JP2000114642A - 半導体受発光集積素子 - Google Patents
半導体受発光集積素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 性能の高い機能素子を集積した半導体受発光
集積素子を提供する。 【解決手段】 本半導体受発光集積素子１０は、共通の
ｎ−ＩｎＰ基板１４上に、半導体レーザ１２ａと、レー
ザモニタ用光検出器１４ｂとを一体的に集積している。
半導体レーザは、基板上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層１
６、量子井戸活性層１８、ｐ−ＩｎＰの第１クラッド層
２０と第２クラッド層２１、及び、ｐ−ＧaＩｎＡs コ
ンタクト層２２を備えている。光検出器は、周期がλ／
ｎeffの２次の回折格子２８を備え、その上に、半導体
レーザと共通の積層構造を備えている。光検出器では、
量子井戸活性層は、導波路層１８ａとして機能し、その
膜厚が前端面に向かってテーパ状に薄くなっており、コ
ンタクト層は光吸収層として機能する。素子は、半導体
レーザと光検出器との間で分離溝３６を備え、前端面に
低反射膜３８を、後端面に反射率９５％の高反射膜４０
を有する。
集積素子を提供する。 【解決手段】 本半導体受発光集積素子１０は、共通の
ｎ−ＩｎＰ基板１４上に、半導体レーザ１２ａと、レー
ザモニタ用光検出器１４ｂとを一体的に集積している。
半導体レーザは、基板上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層１
６、量子井戸活性層１８、ｐ−ＩｎＰの第１クラッド層
２０と第２クラッド層２１、及び、ｐ−ＧaＩｎＡs コ
ンタクト層２２を備えている。光検出器は、周期がλ／
ｎeffの２次の回折格子２８を備え、その上に、半導体
レーザと共通の積層構造を備えている。光検出器では、
量子井戸活性層は、導波路層１８ａとして機能し、その
膜厚が前端面に向かってテーパ状に薄くなっており、コ
ンタクト層は光吸収層として機能する。素子は、半導体
レーザと光検出器との間で分離溝３６を備え、前端面に
低反射膜３８を、後端面に反射率９５％の高反射膜４０
を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体受発光集積
素子に関し、更に詳細には、高機能化され、かつ低コス
トで作製できる、光通信分野での使用に最適な半導体受
発光集積素子に関するものである。
素子に関し、更に詳細には、高機能化され、かつ低コス
トで作製できる、光通信分野での使用に最適な半導体受
発光集積素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マルチメディア社会の実現に向けて、通
信網の大容量化、高機能化、及び低コスト化が益々強く
要求されつつある。その要求を達成するには、通信シス
テム自体、システムを動かすソフトウエア、及び通信シ
ステムを構成するハードウエアの各分野での一層の技術
開発が必要とされている。通信システムを構成するハー
ドウエアでは、その一環として、デバイスの大容量化、
高機能化、及び低コスト化が要求されていて、その要求
に応えるために、半導体レーザ、レーザ光モニター用光
検出器、更には受信用光検出器が、一つの素子に集積さ
れた半導体受発光集積素子が開発されつつある。
信網の大容量化、高機能化、及び低コスト化が益々強く
要求されつつある。その要求を達成するには、通信シス
テム自体、システムを動かすソフトウエア、及び通信シ
ステムを構成するハードウエアの各分野での一層の技術
開発が必要とされている。通信システムを構成するハー
ドウエアでは、その一環として、デバイスの大容量化、
高機能化、及び低コスト化が要求されていて、その要求
に応えるために、半導体レーザ、レーザ光モニター用光
検出器、更には受信用光検出器が、一つの素子に集積さ
れた半導体受発光集積素子が開発されつつある。
【０００３】ここで、図６を参照して半導体受発光集積
素子の従来例を説明する。図６は従来の半導体受発光集
積素子の構成を示す模式的断面図である。本従来例は、
半導体レーザとレーザ出力モニタ受光器とを一体的に集
積した半導体受発光集積素子であって、レーザ出力モニ
タ受光器は、半導体レーザを自動制御して半導体レーザ
から出射される光出力を所望値に維持するために、半導
体レーザから出力されたレーザ光を受光し、出力を検出
する素子である。本半導体受発光集積素子７０は、ｎ−
ＩｎＰ基板７２上に、活性層領域７４と、活性層領域７
４からの光が結合される２次の回折格子７６を含む導波
路領域７８とを有する半導体レーザと、回折格子７６の
上方に受光器８０とを備えている。半導体受発光集積素
子７０では、受光器８０が、半導体レーザから出力さ
れ、回折格子７６で回折されたレーザ光の一部、即ち１
次の回折光をモニタする。
素子の従来例を説明する。図６は従来の半導体受発光集
積素子の構成を示す模式的断面図である。本従来例は、
半導体レーザとレーザ出力モニタ受光器とを一体的に集
積した半導体受発光集積素子であって、レーザ出力モニ
タ受光器は、半導体レーザを自動制御して半導体レーザ
から出射される光出力を所望値に維持するために、半導
