JP3285651B2 - 特に偏光が多様なコヒーレント通信システムのための半導体材料の量子ウェルベースの導波路型光受信器 - Google Patents
特に偏光が多様なコヒーレント通信システムのための半導体材料の量子ウェルベースの導波路型光受信器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は導波路型光受信器に関す
る。
る。
【０００２】本発明は特に、光ファイバによる電気通信
の分野、特に偏光が多様なコヒーレント通信システムに
適用される。
の分野、特に偏光が多様なコヒーレント通信システムに
適用される。
【０００３】
【従来の技術】現在、単一モード光ファイバのコヒーレ
ント伝送システムは、遠隔リンク及び配電について高度
の開発が進められている。コヒーレントリンクでは、
（ホモダイン又はヘテロダイン）受信器が、完全に単色
のレーザである局部発振器から出る光波との混合による
入射光信号の検出を可能としている。
ント伝送システムは、遠隔リンク及び配電について高度
の開発が進められている。コヒーレントリンクでは、
（ホモダイン又はヘテロダイン）受信器が、完全に単色
のレーザである局部発振器から出る光波との混合による
入射光信号の検出を可能としている。
【０００４】受信器２と、及び２つの入力及び２つの出
力を有する光結合器６とを図１に示す。一方の入力は信
号Ｓを、他方の入力は局部発振器４から出る光波を受信
する。局部発振器から出る光波は結合器６によって信号
Ｓと混合され、結合器の２つの出力は、混合によって得
られる２つの光信号を受信器に提供するために受信器２
に接続されている。
力を有する光結合器６とを図１に示す。一方の入力は信
号Ｓを、他方の入力は局部発振器４から出る光波を受信
する。局部発振器から出る光波は結合器６によって信号
Ｓと混合され、結合器の２つの出力は、混合によって得
られる２つの光信号を受信器に提供するために受信器２
に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】コヒーレントリンクの
微妙な点のひとつは、伝送中に信号Ｓの偏光を制御でき
ないことである。伝送用単一モード光ファイバが動作す
る、変化し（温度、ねじれ等）、調整困難な環境条件の
ために、結合器６の入力に達する信号Ｓの偏光状態は、
任意に変動する。これはコヒーレント検波で振幅変動を
引き起こす。
微妙な点のひとつは、伝送中に信号Ｓの偏光を制御でき
ないことである。伝送用単一モード光ファイバが動作す
る、変化し（温度、ねじれ等）、調整困難な環境条件の
ために、結合器６の入力に達する信号Ｓの偏光状態は、
任意に変動する。これはコヒーレント検波で振幅変動を
引き起こす。
【０００６】従って、（受信器２と局部発振器４と光結
合器６とを含んでいる）受信システム内に、光結合器６
の前又は後ろに配置される偏光制御システム（図１には
図示せず）が組み込まれる。
合器６とを含んでいる）受信システム内に、光結合器６
の前又は後ろに配置される偏光制御システム（図１には
図示せず）が組み込まれる。
【０００７】光受信器は、それぞれがハイブリッド回路
又は集積回路で前置増幅器（ｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａ
ｔｅｕｒｓ）（図示せず）を備えたホトダイオード（図
示せず）を含んでいる。平衡標準ホトダイオードの対を
含むハイブリッド回路が使用される傾向にある。
又は集積回路で前置増幅器（ｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａ
ｔｅｕｒｓ）（図示せず）を備えたホトダイオード（図
示せず）を含んでいる。平衡標準ホトダイオードの対を
含むハイブリッド回路が使用される傾向にある。
【０００８】コスト及びリンク性能全般に関する問題の
ために、受信システム（結合器、偏光制御システム、ホ
トダイオード、前増幅器、更には局部発振器）の全ての
機能を同一基板上に集積化することが試みられている。
ために、受信システム（結合器、偏光制御システム、ホ
トダイオード、前増幅器、更には局部発振器）の全ての
機能を同一基板上に集積化することが試みられている。
【０００９】しかしながら、特に、考察する光波長用の
ホトダイオードの製造に適している材料が必ずしも前置
増幅器のようなマイクロエレクトロニクス部品に適した
材料ではないので、このような集積化は問題を引き起こ
す。
ホトダイオードの製造に適している材料が必ずしも前置
増幅器のようなマイクロエレクトロニクス部品に適した
材料ではないので、このような集積化は問題を引き起こ
す。
【００１０】従って、受信システムを簡略化して、マイ
クロオプトエレクトロニクス部品集積化の可能性及び許
容できる性能を提供することのできる方法を見つけ出す
ことが望まれる。
クロオプトエレクトロニクス部品集積化の可能性及び許
容できる性能を提供することのできる方法を見つけ出す
ことが望まれる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、コヒーレント
通信システムで使用される偏光制御システムを簡略化す
ることのできる光受信器の構造を提供する。
通信システムで使用される偏光制御システムを簡略化す
ることのできる光受信器の構造を提供する。
【００１２】第１の光検波器と第２の光検波器とからな
る対を少なくとも１つ含んでいる本発明の光受信器は、
第１の光検波器が半導体基板上に形成され且つ半導体材
料の量子マルチウェル型多層ストリップ（ｒｕｂａｎ
ｍｕｌｔｉｃｏｕｃｈｅ ａｍｕｌｔｉｐｕｉｔｓ ｑ
ｕａｎｔｉｑｕｅｓ）を含み、入射光を、屈折率の作用
によって多層面内に、またストリップの構造によって側
方に誘導するためにこの多層ストリップが備えられてお
り、第１の光検波器が光の横断方向磁気成分を吸収し
得、この光の電界が多層面に垂直な成分を有し、この光
の横断方向電気成分が第１の光検波器内にほとんど吸収
されず、前記横断方向電気成分を吸収するために第２の
光検波器が備えられていることを特徴とする。
る対を少なくとも１つ含んでいる本発明の光受信器は、
第１の光検波器が半導体基板上に形成され且つ半導体材
料の量子マルチウェル型多層ストリップ（ｒｕｂａｎ
ｍｕｌｔｉｃｏｕｃｈｅ ａｍｕｌｔｉｐｕｉｔｓ ｑ
ｕａｎｔｉｑｕｅｓ）を含み、入射光を、屈折率の作用
によって多層面内に、またストリップの構造によって側
方に誘導するためにこの多層ストリップが備えられてお
り、第１の光検波器が光の横断方向磁気成分を吸収し
得、この光の電界が多層面に垂直な成分を有し、この光
の横断方向電気成分が第１の光検波器内にほとんど吸収
されず、前記横断方向電気成分を吸収するために第２の
光検波器が備えられていることを特徴とする。
【００１３】第２の光検波器は任意の型であり得るが、
好ましくは光学部品の集積化に適した光受信器の構造を
得るために、第２の光検波器も同様に、半導体基板上に
形成された光検波器であり且つ半導体材料の量子マルチ
ウェル型多層ストリップを含んでいる。この多層ストリ
ップは、入射光を、屈折率の作用によって多層面内に、
またストリップの構造によって側方に誘導するために備
えられている。
好ましくは光学部品の集積化に適した光受信器の構造を
得るために、第２の光検波器も同様に、半導体基板上に
形成された光検波器であり且つ半導体材料の量子マルチ
ウェル型多層ストリップを含んでいる。この多層ストリ
ップは、入射光を、屈折率の作用によって多層面内に、
またストリップの構造によって側方に誘導するために備
えられている。
【００１４】この場合、第２の光検波器は、第１の光検
波器の直後に配置され且つ第２の光検波器の多層ストリ
ップが第１の光検波器のストリップの延長上にあり且つ
構成する多層の各面が垂直になるように配列され得る。
これは、ハイブリッド回路である。
波器の直後に配置され且つ第２の光検波器の多層ストリ
ップが第１の光検波器のストリップの延長上にあり且つ
構成する多層の各面が垂直になるように配列され得る。
これは、ハイブリッド回路である。
【００１５】好ましくは、光学部品の集積化に更に適し
た光受信器の構造を得るために、第１の光検波器と第２
の光検波器とは、光導波の連続性が第１の光検波器の多
層ストリップと第２の光検波器の多層ストリップとの間
で確保され且つこれらの多層の各面が平行になるように
同一の半導体基板上に集積化される。光受信器は更に偏
光変換器を含んでいる。この変換器は、この同一の基板
上で、光導波の連続性を確保させ且つ第１の光検波器と
第２の光検波器との間に含まれるストリップ構造内に設
けられ、またこの第１の光検波器から出る光の横断方向
電気偏光を、第２の光検波器の多層の面に垂直な電界の
成分を有する横断方向磁気偏光に変換するために備えら
れている。偏光がこのように変換される光は第２の光検
波器内に注入され、そこで吸収される。
た光受信器の構造を得るために、第１の光検波器と第２
の光検波器とは、光導波の連続性が第１の光検波器の多
層ストリップと第２の光検波器の多層ストリップとの間
で確保され且つこれらの多層の各面が平行になるように
同一の半導体基板上に集積化される。光受信器は更に偏
