JPH0566432A - 半導体集積化光検出器 - Google Patents
半導体集積化光検出器Info
- Publication number
- JPH0566432A JPH0566432A JP3226991A JP22699191A JPH0566432A JP H0566432 A JPH0566432 A JP H0566432A JP 3226991 A JP3226991 A JP 3226991A JP 22699191 A JP22699191 A JP 22699191A JP H0566432 A JPH0566432 A JP H0566432A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- optical waveguide
- light
- diffraction grating
- region
- Prior art date
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- Pending
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】偏波依存性の無い光増幅領域と狭帯域特性をも
つフィルタ領域とをモノリシックに集積することで受光
感度の改善された集積化光検出器を実現し、もって光伝
送及び光交換システムの向上を可能にすることを目的と
する。 【構成】光導波路（１）と、その先端部に形成される回
折格子領域及びそれに隣接して形成される反射増幅特性
をもつ活性層領域から成る光増幅器（３）と、光導波路
（１）に戻ってきた反射光の光路を分岐する光合分岐回
路（２）と、この分岐された光導波路の先端部に設けら
れる受光器（４）とを同一半導体基板上に集積して配置
する。
つフィルタ領域とをモノリシックに集積することで受光
感度の改善された集積化光検出器を実現し、もって光伝
送及び光交換システムの向上を可能にすることを目的と
する。 【構成】光導波路（１）と、その先端部に形成される回
折格子領域及びそれに隣接して形成される反射増幅特性
をもつ活性層領域から成る光増幅器（３）と、光導波路
（１）に戻ってきた反射光の光路を分岐する光合分岐回
路（２）と、この分岐された光導波路の先端部に設けら
れる受光器（４）とを同一半導体基板上に集積して配置
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光伝送における受光器
を半導体基板上に配置した半導体集積化光検出器に関す
るもので、特に、従来技術におけるものより受光感度を
改善するため、光増幅器を同一基板上に作製したことを
大きな特徴とする。
を半導体基板上に配置した半導体集積化光検出器に関す
るもので、特に、従来技術におけるものより受光感度を
改善するため、光増幅器を同一基板上に作製したことを
大きな特徴とする。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】半導体光
増幅器（図７）の活性層がその厚みとストライプ幅のサ
イズが等しくないことに起因して、ＴＥモードの増幅利
得がＴＭモードに比べて大きくなる。この偏波依存性を
解消する方法として、活性層の上下を活性層より屈折率
の低い導波層で挾んだＬＯＣ構造や、伸張歪を活性層を
構成するバリア層に用いた歪超格子構造がある。歪超格
子による光増幅器の増幅特性を図８に示す。このように
特定波長において偏波依存性の無い増幅特性が実現され
るが、５０ｎｍ以上にわたる増幅帯域から生じた増幅さ
れた自然放出光強度（ＡＳＥ）が大きくなり、雑音とな
ってしまう。
増幅器（図７）の活性層がその厚みとストライプ幅のサ
イズが等しくないことに起因して、ＴＥモードの増幅利
得がＴＭモードに比べて大きくなる。この偏波依存性を
解消する方法として、活性層の上下を活性層より屈折率
の低い導波層で挾んだＬＯＣ構造や、伸張歪を活性層を
構成するバリア層に用いた歪超格子構造がある。歪超格
子による光増幅器の増幅特性を図８に示す。このように
特定波長において偏波依存性の無い増幅特性が実現され
るが、５０ｎｍ以上にわたる増幅帯域から生じた増幅さ
れた自然放出光強度（ＡＳＥ）が大きくなり、雑音とな
ってしまう。
【０００３】一方、低損失な光ファイバを伝送媒体とす
る光伝送システムにおいて、その性能を決定する１つの
要因に光検出器の最低受光感度がある。最低受光感度の
改善には、光増幅器の使用により光検出器に受光する信
号光強度を増幅する方法が考えられている。光増幅器と
しては光検出器とモノリシック集積が可能な半導体光増
幅器があるが、弱信号光に対してはその増幅帯域（〜５
０ｎｍ）に起因する自然放出光強度が大きいため、直接
検波を行う場合に狭帯域な波長フィルタによって自然放
出光強度の除去が不可欠となる。そこでＡＳＥの影響を
