JPH06224405A - プレーナ導波型光半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
プレーナ導波型光半導体素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH06224405A JPH06224405A JP1123593A JP1123593A JPH06224405A JP H06224405 A JPH06224405 A JP H06224405A JP 1123593 A JP1123593 A JP 1123593A JP 1123593 A JP1123593 A JP 1123593A JP H06224405 A JPH06224405 A JP H06224405A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 同一面上にある多数の発光，受光素子間をア
ラインメントなしで光接続することにある。 【構成】 半絶縁性のＧａＡｓ基板６の上に、下部ＤＢ
Ｒ５、位相反転層４、中間部ＤＢＲ３、活性層兼吸収層
７を中心に含む中間層２、上部ＤＢＲ（ｐ型：ドーピン
グ濃度３×１０18ｃｍ-3）１を、分子線ビームエピタキ
シー法で形成する。以上の多層膜形成後、上部より中間
部ＤＢＲ３の上より数層目までエッチングにより除去し
てメサを形成する。メサ上部にｐ側電極８を形成し、ｎ
型電極９をメサの下部に共通に形成する。
ラインメントなしで光接続することにある。 【構成】 半絶縁性のＧａＡｓ基板６の上に、下部ＤＢ
Ｒ５、位相反転層４、中間部ＤＢＲ３、活性層兼吸収層
７を中心に含む中間層２、上部ＤＢＲ（ｐ型：ドーピン
グ濃度３×１０18ｃｍ-3）１を、分子線ビームエピタキ
シー法で形成する。以上の多層膜形成後、上部より中間
部ＤＢＲ３の上より数層目までエッチングにより除去し
てメサを形成する。メサ上部にｐ側電極８を形成し、ｎ
型電極９をメサの下部に共通に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高並列な光伝送や光情
報処理に用いられるブロードキャスト機能を持った垂直
共振器型の面発光素子および面受光素子に関する。
報処理に用いられるブロードキャスト機能を持った垂直
共振器型の面発光素子および面受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプレーナ導波型素子として、例え
ば図３に示すような光集積素子がある（１９９０年，コ
ンファレンス・レコード・オブ・オプティカル・コンピ
ューティング，１６４頁〜１６６頁（ＣＯＮＦＥＲＥＮ
ＣＥ ＲＥＣＯＲＤ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＣＯＭＰ
ＵＴＩＮＧ，ｐｐ．１６４−１６６，１９９０））。こ
れは電子素子２７を配置した基板の上に面発光レーザ等
の発光素子２２，反射鏡２３および受光素子２４からな
る光素子２６（材料は半導体）を構成し、さらにその上
に回折素子２１が上面に形成されたガラス基板２５をフ
リップチップボンディングにより固定してある。発光素
子２２から出た光は回折素子２１で高次反射光となり反
射鏡２３によって隣接した受光素子２４へと伝播する。
ば図３に示すような光集積素子がある（１９９０年，コ
ンファレンス・レコード・オブ・オプティカル・コンピ
ューティング，１６４頁〜１６６頁（ＣＯＮＦＥＲＥＮ
ＣＥ ＲＥＣＯＲＤ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＣＯＭＰ
ＵＴＩＮＧ，ｐｐ．１６４−１６６，１９９０））。こ
れは電子素子２７を配置した基板の上に面発光レーザ等
の発光素子２２，反射鏡２３および受光素子２４からな
る光素子２６（材料は半導体）を構成し、さらにその上
に回折素子２１が上面に形成されたガラス基板２５をフ
リップチップボンディングにより固定してある。発光素
子２２から出た光は回折素子２１で高次反射光となり反
射鏡２３によって隣接した受光素子２４へと伝播する。
【０００３】また、面発光レーザアレイの共振器内に導
波路を形成した例が、特開平２−５４９８１号公報に記
載されている。図４はその面発光レーザおよびレーザア
レイの断面図である。これは、上下２枚のミラー３１お
よび３２によって形成される共振器の内部に活性領域３
３および光導波路３４，３５，３６を形成したもので、
光導波路３５および３６の間に形成されたグレーティン
グの２次以上の回折光によって面発光レーザアレイ間を
光接続しようとするものである。なお、図４において、
３７はｎ電極、３８は基板、３８はｐ型クラッド層、４
０はｐ電極である。
波路を形成した例が、特開平２−５４９８１号公報に記
載されている。図４はその面発光レーザおよびレーザア
レイの断面図である。これは、上下２枚のミラー３１お