体レーザから出力されたレーザ光を受光し、出力を検出
する素子である。本半導体受発光集積素子７０は、ｎ−
ＩｎＰ基板７２上に、活性層領域７４と、活性層領域７
４からの光が結合される２次の回折格子７６を含む導波
路領域７８とを有する半導体レーザと、回折格子７６の
上方に受光器８０とを備えている。半導体受発光集積素
子７０では、受光器８０が、半導体レーザから出力さ
れ、回折格子７６で回折されたレーザ光の一部、即ち１
次の回折光をモニタする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、デバイスの
低コスト化のためには、複数個の機能素子を一つの光集
積素子に集積し、しかも光集積素子に集積された各機能
素子の性能が、各機能毎の個別素子と同等であることが
重要である。しかし、従来の半導体受発光集積素子で
は、図６に示したように、受光器はレーザ出力光のモニ
タ用として機能するだけであり、例えば外部からの信号
光を受信する機能はない。これでは、従来の半導体受発
光集積素子に集積された受光器は、機能毎の個別素子と
同じ性能であるとは言えない。
低コスト化のためには、複数個の機能素子を一つの光集
積素子に集積し、しかも光集積素子に集積された各機能
素子の性能が、各機能毎の個別素子と同等であることが
重要である。しかし、従来の半導体受発光集積素子で
は、図６に示したように、受光器はレーザ出力光のモニ
タ用として機能するだけであり、例えば外部からの信号
光を受信する機能はない。これでは、従来の半導体受発
光集積素子に集積された受光器は、機能毎の個別素子と
同じ性能であるとは言えない。
【０００５】そこで、本発明の目的は、集積された各機
能素子がその機能を果たす個別素子と同じような性能を
有する機能素子を集積した半導体受発光集積素子を提供
することである。
能素子がその機能を果たす個別素子と同じような性能を
有する機能素子を集積した半導体受発光集積素子を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体受発光集積素子は、発光素子
と、発光素子から延びる導波路層に沿って設けられた受
光素子とを共通の半導体基板上に備え、かつ、受光素子
領域の導波路層に沿って２次の回折格子を半導体基板上
に有する半導体受発光集積素子において、導波路層に交
差する光の入出射面に低反射膜を、及び、光の入出射面
に対向する導波路層の他方の端面に高反射膜を、それぞ
れ、有することを特徴としている。
に、本発明に係る半導体受発光集積素子は、発光素子
と、発光素子から延びる導波路層に沿って設けられた受
光素子とを共通の半導体基板上に備え、かつ、受光素子
領域の導波路層に沿って２次の回折格子を半導体基板上
に有する半導体受発光集積素子において、導波路層に交
差する光の入出射面に低反射膜を、及び、光の入出射面
に対向する導波路層の他方の端面に高反射膜を、それぞ
れ、有することを特徴としている。
【０００７】本発明で言う２次の回折格子とは、光の進
行方向に対して直交する方向にも光を回折させる機能を
有する回折格子である。本発明で使用する低反射膜及び
高反射膜は、それぞれ、本半導体受発光集積素子に入出
射する光に対して反射率が低い膜及び高い膜であれば良
く、例えば、低反射膜にはＳｉＮ等で形成された反射率
１％以下の膜、高反射膜にはＳｉＯ2 ／Ｓｉ等で形成さ
れた反射率９５％の膜を使用する。
行方向に対して直交する方向にも光を回折させる機能を
有する回折格子である。本発明で使用する低反射膜及び
高反射膜は、それぞれ、本半導体受発光集積素子に入出
射する光に対して反射率が低い膜及び高い膜であれば良
く、例えば、低反射膜にはＳｉＮ等で形成された反射率
１％以下の膜、高反射膜にはＳｉＯ2 ／Ｓｉ等で形成さ
れた反射率９５％の膜を使用する。
【０００８】本発明では、回折格子として２次の回折格
子を使うことにより、光の進行方向、即ち格子面に直交
する方向にも光を回折させ、しかも、光の入出射面であ
る前端面に低反射膜を有することにより、外部からの入
射光に対する受光感度を向上させて、独立の受光素子と
して機能させ、また後端面に高反射膜を有することによ
り発光素子としての半導体レーザのしきい値電流を低減
することができる。
子を使うことにより、光の進行方向、即ち格子面に直交
する方向にも光を回折させ、しかも、光の入出射面であ
る前端面に低反射膜を有することにより、外部からの入
射光に対する受光感度を向上させて、独立の受光素子と
して機能させ、また後端面に高反射膜を有することによ
り発光素子としての半導体レーザのしきい値電流を低減
することができる。
【０００９】また、本発明の好適な実施態様では、半導
体基板と回折格子の形成面との間に半導体多層膜からな
る反射鏡を、回折格子の形成面に関し反射鏡とは反対側
に受光素子の光吸収層を、それぞれ、有する。これによ
り、受光素子の受光感度を一層向上させることができ
る。
体基板と回折格子の形成面との間に半導体多層膜からな
る反射鏡を、回折格子の形成面に関し反射鏡とは反対側
に受光素子の光吸収層を、それぞれ、有する。これによ
り、受光素子の受光感度を一層向上させることができ
る。
【００１０】本発明の更に好適な実施態様では、２次の
回折格子が、相互に周期の異なる複数個の回折格子で構
