JP2847820B2 - 光電子集積装置 - Google Patents
光電子集積装置Info
- Publication number
- JP2847820B2 JP2847820B2 JP1302450A JP30245089A JP2847820B2 JP 2847820 B2 JP2847820 B2 JP 2847820B2 JP 1302450 A JP1302450 A JP 1302450A JP 30245089 A JP30245089 A JP 30245089A JP 2847820 B2 JP2847820 B2 JP 2847820B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- layer
- type
- optical signal
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光伝送システムの受信部等に使用される光増
幅機能を備えた光電子集積装置に関するものである。
幅機能を備えた光電子集積装置に関するものである。
10Gbps以上の超高速光通信システムにおける光増幅機
能を備えた光受信器は、PINホトダイオードとフロント
エンド増幅器とがハイブリッドに構成されるのが現在の
主流になっている。しかし、この光受信器の受信感度は
−10dBm程度と低いものであった。また、高感度が得ら
れる光受信器としては、光電変換時に増幅機能を有する
アバランシェ・ホトダイオード（APD）が有る。しか
し、このAPDは大きな受信感度が得られるが、APD自身の
帯域制限により10Gbps以上の通信レートでの使用は困難
であった。
能を備えた光受信器は、PINホトダイオードとフロント
エンド増幅器とがハイブリッドに構成されるのが現在の
主流になっている。しかし、この光受信器の受信感度は
−10dBm程度と低いものであった。また、高感度が得ら
れる光受信器としては、光電変換時に増幅機能を有する
アバランシェ・ホトダイオード（APD）が有る。しか
し、このAPDは大きな受信感度が得られるが、APD自身の
帯域制限により10Gbps以上の通信レートでの使用は困難
であった。
このため、超高速の長距離光通信システムを実現する
ため、受信した光信号を直接増幅する研究が進められて
いる。この手段としては、希土類元素をドープした光増
幅器を使用する手段や、半導体レーザを用いた光増幅器
を使用する手段が試されており、これらを光受信器また
は光送信器と組み合わせることにより実現される。
ため、受信した光信号を直接増幅する研究が進められて
いる。この手段としては、希土類元素をドープした光増
幅器を使用する手段や、半導体レーザを用いた光増幅器
を使用する手段が試されており、これらを光受信器また
は光送信器と組み合わせることにより実現される。
第３図は半導体レーザを用いた光増幅器を使用する手
段をハイブリッドで構成した場合の一例を表す構成図で
あり、光増幅素子１および光受信器２が光ファイバ3,4
によって相互に接続されることにより、光通信システム
が実現されている。
段をハイブリッドで構成した場合の一例を表す構成図で
あり、光増幅素子１および光受信器２が光ファイバ3,4
によって相互に接続されることにより、光通信システム
が実現されている。
しかしながら、上記のように研究が進められている光
受信器は、希土類元素をドープした光増幅器を使用する
手段にあっては構成が複雑になってしまう。また、半導
体レーザを用いた光増幅器を使用する手段にあっては、
光ファイバ３と光増幅素子１および光ファイバ４と光増
幅素子1,光受信器２との結合部分に損失が生じてしま
う。このように、光ファイバとの結合部分が多いと、光
通信システムの信頼性が低下し、また、製造コストも高
くなってしまう。
受信器は、希土類元素をドープした光増幅器を使用する
手段にあっては構成が複雑になってしまう。また、半導
体レーザを用いた光増幅器を使用する手段にあっては、
光ファイバ３と光増幅素子１および光ファイバ４と光増
幅素子1,光受信器２との結合部分に損失が生じてしま
う。このように、光ファイバとの結合部分が多いと、光
通信システムの信頼性が低下し、また、製造コストも高
くなってしまう。
本発明の目的は、超高速の長距離光通信システムにお
いて極めて高感度な光受信器を提供することにある。
いて極めて高感度な光受信器を提供することにある。
本発明は、光信号を入射して増幅して出射する光増幅
素子と、この光増幅素子から出射されて空間を伝播する
光信号を入射して電気信号に変換する導波型の光電変換
素子とが同一の半絶縁性基板上に形成され、上記光増幅
素子と上記光電変換素子とは、第１の導電型の第１の半
導体からなる第１の層と、第１の層上に形成されるとと
