JP2002107681A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12142—Modulator
Abstract
(57)【要約】
【課題】 共通基板上に光変調器と受光装置とを集積化
した光半導体装置を提供する。 【解決手段】 共通基板上、光変調器と受光装置との間
に、光スポット変換部を設ける。
した光半導体装置を提供する。 【解決手段】 共通基板上、光変調器と受光装置との間
に、光スポット変換部を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に半導体装置に
係り、特に光信号から光クロック信号を抽出する光半導
体装置に関する。
係り、特に光信号から光クロック信号を抽出する光半導
体装置に関する。
【０００２】光通信技術の分野においては、光ファイバ
中を伝送される光信号に光クロック信号を重畳するのが
一般的であり、光ファイバに接続された中継装置あるい
は受信装置においては、受信した光信号から光クロック
を再生する必要がある。
中を伝送される光信号に光クロック信号を重畳するのが
一般的であり、光ファイバに接続された中継装置あるい
は受信装置においては、受信した光信号から光クロック
を再生する必要がある。
【０００３】
【従来の技術】図１は、かかる光信号から光クロックを
再生するのに使われる公知のクロック抽出光検波装置１
００の構成を示す。
再生するのに使われる公知のクロック抽出光検波装置１
００の構成を示す。
【０００４】図１を参照するに、前記クロック抽出光検
波装置１００は、入力端１０１Ａから出力端１０１Ｂへ
と周波数がｆ0の光信号を伝送する光ファイバ１０１に
光結合された光カプラ１１を備え、前記光ファイバ１０
１中の光信号は前記光カプラ１１により分岐され、光変
調器１２に導入される。光変調器１２は電圧制御発振器
１６からの周波数がｆclkの駆動信号により駆動され、
前記光カプラ１１により分岐された光信号をさらに変調
する。前記光変調器１２により変調された光信号は次い
で受光装置１３において光検波され、周波数がｆ0−ｍ
ｆclkの出力信号が形成される。
波装置１００は、入力端１０１Ａから出力端１０１Ｂへ
と周波数がｆ0の光信号を伝送する光ファイバ１０１に
光結合された光カプラ１１を備え、前記光ファイバ１０
１中の光信号は前記光カプラ１１により分岐され、光変
調器１２に導入される。光変調器１２は電圧制御発振器
１６からの周波数がｆclkの駆動信号により駆動され、
前記光カプラ１１により分岐された光信号をさらに変調
する。前記光変調器１２により変調された光信号は次い
で受光装置１３において光検波され、周波数がｆ0−ｍ
ｆclkの出力信号が形成される。
【０００５】前記受光装置１３の出力信号は位相比較器
１５に供給され、基準信号源１４からの周波数がｆ1の
基準周波数信号と位相比較される。前記位相比較器１５
は前記受光回路１３の出力信号と基準周波数信号との位
相差を表す電圧信号を形成し、この電圧信号を前記電圧
制御発振器１６に供給することにより、前記駆動信号の
周波数ｆclkを、前記位相差が減少するように制御す
る。すなわち前記位相比較器１５は前記電圧制御発振器
１６をフィードバック制御する。
１５に供給され、基準信号源１４からの周波数がｆ1の
基準周波数信号と位相比較される。前記位相比較器１５
は前記受光回路１３の出力信号と基準周波数信号との位
相差を表す電圧信号を形成し、この電圧信号を前記電圧
制御発振器１６に供給することにより、前記駆動信号の
周波数ｆclkを、前記位相差が減少するように制御す
る。すなわち前記位相比較器１５は前記電圧制御発振器
１６をフィードバック制御する。
【０００６】すなわち、かかるフィードバックループ動
作の結果、前記位相差は実質的にゼロに制御され、その
状態における前記電圧制御発振器１６の出力周波数信号
１０２が、前記光信号中の光クロックに同期したクロッ
ク信号として取り出される。
作の結果、前記位相差は実質的にゼロに制御され、その
状態における前記電圧制御発振器１６の出力周波数信号
１０２が、前記光信号中の光クロックに同期したクロッ
ク信号として取り出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
クロック抽出検波装置１００においては、従来は光変調
器１２と受光装置１３とを個別の要素により構成し、両
者の間を光ファイバにより接続することが行われてい
た。しかし、このような構成は大掛かりであり、また光
変調器１２と受光装置１３とを損失なく結合するのが困
難である問題点を有していた。
クロック抽出検波装置１００においては、従来は光変調
器１２と受光装置１３とを個別の要素により構成し、両
者の間を光ファイバにより接続することが行われてい
た。しかし、このような構成は大掛かりであり、また光
変調器１２と受光装置１３とを損失なく結合するのが困
難である問題点を有していた。
【０００８】これに対し、前記光変調器１２と受光装置
１３とを共通の基板上にモノリシックに形成し、これら
を前記共通基板上に同様にモノリシックに形成した導波
路により結合する集積化光変調／受光装置を形成するこ
とも考えられるが、光変調器に対する要求と受光装置に
対する要求とは異なっているため、光変調器１２と受光
装置１３とがいずれも導波路を基本として構成されるも
のであっても、これらの間に効率的な光結合を実現する
ことは困難であり、このような構成は試みられていなか
った。ただしかかるクロック抽出光検波装置１００にお
いて光変調器１２は光導波路の一部を構成する活性層を
有し、前記活性層中に電圧信号に応じた屈折率変化を誘
起することにより、あるいは光吸収を誘起することによ
り、前記活性層中を通過する光ビームを変調する。一方
受光装置１３は光吸収層を有し、入来光ビームが前記光
吸収層により吸収されることにより励起される光キャリ
アを検出することにより、光信号を検出する。そこで、
前記光変調器１２と受光装置１３とを共通基板上にモノ
リシックに形成された光導波路により接続する場合に
は、前記光導波路は前記活性層と前記光吸収層とを効率
的に光結合することが要求される。
１３とを共通の基板上にモノリシックに形成し、これら
を前記共通基板上に同様にモノリシックに形成した導波
路により結合する集積化光変調／受光装置を形成するこ
とも考えられるが、光変調器に対する要求と受光装置に
対する要求とは異なっているため、光変調器１２と受光
装置１３とがいずれも導波路を基本として構成されるも
のであっても、これらの間に効率的な光結合を実現する
ことは困難であり、このような構成は試みられていなか
った。ただしかかるクロック抽出光検波装置１００にお
いて光変調器１２は光導波路の一部を構成する活性層を
有し、前記活性層中に電圧信号に応じた屈折率変化を誘
起することにより、あるいは光吸収を誘起することによ
り、前記活性層中を通過する光ビームを変調する。一方
受光装置１３は光吸収層を有し、入来光ビームが前記光
吸収層により吸収されることにより励起される光キャリ
アを検出することにより、光信号を検出する。そこで、
前記光変調器１２と受光装置１３とを共通基板上にモノ
リシックに形成された光導波路により接続する場合に
は、前記光導波路は前記活性層と前記光吸収層とを効率
的に光結合することが要求される。
【０００９】ところで、前記光変調器１２をＹ型あるい
はマッハ・ツェンダ型の光干渉器を基本とする高速干渉
型光変調器により実現する場合には、前記光変調器１２
をシングルモード動作させることが、十分な消光比を実
現するのに不可欠の条件である。
はマッハ・ツェンダ型の光干渉器を基本とする高速干渉
型光変調器により実現する場合には、前記光変調器１２
をシングルモード動作させることが、十分な消光比を実
現するのに不可欠の条件である。
【００１０】図２は前記光変調器１２の活性層に対して
要求される厚さｄと幅Ｗとの間の関係を示す。
要求される厚さｄと幅Ｗとの間の関係を示す。
【００１１】図２を参照するに、図２の曲線をｆ（Ｗ）
とすれば、前記光変調器１２の活性粗言うはｄ＜ｆ
（Ｗ）の場合にはシングルモード導波路を構成するもの
の、ｄ＞ｆ（Ｗ）の場合にはマルチモード導波路として
作用する。そこで、前記光変調器１２をシングルモード
で動作させる場合には、例えば幅Ｗが広い場合は厚さｄ
を小さく、例えば幅ｗが狭い場合には厚さｄを大きくす
ることが好ましい。これら幅Ｗおよび厚さｄは、図２の