成されている。これにより、本発明に係る半導体受発光
集積素子は、異波長を用いた双方向通信にも受発光集積
素子として対応することができる。
回折格子が、相互に周期の異なる複数個の回折格子で構
成されている。これにより、本発明に係る半導体受発光
集積素子は、異波長を用いた双方向通信にも受発光集積
素子として対応することができる。
【００１１】以上のように、本発明に係る半導体受発光
集積素子は、従来の半導体受発光集積素子とは異なり、
複数個の機能素子を有していながら、その性能が個別素
子と同等である光集積素子を実現している。更には、異
波長を用いた双方向通信にも対応できる半導体受発光集
積素子を実現している。
集積素子は、従来の半導体受発光集積素子とは異なり、
複数個の機能素子を有していながら、その性能が個別素
子と同等である光集積素子を実現している。更には、異
波長を用いた双方向通信にも対応できる半導体受発光集
積素子を実現している。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る半導体受発光集積素子の
実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体
受発光集積素子の構造を示す断面図である。本実施形態
例の半導体受発光集積素子（以下、簡単に光集積素子と
言う）１０は、図１に示すように、共通のｎ−ＩｎＰ基
板１４上に、半導体レーザ１２ａと、レーザモニタ用光
検出器（以下、簡単に光検出器と言う）１４ｂとを一体
的に集積した光集積素子である。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、本発明に係る半導体受発光集積素子の
実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の半導体
受発光集積素子の構造を示す断面図である。本実施形態
例の半導体受発光集積素子（以下、簡単に光集積素子と
言う）１０は、図１に示すように、共通のｎ−ＩｎＰ基
板１４上に、半導体レーザ１２ａと、レーザモニタ用光
検出器（以下、簡単に光検出器と言う）１４ｂとを一体
的に集積した光集積素子である。
【００１３】半導体レーザ１２ａは、ｎ−ＩｎＰ基板１
４と、ｎ−ＩｎＰ基板１４上に、順次、成膜されたｎ−
ＩｎＰの下部クラッド層１６、量子井戸活性層１８、ｐ
−ＩｎＰの第１クラッド層２０、ｐ−ＩｎＰの第２クラ
ッド層２１、及び、ｐ−ＧaＩｎＡs コンタクト層２２
の積層構造を備えている。また、半導体レーザ１２ａ
は、コンタクト層２２上にｐ側電極２４、ｎ−ＩｎＰ基
板１４の裏面にｎ側電極２６を備えていて、ｐ側電極２
４からｎ側電極２６の方向で量子井戸活性層１８に電流
が注入される。
４と、ｎ−ＩｎＰ基板１４上に、順次、成膜されたｎ−
ＩｎＰの下部クラッド層１６、量子井戸活性層１８、ｐ
−ＩｎＰの第１クラッド層２０、ｐ−ＩｎＰの第２クラ
ッド層２１、及び、ｐ−ＧaＩｎＡs コンタクト層２２
の積層構造を備えている。また、半導体レーザ１２ａ
は、コンタクト層２２上にｐ側電極２４、ｎ−ＩｎＰ基
板１４の裏面にｎ側電極２６を備えていて、ｐ側電極２
４からｎ側電極２６の方向で量子井戸活性層１８に電流
が注入される。
【００１４】光検出器１２ｂは、半導体レーザ１２ａと
共通のｎ−ＩｎＰ基板１４上に、周期がλ／ｎeffの２
次の回折格子２８を備え、その上に、半導体レーザ１２
ａからそれぞれ延長された共通の、ｎ−ＩｎＰの下部ク
ラッド層１６、量子井戸活性層１８、ｐ−ＩｎＰの第１
クラッド層２０、ｐ−ＩｎＰの第２クラッド層２１、及
び、ｐ−Ｇa ＩｎＡs コンタクト層２２の積層構造を備
えている。光検出器１２ｂでは、半導体レーザ１２ａか
ら延びる量子井戸活性層は、導波路層１８ａとして機能
し、その膜厚は半導体レーザ１２ａから離れるにつれて
テーパ状に薄くなっている。また、ｐ−Ｇa ＩｎＡs コ
ンタクト層２２は、光吸収層として機能する。光検出器
１２ｂは、コンタクト層２２上にｎ−ＩｎＰ層３０を介
してｎ側電極３２を有し、光検出器１２ｂは、コンタク
ト層２２上に別のｐ側電極３４を有する。
共通のｎ−ＩｎＰ基板１４上に、周期がλ／ｎeffの２
次の回折格子２８を備え、その上に、半導体レーザ１２
ａからそれぞれ延長された共通の、ｎ−ＩｎＰの下部ク
ラッド層１６、量子井戸活性層１８、ｐ−ＩｎＰの第１
クラッド層２０、ｐ−ＩｎＰの第２クラッド層２１、及
び、ｐ−Ｇa ＩｎＡs コンタクト層２２の積層構造を備
えている。光検出器１２ｂでは、半導体レーザ１２ａか
ら延びる量子井戸活性層は、導波路層１８ａとして機能
し、その膜厚は半導体レーザ１２ａから離れるにつれて
テーパ状に薄くなっている。また、ｐ−Ｇa ＩｎＡs コ
ンタクト層２２は、光吸収層として機能する。光検出器
１２ｂは、コンタクト層２２上にｎ−ＩｎＰ層３０を介
してｎ側電極３２を有し、光検出器１２ｂは、コンタク
ト層２２上に別のｐ側電極３４を有する。
【００１５】更に、光集積素子１０は、半導体レーザ１
２ａと光検出器１２ｂとの間で、コンタクト層２２、ｐ
−ＩｎＰの第２のクラッド層２１、及び第２のクラッド
層２０の上層部まで掘り下げた分離溝３６を備え、電気
的に半導体レーザ１２ａと光検出器１２ｂとを分離し、
