JPS60242688A - 光増幅発光受光集積素子 - Google Patents
光増幅発光受光集積素子Info
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- H01S5/2277—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser
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- H03K—PULSE TECHNIQUE
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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】
（産業上の利用分野）
この発明は、半導体を用いた光通信・光交換・光情報処
理の主要構成要素である光増幅発光受光素子に関する。
理の主要構成要素である光増幅発光受光素子に関する。
（従来技術とその問題点）
光通信・光交換・光情報処理における基本的な回路の一
つに光増幅回路がある。この回路は従来の電子回路より
も簡単に構成できるものと期待されておシ、基本的な検
討が進められている。光増幅回路を分類すると、受光素
子と半導体レーザを組合わせたものと半導体レーザを主
要構成素子としたものが掲げられる。そのうち相対的に
みて実装組立が容易で且つ回路自体の温度依存性が緩い
特長を有する前者の光増幅回路は、素子の集積化によシ
一層簡単な構成にすることが出来る。受光素子と半導体
レーザを集積化したものは、例えばペネキング（Ｈ，Ｂ
ｅｎｅｋｉｎｇ ）氏等がエレクトロニクスレターズ（
ＥＬＢＣＴ）鱒ＮＩＣ８ＬＥＴＴＥＲ８）誌第１６巻、
・第６０２〜６０３頁、１９８０年に、報告した論文に
提案されている。この報告では画素子を集積化する方法
として半導体基板の両端面に半導体レーザと光トランジ
スタを各々成長させる方法が提案されている。光トラン
ジスタのエミッタ側に形成された受光面から注入される
光信号は、光トランジスタの領域で増幅された光電流と
して共通する半導体基板を通じて半導体レーザに供給さ
れる。通常の光トランジスタでは、１フオトンに対して
２０００程度の電子（または正孔）が生成するだめ、微
弱瀝光信号でも再生増幅することが可能となる。しかし
ながら半導体レーザと光トランジスタで半導体基板をは
さむ構造では少なくとも結晶成長を２段階に分ける必要
がある。このための製造プロセスとしては、２回目の結
晶成長のまえに所望のウニ・・厚に研磨し、結晶成長後
に受光面、電極等を形成することになる。その結果ウェ
ハ厚が薄いため製造プロセスが難しくなるという問題を
生ずる。
つに光増幅回路がある。この回路は従来の電子回路より
も簡単に構成できるものと期待されておシ、基本的な検
討が進められている。光増幅回路を分類すると、受光素
子と半導体レーザを組合わせたものと半導体レーザを主
要構成素子としたものが掲げられる。そのうち相対的に
みて実装組立が容易で且つ回路自体の温度依存性が緩い
特長を有する前者の光増幅回路は、素子の集積化によシ
一層簡単な構成にすることが出来る。受光素子と半導体
レーザを集積化したものは、例えばペネキング（Ｈ，Ｂ
ｅｎｅｋｉｎｇ ）氏等がエレクトロニクスレターズ（
ＥＬＢＣＴ）鱒ＮＩＣ８ＬＥＴＴＥＲ８）誌第１６巻、
・第６０２〜６０３頁、１９８０年に、報告した論文に
提案されている。この報告では画素子を集積化する方法
として半導体基板の両端面に半導体レーザと光トランジ
スタを各々成長させる方法が提案されている。光トラン
ジスタのエミッタ側に形成された受光面から注入される
光信号は、光トランジスタの領域で増幅された光電流と
して共通する半導体基板を通じて半導体レーザに供給さ
れる。通常の光トランジスタでは、１フオトンに対して
２０００程度の電子（または正孔）が生成するだめ、微
弱瀝光信号でも再生増幅することが可能となる。しかし
ながら半導体レーザと光トランジスタで半導体基板をは
さむ構造では少なくとも結晶成長を２段階に分ける必要
がある。このための製造プロセスとしては、２回目の結
晶成長のまえに所望のウニ・・厚に研磨し、結晶成長後
に受光面、電極等を形成することになる。その結果ウェ
ハ厚が薄いため製造プロセスが難しくなるという問題を
生ずる。
そこで、結晶成長が容易で通常のプロセスで集積化でき
るような構造の光増幅素子が望まれていた。
るような構造の光増幅素子が望まれていた。
（発明の目的）
この発明の目的は結晶成長が容易でしかも製造プロセス
が簡単な光増幅発光受光集積素子を提供゛することにあ
る。
が簡単な光増幅発光受光集積素子を提供゛することにあ
る。
（発明の構成）
この発明は、第１の導電形半導体基板から積層した半導
体レーザ最上部の半導体層上に第２の導電形Ｏコレクタ
層、第１の導電形のベース層、第２の導電形のエミツタ
層を順次積層した光トランジスタを形成したことを特徴
とする光増幅発光受光集積素子に関するものである。
体レーザ最上部の半導体層上に第２の導電形Ｏコレクタ
層、第１の導電形のベース層、第２の導電形のエミツタ
層を順次積層した光トランジスタを形成したことを特徴
とする光増幅発光受光集積素子に関するものである。
（発明の作用効果）
この発明では、半導体レーザの半導体層の成長に引続い
てその層上に光トランジスタの半導体層を積層させる。
てその層上に光トランジスタの半導体層を積層させる。
説明を容易にするため、第１図に本発明の等価回路、第
２図（ａ） ｊ （ｂ）にそのエネルギー準位図の一例
を示す。通常光トランジスタとしては、ｐｎｐ’構造と
するよシもｎｐｎ構造とした方が電流を支配す兄キャリ
アの易動度が大きいので応答の点で有利と力る。したが
ってｎｐｎ構造の光トランジスタを前提に説明する。光
入力がない場合、第２図（、）に示すように、ｎタイプ
のエミッタ中の電子はｐタイプのベース障壁のためｎタ
イプのコレクターの方へ流れることが出来ない。光入力
がある場合、第２図（ｂ）に示すように入力光の波長に
対してバンドギアツブの狭い材料で作られたｐタイプの
ベース中で入力光が吸収され電子−正孔対が生成される
。生成された正孔はベース中に留まシ、電子に対するエ
ミッターベース障壁を低くする。これによシエミッタ中
の電子が大量にコレクタ側へ流れでて半導体レーザへ供
給される。そして半導体レーザの活性層中でｐタイプの
半導体基板側に形成したｐ側電極から供給される正孔と
再結合し、光を発生する。この構成では、半導体レーザ
と光トランジスタを半導体基板上に積層させるだけでよ
いので、結晶成長も通常の方法ででき埋め込み構造の半
導体レーザでなければ１回、埋め込み構造の半導体レー
ザであれば２回の結晶成長で製作できる。また結晶成長
後に片面の電極プロセスをしたあとで他方の面を所望の
厚さに研磨すればよいので簡単に製作できる。
２図（ａ） ｊ （ｂ）にそのエネルギー準位図の一例
を示す。通常光トランジスタとしては、ｐｎｐ’構造と
するよシもｎｐｎ構造とした方が電流を支配す兄キャリ
アの易動度が大きいので応答の点で有利と力る。したが
ってｎｐｎ構造の光トランジスタを前提に説明する。光
入力がない場合、第２図（、）に示すように、ｎタイプ
のエミッタ中の電子はｐタイプのベース障壁のためｎタ
イプのコレクターの方へ流れることが出来ない。光入力
がある場合、第２図（ｂ）に示すように入力光の波長に
対してバンドギアツブの狭い材料で作られたｐタイプの
ベース中で入力光が吸収され電子−正孔対が生成される
。生成された正孔はベース中に留まシ、電子に対するエ
ミッターベース障壁を低くする。これによシエミッタ中
の電子が大量にコレクタ側へ流れでて半導体レーザへ供
給される。そして半導体レーザの活性層中でｐタイプの
半導体基板側に形成したｐ側電極から供給される正孔と
再結合し、光を発生する。この構成では、半導体レーザ
と光トランジスタを半導体基板上に積層させるだけでよ
いので、結晶成長も通常の方法ででき埋め込み構造の半
導体レーザでなければ１回、埋め込み構造の半導体レー
ザであれば２回の結晶成長で製作できる。また結晶成長
後に片面の電極プロセスをしたあとで他方の面を所望の
厚さに研磨すればよいので簡単に製作できる。
（実施例）
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第３図は、本発明の一実施例の斜視図である。
光増幅発光受光集積素子１は半導体レーザ２と光トラン
ジスタ３から構成される。製作順序は先づｐタイプ（以
下ｐ−と略す） ＩｎＰ基板上にｐ−ＩｎＰクラッド層
１０１、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２、ｎ
−ＩｎＰクラッド層１０３を順次成長させたＤＨ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の手法を用いて２つの溝で挾まれた
メサ１０４を製作する。次にこのウェハを液相成長法に
よｊｌ） 、ｎ−ＩｎＰの第１の電流ブロック層１０５
、ｐ −ＩｎＰの第２の電流ブロック層１０６、ｎ −
ＩｎＰの埋め込み層１０７、ｎ −ＩｎＧａＡｓコレク
タ層１０８、ｐ−ＩｎＧａＡｓベース層１０９、ｎ −
ＩｎＰエミッタ層を順次積層させて結晶成長を終える。
ジスタ３から構成される。製作順序は先づｐタイプ（以
下ｐ−と略す） ＩｎＰ基板上にｐ−ＩｎＰクラッド層
１０１、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２、ｎ
−ＩｎＰクラッド層１０３を順次成長させたＤＨ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の手法を用いて２つの溝で挾まれた
メサ１０４を製作する。次にこのウェハを液相成長法に
よｊｌ） 、ｎ−ＩｎＰの第１の電流ブロック層１０５
、ｐ −ＩｎＰの第２の電流ブロック層１０６、ｎ −
ＩｎＰの埋め込み層１０７、ｎ −ＩｎＧａＡｓコレク
タ層１０８、ｐ−ＩｎＧａＡｓベース層１０９、ｎ −
ＩｎＰエミッタ層を順次積層させて結晶成長を終える。
次に光トランジスタ３の接合容量を小さくするため、形
状を円筒状とし、ｎ −ＩｎＰエミッタ層１１０の平面
に光信号を注入するための受光面１１１とそのまわりに
ｎ側の電極１１２を形成する。そのあとで所望の厚み、
通常１００〜１５０μｍ程度にｐ−ＩｎＰ基板を研磨し
、ｐ側の電極１１３を形成する。
状を円筒状とし、ｎ −ＩｎＰエミッタ層１１０の平面
に光信号を注入するための受光面１１１とそのまわりに
ｎ側の電極１１２を形成する。そのあとで所望の厚み、
通常１００〜１５０μｍ程度にｐ−ＩｎＰ基板を研磨し
、ｐ側の電極１１３を形成する。
この実施例の半導体レーザ２の大きさはメサ１０４の幅
が１．５μｍ１共振器長が３００μｍであシ、発振閾値
２５ｍＡ１発振波長１．３０μｍの特性を有している。
が１．５μｍ１共振器長が３００μｍであシ、発振閾値
２５ｍＡ１発振波長１．３０μｍの特性を有している。
また光トランジスタ３はコレクタＭ１０８、ベース層１
０９の組成を波長に対して１．６７μｍとし、コレクタ
層１０８、ベース層１０９、エミツタ層１１０の厚さ、
不純物濃度を各々３μｍ１１０ＩｓｃＩＬ−３，０，５
μｍ 、 １０” ｘ−” ｙ ３μｍｊＩ ９１５ｃ
ｍ−３とした。受光面１１１の口径は３０μｍ件 φとした。この１様のもとて１．３μｍの波長の光信号
１０μＷ（ピーク換算）を注入したところバイアス電圧
４■の場合でレーザ出力３μＷが得られた。以上のよう
にして結晶成長が容易でしかも製造プロセスが通常の方
法で簡単にできる光増幅発光集積素子を実現できた。
０９の組成を波長に対して１．６７μｍとし、コレクタ
層１０８、ベース層１０９、エミツタ層１１０の厚さ、
不純物濃度を各々３μｍ１１０ＩｓｃＩＬ−３，０，５
μｍ 、 １０” ｘ−” ｙ ３μｍｊＩ ９１５ｃ
ｍ−３とした。受光面１１１の口径は３０μｍ件 φとした。この１様のもとて１．３μｍの波長の光信号
１０μＷ（ピーク換算）を注入したところバイアス電圧
４■の場合でレーザ出力３μＷが得られた。以上のよう
にして結晶成長が容易でしかも製造プロセスが通常の方
法で簡単にできる光増幅発光集積素子を実現できた。
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
ことは言うまで丸ない。また光トランジスタ３の受光面
１１１の寸法、ｎ側の電極゛１１２の形状、寸法、電極
材料も特に限定されるものではない。また実施例では、
半導体レーザ２への電子の注入を光トランジスタ３から
の光信号のトリガによってのみ行なったが、光トランジ
スタ３の負担を軽減するために、半導体レーザ２ヘイの
電子注入用の電極を共振器軸方向に多分割化したタンデ
ム電極半導体レーザのように構成し、その中の一電極と
して光トレンジスタ３を形成させてもよい。またベース
層１０９に電極を設けて、光トランジスタ３を流れる電
流を光信号だけでなくベース層１０９の電圧によってコ
ントロールしても良い。半導体レーザのストライプ構造
も埋め込み構造以外、例えばプレーナストライブ構造等
種々のストライプ構造を用いることができる。
に変わるので、それらとともに適切な寸法を採用すべき
ことは言うまで丸ない。また光トランジスタ３の受光面
