JPS60145690A - 光双安定発光受光集積素子 - Google Patents
光双安定発光受光集積素子Info
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- JPS60145690A JPS60145690A JP59002179A JP217984A JPS60145690A JP S60145690 A JPS60145690 A JP S60145690A JP 59002179 A JP59002179 A JP 59002179A JP 217984 A JP217984 A JP 217984A JP S60145690 A JPS60145690 A JP S60145690A
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- semiconductor laser
- laser
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F3/00—Optical logic elements; Optical bistable devices
- G02F3/02—Optical bistable devices
- G02F3/026—Optical bistable devices based on laser effects
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明上、半導体を用いた光交換・光情報処理の主要
構成要素である光双安定発光受光集積素子に関する。
構成要素である光双安定発光受光集積素子に関する。
光交換・光情報処理における基本的な回路は光記憶・光
論理ψ光増幅回路であり、これらの回路は、従来の電子
回路よシも高速動作が可能な新しい回路として期待され
、基礎的な倹約が始められている。光記憶・光論理・光
増幅回路の主要な構成要素の一つに、光双安定素子があ
シ、種々の構成が考えられる。半導体材４４を用いた光
双安定素子は、特にその高速性を最も良く発揮できるも
のとして注目されている。その中に波長依存性が小さく
周囲温度の変動に対して特性が左右されないデバイスと
して、受光素子と半導体レーザを直列に並べ受光素子か
らの光電流を増幅して半導体レーザに正帰還させる構造
の光双安定素子がある。
論理ψ光増幅回路であり、これらの回路は、従来の電子
回路よシも高速動作が可能な新しい回路として期待され
、基礎的な倹約が始められている。光記憶・光論理・光
増幅回路の主要な構成要素の一つに、光双安定素子があ
シ、種々の構成が考えられる。半導体材４４を用いた光
双安定素子は、特にその高速性を最も良く発揮できるも
のとして注目されている。その中に波長依存性が小さく
周囲温度の変動に対して特性が左右されないデバイスと
して、受光素子と半導体レーザを直列に並べ受光素子か
らの光電流を増幅して半導体レーザに正帰還させる構造
の光双安定素子がある。
これについては光・量子エレクトロニクス研究会で小用
氏が報告し、電子通信学会技術研究報告０ＱＥＣ８１−
８９の第４９〜５６頁、１９８１年に記載された論文に
詳しい。
氏が報告し、電子通信学会技術研究報告０ＱＥＣ８１−
８９の第４９〜５６頁、１９８１年に記載された論文に
詳しい。
この動作原理を詳しく説明するために、第１図にその構
成図を、また第２図（ａ）及び（ｂ）に入力光Ｐｉｎに
対する出力光ｐｏｕｔの特性図を、また第３図に第１図
の構成図に基づいて集積化した光双安定素子の構造の斜
視図をそれぞれ示す。半導体レーザ１と受光素子２とは
電気的に直列に接続され、半導体レーザ１からの出力光
）’ｏｕｔを外部からの入力光Ｐｌｎとともに受光素子
２で受けている。すなわち、出力光ｐｏｕｔによシ生じ
た受光素子２の光電流Ｉｐが半導体レーザ１への注入電
流の一部として正帰還される構成となっている。受光素
子２は、一般に光入力の増加に伴って光電流Ｉｐがｆ包
、ｊｕ気味となる。したがって、ある程度の大きさの元
入力Ｐｉｎが受光素子２に結合されることによって半導
体レーザ１が発振を開始すると、これに伴って半導体レ
ーザ１からの出力光Ｐｏｕｔの一部が受光素子２に結合
されるから、受光素子２の光電流が飽和状態に達するま
で半導体レーザ１への注入袖７流は増加する。
成図を、また第２図（ａ）及び（ｂ）に入力光Ｐｉｎに
対する出力光ｐｏｕｔの特性図を、また第３図に第１図
の構成図に基づいて集積化した光双安定素子の構造の斜
視図をそれぞれ示す。半導体レーザ１と受光素子２とは
電気的に直列に接続され、半導体レーザ１からの出力光
）’ｏｕｔを外部からの入力光Ｐｌｎとともに受光素子
２で受けている。すなわち、出力光ｐｏｕｔによシ生じ
た受光素子２の光電流Ｉｐが半導体レーザ１への注入電
流の一部として正帰還される構成となっている。受光素
子２は、一般に光入力の増加に伴って光電流Ｉｐがｆ包
、ｊｕ気味となる。したがって、ある程度の大きさの元
入力Ｐｉｎが受光素子２に結合されることによって半導
体レーザ１が発振を開始すると、これに伴って半導体レ
ーザ１からの出力光Ｐｏｕｔの一部が受光素子２に結合
されるから、受光素子２の光電流が飽和状態に達するま
