JP2833615B2 - 光半導体集積素子 - Google Patents
光半導体集積素子Info
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- JP2833615B2 JP2833615B2 JP2445696A JP2445696A JP2833615B2 JP 2833615 B2 JP2833615 B2 JP 2833615B2 JP 2445696 A JP2445696 A JP 2445696A JP 2445696 A JP2445696 A JP 2445696A JP 2833615 B2 JP2833615 B2 JP 2833615B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光半導体集積素子に
関する。
関する。
【0002】
【従来の技術】将来のビデオ−オン−ディマンド(VO
D)システムなどのマルチメディアシステムに欠くこと
の出来ない技術として、双方向光通信技術が注目されて
いる。この通信技術は従来の一方通行型の光通信と異な
り、一つの光端末が送信、受信両方の機能を合わせ持つ
特徴を有する。この様な光端末に用いる送受信光デバイ
スとして、レーザーダイオード(以下LD)、フォトダ
イオード(以下PD)等を石英系導波路と組みあわせた
モジュールなどが開発されている。
D)システムなどのマルチメディアシステムに欠くこと
の出来ない技術として、双方向光通信技術が注目されて
いる。この通信技術は従来の一方通行型の光通信と異な
り、一つの光端末が送信、受信両方の機能を合わせ持つ
特徴を有する。この様な光端末に用いる送受信光デバイ
スとして、レーザーダイオード(以下LD)、フォトダ
イオード(以下PD)等を石英系導波路と組みあわせた
モジュールなどが開発されている。
【0003】このような送受信光モジュールの一例とし
て、“1993年電子情報通信学会秋季大会予稿集C−
158”に報告された例を図11に示す。このモジュー
ルは1.3μm帯と1.55μm帯の信号光を分波、受
信し、1.3μm帯の信号光を送信する機能を有する。
入出射端から1.3μm帯と1.55μm帯の両方の信
号光が入射され、まず方向性結合器においてこれらが分
波される。1.3μm帯の信号光は石英系導波路により
1.3μm帯PDへと導かれ、ここで光電変換され、電
気信号が取り出される。一方1.55μm帯信号光は
1.55μm帯信号光出射端からいったん出射された
後、光ファイバを介して外部におかれた1.55μm帯
PDに入射され、光電変換され、電気信号が取り出され
る。また、1.3μm帯LDから出射された信号光は石
英系導波路に入射され、入出射端から出射される。
て、“1993年電子情報通信学会秋季大会予稿集C−
158”に報告された例を図11に示す。このモジュー
ルは1.3μm帯と1.55μm帯の信号光を分波、受
信し、1.3μm帯の信号光を送信する機能を有する。
入出射端から1.3μm帯と1.55μm帯の両方の信
号光が入射され、まず方向性結合器においてこれらが分
波される。1.3μm帯の信号光は石英系導波路により
1.3μm帯PDへと導かれ、ここで光電変換され、電
気信号が取り出される。一方1.55μm帯信号光は
1.55μm帯信号光出射端からいったん出射された
後、光ファイバを介して外部におかれた1.55μm帯
PDに入射され、光電変換され、電気信号が取り出され
る。また、1.3μm帯LDから出射された信号光は石
英系導波路に入射され、入出射端から出射される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のような石英系導
波路を用いたモジュールでは、モジュールを構成する部
品数が多く、また、それぞれの光接続点に於いて高精度
なアラインメントが必要であるため、モジュール組立コ
ストが上昇するという欠点があった。
波路を用いたモジュールでは、モジュールを構成する部
品数が多く、また、それぞれの光接続点に於いて高精度
なアラインメントが必要であるため、モジュール組立コ
ストが上昇するという欠点があった。
【0005】また、モジュールを構成する部品の内、特
に方向性結合器と石英系導波路の部分のサイズがセンチ
メートルオーダーであり、大型なので、部品数の多さと
も相まってモジュール全体のサイズの小型化が難しいと
いう欠点があった。
に方向性結合器と石英系導波路の部分のサイズがセンチ
メートルオーダーであり、大型なので、部品数の多さと
も相まってモジュール全体のサイズの小型化が難しいと
いう欠点があった。
【0006】そこで、本発明は、前記従来の技術の欠点
を改良し、複数の異なる波長を用いた双方向光通信モジ
ュールのための光半導体集積素子において、その製作コ
ストが低廉で、素子が小型で、かつ入射光に対する受信
効率を低下させない構造を提供しようとするものであ
る。
を改良し、複数の異なる波長を用いた双方向光通信モジ
ュールのための光半導体集積素子において、その製作コ
ストが低廉で、素子が小型で、かつ入射光に対する受信
効率を低下させない構造を提供しようとするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、次の手段を採用する。
決するため、次の手段を採用する。
【0008】(1)半導体基板上に、1本の光導波路を
2本の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分
岐光導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続された
レーザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオード
と、前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の
導波路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導
波路型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第
一、第二の出射光導波路が少なくとも集積され、前記第
一、第二の出射光導波路にそれぞれ接続された第一、第
二の出射端を備えた光半導体集積素子。
2本の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分
岐光導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続された
レーザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオード
と、前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の
導波路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導
波路型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第
一、第二の出射光導波路が少なくとも集積され、前記第
一、第二の出射光導波路にそれぞれ接続された第一、第
二の出射端を備えた光半導体集積素子。
【0009】(2)前記レーザーダイオードの活性層
と、前記第一、第二の導波路型フォトダイオードの光吸
収層と、前記Y分岐光導波路、前記第一、第二の出射光
導波路のコア層が一括して形成され、かつ各々を接続す
る領域においても光伝搬方向に連続して形成されている
前記(1)記載の光半導体集積素子。
と、前記第一、第二の導波路型フォトダイオードの光吸
収層と、前記Y分岐光導波路、前記第一、第二の出射光
導波路のコア層が一括して形成され、かつ各々を接続す
る領域においても光伝搬方向に連続して形成されている
前記(1)記載の光半導体集積素子。
【0010】(3)半導体基板上に、1本の光導波路を
