JPH0336506A

JPH0336506A - 集積型光検出回路

Info

Publication number: JPH0336506A
Application number: JP1171440A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Suzuki; 安弘鈴木; Osamu Mikami; 修三上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-02-18

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、光通信等における検波の一方式である偏波ダ
イパーシティ方式のキーデバイスとして用いられる導波
型ＴＥ及び７Ｍモード光の光分波器と光検出器とを、ま
たは、光分波器と光検出器と局部発光源とを一体形成し
た集積型光検出回路に関するものである。

（従来の技術）コヒーレント光通信において、光の偏波状態に依存しな
いヘテロダイン検波の方法として偏波ダイパーシティ方
式がある。

この方式では、信号光は光分波器により互いに直交する
２偏波に分波され、これら直交する２偏波は、それぞれ
に偏波面を合わせた局部発振光により別々に検波される
。デバイスとし゛ては、光分波器、光検出器、局部発光
源が必要である。

従来、偏波面が９０度異なる直線偏波光を分離する光分
波器としては、プリズムを用いたもの、光導波路の表面
に金属膜を装荷した構造を有するデバイス、あるいはニ
オブ酸リチウム単結晶を用いて、プロトン交換により導
波構造を形成したデバイス、同じくニオブ酸リチウム単
結晶を用いた方向性結合型のデバイス等が利用されてき
た。

また、光分波器と光検出器及び局部発光源を一体形成し
集積させた例はほとんどなく、空間伝搬、ファイバ等に
よる結合が用いられてきた。

（発明が解決しようとする課？、￥ｉ）しかしながら、
上記プリズムを用いた光分波器ではバルク構造であり、
導波路化されていないため、光通信等に用いることは困
難であった。

また、上記金属膜を装荷したデバイスによれば、基板面
に垂直な偏波面を持つＴＭモードの伝搬光に対して、金
属膜は非常に大きな吸収を生ずる一方、基板面に平行な
偏波面を持つＴＥモードの伝搬光に対しては吸収をほと
んど生じないので、ＴＥモード透過フィルタとして作用
するが、ＴＭモード透過フィルタとしては作用しないた
め、ＴＥ及び７Ｍモード光を分波することができないと
いう問題点があった。

また、上記ニオブ酸リチウム単結晶を用いた、プロトン
交換導波路においては、プロトン交換部分が７Ｍモード
光のみに対して屈折率が高くなるため、ＴＭモード透過
フィルタとしては作用するが、ＴＥモード透過フィルタ
として作用しないため、ＴＥ及び７Ｍモード光を分波す
ることができないという問題点があった。

また、上記方向性結合型のデバイスでは、ＴＭ及びＴＥ
モード光を分波することはできるが、この分波方法は外
部から電界を印加し電気光学効果により、ＴＥ及び７Ｍ
モード光に対する結合度をそれぞれ独立に制御する方法
によるため、外部電源を必要とする不便があるという問
題点があった。

また、光分波器と光検出器または局部発光源を集積化を
行なわずにファイバにより結合して用いる場合には、フ
ァイバ結合部で損失が生じたり、デバイス全体が大型化
してしまうという欠点があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、外部電源を用いることなく、ＴＥ及び７Ｍモ
ード光を空間的に分波することのできる導波路型光分波
器及び光検出器または局部発光源を集積化した集積型光
検出回路を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、請求項（１）では、半導体基
板上に、光を閉じ込めるコア領域が超格子構造の半導体
結晶よりなる第１のストライプ状光導波路と、コア領域
が前記超格子を混晶化した半導体結晶よりなる第２のス
トライプ状光導波路を有し、前記第１のストライプ状光
導波路の一側のクラッド領域が前記第２のストライプ状
光導波路のコア領域にて構成され、かつ、前記第２のス
トライプ状光導波路の一側のクラッド領域が前記第１の
ストライプ状光導波路のコア領域にて構成されるよう一
体形成してなるストライプ収光分波領域と、該ストライ
プ収光分波領域の一端に接続した前記第１または第２の
ストライプ状光導波路と同一物質からなる入力部と、前
記ストライプ収光分波領域の他端に接続した前記第１ま
たは第２のストライプ状光導波路と同一物質からなる少
なくとも一つの出力部と、該出力部の出力端に配置した
光検出器とを備えた。

