JP2751802B2 - 半導体光変調装置 - Google Patents

半導体光変調装置

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JP2751802B2
JP2751802B2 JP5265409A JP26540993A JP2751802B2 JP 2751802 B2 JP2751802 B2 JP 2751802B2 JP 5265409 A JP5265409 A JP 5265409A JP 26540993 A JP26540993 A JP 26540993A JP 2751802 B2 JP2751802 B2 JP 2751802B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体を用いた光変調装
置に関し、特に接続する光ファイバに対する位置決めを
高精度に行うことを可能にした半導体光変調装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の変調装置は、図4に示す
ように、n−InP基板1上に気相成長法によりn−I
nPバッファ層2、n−InGaAsPクラッド層3、
InGaAsP吸収層4、InGaAsPクラッド層
5、InPクラッド層6を順次積層し、更にその上部に
p−InP層7、p−InGaAs層8をキャビティ長
さ方向に矩形となるようにレジストマスクを利用して気
相成長法により選択成長する。そして、形成された矩形
部9の上部にシリコン酸化膜等の非導電膜10を形成
し、かつ電流注入部分を開口し、この開口部分に電極1
1を形成する。この電極11には図外の回路に電気接続
を行うための金属ワイヤをボンディングするためのパッ
ド電極12を形成する。また、基板1の裏面には電極1
3を形成する。そして、形成された素子の端面には、
射光の反射を防止するための非反射誘導光電膜14を有
している。この非反射誘導光電膜14は、光変調装置に
おいて、入射光を吸収するかしないかによって、すなわ
ち入射光を遮蔽するか透過するかによって光の変調を行
う際に、入射光が反射してしまうことによる損失を抑制
するためのものであり、従来から提供されているもので
ある。この半導体光変調装置は、パッド電極12を通し
て電圧を印加することにより吸収層4内にて光の吸収が
起こる。この現象を利用し、外部からの半導体レーザの
コヒーレント光を吸収層4に注入し、半導体光変調装置
に印加する電圧をオン、オフすることより、吸収層4内
を透過するコヒーレント光の変調を行うことができる。
【0003】このような光変調を行うためには、透過さ
れたコヒーレント光を受光するための光ファイバを素子
の端面の所定位置(吸収層4)に対して正確に位置決め
する必要がある。即ち、半導体装置を用いた高応答速度
を要求される光通信システムにおいて応答速度を遅くす
る主不良要因の1つである挿入損失は、光ファイバと半
導体光変調器の結合部のずれより生じる接続損失と半導
体変調器自体の構造によるチップ内損失とからなってい
る。したがって、半導体光変調装置と光ファイバとの間
に位置ずれが生じていると、前記した損失のうち、接続
損失を大きくする要因となり、つまり挿入損失が大きく
なり、市場から要求される高速変調、つまり高応答速度
を得ることが困難となる。
【0004】このため、従来では図3に示すように、半
導体光変調装置100に対して光ファイバ101を接続
する場合に、光検出器103を利用した位置決めを行っ
ている。即ち、接続する光ファイバ101を光出力部1
02において半導体光変調装置100に接続し、かつそ
の他端に光検出器103を接続した上で、半導体光変調
器100にはパッド電極を通してバイアス電流を注入す
る。これにより、半導体光変調装置の吸収層4からは微
弱な自然放出光が発光され、この光を光ファイバ101
を通して光検出器103で検出する。このとき、光出力
部102おいて光ファイバ101を移動させながら光検
出器103での光強度が最大となる位置を検出すること
で最適位置を決定し、光ファイバの接続を行っていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法で前記した半導体光変調装置に対して光ファイ
バの位置決めを行う場合、この半導体光変調装置は本来
は光吸収を行う素子として構成されているため、発光さ
れる光は微弱であり、そのために光検出器に高感度のも
のを用いても、その感度に限界があり、最大光強度の検
知が困難であるという問題がある。また、利用する光が
自然放出光であるため、光のビームスポットの領域が広
く、正確な位置決めが困難になるという問題がある。
【0006】また前記位置決めが正確にできない場合、
図3に示したように、光ファイバ101と反対側の半導
体光変調装置の吸収層端に設けた変調器用光源となる半
導体レーザ104からのコヒーレント光を半導体光変調
器100の吸収層に注入し、光出力部102および光フ
ァイバ101を通して光検出器103にて受光すること
で最適結合の位置を設定しているが、次の問題が生じて
いる。即ち、光ファイバ101と半導体光変調器100
の吸収層、光源用半導体レーザ104の理想的な系は前
記各々の中心部が一直線上に並ぶ光学系であるが、光フ
ァイバ101と吸収層の結合位置がずれている場合、光
源用半導体レーザ104の光は吸収層、光ファイバ10
1を通して見るため、光源用半導体レーザ104と吸収
層の結合もずれる可能性があるという問題がある。