2本の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分
岐光導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続された
レーザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオード
と、前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の
導波路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導
波路型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第
一、第二の出射光導波路と、前記第一、第二の出射光導
波路が両方接続された第三の導波路型フォトダイオード
が少なくとも集積され、前記第三の導波路型フォトダイ
オードの吸収端波長が、前記第一、第二の導波路型フォ
トダイオードの吸収端波長のいずれよりも長波長である
光半導体集積素子。
2本の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分
岐光導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続された
レーザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオード
と、前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の
導波路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導
波路型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第
一、第二の出射光導波路と、前記第一、第二の出射光導
波路が両方接続された第三の導波路型フォトダイオード
が少なくとも集積され、前記第三の導波路型フォトダイ
オードの吸収端波長が、前記第一、第二の導波路型フォ
トダイオードの吸収端波長のいずれよりも長波長である
光半導体集積素子。
【0011】(4)前記レーザーダイオードの活性層
と、前記第一、第二の導波路型フォトダイオードの光吸
収層と、前記Y分岐光導波路、前記第一、第二の出射光
導波路のコア層が一括した形成され、かつ各々を接続す
る領域においても光伝搬方向に連続して形成されている
前記(3)記載の光半導体集積素子。
と、前記第一、第二の導波路型フォトダイオードの光吸
収層と、前記Y分岐光導波路、前記第一、第二の出射光
導波路のコア層が一括した形成され、かつ各々を接続す
る領域においても光伝搬方向に連続して形成されている
前記(3)記載の光半導体集積素子。
【0012】(5)半導体基板上に、1本の光導波路を
2本の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分
岐光導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続された
レーザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオード
と、前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の
導波路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導
波路型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第
一、第二の出射光導波路と、前記第一、第二の出射光導
波路に各々接続された第三、第四の導波路型フォトダイ
オードが集積され、前記第三、第四の導波路型フォトダ
イオードの吸収端波長が、前記第一、第二の導波路型フ
ォトダイオードの吸収端波長のいずれよりも長波長であ
り、かつ前記第三、第四の導波路型フォトダイオードは
p電極同士、n電極同士が各々接続されている光半導体
集積素子。
2本の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分
岐光導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続された
レーザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオード
と、前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の
導波路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導
波路型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第
一、第二の出射光導波路と、前記第一、第二の出射光導
波路に各々接続された第三、第四の導波路型フォトダイ
オードが集積され、前記第三、第四の導波路型フォトダ
イオードの吸収端波長が、前記第一、第二の導波路型フ
ォトダイオードの吸収端波長のいずれよりも長波長であ
り、かつ前記第三、第四の導波路型フォトダイオードは
p電極同士、n電極同士が各々接続されている光半導体
集積素子。
【0013】(6)前記レーザーダイオードの活性層
と、前記第一、第二、第三、第四の導波路型フォトダイ
オードの光吸収層と、前記Y分岐光導波路、前記第一、
第二の出射光導波路のコア層が一括して形成され、かつ
各々を接続する領域においても光伝搬方向に連続して形
成されている前記(5)記載の光半導体集積素子。
と、前記第一、第二、第三、第四の導波路型フォトダイ
オードの光吸収層と、前記Y分岐光導波路、前記第一、
第二の出射光導波路のコア層が一括して形成され、かつ
各々を接続する領域においても光伝搬方向に連続して形
成されている前記(5)記載の光半導体集積素子。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態については、
実施例の項で3つの実施例を挙げて述べることとする。
実施例の項で3つの実施例を挙げて述べることとする。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【0016】図1は本発明による光半導体集積素子の、
第一実施例の外観図である。まず、素子全体の構成を説
明する。この素子は、1.3μm帯分布帰還型LD(以
下、DFB−LD)、モニターPD、1.3μm帯P
D、Y分岐光導波路、二つの出射光導波路をその構成要
素とし、後述のようにこれらは全て同一の半導体基板上
にモノリシックに集積化されている。そしてこの素子は
1.3μm帯と1.55μm帯の信号光を分波、受信
し、1.3μm帯の信号光を送信する機能を有する。入
出射端から入射された1.3μm帯の信号光はY分岐光
導波路を経て1.3μm帯PDへ導かれ、そこで光電変
換され、電気信号が取り出される。この時1.3μm帯
信号光は、1.3μm帯PDにおいて十分減衰され、そ
の後端に接続された1.55μm帯信号光出射端からは
出射されない。また、Y分岐光導波路の他方の分岐先で
あるDFB−LDへと導かれた1.3μm帯信号光もD
FB−LDで十分減衰されるため、その後端に接続され
た1.55μm帯信号光出射端からは出射されない。一
方1.55μm帯信号光は、入出射端から入射された
後、Y分岐光導波路で分岐され、一方は1.3μm帯D
FB−LDと導波路型モニターPDを通って、他方は
1.3μm帯PDを通って2つの1.55μm帯信号光
出射端から各々出力される。この時、1.3μm帯DF
B−LDの活性層、導波路型モニターPD、1.3μm
帯PDの光吸収層の吸収端波長は1.35μmであり、
1.55μmより十分短波長であるので1.55μm帯
信号光は吸収損失をほとんど受けない。そして1.55
μm帯信号光は、外部におかれた1つのPDに同時に入
射され、電気信号が取り出される。この時、2つの1.
