JPH0238824A - 光検出装置 - Google Patents

光検出装置

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JPH0238824A
JPH0238824A JP63188922A JP18892288A JPH0238824A JP H0238824 A JPH0238824 A JP H0238824A JP 63188922 A JP63188922 A JP 63188922A JP 18892288 A JP18892288 A JP 18892288A JP H0238824 A JPH0238824 A JP H0238824A
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JP
Japan
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light
wavelength
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JP63188922A
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Inventor
Akira Furuya
章 古谷
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44Electric circuits

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

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】 [概要] 波長敏感な光検出装置に関し、 大掛かりな波長弁別装置を用いなくても、波長弁別機能
を有する光検出装置を提供することを目的とし、 直列に接続された、異なる光吸収特性を存する、電流応
答性の2つの受光素子と、受光素子の接続点に接続した
電流検出用負荷と、両受光素子に生じる電流の差の電流
を電流検出用負荷を利用して弁別する弁別回路とを有す
る検出回路を含み、両受光素子に所定の同等強度の入力
光信号を入射させ、弁別回路に人力する信号強度を弁別
して所定波長H囲の光入力信号を検出するように構成す
る。
[産業上の利用分野] 本発明は光検出装置に関し、特に波長敏感な光検出装置
に関する。
光通信方式の新しい形態として、多重通信により容量を
拡大する試みが行われている。たとえば1本の光フアイ
バ中に0.8μmNの光と1μm帯の光とを同時に送る
。この光多重方式を用いる場合、受光側では異なる波長
の光、たとえば0.8μm帯の光信号と1μm帯の光信
号、または1μm帯の2つの波長の光信号を弁別して検
出する必要がある。
[従来の技術] 従来はファイバからの光を受光器に入れる前に光学フィ
ルタやグリズム等の波長分解用光学部品(波長弁別装置
)を用いて波長弁別を行っていた。
[発明が解決しようとする課題] 従来の技術によれば、波長弁別装置が必要であり、装置
が大掛かりになりやすかった。
本発明の目的は、大掛かりな波長弁別装置を用いなくて
も、波長弁別機能を有する光検出装置を提供することで
ある。
本発明の他の目的は、多波長の光を重ねて通信する多重
光通信において、各波長帯の光を弁別して検出すること
のできる光検出装置を提供することである。
[課題を解決するための手段] 第1図を参照して、直列に接続された、異なる光吸収特
性を有する、電流応答性の2つの受光素子(1、2)と
、受光素子の接続点に接続した電流検出用負荷(3)と
、両受光素子に生じる電流の差の電流を電流検出用負荷
を利用して弁別する弁別回路(4)と、を有する検出回
路を含み、両受光素子に所定の同等強度の入力光信号を
入射させ、弁別回路に入力する信号強度から所定波長範
囲の光入力信号を弁別検出する。
また、検出すべき複数の波長の光に合わせて複数の検出
回路を設け、全受光素子に所定の同等強度の入力光信号
を入射させる。
また、上記検出回路を構成するのに適した装置として、
同一半導体基板上に形成し、厚さの異なる光吸収層を有
する受光ダイオードを少なくとも1対含む半導体装置を
構成する。
〔作用] 異なる光吸収特性を有する電流応答性の2つの受光素子
は同等の光に対し異なる波長依存性を持つ電流応答を示
す、その光吸収特性の差を適当に選択し、弁別回路で所
定のレベル以上の信号を検出することにより所望の波長
帯の光に敏感な光検出が行える。
この様な検出回路を複数設けることにより複数の波長に
対して弁別力を持つ光検出装置を構成できる。複数の検
出回路の出力を比較することにより、より確実な光検出
を行うことらできる。
同一半導体基板上に形成し、厚さの異なる光吸収層を有
する受光ダイオードを少なくとも1対含む半導体装置に
よって、このような光検出装置を小型に高性能にかつ製
