JPH0669491A - 光送受信装置 - Google Patents

光送受信装置

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JPH0669491A
JPH0669491A JP21934692A JP21934692A JPH0669491A JP H0669491 A JPH0669491 A JP H0669491A JP 21934692 A JP21934692 A JP 21934692A JP 21934692 A JP21934692 A JP 21934692A JP H0669491 A JPH0669491 A JP H0669491A
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light
inp
receiver
optical
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Manabu Matsuda
松田　　学
Hajime Shoji
元 小路
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、双方向通信やコンピュータ内部での
光並列リンクデータの伝送に用いられる光送受信装置に
関し、送信、受信双方に最適化された構造を有する光送
受信装置を提供することを目的とする。 【構成】ｎ−ＩｎＰ基板２上に光吸収層４、ｐ−ＩｎＰ
層６、コンタクト層８が形成されて受信部Ａが形成され
ている。コンタクト層８上にＳＩ−ＩｎＰ層１０、コン
タクト層１２、クラッド層１４、ガイド層１８が形成さ
れ、クラッド層１４との界面に回折格子１６が形成され
ている。ガイド層１８上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層の活性
層２０が形成され、その上にクラッド層２２、コンタク
ト層２４が形成されている。側面に誘電体膜２８、３０
が形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板２下部に電極３２が
形成され、コンタクト層８、１２にそれぞれ電極３４、
３６が形成されている。コンタクト層２４上に電極３８
が形成されているように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、双方向通信やコンピュ
ータ内部での光並列リンクデータの伝送に用いられる光
送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光加入者系の双方向通信に用いられる光
送受信装置や、コンピュータ内部での光並列リンクデー
タの伝送に用いられる光送受信装置として、従来から半
導体レーザが使われている。従来の光送受信装置として
用いられる半導体レーザを図１４を用いて説明する。
【０００３】ｎ−ＩｎＰ基板１００上部がメサ形状に形
成され、メサ上層にはＩｎＧａＡｓＰ層の活性層１１２
が形成されている。メサはｐ−ＩｎＰ層１０２で埋め込
まれている。活性層１１２上部以外のｐ−ＩｎＰ層１０
２上にｎ−ＩｎＰ層１０４が形成されている。ｎ−Ｉｎ
Ｐ層１０４及び活性層１１２上にはｐ−ＩｎＰ層１０６
が形成されている。ｐ−ＩｎＰ層１０２及び、ｎ−Ｉｎ
Ｐ層１０４、ｐ−ＩｎＰ層１０６により電流ブロック層
を形成している。
【０００４】ｐ−ＩｎＰ層１０６上にはｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ層のコンタクト層１０８が形成されている。コンタ
クト層１０８上にはシリコン酸化膜１１０が形成され、
その上にｐ側電極１１６が形成されている。ｎ−ＩｎＰ
基板下部にはｎ側電極１１４が形成されている。このよ
うな構造を有する従来の半導体レーザを光送受信装置と
して用いる場合、光送信時には通常の半導体レーザとし
て発光させ、受光時には逆バイアス電圧を印加して受光
器として機能させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の光送受
信装置では以下に示すような欠点を有していた。 （１）上述の光送受信装置は本来半導体レーザであり送
信（発光）器として最適化された構造を有しているが、
受光器としては最適化された構造を有していないことか
ら、受光した光を電気量に変換する変換効率が低く、ま
た、暗電流が大きいという問題がある。
【０００６】（２）光を吸収する光吸収層の体積が小さ
いため、光を電気量に変換する効率が低いという問題が
ある。このようなことから、送信、受信双方に最適化さ
れた構造を有する光送受信装置を実現することが望まれ
ている。本発明の目的は、送信、受信双方に最適化され
た構造を有する光送受信装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、送信時には
波長λ１のレーザ光を発振して送信光として射出し、か
つ受信時には前記波長λ１と異なる波長の波長λ２の受
信光を入射して導波する活性層と、前記活性層に導波さ
れた前記受信光を外部に伝達する受信光伝達手段とを有
する光送信部と、前記受信光伝達手段から伝達された前
記受信光を受光して電気信号に変換する受光素子を有す
る光受信部とを備えたことを特徴とする光送受信装置に
よって達成される。
【０００８】また上記目的は、送信時には波長λ１のレ
ーザ光を発振して送信光として射出し、かつ受信時には
前記波長λ１と異なる波長の波長λ２の受信光を入射し
て導波する活性層を有する光送信部と、前記活性層の前
記受信光の入射側と反対側に形成され、前記活性層内を
導波された前記受信光を受光して電気信号に変換する受
光素子を有する光受信部とを備えたことを特徴とする光
送受信装置によって達成される。
【０００９】
【作用】本発明によれば、送信、受信双方に最適化され
た構造を有する光送受信装置を実現できるので、優れた
