(57)【要約】単一チップの対応するエピタキシャル層の上に集積されたレーザおよび検出器が、オンチップ及び／又は外部の光学系と共に協力して、レーザによって放射された第１波長の光を、光ファイバなどの単一の外部デバイスと結合させ、同時に、外部デバイスから受けた異なる波長の光を検出器と結合させて、双方向フォトニック動作を提供する。複数のレーザおよび検出器をチップ上に集積して、多重双方向チャネルを提供することもできる。モニタ光検出器が、レーザの一端に近接して検出器エピタキシに製作される。
2009522805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にある第１エピタキシャル構造と、
前記第１エピタキシャル構造の上に積み重なった第２エピタキシャル構造と、
前記第１エピタキシャル構造内に製作され、発光器端面と反射端面との間に延びる光軸を有する第１のエッチング面フォトニック要素と、
前記第２エピタキシャル構造内に製作され、前記エッチング面フォトニック要素の前記反射端面に近接した第２の表面受光フォトニック要素とを備えるフォトニックデバイス。
【請求項２】
前記第２光検出器エピタキシャル構造内に製作された第３のフォトニック要素をさらに備える請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
第３のフォトニック要素は、前記エッチング面フォトニック要素の前記発光器端面に近接した光検出器である請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記第３のフォトニック要素は、前記光軸に整列し、前記第２のフォトニック要素から離れている表面受光検出器である請求項２記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２光検出器エピタキシャル構造内に製作され、前記エッチング面フォトニックデバイスの前記発光器端面に近接した第４のフォトニック要素をさらに備える請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１のエッチング面フォトニック要素は、レーザであり、前記第２の表面受光フォトニック要素は、レーザの動作を監視するように前記レーザの光軸と整列した光検出器であり、前記第３のフォトニック要素は、前記発光器端面において前記レーザ光軸と整列した光検出器である請求項２記載のデバイス。
【請求項７】
前記レーザおよび前記光検出器は、前記基板上の別個のメサの上にある請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１のフォトニック要素の前記反射端面から放射された光を、前記第２のフォトニック要素と結合させるための光学要素をさらに備える請求項１記載のデバイス。
【請求項９】
前記光学結合要素は、反射器を含む請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
前記反射器は、前記レーザと前記モニタ光検出器との間にある光学的に透明な充填材と、前記充填材の上にある反射コーティングとを備えたフードである請求項９記載のデバイス。
【請求項１１】
単一チップ上にモノリシックフォトニックデバイスを製作する方法であって、
基板の上に積み重なった第１および第２エピタキシャル構造を用意すること、
第１および第２エッチング面を有し、第１波長の光を放射する、少なくとも１つのレーザキャビティを前記第１構造内に製作すること、
前記第２エッチング面の反射率を変更して、高いレベルの光学反射率を設けること、
前記反射面によって放射された前記第１波長のレーザ光を検出するために、第１表面受光検出器を、前記第２エッチング面に近接して前記第２構造内に製作することを含む方法。
【請求項１２】
第２波長の光を受光し検出するために、第２検出器を前記第２構造内に製作すること、
前記第１波長の前記放射された光を、外部光学デバイスと結合させること、
前記外部光学デバイスからの前記第２波長の光を、前記第２検出器と結合させることをさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
放射された光を前記第１検出器に向けるために、反射要素を前記第２エッチング面に近接して位置決めすることをさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
反射要素を位置決めすることは、前記レーザから前記第１検出器まで延びるフードを製作することを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
反射要素を位置決めすることは、
前記レーザの前記反射面と前記第１光検出器との間に光学的に透明な充填材を堆積すること、
前記充填材の上に反射層を堆積して、前記レーザから前記第１検出器まで延びるフードを形成することを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
基板と、
前記基板上にある第１光検出器エピタキシャル構造と、
前記第１構造の上にある第２レーザエピタキシャル構造と、
前記第２構造内に製作され、第１波長の光を発生するためのレーザであって、前記第１波長の前記光を放射するための発光器端面を有し、反射端面を有するレーザと、
第２波長の光を検出するために、前記発光器端面に近接して前記第１エピタキシャル構造内に製作された第１光検出器と、
前記第１波長の光を検出して前記レーザの動作を監視するために、前記第１エピタキシャル構造内に製作された第２光検出器とを備えるフォトニックデバイス。
【請求項１７】
前記レーザからの光を前記第２光検出器へ向けるための反射器をさらに含む請求項１６記載のフォトニックデバイス。
【請求項１８】
前記レーザによって放射された前記第１波長の光を受光するため、および前記第２波長の光を前記フォトニックデバイスに向けるための光ファイバと、
前記第２波長の前記光を前記第１光検出器に向けるための第１光学系とをさらに含む請求項１７記載のフォトニックデバイス。
【請求項１９】
前記レーザから離れて前記第１構造内に製作され、第３波長の光を検出する第３光検出器をさらに含む請求項１８記載のフォトニックデバイス。
【請求項２０】
前記光ファイバは、前記第３波長の光を前記フォトニックデバイスに向けており、
前記第３波長の前記光を前記第３光検出器に向ける第２光学系をさらに含む請求項１９記載のフォトニックデバイス。
【請求項２１】
前記第１、第２および第３光検出器は、表面受光検出器である請求項２０記載のフォトニックデバイス。
【請求項２２】
前記第１および第２光学系は、光を、前記光ファイバと前記第１および第３光検出器との間に向けるためのレンズを含む請求項２１記載のフォトニックデバイス。
【請求項２３】
前記第２光検出器は、前記レーザの前記反射端面に近接して、前記第１波長の光を受光するための表面受光検出器である請求項１８記載のフォトニックデバイス。
【請求項２４】
前記反射器は、前記レーザによってその反射端面で放射された光を前記第２光検出器に向けるための、湾曲した反射表面を有するフードである請求項２３記載のフォトニックデバイス。
【請求項２５】
前記反射器は、前記レーザによってその反射端面で放射された光を前記第２光検出器に向けるための、前記第２構造に製作された４５度ミラーである請求項２３記載のフォトニックデバイス。