また、請求項（２）では、光検出器の吸収領域を超格子
構造の半導体結晶により構成するとともに、第１のスト
ライプ状光導波路のコア領域の超格子を第２のストライ
プ状光導波路のコア領域を構成する混晶化した超格子よ
り混晶化の程度が低い部分混晶化超格子により構成し、
かつ、第２のストライプ状光導波路のコア領域を構成す
る混晶化した超格子、第１のストライプ状光導波路のコ
ア領域を構成する混晶化した超格子、光検出器の吸収領
域を構成する超格子のそれぞれのバンドギャップが、表
記した順に小さな値を有するように構成した。

また、請求項（３）では、発光波長が前記光検出器にて
検出される信号光の波長と同一で、かつ、前記半導体基
板面に平行な偏波面を有する光または半導体基板面に垂
直な偏波面を有する光のうちいずれか一方の光を出射す
る少なくとも一つの局部発光源と、該局部発光源の出射
光を前記出力部を伝搬する信号光と結合するように当該
出力部に入射させる光導波路とを設けた。

（作　用）請求項（１）によれば、入力部に入射されたＴＥモード
光（半導体基板面に平行な偏波面を有する光）及び７Ｍ
モード光（半導体基板面に垂直な偏波面を有する光）の
混在した信号光は、ストライプ収光分波領域の第１及び
第２のストライプ状光導波路にてＴＥモード光と７Ｍモ
ード光に空間的に分波される。次に、分波された光は、
出力部に導波され、出力部を伝搬した後、光検出器に入
射し、光電流に変換されて検出される。

また、請求項（２）によれば、出力部を伝搬した光は、
光検出器の吸収層に入射する。吸収層では、バンドギャ
ップが他の導波路領域に比べて小さいため、入射した光
は吸収されて、光電流に変換され検出される。

また、請求項（３）によれば、ストライプ収光分波領域
の第１及び第２のストライプ状光導波路にてＴＥモード
光と７Ｍモード光に分波された信号光は、出力部へと導
波される。

一方、局部発光源から出射された信号光と同一の波長を
持つ、例えば、ＴＥモモ−発振光は、光導波路に導波さ
れ、出力部に入射する。出力部においては、このＴＥモ
モ−発振光と分波検出力部に導波されている信号光のＴ
Ｅモード光と結合される。結合されたＴＥモード光は、
いわゆるビート信号となって光検出器の吸収層に入射し
、光電流に変換されて検出される。

また、局部発光源の発振光が７Ｍモード光の場合も、上
記と同様の作用を受けて、光検出器にて検出される。

（実施例）第１図及び第２図は、本発明による集積型光検出回路の
第１の実施例を示すもので、第１図はその斜視図、第２
図は第１図における光導波部分の平面図をそれぞれ示し
ており、光分波器と光検出器を集積させた構成例である
。

第１図において、１は基板で、例えばｎ型のＧａＡｓ単
結晶により構成されている。２は基板１上面全体に亘っ
て形成されたｎ型のクラッド層で、（ＧａＡｓ）基板ｌ
より低屈折率を有するＡ　ｌ　ｘ　Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａ
　ｓ　（例えば、ｘ−０，３）により構成されており、
ｎ型の半導体とするためにＳｔを１０　”／　ｃｓ　’
程度の濃度で混入させである。

３−１．３−２は吸収層で、ＧａＡｓ及びＡｌ　ｙ　Ｇ
ａ＋−ｙ　Ａｓ　（例えば、ｙｍｏ、ａ　）の８０λ程
度の薄層の繰り返し構造の超格子層により構成されてい
る。

４は第１のストライプ状光導波路（以下、第１の光導波
路という）で、上記吸収層３−１．３−２を構成する超
格子層を後述する方法で部分的に混晶化した物質（以下
、第１の物質という）により構成されている。なお、こ
こでいう部分的混晶化とは、混晶化の程度が完全な混晶
状態までに至らず途中の段階でとどまっている状態を示
す。

