JPH05206501A - 受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力光が微弱でも精度よく電気信号として取
り出すことができる受光素子を提供することにある。 【構成】 セラミック基板１上には発光部２と光電変換
部３とが配置されている。発光部２は、発光ダイオード
構造をなし、ｐｎ接合部（ｎ層５とｐ層６との接合部）
からバイアス光Ｌ１が発射される。又、光電変換部３
は、ｐｉｎ型構造をなし、発光部２のバイアス光Ｌ１と
被検出光Ｌ２とを受光してその受光強度に応じた強度の
電気信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光を電気信号に変換
する受光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ｐｉｎ型受光素子は、図９に示す
ように、ｐ層２７，ｉ層２８，ｎ層２９が積層され、入
力信号光の有無によって、出力抵抗３０の両端電圧又は
出力抵抗３０を流れる光電流が変化して電気信号出力を
得ていた。その光電変換の際の出力特性を図１０に示
す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、入力信号光
が微弱の場合には、図１０の出力特性線の非直線領域を
使用することとなり、出力精度がよくなかった。

【０００４】そこで、この発明の目的は、入力光が微弱
でも精度よく電気信号として取り出すことができる受光
素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、電流もしく
は電圧の印加によって発光する発光部と、前記発光部の
バイアス光と被検出光とを受光してその受光強度に応じ
た強度の電気信号に変換する光電変換部とを備えた受光
素子をその要旨とするものである。

【０００６】

【作用】電流もしくは電圧の印加によって発光部から光
が出力され、このバイアス光と被検出光とが光電変換部
に受光されてその受光強度に応じた強度の電気信号に変
換される。つまり、光電変換部はバイアス光と被検出光
とを受光して電気信号に変換するので、図２に示すよう
に、バイアス光の強度Ｐ１に対し被検出光の強度Ｐ２を
加算した光（＝Ｐ１＋Ｐ２）が受光され、出力特性線の
直線領域を使用することが可能となる。

【０００７】

【実施例】（第１実施例）以下、この発明を具体化した
一実施例を図面に従って説明する。

【０００８】図１に示すように、セラミック基板１上の
左側には発光部２が配置されるとともに、セラミック基
板１上の右側には光電変換部３が配置されている。発光
部２は、電極４とｎ層５とｐ層６と電極７とからなり、
セラミック基板１上に電極４、ｎ層５、ｐ層６、電極７
を順に積層した発光ダイオード構造をなしている。又、
電極４と電極７との間には順バイアス用電源８と保護抵
抗９が直列に接続されている。そして、電極４，７間へ
の電力供給（電流もしくは電圧の印加）によりｐｎ接合
部（ｎ層５とｐ層６との接合部）から光（バイアス光）
Ｌ１が発射される。

【０００９】又、光電変換部３は電極１０とｎ層１１と
ｉ層１２とｐ層１３と電極１４とからなり、セラミック
基板１上に電極１０、ｎ層１１、ｉ層１２、ｐ層１３、
電極１４を順に積層したｐｉｎ型構造をなしている。ｐ
層１３の上面の一部に電極１４が配置され、その他の領
域が被検出光Ｌ１を受光する受光部となっている。又、
ｐｉｎ積層部の側面での発光部２との対向面が発光部２
からのバイアス光Ｌ１を受光する受光部となっている。
電極１０と電極１４との間には逆バイアス用電源１５と
出力抵抗１６が直列に接続されている。そして、光電変
換部３は逆バイアス用電源１５の電圧印加により入力光
（バイアス光Ｌ１、被検出光Ｌ２）による光電流を電圧
に変換して出力する。

【００１０】ここで、本実施例では発光部２はｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ，ｎ型ＡｌＧａＡｓよりなる発光ダイオードを
用いている。他にも、他の波長域の材料で構成しても光
電変換層の受光感度が存在する系であればよい。又、本
実施例では発光ダイオードを用いたが、半導体レーザダ
イオードであっても構わない。