また、光の入出射面となる前端面にはＳｉＮで形成され
た反射率１％のの低反射膜３８を、光の入出射面と対向
する後端面にはＳｉＯ 2 ／Ｓｉで形成された反射率９５
％の高反射膜４０を有する。
２ａと光検出器１２ｂとの間で、コンタクト層２２、ｐ
−ＩｎＰの第２のクラッド層２１、及び第２のクラッド
層２０の上層部まで掘り下げた分離溝３６を備え、電気
的に半導体レーザ１２ａと光検出器１２ｂとを分離し、
また、光の入出射面となる前端面にはＳｉＮで形成され
た反射率１％のの低反射膜３８を、光の入出射面と対向
する後端面にはＳｉＯ 2 ／Ｓｉで形成された反射率９５
％の高反射膜４０を有する。
【００１６】以下に、図２を参照して、本実施形態例の
光集積素子１０の作製方法を説明する。図２（ａ）〜
（ｅ）は、光集積素子１０を作製する際の工程を説明す
る図である。先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１４上にＥＢ描画装置により描画して、周期がλ
／ｎeff（λ：波長、ｎeff:等価屈折率）から成る２次
の回折格子２８を形成する。本実施形態例では、波長は
１．３μｍであり、回折格子の周期は４００ｎｍであ
る。
光集積素子１０の作製方法を説明する。図２（ａ）〜
（ｅ）は、光集積素子１０を作製する際の工程を説明す
る図である。先ず、図２（ａ）に示すように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１４上にＥＢ描画装置により描画して、周期がλ
／ｎeff（λ：波長、ｎeff:等価屈折率）から成る２次
の回折格子２８を形成する。本実施形態例では、波長は
１．３μｍであり、回折格子の周期は４００ｎｍであ
る。
【００１７】ここで、図３を参照して、１次と２次の回
折格子の作用の違いを説明する。図３（ａ）は１次の回
折格子と光の回折方向を示し、図３（ｂ）は２次の回折
格子と光の回折方向を示す。図３（ａ）に示す１次の回
折格子では、光は進行方向にのみ回折する。一方、図３
（ｂ）に示す２次の回折格子では、光の進行方向と、進
行方向に直交する方向にも回折する。後述するように、
本発明では、進行方向に直交する方向に回折した光を光
検出器１２ｂで検出する。
折格子の作用の違いを説明する。図３（ａ）は１次の回
折格子と光の回折方向を示し、図３（ｂ）は２次の回折
格子と光の回折方向を示す。図３（ａ）に示す１次の回
折格子では、光は進行方向にのみ回折する。一方、図３
（ｂ）に示す２次の回折格子では、光の進行方向と、進
行方向に直交する方向にも回折する。後述するように、
本発明では、進行方向に直交する方向に回折した光を光
検出器１２ｂで検出する。
【００１８】続いて、開口幅１５μｍで幅３０μｍの図
２（ｂ）に示す開口パターンを有する平行ＳｉＮマスク
４２を、図２（ｃ）に示すように、半導体レーザ１４ａ
領域に形成する。次に、マスク４２を使って、図２
（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＰ
クラッド層１６、量子井戸活性層１８、及びｐ−ＩｎＰ
第１クラッド層２０をｎ−ＩｎＰ基板１４上に選択成長
する。これにより、半導体レーザ１２ａ領域には波長
１．３μｍの量子井戸活性層１８が、光検出器１２ｂ領
域には波長１．２μｍの導波路層１８ａが成長する。回
折格子２８上の導波路層１８ａはその膜厚がテーパ状に
なっていることから、回折格子２８の等価屈折率ｎeff
が変化することが懸念される。よって、より好ましく
は、導波路層膜厚が一定になる部分に回折格子があるほ
うが良い。
２（ｂ）に示す開口パターンを有する平行ＳｉＮマスク
４２を、図２（ｃ）に示すように、半導体レーザ１４ａ
領域に形成する。次に、マスク４２を使って、図２
（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＰ
クラッド層１６、量子井戸活性層１８、及びｐ−ＩｎＰ
第１クラッド層２０をｎ−ＩｎＰ基板１４上に選択成長
する。これにより、半導体レーザ１２ａ領域には波長
１．３μｍの量子井戸活性層１８が、光検出器１２ｂ領
域には波長１．２μｍの導波路層１８ａが成長する。回
折格子２８上の導波路層１８ａはその膜厚がテーパ状に
なっていることから、回折格子２８の等価屈折率ｎeff
が変化することが懸念される。よって、より好ましく
は、導波路層膜厚が一定になる部分に回折格子があるほ
うが良い。
【００１９】続いて、マスクを取り除いて、既知の方法
に従って、ストライプメサを形成し、ｐ−ＩｎＰ／ｎ−
ＩｎＰから成る埋め込み構造（図示せず）をストライプ
メサの両側に成長する。
に従って、ストライプメサを形成し、ｐ−ＩｎＰ／ｎ−
ＩｎＰから成る埋め込み構造（図示せず）をストライプ
メサの両側に成長する。
【００２０】次いで、ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２０及
び埋め込み構造上に、図２（ｅ）に示すように、ｐ−Ｉ
ｎＰ第２クラッド層２１、ｐ−Ｇa ＩｎＡｓ層２２、及
びｎ−ＩｎＰ層３０を成長する。ここで、ｐ−Ｇa Ｉｎ
Ａｓコンタクト層２２は、光検出器１２ｂの吸収層にも
なる。
び埋め込み構造上に、図２（ｅ）に示すように、ｐ−Ｉ
