JP2005216954A - 半導体光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】光導波路を伝搬する前方光を光検知器を用いてモニタする半導体光素子が提供される。
【解決手段】半導体光素子１では、光検出器３は、基体７上に設けられた光吸収層９および半導体層１１をする。光導波路５は、第１の端面５ａと、第２の端面５ｂと、活性層１３とを有しており、活性層１３は、基体７上に設けられている。光導波路５は、活性層１３に加えて半導体層１５、１７を含む。活性層１３からの光の一部は、第１の端面５ａによって反射されて光検知器３に向かう光になる。また、活性層１３からの光の一部は、第１の端面５ａを透過して、出射光になる。光導波路５の活性層１３および半導体層１５、１７は、第１の端面５ａと第２の端面５ｂとの間に設けられている。光導波路５は、第１の端面５ａと第２の端面５ｂとの間において所定の軸Ａｘに沿って伸びている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体光素子に関する。
文献１（特開２００２−２９９７５１号公報）には、半導体電界吸収型（ＥＡ型）変調器集積レーザが記載されている。このＥＡ型変調器集積レーザでは、フォトダイオードは、後方光をモニタしている。フォトダイオードからのモニタ信号を非線形アンプによって電気的に補正した後に、補正された信号を用いてレーザ駆動電流源を制御している。
文献２（特開２００１−２０８９３９号公報）には、光素子モジュールが記載されている。光素子モジュールは、モニタ用受光チップとレーザチップとが集積された集積素子を有している。集積素子は、ヒートシンク上に設けられている。光素子モジュールは、ヒートシンク上に設けられた光ファイバを更に含む。光ファイバの端面は傾斜面を有しており、この傾斜面によってレーザチップからの光は反射されて、モニタ用受光チップは該反射光を受ける。
文献３（特開２００２−２２３０２７号公報）には、光モジュールが記載されている。この光モジュールは、基板上に設けられた半導体受光素子と、光導波路と光接続する半導体発光素子とを有している。半導体受光素子は、光導波路のコア部から漏れ出た光を受ける。この光モジュールは、モニタ光を分岐する光学分岐素子を用いることなく、半導体発光素子からの光をモニタしている。
特開２００２−２９９７５１号公報 特開２００１−２０８９３９号公報 特開２００２−２２３０２７号公報
文献１の変調器集積レーザでは、半導体レーザの後端面からの光を用いて半導体レーザからの光を制御している。しかしながら、前端面から出射される光（前方光と呼ぶ）と後端面から出射される光（後方光とよぶ）との比は、半導体レーザの駆動条件によって変化する。これ故に、半導体レーザの前端面からの光をモニタすることが望まれる。
文献２の光素子モジュールでは、レーザチップからの光は光ファイバ端の傾斜面によって反射され、この反射光をモニタ用受光チップは受ける。一方、光ファイバ端を用いて前方光の一部をモニタする光モジュールでは、光ファイバ端の光学的な位置合わせが製造工程に追加される。この光学的な位置合わせを避けるために、文献３の光モジュールは、モニタ光を分岐するための光学分岐素子を用いることなく、光導波路のコア部から漏れ出た光をモニタする。コア部から漏れ出る光の量は光導波路の構造に非常に敏感であり、半導体発光素子の駆動状態に応じて大きく変化する。
求められていることは、光検知器を用いて半導体光素子からの前方光をモニタすることである。
そこで、本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、光検知器を用いて半導体光素子からの前方光をモニタする半導体光素子を提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、半導体光素子は、（ａ）基体上に設けられた光吸収層を含む光検出器と、（ｂ）前記基体上に設けられた第１の活性層および一または複数の半導体層と、前記第１の活性層からの光の一部を前記光検知器に向けて反射する第１の端面と、第２の端面とを有しており所定の軸に沿って伸びる光導波路とを備えており、前記光導波路の前記第１の活性層および前記半導体層は、前記第１の端面と前記第２の端面との間に設けられている。
この半導体光素子では、半導体光素子は、前方光をモニタする光検知器を含んでおり、光検知器の光吸収層、第１の活性層および第１の端面の光学的な位置決めは不要である。活性層からの光の一部は第１の端面を透過し、また活性層からの光の別の一部は第１の端面によって反射される。光検知器は反射光を受けることができる。
本発明の半導体光素子では、前記第１の活性層は前記所定の軸に沿って伸びており、前記第１の端面は前記第１の端面と前記所定の軸との交点おいて前記所定の軸に直交する第１の基準面と３度以上の角度を成すようにしてもよい。
この半導体光素子では、第１の端面は、活性層からの光を光検知器に提供することができる。
本発明の半導体光素子では、前記基体は、前記所定の軸に沿って配列された第１および第２の領域を有しており、前記第１の活性層および前記半導体層は前記第１および第２の領域の少なくとも一方に設けられており、前記光検出器の前記光吸収層は、前記基体の前記第１の領域上に設けられているようにしてもよい。