光変換器を含んでいる。この変換器は、この同一の基板
上で、光導波の連続性を確保させ且つ第１の光検波器と
第２の光検波器との間に含まれるストリップ構造内に設
けられ、またこの第１の光検波器から出る光の横断方向
電気偏光を、第２の光検波器の多層の面に垂直な電界の
成分を有する横断方向磁気偏光に変換するために備えら
れている。偏光がこのように変換される光は第２の光検
波器内に注入され、そこで吸収される。
【００１６】この場合、光受信器が偏光の多様なコヒー
レント通信システムで使用されるときには、この光受信
器の非平衡回路が適用され得る（光受信器はこのような
回路のために２つの同一の光検波器を含んでいる）。
レント通信システムで使用されるときには、この光受信
器の非平衡回路が適用され得る（光受信器はこのような
回路のために２つの同一の光検波器を含んでいる）。
【００１７】従って、２つの入力と２つの出力とを備え
た光結合器が、一方の出力によって第１の光検波器に光
学的に結合されている。この結合器によって、検波が望
まれる入射光信号と局部発振器から出る光波とを混合す
ることができる。混合によって得られた信号は光検波器
に送られ、結合器の他方の出力は自由状態のままであ
る。
た光結合器が、一方の出力によって第１の光検波器に光
学的に結合されている。この結合器によって、検波が望
まれる入射光信号と局部発振器から出る光波とを混合す
ることができる。混合によって得られた信号は光検波器
に送られ、結合器の他方の出力は自由状態のままであ
る。
【００１８】他の特定実施例では、平衡回路が用いられ
る。この場合、変換器及び（この回路の場合も同一の）
光検波器の対によって形成されるアセンブリと、このア
センブリと同一であり且つ同一の基板上に形成される他
のアセンブリとが使用される。結合器の他方の出力は、
この他のアセンブリの第１の光検波器に光学的に結合さ
れている。
る。この場合、変換器及び（この回路の場合も同一の）
光検波器の対によって形成されるアセンブリと、このア
センブリと同一であり且つ同一の基板上に形成される他
のアセンブリとが使用される。結合器の他方の出力は、
この他のアセンブリの第１の光検波器に光学的に結合さ
れている。
【００１９】好ましくは、各光検波器はＧａＡｓ基板上
に形成されており、そのために、ＧａＡｓに関して開発
されたマイクロエレクトロニクスの利点を利用すること
ができる。
に形成されており、そのために、ＧａＡｓに関して開発
されたマイクロエレクトロニクスの利点を利用すること
ができる。
【００２０】従って、この基板上への光検波器とマイク
ロエレクトロニクス部品との集積化が極めて安価に行わ
れる。この実施例については後で説明する。
ロエレクトロニクス部品との集積化が極めて安価に行わ
れる。この実施例については後で説明する。
【００２１】従って、前述した非平衡回路の場合、好ま
しくはＧａＡｓ基板が使用され、基板上に回路の２つの
光検波器が形成される。これは平衡回路の場合も同様で
ある。この平衡回路が含んでいる４つの同一光検波器
は、好ましくは同一のＧａＡｓ基板上に製造される。
しくはＧａＡｓ基板が使用され、基板上に回路の２つの
光検波器が形成される。これは平衡回路の場合も同様で
ある。この平衡回路が含んでいる４つの同一光検波器
は、好ましくは同一のＧａＡｓ基板上に製造される。
【００２２】電気制御式偏光変換器を使用する本発明の
光受信器の特定例によれば、第１の光検波器と変換器と
第２の光検波器とは、同一の半導体基板上のそれぞれ異
なる３つの領域内にエピタキシ化層から製造される。光
検波器の領域のエピタキシ化層は変換器の領域のエピタ
キシ化層とは異なっている。
光受信器の特定例によれば、第１の光検波器と変換器と
第２の光検波器とは、同一の半導体基板上のそれぞれ異
なる３つの領域内にエピタキシ化層から製造される。光
検波器の領域のエピタキシ化層は変換器の領域のエピタ
キシ化層とは異なっている。
【００２３】変形例としては、エピタキシ化層は、３つ
の領域で同一の層であり、光検波器の領域はエピタキシ
後に適切にドーピングされ、変換器の領域はドーピング
されないままである。
の領域で同一の層であり、光検波器の領域はエピタキシ
後に適切にドーピングされ、変換器の領域はドーピング
されないままである。
【００２４】受動偏光変換器を使用する本発明の光受信
器の他の特定例によれば、第１の光検波器と変換器と第
２の光検波器とは、同一の半導体基板上のそれぞれ異な
る３つの領域内に、光検波器の２つの領域では同一のエ
ピタキシ化層から、２つの光検波器の間にある変換器の
領域では蒸着誘電層から製造される。これらの層は光導
波の連続性を確実なものとする。
器の他の特定例によれば、第１の光検波器と変換器と第
２の光検波器とは、同一の半導体基板上のそれぞれ異な
る３つの領域内に、光検波器の２つの領域では同一のエ
ピタキシ化層から、２つの光検波器の間にある変換器の
領域では蒸着誘電層から製造される。これらの層は光導
波の連続性を確実なものとする。
【００２５】本発明の光受信器は、それぞれが第１の光
検波器と第２の光検波器とを備え、且つ２つの平衡経路
を有する回路内で動作するように設けられた２つの対を
含み得る。
検波器と第２の光検波器とを備え、且つ２つの平衡経路
を有する回路内で動作するように設けられた２つの対を
含み得る。
【００２６】最後に、非平衡の場合には単一入力を有す
る前置増幅器を、平衡の場合には差動前置増幅器を光検
波器と同一の基板上に集積化することができ、この前置
増幅器が光検波器の信号を処理する。
る前置増幅器を、平衡の場合には差動前置増幅器を光検
波器と同一の基板上に集積化することができ、この前置
増幅器が光検波器の信号を処理する。
【００２７】
【実施例】添付図面を参照して記載された以下の実施例
の説明から、本発明が更によく理解されよう。
の説明から、本発明が更によく理解されよう。
【００２８】本発明の光受信器内で使用可能な基本的な
導波路光検波器を図２に概略的に示した。この光検波器
１０は、半導体基板１２上に形成され且つ光閉じ込め層
を含む多層ストリップ１３と、入射光１６の誘導及びそ
の成分ＴＭの吸収を可能とする量子マルチウェル１４を
備えた活性領域とを含んでいる。
導波路光検波器を図２に概略的に示した。この光検波器
１０は、半導体基板１２上に形成され且つ光閉じ込め層
を含む多層ストリップ１３と、入射光１６の誘導及びそ
の成分ＴＭの吸収を可能とする量子マルチウェル１４を
備えた活性領域とを含んでいる。
【００２９】光検波器１０の制御電極のひとつ１８も図
２に示している。光検波器の構造ついては図６を参照し
て後で更に詳しく説明する。
２に示している。光検波器の構造ついては図６を参照し
て後で更に詳しく説明する。
【００３０】この光検波器１０によって供給される電気
信号の前置増幅器２０も基板１２上に集積化され得る。
入射光１６は２つの成分を、即ちその電界が多層ストリ
ップ１３の面に垂直な成分を有する横断方向磁気成分Ｔ
Ｍと、この多層の面に平行な横断方向電気成分ＴＥとを
有する。
信号の前置増幅器２０も基板１２上に集積化され得る。
入射光１６は２つの成分を、即ちその電界が多層ストリ
ップ１３の面に垂直な成分を有する横断方向磁気成分Ｔ
Ｍと、この多層の面に平行な横断方向電気成分ＴＥとを
有する。
【００３１】光検波器１０は、成分ＴＭを優先的に吸収
する完全に二色性の導波構造（即ち、量子マルチウェル
１４型多層ストリップ１３であって、簡単には“量子マ
ルチウェル１４型ストリップ”と呼ぶことができる）を
含んでいる。
する完全に二色性の導波構造（即ち、量子マルチウェル
１４型多層ストリップ１３であって、簡単には“量子マ
ルチウェル１４型ストリップ”と呼ぶことができる）を
含んでいる。
【００３２】ほとんど吸収されない成分ＴＥは、量子マ
ルチウェル１４型ストリップの出力端部で使用可能であ
る。
ルチウェル１４型ストリップの出力端部で使用可能であ
る。
【００３３】図２の光検波器１０と、この光検波器１０
と同一であり且つ多層ストリップの光結合を確実にする
ように光検波器１０の直後に配置された他の光検波器２
２とを含んでいる本発明の光受信器を図３に概略的に示
した。
と同一であり且つ多層ストリップの光結合を確実にする
ように光検波器１０の直後に配置された他の光検波器２
２とを含んでいる本発明の光受信器を図３に概略的に示
した。
【００３４】これら２つの光検波器１０，２２の回路は
ハイブリッド回路であり、この回路は更に、光検波器２
２の多層面が光検波器１０の多層面に垂直なために交差
している。従って、ＴＭに垂直であり且つ光検波器１０
から出る成分ＴＥは、光検波器２２の多層面に垂直にな
り且つ光検波器２２によって優先的に吸収される。
ハイブリッド回路であり、この回路は更に、光検波器２
２の多層面が光検波器１０の多層面に垂直なために交差
している。従って、ＴＭに垂直であり且つ光検波器１０
から出る成分ＴＥは、光検波器２２の多層面に垂直にな
り且つ光検波器２２によって優先的に吸収される。
【００３５】前記光受信器とは反対にモノリシックな本
発明の他の光受信器２４を図４Ａに概略的に示した。
発明の他の光受信器２４を図４Ａに概略的に示した。
