JP2005522885A6

JP2005522885A6 - 集積化された能動的光デバイス及び光検出器

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Publication number: JP2005522885A6
Application number: JP2003585190A
Authority: JP
Inventors: ナイダ，スティーブン
Original assignee: Intense Ltd
Current assignee: Intense Ltd
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-03

Abstract

レーザー装置、光増幅器またはＬＥＤなどの能動的な光半導体デバイスが、光検出器と一体的に集積化される。この装置は、光学的能動領域と、光閉じ込め構造と、光検出器構造とを含んでいる。光学的能動領域は、基板に形成され、第１の電気的端子を備えており、これにより、該光学的能動領域内で光子の放出を生じさせる。光閉じ込め構造は、該デバイスを通り、かつ、前記光学的能動領域を通る主要光路を実質上画定する。光検出器構造は、基板に形成され、第２の電気的端子を備えており、第２の電気的端子は、第１の電気的端子から偏位して配置され、実質上、第１の電気的端子から電気的に分離され、かつ、主要光路の一部分上にあり、これにより、前記放出光子により生じたキャリアを受ける。光検出器は、該デバイスの面(facet)に近接し、更に該デバイスの能動領域に近接している相互拡散／非相互拡散領域を覆うように配置されるのが好ましい。光検出器は、光放射の極めて僅かの部分を、該デバイスの特性に悪影響を及ぼすことなくモニタリングできるよう、光閉じ込め構造に、弱い度合いで結合される。

Description

本発明は、半導体レーザー装置や光増幅器などの光デバイスと、光検出器とを一体的(monolithic)に集積化(integration)することに関する。

半導体レーザー装置、光変調器や光増幅器などの光デバイスは、現代の通信システムで広範囲にわたり用いられている。このような光デバイスの光出力を、チップ上でモニタリング(monitor)することが望ましい。これは、とりわけ、複数のデバイスが１つのチップに集積化されており、かつ、１つ以上の光デバイスをモニタリングする必要がある場合、望ましい。

しかし、光デバイス出力部の出力を制御またはモニタリングすることには、問題がある。なぜなら、レーザー装置または増幅器の利得(gain)が、次に挙げるような幾つかの要因によって影響を受けるからである。
（ｉ）温度、湿度、波長変化、偏光変化などの環境の影響
（ｉｉ）結晶の欠陥や接触部(contacts)の劣化などによるデバイスの特性低下
（ｉｉｉ）衝撃や歪み(strain)などによる光学結合部品の位置ずれ

現在、大量の検出器及び結合器が、半導体レーザー装置または増幅器をモニタリングし、制御するために用いられているが、これらは、大規模な一体的集積化(monolithic integration)にあたって、高価であり、損失があり、非実用的であることが明らかとなっている。

半導体レーザー装置の場合、光検出器は、該レーザー装置の背面(back facet)に配置され得る。通常、半導体レーザー装置の面(facets)は、背面で最大約９５％の反射係数Ｒを有する高反射性（ＨＲ）の被覆膜、及び、前面(front facet)で約５％のＲを有する非反射性（ＡＲ）の被覆膜で被覆される。光検出器は、背面（Ｒ約９５％）からの光の逃散を測定し、これにより、装置をモニタリングする。

半導体光増幅器の場合、前面及び背面の双方が光放射の出入り(ingress and egress)に利用されるため、光検出器によるモニタリングに利用できる面はない。従って、一つの解決手段は、米国特許第5,134,671号明細書に教示されているように、集積化分岐導波路、例えば、Ｙ−接合導波路を採用し、出力パワーの一部を取り出して光検出器に供給し、これにより、増幅器をモニタリングすることである。

米国特許第5,134,671号には、一体的に集積化された光増幅器及び光検出器が記載されている。光増幅器及び光検出器は、同一の基板に集積化されている。そこでは、光検出器が、分岐状導波路を介して光増幅器に光学的に結合されており、この分岐状導波路は、放射損失が小さく、かつ、戻り反射(back reflectivity)が小さくなっている。これは、次のような、難度の高い製造プロセスによって達成される。すなわち、この製造プロセスは、有効屈折率を次第に減少させてある分岐、つまり、切り取り形状くさび先端部(truncated wedge tip)の光学的境界部(optical interface)で屈折率の差を減少させ、これにより、増幅器の光学的結合を回避するような分岐を備えたＹ形状の導波路を形成するものである。

製造／装置上の制約のため、実際のＹ−接合導波路は、切り取り形状のくさび先端部を有する（例えば、SasakiらのElectronic Letters, Vol.17, No.3, pp136-8 (1989年)を参照）。一方、丸み形状(blunted)のＹ−接合先端部の場合、光増幅器への光の戻り反射(back-reflection)が大幅に抑制されるが、結合される光増幅器及びモニタリング用光検出器の一体的集積化が制限されることになる。