55μm帯信号光出射端間の距離は、外部PD内での
1.55μm帯光に対する実効吸収長よりも十分大きく
なるよう設計する。この時用いる外部PDとしては、そ
の受光径、あるいはレンズなどの光学系により拡大され
たその有効受光径が前述の2つの1.55μm帯信号光
出射端の間隔よりも広い面入射型pin−PD、または
アバランシェPD、あるいはその導波路幅が前述の2つ
の1.55μm帯信号光出射端の間隔よりも広い導波路
型PDなどを用いることができる。また、1.3μm帯
DFB−LDからY分岐光導波路側に出射された信号光
はY分岐光導波路を通って入出射端から出射され、一
方、モニターPD側に出射された信号光はモニターPD
で光電変換され、モニター信号として取り出される。こ
の時、モニターPDの素子長は、1.3μm光に対する
実効吸収長よりも十分長く設計されており、1.3μm
帯のDFB−LDからの1.3μm帯信号光は全てモニ
ターPDで吸収され、1.55μm帯信号光出射端から
は出射されない。
第一実施例の外観図である。まず、素子全体の構成を説
明する。この素子は、1.3μm帯分布帰還型LD(以
下、DFB−LD)、モニターPD、1.3μm帯P
D、Y分岐光導波路、二つの出射光導波路をその構成要
素とし、後述のようにこれらは全て同一の半導体基板上
にモノリシックに集積化されている。そしてこの素子は
1.3μm帯と1.55μm帯の信号光を分波、受信
し、1.3μm帯の信号光を送信する機能を有する。入
出射端から入射された1.3μm帯の信号光はY分岐光
導波路を経て1.3μm帯PDへ導かれ、そこで光電変
換され、電気信号が取り出される。この時1.3μm帯
信号光は、1.3μm帯PDにおいて十分減衰され、そ
の後端に接続された1.55μm帯信号光出射端からは
出射されない。また、Y分岐光導波路の他方の分岐先で
あるDFB−LDへと導かれた1.3μm帯信号光もD
FB−LDで十分減衰されるため、その後端に接続され
た1.55μm帯信号光出射端からは出射されない。一
方1.55μm帯信号光は、入出射端から入射された
後、Y分岐光導波路で分岐され、一方は1.3μm帯D
FB−LDと導波路型モニターPDを通って、他方は
1.3μm帯PDを通って2つの1.55μm帯信号光
出射端から各々出力される。この時、1.3μm帯DF
B−LDの活性層、導波路型モニターPD、1.3μm
帯PDの光吸収層の吸収端波長は1.35μmであり、
1.55μmより十分短波長であるので1.55μm帯
信号光は吸収損失をほとんど受けない。そして1.55
μm帯信号光は、外部におかれた1つのPDに同時に入
射され、電気信号が取り出される。この時、2つの1.
