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JP2005123513A - Photodetector - Google Patents

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JP2005123513A
JP2005123513A JP2003359230A JP2003359230A JP2005123513A JP 2005123513 A JP2005123513 A JP 2005123513A JP 2003359230 A JP2003359230 A JP 2003359230A JP 2003359230 A JP2003359230 A JP 2003359230A JP 2005123513 A JP2005123513 A JP 2005123513A
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JP
Japan
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core
clad layer
photodetector
silicon core
type silicon
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Pending
Application number
JP2003359230A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fukuda
浩 福田
Koji Yamada
浩治 山田
Seiichi Itabashi
聖一 板橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photodetector which is monolithically integrated with a waveguide composed of silicon and having a small element size. <P>SOLUTION: A pn junction is formed in a silicon core by constituting the silicon core with a p-type silicon core 102 and an n-type silicon core 103. A reverse-bias voltage is applied to the pn junction with a power supply 110, and the electron-hole pairs (carriers) generated by propagating a light with the light intensity of a predetermined value or more in the silicon core are taken out from a side cladding layer 104a connected to the p-type silicon core 102 and a side cladding layer 104b connected to the n-type silicon core 103 as an electric signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信,光情報処理,光センシングなどの光処理に必要とされる光導波路型の光検出器に関する。   The present invention relates to an optical waveguide type photodetector required for optical processing such as optical communication, optical information processing, and optical sensing.

近年の光エレクトロニクス技術の進歩はめざましいものがあり、この分野は、光通信を中心にセンシングやコンピューティングにまでおよんでいる。このような光エレクトロニクスの分野で用いられる光部品は、電気部品に比較して大きいという欠点があった。一般的な半導体レーザ光源は、数100μmの大きさがあり、酸化シリコン系化合物あるいは窒化シリコン系化合物による光回路に至っては、数10mmの大きさとなっている。従って、光部品を高密度に集積可能とする寸法に微細化する検討がなされている。   Recent advances in optoelectronic technology are remarkable, and this field extends to sensing and computing, centering on optical communications. Such optical parts used in the field of optoelectronics have a drawback that they are larger than electric parts. A general semiconductor laser light source has a size of several hundreds of micrometers, and has a size of several tens of millimeters for an optical circuit made of a silicon oxide compound or a silicon nitride compound. Therefore, studies have been made to reduce the size of optical components to a size that enables high-density integration.

このような検討の中で、光源やスイッチ、増幅器、変調器、受光器といった能動素子に関しては、フォトニック結晶を用いた微細化の基礎的な検討がなされている程度の状態である。これに対し、光導波路では、シリコンを用いたコアによりこの断面の寸法を500nm以下とし、曲げ半径も数μmを可能としている。シリコンを用いた電子デバイスでは、微細化にあたって多くの検討がなされており、ナノメータサイズの素子が実現されている。   In such studies, the active elements such as light sources, switches, amplifiers, modulators, and light receivers are in a state where basic studies on miniaturization using photonic crystals have been made. On the other hand, in the optical waveguide, the dimension of the cross section is made 500 nm or less and the bending radius can be several μm by the core using silicon. In electronic devices using silicon, many studies have been made for miniaturization, and nanometer-sized elements have been realized.

しかしながら、シリコンを用いた光部品は、前述した微小な導波路や、MEMSによる光スイッチなどの限られている。シリコンは、間接遷移型半導体であるとともに、また、光通信や光情報処理で用いられる波長1.2〜1.5μmの光に対して透明であり、光と相互作用を持たない。このため、上述したように、シリコンを用いた微細な能動素子が実現されていない。   However, optical parts using silicon are limited to the above-described minute waveguides, MEMS optical switches, and the like. Silicon is an indirect transition semiconductor, and is transparent to light having a wavelength of 1.2 to 1.5 μm used in optical communication and optical information processing, and has no interaction with light. For this reason, as described above, a fine active element using silicon has not been realized.

一方、従来よりシリコンフォトダイオードの二光子吸収を利用したオートコリレータ(非特許文献1参照)、シリコンCCDカメラを用いたオートコリレータ(非特許文献2参照)、シリコンフォトダイオードの二光子吸収を利用したリフレクトメータ(非特許文献3参照)などの実用的なデバイスや装置の報告もある。これらは、可視領域で光デバイスとして利用されてきたシリコンデバイスを、波長1.3〜1.5μmの光で利用しようとした技術である。   On the other hand, conventionally, an autocorrelator using two-photon absorption of a silicon photodiode (see Non-Patent Document 1), an autocorrelator using a silicon CCD camera (see Non-Patent Document 2), and two-photon absorption of a silicon photodiode are used. There are also reports of practical devices and apparatuses such as a reflectometer (see Non-Patent Document 3). These are technologies that attempt to use silicon devices that have been used as optical devices in the visible region with light having a wavelength of 1.3 to 1.5 μm.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
C.Xu, J.M.Roth, W.H.Knox and K.Bergman, "Ultra-sensitive autocorrelation of 1.5μm light with single photon counting silicon avalanche photodiode", ELECTRONICS LETTERS, Vol.38, No.2, pp86-88, 17th January 2002. Dmitriy Panasenko and Yeshaiahu Fainman, "Interferometric correlation of infrared femtosecond pulses with two-photon conductivity in a silicon CCD", APPLIED OPTICS,Vol.41,No.18,pp3748-3752,20 June 2002. Y Tanaka,N Sako, T Kurokawa, H Tsuda, and M Takeda, "Profilometry based on two-photon absorption in a silicon avalanche photodiode",OPTICS LETTERS, Vol.28, No.6, pp402-404, 15 March 2003.
The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
C.Xu, JMRoth, WHKnox and K. Bergman, "Ultra-sensitive autocorrelation of 1.5μm light with single photon counting silicon avalanche photodiode", ELECTRONICS LETTERS, Vol.38, No.2, pp86-88, 17th January 2002. Dmitriy Panasenko and Yeshaiahu Fainman, "Interferometric correlation of infrared femtosecond pulses with two-photon conductivity in a silicon CCD", APPLIED OPTICS, Vol.41, No.18, pp3748-3752,20 June 2002. Y Tanaka, N Sako, T Kurokawa, H Tsuda, and M Takeda, "Profilometry based on two-photon absorption in a silicon avalanche photodiode", OPTICS LETTERS, Vol.28, No.6, pp402-404, 15 March 2003.

