JPS5816620B2 - 光集積回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光集積回路装置（以下に光ＩＣ装置と記す）に
関するものである。

最近光ファイバの急速な進歩により光通信の実用化に対
する関心が高くなるにつれて光通信システムに不可欠な
光源、変調用素子、光検出用素子等の光素子部品を一体
化する、いわゆる光ＩＣの研究が盛んとなっている。

現在、半導体を用いる光ＩＣにおいては Ｇ ａ Ａ ｌＡ ｓ系の物質を用いて光源、導波路、
光変調器、光検出器の集積化がなされており、半導体の
ｐｎ接合を用いて発光、光変調、受光が行われる。

しかして、通常、発光の場合はｐｎ接合の順方向に素子
をバイアスし、変調、受光にはｐｎ接合の逆方向特性を
利用する。

このため、光ＩＣの設計ではこれらの素子間の光の結合
のみならず電気的な絶縁も問題となる。

従来の光ＩＣ装置では、光素子間の電気的絶縁は、素子
と素子の間をエツチングで取り除き、空間をつくって電
気的な絶縁を行ってきた。

しかし光ＩＣでは、素子間の光の効率的な伝般が不可欠
であるため、この空気による絶縁は光の伝送上、損失が
多くなり好ましくない。

本発明は光の高効率な伝送が可能で、しかも良好な素子
間の電気的絶縁を図ることができる光ＩＣ装置を提供す
るものである。

以下本発明を図面とともに実施例に基いて説明する。

第１図ａ、ｂは本発明の光ＩＣ装置の一実施例を示す平
面図及び断面図である。

本実施例装置は発光素子Ｉ、変調素子■を、同一基板で
あるｎ−Ｇ ａ Ａ ｓ基板２４の上に一直線上に配設
したもので、発光素子Ｉの活性領域であるＧａ１−、Ａ
Ｉ、ＡｓＯ＜ ｙ ＜ １）２２の側面で、変調素子■
との間には高抵抗Ｇ ａ Ａ ｓ １□Ｐｘ層２７を、
変調器と反対側の側面には高抵抗Ｇ ａ Ａ ｓ １−
ｚ Ｐｚ層２８を埋め込んだものである。

この場合Ｇａ Ｉ−ｙＡＩｙＡｓ層２２の禁制帯幅はＧ
ａ Ａ ｓ １− ｘ ＰＸ層２７のそれより小さく
、ＧａＡｓ１−ｚＰｚ層２８のそれより大きくしておく
。

そうすることにより、発光素子Ｉの両端から出た光で、
図の左側へ進む光は、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ層２層中層中
７中収ず、変調素子■にまで達し、ここで効率良く変調
することができ、また、右側へ進む光は、ＧａＡｓ １
−２Ｐ２層２８中で吸収されてそれにより光起電力がＧ
ａＡｓ 、−２Ｐ２層２８の両端に発生するので、Ｇａ
Ａｓ Ｉ−ｚＰｚ層２８の表面に形成した電極２５“と
裏面電極２６との間の光起電力を取り出すことにより発
光の大きさを検出することができる。

埋め込み層はＧａＡｓＰでなくてもよいが、ＧａＩ−ｙ
ＡＩｙＡｓ層２２とマツチングが良い材料で高抵抗であ
れは何でもよい。

以下上記実施例装置の製造方法及びその使用法を詳しく
述べる。

第２図ａ ” ｅは同実施例装置を製造する時の工程図
である。

先ずｎ−ＧａＡｓ基板２４の上に液相エピタキシャル法
でｎ−Ｇａ□、７ＡＩ（３３Ａｓ層２１、Ｐ−Ｇ ａｏ
、ｇ５Ａ ｌＯ，０５Ａ ｓ層２２、Ｐ−Ｇａ０．７Ａ
Ｉ□、３Ａｓ層２３を順次エピタキシャル成長する。

成長層の厚さは各々、２μｍ、０，５μｍ、１μｍとす
る（第２図ａ）。

次にＰ−Ｇａ０４Ａ Ｉ□、３Ａ ｓ層２３の表面にＳ
ｉｎ！膜３０膜付０膜付０さ３００μｍ、幅５０μｍの
長方形を一直線上に２つ、３００μｍ間隔をあけて形成
し、それ以外のＳｉＯ２膜３０全３０全３０（第２図ｂ
）。

次にエツチング除去した領域に高抵抗ＧａＡｓ層２８を
、気相成、長法で埋め込み、その高さがＰ−Ｇ ａＯ，
７Ａ ｌ □、３ Ａ ｓ層２３の表面と一致するまで
成長する。

高抵抗Ｇ ａ Ａ Ｓ□、ｇ Ｐｏ、１層２８は熱分解
法で６５０℃で成長し、高抵抗にするためにＦｅをドー
プした。

これによりＧａＡｓ層２８の比抵抗は１０５Ω−儂にな
った（第２図Ｃ）。

次に発光素子Ｉの右側のＧ ａ Ａ ｓ埋め込み層板外
の埋め込み層にＡＩをイオン注入法で打ち込んでＧａｇ
４５ＡＩ□、１５Ａｓ層２７に変換する。

イオン注入により形成されたＧ ａ□、 ｓ！Ｊ Ａ
Ｉ Ｏ，ｌ ５ Ａ Ｓ層２７は高抵抗であり、Ｐ
Ｇ ａ □ 、ｇ５ Ａ Ｉ ｏ、０５ Ａ ８層２２
よりも禁制帯幅が大きく、発光素子Ｉからの発光に対し
ては透明であるので良好な導波路となり、発光素子Ｉの
左側から出た光は減衰することなく変調素子■にまで達
し、ここで変調を受ける。

またＧａＡｓ層２８はＰ Ｇ ａＯ，ｇ５Ａ Ｉｏ、
０５ＡＳ層２２よりも禁制帯幅が小さく、発光素子■の
右側から出た光を吸収して電子−正孔対を形成し電極２
５“と２６の間に光起電力を誘起する。

従って電極２５“は良好な光検出器となる（第２図ｄ）
。

最債に、Ｓ ｉ０２膜３０を除去し、表面に電極金属２
５．２５’及び２５“を蒸着法で形成した後、再びフォ
トエツチング技術を用いて発光素子Ｉ、変調素子■、お
よび光検出器となるＧａＡＳＯ，ｇ Ｐｏ、を層２８上
のそれぞれに金属を残し、池の領域の金属を除去する。

さらに、基板側に金属電極Ａｕ Ｇｅ２６を蒸着する
ことによりこの素子は完成する（第２図ｅ）。

次に第３図を用いて、この光ＩＣの使用実施例について
述べる。

発光素子■の電極２５に電源■１を用いて共通電極２６
に対して正電圧（直流）を印加し、発光素子Ｉに順方向
電流を流すことによって発光させる。

本実施例では順方向電流１００ ｍＡ１ＤＣ！で用いた
。

光検出素子■は定電圧電源Ｖ３を用いて共通電極２６に
対して光検出素子■の電極２５“に負電圧を印加する。

発光素子Ｉからの光は光検出素子■で受光され、このと
き電源ｖ３に直列につながれた抵抗２９に生ずる電圧変
化を検出した。

抵抗２９としてＩＯＫΩを用いたとき抵抗２９の両端に
は十分な光信号電圧が得られた。

一方、光変調用素子■に対しては共通電極２６に対し負
パルス■２を電極２５′に印加することにより発生する
高電界によって効率よく光変調を行なうことができた。

負パルスＶ３は、パルス巾１０ ｎ ｓｅｃ ｓパルス
高さＩＯＶで用いた。

第３図の実施例は光検出素子■を発光素子Ｉの光出力の
モニタとして用いており、抵抗２９の光信号電圧を検出
して、この信号を発光素子Ｉにフィードバックすること
により発光素子Ｉの光出力を一定にすることもできる。

又、第３図の実施例において、各光素子間の相互作用は
なく、電気的絶縁も良好であった。

以上説明したように本発明の光集積回路装置は、発光素
子および光変調素子が同一〇ａＡｓ基板上に形成されて
いるため、発光素子からの光を光変調素子の受光部に直
接入射させるように製造することができ、またこれらの
素子の間には、ヘテロ接合を形成するＧａＡｌＡｓ層よ
りも大きな禁制帯幅を有する高抵抗半導体層が形成され
ているため、光の吸収もなく、さらに光検出素子として
は、上記Ｇａ Ａ Ｉ Ａ ｓ層よりも小さな禁制帯幅
を有する高抵抗半導体を利用しているため、容易に光の
検出が行なえる。

さらにまた、上記高抵抗半導体層のため、各素子を独立
した異なるバイアス電圧で動作させても、その絶縁性の
良好さにより何等の支障なく、光の発光、検出、変調が
同時に行なえる〇

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは本発明の光ＩＣ装置の一実施例を示す平
面図および断面図、第２図ａ ”’−ｅは同実施例装置
の製造工程図、第３図は同実施例装置の使用説明図であ
る。 ■・・・・・・発光素子、■・・・・・・変調素子、■
・・・・・・光検出素子、２１””・・ｎ Ｇａ（３
７Ａ１ｇ、３Ａｓ層、２２””Ｐ Ｇ ａｏ−ｇ５Ａ
Ｉ□、０５Ａ Ｓ層、２３・・・・・・Ｐ−Ｇ ａ□
、７Ａ １０．３Ａ Ｓ層、２４ ・・・・・・ｎ −
Ｇ ａ Ａ ｓ基板、２５、２５’、 ２５”・・・・
・・電極、２６・・・・・・共通電極、２７・・・・・
・高抵抗ＧａＡｓ Ｐ 層、２８−ＸＸ ・・・・・・高抵抗Ｇ ａ Ａ ｓ （−ｚ Ｐ ｚ層
、２９・・・・・・抵抗、３０・・・・・・Ｓ ｉＱ２
膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｉ ＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系へテロ接合を有する発
   光素子および変調素子が離間して同一〇ａＡｓ基板上に
   形成され、前記各素子間には、前記へテロ接合を形成す
   るＧａＡｌＡｓ層の禁制帯幅より大なる禁制帯幅を有す
   る高抵抗半導体層が形成され、前記発光素子の前記変調
   素子とは対向しない側面側には、前記Ｇ ａ Ａ１３
   Ａ ｓ層の禁制帯幅より小なる禁制帯幅を有する高抵抗
   半導体層が形成され、前記小さい禁制帯幅を有する高抵
   抗半導体層を光検出素子としたことを特徴とする光集積
   回路装置。