５は第２のストライプ状光導波路（以下、第２の光導波
路という）で、第１の光導波路４を構成する混晶化した
超格子よりも、さらに混晶化の程度を大きくした部分的
混晶化超格子（以下、第２の物質という）により構成さ
れている。

これら第１及び第２の光導波路４及び５は、第１の光導
波路４が第２の光導波路５の一側のクラッド領域となり
、第２の光導波路５が第１の光導波路４の一側のクラッ
ド領域となるように一体形成されて、光分波器としての
ストライプ収光分波領域６（以下、光分波領域という）
を構成している。

７は信号光の入力部で、第１の物質から構成したストラ
イプ状光導波路からなり、光分波頭域６の一端全体（第
１及び第２の光導波路４，５の一端）に接続されている
。

８は第１の出力部で、第１の物質から構成したストライ
プ状光導波路よりなり、その入力端は第１の光導波路４
の他端に接続され、出力端には吸収層３−１が接続され
ている。

９は第２の出力部で、第２の物質から構成したストライ
プ状光導波路からなり、その入力端は第２の光導波路５
の他端に接続され、出力端には吸収層３−２が接続され
ている。

これら第１及び第２の出力部８及び９は、いわゆるＹ型
の分波岐路を形成し、空間的に分離されている。また、
吸収層３−１．３−２、光分波頭域６、入力部７並びに
第１及び第２の出力部８゜９は、クラッド層２の上面に
一体的に形成されている。

１０はｐ型のクラッド層で、ｎ型のクラッド層２と同一
組成を有するＡ　Ｄ　ｘ　Ｇ　ａ　１−　　Ａ　ｓを人
力部７、光分波領域６（第１及び第２の光導波路４゜５
）、第１及び第２の出力部８．９並びに吸収層３−１．
３−２上に積層して構成されており、ｐ型の半導体とす
るためにＢｅを１０　”／　ｃｍ　３程度の濃度で混入
させである。

１１はキャップ層で、ｐ型のＧａＡｓをクラブト層１０
上に積層して構成されている。

１２−１．１２−２はｐ型のオーミック電極（以下、ｐ
型電極という）で、ＣｒＡｕにより構成されて１Ｓる。

ｐ型電極１２−１は、吸収層３−１に対向するようにキ
ャップ層１１上に形成されている。同様に、ｐ型電極１
２−２は、吸収層３−２に対向するようにキャップ層１
１上に形成されている。

１３はｎ型のオーミック電極（以下、ｎ型電極という）
で、ＡｕＧｅＮ　ｉにより構成されており、基板１の下
面のｐ型電極１２−１．１２−２に対向する領域に形成
されている。

このような構成において、ｎ型電−極１３、基板１、ク
ラッド層２、吸収層３−１、クラッド層１０、キャップ
層１１及びｐ型電極１２−１により第１の光検出器ＤＴ
ｌが構成されている。同様に、ｎ型電極１３、基板１、
クラッド層２、吸収層３−２、クラッド層１０．キャッ
プ層１１及びｐ型電極１２−２により第２の光検出器Ｄ
Ｔ２が構成されている。

次に、上記構成による集積型光検出°回路の作製方法を
、一部の工程については第３図を参照しながら順を追っ
て説明する。

まず、分子線エピタキシィ　（ＭＢＥ）あるいは有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等の原子層レベルでの膜厚
制御可能な結晶法を用いて、基板１上全面にｎ型のクラ
ッド層２を２μｍ１続いて光検出器の吸収層となる前記
超格子層を１μｍ１エピタキシヤル成長する。次に、ｐ
型のクラッド層１０を２　ｐ　ｍ　ｓ　ｐ型のキ＋　”
／プ層１１を０．２μｍエピタキシャル成長させる。

このようにして成長させたウェハに、第３図に示すよう
に、以下に説明する処理を施す。

まず、ウェハの全面に、プラズマＣＶＤ法等によりＳ　
ｉ　０２を２０００λ程度堆積させる。その後、光検出
器となす領域の上部の５ｔＯ２のみフォトリソグラフィ
の技術及び反応性イオンエツチングにより除去する。次
に、このウェハのＳｉＯ２でパターン化された超格子側
と別のＧａＡｓウェハとを重ねた状態で水素雰囲気中で
昇温速度３０℃／秒、熱処理温度９５０℃、熱処理時間
３０秒の条件で熱処理する。この熱処理によってＳｉＯ
□膜の下部の超格子は混晶化され、混晶化超格子となる
。これにより、入力部７、ｔｒＳｌの光導波路４及び第
１の出力部８を構成する第１の物質が形成される（第３
図の（ａ）参照）。

次に再び、フォトリソグラフィの技術及び反応性イオン
エツチングにより、５ｉｎ２膜を第２の光導波路５及び
第２の出力部９の上部のみ残るようにパターン化する。

さらに、上記と同様の昇温時間、熱処理温度、熱処理時
間で熱処理する。このプロセスにより、第２の光導波路
５及び第２の出力部９を構成する第２の物質が形成され
る（第３図の（ｂ）参照）。

次に、入力部７、第１の光導波路４及び第１の出力部８
、第２の光導波路５及び第２の出力部９、上にレジスト
が残るようにフォトリソグラフィの技術によりパターン
化して塗布する。その後、イオンミリングにより導波路
部分以外のキャップ層１１を０，２μｍ１クラツド層１
０を２μｍ１超格子を１μｍずつ削る（第３図の（ｃ）
参照）。

次に、導波路上のレジスト及びＳｉＯ２をそれぞれアセ
トン、反応性イオンエツチングにより除去する。その後
、フォトリングラフィの技術により、光検出器となる領
域の上部のみＣｒＡｕからなるｐ型電極１２−１．１２
−２を蒸着する（第３図の（ｄ）参照）。最後に、基板
１下面にＡｕＧｅＮｉからなるｎ型電極１３を蒸着して
作製が完了する。

第４図は、第１の物質からなる信号光の人力部７、第１
の光導波路４、第１の出力部８並びに第２の物質からな
る第１の光導波路５、第２の出力部９及び超格子からな
る吸収層３−１．３−２のエネルギー・バンド・ギャッ
プを説明するための図である。

第４図において、■は第２の物質からなる領域を、■は
第１の物質からなる領域を、■は超格子からなる領域を
それぞれ示している。

第４図から分かるように、領域■から領域■、■へと超
格子の液晶化の程度が増すにつれて階段状にエネルギー
・バンド・ギャップは大きくなっている。具体的には、
領域■のエネルギー・バンド・ギャップＥａは１．６９
ｅＶ、領域■のエネルギー・バンド・ギャップＥｂは１
．５８ｅＶ、領域■のエネルギー・バンド・ギャップＥ
ｃは１．４７ｅＶである。

第５図は、光分波領域６、即ち、第１の光導波路４及び
第２の光導波路５における横方向の屈折率分布を示す図
である。第５図において、実ｉｌｌは、偏波方向が基板
１面に対して平行なＴＥモード光の屈折率、破線■は偏
波方向が基板１面に対して垂直な７Ｍモード光の屈折率
、Ａ及びＤは空気領域、Ｂは第２の光導波路５の領域、
Ｃは第１の光導波路４の領域をそれぞれ示している。

ここで、ｊｌｉｉｌの光導波路４のＴＥ、ＴＭの各モー
ド光に対する屈折率をＮｓ　（ＴＥ）　、Ｎｓ　（ＴＭ
）、第２の光導波路５のＴＥ、ＴＭの各モード光に対す
る屈折率をＮａ　（ＴＥ）　、Ｎａ　（ＴＭ）とすると
、これらの屈折率の間には、下記のような関係がある。

Ｎｓ　　（ＴＥ）　　＞Ｎａ　　（ＴＥ）＞　Ｎ　ａ　
　（Ｔ　Ｍ　）　　＞　Ｎ　ｓ　　（Ｔ　Ｍ　）各モー
ドに対する屈折率の差Δｎ　（ＴＥ）−Ｎ、ｓ　（ＴＥ
）−Ｎａ　（ＴＥ）及びΔｎ　（ＴＭ）−Ｎａ　（ＴＭ
）−Ｎｓ　（ＴＭ））の大きさは、４×１０−３程度で
ある。