55μm帯信号光出射端間の距離は、外部PD内での
1.55μm帯光に対する実効吸収長よりも十分大きく
なるよう設計する。この時用いる外部PDとしては、そ
の受光径、あるいはレンズなどの光学系により拡大され
たその有効受光径が前述の2つの1.55μm帯信号光
出射端の間隔よりも広い面入射型pin−PD、または
アバランシェPD、あるいはその導波路幅が前述の2つ
の1.55μm帯信号光出射端の間隔よりも広い導波路
型PDなどを用いることができる。また、1.3μm帯
DFB−LDからY分岐光導波路側に出射された信号光
はY分岐光導波路を通って入出射端から出射され、一
方、モニターPD側に出射された信号光はモニターPD
で光電変換され、モニター信号として取り出される。こ
の時、モニターPDの素子長は、1.3μm光に対する
実効吸収長よりも十分長く設計されており、1.3μm
帯のDFB−LDからの1.3μm帯信号光は全てモニ
ターPDで吸収され、1.55μm帯信号光出射端から
は出射されない。
【0017】次に、本発明の第一実施例の製造工程を図
2、図3、図4を用いて説明する。図2は素子を基板表
面側から見た断面図、図3(a)、図4(a)は各工程
における素子のY分岐光導波路部、出射光導波路部にお
ける断面図、図3(b)、図4(b)は各工程における
素子のDFB−LD部、1.3μm帯PD部における断
面図である。まず、(001)面を有するn型InP基
板1上に、n- −InPバッファ層2を2μm形成す
る。次に図2に示すように1.3μm帯DFB−LD部
3に干渉露光とエッチングによりグレーティング4を形
成した後、SiO2 膜5を熱CVD法によりn- −In
Pバッファ層2上に形成し、通常のフォトレジスト工
程、エッチング工程により図に示すような選択成長マス
クパターンを形成する。このマスクパターンはDFB−
LD部3、Y分岐光導波路部6、モニターPD部7、
1.3μm帯PD部8、出射光導波路部9からなる。曲
線の部分を除いてストライプ方向は[110]である。
また、DFB−LD部3、モニターPD部7、1.3μ
m帯PD部8の素子長はそれぞれ600μm、150μ
m、150μmで、集積素子全体の長さは3.5mm、
幅は300μmである。このパターンの、ストライプと
垂直方向の幅はDFB−LD部3、モニターPD部7、
1.3μm帯PD部8では30μmで、その他の部分で
は6μmである。また、一対のSiO2 膜5に挟まれた
領域の目開き幅は1.5μmである。また、2つの1.
55μm帯信号光出射端の間隔は20μmである。
2、図3、図4を用いて説明する。図2は素子を基板表
面側から見た断面図、図3(a)、図4(a)は各工程
における素子のY分岐光導波路部、出射光導波路部にお
ける断面図、図3(b)、図4(b)は各工程における
素子のDFB−LD部、1.3μm帯PD部における断
面図である。まず、(001)面を有するn型InP基
板1上に、n- −InPバッファ層2を2μm形成す
る。次に図2に示すように1.3μm帯DFB−LD部
3に干渉露光とエッチングによりグレーティング4を形
成した後、SiO2 膜5を熱CVD法によりn- −In
Pバッファ層2上に形成し、通常のフォトレジスト工
程、エッチング工程により図に示すような選択成長マス
クパターンを形成する。このマスクパターンはDFB−
LD部3、Y分岐光導波路部6、モニターPD部7、
1.3μm帯PD部8、出射光導波路部9からなる。曲
線の部分を除いてストライプ方向は[110]である。
また、DFB−LD部3、モニターPD部7、1.3μ
m帯PD部8の素子長はそれぞれ600μm、150μ
m、150μmで、集積素子全体の長さは3.5mm、
幅は300μmである。このパターンの、ストライプと
垂直方向の幅はDFB−LD部3、モニターPD部7、
1.3μm帯PD部8では30μmで、その他の部分で
は6μmである。また、一対のSiO2 膜5に挟まれた
領域の目開き幅は1.5μmである。また、2つの1.
55μm帯信号光出射端の間隔は20μmである。
【0018】次に図3(a)、(b)に示したように、
この基板上にn+ −InGaAsPガイド層10(1×
1018cm-3)、n+ −InPバッファ層11(1×1
018cm-3)、Y分岐光導波路部6、出射光導波路部9
におけるMQW(InGaAsPウェル)コア層12A
(2×1015cm-3)、DFB−LD部3、1.3μm
帯PD部8におけるMQW(InGaAsPバリア)コ
ア層12B(2×1015cm-3)、p+ −InGaAa
P上部SCH層13(1×1018cm-3)、p+ −In
Pクラッド層14(1×1018cm-3)をSiO2 膜5
を選択成長マスクとして有機金属気相成長法により形成
する。このときMQWコア層12A,12Bそれぞれの
バンドギャップ波長はそれぞれ異なるものが得られ、Y
分岐光導波路部6及び出射光導波路部9におけるMQW
コア層12Aでは1.15μm、DFB−LD部3及び
1.3μm帯PD部8におけるMQWコア層12Bでは
1.35μmとなる。
この基板上にn+ −InGaAsPガイド層10(1×
1018cm-3)、n+ −InPバッファ層11(1×1
018cm-3)、Y分岐光導波路部6、出射光導波路部9
におけるMQW(InGaAsPウェル)コア層12A
(2×1015cm-3)、DFB−LD部3、1.3μm
帯PD部8におけるMQW(InGaAsPバリア)コ
ア層12B(2×1015cm-3)、p+ −InGaAa
P上部SCH層13(1×1018cm-3)、p+ −In
Pクラッド層14(1×1018cm-3)をSiO2 膜5
を選択成長マスクとして有機金属気相成長法により形成
する。このときMQWコア層12A,12Bそれぞれの