ｎＰ第２クラッド層２１、ｐ−Ｇa ＩｎＡｓ層２２、及
びｎ−ＩｎＰ層３０を成長する。ここで、ｐ−Ｇa Ｉｎ
Ａｓコンタクト層２２は、光検出器１２ｂの吸収層にも
なる。
【００２１】続いて、図１に示すように、半導体レーザ
１２ａ領域と光検出器１２ｂ領域との間のｎ−ＩｎＰ層
３０、コンタクト層２２、ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２
１及びｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２０の上層部をエッチ
ングして分離溝３６を設ける。次に、半導体レーザ１２
ａ領域のｎ−ＩｎＰ層３０を除去して、コンタクト層２
２を露出させ、図１に示すように、そして、コンタクト
層２２上にｐ側電極２４を形成する。また、光検出器１
２ｂ領域のｎ−ＩｎＰ層３０の一部を除去して、コンタ
クト層２２を露出してｐ側電極３４を、ｎ−ＩｎＰ層３
０上にｎ側電極３２を形成する。更に、ｎ−ＩｎＰ基板
１４の裏面にｎ側電極２６を形成する。光の入出射面で
ある前端面には無反射膜３８を、及び後端面には高反射
膜４０を形成する。
１２ａ領域と光検出器１２ｂ領域との間のｎ−ＩｎＰ層
３０、コンタクト層２２、ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層２
１及びｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２０の上層部をエッチ
ングして分離溝３６を設ける。次に、半導体レーザ１２
ａ領域のｎ−ＩｎＰ層３０を除去して、コンタクト層２
２を露出させ、図１に示すように、そして、コンタクト
層２２上にｐ側電極２４を形成する。また、光検出器１
２ｂ領域のｎ−ＩｎＰ層３０の一部を除去して、コンタ
クト層２２を露出してｐ側電極３４を、ｎ−ＩｎＰ層３
０上にｎ側電極３２を形成する。更に、ｎ−ＩｎＰ基板
１４の裏面にｎ側電極２６を形成する。光の入出射面で
ある前端面には無反射膜３８を、及び後端面には高反射
膜４０を形成する。
【００２２】次に、本実施形態例の光集積素子の動作特
性について説明する。本実施形態例の光集積素子と同じ
構成を有する試料光集積素子を上述の作製方法に従って
作製し、評価試験を行って、次の結果を得た。半導体レ
ーザ１２ａの光出射方向前方には反射率３０％の回折格
子２８が存在し、後端面には９５％の高反射膜４０が配
置されていることから、共振器長３００μｍにおいて５
ｍＡのしきい値電流が得られた。また、導波路領域でレ
ーザ光のスポットサイズが拡大され、遠視野像は縦方向
が１３゜、横方向が１１゜と狭く、シングルモードファ
イバとの結合損は３ｄＢであった。また、レーザ光は、
図３（ｂ）に示す回折格子の原理により、光の一部が進
行方向と直交する方向に回折され、回折格子２８上部の
光検出器１２ｂのｐ−ＧaＩｎＡｓ層２２で吸収される
ので、光検出器１２ｂは、半導体レーザ１２ａから出射
したレーザ光をモニタすることができる。試料光集積素
子では、レーザ出射光の出力が５ｍＷのとき、モニタ電
流として０．１ｍＡが得られた。
性について説明する。本実施形態例の光集積素子と同じ
構成を有する試料光集積素子を上述の作製方法に従って
作製し、評価試験を行って、次の結果を得た。半導体レ
ーザ１２ａの光出射方向前方には反射率３０％の回折格
子２８が存在し、後端面には９５％の高反射膜４０が配
置されていることから、共振器長３００μｍにおいて５
ｍＡのしきい値電流が得られた。また、導波路領域でレ
ーザ光のスポットサイズが拡大され、遠視野像は縦方向
が１３゜、横方向が１１゜と狭く、シングルモードファ
イバとの結合損は３ｄＢであった。また、レーザ光は、
図３（ｂ）に示す回折格子の原理により、光の一部が進
行方向と直交する方向に回折され、回折格子２８上部の
光検出器１２ｂのｐ−ＧaＩｎＡｓ層２２で吸収される
ので、光検出器１２ｂは、半導体レーザ１２ａから出射
したレーザ光をモニタすることができる。試料光集積素
子では、レーザ出射光の出力が５ｍＷのとき、モニタ電
流として０．１ｍＡが得られた。
【００２３】実施形態例２ 本実施形態例は、本発明に係る半導体受発光集積素子の
実施形態の別の例であって、図４は本実施例の光集積素
子の構造を示す断面図である。本実施形態例の光集積素
子５０は、実施形態例１の光集積素子１０のｎ−ＩｎＰ
基板１４と回折格子２８の形成面との間に半導体多層膜
反射鏡５２を有することを除いて、実施形態例１の光集
積素子１０と同じ構成を備えている。半導体多層膜反射
鏡５２は、ＩｎＰ層５２ａと波長１．１μｍのＧa Ｉｎ
ＡｓＰ層５２ｂとの２５対の半導体多層膜反射鏡として
構成されている。これにより、回折格子２８の下方に回
折したレーザ光は、半導体多層膜反射鏡５２で反射さ
れ、光検出器１２ｂでモニタされる。本実施形態例の光
集積素子５０を作製するには、先ず、ｎ−ＩｎＰ基板１
４上に２５対のＩｎＰ層５２ａと波長１．１μｍのＧa
ＩｎＡｓＰ層５２ｂから成る半導体多層膜反射鏡５２を
形成し、次いでＩｎＰ層上に回折格子２８を形成する。
実施形態の別の例であって、図４は本実施例の光集積素
子の構造を示す断面図である。本実施形態例の光集積素
