JPH03198032A - 光増幅器―光検出器デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮皿豆Ｉ 本発明は光増幅器の分野、より具体的には光増幅器及び
共通のウェハ上に集積化されたモニター検出器に係る。

本光班辺１月 光増幅器はガラスファイバを通して伝搬する光の符号化
されたビームの形で情報が伝達される長距離光フアイバ
伝送システム中で用いることが考えられている。エラー
のない伝送を行うため、伝送される光ビームの強度は、
特定の許容しつる範囲内に保たれなければならない。現
在の方法論では、光増幅器のパワー出力を検出及び測定
するため、光増幅器から物理的に分離されたモニター光
検出器を用いる。動作中モニター検出器は光増幅器の平
均パワー出力を測定する。帰還回路を通して動作するモ
ニター検出器からの信号は、光増幅器の出力の平均パワ
ーを所望の範囲に保つため、光増幅器の増幅率を調整す
るために用いられる。

光増幅器のこの調整は必要である。なぜならば光増幅器
のパワー出力は動作特性のゆっくりした劣化のため：又
はその動作特性の劣化が変るため：又は雰囲気温度の変
化のため、動作中ゆっくりした変化又はドリフトを経験
することがある。

現在光増幅器のパワー出力は、発生した光パワーの一部
を、増幅器から物理的に分離された光検出器に変換する
ことにより測定される。分離された検出器は適してはい
るが、同じ半導体チップ上に光増幅器と集積化された光
検出器をもつことが望ましい、同じチップ上に光検出器
と光増幅器を集積化することにより、寸法が小さく、増
した速度で動作でき、高い動作特性と良好な信頼性をも
ち、別々のデバイスをパッケージに入れる際本質的に要
する費用を除く光増幅器光検出器デバイスを実現するこ
とができる。

本ｌ団辺貞１ 本発明において、光増幅器及び光検出器が同じ半導体チ
ップ上に集積化され、光検出器は集積化された導波路を
経由して、光増幅器に光学的に結合されている。導波路
から光検出器への光エネルギーの結合を増すため、光回
折格子を用いることができる。光検出器は導波路中に存
在しない光エネルギーが光検出器に到達するのを防止す
るため、光増幅器に対して空間的に配置される。導波路
は光増幅器からのエネルギーのわずかな割合を、光検出
器に結合させるよう配置される。動作中導波路は光増幅
器の平均出力パワーをモニターするため、光増幅器から
光検出器に、電磁エネルギーのわずかな割合を再び向け
る。光増幅器に対する光検出器の位置がずれるため、光
増幅器の動作を劣化させることなく、光増幅器の出力パ
ワーを光検出器がモニターできるようになる。

詳細な説明 伝達される情報が、ガラスファイバ中を伝搬する符号化
された光ビームにより表わされる長距離ファイバ伝送シ
ステム中で、光増幅器が使用できる。エラーのない伝送
のため、伝達される光の強度は、あらかじめ決められた
範囲内に保たれなければならない、これは通常光増幅器
からモニター光検出器に、ある程度の光を変換すること
により行える。光増幅器及び光検出器は相互に分離され
別々で、通常光ファイバカプラを通して結合されている
。モニター光検出器は光増幅器の平均パワー出力を測定
する。光検出器により生じる信号は、光増幅器の平均パ
ワー出力を所望のあらかじめ決められた範囲内に調整す
るため、結合されたフィードバック回路を制御する目的
で使用できる。光増幅器の出力パワーのこの制御は、必
要である。なぜならば、経時変化、光増幅器のゆっくり
した劣化又は雰囲気温度の大きな変化により、出力パワ
ーは長期間に渡ってゆっくり変りつるからである。

別々のモニター光検出器は多くの用途に適しているが、
同じ半導体チップ上に光検出器と光増幅器をもつことが
望ましい。

本発明において、新しい改善された光増幅器光検出器構
造が明らかにされる。この場合、光増幅器及び光検出器
は同じ半導体チップ上に集積化され、光検出器は集積化
された導波路を通して、光増幅器に光学的に結合されて
いる。光検出器は直接又は光回折格子を通して、先導波
路に結合できる。本発明によると、光増幅器の出力パワ
ーのわずかな割合のみを、光増幅器の出力パワーをモニ
ターするために、光検出器に変換する必要がある。

一般に、光学系を光増幅器のような能動要素と集積化す
ることは、過度の損失なく、１つのデバイスから次のデ
バイスへ光を誘導する能力に依存する。これを実現する
ためのほとんどの方法は、結晶成長工程中１層の中間エ
ツチングにより形成される受動及び能動領域中に、異な
る層を含む。