で半導体レーザ１への注入袖７流は増加する。
この場合、半導体レーザ１での注入電流に対する光出力
への変換効率をａ１受光素子２での光入力に対する光電
流への変換効率をｋとすると、第２図（ａ）に示すよう
にａｋ（１ではｐｉｎとｐｏｕｔの間で光双安定特性を
生じないが、同図（ｂｌに示すようにａｋ：）１では光
双安定特性が観測される。このときの構成に基づいて同
一基板上に集積化した光双安定素子の斜視図が第３図で
ある。この光双安定素子は、通常のダブルへテロ構造の
半導体レーザを作製し、エツチングにより共振器軸方向
と直角に溝３を切った構造であり、一方を半導体レーザ
１、他方を受光素子２として動作させる。両者は電気的
に直列して接続し、受光素子２で半導体レーザ１からの
出力光ｐｏｕｔの一部と外部からの入力光Ｐｉｎを同時
に受けて半導体レーザ１の側から出力光をとり出すこと
により、光双安定性に基づくヒステリシスや微分利得特
性が実現される。
への変換効率をａ１受光素子２での光入力に対する光電
流への変換効率をｋとすると、第２図（ａ）に示すよう
にａｋ（１ではｐｉｎとｐｏｕｔの間で光双安定特性を
生じないが、同図（ｂｌに示すようにａｋ：）１では光
双安定特性が観測される。このときの構成に基づいて同
一基板上に集積化した光双安定素子の斜視図が第３図で
ある。この光双安定素子は、通常のダブルへテロ構造の
半導体レーザを作製し、エツチングにより共振器軸方向
と直角に溝３を切った構造であり、一方を半導体レーザ
１、他方を受光素子２として動作させる。両者は電気的
に直列して接続し、受光素子２で半導体レーザ１からの
出力光ｐｏｕｔの一部と外部からの入力光Ｐｉｎを同時
に受けて半導体レーザ１の側から出力光をとり出すこと
により、光双安定性に基づくヒステリシスや微分利得特
性が実現される。
この構造に基づくと、レーザ発振前の半導体レーザ１か
らはＥＬ光がでているから、そのＥＬ光による注入電流
への寄与分１゜□と、入力光による注入電流への寄与分
工１ｎ半導体レーザへのバイアス電流よりとの和が発振
閾値Ｉｔｈを越えさらにａｋ〉１を満足した場合に光双
安定特性が得られる。
らはＥＬ光がでているから、そのＥＬ光による注入電流
への寄与分１゜□と、入力光による注入電流への寄与分
工１ｎ半導体レーザへのバイアス電流よりとの和が発振
閾値Ｉｔｈを越えさらにａｋ〉１を満足した場合に光双
安定特性が得られる。
通常ＥＬ光の状態では、ａの値が１０−３ｍＷ／ｍＡの
オーダーであるから、ＥＬ光によってＩＥＬＱ値を収束
させるには伺回も半導体レーザ１と受光素子２の間で光
電変換を繰り返す必要がある。受光素子２としてＰ−Ｉ
−Ｎフォトダイオードを使用した場合にはＰ−Ｉ−Ｎフ
ォトダイオード自身増幅機能をもたないので受光素子２
と半導体レーザ１の間に電流増幅器を付ける必要があり
、応答速度をはやめるためにもその光電変換の回数を少
なくする必要がある。また、受光素子２としてフォトト
ランジスタを用いる場合にも、これらの素子の応答がジ
ャンクション間の容量によって制約されるから、現状で
は数ｎｓ；ｉ’度の立上り立下シ時間が最小ｆ１１１で
ある２、正帰還の回数を増加させることｔよ従って素子
の高速動作に致命的となる。また正帰還の回数が多くな
ることは、入力光が不十分でも発振してしまうような誤
動作の原因ともなり特性の再現性を低下させる。したが
って、ＥＬ光を利用することなく■ｂとＩｉｎだけでＩ
ｔｈを越えるよ″うな構成にした、高速動作をするとと
もに特性の再現性がよい光双安定素子が望まれていた。
オーダーであるから、ＥＬ光によってＩＥＬＱ値を収束
させるには伺回も半導体レーザ１と受光素子２の間で光
電変換を繰り返す必要がある。受光素子２としてＰ−Ｉ
−Ｎフォトダイオードを使用した場合にはＰ−Ｉ−Ｎフ
ォトダイオード自身増幅機能をもたないので受光素子２
と半導体レーザ１の間に電流増幅器を付ける必要があり
、応答速度をはやめるためにもその光電変換の回数を少
なくする必要がある。また、受光素子２としてフォトト
ランジスタを用いる場合にも、これらの素子の応答がジ
ャンクション間の容量によって制約されるから、現状で
は数ｎｓ；ｉ’度の立上り立下シ時間が最小ｆ１１１で
ある２、正帰還の回数を増加させることｔよ従って素子
の高速動作に致命的となる。また正帰還の回数が多くな
ることは、入力光が不十分でも発振してしまうような誤
動作の原因ともなり特性の再現性を低下させる。したが
って、ＥＬ光を利用することなく■ｂとＩｉｎだけでＩ
ｔｈを越えるよ″うな構成にした、高速動作をするとと
もに特性の再現性がよい光双安定素子が望まれていた。
この発明の目的は、動作速度が速く、特性の再現性に優
れた光双安定発光受光集積素子の提供にある。
れた光双安定発光受光集積素子の提供にある。
この発明の構成は、活性層よりもエネルギーギャップが
大きく屈折率が小さい半導体材料でその活性層の周囲を
覆った埋め込みへテロ構造の半導体レーザ及びこの半導
体レーザと共通の半導体基板上に集積しである受光素子
からなり、この受光素子の光電流は半導体レーザの注入
電流となるとともに半導体レーザの励起光の一部は受光
素子の光吸収層に入力される光双安定発光受光集積素子
において、半導体レーザの一方の共振器面が受光素子の