この半導体光素子では、活性層からの光は光導波路を介して第１の端面に到達する。該光の一部は、第１の端面によって反射されて第１の領域に位置する光吸収層に到達する。
本発明の半導体光素子では、前記基体は第１、第２および第３の領域を有しており、前記第３の領域は前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられており、前記光導波路は前記所定の軸に沿って配列された第１および第２の部分を有しており、前記光導波路の前記第１の部分は、前記光導波路の前記第２の部分と前記第１の端面との間に位置しており、前記光導波路の前記第２の部分は前記第３の領域に設けられた前記光導波路の前記第１の活性層および前記半導体層を含んでおり、前記光検出器の前記光吸収層は、前記基体の前記第１の領域上に設けられており、前記光導波路は、前記第２の領域上に設けられた第２の活性層および一または複数の半導体層を更に含んでおり、前記第１の活性層のフォトルミネッセンス波長は前記第２の活性層のフォトルミネッセンス波長と異なるようにしてもよい。
この半導体光素子では、第２の領域に位置する活性層からの光は、第３および第１の領域に位置する光導波路部を介して第１の端面に到達する。該光の一部は、第１の端面によって反射されて、第１の領域に位置する光吸収層に到達する。
本発明の半導体光素子では、前記基体は前記所定の軸に交差する基準面に沿って伸びる側面を有しており、前記第１の端面と前記基準面との間隔は、前記所定の軸に交差する別の軸に沿って変化しているようにしてもよい。
この半導体光素子では、第１の端面と基準面との間隔が別の軸に沿って変化しているので、第１の端面による反射光は、光導波路へ戻ることがない。
本発明の半導体光素子では、前記光導波路は、前記第１の端面が前記所定の軸に対して傾斜するように前記第１の領域において曲がっているようにしてもよい。
この半導体光素子では、光導波路の曲がりによって、第１の端面によって反射された光は、光導波路へ戻ることはない。
本発明の半導体光素子では、前記第１の活性層の半導体材料の構成元素は、前記光吸収層の半導体材料の構成元素と実質的に同じである。
この半導体光素子では、前記第１の活性層の特性が光吸収層の特性に半導体材料の構成元素と実質的に同じにできる。
本発明の半導体光素子では、前記光吸収層は、前記第１の活性層のフォトルミネッセンス波長より長いフォトルミネッセンス波長を有している。
この半導体光素子によれば、光吸収層の光吸収端は、波長領域において第１の活性層の光吸収端よりも長い波長であり、光吸収層は活性層からの光を吸収できる。
本発明の半導体光素子では、前記光検出器の前記光吸収層および前記半導体層は、第１のメサ内に設けられており、前記光導波路の前記第１の活性層および前記半導体層は第２のメサ内に設けられているようにしてもよい。
この半導体光素子によれば、光検出器のための第１のメサおよび光導波路のための第２のメサによって、光検出器は光導波路から分離される。
本発明の半導体光素子では、前記光検出器と前記光導波路との間に設けられたアイソレーション領域を更に備え、前記アイソレーション領域はプロトンイオン注入により形成される。
この半導体光素子によれば、アイソレーション領域はプロトンイオン注入により高抵抗を示す。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
本発明によれば、光検知器を用いて前方光をモニタする半導体光素子が提供される。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体光素子を示す図面である。図２（Ａ）は、図１に示されたI−I線に沿ってとられた断面図である。図２（B）は、図１に示されたII−II線に沿ってとられた断面図である。図３は、図１に示されたIII−III線に沿ってとられた断面図である。
半導体光素子１は、光検出器３と、光導波路５とを備えている。光検出器３は、図２（A）に示されるように、基体７上に設けられた光吸収層９および半導体層１１をする。光導波路５は、第１の端面５ａと、第２の端面５ｂと、第１の活性層１３とを有しており、第１の活性層１３は、基体７上に設けられている。光導波路５は、第１の活性層１３に加えて半導体層１５、１７を含む。活性層１３からの光の一部は、第１の端面５ａによって反射されて光検知器３に向かう光になる。また、活性層１３からの光の別の一部は、第１の端面５ａを透過して出射光になる。光導波路５の第１の活性層１３および半導体層１５、１７は、第１の端面５ａと第２の端面５ｂとの間に設けられている。光導波路５は、第１の端面５ａと第２の端面５ｂとの間において所定の軸に沿って伸びている。
この半導体光素子１では、半導体光素子１は、前方光をモニタする光検知器３を含んでいる。活性層１３からの光の一部は第１の端面５ａによって反射される。反射光は光検知器３に入射する。この半導体光素子１が製造された後に光検知器３の光吸収層９、第１の活性層１３および第１の端面５ａの光学的な位置決めは不要である。
例えば、基体７は、ｎ型インジウムリン（ＩｎＰ）基板であることができ、該ＩｎＰ基板上に設けられたバッファ層を含むことができる。半導体層１５は、ｎ型クラッド層であることができ、半導体層１７は、ｐ型クラッド層であることができる。例えば、光検出器３は、Ｐｉｎフォトダイオードの構造を有することができ、光吸収層９はｐ型半導体領域１１とｎ型半導体領域７との間に設けられている。
