JP3043797B2 - Semiconductor optical device - Google Patents

Semiconductor optical device

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JP3043797B2
JP3043797B2 JP2289643A JP28964390A JP3043797B2 JP 3043797 B2 JP3043797 B2 JP 3043797B2 JP 2289643 A JP2289643 A JP 2289643A JP 28964390 A JP28964390 A JP 28964390A JP 3043797 B2 JP3043797 B2 JP 3043797B2
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type semiconductor
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体光素子に関し、より詳しくは半導体
発光及び受光素子を兼ねられる他、新たな機能を備えた
システムの構成要素として期待される半導体光素子に関
する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device, and more specifically, is expected to be a component of a system having a new function in addition to being a semiconductor light emitting device and a light receiving device. The present invention relates to a semiconductor optical device.

[従来の技術] 従来、半導体発光素子と受光素子とを兼ね備えた半導
体光素子は幾つか提案されており、多機能な素子として
各種のシステムに応用されている。
2. Description of the Related Art Heretofore, several semiconductor optical devices having both a semiconductor light emitting device and a light receiving device have been proposed, and are applied to various systems as multifunctional devices.

最も一般的な従来例を第7図に示す。この従来例で
は、半導体レーザ素子の共振器の一部に活性層75を越え
て垂直な端面を有した平行な溝78を設け、更に各々の部
分に独立した電極79a、79bを備えることによって(80は
共通電極)、片側に形成された発光部76と、もう片側に
形成され、発光部76から出射し再び活性層75へ入力する
光を受光する受光部77とに分離している。この従来例に
おいては、同一の活性層75を用いて、発光、受光の機能
を部分的に分担させるものであり、受光部77からの光信
号を発光部76に帰還させAPC(自動発光量制御)を行な
うことが提案されている。
The most common conventional example is shown in FIG. In this conventional example, by providing a parallel groove 78 having a vertical end face beyond the active layer 75 in a part of the resonator of the semiconductor laser element, and further comprising independent electrodes 79a and 79b in each part ( 80 is a common electrode), a light emitting portion 76 formed on one side, and a light receiving portion 77 formed on the other side and receiving light emitted from the light emitting portion 76 and input to the active layer 75 again. In this conventional example, the light emitting and light receiving functions are partially shared by using the same active layer 75, and the optical signal from the light receiving unit 77 is fed back to the light emitting unit 76 to perform APC (automatic light emission amount control). ) Has been proposed.

[発明が解決しようとする課題] この様な発光、受光を兼ね備えた素子では、両者(発
光部と受光部)間の光及び電気的な分離の方法が重要で
あり、それにより使用される機能も決定される。従っ
て、光学的及び電気的な分離に自由度がある構成ほど、
設計の任意度が増し更に新しい機能が期待できることに
なる。
[Problem to be Solved by the Invention] In such an element having both light emission and light reception, a method of light and electrical separation between the two (light-emitting part and light-receiving part) is important, and the functions used thereby. Is also determined. Therefore, the more flexible the optical and electrical separation is,
The degree of freedom in design increases, and new functions can be expected.

しかし、上記従来例では、光学的な分離と電気的な分
離が同時に行われていて、機能も限定されていた。例え
ば、受光部77で検出できるのは発光部76から放出された
光であり、発光部76内部の光は検出できないことにな
る。
However, in the above conventional example, the optical separation and the electrical separation are performed simultaneously, and the functions are limited. For example, what can be detected by the light receiving unit 77 is the light emitted from the light emitting unit 76, and the light inside the light emitting unit 76 cannot be detected.

発光部内部の光を検出する為には、発光部と受光部の
光学的分離がなく電気的分離が行なわれる必要がある
が、しかし上記従来例では、その様な構成をとる程、分
離の自由度がない。
In order to detect light inside the light emitting section, it is necessary to perform electrical separation without optical separation between the light emitting section and the light receiving section. There is no freedom.

また、上記従来例では、発光と受光を行なうのに同一
の活性層75を用いている為、両者の特性を同時に最適化
することは困難であった。詰まり、発光部の特性(発光
スペクトルなど)を最適化しても、受光効率(感度)は
必ずしも発光波長で最適化されるとは言えないという欠
点がある。
Further, in the above conventional example, since the same active layer 75 is used for light emission and light reception, it is difficult to optimize the characteristics of both at the same time. Even if the characteristics (emission spectrum and the like) of the light emitting section are optimized, the light receiving efficiency (sensitivity) is not always optimized by the emission wavelength.

よって、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、設計の
自由度が高く、要求に対して柔軟に対処できる構成を有
した半導体光素子を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor optical device having a high degree of freedom in design and a configuration capable of flexibly responding to requests in view of the above-mentioned problems.

