JPH04144182A - 光半導体装置アレイ - Google Patents
光半導体装置アレイInfo
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- JPH04144182A JPH04144182A JP2266801A JP26680190A JPH04144182A JP H04144182 A JPH04144182 A JP H04144182A JP 2266801 A JP2266801 A JP 2266801A JP 26680190 A JP26680190 A JP 26680190A JP H04144182 A JPH04144182 A JP H04144182A
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- semiconductor laser
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、モニターフォトダイオードと半導体レーザと
を集積した光半導体装置アレイ、特にモニターフォトダ
イオードのモニター効率か゛高く、均一性が良く、光学
的クロストークの小さい、光半導体装置アレイに関する
。
を集積した光半導体装置アレイ、特にモニターフォトダ
イオードのモニター効率か゛高く、均一性が良く、光学
的クロストークの小さい、光半導体装置アレイに関する
。
光通信技術の進歩に伴ないその適用分野は基幹回線から
加入者系回線、ローカルエリアネットワーク、データリ
ンク等へと多様化してきている。
加入者系回線、ローカルエリアネットワーク、データリ
ンク等へと多様化してきている。
伝送システムとしても基幹回線の様に一本の光ファイバ
で大量の情報を伝送するものだけでなく、たとえばコン
ピュータのデータバス等の様に多数本の光ファイバでデ
ータを並列に伝送する様なものも必要となる。この様な
並列伝送システムでは光デバイスをアレイ化集積する事
か光ファイバとの結合を容易にできる１装置を小型化で
きる等、実装上非常に重要となってくる。特に半導体レ
ーザアレイでは、モニターフォトダイオードも同時に集
積すれば、組立て工数の大幅低減等コストダウンにつな
がる。ところで、半導体レーザとモニターフォトダイオ
ードとを集積した光半導体装置としては、半導体レーザ
層を電気的に２つの領域に分割して、一方を半導体レー
ザとして、他方をモニターフォトタイオートとして用い
るものがある。この様な光半導体装置に用いられている
半導体レーザ層構造として、従来からは、活性層をより
バンドギャップのより大きい半導体層で挟んたストライ
プ状のダブルヘテロ構造を電流阻止層で埋込んだ構造が
知られていたく電子情報通信学会、光量子エレクトロニ
クス研究会予稿０ＱＥ８７ −５２ ｐ、ｐ、４
１ 〜４．６（１９８７） 参照）。
で大量の情報を伝送するものだけでなく、たとえばコン
ピュータのデータバス等の様に多数本の光ファイバでデ
ータを並列に伝送する様なものも必要となる。この様な
並列伝送システムでは光デバイスをアレイ化集積する事
か光ファイバとの結合を容易にできる１装置を小型化で
きる等、実装上非常に重要となってくる。特に半導体レ
ーザアレイでは、モニターフォトダイオードも同時に集
積すれば、組立て工数の大幅低減等コストダウンにつな
がる。ところで、半導体レーザとモニターフォトダイオ
ードとを集積した光半導体装置としては、半導体レーザ
層を電気的に２つの領域に分割して、一方を半導体レー
ザとして、他方をモニターフォトタイオートとして用い
るものがある。この様な光半導体装置に用いられている
半導体レーザ層構造として、従来からは、活性層をより
バンドギャップのより大きい半導体層で挟んたストライ
プ状のダブルヘテロ構造を電流阻止層で埋込んだ構造が
知られていたく電子情報通信学会、光量子エレクトロニ
クス研究会予稿０ＱＥ８７ −５２ ｐ、ｐ、４
１ 〜４．６（１９８７） 参照）。
上述した従来の半導体レーザ層をフォトダイオードとし
て用いた場合、レーザ光出力との結合は、縦横両方向に
光閉じ込め機構を持つ導波路へのバットカップル結合と
なり、通常、基本モードで発振する埋込み型半導体レー
ザではスポット直径は２μｍ以下となり、結合効率即ち
モニター効率は悪い。たとえば、半導体レーザとフォト
ダイオード開路ｗ１２０Ｊｉｍでは１４％程度であり、
しかもレーザ光出力の横モードのゆらぎや、装置間のバ
ラツキにより、モニター効率が大きく変動し、アレイ化