造fjx11iを高くすることなく製作することができ
る。
[実施例] 物質中を進む光の強度は、物質の厚さと吸収係数の積に
対してほぼ指数間数的に変化する。さらに、物質の吸収
係数は波長依存性を有する。異なる物質の異なる光吸収
特性を利用する場合は勿論のこと、同一物質であっても
光吸収層厚を異ならせれば光吸収特性は異なる。このよ
うな光吸収特性の異なる受光素子を形成すると、2つの
受光素子が吸収する光の量の比は波長依存性を有する。
適当に選択された異なる光吸収特性を有する受光素子対
を含む検出回路は、所定の波長帯に敏感な光検出を行う
ことができる。
第2図に本発明の実施例による光検出装置を概略的に示
す、検出回路10a 、10bは光吸収特性の異なる同
等の構成を持つ9図中、上部に正極性のライン電圧下部
に負極性のライン電圧が配され、各検出回路10a 、
10bにバイアスを提供している。
検出回路10a内において、2つの受光素子であるホト
ダイオードPD1 、PD2を直列に接続し、逆バイア
スを印加して、その接続点に負荷である抵抗R[を接続
して出力信号を得る。この出力信号をコンパレータCO
で検出する。ホトダイオードpH、PD2は一般的には
光吸収層の吸収隔数、厚さがそれぞれα1、α2 、L
l 、L2である受光素子である。いま、同一物質で構
成するとする。するとα1=α2である。そこで、光吸
収特性に差を持たせるようにLl >L2とする。
いま、ある波長λの同じ強さの光が両受光素子PCI 
、PD2に入射したとする。吸収した光がキャリアを励
起し、光電流を発生させる。受光素子PDI 、PD2
電流れる光電流II、12は11 =A fl −ex
t)(−aL、1)L ・・・11)I2 =A fl
 −exo(−aL、2 ))・・・・12)と表せる
。従って負荷抵抗R[電流れる出力I4流は、(1)式
と(2)式との差の電流となり、1=11−12 一=A fexp(−a L2 ) −exo(−a 
Ll))−−I3)となる、すなわち、出力;流■は吸
収係数αの大きさに依存する。
ところで、一般に吸収係数αは波長によって変化する。
光吸収層の厚さLl 、L2を選択することによって、
所定の波長での出力電流は変化する。
(3)式において、αを変数と考え、出力電流■が極値
をとるαを求める。(3)式をαについて微分し、極値
をとる条件を求めると、 となる、すなわち(4)式を満たすとき出力電流Iは最
大値をとる。受光素子PCI 、PD2の吸収層厚L1
 、L2を定め、入射する光子の個数を一定とし、波長
を変化させると(4)式を満たすαを持つ波長で負荷抵
抗RL電流れる出力電流Iは最大となり、αがこれより
大きくても小さくても8力電流Iは小さくなる。すなわ
ち波長敏感な感度特性を示す、入力信号強度をほぼ一定
とし、コンパレータCOで一定電圧以上の信号を選択す
れば、検出回路10aは一定の波長選択性を持つ。
ある特定の波長λに最大の受光特性を持たせたい場合に
は、光吸収層の波長λでの吸収係数αを調べ、(4)式
を満たす吸収層厚L1.L2の受光素子PCI 、PD
2の組を選べばよい。
第3図に半導体材料の光吸収係数の波長依存特性の例を
示す、2つの組成のInGaAsPの吸収係数を例とし
て示す、一般的に、半導体または絶縁体は吸収端から高
エネルギ(短波長)に向かって吸収係数が増加する。
光吸収層にn型In   Ga   As   PO,
670,330,70゜ 3を用いた場合、αの波長依存性は第3図に示すもので
あり、かなり広い波長領域に亘って、α=4X10  
X300−(λ−1)−1’          (a
m) と表せる。ただし、λはμmで表す、このように吸収係
数が波長に対して単調に変化する範囲での波長を弁別し
た光検出が可能である。対象とする受光の中心波長を1
.25μmにすると、(4)式を満たす吸収層厚の組合
わせの例は、 Ll =2.88μm、L2 =1.44μmである。
この時の波長特性を第4図に示す、半値幅約0.2μm
の波長敏感な特性を示している。
コンパレータである強度以上の信号を取り出すようにす
れば波長弁別特性を有する受光装置が構成できる。ファ
イバ光通信等においては、入射光強度はほぼ一定とでき
るので、I Iaxをほぼ一定にでき、コンパレータで
あるレベル以上の電圧を検出することで波長を弁別した
光検出ができる。
出力電流の最大値I laxと第4図に示すような波長
弁別特性の半値幅Δλとは、共に光吸収層厚の比L2 
/Liに依存するl厚比L2 /L、?か大きくなると
I IaXが大きくなるがΔλら大きくなり、層厚比L
2./L1が1に近付くとΔλは小さくなるがI na
xも小さくなる傾向を持つ、目的に合わせて、特性を調
整すればよい、第2図で、検出回路10a、 10bが
異なる波長で感度ピークを持つようにすれば、第4図破
線で示すような多波長の光に対して波長を弁別した光検
出が行える。