無視できる狭帯域（＜１ｎｍ）でかつ偏波依存性の無い
増幅特性が望まれる。
る光伝送システムにおいて、その性能を決定する１つの
要因に光検出器の最低受光感度がある。最低受光感度の
改善には、光増幅器の使用により光検出器に受光する信
号光強度を増幅する方法が考えられている。光増幅器と
しては光検出器とモノリシック集積が可能な半導体光増
幅器があるが、弱信号光に対してはその増幅帯域（〜５
０ｎｍ）に起因する自然放出光強度が大きいため、直接
検波を行う場合に狭帯域な波長フィルタによって自然放
出光強度の除去が不可欠となる。そこでＡＳＥの影響を
無視できる狭帯域（＜１ｎｍ）でかつ偏波依存性の無い
増幅特性が望まれる。
【０００４】なお、この種の技術が記載されている文献
としては、例えば、コール他、エレクトロニクス・レタ
ーズ、２５巻、３１４〜３１５頁、１９８９年（S.Cole
et.al., Electron. Lett., Vol.25, p314〜315, 198
9）及び曲他、アイ・イー・イー・イー、フォトニクス
・テクノロジー・レターズ、２巻、５５６〜５５８頁、
１９９０年（K.Magari et.al., IEEE Photon. Technol.
Lett., Vol.2, p556〜558, 1990）が挙げられる。
としては、例えば、コール他、エレクトロニクス・レタ
ーズ、２５巻、３１４〜３１５頁、１９８９年（S.Cole
et.al., Electron. Lett., Vol.25, p314〜315, 198
9）及び曲他、アイ・イー・イー・イー、フォトニクス
・テクノロジー・レターズ、２巻、５５６〜５５８頁、
１９９０年（K.Magari et.al., IEEE Photon. Technol.
Lett., Vol.2, p556〜558, 1990）が挙げられる。
【０００５】本発明は、偏波依存性の無い光増幅器と狭
帯域なフィルタをモノリシックに集積することにより受
光感度の改善された集積化光検出器を提供し、もって光
伝送および光交換システムの向上を可能にすることを目
的とする。
帯域なフィルタをモノリシックに集積することにより受
光感度の改善された集積化光検出器を提供し、もって光
伝送および光交換システムの向上を可能にすることを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、半導体基板上に作製された光導
波路の先端部に回折格子領域が形成されており、この回
折格子領域に隣接した上記光導波路の部分に入射光に対
して増幅特性を持つ活性層領域が形成されており、更に
同一半導体基板上に、上記光導波路に戻ってきた反射光
の光路を２つに分岐する光合分岐回路と、分岐された反
射光の光路となる光導波路と、この光導波路の一方の先
端部に配置される受光器とが形成されている構成の半導
体集積化光検出器とする。
に、本発明においては、半導体基板上に作製された光導
波路の先端部に回折格子領域が形成されており、この回
折格子領域に隣接した上記光導波路の部分に入射光に対
して増幅特性を持つ活性層領域が形成されており、更に
同一半導体基板上に、上記光導波路に戻ってきた反射光
の光路を２つに分岐する光合分岐回路と、分岐された反
射光の光路となる光導波路と、この光導波路の一方の先
端部に配置される受光器とが形成されている構成の半導
体集積化光検出器とする。
【０００７】
【作用】受光感度を改善するため光増幅器とモノリシッ
クに集積した光検出器に狭帯域な波長フィルタを集積化
した構成となっていることを特徴とする。従来のものと
比べて、本構成により受光感度を改善するために集積し
た光増幅器は、雑音となる自然放出光強度を低減し、偏
波依存性の無い半導体集積化光検出器を提供することが
出来ることが大きく異なる。
クに集積した光検出器に狭帯域な波長フィルタを集積化
した構成となっていることを特徴とする。従来のものと
比べて、本構成により受光感度を改善するために集積し
た光増幅器は、雑音となる自然放出光強度を低減し、偏
波依存性の無い半導体集積化光検出器を提供することが
出来ることが大きく異なる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図６により説
明する。図１は本発明の一実施例の説明図で、（ａ）は
本発明構成要素の半導体基板上での配置を示す平面図で
あり、１は光導波路、２は光合分岐回路、３は回折格子
付き光増幅器、４は受光器を示し、また、Ｐinは入射光
を示している。（ｂ）は光増幅器３のうちの回折格子の
反射特性を示す図、（ｃ）は回折格子付き光増幅器３の
詳細を示す断面図である。帯域を狭くする方法として、
回折格子の利用がある。損失の無い回折格子を仮定する
と、反射特性として図１（ｂ）の結果が得られる。この
反射帯域Δλは、結合係数ｋと回折格子の長さＬに依存
するので、これらを設定することにより、Δλを任意に
設定することができる。これを用いた構成が図１（ａ）