従って、第５図の光分波領域６の横方向の屈折率分布に
おいて、ＴＥモード光Ｊこ対しては、屈折率のピーク値
は第１の光導波路４の領域Ｃにあり、７Ｍモード光に対
する屈折率のピルり値は第２の光導波路５の領域Ｂにあ
ることが分かる。

−膜内に、高屈折率の物質からなるコア部分を低屈折率
の物質からなるクラッドで囲んだ光導波路において、光
は高屈折率のコア領域を伝搬する特性を有するので、上
記第５図から明らかなように、ＴＥモード光は第１の光
導波路４に沿って伝搬し、一方、７Ｍモード光は第２の
光導波路５に沿って伝搬し、これらＴＥモード光、及び
７Ｍモード光は空間的に分波されることになる。

次に、本実施例の動作について順を追って説明する。

人力部７に入射されたＴＥ及び７Ｍモード光の混在した
信号光は、第５図の原理に従って、光分及領域６の第１
及び第２の光導波路４及び５にてＴＥモード光と７Ｍモ
ード光に分波された後、Ｙ型分岐路を形成する第１及び
第２の出力部８及び９をそれぞれ伝搬し、第１及び第２
の光検出器ＤＴｌ、ＤＴ２の各吸収層３−１．３−２へ
それぞれ入射する。

吸収層３−１．３−２では、バンド・ギャップが他の導
波路領域に比べて小さいため（第４図参照）、入射した
光は吸収されて、通常の検出器と同様に光電流に変換さ
れ、検出される。

第６図は、第１及び第２の光検出器ＤＴＩ、ＤＴ２の出
力特性を示す図である。第６図において、横軸は基板１
に平行な面に対する偏光角を表しており、０度でＴＥモ
ード光、９０度で７Ｍモード光を示し、４５度では、Ｔ
Ｅモード光と７Ｍモード光が同強度にて混在している。

一方、縦軸は光検出器ＤＴＩ、ＤＴ２の出力の光電流を
表している。また、実線はＴＥモード光を検出する第１
の光検出器ＤＴｌの出力特性を、破線は７Ｍモード光を
検出する第２の光検出器ＤＴ２の出力特性をそれぞれ示
している。

第６図から分るように、各光検出器ＤＴｌ及びＤＴ２に
おいては、入射光の偏光角が変わるにつれて出力が変化
している。また、ＴＥモード光のみ、または７Ｍモード
光のみを入射させたときの他モード光との出力の割合（
消光比）は約２０ｄＢであり、ＴＥ、ＴＭの各モード光
の分離がよく行われ、分波された光が集積化された光墳
出器ＤＴＩ、ＤＴ２によって、検出されている。

以上のように、本実施例によれば、ＴＥモード光及び７
Ｍモード光を外部電源を用いることなく、光分及領域６
並びに第１及び第２の出力部８．９にて空間的に分波す
ることができ、かつ、一体化された第１及び第２の光検
出器ＤＴＩ、ＤＴ２により、分波された後の出方を結合
損失を生じることなく検出することができる集積型光検
出回路を実現できる。また、作製方法として、超格子構
造を有する半導体結晶を用いて５ｉｎ２を装荷した後の
アニール処理という非常に簡単なプロセスを適用できる
ので、容易に作製できる利点がある。

第７図は、本発明による集積型光検出回路の第２の実施
例を示す構成図であり、光分波器、光検出器、局部発光
源を集積させた構成例を示している。具体的には、入力
部７に入射させるＴＥ及び７Ｍモード光の混在した信号
光と同一の波長を有するＴＥモード光発振及びＴＭモー
ド光発振レーザを集積させ、それぞれのレーザ光を信号
光と結合させ・ることにより、偏波ダイパーシティ方式
の検波を行なう集積化デバイスを形成したものである。

なお、レーザとしては分布反射型レーザを用いている。

第７図において、２１はＴＥモード光のみを導波する光
導波路で、第１の物質から形成されているコア領域と第
２の物質から形成されているクラッド領域により構成さ
れている。２２は回折格子で、第１の物質からなる光導
波路２１のコア領域に形成されている。２３はゲイン媒
質で、その一端は光導波路２１のコア領域の一端に接続
されている。２４はミラーで、ゲイン媒質２３の他端に
エツチングにより形成されている。これら光導波路２１
１回折格子２２．ゲイン媒質２３並びにミラー２４によ
り、分布反射型のＴＥ全モード発振レーザとして機能す
る第１の局部発光源２ｏが構成されている。

２５はＴＥモード光用光導波路で、第１の物質により構
成されており、その一端は光導波路２１のコア領域の他
端に接続され、他端は第１の出力部８の出力端部に接続
されている。２６はＴＥモード光用結合領域で、第１の
物質により構成されており、その一端は第１の出力部８
と光導波路２５との接合部に接続され、他端には吸収層
３−１が接続されており、信号光Ｓのうち光分及領域６
で分波されたＴＥモード光と第１の局部発光源２０によ
るＴＥレーザ発振光とを結合する。

３１は７Ｍモード光のみを導波する光導波路で、第２の
物質から形成されているコア領域と第１の物質から形成
されているクラッド領域により構成されている。３２は
回折格子で、第２の物質からなる光導波路３１のコア領
域に形成されている。

３３はゲイン媒質で、その一端は光導波路３１のコア領
域の一端に接続されている。３４はミラーで、ゲイン媒
質３３の他端にエツチングにより形成されている。これ
ら光導波路３１１回折回折格子２イン媒質３３並びにミ
ラー３４により、分布反対型のＴＭモード光発振レーザ
として機能する第２の局部発光源３０が構成されている
。

３５は７Ｍモード光用光導波路で、第２の物質により構
成されており、その一端は光導波路３１のコア領域の他
端に接続され、他端は第２の出力部９の出力端部に接続
されている。３６はＴＭモード光用結合領域で、第２の
物質により構成されており、その一端は第２の出力部９
と光導波路３５との接合部に接続され、他端には吸収層
３−２が接続されており、信号光Ｓのうち光分波頭域６
で分波された７Ｍモード光と第２の局部発光源３０によ
るＴＭレーザ発振光とを結合する。

その他の部分は、前記第１の実施例と同様である。

なお、本第２の実施例の作製方法は、第１及び第２の局
部発光源２０．３０を集積化するため、第１の実施例の
作製方法と異なる点がある。以下に、その詳細を説明す
る（第８図参照）。

ウェハを成長する際、第１の実施例のｐ型りラッド層１
０に相当する部分には、ｐ型の不純物を導入しないノン
ドープクラッド層１０ａを成長させる。第７図において
、ＳｉＯ２を用いた部分的混晶化を２回行なって、光検
出部（光検出器の形成領域）及びゲイン媒質部分を除く
導波路部、回折格子部（回折格子の形成領域）の超格子
を混晶化した後（第８図の（ａ）参照）、光検出部、ゲ
イン媒質部を第８図の（ｂ）及び（ｃ）に示すようなプ
ロセスにより作製する。

部分的混晶化に用いた５ｉｎ２をリアクティブイオンエ
ツチング（ＲＩ　Ｅ）等により除去した後、ゲイン媒質
部、光検出部以外の部分の表面に新たに５ｉ０２を堆積
させる。次に、このウェハをＺｎＡｓ２とともに、５１
０２アンプル内に封じ入れ、５７５℃の熱処理温度で、
４時間熱処理する。

これにより、第８図の（ｂ）に示すように、５ｉ０２で
覆われていない領域は、Ｚｎが拡散する。Ｚｎの拡散フ
ロントは、ゲイン媒質部及び光検出部を構成する超格子
層の中程に存在する。超格子層内のＺｎが拡散した領域
においては、混晶化が起こる。また、Ｚｎが拡散した領
域は、約４×１０Ｉ９７ｃ１１５のキャリア濃度のｐ型
頭域となる。

これにより、活性層内の混晶化した領域はクラッド層と
なり、それに伴い、ゲイン媒質部における活性層の厚さ
が薄くなり、レーザ発振閾値を低下させることができる
。また、再成長することなしに、活性層と導波路部分を
接続しているため、両者の結合損失が小さくなる。

次に、通常の分布反射型レーザにおける回折格子を作製
する方法により回折格子を作製する（第８図の（ｃ）参
照）。その際、第１の局部発光源２０　（ＴＥモモ−発
振レーザ）及び第２の局部発光源（ＴＭモモ−発振レー
ザ）３０における回折格子２２及び３２の周期Ａｔ、Ａ
２は、信号光Ｓの波長と同一になるように形成されてい
る。

なお、これら周期ＡＩ、Ａ２は、ＴＥモード光のみを導
波する光導波路２１及び７Ｍモード光のみを導波する光
導波路３１の等偏屈折率をそれぞれＮｅ　ｆ　ｆ　（Ｔ
Ｅ）　、　Ｎｅ　ｆ　ｆ　（ＴＭ）とし、また信号光Ｓ
の波長をλＢとした時、Ａｌ−λＢ／２Ｎｅ　ｆ　ｆ　（ＴＥ）Ａ２−’ＡＢ／
２Ｎｅ　ｆ　ｆ　（Ｔ、Ｍ）で与えられる。

最後に、局部発光源部、光検出部に電極（第７図には図
示せず）を形成して作製プロセスが完了する。

次に、本第２の実施例の動作について順を追って説明す
る。

入力部７に入射された信号光Ｓは、第５図の原理に従っ
て、光分波頭域６の第１及び第２の光導波路４及び５に
てＴＥモード光と７Ｍモード光に分波された後、Ｙ型分
岐路を形成する第１及び第２の出力部８及び９へと導波
される。

一方、第１の局部発光ＩＷｆ２０から出射された信号光
と同一の波長を持つＴＥレーザ光及び第２の局部発光源
３０から出射された信号光と同一の波長を持つＴＭレー
ザ光は、光導波路２５及び３５にそれぞれ導波され、結
合領域２６及び３６において、第１及び第２の出力部８
及び９にそれぞれ導波されているＴＥモード光及び７Ｍ
モード光とそれぞれ結合される。結合されたＴＥモード
光及び７Ｍモード光は、それぞれ第１及び第２光検出器
ＤＴ１．ＤＴ２の各吸収層３−１．３−２によりそれぞ
れ検出される。

このようにして、偏波ダイパーシティ方式の検波が実現
される。

以上のように、本第２の実施例では、前記第１の実施例
の構成に加えて、第１及び第２の局部発光源２０．３０
をさらに接続して集積化を行なっているため、検波器全
体のサイズの大幅な縮小化が可能であり、結合損失の少
ない、コンパクトな偏波ダイパーシティ方式の集積化検
波器を実現できる。

なお、上記各実施例では、超格子の混晶化に５ｉｎ２膜
を用いて行なったが、Ｓｔ、Ｎ、Ｉｌｌを堆積させ、ア
ニールすることによっても実現できる。

（発明の効果）以上説明したように、請求項（１）によれば、ＴＥモー
ド光及び７Ｍモード光を外部電源を用いることなく、光
分波頭域にて空間的に分波することができ、分波された
後の出力を出力部を介して光検出器により、はとんど結
合損失を生じることなく検出することができる集積型光
検出回路を提供でき利点がある。また、デバイス全体の
大きさも集積化により従来のものに比べて小型化を図れ
る利点がある。さらに、作製方法として、超格子構造を
有する半導体結晶を用いて、例えば５ｉ０２を装荷した
後のアニール処理という非常に簡単なプロセスを適用で
きるので、容易に作製できるという利点がある。

また、請求項（２）によれば、光検出器を人力部、充分
波領域並びに出力部と一体形成することができ、請求項
（１）の効果に加えて、結合損失を伴うことのない高精
度の光検出を実現できるとともに、−層の小型化を図れ
、さらに、作製も容易となる利点がある。

また、請求項（３）によれば、光分波器としての光分波
頭域と光検出器とＴＥモード光（７Ｍモード光）を発振
する局部発光源を集積化したため、結合損失の少ない、
コンパクトな偏波ダイパーシティ方式の集積型の光検波
器を実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による集積型光検出回路の第１の実施例
を示す斜視図、第２図は第１図における光導波部分の平
面図、第３図は第１図の集積型光検出回路の作製方法の
説明図、第４図は第１図におけるエネルギー・バンド・
ギャップの説明図、第５図は本発明に係る光分波頭域に
おける横方向の屈折率分布を示す図、第６図は本発明に
係る光検出器の出力特性図、第７図は本発明のによる集
積型光検出回路の第２の実施例を示す構成図、第８図は
第７図の集積型光検出回路の作製方法の説明図である。１・・・ｎ型の基板、２・・・ｎ型のクラッド層、３−
１．３−２・・・吸収層、４・・・第１のストライプ状
光導波路、５・・・第２のストライプ状光導波路、６・
・・ストライプ放光分波領域、７・・・人力部、８・・
・第１の出力部、９・・・第２の出力部、１ｏ・・・ｐ
型のクラッド層、１１・・・キャップ層、１２−１．１
２−２・・・ｐ型のオービック電極（ｐ型電極）、１３
・・・ｎ型のオービック電極（ｎ型電極）、ＤＴｌ・・
・第１の光検出器、ＤＴ２・・・第２の光検出器、２ｏ
・・・第１の局部発光源、２１・・・ＴＥモード光のみ
を導波する光導波路、２２．３２・・・回折格子、２３
゜３３・・・ゲイン媒質、２４．３４・・・ミラー　２
５・・・ＴＥモード光用光導波路、２６・・・ＴＥモー
ド光用結合領域、３０・・・第２の局部発光源、３１・
・・７Ｍモード光のみを導波する光導波路、３５・・・
ＴＭモード光用光導波路、３６・・・ＴＭモード光用結
合領域。ＥＺ２２Ｚ！　第１１７）ｗＩ〔＝：コ第２の物質第図ｉ０２第図第１図の各部のエネルギーリッドギヤ、プの説明図０″ ４５゜９０’ 偏向角本発明に係る光検出器の出力特性図第６図ゲイン媒質部 □□□折格子部１波路部光検出部第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に、光を閉じ込めるコア領域が超格
子構造の半導体結晶よりなる第１のストライプ状光導波
路と、コア領域が前記超格子を混晶化した半導体結晶よ
りなる第２のストライプ状光導波路とを有し、前記第１
のストライプ状光導波路の一側のクラッド領域が前記第
２のストライプ状光導波路のコア領域にて構成され、か
つ、前記第２のストライプ状光導波路の一側のクラッド
領域が前記第１のストライプ状光導波路のコア領域にて
構成されるよう一体形成してなるストライプ状充分波領
域と、該ストライプ状光分波領域の一端に接続した前記第１ま
たは第２のストライプ状光導波路と同一物質からなる入
力部と、前記ストライプ状光分波領域の他端に接続した前記第１
または第２のストライプ状光導波路と同一物質からなる
少なくとも一つの出力部と、該出力部の出力端に配置し
た光検出器とを備えたことを特徴とする集積型光検出回路。
（２）前記光検出器の吸収領域を超格子構造の半導体結
晶により構成するとともに、前記第１のストライプ状光
導波路のコア領域の超格子を前記第２のストライプ状光
導波路のコア領域を構成する混晶化した超格子より混晶
化の程度が低い部分混晶化超格子により構成し、かつ、
前記第２のストライプ状光導波路のコア領域を構成する
混晶化した超格子、前記第１のストライプ状光導波路の
コア領域を構成する混晶化した超格子、前記光検出器の
吸収領域を構成する超格子のそれぞれのバンドギャップ
が、表記した順に小さな値を有する請求項（１）記載の
集積型光検出回路。
（３）発光波長が前記光検出器にて検出される信号光の
波長と同一で、かつ、前記半導体基板面に平行な偏波面
を有する光または半導体基板面に垂直な偏波面を有する
光のうちいずれか一方の光を出射する少なくとも一つの
局部発光源と、該局部発光源の出射光を前記出力部を伝
搬する信号光と結合するように当該出力部に入射させる
光導波路とを設けた請求項（１）または請求項（２）記
載の集積型光検出回路。