JPS63311786A - 光集積素子 - Google Patents
光集積素子Info
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- JPS63311786A JPS63311786A JP14768087A JP14768087A JPS63311786A JP S63311786 A JPS63311786 A JP S63311786A JP 14768087 A JP14768087 A JP 14768087A JP 14768087 A JP14768087 A JP 14768087A JP S63311786 A JPS63311786 A JP S63311786A
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- Japan
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- laser
- distributed feedback
- photodetector
- resistance semiconductor
- coupling
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- Pending
Links
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- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 27
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- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 8
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Classifications
-
- 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
- H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
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）
本発明は分布帰還型レーザと光素子とを集積化した光集
積素子に関する。
積素子に関する。
（従来の技術）
半導体レーザは、一般に温度によって光出力が大きく変
動するため、実用上は光出力の一部を光検出器でモニタ
して、このモニタ出力が一定となるように負帰還をかけ
、レーザの注入電流を制御する必要がある。したがって
半導体レーザを使用する場合はモニタ用光検出器が不可
欠である。このため従来レーザと光検出器とを同一半導
体基板上に集積化した素子がいくつか提案されてきた。
動するため、実用上は光出力の一部を光検出器でモニタ
して、このモニタ出力が一定となるように負帰還をかけ
、レーザの注入電流を制御する必要がある。したがって
半導体レーザを使用する場合はモニタ用光検出器が不可
欠である。このため従来レーザと光検出器とを同一半導
体基板上に集積化した素子がいくつか提案されてきた。
このうち分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）を用いた光
集積素子は、ＤＦＢレーザがへき開面を必要としない点
で、ファプリー・ベロールーザを用いた場合よりも製作
上有利である。このような光集積素子において重要な点
は、レーザと光検出の結合効率が大きなこと、レーザと
光検出器の電気的なアイソレーションが十分に大きくと
れることである。またレーザ自体もできるだけ低しきい
値で高効率であることが望まれる。さらに集積素子であ
るため、単体の素子と比べて歩留りの高い製作方法が要
求される。第３図（ａ）は特願昭５９−１５９８２２に
ある光集積素子の従来例を示す斜視図、第３図（ｂ）は
この素子の直線ＢＢ”における断面図である。この素子
は回折格子３００を形成したＩｎＰ基板３０１上にＤＦ
Ｂレーザ３１０と光検出器３３０とが集積化されている
。
集積素子は、ＤＦＢレーザがへき開面を必要としない点
で、ファプリー・ベロールーザを用いた場合よりも製作
上有利である。このような光集積素子において重要な点
は、レーザと光検出の結合効率が大きなこと、レーザと
光検出器の電気的なアイソレーションが十分に大きくと
れることである。またレーザ自体もできるだけ低しきい
値で高効率であることが望まれる。さらに集積素子であ
るため、単体の素子と比べて歩留りの高い製作方法が要
求される。第３図（ａ）は特願昭５９−１５９８２２に
ある光集積素子の従来例を示す斜視図、第３図（ｂ）は
この素子の直線ＢＢ”における断面図である。この素子
は回折格子３００を形成したＩｎＰ基板３０１上にＤＦ
Ｂレーザ３１０と光検出器３３０とが集積化されている
。
ＤＦＢレーザ３１０と光検出器３３０とは同じ層構造か
ら成り、また横モード制御のために、ＤＣＰＢＨ型の埋
め込み構造をしている。ＤＦＢレーザ３１０と光検出器
３３０の電気的なアイソレーションは結合部３２０に設
けられた溝によって行われている。ここで、第３図（ｂ
）に示したように溝を設けた結合部３２０では中央のメ
サ付近の光ガイド層３０２および活性層３０４を残して
おり、レーザ光は主としてこれらの層を通じて光検出器
３３０に入射する。光検出器３３０では活性層３０４が
光吸収層として働きレーザ光を受光する。
ら成り、また横モード制御のために、ＤＣＰＢＨ型の埋
め込み構造をしている。ＤＦＢレーザ３１０と光検出器
３３０の電気的なアイソレーションは結合部３２０に設
けられた溝によって行われている。ここで、第３図（ｂ
）に示したように溝を設けた結合部３２０では中央のメ
サ付近の光ガイド層３０２および活性層３０４を残して
おり、レーザ光は主としてこれらの層を通じて光検出器
３３０に入射する。光検出器３３０では活性層３０４が
光吸収層として働きレーザ光を受光する。
（発明が解決しようとする問題点）
従来例に示した光集積素子には次のような問題点があっ
た。すなわち、結合部３２０に溝を有しているため、こ
の部分でレーザ光の散乱が大きく、結合効率があまり大
きくとれないこと、また液相エピタキシャル成長を用い
た埋め込み構造であるため、製作が比較的難しく高い歩
留りの光集積素子を得ることが困難であることなどであ
る。
た。すなわち、結合部３２０に溝を有しているため、こ
の部分でレーザ光の散乱が大きく、結合効率があまり大
きくとれないこと、また液相エピタキシャル成長を用い
た埋め込み構造であるため、製作が比較的難しく高い歩
留りの光集積素子を得ることが困難であることなどであ
る。
本発明の目的は、この問題点を改善し、レーザと光素子
の結合効率が大きく、電気的なアイソレーションが十分
にとれ、かつ高い歩留りの得られる光集積素子を提供す
ることにある。
の結合効率が大きく、電気的なアイソレーションが十分
にとれ、かつ高い歩留りの得られる光集積素子を提供す
ることにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の構成は、一つの半導体基板上に、回折格子を有
する光ガイド層、活性層、クラッド層を少くとも含む分
布帰還型レーザと光素子とを集積化し、前記分布帰還型
レーザと前記光素子とが結合部によって光学的に結合さ
れており、かつ、前記分布帰還型レーザの活性領域が２
つのチャンネル部に狭まれて形成されており、前記結合
部および前記チャンネル部は、前記積層構造のうちの表
面から活性層までが除去されており、かつ除去された部
分が前記分布帰還型レーザの発振波長に対して透明な高
抵抗半導体で埋め込よれていること？特徴とする。
する光ガイド層、活性層、クラッド層を少くとも含む分
布帰還型レーザと光素子とを集積化し、前記分布帰還型
レーザと前記光素子とが結合部によって光学的に結合さ
れており、かつ、前記分布帰還型レーザの活性領域が２
つのチャンネル部に狭まれて形成されており、前記結合
部および前記チャンネル部は、前記積層構造のうちの表
面から活性層までが除去されており、かつ除去された部
分が前記分布帰還型レーザの発振波長に対して透明な高
抵抗半導体で埋め込よれていること？特徴とする。
（実施例）
次に図面により、本発明の詳細な説明する。
第１図（ａ）は本発明の第１の実施例として示す斜視図
、第１図（ｂ）と（Ｃ）はそれぞれ直線ＡＡ’とＢＢ’
における断面図である。従来例と比べて本発明の特長は
、ＤＦＢレーザ１１０のチャンネル部１４０と結合部１
２０が高抵抗半導体１０７で埋め込まれている点である
。光ガイド層１０２は素子全体に形成されている。
、第１図（ｂ）と（Ｃ）はそれぞれ直線ＡＡ’とＢＢ’
における断面図である。従来例と比べて本発明の特長は
、ＤＦＢレーザ１１０のチャンネル部１４０と結合部１
２０が高抵抗半導体１０７で埋め込まれている点である
。光ガイド層１０２は素子全体に形成されている。
高抵抗半導体１０７はクラッド層１０５と同一組成（た
だし抵抗率は大きい）であるため、レーザ光に対して透
明であり、結合部１２０でのレーザ光の散乱は非常に小
さく、かつ電気的なアイソレーションは十分にとれる。
だし抵抗率は大きい）であるため、レーザ光に対して透
明であり、結合部１２０でのレーザ光の散乱は非常に小
さく、かつ電気的なアイソレーションは十分にとれる。
またＤＦＢレーザ１１０のチャンネル部１４０も高抵抗
半導体１０７であるために、横モードを安定化するとと
もにもれ電流を極めてめで小さくおさえることができ、
それによって低しきい値かつ高効率のレーザが得られる
。ＤＦＢレーザ１１０はいわゆるストリップ埋め込み構
造（ＳＢＨ構造）となっている。
半導体１０７であるために、横モードを安定化するとと
もにもれ電流を極めてめで小さくおさえることができ、
それによって低しきい値かつ高効率のレーザが得られる
。ＤＦＢレーザ１１０はいわゆるストリップ埋め込み構
造（ＳＢＨ構造）となっている。
さらに、以下に詳しく述べるように本発明によれば、制
作方法が簡単であるため、高い歩留りが実現できる。以
下具体的な製作手順と素子特性について述べる。
作方法が簡単であるため、高い歩留りが実現できる。以
下具体的な製作手順と素子特性について述べる。
まず、周期２４０ｎｍの回折格子１００を有するｎ−Ｉ
ｎＰ基板１０１の上に、液相エピタキシャル成長法によ
って、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（λｇ＝ １．３
ｐｍ）１０２、ｎ−ＩｎＰバッファ層１０３ 、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層（λｇ＝１．５５ｐｍ）１０４、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層１０５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
（λｇ＝１．２ｐｍ）１０６を順次成長する。次に表面
に５ｉ０２膜のパターンを形成し、この膜をエツチング
マスクとして結合部１２０およびチャンネル部１４０の
キャンプ層１０６、クラッド層１０５、活性層１０４を
エツチングにより除去する。結合部１２０の溝幅は１０
ｐｍ程度、チャンネル部１４０の溝幅は２０ｐｍ程度で
ある。選択エツチング法を用いることにより、結合部１
２０とチャンネル部１４０を同時にエツチングすること
が容易にできる。次に上述の６一 ５ｉ０２膜のパターンをそのまま選択成長のマスクとし
て用い、ハイドライド気相エピタキシャル成長法によっ
てＦｅをドープした高抵抗ＩｎＰ１０７を溝部に形成す
る。この気相成長法では、成長時間等を制御することで
結合部１２０とチャンネル部１４０の溝を同時にかつ表
面が平坦となるように埋め込み成長を行うことができる
。２つのチャンネル部１４０に挾まれたＤＦＢレーザ１
１０の活性領域の幅は約２ｐｍである。この実施例では
、光検出器１３０もＤＦＢレーザ１１０と同じ高抵抗Ｉ
ｎＰ１０７による埋め込み構造をしている。最後に５ｉ
０２膜を除去し、ＤＦＢレーザ１１０と光検出器１３０
の部分に電極を形成し、へき開によって素子を切り出す
。ＤＦＢレーザ１１０の長さは約３００ｐｍ、光検出器
の長さは約１１００ｐである。こうして製作した集積素
子のＤＦＢレーザ１１０と光検出器１３０の間の分離抵
抗は１００ＭΩ以上であった。これは、ＤＦＢレーザ１
１０を順方向に、光検出器１３０を逆方向にバイアスし
た時にも、ＤＦＢレーザ１１０から光検出器１３０への
もれ電流が０．０１９Ａ以下におさえられることを示し
ており、光集積素子として十分小さな値である。なおこ
の実施例では、第１図（ｅ）に示したように結合部１２
０においては、横方向の光の閉じ込めがなされていない
。したがってレーザ光は結合部１２０で若干法がる。し
かし、結合部１２０の幅は１０ｐｍ程度なので、この点
は大きな問題とはならない。結合効率としては、８０％
以上の値が得られた。
ｎＰ基板１０１の上に、液相エピタキシャル成長法によ
って、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層（λｇ＝ １．３
ｐｍ）１０２、ｎ−ＩｎＰバッファ層１０３ 、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層（λｇ＝１．５５ｐｍ）１０４、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層１０５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
（λｇ＝１．２ｐｍ）１０６を順次成長する。次に表面
に５ｉ０２膜のパターンを形成し、この膜をエツチング
マスクとして結合部１２０およびチャンネル部１４０の
キャンプ層１０６、クラッド層１０５、活性層１０４を
エツチングにより除去する。結合部１２０の溝幅は１０
ｐｍ程度、チャンネル部１４０の溝幅は２０ｐｍ程度で
ある。選択エツチング法を用いることにより、結合部１
２０とチャンネル部１４０を同時にエツチングすること
が容易にできる。次に上述の６一 ５ｉ０２膜のパターンをそのまま選択成長のマスクとし
て用い、ハイドライド気相エピタキシャル成長法によっ
てＦｅをドープした高抵抗ＩｎＰ１０７を溝部に形成す
る。この気相成長法では、成長時間等を制御することで
結合部１２０とチャンネル部１４０の溝を同時にかつ表
面が平坦となるように埋め込み成長を行うことができる
。２つのチャンネル部１４０に挾まれたＤＦＢレーザ１
１０の活性領域の幅は約２ｐｍである。この実施例では
、光検出器１３０もＤＦＢレーザ１１０と同じ高抵抗Ｉ
