JPS6194011A - 集積型半導体光素子 - Google Patents
集積型半導体光素子Info
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- JPS6194011A JPS6194011A JP21680384A JP21680384A JPS6194011A JP S6194011 A JPS6194011 A JP S6194011A JP 21680384 A JP21680384 A JP 21680384A JP 21680384 A JP21680384 A JP 21680384A JP S6194011 A JPS6194011 A JP S6194011A
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- JP
- Japan
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- layer
- inp
- optical
- ingaasp
- semiconductor
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- Optical Integrated Circuits (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】
（発明の分野）
本発明は、半導体光素子と光導波路とが同一半導体基板
上に集積化された集積型半導体光素子に関する。
上に集積化された集積型半導体光素子に関する。
（従来技術とその問題点）
最近の光デバイスは、特に半導体レーザ、発光ダイオー
ド、フォトタイオード等といった個別素子において、著
しく特性が向上され、はぼ単体素子の高性能化は終了し
たと言える。今後の光デバイスの発展の方向は、電子デ
バイス同様に光集積回路への展開である。ところが、こ
の光集積回路とは、その名ばかりが先行し、具体的な構
造がはっきりしていないのが実状である。集積回路と名
の付くからには、前述のような個別素子を同一基板上に
配置し、それらを結びつけるための、光導波路を、やは
り同一基板上に配置しなくてはならないのであるが、そ
のための良い構造は未だ明確になっていない。例えば、
光導波路としてよく用いられるＬｉＮｂ０．結晶は、半
導体光素子に用いる半導体材料とは異なるため、光集積
回路への応用は不可能である。また、半導体結晶内部に
半導体レーザとフォトダイオード及び光導波路とを集積
化した光回路として、昭和５８年度秋の応用物理学会学
術講演会講演予稿集、５７４頁の第２６ａ−Ｆ−７番で
、肩口らがｒＢＨ構造光素子と導波路の集積化」と題し
て報告したものがあるが、この場合、光導波路をそれよ
りも屈折率の低い半導体で埋め込んでおり、その埋め込
み成長の際、光導波路の分岐点の所で異状成長が生じた
り、また素子間が埋め込み層である同一導伝型の半導体
で継がっているため、素子間の電気的絶縁が不十分にな
るという問題か生じる。
ド、フォトタイオード等といった個別素子において、著
しく特性が向上され、はぼ単体素子の高性能化は終了し
たと言える。今後の光デバイスの発展の方向は、電子デ
バイス同様に光集積回路への展開である。ところが、こ
の光集積回路とは、その名ばかりが先行し、具体的な構
造がはっきりしていないのが実状である。集積回路と名
の付くからには、前述のような個別素子を同一基板上に
配置し、それらを結びつけるための、光導波路を、やは
り同一基板上に配置しなくてはならないのであるが、そ
のための良い構造は未だ明確になっていない。例えば、
光導波路としてよく用いられるＬｉＮｂ０．結晶は、半
導体光素子に用いる半導体材料とは異なるため、光集積
回路への応用は不可能である。また、半導体結晶内部に
半導体レーザとフォトダイオード及び光導波路とを集積
化した光回路として、昭和５８年度秋の応用物理学会学
術講演会講演予稿集、５７４頁の第２６ａ−Ｆ−７番で
、肩口らがｒＢＨ構造光素子と導波路の集積化」と題し
て報告したものがあるが、この場合、光導波路をそれよ
りも屈折率の低い半導体で埋め込んでおり、その埋め込
み成長の際、光導波路の分岐点の所で異状成長が生じた
り、また素子間が埋め込み層である同一導伝型の半導体
で継がっているため、素子間の電気的絶縁が不十分にな
るという問題か生じる。
（発明の目的）
光素子間の電気的な絶縁が十分な集積型光素子を提供す
ることにある。
ることにある。
（発明の構成）
本発明による集積型光素子の構成は、ＩｎＰ基板上に、
ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路と、前記光導波路の一
部を光閉じ込め層とするＩｎＰ／Ｉ ｎＧａＡｓＰ系の
光素子が配置されてなることを特徴とする。
ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路と、前記光導波路の一
部を光閉じ込め層とするＩｎＰ／Ｉ ｎＧａＡｓＰ系の
光素子が配置されてなることを特徴とする。
（発明の原理）
光導波路は前述の埋め込み型導波路のように、屈折率の
低い半導体で埋め込む必要は全くない。
低い半導体で埋め込む必要は全くない。
なぜならば、空気の屈折率の方が光導波路より低いから
である。また、光導波路を埋め込まなければ、素子間の
十分な電気的絶縁がとれる利点もある。一般に光導波路
は、半導体光素子、特に半導体レーザの光閉じ込め層と
同じ半導体材料からなるため、この光導波路層の一部を
、半導体レーザの光閉じ込め層として使用でき、そうす
ることにより、半導体レーザの発振光を効果的に光導波
路に導くことができる。更に、半導体基板としてＩｎＰ
基板を、光導波路としてＩｎＧａＡｓＰを用いれば、Ｉ
ｎＧａＡｓＰはＩｎＰよりも屈折率が高いため、光導波
路をＩｎＰ基板上に直接形成できる。因みにＧａＡｓ／
ＡｚＧａＡｓ系半導体では、ＧａＡｓ基板が最も屈折率
が高いため、光導波路とＧａＡｓ基板との間に屈折率の
低いＡｔＧａＡｓ層を形成しなくてはならず、工数がか
かると同時に、光導波路を形成するＡｚＧａＡｓ層表面
が平坦でなくなることも間々生ずる。ＩｎＰ／ ＩｎＧ
ａＡｓＰ系ではこのような問題も生じない。本発明によ
る集積型光素子は、上述の原理に基ツ＊ Ｉ ｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓ Ｐ系半導体から構成されるものである。
である。また、光導波路を埋め込まなければ、素子間の
十分な電気的絶縁がとれる利点もある。一般に光導波路
は、半導体光素子、特に半導体レーザの光閉じ込め層と
同じ半導体材料からなるため、この光導波路層の一部を
、半導体レーザの光閉じ込め層として使用でき、そうす
ることにより、半導体レーザの発振光を効果的に光導波
路に導くことができる。更に、半導体基板としてＩｎＰ
基板を、光導波路としてＩｎＧａＡｓＰを用いれば、Ｉ
ｎＧａＡｓＰはＩｎＰよりも屈折率が高いため、光導波
路をＩｎＰ基板上に直接形成できる。因みにＧａＡｓ／
ＡｚＧａＡｓ系半導体では、ＧａＡｓ基板が最も屈折率
が高いため、光導波路とＧａＡｓ基板との間に屈折率の
低いＡｔＧａＡｓ層を形成しなくてはならず、工数がか
かると同時に、光導波路を形成するＡｚＧａＡｓ層表面
が平坦でなくなることも間々生ずる。ＩｎＰ／ ＩｎＧ
ａＡｓＰ系ではこのような問題も生じない。本発明によ
る集積型光素子は、上述の原理に基ツ＊ Ｉ ｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓ Ｐ系半導体から構成されるものである。
（実施例１）
以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する
。
。
第１図は、本発明の一実施例である集積型光素子で、光
素子の例として半導体レーザを用いて光導波路とを集積
化した例について、その製作工程順に説明する図である
。第１図（ａ）では、ｎ−ＩｎＰ基板１上の一部分に周
期的２００ＯＡの回折格子２を形成する。第１図（ｂ）
では、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、波長組成１．１ μｍの
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３．ｎ−ＩｎＰ中間層４．
波長組成１．３ ａｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層５゜Ｐ−
ＩｎＰクラッド層６． Ｐ −・−Ｉ ｎＧａ Ａｓ
Ｐキャラプ層７を順次エピタキシャル成長する。第１図
（Ｃ）では回折格子２が埋め込まれたレーザ部１３とな
る部分を除いて、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３より上
の層を除去する。この時、ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓＰ
を選択的にエツチングするエッチャント、例えばＩｎＰ
に対してはＨＣ１＋Ｈ３Ｐ０． ＩｎＧａＡｓＰに対し
てはＨ２ＳＯ，＋ Ｆｌ、 ０２＋Ｈ，Ｏなどのエッチ
ャントを交互に使用すれば、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路
層３表面でエツチングを止めることができる。第１図（
ｄ）では、光導波路３ａ及びレーザ部１３を残すように
してｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３を除去すれば、半導
体レーザ１３と光導波路３ａが同一のＩｎＰ基板１上に
集積化されたものが得られる。レーザ部１３の導波路層
３は半導体レーザ１３の光閉じ込め層３ｂの役割を果し
ている。このようにしてｎ−ＩｎＰ基板１上に形成され
た半導体レーザ１３は、回折格子２の分布帰還を利用し
て波長１．３μｍで発振する分布帰還型のメサストライ
プ構造半導体レーザとなっている。また、光導波路３ａ
は、マイクロ波この集積型光素子においては、半導体レ
ーザ部１３の光閉じ込め層３ｂと光導波路３ａとが連続
しているため、レーザ発振光は効率よく光導波路３ａに
導かれる。
素子の例として半導体レーザを用いて光導波路とを集積
化した例について、その製作工程順に説明する図である
。第１図（ａ）では、ｎ−ＩｎＰ基板１上の一部分に周
期的２００ＯＡの回折格子２を形成する。第１図（ｂ）
では、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、波長組成１．１ μｍの
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３．ｎ−ＩｎＰ中間層４．
波長組成１．３ ａｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層５゜Ｐ−
ＩｎＰクラッド層６． Ｐ −・−Ｉ ｎＧａ Ａｓ
Ｐキャラプ層７を順次エピタキシャル成長する。第１図
（Ｃ）では回折格子２が埋め込まれたレーザ部１３とな
る部分を除いて、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３より上
の層を除去する。この時、ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓＰ
を選択的にエツチングするエッチャント、例えばＩｎＰ
に対してはＨＣ１＋Ｈ３Ｐ０． ＩｎＧａＡｓＰに対し
てはＨ２ＳＯ，＋ Ｆｌ、 ０２＋Ｈ，Ｏなどのエッチ
ャントを交互に使用すれば、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路
層３表面でエツチングを止めることができる。第１図（
ｄ）では、光導波路３ａ及びレーザ部１３を残すように
してｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３を除去すれば、半導
体レーザ１３と光導波路３ａが同一のＩｎＰ基板１上に
集積化されたものが得られる。レーザ部１３の導波路層
３は半導体レーザ１３の光閉じ込め層３ｂの役割を果し
ている。このようにしてｎ−ＩｎＰ基板１上に形成され
た半導体レーザ１３は、回折格子２の分布帰還を利用し
て波長１．３μｍで発振する分布帰還型のメサストライ
プ構造半導体レーザとなっている。また、光導波路３ａ
は、マイクロ波この集積型光素子においては、半導体レ
ーザ部１３の光閉じ込め層３ｂと光導波路３ａとが連続
しているため、レーザ発振光は効率よく光導波路３ａに
導かれる。
（実施例２）
第１の実施例では、ｎ−ＩｎＰ基板１上に形成する半導
体レーザ１３として、メサストライプ構造半導体レーザ
の例を示したが、ここでは、第２の実施例として二蓋チ
ャンネルプレーナ埋め込みへテロ構造半導体レーザ（以
下ＤＣ−ＰＢＨレーザと称する）を光導波路３ａと共に
集積化した集積型光素子について述べる。
体レーザ１３として、メサストライプ構造半導体レーザ
の例を示したが、ここでは、第２の実施例として二蓋チ
ャンネルプレーナ埋め込みへテロ構造半導体レーザ（以
下ＤＣ−ＰＢＨレーザと称する）を光導波路３ａと共に
集積化した集積型光素子について述べる。
第２図は、第２の実施例である集積型光素子の構造図で
ある。製作方法は、ますｎ−ＩｎＰ基板１上に部分的に
周期的２０００Ｘの回折格子２を形成し、全面を覆うよ
うに波長組成１．１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層
３ （３ａ、 ３ｂ）、 ｎ−ＩｎＰ中間層４．波
長組成１．３ μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性ＪＶ５．Ｐ−
ＩｎＰクラッド層６を順次エピタキシャル成長する。そ
の後、少くとも回折格子２が形成された領域において、
導波路層３表面まで達する２つの溝８と、それによって
挾まれるメサストライプ９を形成した後、このメサスト
ライプ９の上部を除いてＰ−ＩｎＰブロック層１’Ｏ，
ｎ−ＩｎＰ フロック層１１を、全面を覆うようにＰ−
ＩｎＰ埋め込み層１２．Ｐ・ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
７を成長させる。その後は第１の実施例と同様に、レー
ザ部１３を除いて導波路Ｍ３より上の層を除去し、更に
、レーザ部１３と光導波路３ａとなる部分を除き、導波
路層３を除去する。このようにして製作された集積型光
素子のレーザ部１３は、回折格子２の分布帰還によって
発振する分布帰還型のＤＣ−ＰＢＨレーザとなっている
。レーザ部１３の導波路層３は光閉じ込め層３１７とな
り光閉じ込め層３ｂは光導波路３ａと連続しているため
、レーザ発振光は効率よく光導波路３ａに導かれる。
ある。製作方法は、ますｎ−ＩｎＰ基板１上に部分的に
周期的２０００Ｘの回折格子２を形成し、全面を覆うよ
うに波長組成１．１μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層
３ （３ａ、 ３ｂ）、 ｎ−ＩｎＰ中間層４．波
長組成１．３ μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性ＪＶ５．Ｐ−
ＩｎＰクラッド層６を順次エピタキシャル成長する。そ
の後、少くとも回折格子２が形成された領域において、
導波路層３表面まで達する２つの溝８と、それによって
挾まれるメサストライプ９を形成した後、このメサスト
ライプ９の上部を除いてＰ−ＩｎＰブロック層１’Ｏ，
ｎ−ＩｎＰ フロック層１１を、全面を覆うようにＰ−
ＩｎＰ埋め込み層１２．Ｐ・ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
７を成長させる。その後は第１の実施例と同様に、レー
ザ部１３を除いて導波路Ｍ３より上の層を除去し、更に
、レーザ部１３と光導波路３ａとなる部分を除き、導波
路層３を除去する。このようにして製作された集積型光
素子のレーザ部１３は、回折格子２の分布帰還によって
発振する分布帰還型のＤＣ−ＰＢＨレーザとなっている
。レーザ部１３の導波路層３は光閉じ込め層３１７とな
り光閉じ込め層３ｂは光導波路３ａと連続しているため
、レーザ発振光は効率よく光導波路３ａに導かれる。
以上、第１．第２の実施例で説明した集積型光末子の半
導体レーザ１３は、共に室温連続発振が可能であり、半
導体レーザ１３を発振させたところ光導波路３ａの端部
から、それぞれ２０ ｍＷｌいう高い光出力が得られた
。
導体レーザ１３は、共に室温連続発振が可能であり、半
導体レーザ１３を発振させたところ光導波路３ａの端部
から、それぞれ２０ ｍＷｌいう高い光出力が得られた
。
（実施例３）
第３図に本発明の第３の実施例である集積型光素子の簡
単な構造図を示す。この集積型光素子は発振波長の異な
る２つの半導体レーザ１３ａ、１３ｂ、及びそれぞれの
レーザ発振光を重ね合わせるためのＹ分岐型の光導波路
３ａが、ＩｎＰ基板１上に集積化されたものである。２
つの半導体レーザ１３ａ、１３ｂは、前述の第１才たは
第２の実施例で説明したものと同じ構造であり、それぞ
れの回折格子２ａ、２ｂの周期を変えることによって互
いに異なる発振波長で発振する。この集積型光素子は、
２つの半導体レーザ１３ａ、１３ｂからのレーザ光を、
Ｙ分岐型光導波路３ａで集光することができるため、波
長多重伝送用光源として使用できる。
単な構造図を示す。この集積型光素子は発振波長の異な
る２つの半導体レーザ１３ａ、１３ｂ、及びそれぞれの
レーザ発振光を重ね合わせるためのＹ分岐型の光導波路
３ａが、ＩｎＰ基板１上に集積化されたものである。２
つの半導体レーザ１３ａ、１３ｂは、前述の第１才たは
第２の実施例で説明したものと同じ構造であり、それぞ
れの回折格子２ａ、２ｂの周期を変えることによって互
いに異なる発振波長で発振する。この集積型光素子は、
２つの半導体レーザ１３ａ、１３ｂからのレーザ光を、
Ｙ分岐型光導波路３ａで集光することができるため、波
長多重伝送用光源として使用できる。
本発明による集積型光素子においては、光導波路３ａを
他の半導体材料で埋め込む必要がないため、製作が容易
である。また、２つ以上の光素子をＩｎＰ基板１上に集
積した場合においては、各素子間のＰ型半導体層全てが
除去されているため、素子間の十分な電気的絶縁がとれ
る。
他の半導体材料で埋め込む必要がないため、製作が容易
である。また、２つ以上の光素子をＩｎＰ基板１上に集
積した場合においては、各素子間のＰ型半導体層全てが
除去されているため、素子間の十分な電気的絶縁がとれ
る。
同、本発明の実施例では、ＩｎＰ基板１上に形成した半
導体レーザとして、分布帰還型の半導体し 一ザを
示したが、分布ブラック反射型の半導体レーザでもよい
。また、本実施例では、半導体レーザの構造として、メ
サストライプ構造及びＤＣ−ＰＢＨ構造の例を示したが
、半導体レーザの構造はこれに眼定されないのは言うま
でもなく、例えばリッジウェイブカイド構造等でもよい
。本実施例では、光導波路３ａが空気中に露出している
が光導波路３ａはｓＩｏ、Ｊ［等で保護されてもよい。
導体レーザとして、分布帰還型の半導体し 一ザを
示したが、分布ブラック反射型の半導体レーザでもよい
。また、本実施例では、半導体レーザの構造として、メ
サストライプ構造及びＤＣ−ＰＢＨ構造の例を示したが
、半導体レーザの構造はこれに眼定されないのは言うま
でもなく、例えばリッジウェイブカイド構造等でもよい
。本実施例では、光導波路３ａが空気中に露出している
が光導波路３ａはｓＩｏ、Ｊ［等で保護されてもよい。
本発明の実施例では、集積化する光素子として半導体レ
ーザを取り上げたが、他の光素子でもよく例えばフォト
ダイオード等でもよい。因み（こ、第１、第２の実施例
で示した半導体レーザ１３は、逆バイアスを加えること
によってフォトダイオードとなり、受光効率のよい受光
素子が得られる。また、ＩｎＰ基板１はＰ型または半絶
縁性半導体からなってもよい。
ーザを取り上げたが、他の光素子でもよく例えばフォト
ダイオード等でもよい。因み（こ、第１、第２の実施例
で示した半導体レーザ１３は、逆バイアスを加えること
によってフォトダイオードとなり、受光効率のよい受光
素子が得られる。また、ＩｎＰ基板１はＰ型または半絶
縁性半導体からなってもよい。
（発明の効果）
本発明による集積型光素子は、光導波路３ａを他の半導
体材料で埋め込む必要がないため、製作が容易であり、
また、素子間の同一導電型半導体層を除去しであるため
、素子間の十分な電気的絶縁がとれ、複数個の光素子を
集積化するのに有効である５、例えば、第３の実施例で
述べた２つ以上の半導体レーザの集積化以外にも、半導
体レーザとフォトダイオード、あるいは半導体レーザと
変調器等の集積化が可能であり、更に、ＩｎＰ基板１上
に電気回路を形成することも可能である。
体材料で埋め込む必要がないため、製作が容易であり、
また、素子間の同一導電型半導体層を除去しであるため
、素子間の十分な電気的絶縁がとれ、複数個の光素子を
集積化するのに有効である５、例えば、第３の実施例で
述べた２つ以上の半導体レーザの集積化以外にも、半導
体レーザとフォトダイオード、あるいは半導体レーザと
変調器等の集積化が可能であり、更に、ＩｎＰ基板１上
に電気回路を形成することも可能である。
第１図は本発明の第１の実施例である集積型光素子を製
作工程順に説明する構造図であり、第２゜第３図はそれ
ぞれ本発明の第２．第３の実施例である集積型光素子の
構造図である。符号及び名称はそれぞれ、１はｎ−１ｎ
Ｐ基板、２．２ａ、２ｂは回折格子、３は導波路層、３
ａは光導波路３ｂは光閉じ込め層、４はｎ−ＩｎＰ中間
層、５はＩｎＧａＡｓＰ活性層、６はＰ−ＩｎＰクラッ
ド層、７はＰ・−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、８は溝、
９はメサストライプ、１０はＰ−ＩｎＰブｏ ツク層、
１１はｎ−ＩｎＰブロック層、１２はＰ＝ＩｎＰ埋め込
み層、１３，１３ａ。 １３ｂは半導体レーザである。
作工程順に説明する構造図であり、第２゜第３図はそれ
ぞれ本発明の第２．第３の実施例である集積型光素子の
構造図である。符号及び名称はそれぞれ、１はｎ−１ｎ
Ｐ基板、２．２ａ、２ｂは回折格子、３は導波路層、３
ａは光導波路３ｂは光閉じ込め層、４はｎ−ＩｎＰ中間
層、５はＩｎＧａＡｓＰ活性層、６はＰ−ＩｎＰクラッ
ド層、７はＰ・−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、８は溝、
９はメサストライプ、１０はＰ−ＩｎＰブｏ ツク層、
１１はｎ−ＩｎＰブロック層、１２はＰ＝ＩｎＰ埋め込
み層、１３，１３ａ。 １３ｂは半導体レーザである。
Claims (1)
- ＩｎＰ基板上に、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路と前
記光導波路の一部を光閉じ込め層とするＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系の光素子が配置されてなることを特徴とする
集積型半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21680384A JPS6194011A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 集積型半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21680384A JPS6194011A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 集積型半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6194011A true JPS6194011A (ja) | 1986-05-12 |
Family
ID=16694129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21680384A Pending JPS6194011A (ja) | 1984-10-16 | 1984-10-16 | 集積型半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6194011A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022516453A (ja) * | 2018-12-28 | 2022-02-28 | 南京郵電大学 | ホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-10-16 JP JP21680384A patent/JPS6194011A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022516453A (ja) * | 2018-12-28 | 2022-02-28 | 南京郵電大学 | ホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法 |
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