負の帰還を
設ける零位法を用いて駆動することを特徴とする光検出
器。 - 【請求項２】請求項１記載の光検出器において、ＰＮＰ
Ｎ光サイリスタが少なくとも一つの発光ダイオード領域
を含むことを特徴とする光検出器。 - 【請求項３】請求項１記載の光検出器において、ＰＮＰ
Ｎ光サイリスタが少なくとも一つのレーザーダイオード
領域を含むことを特徴とする光検出器。 - 【請求項４】請求項２または請求項３記載の光検出器に
おいて、ＰＮＰＮ光サイリスタの光の入力窓と出力窓が
同一であることを特徴とする光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29007291A JP3264684B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29007291A JP3264684B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126630A JPH05126630A (ja) | 1993-05-21 |
| JP3264684B2 true JP3264684B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=17751431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29007291A Expired - Fee Related JP3264684B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3264684B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7666290B2 (en) | 2001-07-25 | 2010-02-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for producing a textured metal strip |
-
1991
- 1991-11-06 JP JP29007291A patent/JP3264684B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7666290B2 (en) | 2001-07-25 | 2010-02-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for producing a textured metal strip |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05126630A (ja) | 1993-05-21 |
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