【請求項２６】
基板と、
前記基板上にある第１光検出器エピタキシャル構造と、
前記第１光検出器エピタキシャル構造の上にある第２光検出器エピタキシャル構造と、
前記第２光検出器エピタキシャル構造の上にあるレーザエピタキシャル構造と、
前記レーザエピタキシャル構造内に製作されたエッチング面レーザと、
前記第１光検出器エピタキシャル構造内に製作された第１受光検出器と、
前記第２光検出器エピタキシャル構造内に製作された第２受光検出器とを備えるフォトニックデバイス。
【請求項２７】
第１波長のレーザ光を放射する前記レーザと、
第２波長の光を検出する前記第１受光検出器とをさらに含む請求項２６記載のフォトニックデバイス。
【請求項２８】
前記第２受光検出器は、前記第１受光検出器の上部に製作されている請求項２７記載のフォトニックデバイス。
【請求項２９】
第３波長の光を検出する前記第２受光検出器をさらに含む請求項２８記載のフォトニックデバイス。
【請求項３０】
前記第２受光検出器は、前記第１波長の光を実質的に吸収し、前記第２波長に対して実質的に透明である請求項２８記載のフォトニックデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国の非仮(Nonprovisional)特許出願（第１１／３２５３２５号、２００６年１月５日、名称「Monitoring Photodetector for Integrated Photonic Devices」）の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、一般にはフォトニックデバイスに関し、特に、モニタ光検出器を組み込んだモノリシック集積フォトニックデバイスおよびこれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの光学システム、例えば、パッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）を組み込んだり利用したものは、単一の光ファイバが、情報を複数の波長で送受信するために使用されることを必要とする。過去において、こうした能力を、特に費用対効果の高い方法で達成するのは困難であった。全てが単一ファイバにアクセスするような多様なディスクリートフォトニックデバイスの組合せについては、こうした配置を製作するのは極めて高価であるという製造上の問題を示していた。
【０００４】
ＰＯＮシステムの市場は、極めて価格に敏感であり、その結果、こうしたネットワークによって利用可能になる非常に有望で広範な機能が経済的に実現できていない。高解像度ＤＶＤなどの他の光学システムにおける複数のフォトニックデバイスの使用の際、同様な困難に遭遇している。こうした応用では、ディスクリートフォトニックデバイスの使用では要求される高いレベルの機能性は容易に達成できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザなどのフォトニックデバイスは、変化する環境条件とともに特性を変化させる傾向があるため、これらの動作を監視することが望ましい。しかし、こうした監視は、ディスクリートデバイスを用いた場合、特に、デバイスが極めて小型である場合、容易には達成できない
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、固体状態(solid state)の受光および発光フォトニックデバイスが、共通の基板上にモノリシックに集積されて、複数の光学機能を単一チップの表面に提供している。双方向フォトニック動作を提供するこうしたデバイスの集積化は、多層エピタキシによって最適化され、レーザおよび検出器は、単一チップ上の別々のメサ(mesa)の上に製作でき、単一の光ファイバに対するレーザおよび検出器の高効率結合を提供している。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、複数の発光器および複数の光検出器が、単一ファイバに対する複数の発光器および複数の検出器の結合を実現するようにして、単一チップ上に製作される。発光器は、例えば、米国出願第１０／９５８０６９号（２００４年１０月５日出願）または米国出願第１０／９６３７３９号（２００４年１０月１４日出願）に記載されたような（これらの開示内容は参照によりここに組み込まれる）、チップ表面に製作された面発光(surface-emitting)デバイスでもよく、あるいは、例えば、米国特許第４８５１３６８号や文献（IEEE Journal of Quantum Electronics, volume 28, pages 1227-1231 , May 1992）に記載されたような、チップ上に製作された端面発光(edge-emitting)レーザでもよく、レーザ出力の全てが共通の光ファイバに結合される。
【０００８】
検出器も同じチップ上に製作され、ファイバから光信号を受けるように同じ光ファイバに結合した表面受光(surface-receiving)デバイスまたは端面受光(edge-receiving)デバイスであってもよい。本発明の好ましい形態では、各レーザが異なる波長で光を放射し、各検出器が、放射された光とは別の異なる波長で受光する。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、レーザや光検出器など、固体の発光および受光フォトニックデバイスが、上述のように、共通の基板上にモノリシックに集積され、さらに、基板上の対応する発光器からの光を受光するように位置決めされた、少なくとも１つのモニタ検出器を組み込んでいる。モニタ検出器は、基板上にモノリシックに製作してもよく、発光器と同軸で整列していてもよく、あるいは、本発明の好ましい形態では、発光器からの光を検出器へ向ける適切な偏光器を有する面受光検出器であってもよい。
【００１０】
要するに、好ましい形態では、本発明は、単一チップ上に製作された、レーザ発光器、光検出器、および１つ又はそれ以上の対応する半導体モニタ検出器構造を含む１つ又はそれ以上のフォトニックデバイスを組み込んでいる。フォトニックデバイスは、基板上で積み重ねた層にエピタキシャル成長した半導体構造に製作され、少なくとも１つのエピタキシャル成長した検出器構造と、上部検出器構造の上にエピタキシャル成長した発光器構造とを含む。
【００１１】
該構造は、エッチングされて、面発光レーザまたは端面発光レーザを組み込んだ１つ又はそれ以上の発光器メサを形成し、放射された光を光ファイバへ向け、そして、光ファイバからの光を受光するための表面受光検出器または端面受光検出器と、発光器からの光を受光するための表面受光モニタ検出器または端面受光モニタ検出器とを組み込んだ、１つ又はそれ以上の光検出器を形成する。
【００１２】
反射器、偏向器、プリズム、回折格子や他の回折要素、フード(hood)、及び／又はレンズもまた、必要に応じて放射光または受光光を向けるように、基板上に一体的に製作したり、またはチップに近接して配置してもよい。
【００１３】
本発明の一形態では、モノリシックに集積したフォトニックチップが、半導体検出器エピタキシャル構造を搭載した基板を含んでおり、半導体レーザ構造が、知られた成膜技術を用いて該検出器構造の上にエピタキシャル成長している。水平キャビティ面発光レーザ（ＨＣＳＥＬ）が、エッチング等で発光器構造に製作され、例えば、検出器構造を通って基板へ達するエッチングで形成された分離溝によって包囲されている
