JPH06268196A

JPH06268196A - 光集積装置

Info

Publication number: JPH06268196A
Application number: JP5052829A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sadamasa; 哲雄定政; Nobuo Suzuki; 信夫鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高性能デュアルバランス型受信器，高性能半
導体レーザ及び低伝搬損失光導波路等を同一基板内に整
合性良く組み込むことが可能な光集積装置を提供するこ
と。【構成】半絶縁性ＩｎＰ基板１１１上に光導波路４２
１を形成すると共に、光導波路４２１に光学的に接続し
て光結合素子４２４，半導体レーザ４２３及び受光素子
４２５を集積した光集積装置において、光導波路４２１
は低濃度半導体層を積層した光導波膜上に形成された半
導体リブ型導波路であり、半導体レーザ４２３と受光素
子４２４の活性領域１１４は光導波路４２１上の一部に
所定の幅で選択的に設けられ、活性領域１１４の周囲は
該領域の屈折率より小さい屈折率のリブを構成する結晶
層で覆われ、光導波路４２１，光結合素子４２４，半導
体レーザ４２３及び受光素子４２５は所定幅に形成され
たメサ構造であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路と受光素子，
方向性結合素子，半導体レーザ等を組み合わせてなるコ
ヒーレント光通信用の光集積装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光周波数多重技術により従来に比
べて情報の伝送容量を飛躍的に高めることが可能な、コ
ヒーレント光通信システムの研究開発が盛んに行われて
いる。この周波数多重光通信システムでは、受信側にお
いて、チャンネルを選択する際に用いる波長の変えられ
る局部発振用の半導体レーザ，デュアルバランス型受光
素子等からなる光ヘテロダイン受信装置をハイブリッド
構成する方式が提案されている。これらを半導体基板上
に集積化することによって、光素子間の接続を半導体光
導波路で実現できるので、多くの光学部品の接続が不必
要となり、受信システムとしての安定性や信頼性を高め
ることが可能となる。

【０００３】これまでに、光部品を集積化した典型的な
例として、ｎ型半導体基板上に光導波路，半導体レー
ザ，光結合素子，フォトダイオード等の各種機能素子を
集積化した集積型光半導体装置（光集積装置）が提案さ
れている（特開平３−４４９８９号公報）。光導波路
は、高抵抗半導体でクラッド層を形成した埋め込みリブ
型構造である。この装置の性能はヘテロダイン受信器と
しての基本動作が確認された段階程度であり、受信特性
は極めて低いものである。

【０００４】上記従来技術による光集積装置では、ｎ型
半導体基板上に各機能素子を設けているために半導体基
板が共通電位となり、フォトダイオードを直列に接続し
たデュアルバランス型受信器を構成することが不可能で
あった。デュアルバランス型受信器の機能は、情報を有
する微弱な信号光を出力レベルの高い局発光と重ね合わ
せて光検波器で高感度受信するものであり、高効率，高
速応答可能な受光素子を対称性良く構成することが極め
て重要な課題である。

【０００５】半導体レーザにおいては、他の機能素子と
集積化してこれを形成する際に、段差のある箇所に回折
格子を形成する特殊技術や活性層を所定層に制御するた
めに極めて困難な作業を必要としていた。光導波路及び
光結合素子においては、高抵抗半導体による埋め込み構
造では導波路内での曲げによる損失や伝搬損失が高いと
いう問題、そして１μｍ程度の光導波路コア幅に対して
１０倍程度の直径を持つ光ファイバーから出射した光を
アライメントして光導波路に導入しなければならないた
め、高度な技術を用いなければならない問題があった。

【０００６】製造方法においては、段差上での回折格子
作製など微細なパターン化工程が必須であり、この工程
での過剰エッチングを防止するために余分な追加層を設
けたり、２重露光プロセス等を駆使する必要があった。
結晶成長には、活性層形成，高抵抗半導体層形成，ｐ型
層形成の３回が必要であり、１回目に７層，２回目に高
抵抗層，３回目に４層の合計１２結晶層の構成からなっ
ていた。総合的には５０工程以上の極めて複雑なもので
あった。また、高抵抗半導体層を形成するために鉄やク
ロムの不純物をドーピングすることが必要であり、これ
は他の結晶層にとっての汚染要因となる。つまり、光伝
搬損失を少なくするために必要な高純度化が光導波膜の
結晶成長における大きな問題であった。

【０００７】一方、周波数多重コヒーレント光通信で
は、信号光と局部発振光の同相成分を除去するために、
図１４のような平衡光受信器を使用する。平衡光受信器
に使用される２つのフォトダイオードは、中間周波数信
号の高周波同相成分の除去を実現するために、同一基板
上にモノリシックに形成することが望まれる。モノリシ
ック集積化により、配線のアンバランスによる同相成分
の混入を極力小さくすることができる。しかしながら、
このようにモノリシック集積化されたフォトダイオード
には、以下に図を用いて説明するような問題があった。

【０００８】図１５は、半絶縁性ＩｎＰ基板１の上に２
つのメサ型ｐｉｎフォトダイオード２，３が１２５μｍ
間隔で集積化された、平衡光受信デバイスの主要部断面
構造図である。各フォトダイオード２，３は、厚さ１．
５μｍのｎ⁺ 型ＩｎＰ層５，厚さ１．４μｍのｎ^- 型Ｉ
ｎＧａＡｓ光吸収層６，厚さ１μｍのｎ^- 型ＩｎＰ層７
が順次積層された構造をしており、ｎ^- 型ＩｎＰ層７の
中には口径２０μｍのＺｎ拡散領域（ｐ⁺ 型領域）８が
形成されている。それぞれのフォトダイオード２，３の
ｎ型半導体層５，６，７の側面とｐ⁺ 型領域８にはそれ
ぞれ電極１０，１１が形成されており、電極１０，１１
の形成されていない部分の表面は絶縁膜１２で覆われて
いる。

【０００９】フォトダイオード２のｐ電極１１₂とフォ
トダイオード３のｎ電極１０₃は、絶縁膜１２上の金属
配線１３₁により結線され、図には書かれていない第１
のメタルバンプ１４₁に接続されている。フォトダイオ
ード２のｎ電極１０₂は、絶縁膜１２上の配線１３₂に
より、第２のメタルバンプ１４₂に接続されている。フ
ォトダイオード３のｐ電極１１₃は、絶縁膜１２上の配
線１３₃により、第３のメタルバンプ１４₃に接続され
ている。基板裏面はドライエッチングによりマイクロレ
ンズ１５が形成され、さらに無反射コーティング膜によ
り覆われている。このデバイスは、フォトダイオード
２，３の形成された面を下にして、回路基板上にメタル
バンプ１４を介してフリップチップ実装されている。