である。活性領域は図２に示すように井戸層としてＩｎ
Ｐ基板に格子整合された５０Å厚のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａ
ｓで１０層、バリア層としてＩｎＰ基板の持つ格子定数
よりも１．７％小さい５０Å厚のＩｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ
で１１層が交互に堆積された歪超格子である。その上部
にバンドギャップ波長１．２８μｍの厚さ１０００Åの
ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、下部にバンドギャップ波長
１．２８μｍの厚さ５００ÅのＩｎＧａＡｓＰクラッド
層が形成されている。ストライプ幅は１．５μｍであ
る。回折格子を有した導波路は、バンドギャップ波長
１．３５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（１５０Å厚）の上下を
バンドギャップ波長１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（４
２５０Å厚）クラッド層で挾んでいる。ストライプ幅は
１．５μｍで作製されており、ＴＥ偏波とＴＭ偏波に対
する等価屈折率が殆ど等しい構造（等価屈折率差＝０．
００１６）に設定しておく。従ってＴＥ偏波とＴＭ偏波
に対するブラッグ波長の差は、１次の回折格子のピッチ
を２４００Åとした時、７．６８Åに相当する。活性層
領域長を３００μｍ、導波路領域長を３００μｍ、ｋ＝
３０ｃｍ~1に設定することにより、この時回折格子によ
ってストップバンドに相当する波長幅（Δλ〜１ｎｍ）
に対して反射ミラーが構成されるので、反射特性として
図３の増幅特性（増幅利得；２５ｄＢ）が得られる。そ
こで斜線を施した領域では、偏波依存性の無い増幅特性
が期待される。尚、活性領域と回折格子を有した導波路
はストライプ幅１．５μｍで設定したため、ＴＥ偏波と
ＴＭ偏波に対する等価屈折率に僅かな差が生じた。しか
しストライプ幅を１μｍ以下に作製することにより、Ｔ
Ｅ偏波とＴＭ偏波に対する等価屈折率を完全に等しくす
ることが可能である。回折格子による反射強度はｋを大
きくすることにより、またＬを短くすることでｋＬを小
さくすることにより、Δλを狭くすることができる。
尚、本発明においては活性領域にバリア層に伸張歪を用
いた超格子構造で説明したが、井戸層に伸張歪を用いた
超格子構造やＬＯＣ構造を用いた場合も同様である。
明する。図１は本発明の一実施例の説明図で、（ａ）は
本発明構成要素の半導体基板上での配置を示す平面図で
あり、１は光導波路、２は光合分岐回路、３は回折格子
付き光増幅器、４は受光器を示し、また、Ｐinは入射光
を示している。（ｂ）は光増幅器３のうちの回折格子の
反射特性を示す図、（ｃ）は回折格子付き光増幅器３の
詳細を示す断面図である。帯域を狭くする方法として、
回折格子の利用がある。損失の無い回折格子を仮定する
と、反射特性として図１（ｂ）の結果が得られる。この
反射帯域Δλは、結合係数ｋと回折格子の長さＬに依存
するので、これらを設定することにより、Δλを任意に
設定することができる。これを用いた構成が図１（ａ）
である。活性領域は図２に示すように井戸層としてＩｎ
Ｐ基板に格子整合された５０Å厚のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａ
ｓで１０層、バリア層としてＩｎＰ基板の持つ格子定数
よりも１．７％小さい５０Å厚のＩｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ
で１１層が交互に堆積された歪超格子である。その上部
にバンドギャップ波長１．２８μｍの厚さ１０００Åの
ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、下部にバンドギャップ波長
１．２８μｍの厚さ５００ÅのＩｎＧａＡｓＰクラッド
層が形成されている。ストライプ幅は１．５μｍであ
る。回折格子を有した導波路は、バンドギャップ波長
１．３５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（１５０Å厚）の上下を
バンドギャップ波長１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（４
２５０Å厚）クラッド層で挾んでいる。ストライプ幅は
１．５μｍで作製されており、ＴＥ偏波とＴＭ偏波に対
する等価屈折率が殆ど等しい構造（等価屈折率差＝０．
００１６）に設定しておく。従ってＴＥ偏波とＴＭ偏波
に対するブラッグ波長の差は、１次の回折格子のピッチ
を２４００Åとした時、７．６８Åに相当する。活性層
領域長を３００μｍ、導波路領域長を３００μｍ、ｋ＝