【００３６】この光受信器２４は、２つの同一の光検波
器２８，３０と、偏光変換器３２とを同一基板２６上に
含んでいる。
器２８，３０と、偏光変換器３２とを同一基板２６上に
含んでいる。
【００３７】光検波器２８，３０は図２の光検波器１０
と同一である、これらの光検波器２８，３０と変換器３
２とは、入射光１６が順次光検波器２８と変換器３２と
光検波器３０とを貫通するように基板２６上に形成され
ている。
と同一である、これらの光検波器２８，３０と変換器３
２とは、入射光１６が順次光検波器２８と変換器３２と
光検波器３０とを貫通するように基板２６上に形成され
ている。
【００３８】前述したように、この光の成分ＴＭは光検
波器２８内に優先的に吸収される。成分ＴＥはほとんど
吸収されず且つ変換器３２の入力に達する。この変換器
は、ＴＥ−ＴＭ偏光変換器であり、且つ電気制御式変換
器の場合には適切な直流電圧の印加によって、受動変換
器の場合には単に伝搬中に成分ＴＥを成分ＴＭに変換す
る。
波器２８内に優先的に吸収される。成分ＴＥはほとんど
吸収されず且つ変換器３２の入力に達する。この変換器
は、ＴＥ−ＴＭ偏光変換器であり、且つ電気制御式変換
器の場合には適切な直流電圧の印加によって、受動変換
器の場合には単に伝搬中に成分ＴＥを成分ＴＭに変換す
る。
【００３９】従って、光検波器３０の入力には、この光
検波器３０のために偏光ＴＭを有する光が生じ、従っ
て、光検波器３０はこの光を吸収する。
検波器３０のために偏光ＴＭを有する光が生じ、従っ
て、光検波器３０はこの光を吸収する。
【００４０】それぞれ光検波器２８，３０によって提供
される電気信号を増幅するための前増幅器２９，３１を
基板２６上に任意に設置することができることも図４Ａ
から分かる。
される電気信号を増幅するための前増幅器２９，３１を
基板２６上に任意に設置することができることも図４Ａ
から分かる。
【００４１】図４Ｂは、非平衡回路内での、偏光の多様
な光受信器２４のコヒーレントリンク用受信器としての
使用を例示している。
な光受信器２４のコヒーレントリンク用受信器としての
使用を例示している。
【００４２】一方の入力が光信号Ｓを受信し、他方の入
力が局部発振器４によって供給される光波を受信する光
結合器６と局部発振器４とが図示されている。
力が局部発振器４によって供給される光波を受信する光
結合器６と局部発振器４とが図示されている。
【００４３】結合器６の一方の出力は自由であるが、他
方の出力は、信号Ｓと局部発振器４の光波との混合によ
って得られる光を光検波器２８の入力に供給する。
方の出力は、信号Ｓと局部発振器４の光波との混合によ
って得られる光を光検波器２８の入力に供給する。
【００４４】図４Ｃは、前記実施例と同様に基板２６上
に配置されている、既に説明した同一の光検波器２８，
３０及び変換器３２と、基板２６上に形成された他の２
つの同一の光検波器３４，３６及び他のＴＥ−ＴＭ偏光
変換器３８とを含んでいる偏光の多様な本発明の他の光
受信器を概略的に示している。光検波器３４、変換器３
８及び光検波器３６は、図４Ｃに示すようにそれぞれ光
検波器２８、変換器３２及び光検波器３０と同一であり
且つ同様に配置されている。
に配置されている、既に説明した同一の光検波器２８，
３０及び変換器３２と、基板２６上に形成された他の２
つの同一の光検波器３４，３６及び他のＴＥ−ＴＭ偏光
変換器３８とを含んでいる偏光の多様な本発明の他の光
受信器を概略的に示している。光検波器３４、変換器３
８及び光検波器３６は、図４Ｃに示すようにそれぞれ光
検波器２８、変換器３２及び光検波器３０と同一であり
且つ同様に配置されている。
【００４５】この図４Ｃに示す光受信器は、コヒーレン
トリンク内の平衡回路の受信器として使用される。
トリンク内の平衡回路の受信器として使用される。
【００４６】この場合、光結合器６の２つの出力３ｄＢ
はそれぞれ、光検波器２８，３４の入力に接続されてい
る。
はそれぞれ、光検波器２８，３４の入力に接続されてい
る。
【００４７】各入力が光検波器２８，３４の出力電気信
号を受信する差動増幅器４０、及びその各入力が光検波
器３０，３６の出力電気信号を受信する他の差動増幅器
４２も図４Ｃに示されている。
号を受信する差動増幅器４０、及びその各入力が光検波
器３０，３６の出力電気信号を受信する他の差動増幅器
４２も図４Ｃに示されている。
【００４８】図２、図３、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの
説明に関連する光検波器及び偏光変換器は、任意の微細
エピタキシャル成長方法（例えばＣＢＥ，ＭＢＥ又はＭ
ＯＣＶＤ）によって得られ得る半導体材料の量子マルチ
ウェル及び薄層内に設けられている。
説明に関連する光検波器及び偏光変換器は、任意の微細
エピタキシャル成長方法（例えばＣＢＥ，ＭＢＥ又はＭ
ＯＣＶＤ）によって得られ得る半導体材料の量子マルチ
ウェル及び薄層内に設けられている。
【００４９】オプトエレクトロニクス装置の製造のため
に半導体ベースの量子ウェル型構造の製造技術によって
提供される可能性は現在ではよく知られている。
に半導体ベースの量子ウェル型構造の製造技術によって
提供される可能性は現在ではよく知られている。
【００５０】これらの構造では、搬送波はウェル内に局
限された量子レベル内に閉じ込められる。
限された量子レベル内に閉じ込められる。
【００５１】本発明では、量子ウェル内での電子のため
の副帯域間（ｉｎｔｅｒ−ｓｏｕｓ−ｂａｎｄｅｓ）遷
移が、非常に大きな発振能力を有し、従って高い吸収係
数に相当し、遷移エネルギは、ウェルの厚さ、ウェルの
組成若しくは遮断層の組成又はこれら３つの要素によっ
て広範な波長（２０マイクロメータ〜約１マイクロメー
タ）内で調整され得るということが利用されている。
の副帯域間（ｉｎｔｅｒ−ｓｏｕｓ−ｂａｎｄｅｓ）遷
移が、非常に大きな発振能力を有し、従って高い吸収係
数に相当し、遷移エネルギは、ウェルの厚さ、ウェルの
組成若しくは遮断層の組成又はこれら３つの要素によっ
て広範な波長（２０マイクロメータ〜約１マイクロメー
タ）内で調整され得るということが利用されている。
【００５２】これらの副帯域間遷移が非常に偏光選択的
であり且つ層の面内に伝搬する光のために二色性吸収を
与えるということも使用されている。
であり且つ層の面内に伝搬する光のために二色性吸収を
与えるということも使用されている。
【００５３】電磁界の成分ＴＭは、その電界が層に垂直
な成分を有するために強く吸収されるが、他方の成分Ｔ
Ｅは吸収されない。
な成分を有するために強く吸収されるが、他方の成分Ｔ
Ｅは吸収されない。
【００５４】層に垂直に印加される静電圧によって、こ
れらの構造内で吸収波長を細かく調整することも可能で
ある。
れらの構造内で吸収波長を細かく調整することも可能で
ある。
【００５５】これから、波長が１．５５マイクロメータ
に相当し、且つ単一モード光ファイバ型リンクに使用可
能な放射線の受信用光受信器を考察して前記実施例を説
明する。この光受信器はＧａＡｓ基板上に製造され、各
量子マルチウェル型多層はＧａＡｓ／ＡｌＡｓ型であ
り、且つ１から４への副帯域間遷移によって１．５５マ
イクロメータに等しい波長の放射線を吸収するために設
けられている。
に相当し、且つ単一モード光ファイバ型リンクに使用可
能な放射線の受信用光受信器を考察して前記実施例を説
明する。この光受信器はＧａＡｓ基板上に製造され、各
量子マルチウェル型多層はＧａＡｓ／ＡｌＡｓ型であ
り、且つ１から４への副帯域間遷移によって１．５５マ
イクロメータに等しい波長の放射線を吸収するために設
けられている。
【００５６】同一材料又は半導体材料の他の任意の組み
合わせによって、本発明の範囲を逸脱することなく、他
の範囲の波長の受信が考えられる。
合わせによって、本発明の範囲を逸脱することなく、他
の範囲の波長の受信が考えられる。
【００５７】１．５５マイクロメータ用の公知の光ファ
イバ通信網では、光受信器は、ハイブリッド回路で前置
増幅器（ＭＥＳＦＥＴ又はＴＥＧＦＥＴ ＧａＡｓ）に
光検波器（ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなだれ型（ａｖａｌａ
ｎｃｈｅ）ホトダイオード又はＧＡＩｎＡｓ型ｐ−ｉ−
ｎホトダイオード）を結合している。何故ならば、互い
に独立に最適化された部品を組み立てることができ、各
部品は機能的に最も良好な性能を有するからである。
イバ通信網では、光受信器は、ハイブリッド回路で前置
増幅器（ＭＥＳＦＥＴ又はＴＥＧＦＥＴ ＧａＡｓ）に
光検波器（ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなだれ型（ａｖａｌａ
ｎｃｈｅ）ホトダイオード又はＧＡＩｎＡｓ型ｐ−ｉ−
ｎホトダイオード）を結合している。何故ならば、互い
に独立に最適化された部品を組み立てることができ、各
部品は機能的に最も良好な性能を有するからである。
【００５８】しかしながら、光検波器と前置増幅器との
集積化はコスト的には望ましいが、あまり良い結果は得
られない。何故ならば、１．５５マイクロメータ用光検
波器はＩｎＰ基板上にＧＡＩｎＡｓで製造されねばなら