関係を保つ限り、例えば前記光変調器１２の形成プロセ
スが最も簡単になるように選択されればよい。これに対
し、図３は受光装置１３の動作周波数帯域ｆと光吸収層
の厚さｄとの関係を示す。
とすれば、前記光変調器１２の活性粗言うはｄ＜ｆ
（Ｗ）の場合にはシングルモード導波路を構成するもの
の、ｄ＞ｆ（Ｗ）の場合にはマルチモード導波路として
作用する。そこで、前記光変調器１２をシングルモード
で動作させる場合には、例えば幅Ｗが広い場合は厚さｄ
を小さく、例えば幅ｗが狭い場合には厚さｄを大きくす
ることが好ましい。これら幅Ｗおよび厚さｄは、図２の
関係を保つ限り、例えば前記光変調器１２の形成プロセ
スが最も簡単になるように選択されればよい。これに対
し、図３は受光装置１３の動作周波数帯域ｆと光吸収層
の厚さｄとの関係を示す。
【００１２】図３よりわかるように、光吸収層の厚さが
大きいと、光励起キャリアが電極に到達するまで光吸収
層中を移動する距離、従って時間が長くなるため、受光
装置１３の動作周波数帯域ｆは低くなってしまう。そこ
で、受光装置１３の応答特性を向上させる観点からは、
前記光吸収層の厚さを薄く形成するのが好ましいことが
わかる。受光装置１３においては、光吸収層中において
光ビームがシングルモードである必要はない。
大きいと、光励起キャリアが電極に到達するまで光吸収
層中を移動する距離、従って時間が長くなるため、受光
装置１３の動作周波数帯域ｆは低くなってしまう。そこ
で、受光装置１３の応答特性を向上させる観点からは、
前記光吸収層の厚さを薄く形成するのが好ましいことが
わかる。受光装置１３においては、光吸収層中において
光ビームがシングルモードである必要はない。
【００１３】一方、このように光吸収層の厚さが薄い場
合には、光ビームが十分に吸収されるように、光吸収層
の長さＬを図４に示すように増大させなければ、十分な
受光感度を実現することができない。あるいは、光吸収
層の断面積を増大すべく、幅を増大させる必要がある。
しかし、光吸収層の断面積を、厚さを増大させずに増大
させるには幅を増大させるしかないが、このように光吸
収層の幅を増大させると光吸収層の平面積が増大してし
まい、寄生容量が増大する。かかる寄生容量の増大は、
図５に示すように受光装置１３の動作周波数帯域ｆの減
少、従って応答速度の減少をもたらす。従って、受光装
置１３の光吸収層は図３〜５を考慮して、周波数帯域・
受光感度が適切になるように設計しなければならず、光
変調器１２の活性層の形状に比べて制約が大きい。
合には、光ビームが十分に吸収されるように、光吸収層
の長さＬを図４に示すように増大させなければ、十分な
受光感度を実現することができない。あるいは、光吸収
層の断面積を増大すべく、幅を増大させる必要がある。
しかし、光吸収層の断面積を、厚さを増大させずに増大
させるには幅を増大させるしかないが、このように光吸
収層の幅を増大させると光吸収層の平面積が増大してし
まい、寄生容量が増大する。かかる寄生容量の増大は、
図５に示すように受光装置１３の動作周波数帯域ｆの減
少、従って応答速度の減少をもたらす。従って、受光装
置１３の光吸収層は図３〜５を考慮して、周波数帯域・
受光感度が適切になるように設計しなければならず、光
変調器１２の活性層の形状に比べて制約が大きい。
【００１４】このように、光変調器１２の活性層の形
状、特にアスペクト比に対する要請と受光装置１３の光
吸収層のアスペクト比に対する要請とは異なっており、
このためこれらを単なる光導波路で接続しても、所望の
光結合は実現することができない。このため、図１の構
成において前記光変調器１２と受光装置１３とを共通基
板上に集積化しようとすると、前記光変調器１２と受光
装置１３との間において実質的な光損失が避けられなか
った。
状、特にアスペクト比に対する要請と受光装置１３の光
吸収層のアスペクト比に対する要請とは異なっており、
このためこれらを単なる光導波路で接続しても、所望の
光結合は実現することができない。このため、図１の構
成において前記光変調器１２と受光装置１３とを共通基
板上に集積化しようとすると、前記光変調器１２と受光
装置１３との間において実質的な光損失が避けられなか
った。
【００１５】そこで、本発明は上記の課題を解決した、
新規で有用な光半導体装置を提供することを概括的課題
とする。
新規で有用な光半導体装置を提供することを概括的課題
とする。
【００１６】本発明のより具体的な課題は、共通基板上
に光変調器と受光装置とを、光学的に高い効率で結合し
た状態で一体的に集積化した光半導体装置を提供するこ
とにある。
に光変調器と受光装置とを、光学的に高い効率で結合し
た状態で一体的に集積化した光半導体装置を提供するこ
とにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、基板と、前記基板上に形成
され干渉型光変調器を構成する光導波路と、前記基板上
に前記干渉型光変調器に光結合されて形成され、受光装
置を構成する光吸収層と、前記基板上において前記光導
波路の出射端と前記光吸収層の入射端との間に介在する
ように形成され、光ビームのスポット径を、前記干渉型
光変調器と前記受光装置との間で変換する光スポット変
換部とを備えたことを特徴とする光半導体装置により、
または請求項２に記載したように、前記干渉型光変調器
は、Ｙ分岐型光変調器よりなることを特徴とする請求項
１記載の光半導体装置により、または請求項３に記載し
たように、前記干渉型光変調器は、マッハ・ツェンダ型
光変調器よりなることを特徴とする請求項１記載の光半
導体装置により、または請求項４に記載したように、前
記光スポット変換部は前記基板上、前記干渉型光変調器
の導波路と前記受光装置の光吸収層との間に形成された
光導波路パターンよりなり、前記光導波路パターンは、
前記干渉型光変調器の光導波路に接続される第１の端部
において、前記光導波路の幅に対応する第１の幅を有
し、前記受光装置の光吸収層に接続される第２の端部に
おいて、前記光吸収層の幅に対応する第２の幅を有し、
前記光導波路パターンは、前記第１の端部と前記第２の
端部との間で幅を変化させることを特徴とする請求項１
〜３のうち、いずれか一項記載の光半導体装置により、
または請求項５に記載したように、前記光導波路パター
ンの幅は、前記第１の端部から前記第２の端部に向かっ
てテーパ状に、連続して変化することを特徴とする請求
項４記載の光半導体装置により、または請求項６に記載
したように、前記光導波路パターンの幅は、前記第１の
端部から前記第２の端部に向かって階段状に変化するこ
とを特徴とする請求項４記載の光半導体装置により、ま
たは請求項７に記載したように、前記光スポット変換部
は前記基板上、前記干渉型光変調器の導波路と前記受光
装置の光吸収層との間に形成された光導波路パターンと
よりなり、前記光導波路パターンは、前記干渉型光変調
器の光導波路に接続される第１の端部において、前記光
導波路の厚さに対応する第１の厚さを有し、前記受光装
置の光吸収層に接続される第２の端部において、前記光
吸収層の厚さに対応する第２の厚さを有し、前記光導波
路パターンは、前記第１の端部と前記第２の端部との間
で厚さを変化させることを特徴とする請求項１〜３のう
ち、いずれか一項記載の光半導体装置により、または請
求項８に記載したように、前記光導波路パターンの厚さ
は、前記第１の端部から前記第２の端部に向かってテー
パ状に、連続して変化することを特徴とする請求項７記
載の光半導体装置により、または請求項９に記載したよ
うに、前記光導波路パターンの厚さは、前記第１の端部
から前記第２の端部に向かって階段状に変化することを
特徴とする請求項７記載の光半導体装置により、または
請求項１０に記載したように、前記光スポット変換部は
前記基板上、前記干渉型光変調器の導波路と前記受光装
置の光吸収層との間に形成された光導波路パターンより
なり、前記光導波路パターンは、前記干渉型光変調器の
光導波路に接続される第１の端部において、前記光導波
路の幅および厚さにそれぞれ対応する第１の幅と第１の
厚さを有し、前記受光装置の光吸収層に接続される第２
の端部において、前記光吸収層の幅および厚さにそれぞ
れ対応する第２の幅と第２の厚さを有し、前記光導波路
パターンは、前記第１の端部と前記第２の端部との間で
幅および厚さを変化させることを特徴とする請求項１〜
３のうち、いずれか一項記載の光半導体装置により、ま