よび３２によって形成される共振器の内部に活性領域３
３および光導波路３４，３５，３６を形成したもので、
光導波路３５および３６の間に形成されたグレーティン
グの２次以上の回折光によって面発光レーザアレイ間を
光接続しようとするものである。なお、図４において、
３７はｎ電極、３８は基板、３８はｐ型クラッド層、４
０はｐ電極である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプレー
ナ導波型素子では、回折素子を用いて光を面方向に伝播
させるため、その伝播損失が大きいという問題点があ
る。図５は、この伝播損失を見積もるために行った２値
型回折格子の回折効率の実験と計算を示したものであ
る。横軸はグレーティングの深さｄ、縦軸は回折効率を
示している。●は測定点を示し、計算は±１次光である
（２／π）2 ｓｉｎ2 θと、０次光であるｃｏｓ2 θと
を示している。ここに、
ナ導波型素子では、回折素子を用いて光を面方向に伝播
させるため、その伝播損失が大きいという問題点があ
る。図５は、この伝播損失を見積もるために行った２値
型回折格子の回折効率の実験と計算を示したものであ
る。横軸はグレーティングの深さｄ、縦軸は回折効率を
示している。●は測定点を示し、計算は±１次光である
（２／π）2 ｓｉｎ2 θと、０次光であるｃｏｓ2 θと
を示している。ここに、
【０００５】
【数１】
【０００６】である。図５から、１次光を用いた場合で
もその最大効率は約４０％しかないことがわかる。
もその最大効率は約４０％しかないことがわかる。
【０００７】図３に示された従来例では、隣接した発光
素子と受光素子の光接続しか行っていないため、回折は
２回で伝播効率１６％以下となる。この方式では遠方の
受光素子まで伝播させようと思うと、伝播効率は０．４
N （Ｎは回折素子の数）と指数関数的に減少していくこ
とになる。また、回折素子２１と光素子２６のアライン
メントが必要となり、精密な設計および作製技術が要求
される。さらに、ガラス基板２５と光素子２６の間の熱
膨張率の相違によるストレスの問題がある。
素子と受光素子の光接続しか行っていないため、回折は
２回で伝播効率１６％以下となる。この方式では遠方の
受光素子まで伝播させようと思うと、伝播効率は０．４
N （Ｎは回折素子の数）と指数関数的に減少していくこ
とになる。また、回折素子２１と光素子２６のアライン
メントが必要となり、精密な設計および作製技術が要求
される。さらに、ガラス基板２５と光素子２６の間の熱
膨張率の相違によるストレスの問題がある。
【０００８】また、図４に示した従来例では、２次以上
の回折を用いているためにその回折効率は図３に示した
従来例以上に低く１０％程度である。また光導波路２を
伝播する光は常にグレーティングにより回折されるため
に、その伝播効率はグレーティングのない導波路に比べ
て低くなる。したがって、図３に示した従来例と同様に
遠方への伝播には向いていないと思われる。
の回折を用いているためにその回折効率は図３に示した
従来例以上に低く１０％程度である。また光導波路２を
伝播する光は常にグレーティングにより回折されるため
に、その伝播効率はグレーティングのない導波路に比べ
て低くなる。したがって、図３に示した従来例と同様に
遠方への伝播には向いていないと思われる。
【０００９】本発明の目的は、従来例に見るような大き
な回折損失がなく、遠方の素子へも光接続が可能な充分
な伝播効率を精密なアラインメントなしで得ることにあ
る。
な回折損失がなく、遠方の素子へも光接続が可能な充分
な伝播効率を精密なアラインメントなしで得ることにあ
る。
【００１０】本発明の他の目的は、大きな回折損失がな
く、遠方の素子へも光接続が可能な充分な伝播効率を精
密なアラインメントなしで得ることのできるプレーナ導
波型光半導体素子を提供することにある。
く、遠方の素子へも光接続が可能な充分な伝播効率を精
密なアラインメントなしで得ることのできるプレーナ導
波型光半導体素子を提供することにある。
【００１１】本発明のさらに他の目的は、このようなプ
レーナ導波型光半導体素子を製造する方法を提供するこ
とにある。
レーナ導波型光半導体素子を製造する方法を提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のプレーナ導波型
光半導体素子は、半導体基板上に、第一導伝型の第一の
多層膜反射鏡、活性層兼受光層を含む中間層、第二導伝
型の第二の多層膜反射鏡が形成され、多層膜方向に光を
入出力する面入出力光電融合素子アレイを有し、前記面
入出力光電融合素子アレイは前記第二の多層膜反射鏡を
共有し、前記第二の多層膜反射鏡の一部に位相反転層を
含むことを特徴とする。
光半導体素子は、半導体基板上に、第一導伝型の第一の
多層膜反射鏡、活性層兼受光層を含む中間層、第二導伝
型の第二の多層膜反射鏡が形成され、多層膜方向に光を
