WO2015146108A1 - 受光素子、光モジュール及び光受信器 - Google Patents

受光素子、光モジュール及び光受信器 Download PDF

Info

Publication number
WO2015146108A1
WO2015146108A1 PCT/JP2015/001581 JP2015001581W WO2015146108A1 WO 2015146108 A1 WO2015146108 A1 WO 2015146108A1 JP 2015001581 W JP2015001581 W JP 2015001581W WO 2015146108 A1 WO2015146108 A1 WO 2015146108A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
receiving element
absorption layer
intensity
signal
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/001581
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和宏 芝
Original Assignee
日本電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気株式会社 filed Critical 日本電気株式会社
Priority to CN201580016383.4A priority Critical patent/CN106165109A/zh
Priority to JP2016510012A priority patent/JPWO2015146108A1/ja
Priority to US15/128,690 priority patent/US20170108656A1/en
Publication of WO2015146108A1 publication Critical patent/WO2015146108A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4295—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with semiconductor devices activated by light through the light guide, e.g. thyristors, phototransistors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4207—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
    • G02B6/4208—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4215—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being wavelength selective optical elements, e.g. variable wavelength optical modules or wavelength lockers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0735—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIIBV compound semiconductors, e.g. GaAs/AlGaAs or InP/GaInAs solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4286—Optical modules with optical power monitoring
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials

Definitions

  • the present invention relates to a light receiving element or the like, for example, a light receiving element or the like having a lens and an absorption layer.
  • the optical receiver 2000a used in such a technique has a configuration as shown in FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram of a general optical receiver 2000a.
  • the signal light incident port 200 emits the incident signal light to the optical functional circuit 500 side.
  • the local oscillation light incident port 300 emits local oscillation light incident from the local oscillation light source 900 to the optical functional circuit 500 side.
  • the lenses 410 to 430 refract the signal light or the local oscillation light emitted from the signal light incident port 200 or the local oscillation light incident port 300 into parallel light, and then refract the optical function circuit incident port 510 on the optical functional circuit 500 side. Focus to 520.
  • the optical functional circuit 500 separates the signal light incident from the signal light incident port 200 through the lenses 410 and 420 into X-polarized signal light and Y-polarized signal light.
  • the optical functional circuit 500 combines the separated X-polarized signal light and Y-polarized signal light with the local oscillation light incident from the local oscillation light incident port 300 via the lens 430, and combines them.
  • a combined optical signal (in the background art column, referred to as an interference signal) is output to detection light-receiving elements 610 and 620 having four channels.
  • Detecting light receiving elements 610 and 620 convert the interference signal incident from the optical functional circuit 500 into an electrical signal and output it.
  • the optical branching device 440 is disposed between the lens 410 and the lens 420, emits the signal light converted into parallel light in the lens 410 to the lens 420 side, and a part of the signal light (in the background art column, The measurement signal light is emitted to the monitor light receiving element 700 side.
  • the monitor light receiving element 700 detects the intensity of the measurement signal light incident from the optical branching device 440.
  • the local oscillation light source 900 generates local oscillation light according to the intensity of the measurement signal light detected by the monitor light receiving element 700.
  • the local oscillation light source 900 generates local oscillation light according to the intensity of the measurement signal light detected by the monitor light receiving element 700.
  • Patent Document 1 describes a technique of an optical transmission / reception module including a light receiving element that absorbs a part of light and transmits the remaining light.
  • the optical branching device 440 for emitting the measurement signal light to the monitor light receiving element 700 side around the lenses 410 and 420 and the intensity of the measurement signal light It is necessary to dispose a monitor light receiving element 700 for detecting.
  • two lenses 410 and 420 are necessary to generate collimated light. As a result, the number of parts increases around the lenses 410 and 420, and the number of assembly steps increases.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a light receiving element and the like that can more easily absorb and transmit light.
  • the light receiving element of the present invention condenses incident light and is arranged on the exit surface of the lens unit that emits from the exit surface and absorbs a part of the collected light and remains And a detection layer that is laminated on the absorption layer and detects the intensity of light emitted from the lens unit based on the intensity of light absorbed in the absorption layer.
  • the optical receiver of the present invention includes the light receiving element that collects and transmits incident signal light, and a control unit that performs predetermined control based on the intensity of light detected by the light receiving element.
  • the optical module of the present invention includes a signal light emitting unit that emits signal light, the light receiving element that collects and transmits the emitted signal light, a local oscillation light emitting unit that emits local oscillation light, A lens unit that collects the emitted local oscillation light, a signal unit that transmits the light receiving element and the collected local oscillation beam, and a combined unit that outputs a combined optical signal; A conversion unit that converts the combined optical signal emitted from the wave unit into an electrical signal, and the local oscillation light emission unit is an intensity of the local oscillation light emitted based on the intensity of the light detected by the light receiving element It is characterized by adjusting.
  • FIG. 1 is a side view of the optical monitor function integrated lens 100.
  • FIG. 2 is a rear view of the optical monitor function integrated lens 100 as viewed from the direction of arrow A in FIG.
  • light travels from left to right. That is, the ⁇ direction shown in FIG. 1 corresponds to the traveling direction of light.
  • light having a wavelength of 1.31 to 1.61 ⁇ m is applied.
  • the optical monitor function integrated lens 100 includes a lens 110, an n-type semiconductor 120, an absorption layer 130, a p-type semiconductor 140, and a non-reflective film 150.
  • the n-type semiconductor 120, the absorption layer 130, and the p-type semiconductor 140 constitute a light receiving element.
  • the lens 110 transmits the incident light to the n-type semiconductor 120 side while condensing it.
  • the lens 110 is formed of, for example, Si which is a transparent material with respect to the wavelength of 1.31 to 1.61 ⁇ m. .
  • the lens 110 has a convex portion 111, a first main surface 112, and a second main surface 113.
  • the convex portion 111 is formed in a convex shape, a spherical surface, or a substantially spherical shape, like a general glass lens.
  • the convex portion 111 refracts and collects incident light.
  • the light incident on the first main surface 112 from the convex portion 111 is collected by passing through the lens 110 and is emitted from the second main surface 113.
  • the n-type semiconductor 120 is provided on the emission surface (second main surface 113) of the lens 110, transmits the light incident from the second main surface 113 as it is, and outputs the light to the absorption layer 130.
  • the n-type semiconductor 120 is also formed of Si.
  • the n-type semiconductor 120 is formed as a thin film having a main component of Si, an impurity concentration of 5 ⁇ 10 18 [cm ⁇ 3 ], and a thickness in the ⁇ direction of 0.5 [ ⁇ m]. Further, the n-type semiconductor 120 functions as a conductive layer that extracts current according to the intensity of light absorbed by the absorption layer 130.
  • the n-type semiconductor 120 has an n-type semiconductor side electrode 121.
  • the n-type semiconductor side electrode 121 is provided on the n-type semiconductor 120 at a position where light does not enter.
  • the n-type semiconductor-side electrode 121 outputs the light intensity (absorbed light intensity) P1 [W] absorbed in the absorption layer 130 as a current I [A].
  • the absorption layer 130 is provided between the n-type semiconductor 120 and the p-type semiconductor 140 so as to face the second main surface 113 of the lens 110.
  • the absorption layer 130 absorbs part of the light incident from the n-type semiconductor 120 and transmits the rest to the p-type semiconductor 140.
  • the absorption layer 130 is formed of, for example, Ge or SiGe.
  • the area of the absorption layer 130 is set to be larger than the light transmission region.
  • the thickness d of the absorption layer 130 is set according to the absorption rate of the absorption layer 130. If the absorption amount of light in the absorption layer 130 is too small, the detection accuracy of the light intensity is lowered. On the other hand, if it is too much, the main signal power is lowered and the reception sensitivity is lowered. Since it is desirable that the absorption amount be the minimum intensity required by the system, the thickness d of the absorption layer 130 is desirably set so that the absorption amount is 5% or more and 20% or less of the total incident amount. In the present embodiment, the thickness d of the absorption layer 130 is set so that the absorption rate is 5 to 10%.
  • the absorptance is defined by the ratio of the absorbed light intensity P1 [W] to the intensity P2 [W] of the incident light.
  • the wavelength of light incident on the absorption layer 130 is 1.55 [ ⁇ m].
  • the thickness d of the absorption layer 130 is set to 0.1 [ ⁇ m] to 0.15 [ ⁇ m].