子５０は、実施形態例１の光集積素子１０のｎ−ＩｎＰ
基板１４と回折格子２８の形成面との間に半導体多層膜
反射鏡５２を有することを除いて、実施形態例１の光集
積素子１０と同じ構成を備えている。半導体多層膜反射
鏡５２は、ＩｎＰ層５２ａと波長１．１μｍのＧa Ｉｎ
ＡｓＰ層５２ｂとの２５対の半導体多層膜反射鏡として
構成されている。これにより、回折格子２８の下方に回
折したレーザ光は、半導体多層膜反射鏡５２で反射さ
れ、光検出器１２ｂでモニタされる。本実施形態例の光
集積素子５０を作製するには、先ず、ｎ−ＩｎＰ基板１
４上に２５対のＩｎＰ層５２ａと波長１．１μｍのＧa
ＩｎＡｓＰ層５２ｂから成る半導体多層膜反射鏡５２を
形成し、次いでＩｎＰ層上に回折格子２８を形成する。
【００２４】本実施形態例の光集積素子５２と同じ構成
の試料光集積素子を作製し、評価試験を行ったところ、
光検出器１２ｂの感度が、実施形態例１の光集積素子１
０の２倍に向上した。この光集積素子５２は、外から波
長１．３μｍ信号光を受光することも可能となる。つま
り、本実施形態例の光集積素子５０の光検出器１２ｂ
は、受光用の受光素子としても用いることができる。ま
た、前端面には無反射膜があることから、信号光は端面
で反射されることなく、そのまま回折格子で回折され、
光検出器１２ｂで受光される。当然のことながら、回折
格子下方に回折した信号光は、半導体多層膜反射鏡５２
により反射され、次いで光検出器１２ｂで受光され、受
光感度が向上する。試料光集積素子では、受光感度は
０．３Ａ／Ｗ、暗電流は１ｎＡ、６００Ｍｂ／Ｓまでの
周波数応答を確認した。
の試料光集積素子を作製し、評価試験を行ったところ、
光検出器１２ｂの感度が、実施形態例１の光集積素子１
０の２倍に向上した。この光集積素子５２は、外から波
長１．３μｍ信号光を受光することも可能となる。つま
り、本実施形態例の光集積素子５０の光検出器１２ｂ
は、受光用の受光素子としても用いることができる。ま
た、前端面には無反射膜があることから、信号光は端面
で反射されることなく、そのまま回折格子で回折され、
光検出器１２ｂで受光される。当然のことながら、回折
格子下方に回折した信号光は、半導体多層膜反射鏡５２
により反射され、次いで光検出器１２ｂで受光され、受
光感度が向上する。試料光集積素子では、受光感度は
０．３Ａ／Ｗ、暗電流は１ｎＡ、６００Ｍｂ／Ｓまでの
周波数応答を確認した。
【００２５】実施形態例３ 本実施形態例は、本発明に係る半導体受発光集積素子の
実施形態の別の例であって、図５は本実施例の光集積素
子の構造を示す断面図である。本実施形態例の光集積素
子６０は、実施形態例１の光集積素子１０の回折格子２
８に代えて、相互に周期の異なる２個の回折格子６２、
６４を同じ基板面に有することを除いて、実施形態例１
の光集積素子１０と同じ構成を備えている。光集積素子
６０では、図５に示すように、光検出器１２ｂ領域のｎ
−ＩｎＰ基板１４上に周期Λ1 がΛ1 ＝２００ｎｍの第
１の回折格子６２と、周期Λ2 がΛ 2 ＝２４０ｎｍの第
２の回折格子６４とが同じ基板面に形成されている。更
に、光集積素子６０は、前端面に波長１．５５μｍの光
に対して反射率の低い低反射膜６６を、後端面に高反射
膜６８を有する。
実施形態の別の例であって、図５は本実施例の光集積素
子の構造を示す断面図である。本実施形態例の光集積素
子６０は、実施形態例１の光集積素子１０の回折格子２
８に代えて、相互に周期の異なる２個の回折格子６２、
６４を同じ基板面に有することを除いて、実施形態例１
の光集積素子１０と同じ構成を備えている。光集積素子
６０では、図５に示すように、光検出器１２ｂ領域のｎ
−ＩｎＰ基板１４上に周期Λ1 がΛ1 ＝２００ｎｍの第
１の回折格子６２と、周期Λ2 がΛ 2 ＝２４０ｎｍの第
２の回折格子６４とが同じ基板面に形成されている。更
に、光集積素子６０は、前端面に波長１．５５μｍの光
に対して反射率の低い低反射膜６６を、後端面に高反射
膜６８を有する。
【００２６】本実施形態例の光集積素子６０では、波長
１．５５μｍの信号光は低反射端面６６を通り、第２の
回折格子６４で回折され、光検出器１２ｂで受光され
る。また、波長１．３μｍの信号光は低反射端面６６を
通り、第１の回折格子６２で回折され、光検出器１２ｂ
で受光される。このように、本実施形態例の光集積素子
６０では、波長１．３μｍと１．５５μｍの異波長を用
いた双方向通信を可能とする光集積素子を実現してい
る。また、光集積素子６０でも、実施形態例２の光集積
素子５０と同様に、回折格子の形成面とｎ−ＩｎＰ基板
との間に半導体多層膜反射鏡を設けて、光検出器１２ｂ
の感度を向上させることも可能である。
１．５５μｍの信号光は低反射端面６６を通り、第２の
回折格子６４で回折され、光検出器１２ｂで受光され
る。また、波長１．３μｍの信号光は低反射端面６６を
通り、第１の回折格子６２で回折され、光検出器１２ｂ
で受光される。このように、本実施形態例の光集積素子
６０では、波長１．３μｍと１．５５μｍの異波長を用
いた双方向通信を可能とする光集積素子を実現してい
る。また、光集積素子６０でも、実施形態例２の光集積
素子５０と同様に、回折格子の形成面とｎ−ＩｎＰ基板
との間に半導体多層膜反射鏡を設けて、光検出器１２ｂ
