JPH0637300A - 光集積回路 - Google Patents
光集積回路Info
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- JPH0637300A JPH0637300A JP18796592A JP18796592A JPH0637300A JP H0637300 A JPH0637300 A JP H0637300A JP 18796592 A JP18796592 A JP 18796592A JP 18796592 A JP18796592 A JP 18796592A JP H0637300 A JPH0637300 A JP H0637300A
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- 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
-
- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18341—Intra-cavity contacts
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】同一波長の光信号の送受を含む光多重信号の送
受信に要する、波長の選択と、光信号の受光・発光をあ
ずかる光回路を一体化し、特に加入者装置を経済化する
光集積回路を提供する。 【構成】半導体基板１０上の積層構造の中で、第１の波
長の入射光を検出するための吸収層６と、第１の波長の
出力光を発振するための活性層６とを兼用するととも
に、第１の波長の出力光の発振器構造１の中に第１の波
長の入射光の検出器構造を具備して、上記第１の波長の
光を下層構造に透過させることなしに、これより長い波
長の少なくとも第２の波長の入射光に対してはこれを下
層構造に透過させる面型半導体レーザ１の構造層と、該
面型半導体レーザ１の構造層と上記基板１０との間に、
該レーザの構造層を透過した上記少なくとも第２の波長
の光を検出する面型光検出器２の構造層を備える。
受信に要する、波長の選択と、光信号の受光・発光をあ
ずかる光回路を一体化し、特に加入者装置を経済化する
光集積回路を提供する。 【構成】半導体基板１０上の積層構造の中で、第１の波
長の入射光を検出するための吸収層６と、第１の波長の
出力光を発振するための活性層６とを兼用するととも
に、第１の波長の出力光の発振器構造１の中に第１の波
長の入射光の検出器構造を具備して、上記第１の波長の
光を下層構造に透過させることなしに、これより長い波
長の少なくとも第２の波長の入射光に対してはこれを下
層構造に透過させる面型半導体レーザ１の構造層と、該
面型半導体レーザ１の構造層と上記基板１０との間に、
該レーザの構造層を透過した上記少なくとも第２の波長
の光を検出する面型光検出器２の構造層を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光多重通信における光
信号の受光・発光回路を一体化した光集積回路に係り、
特に、同一波長の光信号による双方向時分割通信を含む
通信システムの加入者用送受信器の経済化に好適な光回
路技術に関する。
信号の受光・発光回路を一体化した光集積回路に係り、
特に、同一波長の光信号による双方向時分割通信を含む
通信システムの加入者用送受信器の経済化に好適な光回
路技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信における各端末の送受信器
は、バルク材料を組み合わせたものが大半であり、ま
た、石英等で形成された導波路と半導体で形成されたレ
ーザ、光検出器をハンダ等で接続したり、ファイバなど
で結合させたりしたものが用いられている。しかしなが
ら、これらには次のような問題があった。
は、バルク材料を組み合わせたものが大半であり、ま
た、石英等で形成された導波路と半導体で形成されたレ
ーザ、光検出器をハンダ等で接続したり、ファイバなど
で結合させたりしたものが用いられている。しかしなが
ら、これらには次のような問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記バルク
材料で構成したもの及び石英導波路で構成したものにお
いては、光ファイバを多重伝送する光信号の波長を選択
する部品を一体化するのが難しく、したがって送信器と
受信器の光回路部分を一体化するのが難しい実情にあっ
た。その結果、特に加入者用送受信装置としてはサイズ
が大きく、調整が煩雑で、製造工程が複雑であり、した
がって大量生産に不向きであるという問題があった。本
発明の目的は、このような問題を解決し、同一波長の光
信号の送受を含む光多重信号の送受信に要する、波長の
選択と、光信号の受光・発光をあずかる光回路を一体化
し、特に加入者装置を経済化する光集積回路を提供する
ことにある。
材料で構成したもの及び石英導波路で構成したものにお
いては、光ファイバを多重伝送する光信号の波長を選択
する部品を一体化するのが難しく、したがって送信器と
受信器の光回路部分を一体化するのが難しい実情にあっ
た。その結果、特に加入者用送受信装置としてはサイズ
が大きく、調整が煩雑で、製造工程が複雑であり、した
がって大量生産に不向きであるという問題があった。本
発明の目的は、このような問題を解決し、同一波長の光
信号の送受を含む光多重信号の送受信に要する、波長の
選択と、光信号の受光・発光をあずかる光回路を一体化
し、特に加入者装置を経済化する光集積回路を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の光集積回路では、例えば図１に示すよう
に、半導体基板１０上の積層構造の中で、第１の波長の
入射光を検出するための吸収層６と、第１の波長の出力
光を発振するための活性層６とを兼用するとともに、第
１の波長の出力光の発振器構造１の中に第１の波長の入
射光の検出器構造を具備して、上記第１の波長の光を下
層構造に透過させることなしに、これより長い波長の少
なくとも第２の波長の入射光に対してはこれを下層構造
に透過させる面型半導体レーザ１の構造層と、該面型半
導体レーザ１の構造層と上記基板１０との間に、該レー
ザの構造層を透過した上記少なくとも第２の波長の光を
検出する面型光検出器２の構造層を備えることとする。
なお、第１の波長の出力光の発振器構造が具備する第１
の波長の入射光の検出器構造とは、例えば図１の中で
は、吸収層６とともにこれを挾んで構成するｐ−ＩｎＰ
層とｎ−ＩｎＰ層の光検出器構造をいう。ここで、上記
面型半導体レーザ１の構造層は、その上部の４−１と下
部の４−２にともに第１の波長の光を反射するブラッグ
反射器の構造を備えることとすればよい。なお、ブラッ
グ（Ｂｒａｇｇ）反射器とは、異なる２種類の半導体を
積層させた構造を持っている反射器のことをいう。ある
いは、上記面型半導体レーザの構造層は、例えば図７に
示すように、その上部に薄い金属膜の反射器を備え、下
部には第１の波長の光を反射するブラッグ反射器の構造
を備えることとしてもよい。この場合は、上部の反射器
にブラッグ反射器を用いないので、半導体の結晶成長工
程を短縮できる利点がある。さらにあるいは、上記面型
半導体レーザの構造層は、例えば図８に示すように、そ
の上部と下部にともに第１の光を反射するブラッグ反射
器の構造を備え、上部のブラッグ反射器４−１には、例
えば電極ＡｕＺｎＮｉと電極ＡｕＧｅＮｉによって電流
を流し得るように、電流を注入する手段を備えることと
してもよい。これにより、受信時、上部のブラッグ反射
器４−１への電流の注入により、後述のように、該反射
器の反射帯域特性を第１の波長に対して通過域に動かし
得る利点がある。以上のような場合に、上記面型半導体
レーザの構造層と面型光検出器の構造層との間に、上記
第１の波長の光を遮断し、上記少なくとも第２の波長の
光を透過させる波長フィルタ層を備えるようにすれば、
第２の波長の光出力に対する第１の波長の光信号のクロ
ストークを一層減少させることとなり好ましい。またそ
の場合に、上記波長フィルタ層としては、上記第１の波
長の光を吸収し、上記少なくとも第２の波長の光を透過
させるようなバンドギャップを有する半導体導波路を用
いた構造層を備えるものであり、かつ、該フィルタ層
は、第２の波長の光の面型光検出器を構成する導電性半
導体層を兼ねるようにすれば、後述において詳述するよ
うに、容易かつコンパクトに波長フィルタ層を形成でき
好ましい。
め、本発明の光集積回路では、例えば図１に示すよう
に、半導体基板１０上の積層構造の中で、第１の波長の
入射光を検出するための吸収層６と、第１の波長の出力
光を発振するための活性層６とを兼用するとともに、第
１の波長の出力光の発振器構造１の中に第１の波長の入
射光の検出器構造を具備して、上記第１の波長の光を下
層構造に透過させることなしに、これより長い波長の少
なくとも第２の波長の入射光に対してはこれを下層構造
に透過させる面型半導体レーザ１の構造層と、該面型半
導体レーザ１の構造層と上記基板１０との間に、該レー
ザの構造層を透過した上記少なくとも第２の波長の光を
検出する面型光検出器２の構造層を備えることとする。
なお、第１の波長の出力光の発振器構造が具備する第１
の波長の入射光の検出器構造とは、例えば図１の中で
は、吸収層６とともにこれを挾んで構成するｐ−ＩｎＰ
層とｎ−ＩｎＰ層の光検出器構造をいう。ここで、上記
面型半導体レーザ１の構造層は、その上部の４−１と下
部の４−２にともに第１の波長の光を反射するブラッグ
反射器の構造を備えることとすればよい。なお、ブラッ
グ（Ｂｒａｇｇ）反射器とは、異なる２種類の半導体を
積層させた構造を持っている反射器のことをいう。ある
いは、上記面型半導体レーザの構造層は、例えば図７に
示すように、その上部に薄い金属膜の反射器を備え、下
部には第１の波長の光を反射するブラッグ反射器の構造
を備えることとしてもよい。この場合は、上部の反射器
にブラッグ反射器を用いないので、半導体の結晶成長工
程を短縮できる利点がある。さらにあるいは、上記面型
半導体レーザの構造層は、例えば図８に示すように、そ
の上部と下部にともに第１の光を反射するブラッグ反射
器の構造を備え、上部のブラッグ反射器４−１には、例
えば電極ＡｕＺｎＮｉと電極ＡｕＧｅＮｉによって電流
を流し得るように、電流を注入する手段を備えることと
してもよい。これにより、受信時、上部のブラッグ反射
器４−１への電流の注入により、後述のように、該反射
器の反射帯域特性を第１の波長に対して通過域に動かし
得る利点がある。以上のような場合に、上記面型半導体
レーザの構造層と面型光検出器の構造層との間に、上記
第１の波長の光を遮断し、上記少なくとも第２の波長の
光を透過させる波長フィルタ層を備えるようにすれば、
第２の波長の光出力に対する第１の波長の光信号のクロ
ストークを一層減少させることとなり好ましい。またそ
の場合に、上記波長フィルタ層としては、上記第１の波
長の光を吸収し、上記少なくとも第２の波長の光を透過
させるようなバンドギャップを有する半導体導波路を用
いた構造層を備えるものであり、かつ、該フィルタ層
は、第２の波長の光の面型光検出器を構成する導電性半
導体層を兼ねるようにすれば、後述において詳述するよ
うに、容易かつコンパクトに波長フィルタ層を形成でき
好ましい。
【０００５】
【作用】本発明では、半導体基板上の積層構造の中で、
第１の波長の出力光のためのレーザ発振器と、第１の波