しかしながら、上述した二光子吸収を利用したシリコンによる光デバイスは、素子サイズが大きく、大がかりな装置群が必要であり、これらのデバイスの微細化は検討されていない。   However, the above-described optical device using silicon utilizing two-photon absorption has a large element size and requires a large device group, and miniaturization of these devices has not been studied.

従って、従来では、波長が1.1〜2.2μmの範囲の光を検出する微細な能動素子を得ようとすると、ガリウムヒ素系化合物やインジウム燐系化合物などの化合物半導体よりなる素子を利用することとなっていた。このため、シリコンコアによる微細な導波路と、上記能動素子とをモノリシックに集積化した集積デバイスが、容易に得られないという問題があった。   Therefore, conventionally, in order to obtain a fine active element that detects light having a wavelength in the range of 1.1 to 2.2 μm, an element made of a compound semiconductor such as a gallium arsenide compound or an indium phosphorus compound is used. It was supposed to be. For this reason, there is a problem that an integrated device in which a fine waveguide using a silicon core and the active element are integrated monolithically cannot be easily obtained.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、素子サイズが小さくシリコンからなる導波路とモノリシックに集積が可能な光検出器を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a photodetector that can be monolithically integrated with a waveguide made of silicon with a small element size.

本発明に係る光検出器は、導波方向にpn接合面が延在するようにp形の領域とn形の領域とが形成されて断面の少なくとも1つの方向の寸法が500nm以下のシリコンからなるコアと、このコアのp形領域とn形領域との間に例えば逆バイアス電圧を印加する電源と、コアのp形領域とn形領域との間に流れる電流を測定する電流計と、コアの周囲に配置されてシリコンより屈折率の低いクラッドとを少なくとも備えたものである。
この光検出器では、コアを伝播する光の強度が所定値以上となると、コアにおいて二光子吸収(多光子吸収)によりキャリアが発生し、この結果発生する電流が電流計に計測される。
In the photodetector according to the present invention, a p-type region and an n-type region are formed so that a pn junction surface extends in the waveguide direction, and a dimension in at least one direction of a cross section is 500 nm or less. A power source that applies, for example, a reverse bias voltage between the p-type region and the n-type region of the core, an ammeter that measures a current flowing between the p-type region and the n-type region of the core, At least a cladding disposed around the core and having a refractive index lower than that of silicon is provided.
In this photodetector, when the intensity of light propagating through the core exceeds a predetermined value, carriers are generated by two-photon absorption (multiphoton absorption) in the core, and the resulting current is measured by an ammeter.

上記光検出器において、クラッドは、コアのp形領域に接触する導電性材料からなる第1クラッド層と、コアのn形領域に接触する導電性材料からなる第2クラッド層と,第1クラッド層と第2クラッド層とを絶縁分離するように、コアを挟むように配置された絶縁性材料からなる第3クラッド層,第4クラッド層とから構成されていればよい。この構成とすることで、コアにおける導体損失を抑制した状態で、p形領域とn形領域とにバイアス電圧を印加し、また、二光子吸収により発生したキャリアによる電流を計測できるようになる。   In the photodetector, the cladding includes a first cladding layer made of a conductive material in contact with the p-type region of the core, a second cladding layer made of a conductive material in contact with the n-type region of the core, and the first cladding. What is necessary is just to be comprised from the 3rd cladding layer and the 4th cladding layer which consist of an insulating material arrange | positioned so that a core may be pinched | interposed so that a layer and a 2nd cladding layer may be insulated-separated. With this configuration, it is possible to apply a bias voltage to the p-type region and the n-type region while suppressing conductor loss in the core, and to measure a current due to carriers generated by two-photon absorption.

上記光検出器において、第1クラッド層及び第2クラッド層が、第3クラッド層と第4クラッド層とに挟まれてコアを挟んで対向配置されていれもよく、第3クラッド層及び第4クラッド層が、第1クラッド層と第2クラッド層とに挟まれてコアを挟んで対向配置されていてもよい。また、第1クラッド層及び第2クラッド層は、酸化亜鉛系化合物もしくは酸化インジウム系化合物の中から選択されたいずれかの材料から構成することが可能である。   In the photodetector, the first clad layer and the second clad layer may be disposed between the third clad layer and the fourth clad layer so as to face each other with the core interposed therebetween. The clad layer may be sandwiched between the first clad layer and the second clad layer and disposed opposite to each other with the core therebetween. The first cladding layer and the second cladding layer can be made of any material selected from a zinc oxide-based compound or an indium oxide-based compound.

以上説明したように、本発明によれば、シリコンコアによる導波路により光検出器を構成したので、構成が単純で容易に微細化が可能であり、また、シリコンコアよりなる他の光回路との接続が非常に容易である。この結果、本発明によれば、素子サイズが小さくシリコンからなる導波路とモノリシックに集積が可能な光検出器が提供できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, since the photodetector is constituted by the waveguide formed by the silicon core, the structure is simple and can be easily miniaturized, and other optical circuits made of the silicon core can be used. Is very easy to connect. As a result, according to the present invention, it is possible to provide an excellent effect that a photodetector that can be monolithically integrated with a waveguide made of silicon with a small element size can be provided.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態における光検出器の構成例を模式的に示す斜視図である。
この光検出器は、下部クラッド層101の上に隣接して配置されたp形シリコンコア(p形の領域)102及びn形シリコンコア(n形の領域)103を備える。p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103により、下部クラッド層101の主表面に対して垂直な方向に、pn接合の面が形成された状態となる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration example of a photodetector in the embodiment of the present invention.
The photodetector includes a p-type silicon core (p-type region) 102 and an n-type silicon core (n-type region) 103 disposed adjacent to each other on the lower cladding layer 101. The p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 form a pn junction surface in a direction perpendicular to the main surface of the lower cladding layer 101.

