JPS6358388B2 - - Google Patents

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JPS6358388B2
JPS6358388B2 JP2583681A JP2583681A JPS6358388B2 JP S6358388 B2 JPS6358388 B2 JP S6358388B2 JP 2583681 A JP2583681 A JP 2583681A JP 2583681 A JP2583681 A JP 2583681A JP S6358388 B2 JPS6358388 B2 JP S6358388B2
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layer
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JP2583681A
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Mitsuhiro Kitamura
Ikuo Mito
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
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    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二重ヘテロ構造埋め込み型半導体端面
発光素子とp−n接合型半導体受光素子を同一半
導体基板上にモノシリツクに集積化した発光素
子・光検出素子半導体集積化装置に関する。
近年光半導体素子や光フアイバの高品質化が進
み、光フアイバ通信の実用化の機運が高まりつつ
ある。それにつれ、各種光素子を一体化してシス
ステムの安定化をはかろうという気運が高まつて
きており、半導体レーザ、半導体受光素子、光変
調器、光増幅器等、各種光半導体素子のハイブリ
ツド的な、あるいはモノシリツクな集積回路化が
はかられ、光集積回路という新しい研究分野が発
展しつつある。中でもレーザ、発光ダイオード等
の発光素子と受光素子との集積化は光源の光出力
をモニターする等の必要性からシステム構成上重
要であると考えられ、それらを同一半導体基板上
に形成するモノリシツクな集積化が関心を集めて
いる。半導体レーザと光検出素子のモノリシツク
な集積化をめざしたものとして、1978年発行の
「ジヤパニーズ・ジヤーナル・オブ・アプライ
ド・フイジツクス(Japanese Journal of
Applied Physics)」誌、第17巻、第3号、第589
頁から第590頁に報告された岸野氏らによる二重
導波路構造をもつたGaAlAs/GaAsレーザと光
アンプ/受光素子の集積化、1979年発行の「アイ
トリプルイー・ジヤーナル・ヴ・クウオンタム・
エレクトロニクス(IEEE、Journal of
Quantum Electronics)」誌、第15巻、第2号、
第72頁から第82頁に報告されたメルツ(Merz)
氏らによる選択化学エツチング法を用いた
GaAlAs/GaAsレーザと受光素子の集積化、あ
るいは1980年発行のエレクトロニクス・レターズ
(Electronics LeHers)」誌、第16巻、第9号、
第342頁から第343頁に報告された伊賀氏らによる
化学エツチングミラー面を用いたGalnAs/lnP
レーザ、受光素子の集積化装置等がある。しかし
ながら、これらの例ではいずれもレーザ共振軸上
に光アンプあるいは光検出器を配置しているた
め、レーザ共振器面形成のために通常のへき開技
術を使うことができず、化学エツチング法を用い
ており、それによつてレーザ自身のしきい値があ
がつてしまうとか製作が容易でなく歩留りが悪い
等の欠点があつた。同様なことがへき開面を用い
る端面発光型LEDの場合にも生じていた。
本発明の目的はこれらの欠点を克服すべく光検
出部をレーザバ共振軸、あるいは端面発光型
LEDの出射光軸の横に配置することによつて通
常のへき開技術を用いることを可能にし、発光素
子の集積化装置を提供することにある。
本発明によれば、エネルギーギヤツプのより大
きな、屈折率のより小さな半導体材料で周囲をお
おわれた活性領域をもつ二重ヘテロ構造埋め込み
型半導体端面発光素子と、その光出射方向に垂直
な方向への散乱光を検出すべく、半導体基板表面
とほぼ平行な平面上に、かつ前記埋め込み型半導
体端面発光素子の光出射方向に対して垂直な方向
の少なくとも一方の側に形成された、前記埋め込
み型半導体端面発光素子の活性領域よりも大きく
ないエネルギーギヤツプのキヤリア発生領域をも
つp−n接合半導体受光素子とが前記半導体基板
上に集積化された埋め込み型発光・受光半導体集
積化装置が得られる。
実施例を述べる前に本装置の動作原理を説明す
る。通常埋め込み型半導体レーザではレーザ共振
軸にそつた側面の平面度がいくらか悪いため、こ
の面で光が散乱されて放射される。このことは通
常の埋め込み型半導体レーザにおいては発光遠視
野像に悪影響をおよぼしているが、これを利用す
れば、この埋め込みレーザの横にp−n接合型受
光素子を配置することによつて、レーザ光をモニ
ターすることができる。埋め込み型発光素子にお
いてはこの現像は埋め込みレーザに限らず、
LEDでも観測される。本発明によればこれら埋
め込み型半導体発光素子に特有な性質を利用して
散乱された光を検出すべく、同一半導体ウエフア
上に光放射方向に対して垂直な方向の少なくとも
一方の側に配置されたp−n接合型受光素子を発
光素子と同時に作製することによつて、発光素子
と受光素子とを一体化した半導体集積化素子が得
られ、その際本発明の構成によればレーザ共振器
あるいは光出射端面の形成に従来と同じへき開法
が使えるので発光素子の性能を損なうことなく、
製造歩留りも良い。
以下図面を参照して、この発明の実施例を詳し
く説明する。
第1図a〜dは本発明の第1の実施例の製作工
程を示すための断面図である。まず第1図aに示
すようにn型lnP基板101上に通常のLPE結晶
成長法によつて作製したレーザウエフアに
GalnAsP活性層102よりも深くメサエツチす
ることにより幅1〜3μmの埋め込みレーザとな
る第1メサ115、受光素子となる幅約100μm
の第2メサ117を、10〜50μm離れ、メサ高さ
が1.5〜3μmとなるように形成する。次に第1図
bにおいて、このメサエツチしたレーザウエフア
にP型lnP層106、n型lnP層107を埋め込
みレーザとなる第1メサ116の上面をおおわな
いように成長させ、さらにP型lnP層108、n
型lnP層109をそれぞれ1.5〜2μm、0.5〜1μm
ずつ成長させる。このとき受光部の第2メサ11
7の上面にはメサの幅が広いためP型lnP層10
6、n型lnP層107がいずれも成長する。第1
図cにおいてSiO2あるいはSi3N4絶縁膜112を
堆積させレーザ部電極用ストライプ穴118、受
光部電極用ストライプ穴119を形成して、そこ
にP型不純物であるZnあるいはCdを拡散して、
第1メサ116付近には深さ約2μm、受光部と
なる第2メサ117付近には深さ約3μmの第1
および第2の拡散層110,111を形成する。
最後に第1図dにおいて、電極蒸着、フオトレジ
ストによるリフトオフ技術を用いた後、熱処理を
行なつて第1及び第2の電極113,114およ
び基板側オーミツク電極115を形成する。以上
の工程を経た後ウエフアからチツプに切り出し、
埋め込み型発光・受光半導体集積化装置が得られ
た。ここでは化学エツチング法によらない通常の
へき開技術が使えるため、埋め込み型レーザ12
0のしきい値が上がつたり、歩留りが悪くなると
いうことがなく、したがつて埋め込みレーザの性
能をそこなわずにモニタ用のp−n型フオトダイ
オード121を同一基板上に集積化するができ
た。
第2図は第2の実施例の斜視図である。この場
合は通常の埋め込みヘテロ(BH)構造を適用し
ており受光部217に相対するレーザ部216の
側面215の一部に1〜2μmの程度の突起21
0を設けておく、第1の例と同様、幅、1〜
3μm、幅50〜100μmの2つのメサを高さ3〜4μ
mに形成して、メサエツチングの際のマスクとな
るメサ上のSiO2膜をつけたまま2回目の埋め込
み層であるp−lnP層206、n−lnP層207
を順次成長させる。その後Zn拡散、電極形成を
行ない、チツプに切り出して埋め込み型受光・受
光半導体集積化装置が得られた。この例ではBH
レーザ部に設けた突起により散乱されたレーザ光
が受光素子により有効に検出された。
最後第3図には第3の実施例の斜視図を示す。
基本的には第1の実施例と全く同様であるが、2
回目のLPE成長で、第1の実施例のp−lnPブロ
ツク層106のかわりに光ガイド層として活性層
よりもエネルギーギヤツプの大きなp−
GalnAsP層306を成長させてある。この光ガ
イド層により、散乱されたレーザ光は光検出部に
導波され、効率よく受光することができる。
以上3つの実施例においてはいずれも周囲を
lnPでおおわれたGalnAsP活性層をもつ埋め込み
型半導体レーザ素子およびレーザ活性層と同じエ
ネルギーギヤツプのキヤリア発生領域をもつp−
n接合型半導体検出素子が同一半導体基板上に集
積されているが、光検出部の再結合領域はレーザ
の活性層よりも小さなエネルギーギヤツプをもつ
ていてもよく、その場合には散乱されたレーザ光
はより感度よく検出される。また前記3つの例に
おいて、いずれもレーザ共振器形成に際しては通
常の結晶へき開技術を用いており、レーザ特性に
なんら影響を与えずに、レーザ光出力モニター用
