JPH114046A - Transmitting/receiving photonic ic - Google Patents

Transmitting/receiving photonic ic

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Publication number
JPH114046A
JPH114046A JP9153628A JP15362897A JPH114046A JP H114046 A JPH114046 A JP H114046A JP 9153628 A JP9153628 A JP 9153628A JP 15362897 A JP15362897 A JP 15362897A JP H114046 A JPH114046 A JP H114046A
Authority
JP
Japan
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light
layer
emitting element
light emitting
light receiving
Prior art date
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Pending
Application number
JP9153628A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tazuko Tomioka
多寿子 富岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH114046A publication Critical patent/JPH114046A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent crosstalks between a transmitter and a receiver caused by an electromagnetic coupling generated in a transmitting/receiving photonic pad for optical communication made by laminating a flat light-emitting element and a flat light-receiving element. SOLUTION: In a transmitting/receiving photonic IC made by laminating a flat light-emitting element 1 and a flat light-receiving element 2, such that an n-type semiconductor layer of one element of these elements abuts on a p-type semiconductor layer of the other element, the n-type semiconductor layer of the one element is connected to the p-type semiconductor layer of the other element in the IC with an electrode pattern 3 that is grounded and used at least in alternating current manner it. A crosstalk is prevented by grounding an interface layer between the element 2 and element 1 in a series constitution.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は一素子内に発光部お
よび受光部を有する光通信用送受信フォトニックICに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission / reception photonic IC for optical communication having a light emitting portion and a light receiving portion in one element.

【0002】[0002]

【従来の技術】光加入者系の導入計画が進められる中
で、その普及に重要な鍵を握る要素の一つに、各加入者
宅に設置される送受信器の低価格化があげられる。送受
信器内で価格を律している部品は、光‐電気間の変換を
行う光送受信部である。
2. Description of the Related Art As an introduction plan of an optical subscriber system is being advanced, one of the important factors for its widespread use is to reduce the price of a transmitter / receiver installed in each subscriber's house. The component that controls the price in the transceiver is an optical transceiver that performs optical-electrical conversion.

【0003】この光送受信部の低価格化の手法の一つと
して期待されているのが、光/電気変換素子である半導
体レーザ素子(LD)と、電気/光変換素子であるフォ
トダイオード(PD)、および、これらを結合する波長
フィルタや光導波路などを一連のプロセスで同一基板上
に作り込むフォトニックIC(光集積回路デバイス)技
術である。
One of the methods for reducing the cost of the optical transmitting / receiving section is expected to be a semiconductor laser element (LD) as an optical / electrical conversion element and a photodiode (PD) as an electrical / optical conversion element. ), And a photonic IC (optical integrated circuit device) technology in which a wavelength filter, an optical waveguide, and the like for coupling them are formed on the same substrate by a series of processes.

【0004】フォトニックICには種々の構造が提案さ
れているが、そのひとつに特開平6−37299号公報
で提案されているような、平面型PDと面発光レーザ素
子を上下に集積した構造のものがある。この例を図24
に示す。
Various structures have been proposed for photonic ICs. One of them is a structure in which a planar PD and a surface emitting laser element are vertically integrated as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-37299. There are things. This example is shown in FIG.
Shown in

【0005】図において、101は波長1.31[μ
m]のレーザ光発振源である半導体レーザ素子兼1.3
[μm]の波長の光を検出する光検出器、102は1.
55[μm]の波長の光を検出する光検出器、103は
波長1.3[μm]帯の光を吸収する吸収層、105は
無反射コート、106は1.31[μm]の波長の光発
振のための活性層兼1.3μmの波長の光検出のための
吸収層、107は1.55[μm]の波長の光検出器1
02の活性層、110は半導体基板である。
In the figure, reference numeral 101 denotes a wavelength of 1.31 [μ].
m], which is also a semiconductor laser device serving as a laser light oscillation source 1.3
The photodetector 102 detects light having a wavelength of [μm].
A photodetector that detects light having a wavelength of 55 [μm], 103 is an absorption layer that absorbs light in the 1.3 [μm] band, 105 is a non-reflective coating, and 106 is a 1.31 [μm] wavelength. An active layer for light oscillation and an absorption layer for detecting light having a wavelength of 1.3 μm, 107 is a photodetector 1 having a wavelength of 1.55 [μm].
An active layer 02 and a semiconductor substrate 110 are shown.

【0006】そして、半導体基板110の第1の面には
電極を形成し、半導体基板110の第2の面上には活性
層107を形成し、その上に吸収層103を形成して光
検出器(PD)102とすると共に、その上に半導体レ
ーザ素子兼光検出器101を形成する。半導体レーザ素
子兼光検出器101は、吸収層103上に形成したIn
GeAs層、そして、さらにその上にブラッグ反射器形
成のための層を形成し、InGeAsPによる吸収層兼
活性層、そしてその上にブラッグ反射器形成のためのた
めの層、さらにその上にInP層、その上にブラッグ反
射器形成のためのための層、さらにその上にInGeA
s層、そして最上層に窓となる無反射コート105及び
それを囲んでAuZnNi電極が形成される積層構造で
ある。このように、図24の構造のフォトニックICに
おいては、平面型PD上に面発光レーザ素子を積層して
いる。
An electrode is formed on the first surface of the semiconductor substrate 110, an active layer 107 is formed on the second surface of the semiconductor substrate 110, and an absorption layer 103 is formed thereon to form a photodetector. A device (PD) 102 and a semiconductor laser element / photodetector 101 are formed thereon. The semiconductor laser element / photodetector 101 is composed of In formed on the absorption layer 103.
A GeAs layer, and a layer for forming a Bragg reflector thereon are further formed thereon, and an absorption layer and an active layer made of InGeAsP, and a layer for forming a Bragg reflector thereon, and an InP layer thereon. , A layer for forming a Bragg reflector thereon, and further thereon InGeA
This is a laminated structure in which an s layer, an anti-reflection coat 105 serving as a window on the uppermost layer, and an AuZnNi electrode surrounding the s layer are formed. As described above, in the photonic IC having the structure shown in FIG. 24, the surface emitting laser element is stacked on the planar PD.

【0007】この図24のような面型の素子を、上下に
集積する構造は、光伝送路である光ファイバとの接続箇
所が一カ所にできるため、一本の光ファイバで双方向伝
送するシステムに適している。
[0007] In a structure in which surface-type elements as shown in FIG. 24 are vertically integrated, a connection point with an optical fiber which is an optical transmission line can be formed at one place, so that bidirectional transmission is performed with one optical fiber. Suitable for the system.

【0008】ところで、光ファイバにレーザ素子からの
光を結合するための方法の一つに、レンズ結合を用いず
にレーザ素子と光ファイバを向かい合わせるだけの“バ
ット結合”と呼ばれる光結合方法がある。そして、この
バット結合を適用する場合、通常、レーザのモードフィ
ールド径を拡大して光ファイバのモードフィールド径に
近づけ、良い結合効率が得られるようにする。
Meanwhile, one of the methods for coupling light from a laser element to an optical fiber is an optical coupling method called “butt coupling” in which a laser element and an optical fiber are simply opposed to each other without using lens coupling. is there. When this butt coupling is applied, usually, the mode field diameter of the laser is enlarged to approach the mode field diameter of the optical fiber so that good coupling efficiency can be obtained.

【0009】そのために、一般的なストライプ型のLD
では発光するレーザビームのスポットサイズ拡大領域を
素子内に持つ。しかし、面発光レーザであれば、スポッ
トサイズは括性領域のサイズ次第で容易にファイバのモ
ードフィールド径に近づけることができるのでスポット
サイズ拡大領域を持たない分、素子構造の単純化が図れ
る。
For this purpose, a general stripe type LD is used.
In the device, the spot size expansion region of the emitted laser beam is provided in the element. However, in the case of a surface emitting laser, the spot size can be easily brought close to the mode field diameter of the fiber depending on the size of the confinement region, so that the element structure can be simplified because there is no spot size expansion region.

【0010】そして、図24のような構造の素子では、
PDとLDが直接層状に重なっているため、特開平6−
37299号公報で問題として取りあげられた光のクロ
ストークのみでなく、電磁的な結合によるクロストーク
が起こる。
In an element having a structure as shown in FIG.
Since PD and LD directly overlap in a layered manner,
Not only the crosstalk of light mentioned as a problem in Japanese Patent No. 37299, but also crosstalk due to electromagnetic coupling occurs.

【0011】また、面発光レーザ素子の研究は歴史が浅
く、受光素子と共に集積化して一つのICデバイスにす
る形態についてはほとんど研究がなされておらず、問題
点が不明のままであった。
Research on surface emitting laser elements has a short history, and little research has been made on the form of integration with light receiving elements into one IC device, and the problem remains unclear.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】レーザ素子(LD)と
受光素子(PD)とをフィルタ等と共に同じ基板上に形
成する光送受信用のIC素子が種々提案されており、そ
の中でも平面型PDと面発光レーザ素子を上下に集積し
た構造のものが構造的に単純でコストダウンし易い。
Various IC elements for transmitting and receiving light, in which a laser element (LD) and a light receiving element (PD) are formed on the same substrate together with a filter, etc., have been proposed. A structure in which surface-emitting laser elements are vertically integrated is structurally simple and easily reduced in cost.

【0013】そこで、この種の構造の送受信ICが研究
されているが、上述のように平面型の発光素子および平
面型の受光素子を同一位置に積層形成した構造では、構
造的にみて光のクロストークが起こり易いばかりか、電
磁的な結合もあり、これにより、クロストークが起こる
可能性が避けられず、その対策が急務である。
Therefore, a transmission / reception IC having this type of structure has been studied. However, as described above, in a structure in which a planar light-emitting element and a planar light-receiving element are stacked at the same position, it is structurally necessary to transmit light. Not only is crosstalk likely to occur, but there is also electromagnetic coupling, which inevitably results in the possibility of crosstalk, and measures are urgently needed.

【0014】そこで、この発明の目的とするところは、
クロストークの無い、また、使い勝手がよく、良好な特
性を得ることができるようにした送受信フォトニックI
Cを提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is to
Transmit / receive photonic I which has no crosstalk, is easy to use, and has good characteristics.
C.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上述の
目的を達成するため、次のように構成する。
Therefore, the present invention is configured as follows to achieve the above object.

【0016】すなわち、第1に本発明は、送受信用フォ
トニックICにおけるクロストーク抑制を図るために、
平面型発光素子および平面型受光素子を一方の素子のn
型層(n型半導体層)と他方の素子のp型層(p型半導
体層)が隣接するように、一方の素子上に他方の素子が
積層されている送受信フォトニックICにおいて、前記
隣接している一方の素子のn型層と他方の素子のp型層
が前記IC内において電極パターンで接続され、前記電
極パターンは少なくとも交流的に接地されて用いられる
ことを特徴とする送受信フォトニックICを提供する。
That is, first, the present invention aims at suppressing crosstalk in a photonic IC for transmission and reception.
The flat type light emitting element and the flat type light receiving element are replaced with n of one element.
In a transmitting / receiving photonic IC in which the other element is stacked on one element such that the p-type layer (p-type semiconductor layer) of the other element is adjacent to the p-type layer (p-type semiconductor layer) of the other element, A transmitting and receiving photonic IC wherein the n-type layer of one element and the p-type layer of the other element are connected by an electrode pattern in the IC, and the electrode pattern is at least AC grounded. I will provide a.

【0017】本発明では、図1のように、発光素子1と
受光素子2を基板上に上下に積層する。発光素子と受光
素子の層構成の基本型はp−i−n(p型層−真性半導
体層(または実質的に真性半導体と見なせる層)−n型
層からなる層構成)のダイオード様のものであるが、本
発明では、発光素子、受光素子の層構成の順序を同一
(発光素子:p−i−n、受光素子:p−i−nまたは
発光素子:n−i−p、受光素子:n−i−p)にす
る。このようにすると、発光素子のn層と受光素子のp
層が隣接するか、発光素子のp層と受光素子のn層が隣
接する形状になる。隣接しているp層とn層をフォトニ
ックIC内の電極パターンで接続し、接続した電極は電
気的に接地して使用する。
In the present invention, as shown in FIG. 1, a light emitting element 1 and a light receiving element 2 are vertically stacked on a substrate. The basic type of the layer structure of the light-emitting element and the light-receiving element is a pin-like diode (a layer structure composed of a p-type layer-an intrinsic semiconductor layer (or a layer substantially regarded as an intrinsic semiconductor) -an n-type layer). However, in the present invention, the order of the layer configuration of the light emitting element and the light receiving element is the same (light emitting element: pin, light receiving element: pin, or light emitting element: nip, light receiving element). : Nip). By doing so, the n layer of the light emitting element and the p layer of the light receiving element
The layers are adjacent or the p-layer of the light-emitting element and the n-layer of the light-receiving element are adjacent. Adjacent p-layers and n-layers are connected by an electrode pattern in the photonic IC, and the connected electrodes are used by being electrically grounded.

【0018】発光素子は通常、ダイオード構造に順バイ
アスになるような極性の電圧を印加し、受光素子は逆バ
イアスになるような極性で電圧を印加する。従って、上
述のように隣接するp型層とn型層を電極パターンで接
続し、接地して用いると、発光素子と受光素子にかける
電圧の正負が同じになる。その結果、素子を駆動するた
めの回路の電源電圧が正負いずれかの一方のみでよくな
り、電子回路構成が単純化できる。
The light emitting element normally applies a voltage having a polarity such that a forward bias is applied to the diode structure, and the light receiving element applies a voltage having a polarity such that the reverse bias is applied. Therefore, when the adjacent p-type layer and n-type layer are connected by an electrode pattern and used as ground as described above, the positive and negative voltages applied to the light emitting element and the light receiving element become the same. As a result, only one of the positive and negative power supply voltages of the circuit for driving the element is required, and the electronic circuit configuration can be simplified.

【0019】また、本発明のように、隣接する素子との
境界にある層を接地して用いることにより、接地された
層が電磁シールド面として作用する。従って、発光面、
受光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的な結合に
よる送信−受信間のクロストークが無くなり、素子の受
信感度が改善される。
Further, as in the present invention, by using the layer at the boundary between adjacent elements with ground, the grounded layer acts as an electromagnetic shield surface. Therefore, the light emitting surface,
Crosstalk between transmission and reception due to electromagnetic coupling between the light emitting element and the light receiving element through the light receiving surface is eliminated, and the receiving sensitivity of the element is improved.

【0020】第2に、本発明はクロストーク抑制のため
に、第1の発明の構成において、前記ICは絶縁基板上
または半絶縁基板上に形成されていることを特徴として
いる。
Second, the present invention is characterized in that, in order to suppress crosstalk, in the configuration of the first invention, the IC is formed on an insulating substrate or a semi-insulating substrate.

【0021】上述のような集積化素子では、ボンディン
グ用の電極パッドは基板上に形成される(図4)。基板
がn型またはp型である場合、基板14と電極パッド2
6間の絶縁を取るため、誘電体層24が間に挟まれる。
In the integrated device as described above, the bonding electrode pads are formed on the substrate (FIG. 4). When the substrate is n-type or p-type, the substrate 14 and the electrode pad 2
In order to take insulation between the dielectric layers 6, a dielectric layer 24 is interposed therebetween.

【0022】このような構成にすると、基板と電極パッ
ド間に寄生容量が生ずる。基板が接地面であれば、素子
のもともとの容量成分がやや増えるだけである。しかし
ながら、本発明では、接地されるのは発光素子と受光素
子の接する層11、12であり、基板ではない。
With such a configuration, a parasitic capacitance occurs between the substrate and the electrode pad. If the substrate is a ground plane, the original capacitance component of the element will only increase slightly. However, in the present invention, what is grounded is the layers 11 and 12 in contact with the light emitting element and the light receiving element, and not the substrate.

【0023】従って、基板がn型またはp型である場
合、上に積まれた素子1の、下の素子と接していない方
の層9につけられた電極4の延長の電極パッド26と基
板14の間の容量は、図5の65で示したような寄生容
量となる。
Therefore, when the substrate is n-type or p-type, the electrode pad 26 extending from the electrode 4 attached to the layer 9 of the element 1 stacked on the side not in contact with the element below and the substrate 14 Are parasitic capacitances as indicated by 65 in FIG.

【0024】これは、発光素子と受光素子間を結合する
容量であり、クロストークの原因となる。従って、本発
明の形態でこのような寄生容量を生じさせない方法とし
て、発光素子、受光素子を半絶縁基板上に形成する。
This is a capacitance for coupling between the light emitting element and the light receiving element, and causes crosstalk. Therefore, as a method for preventing such a parasitic capacitance from occurring in the embodiment of the present invention, a light emitting element and a light receiving element are formed on a semi-insulating substrate.

【0025】その結果、上述のような原因で発生するク
ロストークをなくすことが可能となる。
As a result, it is possible to eliminate crosstalk caused by the above-mentioned causes.

【0026】第3に本発明は、発光素子の発振動作の安
定化を図る技術であって、半導体基板上に平面型発光素
子を積層し、前記平面型発光素子上に前記平面型発光素
子の発振波長よりも長い吸収端波長を持つ平面型受光素
子を積層した送受信フォトニックICにおいて、前記平
面型発光素子の活性層の上部のブラッグミラー層と、前
記ブラッグミラー層を経由して前記活性層に電流を流す
ための電極の間に、前記発振波長と前記平面型受光素子
の吸収端波長の中間の波長を吸収端波長とする吸収層を
設けた構成とすることを特徴とする送受信フォトニック
ICを提供する。
Thirdly, the present invention relates to a technique for stabilizing the oscillation operation of a light emitting device, in which a planar light emitting device is stacked on a semiconductor substrate, and the planar light emitting device is mounted on the flat light emitting device. In a transmission / reception photonic IC in which planar light receiving elements having an absorption edge wavelength longer than an oscillation wavelength are stacked, a Bragg mirror layer above an active layer of the planar light emitting element and the active layer via the Bragg mirror layer A transmission / reception photonic, wherein an absorption layer having an absorption end wavelength between the oscillation wavelength and the absorption end wavelength of the planar light receiving element is provided between electrodes for passing a current through the transmission / reception photonic. Provide IC.

【0027】図11のように発光素子上に受光素子を積
層した場合、発光素子の最上層46はその上部に受光素
子2が積層されている領域と、電極48が積層されてい
る領域、それ以外の領域(誘電体のパッシベーション膜
が積層されていることが多い)に分けられる。発光素子
がレーザ素子である場合、最上層には屈折率の異なる薄
い層を交互に何層も積層して構成したブラッグミラーな
どの反射鏡が備えられている。
When a light receiving element is stacked on a light emitting element as shown in FIG. 11, the uppermost layer 46 of the light emitting element has a region where the light receiving element 2 is stacked on top, a region where the electrode 48 is stacked, and Other regions (often a dielectric passivation film is laminated). When the light emitting element is a laser element, the uppermost layer is provided with a reflecting mirror such as a Bragg mirror formed by alternately laminating thin layers having different refractive indexes.