長の入射光の検出器と、さらにこれらよりも下層の構造
の中に、少なくとも第２の波長の入射光の検出器を備え
ることになる。そして、第１の波長の光信号による時分
割の送受信をするための構造として、第１の波長の出力
光のためのレーザ発振器の中に第１の波長の入射光の検
出器を含み、かつ発振器の活性層と検出器の吸収層を兼
用するコンパクトな構造を採用している。また、第１の
波長の光を発振するレーザ発振器は、第１の波長の光を
上記積層構造の上面から外部に対して出力し、下層構造
に対しては、該発振器の下部の反射器の反射特性によ
り、第１の波長に対して反射特性を有し、第２の波長に
対しては透過特性を有する。そして、このような下部の
反射器ともう一つの上部の反射器とによって第１の波長
に対するレーザ発振が確保される。また、第２の波長の
入射光は第１の波長帯とも選択的に分離されて下層構造
の中の検出器で検出される。本発明では、以上のような
第１、第２の波長の入出力光に対する波長選択や受光・
発光等の回路動作が光集積回路上に一体化された回路構
成の中で行われる。つまり、本発明により、送信器と受
信器の光回路部分が一体化される。このことが特に加入
者装置に対して効果的にサイズのコンパクト化、回路の
無調整化、製造工程の簡単化、大量生産の容易化をもた
らすこととなり、したがって本発明により、光加入者に
対して高性能の送受信器を安く供給することが可能にな
る。本発明では、面型半導体レーザの構造層の中の反射
器にブラッグ反射器の積層構造を用い、これにより高い
反射特性を得ている。特に下部のブラッグ反射器には厚
い積層構造により、第１の波長の光の下層構造への漏洩
を小さく抑えることが可能になり、このことが第１の波
長の発振・検出や第２の波長の光の検出効果を向上させ
ることになる。面型半導体レーザの構造層の中の上部の
反射器にブラッグ反射器を用いずに薄い金属膜を用いて
も、そのミラー効果により、簡易に発振効果が得られ
る。またこれにより、結晶成長の工程も省ける。ブラッ
グ反射器に電流を流すことによりこの部分の屈折率を変
えることができる。これを上部のブラッグ反射器に適用
し、第１の波長に対するその反射帯域特性を、受信時電
流を流すことにより、通過域の特性に切り替えて、受信
性能を向上させることが可能である。一方、下層構造の
中に、第１の波長の光を遮断し、第２の波長の光に対し
て透過させるような波長フィルタを設けることにより、
一層、第２の波長の信号へのクロストークを低減するこ
とが可能になる。この場合に、波長フィルタとして、第
１の波長の光を吸収し、少なくとも第２の光を透過させ
るバンドギャップを有するような半導体導波路を用いる
ことにより、結晶成長により容易にフィルタ層を形成で
きるようになる。しかもこのような層を、第２の波長の
光検出器構成のための導電性層と兼用して層構造の形成
を行うことにより、簡易な製造工程でコンパクトな光集
積回路を構成することが可能になる。
第１の波長の出力光のためのレーザ発振器と、第１の波
長の入射光の検出器と、さらにこれらよりも下層の構造
の中に、少なくとも第２の波長の入射光の検出器を備え
ることになる。そして、第１の波長の光信号による時分
割の送受信をするための構造として、第１の波長の出力
光のためのレーザ発振器の中に第１の波長の入射光の検
出器を含み、かつ発振器の活性層と検出器の吸収層を兼
用するコンパクトな構造を採用している。また、第１の
波長の光を発振するレーザ発振器は、第１の波長の光を
上記積層構造の上面から外部に対して出力し、下層構造
に対しては、該発振器の下部の反射器の反射特性によ
り、第１の波長に対して反射特性を有し、第２の波長に
対しては透過特性を有する。そして、このような下部の
反射器ともう一つの上部の反射器とによって第１の波長
に対するレーザ発振が確保される。また、第２の波長の
入射光は第１の波長帯とも選択的に分離されて下層構造
の中の検出器で検出される。本発明では、以上のような
第１、第２の波長の入出力光に対する波長選択や受光・
発光等の回路動作が光集積回路上に一体化された回路構
成の中で行われる。つまり、本発明により、送信器と受
信器の光回路部分が一体化される。このことが特に加入
者装置に対して効果的にサイズのコンパクト化、回路の
無調整化、製造工程の簡単化、大量生産の容易化をもた
らすこととなり、したがって本発明により、光加入者に
対して高性能の送受信器を安く供給することが可能にな
る。本発明では、面型半導体レーザの構造層の中の反射
器にブラッグ反射器の積層構造を用い、これにより高い
反射特性を得ている。特に下部のブラッグ反射器には厚
い積層構造により、第１の波長の光の下層構造への漏洩
を小さく抑えることが可能になり、このことが第１の波
長の発振・検出や第２の波長の光の検出効果を向上させ
ることになる。面型半導体レーザの構造層の中の上部の
反射器にブラッグ反射器を用いずに薄い金属膜を用いて
も、そのミラー効果により、簡易に発振効果が得られ
る。またこれにより、結晶成長の工程も省ける。ブラッ
グ反射器に電流を流すことによりこの部分の屈折率を変
えることができる。これを上部のブラッグ反射器に適用
し、第１の波長に対するその反射帯域特性を、受信時電
流を流すことにより、通過域の特性に切り替えて、受信
性能を向上させることが可能である。一方、下層構造の
中に、第１の波長の光を遮断し、第２の波長の光に対し
て透過させるような波長フィルタを設けることにより、
一層、第２の波長の信号へのクロストークを低減するこ
とが可能になる。この場合に、波長フィルタとして、第
１の波長の光を吸収し、少なくとも第２の光を透過させ
るバンドギャップを有するような半導体導波路を用いる
ことにより、結晶成長により容易にフィルタ層を形成で
きるようになる。しかもこのような層を、第２の波長の