１１１の寸法、ｎ側の電極゛１１２の形状、寸法、電極
材料も特に限定されるものではない。また実施例では、
半導体レーザ２への電子の注入を光トランジスタ３から
の光信号のトリガによってのみ行なったが、光トランジ
スタ３の負担を軽減するために、半導体レーザ２ヘイの
電子注入用の電極を共振器軸方向に多分割化したタンデ
ム電極半導体レーザのように構成し、その中の一電極と
して光トレンジスタ３を形成させてもよい。またベース
層１０９に電極を設けて、光トランジスタ３を流れる電
流を光信号だけでなくベース層１０９の電圧によってコ
ントロールしても良い。半導体レーザのストライプ構造
も埋め込み構造以外、例えばプレーナストライブ構造等
種々のストライプ構造を用いることができる。
以上の実施例においてｎタイプとｐタイプを反転しても
かまわない。以上の実施例では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系の半導体材料を用いたが、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
系等他の半導体材料を用等地もよい。
かまわない。以上の実施例では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系の半導体材料を用いたが、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
系等他の半導体材料を用等地もよい。
第１図は本発明の実施例の等何回路、第２図はこの発明
を説明するためのエネルギー準位図、第３図は本発明の
実施例の斜視図である。 １・・−光増幅発光受光集積素子、２・・・半導体レー
ザ、３・・・光トランジスタ、−ｉ ｏ ｏ・・・ｐ
−ＩｎＰ基板、１０１・−・ｐ −ＩｎＰクラッド層、
１ｏ２・・・ノンドープのＩｎＧａＡａＰ活性層、１０
３− ｎ −ＩｎＰクラッド層、１０４・・・メサ、１
０５・・・ｎ −ＩｎＰ第１の電流ブロック層、１０６
− ｐ −ＩｎＰ第２の電流プＯｙり層、１０７− ｎ
−ＩｎＰ埋め込み層、１０８− ｎ −ＩｎＧａＡｓ
コレクタ層、１０９− ｐ −ＩｎＧａＡｓベース層、
１１０−ｎ−ＩｎＰエミッタ層、１１１・・・受光面、
１１２・・・ｎ側の電極、１１３・・・ｐ側の電極。
を説明するためのエネルギー準位図、第３図は本発明の
実施例の斜視図である。 １・・−光増幅発光受光集積素子、２・・・半導体レー
ザ、３・・・光トランジスタ、−ｉ ｏ ｏ・・・ｐ
−ＩｎＰ基板、１０１・−・ｐ −ＩｎＰクラッド層、
１ｏ２・・・ノンドープのＩｎＧａＡａＰ活性層、１０
３− ｎ −ＩｎＰクラッド層、１０４・・・メサ、１
０５・・・ｎ −ＩｎＰ第１の電流ブロック層、１０６
− ｐ −ＩｎＰ第２の電流プＯｙり層、１０７− ｎ
−ＩｎＰ埋め込み層、１０８− ｎ −ＩｎＧａＡｓ
コレクタ層、１０９− ｐ −ＩｎＧａＡｓベース層、
１１０−ｎ−ＩｎＰエミッタ層、１１１・・・受光面、
１１２・・・ｎ側の電極、１１３・・・ｐ側の電極。
Claims (1)
- 第１の導電型半導体基板上に第１導電型半導体層と第２
導電型半導体層との中間活性層を備えている積層構造を
少なくとも有する半導体レーザの最上部の半導体層上に
第２の導電形のコレクタ層、第１の導電形のベース層、
第２の導電形のエミツタ層を順次積層した光トランジス
タを形成したことを特徴とする光増幅発光受光集積素子
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59099122A JPH0682885B2 (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 光増幅発光受光集積素子 |
| US06/733,683 US4698821A (en) | 1984-05-17 | 1985-05-14 | Integrated light emitting/receiving amplifier element |
| DE8585106017T DE3583702D1 (de) | 1984-05-17 | 1985-05-15 | Integriertes licht emittierendes und empfangendes verstaerkerelement. |
| EP85106017A EP0164604B1 (en) | 1984-05-17 | 1985-05-15 | Integrated light emitting/receiving amplifier element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59099122A JPH0682885B2 (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 光増幅発光受光集積素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60242688A true JPS60242688A (ja) | 1985-12-02 |
| JPH0682885B2 JPH0682885B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=14238965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59099122A Expired - Lifetime JPH0682885B2 (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 光増幅発光受光集積素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4698821A (ja) |
| EP (1) | EP0164604B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0682885B2 (ja) |
| DE (1) | DE3583702D1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62194237A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-26 | Kyohei Sakuta | 光増幅機能を有する３結合導波路光タツプ |
| FR2667207B1 (fr) * | 1990-09-21 | 1993-06-25 | Thomson Csf | Convertisseur de frequences lumineuses. |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5648193A (en) * | 1979-09-18 | 1981-05-01 | Xerox Corp | Light controlled integrated current diode laser |
-
1984
- 1984-05-17 JP JP59099122A patent/JPH0682885B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-05-14 US US06/733,683 patent/US4698821A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-05-15 DE DE8585106017T patent/DE3583702D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1985-05-15 EP EP85106017A patent/EP0164604B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5648193A (en) * | 1979-09-18 | 1981-05-01 | Xerox Corp | Light controlled integrated current diode laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0164604B1 (en) | 1991-08-07 |
| EP0164604A3 (en) | 1987-08-19 |
| JPH0682885B2 (ja) | 1994-10-19 |
| US4698821A (en) | 1987-10-06 |
| EP0164604A2 (en) | 1985-12-18 |
| DE3583702D1 (de) | 1991-09-12 |
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