JPH03210506A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPH03210506A
JPH03210506A JP2007584A JP758490A JPH03210506A JP H03210506 A JPH03210506 A JP H03210506A JP 2007584 A JP2007584 A JP 2007584A JP 758490 A JP758490 A JP 758490A JP H03210506 A JPH03210506 A JP H03210506A
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JP
Japan
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substrate
light
reflected
concave mirror
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007584A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsugio Kumai
次男 熊井
Nami Yasuoka
奈美 安岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH03210506A publication Critical patent/JPH03210506A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02255Out-coupling of light using beam deflecting elements

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

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】 [概要] 光を基板に垂直方向に取り出す光半導体装置に関し。
導波路またはレーザから出射する光を集光して基板に垂
直な方向より取り出し、小接合径の受光素子又は光ファ
イバに受光して、高い外部量子効率、高速応答性を得る
ことを目的とし く1)基板に平行な光を基板に垂直な方向に取り出す装
置であって、該基板に平行に進行した入射光を反射ミラ
ー面で反射させて該基板の表面に形成された凹面鏡に受
け、該凹面鏡により反射集光して該基板の裏面より取り
出せるように構成する。
(2)前記入射光が該基板表面に形成されたレーザの発
振光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板
に垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成する。
(3)前記入射光が反射集光される該基板裏面に受光装
置が形成されているように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は光を基板に垂直方向に取り出す光半導体装置に
関する。
光の周波数1位相を変調するコヒーレント光通信におい
ては、今までにない高性能の半導体装置が要求される。
本発明は1例えば光ファイバを用いたコヒーレント光通
信において、バランス型受光素子と方向性結合器との結
合等に利用することができる。そのためには、高い外部
量子効率、高速応答、高光入出力でバランスのとれた受
光素子と導波路とがモノリシックに集積される必要があ
る。
〔従来の技術〕
従来の光導波路と受光素子(PIN−PD : PIN
型フォトデテクタ)との結合方法として、■Evane
scent Detector” 、■Butt Co
upled Detector”■ 基板の片面に導波
路を他の面にDetectorを集積する方式3)があ
る。
■の方式は光導波路と受光素子を違う面に作製するので
、■、■の作製方法に比べて容品であるので、従来例と
して採り上げ第◆図を用いて説明する。
第5図は光を基板に垂直な方向より取り出す光半導体装
置の従来例として、光導波路と受光素子の集積化を説明
する断面図である。
図において、1は厚さ220μmのn′″−1nP基板
2.4は厚さ3.FHtmのn−4nP層、3は厚さ3
゜5μmのn−InGaAsP (&ll成は波長表示
で7μm1.036 μm)層、5は厚さ3μmのn−
−InGaAs層、6はZn拡散層、7はSi、N4膜
、8はp型コンタクト、9はn型コンタクトである。
n”−1nP基板lの片面に、コア層としてn−−In
GaAsP層3.この層を挟んでクラッド層としてn−
InP層3,4が形成されて導波路が構成されている。
基板の反対面にはn−InGaAs層5が被着され。
ここにP型のZn拡散層6を形成して受光素子を構成し