次のようなレーザー装置、すなわち、方向性結合の光出力タブ(optical power tab)を利用する集積化出力モニター(integrated power monitor)を備えた１．３μｍレーザー装置が、U.KorenらのIEEE Photonics Tech. Letters, Vol.8, No.3 p364 (1996年)に記載されている。この文献には、次のようなＹ−接合光タブ(Y-junction optical tab)、すなわち、キャビティのＨＲ背面に隣接して設けられる受動二重導波路方向性結合器(dual waveguide directional coupler)を用いるＹ−接合光タブが記載されている。

記載されているプロセスの欠点は、例えば、受動導波路領域を形成するための過成長を含む４つの成長プロセスが、当該デバイスを形成するのに必要とされることである。いろいろな成長プロセスを用いる場合、デバイス製造の難度がかなり増大することになり、この結果、製造数量が低下し、コストが増大する。

本発明の課題は、集積化(integrated)された光検出デバイスを備えた、半導体レーザー装置もしくは増幅器などの光デバイスであって、製造が容易な光デバイスを提供することである。本発明のもう一つの課題は、このようなデバイスであって、光学的に能動的なレーザー装置もしくは増幅装置に対する光検出デバイスの干渉が、先行技術のシステムとの対比において低減されたデバイスを提供することである。

本発明のもう一つの課題は、光デバイスとして同一基板に集積され、かつ、デバイスのバンドギャップ偏移部分(bandgap shifted portion)との位置関係で配置された光検出デバイスであって、バンドギャップ偏移(bandgap shift)の試験に用いることができる光検出デバイスを提供することである。

本発明では、１つの態様として、次の構成が提供される。
能動的光デバイスと、光検出器とが単一の基板に集積化され、光検出器が能動的光デバイスの出力をモニタリングするよう適合されている、デバイスであって、
前記デバイスは、半導体基板と、光学的能動領域と、光閉じ込め構造と、光検出器構造とを含んでおり、
前記光学的能動領域は、前記半導体基板に形成され、該光学的能動領域上に第１の電気的端子(first electrical contact)を備えており、これにより、該光学的能動領域内で光子(photons)の放出及び／または光子の変調(modulation)を生じさせ、
前記光閉じ込め構造は、該デバイスを通り、かつ、前記光学的能動領域を通る主要光路(principal optical path)を実質上画定し、
前記光検出器構造は、前記半導体基板に形成され、第２の電気的端子を備えており、前記第２の電気的端子は、前記第１の電気的端子から偏位して配置され、実質上、前記第１の電気的端子から電気的に分離(electrically isolated)され、かつ、前記主要光路の一部分上にあり(overlying a part of)、これにより、前記放出光子(said emitted photons)により生じたキャリアを受ける、
デバイス。

本発明では、もう１つの態様として、次の構成が提供される。
能動的光デバイスと、光検出器とが単一の基板に集積化され、光検出器が能動的光デバイスの出力をモニタリングするよう適合されている、デバイスであって、
前記デバイスは、半導体基板と、光学的能動領域と、非分岐の光閉じ込め構造と、光検出器構造とを含んでおり、
前記光学的能動領域は、前記半導体基板に形成され、該光学的能動領域上に第１の電気的端子を備えており、
前記非分岐の光閉じ込め構造は、該デバイスを通り、かつ、前記光学的能動領域を通る主要光路を実質上画定し、
前記光検出器構造は、前記半導体基板に形成され、第２の電気的端子を備えており、前記第２の電気的端子は、前記第１の電気的端子から偏位して配置され、前記第１の電気的端子から電気的に分離されており、これにより、前記光学的能動領域内の光子により生じたキャリアを受ける、
デバイス。

本発明では、もう１つの態様として、次の構成が提供される。
能動的光デバイスと、特徴的端子とが単一の基板に集積化されたデバイスであって、特徴的端子(characterisation contact)により、該デバイスにおける所定程度のバンドギャップ偏移を検出できるデバイスであり、
前記デバイスは、半導体基板と、光学的能動領域と、バンドギャップ偏移領域(bandgap shifted region)と、特徴的端子とを含んでおり、
前記光学的能動領域は、前記半導体基板に形成されており、第１のバンドギャップを有する半導体媒体(semiconductor medium)を含んでおり、該光学的能動領域上に第１の電気的端子を備えており、これにより、該光学的能動領域内で光子の放出及び／または光子の変調を生じさせ、
前記バンドギャップ偏移領域は、前記半導体基板に形成されており、前記第１のバンドギャップから変移された第２のバンドギャップを有する半導体媒体を含んでおり、
前記特徴的端子は、前記半導体基板上に形成され、前記第１の電気的端子から偏位して配置され、かつ、実質上、前記第１の電気的端子から電気的に分離されており、前記特徴的端子の少なくとも一部分が、前記バンドギャップ偏移領域上にある(overlying)、
デバイス。