【００１１】さらに、本実施例では、光電変換部３のｐ
層１３はｐ型ＡｌＧａＡｓを、ｎ層１１はｎ型ＡｌＧａ
Ａｓを、ｉ層１２はＡｌＧａＡｓ層を用いている。この
他にも、ｐ−ＧａＡｓ，ｎ−ＧａＡｓ，ｉ−ＡｌＧａＡ
ｓであっても、ｐ−ＩｎＰ，ｎ−ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ
Ｐであっても、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の
ｐ型，ｎ型，ｉ型層であってもよい。又、光電変換部３
は、ｐｉｎ型フォトダイオード構造を採用したが、ｐｎ
型，アバランシェ型，また光吸収層が超格子構造であっ
たり、アバランシェ増倍層が超格子構造であってもよ
い。

【００１２】次に、このように構成した受光素子の作用
を説明する。発光部２の電極４，７間への電力供給（電
流もしくは電圧の印加）によって発光部２が発光動作
し、出射光がバイアス光Ｌ１として光電変換部３に照射
される。そして、光ファイバ等により外部から光電変換
部３に被検出光（入力信号光）Ｌ２が入射される。する
と、光電変換部３は発光部２からのバイアス光Ｌ１が照
射された状態にあるので、光電変換部３に入射する全受
光強度がバイアス光Ｌ１の強度Ｐ１と被検出光（入力信
号光）Ｌ２の強度Ｐ２の和（＝Ｐ１＋Ｐ２）となる。

【００１３】図２には、光電変換部３での出力特性線Ｌ
を示す。この特性として受光強度が小さいときには非直
線性を有し、受光強度が大きいと直線性を有する。そし
て、微弱な被検出光（入力信号光）Ｌ２のみを光電変換
部３で光電変換したのでは、その強度がＰ２となり非直
線領域を使用することとなるが、被検出光（入力信号
光）Ｌ２と共にバイアス光Ｌ１を光電変換部３で光電変
換することにより、総受光強度がＰ１＋Ｐ２となる。そ
の結果、直線領域を使用することができ高い検出精度を
確保することができることとなる。

【００１４】このように本実施例の受光素子では、電流
もしくは電圧の印加によって発光する発光部２と、発光
部２のバイアス光Ｌ１と被検出光Ｌ２とを受光してその
受光強度に応じた強度の電気信号に変換する光電変換部
３とを備えた。よって、光電変換部３はバイアス光Ｌ１
と被検出光Ｌ２とを受光して電気信号に変換するので、
図２に示すように、微弱な被検出光（入力信号光）Ｌ２
を直線領域を用いて変換することが可能となり高い精度
を確保できる。

【００１５】尚、本実施例の応用としては、図１に破線
に示すように、発光部２の電源ラインにスイッチＳＷを
挿入し、必要なときにのみスイッチＳＷを入れ（閉路し
て）発光動作を行わせてもよい。又、このスイッチＳＷ
を光検出が必要なときのみ閉路させるようにするととも
に、光電変換部３の信号処理回路においてバイアス光Ｌ
１が受光された状態での電気信号（図２で出力電圧Ｖ１
以上の信号）のみ有効化するようにしてもよい。 （第２実施例）次に、第２実施例を第１実施との相違点
を中心に説明する。

【００１６】図３に示すように、半導体基板１７上にエ
ピタキシャル成長にてエピタキシャル層１８が形成さ
れ、このエピタキシャル層１８に前記発光部２と光電変
換部３が形成されている。より詳細には、ｎ型半導体基
板１７の所定領域にｎ⁺ 領域１９を形成し、そのｎ⁺ 領
域１９の上に発光部２を形成するとともにｎ⁺ 領域１９
の上に電極２０を形成する。一方、ｎ型半導体基板１７
の上に光電変換部３を形成する。又、半導体基板１７の
裏面に電極２１を形成する。そして、発光部２において
電極２０と電極７との間に電源８が接続されるととも
に、光電変換部３において電極１４と裏面電極２１との
間に電源１５が接続されている。

