JPH0365621A - レーザー光検出器の組み合せ - Google Patents

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】 見立り艮血豆１ 本発明は、概してレーザに関し、特に、モニター検出器
とともにウェハ上に集積された半導体注入レーザに関す
る。

扶１ｎと色量 半導体注入レーザは、伝えられる情報が、グラスファイ
バーを通して伝える符号化された光ビームの形である長
距離光フアイバー伝送システムで光ソースとして使われ
る。符号化された光ビームはレーザに注入される電流を
調整することによって発生される。誤りのない伝送に対
しては、伝送された光ビームの強度か特定の許容できる
範囲内に維持されなければならない。これは、物理的に
、レーザとは別個のモニター光検出器で、レーザのパワ
ー出力を測定することによって通常は成し遂げられる。

モニター検出器は、レーザの平均パワー出力を測定する
。フィードバック回路を通して働く、モニター検出器か
らの信号は、許容できる範囲内で、レーザの平均パワー
出力を維持するために、レーザの注入電流を調整する。

この調整は必要なものである。というのは、出力パワー
が周囲の温度のゆっくりした低下の結果として、あるい
は、その変化の結果として、動作中に、ゆっくりと変化
するかもしれないからである。

一般に、レーザの出力パワーは発生された光出力の一部
分を別個の光検出器に転することによって測定される。

別個の検出器は十分目的にかなうものであるけれど、同
じ半導体チップ中に半導体注入レーザとともに集積され
る光検出２３を持つことが望ましい、同じチップーヒで
の光検出器とのレーザの集積は、より低いコストで、小
さなサイズを持ち、より速いスピードで動作し、高い実
用性を有し、かつ良い信頼性を持つコンパクトなレーザ
光検出器デバイスを与えることができる。

及亘坐厘１ 簡単には、本発明において、光検出器と注入レーザは、
同じ半導体チップに集積される。レーザと光検出器は並
んで配置され、レーザミラーは、へき開によって形成さ
れ得る。動作において、光学モードの端のところで運ば
れる電磁気エネルギーの一部分は、レーザの平均出力パ
ワーをモニターするために光検出器によって検出される
。電流制限と側部の屈折率誘導は、ＦｅあるいはＴｉド
ープのＩｎＰの半導体層によって与えられる。

並んでいる装置は光検出器にレーザの実用性を低ドする
ことなしにレーザの出力パワーをモニターすることを可
能にする。

及旦旦叉量舅 半導体注入レーザは、伝送される情報が、グラスファイ
バーを通して伝わる符号化された光ビームによって表わ
される長距離光フアイバ伝送システムで光エネルギーの
ソースとして使われる。符号化された光ビームは、レー
ザに注入される電流を調整することによって発生される
。誤りのない伝送に対しては、伝送される光の強度は、
所定の範囲内に維持されなければならない。このことは
レーザからの光の一部をモニタ光検出器へ送ることによ
って達成される。モニター光検出器は、レーザの平均パ
ワー出力を測定する。光検出器によって発生された信号
は、注入電流を調整し、所定の範囲内に、レーザの平均
パワー出力を保つためにレーザに接続されているフィー
ドバック回路の制御に使われる。レーザの出力パワーの
この制御は必要なものである。というのは出力パワーが
、時の経過あるいはレーザのゆっくりした低下により、
または、周囲温度の変化によって時間のある期間にわた
ってゆっくりと変化するからである。

別個のモニター光検出器は、はとんどの応用に対して適
切なものであるが、同じ半導体チップに集積された光検
出器とレーザを持つことが望ましい０本発明において、
新しく改善されたレーザー光検出器構造は、レーザと光
検出器が並んで配置され、レーザミラーか、へき開によ
る切子面に対向して被着により形成されるものとして開
示される。レーザー光検出器の並んでいる関係は、光検
出器に、出力パワーのわずかな部分を光検出器に転換す
ることを必要とせずにレーザの出力パワーをモニターす
ることを可能にする。へき開された切子面は好ましいも
のである。というのはエツチングによる切子面が一般的
に被着されたミラーのレーザに対してより、高いしきい
値電流と低い外部微分量子効率を与える低い反射を持つ
からである。