たは請求項１１に記載したように、前記光導波路パター
ンの幅および厚さは、前記第１の端部から前記第２の端
部に向かってテーパ状に、連続して変化することを特徴
とする請求項１０記載の光半導体装置により、または請
求項１２に記載したように、前記光導波路パターンの幅
および厚さは、前記第１の端部から前記第２の端部に向
かって階段状に変化することを特徴とする請求項１０記
載の光半導体装置により、または請求項１３に記載した
ように、前記光導波路パターンの幅および厚さは、その
一方が前記第１の端部から前記第２の端部に向ってテー
パ状に、連続的に変化し、その他方が前記第１の端部か
ら前記第２の端部に向って階段状に変化することを特徴
とする請求項１０記載の光半導体装置により、または請
求項１４に記載したように、さらに前記干渉型光変調器
を構成する光導波路は、前記出射端に対向する入射端に
入射光スポット変換部を有することを特徴とする請求項
１〜１４のうち、いずれか一項記載の光半導体装置によ
り、または請求項１５に記載したように、前記入射光ス
ポット変換部は、前記光導波路の幅を、前記入射端に向
って変化させることを特徴とする請求項１４記載の光半
導体装置により、または請求項１６に記載したように、
前記光導波路の幅は、前記入射光スポット変換部におい
て、前記入射端に向ってテーパ状に、連続的に変化する
ことを特徴とする請求項１５記載の光半導体装置によ
り、または請求項１７に記載したように、前記光導波路
の幅は、前記入射光スポット変換部において、前記入射
端に向って階段状に変化することを特徴とする請求項１
５記載の光半導体装置により、または請求項１８に記載
したように、前記入射光スポット変換部は、前記光導波
路の厚さを、前記入射端に向って変化させることを特徴
とする請求項１４記載の光半導体装置により、または請
求項１９に記載したように、前記光導波路の厚さは、前
記入射光スポット変換部において、前記入射端に向って
テーパ状に、連続的に変化することを特徴とする請求項
１８記載の光半導体装置により、または請求項２０に記
載したように、前記光導波路の厚さは、前記入射光スポ
ット変換部において、前記入射端に向って階段状に変化
することを特徴とする請求項１８記載の光半導体装置に
より、または請求項２１に記載したように、前記入射光
スポット変換部は、前記光導波路の幅および厚さを、前
記入射端に向って変化させることを特徴とする請求項１
４記載の光半導体装置により、または請求項２２に記載
したように、前記光導波路の幅および厚さは、前記入射
光スポット変換部において、前記入射端に向ってテーパ
状に、連続的に変化することを特徴とする請求項２１記
載の光半導体装置により、または請求項２３に記載した
ように、前記光導波路の幅および厚さは、前記入射光ス
ポット変換部において、前記入射端に向って階段状に変
化することを特徴とする請求項２１記載の光半導体装置
により、または請求項２４に記載したように、前記光導
波路の幅および厚さは、その一方が前記入射スポット変
換部において、前記入射端に向ってテーパ状に、連続的
に変化し、その他方が前記入射光スポット変換部におい
て、前記入射端に向って階段状に変化することを特徴と
する請求項２１記載の光半導体装置により、または請求
項２５に記載したように、基板と、前記基板上に形成さ
れ、干渉型光変調器を構成する光導波路と、前記基板上
に形成され、前記干渉型光変調器の前記光導波路に光結
合される光検出器を構成する光吸収層とを備えたことを
特徴とする光半導体装置により、解決する。 ［作用］図６は本発明の原理を説明する図である。ただ
し図６中、先に説明した部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。
請求項１に記載したように、基板と、前記基板上に形成
され干渉型光変調器を構成する光導波路と、前記基板上
に前記干渉型光変調器に光結合されて形成され、受光装
置を構成する光吸収層と、前記基板上において前記光導
波路の出射端と前記光吸収層の入射端との間に介在する
ように形成され、光ビームのスポット径を、前記干渉型
光変調器と前記受光装置との間で変換する光スポット変
換部とを備えたことを特徴とする光半導体装置により、
または請求項２に記載したように、前記干渉型光変調器
は、Ｙ分岐型光変調器よりなることを特徴とする請求項
１記載の光半導体装置により、または請求項３に記載し
たように、前記干渉型光変調器は、マッハ・ツェンダ型
光変調器よりなることを特徴とする請求項１記載の光半
導体装置により、または請求項４に記載したように、前
記光スポット変換部は前記基板上、前記干渉型光変調器
の導波路と前記受光装置の光吸収層との間に形成された
光導波路パターンよりなり、前記光導波路パターンは、
前記干渉型光変調器の光導波路に接続される第１の端部
において、前記光導波路の幅に対応する第１の幅を有
し、前記受光装置の光吸収層に接続される第２の端部に
おいて、前記光吸収層の幅に対応する第２の幅を有し、
前記光導波路パターンは、前記第１の端部と前記第２の
端部との間で幅を変化させることを特徴とする請求項１
〜３のうち、いずれか一項記載の光半導体装置により、
または請求項５に記載したように、前記光導波路パター
ンの幅は、前記第１の端部から前記第２の端部に向かっ
てテーパ状に、連続して変化することを特徴とする請求
項４記載の光半導体装置により、または請求項６に記載
したように、前記光導波路パターンの幅は、前記第１の
端部から前記第２の端部に向かって階段状に変化するこ
とを特徴とする請求項４記載の光半導体装置により、ま
たは請求項７に記載したように、前記光スポット変換部
は前記基板上、前記干渉型光変調器の導波路と前記受光
装置の光吸収層との間に形成された光導波路パターンと
よりなり、前記光導波路パターンは、前記干渉型光変調
器の光導波路に接続される第１の端部において、前記光
導波路の厚さに対応する第１の厚さを有し、前記受光装
置の光吸収層に接続される第２の端部において、前記光
吸収層の厚さに対応する第２の厚さを有し、前記光導波
路パターンは、前記第１の端部と前記第２の端部との間
で厚さを変化させることを特徴とする請求項１〜３のう
ち、いずれか一項記載の光半導体装置により、または請
求項８に記載したように、前記光導波路パターンの厚さ
は、前記第１の端部から前記第２の端部に向かってテー
パ状に、連続して変化することを特徴とする請求項７記
載の光半導体装置により、または請求項９に記載したよ
うに、前記光導波路パターンの厚さは、前記第１の端部
から前記第２の端部に向かって階段状に変化することを
特徴とする請求項７記載の光半導体装置により、または
請求項１０に記載したように、前記光スポット変換部は
前記基板上、前記干渉型光変調器の導波路と前記受光装
置の光吸収層との間に形成された光導波路パターンより
なり、前記光導波路パターンは、前記干渉型光変調器の
光導波路に接続される第１の端部において、前記光導波
路の幅および厚さにそれぞれ対応する第１の幅と第１の
厚さを有し、前記受光装置の光吸収層に接続される第２
の端部において、前記光吸収層の幅および厚さにそれぞ
れ対応する第２の幅と第２の厚さを有し、前記光導波路
パターンは、前記第１の端部と前記第２の端部との間で
幅および厚さを変化させることを特徴とする請求項１〜
３のうち、いずれか一項記載の光半導体装置により、ま
たは請求項１１に記載したように、前記光導波路パター
ンの幅および厚さは、前記第１の端部から前記第２の端
部に向かってテーパ状に、連続して変化することを特徴
とする請求項１０記載の光半導体装置により、または請
求項１２に記載したように、前記光導波路パターンの幅
および厚さは、前記第１の端部から前記第２の端部に向
かって階段状に変化することを特徴とする請求項１０記
載の光半導体装置により、または請求項１３に記載した
ように、前記光導波路パターンの幅および厚さは、その
一方が前記第１の端部から前記第２の端部に向ってテー
パ状に、連続的に変化し、その他方が前記第１の端部か
ら前記第２の端部に向って階段状に変化することを特徴
とする請求項１０記載の光半導体装置により、または請
求項１４に記載したように、さらに前記干渉型光変調器
を構成する光導波路は、前記出射端に対向する入射端に
入射光スポット変換部を有することを特徴とする請求項
１〜１４のうち、いずれか一項記載の光半導体装置によ
り、または請求項１５に記載したように、前記入射光ス
ポット変換部は、前記光導波路の幅を、前記入射端に向
