JP2683099B2 - 光集積回路およびその製作法 - Google Patents
光集積回路およびその製作法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は双方向光通信に用いる光集積回路およびその
製作法に関する。
製作法に関する。
（従来の技術） 双方向光通信では、１本の光ファイバで、局から加入
者へまた加入者から局への双方向に、光信号が伝送され
る。この通信方式では、加入者と局に別々の波長の光を
割り当て、光信号を送信するときには、割り当てられた
波長の光を用い、逆に受信するときには、別の波長の光
によって送られてきた信号を検出する。
者へまた加入者から局への双方向に、光信号が伝送され
る。この通信方式では、加入者と局に別々の波長の光を
割り当て、光信号を送信するときには、割り当てられた
波長の光を用い、逆に受信するときには、別の波長の光
によって送られてきた信号を検出する。
このような送受信を行うため、従来は個別部品である
半導体レーザと光検出器を、光合分波器に組み込んでい
た。第４図は、このようにして構成された二波長多重光
送受信モジュールの概略図である。
半導体レーザと光検出器を、光合分波器に組み込んでい
た。第４図は、このようにして構成された二波長多重光
送受信モジュールの概略図である。
半導体レーザ１から出た光は、レンズ２を通って平行
ビームとなり、光合分波器３に導かれる。光合分波器３
はガラスブロック４の端面に誘電体多層膜フィルタ５を
接着したもので、入射した光ビームは、各フィルタを透
過し、レンズ２′で集光されて光ファイバ６に結合す
る。一方、受信された光は、フィルタ５で反射し、フィ
ルタ５′を透過し、定められた経過を通り、フォトダイ
オード７に入る。
ビームとなり、光合分波器３に導かれる。光合分波器３
はガラスブロック４の端面に誘電体多層膜フィルタ５を
接着したもので、入射した光ビームは、各フィルタを透
過し、レンズ２′で集光されて光ファイバ６に結合す
る。一方、受信された光は、フィルタ５で反射し、フィ
ルタ５′を透過し、定められた経過を通り、フォトダイ
オード７に入る。
このようなモジュールには、組立に精密な加工技術が
要求されるうえ、複数の光部品を用いるので、低価格化
には限界がある。さらに、モジュール自体の小型化に限
界があるという欠点がある。
要求されるうえ、複数の光部品を用いるので、低価格化
には限界がある。さらに、モジュール自体の小型化に限
界があるという欠点がある。
（発明が解決しようとする課題） 以上述べてきたように、従来の波長多重モジュールで
は、装置の低価格化、小型化に限界がある。本発明は、
このような欠点を解決するためになされたもので、モノ
リシックに集積された光検出器とレーザダイオードから
なる光集積回路およびその製作法を提供することにあ
る。ただし、本発明ではレーザダイオードの発光波長が
光検出器の検出波長より長波長であるので、加入者側ま
たは局側の一方のみに有効である。
は、装置の低価格化、小型化に限界がある。本発明は、
このような欠点を解決するためになされたもので、モノ
リシックに集積された光検出器とレーザダイオードから
なる光集積回路およびその製作法を提供することにあ
る。ただし、本発明ではレーザダイオードの発光波長が
光検出器の検出波長より長波長であるので、加入者側ま
たは局側の一方のみに有効である。
（課題を解決するための手段） 本発明の光集積回路は、同一基板上に形成された光検
出器とレーザダイオードからなる半導体光集積回路にお
いて、第１図に示すように、光検出器８の光検出層９と
レーザダイオード10の活性層11が結合されており、かつ
該光検出器８の光検出層９の吸収端が該レーザダイオー
ド10の発光波長より短波長にあることを最も主要な特徴
とする。
出器とレーザダイオードからなる半導体光集積回路にお
いて、第１図に示すように、光検出器８の光検出層９と
レーザダイオード10の活性層11が結合されており、かつ
該光検出器８の光検出層９の吸収端が該レーザダイオー
ド10の発光波長より短波長にあることを最も主要な特徴
とする。
また、この素子の製作工程において、光検出層の吸収
端を短波長にするために、量子井戸の混晶化が利用でき
ることも、本発明の特徴である。混晶化技術を用いるこ
とによって、再成長工程は不要になり、製作工程は大幅
に簡略化される。
端を短波長にするために、量子井戸の混晶化が利用でき
ることも、本発明の特徴である。混晶化技術を用いるこ
とによって、再成長工程は不要になり、製作工程は大幅
に簡略化される。
本発明による双方向光通信用光集積回路は、光検出器
側の端面12を送受信光の出力面および入力面として利用
する。この光集積路（光IC）では、レーザダイオード部
分で発生した光は、光検出器内で吸収されることなく、
外部に放射される。また、このレーザ光は光検出層では
吸収されないので、当然、光検出器部分では検出されな
い。一方、光検出量の吸収端より短波長の光が入力され
ると、光検出器はこの光を検出する。また、この光は光
吸収層ですべて吸収されてしまうので、レーザ部分に到
達せず、レーザの発振状態を乱すことはない。
側の端面12を送受信光の出力面および入力面として利用
する。この光集積路（光IC）では、レーザダイオード部
分で発生した光は、光検出器内で吸収されることなく、