  • the p-type semiconductor 140 is provided on the absorption layer 130, transmits the light incident from the absorption layer 130 as it is, and emits it to the non-reflective film 150.
  • the p-type semiconductor 140 is also made of Si.
  • the p-type semiconductor 140 is formed as a thin film having a main component of Si, an impurity concentration of 5 ⁇ 10 18 [cm ⁇ 3 ], and a thickness in the ⁇ direction of 0.5 [ ⁇ m].
  • the p-type semiconductor 140 functions as a conductive layer that extracts current according to the intensity of light absorbed by the absorption layer 130.
  • the p-type semiconductor 140 has a p-type semiconductor side electrode 141.
  • the p-type semiconductor side electrode 141 is provided on the p-type semiconductor 140 at a position where light does not enter.
  • the p-type semiconductor side electrode 141 functions in the same manner as the n-type semiconductor side electrode 121, and outputs the light intensity (absorbed light intensity) P1 [W] absorbed in the absorption layer 130 as the current I [A].
  • the amount of light absorbed in the absorption layer 130 is proportional to the intensity of light transmitted through the absorption layer 130. Since the light absorption amount (absorbed light intensity) P1 is proportional to the current I extracted from the n-type semiconductor side electrode 121 and the p-type semiconductor side electrode 141, it is extracted from the n-type semiconductor side electrode 121 and the p-type semiconductor side electrode 141. By monitoring the current I generated, the intensity of the light transmitted through the absorption layer 130 can be monitored.
  • the absorption layer 130 can secure the minimum absorption amount, and the thickness d of the absorption layer 130 may be about 0.1 to 0.15 [ ⁇ m]. Therefore, the absorption layer 130 made of Ge can be formed between the n-type semiconductor 120 and the p-type semiconductor 140 made of Si.
  • the non-reflective film 150 is provided on the exit surface of the p-type semiconductor 140 and suppresses reflection of incident light.
  • the non-reflective film 150 transmits the light incident from the p-type semiconductor 140 as it is and emits the light to the outside.
  • the antireflective film 150 is formed of, for example, a SiN-based material or a SiON-based material. Note that the antireflective film 150 is not necessarily arranged.
  • the optical monitoring function integrated lens 100 includes a light receiving element that includes the n-type semiconductor 120, the absorption layer 130, and the p-type semiconductor 140 on the emission surface (second main surface 113) of the lens 110. Arranged. Then, a part of the light emitted from the lens 110 is absorbed in the absorption layer 130, and the intensity of the absorbed light is extracted as a current I in the n-type semiconductor 120 and the p-type semiconductor 140, thereby passing through the absorption layer 130. Detect the light intensity.
  • the n-type semiconductor side electrode 121 and p The local oscillation light source 900 can be controlled based on the current I detected in the type semiconductor side electrode 141.
  • a light receiving element including the n-type semiconductor 120, the absorption layer 130, and the p-type semiconductor 140 can be formed in a thin film as compared with a general light receiving element.
  • the absorption layer 130 has a thickness that maintains crystallinity. Only grows. This makes it possible to reduce the thickness of the light receiving element including the n-type semiconductor 120, the absorption layer 130, and the p-type semiconductor 140, as compared with the light receiving element disclosed in the background art.
  • the optical monitoring function integrated lens 100 when the light receiving element composed of the n-type semiconductor 120, the absorption layer 130, and the p-type semiconductor 140 is disposed on the exit surface of the lens 110, the optical branching described in the background art. This eliminates the need for the device 440 and the light receiving element 700 for monitoring. Further, since this configuration does not require a prism for branching light, a collimating region for arranging the prism is not necessary, and the incident main signal can be directly condensed by one lens. Therefore, the optical monitor function integrated lens 100 according to the present embodiment can reduce the number of components and can be miniaturized. In addition, since it is not necessary to dispose the optical branching device 440 and the monitoring light receiving element 700 that require strict mounting accuracy, the number of assembly steps can be significantly reduced.
  • the lens 110, the n-type semiconductor 120, and the p-type semiconductor 140 are formed of Si, and the absorption layer 130 is formed of Ge or SiGe.
  • the present invention is not limited to this.
  • the lens 110, the n-type semiconductor 120, and the p-type semiconductor 140 only need to be transparent to the wavelength used, and when applied to the wavelength of light used for digital coherent communication (1.31 ⁇ m to 1.61 ⁇ m), for example, materials InP can also be used.
  • materials InP can also be used as the material of the absorption layer 130.
  • InGaAs, InGaAsP, or the like can be used as the material of the absorption layer 130.
  • the light absorption efficiency of InGaAsP is smaller than that of Ge, SiGe, InGaAs, etc., and therefore the thickness d is designed to be large when a predetermined absorption rate is achieved. Can do. In this case, the manufacturing tolerance of the absorption layer 130 is improved.
  • the signal light intensity is simultaneously generated with the condensing function for condensing the signal emitted from the incident port and optically coupling the signal to the port of the optical functional circuit.
  • the detection function can be realized.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an optical receiver 2000 including the optical module 1000.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the periphery of the optical monitor function integrated lens 100 in the optical receiver 2000 of FIG. 4 and 5, the optical monitor function integrated lens 100 is illustrated in an enlarged manner for convenience of explanation.
  • the ⁇ direction in FIGS. 4 and 5 corresponds to the traveling direction of the signal light and the local oscillation light.
  • the signal light for example, light having a wavelength of 1.31 to 1.61 [ ⁇ m], which is often used for digital coherent communication, is assumed.
  • constituent elements equivalent to those shown in FIGS. 1 and 2 are assigned the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2.
  • the description of the same configuration as that described in the first embodiment will be omitted.
  • the optical receiver 2000 includes an intensity detector 800, a local oscillation light source 900, and an optical module 1000.
  • the optical receiver 2000 is also called a digital coherent optical receiver.
  • the intensity detector 800 is connected to the n-type semiconductor side electrode 121 and the p-type semiconductor side electrode 141 of the optical monitor function integrated lens 100.
  • the intensity detection unit 800 detects the current I [A] output from the n-type semiconductor side electrode 121 and the p-type semiconductor side electrode 141, and thereby the intensity of the signal light absorbed in the absorption layer 130 (absorbed light intensity P1). [W]).
  • the absorbed light intensity P1 [W] in the absorption layer 130 is proportional to the intensity of the signal light transmitted through the absorption layer 130.
  • the absorbed light intensity P1 [W] in the absorption layer 130 is proportional to the current I extracted from the n-type semiconductor side electrode 121 and the p-type semiconductor side electrode 141, and thus the n-type semiconductor side electrode 121 and the p-type semiconductor side electrode.
  • the optical monitor function integrated lens 100 and the intensity detector 800 can also constitute an optical receiver.
  • the intensity detection unit 800 detects the current I [A] output from the n-type semiconductor side electrode 121 and the p-type semiconductor side electrode 141 of the optical monitoring function integrated lens 100, thereby detecting the incident signal light.
  • Various circuits can be controlled according to the strength.
  • the intensity detection unit 800 functions as a control unit in the claims.
  • the local oscillation light source 900 is connected to the intensity detection unit 800 and the local oscillation light incident port 300.
  • the local oscillation light source 900 adjusts the intensity P3 [W] of the local oscillation light according to the absorbed light intensity P1 [W] acquired by the intensity detection unit 800, and generates local oscillation light.