受光面以外の面と溝を隔てて対向し、且つ半導体レーザ
の活性層が受光素子の光吸収層とほぼ同一平面上に位置
することを特徴とする。
大きく屈折率が小さい半導体材料でその活性層の周囲を
覆った埋め込みへテロ構造の半導体レーザ及びこの半導
体レーザと共通の半導体基板上に集積しである受光素子
からなり、この受光素子の光電流は半導体レーザの注入
電流となるとともに半導体レーザの励起光の一部は受光
素子の光吸収層に入力される光双安定発光受光集積素子
において、半導体レーザの一方の共振器面が受光素子の
受光面以外の面と溝を隔てて対向し、且つ半導体レーザ
の活性層が受光素子の光吸収層とほぼ同一平面上に位置
することを特徴とする。
この発明では、受光素子の受光面と半導体レーザの共振
器面とが対向しないように構成されてお力、半導体レー
ザからの出力光が受光素子の受光面以外の面から吸収さ
れる。半導体レーザからの出力光が小さい場合すなわち
ＥＬ光の状態では、受光素子に吸収はれるとは言っても
受光面以外の面の表面付近である。そこで、その表面付
近でキャリアが生成されても電界の効果が殆んど及ばな
いから、キャリアは再結合して消滅してしまう。
器面とが対向しないように構成されてお力、半導体レー
ザからの出力光が受光素子の受光面以外の面から吸収さ
れる。半導体レーザからの出力光が小さい場合すなわち
ＥＬ光の状態では、受光素子に吸収はれるとは言っても
受光面以外の面の表面付近である。そこで、その表面付
近でキャリアが生成されても電界の効果が殆んど及ばな
いから、キャリアは再結合して消滅してしまう。
そこで、ＥＬ光が光電流に変換されて半導体レーザへの
注入′電流として寄与することは殆んどない。
注入′電流として寄与することは殆んどない。
一方、レーザ発振した状態では、レーザ光の光強度が強
くしかも指向性があるから、半導体レーザの活性層と受
光素子の光吸収層とがほぼ同一平面上に位置していれば
受光素子の内部にまでレーザ光が達する。この場合、受
光素子で吸収されて生成されたキャリアには、′電界が
作用するから、キャリアは再結合することなく引き離さ
れて光電流として受光素子外部に取り出される。受光素
子に増幅機能がない場合は、光電流を外部で増幅して半
導体レーザへ注入電流の一部として正帰還させる。
くしかも指向性があるから、半導体レーザの活性層と受
光素子の光吸収層とがほぼ同一平面上に位置していれば
受光素子の内部にまでレーザ光が達する。この場合、受
光素子で吸収されて生成されたキャリアには、′電界が
作用するから、キャリアは再結合することなく引き離さ
れて光電流として受光素子外部に取り出される。受光素
子に増幅機能がない場合は、光電流を外部で増幅して半
導体レーザへ注入電流の一部として正帰還させる。
この構成ではＥＬ光による注入電流への寄与分ＩｇＬが
殆んど無視できるので、−回の正帰還でレーザ発振を開
始するように、バイアス電流値Ｉｂと入力光Ｐｉｎとが
調整できる。また、−回の正帰還でレーザ発振するよう
に調整すると、受光素子の入力光が弱い場合は半導体レ
ーザが発振しないから、不十分な入力光で発振してしま
うという誤動作の恐れはなくなり、特性の再現性が改善
される。また、−回の正帰還でレーザ発振させられるか
ら、高速動作が可能となる。
殆んど無視できるので、−回の正帰還でレーザ発振を開
始するように、バイアス電流値Ｉｂと入力光Ｐｉｎとが
調整できる。また、−回の正帰還でレーザ発振するよう
に調整すると、受光素子の入力光が弱い場合は半導体レ
ーザが発振しないから、不十分な入力光で発振してしま
うという誤動作の恐れはなくなり、特性の再現性が改善
される。また、−回の正帰還でレーザ発振させられるか
ら、高速動作が可能となる。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第４図はこの発明の第１の実施例の斜視図、第５図（Ｉ
ＩＬ）〜（ｉ）は第１の実施例の製造工程における中間
製品の斜視図である。壕ず、第５１７１（ａｔに示すよ
うに、半絶縁性ＩｎＰ基板１００上にｎ−ＩｎＰＭｌの
バッファ層１０１、ｎ−Ｉｎｐクラッド層１０２．ノン
ドープエｎＧａＡＳＰ活性層１０３．Ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０４を順次成長はせたｌ）Ｈ基板上に、フォトレ
ジストを塗布して通常のフォトリソグラフィーとエツチ
ングによシ第１、第２の溝ｌθ５．１０６で挟まれたメ
サ１０７を製作する。第５図（ｂ）に示すように、この
ウェハを液相成長法により、Ｐ−ＩｎＰの第１の電流ブ
ロック層１０８． ｎ−ＩｒｘＰの第２の電流ブロック
層１０９、Ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１１０、Ｐ−ＩｎＧａ
ＡＳＰキーｙツブ層１１１を順層形１１せて半導体レー
ザ２００の製作プロセスを終える。
ＩＬ）〜（ｉ）は第１の実施例の製造工程における中間
製品の斜視図である。壕ず、第５１７１（ａｔに示すよ
うに、半絶縁性ＩｎＰ基板１００上にｎ−ＩｎＰＭｌの
バッファ層１０１、ｎ−Ｉｎｐクラッド層１０２．ノン
ドープエｎＧａＡＳＰ活性層１０３．Ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０４を順次成長はせたｌ）Ｈ基板上に、フォトレ
ジストを塗布して通常のフォトリソグラフィーとエツチ
ングによシ第１、第２の溝ｌθ５．１０６で挟まれたメ
サ１０７を製作する。第５図（ｂ）に示すように、この
ウェハを液相成長法により、Ｐ−ＩｎＰの第１の電流ブ
ロック層１０８． ｎ−ＩｒｘＰの第２の電流ブロック
層１０９、Ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１１０、Ｐ−ＩｎＧａ
ＡＳＰキーｙツブ層１１１を順層形１１せて半導体レー
ザ２００の製作プロセスを終える。
第５図（Ｃ）に示すように、受光素子２０１としてＰ−
Ｉ−Ｎフォトダイオードを形成させるため、通常のフォ
トリソグラフィーとエツチングによｔ）ｎ−Ｉｎｐバッ
ファ層１０１に達する第３の溝１１２を形成する。次に
第５図（ｄ）に示すように、気相成長法により、ｎ−Ｉ
ｎＰ第２のバッファ層１１３、ｎ −ＩｎＧａＡｓ光吸
収Ａｓ光４、ｎ−Ｉｎｐｎルウインド１５を連続成長さ
せる。この場合に活性層１０３と光吸収層１１４がほぼ
同一平面上になるように層厚さ全調整する必要がある。
Ｉ−Ｎフォトダイオードを形成させるため、通常のフォ
トリソグラフィーとエツチングによｔ）ｎ−Ｉｎｐバッ
ファ層１０１に達する第３の溝１１２を形成する。次に
第５図（ｄ）に示すように、気相成長法により、ｎ−Ｉ
ｎＰ第２のバッファ層１１３、ｎ −ＩｎＧａＡｓ光吸
収Ａｓ光４、ｎ−Ｉｎｐｎルウインド１５を連続成長さ
せる。この場合に活性層１０３と光吸収層１１４がほぼ
同一平面上になるように層厚さ全調整する必要がある。
次に第５図（ｅ）に示すように、通常のフォトリソグラ
フィーとエツチングによシ半導体レーザ２００のキャッ
プ層１１１上に積層された部分を全て除くことによりほ
ぼ平面になるようにする。次に第５図（ｆ）に示すよう
に、Ｐｎ接合による空乏層を工ｎＱａＡＳ光吸収層１１
４中に形成するため、５ｉ０２膜１１６をマスクに１０
０μｍ径の円形窓１１７からＺｎ（亜鉛）ｉたはＣｄ
（カドミウム）を拡散させてウィンド層１１５、光吸収
層１１４内にＰ十領域を設ける。ＩｎＧａＡｓＰとＩｎ
Ｐの拡散速度は、例えばｚｎ拡散の場合ＩｎＧａＡｓＰ
の方が１／３程度遅い。したがって、ＩｎＧａＡｓ光吸
収層１１４中に拡散フロント奮もっていっても、半導体
レーザ２００側では工ｎＧａＡｓＰキャップ層１１１の
ために拡散フロントはＩｎＰ埋め込み層１１０中にある
。次に、第５図（ｇ）に示すようにＳｉＯ２膜１１６を
除去したあとで、受ｙＣ部１１８と電極用溝１１９を設
ける。そのために、受光素子２０１の全面に表面保腰用
として５ｉＮＸ膜を、さらにピンホール防止用として５
ｉ０２膜を重ねて蒸着し、無反射条件を満たす膜厚の反
射防止膜を形成する。次に、電極用溝１１９として、リ
ング状にその反射防止膜をバソファード・フッばで除去
する。
フィーとエツチングによシ半導体レーザ２００のキャッ
プ層１１１上に積層された部分を全て除くことによりほ
ぼ平面になるようにする。次に第５図（ｆ）に示すよう
に、Ｐｎ接合による空乏層を工ｎＱａＡＳ光吸収層１１
４中に形成するため、５ｉ０２膜１１６をマスクに１０
０μｍ径の円形窓１１７からＺｎ（亜鉛）ｉたはＣｄ
（カドミウム）を拡散させてウィンド層１１５、光吸収
層１１４内にＰ十領域を設ける。ＩｎＧａＡｓＰとＩｎ
Ｐの拡散速度は、例えばｚｎ拡散の場合ＩｎＧａＡｓＰ
の方が１／３程度遅い。したがって、ＩｎＧａＡｓ光吸
収層１１４中に拡散フロント奮もっていっても、半導体
レーザ２００側では工ｎＧａＡｓＰキャップ層１１１の
ために拡散フロントはＩｎＰ埋め込み層１１０中にある
。次に、第５図（ｇ）に示すようにＳｉＯ２膜１１６を
除去したあとで、受ｙＣ部１１８と電極用溝１１９を設
ける。そのために、受光素子２０１の全面に表面保腰用
として５ｉＮＸ膜を、さらにピンホール防止用として５
ｉ０２膜を重ねて蒸着し、無反射条件を満たす膜厚の反
射防止膜を形成する。次に、電極用溝１１９として、リ
ング状にその反射防止膜をバソファード・フッばで除去
する。
次に第５図（ｈ）に示すように全面にわたってＴｉ／Ｐ
ｔ／ＡｕをＰ側電極１２０として蒸着したのち、ｎ側電
極１２を設けるため、側面をｎ−１ｎｐ第１のバッファ
層１０１手前までエツチングし、ｎ側電極として第１の
バッファ層１０１上にＡｕＧｅＮｉのアロイ勿用いた。
ｔ／ＡｕをＰ側電極１２０として蒸着したのち、ｎ側電
極１２を設けるため、側面をｎ−１ｎｐ第１のバッファ
層１０１手前までエツチングし、ｎ側電極として第１の
バッファ層１０１上にＡｕＧｅＮｉのアロイ勿用いた。
次に第５図（ｉ）に示すように、半導体レーザ２００と
受光素子２０１を電気的に独立させて動作させるため、
両者の境界全幅２５μｍ１深ざが半絶縁性１ｎＰ基板１
００に達するようにエツチングして第４の溝１２２を形
成する。この場合半導体レーザ２００のエツチングされ
る側は共振器面であるから、共振器面での反射率が骨間
で形成された共振器面を有する半導体レーザ並の３０％
前後ろる方が望ましい。受光素子のＰ ＠ＩＩ電極１２
０はｓ ｉＯｚ膜上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕｋできる限り除
いて浮遊容量を小さくする必要から、電極用溝１１９の
部分だけに残した。次に半絶縁性ＩｎＰ基板１００を研
磨して１２０μｍ程度の厚さとしたのち、ヒートシンク
への融着用金属１２３として例えばＣｒ、Ａｕを蒸着し
てウェハ製作のプロセスを終了する。このウェハを分割
することにより、半導体レーザ２００と受光素子２０１
とを一組とする光双安定発光受光集積素子が多数製作さ
れる。
受光素子２０１を電気的に独立させて動作させるため、
両者の境界全幅２５μｍ１深ざが半絶縁性１ｎＰ基板１
００に達するようにエツチングして第４の溝１２２を形
成する。この場合半導体レーザ２００のエツチングされ
る側は共振器面であるから、共振器面での反射率が骨間
で形成された共振器面を有する半導体レーザ並の３０％
前後ろる方が望ましい。受光素子のＰ ＠ＩＩ電極１２
０はｓ ｉＯｚ膜上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕｋできる限り除
いて浮遊容量を小さくする必要から、電極用溝１１９の
部分だけに残した。次に半絶縁性ＩｎＰ基板１００を研
磨して１２０μｍ程度の厚さとしたのち、ヒートシンク
への融着用金属１２３として例えばＣｒ、Ａｕを蒸着し
てウェハ製作のプロセスを終了する。このウェハを分割
することにより、半導体レーザ２００と受光素子２０１
とを一組とする光双安定発光受光集積素子が多数製作さ
れる。
この集積素子の受光素子２０１のｎ側電極１２１と半導
体レーザ２００のＰｆｌ１１電極１２０の間に血流増幅
器２０２を配線し、半導体レーザ２００と受光素子２０
１の間を光学的に結合させることにより正帰還回路が構
成される。この受光素子２０１では、Ｐ側の電極１２０
がリング状に形成されているので、素子周辺部分での電
界強度は極めて小さい。そのため半導体レーザ２００か
らＥＬ光は光吸収増１１４内に吸収されても吸収される
場所か表面付近であるから、キャリアは再結合して消滅
してしまい、光電流として寄与しない。他方半導体レー
ザ２００がレーザ発振してレーザ光を出力した賜合［ｉ
ｊ：レーザ光は光強度が強く指向性があるから、元吸収
層１１４内にそのレーザ光の一部が内部深く透過する。
体レーザ２００のＰｆｌ１１電極１２０の間に血流増幅
器２０２を配線し、半導体レーザ２００と受光素子２０
１の間を光学的に結合させることにより正帰還回路が構
成される。この受光素子２０１では、Ｐ側の電極１２０
がリング状に形成されているので、素子周辺部分での電
界強度は極めて小さい。そのため半導体レーザ２００か
らＥＬ光は光吸収増１１４内に吸収されても吸収される
場所か表面付近であるから、キャリアは再結合して消滅
してしまい、光電流として寄与しない。他方半導体レー
ザ２００がレーザ発振してレーザ光を出力した賜合［ｉ
ｊ：レーザ光は光強度が強く指向性があるから、元吸収
層１１４内にそのレーザ光の一部が内部深く透過する。
そこで、その透過したレーザ光は光電流として電流増幅
されて半導体レーザ２００への注入賞１流の一部となる
。
されて半導体レーザ２００への注入賞１流の一部となる
。
この実施例ではレーザの発振閾値１６ｍＡＫ対してバイ
アス電流を１３ｍＡ、入力光Ｐｉｎを３０μＷ１電流増
幅器２０２のゲインを１６０とした。受光素子２０１へ
の逆バイアス電圧は５ｖである。したがって、レーザ発
振に必要な残る３ｍＡは、受光部１１８の表面（受光面
）に受ける入力元の光電気変換による。一旦レーザ発振
を開始すると欣〉１を十分満足しているので、受光素子
２０１の光電流が飽和するところまで急峻に出力光ｐｏ
ｕｔが増加した。あとは入力光Ｐｉｎを増加させても殆
んど出力光ｐｏｕｔ Ｋ変化は見られなかった。次に入
力光を減少させていくと、受光素子２０１０光冨流の飽
和点のところまで出力光が変化せず、さらに減少はせて
いくと、急峻に出力光が減少する。立上シ。
アス電流を１３ｍＡ、入力光Ｐｉｎを３０μＷ１電流増
幅器２０２のゲインを１６０とした。受光素子２０１へ
の逆バイアス電圧は５ｖである。したがって、レーザ発
振に必要な残る３ｍＡは、受光部１１８の表面（受光面
）に受ける入力元の光電気変換による。一旦レーザ発振
を開始すると欣〉１を十分満足しているので、受光素子
２０１の光電流が飽和するところまで急峻に出力光ｐｏ
ｕｔが増加した。あとは入力光Ｐｉｎを増加させても殆
んど出力光ｐｏｕｔ Ｋ変化は見られなかった。次に入
力光を減少させていくと、受光素子２０１０光冨流の飽
和点のところまで出力光が変化せず、さらに減少はせて
いくと、急峻に出力光が減少する。立上シ。
立下シでの入力光Ｐｉｎに差があり、光双安定特性が観
測された。これはａｋ）１を満足しているためである。
測された。これはａｋ）１を満足しているためである。
この実施例で、ＥＬ光の効果を無視できるから、特性に
再現性のあることが分かった。また、正帰還の回数が少
ないから、高速動作にも効果的なことが分かった。この
実施例の半導体レーザ２００の大きさはメサ１０７の幅
が１．５βｍ１共振器長が２００μｍ１第１、第２の溝
１０５．１０６の幅が７μｍであり、受光素子２０１の
太きさは２００×２００μｍ２、電極用溝１１９の大き
さは１００μｍ径である。
再現性のあることが分かった。また、正帰還の回数が少
ないから、高速動作にも効果的なことが分かった。この
実施例の半導体レーザ２００の大きさはメサ１０７の幅
が１．５βｍ１共振器長が２００μｍ１第１、第２の溝
１０５．１０６の幅が７μｍであり、受光素子２０１の
太きさは２００×２００μｍ２、電極用溝１１９の大き
さは１００μｍ径である。
なお、結晶成長の様子は、成長方法や成長条件等によシ
大幅に変わるので、それらとともに適切な寸法を採用す
べきことは言うまでもない。また受光素子２０１の成長
方法、受光部１１８の寸法、電極用溝１１９の形状、寸
法、および電極の金掬材料も特に限定されるものではな
い。
大幅に変わるので、それらとともに適切な寸法を採用す
べきことは言うまでもない。また受光素子２０１の成長
方法、受光部１１８の寸法、電極用溝１１９の形状、寸
法、および電極の金掬材料も特に限定されるものではな
い。
第６図は本発明の第２の実施例の斜視図である。
この実施例は、受光素子２０１としてＰ−Ｉ−Ｎフォト
ダイオードの代〕にフォトトランジスタを用いたもので
ある。この場合受光素子には電流増幅機能があるので、
第１の実施例のように半絶縁性のＩｎＰ基板１００を使
用する必要がなく、ｎ−］：ｎｐ基板３００上に半導体
レーザ２００と受光素子２０１を集積化して、両者を電
気的に直列に並べて作動させる。この場合第１の実施例
の第５図（ａ）〜（ｉ）に示した製造工程を参考にすれ
ば、第５図（ｄ）のところでｎ−１ｎｐ第２のバッファ
層１１３の代シにｎ−ＩｎＧａＡｓＰ コレクタ層３０
１、ｎ−（ｎＱａＡｓ光吸収層１１４の代、！７ Ｋ
Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰベース層３０２、ｎ−ＩｎＰウィン
ドノー１１５の代りにｎ−ＩｎＰエミッタｍ３０３、を
例えば気相成長法で全面にわたって積層させる。この場
合ベース層３０２が活性ｊ＊１０３と砥は同一平面上に
くるようにコレクタ層３０１の厚さを調整する。この実
施例では、ベース層３０２の厚さは０．５μｍとした。
ダイオードの代〕にフォトトランジスタを用いたもので
ある。この場合受光素子には電流増幅機能があるので、
第１の実施例のように半絶縁性のＩｎＰ基板１００を使
用する必要がなく、ｎ−］：ｎｐ基板３００上に半導体
レーザ２００と受光素子２０１を集積化して、両者を電
気的に直列に並べて作動させる。この場合第１の実施例
の第５図（ａ）〜（ｉ）に示した製造工程を参考にすれ
ば、第５図（ｄ）のところでｎ−１ｎｐ第２のバッファ
層１１３の代シにｎ−ＩｎＧａＡｓＰ コレクタ層３０
１、ｎ−（ｎＱａＡｓ光吸収層１１４の代、！７ Ｋ
Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰベース層３０２、ｎ−ＩｎＰウィン
ドノー１１５の代りにｎ−ＩｎＰエミッタｍ３０３、を
例えば気相成長法で全面にわたって積層させる。この場
合ベース層３０２が活性ｊ＊１０３と砥は同一平面上に
くるようにコレクタ層３０１の厚さを調整する。この実
施例では、ベース層３０２の厚さは０．５μｍとした。
第５図（８１のところで半導体レーザ２００側に積層さ
れた３層をエツチングで除き、平担な面とする。次にベ
ース層３０２に直接バイアスできるように部分的にＺｎ
（またはｃｄ）を拡散してその拡散フロントがベース層
３０２に達するようにしてエミツタ層３０３内にもＰ十
領域３０４を設ける。そしてベース側電極３０５とエミ
ッタ側電極３０６とを受光素子２０１の上平面に形成す
る。
れた３層をエツチングで除き、平担な面とする。次にベ
ース層３０２に直接バイアスできるように部分的にＺｎ
（またはｃｄ）を拡散してその拡散フロントがベース層
３０２に達するようにしてエミツタ層３０３内にもＰ十
領域３０４を設ける。そしてベース側電極３０５とエミ
ッタ側電極３０６とを受光素子２０１の上平面に形成す
る。
この実施例ではベース側電極３０５としてＴｉ−Ｐｔ−
Ａｕｆ：、エミッタ側電極３０６としてＡｕＱｅＮｉ
ｆ用−た。入力光Ｐｉｎは、エミッタ側電極３０６とベ
ース側電極３０５の間を受光部１１８として結合される
。受光部１１８に結合された入力光Ｐｉｎは、受光素子
２０１内ではｐ−ｎ接合部分で吸収され増幅されてコレ
クタ電流として半導体レーザ２００に供給される。
Ａｕｆ：、エミッタ側電極３０６としてＡｕＱｅＮｉ
ｆ用−た。入力光Ｐｉｎは、エミッタ側電極３０６とベ
ース側電極３０５の間を受光部１１８として結合される
。受光部１１８に結合された入力光Ｐｉｎは、受光素子
２０１内ではｐ−ｎ接合部分で吸収され増幅されてコレ
クタ電流として半導体レーザ２００に供給される。
受光素子２０１の電極３０５は半導体レーザ２００側の
縁端から一定の距離１−＆いて設けである。受光素子２
０１の電極を半導体２００に面する縁端に寄せて設けな
かった理由は、半導体レーザ２００がらのＥＬ光が光電
流として寄与しないようにするためである。本実施例は
、第１の実施例と同様に光双安定特性の再現性がよく、
シかも１４０ Ｍ ｂ／ｓ以上の高速で動作することが
確認された。この第２の実施例においても受光素子の成
長方法、受光部１１８の形状、電極の金属材料は特に限