また、p形シリコンコア102とn形シリコンコア103とよりなるシリコンコアの断面は、少なくとも1つの方向の寸法が500nm以下である。例えば、シリコンコアの断面は、図1の紙面の横方向に幅1μmであり、紙面縦方向に高さ500nmであればよい。この場合、p形シリコンコア102とn形シリコンコア103の各々断面は、一辺500nmの正方形である。また、シリコンコアは、幅500μm,高さ500μmであってもよい。この場合、p形シリコンコア102とn形シリコンコア103の各々断面は、幅250nm,高さ500nmの長方形である。   The cross section of the silicon core composed of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 has a dimension in at least one direction of 500 nm or less. For example, the cross section of the silicon core may have a width of 1 μm in the horizontal direction of FIG. 1 and a height of 500 nm in the vertical direction of the paper. In this case, each cross section of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 is a square having a side of 500 nm. Further, the silicon core may have a width of 500 μm and a height of 500 μm. In this case, each cross section of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 is a rectangle having a width of 250 nm and a height of 500 nm.

下部クラッド層101とこの上に形成された各シリコンコアは、例えば、公知のSOI(Silicon on Insulator)基板を加工することで形成できる。SOI基板の埋め込み絶縁層を下部クラッド層101とし、この上の単結晶シリコン層を、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により加工し、選択的にイオン注入することで、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103を形成することができる。また、選択的にイオン注入をしてp形の領域とn形の領域とを形成した後、これらによるpn接合面を中心にしてストライプ状のパターンを形成することでも、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103が形成できる。   The lower cladding layer 101 and each silicon core formed thereon can be formed, for example, by processing a known SOI (Silicon on Insulator) substrate. The buried insulating layer of the SOI substrate is used as the lower cladding layer 101, and the single crystal silicon layer thereon is processed by a known photolithography technique and etching technique, and selectively ion-implanted, whereby the p-type silicon core 102 and n A shaped silicon core 103 can be formed. Alternatively, by selectively ion-implanting to form a p-type region and an n-type region, a stripe-shaped pattern can be formed around the pn junction surface, thereby forming the p-type silicon core 102 and An n-type silicon core 103 can be formed.

また、p形シリコンコア102,n形シリコンコア103の両脇には、酸化亜鉛系化合物や酸化インジウム系化合物など、シリコンコアより低屈折率な導電性材料から構成された側部クラッド層(第1クラッド層)104a,側部クラッド層(第2クラッド層)104bを備え、また、これらを覆う上部クラッド層105を備えている。従って、側部クラッド層104a及び側部クラッド層104bは、下部クラッド層101と上部クラッド層105とに挟まれ、p形シリコンコア102,n形シリコンコア103よりなるシリコンコアを挟んで対向配置されている。   Further, on both sides of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103, a side cladding layer (first layer) made of a conductive material having a lower refractive index than the silicon core, such as a zinc oxide compound or an indium oxide compound. 1 clad layer) 104a, side clad layer (second clad layer) 104b, and an upper clad layer 105 covering them. Therefore, the side clad layer 104a and the side clad layer 104b are sandwiched between the lower clad layer 101 and the upper clad layer 105, and are opposed to each other with the silicon core composed of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 interposed therebetween. ing.

なお、下部クラッド層101及び上部クラッド層105は、酸化シリコン系化合物,窒化シリコン系化合物,エポキシ系高分子材料,及びポリイミド系高分子材料など、シリコンコアより低屈折率な誘電体材料を用いればよい。p形シリコンコア102,n形シリコンコア103及びこれらの下部,側部,上部を覆う各クラッドにより、光導波路が構成されている。   The lower cladding layer 101 and the upper cladding layer 105 may be made of a dielectric material having a lower refractive index than the silicon core, such as a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, an epoxy polymer material, and a polyimide polymer material. Good. An optical waveguide is constituted by the p-type silicon core 102, the n-type silicon core 103, and the clads covering the lower, side, and upper portions thereof.

また、側部クラッド層104a,104bには、上部クラッド層105を貫通するコンタクトプラグ106,107が接続している。加えて、側部クラッド層104a,104bは、コンタクトプラグ106,107を介し、上部クラッド層105の上に形成された電極108,電極109に接続している。電極108,電極109には、電源110が接続され、これらの間にバイアス電圧を印加可能としている。なお、電源110には、電流計111が直列に接続されている。   In addition, contact plugs 106 and 107 penetrating the upper cladding layer 105 are connected to the side cladding layers 104a and 104b. In addition, the side clad layers 104 a and 104 b are connected to electrodes 108 and 109 formed on the upper clad layer 105 via contact plugs 106 and 107. A power source 110 is connected to the electrodes 108 and 109, and a bias voltage can be applied between them. Note that an ammeter 111 is connected to the power source 110 in series.

上述した構成とした図1の光検出器によれば、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103の内部で二光子吸収(多光子吸収)により発生したキャリア(電子正孔対)が、電流計111により電流として検出されるようになる。従って、図1の光検出器によれば、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103よりなる導波路を導波する光を検出することが可能となる。   According to the photodetector of FIG. 1 configured as described above, carriers (electron-hole pairs) generated by two-photon absorption (multiphoton absorption) inside the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 are converted into current. It is detected as a current by the total 111. Therefore, according to the photodetector of FIG. 1, it is possible to detect light guided through a waveguide formed by the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103.

図2は、図1に示した光検出器を用いた光検出器アレイの構成例を模式的に示す断面図である。複数の光検出器200が、共通の下部クラッド層201の上に配列され、各光検出器200は、絶縁層220によって各々絶縁分離されている。絶縁層220は、酸化シリコン系の化合物,窒化シリコン系の化合物,エポキシ系高分子化合物,及びポリイミド系高分子化合物などの絶縁材料から構成すればよい。また、絶縁層220は、空気の層から構成してもよい。言い換えると、各光検出器200が、下部クラッド層201の上で、各々所定の間隔で離間して配列していてもよい。波長1.1〜2.2μmの光を対象とする場合、各光検出器200の隙間、すなわち絶縁層220の厚さは、2μm程度であればよい。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a photodetector array using the photodetector shown in FIG. A plurality of photodetectors 200 are arranged on a common lower cladding layer 201, and each photodetector 200 is insulated and separated by an insulating layer 220. The insulating layer 220 may be made of an insulating material such as a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, an epoxy polymer compound, and a polyimide polymer compound. The insulating layer 220 may be composed of an air layer. In other words, the photodetectors 200 may be arranged on the lower clad layer 201 at a predetermined interval. When light with a wavelength of 1.1 to 2.2 μm is targeted, the gap between the photodetectors 200, that is, the thickness of the insulating layer 220 may be about 2 μm.