【００１０】図１５の半導体受光素子を図１４の平衡光
受信器として光ヘテロダイン受信に使う場合、フォトダ
イオード２とフォトダイオード３の特性を揃えて、同相
成分除去比を大きくする必要がある。図１６は、この２
つのフォトダイオードの暗電流特性を示す図である。電
圧２０Ｖ以下の領域で、フォトダイオード２の方が暗電
流が大きく、特性が揃っていないことが判る。この原因
は、半絶縁性基板１、それも主として基板１と絶縁膜１
２の界面にできるチャンネルを介した、２つのフォトダ
イオード２，３のｎ⁺ 型ＩｎＰ層５の間のリーク電流に
起因する。即ち、図１７の等価回路に示すように、基板
ないし基板表面を介したリークパスは、フォトダイオー
ド２に並列なコンダクタンスＧ_Lとなるため、フォトダ
イオード２とフォトダイオード３の平衡光受信器として
の対称性が壊されているわけである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の光集
積装置においては、高性能デュアルバランス型受信器，
高性能半導体レーザ及び低伝搬損失光導波路等を整合性
良く光集積装置内に組み込むことは困難であった。さら
に、結晶成長において汚染原因となる高抵抗半導体層の
形成を省略した簡便な工程で上記の高性能機能素子を光
集積装置内に製造することは困難であった。

【００１２】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、高性能デュアルバラン
ス型受信器，高性能半導体レーザ及び低伝搬損失光導波
路等を同一基板内に整合性良く組み込むことが可能な光
集積装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、光の伝
搬損失が少ない高純度化されたリブ型光導波路と、この
光導波路内に構成した光結合素子，半導体レーザ及び導
波型受光素子等からなる光集積装置であって、半絶縁性
基板上においても各機能素子を整合性良く構成可能な構
造としたことにある。

【００１４】即ち本発明は、半導体基板の主面上に光導
波路を形成すると共に、この光導波路に光学的に接続し
て光結合素子，半導体レーザ及び受光素子を集積した光
集積装置において、光導波路は組成の異なる低濃度半導
体層を積層した光導波膜上に形成された半導体リブ型導
波路であって、半導体レーザと受光素子の活性領域は光
導波路上の一部領域に所定の幅で選択的に設けられ、活
性領域の周囲は該活性領域の屈折率よりも小さい屈折率
のリブを構成する結晶層によって覆われ、光導波路，光
結合素子，半導体レーザ及び受光素子は、所定の幅で形
成されたメサ構造であることを特徴とする。

【００１５】より具体的には、高性能デュアルバランス
型受信器を対称性良く構成するために、半絶縁性半導体
基板を用いて光学的，電気的なクロストークをなくし、
高速応答特性を得るためにｐｎ接合面積を大幅に減じ
る。半導体レーザでは、活性層上に設ける回折格子を高
精度に形成し、活性層幅サイズ及び活性層脇の幅を厳密
に制御する。光導波路，光結合素子では、カップリング
効率が良く、曲げ等による光伝搬損失の少ないリブ型導
波路を形成するために、リブの高さや幅を半導体レーザ
形成と同様な方法によって精密に制御する。また、光結
合素子での光の分岐を均等に制御するために、リブ上と
リブ脇の光導波路膜上に電極を配置する。全体構造とし
ては、半導体レーザ，受光素子，光結合素子，光導波路
などの構造をメサ型にすることによって、光導波路間の
光のクロストークと各機能素子間の電流漏れを防止させ
る。

【００１６】製造方法においては、半導体レーザの回折
格子を精密に形成するために、段差のない平坦な成長層
上でパターン化できる工程を取り入れる。さらに、光導
波層，受光素子部に要求される高純度結晶成長を保持す
るために、高抵抗半導体結晶形成を採用しないで結晶成
長を合計２回でできるようにする。これ等多くの手段に
よって、本発明の光集積装置を実現する。また本発明
は、次のような構成を採用したことを特徴としている。

【００１７】半絶縁性半導体基板の主面上に光導波路を
備え、この光導波路と光学的に接続された受光素子部を
集積化した光集積装置において、光導波路は組成の異な
る複数の低濃度半導体積層導波膜上に形成された半導体
リブ型導波路と、光導波路に沿った周辺領域に設けられ
た溝からなり、受光素子部は光導波路上の一部領域に積
層形成した低濃度光吸収層と、低濃度光吸収層よりバン
ドギャップエネルギーの大きい半導体層からなるインシ
ュレータ領域と、このインシュレータ領域を介してｐ型
半導体とｎ型半導体をインシュレータ領域側壁近傍に配
置構成し、該側壁に対向するｐ型半導体の一部を除去し
てなる導波型ｐｉｎ受光素子とからなることを特徴とす
る。

【００１８】また、半絶縁性半導体基板の主面上に光導
波路を備え、この光導波路と光学的に接続された受光素
子部を集積化した光集積装置において、光導波路は組成
の異なる複数の低濃度半導体積層導波膜上に形成された
半導体リブ型導波路と、光導波路に沿った周辺領域に設
けられた溝からなり、受光素子部は光導波路上の一部領
域に積層形成した低濃度光吸収層と、低濃度光吸収層に
格子整合して結晶成長可能で且つ金属とのショットキー
接合可能な半導体層からなるインシュレータ領域と、こ
のインシュレータ領域の側壁を覆うように形成した高抵
抗半導体埋込み層と、インシュレータ領域上に設けた金
属層からなる導波型ＭＳＭ受光素子とからなることを特
徴とする。

【００１９】また、第１導電型の第１の半導体層と、第
１の半導体層上に形成され第１の半導体層よりも禁制帯
幅の狭い半導体を含む第２の半導体層と、第２の半導体
層の上に形成された第２導電型の第３の半導体層からな
る、いわゆるｐｉｎフォトダイオードが半絶縁性半導体
基板上に複数集積されてなる半導体受光装置において、
第１の半導体層と半絶縁性半導体基板との間に、第２導
電型の第４の半導体層が形成されていることを特徴とす
る。

【００２０】

【作用】本発明によれば、光導波路，光結合素子，半導
体レーザ及び受光素子等における各機能素子間で光反射
のない光学的接続を実現しつつ、複数の受光素子を集積
化してなるデュアルバランス型受光素子を同一基板内に
配置構成することができる。各機能素子を集積化した光
集積化装置は、小型で信頼性の高いこれまでにない高性
能受信器を実現できる。