【００１４】
レーザに近接した検出器構造の表面は、覆っているレーザ構造をエッチングで除去する等により露出して、レーザの発光端面を包囲し、溝によってそこから離れている検出器受光表面を形成し、レーザおよび検出器は共通の基板上に別々のメサを形成している。
【００１５】
レーザ表面での金属層は、既知の波長のレーザ光を発生するために、適切なバイアス電圧をレーザ構造へ印加するための電気コンタクトを提供する。面発光レーザは、光ビームを上向きにして、外部レンズを通って外部光ファイバへ向ける光源として機能する。ファイバはまた、第２波長の光をチップに向けてもよく、この受光した光はレンズを下向きに通過する。
【００１６】
受光した光は、レーザが放射する光とは異なる波長であるため、レンズは、受光した光をレーザへ集光しなくなるが、到来する光はレンズによってレーザ光源を囲む領域に向くようになり、検出器構造によって受光される。
【００１７】
本発明の他の実施形態では、モノリシックに集積したチップは、２つの重なったエピタキシャル成長した検出器構造を含み、単一の発光器層が上部検出器構造の上に積み重なっている。面発光レーザは、エッチング等により、チップ上のレーザ構造に形成されたメサ上に製作され、周囲の検出器メサから溝によって分離している。そして、レーザメサを囲む発光器層は、周囲の２構造検出器メサの表面から除去される。レーザは、上述したように、レンズを通って光ファイバに向くことがある第１波長の光を放射するように通電される。
【００１８】
しかしながら、本実施形態では、２つの検出器構造は、光ファイバから第２波長および第３波長の光をそれぞれ受光可能である。発光器端面の周りに面発光レーザの側面に沿って、レーザの発光器端面を実質的に囲むような検出器メサの設置は、単一の光ファイバに対するレーザおよび検出器の双方向結合を最適化する。
【００１９】
第１検出器は、レーザ出力に対応した光を吸収するように設計可能であり、これによりレーザと第２検出器との間の光学分離(isolation)を向上できる。
【００２０】
本発明の更なる他の実施形態では、フォトニックチップが、チップの一端で面発光レーザを組み込み、チップの他端で表面受光検出器を含んでいる。外部コンポーネントを使用して、このフォトニックチップがレーザからの光をファイバに結合できるようにしてもよく、同じファイバからの光が表面受光検出器または複数の表面受光検出器に向くようにしてもよい。
【００２１】
本発明の更なる他の実施形態では、複数の面発光レーザを、個々のメサに側面ごとに製作して、チップ上のレーザ構造アレイとしてもよく、アレイの各レーザは異なる波長の光を放射する。同様に、複数の個々の検出器を個々のメサに側面ごとに製作して、検出器構造としてもよく、各検出器は別個の波長の光を受光できる。
【００２２】
発光器および検出器は、任意であるが、プリズムなどの外部回折要素および、必要ならば適切なレンズを通じて単一の光ファイバと結合してもよい。
【００２３】
端面発光レーザおよび、表面受光検出器または端面受光検出器は、モノリシックに集積した本発明の双方向フォトニックデバイスの製作で利用してもよい。一実施形態では、端面発光レーザは、メサの上にレーザ構造に製作され、反射器が、例えば、レーザ出射面に近接してレーザ構造内に製作され、放射した第１波長の光を垂直上向きに向ける。反射器は、平坦または湾曲した反射器表面を有し、光を上向きに外部レンズを通じて光ファイバへ向ける。反射器は、レーザメサから分離したメサの上にあり、光ファイバから第２波長の光を受光する露出した表面受光検出器構造によって囲まれている。
【００２４】
他の実施形態では、反射器表面は、第１波長のレーザ光を反射するが、第２波長の受光光を通過させ、反射器本体を通って下地の検出器構造へ向けるダイクロイックコーティングを含む。
【００２５】
複数の端面発光レーザをチップ上のレーザ構造内にアレイ状に製作して、対応する波長の光を、プリズムや回折格子などの回折要素を用いて外部の光ファイバへ向けるようにしてもよい。アレイはまた、検出器構造で別個のメサ上に製作された複数の端面受光検出器を含んで、光ファイバから異なる周波数の光を受光するように配置してもよく、これにより本発明に係る、モノリシックに集積したアレイ状のレーザおよび検出器チャネルを提供できる。
【００２６】
前述の実施形態において、各レーザデバイスにはモニタ光検出器（ＭＰＤ）を設けて、対応するレーザによって発生した光の強度を検出するようにしてもよい。ＭＰＤは、レーザの光軸と整列してレーザエピタキシャル層に製作してもよく、あるいは光検出器エピタキシャル層に表面受光検出器として製作してもよい。後者の場合、適切な光偏向器またはフードを設けて、放射したレーザ光をＭＰＤの表面に向けるようにしてもよい。
【００２７】
本発明の前述し、追加の目的、特徴および利点は、添付図面とともに、下記の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明のより詳細な説明に関して、図１には、基板１６の上に、互いに積み重なった第１および第２のエピタキシャル層または構造１２，１４を組み込んだ２層エピタキシャルチップ１０を示している。第１の構造またはフォトニック素子１２は、通常の方法で基板上にエピタキシャル成長した半導体材料であり、選択した波長帯の光に感度を有する光検出器を形成している。第２の構造またはフォトニック素子１４は、やはり通常の方法で第１構造１２の上にエピタキシャル成長した他の半導体材料である。この第２構造は、レーザが製作可能な活性領域を組み込んでいる。
【００２９】
先行技術で知られているように、基板１６上の構造は、例えば、適切にドープされたタイプのＩＩＩ−Ｖ族化合物またはその合金(alloy)で形成してもよい。構造１２は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）などのエピタキシャル成長プロセスによって成膜された連続層でもよい。
【００３０】
典型的には、これらの構造は、ＩｎＰ基板の上に、次の層、即ち、ｐドープＩｎＰバッファ層、ｐドープＩｎＧａＡｓコンタクト層、ｐドープＩｎＰ遷移(transition)層、アンドープまたは、意図的にドープしていない、または極めて軽くドープしたＩｎＧａＡｓ検出層、ｎドープＩｎＰ層、ｎドープＩｎＧａＡｓｎ−コンタクト層、を含むものでもよい。ＩｎＰ基板は、Ｆｅドープしたものでもよく、これは半絶縁性（ＳＩ）であり、同じ基板上に製作した所望のデバイス間の良好な電気分離を可能にする。
【００３１】
第２構造１４は、構造１２の上面に、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥプロセスによって成膜された連続層でもよく、活性領域を組み込んだ光学キャビティを形成する。本発明に従って、他のタイプのレーザキャビティが製作可能であるが、ここでは便宜上、本発明をリッジレーザに関して説明している。固体リッジレーザでは典型的であるように、エピタキシャル構造１４は、中心の活性領域で用いられるものより低い屈折率の半導体材料で形成された上側および下側クラッド領域を含む。これらのクラッド領域は、例えば、ＩｎＰで形成してもよく、一方、中心の活性領域はＩｎＡｌＩｎＧａＡｓベースの量子井戸およびバリアを用いて形成してもよい。ＩｎＧａＡｓＰの遷移層を上部クラッド領域の上に形成して、ｐドープＩｎＧａＡｓコンタクト層を構造１４の上部に形成してもよい。コンタクト層は、デバイスをバイアス源と接続するため、構造１４の上に成膜した上部金属層でオーミックコンタクトを提供する。