ここで、上述した2光子吸収について説明する
図3は、二光子吸収(多光子吸収)を検討するための測定系300であり、シリコンのコアとこれより低屈折率のクラッドとから構成された光導波路301に、パタンジェネレータ302及び光変調器303によってビットパターンに変調した波長1.1μm<λ1<2.2μmの光を入力させ、O/Eサンプリングオシロスコープ304で測定するものである。
Here, the above-described two-photon absorption will be described. FIG. 3 shows a measurement system 300 for studying two-photon absorption (multiphoton absorption), which is composed of a silicon core and a lower refractive index cladding. Light having a wavelength of 1.1 μm <λ 1 <2.2 μm modulated into a bit pattern by a pattern generator 302 and an optical modulator 303 is input to the optical waveguide 301 and measured by an O / E sampling oscilloscope 304.

光導波路301に入射した上記光は、波長がシリコンのバンドギャップより長いため、光の強度が低い場合は、光導波路301を透過(導波)して出力(出射)される。シリコンコアの光導波路301は、波長1.1〜2.2μmの光であれば、コアの径を500nm以下としても導波させることが可能であり、この構成の光導波路301を導波する波長1.1〜2.2の光は、コア内で光強度が著しく大きくなる。この構造において、光導波路301を導波する光の強度を大きくし、この強度が所定値を超えると二光子吸収が起こり、キャリア(電子正孔対)が生成されて光吸収が起きる。なお、より強い光強度の光により、光導波路301においては、三光子吸収,四光子吸収・・と多光子吸収が起こる。   Since the light incident on the optical waveguide 301 has a wavelength longer than the band gap of silicon, when the light intensity is low, the light is transmitted (guided) through the optical waveguide 301 and output (emitted). The silicon core optical waveguide 301 can guide light even if the diameter of the core is 500 nm or less as long as the light has a wavelength of 1.1 to 2.2 μm. The light intensity of 1.1 to 2.2 is remarkably increased in the core. In this structure, the intensity of light guided through the optical waveguide 301 is increased, and when this intensity exceeds a predetermined value, two-photon absorption occurs, carriers (electron-hole pairs) are generated, and light absorption occurs. It should be noted that light having a higher light intensity causes three-photon absorption, four-photon absorption, and multiphoton absorption in the optical waveguide 301.

また、二光子吸収により生成された電子正孔対が再結合する場合、制御光の2倍のエネルギーの光を放出するが、光導波路301のコアを構成しているシリコンのバンドギャップよりエネルギーが大きいため、再結合により放出された光は、光導波路301を伝播することができない。従って、光導波路305を導波して取り出された光の状態を測定することで、光導波路301における二光子吸収の状態を確認することができる。   In addition, when electron-hole pairs generated by two-photon absorption recombine, light having twice the energy of the control light is emitted, but the energy is larger than the band gap of silicon forming the core of the optical waveguide 301. Since it is large, the light emitted by recombination cannot propagate through the optical waveguide 301. Therefore, the state of two-photon absorption in the optical waveguide 301 can be confirmed by measuring the state of the light extracted after being guided through the optical waveguide 305.

図4は、光導波路301に入射させる光の波形を示した特性図である。図4に示すように、光導波路301には、ビットパターンに変調した光を入射させる。図5は、光導波路301より出射された光をO/Eサンプリングオシロスコープ304で測定した結果得られた光の波形を示した特性図である。また、図6は、光導波路301に入射させるビットパターンの光のピーク強度を変化させた場合の、図5のB/Aの値をプロットした特性図である。   FIG. 4 is a characteristic diagram showing a waveform of light incident on the optical waveguide 301. As shown in FIG. 4, light modulated into a bit pattern is incident on the optical waveguide 301. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the waveform of light obtained as a result of measuring the light emitted from the optical waveguide 301 with the O / E sampling oscilloscope 304. FIG. 6 is a characteristic diagram in which the values of B / A in FIG. 5 are plotted when the peak intensity of the bit pattern light incident on the optical waveguide 301 is changed.

図6より判るように、光導波路301に入射させる光のピーク強度と、入力させたビットパターンの光の光導波路301における透過率の逆数が比例関係にあり、図5に示す光の減衰が、光導波路301における二光子吸収であることを示している(文献:J.H.Bechtel and W.L.Smith,"Two-photon absorption in semiconductors with picosecond laser pulses", PHYSICAL REVIEW B, Vo.13, No.8, pp3515-3522, 15th APRIL 1976.)。   As can be seen from FIG. 6, the peak intensity of light incident on the optical waveguide 301 and the reciprocal of the transmittance of the input bit pattern light in the optical waveguide 301 are in a proportional relationship, and the attenuation of light shown in FIG. It shows that it is two-photon absorption in the optical waveguide 301 (reference: JHBechtel and WLSmith, “Two-photon absorption in semiconductors with picosecond laser pulses”, PHYSICAL REVIEW B, Vo.13, No.8, pp3515- 3522, 15th APRIL 1976.).

ここで、光導波路301のシリコンからなるコアにpn接合を設け、このpn接合に逆バイアスを印加し、コアのp形領域とn形領域とに各々電極を接続すれば、pn接合を備えたコアに発生した電子正孔対(キャリア)を、上記電極より電気信号として取り出すことができる。すなわち、シリコンからなるコアにpn接合を設けた図1に示す光検出器によれば、コアに発生した二光子吸収を、電気信号として取り出すことができる。このように、図1に示す光検出器によれば、所定値以上の光強度の光を検出することができる。   Here, a pn junction is provided by providing a pn junction in the silicon core of the optical waveguide 301, applying a reverse bias to the pn junction, and connecting electrodes to the p-type region and the n-type region of the core, respectively. Electron hole pairs (carriers) generated in the core can be taken out as electrical signals from the electrodes. That is, according to the photodetector shown in FIG. 1 in which a pn junction is provided in a core made of silicon, two-photon absorption generated in the core can be extracted as an electric signal. As described above, the photodetector shown in FIG. 1 can detect light having a light intensity equal to or greater than a predetermined value.