好適な実施例では、第１の基準面Ｒ１の法線ＶＮは、点Ｏｒｇにおいて軸Ａｘに接する接ベクトルＶＤと３度以上の角度を成すことが好ましい。この半導体光素子１では、活性層１３からの光を光検知器３に提供するために、第１の端面５ａは、少なくとも３度の角度で傾斜していることが好ましい。好適な実施例では、該角度は８度である。
図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図３に示されるように、光導波路５では、メサ２５は、埋め込み領域３１によって埋め込まれている。一実施例では、埋め込み領域３１は、第１の半導体層３１ａおよび第２の半導体層３１ｂを含むことができる。光導波路５は、活性層１３上に設けられた半導体層３３、３５を更に含むことができる。例えば、半導体層３３はクラッド層であることができ、また半導体層３５はコンタクト層であることができる。一実施例では、第１の半導体層３１ａはｐ型半導体から成ることができ、第２の半導体層３１ｂはｎ型半導体から成ることができる。半導体層３３はｐ型半導体から成ることができ、半導体層３５は高濃度のｐ型半導体から成ることができる。
ｐ型半導体から成る半導体層３３と基体７との間には、メサ２５および埋め込み領域３１が設けられている。メサ２５の両側には、埋め込み領域３１があり、埋め込み領域３１はメサ２５に電流を閉じ込めるように作用する。
図１を参照すると、第２の基準面Ｒ２は第１の端面５ａと所定の軸Ａｘとの交点Ｏｒｇおいて所定の軸Ａｘに直交する。半導体光素子１の活性層１３は所定の軸Ａｘに沿って伸びている。第１の端面５ａは第２の基準面Ｒ２と３度以上の角度を成すようにしてもよい。図１を示されるような半導体光素子の端面５ａは、例えばドライエッチング装置を用いて光導波路５の端面を形成することによって得ることができる。また、図２（Ａ）に示されるように、光導波路５の端面５ａは、複数の半導体層１３、１５、１７の端面に設けられた膜３７によって構成されることができる。
図１および図２（Ａ）に示されるように、軸Ａｘに交差する別の軸に沿って、第１の端面５ａ、光導波路５の一端部および光検出器３が配列されている。半導体光素子１では、光検出器３の光吸収層９および半導体層１１は、第１のメサ内２３に設けられており、光導波路５の第１の活性層１３および半導体層１５、１７は第２のメサ２５内に設けられているようにしてもよい。この半導体光素子１によれば、光検出器３のための第１のメサ２３および光導波路５のための第２のメサ２５によって、光検出器３は光導波路５から分離される。第１のメサ２３および第２のメサ２５によって、光検出器３と光導波路５との間に溝３９が形成される。溝３９は、埋め込み領域３１を横切って伸びている。第１および第２のメサ２３、２５上には、絶縁膜４７が設けられている。絶縁膜４７上には、次に説明されるように電極が設けられている。
図２（Ａ）に示されるように、半導体光素子１の光検出器３は、光吸収層９上に設けられた第１の電極４１を含むことができる。基体７の裏面には、第２の電極４３が設けられている。図２（Ｂ）および図３に示されるように、半導体光素子１の光導波路５は、活性層１３上に設けられた第３の電極４５を含むことができる。既に説明したように、基体７の裏面には、電極４３が設けられている。第１の電極４１および第２の電極４３は光検出器３のために設けられており、一実施例では、電極４１はアノード電極であり、電極４３はカソード電極である。電極４１と電極４３との間には、逆方向バイアスが印加されて、該電極を介して光吸収層９からの光電流が出力される。好適な実施例では、光導波路５、電極４３および電極４５は、半導体レーザといった半導体発光素子を構成する。半導体レーザとしては、ＤＦＢ型レーザダイオードがある。第２の電極４３および第３の電極４５は光導波路５のために設けられており、一実施例では、電極４５はアノード電極であり、電極４３はカソード電極である。電極４５と電極４３との間には、順方向バイアスが印加されて、活性層１３は、該電極４３、５３から加えられる電気信号に応答して光を生成する。なお、光導波路５、電極４３および電極４５は、電界吸収型変調器といった光変調素子を構成するようにしてもよい。電極４５と電極４３との間には、逆方向バイアスが印加されており、活性層１３は、該電極４３、５３から加えられる電気信号に応答して光を吸収する。
図４は、半導体光素子を示す平面図である。基体７は、所定の軸Ａｘに沿って配列された第１の領域７ａおよび第２の領域７ｂを有している。光導波路５は、所定の軸Ａｘに沿って伸びている。光導波路５は、第２の領域７ｂに設けられた第１の活性層１３および半導体層１５、１７を含んでおり、第１の領域７ａおよび第２の領域７ｂにわたって設けられている。光検出器３の光吸収層９および半導体層１１は、基体７の第１の領域７ａ上に設けられている。
この半導体光素子では、活性層１３からの光Ｌ１は、光導波路５を通過して第１の端面５ａに到達する。該光Ｌ１の一部Ｌ２は、第１の端面５ａによって反射されて第１の領域に位置する光吸収層に到達する。該光Ｌ１の別の一部Ｌ３は、端面５ａから出射される。
