JPH0590715A

JPH0590715A - 直列配列されたグレーテイング方向性結合器を有する多波長光検出及び／又は発光装置

Info

Publication number: JPH0590715A
Application number: JP4031432A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sakata; 肇坂田; Shinsuke Takeuchi; 慎介武内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1993-04-09
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3149979B2

Abstract

(57)【要約】【目的】サイズが小さく、性能が良い、直列配列され
たグレーティング方向性結合器を有する多波長光検出及
び／又は発光装置である。【構成】グレーティング１０を用いて光結合する方向
性結合器から成る分波領域２０を設け、それに隣接して
光電変換機能を有する光検出領域２１を設け、そして両
領域２０、２１の組が、複数個、光伝搬方向に沿って直
列的に接続配列されている。各分波領域２０のグレーテ
ィング１０の周期が、複数の入力光波長に合わせて、互
いに異なる大きさに設定されている。この構成により、
波長多重化光信号を、各波長について均一な検出性能で
同時に検出できる。光検出領域２１を半導体レーザに置
き換えれば、共通導波路の単一出射端から多波長のレー
ザ光が出射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重分割型光通
信、波長多重分割型光交換、波長領域を利用した光演
算、光記録、光計測などに好適に用いられる、直列配列
されたグレーティング方向性結合器を有する多波長光検
出及び／又は発光装置に関する。こうした光検出及び／
又は発光装置は、直列配列された複数の半導体レーザ及
び波長の異なる複数の光を同一出射端面から出力する集
積化された構造を有する多波長発光装置や、直列配列さ
れた複数の光検出器を有する分波光検出装置などを含
む。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ファイバ通信システムなどに
おいて、波長多重化された光信号を波長ごとに分離、検
出するいわゆる分波光検出器は重要である。従来の分波
検出装置としては、例えば、図７で示されるものがある
（電子情報通信学会秋期全国大会予稿Ｂ−４６９（１
９８９））。これは、複数の波長成分を持つ入力光１０
１をフーリエグレーティング１０２で反射回折させ、再
びコリメータレンズ１０３で結像させることにより波長
成分の分離を行なう装置である。反射回折光の結像位置
には光ファイバアレイ１０４が設けられていて、各波長
成分の検出が行なわれるものである。

【０００３】この様な装置では、空間的に光を広げる
為、装置が全体として大きくなる難点があった。また、
波長分解能を向上させ、クロストークを低減させる為に
は、光ビーム１０１の光路長を長くする必要があり、こ
れも装置の大型化につながっていた。これらのことを解
決する為、特開平２−４２０９では、図８に示す様に、
ｐｉｎフォトダイオード（ｐ−ＡｌＧａＡｓ第３反射層
１１２、アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子光吸
収層１１３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第２反射層１１４、上下
に施された電極などから成る）にグレーティング１１１
を形成し、ｎ−ＡｌＧａＡｓ導波路層１１５に導入され
た入力光（λ1 ＋λ2＋λ3 ＋λ4 ）のうち特定の波長
の光を光吸収層１１３の部分に移行させるという波長選
択機能を持たせることにより、素子の小型化、集積化を
図っている。

【０００４】また、多波長発光装置ないし半導体レーザ
は、波長多重分割型の光伝送システムや光交換システム
などに不可欠な素子である。こうした光伝送システムや
光交換システムなどでは、１本の光ファイバ或は光導波
路に、多波長半導体レーザの出力光、即ち波長の異なる
複数のレーザ光を多重して伝送させる必要がある。

【０００５】従来、この種の多波長発光装置ないし半導
体レーザは、出力波長の異なる複数の半導体レーザを並
列に集積化し、出力光信号を合波する構造を設けること
により作製されている。例えば、特開昭５５−１６３８
８８（図９参照）や特開昭５８−１７５８８４（図１０
参照）の様に、並列に集積化した複数の半導体レーザの
出力光をＹ型合流器で合流し、単一の開口より複数レー
ザ光多重出力を得る構成がある。即ち、図９では、グレ
ーティング１３１ａ〜１３１ｄを備える分布反射型（Ｄ
ＢＲ）半導体レーザ１３２ａ〜１３２ｄからの発振光
が、各光導波路１３３ａ〜１３３ｄを伝播した後、共通
光導波路１３４に合流し、単一の開口から出射される。
また、図１０では、複数のレーザ１４１からの発振光
（波長λ1 〜λ10）が、各光導波路を伝播した後、共通
光導波路１４２に合流し、単一の開口から出射される。

【０００６】更に、合流器として、特開昭６２−２２９
１０５（図１１参照）に示す様に、複数の半導体レーザ
１５１の光出射端面１５２から各々光導波路１５３を引
き延ばして、波長選択型方向性結合部１５３（グレーテ
ィングないし周期構造１５６を備える）で共通光導波路
１５７に合波する構成がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８の提案で
は、電極１、２、３への印加電圧の制御により選択波長
をチューニングする為、各光検出器（各電極１、２、３
の下のｐｉｎ構造から成る）には必然的に異なる電圧が
印加されることになって、同一の印加電圧を用いること
ができないことになり、検出電流、応答速度（感度の遅
速）が各光検出器において異なるという難点を有してい
た。普通、光検出器に対しては、その構造に応じた最適
の使用電圧が決められている。

【０００８】また、複数の半導体レーザを並列に集積化
し、且つ出力光の合流部分を図９、１０及び１１の従来
例の様に屈曲光導波路を用いて得る構成では、多波長半
導体レーザ素子全体の大きさが極めて大きくなるという
問題点がある。例えば、半導体レーザ間の並列方向の間
隔を１００μｍとすれば、１０個のレーザの集積で横方
向（並列方向）に少なくとも１ｍｍ必要とし、且つ、最
大１ｍｍ離れた２つの出力光を低損失で合流しようとす
ると、合流角２度として、合流器長さを３０ｍｍ必要と
することになる。

【０００９】この様に、従来の構成では、極めて大きな
サイズの多波長半導体レーザしか得られていなかった。
更に、従来の合流器／合波器では、伝搬長が長いので、
伝搬損失と屈曲部の放射損失が無視できない大きさであ
り、レーザ光の出力光強度が低下する難点もあった。

【００１０】従って、本発明の第１の目的は、これらの
問題点に鑑み、サイズが小さく性能が良い直列配列され
たグレーティング方向性結合器を有する多波長光検出及
び／又は発光装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、上記の課題
に鑑み、小型、集積型構造で性能の良い分波光検出装置
を提供することにある。

【００１２】また、本発明の第３の目的は、上記の課題
に鑑み、小型、集積型構造で複数のレーザ光を共通の出
射端より出射させることを可能とした多波長発光装置な
いし半導体レーザを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の多波長光検出及び／又は発光装置においては、少な
くとも１組のグレーティングを用いて光結合する方向性
結合器と光電変換機能を有する光検出器とのユニット、
及び光伝搬方向に沿って上記ユニットと平行に伸びた共
通光導波路が設けられ、この方向性結合器とこの光検出
器は光伝搬方向に沿って直列に配列されている。

【００１４】また、上記目的を達成する本発明の多波長
光検出及び／又は発光装置においては、少なくとも１組
のグレーティングを用いて光結合する方向性結合器と半
導体レーザ（ＤＦＢ、ＤＢＲ、ファブリペロー、その他
の型）とのユニット、及び光伝搬方向に沿って上記ユニ
ットと平行に伸びた共通光導波路が設けられ、この方向
性結合器とこの半導体レーザは光伝搬方向に沿って直列
に配列されている。

【００１５】また、上記目的を達成する本発明による分
波光検出装置においては、グレーティングを用いて光結
合する方向性結合器から成る分波領域と光電変換機能を
有する光検出領域が複数組、光伝搬方向に沿って直列接
続されており、各分波領域のグレーティング周期が複数
の入力光波長ないし受信波長に合わせて互いに異なる大
きさを有することにより、波長多重化光信号の同時検出
を小型で且つ集積化可能な形態で可能としている。

【００１６】より具体的には、前記グレーティングを用
いて光結合する方向性結合器は、半導体基板上に２層の
導波路が積層されて成る構成であったり、前記光検出領
域はＭＥＳ−ＦＥＴ型光検出領域であったり、前記光検
出領域はｐｉｎフォトダイオード光検出領域であった
り、前記複数組のグレーティングは、光入力側から、周
期が短い順に配列されていたりする。

【００１７】更に、上記目的を達成する本発明による多
波長発光装置ないし半導体レーザにおいては、互いに異
なる波長で発振する半導体レーザ（ＤＦＢ型、ＤＢＲ
型、ファブリペロー型など）と該半導体レーザの発振波
長において導波路間結合を起こすグレーティング方向性
結合器とが１組となって、複数組、光伝搬方向に沿って
直列配置されて成ることを特徴としている。

【００１８】より具体的には、前記半導体レーザと前記
グレーティング方向性結合器は共通導波路で結ばれてお
り、互いに波長の異なる複数のレーザ光を該共通導波路
より出射する構造であったり、前記グレーティング方向
性結合器は半導体基板上に２層の導波路が積層されて成
る構造であったり、前記グレーティング方向性結合器は
対応する前記半導体レーザの出力光を順方向又は逆方向
に前記共通導波路へ結合する構造であったりする。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の分波光検出装置の第１実施例
の基本構成図を表わしている。本分波光検出器は半導体
基板１に積層された２層の導波路４、６からなり、片側
の導波路（この例では６の導波路）にグレーティング１
０が形成されている。２層の導波路４、６は互いに厚さ
及び／若しくは屈折率が異なるいわゆる非対称方向性結
合器を形成し、グレーティング１０により伝搬定数の補
償を受ける波長においてのみ、導波路４、６間のモード
結合が起こる。つまり、下の導波路４に入射結合した光
（λ1 〜λ5 ）のうち、グレーティング１０により導波
路４、６間結合の生じる波長において上の導波路６への
結合が起こり光の移行が生じる。

【００２０】この様に分波領域２０で用いられる非対称
な方向性結合器とグレーティング１０の組み合わせは、
単に方向性結合器を構成する導波路間のモード分散を用
いる場合と比較して、波長分解能が向上することが知ら
れている。従って、本構成を用いれば、信号の波長多重
度即ちチャネル数の増大が図られる。

【００２１】上の導波路６へ結合した光は、グレーティ
ング１０の後段に設けられた光検出領域２１の光検出層
７で吸収され、信号検出が行なわれる。他の波長成分の
信号光は下の導波路４を伝搬する為、光検出層７には吸
収されず、次段の分波領域２０へ進む。こうして、特定
の波長成分の信号光のみが上の導波路６へ結合し検出さ
れる。

【００２２】本実施例においては、以上の様に入力光信
号の波長多重度に応じて、分波領域２０と光検出領域２
１から構成される分波光検出器が複数個光伝搬方向に沿
って縦列接続されており、各分波領域２０のグレーティ
ング周期（ピッチ）が、分波する波長に応じて異なる様
に設定されている。このグレーティング周期に応じて、
伝播定数の補償される波長が異なる為、第１実施例では
複数の波長成分の光を同時に検出することができる。

【００２３】本実施例は次の如く作製された。図１にお
いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板１の上に、順に、ノンドー
プ（φ−）ＧａＡｓバッファ２を０．５μｍの厚さで、
φ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３を１．５μｍの厚
さで、φ−ＧａＡｓ（厚さ３０Å）／φ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ（厚さ８０Å）から構成される多重量子井戸
（ＭＱＷ）構造である下側導波路４を０．０８μｍの厚
さで、φ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層５を０．８μ
ｍの厚さで、φ−ＧａＡｓ（厚さ３０Å）／φ−Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ（厚さ６０Å）から構成されるＭＱＷで
ある上側導波路６を０．４５μｍの厚さで、ｎ−ＧａＡ
ｓ（不純物濃度ｎ＝３×１０¹⁷ｃｍ^-3）光検出層７を
０．２μｍの厚さで、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）
で成長した。

【００２４】レジストパタ−ニング及びドライエッチン
グにより、ｎ−ＧａＡｓ光検出層７をパターニングし、
ＭＥＳ−ＦＥＴ型光検出領域２１とした。続いて、レジ
ストパターニング及び反応性イオンビームエッチングの
繰り返しにより、図１の断面図及び図２の上面図の様に
各光検出領域２１の前段に各々周期の異なるグレーティ
ング１０を備えたリッジ状導波路を形成した。次に、Ｓ
ｉＯ₂８を導波路６のカバー層として成膜後、図２に示
す様に光検出領域２１に、Ａｕ／Ｃｒからなるソース１
１及びドレイン電極１２を導波路６を挟む様に形成し、
加熱処理によりオーミックコンタクトをとった。続い
て、Ａｌゲート電極９をソース１１、ドレイン電極１２
間に形成した後、各ソース１１、ドレイン１２、ゲート
電極９の取り出し電極を作製し、ＭＥＳ−ＦＥＴ型光検
出領域２１を作製した。

【００２５】本素子は、５段縦列接続の分波光検出器か
らなり、各分波領域２０のグレーティング周期は信号光
入力段より、順に９μｍ、９．２５μｍ、９．５μｍ、
９．７５μｍ、１０μｍとした。グレーティング１０の
深さは０．１μｍ、グレーティング領域長さは５００μ
ｍである。

【００２６】以上の構成の第１実施例において、ゲート
電極９に−３Ｖを印加し、ドレイン電流を測定したとこ
ろ、入力波長０．８０５μｍから０．８５５μｍにおい
て図３の様な応答特性が得られた。図３の上部に記載の
数字は各グレーティング周期であり、各周期を分波領域
２０に有する光検出器の応答特性を示している。図３よ
り、波長λ1 ＝０．８１７μｍ、λ2 ＝０．８２４μ
ｍ、λ3 ＝０．８３μｍ、λ4 ＝０．８３６μｍ、λ5
＝０．８４２μｍの光信号の同時検出が可能であること
が分かる。本素子の全長は、グレーティング領域５００
μｍ、光検出領域２０μｍのユニットが５段縦列接続さ
れるので、合計２．６ｍｍである。つまり、光の伝搬す
る全長が僅か２．６ｍｍの素子で５波長同時検出が可能
である。

【００２７】ところで、第１実施例において、分波領域
２０の所にも独立に電極２５（図１に破線で示す）を設
けて、ここの印加電圧を制御して分波する波長を変化さ
せる構成にもできる。この変化は、プラズマ効果、量子
閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）などによる上部導
波路６の有効屈折率の変化に基づいている。

