JPH02237176A - 光検出器 - Google Patents

光検出器

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JPH02237176A
JPH02237176A JP1056142A JP5614289A JPH02237176A JP H02237176 A JPH02237176 A JP H02237176A JP 1056142 A JP1056142 A JP 1056142A JP 5614289 A JP5614289 A JP 5614289A JP H02237176 A JPH02237176 A JP H02237176A
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Hajime Sakata
肇 坂田
Hideaki Nojiri
英章 野尻
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は波長多重光伝送システムにおいて、入射された
光の中の特定の波長の信号光を選択的検出する光検出器
に関する。
[従来の技術1 従来この種の光検出器は、入射光を分渡して信号光を取
出し、これをフォトダイ才一ド等の光電変換器を用いて
受信していた. 第7図は従来の光検出器の構成を示す図である。
基板7l上に構成されたリッジ型の導波路73にはそれ
ぞれ異なる波長の信号光を反射させる回折格子74.〜
74,が形成されている.光ファイバ77より入射され
る多重化された信号光は、その波長がブラッグ条件を満
足する回折格子によって反射される。各反射位置には、
同様に形成された回折格子76,〜763をそれぞれ具
備するフオトダイ才一ド等の光検出部75,〜75,が
形成されており、各信号光の検出が行なわれる。
また、入射光を分波するものとして回折格子の代わりに
干渉フィルタを配置し、特定波長の光のみを透過、もし
くは反射させるものもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の光検出器においては、分波な行なうため
に長い光路な必要とし、その領域も広い面積を要するた
め、光検出器が大きいものとなってしまうという欠点が
ある。また、長い光路によって生じる光吸収損失や種々
の部品を挿入することによって生じる反射散乱損失も大
きなものとなってしまうという欠点があり、波長分解能
も低く、高密度集積化も成されていなかった。
本発明は、高集積化され、損失が少なく、高分解能な光
検出器を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段1 本発明の光検出器は、 波長多重化された入力光のうち、特定波長の信号光のみ
を選択的に検出する光検出器であって、信号光が入射さ
れる導波層と、 光が入射されたときに、その強度に応じたキャリヤを生
じる光吸収層と、 波長多重化された信号光の中から特定波長の侶号光を分
離するための回折格子とを具備し、導波層および光吸収
層は各々を中心とする導波モードが異なるように形成さ
れ、 回折格子は、導波層および吸収層を中心とする各導波モ
ードが重なり合う領域に形成されている。
[作用1 導波層と光吸収層との間に導波モード変換を行なわせる
回折格子が設けられているので、導波層に入射された光
のうち、特定波長のものは光吸収層にその導波モードが
うつり、伝搬しつつ吸収される。このため、該特定波長
の光強度のみが検出される. [実施例] 第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す図である。
本実施例はN”−GaAsである基板104上に、厚さ
0.5,unのN−GaAsであるバツファ層l05、
厚さ1.5umのN−Alo. sGao. sAsで
あるクラツド層106、厚さ30人のN−GaASと厚
さ70人のAlo. 5Ga6. sAsとが交互に積
屡された厚さ0.2μmの多重量子井戸(MQW)であ
る導波層101、厚さ0.7μmのN−Alo. sG
ao. sAsであるクラッドffil03,厚さ0.