ないからである。これらの材料では優れた集積化前置増
幅器の実現は不可能である。
集積化はコスト的には望ましいが、あまり良い結果は得
られない。何故ならば、１．５５マイクロメータ用光検
波器はＩｎＰ基板上にＧＡＩｎＡｓで製造されねばなら
ないからである。これらの材料では優れた集積化前置増
幅器の実現は不可能である。
【００５９】更には、ＩｎＰ材料上でのマイクロエレク
トロニクス部品の製造は大きな可能性を秘めているが、
ＧＡＡｓ部品上でのマイクロエレクトロニクス部品の製
造は非常に申し分のない利点（大きな禁止帯、良好な機
械的耐久性、低い蒸気圧等）を示し、それらの利点によ
って部品の信頼性は高まり、コストも下がる。
トロニクス部品の製造は大きな可能性を秘めているが、
ＧＡＡｓ部品上でのマイクロエレクトロニクス部品の製
造は非常に申し分のない利点（大きな禁止帯、良好な機
械的耐久性、低い蒸気圧等）を示し、それらの利点によ
って部品の信頼性は高まり、コストも下がる。
【００６０】本発明では、ＧａＡｓ基板上に１．５５マ
イクロメータ用光検波器が製造され、それによってこの
ようなＧａＡｓ基板上に形成されたマイクロエレクトロ
ニクス部品の全ての利点を増幅のために使用する集積化
光検波器が実現される。
イクロメータ用光検波器が製造され、それによってこの
ようなＧａＡｓ基板上に形成されたマイクロエレクトロ
ニクス部品の全ての利点を増幅のために使用する集積化
光検波器が実現される。
【００６１】前述したハイブリッド回路による方法と同
様の性能を有するが、より安価な方法がある。
様の性能を有するが、より安価な方法がある。
【００６２】室温でのＧａＡｓ禁止帯（０．８７マイク
ロメータ）では、１．５５マイクロメータの帯域遷移
（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ｂａｎｄｅ ａ ｂａｎｄ
ｅ）を使用することはできない。本発明では、ＧａＡｓ
／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型構造で副帯域間遷移を使
用する。
ロメータ）では、１．５５マイクロメータの帯域遷移
（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ｂａｎｄｅ ａ ｂａｎｄ
ｅ）を使用することはできない。本発明では、ＧａＡｓ
／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型構造で副帯域間遷移を使
用する。
【００６３】放射線は電子を誘導し、電子はドーピング
によって、ＧａＡｓウェル内に、ＡｌＡｓ遮断層上方の
状態“連続体”に近い高エネルギレベルで存在する（図
５Ｂ参照）。これらの電子は、（電界下で三角形状を有
する）遮断層を通じてのトンネル効果によって連続体内
を通過する。
によって、ＧａＡｓウェル内に、ＡｌＡｓ遮断層上方の
状態“連続体”に近い高エネルギレベルで存在する（図
５Ｂ参照）。これらの電子は、（電界下で三角形状を有
する）遮断層を通じてのトンネル効果によって連続体内
を通過する。
【００６４】連続体内での電子の平均速度Ｖｍが暗電流
の電子速度ｖよりも明らかに大きければ、電子は光電流
を生じる（図５Ａ）。最小γ（図５Ａでは慣用的なギリ
シャ文字で示す）付近でのＧａＡｓとＡｌＡｓとの間の
伝導帯偏倚は約１ｅＶである。
の電子速度ｖよりも明らかに大きければ、電子は光電流
を生じる（図５Ａ）。最小γ（図５Ａでは慣用的なギリ
シャ文字で示す）付近でのＧａＡｓとＡｌＡｓとの間の
伝導帯偏倚は約１ｅＶである。
【００６５】ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型構
造では、レベル１とレベル２とを離すエネルギはウェル
（ＧａＡｓ）の幅と共に、０（この幅が無限大に向かう
とき）と、０．６６５ｅＶ（この幅ａが２ｎｍに等しい
とき）との間で変動する。
造では、レベル１とレベル２とを離すエネルギはウェル
（ＧａＡｓ）の幅と共に、０（この幅が無限大に向かう
とき）と、０．６６５ｅＶ（この幅ａが２ｎｍに等しい
とき）との間で変動する。
【００６６】これは、１．５５マイクロメータ（０．８
ｅＶ）に達するには不十分であり、レベル１と２以上の
レベルとの間の遷移によってのみ可能である。
ｅＶ）に達するには不十分であり、レベル１と２以上の
レベルとの間の遷移によってのみ可能である。
【００６７】離れた量子ウェル内のゼロ界（ｃｈａｍｐ
ｎｕｌ）では禁止されているレベル１からレベル３へ
の遷移は排除される。
ｎｕｌ）では禁止されているレベル１からレベル３へ
の遷移は排除される。
【００６８】厚さが約６．７ｎｍのウェルの場合、レベ
ル１とレベル４との分離は適切な値に達する（図５Ｂで
は、Ｅ１，Ｅ４はそれぞれこれらのレベル１，４のエネ
ルギを示している）。
ル１とレベル４との分離は適切な値に達する（図５Ｂで
は、Ｅ１，Ｅ４はそれぞれこれらのレベル１，４のエネ
ルギを示している）。
【００６９】更には、レベル４は、ＡｌＡｓ遮断層の上
方に位置する状態の連続体に近く、これはこれらの状態
への通過に好ましい。
方に位置する状態の連続体に近く、これはこれらの状態
への通過に好ましい。
【００７０】１から４への遷移に相当する吸収係数が１
から２への遷移に相当する吸収係数に比べて小さいこと
を補正するために、導波伝搬が使用され、厚さの大きい
材料がこのようにして貫通される。
から２への遷移に相当する吸収係数に比べて小さいこと
を補正するために、導波伝搬が使用され、厚さの大きい
材料がこのようにして貫通される。
【００７１】本発明で使用可能な光検波器の構造を図６
に概略的に示す。例示の、非制限的な光導波路（この構
造が有する量子マルチウェル型多層ストリップ）は、約
２００マイクロメータの長さを有し、それによって入射
光の吸収が良くなる。
に概略的に示す。例示の、非制限的な光導波路（この構
造が有する量子マルチウェル型多層ストリップ）は、約
２００マイクロメータの長さを有し、それによって入射
光の吸収が良くなる。
【００７２】図６の実施例では、本発明で使用可能な光
検波器は、ドーピングされたＧａＡｓｎ+接触層４６を
半絶縁ＧａＡｓ基板４４上に含んでおり、接触層上には
ドーピングされた２つのＡｌＡｓｎ+閉じ込め層があ
り、これらの層の間には、ドーピングされたＧａＡｓｎ
層とドーピングされたＧａ1-xＡｌxＡｓ（例えばＡｌＡ
ｓ）ｎ層とが交互になった量子マルチウェル型層５２が
ある。
検波器は、ドーピングされたＧａＡｓｎ+接触層４６を
半絶縁ＧａＡｓ基板４４上に含んでおり、接触層上には
ドーピングされた２つのＡｌＡｓｎ+閉じ込め層があ
り、これらの層の間には、ドーピングされたＧａＡｓｎ
層とドーピングされたＧａ1-xＡｌxＡｓ（例えばＡｌＡ
ｓ）ｎ層とが交互になった量子マルチウェル型層５２が
ある。
【００７３】ドーピングされたＧａＡｓｎ+接触層５４
が層５０上にあり、層５４上にはＡｕＧｅＮｉ層５６に
よって形成された電極がある。
が層５０上にあり、層５４上にはＡｕＧｅＮｉ層５６に
よって形成された電極がある。
【００７４】図６に示すように、積層された層４８〜５
６は接触層４６上にメサを形成し、このメサの隣りに
は、他のＡｕＧｅＮｉ電極５８が接触層４６上に形成さ
れている。電極５６，５８は接触プラグを形成してい
る。
６は接触層４６上にメサを形成し、このメサの隣りに
は、他のＡｕＧｅＮｉ電極５８が接触層４６上に形成さ
れている。電極５６，５８は接触プラグを形成してい
る。
【００７５】一例では、ｎは約１０18ｃｍ-3であり、ｎ
+は約２ｘ１０18ｃｍ-3であり、層５０の底辺の幅ｌ１
は２マイクロメータに等しく、層４８の底辺の幅ｌ２は
５マイクロメータに等しく、層４８，５２，５０の各高
さｅ１，ｅ２，ｅ３はそれぞれ、２マイクロメータ、
０．８マイクロメータ及び１マイクロメータに等しい。
+は約２ｘ１０18ｃｍ-3であり、層５０の底辺の幅ｌ１
は２マイクロメータに等しく、層４８の底辺の幅ｌ２は
５マイクロメータに等しく、層４８，５２，５０の各高
さｅ１，ｅ２，ｅ３はそれぞれ、２マイクロメータ、
０．８マイクロメータ及び１マイクロメータに等しい。
【００７６】入射光は、この入射光の成分ＴＭを吸収す
る層５２によって誘導される。
る層５２によって誘導される。
【００７７】直接の異種接合を避けるために、遷移層５
９を接触層４６と閉じ込め層４８との間に設け、他の遷
移層６０が閉じ込め層５０と接触層５４との間に設けて
も良い。
９を接触層４６と閉じ込め層４８との間に設け、他の遷
移層６０が閉じ込め層５０と接触層５４との間に設けて
も良い。
【００７８】これらの遷移層の各々はＧａ1-xＡｌxＡｓ
層であり得る。そのアルミニウム含量ｘはＧａＡｓ側の
０からＡｌＡｓ側の１まで漸進的に変動する。
層であり得る。そのアルミニウム含量ｘはＧａＡｓ側の
０からＡｌＡｓ側の１まで漸進的に変動する。
【００７９】変形例としては、各遷移層は、ＧａＡｓ層
とＡｌＡｓ層とが交互になっており、これらのＧａＡｓ
層の厚さは対応する閉じ込め層から対応する接触層に向
かって増していくが、ＡｌＡｓ層の厚さは閉じ込め層か