ている。
光hνは導波路の右側より導波され、導波路に形成され
た■溝の表面で直角に反射されて、基板中を通って受光
素子に到達するように構成されている。
ところが、■溝の表面で反射された光は受光素子に至る
までに広がってしまうという欠点があった。
1) P、Singuino et、al、。
Appl、Phys、Lett、 1(21)、p15
15(1987)。
2) S、Chandrasekhar et、al、
ELECTRONIC5LETTERS 2A(23)
p1457(198B)。
3) R,Trommer+ ELECTRONIC5LETTERS 2X(9)p
382(1985)。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の先導波路と受光素子との集積方法では5受光素子
は外部量子効率をよくするために受光径が大きくなって
しまい高速応答性が阻害される。
本発明は導波路またはレーザから出射する光を集光して
基板に垂直な方向より取り出し、受光径の小さい受光素
子又は光ファイバに受光して、高い外部量子効率、高速
応答性を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題の解決は、基板に平行な光を基板に垂直な方向
に取り出す装置であって、該基板に平行に進行した入射
光を反射ミラー面で反射させて該基板の表面に形成され
た凹面鏡に受け、該凹面鏡により反射集光して該基板の
裏面より取り出せるように構成されている光半導体装置
により達成される。
又、前記入射光が該基板表面に形成されたレーザの発振
光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板に
垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成する光半
導体装置、或いは前記入射光が反射集光される該基板裏
面に受光装置が形成されている光半導体装置によって達
成される。
〔作用〕
本発明はレジストパターンを加熱したときにできる凸面
を利用して基板上に凹面鏡を作製し、導波路端面より出
射した光をこの凹面鏡に反射させて基板に垂直の方向に
集光して取り出すようにしたものである。
〔実施例] 第1図(a)、 (b)は本発明の一実施例による光半
導体装置の断面図である。
図において、1は厚さ220 p mのn”−1nP基
板。
2.4は厚さ3.5μmのn−InP層、3は厚さ3゜
5μmのn−11GaAsP (a成は波長表示で7μ
m1.036 μm)層、11は凹面鏡、12はポリイ
ミド補強膜である。
n”4nP蟇板1の片面に、コア層としてn−−1nG
aAsP層3.この層を挾んでクラッド層としてn−1
nP層3.4が形成されて導波路が構成されている。
第1図(a)は基板に垂直な端面より出射した光は基板
の斜面で反射されて凹面鏡11で囲む空間を通り凹面鏡
11で再び反射され、再び基板内に入射して基板裏面に
焦点を結ぶように構成されている。
第1図b)は基板に斜め下向きに形成された端面より反
射した光は凹面に形成された基板内を通り凹面鏡11で
再び反射され、基板裏面に焦点を結ぶように構成されて
いる。
集積する受光素子は、基板裏面の焦点を結んだ位置に第
4図に示した構造のPIN−PDを形成すればよい。
ただし、受光径は従来例が100μm程度であるが、実
施例では10〜20μmの小受光径でよい。
又、レーザ光とファイバの結合の場合は、2はn−−1
nP層、3はn−InGaAsP層、4はp−InP層
で形成してレーザを構成し、光ファイバは図の点線の位
置に挿入される。
次に、実施例の光半導体装置の製造プロセスについて説
明する。
第2図(1)〜(4)は第1図(a)の実施例の工程を
説明する断面図である。
第2図(1)において、LD(レーザダイオード)又は
光導波路の光出力面として、マイクロクリープ又はCI
2ガスを用いたRIBE (反応性イオンビームエツチ
ング)により基板に垂直なミラー面を形成した後、基板
上部に反射させるための斜面(傾斜角θ)を持つ溝加工
をHCI +CHzCOOH+HzOzの混液で形成し
、斜面にスパッタ法等により5反射ミラー面として厚さ
5000人のAg(又はAI、 Pt等)膜を被着する
ここで、基板は主面を(100)面とし、溝は<011
>方向(導波方向に垂直な方向)に形成する。
溝は例えば、深さdは10μm1幅Wは30μm、傾斜
角θは45°に形成する。
次に、溝を覆って基板上にレジスト膜13を形成する。
レジスト膜は例えば、八Z4350 (Hoechst
社製)を用い直径100μmのパターンを形成する。
第2図(2)において、基板を200°Cでベーキング
し7.レジスト膜13を高さh=約8μmとした凸面状
にする。
第2図(3)において、凸面状のレジストWI113の
上に、凹面鏡11として厚さ数μmのAg(又はA1.