って変化させることを特徴とする請求項１４記載の光半
導体装置により、または請求項１６に記載したように、
前記光導波路の幅は、前記入射光スポット変換部におい
て、前記入射端に向ってテーパ状に、連続的に変化する
ことを特徴とする請求項１５記載の光半導体装置によ
り、または請求項１７に記載したように、前記光導波路
の幅は、前記入射光スポット変換部において、前記入射
端に向って階段状に変化することを特徴とする請求項１
５記載の光半導体装置により、または請求項１８に記載
したように、前記入射光スポット変換部は、前記光導波
路の厚さを、前記入射端に向って変化させることを特徴
とする請求項１４記載の光半導体装置により、または請
求項１９に記載したように、前記光導波路の厚さは、前
記入射光スポット変換部において、前記入射端に向って
テーパ状に、連続的に変化することを特徴とする請求項
１８記載の光半導体装置により、または請求項２０に記
載したように、前記光導波路の厚さは、前記入射光スポ
ット変換部において、前記入射端に向って階段状に変化
することを特徴とする請求項１８記載の光半導体装置に
より、または請求項２１に記載したように、前記入射光
スポット変換部は、前記光導波路の幅および厚さを、前
記入射端に向って変化させることを特徴とする請求項１
４記載の光半導体装置により、または請求項２２に記載
したように、前記光導波路の幅および厚さは、前記入射
光スポット変換部において、前記入射端に向ってテーパ
状に、連続的に変化することを特徴とする請求項２１記
載の光半導体装置により、または請求項２３に記載した
ように、前記光導波路の幅および厚さは、前記入射光ス
ポット変換部において、前記入射端に向って階段状に変
化することを特徴とする請求項２１記載の光半導体装置
により、または請求項２４に記載したように、前記光導
波路の幅および厚さは、その一方が前記入射スポット変
換部において、前記入射端に向ってテーパ状に、連続的
に変化し、その他方が前記入射光スポット変換部におい
て、前記入射端に向って階段状に変化することを特徴と
する請求項２１記載の光半導体装置により、または請求
項２５に記載したように、基板と、前記基板上に形成さ
れ、干渉型光変調器を構成する光導波路と、前記基板上
に形成され、前記干渉型光変調器の前記光導波路に光結
合される光検出器を構成する光吸収層とを備えたことを
特徴とする光半導体装置により、解決する。 ［作用］図６は本発明の原理を説明する図である。ただ
し図６中、先に説明した部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。
【００１８】図６を参照するに、基板１上には前記干渉
型光変調器１２を構成する光干渉器１２０と受光装置１
３を構成する光吸収層１３０とがモノリシックに形成さ
れており、前記光干渉器１２０と前記光吸収層１３０と
の間には、前記基板１上に同様にモノリシックに形成さ
れた光スポット変換部１０が形成されている。
型光変調器１２を構成する光干渉器１２０と受光装置１
３を構成する光吸収層１３０とがモノリシックに形成さ
れており、前記光干渉器１２０と前記光吸収層１３０と
の間には、前記基板１上に同様にモノリシックに形成さ
れた光スポット変換部１０が形成されている。
【００１９】より詳細に説明すると、前記光干渉器１２
０は入射端で二つに分岐し出射端で合流する光導波路１
２０Ａおよび１２０Ｂよりなり、前記光スポット変換部
１０は前記光干渉器１２０の出射端を前記光吸収層１３
０の入射端に接続する光導波路よりなる。前記光干渉器
１２０を構成する光導波路１２０Ａおよび１２０Ｂは、
先に図２で説明したようにｄ＜ｆ（Ｗ）の関係を満たす
シングルモード導波路よりなり、前記干渉器１２０の入
射端に入来した光信号は、前記光導波路１２０Ａおよび
１２０Ｂの一方あるいは両方に形成された図６で図示を
省略した電極による電界印加により、前記光導波路１２
０Ａ中を伝搬する光信号の位相が光導波路１２０Ｂ中を
伝搬する光信号の位相に対して変化させられ、この二つ
の光信号の干渉により効率的に変調される。
０は入射端で二つに分岐し出射端で合流する光導波路１
２０Ａおよび１２０Ｂよりなり、前記光スポット変換部
１０は前記光干渉器１２０の出射端を前記光吸収層１３
０の入射端に接続する光導波路よりなる。前記光干渉器
１２０を構成する光導波路１２０Ａおよび１２０Ｂは、
先に図２で説明したようにｄ＜ｆ（Ｗ）の関係を満たす
シングルモード導波路よりなり、前記干渉器１２０の入
射端に入来した光信号は、前記光導波路１２０Ａおよび
１２０Ｂの一方あるいは両方に形成された図６で図示を
省略した電極による電界印加により、前記光導波路１２
０Ａ中を伝搬する光信号の位相が光導波路１２０Ｂ中を
伝搬する光信号の位相に対して変化させられ、この二つ
の光信号の干渉により効率的に変調される。
【００２０】これに対し前記受光装置１３を構成する光
吸収層１３０は、先に図３〜５で説明したように、前記
光導波路１２０Ａあるいは１２０Ｂとは異なる最適な幅
および厚さを有しており、前記光スポット変換部１０
はその幅または厚さ、あるいはその両方を、前記光干渉
器１２０の出射端に対応する第１の端部から前記光吸収
層１３０の入射端に対応する第２の端部までの間に、前
記光導波路１２０Ａ，１２０Ｂの幅および厚さに対応し
た第１の幅および第１の厚さから、前記光吸収層の幅お
よび厚さに対応した第２の幅および第２の厚さまで変化
させる。
吸収層１３０は、先に図３〜５で説明したように、前記
光導波路１２０Ａあるいは１２０Ｂとは異なる最適な幅
および厚さを有しており、前記光スポット変換部１０
はその幅または厚さ、あるいはその両方を、前記光干渉
器１２０の出射端に対応する第１の端部から前記光吸収
層１３０の入射端に対応する第２の端部までの間に、前
記光導波路１２０Ａ，１２０Ｂの幅および厚さに対応し
た第１の幅および第１の厚さから、前記光吸収層の幅お
よび厚さに対応した第２の幅および第２の厚さまで変化
させる。
【００２１】かかる構成によれば、共通の基板上に光変
調器と受光装置とを集積化した光半導体装置において、
シングルモード動作が要求される光変調器と高速応答お
よび高感度動作が要求される受光装置との間に光スポッ
ト変換部を設けることにより、前記光変調器と受光装置
とを高い光効率で結合することが可能になる。
調器と受光装置とを集積化した光半導体装置において、
シングルモード動作が要求される光変調器と高速応答お
よび高感度動作が要求される受光装置との間に光スポッ
ト変換部を設けることにより、前記光変調器と受光装置
とを高い光効率で結合することが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】［第１実施例］図７は、本発明の
第１実施例による光半導体装置２０の構成を示す。
第１実施例による光半導体装置２０の構成を示す。
【００２３】図７を参照するに、前記光半導体装置２０
はｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）を形成されたｎ型
ＩｎＰ基板２１上に形成されており、前記ＩｎＰ基板２
１上には入射側光導波路２２Ａおよび出射側光導波路２
２Ｂと、前記入射端側光導波路２２Ａで二つに分岐し出
射端光導波路２２Ｂで再び合流する第１および第２の光
導波路２２Ｃおよび２２Ｄとが、非ドープＩｎＧａＡｓ
Ｐによりエピタキシャルに形成されている。前記第１お
よび第２の光導波路２２Ｃおよび２２Ｄは、前記入射側
光導波路２２Ａおよび出射側光導波路２２Ｂと共に、前
記ＩｎＰ基板２１上においてモノリシックな光干渉器を
形成する。
はｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）を形成されたｎ型
ＩｎＰ基板２１上に形成されており、前記ＩｎＰ基板２
１上には入射側光導波路２２Ａおよび出射側光導波路２
２Ｂと、前記入射端側光導波路２２Ａで二つに分岐し出
射端光導波路２２Ｂで再び合流する第１および第２の光
導波路２２Ｃおよび２２Ｄとが、非ドープＩｎＧａＡｓ
Ｐによりエピタキシャルに形成されている。前記第１お
よび第２の光導波路２２Ｃおよび２２Ｄは、前記入射側
光導波路２２Ａおよび出射側光導波路２２Ｂと共に、前
記ＩｎＰ基板２１上においてモノリシックな光干渉器を
形成する。
【００２４】前記基板２１上には前記光干渉器の出射端
２２Ｂに連続して、非ドープＩｎＧａＡｓＰパターンよ
