JP3149979B2

JP3149979B2 - 光検出装置及び発光装置

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Publication number: JP3149979B2
Application number: JP03143292A
Authority: JP
Inventors: 肇坂田; 慎介武内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH0590715A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重分割型光通
信、波長多重分割型光交換、波長領域を利用した光演
算、光記録、光計測などに好適に用いられる、直列配列
されたグレーティング方向性結合器を有する多波長光検
出及び／又は発光装置に関する。こうした光検出及び／
又は発光装置は、直列配列された複数の半導体レーザ及
び波長の異なる複数の光を同一出射端面から出力する集
積化された構造を有する多波長発光装置や、直列配列さ
れた複数の光検出器を有する分波光検出装置などを含
む。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ファイバ通信システムなどに
おいて、波長多重化された光信号を波長ごとに分離、検
出するいわゆる分波光検出器は重要である。従来の分波
検出装置としては、例えば、図７で示されるものがある
（電子情報通信学会秋期全国大会予稿Ｂ−４６９（１
９８９））。これは、複数の波長成分を持つ入力光１０
１をフーリエグレーティング１０２で反射回折させ、再
びコリメータレンズ１０３で結像させることにより波長
成分の分離を行なう装置である。反射回折光の結像位置
には光ファイバアレイ１０４が設けられていて、各波長
成分の検出が行なわれるものである。

【０００３】この様な装置では、空間的に光を広げる
為、装置が全体として大きくなる難点があった。また、
波長分解能を向上させ、クロストークを低減させる為に
は、光ビーム１０１の光路長を長くする必要があり、こ
れも装置の大型化につながっていた。これらのことを解
決する為、特開平２−４２０９では、図８に示す様に、
ｐｉｎフォトダイオード（ｐ−ＡｌＧａＡｓ第３反射層
１１２、アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子光吸
収層１１３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第２反射層１１４、上下
に施された電極などから成る）にグレーティング１１１
を形成し、ｎ−ＡｌＧａＡｓ導波路層１１５に導入され
た入力光（λ1 ＋λ2＋λ3 ＋λ4 ）のうち特定の波長
の光を光吸収層１１３の部分に移行させるという波長選
択機能を持たせることにより、素子の小型化、集積化を
図っている。

【０００４】また、多波長発光装置ないし半導体レーザ
は、波長多重分割型の光伝送システムや光交換システム
などに不可欠な素子である。こうした光伝送システムや
光交換システムなどでは、１本の光ファイバ或は光導波
路に、多波長半導体レーザの出力光、即ち波長の異なる
複数のレーザ光を多重して伝送させる必要がある。

【０００５】従来、この種の多波長発光装置ないし半導
体レーザは、出力波長の異なる複数の半導体レーザを並
列に集積化し、出力光信号を合波する構造を設けること
により作製されている。例えば、特開昭５５−１６３８
８８（図９参照）や特開昭５８−１７５８８４（図１０
参照）の様に、並列に集積化した複数の半導体レーザの
出力光をＹ型合流器で合流し、単一の開口より複数レー
ザ光多重出力を得る構成がある。即ち、図９では、グレ
ーティング１３１ａ〜１３１ｄを備える分布反射型（Ｄ
ＢＲ）半導体レーザ１３２ａ〜１３２ｄからの発振光
が、各光導波路１３３ａ〜１３３ｄを伝播した後、共通
光導波路１３４に合流し、単一の開口から出射される。
また、図１０では、複数のレーザ１４１からの発振光
（波長λ1 〜λ10）が、各光導波路を伝播した後、共通
光導波路１４２に合流し、単一の開口から出射される。

【０００６】更に、合流器として、特開昭６２−２２９
１０５（図１１参照）に示す様に、複数の半導体レーザ
１５１の光出射端面１５２から各々光導波路１５３を引
き延ばして、波長選択型方向性結合部１５３（グレーテ
ィングないし周期構造１５６を備える）で共通光導波路
１５７に合波する構成がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８の提案で
は、電極１、２、３への印加電圧の制御により選択波長
をチューニングする為、各光検出器（各電極１、２、３
の下のｐｉｎ構造から成る）には必然的に異なる電圧が
印加されることになって、同一の印加電圧を用いること
ができないことになり、検出電流、応答速度（感度の遅
速）が各光検出器において異なるという難点を有してい
た。普通、光検出器に対しては、その構造に応じた最適
の使用電圧が決められている。

【０００８】また、複数の半導体レーザを並列に集積化
し、且つ出力光の合流部分を図９、１０及び１１の従来
例の様に屈曲光導波路を用いて得る構成では、多波長半
導体レーザ素子全体の大きさが極めて大きくなるという
問題点がある。例えば、半導体レーザ間の並列方向の間
隔を１００μｍとすれば、１０個のレーザの集積で横方
向（並列方向）に少なくとも１ｍｍ必要とし、且つ、最
大１ｍｍ離れた２つの出力光を低損失で合流しようとす
ると、合流角２度として、合流器長さを３０ｍｍ必要と
することになる。

【０００９】この様に、従来の構成では、極めて大きな
サイズの多波長半導体レーザしか得られていなかった。
更に、従来の合流器／合波器では、伝搬長が長いので、
伝搬損失と屈曲部の放射損失が無視できない大きさであ
り、レーザ光の出力光強度が低下する難点もあった。

【００１０】従って、本発明の第１の目的は、これらの
問題点に鑑み、サイズが小さく性能が良い直列配列され
たグレーティング方向性結合器を有する多波長光検出及
び／又は発光装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、上記の課題
に鑑み、小型、集積型構造で性能の良い分波光検出装置
を提供することにある。

【００１２】また、本発明の第３の目的は、上記の課題
に鑑み、小型、集積型構造で複数のレーザ光を共通の出
射端より出射させることを可能とした多波長発光装置な
いし半導体レーザを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光検出装置は以
下のように構成される。共通導波路と、該共通導波路を
伝搬する光をグレーティングを用いて、前記共通導波路
と積層された他の導波路に、光伝搬方向と同方向に光結
合する方向性結合器及び前記積層された他の導波路と一
体化した光電変換機能を有する光検出器から成るユニッ
トとを有しており、前記ユニットを共通導波路の光伝搬
方向に沿って複数接続しており、各ユニットの前記グレ
ーティングの周期が異なることを特徴とする光検出装
置。このような順方向結合器を用いると、波長選択幅の
調整範囲が広く、且つ、グレーティングの周期が１０μ
ｍ程度なので、フォトマスクを用いて容易に周期の異な
る構造を作り込めることができる。

【００１４】前記複数のユニットは、光の入射側から前
記グレーティングの周期の短い順に配列されていると、
損失を低減することができる。また、前記複数のユニッ
トの間には、溝、もしくは光吸収領域が形成されている
か、もしくは前記複数のユニットの間の境界面が光伝搬
方向に対して斜めに形成されていると、ユニット間での
光の混じり込みを抑制することができる。また更に、前
記グレーティングの有効周期を変化させる手段が設けら
れていると、分波する光の波長を変化させることができ
る。

【００１５】本発明の光検出装置においては、各グレー
ティングの周期が異なっていることにより、それぞれの
ユニットで異なる波長を光結合させ、検出できるため、
波長多重化光信号の同時検出を小型で且つ集積化可能な
形態で可能としている。光検出器としては、ＭＥＳ−Ｆ
ＥＴ型光検出領域を用いたり、ｐｉｎフォトダイオード
光検出領域を用いることができる。

【００１６】また、本願に係る発光装置は以下のように
構成される。共通導波路と、該共通導波路と積層された
半導体レーザ及び該半導体レーザの発する光をグレーテ
ィングを用いて前記共通導波路に、光伝搬方向と同方向
に光結合する方向性結合器から成るユニットとを有して
おり、前記ユニットを共通導波路の光伝搬方向に沿って
複数接続しており、各ユニットの前記グレーティングの
周期が異なることを特徴とする発光装置。ここで、前記
半導体レーザと方向性結合器は、光の伝搬方向に直列に
接続されていると、半導体レーザと方向性結合器を独立
に制御しやすくなる。また、前記半導体レーザは、ＤＦ
Ｂ型半導体レーザであると集積化が容易になる。

【００１７】

【００１８】また、上述の光検出装置、もしくは発光装
置のユニットの方向性結合器は２層の導波路（例えば一
方は共通導波路）の間でグレーティングを用いて光結合
を行うものであったり、その２層の導波路の間にクラッ
ド層を有するものであったり、その２層の導波路は平行
であったりする。また、前記グレーティングは該２層の
導波路の一方に形成されるものであったりする。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の分波光検出装置の第１実施例
の基本構成図を表わしている。本分波光検出器は半導体
基板１に積層された２層の導波路４、６からなり、片側
の導波路（この例では６の導波路）にグレーティング１
０が形成されている。２層の導波路４、６は互いに厚さ
及び／若しくは屈折率が異なるいわゆる非対称方向性結
合器を形成し、グレーティング１０により伝搬定数の補
償を受ける波長においてのみ、導波路４、６間のモード
結合が起こる。つまり、下の導波路４に入射結合した光
（λ1 〜λ5 ）のうち、グレーティング１０により導波
路４、６間結合の生じる波長において上の導波路６への
結合が起こり光の移行が生じる。

【００２０】この様に分波領域２０で用いられる非対称
な方向性結合器とグレーティング１０の組み合わせは、
単に方向性結合器を構成する導波路間のモード分散を用
いる場合と比較して、波長分解能が向上することが知ら
れている。従って、本構成を用いれば、信号の波長多重
度即ちチャネル数の増大が図られる。

【００２１】上の導波路６へ結合した光は、グレーティ
ング１０の後段に設けられた光検出領域２１の光検出層
７で吸収され、信号検出が行なわれる。他の波長成分の
信号光は下の導波路４を伝搬する為、光検出層７には吸
収されず、次段の分波領域２０へ進む。こうして、特定
の波長成分の信号光のみが上の導波路６へ結合し検出さ
れる。

【００２２】本実施例においては、以上の様に入力光信
号の波長多重度に応じて、分波領域２０と光検出領域２
１から構成される分波光検出器が複数個光伝搬方向に沿
って縦列接続されており、各分波領域２０のグレーティ
ング周期（ピッチ）が、分波する波長に応じて異なる様
に設定されている。このグレーティング周期に応じて、
伝播定数の補償される波長が異なる為、第１実施例では
複数の波長成分の光を同時に検出することができる。

【００２３】本実施例は次の如く作製された。図１にお
いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板１の上に、順に、ノンドー
プ（φ−）ＧａＡｓバッファ２を０．５μｍの厚さで、
φ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３を１．５μｍの厚
さで、φ−ＧａＡｓ（厚さ３０Å）／φ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ（厚さ８０Å）から構成される多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造である下側導波路４を０．０８μｍの厚
さで、φ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層５を０．８μ
ｍの厚さで、φ−ＧａＡｓ（厚さ３０Å）／φ−Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ（厚さ６０Å）から構成されるＭＱＷで
ある上側導波路６を０．４５μｍの厚さで、ｎ−ＧａＡ
ｓ（不純物濃度ｎ＝３×１０¹⁷ｃｍ^-3）光検出層７を
０．２μｍの厚さで、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）
で成長した。

【００２４】レジストパタ−ニング及びドライエッチン
グにより、ｎ−ＧａＡｓ光検出層７をパターニングし、
ＭＥＳ−ＦＥＴ型光検出領域２１とした。続いて、レジ
ストパターニング及び反応性イオンビームエッチングの
繰り返しにより、図１の断面図及び図２の上面図の様に
各光検出領域２１の前段に各々周期の異なるグレーティ
ング１０を備えたリッジ状導波路を形成した。次に、Ｓ
ｉＯ₂８を導波路６のカバー層として成膜後、図２に示
す様に光検出領域２１に、Ａｕ／Ｃｒからなるソース１
１及びドレイン電極１２を導波路６を挟む様に形成し、
加熱処理によりオーミックコンタクトをとった。続い
て、Ａｌゲート電極９をソース１１、ドレイン電極１２
間に形成した後、各ソース１１、ドレイン１２、ゲート
電極９の取り出し電極を作製し、ＭＥＳ−ＦＥＴ型光検
出領域２１を作製した。

【００２５】本素子は、５段縦列接続の分波光検出器か
らなり、各分波領域２０のグレーティング周期は信号光
入力段より、順に９μｍ、９．２５μｍ、９．５μｍ、
９．７５μｍ、１０μｍとした。グレーティング１０の
深さは０．１μｍ、グレーティング領域長さは５００μ
ｍである。

【００２６】以上の構成の第１実施例において、ゲート
電極９に−３Ｖを印加し、ドレイン電流を測定したとこ
ろ、入力波長０．８０５μｍから０．８５５μｍにおい
て図３の様な応答特性が得られた。図３の上部に記載の
数字は各グレーティング周期であり、各周期を分波領域
２０に有する光検出器の応答特性を示している。図３よ
り、波長λ1 ＝０．８１７μｍ、λ2 ＝０．８２４μ
ｍ、λ3 ＝０．８３μｍ、λ4 ＝０．８３６μｍ、λ5
＝０．８４２μｍの光信号の同時検出が可能であること
が分かる。本素子の全長は、グレーティング領域５００
μｍ、光検出領域２０μｍのユニットが５段縦列接続さ
れるので、合計２．６ｍｍである。つまり、光の伝搬す
る全長が僅か２．６ｍｍの素子で５波長同時検出が可能
である。

【００２７】ところで、第１実施例において、分波領域
２０の所にも独立に電極２５（図１に破線で示す）を設
けて、ここの印加電圧を制御して分波する波長を変化さ
せる構成にもできる。この変化は、プラズマ効果、量子
閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）などによる上部導
波路６の有効屈折率の変化に基づいている。

【００２８】また、長波長より短波長の光の方が吸収さ
れやすいので、入力側になるべく短波長の光を分波、検
出する領域を設ける方がよい。第１実施例はそうなって
いる。更に、前段で分波された波長光が光検出領域２１
に混じり込んでこない様に、隣接する光検出領域２１と
分波領域２０との間に、積層方向に延びる適当な深さの
溝２６（図１に破線で示す）を設けたり、光吸収領域を
設けたり、両領域の境界面を伝搬方向に対して斜めに形
成して前段の上部導波路６からの光が他の方向に反射さ
れる様にしてもよい。

【００２９】第１実施例は光検出器としてＭＥＳ−ＦＥ
Ｔを使用していたが、次に図４に基づいて、光検出器と
してｐｉｎ型フォトダイオードを使用する第２実施例を
説明する。

【００３０】本実施例は図４に示す構造を有し次の如く
作製された。図４において、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板４１の
上に、順に、ｎ−ＧａＡｓ（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）バ
ッファ層４２を０．５μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）クラッド層４３を
１．５μｍの厚さで、ＧａＡｓ（３０Å）／Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ（８０Å）（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）から構
成されるｎ型多重量子井戸（ｎ−ＭＱＷ）である下側導
波路層４４を０．０８μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）中間クラッド層４５
を０．８μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ（ｎ＝
１×１０¹⁷ｃｍ^-3）上側導波路層４６を０．２５μｍの
厚さで、ｎ^-−ＧａＡｓ（ｎ＝５×１０¹⁵ｃｍ^-3）光検
出層４７を０．０５μｍの厚さで、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓ（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）クラッド層４８を１．５
μｍの厚さで、ｐ−ＧａＡｓ（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）
コンタクト層４９を０．５μｍの厚さで、ＭＢＥ（分子
線エピタキシー法）で成長した。

【００３１】次に、光検出領域５４のみをフォトレジス
トでカバーし、アンモニア：過酸化水素水（１：２０
０）のエッチャントで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４９
を除去し、続いて塩酸：過酸化水素水（１：２００）の
エッチャントにより、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド
層４８を除去し、更にアンモニア：過酸化水素水（１：
２００）のエッチャントでｎ^-−ＧａＡｓ光検出層４７
を除去した。

【００３２】この除去で露出したｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａ
ｓ上部導波路層４６上に、グレーティング５７を反応性
イオンビームエッチング法により食刻し、ＭＯＣＶＤ法
によりφ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ５０を選択成長した。グ
レーティング５７の深さは０．１μｍ、周期は６μｍか
ら７．５μｍにわたって０．１５μｍ間隔で設定されて
いる。従って、波長選択光検出器ユニットは全部で１１
個である。グレーティング領域５５の長さは４００μ
ｍ、光検出領域５４の長さは５０μｍである。よって、
素子の全長は約５ｍｍである。

【００３３】更に、横方向の閉じ込めを行なう為に、グ
レーティング５７と直交する方向、即ち光の伝搬方向に
幅３μｍのリッジ構造を反応性イオンビーム法により食
刻し（中間クラッド層４５まで食刻してリッジ構造を作
る）、コンタクト層４９を除くリッジ側面にＳｉ₃Ｎ₄膜
５１を絶縁層として成膜した。続いて、光検出領域５４
のコンタクト層４９上にはＡｕＣｒ／Ａｕ電極５２を蒸
着し、裏面研磨後、基板４１裏面にＡｕＧｅ／Ａｕ電極
５３を蒸着した。最後に、高温処理により電極５２、５
３のオーミックコンタクトをとりチップ化して実装を行
なった。

【００３４】以上の構成の第２実施例において、各光検
出領域（ｐｉｎフォトダイオード）５４に、−５Ｖを印
加し、２０Ｍｂｐｓの光信号を下部導波路層４４に入力
した。光信号は波長分割多重化されており、λ＝８２０
ｎｍから８５０ｎｍにおいて３ｎｍ間隔で１１チャネル
を有している。各段のグレーティング５７を有する分波
領域５５で各波長成分が選択され、上部導波路層４６に
結合し、各段の光検出層４７で吸収検出される。１１チ
ャネルの光信号は独立に検出可能であり、波長間のクロ
ストークは−２０ｄＢ以下、検出可能最小光パワーレベ
ルは入力段において−４０ｄＢｍであった。第２実施例
でも、第１実施例で述べた様な変形ないし変更が可能で
ある。

【００３５】図５は多波長発光装置である本発明の第３
実施例の基本構造を示している。本発明による多波長発
光装置は、互いに異なる発振波長の半導体レーザと各発
振波長に合わせて導波路間結合を起こすグレーティング
方向性結合器とが１組となって、複数組、光伝搬方向に
沿って直列配置されていて、半導体レーザは集積に適し
たＤＦＢ若しくはＤＢＲ型レーザが良いが、他の型でも
良い。第３実施例では、半導体レーザ７８はＤＦＢ型で
あり、発振波長λi に合わせたグレーティング７５の周
期Λ_LD,iを有している。発振モードの有効屈折率をｎ
_effとすれば、Λ_LD,iは、 Λ_LD,i＝ｍ・λｉ／２ｎ_eff （ｍ＝１，２，３・・・）（１）で表わせる（この関係はＤＢＲ型でも成立する）。

【００３６】更に、本実施例では、半導体レーザ７８の
活性層６５と距離を置いた位置に共通導波路６３が形成
されている。グレーティング方向性結合器７９は、半導
体レーザ７８の活性層６５との突き合わせ位置に上部導
波路７１が形成されており、半導体レーザ７８の共通導
波路６３との突き合わせ位置に同じく共通導波路６３が
形成されていて、上部導波路７１と共通導波路６３の結
合領域に波長選択結合用グレーティング７４が形成され
ている。

【００３７】グレーティング方向性結合器７９の２層の
導波路即ち上部導波路７１と共通導波路６３は、互いに
厚さ及び／若しくは屈折率が異なるいわゆる非対称方向
性結合器を形成し、グレーティング７４により伝搬定数
の補償を受ける波長においてのみ、導波路７１、６３間
のモード結合が生じる。つまり、半導体レーザ７８より
出射され上部導波路７１を伝搬する光のうち、グレーテ
ィング７４によりモード整合の取れる波長において、共
通導波路６３への結合が生じ、光の導波路間移行が実行
される。この時、半導体レーザ７８の発振波長をλi 、
上部導波路７１を伝搬するモードの有効屈折率を
ｎ_up,i、共通導波路６３を伝搬するモードの有効屈折率
をｎ_com,iとすれば、グレーティング７４の周期Λ
_g,iは、 Λ_g,i ＝λi ／｜ｎ_up,i−ｎ_com,i｜（２）で表わされる（右辺のマイナス符号は順方向性結合であ
ることを示す）。

【００３８】この様に、グレーティング７４を介した方
向性結合器による結合では、（２）式のブラッグ条件近
傍で強い波長選択性が生じる。その為、所望のレーザ発
振波長のみ、導波路７１、６３間の光移行が起こる。逆
に言えば、対応する半導体レーザ７８からの発振波長に
合わせて、こうした光移行が起こる様に、グレーティン
グ方向性結合器７９のグレーティング７４の周期Λ_g,i
が設定されている。

【００３９】本実施例では、以上の様にして、半導体レ
ーザ７８及びこの半導体レーザの発振波長に合わせたグ
レーティング方向性結合器７９の組み合わせが、波長多
重度に合わせて異なる波長で設定されて、複数組、光伝
搬方向に沿って直列接続されている。即ち、半導体レー
ザ７８より出射した光は、グレーティング結合器７９に
より共通導波路６３へ導かれ、共通導波路６３を伝搬す
る。伝搬光は、次段以降の半導体レーザ７８及びグレー
ティング方向性結合器７９を伝搬する際には波長が異な
る為に結合を起こさず、これらを透過し、共通出射端
（図５においては、左手前の端面）より出射する。

【００４０】以上の様に、本実施例では、各発振波長に
合わせて、半導体レーザ７８のグレーティング周期が
（１）式で設定され、グレーティング方向性結合器７９
のグレーティング周期が（２）式で設定され、波長ごと
に独立に駆動が可能な構成をとっている。従って、同一
の出射端より波長多重分割化された光信号が出射可能で
ある。

【００４１】本実施例は次の如く作製された。図５にお
いて、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板６１の上に、順に、ｎ−Ｇａ
Ａｓ（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）バッファ層（不図示）を
０．５μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ（ｎ＝１
×１０¹⁷ｃｍ^-3）クラッド層６２を１．５μｍの厚さ
で、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）
共通導波路６３を０．０８μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）中間クラッド層
６４を０．８μｍの厚さで、φ（ノンドープ）−Ａｌ
_0.07Ｇａ_0.93Ａｓ活性層６５を０．０７μｍの厚さで、
ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓガイド層６６を０．２μｍの厚
さで、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）で成長し
た。

【００４２】次に、フォトレジストを塗布後、発振波長
ごとに周期を変えたＨｅ−Ｃｄレーザの２光束干渉パタ
ーンを各半導体レーザ７８の形成される領域に焼き付
け、現像した。続いて、反応性イオンビームエッチング
法により、ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓガイド層６６を食刻
し、フォトレジスト剥離後、図５に示す様な微細なグレ
ーティングパターン７５を得た。発振モードの不安定性
を除く為に、グレーティングパターン７５は図５の様に
中央付近でいわゆるλ／４シフトした構造となってい
る。λ／４シフトは、フォトレジストをネガ、ポジ交互
に塗布する方法などによって容易に得ることができる
（例えば、特開昭６２−２６２００４参照）。

【００４３】次に、グレーティング方向性結合器７９と
なる部分をＳｉＯ₂でマスクした後、再びＭＯＣＶＤ法
により微細グレーティング７５上にｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓ（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）クラッド層６７、ｐ⁺−
ＧａＡｓ（ｐ⁺＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）コンタクト層６８
を成長した。以上の工程でＤＦＢ型半導体レーザ７８を
作製した。

【００４４】一方、グレーティング方向性結合器７９に
ついては、その領域のＳｉＯ₂マスクを除去後、今度は
半導体レーザ７８上にＳｉＯ₂マスクを作製し、硫酸：
過酸化水素水：水の混合エッチャントでｐ−Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ａｓガイド層６６を除去し、アンモニア：過酸化
水素水の混合エッチャントでφ−Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ａｓ
活性層６５を除去した。次に、フォトレジストを塗布
後、各グレーティング方向性結合器７９の位置及び結合
波長に合わせたグレーティング周期を設定したフォトマ
スクを通して露光し、現像した。反応性イオンビームエ
ッチングで食刻し、フォトレジスト剥離後、図５に示す
グレーティング７４を得た。本実施例では、グレーティ
ング７４の周期は比較的粗いので、こうした方法で作製
できる。

【００４５】続いて、再びＭＯＣＶＤ法によりグレーテ
ィング７４上にφ−ＭＱＷ（ウェル：ＧａＡｓ３０Å，
バリア：Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ８０Åの多重量子井戸）上
部導波路７１を０．５μｍの厚さで、φ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓクラッド層７２を１．５μｍの厚さで成長し、
グレーティング方向性結合器７９を形成した。

【００４６】更に、半導体レーザ７８上のＳｉＯ₂マス
クを除去後、図５に示す様にグレーティング７４、７５
と直交方向（光伝搬方向）に幅３μｍのリッジをフォト
レジストと反応性イオンビームエッチングにより形成
し、リッジ側面をＳｉ₃Ｎ₄膜７３で埋め込んだ。半導体
レーザ７８のｐ⁺−コンタクト層６８上には、Ａｕ−Ｃ
ｒ／Ａｕ電極６９を蒸着し、裏面研磨後、基板６１裏面
にＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極７０を蒸着した。最後に、高温
処理により電極６９、７０のオーミックコンタクトをと
りチップ化して電気実装を行なった。

【００４７】以上の構成において、各半導体レーザ７８
に１５０ＭｂｐｓのＮＲＺ信号を入力し、共通出射端か
ら波長多重化光信号を出射し、この出射光を分波して検
出することにより各光信号が独立に送信可能なことが確
認できた。

【００４８】各段の発振波長λi 、ＤＦＢ型レーザ７８
の微細グレーティング周期Λ_LD,i、グレーティング方向
性結合器７９のグレーティング周期Λ_g,iは、以下の様
である。 λi （ｎｍ） Λ_LD,i（ｎｍ） Λ_g,i（μｍ）１）８３０２３７９．１２）８３５２３９９．３３）８４０２４０９．５４）８４５２４１９．７５）８５０２４３９．９各グレーティング方向性結合器７９の深さは０．１μ
ｍ、グレーティング領域長は４００μｍ、各半導体レー
ザ７８の微細グレーティング７５の深さは０．１μｍ、
領域長は３００μｍである。従って、５個の組から成る
多波長発光装置の全長は３．５ｍｍ、幅は電極幅のみで
僅か１００μｍほどである。

【００４９】第３実施例では、半導体レーザとしてＤＦ
Ｂ型レーザを用い、グレーティング方向性結合器は順方
向性結合を用いたが、次に説明する参考例ではＤＢＲ型
レーザ及び逆方向性結合によるグレーティング方向性結
合器を用いる。作成方法は第３実施例と同様である。

【００５０】ＤＢＲ型レーザ７８においては、図６に示
す様に、活性層６５はグレーティング（ＤＢＲ）８２で
挟まれた活性領域のみとしている。グレーティング方向
性結合器７９のグレーティング８３の上部のクラッドは
Ｓｉ₃Ｎ₄８１を用いている。グレーティング方向性結合
器７９のグレーティング８３は第３実施例と比較して微
細であり、（２）式と異なり次の（３）式を満足するグ
レーティング周期を用いる。 Λ_g,i ＝Ｍ・λi ／｜ｎ_up,i＋ｎ_com,i｜（Ｍ＝１，２，３，・・・）（３）即ち、逆方向性結合（（３）式の右辺のプラス符号がこ
のことを表わす）においては、半導体レーザ７８の発振
光はグレーティング方向性結合器７９により共通導波路
６３へ導かれる際に、上部導波路７１の伝搬方向と逆方
向に共通導波路６３を伝搬する。伝搬光は、次段以降の
半導体レーザ７８及びグレーティング方向性結合器７９
を伝搬する際、波長が異なる為に結合を起こさず透過
し、共通出射端（図６の右側端面）より出射する。逆方
向性結合では、順方向性結合と比べて波長選択性が更に
鋭い為、半導体レーザ７８の発振波長間隔を狭めること
ができ、波長分割多重通信システムの波長多重度を高め
ることが可能である。

【００５１】参考例のグレーティング方向性結合器７９
のグレーティング８３の作製においては、微細である
為、第３実施例の様にフォトマスクを用いることができ
ず、ＤＢＲ型レーザ７８と同様、Ｈｅ−Ｃｄレーザの２
光束干渉パターンを用いて露光を行なう。

【００５２】素子長は、グレーティング方向性結合器７
９の長さ２００μｍ、ＤＢＲ型レーザ７８の長さ４００
μｍであるため、全体として６ｍｍであった。尚、図６
において、図５と同一符号のものは同機能のものを示
す。

【００５３】

【００５４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明による光検出
装置によれば、周期の異なるグレーティングの形成され
た方向性結合器型分波領域と光検出領域が１ユニットと
なって光伝搬方向に沿って接続されていることにより、
波長分割多重化光信号などを同時検出可能である。

【００５５】分波領域はグレーティングで導波路間の光
結合を行なう方向性結合器型分波器を使用している為、
波長分解能が高く、従って波長多重数を多く、つまり信
号チャネル数を多く設定することができる為、高密度光
通信が可能となる。また、光検出領域では、分波領域と
独立に電圧印加する為、各ユニットの光検出性能は均一
にできる。更に、本発明の分波光検出装置は、光の伝搬
長が僅か数ｍｍでもって数波から数１０波の同時検出が
可能で、小型であり、他素子との集積化にも好適であ
る。

【００５６】また、本発明による発光装置ないし半導体
レーザによれば、半導体レーザ及び周期の異なるグレー
ティングを有するグレーティング方向性結合器の組み合
わせを、波長多重度に合わせて、複数組、光伝搬方向に
沿って接続することにより、例えば、波長多重化光信号
を独立に駆動でき、且つ全て共通出射端より送信するこ
とが可能である。半導体レーザの発振光を共通導波路に
結合するグレーティング方向性結合器は、対応する半導
体レーザに直接、直列的に結合しており且つ結合長が短
い為、従来の合波器を利用する場合と比較して、多波長
発光装置全体の素子長を短く、コンパクトにできる。そ
の為、集積化に適する効果がある。更に、本発明による
グレーティング方向性結合器はブラッグ条件近傍で鋭い
波長選択性を有する為、半導体レーザの発振波長間隔を
短くすることができる。即ち、波長多重度を高密度にし
信号チャネル数を多く設定できる効果がある。

【００５７】以上の実施例では、光検出器と半導体レー
ザの一方のみがグレーティング方向性結合器と共に設け
られていたが、光検出と発光機能を選択的または同時に
行うように、少なくとも１つの光検出器と少なくとも１
つの半導体レーザを夫々グレーティング方向性結合器と
共に設けて装置を構成してもよい。この製造方法は、上
記の製法を適当に組み合わせて用いればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である分波光検出装置を説
明するための断面構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の上面図である。

【図３】本発明の第１実施例の分波光検出装置のスペク
トル応答を表わす図である。

【図４】本発明の第２実施例である分波光検出装置の一
部破断された斜視図である。

【図５】本発明の第３実施例である多波長発光装置の一
部破断された斜視図である。

【図６】参考例である多波長発光装置の断面図である。

【図７】第１の従来例を示す図である。

【図８】第２の従来例を示す図である。

【図９】第３の従来例を示す図である。

【図１０】第４の従来例を示す図である。

【図１１】第５の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１，４１，６ｌＧａＡｓ基板２，４２ＧａＡｓバッファ層３，５，４３，４５，４８，５０，６２，６４，６７，
７２，８１クラッド層４，４４，６３下部導波路層６，４６，７１上部導波路層７，４７光検出層８カバー層９ゲート電極１０，５７グレーティング１１ソース電極１２ドレイン電極２０，５４光検出領域２１，５５分波領域５１，７３絶縁層４９コンタクト層２５，５２，５３，６９，７０電極２６溝６５活性層６６ガイド層６８コンタクト層７４順方向結合グレーティング７５ＤＦＢ（グレーティング）７８半導体レーザ７９グレーティング方向性結合器８２ＤＢＲ（グレーティング）８３逆方向結合グレーティング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 27/15 Ｇ０２Ｂ 6/12 ＢＨ０１Ｓ 5/12 6/28 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/10 H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/12 H01L 27/15 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共通導波路と、該共通導波路を伝搬する光
をグレーティングを用いて、前記共通導波路と積層され
た他の導波路に、光伝搬方向と同方向に光結合する方向
性結合器及び前記積層された他の導波路と一体化した光
電変換機能を有する光検出器から成るユニットとを有し
ており、前記ユニットを共通導波路の光伝搬方向に沿っ
て複数接続しており、各ユニットの前記グレーティング
の周期が異なることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】前記複数のユニットは、光の入射側から前
記グレーティングの周期の短い順に配列されている請求
項１に記載の光検出装置。
【請求項３】前記複数のユニットの間には、溝、もしく
は光吸収領域が形成されているか、もしくは前記複数の
ユニットの間の境界面が光伝搬方向に対して斜めに形成
されている請求項１に記載の光検出装置。
【請求項４】更に、前記グレーティングの有効周期を変
化させる手段が設けられている請求項１に記載の光検出
装置。
【請求項５】共通導波路と、該共通導波路と積層された
半導体レーザ及び該半導体レーザの発する光をグレーテ
ィングを用いて前記共通導波路に、光伝搬方向と同方向
に光結合する方向性結合器から成るユニットとを有して
おり、前記ユニットを共通導波路の光伝搬方向に沿って
複数接続しており、各ユニットの前記グレーティングの
周期が異なることを特徴とする発光装置。
【請求項６】前記半導体レーザと方向性結合器は、光の
伝搬方向に直列に接続されている請求項５に記載の発光
装置。
【請求項７】前記半導体レーザは、ＤＦＢ型半導体レー
ザである請求項５又は６のいずれかに記載の発光装置。