能動領域中で利得又は吸収を得るために、活性層とモー
ドの重なりが必要であるため、通常具なる層構造が必要
であるが、この同じ活性層は、もしポンピングされない
ならば、受動領域中で対象となる波長において、損失を
生じる。この問題は量子井戸構造中で幾分減少するが、
多くのデバイス構造に必要な程ではない。受動及び能動
部分は異なる層構造をもつから、層構造の適切な設計を
通し、最大のモード整合を得る試みと、実際には結合が
一致しない。

第１図を参照すると、能動−受動遷移構造が示されてお
り、それは光増幅器を含むことができる第１の領域から
、光検出器を含む第２の領域８へ光エネルギーを運ぶこ
とができる。各種図面において、同じ部分は各種の視点
を通して、同様の参照数字をもつ。

第１図において、光増幅又は利得層１２は約１．５−に
おいて光利得を生じるよう選択された組成をもつＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰから成る。あるいは、層１２は
本質的に８０人の厚さのＩ　ｎＧａＡｓ層、約１．５μ
ｍにおいて利得を生じるよう本質的に１００人の厚さの
Ｉ　ｎＧａＡｓＰ障壁を有するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ多量子井戸から成ってもよい、受動導波路コア１
４は１．３μ−禁制帯１　ｎＧａＡｓＰでもよい。上部
クラッド１６はＰ”ＩｎＰでよく、Ｐ”ＩｎＰの電極層
１８は最上部に置くことができる。低部クラッド層２１
及び基板２２はｎ″″ＩｎＰから成ってよい。

受動領域の一部から、能動層１２を除去することは、エ
ッチ停止層を用いて実現される。電極層１８を通してエ
ッチされた分離溝２０は第１領域６及び第２領域８間を
、電気的に分離する。もし必要ならば、電極層１８を通
して満２０をエツチングする代りに、上部クラッド領域
の一部を半絶縁性１ｎＰで置きかえることにより、電気
的分離をすることができる。

デバイスを完成させるためには、導波路中に存在する光
エネルギーのわずかな割合のみを除くため、光検出器は
第２領域８に結合される。述べられている実施例におい
て、光検出器は順方向バイアスされず、従って能動領域
及び受動領域間の電気的分離が望ましい。光検出器吸収
層は導波路に隣接した第２領域中に置くか、導波路に直
接結合させることができる。

第２図を参照すると、第２領域８に結合された光検出器
を含む第１図の構造が示されている。第２図の構造はモ
ードエネルギーのわずかの割合のみが検出器吸収層に到
達するモードプロフィルのちょうどウィング内にある検
出器を有する。第２領域中の第１図の層１６は材料選択
性エッチャントを用いて除去され、ｎ−ＩｎＰ層２４は
有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）又は同様の方法により
成長させる。次に、ｐ−ＩｎＧａＡｓの９層２６を層２
４の最上部に成長させ、層２４．２６の接合２８はｐ−
ｎ接合を形成する。

次に、第１領域６中に光増幅器を、また第２領域８中に
光検出器を形成するため、ウェハを処理する。動作中、
光増幅器により発生した光エネルギーは光検出器を通過
して導波路コア１４に沿って伝搬される。それがフォト
ダイオードを通過するとき、モード強度分布のエネルギ
ーのわずかの部分が、フォトダイオードにより検出され
、信号が発生する。

別の実施例において、薄い吸収層を第２領域中に含める
ことができる。第３図の構造は第２図のそれと同様であ
るが、薄い吸収層３０及びｎ−ＩｎＰ層２４とｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓ層２６間に配置されたｐ−ＩｎＰ層３２がつけ
加わった。約０．５％のモードとじ込め率をもつよう選
択された厚さ及び空間的位置を有する薄い層は、薄い層
中の５００ｃｍ−’の吸収を仮定すると、２００ｐ−の
波長で約５％の吸収を生じる０次に、ウェハは標準的な
メタライゼーション及びフォトリソグラフィ技術を用い
て、第１の領域６中の光増幅器と第２の領域８中の光検
出器８を形成するため、加工される。