特性を有する光加入者系双方向通信用光送受信装置、或
いはコンピュータ内、光並列リンクデータ伝送用光送受
信装置を実現することができる。
【００１０】
【実施例】本発明の第１の実施例による光送受信装置を
図１乃至図３を用いて説明する。まず、本実施例による
光送受信装置の構造を図１を用いて説明する。図中Ａの
部分で示すｎ−ＩｎＰ基板２からコンタクト層１２まで
が受光部として機能する受信部（以下「受信部Ａ」とい
う）であり、図中Ｂの部分で示したコンタクト層１２か
らコンタクト層２４までが主として光を発光する発光部
であって受信時には光を導波する機能を有する送信部
（以下「送信部Ｂ」という）である。送信部Ｂは、対向
する一対の平面ミラーで構成されるファブリ・ペロ型半
導体レーザであり、ストライプ導波路型発光領域を有し
ている。受信部ＡはＰＩＮ型フォトダイオード構造であ
る。
【００１１】ｎ−ＩｎＰ基板２上にＩｎＧａＡｓ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層の光吸収層４が形成されている。この
光吸収層４は、バルク型である。光吸収層４上にｐ−Ｉ
ｎＰ層６が形成されている。ｐ−ＩｎＰ層６上にｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層８が形成されている。コ
ンタクト層８上にＳＩ（半絶縁性）−ＩｎＰ層１０が形
成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層１０上にｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ層のコンタクト層１２が形成されている。コンタク
ト層１２上にｐ−ＩｎＰ層のクラッド層１４が形成され
ている。ｐ−ＩｎＰ層のクラッド層１４上にｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層のガイド層１８が形成され、クラッド層１４
との界面に回折格子１６が形成されている。ガイド層１
８上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層の活性層２０が形成されて
いる。
【００１２】この回折格子１６は、送信部ＢをＤＦＢレ
ーザとしてレーザ発振させるために形成されたものでは
なく、光受信時に活性層２０に入力した受信光である入
力光を光吸収層４に伝達させるための受信光伝達手段と
して機能するものである。従って、回折格子１６は、活
性層２０から射出する送信光である出力光は回折させず
に、活性層２０に入力した入力光を回折するようになっ
ている。
【００１３】本実施例においてこの活性層２０は、波長
λ１＝１．３１μｍのレーザ光を発振して送信光として
射出し、また、波長λ２＝１．５５μｍの受信光を入力
光として活性層２０内に導波することができるようにな
っている。波長λ１の光を発振する活性層２０は、波長
λ２の入力光に対してほぼ透明であり、波長λ２の入力
光を吸収しない材料、すなわちλ１＜λ２（発光領域の
バンドギャップエネルギ＞波長λ２の光のエネルギ）で
あるような材料で形成されている必要がある。本実施例
では、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰで活性層２０を形成してい
る。
【００１４】活性層２０上にｎ−ＩｎＰ層のクラッド層
２２が形成され、その上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコン
タクト層２４が形成されている。図中左側面に誘電体膜
３０が形成され、右側のクラッド層１４からコンタクト
層２４側面に誘電体膜２８が形成されている。ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板２下部に電極３２が形成され、コンタクト層８、
１２にそれぞれ電極３４、３６が形成されている。コン
タクト層２４上に電極３８が形成されている。
【００１５】本実施例による光送受信装置の動作を図２
及び図３を用いて説明する。図２は本実施例の光送受信
装置を送信装置として使用する場合の動作を説明してい
る。電極３６、３８間にバイアス電圧を印加し、電極３
２、３４間にはバイアス電圧を印加しないようにして送
信部Ｂだけを駆動させることにより、本実施例による光
送受信装置を光送信用の半導体レーザとして機能させる
ことができる。
【００１６】一方、図３は本実施例の光送受信装置を受
信装置として使用する場合の動作を説明している。電極
３２、３４間にバイアス電圧を印加し、電極３６、３８
間にはバイアス電圧を印加しないようにして受信部Ａだ
けを駆動することにより、活性層２０に入力された波長
λ２の光信号を回折格子１６により回折させて光吸収層
４に導くようにして、本実施例による光送受信装置を受
信装置として機能させることができる。
【００１７】本実施例の光送受信装置により活性層２０
に入力された波長λ２の入力光を光吸収層４に導く動作
を説明する。例えば、光送信時に出力されるレーザ光の
波長λ１が、λ１＝１．３１μｍであり、光受信時に入
力される光信号の波長λ２が、λ２＝１．５５μｍであ
る場合を考える。本実施例の光送受信装置は、発光領域
である活性層２０近傍に光導波路層であるガイド層１８
を設け、そのガイド層１８とクラッド層１４との界面に
回折格子１６を形成している。この回折格子１６は、回
折格子によって反射波を作り出す分布帰還型半導体レー
ザ（ＤＦＢレーザ）としての回折格子としては機能させ
るものではなく、送信時に発光させる波長λ１のレーザ
光は回折しないが、入力光の波長λ２の光は光吸収層４
へできるだけ多く回折させるような回折格子周期、回折
格子形状を有している。
【００１８】回折格子１６の回折格子周期（格子定数）
をΛ、ガイド層１８の等価屈折率をｎeqとして、 ｍλ≠２ｎeqΛ（ｍ＝１、２、３、…） …式（１） かつ、２λ＝２ｎeqΛ …式（２） を満たすような回折格子周期Λとなっている。