３０ｃｍ~1に設定することにより、この時回折格子によ
ってストップバンドに相当する波長幅（Δλ〜１ｎｍ）
に対して反射ミラーが構成されるので、反射特性として
図３の増幅特性（増幅利得；２５ｄＢ）が得られる。そ
こで斜線を施した領域では、偏波依存性の無い増幅特性
が期待される。尚、活性領域と回折格子を有した導波路
はストライプ幅１．５μｍで設定したため、ＴＥ偏波と
ＴＭ偏波に対する等価屈折率に僅かな差が生じた。しか
しストライプ幅を１μｍ以下に作製することにより、Ｔ
Ｅ偏波とＴＭ偏波に対する等価屈折率を完全に等しくす
ることが可能である。回折格子による反射強度はｋを大
きくすることにより、またＬを短くすることでｋＬを小
さくすることにより、Δλを狭くすることができる。
尚、本発明においては活性領域にバリア層に伸張歪を用
いた超格子構造で説明したが、井戸層に伸張歪を用いた
超格子構造やＬＯＣ構造を用いた場合も同様である。
【０００９】この光増幅器を光導波路、光合分岐回路、
受光器と配置したのが図１（ａ）であり、これより、こ
の光集積回路に入射される光強度よりも増大された信号
光になって受光器に入射される。
受光器と配置したのが図１（ａ）であり、これより、こ
の光集積回路に入射される光強度よりも増大された信号
光になって受光器に入射される。
【００１０】図４は図１（ａ）にさらに導波路形のアイ
ソレータ５をモノリシック集積することにより、戻り光
の影響を除去できる構造になっている。
ソレータ５をモノリシック集積することにより、戻り光
の影響を除去できる構造になっている。
【００１１】図５は図１（ａ）の構成では反射型増幅と
なる点を改良し、透過型構成にしたものである。増幅器
を２個使用するので、かなりの高利得が期待できる。
なる点を改良し、透過型構成にしたものである。増幅器
を２個使用するので、かなりの高利得が期待できる。
【００１２】図６は図１（ａ）の光集積回路をアレイ状
に集積化した構成となっている。回折格子のピッチをア
レイの各構成要素で変化することにより、ＷＤＭ（ＦＤ
Ｍ）伝送された周波数の僅かに異なる複数の信号が、各
（図１ａ）構成要素の増幅帯域に対応する１つの信号だ
け増幅され、受光器によって受光される。
に集積化した構成となっている。回折格子のピッチをア
レイの各構成要素で変化することにより、ＷＤＭ（ＦＤ
Ｍ）伝送された周波数の僅かに異なる複数の信号が、各
（図１ａ）構成要素の増幅帯域に対応する１つの信号だ
け増幅され、受光器によって受光される。
【００１３】また上記において、増幅領域の電極を複数
に分割することにより、光増幅器の偏波依存性の無い波
長帯域を変化させることができる。更に増幅領域と回折
格子領域との間に位相調整領域を設けることにより偏波
依存性の無い波長帯域の掃引幅拡大も可能である。図６
においても、アレイの各構成要素で回折格子のピッチを
変化することなく、増幅領域の電極を複数に分割する多
電極構造ならびに位相調整領域の導入によって偏波依存
性の無い波長帯域の掃引幅拡大も可能である。
に分割することにより、光増幅器の偏波依存性の無い波
長帯域を変化させることができる。更に増幅領域と回折
格子領域との間に位相調整領域を設けることにより偏波
依存性の無い波長帯域の掃引幅拡大も可能である。図６
においても、アレイの各構成要素で回折格子のピッチを
変化することなく、増幅領域の電極を複数に分割する多
電極構造ならびに位相調整領域の導入によって偏波依存
性の無い波長帯域の掃引幅拡大も可能である。
【００１４】尚、入力信号を導波する光導波路１の途中
に光増幅器を設けることで、光合分岐回路２の分岐損失
を補償し、光増幅器３への入力光強度を増大しておくこ
とも可能である。
に光増幅器を設けることで、光合分岐回路２の分岐損失
を補償し、光増幅器３への入力光強度を増大しておくこ
とも可能である。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたごとく本発明によれば、狭帯
域な波長選択機能を有する回折格子を集積することによ
り、偏波依存性の無い高感度な光検出器を提供すること
が出来る。
域な波長選択機能を有する回折格子を集積することによ
り、偏波依存性の無い高感度な光検出器を提供すること
が出来る。
【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）は集積化され
た構成要素の配置を示す平面図、（ｂ）は光増幅器内の
回折格子の反射特性図、（ｃ）は光増幅器の詳細断面図
である。
た構成要素の配置を示す平面図、（ｂ）は光増幅器内の
回折格子の反射特性図、（ｃ）は光増幅器の詳細断面図
である。
【図２】本発明での光増幅器内の活性層領域の、バリア
層に伸張歪を導入した超格子構造を示す図である。
層に伸張歪を導入した超格子構造を示す図である。