本発明では、もう１つの態様として、次の方法が提供される。
半導体媒体の第１の領域と、半導体媒体の第２の領域との間に生じるバンドギャップ偏移の程度を判定する方法であって、
光デバイスであって、第１の領域と、第２の領域とを含み、第１の領域では半導体媒体が第１のバンドギャップを有し、第２の領域では半導体媒体が前記第１のバンドギャップから変移された第２のバンドギャップを有する光デバイスを、基板上に形成するステップと、
前記光デバイスを動作させるための第１の端子(first contact)を、前記第１の領域に形成するステップと、
少なくとも部分的に前記第２の領域上にある(at least partially overlying)第２の端子を、形成するステップと、
電気的なバイアスを前記第２の端子に与え、これにより、少なくとも前記第２のバンドギャップの大きさを示すエレクトロルミネセンス信号を、半導体媒体に生じさせるステップとを含む
方法。

本発明では、もう１つの態様として、次の方法が提供される。
半導体媒体の第１の領域と、半導体媒体の第２の領域との間に生じるバンドギャップ偏移の程度を判定する方法であって、
光デバイスであって、第１の領域と、第２の領域とを含み、第１の領域では半導体媒体が第１のバンドギャップを有し、第２の領域では半導体媒体が前記第１のバンドギャップから変移された第２のバンドギャップを有する光デバイスを、基板上に形成するステップと、
前記光デバイスを動作させるための第１の端子を、前記第１の領域に形成するステップと、
少なくとも部分的に前記第２の領域上にある第２の端子を、形成するステップと、
前記第２の領域を光学的に励起し、これにより、半導体媒体にエレクトロルミネセンスを生じさせるステップと、
電気的なバイアスを前記第２の端子に与え、これにより、少なくとも前記第２のバンドギャップの大きさを示す光検出電流を得るステップとを含む
方法。

明細書全体を通し、“能動的光デバイス”とは、電荷注入法を用いることにより、半導体の光学的能動領域において光子を生じさせるかまたは光子を変調する、光学的に能動的な半導体デバイスの何れをも含むものとする。本発明は、とりわけ、通信分野において複数の光デバイスを単一チップ上で一体的に集積化することに適している。但し、本発明は、レーザー装置、増幅器及び発光ダイオード(light emitting diode)を含む任意の能動的光デバイスをモニタリングするのに利用することもできる。

デバイスは、任意の適切な半導体媒体(semiconducting medium)、特にIII-V材料系、II-VI材料系で構成され得る。
次に、添付図面を参照し、例を挙げて本発明の実施例を説明する。

本発明によれば、半導体レーザー装置や光増幅器などの能動的光デバイスと、光検出器とが一体的に集積化される。本発明によれば、半導体レーザーダイオードの出力パワーをモニタリングし、これにより、半導体レーザーダイオードの出力パワーを制御することを可能とする簡素な一体化手法について説明が与えられる。本発明は、特に、複数のレーザー装置もしくは光増幅器を、チップ上で大規模に集積化する場合に、好都合である。

特に図１及び図２ａを参照すると、半導体レーザー装置１０は、光学的に能動的な領域１１を含んでおり、その光学的能動領域を通って延びている導波部分１６を有している。光学的能動領域１１においては、適切なバンドギャップを有する半導体媒体が与えられており、この半導体媒体では、順バイアスモードで動作させるときに、当該技術分野での周知技術を用い、キャリアを注入することにより、光子を生じさせ、または、光子の挙動を変調することができる。

増大させられたバンドギャップを有する光学的に受動的な領域１２、１５は、導波部分１６の各端部に形成されており、好ましくは、量子井戸相互拡散法(quantum well intermixing techniques)を用いて形成される。但し、バンドギャップを局所的に増大させる適切な方法の何れも採用可能である。

相互拡散領域(intermixed regions)１２、１５（より一般的に言えばバンドギャップ偏移領域）は、非吸収ミラー(non-absorbing mirrors)（ＮＡＭｓ）を画定する。レーザー装置１０の光出力端では、ＮＡＭ１２に、非反射性（ＡＲ）の被覆膜１３が設けられており、レーザー装置の他端では、ＮＡＭ１５に、高反射性（ＨＲ）の被覆膜１４が設けられている。相互拡散端面を用いてこれらのＮＡＭを構成することにより、面に対する破局的な光学的ダメージ（ＣＯＤ）が回避され、この結果、高出力長寿命レーザーダイオードを製造することが可能となる。