【００１９】本実施例においては、回折格子１６の回折
格子周期Λは、Λ＝０．４８μｍとした。ｍ＝１（１次
の回折光）を問題とすれば、等価屈折率ｎeqはｎeq＝
３．２５として、λ＝１．５６μｍとなる。従って、こ
の回折格子１６は波長λ２の入力光は回折するが、波長
λ１の出力光は回折しないことになる。このように、本
実施例による光送受信装置は、波長λ１の光を発振する
活性層と、波長λ２の光を吸収する光吸収層を同一素子
内に、或いは同一半導体基板上に形成したことに特徴を
有している。
【００２０】本実施例の光送受信装置の送信部Ｂにはフ
ァブリ・ペロ型半導体レーザを用いたが、λ１の光を回
折する回折格子を別に設けた分布帰還型半導体レーザ
（ＤＦＢレーザ）を用いてもよい。この場合、回折格子
に位相シフトを有する屈折率結合型分布帰還型半導体レ
ーザでも、回折格子に位相シフトを有さない屈折率結合
型分布帰還型半導体レーザでも用いることができる。ま
た、利得結合型分布帰還型半導体レーザ、或いは分布反
射型半導体レーザを送信部Ｂに用いることもできる。こ
れら場合には、回折格子１６が形成されたガイド層１８
とは別に導波路層を設け、この導波路層に波長λ１の出
力光を回折する回折格子を形成すればよい。
【００２１】また、第１の実施例の光送受信装置におい
ては、光吸収層４に垂直に電界をかけるために光吸収層
４の上下（両側）に電極をとっているが、光吸収層４に
水平に電界をかけるために光吸収層４の一方の側から電
極を取るようにしてもよい。ＤＦＢレーザを送信部Ｂに
用いる場合には、結合係数が共振器内で不均一になって
（場所によって異なって）いてもよい。また、これらの
半導体レーザの電極は、発振波長をチューニングする目
的で、或いは発振波長を周波数変調する目的で不均一電
流注入を可能とするために、共振器方向に分割された電
極構造を有するようにしてもよい。
【００２２】分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）
を送信部Ｂに用いる場合にも、発振波長をチューニング
する目的で、或いは周波数変調する目的で共振器方向に
分割された電極構造を有するようにしてもよい。また、
ＤＢＲレーザを用いる場合、分布反射器は活性領域の両
側に設けられていてもよいし、活性領域の片側の射出端
面と反対側だけに設けられていてもよい。さらに複数個
の位相調整領域が活性領域と分布反射領域の間に存在し
ていてもよい。また、電極は各領域毎に１個以上設けら
れていてもよい。
【００２３】本実施例による光送受信装置の送信部Ｂの
端面処理として、誘電体膜２８、３０を形成したが、波
長λ１の光は透過し、波長λ２の光に対しては無反射と
なるような誘電体膜を形成してもよい。送信部Ｂの半導
体レーザがファブリ・ペロ型の場合は、波長λ１の出力
光に対して１０％以上５０％以下の反射率を有する誘電
体膜としてもよい。
【００２４】送信部Ｂの半導体レーザが屈折率結合型分
布帰還型半導体レーザの場合で、回折格子に位相シフト
を有しない場合は、波長λ１の光に対して１〜１０％の
反射率を有する誘電体膜を形成してもよい。回折格子に
位相シフトを有する場合は、波長λ１の光に対して０〜
２％の反射率を有する誘電体膜を形成してもよい。この
回折格子に位相シフトを有する屈折率結合型分布帰還型
半導体レーザの場合は、反対側の端面にも波長λ１の光
に対して０〜２％の反射率を有する同様の誘電体膜を形
成しておく必要がある。また、レーザ発振しきい値を下
げるため、及びレーザ発振に必要な光帰還を得るため、
さらに回折しきらなかった入射光を反射して再び回折さ
せて吸収光量を多くするため、波長λ１の光に対しても
波長λ２の光に対しても有限の反射率を有する誘電体膜
を反対側の端面に形成してもよい。送信部Ｂの半導体レ
ーザが利得結合型分布帰還型半導体レーザの場合は、波
長λ１の光に対して０〜９０％の反射率を有する誘電体
膜を形成してもよい。
【００２５】送信部Ｂの半導体レーザが分布反射型で片
腕分布反射器型の場合は、波長λ１の光に対して１０％
以上５０％以下の反射率を有する誘電体膜を形成しても
よい。送信部Ｂの半導体レーザが分布反射型で両腕分布
反射型の場合は波長λ１の光に対して０％以上２％以下
の反射率を有する誘電体膜を形成してもよい。本実施例
の光送受信装置の活性層２０はバルク型であるが、単
層、多層量子井戸、量子細線、量子箱構造であってもよ
い。また、活性層２０の構造は、共振器内の光の定在波
の腹（光強度の強い部分）のみに利得媒質がある周期利
得構造でもよい。
【００２６】その他、受光部Ａ、送信部Ｂそれぞれを駆
動する半導体電子回路、電子素子が同一基板上に集積さ
れていてもよい。集積の形態は、モノリシック型でもよ
く、フリップチップ、ボンディング型でもよい。この光
送受信装置に用いる半導体の材料としては、発振波長及
び受信波長が１〜１．７μｍの間にあるときは、ＩｎＰ
／ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用いる。受信部Ａの
材料としてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＳｂ系を用いても
よい。発振波長及び受信波長が０．６〜１．０μｍの間
にあるときは、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡ
ｓ、或いはＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＰ／ＩｎＧａＰ系化
合物半導体を用いる。発振波長及び受信波長が０．６〜
１．０μｍの間にあるときは、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、或いはＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｌＰ／ＩｎＧａＰ系化合物半導体を用いた送信部Ｂ
