JP2684568B2 - 光集積回路 - Google Patents
光集積回路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、高速且つ高感度の光検波を実現できる光集
積回路に関するものである。
積回路に関するものである。
光伝送方式は、単一の周波数で発振する分布帰還型レ
ーザの実用化により、高速長距離伝送において大きな進
歩をとげ、現在1.6Gb/sの信号光を無中継で120kmの距離
を伝送できるレベルに達している。そして、この性能を
決めているのは光検波器の感度であり、将来のより高速
の光伝送方式においては、この光検波器の感度によって
システムの性能を左右する要因となる。
ーザの実用化により、高速長距離伝送において大きな進
歩をとげ、現在1.6Gb/sの信号光を無中継で120kmの距離
を伝送できるレベルに達している。そして、この性能を
決めているのは光検波器の感度であり、将来のより高速
の光伝送方式においては、この光検波器の感度によって
システムの性能を左右する要因となる。
しかし、現在使用されているpinホトダイオードやア
バランシェ・ホト・ダイオード（APD）などの光検波器
は、ほぼ理論的限界に近い性能が得られており、今後一
層の性能改善を望むことができない。
バランシェ・ホト・ダイオード（APD）などの光検波器
は、ほぼ理論的限界に近い性能が得られており、今後一
層の性能改善を望むことができない。
一方、従来より光ファイバを伝播してきた微弱な信号
光を増幅する光増幅器が研究されている。これは、半導
体レーザを発振閾値以下のデバイス条件にして、外部か
らの信号光を直接増幅する線形の光増幅器として動作さ
せるものである。この光増幅器を光検波器の直前で用い
ると、この光増幅器が無い場合に比べて最小受信レベル
を改善することができる。
光を増幅する光増幅器が研究されている。これは、半導
体レーザを発振閾値以下のデバイス条件にして、外部か
らの信号光を直接増幅する線形の光増幅器として動作さ
せるものである。この光増幅器を光検波器の直前で用い
ると、この光増幅器が無い場合に比べて最小受信レベル
を改善することができる。
しかしながら従来の光伝送方式においては、光導波路
にあたる光ファイバと光増幅器とがそれぞれ独立して設
けられていたため、光増幅器の前後には高価な光アイソ
レータを必要とし、光ファイバとの結合のために、挿入
損失が10dB程度となって光増幅の利点を失う欠点があっ
た。
にあたる光ファイバと光増幅器とがそれぞれ独立して設
けられていたため、光増幅器の前後には高価な光アイソ
レータを必要とし、光ファイバとの結合のために、挿入
損失が10dB程度となって光増幅の利点を失う欠点があっ
た。
また、上記の光増幅器を製造するには、半導体レーザ
の端面に反射率0.1％以下の無反射コート膜を形成する
必要があり、これは膜厚制御の面からも極めて困難な工
程であった。
の端面に反射率0.1％以下の無反射コート膜を形成する
必要があり、これは膜厚制御の面からも極めて困難な工
程であった。
本発明は上記の欠点を解決するためになされたもの
で、微弱な信号光を増幅する回折格子を内蔵した光増幅
器と、この増幅された光の検波を行なう導波型の光検波
器と、光増幅器と光検波器とを光学的に結合する光導波
路とを同一半導体基板上に備えている。
で、微弱な信号光を増幅する回折格子を内蔵した光増幅
器と、この増幅された光の検波を行なう導波型の光検波
器と、光増幅器と光検波器とを光学的に結合する光導波
路とを同一半導体基板上に備えている。
光増幅器、光検波器、及び光導波路を同一半導体基板
上に構成する。
上に構成する。
次に、本発明の実施例を図に従って説明する。第１図
は本発明に係る一実施例を示す光集積回路の要部断面図
である。
は本発明に係る一実施例を示す光集積回路の要部断面図
である。
図において、１はｎ型InP基板、2,9は波長1.55μｍに
対応するGaInAsP層、3,7,10は波長1.3μｍに対応するGa
InAsP層、４はGaInAsP層３上に形成された回折格子、5,
12はＰ型InP層、6,13はＰ型GaInAsP層キャップ層、8,11
は低いキャリア濃度（１×1016cm-3以下）のｎ型InP、1
4はｎ型電極、15,16はｐ型電極、17は無反射コート膜で
ある。また、この光集積回路を機能別に分けると、領域
Ｉが光増幅器、領域IIIが光検波器、領域IIが領域Ｉと
領域IIIとを結合する光導波路の３つに分けられる。な
お、矢印Ａは信号光の入射方向である。
対応するGaInAsP層、3,7,10は波長1.3μｍに対応するGa