もに第２の半導体からなる第２の層と、第２の層上に形
成されるとともに第２の導電型の第３の半導体からなる
第３の層とを同一工程によって同時形成した同一の層構
造を有するものである。
素子と、この光増幅素子から出射されて空間を伝播する
光信号を入射して電気信号に変換する導波型の光電変換
素子とが同一の半絶縁性基板上に形成され、上記光増幅
素子と上記光電変換素子とは、第１の導電型の第１の半
導体からなる第１の層と、第１の層上に形成されるとと
もに第２の半導体からなる第２の層と、第２の層上に形
成されるとともに第２の導電型の第３の半導体からなる
第３の層とを同一工程によって同時形成した同一の層構
造を有するものである。
光増幅素子から出射された光信号は光電変換素子に直
接伝播する。
接伝播する。
第１図は本発明の一実施例の構造を表す断面図であ
る。
る。
SI（半絶縁性）−InP半導体基板１上にはｎ型のInP層
２がエピタキシャル成長法によって選択的に形成されて
いる。このInP層２上にはアンドープのGaInAsP層がエピ
タキシャル成長法によって形成され、さらに、このGaIn
AsP層上にはｐ型のInP層がエピタキシャル成長法によっ
て形成される。これらｐ型のInP層およびGaInAsP層は反
応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）により
選択的に除去され、各層は二分される。
２がエピタキシャル成長法によって選択的に形成されて
いる。このInP層２上にはアンドープのGaInAsP層がエピ
タキシャル成長法によって形成され、さらに、このGaIn
AsP層上にはｐ型のInP層がエピタキシャル成長法によっ
て形成される。これらｐ型のInP層およびGaInAsP層は反
応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）により
選択的に除去され、各層は二分される。
二分されたGaInAsP層３およびｐ型のInP層４とｎ型の
InP層２とは、ファブリ・プロー（FP）型の光増幅器を
構成している。ここで、ｐ型のInP層４とｎ型のInP層２
とはクラッド層を構成し、GaInAsP層３は活性層を構成
している。活性層にこのGaInAsP層３を使用しているた
め、長波長帯（1.3〜1.55μｍ）の光通信が可能になっ
ている。また、二分されたGaInAsP層５およびｐ型のInP
層６とｎ型のInP層２とは、導波型のピンホトダイオー
ド（PIN−PD）を構成している。ここで、GaInAsP層５は
真性領域を構成している。
InP層２とは、ファブリ・プロー（FP）型の光増幅器を
構成している。ここで、ｐ型のInP層４とｎ型のInP層２
とはクラッド層を構成し、GaInAsP層３は活性層を構成
している。活性層にこのGaInAsP層３を使用しているた
め、長波長帯（1.3〜1.55μｍ）の光通信が可能になっ
ている。また、二分されたGaInAsP層５およびｐ型のInP
層６とｎ型のInP層２とは、導波型のピンホトダイオー
ド（PIN−PD）を構成している。ここで、GaInAsP層５は
真性領域を構成している。
また、FP型の光増幅器の両端面には適当な光反射率が
持たされており、最上層のｐ型のInP層４上にはｐ型の
オーミック電極８が選択的に形成されている。また、PI
N−PDの光入射面には二酸化ケイ素等の絶縁膜７が形成
されており、この絶縁膜７は反射防止膜（ARC）として
機能している。このPIN−PDの最上層のｐ型のInP層６上
にもｐ型のオーミック電極９が選択的に形成されてい
る。
持たされており、最上層のｐ型のInP層４上にはｐ型の
オーミック電極８が選択的に形成されている。また、PI
N−PDの光入射面には二酸化ケイ素等の絶縁膜７が形成
されており、この絶縁膜７は反射防止膜（ARC）として
機能している。このPIN−PDの最上層のｐ型のInP層６上
にもｐ型のオーミック電極９が選択的に形成されてい
る。
一方、SI−InP半導体基板１上の所定領域にはGaInAs
層10が選択的に形成されており、このGaInAs層10上には
ｎ型のAlInAs層11が形成されている。さらに、このｎ型
のAlInAs層11上にはソース電極12,ドレイン電極13およ
びゲート電極14が形成されており、高電子移動度トラン
ジスタ（HEMT）が構成されている。また、このHEMT上と
PIN−PD上の一部およびSI−InP半導体基板１上には絶縁
膜15が形成されている。この絶縁膜15上には配線メタル
16が蒸着され、PIN−PDのオーミック電極９とHEMTのゲ
ート電極14とは配線メタル16を介して電気的に接続され
ている。
層10が選択的に形成されており、このGaInAs層10上には
ｎ型のAlInAs層11が形成されている。さらに、このｎ型