【００２１】受光素子部については、半絶縁性半導体基
板上に電気的クロストークのない受光素子を形成できた
ことによって、複数の受光素子を直列に接続したデュア
ルバランス型受光素子を光集積装置内に対称性良く構成
できる。この受光素子は接合面積の削減によって３０Ｇ
Ｈｚ以上の高速応答特性に優れ、漏れ電流が極めて少な
い（従来比１／１０００）ことから高感度受信を可能に
するものである。

【００２２】半導体レーザ部については、平坦な活性層
面上のパターン化工程が可能となって回折格子を高精度
に形成できる。従って、回折効率を高め、安定な単一の
軸モードで発振する例えばＤＦＢ（Distributed Feedba
ck）レーザを低しきい値，高出力（従来比２倍）で構成
できる。また、発振スペクトル線幅は３００ｋＨｚ以下
に狭めることが可能となった。従って、位相雑音のない
コヒーレント受信が可能となる。一方、活性層幅サイズ
を厳密に制御できることから、活性領域の実効屈折率の
乱れを抑えて発振波長の選択性を向上し、発振周波数の
高安定化を実現できる。

【００２３】光導波路部，光結合素子部については、微
弱な信号光をカップリング効率良く導波路に入射し、導
波路内でも曲げや散乱等による光伝搬損失を活性層除去
工程の採用によって低く抑えることができる。また、光
導波層の高純度化が可能となって、光伝搬損失が従来の
１／３に低減でき、加えて、各機能素子との光結合は光
のしみ出しを利用した構造により、反射をなくして結合
効率を従来の２倍に高めることが実現できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）

【００２５】図１〜図５は、本発明の第１の実施例に係
わる光集積装置の製造工程を示すもので、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）の半導体レーザ部における矢視Ｂ−
Ｂ′断面図、（ｃ）は（ａ）の光結合素子部における矢
視Ｃ−Ｃ′断面図、（ｄ）は（ａ）の受光素子部におけ
る矢視Ｄ−Ｄ′断面図である。この装置は、２本の光導
波路内に、光結合素子，２個の受光素子からなるデュア
ルバランス型受光素子部，多電極レーザを集積構成した
ものである。まず、図１に示すように、半絶縁性ＩｎＰ
基板１１１上に光導波路及び機能素子を構成するための
半導体積層膜を結晶成長する。半導体積層膜としては、１１２；ノンドープ InGaAs 結晶層，1.3 μｍ組成，厚
さ 0.3〜0.6 μｍ１１３；ノンドープＩｎＰ結晶層，厚さ０．０３〜０．
２μｍ１１４；ノンドープ活性層，厚さ０．０５〜０．３μｍ

【００２６】を順次成長形成する。ノンドープ活性層１
１４は、例えば次の層構成となっている。即ち、厚さ１
０ｎｍのノンドープＩｎＧａＡｓ結晶層（１．３μｍ組
成）と、厚さ８ｎｍのノンドープＩｎＧａＡｓ結晶層
（１．５μｍ組成）とを交互に１０層ずつ形成した多重
量子井戸と、厚さ５０〜２００ｎｍのノンドープＩｎＰ
結晶層である。以上の半導体積層膜と基板との界面に必
要に応じてノンドープＩｎＰバッファー層を１０ｎｍ以
上の厚さで形成することもある。

【００２７】次いで、活性層１１４上に、２光束干渉露
光法によって周期２４０ｎｍの１次の回折格子を形成す
る。この際、活性層表面は平坦である。従って、極めて
精巧な回折格子パターンを形成できる。

【００２８】次いで、受光素子部の活性領域１１４ｄに
窓開けしたＳｉＯマスクを設け、プロトン照射を行って
前述の量子井戸を破壊する。プロトン照射によって、活
性領域１１４ｄのバンドギャップエネルギーは小さくな
って受光素子としての変換効率を向上させる。又は、窓
開けした部分の活性層を除去し、選択結晶成長によって
ＩｎＧａＡｓ層を０．５μｍ程度の厚さに形成する。こ
の場合は、３回の結晶成長が必要となる。なお、活性領
域１１４ｄに前述の加工を行わなくともよい。

【００２９】次いで、活性層１１４をパターン化して最
終的に残す活性層１１４ｂ，１１４ｄの周囲に溝を形成
する。溝の幅は活性層脇で１〜３μｍとする。また、光
導波路部での溝幅は３〜８μｍ、光結合素子部での溝幅
は４〜１６μｍにする。溝形成工程では活性層の厚さが
少ないことから横方向エッチングを極めて少なくするこ
とが可能で、マスクパターンの設定通りにできる。以上
の工程において、光結合素子部及び光導波路には活性層
を残さない。

【００３０】各々の結晶層は減圧ＭＯＣＶＤ法、或いは
クロライド気相成長法を用いた結晶成長で積層構造が形
成され、キャリア濃度は全て５×１０¹⁵ｃｍ^-3以下に設
定されている。

【００３１】次いで、図２に示すように、第２回目の結
晶成長により半導体積層膜２１１を結晶成長する。半導
体積層膜２１１は、厚さ０．０５〜０．４μｍのノンド
ープＩｎＰ結晶層と、厚さ０．８〜１．２μｍのｐ型Ｉ
ｎＰ結晶層である。この結晶層２１１上にＳｉＯマスク
２１２を選択的に形成する、次いで、ＩｎＰ結晶層２１
１を塩酸混液でエッチング除去する。エッチングは横方
向にサイドエッチングが起こり傾斜面ができる。これ
は、後述の電極配線に有効である。深さ方向には組成の
異なる活性層１１４がエッチング停止効果を果たして、
エッチングが止まる。

【００３２】続いて、活性層１１４をエッチング除去す
る。活性層１１４のエッチングに硫酸混液を用いること
によって、前述の工程でマスク下に残されたＩｎＰ層２
１１がエッチングされずに活性領域１１４ｂ，１１４ｄ
を保護しつつ、図１で述べた溝部分にＩｎＰ層２１１が
残る。この際、サイドエッチングは全く起こらない。こ
れにより、ＩｎＰ層２１１の幅サイズは極めて制御性良
くできることとなる。また、深さ方向にも組成の異なる
ＩｎＰ層１１３がエッチング停止層として働き、極めて
平坦な光導波層表面を構成できる。

【００３３】以上の工程によって、受光素子部とレーザ
部の活性領域脇，光導波路，光結合素子、等のＩｎＰ層
幅サイズ制御ができ、ＩｎＰ結晶層１１３の表面は平坦
性制御が同時にできることとなる。この光導波路形成工
程は、光導波路を主体とする光集積装置を形成する方法
として非常に優れたものである。