別の実施例において、第４図に示されるように、受動導
波路からのわずかな光を光検出器に向けるかそらせるた
め、回折格子が用いられる。

第４図の構造は第２図のそれと同様であるが、アンドー
プＩｎＧａＡｓの層３４がｎ−ＩｎＰの層２４とｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓの層２６の間に配置され、導波路中のわずか
な量の光エネルギーを光検出器の方に上方向に回折させ
るために、小振幅又は弱い近二次の回折格子が導波路１
４上に形成されていることがつけ加わってい１ｇは回折
格子のピッチで、βは受動導波路中のモード伝搬定数で
ある。“°近二次回折格子”という用語はここで用いら
れているように、増幅器利得媒体の利得帯域に等しい波
長範囲内で、受動導波路に沿って逆方向反射を防止する
のに十分な正確な二次の値からのわずかなずれがあるこ
とを意味する。このずれは、増幅器が発振すること、す
なわちレーザになることを防止する。回折格子のピッチ
は１ｇの値の１／２と小さいか、１ｇの値の２倍に大き
くできる。標準的なメタライゼーション及びフォトリソ
グラフィ技術を用いて、第１の領域６中に光増幅器を、
また第２の領域８中に光検出器を形成するため、加工さ
れる。゛°近二次回折格子”という用語は、二次の回折
格子は導波路に沿って光エネルギーを逆に反射させるこ
とにより、発振を起しうるため、正確な二次の回折格子
ではないことをさすために用いられる。事実、回折格子
のピッチは、二次の値からは明らかにずれ、受動導波路
のコアから出る回折を変えられるだけである。光検出器
の吸収層に妨げられるように回折光が向けられる限り、
回折格子は所望のように機能する。動作中、近二次回折
格子から垂直に回折した光は、アンドープＩｎＧａＡｓ
層３４中で吸収される。層３４が〉／μＩの時、良好な
吸収が得られるであろう。

ここで述べたデバイスは、導波路を通してその他端に伝
送するため、受動導波路中に光エネルギーを向けるよう
結合された光増幅器を含む。受動導波路に対して配置さ
れた光検出器は、受動導波路中の光エネルギーの存在を
検知する。示された構造中の光検出器は、光増幅器から
下流に配置され、導波路からだけ光エネルギーを受ける
ため、光増幅器に対して空間的に配置される０本発明に
おいて、光検出器は光増幅器から直接光エネルギーを受
ける訳ではない、受動導波路中の光エネルギーのわずか
の割合が、光検出器により受けられる。光検出器からの
出力信号は、光増幅器の出力をモニターし、フィードバ
ック回路を用いて、光増幅器の出力パワーへの有害な効
果を最小にして、光増幅器を安定化又は制御するため用
いることができる。

上で述べた本発明は光増幅器に限られず、他のデバイス
にも使用できることを理解すべきである。用いる具体的
なデバイスにかかわらず、デバイスの出力をモニター及
び制御できることは重要である。同じチップ上に光増幅
器又は同様のものとして検出器を組み込んだデバイス構
造は、重要である。なぜならば、そのような集積化デバ
イスは、コンパクトであること、信頼性が増すこと、価
格が下ること、要素の数が減少すること及び特性が改善
されることなどが組合されることから生じる十分な利益
をもつことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従う集積化された光増幅器−導
波路構造の断面図： 第２図は本発明の原理に従う集積化された光増幅器−導
波路−光検出器構造の断面図：第３図は本発明の原理に
従う吸収層を有する集積化された光増幅器−導波路−光
検出器構造の断面図： 第４図は本発明の原理に従う光回折格子を有する集積化
された光増幅器−導波路−光検出器構造の断面図である
。 く 主要部分の符号の説明〉 利得層 コア クラッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、受動導波路、受動導波路に沿って他端に伝送するた
   め、前記受動導波路の第１の端部中に光エネルギーを向
   けるため結合された光増幅器、受動導波路を通過し前記
   他端へ向う光エネルギーの存在を検出するため、前記光
   増幅器から下流、前記他端から上流に配置された前記受
   動導波路から横方向にずれた光検出器が含まれ、前記光
   増幅器、受動導波路及び光検出器は共通のチップ上に集
   積化されることを特徴とするデバイス ２、前記光検出器は受動導波路を通過する光エネルギー
   のモード分布のウィング内に配置すべきである請求項１
   記載のデバイス ３、前記導波路内の光エネルギーの一部を、前記光検出
   器に向けるため、前記受動導波路の側部に結合された回
   折格子を含む請求項１記載のデバイス ４、前記回折格子は近二次回折格子である請求項３記載
   のデバイス ５、前記近二次回折格子は、二次回折格子のピッチの５
   と小さいか、二次回折格子の ピッチの２倍と大きいピッチをもつ請求項４記載のデバ
   イス