入出力する面入出力光電融合素子アレイを有し、前記面
入出力光電融合素子アレイは前記第二の多層膜反射鏡を
共有し、前記第二の多層膜反射鏡の一部に位相反転層を
含むことを特徴とする。
【００１３】また本発明のプレーナ導波型光半導体素子
の製造方法は、半絶縁性基板の上に、下部の多層膜反射
鏡と、位相反転層と、中間部の多層膜反射鏡と、活性層
兼吸収層を中心に含む中間層と、上部の多層膜反射鏡と
から成る多層膜を形成し、前記多層膜の上部より、前記
中間部の多層膜反射鏡の一部に至るまでエッチングによ
って除去して複数のメサを構成することを特徴とする。
の製造方法は、半絶縁性基板の上に、下部の多層膜反射
鏡と、位相反転層と、中間部の多層膜反射鏡と、活性層
兼吸収層を中心に含む中間層と、上部の多層膜反射鏡と
から成る多層膜を形成し、前記多層膜の上部より、前記
中間部の多層膜反射鏡の一部に至るまでエッチングによ
って除去して複数のメサを構成することを特徴とする。
【００１４】
【作用】本発明の原理は、共振振り子と同様である。例
として、図２のように隣合う発光受光素子とこれを結ぶ
導波路を考えよう。これら発光受光素子は、いずれも多
層膜反射鏡（以下ＤＢＲと略す）で挟まれた共振器構造
をしており、しかもそれらの共振周波数（共振波長）は
同一であるとする。一方の素子１０で生じた光エネルギ
ーは、中間部ＤＢＲ３を介して位相反転層４へと達す
る。位相反転層は媒質内共振波長の半分の厚さを持ち、
発光部からの光はこの上下のＤＢＲ３，４で位相が反転
される。そのため、この位相反転層４は発光受光部と同
様に共振器を形成し、しかもその共振波長は一致してい
る。従って、発光部から位相反転層を含む共振器構造へ
の光エネルギーの伝播が起こる。ところが、この位相反
転層４は横方向への閉じ込め構造を持たないため、横方
向へ伝播していき他方の素子１０の下に達する。この素
子も位相反転層４と同一波長の共振器構造を有している
ため、同様に中間部ＤＢＲ３を介して位相反転層４から
光エネルギーが伝播する。受光側の素子に吸収損失が生
じない限り、発光側の素子から出た光は次々と遠方の素
子へと伝播していく。ただし、伝播光の波長は導波路等
を形成する媒質の吸収領域にあってはならない。位相反
転層の厚さは媒質内共振波長の半分の整数倍であればい
ずれでも良いが、これから大きくずれると発光受光部と
の共鳴が生じなくなるため、その伝播特性が悪化する。
として、図２のように隣合う発光受光素子とこれを結ぶ
導波路を考えよう。これら発光受光素子は、いずれも多
層膜反射鏡（以下ＤＢＲと略す）で挟まれた共振器構造
をしており、しかもそれらの共振周波数（共振波長）は
同一であるとする。一方の素子１０で生じた光エネルギ
ーは、中間部ＤＢＲ３を介して位相反転層４へと達す
る。位相反転層は媒質内共振波長の半分の厚さを持ち、
発光部からの光はこの上下のＤＢＲ３，４で位相が反転
される。そのため、この位相反転層４は発光受光部と同
様に共振器を形成し、しかもその共振波長は一致してい
る。従って、発光部から位相反転層を含む共振器構造へ
の光エネルギーの伝播が起こる。ところが、この位相反
転層４は横方向への閉じ込め構造を持たないため、横方
向へ伝播していき他方の素子１０の下に達する。この素
子も位相反転層４と同一波長の共振器構造を有している
ため、同様に中間部ＤＢＲ３を介して位相反転層４から
光エネルギーが伝播する。受光側の素子に吸収損失が生
じない限り、発光側の素子から出た光は次々と遠方の素
子へと伝播していく。ただし、伝播光の波長は導波路等
を形成する媒質の吸収領域にあってはならない。位相反
転層の厚さは媒質内共振波長の半分の整数倍であればい
ずれでも良いが、これから大きくずれると発光受光部と
の共鳴が生じなくなるため、その伝播特性が悪化する。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１６】図１は、本発明のプレーナ導波型光半導体
素子の一実施例を示す斜視図である。本実施例のプレー
ナ導波型光半導体素子は、発光受光素子１０と位相反転
層４を含む導波層が一体形成された構造である。その断
面構造は、図２に示した構造を有している。
素子の一実施例を示す斜視図である。本実施例のプレー
ナ導波型光半導体素子は、発光受光素子１０と位相反転
層４を含む導波層が一体形成された構造である。その断
面構造は、図２に示した構造を有している。
【００１７】このような構造のプレーナ導波型光半導体
素子は、次のようにして作製される。
素子は、次のようにして作製される。
【００１８】半絶縁性のＧａＡｓ基板６の上に、下部Ｄ
ＢＲ（ノンドープ）５、１３９ｎｍ厚の位相反転層（ノ
ンドープのＧａＡｓ）４、中間部ＤＢＲ（ｎ型：ドーピ
ング濃度２×１０18ｃｍ-3）３、活性層兼吸収層（ノン
ドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ，層厚１００オングスト