ら接触層に向かって減少していく。
とＡｌＡｓ層とが交互になっており、これらのＧａＡｓ
層の厚さは対応する閉じ込め層から対応する接触層に向
かって増していくが、ＡｌＡｓ層の厚さは閉じ込め層か
ら接触層に向かって減少していく。
【００８０】量子マルチウェル型層５２と閉じ込め層と
の光学指数の差（約０．２の差）は、光学モードと吸収
領域とがうまく重なり合う（ｒｅｃｏｕｖｒｅｍｅｎ
ｔ）のに十分である。
の光学指数の差（約０．２の差）は、光学モードと吸収
領域とがうまく重なり合う（ｒｅｃｏｕｖｒｅｍｅｎ
ｔ）のに十分である。
【００８１】側方閉じ込めは、メサ技術で製造されるス
トリップ構造によって実施されるが、例えばエピタキシ
反復（ｒｅｐｒｉｓｅ ｄ’ｅｐｉｔａｘｉｅ）、誘発
される合金無秩序（ｄｅｓｏｒｄｒｅ ｄ’ａｌｌｉａ
ｇｅ ｉｎｄｕｉｔ）又は注入（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉ
ｏｎ）のような他の方法をこのために使用することがで
きる。これらの方法は単に例示的且つ非制限的である。
トリップ構造によって実施されるが、例えばエピタキシ
反復（ｒｅｐｒｉｓｅ ｄ’ｅｐｉｔａｘｉｅ）、誘発
される合金無秩序（ｄｅｓｏｒｄｒｅ ｄ’ａｌｌｉａ
ｇｅ ｉｎｄｕｉｔ）又は注入（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉ
ｏｎ）のような他の方法をこのために使用することがで
きる。これらの方法は単に例示的且つ非制限的である。
【００８２】量子マルチウェル型層の良好なエピタキシ
と閉じ込め層の効果的なドーピングを実現するには、そ
の光学指数がより大きい基板の導波層を十分に離すため
に下方閉じ込め層が厚くなければならないだけに一層、
ＧａＡｓ“ウェル”（例えば厚さ５ｎｍ、全体で５０ｎ
ｍのＧａＡｓ層）を周期的に挿入してＡｌＡｓ閉じ込め
層の品質を改善することが有利であり得る。
と閉じ込め層の効果的なドーピングを実現するには、そ
の光学指数がより大きい基板の導波層を十分に離すため
に下方閉じ込め層が厚くなければならないだけに一層、
ＧａＡｓ“ウェル”（例えば厚さ５ｎｍ、全体で５０ｎ
ｍのＧａＡｓ層）を周期的に挿入してＡｌＡｓ閉じ込め
層の品質を改善することが有利であり得る。
【００８３】光検波器の導波路の構造は、一般に異なる
装置に割り当てられている２つの機能、即ち光学的相互
接続機能と検波機能とを統合するという利点を有する。
このことは平衡光受信器の場合で図示している（図４
Ｃ）。本発明の場合、２つの入力ゲートしか必要ない
が、従来型では４つの入力ゲートが必要である。
装置に割り当てられている２つの機能、即ち光学的相互
接続機能と検波機能とを統合するという利点を有する。
このことは平衡光受信器の場合で図示している（図４
Ｃ）。本発明の場合、２つの入力ゲートしか必要ない
が、従来型では４つの入力ゲートが必要である。
【００８４】暗電流は、γ状態とＸ状態との間の連続的
転送によって印加された電界下のウェルに位置する電子
の偏移によって生じる。
転送によって印加された電界下のウェルに位置する電子
の偏移によって生じる。
【００８５】十分に大きい遮断層ｂ（ｂ＞１０ｎｍ）で
は、逐次トンネル効果及びホッピングによる伝導電流の
寄与は大幅に減少し得る。
は、逐次トンネル効果及びホッピングによる伝導電流の
寄与は大幅に減少し得る。
【００８６】室温及び低圧力では、熱イオン放出電流
（ｃｏｕｒａｎｔ ｄ’ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｈｅｒｍ
ｏ−ｉｏｎｉｑｕｅ）が重要である。
（ｃｏｕｒａｎｔ ｄ’ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｈｅｒｍ
ｏ−ｉｏｎｉｑｕｅ）が重要である。
【００８７】図７は、得られた電流−電圧特性（電圧効
果ＤＶ（ｍＶ）に対するＬｎＩ（Ｉは電流強度（Ａ／ｃ
ｍ2）である）を示している。電流は単に熱イオン源で
あると想定される。
果ＤＶ（ｍＶ）に対するＬｎＩ（Ｉは電流強度（Ａ／ｃ
ｍ2）である）を示している。電流は単に熱イオン源で
あると想定される。
【００８８】１周期当たり４０ｍＶの偏光電圧（１マイ
クロメータ当たり約２Ｖ）及び１０-5ｃｍ2の表面積で
は、１００マイクロアンペアの暗電流が得られる。
クロメータ当たり約２Ｖ）及び１０-5ｃｍ2の表面積で
は、１００マイクロアンペアの暗電流が得られる。
【００８９】γ−Ｘ結合が生じる界面数を増やして、例
えばＡｌＡｓ遮断層内に薄いＧａＡｓウェルを挿入して
この暗電流を減少させることが考えられる。
えばＡｌＡｓ遮断層内に薄いＧａＡｓウェルを挿入して
この暗電流を減少させることが考えられる。
【００９０】図８は、電界効果前置増幅器トランジスタ
６４に結合された図６の光検波器（図８では６２）の電
気回路図を示している。
６４に結合された図６の光検波器（図８では６２）の電
気回路図を示している。
【００９１】トランジスタ６４のゲートの偏光抵抗でも
ある光検波器の電荷抵抗Ｒ及び共通のドレイン回路のト
ランジスタの電荷抵抗ＲＬをこの回路図に示す。Ｉｐｈ
は光電流を表す。
ある光検波器の電荷抵抗Ｒ及び共通のドレイン回路のト
ランジスタの電荷抵抗ＲＬをこの回路図に示す。Ｉｐｈ
は光電流を表す。
【００９２】ゲート電圧及びドレインーソース電圧を決
定するように、ＲＬ値を光検波器及びトランジスタの特
性に応じて調整する必要がある。
定するように、ＲＬ値を光検波器及びトランジスタの特
性に応じて調整する必要がある。
【００９３】１００マイクロアンペアの暗電流は、Ｒ値
を数十キロオームに制限する。
を数十キロオームに制限する。
【００９４】この光検波器６２で検出可能な最小電力
は、暗電流の小さい従来の検出器よりも遥かに大きい。
これはコヒーレント検波ではそれほど厄介ではない。何
故ならば、局部発振器が大きな光学電力を発生するから
である。
は、暗電流の小さい従来の検出器よりも遥かに大きい。
これはコヒーレント検波ではそれほど厄介ではない。何
故ならば、局部発振器が大きな光学電力を発生するから
である。
【００９５】これから、ＴＭモード光検波器と、電気制
御式ＴＥ−ＴＭ偏光変換器と、第２のＴＭモード光検波
器とを含んでいる本発明の光受信器の特定例を説明す
る。
御式ＴＥ−ＴＭ偏光変換器と、第２のＴＭモード光検波
器とを含んでいる本発明の光受信器の特定例を説明す
る。
【００９６】信号の偏光は任意であり得るので、このよ
うな配置はコヒーレント検波式光受信器の設計を簡略化
するという利点を有する。
うな配置はコヒーレント検波式光受信器の設計を簡略化
するという利点を有する。
【００９７】局部発振器の偏光を４５°に固定して、第
１の光検波器内で成分ＴＭを測定する。信号及び局部発
振器の成分ＴＥは偏光変換器に伝送され、その検波は第
２の光検波器内においてＴＭモードで行われる（図４Ｂ
参照）。ＴＥ−ＴＭ変換器については詳しく説明しな
い。
１の光検波器内で成分ＴＭを測定する。信号及び局部発
振器の成分ＴＥは偏光変換器に伝送され、その検波は第
２の光検波器内においてＴＭモードで行われる（図４Ｂ
参照）。ＴＥ−ＴＭ変換器については詳しく説明しな
い。
【００９８】電気制御式変換器は、面内の導波を行う閉
じ込め層と、側方導波を行うストリップ形状とを含む
（ＧａＡｓ又は他の材料の）導波構造である。この構造
は、軸＜１１０＞軸に従って（半絶縁ＧａＡｓ＜００１
＞基板上に）配列されている。
じ込め層と、側方導波を行うストリップ形状とを含む
（ＧａＡｓ又は他の材料の）導波構造である。この構造
は、軸＜１１０＞軸に従って（半絶縁ＧａＡｓ＜００１
＞基板上に）配列されている。
【００９９】この（＜１１０＞による）構造の面内の電
界は、電子光学効果によって複屈折を引き起こす。モー
ド複屈折は、交互に方向が変わり、正確な周期性を有す
る電界形状（δ−β交互変換器）によって補正されねば
ならない。この電界は、導波路の周りに（拡散又は導入
された）交互の接点ｐ，ｎによって得られ且つこのよう
に形成されたｐ−ｉ−ｎ平坦構造のｉ領域内に配分され
る。＜１１０＞で配向された基板上に偏光変換器を製造
することも可能である。
界は、電子光学効果によって複屈折を引き起こす。モー
ド複屈折は、交互に方向が変わり、正確な周期性を有す
る電界形状（δ−β交互変換器）によって補正されねば
ならない。この電界は、導波路の周りに（拡散又は導入
された）交互の接点ｐ，ｎによって得られ且つこのよう
に形成されたｐ−ｉ−ｎ平坦構造のｉ領域内に配分され
る。＜１１０＞で配向された基板上に偏光変換器を製造
することも可能である。
【０１００】量子マルチウェル型光検波器の製造は基板
の配向とは関係ないので、エピタキシャル成長が選択さ
れた配向に応じて制御されるならば、変換器と光検波器
とのアセンブリを配向とは関係なく同一の基板上に製造
することができる。
の配向とは関係ないので、エピタキシャル成長が選択さ
れた配向に応じて制御されるならば、変換器と光検波器
とのアセンブリを配向とは関係なく同一の基板上に製造
することができる。
【０１０１】ドーピングされねばならない光検波器の層