ところで、図1に示す光検出器は導波路型であるため、コアに設けたpn接合よりキャリアを取り出す電極を金属から構成すると、光が伝播するコアの近傍に金属が存在することになり、導体損失が大きく効率的ではない。このため、前述したように、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103の両側部の側部クラッド層104a,104bは、酸化亜鉛系化合物や酸化インジウム系化合物などのシリコンコアより低屈折率な導電性材料から構成し、これらを電極108,電極109に接続するための引き出し電極(配線)として用いる。これらの材料は、シリコンに比較して屈折率が小さいので、配線として機能するとともにクラッドとしても機能する。   By the way, since the photodetector shown in FIG. 1 is a waveguide type, when an electrode for extracting carriers from a pn junction provided in the core is made of metal, the metal exists in the vicinity of the core through which light propagates. Conductor loss is large and not efficient. For this reason, as described above, the side cladding layers 104a and 104b on both sides of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 have a lower refractive index than silicon cores such as zinc oxide compounds and indium oxide compounds. It is made of a conductive material, and these are used as lead electrodes (wirings) for connecting to the electrodes 108 and 109. Since these materials have a smaller refractive index than silicon, they function not only as wiring but also as cladding.

以上に説明した図1の光検出器は、微細化が容易であり、また光導波路型であるため、シリコンナノ光導波路などと容易に接続することが可能である。従って、図1に示す光検出器を用いることで、これらによる光集積回路の微細化が容易となる。また、図1の光検出器であれば、これを複数配列させて図2に示すようなアレイ接続の構成としても、素子全体の増大を招くことがなく、微細化が容易である。   The photodetector shown in FIG. 1 described above can be easily miniaturized and is of an optical waveguide type, so that it can be easily connected to a silicon nano-optical waveguide or the like. Therefore, the use of the photodetector shown in FIG. 1 facilitates miniaturization of the optical integrated circuit. Further, in the case of the photodetector shown in FIG. 1, even if a plurality of the photodetectors are arranged to form an array connection configuration as shown in FIG. 2, the entire device is not increased and miniaturization is easy.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態における他の光検出器について説明する。図7は、本発明における他の光検出器の構成例を模式的に示す斜視図である。
この光検出器は、図1に示した光検出器と同様に、下部クラッド層101の上に隣接して配置されたp形シリコンコア102及びn形シリコンコア103を備える。また、p形シリコンコア102,n形シリコンコア103の両脇には、側部クラッド層104a,104bを備えている。
[Embodiment 2]
Next, another photodetector in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration example of another photodetector in the present invention.
This photodetector includes a p-type silicon core 102 and an n-type silicon core 103 disposed adjacent to each other on the lower clad layer 101, similarly to the photodetector shown in FIG. Further, side clad layers 104 a and 104 b are provided on both sides of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103.

図7に示す光検出器では、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103を覆い、側部クラッド層104a,104bの一部にまで延在する上部クラッド層705を備え、側部クラッド層104a,104bの上面が露出する構成となっている。上部クラッド層705は、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103により導波路が構成される程度に、少なくともp形シリコンコア102及びn形シリコンコア103を覆うものとなっていればよい。また、上部クラッド層705は、導波路の導波方向の中心が、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103よりなるコアの中心と同じ位置となるように配置する。   The photodetector shown in FIG. 7 includes an upper clad layer 705 that covers the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 and extends to a part of the side clad layers 104a and 104b, and includes the side clad layer 104a. 104b are exposed. The upper clad layer 705 only needs to cover at least the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103 to such an extent that a waveguide is formed by the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103. The upper clad layer 705 is disposed so that the center of the waveguide in the waveguide direction is at the same position as the center of the core composed of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103.

上部クラッド層705の導波方向に垂直な方向の幅は、コアを導波する光の波長及びクラッド層を構成する材料の組み合わせにより、適宜設定すればよい。例えば、コアを導波する光の波長が1.1〜2.2μmであり、上部クラッド層705を構成する材料が、前述した酸化シリコン系化合物,窒化シリコン系化合物,エポキシ系高分子材料,及びポリイミド系高分子材料などの場合、上部クラッド層705の幅は、2μm以上あればよい。   The width of the upper cladding layer 705 in the direction perpendicular to the waveguide direction may be set as appropriate depending on the combination of the wavelength of light guided through the core and the material constituting the cladding layer. For example, the wavelength of light guided through the core is 1.1 to 2.2 μm, and the material constituting the upper cladding layer 705 is the silicon oxide compound, silicon nitride compound, epoxy polymer material, and In the case of a polyimide polymer material or the like, the width of the upper clad layer 705 may be 2 μm or more.

これらの構成とした図7の光検出器では、側部クラッド層104a,側部クラッド層104bに電源110が接続され、これらの間にバイアス電圧を印加可能としている。なお、電源110には、電流計111が直列に接続されている。図7の光検出器においても、p形シリコンコア102p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103よりなる導波路を導波する光を検出することが可能となる。なお、側部クラッド層104a,側部クラッド層104bの各々に、金属からなる電極パッドを設け、これに電源110を接続するようにしてもよい。   In the photodetector of FIG. 7 configured as described above, a power source 110 is connected to the side cladding layer 104a and the side cladding layer 104b, and a bias voltage can be applied between them. Note that an ammeter 111 is connected to the power source 110 in series. Also in the photodetector of FIG. 7, it is possible to detect light guided through a waveguide formed by the p-type silicon core 102, the p-type silicon core 102, and the n-type silicon core 103. Note that an electrode pad made of metal may be provided on each of the side clad layer 104a and the side clad layer 104b, and the power source 110 may be connected thereto.

ところで、図7に示す光検出器であっても、図8に示すように、光検出器アレイの構成とすることができる。この場合、複数の光検出器800が、共通の下部クラッド層801の上に配列され、各光検出器800は、絶縁層820によって各々絶縁分離されている。絶縁層820は、酸化シリコン系の化合物,窒化シリコン系の化合物,エポキシ系高分子化合物,及びポリイミド系高分子化合物などの絶縁材料から構成すればよい。また、絶縁層820は、空気の層から構成してもよい。言い換えると、各光検出器800が、下部クラッド層801の上で、各々所定の間隔で離間して配列していてもよい。波長1.1〜2.2μmの光を対象とする場合、各光検出器800の隙間、すなわち絶縁層820の厚さは、2μm程度であればよい。   By the way, even the photodetector shown in FIG. 7 can be configured as a photodetector array as shown in FIG. In this case, a plurality of photodetectors 800 are arranged on a common lower cladding layer 801, and each photodetector 800 is insulated and separated by an insulating layer 820. The insulating layer 820 may be formed of an insulating material such as a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, an epoxy polymer compound, and a polyimide polymer compound. Further, the insulating layer 820 may be composed of an air layer. In other words, the photodetectors 800 may be arranged on the lower clad layer 801 at a predetermined interval. When light having a wavelength of 1.1 to 2.2 μm is targeted, the gap between the photodetectors 800, that is, the thickness of the insulating layer 820 may be about 2 μm.

