JPS6150386A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPS6150386A
JPS6150386A JP17153784A JP17153784A JPS6150386A JP S6150386 A JPS6150386 A JP S6150386A JP 17153784 A JP17153784 A JP 17153784A JP 17153784 A JP17153784 A JP 17153784A JP S6150386 A JPS6150386 A JP S6150386A
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JP
Japan
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light
type
corrugation
layer
unevenness
Prior art date
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Pending
Application number
JP17153784A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiyotsugu Kamite
上手 清嗣
Haruhisa Soda
晴久 雙田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to JP17153784A priority Critical patent/JPS6150386A/ja
Publication of JPS6150386A publication Critical patent/JPS6150386A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
    • H01S5/187Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01S5/02Structural 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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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分布帰還(distributedfeed
back:DFB)型半導体レーザと呼ばれる半導体発
光装置と受光素子部分とを一体化した構造の光半導体装
置に関する。
〔従来の技術〕
一般に、発振波長が1.5〜1.6〔μm〕である半導
体レーザは、その波長帯の光を伝送する光ファイバに於
ける損失が最小であることから、多くの開発がなされて
いる。
通常の半導体レーザ、即ち、ファブリ・ペロー型半導体
レーザを高速で変調すると波長を単一に維持することが
できず、多波長になってしまう。
そのような信号光を光ファイバに入射して伝送すると、
その出射される光は、光フアイバ自体の材料分散に依り
各波長の屈折率が変わり、伝播速度が変わるので、波形
が崩れてしまう。
その結果、このような信号は受信側では大きな雑音を伴
うものとなるので実用にならない。
そこで、近年、DFB型半導体レーザが開発され、好結
果を得ている。
DFB型半導体レーザは、活性層そのもの或いはその近
傍に回折格子を形成し、その回折格子の中を光が往復し
て共振するようになっている。
このDFB型半導体レーザでは、数百Mビット/秒の高
速で変調しても単一波長の発振を維持することができる
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、このようなりFB型半導体レしザ番こ於いて
も、信号光とモニタ光を取り出した0旨の要求が在る。
従来のファブリ・ベロー型半導体レーザでは、両端面を
臂開成いはエツチングに依り垂直の鏡面にしであるので
、一方の端面から信号光を、他方の端面からモニタ光を
取り出すことが可能であった。
然しなから、DFB型半導体レーザでは、ファブ1川ペ
ロー・モードの発振を抑制する為、片方の端面での反射
率を0に近くする必要がある。
そこで、例えば、片方の端面を傾斜させる(前者)或い
は片方の端面近傍に非励起領域を形成する(後者)こと
等が行われているが、前者では、モニタ光の出射方向が
一定せず、後者ではモニタ光の取り出しは不可能である
また、端面から洩れる若干の光をモニタすることが行わ
れているが、その場合、DFB半導体レーザ・チップと
同一のステムにボンディングされたフォト・ダイオード
でモニタするようにしてし)るが、このような装置では
、モニタできる光の量が極めて少ないことを我慢すると
しても、フォト・グイオートを固着する場所に著しく制
約を受けること、レーザ光の入射が最良の状態となるよ
うに調整してステムに取り付けるのに長時間を必要とす
ることなど実用の面から多くの問題がある。
本発明は、DFB型半導体レーザの発振特性に悪影響を
与えることなく、モニタ光の検出を容易に行うことがで
きる構造の光半導体装置を提供する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の光半導体装置では、光導波領域の導波方向に沿
って形成されてレーザ光を発生させる低次数の周期的凹
凸と、前記レーザ光を表面方向に取り出す為に前記低次
数の周期的凹凸に近接して設けられた高次数の周期的凹
凸と、該高次数の周期的凹凸に対向する表面に形成され
た受光素子部分とを有している。
この光半導体装置の構成は、DFB型半導体レーザに於
いて、発振に寄与する導波方向に進む発光成分と、それ
以外の発光成分の割合が、回折格子を形成する為のコル
ゲーション(周期的凹凸)の次数に依って変化する旨の
知見を基にして得られたものである。