  • the optical module 1000 includes an optical monitor function integrated lens 100, a signal light incident port 200, a local oscillation light incident port 300, a lens 430, an optical functional circuit 500, light receiving elements for detection 610 and 620, and output terminals 710 and 720. Yes.
  • the signal light incident port 200 emits signal light having a signal placed on the optical phase emitted from the outside (for example, a digital coherent optical transmitter) to the optical monitor function integrated lens 100 side.
  • a signal placed on the optical phase emitted from the outside for example, a digital coherent optical transmitter
  • an optical fiber can be used for the signal light incident port 200.
  • the intensity of the signal light emitted from the signal light incident port 200 is, for example, 0.01 to 10 [mW].
  • the signal light incident port 200 corresponds to a signal light emitting part in claims.
  • the optical monitor function integrated lens 100 condenses the signal light incident from the signal light incident port 200 and emits it to the optical function circuit incident port 510.
  • the optical monitor function integrated lens 100 is the same as the optical monitor function integrated lens 100 shown in FIGS. 1 and 2 described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the optical monitor function integrated lens 100 includes a lens 110 and a light receiving element.
  • the lens 110 condenses the signal light incident on the convex portion 111 disposed on the first main surface 112 that is an incident surface, and collects the light to a light receiving element disposed on the second main surface 113 that is an output surface.
  • the emitted signal light is emitted.
  • the light receiving element includes an n-type semiconductor 120, an absorption layer 130, and a p-type semiconductor 140.
  • the light receiving element absorbs a part of the signal light incident on the absorption layer 130 to detect the intensity of the signal light absorbed in the n-type semiconductor 120 and the p-type semiconductor 140, and uses the remaining signal light for the optical functional circuit 500. Is output to the optical functional circuit incident port 510.
  • the local oscillation light incident port 300 emits local oscillation light emitted from the local oscillation light source 900 to the lens 430 side.
  • an optical fiber can be used for the local oscillation light incident port 300.
  • the local oscillation light incident port 300 corresponds to a local oscillation light emitting unit in claims.
  • the lens 430 collects the local oscillation light emitted from the local oscillation light incident port 300 and emits it to the optical functional circuit entrance port 520 of the optical functional circuit 500.
  • the optical functional circuit 500 includes, for example, an optical 90-degree hybrid (not shown), and separates signal light incident from the optical monitor function integrated lens 100 into X-polarized signal light and Y-polarized signal light. Furthermore, the optical functional circuit 500 multiplexes the local oscillation light incident from the local oscillation light source 900 via the lens 430 into the separated X-polarized signal light and Y-polarized signal light, respectively. Then, the optical functional circuit 500 outputs the combined signal (hereinafter referred to as an interference signal) to the detection light receiving elements 610 and 620.
  • the optical functional circuit 500 corresponds to a multiplexing unit in the claims.
  • the optical functional circuit 500 includes optical functional circuit incident ports 510 and 520.
  • the optical function circuit incident port 510 emits the signal light incident from the optical monitor function integrated lens 100 into the optical function circuit 500.
  • the optical functional circuit incident port 520 emits the local oscillation light incident from the lens 430 into the optical functional circuit 500.
  • Detecting light receiving elements 610 and 620 receive the interference signal emitted from the optical functional circuit 500, convert it into an analog electric signal, and output it to the output terminals 710 and 720.
  • the detection light receiving elements 610 and 620 for example, PD (Photodiode) can be used.
  • the optical receiver 2000 is a digital coherent optical receiver, the detection light receiving elements 610 and 620 are configured with four channels. The light receiving elements for detection 610 and 620 correspond to a conversion unit in claims.
  • Output terminals 710 and 720 are output terminals connected to an external device.
  • the external device include a TIA (Transimpedance Amplifier).
  • the TIA Transimpedance Amplifier
  • the electrical signals output from the detection light receiving elements 610 and 620 are input to the TIA through the output terminals 710 and 720.
  • the electric signal input to the TIA is converted into a voltage signal by the TIA. Thereafter, the voltage signal converted by the TIA is subjected to demodulation and predetermined signal processing in, for example, an ADC (Analog Digital Converter) circuit, a DSP (Digital Signal Processor) circuit, or the like.
  • ADC Analog Digital Converter
  • DSP Digital Signal Processor
  • the intensity detector 800 detects the intensity of the signal light (absorbed light intensity) absorbed in the absorption layer 130 of the optical monitor function integrated lens 100.
  • the local oscillation light source 900 generates local oscillation light in accordance with the absorbed light intensity detected by the intensity detection unit 800.
  • the optical receiver 2000 can reduce the number of components and can be downsized.
  • the number of assembly steps can be significantly reduced.
  • Appendix 1 A lens having an incident surface on which light is incident and an exit surface that emits light incident from the incident surface; An absorption layer provided so as to face the incident surface or the emission surface, and absorbing and transmitting incident light; The light-receiving element in which the absorption layer and the lens are not lattice-matched to each other.
  • Appendix 2 The light receiving element according to appendix 1, wherein the lens is mainly composed of Si.
  • Appendix 3 3. The light receiving element according to appendix 1 or 2, wherein the absorption layer includes Ge or SiGe as a main component.
  • Appendix 5 The light receiving element according to any one of appendices 1 to 4, wherein the absorption layer is formed to have a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • a light receiving element comprising an absorption layer;
  • An intensity detector that detects an absorbed light intensity that is the intensity of light absorbed by the absorbing layer;
  • a local oscillation light source that generates local oscillation light, The local oscillation light source is an optical receiver that generates the local oscillation light according to the intensity of the absorbed light detected by the intensity detection unit.
  • a signal light emitting section for emitting signal light;
  • a local oscillation light emitting unit for emitting local oscillation light;
  • a lens having an incident surface on which the signal light emitted from the signal light emitting unit is incident and an exit surface from which the signal light incident from the incident surface is emitted; and a lens facing the incident surface or the emitting surface
  • a light-receiving element comprising: an absorption layer that absorbs and transmits incident signal light;
  • a combining unit that combines the signal light emitted from the lens and the local oscillation light emitted from the local oscillation light emission unit, and emits the combined optical signal;
  • An optical module comprising: a conversion unit that converts a combined optical signal emitted from the combining unit into an electrical signal.
  • the present invention can be widely applied to optical communication devices that perform various controls based on the intensity of incident signal light.
  • Optical monitor function integrated lens 110 Lens 111 Convex part 112 1st main surface 113 2nd main surface 120 N-type semiconductor 121 N-type semiconductor side electrode 130 Absorption layer 140 P-type semiconductor 141 P-type semiconductor side electrode 150 Non-reflective film 200
  • Signal light incident port 300 Local oscillation light incident port 410, 420, 430 Lens 440
  • Optical branching device 500 Optical functional circuit 510, 520 Optical functional circuit incident port 610, 620 Detection light receiving element 700 Monitor light receiving element 800 Intensity detection unit 900 Local oscillation light source 1000 Optical module 2000, 2000a Optical receiver