に際して均一な特性が得られないという欠点がある。ま
たアレイ化集積においてはモニターフォトダオードのク
ロストーク（Ｃ９Ｔ、） Ｃ，Ｔ、＝ を低減する必要があるが、通常光ファイバ通信に用いら
れるＩｎＰを基板とした１、３〜１．５７１ｍ帯の半導
体レーザては、基板かレーザ出力光に対し透明であり、
特に自然放出光に起因するｃ、′ｒ が大きいという
欠点を有している。
て用いた場合、レーザ光出力との結合は、縦横両方向に
光閉じ込め機構を持つ導波路へのバットカップル結合と
なり、通常、基本モードで発振する埋込み型半導体レー
ザではスポット直径は２μｍ以下となり、結合効率即ち
モニター効率は悪い。たとえば、半導体レーザとフォト
ダイオード開路ｗ１２０Ｊｉｍでは１４％程度であり、
しかもレーザ光出力の横モードのゆらぎや、装置間のバ
ラツキにより、モニター効率が大きく変動し、アレイ化
に際して均一な特性が得られないという欠点がある。ま
たアレイ化集積においてはモニターフォトダオードのク
ロストーク（Ｃ９Ｔ、） Ｃ，Ｔ、＝ を低減する必要があるが、通常光ファイバ通信に用いら
れるＩｎＰを基板とした１、３〜１．５７１ｍ帯の半導
体レーザては、基板かレーザ出力光に対し透明であり、
特に自然放出光に起因するｃ、′ｒ が大きいという
欠点を有している。
本発明の光半導体装置アしイは、
（１）活性層をこの活性層よりもバンドギャップの大き
い半導体で挟んだストライプ状のダブルヘテロ構造を電
流阻止層で埋込んだ構造で成る半導体レーザ層を電気的
に分離された２つの領域に分け、前記２つの領域の一方
を半導体レーザとして、他方をフ才Ｉ・ダイオードとし
て機能させる光半導体装置かアレイ状に集積され、この
半導体レーザ層はストライプ状のダブルヘテロ構造が２
本の溝に挟まれて構造され、溝の外側にこのダブルヘテ
ロ構造と同一組成の層構造を有している事（２）半導体
レーザ層下部に、活性層と同一もしくはより小さいバン
ドギャップの光吸収層が設けられている事 （３）半導体レーザの出力光のフォトダイオード受光面
でのスポット直径よりも大きい幅で、かつ少なくとも光
吸収層に達するまでの深さで半導体レーザ層かメサスト
ライプ化されており、メサ側面が金属に覆われている事 を特徴どしている。
い半導体で挟んだストライプ状のダブルヘテロ構造を電
流阻止層で埋込んだ構造で成る半導体レーザ層を電気的
に分離された２つの領域に分け、前記２つの領域の一方
を半導体レーザとして、他方をフ才Ｉ・ダイオードとし
て機能させる光半導体装置かアレイ状に集積され、この
半導体レーザ層はストライプ状のダブルヘテロ構造が２
本の溝に挟まれて構造され、溝の外側にこのダブルヘテ
ロ構造と同一組成の層構造を有している事（２）半導体
レーザ層下部に、活性層と同一もしくはより小さいバン
ドギャップの光吸収層が設けられている事 （３）半導体レーザの出力光のフォトダイオード受光面
でのスポット直径よりも大きい幅で、かつ少なくとも光
吸収層に達するまでの深さで半導体レーザ層かメサスト
ライプ化されており、メサ側面が金属に覆われている事 を特徴どしている。
次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図はモニターフォトダイオードと半導体レーザとを
集積した光半導体装置アレイの一実施例の断面構造図を
示す。第１図（ａ）は共振器方向に平行な断面を、第１
図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ′での断面を示す。
集積した光半導体装置アレイの一実施例の断面構造図を
示す。第１図（ａ）は共振器方向に平行な断面を、第１
図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ′での断面を示す。
本実施例の光半導体装置アレイはｎ型ＩｎＰよりなる基
板１上に、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３，層
厚２μｍのｎ型ＴｎＧａＡｓよりなる光吸収層２、キャ
リア濃度７×１０１７ｃｉ１１−’、層厚３μｍのｎ型
ＩｎＰよりなる第１クラッド層３、層厚０．１５μｍの
ノンドープＩｎＧａＡ、ｓＰよりなる活性層４、キャリ
ア濃度７ Ｘ ｉ Ｏ１７ｃｍ−３，層厚１．５μｍの
ｐ型ＩｎＰよりなる第２クラッド層５、を積層したダブ
ルヘテロウェハーを幅５μｍ、深さ２，５μｍの２本の
溝により幅１５μｍに一メサストライプを形成した後、
キャリア濃度５Ｘ Ｉ Ｑ ｌ ７ ｒｍ−３のｐ型Ｉ
