JPS63310193A - 光集積化素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光集積化素子に関し、特に発光素子と受光
素子とを有−ｔｒるもので、これら光半導体素子が同一
基板上に集積化された光集積化素子に関するものである
。

〔従来の技術〕

近年の光半導体素子や尤ファイバ等の高品賞化に伴い、
光フアイバ通信の実用化が大いに進み、光婆積回路の分
野が著しい発展をみせている＠なかでも、半導体レーザ
と受光素子との集積化は、光源の光出力を高精度に制御
するためのモニタ技術として、システム構成上重要な技
術のひとつであり、例えば、特開昭５８−７９７８９号
公報に埋込みヘドロ構造半導体レーザ（以下、ＢＨ−Ｌ
Ｄと称す）と７オトデイテクタと？同一半導体基板上に
集積化した光集積化素子が開示されている。

第６図は上記従来の光集積化素子を示す平面図であり、
同図において、ＩＩＩけＢＥ−ＬＤ、＋ズ）＃：ｔ７オ
トデイテクタ、１３）および＋４１ｒｉ上記ＢＥ−ＬＤ
Ｈｌおよび上記フォトディテクタ１２＋のみ々の電極ス
トライプ、）６）および（６１け上記Ｂ　Ｈ−Ｌ　Ｄ　
ＩＩＩのエツチング共振器面およびへき開共振器面、（
７）およＵ　ｌｓｌ　１−１モニタレーザ光および出力
レーザ光である。このものの構成の概！！は、上記ＢＨ
−ＬＤｉｌ＋と上記フォトディテクタ（２）とが同一半
導体基板上に集積化されており、上記フォトディテクタ
（ｚｌがＰＮ接合型フォトダイオードとフォトコンブフ
タとからなり、上記Ｂ　Ｈ−Ｌ　Ｄ　ＩＩＩがその少く
とも一方の共振器ｃｔ’ｔエツチング法によって形成さ
れ、まな上記フォトディテクタ（２）が上記エツチング
共振器［１ｉ１５１からの出射レーザ光を受光すべく、
上記エツチング共振器面（５）と対面する池万のエツチ
ング而に相対して配設されるものである。

上記のように構成される光集積化素子は、次のように動
作される。すなわち、Ｂ　Ｈ−Ｌ　Ｄｌｌｌの電極スト
ライプ＋３）　［ｉＥのバイアス電圧が印加されて電流
が流れると、上記Ｂ　Ｈ−Ｌ　Ｄ　ＩＩＩにレーザ発振
が起こり、へき開共振器面（６１とエツチング共振器Ｉ
ｆｉ１６）とで反射が繰返えされ、やがてそれら両端［
ｊｉｊ　＋６１　、　ｌｓｌからそれぞれモニタレーザ
光（７）、出力レーザ光（８）が出射される。このモニ
タレーザ光１７＋が、フォトディテクタ（２）に入光さ
れると、このフォトディテクタ１２）には電極ストライ
プ（４１に外部抵抗を介して負のバイアス電圧が印加さ
れており、上記フォトディテクタ（２）に生ずるＮａｋ
検出するようになっている。このとき、上記フォトディ
テクタ（２）には、上記モニタレーザ光１７）の強度に
比例した歌のＸ流が流れ、ま比、上記モニタレーザ光（
７１の強度は、上記出力レーザ光（８）の強度に比例し
たものが得られる。従って、上記出力レーザ光（８）は
、その強度が上記フォトディテクタ（２）に受光される
上記モニタレーザ光（７）の強度に相当した上記フォト
ディテクタ１２）での電流によりモニタするものである
。

〔発明が解決しようとする間預点〕

従来の光集積化素子は以上のように構成され、ＢＨ−Ｌ
ＤＩＩＩけ、レーザの共振を起こさせる共振器面が、一
方をエツチング法により形成されたエツチング共振器面
１６）、他方をへき開技術により形成されたへき開共振
器面（６１からなるものである。通常、エツチングによ
り形成されたｒｊａは、面粗度が大きく、平坦性も悪い
ものとなって、へき開により形成された面にくらべて面
精度の良くないものである。

このため、上記ＢＨ−ＬＤ（１）の一方に有する上記エ
ツチング共振器面・６）でのレーザ光の散乱損失が非常
に大きなものとなり、電流−光出力特性を悪くするもの
であつな。労って、上記ＢＥ−Ｌ　Ｄ　＋ｌｌのキャリ
ア発生領域におｈて誘導放出を開始させるしきい１直電
流の著しく悪いものになってし捷うことや、微分量子効
率か悪いものとなって発光効率の著しく損われたものに
なってしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、発光素子の特性が全く損われることなく受
光素子が同一半導体基板上に集積化されて形成された高
性能の光集積化素子を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る光集積化素子は、基板上に活性層を含む
半導体層が第１導電型に積層された結晶層を有し、その
両端面がへき開共振器面で形成されており、上記へき開
共振器面と垂直方向のほぼ中央部の上記活性層に、第２
導電型にストライプ状に反転されてレーザの発振領域と
なる発光部が形成され、その両端縁よりレーザ光が出射
され、また、上記へき開共振器面の近傍の上記活性層に
、第２導電型に反転されて上記発光部の少くとも一方の
端縁と相対配置される受光部が形成され、上記レーザ光
が受光される構成になされたものである。

〔作用〕

この発明における共振器面は、結晶層の両端而にへき開
面で形成され、発光部から出射されるレーザ光をへき開
共振器面の両端面で効率良く帰還させ、発光効率を高め
る。

普た、発た部け、上記へき開共振器面と垂直方向のほぼ
中央部に形成され、上記へき開共振器面の近傍に上記発
光部の少くとも一方の端縁と相対して上記レーザ光を受
光する受光部を形成可能とさせる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例２図について説明する。第１
図ないし第４図はこの発明の一実施例を示す図で、第１
図はその斜視図、第８図ないし第４図は第１図に示すも
ののそれぞれα−ＩＩ線、［１１−［１１線およびｆｆ
−ｆｆ線における断面図である。同図において、Ｕαは
第１導電型の半導体基板、（以下、基板と称す）、ｕｕ
Ｈこの基板（ｌＯ）上に順次半導体層が積層形成された
下クラッド層Ｔｉ１ｌ）　、活性層（ｌｌｊｌ）　、上
クラッド層（ＩＨＩ）からなる結晶層、　ａ２）はこの
結晶層＋、ｌυの一対の端面罠形成されたへき開共振器
面である。Ｈに上記結晶層ｕ１Ｊの一部が第２導電型に
反転形成された第１の反転領域で、上記結晶層Ｕｔ＋の
主面に有する平面形状が、中央が凸状で、その両端で段
差状を呈している。α４Ｉは上記結晶層ａ漫における上
記第１の反転領域−と反転されない領域との境界領域に
形成される第１の反転活性領域で、上記結晶全回の主面
における′＋平面形状、中央部（１４ａ）　ｆ直線状で
、その両端縁に連接される端部（１４１：＋）を約３０
μ工程度の大きさで横り字状に屈曲するものである。ａ
Ｓはレーザ発振領域となって両端縁からレーザ光が出射
される発光部となる発振領域で、上記第１の反転活性領
域圓の中央部（１４ａ）ＩＣおける上記基板ｔｌｏｌと
垂直な領域と上記活性層（１１ｇ）との共有領域にスト
ライブ状に形成される。α１１は上記第１の反転活性領
域α４で、かつ、上記へき開共振器面賎の一方の近傍領
域にあって、第２導電型に反転形成された矩形状の第２
の反転領域、αηは上記結晶層αＩＪｖＣおける上記第
２の反転領域ＯＩｌ！と反転されない領域との境界領域
に形成された第２の反転活性領域である。（ｔＳは上記
発振領域＋１６１の端縁に相対配置されて上記レーザ光
を受光する受光部となる導波領域で、上記第２の反転活
性１ｆｆ＊Ｇ力における上記基板；１０１と垂直なｆｌ
Ｉｉ域と上記活性層（Ｉｌｌ）との共有領域に設けられ
る。

（１１１は発光素子となる半導体レーザ（以下、ＬＤと
称す）等で、この場合、いわゆるＴ　、ｒ　８（Ｔｒａ
ｎｓｖｅｒｓｅ　、７ｕｎｃｔｉｏｎ　８ｔｒｉｐｅ　
）ＬＤであり、上記活性層（１１１１）、発振領域霞、
第１の反転領域０（支）よりＰＮ接合が形成されている
。

２）１１は受光素子となるフォトメイオードＣ以下。

ＦＤと称す〕等で、上記活性層ｒｌＨり、導波頭域Ｑ８
１よりＰＮ接合が形成されている。（２）１ｔ／ｉ上記
ＦＤ四と反対側の上記発振領域ｑＦＡの端縁より出射さ
れる出力レーザ光、器ケ上ｅＰＤ■劇の上記発振領域０
５１の端縁より出射されるモニタレーザ光である。

このように構成される光集積化素子は、まず、ｎ導′１
ｍ型（以下、ｎ型と称す。また、同様にＰ導１！型はＰ
型と称す。）のガリウム・ヒ素（以下、　（）ａＡｓと
称す）基板＋１０１の主面上に、順次数百へ〜数μｍ程
度の厚さに、ｎ９アルミニウム・ガリウム寺ヒ素（以下
、＾／ｘＧａ　ｌ−ＸＡ　８又けＡｔｙＧａｘ−ｙへ８
と称す）からなる下クラッド（１１１）　、ＡｌｙＧＩ
ＬＬ−７ＡＩからなる活性層（ＩＨＩ）、　ｎ型Ａ？ｘ
Ｇａ１−ｘＡｓからなる上クラッド層（１１８）が、液
相エピタキシャル成長法等により形成される。次ＶＣ、
常用の成撲・写真製版技術によって、上記上クラッド層
（１ｘｓ）の主面上における第１の反転領域−、第３の
反転領域■を選択的に露出させ％他の領域をマスクで被
覆させた後、常用の拡赦技術によって、上記露出する該
当領域（１３）　Ｈに、例えば亜鉛Ｃ以下、　Ｚｎと称
す）２ａ−拡散させてＺｎ拡牧層を形成させる。このＺ
ｎ拡欣層は、Ｐ型になるとともに、その下層が上記上ク
ラッド層（１１３）から上記活性層（ＩＨＩ）および上
記下クラッド層（１１１）の表層部にまで達している。

次いで、ドライブ工程によって、上記結晶層想における
上記第１の反転領域０３）　、　ｉ　２の反転領域α口
の境界領域に、それぞれ第１の反転活性唄戚α４．第２
の反転活性」ＩηｔＰＩＪに形成させる。この後、上記
上クラッドＩＩ（１１３）上のマスクは、常用の写真製
版技術によって除去され、上記第１の反転領域α（至）
および上記第２の反転領域Ｑ・に、例えばキャップ層を
介してＰ素電極が、着た、上記上クラッド層（１１８）
の上記反転形成以外の領域に同じようにしてＮ極電極が
それぞれ蒸着法による金糸材料等で形成されるものであ
る。

ところで、上記のように構成される光集積化素子は％第
５図＋ａｌ　、　（ｂｌに示す如く、第１の反転領域Ｉ
Ｊ３ＶＣ正のバイアス電圧カー第２の反転領域Ｑｌに負
のバイアス電圧がそれぞれＰ素電極を介して印加され、
また、これら領域外の上クラッド層ｒｌ１３）がＮ型電
極を介して接地されて動作が行われる。すなわち、ＬＤ
ＱＩの上記Ｐ素電極のと上記Ｎ型電極舖間に所定の電圧
が印加されると、矢印（至）に示すように第１の反転領
域ＩＪ３）　、活性層（ｌｌｊｌ）における第１の反転
活性飽域α４．上クラッド層（１１Ｂ）へと電流が流れ
る。ここで、ＰＮ接合からレーザを発振１１上記第１の
反転活性頭載α４の中央部ｒ１４ａ）に有する発振領ａ
Ｓの端縁からレーザ光が出射され、へき開共賑器面Ｑ２
）の両端面で反射が繰返えされ、上記発振領域α四での
発光強度が次第に高められ、やがて上記へき開共振器面
ｕ２）の一方より所定出力の出力レーザ光２υが外部に
出射される。

ところで、上記レーザ共振において、上記出力レーザ光
２υと反転側に上記発振領域０６１の端縁から上記活性
層（１１２）中を伝播されるモニタレーザ光−は、途中
に設けられたＰＩＩＩの導波領域ｑ＄でその一部が吸収
を受ける。また、上記導波頭域帖を通過して上記へき開
共振器面醤に達した他の上記モニタレーザ光−は、反射
されて帰還レーザ光となり、上記導波明域１１８１で再
び吸収を受ける。ここで、上記導波１１８１の長さＬを
適当な寸法１例えば約１５μｍ前後に形成させておけば
、上記帰還レーザ光の一部が吸収されるだけであり、上
記モニタレーザ先回が上記発振領域α四へ充分に帰還さ
れ、レーザ発振が維持されるものである。

なお、上記導波領域０１とその外周囲の上記活性層（１
１ｍ）とでＰＭ接合が形成され、上記ＬＤ四と同じよう
にそれら電極１２４２Ｉ１９７に介して所定の電圧が印
加されているため、上記モニタレーザ光器の通過によっ
て、その光強度に相当して流れるｉｔ流を検出でき、こ
の電流によって上記出力レーザ光圓の光出力モニタが行
われている。

以上のように、この発明の一実施例のものによれば、エ
ツチング共振器面（５）ヲ用いるものと比べて、通常の
へき開技術によって共振器面■を形成することができる
ため、ＬＤＱＩの性能が全く損われることはない。すな
わち、両端面における散乱損失が極めて小さく、電流−
光出力特性の優れたものが得られるため、しきい値電流
の特性や発光効良の艮いものとなる。

着た、上記ＬＤＯ１１と上記ＰＩＩＩとが同一基板（１
０）上で、かつ同一結晶層ａυ内に形成されるため１小
型化が可能であり、また、散乱損失の影響のないモニタ
レーザ光＝により出力レーザ光３υのモニタができ、高
精度の制御が可能となる・さらに、上記結晶層ａｌｌの
ほぼ中央部（１４ａ）に発振領域贈と、所定寸法の屈曲
する端部（１４ｂ）ｍ域に上記発振領域（Ｉｓの端縁と
相対配置される導波頭ｊＩＲａｓとが形成される構成の
ため、上記出力レーザ光列の出射面となるへき開共振器
面ａ匂が、レーザ発振面となることが回きされて端面劣
化が防止される等のほかに、上記モニタレーザ光＠は、
同じ結晶層Ｕ内を伝播して上記へき開共振器面αカに達
し、再び帰還される九め、外部へ放出させる必要もなく
、より安全性の向上が図られたものとなる。

なお、上記一実施例の説明にお暦て、ｎ型基板（ｌα上
にｎ型半導体層からなる結晶層αηが積層形成されたも
のを示したが、上記基板ｔ１０１ばＰｆｆ￥のものを用
い、他の半導体層もｎｆｆ１ｊＪとＰ型とを置き換えた
もので、形成させても良く、また、上記基板１１０１　
ＶＣＧａＡａを、活性層ｒｌｌ＄１）にＡ／ｙＧａｌ−
７ム８を用いた０、８５μｍ波長帯の素子を示したが、
これに限定されず、インジウム・リン（工ｎＰ）系等の
半導体材料を用いたものにも適用される。