バンドギャップ波長はそれぞれ異なるものが得られ、Y
分岐光導波路部6及び出射光導波路部9におけるMQW
コア層12Aでは1.15μm、DFB−LD部3及び
1.3μm帯PD部8におけるMQWコア層12Bでは
1.35μmとなる。
【0019】すなわち、本素子では波長1.3μm/
1.55μmの信号光を受信し、波長1.55μmの信
号光を出射するが、いずれの波長に対してもY分岐光導
波路部6、出射光導波路部9ではMQWコア層12Aは
十分低損失なコア層として機能し、また、MQWコア層
同12Bは1.3μm帯PD部8において1.3μmの
入射信号光に対して十分高感度な光吸収層として、同時
にDFB−LD部3においては1.3μm光に対して十
分大きな利得を持つ活性層として機能する。ここでMQ
Wコア層12A,12Bそれぞれのバンドギャップ波長
の差を生ずるのはSi2 膜5のマスク幅のみに依存して
おり、これらは同時に且つ連結して形成される。この
後、図4(a)に示すように、Y分岐光導波路部6及び
出射光導波路部9をn- −InP埋め込み層15(2×
1015cm-3)で埋め込む。また、同図(b)に示すよ
うに、1.3μm帯PD部8、DFB−LD部3をp+
−InP埋め込み層16(1×1018cm-3)で埋め込
み、さらにp+ −InGaAsコンタクト層17(1×
1019cm-3)を形成する。その後、絶縁膜としてのS
iN膜18、p電極としてのTi/Au膜19、n電極
としてのAuGeNi/AuNi膜20を形成し、それ
ぞれ熱処理を施して素子を完成する。本実施例は請求項
1及び請求項2に対応する。
1.55μmの信号光を受信し、波長1.55μmの信
号光を出射するが、いずれの波長に対してもY分岐光導
波路部6、出射光導波路部9ではMQWコア層12Aは
十分低損失なコア層として機能し、また、MQWコア層
同12Bは1.3μm帯PD部8において1.3μmの
入射信号光に対して十分高感度な光吸収層として、同時
にDFB−LD部3においては1.3μm光に対して十
分大きな利得を持つ活性層として機能する。ここでMQ
Wコア層12A,12Bそれぞれのバンドギャップ波長
の差を生ずるのはSi2 膜5のマスク幅のみに依存して
おり、これらは同時に且つ連結して形成される。この
後、図4(a)に示すように、Y分岐光導波路部6及び
出射光導波路部9をn- −InP埋め込み層15(2×
1015cm-3)で埋め込む。また、同図(b)に示すよ
うに、1.3μm帯PD部8、DFB−LD部3をp+
−InP埋め込み層16(1×1018cm-3)で埋め込
み、さらにp+ −InGaAsコンタクト層17(1×
1019cm-3)を形成する。その後、絶縁膜としてのS
iN膜18、p電極としてのTi/Au膜19、n電極
としてのAuGeNi/AuNi膜20を形成し、それ
ぞれ熱処理を施して素子を完成する。本実施例は請求項
1及び請求項2に対応する。
【0020】次に本発明の第二実施例について説明す
る。図5は本発明の第二実施例の外観図である。第二実
施例では第一実施例と異なり、1.55μm帯信号光出
射端がなく、代わりに同一基板上に集積化された1.5
5μm帯PDを備える。また、図6は図5中の破線A−
A′における素子の断面模式図である。第二実施例の作
製工程はp+ −InGaAsコンタクト層17を形成す
るところまでは第一実施例と同様である。第二実施例で
はp+ −InGaAsコンタクト層17を形成した後、
1.55μm帯PDを形成する領域の結晶層をエッチン
グにより除去し、その領域にn+ −InPバッファ層2
1(1×1018cm-3)、n- −InGaAs光吸収層
22(2×1015cm-3)、p+ −InPクラッド層2
3(1×1018cm-3)を再成長により形成する。その
後の電極形成等の工程は第一実施例と同様である。本実
施例は請求項3及び請求項4に対応する。
る。図5は本発明の第二実施例の外観図である。第二実
施例では第一実施例と異なり、1.55μm帯信号光出
射端がなく、代わりに同一基板上に集積化された1.5
5μm帯PDを備える。また、図6は図5中の破線A−
A′における素子の断面模式図である。第二実施例の作
製工程はp+ −InGaAsコンタクト層17を形成す
るところまでは第一実施例と同様である。第二実施例で
はp+ −InGaAsコンタクト層17を形成した後、
1.55μm帯PDを形成する領域の結晶層をエッチン
グにより除去し、その領域にn+ −InPバッファ層2
1(1×1018cm-3)、n- −InGaAs光吸収層
22(2×1015cm-3)、p+ −InPクラッド層2
3(1×1018cm-3)を再成長により形成する。その
後の電極形成等の工程は第一実施例と同様である。本実
施例は請求項3及び請求項4に対応する。
【0021】次に本発明の第三実施例について説明す
る。図7は本発明の第三実施例の外観図である。第三実
施例では第一実施例と異なり、1.55μm帯信号光出
射端がなく、代わりに二つの1.55μm帯PD24を
備える。この二つの1.55μm帯PD24はそのp電
極が互いに接続されている。2つの出射光導波路から入
力された1.55μm帯信号光はこれら2つの1.55
μm帯PD24でそれぞれ光電変換され、電気信号の状
態で合流した後、取り出される。また、第三実施例では
その最初の選択成長工程において図8(第一実施例に於
ける図2に対応)に示すようなマスクパターンを用い
る。モニターPD部7、1.3μm帯PD部8それぞれ
の後段に1.55μm帯PD部24があり、そのマスク
幅は50μmである。他の部分は第一実施例と同様であ
る。図9は1.55μm帯PD部24における選択成長
後の断面図である。ここで1.55μm帯PD部24に
おけるMQWコア層12Cのバンドギャップ波長は1.