と、損失を避けるために自由搬送波密度が無視できるほ
どでなければならない偏光変換器の層との種類が異なる
ために問題が生じる。この問題を解決するために、異な
る２つの方法を実施することができる。
と、損失を避けるために自由搬送波密度が無視できるほ
どでなければならない偏光変換器の層との種類が異なる
ために問題が生じる。この問題を解決するために、異な
る２つの方法を実施することができる。
【０１０２】第１の方法は、一方では光検波部分のため
に、他方ではＴＥ−ＴＭ変換部分のために、異なる２つ
の層アセンブリをエピタキシによって製造することであ
る（図９Ａ及び図９Ｂ）。第２の方法は、３つの部分で
ドーピングされていない同一層を使用し、その後光検波
部分のドーピングを変更することである（図１０Ａ及び
図１０Ｂ）。
に、他方ではＴＥ−ＴＭ変換部分のために、異なる２つ
の層アセンブリをエピタキシによって製造することであ
る（図９Ａ及び図９Ｂ）。第２の方法は、３つの部分で
ドーピングされていない同一層を使用し、その後光検波
部分のドーピングを変更することである（図１０Ａ及び
図１０Ｂ）。
【０１０３】第２の方法は素子間の光結合を簡略化する
という利点を有する。
という利点を有する。
【０１０４】これから第１の方法（独立的な光検波器と
変換器との集積化）について更に詳しく説明する。ここ
では、種々の部品間で適用される光結合の種類に応じ
て、複数の配置が可能である。
変換器との集積化）について更に詳しく説明する。ここ
では、種々の部品間で適用される光結合の種類に応じ
て、複数の配置が可能である。
【０１０５】図６に示す型の光検波器の場合、ＧａＡｌ
Ａｓ閉じ込め層又はＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェ
ルから製造した閉じ込め層を含むＧａＡｓ変換器を使用
する。 第１の配置はエピタキシ反復を使用している。
まず層、例えば光検波器の層の第１のアセンブリをエピ
タキシャル成長させる。
Ａｓ閉じ込め層又はＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェ
ルから製造した閉じ込め層を含むＧａＡｓ変換器を使用
する。 第１の配置はエピタキシ反復を使用している。
まず層、例えば光検波器の層の第１のアセンブリをエピ
タキシャル成長させる。
【０１０６】次に、変換器が挿入されねばならない場所
で任意の食刻方法によって層を除去する。次に、この変
換器の層をエピタキシャル成長させる。
で任意の食刻方法によって層を除去する。次に、この変
換器の層をエピタキシャル成長させる。
【０１０７】接点の製造を可能とするために光検波器と
重なり合う層を除去し、またストリップを製造するため
にその後の技術段階が規定されている。
重なり合う層を除去し、またストリップを製造するため
にその後の技術段階が規定されている。
【０１０８】第２の配置は末端結合（ｃｏｕｐｌａｇｅ
ｅｎ ｂｏｕｔ）を使用している。 この第２の配置
は、図９Ａ（３つの部分を含む光受信器の縦断面図）及
び図９Ｂ（この光受信器の平面図）に示すものである。
ｅｎ ｂｏｕｔ）を使用している。 この第２の配置
は、図９Ａ（３つの部分を含む光受信器の縦断面図）及
び図９Ｂ（この光受信器の平面図）に示すものである。
【０１０９】この末端結合方法は、前述したエピタキシ
反復方法に類似しているが、光検波器と変換器とのレベ
ル差を補正し且つエピタキシャル反復を避けるように既
に食刻された基板から出発している。従って、結晶品質
をより良く保持している変換器の層から始めて、全ての
層を一度にエピタキシャル成長させる。
反復方法に類似しているが、光検波器と変換器とのレベ
ル差を補正し且つエピタキシャル反復を避けるように既
に食刻された基板から出発している。従って、結晶品質
をより良く保持している変換器の層から始めて、全ての
層を一度にエピタキシャル成長させる。
【０１１０】種々の部分の導波層は、図９Ａ及び図９Ｂ
に示すように対面している（“端部結合（ｂｕｔｔ ｃ
ｏｕｐｌｉｎｇ）”）。
に示すように対面している（“端部結合（ｂｕｔｔ ｃ
ｏｕｐｌｉｎｇ）”）。
【０１１１】次に、変換器の接点を設けることができる
ように変換器と重なり合う層を除去する。
ように変換器と重なり合う層を除去する。
【０１１２】図９Ａ及び図９Ｂに立ち戻って説明する。
変換器６８のレベルに突出部を有するように予め製造さ
れた半絶縁ＧａＡｓ基板６６を図９Ａに示す。この基板
上には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型閉じ込
め層７０と、ＧａＡｓ導波層７２と、ＧａＡｓ／ＡｌＡ
ｓ量子マルチウェル型閉じ込め層７４とが順次積み重ね
られている。
変換器６８のレベルに突出部を有するように予め製造さ
れた半絶縁ＧａＡｓ基板６６を図９Ａに示す。この基板
上には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型閉じ込
め層７０と、ＧａＡｓ導波層７２と、ＧａＡｓ／ＡｌＡ
ｓ量子マルチウェル型閉じ込め層７４とが順次積み重ね
られている。
【０１１３】変換器の両側に位置する各光検波器７６，
７８は、閉じ込め層７４上に２つのドーピングされたＡ
ｌＡｓｎ+閉じ込め層８０，８２を、これらの層の間に
は（図６の層５２と同様の）量子マルチウェル型層８４
を含んでいる。ＡｌＡｓ上でのオーム接触を容易にする
ためのドーピングされたＧａＡｓ接触層は図示していな
い。
７８は、閉じ込め層７４上に２つのドーピングされたＡ
ｌＡｓｎ+閉じ込め層８０，８２を、これらの層の間に
は（図６の層５２と同様の）量子マルチウェル型層８４
を含んでいる。ＡｌＡｓ上でのオーム接触を容易にする
ためのドーピングされたＧａＡｓ接触層は図示していな
い。
【０１１４】各光検波器の電極８６，８８並びに変換器
の９０で示す接点ｎ及び９２で示す接点ｐを図９Ｂに示
す。第３の配置は相互接続を使用している。ここでも全
ての層を一度にエピタキシャル成長させる。次に、変換
器と重なり合う層を除去して、各部品の場所を限定す
る。
の９０で示す接点ｎ及び９２で示す接点ｐを図９Ｂに示
す。第３の配置は相互接続を使用している。ここでも全
ての層を一度にエピタキシャル成長させる。次に、変換
器と重なり合う層を除去して、各部品の場所を限定す
る。
【０１１５】次の段階では、指数の低い材料（例えばシ
リカ）を蒸着させる。次に変換器と光検波器との光学相
互接続を実現する導波路を得るために、統合光学で開発
された技術（例えば“テーパ結合（ｔａｐｅｒｅｄ ｃ
ｏｕｐｌｉｎｇ）”）に従ってこの材料を腐食させる。
リカ）を蒸着させる。次に変換器と光検波器との光学相
互接続を実現する導波路を得るために、統合光学で開発
された技術（例えば“テーパ結合（ｔａｐｅｒｅｄ ｃ
ｏｕｐｌｉｎｇ）”）に従ってこの材料を腐食させる。
【０１１６】次に第２の方法（光検波器と偏光変換器と
の完全な集積化）を説明する。光検波器の構造に相当す
るがドーピングされていない層の積み重ねから出発し
て、その活性層が量子マルチウェル型層であるＴＥ−Ｔ
Ｍ変換器を製造することができる。光ビームは断続する
ことなく、部品の３つの部分内をこのように伝搬し得る
（図１０Ａ及び図１０Ｂ）。問題はエピタキシ後に光検
波部分をドーピングすることである。より良い方法は、
ＴＭモードが伝搬される領域内にイオン注入によってド
ーパント（Ｓｉ）を注入することである。
の完全な集積化）を説明する。光検波器の構造に相当す
るがドーピングされていない層の積み重ねから出発し
て、その活性層が量子マルチウェル型層であるＴＥ−Ｔ
Ｍ変換器を製造することができる。光ビームは断続する
ことなく、部品の３つの部分内をこのように伝搬し得る
（図１０Ａ及び図１０Ｂ）。問題はエピタキシ後に光検
波部分をドーピングすることである。より良い方法は、
ＴＭモードが伝搬される領域内にイオン注入によってド
ーパント（Ｓｉ）を注入することである。
【０１１７】ドーピングの量を約１０18ｃｍ-3以下にす
るように注意せねばならない。何故ならば、注入量が多
すぎると、量子マルチウェル型層内でガリウム及びアル
ミニウムの内部拡散が促進されて、この層が合金状態に
なるからである（更には、導波路の側方閉じ込めを実現
するためにメサによる導波の代わりにこの特性を任意に
利用することができる。但し屈折率の差を明らかにより
小さくする。利点は完全に導入されたプレーナ技術に到
達することである）。
るように注意せねばならない。何故ならば、注入量が多
すぎると、量子マルチウェル型層内でガリウム及びアル
ミニウムの内部拡散が促進されて、この層が合金状態に
なるからである（更には、導波路の側方閉じ込めを実現
するためにメサによる導波の代わりにこの特性を任意に
利用することができる。但し屈折率の差を明らかにより
小さくする。利点は完全に導入されたプレーナ技術に到
達することである）。
【０１１８】ＡｌＡｓを通じて量子マルチウェル型層の
均一なドーピングを行うために、上方閉じ込め層の厚さ
を小さくすることが好ましい。
均一なドーピングを行うために、上方閉じ込め層の厚さ
を小さくすることが好ましい。
【０１１９】（例えば約２００マイクロメータの）光検