4μIIIのi−GaAsである光吸収層102を分子
線エビタキシャル(MBE)法を用いて順に成長させた
ものである。
次に、フォトし7ジストを用いたフォトリソグラフィー
法によりレジストマスクを作成し、光吸収i 102の
上面にアンモニアと過酸化水素を用いてエッチングを行
ない、深さ0.2μmであり、ピッチ5.5μ.mのコ
ルゲーションからなる回折格子107を100μmの長
さにわたって形成させた。
次に、液相エビタキシャル(LPE)法を用い゛CP−
Alo. sGao. sAsであるクラツド層108
を再成長させ、さらにP”−GaAsであるキャップ層
109を成長させた。最後に基板104の裏面にAu−
GeであるコンタクトN(不図示)とAuである電極1
10を成膜させ、キャップ層109の上面にはC「であ
るコンタクト層(不図示)とAuである電極111を成
膜させた.このようにしてP−i−n型フオトダイオー
ドである光検出器を作製した。
本実施例の光検出器は上述の様に構成されることにより
、層方向に積層された導波N101と光吸収層102と
が方向性結合器を形成するものである.導波[101と
光吸収層102とは組成が異なるものとされ、層厚も異
なるものとされているので、各々を導波する光の伝搬定
数も異なるものとなる。光吸収層102の上面に形成さ
れる回折格子107は、その格子ピッチにより方向性結
合が行なわれる光を選択する。
第2図は本実施例の光検出器で成立する偶モード31お
よび奇モード32の光電界強度分布を示す図である。横
軸は、光吸収l 102を基準とした距雌を示し、縦軸
は光強度を示す。
次に、本実施例の動作について説明する。
本実施例の電極110, 111間に逆バイアスを印加
した状態とし、波長0,Olμmきざみの波長0.81
μmから0,87μmの複数のレーザ光よりなる信号光
+12を端面結合を用いて導波層101へ入射した。入
力結合された信号光112は、第2図に示すような本光
検出器内で成立する偶、奇モード31.32のうち、導
波層101に中心強度を有する奇モード32となり、伝
搬していく。この奇モード32の光電界強度分布32は
、図示するように光吸収J’lJ 102にほとんどお
よんでいないため、吸収による伝搬損失は極めて少ない
. 光吸収層102に中心強度を有する偶モード31と奇モ
ード32は伝搬定数が異なるため、この二つのモードは
ほとんど結合しない.しかし回折格子の存在する領域に
おいて奇モード伝搬定数β0と偶モード伝搬定数βeの
間に以下の関係が成立すれば結合が生じる。
?π βe(λ)一β0(λ)=■  ・・・・■Δ ここで、λは光波長であり、Δは回折格子のピッチであ
る.以上のように特定の波長で■式の関係が満足されれ
ば、奇モード32の光は偶モード3lに変換され、光吸
収層102に中心強度が移行する.本実施例の場合、前
述したように格子ビツチΔは5.5μmとされ、0.8
3μmの波長が検出される。
光吸収i 102に移行した導波光は吸収され、電子と
正孔を生じ、光電流として外部に検出される。
第3図は検出される光の波長分布を示す図である。
半値全幅160人の鋭い波長選択が行なわれている様子
が把める。
なお、本実施例では回折格子を用いた方向性結合器とし
ての完全結合長(結合効率が最大となる結合領域の長さ
)262μmに達しない100μmの長さで回折格子の
領域を設定したが、これは光検出器の応答性を考慮した
上でのことであり、受光面積の増大による応答性の劣化
が許せるなら、完全結合長に回折格子領域の長さを近づ
ければ光の吸収効率はさらに増大する. また、本実施例による素子を回折格子のピッチを変えて
複数個、縦続接続すれば複数の波長を有する信号光を同
時検出可能な集積型光検出器が作成することができる. 第4図は本発明の第2の実施例の構成を示す図である。
本実施例は横型に形成されたP−i−n構造により光検
出を行なうものである。
本実施例の構造は、半絶縁性GaAsである基板401
上に、厚さ0.5gmのi−GaAsであるバッファ層
402、厚さ1.5μmのi−Alo. sGao. 
sAsであるクラッド9403 ,厚さ50人のi−G
aAs層およびAlo. sGao. sAsが交互に
積暦されたMQWである厚さ0.2umの導波Ji40
4 、厚さ0.75umのi−Alo. sGao. 
sAsであるクラッド層405、厚さ0.’3μmのi
−GaAsである光吸収N406を順に成膜させ、次に
、第1図に示した第1の実施例と同様の工程により、光
吸収層40Gの上面に深さ0,05μmでコルゲーショ
ン状の回折格子407を作成した。コルゲーションのピ
ッチは4。6μm、領域の長さは200μmとした。こ
の後、厚さ 1.5μmのi−Alo. sGao. 
sAsであるクラッドN408を成長させ、さらにSi
aLである保護N409を成膜させた. 次に、保護層409の上面に幅2μmの間隔をおいてZ
nとStとを両側に熱拡散させ、p型領域410、n型
領域413を形成させた。この後、p型領域410の上
部にp′″−GaAsであるキャップ層411、Cr/
Auである電極412を作成し、n型領域413の上部
にはn”−GaAsであるキャップ層414 、Au−
Ge/Auである電極415を作成した。
横型P−i−n構造に対して逆バイアスを印加した状態
で第1の実施例と同様、入力光に対する検出強度の波長
特性を観察した。その結果、第5図に示すように第1の
実施例と同様に良好な波長選択性が得られた.半値全幅
は約33人であった。
本実施例の構造は半絶縁性基板を用いているため、他の
素子との電気的分離が容易で、複数個の光検出器を集積
する場合や、検出用アンプ、発光素子あるいは制御用ド
ライバとの集積化においても有利である。
第6図は本発明の第3の実施例の構成を示す図である. 本実施例は、波長分波検出機能に加えてFET構造によ
る増幅機能を付加したものである。
まず、構造について説明する。
本実施例は、第2の実施例と同様に半絶縁性GaAsで
ある基板601上に、厚さ0.5μmのi−GaAsで
あるバッファ層602、厚さ1.5μmのi−Alo.
