JPS60788A - 光集積回路およびその製造方法 - Google Patents
光集積回路およびその製造方法Info
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- JPS60788A JPS60788A JP10871183A JP10871183A JPS60788A JP S60788 A JPS60788 A JP S60788A JP 10871183 A JP10871183 A JP 10871183A JP 10871183 A JP10871183 A JP 10871183A JP S60788 A JPS60788 A JP S60788A
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- optical waveguide
- transistor
- semiconductor laser
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- 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
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- 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
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- Optics & Photonics (AREA)
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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
本発明は半導体レーザの出力パワー安定化を図った新規
な光集積回路の構造およびその製造方法に関するもので
ある。
な光集積回路の構造およびその製造方法に関するもので
ある。
従来例の構成とその問題点
近年、光フアイバ通信用光源、コンパクト・ディスク読
出し用光源等に半導体レーザが広く用いられるようにな
った。光源としての半導体レーザは、その出力パワーが
安定化していることが望ましいが、現状の単体半導体レ
ーザは必ずしもこの要求を満足していない。
出し用光源等に半導体レーザが広く用いられるようにな
った。光源としての半導体レーザは、その出力パワーが
安定化していることが望ましいが、現状の単体半導体レ
ーザは必ずしもこの要求を満足していない。
このため、出力を安定化するだめには、半導体レーザか
らの光を受光素子でモニターし、このモニター出力を電
気回路で増幅して半導体レーザ駆動回路にフィード・バ
ックする必要がある。従来このモニター用受光素子は半
導体レーザと別個の素子であることが多かった。
らの光を受光素子でモニターし、このモニター出力を電
気回路で増幅して半導体レーザ駆動回路にフィード・バ
ックする必要がある。従来このモニター用受光素子は半
導体レーザと別個の素子であることが多かった。
半導体レーザとモニター用受光素子を集積化した構造と
しては、エツチングによる鏡面を有する半導体レーザを
これと同一構造のフォト・ダイオードと集積化したもの
が作製されている。画素子の光学的な結合は、空気中を
通じて、あるいは積層型導波型を通じて行われているが
、前者は結合効率が低く、後者は結合効率を高めるため
の導波路膜厚の制御が従来の結晶成長技術では困難であ
る。
しては、エツチングによる鏡面を有する半導体レーザを
これと同一構造のフォト・ダイオードと集積化したもの
が作製されている。画素子の光学的な結合は、空気中を
通じて、あるいは積層型導波型を通じて行われているが
、前者は結合効率が低く、後者は結合効率を高めるため
の導波路膜厚の制御が従来の結晶成長技術では困難であ
る。
また、半導体レーザとその駆動素子との一体化構造につ
いても現在までに多くの試みがなされているが、上述の
フィード・バンク系をも内蔵した集積化構造に関する具
体的な製造方法は報告されていない。
いても現在までに多くの試みがなされているが、上述の
フィード・バンク系をも内蔵した集積化構造に関する具
体的な製造方法は報告されていない。
発明の目的
本発明は、上記従来の欠点を改善するもので、半導体レ
ーザと受光素子の光学的結合効率を高めることのできる
構造、および出力安定化用フィード・バンク回路をも一
体化した光集積回路の構造および製造方法を提供しよう
とするものである。
ーザと受光素子の光学的結合効率を高めることのできる
構造、および出力安定化用フィード・バンク回路をも一
体化した光集積回路の構造および製造方法を提供しよう
とするものである。
発明の構成
本発明は、半導体基板上に形成された半導体レーザと、
前記基板上に形成され、前記レーザの発光部に接して形
成された光導波路と、前記基板」二に形成され、前記光
導波路に接して形成されたベース層を有するフ＝ｒ）・
トランジスタとを有し、前記光導波路を介して前記レー
ザとトランジスタを光学的に結合することによって、両
者の光学的結合効率を高め得るものである。また、本発
明は、前記光集積回路に加えて、前記基板上に形成され
た前記レーザの駆動用トランジスタを有し、前記レーザ
、フ＝ｒ）・ トランジスタ、駆動用トランジスタを前
記基板Ｖこて電気的に接続することで、各素子間の内部
配線が不要となる。さらに、本発明は、化合物半導体基
板上に半導体レーザを形成するだめの結晶成長工程と、
前記基板上に光導波路を形成するだめの結晶成長工程と
、前記半導体レーザを埋込み構造とすると同時にフォト
・トランジスタ、駆動用トランジスタを形成するだめの
結晶成長工程を備えており、３回の結晶成長で同一基板
上に半導体レーザ、フォト・トランジスタ、駆動用トラ
ンジスタ、光導波路を形成することが可能となる。
前記基板上に形成され、前記レーザの発光部に接して形
成された光導波路と、前記基板」二に形成され、前記光
導波路に接して形成されたベース層を有するフ＝ｒ）・
トランジスタとを有し、前記光導波路を介して前記レー
ザとトランジスタを光学的に結合することによって、両
者の光学的結合効率を高め得るものである。また、本発
明は、前記光集積回路に加えて、前記基板上に形成され
た前記レーザの駆動用トランジスタを有し、前記レーザ
、フ＝ｒ）・ トランジスタ、駆動用トランジスタを前
記基板Ｖこて電気的に接続することで、各素子間の内部
配線が不要となる。さらに、本発明は、化合物半導体基
板上に半導体レーザを形成するだめの結晶成長工程と、
前記基板上に光導波路を形成するだめの結晶成長工程と
、前記半導体レーザを埋込み構造とすると同時にフォト
・トランジスタ、駆動用トランジスタを形成するだめの
結晶成長工程を備えており、３回の結晶成長で同一基板
上に半導体レーザ、フォト・トランジスタ、駆動用トラ
ンジスタ、光導波路を形成することが可能となる。
実施例の説明
本発明の具体的な実施例を図面を用いて説明する。第１
図はＩｎＰ基板上の分布帰還型半導体レーザと受光用ト
ランジスタとを一体に組合せた場合の斜視図である。第
２図はその平面図で、同図Ａ−Ａ’ 、Ｂ−Ｂ’線にお
ける断面図を第３図および第４図に示す〇 第３図、第４図において、ｎ＋−ＩｎＰ基板１上にグレ
ーティングを切った上に、内部導波路１゜（ｎ −Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ｘネルギー・ギャップＥｇ＋ ）、活性層
１１（ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ、ｘネルギー・ギャップＥｇ
２＜Ｅｇ＋ ）ｐ型閉込層１２（ｐ−ＩｎＰ）、キ’ｖ
ｙプ層１ｓ （ｐ” −ＩｎＧａＡｓＰ ）を設けた構
造で第１図、第２図に示す分布帰還型半導体レーザ１４
が構成されている。この半導体レーザ１４の出力光は、
第１図、第４図の外部導波路２（Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、
エネルギー・ギャップＥｇ３＝Ｅｇ＋ ）に導かれる
。外部導波路２中の光は、ＩｎＰ基板１とｎ型閉込め層
ａ（ｒよ一１ｎＰ）ＶＣよって上下方向には閉込められ
るが、側面に半導体レーザの電流遮断層兼フォト・トラ
ンジスタのベース４ａ（ｐ −ＩｎＧａＡｓ Ｐ 、ｘ
ネルギー・ギャップＢｇａくＥｇ２）が帝るだめに、側
面方向には閉込められず、フォト・トランジスタのベー
ス領域で吸収される。ここで、ＩｎＰ基板１と半導体レ
ーザの埋込み層５２Ｌ（ｎ−ＩｎＰ）が、それぞれフォ
ト・トランジスタのエミッタとコレクタとして働く〇 一方、第３図、第４図に示すように半導体レーザの活性
層１１の側面には、埋込み層５ａがあるので側面方向に
も光は閉込められる。さらに、第１図、第３図において
、駆動用トランジスタがエミッタ５ｂ（材料は５ａと同
じ）、ベース４ｂ（材料は４ａと同じ）、コレクタ１と
いう形で構成されており、ｐ型拡散層６によってベース
電極９が形成されている０ 以上の構造を等価回路で示すと、第５図のようになる。
図はＩｎＰ基板上の分布帰還型半導体レーザと受光用ト
ランジスタとを一体に組合せた場合の斜視図である。第
２図はその平面図で、同図Ａ−Ａ’ 、Ｂ−Ｂ’線にお
ける断面図を第３図および第４図に示す〇 第３図、第４図において、ｎ＋−ＩｎＰ基板１上にグレ
ーティングを切った上に、内部導波路１゜（ｎ −Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ｘネルギー・ギャップＥｇ＋ ）、活性層