55μmとなり、1.55μm帯PDの光吸収層として
機能する。他の素子製造工程は第一実施例と同様であ
る。本実施例は請求項5及び請求項6に対応する。
る。図7は本発明の第三実施例の外観図である。第三実
施例では第一実施例と異なり、1.55μm帯信号光出
射端がなく、代わりに二つの1.55μm帯PD24を
備える。この二つの1.55μm帯PD24はそのp電
極が互いに接続されている。2つの出射光導波路から入
力された1.55μm帯信号光はこれら2つの1.55
μm帯PD24でそれぞれ光電変換され、電気信号の状
態で合流した後、取り出される。また、第三実施例では
その最初の選択成長工程において図8(第一実施例に於
ける図2に対応)に示すようなマスクパターンを用い
る。モニターPD部7、1.3μm帯PD部8それぞれ
の後段に1.55μm帯PD部24があり、そのマスク
幅は50μmである。他の部分は第一実施例と同様であ
る。図9は1.55μm帯PD部24における選択成長
後の断面図である。ここで1.55μm帯PD部24に
おけるMQWコア層12Cのバンドギャップ波長は1.
55μmとなり、1.55μm帯PDの光吸収層として
機能する。他の素子製造工程は第一実施例と同様であ
る。本実施例は請求項5及び請求項6に対応する。
【0022】なお、上記第一、第二、第三の各実施例で
は、図4(b)に示したようにDFB−LD部3、モニ
ターPD部7、1.3μm帯PD部8、1.55μm帯
PD部24をp+ −InP埋め込み層16のみで埋め込
む構造としているが、このような構造に限らず、図10
に示すように、最初の選択成長で形成したメサの側壁部
にn−InP層25、p−InP層26、n−InP層
27を形成し、これらを電流ブロック層とするような構
造でも良い。
は、図4(b)に示したようにDFB−LD部3、モニ
ターPD部7、1.3μm帯PD部8、1.55μm帯
PD部24をp+ −InP埋め込み層16のみで埋め込
む構造としているが、このような構造に限らず、図10
に示すように、最初の選択成長で形成したメサの側壁部
にn−InP層25、p−InP層26、n−InP層
27を形成し、これらを電流ブロック層とするような構
造でも良い。
【0023】
【発明の効果】本発明の効果について説明する。まず本
発明の第一実施例では、1.3μm帯PD、1.3μm
帯DFB−LD、モニターPDは、1.3μm帯の光は
吸収し、1.55μm帯の信号光は透過させるという、
それ自体でいわば分波フィルターの機能を有す。したが
って図11の従来例に示したような、石英系導波路の方
向性結合器による分波フィルターが不要で、モジュール
の小型化が可能となる。従来例では石英系導波路部品だ
けでも、その大きさがセンチメートルオーダーであった
のに対し、本実施例ではDFB−LD、PDなども含む
チップのサイズはわずか3.5mm×300μmであ
る。また、モジュールを構成する部品数が少なくなるの
で組立工数が削減される。また、1.3μm帯PD、
1.3μm帯DFB−LD、モニターPDを分波フィル
ターとして用いる場合の集積素子の構成として、1.3
μm帯PD、あるいはモニターPDどちらか一方の後端
にのみ1.55μm帯PDを接続しただけでは、1.5
5μm帯信号光はY分岐光導波路において分岐されるた
め、大きな分岐損が生じてしまう。しかし、本発明で
は、1.3μm帯PD、モニターPD両方の後端から出
射された1.55μm帯信号光を、同一のPDで受信す
る構成となっているので、分岐損のない高感度な受信が
可能となる。さらに、DFB−LDの活性層、1.3μ
m帯PD、モニターPDの光吸収層、受動導波路のコア
層は一回の結晶成長で一括して、かつ連結して形成され
るので、素子作製工程が削減され、かつ各構成要素間の
高い結合効率が高い歩留まりで得られる。なお、2つの
1.55μm帯信号光出射端の間で光の位相ずれが起こ
る場合があるが、出射端の間隔は20μmと、外部受光
器内部に於ける1.55μm光の実効吸収長と比較して
十分大きく設計しているので、2つの信号光は光の状態
で互いに干渉する事はなく、従って打ち消し合うような
ことはない。また、DFB−LDから発した迷光が外部
受光器に入射し、漏話の問題を起こすことがあるが、そ
のようなときは外部受光器として導波路型PDを用いる
ことで漏話を大きく低減できる。
発明の第一実施例では、1.3μm帯PD、1.3μm
帯DFB−LD、モニターPDは、1.3μm帯の光は
吸収し、1.55μm帯の信号光は透過させるという、
それ自体でいわば分波フィルターの機能を有す。したが
って図11の従来例に示したような、石英系導波路の方
向性結合器による分波フィルターが不要で、モジュール
の小型化が可能となる。従来例では石英系導波路部品だ
けでも、その大きさがセンチメートルオーダーであった
のに対し、本実施例ではDFB−LD、PDなども含む
チップのサイズはわずか3.5mm×300μmであ
る。また、モジュールを構成する部品数が少なくなるの
で組立工数が削減される。また、1.3μm帯PD、
1.3μm帯DFB−LD、モニターPDを分波フィル
ターとして用いる場合の集積素子の構成として、1.3
μm帯PD、あるいはモニターPDどちらか一方の後端
にのみ1.55μm帯PDを接続しただけでは、1.5
5μm帯信号光はY分岐光導波路において分岐されるた
め、大きな分岐損が生じてしまう。しかし、本発明で
は、1.3μm帯PD、モニターPD両方の後端から出
射された1.55μm帯信号光を、同一のPDで受信す
る構成となっているので、分岐損のない高感度な受信が
可能となる。さらに、DFB−LDの活性層、1.3μ
m帯PD、モニターPDの光吸収層、受動導波路のコア
層は一回の結晶成長で一括して、かつ連結して形成され
るので、素子作製工程が削減され、かつ各構成要素間の
高い結合効率が高い歩留まりで得られる。なお、2つの
1.55μm帯信号光出射端の間で光の位相ずれが起こ
る場合があるが、出射端の間隔は20μmと、外部受光
器内部に於ける1.55μm光の実効吸収長と比較して
