JP2843874B2 - Optical integrated device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光集積素子に関し、特に光導光路、光検出
器、及びその他の素子を同一基板上に形成した光集積素
子、例えば光ジャイロに用いられる光ICセンサ等に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical integrated device, and more particularly to an optical integrated device in which a light guide path, a photodetector, and other elements are formed on the same substrate, for example, an optical gyro. The present invention relates to an optical IC sensor and the like used.
（従来の技術） 第５図に示すようにInP（インジウム・リン）基板２
上にInGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ素）光吸収層11
を形成した後、この光吸収層11の側面で光結合するInGa
AsP（インジウム・ガリウム・ヒ素・リン）光導光層３
を形成した光集積素子が従来より知られている（Appl.P
hys.Lett.,Vol.56,No.16,16 April 1990）。なお、第５
図の12a,12bと光吸収層11とによって光検知器が構成さ
れている。(Prior Art) As shown in FIG. 5, an InP (indium phosphorus) substrate 2
InGaAs (indium gallium arsenide) light absorption layer 11 on top
Is formed, and InGa that optically couples on the side surface of the light absorption layer 11 is formed.
AsP (Indium / Gallium / Arsenic / Phosphorus) light guide layer 3
An integrated optical device formed with a substrate is conventionally known (Appl.P.
hys. Lett., Vol. 56, No. 16, 16 April 1990). The fifth
A light detector is constituted by the light absorbing layers 11 and 12a and 12b in FIG.
（発明が解決しようとする課題） 前述の従来技術では、光吸収層11を写真蝕刻（PEP）
にてパターン形成した後、この光吸収層11の側面に光結
合するよう、光導光層３を形成するため、この光結合工
程が繁雑なものとなるという問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) In the above-mentioned conventional technology, the light absorption layer 11 is formed by photo-etching (PEP).
After forming the pattern, the light guiding layer 3 is formed so as to be optically coupled to the side surface of the light absorbing layer 11, so that there is a problem that this optical coupling step becomes complicated.
また、光吸収層11と光導光層３との接合面（光結合
面）で光の反射が発生し、反射ノイズとなるが、この反
射ノイズは、光ジャイロのような微小信号を扱う装置で
は大きな問題となる。In addition, reflection of light occurs at a joint surface (optical coupling surface) between the light absorbing layer 11 and the light guiding layer 3 and becomes reflection noise. This reflection noise is generated by a device such as an optical gyro that handles a small signal. It is a big problem.
更に、上記従来技術は、光検知器と光導光層との結合
のみ考慮したものであり、同一基板上にその他の素子を
形成する場合の、これらの素子からの影響については、
何等考慮されていない。Furthermore, the above prior art considers only the coupling between the photodetector and the light guide layer, and when other elements are formed on the same substrate, the influence from these elements is as follows.
No consideration was given.
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、製造
工程の簡略化が可能であり、しかも反射ノイズの低減に
より光検出精度を向上させるとともに、同一基板上の他
の素子から影響を低減することができる光集積素子を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and simplification of the manufacturing process is possible. In addition, the detection accuracy is improved by reducing the reflection noise, and the influence from other elements on the same substrate is reduced. It is an object of the present invention to provide an optical integrated device capable of performing the following.
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、半導体基板と、こ
の基板上に形成された高インピーダンス層と、この高イ
ンピーダンス層上に形成された光導光層と、この光導光
層上に形成された光吸収層と、この光吸収層上面に形成
された一対の光検知電極と、前記基板上に形成された他
の素子と、前記基板の下面に形成された前記他の素子の
電極とを有する光集積装置を提供するものである。(Means for Solving the Problems) To achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, a high impedance layer formed on the substrate, a light guide layer formed on the high impedance layer, A light absorbing layer formed on the light guiding layer, a pair of light detection electrodes formed on the upper surface of the light absorbing layer, another element formed on the substrate, and the An optical integrated device having an electrode of another element is provided.
（作用） 光導光層と光吸収層（光検知器）との光結合が容易と
なるとともに、結合面での反射ノイズが低減される。ま
た、高インピーダンス層により、同一基板上の他の素子
への入出力信号の光検知器に対する影響が低減される。(Operation) The optical coupling between the light guiding layer and the light absorbing layer (photodetector) is facilitated, and the reflection noise at the coupling surface is reduced. In addition, the high impedance layer reduces the influence of input / output signals to other elements on the same substrate on the photodetector.
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第一図は本発明の一実施例に係る光ファイバジャイロ
用の光集積素子を示す。FIG. 1 shows an optical integrated device for an optical fiber gyro according to one embodiment of the present invention.
この光集積素子１は、GaAs（ガリウム・ヒ素）基板２
上に形成された、略Ｘ字形のGaAlAs（ガリウム・アルミ
ニウム・ヒ素）光導光層３、移相変調器４、モニタ用フ
ォトダイオード５、及び光検出器６を有するものであ
り、第１の光導光層端3aには発光素子、例えば半導体レ
ーザ７が光結合され、第２、第３の光導光層端3b,3cに
は光ファイバループの両端8a,8bが光結合されている。This optical integrated device 1 has a GaAs (gallium arsenide) substrate 2
It has a substantially X-shaped GaAlAs (gallium aluminum arsenide) light guiding layer 3, a phase shift modulator 4, a monitoring photodiode 5, and a photodetector 6 formed thereon. A light emitting element, for example, a semiconductor laser 7, is optically coupled to the optical layer end 3a, and both ends 8a, 8b of the optical fiber loop are optically coupled to the second and third light guide layer ends 3b, 3c.
ここで移相変調器４の断面構造を第２図に示す。GaAs
基板２上には、高インピーダンス（AlGaAs）クラッド層
９が形成され、このクラッド層９上に光導光層（GaAs又
はAlGaAs）３が形成されている。光導光層３は、リッヂ
部（突出部）3dを有し、このリッヂ部3dの上面と、GaAs
基板２の下面に位相変調用電極10a,10bが形成されてい
る。これらの電極10a,10b間に正弦波状の電圧を印加す
ることにより、位相変調が行なわれる。FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the phase shift modulator 4. GaAs
A high impedance (AlGaAs) cladding layer 9 is formed on the substrate 2, and a light guide layer (GaAs or AlGaAs) 3 is formed on the cladding layer 9. The light guide layer 3 has a ridge (projection) 3d, and the upper surface of the ridge 3d and GaAs
On the lower surface of the substrate 2, phase modulation electrodes 10a and 10b are formed. By applying a sinusoidal voltage between these electrodes 10a and 10b, phase modulation is performed.
次に、光検出器６の断面構造を第３図に示す。 Next, the cross-sectional structure of the photodetector 6 is shown in FIG.
位相変調器４と同様、GaAs基板２上には、クラッド層
９を介して、光導光層３が形成されている。光検出器６
は、この光導光層３の端部上面に形成されたGaAs光吸収
層11及びこの光吸収層11の上面に形成された１対の光検
知電極12a,12bより成るMETAL−SEMICONDUCTOR−METAL
（MSM）フォトダイオードにて構成される。As in the case of the phase modulator 4, the light guide layer 3 is formed on the GaAs substrate 2 via the clad layer 9. Photodetector 6
Is a METAL-SEMICONDUCTOR-METAL composed of a GaAs light absorbing layer 11 formed on the upper surface of the end portion of the light guiding layer 3 and a pair of light detecting electrodes 12a and 12b formed on the upper surface of the light absorbing layer 11.
(MSM) composed of photodiodes.
MSMフォトダイオードは、低容量、高速型受光素子、
として、光通信の分野では利用されているが、素子上面
から光を入射するようにして用いる場合は、電極が遮光
する面積が大きくなり、光電変換効率が悪い。MSM photodiodes are low-capacity, high-speed photodetectors,
In the field of optical communication, when light is incident from the upper surface of the element, the area where the electrode blocks light increases, and the photoelectric conversion efficiency is poor.
これに対し、光導光層に積層して用いる場合は、光
が、下面より入射するため、遮光するものが無く、光電
変換効率が高い。On the other hand, in the case where the light guide layer is used by laminating the light guide layer, since the light enters from the lower surface, there is no light blocking member, and the photoelectric conversion efficiency is high.
また、この光検出器６の電極の一つを、GaAs基板２の
下面に形成した場合、位相変調器４もGaAs基板２の下面
に電極を形成しているため、この位相変調器４の入力信
号により影響を受け、微小な光信号を検出できなくな
る。When one of the electrodes of the photodetector 6 is formed on the lower surface of the GaAs substrate 2, the phase modulator 4 also has an electrode formed on the lower surface of the GaAs substrate 2. It is affected by the signal, making it impossible to detect a minute optical signal.
このため、本実施例では、MSMフォトダイオードの両
電極を光吸収層の上面に設け、さらに高インピーダンズ
クラッド層９を設けている。Therefore, in this embodiment, both electrodes of the MSM photodiode are provided on the upper surface of the light absorbing layer, and the high impedance cladding layer 9 is further provided.
これにより、位相変調器４からの影響を低減し、光検
出精度を向上させることができる。Thereby, the influence from the phase modulator 4 can be reduced, and the light detection accuracy can be improved.
また、第４図に示すように光検出器６の両電極12a,12
bはくし形電極を用い、夫々のくし歯状電極を交互に１
〜３μｍ程度の間隔にて対向配置している。Further, as shown in FIG. 4, both electrodes 12a and 12a of the photodetector 6 are provided.
b Using a comb-shaped electrode, each comb-shaped electrode
They are arranged facing each other at an interval of about 3 μm.