ｎＰよりなる第１埋込み層６、キャリア濃度１×１０１
８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＰよりなる第２埋込み層７、キャ
リア濃度Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰよりな
る第３埋込み層８、キャリア濃度５Ｘ１０１８ｃｍ−３
のｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるキャップ層９を順次積層
したレーザ層構造を持っている。そしてこのレーザ層構
造は光吸収層２に達する深さまで、幅４０μｍにメサス
トライプ化した後、５ｉＯ２１０で電流狭窄され、メサ
１１を覆う櫟にＴ ｉ ／ Ａ ｕよりなるｐ側室［！
１．２が形成されている。レーザ部１３とモニターフォ
トダイオード部１４とは幅２０ ｉｔ、 ｍの垂直な側
壁をもっ溝１５をドライエツチングで形成する事により
電気的に分離されており、［１５の側壁はレーザの共振
器ミラーとなっている。尚、図中て１６はＡ ＬＩ Ｇ
ｅＮ ｉ ／ Ａ ｕよりなるｎ側電極である。
板１上に、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３，層
厚２μｍのｎ型ＴｎＧａＡｓよりなる光吸収層２、キャ
リア濃度７×１０１７ｃｉ１１−’、層厚３μｍのｎ型
ＩｎＰよりなる第１クラッド層３、層厚０．１５μｍの
ノンドープＩｎＧａＡ、ｓＰよりなる活性層４、キャリ
ア濃度７ Ｘ ｉ Ｏ１７ｃｍ−３，層厚１．５μｍの
ｐ型ＩｎＰよりなる第２クラッド層５、を積層したダブ
ルヘテロウェハーを幅５μｍ、深さ２，５μｍの２本の
溝により幅１５μｍに一メサストライプを形成した後、
キャリア濃度５Ｘ Ｉ Ｑ ｌ ７ ｒｍ−３のｐ型Ｉ
ｎＰよりなる第１埋込み層６、キャリア濃度１×１０１
８ｃｍ−３のｎ型ＩｎＰよりなる第２埋込み層７、キャ
リア濃度Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−３のｐ型ＩｎＰよりな
る第３埋込み層８、キャリア濃度５Ｘ１０１８ｃｍ−３
のｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるキャップ層９を順次積層
したレーザ層構造を持っている。そしてこのレーザ層構
造は光吸収層２に達する深さまで、幅４０μｍにメサス
トライプ化した後、５ｉＯ２１０で電流狭窄され、メサ
１１を覆う櫟にＴ ｉ ／ Ａ ｕよりなるｐ側室［！
１．２が形成されている。レーザ部１３とモニターフォ
トダイオード部１４とは幅２０ ｉｔ、 ｍの垂直な側
壁をもっ溝１５をドライエツチングで形成する事により
電気的に分離されており、［１５の側壁はレーザの共振
器ミラーとなっている。尚、図中て１６はＡ ＬＩ Ｇ
ｅＮ ｉ ／ Ａ ｕよりなるｎ側電極である。
第２図は光半導体装置を４チヤンネルアレイ集積した本
実施例の外観図である。本実施例のし一ザ層構造ては、
レーザとして動作させる為に順バイアス状態にすると、
第２埋込み層７と第１埋込み層６で形成されるｐｎ接合
は逆バイアスとなり、電流が狭窄され、更に第１埋込み
層６は抵抗が大きい為、活性層４のうち発光部となる活
性層１７にのみ電流が効率良く注入され、発光部となる
活性層１７のみから光出力が出るか、モニターフォトダ
イオードとして動作させる為セロバイアスもしくは逆バ
イアス状態にすると、第１埋込み層７の抵抗に比べてｐ
ｎ接合部の抵抗が大きくなり、レーザ光出力を吸収する
発光部となる活性層１７と発光部脇の活性層１８とが、
等価的に並列接続された格好となる。この様なフォトダ
イオードへのレーザ出力光の結合は等価的に平板導波路
への結合と等価となる。しかも本実施例では溝１５の幅
か２０μｍであり、スポット直径２μｍ程度のレーザ出
力光はモニターフォトダイオード受光面でのスポット直
径は２０μｍ程度であり、メサ幅は４０μｍであるから
水平横モードの結合効率はほぼ１００％である。よって
結合効率、即ぢ、モニター効率は垂直横モートの結合効
率たけて決まる為、本実施例てはレーザ光出力のスポッ
ト直径を２μｍとするとモニター効率は約・１０％とな
り従来に比べ約３倍のモニター効率か得られる。更に、
発光部となる活性層］７の幅のバラツキに起因する水平
横モードのバラツキかあってもモニター効率は変化しな
い。また、Ｃ，Ｔ 低減の点ではモニター効率か大きく
なる事によりＣ１Ｔ、の分母成分を大きくする事ができ