典型的な半導体レーザーダイオードは、通常のプロセス技術を用い、導波部分１６をエッチングしてリッジ(ridge)１８を形成することにより、製造される。リッジは、典型的には、高さ及び幅が１μｍから２μｍまでの範囲にあり、長さが１０００μｍのオーダー(order)にある。このリッジには、光学的場分布１の主要部分が含まれており、注入電流２、３が実質上閉じ込められる。但し、本発明の基本概念は、半導体媒体における適切な光閉じ込め構造（埋め込みヘテロ構造(buried heterostructures)を含む）の何れにも適用し得ることが理解されよう。

ｐ型の端子２１がリッジ１８の上面に形成されており、これにより、デバイス１０に電流を注入することが容易となる。ｎ型の端子５が、基板面上または基板内部に設けられたデバイスの底部に形成されている。デバイスの基体部は、ｐ型、ｎ型それぞれの光伝導層４、６に挟まれた固有の光学的能動層(intrinsic optically active layer)７を備えるように、通常の方法によって形成される。ｐ型の光伝導層４は、典型的には、厚みが２００ｎｍのオーダーにある。電流は、端子２１、５を通して注入され、電子及びホール(hole)が光学的能動層７で再結合して光子を生じる。リッジ１８は、デバイスの光学モードを限定する。ｐ型端子２１及びリッジの幾何学的形状／配置(geometry)は、被覆膜１３、１４が設けられた面の間で当該デバイス１０を貫通して延びている主要光路(principal optical pathway)２３について、その横方向範囲を実質上、規定する。

“主要光路”という表現は、半導体媒体を通って延びている次のような通路、すなわち、光学的場分布１の主要部分が存在する通路を意味して用いられている。“主要光路”は、光閉じ込め構造によって画定されよう。但し、“主要光路”は、必ずしも、光閉じ込め構造と同一の広がりを持たなくてもよい。これは、図１に示されたようなリッジ導波路(ridge waveguide)１８の外側に、光学的場１のかなりの漏洩が生じるという現実によるものである。

好ましくは、光閉じ込め構造、よって主要光路２３は、図示のように実質上、リニア(linear)である。より好ましくは、光閉じ込め構造、よって主要光路２３は、非分岐(non-branching)である。光閉じ込め構造は、単一の光学モード(single optical mode)で動作するものであり得る。

更なるｐ型端子２２は、リッジ端子から横方向に間隔を隔てて設けられており、光検出器端子(photodetector contact)を構成する。好ましくは、製造プロセスを簡単化するため、更なるｐ型端子２２はレーザー用のｐ型リッジ端子２１と同時に形成される。

好ましい実施例では、光検出器は、フォトダイオードを含んでおり、このフォトダイオードの端子２２は、レーザー装置の能動領域によって生じる光場と部分的に重なるよう十分な程度、リッジ端子２１に近接して配置される。但し、フォトダイオード端子は、注入電流２の電流拡散が制限されるよう十分な程度、リッジ端子から離間して配置される（図１を参照）。従って、フォトダイオード端子は、デバイスを通って延びる主要光路の小部分に、少なくとも部分的に重なり合うが、光閉じ込め構造、例えばリッジ１８から横方向に間隔を隔てるよう、配置されることになる。

端子２１、２２の相対的位置関係は、光学的能動デバイス及び光検出器が次の条件を確保するようなものである。
（ａ）光学的能動デバイスと、光検出器とは、その間で重大な電気的クロストーク(cross-talk)が生じないよう十分な程度、離間している。
（ｂ）光学的能動デバイスと、光検出器とは、フォトダイオードに光電流、よって信号が生じるよう十分な程度、近接している。
（ｃ）光学的能動デバイスと、光検出器との間では、重大な干渉、すなわち、レーザー装置への光フィードバックなどで光学的能動デバイスの特性を低下させるような干渉は生じない。
図２ａに示された好ましい構成では、端子２１、２２の横方向離間距離が１０μｍのオーダーにある。

更にフォトダイオードは、図２ａに最も良好に示されているように、少なくとも部分的に受動領域（バンドギャップ偏移領域）１２上及び能動領域１１上にあり、かつ、レーザー出力面１３に近接するように配置されるのが好ましい。図２ａの図示では、フォトダイオード端子２０が、レーザー装置の光出力端に（すなわち、ＮＡＭ１２のＡＲ被覆膜１３に隣り合うように）配置されているが、図２ｄに示すように、光検出器２０が、ＮＡＭ１５のＨＲ被覆膜１４に隣り合うように配置されていてもよい。

図２ｂを参照すると、もう一つの構成の光検出器３０が示されている。この実施例では、フォトダイオード３０のための端子３１が、リッジ１８の上面において、リッジ端子２１と長手方向に位置を合わせ、かつ、リッジ端子２１から間隔を隔てて配置されている。図２ｂの図示では、フォトダイオード端子３１が、レーザー装置の光出力端に（すなわち、ＮＡＭ１２のＡＲ被覆膜１３に隣り合うように）配置されているが、図２ｃに示すように、光検出器端子３５が、ＮＡＭ１５のＨＲ被覆膜１４に隣り合うように配置されていてもよい。