光検出器構成のための導電性層と兼用して層構造の形成
を行うことにより、簡易な製造工程でコンパクトな光集
積回路を構成することが可能になる。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明による光加入者系用半導体送
受信器の第１の実施例を示す構成図である。第１の波長
として１．３μｍ、第２の波長として１．５５μｍの場
合の実施例である。本実施例では、１．３μｍの波長の
光による双方向時分割通信、１．５５μｍの波長の光に
よるＣＡＴＶ等の放送の場合である。１は、１．３μｍ
用半導体レーザ兼光検出器である。２は、１．５５μｍ
用光検出器、３は１．３μｍの光を吸収する吸収帯、４
−１、４−２は、１．３μｍの光のみを反射するブラッ
グ反射器、５は、１．５μｍ用の反射防止膜である。６
は１．３μｍの光の検出のための吸収層であるとともに
１．３μｍの光の発振のための活性層であり、７は１．
５５μｍの波長の光の検出のための活性層、１０は半導
体基板である。なお、前記したように、６の吸収層とと
もにこれを挾むｐ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＰ層で光検出器
を構成することになる。
受信器の第１の実施例を示す構成図である。第１の波長
として１．３μｍ、第２の波長として１．５５μｍの場
合の実施例である。本実施例では、１．３μｍの波長の
光による双方向時分割通信、１．５５μｍの波長の光に
よるＣＡＴＶ等の放送の場合である。１は、１．３μｍ
用半導体レーザ兼光検出器である。２は、１．５５μｍ
用光検出器、３は１．３μｍの光を吸収する吸収帯、４
−１、４−２は、１．３μｍの光のみを反射するブラッ
グ反射器、５は、１．５μｍ用の反射防止膜である。６
は１．３μｍの光の検出のための吸収層であるとともに
１．３μｍの光の発振のための活性層であり、７は１．
５５μｍの波長の光の検出のための活性層、１０は半導
体基板である。なお、前記したように、６の吸収層とと
もにこれを挾むｐ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＰ層で光検出器
を構成することになる。
【０００７】動作原理を次に述べる。局側から送られた
１．３μｍの光および１．５５μｍの信号光が上部から
ファイバを経由して本集積回路に入射される。１．３μ
ｍの光は、１．３μｍ光検出器で吸収される。このと
き、光検出器前に１．３μｍの光を反射するブラッグ反
射器があるが、その厚さは薄く反射率は比較的低いため
に光検出器部分まで１．３μｍの光は入射する。検出器
で吸収されないで通過した光は、ブラッグ反射器で反射
され逆方向に導波し、やはり光検出器で吸収され、結果
としてブラッグ反射器の下部には、１．３μｍの光は進
まない。１．５５μｍの光は、１．３μｍ反射用ブラッ
グ反射器によって反射されることなく、１．３μｍ半導
体レーザ兼光検出器内を通過し、１．５５μｍ光検出器
で検出される。１．３μｍの光を発振する場合には、
１．３μｍ活性層上下にある１．３μｍ反射用ブラッグ
反射器を反射ミラーとする共振器を有する分布反射型
（ＤＢＲ）面発光半導体レーザとして光が発振される。
１．３μｍ活性層の下部にあるブラッグ反射器の厚さ
は、厚いため反射率が高く１．３μｍの発振光は殆どブ
ラッグ反射器の下部にもれない。たとえ光がブラッグ反
射器の下部に漏れたとしても１．３μｍ光の吸収帯（バ
ンドギャップ波長１．４μｍ）に吸収され１．５μｍ用
検出器には、１．３μｍの光は入らず雑音とならない。
上記吸収帯の吸収特性を図２に示す。λｇは、バンドギ
ャップ波長を示す。該吸収帯は、１．３μｍの光に対し
ては、殆ど吸収するが、１．５５μｍの光に対しては透
過となる。したがって、該吸収帯は、波長フィルタとし
て機能する。従来、波長フィルタとしては、回折格子を
用いたものが殆どであり、構造が複雑になり作製工程が
増加し、光集積回路には適していなかった。本発明の波
長フィルタは、結晶成長時に１層分追加するだけで形成
され、容易に上記問題点を解決できる。なお、本発明で
は、吸収層と１．５５μｍ光検出器のｐ型半導体層（ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ）を兼ねており、さらに、コンパクト
になっている。
１．３μｍの光および１．５５μｍの信号光が上部から
ファイバを経由して本集積回路に入射される。１．３μ
ｍの光は、１．３μｍ光検出器で吸収される。このと
き、光検出器前に１．３μｍの光を反射するブラッグ反
射器があるが、その厚さは薄く反射率は比較的低いため
に光検出器部分まで１．３μｍの光は入射する。検出器
で吸収されないで通過した光は、ブラッグ反射器で反射
され逆方向に導波し、やはり光検出器で吸収され、結果
としてブラッグ反射器の下部には、１．３μｍの光は進
まない。１．５５μｍの光は、１．３μｍ反射用ブラッ
グ反射器によって反射されることなく、１．３μｍ半導
体レーザ兼光検出器内を通過し、１．５５μｍ光検出器
で検出される。１．３μｍの光を発振する場合には、
１．３μｍ活性層上下にある１．３μｍ反射用ブラッグ
反射器を反射ミラーとする共振器を有する分布反射型
（ＤＢＲ）面発光半導体レーザとして光が発振される。
１．３μｍ活性層の下部にあるブラッグ反射器の厚さ
は、厚いため反射率が高く１．３μｍの発振光は殆どブ
ラッグ反射器の下部にもれない。たとえ光がブラッグ反
射器の下部に漏れたとしても１．３μｍ光の吸収帯（バ
ンドギャップ波長１．４μｍ）に吸収され１．５μｍ用
検出器には、１．３μｍの光は入らず雑音とならない。
上記吸収帯の吸収特性を図２に示す。λｇは、バンドギ
ャップ波長を示す。該吸収帯は、１．３μｍの光に対し
ては、殆ど吸収するが、１．５５μｍの光に対しては透
過となる。したがって、該吸収帯は、波長フィルタとし
て機能する。従来、波長フィルタとしては、回折格子を
用いたものが殆どであり、構造が複雑になり作製工程が
増加し、光集積回路には適していなかった。本発明の波
長フィルタは、結晶成長時に１層分追加するだけで形成
され、容易に上記問題点を解決できる。なお、本発明で
は、吸収層と１．５５μｍ光検出器のｐ型半導体層（ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ）を兼ねており、さらに、コンパクト
になっている。
【０００８】次に、本面型光集積回路の製作法について
述べる。まずｎ−ＩｎＰ基板上に１．５５μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層を有機金属気相成長法により２μｍ
堆積させる。その後、成長速度の速い気相成長法により
１．４μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ吸収層を５０μｍ堆積
させる。その後再び有機金属気相成長法によりｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓとＩｎＰを用いたブラッ
グ反射器層、ｎ−ＩｎＰ層、１．３μｍ組成のＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層、ｐ−ＩｎＰ層、ｐ−ＩｎＧａＡｓとＩｎ
Ｐを用いたブラッグ反射器層、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャッ
プ層を順次成長させる。
述べる。まずｎ−ＩｎＰ基板上に１．５５μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層を有機金属気相成長法により２μｍ
堆積させる。その後、成長速度の速い気相成長法により
１．４μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ吸収層を５０μｍ堆積
させる。その後再び有機金属気相成長法によりｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓ層、ｎ−ＩｎＧａＡｓとＩｎＰを用いたブラッ
グ反射器層、ｎ−ＩｎＰ層、１．３μｍ組成のＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層、ｐ−ＩｎＰ層、ｐ−ＩｎＧａＡｓとＩｎ
Ｐを用いたブラッグ反射器層、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャッ
プ層を順次成長させる。
【０００９】次にＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によ
り、ウェハ上面からＡ部分まで柱状にエッチングし、そ
の後、硫酸系のウェット選択エッチングにより、Ａ′部
分までエッチングする。さらに、再び、ドライエッチン
グ、ウェットエッチングを併用し、Ｂまで階段状にエッ
チングする。次に、電極材料（ｐ電極の場合、ＡｕＺｉ
Ｎｉ、ｎ電極の場合、ＡｕＧｅＮｉ）をリフトオフ法に
より図に示す部分に順次形成する。
り、ウェハ上面からＡ部分まで柱状にエッチングし、そ
の後、硫酸系のウェット選択エッチングにより、Ａ′部
分までエッチングする。さらに、再び、ドライエッチン
グ、ウェットエッチングを併用し、Ｂまで階段状にエッ
チングする。次に、電極材料（ｐ電極の場合、ＡｕＺｉ
Ｎｉ、ｎ電極の場合、ＡｕＧｅＮｉ）をリフトオフ法に
より図に示す部分に順次形成する。
【００１０】最終の素子の寸法は、上部の１．３μｍ反
射用のブラッグ反射器が３μｍ、１．３μｍ活性層２μ
ｍ、下部の１．３μｍ反射用のブラッグ反射器が３μ
ｍ、１．４μｍ組成吸収層部分が５０μｍ、１．５μｍ
光検出器用活性層の厚さは、２μｍである。ＯＡ′の柱
状部分の直径は、３０μｍ、Ａ′Ｂ部分の直径は６０μ
ｍである。この素子の入射端面の１．５μｍ反射防止膜
の反射率は、０．１％である。
射用のブラッグ反射器が３μｍ、１．３μｍ活性層２μ
ｍ、下部の１．３μｍ反射用のブラッグ反射器が３μ
ｍ、１．４μｍ組成吸収層部分が５０μｍ、１．５μｍ
光検出器用活性層の厚さは、２μｍである。ＯＡ′の柱
状部分の直径は、３０μｍ、Ａ′Ｂ部分の直径は６０μ
ｍである。この素子の入射端面の１．５μｍ反射防止膜
の反射率は、０．１％である。
【００１１】次にこの面型光集積回路の特性について述
べる。図３に１．３μｍのレーザを発振させた時の電流
−光出力特性を示す。しきい値１５ｍＡで、電流６０ｍ
Ａで出力１０ｍＷが得られている。また、不要モードに
対する抑圧比すなわちサイドモード抑圧比は２８ｄＢで
あった。図４に上記１．３μｍのフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）として用いた場合の周波数特性を示す。周波数帯域
は、５．２ＧＨｚである。１．３μｍの光信号の伝送帯
域２８．８ＭＨｚに対して十分な帯域がとれていること
を示す。図５に１．５μｍのＰＤの周波数特性を示す。
周波数帯域は、９．８ＧＨｚである。１．５μｍの光信
号の伝送帯域２ＧＨｚに対してこの場合にも十分の帯域
特性が得られていることを示している。図６に、１．３
μｍのレーザを動作させた時及び動作させない時の１．
５μｍＰＤの誤り率測定結果を示す。１．３μｍのレー
ザを動作させても、受信感度の劣化は１０~9ＢＥＲで
２．５ｄＢに抑えられている。この結果から、１．３μ
ｍの発振光と、１．５μｍの受信信号光のクロストーク
は抑制されていることがわかる。
べる。図３に１．３μｍのレーザを発振させた時の電流
−光出力特性を示す。しきい値１５ｍＡで、電流６０ｍ
Ａで出力１０ｍＷが得られている。また、不要モードに
対する抑圧比すなわちサイドモード抑圧比は２８ｄＢで
あった。図４に上記１．３μｍのフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）として用いた場合の周波数特性を示す。周波数帯域
は、５．２ＧＨｚである。１．３μｍの光信号の伝送帯
域２８．８ＭＨｚに対して十分な帯域がとれていること
を示す。図５に１．５μｍのＰＤの周波数特性を示す。
周波数帯域は、９．８ＧＨｚである。１．５μｍの光信
号の伝送帯域２ＧＨｚに対してこの場合にも十分の帯域
特性が得られていることを示している。図６に、１．３
μｍのレーザを動作させた時及び動作させない時の１．
５μｍＰＤの誤り率測定結果を示す。１．３μｍのレー
ザを動作させても、受信感度の劣化は１０~9ＢＥＲで
２．５ｄＢに抑えられている。この結果から、１．３μ
ｍの発振光と、１．５μｍの受信信号光のクロストーク
は抑制されていることがわかる。
【００１２】図７に本発明の第２の実施例の構成図を示
す。第１の実施例における上部ブラッグ反射器の代わり
に薄い金属膜を反射器として用いたもので、半導体の結
晶成長に有する時間が短くてよい。また、金属膜の代わ
りに、誘電体多層膜を用いてもよい。動作原理、製作
法、基本特性は、第１の実施例とほぼ同様なので省略す
る。
す。第１の実施例における上部ブラッグ反射器の代わり
に薄い金属膜を反射器として用いたもので、半導体の結
晶成長に有する時間が短くてよい。また、金属膜の代わ
りに、誘電体多層膜を用いてもよい。動作原理、製作
法、基本特性は、第１の実施例とほぼ同様なので省略す
る。
【００１３】図８に本発明の第３の実施例を示す。第１
の実施例と全体の構成はほぼ同じであるが、４−１のブ
ラッグ反射器の部分に電流が注入できるようになってい
る。１の部分を受信器として使う場合は、例えば、電極
ＡｕＺｎＮｉと電極ＡｕＧｅＮｉとの間に電流を流し、
４−１のブラッグ反射器に電流を注入しキャリア密度を
５×１０18／ｃｍ3程度に上昇させ屈折率を低減させる
ことにより、反射波長を短波長側に７ｎｍ程度シフトさ
せ、１．３μｍの光を４−１のブラッグ反射器で反射さ
れることなしに通過させる。キャリア注入による損失の
増加は、ブラッグ反射器の長さが３μｍと短いために無
視できる。この方法により、低レベルの１．３μｍの信
号光においても受信が容易となる。そのほかの動作原
理、製作法、基本特性は、第１の実施例とほぼ同様なの
で省略する。また、ブラッグ反射器への電流注入の方法
として縦方向の場合について述べたが、電極を反射器の
横に設置して横方向注入することも可能である。本実施
例では、電流注入により屈折率を変化させたが、ブラッ
グ反射器の一層を半導体の薄膜を積層した構造の多重量
子井戸ＭＱＷ（Multi Quantum Well）で置き換え、これ
に電圧を加えて屈折率を変える量子閉じ込めシュタルク
効果ＱＣＳＥ効果（Quantum Confined Stark Effect）
を利用することも可能である。
の実施例と全体の構成はほぼ同じであるが、４−１のブ
ラッグ反射器の部分に電流が注入できるようになってい
る。１の部分を受信器として使う場合は、例えば、電極
ＡｕＺｎＮｉと電極ＡｕＧｅＮｉとの間に電流を流し、
４−１のブラッグ反射器に電流を注入しキャリア密度を
５×１０18／ｃｍ3程度に上昇させ屈折率を低減させる
ことにより、反射波長を短波長側に７ｎｍ程度シフトさ
せ、１．３μｍの光を４−１のブラッグ反射器で反射さ
れることなしに通過させる。キャリア注入による損失の
増加は、ブラッグ反射器の長さが３μｍと短いために無
視できる。この方法により、低レベルの１．３μｍの信
号光においても受信が容易となる。そのほかの動作原
理、製作法、基本特性は、第１の実施例とほぼ同様なの
で省略する。また、ブラッグ反射器への電流注入の方法
として縦方向の場合について述べたが、電極を反射器の
横に設置して横方向注入することも可能である。本実施
例では、電流注入により屈折率を変化させたが、ブラッ
グ反射器の一層を半導体の薄膜を積層した構造の多重量
子井戸ＭＱＷ（Multi Quantum Well）で置き換え、これ
に電圧を加えて屈折率を変える量子閉じ込めシュタルク
効果ＱＣＳＥ効果（Quantum Confined Stark Effect）
を利用することも可能である。
【００１４】上記の実施例では、１．５μｍのＰＤを用
いているが、１．５μｍＰＤの代わりに受信感度レベル
が高いＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用い
てもよい。また、ＩｎＧａＡｓＰ系のような長波長材料
のみならず、短波長材料においても上記の実施例のデバ
イスを実現することは可能である。なお、本発明の実施
例では基板にｎ型の導電性の基板を用いたが、これをｎ
型に限定する必要はない。ｐ型を用いる場合は図１の導
電性のｐとｎの関係を相互に変えればよい。
いているが、１．５μｍＰＤの代わりに受信感度レベル
が高いＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用い
てもよい。また、ＩｎＧａＡｓＰ系のような長波長材料
のみならず、短波長材料においても上記の実施例のデバ
イスを実現することは可能である。なお、本発明の実施
例では基板にｎ型の導電性の基板を用いたが、これをｎ
型に限定する必要はない。ｐ型を用いる場合は図１の導
電性のｐとｎの関係を相互に変えればよい。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