【００３２】
エピタキシャル構造１２，１４は、幾つかの成長層を共有して、構造間の界面が両方にとって共通にしてもよい。代替として、構造１２でのドーパントを反対にして、ｎドーパントを持つ層が、最初にＳＩ−ＩｎＰ基板などの基板上に成長するようにしてもよい。説明した層は、構造１２において、特定の波長範囲や波長帯で動作する、例えば、ｐ−ｉ−ｎダイオード検出器やアバランシェ光検出器などの高感度の検出器の製作、そして構造１４において、選択した波長で光を放出することが可能な面発光レーザまたは端面発光レーザの製作を可能にする。
【００３３】
本発明の第１実施形態において、図２と図３に示すように、モノリシックフォトニックデバイスまたはチップ２０は、チップ１０の個々の構造１２，１４において別個のメサにモノリシックに製作した集積レーザ２２および集積検出器２４を組み込んでいる。電気的分離を強化するために、半絶縁性基板の場合、エピタキシャル層を通って基板に至るエッチングにより、メサを形成することが望ましい。
【００３４】
レーザ２２は、通常のマスキングとエッチング技術によって構造１４に形成され、例えば、上面２６、メサ側壁２８，３０（図３参照）、第１端３２および第２端３４を有する細長い水平リッジ型光学キャビティを含むＨＣＳＥＬデバイスを製造する。角度付き内部全反射面３５が第１端３２に形成され、レーザ２２の活性領域３６内を伝搬する光をレーザ光学キャビティから上部放出面を通って上向きに直接出力する。光学キャビティの第２端３４は、垂直反射面で形成され、光学キャビティでのレーザ動作を可能にする。
【００３５】
端３２での角度付き面３５は、構造１４を下内側方向に、上面２６に対してほぼ４５度でエッチングを行うことによって製作され、光学キャビティの光軸に沿って発生した光が、面２６および水平レーザでの活性材料の面３６に対してほぼ垂直な方向に放射して、放射された光ビームが矢印３７で示す方向に上向きに進むようになる。放射された光は、キャビティ内部の反射に起因して、ある角度で分散し、出力ビームの限界はおおよそ矢印３８で示している。レーザ２２および光検出器２４は、後述するように、この配置では互いに電気的かつ光学的に分離している。
【００３６】
レーザの第２端３４での端面は、レーザキャビティ２２の長手方向の光軸に対して９０度に形成される。レーザの第２端に近接して、モニタ光検出器（ＭＰＤ）４０が、通常のマスキングおよびエッチングプロセスによってレーザエピタキシャル構造に形成され、同時に、レーザ光学キャビティ２２はマスクされエッチングされ、リッジ４２を形成する。リッジレーザは、構造１４での活性領域３６の上方に端３２，３４の間に延びており、リッジは、レーザの発光器端部で、図３の符号４４のように幅広になって、角度付き面３５の上方に開放エリアを設けて、円形または楕円である放射ビーム３７が歪みなしで光学キャビティを出るようになる。
【００３７】
リッジの上部は、金属などの導電性材料４６でコートされ、適切なバイアス電圧によってレーザの通電を可能にする。この導電性あるいは金属被覆層は、典型的には、上述したように、ＩｎＧａＡｓなどの低いバンドギャップ半導体であるレーザ構造の上部層にコートされ、金属被覆層とのオーミックコンタクトを可能にする。必要に応じて、アパーチャ４８を構造１４の上部層に形成して、放射光を吸収する可能性がある材料を除去してもよい。
【００３８】
検出器２４も、レーザ２２およびＭＰＤ４０を形成するマスキングおよびエッチングプロセスの一部として製作する。図示したように、レーザ２２の周りに光検出器エピタキシ構造１２を配置する構造１４の一部が除去され、構造１２上面５０を露出させる。そして、レーザ２２に接近し包囲する領域において構造１２がエッチングされ、レーザ２２を光検出器構造１２から分離する溝５２（図３）を形成する。溝５２は、好ましくは、短い距離で基板１６内まで延びており、分離したレーザメサおよび検出器メサを基板上に作成する。検出器２４は、図２と図３に示すように、層１２の後方部分を除去することによって整形して、検出器メサを面３５の上方にある放射面を包囲する領域に限定してもよい。
【００３９】
フォトニックデバイス２０からの光出力３７は、レンズ６２を用いて光ファイバ６０などの外部の受光器／光源と結合してもよい。色収差のため、こうしたレンズは特定波長の光を集光するが、異なる波長の光を集光しない。本発明ではこの能力を使用して、レーザ２２によって発生した出射光３７（例えば、１３１０ｎｍの波長を有するビーム）を、矢印３８，６４で示すように、ファイバ６０の端面に集光させている。出射光とは異なる波長の入射光６６（例えば、１４９０ｎｍ）は、ファイバ６０から受光され、矢印６４で示すように、レンズ６２に向くようになる。その波長のため、この受光した光は、ビーム限界矢印７０で示すように、レンズ６２できちんと集光されない。その結果、入射する光は、レーザ２２の発光器端部に集光されずに拡がっており、図３の破線で示す領域７２において検出器５０の上面に入射する。レーザメサおよび検出器メサの好ましい設計は、レーザの発光器領域を検出器５０の中心に位置決めし、溝５２によって分離されるように機能する。
【００４０】
入射光６６が出射光３７とほぼ同じ波長である場合（例えば、両方とも約１３１０ｎｍ、）、レーザとレンズを通してファイバとの間の結合での不整合が、検出器５０での光検出を可能にする。
【００４１】
本発明の第２実施形態は、図４に示しており、チップ７８は、３つのエピタキシャル層または構造、即ち、基板８６の上に製作された検出器８０，８２およびレーザ８４を含む。層８４は、図２について上述したように、基板の上面と平行な面内に活性領域を組み込むように製作され、一方、層８０，８２は、異なるバンドギャップで製作され、選択した波長の光に応答する光検出器を形成する。これらの半導体構造は、デバイスの製造を容易にするためにコモン層を共有してもよい。例えば、高ドープ半導体層を検出器層８０，８２の間に導入してグランドプレーンを提供し、電気分離および高速性能を改善できる。
【００４２】
図５に示すようなモノリシックに集積されたフォトニックデバイス９０は、図２と図３のデバイスについて上述した方法で、チップ７８から製造してもよい。この場合、ＨＣＳＥＬレーザ導波路またはキャビティ９２は、マスキングおよびエッチングにより、レーザ構造８４内に製作され、エッチングは、図３の溝５２などのように、両方の検出器構造８０，８２を通って基板８６の上部まで下向きに延びる溝を形成し、レーザ９２および周囲の検出器は別個のメサの上に配置される。
【００４３】
レーザ９２の発光器端面は、エッチングされて、レーザ内を伝搬する光を上向きに反射させて、レーザ上面から出射するようにした角度付き面９４を形成する。放射した光ビーム９６は、限界矢印９８で示すように発散することがあり、矢印１０４で示すように、光ファイバなどの入出力デバイス１０２に光を集光するレンズ１００へ上向きに向く。
【００４４】