【００３４】ここで、図１，図２を用いて述べた工程の
変形例を図３を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｄ）
は図２（ａ）〜（ｄ）に対応するもので、光導波路の構
成を変えて光導波損失をさらに減らしたものである。図
３に示すように、第１の半導体積層膜である光導波層を
半絶縁性ＩｎＰ基板１１１上に次の構成で設ける。即
ち、２２２；ノンドープ InGaAsP結晶層，1.3 μｍ組成，厚
さ 0.3〜0.6 μｍ２２３；ノンドープＩｎＰ結晶層，厚さ０．０３〜０．
２μｍ２２４；ノンドープ InGaAsP結晶層，1.3 μｍ組成，厚
さ0.03〜0.3 μｍ２２５；ノンドープＩｎＰ結晶層，厚さ０．０３〜０．
３μｍを順次成長形成する。その後、ノンドープ活性層１１４
を成長形成する。ノンドープ活性層１１４は、図１で説
明した構成でできている。

【００３５】図３に至る形成方法は図２で述べた方法に
加えて、ノンドープＩｎＧａＡｓ結晶層２２４とノンド
ープＩｎＰ結晶層２２５のエッチングを行えばよい。エ
ッチングは第２回目に形成したＩｎＰ結晶層２１１を整
形した後、これをマスクとすれば自己整合的に図示の導
波路構成が作成できる。この場合、ＩｎＰ結晶層２１１
にはノンドープＩｎＰ結晶層を設ける必要がなく、ｐ型
ＩｎＰ結晶層だけでもよい。

【００３６】次いで、図４に示すように、ＳｉＯマスク
２１２を残した状態で保護マスク３１１を選択的に形成
する。その後、光導波層１１２，１１３を部分的にエッ
チング除去して、半絶縁性基板１１１を部分的に露出さ
せる。この半絶縁性基板上に後述の電極配線を形成する
ことによって、各機能素子の配線容量を減らすことがで
きる。また、各機能素子間の電気的，光学的クロストー
クを大幅に削減することができる。

【００３７】次いで、図５に示すように、ＳｉＮ絶縁体
膜４１１をプラズマＣＶＤ方によって形成し、パターン
化して選択的に残す。次いで、電極４１２〜４１９を金
属蒸着方法で形成する。４１２，４１３は半導体レーザ
部の電極、４１４，４１５，４１６は光結合素子部の電
極、４１７，４１８，４１９はデュアルバランス型受光
素子部の電極であり、各素子間が互いに絶縁されてい
る。半導体レーザ部の電極４１２はｐ型半導体用にＡｕ
Ｚｎ合金を、電極４１３はｎ型半導体用にＡｕＧｅ合金
をオーミック電極とし、ＴｉＰｔＡｕを積層した配線電
極がオーミック電極上に積層されている。同様に、光結
合素子部，受光素子部のオーミック電極及び配線電極も
同時に形成する。

【００３８】ここで、受光素子部ではダイオードが直列
に接続されるように配線して、デュアルバランス型受光
素子を構成する。光結合素子部の電極は１個のｐ型電極
に対して複数のｎ型電極を設けている。なお、半導体レ
ーザは可変波長、長共振器（約１ｍｍ）半導体レーザ構
造とし、ここではｐ型電極として３個設けている。各電
極に付与する電流を制御することによって、半導体レー
ザの発振波長を変えることができるものである。

【００３９】光導波路部及び光結合素子部は、屈折率
３．３〜３．４の光導波層１１１上にリブ型に設けたＩ
ｎＰ結晶層２１１（屈折率３．２）によって光が導波さ
れる構造となっている。リブ下における実効的導波領域
幅は、光ファイバーのコア径サイズに近く光結合効率が
高い。導波された光は受光部の活性層１１４ｄ（屈折率
３．６）で光のしみ出し効果によって徐々に吸収され
る。従って、半導体レーザ部が発振した高出力の光を受
光素子部で光−電気変換する際に無反射でかつ場所ムラ
の少ない受信が可能となる

【００４０】以上の構成でのヘテロダイン受信の概略を
簡単に説明する、図５（ａ）に示す光導入部４２０から
微弱な信号光を光導波路４２１に入射し、同時に半導体
レーザ部４２３で発振した局発光と光結合素子部４２４
で重ね合わせる。そして、信号光に載せられた変調光成
分を中間周波数成分としてデュアルバランス型受光素子
４２５で検出するものである。この際、光結合素子部で
は重ね合わせた光を均等に分岐しなければならない。均
等分岐を行うためには、光結合素子内の屈折率を電流注
入によって部分的に変えることが必要であり、光結合素
子には５電極を設けている。

【００４１】このように本実施例によれば、２回の結晶
成長を用いた極めて簡便な製造工程で各種の機能素子を
集積化した光集積装置を構成することができる。機能素
子は高性能化した半導体レーザ，受光素子，光結合素
子，光導波路などからなり、整合性良く一連の工程で構
成できる。

【００４２】これによって、光導入部から入射した信号
光と、光集積装置内蔵の半導体レーザとの間に生じたヘ
テロダインビートスペクトルが得られ、デュアルバラン
ス型受光素子の２乗検波によって受信光を電気のビート
信号に高精度に変換されたヘテロダイン受信を可能にす
る。特に、半絶縁性基板上にデュアルバランス型受光素
子を搭載した本実施例のモノリシックテロダイン受信器
（光集積装置）は、コヒーレント光通信における光周波
数多重化を容易に行え、多チャンネル大容量伝送システ
ムに適用できる。また、本実施例の光集積装置は光素子
間の接続を短距離半導体光導波路によって実現できるの
で、光伝搬時間の短縮と厳密制御を可能にした。（実施例２）

【００４３】本実施例は、光集積装置において受光素子
部を半導体積層膜の積層方向に直交した方向にｐｉｎ半
導体層を配置することで、平坦化された基板表面上に電
位の異なる電極を容易に設けることが可能となるもので
ある。これは、各種機能の異なる素子を半絶縁性基板上
に集積化できることとなり、デュアルバランス型受光素
子を光集積装置内に対称性よく構成できるものとなる。
受光素子部は導波型構造として半絶縁性基板上に形成す
ること、及びＰＮ接合面積の低減化によって、寄生容量
を従来の約１／５に低減できる。従って、高速応答を可
能にするものである。