を形成し、受信部ＡはＳｉ系受光素子で構成してもよ
い。
【００２７】本実施例の光送受信装置の光吸収層４の構
造はバルク型であるが、単層、多層量子井戸、量子細
線、量子箱構造であってもよい。このように本実施例の
光送受信装置によれば、送信器として最適化された構造
を有しているばかりでなく、受光器としても最適化され
た構造にすることができるので、受光光を電気量に変換
する変換効率を高くすることができ、また、暗電流も低
下させることができる。さらに、光吸収層の体積を大き
くすることができたので、光を電気量に変換する効率を
より高めることができるようになる。
【００２８】本発明の第２の実施例による光送受信装置
を図４を用いて説明する。本実施例の光送受信装置は、
回折格子１６の形状に特徴を有している。すなわち、本
実施例による光送受信装置の回折格子１６は、入力光の
入力側端部から他端部に向かって回折格子の周期が連続
的に短くなるように形成されているチャープトグレーテ
ィングである。回折格子１６を除き、第１の実施例と同
一の番号を付した構成要素は第１の実施例の構成要素と
同一であるので説明を省略する。
【００２９】図中Ａのｎ−ＩｎＰ基板２からコンタクト
層１２までの受信部Ａ、図中Ｂのコンタクト層１２から
コンタクト層２４までの送信部Ｂの構成要素の番号は第
１の実施例と同様であるので、説明は省略する。本実施
例による光送受信装置の場合も、電極３６、３８間にバ
イアス電圧を印加し、電極３２、３４間にはバイアス電
圧を印加しないようにして送信部Ｂだけを駆動させるこ
とにより半導体レーザとして機能させることができ、一
方、電極３２、３４間にバイアス電圧を印加し、電極３
６、３８間にはバイアス電圧を印加しないようにして受
信部Ａだけを駆動することにより、活性層２０に入力さ
れた波長λ２の光を回折格子１６により回折させて光吸
収層４に導くようにして、受信装置として機能させるこ
とができる。
【００３０】本実施例の光送受信装置の回折格子１６の
回折格子周期Λは、活性層２０の中央部の位置で式
（１）、（２）を満たすように形成され、入力光の入力
側にいくにしたがって回折格子周期Λが長くなり、反対
側にいくにしたがって回折格子周期Λが短くなるように
なっている。このような回折格子形状にすることによ
り、波長λ２の入力光の回折角を徐々に変化させて、入
力光を光吸収層４の中央部分に導くことができ、効率よ
く光信号を電気信号に変換することができるようにな
る。
【００３１】このように本実施例の光送受信装置によれ
ば、第１の実施例と同様に送信器として最適化された構
造を有しているばかりでなく、受光器としても最適化さ
れた構造にすることができるので、受光光を電気量に変
換する変換効率を高くすることができ、また、暗電流も
低下させることができる。さらに、光吸収層の体積を大
きくすると共に回折格子の格子定数を連続的に変化させ
ることにより、より光を電気量に変換する効率を高める
ことができるようになる。
【００３２】本発明の第３の実施例による光送受信装置
を図５を用いて説明する。本実施例による光送受信装置
は、第１の実施例と比べて、受信部ＡがＰＩＮ型フォト
ダイオード構造の代わりにアバランシェ型フォトダイオ
ード構造となっていること、また、受信部Ａの光吸収層
４が、第１の実施例ではｎ−ＩｎＰ基板２に対して送信
部Ｂと同じ側で、送信部Ｂとｎ−ＩｎＰ基板２の間に設
けられていたが、基板に対して送信部Ｂと反対側に光吸
収層を設けたことに特徴を有している。図５を用いて本
実施例の光送受信装置の構造を説明する。
【００３３】図中Ａの部分で示すｎ−ＩｎＰ基板４２か
らコンタクト層４８までが受光部である受信部（以下
「受信部Ａ」という）であり、図中Ｂの部分で示すコン
タクト層５２からコンタクト層６４までが発光部である
送信部（以下「送信部Ｂ」という）である。送信部Ｂは
ファブリ・ペロ型半導体レーザであり、ストライプ導波
路型発光領域を有している。受信部Ａはアバランシェ型
フォトダイオード構造である。
【００３４】ｎ−ＩｎＰ基板４２上にＳＩ−ＩｎＰ層５
０が形成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層１０上にｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層のコンタクト層５２が形成されている。コ
ンタクト層５２上にｎ−ＩｎＰ層のクラッド層５４が形
成されている。クラッド層５４上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
層のガイド層５８が形成され、その界面に回折格子５６
が形成されている。ガイド層５８上にｉ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層の活性層６０が形成されている。
【００３５】この回折格子５６も、第１の実施例で説明
したように、送信部ＢをＤＦＢレーザとしてレーザ発振
させるためにあるものではなく、受信時に活性層６０に
入力した入力光を光吸収層に伝達させるためのものであ
る。従って、回折格子５６は、活性層６０から射出する
出力光は回折せずに、活性層６０に入力した入力光を回
折するようになっている。
【００３６】この活性層６０も、波長λ１＝１．３１μ
ｍのレーザ光を発振し、また、活性層６０内に入力され
る波長λ２＝１．５５μｍの入力光である受信光を活性
層６０内に導波するようになっている。活性層６０上に
ｐ−ＩｎＰ層のクラッド層６２が形成され、その上にｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層６４が形成されてい
る。ｎ−ＩｎＰ基板４２の送信部Ｂ面と反対側の面下部
中央にＺｎ（亜鉛）を不純物として拡散したｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層とその上部のｐ−ＩｎＰ層からなる光吸収層