【0028】しかしながら、本発明で用いられているよ
うな平面発光型の半導体レーザ素子でブラッグミラーに
100%の反射率を持たせるようにするためには、非常
に多くの層を積層しなければならない。これは事実上、
困難であり、100%の反射率が確保できるようになる
まで、ミラー層を積層形成することは通常無い。従っ
て、レーザ光はミラー層で完全には反射されず、一部が
ミラー層の外に漏れ出す。
However, in order to make a Bragg mirror have a reflectance of 100% in a planar light emitting type semiconductor laser device used in the present invention, it is necessary to stack a very large number of layers. No. This is effectively
It is difficult and it is not usual to form a mirror layer until the reflectance of 100% can be secured. Therefore, the laser light is not completely reflected by the mirror layer, and a part thereof leaks out of the mirror layer.

【0029】図11のような構造では、漏れ出した光は
発光素子と受光素子の境界面である界面51に到達する
が、前述のように当該界面51の一部は受光素子と接し
ており、一部は外部と接している。従って、界面51で
は部分によって反射率が異なり、界面51で反射して活
性領域に戻る光の割合が発光素子の面内で異なってい
る。このような状態では、レーザ素子として効率の良い
安定した発振は得られない。
In the structure as shown in FIG. 11, the leaked light reaches the interface 51 which is the boundary between the light emitting element and the light receiving element. As described above, a part of the interface 51 is in contact with the light receiving element. , Some are in contact with the outside. Therefore, the reflectance at the interface 51 differs depending on the portion, and the ratio of light reflected at the interface 51 and returning to the active region differs in the plane of the light emitting element. In such a state, efficient and stable oscillation as a laser element cannot be obtained.

【0030】これを防ぐため、ブラッグミラー層と界面
51との間に発光素子の発振波長の光を吸収する層を設
ける。その結果、ブラッグミラー層で反射されなかった
レーザ光は途中でこの吸収層により吸収されて界面51
まで到達しなくなる。
In order to prevent this, a layer for absorbing light having the oscillation wavelength of the light emitting element is provided between the Bragg mirror layer and the interface 51. As a result, the laser light not reflected by the Bragg mirror layer is absorbed on the way by this absorption layer and
Will not reach.

【0031】従って、界面51で反射されて活性層に戻
る光は無く、界面51からの反射光のばらつきでレーザ
素子の発振状態が影響を受けることはなくなる。
Accordingly, no light is reflected at the interface 51 and returns to the active layer, and the oscillation state of the laser element is not affected by the variation of the reflected light from the interface 51.

【0032】第4に、本発明は、平面型発光素子および
平面型受光素子のうち、いずれか一方の素子に重ねて他
方の素子を積層してなる送受信フォトニックICにおい
て、前記受光素子の電極を前記発光素子と隣接しない側
の端面における前記発光素子の出力光のパワー分布が、
そのピークの1/e2 (eは自然対数の底)以上の範囲
の領域を外して形成することを特徴とする。つまり、前
記受光素子の前記発光素子と隣接しない側の端面におけ
る前記発光素子の出力光のパワー分布のピークから前記
ピークの1/e2 (eは自然対数の底)のパワーになる
部分までの領域内に前記受光素子の金属電極が無いこと
を特徴とする。
Fourth, the present invention relates to a transmission / reception photonic IC in which one of a planar light emitting element and a planar light receiving element is stacked on top of the other, and the electrode of the light receiving element is provided. The power distribution of the output light of the light emitting element on the end face not adjacent to the light emitting element,
It is characterized in that the peak is formed outside a region of 1 / e 2 (e is the base of natural logarithm) or more. That is, from the peak of the power distribution of the output light of the light emitting element on the end surface of the light receiving element that is not adjacent to the light emitting element to the portion where the power becomes 1 / e 2 (e is the natural logarithm base) of the peak. There is no metal electrode of the light receiving element in the region.

【0033】前記第3の発明においては、受光素子と発
光素子の界面の反射を抑えるようにするために、界面よ
り発光素子側に発光素子波長の吸収層を設けた。しか
し、“発光素子の波長”>“受光素子の波長”である場
合、図16(a)のように、結合させる光ファイバに近
い方に受光素子があり、発光素子からの光は受光素子を
経由して光ファイバに出力される。受光素子のバンドギ
ャップ波長が発光素子の波長より短ければ、受光素子に
は発光素子の波長に対する感度はなく、クロストークに
はならない。
In the third aspect of the invention, in order to suppress reflection at the interface between the light receiving element and the light emitting element, the light emitting element wavelength absorption layer is provided on the light emitting element side from the interface. However, when “wavelength of light emitting element”> “wavelength of light receiving element”, as shown in FIG. 16A, there is a light receiving element closer to the optical fiber to be coupled, and light from the light emitting element passes through the light receiving element. Output to the optical fiber. If the bandgap wavelength of the light receiving element is shorter than the wavelength of the light emitting element, the light receiving element has no sensitivity to the wavelength of the light emitting element and does not cause crosstalk.

【0034】このような波長関係では、発光素子、受光
素子の順序を逆にすると、発光素子が受光素子の受光す
るべき光を吸収してしまい、受信が出来ない。従って、
第3の発明のように吸収層を挟むことが出来ない。
In such a wavelength relationship, if the order of the light emitting element and the light receiving element is reversed, the light emitting element absorbs the light to be received by the light receiving element, and the light cannot be received. Therefore,
The absorbing layer cannot be sandwiched as in the third invention.

【0035】発光素子がレーザである場合、発光素子の
出力側のブラッグミラーは出力光を取り出すために反射
率をやや低くしてある。本発明の例では、発光素子から
出力された光は受光素子を経由して素子外部に放射され
る。受光素子の発光素子に隣接しない端面67は、通常
受光素子に電圧を印加するための金属電極68がリング
状に積層されている。端面67で反射した発光素子の出
力光は反射率が低めに設計されたブラッグミラーを経由
して発光素子の活性層に戻る。端面67の発光素子から
の光が当たる部分に関して反射率が面内で均一で無い場
合、活性層に戻る光の割合が活性層の有効な領域内で不
均一になる。その結果、発光素子の出力が効率の悪い不
安定なものになる可能性がある。
When the light-emitting element is a laser, the Bragg mirror on the output side of the light-emitting element has a slightly lower reflectivity to extract output light. In the example of the present invention, light output from the light emitting element is radiated outside the element via the light receiving element. An end face 67 of the light receiving element that is not adjacent to the light emitting element is provided with a ring-shaped metal electrode 68 for applying a voltage to the light receiving element. The output light of the light emitting element reflected by the end face 67 returns to the active layer of the light emitting element via a Bragg mirror designed to have a lower reflectance. If the reflectance of the end face 67 where the light from the light emitting element shines is not uniform in the plane, the ratio of the light returning to the active layer becomes non-uniform in the effective area of the active layer. As a result, there is a possibility that the output of the light emitting element becomes unstable with low efficiency.

【0036】このような問題を回避するために、本発明
では、発光素子から出力された光が受光素子の端面67
に当たる領域では、端面67の反射率を均一にするため
に、その領域の外に金属電極を配置する。発光素子から
出力された光が当たる領域の定義は難しい問題である
が、一般に光ビームの径はそのピークパワーの1/e2
になる部分の直径をもって表すことが多い。また、光ビ
ームの形状として一般に近似されるガウシアンビームで
はピークから1/e2 になる部分までに光パワーの大部
分(>86%)が含まれている。
In order to avoid such a problem, according to the present invention, the light output from the light emitting element is applied to the end face 67 of the light receiving element.
In order to make the reflectivity of the end face 67 uniform in a region corresponding to the above, a metal electrode is arranged outside the region. Although it is difficult to define the area where the light output from the light emitting element hits, the diameter of the light beam is generally 1 / e 2 of its peak power.
It is often expressed by the diameter of the part that becomes Further, in a Gaussian beam generally approximated as the shape of a light beam, most of the light power (> 86%) is included from the peak to 1 / e 2 .

【0037】さらに、発光素子から出力された光は伝搬
するに従って広がっていく。従って、ビームの端の方の
光は端面67に垂直からややずれた角度で反射されるた
め、図16(b)のように、反射光は発光素子の有効な
活性領域の外に戻ってくる。そのため、ビームの全領域
に関して端面67の反射率が均一である必要はなく、端
の方であれば不均一な部分があっても良い。その目安と
して、上述の1/e2になるまでの領域に着目した。
Further, the light output from the light emitting element spreads as it propagates. Accordingly, the light toward the end of the beam is reflected at an angle slightly deviated from the perpendicular to the end face 67, and as shown in FIG. 16B, the reflected light returns outside the effective active region of the light emitting element. . Therefore, it is not necessary that the reflectance of the end face 67 is uniform over the entire area of the beam, and an uneven portion may be present at the end. As a guide, we focused on the region up to 1 / e 2 described above.

【0038】第5には、本発明は、第4の発明の効果を
増すために、前記領域内がほぼ均一に無反射コートされ
ており、前記無反射コートの対応波長帯域は前記発光素
子の発光波長と前記受光素子の受光波長を含むようにす
ることを特徴としている。
Fifth, in order to enhance the effect of the fourth aspect of the present invention, the area is coated with a substantially uniform anti-reflection coating, and the wavelength band corresponding to the anti-reflection coating is equal to that of the light emitting element. It is characterized in that it includes the emission wavelength and the light reception wavelength of the light receiving element.

【0039】第4の発明のような形態をとっても、端面
67からの発光素子の有効な活性領域への反射戻り光が
無くなるわけではない。レーザの発振安定化のために
は、反射戻り光は少ない方が良く、そのために、前述の
1/e2 になる領域内について、均一な無反射コートを
する。
Even in the form of the fourth aspect, the reflected light returning from the end face 67 to the effective active region of the light emitting element is not eliminated. In order to stabilize the oscillation of the laser, it is better that the amount of reflected return light is small. Therefore, a uniform non-reflective coating is applied to the area where 1 / e 2 is used.

【0040】図14のように電極68内の領域に無反射
コート57を施した場合、電極との境目の部分がやや乱
れたようにコーティングされる。従って、前述の1/e
2 になる領域にはそのような境目の部分が含まれていな
いことが望ましい。また、無反射コートの有効な波長領
域に、発光素子の発光波長と受光素子が受光する波長が
含まれていることが望ましい。
When a non-reflective coating 57 is applied to the region inside the electrode 68 as shown in FIG. 14, the boundary between the electrode 68 and the electrode is coated so as to be slightly disturbed. Therefore, the aforementioned 1 / e
It is desirable that the region of 2 does not include such a boundary portion. Further, it is desirable that the effective wavelength region of the antireflection coat includes the emission wavelength of the light emitting element and the wavelength received by the light receiving element.

【0041】第6には、本発明は、平面型発光素子上に
平面型受光素子を積層した送受信フォトニックICであ
って、前記発光素子は実効的な活性領域が電流ブロック
などの構造によって限定されており、前記受光素子は前
記限定された実効的な活性領域の上部に形成され、前記
受光素子の受光層における有効な受光領域は、前記発光
素子の出力光が前記受光層に到達すると仮定した場合
に、前記出力光の前記受光層を含む平面に到達した全パ
ワーの95%以上の範囲を占めるよう、位置および面積
を設定することを特徴とする。
Sixth, the present invention is a transmission / reception photonic IC in which a planar light-receiving element is stacked on a planar light-emitting element, wherein the light-emitting element has an effective active area limited by a structure such as a current block. The light receiving element is formed above the limited effective active area, and the effective light receiving area in the light receiving layer of the light receiving element is assumed that the output light of the light emitting element reaches the light receiving layer. In this case, the position and the area are set so as to occupy a range of 95% or more of the total power of the output light reaching the plane including the light receiving layer.

【0042】本発明のICは通常、シングルモードファ
イバに結合して用いる。レーザ素子と光ファイバとを、
レンズを使用しないで光結合させる“バット結合”で
は、結合効率をあげるため、発光素子の出力ビーム径が
光ファイバのモードフイールド径に近い値になるように
設計する必要がある。図17(a)のように、発光素子
上に受光素子が積層されている構造では、発光素子のビ
ーム径がファイバのモード径に近づくように素子サイ
ズ、電極サイズを設計すると、その上部に積層された受
光素子はファイバのモード径より小さいサイズとなり、
光ファイバから入射した光の一部しか受光できず、受光
効率が劣化する。受光効率を十分にとるためには、受光
径はファイバのモード径より大きくしたい。その場合、
発光素子の電極48は発光素子領域の外側にあるため、
電極48で決定される領域で発光素子のビーム径が定め
られるような構成では、発光素子のビーム径がファイバ
のモード径より大きくなってしまう。
The IC of the present invention is generally used by being coupled to a single mode fiber. Laser element and optical fiber,
In “bat coupling” in which optical coupling is performed without using a lens, it is necessary to design the output beam diameter of the light emitting element to be close to the mode field diameter of the optical fiber in order to increase coupling efficiency. In the structure in which the light receiving element is stacked on the light emitting element as shown in FIG. 17 (a), if the element size and the electrode size are designed so that the beam diameter of the light emitting element approaches the mode diameter of the fiber, the light emitting element is stacked on the upper part. The size of the light receiving element is smaller than the mode diameter of the fiber.
Only a part of the light incident from the optical fiber can be received, and the light receiving efficiency deteriorates. In order to obtain sufficient light receiving efficiency, the light receiving diameter should be larger than the mode diameter of the fiber. In that case,
Since the electrode 48 of the light emitting element is outside the light emitting element region,
In a configuration in which the beam diameter of the light emitting element is determined in a region determined by the electrode 48, the beam diameter of the light emitting element becomes larger than the mode diameter of the fiber.

【0043】そのようなジレンマを避けるため、本発明
では、例えば図17(b)のように、発光素子内部に電
流狭窄層を設けて有効なビーム径をファイバのモード径
程度に限定する。発光素子の上部の最上部の金属電極に
接する層60は、限定したビーム径より大きくし、金属
電極48も同様に大きい直径で積層する。その上に十分
な受光径の受光素子を積層すれば良い。
In order to avoid such a dilemma, in the present invention, as shown in FIG. 17B, for example, a current confinement layer is provided inside the light emitting element to limit the effective beam diameter to about the mode diameter of the fiber. The layer 60 in contact with the uppermost metal electrode on the top of the light emitting element is larger than the limited beam diameter, and the metal electrode 48 is similarly laminated with a larger diameter. A light receiving element having a sufficient light receiving diameter may be stacked thereon.

【0044】厳密には、受光素子は光ファイバから出力
された光を受光する。従って、本発明のように、その有
効受光径を発光素子のビームの広がりに対して規定する
のは一見筋違いのように見える。しかし実際には、発光
素子のビーム径も受光素子の有効受光径も、図17
(c)のように非常に近接した位置に配置された光ファ
イバのビーム径およびその広がりに対して定められる。
光ファイバは非常に近接しているおり、また、ICの素
子領域の厚さは極めて薄い。従って、発光素子のビーム
径がファイバのモード径に近いのであれば、受光素子の
受光層における光ファイバからのビームの形状と、発光
素子のビームの形状はほぼ同一と見做せる。
Strictly, the light receiving element receives the light output from the optical fiber. Therefore, it seems at first glance that the effective light receiving diameter is defined with respect to the beam spread of the light emitting element as in the present invention. However, in practice, both the beam diameter of the light emitting element and the effective light receiving diameter of the light receiving element are shown in FIG.
It is determined with respect to the beam diameter and the spread of the optical fiber arranged very close as shown in FIG.
The optical fibers are very close and the thickness of the device area of the IC is very small. Therefore, if the beam diameter of the light emitting element is close to the mode diameter of the fiber, the shape of the beam from the optical fiber in the light receiving layer of the light receiving element can be considered to be substantially the same as the shape of the beam of the light emitting element.

【0045】従って、第6の本発明は決して的外れなも
のではなく、技術的に極めて合理的なものである。
Accordingly, the sixth aspect of the present invention is not irrelevant and is technically extremely reasonable.

【0046】なお、95%なる値は、100%から約
0.2dBの損失を意味し、これは、光通信システムで
は、一般に、問題なく許容できる値であって、設計上の
目安となる境界値として、意味ある数値ある。
It should be noted that a value of 95% means a loss from 100% to about 0.2 dB, which is generally a value that can be tolerated without problems in an optical communication system, and is a design boundary. The value is a meaningful number.

【0047】第7には、本発明は、pin構造の発光素
子およびpin構造の受光素子の一方を基板上に積層
し、前記一方の素子の最上層上あるいは最上層の延長上
に、他方の素子を、前記他方の素子の最下層の不純物型
が前記一方の素子の最上層の不純物型と異なるように積
層し、前記一方の素子の最上層あるいは最上層の延長
と、前記他方の素子の最下層あるいは最下層の延長を金
属電極パターンで接続し、前記電極パターンは少なくと
も交流的に接地されて用いることを特徴とする送受信フ
ォトニックICを提供する。
Seventh, according to the present invention, one of a light emitting element having a pin structure and a light receiving element having a pin structure is stacked on a substrate, and the other of the light emitting element and the other is extended on the uppermost layer of the one element or on the extension of the uppermost layer. The elements are stacked so that the impurity type of the lowermost layer of the other element is different from the impurity type of the uppermost layer of the one element, and the uppermost layer or the extension of the uppermost layer of the one element and the extension of the other element. A transmission / reception photonic IC wherein the lowermost layer or an extension of the lowermost layer is connected by a metal electrode pattern, and the electrode pattern is used by being grounded at least in an AC manner.

【0048】これは第1の発明の変形であり、平面型発
光素子・受光素子だけでなく、ストライプ型の発光素子
・受光素子にも対応するものである。図22(a)のよ
うにストライプ型の発光素子・受光素子を光導波路で結
合するタイプのフォトニックICにおいて、図22
(b)に示すA−A´断面図のように、受光素子の層構
成上に発光素子を積層する。このとき、発光素子は受光
素子の有効領域上には無い。しかし、受光素子の最上層
12は発光素子の下まで延びており、その上に発光素子
が積層されている。この発光素子の最下層11と受光素
子の最上層12が金属電極3で接続されている。このと
き、受光素子の最上層がn型ならば、発光素子の最下層
がp型になるように積層し、受光素子の最上層がp型な
らば、発光素子の最下層がn型になるように積層する。
金属電極3を接地して用いれば、発光素子と受光素子の
駆動電圧電源の極性を同じにすることが出来、また、素
子間の電磁結合によるクロストークを防ぐことが出来
る。
This is a modification of the first invention, and corresponds to not only a planar light emitting element and a light receiving element but also a stripe light emitting element and a light receiving element. As shown in FIG. 22A, in a photonic IC of a type in which a stripe type light emitting element and a light receiving element are coupled by an optical waveguide, FIG.
As shown in the cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. At this time, the light emitting element is not on the effective area of the light receiving element. However, the uppermost layer 12 of the light receiving element extends below the light emitting element, and the light emitting element is stacked thereon. The lowermost layer 11 of the light emitting element and the uppermost layer 12 of the light receiving element are connected by the metal electrode 3. At this time, if the uppermost layer of the light-receiving element is n-type, the light-emitting element is laminated so that the lowermost layer is p-type. If the uppermost layer of the light-receiving element is p-type, the lowermost layer of the light-emitting element is n-type. Are laminated as follows.
When the metal electrode 3 is grounded, the polarity of the drive voltage power supply for the light emitting element and the light receiving element can be made the same, and crosstalk due to electromagnetic coupling between the elements can be prevented.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0050】(第1の実施の形態) [送受信フォトニックICの基本構造]この第1の実施
の形態では、IC構造を次のようにする。すなわち、平
面型発光素子(LD)および平面型受光素子(PD)
を、一方の素子のn型層と他方の素子のp型層が隣接す
るように、一方の素子上に他方の素子が積層された構成
の送受信フォトニックICにおいて、前記隣接している
一方の素子のn型層と他方の素子のp型層が前記IC内
において電極パターンで接続され、この電極パターンは
少なくとも交流的に接地して用いる構成とすることを特
徴とする。
(First Embodiment) [Basic Structure of Transmit / Receive Photonic IC] In the first embodiment, the IC structure is as follows. That is, a planar light emitting element (LD) and a planar light receiving element (PD)
In a transmission / reception photonic IC in which the other element is stacked on one element such that the n-type layer of one element and the p-type layer of the other element are adjacent to each other, An n-type layer of the element and a p-type layer of the other element are connected by an electrode pattern in the IC, and this electrode pattern is configured to be grounded at least in an AC manner.