十分大きく設計しているので、2つの信号光は光の状態
で互いに干渉する事はなく、従って打ち消し合うような
ことはない。また、DFB−LDから発した迷光が外部
受光器に入射し、漏話の問題を起こすことがあるが、そ
のようなときは外部受光器として導波路型PDを用いる
ことで漏話を大きく低減できる。
【0024】次に、本発明の第二実施例では、図5に示
すように同一基板上に1.55μm帯PDが集積化され
ており、第一実施例では必要であった外部受光器が不要
となる。したがってモジュールを構成する部品数がさら
に減ってモジュール組立工数が削減される。
すように同一基板上に1.55μm帯PDが集積化され
ており、第一実施例では必要であった外部受光器が不要
となる。したがってモジュールを構成する部品数がさら
に減ってモジュール組立工数が削減される。
【0025】次に、本発明の第三実施例では、図7、図
8を用いて前項で説明したように、1.55μm帯PD
部24の結晶層、電極などは、DFB−LD部3、モニ
ターPD部7、1.3μm帯PD部8のそれと同時に形
成されており、第二実施例と比較して素子作製工程が削
減される。また、ここで形成された2つの1.55μm
帯PDはp電極同士が互いに接続されており、またn電
極は共通であるので、それぞれのPDからの電気信号が
合流され、第一、第二各実施例と同様に1.55μm帯
信号光について、分岐損のない高感度な受信が可能とな
る。
8を用いて前項で説明したように、1.55μm帯PD
部24の結晶層、電極などは、DFB−LD部3、モニ
ターPD部7、1.3μm帯PD部8のそれと同時に形
成されており、第二実施例と比較して素子作製工程が削
減される。また、ここで形成された2つの1.55μm
帯PDはp電極同士が互いに接続されており、またn電
極は共通であるので、それぞれのPDからの電気信号が
合流され、第一、第二各実施例と同様に1.55μm帯
信号光について、分岐損のない高感度な受信が可能とな
る。
【0026】また、第一、第二、第三いずれの実施例に
ついても、図10で説明したような電流ブロック構造を
とることにより、DFB−LD部3において、その活性
層に電流が注入される効率が高まり、特性が改善され
る。
ついても、図10で説明したような電流ブロック構造を
とることにより、DFB−LD部3において、その活性
層に電流が注入される効率が高まり、特性が改善され
る。
【図1】本発明の第一実施例の外観図である。
【図2】本発明の第一実施例を基板表面側から見た断面
図である。
図である。
【図3】本発明の第一実施例の製造工程における断面図
であり、(a)はY分岐光導波路部、(b)はDFB−
LD部である。
であり、(a)はY分岐光導波路部、(b)はDFB−
LD部である。
【図4】本発明の第一実施例の製造工程における断面図
であり、(a)は出射光導波路部、(b)は1.3μm
帯PD部である。
であり、(a)は出射光導波路部、(b)は1.3μm
帯PD部である。
【図5】本発明の第二実施例の外観図である。
【図6】図5の破線A−A′における断面模式図であ
る。
る。
【図7】本発明の第三実施例の外観図である。
【図8】本発明の第三実施例を基板表面側から見た断面
図である。
図である。
【図9】本発明の第三実施例の1.55μm帯PD部2
4における選択成長後の断面図である。
4における選択成長後の断面図である。
【図10】本発明の第一、第二、第三各実施例のいずれ
にも適用可能な、別の素子構造の断面図である。
にも適用可能な、別の素子構造の断面図である。
【図11】従来の送受信光モジュールの一例を示す図で
ある。
ある。
1 n型InP基板 2 n- −InPバッファ層 3 1.3μm帯DFB−LD部 4 グレーティング 5 SiO2 膜 6 Y分岐光導波路部 7 モニターPD部 8 1.3μm帯PD部 9 出射光導波路部 10 n+ −InGaAsPガイド層 11 n+ −InPバッファ層12A Y分岐光導
波路部6、出射光導波路部9におけるMQWコア層 12B DFB−LD部3、1.3μm帯PD部8に
おけるMQWコア層 12C 1.55μm帯PD部24におけるMQWコ
ア層 13 p+ −InGaAsP上部SCH層 14 p+ −InPクラッド層 15 n- −InP埋め込み層 16 p+ −InP埋め込み層 17 p+ −InGaAsコンタクト層 18 SiN膜 19 Ti/Au膜 20 AuGeNi/AuNi膜 21 n+ −InPバッファ層 22 n- −InGaAs光吸収層 23 p+ −InPクラッド層 24 1.55μm帯PD部 25 n−InP層 26 p−InP層 27 n−InP層
波路部6、出射光導波路部9におけるMQWコア層 12B DFB−LD部3、1.3μm帯PD部8に
おけるMQWコア層 12C 1.55μm帯PD部24におけるMQWコ
ア層 13 p+ −InGaAsP上部SCH層 14 p+ −InPクラッド層 15 n- −InP埋め込み層 16 p+ −InP埋め込み層 17 p+ −InGaAsコンタクト層 18 SiN膜 19 Ti/Au膜 20 AuGeNi/AuNi膜 21 n+ −InPバッファ層 22 n- −InGaAs光吸収層 23 p+ −InPクラッド層 24 1.55μm帯PD部 25 n−InP層 26 p−InP層 27 n−InP層
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上に、1本の光導波路を2本
の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分岐光
導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続されたレー
ザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオードと、
前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の導波
