JPH06138332A - 半導体光集積回路 - Google Patents
半導体光集積回路Info
- Publication number
- JPH06138332A JPH06138332A JP4292796A JP29279692A JPH06138332A JP H06138332 A JPH06138332 A JP H06138332A JP 4292796 A JP4292796 A JP 4292796A JP 29279692 A JP29279692 A JP 29279692A JP H06138332 A JPH06138332 A JP H06138332A
- Authority
- JP
- Japan
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- semiconductor
- waveguide
- integrated circuit
- guide layer
- semiconductor optical
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 導波路型レンズと半導体レーザや半導体光増
幅器などの半導体光素子を同一基板上に集積した半導体
光集積回路を実現する。 【構成】 導波路型レンズを含む光素子を集積した半導
体光集積回路において、上下の半導体層と屈折率の異な
るガイド層からなる半導体層構造であって、前記導波路
型レンズはガイド層をエッチングすることにより形成し
たことを特徴とする。
幅器などの半導体光素子を同一基板上に集積した半導体
光集積回路を実現する。 【構成】 導波路型レンズを含む光素子を集積した半導
体光集積回路において、上下の半導体層と屈折率の異な
るガイド層からなる半導体層構造であって、前記導波路
型レンズはガイド層をエッチングすることにより形成し
たことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光集積回路に関し、特
に導波路型レンズを含む半導体光集積回路に関する。
に導波路型レンズを含む半導体光集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】導波路型レンズを含む光集積回路は従来
より作製されているが、それらはLiNbO3 やSiO
2 などの誘電体導波路に形成されており、半導体レーザ
や半導体光増幅器などの半導体光素子を同一基板上に集
積することはできなかった。このため、半導体光素子を
必要とする場合、誘電体光集積回路に外付けすることに
なり、光集積回路の高信頼性化や低価格化という特徴を
大きく制約することになる。
より作製されているが、それらはLiNbO3 やSiO
2 などの誘電体導波路に形成されており、半導体レーザ
や半導体光増幅器などの半導体光素子を同一基板上に集
積することはできなかった。このため、半導体光素子を
必要とする場合、誘電体光集積回路に外付けすることに
なり、光集積回路の高信頼性化や低価格化という特徴を
大きく制約することになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、導波
路型レンズを半導体導波路に形成できるようにすること
により、導波路型レンズと半導体レーザや半導体光増幅
器などの半導体光素子を同一基板上に集積した半導体光
集積回路を実現することにある。
路型レンズを半導体導波路に形成できるようにすること
により、導波路型レンズと半導体レーザや半導体光増幅
器などの半導体光素子を同一基板上に集積した半導体光
集積回路を実現することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、導波路型レンズを含む光素子を集積した半
導体光集積回路において、上下の半導体層と屈折率の異
なるガイド層からなる半導体層構造であって、前記導波
路型レンズはガイド層をエッチングすることにより形成
したことを特徴とする。また、3次元導波路を用いた光
素子と導波路型レンズを含む2次元導波路を用いた光素
子を集積した半導体光集積回路において、前記両素子と
も同一のガイド層をエッチングすることにより形成した
ことを特徴とする。また、前記半導体層構造は屈折率の
等しい上下の前記半導体層に前記ガイド層が挟まれた層
構造であって、かつ前記導波路型レンズを形成するため
に前記ガイド層が完全にエッチングされ、このエッチン
グによる屈折率の差が結晶成長時の前記ガイド層の厚み
で決まることを特徴とする。
の本発明は、導波路型レンズを含む光素子を集積した半
導体光集積回路において、上下の半導体層と屈折率の異
なるガイド層からなる半導体層構造であって、前記導波
路型レンズはガイド層をエッチングすることにより形成
したことを特徴とする。また、3次元導波路を用いた光
素子と導波路型レンズを含む2次元導波路を用いた光素
子を集積した半導体光集積回路において、前記両素子と
も同一のガイド層をエッチングすることにより形成した
ことを特徴とする。また、前記半導体層構造は屈折率の
等しい上下の前記半導体層に前記ガイド層が挟まれた層