InAsP層、４はGaInAsP層３上に形成された回折格子、5,
12はＰ型InP層、6,13はＰ型GaInAsP層キャップ層、8,11
は低いキャリア濃度（１×1016cm-3以下）のｎ型InP、1
4はｎ型電極、15,16はｐ型電極、17は無反射コート膜で
ある。また、この光集積回路を機能別に分けると、領域
Ｉが光増幅器、領域IIIが光検波器、領域IIが領域Ｉと
領域IIIとを結合する光導波路の３つに分けられる。な
お、矢印Ａは信号光の入射方向である。
また、第２図は第１図に示した光集積回路の概観図で
ある。
ある。
図において、21はGaInAsP層2,GaInAsP層3,P型InP層５
及びＰ型GaInAsPキャップ層６からなるストライプ部を
埋め込むように形成されたInP層である。なお、ここで
は無反射コート膜17を省略している。
及びＰ型GaInAsPキャップ層６からなるストライプ部を
埋め込むように形成されたInP層である。なお、ここで
は無反射コート膜17を省略している。
次に、本実施例における光集積回路の動作について説
明する。
明する。
まず、領域Ｉの光増幅器は、ｐ電極15からｎ電極14へ
電流を流すと、ある電流値以上で分布帰還型レーザとし
て発振する。このとき、レーザ発振の閾値以下に電流を
バイアスして矢印Ａから微弱な光を入射すると、その波
長の光が増幅されて領域IIの光導波路に入射する。この
作用において、回折格子４は重要な役割をはたす。即
ち、仮に回折格子４が存在しないならば、この光増幅器
は増幅した光以外に広い波長領域（〜400Å）にわたっ
て自然放出を行なう。従って、信号光と雑音の比は改善
されず、光増幅器を使う利点は生じない。
電流を流すと、ある電流値以上で分布帰還型レーザとし
て発振する。このとき、レーザ発振の閾値以下に電流を
バイアスして矢印Ａから微弱な光を入射すると、その波
長の光が増幅されて領域IIの光導波路に入射する。この
作用において、回折格子４は重要な役割をはたす。即
ち、仮に回折格子４が存在しないならば、この光増幅器
は増幅した光以外に広い波長領域（〜400Å）にわたっ
て自然放出を行なう。従って、信号光と雑音の比は改善
されず、光増幅器を使う利点は生じない。
これに対して、回折格子４がある場合には、第３図に
示す特性図のように、ある波長範囲（この場合約５Å）
の光だけを増幅し、それ以外の波長領域の光は殆ど発光
しない。これにより、信号光の波長とこの増幅する波長
範囲を合わせておけば、信号光だけを増幅して光導波路
に送り込むことができる。
示す特性図のように、ある波長範囲（この場合約５Å）
の光だけを増幅し、それ以外の波長領域の光は殆ど発光
しない。これにより、信号光の波長とこの増幅する波長
範囲を合わせておけば、信号光だけを増幅して光導波路
に送り込むことができる。
また、無反射コート膜17は、構造上入射光の入射面に
設けるだけでよいため、反射率を５％以下にするだけよ
い。このため、従来のように反射率を0.1％以下にする
必要がなく容易に形成することができる。
設けるだけでよいため、反射率を５％以下にするだけよ
い。このため、従来のように反射率を0.1％以下にする
必要がなく容易に形成することができる。
次に、領域IIの光導波路は、増幅された信号光を領域
IIIの光検波器に送り込む役割をはたす。また、順方向
電流の流れる領域Ｉの光増幅器と逆方向電圧を印加する
領域IIIの光検波器とを電気的に分離する役割を持って
いる。光導波路となるGaInAsP層７は、GaInAsP層2,GaIn
AsP層３やGaInAsP層9,GaInAsP層10の層とつき合わせ結
合となっており、これにより100％近い光学的結合を実
現することができる。
IIIの光検波器に送り込む役割をはたす。また、順方向
電流の流れる領域Ｉの光増幅器と逆方向電圧を印加する
領域IIIの光検波器とを電気的に分離する役割を持って
いる。光導波路となるGaInAsP層７は、GaInAsP層2,GaIn
AsP層３やGaInAsP層9,GaInAsP層10の層とつき合わせ結
合となっており、これにより100％近い光学的結合を実
現することができる。
また、領域IIIの光検波器は、ｐ型電極16とｎ型電極1
4との間に逆方向電圧をかけることにより、pin型の光検
波器として動作させている。このとき、光検波器の応答
速度はこの回路の寄生容量によって決定される。本実施
例では、第２図に示す概観図のように光増幅器，光導波
路，光検波器のストライプ部を半絶縁性のInP層21で一
括して埋め込んだ構造となっているため、寄生容量が非
常に少なくなり、数ギガビット／毎秒以上の高速応答が
可能となる。
4との間に逆方向電圧をかけることにより、pin型の光検
波器として動作させている。このとき、光検波器の応答
速度はこの回路の寄生容量によって決定される。本実施
例では、第２図に示す概観図のように光増幅器，光導波
路，光検波器のストライプ部を半絶縁性のInP層21で一
括して埋め込んだ構造となっているため、寄生容量が非
常に少なくなり、数ギガビット／毎秒以上の高速応答が
可能となる。
第４図は本発明に係る別の実施例を示した光集積回路
の要部断面図である。この実施例では、光導波層となる
GaInAsP層７が光増幅器、光導波路，光検波器の全ての
領域に対して存在している。そして、光増幅器のゲイン
を与えるGaInAsP層２や光検波器の吸収層となるGaInAsP
層10とは、低いキャリア濃度（１×1016cm-3以下）の薄
いｎ型InP層22を挟んで隣接した構造となっている。
の要部断面図である。この実施例では、光導波層となる
GaInAsP層７が光増幅器、光導波路，光検波器の全ての
領域に対して存在している。そして、光増幅器のゲイン
を与えるGaInAsP層２や光検波器の吸収層となるGaInAsP
層10とは、低いキャリア濃度（１×1016cm-3以下）の薄
いｎ型InP層22を挟んで隣接した構造となっている。
さて、本実施例は、一部の構造が少し異なるだけで本
質的には第１図の実施例例と同じであるが、GaInAsP層
７が領域Ｉ〜IIIに対して存在しているため、各領域毎
に積層構造を形成する必要がなく、第１図の構造よりも
容易に製造できる利点を有している。
質的には第１図の実施例例と同じであるが、GaInAsP層
７が領域Ｉ〜IIIに対して存在しているため、各領域毎
に積層構造を形成する必要がなく、第１図の構造よりも
容易に製造できる利点を有している。
このように本実施例における光集積回路は、微弱な信
号光を光増幅した後、光検波器まで損失無く導波するこ
とができる。このため、高価な光アイソレータが不用と
なり、結合効率の向上を図ることができる。
号光を光増幅した後、光検波器まで損失無く導波するこ
とができる。このため、高価な光アイソレータが不用と
なり、結合効率の向上を図ることができる。
また、無反射コート膜17における反射率を従来の0.1
％から５％以下にすることができるため、製造が容易と
なり安価にすることができる。
％から５％以下にすることができるため、製造が容易と
なり安価にすることができる。
さらに、光増幅器、光導波路、及び光検波器を同一半
導体基板に形成しているので（モノリシック集積）、小
型で高速の応答ができ、感度を従来の光検波器より大き
く改善することができる。
導体基板に形成しているので（モノリシック集積）、小
型で高速の応答ができ、感度を従来の光検波器より大き
く改善することができる。
以上説明したように本発明は、微弱な信号光を増幅す
る回折格子を内蔵した光増幅器と、この増幅された光の
検波を行なう導波型の光検波器と、光増幅器と光検波器
とを光学的に結合する光導波路とを同一半導体基板上に
備えているため、微弱な信号光を光増幅した後、光検波
器まで損失無く導波することができる。このため、従来
のように高価な光アイソレータが不用となり、結合効率
の向上を図ることができる。また、小型で高速の応答が
でき、感度を従来の光検波器より大きく改善できる。
る回折格子を内蔵した光増幅器と、この増幅された光の
検波を行なう導波型の光検波器と、光増幅器と光検波器
とを光学的に結合する光導波路とを同一半導体基板上に
備えているため、微弱な信号光を光増幅した後、光検波
器まで損失無く導波することができる。このため、従来
のように高価な光アイソレータが不用となり、結合効率
の向上を図ることができる。また、小型で高速の応答が
でき、感度を従来の光検波器より大きく改善できる。
第１図は本発明に係る一実施例を示す光集積回路の要部
断面図、第２図は第１図に示した光集積回路の概観図、
第３図は光増幅器の特性図、第４図は本発明に係る別の
実施例を示した光集積回路の要部断面図である。 １……ｎ型InP基板、2,9……GaInAsP層、3,7,10……波
長1.3μｍに対応するGaInAsP層、４……回折格子、5,12
……Ｐ型InP層、6,13……Ｐ型GaInAsPキャップ層、8,11
……低いキャリア濃度（１×1016cm-3以下）のｎ型In
P、14……ｎ型電極、15,16……ｐ型電極、17……無反射
コート膜、Ｉ……光増幅器、II……光導波路、III……
光検波器。
断面図、第２図は第１図に示した光集積回路の概観図、
第３図は光増幅器の特性図、第４図は本発明に係る別の