光吸収層２とｎ側電極１２によりモニターフォトダイオ
ード部か基板１からの光の回り込みを防いでＣ，Ｔの分
子成分を小さくしている９本実施例では従来に比べＣＴ
、の分子成分は２０％以下に低減されており、Ｃ，Ｔ
としては１０ｄＢ以上の改善ができる。
実施例の外観図である。本実施例のし一ザ層構造ては、
レーザとして動作させる為に順バイアス状態にすると、
第２埋込み層７と第１埋込み層６で形成されるｐｎ接合
は逆バイアスとなり、電流が狭窄され、更に第１埋込み
層６は抵抗が大きい為、活性層４のうち発光部となる活
性層１７にのみ電流が効率良く注入され、発光部となる
活性層１７のみから光出力が出るか、モニターフォトダ
イオードとして動作させる為セロバイアスもしくは逆バ
イアス状態にすると、第１埋込み層７の抵抗に比べてｐ
ｎ接合部の抵抗が大きくなり、レーザ光出力を吸収する
発光部となる活性層１７と発光部脇の活性層１８とが、
等価的に並列接続された格好となる。この様なフォトダ
イオードへのレーザ出力光の結合は等価的に平板導波路
への結合と等価となる。しかも本実施例では溝１５の幅
か２０μｍであり、スポット直径２μｍ程度のレーザ出
力光はモニターフォトダイオード受光面でのスポット直
径は２０μｍ程度であり、メサ幅は４０μｍであるから
水平横モードの結合効率はほぼ１００％である。よって
結合効率、即ぢ、モニター効率は垂直横モートの結合効
率たけて決まる為、本実施例てはレーザ光出力のスポッ
ト直径を２μｍとするとモニター効率は約・１０％とな
り従来に比べ約３倍のモニター効率か得られる。更に、
発光部となる活性層］７の幅のバラツキに起因する水平
横モードのバラツキかあってもモニター効率は変化しな
い。また、Ｃ，Ｔ 低減の点ではモニター効率か大きく
なる事によりＣ１Ｔ、の分母成分を大きくする事ができ
光吸収層２とｎ側電極１２によりモニターフォトダイオ
ード部か基板１からの光の回り込みを防いでＣ，Ｔの分
子成分を小さくしている９本実施例では従来に比べＣＴ
、の分子成分は２０％以下に低減されており、Ｃ，Ｔ
としては１０ｄＢ以上の改善ができる。
し発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、モニター効率か高
く、均一性が良く、クロストークの小さいモニターフォ
トダイオードと半導体レーザとを集積した光半導体装置
アレイが得られる。
く、均一性が良く、クロストークの小さいモニターフォ
トダイオードと半導体レーザとを集積した光半導体装置
アレイが得られる。
第１図は、モニターフォトダイオードと半導体レーザと
を集積した光半導体装置アレイの本発明の一実施例の断
面構造図、第２図は光半導体装置を４チヤンネルアレイ
集積した本実施例の外観図である。 図中では１は基板、２は光吸収層、３は第１クラッド層
、４は活性層、５は第２クラット層、６は第１埋込み層
、８は第３埋込み層、９はキャップ層、１０はｓｉ○２
、］１はメサ、１２はｎ側電極、１３はレーザ部、】４
はモニターフォトダイオード部、１５は溝、１６はｎ側
電極、１７は発光部となる活性層、１８は発光部脇の活
性層である。
を集積した光半導体装置アレイの本発明の一実施例の断
面構造図、第２図は光半導体装置を４チヤンネルアレイ
集積した本実施例の外観図である。 図中では１は基板、２は光吸収層、３は第１クラッド層
、４は活性層、５は第２クラット層、６は第１埋込み層
、８は第３埋込み層、９はキャップ層、１０はｓｉ○２
、］１はメサ、１２はｎ側電極、１３はレーザ部、】４
はモニターフォトダイオード部、１５は溝、１６はｎ側
電極、１７は発光部となる活性層、１８は発光部脇の活
性層である。
Claims (1)
- 活性層をこの活性層よりもバンドギャップの大きい半
導体で挟んだストライプ状のダブルヘテロ構造の両側を
電流阻止層で埋込んだ構造で成る半導体レーザ層を電気
的に分離された２つの領域に分け、前記２つの領域の一
方を半導体レーザとして、他方をフォトダイオードとし
て機能させる光半導体装置がアレイ状に集積され、前記
半導体レーザ層は前記ストライプ状のダブルヘテロ構造
が二本の溝に挟まれて構造され、溝の外側に前記ダブル
ヘテロ構造と同一組成の層構造を有し、前記半導体レー
ザ層下部に、前記活性層と同一もしくは活性層より小さ
いバンドギャップの光吸収層が設けられ、前記半導体レ
ーザの出力光の前記フォトダイオードの受光面でのスポ
ット直径よりも大きい幅で、かつ少なくとも前記光吸収
層に達するまでの深さで少くとも前記半導体レーザ層が
メサストライプ化されており、メサ側面が金属に覆われ