レーザ９２の形成の際、レーザ構造またはレーザ８４は、検出器構造８２の上面１１０から除去され、レーザの発光器端面を包囲する領域において表面受光検出器層８０，８２の上面を整形し、露出させる。ファイバ１０２からフォトニックデバイス９０で受光された入力光ビーム１１４は、放射ビーム９６と異なる波長であり、従って、レンズ１００によって面９４には集光されず、図２と図３のデバイスについて説明したように、矢印１１４で示すように、レンズによって検出器構造８２の表面１１０に向かうようになる。
【００４５】
検出器構造８２は、この受光ビームの波長に応答し、検出器８２に接続された電極（不図示）によって適切な出力を生成する。さらに、フォトニックデバイス９０は、ファイバ１０２で維持されるさらに他の波長の第２の入力ビーム１１６に応答できる。この第２の入力ビームも、矢印１１６で示すように、レンズ１００によって検出器構造８２の表面１１０に向かうようになるが、この検出器構造８２はそれには応答しない。代わりに、第２ビームの光が、矢印１１６で示すように、構造８２を通過し、下にある検出器構造８０に到達してビームを受けて、これに応答し、対応する出力を適切な電極（不図示）に生成する。
【００４６】
フォトニックデバイス９０は、トリプレクサ(triplexer)とも称され、例えば、１３１０ｎｍ±４０ｎｍの範囲の波長を有する光を放射し、一方、検出器８０が１５５０ｎｍ±１０ｎｍの範囲の波長を有する光に応答し、検出器８２が１４９０ｎｍ±１０ｎｍの範囲の光を受けるように、検出器層８０，８２のバンドギャップを選択できる。こうして検出器８２のバンドギャップは、１５２０ｎｍ未満の光を検出し、より長い波長を有する光が通過して、下にある検出器構造８０に到達するように選択できる。
【００４７】
検出器構造８０は、ブロードバンドの検出器でもよく、あるいは、１５８０ｎｍ未満の波長を有する光を受けるように最適化したバンドギャップを有する検出器でもよい。この検出器構造は、検出器８２を用いることにより、レーザ９２と検出器８０との間の光学的分離の改善を提供し、レーザ９２からの不要光を阻止するためにも用いられ、こうした光が検出器８０に到達するのを防止している。例えば、レーザが光を１３１０ｎｍ±４０ｎｍの波長で放射している場合、検出器８２において、アンドープまたは、意図的にドープしていない、または極めて軽くドープした検出層が、デバイス９０の動作温度範囲について１３５０ｎｍより短い波長の光を取り込むように設計されたバンドギャップを有するものであり（ＩｎＧａＡｓＰで形成）、このことはレーザ出力が検出器８０に到達するのを防止するであろう。
【００４８】
しかしながら、この例では、入射する光１１６の波長が約１４９０ｎｍ±１０ｎｍである場合、検出器８２を検出されずに通過し、検出器８０に到達して検出されるであろう。アンドープまたは、意図的にドープしていない、または極めて軽くドープした、検出器８０の検出層のバンドギャップは、このシナリオについてはＩｎＧａＡｓで形成できるであろう。
【００４９】
上述の実施形態は、単一のレーザ発光器配置および、レーザ発光器を包囲する単一の検出器配置を示したが、本発明の集積化フォトニックデバイスは、例えば、図６の平面図で示すように、単一のチップ上に、複数のレーザ配置および複数の検出器配置を組み込んでもよいことは明らかであろう。
【００５０】
この図では、フォトニックチップ１３０が、上述のように、エピタキシャルレーザ構造内に製作した、ＨＣＳＥＬなどの水平キャビティ面発光レーザ１３４，１３６，１３８，１４０のアレイ１３２を組み込んでいる。該レーザは、ほぼ平行な光放射チャネルを形成するように図示しているが、他のチップ構造設計も使用できる。好ましくは、ＨＣＳＥＬレーザの発光器表面１４２，１４４，１４６，１４８はそれぞれ、これらの出力ビームを上向きにして、図７に示すように、プリズム１５２、レンズ１５４，１５５などの適切な外部光学系を用いて、共通の入出力ファイバ１５０へ向けるのが便利なように一緒にグループ化されている。
【００５１】
チップ１３０は、図１〜図５について上述した方法で、ファイバ１５０からの光を受光するように、各レーザの発光器端面の周りに製作された表面受光検出器を含んでもよい。代替として、図６に示すように、表面受光検出器１６２，１６４，１６６，１６８のアレイ１６０は、発光器に近接した場所に設けて、入出力ファイバ１５０からの入力光を受けるのが便利なようにグループ化してもよい。ここでもチップの表面構造は、図面に示したものから変化させてもよい。
【００５２】
図示したように、ＭＰＤデバイスは、符号１７２，１７４，１７６，１７８で示すように、チップ１３０上の各レーザを監視するために設けてもよく、必要に応じて、知られた方法で、適切なボンディングパッド１８０およびグランドライン１８２を設けてもよい。本発明の先の実施形態のように、レーザ１３２は、第１エピタキシ構造内にモノリシックで製作し、一方、検出器は、共通基板上に第２エピタキシ構造内に製作される。アレイ１３２での各レーザは、光を異なる波長帯で放射するように製作してもよく、例えば、面発光レーザ１３４，１３６，１３８，１４０は、１４７０ｎｍ，１４９０ｎｍ，１５１０ｎｍ，１５３０ｎｍの光をそれぞれ放射してもよい。同様に、検出器１６２，１６４，１６６，１６８は、例えば、１５５０ｎｍ，１５７０ｎｍ，１５９０ｎｍ，１６１０ｎｍの各波長帯の光を検出してもよい。
【００５３】
隣接したＣＷＤＭチャネル間のチャネル間隔が約２０ｎｍである低密度波長多重（ＣＷＤＭ：Coarse Wavelength Division Multiplex）などの応用での使用では、アレイ１３２でのレーザ間で大きな波長変化を有するために、上述したように、第１または上部のエピタキシ構造であるレーザ構造の活性領域は、適切な波長を持つレーザがレーザアレイ用に製作可能なように、変更したバンドギャップを有する必要がある。これは、第１エピタキシャル構造を形成するための多くの知られたプロセスのうちの１つ、例えば、不純物フリーの空格子(vacancy)拡散または多重エピタキシャル成長によって実施される。
【００５４】
本発明のモノリシックに集積した発光器および検出器はまた、これから参照する図８〜図１５に示したように、表面受光検出器を伴う端面発光レーザ（ＥＥＬ）として製作してもよい。図８の側面図に示すように、こうしたレーザ／検出器チップ２００は、好ましくは、例えば、エピタキシャルレーザ層２０４に製作したファブリ−ペロ（ＦＰ）レーザなどの端面発光レーザ２０２と、エピタキシャル検出器層２０８に製作した表面受光検出器２０６とを含み、両方とも基板２１０の上に形成される。
【００５５】
レーザおよび検出器は、好ましくは、上述したようなマスキングおよびエッチング技術によって形成され、この構成では、反射ベース要素２１２がレーザに近接して設けられ、光軸と整列し、レーザ２０２の一端での発光器面２１４から間隔をあけている点で相違している。これは端面発光レーザであるため、面２１４は、基板２１０の表面に対して垂直である。
【００５６】
ベース要素２１２は、図８に示すように、レーザ２０２のその活性領域での光軸２１８と整列した第１反射面２１６を含んでもよく、あるいは、図９に示すように、光軸２１８と整列した湾曲した反射面２２０を含んでもよい。レーザ２０２の面２１４から放射された光ビーム２３０は、表面２１６または表面２２０によって偏向され、レンズ２３２などの適切な外部光学系を通じて光ファイバ２３４に到達する。
【００５７】