構造であって、かつ前記導波路型レンズを形成するため
に前記ガイド層が完全にエッチングされ、このエッチン
グによる屈折率の差が結晶成長時の前記ガイド層の厚み
で決まることを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明によれば、ガイド層を含む半導体導波路
を用い、このガイド層をエッチングすることにより、導
波路型レンズを形成するようにしたため、導波路型レン
ズと、半導体レーザや半導体光増幅器などの半導体光素
子を同一基板上に集積した半導体光集積回路を容易に実
現できる。
を用い、このガイド層をエッチングすることにより、導
波路型レンズを形成するようにしたため、導波路型レン
ズと、半導体レーザや半導体光増幅器などの半導体光素
子を同一基板上に集積した半導体光集積回路を容易に実
現できる。
【0006】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は本発明に係わる半導体光集積回路の一実施例を示す
外形斜視図およびその半導体層構造を示す図である。図
1において、1は3次元導波路を用いた半導体レーザ
(分布帰還型レーザ:DFB(Distributed FeedBack)
レーザという)、2,3は2次元導波路を用いた導波路
型レンズ(モードインデクッスレンズ)と出力カップラ
ー(回折格子)であり、これらを集積したコリメート光
源用半導体光集積回路である。また、図2は図1の半導
体光集積回路のガイド層のエッチング形状を示してい
る。なお、この実施例では、活性導波路と低損失導波路
の集積法に量子井戸構造の無秩序化を用いている。
1は本発明に係わる半導体光集積回路の一実施例を示す
外形斜視図およびその半導体層構造を示す図である。図
1において、1は3次元導波路を用いた半導体レーザ
(分布帰還型レーザ:DFB(Distributed FeedBack)
レーザという)、2,3は2次元導波路を用いた導波路
型レンズ(モードインデクッスレンズ)と出力カップラ
ー(回折格子)であり、これらを集積したコリメート光
源用半導体光集積回路である。また、図2は図1の半導
体光集積回路のガイド層のエッチング形状を示してい
る。なお、この実施例では、活性導波路と低損失導波路
の集積法に量子井戸構造の無秩序化を用いている。
【0007】図1に戻り、その半導体層構造を示す図に
おいて、半導体層構造は、上側から、 11:p型GaAsキャップ層[0.3μm] 12:p型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド層[1.5μ
m] 13:p型Al0.3 Ga0.7 Asガイド層[95nm] 14:p型Al0.6 Ga0.4 Asキャリアブロック層
[20nm] 15:アンドープAlX Ga1-X As(X=0.6−
0.3)GRIN(GradedIndex)層[150nm] 16:アンドープGaAs量子井戸層[10nm] 17:アンドープAlX Ga1-X As(X=0.3−
0.6)GRIN層[150nm] 18:n型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド層[1.5μ
m] 19:n型GaAsバッファー層[0.5μm] 20:n型GaAs基板 である。
おいて、半導体層構造は、上側から、 11:p型GaAsキャップ層[0.3μm] 12:p型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド層[1.5μ
m] 13:p型Al0.3 Ga0.7 Asガイド層[95nm] 14:p型Al0.6 Ga0.4 Asキャリアブロック層
[20nm] 15:アンドープAlX Ga1-X As(X=0.6−
0.3)GRIN(GradedIndex)層[150nm] 16:アンドープGaAs量子井戸層[10nm] 17:アンドープAlX Ga1-X As(X=0.3−
0.6)GRIN層[150nm] 18:n型Al0.6 Ga0.4 Asクラッド層[1.5μ
m] 19:n型GaAsバッファー層[0.5μm] 20:n型GaAs基板 である。
【0008】また、半導体レーザ1は長さ500μmの
DFBレーザで、波長850nm付近で単一モード発振
する。DFBレーザ用回折格子21の周期は約130n
m、リブ型導波路22の幅は2μmであり、ガイド層1
3をエッチングすることにより形成される。
DFBレーザで、波長850nm付近で単一モード発振
する。DFBレーザ用回折格子21の周期は約130n
m、リブ型導波路22の幅は2μmであり、ガイド層1
3をエッチングすることにより形成される。
【0009】このような構成において、DFBレーザ1
の光出力は、リブ型導波路22を導波路型レンズ2の方
に向かう。ここで、DFBレーザ1以外の部分の量子井
戸は無秩序化され、DFBレーザ1の発振波長で低損失
な導波路となっている。リブ型導波路22はDFBレー
ザ1から50μmの所で終わり、横方向の導波路構造が
無くなるため、ここから出力光は横方向に広がる(縦方
向には半導体多層膜による導波路構造が続くため広がら