外部に放射される。また、このレーザ光は光検出層では
吸収されないので、当然、光検出器部分では検出されな
い。一方、光検出量の吸収端より短波長の光が入力され
ると、光検出器はこの光を検出する。また、この光は光
吸収層ですべて吸収されてしまうので、レーザ部分に到
達せず、レーザの発振状態を乱すことはない。
レーザダイオードの構造としては、端面12および13に
よるファブリペロー発振器を用いるもの、または分布反
射型レーザダイオードもしくは分布帰還型レーザダイオ
ードのいずれをも用いることができる。
よるファブリペロー発振器を用いるもの、または分布反
射型レーザダイオードもしくは分布帰還型レーザダイオ
ードのいずれをも用いることができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
実施例１ 第２図（ａ）〜（ｄ）は、ファブリペロー共振器を用
いた双方向光通信用光ICの製作手順を示したものであ
る。まず第２図（ａ）に示したように、分子線エピタキ
シャル法によってn+−GaAs基板14の上に、ｎ−GaAsバッ
ファ層15、ｎ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層16、アンドー
プAl0.3Ga0.7As光導波層17、アンドープGaAs/Al0.25Ga
0.75量子井戸18、ｐ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層19、p+
−GaAsキャップ層20、p+−Al0.7Ga0.3As熱処理保護層30
を成長する。ｐクラッド層およびｎクラッド層の厚さは
１μｍ、GaAsキャップ層およびAlGaAs熱処理保護層の厚
さは0.2μｍである。アンドープGaAs/Al0.25Ga0.75As量
子井戸の各層の厚さは8nmであり、層数はGaAsbが４層、
Al0.25Ga0.75As層が５層である。
いた双方向光通信用光ICの製作手順を示したものであ
る。まず第２図（ａ）に示したように、分子線エピタキ
シャル法によってn+−GaAs基板14の上に、ｎ−GaAsバッ
ファ層15、ｎ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層16、アンドー
プAl0.3Ga0.7As光導波層17、アンドープGaAs/Al0.25Ga
0.75量子井戸18、ｐ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層19、p+
−GaAsキャップ層20、p+−Al0.7Ga0.3As熱処理保護層30
を成長する。ｐクラッド層およびｎクラッド層の厚さは
１μｍ、GaAsキャップ層およびAlGaAs熱処理保護層の厚
さは0.2μｍである。アンドープGaAs/Al0.25Ga0.75As量
子井戸の各層の厚さは8nmであり、層数はGaAsbが４層、
Al0.25Ga0.75As層が５層である。
次に、第２図（ｂ）に示したように、プラズマCVD法
を用いて、窒化珪素膜31を成長表面に堆積した後、フォ
トリソグラフィー技術と、反応性イオンエッチングを用
いて、レーザダイオードとする部分の窒化珪素膜を除去
する。
を用いて、窒化珪素膜31を成長表面に堆積した後、フォ
トリソグラフィー技術と、反応性イオンエッチングを用
いて、レーザダイオードとする部分の窒化珪素膜を除去
する。
次に、第２図（ｃ）に示したように、成長層側が接す
るように、この試料を別のGaAsウエハに重ねて、急加熱
処理を繰り返す。この熱処理によって、窒化珪素膜で覆
われた領域にある活性層22は、混晶化され、吸収端が短
波長側に移動する。
るように、この試料を別のGaAsウエハに重ねて、急加熱
処理を繰り返す。この熱処理によって、窒化珪素膜で覆
われた領域にある活性層22は、混晶化され、吸収端が短
波長側に移動する。
次に、反応性イオンエッチング法を用いて、窒化珪素
膜とp+−AlGaAs熱処理保護層を除去する。この後、第２
図（ｄ）に示したように、GaAs基板にAuGeNi nコンタク
ト23を、成長層側の表面に、AuZn pコンタクト24をと
る。ｐコンタクトは、リフトオフ技術に依ってD,G,Lの
三つに分割する。ＤとＧは混晶化領域に設け、Ｌは非混
晶化領域に設ける。さらに、この電極上に金めっき25を
行い、これをマスクとしてH+を注入し（26がH+注入領域
である）、各電極間を絶縁する。最後に、この試料をへ
き開し、ファブリプロー共振器を形成する。
膜とp+−AlGaAs熱処理保護層を除去する。この後、第２
図（ｄ）に示したように、GaAs基板にAuGeNi nコンタク
ト23を、成長層側の表面に、AuZn pコンタクト24をと
る。ｐコンタクトは、リフトオフ技術に依ってD,G,Lの
三つに分割する。ＤとＧは混晶化領域に設け、Ｌは非混
晶化領域に設ける。さらに、この電極上に金めっき25を
行い、これをマスクとしてH+を注入し（26がH+注入領域
である）、各電極間を絶縁する。最後に、この試料をへ
き開し、ファブリプロー共振器を形成する。
この光ICは第２図（ｄ）に示したように、混晶化領域
27は光検出器として、非混晶化領域28はレーザとして機
能する。光検出量はレーザ光に対して透明なので、へき
開によって形成されたファブリペロー共振器を用いて、
