JPH05235452A - 光フィルタとしての半導体装置の動作方法およびその方法を実行する半導体装置 - Google Patents
光フィルタとしての半導体装置の動作方法およびその方法を実行する半導体装置Info
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- JPH05235452A JPH05235452A JP4242254A JP24225492A JPH05235452A JP H05235452 A JPH05235452 A JP H05235452A JP 4242254 A JP4242254 A JP 4242254A JP 24225492 A JP24225492 A JP 24225492A JP H05235452 A JPH05235452 A JP H05235452A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、基体上の分岐領域を有する連続的
構造のモノリシックに集積された導波体層とを含む半導
体装置を使用して光波長分割多重の光信号を分離する光
フィルタとして動作させる方法を得ることを目的とす
る。 【構成】 基体2 の上にバッファ層3 を介してメサ構造
4 のＹ形状の導波体41が配置され、その上に設けられた
接着層43と金属層7 は凹部44,45,46によって分離されて
１つが分岐領域である４つの領域8,9,10,11 に分割され
ている。光は領域の１つ11の自由端に入射され、領域の
各レーザしきい値電流よりも小さい電流が光の伝播方向
と垂直に領域8,9,11および分岐領域10を通って金属層7
から基体2の底面の電極12へ流すことによって２つのフ
ァブリペロー共振器が構成されフィルタとして動作させ
ることができる。
構造のモノリシックに集積された導波体層とを含む半導
体装置を使用して光波長分割多重の光信号を分離する光
フィルタとして動作させる方法を得ることを目的とす
る。 【構成】 基体2 の上にバッファ層3 を介してメサ構造
4 のＹ形状の導波体41が配置され、その上に設けられた
接着層43と金属層7 は凹部44,45,46によって分離されて
１つが分岐領域である４つの領域8,9,10,11 に分割され
ている。光は領域の１つ11の自由端に入射され、領域の
各レーザしきい値電流よりも小さい電流が光の伝播方向
と垂直に領域8,9,11および分岐領域10を通って金属層7
から基体2の底面の電極12へ流すことによって２つのフ
ァブリペロー共振器が構成されフィルタとして動作させ
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基体と、その上に位置
し、凹部によって分離され、１つが分岐領域である複数
の領域を設けられている分岐した簡単な連続的構造を有
するモノリシック的に集積された導波体層とを含む光フ
ィルタとしての半導体装置の動作方法およびこの方法に
したがって動作される半導体装置に関する。
し、凹部によって分離され、１つが分岐領域である複数
の領域を設けられている分岐した簡単な連続的構造を有
するモノリシック的に集積された導波体層とを含む光フ
ィルタとしての半導体装置の動作方法およびこの方法に
したがって動作される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】文献（Electronics Letters 24、1990
年、243 乃至244 頁）では、半導体レーザとして動作さ
れる半導体装置が開示されている。半導体装置はｎ型ド
ープされたリン化インジウム基体上にモノリシック的に
集積される。同様にリン化インジウムのｎ型ドープされ
たバッファ層はリン化インジウム基体の上に延在する。
ヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）の導
波体層はバッファ層の平坦面上に位置する。導波体層は
Ｙ形状を有する。別の層が導波体層の上に配置されてい
る。これらの層は導波体層と共にＹ形状のメサをバッフ
ァ層の上に形成している。
年、243 乃至244 頁）では、半導体レーザとして動作さ
れる半導体装置が開示されている。半導体装置はｎ型ド
ープされたリン化インジウム基体上にモノリシック的に
集積される。同様にリン化インジウムのｎ型ドープされ
たバッファ層はリン化インジウム基体の上に延在する。