[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態における他の光検出器について説明する。図9は、本発明における他の光検出器の構成例を模式的に示す斜視図である。
この光検出器は、酸化亜鉛系化合物や酸化インジウム系化合物などのシリコンコアより低屈折率な導電性材料から構成された下部クラッド層(第1クラッド層)901の上に、p形シリコンコア902及びこの上に積層されたn形シリコンコア903を備える。p形シリコンコア902及びn形シリコンコア903により、下部クラッド層901の主表面に対して平行なpn接合の面が形成された状態となる。
[Embodiment 3]
Next, another photodetector in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a perspective view schematically showing a configuration example of another photodetector in the present invention.
This photodetector includes a p-type silicon core 902 on a lower clad layer (first clad layer) 901 made of a conductive material having a lower refractive index than that of a silicon core such as a zinc oxide compound or an indium oxide compound. And an n-type silicon core 903 laminated thereon. The p-type silicon core 902 and the n-type silicon core 903 form a pn junction surface parallel to the main surface of the lower cladding layer 901.

また、積層されたp形シリコンコア902,n形シリコンコア903の両脇には、側部クラッド層904を備える。側部クラッド層904は、酸化シリコン系化合物,窒化シリコン系化合物,エポキシ系高分子材料,及びポリイミド系高分子材料など、シリコンコアより低屈折率な誘電体材料を用いればよい。加えて、n形シリコンコア903の上面及び側部クラッド層904の上面を覆う上部クラッド層(第2クラッド層)905を備える。従って、側部クラッド層904は、p形シリコンコア902,n形シリコンコア903よりなるシリコンコアを挟んで対向配置し、かつ、下部クラッド層901と上部クラッド層905とに挟まれている。   Further, side clad layers 904 are provided on both sides of the stacked p-type silicon core 902 and n-type silicon core 903. The side cladding layer 904 may be made of a dielectric material having a lower refractive index than the silicon core, such as a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, an epoxy polymer material, and a polyimide polymer material. In addition, an upper clad layer (second clad layer) 905 covering the upper surface of the n-type silicon core 903 and the upper surface of the side clad layer 904 is provided. Accordingly, the side clad layer 904 is disposed so as to face the silicon core composed of the p-type silicon core 902 and the n-type silicon core 903 and is sandwiched between the lower clad layer 901 and the upper clad layer 905.

また、上部クラッド層905は、下部クラッド層901と同様に、酸化亜鉛系化合物や酸化インジウム系化合物などのシリコンコアより低屈折率な導電性材料から構成されていればよい。p形シリコンコア902,n形シリコンコア903及びこれらの下部,側部,上部を覆う各クラッドにより、光導波路が構成されている。   Similarly to the lower clad layer 901, the upper clad layer 905 only needs to be made of a conductive material having a lower refractive index than a silicon core such as a zinc oxide compound or an indium oxide compound. An optical waveguide is constituted by the p-type silicon core 902, the n-type silicon core 903, and the clads covering the lower, side, and upper portions thereof.

図9に示す光検出器においては、下部クラッド層901,上部クラッド層905に電源を接続してこれらの間に逆バイアス電圧を印加し、電源に直列に接続された電流計を設けることで、p形シリコンコア902及びn形シリコンコア903の内部で二光子吸収(多光子吸収)により発生したキャリアが、電流計により電流として検出されるようになる。従って、図9の光検出器によっても、p形シリコンコア902及びn形シリコンコア903よりなる導波路を導波する光を検出することが可能となる。   In the photodetector shown in FIG. 9, a power source is connected to the lower cladding layer 901 and the upper cladding layer 905, a reverse bias voltage is applied between them, and an ammeter connected in series to the power source is provided. Carriers generated by two-photon absorption (multi-photon absorption) inside the p-type silicon core 902 and the n-type silicon core 903 are detected as current by an ammeter. Therefore, even with the photodetector shown in FIG. 9, it is possible to detect the light guided through the waveguide formed by the p-type silicon core 902 and the n-type silicon core 903.

図1,図7に示した光検出器の構成、及び図9に示した光検出器の構成から明らかなように、導波方向にpn接合面が延在するようにp形のコアとn形のコアとを配置し、これらよりなるシリコンコアの断面は、少なくとも1つの方向の寸法が500nm以下であり、これらにバイアス電圧が印加され、また、流れる電流が計測可能であることが重要である。電圧の印加や電流の測定は、p形のコアに接触して導電性を有するp形用のクラッドを設け、n形のコアに接触して導電性を有するn形用のクラッドを設け、p形用のクラッドとn形用のクラッドとは絶縁分離した状態とし、各クラッドを配線(引き出し電極)として用いることで可能となる。また、この構成とすることで、コアよりなる導波路の導体損失が防げて効率的となる。   As is clear from the configuration of the photodetector shown in FIGS. 1 and 7 and the configuration of the photodetector shown in FIG. 9, a p-type core and n are formed so that a pn junction surface extends in the waveguide direction. It is important that the cross section of the silicon core made of these has a dimension in at least one direction of 500 nm or less, a bias voltage is applied to them, and the flowing current can be measured. is there. For applying voltage and measuring current, a p-type clad having conductivity is provided in contact with the p-type core, and an n-type clad having conductivity is provided in contact with the n-type core. The clad for the shape and the clad for the n-type are insulatively separated, and each clad can be used as a wiring (extraction electrode). Further, by adopting this configuration, the conductor loss of the waveguide made of the core can be prevented and the efficiency is improved.