１１（ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ、ｘネルギー・ギャップＥｇ
２＜Ｅｇ＋ ）ｐ型閉込層１２（ｐ−ＩｎＰ）、キ’ｖ
ｙプ層１ｓ （ｐ” −ＩｎＧａＡｓＰ ）を設けた構
造で第１図、第２図に示す分布帰還型半導体レーザ１４
が構成されている。この半導体レーザ１４の出力光は、
第１図、第４図の外部導波路２（Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、
エネルギー・ギャップＥｇ３＝Ｅｇ＋ ）に導かれる
。外部導波路２中の光は、ＩｎＰ基板１とｎ型閉込め層
ａ（ｒよ一１ｎＰ）ＶＣよって上下方向には閉込められ
るが、側面に半導体レーザの電流遮断層兼フォト・トラ
ンジスタのベース４ａ（ｐ −ＩｎＧａＡｓ Ｐ 、ｘ
ネルギー・ギャップＢｇａくＥｇ２）が帝るだめに、側
面方向には閉込められず、フォト・トランジスタのベー
ス領域で吸収される。ここで、ＩｎＰ基板１と半導体レ
ーザの埋込み層５２Ｌ（ｎ−ＩｎＰ）が、それぞれフォ
ト・トランジスタのエミッタとコレクタとして働く〇 一方、第３図、第４図に示すように半導体レーザの活性
層１１の側面には、埋込み層５ａがあるので側面方向に
も光は閉込められる。さらに、第１図、第３図において
、駆動用トランジスタがエミッタ５ｂ（材料は５ａと同
じ）、ベース４ｂ（材料は４ａと同じ）、コレクタ１と
いう形で構成されており、ｐ型拡散層６によってベース
電極９が形成されている０ 以上の構造を等価回路で示すと、第５図のようになる。
すなわち、半導体レーザ１４、フォト・トランジスタ１
６、駆動用トランジスタ１６がＩｎＰ基板１によって電
気的に結合され、半導体レーザ１４とフォト・トランジ
スタ１５が光導波路２によって光学的に結合されている
。また、第５図の端子７，８．９は、第１図の電極７，
８．９にそれぞれ対応している。
６、駆動用トランジスタ１６がＩｎＰ基板１によって電
気的に結合され、半導体レーザ１４とフォト・トランジ
スタ１５が光導波路２によって光学的に結合されている
。また、第５図の端子７，８．９は、第１図の電極７，
８．９にそれぞれ対応している。
本構造を採用することにより、半導体レーザ１４とモニ
ター用フォト・トランジスタ１５の光学的結合効率が従
来例に比べて改善される。また、基板１が半導体レーザ
１４のｎ型閉込め層、モニター用フォト・トランジスタ
１６のエミッタ、駆動用トランジスタ１６のコレクタを
兼ねているため、第５図の等価回路において３素子を電
気的に結合している内部配線が不要となる。
ター用フォト・トランジスタ１５の光学的結合効率が従
来例に比べて改善される。また、基板１が半導体レーザ
１４のｎ型閉込め層、モニター用フォト・トランジスタ
１６のエミッタ、駆動用トランジスタ１６のコレクタを
兼ねているため、第５図の等価回路において３素子を電
気的に結合している内部配線が不要となる。
なお、光導波路とフォトトランジスタのベースを並置す
ることによって両者を光学的に結合する構造は、上記実
施例で述べた半導体レーザの出力を直接モニターする場
合に限らず、半導体レーザからの出力光を光集積回路内
で信号処理した後受光する際にも用い得る構造である。
ることによって両者を光学的に結合する構造は、上記実
施例で述べた半導体レーザの出力を直接モニターする場
合に限らず、半導体レーザからの出力光を光集積回路内
で信号処理した後受光する際にも用い得る構造である。
次に、上記の構造の製造方法について図面を用いて説明
する。第６図は、製造工程を示す断面図図である。製造
方法としては、まず、ＩｎＰ基板１上全面にグレーティ
ングを切る（第６図ａ）。
する。第６図は、製造工程を示す断面図図である。製造
方法としては、まず、ＩｎＰ基板１上全面にグレーティ
ングを切る（第６図ａ）。
次に、内部導波路１−０、活性層１１、ｐ型閉込め層１
２、キャップ層１３を順次液相エピタキシアル成長する
（第６図ｂ）。この多層結晶成長は、基板を成長用炉か
ら取出すことなく連続的に行ええるので、１回の結晶成
長工程と見なされる。４層の結晶成長を行った基板を半
導体レーザの共振器長に対応する幅で、共振器長と垂直
方向にストライプ状にエツチングする（第６図Ｃ）。エ
ツチングはグレーティングの下１で行い、エツチングし
て露出した面とグレーティングの間隔が外部導波路２の
厚さと等しくなるようにする。
２、キャップ層１３を順次液相エピタキシアル成長する
（第６図ｂ）。この多層結晶成長は、基板を成長用炉か
ら取出すことなく連続的に行ええるので、１回の結晶成
長工程と見なされる。４層の結晶成長を行った基板を半
導体レーザの共振器長に対応する幅で、共振器長と垂直
方向にストライプ状にエツチングする（第６図Ｃ）。エ
ツチングはグレーティングの下１で行い、エツチングし
て露出した面とグレーティングの間隔が外部導波路２の
厚さと等しくなるようにする。
ここで再び液相エピタキシアル成長を行い、外部導波路
２．ｎ型閉込め層３を結晶成長する（第６図ｄ）。この
際エツチングしなかった領域にはｐ型閉込め層１３上［
ＳｉＯ２膜活の絶縁膜を被ぜ、結晶成長されないように
する。
２．ｎ型閉込め層３を結晶成長する（第６図ｄ）。この
際エツチングしなかった領域にはｐ型閉込め層１３上［
ＳｉＯ２膜活の絶縁膜を被ぜ、結晶成長されないように
する。
この後、通常埋込み構造の半導体レーザを作製する手順
で、活性層１１、内部導波路１０、外部導波路２を電流
遮断層４、埋込み層５でストライプ状に埋込む（第６図
ｅ）。なお、結晶成長終了後の基板上には、第６図ｄに
示すように活性層１１の両側に光導混絡２が形成されて
いるが、第１図〜第４図はこれを活性層１１に垂直でか
つ活性層を切る断面で切断した後の、片側にのみ光導波
路を有する構造を示している。
で、活性層１１、内部導波路１０、外部導波路２を電流
遮断層４、埋込み層５でストライプ状に埋込む（第６図
ｅ）。なお、結晶成長終了後の基板上には、第６図ｄに
示すように活性層１１の両側に光導混絡２が形成されて
いるが、第１図〜第４図はこれを活性層１１に垂直でか
つ活性層を切る断面で切断した後の、片側にのみ光導波
路を有する構造を示している。
この３回の結晶成長を行った後、駆動用トランジスタの
ベース電極を設けるためｐ型拡散層６を形成し、半導体
レーザ＋フォト・トランジスタ部と、駆動用トランジス
タ部をメサ・エツチングによって分離する。電極７，８
．９を形成して第１図の構造が完成する。
ベース電極を設けるためｐ型拡散層６を形成し、半導体
レーザ＋フォト・トランジスタ部と、駆動用トランジス
タ部をメサ・エツチングによって分離する。電極７，８
．９を形成して第１図の構造が完成する。
発明の効果
以上のように、本発明は半導体レーザとフォト・トラン
ジスタの光学的結合効率を高めると同時に、半導体レー
ザとモニター用フォト−トランジスタ、駆動用トランジ
スタの内部配線が不要な構造を可能にするものである。
ジスタの光学的結合効率を高めると同時に、半導体レー
ザとモニター用フォト−トランジスタ、駆動用トランジ
スタの内部配線が不要な構造を可能にするものである。
まだ、その製造方法においては、３回の結晶成長で同一
基板上に半導体レーザ、フォト・トランジスタ、駆動用
トランジスタ、光導波路が形成され、小面積の中にこれ
らの素子を集積化することが可能となる。
基板上に半導体レーザ、フォト・トランジスタ、駆動用
トランジスタ、光導波路が形成され、小面積の中にこれ
らの素子を集積化することが可能となる。
第１図は本発面の実施例である光集積回路の斜視図、第
２図はその平面図、第３図、第４図は第２図のＡ−Ａ’
、 Ｂ−Ｂ’線における断面図、第５図は光集積回路
の等価回路、第６図ａ −ｅは本発明における光集積回
路の製造工程を示す断面図である１、 １・・・・・半導体基板、２・・・・光導波器、４ａ・
・・・・・フォト・トランジスタのベース、４ｂ・・・
・・１駆動用トランジスタのベース、５？Ｌ・・・・・
フ第１・・トランジスタのコレクタ、５ｂ ・・・・１
駆動用トランジスタのエミッタ、１１・・・・・活性層
、１４・・・・・半導体レーザ、１５・・・・・・フォ
ト−トランジスタ、１６・・・・・Ｊ枢動用トランジス
タ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名＠
２ 図 第３図 第６図
２図はその平面図、第３図、第４図は第２図のＡ−Ａ’
、 Ｂ−Ｂ’線における断面図、第５図は光集積回路
の等価回路、第６図ａ −ｅは本発明における光集積回
路の製造工程を示す断面図である１、 １・・・・・半導体基板、２・・・・光導波器、４ａ・
・・・・・フォト・トランジスタのベース、４ｂ・・・
・・１駆動用トランジスタのベース、５？Ｌ・・・・・
フ第１・・トランジスタのコレクタ、５ｂ ・・・・１
駆動用トランジスタのエミッタ、１１・・・・・活性層
、１４・・・・・半導体レーザ、１５・・・・・・フォ
ト−トランジスタ、１６・・・・・Ｊ枢動用トランジス
タ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名＠
２ 図 第３図 第６図
Claims (4)
- （１）半導体基板上に形成された半導体レーザと、前記
基板上に形成され、前記レーザの発光部に接して形成さ
れた光導波路と、前記基板上に形成され、前記光導波路
に接して形成されたベース層を有するフォトトランジス
タとを有し、前記光導波路を介して前記レーザとトラン
ジスタを光学的に結合することを特徴とする光集積回路
。 - （２） フォトトランジスタを、レーザのモニター用受
光素子としてなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の光集積回路。 - （３）半導体基板上に形成された半導体レーザと、前記
基板上に形成され、前記レーザの発光部に接して形成さ
れた光導波路と、前記基板上に形成され、前記光導波路
に接して形成されたベース層を有するフォトトランジス
タと、前記基板上に形成された前記レーザの駆動用トラ
ンジスタとを有し、前記光導波路を介して前記レーザと
トランジスタを光学的に結合するとともに、前記レーザ
、フォトトランジスタ、駆動用トランジスタを前記基板
にて電気的に接続することを特徴とする光集積回路。 - （４） 基板を、フォトトランジスタのコレクタ又ｄ：
エミッタとするとともに駆動用トランジスタのエミッタ
又は７レクタとすることを特徴とする特許請求の範囲第
３項に記載の光集積回路。 （→ 化合物半導体基板上に半導体レーザを形成す ・
るための結晶成長工程と、前記基板上に光導波路を形成
するだめの結晶成長工程と、前記半導体レーザを埋込み
構造とすると同時に）第１・・トランジスタ、駆動用ト
ランジスタを形成するだめの結晶成長工程を備えた光集
積回路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10871183A JPS60788A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | 光集積回路およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10871183A JPS60788A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | 光集積回路およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60788A true JPS60788A (ja) | 1985-01-05 |
Family
ID=14491653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10871183A Pending JPS60788A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | 光集積回路およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60788A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4557211A (en) * | 1984-04-20 | 1985-12-10 | Lockheed Missiles & Space Co., Inc. | Form stabilized low water plane area twin hull vessels |
| JPS61274384A (ja) * | 1985-05-29 | 1986-12-04 | Nec Corp | 光集積素子 |
| US4829345A (en) * | 1985-05-07 | 1989-05-09 | Hitachi, Ltd. | Electronic device having light transmission system |
| US5045747A (en) * | 1990-02-28 | 1991-09-03 | Industrial Technology Research Institute | Apparatus for poling a piezoelectric ceramic |
| US5262656A (en) * | 1991-06-07 | 1993-11-16 | Thomson-Csf | Optical semiconductor transceiver with chemically resistant layers |
| EP0583128A2 (en) * | 1992-08-03 | 1994-02-16 | Xerox Corporation | Semiconductor laser with integrated phototransistor for dynamic power stabilization |
-
1983
- 1983-06-16 JP JP10871183A patent/JPS60788A/ja active Pending
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