【００４４】図６は、本発明の第２の実施例に係わる光
集積装置の構造を示す鳥瞰図で、２本の光導波路と、２
本の受光素子部をほぼ対称に構成したもので、一方の光
導波路と受光部を光導波軸に沿って一部切り欠いて示し
た。この実施例は、ｐｉｎ型の受光素子によるデュアル
バランス型受光素子を集積化したものである。

【００４５】図中５１１は半絶縁性ＩｎＰ基板であり、
このＩｎＰ基板５１１上に光導波路を構成するための第
１半導体積層膜が結晶成長されている。第１半導体積層
膜としては、５１２；ノンドープＩｎＧａＡｓ結晶層、厚さ０．３〜
０．６μｍ、５１３；ノンドープＩｎＰ結晶層、０．０３〜０．２μ
ｍ５１４；ノンドープＩｎＧａＡｓＰ結晶層、厚さ０．０
３〜０．２μｍ５１５；ノンドープＩｎＰ結晶層、厚さ０．０５〜０．
２μｍを順次成長形成する。必要に応じてノンドープＩｎＰバ
ッファー層５１６を、基板５１１との界面に形成するこ
ともある。さらに連続して第１半導体積層膜上に、受光
素子部を構成するための第２半導体積層膜が結晶成長さ
れている。第２の半導体積層膜としては、５１７；ノンドープＩｎＧａＡｓ結晶層、厚さ０．３〜
０．８μｍ５１８；ノンドープＩｎＰ結晶層、厚さ０．３〜０．８
μｍを順次成長形成する。

【００４６】以上の結晶層は減圧ＭＯＣＶＤ法、或いは
クロライド気相成長法を用いた結晶成長で積層構造が形
成され、キャリア濃度は全て５×１０¹⁵ｃｍ^-3以下に設
定されている。

【００４７】これら第１半導体積層膜及び第２半導体積
層膜を整形加工して、光導波路５１９及び受光素子部５
２０を構成するための第１の溝を形成する。この際の溝
形成で一旦残された領域を光導波メサと名付ける。光導
波メサは最終的に残るＩｎＧａＡｓ層５１７とＩｎＰ層
５１８からなるインシュレータ領域と、ＩｎＧａＡｓ層
５１７とＩｎＰ層５１８を除去して形成した光導波路部
５１９に分割される。最終的に残ったインシュレータ領
域は、光導波路を伝搬してきた光を吸収して電気信号に
変換するものである。

【００４８】次いで、第１の溝を平坦化するように、前
述の結晶成長法でｎ型半導体埋め込み層５２１を選択的
に形成する。埋め込み層５２１が形成されて基板最上層
は凹凸が消える。インシュレータ領域の側壁面に接する
ように、ｐ型半導体５２２が選択拡散法或いは選択結晶
成長で形成されている。５２３はＳｉＮ誘電体膜であ
り、５２４〜５２６は電極である。電極は受光素子が直
列に接続されるように配線されている。

【００４９】リブ型光導波路５１９は、光導波路となる
領域の第２半導体積層膜及び半導体埋め込み層５２１を
選択的にエッチング除去することにより、自己整合的に
形成される。導波路に沿った溝５２７は、ｐ型半導体の
インシュレータ領域に対向する側面を含む部分を除去し
たもので、光学的，電気的に２本の光導波路間及び受光
素子間のクロストークを防止するため、さらに受光素子
の容量を半減させるためのものである。

【００５０】このような構成であれば、半絶縁性基板上
に各種の素子を集積化しても互いに絶縁が可能となる。
即ち、高感度に光検波するためのデュアルバランス型受
光素子部を集積化することができる。電極配線は平坦化
した基板上に形成でき、集積化に適した構造である。電
気的にも光学的にも素子間のクロストークをなくすこと
ができる。次に、上記構成の光集積装置の製造方法につ
いて説明する。まず、積層形成された第２半導体積層膜
を整形加工する方法を以下に述べる。

【００５１】基板５１１上に連続的に形成した第２の半
導体積層膜上にＳｉＮ誘電体膜５２３を選択的に形成
し、これをマスクとして積層膜をウェットエッチング或
いはリアクティブイオンエッチングで第１の溝を形成す
る。例えば、ウェットエッチングで溝形成をする場合、
まず塩酸混液でＩｎＰ層５１８を除去する。エッチング
はＩｎＧａＡｓ層５１７表面で停止する。続いて、Ｉｎ
ＧａＡｓ層５１８を硫酸混液でエッチングし、ＩｎＰ層
５１５でエッチングを停止する。

【００５２】このように結晶組成に応じたエッチング液
でエッチングを行えば深さの制御を簡単に行うことがで
きる。残された積層膜が光導波メサであり、後述の工程
でＩｎＧａＡｓ層５１７をエッチング除去した部分が光
導波路部となり、残した部分が受光素子部となる。光導
波メサは最終的にリブ型光導波路部で幅が約２〜６μ
ｍ、受光素子部では約２μｍとなるように設定する。

【００５３】次いで、基板表面を平坦化するようにｎ型
半導体埋め込み層５２１を選択的に形成する。即ち、光
導波メサの側面をｎ型半導体で埋め込む。この際、前述
のＳｉＮ誘電体膜５２３を残しておき、自己整合的マス
クとして用いることが要点である。ｎ型半導体のキャリ
ア濃度は１〜８×１０¹⁷ｃｍ^-3程度に設定したＩｎＰと
し、第２の半導体積層膜５１７，５１８の合計厚さに合
わせて形成する。

【００５４】次いで、受光素子部を構成するためにｐ型
半導体５２２を選択拡散法で形成する。ｐ型半導体５２
２は、選択的に形成したマスクを通してＺｎ不純物を熱
拡散によって形成するが、この際、前述のＳｉＮ誘電体
膜５２３上にマスクの境界を重ねることによって、既に
形成されているＳｉＮ誘電体膜５２３が拡散マスクとし
て働き、光導波メサの側壁面に接するようにｐ型半導体
を形成できる。即ち、自己整合的にインシュレータ領域
側壁に近接してｐ型半導体５２２を形成でき、積層方向
に直交した方向に並んだｐｉｎ型受光素子部を構成でき
る。

【００５５】以上のように本実施例の製造方法において
は、光導波路部と受光素子部との接続を含めてＳｉＮ誘
電体膜５２３に関係した４回の自己整合的工程があり、
これによってマスクアライメント作業における簡便性を
高めている。次いで、電極５２４，５２５，５２６を真
空蒸着法及び整形加工によって基板表面に形成する。