ヒ化リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）の導
波体層はバッファ層の平坦面上に位置する。導波体層は
Ｙ形状を有する。別の層が導波体層の上に配置されてい
る。これらの層は導波体層と共にＹ形状のメサをバッフ
ァ層の上に形成している。
【０００３】半導体レーザの表面は導波体層の上に３つ
の凹部によって区画されている金属層で被覆され、それ
によって半導体レーザは４つの領域に分割されている。
導波体層は全ての領域にわたって延在する。各領域にお
いて、電流は金属層に供給され導波体層を通って接地接
続部を構成する基体の下側の金属層に流れることができ
る。
の凹部によって区画されている金属層で被覆され、それ
によって半導体レーザは４つの領域に分割されている。
導波体層は全ての領域にわたって延在する。各領域にお
いて、電流は金属層に供給され導波体層を通って接地接
続部を構成する基体の下側の金属層に流れることができ
る。
【０００４】領域の１つに流れる電流がしきい値を越え
るすなわち透明電流ならば、各領域の導波体層は透明に
なる、すなわち光が伝送可能にされる。電流がさらに増
加するならば、各領域のレーザしきい値電流は超過され
る、すなわち導波体層はこの領域においてレーザ活性に
なり、コヒーレントな光を生成する。
るすなわち透明電流ならば、各領域の導波体層は透明に
なる、すなわち光が伝送可能にされる。電流がさらに増
加するならば、各領域のレーザしきい値電流は超過され
る、すなわち導波体層はこの領域においてレーザ活性に
なり、コヒーレントな光を生成する。
【０００５】文献（J.Appl.Phys.34、1963年、2997乃至
3003頁）では、ライン幅の決定および多くの部分からな
る層の連続的な動作に対する必要条件が開示されてい
る。これらはファブリーペロー共振器の最低条件に基づ
いて論じられている。
3003頁）では、ライン幅の決定および多くの部分からな
る層の連続的な動作に対する必要条件が開示されてい
る。これらはファブリーペロー共振器の最低条件に基づ
いて論じられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体装置に存在する領域の１つに外から放射される光をフ
ィルタ処理する方法を提供することである。本発明の別
の目的は、この方法を実行するのに適している半導体装
置を提供することである。
体装置に存在する領域の１つに外から放射される光をフ
ィルタ処理する方法を提供することである。本発明の別
の目的は、この方法を実行するのに適している半導体装
置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的は、基体と、そ
の上に位置し、凹部によって分離され、１つが分岐領域
である複数の領域を設けられている分岐した簡単な連続
的構造を有するモノリシック的に集積された導波体層と
を含む光フィルタとしての半導体装置の動作方法におい
て、光が領域の１つに放射され、領域の各レーザしきい
値電流よりも小さい電流が光の伝播方向と垂直に各領域
および分岐領域を通って流れることを特徴とする。この
動作方法を実行する半導体装置の前記領域の自由端面は
誘電体層によって被覆されている。
の上に位置し、凹部によって分離され、１つが分岐領域
である複数の領域を設けられている分岐した簡単な連続
的構造を有するモノリシック的に集積された導波体層と
を含む光フィルタとしての半導体装置の動作方法におい
て、光が領域の１つに放射され、領域の各レーザしきい
値電流よりも小さい電流が光の伝播方向と垂直に各領域
および分岐領域を通って流れることを特徴とする。この
動作方法を実行する半導体装置の前記領域の自由端面は
誘電体層によって被覆されている。
【０００８】この方法およびこの装置の１利点は、領域
を流通する電流を変化することによりフィルタ周波数が
広帯域範囲にわたって影響されることができることであ
る。この利点は特に光伝送において利用されることがで
き、例えば波長チャンネルは波長分割多重化動作に対し
て選択されることができる。これはそれぞれ請求項１お
よび請求項３に限定されるように達成される。
を流通する電流を変化することによりフィルタ周波数が
広帯域範囲にわたって影響されることができることであ
る。この利点は特に光伝送において利用されることがで
き、例えば波長チャンネルは波長分割多重化動作に対し
て選択されることができる。これはそれぞれ請求項１お
よび請求項３に限定されるように達成される。