【図３】本発明による増幅特性を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例を示し、導波形アイソレー
タを追加した場合の平面図である。
タを追加した場合の平面図である。
【図５】本発明の他の実施例を示し、透過形構成とした
場合の平面図である。
場合の平面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示し、アレイ状に集積化
した平面図である。
した平面図である。
【図７】従来例を示す半導体光増幅器の断面図である。
【図８】歪超格子を活性層に用いた光増幅器の増幅特性
を示す図である。
を示す図である。
１…光導波路 ２…光合分岐回路 ３…光増幅器 ４…受光器 ５…導波形アイソレータ
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板上に作成された光導波路の先端
部に回折格子領域が形成されており、この回折格子領域
に隣接した上記光導波路の部分に入射光に対して増幅特
性を持つ活性層領域が形成されており、更に同一半導体
基板上に、上記光導波路に戻ってきた反射光の光路を２
つに分岐する光合分岐回路と、分岐された反射光の光路
となる光導波路と、この光導波路の一方の先端部に配置
される受光器とが形成されていることを特徴とする半導
体集積化光検出器。 - 【請求項２】請求項１記載の活性層領域は、その構成材
料及び領域長、層の厚み、ストライプ幅が、ＴＥ偏波と
ＴＭ偏波に対するモード利得が等しくなるように設定さ
れていることを特徴とする半導体集積化光検出器。 - 【請求項３】請求項１及び２記載の回折格子領域は、そ
の構成材料及び領域長、層の厚み、ストライプ幅が、Ｔ
Ｅ偏波とＴＭ偏波とで、導波する光が感じる屈折率及び
光の導波路への閉じ込め係数が等しくなるように設定さ
れていることを特徴とする半導体集積化光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226991A JPH0566432A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 半導体集積化光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226991A JPH0566432A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 半導体集積化光検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566432A true JPH0566432A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16853800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3226991A Pending JPH0566432A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 半導体集積化光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0566432A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001061389A3 (en) * | 2000-02-17 | 2002-03-07 | Nanovation Tech Inc | Guided wave optical switch based on an active semiconductor amplifier and a passive optical component |
| CN112154545A (zh) * | 2018-05-21 | 2020-12-29 | 日本电信电话株式会社 | 光检测器 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3226991A patent/JPH0566432A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001061389A3 (en) * | 2000-02-17 | 2002-03-07 | Nanovation Tech Inc | Guided wave optical switch based on an active semiconductor amplifier and a passive optical component |
| CN112154545A (zh) * | 2018-05-21 | 2020-12-29 | 日本电信电话株式会社 | 光检测器 |
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