のAlInAs層11上にはソース電極12,ドレイン電極13およ
びゲート電極14が形成されており、高電子移動度トラン
ジスタ（HEMT）が構成されている。また、このHEMT上と
PIN−PD上の一部およびSI−InP半導体基板１上には絶縁
膜15が形成されている。この絶縁膜15上には配線メタル
16が蒸着され、PIN−PDのオーミック電極９とHEMTのゲ
ート電極14とは配線メタル16を介して電気的に接続され
ている。
第２図は上述の光電子集積装置の回路構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
光増幅素子21は上述のFP型の光増幅器に相当するもの
であり、この光増幅素子21には空間を伝播する光信号Ａ
が入射する。光増幅素子21は入射した光信号Ａを増幅
し、光信号Ｂとして出力する。出力された光信号Ｂは空
間を伝播し、光電変換素子22に直接入射する。光電変換
素子22は上述のPIN−PDに相当するものであり、入射し
た光信号Ｂを電気信号Ｃに変換して出力する。電気信号
Ｃは電子素子（または電子回路）23に入力され、所定の
電気処理が施されて電気信号Ｄとして出力される。この
電子素子23は上述の場合はHEMTに相当するものである
が、これに限らず、増幅，等化，波形整形等の電気的処
理能力を有するものであれば良い。
であり、この光増幅素子21には空間を伝播する光信号Ａ
が入射する。光増幅素子21は入射した光信号Ａを増幅
し、光信号Ｂとして出力する。出力された光信号Ｂは空
間を伝播し、光電変換素子22に直接入射する。光電変換
素子22は上述のPIN−PDに相当するものであり、入射し
た光信号Ｂを電気信号Ｃに変換して出力する。電気信号
Ｃは電子素子（または電子回路）23に入力され、所定の
電気処理が施されて電気信号Ｄとして出力される。この
電子素子23は上述の場合はHEMTに相当するものである
が、これに限らず、増幅，等化，波形整形等の電気的処
理能力を有するものであれば良い。
これら光増幅素子21と光電変換素子22と電子素子23と
により、光電子集積装置が構成されている。
により、光電子集積装置が構成されている。
次に、詳細な本実施例の動作について説明する。FP型
の光増幅器には、そのGaInAsP層３の一端面から光信号
Ａが入力される。入力された光信号Ａは、GaInAsP層３
中において所定の反射率を有した両端面間を反射するこ
とによって光増幅される。このFP型の光増幅器では、利
得の周波数選択特性によって自然放出雑音の大部分が除
去される。増幅された光信号Ｂは他方の端面から空間に
伝播され、PIN−PDのGaInAsP層５に入射する。GaInAsP
層５には強電界の空乏層が形成されているため、光信号
Ｂの入射によって生じた電子および正孔はこの強電界に
よって移動し、電流が生じる。この電流による信号は電
気信号Ｃとしてオーミック電極９から配線メタル16を伝
わり、HEMTのゲート電極14に伝達される。ドレイン電極
13とソース電極12との間に生じるドレイン電流は伝達さ
れた電気信号Ｃに応じて増幅され、増幅されたドレイン
電流が電気信号Ｄとして出力される。
の光増幅器には、そのGaInAsP層３の一端面から光信号
Ａが入力される。入力された光信号Ａは、GaInAsP層３
中において所定の反射率を有した両端面間を反射するこ
とによって光増幅される。このFP型の光増幅器では、利
得の周波数選択特性によって自然放出雑音の大部分が除
去される。増幅された光信号Ｂは他方の端面から空間に
伝播され、PIN−PDのGaInAsP層５に入射する。GaInAsP
層５には強電界の空乏層が形成されているため、光信号
Ｂの入射によって生じた電子および正孔はこの強電界に
よって移動し、電流が生じる。この電流による信号は電
気信号Ｃとしてオーミック電極９から配線メタル16を伝
わり、HEMTのゲート電極14に伝達される。ドレイン電極
13とソース電極12との間に生じるドレイン電流は伝達さ
れた電気信号Ｃに応じて増幅され、増幅されたドレイン
電流が電気信号Ｄとして出力される。
このように本実施例によれば、FP型の光増幅器に入射
し、増幅して出射される光信号はPIN−PDに直接入射す
る。このため、従来のように光ファイバを使用しないで
光信号の伝達が行われるため、結合損失は減少する。ま
た、FP型の光増幅器とPIN−PDとは同一のエピタキシャ
ル成長によって形成されており、モノリシックに集積さ
れているため、簡単な構造になって製造工程は簡略化
し、製造コストは低減する。
し、増幅して出射される光信号はPIN−PDに直接入射す
る。このため、従来のように光ファイバを使用しないで
光信号の伝達が行われるため、結合損失は減少する。ま
た、FP型の光増幅器とPIN−PDとは同一のエピタキシャ
ル成長によって形成されており、モノリシックに集積さ