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

　より簡単に光の吸収と透過を行うことができる受光素子等を提供すること。　受光素子は、入射された光を集光し、出射面から出射するレンズ部と、レンズ部の出射面上に配置され、集光された光の一部を吸収すると共に残りを透過する吸収層と、吸収層に積層され、吸収層において吸収された光の強度に基づいてレンズ部から出射された光の強度を検出する検出層と、を備える。

Description

受光素子、光モジュール及び光受信器
　本発明は、受光素子等に関し、例えば、レンズと吸収層とを有する受光素子等に関する。
　近年、ネットワークの大容量化が求められている。このようなネットワークの大容量化に対応するため、光位相に信号をのせたデジタルコヒーレント通信が、メトロ系から幹線系まで広く使用されてきている。
　このような技術で用いられる光受信器２０００ａは、例えば、図６に示すような構成となっている。図６は、一般的な光受信器２０００ａのブロック構成図である。
　光受信器２０００ａにおいて、信号光入射ポート２００は、入射された信号光を光機能回路５００側へ出射する。局部発振光入射ポート３００は、局部発振光源９００から入射された局部発振光を光機能回路５００側へ出射する。
　レンズ４１０～４３０は、信号光入射ポート２００又は局部発振光入射ポート３００から出射された信号光又は局部発振光を平行光に屈折させた後、光機能回路５００側の光機能回路入射ポート５１０、５２０へ集光させる。
　光機能回路５００は、レンズ４１０及び４２０を介して信号光入射ポート２００から入射された信号光をＸ偏波信号光とＹ偏波信号光とに分離する。また、光機能回路５００は、分離したＸ偏波信号光及びＹ偏波信号光にそれぞれ、レンズ４３０を介して局部発振光入射ポート３００から入射された局部発振光を合波し、合波した合波光信号（背景技術の欄では、干渉信号とする）を４チャンネルで構成される検波用受光素子６１０、６２０へ出射する。
　検波用受光素子６１０、６２０は、光機能回路５００から入射された干渉信号を電気信号に変換して出力する。
　光分岐器４４０は、レンズ４１０とレンズ４２０との間に配置され、レンズ４１０において平行光に変換された信号光をレンズ４２０側に出射すると共に、信号光の一部（背景技術の欄では、計測用信号光とする）をモニタ用受光素子７００側へ出射する。モニタ用受光素子７００は、光分岐器４４０から入射された計測用信号光の強度を検出する。局部発振光源９００は、モニタ用受光素子７００により検出された計測用信号光の強度に応じて、局部発振光を発生する。
　このように、光受信器２０００ａにおいて、局部発振光源９００は、モニタ用受光素子７００により検出された計測用信号光の強度に応じて、局部発振光を発生する。
　なお、上記に関連する技術として、例えば、特許文献１では、光の一部を吸収し、残りの光を透過する受光素子からなる光送受信モジュールの技術が記載されている。
特開平１１－５２１９９号公報
　しかしながら、図６に例示される光受信器２０００ａにおいては、レンズ４１０、４２０の周辺に、計測用信号光をモニタ用受光素子７００側へ出射するための光分岐器４４０及び計測用信号光の強度を検出するためのモニタ用受光素子７００を配置する必要がある。また、コリメート光を作成するために、２枚のレンズ４１０、４２０が必要である。これらにより、レンズ４１０、４２０の周辺において、部品数が増加し、組立工数が増加する。
　本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡単に光の吸収と透過を行うことができる受光素子等を提供することにある。
　本発明の受光素子は、入射された光を集光し、出射面から出射するレンズ部と、前記レンズ部の出射面上に配置され、前記集光された光の一部を吸収すると共に残りを透過する吸収層と、前記吸収層に積層され、前記吸収層において吸収された光の強度に基づいて前記レンズ部から出射された光の強度を検出する検出層と、を備える。
　本発明の光受信器は、入射された信号光を集光および透過する上記の受光素子と、前記受光素子において検出された光の強度に基づいて所定の制御を行う制御部と、を備える。
　本発明の光モジュールは、信号光を出射する信号光出射部と、前記出射された信号光を集光および透過する上記の受光素子と、局部発振光を出射する局部発振光出射部と、前記出射された局部発振光を集光するレンズ部と、前記受光素子を透過した信号光と前記集光された局部発振光とを合波し、合波光信号を出射する合波部と、前記合波部から出射された合波光信号を電気信号に変換する変換部と、を備え、前記局部発振光出射部は、前記受光素子において検出された光の強度に基づいて出射する局部発振光の強度を調整することを特徴とする。
　本発明の受光素子等によれば、より簡単に光の吸収と透過を行うことができる。
第１の実施の形態にかかる光モニタ機能集積レンズ１００の側面図である。 第１の実施の形態にかかる光モニタ機能集積レンズ１００の背面図である。 第１の実施の形態にかかる吸収層１３０の厚みと吸収率との関係を例示的に示す図である。 第２の実施の形態にかかる光受信器２０００の構成を示す図である。 第２の実施の形態にかかる光モニタ機能集積レンズ１００周辺の拡大図である。 関連技術の光受信器の構成図である。
＜第１の実施の形態＞
　図１及び図２を用いて、第１の実施形態にかかる光モニタ機能集積レンズについて説明する。図１は、光モニタ機能集積レンズ１００の側面図である。図２は光モニタ機能集積レンズ１００を図１の矢視Ａから見た背面図である。図１において、光は左側から右側に進む。すなわち、図１に示したα方向は、光の進行方向に対応する。本実施形態では、波長１．３１～１．６１μｍの光を適用する。
　図１において、光モニタ機能集積レンズ１００は、レンズ１１０、ｎ型半導体１２０、吸収層１３０、ｐ型半導体１４０および無反射膜１５０を備える。ここで、ｎ型半導体１２０、吸収層１３０およびｐ型半導体１４０は、受光素子を構成する。
　レンズ１１０は、入射された光を集光しながらｎ型半導体１２０側へ透過する。光モニタ機能集積レンズ１００へ波長１．３１～１．６１μｍの光が入射される場合、レンズ１１０は、例えば、波長１．３１～１．６１μｍに対して透明な材料であるＳｉで形成される。
　図１に示されるように、レンズ１１０は、凸部１１１、第１の主面１１２および第２の主面１１３を有する。凸部１１１は一般的なガラスレンズと同様に、凸状、球面または略球面形状に形成される。凸部１１１は、入射された光を屈折させて集光する。凸部１１１から第１の主面１１２へ入射された光は、レンズ１１０を透過することで集光され、第２の主面１１３から出射される。
　ｎ型半導体１２０は、レンズ１１０の出射面（第２の主面１１３）上に設けられ、第２の主面１１３から入射された光をそのまま透過し、吸収層１３０へ出射する。レンズ１１０がＳｉで形成される場合、ｎ型半導体１２０もＳｉで形成される。本実施形態では、ｎ型半導体１２０を、主成分がＳｉ、不純物濃度が５×１０１８［ｃｍ－３］、α方向の厚みが０．５［μｍ］の、薄膜に形成した。また、ｎ型半導体１２０は、吸収層１３０で吸収された光の強度に応じた電流を取り出す導電層として機能する。ｎ型半導体１２０は、ｎ型半導体側電極１２１を有する。ｎ型半導体側電極１２１は、ｎ型半導体１２０上の、光が入射しない位置に設けられる。ｎ型半導体側電極１２１は、吸収層１３０において吸収された光の強度（吸収光強度）Ｐ１［Ｗ］を、電流Ｉ［Ａ］として出力する。
　吸収層１３０は、ｎ型半導体１２０とｐ型半導体１４０との間に、レンズ１１０の第２の主面１１３と向かい合うように設けられている。吸収層１３０は、ｎ型半導体１２０から入射された光の一部を吸収すると共に、残りをｐ型半導体１４０へ透過する。レンズ１１０、ｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０がＳｉで形成される場合、吸収層１３０は、例えば、ＧｅやＳｉＧｅで形成される。
　吸収層１３０の面積は、光の透過領域よりも大きくなるように設定される。また、吸収層１３０の厚みｄは、吸収層１３０の吸収率に応じて設定される。吸収層１３０での光の吸収量は、少な過ぎると光の強度の検出精度が低下する一方、多過ぎると、主信号パワーが低下して受信感度が低下する。吸収量はシステムが必要な最小強度とすることが望ましいため、吸収層１３０の厚みｄは、吸収量が入射全量の５％以上２０％以下となるように設定されることが望ましい。なお、本実施形態では、吸収率が５～１０％になるように吸収層１３０の厚みｄを設定する。ここで、吸収率は入射された光の強度Ｐ２［Ｗ］に対する吸収光強度Ｐ１［Ｗ］の割合で定義される。