なお、図9に示す光検出器において、上部クラッド層905により、側部クラッド層904の全域が覆われている必要はない。導波する光の波長により適宜設定された所定の幅の上部クラッド層905が、n形シリコンコア903を中心に設けられていればよい。また、図9に示す光検出器において、p形シリコンコアの上にn形シリコンコアが配置されている構成に限るものではなく、逆の構成としても良いことは言うまでもない。
また、図9に示す光検出器において、下部クラッド層901,上部クラッド層905において、金属からなる電極パッドを設け、これに電源を接続するようにしてもよい。
In the photodetector shown in FIG. 9, it is not necessary to cover the entire side cladding layer 904 with the upper cladding layer 905. An upper cladding layer 905 having a predetermined width that is appropriately set according to the wavelength of light to be guided may be provided centering on the n-type silicon core 903. Further, the photodetector shown in FIG. 9 is not limited to the configuration in which the n-type silicon core is disposed on the p-type silicon core, and it goes without saying that the configuration may be reversed.
In the photodetector shown in FIG. 9, electrode pads made of metal may be provided in the lower clad layer 901 and the upper clad layer 905, and a power source may be connected thereto.

ところで、図9に示す光検出器であっても、図10に示すように、光検出器アレイの構成とすることができる。この場合、複数の光検出器1000が、共通の下部クラッド層1001の上に配列され、各光検出器1000は、絶縁層1020によって各々絶縁分離されている。また、この場合、隣り合う光検出器1000において、各々のコアの間に配置される側部クラッド層904は、共通に用いることができる。   By the way, even the photodetector shown in FIG. 9 can have a configuration of a photodetector array as shown in FIG. In this case, a plurality of photodetectors 1000 are arranged on a common lower cladding layer 1001, and each photodetector 1000 is insulated and separated by an insulating layer 1020. In this case, the side cladding layers 904 disposed between the cores of the adjacent photodetectors 1000 can be used in common.

なお、絶縁層1020は、酸化シリコン系の化合物,窒化シリコン系の化合物,エポキシ系高分子化合物,及びポリイミド系高分子化合物などの絶縁材料から構成すればよい。また、絶縁層820は、空気の層から構成してもよい。言い換えると、各光検出器800が、下部クラッド層801の上で、各々所定の間隔で離間して配列していてもよい。波長1.1〜2.2μmの光を対象とする場合、各光検出器1000の隙間、すなわち絶縁層1020の厚さは、2μm程度であればよい。   Note that the insulating layer 1020 may be formed of an insulating material such as a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, an epoxy polymer compound, and a polyimide polymer compound. Further, the insulating layer 820 may be composed of an air layer. In other words, the photodetectors 800 may be arranged on the lower clad layer 801 at a predetermined interval. When light with a wavelength of 1.1 to 2.2 μm is targeted, the gap between the photodetectors 1000, that is, the thickness of the insulating layer 1020 may be about 2 μm.

次に、上述した光検出器と光導波路とを集積化した構成について説明する。
図11は、図1に示した光検出器に光導波路が直列に接続された状態を模式的に示す斜視図である。光検出器100は、下部クラッド層101の上に隣接して配置されたp形シリコンコア102及びn形シリコンコア103を備える。また、p形シリコンコア102,n形シリコンコア103の両脇には、側部クラッド層104a,104bを備え、また、これらを覆う上部クラッド層105を備えている。
Next, a configuration in which the above-described photodetector and optical waveguide are integrated will be described.
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a state in which an optical waveguide is connected in series to the photodetector shown in FIG. The photodetector 100 includes a p-type silicon core 102 and an n-type silicon core 103 disposed adjacent to each other on the lower cladding layer 101. Further, side clad layers 104 a and 104 b are provided on both sides of the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103, and an upper clad layer 105 covering these is provided.

また、側部クラッド層104a,104bには、上部クラッド層105を貫通するコンタクトプラグ106,107が接続している。加えて、側部クラッド層104a,104bは、コンタクトプラグ106,107を介し、上部クラッド層105の上に形成された電極108,電極109に接続している。電極108,電極109には、電源110が接続され、これらの間にバイアス電圧を印加可能としている。なお、電源110には、電流計111が直列に接続されている。これらは、図1に示した構成と同様である。   In addition, contact plugs 106 and 107 penetrating the upper cladding layer 105 are connected to the side cladding layers 104a and 104b. In addition, the side clad layers 104 a and 104 b are connected to electrodes 108 and 109 formed on the upper clad layer 105 via contact plugs 106 and 107. A power source 110 is connected to the electrodes 108 and 109, and a bias voltage can be applied between them. Note that an ammeter 111 is connected to the power source 110 in series. These are the same as the configuration shown in FIG.

図11に示した光集積回路では、上述した光検出器100に、導波路150が接続している。導波路150は、p形シリコンコア102及びn形シリコンコア103に接続するシリコンコア151より構成されている。また、シリコンコア151の下部,上部,側部のクラッドは、下部クラッド層101,側部クラッド層104a,104b,上部クラッド層105が共通している。なお、導波路150の領域においては、側部クラッド層に、上部クラッド層105と同様に、酸化シリコン系化合物,窒化シリコン系化合物,エポキシ系高分子材料,及びポリイミド系高分子材料など、シリコンコアより低屈折率な誘電体材料を用いるようにしてもよい。   In the optical integrated circuit shown in FIG. 11, a waveguide 150 is connected to the photodetector 100 described above. The waveguide 150 includes a silicon core 151 connected to the p-type silicon core 102 and the n-type silicon core 103. The lower, upper, and side claddings of the silicon core 151 are common to the lower cladding layer 101, the side cladding layers 104a and 104b, and the upper cladding layer 105. Note that, in the region of the waveguide 150, a silicon core such as a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, an epoxy polymer material, and a polyimide polymer material is formed on the side cladding layer in the same manner as the upper cladding layer 105. A dielectric material having a lower refractive index may be used.

図11は、光検出器100に導波路150が接続した集積回路の一例を示したが、これに限るものではなく、図12の平面図に示すように、複数の光検出器100が、導波路150によって直列に接続された構成であってもよい。なお、図11では、図1に示した光検出器を集積した例を示したが、これに限るものではなく、図7,9に示した光検出器を集積するようにしてもよい。   FIG. 11 shows an example of an integrated circuit in which the waveguide 150 is connected to the photodetector 100. However, the present invention is not limited to this, and as shown in the plan view of FIG. A configuration in which the waveguides 150 are connected in series may be employed. 11 shows an example in which the photodetectors shown in FIG. 1 are integrated, the present invention is not limited to this, and the photodetectors shown in FIGS. 7 and 9 may be integrated.