なお、異なる光吸収材料を用いてホトダイオードを形成
した場合は、前述の(3)式がに1l−I2 =A !exp(−a2 L2 ) −exD(−a 
11−1 ))となる、吸収係数が2種類になるので、
設計の自由度が増す。
第5図(A)、<B)に2波長用光検出に適した半導体
装置を示す、第5図(A)の上面図で示すように半導体
チップの受光素子用円形表面が4分割されて、4つのホ
トダイオードPD1 、PO2、PO2、PO2が形成
されている。ホトダイオード対PD1 、PO2で第1
の波長λ1用の受光器を形成し、ホトダイオード対PD
3 、PO2で第2の波長λ2用の受光器を形成する。
たとえば、λ1が1.3μm帯、λ2が1.5μm帯の
波長である。
第5図(B)は第5図(A)のB−B線に沿った断面構
造を示す、n型InP基板12上に異なる厚さの光吸収
層であるi型InGaAsP層14.16を形成し、そ
の上にp型1nP層18a。
18bを形成する。基板下面にカソード電% 2 ()
、p型lk!U18a、18b上にアノード電極22 
a 。
22bを形成する。なお、直接P型1nP層を形成する
代わりに、n型またはn型のInP層を形成し、ダイオ
ードを形成する部分に上から亜鉛2nをドー1してp型
領域を形成してもよい、この4合、ダイオードの分離も
行える。異なる厚さの光吸収層はたとえば気相選択成長
、減圧MOCVDとマスク成長またはマスクエツチング
の組合わせ等により形成できる。
なお、同一半導体基板上の他の部分に負荷抵抗R[を形
成してもよい、もちろん、さらに他の部分まで集積して
もよい。
[発明の効果〕 本発明により、特別の波長弁別装置を用いない簡易な構
成で、光弁別機能を有する光検出装置が得られる。
検出回路を複数設けることで、多波長用の光弁別機能を
有する光検出装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本実施例による光検出装置の回路ダ
イアグラム、 第2図は本発明の実施例による光検出装置の回路ダイア
グラム、 第3図は半導体材料の吸収係数の波長依存性の例を示す
スペクトル、 第4図は第2図の光検出装置の波長感度特性の例を示す
グラフ、 第5図(Am  (B)は本発明の他の実施例による半
導体装置を示し、(A)は上面図、(B)は断面図であ
る。 図において、 ・4 PDI、PO2,PO2,PO2 I 14、16 受光素子 負荷 弁別回諮 ホトダイオード 抵抗 コンパレータ n型InP i型rnGaAs p型InP層 カソード電極 アノード電極 P層 第  1  図 PDI、PO2ホトダイオード COコンパシータ  RL   抵掟 本発明の実施例 第  2  図 波長 (μm) 第 図 波長悪魔特注の例 第  4  図 (A) 上 面 図 本発明の池の実施例 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、直列に接続された、異なる光吸収特性を有する
    、電流応答性の2つの受光素子(1、2)と、受光素子
    の接続点に接続した電流検出用負荷(3)と、 両受光素子に生じる電流の差の電流を電流検出用負荷を
    利用して弁別する弁別回路(4)と、を有する検出回路
    を含み、 両受光素子に所定の同等強度の入力光信号を入射させ、
    弁別回路に入力する信号強度を弁別して所定波長範囲の
    光入力信号を検出することを特徴とする光検出装置。
  2. (2)、検出回路を複数備え、各検出回路がそれぞれ異
    なる検出波長範囲を有し、全受光素子に所定の同等強度
    の入力光信号を入射させ、多波長の光検出を行うこと を特徴とする請求項1記載の光検出装置。
JP63188922A 1988-07-28 1988-07-28 光検出装置 Pending JPH0238824A (ja)

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JP63188922A JPH0238824A (ja) 1988-07-28 1988-07-28 光検出装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002062257A (ja) * 2000-08-23 2002-02-28 Fuji Xerox Co Ltd オゾン濃度測定器
JP2011211191A (ja) * 2010-03-12 2011-10-20 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体基板、半導体基板の製造方法、および電磁波発生装置
JP2014501935A (ja) * 2010-10-15 2014-01-23 ドナタ カステルバーグ, 防眩装置

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