ｎＰ１０７による埋め込み構造をしている。最後に５ｉ
０２膜を除去し、ＤＦＢレーザ１１０と光検出器１３０
の部分に電極を形成し、へき開によって素子を切り出す
。ＤＦＢレーザ１１０の長さは約３００ｐｍ、光検出器
の長さは約１１００ｐである。こうして製作した集積素
子のＤＦＢレーザ１１０と光検出器１３０の間の分離抵
抗は１００ＭΩ以上であった。これは、ＤＦＢレーザ１
１０を順方向に、光検出器１３０を逆方向にバイアスし
た時にも、ＤＦＢレーザ１１０から光検出器１３０への
もれ電流が０．０１９Ａ以下におさえられることを示し
ており、光集積素子として十分小さな値である。なおこ
の実施例では、第１図（ｅ）に示したように結合部１２
０においては、横方向の光の閉じ込めがなされていない
。したがってレーザ光は結合部１２０で若干法がる。し
かし、結合部１２０の幅は１０ｐｍ程度なので、この点
は大きな問題とはならない。結合効率としては、８０％
以上の値が得られた。
ＤＦＢレーザ１１０のしきい値は２０〜３０ｍＡ、発振
波長は１．５５ｐｍであった。結合効率を含めた光検出
器１３０の量子効率は約７０％であった。また先に述べ
たように本発明は製作方法が簡単なため高い歩留りが得
られた。実際上述の素子特性（しきい値、量子効率など
）を満足する素子は全体の８割以上であった。
波長は１．５５ｐｍであった。結合効率を含めた光検出
器１３０の量子効率は約７０％であった。また先に述べ
たように本発明は製作方法が簡単なため高い歩留りが得
られた。実際上述の素子特性（しきい値、量子効率など
）を満足する素子は全体の８割以上であった。
第２図は本発明の第２の実施例を示す斜視図である。第
１の実施例と異なる点は、光検出器１３０の部分が埋め
込み構造となっておらず、受光面積が広い点である。他
の点は第１の実施例と同じである。
１の実施例と異なる点は、光検出器１３０の部分が埋め
込み構造となっておらず、受光面積が広い点である。他
の点は第１の実施例と同じである。
この実施例では受光面積が広いために結合部１２０で横
方向に広がった光もすべて受光できる。このため結合効
率は９５％以上の値が得られた。ＤＦＢレーザ１１０の
しきい値などは、第１の実施例とほぼ同じであった。
方向に広がった光もすべて受光できる。このため結合効
率は９５％以上の値が得られた。ＤＦＢレーザ１１０の
しきい値などは、第１の実施例とほぼ同じであった。
なお、上述の２つの実施例では、光ガイド層１０２と活
性層１０４の間にバッファ層１０３があ・ったが、これ
は主として溝のエツチングを制御するための層であり、
必ずしも必要ではない。また光検出器１３０の部分には
回折格子１００はなくてもよい。
性層１０４の間にバッファ層１０３があ・ったが、これ
は主として溝のエツチングを制御するための層であり、
必ずしも必要ではない。また光検出器１３０の部分には
回折格子１００はなくてもよい。
実施例では、ＤＦＢレーザに光検出器を集積化した例に
ついて説明したが、この光検出器を電流注入型の光変調
器として使用することもでき、変調電流によってＤＦＢ
レーザ１１０の光強度や周波数を変調できる。さらに光
検出器と異なる構造の光変調器を積層しても本発明の効
果は本質的には変らない。このような光変調器としては
、例えば第１図に示した光検出器の活性層を除去して光
ガイド層だけを残したような構造の光素子がある。この
光素子では光ガイド層に逆バイアスをかけ、電界効果に
よる屈折率変化を利用してレーザ光の位相や周波数を変
調できる。また本発明は、実施例で用いた以外の結晶成
長法、例えば有機金属気相成長法を用いても製作可能で
あること、およびＧａＡｌＡｓ系などの他の材料系にも
適用できることは言うまでもない。
ついて説明したが、この光検出器を電流注入型の光変調
器として使用することもでき、変調電流によってＤＦＢ
レーザ１１０の光強度や周波数を変調できる。さらに光
検出器と異なる構造の光変調器を積層しても本発明の効
果は本質的には変らない。このような光変調器としては
、例えば第１図に示した光検出器の活性層を除去して光
ガイド層だけを残したような構造の光素子がある。この
光素子では光ガイド層に逆バイアスをかけ、電界効果に
よる屈折率変化を利用してレーザ光の位相や周波数を変
調できる。また本発明は、実施例で用いた以外の結晶成
長法、例えば有機金属気相成長法を用いても製作可能で
あること、およびＧａＡｌＡｓ系などの他の材料系にも
適用できることは言うまでもない。
（発明の効果）
以上、述べたように、本発明によれば、電気的なアイソ
レーションが十分に大きく、かつ結合効率が大きなりＦ
Ｂレーザと光素子の光集積素子が高い歩留りで得られる
。ＤＦＢレーザと光検出器とを集積化した例では、レー
ザのしきい値２０〜３０ｍＡで結合効率が８０％以上の
光集積素子を８割以上の高歩留りで得ることができた。
レーションが十分に大きく、かつ結合効率が大きなりＦ
Ｂレーザと光素子の光集積素子が高い歩留りで得られる
。ＤＦＢレーザと光検出器とを集積化した例では、レー
ザのしきい値２０〜３０ｍＡで結合効率が８０％以上の
光集積素子を８割以上の高歩留りで得ることができた。
第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を示す斜視図、第
１図（ｂ）と（Ｃ）はそのＡＡ”、ＢＢ’における断面
図、第２図は第２の実施例を示す斜視図、第３図（ａ）
は従来例を示す斜視図、第３図体）はそのＢＢ’におけ
る断面図でト ある。 図において、１１０，３１０はＤＦＢレーザ、１２０，
３２０は結合部、１３０，３３０は光検出器、１４０は
チャンネル部、１００，３００は回折格子、１０１，３
０１は半導体基板、１０２．３０２は光ガイド層、１０
３はバッファ層、１０４，３０４は活性層、１０５はク
ラッド層、１０６はキャラ第１図（ａ） １ｉＱ ＤＦＢレーザ １２０結合部 １３０光検出器
第１図（ｂ） 第１図（Ｃ） 第２図 第３図（ａ） ３１Ｑ ＤＦＢレーザ ３２０結合部 ３３０光検出器
第３図（ｂ）
１図（ｂ）と（Ｃ）はそのＡＡ”、ＢＢ’における断面
図、第２図は第２の実施例を示す斜視図、第３図（ａ）
は従来例を示す斜視図、第３図体）はそのＢＢ’におけ
る断面図でト ある。 図において、１１０，３１０はＤＦＢレーザ、１２０，
３２０は結合部、１３０，３３０は光検出器、１４０は
チャンネル部、１００，３００は回折格子、１０１，３
０１は半導体基板、１０２．３０２は光ガイド層、１０
３はバッファ層、１０４，３０４は活性層、１０５はク
ラッド層、１０６はキャラ第１図（ａ） １ｉＱ ＤＦＢレーザ １２０結合部 １３０光検出器
第１図（ｂ） 第１図（Ｃ） 第２図 第３図（ａ） ３１Ｑ ＤＦＢレーザ ３２０結合部 ３３０光検出器
第３図（ｂ）
Claims (1)
- 一つの半導体基板上に、回折格子を有する光ガイド層、
活性層、クラッド層を少くとも含む分布帰還型レーザと
光素子とを集積化し、前記分布帰還型レーザと前記光素
子とが結合部によって光学的に結合されており、かつ、
前記分布帰還型レーザの活性領域が２つのチャンネル部
によって狭まれて形成されており前記結合部および前記
チャンネル部は、前記積層構造のうちの表面から活性層
までが除去されており、かつ除去された部分が前記分布
帰還型レーザの発振波長に対して透明な高抵抗半導体で
埋め込まれていることを特徴とする光集積素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14768087A JPS63311786A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 光集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14768087A JPS63311786A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 光集積素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63311786A true JPS63311786A (ja) | 1988-12-20 |
Family
ID=15435851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14768087A Pending JPS63311786A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 光集積素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63311786A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6790697B2 (en) | 1994-09-28 | 2004-09-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical semiconductor device and method of fabricating the same |
-
1987
- 1987-06-12 JP JP14768087A patent/JPS63311786A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6790697B2 (en) | 1994-09-28 | 2004-09-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical semiconductor device and method of fabricating the same |
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