[課題を解決する為の手段] 上記目的を達成する為の本発明による半導体光素子に
おいては、半絶縁性の材料から成る第1のクラッド層を
挟んで積層された活性層及び吸収層と、これらの層をサ
ンドイッチにするように積層された第2及び第3のクラ
ッド層と、積層方向と直交する方向に前記活性層を挟む
ように両側にそれぞれ設けられた第1のn型半導体層及
び第1のp型半導体層と、積層方向と直交する方向に前
記吸収層を挟むように両側にそれぞれ設けられた第2の
n型半導体層及び第2のp型半導体層と、積層方向に第
1のn型半導体層と第2のn型半導体層との間、及び第
1のp型半導体層と第2のp型半導体層との間にそれぞ
れ設けられた高抵抗層と、前記第1のn型半導体層及び
第1のp型半導体層にそれぞれ電気的に接続された第1
のn型電極及び第1のp型電極と、前記第2のn型半導
体層及び第2のp型半導体層にそれぞれ電気的に接続さ
れた第2のn型電極及び第2のp型電極とを備え、前記
活性層と吸収層とが同一の光導波路内にあるように形成
され、第1のn型電極と第1のp型電極との間に電流を
流すことによって活性層で光を発生させ、活性層で発生
した光を吸収層で検出して、第2のn型電極及び第2の
p型電極から電気信号として取り出すことを特徴とす
る。このような構成を採用することによって、活性層へ
の電流の注入と、吸収層による光検出を、クロストーク
を発生させることなく、互いに独立に行うことを可能と
している。
[Means for Solving the Problems] In a semiconductor optical device according to the present invention for achieving the above object, an active layer and an absorption layer laminated with a first clad layer made of a semi-insulating material interposed therebetween; Second and third cladding layers stacked so as to sandwich these layers, and first n-type semiconductor layers provided on both sides of the active layer so as to sandwich the active layer in a direction orthogonal to the stacking direction. A first p-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer and a second p-type semiconductor layer provided on both sides of the absorption layer in a direction orthogonal to the stacking direction, and a second p-type semiconductor layer in the stacking direction. A high-resistance layer provided between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer and between the first p-type semiconductor layer and the second p-type semiconductor layer; Electrically connected to the n-type semiconductor layer and the first p-type semiconductor layer, respectively. The first
N-type electrode and a first p-type electrode, and a second n-type electrode and a second p-type electrode electrically connected to the second n-type semiconductor layer and the second p-type semiconductor layer, respectively. Wherein the active layer and the absorption layer are formed so as to be in the same optical waveguide, and a current is caused to flow between the first n-type electrode and the first p-type electrode, so that light is emitted from the active layer. Is generated, light generated in the active layer is detected by the absorption layer, and extracted as an electric signal from the second n-type electrode and the second p-type electrode. By adopting such a configuration, it is possible to perform the current injection into the active layer and the light detection by the absorption layer independently of each other without generating crosstalk.

より具体的には、前記活性層及び吸収層が、それぞれ
量子井戸構造であったり、前記第1のクラッド層が、超
格子構造を有したり、前記光導波路に外部からの光信号
を入出力する手段を有し、この光信号は該光導波路中を
伝搬する間に増幅され、入出力間増幅率が常に一定にな
るように、前記第2のn型電極及び第2のp型電極間か
ら取り出される電気信号に応じて、前記第1のn型電極
と第1のp型電極との間に流す電流を制御したりする。
More specifically, the active layer and the absorption layer each have a quantum well structure, the first cladding layer has a superlattice structure, and an external optical signal is input to and output from the optical waveguide. This optical signal is amplified while propagating through the optical waveguide, and the second n-type electrode and the second p-type electrode are connected so that the amplification factor between input and output is always constant. The current flowing between the first n-type electrode and the first p-type electrode is controlled in accordance with an electric signal taken out of the device.

この様に、本発明によれば、発光部又は受光部となる
べく形成された2つの領域が同一の導波路中に作製さ
れ、これらが別々に制御される構成となっているので、
自由度の高い発光受光素子などになる半導体光素子が実
現される。
As described above, according to the present invention, two regions formed to be the light emitting unit or the light receiving unit are manufactured in the same waveguide, and are configured to be controlled separately.
A semiconductor optical device, such as a light emitting and receiving device with a high degree of freedom, is realized.

[実施例] 第1図は第1の参考例の斜視図であり、第2図は第1
参考例を用いたシステムの例を示す。
FIG. 1 is a perspective view of a first reference example, and FIG.
An example of a system using a reference example is shown.

第1図において、半絶縁性の(以下、SIと記す)GaAs
基板11上に、厚さ1μmのSI−GaAsバッファ層12、厚さ
1.5μmのSI−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層、厚さ0.1μm
のノンドープAl0.05Ga0.95As活性層14、厚さ0.3μmのS
I−Al0.2 Ga0.8 Asクラッド層15、厚さ0.1μmのノンド
ープAl0.05Ga0.95As吸収層16、厚さ1μmのSI−Al0.3
Ga0.7 Asクラッド層17を分子線エピタキシャル法を用い
て順次積層した。
In FIG. 1, semi-insulating (hereinafter, referred to as SI) GaAs
1 μm thick SI-GaAs buffer layer 12 on substrate 11, thickness
1.5 μm SI-Al 0.3 Ga 0.7 As cladding layer, 0.1 μm thickness
Non-doped Al 0.05 Ga 0.95 As active layer 14, 0.3 μm thick S
I-Al 0.2 Ga 0.8 As cladding layer 15, non-doped Al 0.05 Ga 0.95 As absorbing layer 16 having a thickness of 0.1 μm, SI-Al 0.3 having a thickness of 1 μm
Ga 0.7 As cladding layers 17 were sequentially laminated using a molecular beam epitaxy method.

次に、ストライプの領域を残して活性層14を越え、ク
ラッド層13に至るまでをエッチングした。その後、スト
ライプ及びストライプの片側にマスクをし、ストライプ
の片側(第1図右側)のみをp−Al0.3 Ga0.7 Asクラッ
ド層18で液相エピタキシャル法を用いて埋め込んだ。
Next, etching was performed to extend over the active layer 14 to the cladding layer 13 except for the stripe region. Thereafter, the stripe and one side of the stripe were masked, and only one side (the right side in FIG. 1) of the stripe was buried in the p-Al 0.3 Ga 0.7 As cladding layer 18 using the liquid phase epitaxial method.

更に、マウスを取り除き、先程残したストライプのも
う片側(第1図左側)を第1n−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド
層19、Al0.3 Ga0.7 As高抵抗層20、第2n−Al0.3 Ga0.7
Asクラッド層21で同じく液相エピタキシャル用いて埋め
込んだ。この際、SI−Al0.2 Ga0.8 Asクラッド層15のほ
ぼ中間位置に高抵抗層20が来るように、各々の厚みを制
御した。
Further, the mouse was removed, and the other side (left side in FIG. 1) of the stripe left before was covered with a first n-Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 19, an Al 0.3 Ga 0.7 As high resistance layer 20, and a second n-Al 0.3 Ga 0.7
It was buried in the As cladding layer 21 using liquid phase epitaxy. At this time, the thicknesses of the respective layers were controlled such that the high-resistance layer 20 was located substantially at an intermediate position of the SI-Al 0.2 Ga 0.8 As clad layer 15.

更に、ストライプから数μm離れてストライプに沿っ
て、部分的に高抵抗層20までをエッチングにより取り除
いた。
Further, the high resistance layer 20 was partially removed along the stripe at a distance of several μm from the stripe by etching.

更に、p−電極22をp−クラッド層18上部に、n−電
極23、24をそれぞれ第1及び第2n−クラッド層19、21上
部に、オーミックコンタクトがとれるよう前処理をした
後に形成した。
Further, the p-electrode 22 was formed on the p-cladding layer 18 and the n-electrodes 23 and 24 were formed on the first and second n-cladding layers 19 and 21, respectively, after performing pre-treatment so that ohmic contact could be obtained.

本参考例は発光部と受光部を同一導波路中に備えたの
が特徴であり、発光部と受光部夫々に対し電気的制御を
与えることのできる電極構造を有している。
The present embodiment is characterized in that the light emitting section and the light receiving section are provided in the same waveguide, and has an electrode structure capable of giving electrical control to each of the light emitting section and the light receiving section.

第1参考例の動作を説明する。 The operation of the first reference example will be described.

発光部においては、p−電極→p−クラッド層18→活
性層14→第1n−クラッド層19→n−電極24を通る経路で
電気的接続が成されているので、両電極22、24間に順バ
イアスを与えれば、この経路で電流が流れ、活性層14に
キャリアが注入されて反転分布が形成され誘導放出が生
じる。
In the light emitting portion, since the electrical connection is made through a path passing through the p-electrode → p-cladding layer 18 → active layer 14 → first n-cladding layer 19 → n-electrode 24, the connection between both electrodes 22 and 24 is established. When a forward bias is applied, current flows through this path, carriers are injected into the active layer 14, a population inversion is formed, and stimulated emission occurs.

一方、受光部においては、p−電極22→p−クラッド
層18→光吸収層16→第2nクラッド層21→n−電極23の経
路で電気的接続が成されている。よって、両電極22、23
に逆バイアスを与えれば光吸収層16で光が検出されるこ
とになる。
On the other hand, in the light receiving section, electrical connection is established through the path of the p-electrode 22 → the p-cladding layer 18 → the light absorbing layer 16 → the second n-cladding layer 21 → the n-electrode 23. Therefore, both electrodes 22, 23
When a reverse bias is applied to the light, the light is detected by the light absorbing layer 16.

この際、活性層14と光吸収層16とは光学的に結合して
いて両者は1つの導波路を形成しているので、発光部内
部の光パワーを検出することができる。即ち、本参考例
では、検出されるのは素子内部の光パワーであり、上記
従来例の様な発光部外へ放出される光ではない。よっ
て、本参考例のものを半導体レーザとして使用する場
合、検出されるのは素子内部の光パワーであることに留
意する必要がある。
At this time, since the active layer 14 and the light absorbing layer 16 are optically coupled and form one waveguide, the optical power inside the light emitting section can be detected. That is, in the present embodiment, what is detected is the optical power inside the element, not the light emitted to the outside of the light emitting section as in the above-described conventional example. Therefore, when using the semiconductor laser of the present embodiment as a semiconductor laser, it is necessary to keep in mind that what is detected is the optical power inside the element.

上記参考例の構成において、電極22、23間及び電極2
2、24間の両方ともに順バイアスを与えれば、上記発光
部、受光部共に発光部となり通常の半導体レーザとして
機能させることも可能である。
In the configuration of the above reference example, between the electrodes 22 and 23 and the electrode 2
If a forward bias is applied to both the portions 2 and 24, both the light emitting portion and the light receiving portion become light emitting portions and can function as a normal semiconductor laser.

また、電極22、23又は電極22、24の一方の組のみを利
用し、各々の働きのみを個別に行なわせることも出来
る。詰まり、発光部のみに順バイアスを与えれば半導体
レーザとなり、受光部のみに逆バイアスを与えればpin
−PDとして機能する。
Alternatively, only one set of the electrodes 22 and 23 or the electrodes 22 and 24 may be used, and only each function may be individually performed. If a forward bias is applied only to the light emitting section, the semiconductor laser will be used.
-Functions as a PD.

更に、第7図の従来例の如く、共振器方向に、活性層
14に至るまでの溝を設け、片側を発光部、もう片側を受
光部として用いることも可能である。こうして、APC制
御を行なえる等のことが出来る。また、本参考例の素子
では、発光部の発光特性に合わせて光吸収層16の設計が
行なえる。即ち、光吸収部16の層構成(組成、ドープ
量)を独自に変え、受光効率の向上などの特性の向上を
行なえる。
Further, as in the conventional example shown in FIG.
It is also possible to provide a groove up to 14, and use one side as a light emitting unit and the other side as a light receiving unit. Thus, APC control can be performed. Further, in the device of the present reference example, the light absorption layer 16 can be designed in accordance with the light emission characteristics of the light emitting section. That is, the layer configuration (composition and doping amount) of the light absorbing section 16 can be independently changed to improve characteristics such as improvement of light receiving efficiency.

さて、本参考例は発光部と受光部とを同時に且つ独立
に駆動でき、発光部内部の光パワーを検出できるという
新しい機能を有するのであるが、これを利用したシステ
ム例を第2図に沿って説明する。第2図において、25は
第1参考例を光増幅素子30として利用すべく両端面に施
されたARコーティング、26は光ファイバ、27はAGC回路
である。
Now, the present embodiment has a new function that the light emitting unit and the light receiving unit can be driven simultaneously and independently, and the optical power inside the light emitting unit can be detected. Will be explained. In FIG. 2, reference numeral 25 denotes an AR coating applied to both end surfaces to use the first reference example as the optical amplification element 30, reference numeral 26 denotes an optical fiber, and reference numeral 27 denotes an AGC circuit.

本システムは光中継システムとなっており、光ファイ
バ26で伝送された信号が半導体光素子内部を導波する際
に増幅され、もう一方の光ファイバ26へと出力される。
This system is an optical repeater system, in which a signal transmitted through the optical fiber 26 is amplified when guided through the inside of the semiconductor optical element, and is output to the other optical fiber 26.

その際、増幅度は常に一定になることが望まれる。本
システムでは、増幅器30内部の光を受光部で受光し、発
光部へ帰還してここへの電流量を制御する様なオートゲ
インコントロールを行なうことが出来る。信号光の検出
は、受光部に信号光の周波数に合わせた復調回路を持た
せることで(これはAGC回路27中に設けられる)DCレベ
ルである光増幅器30の自然放出光と分離してこれを行な
うことが出来る。
At that time, it is desired that the amplification degree is always constant. In this system, the light inside the amplifier 30 is received by the light receiving section, and the gain is returned to the light emitting section to perform an auto gain control such that the amount of current therethrough is controlled. The signal light is detected by providing the light receiving section with a demodulation circuit that matches the frequency of the signal light (this is provided in the AGC circuit 27). Can be performed.

信号光のない場合の自然放出光のレベルを検出してAG
Cを行なうことも考えられる。
AG by detecting the level of spontaneous emission light without signal light
It is also possible to do C.

更に、受光部の電極23を共振方向で分割し、入力側で
受光する信号レベルと出力側で受光する信号レベルを比
較し、それらの比を一定にする様に発光部に帰還をかけ
てAGCを行なうことも出来る。
Furthermore, the electrode 23 of the light receiving section is divided in the resonance direction, the signal level received at the input side is compared with the signal level received at the output side, and feedback is applied to the light emitting section so that the ratio is constant, and the AGC is performed. You can also do

従来の光増幅器でもAGCは必要とされており、一般に
は出力信号光の一部を分離する為にビームスプリッタや
ファイバ型分波器などが用いられている。これに比べ、
本システムでは分離の必要がなく装置が非常に簡略化さ
れる。
AGC is required even in a conventional optical amplifier, and a beam splitter, a fiber type duplexer, or the like is generally used to separate a part of output signal light. By comparison,
The system does not require separation and greatly simplifies the equipment.

第1図の第1参考例では、活性層14と光吸収層16とを
同じ組成、同じ膜厚で構成した。従って、前述したこと
からも分かる様に、構成をそのままにし電極22、23及び
22、24間のバイアス状態を全く逆にすれば、活性層14を
受光部として光吸収層16を発光部として用いられる。但
し、受光部は発光部にとって損失となり、発光部の特性
を劣化させていることにもなり、必ずしも発光部と受光
部を同等にする必要はない。むしろ、発光部は発光特性
に合わせて、受光部は受光特性に合わせて最適化するの
が良く、各々を独立に設計できるのが本参考例の特徴で
もある。その設計は、期待される機能に合わせて行なわ
れるのがよい。
In the first reference example shown in FIG. 1, the active layer 14 and the light absorbing layer 16 have the same composition and the same thickness. Therefore, as can be seen from the above, the electrodes 22 and 23 and
If the bias state between 22 and 24 is completely reversed, the active layer 14 is used as a light receiving section and the light absorbing layer 16 is used as a light emitting section. However, the light receiving unit is a loss for the light emitting unit, and the characteristics of the light emitting unit are degraded. Therefore, it is not always necessary to make the light emitting unit and the light receiving unit equal. Rather, it is better to optimize the light emitting unit according to the light emitting characteristics and the light receiving unit according to the light receiving characteristics, and it is a feature of this embodiment that each can be designed independently. The design should be tailored to the expected function.

第2図におけるシステムでの光増幅素子30の設計例を
第3図(a)〜(d)に示す。
FIGS. 3A to 3D show design examples of the optical amplification element 30 in the system shown in FIG.

第3図(a)は第1図の第1参考例で説明した構成の
伝導帯のバンド構造である。
FIG. 3A shows the band structure of the conduction band having the configuration described in the first reference example of FIG.

第2図におけるシステムでは、増幅特性が劣化しない
方がよく、従って発光部の特性を重視し、第3図(b)
の様に、導波モードの中心部に活性層14を配置し、導波
モードの裾となる部分に光吸収層16を形成すれば第3図
(a)に比べ増幅率の向上が期待される。
In the system shown in FIG. 2, it is better that the amplification characteristics do not deteriorate. Therefore, the characteristics of the light emitting section are emphasized.
If the active layer 14 is arranged at the center of the waveguide mode and the light absorbing layer 16 is formed at the bottom of the waveguide mode as shown in FIG. You.

また、第3図(c)の様に、活性層14と光吸収層16を
量子井戸構造とし、更に導波構造の両側にGRIN(graded
index)構造を設けることも考えられる。量子井戸を
用いる場合、組成や障壁の幅等を変えて、使用される用
途に適した発光、受光特性が任意に設計できる。
Further, as shown in FIG. 3 (c), the active layer 14 and the light absorbing layer 16 have a quantum well structure, and GRIN (graded) is provided on both sides of the waveguide structure.
It is also conceivable to provide an index) structure. When a quantum well is used, light emission and light reception characteristics suitable for the intended use can be arbitrarily designed by changing the composition, the width of the barrier, and the like.

更に、第3図(d)の様に活性層14と光吸収層16の中
間に超格子構造の層31を設け、構造的に高抵抗層を実現
して両者間の半絶縁性を確実なものとする設計も考えら
れる。
Further, as shown in FIG. 3 (d), a layer 31 having a superlattice structure is provided between the active layer 14 and the light absorbing layer 16 to realize a structurally high-resistance layer to ensure semi-insulation between them. The design to be considered is also conceivable.

第4図は本発明の実施例を示す。本実施例は4電極で
構成されている。第1図と同じ部材には同じ番号が付さ
れている。本実施例では4極構造とする為に、基板部分
を取り除き、その下部に電極を設けている。こうして、
電気的接続は、高抵抗量20、SI−クラッド層15を境とし
て発光部(下部)と受光部(上部)で上下に全く分離さ
れている。発光部は、p型電極45→p型層41→活性層14
→n型層43→n型電極47で接続され、受光部は、p型電
極46→p型層42→光吸収層16→n型層44→n型電極48で
接続されている。光学的には、第1参考例と変わらず、
動作、効果も、前述した本発明に特有の効果の点を除い
て、同じである。
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention. This embodiment is composed of four electrodes. The same members as those in FIG. 1 are given the same numbers. In this embodiment, in order to form a four-electrode structure, the substrate is removed and an electrode is provided below the substrate. Thus,
The electrical connection is completely separated vertically from the light emitting part (lower part) and the light receiving part (upper part) with the high resistance 20 and the SI-cladding layer 15 as boundaries. The light emitting portion is a p-type electrode 45 → p-type layer 41 → active layer 14
The n-type layer 43 is connected by an n-type electrode 47, and the light receiving section is connected by a p-type electrode 46 → p-type layer 42 → light absorbing layer 16 → n-type layer 44 → n-type electrode 48. Optically, as in the first reference example,
The operation and effects are the same except for the above-described effects unique to the present invention.

第5図は第2の参考例を示す。同図において、n−Ga
As基板51上に、厚さ1μmのn−GaAsバッファ層52、厚
さ1.5μmのn−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層53、厚さ0.1
μmのノンドープAl0.05Ga0.95As活性層54、厚さ1.5μ
mのp−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層55を積層する。次
に、ストライプをエッチングにより作製し、ストライプ
以外の底面部分に高抵抗層56を作製する。さらに、スト
ライプ以外の部分に厚さ0.1μmのノンドープAl0.05Ga
0.95As光吸収層57、更にストライプを埋め込むようにn
−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層58を積層させる。更に、ス
トライプ上部にp型電極60を、基板51下部にn型電極61
を、そしてストライプ両脇のn−クラッド層58上部にn
型電極62を形成する。
FIG. 5 shows a second reference example. In FIG.
On an As substrate 51, an n-GaAs buffer layer 52 having a thickness of 1 μm, an n-Al 0.3 Ga 0.7 As cladding layer 53 having a thickness of 1.5 μm, a thickness of 0.1
μm non-doped Al 0.05 Ga 0.95 As active layer 54, thickness 1.5μ
An m-type p-Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 55 is laminated. Next, a stripe is formed by etching, and a high-resistance layer 56 is formed on the bottom surface other than the stripe. Furthermore, a non-doped Al 0.05 Ga layer having a thickness of 0.1 μm
0.95 As light absorbing layer 57, n
-An Al 0.3 Ga 0.7 As cladding layer 58 is laminated. Further, a p-type electrode 60 is provided above the stripe, and an n-type electrode 61 is provided below the substrate 51.
And n on the n-cladding layer 58 on both sides of the stripe.
A mold electrode 62 is formed.

本実施例の電気的接続は次の様になっている。先ず、
発光部はp型電極60→p−クラッド層55→活性層54→n
−クラッド層53→n−バッファ層52→n−基板51→n電
極61のように接続されている。次に、受光部は、p型電
極60→p−クラッド層55→光吸収層57→n−クラッド層
58→n電極62のように接続されている。
The electrical connection of this embodiment is as follows. First,
The light emitting portion is a p-type electrode 60 → p-cladding layer 55 → active layer 54 → n
-Cladding layer 53-> n-buffer layer 52-> n-substrate 51-> n-electrode 61. Next, the light receiving section is a p-type electrode 60 → a p-cladding layer 55 → a light absorbing layer 57 → a n-cladding layer.
58 → n-electrode 62 are connected.

本参考例では、前の第1の参考例及び本発明の実施例
と異なり、導波モードは、発光部の構成でほぼ決定され
ている。その為に、本参考例では、特に発光部の特性
(発光スペクトル等)の向上が効果として期待される。
すなわち、本参考例では、発光部を主とする導波モード
の界分布の一部に受光部がある。第6図に第3の参考例
を示す。本実施例の構成を説明する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment and the embodiment of the present invention, the waveguide mode is substantially determined by the configuration of the light emitting section. For this reason, in the present reference example, improvement of the characteristics (emission spectrum and the like) of the light emitting portion is expected as an effect.
That is, in the present reference example, the light receiving unit is located in a part of the field distribution of the guided mode mainly including the light emitting unit. FIG. 6 shows a third reference example. The configuration of the present embodiment will be described.

p−GaAs基板63に、厚さ1μmのp−GaAsバッファ層
64、厚さ1.5μmのp−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層65、
厚さ0.1μmのノンドープAl0.05Ga0.95As活性層66、厚
さ0.15μmのn−Al0.2 Ga0.8 Asクラッド層67を積層す
る。次に、ストライプを形成する為に活性層66を越えて
p−クラッド層65までエッチングする。その後、ストラ
イプ以外をSI−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層68で埋め込
む。さらに、厚さ0.1μmのn−Al0.2 Ga0.8 Asキャッ
プ層69、厚さ0.1μmのn−Al0.2 Ga0.8 Asクラッド層7
0、厚さ0.1μmのノンドープAl0.05Ga0.95As光吸収層7
1、厚さ1.5μmのp−Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層72を成
膜する。次に、ストライプ部分を残してn−キャップ層
69までを取り除き、その上部にn電極73を形成する。ま
た、ストライプ上部にはp電極74、基板63下部にp電極
75を形成する。
A 1 μm thick p-GaAs buffer layer on a p-GaAs substrate 63
64, 1.5 μm thick p-Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 65,
A non-doped Al 0.05 Ga 0.95 As active layer 66 having a thickness of 0.1 μm and an n-Al 0.2 Ga 0.8 As cladding layer 67 having a thickness of 0.15 μm are laminated. Next, etching is performed over the active layer 66 to the p-clad layer 65 to form a stripe. Thereafter, the portions other than the stripes are buried with the SI-Al 0.3 Ga 0.7 As cladding layer 68. Further, a 0.1 μm thick n-Al 0.2 Ga 0.8 As cap layer 69 and a 0.1 μm thick n-Al 0.2 Ga 0.8 As clad layer 7
0, non-doped Al 0.05 Ga 0.95 As light absorption layer 7 of 0.1 μm thickness 7
1. A 1.5 μm-thick p-Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 72 is formed. Next, an n-cap layer is left while leaving a stripe portion
Steps 69 and 69 are removed, and an n-electrode 73 is formed thereon. The p-electrode 74 is located above the stripe and the p-electrode is located below the substrate 63.
Form 75.

本参考例の電気的接続は次の様になっている。発光部
は、p電極75→p基板63→p−バッファ層64→p−クラ
ッド層65→活性層66→n−クラッド層67→n−キャップ
層69→n−電極73と接続されている。一方、受光部は、
p電極74→p−クラッド層72→光吸収層71→n−クラッ
ド層70→n−キャップ層69→n電極73と接続されてい
る。
The electrical connection of this embodiment is as follows. The light emitting section is connected to the p-electrode 75 → p substrate 63 → p-buffer layer 64 → p-cladding layer 65 → active layer 66 → n-cladding layer 67 → n-cap layer 69 → n-electrode 73. On the other hand, the light receiving section
It is connected to a p-electrode 74 → p-cladding layer 72 → light absorbing layer 71 → n-cladding layer 70 → n-cap layer 69 → n electrode 73.

また、光学的には、n−キャップ層69でストライプは
一時中断するものの、上下のストライプの効果により1
つの導波路として扱って差し支えなく、第1参考例とほ
ぼ変わりはない。
Optically, the stripe is temporarily interrupted by the n-cap layer 69, but the effect of the upper and lower stripes causes the stripe to temporarily stop.
It can be treated as one waveguide, and is almost the same as the first reference example.

従って、本素子も第1参考例と変わらない効果が得ら
れる。
Therefore, this element also has the same effect as the first reference example.

以上の例では構成材料はGaAs系で説明したが、GaAs系
に限らず、InP系など他のIII−V系或はII−VI系などの
他半導体材料で構成されてもよい。
In the above example, the constituent material is described as a GaAs-based material. However, the constituent material is not limited to the GaAs-based material, and may be formed of another semiconductor material such as an InP-based III-V-based or II-VI-based.

また、活性層、光吸収層として量子井戸などで説明し
たが、夫々が多重量子井戸構造や量子細線などであって
もよい。
Although the active layer and the light absorbing layer have been described with quantum wells and the like, each may have a multiple quantum well structure or a quantum wire.

製造方法も、制御性や再現性に優れた公知の成膜装
置、エッチング装置ならどの様なものを用いてもよい。
As the manufacturing method, any known film forming apparatus and etching apparatus having excellent controllability and reproducibility may be used.

更に、活性層や光吸収層の形成される導波路も、単一
モード矩形導波路、多モード導波路など用途に合ったも
のとして構成すればよい。
Further, the waveguide on which the active layer and the light absorbing layer are formed may be configured as a single mode rectangular waveguide, a multimode waveguide, or the like suitable for the application.

[発明の効果] 以上説明した様に、本発明によれば、活性層又は光吸
収層になるべく構成された第1領域と第2領域が同一の
導波路中に作製され、この第1及び第2領域を独立に別
個に制御する手段が設けられているので、例えば、発
光、受光を兼ね備えた光素子として設計の自由度が増
す。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the first region and the second region configured to be the active layer or the light absorbing layer are manufactured in the same waveguide, and the first and second regions are formed. Since the means for independently controlling the two regions is provided, for example, the degree of freedom in designing an optical element having both light emission and light reception is increased.

それにより、発光部、受光部独自の設計を行なうこと
ができ、特性の向上が図られる。また、従来の構成に加
え、新しい機能を備えたシステムを構成することが可能
となる。
Thus, a unique design of the light emitting unit and the light receiving unit can be performed, and the characteristics are improved. In addition, it is possible to configure a system having new functions in addition to the conventional configuration.

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

第1図は本発明による半導体素子の第1参考例を示す
図、第2図は第1参考例を使用して構成する光中継シス
テムを示す図、第3図の(a)〜(d)は層構成のいく
つかの例を説明する図、第4図は本発明の実施例を示す
図、第5図は第2の参考実施例を示す図、第6図は第3
の参考実施例を示す図、第7図は従来例を示す図であ
る。 11、51、63……基板、12、52、64……バッファ層、13、
15、18、19、21、53、55、58……クラッド層、14、54、
66……活性層、16、57、71……光吸収層、20、56……高
抵抗層、22、23、24、45、46、47、48、60、62、73、7
4、75……電極、25……ARコーティング、26……光ファ
イバ、27……AGC回路、30……光増幅器、31……超格子
層(SL層)、41、42……p型層、43、44……n型層、69
……n−キャップ層
FIG. 1 is a view showing a first reference example of a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a view showing an optical repeater system configured using the first reference example, and FIGS. 3 (a) to 3 (d). FIG. 4 is a view for explaining some examples of the layer structure, FIG. 4 is a view showing an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view showing a second reference embodiment, and FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a conventional example. 11, 51, 63 ... substrate, 12, 52, 64 ... buffer layer, 13,
15, 18, 19, 21, 53, 55, 58 ... clad layer, 14, 54,
66 ... active layer, 16, 57, 71 ... light absorption layer, 20, 56 ... high resistance layer, 22, 23, 24, 45, 46, 47, 48, 60, 62, 73, 7
4, 75 ... electrode, 25 ... AR coating, 26 ... optical fiber, 27 ... AGC circuit, 30 ... optical amplifier, 31 ... superlattice layer (SL layer), 41, 42 ... p-type layer , 43, 44 ... n-type layer, 69
..... n-cap layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−128589(JP,A) 特開 昭57−35392(JP,A) 特開 昭64−7583(JP,A) 特開 昭63−9163(JP,A) 特開 昭62−12180(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-128589 (JP, A) JP-A-57-35392 (JP, A) JP-A-64-7583 (JP, A) JP-A 63-128 9163 (JP, A) JP-A-62-12180 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 JICST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半絶縁性の材料から成る第1のクラッド層
を挟んで積層された活性層及び吸収層と、これらの層を
サンドイッチにするように積層された第2及び第3のク
ラッド層と、積層方向と直交する方向に前記活性層を挟
むように両側にそれぞれ設けられた第1のn型半導体層
及び第1のp型半導体層と、積層方向と直交する方向に
前記吸収層を挟むように両側にそれぞれ設けられた第2
のn型半導体層及び第2のp型半導体層と、積層方向に
第1のn型半導体層と第2のn型半導体層との間、及び
第1のp型半導体層と第2のp型半導体層との間にそれ
ぞれ設けられた高抵抗層と、前記第1のn型半導体層及
び第1のp型半導体層にそれぞれ電気的に接続された第
1のn型電極及び第1のp型電極と、前記第2のn型半
導体層及び第2のp型半導体層にそれぞれ電気的に接続
された第2のn型電極及び第2のp型電極とを備え、前
記活性層と吸収層とが同一の光導波路内にあるように形
成され、第1のn型電極と第1のp型電極との間に電流
を流すことによって活性層で光を発生させ、活性層で発
生した光を吸収層で検出して、第2のn型電極及び第2
のp型電極から電気信号として取り出すことを特徴とす
る半導体光素子。
An active layer and an absorption layer laminated with a first cladding layer made of a semi-insulating material interposed therebetween, and second and third cladding layers laminated so as to sandwich these layers. A first n-type semiconductor layer and a first p-type semiconductor layer provided on both sides of the active layer so as to sandwich the active layer in a direction perpendicular to the laminating direction, and the absorbing layer in a direction perpendicular to the laminating direction. The second provided on each side to sandwich
N-type semiconductor layer and the second p-type semiconductor layer, between the first n-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer in the stacking direction, and between the first p-type semiconductor layer and the second p-type semiconductor layer. A high-resistance layer provided between the first n-type semiconductor layer and the first n-type electrode and a first n-type electrode electrically connected to the first n-type semiconductor layer and the first p-type semiconductor layer, respectively. a p-type electrode; a second n-type electrode and a second p-type electrode electrically connected to the second n-type semiconductor layer and the second p-type semiconductor layer, respectively; The absorption layer is formed so as to be in the same optical waveguide, and light is generated in the active layer by flowing a current between the first n-type electrode and the first p-type electrode. The detected light is detected by the absorption layer, and the second n-type electrode and the second
A semiconductor optical element which is extracted as an electric signal from the p-type electrode.
【請求項2】前記活性層及び吸収層が、それぞれ量子井
戸構造である請求項1記載の半導体光素子。
2. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein each of said active layer and said absorption layer has a quantum well structure.
【請求項3】前記第1のクラッド層が、超格子構造を有
する請求項2記載の半導体光素子。
3. The semiconductor optical device according to claim 2, wherein said first cladding layer has a superlattice structure.
【請求項4】前記光導波路に外部からの光信号を入出力
する手段を有し、この光信号は該光導波路中を伝搬する
間に増幅され、入出力間増幅率が常に一定になるよう
に、前記第2のn型電極及び第2のp型電極間から取り
出される電気信号に応じて、前記第1のn型電極と第1
のp型電極との間に流す電流を制御する請求項1乃至3
のいずれかに記載の半導体光素子。
4. The optical waveguide has means for inputting / outputting an external optical signal to / from the optical waveguide, and the optical signal is amplified while propagating through the optical waveguide, so that an input / output amplification factor is always constant. The first n-type electrode and the first p-type electrode are connected to each other in accordance with an electric signal taken out between the second n-type electrode and the second p-type electrode.
4. A current flowing between the p-type electrode and the p-type electrode is controlled.
The semiconductor optical device according to any one of the above.
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