また、図13,14に示すように、光検出器100と光導波路150との直列な光回路を、並列するようにしてもよい。この場合、隣り合う光回路の間には、絶縁層230を設ける。絶縁層230は、光回路の延在方向に垂直な方向に隣り合う光検出器100の間を絶縁分離するように設けられている。なお、図14の平面図では、絶縁層230を省略して示している。   Moreover, as shown in FIGS. 13 and 14, a serial optical circuit of the photodetector 100 and the optical waveguide 150 may be arranged in parallel. In this case, an insulating layer 230 is provided between adjacent optical circuits. The insulating layer 230 is provided so as to insulate and isolate the photodetectors 100 adjacent to each other in the direction perpendicular to the extending direction of the optical circuit. In the plan view of FIG. 14, the insulating layer 230 is omitted.

本発明の実施の形態における光検出器の構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structural example of the photodetector in embodiment of this invention. 図1に示した光検出器を用いた光検出器アレイの構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the photodetector array using the photodetector shown in FIG. 二光子吸収(多光子吸収)を検討するための測定系の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of the measurement system for examining two-photon absorption (multiphoton absorption). 図3に示す測定系に入力する光の波形を示した特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a waveform of light input to the measurement system illustrated in FIG. 3. 図3に示す測定系より出力された光をO/Eサンプリングオシロスコープ304で測定した結果得られた光の波形を示した特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a waveform of light obtained as a result of measuring light output from the measurement system shown in FIG. 3 with an O / E sampling oscilloscope 304; 図3に示す測定系に入力する光の入力ピーク強度を変化させた場合の、図5のB/Aの値をプロットした特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram in which the values of B / A in FIG. 5 are plotted when the input peak intensity of light input to the measurement system shown in FIG. 3 is changed. 本発明における他の光検出器の構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structural example of the other photodetector in this invention. 図7に示した光検出器を用いた光検出器アレイの構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the photodetector array using the photodetector shown in FIG. 本発明における他の光検出器の構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structural example of the other photodetector in this invention. 図9に示した光検出器を用いた光検出器アレイの構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the photodetector array using the photodetector shown in FIG. 図1に示した光検出器に光導波路が直列に接続された状態を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the state by which the optical waveguide was connected in series with the photodetector shown in FIG. 複数の光検出器100が導波路150によって直列に接続された構成を示す平面図である。4 is a plan view showing a configuration in which a plurality of photodetectors 100 are connected in series by a waveguide 150. FIG. 光検出器100と光導波路150との直列な光回路を並列した構成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration in which serial optical circuits of a photodetector 100 and an optical waveguide 150 are arranged in parallel. 光検出器100と光導波路150との直列な光回路を並列した構成を示す平面図である。3 is a plan view showing a configuration in which serial optical circuits of a photodetector 100 and an optical waveguide 150 are arranged in parallel. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101…下部クラッド層、102…p形シリコンコア、103…n形シリコンコア、104a,104b…側部クラッド層、105…上部クラッド層、106,107…コンタクトプラグ、108,109…電極、110…電源、111…電流計。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Lower clad layer, 102 ... p-type silicon core, 103 ... n-type silicon core, 104a, 104b ... Side clad layer, 105 ... Upper clad layer, 106, 107 ... Contact plug, 108, 109 ... Electrode, 110 ... Power supply, 111 ... ammeter.

Claims (5)

導波方向にpn接合面が延在するようにp形の領域とn形の領域とが形成されて断面の少なくとも1つの方向の寸法が500nm以下のシリコンからなるコアと、
このコアのp形領域とn形領域との間に所定のバイアス電圧を印加する電源と、
前記コアのp形領域とn形領域との間に流れる電流を測定する電流計と、
前記コアの周囲に配置されてシリコンより屈折率の低いクラッドと
を少なくとも備えたことを特徴とする光検出器。
A core made of silicon having a p-type region and an n-type region formed so that a pn junction surface extends in the waveguide direction and having a dimension in at least one direction of a cross section of 500 nm or less;
A power supply for applying a predetermined bias voltage between the p-type region and the n-type region of the core;
An ammeter for measuring a current flowing between the p-type region and the n-type region of the core;
A photodetector having at least a cladding disposed around the core and having a refractive index lower than that of silicon.
請求項1記載の光検出器において、
前記クラッドは、
前記コアのp形領域に接触する導電性材料からなる第1クラッド層と、
前記コアのn形領域に接触する導電性材料からなる第2クラッド層と、
前記第1クラッド層と第2クラッド層とを絶縁分離するように、前記コアを挟むように配置された絶縁性材料からなる第3クラッド層,第4クラッド層と
から構成されたことを特徴とする光検出器。
The photodetector of claim 1.
The cladding is
A first cladding layer made of a conductive material in contact with the p-type region of the core;
A second cladding layer made of a conductive material in contact with the n-type region of the core;
The third clad layer and the fourth clad layer are made of an insulating material disposed so as to sandwich the core so as to insulate and separate the first clad layer and the second clad layer. To light detector.
請求項2記載の光検出器において、
前記第1クラッド層及び第2クラッド層は、前記第3クラッド層と前記第4クラッド層とに挟まれて前記コアを挟んで対向配置され
たことを特徴とする光検出器。
The photodetector according to claim 2.
The first clad layer and the second clad layer are sandwiched between the third clad layer and the fourth clad layer, and are arranged to face each other with the core therebetween.
請求項2記載の光検出器において、
前記第3クラッド層及び第4クラッド層は、前記第1クラッド層と前記第2クラッド層とに挟まれて前記コアを挟んで対向配置され
たことを特徴とする光検出器。
The photodetector according to claim 2.
The photodetector is characterized in that the third clad layer and the fourth clad layer are sandwiched between the first clad layer and the second clad layer and are opposed to each other across the core.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の光検出器において、
前記第1クラッド層及び第2クラッド層は、酸化亜鉛系化合物もしくは酸化インジウム系化合物の中から選択されたいずれかの材料から構成されたものである
ことを特徴とする光検出器。
In the photodetector of any one of Claims 2-4,
The first clad layer and the second clad layer are made of any material selected from a zinc oxide compound or an indium oxide compound. The photodetector.
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