波器の短い長さ及び上方接点の金属付着層の閉じ込め効
果を考慮してこの欠点を容認できねばならない。他方で
は、下方接点を設けることができるように、十分に大き
い表面上で十二分に導入作業を実施せねばならない。
波器の短い長さ及び上方接点の金属付着層の閉じ込め効
果を考慮してこの欠点を容認できねばならない。他方で
は、下方接点を設けることができるように、十分に大き
い表面上で十二分に導入作業を実施せねばならない。
【０１２０】図１０Ａ及び図１０Ｂに立ち戻る。半絶縁
ＧａＡｓ基板９４を図１０Ａに示す。この基板上にはＡ
ｌＡｓ閉じ込め層９６，９８があり、これらの層の間に
はＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型層１００があ
る。接触層はここでも図示していない。
ＧａＡｓ基板９４を図１０Ａに示す。この基板上にはＡ
ｌＡｓ閉じ込め層９６，９８があり、これらの層の間に
はＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型層１００があ
る。接触層はここでも図示していない。
【０１２１】層９６，９８，１００は、偏光変換器６８
のレベルではドーピングされていないが、光検波器７
６，７８のレベルではケイ素の注入によってドーピング
されている。注入によってドーピングされた領域を、図
１０Ａでは破線及び参照番号１０２，１０４で示してい
る。
のレベルではドーピングされていないが、光検波器７
６，７８のレベルではケイ素の注入によってドーピング
されている。注入によってドーピングされた領域を、図
１０Ａでは破線及び参照番号１０２，１０４で示してい
る。
【図１】コヒーレントリンク用の公知の受信システムの
概略図である。
概略図である。
【図２】本発明の光受信器に属し、且つ光検波器と同一
の基板上に集積化されている前増幅器に任意に結合され
ている導波路光検波器の概略図である。
の基板上に集積化されている前増幅器に任意に結合され
ている導波路光検波器の概略図である。
【図３】図２に示す型の２つの光検波器の交差型回路を
構成する本発明の光受信器の概略図である。
構成する本発明の光受信器の概略図である。
【図４Ａ】３つの部分を有し、偏光の多様な本発明のモ
ノリシック光受信器の概略図である。
ノリシック光受信器の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ａの光受信器の非平衡回路の概略図であ
る。
る。
【図４Ｃ】４つの光検波器を使用する平衡回路の概略図
である。
である。
【図５Ａ】ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子マルチウェル型構造
内の暗電流を概略的に示す図である。
内の暗電流を概略的に示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａのような構造内の光電流を概略的に示
す図である。
す図である。
【図６】本発明で使用可能な基本的な光検波器の構造の
概略図である。
概略図である。
【図７】単に熱イオン源の電流を想定しての、図６の光
検波器の電流−電圧特性を示す図である。
検波器の電流−電圧特性を示す図である。
【図８】この光検波器と前増幅器との電気回路図であ
る。
る。
【図９Ａ】２つの光検波器と、これら２つの光検波器の
間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含ん
でいる本発明の光受信器の概略図である。
間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含ん
でいる本発明の光受信器の概略図である。
【図９Ｂ】２つの光検波器と、これら２つの光検波器の
間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含ん
でいる本発明の光受信器の概略図である。
間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含ん
でいる本発明の光受信器の概略図である。
【図１０Ａ】２つの光検波器と、これら２つの光検波器
の間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含
んでいる本発明の光受信器の概略図である。
の間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含
んでいる本発明の光受信器の概略図である。
【図１０Ｂ】２つの光検波器と、これら２つの光検波器
の間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含
んでいる本発明の光受信器の概略図である。
の間にある電気制御式偏光変換器とを同一の基板上に含
んでいる本発明の光受信器の概略図である。
６ 光結合器 １０，２２，２８，３０，３４，３６，７６，７８ 光
検波器 １２，２６，４４，６６，９４ 基板 １６ 入射光 ２０，２９，３１，４０，４２ 前置増幅器 ３２，３８，６８，９０ 偏光変換器
検波器 １２，２６，４４，６６，９４ 基板 １６ 入射光 ２０，２９，３１，４０，４２ 前置増幅器 ３２，３８，６８，９０ 偏光変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−267709（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−72314（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−505363（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−507273（ＪＰ，Ａ) Ｃ．Ｅ．Ｚａｈ ｅｔ ａｌ．，１. ５ μｍ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ−Ｓ ｔｒａｉｎｅｄ Ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔ ｕｍ−Ｗｅｌｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，1991年 ５月 ９日，ｖｏｌ．27，ｎｏ．10，838− 839 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/10 - 31/119
Claims (11)
- 【請求項１】 第１の光検波器と第２の光検波器とから
なる対を少なくとも１つ含んでいる光受信器であって、
第１の光検波器が半導体基板上に形成され且つ半導体材
料の量子マルチウェル型多層ストリップを含み、該多層
ストリップが入射光を誘導するために備えられており、
第１の光検波器が光の横断方向磁気成分を吸収し得、該
光の電界が多層面に垂直な成分を有し、該光の横断方向
電気成分が第１の光検波器内にほとんど吸収されず、前記第２の光検波器が半導体材料の量子マルチウェル型
多層ストリップを含み、該多層ストリップは、前記入射
光の電界を前記第２の検波器の多層面に垂直とした状態
で、前記入射光の前記横断方向電気成分を誘導するよう
構成されている ことを特徴とする光受信器。 - 【請求項２】 第２の光検波器が、第１の光検波器の直
後に配置され且つ第２の光検波器の多層ストリップが第
１の光検波器のストリップの延長上にあり且つ構成する
多層の各面が垂直になるように配列されていることを特
徴とする請求項１に記載の光受信器。 - 【請求項３】 第１の光検波器と第２の光検波器とが、
光導波の連続性が第１の光検波器の多層ストリップと第
２の光検波器の多層ストリップとの間で確保され且つこ
れらの多層の各面が平行になるように同一の半導体基板
上に集積化され、光受信器が更に偏光変換器を含み、該
変換器が、この同一の基板上で、光導波の連続性を確保
させ且つ第１の光検波器と第２の光検波器との間に含ま
れるストリップ構造内に設けられ、またこの第１の光検
波器から出る光の横断方向電気偏光を、第２の光検波器
の多層の面に垂直な電界の成分を有する横断方向磁気偏
光に変換するために備えられており、偏光がこのように
変換される光が第２の光検波器内に注入され、そこで吸
収されることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。 - 【請求項４】 各光検波器がＧａＡｓ基板上に形成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。 - 【請求項５】 各量子マルチウェル型多層がＧａＡｓ／
ＡｌＡｓ型であり、且つ１から４への副帯域間遷移によ
って１．５５マイクロメータに等しい波長の放射線を吸
収するために備えられていることを特徴とする請求項４
に記載の光受信器。 - 【請求項６】 変換器が電気制御式であり、第１の光検
波器と変換器と第２の光検波器とが基板上のそれぞれ異
なる３つの領域内にエピタキシャル層から製造され、光
検波器の領域のエピタキシ化層が変換器の領域の層とは