そして、この両電極間には、5Vの電圧が印加されるた
め、非常に高感度となり、微小な光を検知することがで
きる。Since a voltage of 5 V is applied between the two electrodes, the sensitivity is extremely high, and a very small amount of light can be detected.
また、光モニタ用フォトダイオード５も、この光検出
器６と同様、MSMフォトダイオードにて構成されてい
る。Further, the light monitoring photodiode 5 is also formed of an MSM photodiode, like the light detector 6.
尚、光吸収層11は例えばAlGaAsより成るインピーダン
ス整合層（図示せず）を介して、光導光層３上に形成し
てもよい。The light absorption layer 11 may be formed on the light guide layer 3 via an impedance matching layer (not shown) made of, for example, AlGaAs.
また、本実施例ではGaAs系基板を用いたが、他のIII
−Ｖ族系基板、例えばInP基板、あるいはII−VI族系基
板を用いてもいい。尚、Si系基板では、１次の電気光学
効果（ポッケルス効果）が生じない点や、ヘテロ接合の
形成が困難な点により、基板としては適さない。In this embodiment, a GaAs substrate was used.
A -V group substrate, for example, an InP substrate or a II-VI group substrate may be used. Note that a Si-based substrate is not suitable as a substrate because a primary electro-optic effect (Pockels effect) does not occur and a heterojunction is difficult to form.
また、本発明はこの一実施例に検定されるものではな
く、様々な応用ができるものである。Further, the present invention is not tested in this embodiment, but can be applied to various applications.
（発明の効果） 以上詳述したように本発明によると、基板と、光吸収
層及び光検知電極から成る光検出器との間に高インピー
ダンス層を設けることにより、基板上の他の素子からの
影響を低減することが可能となり、光検出精度が向上す
る。(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, a high impedance layer is provided between a substrate and a photodetector composed of a light absorbing layer and a photodetecting electrode, so that other elements on the substrate can be used. Can be reduced, and the light detection accuracy is improved.
また、光導光層上に光吸収層を形成するため、光検出
器を容易に光導光層に光結合でき、かつ光検出器と光導
光層との間での反射ノイズが少なくすることができる。Further, since the light absorbing layer is formed on the light guiding layer, the light detector can be easily optically coupled to the light guiding layer, and the reflection noise between the light detector and the light guiding layer can be reduced. .
更に、光検出器の１対の電極を、光検出器の上面より
取り出すため、同一基板上の他の素子の影響を受けるこ
となく、光検出を行なうことが可能となる。Further, since a pair of electrodes of the photodetector is taken out from the upper surface of the photodetector, light can be detected without being affected by other elements on the same substrate.
第１図は本発明の一実施例に係る光ファイバジャイロ用
の光集積素子を示す図、第２図は位相変調器の断面構造
を示す図、第３図は光検出器の断面構造を示す図、第４
図は光検出器の電極構造を説明するための図、第５図は
従来の光集積素子の一例を示す図である。 １……光集積素子、２……半導体基板、３……光導光
層、４……位相変調器、６……光検出器、９……高イン
ピーダンスクラッド層、10a,10b……位相変調用電極、1
2a,12b……光検知電極。FIG. 1 is a diagram showing an optical integrated device for an optical fiber gyro according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a phase modulator, and FIG. 3 is a cross-sectional structure of a photodetector. Figure, 4th
The figure is a view for explaining the electrode structure of the photodetector, and FIG. 5 is a view showing an example of a conventional optical integrated device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical integrated element, 2 ... Semiconductor substrate, 3 ... Light guide layer, 4 ... Phase modulator, 6 ... Photodetector, 9 ... High impedance cladding layer, 10a, 10b ... Phase modulation Electrode, 1
2a, 12b …… Light detection electrodes.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 弘 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/125 H01L 27/14 - 27/15──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroshi Hattori 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Honda Research Laboratory Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 6 / 12-6/125 H01L 27/14-27/15
Claims (1)
インピーダンス層と、この高インピーダンス層上に形成
された光導光層と、この光導光層上に形成された光吸収
層と、この光吸収層上面に形成された一対の光検知電極
と、前記基板上に形成された他の素子と、前記基板の下
面に形成された前記他の素子の電極とを有することを特
徴とする光集積素子。A semiconductor substrate; a high impedance layer formed on the substrate; a light guide layer formed on the high impedance layer; a light absorption layer formed on the light guide layer; A light, comprising: a pair of light detection electrodes formed on an upper surface of a light absorbing layer; another element formed on the substrate; and an electrode of the other element formed on a lower surface of the substrate. Integrated device.
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