【０００９】それは光信号を検出するために、電流が伝
送方向に見られたとき分岐領域の下流に配置される領域
を通って逆方向に流れるならば特に有効である。光信号
の減衰は光増幅器として作用する他の領域において補償
されることができる。
送方向に見られたとき分岐領域の下流に配置される領域
を通って逆方向に流れるならば特に有効である。光信号
の減衰は光増幅器として作用する他の領域において補償
されることができる。
【００１０】
【実施例】図１はｎ型ドープされたリン化インジウムの
基体2 を含む半導体装置1 を示す。基体2 の上に同様に
ｎ型ドープされたリン化インジウムから構成されている
バッファ層3 が位置し、その１部分はメサ4 の最低層を
形成する。メサ4 は複数の層を含み、その１つはヒ化リ
ン化インジウムガリウムの導波体層41である。この層は
ｐ型ドープされたリン化インジウムの被覆層42によって
被覆される。その上にｐ+ 型ドープされたヒ化インジウ
ムガリウムの接触層43が位置する。
基体2 を含む半導体装置1 を示す。基体2 の上に同様に
ｎ型ドープされたリン化インジウムから構成されている
バッファ層3 が位置し、その１部分はメサ4 の最低層を
形成する。メサ4 は複数の層を含み、その１つはヒ化リ
ン化インジウムガリウムの導波体層41である。この層は
ｐ型ドープされたリン化インジウムの被覆層42によって
被覆される。その上にｐ+ 型ドープされたヒ化インジウ
ムガリウムの接触層43が位置する。
【００１１】導波体層41によって被覆されていないバッ
ファ層3 の表面上およびメサ4 の側面に半絶縁リン化イ
ンジウムの層5 が光導波体として設けられる。その上面
は接触層43の上面と平面を形成する。層5 は二酸化シリ
コンの保護層6 によって被覆され、接触層43は金属層7
によって被覆される。
ファ層3 の表面上およびメサ4 の側面に半絶縁リン化イ
ンジウムの層5 が光導波体として設けられる。その上面
は接触層43の上面と平面を形成する。層5 は二酸化シリ
コンの保護層6 によって被覆され、接触層43は金属層7
によって被覆される。
【００１２】３つの凹部44,45,46は金属層7 およびメサ
4 に形成され、メサ4 を第１の領域8 、第２の領域11、
第３の領域9 、および分岐領域10に分割する。図１の例
示によると、凹部44,45,46は各領域8,9,11と分岐領域10
の間で光結合を行わせるために導波体層41中に入らない
ように被覆層42に延在しなければならない。各領域8,9,
11および分岐領域10において金属層7 が第１の電極を形
成する。各領域の8,9,11および分岐領域10に対する第２
の電極は基体2 の下側に供給された金属層12によって形
成される。半導体装置1 の動作中、それぞれ一定の或い
は可変的な電流は金属層7 から各領域8,9,11および分岐
領域10を通って接地接続部として作用する金属層12に流
れる。各領域8,9,11および分岐領域10を流通する電流は
各レーザしきい値電流よりも小さい。ろ波される波長光
は領域11の自由端部に入射される。光は例えば１つの波
長がろ波される４つの波長の波長分割多重化の光信号か
らなる。半導体装置1 は領域8,9 によって形成された２
つのアームを有するファブリーペロー共振器として作用
する。
4 に形成され、メサ4 を第１の領域8 、第２の領域11、
第３の領域9 、および分岐領域10に分割する。図１の例
示によると、凹部44,45,46は各領域8,9,11と分岐領域10
の間で光結合を行わせるために導波体層41中に入らない
ように被覆層42に延在しなければならない。各領域8,9,
11および分岐領域10において金属層7 が第１の電極を形
成する。各領域の8,9,11および分岐領域10に対する第２
の電極は基体2 の下側に供給された金属層12によって形
成される。半導体装置1 の動作中、それぞれ一定の或い
は可変的な電流は金属層7 から各領域8,9,11および分岐
領域10を通って接地接続部として作用する金属層12に流
れる。各領域8,9,11および分岐領域10を流通する電流は
各レーザしきい値電流よりも小さい。ろ波される波長光
は領域11の自由端部に入射される。光は例えば１つの波
長がろ波される４つの波長の波長分割多重化の光信号か
らなる。半導体装置1 は領域8,9 によって形成された２
つのアームを有するファブリーペロー共振器として作用
する。
【００１３】導波体層41は２つのファブリーペロー共振