の感度を向上させることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、回折格子として２次の
回折格子を使うことにより、光の進行方向、即ち格子面
に直交する方向にも光を回折させ、しかも、光の入出射
面である前端面に低反射膜を有することにより、入射光
に対する受光感度を向上させ、後端面に高反射膜を有す
ることでレーザのしきい値電流を低減することができ
る。また、本発明に係る半導体受発光集積素子は、従来
の半導体受発光集積素子とは異なり、集積した複数個の
機能素子の性能が個別素子と同等である光集積素子を実
現している。更には、相互に周期の異なる複数個の回折
格子を使用することにより、異波長を用いた双方向通信
にも対応できる半導体受発光集積素子を実現している。
回折格子を使うことにより、光の進行方向、即ち格子面
に直交する方向にも光を回折させ、しかも、光の入出射
面である前端面に低反射膜を有することにより、入射光
に対する受光感度を向上させ、後端面に高反射膜を有す
ることでレーザのしきい値電流を低減することができ
る。また、本発明に係る半導体受発光集積素子は、従来
の半導体受発光集積素子とは異なり、集積した複数個の
機能素子の性能が個別素子と同等である光集積素子を実
現している。更には、相互に周期の異なる複数個の回折
格子を使用することにより、異波長を用いた双方向通信
にも対応できる半導体受発光集積素子を実現している。
【図１】実施形態例１の半導体受発光集積素子の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施形態例
１の半導体受発光集積素子を作製する際の工程を説明す
る図である。
１の半導体受発光集積素子を作製する際の工程を説明す
る図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、回折格子
の機能を説明する図である。
の機能を説明する図である。
【図４】実施形態例２の半導体受発光集積素子の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】実施形態例３の半導体受発光集積素子の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】従来の半導体受発光集積素子の構造を示す模式
的断面図である。
的断面図である。
１０ 実施形態例１の半導体受発光集積素子 １２ａ 半導体レーザ １２ｂ 光検出器 １４ ｎ−ＩｎＰ基板 １６ ｎ−ＩｎＰの下部クラッド層 １８ 量子井戸活性層 １８ａ 導波路層 ２０ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ２２ ｐ−Ｇa ＩｎＡs コンタクト層 ２４ ｐ側電極 ２６ ｎ側電極 ２８ ２次の回折格子 ３０ ｎ−ＩｎＰ層 ３２ ｎ側電極 ３４ ｐ側電極 ３６ 分離溝 ３８ 低反射膜 ４０ 高反射膜 ４２ マスク ５０ 実施形態例２の半導体受発光集積素子 ５２ 半導体多層膜反射鏡 ５２ａ ＩｎＰ層 ５２ｂ 波長１．１μｍのＧa ＩｎＡｓＰ層 ６０ 実施形態例３の半導体受発光集積素子 ６２ 第１の回折格子 ６４ 第２の回折格子 ６６ 低反射膜 ６８ 高反射膜 ７０ 従来の半導体受発光集積素子 ７２ ｎ−ＩｎＰ基板 ７４ 活性層領域 ７６ ２次の回折格子 ７８ 導波路領域 ８０ 受光器
Claims (3)
- 【請求項１】 発光素子と、発光素子から延びる導波路
層に沿って設けられた受光素子とを共通の半導体基板上
に備え、かつ、受光素子領域の導波路層に沿って２次の
回折格子を半導体基板上に有する半導体受発光集積素子
において、 導波路層に交差する光の入出射面に低反射膜を、及び、
光の入出射面に対向する導波路層の他方の端面に高反射
膜を、それぞれ、有することを特徴とする半導体受発光
集積素子。 - 【請求項２】 半導体基板と回折格子の形成面との間に
半導体多層膜からなる反射鏡を、回折格子の形成面に関
し反射鏡とは反対側に受光素子の光吸収層を、それぞ
れ、有することを特徴とする請求項１に示す半導体受発
光集積素子。 - 【請求項３】 ２次の回折格子が、相互に周期の異なる
複数個の回折格子で構成されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の半導体受発光集積素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28060898A JP2000114642A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 半導体受発光集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28060898A JP2000114642A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 半導体受発光集積素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114642A true