【0007】なお、このように素子で発光される光を利
用して素子と光ファイバとの最適な位置決めを行う方法
として、特開昭60−235480号公報に記載されて
いるように、パッケージ内に設けられている発光体から
のレンズを通した光のスポット径と、パッケージに接続
された光ファイバの径が等しくなるようにレンズと発光
体の距離を調整し、レンズを固定するものがある。しか
しなから、この従来技術は光を有効に発光し得る装置に
対しては有効であるが、前記した半導体光変調装置のよ
うに発光を目的としていない装置にこの技術をそのまま
適用したのでは、半導体光変調装置を無理に発光させた
場合でも、前記したように自然発光光しか得ることがで
きず、前記した問題を解消することはできない。本発明
の目的は、半導体光変調装置の吸収層に対して光ファイ
バの位置決めを高精度に行うことを可能にした半導体光
変調装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体光変調
装置に設けた吸収層に隣接して活性層を積層状態に形成
し、装置に注入する電流により活性層での発光動作を行
ように構成する。この場合、活性層を除く層の端面に
は非反射誘導光電膜を形成し、吸収層と活性層とで共通
する電極を有する構成とする。或いは、吸収層と活性層
とを積層し、端面の幅方向中央部分では吸収層と活性層
を含む領域に非反射誘導光電膜を形成し、端面の幅方向
の左右部分では少なくとも活性層を露呈させ、前記中央
部分と左右部分のそれぞれに個別の電極を有する構成と
する。
【0009】
【作用】注入電流により、活性層で発光させ、この発光
された光を利用して光ファイバに対する位置決めを行う
ことで、半導体光変調装置に対して光ファイバを高精度
に位置決めすることが可能となる。
【0010】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の斜視図である。n−In
P基板1上にn−InPバッファ層2、n−InGaA
sPクラッド層3、InGaAsP活性層41、InG
aAsP吸収層4、InGaAsPクラッド層5、In
Pクラッド層6を形成する。更に、p−InP層7、p
−InGaAs層8をレジストをマスクにして発振方向
に矩形となるように選択成長を行い形成する。また、こ
の矩形部9の上部にシリコン酸化膜等の非導電膜10を
形成し、その開口部に電流注入用の電極11を形成し、
かつこの電極11につながるワイヤボンディング用のパ
ッド電極12を形成する。また、前記基板1の裏面にも
電極13を形成する。更に、シリコンバー等のスペーサ
でInGaAsP活性層41の端面を覆った上で、In
GaAsP吸収層4を含む上層の部分の端面に非反射誘
導光電膜14を形成する。これにより、InGaAsP
活性層41は非反射誘導光電膜14により覆われていな
い半導体光変調装置が形成される。
【0011】ここで、前記InGaAsP活性層41
は、波長組成が半導体光変調装置の光源用半導体レーザ
の波長に影響を与えない程度に離れた波長で形成されて
いる。つまり、この半導体光変調装置は前記したように
電圧をかけることにより吸収層内にて光の吸収が起こ
り、この現象を利用して吸収層内を透過するコヒーレン
ト光の変調を行い、高応答速度を得ている。そのため、
電圧をかけたときにコヒーレント光は吸収され、InG
aAsP吸収層4自体からの光出力は消失し、半導体光
変調装置と接続する光源用半導体レーザと反対側に位置
する光ファイバへの光の透過は無くなる。しかしながら
このInGaAsP活性層41から発振する光の波長が
コヒーレント光と同程度の波長である場合には、InG
aAsP活性層41からの光が光ファイバに注入される
ようになる。
【0012】したがって、図3に示したように光ファイ
バ101の接続を行う場合には、半導体光変調装置10
0に対して順方向にバイアス電流を注入し、InGaA
sP活性層41より発振したコヒーレント光を光ファイ
バ101を通して光検出器103で検出するようにす
る。このとき、光出力部102において光ファイバ10
1を動かしながら光検出器103にて光出力が最大とな
る位置を決定することにより、光ファイバ101をIn
GaAsP活性層41に対して正確に位置決めすること
が可能となる。しかる上で、半導体光変調装置のInG
aAsP吸収層4はInGaAsP活性層41の上に積
層されているため、その層の厚さ分だけ上方向に光ファ
イバ01を移動させる。即ち、光出力部102からIn
GaAsP吸収層4端の距離より計算される光出力部1
02におけるInGaAsP吸収層4の自然放出光が来
るべき位置に光ファイバ101を動かし、その上で光出
力部102において光ファイバ101と半導体光変調器
用100に対して固定する。
【0013】このように、本発明では、吸収層4に活性
層41を隣接させ、この活性層41で発光される光を利
用して光出力部102における光ファイバ101の位置
決めを行うことにより、従来の吸収層4自体の自然放出
光を利用した位置合わせに比較して光強度が強いコヒー
レント光を利用でき、光ファイバ101と半導体光変調
装置100との結合効率が2dB程度向上し、高精度の
位置決めが実現できるとともに、作業工数が1時間/1
個から15分/1個に短縮することが可能となる。
【0014】図2は本発明の他の実施例の斜視図であ
り、図1と同一部分には同一符号を付してある。この実
施例では、半導体光変調装置の各層の構成は前記実施例
と同じであるが、端面の幅寸法を増大するとともに、上