【0051】ここに示す実施例では、例えば、図1
(a)に示すように、基板14上に平面型の受光素子2
を形成し、この受光素子2上に平面型の発光素子1を積
層形成させた構成である。
In the embodiment shown here, for example, FIG.
As shown in (a), the planar light receiving element 2 is placed on the substrate 14.
Is formed, and the planar light emitting element 1 is laminated on the light receiving element 2.

【0052】すなわち、図1(a)の構成は、n型の半
導体基板14上に真性半導体層13を形成し、この真性
半導体層13上にp型半導体層12を形成する。この
“基板14−真性半導体層13−p型半導体層12”で
受光素子2を形成する。そして、このp型半導体層12
上にn型半導体層11を形成し、このn型半導体層11
の上に真性半導体層10を形成し、さらにこの真性半導
体層11上にp型半導体層9を形成し、この“n型半導
体層11−真性半導体層10−p型半導体層9”で発光
素子1を形成する。発光素子1のn型半導体層11の側
周とこれに隣接する受光素子2のp型半導体層12の表
面にかけて電極パターン3を形成し、これを接地して発
光素子1と受光素子2の共通の接地電極とする。
That is, in the configuration of FIG. 1A, an intrinsic semiconductor layer 13 is formed on an n-type semiconductor substrate 14, and a p-type semiconductor layer 12 is formed on the intrinsic semiconductor layer 13. The light receiving element 2 is formed by the “substrate 14 -the intrinsic semiconductor layer 13 -the p-type semiconductor layer 12”. Then, the p-type semiconductor layer 12
An n-type semiconductor layer 11 is formed on the n-type semiconductor layer 11.
An intrinsic semiconductor layer 10 is formed thereon, and a p-type semiconductor layer 9 is further formed on the intrinsic semiconductor layer 11. A light emitting element is formed by the "n-type semiconductor layer 11-the intrinsic semiconductor layer 10-the p-type semiconductor layer 9". Form one. An electrode pattern 3 is formed on the side circumference of the n-type semiconductor layer 11 of the light-emitting element 1 and on the surface of the p-type semiconductor layer 12 of the light-receiving element 2 adjacent thereto. Ground electrode.

【0053】なお、上記及びこれ以降の“真性半導体
層”の範疇には、ほぼ真性と見なせる微量の不純物を含
んだ半導体層である場合も含むものとする。
Note that the category of the “intrinsic semiconductor layer” described above and thereafter includes a case where the semiconductor layer contains a trace amount of impurities that can be regarded as substantially intrinsic.

【0054】発光素子1及び受光素子2を例えば円形に
積層構成して形成したとすると、図1(b)の如きとな
る。すなわち、図1(b)において、n型の半導体基板
14上に円形に真性半導体層13を形成し、この真性半
導体層13上に円形にp型半導体層12を形成する。こ
の“基板14−真性半導体層13−p型半導体層12”
で受光素子2を形成する。そして、この円形のp型半導
体層12上にこのp型半導体層12の径より幾分小径の
円形n型半導体層11を同心的に形成し、このn型半導
体層11の上に当該n型半導体層11より幾分小径の円
形真性半導体層10を同心的に形成し、さらにこの真性
半導体層11上に円形のp型半導体層9を形成し、この
“n型半導体層11−真性半導体層10−p型半導体層
9”で発光素子1を形成する。発光素子1のn型半導体
層11の側周とこれに隣接する受光素子2のp型半導体
層12の表面にかけて電極パターン3を形成し、これを
接地して発光素子1と受光素子2の共通の接地電極とす
る。
Assuming that the light emitting element 1 and the light receiving element 2 are formed by laminating, for example, in a circular shape, the result is as shown in FIG. That is, in FIG. 1B, a circular intrinsic semiconductor layer 13 is formed on an n-type semiconductor substrate 14, and a circular p-type semiconductor layer 12 is formed on the intrinsic semiconductor layer 13. This “substrate 14-intrinsic semiconductor layer 13-p-type semiconductor layer 12”
To form the light receiving element 2. Then, a circular n-type semiconductor layer 11 having a diameter slightly smaller than the diameter of the p-type semiconductor layer 12 is formed concentrically on the circular p-type semiconductor layer 12, and the n-type semiconductor layer 11 is formed on the n-type semiconductor layer 11. A circular intrinsic semiconductor layer 10 having a diameter somewhat smaller than that of the semiconductor layer 11 is formed concentrically, and a circular p-type semiconductor layer 9 is formed on the intrinsic semiconductor layer 11. The light emitting element 1 is formed from the 10-p type semiconductor layer 9 ″. An electrode pattern 3 is formed on the side circumference of the n-type semiconductor layer 11 of the light-emitting element 1 and on the surface of the p-type semiconductor layer 12 of the light-receiving element 2 adjacent thereto. Ground electrode.

【0055】このように、本発明では、発光素子1と受
光素子2を基板14上に上下に積層し、発光素子1と受
光素子2の接合境界位置を接地する構造である。
As described above, the present invention has a structure in which the light emitting element 1 and the light receiving element 2 are vertically stacked on the substrate 14 and the joint boundary position between the light emitting element 1 and the light receiving element 2 is grounded.

【0056】そして、発光素子1と受光素子2の層構成
の基本型は、p−i−n(p型半導体層−真性半導体層
−n型半導体層)構成のダイオード様のもので、本発明
では、発光素子1、受光素子2の層構成の順序を同一に
している点に特徴がある。
The basic structure of the light emitting element 1 and the light receiving element 2 is a diode having a pin (p-type semiconductor layer-intrinsic semiconductor layer-n-type semiconductor layer) structure. Is characterized in that the order of the layer configuration of the light emitting element 1 and the light receiving element 2 is the same.

【0057】すなわち、発光素子1を“p型層−i型層
−n型層”、そして、受光素子2を“p型層−i型層−
n型層”の層構成とするか、または発光素子1を“n型
層−i型層−p型層”、そして、受光素子2を“n型層
−i型層−p型層”の層構成とする。
That is, the light emitting element 1 is a “p-type layer-i-type layer-n-type layer”, and the light receiving element 2 is a “p-type layer-i-type layer-
The light emitting device 1 may have a layer structure of “n-type layer” or “n-type layer-i-type layer-p-type layer”, and the light receiving device 2 may have a “n-type layer-i-type layer-p-type layer”. It has a layer structure.

【0058】このようにすると、発光素子1のn型層と
受光素子2のp型層が隣接するか、発光素子1のp型層
と受光素子2のn型層が隣接する配置構造になる。隣接
しているp型層とn型層をフォトニックIC内の電極パ
ターン3で接続し、接続した電極3は電気的に接地して
使用する。
With this arrangement, the arrangement structure is such that the n-type layer of the light-emitting element 1 is adjacent to the p-type layer of the light-receiving element 2, or the p-type layer of the light-emitting element 1 is adjacent to the n-type layer of the light-receiving element 2. . Adjacent p-type and n-type layers are connected by an electrode pattern 3 in the photonic IC, and the connected electrode 3 is used by being electrically grounded.

【0059】発光素子1は通常、ダイオード構造に順バ
イアスになるような極性の電圧を印加し、受光素子2は
逆バイアスになるような極性で電圧を印加する。従っ
て、上述のように隣接するp型層とn型層を電極パター
ン3で接続し、この電極パターン3を接地して用いるよ
うにすると、発光素子1と受光素子2にかける電圧の正
負が同じになる。その結果、素子を駆動するための回路
の電源電圧が正負いずれかの一方のみ、すなわち、直流
単一電源で良くなり、電子回路構成が単純化できる。
The light emitting element 1 normally applies a voltage having a polarity such that a forward bias is applied to the diode structure, and the light receiving element 2 applies a voltage having a polarity such that the reverse bias is applied. Therefore, when the adjacent p-type layer and n-type layer are connected by the electrode pattern 3 as described above and this electrode pattern 3 is used by grounding, the positive and negative voltages applied to the light emitting element 1 and the light receiving element 2 are the same. become. As a result, the power supply voltage of the circuit for driving the elements can be either positive or negative, that is, only a single DC power supply can be used, and the electronic circuit configuration can be simplified.

【0060】また、本発明のように、隣接する素子との
境界にある層を接地して用いることにより、接地された
層(図1の構成ではp型半導体層12とn型半導体層1
1)が電磁シールド面として作用する。従って、発光
面、受光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的な結
合による送信−受信間のクロストークが無くなり、素子
の受信感度が改善される。
Further, as in the present invention, the layer at the boundary between adjacent elements is grounded and used, so that the grounded layer (the p-type semiconductor layer 12 and the n-type semiconductor layer 1 in the configuration of FIG. 1) are used.
1) acts as an electromagnetic shield surface. Therefore, crosstalk between transmission and reception due to electromagnetic coupling between the light emitting element and the light receiving element through the light emitting surface and the light receiving surface is eliminated, and the receiving sensitivity of the element is improved.

【0061】[変形例1]図2(a)は上述の基本構造
を持つフォトニックICの変形例である。このフォトニ
ックICはn型層(n型半導体層)14,i型層(真性
半導体層)13,p型層(p型半導体層)12の順で積
層されて形成された受光素子2上に、下から順にやはり
n型層11,i型層10,p型層9の順序で積層されて
形成された発光素子1が積層されている。
[Modification 1] FIG. 2A is a modification of the photonic IC having the above-described basic structure. This photonic IC is formed on a light receiving element 2 formed by stacking an n-type layer (n-type semiconductor layer) 14, an i-type layer (intrinsic semiconductor layer) 13, and a p-type layer (p-type semiconductor layer) 12 in this order. The light emitting element 1 is also formed by stacking the n-type layer 11, the i-type layer 10, and the p-type layer 9 in this order from the bottom.

【0062】さらに、受光素子2のp型層12と発光素
子1のn型層11に対し、電気的に接続するための金属
電極3が、これらp型層12とn型層11の露出面を利
用して当該露出面に形成されている。つまり、p型層1
2上のn型層11は、p型層12より狭い面積で形成し
てあり、n型層11上の真性半導体層10はn型層11
より狭い面積で形成することにより、p型層12とn型
層11にそれぞれの露出面を確保し、この露出面を利用
して金属電極3が形成してある。この電極3はIC使用
時には接地されて用いられるようにする。なお、4はp
型層9上に形成した発光素子用金属電極、5は基板14
の背面側に形成した受光素子用金属電極である。
Further, a metal electrode 3 for electrically connecting the p-type layer 12 of the light-receiving element 2 and the n-type layer 11 of the light-emitting element 1 is formed on the exposed surface of the p-type layer 12 and the n-type layer 11. Is formed on the exposed surface. That is, the p-type layer 1
2, the n-type layer 11 is formed with a smaller area than the p-type layer 12, and the intrinsic semiconductor layer 10 on the n-type layer 11 is
By forming it with a smaller area, each exposed surface is secured in the p-type layer 12 and the n-type layer 11, and the metal electrode 3 is formed using the exposed surfaces. This electrode 3 is grounded when using an IC. 4 is p
A metal electrode for a light emitting element formed on the mold layer 9;
Is a metal electrode for a light-receiving element formed on the back side of FIG.

【0063】半導体層に普通に金属電極をつけると、接
触部がダイオード特性を持ってしまう。これは、発光、
受光特性に多大な影響を及ぼすため、問題である。ダイ
オード特性を持たないようにするにはオーミックコンタ
クトをとる必要がある。
If a metal electrode is normally provided on the semiconductor layer, the contact portion has diode characteristics. This is luminescence,
This is a problem because it has a great effect on the light receiving characteristics. It is necessary to make ohmic contact to have no diode characteristics.

【0064】オーミックコンタクトをとるための金属電
極の成分は、p型層に電極を付ける場合と、n型層に電
極を付ける場合では異なる。従って、n型層とp型層の
電極は一度にはつけられない。
The components of the metal electrode for making ohmic contact are different between the case where an electrode is provided on the p-type layer and the case where the electrode is provided on the n-type layer. Therefore, the electrodes of the n-type layer and the p-type layer cannot be applied at once.

【0065】そこで、図2(b)に示すように、それぞ
れの層に別個の電極6,7をつけて、その一部が重なり
合うようにする。図2(b)の例は、p型層12の露出
面に当該p型層用の金属電極7を形成し、その次に、こ
の金属電極7の表面に一部が重なるようにして、n型層
11の露出面に金属電極6を形成する。この一部の重な
り部分が両電極6,7の電気的接続部分となる。
Therefore, as shown in FIG. 2B, separate electrodes 6 and 7 are attached to the respective layers so that a part thereof is overlapped. In the example of FIG. 2B, the metal electrode 7 for the p-type layer is formed on the exposed surface of the p-type layer 12, and then the metal electrode 7 partially overlaps the surface of the metal electrode 7 so that n The metal electrode 6 is formed on the exposed surface of the mold layer 11. This part of the overlapping portion serves as an electrical connection between the electrodes 6 and 7.

【0066】あるいは、電極3の別の構造として、図2
(c)の様に、それぞれの層12,11に別個の電極
6,7をつけ、その後に、さらに、もう1回別の電極8
を蒸着してそれら電極6,7を接続する。この場合、二
つの電極6,7を接続する電極8の形成位置は、図2
(c)のように必ず素子領域上である必要はなく、ボン
ディング用のパッドあるいは、素子領域からボンディン
グパッドに至る途中の配線部に形成するようにしても良
い。
Alternatively, as another structure of the electrode 3, FIG.
As shown in (c), separate electrodes 6 and 7 are applied to each of the layers 12 and 11, and then another electrode 8 is further applied.
And the electrodes 6 and 7 are connected. In this case, the formation position of the electrode 8 connecting the two electrodes 6 and 7 is shown in FIG.
It is not always necessary to be on the element region as in (c), but it may be formed on a bonding pad or a wiring part on the way from the element region to the bonding pad.

【0067】また、現在はあまり用いられないが、オー
ミックコンタクトをとる手法にはp型層、n型層によら
ない、半導体層の表面を粗すような方法もある。そのよ
うな方法を用いて図2(a)の様に一度で積層形成する
ようにしても良い。
Although not widely used at present, there is a method of making ohmic contact, which does not rely on a p-type layer or an n-type layer, but roughens the surface of a semiconductor layer. Using such a method, the layers may be formed in a single layer as shown in FIG.

【0068】発光素子1の層11と受光素子2の層12
とを接続する電極パターンは、発光素子1及び受光素子
2が円形構造であるとすると、リング状のものとなり、
電極6と電極7は径の異なる分離された同心円配置のリ
ングとなるが、この電極6と7をつなぐ部分は図3
(a)のように、一カ所のみとする構造としても良い
が、電磁シールドとしての安定性をより重視しようとす
るならば、図3(b)のように全面が連続しているよう
にするか、図3(c)のように、複数箇所で接続されて
いるようにすると良い。なお、図3では図2(b),
(c)で示したような電極の接続法がとられているもの
とする。
Layer 11 of light emitting element 1 and layer 12 of light receiving element 2
When the light emitting element 1 and the light receiving element 2 have a circular structure, the electrode pattern for connecting
The electrodes 6 and 7 are separated concentric rings having different diameters, and a portion connecting the electrodes 6 and 7 is shown in FIG.
As shown in FIG. 3A, a structure having only one location may be used. However, if more importance is placed on the stability as an electromagnetic shield, the entire surface should be continuous as shown in FIG. 3B. Alternatively, as shown in FIG. 3C, it is preferable that the connection is made at a plurality of locations. In FIG. 3, FIG.
It is assumed that the electrode connection method shown in FIG.

【0069】また、図2(a)は下から、n型層,i型
層,p型層の順に積層されていたが、図2(d)に示す
構造のよう、下からp型層23,i型層22,n型層2
1,p型層20,i型層19,n型層18の順に積層し
ても良い。
In FIG. 2A, an n-type layer, an i-type layer, and a p-type layer are stacked in this order from the bottom. However, as shown in FIG. , I-type layer 22, n-type layer 2
1, a p-type layer 20, an i-type layer 19, and an n-type layer 18 may be stacked in this order.

【0070】このように、第1の実施の形態に示した発
明は、発光素子と受光素子はその層配列順序(n型層、
i型層、p型層の順序)を互いに同じに形成し、発光素
子と受光素子は両者の境界に位置する層に電極を接続
し、この電極を接地して用いるようにしたものである。
As described above, according to the invention shown in the first embodiment, the light emitting element and the light receiving element are arranged in the order of layer arrangement (n-type layer,
The order of the i-type layer and the p-type layer) is the same, and the light-emitting element and the light-receiving element are connected to an electrode at a layer located at the boundary between the two, and are used by grounding this electrode.

【0071】そして、このようにすることにより、発光
素子にかける電圧と、受光素子にかける電圧の極性が同
じになり、その結果、周辺回路が簡素化され、コスト低
減につながる。なお、IC内に積層される発光素子、受
光素子はいずれが基板側であっても良く、その上下関係
はどちらでも良い。ただし、発光波長、受光波長の長短
関係によって、どちらが光ファイバ側に来るかは異な
る。
By doing so, the polarity of the voltage applied to the light emitting element and the polarity of the voltage applied to the light receiving element become the same. As a result, the peripheral circuit is simplified and the cost is reduced. Either the light-emitting element or the light-receiving element stacked in the IC may be on the substrate side, and the vertical relationship may be either. However, which one comes to the optical fiber side differs depending on the relationship between the emission wavelength and the reception wavelength.

【0072】近年では、フリップチップ実装という、チ
ップの上面を下にして、サブマンウトに実装する方法が
あるため、チップ内部の上下関係はどのようであっても
良い。また、発光素子は、発光ダイオードであっても面
発光レーザ素子であっても良い。ただし、レーザ素子に
する場合は、共振器構造が必要である。
In recent years, there is a method called flip-chip mounting, in which a chip is mounted on a submount with the upper surface of the chip facing down. Therefore, the vertical relationship inside the chip is arbitrary. Further, the light emitting element may be a light emitting diode or a surface emitting laser element. However, when a laser element is used, a resonator structure is required.

【0073】レーザ素子の場合、そのために通常、活性
層の上下のp層、n層内に屈折率の異なる層を交互に積
層したブラッグミラーを備える。そして、この上下のブ
ラッグミラーをレーザ共振器として使用する。
In the case of a laser device, a Bragg mirror in which layers having different refractive indices are alternately stacked in a p-layer and an n-layer above and below an active layer is provided for this purpose. The upper and lower Bragg mirrors are used as laser resonators.

【0074】本明細書では、特に表示、説明はしていな
いが、発光素子がレーザ素子である場合は、共振器を構
成するためのそのような要素は、当然含まれているもの
とする。
Although not particularly shown or described in the present specification, when the light emitting element is a laser element, such elements for forming a resonator are naturally included.

【0075】ところで、発光素子1と受光素子2の各電
極3,4には、ICの外部に配線を導くために、ワイヤ
をボンディングするが、図4(a)のように、そのボン
ディング用の電極パッド25および26は、基板14上
に形成される。そのため、電極4からは発光素子と受光
素子の周側面を這わせて、また、電極3からは受光素子
の周側面を這わせて金属配線層25a,26aを形成し
(いずれも図1の基本構成を例にした場合)、それぞれ
対応する基板14上の電極パッド25,26に接続す
る。
By the way, wires are bonded to the electrodes 3 and 4 of the light emitting element 1 and the light receiving element 2 in order to lead the wiring to the outside of the IC. As shown in FIG. The electrode pads 25 and 26 are formed on the substrate 14. Therefore, the metal wiring layers 25a and 26a are formed from the electrode 4 along the peripheral side surfaces of the light emitting element and the light receiving element, and from the electrode 3 along the peripheral side surface of the light receiving element (both of FIG. 1). In the case where the configuration is taken as an example), it is connected to the corresponding electrode pads 25 and 26 on the substrate 14.

【0076】そして、本発明のフォトニックICにおい
ては基板14と電極パッド25,26間の絶縁、発光素
子及び受光素子に対する絶縁をとるために、誘電体層2
4が挟まれるように形成されている。そして、この誘電
体層24が存在することにより、基板14と電極パッド
25,26間には容量(キャパシタ)が形成される。
In the photonic IC of the present invention, the dielectric layer 2 is used to insulate the substrate 14 from the electrode pads 25 and 26 and to insulate the light emitting element and the light receiving element.
4 are formed so as to be sandwiched therebetween. The presence of the dielectric layer 24 forms a capacitance (capacitor) between the substrate 14 and the electrode pads 25 and 26.

【0077】しかし、本発明のように、積層される受光
素子、発光素子の素子境界位置の層について接地するよ
うにし、基板は接地しないで用いる構成とした場合で
は、等価的に回路構成を示すと図5の如きとなり、基板
がn型またはp型の場合は、電極26と基板14の間の
容量は図5の65の如きとなる。そのため、クロストー
クの原因となる。また、図4(b)に示すように、基板
14側に受光素子2を積層する場合には、受光素子構造
をメサ型ではなく、拡散を用いて最上層を形成するよう
なプレーナ型にする場合もある。
However, as in the case of the present invention, the layer at the element boundary between the light receiving element and the light emitting element to be laminated is grounded and the substrate is used without being grounded. When the substrate is n-type or p-type, the capacitance between the electrode 26 and the substrate 14 is as shown at 65 in FIG. This causes crosstalk. Further, as shown in FIG. 4B, when the light receiving element 2 is stacked on the substrate 14 side, the light receiving element structure is not a mesa type but a planar type in which the uppermost layer is formed by diffusion. In some cases.

【0078】すなわち、基板14上に真性半導体層28
を形成し、この真性半導体層28の一部に拡散によりp
型層27を形成する。
That is, the intrinsic semiconductor layer 28 is formed on the substrate 14.
Is formed, and p is diffused into a part of the intrinsic semiconductor layer 28 by diffusion.
The mold layer 27 is formed.

【0079】このような場合、電極25,26は真性半
導体層28の面29上に誘電体層24を介して形成され
る。この場合も同様に、電極26と基板14との間に容
量が生じ、クロストークの原因となる。これは、第1の
実施の形態の基本構造を持ち、積層配置する素子間の境
界位置の層を接地する構造特有の課題である。
In such a case, the electrodes 25 and 26 are formed on the surface 29 of the intrinsic semiconductor layer 28 via the dielectric layer 24. In this case, similarly, a capacitance is generated between the electrode 26 and the substrate 14, which causes crosstalk. This is a problem peculiar to the structure having the basic structure of the first embodiment and grounding the layer at the boundary position between the stacked elements.

【0080】つまり、通常の面型発光素子、受光素子単
体では同一素子内で2種類以上の信号を扱わないため、
寄生容量は素子の応答速度を多少劣化させても、クロス
トークの原因にはならない。また、本発明のように発光
素子、受光素子を縦型に集積化している構造(つまり、
積層配置構造)でも、基板を接地して用いれば問題には
ならない。従って、この問題は、基板を接地面として用
いない第1の実施態様の構成に特有のものである。
That is, a normal surface light emitting element or light receiving element alone does not handle two or more types of signals in the same element.
Parasitic capacitance does not cause crosstalk even if the response speed of the element is slightly deteriorated. Further, a structure in which the light emitting element and the light receiving element are vertically integrated as in the present invention (that is,
Even in the case of the stacked arrangement structure), there is no problem if the substrate is grounded. Therefore, this problem is unique to the configuration of the first embodiment in which the substrate is not used as a ground plane.

【0081】この問題を解決するためには、次にように
対処すれば良い。すなわち、図6に示すように、前記基
板14は半絶縁基板31にする。そして、この半絶縁基
板31上にn型半導体層30を形成し、その上に真性半
導体層13,p型半導体層12を積層形成し、このn型
半導体層30、真性半導体層13、p型半導体層12に
より受光素子2を形成し、さらにこのp型半導体層12
の上に、n型半導体層11、真性半導体層10、p型半
導体層9の順でこれらを積層形成して発光素子1を構成
する。
To solve this problem, the following measures may be taken. That is, as shown in FIG. 6, the substrate 14 is a semi-insulating substrate 31. Then, an n-type semiconductor layer 30 is formed on the semi-insulating substrate 31, and an intrinsic semiconductor layer 13 and a p-type semiconductor layer 12 are formed on the n-type semiconductor layer 30. The n-type semiconductor layer 30, the intrinsic semiconductor layer 13, and the p-type The light receiving element 2 is formed by the semiconductor layer 12, and the p-type semiconductor layer 12
The n-type semiconductor layer 11, the intrinsic semiconductor layer 10, and the p-type semiconductor layer 9 are stacked and formed in this order on the light emitting element 1.

【0082】ここで、半絶縁基板とは、半導体基板を高
抵抗にしたものを指す。なお、半絶縁基板でなく全くの
絶縁基板上に素子を積層または接合できるなら、それで
も良い。
Here, the semi-insulating substrate refers to a semiconductor substrate having a high resistance. Note that any device may be used as long as the elements can be laminated or bonded on a completely insulating substrate instead of a semi-insulating substrate.

【0083】図6の構成では、最上面のp型半導体層9
上に形成した電極4から発光素子1と受光素子2の周側
面を這わせて、金属配線層26aを形成し、また、接地
用の電極3からは受光素子2の周側面を這わせて図示し
ない金属配線層25aを形成し(いずれも図1の基本構
成を例にした場合)、半絶縁基板31の表面に形成した
それぞれ対応の電極パッド25,26に接続する。金属
配線層25a,26aは誘電体層24を介して発光素子
1や受光素子2と絶縁する。
In the structure of FIG. 6, the uppermost p-type semiconductor layer 9
The metal wiring layer 26a is formed by extending the peripheral surface of the light emitting element 1 and the light receiving element 2 from the electrode 4 formed thereon, and the peripheral surface of the light receiving element 2 is extended by the electrode 3 for grounding. A metal wiring layer 25a which is not formed is formed (in the case of taking the basic configuration of FIG. 1 as an example) and connected to the corresponding electrode pads 25 and 26 formed on the surface of the semi-insulating substrate 31. The metal wiring layers 25a and 26a are insulated from the light emitting element 1 and the light receiving element 2 via the dielectric layer 24.

【0084】また、受光素子2のn型半導体層30には
受光素子2の対極側電極として当該n型半導体層30に
接して金属電極32が形成され、この金属電極32は半
絶縁基板31上に形成されたボンディング用電極パッド
33に接続されている。なお、34は半絶縁基板31の
非素子形成面側に形成された金属電極である。
Further, a metal electrode 32 is formed on the n-type semiconductor layer 30 of the light receiving element 2 as a counter electrode of the light receiving element 2 in contact with the n-type semiconductor layer 30, and the metal electrode 32 is formed on the semi-insulating substrate 31. Is connected to the bonding electrode pad 33 formed on the substrate. Reference numeral 34 denotes a metal electrode formed on the non-element forming surface side of the semi-insulating substrate 31.

【0085】ここで、ボンディング用電極パッド26,
25,33は半絶縁基板31を介して金属電極34と対
向配置されるために、金属電極34を接地しない場合、
これらの間で寄生容量35,36を形成してしまう。こ
れを等価的に示すと図7の如くであり、これがクロスト
ークの原因になる。そのため、この寄生容量を35,3
6を排除する必要がある。本発明では金属電極34を接
地する構成とすることで寄生容量の問題を解決する。
Here, the bonding electrode pads 26,
25 and 33 are arranged opposite to the metal electrode 34 via the semi-insulating substrate 31, so that when the metal electrode 34 is not grounded,
The parasitic capacitances 35 and 36 are formed between them. This is equivalently shown in FIG. 7, which causes crosstalk. Therefore, this parasitic capacitance is reduced to 35,3
6 must be eliminated. In the present invention, the problem of the parasitic capacitance is solved by using a configuration in which the metal electrode 34 is grounded.

【0086】このようにすることによって、電極パッド
によって素子間に容量が生ずることを阻止できて、クロ
ストークの原因の一つをなくすことができる。層上につ
けられた電極からボンディング用電極パッドに至る途中
の配線35が他の層(30)上を横切り、その横切って
いる部分で容量が発生するが、途中の配線は通常細いた
め、発生する容量も小さく、問題はない。
In this manner, it is possible to prevent the capacitance from being generated between the elements by the electrode pad, and to eliminate one of the causes of the crosstalk. The wiring 35 on the way from the electrode provided on the layer to the bonding electrode pad traverses over the other layer (30), and a capacitance is generated at the crossing portion. The capacity is small and there is no problem.

【0087】なお、接地用の電極3につながるボンディ
ング用電極パッドは、作図の都合上、図示していない
が、やはり、基板31上に存在する。また、電極3とボ
ンディング用電極パッドとをつなぐ金属配線層も図面上
は省略してあるが、実際には存在する。
The bonding electrode pad connected to the ground electrode 3 is not shown for convenience of drawing, but is still present on the substrate 31. Although a metal wiring layer connecting the electrode 3 and the bonding electrode pad is omitted in the drawing, it actually exists.

【0088】以上は、基板を接地しない構成の場合に、
電極パッド部分で形成される心配のある容量成分を、排
除すべく、半絶縁基板を用い、この半絶縁基板上に受光
素子と発光素子を積層形成するようにしてクロストーク
のないフォトニックICを得るようにした例を示した。
In the above description, when the substrate is not grounded,
A photonic IC without crosstalk is formed by using a semi-insulating substrate and stacking a light-receiving element and a light-emitting element on this semi-insulating substrate in order to eliminate the capacitance component that may be formed at the electrode pad part. An example was shown in which it was obtained.

【0089】しかし、半絶縁基板でなくn型やp型の基
板を使用してフォトニックICを形成したい場合もあ
る。
However, there are cases where it is desired to form a photonic IC using an n-type or p-type substrate instead of a semi-insulating substrate.

【0090】このような時は、グラウンド(接地)用で
も基板でもない電極パッド26は、図8に示すように、
グラウンド電極37を介してその上に形成することで実
現可能である。
In such a case, the electrode pad 26 which is not used for ground (ground) and which is not a substrate, as shown in FIG.
This can be realized by forming a ground electrode 37 thereon.

【0091】すなわち、基板14上における電極パッド
26の形成位置に、誘電体層24aを形成する。この誘
電体層24aは、さらに受光素子2の形成要素である層
13,12に至る区間に亘り、伸延させて形成して配置
し、この誘電体層24aの上に、金属配線層37を形成
してグラウンド電極(接地電極)とする。この金属配線
層37によるグラウンド電極は電極3の位置まで伸延さ
せて配置し、電極3の対応部分は当該電極3に接続し、
かつ接地してこの電極3とグラウンド電極とを接地電位
に保つ。
That is, the dielectric layer 24a is formed on the substrate 14 at the position where the electrode pad 26 is to be formed. The dielectric layer 24a is further extended and formed over a section reaching the layers 13 and 12, which are the elements forming the light receiving element 2, and a metal wiring layer 37 is formed on the dielectric layer 24a. To form a ground electrode (ground electrode). The ground electrode formed by the metal wiring layer 37 is disposed so as to extend to the position of the electrode 3, the corresponding portion of the electrode 3 is connected to the electrode 3,
The electrode 3 and the ground electrode are kept at the ground potential by grounding.

【0092】そして、この金属配線層37によるグラウ
ンド電極上に誘電体層24を積層し、さらにこの誘電体
層24は層10を経て層9の側面上端に亘り形成する。
そして、この誘電体層24上には電極パッド26とこの
電極パッド26位置から電極4に至る間をつなぐ金属配
線層26aを形成する。
Then, the dielectric layer 24 is laminated on the ground electrode formed by the metal wiring layer 37, and the dielectric layer 24 is formed over the upper end of the side surface of the layer 9 via the layer 10.
Then, on the dielectric layer 24, an electrode pad 26 and a metal wiring layer 26a connecting the electrode pad 26 to the electrode 4 are formed.

【0093】このようにすれば、金属配線層26a及び
電極パッド26により形成される容量はグラウンドに対
する容量であるので、クロストークの原因にはならな
い。
In this way, since the capacitance formed by the metal wiring layer 26a and the electrode pad 26 is a capacitance with respect to the ground, it does not cause crosstalk.

【0094】また、フリップチップ実装の用途向けに
は、図9に示すように、基板14上の素子周辺にグラウ
ンドに接続するボンディング用電極パッド25PADや
受光素子2の対極側の電極引き出し線となるボンディン
グ用電極パッド40PADが、それぞれ基板14上に形
成してあるフリップチップ用の台41上に形成され、そ
れぞれ所要の配線が金属配線層によりが施されている。
For use in flip-chip mounting, as shown in FIG. 9, a bonding electrode pad 25PAD connected to the ground around the element on the substrate 14 and an electrode lead wire on the counter electrode side of the light receiving element 2 are formed. Bonding electrode pads 40PAD are formed on flip-chip pedestals 41 formed on the substrate 14, respectively, and required wirings are provided by metal wiring layers.

【0095】そして、最上層の層9には発光素子1用の
対極側電極4が形成されており、この電極4につなげて
当該層9上にはボンディング用電極パッド38PADが
形成され、これらボンディング用電極パッド25PA
D,38PAD,40PADは、高さがほぼ等しくなる
ように揃えてある。そして、これらのボンディング用電
極パッド25PAD,38PAD,40PADを用いて
半田等により、実装基板上に直付けする。
A counter electrode 4 for the light emitting element 1 is formed on the uppermost layer 9, and a bonding electrode pad 38 PAD is formed on the layer 9 so as to be connected to the electrode 4. Electrode pad 25PA
D, 38 PAD, and 40 PAD are aligned so that their heights are substantially equal. Then, these bonding electrode pads 25PAD, 38PAD, and 40PAD are directly mounted on a mounting board by soldering or the like.

【0096】この場合、電極パッド38PADが層9上
からはみ出さないようにしてやれば、これまでに問題に
なったような容量は形成されない。それは、途中の層1
1と12がグラウンドになっており、容量は、そのグラ
ウンド層との間に形成されるからである。
In this case, if the electrode pads 38PAD are prevented from protruding from above the layer 9, the capacitance which has been a problem so far is not formed. It is the middle layer 1
This is because 1 and 12 are at the ground, and the capacitance is formed between the ground and the ground layer.

【0097】本発明のフォトニックICでは、平面型発
光素子と平面型受光素子を積層配置する構造のものを主
体に説明してきた。このような平面型の光素子の積層構
造のフォトニックICの場合、IC上の光素子に対向し
て光信号伝送用の光ファイバを結合させる。すなわち、
光ファイバの先端をICの面に対向させ、光素子の光軸
と光ファイバの光軸とを合わせることで光結合させる。
フリップチップの場合は、光ファイバはICの背面側と
対向させ、光結合させる。
The photonic IC of the present invention has mainly been described with a structure in which a planar light emitting element and a planar light receiving element are stacked. In the case of such a photonic IC having a laminated structure of planar optical elements, an optical fiber for transmitting an optical signal is coupled to the optical element on the IC. That is,
The tip of the optical fiber is opposed to the surface of the IC, and optical coupling is performed by aligning the optical axis of the optical element with the optical axis of the optical fiber.
In the case of a flip chip, the optical fiber faces the back side of the IC and is optically coupled.

【0098】しかしながら、前述したように、光ファイ
バから見た発光素子、受光素子の配列順番はそれらの波
長関係で決まるため、構成によっては、フォトニックI
Cをフリップチップにして基板側で光ファイバと結合す
る構成には適さないものもある。
However, as described above, the arrangement order of the light emitting element and the light receiving element viewed from the optical fiber is determined by their wavelength relationship.
Some are not suitable for a configuration in which C is used as a flip chip and coupled to an optical fiber on the substrate side.

【0099】すなわち、 発光素子の波長>受光素子の
波長 の場合は、発光素子が受光素子の受光すべき波長
を吸収してしまうため、受光素子側にファイバが接続さ
れる必要がある。このとき、受光素子は発光素子の波長
に対して感度を持たず、透過するため、受光素子を介し
て発光素子と光ファイバ間の結合が可能である。
That is, if the wavelength of the light emitting element> the wavelength of the light receiving element, the light emitting element absorbs the wavelength to be received by the light receiving element, so that a fiber must be connected to the light receiving element side. At this time, since the light receiving element has no sensitivity to the wavelength of the light emitting element and transmits the light, the light emitting element and the optical fiber can be coupled via the light receiving element.

【0100】一方、発光素子の波長<受光素子の波長
の場合には、受光素子が発光素子の波長の光を吸収して
しまうため、光ファイバは発光素子側に来る必要があ
る。このとき、発光素子は受光素子の受光するべき波長
を透過するため、発光素子を介して受光素子と光ファイ
バ間の結合が可能である。
On the other hand, the wavelength of the light emitting element <the wavelength of the light receiving element
In the case of (1), since the light receiving element absorbs light of the wavelength of the light emitting element, the optical fiber needs to come to the light emitting element side. At this time, since the light emitting element transmits the wavelength to be received by the light receiving element, coupling between the light receiving element and the optical fiber can be performed via the light emitting element.

【0101】なお、この場合、発光素子からの漏れ光が
受光素子に入力されてクロストークとなるが、発光素子
と受光素子の間に発光素子の波長を吸収し、受光素子の
波長を透過する層を挟むことで解決する。
In this case, the light leaked from the light emitting element is input to the light receiving element and causes crosstalk. However, the wavelength of the light emitting element is absorbed between the light emitting element and the light transmitted by the light receiving element. The problem is solved by sandwiching layers.

【0102】このように、光ファイバから見た発光素
子、受光素子の配列順番はそれらの波長関係で決まるた
め、構成によっては、フォトニックICをフリップチッ
プにしてフォトニックIC基板側で光ファイバと結合す
る構成、つまり、フォトニックICの基板背面側で光フ
ァイバと結合する構成をとるには適さないものもある。
As described above, since the arrangement order of the light emitting element and the light receiving element viewed from the optical fiber is determined by their wavelength relationship, depending on the configuration, the photonic IC is flip-chip and the photonic IC substrate is connected to the optical fiber. Some configurations are not suitable for coupling, that is, a configuration for coupling to an optical fiber on the back side of the substrate of a photonic IC.

【0103】このような場合は、IC基板上の素子面側
から光ファイバと結合する必要があるが、それには例え
ば、図10に示すように貫通孔42aを形成したサブマ
ウント42を用意し、この貫通孔42aの位置に光素子
部分を位置させてサブマウント42の片面に図の様にフ
リップチップ実装する。そして、サブマウント42の他
方の面から当該貫通孔42aに光ファイバ45の先端を
挿入して固定する。
In such a case, it is necessary to couple with the optical fiber from the element surface side on the IC substrate. For example, a submount 42 having a through hole 42a as shown in FIG. The optical element portion is located at the position of the through-hole 42a, and is flip-chip mounted on one surface of the submount 42 as shown in the figure. Then, the tip of the optical fiber 45 is inserted into the through hole 42a from the other surface of the submount 42 and fixed.

【0104】このようにすれば、光素子面側でと光ファ
イバと光結合させる構造とすることができるようなる。
In this way, a structure can be obtained in which the optical element surface is optically coupled to the optical fiber.

【0105】このように、チップの上面(ICの上面
(素子形成面))から光ファイバ45と結合する場合に
も対応できる。
As described above, it is possible to cope with the case where the optical fiber 45 is coupled from the upper surface of the chip (the upper surface of the IC (element forming surface)).

【0106】さらに、これらのICでは、電極パッド間
の空間を介した電磁結合によってクロストークが生じる
可能性がないとはいえない。そのようなクロストークを
軽減するため、発光素子、受光素子の接地電極以外の電
極パッドは素子領域を挟んで反対側に配置するなど、で
きるだけ遠ざけると良い。このとき、その間に接地電極
が来るように配置すると、電磁結合を少なくする効果が
高い。
Furthermore, in these ICs, it cannot be said that there is no possibility that crosstalk will occur due to electromagnetic coupling via the space between the electrode pads. In order to reduce such crosstalk, it is preferable that the electrode pads other than the ground electrode of the light emitting element and the light receiving element are arranged as far as possible, for example, by being arranged on the opposite side across the element region. At this time, arranging the ground electrode so as to come between them has a high effect of reducing electromagnetic coupling.

【0107】以上、この第1の実施の形態では、平面型
発光素子と平面型受光素子を積層して基板上に形成した
フォトニックICであって、平面型発光素子および平面
型受光素子は、一方の素子のn型層(n型半導体層)と
他方の素子のp型層(p型半導体層)が隣接するよう
に、一方の素子上に他方の素子が積層されている送受信
フォトニックICにおいて、前記隣接している一方の素
子のn型層と他方の素子のp型層が前記IC内において
電極パターンで接続され、前記電極パターンは少なくと
も交流的に接地されて用いられるようにしたものであ
る。また、発光素子、受光素子を半絶縁基板上に形成す
るようにしたものである。
As described above, the first embodiment is a photonic IC in which a planar light emitting element and a planar light receiving element are stacked and formed on a substrate, and the planar light emitting element and the planar light receiving element are: A transmitting / receiving photonic IC in which the other element is stacked on one element so that the n-type layer (n-type semiconductor layer) of one element is adjacent to the p-type layer (p-type semiconductor layer) of the other element Wherein the n-type layer of one of the adjacent elements and the p-type layer of the other element are connected by an electrode pattern in the IC, and the electrode pattern is at least AC grounded. It is. Further, the light emitting element and the light receiving element are formed on a semi-insulating substrate.

【0108】そして、本発明のように、隣接する素子と
の境界にある層を接地して用いることにより、接地され
た層が電磁シールド面として作用するので、発光面、受
光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的な結合によ
る送信−受信間のクロストークが無くなり、素子の受信
感度が改善されるようになるものである。また、基板が
n型またはp型である場合、上に積まれた素子の、下の
素子と接していない方の層につけられた電極の延長の電
極パッドと基板の間の容量は、寄生容量となって、これ
は、発光素子と受光素子間を結合する容量であり、クロ
ストークの原因となる。しかし、このような寄生容量を
生じさせない方法として、発光素子、受光素子を半絶縁
基板上に形成するようにしたから、上述の寄生容量に起
因するクロストークをなくすことができるようになるも
のである。
When the layer at the boundary between adjacent elements is grounded and used as in the present invention, the grounded layer acts as an electromagnetic shield surface, so that light emission through the light emitting surface and the light receiving surface is performed. Crosstalk between transmission and reception due to electromagnetic coupling between the element and the light receiving element is eliminated, and the receiving sensitivity of the element is improved. When the substrate is n-type or p-type, the capacitance between the substrate and the electrode pad, which is an extension of the electrode attached to the layer which is not in contact with the lower device, is a parasitic capacitance. This is a capacitance that couples the light emitting element and the light receiving element, and causes crosstalk. However, as a method of not generating such parasitic capacitance, the light emitting element and the light receiving element are formed on a semi-insulating substrate, so that the crosstalk caused by the parasitic capacitance can be eliminated. is there.

【0109】以上、第1の実施の形態は、いずれも、フ
ォトニックICにおいて電極パッドなどによる容量成分
形成によるクロストークの影響を抑制するための技術で
あった。
As described above, the first embodiment is a technique for suppressing the influence of crosstalk due to the formation of a capacitance component by an electrode pad or the like in a photonic IC.

【0110】ところで、フォトニックICでは、発光素
子としてレーザ素子を形成して用いることが多い。そし
て、平面型発光素子と平面型受光素子を積層配置する場
合に境界面での反射成分によるレーザ発振の不安定動作
が問題になることがある。従って、次にこのレーザ発振
の不安定動作回避技術について説明する。
Incidentally, in photonic ICs, a laser element is often used as a light emitting element. When the planar light emitting element and the planar light receiving element are stacked and arranged, an unstable operation of laser oscillation due to a reflection component at a boundary surface may be a problem. Therefore, a technique for avoiding the unstable operation of laser oscillation will be described next.

【0111】(第2の実施の形態) [その1]ここで説明する発明は、発光素子の発振動作
の安定化を図る技術であって、半導体基板上に平面型発
光素子を積層し、前記平面型発光素子上に前記平面型発
光素子の発振波長よりも長い吸収端波長を持つ平面型受
光素子を積層した送受信フォトニックICにおいて、前
記平面型発光素子の活性層の上部のブラッグミラー層
と、前記ブラッグミラー層を経由して前記活性層に電流
を流すための電極の間に、前記発振波長と前記平面型受
光素子の吸収端波長の中間の波長を吸収端波長とする吸
収層を設けた構成とすることを特徴とするものであり、
以下、詳細を説明する。この例においては発光素子とし
てレーザ素子を想定し、レーザ素子の場合に使用するブ
ラッグミラー層をレーザ素子の発振レーザ光が透過して
受光素子との境界面で反射し、これがレーザ素子に戻っ
てくることによる影響を抑制できるようにしたフォトニ
ックICを説明する。
(Second Embodiment) [Part 1] The invention described here is a technique for stabilizing the oscillating operation of a light emitting element, and comprises stacking a planar light emitting element on a semiconductor substrate. In a transmission / reception photonic IC in which a planar light receiving element having an absorption edge wavelength longer than the oscillation wavelength of the planar light emitting element is stacked on the planar light emitting element, a Bragg mirror layer above an active layer of the planar light emitting element is provided. An absorption layer having an absorption edge wavelength between the oscillation wavelength and the absorption edge wavelength of the planar light receiving element is provided between electrodes for passing a current to the active layer via the Bragg mirror layer. It is characterized by having a configuration that
Hereinafter, the details will be described. In this example, a laser element is assumed as a light emitting element, and the oscillation laser light of the laser element transmits through the Bragg mirror layer used in the case of the laser element and is reflected at the boundary surface with the light receiving element, and this returns to the laser element A photonic IC that can suppress the influence of the photonic will be described.

【0112】図12のように、基板上に発光素子1を積
層形成し、その上に受光素子2を積層形成する構造のフ
ォトニックICにおいては、発光素子1、受光素子2間
の界面構成が光学的に不均一である。
As shown in FIG. 12, in a photonic IC having a structure in which a light-emitting element 1 is formed on a substrate and a light-receiving element 2 is formed thereon, the interface between the light-emitting element 1 and the light-receiving element 2 is changed. Optically non-uniform.

【0113】すなわち、図11のように平面型発光素子
1上に平面型受光素子2を積層した構造の場合、発光素
子1の最上層46はその上部に受光素子2が積層されて
いる領域と、電極48が積層されている領域、それ以外
の領域(誘電体のパッシベーション膜が積層されている
ことが多い)に分けられる。
That is, in the case of the structure in which the planar light-receiving element 2 is laminated on the planar light-emitting element 1 as shown in FIG. 11, the uppermost layer 46 of the light-emitting element 1 has a region on which the light-receiving element 2 is laminated. And a region where the electrode 48 is laminated, and a region other than the region (often a dielectric passivation film is laminated).

【0114】発光素子1がレーザ素子である場合、最上
層には屈折率の異なる薄い層を交互に何層も積層して構
成したブラッグミラーなどの反射鏡(ミラー層)が備え
られている。
When the light-emitting element 1 is a laser element, the uppermost layer is provided with a reflecting mirror (mirror layer) such as a Bragg mirror formed by alternately stacking thin layers having different refractive indexes.

【0115】しかしながら、本発明で用いられているよ
うな平面発光型の半導体レーザ素子でブラッグミラーに
100%の反射率を持たせるようにするためには、非常
に多くの層を積層しなければならない。これは事実上、
困難であり、100%の反射率が確保できるようになる
まで、ミラー層を積層形成することは通常無い。
However, in order to provide a Bragg mirror with 100% reflectivity in a planar light emitting type semiconductor laser device used in the present invention, it is necessary to stack a large number of layers. No. This is effectively
It is difficult and it is not usual to form a mirror layer until the reflectance of 100% can be secured.

【0116】従って、レーザ光はミラー層で完全には反
射されず、一部がミラー層を透過してミラー層の外に漏
れ出す。
Therefore, the laser beam is not completely reflected by the mirror layer, and a part of the laser beam passes through the mirror layer and leaks out of the mirror layer.

【0117】基板側に発光素子1を形成し、その上に受
光素子2を積層形成する図11のような平面型素子構造
においては、当然のことながら発光素子1の占める面積
の方が、受光素子2の占める面積よりも大きい。そのた
め、発光素子1と受光素子2の境界面である界面51
は、一部は受光素子2と接しているが、また、一部は外
部と接している。
In the planar device structure as shown in FIG. 11 in which the light emitting element 1 is formed on the substrate side and the light receiving element 2 is laminated thereon, the area occupied by the light emitting element 1 is naturally larger than that of the light receiving element 2. It is larger than the area occupied by the element 2. Therefore, the interface 51 which is a boundary surface between the light emitting element 1 and the light receiving element 2
Is partially in contact with the light receiving element 2 and partially in contact with the outside.

【0118】それ故、当該界面51では部分によって反
射率が異なることになり、発光素子1から発光されて漏
れ出した光は、当該界面51に到達すると、それぞれ位
置により異なる反射率で反射される際、レーザ素子にお
けるレーザ光発振に関係する活性領域に戻る光の割合が
発光素子1の面内で異なってくる。このような状態で
は、レーザ素子として効率の良い安定した発振は得られ
ない。
Therefore, the reflectance at the interface 51 differs depending on the portion, and the light emitted from the light-emitting element 1 and leaked out reaches the interface 51 and is reflected at different reflectances depending on the position. At this time, the ratio of light returning to the active region related to laser light oscillation in the laser element differs in the plane of the light emitting element 1. In such a state, efficient and stable oscillation as a laser element cannot be obtained.

【0119】このように発光素子、受光素子間の界面構
成が不均一であるため、界面51での不均一な反射が生
じ、これが発光素子、特にそれが面発光レーザ素子の場
合に、その動作特性を劣化させる可能性があった。
As described above, since the interface between the light emitting element and the light receiving element is non-uniform, non-uniform reflection occurs at the interface 51. This is a problem with the operation of the light emitting element, especially, the surface emitting laser element. There was a possibility of deteriorating the characteristics.

【0120】そこで、図12に示すように、本発明で
は、面発光レーザ素子(平面型レーザ素子)に不均一な
反射光が戻らないように、発光素子1であるレーザ素子
の形成領域には界面51に達するまでの部分に、レーザ
素子の発振波長を吸収するための光吸収層50を設ける
ようにする。
Therefore, as shown in FIG. 12, in the present invention, in order to prevent the non-uniform reflected light from returning to the surface emitting laser element (flat laser element), the area where the laser element as the light emitting element 1 is formed is formed. A light absorbing layer 50 for absorbing the oscillation wavelength of the laser element is provided in a portion up to the interface 51.

【0121】すなわち、図12において、基板となるn
型半導体層47上に、ブラッグミラー53を形成する。
そして、その上に真性半導体層10を積層し、さらにそ
の上にp型半導体層46を形成する。p型半導体層46
は前記真性半導体層10側にブラッグミラー52を形成
し、このブラッグミラー52の上に光吸収層50を形成
してこれらを含め、p型半導体層46としてある。そし
て、これらでレーザ素子型の発光素子1を構成する。
That is, in FIG. 12, n serving as a substrate
A Bragg mirror 53 is formed on the mold semiconductor layer 47.
Then, the intrinsic semiconductor layer 10 is stacked thereon, and the p-type semiconductor layer 46 is further formed thereon. p-type semiconductor layer 46
A Bragg mirror 52 is formed on the intrinsic semiconductor layer 10 side, and a light absorption layer 50 is formed on the Bragg mirror 52. The light absorption layer 50 is formed on the Bragg mirror 52 to form a p-type semiconductor layer 46. The light emitting element 1 of the laser element type is constituted by these.

【0122】p型半導体層46の上面が界面51であ
る。この界面51上には、n型半導体層58を形成し、
その上に真性半導体層13を形成し、さらにその上にp
型半導体層12を形成してこれらで受光素子2を構成す
る。
The upper surface of the p-type semiconductor layer 46 is the interface 51. On this interface 51, an n-type semiconductor layer 58 is formed,
An intrinsic semiconductor layer 13 is formed thereon, and furthermore, p
The light receiving element 2 is formed by forming the mold semiconductor layer 12.

【0123】48は界面51上の金属電極、49はn型
半導体層49上の金属電極、4はp型半導体層12上の
金属電極である。
Reference numeral 48 denotes a metal electrode on the interface 51; 49, a metal electrode on the n-type semiconductor layer 49; and 4, a metal electrode on the p-type semiconductor layer 12.

【0124】この場合、レーザ光は基板方向に出力され
る。従って、光伝送路となる光ファイバ45は基板背面
側に設けられる。また、受光素子2の受光波長が発光素
子1の活性層で吸収されないようにするためには、受光
素子2の受光波長は発光素子1の発光波長より長い必要
がある。
In this case, the laser light is output in the direction of the substrate. Accordingly, the optical fiber 45 serving as an optical transmission path is provided on the back side of the substrate. In order to prevent the light receiving wavelength of the light receiving element 2 from being absorbed by the active layer of the light emitting element 1, the light receiving wavelength of the light receiving element 2 needs to be longer than the light emitting wavelength of the light emitting element 1.

【0125】光吸収層50の吸収端の波長は受光素子2
の受光波長と、発光素子1の発光波長の間の波長にして
おけば、発光素子1の出力光は吸収されるが、受光素子
2への入力光は透過されるように構成できる。このよう
に、発光素子のレーザ発振動作を安定化させるために、
光吸収層50をレーザの反射ミラーであるブラッグミラ
ー52と界面51の間に設けた。
The wavelength at the absorption edge of the light absorption layer 50 is
By setting the wavelength between the light receiving wavelength of the light emitting element 1 and the light emitting wavelength of the light emitting element 1, the output light of the light emitting element 1 can be absorbed, but the input light to the light receiving element 2 can be transmitted. Thus, in order to stabilize the laser oscillation operation of the light emitting element,
The light absorbing layer 50 was provided between a Bragg mirror 52, which is a laser reflection mirror, and an interface 51.

【0126】そして、このように構成することによっ
て、界面51での不均一な反射が無くなり、レーザの発
振状態や、ビームプロファイルが安定する。
With this configuration, uneven reflection at the interface 51 is eliminated, and the laser oscillation state and the beam profile are stabilized.

【0127】[その2]上記その1は、発光素子1側に
光ファイバを結合させ、この発光素子1側から光を取り
出す例であるが、受発光の波長関係によってはこれとは
逆に、受光素子2側に光ファイバ45が結合される場合
がある。その例を、次に図13を用いて説明する。
[Part 2] The first is an example in which an optical fiber is connected to the light emitting element 1 side and light is extracted from the light emitting element 1 side. An optical fiber 45 may be coupled to the light receiving element 2 side. An example will be described next with reference to FIG.

【0128】この場合、受光素子2側に光ファイバを結
合させるので、受光素子2の後方に発光素子1が位置す
ることになり、その発光素子1からのレーザ光を光ファ
イバに導く必要があることから、途中に光吸収層を挟む
ことは出来ない。
In this case, since the optical fiber is coupled to the light receiving element 2, the light emitting element 1 is located behind the light receiving element 2, and it is necessary to guide the laser light from the light emitting element 1 to the optical fiber. Therefore, the light absorption layer cannot be interposed in the middle.

【0129】従って、このような場合は、発光素子1か
ら出力されるビームが受光素子2の反対側の端面56に
あたる部分、すなわち、受光素子2の光入射面部分での
反射率が、面内で、できるだけ一様になるようにすると
良い。この光入射面は、発光素子1の光出射面でもあ
り、発光素子1にとって光の反射の影響を受ける界面で
あるためである。
Therefore, in such a case, the reflectivity at the portion where the beam output from the light emitting element 1 hits the end face 56 on the opposite side of the light receiving element 2, that is, at the light incident surface portion of the light receiving element 2, has an in-plane reflectance. Therefore, it is good to make it as uniform as possible. This is because the light incident surface is also a light emission surface of the light emitting element 1 and is an interface of the light emitting element 1 that is affected by light reflection.

【0130】図13(a)において、14はn型半導体
による基板、13はこの基板14上の真性半導体層、1
2はこの真性半導体層13上のn型半導体層であり、こ
れらで受光素子2を形成している。また、11はこのn
型半導体層12上のp型半導体層、10はこのp型半導
体層11上の真性半導体層、9はこの真性半導体層10
上のn型半導体層である。これら11,10,9により
発光素子1を形成している。
In FIG. 13A, 14 is a substrate made of an n-type semiconductor, 13 is an intrinsic semiconductor layer on the substrate 14, 1
Reference numeral 2 denotes an n-type semiconductor layer on the intrinsic semiconductor layer 13, and these constitute the light receiving element 2. 11 is the n
P-type semiconductor layer on p-type semiconductor layer 12, 10 is an intrinsic semiconductor layer on p-type semiconductor layer 11, 9 is intrinsic semiconductor layer 10
The upper n-type semiconductor layer. The light emitting element 1 is formed by these 11, 10, and 9.

【0131】また、49は発光素子1のn型半導体層1
1に形成された金属電極、48は受光素子2のp型半導
体層12に形成した金属電極で、これら金属電極49,
48は、いずれも接地されて使用される。4は発光素子
1のp型半導体層9上に形成された金属電極で、発光素
子1の対極側の電極である。55は受光素子2の対極側
の電極であり、基板14に於ける素子積層形成側でない
方の面に形成される。
Further, reference numeral 49 denotes the n-type semiconductor layer 1 of the light emitting element 1.
Reference numeral 48 denotes a metal electrode formed on the p-type semiconductor layer 12 of the light receiving element 2.
48 are used by being grounded. Reference numeral 4 denotes a metal electrode formed on the p-type semiconductor layer 9 of the light emitting element 1, which is a counter electrode of the light emitting element 1. Reference numeral 55 denotes an electrode on the counter electrode side of the light receiving element 2, which is formed on the surface of the substrate 14 which is not on the element stacking side.

【0132】電極55は、素子1,2の光路の主たる領
域を遮ることのない領域に配されることにより、当該光
路を開口させてある。そして、この開口部分には無反射
コートを施してある(ARコート層57の形成)。
The electrode 55 is arranged in a region that does not block the main region of the optical path of the element 1 or 2, thereby opening the optical path. An antireflection coating is applied to the opening (formation of the AR coating layer 57).

【0133】本実施例では、受光素子2の光入射面部分
での反射率が、面内で、できるだけ一様になるようにす
るために、受光素子2の光入射側端面56は平坦にし、
この光入射側端面56につける電極55は、素子1,2
の光路の主たる領域を外して形成してある。特に、注意
すべきは、少なくとも発光素子1からの出力レーザ光の
ビームの主要な部分があたる領域は外し、その外側領域
に形成するという点である。
In this embodiment, in order to make the reflectivity at the light incident surface of the light receiving element 2 as uniform as possible in the plane, the light incident side end face 56 of the light receiving element 2 is flattened.
The electrode 55 attached to the light incident side end face 56 is
Of the optical path of FIG. In particular, it should be noted that at least the region where the main part of the beam of the output laser light from the light emitting element 1 hits is removed and formed outside the region.

【0134】発光素子1の発生するレーザ光のビーム径
は数学的には無限遠まで広がっており、全部を含む領域
は規定できない。
The beam diameter of the laser beam generated by the light emitting element 1 is mathematically widened to infinity, and a region including the whole cannot be defined.

【0135】また、ビームは発光素子1から出力される
と、径が広がっていく。従って、端面56で反射してレ
ーザ素子(発光素子1)の活性層に戻る光が当たる領域
は有限である。その領域は、端面56から発光素子1ま
での距離および、その中を構成する物質の屈折率による
ので、一概には決定できない。また、ビームの端の方は
パワーが小さく、反射光が戻ったとしても、発振状態に
与える影響は小さい。
When the beam is output from the light emitting element 1, the diameter increases. Therefore, the area where light reflected by the end face 56 and returned to the active layer of the laser element (light emitting element 1) is finite is finite. The region cannot be determined unconditionally because it depends on the distance from the end face 56 to the light emitting element 1 and the refractive index of the material constituting the region. In addition, the power at the end of the beam is small, and even if the reflected light returns, the influence on the oscillation state is small.

【0136】そこで、図13(b)のように、発光素子
1から出力されたビームの、端面56の部分における強
度分布のうち、そのピークパワーのレベルが1/e2
上になる部分は開口されて光路確保されるように、電極
55の形成領域を設定する。ただし、eは自然対数の底
である。
Therefore, as shown in FIG. 13B, in the intensity distribution of the beam output from the light emitting element 1 at the end face 56, the portion where the peak power level is 1 / e 2 or more is an aperture. An area for forming the electrode 55 is set so that the optical path is maintained. Here, e is the base of the natural logarithm.

【0137】光ビームの一般的に近似される分布形状に
“ガウシアンビーム”があるが、このガウシアンビーム
では、強度分布が1から1/e2 の領域で約86%のパ
ワーが含まれている。また、ビームが広がつて進むこと
を考慮すればこの程度の部分が一様になっていれば、十
分であると考えられる。
There is a “Gaussian beam” as a generally approximated distribution shape of a light beam. This Gaussian beam contains approximately 86% of power in a region where the intensity distribution is 1 to 1 / e 2 . . In addition, considering that the beam spreads and advances, it is considered sufficient if this portion is uniform.

【0138】また、レーザ素子を形成する場合、ブラッ
グミラーを積層形成してレーザ共振器を形成するが、そ
のレーザ共振器内にはできるだけ反射光は戻らない方が
望ましい。
When a laser element is formed, a laser resonator is formed by laminating Bragg mirrors, but it is desirable that reflected light does not return to the laser resonator as much as possible.

【0139】そこで、前述の1/e2 になる領域内に
は、無反射コートを施すようにした(ARコート層5
7)。無反射コートの対応波長はレーザの発振波長だけ
でなく、受光素子2の受信波長にも対応していると、受
信感度の劣化を防ぐことが出来る。また、無反射コート
は前述の1/e2 以上の領域内で一様であるのが望まし
い。通常、電極55のついている面に無反射コートを施
すと図14のように、電極55の端縁部周辺にARコー
ト層57の縁端が乗り上げる形で重なり、その部分が凹
凸72となる。
Therefore, an anti-reflection coating is applied to the area of 1 / e 2 (AR coating layer 5).
7). If the corresponding wavelength of the anti-reflection coat corresponds not only to the oscillation wavelength of the laser but also to the reception wavelength of the light receiving element 2, it is possible to prevent deterioration of the reception sensitivity. Further, it is desirable that the non-reflection coating is uniform in the above-mentioned region of 1 / e 2 or more. Normally, when an anti-reflection coating is applied to the surface on which the electrode 55 is provided, the edge of the AR coating layer 57 overlaps around the edge of the electrode 55 as shown in FIG.

【0140】そして、そのような凹凸72のある部分で
は無反射コートは十分に作用しない。従って、電極55
は前述の強度分布1/e2 になる領域のすぐ外側ではな
く、少し離れた位置外側に形成するようにし、無反射コ
ートに凹凸が出来る部分が分布強度1〜1/e2 の領域
内に入らないようにすると良い。
The anti-reflection coating does not act sufficiently on the portion having such irregularities 72. Therefore, the electrode 55
Is formed just outside the area where the above-mentioned intensity distribution 1 / e 2 is formed, but slightly outside the area, and the portion where the anti-reflection coat has irregularities is within the area where the distribution intensity is 1/1 / e 2. It is better not to enter.

【0141】あるいは、図15に示すように、受光素子
2の電極55がレーザ素子の出射光の全く当たらない部
分につけるようにても良い。どちらに電極を付けるか
は、実装形態によっても異なる。図15の例はフリップ
チップ実装が適切である。
Alternatively, as shown in FIG. 15, the electrode 55 of the light receiving element 2 may be attached to a portion where the light emitted from the laser element does not hit at all. Which electrode is to be attached depends on the mounting mode. In the example of FIG. 15, flip-chip mounting is appropriate.

【0142】さらに、レーザ共振器内に戻る光が、出来
るだけ均一であるようにするためには、受光素子2の端
面56のみでなく、受光素子2内部も発光素子1の出力
光が通過する部分は、できるだけ面方向に均一であるこ
とが望ましい。
Further, in order to make the light returning into the laser resonator as uniform as possible, the output light of the light emitting element 1 passes through not only the end face 56 of the light receiving element 2 but also the inside of the light receiving element 2. It is desirable that the portion is as uniform as possible in the plane direction.

【0143】このように、上記その2に示した実施例
は、平面型発光素子および平面型受光素子の一方の素子
上に他方の素子を積層している送受信フォトニックIC
であって、受光素子上に発光素子を形成し、受光素子側
に光ファイバを結合させる構成のフォトニックICにお
いて、前記受光素子の前記発光素子と隣接しない側の端
面における前記発光素子の出力光のパワー分布のピーク
から前記ピークの1/e2 のパワーになる部分までの領
域を外した領域に前記受光素子の金属電極を形成するこ
とを特徴とするものであり、このような領域に受光素子
側における対極側用の金属電極を配置することにより、
レーザ光の受光素子側での反射率の不均一性が生じない
ようにして、発光素子であるレーザ素子の動作特性の劣
化を防止できるようにしたものである。
As described above, the embodiment shown in the second example is a transmission / reception photonic IC in which one element of the planar light emitting element and the planar light receiving element is stacked on the other element.
In a photonic IC having a configuration in which a light emitting element is formed on a light receiving element and an optical fiber is coupled to the light receiving element side, output light of the light emitting element at an end surface of the light receiving element that is not adjacent to the light emitting element Wherein the metal electrode of the light receiving element is formed in a region excluding the region from the peak of the power distribution to the portion at which the power becomes 1 / e 2 of the peak. By arranging the metal electrode for the counter electrode side on the element side,
This is to prevent the non-uniformity of the reflectivity of the laser light on the light receiving element side, thereby preventing the deterioration of the operating characteristics of the laser element as the light emitting element.

【0144】前記その1においては、受光素子と発光素
子の界面の反射を抑えるようにするために、界面より発
光素子側に発光素子波長の吸収層を設けた。しかし、
“発光素子の波長”>“受光素子の波長”である場合、
図16(a)のように、結合させる光ファイバに近い方
に受光素子があり、発光素子からの光は受光素子を経由
して光ファイバに出力される。受光素子のバンドギャッ
プ波長が発光素子の波長より短ければ、受光素子には発
光素子の波長に対する感度はなく、クロストークにはな
らない。
In the first method, in order to suppress the reflection at the interface between the light receiving element and the light emitting element, an absorption layer for the light emitting element wavelength is provided on the light emitting element side from the interface. But,
If “wavelength of light emitting element”> “wavelength of light receiving element”,
As shown in FIG. 16A, there is a light receiving element near the optical fiber to be coupled, and light from the light emitting element is output to the optical fiber via the light receiving element. If the bandgap wavelength of the light receiving element is shorter than the wavelength of the light emitting element, the light receiving element has no sensitivity to the wavelength of the light emitting element and does not cause crosstalk.

【0145】このような波長関係では、発光素子、受光
素子の順序を逆にすると、発光素子が受光素子の受光す
るべき光を吸収してしまい、受信が出来ない。従って、
光吸収層を設けることが出来ない。
In such a wavelength relationship, if the order of the light emitting element and the light receiving element is reversed, the light emitting element absorbs the light to be received by the light receiving element and cannot receive. Therefore,
The light absorbing layer cannot be provided.

【0146】発光素子がレーザである場合、発光素子の
出力側のブラッグミラーは出力光を取り出すために反射
率をやや低くしてあり、受光素子側に光ファイバを結合
させる行成の場合、発光素子から出力された光は受光素
子を経由して素子外部に放射されることになる。受光素
子2の発光素子1に隣接しない端面67は、通常受光素
子に電圧を印加するための金属電極68がリング状に積
層されている。端面67で反射した発光素子の出力光は
反射率が低めに設計されたブラッグミラーを経由して発
光素子の活性層に戻る。端面67の発光素子からの光が
当たる部分に関して反射率が面内で均一で無い場合、活
性層に戻る光の割合が活性層の有効な領域内で不均一に
なる。その結果、発光素子の出力が効率の悪い不安定な
ものになる可能性がある。
When the light-emitting element is a laser, the Bragg mirror on the output side of the light-emitting element has a slightly lower reflectivity to extract output light. Light output from the element is radiated outside the element via the light receiving element. On the end face 67 of the light receiving element 2 which is not adjacent to the light emitting element 1, a metal electrode 68 for applying a voltage to the light receiving element is usually laminated in a ring shape. The output light of the light emitting element reflected by the end face 67 returns to the active layer of the light emitting element via a Bragg mirror designed to have a lower reflectance. If the reflectance of the end face 67 where the light from the light emitting element shines is not uniform in the plane, the ratio of the light returning to the active layer becomes non-uniform in the effective area of the active layer. As a result, there is a possibility that the output of the light emitting element becomes unstable with low efficiency.

【0147】このような問題を回避するために、その2
の本発明では、発光素子から出力された光が受光素子の
端面67に当たる領域では、端面67の反射率を均一に
すべく、その領域の外に金属電極を配置した。発光素子
から出力された光が当たる領域の定義は難しい問題であ
るが、一般に光ビームの径はそのピークパワーの1/e
2 になる部分の直径を以て表すことが多い。また、光ビ
ームの形状として一般に近似されるガウシアンビームで
はピークから1/e2 になる部分までに光パワーの大部
分(>86%)が含まれている。
In order to avoid such a problem, the second
In the present invention, in a region where the light output from the light emitting element hits the end face 67 of the light receiving element, the metal electrode is arranged outside the area in order to make the reflectivity of the end face 67 uniform. Although it is difficult to define the area where the light output from the light emitting element falls, the diameter of the light beam is generally 1 / e of its peak power.
It is often expressed by the diameter of the part that becomes 2 . Further, in a Gaussian beam generally approximated as the shape of a light beam, most of the light power (> 86%) is included from the peak to 1 / e 2 .

【0148】さらに、発光素子から出力された光は伝搬
するに従って広がっていく。従って、ビームの端の方の
光は端面67に垂直からややずれた角度で反射されるた
め、図16(b)のように、反射光は発光素子の有効な
活性領域の外に戻ってくる。そのため、ビームの全領域
に関して端面67の反射率が均一である必要はなく、端
の方であれば不均一な部分があっても良い。上述の1/
2 になるまでの領域はその目安であり、これ以下の分
布強度領域は反射率不均一となっても支障がない。それ
故、受光素子の対極側の金属電極形成位置を、発光素子
の出射レーザ光の強度分布が、1/e2 以下の領域にす
ることで、レーザ光の受光素子側での反射率の不均一性
が生じないようにして、発光素子であるレーザ素子の動
作特性の劣化を防止できるようになるものである。
Furthermore, the light output from the light emitting element spreads as it propagates. Accordingly, the light toward the end of the beam is reflected at an angle slightly deviated from the perpendicular to the end face 67, and as shown in FIG. 16B, the reflected light returns outside the effective active region of the light emitting element. . Therefore, it is not necessary that the reflectance of the end face 67 is uniform over the entire area of the beam, and an uneven portion may be present at the end. 1 /
region until the e 2 is the guide, there is no problem even below this distribution intensity region becomes reflectance nonuniformity. Therefore, by setting the position of the metal electrode on the counter electrode side of the light receiving element in a region where the intensity distribution of the laser light emitted from the light emitting element is 1 / e 2 or less, the reflectivity of the laser light on the light receiving element side is reduced. This prevents the uniformity from occurring and prevents the deterioration of the operating characteristics of the laser element as the light emitting element.

【0149】次にフォトニックICを、レンズを用いて
光を結像させないシングルモードファイバに結合して用
いる場合の例をその3として説明する。
Next, an example in which a photonic IC is used by being coupled to a single mode fiber that does not form an image of light using a lens will be described as a third example.

【0150】[その3]フォトニックICを、レンズを
用いて光を結像させないシングルモードファイバに結合
して用いる場合の例について説明する。
[Part 3] An example in which a photonic IC is used by being coupled to a single mode fiber that does not form an image of light using a lens will be described.

【0151】光ファイバとしてシングルモードファイバ
を用いる場合、レンズを使用しないバット結合を適用し
たときは、フォトニックICとの結合効率をあげるた
め、フォトニックICの構成要素である発光素子の出力
ビーム径が、光ファイバのモードフィールド径に近い値
になるように設計する必要がある。
When a single mode fiber is used as the optical fiber and the butt coupling without using a lens is applied, the output beam diameter of the light emitting element, which is a component of the photonic IC, is increased in order to increase the coupling efficiency with the photonic IC. Needs to be designed so as to be close to the mode field diameter of the optical fiber.

【0152】図17(a)はn型半導体による基板62
上に、i型半導体領域61を形成し、その上にp型半導
体領域60を形成して発光素子1とすると共に、その上
面にn型半導体層58を形成し、その上に真性半導体層
13、さらにその上にp型半導体層12を形成してこれ
ら上面の3層により受光素子2を形成した平面型素子の
積層構造型フォトニックICである。なお、48は金属
電極、45は光ファイバである。
FIG. 17A shows a substrate 62 made of an n-type semiconductor.
An i-type semiconductor region 61 is formed thereon, and a p-type semiconductor region 60 is formed thereon to form the light-emitting element 1. An n-type semiconductor layer 58 is formed on the upper surface thereof, and the intrinsic semiconductor layer 13 is formed thereon. Further, a p-type semiconductor layer 12 is formed thereon, and the light receiving element 2 is formed by the three layers on the upper surface. Incidentally, 48 is a metal electrode, and 45 is an optical fiber.

【0153】そして、この図17(a)のように、発光
素子1上に受光素子2が積層されている構造では、発光
素子1のビーム径が光ファイバ45のモード径に近づく
ように素子サイズ、電極サイズを設計すると、その上部
に積層された受光素子2は光ファイバ45のモード径よ
り小さいサイズとなり、光ファイバ45から入射した光
の一部しか受光できず、受光効率が劣化する。
In the structure in which the light receiving element 2 is stacked on the light emitting element 1 as shown in FIG. 17A, the element size is set so that the beam diameter of the light emitting element 1 approaches the mode diameter of the optical fiber 45. When the size of the electrode is designed, the light receiving element 2 laminated thereon has a smaller size than the mode diameter of the optical fiber 45, and can receive only a part of the light incident from the optical fiber 45, and the light receiving efficiency is deteriorated.

【0154】受光効率を十分に確保するためには、受光
径は光ファイバ45のモード径より大きくしたいところ
である。その場合、発光素子1の電極48は発光素子領
域の外側にあるため、電極48で決定される領域で発光
素子1のビーム径が定められるような構成では、発光素
子1のビーム径が光ファイバ48のモード径より大きく
なってしまう。
In order to ensure sufficient light receiving efficiency, the light receiving diameter is desired to be larger than the mode diameter of the optical fiber 45. In this case, since the electrode 48 of the light emitting element 1 is outside the light emitting element area, in a configuration where the beam diameter of the light emitting element 1 is determined in the area determined by the electrode 48, the beam diameter of the light emitting element 1 is It becomes larger than the mode diameter of 48.