ローム×３）７を中心に含む３０５ｎｍ厚の中間層２
（活性層上部はｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ、活性層下部
はｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5Ａｓ）、上部ＤＢＲ（ｐ型：ド
ーピング濃度３×１０18ｃｍ-3）１を、分子線ビームエ
ピタキシー法で形成する。上部，中間部および下部ＤＢ
Ｒは、６９．５ｎｍ厚のＧａＡｓと８２．９ｎｍ厚のＡ
ｌＡｓとが交互に、下部ＤＢＲで２３対、中部ＤＢＲで
７．５対、上部ＤＢＲで１５対積層された構造となって
いる。ＤＢＲ中で基板６，位相反転層４，中間層２と接
する層はいずれもＡｌＡｓである。以上の多層膜形成
後、上部より中間部ＤＢＲ３の上より数層目までエッチ
ングにより除去してメサを形成する。メサ上部にｐ側電
極８を形成し、ｎ側電極９をメサの下部に共通に形成す
る。
ＢＲ（ノンドープ）５、１３９ｎｍ厚の位相反転層（ノ
ンドープのＧａＡｓ）４、中間部ＤＢＲ（ｎ型：ドーピ
ング濃度２×１０18ｃｍ-3）３、活性層兼吸収層（ノン
ドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ，層厚１００オングスト
ローム×３）７を中心に含む３０５ｎｍ厚の中間層２
（活性層上部はｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ、活性層下部
はｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5Ａｓ）、上部ＤＢＲ（ｐ型：ド
ーピング濃度３×１０18ｃｍ-3）１を、分子線ビームエ
ピタキシー法で形成する。上部，中間部および下部ＤＢ
Ｒは、６９．５ｎｍ厚のＧａＡｓと８２．９ｎｍ厚のＡ
ｌＡｓとが交互に、下部ＤＢＲで２３対、中部ＤＢＲで
７．５対、上部ＤＢＲで１５対積層された構造となって
いる。ＤＢＲ中で基板６，位相反転層４，中間層２と接
する層はいずれもＡｌＡｓである。以上の多層膜形成
後、上部より中間部ＤＢＲ３の上より数層目までエッチ
ングにより除去してメサを形成する。メサ上部にｐ側電
極８を形成し、ｎ側電極９をメサの下部に共通に形成す
る。
【００１９】本実施例のプレーナ導波型光半導体素子に
よれば、一つの発光受光素子１０で生じた光は、中間部
ＤＢＲ３を介して位相反転層４へと達する。光は、位相
反転層４を横方向へ伝播していき、他の発光受光素子１
０の下に達し、中間部ＤＢＲ３を介して、前記他の発光
受光素子に至る。
よれば、一つの発光受光素子１０で生じた光は、中間部
ＤＢＲ３を介して位相反転層４へと達する。光は、位相
反転層４を横方向へ伝播していき、他の発光受光素子１
０の下に達し、中間部ＤＢＲ３を介して、前記他の発光
受光素子に至る。
【００２０】以上の実施例ではＧａＡｓ系の例を述べた
が、本発明はＩｎＰ系など他材料の半導体にも適用でき
る。
が、本発明はＩｎＰ系など他材料の半導体にも適用でき
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明を適用するならば、同一面上で充
分遠方にある発光，受光素子間を低損失で結合すること
ができる。また、回折素子等の部品がなく、これらのア
ラインメントも不要であるため、作製コストが低減でき
る。
分遠方にある発光，受光素子間を低損失で結合すること
ができる。また、回折素子等の部品がなく、これらのア
ラインメントも不要であるため、作製コストが低減でき
る。
【図１】本発明の実施例のプレーナ導波型光半導体素子
の概略図である。
の概略図である。
【図２】本発明の実施例のプレーナ導波型光半導体素子
の構造断面図である。
の構造断面図である。
【図３】従来例の光集積素子の構造断面図である。
【図４】従来例のレーザアレイの構造断面図である。
【図５】従来例の光集積素子の回折効率を示すグラフで
ある。
ある。
１ 上部ＤＢＲ ２ 中間層 ３ 中間部ＤＢＲ ４ 位相反転層 ５ 下部ＤＢＲ ６ ＧａＡｓ基板 ７ 活性層兼吸収層 ８ ｐ側電極 ９ ｎ側電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年３月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 プレーナ導波型光半導体素子およびそ
の製造方法
の製造方法
Claims (4)
- 【請求項１】複数の発光受光素子と、位相反転層を含む
導波層とが一体形成された構造を有するプレーナ導波型
光半導体素子。 - 【請求項２】半導体基板上に、第一導伝型の第一の多層
膜反射鏡、活性層兼受光層を含む中間層、第二導伝型の
第二の多層膜反射鏡が形成され、多層膜方向に光を入出
力する面入出力光電融合素子アレイを有し、前記面入出
