JP7212254B2 - 光検出器 - Google Patents
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Description
しかしながらこの手法ではヒータ自体も大きさを持つため、デバイスそのものが面積増加する。この問題を解決するために、図7のように、GePDの直上のオーバークラッド中に、金属または金属化合物で作製され、ヒータとして機能する抵抗体130を入れる、または図8のようにGePDのコア層110にインプラをし、線状の導電性領域として形成された抵抗体131とすることでヒータとして用いる手法が有る(特許文献3参照)。この手法を用いれば、GePDの面積を増大させることは無い。
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たシリコンコア層と、
上部クラッド層と、
を備え、複数のゲルマニウム受光器を有する光検出器であって、
前記複数のゲルマニウム受光器は、それぞれ、前記シリコンコア層に形成された第一の導電型不純物がドーピングされたシリコン領域と、前記シリコン領域上に形成され第二の導電型不純物がドーピングされたゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、前記シリコン領域に対して入力光を伝達するために、前記シリコンコア層の前記シリコン領域に対応する位置に接続されたシリコン導波路層と、前記シリコン領域および前記ゲルマニウム領域にそれぞれ接続された電極とにより構成され、かつ、2つ以上が隣接して前記シリコン基板の上に配置されており、
前記複数のゲルマニウム受光器を構成する前記シリコン領域、前記ゲルマニウム層、前記シリコン導波路層、および前記電極は、前記複数のゲルマニウム受光器間で互いに独立して設けられており、
前記上部クラッド層は、前記シリコンコア層および2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層の上に形成されているものであり、
2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層を覆うように、前記上部クラッド層に埋め込まれた、金属または金属化合物で形成された抵抗体を備え、
前記抵抗体は、一体の抵抗体で形成されていて、全てのゲルマニウム受光器のゲルマニウム層を覆うように配置されている
ことを特徴とする光検出器。
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たシリコンコア層と、
上部クラッド層と、
を備え、複数のゲルマニウム受光器を有する光検出器であって、
前記複数のゲルマニウム受光器は、それぞれ、前記シリコンコア層に形成された第一の導電型不純物がドーピングされたシリコン領域と、前記シリコン領域上に形成され第二の導電型不純物がドーピングされたゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、前記シリコン領域に対して入力光を伝達するために、前記シリコンコア層の前記シリコン領域に対応する位置に接続されたシリコン導波路層と、前記シリコン領域および前記ゲルマニウム領域にそれぞれ接続された電極とにより構成され、かつ、2つ以上が隣接して前記シリコン基板の上に配置されており、
前記複数のゲルマニウム受光器を構成する前記シリコン領域、前記ゲルマニウム層、前記シリコン導波路層、および前記電極は、前記複数のゲルマニウム受光器間で互いに独立して設けられており、
前記上部クラッド層は、前記シリコンコア層および2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層の上に形成されているものであり、
2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層のそれぞれを囲うように、前記シリコンコア層に不純物イオンをドーピングする事で形成された抵抗体を備え、
前記抵抗体は、一体の抵抗体で形成されていて、全てのゲルマニウム受光器のゲルマニウム層を囲うように配置されている
ことを特徴とする光検出器。
構成1または2に記載の光検出器であって、
前記ゲルマニウム受光器の入力光導波路は折り曲げ部を有し、2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器のそれぞれの光軸が、同一の直線上を通るように配置される、
ことを特徴とする光検出器。
構成3に記載の光検出器であって、
対となる光出力を検出する2つの前記ゲルマニウム受光器を背中合わせに配置し、前記入力光導波路の前記折り曲げ部を互いに反対側に設けて隣接させる、
ことを特徴とする光検出器。
図11は、本発明の実施例1の光検出器の構成を示す基板平面図である。3つのGePD100A~100Cに、共通の長方形の金属または金属化合物で形成された一体のヒータ(抵抗体)1130を一つ配置した例である。GePDは3つに限らず、いくつ並んでいても良い。図11では、GePDの光入力軸方向(図の上下方向)に対して、一体の長方形のヒータ1130の長手方向は左右となるように配置されて、すべてのGePD100A~100Cのゲルマニウム層を覆っている。ヒータの給電部は図示していないが、例えば長方形の抵抗体のいずれかの対向する2辺に、電気抵抗の少ない金属電極などを設置して給電し、抵抗体内部の電流密度に偏りがでないようにすればよい。