４４が形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板４２下部の光吸
収層４４周囲は溝が形成され、溝の外側にｎ- −ＩｎＰ
層が形成され、その上にｎ−ＩｎＰ層のコンタクト層４
８が形成されている。
【００３７】図中左側面に誘電体膜７０が形成され、右
側のクラッド層１４からコンタクト層６４側面に誘電体
膜６８が形成されている。光吸収層４４下部に電極７２
が形成され、コンタクト層４８に電極７４が形成されて
いる。ＳＩ−ＩｎＰ層５０及びコンタクト層５２に電極
７６が形成され、コンタクト層６４上に電極７８が形成
されている。
【００３８】本実施例による光送受信装置の動作も第１
の実施例による光送受信装置と同様なので説明は省略す
る。このように本実施例の光送受信装置によれば、送信
器として最適化された構造を有しているばかりでなく、
受光器としても最適化された構造にすることができるの
で、受光光を電気量に変換する変換効率を高くすること
ができ、また、暗電流も低下させることができる。さら
に、光吸収層の体積を大きくすることができたので、光
を電気量に変換する効率をより高めることができるよう
になる。本発明の第４の実施例による光送受信装置を図
６を用いて説明する。
【００３９】本実施例による光送受信装置は、受信部Ａ
は第１の実施例の光送受信装置と同一の構造であり、送
信部Ｂがプレーナ型の導波路型レーザであることに特徴
を有している。また、送信部Ｂはファブリ・ペロ型半導
体レーザであり、ストライプ導波路型発光領域を有して
いる。受信部ＡはＰＩＮ型フォトダイオード構造であ
る。端面に形成された誘電体膜の記載は省略している。
【００４０】ｎ−ＩｎＰ基板２上にＩｎＧａＡｓ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層の光吸収層４が形成されている。光吸
収層４上にｐ−ＩｎＰ層６が形成されている。ｐ−Ｉｎ
Ｐ層６上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層８が形
成されている。コンタクト層８上にＳＩ−ＩｎＰ層１０
が形成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層１０上にｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層のコンタクト層１２が形成されている。コン
タクト層１２上にｐ−ＩｎＰ層のクラッド層１４が形成
されている。ｐ−ＩｎＰ層のクラッド層１４上にｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層のガイド層１８が形成され、その界面に
入射光を回折する回折格子１６が形成されている。ガイ
ド層１８上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層の活性層２０が形成
されている。
【００４１】活性層２０上にｎ−ＩｎＰ層のクラッド層
２２が形成され、その上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコン
タクト層２４が形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板２下部
に電極３２が形成され、コンタクト層８、１２にそれぞ
れ電極３４、３６が形成されている。コンタクト層２４
上に電極３８が形成されている。
【００４２】なお、本実施例の光送受信装置の動作は第
１の実施例の光送受信装置と同様であるので説明は省略
する。以下、第５乃至第７の実施例においても同様に動
作の説明は省略する。本発明の第５の実施例による光送
受信装置を図７を用いて説明する。本実施例による光送
受信装置も、受信部Ａは第１の実施例における光送受信
装置と同一の構造であり、送信部Ｂがリッジ型の導波路
型レーザであることに特徴を有している。また、送信部
Ｂはファブリ・ペロ型半導体レーザであり、ストライプ
導波路型発光領域を有している。受信部ＡはＰＩＮ型フ
ォトダイオード構造である。端面に形成された誘電体膜
の記載は省略している。
【００４３】ｎ−ＩｎＰ基板２上にＩｎＧａＡｓ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層の光吸収層４が形成されている。光吸
収層４上にｐ−ＩｎＰ層６が形成されている。ｐ−Ｉｎ
Ｐ層６上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層８が形
成されている。コンタクト層８上にＳＩ−ＩｎＰ層１０
が形成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層１０上にｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層のコンタクト層１２が形成されている。コン
タクト層１２上にｐ−ＩｎＰ層のクラッド層１４が形成
されている。ｐ−ＩｎＰ層のクラッド層１４上にｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層のガイド層１８が形成され、その界面に
入射光を回折する回折格子１６が形成されている。ガイ
ド層１８上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層の活性層２０が形成
されている。
【００４４】活性層２０上にｎ−ＩｎＰ層のクラッド層
２２が形成され、その上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコン
タクト層２４が形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板２下部
に電極３２が形成され、コンタクト層８、１２にそれぞ
れ電極３４、３６が形成されている。コンタクト層２４