レーザ発振が可能である。
27は光検出器として、非混晶化領域28はレーザとして機
能する。光検出量はレーザ光に対して透明なので、へき
開によって形成されたファブリペロー共振器を用いて、
レーザ発振が可能である。
電極Ｇは、光検出器にレーザの変調信号が誘導されな
いように、接地する。
いように、接地する。
また、変調周波数が高い場合には、放射された電波が
光検出器に入射しないように、必要に応じてレーザ部と
光検出部の間に遮蔽板を入れてもよい。
光検出器に入射しないように、必要に応じてレーザ部と
光検出部の間に遮蔽板を入れてもよい。
実施例２ 次に、レーザ部を分布反射型レーザとした場合の実施
例を示す。基本的構造と製作手順は実施例１と同じであ
るが、第３図に示したように、混晶化領域の一部にグレ
ーティング29を設ける。
例を示す。基本的構造と製作手順は実施例１と同じであ
るが、第３図に示したように、混晶化領域の一部にグレ
ーティング29を設ける。
この構造を製作するには、まず混晶化後、窒化珪素膜
とAlGaAs熱処理保護層を除去する。次に、分布反射器と
する領域のｐ−クラッド19を0.3μｍだけ残してエッチ
ングする。その後、この薄くしたクラッドに干渉露光法
によってグレーティングを形成する。グレーティング形
成後、実施例１と同じ手順に従って、電極G,L,Dおよび
ｎコンタクトを形成し、最後にへき開を行う。
とAlGaAs熱処理保護層を除去する。次に、分布反射器と
する領域のｐ−クラッド19を0.3μｍだけ残してエッチ
ングする。その後、この薄くしたクラッドに干渉露光法
によってグレーティングを形成する。グレーティング形
成後、実施例１と同じ手順に従って、電極G,L,Dおよび
ｎコンタクトを形成し、最後にへき開を行う。
なお、第３図に示した例では、H+イオン注入は行わ
ず、その代わりにD,G間のｐクラッドを薄くエッチング
して、高抵抗化した。また、G,L間は、グレーティング
を形成したときに薄くしたｐクラッドを、そのまま高抵
抗化に利用した。
ず、その代わりにD,G間のｐクラッドを薄くエッチング
して、高抵抗化した。また、G,L間は、グレーティング
を形成したときに薄くしたｐクラッドを、そのまま高抵
抗化に利用した。
実施例３ 次に、レーザ部を分布帰還型レーザとした場合の実施
例について説明する。
例について説明する。
有機金属気相成長法（MOCVD）によって、実施例１で
示した構造を活性層まで成長し、その上にｐ−Al0.07Ga
0.93Asとｐ−Al0.97Ga0.03Asを成長する。この成長の
後、ｐ−Al0.97Ga0.03Asに干渉露光法によってグレーテ
ィングを形成する。光検出器とする領域のグレーティン
グを除去後、再びMOCVD法によって、ｐ−Al0.35Ga0.65A
s,p+−GaAs,p+Al0.7Ga0.3Asを成長する。
示した構造を活性層まで成長し、その上にｐ−Al0.07Ga
0.93Asとｐ−Al0.97Ga0.03Asを成長する。この成長の
後、ｐ−Al0.97Ga0.03Asに干渉露光法によってグレーテ
ィングを形成する。光検出器とする領域のグレーティン
グを除去後、再びMOCVD法によって、ｐ−Al0.35Ga0.65A
s,p+−GaAs,p+Al0.7Ga0.3Asを成長する。
以後は実施例１と同じ手順に従って製作を進める。
以上の実施例では、GaAs/AlGaAs材料系を基に説明し
たが、InGaAs/InP材料系等、他の材料系でも実施可能で
ある。
たが、InGaAs/InP材料系等、他の材料系でも実施可能で
ある。
量子井戸を混晶化するために、前述の実施例では、窒
化珪素膜を用いているが、この膜以外にも、素子製作の
ためにエピタキシャル成長した結晶と異なる物質、また
はこのエピタキシャル層を形成する材料のアモルファス
であってもよい。
化珪素膜を用いているが、この膜以外にも、素子製作の
ためにエピタキシャル成長した結晶と異なる物質、また
はこのエピタキシャル層を形成する材料のアモルファス
であってもよい。
（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、動作
波長の異なる受光素子とレーザをモノリッシクに集積化
することが可能であり、かつその製作工程が簡単であ
る。従って、双方向光通信で用いられる多重光送受信モ
ジュールを、小型で低下価格な光ICに置き換えることが
できる。
波長の異なる受光素子とレーザをモノリッシクに集積化
することが可能であり、かつその製作工程が簡単であ
る。従って、双方向光通信で用いられる多重光送受信モ
ジュールを、小型で低下価格な光ICに置き換えることが
できる。
第１図は本発明の双方向光通信用光ICの概念図、 第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例のファブリペ
ロー共振器を用いた双方向光通信用光ICの製作手順を示
す図、 第３図は本発明の他の実施例の分布反射型双方向光通信
用光ICの概略図、 第４図は従来の二波長多重光送受信モジュールの概略図