器の重畳として理解される。第１のファブリーペロー共
振器は領域11,8および分岐領域10の分枝部分101 によっ
て形成され、分枝部分101 はそれらの領域を互いに接続
する。第２のファブリーペロー共振器は領域11,9および
分岐領域10の分枝部分102 によって形成され、分枝部分
102 はそれらの領域を互いに接続する。したがって、半
導体装置は２つの相互にわずかに離調されたファブリー
ペロー共振器のスペクトルの重畳に対応するフィルタス
ペクトルを有する。位相δの関数として示された強度Ｉ
＝Ｅ2 ／２は長い間隔での高い極大ａ，ｂ，ｃおよび短
い間隔での低い極大を有する。これらの最大値は導波体
層41の共振の粗構造および微細構造に対応する。
器の重畳として理解される。第１のファブリーペロー共
振器は領域11,8および分岐領域10の分枝部分101 によっ
て形成され、分枝部分101 はそれらの領域を互いに接続
する。第２のファブリーペロー共振器は領域11,9および
分岐領域10の分枝部分102 によって形成され、分枝部分
102 はそれらの領域を互いに接続する。したがって、半
導体装置は２つの相互にわずかに離調されたファブリー
ペロー共振器のスペクトルの重畳に対応するフィルタス
ペクトルを有する。位相δの関数として示された強度Ｉ
＝Ｅ2 ／２は長い間隔での高い極大ａ，ｂ，ｃおよび短
い間隔での低い極大を有する。これらの最大値は導波体
層41の共振の粗構造および微細構造に対応する。
【００１４】これらの構造を通って流れる各電流に基づ
いて生じるとき、それらの長さｌ8，ｌ9 および屈折率
ｎ8 ，ｎ9 に対応して、微細構造に影響されるように光
学的共振間の距離Δｆ1 （極大）に影響を与える。分岐
領域10 の長さが無視されるか、或いは領域8,9,11の長
さと関連して検討されるならば、次の式が与えられる。 Δｆ1 ＝（ｃ／２）／（２ｌ11＋ｌ8 ＋ｌ9 ） リン化ヒ化インジウムガリウムの導波体層41を含む長さ
が１．５ｍｍの半導体装置に対して、これは次の式を意
味する。 Δｆ1 ＝１４ＧＨｚ 粗構造に関連される光学的共振間の距離Δｆs は次のと
おりである。 Δｆs ＝ｃ／（ｌ3 −ｌ4 ）
いて生じるとき、それらの長さｌ8，ｌ9 および屈折率
ｎ8 ，ｎ9 に対応して、微細構造に影響されるように光
学的共振間の距離Δｆ1 （極大）に影響を与える。分岐
領域10 の長さが無視されるか、或いは領域8,9,11の長
さと関連して検討されるならば、次の式が与えられる。 Δｆ1 ＝（ｃ／２）／（２ｌ11＋ｌ8 ＋ｌ9 ） リン化ヒ化インジウムガリウムの導波体層41を含む長さ
が１．５ｍｍの半導体装置に対して、これは次の式を意
味する。 Δｆ1 ＝１４ＧＨｚ 粗構造に関連される光学的共振間の距離Δｆs は次のと
おりである。 Δｆs ＝ｃ／（ｌ3 −ｌ4 ）
【００１５】光波長差が領域8 の長さｌ8 と領域9 の長
さｌ9 の間に生じるならば、もっぱら屈折率ｎ8 とｎ9
の差だけに基づき、領域を通って流れる電流Ｉ8 ，Ｉ9
の異なる強度によって生じられる。Ｉ9 −Ｉ8 ＝１００
ｍＡならば、Δｆs は８６ＴＨｚに近似する値であり、
Δｆ8 ／Δｆ9 は６１４３に近似する値である。
さｌ9 の間に生じるならば、もっぱら屈折率ｎ8 とｎ9
の差だけに基づき、領域を通って流れる電流Ｉ8 ，Ｉ9
の異なる強度によって生じられる。Ｉ9 −Ｉ8 ＝１００
ｍＡならば、Δｆs は８６ＴＨｚに近似する値であり、
Δｆ8 ／Δｆ9 は６１４３に近似する値である。
【００１６】これは周波数の関数としての強度の例示に
おいて、６１４３個の低い微細な構造の極大は粗構造の
２つの大きい極大間に位置されることを意味する。ここ
では１００ｍＡの電流差は７μｍの光路差に対応するこ
とが仮定される。電流Ｉ8 とＩ9 の差の適切な選択によ
って、粗構造の共振に好ましい微細構造の共振の強い抑
制を実現することが可能である。
おいて、６１４３個の低い微細な構造の極大は粗構造の
２つの大きい極大間に位置されることを意味する。ここ
では１００ｍＡの電流差は７μｍの光路差に対応するこ
とが仮定される。電流Ｉ8 とＩ9 の差の適切な選択によ
って、粗構造の共振に好ましい微細構造の共振の強い抑
制を実現することが可能である。
【００１７】別の実施例において（ここでは図示せ
ず）、１つ以上の領域8,9 は凹部44,45,46の形状の凹部
によって２つの部分的領域に分割され、電流は１つの部
分的領域を通って残りの各領域および分岐領域10を通っ