　吸収層１３０の厚みｄと吸収率との関係を図３に示す。図３において、吸収層１３０に入射される光の波長は１．５５［μｍ］である。図３において、例えば、吸収層１３０の吸収率を５［％］以上１０［％］以下にする場合、吸収層１３０の厚みｄは０．１［μｍ］～０．１５［μｍ］に設定される。
　ｐ型半導体１４０は、吸収層１３０上に設けられ、吸収層１３０から入射された光をそのまま透過し、無反射膜１５０へ出射する。ｎ型半導体１２０がＳｉで形成される場合、ｐ型半導体１４０もＳｉで形成される。本実施形態では、ｐ型半導体１４０を、主成分がＳｉ、不純物濃度が５×１０１８［ｃｍ－３］、α方向の厚みが０．５［μｍ］の、薄膜に形成した。また、ｐ型半導体１４０は、吸収層１３０で吸収された光の強度に応じた電流を取り出す導電層として機能する。ｐ型半導体１４０は、ｐ型半導体側電極１４１を有する。ｐ型半導体側電極１４１は、ｐ型半導体１４０上の、光が入射しない位置に設けられる。ｐ型半導体側電極１４１は、ｎ型半導体側電極１２１と同様に機能し、吸収層１３０において吸収された光の強度（吸収光強度）Ｐ１［Ｗ］を電流Ｉ［Ａ］として出力する。
　吸収層１３０における光の吸収量は、吸収層１３０を透過する光の強度に比例する。光の吸収量（吸収光強度）Ｐ１はｎ型半導体側電極１２１およびｐ型半導体側電極１４１から取り出される電流Ｉと比例することから、ｎ型半導体側電極１２１およびｐ型半導体側電極１４１から取り出される電流Ｉをモニタすることにより、吸収層１３０を透過する光の強度をモニタできる。
　ここで、ｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０をＳｉで形成し、吸収層１３０をＧｅで形成する場合、ＳｉとＧｅとは格子間隔が異なるため、エピタキシャル成長が困難である。しかし、上述のように、吸収層１３０は必要最低限の吸収量を確保できれば良く、吸収層１３０の厚みｄは０．１～０．１５［μｍ］程度で良い。したがって、Ｓｉで形成されたｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０間に、Ｇｅで形成された吸収層１３０を形成させることができる。
　無反射膜１５０は、ｐ型半導体１４０の出射面上に設けられ、入射される光の反射を抑制する。無反射膜１５０は、ｐ型半導体１４０から入射された光をそのまま透過し、外部に光を出射する。ｐ型半導体１４０がＳｉで形成される場合、無反射膜１５０は、例えば、ＳｉＮ系材料やＳｉＯＮ系材料で形成される。なお、無反射膜１５０は必ずしも配置される必要はない。
　以上のように、本実施形態にかかる光モニタ機能集積レンズ１００は、レンズ１１０の出射面（第２の主面１１３）に、ｎ型半導体１２０、吸収層１３０およびｐ型半導体１４０から成る受光素子を配置した。そして、吸収層１３０においてレンズ１１０から出射された光の一部を吸収し、吸収された光の強度をｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０において電流Ｉとして取り出すことで、吸収層１３０を透過する光の強度を検出する。
　吸収層１３０の厚みｄを、吸収率が５％以上になるように設定することにより、例えば、背景技術で説明した図６の光受信器２０００ａに適用する場合、ｎ型半導体側電極１２１およびｐ型半導体側電極１４１において検出された電流Ｉに基づいて局部発振光源９００を制御することができる。
　一方、吸収層１３０の厚みｄを、吸収率が２０％以下になるように設定することにより、吸収層１３０における吸収量が光の強度の検出に必要な最低限の量に抑制され、主信号への影響を必要最小限にできる。この場合、一般的な受光素子と比較してｎ型半導体１２０、吸収層１３０およびｐ型半導体１４０から成る受光素子を薄膜に形成できる。
　また、ｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０をＳｉで形成し、吸収層１３０をＧｅで形成する場合、ＳｉとＧｅとは格子整合しないことから、吸収層１３０は結晶性が保たれる厚さまでしか成長しない。これにより、背景技術に記載した特許文献１の受光素子と比較して、ｎ型半導体１２０、吸収層１３０およびｐ型半導体１４０から成る受光素子を薄膜化できる。
　さらに、本実施形態にかかる光モニタ機能集積レンズ１００において、レンズ１１０の出射面にｎ型半導体１２０、吸収層１３０およびｐ型半導体１４０から成る受光素子を配置する場合、背景技術で説明した光分岐器４４０やモニタ用受光素子７００を配置する必要がなくなる。また、この構成は光を分岐するプリズムを必要としないため、プリズムを配置するためのコリメート領域が必要なくなり、入射された主信号を１枚のレンズで直接集光することができる。従って、本実施形態にかかる光モニタ機能集積レンズ１００は、部品数を低減でき、小型化できる。また、厳しい実装精度が必要な光分岐器４４０やモニタ用受光素子７００を配置する必要がないため、組立工数の大幅な低減が実現できる。
　ここで、本実施形態では、レンズ１１０、ｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０をＳｉで形成し、吸収層１３０をＧｅまたはＳｉＧｅで形成したがこれに限定されない。レンズ１１０、ｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０は使用波長に対して透明であれば良く、デジタルコヒーレント通信に用いられる光の波長（１．３１μｍ～１．６１μｍ）に適用する場合、例えば、材料としてＩｎＰを用いることもできる。この場合、吸収層１３０の材料としては、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等を用いることができる。なお、吸収層１３０の材料としてＩｎＧａＡｓＰを用いる場合、ＩｎＧａＡｓＰは光の吸収効率はＧｅ、ＳｉＧｅやＩｎＧａＡｓ等の吸収効率よりも小さいことから、所定の吸収率を達成する時に厚みｄを大きく設計することができる。この場合、吸収層１３０の製造トレランスが向上する。
　そして、本実施形態にかかる光モニタ機能集積レンズ１００をデジタルコヒーレントモジュールに用いることにより、入射ポートから出射した信号を集光して光機能回路のポートに光結合させる集光機能と同時にシグナル光強度の検出機能が実現できる。
　＜第２の実施の形態＞
　第２の実施形態にかかる光受信器２０００について説明する。図４は、光モジュール１０００を含む光受信器２０００の構成図である。図５は、図４の光受信器２０００における光モニタ機能集積レンズ１００周辺の拡大図である。図４、図５では、説明の便宜上、光モニタ機能集積レンズ１００を拡大して図示している。図４、図５のα方向は、信号光及び局部発振光の進行方向に対応する。信号光は、例えば、デジタルコヒーレント通信によく用いられる波長１．３１～１．６１［μｍ］の光を想定する。図４、図５において、図１、図２に示した構成要素と同等の構成要素には、図１、図２で示した符号と同等の符号を付した。以下、第１の実施形態で説明した構成と同等の構成については説明を省略する。
　光受信器２０００は、強度検出部８００、局部発振光源９００および光モジュール１０００を含む。光受信器２０００は、デジタルコヒーレント用光受信器とも呼ばれる。
　強度検出部８００は、光モニタ機能集積レンズ１００のｎ型半導体側電極１２１及びｐ型半導体側電極１４１に接続されている。強度検出部８００は、ｎ型半導体側電極１２１及びｐ型半導体側電極１４１から出力された電流Ｉ［Ａ］を検出することにより、吸収層１３０において吸収された信号光の強度（吸収光強度Ｐ１［Ｗ］）を取得する。
　ここで、吸収層１３０における吸収光強度Ｐ１［Ｗ］は、吸収層１３０を透過する信号光の強度に比例する。そして、吸収層１３０における吸収光強度Ｐ１［Ｗ］はｎ型半導体側電極１２１およびｐ型半導体側電極１４１から取り出される電流Ｉに比例することから、ｎ型半導体側電極１２１およびｐ型半導体側電極１４１から取り出される電流Ｉをモニタすることにより、信号光の強度がモニタできる。ここで、光モニタ機能集積レンズ１００と強度検出部８００とによって光受信器を構成することもできる。この場合、強度検出部８００は、光モニタ機能集積レンズ１００のｎ型半導体側電極１２１及びｐ型半導体側電極１４１から出力された電流Ｉ［Ａ］を検出することにより、入射される信号光の強度に応じた制御を各種回路に施すことができる。この場合の強度検出部８００は、請求項の制御部として機能する。