図４に示されるように、半導体光素子１では、基体７は所定の軸Ａｘに交差する基準面Ｒ３に沿って伸びる側面７ｃを有しており、第１の端面５ａと基準面Ｒ３との間隔Ｄは、所定の軸Ａｘに交差する別の軸Ｂｘに沿って変化しているようにしてもよい。この半導体光素子１では、第１の端面５ａと基準面Ｒ３との間隔が別の軸Ｂｘに沿って変化しているので、所定の軸Ａｘの方向を示すベクトル（図１に示されたＶＤ）は、第１の端面５ａからの反射光Ｌ２の進行方向を示すベクトルＶＲと１８０度よりも小さい角度を成す。これ故に、反射光Ｌ２は、光導波路５へ戻ること無く光検出器３へ向かって進む。
好適な実施の半導体光素子１では、光吸収層９は、第１の活性層１３のフォトルミネッセンス波長より長いフォトルミネッセンス波長を有している。半導体光素子１によれば、光吸収層９の光吸収端は、波長領域において活性層１３の光吸収端よりも長い波長領域にあり、光吸収層９は活性層１３からの光を吸収できる。また、光吸収層９の吸収端に近づくにつれて、光検知器３の光検出感度の温度依存性は大きくなる。活性層１３からの光の波長は、光吸収層９の光吸収端よりも短いので、活性層１３からの光の波長における光検出感度の温度依存性は、光吸収層９の吸収端における温度依存性に比べて小さくなる。
本実施の形態の一例を下記示すと：
基体７：ＩｎＰ基板
光吸収層９：アンドープＧａＩｎＡｓ半導体
半導体層１１：亜鉛ドープＩｎＧａＡｓ半導体
活性層１３：ＩｎＧａＡｓＰ半導体
ｎ型クラッド層１５：ｎ型ＩｎＰ半導体
ｐ型クラッド層１７：ｐ型ＩｎＰ半導体
ｐ型クラッド層３３：ｐ型ＩｎＰ半導体
ｐ型コンタクト層３５：ｐ型ＩｎＧａＡｓ半導体
第１の半導体層３１ａ：ｐ型ＩｎＰ半導体
第２の半導体層３１ｂ：ｎ型ＩｎＰ半導体
である。埋め込み領域は、鉄添加のＩｎＰ半導体から成ることもできる。
この半導体光素子は、例えば、次のように製造される。有機金属気相成長法を用いて、活性層を含む複数の半導体膜をウエハ上に堆積する。この後に、シリコン窒化膜といった絶縁物マスクを用いて、半導体ストライプを形成する。次いで、この半導体ストライプをｐ−ＩｎＰ／ｎ−ＩｎＰ半導体膜で埋め込む。該埋め込み領域をエッチングして光導波路メサを形成する。次いで、光検知器のための一又は複数の半導体膜を堆積する。この後に、ｐ型ＩｎＰ膜およびｐ型高濃度ＧａＩｎＡｓ膜を半導体ストライプおよび埋め込み領域上に形成する。光検知器のための一又は複数の半導体膜および埋め込み領域をマスクを用いて異方性ドライエッチングして、光導波路および光検知器を形成する。このエッチングにより、光導波路のためのメサおよび光検知器のためのメサが形成されると共に、これらのメサの間に溝が形成される。この後に、ウエハ全面に、シリコン酸化膜といった保護膜を形成する。続いて、マスク（例えば、レジスト／Ｔｉ／レジスト）を用いて、約１５マイクロメートル程度の深さに光導波路の端部をエッチングして光導波路の端面を形成する。端面の傾斜角は、例えば８度であり、角度の好適な範囲は、７度以上１２度以下である。角度の小さいとき、光導波路に戻る反射光が多くなり、十分なモニタ光量が得られない。角度が大きくなると、出力光の出射角度も大きくなる。
以上、説明したように、光導波路５を伝搬する前方光を光検知器３を用いてモニタする半導体光素子が提供される。
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体光素子を示す図面である。図６は、図５に示されたIＶ−IＶ線に沿ってとられた断面図である。図７は、本実施の形態に係る半導体光素子を示す平面図である。
図５、図６および図７を参照すると、半導体光素子５１は、光検出器５３と、光導波路５５とを備えている。光検出器５３は、図６に示されるように、基体５７上に設けられた光吸収層５９および半導体層６０、６１を有する。光導波路５５は、第１の端面５５ａと、第２の端面５５ｂと、第１の活性層６３とを有しており、第１の活性層６３は、基体５７上に設けられている。光導波路５５は、第１の活性層６３に加えて半導体層６５、６７を含む。活性層６３からの光の一部は、第１の端面５５ａによって反射されて光検知器５３に向かう光になる。また、活性層６３からの光の一部は、第１の端面５５ａを透過して、出射光になる。光導波路５５の第１の活性層６３および半導体層６５、６７は、第１の端面５５ａと第２の端面５５ｂとの間に設けられている。光導波路５５は、第１の端面５５ａと第２の端面５５ｂとの間において所定の軸に沿って伸びている。
半導体光素子５１は、前方光をモニタする光検知器５３を含んでおり、この半導体光素子５１が製造された後に光検知器５３の光吸収層５９、第１の活性層６３および第１の端面５５ａの光学的な位置決めは不要である。この半導体光素子５１では、活性層６３からの光の一部は第１の端面５５ａを透過し、また活性層６３からの光の別の一部は第１の端面５５ａによって反射されるので、反射光は光検知器５３に入射する。
一実施例では、図５に示されたＶ−Ｖ線に沿ってとられた断面は、図２（Ｂ）に示された断面と実質的に同一である。また、図５に示された軸Ｃｘに沿ってとられた断面は、図３に示された断面と実質的に同一である。