の光検出素子と高性能埋め込み型半導体レーザと
が同一基板上に集積化されている。さらに以上の
技術はlnP系半導体材料に限らずGaAs系や他の
半導体材料でも有効であり埋め込み型端面発光
LEDにもそのまま適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜dは本発明の第1の実施例である
GalnAsP/lnP埋め込みレーザ、フオトダイオー
ド集積化装置の製造手順を示すための断面図、第
2図は第2の実施例の斜視図、第3図は第3の実
施例の斜視図である。図において、 101……第1層めのn−lnPバツフア層を含
むn−lnP基板、102,104……GalnAsP
層、103,105……p−lnP層、106,1
07……それぞれp−lnP電流ブロツク層、n−
lnP電流ブロツク層、108……p−lnPクラツ
ド層、109……n−GalnAsPキヤツプ層、1
10,111……P型不純物拡散領域、112…
…絶縁膜、113,114,115……オーミツ
ク性電極、116……レーザ用第1メサ、117
……受光部用第2メサ、118,119……電極
ストライプ用の穴、120……埋め込みレーザ、
121……p−n接合型フオトダイオードであ
る。また201はn−lnP基板、202,203
……GalnAsP層、204,205……p−lnPク
ラツド層、213,214……p−GalnAsP
cap層、206,207……それぞれp−lnP、
n−lnPの電流ブロツク層、211……絶縁膜、
208,209,212……オーミツク性電極、
215……レーザメサ部側面、216……埋め込
みレーザ、217……p−n接合フオトダイオー
ド、301……n−lnP基板、302……
GalnAsP埋め込みレーザ活性層、304……
GalnAsPキヤリア発生層、303,305……
p−lnPクラツド層、306……レーザ活性層、
およびキヤリア発生層のGalnAsPよりもエネル
ギーギヤツプの大きなp−GalnAsP光ガイド層、
307……n−lnP電流ブロツク層、308……
p−lnP、309……n−GalnAsP cap層、31
0,311……P型不純物拡散領域、312……
絶縁膜、313,314,315……オーミツク
性電極である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 エネルギーギヤツプのより大きな、屈折率の
    より小さな半導体材料で周囲をおおわれた活性領
    域をもつ二重ヘテロ構造埋め込み型半導体端面発
    光素子と、前記活性領域と前記半導体材料の界面
    からの散乱光に光学的に結合するように、半導体
    基板表面とほぼ平行な平面上に、かつ前記埋め込
    み型半導体端面発光素子の光出射方向に対して垂
    直な方向の少なくとも一方の側に形成された、前
    記埋め込み型半導体端面発光素子の活性領域より
    大きくないエネルギーギヤツプのキヤリア発生領
    域をもつp−n接合型半導体受光素子が前記半導
    体基板上に集積化された埋め込み型発光・受光半
    導体集積化装置。
JP2583681A 1981-02-24 1981-02-24 Buried photo emitting and receiving semiconductor integrated device Granted JPS57139984A (en)

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JPS57139984A JPS57139984A (en) 1982-08-30
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Families Citing this family (3)

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US5040033A (en) * 1989-06-26 1991-08-13 At&T Bell Laboratories Optical amplifier-photodetector assemblage
US4947400A (en) * 1989-06-26 1990-08-07 At&T Bell Laboratories Laser-photodetector assemblage
JP2014120633A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Canon Inc スーパールミネッセントダイオード、スーパールミネッセントダイオードを備えている光干渉断層撮像装置、及びスーパールミネッセントダイオードの制御方法

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