りなり後述する光スポット変換部を構成する光導波路２
３が、前記光干渉器の出射端２２Ｂに連続する入射端か
ら対向する出射端まで厚さおよび／または幅を変化させ
ながらエピタキシャルに形成され、さらに前記基板２１
上には、前記光導波路２３の出射端に連続して、非ドー
プＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層２４がエピタキシャル
に形成される。前記光吸収層２４上にはｐ型ＩｎＰ層２
６がさらにエピタキシャルに形成され、さらに前記Ｉｎ
Ｐ基板２１上に前記光導波路２２Ｃ，２２ｄ、光導波路
２３および光吸収層２４を埋め込むように高抵抗ＩｎＰ
層２１Ａを形成する。
２２Ｂに連続して、非ドープＩｎＧａＡｓＰパターンよ
りなり後述する光スポット変換部を構成する光導波路２
３が、前記光干渉器の出射端２２Ｂに連続する入射端か
ら対向する出射端まで厚さおよび／または幅を変化させ
ながらエピタキシャルに形成され、さらに前記基板２１
上には、前記光導波路２３の出射端に連続して、非ドー
プＩｎＧａＡｓよりなる光吸収層２４がエピタキシャル
に形成される。前記光吸収層２４上にはｐ型ＩｎＰ層２
６がさらにエピタキシャルに形成され、さらに前記Ｉｎ
Ｐ基板２１上に前記光導波路２２Ｃ，２２ｄ、光導波路
２３および光吸収層２４を埋め込むように高抵抗ＩｎＰ
層２１Ａを形成する。
【００２５】前記高抵抗ＩｎＰ層２１Ａ上にはさらに前
記導波路２２Ａを覆うようにマクロストリップ型の電極
２６が形成され、さらに前記ｐ型ＩｎＰ層２６上にはｐ
型電極パターン２７Ａが形成される。また前記ＩｎＰ基
板２１の下主面上には、前記光吸収層２４に対応する位
置にｎ型電極パターン２７Ｂが形成される。
記導波路２２Ａを覆うようにマクロストリップ型の電極
２６が形成され、さらに前記ｐ型ＩｎＰ層２６上にはｐ
型電極パターン２７Ａが形成される。また前記ＩｎＰ基
板２１の下主面上には、前記光吸収層２４に対応する位
置にｎ型電極パターン２７Ｂが形成される。
【００２６】かかる光半導体装置２０では、前記マイク
ロストリップ型電極２６に変調電圧信号を供給すること
により、前記光導波路２２Ｃ中を伝搬する光信号の位相
が変化し、前記出射端２２Ｂにおいて前記光導波路２２
Ｃ中の光信号と前記光導波路２２Ｄ中の光信号とを干渉
させることにより、所望の光変調がなされる。すなわ
ち、前記光導波路２２Ａ〜２２Ｄおよび変調器電極２６
は、干渉型光変調器を構成する。以下では、かかる干渉
型光変調器を符号２６で示すことにする。
ロストリップ型電極２６に変調電圧信号を供給すること
により、前記光導波路２２Ｃ中を伝搬する光信号の位相
が変化し、前記出射端２２Ｂにおいて前記光導波路２２
Ｃ中の光信号と前記光導波路２２Ｄ中の光信号とを干渉
させることにより、所望の光変調がなされる。すなわ
ち、前記光導波路２２Ａ〜２２Ｄおよび変調器電極２６
は、干渉型光変調器を構成する。以下では、かかる干渉
型光変調器を符号２６で示すことにする。
【００２７】このようにして光変調器２６で変調された
光信号は前記光導波路２３を介して光吸収層２４に導波
されるが、このようにして導波された光信号は前記光吸
収層２４中においてキャリアを励起し、かかる光励起さ
れたキャリアは前記電極２７Ａ，２７Ｂの間に逆バイア
スを印加しておくことにより、電圧信号として検出され
る。すなわち、前記ｎ型ＩｎＰ基板２１、光吸収層２
４、ｐ型ＩｎＰ層２６および電極２７Ａ，２７Ｂはフォ
トダイオード２７を形成する。
光信号は前記光導波路２３を介して光吸収層２４に導波
されるが、このようにして導波された光信号は前記光吸
収層２４中においてキャリアを励起し、かかる光励起さ
れたキャリアは前記電極２７Ａ，２７Ｂの間に逆バイア
スを印加しておくことにより、電圧信号として検出され
る。すなわち、前記ｎ型ＩｎＰ基板２１、光吸収層２
４、ｐ型ＩｎＰ層２６および電極２７Ａ，２７Ｂはフォ
トダイオード２７を形成する。
【００２８】前記干渉型光変調器２６においては、明瞭
な消光比が検出できるように前記光導波路２２Ａ〜２２
Ｄはシングルモード導波路を形成することが好ましく、
このため前記光導波路２２Ａ〜２２Ｄは、先に図２で説
明した関係に従って、例えば１．０μｍの幅と０．１μ
ｍの厚さを有するように形成される。これに対して前記
フォトダイオード２７では前記光吸収層２４は最大の応
答速度と最大の受光感度が得られるように、例えば６．
０μｍの幅と０．５μｍの厚さを有するように形成され
る。
な消光比が検出できるように前記光導波路２２Ａ〜２２
Ｄはシングルモード導波路を形成することが好ましく、
このため前記光導波路２２Ａ〜２２Ｄは、先に図２で説
明した関係に従って、例えば１．０μｍの幅と０．１μ
ｍの厚さを有するように形成される。これに対して前記
フォトダイオード２７では前記光吸収層２４は最大の応
答速度と最大の受光感度が得られるように、例えば６．
０μｍの幅と０．５μｍの厚さを有するように形成され
る。
【００２９】そこで、前記光スポット変換部２３は、前
記光導波路２２Ｂに連続する第１の端部においては前記
光導波路２２Ｂの幅および厚さに対応した１．０μｍの
幅と０．１μｍの厚さを有するが、前記光吸収層２６に
連続する第２の端部においては前記光吸収層２６の幅お
よび厚さに対応した６．０μｍの幅と０．５μｍの厚さ
を有するように形成される。すなわち、前記光スポット
変換部２３を構成する導波路は、その幅および厚さを前
記第１の端部から第２の端部に向って変化させる。その
結果、前記光導波路２２Ｂを出射する光ビームは実質的
に全て、前記光スポット変換部２３を通って前記光吸収
層２６に導入され、前記光変調器２６とフォトディテク
タ２７とが高い光効率で結合される。
記光導波路２２Ｂに連続する第１の端部においては前記
光導波路２２Ｂの幅および厚さに対応した１．０μｍの
幅と０．１μｍの厚さを有するが、前記光吸収層２６に
連続する第２の端部においては前記光吸収層２６の幅お
よび厚さに対応した６．０μｍの幅と０．５μｍの厚さ
を有するように形成される。すなわち、前記光スポット
変換部２３を構成する導波路は、その幅および厚さを前
記第１の端部から第２の端部に向って変化させる。その
結果、前記光導波路２２Ｂを出射する光ビームは実質的
に全て、前記光スポット変換部２３を通って前記光吸収
層２６に導入され、前記光変調器２６とフォトディテク
タ２７とが高い光効率で結合される。
【００３０】かかる光半導体装置２０を先に図１で説明
したクロック抽出光検波装置１００において前記光変調
器１２および受光装置１３の代わりに使うことにより、
装置１００の構成を実質的に簡素化することができ、ま
た小型化することができる。
したクロック抽出光検波装置１００において前記光変調
器１２および受光装置１３の代わりに使うことにより、
装置１００の構成を実質的に簡素化することができ、ま
た小型化することができる。
【００３１】図７の光半導体装置２０は、例えばＩｎＰ
基板２１上にＩｎＧａＡｓＰ層をＭＯＶＰＥ法により形
成する際に、前記光スポット変換部２３の形成領域の両
側にテーパ状のマスクパターンを形成しておくことによ
り、容易に製造することができる。すなわち、かかるテ
ーパ状のマスクパターンを形成することにより、前記光
変調器２６の形成領域においては一様な厚さのＩｎＧａ
ＡｓＰ層が得られるが、前記光スポット変換部２３の形
成領域では前記ＩｎＧａＡｓＰ層を、厚さが連続的に変
化するように形成することができる。そこで、このよう
にして形成されたＩｎＧａＡｓＰ層をパターニングする
ことにより、前記光導波路２２Ａ〜２２Ｄと光スポット
変換部２３を形成する厚さが変化する導波路とを同時に
形成することが可能である。
基板２１上にＩｎＧａＡｓＰ層をＭＯＶＰＥ法により形
成する際に、前記光スポット変換部２３の形成領域の両
側にテーパ状のマスクパターンを形成しておくことによ
り、容易に製造することができる。すなわち、かかるテ
ーパ状のマスクパターンを形成することにより、前記光
変調器２６の形成領域においては一様な厚さのＩｎＧａ
ＡｓＰ層が得られるが、前記光スポット変換部２３の形
成領域では前記ＩｎＧａＡｓＰ層を、厚さが連続的に変
化するように形成することができる。そこで、このよう
にして形成されたＩｎＧａＡｓＰ層をパターニングする
ことにより、前記光導波路２２Ａ〜２２Ｄと光スポット
変換部２３を形成する厚さが変化する導波路とを同時に
形成することが可能である。
