JPH114046A

JPH114046A - 送受信フォトニックｉｃ

Info

Publication number: JPH114046A
Application number: JP9153628A
Authority: JP
Inventors: Tazuko Tomioka; 多寿子富岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】平面型の発光素子、受光素子を積層した光通信
用送受信光パットに生じる電磁結合に起因した送受信間
クロストークを抑制すること。【解決手段】平面型発光素子１および平面型受光素子２
をこれらのうちの一方の素子のｎ型半導体層と他方の素
子のｐ型半導体層が隣接するように、一方の素子に重ね
て他方の素子が積層される送受信フォトニックＩＣにお
いて、前記隣接している一方の素子のｎ型層と他方の素
子のｐ型層とを前記ＩＣ内において電極パターン３で接
続し、この電極パターンは少なくとも交流的に接地して
使用することを特徴とする。受光素子２−発光素子１間
の界面の層を接地することでクロストークを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一素子内に発光部お
よび受光部を有する光通信用送受信フォトニックＩＣに
関する。

【０００２】

【従来の技術】光加入者系の導入計画が進められる中
で、その普及に重要な鍵を握る要素の一つに、各加入者
宅に設置される送受信器の低価格化があげられる。送受
信器内で価格を律している部品は、光‐電気間の変換を
行う光送受信部である。

【０００３】この光送受信部の低価格化の手法の一つと
して期待されているのが、光／電気変換素子である半導
体レーザ素子（ＬＤ）と、電気／光変換素子であるフォ
トダイオード（ＰＤ）、および、これらを結合する波長
フィルタや光導波路などを一連のプロセスで同一基板上
に作り込むフォトニックＩＣ（光集積回路デバイス）技
術である。

【０００４】フォトニックＩＣには種々の構造が提案さ
れているが、そのひとつに特開平６−３７２９９号公報
で提案されているような、平面型ＰＤと面発光レーザ素
子を上下に集積した構造のものがある。この例を図２４
に示す。

【０００５】図において、１０１は波長１．３１［μ
ｍ］のレーザ光発振源である半導体レーザ素子兼１．３
［μｍ］の波長の光を検出する光検出器、１０２は１．
５５［μｍ］の波長の光を検出する光検出器、１０３は
波長１．３［μｍ］帯の光を吸収する吸収層、１０５は
無反射コート、１０６は１．３１［μｍ］の波長の光発
振のための活性層兼１．３μｍの波長の光検出のための
吸収層、１０７は１．５５［μｍ］の波長の光検出器１
０２の活性層、１１０は半導体基板である。

【０００６】そして、半導体基板１１０の第１の面には
電極を形成し、半導体基板１１０の第２の面上には活性
層１０７を形成し、その上に吸収層１０３を形成して光
検出器（ＰＤ）１０２とすると共に、その上に半導体レ
ーザ素子兼光検出器１０１を形成する。半導体レーザ素
子兼光検出器１０１は、吸収層１０３上に形成したＩｎ
ＧｅＡｓ層、そして、さらにその上にブラッグ反射器形
成のための層を形成し、ＩｎＧｅＡｓＰによる吸収層兼
活性層、そしてその上にブラッグ反射器形成のためのた
めの層、さらにその上にＩｎＰ層、その上にブラッグ反
射器形成のためのための層、さらにその上にＩｎＧｅＡ
ｓ層、そして最上層に窓となる無反射コート１０５及び
それを囲んでＡｕＺｎＮｉ電極が形成される積層構造で
ある。このように、図２４の構造のフォトニックＩＣに
おいては、平面型ＰＤ上に面発光レーザ素子を積層して
いる。

【０００７】この図２４のような面型の素子を、上下に
集積する構造は、光伝送路である光ファイバとの接続箇
所が一カ所にできるため、一本の光ファイバで双方向伝
送するシステムに適している。

【０００８】ところで、光ファイバにレーザ素子からの
光を結合するための方法の一つに、レンズ結合を用いず
にレーザ素子と光ファイバを向かい合わせるだけの“バ
ット結合”と呼ばれる光結合方法がある。そして、この
バット結合を適用する場合、通常、レーザのモードフィ
ールド径を拡大して光ファイバのモードフィールド径に
近づけ、良い結合効率が得られるようにする。

【０００９】そのために、一般的なストライプ型のＬＤ
では発光するレーザビームのスポットサイズ拡大領域を
素子内に持つ。しかし、面発光レーザであれば、スポッ
トサイズは括性領域のサイズ次第で容易にファイバのモ
ードフィールド径に近づけることができるのでスポット
サイズ拡大領域を持たない分、素子構造の単純化が図れ
る。

【００１０】そして、図２４のような構造の素子では、
ＰＤとＬＤが直接層状に重なっているため、特開平６−
３７２９９号公報で問題として取りあげられた光のクロ
ストークのみでなく、電磁的な結合によるクロストーク
が起こる。

【００１１】また、面発光レーザ素子の研究は歴史が浅
く、受光素子と共に集積化して一つのＩＣデバイスにす
る形態についてはほとんど研究がなされておらず、問題
点が不明のままであった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】レーザ素子（ＬＤ）と
受光素子（ＰＤ）とをフィルタ等と共に同じ基板上に形
成する光送受信用のＩＣ素子が種々提案されており、そ
の中でも平面型ＰＤと面発光レーザ素子を上下に集積し
た構造のものが構造的に単純でコストダウンし易い。

【００１３】そこで、この種の構造の送受信ＩＣが研究
されているが、上述のように平面型の発光素子および平
面型の受光素子を同一位置に積層形成した構造では、構
造的にみて光のクロストークが起こり易いばかりか、電
磁的な結合もあり、これにより、クロストークが起こる
可能性が避けられず、その対策が急務である。

【００１４】そこで、この発明の目的とするところは、
クロストークの無い、また、使い勝手がよく、良好な特
性を得ることができるようにした送受信フォトニックＩ
Ｃを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上述の
目的を達成するため、次のように構成する。

【００１６】すなわち、第１に本発明は、送受信用フォ
トニックＩＣにおけるクロストーク抑制を図るために、
平面型発光素子および平面型受光素子を一方の素子のｎ
型層（ｎ型半導体層）と他方の素子のｐ型層（ｐ型半導
体層）が隣接するように、一方の素子上に他方の素子が
積層されている送受信フォトニックＩＣにおいて、前記
隣接している一方の素子のｎ型層と他方の素子のｐ型層
が前記ＩＣ内において電極パターンで接続され、前記電
極パターンは少なくとも交流的に接地されて用いられる
ことを特徴とする送受信フォトニックＩＣを提供する。

【００１７】本発明では、図１のように、発光素子１と
受光素子２を基板上に上下に積層する。発光素子と受光
素子の層構成の基本型はｐ−ｉ−ｎ（ｐ型層−真性半導
体層（または実質的に真性半導体と見なせる層）−ｎ型
層からなる層構成）のダイオード様のものであるが、本
発明では、発光素子、受光素子の層構成の順序を同一
（発光素子：ｐ−ｉ−ｎ、受光素子：ｐ−ｉ−ｎまたは
発光素子：ｎ−ｉ−ｐ、受光素子：ｎ−ｉ−ｐ）にす
る。このようにすると、発光素子のｎ層と受光素子のｐ
層が隣接するか、発光素子のｐ層と受光素子のｎ層が隣
接する形状になる。隣接しているｐ層とｎ層をフォトニ
ックＩＣ内の電極パターンで接続し、接続した電極は電
気的に接地して使用する。

【００１８】発光素子は通常、ダイオード構造に順バイ
アスになるような極性の電圧を印加し、受光素子は逆バ
イアスになるような極性で電圧を印加する。従って、上
述のように隣接するｐ型層とｎ型層を電極パターンで接
続し、接地して用いると、発光素子と受光素子にかける
電圧の正負が同じになる。その結果、素子を駆動するた
めの回路の電源電圧が正負いずれかの一方のみでよくな
り、電子回路構成が単純化できる。

【００１９】また、本発明のように、隣接する素子との
境界にある層を接地して用いることにより、接地された
層が電磁シールド面として作用する。従って、発光面、
受光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的な結合に
よる送信−受信間のクロストークが無くなり、素子の受
信感度が改善される。

【００２０】第２に、本発明はクロストーク抑制のため
に、第１の発明の構成において、前記ＩＣは絶縁基板上
または半絶縁基板上に形成されていることを特徴として
いる。

【００２１】上述のような集積化素子では、ボンディン
グ用の電極パッドは基板上に形成される（図４）。基板
がｎ型またはｐ型である場合、基板１４と電極パッド２
６間の絶縁を取るため、誘電体層２４が間に挟まれる。

【００２２】このような構成にすると、基板と電極パッ
ド間に寄生容量が生ずる。基板が接地面であれば、素子
のもともとの容量成分がやや増えるだけである。しかし
ながら、本発明では、接地されるのは発光素子と受光素
子の接する層１１、１２であり、基板ではない。

【００２３】従って、基板がｎ型またはｐ型である場
合、上に積まれた素子１の、下の素子と接していない方
の層９につけられた電極４の延長の電極パッド２６と基
板１４の間の容量は、図５の６５で示したような寄生容
量となる。

【００２４】これは、発光素子と受光素子間を結合する
容量であり、クロストークの原因となる。従って、本発
明の形態でこのような寄生容量を生じさせない方法とし
て、発光素子、受光素子を半絶縁基板上に形成する。

【００２５】その結果、上述のような原因で発生するク
ロストークをなくすことが可能となる。

【００２６】第３に本発明は、発光素子の発振動作の安
定化を図る技術であって、半導体基板上に平面型発光素
子を積層し、前記平面型発光素子上に前記平面型発光素
子の発振波長よりも長い吸収端波長を持つ平面型受光素
子を積層した送受信フォトニックＩＣにおいて、前記平
面型発光素子の活性層の上部のブラッグミラー層と、前
記ブラッグミラー層を経由して前記活性層に電流を流す
ための電極の間に、前記発振波長と前記平面型受光素子
の吸収端波長の中間の波長を吸収端波長とする吸収層を
設けた構成とすることを特徴とする送受信フォトニック
ＩＣを提供する。

【００２７】図１１のように発光素子上に受光素子を積
層した場合、発光素子の最上層４６はその上部に受光素
子２が積層されている領域と、電極４８が積層されてい
る領域、それ以外の領域（誘電体のパッシベーション膜
が積層されていることが多い）に分けられる。発光素子
がレーザ素子である場合、最上層には屈折率の異なる薄
い層を交互に何層も積層して構成したブラッグミラーな
どの反射鏡が備えられている。

【００２８】しかしながら、本発明で用いられているよ
うな平面発光型の半導体レーザ素子でブラッグミラーに
１００％の反射率を持たせるようにするためには、非常
に多くの層を積層しなければならない。これは事実上、
困難であり、１００％の反射率が確保できるようになる
まで、ミラー層を積層形成することは通常無い。従っ
て、レーザ光はミラー層で完全には反射されず、一部が
ミラー層の外に漏れ出す。

【００２９】図１１のような構造では、漏れ出した光は
発光素子と受光素子の境界面である界面５１に到達する
が、前述のように当該界面５１の一部は受光素子と接し
ており、一部は外部と接している。従って、界面５１で
は部分によって反射率が異なり、界面５１で反射して活
性領域に戻る光の割合が発光素子の面内で異なってい
る。このような状態では、レーザ素子として効率の良い
安定した発振は得られない。

【００３０】これを防ぐため、ブラッグミラー層と界面
５１との間に発光素子の発振波長の光を吸収する層を設
ける。その結果、ブラッグミラー層で反射されなかった
レーザ光は途中でこの吸収層により吸収されて界面５１
まで到達しなくなる。

【００３１】従って、界面５１で反射されて活性層に戻
る光は無く、界面５１からの反射光のばらつきでレーザ
素子の発振状態が影響を受けることはなくなる。

【００３２】第４に、本発明は、平面型発光素子および
平面型受光素子のうち、いずれか一方の素子に重ねて他
方の素子を積層してなる送受信フォトニックＩＣにおい
て、前記受光素子の電極を前記発光素子と隣接しない側
の端面における前記発光素子の出力光のパワー分布が、
そのピークの１／ｅ²（ｅは自然対数の底）以上の範囲
の領域を外して形成することを特徴とする。つまり、前
記受光素子の前記発光素子と隣接しない側の端面におけ
る前記発光素子の出力光のパワー分布のピークから前記
ピークの１／ｅ²（ｅは自然対数の底）のパワーになる
部分までの領域内に前記受光素子の金属電極が無いこと
を特徴とする。

【００３３】前記第３の発明においては、受光素子と発
光素子の界面の反射を抑えるようにするために、界面よ
り発光素子側に発光素子波長の吸収層を設けた。しか
し、“発光素子の波長”＞“受光素子の波長”である場
合、図１６（ａ）のように、結合させる光ファイバに近
い方に受光素子があり、発光素子からの光は受光素子を
経由して光ファイバに出力される。受光素子のバンドギ
ャップ波長が発光素子の波長より短ければ、受光素子に
は発光素子の波長に対する感度はなく、クロストークに
はならない。

【００３４】このような波長関係では、発光素子、受光
素子の順序を逆にすると、発光素子が受光素子の受光す
るべき光を吸収してしまい、受信が出来ない。従って、
第３の発明のように吸収層を挟むことが出来ない。

【００３５】発光素子がレーザである場合、発光素子の
出力側のブラッグミラーは出力光を取り出すために反射
率をやや低くしてある。本発明の例では、発光素子から
出力された光は受光素子を経由して素子外部に放射され
る。受光素子の発光素子に隣接しない端面６７は、通常
受光素子に電圧を印加するための金属電極６８がリング
状に積層されている。端面６７で反射した発光素子の出
力光は反射率が低めに設計されたブラッグミラーを経由
して発光素子の活性層に戻る。端面６７の発光素子から
の光が当たる部分に関して反射率が面内で均一で無い場
合、活性層に戻る光の割合が活性層の有効な領域内で不
均一になる。その結果、発光素子の出力が効率の悪い不
安定なものになる可能性がある。

【００３６】このような問題を回避するために、本発明
では、発光素子から出力された光が受光素子の端面６７
に当たる領域では、端面６７の反射率を均一にするため
に、その領域の外に金属電極を配置する。発光素子から
出力された光が当たる領域の定義は難しい問題である
が、一般に光ビームの径はそのピークパワーの１／ｅ²
になる部分の直径をもって表すことが多い。また、光ビ
ームの形状として一般に近似されるガウシアンビームで
はピークから１／ｅ²になる部分までに光パワーの大部
分（＞８６％）が含まれている。

【００３７】さらに、発光素子から出力された光は伝搬
するに従って広がっていく。従って、ビームの端の方の
光は端面６７に垂直からややずれた角度で反射されるた
め、図１６（ｂ）のように、反射光は発光素子の有効な
活性領域の外に戻ってくる。そのため、ビームの全領域
に関して端面６７の反射率が均一である必要はなく、端
の方であれば不均一な部分があっても良い。その目安と
して、上述の１／ｅ²になるまでの領域に着目した。

【００３８】第５には、本発明は、第４の発明の効果を
増すために、前記領域内がほぼ均一に無反射コートされ
ており、前記無反射コートの対応波長帯域は前記発光素
子の発光波長と前記受光素子の受光波長を含むようにす
ることを特徴としている。

【００３９】第４の発明のような形態をとっても、端面
６７からの発光素子の有効な活性領域への反射戻り光が
無くなるわけではない。レーザの発振安定化のために
は、反射戻り光は少ない方が良く、そのために、前述の
１／ｅ²になる領域内について、均一な無反射コートを
する。

【００４０】図１４のように電極６８内の領域に無反射
コート５７を施した場合、電極との境目の部分がやや乱
れたようにコーティングされる。従って、前述の１／ｅ
²になる領域にはそのような境目の部分が含まれていな
いことが望ましい。また、無反射コートの有効な波長領
域に、発光素子の発光波長と受光素子が受光する波長が
含まれていることが望ましい。

【００４１】第６には、本発明は、平面型発光素子上に
平面型受光素子を積層した送受信フォトニックＩＣであ
って、前記発光素子は実効的な活性領域が電流ブロック
などの構造によって限定されており、前記受光素子は前
記限定された実効的な活性領域の上部に形成され、前記
受光素子の受光層における有効な受光領域は、前記発光
素子の出力光が前記受光層に到達すると仮定した場合
に、前記出力光の前記受光層を含む平面に到達した全パ
ワーの９５％以上の範囲を占めるよう、位置および面積
を設定することを特徴とする。

【００４２】本発明のＩＣは通常、シングルモードファ
イバに結合して用いる。レーザ素子と光ファイバとを、
レンズを使用しないで光結合させる“バット結合”で
は、結合効率をあげるため、発光素子の出力ビーム径が
光ファイバのモードフイールド径に近い値になるように
設計する必要がある。図１７（ａ）のように、発光素子
上に受光素子が積層されている構造では、発光素子のビ
ーム径がファイバのモード径に近づくように素子サイ
ズ、電極サイズを設計すると、その上部に積層された受
光素子はファイバのモード径より小さいサイズとなり、
光ファイバから入射した光の一部しか受光できず、受光
効率が劣化する。受光効率を十分にとるためには、受光
径はファイバのモード径より大きくしたい。その場合、
発光素子の電極４８は発光素子領域の外側にあるため、
電極４８で決定される領域で発光素子のビーム径が定め
られるような構成では、発光素子のビーム径がファイバ
のモード径より大きくなってしまう。

【００４３】そのようなジレンマを避けるため、本発明
では、例えば図１７（ｂ）のように、発光素子内部に電
流狭窄層を設けて有効なビーム径をファイバのモード径
程度に限定する。発光素子の上部の最上部の金属電極に
接する層６０は、限定したビーム径より大きくし、金属
電極４８も同様に大きい直径で積層する。その上に十分
な受光径の受光素子を積層すれば良い。

【００４４】厳密には、受光素子は光ファイバから出力
された光を受光する。従って、本発明のように、その有
効受光径を発光素子のビームの広がりに対して規定する
のは一見筋違いのように見える。しかし実際には、発光
素子のビーム径も受光素子の有効受光径も、図１７
（ｃ）のように非常に近接した位置に配置された光ファ
イバのビーム径およびその広がりに対して定められる。
光ファイバは非常に近接しているおり、また、ＩＣの素
子領域の厚さは極めて薄い。従って、発光素子のビーム
径がファイバのモード径に近いのであれば、受光素子の
受光層における光ファイバからのビームの形状と、発光
素子のビームの形状はほぼ同一と見做せる。

【００４５】従って、第６の本発明は決して的外れなも
のではなく、技術的に極めて合理的なものである。

【００４６】なお、９５％なる値は、１００％から約
０．２ｄＢの損失を意味し、これは、光通信システムで
は、一般に、問題なく許容できる値であって、設計上の
目安となる境界値として、意味ある数値ある。

【００４７】第７には、本発明は、ｐｉｎ構造の発光素
子およびｐｉｎ構造の受光素子の一方を基板上に積層
し、前記一方の素子の最上層上あるいは最上層の延長上
に、他方の素子を、前記他方の素子の最下層の不純物型
が前記一方の素子の最上層の不純物型と異なるように積
層し、前記一方の素子の最上層あるいは最上層の延長
と、前記他方の素子の最下層あるいは最下層の延長を金
属電極パターンで接続し、前記電極パターンは少なくと
も交流的に接地されて用いることを特徴とする送受信フ
ォトニックＩＣを提供する。

【００４８】これは第１の発明の変形であり、平面型発
光素子・受光素子だけでなく、ストライプ型の発光素子
・受光素子にも対応するものである。図２２（ａ）のよ
うにストライプ型の発光素子・受光素子を光導波路で結
合するタイプのフォトニックＩＣにおいて、図２２
（ｂ）に示すＡ−Ａ´断面図のように、受光素子の層構
成上に発光素子を積層する。このとき、発光素子は受光
素子の有効領域上には無い。しかし、受光素子の最上層
１２は発光素子の下まで延びており、その上に発光素子
が積層されている。この発光素子の最下層１１と受光素
子の最上層１２が金属電極３で接続されている。このと
き、受光素子の最上層がｎ型ならば、発光素子の最下層
がｐ型になるように積層し、受光素子の最上層がｐ型な
らば、発光素子の最下層がｎ型になるように積層する。
金属電極３を接地して用いれば、発光素子と受光素子の
駆動電圧電源の極性を同じにすることが出来、また、素
子間の電磁結合によるクロストークを防ぐことが出来
る。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００５０】（第１の実施の形態）［送受信フォトニックＩＣの基本構造］この第１の実施
の形態では、ＩＣ構造を次のようにする。すなわち、平
面型発光素子（ＬＤ）および平面型受光素子（ＰＤ）
を、一方の素子のｎ型層と他方の素子のｐ型層が隣接す
るように、一方の素子上に他方の素子が積層された構成
の送受信フォトニックＩＣにおいて、前記隣接している
一方の素子のｎ型層と他方の素子のｐ型層が前記ＩＣ内
において電極パターンで接続され、この電極パターンは
少なくとも交流的に接地して用いる構成とすることを特
徴とする。

【００５１】ここに示す実施例では、例えば、図１
（ａ）に示すように、基板１４上に平面型の受光素子２
を形成し、この受光素子２上に平面型の発光素子１を積
層形成させた構成である。

【００５２】すなわち、図１（ａ）の構成は、ｎ型の半
導体基板１４上に真性半導体層１３を形成し、この真性
半導体層１３上にｐ型半導体層１２を形成する。この
“基板１４−真性半導体層１３−ｐ型半導体層１２”で
受光素子２を形成する。そして、このｐ型半導体層１２
上にｎ型半導体層１１を形成し、このｎ型半導体層１１
の上に真性半導体層１０を形成し、さらにこの真性半導
体層１１上にｐ型半導体層９を形成し、この“ｎ型半導
体層１１−真性半導体層１０−ｐ型半導体層９”で発光
素子１を形成する。発光素子１のｎ型半導体層１１の側
周とこれに隣接する受光素子２のｐ型半導体層１２の表
面にかけて電極パターン３を形成し、これを接地して発
光素子１と受光素子２の共通の接地電極とする。

【００５３】なお、上記及びこれ以降の“真性半導体
層”の範疇には、ほぼ真性と見なせる微量の不純物を含
んだ半導体層である場合も含むものとする。

【００５４】発光素子１及び受光素子２を例えば円形に
積層構成して形成したとすると、図１（ｂ）の如きとな
る。すなわち、図１（ｂ）において、ｎ型の半導体基板
１４上に円形に真性半導体層１３を形成し、この真性半
導体層１３上に円形にｐ型半導体層１２を形成する。こ
の“基板１４−真性半導体層１３−ｐ型半導体層１２”
で受光素子２を形成する。そして、この円形のｐ型半導
体層１２上にこのｐ型半導体層１２の径より幾分小径の
円形ｎ型半導体層１１を同心的に形成し、このｎ型半導
体層１１の上に当該ｎ型半導体層１１より幾分小径の円
形真性半導体層１０を同心的に形成し、さらにこの真性
半導体層１１上に円形のｐ型半導体層９を形成し、この
“ｎ型半導体層１１−真性半導体層１０−ｐ型半導体層
９”で発光素子１を形成する。発光素子１のｎ型半導体
層１１の側周とこれに隣接する受光素子２のｐ型半導体
層１２の表面にかけて電極パターン３を形成し、これを
接地して発光素子１と受光素子２の共通の接地電極とす
る。

【００５５】このように、本発明では、発光素子１と受
光素子２を基板１４上に上下に積層し、発光素子１と受
光素子２の接合境界位置を接地する構造である。

【００５６】そして、発光素子１と受光素子２の層構成
の基本型は、ｐ−ｉ−ｎ（ｐ型半導体層−真性半導体層
−ｎ型半導体層）構成のダイオード様のもので、本発明
では、発光素子１、受光素子２の層構成の順序を同一に
している点に特徴がある。

【００５７】すなわち、発光素子１を“ｐ型層−ｉ型層
−ｎ型層”、そして、受光素子２を“ｐ型層−ｉ型層−
ｎ型層”の層構成とするか、または発光素子１を“ｎ型
層−ｉ型層−ｐ型層”、そして、受光素子２を“ｎ型層
−ｉ型層−ｐ型層”の層構成とする。

【００５８】このようにすると、発光素子１のｎ型層と
受光素子２のｐ型層が隣接するか、発光素子１のｐ型層
と受光素子２のｎ型層が隣接する配置構造になる。隣接
しているｐ型層とｎ型層をフォトニックＩＣ内の電極パ
ターン３で接続し、接続した電極３は電気的に接地して
使用する。

【００５９】発光素子１は通常、ダイオード構造に順バ
イアスになるような極性の電圧を印加し、受光素子２は
逆バイアスになるような極性で電圧を印加する。従っ
て、上述のように隣接するｐ型層とｎ型層を電極パター
ン３で接続し、この電極パターン３を接地して用いるよ
うにすると、発光素子１と受光素子２にかける電圧の正
負が同じになる。その結果、素子を駆動するための回路
の電源電圧が正負いずれかの一方のみ、すなわち、直流
単一電源で良くなり、電子回路構成が単純化できる。

【００６０】また、本発明のように、隣接する素子との
境界にある層を接地して用いることにより、接地された
層（図１の構成ではｐ型半導体層１２とｎ型半導体層１
１）が電磁シールド面として作用する。従って、発光
面、受光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的な結
合による送信−受信間のクロストークが無くなり、素子
の受信感度が改善される。

【００６１】［変形例１］図２（ａ）は上述の基本構造
を持つフォトニックＩＣの変形例である。このフォトニ
ックＩＣはｎ型層（ｎ型半導体層）１４，ｉ型層（真性
半導体層）１３，ｐ型層（ｐ型半導体層）１２の順で積
層されて形成された受光素子２上に、下から順にやはり
ｎ型層１１，ｉ型層１０，ｐ型層９の順序で積層されて
形成された発光素子１が積層されている。

【００６２】さらに、受光素子２のｐ型層１２と発光素
子１のｎ型層１１に対し、電気的に接続するための金属
電極３が、これらｐ型層１２とｎ型層１１の露出面を利
用して当該露出面に形成されている。つまり、ｐ型層１
２上のｎ型層１１は、ｐ型層１２より狭い面積で形成し
てあり、ｎ型層１１上の真性半導体層１０はｎ型層１１
より狭い面積で形成することにより、ｐ型層１２とｎ型
層１１にそれぞれの露出面を確保し、この露出面を利用
して金属電極３が形成してある。この電極３はＩＣ使用
時には接地されて用いられるようにする。なお、４はｐ
型層９上に形成した発光素子用金属電極、５は基板１４
の背面側に形成した受光素子用金属電極である。

【００６３】半導体層に普通に金属電極をつけると、接
触部がダイオード特性を持ってしまう。これは、発光、
受光特性に多大な影響を及ぼすため、問題である。ダイ
オード特性を持たないようにするにはオーミックコンタ
クトをとる必要がある。

【００６４】オーミックコンタクトをとるための金属電
極の成分は、ｐ型層に電極を付ける場合と、ｎ型層に電
極を付ける場合では異なる。従って、ｎ型層とｐ型層の
電極は一度にはつけられない。

【００６５】そこで、図２（ｂ）に示すように、それぞ
れの層に別個の電極６，７をつけて、その一部が重なり
合うようにする。図２（ｂ）の例は、ｐ型層１２の露出
面に当該ｐ型層用の金属電極７を形成し、その次に、こ
の金属電極７の表面に一部が重なるようにして、ｎ型層
１１の露出面に金属電極６を形成する。この一部の重な
り部分が両電極６，７の電気的接続部分となる。

【００６６】あるいは、電極３の別の構造として、図２
（ｃ）の様に、それぞれの層１２，１１に別個の電極
６，７をつけ、その後に、さらに、もう１回別の電極８
を蒸着してそれら電極６，７を接続する。この場合、二
つの電極６，７を接続する電極８の形成位置は、図２
（ｃ）のように必ず素子領域上である必要はなく、ボン
ディング用のパッドあるいは、素子領域からボンディン
グパッドに至る途中の配線部に形成するようにしても良
い。

【００６７】また、現在はあまり用いられないが、オー
ミックコンタクトをとる手法にはｐ型層、ｎ型層によら
ない、半導体層の表面を粗すような方法もある。そのよ
うな方法を用いて図２（ａ）の様に一度で積層形成する
ようにしても良い。

【００６８】発光素子１の層１１と受光素子２の層１２
とを接続する電極パターンは、発光素子１及び受光素子
２が円形構造であるとすると、リング状のものとなり、
電極６と電極７は径の異なる分離された同心円配置のリ
ングとなるが、この電極６と７をつなぐ部分は図３
（ａ）のように、一カ所のみとする構造としても良い
が、電磁シールドとしての安定性をより重視しようとす
るならば、図３（ｂ）のように全面が連続しているよう
にするか、図３（ｃ）のように、複数箇所で接続されて
いるようにすると良い。なお、図３では図２（ｂ），
（ｃ）で示したような電極の接続法がとられているもの
とする。

【００６９】また、図２（ａ）は下から、ｎ型層，ｉ型
層，ｐ型層の順に積層されていたが、図２（ｄ）に示す
構造のよう、下からｐ型層２３，ｉ型層２２，ｎ型層２
１，ｐ型層２０，ｉ型層１９，ｎ型層１８の順に積層し
ても良い。

【００７０】このように、第１の実施の形態に示した発
明は、発光素子と受光素子はその層配列順序（ｎ型層、
ｉ型層、ｐ型層の順序）を互いに同じに形成し、発光素
子と受光素子は両者の境界に位置する層に電極を接続
し、この電極を接地して用いるようにしたものである。

【００７１】そして、このようにすることにより、発光
素子にかける電圧と、受光素子にかける電圧の極性が同
じになり、その結果、周辺回路が簡素化され、コスト低
減につながる。なお、ＩＣ内に積層される発光素子、受
光素子はいずれが基板側であっても良く、その上下関係
はどちらでも良い。ただし、発光波長、受光波長の長短
関係によって、どちらが光ファイバ側に来るかは異な
る。

【００７２】近年では、フリップチップ実装という、チ
ップの上面を下にして、サブマンウトに実装する方法が
あるため、チップ内部の上下関係はどのようであっても
良い。また、発光素子は、発光ダイオードであっても面
発光レーザ素子であっても良い。ただし、レーザ素子に
する場合は、共振器構造が必要である。

【００７３】レーザ素子の場合、そのために通常、活性
層の上下のｐ層、ｎ層内に屈折率の異なる層を交互に積
層したブラッグミラーを備える。そして、この上下のブ
ラッグミラーをレーザ共振器として使用する。

【００７４】本明細書では、特に表示、説明はしていな
いが、発光素子がレーザ素子である場合は、共振器を構
成するためのそのような要素は、当然含まれているもの
とする。

【００７５】ところで、発光素子１と受光素子２の各電
極３，４には、ＩＣの外部に配線を導くために、ワイヤ
をボンディングするが、図４（ａ）のように、そのボン
ディング用の電極パッド２５および２６は、基板１４上
に形成される。そのため、電極４からは発光素子と受光
素子の周側面を這わせて、また、電極３からは受光素子
の周側面を這わせて金属配線層２５ａ，２６ａを形成し
（いずれも図１の基本構成を例にした場合）、それぞれ
対応する基板１４上の電極パッド２５，２６に接続す
る。

【００７６】そして、本発明のフォトニックＩＣにおい
ては基板１４と電極パッド２５，２６間の絶縁、発光素
子及び受光素子に対する絶縁をとるために、誘電体層２
４が挟まれるように形成されている。そして、この誘電
体層２４が存在することにより、基板１４と電極パッド
２５，２６間には容量（キャパシタ）が形成される。

【００７７】しかし、本発明のように、積層される受光
素子、発光素子の素子境界位置の層について接地するよ
うにし、基板は接地しないで用いる構成とした場合で
は、等価的に回路構成を示すと図５の如きとなり、基板
がｎ型またはｐ型の場合は、電極２６と基板１４の間の
容量は図５の６５の如きとなる。そのため、クロストー
クの原因となる。また、図４（ｂ）に示すように、基板
１４側に受光素子２を積層する場合には、受光素子構造
をメサ型ではなく、拡散を用いて最上層を形成するよう
なプレーナ型にする場合もある。

【００７８】すなわち、基板１４上に真性半導体層２８
を形成し、この真性半導体層２８の一部に拡散によりｐ
型層２７を形成する。

【００７９】このような場合、電極２５，２６は真性半
導体層２８の面２９上に誘電体層２４を介して形成され
る。この場合も同様に、電極２６と基板１４との間に容
量が生じ、クロストークの原因となる。これは、第１の
実施の形態の基本構造を持ち、積層配置する素子間の境
界位置の層を接地する構造特有の課題である。

【００８０】つまり、通常の面型発光素子、受光素子単
体では同一素子内で２種類以上の信号を扱わないため、
寄生容量は素子の応答速度を多少劣化させても、クロス
トークの原因にはならない。また、本発明のように発光
素子、受光素子を縦型に集積化している構造（つまり、
積層配置構造）でも、基板を接地して用いれば問題には
ならない。従って、この問題は、基板を接地面として用
いない第１の実施態様の構成に特有のものである。

【００８１】この問題を解決するためには、次にように
対処すれば良い。すなわち、図６に示すように、前記基
板１４は半絶縁基板３１にする。そして、この半絶縁基
板３１上にｎ型半導体層３０を形成し、その上に真性半
導体層１３，ｐ型半導体層１２を積層形成し、このｎ型
半導体層３０、真性半導体層１３、ｐ型半導体層１２に
より受光素子２を形成し、さらにこのｐ型半導体層１２
の上に、ｎ型半導体層１１、真性半導体層１０、ｐ型半
導体層９の順でこれらを積層形成して発光素子１を構成
する。

【００８２】ここで、半絶縁基板とは、半導体基板を高
抵抗にしたものを指す。なお、半絶縁基板でなく全くの
絶縁基板上に素子を積層または接合できるなら、それで
も良い。

【００８３】図６の構成では、最上面のｐ型半導体層９
上に形成した電極４から発光素子１と受光素子２の周側
面を這わせて、金属配線層２６ａを形成し、また、接地
用の電極３からは受光素子２の周側面を這わせて図示し
ない金属配線層２５ａを形成し（いずれも図１の基本構
成を例にした場合）、半絶縁基板３１の表面に形成した
それぞれ対応の電極パッド２５，２６に接続する。金属
配線層２５ａ，２６ａは誘電体層２４を介して発光素子
１や受光素子２と絶縁する。

【００８４】また、受光素子２のｎ型半導体層３０には
受光素子２の対極側電極として当該ｎ型半導体層３０に
接して金属電極３２が形成され、この金属電極３２は半
絶縁基板３１上に形成されたボンディング用電極パッド
３３に接続されている。なお、３４は半絶縁基板３１の
非素子形成面側に形成された金属電極である。

【００８５】ここで、ボンディング用電極パッド２６，
２５，３３は半絶縁基板３１を介して金属電極３４と対
向配置されるために、金属電極３４を接地しない場合、
これらの間で寄生容量３５，３６を形成してしまう。こ
れを等価的に示すと図７の如くであり、これがクロスト
ークの原因になる。そのため、この寄生容量を３５，３
６を排除する必要がある。本発明では金属電極３４を接
地する構成とすることで寄生容量の問題を解決する。

【００８６】このようにすることによって、電極パッド
によって素子間に容量が生ずることを阻止できて、クロ
ストークの原因の一つをなくすことができる。層上につ
けられた電極からボンディング用電極パッドに至る途中
の配線３５が他の層（３０）上を横切り、その横切って
いる部分で容量が発生するが、途中の配線は通常細いた
め、発生する容量も小さく、問題はない。

【００８７】なお、接地用の電極３につながるボンディ
ング用電極パッドは、作図の都合上、図示していない
が、やはり、基板３１上に存在する。また、電極３とボ
ンディング用電極パッドとをつなぐ金属配線層も図面上
は省略してあるが、実際には存在する。

【００８８】以上は、基板を接地しない構成の場合に、
電極パッド部分で形成される心配のある容量成分を、排
除すべく、半絶縁基板を用い、この半絶縁基板上に受光
素子と発光素子を積層形成するようにしてクロストーク
のないフォトニックＩＣを得るようにした例を示した。

【００８９】しかし、半絶縁基板でなくｎ型やｐ型の基
板を使用してフォトニックＩＣを形成したい場合もあ
る。

【００９０】このような時は、グラウンド（接地）用で
も基板でもない電極パッド２６は、図８に示すように、
グラウンド電極３７を介してその上に形成することで実
現可能である。

【００９１】すなわち、基板１４上における電極パッド
２６の形成位置に、誘電体層２４ａを形成する。この誘
電体層２４ａは、さらに受光素子２の形成要素である層
１３，１２に至る区間に亘り、伸延させて形成して配置
し、この誘電体層２４ａの上に、金属配線層３７を形成
してグラウンド電極（接地電極）とする。この金属配線
層３７によるグラウンド電極は電極３の位置まで伸延さ
せて配置し、電極３の対応部分は当該電極３に接続し、
かつ接地してこの電極３とグラウンド電極とを接地電位
に保つ。

【００９２】そして、この金属配線層３７によるグラウ
ンド電極上に誘電体層２４を積層し、さらにこの誘電体
層２４は層１０を経て層９の側面上端に亘り形成する。
そして、この誘電体層２４上には電極パッド２６とこの
電極パッド２６位置から電極４に至る間をつなぐ金属配
線層２６ａを形成する。

【００９３】このようにすれば、金属配線層２６ａ及び
電極パッド２６により形成される容量はグラウンドに対
する容量であるので、クロストークの原因にはならな
い。

【００９４】また、フリップチップ実装の用途向けに
は、図９に示すように、基板１４上の素子周辺にグラウ
ンドに接続するボンディング用電極パッド２５ＰＡＤや
受光素子２の対極側の電極引き出し線となるボンディン
グ用電極パッド４０ＰＡＤが、それぞれ基板１４上に形
成してあるフリップチップ用の台４１上に形成され、そ
れぞれ所要の配線が金属配線層によりが施されている。

【００９５】そして、最上層の層９には発光素子１用の
対極側電極４が形成されており、この電極４につなげて
当該層９上にはボンディング用電極パッド３８ＰＡＤが
形成され、これらボンディング用電極パッド２５ＰＡ
Ｄ，３８ＰＡＤ，４０ＰＡＤは、高さがほぼ等しくなる
ように揃えてある。そして、これらのボンディング用電
極パッド２５ＰＡＤ，３８ＰＡＤ，４０ＰＡＤを用いて
半田等により、実装基板上に直付けする。

【００９６】この場合、電極パッド３８ＰＡＤが層９上
からはみ出さないようにしてやれば、これまでに問題に
なったような容量は形成されない。それは、途中の層１
１と１２がグラウンドになっており、容量は、そのグラ
ウンド層との間に形成されるからである。

【００９７】本発明のフォトニックＩＣでは、平面型発
光素子と平面型受光素子を積層配置する構造のものを主
体に説明してきた。このような平面型の光素子の積層構
造のフォトニックＩＣの場合、ＩＣ上の光素子に対向し
て光信号伝送用の光ファイバを結合させる。すなわち、
光ファイバの先端をＩＣの面に対向させ、光素子の光軸
と光ファイバの光軸とを合わせることで光結合させる。
フリップチップの場合は、光ファイバはＩＣの背面側と
対向させ、光結合させる。

【００９８】しかしながら、前述したように、光ファイ
バから見た発光素子、受光素子の配列順番はそれらの波
長関係で決まるため、構成によっては、フォトニックＩ
Ｃをフリップチップにして基板側で光ファイバと結合す
る構成には適さないものもある。

【００９９】すなわち、発光素子の波長＞受光素子の
波長の場合は、発光素子が受光素子の受光すべき波長
を吸収してしまうため、受光素子側にファイバが接続さ
れる必要がある。このとき、受光素子は発光素子の波長
に対して感度を持たず、透過するため、受光素子を介し
て発光素子と光ファイバ間の結合が可能である。

【０１００】一方、発光素子の波長＜受光素子の波長
の場合には、受光素子が発光素子の波長の光を吸収して
しまうため、光ファイバは発光素子側に来る必要があ
る。このとき、発光素子は受光素子の受光するべき波長
を透過するため、発光素子を介して受光素子と光ファイ
バ間の結合が可能である。

【０１０１】なお、この場合、発光素子からの漏れ光が
受光素子に入力されてクロストークとなるが、発光素子
と受光素子の間に発光素子の波長を吸収し、受光素子の
波長を透過する層を挟むことで解決する。

【０１０２】このように、光ファイバから見た発光素
子、受光素子の配列順番はそれらの波長関係で決まるた
め、構成によっては、フォトニックＩＣをフリップチッ
プにしてフォトニックＩＣ基板側で光ファイバと結合す
る構成、つまり、フォトニックＩＣの基板背面側で光フ
ァイバと結合する構成をとるには適さないものもある。

【０１０３】このような場合は、ＩＣ基板上の素子面側
から光ファイバと結合する必要があるが、それには例え
ば、図１０に示すように貫通孔４２ａを形成したサブマ
ウント４２を用意し、この貫通孔４２ａの位置に光素子
部分を位置させてサブマウント４２の片面に図の様にフ
リップチップ実装する。そして、サブマウント４２の他
方の面から当該貫通孔４２ａに光ファイバ４５の先端を
挿入して固定する。

【０１０４】このようにすれば、光素子面側でと光ファ
イバと光結合させる構造とすることができるようなる。

【０１０５】このように、チップの上面（ＩＣの上面
（素子形成面））から光ファイバ４５と結合する場合に
も対応できる。

【０１０６】さらに、これらのＩＣでは、電極パッド間
の空間を介した電磁結合によってクロストークが生じる
可能性がないとはいえない。そのようなクロストークを
軽減するため、発光素子、受光素子の接地電極以外の電
極パッドは素子領域を挟んで反対側に配置するなど、で
きるだけ遠ざけると良い。このとき、その間に接地電極
が来るように配置すると、電磁結合を少なくする効果が
高い。

【０１０７】以上、この第１の実施の形態では、平面型
発光素子と平面型受光素子を積層して基板上に形成した
フォトニックＩＣであって、平面型発光素子および平面
型受光素子は、一方の素子のｎ型層（ｎ型半導体層）と
他方の素子のｐ型層（ｐ型半導体層）が隣接するよう
に、一方の素子上に他方の素子が積層されている送受信
フォトニックＩＣにおいて、前記隣接している一方の素
子のｎ型層と他方の素子のｐ型層が前記ＩＣ内において
電極パターンで接続され、前記電極パターンは少なくと
も交流的に接地されて用いられるようにしたものであ
る。また、発光素子、受光素子を半絶縁基板上に形成す
るようにしたものである。

【０１０８】そして、本発明のように、隣接する素子と
の境界にある層を接地して用いることにより、接地され
た層が電磁シールド面として作用するので、発光面、受
光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的な結合によ
る送信−受信間のクロストークが無くなり、素子の受信
感度が改善されるようになるものである。また、基板が
ｎ型またはｐ型である場合、上に積まれた素子の、下の
素子と接していない方の層につけられた電極の延長の電
極パッドと基板の間の容量は、寄生容量となって、これ
は、発光素子と受光素子間を結合する容量であり、クロ
ストークの原因となる。しかし、このような寄生容量を
生じさせない方法として、発光素子、受光素子を半絶縁
基板上に形成するようにしたから、上述の寄生容量に起
因するクロストークをなくすことができるようになるも
のである。

【０１０９】以上、第１の実施の形態は、いずれも、フ
ォトニックＩＣにおいて電極パッドなどによる容量成分
形成によるクロストークの影響を抑制するための技術で
あった。

【０１１０】ところで、フォトニックＩＣでは、発光素
子としてレーザ素子を形成して用いることが多い。そし
て、平面型発光素子と平面型受光素子を積層配置する場
合に境界面での反射成分によるレーザ発振の不安定動作
が問題になることがある。従って、次にこのレーザ発振
の不安定動作回避技術について説明する。

【０１１１】（第２の実施の形態）［その１］ここで説明する発明は、発光素子の発振動作
の安定化を図る技術であって、半導体基板上に平面型発
光素子を積層し、前記平面型発光素子上に前記平面型発
光素子の発振波長よりも長い吸収端波長を持つ平面型受
光素子を積層した送受信フォトニックＩＣにおいて、前
記平面型発光素子の活性層の上部のブラッグミラー層
と、前記ブラッグミラー層を経由して前記活性層に電流
を流すための電極の間に、前記発振波長と前記平面型受
光素子の吸収端波長の中間の波長を吸収端波長とする吸
収層を設けた構成とすることを特徴とするものであり、
以下、詳細を説明する。この例においては発光素子とし
てレーザ素子を想定し、レーザ素子の場合に使用するブ
ラッグミラー層をレーザ素子の発振レーザ光が透過して
受光素子との境界面で反射し、これがレーザ素子に戻っ
てくることによる影響を抑制できるようにしたフォトニ
ックＩＣを説明する。

【０１１２】図１２のように、基板上に発光素子１を積
層形成し、その上に受光素子２を積層形成する構造のフ
ォトニックＩＣにおいては、発光素子１、受光素子２間
の界面構成が光学的に不均一である。

【０１１３】すなわち、図１１のように平面型発光素子
１上に平面型受光素子２を積層した構造の場合、発光素
子１の最上層４６はその上部に受光素子２が積層されて
いる領域と、電極４８が積層されている領域、それ以外
の領域（誘電体のパッシベーション膜が積層されている
ことが多い）に分けられる。

【０１１４】発光素子１がレーザ素子である場合、最上
層には屈折率の異なる薄い層を交互に何層も積層して構
成したブラッグミラーなどの反射鏡（ミラー層）が備え
られている。

【０１１５】しかしながら、本発明で用いられているよ
うな平面発光型の半導体レーザ素子でブラッグミラーに
１００％の反射率を持たせるようにするためには、非常
に多くの層を積層しなければならない。これは事実上、
困難であり、１００％の反射率が確保できるようになる
まで、ミラー層を積層形成することは通常無い。

【０１１６】従って、レーザ光はミラー層で完全には反
射されず、一部がミラー層を透過してミラー層の外に漏
れ出す。

【０１１７】基板側に発光素子１を形成し、その上に受
光素子２を積層形成する図１１のような平面型素子構造
においては、当然のことながら発光素子１の占める面積
の方が、受光素子２の占める面積よりも大きい。そのた
め、発光素子１と受光素子２の境界面である界面５１
は、一部は受光素子２と接しているが、また、一部は外
部と接している。

【０１１８】それ故、当該界面５１では部分によって反
射率が異なることになり、発光素子１から発光されて漏
れ出した光は、当該界面５１に到達すると、それぞれ位
置により異なる反射率で反射される際、レーザ素子にお
けるレーザ光発振に関係する活性領域に戻る光の割合が
発光素子１の面内で異なってくる。このような状態で
は、レーザ素子として効率の良い安定した発振は得られ
ない。

【０１１９】このように発光素子、受光素子間の界面構
成が不均一であるため、界面５１での不均一な反射が生
じ、これが発光素子、特にそれが面発光レーザ素子の場
合に、その動作特性を劣化させる可能性があった。

【０１２０】そこで、図１２に示すように、本発明で
は、面発光レーザ素子（平面型レーザ素子）に不均一な
反射光が戻らないように、発光素子１であるレーザ素子
の形成領域には界面５１に達するまでの部分に、レーザ
素子の発振波長を吸収するための光吸収層５０を設ける
ようにする。

【０１２１】すなわち、図１２において、基板となるｎ
型半導体層４７上に、ブラッグミラー５３を形成する。
そして、その上に真性半導体層１０を積層し、さらにそ
の上にｐ型半導体層４６を形成する。ｐ型半導体層４６
は前記真性半導体層１０側にブラッグミラー５２を形成
し、このブラッグミラー５２の上に光吸収層５０を形成
してこれらを含め、ｐ型半導体層４６としてある。そし
て、これらでレーザ素子型の発光素子１を構成する。

【０１２２】ｐ型半導体層４６の上面が界面５１であ
る。この界面５１上には、ｎ型半導体層５８を形成し、
その上に真性半導体層１３を形成し、さらにその上にｐ
型半導体層１２を形成してこれらで受光素子２を構成す
る。

【０１２３】４８は界面５１上の金属電極、４９はｎ型
半導体層４９上の金属電極、４はｐ型半導体層１２上の
金属電極である。

【０１２４】この場合、レーザ光は基板方向に出力され
る。従って、光伝送路となる光ファイバ４５は基板背面
側に設けられる。また、受光素子２の受光波長が発光素
子１の活性層で吸収されないようにするためには、受光
素子２の受光波長は発光素子１の発光波長より長い必要
がある。

【０１２５】光吸収層５０の吸収端の波長は受光素子２
の受光波長と、発光素子１の発光波長の間の波長にして
おけば、発光素子１の出力光は吸収されるが、受光素子
２への入力光は透過されるように構成できる。このよう
に、発光素子のレーザ発振動作を安定化させるために、
光吸収層５０をレーザの反射ミラーであるブラッグミラ
ー５２と界面５１の間に設けた。

【０１２６】そして、このように構成することによっ
て、界面５１での不均一な反射が無くなり、レーザの発
振状態や、ビームプロファイルが安定する。

【０１２７】［その２］上記その１は、発光素子１側に
光ファイバを結合させ、この発光素子１側から光を取り
出す例であるが、受発光の波長関係によってはこれとは
逆に、受光素子２側に光ファイバ４５が結合される場合
がある。その例を、次に図１３を用いて説明する。

【０１２８】この場合、受光素子２側に光ファイバを結
合させるので、受光素子２の後方に発光素子１が位置す
ることになり、その発光素子１からのレーザ光を光ファ
イバに導く必要があることから、途中に光吸収層を挟む
ことは出来ない。

【０１２９】従って、このような場合は、発光素子１か
ら出力されるビームが受光素子２の反対側の端面５６に
あたる部分、すなわち、受光素子２の光入射面部分での
反射率が、面内で、できるだけ一様になるようにすると
良い。この光入射面は、発光素子１の光出射面でもあ
り、発光素子１にとって光の反射の影響を受ける界面で
あるためである。

【０１３０】図１３（ａ）において、１４はｎ型半導体
による基板、１３はこの基板１４上の真性半導体層、１
２はこの真性半導体層１３上のｎ型半導体層であり、こ
れらで受光素子２を形成している。また、１１はこのｎ
型半導体層１２上のｐ型半導体層、１０はこのｐ型半導
体層１１上の真性半導体層、９はこの真性半導体層１０
上のｎ型半導体層である。これら１１，１０，９により
発光素子１を形成している。

【０１３１】また、４９は発光素子１のｎ型半導体層１
１に形成された金属電極、４８は受光素子２のｐ型半導
体層１２に形成した金属電極で、これら金属電極４９，
４８は、いずれも接地されて使用される。４は発光素子
１のｐ型半導体層９上に形成された金属電極で、発光素
子１の対極側の電極である。５５は受光素子２の対極側
の電極であり、基板１４に於ける素子積層形成側でない
方の面に形成される。

【０１３２】電極５５は、素子１，２の光路の主たる領
域を遮ることのない領域に配されることにより、当該光
路を開口させてある。そして、この開口部分には無反射
コートを施してある（ＡＲコート層５７の形成）。

【０１３３】本実施例では、受光素子２の光入射面部分
での反射率が、面内で、できるだけ一様になるようにす
るために、受光素子２の光入射側端面５６は平坦にし、
この光入射側端面５６につける電極５５は、素子１，２
の光路の主たる領域を外して形成してある。特に、注意
すべきは、少なくとも発光素子１からの出力レーザ光の
ビームの主要な部分があたる領域は外し、その外側領域
に形成するという点である。

【０１３４】発光素子１の発生するレーザ光のビーム径
は数学的には無限遠まで広がっており、全部を含む領域
は規定できない。

【０１３５】また、ビームは発光素子１から出力される
と、径が広がっていく。従って、端面５６で反射してレ
ーザ素子（発光素子１）の活性層に戻る光が当たる領域
は有限である。その領域は、端面５６から発光素子１ま
での距離および、その中を構成する物質の屈折率による
ので、一概には決定できない。また、ビームの端の方は
パワーが小さく、反射光が戻ったとしても、発振状態に
与える影響は小さい。

【０１３６】そこで、図１３（ｂ）のように、発光素子
１から出力されたビームの、端面５６の部分における強
度分布のうち、そのピークパワーのレベルが１／ｅ²以
上になる部分は開口されて光路確保されるように、電極
５５の形成領域を設定する。ただし、ｅは自然対数の底
である。

【０１３７】光ビームの一般的に近似される分布形状に
“ガウシアンビーム”があるが、このガウシアンビーム
では、強度分布が１から１／ｅ²の領域で約８６％のパ
ワーが含まれている。また、ビームが広がつて進むこと
を考慮すればこの程度の部分が一様になっていれば、十
分であると考えられる。

【０１３８】また、レーザ素子を形成する場合、ブラッ
グミラーを積層形成してレーザ共振器を形成するが、そ
のレーザ共振器内にはできるだけ反射光は戻らない方が
望ましい。

【０１３９】そこで、前述の１／ｅ²になる領域内に
は、無反射コートを施すようにした（ＡＲコート層５
７）。無反射コートの対応波長はレーザの発振波長だけ
でなく、受光素子２の受信波長にも対応していると、受
信感度の劣化を防ぐことが出来る。また、無反射コート
は前述の１／ｅ²以上の領域内で一様であるのが望まし
い。通常、電極５５のついている面に無反射コートを施
すと図１４のように、電極５５の端縁部周辺にＡＲコー
ト層５７の縁端が乗り上げる形で重なり、その部分が凹
凸７２となる。

【０１４０】そして、そのような凹凸７２のある部分で
は無反射コートは十分に作用しない。従って、電極５５
は前述の強度分布１／ｅ²になる領域のすぐ外側ではな
く、少し離れた位置外側に形成するようにし、無反射コ
ートに凹凸が出来る部分が分布強度１〜１／ｅ²の領域
内に入らないようにすると良い。

【０１４１】あるいは、図１５に示すように、受光素子
２の電極５５がレーザ素子の出射光の全く当たらない部
分につけるようにても良い。どちらに電極を付けるか
は、実装形態によっても異なる。図１５の例はフリップ
チップ実装が適切である。

【０１４２】さらに、レーザ共振器内に戻る光が、出来
るだけ均一であるようにするためには、受光素子２の端
面５６のみでなく、受光素子２内部も発光素子１の出力
光が通過する部分は、できるだけ面方向に均一であるこ
とが望ましい。

【０１４３】このように、上記その２に示した実施例
は、平面型発光素子および平面型受光素子の一方の素子
上に他方の素子を積層している送受信フォトニックＩＣ
であって、受光素子上に発光素子を形成し、受光素子側
に光ファイバを結合させる構成のフォトニックＩＣにお
いて、前記受光素子の前記発光素子と隣接しない側の端
面における前記発光素子の出力光のパワー分布のピーク
から前記ピークの１／ｅ²のパワーになる部分までの領
域を外した領域に前記受光素子の金属電極を形成するこ
とを特徴とするものであり、このような領域に受光素子
側における対極側用の金属電極を配置することにより、
レーザ光の受光素子側での反射率の不均一性が生じない
ようにして、発光素子であるレーザ素子の動作特性の劣
化を防止できるようにしたものである。

【０１４４】前記その１においては、受光素子と発光素
子の界面の反射を抑えるようにするために、界面より発
光素子側に発光素子波長の吸収層を設けた。しかし、
“発光素子の波長”＞“受光素子の波長”である場合、
図１６（ａ）のように、結合させる光ファイバに近い方
に受光素子があり、発光素子からの光は受光素子を経由
して光ファイバに出力される。受光素子のバンドギャッ
プ波長が発光素子の波長より短ければ、受光素子には発
光素子の波長に対する感度はなく、クロストークにはな
らない。

【０１４５】このような波長関係では、発光素子、受光
素子の順序を逆にすると、発光素子が受光素子の受光す
るべき光を吸収してしまい、受信が出来ない。従って、
光吸収層を設けることが出来ない。

【０１４６】発光素子がレーザである場合、発光素子の
出力側のブラッグミラーは出力光を取り出すために反射
率をやや低くしてあり、受光素子側に光ファイバを結合
させる行成の場合、発光素子から出力された光は受光素
子を経由して素子外部に放射されることになる。受光素
子２の発光素子１に隣接しない端面６７は、通常受光素
子に電圧を印加するための金属電極６８がリング状に積
層されている。端面６７で反射した発光素子の出力光は
反射率が低めに設計されたブラッグミラーを経由して発
光素子の活性層に戻る。端面６７の発光素子からの光が
当たる部分に関して反射率が面内で均一で無い場合、活
性層に戻る光の割合が活性層の有効な領域内で不均一に
なる。その結果、発光素子の出力が効率の悪い不安定な
ものになる可能性がある。

【０１４７】このような問題を回避するために、その２
の本発明では、発光素子から出力された光が受光素子の
端面６７に当たる領域では、端面６７の反射率を均一に
すべく、その領域の外に金属電極を配置した。発光素子
から出力された光が当たる領域の定義は難しい問題であ
るが、一般に光ビームの径はそのピークパワーの１／ｅ
²になる部分の直径を以て表すことが多い。また、光ビ
ームの形状として一般に近似されるガウシアンビームで
はピークから１／ｅ²になる部分までに光パワーの大部
分（＞８６％）が含まれている。

【０１４８】さらに、発光素子から出力された光は伝搬
するに従って広がっていく。従って、ビームの端の方の
光は端面６７に垂直からややずれた角度で反射されるた
め、図１６（ｂ）のように、反射光は発光素子の有効な
活性領域の外に戻ってくる。そのため、ビームの全領域
に関して端面６７の反射率が均一である必要はなく、端
の方であれば不均一な部分があっても良い。上述の１／
ｅ²になるまでの領域はその目安であり、これ以下の分
布強度領域は反射率不均一となっても支障がない。それ
故、受光素子の対極側の金属電極形成位置を、発光素子
の出射レーザ光の強度分布が、１／ｅ²以下の領域にす
ることで、レーザ光の受光素子側での反射率の不均一性
が生じないようにして、発光素子であるレーザ素子の動
作特性の劣化を防止できるようになるものである。

【０１４９】次にフォトニックＩＣを、レンズを用いて
光を結像させないシングルモードファイバに結合して用
いる場合の例をその３として説明する。

【０１５０】［その３］フォトニックＩＣを、レンズを
用いて光を結像させないシングルモードファイバに結合
して用いる場合の例について説明する。

【０１５１】光ファイバとしてシングルモードファイバ
を用いる場合、レンズを使用しないバット結合を適用し
たときは、フォトニックＩＣとの結合効率をあげるた
め、フォトニックＩＣの構成要素である発光素子の出力
ビーム径が、光ファイバのモードフィールド径に近い値
になるように設計する必要がある。

【０１５２】図１７（ａ）はｎ型半導体による基板６２
上に、ｉ型半導体領域６１を形成し、その上にｐ型半導
体領域６０を形成して発光素子１とすると共に、その上
面にｎ型半導体層５８を形成し、その上に真性半導体層
１３、さらにその上にｐ型半導体層１２を形成してこれ
ら上面の３層により受光素子２を形成した平面型素子の
積層構造型フォトニックＩＣである。なお、４８は金属
電極、４５は光ファイバである。

【０１５３】そして、この図１７（ａ）のように、発光
素子１上に受光素子２が積層されている構造では、発光
素子１のビーム径が光ファイバ４５のモード径に近づく
ように素子サイズ、電極サイズを設計すると、その上部
に積層された受光素子２は光ファイバ４５のモード径よ
り小さいサイズとなり、光ファイバ４５から入射した光
の一部しか受光できず、受光効率が劣化する。

【０１５４】受光効率を十分に確保するためには、受光
径は光ファイバ４５のモード径より大きくしたいところ
である。その場合、発光素子１の電極４８は発光素子領
域の外側にあるため、電極４８で決定される領域で発光
素子１のビーム径が定められるような構成では、発光素
子１のビーム径が光ファイバ４８のモード径より大きく
なってしまう。

【０１５５】そこで、ここでは、発光素子１と光ファイ
バ４５との間、及び受光素子２と光ファイバ４５との
間、いずれにおいても最高の効率で光信号の授受を可能
にする技術を確立することを目的とする。

【０１５６】前述のように、面発光型の発光素子１上に
受光素子２を積層すると、発光素子１の径と受光素子２
の径の両方について、シングルモードファイバとの結合
条件を満たすようには出来ない。

【０１５７】そこで本発明では、図１７（ｂ）に示すよ
うに、発光素子１に電流狭窄層６９などを設けて、当該
発光素子１の活性領域の有効径Ｄを限定する。ここで、
発光素子１の最上層６０（その上に電極４８が付き、受
光素子２が積層される層）は、前述の有効径Ｄよりも大
きくする。

【０１５８】このようにすることによって、発光素子１
上に積層する受光素子２の径の大きさを確保することが
可能となる。受光効率を考慮して、受光素子２の径は前
述の活性領域の有効径Ｄと同等以上の大きさを持つよう
にする。

【０１５９】ここで発光素子１の活性領域の限定は、例
えば、図１８（ａ）に示すように最上層のｐ型半導体層
６０と活性層（真性半導体層６１）の間に制限された通
電領域を確保するために、電流ブロック６３を設ければ
良い。なお、電流ブロックとは、電流を通さない部分で
ある。

【０１６０】このように、電流ブロック６３を有する層
をｐ型半導体層６０と真性半導体層６１との間に設けれ
ば良い。このとき、電流を通す部分６４は最上層である
ｐ型半導体層６０と同じｐ型になっている。

【０１６１】発光素子１がレーザ素子である場合に、レ
ーザ素子を形成するためには、光共振器が必要であり、
この光共振器としてブラッグミラーが必要である。本発
明の場合、このブラッグミラーは上記６０，６４のどち
らにあっても良い。また、電流ブロック６３は、図１８
（ｂ）に示すように活性層６１の中にあっても良いし、
また、活性層下のｎ型層の中にあっても良い。

【０１６２】電流ブロック層を形成するには、通常、層
内の電流を通す部分と電流をブロックする部分とをエッ
チングを用いて作り分ける。あるいは、電流を通す材料
を一様に積層した後、電流を流さない部分を不純物の拡
散などの手段によって半絶縁化して電流ブロックを形成
するようにしても良い。なお、図１８では４８以外の金
属電極は図示していないが、実際には存在する。

【０１６３】素子によっては、受光素子２に入力される
光は発光素子１を通過してくる。発光素子２のビーム径
が光ファイバ４５のモード径とほぼ等しく、光ファイバ
４５と素子１または２の間はバット結合されるのであれ
ば、光ファイバ４５から受光素子２に入力されるビーム
のほとんどは、発光素子１の有効な活性領域を通過して
くる。

【０１６４】しかし、素子の使用法によっては、たとえ
発光素子１から光ファイバ４５への結合効率を劣化させ
ても、光ファイバ４５を素子に近接した位置には置かな
いようにすることも有り得る。

【０１６５】このような利用ケースにも対処できるよう
に、光ファイバ４５から出力されたビームの広がりを考
慮して、電流ブロック６３は受光素子２の受光波長に対
して透明（つまり、透過性）であることが望ましい。

【０１６６】また、上述の例は電流狭窄層を用いて発光
素子１のビーム径を制限し、かつ、受光素子２の径を十
分に確保する方法であったが、電流狭窄層を用いずに発
光素子１のビーム径を制限し、かつ、受光素子２の径を
十分にとる方法もある。それは、図１９に示す如き方法
であり、発光素子１の基板（ｎ型半導体層）６２の素子
積層形成側でない面に、対極側の金属電極６４を形成す
るにあたり、当該金属電極６４の開口部分の径は比較的
小さくし、発光素子１上の受光素子２は、当該開口部分
より十分に大きいに形成するものである。

【０１６７】もちろん、基板６２はｎ型でも良く、要は
ｎ型またはｐ型の基板を用い、かつ、光を基板側から入
出力する。受光素子２を積層する側には内径の大きな電
極４８を付けて、十分な径の受光素子２を積層し、発光
素子１の基板６４側につける電極６４で、大きな発振プ
ロファイルの一部を切り出し、出力ビーム径を決定する
ようにすることにある。

【０１６８】しかし、この構成の場合、発光素子１は電
極６４の陰で、出力ビームとして取り出されない部分で
も発光している。そして、これらの光は最終的には素子
内部で熱に変換される。そのため、素子実装時に放熱に
十分注意する必要がある。

【０１６９】この素子は、熱効率は悪いが、製作が簡単
で、低コストで製作可能である。なお、光を受光素子２
側から入出力する場合には、図２０のように、発光素子
１の出力光が、受光素子２の対極側電極４を、当該電極
４によって遮られない位置に設けるようにすることが望
ましい。

【０１７０】以上の実施の形態は、波長多重双方向伝送
用の光ＩＣであるが、送受信同一波長のピンポン伝送用
のフォトニックＩＣにも本発明は適用できる。この例を
説明する。

【０１７１】［その4］ピンポン伝送用のフォトニック
ＩＣについて説明する。このＩＣは図２１に示すよう
に、平面型の発光素子１、受光素子２を積層形成する
が、受光素子２は、通常の受光素子ではなく、電界吸収
型変調器と同様の作用を持つようにする。

【０１７２】電界吸収型変調器は素子に電界（電圧）を
かけると光を吸収し（受光素子となり）、電界をかけな
いと光を透過する。図２１のように、光ファイバ４５に
近い方に受光素子２が来るよう、実装する。

【０１７３】受信時は受光素子２に十分なバイアス電圧
を与えて光を吸収させる。送信するときは受光素子２の
バイアス電圧を小さくして光を吸収しないようにし、発
光素子１の出力光が受光素子２を透過して光ファイバ４
５に届くようにする。

【０１７４】ピンポン伝送用の送受信光ＩＣでは、送信
・受信は同時に行わないので、第１の実施の形態で説明
した技術を適用しても、層５８および層６０の電磁シー
ルドとしての機能は意味がない。

【０１７５】しかし、層５８と６０を金属電極３で結合
して接地して用いることにより、発光素子１、受光素子
２の印加電圧の極性が同一になり、周辺回路が簡単にな
る利点がある。

【０１７６】また、ピンポン伝送用の場合でも、図１７
（ｂ）に示した例のように、発光素子内にビーム径制限
のための電流狭窄層を設け、受光素子２に十分な受光径
を与えて、発光素子・受光素子双方の光ファイバとの結
合効率を向上させると良い。

【０１７７】以上、第２の実施の形態に示した発明は、
平面型の発光素子及び受光素子を縦方向に積層配置した
フォトニックＩＣにおいて、発光素子の動作安定を図る
技術であり、また、発光素子と受光素子の光ファイバに
対する結合効率を改善する技術であった。そして、第１
及び第２の実施の形態の技術は、いずれも平面型の発光
素子と受光素子を縦方向に積層配置したものであった
が、本発明の技術は発光素子１と受光素子２がストライ
プ型のフォトニックＩＣにも適用できる。

【０１７８】その例を第３の実施の形態として説明す
る。

【０１７９】（第３の実施の形態）第３の実施の形態に
おいて説明する発明は、ｐｉｎ構造（ｐ型半導体層−真
性半導体層−ｎ型半導体層からなる層構造）の発光素子
およびｐｉｎ構造の受光素子のうち、一方を基板上に積
層し、当該一方の素子の最上層上あるいは最上層の延長
上に、他方の素子を、そして、当該他方の素子の最下層
の不純物型が前記一方の素子の最上層の不純物型と異な
るように積層し、前記一方の素子の最上層あるいは最上
層の延長と、前記他方の素子の最下層あるいは最下層の
延長を金属電極パターンで接続し、前記電極パターンは
少なくとも交流的に接地されて用いるようにすることを
特徴とするものである。

【０１８０】これは第１の実施の形態の変形であり、平
面型発光素子・受光素子を有するフォトニックＩＣだけ
でなく、ストライプ型の発光素子・受光素子を持つフォ
トニックＩＣにも適用できることを示すものである。

【０１８１】図面を参照して説明する。図２２（ａ）
は、ストライプ型の発光素子１・受光素子２を導波路型
ＷＤＭカップラ７０などを介して結合している素子の例
であり、平面図を示すもので、図２２（ｂ）はそのＡ‐
Ａ断面図である。

【０１８２】９０はフォトニックＩＣ本体であり、この
フォトニックＩＣ本体９０としては、基板９１上に発光
素子１と受光素子２を並列的に配置形成している。ま
た、発光素子１及び受光素子２からフォトニックＩＣ本
体９０の光信号入出力端９０ａとの間には、光信号を導
くための光導波路７０が形成されている。発光素子１と
受光素子２は並置配置されているので、光導波路７０の
当該素子側端部は二股に分岐させてあり、発光素子１か
らの光は入出力端９０ａに導き、入出力端９０ａからの
光は受光素子２に導くことができるようにしてある。光
信号の伝送路である光ファイバ４５はその先端を前記入
出力端９０ａに近接対向して配置される。

【０１８３】すなわち、発光素子１および受光素子２に
結合される導波路７０は、波長多重カップラになってお
り、光ファイバ４５から入力された光を受光素子２に結
合し、発光素子１から出力された光を光ファイバ４５に
結合する。

【０１８４】図２２（ｂ）に示すように、受光素子２は
ｎ型半導体による基板１４上に真性半導体層１３ｉと半
絶縁領域７１からなる層が積層され、さらにその上にｐ
型半導体層１２ｐが積層された構成である。

【０１８５】ｐ型半導体層１２ｐ上にはさらにｎ型半導
体層１１ｉ、真性半導体層１１ｉ、ｐ型半導体層９ｐが
順に積層され、これら１２ｐ，１１ｉ，９ｐで発光素子
１を構成している。４はｐ型半導体層９ｐ上の電極、３
はｎ型半導体層３に形成された接地用の電極である。

【０１８６】図２２の構成の場合、受光素子２の最上層
にあるｐ型半導体層１２ｐ上に発光素子１が積層されて
いるが、素子の有効領域は重なっていない。すなわち、
受光素子２の真性半導体層１３ｉは、発光素子１の形成
位置から完全にずれた位置に形成し、発光素子として機
能させる領域を残して他を半絶縁領域７１とすること
で、発光素子１と受光素子２は互いが重ならないよう
に、配置してある。

【０１８７】この例でも、第１の実施の形態で説明した
例と同様に、発光素子１と受光素子２が接する層１１ｎ
および１２ｐを金属電極３で接続し、この電極３を接地
して使用する。

【０１８８】発光素子１および受光素子２に結合される
導波路７０は、波長多重カップラになっており、光ファ
イバ４５から入力された光を受光素子２に結合し、発光
素子１から出力された光を光ファイバ４５に結合する。

【０１８９】図２３はストライプ型の発光素子１とスト
ライプ型の受光素子２を上下に積み重ねて２層構造に配
置したフォトニックＩＣの例であって、図２３（ａ）は
平面図を、そして、図２３（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図を
示す。７０ａ，７０ｂは光導波路である。

【０１９０】このように、ストライプ型の発光素子、受
光素子を上下に積み重ねても良い。発光素子１、受光素
子２の境界の層を金属電極で接続し、接地して用いるの
は図２２（ａ）の場合と同様である。光導波路７０ａ，
７０ｂは波長多重カップラ賭して機能するものであり、
導波路７０ａと７０Ｂを縦に積層し、導波路間結合量の
波長依存性を利用して製作されている。

【０１９１】図２２の例では、波長多重カップラを使用
して、双方向波長多重伝送に対応しているが、波長多重
カップラのかわりに、パワースプリッタを使用して、同
一波長ピンポン伝送に対応するようにしても良い。

【０１９２】このように、スリット型のフォトニックＩ
Ｃにおいても、発光素子１と受光素子２は、一方の素子
のｎ型層と他方の素子のｐ型層が隣接するように、一方
の素子上に他方の素子が積層させて構成し、前記隣接し
ている一方の素子のｎ型層と他方の素子のｐ型層を電極
パターンで接続すると共に、この電極パターンは少なく
とも交流的に接地して用いる構成とした。

【０１９３】そして、これにより、発光素子１のｎ型層
と受光素子２のｐ型層が隣接するか、発光素子１のｐ型
層と受光素子２のｎ型層が隣接する配置構造になり、当
該隣接しているｐ型層とｎ型層をフォトニックＩＣ内の
電極パターン３で接続し、接続した電極３は電気的に接
地して使用するので、平面型の発光素子と受光素子とを
重ね合わせて配置する第１の実施の形態同様、電源の簡
素化と、クロストークの抑制を図ることができる。

【０１９４】すなわち、発光素子１は通常、ダイオード
構造に順バイアスになるような極性の電圧を印加し、受
光素子２は逆バイアスになるような極性で電圧を印加す
る。従って、上述のように隣接するｐ型層とｎ型層を電
極パターン３で接続し、この電極パターン３を接地して
用いるようにすると、発光素子１と受光素子２にかける
電圧の正負が同じになる。その結果、素子を駆動するた
めの回路の電源電圧が正負いずれかの一方のみ、すなわ
ち、直流単一電源で良くなり、電子回路構成が単純化で
きる。

【０１９５】また、本発明のように、隣接する素子との
境界にある層を接地して用いることにより、接地された
層（図２２の構成ではｐ型半導体層１２ｐとｎ型半導体
層１１ｎ）が電磁シールド面として作用する。従って、
発光面、受光面を通した発光素子−受光素子間の電磁的
な結合による送信−受信間のクロストークが無くなり、
素子の受信感度が改善される。

【０１９６】以上の例では、比較的単純な素子構成を例
にとって、発明に直接関連する部分のみを示した。実際
の素子では、性能向上のため様々な工夫がなされるが、
本発明はそのような工夫がなされた素子についても適用
可能である。また、実施の形態で説明した各例は、便宜
上、上下、あるいは縦横、左右の方向性を特定して説明
しているが、これはあくまでも便宜的なものであり、方
向の基準の置き方に応じて、説明上、相対的に決まるも
ので制限されるものではない。

【０１９７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
面型送受信フォトニックＩＣの受光素子−発光素子間の
界面の層を接地する構成としたので、これにより、送受
信間の電気的クロストークを軽減し、受信感度向上を図
ることができるようになり、また、発光素子に受光素子
から反射して来た不均一な反射戻り光が無いようにした
ことにより、発振状態を安定化させることができるよう
になり、伝送特性を向上させることができるようなる。
さらに、発光素子のビーム径を電流狭窄層によって決定
し、受光素子が積層される面の径を限定しないことによ
って、発光素子、受光素子とも光ファイバとの結合条件
が満たされるようにした。その結果、十分な出力光パワ
ーと受信感度が得られ、伝送特性の向上を図ることがで
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の
概念図を説明するための図である。

【図２】本発明を説明するための図であって、本発明の
第１の実施の形態の一つを示す図である。

【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の
第１の実施の形態における電極４形状の一例を示す平面
図である。

【図４】本発明が解決しようとする問題点を説明するた
めの図である。

【図５】問題点を示す図である。

【図６】本発明を説明するための図であって、本発明の
第２の実施の形態の一つを示す図である。

【図７】本発明が解決しようとする問題点を説明するた
めの図である。

【図８】本発明を説明するための図であって、本発明の
第１の実施の形態を示した図である。

【図９】本発明を説明するための図であって、本発明を
フリップチップ実装に適用する場合の構成例を示す図で
ある。

【図１０】本発明を説明するための図であって、本発明
のフォトニックＩＣの実装方法の例を示した図である。

【図１１】本発明が解決しようとする別の問題点を説明
するための図である。

【図１２】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態の一つを示す図である。

【図１３】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態の一つを示す図である。

【図１４】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態を説明するための図である。

【図１５】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態を説明するための図である。

【図１６】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態の一例を説明するための図である。

【図１７】本発明を説明するための図であって、本発明
の第３の実施の形態を説明するための図である。

【図１８】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態の一例を示す図である。

【図１９】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態を説明するための図である。

【図２０】本発明を説明するための図であって、本発明
の第２の実施の形態の一つを示す図である。

【図２１】本発明を説明するための図であって、本発明
第２の実施の形態の一つを示す図である。

【図２２】本発明を説明するための図であって、本発明
の第３の実施の形態の一つを示す図である。

【図２３】本発明を説明するための図であって、本発明
の第３の実施の形態の一つを示す図である。

【図２４】従来例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…発光素子２…受光素子３，４，５，６，７，８，３２，３４，３９，４８，４
９，５５，５９，６６，６８…金属電極９，１２，２０，４６…ｐ層（ｐ型半導体層）１０，１３，１９，２２…ｉ層（真性半導体層）１１，１８，２１，３０，４７，５８…ｎ層（ｎ型半導
体層）１４，６２…ｎ層（基板）１５…層１２につけられた電極１６…層１１につけられた電極１７…電極１５と１６を接続する電極２３…ｐ層（基板）２４…誘電体層２５，２６，３３，３８，４０…ボンディング用電極パ
ッド２７，６０…ｐ型領域（ｐ型半導体領域）２８，６１…ｉ領域（真性半導体領域）２９，５１，５４，５６，６７…界面３１…半絶縁基板３５，３６，６５…寄生容量３７…グラウンド電極４１…フリップチップ用台４２…サブマウント４３…フォトニックパット基板４４…素子領域４５…光ファイバ５０…吸収層５２，５３…ブラッグミラー５７…無反射コート６３…電流ブロック６４…電流通過領域６９…電流狭窄層７０…波長多重カップラ７１…半絶縁領域７２…無反射コートの凹凸部７３…導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面型発光素子および平面型受光素子をこ
れらのうちの一方の素子のｎ型半導体層と他方の素子の
ｐ型半導体層が隣接するように、一方の素子に重ねて他
方の素子が積層されている送受信フォトニックＩＣにお
いて、前記隣接している一方の素子のｎ型層と他方の素子のｐ
型層が前記ＩＣ内において電極パターンで接続され、前
記電極パターンは少なくとも交流的に接地されて用いら
れることを特徴とする送受信フォトニックＩＣ。
【請求項２】請求項１に記載の送受信用フォトニックＩ
Ｃにおいて、前記ＩＣは絶縁基板上または半絶縁基板上に形成されて
いることを特徴とする送受信フォトニックＩＣ。
【請求項３】半導体基板上に平面型発光素子を積層し、
前記平面型発光素子上に前記平面型発光素子の発振波長
よりも長い吸収端波長を持つ平面型受光素子を積層した
送受信フォトニックＩＣにおいて、前記平面型発光素子は一対のブラッグミラー層を活性層
を介して前記積層方向に配置させると共に、前記半導体
基板より遠い側のブラッグミラー層と、前記ブラッグミ
ラー層を経由して前記活性層に電流を流すための電極の
間に、前記発振波長と前記平面型受光素子の吸収端波長
の中間の波長を吸収端波長とする吸収層を設けたことを
特徴とする送受信フォトニックＩＣ。
【請求項４】平面型発光素子および平面型受光素子のう
ち、いずれか一方の素子に重ねて他方の素子を積層して
なる送受信フォトニックＩＣにおいて、前記受光素子の電極を前記発光素子と隣接しない側の端
面における前記発光素子の出力光のパワー分布が、その
ピークの１／ｅ²（ｅは自然対数の底）以下の範囲の領
域を外して形成することを特徴とする送受信フォトニッ
クＩＣ。
【請求項５】請求項４記載の送受信フォトニックＩＣに
おいて、前記領域内がほぼ均一に無反射コートされており、前記
無反射コートの対応波長帯域は前記発光素子の発光波長
と前記受光素子の受光波長を含むことを特徴とする送受
信フォトニックＩＣ。
【請求項６】平面型発光素子上に平面型受光素子を積層
した送受信フォトニックＩＣにおいて、前記発光素子は実効的な活性領域が電流ブロックなどの
構造によって限定されており、前記受光素子は前記限定された実効的な活性領域の上部
に形成され、前記受光素子の受光層における有効な受光
領域は、前記発光素子の出力光が当該受光層に到達する
と仮定した場合に、前記出力光の前記受光層を含む平面
に到達した全パワーの少なくとも９５％以上が含まれる
範囲を占めるべく構成することを特徴とする送受信フォ
トニックＩＣ。
【請求項７】ｐｉｎ構造の発光素子およびｐｉｎ構造の
受光素子を積層配置した送受信用フォトニックＩＣであ
って、前記発光素子または受光素子のうち、いずれか一方が基
板上に積層形成され、当該一方の素子の最上層上あるい
はその延長上に、他方の素子を形成すると共に、これら
素子は、前記他方の素子の最下層の不純物型が前記一方
の素子の最上層の不純物型と異なるように積層し、か
つ、これら両層は金属電極パターンで接続してなり、前
記電極パターンは少なくとも交流的に接地されて用いら
れることを特徴とする送受信フォトニックＩＣ。