図６に示されるように、光導波路５５では、メサ７５は、埋め込み領域８１によって埋め込まれている。一実施例では、埋め込み領域８１は、第１の半導体層８１ａおよび第２の半導体層８１ｂを含むことができる。光導波路５５は、活性層６３上に設けられた半導体層８３、８５を更に含むことができる。一実施例では、第１の半導体層８１ａはｐ型半導体から成ることができ、第２の半導体層８１ｂはｎ型半導体から成ることができる。半導体層８３はｐ型半導体から成ることができ、半導体層８５は高濃度のｐ型半導体から成ることができる。例えば、半導体層８３はｐ型半導体層であることができ、また半導体層８５はｐ型コンタクト層であることができる。
ｐ型半導体から成る半導体層８３と基体５７との間には、メサ７５および埋め込み領域８１が設けられている。メサ７５の両側には、埋め込み領域８１があり、埋め込み領域８１はメサ７５に電流を閉じ込める。
図６に示されるように、半導体光素子５１の光検出器５３は、光吸収層５９上に設けられた第１の電極９１を含むことができる。基体５７の裏面には、第２の電極９３が設けられている。図５に示されるように、半導体光素子５１の光導波路５５は、活性層６３上に設けられた第３の電極９５を含むことができる。既に説明したように、基体５７の裏面には、電極９３が設けられている。第１の電極９１および第２の電極４３は光検出器５３のために設けられており、一実施例では、電極９１はアノード電極であり、電極９３はカソード電極である。好適な実施例では、光導波路５５、電極９３および電極９５は、半導体レーザといった半導体発光素子を構成する。第２の電極９３および第３の電極９５は光導波路３のために設けられており、一実施例では、電極９５はアノード電極であり、電極９３はカソード電極である。
図７を参照すると、基体５７は、所定の軸Ａｘに沿って配列された第１の領域５７ａおよび第２の領域５７ｂを有している。光導波路５５は、一点鎖線Ｃｘに沿って順に配列された第１の部分５５ｃおよび第２の部分５５ｄを有している。光導波路５の第１の部分５５ｃは、光導波路５５の第２の部分５５ｄと第１の端面５５ａとの間に位置している。光導波路５５の第２の部分５５ｄは、第２の領域５７ｂに設けられた光導波路５５の第１の活性層６３および半導体層６５、６７を含む。光検出器５３の光吸収層５９および半導体層６１は、基体５７の第１の領域５７ａ上に設けられている。
半導体光素子５１では、光導波路５５は、第１の領域５７ａにおいて曲がっているようにしてもよい。この半導体光素子５１では、光導波路５５の曲がりによって、交点Ｉにおいて軸Ｃｘに接するベクトルＶＣは、第１の端面５５ａからの反射光の進行方向を示すベクトルと１８０度よりも小さい角度を成す。これ故に、反射光は、光導波路５５と異なる光検出器３に向かって進む。
図７を参照しながら、光導波路の曲がりについて説明する。第１の領域５７ａにおいて、メサ７５が端面５５ａに近づくにつれて、一点鎖線Ｃｘと軸Ａｘとの間隔Ｅは、徐々に大きくなっている。間隔Ｅは、軸Ａｘに直交する方向に関してとられる。半導体光素子５１は、軸Ａｘおよび基体５７の裏面に直交する平面によって第１および第２の部分に分けられる。好適な実施例では、一点鎖線Ｃｘは第１の活性層６３（メサ７５）の中心にあり、一点鎖線Ｃｘは第１の領域５７ａにおいて曲線に沿って伸びている部分を有しており、端面５５ａと点Ｉで交差する。点Ｉおよび光検出器５３は共に、半導体光素子５１の第１の部分に所属している。
この半導体光素子５１では、活性層６３からの光Ｌ４は、光導波路５５を通過して第１の端面５５ａに到達する。該光Ｌ４の一部Ｌ５は、第１の端面５５ａによって反射されて第１の領域５５ｃに位置する光吸収層５９に到達する。該光Ｌ４の別の一部Ｌ６は、端面５５ａから出射される。
図７を参照すると、基準面Ｒ４は第１の端面５５ａと所定の軸Ａｘとの交点Ｏｒｇおいて所定の軸Ａｘに直交する。交点Ｉにおいて軸Ｃｘに接する接ベクトルＶＣは、基準面Ｒ４の法線ベクトルとＶＭと３度以上の角度を成すようにしてもよい。これ故に、反射光Ｌ５は、光導波路５５へ戻ること無く光検出器５３へ向かって進む。
図６に示されるように、光導波路５５の端面５５ａは、複数の半導体層６３、６５、６７の端面に設けられた膜８７によって構成されることができる。膜８７によれば、端面５５ａにおける反射率および透過率を調整することができる。
半導体光素子５１において、好適な実施例の構造によれば、第１の活性層６３の半導体材料の構成元素は、光吸収層５９の半導体材料の構成元素と実質的に同じであるようにできる。この半導体光素子では、第１の活性層６３の光学特性が光吸収層５９の光学特性と実質的に同じにできる。また、活性層および光吸収層をそれぞれ形成するときには、半導体光素子の製造工程を減らすことができる。
図６および図７に示されるように、半導体光素子５１は、アイソレーション領域８９を更に備えることができる。アイソレーション領域８９は、半導体層８３、８５および埋め込み領域８１を貫通して基体５７に到達している。アイソレーション領域８９の抵抗値は半導体層８３、８５および埋め込み領域８１の抵抗値よりも大きい。図７に示されるように、アイソレーション領域８９は、半導体積層部を光導波路７５ｂのための部分と光検出器５３のための部分に分離している。また、アイソレーション領域８９によって、基体５７は、光導波路７５と光検出器５３が共有する導体領域となる。好適な実施例では、アイソレーション領域８９はプロトンイオン注入により形成される。半導体光素子によれば、アイソレーション領域はプロトンイオン注入により高抵抗を示す。
本実施の形態の一例を下記示すと：
基体７：ＩｎＰ基板
光吸収層５９、活性層１３：ＩｎＧａＡｓＰ半導体