　図４の光受信器２０００の説明に戻る。局部発振光源９００は、強度検出部８００及び局部発振光入射ポート３００に接続されている。局部発振光源９００は、強度検出部８００により取得された吸収光強度Ｐ１［Ｗ］に応じて局部発振光の強度Ｐ３［Ｗ］を調整し、局部発振光を発生する。
　光モジュール１０００は、光モニタ機能集積レンズ１００、信号光入射ポート２００、局部発振光入射ポート３００、レンズ４３０、光機能回路５００、検波用受光素子６１０、６２０および出力端子７１０、７２０を有している。
　信号光入射ポート２００は、外部（例えば、デジタルコヒーレント用光送信機）から出射された光位相に信号を載せた信号光を、光モニタ機能集積レンズ１００側に出射する。信号光入射ポート２００には、例えば、光ファイバを用いることができる。信号光入射ポート２００から出射される信号光の強度は、例えば、０．０１～１０［ｍＷ］である。信号光入射ポート２００は、請求項の信号光出射部に相当する。
　光モニタ機能集積レンズ１００は、信号光入射ポート２００から入射された信号光を集光し、光機能回路入射ポート５１０に出射する。光モニタ機能集積レンズ１００は、第１の実施の形態において説明した図１、図２の光モニタ機能集積レンズ１００と同様であるため、説明を省略する。
　すなわち、光モニタ機能集積レンズ１００は、レンズ１１０および受光素子によって構成される。レンズ１１０は、入射面である第１の主面１１２に配置された凸部１１１において入射された信号光を集光し、出射面である第２の主面１１３に配置された受光素子へ集光した信号光を出射する。受光素子は、ｎ型半導体１２０、吸収層１３０およびｐ型半導体１４０によって構成される。受光素子は、吸収層１３０において入射された信号光の一部を吸収してｎ型半導体１２０およびｐ型半導体１４０において吸収した信号光の強度を検出すると共に、残りの信号光を光機能回路５００の光機能回路入射ポート５１０に出射する。
　局部発振光入射ポート３００は、局部発振光源９００から出射された局部発振光をレンズ４３０側に出射する。局部発振光入射ポート３００には、例えば、光ファイバを用いることができる。局部発振光入射ポート３００は、請求項の局部発振光出射部に相当する。
　レンズ４３０は、局部発振光入射ポート３００から出射された局部発振光を集光し、光機能回路５００の光機能回路入射ポート５２０に出射する。
　光機能回路５００は、例えば、光９０度ハイブリッド（不図示）を備え、光モニタ機能集積レンズ１００から入射された信号光を、Ｘ偏波信号光とＹ偏波信号光とに分離する。さらに、光機能回路５００は、レンズ４３０を介して局部発振光源９００から入射された局部発振光を、分離したＸ偏波信号光及びＹ偏波信号光にそれぞれ合波する。そして光機能回路５００は、合波した合波信号（以下、干渉信号とよぶ）を検波用受光素子６１０、６２０に出射する。なお、光機能回路５００は、請求項の合波部に相当する。
　図４に示されるように、光機能回路５００は、光機能回路入射ポート５１０、５２０を有する。光機能回路入射ポート５１０は、光モニタ機能集積レンズ１００から入射された信号光を光機能回路５００中に出射する。光機能回路入射ポート５２０は、レンズ４３０から入射された局部発振光を光機能回路５００中に出射する。
　検波用受光素子６１０、６２０は、光機能回路５００から出射された干渉信号を受光し、これをアナログの電気信号に変換して出力端子７１０、７２０に出力する。検波用受光素子６１０、６２０には、例えば、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を用いることができる。光受信器２０００がデジタルコヒーレント用光受信器である場合、検波用受光素子６１０、６２０は、４チャンネルで構成される。なお、検波用受光素子６１０、６２０は、請求項の変換部に相当する。
　出力端子７１０、７２０は、外部装置と接続される出力端子である。外部装置は、例えば、ＴＩＡ（Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等が挙げられる。出力端子７１０、７２０にＴＩＡが接続された場合、検波用受光素子６１０、６２０から出力された電気信号は、出力端子７１０、７２０を介して、ＴＩＡに入力される。ＴＩＡに入力された電気信号は、ＴＩＡにより電圧信号に変換される。その後、ＴＩＡにより変換された電圧信号は、例えば、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）回路等において、復調及び所定の信号処理が施される。
　上記のように構成された光受信器２０００において、強度検出部８００は、光モニタ機能集積レンズ１００の吸収層１３０において吸収された信号光の強度（吸収光強度）を検出する。そして、局部発振光源９００は、強度検出部８００において検出された吸収光強度に応じて局部発振光を発生する。
　この場合、光モジュール１０００に、背景技術で説明した光分岐器４４０やモニタ用受光素子７００を配置する必要がなくなると共に、プリズムを配置するためのコリメート領域が必要なくなり、入射された信号光を１枚のレンズで直接集光することができる。従って、本実施形態にかかる光受信器２０００は、部品数を低減でき、小型化できる。また、厳しい実装精度が必要な光分岐器４４０やモニタ用受光素子７００を配置する必要がないため、組立工数の大幅な低減が実現できる。
　本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
　[付記１]
　光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、を有するレンズと、
　前記入射面又は前記出射面に向かい合うように設けられ、入射する光を吸収すると共に透過する吸収層と、を備え、
　前記吸収層と、前記レンズは互いに格子整合しない受光素子。
　[付記２]
　前記レンズは、Ｓｉを主成分とする付記１に記載の受光素子。
　[付記３]
　前記吸収層は、Ｇｅ又はＳｉＧｅを主成分とする付記１又は２に記載の受光素子。
　[付記４]
　前記吸収層は、入射した光を吸収する吸収率が、５％以上２０％以下になるように形成される付記１から３のいずれか１項に記載の受光素子。
　[付記５]
　前記吸収層の厚みは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下になるように形成される付記１から４のいずれか１項に記載の受光素子。
　[付記６]
　光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、を有するレンズと、前記入射面又は前記出射面に向かい合うように設けられ、入射した光を吸収すると共に透過する吸収層と、を備える受光素子と、
　前記吸収層により吸収された光の強度である吸収光強度を検出する強度検出部と、
　局部発振光を発生する局部発振光源と、を備え、
　前記局部発振光源は、前記強度検出部により検出された前記吸収光強度に応じて、前記局部発振光を発生する光受信器。
　[付記７]
　信号光を出射する信号光出射部と、
　局部発振光を出射する局部発振光出射部と、
　前記信号光出射部から出射された信号光が入射する入射面と、前記入射面から入射した信号光を出射する出射面と、を有するレンズと、前記入射面又は前記出射面に向かい合うように設けられ、入射した信号光を吸収すると共に透過する吸収層と、を備える受光素子と、
　前記レンズから出射された信号光と、前記局部発振光出射部から出射された局部発振光とを合波し、合波した合波光信号を出射する合波部と、
　前記合波部から出射された合波光信号を電気信号に変換する変換部と、を備える光モジュール。
　本願発明は、入射された信号光の強度に基づいて各種制御を行う光通信装置に広く適用することができる。
　この出願は、２０１４年３月２６に出願された日本出願特願２０１４－０６３７４０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１００　光モニタ機能集積レンズ
　１１０　レンズ
　１１１　凸部
　１１２　第１の主面
　１１３　第２の主面
　１２０　ｎ型半導体
　１２１　ｎ型半導体側電極
　１３０　吸収層
　１４０　ｐ型半導体
　１４１　ｐ型半導体側電極
　１５０　無反射膜
　２００　信号光入射ポート
　３００　局部発振光入射ポート
　４１０、４２０、４３０　レンズ
　４４０　光分岐器
　５００　光機能回路
　５１０、５２０　光機能回路入射ポート
　６１０、６２０　検波用受光素子
　７００　モニタ用受光素子
　８００　強度検出部
　９００　局部発振光源
　１０００　光モジュール
　２０００、２０００ａ　光受信器