加入者系用の送受信器において、半導体基板上に１．３
μｍ帯のレーザ発振器と光検出器、１．５μｍ帯の光検
出器を積層構造を用いて集積化することにより、サイズ
がコンパクトになる、回路の調整が殆ど不必要、製造工
程が簡単化される、大量生産が容易となるなどの利点が
生じ、光加入者に対して性能のよい送受信器を安く供給
できるという効果が生じる。
加入者系用の送受信器において、半導体基板上に１．３
μｍ帯のレーザ発振器と光検出器、１．５μｍ帯の光検
出器を積層構造を用いて集積化することにより、サイズ
がコンパクトになる、回路の調整が殆ど不必要、製造工
程が簡単化される、大量生産が容易となるなどの利点が
生じ、光加入者に対して性能のよい送受信器を安く供給
できるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の構成図。
【図２】波長フィルタの吸収特性図。
【図３】１．３μｍレーザの電流対光出力特性図。
【図４】１．３μｍのフォトダイオードの周波数特性
図。
図。
【図５】１．５μｍのフォトダイオードの周波数特性
図。
図。
【図６】１．５μｍのフォトダイオードの受信感度の
図。
図。
【図７】第２の実施例の構成図。
【図８】第３の実施例の構成図。
１…１．３μｍ半導体レーザ発振器兼光検出器 ２…
１．５５μｍ光検出器 ３…波長フィルタの吸収層 ４−１、４
−２…ブラッグ反射器 ５…１．５μｍ無反射コート ６…１．３μｍの光の発振のための活性層兼光検出のた
めの吸収層 ７…１．５５μｍの光の検出のための活性層 １０…半導体基板
１．５５μｍ光検出器 ３…波長フィルタの吸収層 ４−１、４
−２…ブラッグ反射器 ５…１．５μｍ無反射コート ６…１．３μｍの光の発振のための活性層兼光検出のた
めの吸収層 ７…１．５５μｍの光の検出のための活性層 １０…半導体基板
Claims (6)
- 【請求項１】半導体基板上に、複数の光の発振のための
活性層と検出のための吸収層を有する積層構造を備え、
該積層構造は、その上面の光の入出力面から内部に向か
い、 第１の波長の入射光を検出するための吸収層と、第１の
波長の出力光を発振するための活性層とを兼用するとと
もに、第１の波長の出力光の発振器構造の中に第１の波
長の入射光の検出器構造を具備して、上記第１の波長の
光を下層構造に透過させることなしに、これより長い波
長の少なくとも第２の波長の入射光に対してはこれを下
層構造に透過させる面型半導体レーザの構造層と、 該面型半導体レーザの構造層と上記基板との間に、該レ
ーザの構造層を透過した上記少なくとも第２の波長の光
を検出する面型光検出器の構造層を備えることを特徴と
する光集積回路。 - 【請求項２】請求項１記載の光集積回路において、上記
面型半導体レーザの構造層は、その上部と下部にともに
第１の波長の光を反射するブラッグ反射器の構造を備え
ることを特徴とする光集積回路。 - 【請求項３】請求項１記載の光集積回路において、上記
面型半導体レーザの構造層は、その上部に薄い金属膜の
反射器を備え、また下部には第１の波長の光を反射する
ブラッグ反射器の構造を備えることを特徴とする光集積
回路。 - 【請求項４】請求項１記載の光集積回路において、上記
面型半導体レーザの構造層は、その上部と下部にともに
第１の波長の光を反射するブラッグ反射器の構造を備
え、上部のブラッグ反射器には電流を注入する手段を備
えることを特徴とする光集積回路。 - 【請求項５】請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光
集積回路において、上記面型半導体レーザの構造層と面
型光検出器の構造層との間に、上記第１の波長の光を遮
断し、上記少なくとも第２の波長の光を透過させる波長
フィルタ層を備えることを特徴とする光集積回路。 - 【請求項６】請求項５に記載の光集積回路において、上
記波長フィルタ層は、上記第１の波長の光を吸収し、上
記少なくとも第２の波長の光を透過させるようなバンド
ギャップを有する半導体導波路を用いた構造層を備える
ものであり、かつ、該フィルタ層は、第２の波長の光の
面型光検出器を構成する導電性半導体層を兼ねるもので
あることを特徴とする光集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18796592A JPH0637300A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 光集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18796592A JPH0637300A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 光集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0637300A true JPH0637300A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=16215259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18796592A Pending JPH0637300A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 光集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637300A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08181391A (ja) * | 1994-10-24 | 1996-07-12 | Nec Corp | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光情報処理装置 |
| JPH0964334A (ja) * | 1995-08-28 | 1997-03-07 | Toshiba Corp | 発光素子と外部変調器の集積素子 |
| EP0993087A1 (en) * | 1998-10-06 | 2000-04-12 | Hewlett-Packard Company | System and method for the monolithic intergration of a light emitting device and a photodetector for low bias voltage operation |
| EP1009032A1 (en) * | 1998-12-11 | 2000-06-14 | Hewlett-Packard Company | System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector using a native oxide semiconductor layer |
| JP2000340877A (ja) * | 1999-05-05 | 2000-12-08 | Mitel Semiconductor Ab | 垂直共振器型面発光レーザと光検出用モニターとのアセンブリー及びそのアセンブリング方法 |
| EP1672356A1 (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-21 | Agilent Technologies, Inc. | Sensor having integrated light detector and/or light source |
| JP2008500726A (ja) * | 2004-05-27 | 2008-01-10 | フォブオン・インク | 垂直カラーフィルターセンサー群 |
| JP2008147519A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体発光素子 |
-
1992
- 1992-07-15 JP JP18796592A patent/JPH0637300A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08181391A (ja) * | 1994-10-24 | 1996-07-12 | Nec Corp | 面発光レーザ及び面発光レーザアレイ及び光情報処理装置 |
| JPH0964334A (ja) * | 1995-08-28 | 1997-03-07 | Toshiba Corp | 発光素子と外部変調器の集積素子 |
| EP0993087A1 (en) * | 1998-10-06 | 2000-04-12 | Hewlett-Packard Company | System and method for the monolithic intergration of a light emitting device and a photodetector for low bias voltage operation |
| US6222202B1 (en) | 1998-10-06 | 2001-04-24 | Agilent Technologies, Inc. | System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector for low bias voltage operation |
| EP1009032A1 (en) * | 1998-12-11 | 2000-06-14 | Hewlett-Packard Company | System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector using a native oxide semiconductor layer |
| US6483862B1 (en) | 1998-12-11 | 2002-11-19 | Agilent Technologies, Inc. | System and method for the monolithic integration of a light emitting device and a photodetector using a native oxide semiconductor layer |
| JP2000340877A (ja) * | 1999-05-05 | 2000-12-08 | Mitel Semiconductor Ab | 垂直共振器型面発光レーザと光検出用モニターとのアセンブリー及びそのアセンブリング方法 |
| JP2008500726A (ja) * | 2004-05-27 | 2008-01-10 | フォブオン・インク | 垂直カラーフィルターセンサー群 |
| EP1672356A1 (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-21 | Agilent Technologies, Inc. | Sensor having integrated light detector and/or light source |
| JP2008147519A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体発光素子 |
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