−iに、DFB型半導体レーザに於けるコルゲーション
のピッチAと発振波長λ。との間には次のような関係が
必要とされていることは良く知られている。
2n@tt この式に見られるn effは有効屈折率、mは整数で
あって、m=1のとき1次コルゲーション、m=2のと
き2次コルゲーション、以下、その整数倍になるにつれ
て3次コルゲーション、4次コルゲーション・・・・と
なる、尚、1次コルゲーションの場合が発振に関しては
最も効率が良く、高次のコルゲーションになるにつれて
導波方向以外への発光成分が増加する。
〔作用〕
前記手段を採ると、従来のDFB型半導体レーザと同様
に信号光を取り出すことが可能であると共に表面に形成
された受光素子部分で充分なモニタ光を検出することが
でき、そして、そのような構造にしても、DFB型半導
体レーザ本来の発振特性には何等の悪影響もなく、また
、同一のステムにDFB型半導体レーザ・チップとフォ
ト・ダイオードとを取り付ける構造のものなどと比較す
ると、その生産は極めて容易である。
〔実施例〕
第1Mは本発明一実施例の要部切断側面図を表している
図に於いて、Iはn型1nP基板、2は光導波領域の導
波方向に沿って形成されたコルゲーション、3は1次コ
ルゲーション領域、4は2次コルゲーション領域、5は
λ、(自然放出光のピーク波長)力月、15 Cpm)
であるn型1nGaAs導波層、6はλ、が1.3 (
、crm)であるInGaAsP活性層、7はp型1n
Pクラッド層、8はλ、が1.15 (、cam)であ
るp型1 nGaAsPキャンプ層、9はp型1nP層
、1oは1nGaAs層、11はn型1nP受光層、1
2はn側電極、13はpin!l電極、14は受光素子
部分に於ける電極、15は信号光、16はモニタ光をそ
れぞれ示している。尚、p型1nP層9.1nGaAs
層1O1n型InP受光層11はフォト・ダイオード(
受光素子部分)を構成している。 この実施例において
、モニタ光16は2次コルゲーション領域4を3次或い
は4次のコルゲーション領域とすれば更に多くの量を取
り出すことが可能であるが、通常は、1次コルゲーショ
ンと2次コルグーソヨンとの組み合わせで充分である。
 以下、この実施例を製造する場合について説明する。
先ず、n型1nP基板1を用意し、その上にフォト・レ
ジスト、例えばAZ−1350(ヘキスト社製:米国)
を塗布する。
次に、長さ450〔μm〕、幅200〔μm〕のフォト
・レジスト膜が残留するパターンを形成する。この長さ
450 〔μm〕のフォト・レジスト膜のうち、長さ4
00 〔μm〕の部分で覆われた部分が1次コルゲーシ
ョン領域3を形成すべき部分であり、残りの50〔μm
〕の部分が2次コルゲーション領域4を生成すべき部分
である。
次に、再びフォト・レジストAZ−1350を厚さ例え
ば〜1000 (人〕程度に塗布する。
次に、温度約80(’C)、時間30〔分〕のブリ・ヘ
ーキングを行ってから2光束干渉露光法を適用し、前記
幅200 〔μm〕のフォト・レジスト膜に平行にピッ
チA、−〜2400 (人)で露光を行い、それを現像
して前記400〔μm〕の1次コルゲーション領域3に
相当する部分にフォト・レジスト膜のコルゲーションを
形成する。
次に、温度約120(’C)、時間30〔分〕のアフタ
・ヘーキングを行ってから、そのコルゲーション・パタ
ーンを有するフォト・レジスト膜をマスクとし、2SB
W+H3PO4+ 15HzO混合液(SBW:臭素(
Br)の飽和水溶e)を用いてn型JnP基板】を30
〔秒〕間に亙りエツチングを行い、深さ1000  [
人〕の1次コルゲーションを形成する。
次に、フォト・レジスト膜を剥離し、洗滌した後、また
、フォト・レジストAZ−1350を塗布する。
次に、さきに形成した1次コルゲーションが存在する4
00〔μm〕の部分を覆い、且つ、残り50 〔μm〕
の部分が露出するフォト・レジスト膜のパターンを形成
する。
次に、更にフォト・レジストAZ−1350を厚さ〜1
000  (人〕程度に塗布してから温度約80 じC
〕、時間30(分〕程度のブリ・ヘーキングを行う。
次に、2光束干渉露光法を適用し、前記400〔μm〕
の部分に形成した1次コルゲーションと平行にピッチΔ
2−〜4800 (人)(A!=2Δ1)で露光を行い
、それを現像して前記200〔μm〕の2次コルゲーシ
ョン領域4に相当する部分にフォト・レジスト膜のコル
ゲーションを形成する。
次に、温度約120[’c)、時間30〔分〕のアフタ
・ヘーキングを行ってから、そのコルゲージラン・パタ
ーンを有するフォト・レジスト膜をマスクとし、前記同
様のエツチング液を用いてn型1 n P基板を30〔
秒〕間に互りエンチングして深さ1000 (人)の2
次コルゲーションを形成する。
次に、フォト・レジスト膜を剥離し、表面処理を施して
から、液相エピタキシャル成長法を適用することに依り
、n型1nGaAsP導波層5、InGaAsP活性層
6、p型rnGaAsPクラッド層7、p型fnGaA
sPコンタクト層8、p型1nP層9、JnGaAs層
】0、n型InP受光層11を順に成長させる。
次に、化学気相堆積(chemical  vapou
r  deposition:CVD)法を適用して二
酸化シリコン(SiOz)膜を形成する。
次に、フォト・リソグラフィ技術を通用して二酸化シリ
コン膜のバクーニングを行い、受光素子部分を覆う保護
膜とする。
次に、エッチャントとして塩化水素(HCI)系エツチ
ング液を用い、前記保護膜をマスクとしてn型1nP受
光層11のエツチングを行う6次に、エッチャントとし
てH2S04iH2021(20=I:3:lの混合液
を用い、前記保護膜をマスクとしてInC+aAs層1
0のエツチングを行う。
次に、前記同様、エッチャントとして塩化水素系エツチ
ング液を用い、前記保護膜をマスクとしてp型1nP層
9をエツチングする。
次に、前記保護膜を除去した後、Au・Ge・Niから
なるn側電極12、Ti−Pt−Auからなるp側電極
、Au−Ge−Niからなる受光素子部分に於ける電極
を形成する。
尚、n型InP層11等をエツチングして受光素子部分
を形成する前に、表面からn型1nP基板1に達するメ
サ・エツチングを行い、それに依り除去された部分に、
例えばn型1nP埋め込み層及びn型1nP埋め込み層
を形成することもできる。
第2図は第1図に示した実施例の要部等価回路図であり
、第1図に関して説明した部分と同部分は同記号で指示
しである。
図に於いて、17はDFB型半導体レーザ部分、18は
受光素子部分、19は抵抗、20はモニタ信号出力端子
、■7及びV、はバイアス電圧をそれぞれ示している。
尚、■。〈vaであり、このようにバイアス電圧を選択
すると電極13から電極14に電流が流れることはない
第3図は本発明に於ける他の実施例を表す要部切断側面
図であり、第1図に関して説明した部分と同部分は同記
号で指示しである。
本実施例が第1図に見られる実施例と相違する点は、I
nGaAsP活性層6上にλ、が1.15 Cμm)で
あるp型1nGaAsP導波層21を形成し、その表面
に2次コルゲーションを形成したことである。
本実施例では、光カンプリングで垂直方向にモニタ光1
6を採り出すようにしている。
この場合の1次コルゲーション領域3の長さは400〔
μm〕、また、2次コルゲーション領域4の長さは50
〔μm〕であり、1次コルゲーションと2次コルゲーシ
ョンとは全く独立しているので、その作製は非常に容易
になる。
〔発明の効果〕
本発明の光半導体装置では、光導波領域の導波方向に沿
って形成されてレーザ光を発生させる低次数の周期的凹
凸と、前記レーザ光を表面方向に取り出す為に前記低次
数の周期的凹凸に近接して設けられた高次数の周期的凹
凸と、該高次数の周期的凹凸に対向する表面に形成され
た受光素子部分とを有する構成になっている。
この構成に依ると、従来、困難視されていたDFB型半
導体レーザに於けるモニタを作り付けの受光素子部分で
直接且つ容易に行うことが可能であり、そして、従来に
於ける個別のDFB型半導体レーザと受光素子とを組み
立てモニタできるようにする場合と比較すると、その製
造上の容易性は甚だ大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部切断側面図、第2図は第
1図に示した実施例に関する要部等価回路図、第3図は
本発明に於ける他の実施例の要部切断側面図をそれぞれ
表している。 図に於いて、lはn型1nP基板、2は光導波領域の導
波方向に沿って形成されたコルゲーション、3は1次コ
ルゲーション領域、4は2次コルゲーション領域、5は
n型1nGaAs導波層、6は1nGaAsP活性層、
7はp型1nPクラッド層、8はp型1nGaASPキ
ャップ層、9はp型1nP層、IOはInGaAs層、
11はn型1nP受光層、12はntI!I電極、13
はp側電極、14は受光素子部分に於ける電極、15は
信号光、16はモニタ光、17はDFB型半導体レーザ
部分、18は受光素子部分、19は抵抗、20はモニタ
信号出力端子、21はp型1nGaAs導波層をそれぞ
れ示している。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  光導波領域の導波方向に沿って形成されてレーザ光を
    発生させる低次数の周期的凹凸と、前記レーザ光を表面
    方向に取り出す為に前記低次数の周期的凹凸に近接して
    設けられた高次数の周期的凹凸と、該高次数の周期的凹
    凸に対向する表面に形成された受光素子部分とを有して
    なることを特徴とする光半導体装置。
JP17153784A 1984-08-20 1984-08-20 光半導体装置 Pending JPS6150386A (ja)

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JP17153784A JPS6150386A (ja) 1984-08-20 1984-08-20 光半導体装置

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JP (1) JPS6150386A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2630593A1 (fr) * 1988-04-25 1989-10-27 Gen Electric Dispositif et procede pour surveiller un dispositif electroluminescent
FR2686753A1 (fr) * 1992-01-24 1993-07-30 France Telecom Photorecepteur pour signaux optiques modules en frequence, emetteur-recepteur et liaison optique correspondants.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2630593A1 (fr) * 1988-04-25 1989-10-27 Gen Electric Dispositif et procede pour surveiller un dispositif electroluminescent
FR2686753A1 (fr) * 1992-01-24 1993-07-30 France Telecom Photorecepteur pour signaux optiques modules en frequence, emetteur-recepteur et liaison optique correspondants.

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