第１図を参照すると、本発明の原理に従った構造の側面
図が示されている。構造は、例えば液相エピタキシーと
いったエピタキシー成長技術によってｎ　−ＩｎＰ基板
ＩＯに４つの層１例えば、ｎ　−ＩｎＰバッファ層１２
、ドープされないＩｎＧａＡｓＰ活性層１４．　ｐ−Ｉ
ｎクラツディング層１６、およびｐ　−ＩｎＧａＡｓＰ
接続層１８を被着してウェハを形成することによって作
り上げられる０次いで、ウェットあるいはドライ化学的
エッチャントおよび、光リソグラフィツク技術を使いで
被着される５ｉｎｓマスクのような誘電体マスクを使用
して（１１０１方向に実質的に平行に２つのチャンネル
がウェハ上でエツチングされる。　Ｆｅドープの半絶縁
性ＩｎＰ層２０あるいはＴｉドープの半絶縁性ＩｎＰ層
２０は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）技術によ
って、２つのチャンネルにのみ選択的に成長される。マ
スクの存在は、核形成、すなわち、チャンネル外でのＩ
ｎＰの成長を妨げる６次いでウェハは１つのチャンネル
にレーザをまた他のチャンネルに光増幅器を、標準の金
属化と光リソグラフィツク技術を用いて提供するために
処理される。最終のデバイスは集積されたレーザー光検
出器チップである。

第１図に示されている構造でのレーデと光検出器は、“
並んで”配列されている。レーザ部の活性領域への電流
の制限は、接続層１８に被着される誘電体によって、お
よびチャンネルに配置される半絶縁層２０によって与え
られる。Ｐ形およびｎ形ＩｎＰクラツディング層１６．
１２によって境がつけられるドープされてないＩｎＧａ
ＡｓＰ　Ｍ　１４は、レーデに対する光放射領域（活性
領域）および光検出器に対する吸収領域として働く、Ｐ
−サイド上のレーザ接続２４と光検出器２６は５ｉＯａ
層２８によって分離されている。

異なる温度での半絶縁性電流制限層を有する二重チャン
ネルプラナ−埋没へテロ構造レーザの光−電流特性が第
２図に示されている。典型的なしきい値電流は、３０℃
で２０−３０■Ａの範囲にある。これは１強い屈折率誘
導レーザ構造の他のタイプに認められる数値と比較でき
る。レーザの周波数応答特性は、光検出器の存在によっ
て影響されないことがわかっている。それ故、半絶縁層
および５ｔＯａ層がレーザと光検出器の間の良い絶縁を
与えると思われる。

第３図は、レーザ部の電流の関数としての測定されたＣ
Ｗ光検出器電流Ｃ点！Ｉ）および比較のためのレーザの
光出力（実１１）を示す、光検出器電流は急速にしきい
値まで増加し、それから、ゆっくりと増加する。しきい
値以下での急速な増加は、レーザの活性領域の中で発生
される吸収自然放射によって起こされる。しきい値より
上では、光検出器電流における増加は、主として、散乱
誘導放射に負うている。上記しきい値領域では、光検出
器の応答性が、切子面から出力される誘導光における単
位変化当りの光検出器電流の変化によって表わされる。

測定された応答性は、およそ７−８μＡ／ｍｗである。

第３図から、光検出器の出力は、レーザパワー出力とと
もに増加するけれども、レーザの電流−光特性は、光検
出器特性のそれとは違うことは明白である。これは、主
として光検出器よって吸収される、しきい値より下での
大きな、自然放射に負うている。この効果は、レーザが
しきい値近くにおけるバイアスされたＣｗであり、光が
、変調電流を用いてオン状態とオフ状態との間で変調さ
れるような光波システム適用の多くにおいて最小となる
。上記の状況下でのレーザと光検出器の特性は、０ｗバ
イアスとパルス注入電流を使って、模擬され得る。

第４図は、パルス注入の関数として交流接続された光検
出器電流を示す、レーザはしきい値近くにおけるバイア
スされたＣＷである。交流接続は。

第３図に示される光検出器電流を誘導した大きな、しき
い値下の自然放射を排除する。パルス変調電流の関数と
して切子面当りの光出力がまた第４図に示されている。

第４図は、光検出器電流が、レーザ切子面から出力され
る誘導光に一次的に追従することを示している。それ故
、検出器電流は、レーザの出力をモニターするのに使用
され得る。

開示されている、新しい改善された集積化並列レーザー
光検出器において、レーザと光検出器部は、Ｆｃあるい
はＴｉドープのＩｎＰ半絶縁層によってそれぞれ分離さ
れ得る。レーザの実用性は、光検出器を持たない強く屈
折率誘導されたレーザの他のタイプ１；匹敵し、光検出
器電流は、レーザの出力パワーを探知する。動作におい
て、光学モードの端のところで運ばれる電磁気エネルギ
ーの一部分は、レーザの平均出力パワーをモニターする
ために光検出器によって検出される。レーザー光検出器
の並んだ関係は、レーザ出力パワーを低下させることな
しにレーザ出力パワーを初めて探知できるものである。

デバイスを与える０本件発明におい〔、光検出器からの
電流は、レーザの出力を低下させることなしにレーザの
安定化あるいは制御をフィードバック回路を用いて与え
るためにレーザ出力をモニターするのに使われ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の原理に従った、集積されたレーザと
光検出器の構造の断面図であり、第２図は、半絶縁性電
流制限層を有するレーザの電流−光特性を示す図、 第３図は、レーザ部での電流の関数として、光検出器電
流を示すことによって集積されたレーザー光検出器の実
用特性を示す図、 第４図は、パルス注入電流の関数として光検出器電流を
示すことによって、変調のもとでの集積されたレーザー
光検出器の特性を示す図である。 Ｌ夏丑豆里羞Ｉ ｎ　−ｒｎＰ基板 ｎ　−ＩｎＰバッファ層 ドープされないＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層ｐ　−Ｉｎタラ
ッディング層 ｐ　−ＩｎＧａＡｓＰ接続層 Ｆｅドープ半導体ＩｎＰ層、Ｔｉ　ドープ半導体ＩｎＰ
層 ２２ 誘電体 ４ レーザ接続 ６ 光検出器 ８ ＳｉＯ□の層 出 願 人：アメリカン テレフォン アンド テレグラフ カムバニ Ｆｌに、　／ ＦＩＧ、２ 電流（ｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集積された光検出器およびレーザを含み、前記光検
   出器は光学モードの端のところで運ばれる電磁気エネル
   ギーの一部分を受信するように前記レーザとの関係をも
   って配置されていることを特徴とするデバイス。 ２、前記光検出器と前記レーザは並んで配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載のデバイス。 ３、前記光検出器とレーザは、基板、バッファ層、活性
   層、クラッディング層、および接続層を含むウェハ上に
   あり、前記ウェハには第１、および第２のチャンネルが
   配置され、該第１のチャンネルはＦｅあるいはＴｉドー
   プの半絶縁性および前記レーザを含み、前記第２のチャ
   ンネルはＦｅあるいはＴｉドープの半絶縁性物質および
   前記光検出器を含むことを特徴とする請求項１記載のデ
   バイス。 ４、前記レーザが金属化および光リソグラフイック技術
   によって形成され、かつ、前記光検出器が金属化と光リ
   ソグラフイック技術によって形成されることを特徴とす
   る請求項３記載のデバイス。 ５、前記レーザのミラーがへき開によって形成されるこ
   とを特徴とする請求項１記載のデバイス。 ６、前記バッファ層は、ｐ−ＩｎＰを含み、かつ前記基
   板上でのエピタキシャル成長技術によって成長されるこ
   とを特徴とする請求項３記載のデバイス。 ７、前記活性層は、ドープされてないＩｎＧａＡｓＰを
   含み、かつ前記バッファ層上でのエピタキシャル成長技
   術によって成長されることを特徴とする請求項６記載の
   デバイス。８、前記クラッディング層は、ｐ−ＩｎＰを
   含み、かつエピタキシャル成長技術によって前記活性層
   上に成長されることを特徴とする請求項７記載のデバイ
   ス。 ９、前記接続層は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰを含み、かつエ
   ピタキシャル成長技術によって、前記クラッディング層
   上に成長されることを特徴とする請求項８記載のデバイ
   ス。 １０、前記基板は、ｎ−ＩｎＰを含むことを特徴とする
   請求項９記載のデバイス。 １１、前記Ｆｅドープの半絶縁性物質は、Ｆｅドープの
   ＩｎＰを含むことを特徴とする請求項１０記載のデバイ
   ス。 １２、前記Ｔｉドープの半絶縁性物質はＴｉドープのＩ
   ｎＰを含むことを特徴とする請求項１０記載のデバイス
   。 １３、前記第１、および第２のチャンネルが、ウェット
   あるいはドライ化学エッチャントを用いて（１１０）方
   向と実質的に平行にウェハをエッチングすることによっ
   て形成され、次いで、誘電体マスクが、光リソグラフイ
   ック技術を用いて被着されることを特徴とする請求項３
   記載のデバイス。 １４、前記第１および第２のチャンネルのＦｅドープの
   半絶縁性ＩｎＰ物質は、ＭＯＣＶＤ成長技術によって、
   該チャンネルにのみ成長されるこ とを特徴とする請求項１０記載のデバイス。 １５、前記第１および第２のチャンネルのＴｉドープの
   半絶縁性ＩｎＰ物質はＭＯＣＶＤ成長技術によって該チ
   ャンネルにのみ成長されることを特徴とする請求項１０
   記載のデバイス。 １６、前記レーザの光出力を制御するために、前記光検
   出器と前記レーザに接続されているフィードバック回路
   をさらに含むことを特徴とする請求項２記載のデバイス
   。