【００３２】前記光導波路２２Ａ〜２２Ｄおよび光吸収
層２４をパターニングした後、前記光導波路２２Ａ〜２
２Ｄおよび光吸収層２４上に前記ｐ型ＩｎＰ層２５を堆
積し、さらに前記高抵抗ＩｎＰ層２１Ａを堆積する。さ
らに前記マイクロストリップ電極２６およびフォトダイ
オード電極２７Ａ，２７Ｂを形成することにより、前記
光半導体装置２０が得られる。
層２４をパターニングした後、前記光導波路２２Ａ〜２
２Ｄおよび光吸収層２４上に前記ｐ型ＩｎＰ層２５を堆
積し、さらに前記高抵抗ＩｎＰ層２１Ａを堆積する。さ
らに前記マイクロストリップ電極２６およびフォトダイ
オード電極２７Ａ，２７Ｂを形成することにより、前記
光半導体装置２０が得られる。
【００３３】前記光半導体装置２０の製造は、かかる特
定の工程に限定されるものではなく、他の工程により製
造することも勿論可能である。
定の工程に限定されるものではなく、他の工程により製
造することも勿論可能である。
【００３４】図８（Ａ）〜（Ｆ）は、前記光スポット変
換部２３の様々な変形例を示す。
換部２３の様々な変形例を示す。
【００３５】図８（Ａ）〜（Ｆ）を参照するに、図８
（Ａ）は前記スポット変換部の幅のみが前記光導波路２
２Ｂに連続する第１の端部から前記光吸収層２４に連続
する第２の端部まで、連続的に、テーパ状に増大する例
を示すのに対し、図８（Ｂ）は前記スポット変換部の厚
さのみが前記光導波路２２Ｂに連続する第１の端部から
前記光吸収層２４に連続する第２の端部まで、連続的
に、テーパ状に増大する例を示す。さらに図８（Ｃ）
は、前記スポット変換部の幅および厚さの双方が前記光
導波路２２Ｂに連続する第１の端部から前記光吸収層２
４に連続する第２の端部まで、連続的に、テーパ状に増
大する例を示す。
（Ａ）は前記スポット変換部の幅のみが前記光導波路２
２Ｂに連続する第１の端部から前記光吸収層２４に連続
する第２の端部まで、連続的に、テーパ状に増大する例
を示すのに対し、図８（Ｂ）は前記スポット変換部の厚
さのみが前記光導波路２２Ｂに連続する第１の端部から
前記光吸収層２４に連続する第２の端部まで、連続的
に、テーパ状に増大する例を示す。さらに図８（Ｃ）
は、前記スポット変換部の幅および厚さの双方が前記光
導波路２２Ｂに連続する第１の端部から前記光吸収層２
４に連続する第２の端部まで、連続的に、テーパ状に増
大する例を示す。
【００３６】これに対し、図８（Ｄ）は前記スポット変
換部の幅のみが前記光導波路２２Ｂに連続する第１の端
部から前記光吸収層２４に連続する第２の端部まで、階
段状に増大する例を示すのに対し、図８（Ｅ）は前記ス
ポット変換部の厚さのみが前記光導波路２２Ｂに連続す
る第１の端部から前記光吸収層２４に連続する第２の端
部まで、階段状に増大する例を示す。さらに図８（Ｆ）
は、前記スポット変換部の幅および厚さの双方が、前記
光導波路２２Ｂに連続する第１の端部から前記光吸収層
２４に連続する第２の端部まで、階段状に増大する例を
示す。
換部の幅のみが前記光導波路２２Ｂに連続する第１の端
部から前記光吸収層２４に連続する第２の端部まで、階
段状に増大する例を示すのに対し、図８（Ｅ）は前記ス
ポット変換部の厚さのみが前記光導波路２２Ｂに連続す
る第１の端部から前記光吸収層２４に連続する第２の端
部まで、階段状に増大する例を示す。さらに図８（Ｆ）
は、前記スポット変換部の幅および厚さの双方が、前記
光導波路２２Ｂに連続する第１の端部から前記光吸収層
２４に連続する第２の端部まで、階段状に増大する例を
示す。
【００３７】図７の光半導体装置２０では、このいずれ
の光スポット変換部２３を使っても、所望の効率的な光
結合を光変調器２６とフォトディテクタ２７との間に実
現することができる。 ［第２実施例］図９は本発明の第２実施例による光半導
体装置３０の構成を示す。ただし図９中、先に説明した
部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を
省略する。また図９では、前記基板２１上に形成された
パターンのみを示し、高抵抗ＩｎＰ層２１Ａおよびその
上に形成された電極２６，２７Ａの図示は省略する。
の光スポット変換部２３を使っても、所望の効率的な光
結合を光変調器２６とフォトディテクタ２７との間に実
現することができる。 ［第２実施例］図９は本発明の第２実施例による光半導
体装置３０の構成を示す。ただし図９中、先に説明した
部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を
省略する。また図９では、前記基板２１上に形成された
パターンのみを示し、高抵抗ＩｎＰ層２１Ａおよびその
上に形成された電極２６，２７Ａの図示は省略する。
【００３８】図９を参照するに、本実施例による光半導
体装置３０は図７の光半導体装置２０と同様な構成を有
するが、前記入射端光導波路２２Ａの先端に別の光スポ
ット変換部３１を設けている。
体装置３０は図７の光半導体装置２０と同様な構成を有
するが、前記入射端光導波路２２Ａの先端に別の光スポ
ット変換部３１を設けている。
【００３９】図９の例では前記光スポット変換部３１は
先端部に向って幅が狭まるテーパ状の形状を有してお
り、かかる先端部に結合される光ファイバから出射した
光ビームを前記光導波路２２Ａ中に効率的に集めるよう
に作用する。すなわちかかる光スポット変換部３１を設
けることにより、前記光ファイバと光変調器２６との光
結合効率を大きく向上させることができる。
先端部に向って幅が狭まるテーパ状の形状を有してお
り、かかる先端部に結合される光ファイバから出射した
光ビームを前記光導波路２２Ａ中に効率的に集めるよう
に作用する。すなわちかかる光スポット変換部３１を設
けることにより、前記光ファイバと光変調器２６との光
結合効率を大きく向上させることができる。
【００４０】図１０（Ａ）〜（Ｆ）は、様々な光スポッ
ト変換部３１の例を示す。
ト変換部３１の例を示す。
【００４１】図１０（Ａ）〜（Ｆ）を参照するに、図１
０（Ａ）の構成では、前記光スポット変換部３１におい
て厚さのみが、先端部に向ってテーパ状に、連続的に減
少しているのに対し、図１０（Ｂ）の構成では前記光ス
ポット変換部３１において幅のみが，先端部に向ってテ
ーパ状に連続的に減少している。さらに図１０（Ｃ）の
例では、前記スポット変換部３１の幅および厚さの両方
が、光スポット変換部３１の先端部に向って減少してい
る。
０（Ａ）の構成では、前記光スポット変換部３１におい
て厚さのみが、先端部に向ってテーパ状に、連続的に減
少しているのに対し、図１０（Ｂ）の構成では前記光ス
ポット変換部３１において幅のみが，先端部に向ってテ
ーパ状に連続的に減少している。さらに図１０（Ｃ）の
例では、前記スポット変換部３１の幅および厚さの両方
が、光スポット変換部３１の先端部に向って減少してい
る。
【００４２】これに対し図１０（Ｄ）の構成では、前記
光スポット変換部３１において厚さのみが、先端部に向
ってテーパ状に連続的に増大しているのに対し、図１０
（Ｅ）の構成では前記光スポット変換部３１において幅
のみが先端部に向ってテーパ状に連続的に増大してい
る。さらに図１０（Ｆ）の例では、前記スポット変換部
３１の幅および厚さの両方が、光スポット変換部３１の
先端部に向って増大している。
光スポット変換部３１において厚さのみが、先端部に向
ってテーパ状に連続的に増大しているのに対し、図１０
（Ｅ）の構成では前記光スポット変換部３１において幅
のみが先端部に向ってテーパ状に連続的に増大してい
る。さらに図１０（Ｆ）の例では、前記スポット変換部
３１の幅および厚さの両方が、光スポット変換部３１の
先端部に向って増大している。
【００４３】このように、これらのうちから選ばれた適
当な光スポット変換部３１を使うことにより、図９の光
半導体装置３０は外部の光ファイバに対する光結合効率
を大きく向上させることができる。 ［第３実施例］図１１は、本発明の第３実施例による光
半導体装置４０の構成を示す。
当な光スポット変換部３１を使うことにより、図９の光
半導体装置３０は外部の光ファイバに対する光結合効率
を大きく向上させることができる。 ［第３実施例］図１１は、本発明の第３実施例による光
半導体装置４０の構成を示す。
【００４４】図１１を参照するに、前記光半導体装置４
０は先のＩｎＰ基板２１と同様な基板４１上に形成され
ており、位置４２Ｃおよび４２Ｄにおいて相互に光結合
し、いわゆるマッハ・ツェンダ型の光変調器４２を構成