また、上記結晶層想におけるレーザの発振領域Ｑ５１お
よびＰＤｍｉ構成してモニタレーザ光器全受光する導波
ｌｌ１Ｉ域Ｑ（至）は、上クラッド層（＋１８）から下
クラッド層（１３））の表層部にわたって反転形成され
るものであったが、少くとも上記活性層（１１りにまで
わたって反転形成されれば良く、また、それちが常用の
拡散技術によって反転形成されたものを示したが、常用
のイオン注入技術によって反転形成されたものであって
も艮い。さらに、上記導波頭域賭け、高出力レーザ光の
光吸収等によるへき開共振器面贈の急激な劣化を防止す
るため、上記へき開共振器ｌ１ｌｌｕ２Ｉと離間して形
成されているが、低出力レーザ光を使用する場合であれ
ば、上記へき開共振器面（＋２）に接して形成されても
、特に問題はない。また、上記ＰＤ四は、モニタレーザ
光＠を上記導波頭載−で受光するものであったが、受光
領域として活性層（ｌ１２）と第２の反転領域αｅとで
形成されたものであっても上記と同等の効果を有するも
のとなり、さらに、受光部は上記ＰＤ翰以外のＰＮＮ接
合官有る他の素子としても良い。

ところで、上記−実施ｇＡＪのものは、基板（１０）と
水平方向の横９ｖＣＰＮ接合が形成され、平面形状が段
差状を有する、いわゆるクランクＴ、ＴＳ−ＬＤＱＩが
形成され、その屈曲する端部（１４１））領域にＦＤ２
）が形成される構造であったが、上記基板ＬＩＯ＋　（
！：＠直方向に端部が屈曲して段差状が形成され、その
中央部に部分的に反対率ｇｉ型に反転形成された発光部
と、端部領域に同じく反転形成されて上記発光部と相対
配置される受光部とを備え、縦方向にＰＮ接合が形成さ
れる素子構造を有するものにも適用され、上記と同様の
効果を奏するものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、同一基板上に発光素
子と受光素子とが形成され、かつこれら両者が同一結晶
層に設けられ、レーザ光が出射される発光部の端縁の少
くとも一方に、上記レーザ光を受光すべく相対配置され
る受光部が形成される構成としたので、発光特性の優れ
た高性能の光集積化素子が得られる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図およ
び第３図は第１図に示すものの１−■線およびｍ−ｍに
おける正面断面図、第４図は第１図に示すもののＷ−Ｗ
線における平面断面図、第５図は第１図に示すものの第
８図および第３図に示すものによる動作説明図、第６図
は従来の光集積化素子を示す平面図である。 図において、叫は基板、ｆｕｌｌに結晶層、（ＩＨＩ）
は活性層、αりはへき開共振器面、（１４ａ）ｒ／′！
中央部、ａ６１は発振領域、賭は導波頭載、ＩＩＩｆｉ
半導体レーザ、鶴ハフオドダイオード、３υけ出力レー
ザ光、＠ハモニタレーザ光である。 図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に活性層を含む半導体層が第１導電型に積
   層され、端面をへき開共振器面で形成される結晶層と、
   上記へき開共振器面と垂直方向のほぼ中央部に、上記活
   性層がストライプ状で第２導電型に反転形成され、レー
   ザ の発振領域となつて両端縁よりレーザが出射される発光
   部と、上記へき開共振器面の近傍の上記活性層が第２導
   電型に反転形成され、上記レーザ光を受光すべく上記発
   光部の少くとも一方の端縁と相対配置される受光部とを
   備えた光集積化素子。
2. （２）発光部は、拡散領域あるいはイオン注入領域のい
   ずれかの領域で構成されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光集積化素子。
3. （３）受光部は、拡散領域あるいはイオン注入領域のい
   ずれかの領域で構成されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光集積化素子。