上に電極３８が形成されている。
【００４５】本発明の第６の実施例による光送受信装置
を図８を用いて説明する。本実施例による光送受信装置
も、受信部Ａは第１の実施例の光送受信装置と同一の構
造であり、送信部Ｂが埋込みヘテロ構造であって、ｐｎ
ｐｎ、またはｎｐｎｐサイリスタ型電流狭窄、光閉じ込
め層を有する構造の導波路型レーザであることに特徴を
有している。送信部Ｂは、ファブリ・ペロ型半導体レー
ザであり、ストライプ導波路型発光領域を有している。
受信部ＡはＰＩＮ型フォトダイオード構造である。端面
に形成された誘電体膜の記載は省略している。
【００４６】ｎ−ＩｎＰ基板２上にＩｎＧａＡｓ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層の光吸収層４が形成されている。光吸
収層４上にｐ−ＩｎＰ層６が形成されている。ｐ−Ｉｎ
Ｐ層６上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層８が形
成されている。コンタクト層８上にＳＩ−ＩｎＰ層１０
が形成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層１０上にｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層のコンタクト層１２が形成されている。
【００４７】コンタクト層１２上にｐ−ＩｎＰ層のクラ
ッド層１４が形成されている。クラッド層１４上部及び
その上層はメサ形状に形成され、クラッド層１４のメサ
部にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のガイド層１８が形成され、
その界面に入射光を回折する回折格子１６が形成されて
いる。ガイド層１８上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層の活性層
２０が形成されている。メサはｎ−ＩｎＰ層８０で埋め
込まれている。ｎ−ＩｎＰ層８０上の活性層２０上部以
外にｐ−ＩｎＰ層８２が形成されている。ｐ−ＩｎＰ層
８２及び活性層２０上にはクラッド層としても機能する
ｎ−ＩｎＰ層８４が形成されている。ｎ−ＩｎＰ層８０
及び、ｐ−ＩｎＰ層８２、ｎ−ＩｎＰ層８４により電流
ブロック層を形成している。ｎ−ＩｎＰ層８４上にｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層２４が形成されてい
る。
【００４８】ｎ−ＩｎＰ基板２下部に電極３２が形成さ
れ、コンタクト層８、１２にそれぞれ電極３４、３６が
形成されている。コンタクト層２４上に電極３８が形成
されている。本発明の第７の実施例による光送受信装置
を図９を用いて説明する。本実施例による光送受信装置
も、受信部Ａは第１の実施例の光送受信装置と同一の構
造であり、送信部Ｂが埋込み型であり、高抵抗半導体電
流狭窄、光閉じ込め層を有する構造の導波路型レーザで
あることに特徴を有している。送信部Ｂは、ファブリ・
ペロ型半導体レーザであり、ストライプ導波路型発光領
域を有している。受信部ＡはＰＩＮ型フォトダイオード
構造である。端面に形成された誘電体膜の記載は省略し
ている。
【００４９】ｎ−ＩｎＰ基板２上にＩｎＧａＡｓ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層の光吸収層４が形成されている。光吸
収層４上にｐ−ＩｎＰ層６が形成されている。ｐ−Ｉｎ
Ｐ層６上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層８が形
成されている。コンタクト層８上にＳＩ−ＩｎＰ層１０
が形成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層１０上にｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層のコンタクト層１２が形成されている。
【００５０】コンタクト層１２上にｐ−ＩｎＰ層のクラ
ッド層１４が形成されている。クラッド層１４上部及び
その上層はメサ形状に形成され、クラッド層１４のメサ
部にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のガイド層１８が形成され、
その界面に入射光を回折する回折格子１６が形成されて
いる。ガイド層１８上にｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層の活性層
２０が形成されている。活性層２０上にはｎ−ＩｎＰ層
のクラッド層２２が形成されている。
【００５１】メサは電流ブロック層８６で埋め込まれて
いる。電流ブロック層８６及びクラッド層２２上にｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層２４が形成されてい
る。ｎ−ＩｎＰ基板２下部に電極３２が形成され、コン
タクト層８、１２にそれぞれ電極３４、３６が形成され
ている。コンタクト層２４上に電極３８が形成されてい
る。
【００５２】本発明の第８の実施例による光送受信装置
を図１０乃至図１２を用いて説明する。まず、本実施例
による光送受信装置の構造を図１０を用いて説明する。
図中Ａの部分で示すｎ−ＩｎＰ基板２からコンタクト層
１２までが受光部として機能する受信部（以下「受信部
Ａ」という）であり、図中Ｂの部分で示すコンタクト層
１２からコンタクト層２４までが発光部である送信部
（以下「送信部Ｂ」という）である。送信部Ｂは、面発
光素子であって、波長λ１の光はほとんど反射するが波
長λ２の光はほとんど透過する特性を持つ分布反射型反
射器（ＤＢＲミラー）を発光領域前後（上下）に設けた
ＤＢＲレーザであることを特徴としている。受信部Ａは
ＰＩＮ型フォトダイオード構造である。
【００５３】ｎ−ＩｎＰ基板２上にＩｎＧａＡｓ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層の光吸収層４が形成されている。光吸
収層４上にｐ−ＩｎＰ層６が形成されている。ｐ−Ｉｎ
Ｐ層６上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタクト層８が形
成されている。コンタクト層８上にＳＩ−ＩｎＰ層１０
が形成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層１０上にｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ層のコンタクト層１２が形成されている。
【００５４】コンタクト層１２上にＤＢＲミラー９０が
形成されている。ＤＢＲミラー９０上に二つのＩｎＰ層
９２が形成され、その間に挟まれて活性層２０が形成さ
れている。活性層２０上及びＩｎＰ層９２上にさらにＤ
ＢＲミラー９４が形成されている。この活性層２０は、
波長λ１＝１．３１μｍのレーザ光を発振して送信光と
して射出し、また、波長λ２＝１．５５μｍの受信光を
入力光として活性層２０内に導波することができるよう
になっている。
【００５５】ＤＢＲミラー９４上に二つのＩｎＰ層９６
が形成され、中央に面発光部であって受光部を兼ねる開
口が形成されている。ＩｎＰ層９６上にｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ層のコンタクト層２４が形成されている。ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板２下部に電極３２が形成され、コンタクト層８、
１２にそれぞれ電極３４、３６が形成されている。コン
タクト層２４上に電極３８が形成されている。
【００５６】本実施例による光送受信装置の動作を図１
１及び図１２を用いて説明する。図１１は本実施例の光
送受信装置を送信装置として使用する場合の動作を説明
している。電極３６、３８間にバイアス電圧を印加し、
電極３２、３４間にはバイアス電圧を印加しないように
して送信部Ｂだけを駆動させることにより本実施例によ
る光送受信装置を半導体レーザとして機能させることが
できる。
【００５７】一方、図１２は本実施例の光送受信装置を
受信装置として使用する場合の動作を説明している。電
極３２、３４間にバイアス電圧を印加し、電極３６、３
８間にはバイアス電圧を印加しないようにして受信部Ａ
だけを駆動することにより、入力された波長λ２の入力
光は、透明なＤＢＲミラー９４、活性層２０、ＤＢＲミ
ラー９０を透過して光吸収層４に導かれ、光の強度に応
じた電流或いは電圧に変換される。このようにして、本
実施例による光送受信装置を受信装置として機能させる
ことができる。
【００５８】なお、本実施例による光送受信装置の送信
部Ｂは、埋込みヘテロ構造の高抵抗半導体電流狭窄、光
閉じ込め層を有する半導体レーザであるが、ｐｎｐｎ、
またはｎｐｎｐサイリスタ型電流狭窄、光閉じ込め層を
有する半導体レーザでもよい。このように本実施例の光
送受信装置によっても、送信器として最適化された構造
を有しているばかりでなく、受光器としても最適化され
た構造を実現することができるので、受光光を電気量に
変換する変換効率を高くすることができ、また、暗電流
も低下させることができる。さらに、光吸収層の体積を
大きくすることができたので、光を電気量に変換する効
率をより高めることができるようになる。本発明の第９
の実施例による光送受信装置を図１３を用いて説明す
る。
【００５９】本実施例による光送受信装置は、第８の実
施例と比べて、受信部ＡがＰＩＮ型フォトダイオード構
造の代わりにアバランシェ型フォトダイオード構造とな
っていることに特徴を有している。図１３を用いて本実
施例の光送受信装置の構造を説明する。図中Ａの部分に
示すｎ−ＩｎＰ基板４２からコンタクト層４８までが受
光部として機能する受信部（以下「受信部Ａ」という）
であり、図中Ｂの部分に示すＤＢＲミラー９０からコン
タクト層２４までが発光部である送信部（以下「送信部
Ｂ」という）である。送信部Ｂはファブリ・ペロ型半導
体レーザであり、ストライプ導波路型発光領域を有して
いる。受信部Ａはアバランシェ型フォトダイオード構造
である。
【００６０】ｎ−ＩｎＰ基板４２上にｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層のコンタクト層５２が形成されている。コンタクト
層５２上にＤＢＲミラー９０が形成されている。ＤＢＲ
ミラー９０上に二つのＩｎＰ層９２が形成され、その間
に挟まれて活性層２０が形成されている。活性層２０上
及びＩｎＰ層９２上にさらにＤＢＲミラー９４が形成さ
れている。
【００６１】この活性層２０は、波長λ１＝１．３１μ
ｍのレーザ光を発振して、送信光として射出し、また、
波長λ２＝１．５５μｍの受信光を入力光として活性層
２０内に導波することができるようになっている。ＤＢ
Ｒミラー９４上に二つのＩｎＰ層９６が形成され、中央
に面発光部であって受光部を兼ねる開口が形成されてい
る。ＩｎＰ層９６上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層のコンタク
ト層２４が形成されている。
【００６２】送信部Ｂの反対側のｎ−ＩｎＰ基板４２下
部中央にＺｎを不純物として拡散したｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層とその上部のｐ−ＩｎＰ層からなる光吸収層４４が
形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板４２下部の光吸収層４
４周囲は溝により分離されてｎ- −ＩｎＰ層が形成さ
れ、その上にｎ−ＩｎＰ層のコンタクト層４８が形成さ
れている。
【００６３】光吸収層４４下部に電極７２が形成され、
コンタクト層４８に電極７４が形成されている。コンタ