カソード層６０、ｎ型クラッド層６５：ｎ型ＩｎＰ半導体
アノード層６１、ｐ型クラッド層６７：ｐ型ＩｎＰ半導体
ｐ型クラッド層８３：ｐ型ＩｎＰ半導体
ｐ型コンタクト層８５：ｐ型ＩｎＧａＡｓ半導体
第１の半導体層８１ａ：ｐ型ＩｎＰ半導体
第２の半導体層８１ｂ：ｎ型ＩｎＰ半導体
である。
この半導体光素子は、例えば、次のように製造される。基体の第１および第２の領域にフォトダイオードおよび半導体レーザのための複数の半導体膜を堆積する。本実施例では、半導体ストライプを形成すると共に、光検知器のための半導体メサを形成する。半導体ストライプおよび半導体メサをｐ型ＩｎＰ／ｎ型ＩｎＰ半導体を用いて埋め込む。半導体ストライプ、半導体メサおよび埋め込み領域上にｐ型ＧａＩｎＡｓ／ｐ型ＩｎＰ半導体膜を形成する。次いで、光導波路と光検知器との間にプロトンイオンをイオン注入する。曲がり光導波路を用いて端面と該端面の法線との角度を約８度にする。
以上、説明したように、光導波路５５を伝搬する前方光を光検知器５３を用いてモニタする半導体光素子が提供される。
（第３の実施の形態）
図８は、本発明に係る第３の実施の形態を示す図面である。図９は、図８に示されたＶII−ＶII線に沿ってとられた断面を示す図面である。
半導体光素子１０１は、光検出器１０３と、光導波路１０５とを備えている。光検出器１０３の構造は、一実施例では、第１の実施の形態に示される構造であることができる。光導波路１０５は、第１の端面１０５ａと、第２の端面１０５ｂと、活性層１４とを有しており、活性層１４は、基体１０７の第２の領域１０７ｂ上に設けられている。光導波路１０５の活性層１４および半導体層１６、１８は、第１の端面１０５ａと第２の端面１０５ｂとの間に設けられている。光導波路１０５は、第１の端面１０５ａと第２の端面１０５ｂとの間において所定の軸に沿って伸びている。
半導体光素子１０１の基体１０７は、第１、第２および第３の領域１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃを有している。第３の領域１０７ｃは第１の領域１０７ａと第２の領域１０７ｂとの間に設けられている。好適な実施例では、第１および第３の領域１０７ａおよび１０７ｃは、第１の実施の形態において説明された光検知器および光導波路と類似の構造を有することができ、第２の領域１０７ｂは、第１の実施の形態において説明された光導波路と類似の構造を有することができる。
半導体光素子１は、前方光をモニタする光検知器１０３を含んでおり、半導体光素子１０１では活性層１４からの光の一部は第１の端面１０５ａを透過し、また活性層１４からの光の別の一部は第１の端面１０５ａによって反射される。この反射光は光検知器１０３に入射する。この半導体光素子１０１が製造された後に光検知器１０３の光吸収層１０９、活性層１４および第１の端面１０５ａの光学的な位置決めは不要である。
光導波路１０５は、所定の軸Ａｘに沿って順に配列された第１および第２の部分１０５ｃ、１０５ｄを有している。光導波路１０５の第１の部分１０５ｃは、光導波路の第２の部分１０５ｄと第１の端面１０５ａとの間に位置している。光導波路１０５の第２の部分１０５ｄは、別の活性層２４を有しており、該活性層２４は、基体１０７の第１および第３の領域１０７ａ、１０７ｃ上に設けられている。光導波路１０５の活性層２４および半導体層２６、２８は、第１の端面１０５ａと第２の端面１０５ｂとの間に設けられている。活性層１４のフォトルミネセンス波長は、別の活性層２４のフォトルミネッセンス波長と異なっている。光導波路の第２の部分１０５ｄ上には、電極４６が設けられており、基体１０７の裏面には、共有する電極４４が設けられている。本実施の形態において、光導波路の第１および第２の部分の一方は半導体発光素子であり、他方は光変調素子であることができる。
既に説明したように、本実施の形態では、追加の光導波路１０５ｄのための半導体層が第２の領域１０７ｂに設けられている。好適な実施例では、光導波路１０５の第１の部分１０５ｃには、電界吸収型光変調器が設けられており、活性層１４のフォトルミネセンス波長は、別の活性層２４のフォトルミネッセンス波長より大きい。この半導体光素子では、第２の領域１０７ｂに位置する活性層１４からの光は、第３の領域１０７ｃに位置する光変調器によって変調された後に、第１の端面１０５ａに到達する。該光の一部は、第１の端面１０５ａによって反射されて、第１の領域１０７ａに位置する光検知器１０３に到達する。
この半導体光素子は、例えば、次のように製造される。有機金属気相成長法を用いて、基体の第１および第３の領域に変調素子のための複数の半導体膜を堆積すると共に、第２の領域に半導体レーザのための複数の半導体膜を堆積する。この後に、半導体ストライプを形成する。半導体ストライプをｐ型ＩｎＰ／ｎ型ＩｎＰ半導体を用いて埋め込むと共に、ｐ型ＩｎＰ膜およびｐ型高濃度ＧａＩｎＡｓ膜を半導体ストライプおよび埋め込み領域上に形成する。埋め込み領域を異方性ドライエッチングして、光導波路を形成する。この光導波路は、バッドジョイント構造を有する。次いで、第１の実施の形態と同様な工程によって光検知器のための半導体メサを形成する。この後に、第１の実施の形態と同様に、保護膜、光導波路の端面を形成する。
図１０は、本実施の形態の変形例の半導体光素子を示す図面である。この変形例においては、第２の実施の形態に示された半導体光素子に光導波路部を追加している。