ベース要素２１２および表面２１６，２２０は、半導体レーザ層および光検出器層のリソグラフィおよびエッチングによって製作してもよい。図１０に示すように、図１〜図５について上述した方法で、検出器層２０６は、エッチング等によってベース要素２１２を包囲するように整形され、光ファイバ２３４から受光される光２４４は、レンズ２３２によって検出器の表面上に点線２４６で示す領域（図１０）に向くようになる。
【００５８】
代替として、ベース要素２１２は、例えば、シリコンの電子ビーム成長により、リフトオフプロセスを介して製作してもよく、検出器層２０６の上部に、ＥＥＬ２０２の出力をチップ表面に対して垂直な方向に反射するのに好都合な構造を設けてもよい。
【００５９】
他の代替物は、図１１のフォトニックデバイス２４８に図示しており、端面発光レーザ２５０が、基板２５４の上に表面受光検出器２５２と共に集積され、反射ベース要素２５６が検出器の表面上に搭載され、あるいは表面上方に位置決めされる。ベース要素２５６は、平坦または湾曲した表面２６０と、表面２６０上にあるダイクロイックフィルタ２６２とを含む。フィルタは、一方の波長帯を反射し、他方の波長帯を通過させるように設計された、表面２６０上の多層コーティングでもよい。
【００６０】
例えば、レーザ２５０の面２６６から放射されたビーム２６４は、１３１０ｎｍ±４０ｎｍの波長帯を有し、本質的にｓ偏光したものでもよい。ビーム２６４は、レーザの光軸に対して４５度の角度であるフィルタ２６２表面に向けられ、ほぼ全てが上向きに反射して、レンズなどの外部光学系２６６を通って光ファイバ２６８に向かうようになる。
【００６１】
光ファイバからフォトニックデバイス２４８に向けて入射する光２７０は、例えば、１４９０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯を有してもよい。この光もまたフィルタ２６２に対して４５度の角度で向かうが、この波長の光はほぼ全てがフィルタを透過してベース２５６を通過して検出器２５２に到達する。図１２の平面図に示すように、受光した光２７０は、点線２７２の内側であるフォトニック検出器２５２の一部に向かう。これは、ベース要素２５６の下方にある領域を含み、より大きな検出エリアを提供し、受光した光に対してより大きな感度を提供する。
【００６２】
典型的なダイクロイックフィルタの反射−波長の挙動を図１３にカーブ２８０，２８２で示している。この場合、ベース要素はＩｎＰであり、外部媒体は空気であり、９つの層を使用して、通常の設計技術を用いてフィルタを製作した。
【００６３】
図１４と図１５は、レンズやプリズムなどのオンチップ光学要素とともに、チップ上に集積された端面発光レーザのアレイおよび端面受光検出器のアレイを示す。図１４では、端面発光レーザのアレイ２９０および端面受光検出器のアレイ２９２が、共通の基板上に個々のエピタキシャルレーザ構造およびエピタキシャル検出器構造内に製作されている。オンチップのレンズ２９４，２９６およびプリズム２９８が、米国特許第６６５３２４４号に記載されたプロセスを用いて、アレイ２９０，２９２でのレーザおよび検出器の光軸と整列するように製作され、レーザから放射された光３００を光ファイバ３０２へ向けている。同様に、光学要素は、光ファイバ３０２からの受光光３０４を検出器のアレイ２９２に向けている。
【００６４】
代替として、図１５に示すように、オンチッププリズム２９８はオンチップ回折格子３０６と置換して、間隔が接近した波長についてより大きな分散を可能にしている。異なる光波長について間隔が接近したレーザチャネルの他のアレイは、チップの構造を変更することよって、同一の第１エピタキシャル構造の上に形成してもよい。
【００６５】
図１６は、上述したフォトニックデバイスの変形した形態を示す。上述のデバイスの各々では、モニタ光検出器（ＭＰＤ）をレーザの光軸と整列するようにレーザキャビティの一端に図示して、レーザと同じ材料でモノリシックに製作している。例えば、図８のデバイスでは、ＭＰＤ３１０がレーザエピタキシャル層２０４内に製作されている。図示したように、モニタ光検出器は、レーザの活性領域と整列した活性領域３１２を光軸２１８に組み込み、そして、レーザ２０２を製作するのに用いたリソグラフィおよびエッチングプロセスによって、層２０４内に製作される。
【００６６】
従って、ＭＰＤは、レーザの後側エッチング面３１６から離れて、これとほぼ平行なエッチング面３１４を組み込んでいる。後側面３１６は、通常、高い反射性で、レーザキャビティ２０２でのレーザ動作を得るようにしており、光の一部は放射され、面３１４に当たる。こうした光は、ＭＰＤデバイス３１０によって検出され、対応する出力をコンタクト層３１８，３２０に接続された適切な電極（不図示）上に発生する。
【００６７】
図示したように、ＭＰＤデバイスは、図１０の平面図に示したように、レーザエピタキシャル層２０４および検出器エピタキシャル層２０８の両方を垂直にエッチングすることによって製作され、ＭＰＤをレーザから分離している。図８に示したように、ファイバ２２４から入射する光のコンタクト層３２０での吸収を防止するために、この層はベース要素２１２の下方から除去されている。
【００６８】
図１６の実施形態では、フォトニックデバイス３３０は、上述したリソグラフィおよびエッチングプロセスによって、図１に示したチップ構造１０の層１４などのレーザエピタキシャル層内に製作されたレーザ３３２を組み込んでいる。このレーザは、図２、図３、図５、図６に示したような面発光レーザでもよく、あるいは、図８〜図１２、図１４、図１５に示したような端面発光レーザでもよく、そして、面３８からなどレーザから放射された光を、光ファイバ３４０などの外部光学系に伝送するために、例えば、偏向器３３４、レンズ３３６などの何れか所望の光学系を組み込んでもよい。フォトニックデバイスは、共通基板３４４上のモノリシックのレーザ−検出器フォトニックデバイスで利用する場合、上述したように、レーザの発光器端においてモノリシック検出器、例えば、検出器３４２などを組み込んでもよい。
【００６９】
図１６の実施形態によれば、前の実施形態で示したＭＰＤは、レーザ３３２の動作を監視するために、レーザエピタキシャル層１４を用いる代わりに、検出器エピタキシャル層１２（図１）を利用するように変更している。図示したように、フォトニックデバイス３３０は、レーザエピタキシャル層１４をエッチング除去し、層１２の上面３５２を露出することによって、検出器エピタキシャル層１２にメサとして製作されたＭＰＤ３５０を組み込んでいる。
【００７０】
この上面は、層１２のｐ−ｉ−ｎ活性領域３５４にあり、これは入射する光に感度を有し、ＭＰＤ３５０に接続された適切な電極（不図示）上に電気出力信号を発生する。この構成は、矢印３５６で示すように、レーザの後側面３５８から放射される少量の光を検出することが可能である。図示したように、この光は広がるが、充分な光がＭＰＤ３５０の上面３５２に当たって、レーザ３３２によって発生する光の強度の効率的な監視を可能にする。
【００７１】
ＭＰＤを製作する場合、図１７に示すように、エッチングを用いてレーザ層１４を上面エリア３５２に渡って除去し、レーザから分離するように、ＭＰＤ周辺にある検出器エピタキシャル層１２を除去する。好ましくは、このエッチング工程は、レーザ３３２、偏向器３３４および検出器３４２のエッチングと同時に行い、その結果、フォトニックデバイスが基板上にモノリシックに製作される。検出器３４２およびＭＰＤ３５０は、両方とも層１２内に製作され、好ましくは同時に製作され、フォトニックデバイス３３０のための２つの感光性の表面検出器を提供する。
【００７２】
図１６は、図８で使用したものの代替の技術を示し、ｐ−ｉ−ｎ領域３５４のコンタクト層が偏向器３３４の下方や発光器端から除去されておらず、本実施形態では、薄く保って、ファイバ３４０からの入射光の顕著な吸収を防止している。
【００７３】
図１６のフォトニックデバイス３３０のためのより高感度のＭＰＤを、図１８の符号３６０で示しており、同様な要素は同様な符号である。この変形例では、ＭＰＤ３５０のためにフード(hood)３６２を設けて、ｐ−ｉ−ｎ活性領域３５４を保護し、面３５８から放射されたより多くの光を表面３５２へ向けている。フードは、湾曲して、レーザ構造３３２の上面３６４付近からＭＰＤ３５０の最も遠いエッジ３６６付近まで延びており、その曲率は、ＭＰＤ表面に対して凹状であり、放射光を点線矢印３６８で示すように向けている。
【００７４】
フードは、例えば、Ｐｈｏｔｏｎｅｅｃｅ（登録商標）ＰＷＤＣ−１０００  感光性ポリイミドなどのポリイミド３７０で製作され、これはレーザ３３２の発光波長でほぼ透明であり、堆積しパターン加工し硬化させる。ポリイミドの硬化の際、図示したように、丸くなって連続的な湾曲面を作成する。
【００７５】
そして、フードの表面は金属層３７２でコートされて、面３５８から放射された光をＭＰＤ３５０に向けるための反射性凹面を設ける。こうしてフードは、放射光をＭＰＤ３５０による検出のための表面３５２に向けて、レーザ３３２で発生した光の強度についての敏感なモニタを提供する。
【００７６】
さらに、金属被覆面の点で、フードは、後側面から放射された光をほぼ包含して、デバイス３０内外で何れか不要な領域に到達するのを防止している。良好な電気分離を維持するために、金属層３７２はレーザ３３２と接触していない。
【００７７】
図１８のフードの変形した形態は、図１９に示しており、基板３７８の上にあるレーザ３７６を示している。図１８のモニタ検出器３６０のための湾曲したフードは、角度付き面３８２を有するモニタ光検出器３８０のための偏向器で置換される。本実施形態において、レーザ３７６は、上述したように、端面発光レーザまたは面発光レーザでもよい。偏向器３８０は、角度付き面３８２によりレーザエピタキシャル構造内に製作される。モニタ光検出器３８８は、例えば、図２、図５、図８、図１１について上述したように、メサとしてエッチングされ、検出器の上部は、好ましくは、基板３７８の表面に対して４５度でエッチングされる。
【００７８】
角度付き面は、レーザの後側面３８４から放射された光を下向きに偏向して、検出用に検出器エピタキシ内に形成されたｐ−ｉ−ｎ光検出器３８８に当てる。コンタクト層３８６は、適切なドーピングのＩｎＧａＡｓで形成してもよく、充分な光がｐ−ｉ−ｎ光検出器３８８のｉ−領域に到達できるように薄くする必要がある。
【００７９】
図２０は、本発明の他の実施形態３９０を、チップの一端３９８に面発光レーザ３９６を有し、チップの他端４０２に表面受光検出器４００を有する半絶縁性基板３９４を含む、分岐したチップ３９２の形態で示す。モニタ光検出器４０４は、基板３９４の上に形成され、レーザの後側面を監視する。
【００８０】
図２０は、レーザ３９６の発光器端面４１０の上方に離れた単一モード光ファイバ４０８などの単一ファイバとの光送受が可能なように、分岐したチップ３９２とともに使用できる外部コンポーネントの例も示している。出射面４１０の上方および検出器４００の上方にそれぞれ離れたレンズ４１２，４１４が、レンズとファイバ４０８との間に配置されたダイクロイックプリズム４１６と共に用いられ、ファイバ４０８からの光が表面受光検出器４００に向かうとともに、レーザ光４２０が出射面４１０からファイバ４０８に向かうようにしている。
【００８１】
シリコンをベースとしたレンズを図２０に示しているが、他のタイプのレンズも使用できることは理解されよう。他のタイプの外部コンポーネントが分岐チップとともに使用可能であり、面発光ＨＣＳＥＬレーザ３９６は、適切な反射器を有する端面発光レーザと置換してもよく、及び／又は、表面受光検出器４００は、適切な反射器を備えた端面受光検出器と置換してもよいことも理解されよう。ＭＰＤ検出器４００は、表面受光検出器として示しているが、端面受光検出器を使用してもよいことは理解されよう。さらに、図１８に示したようなフードを使用してもよい。
【００８２】
図２１は、第３の表面受光検出器および図２０と同様な外部コンポーネントを含むフォトニックデバイス３９０の変形バージョンを符号４３０で示しており、トリプレクサ(triplexer)の機能性を提供している。図示したように、本実施形態は、半絶縁性基板４３４の上に端面発光レーザ４３２を組み込んであり、ダイクロイックフィルタ４３８を有する反射器４３６が、図１１の実施形態について上述した方法で、発光器端面４４０に近接し、検出器４４２の上方に位置決めされている。
【００８３】
ＭＰＤ４４４は、レーザ４３２の後側面４４６に近接して配置され、遠方の検出器４４８が、基板４３４の上に、レーザ発光器が配置された端部から遠くにある基板端部に搭載されている。第１波長の光４５０がレーザから出て、レンズ４５４およびプリズム４５６の一端を通ってファイバ４５２と結合し、一方、第２波長および第３波長の光４５８，４６０がファイバからデバイス４３０に向かう。検出器４４４は、ＭＰＤであり、レーザの後側面４４６から放射された第１波長の光を検出する。ダイクロイックコート付き偏向器４３６の下方にある第２検出器４４２は、第２波長の光４５８を受光する。外部コンポーネントのダイクロイックプリズム４５６は、第３波長４６０を第３の表面受光検出器４４８に向ける。図２１の外部コンポーネントおよびフォトニックデバイスにより実行される機能は、トリプレクサのものである。
【００８４】
本発明は、好ましい実施形態の観点で説明したが、下記請求項で記述されたような真の精神および範囲から逸脱することなく、変化および変更が可能であることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】基板上にレーザエピタキシャル構造と検出器エピタキシャル構造とを含む２層エピタキシャルチップ構造を示す。
【図２】本発明の第１実施形態に従って、レーザエピタキシに製作された面発光レーザと、検出器エピタキシに製作された表面受光検出器と、図１のチップの両方のエピタキシャル層を通るモニタ光検出器とを含む、モノリシックに集積されたフォトニックデバイスの側面図を示す。
【図３】図２のデバイスの平面図である。
【図４】基板上にエピタキシャルレーザ構造と２つの検出器エピタキシャル構造とを含む３層エピタキシャルチップ構造を示す。
【図５】本発明の他の実施形態に従って、レーザ構造に製作された面発光レーザと、図４のチップの検出器構造に製作された２つの表面受光検出器とを含む、モノリシックに集積されたフォトニックデバイスの側面図を示す。
【図６】本発明の他の実施形態に従って、共通チップ上に、アレイ状の面発光レーザおよびアレイ状の表面受光検出器を、対応するレーザおよび検出器エピタキシャル構造に組み込んだ、モノリシックに集積されたフォトニックデバイスの平面図である。
【図７】チップ上のレーザおよび検出器を光ファイバに光学的に結合するための外部のプリズムおよびレンズと組み合せた、図６のデバイスの側面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に従って、レーザエピタキシャル構造に製作された端面発光レーザと、図１のチップの検出器エピタキシャル構造に製作された表面受光検出器とを組み込んで、レーザ端面発光した光の向きを変えるための偏向器を組み込んだ、モノリシックに集積されたフォトニックデバイスの側面図を示す。