する二つの光導波路４２Ａ，４２Ｂを含む。前記光導波
路４２Ａは入射光ビームが注入される入射端４２ａと出
射端４２ｂとを有し、一方前記光導波路４２Ａに位置４
２Ｃ，４２Ｄで光結合した前記光導波路４２Ｂの出射端
４２ｃには、前記光スポット変換部２３に対応する光ビ
ーム変換部４３と前記光吸収層２４に対応する光吸収層
４４とが形成されている。
０は先のＩｎＰ基板２１と同様な基板４１上に形成され
ており、位置４２Ｃおよび４２Ｄにおいて相互に光結合
し、いわゆるマッハ・ツェンダ型の光変調器４２を構成
する二つの光導波路４２Ａ，４２Ｂを含む。前記光導波
路４２Ａは入射光ビームが注入される入射端４２ａと出
射端４２ｂとを有し、一方前記光導波路４２Ａに位置４
２Ｃ，４２Ｄで光結合した前記光導波路４２Ｂの出射端
４２ｃには、前記光スポット変換部２３に対応する光ビ
ーム変換部４３と前記光吸収層２４に対応する光吸収層
４４とが形成されている。
【００４５】前記光導波路４２Ａ，４２Ｂ、前記光スポ
ット変換部４３および光吸収層４４は前記基板４１上に
モノリシックに形成されており、従って前記光半導体装
置４０は光集積回路を構成する。
ット変換部４３および光吸収層４４は前記基板４１上に
モノリシックに形成されており、従って前記光半導体装
置４０は光集積回路を構成する。
【００４６】本実施例においても、前記光スポット変換
部４３としては、先に図８（Ａ）〜（Ｆ）で説明した構
成のいずれかを使うことが可能である。
部４３としては、先に図８（Ａ）〜（Ｆ）で説明した構
成のいずれかを使うことが可能である。
【００４７】また、前記光導波路４２Ａの入射端４２ａ
に先に図１０（Ａ）〜（Ｆ）で説明した光スポット変換
部３１を形成してもよい。
に先に図１０（Ａ）〜（Ｆ）で説明した光スポット変換
部３１を形成してもよい。
【００４８】本発明によれば先の実施例で説明した入来
光信号中のクロック抽出のみならず、前記入射端４２ａ
に時分割多重化光信号が供給された場合に、出射端４２
ｂにおいてかかる時分割多重化光信号から抽出された光
信号成分を得ることが可能である。 ［第４実施例］図１２は、本発明の第４実施例による光
半導体装置５０の構成を示す。
光信号中のクロック抽出のみならず、前記入射端４２ａ
に時分割多重化光信号が供給された場合に、出射端４２
ｂにおいてかかる時分割多重化光信号から抽出された光
信号成分を得ることが可能である。 ［第４実施例］図１２は、本発明の第４実施例による光
半導体装置５０の構成を示す。
【００４９】図１２を参照するに、前記光半導体装置５
０は前記ＩｎＰ基板２１と同様な基板５１上に形成され
ており、前記基板５１上にモノリシックに形成され方向
性結合器を構成する光導波路５２Ａおよび５２Ｂを含
む。前記光導波路５２Ａ上には図示は省略するが、先の
マイクロストリップ電極２６と同様な電極が形成されて
おり、その結果前記光導波路５２Ａおよび５２Ｂよりな
る方向性結合器は光変調器として作用する。
０は前記ＩｎＰ基板２１と同様な基板５１上に形成され
ており、前記基板５１上にモノリシックに形成され方向
性結合器を構成する光導波路５２Ａおよび５２Ｂを含
む。前記光導波路５２Ａ上には図示は省略するが、先の
マイクロストリップ電極２６と同様な電極が形成されて
おり、その結果前記光導波路５２Ａおよび５２Ｂよりな
る方向性結合器は光変調器として作用する。
【００５０】前記光導波路５２Ａの入射端５２ａには入
来光信号が注入され、前記光導波路５２Ｂの出射端５２
ｂには前記入来光信号を変調した光信号が現れる。そこ
で、本実施例では前記出射端５２ｂに連続して、前記光
スポット変換部２３と同様な光スポット変換部５３が設
けられ、かかる光スポット変換部５３を介して前記変調
光信号が前記光吸収層２４に対応してフォトダイオード
を構成する光吸収層５４に注入される。
来光信号が注入され、前記光導波路５２Ｂの出射端５２
ｂには前記入来光信号を変調した光信号が現れる。そこ
で、本実施例では前記出射端５２ｂに連続して、前記光
スポット変換部２３と同様な光スポット変換部５３が設
けられ、かかる光スポット変換部５３を介して前記変調
光信号が前記光吸収層２４に対応してフォトダイオード
を構成する光吸収層５４に注入される。
【００５１】かかる構成の光半導体装置５０を図１のク
ロック抽出光検波装置１００において使うことにより、
光クロック抽出を小型化された構成により実行すること
が可能になる。
ロック抽出光検波装置１００において使うことにより、
光クロック抽出を小型化された構成により実行すること
が可能になる。
【００５２】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において
様々な変形・変更が可能である。
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において
様々な変形・変更が可能である。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、共通の基板上に光変調
器と受光装置とをモノリシックに形成し、さらにかかる
光変調器と受光装置との間にモノリシックに光スポット
変換部を形成することにより、クロック抽出光検波を簡
単で信頼性の高い構成により実行することが可能にな
る。本発明によれば、簡単な構成であるにもかかわら
ず、光変調器と受光装置との間に高い光結合が保証され
る。
器と受光装置とをモノリシックに形成し、さらにかかる
光変調器と受光装置との間にモノリシックに光スポット
変換部を形成することにより、クロック抽出光検波を簡
単で信頼性の高い構成により実行することが可能にな
る。本発明によれば、簡単な構成であるにもかかわら
ず、光変調器と受光装置との間に高い光結合が保証され
る。
【図１】従来のクロック抽出光検波装置の構成を示す図
である。
である。
【図２】光変調器における光導波路の活性層幅および厚
さと光学モードとの関係を示す図である。
さと光学モードとの関係を示す図である。
【図３】フォトディテクタにおける光吸収層厚さと動作
周波数帯域との関係を示す図である。
周波数帯域との関係を示す図である。
【図４】フォトディテクタにおける光吸収層長さと受光
感度との関係を示す図である。
感度との関係を示す図である。
【図５】フォトディテクタにおける光吸収層厚さと動作
周波数帯域との関係を示す別の図である。
周波数帯域との関係を示す別の図である。
【図６】本発明の原理を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施例による光半導体装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｆ）は、図７の光半導体装置におい
て使われる様々な光スポット変換部の構成例を示す図で
ある。
て使われる様々な光スポット変換部の構成例を示す図で
ある。
【図９】本発明の第２実施例による光半導体装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｆ）は、図９の光半導体装置にお
いて使われる様々な光スポット変換部の構成例を示す図
である。
いて使われる様々な光スポット変換部の構成例を示す図
である。
【図１１】本発明の第３実施例による光半導体装置の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施例による光半導体装置の構
成を示す図である。
成を示す図である。
１，２１，４１，５１ 基板 １０，２３，３１ 光スポット変換部 １１ 光カプラ １２ 光変調器 １３ 受光回路 １４ 基準信号源 １５ 位相比較器 １６ 電圧制御発振器 ２０、３０，４０，５０ 光半導体装置 ２１Ａ 高抵抗ＩｎＰ層 ２２Ａ〜２２Ｄ，４２Ａ，４２Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，１
２０Ａ，１２０Ｂ 光導波路 ２４，１３０ 光吸収層 ２５ ｐ型ＩｎＰ層 ２６ 電極、干渉型光変調器 ２７ フォトダイオード ２７Ａ，２７Ｂ 電極 ４２Ｃ，４２Ｄ 光結合部 １００ クロック抽出光検波装置 １０１ 光ファイバ １０１Ａ 光ファイバ入射端 １０１Ｂ 光ファイバ出射端 １０２ 同期クロック １２０ 光干渉器