半導体光素子１１１の基体１１７は、第１、第２および第３の領域１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃを有している。第３の領域１１７ｃは第１の領域１１７ａと第２の領域１１７ｂとの間に設けられている。好適な実施例では、第１の領域１１７ａは、第２の実施の形態において説明された光検知器および光導波路が設けられており、第２の領域１１７ｂは、第２の実施の形態において説明された光導波路が設けられている。
光導波路１１５は、所定の軸Ａｘに沿って順に配列された第１および第２の部分１１５ｃ、１１５ｄを有している。既に説明したように、本実施の形態では、光導波路部１０５ｄが第２の領域１０７ｃに設けられている。好適な実施例では、光導波路１１５の第１の部分１１５ｃには、電界吸収型光変調器が設けられている。この半導体光素子では、第２の領域１１７ｂに位置する活性層１４からの光は、第１の領域１１７ａおよび第３の領域１１７ｃに位置する光変調器によって変調された後に、第１の端面１１５ａに到達する。該光の一部は、第１の端面１１５ａによって反射されて、第１の領域１１７ａに位置する光検知器１１３に到達する。この構造により、半導体光素子１１１は、第２および第３の実施の形態に示された該当部分によって提供される利点を有する。
図１１は、本実施の形態の別の変形例の半導体光素子を示す図面である。半導体光素子１２１は、実質的に平行に設けられた端面１２５ａおよび１２５ｂを有している。半導体光素子１２１は、光検知器１２３と、光導波路１２５とを含むことができる。光導波路１２５は、端面１２５ａおよび１２５ｂの両方に交差する軸Ａｘに沿って伸びている。端面１２５ａと端面１２５ｂとの間では、光導波路１２５は直線のラインに沿って伸びている。好適な実施例では、軸Ａｘは、端面１２５ａの法線と３度以上の角度を成す。光検知器１２３は、端面１２５ａによって反射された光を受ける。半導体光素子１２１は、既に説明したように、光変調器を含むことができる。
以上、説明したように、光導波路を伝搬する前方光を光検知器を用いてモニタする半導体光素子が提供される。
（第４の実施の形態）
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、上記の実施の形態において説明された半導体光素子を用いる光信号発生装置を示す概略図である。
図１２（Ａ）を参照すると、光信号発生装置１３１は、半導体光素子１と、光導波路１３３と、信号モニタ回路１３５と、駆動回路１３７とを含む。半導体光素子１によって発生された信号光Ｌ０は、光導波路を伝搬して、端面５ａに到達する。端面５ａによって、光Ｌ０の一部は反射されて、モニタ光ＬＲＥＦになる。また、光Ｌ０の別の一部は、端面５ａを透過して、出力信号光ＬＯＵＴになる。光検知器３は、モニタ光ＬＲＥＦを受けて、光電流ＩＰを生成する。光電流ＩＰは、光量の変動を示す信号である。モニタ回路１３５は、光電流ＩＰを受けて、光量の変動を示す電気信号ＶＬを駆動回路１３７に供給する。駆動回路１３７は、外部信号ＳＩＮおよび電気信号ＶＬを受けて、光量の変動に応答した駆動信号ＶＤを半導体光素子１に供給する。この光信号発生装置１３１では、半導体光素子１は、前方モニタ光を用いて制御される。
図１２（Ｂ）を参照すると、光信号発生装置１４１は、半導体光素子１０１と、光導波路１４３と、信号モニタ回路１４５と、変調素子駆動回路１４７と、発光素子駆動回路１４９とを含む。半導体光素子１０１によって発生された信号光Ｌ０は、光導波路を伝搬して、端面１０５ａに到達する。端面１０５ａによって、光Ｌ０の一部は反射されて、モニタ光ＬＲＥＦになる。また、光Ｌ０の別の一部は、端面１０５ａを透過して、出力信号光ＬＯＵＴになる。光検知器１０３は、モニタ光ＬＲＥＦを受けて、光電流ＩＰを生成する。光電流ＩＰは、光量の変動を示す信号である。モニタ回路１３５は、光電流ＩＰを受けて、光量の変動を示す電気信号ＶＬを発光素子駆動回路１４９に供給する。変調素子駆動回路１４７は、外部信号ＳＩＮを受けて、光量の変動に応答した駆動信号ＶＤを半導体光素子１０１に供給する。発光素子駆動回路１４９は、光量の変動に応答した駆動信号ＶＢを半導体光素子１０１に供給する。この光信号発生装置１４１では、半導体光素子１０１は、前方モニタ光を用いて制御される。
以上、説明したように、光検知器を用いて光導波路を伝搬する前方光をモニタする半導体光素子を用いる光信号発生装置が提供される。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、半導体光素子の出力光は、第１の端面から出射するけれでも、第２の端面から出射するようにしてもよい。また、第２の実施の形態において、半導体発光素子に替えて光変調素子を使用することができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体光素子を示す図面である。 図２（Ａ）は、図１に示されたI−I線に沿ってとられた断面図である。図２（B）は、図１に示されたII−II線に沿ってとられた断面図である。 図３は、図１に示されたIII−III線に沿ってとられた断面図である。 図４は、半導体光素子を示す平面図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体光素子を示す図面である。 図６は、図５に示されたIＶ−IＶ線に沿ってとられた断面図である。 図７は、本実施の形態に係る半導体光素子を示す平面図である。 図８は、本発明に係る第３の実施の形態を示す図面である。 図９は図８に示されたＶII−ＶII線に沿ってとられた断面を示す図面である。 図１０は、本実施の形態の別の変形例の半導体光素子を示す図面である。 図１１は、本実施の形態の別の変形例の半導体光素子を示す図面である。 図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、上記の実施の形態において説明された半導体光素子を用いる光信号発生装置を示す概略図である。