力光電融合素子アレイは前記第二の多層膜反射鏡を共有
し、前記第二の多層膜反射鏡の一部に位相反転層を含む
ことを特徴とするプレーナ導波型光半導体素子。 - 【請求項３】半絶縁性基板の上に、下部の多層膜反射鏡
と、位相反転層と、中間部の多層膜反射鏡と、活性層兼
吸収層を中心に含む中間層と、上部の多層膜反射鏡とか
ら成る多層膜を形成し、 前記多層膜の上部より、前記中間部の多層膜反射鏡の一
部に至るまでエッチングによって除去して複数のメサを
構成することを特徴とするプレーナ導波型光半導体素子
の製造方法。 - 【請求項４】前記上部の多層膜反射鏡と前記中間部の多
層膜反射鏡とは反対導伝型であることを特徴とする請求
項３記載のプレーナ導波型光半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1123593A JPH07123162B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | プレーナ導波型光半導体素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1123593A JPH07123162B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | プレーナ導波型光半導体素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224405A true JPH06224405A (ja) | 1994-08-12 |
| JPH07123162B2 JPH07123162B2 (ja) | 1995-12-25 |
Family
ID=11772279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1123593A Expired - Fee Related JPH07123162B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | プレーナ導波型光半導体素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07123162B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001284637A (ja) * | 2000-03-29 | 2001-10-12 | Kyocera Corp | 半導体発光素子 |
| JP2009200318A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-09-03 | Canon Inc | 面発光レーザおよび画像形成装置 |
| WO2013125214A1 (ja) * | 2012-02-21 | 2013-08-29 | 富士フイルム株式会社 | 半導体発光素子 |
| CN104659140A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-05-27 | 天津三安光电有限公司 | 一种多结太阳能电池 |
| JP2018010913A (ja) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | 富士ゼロックス株式会社 | 発光デバイス |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04295035A (ja) * | 1991-03-26 | 1992-10-20 | Sumitomo Metal Ind Ltd | セメント建材製品 |
-
1993
- 1993-01-27 JP JP1123593A patent/JPH07123162B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH04295035A (ja) * | 1991-03-26 | 1992-10-20 | Sumitomo Metal Ind Ltd | セメント建材製品 |
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| JP2009200318A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-09-03 | Canon Inc | 面発光レーザおよび画像形成装置 |
| JP4621263B2 (ja) * | 2008-02-22 | 2011-01-26 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザおよび画像形成装置 |
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