定式れるものではない。
縁端から一定の距離１−＆いて設けである。受光素子２
０１の電極を半導体２００に面する縁端に寄せて設けな
かった理由は、半導体レーザ２００がらのＥＬ光が光電
流として寄与しないようにするためである。本実施例は
、第１の実施例と同様に光双安定特性の再現性がよく、
シかも１４０ Ｍ ｂ／ｓ以上の高速で動作することが
確認された。この第２の実施例においても受光素子の成
長方法、受光部１１８の形状、電極の金属材料は特に限
定式れるものではない。
なお、これらの実施例において、ｎ−）ｎｐ基板の代シ
にＰ −Ｉ ｎＰ基板を用いてもよいが、との場合には
結晶成長する他の層のＰとｎを逆にする必要がある。
にＰ −Ｉ ｎＰ基板を用いてもよいが、との場合には
結晶成長する他の層のＰとｎを逆にする必要がある。
また半導体材料は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系に限らず
、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系等の他のものであってもよ
い。
、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系等の他のものであってもよ
い。
また、第２の実施例ではベース側電極３０５は必らずし
も形成しなくてもよく、この場合にはＰ−ＩｎＧａＡ８
Ｐベース層に達っするＺｎの拡散は必要でない。
も形成しなくてもよく、この場合にはＰ−ＩｎＧａＡ８
Ｐベース層に達っするＺｎの拡散は必要でない。
以上説明したように、本発明によれば、動作速度が速く
、特性の再現性に優れた光双安定発光受光集積素子が提
供できる。
、特性の再現性に優れた光双安定発光受光集積素子が提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の光双安定発光受光集積素子の構成図、第
２図（ａ）、 （ｂ）は第１図の従来例の入力光Ｐｉｎ
に対する出力光Ｐｏｕｔの特性図、第３図は第１図の構
成に基ついて集積化した構造の斜視図、第４図は本発明
の第１実施例の模式的斜視図、第５図（ａｌ〜（ｉｌは
この第１の実施例の製造工程における中間製品を示す斜
視図、第６図は本発明の第２の実施例の斜視図である。 ｌ・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・受光素子
、３・・・・・・溝、１００・・・・・・半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板、１０１・・・・・・ｎ−１ｎｐ第１のバッファ
７１． １０２・・・・・・ｎ−ＩｎＰクラッド層、１
０３・・・・・・ノンドーグＩｎＧａＡｓＰ活性層、１
０４・・・・・・Ｐ−ＩｎＰクラッド層、１０５・・・
・・・第１の溝、１０６・・・・・・第２の溝、１０７
・・・・・・メサ、１０８・・・・・・Ｐ−ＩｎＰ第１
の電流ブロック層、１０９・・・・・・ｎ−Ｊｎｐ第２
の電流ブロック層、１１Ｏ・・・・・・Ｐ−ＩｎＰ埋め
込み層、１１１・・・・・・Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャッ
プ層、１１２・・・・・・第３の溝、１１３・・・・・
・ｎ−ＩｎＰ’ｔ４２のバッフアノ會、１１４・・・・
・・ｎ−■ｎＱａＡｓ光吸収層、１１５・・・・・・ｎ
−ＩｎＰウィンド層、１１６・・・・・・Ｓｉ０ｇ膜、
１１７・・・・・・円形窓、１１８・・・・・・受光部
、１１９・・・・・・リング状の電極用溝、１２０・・
・・・・Ｐ側電極、１２１・・・・・・ｎ０１ｌｌ電極
、１２２・・・・・・第４の溝、１２３・・・・・・融
着用金属、２００・・・・・・半導体レーザ、２０１・
・・・・・受光素子、２０２・・・・・・鴇；流増幅器
、３００・・・・・・ｎ−Ｉｎｐ基也、３０１−＝−−
−−ｎ−ＩｎＧａＡｓＰコレクタ層、３０２−・・−Ｐ
−ＩｎＧａＡ８Ｐペース層、３０３・−・−ｎ−Ｉｎ
Ｐ−ｒ−ミッタ層、３０４・・・・・・Ｐ十領域、３０
５・・・・・・ベース側電極、を２０ 入力ｐｔ−Ｐ、、、 入力Ｌ Ｐｒ。 ＹＵ口 Ｖ−９回 ｔｔｉ ｔｔｔ ／Ｚ／
２図（ａ）、 （ｂ）は第１図の従来例の入力光Ｐｉｎ
に対する出力光Ｐｏｕｔの特性図、第３図は第１図の構
成に基ついて集積化した構造の斜視図、第４図は本発明
の第１実施例の模式的斜視図、第５図（ａｌ〜（ｉｌは
この第１の実施例の製造工程における中間製品を示す斜
視図、第６図は本発明の第２の実施例の斜視図である。 ｌ・・・・・・半導体レーザ、２・・・・・・受光素子
、３・・・・・・溝、１００・・・・・・半絶縁性Ｉｎ
Ｐ基板、１０１・・・・・・ｎ−１ｎｐ第１のバッファ
７１． １０２・・・・・・ｎ−ＩｎＰクラッド層、１
０３・・・・・・ノンドーグＩｎＧａＡｓＰ活性層、１
０４・・・・・・Ｐ−ＩｎＰクラッド層、１０５・・・
・・・第１の溝、１０６・・・・・・第２の溝、１０７
・・・・・・メサ、１０８・・・・・・Ｐ−ＩｎＰ第１
の電流ブロック層、１０９・・・・・・ｎ−Ｊｎｐ第２
の電流ブロック層、１１Ｏ・・・・・・Ｐ−ＩｎＰ埋め
込み層、１１１・・・・・・Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャッ
プ層、１１２・・・・・・第３の溝、１１３・・・・・
・ｎ−ＩｎＰ’ｔ４２のバッフアノ會、１１４・・・・
・・ｎ−■ｎＱａＡｓ光吸収層、１１５・・・・・・ｎ
−ＩｎＰウィンド層、１１６・・・・・・Ｓｉ０ｇ膜、
１１７・・・・・・円形窓、１１８・・・・・・受光部
、１１９・・・・・・リング状の電極用溝、１２０・・
・・・・Ｐ側電極、１２１・・・・・・ｎ０１ｌｌ電極
、１２２・・・・・・第４の溝、１２３・・・・・・融
着用金属、２００・・・・・・半導体レーザ、２０１・
・・・・・受光素子、２０２・・・・・・鴇；流増幅器
、３００・・・・・・ｎ−Ｉｎｐ基也、３０１−＝−−
−−ｎ−ＩｎＧａＡｓＰコレクタ層、３０２−・・−Ｐ
−ＩｎＧａＡ８Ｐペース層、３０３・−・−ｎ−Ｉｎ
Ｐ−ｒ−ミッタ層、３０４・・・・・・Ｐ十領域、３０
５・・・・・・ベース側電極、を２０ 入力ｐｔ−Ｐ、、、 入力Ｌ Ｐｒ。 ＹＵ口 Ｖ−９回 ｔｔｉ ｔｔｔ ／Ｚ／
Claims (1)
- 活性層よりもエネルギギャップが大きく屈折率が小さい
半導体材料でその活性層の周囲を覆った埋め込みへテロ
構造の半導体レーザ及びこの半導体レーザと共通の半導
体基板上に集積しである受光素子からなり、この受光素
子の光電流は前記半導体レーザの注入電流となるととも
に前記半導体レーザの励起光の一部は前記受光素子の光
吸収層に入力される光双安定発光受光集積素子において
、前記半導体レーザの一部の共振器面が前記受光素子の
受光面以外の面と溝を隔てて対向し、且つ前記活性層が
前記光吸収層とｔｉは同一平面上に位置することを特徴
とする光双安定発光受光集積素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59002179A JPS60145690A (ja) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | 光双安定発光受光集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59002179A JPS60145690A (ja) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | 光双安定発光受光集積素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60145690A true JPS60145690A (ja) | 1985-08-01 |
Family
ID=11522133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59002179A Pending JPS60145690A (ja) | 1984-01-10 | 1984-01-10 | 光双安定発光受光集積素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60145690A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2673342A1 (fr) * | 1991-02-27 | 1992-08-28 | Alsthom Cge Alcatel | Dispositif a retroaction positive pour le traitement d'un signal optique. |
| JP2019192918A (ja) * | 2019-05-27 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子 |
| WO2019207624A1 (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子 |
-
1984
- 1984-01-10 JP JP59002179A patent/JPS60145690A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2673342A1 (fr) * | 1991-02-27 | 1992-08-28 | Alsthom Cge Alcatel | Dispositif a retroaction positive pour le traitement d'un signal optique. |
| WO2019207624A1 (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子 |
| JPWO2019207624A1 (ja) * | 2018-04-23 | 2020-04-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子 |
| JP2019192918A (ja) * | 2019-05-27 | 2019-10-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子 |
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