【００５６】次いで、受光素子部を選択的にマスクした
状態で、例えばウェットエッチングによってリブ型光導
波路を形成する。まず、ＳｉＮ誘電体膜５２３を除去す
る。その後、露出したＩｎＰ層を選択的にエッチングす
る。ＩｎＰ層とは、第２半導体積層膜のＩｎＰ層５１８
及びｎ型半導体埋め込み層５２１である。エッチングを
さらに進めることによって、ｎ型半導体埋め込み層５２
１下にあるＩｎＰ層５１５がエッチングされる。この
際、ＩｎＧａＡｓ層下にあるＩｎＰ層５１５はＩｎＧａ
Ａｓ層がマスクとなって残る。このエッチングは組成の
異なる結晶層で停止することから、エッチングされて露
出するのはＩｎＧａＡｓ層５１７及びＩｎＧａＡｓ層５
１４である。

【００５７】次いで、露出したＩｎＧａＡｓ層５１７及
びＩｎＧａＡｓＰ層５１４を選択的にエッチングする。
この場合も光導波部では、ＩｎＧａＡｓａ層５１７下に
あるＩｎＰ層５１５がマスクとして働き、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層５１４が選択的に残される。そして、ＩｎＰ層５１
３及び５１５がエッチストップ層として作用し、図示の
ごとく露出面が平坦なリブ型光導波路を完成することが
できる。

【００５８】以上のエッチング工程では、初めに形成し
た光導波メサのパターンに沿って自己整合的にエッチン
グが進み、最終的にはリブ型導波路５１９が容易に形成
できることになる。

【００５９】最後に、導波路に沿った第２の溝５２７を
臭化水素混液によってエッチング形成する。この溝５２
７によって、導波路間及び受光素子間の光学的、電気的
クロストークを大幅に減少できる。

【００６０】以上の工程によれば光導波路部５１９と、
受光素子部５２０との位置合わせを行う必要がなく、極
めて簡便にデュアルバランス型受光素子部を組み込んだ
光集積装置を構成できる。（実施例３）

【００６１】図７は、本発明の第３の実施例を説明する
ための断面図である。本実施例は、ＭＳＭ型受光素子を
組み込んだ光集積装置であり、図７は第２の実施例と同
様に光導波路に光学的に接続した受光素子部の光導波路
方向からみた断面図である。

【００６２】図中６１１は半絶縁性ＩｎＰ基板であり、
このＩｎＰ基板６１１上に光導波路を構成するための第
１半導体積層膜を形成する。第１半導体積層膜は第２の
実施例で述べた積層構成と同じである。さらに、連続し
て第１半導体積層膜上に受光素子部を構成するための第
２半導体積層膜を結晶成長する。第２の半導体積層膜と
しては、６１７；ノンドープＩｎＧａＡｓ層、厚さ０．３〜０．
８μｍ６１８；ノンドープＩｎＡｌＡｓ層、厚さ０．１〜０．
３μｍを順次成長形成する。以上の結晶層は減圧ＭＯＣＶＤ法
を用いた結晶成長で積層構造が形成され、キャリア濃度
は全て５×１０¹⁵ｃｍ^-3以下に設定されている。ＩｎＡ
ｌＡｓ結晶層は金属とのショットキー接続が可能であ
り、金属−半導体−金属接続による、いわゆるＭＳＭ型
受光素子を構成できる。

【００６３】次いで、第１の溝を平坦化するように、前
述の結晶成長法で高抵抗半導体埋め込み層６２１を選択
的に形成する。埋め込み層６２１が形成されて基板最上
層は平坦化される。６２３はＳｉＮ誘電体膜であり、６
２４，６２５はショットキー電極である。

【００６４】以上の作製方法は第２の実施例と同様であ
るが、ｐ型半導体を形成する工程を省略できる利点があ
る。受光素子としての特性は第２の実施例に比べて数倍
の高速応答が得られる。（実施例４）

【００６５】図８は、本発明の第２及び第３の実施例で
説明した光導波路部に光学的に接続する光結合素子を説
明するための断面図である。この光結合素子は図６に示
した光導波路５１９を２本近接させて構成したもので、
一方の光導波路を伝搬した光を２本の光導波路に均等に
分岐する作用がある。この場合、完全なる均等分岐をす
るために光結合素子部に電界、或いは電流を付与して導
波路の屈折率を制御する必要がある。

【００６６】図中７１１は半絶縁性ＩｎＰ基板であり、
このＩｎＰ基板７１１上に第１の実施例で述べた積層構
成、作製方法で光導波路が構成されている。突起状のリ
ブ７２０上には１電極７２４と、リブの両わきに２電極
７２５，７２６が設けられ、ＳｉＮ誘電体膜７２３で互
いに電気的に分離されている。ここで、例えば光結合素
子に電流を付与しない時に光の分岐比が１対１でない場
合、電極７２４と７２５間に電流を付与するとリブ内で
屈折率不均一が起こり、電流を制御することによって伝
搬された光を均等分岐することができる。

【００６７】本実施例における光結合素子は、電極７２
４から与えられる電流路の不均一性に優れ、従来の素子
に比べて１／２〜１／３の電流で光分岐比の制御が可能
となった。

【００６８】以上説明したように第２〜第４の本実施例
によれば、受光素子部を半導体積層膜の積層方向に直交
した方向にｐｉｎ半導体層を配置することで、同一平面
上に電極配線を形成でき、デュアルバランス型受光素子
を光集積装置内に容易に構成できた。

【００６９】半絶縁性基板上に形成したデュアルバラン
ス型受光素子は本発明構造としてｐｎ接続面積の低減化
（従来比１／５）を達成し、さらにｐ型半導体層の一部
削除によって従来比１／２の面積低減化を実現した。こ
れによって、ダイオード容量が従来の約１／１０に減
り、４０ＧＨｚ以上の高速変調を可能にした。また、素
子間分離溝５２７によって、基板を介して流れる漏れ電
流は従来の１／1000〜１／10000 に削減でき、光学的ク
ロストークを従来の１／50〜１／100 に削減できた。以
上のように高性能デュアルバランス型受信器を組み込ん
だ光集積装置を提供することができた。（実施例５）

【００７０】図９は、本発明の第５の実施例に係わる半
導体受光装置の断面構造を説明する図である。この半導
体受光素子は、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に２つのｐｉｎ
フォトダイオード２，３が集積化されたものである。各
フォトダイオード２，３は、厚さ０．２μｍのｐ型Ｉｎ
Ｐ層４、厚さ０．６μｍのアンドープＩｎＰ層９、厚さ
１．２μｍのｎ⁺ 型ＩｎＰ層５と、厚さ１．０μｍのｎ
^- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６と、厚さ０．８μｍのアン
ドープＩｎＰ層７とが順次積層された構造をしており、
アンドープＩｎＰ層７の中には口径２０μｍのＺｎ拡散
領域（ｐ⁺ 型領域）８が形成されている。

【００７１】それぞれのフォトダイオード２，３のｎ型
半導体層５の露出した表面には電極１０が、ｐ⁺ 型領域
８上には電極１１が形成されている。電極１０，１１の
形成されていない部分の一部は絶縁膜１２で覆われてい
る。フォトダイオード２のｐ電極１１₂とフォトダイオ
ード３のｎ電極１０₃とは、絶縁膜１２上の金属配線１
３₁により結線され、図には書かれていない第１のメタ
ルバンプ１４₁に接続されている。フォトダイオード２
のｎ電極１０₂は、絶縁膜１２上の配線１３₂により、
第２のメタルバンプ１４に₂に接続されている。フォト
ダイオード３のｐ電極１１₃は、絶縁膜１２上の配線１
３₃により、第３のメタルバンプ１４₃に接続されてい
る。

【００７２】各フォトダイオード間、フォトダイオード
とバンプ間の配線は、図に示すように、ブリッジ配線と
なっている。基板裏面はドライエッチングによりマイク
ロレンズ１５が形成され、さらに無反射コーティング膜
１６により覆われている。このデバイスは、フォトダイ
オード２，３の形成された面を下にして、回路基板上に
メタルバンプ１４を介してフリップチップ実装されてい
る。

【００７３】第５の実施例に係わる半導体受光装置の製
造プロセスを、図１１を用いて説明する。まず、図１１
（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板１上に、厚さ
０．２μｍのｐ型ＩｎＰ層４と、厚さ０．６μｍのアン
ドープＩｎＰ層９と、厚さ１．２μｍのｎ⁺ 型ＩｎＰ層
５と、厚さ１．０μｍのｎ^- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６
と、厚さ０．８μｍのアンドープＩｎＰ層７とを、有機
金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により積層する。

【００７４】次いで、図１１（ｂ）に示すように、全面
にＳｉＮｘ膜２１を堆積し、その所定の位置に穴を開け
て、Ｚｎの選択拡散領域８を形成する。その後、ＳｉＮ
ｘ膜２１を除去し、図１１（ｃ）に示すように、フォト
ダイオード部とバンプ・パッド部をメサ加工し、全面に
ＳｉＮｘ膜１２を形成する。その後、リフトオフにより
ｐ電極１１、続いてｎ電極１０を作製し、さらに金属配
線１３を所定の位置に形成する。

【００７５】次いで、図１１（ｄ）に示すように、フォ
トレジスト２２をマスクとして、所定のメサ部を残し
て、ＳｉＮｘ膜１２と、ｎ⁺ 型ＩｎＰ層５とアンドープ
ＩｎＰ層９とｐ型ＩｎＰ層４とを、エッチング除去す
る。勿論、半絶縁性基板１の一部までエッチング除去し
ても構わない。このとき、サイドエッチにより金属配線
１３下部の半導体層も除去されるので、ブリッジ配線が
形成される。最後に、フォトレジスト膜２２を除去し、
裏面研磨、マイクロレンズ１５形成の後、チップに切り
出し、回路基板上に裏面を上にフリップチップ実装する
ことで、本発明の第１の実施例の半導体受光装置が完成
する。

【００７６】図１０に、第５の実施例の半導体受光装置
の等価回路を示す。前記図１７に示す従来の半導体受光
素子の等価回路と比較すると、ｐ型ＩｎＰ層４，アンド
ープＩｎＰ層９及びｎ⁺ 型ＩｎＰ層５からなるダイオー
ドＤ_Sが、基板リークパスＧ_Lに直列入っていることが
特徴となる。図のように、端子Ａに正の電圧、端子Ｂに
負の電圧を印加した場合、フォトダイオード２の下にで
きたダイオードＤ_Sには逆バイアスがかかることになる
ので、Ｇ_Lを介した電流リークを減らすことが可能とな
る。

【００７７】ダイオードＤ_Sを構成している半導体層
４，５，９は、ｎ^- 型ＩｎＧａＡｓ光吸収層６で受光し
ようとしている１．２〜１．６μｍの光に対して透明な
ので、光ファイバからの入射光により光電流が流れるこ
とはない。また、光ファイバからの光以外が入らないよ
うにパッケージングすることにより、外部の光による光
電流も流れない。

【００７８】また、半導体層１，４，９の表面と、Ｓｉ
Ｎｘ膜１２及び金属配線１３との間は空気により隔てら
れているので、半導体層表面に誘起された電荷によりチ
ャンネルが形成されることもない。勿論、この空間の全
部ないし一部は、例えばポリイミドなどの電荷を誘起す
る恐れの小さな有機絶縁膜で埋めてもよい。

【００７９】以上の結果、フォトダイオード２とフォト
ダイオード３の外部から見た暗電流、即ち端子ＡＣ間と
端子ＢＣ間の暗電流は、共に小さく、特性もほぼ等しく
できる。従って、従来の半導体受光装置を利用した場合
と比較して、特性の優れた平衡光受信器を実現できる。（実施例６）

【００８０】図１２は、本発明の第６の実施例に係わる
プレーナ型の半導体受光装置を示す素子構造断面図であ
る。全体がほぼ平坦になるように、半絶縁性基板１に予
め形成された凹部の中にフォトダイオード２，３が形成
されていることを除けば、第５の実施例とほぼ同様の構
成となっている。即ち、半絶縁性ＩｎＰ基板１の溝の中
に、ｎ^- 型ＩｎＰバッファ層１８，ｐ型ＩｎＰ層４，ア
ンドープＩｎＰ層９，ｎ⁺ 型ＩｎＰ層５，アンドープＩ
ｎＧａＡｓ光吸収層６，ｐ型ＩｎＰ層８が、有機金属気
相成長（ＭＯＣＶＤ）法により埋め込み積層されてい
る。ｎ⁺ 型ＩｎＰ層５には電極１０が、ｐ型ＩｎＰ層８
には電極１１が形成されている。この例では、半導体表
面の一部を除去した凹部をポリイミド１７で埋めた後、
配線１３が形成されている。この実施例では、光ファイ
バから導入される光は裏面ではなく表面から入射するの
で、絶縁膜１２は無反射コーティングを兼ねている。

【００８１】この第６の実施例の場合、図１２に示すよ
うに、ｎ^- 型ＩｎＰバッファ層１８とｐ型ＩｎＰ層４の
間にもダイオードＤ_S2が形成される。この場合も、第５
の実施例同様に、基板１表面を介したリーク電流を有効
に防止できる。（実施例７）

【００８２】図１３は、本発明の第７の実施例に係わ
る、ショットキー・フォトダイオードを使用した半導体
受光装置である。第３の半導体層７として薄いアンドー
プＩｎＡｌＡｓが使用されていること、ｐ型領域８がな
く、オーミック電極１１の代わりにショットキー電極３
１が使われていることを除けば、ほぼ第６の実施例と同
様の構成となっている。

【００８３】この受光装置は、図には示していないＩｎ
Ｐ基板１上の別の位置に形成されたＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓのＨＥＭＴとモノリシックに集積化されてい
る。また、半絶縁性基板１と絶縁膜１２の界面にできる
チャンネルによるリークを防止するために、各素子は溝
３２によっても囲まれている。この溝３２もポリイミド
１７により埋められている。

【００８４】このようなショットキー・フォトダイオー
ドを利用した場合に対しても、ｐｉｎフォトダイオード
の場合同様、本発明のｐ型ＩｎＰ層４、アンドープＩｎ
Ｐ層９、ｎ⁺ 型ＩｎＰ層５からなるダイオードＤ_Sは、
基板リーク電流低減に効果がある。また、このダイオー
ドＤ_Sは、溝３２とともに、フォトダイオードとＨＥＭ
Ｔの間の基板を介したリーク電流の低減にも効果を有す
る。

【００８５】このように第５〜第７の実施例によれば、
複数のフォトダイオードをモノリシック集積化した半導
体受光素子において、基板ないし基板表面を介したフォ
トダイオード間のリーク電流を大幅に低減することがで
きる。この結果、光ヘテロダイン受信に必要な、素子の
対称性が良く特性の優れた平衡光受信器を実現すること
ができる。

【００８６】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
形、応用することができる。例えば、光吸収層として単
一の半導体層が使われている必要はなく、例えば量子井
戸光吸収層を用いた受光素子にも応用できる。上記の実
施例では光は基板に垂直に入射するものとしているが、
本発明は例えば光導波路とモノリシック集積化した、側
面から光が入射する半導体受光装置にも応用可能であ
る。また、半導体材料もＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓに限定さ
れるものではなく、ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＡｓ，ＡｌＧ
ａＡｓ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ，ＧａＳｂ，Ｉｎ
Ａｓ，ＨｇＣｄＴｅ，ＺｎＳＳｅなど、様々な半導体材
料に応用できる。なお、本発明は光ヘテロダイン受信用
デバイス以外にも、複数のフォトダイオードが集積化さ
れた受光デバイス、例えば並列光伝送用ｐｉｎフォトダ
イオードアレイの素子間のアイソレーションなどにも応
用することができる。

【００８７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、２
回の結晶成長を用いた極めて簡便な製造工程で各種の機
能素子を集積化した光集積装置を構成することができ
る。機能素子は高性能化した半導体レーザ，受光素子，
光結合素子，光導波路などからなり、整合性良く一連の
工程で構成できる。

【００８８】これによって、光導入部から入射した信号
光と、光集積装置内蔵の半導体レーザとの間に生じたヘ
テロダインビートスペクトルが得られ、デュアルバラン
ス型受光素子の２乗検波によって受信光を電気のビート
信号に高精度に変換されたヘテロダイン受信を可能にす
る。特に、半絶縁性基板上にデュアルバランス型受光素
子を搭載した本発明のモノリシックテロダイン受信器
（光集積装置）は、コヒーレント光通信における光周波
数多重化を容易に行え、多チャンネル大容量伝送システ
ムに適用できる。本発明の光集積化装置は光素子間の接
続を短距離半導体光導波路によって実現できるので、光
伝搬時間の短縮と厳密制御を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる光集積装置の製造工程を
示す図。

【図２】第１の実施例に係わる光集積装置の製造工程を
示す図。

【図３】第１の実施例の変形例を示す図。

【図４】第１の実施例に係わる光集積装置の製造工程を
示す図。

【図５】第１の実施例に係わる光集積装置の製造工程を
示す図。

【図６】第２の実施例に係わる光集積装置の素子構造を
示す鳥瞰図

【図７】第３の実施例に係わる光集積装置の素子構造を
示す断面図

【図８】第４の実施例に係わる光集積装置の素子構造を
示す断面図

【図９】第５の実施例に係わる半導体受光装置を示す素
子構造断面図。

【図１０】第５の実施例の半導体受光装置の等価回路を
示す図。

【図１１】第５の実施例の製造工程を示す断面図。

【図１２】第６の実施例に係わるプレーナ型の半導体受
光装置を示す素子構造断面図。

【図１３】第７の実施例に係わる半導体受光装置を示す
素子構造断面図。

【図１４】従来の光ヘテロダイン受信における平衡光受
信器の構成を示す図。

【図１５】従来の平衡光受信デバイスの主要部構造を示
す断面図。

【図１６】２つのフォトダイオードの暗電流特性を示す
図。

【図１７】従来の半導体受光装置の等価回路を示す図。

【符号の説明】

１１１…半絶縁性ＩｎＰ基板１１２…ノンドープＩｎＧａＡｓ結晶層１１３…ノンドープＩｎＰ結晶層１１４…ノンドープ活性層２１１…半導体積層膜２１２…ＳｉＯマスク２２２…ノンドープＩｎＧａＡｓＰ結晶層２２３…ノンドープＩｎＰ結晶層２２４…ノンドープＩｎＧａＡｓＰ結晶層２２５…ノンドープＩｎＰ結晶層４１１…ＳｉＮ絶縁体膜４１２，４１３…半導体レーザ部の電極４１４，４１５，４１６…光結合素子部の電極４１７，４１８，４１９…デュアルバランス型受光素子
部の電極４２０…光導入部４２１…光導波路４２３…半導体レーザ部４２４…光結合素子部４２５…デュアルバランス型受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の主面上に光導波路を形成する
と共に、この光導波路に光学的に接続して光結合素子，
半導体レーザ及び受光素子を集積した光集積装置におい
て、前記光導波路は、組成の異なる低濃度半導体層を積層し
た光導波膜上に形成された半導体リブ型導波路であっ
て、前記半導体レーザと受光素子の活性領域は、前記光導波
路上の一部領域に所定の幅で選択的に設けられ、活性領
域の周囲は該活性領域よりも屈折率の小さい前記リブ型
導波路を構成する結晶層によって覆われ、前記光導波路，光結合素子，半導体レーザ及び受光素子
は、所定の幅で形成されたメサ構造であることを特徴と
する光集積装置。