異なっていることを特徴とする請求項３に記載の光受信
器。 - 【請求項７】 変換器が受動型であり、第１の光検波器
と変換器と第２の光検波器とが、基板上のそれぞれ３つ
の異なる領域内に、光検波器の領域では同一のエピタキ
シ化層から、変換器の領域では蒸着誘電層から製造され
ることを特徴とする請求項３に記載の光受信器。 - 【請求項８】 変換器が電気制御式であり、第１の光検
波器と変換器と第２の光検波器とが、基板上のそれぞれ
３つの異なる領域内に、３つの領域で同一のエピタキシ
化層から製造され、光検波器の領域が適切にドーピング
され、一方、変換器の領域がドーピングされないことを
特徴とする請求項３に記載の光受信器。 - 【請求項９】 基板上に集積化される各光検波器が、該
光検波器によって提供される信号を処理し且つ該光検波
器と同一の基板上に集積化される前置増幅器に結合され
ていることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。 - 【請求項１０】 それぞれが第１の光検波器と第２の光
検波器とを備え、且つ２つの平衡経路を有する回路内で
動作するように設けられた２つの対を含んでいることを
特徴とする請求項１に記載の光受信器。 - 【請求項１１】 光検波器が同一の基板上に集積化さ
れ、第１の光検波器が、該第１の光検波器によって提供
される信号を処理する差動入力型前増幅器に結合され、
第２の光検波器が、該第２の光検波器によって提供され
る信号を処理する差動入力型前増幅器に結合され、前増
幅器が光検波器と同一の基板上に集積化されていること
を特徴とする請求項１０に記載の光受信器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9203453A FR2688964B1 (fr) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | Photorecepteur en onde guidee a base de puits quantiques de materiaux semiconducteurs, notamment pour systeme de communication coherent en diversite de polarisation. |
| FR9203453 | 1992-03-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224461A JPH06224461A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3285651B2 true JP3285651B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=9427956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06417193A Expired - Fee Related JP3285651B2 (ja) | 1992-03-23 | 1993-03-23 | 特に偏光が多様なコヒーレント通信システムのための半導体材料の量子ウェルベースの導波路型光受信器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5397889A (ja) |
| EP (1) | EP0562925B1 (ja) |
| JP (1) | JP3285651B2 (ja) |
| DE (1) | DE69326180T2 (ja) |
| FR (1) | FR2688964B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| ES2100791B1 (es) * | 1994-02-03 | 1997-12-16 | Telefonica Nacional Espana Co | Dispositivo optoelectronico de fotodetectores en guiaonda con diversidad de polarizacion. |
| DE19720629A1 (de) * | 1997-05-16 | 1998-11-19 | Scherrer Inst Paul | Polarisationsempfindlicher Lichtwandler |
| JPH11202140A (ja) * | 1998-01-08 | 1999-07-30 | Fujitsu Ltd | 光送受信デバイス及びその製造方法 |
| US6555890B2 (en) * | 2000-05-23 | 2003-04-29 | Sensors Unlimited, Inc. | Method for combined fabrication of indium gallium arsenide/indium phosphide avalanche photodiodes and p-i-n photodiodes |
| US20070012948A1 (en) * | 2005-07-15 | 2007-01-18 | Dries J C | Combined APD / PIN InGaAs photodetector with microlens structure and method of manufacture |
| JP2008135479A (ja) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Konica Minolta Holdings Inc | 光電変換素子、光センサアレイ及び放射線画像検出器 |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4966431A (en) * | 1989-08-10 | 1990-10-30 | At&T Bell Laboratories | Integrated-optic endless polarization transformer |
| US5117469A (en) * | 1991-02-01 | 1992-05-26 | Bell Communications Research, Inc. | Polarization-dependent and polarization-diversified opto-electronic devices using a strained quantum well |
| US5125050A (en) * | 1991-05-03 | 1992-06-23 | Bell Communications Research, Inc. | Vertical metallically loaded polarization splitter and polarization-diversified optical receiver |
-
1992
- 1992-03-23 FR FR9203453A patent/FR2688964B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-03-19 EP EP93400708A patent/EP0562925B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-19 DE DE69326180T patent/DE69326180T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-22 US US08/034,263 patent/US5397889A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-23 JP JP06417193A patent/JP3285651B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｃ．Ｅ．Ｚａｈ ｅｔ ａｌ．，１．５ μｍ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ−Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９１年 ５月 ９日，ｖｏｌ．２７，ｎｏ．１０，８３８−８３９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0562925A1 (fr) | 1993-09-29 |
| DE69326180D1 (de) | 1999-10-07 |
| FR2688964B1 (fr) | 1995-03-03 |
| DE69326180T2 (de) | 2000-04-20 |
| FR2688964A1 (fr) | 1993-09-24 |
| EP0562925B1 (fr) | 1999-09-01 |
| US5397889A (en) | 1995-03-14 |
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