デバイス１０の両端にＡＲ被覆膜が設けられる光増幅器の場合でも、光検出器が同様な態様で配置され得ることが理解されよう。

図２ａ、図２ｄに示された実施例では、光検出器端子２２、４０はリッジ１８から横方向に偏位して示されている。図１に最も良好に見られるように、端子は、光場分布の“尾部分(tail)”に部分的に重なるが、能動領域への注入電流２から十分な程度、すなわち、上述のように能動領域への注入電流との間で著しい干渉を回避するよう十分な程度、離間するように配置されている。

光検出器２０、３０、３５、４０は、レーザー能動領域からの光放射のうち極めて僅かの部分を、レーザー装置の特性に悪影響を及ぼすことなくモニタリングできるよう、レーザー装置の能動領域１６に、弱い度合いで結合される。典型的な例においては、リッジ端子２１が、数百ものマイクロ・アンプ(microamps)の領域に注入電流を供給する一方、光検出器端子２２は、ピコ乃至ナノ・アンプの領域で次のような検出電流を、すなわち、概ね１０⁴倍から１０⁸倍小さいオーダーの電流を流すだけでよいであろう。

フォトダイオードのモード(mode)について述べると、フォトダイオード端子２０は、光場１の“尾部分”からの光子がバンドでキャリアを生じて、測定可能な光電流を発生するよう、逆バイアスモードで駆動される。検出器の感度を規定することになる、“引き出される”相対的出力(relative power)は、フォトダイオードとリッジとの間の距離によって容易に制御することができる。

この方法で光電流を測定することの利点は、光出力を“取り出す”損失が実質上ないこと、並びに、レーザー１０と検出器２０との間に、次のような光学的結合構造、すなわち、レーザー装置の光学的特性に悪影響を及ぼし得る余分なキャビティ効果を生じるような光学的結合構造がないことである。

もはや、デバイスのＨＲ被覆面１４の背後に光検出装置を配置する必要がないので、この面の反射率を、Ｒ〜９５％という今までの値からＲ＞９９．９％という最大値に増大させることができる。従って、デバイスの出力パワーを約５％増大させることが可能となる。

図２ａ、図２ｄに示された実施例では、フォトダイオード端子２２、４０は、リッジの側端から、デバイスのＡＲ被覆膜に向かってまたはデバイスのＨＲ被覆膜１４に向かって偏位して配置されている。図２ｂ、図２ｃ、図２ｅ、図２ｆでは、光検出器端子３１、３５、５０、５１、６０、６１は、光閉じ込め構造（例えばリッジ１８）上に配置されているが、但し、リッジ端子から長手方向に十分な距離、すなわち、当該リッジ端子との間で適度な電気的分離(electrical isolation)を確保するよう十分な距離を隔てて配置されている。確かに光検出器は主要光路内における光場分布１のピーク部またはピーク部付近に配置されているが、逆バイアスモードにおける光検出器の動作については、先に図２ａ、図２ｄを参照して説明された動作と同様である。

図２ａ乃至図２ｄに示された例では、光検出器端子は、バンドギャップ偏移領域１２及び非偏移領域１１の双方に跨って配置されている。従って、光検出器端子２２、３１、３５を利用し、（順バイアスモードで動作させて）デバイスのバンドギャップ偏移／非偏移領域にキャリアを注入することが可能となり、バンドギャップ偏移を生じさせるために行われる相互拡散プロセスについてその効果をモニタリング(monitor)することができる。

光検出器端子を順バイアスモードで駆動することにより、光子が、バンドギャップ偏移領域１２、非偏移領域１１にそれぞれ対応する第１、第２の波長で生じるであろう。もし、レーザー装置１０を動作させることができない(not operational)なら、外部光検出器を利用することにより、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）信号が生じるのを観測することができる。観測にあたっては、ＥＬ信号を、ＡＲ被覆膜１３が設けられた面を介して受けることができる。ＥＬ信号における２波長間の分離間隔(relative separation)は、２つの領域１１、１２間でのバンドギャップ偏移の度合いについての尺度となる。端子４０（図２ｄ）の場合、生じたＥＬ信号は、ＨＲ被覆膜１４が設けられた面を介して受けることができる（検出という目的に十分な程度、光を透過させることができるならば）。もちろん光増幅器の場合は、この面にＡＲ被覆膜が設けられることになるであろう。