ない)。この時の広がり角は半値全幅で5〜10°であ
る。
の光出力は、リブ型導波路22を導波路型レンズ2の方
に向かう。ここで、DFBレーザ1以外の部分の量子井
戸は無秩序化され、DFBレーザ1の発振波長で低損失
な導波路となっている。リブ型導波路22はDFBレー
ザ1から50μmの所で終わり、横方向の導波路構造が
無くなるため、ここから出力光は横方向に広がる(縦方
向には半導体多層膜による導波路構造が続くため広がら
ない)。この時の広がり角は半値全幅で5〜10°であ
る。
【0010】導波路型レンズ2はガイド層13をエッチ
ングすることにより形成される(導波路型レンズ用エッ
チング23)。この実施例の層構造では、ガイド層13
をエッチングすることにより屈折率が0.02程度減少
する。このため、通常のレンズと異なり、凹レンズの形
状で集光特性が得られる。この導波路型レンズ2の焦点
距離は2mmで、凹部は球面収差を除くため、楕円弧と
なっている。リブ型導波路22端から中央の点Oまでの
距離は2mmで、リブ型導波路22からの出力光は、こ
の導波路型レンズ2により平行光になる。
ングすることにより形成される(導波路型レンズ用エッ
チング23)。この実施例の層構造では、ガイド層13
をエッチングすることにより屈折率が0.02程度減少
する。このため、通常のレンズと異なり、凹レンズの形
状で集光特性が得られる。この導波路型レンズ2の焦点
距離は2mmで、凹部は球面収差を除くため、楕円弧と
なっている。リブ型導波路22端から中央の点Oまでの
距離は2mmで、リブ型導波路22からの出力光は、こ
の導波路型レンズ2により平行光になる。
【0011】出力カップラー3は、ガイド層13に形成
された周期245nm、長さ500μm、幅250nm
の出力カップラー用回折格子24からなる。導波路型レ
ンズ2より出力された平行光は、この出力カップラー3
により上下に回折され、上部への回折光がこの半導体光
集積回路からの出力光となる。
された周期245nm、長さ500μm、幅250nm
の出力カップラー用回折格子24からなる。導波路型レ
ンズ2より出力された平行光は、この出力カップラー3
により上下に回折され、上部への回折光がこの半導体光
集積回路からの出力光となる。
【0012】次に、上記実施例に示した半導体光集積回
路の製造工程を図3に示す。 (1)図3(イ)において、有機金属気相成長法で、n
型GaAs基板20上に、n型GaAsバッファー層
[0.5μm]19、n型Al0.6 Ga0.4 Asクラッ
ド層[1.5μm]18、アンドープAlX Ga1-X A
s(X=0.3〜0.6)GRIN層[150nm]1
7、アンドープGaAs量子井戸層[10nm]16、
アンドープAlX Ga1-X As(X=0.6〜0.3)
GRIN層[150nm]15、p型Al0.6 Ga0.4
Asキャリアブロック層[20nm]14、p型Al
0.3 Ga0.7 Asガイド層[95nm]13を、温度7
80℃で成長させる。
路の製造工程を図3に示す。 (1)図3(イ)において、有機金属気相成長法で、n
型GaAs基板20上に、n型GaAsバッファー層
[0.5μm]19、n型Al0.6 Ga0.4 Asクラッ
ド層[1.5μm]18、アンドープAlX Ga1-X A
s(X=0.3〜0.6)GRIN層[150nm]1
7、アンドープGaAs量子井戸層[10nm]16、
アンドープAlX Ga1-X As(X=0.6〜0.3)
GRIN層[150nm]15、p型Al0.6 Ga0.4
Asキャリアブロック層[20nm]14、p型Al
0.3 Ga0.7 Asガイド層[95nm]13を、温度7
80℃で成長させる。
【0013】(2)図3(ロ)において、電子ビーム露
光と硫酸過水によるエッチングで、ガイド層13にDF
Bレーザ用回折格子21、リブ型導波路22、導波路型
レンズ用エッチング23、出力カップラー用回折格子2
4を形成する。この時のエッチングは、ガイド層13を
完全にエッチングし、キャリアブロック層14中で止ま
るように制御する。これにより屈折率の等しいキャリア
ブロック層14とクラッド層12にエッチングされてい
ないガイド層13が埋め込まれ、エッチングされた部分
とされていない部分の違いがガイド層の有無になり、エ
ッチングによる屈折率差がガイド層13の厚さにより決
まることになる。
光と硫酸過水によるエッチングで、ガイド層13にDF
Bレーザ用回折格子21、リブ型導波路22、導波路型
レンズ用エッチング23、出力カップラー用回折格子2
4を形成する。この時のエッチングは、ガイド層13を
完全にエッチングし、キャリアブロック層14中で止ま
るように制御する。これにより屈折率の等しいキャリア
ブロック層14とクラッド層12にエッチングされてい
ないガイド層13が埋め込まれ、エッチングされた部分
とされていない部分の違いがガイド層の有無になり、エ
ッチングによる屈折率差がガイド層13の厚さにより決
まることになる。
【0014】(3)図3(ハ)において、DFBレーザ
1となる部分をマスク(31)し、これ以外の部分にエ
ネルギー135keV、ドーズ量1×1013cm-2でS