【００１７】尚、本実施例の発光部２においてはｐ層６
とｎ層５との間に活性層２２が配置されている。このよ
うに本実施例によれば、フォトリソグラフィ技術によっ
て発光部２２でのバイアス光Ｌ１の発光面（端面）と光
電変換部３でのバイアス光Ｌ１の受光面（端面）を、相
対的に精度良く配置することができる。 （第３実施例）次に、第３実施例を第２実施との相違点
を中心に説明する。

【００１８】図４に示すように、発光部２の活性層２２
と光電変換部３との間に光導波路層２３が形成されてい
る。つまり、ｎ型半導体基板１７上における発光部２と
光電変換部３との間の領域にｎ層２４を配置し、その上
に光導波路層２３が形成されている。この光導波路層２
３の厚みは発光部２の活性層２２より厚く、かつ、光電
変換部３のｉ層１２の厚みと等しくなっている。そし
て、発光部２の活性層２２からのバイアス光Ｌ１が光導
波路層２３を通り光電変換部３のｉ層１２に伝播され
る。

【００１９】このように、第２実施例ではバイアス光Ｌ
１が空間を伝播するが、本実施例ではバイアス光Ｌ１が
光導波路層２３を伝播する構造とした。よって、受光素
子全体を保護層にて覆ってもバイアス光Ｌ１が光電変換
部３に伝播するのを妨げることがない。 （第４実施例）次に、第４実施例を第２実施との相違点
を中心に説明する。

【００２０】図５には受光素子の平面を示すとともに、
図６に図５のＡ−Ａ断面を示す。基板１７上の中心部に
は１つの光電変換部３が配置されるとともに、その回り
に４つの発光部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが配置されてい
る。そして、光電変換部３への被検出光（入力信号光）
Ｌ２を検出する際に、４つの発光部２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄのうちいずれか１ヶの発光部からバイアス光Ｌ１が
光電変換部３に入射された時に、光電変換部３の信号処
理回路においてその信号を有効化するようになってい
る。つまり、光電変換部３の出力電圧が、１ヶの発光部
からバイアス光Ｌ１を受光した際の所定範囲内にあれば
その信号を有効化する。

【００２１】尚、図５，６において、ハッチング部２５
は電極を示す。 （第５実施例）次に、第５実施例を第２実施との相違点
を中心に説明する。

【００２２】図７には受光素子の平面を示すとともに、
図８に図７のＢ−Ｂ断面を示す。基板１７上の中心部に
は１つの発光部２が配置されるとともに、その回りに４
つの光電変換部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが配置されてい
る。そして、１ケの発光部２からのバイアス光Ｌ１が４
つの光電変換部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに照射される。

【００２３】このようにすることにより、発光部２の簡
素化、及びバイアス光Ｌ１の有効利用を図ることができ
る。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
入力光が微弱でも精度よく電気信号として取り出すこと
ができる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の受光素子を示す図である。

【図２】出力特性を示す図である。

【図３】第２実施例の受光素子を示す図である。

【図４】第３実施例の受光素子を示す図である。

【図５】第４実施例の受光素子の平面を示す図である。

【図６】図５のＡ−Ａ断面を示す図である。

【図７】第５実施例の受光素子の平面を示す図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ断面を示す図である。

【図９】従来の受光素子を示す図である。

【図１０】出力特性を示す図である。

【符号の説明】 ２ 発光部 ３ 光電変換部 Ｌ１ バイアス光 Ｌ２ 被検出光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流もしくは電圧の印加によって発光す
   る発光部と、 前記発光部のバイアス光と被検出光とを受光してその受
   光強度に応じた強度の電気信号に変換する光電変換部と
   を備えたことを特徴とする受光素子。