実施例を示した光集積回路の要部断面図である。 １……ｎ型InP基板、2,9……GaInAsP層、3,7,10……波
長1.3μｍに対応するGaInAsP層、４……回折格子、5,12
……Ｐ型InP層、6,13……Ｐ型GaInAsPキャップ層、8,11
……低いキャリア濃度（１×1016cm-3以下）のｎ型In
P、14……ｎ型電極、15,16……ｐ型電極、17……無反射
コート膜、Ｉ……光増幅器、II……光導波路、III……
光検波器。
Claims (1)
- 【請求項１】微弱な信号光を増幅する回折格子を内蔵し
た光増幅器と、 この増幅された光の検波を行なう導波型の光検波器と、 前記光増幅器と前記光検波器とを光学的に結合する光導
波路とを同一半導体基板上に備えたことを特徴とする光
集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1014480A JP2684568B2 (ja) | 1989-01-24 | 1989-01-24 | 光集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1014480A JP2684568B2 (ja) | 1989-01-24 | 1989-01-24 | 光集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02194687A JPH02194687A (ja) | 1990-08-01 |
| JP2684568B2 true JP2684568B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=11862220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1014480A Expired - Fee Related JP2684568B2 (ja) | 1989-01-24 | 1989-01-24 | 光集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2684568B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210076112A (ko) * | 2018-10-31 | 2021-06-23 | 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 | 광검출기 칩, 광 수신 및 송수신기 어셈블리, 광 모듈 및 통신 장비 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5029297A (en) * | 1989-10-13 | 1991-07-02 | At&T Bell Laboratories | Optical amplifier-photodetector device |
| JP3887738B2 (ja) * | 1998-11-04 | 2007-02-28 | 富士通株式会社 | 半導体光集積回路装置及びその製造方法 |
| CN110993708B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-03-30 | 三明学院 | 一种具有电流放大作用的硅光电探测器 |
-
1989
- 1989-01-24 JP JP1014480A patent/JP2684568B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210076112A (ko) * | 2018-10-31 | 2021-06-23 | 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 | 광검출기 칩, 광 수신 및 송수신기 어셈블리, 광 모듈 및 통신 장비 |
| KR102499111B1 (ko) * | 2018-10-31 | 2023-02-14 | 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 | 광검출기 칩, 광 수신 및 송수신기 어셈블리, 광 모듈 및 통신 장비 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02194687A (ja) | 1990-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |