JP3254053B2 - 光集積回路 - Google Patents

光集積回路

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JP3254053B2 JP19735893A JP19735893A JP3254053B2 JP 3254053 B2 JP3254053 B2 JP 3254053B2 JP 19735893 A JP19735893 A JP 19735893A JP 19735893 A JP19735893 A JP 19735893A JP 3254053 B2 JP3254053 B2 JP 3254053B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光集積回路、更に詳しく
いえば、半導体基板上に形成された複数の光機能素子か
らなる集積化光素子、特に複数の電極を有する光集積回
路の電極構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光機能素子を集積化する場合に最も問題
となるのは素子間の相互作用である。一般に相互作用と
しては、複数の光機能素子の相互間の光信号のクロスト
ークによるものと、電気信号のクロストークによるもの
がある。なかでも電気信号のクロストークを低減するこ
とは、素子間の光結合効率向上という相反する条件を同
時に満たさねばならないため、実現が難しい。例えば、
1989年電子情報通信学会秋季全国大会 C-179 古津、雙
田他「高抵抗層埋め込み構造光変調器/DFBレーザ集
積化光源」は、光変調器とレーザの集積化光源におい
て、素子間分離部にFe−InP等の半絶縁性半導体を
埋め込む手法により、電気的アイソレ−ションを確保し
ようとした例である。しかしこの手法を用いた場合にお
いても、残留するドーピング層を介した漏れ電流、即
ち、電気信号のクロストークを完全に除去することは困
難である。一般に集積化光源では、電気的相互作用を完
全に除くためには数メガオーム以上の分離抵抗が必要で
あると言われており、上記従来例においても充分な素子
間アイソレ−ションが得られているとは言えない。ま
た、半絶縁性半導体の導入に伴って製造工程が複雑化す
るため、作製コストが増大すると共に歩留まりが低下す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来例のもつ問題を解決することを目的としている。即
ち、素子作製工程を複雑化することなく、素子間の素子
間の光結合効率を低下させることなく、同時に素子間の
アイソレ−ションを確保した光集積回路を実現すること
である。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、半導体基板上に形成された複数の機能
素子からなる集積化回路において、複数の機能素子の中
の少なくとも一組みの光機能素子の接続部に所定の分離
抵抗値を有する素子間分離構造と共に新たにアイソレ−
ション電極を設けた。上記アイソレーション電極は素子
内部で接地されるか、素子外部で所定の低インピーダン
ス回路(もしくはアース)に接続される。上記素子間分
離構造に要求される分離抵抗はアイソレーション電極部
のインピーダンスに比べて充分に大きく設定する。しか
し、その値は従来の分離抵抗のみでアイソレーションを
確保する場合に比べて1〜2桁小さいものでよい。本発
明の好ましい実施形態における一組みの光機能素子は、
以下の実施例で説明するレーザダイオード等の半導体光
源と光変調部であるが、それらに限定されない。
【0005】
【作用】本発明によるアイソレ−ション電極は、常に定
電位に保たれるため、各機能素子とアイソレ−ション電
極間での漏れ電流が生じても素子間での漏れ電流は発生
しない。このため素子間絶縁抵抗が比較的小さな場合に
おいても、素子間の電気的相互作用は生じない。本発明
で新たに設置するアイソレ−ション電極は、機能素子の
電極形成工程と同時に作製可能であるため、従来素子と
同様な作製プロセスを用いることが可能である。また、
本発明の分離抵抗部に要求される抵抗値は前述の様に従
来構造に比べて1〜2桁小さなものでよい。従ってその
構造も単純であり、従来の様に半絶縁性半導体による埋
め込み等を導入する必要が無い。このため、作製プロセ
スを大幅に簡単化することが可能となる。つまり、本発
明により簡便な工程による素子間の完全なアイソレ−シ
ョンが実現され、素子作製の歩留まりが大幅に向上する
と共に、素子性能の安定化が図れる。
【0006】
【実施例】図1は、本発明による光集積回路の第一の実
施例の構造を示す。本実施例は、電界吸収型光変調器部
14と半導体レーザダイオード(LD)13をモノリシ
ック集積化した半導体光集積回路であり、(a)は上面
図、(b)は(a)のb−b’部の部分断面図である。
LD部13及び光変調器部14は同一のn型InP基板
1上に形成されている。両者の層構成は光導波路層
(0.2μm厚、吸収端波長1.15μm)2とp−クラ
ッド層4(2.0μm厚)、p−キャップ層(0.2μm
厚)5の間に形成されたアンドープの多重量子井戸層か
ら成っている。但し、LD部13は基板1にグレーティ
ング7が形成されている領域上に形成されていると共
に、アンドープ多重量子井戸層が動作波長(1.55μ
m)にほぼ等しい吸収端波長を有する活性層3となって
おり、この点で平坦基板部に形成された動作波長よりも