２０Ａ，１２０Ｂ 光導波路 ２４，１３０ 光吸収層 ２５ ｐ型ＩｎＰ層 ２６ 電極、干渉型光変調器 ２７ フォトダイオード ２７Ａ，２７Ｂ 電極 ４２Ｃ，４２Ｄ 光結合部 １００ クロック抽出光検波装置 １０１ 光ファイバ １０１Ａ 光ファイバ入射端 １０１Ｂ 光ファイバ出射端 １０２ 同期クロック １２０ 光干渉器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｂ
Claims (25)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に形成され干渉型光変調器を構成する光導波
路と、 前記基板上に前記干渉型光変調器に光結合されて形成さ
れ、受光装置を構成する光吸収層と、 前記基板上において前記光導波路の出射端と前記光吸収
層の入射端との間に介在するように形成され、光ビーム
のスポット径を、前記干渉型光変調器と前記受光装置と
の間で変換する光スポット変換部とを備えたことを特徴
とする光半導体装置。 - 【請求項２】 前記干渉型光変調器は、Ｙ分岐型光変調
器よりなることを特徴とする請求項１記載の光半導体装
置。 - 【請求項３】 前記干渉型光変調器は、マッハ・ツェン
ダ型光変調器よりなることを特徴とする請求項１記載の
光半導体装置。 - 【請求項４】 前記光スポット変換部は前記基板上、前
記干渉型光変調器の導波路と前記受光装置の光吸収層と
の間に形成された光導波路パターンよりなり、前記光導
波路パターンは、前記干渉型光変調器の光導波路に接続
される第１の端部において、前記光導波路の幅に対応す
る第１の幅を有し、前記受光装置の光吸収層に接続され
る第２の端部において、前記光吸収層の幅に対応する第
２の幅を有し、前記光導波路パターンは、前記第１の端
部と前記第２の端部との間で幅を変化させることを特徴
とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の光半導
体装置。 - 【請求項５】 前記光導波路パターンの幅は、前記第１
の端部から前記第２の端部に向かってテーパ状に、連続
して変化することを特徴とする請求項４記載の光半導体
装置。 - 【請求項６】 前記光導波路パターンの幅は、前記第１
の端部から前記第２の端部に向かって階段状に変化する
ことを特徴とする請求項４記載の光半導体装置。 - 【請求項７】 前記光スポット変換部は前記基板上、前
記干渉型光変調器の導波路と前記受光装置の光吸収層と
の間に形成された光導波路パターンとよりなり、前記光
導波路パターンは、前記干渉型光変調器の光導波路に接
続される第１の端部において、前記光導波路の厚さに対
応する第１の厚さを有し、前記受光装置の光吸収層に接
続される第２の端部において、前記光吸収層の厚さに対
応する第２の厚さを有し、前記光導波路パターンは、前
記第１の端部と前記第２の端部との間で厚さを変化させ
ることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項
記載の光半導体装置。 - 【請求項８】 前記光導波路パターンの厚さは、前記第
１の端部から前記第２の端部に向かってテーパ状に、連
続して変化することを特徴とする請求項７記載の光半導
体装置。 - 【請求項９】 前記光導波路パターンの厚さは、前記第
１の端部から前記第２の端部に向かって階段状に変化す
ることを特徴とする請求項７記載の光半導体装置。 - 【請求項１０】 前記光スポット変換部は前記基板上、
前記干渉型光変調器の導波路と前記受光装置の光吸収層
との間に形成された光導波路パターンよりなり、前記光
導波路パターンは、前記干渉型光変調器の光導波路に接
続される第１の端部において、前記光導波路の幅および
厚さにそれぞれ対応する第１の幅と第１の厚さを有し、
前記受光装置の光吸収層に接続される第２の端部におい
て、前記光吸収層の幅および厚さにそれぞれ対応する第
２の幅と第２の厚さを有し、前記光導波路パターンは、
前記第１の端部と前記第２の端部との間で幅および厚さ
を変化させることを特徴とする請求項１〜３のうち、い
ずれか一項記載の光半導体装置。 - 【請求項１１】 前記光導波路パターンの幅および厚さ
は、前記第１の端部から前記第２の端部に向かってテー
パ状に、連続して変化することを特徴とする請求項１０
記載の光半導体装置。 - 【請求項１２】 前記光導波路パターンの幅および厚さ
は、前記第１の端部から前記第２の端部に向かって階段
状に変化することを特徴とする請求項１０記載の光半導
体装置。 - 【請求項１３】 前記光導波路パターンの幅および厚さ
は、その一方が前記第１の端部から前記第２の端部に向
ってテーパ状に、連続的に変化し、その他方が前記第１
の端部から前記第２の端部に向って階段状に変化するこ
とを特徴とする請求項１０記載の光半導体装置。 - 【請求項１４】 さらに前記干渉型光変調器を構成する
光導波路は、前記出射端に対向する入射端に入射光スポ
ット変換部を有することを特徴とする請求項１〜１４の
うち、いずれか一項記載の光半導体装置。 - 【請求項１５】 前記入射光スポット変換部は、前記光
導波路の幅を、前記入射端に向って変化させることを特
徴とする請求項１４記載の光半導体装置。 - 【請求項１６】 前記光導波路の幅は、前記入射光スポ
ット変換部において、前記入射端に向ってテーパ状に、
連続的に変化することを特徴とする請求項１５記載の光
半導体装置。 - 【請求項１７】 前記光導波路の幅は、前記入射光スポ
ット変換部において、前記入射端に向って階段状に変化
することを特徴とする請求項１５記載の光半導体装置。 - 【請求項１８】 前記入射光スポット変換部は、前記光
導波路の厚さを、前記入射端に向って変化させることを
特徴とする請求項１４記載の光半導体装置。 - 【請求項１９】 前記光導波路の厚さは、前記入射光ス
ポット変換部において、前記入射端に向ってテーパ状
に、連続的に変化することを特徴とする請求項１８記載
の光半導体装置。 - 【請求項２０】 前記光導波路の厚さは、前記入射光ス
ポット変換部において、前記入射端に向って階段状に変
化することを特徴とする請求項１８記載の光半導体装
置。 - 【請求項２１】 前記入射光スポット変換部は、前記光
導波路の幅および厚さを、前記入射端に向って変化させ
ることを特徴とする請求項１４記載の光半導体装置。 - 【請求項２２】 前記光導波路の幅および厚さは、前記
入射光スポット変換部において、前記入射端に向ってテ
ーパ状に、連続的に変化することを特徴とする請求項２
１記載の光半導体装置。 - 【請求項２３】 前記光導波路の幅および厚さは、前記
入射光スポット変換部において、前記入射端に向って階
段状に変化することを特徴とする請求項２１記載の光半
導体装置。 - 【請求項２４】 前記光導波路の幅および厚さは、その
一方が前記入射スポット変換部において、前記入射端に
向ってテーパ状に、連続的に変化し、その他方が前記入
射光スポット変換部において、前記入射端に向って階段
状に変化することを特徴とする請求項２１記載の光半導
体装置。 - 【請求項２５】 基板と、 前記基板上に形成され、干渉型光変調器を構成する光導
波路と、 前記基板上に形成され、前記干渉型光変調器の前記光導
波路に光結合される光検出器を構成する光吸収層とを備
えたことを特徴とする光半導体装置。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2000301490A JP2002107681A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 光半導体装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000301490A JP2002107681A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 光半導体装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2000301490A Pending JP2002107681A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 光半導体装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6587604B2 (ja) |
| EP (1) | EP1193514A3 (ja) |
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