このようなＥＬの特徴によって、製造プロセス中に相互拡散領域の寸法を測定するという、その場(in-situ)での測定技術が提供される。

図３ａは、図２ａ乃至図２ｆに示されたデバイスにおける端面(facet ends)のバンドギャップを示す模式図である。フォトダイオード端子２２、３１、３６または４０は、デバイスの、能動領域端子２１から間隔を隔てた受動区域内において、該デバイス１０のバンドギャップ偏移領域（相互拡散領域）１２または１５と非偏移領域１１とに部分的に重なるように配置されている。デバイスの光学的能動領域１１で生じた光子は、互いに対応する電子及びホール電流３２、３３を生じる。これらの電子及びホール電流３２、３３は光検出器２０、３０で測定することができる。

もう一つの選択肢として、図３ｂの図示では、フォトダイオード端子２２、３１または３６が順バイアスモードで駆動され、これにより、キャリア電流３７、３８が生じ、デバイスのバンドギャップ偏移／非偏移領域にエレクトロルミネセンスが生じる。

上述した順バイアスモードによるフォトダイオードの動作では、電流が注入されてエレクトロルミネセンスが生じる。次のモードの動作では、外部の光源(external optical source)を利用することにより、次のような刺激、すなわち、様々な波長の光子がバンドギャップ偏移／非偏移領域から放射されるような刺激を与えることができる。その後、光検出器端子を逆バイアスモードで駆動することにより、再び、バンドギャップ偏移領域及び非偏移領域のそれぞれに対応する光電流を検出し、これにより、製造プロセス中に量子井戸相互拡散の度合いを測定することができる。

このような光学的刺激、及び、逆バイアス光検出モードの動作は、未分割のウェハ上で実行することができ、よって、ウェハ上で各レーザー装置を形成するためのＱＷＩ製造プロセスの特性測定を行うことができる旨、理解されよう。

更に図２ｆを参照すると、光検出器端子６０、６１は、リッジのＡＲ被覆端部もしくはＨＲ被覆端部、またはそれら端部の両方において、完全に光学的能動領域１１の内側となるように配置されている。このような配置の場合、逆バイアスフォトダイオードモードで使用するには、光検出器端子は、リッジ端子から、適度な電気的分離を達成するよう十分な程度、離間して配置しなければならない。当業者によれば、電気的分離は、特に、２つの端子２１、６０もしくは２１、６１の間で半導体媒体内に電気的分離構造を介在させることによって達成してもよいことが理解されよう。これに対し、図２ｅに示された実施例では、光検出器端子５０または５１が在るバンドギャップ偏移領域によって、適度な電気的分離が確保されている。

上述した実施例の何れにおいても、リッジ端子１８及びそれに隣り合う光検出端子２２、３１、３６、４０、５０、６０等のｐ型メタライゼーション(p-type metallisation)を同時に形成することによって、デバイスの製造容易性を改善することができる。

フォトダイオードに対する能動的光デバイスの構成及び配置は、それぞれの利用分野によって定められることが理解されよう。例えば、高出力レーザーダイオードの場合、低出力レーザーの場合と同じレベルの検出性能を備えたフォトダイオードが必要とされよう。このため、高出力レーザーダイオードは、レーザー装置から更に離れるように配置され得る。検出器の感度は、０．１ｍＡ／ｍＷ以下のオーダーになり得る。検出器の感度は、光源からの距離を変化させることによって変えることができる。もし、能動的光デバイスと、光検出器との間の距離が、電気的クロストークを生じ得る程度に短い場合は、電気的分離は、浅いエッチング(shallow etch)及び／またはイオン注入(ion implantation)などの既存の分離技術を利用することにより達成してもよい。

本発明の態様によれば、先行技術の装置との対比において次のような利点が与えられる。

１）ダイオード端子は、ｐ型リッジ端子１８に隣り合うように形成されている（かつ、ｐ型リッジ端子１８と同時に形成されることが好ましい）。従って、レーザー装置または増幅器を製造するため行われるプロセス工程に対して追加的なプロセス工程は不要である。

２）光検出器２０は、複数のレーザー装置と、同一チップ上で完全に集積化され得る。

３）複雑なＹ−接合の導波路を形成する必要がない。

４）デバイスの製造は、“チップ上(on-chip)”プロセスによって行われるから、別個のダイオード部品を取り付けなければならないデバイスとの対比において、信頼性が改善されるであろう。

５）パッケージング工程(packaging process)が簡単化され、これにより製造コストが低減される。

６）デバイスは、背面及び／または前面の光出力をモニタリングするフォトダイオードとして動作することができる。

７）デバイスは、逆バイアスで動作することにより、ＮＡＭの効果をモニタリングすることができる。ＥＬ放射を測定することにより、バンドギャップ偏移を判定することができる。

８）背面反射器に、最大で９９．９％の反射率を与えることができる。従って、背面の後ろに光検出器を配置したデバイスとの対比において、順方向出力パワーを約５％増大させることができる。