数十nm短波長側に吸収端波長をもつ多重量子井戸層を
用いている光変調器部14と構造が異なっている。
【0007】LD部13から放射された波長1.55μ
mの導波光9は、アイソレ−ション領域12を介して光
変調器部14に導かれ、ここで所定の電気信号に従って
変調を受ける。この際、光変調器部14に印加した電気
信号が共通導電層であるp−クラッド層4を介してLD
部13に漏れ込むことが電気的クロストークの主要因で
あり、これを抑圧するために本実施例ではアイソレーシ
ョン領域12に新たに電極6−1を配置すると共に、電
極6−3と6−1との間及び電極6−1と6−2との間
のpークラッド層4に分離溝8を形成している。ここ
で、分離溝8の深さは、導波光9のpークラッド層への
漏れ込みを考慮して、約1.2μmとした。この場合、
約1μmのpークラッド層4が溝下部に残留するため、
アイソレ−ション領域12での導波光9の散乱は充分に
小さく抑えられる。
【0008】個々の分離溝部8の抵抗は数十キロオーム
程度(10μmの分離溝を使用)であるが、アイソレー
ション電極6−1をこれよりも充分に小さなインピーダ
ンスを持つ定電圧回路(接地することも可能)に接続す
ることで、光変調器部14とLD部13との間の電気的
接続を断つことが可能となる。この場合、LD部13及
び光変調器部14に数十μA程度の漏れ電流は生じる
が、これらは共に定電圧回路と個々の素子間において流
れる電流成分であり、光変調器14に印加した電気信号
がLD部13に流れ込むことは無い。アイソレ−ション
電極6−1を使用しない通常の素子構成では、LD13
と光変調器14を集積化する場合に必要とされる電気的
アイソレーションを確保するために分離溝下部のpーク
ラッド層4を完全に除去する必要が生じるが、この場
合、導波光の散乱により光変調器部14とLD部13の
光結合効率が大幅に低下する。本実施例ではこの様な困
難を生じさせることなく、両者の電気的アイソレーショ
ンを実現することができる。また、アイソレ−ション電
極6−1はLD部13、光変調器部14の電極6−3、
6−2を形成する工程と同一時に作成できるため、素子
作成プロセスを変更する必要は無い。従って光集積回路
素子作成上の困難を生じさせる事無く、素子間アイソレ
ーションを大幅に改良する。
【0009】図2は、本発明によるの光集積回路の第二
の実施例の構造を示す。本実施例はアイソレーション構
造をマッハツェンダ型光変調器に適用したものである。
(a)は上面図、(b)は(a)のa−a’部の部分断
面図である。図に示した用にマッハツェンダ型光変調器
は、並列に配置された2個の位相変調器20と2個のY
分岐回路21を組み合わせた構造から成っており、これ
らの間での電気的アイソレーションを確保することが素
子特性の安定化を図る上で重要である。本実施例では、
半導体基板1の上の光導波路層2を介して作製されたア
ンドープ多重量子井戸構造3を光導波層とし、これを
p、n型半導体層で積層したPin構造を持つ素子につ
いての本発明の適用例を示しているが、本発明の適用例
は必ずしもPin構造に限定されるものでは無く、ショ
ットキー構造により電界を印加する構造もしくは電流注
入型の構造に対しても同様に適用することが可能であ
る。本実施例では、アイソレーション電極6−1は位相
変調領域の両端に配置されている。これは、位相変調領
域間の主たる漏れ電流が、Y分岐部21の光導波路上の
p導電層を介して流れるためであるが、この様な配置を
採ることによりY分岐部21への電界印加自体をも防ぐ
ことが可能となり、Y分岐部21での導波光の吸収損失
を低減することが可能となる。
【0010】図3は、本発明によるの光集積回路の第三
の実施例の構造を示す。本実施例は図2の実施例のアイ
ソレーション電極6−1を、素子内においてnドープ基
板2とコンタクトさせることにより、強制的に接地22
した例を示している。同図において、図2同一部分には
同一番号を付す。このように素子内で電極6−1を接地
することにより、素子外部との接続点数を少なくするこ
とができ、素子の実装が簡単化される。この場合、コン
タクト面での接触抵抗値は分離溝部8での抵抗値よりも
十分に小さければ問題はないので、Pドープ層との接触
を前提として使用される通常の電極材料(例えばCr/
Au,Ti/Au等の電極材料)をアイソレーション電
極6−1に使用した場合においても、問題無く基板1と
の電気的接触を得ることができる。
【0011】図4は、本発明による光集積回路の第四の
実施例を示した上面図である。本実施例の特徴は、アイ
ソレーション電極6−1を素子間分離部だけでなく、機
能素子の周囲全域に配置したことにある。これにより、
素子間の漏れ電流によるクロストークだけでなく、他の
電磁的相互作用によるクロストークの発生をも低減する
ことが可能となり、特にギガヘルツ以上の高周波領域に
おけるアイソレーション特性が向上する。なお、アイソ
レーション電極6−1以外の構成は図1に示した実施例
と同じであるので説明を省く。
【0012】図5は、本発明による光集積回路の第五の
実施例を示す構成図である。図中集積化光素子は図1又
は図4に示した光集積回路と同様のもので、LD部1
3、アイソレーション部12、変調部14を持つ。LD
部13の電極6−1にはLD部駆動回路15が接続さ
れ、変調部14の電極6−2には変調部駆動回路16が
接続され、アイソレーション電極6−1はバイアスT回