層のp−InP層7、p−InGaAs層8からなる矩
形部9を3個並列に形成し、それぞれに電極11とパッ
ド電極12を形成する。そして、中央の矩形部9に対応
する部分の端面にのみInGaAsP活性層41を含む
上層の部分に非反射誘導光電膜14を形成し、両側のI
nGaAsP活性層41を含む部分には非反射誘導光電
膜14を形成していない。
【0015】この構成によれば、3素子が並列に配置さ
れた構成と等価となり、その中心の素子が半導体光変調
装置として機能し、両側の素子が半導体レーザとして機
能する。したがって、図3に示したように光ファイバの
位置決めを行うに際しては、両側の素子のみに電流を注
入してこれらを半導体レーザとして機能させて活性層4
1からコヒーレント光を発光させ、これらの光を光ファ
イバ101を通して光検出器103で検出し、かつ光フ
ァイバ101を動かしながらその最大光出力位置を検知
する。このとき半導体光変調装置としてのInGaAs
P吸収層4は半導体レーザの最大光出力部の幅方向の中
央位置となるため、光ファイバ101を半導体光変調器
100に対して適切に位置決めすることが可能となる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体光
変調装置に設けた吸収層に隣接して活性層を積層状態に
形成し、装置に注入する電流により活性層での発光動作
を行わせるので、この発光された光を利用して光ファイ
バに対する位置決めを行うことで、光強度が強い光を利
用して光ファイバの位置決めが実現でき、半導体光変調
装置に対して光ファイバを高精度に位置決めすることが
可能となり、かつ位置決めの作業性を向上することがで
きる効果がある。また、装置の中央部分は吸収層に非反
射誘導光電膜を形成し、両側部分は活性層を露呈させた
構成とし、かつ中央部分と両側部分にそれぞれ個別に電
極を設けることにより、電流を注入する電極を選択する
ことで、中央部分を変調器として機能させ、両側部分を
発光源として機能させ、光ファイバの位置決めを更に高
精度に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半導体光変調装置の斜視図
である。
【図2】本発明の他の実施例の半導体光変調装置の斜視
図である。
【図3】光出力部における光ファイバの位置決め方法を
説明するための概念図である。
【図4】従来の半導体光変調装置の一例の斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 n−InP基板 2 n−InPバッファ層 3 n−InGaAsPクラッド層 4 InGaAsP吸収層 41 InGaAsP活性層 5 InGaAsPクラッド層 6 InPクラッド層 7 p−InP層 8 p−InGaAs層 9 矩形部 11 電極 12 パッド電極 14 非反射誘導光電膜 100 半導体光変調装置 101 光ファイバ 102 光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/015 - 1/025 G02F 1/29 - 3/02 H01L 27/15 H01L 31/10 - 31/119 H01S 3/18 - 3/19 G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/30 G02B 6/42 - 6/43

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にバッファ層、クラッド
    層、吸収層等を有し、前記吸収層の端面には入射光の反
    射を防止するための非反射誘導光電膜を施し、電極への
    印加電圧を制御して前記吸収層における光吸収を制御す
    るようにした半導体光変調装置において、前記吸収層に
    隣接して活性層を積層状態に形成し、かつ前記吸収層と
    前記活性層とで共通する電極を有し、前記活性層の端面
    には前記非反射誘導光電膜が形成されておらず、前記電
    極を通して前記活性層に注入される電流により前記活性
    での発光動作を行わせることを特徴とする半導体光変
    調装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にバッファ層、クラッド
    層、吸収層等を有し、電極への印加電圧を制御して前記
    吸収層における光吸収を制御するようにした半導体光変
    調装置において、前記吸収層に隣接して活性層を積層状
    態に形成し、積層された前記吸収層と前記活性層とは、
    端面の幅方向中央部分では前記吸収層と前記活性層を含
    む領域に非反射誘導光電膜を形成し、端面の幅方向の左
    右部分では少なくとも前記活性層を露呈させ、前記吸収
    層と活性層とで共通する一方で前記中央部分と左右部分
    のそれぞれでは独立された電極を有し、前記活性層に注
    入される電流により前記活性層での発光動作を行わせる
    ことを特徴とする半導体光変調装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63186210A (ja) * 1987-01-29 1988-08-01 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 半導体集積光変調素子

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