クト層５２に電極７６が形成され、コンタクト層２４上
に電極３８が形成されている。本実施例による光送受信
装置の動作も第８の実施例による光送受信装置と同様な
ので説明は省略する。
【００６４】このように本実施例の光送受信装置によっ
ても、送信器として最適化された構造を有しているばか
りでなく、受光器としても最適化された構造を実現する
ことができるので、受光光を電気量に変換する変換効率
を高くすることができ、また、暗電流も低下させること
ができる。さらに、光吸収層の体積を大きくすることが
できたので、光を電気量に変換する効率をより高めるこ
とができるようになる。本発明は、上記実施例に限らず
種々の変形が可能である。
【００６５】例えば、上記実施例における各半導体層の
導電型はｎ型とｐ型とを逆にして形成してもよい。
【００６６】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、送信、受
信双方に最適化された構造を有する光送受信装置を実現
できるので、優れた特性を有する光加入者系双方向通信
用光送受信装置、或いはコンピュータ内、光並列リンク
データ伝送用光送受信装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図２】本発明の第１の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図３】本発明の第１の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図４】本発明の第２の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図５】本発明の第３の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図６】本発明の第４の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図７】本発明の第５の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図８】本発明の第６の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図９】本発明の第７の実施例による半導体装置を示す
図である。
【図１０】本発明の第８の実施例による半導体装置を示
す図である。
【図１１】本発明の第８の実施例による半導体装置を示
す図である。
【図１２】本発明の第８の実施例による半導体装置を示
す図である。
【図１３】本発明の第９の実施例による半導体装置を示
す図である。
【図１４】従来の半導体装置を示す図である。
【符号の説明】
２…ｎ−ＩｎＰ基板 ４…光吸収層 ６…ｐ−ＩｎＰ層 ８…コンタクト層 １０…ＳＩ−ＩｎＰ層 １２…コンタクト層 １４…クラッド層 １６…回折格子 １８…ガイド層 ２０…活性層 ２２…クラッド層 ２４…コンタクト層 ２８、３０…誘電体膜 ３２、３４、３６、３８…電極 ４２…ｎ−ＩｎＰ基板 ４４…光吸収層 ４６…ｎ- −ＩｎＰ層 ４８…コンタクト層 ５０…ＳＩ−ＩｎＰ層 ５２…コンタクト層 ５４…クラッド層 ５６…回折格子 ５８…ガイド層 ６０…活性層 ６２…クラッド層 ６４…コンタクト層 ６８、７０…誘電体膜 ７２、７４、７６、７８…電極 ８０…ｎ−ＩｎＰ層 ８２…ｐ−ＩｎＰ層 ８４…ｎ−ＩｎＰ層 ８６…電流ブロック層 ９０…ＤＢＲミラー ９２…ＩｎＰ層 ９４…ＤＢＲミラー ９６…ＩｎＰ層 １００…ｎ−ＩｎＰ基板 １０２…ｐ−ＩｎＰ層 １０４…ｎ−ＩｎＰ層 １０６…ｐ−ＩｎＰ層 １０８…コンタクト層 １１０…シリコン酸化膜 １１２…活性層 １１４…ｎ側電極 １１６…ｐ側電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 送信時には波長λ１のレーザ光を発振し
    て送信光として射出し、かつ受信時には前記波長λ１と
    異なる波長の波長λ２の受信光を入射して導波する活性
    層と、前記活性層に導波された前記受信光を外部に伝達
    する受信光伝達手段とを有する光送信部と、 前記受信光伝達手段から伝達された前記受信光を受光し
    て電気信号に変換する受光素子を有する光受信部とを備
    えたことを特徴とする光送受信装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の光送受信装置において、 前記受信光伝達手段は、前記活性層に沿って形成され、
    前記送信光を回折せずに前記受信光を回折するような格
    子定数を有する回折格子であることを特徴とする光送受
    信装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の光送受信装置において、 前記回折格子は、前記活性層の前記受信光の導波方向に
    沿って前記格子定数が徐々に小さくなるように形成され
    ていることを特徴とする光送受信装置。
  4. 【請求項４】 送信時には波長λ１のレーザ光を発振し
    て送信光として射出し、かつ受信時には前記波長λ１と
    異なる波長の波長λ２の受信光を入射して導波する活性
    層を有する光送信部と、 前記活性層の前記受信光の入射側と反対側に形成され、
    前記活性層内を導波された前記受信光を受光して電気信
    号に変換する受光素子を有する光受信部とを備えたこと
    を特徴とする光送受信装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の光送受信装置において、 前記光送信部は、前記活性層の光導波方向両端に、前記
    受信光を透過させる分布反射型反射器を備えていること
    を特徴とする光送受信装置。
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