路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導波路
型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第一、
第二の出射光導波路が少なくとも集積され、前記第一、
第二の出射光導波路にそれぞれ接続された第一、第二の
出射端を備えたことを特徴とする光半導体集積素子。 - 【請求項2】 前記レーザーダイオードの活性層と、前
記第一、第二の導波路型フォトダイオードの光吸収層
と、前記Y分岐光導波路、前記第一、第二の出射光導波
路のコア層が一括して形成され、かつ各々を接続する領
域においても光伝搬方向に連続して形成されていること
を特徴とする請求項1記載の光半導体集積素子。 - 【請求項3】 半導体基板上に、1本の光導波路を2本
の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分岐光
導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続されたレー
ザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオードと、
前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の導波
路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導波路
型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第一、
第二の出射光導波路と、前記第一、第二の出射光導波路
が両方接続された第三の導波路型フォトダイオードが少
なくとも集積され、前記第三の導波路型フォトダイオー
ドの吸収端波長が、前記第一、第二の導波路型フォトダ
イオードの吸収端波長のいずれよりも長波長であること
を特徴とする光半導体集積素子。 - 【請求項4】 前記レーザーダイオードの活性層と、前
記第一、第二の導波路型フォトダイオードの光吸収層
と、前記Y分岐光導波路、前記第一、第二の出射光導波
路のコア層が一括した形成され、かつ各々を接続する領
域においても光伝搬方向に連続して形成されていること
を特徴とする請求項3記載の光半導体集積素子。 - 【請求項5】 半導体基板上に、1本の光導波路を2本
の光導波路に分岐するY分岐光導波路と、前記Y分岐光
導波路の分岐後の2本の光導波路に各々接続されたレー
ザーダイオード、第一の導波路型フォトダイオードと、
前記レーザーダイオードの後端に接続された第二の導波
路型フォトダイオードと、前記第一、第二各々の導波路
型フォトダイオードの後端にそれぞれ接続された第一、
第二の出射光導波路と、前記第一、第二の出射光導波路
に各々接続された第三、第四の導波路型フォトダイオー
ドが集積され、前記第三、第四の導波路型フォトダイオ
ードの吸収端波長が、前記第一、第二の導波路型フォト
ダイオードの吸収端波長のいずれよりも長波長であり、
かつ前記第三、第四の導波路型フォトダイオードはp電
極同士、n電極同士が各々接続されていることを特徴と
する光半導体集積素子。 - 【請求項6】 前記レーザーダイオードの活性層と、前
記第一、第二、第三、第四の導波路型フォトダイオード
の光吸収層と、前記Y分岐光導波路、前記第一、第二の
出射光導波路のコア層が一括して形成され、かつ各々を
接続する領域においても光伝搬方向に連続して形成され
ていることを特徴とする請求項5記載の光半導体集積素
子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2445696A JP2833615B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | 光半導体集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2445696A JP2833615B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | 光半導体集積素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09219508A JPH09219508A (ja) | 1997-08-19 |
JP2833615B2 true JP2833615B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=12138675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2445696A Expired - Fee Related JP2833615B2 (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | 光半導体集積素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2833615B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5189200B2 (ja) * | 2011-12-05 | 2013-04-24 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体装置 |
JP6641765B2 (ja) | 2015-08-05 | 2020-02-05 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光通信装置、及び、光モジュール |
-
1996
- 1996-02-09 JP JP2445696A patent/JP2833615B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09219508A (ja) | 1997-08-19 |
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