路(DCバイアスと高周波信号の分波回路)17を通し
て、DCバイアス回路(制御回路)18がに接続されて
おり、分波された高周波成分は接地されている。アイソ
レーション領域12の活性層の吸収端波長を、動作光波
長に近く設定した場合、正バイアス印加によるアイソレ
ーション領域12への電流注入によって光増幅作用が生
じる。即ち、アイソレーション領域12は、機能素子間
の電気的相互作用を低減する作用と共に、光を増幅する
機能をも併せ持つことにになり、集積化回路内での光信
号の減衰を補償することができる。
【0013】また、アイソレ−ション領域12での活性
層の吸収端波長を動作光近傍もしくはそれよりも数十n
m程度短波長側に設定した場合には、同領域は光吸収領
域として働く。特に、吸収端波長を動作光よりも短波長
側に設定した場合には吸収係数を印加電圧によって調整
することも可能となる。これによりLD部13から発光
される導波光の一部をアイソレ−ション領域12におい
て光電流19として検出し、光出力をモニターすること
ができる。従来、LD出力モニターはLDの外部に光検
出器を配置して行っていたが、本実施例の方式を用いる
ことで光検出機能を素子内に集積化することが可能とな
り、光学系の簡単化及び安定化が図れる。なお、アイソ
レ−ション領域12に流れる光変調器14からの漏れ電
流は常に所定の周波数以上の信号成分を有する交流信号
と見做せるので、バイアスT回路17において完全に除
去可能であり、光検出信号に混入することは無い。
【0014】アイソレーション領域12での活性層の吸
収端波長を、動作光波長から数十〜百nm程度短波長側
に設定した場合、同領域は導波光の強度もしくは位相に
対する光変調器として動作する。この場合にも、その変
調度の調整はバイアス回路17によって調整することが
可能であり、光集積回路の高機能化に有効に働く。
【0015】
【発明の効果】本発明により、集積化光回路内での素子
間の電気的分離を簡便な構造により実現することが可能
となり、集積化に伴う素子間のクロストークの問題を解
決することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるの光集積回路の第一の実施例の構
成を示し、(a)は上面図、(b)は部分断面図を表わ
す。
【図2】本発明によるの光集積回路の第二の実施例の構
成を示し、(a)は上面図、(b)は部分断面図を表わ
す。
【図3】本発明によるの光集積回路の第三の実施例の構
成を示し、(a)は上面図、(b)は部分断面図を表わ
す。
【図4】本発明によるの光集積回路の第四の実施例の構
成を示し、(a)は上面図、(b)は部分断面図を表わ
す。
【図5】本発明の第五の実施例であり、本発明の光集積
化素子を用いた光送信機の構成を表す。
【符号の説明】
1:半導体基板、 2:光導波路層、 3:活性層、 3’:光吸収層、 4:クラッド層、 5:キャップ層、 6:p電極、 7:グレーティング、 8:分離溝、 9:導波光、 10:光導波路、 11:パッシベーション、 12:アイソレーション部、 13:LD部、 14:変調器部、 15:LD部駆動回路、 16:光変調器駆動回路、 17:バイアスT回路、 18:制御回路、 19:光電流、 20:位相変調器、 21:Y分岐回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−55877(JP,A) 特開 平5−63179(JP,A) 特開 平1−192168(JP,A) 1992年電子情報通信学会秋季大会C− 146 p.4−168 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 27/15

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に第1の光素子及び第2の光
    素子がモノリシック集積され、 第1の光素子及び第2の光素子は光導波路層、第1導電型
    層を共有し、 前記第1の光素子の第1電極及び前記第2の光素子の第2
    電極と同じ高さに、かつ、前記第1の光素子と前記第2
    の光素子とのアイソレーション領域に第3の電極が設け
    られ、前記第3の電極と前記第1の電極との間及び前記
    第3の電極と前記第2の電極のと間に分離溝が、前記第1
    導電型層に溝下部が残るように設けられ、 前記第3の電
    極は、素子内部又は外部で接地されるか、又は素子外部
    で所定の低インピーダンス回路に接続されたことを特徴
    とする光集積回路。
  2. 【請求項2】InP基板上に半導体レーザダイオード及
    び電界吸収型光変調器がモノリシック集積され、 前記レーザ及び前記変調器は光導波路層、p-クラッド層
    を共有し、 前記レーザ上の第1の電極及び前記変調器上第2の電極と
    同じ高さに、かつ、前記レーザと前記変調器との接続部
    であるアイソレーション領域に第3の電極が設けられ、 前記第3の電極と前記第1の電極との間及び前記第3の
    電極と前記第2の電極との間に分離溝が、前記p-クラッ
    ド層に溝下部が残るように設けられ、 前記第3の電極
    は、素子内部又は外部で接地されるか、又は素子外部で
    所定の低インピーダンス回路に接続されたことを特徴と
    する光集積回路。
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