符号の説明
１、５１、１０１、１１１、１２１…半導体光素子、３、５３、１０３…光検知器、５、５５、１０５…光導波路、７、５７、１０７…基体、９、５９…光吸収層、１１、６１…半導体層、１３、１４、１６、６３…活性層、１５、６５…ｎ型半導体層、１７、６７…ｐ型半導体層、３３…ｐ型半導体層、３５…ｐ型コンタクト層、３１、８１…埋め込み領域、３１ａ、８１ａ…第１の半導体層、３１ｂ、８１ｂ…第２の半導体層

Claims (10)

  1. 基体上に設けられた光吸収層を含む光検出器と、
    前記基体上に設けられた第１の活性層および一または複数の半導体層と、前記第１の活性層からの光の一部を前記光検知器に向けて反射する第１の端面と、第２の端面とを有しており所定の軸に沿って伸びる光導波路と
    を備えており、
    前記光導波路の前記第１の活性層および前記半導体層は、前記第１の端面と前記第２の端面との間に設けられている、半導体光素子。
  2. 前記第１の活性層は、前記所定の軸に沿って伸びており、
    前記第１の端面は、前記第１の端面と前記所定の軸との交点おいて前記所定の軸に直交する第１の基準面と３度以上の角度を成す、請求項１に記載された半導体光素子。
  3. 前記基体は、前記所定の軸に沿って配列された第１および第２の領域を有しており、
    前記第１の活性層および前記半導体層は前記第１および第２の領域の少なくとも一方に設けられており、
    前記光検出器の前記光吸収層は、前記基体の前記第１の領域上に設けられている、請求項１または請求項２に記載された半導体光素子。
  4. 前記基体は、第１、第２および第３の領域を有しており、前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられており、
    前記光導波路は、前記所定の軸に沿って配列された第１および第２の部分を有しており、
    前記光導波路の前記第１の部分は、前記光導波路の前記第２の部分と前記第１の端面との間に位置しており、
    前記光導波路の前記第２の部分は、前記第３の領域に設けられた前記光導波路の前記第１の活性層および前記半導体層を含んでおり、
    前記光検出器の前記光吸収層は、前記基体の前記第１の領域上に設けられており、
    前記光導波路は、前記第２の領域上に設けられた第２の活性層および一または複数の半導体層を更に含んでおり、
    前記第１の活性層のフォトルミッネセンス波長は前記第２の活性層のフォトルミネッセンス波長と異なる、請求項１または請求項２に記載された半導体光素子。
  5. 前記基体は、前記所定の軸に交差する基準面に沿って伸びる側面を有しており、
    前記第１の端面と前記基準面との間隔は、前記所定の軸に交差する別の軸に沿って変化している、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された半導体光素子。
  6. 前記光導波路の前記第１の部分は、前記第１の端面が前記所定の軸に対して傾斜するように前記第１の領域において曲がっている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された半導体光素子。
  7. 前記第１の活性層の半導体材料の構成元素は、前記光吸収層の半導体材料の構成元素と実質的に同じである、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された半導体光素子。
  8. 前記光吸収層は、前記第１の活性層のフォトルミネッセンス波長より長いフォトルミネッセンス波長を有している、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載された半導体光素子。
  9. 前記光検出器の前記光吸収層は、第１のメサ内に設けられており、
    前記光導波路の前記第１の活性層および前記半導体層は、第２のメサ内に設けられている、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載された半導体光素子。
  10. 前記光検出器と前記光導波路との間に設けられたアイソレーション領域を更に備え、
    前記アイソレーション領域はプロトンイオン注入により形成される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載された半導体光素子。
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