 Pt等)膜を被着する。
第2図(4)において、凹面鏡11の上に補強膜12と
して厚さ5μmのポリイミド膜を被着する。
次いで、基板をレジスト剥離液J100で煮沸してレジ
ストパターン13を溶解除去して、溝内部を空洞とする
次に、第2図(1)の溝形成の詳細について第3図を用
いて説明する。
第3図(1)〜(4)は溝形成工程の詳細を説明する断
面図である。
第3図(1)において、二酸化珪素(SiOz)膜16
をマスクにして、光導波路の光出力面として9例えばC
I、ガスを用いたI?TBHにより基板に垂直なミラー
面を形成する。
第3図(2)において、基板の開口部を覆って、基板の
開口部に隣接した領域が開口したレジスト膜17を形成
する。
レジスト膜17をマスクにしてSiO□膜16膜部6で
エツチングする。
第3図(3)において、レジスト膜17をマスクにして
、基板をHCI +CH3CO0H+H!Ofの混液で
エツチングして斜面を形成する。
第3図(4)において、剥離液でレジスト膜17を除去
し9次いでSiO□膜16をエツチング除去する。
この後は、溝内斜面に反射ミラー面として八g(又はA
I、 Pt等)膜を被着して、第2図(2)の工程につ
ながる。
第4図(1)〜(3)は第1図℃)の実施例の工程を説
明する断面図である。
第4図(1)において、 LD又は光導波路の上に厚さ
12μmの凸面形成用のInP層14を堆積し、その上
にレジスト膜13を形成する。
レジスト膜は1例えばAZ4170を用い、直径140
μmのパターンを形成する。
次いで、基板を200°Cでヘーキングし、レジスト膜
13を高さh=5μmとした凸面状にする。
第4図(2)において、基板をIBE(イオンビームエ
ツチング)により、凸面状のレジストパターン13が消
滅するまでエツチングして、 InP層14を高さh’
=約11 μmとした凸面状にレンズ加工を行う。
第4図(3)において、凸面状のInP層14の上に。
凹面鏡11として厚さ数μmのAg(又はAI、 Pt
等)膜を被着する。
次に、凸面状のInP層14の上をレジスト膜15で覆
い、 C1!を用いたアングルRIE(傾斜イオンエツ
チング)法4)により基板に斜面エツチングを行い。
傾斜角θの逆斜面のミラー面を形成する。
逆斜面は例えば、深さdは約10μm、傾斜角θは45
°に形成する。
4) Takamori et、al、+App1.P
hys、Lett、 55(11)p1054(198
9)。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、導波路またはレー
ザから出射する光を集光して基板に垂直な方向より取り
出すことができ、受光径の小さい受光素子又は光ファイ
バに受光して、高い外部量子効率、高速応答性を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)は本発明の一実施例による光半
導体装置の断面図。 第2図(1)〜(4)は第1図(a)の実施例の工程を
説明する断面図。 第3図(1)〜(4)は溝形成工程の詳細を説明する断
面図。 第4図(1)〜(3)は第1図(b)の実施例の工程を
説明する断面図。 第5図は光を基板に垂直な方向より取り出す光半導体装
置の従来例として、先導波路と受光素子の集積化を説明
する断面図である。 図において。 1はn”−1nP基板。 2はn−InP層。 3はn−InGaAsP層。 4はn−InP層又はp−InP層。 11は凹面鏡。 12はポリイミド補強膜 13、15.17はレジスト膜。 14は凸面形成用]nP 層 16は5iO1膜 J 藁先例のR面図 第1図 第1図(ct)の二■説明断僅図 第 閃 シ1噛1〒rジ賎ζζン1詳イ(奪モE1Rでi5【7
]第3図 第1図(b)の二程睨F3A断i図 第4図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板に平行な光を基板に垂直な方向に取り出す装
    置であって、該基板に平行に進行した入射光を反射ミラ
    ー面で反射させて該基板の表面に形成された凹面鏡に受
    け、該凹面鏡により反射集光して該基板の裏面より取り
    出せるように構成されていることを特徴とする光半導体
    装置。
  2. (2)前記入射光が該基板表面に形成されたレーザの発
    振光であって、該入射光を該凹面鏡で反射させて該基板
    に垂直な方向に取り出して面発光型レーザを構成するこ
    とを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
  3. (3)前記入射光が反射集光される該基板裏面に受光装
    置が形成されていることを特徴とする請求項1記載の光
    半導体装置。
JP2007584A 1990-01-16 1990-01-16 光半導体装置 Pending JPH03210506A (ja)

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JP2007584A JPH03210506A (ja) 1990-01-16 1990-01-16 光半導体装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234345A (ja) * 1993-12-27 1995-09-05 Nec Corp 導波路型光デバイスの受光構造
WO2001093385A3 (en) * 2000-05-31 2003-11-06 Nova Crystals Inc Surface-emitting laser devices with integrated beam-shaping optics and power-monitoring detectors
JP2013211403A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体面の加工方法

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WO2001093385A3 (en) * 2000-05-31 2003-11-06 Nova Crystals Inc Surface-emitting laser devices with integrated beam-shaping optics and power-monitoring detectors
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