図13は、本発明の実施例2の光検出器の構成を示す基板平面図である。3つのGePD100A~100Cに、GePDの共通のコア層110にインプラをして作った線状のヒータ1131を、各GePDのゲルマニウム層を囲うように配置した例である。ヒータ1131は1本の線状の抵抗体として作られており、一端(例えば左上端)と他端(例えば右上端)の間において給電される。GePDは3つに限らず、いくつ並んでも良い。図13に示すように、ヒータ1131は、3つのゲルマニウム層114A~114Cを囲うように、櫛歯状に折り曲げて配置されている。ヒータ1131を蛇行形状にして、例えばGePD100Bの入力導波路側を横断する形状としてもよいが、GePD100Bの入力信号光に影響が出ないように配慮する必要がある。
図15は、本発明の実施例3の光検出器の構成を示す基板平面図である。本実施例3は、実施例1(図11)の長方形の1つのヒータ1130を、GePDの数に応じてヒータ1130A,1130B、1130Cの3つに分割した例である。3つのヒータは同サイズで、同一プロセスで作られ、近傍に配置され一直線上に並び、なおかつ電源を共有するため、抵抗値のバラつきが起きにくい。ヒータ間は低抵抗の金属電極160で結び給電するため、実施例1より効率的に各GePDのゲルマニウム層に熱を与える事が可能となる。
図16は、本発明の実施例4の光検出器の構成を示す基板平面図である。本実施例4は、実施例2(図13)の一本の線状のヒータ1131を、GePDの数だけの本数の線状のヒータ1131A,1131B、1131Cに分割した例である。分割された各ヒータは同サイズ同形状で、同一プロセスで作られ、近傍に隣接配置され一直線上に並び、なおかつ電源を共有するため、実施例2と同じく、抵抗値のバラつきが起きにくい。分割された線状の各ヒータの一端には、低抵抗の金属電極160を接続して給電し、他端を接地するため、実施例2より効率的に各GePDのゲルマニウム層に熱を与える事が可能となる。
図17は、本発明の実施例5の光検出器の基板平面図である。実施例1~4では、各GePDの光軸は、各入力光導波路の延長上に互いに平行となるように配置されていたが、実施例5では、3つのGePD100A~100Cの光軸は、同一の直線上を通るように配置されており、直線状の1本のヒータ1130が、光軸の上に配置されている。この配置とするため、各GePD100A~100Cの入力光導波路は、折り曲げ部を有しており、各GePDは光検出器全体としての光入力方向に対して垂直な一直線上に配置されている。
図18は、本発明の実施例6の光受信機の構成を示す図である。実施例6の光受信機は、実施例1(図11)の光検出器のGePD群100A~100Cを、光デジタルコヒーレント通信技術の受信機に適用し、光検出器のGePD群100A~100Hとした例である。共通の一体のヒータ1130からの熱量を効率的に各GePDのゲルマニウム層114A~114Hに与えるため、各GePDは隣接して配置されている。光ハイブリッド940,941から各GePD100A~100Hに繋がる光経路は、光学的に同位相距離でなければならない。本実施例6の配置においても、実施例3(図15)の様に各ヒータを分割しても良い。
図19は、本発明の実施例7の光受信機の構成を示す図である。実施例7の光受信機は、実施例2(図13)の光検出器のGePD群100A~100Cを、光デジタルコヒーレント通信技術の受信機に適用し、光検出器のGePD群100A~100Hとした例である。1本のヒータ1131からの熱量を効率的に各GePDのゲルマニウム層114A~114Hに与えるため、各GePDは隣接して配置されている。光ハイブリッド940,941からGePD100A~100Hに繋がる光経路は、光学的に同位相距離でなければならない。本実施例7の配置においても、実施例4(図16)の様に各ヒータを分割しても良い。
図20は、本発明の実施例8の光受信機の構成を示す図である。実施例8の光受信機は、実施例5(図17)のGePD群100A~100Cの配置を、光デジタルコヒーレント通信技術の受信機に適用し、光検出器のGePD群100A~100Hとした例である。ヒータ1130からの熱量を効率的に各GePD100のゲルマニウム層114に与えるため、各GePDの光軸は一直線上に配置されているが、光入力の導波路が有るため、完全に隣接させることはできない。
図21は、本発明の実施例9の光受信機の構成を示す図である。実施例9の光受信機は、実施例1(図11)のGePD群100A~100Cを、光デジタルコヒーレント通信技術の受信機の光検出器の2つのGePD群1001、1002に適用した例である。2つのGePD群1001(GePD100A~100D)、1002(GePD100E~100H)のヒータ1301,1302からの熱量を、効率的に各GePDのゲルマニウム層に与えるため、各GePDは隣接して配置されている。
図22は、本発明の実施例10の光受信機の構成を示す図である。実施例10の光受信機は、実施例1(図11)のGePD群100A~100Cを、光波長多重通信技術の受信機の光検出器のGePD群100A~100Hに適用した例である。波長分波器150に入力された波長多重光は、波長毎に分波されて各GePD100A~100Hにおいて光電気変換される。ヒータ1130からの熱量を効率的に各GePDのゲルマニウム層に与えるため、各GePDは隣接して配置されている。本実施例10では、波長分波器150の出力に8chの光検出器が接続されているが、この数は2つ以上であればいくつであっても良い。実施例2,3,4のGePD群の構成でも、同様に適用が可能となる。
