(57)【要約】【課題】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。【解決手段】シリコンコアをｐ形シリコンコア１０２とｎ形シリコンコア１０３とから構成してシリコンコアにｐｎ接合を設け、このｐｎ接合に電源１１０により逆バイアスを印加し、シリコンコアに所定値以上の光強度の光が伝播することで発生した電子正孔対（キャリア）を、ｐ形シリコンコア１０２及びｎ形シリコンコア１０３とに接続する側部クラッド層１０４ａ，側部クラッド層１０４ｂより電気信号として取り出す。【選択図】  図１
2005123513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】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.
【非特許文献３】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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.）。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
［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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
［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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【符号の説明】
【００４９】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005123513.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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