【図９】湾曲した表面を有する偏向器を組み込んだ、図８のデバイスの変形した形態の側面図である。
【図１０】図９のデバイスの平面図である。
【図１１】図８のフォトニックデバイスの変形した形態の側面図であり、偏向器は、レーザによって放射された光を反射し、外部光源からの受光光を通過させ、偏向器本体を通って下地の検出器構造へ向けるダイクロイックコーティングを含む。
【図１２】図１１のデバイスの平面図である。
【図１３】図１１のデバイスについてのダイクロイックフィルタの一例の反射特性のグラフである。
【図１４】プリズムを通して外部の光ファイバと結合した、アレイ状の端面発光レーザおよび端面受光検出器を組み込んだ、モノリシックに集積されたフォトニックデバイスの平面図である。
【図１５】回折格子によって外部の光ファイバと結合した、アレイ状の端面発光レーザおよび端面受光検出器を組み込んだ、モノリシックに集積されたフォトニックデバイスの平面図である。
【図１６】検出器エピタキシャル構造に製作された表面受光モニタ光検出器（ＭＰＤ）を組み込むように変形した、図８等のフォトニックデバイスの側面図である。
【図１７】図１６のデバイスの平面図である。
【図１８】表面受光ＭＰＤに光偏向フードを組み込んだ、図１６のデバイスの変形した形態の側面図である。
【図１９】図１６のデバイスの他の実施形態の側面図である。
【図２０】外部コンポーネントを備えた、分岐したチップの側面図である。
【図２１】集積フォトニックチップと外部コンポーネントとともに形成された、トリプレクサ(triplexer)の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月5日(2008.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１６）と、
前記基板（１６）上にある第１エピタキシャル構造（１２）と、
前記第１エピタキシャル構造（１２）の上に積み重なった第２エピタキシャル構造（１４）と、
前記第１エピタキシャル構造（１２）内に製作され、発光器端面（３３８）と反射端面（３５８）との間に延びる光軸を有する第１のエッチング面フォトニック要素と、
前記第２エピタキシャル構造（１４）内に製作され、前記エッチング面フォトニック要素の前記反射端面（３５８）に近接した第２の表面受光フォトニック要素とを備え、
前記第１のエッチング面フォトニック要素は、レーザ（３３２）であり、
前記第２の表面受光フォトニック要素は、レーザ（３３２）の動作を監視するための光検出器（３５０）であり、
前記レーザ（３３２）および前記光検出器（３５０）は、モノリシックに集積されているフォトニックデバイス（２０）。
【請求項２】
前記第２光検出器エピタキシャル構造（１４）内に製作された第３のフォトニック要素をさらに備え、
前記第３のフォトニック要素は、前記エッチング面フォトニック要素の前記発光器端面に近接した光検出器（３４２）である請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記第３のフォトニック要素は、前記第１のフォトニック要素の前記光軸に整列し、前記第２のフォトニック要素から離れている表面受光検出器（３４２）である請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
光検出器（３５０）は、ｐ−ｉ−ｎダイオード検出器である請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１のフォトニック要素の前記発光器端面は、４５度エッチング面で形成されている請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１のフォトニック要素の前記発光器端面は、９０度エッチング面で形成されている請求項１記載のデバイス。
【請求項７】
前記レーザおよび前記光検出器は、前記基板上の別個のメサの上にある請求項１記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１のフォトニック要素の前記反射端面から放射された光を、前記第２のフォトニック要素と結合させるための光学要素をさらに備える請求項１記載のデバイス。
【請求項９】
前記光学結合要素は、反射器を含む請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
前記反射器は、前記レーザと前記モニタ光検出器との間にある光学的に透明な充填材と、前記充填材の上にある反射コーティングとを備えたフードである請求項９記載のデバイス。
【請求項１１】
単一チップ上にモノリシックフォトニックデバイスを製作する方法であって、
基板（１６）の上に積み重なった第１エピタキシャル構造（１２）および第２エピタキシャル構造（１４）を用意すること、
第１エッチング面（３３８）および第２エッチング面（３５８）を有し、第１波長の光を放射する、少なくとも１つのレーザ（３３２）キャビティを前記第１構造（１２）内に製作すること、
前記第２エッチング面（３５８）の反射率を変更して、高いレベルの光学反射率を設けること、
前記第２面（３５８）から放射された前記第１波長のレーザ光を検出するために、光検出器（３５０）を、前記第２エッチング面（３５８）に近接して前記第２構造（１４）内に製作することを含む方法。
【請求項１２】
第２波長の光を受光し検出するために、第２検出器（３４２）を前記第２構造（１４）内に製作すること、
前記第１波長の前記放射された光を、外部光学デバイスと結合させること、
前記外部光学デバイスからの前記第２波長の光を、前記第２検出器（３４２）と結合させることをさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
放射された光を前記第１検出器に向けるために、反射要素を前記第２エッチング面に近接して位置決めすることをさらに含む請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
反射要素を位置決めすることは、前記レーザから前記第１検出器まで延びるフードを製作することを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
反射要素を位置決めすることは、
前記レーザの前記反射面と前記第１光検出器との間に光学的に透明な充填材を堆積すること、
前記充填材の上に反射層を堆積して、前記レーザから前記第１検出器まで延びるフードを形成することを含む請求項１３記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明の第１実施形態において、図２と図３に示すように、モノリシックフォトニックデバイスまたはチップ２０は、チップ２０の個々の構造１２，１４において別個のメサにモノリシックに製作した集積レーザ２２および集積検出器２４を組み込んでいる。電気的分離を強化するために、半絶縁性基板の場合、エピタキシャル層を通って基板に至るエッチングにより、メサを形成することが望ましい。
【国際調査報告】
2009522805.tif 000024