れているため、簡単な構造になって製造工程は簡略化
し、製造コストは低減する。
以上説明したように本発明によれば、光増幅素子から
出射された光信号は光電変換素子に直接伝播する。この
ため、光ファイバと装置との結合部分に生じた損失は減
少する。また、結合部分が少ないため、光通信システム
における信号伝達の信頼性は向上する。また、同一の基
板上に各素子が形成されるため、装置の構造並びにその
製造工程は簡略化され、製造コストは低減する。従っ
て、超高速で高感度、かつ、高信頼性で低価格な装置が
提供される。
出射された光信号は光電変換素子に直接伝播する。この
ため、光ファイバと装置との結合部分に生じた損失は減
少する。また、結合部分が少ないため、光通信システム
における信号伝達の信頼性は向上する。また、同一の基
板上に各素子が形成されるため、装置の構造並びにその
製造工程は簡略化され、製造コストは低減する。従っ
て、超高速で高感度、かつ、高信頼性で低価格な装置が
提供される。
第１図は本発明の一実施例の構造を示す断面図、第２図
はこの実施例による装置の回路構成を示すブロック図、
第３図は従来の装置の回路構成を示すブロック図であ
る。 １……SI−InP半導体基板、２……ｎ型のInP層、3,5…
…GaInAsP層、4,6……ｐ型のInP層、７……絶縁膜（反
射防止膜）、8,9……オーミック電極、10……GaInAs
層、11……ｎ型のAlInAs層、12……ソース電極、13……
ドレイン電極、14……ゲート電極、15……絶縁膜、16…
…配線メタル。
はこの実施例による装置の回路構成を示すブロック図、
第３図は従来の装置の回路構成を示すブロック図であ
る。 １……SI−InP半導体基板、２……ｎ型のInP層、3,5…
…GaInAsP層、4,6……ｐ型のInP層、７……絶縁膜（反
射防止膜）、8,9……オーミック電極、10……GaInAs
層、11……ｎ型のAlInAs層、12……ソース電極、13……
ドレイン電極、14……ゲート電極、15……絶縁膜、16…
…配線メタル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/14 - 27/15 H01L 31/10
Claims (1)
- 【請求項１】光信号を入射して増幅して出射する光増幅
素子と、この光増幅素子から出射されて空間を伝播する
光信号を入射して電気信号に変換する導波型の光電変換
素子とが同一の半絶縁性基板上に形成され、 前記光増幅素子と前記光電変換素子とは、 第１の導電型の第１の半導体からなる第１の層と、前記
第１の層上に形成されるとともに第２の半導体からなる
第２の層と、前記第２の層上に形成されるとともに第２
の導電型の第３の半導体からなる第３の層とを同一工程
によって同時形成した同一の層構造を有することを特徴
とする光電子集積装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1302450A JP2847820B2 (ja) | 1989-11-21 | 1989-11-21 | 光電子集積装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1302450A JP2847820B2 (ja) | 1989-11-21 | 1989-11-21 | 光電子集積装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03161967A JPH03161967A (ja) | 1991-07-11 |
| JP2847820B2 true JP2847820B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17909083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1302450A Expired - Fee Related JP2847820B2 (ja) | 1989-11-21 | 1989-11-21 | 光電子集積装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847820B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112913158B (zh) * | 2018-10-31 | 2022-10-04 | 华为技术有限公司 | 光电探测器芯片、光接收及收发组件、光模块及通讯设备 |
-
1989
- 1989-11-21 JP JP1302450A patent/JP2847820B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03161967A (ja) | 1991-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5130762A (en) | Integrated quantum well feedback structure | |
| US7505645B2 (en) | Integrated optoelectronic device including a semiconductor optical amplifier and a photodiode | |
| US6987306B2 (en) | Monolithic photoreceiver technology for free space optical networks | |
| US4952017A (en) | Polarization independent semiconductor optical amplifier | |
| US6459107B2 (en) | Photodetector having a mixed crystal layer of SiGeC | |
| JP2001284633A (ja) | 半導体アバランシェホトディテクタ | |
| CN112913158B (zh) | 光电探测器芯片、光接收及收发组件、光模块及通讯设备 | |
| US6418248B1 (en) | Traveling-wave photodetector | |
| US4969152A (en) | Photo-lasertransistor | |
| US5357363A (en) | Interconnections having improved signal-to-noise ratio | |
| Tauke-Pedretti et al. | High saturation power and high gain integrated photoreceivers | |
| Osterwalder et al. | GaAs MESFET demodulates gigabit signal rates from GaAlAs injection laser | |
| US5299057A (en) | Monolithically integrated optical amplifier and photodetector tap | |
| JP2847820B2 (ja) | 光電子集積装置 | |
| Wake | A 1550-nm millimeter-wave photodetector with a bandwidth-efficiency product of 2.4 THz | |
| Hong et al. | Monolithically integrated waveguide-MSM detector-HEMT amplifier receiver for long-waveguide lightwave systems | |
| Mason et al. | Photonic integrated receiver for 40 Gbit/s transmission | |
| JPH0575093A (ja) | 光集積回路 | |
| Kimura | Single-mode digital transmission technology | |
| JP2684568B2 (ja) | 光集積回路 | |
| Chandrasekhar | Optoelectronic system integration using InP-based HBTs for lightwave communications | |
| Shimizu et al. | High sensitivity, high gain, long wavelength OEIC receiver with monolithically integrated three-stage preamplifier | |
| Miyamoto et al. | A 10 Gb/s high sensitivity optical receiver using an InGaAs-InAlAs superlattice APD at 1.3 mu m/1.5 mu m | |
| Trommer et al. | A monolithically integrated balanced mixer OEIC on InP for coherent receiver applications | |
| CN113411129B (zh) | 用于光通信的双工系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |