JPH0682885B2 - 光増幅発光受光集積素子 - Google Patents
光増幅発光受光集積素子Info
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- JPH0682885B2 JPH0682885B2 JP59099122A JP9912284A JPH0682885B2 JP H0682885 B2 JPH0682885 B2 JP H0682885B2 JP 59099122 A JP59099122 A JP 59099122A JP 9912284 A JP9912284 A JP 9912284A JP H0682885 B2 JPH0682885 B2 JP H0682885B2
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- 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
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
- H01S5/2277—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser
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- H03K—PULSE TECHNIQUE
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- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体を用いた光通信・光交換・光情報処
理の主要構成要素である光増幅発光受光素子に関する。
理の主要構成要素である光増幅発光受光素子に関する。
（従来技術とその問題点） 光通信・光交換・光情報処理における基本的な回路の一
つに光増幅回路がある。この回路は従来の電子回路より
も簡単に構成できるものと期待されており、基本的な検
討が進められている。光増幅回路を分類すると、受光素
子と半導体レーザを組合わせたものと半導体レーザを主
要構成素子としたものが掲げられる。そのうち相対的に
みて実装組立が容易で且つ回路自体の温度依存性が緩い
特長を有する前者の光増幅回路は、素子の集積化により
一層簡単な構成にすることが出来る。受光素子と半導体
レーザを集積化したものは、例えばベネキング（H.Bene
king）氏等がエレクトロニクスレターズ（ELECTRONICS
LETTERS）誌第16巻、第602〜603頁、1980年に報告した
論文に提案されている。この報告では両素子を集積化す
る方法として半導体基板の両端面に半導体レーザと光ト
ランジスタを各々成長させる方法が提案されている。光
トランジスタのエミッタ側に形成された受光面から注入
される光信号は、光トランジスタの領域で増幅された光
電流として共通する半導体基板を通じて半導体レーザに
供給される。通常の光トランジスタでは、１フォトンに
対して2000程度の電子（または正孔）が生成するため、
微弱な光信号でも再生増幅することが可能となる。しか
しながら半導体レーザと光トランジスタで半導体基板を
はさむ構造では少なくとも結晶成長を２段階に分ける必
要がある。このための製造プロセスとしては、２回目の
結晶成長のまえに所望のウエハ厚に研磨し、結晶成長後
に受光面、電極等を形成することになる。その結果ウエ
ハ厚が薄いため製造プロセスが難しくなるという問題を
生じる。そこで、結晶成長が容易で通常のプロセスで集
積化できるような構造の光増幅素子が望まれていた。
つに光増幅回路がある。この回路は従来の電子回路より
も簡単に構成できるものと期待されており、基本的な検
討が進められている。光増幅回路を分類すると、受光素
子と半導体レーザを組合わせたものと半導体レーザを主
要構成素子としたものが掲げられる。そのうち相対的に
みて実装組立が容易で且つ回路自体の温度依存性が緩い
特長を有する前者の光増幅回路は、素子の集積化により
一層簡単な構成にすることが出来る。受光素子と半導体
レーザを集積化したものは、例えばベネキング（H.Bene
king）氏等がエレクトロニクスレターズ（ELECTRONICS
LETTERS）誌第16巻、第602〜603頁、1980年に報告した
論文に提案されている。この報告では両素子を集積化す
る方法として半導体基板の両端面に半導体レーザと光ト
ランジスタを各々成長させる方法が提案されている。光
トランジスタのエミッタ側に形成された受光面から注入
される光信号は、光トランジスタの領域で増幅された光
電流として共通する半導体基板を通じて半導体レーザに
供給される。通常の光トランジスタでは、１フォトンに
対して2000程度の電子（または正孔）が生成するため、
微弱な光信号でも再生増幅することが可能となる。しか