JP2000114642A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17627417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28060898A Pending JP2000114642A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 半導体受発光集積素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000114642A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100464359B1 (ko) * | 2002-03-11 | 2005-01-03 | 삼성전자주식회사 | 파장 가변형 레이저 장치 |
| JP2014170844A (ja) * | 2013-03-04 | 2014-09-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅率検知用素子を内蔵した半導体光増幅デバイス |
| JP6523573B1 (ja) * | 2018-02-19 | 2019-06-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積デバイス |
| CN111082311A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 中国科学院半导体研究所 | 单片光子集成器件整片制作结构 |
| WO2020250291A1 (ja) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子および半導体光集積素子の製造方法 |
| US11942761B2 (en) | 2019-01-09 | 2024-03-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical semiconductor integrated element |
-
1998
- 1998-10-02 JP JP28060898A patent/JP2000114642A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100464359B1 (ko) * | 2002-03-11 | 2005-01-03 | 삼성전자주식회사 | 파장 가변형 레이저 장치 |
| JP2014170844A (ja) * | 2013-03-04 | 2014-09-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅率検知用素子を内蔵した半導体光増幅デバイス |
| JP6523573B1 (ja) * | 2018-02-19 | 2019-06-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積デバイス |
| US11215774B2 (en) | 2018-02-19 | 2022-01-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor optical integrated device |
| US11942761B2 (en) | 2019-01-09 | 2024-03-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical semiconductor integrated element |
| WO2020250291A1 (ja) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子および半導体光集積素子の製造方法 |
| JPWO2020250291A1 (ja) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | ||
| TWI737336B (zh) * | 2019-06-11 | 2021-08-21 | 日商三菱電機股份有限公司 | 半導體光積體元件及半導體光積體元件之製造方法 |
| CN113906640A (zh) * | 2019-06-11 | 2022-01-07 | 三菱电机株式会社 | 半导体光集成元件及半导体光集成元件的制造方法 |
| JP7134350B2 (ja) | 2019-06-11 | 2022-09-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子および半導体光集積素子の製造方法 |
| CN113906640B (zh) * | 2019-06-11 | 2023-10-10 | 三菱电机株式会社 | 半导体光集成元件及半导体光集成元件的制造方法 |
| CN111082311A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 中国科学院半导体研究所 | 单片光子集成器件整片制作结构 |
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