1001、1002 GePD群
101 シリコン(Si)基板
102 下部クラッド層
103 上部クラッド層
110 (シリコン)コア層
111、111A~111C p型Siスラブ
112、112A~112C、113、113A~113C p++Si電極部
114、114A~114C ゲルマニウム(Ge)層
115、115A~115C n型ゲルマニウム(Ge)領域
116、116~116C、117、117A~117C、118、118A~118C 電極
121 p型ゲルマニウム領域
122 n型ゲルマニウム領域
124p p型シリコン領域
124n n型シリコン領域
125 シリコン電極部
1101 導波路層
1102 シリコンスラブ
130、130A~130C、131、1130、1130A~1130C、1131、1131A~1131C、1301、1302 抵抗体(ヒータ)
160 金属電極
300,301 電源電圧
900 局発光源
901 偏波分離器
940,941 光ハイブリッド
Claims (4)
- 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たシリコンコア層と、
上部クラッド層と、
を備え、複数のゲルマニウム受光器を有する光検出器であって、
前記複数のゲルマニウム受光器は、それぞれ、前記シリコンコア層に形成された第一の導電型不純物がドーピングされたシリコン領域と、前記シリコン領域上に形成され第二の導電型不純物がドーピングされたゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、前記シリコン領域に対して入力光を伝達するために、前記シリコンコア層の前記シリコン領域に対応する位置に接続されたシリコン導波路層と、前記シリコン領域および前記ゲルマニウム領域にそれぞれ接続された電極とにより構成され、かつ、2つ以上が隣接して前記シリコン基板の上に配置されており、
前記複数のゲルマニウム受光器を構成する前記シリコン領域、前記ゲルマニウム層、前記シリコン導波路層、および前記電極は、前記複数のゲルマニウム受光器間で互いに独立して設けられており、
前記上部クラッド層は、前記シリコンコア層および2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層の上に形成されているものであり、
2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層を覆うように、前記上部クラッド層に埋め込まれた、金属または金属化合物で形成された抵抗体を備え、
前記抵抗体は、一体の抵抗体で形成されていて、全てのゲルマニウム受光器のゲルマニウム層を覆うように配置されている
ことを特徴とする光検出器。 - 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たシリコンコア層と、
上部クラッド層と、
を備え、複数のゲルマニウム受光器を有する光検出器であって、
前記複数のゲルマニウム受光器は、それぞれ、前記シリコンコア層に形成された第一の導電型不純物がドーピングされたシリコン領域と、前記シリコン領域上に形成され第二の導電型不純物がドーピングされたゲルマニウム領域を含むゲルマニウム層と、前記シリコン領域に対して入力光を伝達するために、前記シリコンコア層の前記シリコン領域に対応する位置に接続されたシリコン導波路層と、前記シリコン領域および前記ゲルマニウム領域にそれぞれ接続された電極とにより構成され、かつ、2つ以上が隣接して前記シリコン基板の上に配置されており、
前記複数のゲルマニウム受光器を構成する前記シリコン領域、前記ゲルマニウム層、前記シリコン導波路層、および前記電極は、前記複数のゲルマニウム受光器間で互いに独立して設けられており、
前記上部クラッド層は、前記シリコンコア層および2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層の上に形成されているものであり、
2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器の各ゲルマニウム層のそれぞれを囲うように、前記シリコンコア層に不純物イオンをドーピングする事で形成された抵抗体を備え、
前記抵抗体は、一体の抵抗体で形成されていて、全てのゲルマニウム受光器のゲルマニウム層を囲うように配置されている
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項1または2に記載の光検出器であって、
前記ゲルマニウム受光器の入力光導波路は折り曲げ部を有し、2つ以上が隣接して配置された前記ゲルマニウム受光器のそれぞれの光軸が、同一の直線上を通るように配置される、
ことを特徴とする光検出器。 - 請求項3に記載の光検出器であって、
対となる光出力を検出する2つの前記ゲルマニウム受光器を背中合わせに配置し、前記入力光導波路の前記折り曲げ部を互いに反対側に設けて隣接させる、
ことを特徴とする光検出器。
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