iをイオン注入する。
1となる部分をマスク(31)し、これ以外の部分にエ
ネルギー135keV、ドーズ量1×1013cm-2でS
iをイオン注入する。
【0015】(4)図3(ニ)において、有機金属気相
成長法でガイド層13上に、p型Al 0.6 Ga0.4 As
クラッド層[1.5μm]12、p型GaAsキャップ
層[0.3]μm11を、温度750℃で成長させる。
Si不純物によりAlとGaの相互拡散が助長されるた
め、この時の昇温によりSiをイオン注入した部分の量
子井戸が無秩序化する。この無秩序化により、量子井戸
の吸収端が短波長側にシフトし、Siをイオン注入した
部分が低損失な導波路となる。
成長法でガイド層13上に、p型Al 0.6 Ga0.4 As
クラッド層[1.5μm]12、p型GaAsキャップ
層[0.3]μm11を、温度750℃で成長させる。
Si不純物によりAlとGaの相互拡散が助長されるた
め、この時の昇温によりSiをイオン注入した部分の量
子井戸が無秩序化する。この無秩序化により、量子井戸
の吸収端が短波長側にシフトし、Siをイオン注入した
部分が低損失な導波路となる。
【0016】(5)図3(ホ)において、DFBレーザ
1部分の電流注入領域を制限するため、リッジ構造32
のエッチング、SiO2 膜33の形成とエッチングを行
い、その後上部電極34、下部電極35を形成する。ま
た、出力カップラー3からの出力光の吸収を除くため、
出力カップラー3上部のp型GaAsキャップ層11を
エッチングし、上部出力用窓36を開ける。さらに上部
への光出力特性を改善するため、誘電体多層膜を用い、
DFBレーザ1側の端面には高反射膜37を、出力カッ
プラー3側の端面と上部出力用窓36には無反射膜38
を形成する。
1部分の電流注入領域を制限するため、リッジ構造32
のエッチング、SiO2 膜33の形成とエッチングを行
い、その後上部電極34、下部電極35を形成する。ま
た、出力カップラー3からの出力光の吸収を除くため、
出力カップラー3上部のp型GaAsキャップ層11を
エッチングし、上部出力用窓36を開ける。さらに上部
への光出力特性を改善するため、誘電体多層膜を用い、
DFBレーザ1側の端面には高反射膜37を、出力カッ
プラー3側の端面と上部出力用窓36には無反射膜38
を形成する。
【0017】このようにして作製した半導体光集積回路
の電流対上部光出力特性を図4に、また、上部光出力の
遠視野像を図5にそれぞれ示す。出力カップラー3側の
無反射膜38が不完全なため、この端面からの戻り光の
影響で図4に示す電流対光出力特性に折れ曲がりが存在
するが、図5に示す遠視野像は両方向とも半値全角が測
定分解能の0.5°程度となり、コリメートされた上部
出力光が得られていることが分かる。これにより、導波
路型レンズ2の動作が確認できた。
の電流対上部光出力特性を図4に、また、上部光出力の
遠視野像を図5にそれぞれ示す。出力カップラー3側の
無反射膜38が不完全なため、この端面からの戻り光の
影響で図4に示す電流対光出力特性に折れ曲がりが存在
するが、図5に示す遠視野像は両方向とも半値全角が測
定分解能の0.5°程度となり、コリメートされた上部
出力光が得られていることが分かる。これにより、導波
路型レンズ2の動作が確認できた。
【0018】なお、上記実施例では、導波路型レンズと
して通常のモードインデックスレンズを用いたが、導波
路型レンズとしてはこの限りではなく、フレネルレンズ
や回折格子レンズを用いてもよい。フレネルレンズや回
折格子レンズを用いる場合においても、全く同じ作製プ
ロセスで単に電子ビーム露光の導波路型レンズ形状を変
えるだけでよい。
して通常のモードインデックスレンズを用いたが、導波
路型レンズとしてはこの限りではなく、フレネルレンズ
や回折格子レンズを用いてもよい。フレネルレンズや回
折格子レンズを用いる場合においても、全く同じ作製プ
ロセスで単に電子ビーム露光の導波路型レンズ形状を変
えるだけでよい。
【0019】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、ガイド層を含む半導体導波路を
用い、このガイド層をエッチングすることにより、導波
路型レンズを形成するようにしたため、導波路型レンズ
と、半導体レーザや半導体光増幅器などの半導体光素子
を同一基板上に集積した半導体光集積回路を実現でき、
光集積回路の高信頼性化や低価格化だけでなく、従来の
誘電体を用いた光集積回路では得られなかった新しい機
能を持つ半導体光集積回路を実現可能となる。
うに、本発明によれば、ガイド層を含む半導体導波路を
用い、このガイド層をエッチングすることにより、導波
路型レンズを形成するようにしたため、導波路型レンズ
と、半導体レーザや半導体光増幅器などの半導体光素子
を同一基板上に集積した半導体光集積回路を実現でき、
光集積回路の高信頼性化や低価格化だけでなく、従来の
誘電体を用いた光集積回路では得られなかった新しい機
能を持つ半導体光集積回路を実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体光集積回路の一実施例を示