て順方向に流れ、一方残りの部分領域を通って逆方向に
流れる。この部分的領域は光の１部分が吸収され検出の
ために使用されることができるフォトダイオードとして
作用する。外から導波体層41に放射された光の伝送され
た部分はまた、半導体装置1 および領域8,9,11の端面と
一致する自由端面が窒化シリコン、二酸化シリコン、ま
たは酸化窒化シリコンのような誘電体材料の単一或いは
複数の薄層によって被覆されるので影響されることがで
きる。本発明の上述の説明は種々の変更、変形、および
適応が可能であり、添付特許請求の範囲に等価の意味お
よび範囲内に含まれる。
ず）、１つ以上の領域8,9 は凹部44,45,46の形状の凹部
によって２つの部分的領域に分割され、電流は１つの部
分的領域を通って残りの各領域および分岐領域10を通っ
て順方向に流れ、一方残りの部分領域を通って逆方向に
流れる。この部分的領域は光の１部分が吸収され検出の
ために使用されることができるフォトダイオードとして
作用する。外から導波体層41に放射された光の伝送され
た部分はまた、半導体装置1 および領域8,9,11の端面と
一致する自由端面が窒化シリコン、二酸化シリコン、ま
たは酸化窒化シリコンのような誘電体材料の単一或いは
複数の薄層によって被覆されるので影響されることがで
きる。本発明の上述の説明は種々の変更、変形、および
適応が可能であり、添付特許請求の範囲に等価の意味お
よび範囲内に含まれる。
【図１】本発明の方法を実行する半導体装置の概略図。
【図２】位相δの関数として半導体装置の導波体層から
放射する光の強度を示すグラフ。
放射する光の強度を示すグラフ。
1 …半導体装置、41…導電体層、42…被覆層、8,9,11…
領域、10…分岐領域、43,44,45…凹部。
領域、10…分岐領域、43,44,45…凹部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルト・ラウベ ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 40、タスマンベーク 26 (72)発明者 ミヒャエル・シリング ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 31、ラシュタッター・シュトラーセ 38 (72)発明者 クラウス・ビュンシュテル ドイツ連邦共和国、7141 シュビーベルデ インゲン、シュテイーゲルシュトラーセ 18 (72)発明者 ディーター・バウムス ドイツ連邦共和国、7140 ルートビーヒス ブルク、イム・ハーファー 10 (72)発明者 オラフ・ヒルデブラント ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 61、ルイーゼ − ベンガー − シ ュトラーセ 21 (72)発明者 カスパル・デュティング ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 31、メーダッハシュトラーセ 38
Claims (6)
- 【請求項１】 基体と、その上に位置し、凹部によって
分離され、１つが分岐領域である複数の領域を設けられ
ている分岐した簡単な連続的構造を有するモノリシック
に集積された導波体層とを含む光フィルタとしての半導
体装置の動作方法において、 光は領域の１つに入射され、領域の各レーザしきい値電
流よりも小さい電流が光の伝播方向と垂直に各領域およ
び分岐領域を通って流れることを特徴とする動作方法。 - 【請求項２】 電流は１つ以上の領域で逆方向に流れて
いることを特徴とする請求項１記載の動作方法。 - 【請求項３】 領域の自由端面は誘電体層によって被覆
されていることを特徴とする請求項１記載の動作方法を
実行する半導体装置。 - 【請求項４】 誘電体層は窒化シリコンを含んでいるこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体装置。 - 【請求項５】 誘電体層は二酸化シリコンを含んでいる
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。 - 【請求項６】 誘電体層は酸化窒化シリコンを含んでい
ることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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