JPH0238824A - 光検出装置 - Google Patents
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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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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
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- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 。
、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。
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。
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。
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。
有する光検出装置が得られる。
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
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)
- (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)、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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63188922A JPH0238824A (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 光検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63188922A JPH0238824A (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 光検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0238824A true JPH0238824A (ja) | 1990-02-08 |
Family
ID=16232232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63188922A Pending JPH0238824A (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 光検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0238824A (ja) |
Cited By (3)
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 |
-
1988
- 1988-07-28 JP JP63188922A patent/JPH0238824A/ja active Pending
Cited By (3)
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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