である。 １……半導体レーザ、2,2′……レンズ ３……光合分波器、４……ガラスブロック 5,5′……誘電体多層膜 ６……光ファイバ、７……フォトダイオード ８……光検出器、９……光検出層 10……レーザダイオード、11……活性層 12……光検出器側の端面、13……レーザ側の端面 14……n+−GaAs基板 15……ｎ−GaAsバッファ層 16……ｎ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層 17……アンドープAl0.3Ga0.7As光導波層 18……アンドープGaAs/Al0.25Ga0.75As量子井戸 19……ｐ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層 20……p+−GaAsキャップ層 22……窒化珪素膜で覆われた領域にある活性層 23……AuGeNi nコンタクト 24……AuZn pコンタクト、25……金めっき 26……H+注入領域、27……混晶化領域 28……非混晶化領域、29……グレーティング 30……p+−Al0.7Ga0.3As熱処理保護層 31……窒化珪素膜、32……GaAs基板
ロー共振器を用いた双方向光通信用光ICの製作手順を示
す図、 第３図は本発明の他の実施例の分布反射型双方向光通信
用光ICの概略図、 第４図は従来の二波長多重光送受信モジュールの概略図
である。 １……半導体レーザ、2,2′……レンズ ３……光合分波器、４……ガラスブロック 5,5′……誘電体多層膜 ６……光ファイバ、７……フォトダイオード ８……光検出器、９……光検出層 10……レーザダイオード、11……活性層 12……光検出器側の端面、13……レーザ側の端面 14……n+−GaAs基板 15……ｎ−GaAsバッファ層 16……ｎ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層 17……アンドープAl0.3Ga0.7As光導波層 18……アンドープGaAs/Al0.25Ga0.75As量子井戸 19……ｐ−Al0.35Ga0.65Asクラッド層 20……p+−GaAsキャップ層 22……窒化珪素膜で覆われた領域にある活性層 23……AuGeNi nコンタクト 24……AuZn pコンタクト、25……金めっき 26……H+注入領域、27……混晶化領域 28……非混晶化領域、29……グレーティング 30……p+−Al0.7Ga0.3As熱処理保護層 31……窒化珪素膜、32……GaAs基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−236183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−1292（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−200584（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】同一基板上に形成された光検出器とレーザ
ダイオードからなる半導体光集積回路において、光検出
器の光検出層とレーザダイオードの活性層が結合されて
おり、かつ該光検出器の光検出層の吸収端が該レーザダ
イオードの発光波長より短波長にあることを特徴とする
光集積回路。 - 【請求項２】請求項１記載の光集積回路の製作法とし
て、量子井戸を活性層とする半導体ダブルヘテロ接合を
成長し、該量子井戸の一部を選択的に混晶化し、その領
域を光検出器とすることを特徴とする光集積回路の製作
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120959A JP2683099B2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光集積回路およびその製作法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120959A JP2683099B2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光集積回路およびその製作法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02299282A JPH02299282A (ja) | 1990-12-11 |
| JP2683099B2 true JP2683099B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=14799230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1120959A Expired - Fee Related JP2683099B2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光集積回路およびその製作法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2683099B2 (ja) |
-
1989
- 1989-05-15 JP JP1120959A patent/JP2683099B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02299282A (ja) | 1990-12-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |