JP2967057B2 - Surface type optical multifunctional element - Google Patents

Surface type optical multifunctional element

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JP2967057B2
JP2967057B2 JP8348066A JP34806696A JP2967057B2 JP 2967057 B2 JP2967057 B2 JP 2967057B2 JP 8348066 A JP8348066 A JP 8348066A JP 34806696 A JP34806696 A JP 34806696A JP 2967057 B2 JP2967057 B2 JP 2967057B2
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信夫 鈴木
真 大橋
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、信号光の受信機能
と増幅中継機能を合わせ持つ面型光多機能素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface-type optical multifunctional device having both a signal light receiving function and an amplification relay function.

【0002】[0002]

【従来の技術】多数のプロセッサを同時に並列動作させ
て計算能力を飛躍的に向上させる超並列計算機では、プ
ロセッサ数の増大に伴ってプロセッサ間を接続する通信
網が肥大化し期待されるほど性能が上がらないという、
いわゆる配線ボトルネックが問題となっている。この問
題を解決する手段として、光の高速性と空間多重性を活
かした並列光インターコネクション技術が注目されてい
る。
2. Description of the Related Art In a massively parallel computer in which a large number of processors are simultaneously operated in parallel to dramatically improve the computing capacity, a communication network connecting the processors is enlarged with the increase in the number of processors, and the performance is expected to increase. Not going up
The so-called wiring bottleneck is a problem. As a means for solving this problem, a parallel optical interconnection technology utilizing the high speed and spatial multiplexing of light has attracted attention.

【0003】面型光デバイスを利用して多数のボード間
を接続する並列光インターコネクションの構成として
は、前段のボードから送信されてきた光信号を各ボード
で一旦電気信号に戻して波長整形処理してから再び光信
号として次段のボードに送り出す中継方法と、光信号を
電気信号に変換することなく光のまま中継する方法が考
えられる。多段接続を行う場合、前者の方法では電気処
理による配線遅延が生じるので、光のまま信号を中継す
る後者の方式の方が有利と考えられる。
As a configuration of a parallel optical interconnection for connecting a number of boards using a surface type optical device, an optical signal transmitted from a preceding board is temporarily converted into an electric signal by each board, and wavelength shaping processing is performed. A method of relaying the optical signal to the next board as an optical signal and a method of relaying the optical signal as it is without converting the optical signal into an electric signal are conceivable. In the case of performing multi-stage connection, since the former method causes a wiring delay due to electric processing, the latter method of relaying a signal as it is light is considered to be more advantageous.

【0004】このような、光のまま信号を中継する並列
光インターコネクション装置の実現には、受光機能と光
増幅中継機能を兼ね備えた面型光多機能素子が必要であ
る。図11は、従来の面型光多機能素子の断面構造を示
す概念図である。この面型光多機能素子は、半導体基板
100上に受光素子101と光増幅素子102が集積化
された構造を有している。素子上部に設けられたマイク
ロレンズ(図示せず)を介して入射される信号光ビーム
のうち、周辺部の約半分は受光素子101に入射し、中
央部の約半分は光増幅素子102に入射するように、光
学系が設定されている。受光素子101は、信号光を受
信して電気信号を出力する。光増幅素子102は、受光
素子101への分岐や電極・境界部での反射・吸収等で
失われたパワーを補償して、次段に光信号を中継する機
能を有している。
In order to realize such a parallel optical interconnection device for relaying a signal as it is, it is necessary to use a surface-type optical multifunctional element having both a light receiving function and an optical amplification relay function. FIG. 11 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a conventional surface type optical multifunctional element. This surface optical multifunctional element has a structure in which a light receiving element 101 and an optical amplifying element 102 are integrated on a semiconductor substrate 100. Of the signal light beam incident through a microlens (not shown) provided on the upper part of the element, about half of the peripheral part enters the light receiving element 101, and about half of the central part enters the optical amplifier element 102. The optical system is set so that The light receiving element 101 receives a signal light and outputs an electric signal. The optical amplifying element 102 has a function of compensating for power lost due to branching to the light receiving element 101 and reflection / absorption at an electrode / boundary portion and relaying an optical signal to the next stage.

【0005】しかしながら、この種の面型光多機能素子
を用いて並列光インターコネクションを構成するには、
以下のようないくつかの問題があった。第一に、このよ
うな集積構造では、残留反射の抑圧が困難である。ボー
ド間並列光インターコネクション装置では、バルキーで
高価な光アイソレータの使用は実用的でない。増幅素子
を光アイソレータを介さずに多段接続する光インターコ
ネクション装置では、僅かな残留反射があっても、複合
共振器効果により動作が不安定になってしまう。
However, in order to form a parallel optical interconnection using such a surface-type optical multifunctional element,
There were several problems, such as: First, it is difficult to suppress residual reflection in such an integrated structure. The use of bulky and expensive optical isolators is not practical in parallel optical interconnection devices between boards. In an optical interconnection device in which amplifying elements are connected in multiple stages without using an optical isolator, even if there is slight residual reflection, the operation becomes unstable due to the composite resonator effect.

【0006】ファブリペロ共振型の面型光増幅素子で
は、入射面と出射面の反射率をそれぞれR1 ,R2 、単
一パス利得をGS とするとき、 R1 =GS 22 … (1) の関係を満たせば、共振波長において反射利得を抑圧で
きることが知られている。(なお、本明細書全体に渡
り、パワー反射係数を単に反射率と呼び、大文字でRi
のように記すものとする。これに対し、振幅反射率は小
文字でri のように記すものとする。)同様に、受光素
子も共振型とした場合、その入射側と反射側の端面反射
率をそれぞれR3 ,R4 、単一パス透過率をαとすると
き、 R3 =α24 … (2) の関係を満足させることで、反射戻り光を抑圧すること
ができる。従って、反射のない面型光多機能素子を実現
するためには、光増幅素子と受光素子の共振波長、前記
1 ,R2 ,R3 ,R4 の四つの端面の反射率、及びG
S やαを精密に制御しなければならない。しかし、これ
らの制御を行ったとしても、光増幅素子と受光素子の間
に存在する段差や電極などに起因する反射まで十分に抑
圧することは、極めて困難である。
In the Fabry-Perot resonance type surface optical amplifying element, when the reflectance of the entrance surface and the exit surface is R 1 and R 2 , respectively, and the single-pass gain is G S , R 1 = G S 2 R 2 . It is known that if the relationship (1) is satisfied, the reflection gain can be suppressed at the resonance wavelength. (Note that throughout this specification, the power reflection coefficient is simply referred to as the reflectance, and R i is capitalized.
It is written as follows. In contrast, the amplitude reflectance shall be referred to as r i in lower case. Similarly, if the light receiving element is also of the resonance type, the end face reflectivities on the incident side and the reflective side are R 3 and R 4 , respectively, and when the single-pass transmittance is α, R 3 = α 2 R 4 . By satisfying the relationship (2), reflected return light can be suppressed. Therefore, in order to realize a reflection-free surface optical multifunction element, the resonance wavelength of the optical amplifier receiving element, wherein R 1, R 2, R 3 , reflectance of the four end faces of the R 4, and G
S and α must be precisely controlled. However, even if these controls are performed, it is extremely difficult to sufficiently suppress reflection caused by steps or electrodes existing between the optical amplification element and the light receiving element.

【0007】第二の問題は、ガウシアン・プロファイル
を保つ多段光伝送ができないことである。即ち、この面
型光多機能素子では、入射ビームの周辺部が受光素子、
段差部、或いは電極等によりけられるため、光増幅素子
を出力されるビームプロファイルが入射ビームプロファ
イルとは異なるものになってしまう。この場合、各ボー
ドで受光素子と光増幅素子の分岐比が一定にならないた
め、パワーや光学アライメントのマージンが十分にとれ
ない。また、入射と出射でスポット・サイズやパワー分
布が大きく変化するので、光学系の設計も複雑で面倒な
ものになる。
[0007] The second problem is that multistage optical transmission that maintains a Gaussian profile cannot be performed. That is, in this surface-type optical multifunctional element, the periphery of the incident beam is a light receiving element,
The beam profile output from the optical amplifying element is different from the incident beam profile because the beam is separated by the step portion or the electrode. In this case, since the branching ratio between the light receiving element and the optical amplifying element is not constant in each board, a sufficient power or optical alignment margin cannot be obtained. Also, since the spot size and power distribution change greatly between incident and outgoing, the design of the optical system becomes complicated and cumbersome.

【0008】第三の問題は、素子全体が厚くなるという
問題である。非共振型の受光素子を集積化した場合は、
十分な量子効率を得るために、1〜3μmの厚い活性層
が必要である。一方、共振型の受光素子の場合、吸収層
は薄くできるが、上下に多層の分布ブラッグ反射膜(D
BR)や誘電体多層膜ミラーを設ける必要がある。ま
た、受光素子と面型多機能素子の層構造が異なるため、
全体の成長層厚は両者の厚さの和になる。厚い層構造で
複雑なメサ構造を作製しなければならないので、プロセ
スが複雑になり、生産性が悪い。
The third problem is that the entire device becomes thick. When a non-resonant light receiving element is integrated,
To obtain sufficient quantum efficiency, a thick active layer of 1 to 3 μm is required. On the other hand, in the case of a resonance type light receiving element, the absorption layer can be made thin, but a multilayer Bragg reflection film (D
BR) or a dielectric multilayer mirror must be provided. Also, since the layer structure of the light receiving element and the surface type multifunctional element are different,
The total growth layer thickness is the sum of both thicknesses. Since a complicated mesa structure must be manufactured with a thick layer structure, the process becomes complicated and productivity is poor.

【0009】第四に、素子構造が複雑で面積が大きくな
ってしまい、作製工程も複雑という問題がある。上述の
面型光多機能素子では、光増幅素子の周囲に受光素子が
配置されるので、素子面積が大きくなってしまい、他の
素子との集積化や高密度アレイ化の観点で不利である。
また、受光素子と光増幅素子の境界部に段差などの無効
領域ができ、不要な損失や反射の原因となる。
Fourth, there is a problem that the element structure is complicated and the area is large, and the manufacturing process is also complicated. In the above-described planar optical multifunctional element, the light receiving element is arranged around the optical amplifying element, so that the element area increases, which is disadvantageous in terms of integration with other elements and high density array. .
In addition, an invalid area such as a step is formed at the boundary between the light receiving element and the optical amplification element, which causes unnecessary loss and reflection.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、面型
光多機能素子を用いて並列光インターコネクションを構
成しようとすると、 (1) 残留反射の抑圧が困難であり、反射利得を抑圧しつ
つ十分な透過利得を得ることはできず、多段接続時で安
定に動作させることは困難である。
As described above, conventionally, when a parallel optical interconnection is to be constituted by using a surface-type optical multifunctional element, it is difficult to suppress the residual reflection, and the reflection gain is suppressed. However, it is not possible to obtain a sufficient transmission gain, and it is difficult to operate stably in multistage connection.

【0011】(2) ガウシアン・プロファイルを保つ多段
光伝送ができず、パワーや光学アライメントのマージン
が十分にとれない。 (3) 光効率の受光を行うためには、素子全体が厚くな
る。
(2) Multi-stage optical transmission that maintains a Gaussian profile cannot be performed, and a sufficient power and optical alignment margin cannot be obtained. (3) In order to receive light with light efficiency, the entire device becomes thick.

【0012】(4) 素子構造が複雑で、面積が大きくな
る。問題があった。本発明は、上記の課題を鑑みて考案
されたもので、その目的とするところは、反射利得を抑
圧しつつ十分な透過利得を得て多段接続時にも安定に動
作させることができ、多段中継時にもガウシアン・プロ
ファイルを保って動作マージンを大きくでき、薄い吸収
層でも高効率の受光を可能にして全体の層厚を薄くで
き、かつ単純な構成で面積を小さくできる面型光多機能
素子を提供することにある。
(4) The element structure is complicated and the area becomes large. There was a problem. The present invention has been devised in view of the above problems, and an object thereof is to obtain a sufficient transmission gain while suppressing a reflection gain and to operate stably even in a multi-stage connection. A planar optical multifunctional device that can maintain a Gaussian profile to increase the operating margin, enable high-efficiency light reception even with a thin absorption layer, reduce the overall layer thickness, and reduce the area with a simple configuration To provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(構成) 上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を
採用している。即ち本発明は、信号光に対する反射率
(パワー反射係数)がR1 (0<R1 <1)の第一の反
射器と、前記信号光に対する反射率がR2 (0<R2
1)の第二の反射器と、前記第一及び第二の反射器の間
に形成された反射率R3 (0<R3 <1)の第三の反射
器と、前記第一及び第三の反射器の間に形成された受光
部と、前記第二及び第三の反射器の間に形成された光増
幅部と、前記受光部の吸収係数を電気的に調整すると共
に受光した信号を電気的に出力するための手段と、前記
光増幅部に電流を注入して所定の利得を得るための手段
と、前記第一の反射器を通して信号光を入射する手段
と、前記第二の反射器を通して信号光を出射する手段と
を主要構成要素としてなる面型光多機能素子であって、
前記第一及び第二の反射器は信号光波長に対して第一の
光共振器を構成し、前記第二及び第三の反射器は信号光
波長に対して第二の光共振器を構成してなり、前記受光
部の信号光に対する単一パス透過率をα(<1)、前記
光増幅部の信号光に対する単一パス利得をG S (>1)
とするとき、α 2 がR 1 にほぼ等しく、かつG S 2 が1
/R 2 にほぼ等しくなるように設定されていることを特
徴とする。
(Configuration) In order to solve the above problem, the present invention employs the following configuration. That is, the present invention provides a first reflector having a reflectance (power reflection coefficient) for signal light of R 1 (0 <R 1 <1), and a reflectance of R 2 (0 <R 2 <) for the signal light.
1) a second reflector, a third reflector having a reflectance R 3 (0 <R 3 <1) formed between the first and second reflectors, and the first and second reflectors. A light receiving portion formed between the three reflectors, an optical amplifying portion formed between the second and third reflectors, and a signal received while electrically adjusting the absorption coefficient of the light receiving portion. A means for electrically outputting a signal, a means for injecting a current into the optical amplifier to obtain a predetermined gain, a means for injecting signal light through the first reflector, and the second Means for emitting signal light through a reflector and a surface-type optical multifunctional element having a main component,
The first and second reflectors constitute a first optical resonator for a signal light wavelength, and the second and third reflectors constitute a second optical resonator for a signal light wavelength. The light receiving
The single-pass transmittance for the signal light of the portion is α (<1),
G S (> 1)
Where α 2 is approximately equal to R 1 and G S 2 is 1
/, Characterized in that it is set to be substantially equal to R 2.

【0014】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。(1) 信号光に対する結合損失も考慮した正味の透過利得
が0.9以上で1.1以下であり、第一の反射器の側か
ら入射される信号光に対する光学系の結合損失も考慮し
た正味の反射利得が10-3以下であり、かつ第二の反射
器の側から入射する信号光波長の光に対する結合損失も
考慮した正味の反射利得が1以下であること。(2) 第三の反射器は、屈折率が相対的に低い半導体層と
屈折率が相対的に高い半導体層とが四分の一波長ずつ交
互に積層された分布ブラッグ反射(DBR)層からな
り、かつ受光部の吸収係数を電気的に調整すると共に受
光した信号を電気的に出力する手段の一部と、光増幅部
に電流を注入して所定の利得を与えるための手段の一部
になっていること。(3) 第三の反射器は少なくとも誘電体膜を含んでおり、
誘電体層により受光部と光増幅部とが電気的に絶縁され
ていること。(4) 受光部に順バイアス電流を流して第二の光増幅部と
して動作させることにより、面発光レーザとしても機能
させること。(5) 受光部は、多重量子井戸光吸収層をp型半導体層と
n型半導体層で挟んだpinフォトダイオード構造をし
ており、p型半導体層とn型半導体層を介して多重量子
井戸層に印加する逆バイアス電圧を変化させると、量子
閉じ込めシュタルク効果(QCSE)により信号光に対
する吸収係数が変化すること。(6) 信号光を入出射するためのレンズ系などが集積化さ
れていること。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) The net transmission gain considering the coupling loss for the signal light is 0.9 or more and 1.1 or less, and the coupling loss of the optical system for the signal light incident from the first reflector side is also considered. The net reflection gain is 10 −3 or less, and the net reflection gain is 1 or less in consideration of the coupling loss with respect to the light of the signal light wavelength incident from the side of the second reflector. (2) The third reflector is composed of a distributed Bragg reflection (DBR) layer in which a semiconductor layer having a relatively low refractive index and a semiconductor layer having a relatively high refractive index are alternately stacked by a quarter wavelength. Part of the means for electrically adjusting the absorption coefficient of the light receiving unit and electrically outputting the received signal, and part of the means for injecting current into the optical amplifying unit to give a predetermined gain. It has become. (3) The third reflector includes at least a dielectric film,
The light receiving section and the optical amplifying section are electrically insulated by the dielectric layer. (4) The device functions as a surface emitting laser by causing a forward bias current to flow through the light receiving portion and operating as a second optical amplifier. (5) The light receiving section has a pin photodiode structure in which a multi quantum well light absorption layer is sandwiched between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. When the reverse bias voltage applied to the layer is changed, the absorption coefficient for signal light changes due to the quantum confined Stark effect (QCSE). (6) A lens system for inputting and outputting signal light is integrated.

【0015】さらに、反射を防ぐための反射率に対する
制約条件も、α2 〜R1 ,GS 2 〜1/R2 の二つに簡
単化される。しかも、第三の反射器の反射率R3 を大き
くすることで、多段接続に十分な透過利得を実現するこ
とができる。このとき、α2〜R1 ,GS 2 〜1/R2
の二条件を満たしていれば、第三の反射器の反射率R3
(<1)によらず反射利得を抑圧することができ、光ア
イソレータなしの多段接続が可能となる。
Furthermore, the constraints on the reflectance for preventing reflection are simplified to two, α 2 to R 1 and G S 2 to 1 / R 2 . Moreover, by increasing the reflectance R3 of the third reflector, it is possible to realize a transmission gain sufficient for multistage connection. In this case, α 2 ~R 1, G S 2 ~1 / R 2
Is satisfied, the reflectance R 3 of the third reflector is
The reflection gain can be suppressed irrespective of (<1), and multi-stage connection without an optical isolator is possible.

【0016】従って本発明によれば、前記第一から第四
の課題を全て解決した面型光多機能素子が実現される。
この結果、多数のボードを接続する安定で高性能な並列
光インターコネクション装置の実現が可能となる。
Therefore, according to the present invention, a surface-type optical multi-function device which solves all of the first to fourth problems is realized.
As a result, it is possible to realize a stable and high-performance parallel optical interconnection device that connects a large number of boards.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】まず、本発明の基本構成及び原理
について説明する。図1は、本発明の面型光多機能素子
の基本構成を示す図である。本発明の面型光多機能素子
は、信号光に対する反射率がR1 の第一の反射器1と、
信号光に対する反射率がR2 の第二の反射器2と、第一
の反射器1と第二の反射器2の間に形成された第三の反
射器3と、第一の反射器1と第三の反射器3の間に形成
された受光部4と、第二の反射器2と第三の反射器3の
間に形成された光増幅部5とを主要構成要素としてな
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the basic configuration and principle of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a surface optical multifunctional device of the present invention. The surface-type optical multifunctional device of the present invention includes a first reflector 1 having a reflectance of R 1 for signal light,
A second reflector 2 having a reflectance of R 2 for signal light, a third reflector 3 formed between the first reflector 1 and the second reflector 2, and a first reflector 1 The main components are a light receiving unit 4 formed between the second reflector 3 and the third reflector 3 and an optical amplifier unit 5 formed between the second reflector 2 and the third reflector 3.

【0018】受光部4には、吸収係数を制御すると共に
受信信号を電気信号として出力するための手段6(不純
物がドーピングされた半導体層や電極端子など)が設け
られており、光増幅部5には、電流注入により所定の利
得を与えるための手段7(不純物がドーピングされた半
導体層や電極端子など)が設けられている。
The light receiving section 4 is provided with means 6 (semiconductor layer or electrode terminal doped with impurities) for controlling an absorption coefficient and outputting a received signal as an electric signal. Is provided with a means 7 (such as a semiconductor layer doped with an impurity or an electrode terminal) for giving a predetermined gain by current injection.

【0019】受光部4の構造は、例えばpinフォトダ
イオードであってもよいし、MSM受光素子であっても
よいし、その他のいかなる受光素子構造であっても構わ
ないが、印加電圧等により吸収係数をある程度制御する
ことができるようになっている。また、受光部4の吸収
層や光増幅部5の活性層は、バルクであっても、量子井
戸であっても、歪量子井戸であっても構わないし、
(歪)量子井戸は多層形成されていても構わない。一般
的には、(歪)多重量子井戸光吸収層や(歪)多重量子
井戸活性層を用いると、薄層化に有利である。
The structure of the light receiving section 4 may be, for example, a pin photodiode, an MSM light receiving element, or any other light receiving element structure. The coefficient can be controlled to some extent. Further, the absorption layer of the light receiving unit 4 and the active layer of the optical amplification unit 5 may be bulk, quantum well, or strained quantum well.
The (strain) quantum well may be formed in multiple layers. In general, the use of a (strained) multiple quantum well light absorption layer or a (strained) multiple quantum well active layer is advantageous for thinning.

【0020】信号光は第一の反射器1から入射され、第
二の反射器2から出射される。その間に、信号光の一部
は受光部4で吸収され、受光部4の吸収係数を制御する
とともに受信信号を電気信号として出力するための手段
6から電気信号の形で出力される。また、光学系の損失
や受光等に伴って失われた光パワーは、光増幅部5で補
償される。
The signal light enters from the first reflector 1 and exits from the second reflector 2. In the meantime, a part of the signal light is absorbed by the light receiving unit 4, and is output in the form of an electric signal from the means 6 for controlling the absorption coefficient of the light receiving unit 4 and outputting the received signal as an electric signal. The optical power lost due to the loss of the optical system or the light reception is compensated by the optical amplifier 5.

【0021】第一の反射器1と第二の反射器2は波長λ
0 の信号光に対して第一の光共振器8を形成しており、
また、第二の反射器2と第三の反射器3は波長λ0 の信
号光に対して第二の光共振器9を形成している。第二の
共振器9は第一の共振器8の内部に形成されており、第
二の反射器2を共通とする一種の複合共振器となってい
る。
The first reflector 1 and the second reflector 2 have a wavelength λ.
A first optical resonator 8 is formed for the signal light of 0 ,
In addition, the second reflector 2 and the third reflector 3 form a second optical resonator 9 for the signal light having the wavelength λ 0 . The second resonator 9 is formed inside the first resonator 8 and is a kind of composite resonator having the second reflector 2 in common.

【0022】このとき、第一の反射器1と第三の反射器
3は信号光に対して光共振器を構成しない。これは、以
下のように説明できる。光学の教科書に記されているよ
うに、平面波が第三の反射器3に垂直入射する場合、そ
の振幅反射率r3 は、第一の反射器1の側から光が入射
する場合と第二の反射器2の側から光が入射する場合で
符号が反転する。例えば、屈折率n1 の材料から屈折率
がn2 の材料に平面波が垂直入射する場合の振幅反射率
はr3 =(n1 −n2 )/(n1 +n2 )であり、n1
<n2 なら負、n1 >n2 なら正になる。これは、例え
ば分布ブラッグ反射器(DBR)など他の反射器でも同
様である。
At this time, the first reflector 1 and the third reflector 3 do not constitute an optical resonator for signal light. This can be explained as follows. As described in the textbook of optics, when a plane wave is perpendicularly incident on the third reflector 3, its amplitude reflectance r 3 is different from the case where light is incident from the first reflector 1 side and the second case. The sign is inverted when light is incident from the side of the reflector 2 of. For example, the amplitude reflectance in the case where a plane wave refractive index material of n 2 of a material of refractive index n 1 is incident perpendicularly is r 3 = (n 1 -n 2 ) / (n 1 + n 2), n 1
If <n 2, it is negative, and if n 1 > n 2, it is positive. This is the same for other reflectors such as a distributed Bragg reflector (DBR).

【0023】従って、第一の反射器1と第二の反射器2
で共振器8が形成され(光電界は一周回で位相が一致す
る)、かつ第二の反射器2と第三の反射器3で共振器9
が形成される(即ち第一の反射器1と第三の反射器3の
反射位相が同じ)ときには、第一の反射器1と第三の反
射器3を往復する光は一周回毎に位相が反転することに
なり、干渉により相殺されてしまう。
Therefore, the first reflector 1 and the second reflector 2
(The optical electric field has the same phase in one round) and the second reflector 2 and the third reflector 3 form a resonator 9.
Is formed (that is, the reflection phases of the first reflector 1 and the third reflector 3 are the same), the light reciprocating between the first reflector 1 and the third reflector 3 has a phase every round. Are inverted, and are canceled by interference.

【0024】本発明では、受光部4の信号光に対する単
一パス透過率αと第一の反射器1の反射率R1 の間にα
2 〜R1 の関係が成立し、また、光増幅部5の信号光に
対する単一パス利得GS と第二の反射器2の反射率R2
の間にGS 2 〜1/R2 の関係が成立している。このと
き、第一の反射器1の側から入射した光に対する反射利
得GS が抑圧されることを、図1の構成を単純化した図
2(a)の場合について説明する。
In the present invention, there is a difference α between the single-pass transmittance α for the signal light of the light receiving section 4 and the reflectance R 1 of the first reflector 1.
2 to R 1 , and the single-pass gain G S of the optical amplifier 5 for the signal light and the reflectance R 2 of the second reflector 2
Relationship G S 2 ~1 / R 2 is established between. At this time, the fact that the reflection gain G S for the light incident from the first reflector 1 side is suppressed will be described in the case of FIG. 2A in which the configuration of FIG. 1 is simplified.

【0025】図2(a)では、受光部4は屈折率n1
振幅に対する単一パス利得g1 (=α1/2 <1)の均一
な材料からなり、光増幅部5は屈折率n2 (>n1 )、
振幅に対する単一パス利得g2 (=GS 1/2 >1)の均
一な材料からなる。素子の外側は空気(屈折率=1)で
あるものと仮定する。屈折率が異なる二つの材料4,5
が接しているため、その境界面が第三の反射器3として
作用する。
In FIG. 2A, the light receiving section 4 has a refractive index n 1 ,
The optical amplifier 5 is made of a uniform material having a single-pass gain g 1 (= α 1/2 <1) with respect to the amplitude, and the optical amplifier 5 has a refractive index n 2 (> n 1 ).
It is made of a uniform material having a single-pass gain g 2 (= G S 1/2 > 1) with respect to the amplitude. It is assumed that the outside of the element is air (refractive index = 1). Two materials 4 and 5 having different refractive indexes
Are in contact with each other, the boundary surface acts as the third reflector 3.

【0026】光増幅部5から見た第三の反射器3の振幅
反射率は、r3 =(n2 −n1 )/(n1 +n2 )(>
0)で与えられる。受光部4から見た第三の反射器3の
振幅反射率は、−r3 で与えられる。第一の反射器1の
側から平面波が垂直に入射するものとする。第一の反射
器1に入射する光に対する振幅反射率は、−r1 =(1
−n1 )/(1+n1 )(<0)、第二の反射器2から
出射する光に対する振幅反射率は、r2 =(n2 −1)
/(n2 +1)(>0)で与えられる。ここで、図2
(b)のように、第三の反射器3から第二の反射器2ま
でをエタロン9と考えると、その振幅反射率gr3は、
The amplitude reflectance of the third reflector 3 viewed from the optical amplifier 5 is r 3 = (n 2 −n 1 ) / (n 1 + n 2 ) (>)
0). Third amplitude reflectance of the reflector 3 as viewed from the light receiving unit 4 is given by -r 3. It is assumed that a plane wave is vertically incident from the side of the first reflector 1. Amplitude reflectance for light incident on the first reflector 1, -r 1 = (1
−n 1 ) / (1 + n 1 ) (<0), and the amplitude reflectance for the light emitted from the second reflector 2 is r 2 = (n 2 −1)
/ (N 2 +1) (> 0). Here, FIG.
As shown in (b), when the portion from the third reflector 3 to the second reflector 2 is considered as an etalon 9, its amplitude reflectance gr3 is

【0027】[0027]

【数1】 で与えられる。ここで、φ2 は光増幅部5を透過する光
の単一パスでの位相変化であり、共振周波数でmπ(m
は整数)となる。次に、図2(c)のように、全体を一
つの共振器8と見なせば、その全体の振幅反射率gr
は、
(Equation 1) Given by Here, φ 2 is a phase change of light transmitted through the optical amplification unit 5 in a single pass, and mπ (m
Is an integer). Next, as shown in FIG. 2 (c), the be regarded overall as one of the resonator 8, the entire amplitude reflectance g r
Is

【0028】[0028]

【数2】 で与えられる。ここで、φ1 は受光部4を透過する光の
単一パスでの位相変化であり、共振周波数でm′π(m
は整数)となる。
(Equation 2) Given by Here, φ 1 is a phase change of light transmitted through the light receiving unit 4 in a single pass, and m′π (m
Is an integer).

【0029】共振周波数ではexp(2iφ1 )=exp
(2iφ2 )=1であるから、α2 =R1 、かつGS 2
1/R2 、即ちg1 2 =r1 、かつg2 22 =1なら
ば、上式の分子が
At the resonance frequency, exp (2iφ 1 ) = exp
Since (2iφ 2 ) = 1, α 2 = R 1 and G S 2 =
1 / R 2, ie if g 1 2 = r 1 and g 2 2 r 2 = 1, , the molecules of the above formula

【0030】[0030]

【数3】 となるので、r3 によらず(但し、分母も0となるr1
=1,r3 =1は除外する)、gr =0となる。従っ
て、α2 =R1 (但し、0<α<1)、かつGS 2=1
/R2 (>1)が成り立てば、(r3 <1である限り)
3 の値によらず共振波長で反射利得は抑圧されること
になる。もっと複雑な構造においても同様に反射利得が
抑圧されることは、後述の実施形態の項で説明する。
(Equation 3) Therefore, regardless of r 3 (however, r 1 where the denominator is also 0)
= 1, r 3 = 1), and g r = 0. Therefore, α 2 = R 1 (where 0 <α <1) and G S 2 = 1
/ R 2 (> 1) holds (as long as r 3 <1)
Reflection gain at the resonant wavelength regardless of the value of R 3 will be suppressed. The fact that the reflection gain is similarly suppressed even in a more complicated structure will be described in a later-described embodiment.

【0031】もう少しわかりやすく説明すると、g2 2
2 =1ならばgr3=1になるので、受光部4から第三
の反射器3に入射する光電界と第三の反射器3から受光
部4に戻る光電界は等しくなっている。このとき、第一
の反射器1に入射する共振波長の光の振幅反射率は、
To explain it a little more clearly, g 2 2
If r 2 = 1, then g r3 = 1, so that the optical electric field incident on the third reflector 3 from the light receiving unit 4 is equal to the optical electric field returning from the third reflector 3 to the light receiving unit 4. At this time, the amplitude reflectance of the light having the resonance wavelength incident on the first reflector 1 is:

【0032】[0032]

【数4】 で表される。本発明では、g1 2 =r1 なので、gr
0となるわけである。言い換えれば、gr3=1(g2 2
2 =1)、かつg1 2 =r1 ならば、第一の反射器1
(21)での反射光と、受光部4(18,19,20)
を挟んで第一の反射器1(21)と第二の共振器9を多
重反射する光との干渉により、全体の反射光が抑制され
るわけである。
(Equation 4) It is represented by In the present invention, since g 1 2 = r 1 , g r =
That is, it becomes 0. In other words, g r3 = 1 (g 2 2
r 2 = 1) and g 1 2 = r 1 , the first reflector 1
Light reflected at (21) and light receiving unit 4 (18, 19, 20)
The entire reflected light is suppressed by the interference between the light that is multiple-reflected by the first reflector 1 (21) and the second resonator 9 across the.

【0033】上記の二つの関係式、α2 =R1 、及びG
S 2 =1/R2 は、両辺が厳密に一致していなければい
けないというものではなく、透過利得が極端に大きい場
合を除けば、例えば数%程度ずれていても実用上問題は
ない。透過利得は、ボード間光結合の損失を補償できれ
ばよいので、マイクロレンズ等で結合する限り、それほ
ど大きくする必要はない。
The above two relational expressions, α 2 = R 1 , and G
S 2 = 1 / R 2 does not mean that both sides must exactly match, and there is no practical problem even if it is shifted by about several%, for example, unless the transmission gain is extremely large. The transmission gain only needs to be able to compensate for the loss of the optical coupling between the boards, so that the transmission gain does not need to be so large as long as it is coupled by a microlens or the like.

【0034】第一、第二、及び第三の反射器1,2,3
は、いかなる種類の反射器で構成しても構わない。例え
ば、屈折率の異なる物質が接しているだけの反射器であ
っても、半導体DBR層であっても、誘電体多層膜であ
っても、金属膜であっても構わない。また、第一及び第
二の反射器1,2は、複数の反射器の間に位相調整層を
有する複合反射器であっても構わない。但し、いずれの
場合も、反射器を構成する材料の信号光に対する吸収
は、なるべく小さいことが好ましい。
First, second and third reflectors 1, 2, 3
May be composed of any type of reflector. For example, it may be a reflector only in contact with a substance having a different refractive index, a semiconductor DBR layer, a dielectric multilayer film, or a metal film. Further, the first and second reflectors 1 and 2 may be composite reflectors having a phase adjustment layer between a plurality of reflectors. However, in any case, it is preferable that the material constituting the reflector absorb as little as possible the signal light.

【0035】吸収層や活性層を共振器内の定在波の腹の
位置に合わせて設ければ、より高効率の受光や増幅が可
能である。一方、複数の反射器の間に位相調整層を設け
た複合反射器で第一の共振器が構成されている場合は、
活性層を共振器の腹の位置からずらすことで、増幅率は
低下するものの、波長帯域を広げることができる。
If the absorption layer and the active layer are provided in accordance with the position of the antinode of the standing wave in the resonator, it is possible to receive and amplify light with higher efficiency. On the other hand, when the first resonator is configured by a composite reflector provided with a phase adjustment layer between a plurality of reflectors,
By displacing the active layer from the position of the antinode of the resonator, the amplification factor is reduced, but the wavelength band can be widened.

【0036】第三の反射器3の反射率R3 が大きいほ
ど、本発明の面型光多機能素子の透過利得は大きくとれ
る。しかも、先述の二つの関係を満たしていれば、透過
利得を大きくしつつ第一の反射器1の側から入射した光
に対する反射利得を抑圧することができる。しかし、R
3 が1に近づくに従って、透過波長帯域や反射抑圧波長
帯域や設計マージンは狭くなり、また、第二の反射器2
の側から入射した光に対する反射利得も大きくなる傾向
にある。安定な多段接続を実現するためにはこの逆方向
からの入射光に対する反射利得と透過利得を共に極端に
大きくしないようにしなければならない。
As the reflectance R 3 of the third reflector 3 increases, the transmission gain of the surface-type optical multifunctional device of the present invention can be increased. Moreover, if the above two relationships are satisfied, it is possible to suppress the reflection gain with respect to the light incident from the first reflector 1 side while increasing the transmission gain. But R
As 3 approaches 1, the transmission wavelength band, the reflection suppression wavelength band, and the design margin become narrower.
There is a tendency that the reflection gain with respect to the light incident from the side increases. In order to realize a stable multi-stage connection, both the reflection gain and the transmission gain for incident light from the opposite direction must not be extremely increased.

【0037】しかし、光バスに応用する場合の正味の透
過利得は平均して1程度でよく、それほど高くとる必要
がない。従って、順方向伝搬信号光に対し、光学系の結
合損失も含めた1段当たりの正味の反射利得を10-3
下に抑えれば、光学系の結合損失も含めた1段当たりの
正味の透過利得を0.9以上、1.1以下に設定し、か
つ逆方向からの入射光に対する正味の反射利得1以下と
することで、20〜30段程度の多段接続に対しても、
実用上十分な帯域、マージン、安定性を確保することが
できる。
However, when applied to an optical bus, the net transmission gain may be about 1 on average, and need not be so high. Therefore, for the forward propagating signal light, if the net reflection gain per stage including the coupling loss of the optical system is suppressed to 10 −3 or less, the net reflection gain per stage including the coupling loss of the optical system is reduced. By setting the transmission gain to 0.9 or more and 1.1 or less and setting the net reflection gain to 1 or less for incident light from the opposite direction, even for a multistage connection of about 20 to 30 steps,
A practically sufficient band, margin, and stability can be secured.

【0038】以下に、本発明の具体的な実施形態につい
て説明する。 (実施形態1)図3は、本発明の第1の実施形態に係わ
る波長0.98μm帯の面型光多機能素子の断面構造を
模式的に示す図である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. (Embodiment 1) FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a surface-type optical multifunctional device having a wavelength band of 0.98 μm according to a first embodiment of the present invention.

【0039】この面型光多機能素子は、n型(001)
GaAs基板10上に形成されている。層構造は、下か
ら順に、四分の一波長のn型Al0.7 Ga0.3 As層と
四分の一波長のn型GaAs層を12対交互に積層した
下部DBR層11(第二の反射器2の一部)、四分の一
波長のn型AlAsスペーサ層12(第二の反射器2の
一部)、n型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層13、厚
さ6nmのアンドープ歪In0.2 Ga0.8 As層の6層
と厚さ6nmのアンドープGaAs層の7層を積層した
歪多重量子井戸(MQW)活性層14、p型Al0.3
0.7 Asクラッド層15、四分の一波長のp型AlA
sスペーサ層16(第三の反射器3の一部)、四分の一
波長のp型GaAs層の5層と4分の一波長のp型Al
0.3 Ga0.7 As層の4層とを積層した中央部DBR層
17(第三の反射器3の一部)、p型Al0.3 Ga0.7
Asクラッド層18、10対の厚さ6nmのアンドープ
歪In0.2 Ga0.8 As層と厚さ5nmのアンドープG
aAsからなるMQW光吸収層19、n型GaAsクラ
ッド層20、及び四分の一波長のAlxy 層と四分の
一波長のGaAs層を2ペア積層した上部DBR層21
(第一の反射器1)とからなる。
This surface type optical multifunctional element is an n-type (001)
It is formed on a GaAs substrate 10. The layer structure is, in order from the bottom, a lower DBR layer 11 (second reflector) in which twelve pairs of quarter-wave n-type Al 0.7 Ga 0.3 As layers and quarter-wave n-type GaAs layers are alternately stacked. 2), a quarter wavelength n-type AlAs spacer layer 12 (part of the second reflector 2), an n-type Al 0.3 Ga 0.7 As cladding layer 13, and an undoped strain In 0.2 Ga having a thickness of 6 nm. A strained multiple quantum well (MQW) active layer 14 in which six layers of 0.8 As layers and seven layers of undoped GaAs layers having a thickness of 6 nm are stacked, p-type Al 0.3 G
a 0.7 As clad layer 15, quarter wavelength p-type AlA
s spacer layer 16 (part of the third reflector 3), five quarter-wavelength p-type GaAs layers and quarter-wavelength p-type Al
A central DBR layer 17 (a part of the third reflector 3) in which four layers of 0.3 Ga 0.7 As layers are laminated, and p-type Al 0.3 Ga 0.7
As clad layer 18, 10 pairs of undoped strained In 0.2 Ga 0.8 As layer having a thickness of 6 nm and undoped G layer having a thickness of 5 nm
MQW light absorption layer 19 made of aAs, n-type GaAs cladding layer 20, and upper DBR layer 21 in which two pairs of a quarter wavelength Al x O y layer and a quarter wavelength GaAs layer are stacked.
(First reflector 1).

【0040】第二の反射器2と第三の反射器3に挟まれ
たn型クラッド層13からp型クラッド層15までが光
増幅部5を構成しており、その合計膜厚は1.5波長相
当である。また、第三の反射器3と第一の反射器1の間
に挟まれたp型クラッド層18からn型クラッド層20
までが受光部4を構成しており、その合計膜厚は1.5
波長相当である。第一の反射器1と第二の反射器2によ
り第一の共振器8が構成され、第二の反射器2と第三の
反射器3により第二の共振器9が構成されている。MQ
W活性層14及びMQW光吸収層19は、それぞれ共振
器内に立つ定在波の腹の位置に合わせて設けられてい
る。
The optical amplifying section 5 includes the n-type cladding layer 13 and the p-type cladding layer 15 sandwiched between the second reflector 2 and the third reflector 3. This is equivalent to five wavelengths. Also, the p-type cladding layer 18 and the n-type cladding layer 20 sandwiched between the third reflector 3 and the first reflector 1
Constitute the light receiving section 4 and the total film thickness is 1.5
It is equivalent to the wavelength. A first resonator 8 is configured by the first reflector 1 and the second reflector 2, and a second resonator 9 is configured by the second reflector 2 and the third reflector 3. MQ
The W active layer 14 and the MQW light absorption layer 19 are respectively provided at positions corresponding to antinodes of standing waves standing in the resonator.

【0041】n型AlAsスペーサ層12から上の部分
は、直径40μmのメサ22に加工されている。そのう
ちp型クラッド層18から上の部分は、中央部の直径2
0μmのメサ部分23を残して除去されており、その周
囲のp型DBR層17の上には電極24が形成されてい
る。p型DBR層17のうち、電極24の下部の部分1
7bには、電気抵抗を下げる目的で、例えばBe,M
g,C,Zn,Cdなどのp型不純物を高濃度にドープ
しておいてもよい。
The portion above the n-type AlAs spacer layer 12 is processed into a mesa 22 having a diameter of 40 μm. The portion above the p-type cladding layer 18 has a diameter of 2 at the center.
An electrode 24 is formed on the p-type DBR layer 17 around the mesa portion 23 except for the mesa portion 23 of 0 μm. Portion 1 below electrode 24 in p-type DBR layer 17
7b, for the purpose of lowering the electric resistance, for example, Be, M
A p-type impurity such as g, C, Zn, or Cd may be doped at a high concentration.

【0042】Alxy /GaAs上部DBR層21
は、AlAs/GaAs多層膜(2対)を選択酸化する
ことで形成される。このとき、AlAs層の厚さは酸化
後のAlxy 層厚が四分の一波長相当になるように調
整されている。Alxy 層には、Asxy のような
不純物が含まれていても構わない。Alxy /GaA
s上部DBR層21の直径は10μmであり、その上に
は誘電体反射防止膜25が設けられている。また、その
周囲の部分のn型GaAsクラッド層20上には電極2
6が設けられている。
Al x O y / GaAs upper DBR layer 21
Is formed by selectively oxidizing the AlAs / GaAs multilayer film (two pairs). At this time, the thickness of the AlAs layer is adjusted so that the thickness of the Al x O y layer after oxidation becomes equivalent to a quarter wavelength. The Al x O y layer may contain an impurity such as As x O y . Al x O y / GaAs
The upper DBR layer 21 has a diameter of 10 μm, and a dielectric anti-reflection film 25 is provided thereon. An electrode 2 is formed on the n-type GaAs cladding layer 20 in the surrounding area.
6 are provided.

【0043】AlAsスペーサ層12,16は中央の直
径約7μmの部分のみに存在し、その周囲の部分はメサ
外部からAlAsの選択酸化を行うことで形成されたA
xy 膜27,28になっている。このAlxy
27,28は、電流狭窄のための絶縁層として働くと同
時に、共振器のアパーチャとしても働く。Alx
27,28はポーラスなので、デバイス主要部へ深刻な
歪や応力を生じる原因にはならない。
The AlAs spacer layers 12, 16 are present only in the central portion having a diameter of about 7 μm, and the peripheral portion is formed by selective oxidation of AlAs from outside the mesa.
1 x O y films 27 and 28 are formed. The Al x O y films 27 and 28 function as insulating layers for current confinement, and also function as resonator apertures. Since the Al x O y films 27 and 28 are porous, they do not cause serious strain or stress in the main part of the device.

【0044】エピタキシャル成長層(下部DBR層11
より上の部分)の合計膜厚は、縦型の集積構造であるに
もかかわらず、約4μmと薄い。基板10の厚さは約1
00μmである。基板10下部の光路には誘電体反射防
止膜29が形成されており、その周囲には電極30が形
成されている。
Epitaxial growth layer (lower DBR layer 11)
The total film thickness of the upper part) is as thin as about 4 μm despite the vertical integrated structure. The thickness of the substrate 10 is about 1
00 μm. A dielectric anti-reflection film 29 is formed in an optical path below the substrate 10, and an electrode 30 is formed around the dielectric anti-reflection film 29.

【0045】電極24と電極30の間に電流を注入する
と、MQW活性層14の二つのAlAsスペーサ層1
2,16で狭まれた光増幅部14aに高密度のキャリア
が注入され、誘導放出利得が生じる。即ち、電極24,
30、電極24,30から光増幅部14aに至るp型並
びにn型の半導体領域17,16,15,13,12,
11,10、電流狭窄のためのAly 膜27,2
8、及び外部に設けられた電流注入回路は、光増幅器5
に電流を注入して所定の利得を得るための手段7を構成
している。
When a current is injected between the electrodes 24 and 30, the two AlAs spacer layers 1 of the MQW active layer 14 are formed.
A high-density carrier is injected into the optical amplifier 14a narrowed by 2 and 16, and a stimulated emission gain is generated. That is, the electrodes 24,
30, p-type and n-type semiconductor regions 17, 16, 15, 13, 12, from the electrodes 24, 30 to the optical amplifier 14 a
11 and 10, Al x O y films 27 and 2 for current confinement
8 and an externally provided current injection circuit
Means 7 for obtaining a predetermined gain by injecting a current into the circuit.

【0046】電極24と電極26の間には、光吸収層1
0の信号光に対する吸収係数が所定の値になるように逆
バイアスが印加されている。光吸収層19で受光により
発生したキャリアは、この逆バイアス電圧により引き出
され、電極24,26の間に発生する電流の形で取り出
される。すなわち、これらの電極24,26とその間に
形成されたpinフォトダイオード構造17〜21は、
吸収係数を電圧により制御すると共に受信信号を電気信
号として取り出すための手段6として働く。
The light absorbing layer 1 is provided between the electrodes 24 and 26.
A reverse bias is applied so that the absorption coefficient for the signal light of 0 becomes a predetermined value. Carriers generated by light reception in the light absorbing layer 19 are extracted by the reverse bias voltage, and are extracted in the form of a current generated between the electrodes 24 and 26. That is, these electrodes 24 and 26 and the pin photodiode structures 17 to 21 formed between them are:
It functions as a means 6 for controlling the absorption coefficient by voltage and extracting the received signal as an electric signal.

【0047】この基板10は、光透過穴を有するヒート
シンクに実装されている。信号光は、外部に設けられた
レンズ光学系により上部反射防止膜25を通して、アパ
ーチャ付近で焦点を結ぶように入射される。結合効率
は、アパーチャが小さいため、約60%である。入射光
の一部は受光部4で吸収され、電極24,26間に生じ
る電流として検出される。
The substrate 10 is mounted on a heat sink having a light transmitting hole. The signal light enters through the upper anti-reflection film 25 by a lens optical system provided outside so as to be focused near the aperture. The coupling efficiency is about 60% due to the small aperture. Part of the incident light is absorbed by the light receiving section 4 and detected as a current generated between the electrodes 24 and 26.

【0048】受信に伴う損失や光学系の結合損失は、光
増幅部5で補償され、下部反射防止膜29と外部に設け
られた適切なレンズ系を介して次段へ中継される。出射
光の光学系の結合損失は、レンズの方が大きいので無視
できる。
The loss associated with the reception and the coupling loss of the optical system are compensated by the optical amplifier 5, and are relayed to the next stage via the lower antireflection film 29 and an appropriate lens system provided outside. The coupling loss of the optical system of the outgoing light is negligible since the lens is larger.

【0049】なお、外部との光学的なアライメントの精
度を出すためには、マイクロレンズ等をマスク合わせに
より位置を精密に合わせて基板に張り付けておくことが
好ましい。また、レンズ系にも反射を防ぐための手段
(反射防止膜など)が設けられている。
In order to increase the precision of optical alignment with the outside, it is preferable to attach a microlens or the like to the substrate with a precise alignment by mask alignment. The lens system is also provided with a means for preventing reflection (such as an anti-reflection film).

【0050】第一の反射器1の反射率R1 は、波長λ0
=0.98μmの信号光に対して約80.7%であり、
第二の反射器2の信号光に対する反射率R2 は約82.
8%である。ここで、受光部4の信号光に対する吸収係
数が18000cm-1(単一パス透過率α〜0.897
6)となるように印加電圧が調整され、光増幅部5の信
号光に対する利得係数が26000cm-1(単一パス利
得GS 〜1.0981)となるように注入電流が調整さ
れているものとする。このとき、α2 〜R1 の関係が誤
差4.2%で成立し、GS 2 〜1/R2 の関係が誤差
0.8%で成立しているので、順方向伝搬光に対する反
射利得が抑制される。
The reflectance R 1 of the first reflector 1 has a wavelength λ 0
= 0.98 μm is about 80.7% for the signal light,
The reflectance R 2 of the second reflector 2 for the signal light is about 82.
8%. Here, the absorption coefficient of the light receiving unit 4 for the signal light is 18000 cm -1 (single-pass transmittance α to 0.897
6) The applied voltage is adjusted so as to satisfy 6), and the injection current is adjusted such that the gain coefficient of the optical amplification unit 5 with respect to the signal light is 26000 cm −1 (single path gain G S 〜1.0981). And At this time, since the relationship between α 2 and R 1 is established with an error of 4.2% and the relationship between G S 2 and 1 / R 2 is established with an error of 0.8%, the reflection gain for the forward propagating light is obtained. Is suppressed.

【0051】共振波長でα2 〜R1 とGS 2 〜1/R2
の関係が成立すると順方向反射利得GS が抑圧されるこ
とは先にも述べたが、ここでは実施形態のような複雑な
構造でもGS が抑圧されることを示す。
At the resonance wavelength, α 2 to R 1 and G S 2 to 1 / R 2
When the relationship is established that the forward reflection gain G S is suppressed has been mentioned previously, it is shown here that G S is suppressed even complex structures such as the embodiment.

【0052】図4は、本実施形態の面型光多機能素子に
第一の反射器1(21)の側から共振波長の光を入れた
場合の、光路に沿った光電界強度Fの分布を示す図であ
る。図5は、本実施形態の面型光多機能素子に第一の反
射器1(21)の側から共振波長の光を入れた場合の、
素子内部の前進波のパワー分布(PF ;実線)と後退波
のパワー分布(PB ;点線)を示す図である。どちらの
図にも、層構造を示すために、屈折率分布を実線で記入
してある。
FIG. 4 shows the distribution of the optical electric field intensity F along the optical path when the light of the resonance wavelength is input from the first reflector 1 (21) side to the surface-type multifunctional element of this embodiment. FIG. FIG. 5 shows a case where light having a resonance wavelength is input to the surface-type optical multifunctional device of the present embodiment from the first reflector 1 (21) side.
Power distribution of elements inside the forward wave (P F; solid line) and power distribution of backward wave (P B; dotted line). FIG. In both figures, the refractive index distribution is shown by solid lines to show the layer structure.

【0053】図4に示したように、第一の反射器1(2
1)と第二の反射器2(12,11)の間には第一の共
振器8が形成されているので、その間に光電界の定在波
が立っている。第一の反射器1(21)と第二の反射器
2(12,11)において、定在波の節は、共振器内部
から外側に向かって屈折率が低下する境界面に位置して
いる。
As shown in FIG. 4, the first reflector 1 (2
Since the first resonator 8 is formed between 1) and the second reflector 2 (12, 11), a standing wave of the optical electric field stands between them. In the first reflector 1 (21) and the second reflector 2 (12, 11), the node of the standing wave is located at the boundary where the refractive index decreases from the inside of the resonator to the outside. .

【0054】一方、第三の反射器3(16,17)は、
第一の反射器1(21)と位相が同じなので、第二の反
射器2(12,11)との間に第二の共振器9が形成さ
れるが、第一の反射器1(21)との間には共振器が形
成されない。即ち、第二の反射器2(12,11)にお
いては、光増幅部5(13〜15)から外側に向かって
屈折率が低下する面に定在波の節ができているが、受光
部4から外側に向かって屈折率が低下する面には定在波
の腹が位置している。従って、第一の反射器1(21)
と第三の反射器3(16,17)を往復する信号光は、
一周回する毎に位相が反転するので、干渉により相殺さ
れてしまう。
On the other hand, the third reflector 3 (16, 17)
Since the phase is the same as that of the first reflector 1 (21), the second resonator 9 is formed between the first reflector 1 (21) and the second reflector 2 (12, 11). ) Does not form a resonator. That is, in the second reflector 2 (12, 11), a node of the standing wave is formed on the surface where the refractive index decreases outward from the optical amplifying unit 5 (13 to 15). The antinode of the standing wave is located on the surface where the refractive index decreases from 4 toward the outside. Therefore, the first reflector 1 (21)
And the signal light reciprocating between the third reflector 3 (16, 17) is
Since the phase is inverted each time the circuit makes one round, it is canceled by interference.

【0055】従って、本実施形態の面型光多機能素子
は、第二の反射器2を共通の反射器として第一の共振器
8の中に第二の共振器9が含まれた、二重共振器構造を
有しているものと考えることができる。第一の共振器8
の内部には受光部4と光増幅部5が含まれるが、このう
ち受光部4は第二の共振器9の外側に、光増幅部5は第
二の共振器9の内部に位置している。
Therefore, the surface-type optical multifunctional device of the present embodiment has the second resonator 9 included in the first resonator 8 using the second reflector 2 as a common reflector. It can be considered to have a double resonator structure. First resonator 8
Includes a light receiving section 4 and an optical amplifying section 5, of which the light receiving section 4 is located outside the second resonator 9 and the optical amplifying section 5 is located inside the second resonator 9. I have.

【0056】受光部4と光増幅部5の電界強度や光パワ
ーは第一の共振器1の閉じ込め効果により外部に比べて
大きくなっており、また光増幅部5の電界強度や光パワ
ーは第二の共振器2の閉じ込め効果により受光部4の電
界強度や光パワーよりさらに大きくなっている。このた
め、光吸収層19と活性層14が薄いにも拘わらず、高
感度の受信と十分な透過利得が得られる。
The electric field strength and optical power of the light receiving section 4 and the optical amplifier section 5 are larger than those of the outside due to the confinement effect of the first resonator 1, and the electric field strength and optical power of the optical amplifier section 5 are higher than those of the outside. Due to the confinement effect of the two resonators 2, the electric field intensity and the optical power of the light receiving section 4 are further increased. Therefore, high sensitivity reception and a sufficient transmission gain can be obtained even though the light absorption layer 19 and the active layer 14 are thin.

【0057】このような構成において、第三の反射器3
(16,17)から見た第二の共振器9の反射率GS 2
2 が1にほぼ等しく設定されているので、図5に示し
たように、第三の反射器3(16,17)において、前
進波の光パワーPF と後退波の光パワーPB はほぼ等し
くなる。第三の反射器3(16,17)は、第二の反射
器2(11)との間にだけ共振器を構成しているので、
光パワーは光増幅部5(13〜15)の側で大きくなる
のが、第三の反射器3(16,17)全体に渡ってPF
〜PB が成立している。勿論、このようにするために
は、第三の反射器3(16,17)の損失が無視できる
程度に小さい必要がある。しかし、第三の反射器3(1
6,17)に小さな損失がある場合でも、光増幅部5の
利得をやや大きくすることで、その影響はある程度相殺
することができる。
In such a configuration, the third reflector 3
The reflectance G S 2 of the second resonator 9 viewed from (16, 17)
Since R 2 is set substantially equal to 1, as shown in FIG. 5, in the third reflector 3 (16, 17), the optical power P F of the forward wave and the optical power P B of the backward wave are equal to each other. It is almost equal. Since the third reflector 3 (16, 17) forms a resonator only between the third reflector 2 (11) and the second reflector 2 (11),
The optical power increases on the side of the optical amplifying unit 5 (13 to 15), and P F increases over the entire third reflector 3 (16, 17).
~ P B holds. Of course, in order to do this, the loss of the third reflector 3 (16, 17) needs to be small enough to be ignored. However, the third reflector 3 (1
Even if there is a small loss in (6, 17), the effect can be offset to some extent by making the gain of the optical amplification unit 5 slightly larger.

【0058】さらに、α2 〜R1 の関係が成立するよう
にαを設定すると、第一の反射器1(21)の反射光
(入射光パワー×R1 )と受光部4を往復してきた光
(入射光パワー×α2 )は位相が逆でパワーが等しいた
め、干渉相殺で第一の反射器1(21)の側から見た素
子全体の反射が抑圧される。
Further, when α is set so that the relationship α 2 to R 1 is satisfied, the reflected light (incident light power × R 1 ) of the first reflector 1 (21) and the light receiving section 4 reciprocate. Since the light (incident light power × α 2 ) has the opposite phase and the same power, the reflection of the entire element viewed from the first reflector 1 (21) is suppressed by interference cancellation.

【0059】本実施形態では、光増幅部5の単一パス利
得GS の二乗を第二の反射器2の反射率R2 に一致させ
る必要がある。光増幅部5の単一パス利得と共振波長
は、光増幅部5へ注入する電流と温度により変化する。
温度で共振波長を制御しながら注入電流を調整すること
で、信号光波長と共振波長を一致させ、かつGS 2 〜R
2 を実現することができる。
In the present embodiment, it is necessary to make the square of the single-pass gain G S of the optical amplifier 5 equal to the reflectance R 2 of the second reflector 2. The single-pass gain and resonance wavelength of the optical amplifier 5 change depending on the current injected into the optical amplifier 5 and the temperature.
By adjusting the injection current while controlling the resonant wavelength at a temperature, to match the resonance wavelength and the signal light wavelength, and G S 2 to R
2 can be realized.

【0060】また、受光部4の単一パス透過率は、量子
井戸光吸収層にかける電圧を変化させることで制御可能
である。即ち、量子閉じ込めシュタルク効果(QCS
E)を利用すると、井戸層への印加電界により吸収端波
長や吸収スペクトル変化が大きく変化するので、信号光
波長における吸収係数を変化させることが可能である。
The single-pass transmittance of the light receiving section 4 can be controlled by changing the voltage applied to the quantum well light absorption layer. That is, the quantum confined Stark effect (QCS
When E) is used, the absorption edge wavelength and the absorption spectrum change greatly change depending on the electric field applied to the well layer, so that the absorption coefficient at the signal light wavelength can be changed.

【0061】本実施形態の面型光多機能素子は、最初に
一度電流と電圧を設定してしまえば後はcw動作するの
で、平衡条件での素子自身の発熱量の変化は小さく、環
境温度の変化に対して中心波長を制御する程度の温度フ
ィードバック制御を行うだけでも、十分安定に機能す
る。
The surface optical multifunctional device of this embodiment operates cw once the current and voltage are set once at first, so that the change in the calorific value of the device itself under the equilibrium condition is small, and the ambient temperature is small. Even if temperature feedback control is performed only to control the center wavelength with respect to the change in, the function is sufficiently stable.

【0062】図6に、光増幅部5の材料利得に対する、
素子全体の透過利得GT 、順方向反射利得GR 、及び逆
方向反射利得GB の変化を示す。順方向反射利得GR
抑圧される材料利得と逆方向反射利得GB が抑圧される
材料利得とは一般的には一致しない。しかし、反射利得
を抑圧できる利得範囲はそれほど狭くなく、比較的容易
に制御可能である。
FIG. 6 shows the relationship between the material gain of the optical amplification unit 5 and the material gain.
Element overall transmission gain G T, forward reflection gain G R, and the change of the backward reflection gain G B shown. Forward reflection gain G R are not generally match the material gain and reverse reflection gain G material gain B is suppressed to be suppressed. However, the gain range in which the reflection gain can be suppressed is not so narrow and can be controlled relatively easily.

【0063】実際、受光部4の吸収係数が18000c
-1(α〜0.8976)、光増幅部5の利得係数が2
6000cm-1(GS 〜1.0981)の場合、素子単
体の信号光波長における透過利得は約1.66、順方向
伝搬光に対する反射利得は約0.000337、逆方向
伝搬光に対する反射利得は約0.478と計算される。
この場合、α2 〜R1 の関係に4.2%の誤差があるに
もかかわらず、順方向伝搬光に対する反射利得は10-3
以下に抑制されている。
In fact, the absorption coefficient of the light receiving section 4 is 18000c.
m -1 (α to 0.8976), and the gain coefficient of the optical amplifier 5 is 2
In the case of 6000 cm -1 (G S 1.01.0981), the transmission gain of the element itself at the signal light wavelength is about 1.66, the reflection gain for the forward propagating light is about 0.000337, and the reflection gain for the backward propagating light is It is calculated to be about 0.478.
In this case, despite a 4.2% error in the relationship between α 2 and R 1, the reflection gain for the forward propagating light is 10 −3.
It is suppressed below.

【0064】なお、光増幅部5の利得係数を26500
cm-1に増すと、GS 2 /R2 〜1の誤差が増加するに
もかかわらず、反射率は2.4×10-5に低下する。即
ち、α2 〜R1 の誤差とGS 2 /R2 〜1の誤差とは、
ある程度相殺することも可能であり、αやGS の制御に
は実用上十分なマージンがある。
The gain coefficient of the optical amplifier 5 is set to 26500
Increasing to cm -1 reduces the reflectivity to 2.4 × 10 -5 , despite an increase in the error of G S 2 / R 2 11 . That is, the error of α 2 to R 1 and the error of G S 2 / R 2 to 1 are:
It is also possible to offset to some extent, practically there is sufficient margin in the control of the α and G S.

【0065】光学系の結合損失も考慮した場合の正味の
透過利得は約0.993、順方向伝搬光に対する正味の
反射利得は約0.0002、逆方向伝搬光に対する正味
の反射利得は約0.478である。本実施形態の面型光
多機能素子を30段接続した場合で、仮に各段の正味の
透過利得が1.1まで増大したとしても両端の面型光多
機能素子の正味の反射利得が0.0002と0.478
なので、位相があって共振条件を満たした場合でもラウ
ンド・トリップ利得は1.160×0.0002×0.4
78=0.0291<<1である。従って、利得と多重反
射による干渉とで生じる光パワーの不安定性は、実用上
問題ないレベルに抑えられる。
When the coupling loss of the optical system is also taken into consideration, the net transmission gain is about 0.993, the net reflection gain for forward propagating light is about 0.0002, and the net reflection gain for backward propagating light is about 0. .478. In the case where the surface optical multifunctional devices of this embodiment are connected in 30 stages, even if the net transmission gain of each stage is increased to 1.1, the net reflection gain of the surface optical multifunctional devices at both ends is zero. .0002 and 0.478
So, round-trip gain, even if it meets the resonance conditions if there is a phase 1.1 60 × 0.0002 × 0.4
78 = 0.0291 << 1. Therefore, the instability of the optical power caused by the gain and the interference due to the multiple reflection can be suppressed to a level that causes no practical problem.

【0066】なお、信号光パワーを利得飽和レベル近辺
に設定しておけば、どこかの透過利得が増大して信号光
パワーが大きくなり過ぎるとその後の段の透過利得が低
下するので、全段平均の透過利得の増大を抑制すること
ができる。このような方法により透過利得の誤差を小さ
く抑えられれば、さらに多段の接続も可能である。
If the signal light power is set near the gain saturation level, the transmission gain of some stage increases if the transmission gain increases and the signal light power becomes too large. An increase in average transmission gain can be suppressed. If the error of the transmission gain can be suppressed to a small value by such a method, further multistage connection is possible.

【0067】本実施形態においては、受光部4が光増幅
部5と共に一体の共振器8の中に形成されているので、
光増幅部5で発生するスポンテニアス雑音光も受信して
しまうという欠点がある。また、多段接続すると、前方
へ放射されたスポンチニアス雑音が蓄積される(この問
題は図11のような従来技術の面型光増幅素子と同様で
ある)。従って、信号光パワーを利得飽和レベル近辺の
高レベルに設定しておくことは、信号対雑音比の改善の
観点からも好ましい。また、受信回路又は伝送方式の工
夫により、雑音レベルを相殺するような受信(例えば、
信号光をRZフォーマットで送信し、受信回路では信号
光のないタイミングで受信した雑音レベルを差し引くな
ど。)を行うことが望まれる。
In the present embodiment, since the light receiving section 4 is formed together with the optical amplifying section 5 in the integrated resonator 8,
There is a drawback that spontaneous noise light generated in the optical amplifier 5 is also received. In addition, when multiple stages are connected, spontaneous noise radiated forward accumulates (this problem is similar to that of the prior art surface type optical amplifier device as shown in FIG. 11). Therefore, setting the signal light power to a high level near the gain saturation level is preferable also from the viewpoint of improving the signal-to-noise ratio. In addition, by devising a receiving circuit or a transmission method, a reception that cancels a noise level (for example,
For example, the signal light is transmitted in the RZ format, and the receiving circuit subtracts the noise level received at a timing when there is no signal light. ) Is desired.

【0068】なお、本発明の面型光多機能素子は、後方
(入射側)に出射されるスポンチニアス雑音が、吸収層
の存在や反射器のバランス故にかなり低減される(例え
ば、二桁小さくできる)。この点は、従来技術の面型光
多機能素子と比べて有利である。
In the surface-type optical multifunctional device of the present invention, spontaneous noise emitted backward (incident side) is considerably reduced due to the existence of the absorbing layer and the balance of the reflector (for example, it can be reduced by two orders of magnitude). ). This is advantageous as compared with the prior art surface type optical multifunctional device.

【0069】図7は、本実施形態の面型光多機能素子の
透過利得Gと順方向反射利得GR の波長依存性を示す図
である。中心波長は978.14nmであり、透過利得
20%低下点の利得帯域幅は1.37nmである。中心
波長は、設計や温度制御によりずらすことが可能であ
る。(001)基板を使用しており、上部から見た素子
形状もほぼ円対称なので、利得の偏波依存性は無視でき
る程度である。
[0069] Figure 7 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmission gain G and the forward reflection gain G R of the surface optical multifunction element in the present embodiment. The center wavelength is 978.14 nm, and the gain bandwidth at the point where the transmission gain is reduced by 20% is 1.37 nm. The center wavelength can be shifted by design or temperature control. Since the (001) substrate is used and the element shape viewed from the top is also substantially circularly symmetric, the polarization dependence of the gain is negligible.

【0070】最後に、本実施形態の面型光多機能素子の
構造において、p型GaAs/p型Al0.3 Ga0.7
sDBR層17(第三の反射器3の一部)のペア数(A
0.3 Ga0.7 As層の数で定義)を変えた時の第三の
反射器3の反射率R3 、素子の透過利得G、順方向反射
利得GR 、逆方向反射利得GB 、及び透過利得20%ダ
ウンの帯域幅の変化を、下記の(表1)に示す。
Finally, in the structure of the planar optical multifunctional device of the present embodiment, p-type GaAs / p-type Al 0.3 Ga 0.7 A
The number of pairs (A) of the sDBR layer 17 (part of the third reflector 3)
l 0.3 Ga 0.7 As layer third reflector 3 of the reflectance R 3 when defined) changed by the number of the transmission gain G of the device, forward reflection gain G R, reverse reflection gain G B, and transmission The change in bandwidth with a 20% gain down is shown in Table 1 below.

【0071】[0071]

【表1】 [Table 1]

【0072】前述のように、R3 が大きくなるに従っ
て、透過利得や逆方向反射利得が増大する。しかし、前
記二つの条件式に対する誤差マージンが小さくなるの
で、順方向反射利得も少しづつ増大していく。それで
も、15ペア(R3 〜50%)までの範囲では、順方向
反射利得GR は10-3以下に抑圧されている。通常の光
バスとしての使用条件では、本実施形態で説明したよう
な低い透過利得で十分であり、十分なマージンを確保す
ることができる。
As described above, the transmission gain and the backward reflection gain increase as R 3 increases. However, since the error margin for the above two conditional expressions is reduced, the forward reflection gain is gradually increased. Nevertheless, in the range of up to 15 pairs (R 3 ~50%), forward reflection gain G R are suppressed to less than 10-3. Under the conditions of use as a normal optical bus, a low transmission gain as described in the present embodiment is sufficient, and a sufficient margin can be secured.

【0073】本実施形態では、受光部と光増幅部と同一
の信号光路に沿って一列に配置されているので、素子面
積を小さくでき、受光部や無効領域でのけられによる信
号光ビーム・プロファイルの変化がない。受光部は光増
幅部と一体の共振器の中に形成されているので、増幅効
果と共振器の効果とにより受光部における光パワーを高
く取れ、比較的薄い吸収層にもかかわらず、高効率の受
光が可能である。しかも、反射器は三つですむので、受
光素子と光増幅器を別の共振器内に構成して直列接続す
る場合と比べ、素子全体の厚さを薄くできる。
In the present embodiment, since the light receiving section and the optical amplifying section are arranged in a line along the same signal optical path, the element area can be reduced, and the signal light beam due to the light beam in the light receiving section and the invalid area is reduced. No change in profile. Since the light receiving part is formed in a resonator integrated with the optical amplifier, the optical power in the light receiving part can be increased by the amplification effect and the effect of the resonator. Can be received. Moreover, since only three reflectors are required, the thickness of the entire device can be reduced as compared with the case where the light receiving element and the optical amplifier are configured in another resonator and connected in series.

【0074】反射利得抑圧のための条件は、α2 〜R
1 、及びGS 2 〜1/R2 の二つに集約されている。こ
の条件は、注入電流による利得制御とQCSEによる吸
収制御により、個別に、かつ容易に実現することができ
る。このとき、第三の反射器の反射率R3 を適切に設定
しておくことで、光学系の結合損失を補償して多段接続
を行うのに十分な透過利得を得ることができる。また、
光入射領域に段差や電極がなく、これらによる余分な反
射や吸収が発生しない。
Conditions for suppressing the reflection gain are α 2 to R
1, and it is collected in the two G S 2 ~1 / R 2. This condition can be realized individually and easily by gain control by injection current and absorption control by QCSE. At this time, by setting the reflectivity R 3 of the third reflector appropriately, it is possible to compensate for the coupling loss of the optical system and obtain a transmission gain sufficient for performing multi-stage connection. Also,
There are no steps or electrodes in the light incident area, and no extra reflection or absorption occurs due to these.

【0075】従って、本実施形態の面型光多機能素子に
よれば、反射利得を抑圧しつつ十分な透過利得が得ら
れ、光アイソレータなしの多段接続時にも安定な動作を
実現できる。また、多段中継時にもガウシアン・プロフ
ァイルを保つことができ、動作マージンも大きくとれ
る。さらに、薄い吸収層でも高効率の受光が可能であ
り、全体の層厚を薄くできる。その上、本実施形態の面
型光多機能素子は、素子構造が単純で、作製が容易であ
り、素子サイズや無効領域も小さい。この結果、多数の
ボードを接続する安定で高性能な並列光インターコネク
ション装置の実現が可能となる。
Therefore, according to the surface type optical multifunctional device of the present embodiment, a sufficient transmission gain can be obtained while suppressing the reflection gain, and a stable operation can be realized even in a multistage connection without an optical isolator. In addition, the Gaussian profile can be maintained even at the time of multi-stage relay, and the operation margin can be increased. Furthermore, highly efficient light reception is possible even with a thin absorption layer, and the overall layer thickness can be reduced. In addition, the surface optical multifunctional device of the present embodiment has a simple device structure, is easy to manufacture, and has a small device size and a small ineffective area. As a result, it is possible to realize a stable and high-performance parallel optical interconnection device that connects a large number of boards.

【0076】(実施形態2)図8は、本発明の第2の実
施形態に拘わる面型光多機能素子の断面構造を模式的に
示す図である。
(Embodiment 2) FIG. 8 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a surface-type optical multifunctional device according to a second embodiment of the present invention.

【0077】この面型光多機能素子は、(001)Ga
As基板40上に形成されている。層構造は、下から順
に、四分の一波長のAlxy 層41、二分の一波長の
GaAsスペーサ層42、四分の一波長のAlxy
と四分の一波長のアンドープGaAs層が2.5ペアか
らなる多層反射膜43、p型AlGaAsクラッド層4
4、厚さ6nmのアンドープ歪InGaAs層の6層と
厚さ6nmのアンドープGaAs層の5層を積層した歪
多重量子井戸(MQW)活性層45、厚さ30nmのn
型AlAsスペーサ層46、n型AlGaAsクラッド
層47、十分の一波長のAlxy 層からなる中央部反
射層48(第三の反射器3)、p型GaAsクラッド層
49、10対の厚さ6nmのアンドープ歪InGaAs
井戸層と厚さ6nmのアンドープGaAsバリア層から
なるMQW光吸収層50、n型AlGaAsクラッド層
51、四分の一波長のAlxy 層と四分の一波長のア
ンドープGaAs層2.5ペアからなる多層反射膜5
2、及び二分の一波長のアンドープGaAsスペーサ層
53とからなる。
This surface type optical multifunctional device is composed of (001) Ga
It is formed on an As substrate 40. The layer structure is, in order from the bottom, a quarter wavelength Al x O y layer 41, a half wavelength GaAs spacer layer 42, a quarter wavelength Al x O y layer, and a quarter wavelength undoped layer. A multilayer reflection film 43 composed of 2.5 pairs of GaAs layers, a p-type AlGaAs cladding layer 4
4. A strained multiple quantum well (MQW) active layer 45 in which six layers of an undoped strained InGaAs layer having a thickness of 6 nm and five layers of an undoped GaAs layer having a thickness of 6 nm are stacked, and n having a thickness of 30 nm
Type AlAs spacer layer 46, n-type AlGaAs cladding layer 47, the central portion reflective layer 48 made of Al x O y layer of tithe wavelength (third reflector 3), the thickness of the p-type GaAs cladding layer 49,10 pairs 6 nm undoped strained InGaAs
MQW light absorption layer 50 comprising a well layer and an undoped GaAs barrier layer having a thickness of 6 nm, an n-type AlGaAs cladding layer 51, a quarter wavelength Al x O y layer and a quarter wavelength undoped GaAs layer 2.5 Multilayer reflective film 5 composed of pairs
2 and a half-wavelength undoped GaAs spacer layer 53.

【0078】これらの層構造は、図8のように、多段の
メサ54に加工されており、各クラッド層44,47,
49,51の周辺部の上には、それぞれ電極55,5
6,57,58が形成されている。AlAsスペーサ層
46は、中央の約5μmのアパーチャ部を除いて選択酸
化され、Alxy 電流狭窄層59になっている。電流
狭窄層59により、活性層45に注入される電流が、中
央のアパーチャ部に狭窄される。
These layer structures are processed into multi-stage mesas 54 as shown in FIG.
On the peripheral portions of 49 and 51, electrodes 55 and 5 are provided, respectively.
6, 57, 58 are formed. The AlAs spacer layer 46 is selectively oxidized except for a central aperture portion of about 5 μm to form an Al x O y current confinement layer 59. The current injected into the active layer 45 is narrowed by the current narrowing layer 59 at the central aperture portion.

【0079】最上部の二分の一波長GaAsスペーサ層
53の表面60は、直接空気と接している。また、基板
40の裏面には反射防止膜61が形成されている。信号
光は外部の光学系で二分の一波長GaAsスペーサ層5
3の表面60から素子に絞り込まれ、反射防止膜61を
介して出射する。
The surface 60 of the uppermost half-wavelength GaAs spacer layer 53 is in direct contact with air. An antireflection film 61 is formed on the back surface of the substrate 40. The signal light is supplied to the external optical system by a half-wavelength GaAs spacer layer 5.
The light is narrowed down from the surface 60 of the device 3 to the element and emitted through the anti-reflection film 61.

【0080】n型クラッド層51、歪MQW光吸収層5
0、及びp型クラッド層49は受光部4に相当し、その
厚さは信号光波長に対して2.4波長に相当している。
クラッド層49,51と、電極57,58と、電極5
7,58を介して接続された外部回路とは、受光部4の
吸収係数を制御すると共に受信信号を電気信号として出
力する手段6を構成している。
N-type clad layer 51, strained MQW light absorbing layer 5
The 0 and p-type cladding layers 49 correspond to the light receiving section 4, and the thickness thereof corresponds to 2.4 wavelengths with respect to the signal light wavelength.
Clad layers 49 and 51, electrodes 57 and 58, and electrode 5
The external circuit connected via the elements 7 and 58 constitutes means 6 for controlling the absorption coefficient of the light receiving section 4 and outputting the received signal as an electric signal.

【0081】p型クラッド層44、歪MQW活性層4
5、AlAsスペーサ層46、及びn型クラッド層47
は光増幅部5に相当し、その厚さは2波長相当である。
クラッド層44、46と、電極55,56と、電流狭窄
層59と、電極55,56を介して接続された外部回路
とは、光増幅部5の利得を制御する手段7を構成してい
る。
The p-type cladding layer 44 and the strained MQW active layer 4
5. AlAs spacer layer 46 and n-type cladding layer 47
Corresponds to the optical amplification unit 5 and its thickness is equivalent to two wavelengths.
The cladding layers 44 and 46, the electrodes 55 and 56, the current confinement layer 59, and the external circuit connected via the electrodes 55 and 56 constitute the means 7 for controlling the gain of the optical amplifier 5. .

【0082】多層反射膜52と二分の一波長スペーサ層
53とその空気との界面60は第一の反射器1(複合反
射器)を構成し、多層反射膜43と二分の一波長スペー
サ層42と四分の一波長Alxy 層41は第二の反射
器2(複合反射器)を構成している。なお、このような
二分の一スペーサ層を挟んだ複合反射器を用いると波長
帯域が拡大できることは、文献(S.F.Lim and C.J.Chan
g-Hasnain,IEEE Photonics Technology Letters, vol.
7,pp.1240-1242,1995年)に記載されている。
The interface 60 between the multilayer reflective film 52 and the half-wavelength spacer layer 53 and its air constitutes the first reflector 1 (composite reflector), and the multilayer reflective film 43 and the half-wavelength spacer layer 42 And the quarter wavelength Al x O y layer 41 constitute the second reflector 2 (composite reflector). Note that the wavelength band can be expanded by using a composite reflector having such a half spacer layer sandwiched therein (SFLim and CJChan).
g-Hasnain, IEEE Photonics Technology Letters, vol.
7, pp. 1240-1242, 1995).

【0083】第一の反射器1と第二の反射器2の間に第
一の共振器8(共振器長は4.5波長相当)が形成さ
れ、第三の反射器3と第二の反射器2の間に第二の共振
器9(共振器長は2波長相当)が形成されている。光吸
収層50は第一の共振器8に立つ定在波の腹に合わせて
設けられており、光吸収層50が薄いにもかかわらず、
高感度の受信が可能である。活性層45は共振器の定在
波の節付近に位置しているが、これは複合反射器の効果
を強調して帯域を広げるのに有効である。それでも、第
一及び第二の共振器8,9の効果により、活性層45が
薄いにもかかわらず、信号光に対して十分な透過利得が
実現されている。(定在波の腹の位置に活性層45を設
けると、利得効率はさらに上昇するが、帯域は狭くな
る。) 本実施形態の基本的な動作原理は、第1の実施形態と同
じである。即ち、受光部4の単一パス透過率αは、光吸
収層50のQCSEを利用することで、電極57,58
を介してα〜R1 1/2 となるように制御することができ
る。また、光増幅部5の単一パス利得Gs は、電極5
5,56を介して活性層45のアパーチャ部59に注入
される電流により、Gs 〜R2 -1/2に制御することがで
きる。
A first resonator 8 (resonator length is equivalent to 4.5 wavelengths) is formed between the first reflector 1 and the second reflector 2, and the third reflector 3 and the second resonator A second resonator 9 (resonator length is equivalent to two wavelengths) is formed between the reflectors 2. The light absorbing layer 50 is provided in accordance with the antinode of the standing wave standing on the first resonator 8, and although the light absorbing layer 50 is thin,
High sensitivity reception is possible. The active layer 45 is located near the node of the standing wave of the resonator, which is effective for enhancing the effect of the composite reflector and broadening the band. Nevertheless, due to the effects of the first and second resonators 8 and 9, a sufficient transmission gain for signal light is realized despite the thin active layer 45. (If the active layer 45 is provided at the position of the antinode of the standing wave, the gain efficiency is further increased, but the band is narrowed.) The basic operation principle of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. . That is, the single-pass transmittance α of the light receiving unit 4 is determined by using the QCSE of the light absorption layer 50 and the electrodes 57 and 58.
Can be controlled via α to R 1 1/2 . Moreover, single pass gain G s of the optical amplifier 5, the electrode 5
The current can be controlled to G s RR 2 -1/2 by the current injected into the aperture portion 59 of the active layer 45 via the layers 5 and 56.

【0084】本実施形態では、各反射器の反射立はR1
=0.8304,R2 =0.7971,R3 =0.15
79であり、α=0.9162,Gs =1.120でこ
の条件が満たされる。
In this embodiment, the reflection height of each reflector is R 1
= 0.8304, R 2 = 0.7971, R 3 = 0.15
79, and α = 0.9162, G s = 1.120 satisfies this condition.

【0085】図9は、この条件をほぼ満たすようにαと
S を設定(誤差1%以下)した場合の、進行波パワー
F (実太線)と後退波パワーPB (細破線)を示す図
である。図中の細実線は屈折率の分布を示す。本実施形
態の場合も、第1の実施形態の場合同様に、第三の反射
器3(48)の付近でPF とPB がほぼ等しくなってい
る。このときの共振波長における透過利得はG=2.2
0であり、第1の実施形態の場合よりも大きい。しか
し、順方向反射利得はGR =1.14×10-3と、十分
に抑圧されている。なお、逆方向反射利得はGB =1.
53である。
FIG. 9 shows a relationship between the traveling wave power P F (solid thick line) and the backward wave power P B (fine broken line) when α and G S are set so as to substantially satisfy this condition (error 1% or less). FIG. The thin solid line in the figure shows the distribution of the refractive index. Also in this embodiment, similarly in the first embodiment, are substantially equal P F and P B in the vicinity of the third reflector 3 (48). At this time, the transmission gain at the resonance wavelength is G = 2.2.
0, which is larger than in the first embodiment. However, the forward reflection gain is sufficiently suppressed to G R = 1.14 × 10 −3 . Incidentally, reverse reflection gain G B = 1.
53.

【0086】図10は、本実施形態の面型光多機能素子
の上記条件における透過利得Gと順方向反射利得GR
スペクトルを示している。通常、利得の大きさと帯域幅
の間にはトレードオフの関係があるが、本実施形態は第
1の実施形態と比べて透過利得が大きいにもかかわら
ず、広い帯域幅(透過利得がピークから20%落ちる波
長の幅で2.086nm)が得られている。これは、第
二の反射器2に屈折率差の大きなAlxy /GaAs
を用いたこと、複合反射器1,2を採用したことによ
る。
[0086] Figure 10 shows the spectrum of the transmitted gain G and the forward reflection gain G R in the above condition of the surface-type optical multi-functional device of this embodiment. Normally, there is a trade-off between the magnitude of the gain and the bandwidth. However, in the present embodiment, the transmission bandwidth is large compared to the first embodiment, but the wide bandwidth (the transmission gain increases from the peak). 2.086 nm with a wavelength width falling by 20%). This is because the second reflector 2 has Al x O y / GaAs having a large refractive index difference.
And the use of the composite reflectors 1 and 2.

【0087】本実施形態の面型光多機能素子は、エピタ
キシャル成長層の厚さが約3μmと薄く、構造も比較的
単純である。従来技術の面型光多機能素子と比較して小
型である。光中継時のビームプロファイルの変化も小さ
く、動作マージンも十分にとれる。これらの効果は、実
施形態1の場合とほぼ同じである。
The surface type optical multifunctional device of this embodiment has a thin epitaxial growth layer of about 3 μm and a relatively simple structure. It is smaller in size than the conventional surface type optical multifunctional device. The change in the beam profile during optical relaying is small, and a sufficient operation margin can be obtained. These effects are almost the same as those in the first embodiment.

【0088】本実施形態の面型光多機能素子は、受光部
4と増幅部5がAlxy 膜48により電気的に絶縁さ
れているので、受光部4と光増幅部5の電気的な干渉を
防止できる。例えば、光増幅部5を流れる電流による電
圧降下の変化で光吸収層50にかかる逆バイアスが変化
したりすることがない。
In the surface type optical multifunctional device of the present embodiment, the light receiving section 4 and the amplifying section 5 are electrically insulated by the Al x Oy film 48. Interference can be prevented. For example, the reverse bias applied to the light absorption layer 50 does not change due to the change in the voltage drop due to the current flowing through the light amplification unit 5.

【0089】本実施形態の面型光多機能素子の外部回路
は、受光部4を順バイアスすることもできるように設定
しておく。受光部4を順バイアスすると、受光部4は第
二の光増幅部4’として機能するようになる。例えば、
本来の光増幅部5の単一パス利得(1.12)は変化さ
せずに、第二の光増幅部4’の単一パス利得を1.08
8(利得係数14000cm-1)まで上げると、本実施
形態の面型光多機能素子はレーザ発振を開始する。本実
施形態の面型光多機能素子をボード間光インターコネク
ションに応用すれば、同一の素子を、光源としても、受
光・中継素子としても使用することができる。
The external circuit of the surface-type optical multifunctional device of this embodiment is set so that the light receiving section 4 can be forward-biased. When the light receiving unit 4 is forward-biased, the light receiving unit 4 functions as a second optical amplifier 4 '. For example,
The single-pass gain of the second optical amplifier 4 ′ is set to 1.08 without changing the single-pass gain (1.12) of the original optical amplifier 5.
When the gain is increased to 8 (gain coefficient of 14000 cm -1 ), the surface-type multifunctional element of this embodiment starts laser oscillation. If the surface optical multifunctional device of this embodiment is applied to an optical interconnection between boards, the same device can be used as a light source or a light receiving / relaying device.

【0090】(変形例、応用例)本発明は、上記の実施
形態以外にも、様々な変形、応用が可能である。例え
ば、波長は0.98μm帯に限定されるものではなく、
材料も様々なIII-V族半導体(例えば、InGaAsP
系,InGaAlAs系,InGaAlP系,InGa
AlN系,GaNP系,GaInNAs系,InGaA
lN系,InGaAlAsSb系など)、II−VI族半導
体(例えば、ZnCdMgSSe系,HgCdTe系な
ど)、カルコパイライト半導体、IV族半導体(Si,G
e,C,SiC系,SiGe系など)、磁性半導体、或
いはこれらの半導体や他の材料(例えば、金属,誘電体
膜,ガラス,アモルファス膜,サファイヤ,セラミッ
ク,液晶,プラスチック,ポリイミド,樹脂等の有機材
料等)をハイブリッドに組み合わせた構造などに応用し
てもよい。
(Modifications and Applications) The present invention can be variously modified and applied in addition to the above embodiment. For example, the wavelength is not limited to the 0.98 μm band,
Materials are also various III-V semiconductors (for example, InGaAsP
System, InGaAlAs system, InGaAlP system, InGa
AlN system, GaNP system, GaInNAs system, InGaAs
1N-based, InGaAlAsSb-based, etc.), II-VI group semiconductors (for example, ZnCdMgSSe-based, HgCdTe-based, etc.), chalcopyrite semiconductors, IV group semiconductors (Si, G
e, C, SiC type, SiGe type, etc.), magnetic semiconductors, or these semiconductors and other materials (for example, metal, dielectric film, glass, amorphous film, sapphire, ceramic, liquid crystal, plastic, polyimide, resin, etc.) Organic materials and the like) may be applied to a structure or the like combined with a hybrid.

【0091】基板張り合わせ技術やエピタキシャル・リ
フトオフ法などを用いれば、異なる成長工程で作製した
材料系を一体化することもできる。例えば、Si基板上
に作製したCMOS回路と集積化したり、液晶を利用し
たホログラムと集積化してビームステアリング機能を持
たせたりすることも可能である。
By using a substrate bonding technique, an epitaxial lift-off method, or the like, material systems manufactured in different growth steps can be integrated. For example, it is possible to integrate with a CMOS circuit manufactured on a Si substrate or to provide a beam steering function by integrating with a hologram using liquid crystal.

【0092】デバイス構造も上述の実施形態に限定され
るものでなく、材料に適した様々な形態に適用できる。
例えば、受光部の構造はpinフォトダイオード構造に
限定されるものではなく、単一パス透過率が所定の値に
制御できれば、サブバンド間吸収受光素子、光双安定素
子(例えばSEEDなど)のような、他の構造であって
も構わない。受光素子の構造によっては、リニアな受信
の代わりに非線形動作(スイッチ動作等)を行わせるこ
とも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
The device structure is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to various forms suitable for materials.
For example, the structure of the light receiving section is not limited to the pin photodiode structure. If the single-pass transmittance can be controlled to a predetermined value, it can be used as an intersubband absorption light receiving element or an optical bistable element (eg, SEED). However, other structures may be used. Depending on the structure of the light receiving element, a non-linear operation (such as a switch operation) can be performed instead of the linear reception. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
一の反射器と第二の反射器の間に第三の反射器を設け、
第一及び第三の反射器の間に受光部を、第二及び第三の
反射器の間に光増幅部を設け、第一及び第二の反射器で
信号光に対する第一の光共振器を、第二及び第三の反射
器で信号光に対する第二の光共振器を形成する構成とし
ているので、十分な透過利得を有し、反射利得が抑圧さ
れ多段接続時にも安定に動作し、光ビーム・プロファイ
ルの変化が少なく、動作マージンが大きく、構造が簡単
で、層厚が薄く、素子面積が小さな面型光多機能素子を
実現することができる。
As described above, according to the present invention, a third reflector is provided between a first reflector and a second reflector.
A light receiving unit is provided between the first and third reflectors, and an optical amplifying unit is provided between the second and third reflectors, and the first and second reflectors provide a first optical resonator for signal light. Since the second and third reflectors are configured to form the second optical resonator for the signal light, they have a sufficient transmission gain, the reflection gain is suppressed, and the device operates stably even when connected in multiple stages, It is possible to realize a planar optical multifunctional device having a small change in a light beam profile, a large operation margin, a simple structure, a small layer thickness, and a small device area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の面型光多機能素子の基本構成を模式的
に説明する図。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a basic configuration of a surface-type optical multifunctional device of the present invention.

【図2】本発明の面型光多機能素子の動作原理を説明す
るための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation principle of the surface-type optical multifunctional device of the present invention.

【図3】第1の実施形態の面型光多機能素子の断面構造
を模式的に説明する図。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure of the surface-type optical multifunctional device according to the first embodiment.

【図4】第1の実施形態の面型光多機能素子内部におけ
る電界分布を示す図。
FIG. 4 is a view showing an electric field distribution inside the surface-type optical multifunctional device of the first embodiment.

【図5】第1の実施形態の面型光多機能素子内部におけ
る前進波と後退波の光パワー分布を示す図。
FIG. 5 is a view showing optical power distributions of a forward wave and a backward wave inside the surface-type optical multifunctional device according to the first embodiment.

【図6】第1の実施形態の面型光多機能素子において、
光増幅部の材料利得を変化させたときの透過利得と反射
利得の変化を示す図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the surface optical multifunctional device according to the first embodiment;
FIG. 9 is a diagram illustrating changes in transmission gain and reflection gain when the material gain of the optical amplifier is changed.

【図7】第1の実施形態の面型光多機能素子の透過利得
スペクトルと反射利得スペクトルを示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a transmission gain spectrum and a reflection gain spectrum of the surface-type optical multifunctional device of the first embodiment.

【図8】第2の実施形態の面型光多機能素子の断面構造
を模式的に説明する図。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure of a planar optical multifunctional device according to a second embodiment.

【図9】第2の実施形態の面型光多機能素子内部におけ
る前進波と後退波の光パワー分布を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the optical power distribution of a forward wave and a backward wave inside a surface-type optical multifunction element according to a second embodiment.

【図10】第2の実施形態の面型光多機能素子の透過利
得スペクトルと反射利得スペクトルを示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a transmission gain spectrum and a reflection gain spectrum of the surface-type optical multifunctional device according to the second embodiment.

【図11】従来の面型光多機能素子の断面構造を模式的
に説明する図。
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure of a conventional surface-type optical multifunctional element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第一の反射器 2…第二の反射器 3…第三の反射器 4…受光部 5…光増幅部 6…受光部の単一パス透過率を制御すると共に受信信号
を取り出すための手段 7…増幅部の利得を制御するための手段 8…第一の共振器 9…第二の共振器 10,40…半導体基板 11,17…GaAs/AlGaAsDBR層 12,16,46…AlAs層 13,15,18,20,44,47,49,51…ク
ラッド層 14,45…活性層 19,50…光吸収層 21,43,52…GaAs/Alxy 多層膜 22,23,54…メサ構造 24,26,30,55,56,57,58…電極 25,29,61…反射防止膜 27,28,41,48,59…Alxy 層 42,53…二分の一波長スペーサ 60…空気とGaAsの界面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st reflector 2 ... 2nd reflector 3 ... 3rd reflector 4 ... Light-receiving part 5 ... Optical amplifier 6 ... For controlling the single pass transmittance of a light-receiving part, and taking out a reception signal. Means 7: Means for controlling the gain of the amplification unit 8: First resonator 9: Second resonator 10, 40 ... Semiconductor substrate 11, 17 ... GaAs / AlGaAs DBR layer 12, 16, 46 ... AlAs layer 13 , 15,18,20,44,47,49,51 ... clad layer 14, 45 ... active layer 19,50 ... light absorbing layer 21,43,52 ... GaAs / Al x O y multilayer 22,23,54 ... mesa structure 24,26,30,55,56,57,58 ... electrodes 25,29,61 ... antireflection film 27,28,41,48,59 ... Al x O y layer 42, 53 ... half-wave spacer 60: Interface between air and GaAs

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−249368(JP,A) 特開 平7−162081(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-249368 (JP, A) JP-A-7-162081 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】信号光に対する反射率(パワー反射係数)
がR1 の第一の反射器と、前記信号光に対する反射率が
2 の第二の反射器と、前記第一及び第二の反射器の間
に形成された第三の反射器と、前記第一及び第三の反射
器の間に形成された受光部と、前記第二及び第三の反射
器の間に形成された光増幅部と、前記受光部の吸収係数
を電気的に調整すると共に受光した信号を電気的に出力
するための手段と、前記光増幅部に電流を注入して所定
の利得を与えるための手段と、前記第一の反射器を通し
て信号光を入射する手段と、前記第二の反射器を通して
信号光を出射する手段とを具備してなり、 前記第一及び第二の反射器は前記信号光に対して第一の
光共振器を形成し、前記第二及び第三の反射器は前記信
号光に対して第二の光共振器を形成してなり、 前記受光部の信号光に対する単一パス損失をα(<
1)、前記光増幅部の信号光に対する単一パス利得をG
S (>1)とするとき、α 2 がR 1 にほぼ等しく、かつ
S 2 が1/R 2 にほぼ等しくなるように設定されてい
ことを特徴とする面型光多機能素子。
1. A reflectance (power reflection coefficient) for a signal light.
Is a first reflector of R 1 , the reflectance for the signal light is a second reflector of R 2 , a third reflector formed between the first and second reflectors, A light receiving unit formed between the first and third reflectors, an optical amplifying unit formed between the second and third reflectors, and electrically adjusting an absorption coefficient of the light receiving unit. Means for electrically outputting the received signal, and means for injecting a current into the optical amplifier to give a predetermined gain, and means for injecting signal light through the first reflector. Means for emitting signal light through the second reflector, wherein the first and second reflectors form a first optical resonator for the signal light, and the second and the third reflector comprises forming a second optical resonator with respect to the signal light, single pass loss for the signal light of the light receiving portion The α (<
1) The single-pass gain of the optical amplifier for signal light is G
When S (> 1), α 2 is approximately equal to R 1 and
G S 2 is set to be approximately equal to 1 / R 2
Surface optical multifunction element characterized by that.
【請求項2】前記第三の反射器は、屈折率が相対的に低
い半導体層と屈折率が相対的に高い半導体層とが四分の
一波長ずつ交互に積層された分布ブラッグ反射(DB
R)層からなり、かつ前記受光部の吸収係数を電気的に
調整すると共に受光した信号を電気的に出力する手段の
一部と、前記光増幅部に電流を注入して所定の利得を与
えるための手段の一部になっていることを特徴とする請
求項1記載の面型光多機能素子。
2. A distributed Bragg reflector (DB) in which a semiconductor layer having a relatively low refractive index and a semiconductor layer having a relatively high refractive index are alternately stacked by a quarter wavelength.
R) a part of means for electrically adjusting the absorption coefficient of the light receiving section and electrically outputting a received signal, and injecting a current into the optical amplifying section to provide a predetermined gain; 2. A surface optical multifunctional device according to claim 1, wherein said surface optical multifunctional device is a part of a means for performing said operation.
【請求項3】前記第三の反射器は少なくとも誘電体膜を
含んでおり、該誘電体層により前記受光部と前記光増幅
部とが電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項
1記載の面型光多機能素子。
3. The third reflector includes at least a dielectric film, and the light receiving section and the optical amplifying section are electrically insulated by the dielectric layer. 2. The planar optical multifunctional device according to 1.
【請求項4】信号光に対する結合損失も考慮した正味の
透過利得が0.9以上で1.1以下であり、前記第一の
反射器の側から入射される信号光に対する光学系の結合
損失も考慮した正味の反射利得が10-3以下であり、か
つ前記第二の反射器の側から入射する信号光波長の光に
対する結合損失も考慮した正味の反射利得が1以下であ
ることを特徴とする請求項記載の面型光多機能素子。
4. A net transmission gain in consideration of a coupling loss with respect to a signal light, which is 0.9 or more and 1.1 or less, and a coupling loss of an optical system with respect to a signal light incident from the first reflector side. wherein the reflection gain of the net in consideration does not exceed 10 -3, and the second reflection gain of the reflector of the coupling loss with respect to light of the signal light wavelength incident from the side also considered net is 1 or less The surface type optical multifunctional device according to claim 1, wherein
【請求項5】前記受光部に順バイアス電流を流して第二
の光増幅部として動作させることにより、面発光レーザ
としても機能させ得ることを特徴とする請求項1記載の
面型光多機能素子。
5. The surface-type multifunctional optical device according to claim 1, wherein a forward bias current is supplied to said light receiving portion to operate as a second optical amplifying portion so as to function as a surface emitting laser. element.
【請求項6】前記受光部は、多重量子井戸光吸収層をp
型半導体層とn型半導体層で挟んだpinフォトダイオ
ード構造をしており、該p型半導体層とn型半導体層を
介して該多重量子井戸層に印加する逆バイアス電圧を変
化させると、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE)
により信号光に対する吸収係数が変化することを特徴と
する請求項1記載の面型光多機能素子。
6. The light receiving section includes a multi-quantum well light absorbing layer having a
It has a pin photodiode structure sandwiched between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. When the reverse bias voltage applied to the multiple quantum well layer via the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer is changed, the quantum Confinement Stark effect (QCSE)
2. The surface optical multifunctional device according to claim 1, wherein the absorption coefficient for the signal light is changed by the change in the wavelength.
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