ていることを特徴とする光半導体装置アレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2266801A JPH04144182A (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 光半導体装置アレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2266801A JPH04144182A (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 光半導体装置アレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04144182A true JPH04144182A (ja) | 1992-05-18 |
Family
ID=17435871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2266801A Pending JPH04144182A (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 光半導体装置アレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04144182A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07122778A (ja) * | 1993-10-26 | 1995-05-12 | Nec Corp | 半導体光結合装置 |
| JP2006351859A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Sharp Corp | 光結合装置の製造方法 |
| JP2009231804A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-10-08 | Kyocera Corp | 受発光一体型素子アレイおよびセンサ装置 |
| JP2010177438A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Seiko Epson Corp | 受発光装置 |
| JP2011065050A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | プロジェクター |
| JP2011107660A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Sharp Corp | レーザ加熱装置 |
-
1990
- 1990-10-04 JP JP2266801A patent/JPH04144182A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07122778A (ja) * | 1993-10-26 | 1995-05-12 | Nec Corp | 半導体光結合装置 |
| JP2006351859A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Sharp Corp | 光結合装置の製造方法 |
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| JP2010177438A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Seiko Epson Corp | 受発光装置 |
| US8467427B2 (en) | 2009-01-29 | 2013-06-18 | Seiko Epson Corporation | Light emitting and receiving device |
| JP2011065050A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Seiko Epson Corp | プロジェクター |
| JP2011107660A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Sharp Corp | レーザ加熱装置 |
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