しながら半導体レーザと光トランジスタで半導体基板を
はさむ構造では少なくとも結晶成長を２段階に分ける必
要がある。このための製造プロセスとしては、２回目の
結晶成長のまえに所望のウエハ厚に研磨し、結晶成長後
に受光面、電極等を形成することになる。その結果ウエ
ハ厚が薄いため製造プロセスが難しくなるという問題を
生じる。そこで、結晶成長が容易で通常のプロセスで集
積化できるような構造の光増幅素子が望まれていた。
（発明の目的） この発明の目的は結晶成長が容易でしかも製造プロセス
が簡単な光増幅発光受光集積素子を提供することにあ
る。
が簡単な光増幅発光受光集積素子を提供することにあ
る。
（発明の構成） 本発明の光増幅発光受光集積素子は、第１の導電型半導
体基板上に第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体
層とその中間に活性層とを備えている積層構造を少なく
とも有する半導体レーザの最上部の半導体層上に、第２
の導電型のコレクタ層、第１の導電型のベース層、第２
の導電型のエミッタ層を順次積層した光トランジスタ
と、前記半導体レーザのレーザ電極とを、前記半導体レ
ーザの共振器の光軸方向に並べて形成したことを特徴と
する。
体基板上に第１の導電型半導体層と第２の導電型半導体
層とその中間に活性層とを備えている積層構造を少なく
とも有する半導体レーザの最上部の半導体層上に、第２
の導電型のコレクタ層、第１の導電型のベース層、第２
の導電型のエミッタ層を順次積層した光トランジスタ
と、前記半導体レーザのレーザ電極とを、前記半導体レ
ーザの共振器の光軸方向に並べて形成したことを特徴と
する。
（発明の作用効果） この発明では、半導体レーザの半導体層の成長に引続い
てその層上に光トランジスタの半導体層を積層させる。
説明を容易にするため、第１図に本発明の一実施例の等
価回路、第２図（ａ），（ｂ）にそのエネルギー準位図
の一例を示す。通常光トランジスタとしては、pnp構造
とするよりもnpn構造とした方が電流を支配するキャリ
アの易動度が大きいので応答の点で有利となる。したが
ってnpn構造の光トランジスタを前提に説明する。光入
力がない場合、第２図（ａ）に示すように、ｎタイプの
エミッタ中の電子はｐタイプのベース障壁のためｎタイ
プのコレクターの方へ流れることが出来ない。光入力が
ある場合、第２図（ｂ）に示すように入力光の波長に対
してバンドギャップの狭い材料で作られたｐタイプのベ
ース中で入力光が吸収され電子−正孔対が生成される。
生成された正孔はベース中に留まり、電子に対するエミ
ッタ−ベース障壁を低くする。これによりエミッタ中の
電子が大量にコレクタ側へ流れでて半導体レーザへ供給
される。そして半導体レーザの活性層中でｐタイプの半
導体基板側に形成したｐ側電極から供給される正孔と再
結合し、光を発生する。この構成では、半導体レーザと
光トランジスタを半導体基板上に積層させるだけでよい
ので、結晶成長も通常の方法ででき埋め込み構造の半導
体レーザでなければ１回、埋め込み構造の半導体レーザ
であれば２回の結晶成長で製作できる。また結晶成長後
に片面の電極プロセスをしたあとで他方の面を所望の厚
さに研磨すればよいので簡単に製作できる。
てその層上に光トランジスタの半導体層を積層させる。
説明を容易にするため、第１図に本発明の一実施例の等
価回路、第２図（ａ），（ｂ）にそのエネルギー準位図
の一例を示す。通常光トランジスタとしては、pnp構造
とするよりもnpn構造とした方が電流を支配するキャリ
アの易動度が大きいので応答の点で有利となる。したが
ってnpn構造の光トランジスタを前提に説明する。光入
力がない場合、第２図（ａ）に示すように、ｎタイプの
エミッタ中の電子はｐタイプのベース障壁のためｎタイ
プのコレクターの方へ流れることが出来ない。光入力が
ある場合、第２図（ｂ）に示すように入力光の波長に対
してバンドギャップの狭い材料で作られたｐタイプのベ
ース中で入力光が吸収され電子−正孔対が生成される。
生成された正孔はベース中に留まり、電子に対するエミ
ッタ−ベース障壁を低くする。これによりエミッタ中の
電子が大量にコレクタ側へ流れでて半導体レーザへ供給
される。そして半導体レーザの活性層中でｐタイプの半
導体基板側に形成したｐ側電極から供給される正孔と再
結合し、光を発生する。この構成では、半導体レーザと
光トランジスタを半導体基板上に積層させるだけでよい
ので、結晶成長も通常の方法ででき埋め込み構造の半導
体レーザでなければ１回、埋め込み構造の半導体レーザ
であれば２回の結晶成長で製作できる。また結晶成長後
に片面の電極プロセスをしたあとで他方の面を所望の厚
さに研磨すればよいので簡単に製作できる。
更に、第４図に示すように、半導体レーザのレーザ電極
114をレーザ共振器の軸方向に光トランジスタと直列に
なるように形成しタンデム型構成とした。半導体レーザ
のレーザ電極114に発振闘値以上の電流をバイアスする
ことにより、小さい光入力で大きい光出力が得られる。
114をレーザ共振器の軸方向に光トランジスタと直列に
なるように形成しタンデム型構成とした。半導体レーザ
のレーザ電極114に発振闘値以上の電流をバイアスする
ことにより、小さい光入力で大きい光出力が得られる。
（実施例） 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第３図は、本発明を説明するための参考図である。光増
幅発光受光集積素子１は半導体レーザ２と光トランジス
タ３から構成される。製作順序は先づｐタイプ（以下ｐ
−と略す）InP基板上にｐ−InPクラッド層101、ノンド
ープのInGaAsP活性層102、ｎ−InPクラッド層103を順次
成長させたDH基板上に、フォトレジストを塗布して通常
のフォトリソグラフィーとエッチングの手法を用いて２
つの溝で挟まれたメサ104を製作する。次にこのウエハ
を液相成長法により、ｎ−InPの第１の電流ブロック層1
05、ｐ−InPの第２の電流ブロック層106、ｎ−InPの埋
め込み層107、ｎ−InGaAsコレクタ層108、ｐ−InGaAsベ
ース層109、ｎ−InPエミッタ層を順次積層させて結晶成
長を終える。次に光トランジスタ３の接合容量を小さく
するため、形状を円筒状とし、ｎ−InPエミッタ層110の
平面に光信号を注入するための受光面111とそのまわり
にｎ側の電極112を形成する。そのあとで所望の厚み、
通常100〜150μｍ程度にｐ−InP基板を研磨し、ｐ側の
電極113を形成する。この実施例の半導体レーザ２の大
きさはメサ104の幅が1.5μｍ、共振器長が300μｍであ
り、発振闘値25mA、発振波長1.30μｍの特性を有してい
る。また光トランジスタ３はコレクタ層108、ベース層1
09の組成を波長に対して1.67μｍとし、コレクタ層10
8、ベース層109、エミッタ層110の厚さ、不純物濃度を
各々３μｍ、1015cm-3、0.5μｍ、1018cm-3,3μm,1015c
m-3とした。受光面111の口径は30μｍとした。この仕
様のもとで1.3μｍの波長の光信号10μｗ（ピーク換
算）を注入したところバイアス電圧4Vの場合でレーザ出
力3mWが得られた。以上のようにして結晶成長が容易で
しかも製造プロセスが通常の方法で簡単にできる光増幅
発光集積素子を実現できた。
幅発光受光集積素子１は半導体レーザ２と光トランジス
タ３から構成される。製作順序は先づｐタイプ（以下ｐ
−と略す）InP基板上にｐ−InPクラッド層101、ノンド
ープのInGaAsP活性層102、ｎ−InPクラッド層103を順次
成長させたDH基板上に、フォトレジストを塗布して通常
のフォトリソグラフィーとエッチングの手法を用いて２
つの溝で挟まれたメサ104を製作する。次にこのウエハ
を液相成長法により、ｎ−InPの第１の電流ブロック層1
05、ｐ−InPの第２の電流ブロック層106、ｎ−InPの埋
め込み層107、ｎ−InGaAsコレクタ層108、ｐ−InGaAsベ
ース層109、ｎ−InPエミッタ層を順次積層させて結晶成
長を終える。次に光トランジスタ３の接合容量を小さく
するため、形状を円筒状とし、ｎ−InPエミッタ層110の
平面に光信号を注入するための受光面111とそのまわり
にｎ側の電極112を形成する。そのあとで所望の厚み、
通常100〜150μｍ程度にｐ−InP基板を研磨し、ｐ側の
電極113を形成する。この実施例の半導体レーザ２の大
きさはメサ104の幅が1.5μｍ、共振器長が300μｍであ
り、発振闘値25mA、発振波長1.30μｍの特性を有してい
る。また光トランジスタ３はコレクタ層108、ベース層1
09の組成を波長に対して1.67μｍとし、コレクタ層10
8、ベース層109、エミッタ層110の厚さ、不純物濃度を
各々３μｍ、1015cm-3、0.5μｍ、1018cm-3,3μm,1015c
m-3とした。受光面111の口径は30μｍとした。この仕
様のもとで1.3μｍの波長の光信号10μｗ（ピーク換
算）を注入したところバイアス電圧4Vの場合でレーザ出
力3mWが得られた。以上のようにして結晶成長が容易で
しかも製造プロセスが通常の方法で簡単にできる光増幅
発光集積素子を実現できた。
なお結晶成長の様子は成長方法や成長条件等により大幅
に変わるので、それらとともに適切な寸法を採用すべき
ことは言うまでもない。また光トランジスタ３の受光面
11の寸法、ｎ側の電極112の形状、寸法、電極材料も特
に限定されるものではない。また、この例では、半導体
レーザ２への電流の注入を光トランジスタ３からの光信
号のトリガによってのみ行っている。
に変わるので、それらとともに適切な寸法を採用すべき
ことは言うまでもない。また光トランジスタ３の受光面
11の寸法、ｎ側の電極112の形状、寸法、電極材料も特
に限定されるものではない。また、この例では、半導体
レーザ２への電流の注入を光トランジスタ３からの光信
号のトリガによってのみ行っている。
本発明の一実施例では、光トランジスタの負担を軽減す
るために、半導体レーザへの電流注入用の電極を共振器
の軸方向に多分割化したタンデム電極半導体レーザ構成
としている。このタンデム電極の１電極として光トラン
ジスタを形成している。
るために、半導体レーザへの電流注入用の電極を共振器
の軸方向に多分割化したタンデム電極半導体レーザ構成
としている。このタンデム電極の１電極として光トラン
ジスタを形成している。
第４図を用いて本発明の一実施例を説明する。第３図の
素子との相違は、半導体レーザのレーザ電極114を付加
し、レーザが２電極のいわゆるタンデム電極構造となっ
ていることである。レーザ電極114に半導体レーザの発
振闘値電流の15mAをバイアス電流として流し、レーザ発
振させ、更に、光入力10μＷを光トランジスタ３に入力
すると、10mWの大きい光出力が得られる。したがって、
本実施例により、小さい光入力で大きい光出力が得られ
る。またベース層109に電極を設けて、光トランジスタ
３を流れる電流を光信号だけでなくベース層109の電圧
によってコントロールしても良い。半導体レーザのスト
ライプ構造も埋め込み構造以外、例えばプレーナストラ
イプ構造等種々のストライプ構造を用いることができ
る。以上の実施例においてｎタイプとｐタイプを反転し
てもかまわない。以上の実施例では、Inp/InGaAsP系の
半導体材料を用いたが、GaAlAs/GaAs系等他の半導体材
料を用いてもよい。
素子との相違は、半導体レーザのレーザ電極114を付加
し、レーザが２電極のいわゆるタンデム電極構造となっ
ていることである。レーザ電極114に半導体レーザの発
振闘値電流の15mAをバイアス電流として流し、レーザ発
振させ、更に、光入力10μＷを光トランジスタ３に入力
すると、10mWの大きい光出力が得られる。したがって、
本実施例により、小さい光入力で大きい光出力が得られ
る。またベース層109に電極を設けて、光トランジスタ
３を流れる電流を光信号だけでなくベース層109の電圧
によってコントロールしても良い。半導体レーザのスト
ライプ構造も埋め込み構造以外、例えばプレーナストラ
イプ構造等種々のストライプ構造を用いることができ
る。以上の実施例においてｎタイプとｐタイプを反転し
てもかまわない。以上の実施例では、Inp/InGaAsP系の
半導体材料を用いたが、GaAlAs/GaAs系等他の半導体材
料を用いてもよい。
第１図は本発明の一実施例の等価回路、第２図は本発明
の一実施例を説明するためのエネルギー準位図、第３図
は本発明を説明するための参考図である。第４図は本発
明の一実施例を説明するための図である。 １…光増幅発光受光集積素子、２…半導体レーザ、３…
光トランジスタ、100…ｐ−InP基板、101…ｎ−InPクラ
ッド層、102…ノンドープのInGaAsP活性層、103…ｎ−I
nPクラッド層、104…メサ、105…ｎ−InP第１の電流ブ
ロック層、106…ｐ−InP第２の電流ブロック層、107…
ｎ−InP埋め込み層、108…ｎ−InGaAsコレクタ層、109
…ｐ−InGaAsベース層、110…ｎ−InPエミッタ層、111
…受光面、112…ｎ側の電極、113…ｐ側の電極、114…
レーザ電極。
の一実施例を説明するためのエネルギー準位図、第３図
は本発明を説明するための参考図である。第４図は本発
明の一実施例を説明するための図である。 １…光増幅発光受光集積素子、２…半導体レーザ、３…
光トランジスタ、100…ｐ−InP基板、101…ｎ−InPクラ
ッド層、102…ノンドープのInGaAsP活性層、103…ｎ−I
nPクラッド層、104…メサ、105…ｎ−InP第１の電流ブ
ロック層、106…ｐ−InP第２の電流ブロック層、107…
ｎ−InP埋め込み層、108…ｎ−InGaAsコレクタ層、109
…ｐ−InGaAsベース層、110…ｎ−InPエミッタ層、111
…受光面、112…ｎ側の電極、113…ｐ側の電極、114…
レーザ電極。
Claims (1)
- 【請求項１】第１の導電型半導体基板上に第１の導電型
半導体層と第２の導電型半導体層とその中間に活性層と
を備えている積層構造を少なくとも有する半導体レーザ
の最上部の半導体層上に、第２の導電型のコレクタ層、
第１の導電型のベース層、第２の導電型のエミッタ層を
順次積層した光トランジスタと、前記半導体レーザのレ
ーザ電極とを、前記半導体レーザの共振器の光軸方向に
並べて形成したことを特徴とする光増幅発光受光集積素
子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59099122A JPH0682885B2 (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 光増幅発光受光集積素子 |
| US06/733,683 US4698821A (en) | 1984-05-17 | 1985-05-14 | Integrated light emitting/receiving amplifier element |
| EP85106017A EP0164604B1 (en) | 1984-05-17 | 1985-05-15 | Integrated light emitting/receiving amplifier element |
| DE8585106017T DE3583702D1 (de) | 1984-05-17 | 1985-05-15 | Integriertes licht emittierendes und empfangendes verstaerkerelement. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59099122A JPH0682885B2 (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 光増幅発光受光集積素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60242688A JPS60242688A (ja) | 1985-12-02 |
| JPH0682885B2 true JPH0682885B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=14238965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59099122A Expired - Lifetime JPH0682885B2 (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | 光増幅発光受光集積素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4698821A (ja) |
| EP (1) | EP0164604B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0682885B2 (ja) |
| DE (1) | DE3583702D1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62194237A (ja) * | 1986-02-20 | 1987-08-26 | Kyohei Sakuta | 光増幅機能を有する３結合導波路光タツプ |
| FR2667207B1 (fr) * | 1990-09-21 | 1993-06-25 | Thomson Csf | Convertisseur de frequences lumineuses. |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4349906A (en) * | 1979-09-18 | 1982-09-14 | Xerox Corporation | Optically controlled integrated current diode lasers |
-
1984
- 1984-05-17 JP JP59099122A patent/JPH0682885B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-05-14 US US06/733,683 patent/US4698821A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-05-15 DE DE8585106017T patent/DE3583702D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1985-05-15 EP EP85106017A patent/EP0164604B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0164604A3 (en) | 1987-08-19 |
| US4698821A (en) | 1987-10-06 |
| DE3583702D1 (de) | 1991-09-12 |
| JPS60242688A (ja) | 1985-12-02 |
| EP0164604B1 (en) | 1991-08-07 |
| EP0164604A2 (en) | 1985-12-18 |
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