Claims (9)

  1. 入射された光を集光し、出射面から出射するレンズ部と、
    前記レンズ部の出射面上に配置され、前記集光された光の一部を吸収すると共に残りを透過する吸収層と、
    前記吸収層に積層され、前記吸収層において吸収された光の強度に基づいて前記レンズ部から出射された光の強度を検出する検出層と、
    を備える受光素子。
  2. 前記吸収層は、集光された光から５％以上２０％以下の光を吸収する厚さに形成される、請求項１に記載の受光素子。
  3. 前記検出層は、入射された光を透過すると共に、光が入射しない領域に前記吸収された光の強度を電流として出力する電極が配置されている、請求項１または２に記載の受光素子。
  4. 前記検出層は、前記吸収層の入射面側に配置された第１の検出層と、前記吸収層の出射面側に配置された第２の検出層と、によって構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受光素子。
  5. 前記第２の検出層の前記吸収層が配置されている側と反対側の面には無反射膜が配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受光素子。
  6. 前記レンズ部および検出層は、Ｓｉを主成分として形成され、
    前記吸収層は、ＧｅまたはＳｉＧｅを主成分として形成される、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受光素子。
  7. 前記レンズ部および検出層は、ＩｎＰを主成分として形成され、
    前記吸収層は、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰを主成分として形成される、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受光素子。
  8. 入射された信号光を集光および透過する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の受光素子と、
    前記受光素子において検出された光の強度に基づいて所定の制御を行う制御部と、
    を備える光受信器。
  9. 信号光を出射する信号光出射部と、
    前記出射された信号光を集光および透過する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の受光素子と、
    局部発振光を出射する局部発振光出射部と、
    前記出射された局部発振光を集光するレンズ部と、
    前記受光素子を透過した信号光と前記集光された局部発振光とを合波し、合波光信号を出射する合波部と、
    前記合波部から出射された合波光信号を電気信号に変換する変換部と、
    を備え、
    前記局部発振光出射部は、前記受光素子において検出された光の強度に基づいて出射する局部発振光の強度を調整することを特徴とする光モジュール。
PCT/JP2015/001581 2014-03-26 2015-03-20 受光素子、光モジュール及び光受信器 WO2015146108A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201580016383.4A CN106165109A (zh) 2014-03-26 2015-03-20 光接收元件、光学模块和光学接收器
JP2016510012A JPWO2015146108A1 (ja) 2014-03-26 2015-03-20 受光素子、光モジュール及び光受信器
US15/128,690 US20170108656A1 (en) 2014-03-26 2015-03-20 Light-receiving element, optical module, and optical receiver

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014063740 2014-03-26
JP2014-063740 2014-03-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015146108A1 true WO2015146108A1 (ja) 2015-10-01

Family

ID=54194658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/001581 WO2015146108A1 (ja) 2014-03-26 2015-03-20 受光素子、光モジュール及び光受信器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170108656A1 (ja)
JP (1) JPWO2015146108A1 (ja)
CN (1) CN106165109A (ja)
WO (1) WO2015146108A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108701738A (zh) * 2016-02-09 2018-10-23 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 接收器模块

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1152199A (ja) * 1997-08-06 1999-02-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 光送受信モジュ−ル
JPH11204823A (ja) * 1998-01-13 1999-07-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 光受信モジュ−ルおよび光送受信モジュ−ル
JP2010245772A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Fujitsu Ltd 光受信機および光受信方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4292512A (en) * 1978-06-19 1981-09-29 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optical monitoring photodiode system
JPS6266668A (ja) * 1985-09-19 1987-03-26 Seiko Epson Corp 光電子集積回路
JPS63122285A (ja) * 1986-11-12 1988-05-26 Tokuzo Sukegawa 半導体受光素子用材料
EP0450560B1 (en) * 1990-04-03 1998-07-22 Sumitomo Electric Industries, Ltd. An optical device
JPH05327001A (ja) * 1992-05-19 1993-12-10 Sony Corp 受光素子
JP2003163361A (ja) * 2001-11-29 2003-06-06 Mitsubishi Electric Corp 受光素子および光通信デバイス
JP3870848B2 (ja) * 2002-06-10 2007-01-24 セイコーエプソン株式会社 半導体集積回路、電気光学装置、電子機器および半導体集積回路の製造方法
US7315698B2 (en) * 2003-10-22 2008-01-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical module and an optical receiver using the same
CN101552641B (zh) * 2008-04-01 2012-04-11 富士通株式会社 在数字相干光接收机中使用的频差监测装置和方法
JP5852300B2 (ja) * 2009-12-02 2016-02-03 オリンパス株式会社 光検出装置、顕微鏡および内視鏡
EP2672636B1 (en) * 2011-02-01 2019-07-03 Nec Corporation Coherent optical receiver, and inter-channel skew detection device and detection method in coherent optical receiver
JP5839049B2 (ja) * 2012-01-23 2016-01-06 日本電気株式会社 光受信器、光受信器の制御方法、および光受信方法
JP2013210495A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 光装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1152199A (ja) * 1997-08-06 1999-02-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 光送受信モジュ−ル
JPH11204823A (ja) * 1998-01-13 1999-07-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 光受信モジュ−ルおよび光送受信モジュ−ル
JP2010245772A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Fujitsu Ltd 光受信機および光受信方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108701738A (zh) * 2016-02-09 2018-10-23 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 接收器模块

Also Published As

Publication number Publication date
CN106165109A (zh) 2016-11-23
US20170108656A1 (en) 2017-04-20
JPWO2015146108A1 (ja) 2017-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101490854B (zh) 半平面雪崩光电二极管
KR100944574B1 (ko) 개별 흡수 및 증식 영역들을 갖는 게르마늄/실리콘애벌란시 광검출기
US8987655B2 (en) Optical module having at least one light receiving element with a wiring part covers a part of a side surface of a mesa part
JP2015096878A (ja) 光受信モジュール及び光送信モジュール
US20090028579A1 (en) Fiber optic link having an integrated laser and photodetector chip
JP2017076651A (ja) 半導体受光装置
US20130202292A1 (en) Power recapture in an optical communications system
JP6228791B2 (ja) 受光モジュール
US10756815B2 (en) Free space optical data transmission using photodetector array
JP5742947B2 (ja) 受光モジュール
CN112272927A (zh) 光接收、组合收发组件、组合光模块、通讯装置及pon系统
JP2008124086A (ja) 受光素子及びこれを搭載した光受信器
WO2015146108A1 (ja) 受光素子、光モジュール及び光受信器
WO2022021747A1 (zh) 一种光信号检测系统
WO2013146406A1 (ja) 導波路結合ｍｓｍ型フォトダイオード
JP2009290097A (ja) 多波長光受信器及び光送受信装置
JP5571749B2 (ja) 受光部品および光受信モジュールの製造方法
JP2018098399A (ja) 半導体受光素子
KR20020037050A (ko) 수광 소자 및 수광 소자를 사용한 광 검출기
JP2010160218A (ja) 受光装置および光送受信装置
KR101901342B1 (ko) 광수신 모듈
JP6053318B2 (ja) 光受信器
WO2014041782A1 (ja) 受光素子、光通信器および光通信方法
Benedikovic et al. High-speed germanium pin avalanche photodetectors on silicon
JP2009027215A (ja) 光受信装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15769274

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016510012

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15128690

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15769274

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1