９）光検出器が能動的光デバイスの特性に重大な影響を及ぼすことはない。

上述した好ましい実施態様の光検出器は、単一の光学モードで動作するための光閉じ込め構造を備えた能動デバイスと組み合わされているけれども、基本概念は、複数モードのデバイス、光増幅器及び光放射ダイオードにも適用され得る。
他の実施例は、添付された特許請求の範囲内に、意図的に記載されている。

レーザー装置の模式的な横方向断面図(transverse cross section)であり、このレーザー装置は、該レーザー装置の光閉じ込め構造に横方向に隣り合うように配置された光検出器端子を備えている。図１に図示されたレーザー装置の模式的な平面図であり、図示では、光検出器端子は部分的にバンドギャップ偏移領域上にある。レーザー装置の模式的な平面図であり、図示では、光検出器端子は光閉じ込め構造内に、かつ、部分的にバンドギャップ偏移領域上に配置されている。レーザー装置の模式的な平面図であり、光検出器端子がデバイスの、高反射性被覆を施した端部に配置されている点を除けば、図２ｂと同様である。レーザー装置の模式的な平面図であり、光検出器端子がデバイスの、高反射性被覆を施した端部に配置されている点を除けば、図２ａと同様である。レーザー装置の模式的な平面図であり、複数の光検出器端子が、完全にデバイスのバンドギャップ偏移領域の内側となるように配置されている点を除けば、図２ｂと同様である。レーザー装置の模式的な平面図であり、複数の光検出器端子が、完全にデバイスのバンドギャップ偏移領域の外側となるように配置されている点を除けば、図２ｅと同様である。図１に示されたデバイスにおける端面(facet end)のバンドギャップを示す模式図である。図１に示されたデバイスにおける端面(facet end)のバンドギャップを示す模式図であり、光検出器が順バイアスモードで動作しているときの状態が示されている。