【0155】そこで、ここでは、発光素子1と光ファイ
バ45との間、及び受光素子2と光ファイバ45との
間、いずれにおいても最高の効率で光信号の授受を可能
にする技術を確立することを目的とする。
Therefore, here, a technology is established that enables transmission and reception of optical signals with the highest efficiency between the light emitting element 1 and the optical fiber 45 and between the light receiving element 2 and the optical fiber 45. The purpose is to:

【0156】前述のように、面発光型の発光素子1上に
受光素子2を積層すると、発光素子1の径と受光素子2
の径の両方について、シングルモードファイバとの結合
条件を満たすようには出来ない。
As described above, when the light receiving element 2 is stacked on the surface emitting type light emitting element 1, the diameter of the light emitting element 1 and the light receiving element 2
Cannot satisfy the conditions for coupling with a single mode fiber.

【0157】そこで本発明では、図17(b)に示すよ
うに、発光素子1に電流狭窄層69などを設けて、当該
発光素子1の活性領域の有効径Dを限定する。ここで、
発光素子1の最上層60(その上に電極48が付き、受
光素子2が積層される層)は、前述の有効径Dよりも大
きくする。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 17B, the current confinement layer 69 and the like are provided in the light emitting element 1 to limit the effective diameter D of the active region of the light emitting element 1. here,
The uppermost layer 60 of the light emitting element 1 (the layer on which the electrode 48 is provided and the light receiving element 2 is laminated) is made larger than the effective diameter D described above.

【0158】このようにすることによって、発光素子1
上に積層する受光素子2の径の大きさを確保することが
可能となる。受光効率を考慮して、受光素子2の径は前
述の活性領域の有効径Dと同等以上の大きさを持つよう
にする。
By doing so, the light emitting element 1
It is possible to ensure the size of the diameter of the light receiving element 2 stacked thereon. In consideration of the light receiving efficiency, the diameter of the light receiving element 2 is set to be equal to or larger than the effective diameter D of the active region.

【0159】ここで発光素子1の活性領域の限定は、例
えば、図18(a)に示すように最上層のp型半導体層
60と活性層(真性半導体層61)の間に制限された通
電領域を確保するために、電流ブロック63を設ければ
良い。なお、電流ブロックとは、電流を通さない部分で
ある。
Here, the active region of the light emitting element 1 is limited, for example, by limiting the current supply between the uppermost p-type semiconductor layer 60 and the active layer (intrinsic semiconductor layer 61) as shown in FIG. In order to secure an area, a current block 63 may be provided. Note that the current block is a portion that does not pass current.

【0160】このように、電流ブロック63を有する層
をp型半導体層60と真性半導体層61との間に設けれ
ば良い。このとき、電流を通す部分64は最上層である
p型半導体層60と同じp型になっている。
As described above, the layer having the current block 63 may be provided between the p-type semiconductor layer 60 and the intrinsic semiconductor layer 61. At this time, the portion 64 through which the current flows has the same p-type as the p-type semiconductor layer 60 as the uppermost layer.

【0161】発光素子1がレーザ素子である場合に、レ
ーザ素子を形成するためには、光共振器が必要であり、
この光共振器としてブラッグミラーが必要である。本発
明の場合、このブラッグミラーは上記60,64のどち
らにあっても良い。また、電流ブロック63は、図18
(b)に示すように活性層61の中にあっても良いし、
また、活性層下のn型層の中にあっても良い。
When the light emitting element 1 is a laser element, an optical resonator is required to form the laser element.
A Bragg mirror is required as this optical resonator. In the case of the present invention, this Bragg mirror may be located in either of the above 60 and 64. In addition, the current block 63
It may be in the active layer 61 as shown in FIG.
Also, it may be in the n-type layer below the active layer.

【0162】電流ブロック層を形成するには、通常、層
内の電流を通す部分と電流をブロックする部分とをエッ
チングを用いて作り分ける。あるいは、電流を通す材料
を一様に積層した後、電流を流さない部分を不純物の拡
散などの手段によって半絶縁化して電流ブロックを形成
するようにしても良い。なお、図18では48以外の金
属電極は図示していないが、実際には存在する。
In order to form a current blocking layer, a portion for passing a current and a portion for blocking a current in the layer are usually formed separately by etching. Alternatively, a current block may be formed by uniformly laminating a material through which current flows, and then semi-insulating a portion through which current does not flow by means such as diffusion of impurities. In FIG. 18, metal electrodes other than 48 are not shown, but actually exist.

【0163】素子によっては、受光素子2に入力される
光は発光素子1を通過してくる。発光素子2のビーム径
が光ファイバ45のモード径とほぼ等しく、光ファイバ
45と素子1または2の間はバット結合されるのであれ
ば、光ファイバ45から受光素子2に入力されるビーム
のほとんどは、発光素子1の有効な活性領域を通過して
くる。
For some elements, light input to the light receiving element 2 passes through the light emitting element 1. If the beam diameter of the light emitting element 2 is substantially equal to the mode diameter of the optical fiber 45, and if the optical fiber 45 and the element 1 or 2 are butt-coupled, almost all of the beam input from the optical fiber 45 to the light receiving element 2 Pass through the effective active region of the light emitting element 1.

【0164】しかし、素子の使用法によっては、たとえ
発光素子1から光ファイバ45への結合効率を劣化させ
ても、光ファイバ45を素子に近接した位置には置かな
いようにすることも有り得る。
However, depending on the use of the device, even if the coupling efficiency from the light emitting device 1 to the optical fiber 45 is degraded, the optical fiber 45 may not be placed at a position close to the device.

【0165】このような利用ケースにも対処できるよう
に、光ファイバ45から出力されたビームの広がりを考
慮して、電流ブロック63は受光素子2の受光波長に対
して透明(つまり、透過性)であることが望ましい。
In order to cope with such a use case, in consideration of the spread of the beam output from the optical fiber 45, the current block 63 is transparent (that is, transparent) with respect to the light receiving wavelength of the light receiving element 2. It is desirable that

【0166】また、上述の例は電流狭窄層を用いて発光
素子1のビーム径を制限し、かつ、受光素子2の径を十
分に確保する方法であったが、電流狭窄層を用いずに発
光素子1のビーム径を制限し、かつ、受光素子2の径を
十分にとる方法もある。それは、図19に示す如き方法
であり、発光素子1の基板(n型半導体層)62の素子
積層形成側でない面に、対極側の金属電極64を形成す
るにあたり、当該金属電極64の開口部分の径は比較的
小さくし、発光素子1上の受光素子2は、当該開口部分
より十分に大きいに形成するものである。
In the above-described example, the beam diameter of the light emitting element 1 is limited by using the current confinement layer, and the diameter of the light receiving element 2 is sufficiently ensured. There is also a method in which the beam diameter of the light emitting element 1 is limited and the diameter of the light receiving element 2 is sufficiently large. This is a method as shown in FIG. 19, and when forming a metal electrode 64 on the counter electrode side on a surface of the substrate (n-type semiconductor layer) 62 of the light emitting element 1 which is not on the element stacking side, an opening portion of the metal electrode 64 is formed. Is relatively small, and the light receiving element 2 on the light emitting element 1 is formed to be sufficiently larger than the opening.

【0167】もちろん、基板62はn型でも良く、要は
n型またはp型の基板を用い、かつ、光を基板側から入
出力する。受光素子2を積層する側には内径の大きな電
極48を付けて、十分な径の受光素子2を積層し、発光
素子1の基板64側につける電極64で、大きな発振プ
ロファイルの一部を切り出し、出力ビーム径を決定する
ようにすることにある。
Needless to say, the substrate 62 may be an n-type substrate, that is, an n-type or p-type substrate is used, and light is input / output from the substrate side. An electrode 48 having a large inner diameter is attached to the side on which the light receiving element 2 is laminated, and the light receiving element 2 having a sufficient diameter is laminated, and a part of a large oscillation profile is cut out by the electrode 64 attached to the substrate 64 of the light emitting element 1. , The output beam diameter is determined.

【0168】しかし、この構成の場合、発光素子1は電
極64の陰で、出力ビームとして取り出されない部分で
も発光している。そして、これらの光は最終的には素子
内部で熱に変換される。そのため、素子実装時に放熱に
十分注意する必要がある。
However, in the case of this configuration, the light emitting element 1 emits light even in a portion which is not extracted as an output beam, behind the electrode 64. These lights are finally converted into heat inside the device. Therefore, it is necessary to pay sufficient attention to heat radiation when mounting the element.

【0169】この素子は、熱効率は悪いが、製作が簡単
で、低コストで製作可能である。なお、光を受光素子2
側から入出力する場合には、図20のように、発光素子
1の出力光が、受光素子2の対極側電極4を、当該電極
4によって遮られない位置に設けるようにすることが望
ましい。
Although this element has poor thermal efficiency, it is simple to manufacture and can be manufactured at low cost. In addition, the light is received by the light receiving element 2.
When inputting and outputting from the side, as shown in FIG. 20, it is desirable that the output light of the light emitting element 1 be provided at the position where the counter electrode 4 of the light receiving element 2 is not blocked by the electrode 4.

【0170】以上の実施の形態は、波長多重双方向伝送
用の光ICであるが、送受信同一波長のピンポン伝送用
のフォトニックICにも本発明は適用できる。この例を
説明する。
Although the above embodiment is directed to an optical IC for wavelength multiplexed bidirectional transmission, the present invention is also applicable to a photonic IC for ping-pong transmission of the same wavelength for transmission and reception. This example will be described.

【0171】[その4]ピンポン伝送用のフォトニック
ICについて説明する。このICは図21に示すよう
に、平面型の発光素子1、受光素子2を積層形成する
が、受光素子2は、通常の受光素子ではなく、電界吸収
型変調器と同様の作用を持つようにする。
[4] A photonic IC for ping-pong transmission will be described. As shown in FIG. 21, this IC is formed by laminating a planar light-emitting element 1 and a light-receiving element 2, and the light-receiving element 2 is not a normal light-receiving element but has the same function as an electroabsorption modulator. To

【0172】電界吸収型変調器は素子に電界(電圧)を
かけると光を吸収し(受光素子となり)、電界をかけな
いと光を透過する。図21のように、光ファイバ45に
近い方に受光素子2が来るよう、実装する。
An electro-absorption modulator absorbs light when an electric field (voltage) is applied to the element (acts as a light-receiving element), and transmits light when no electric field is applied. As shown in FIG. 21, the mounting is performed so that the light receiving element 2 comes closer to the optical fiber 45.

【0173】受信時は受光素子2に十分なバイアス電圧
を与えて光を吸収させる。送信するときは受光素子2の
バイアス電圧を小さくして光を吸収しないようにし、発
光素子1の出力光が受光素子2を透過して光ファイバ4
5に届くようにする。
At the time of reception, a sufficient bias voltage is applied to the light receiving element 2 to absorb light. When transmitting, the bias voltage of the light receiving element 2 is reduced so that light is not absorbed, and the output light of the light emitting element 1 is transmitted through the light receiving element 2 and the optical fiber 4
To reach 5.

【0174】ピンポン伝送用の送受信光ICでは、送信
・受信は同時に行わないので、第1の実施の形態で説明
した技術を適用しても、層58および層60の電磁シー
ルドとしての機能は意味がない。
In the transmission / reception optical IC for ping-pong transmission, transmission and reception are not performed at the same time. Therefore, even if the technology described in the first embodiment is applied, the function of the layers 58 and 60 as an electromagnetic shield is meaningless. There is no.

【0175】しかし、層58と60を金属電極3で結合
して接地して用いることにより、発光素子1、受光素子
2の印加電圧の極性が同一になり、周辺回路が簡単にな
る利点がある。
However, by connecting the layers 58 and 60 with the metal electrode 3 and grounding them, the polarities of the applied voltages to the light emitting element 1 and the light receiving element 2 become the same, and there is an advantage that the peripheral circuit is simplified. .

【0176】また、ピンポン伝送用の場合でも、図17
(b)に示した例のように、発光素子内にビーム径制限
のための電流狭窄層を設け、受光素子2に十分な受光径
を与えて、発光素子・受光素子双方の光ファイバとの結
合効率を向上させると良い。
Also, in the case of ping-pong transmission, FIG.
As in the example shown in (b), a current confinement layer for limiting the beam diameter is provided in the light emitting element, a sufficient light receiving diameter is given to the light receiving element 2, and the light receiving element and the light receiving element are connected to the optical fiber. It is desirable to improve the coupling efficiency.

【0177】以上、第2の実施の形態に示した発明は、
平面型の発光素子及び受光素子を縦方向に積層配置した
フォトニックICにおいて、発光素子の動作安定を図る
技術であり、また、発光素子と受光素子の光ファイバに
対する結合効率を改善する技術であった。そして、第1
及び第2の実施の形態の技術は、いずれも平面型の発光
素子と受光素子を縦方向に積層配置したものであった
が、本発明の技術は発光素子1と受光素子2がストライ
プ型のフォトニックICにも適用できる。
The invention described in the second embodiment is as follows.
This is a technique for stabilizing the operation of a light emitting element in a photonic IC in which a planar light emitting element and a light receiving element are vertically stacked, and a technique for improving the coupling efficiency of the light emitting element and the light receiving element to an optical fiber. Was. And the first
In both the techniques of the second embodiment and the second embodiment, the planar light emitting element and the light receiving element are vertically stacked, but the technique of the present invention is such that the light emitting element 1 and the light receiving element 2 are of a stripe type. It can also be applied to photonic ICs.

【0178】その例を第3の実施の形態として説明す
る。
An example will be described as a third embodiment.

【0179】(第3の実施の形態)第3の実施の形態に
おいて説明する発明は、pin構造(p型半導体層−真
性半導体層−n型半導体層からなる層構造)の発光素子
およびpin構造の受光素子のうち、一方を基板上に積
層し、当該一方の素子の最上層上あるいは最上層の延長
上に、他方の素子を、そして、当該他方の素子の最下層
の不純物型が前記一方の素子の最上層の不純物型と異な
るように積層し、前記一方の素子の最上層あるいは最上
層の延長と、前記他方の素子の最下層あるいは最下層の
延長を金属電極パターンで接続し、前記電極パターンは
少なくとも交流的に接地されて用いるようにすることを
特徴とするものである。
(Third Embodiment) The invention described in the third embodiment relates to a light emitting device having a pin structure (a layer structure including a p-type semiconductor layer, an intrinsic semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer) and a pin structure. One of the light receiving elements is stacked on the substrate, the other element is placed on the uppermost layer of the one element or on the extension of the uppermost layer, and the impurity type of the lowermost layer of the other element is the one type. Stacked so as to be different from the impurity type of the uppermost layer of the element, the uppermost layer or the extension of the uppermost layer of the one element and the extension of the lowermost layer or the lowermost layer of the other element are connected by a metal electrode pattern, The electrode pattern is characterized in that it is used by being grounded at least in an alternating current.

【0180】これは第1の実施の形態の変形であり、平
面型発光素子・受光素子を有するフォトニックICだけ
でなく、ストライプ型の発光素子・受光素子を持つフォ
トニックICにも適用できることを示すものである。
This is a modification of the first embodiment, and is applicable not only to a photonic IC having a planar light emitting element and a light receiving element but also to a photonic IC having a stripe light emitting element and a light receiving element. It is shown.

【0181】図面を参照して説明する。図22(a)
は、ストライプ型の発光素子1・受光素子2を導波路型
WDMカップラ70などを介して結合している素子の例
であり、平面図を示すもので、図22(b)はそのA‐
A断面図である。
Description will be made with reference to the drawings. FIG. 22 (a)
Is an example of an element in which a light emitting element 1 and a light receiving element 2 of a stripe type are coupled via a waveguide type WDM coupler 70 and the like, and is a plan view, and FIG.
It is A sectional drawing.

【0182】90はフォトニックIC本体であり、この
フォトニックIC本体90としては、基板91上に発光
素子1と受光素子2を並列的に配置形成している。ま
た、発光素子1及び受光素子2からフォトニックIC本
体90の光信号入出力端90aとの間には、光信号を導
くための光導波路70が形成されている。発光素子1と
受光素子2は並置配置されているので、光導波路70の
当該素子側端部は二股に分岐させてあり、発光素子1か
らの光は入出力端90aに導き、入出力端90aからの
光は受光素子2に導くことができるようにしてある。光
信号の伝送路である光ファイバ45はその先端を前記入
出力端90aに近接対向して配置される。
Reference numeral 90 denotes a photonic IC main body. As the photonic IC main body 90, a light emitting element 1 and a light receiving element 2 are arranged on a substrate 91 in parallel. An optical waveguide 70 for guiding an optical signal is formed between the light emitting element 1 and the light receiving element 2 and the optical signal input / output end 90a of the photonic IC body 90. Since the light emitting element 1 and the light receiving element 2 are juxtaposed, the element side end of the optical waveguide 70 is branched into two branches, and the light from the light emitting element 1 is guided to the input / output end 90a, and the input / output end 90a From the light receiving element 2. The optical fiber 45, which is a transmission path of an optical signal, is disposed such that its tip is close to the input / output end 90a.

【0183】すなわち、発光素子1および受光素子2に
結合される導波路70は、波長多重カップラになってお
り、光ファイバ45から入力された光を受光素子2に結
合し、発光素子1から出力された光を光ファイバ45に
結合する。
That is, the waveguide 70 coupled to the light emitting element 1 and the light receiving element 2 is a wavelength multiplexing coupler, which couples the light input from the optical fiber 45 to the light receiving element 2 and outputs the light from the light emitting element 1 The resulting light is coupled to the optical fiber 45.

【0184】図22(b)に示すように、受光素子2は
n型半導体による基板14上に真性半導体層13iと半
絶縁領域71からなる層が積層され、さらにその上にp
型半導体層12pが積層された構成である。
As shown in FIG. 22 (b), the light receiving element 2 has a layer composed of an intrinsic semiconductor layer 13i and a semi-insulating region 71 laminated on a substrate 14 made of an n-type semiconductor.
This is a configuration in which the type semiconductor layers 12p are stacked.

【0185】p型半導体層12p上にはさらにn型半導
体層11i、真性半導体層11i、p型半導体層9pが
順に積層され、これら12p,11i,9pで発光素子
1を構成している。4はp型半導体層9p上の電極、3
はn型半導体層3に形成された接地用の電極である。
On the p-type semiconductor layer 12p, an n-type semiconductor layer 11i, an intrinsic semiconductor layer 11i, and a p-type semiconductor layer 9p are sequentially laminated. The light-emitting element 1 is composed of these 12p, 11i, and 9p. 4 is an electrode on the p-type semiconductor layer 9p;
Is a ground electrode formed on the n-type semiconductor layer 3.

【0186】図22の構成の場合、受光素子2の最上層
にあるp型半導体層12p上に発光素子1が積層されて
いるが、素子の有効領域は重なっていない。すなわち、
受光素子2の真性半導体層13iは、発光素子1の形成
位置から完全にずれた位置に形成し、発光素子として機
能させる領域を残して他を半絶縁領域71とすること
で、発光素子1と受光素子2は互いが重ならないよう
に、配置してある。
In the structure shown in FIG. 22, the light emitting element 1 is stacked on the p-type semiconductor layer 12p on the uppermost layer of the light receiving element 2, but the effective areas of the element do not overlap. That is,
The intrinsic semiconductor layer 13i of the light-receiving element 2 is formed at a position completely deviated from the position where the light-emitting element 1 is formed. The light receiving elements 2 are arranged so that they do not overlap each other.

【0187】この例でも、第1の実施の形態で説明した
例と同様に、発光素子1と受光素子2が接する層11n
および12pを金属電極3で接続し、この電極3を接地
して使用する。
In this example, as in the example described in the first embodiment, the layer 11n where the light emitting element 1 and the light receiving element 2 are in contact with each other.
And 12p are connected by a metal electrode 3, and this electrode 3 is used by grounding.

【0188】発光素子1および受光素子2に結合される
導波路70は、波長多重カップラになっており、光ファ
イバ45から入力された光を受光素子2に結合し、発光
素子1から出力された光を光ファイバ45に結合する。
The waveguide 70 coupled to the light emitting element 1 and the light receiving element 2 is a wavelength multiplexing coupler, which couples light input from the optical fiber 45 to the light receiving element 2 and outputs light from the light emitting element 1. The light is coupled to the optical fiber 45.

【0189】図23はストライプ型の発光素子1とスト
ライプ型の受光素子2を上下に積み重ねて2層構造に配
置したフォトニックICの例であって、図23(a)は
平面図を、そして、図23(b)はそのB−B断面図を
示す。70a,70bは光導波路である。
FIG. 23 shows an example of a photonic IC in which a stripe type light emitting element 1 and a stripe type light receiving element 2 are vertically stacked and arranged in a two-layer structure. FIG. 23 (a) is a plan view and FIG. FIG. 23B shows a cross-sectional view taken along the line BB. 70a and 70b are optical waveguides.

【0190】このように、ストライプ型の発光素子、受
光素子を上下に積み重ねても良い。発光素子1、受光素
子2の境界の層を金属電極で接続し、接地して用いるの
は図22(a)の場合と同様である。光導波路70a,
70bは波長多重カップラ賭して機能するものであり、
導波路70aと70Bを縦に積層し、導波路間結合量の
波長依存性を利用して製作されている。
As described above, the light emitting element and the light receiving element of the stripe type may be vertically stacked. The boundary layer between the light-emitting element 1 and the light-receiving element 2 is connected by a metal electrode and grounded for use as in the case of FIG. The optical waveguide 70a,
70b functions by wavelength multiplexing coupler betting,
The waveguides 70a and 70B are vertically stacked and manufactured using the wavelength dependence of the coupling amount between the waveguides.

【0191】図22の例では、波長多重カップラを使用
して、双方向波長多重伝送に対応しているが、波長多重
カップラのかわりに、パワースプリッタを使用して、同
一波長ピンポン伝送に対応するようにしても良い。
In the example of FIG. 22, two-way wavelength multiplexing transmission is supported by using a wavelength multiplexing coupler. However, the same wavelength ping-pong transmission is supported by using a power splitter instead of the wavelength multiplexing coupler. You may do it.

【0192】このように、スリット型のフォトニックI
Cにおいても、発光素子1と受光素子2は、一方の素子
のn型層と他方の素子のp型層が隣接するように、一方
の素子上に他方の素子が積層させて構成し、前記隣接し
ている一方の素子のn型層と他方の素子のp型層を電極
パターンで接続すると共に、この電極パターンは少なく
とも交流的に接地して用いる構成とした。
As described above, the slit type photonic I
C, the light-emitting element 1 and the light-receiving element 2 are each formed by stacking the other element on one element so that the n-type layer of one element is adjacent to the p-type layer of the other element. The adjacent n-type layer of one element and the p-type layer of the other element are connected by an electrode pattern, and this electrode pattern is configured to be at least AC grounded.

【0193】そして、これにより、発光素子1のn型層
と受光素子2のp型層が隣接するか、発光素子1のp型
層と受光素子2のn型層が隣接する配置構造になり、当
該隣接しているp型層とn型層をフォトニックIC内の
電極パターン3で接続し、接続した電極3は電気的に接
地して使用するので、平面型の発光素子と受光素子とを
重ね合わせて配置する第1の実施の形態同様、電源の簡
素化と、クロストークの抑制を図ることができる。
Thus, an arrangement structure is obtained in which the n-type layer of the light-emitting element 1 is adjacent to the p-type layer of the light-receiving element 2, or the p-type layer of the light-emitting element 1 is adjacent to the n-type layer of the light-receiving element 2. The adjacent p-type layer and n-type layer are connected by an electrode pattern 3 in the photonic IC, and the connected electrode 3 is electrically grounded for use. As in the first embodiment in which the power supplies are overlapped with each other, simplification of the power supply and suppression of crosstalk can be achieved.

【0194】すなわち、発光素子1は通常、ダイオード
構造に順バイアスになるような極性の電圧を印加し、受
光素子2は逆バイアスになるような極性で電圧を印加す
る。従って、上述のように隣接するp型層とn型層を電
極パターン3で接続し、この電極パターン3を接地して
用いるようにすると、発光素子1と受光素子2にかける
電圧の正負が同じになる。その結果、素子を駆動するた
めの回路の電源電圧が正負いずれかの一方のみ、すなわ
ち、直流単一電源で良くなり、電子回路構成が単純化で
きる。
That is, the light emitting element 1 normally applies a voltage having a polarity such that a forward bias is applied to the diode structure, and the light receiving element 2 applies a voltage having a polarity such that the reverse bias is applied. Therefore, when the adjacent p-type layer and n-type layer are connected by the electrode pattern 3 as described above and this electrode pattern 3 is used by grounding, the positive and negative voltages applied to the light emitting element 1 and the light receiving element 2 are the same. become. As a result, the power supply voltage of the circuit for driving the elements can be either positive or negative, that is, only a single DC power supply can be used, and the electronic circuit configuration can be simplified.

【0195】また、本発明のように、隣接する素子との
境界にある層を接地して用いることにより、接地された
層(図22の構成ではp型半導体層12pとn型半導体
層11n)が電磁シールド面として作用する。従って、
発光面、受光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的
な結合による送信−受信間のクロストークが無くなり、
素子の受信感度が改善される。
Further, as in the present invention, the layer at the boundary between adjacent elements is grounded and used, so that the grounded layer (the p-type semiconductor layer 12p and the n-type semiconductor layer 11n in the configuration of FIG. 22) is used. Acts as an electromagnetic shield surface. Therefore,
Crosstalk between transmission and reception due to electromagnetic coupling between the light emitting element and the light receiving element through the light emitting surface and the light receiving surface is eliminated,
The receiving sensitivity of the element is improved.

【0196】以上の例では、比較的単純な素子構成を例
にとって、発明に直接関連する部分のみを示した。実際
の素子では、性能向上のため様々な工夫がなされるが、
本発明はそのような工夫がなされた素子についても適用
可能である。また、実施の形態で説明した各例は、便宜
上、上下、あるいは縦横、左右の方向性を特定して説明
しているが、これはあくまでも便宜的なものであり、方
向の基準の置き方に応じて、説明上、相対的に決まるも
ので制限されるものではない。
In the above example, only a portion directly related to the present invention is shown, taking a relatively simple element configuration as an example. In actual devices, various measures are taken to improve the performance,
The present invention is also applicable to a device with such a device. Further, in each example described in the embodiment, for convenience, up and down, or vertical and horizontal, left and right directionality is specified and described, but this is only for convenience, and how to set the direction reference Accordingly, for the sake of explanation, it is determined relatively and is not limited.

【0197】[0197]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
面型送受信フォトニックICの受光素子−発光素子間の
界面の層を接地する構成としたので、これにより、送受
信間の電気的クロストークを軽減し、受信感度向上を図
ることができるようになり、また、発光素子に受光素子
から反射して来た不均一な反射戻り光が無いようにした
ことにより、発振状態を安定化させることができるよう
になり、伝送特性を向上させることができるようなる。
さらに、発光素子のビーム径を電流狭窄層によって決定
し、受光素子が積層される面の径を限定しないことによ
って、発光素子、受光素子とも光ファイバとの結合条件
が満たされるようにした。その結果、十分な出力光パワ
ーと受信感度が得られ、伝送特性の向上を図ることがで
きるようになる。
As described above, according to the present invention,
Since the interface layer between the light receiving element and the light emitting element of the surface type transmission / reception photonic IC is configured to be grounded, electric crosstalk between transmission / reception can be reduced and the reception sensitivity can be improved. In addition, since the light emitting element does not have the non-uniform reflected return light reflected from the light receiving element, the oscillation state can be stabilized, and the transmission characteristics can be improved. Become.
Further, the beam diameter of the light emitting element is determined by the current confinement layer, and the diameter of the surface on which the light receiving element is laminated is not limited, so that the light emitting element and the light receiving element satisfy the coupling condition with the optical fiber. As a result, sufficient output light power and reception sensitivity can be obtained, and transmission characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を説明するための図であって、本発明の
概念図を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining a conceptual diagram of the present invention.

【図2】本発明を説明するための図であって、本発明の
第1の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 2 is a view for explaining the present invention, showing one of the first embodiments of the present invention.

【図3】本発明を説明するための図であって、本発明の
第1の実施の形態における電極4形状の一例を示す平面
図である。
FIG. 3 is a view for explaining the present invention, and is a plan view showing an example of the shape of the electrode 4 according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明が解決しようとする問題点を説明するた
めの図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a problem to be solved by the present invention.

【図5】問題点を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a problem.

【図6】本発明を説明するための図であって、本発明の
第2の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 6 is a view for explaining the present invention, showing one of the second embodiments of the present invention.

【図7】本発明が解決しようとする問題点を説明するた
めの図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a problem to be solved by the present invention.

【図8】本発明を説明するための図であって、本発明の
第1の実施の形態を示した図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram showing the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明を説明するための図であって、本発明を
フリップチップ実装に適用する場合の構成例を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram showing a configuration example when the present invention is applied to flip chip mounting.

【図10】本発明を説明するための図であって、本発明
のフォトニックICの実装方法の例を示した図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the present invention, showing an example of a mounting method of the photonic IC of the present invention.

【図11】本発明が解決しようとする別の問題点を説明
するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining another problem to be solved by the present invention.

【図12】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 12 is a view for explaining the present invention, showing one of the second embodiments of the present invention.

【図13】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the present invention, showing one of the second embodiments of the present invention.

【図14】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図15】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図16】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態の一例を説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining an example of the second embodiment of the present invention.

【図17】本発明を説明するための図であって、本発明
の第3の実施の形態を説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining the third embodiment of the present invention.

【図18】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態の一例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining the present invention, showing an example of the second embodiment of the present invention.

【図19】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention.

【図20】本発明を説明するための図であって、本発明
の第2の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 20 is a view for explaining the present invention, showing one of the second embodiments of the present invention.

【図21】本発明を説明するための図であって、本発明
第2の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 21 is a view for explaining the present invention, showing one of the second embodiments of the present invention.

【図22】本発明を説明するための図であって、本発明
の第3の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 22 is a view for explaining the present invention, showing one of the third embodiments of the present invention.

【図23】本発明を説明するための図であって、本発明
の第3の実施の形態の一つを示す図である。
FIG. 23 is a view for explaining the present invention, showing one of the third embodiments of the present invention.

【図24】従来例を説明するための図である。FIG. 24 is a diagram for explaining a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…発光素子 2…受光素子 3,4,5,6,7,8,32,34,39,48,4
9,55,59,66,68…金属電極 9,12,20,46…p層(p型半導体層) 10,13,19,22…i層(真性半導体層) 11,18,21,30,47,58…n層(n型半導
体層) 14,62…n層(基板) 15…層12につけられた電極 16…層11につけられた電極 17…電極15と16を接続する電極 23…p層(基板) 24…誘電体層 25,26,33,38,40…ボンディング用電極パ
ッド 27,60…p型領域(p型半導体領域) 28,61…i領域(真性半導体領域) 29,51,54,56,67…界面 31…半絶縁基板 35,36,65…寄生容量 37…グラウンド電極 41…フリップチップ用台 42…サブマウント 43…フォトニックパット基板 44…素子領域 45…光ファイバ 50…吸収層 52,53…ブラッグミラー 57…無反射コート 63…電流ブロック 64…電流通過領域 69…電流狭窄層 70…波長多重カップラ 71…半絶縁領域 72…無反射コートの凹凸部 73…導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light-emitting element 2 ... Light-receiving element 3, 4, 5, 6, 7, 8, 32, 34, 39, 48, 4
9, 55, 59, 66, 68 ... metal electrode 9, 12, 20, 46 ... p layer (p-type semiconductor layer) 10, 13, 19, 22 ... i layer (intrinsic semiconductor layer) 11, 18, 21, 30 , 47, 58... N-layer (n-type semiconductor layer) 14, 62... N-layer (substrate) 15... Electrode provided on layer 12 16. Electrode provided on layer 11 17. Electrode connecting electrodes 15 and 16 23. p layer (substrate) 24 dielectric layer 25, 26, 33, 38, 40 bonding electrode pad 27, 60 p type region (p type semiconductor region) 28, 61 ... i region (intrinsic semiconductor region) 29, 51, 54, 56, 67 Interface 31 Semi-insulating substrate 35, 36, 65 Parasitic capacitance 37 Ground electrode 41 Substrate for flip chip 42 Submount 43 Photonic pad substrate 44 Element region 45 Optical fiber 50 ... Absorbing layers 52 and 53 Bragg mirror 57 Non-reflective coating 63 Current block 64 Current passing area 69 Current constricting layer 70 Wavelength multiplex coupler 71 Semi-insulating area 72 Non-reflective coating irregularities 73 Waveguide

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】平面型発光素子および平面型受光素子をこ
れらのうちの一方の素子のn型半導体層と他方の素子の
p型半導体層が隣接するように、一方の素子に重ねて他
方の素子が積層されている送受信フォトニックICにお
いて、 前記隣接している一方の素子のn型層と他方の素子のp
型層が前記IC内において電極パターンで接続され、前
記電極パターンは少なくとも交流的に接地されて用いら
れることを特徴とする送受信フォトニックIC。
1. A planar light emitting element and a planar light receiving element are superposed on one element such that an n-type semiconductor layer of one of the elements and a p-type semiconductor layer of the other element are adjacent to each other. In a transmission / reception photonic IC in which elements are stacked, the n-type layer of one of the adjacent elements and the p-type layer of the other
A transmitting / receiving photonic IC, wherein a mold layer is connected by an electrode pattern in the IC, and the electrode pattern is used by being grounded at least in an AC manner.
【請求項2】請求項1に記載の送受信用フォトニックI
Cにおいて、 前記ICは絶縁基板上または半絶縁基板上に形成されて
いることを特徴とする送受信フォトニックIC。
2. The transmitting / receiving photonic I according to claim 1.
C. The transmitting / receiving photonic IC according to C, wherein the IC is formed on an insulating substrate or a semi-insulating substrate.
【請求項3】半導体基板上に平面型発光素子を積層し、
前記平面型発光素子上に前記平面型発光素子の発振波長
よりも長い吸収端波長を持つ平面型受光素子を積層した
送受信フォトニックICにおいて、 前記平面型発光素子は一対のブラッグミラー層を活性層
を介して前記積層方向に配置させると共に、前記半導体
基板より遠い側のブラッグミラー層と、前記ブラッグミ
ラー層を経由して前記活性層に電流を流すための電極の
間に、前記発振波長と前記平面型受光素子の吸収端波長
の中間の波長を吸収端波長とする吸収層を設けたことを
特徴とする送受信フォトニックIC。
3. A planar light emitting device is laminated on a semiconductor substrate,
In a transmission / reception photonic IC in which a planar light receiving element having an absorption edge wavelength longer than the oscillation wavelength of the planar light emitting element is stacked on the planar light emitting element, the planar light emitting element includes a pair of Bragg mirror layers as active layers. And the Bragg mirror layer on the far side from the semiconductor substrate, between the electrode for passing a current to the active layer via the Bragg mirror layer, the oscillation wavelength and the A transmission / reception photonic IC comprising an absorption layer having an absorption end wavelength at an intermediate wavelength of the absorption end wavelength of the planar light receiving element.
【請求項4】平面型発光素子および平面型受光素子のう
ち、いずれか一方の素子に重ねて他方の素子を積層して
なる送受信フォトニックICにおいて、 前記受光素子の電極を前記発光素子と隣接しない側の端
面における前記発光素子の出力光のパワー分布が、その
ピークの1/e2 (eは自然対数の底)以下の範囲の領
域を外して形成することを特徴とする送受信フォトニッ
クIC。
4. A transmission / reception photonic IC in which one of a planar light-emitting element and a planar light-receiving element is stacked on top of another element, wherein an electrode of the light-receiving element is adjacent to the light-emitting element. A transmission / reception photonic IC wherein the power distribution of the output light of the light emitting element on the end face on the non-existing side is formed outside a region of 1 / e 2 (e is the base of natural logarithm) or less of its peak. .
【請求項5】請求項4記載の送受信フォトニックICに
おいて、 前記領域内がほぼ均一に無反射コートされており、前記
無反射コートの対応波長帯域は前記発光素子の発光波長
と前記受光素子の受光波長を含むことを特徴とする送受
信フォトニックIC。
5. The transmission / reception photonic IC according to claim 4, wherein the area is substantially uniformly coated with a non-reflection coating, and a wavelength band corresponding to the non-reflection coating corresponds to an emission wavelength of the light-emitting element and a wavelength of the light-receiving element. A transmitting / receiving photonic IC including a light receiving wavelength.
【請求項6】平面型発光素子上に平面型受光素子を積層
した送受信フォトニックICにおいて、 前記発光素子は実効的な活性領域が電流ブロックなどの
構造によって限定されており、 前記受光素子は前記限定された実効的な活性領域の上部
に形成され、前記受光素子の受光層における有効な受光
領域は、前記発光素子の出力光が当該受光層に到達する
と仮定した場合に、前記出力光の前記受光層を含む平面
に到達した全パワーの少なくとも95%以上が含まれる
範囲を占めるべく構成することを特徴とする送受信フォ
トニックIC。
6. A transmitting / receiving photonic IC in which a planar light receiving element is stacked on a planar light emitting element, wherein the light emitting element has an effective active area limited by a structure such as a current block. Formed above the limited effective active area, the effective light receiving area in the light receiving layer of the light receiving element, assuming that the output light of the light emitting element reaches the light receiving layer, A transmission / reception photonic IC, wherein the transmission / reception photonic IC is configured to occupy a range including at least 95% or more of the total power reaching a plane including a light receiving layer.
【請求項7】pin構造の発光素子およびpin構造の
受光素子を積層配置した送受信用フォトニックICであ
って、 前記発光素子または受光素子のうち、いずれか一方が基
板上に積層形成され、当該一方の素子の最上層上あるい
はその延長上に、他方の素子を形成すると共に、これら
素子は、前記他方の素子の最下層の不純物型が前記一方
の素子の最上層の不純物型と異なるように積層し、か
つ、これら両層は金属電極パターンで接続してなり、前
記電極パターンは少なくとも交流的に接地されて用いら
れることを特徴とする送受信フォトニックIC。
7. A transmission / reception photonic IC in which a light emitting element having a pin structure and a light receiving element having a pin structure are stacked, and one of the light emitting element and the light receiving element is stacked on a substrate. The other element is formed on the uppermost layer of one element or on an extension thereof, and these elements are formed such that the impurity type of the lowermost layer of the other element is different from the impurity type of the uppermost layer of the one element. A transmission / reception photonic IC wherein the two layers are stacked and connected by a metal electrode pattern, and the electrode pattern is at least AC grounded.
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