【００２８】また、長波長より短波長の光の方が吸収さ
れやすいので、入力側になるべく短波長の光を分波、検
出する領域を設ける方がよい。第１実施例はそうなって
いる。更に、前段で分波された波長光が光検出領域２１
に混じり込んでこない様に、隣接する光検出領域２１と
分波領域２０との間に、積層方向に延びる適当な深さの
溝２６（図１に破線で示す）を設けたり、光吸収領域を
設けたり、両領域の境界面を伝搬方向に対して斜めに形
成して前段の上部導波路６からの光が他の方向に反射さ
れる様にしてもよい。

【００２９】第１実施例は光検出器としてＭＥＳ−ＦＥ
Ｔを使用していたが、次に図４に基づいて、光検出器と
してｐｉｎ型フォトダイオードを使用する第２実施例を
説明する。

【００３０】本実施例は図４に示す構造を有し次の如く
作製された。図４において、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板４１の
上に、順に、ｎ−ＧａＡｓ（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）バ
ッファ層４２を０．５μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）クラッド層４３を
１．５μｍの厚さで、ＧａＡｓ（３０Å）／Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ（８０Å）（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）から構
成されるｎ型多重量子井戸（ｎ−ＭＱＷ）である下側導
波路層４４を０．０８μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）中間クラッド層４５
を０．８μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ（ｎ＝
１×１０¹⁷ｃｍ^-3）上側導波路層４６を０．２５μｍの
厚さで、ｎ^-−ＧａＡｓ（ｎ＝５×１０¹⁵ｃｍ^-3）光検
出層４７を０．０５μｍの厚さで、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓ（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）クラッド層４８を１．５
μｍの厚さで、ｐ−ＧａＡｓ（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）
コンタクト層４９を０．５μｍの厚さで、ＭＢＥ（分子
線エピタキシー法）で成長した。

【００３１】次に、光検出領域５４のみをフォトレジス
トでカバーし、アンモニア：過酸化水素水（１：２０
０）のエッチャントで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４９
を除去し、続いて塩酸：過酸化水素水（１：２００）の
エッチャントにより、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド
層４８を除去し、更にアンモニア：過酸化水素水（１：
２００）のエッチャントでｎ^-−ＧａＡｓ光検出層４７
を除去した。

【００３２】この除去で露出したｎ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａ
ｓ上部導波路層４６上に、グレーティング５７を反応性
イオンビームエッチング法により食刻し、ＭＯＣＶＤ法
によりφ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ５０を選択成長した。グ
レーティング５７の深さは０．１μｍ、周期は６μｍか
ら７．５μｍにわたって０．１５μｍ間隔で設定されて
いる。従って、波長選択光検出器ユニットは全部で１１
個である。グレーティング領域５５の長さは４００μ
ｍ、光検出領域５４の長さは５０μｍである。よって、
素子の全長は約５ｍｍである。

【００３３】更に、横方向の閉じ込めを行なう為に、グ
レーティング５７と直交する方向、即ち光の伝搬方向に
幅３μｍのリッジ構造を反応性イオンビーム法により食
刻し（中間クラッド層４５まで食刻してリッジ構造を作
る）、コンタクト層４９を除くリッジ側面にＳｉ₃Ｎ₄膜
５１を絶縁層として成膜した。続いて、光検出領域５４
のコンタクト層４９上にはＡｕＣｒ／Ａｕ電極５２を蒸
着し、裏面研磨後、基板４１裏面にＡｕＧｅ／Ａｕ電極
５３を蒸着した。最後に、高温処理により電極５２、５
３のオーミックコンタクトをとりチップ化して実装を行
なった。

【００３４】以上の構成の第２実施例において、各光検
出領域（ｐｉｎフォトダイオード）５４に、−５Ｖを印
加し、２０Ｍｂｐｓの光信号を下部導波路層４４に入力
した。光信号は波長分割多重化されており、λ＝８２０
ｎｍから８５０ｎｍにおいて３ｎｍ間隔で１１チャネル
を有している。各段のグレーティング５７を有する分波
領域５５で各波長成分が選択され、上部導波路層４６に
結合し、各段の光検出層４７で吸収検出される。１１チ
ャネルの光信号は独立に検出可能であり、波長間のクロ
ストークは−２０ｄＢ以下、検出可能最小光パワーレベ
ルは入力段において−４０ｄＢｍであった。第２実施例
でも、第１実施例で述べた様な変形ないし変更が可能で
ある。

【００３５】図５は多波長発光装置である本発明の第３
実施例の基本構造を示している。本発明による多波長発
光装置は、互いに異なる発振波長の半導体レーザと各発
振波長に合わせて導波路間結合を起こすグレーティング
方向性結合器とが１組となって、複数組、光伝搬方向に
沿って直列配置されていて、半導体レーザは集積に適し
たＤＦＢ若しくはＤＢＲ型レーザが良いが、他の型でも
良い。第３実施例では、半導体レーザ７８はＤＦＢ型で
あり、発振波長λi に合わせたグレーティング７５の周
期Λ_LD,iを有している。発振モードの有効屈折率をｎ
_effとすれば、Λ_LD,iは、 Λ_LD,i＝ｍ・λｉ／２ｎ_eff （ｍ＝１，２，３・・・）（１）で表わせる（この関係はＤＢＲ型でも成立する）。

【００３６】更に、本実施例では、半導体レーザ７８の
活性層６５と距離を置いた位置に共通導波路６３が形成
されている。グレーティング方向性結合器７９は、半導
体レーザ７８の活性層６５との突き合わせ位置に上部導
波路７１が形成されており、半導体レーザ７８の共通導
波路６３との突き合わせ位置に同じく共通導波路６３が
形成されていて、上部導波路７１と共通導波路６３の結
合領域に波長選択結合用グレーティング７４が形成され
ている。

【００３７】グレーティング方向性結合器７９の２層の
導波路即ち上部導波路７１と共通導波路６３は、互いに
厚さ及び／若しくは屈折率が異なるいわゆる非対称方向
性結合器を形成し、グレーティング７４により伝搬定数
の補償を受ける波長においてのみ、導波路７１、６３間
のモード結合が生じる。つまり、半導体レーザ７８より
出射され上部導波路７１を伝搬する光のうち、グレーテ
ィング７４によりモード整合の取れる波長において、共
通導波路６３への結合が生じ、光の導波路間移行が実行
される。この時、半導体レーザ７８の発振波長をλi 、
上部導波路７１を伝搬するモードの有効屈折率を
ｎ_up,i、共通導波路６３を伝搬するモードの有効屈折率
をｎ_com,iとすれば、グレーティング７４の周期Λ
_g,iは、 Λ_g,i ＝λi ／｜ｎ_up,i−ｎ_com,i｜（２）で表わされる（右辺のマイナス符号は順方向性結合であ
ることを示す）。

【００３８】この様に、グレーティング７４を介した方
向性結合器による結合では、（２）式のブラッグ条件近
傍で強い波長選択性が生じる。その為、所望のレーザ発
振波長のみ、導波路７１、６３間の光移行が起こる。逆
に言えば、対応する半導体レーザ７８からの発振波長に
合わせて、こうした光移行が起こる様に、グレーティン
グ方向性結合器７９のグレーティング７４の周期Λ_g,i
が設定されている。

【００３９】本実施例では、以上の様にして、半導体レ
ーザ７８及びこの半導体レーザの発振波長に合わせたグ
レーティング方向性結合器７９の組み合わせが、波長多
重度に合わせて異なる波長で設定されて、複数組、光伝
搬方向に沿って直列接続されている。即ち、半導体レー
ザ７８より出射した光は、グレーティング結合器７９に
より共通導波路６３へ導かれ、共通導波路６３を伝搬す
る。伝搬光は、次段以降の半導体レーザ７８及びグレー
ティング方向性結合器７９を伝搬する際には波長が異な
る為に結合を起こさず、これらを透過し、共通出射端
（図５においては、左手前の端面）より出射する。

【００４０】以上の様に、本実施例では、各発振波長に
合わせて、半導体レーザ７８のグレーティング周期が
（１）式で設定され、グレーティング方向性結合器７９
のグレーティング周期が（２）式で設定され、波長ごと
に独立に駆動が可能な構成をとっている。従って、同一
の出射端より波長多重分割化された光信号が出射可能で
ある。

【００４１】本実施例は次の如く作製された。図５にお
いて、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板６１の上に、順に、ｎ−Ｇａ
Ａｓ（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）バッファ層（不図示）を
０．５μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ（ｎ＝１
×１０¹⁷ｃｍ^-3）クラッド層６２を１．５μｍの厚さ
で、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）
共通導波路６３を０．０８μｍの厚さで、ｎ−Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5Ａｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）中間クラッド層
６４を０．８μｍの厚さで、φ（ノンドープ）−Ａｌ
_0.07Ｇａ_0.93Ａｓ活性層６５を０．０７μｍの厚さで、
ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓガイド層６６を０．２μｍの厚
さで、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）で成長し
た。

【００４２】次に、フォトレジストを塗布後、発振波長
ごとに周期を変えたＨｅ−Ｃｄレーザの２光束干渉パタ
ーンを各半導体レーザ７８の形成される領域に焼き付
け、現像した。続いて、反応性イオンビームエッチング
法により、ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓガイド層６６を食刻
し、フォトレジスト剥離後、図５に示す様な微細なグレ
ーティングパターン７５を得た。発振モードの不安定性
を除く為に、グレーティングパターン７５は図５の様に
中央付近でいわゆるλ／４シフトした構造となってい
る。λ／４シフトは、フォトレジストをネガ、ポジ交互
に塗布する方法などによって容易に得ることができる
（例えば、特開昭６２−２６２００４参照）。

【００４３】次に、グレーティング方向性結合器７９と
なる部分をＳｉＯ₂でマスクした後、再びＭＯＣＶＤ法
により微細グレーティング７５上にｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓ（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）クラッド層６７、ｐ⁺−
ＧａＡｓ（ｐ⁺＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）コンタクト層６８
を成長した。以上の工程でＤＦＢ型半導体レーザ７８を
作製した。

【００４４】一方、グレーティング方向性結合器７９に
ついては、その領域のＳｉＯ₂マスクを除去後、今度は
半導体レーザ７８上にＳｉＯ₂マスクを作製し、硫酸：
過酸化水素水：水の混合エッチャントでｐ−Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ａｓガイド層６６を除去し、アンモニア：過酸化
水素水の混合エッチャントでφ−Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ａｓ
活性層６５を除去した。次に、フォトレジストを塗布
後、各グレーティング方向性結合器７９の位置及び結合
波長に合わせたグレーティング周期を設定したフォトマ
スクを通して露光し、現像した。反応性イオンビームエ
ッチングで食刻し、フォトレジスト剥離後、図５に示す
グレーティング７４を得た。本実施例では、グレーティ
ング７４の周期は比較的粗いので、こうした方法で作製
できる。

【００４５】続いて、再びＭＯＣＶＤ法によりグレーテ
ィング７４上にφ−ＭＱＷ（ウェル：ＧａＡｓ３０Å，
バリア：Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ８０Åの多重量子井戸）上
部導波路７１を０．５μｍの厚さで、φ−Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓクラッド層７２を１．５μｍの厚さで成長し、
グレーティング方向性結合器７９を形成した。

【００４６】更に、半導体レーザ７８上のＳｉＯ₂マス
クを除去後、図５に示す様にグレーティング７４、７５
と直交方向（光伝搬方向）に幅３μｍのリッジをフォト
レジストと反応性イオンビームエッチングにより形成
し、リッジ側面をＳｉ₃Ｎ₄膜７３で埋め込んだ。半導体
レーザ７８のｐ⁺−コンタクト層６８上には、Ａｕ−Ｃ
ｒ／Ａｕ電極６９を蒸着し、裏面研磨後、基板６１裏面
にＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極７０を蒸着した。最後に、高温
処理により電極６９、７０のオーミックコンタクトをと
りチップ化して電気実装を行なった。

【００４７】以上の構成において、各半導体レーザ７８
に１５０ＭｂｐｓのＮＲＺ信号を入力し、共通出射端か
ら波長多重化光信号を出射し、この出射光を分波して検
出することにより各光信号が独立に送信可能なことが確
認できた。

【００４８】各段の発振波長λi 、ＤＦＢ型レーザ７８
の微細グレーティング周期Λ_LD,i、グレーティング方向
性結合器７９のグレーティング周期Λ_g,iは、以下の様
である。 λi （ｎｍ） Λ_LD,i（ｎｍ） Λ_g,i（μｍ）１）８３０２３７９．１２）８３５２３９９．３３）８４０２４０９．５４）８４５２４１９．７５）８５０２４３９．９各グレーティング方向性結合器７９の深さは０．１μ
ｍ、グレーティング領域長は４００μｍ、各半導体レー
ザ７８の微細グレーティング７５の深さは０．１μｍ、
領域長は３００μｍである。従って、５個の組から成る
多波長発光装置の全長は３．５ｍｍ、幅は電極幅のみで
僅か１００μｍほどである。

【００４９】第３実施例では、半導体レーザとしてＤＦ
Ｂ型レーザを用い、グレーティング方向性結合器は順方
向性結合を用いたが、次に説明する第４実施例ではＤＢ
Ｒ型レーザ及び逆方向性結合によるグレーティング方向
性結合器を用いる。作成方法は第３実施例と同様であ
る。

【００５０】ＤＢＲ型レーザ７８においては、図６に示
す様に、活性層６５はグレーティング（ＤＢＲ）８２で
挟まれた活性領域のみとしている。グレーティング方向
性結合器７９のグレーティング８３の上部のクラッドは
Ｓｉ₃Ｎ₄８１を用いている。グレーティング方向性結合
器７９のグレーティング８３は第３実施例と比較して微
細であり、（２）式と異なり次の（３）式を満足するグ
レーティング周期を用いる。 Λ_g,i ＝Ｍ・λi ／｜ｎ_up,i＋ｎ_com,i｜（Ｍ＝１，２，３，・・・）（３）即ち、逆方向性結合（（３）式の右辺のプラス符号がこ
のことを表わす）においては、半導体レーザ７８の発振
光はグレーティング方向性結合器７９により共通導波路
６３へ導かれる際に、上部導波路７１の伝搬方向と逆方
向に共通導波路６３を伝搬する。伝搬光は、次段以降の
半導体レーザ７８及びグレーティング方向性結合器７９
を伝搬する際、波長が異なる為に結合を起こさず透過
し、共通出射端（図６の右側端面）より出射する。逆方
向性結合では、順方向性結合と比べて波長選択性が更に
鋭い為、半導体レーザ７８の発振波長間隔を狭めること
ができ、波長分割多重通信システムの波長多重度を高め
ることが可能である。

【００５１】第４実施例のグレーティング方向性結合器
７９のグレーティング８３の作製においては、微細であ
る為、第３実施例の様にフォトマスクを用いることがで
きず、ＤＢＲ型レーザ７８と同様、Ｈｅ−Ｃｄレーザの
２光束干渉パターンを用いて露光を行なう。第４実施例
においても、前記実施例と同様、１５０ＭｂｐｓのＮＲ
Ｚ信号を１０波長に載せて送信することが可能であった
（ここでは、ＤＢＲ型レーザ７８とグレーティング方向
性結合器７９の組は１０個設けられている）。

【００５２】素子長は、グレーティング方向性結合器７
９の長さ２００μｍ、ＤＢＲ型レーザ７８の長さ４００
μｍであるため、全体として６ｍｍであった。尚、図６
において、図５と同一符号のものは同機能のものを示
す。

【００５３】ところで、第４実施例において、半導体レ
ーザ７８はチューナブルなものであってもよく、この時
この波長可変範囲は比較的狭いので、グレーティング方
向性結合器７９のグレーティングはそのまま用いられ
る。波長可変レーザについては、エレクトロニクス・レ
ターズ誌（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒ
ｓ）、２３巻、８号、４０３〜４０３頁（１９８７年）
に掲載されている「位相調整調整とブラッグ波長制御領
域を有する分布ブラッグ反射型ＬＤ（ＤＢＲＬＤ）」
や、同誌、２５巻、１５号、９９０〜９９２頁（１９８
９年）に掲載されている「多電極を有する分布帰還型Ｌ
Ｄ（ＤＦＢＬＤ）」などがある。

【００５４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明による分波光
検出装置によれば、周期の異なるグレーティングの形成
された方向性結合器型分波領域と光検出領域が１ユニッ
トとなって光伝搬方向に沿って縦列接続されていること
により、波長分割多重化光信号などを同時検出可能であ
る。

【００５５】分波領域はグレーティングで導波路間の光
結合を行なう方向性結合器型分波器を使用している為、
波長分解能が高く、従って波長多重数を多く、つまり信
号チャネル数を多く設定することができる為、高密度光
通信が可能となる。また、光検出領域では、分波領域と
独立に電圧印加する為、各ユニットの光検出性能は均一
にできる。更に、本発明の分波光検出装置は、光の伝搬
長が僅か数ｍｍでもって数波から数１０波の同時検出が
可能で、小型であり、他素子との集積化にも好適であ
る。

【００５６】また、本発明による多波長発光装置ないし
半導体レーザによれば、半導体レーザ及び周期の異なる
グレーティングを有するグレーティング方向性結合器の
組み合わせを、波長多重度に合わせて、複数組、光伝搬
方向に沿って直列接続することにより、例えば、波長多
重化光信号を独立に駆動でき、且つ全て共通出射端より
送信することが可能である。半導体レーザの発振光を共
通導波路に結合するグレーティング方向性結合器は、対
応する半導体レーザに直接、直列的に結合しており且つ
結合長が短い為、従来の合波器を利用する場合と比較し
て、多波長発光装置全体の素子長を短く、コンパクトに
できる。その為、集積化に適する効果がある。更に、本
発明によるグレーティング方向性結合器はブラッグ条件
近傍で鋭い波長選択性を有する為、半導体レーザの発振
波長間隔を短くすることができる。即ち、波長多重度を
高密度にし信号チャネル数を多く設定できる効果があ
る。

【００５７】以上の実施例では、光検出器と半導体レー
ザの一方のみがグレーティング方向性結合器と共に設け
られていたが、光検出と発光機能を選択的または同時に
行うように、少なくとも１つの光検出器と少なくとも１
つの半導体レーザを夫々グレーティング方向性結合器と
共に設けて装置を構成してもよい。この製造方法は、上
記の製法を適当に組み合わせて用いればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である分波光検出装置を説
明するための断面構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の上面図である。

【図３】本発明の第１実施例の分波光検出装置のスペク
トル応答を表わす図である。

【図４】本発明の第２実施例である分波光検出装置の一
部破断された斜視図である。

【図５】本発明の第３実施例である多波長発光装置の一
部破断された斜視図である。

【図６】本発明の第４実施例である多波長発光装置の断
面図である。

【図７】第１の従来例を示す図である。

【図８】第２の従来例を示す図である。

【図９】第３の従来例を示す図である。

【図１０】第４の従来例を示す図である。

【図１１】第５の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１，４１，６１ＧａＡｓ基板２，４２ＧａＡｓバッ
ファ層３，５，４３，４５，４８，５０，６２，６４，６７，
７２，８１クラッド層４，４４，６３下部導波路層６，４６，７１上部導波路層７，４７光検出層８カバー層９ゲート電極１０，５７グレーティン
グ１１ソース電極１２ドレイン電極２０，５４光検出領域２１，５５分波領域５１，７３絶縁層４９コンタクト層２５，５２，５３，６９，７０電極２６溝６５活性層６６ガイド層６８コンタクト層７４順方向結合グ
レーティング７５ＤＦＢ（グレ
ーティング）７８半導体レーザ７９グレーティン
グ方向性結合器８２ＤＢＲ（グレ
ーティング）８３逆方向結合グ
レーティング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 27/15 8934−4Ｍ 31/10 // Ｇ０１Ｊ 3/18 8707−2Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝搬方向に沿って直列的に配置された、
グレーティングを用いて光結合する第１の方向性結合器
と光電変換機能を有する光検出器とから成る第１のユニ
ットが、少なくとも１組、光伝搬方向に沿って直列接続
されており、更に、光伝搬方向に沿って該第１のユニッ
トと平行に伸びた共通光導波路が設けられていることを
特徴とする多波長光検出及び／又は発光装置。
【請求項２】更に、光伝搬方向に沿って直列的に配置さ
れた、グレーティングを用いて光結合する第２の方向性
結合器と半導体レーザとから成る第２のユニットが、少
なくとも１組、光伝搬方向に沿って且つ前記共通光導波
路と平行に直列接続されていることを特徴とする請求項
１記載の多波長光検出及び／又は発光装置。
【請求項３】前記第１のユニットが複数組設けられ、前
記第１の方向性結合器のグレーティングが互いに異なる
周期を有していることを特徴とする請求項１記載の多波
長光検出及び／又は発光装置。
【請求項４】前記第２のユニットが複数組設けられ、前
記第２の方向性結合器のグレーティングが互いに異なる
周期を有していることを特徴とする請求項２記載の多波
長光検出及び／又は発光装置。
【請求項５】前記グレーティングを用いて光結合する第
１の方向性結合器は、基板上に形成された平行な２層の
導波路とその間に形成されたクラッド層を有することを
特徴とする請求項１記載の多波長光検出及び／又は発光
装置。
【請求項６】前記グレーティングは前記２層の導波路の
一方に形成されていることを特徴とする請求項５記載の
多波長光検出及び／又は発光装置。
【請求項７】前記光検出器はＭＥＳ−ＦＥＴ型光検出器
であることを特徴とする請求項１記載の多波長光検出及
び／又は発光装置。
【請求項８】前記光検出器はｐｉｎ型光検出器であるこ
とを特徴とする請求項１記載の多波長光検出及び／又は
発光装置。
【請求項９】前記複数組の第１の方向性結合器のグレー
ティングは、光入力側から、周期が短い順に配列されて
いることを特徴とする請求項３記載の多波長光検出及び
／又は発光装置。
【請求項１０】前記第１のユニットの間には溝が形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の多波長光検出
及び／又は発光装置。
【請求項１１】前記第１のユニットの間には光吸収領域
が形成されていることを特徴とする請求項１記載の多波
長光検出及び／又は発光装置。
【請求項１２】前記第１のユニットの間の境界面が光伝
搬方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする
請求項１記載の多波長光検出及び／又は発光装置。
【請求項１３】更に、前記グレーティングの有効周期を
変化させる手段が設けられていることを特徴とする請求
項１記載の多波長光検出及び／又は発光装置。
【請求項１４】光伝搬方向に沿って直列的に配置され
た、グレーティングを用いて光結合する方向性結合器と
半導体レーザとから成るユニットが、少なくとも１組、
光伝搬方向に沿って直列接続されており、更に、光伝搬
方向に沿って該ユニットと平行に伸びた共通光導波路が
設けられていることを特徴とする多波長光検出及び／又
は発光装置。
【請求項１５】前記ユニットが複数組設けられ、前記方
向性結合器のグレーティングが互いに異なる周期を有し
ていることを特徴とする請求項１４記載の多波長光検出
及び／又は発光装置。
【請求項１６】前記グレーティングを用いて光結合する
方向性結合器は、基板上に形成された平行な２層の導波
路とその間に形成されたクラッド層を有することを特徴
とする請求項１４記載の多波長光検出及び／又は発光装
置。
【請求項１７】前記グレーティングは前記２層の導波路
の一方に形成されていることを特徴とする請求項１６記
載の多波長光検出及び／又は発光装置。
【請求項１８】前記半導体レーザはＤＦＢ型半導体レー
ザであることを特徴とする請求項１４記載の多波長光検
出及び／又は発光装置。
【請求項１９】前記半導体レーザはＤＢＲ型半導体レー
ザであることを特徴とする請求項１４記載の多波長光検
出及び／又は発光装置。
【請求項２０】前記グレーティング方向性結合器は、対
応する前記半導体レーザの出力光を順方向に前記共通導
波路へ結合することを特徴とする請求項１４記載の多波
長光検出及び／又は発光装置。
【請求項２１】前記グレーティング方向性結合器は、対
応する前記半導体レーザの出力光を逆方向に前記共通導
波路へ結合することを特徴とする請求項１４記載の多波
長光検出及び／又は発光装置。
【請求項２２】前記半導体レーザは波長可変半導体レー
ザであることを特徴とする請求項１４記載の多波長光検
出及び／又は発光装置。