Claims

能動的光デバイスと、光検出器とが単一の基板に集積化され、光検出器が能動的光デバイスの出力をモニタリングするよう適合されている、デバイスであって、
前記デバイスは、半導体基板と、光学的能動領域と、光閉じ込め構造と、光検出器構造とを含んでおり、
前記光学的能動領域は、前記半導体基板に形成され、該光学的能動領域上に第１の電気的端子を備えており、これにより、該光学的能動領域内で光子の放出及び／または光子の変調を生じさせ、
前記光閉じ込め構造は、該デバイスを通り、かつ、前記光学的能動領域を通る主要光路を実質上画定し、
前記光検出器構造は、前記半導体基板に形成され、第２の電気的端子を備えており、前記第２の電気的端子は、前記第１の電気的端子から偏位して配置され、実質上、前記第１の電気的端子から電気的に分離され、かつ、前記主要光路の一部分上にあり、これにより、前記放出光子により生じたキャリアを受ける、
デバイス。
請求項１に記載されたデバイスであって、
前記光閉じ込め構造は、リニアである、
デバイス。
請求項１に記載されたデバイスであって、
前記光閉じ込め構造は、非分岐である、
デバイス。
請求項１に記載されたデバイスであって、
前記光閉じ込め構造は、単一の光学モードを有する、
デバイス。
請求項１に記載されたデバイスであって、
前記第２の電気的端子は、前記半導体基板上において、前記主要光路の軸から横方向に偏位して配置されている、
デバイス。
請求項１に記載されたデバイスであって、
前記第２の電気的端子は、前記半導体基板上において、前記主要光路の軸の真上に配置され、かつ、前記第１の電気的端子から長手方向に間隔を隔てて配置されている、
デバイス。
請求項１に記載されたデバイスであって、更に、光路内に少なくとも１つのバンドギャップ偏移領域を備えており、
前記バンドギャップ偏移領域は、前記光学的能動領域よりも大きなバンドギャップを有し、
前記第２の電気的端子は、少なくとも部分的に、前記バンドギャップ偏移領域上に配置されている、
デバイス。
請求項７に記載されたデバイスであって、光路の各端部にバンドギャップ偏移領域を備えているデバイス。
請求項１乃至８の何れかに記載されたデバイスであって、
前記光閉じ込め構造は、リッジ導波路を含む、
デバイス。
請求項７または８に記載されたデバイスであって、
前記バンドギャップ偏移領域は、相互拡散法を用いて形成される、
デバイス。
請求項１乃至１０の何れかに記載されたデバイスであって、
前記能動的光デバイスは、レーザー装置であり、
前記光閉じ込め構造は、該光閉じ込め構造の一端にミラーを備えており、前記ミラーは、９５％よりも実質上高い反射係数を有する、
デバイス。
請求項１１に記載されたデバイスであって、
前記ミラーは、９９．９％以上の反射係数を有する、
デバイス。
請求項１乃至１２の何れかに記載されたデバイスであって、更に、電気的分離構造を備えており、
前記電気的分離構造は、前記第１の電気的端子と前記第２の電気的端子との間に配置されている、
デバイス。
能動的光デバイスと、光検出器とが単一の基板に集積化され、光検出器が能動的光デバイスの出力をモニタリングするよう適合されている、デバイスであって、
前記デバイスは、半導体基板と、光学的能動領域と、非分岐の光閉じ込め構造と、光検出器構造とを含んでおり、
前記光学的能動領域は、前記半導体基板に形成され、該光学的能動領域上に第１の電気的端子を備えており、
前記非分岐の光閉じ込め構造は、該デバイスを通り、かつ、前記光学的能動領域を通る主要光路を実質上画定し、
前記光検出器構造は、前記半導体基板に形成され、第２の電気的端子を備えており、前記第２の電気的端子は、前記第１の電気的端子から偏位して配置され、前記第１の電気的端子から電気的に分離されており、これにより、前記光学的能動領域内の光子により生じたキャリアを受ける、
デバイス。
能動的光デバイスと、特徴的端子とが単一の基板に集積化されたデバイスであって、特徴的端子により、該デバイスにおける所定程度のバンドギャップ偏移を検出できるデバイスであり、
前記デバイスは、半導体基板と、光学的能動領域と、バンドギャップ偏移領域と、特徴的端子とを含んでおり、
前記光学的能動領域は、前記半導体基板に形成されており、第１のバンドギャップを有する半導体媒体を含んでおり、該光学的能動領域上に第１の電気的端子を備えており、これにより、該光学的能動領域内で光子の放出及び／または光子の変調を生じさせ、
前記バンドギャップ偏移領域は、前記半導体基板に形成されており、前記第１のバンドギャップから変移された第２のバンドギャップを有する半導体媒体を含んでおり、
前記特徴的端子は、前記半導体基板上に形成され、前記第１の電気的端子から偏位して配置され、かつ、実質上、前記第１の電気的端子から電気的に分離されており、前記特徴的端子の少なくとも一部分が、前記バンドギャップ偏移領域上にある、
デバイス。
請求項１５に記載されたデバイスであって、
前記特徴的端子は、その全体が前記バンドギャップ偏移領域上にある、
デバイス。
請求項１５または１６に記載されたデバイスであって、
前記特徴的端子は、前記第１の電気的端子から横方向に偏位して配置されている、
デバイス。
請求項１５、１６または１７に記載されたデバイスであって、
前記特徴的端子は、前記能動的光デバイスの出力面に隣り合うように配置されている、
デバイス。
半導体媒体の第１の領域と、半導体媒体の第２の領域との間に生じるバンドギャップ偏移の程度を判定する方法であって、
光デバイスであって、第１の領域と、第２の領域とを含み、第１の領域では半導体媒体が第１のバンドギャップを有し、第２の領域では半導体媒体が前記第１のバンドギャップから変移された第２のバンドギャップを有する光デバイスを、基板上に形成するステップと、
前記光デバイスを動作させるための第１の端子を、前記第１の領域に形成するステップと、
少なくとも部分的に前記第２の領域上にある第２の端子を、形成するステップと、
電気的なバイアスを前記第２の端子に与え、これにより、少なくとも前記第２のバンドギャップの大きさを示すエレクトロルミネセンス信号を、半導体媒体に生じさせるステップとを含む
方法。
請求項１９に記載された方法であって、
前記第２の端子は、前記第１の領域の一部分及び前記第２の領域の一部分の上に形成され、
生じるエレクトロルミネセンス信号は、前記第１のバンドギャップの大きさと、前記第２のバンドギャップの大きさとの差を示す、
方法。
半導体媒体の第１の領域と、半導体媒体の第２の領域との間に生じるバンドギャップ偏移の程度を判定する方法であって、
光デバイスであって、第１の領域と、第２の領域とを含み、第１の領域では半導体媒体が第１のバンドギャップを有し、第２の領域では半導体媒体が前記第１のバンドギャップから変移された第２のバンドギャップを有する光デバイスを、基板上に形成するステップと、
前記光デバイスを動作させるための第１の端子を、前記第１の領域に形成するステップと、
少なくとも部分的に前記第２の領域上にある第２の端子を、形成するステップと、
前記第２の領域を光学的に励起し、これにより、半導体媒体にエレクトロルミネセンスを生じさせるステップと、
電気的なバイアスを前記第２の端子に与え、これにより、少なくとも前記第２のバンドギャップの大きさを示す光検出電流を得るステップとを含む
方法。
請求項２１に記載された方法であって、
前記第２の端子は、前記第１の領域の一部分及び前記第２の領域の一部分の上に形成され、
生じる光検出電流は、前記第１のバンドギャップの大きさと、前記第２のバンドギャップの大きさとの差を示す、
方法。