す外形斜視図およびその半導体層構造を示す図である。
す外形斜視図およびその半導体層構造を示す図である。
【図2】図1の半導体光集積回路のガイド層のエッチン
グ形状を示す図である。
グ形状を示す図である。
【図3】図1の半導体光集積回路の製造工程を示す図で
ある。
ある。
【図4】図1の半導体光集積回路の電流対上部光出力特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図5】図1の半導体光集積回路の上部光出力の遠視野
像を示す図である。
像を示す図である。
1 半導体レーザ(DFBレーザ) 2 導波路型レンズ(モードインデックスレンズ) 3 出力カップラー(回折格子) 13 ガイド層 20 基板 21 DFBレーザ用回折格子 22 リブ型導波路 23 導波路型レンズ用エッング 24 出力カップラー用回折格子
フロントページの続き (72)発明者 土橋 万知夫 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横河 電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】 導波路型レンズを含む光素子を集積した
半導体光集積回路において、 上下の半導体層と屈折率の異なるガイド層からなる半導
体層構造であって、 前記導波路型レンズはガイド層をエッチングすることに
より形成したことを特徴とする半導体光集積回路。 - 【請求項2】 3次元導波路を用いた光素子と導波路型
レンズを含む2次元導波路を用いた光素子を集積した半
導体光集積回路において、 前記両素子とも同一のガイド層をエッチングすることに
より形成したことを特徴とする請求項1記載の半導体光
集積回路。 - 【請求項3】 前記半導体層構造は屈折率の等しい上下
の前記半導体層に前記ガイド層が挟まれた層構造であっ
て、かつ前記導波路型レンズを形成するために前記ガイ
ド層が完全にエッチングされ、このエッチングによる屈
折率の差が結晶成長時の前記ガイド層の厚みで決まるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の半導体光集積回
路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4292796A JPH06138332A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 半導体光集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4292796A JPH06138332A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 半導体光集積回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06138332A true JPH06138332A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17786457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4292796A Pending JPH06138332A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 半導体光集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06138332A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100341388B1 (ko) * | 1999-06-28 | 2002-06-21 | 오길록 | 집적 광학형 광파장 감시기구 |
EP2264498A1 (en) * | 2001-06-25 | 2010-12-22 | Fujitsu Limited | Optical coupling device with optical waveguide coupled to optical device |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP4292796A patent/JPH06138332A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100341388B1 (ko) * | 1999-06-28 | 2002-06-21 | 오길록 | 집적 광학형 광파장 감시기구 |
EP2264498A1 (en) * | 2001-06-25 | 2010-12-22 | Fujitsu Limited | Optical coupling device with optical waveguide coupled to optical device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050104 |