 sGao, aAsであるクラッド層603、第2の
実施例の導波層404と同様に構成された厚さ0.2μ
mの導波N604 、厚さ0.6μmのi−Alo. 
sGao. sAsであるクラッドN605をMBE法
を用いて順次形成させ、この上面に第1および第2の実
施例と同様にコルゲーション状の回折格子607を形成
し、続いて、厚さ 0.4μmのn−GaAs (ドー
ビシグ濃度〜IX 10”cm−3)である光吸収N6
06を再成長させた後に、スパッタリングにより厚さ 
0.3μmのS!3N4である絶縁膜609を成膜させ
た。
次に、図示するように光吸収H606上にソース電極6
10、ゲート電極61l、ドレイン電極612を作成し
、FET構造とした。ソース電極610およびドレイン
電極612はAu−Geを下敷き層とずるAu電極とさ
れ、ゲート電極611はAIにより形成されている。
本実施例の動作は前実施例と同様であり、導波H604
に入射した光が、回折格子領域でモード変換され、光吸
収層606で吸収される。吸収された結果生じたキャリ
アは増幅され、ドレイン電流として検出される。
本実施例では波長検出機能に加えてFET構造による増
幅機能が付加されるため、検出感度に優れた光検出器が
得られる。
なお、以上の各実施例はすべてGaAs系材料から構成
されていたが、無論、検出波長に合わせてInGaAs
など他の■一V族化合物半導体や、Si. Geなとの
半導体や、CdTeなとII−VI族化合物半導体など
から構成することも無論可能である。
また、回折格子の形成される層は、光吸収層、導波層を
中心に成立する導波モード(偶モード31および奇モー
ド32)が重なり合う領域ならばいずれでも良い。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、波長選択機能を光
検出器に兼備させることが可能で、かつ、波長分解能に
優れ、集積化に適した光検出器を実現することができる
効果がある。また、本発明による素子は波長多重通信シ
ステムに適用する光検出器として好適であり、他の機能
素子との集積化も容易なため将来の光IC、○EIC 
(光電子IC)にも好適である。また、現在および今後
の光情報伝送システム、光通信システム、光LAN、光
コンピューティングなどに広く応用することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す図、第2図
は第1の実施例の光電界強度分布を示す図、第3図は第
1の実施例にて検出される光の波長分布を示す図、第4
図は本発明の第2の実施例の構成を示す図、第5図は第
2の実施例にて検出される光の波長分布を示す図、第6
図は本発明の第3の実施例の構成を示す図、第7図は従
来例の構成を示す図である。 101, 404, 604・・・導波層、102, 
406, 606・・・光吸収層、1.03, 106
, 108, 403, 405, 408, 603
, 605・・・クラッド層、 04, 401, 601・・・基板、05, 402
, 602・・・バッファ層、07, 407, 60
7・・・回折格子、09, 411, 414・・・キ
ャップ層、10, 111, 412, 415・・・
電極、l2・・・信号光、    409 410・・・p型領域、   413 609・・・絶縁膜、    610 611・・・ゲート電極、  612 ・・・保護層、 ・・・n型領域、 ・・・ソース電極、 ・・・ドレイン電極.

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、波長多重化された入力光のうち、特定波長の信号光
    のみを選択的に検出する光検出器であって、 前記信号光が入射される導波層と、 光が入射されたときに、その強度に応じたキャリヤを生
    じる光吸収層と、 前記波長多重化された信号光の中から前記特定波長の信
    号光を分離するための回折格子とを具備し、 前記導波層および前記光吸収層は各々を中心とする導波
    モードが異なるように形成され、 前記回折格子は、前記導波層および前記吸収層を中心と
    する各導波モードが重なり合う領域に形成されている光
    検出器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112201707A (zh) * 2020-09-21 2021-01-08 三明学院 一种光栅结构的硅基全硅表面吸收探测器及其制备方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH024209A (ja) * 1988-06-21 1990-01-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 導波路と受光素子

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