JPH1090635A - 埋め込み型半導体光素子 - Google Patents
埋め込み型半導体光素子Info
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- JPH1090635A JPH1090635A JP8242942A JP24294296A JPH1090635A JP H1090635 A JPH1090635 A JP H1090635A JP 8242942 A JP8242942 A JP 8242942A JP 24294296 A JP24294296 A JP 24294296A JP H1090635 A JPH1090635 A JP H1090635A
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- doped
- diffusion
- semiconductor optical
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 性能、信頼性を向上する。
【解決手段】 Ｓｉドープのｎ−ＩｎＰからなる半導体
基板２８の上にＳｉドープのｎ−ＩｎＰからなる第１の
クラッド層３１、ノンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ系ＭＱＷからなるコア層２７、ノンドープのＩｎＰ
からなる拡散抑制層２６、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ
（バンドギャップ波長１．３μｍ組成）からなる拡散抑
制層２５、Ｚｎドープのｐ−ＩｎＰからなる第２のクラ
ッド層２４、Ｚｎドープのｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる
コンタクト層２３、ＺｎドープのＰ+−ＩｎＧａＡｓか
らなるコンタクト層２２をメサストライプ構造に形成
し、コンタクト層２２の上面にＡｕＺｎＮｉからなるｐ
側電極２１を形成し、半導体基板２８の裏面にＡｕＧｅ
Ｎｉからなるｎ側電極２９を形成し、メサストライプ構
造の側面をＦｅドープのＩｎＰからなる埋め込み層３０
により埋め込む。
基板２８の上にＳｉドープのｎ−ＩｎＰからなる第１の
クラッド層３１、ノンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ系ＭＱＷからなるコア層２７、ノンドープのＩｎＰ
からなる拡散抑制層２６、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ
（バンドギャップ波長１．３μｍ組成）からなる拡散抑
制層２５、Ｚｎドープのｐ−ＩｎＰからなる第２のクラ
ッド層２４、Ｚｎドープのｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる
コンタクト層２３、ＺｎドープのＰ+−ＩｎＧａＡｓか
らなるコンタクト層２２をメサストライプ構造に形成
し、コンタクト層２２の上面にＡｕＺｎＮｉからなるｐ
側電極２１を形成し、半導体基板２８の裏面にＡｕＧｅ
Ｎｉからなるｎ側電極２９を形成し、メサストライプ構
造の側面をＦｅドープのＩｎＰからなる埋め込み層３０
により埋め込む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信に用いられる
埋め込み型半導体光変調器などの埋め込み型半導体光素
子に関するものである。
埋め込み型半導体光変調器などの埋め込み型半導体光素
子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体光変調器を埋め込み型とすること
は、高度の信頼性を確保する上で必要不可欠である。し
かも、高速の光変調を行なうためには、半導体光変調器
の容量を低減しなければならないから、埋め込み層には
半絶縁性を示すＦｅドープのＩｎＰが一般的に使用され
ている。
は、高度の信頼性を確保する上で必要不可欠である。し
かも、高速の光変調を行なうためには、半導体光変調器
の容量を低減しなければならないから、埋め込み層には
半絶縁性を示すＦｅドープのＩｎＰが一般的に使用され
ている。
【０００３】図５は従来の埋め込み型半導体光変調器を
示す断面図である。図に示すように、Ｓｉドープのｎ−
ＩｎＰからなる半導体基板１６の上にＳｉドープのｎ−
ＩｎＰからなるクラッド層１９、ノンドープのＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ系ＭＱＷ（多重量子井戸；Multiple
-Quantum-Well）からなるコア層１５、Ｚｎドープのｐ
−ＩｎＰからなるクラッド層１４、Ｚｎドープのｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層１３、Ｚｎドープの
ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１２がメサスト
ライプ構造に形成され、コンタクト層１２の上面にｐ側
電極１１が形成され、半導体基板１６の裏面にｎ側電極
１７が形成され、メサストライプ構造の側面がＦｅドー
プのＩｎＰからなる埋め込み層１８により埋め込まれて
いる。
示す断面図である。図に示すように、Ｓｉドープのｎ−
ＩｎＰからなる半導体基板１６の上にＳｉドープのｎ−
ＩｎＰからなるクラッド層１９、ノンドープのＩｎＧａ
Ａｓ／ＩｎＡｌＡｓ系ＭＱＷ（多重量子井戸；Multiple
-Quantum-Well）からなるコア層１５、Ｚｎドープのｐ
−ＩｎＰからなるクラッド層１４、Ｚｎドープのｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層１３、Ｚｎドープの
ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１２がメサスト
ライプ構造に形成され、コンタクト層１２の上面にｐ側
電極１１が形成され、半導体基板１６の裏面にｎ側電極
１７が形成され、メサストライプ構造の側面がＦｅドー
プのＩｎＰからなる埋め込み層１８により埋め込まれて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
にクラッド層１４に使用されているｐ形ドーパントであ
るＺｎと埋め込み層１８のドーパントであるＦｅとが相
互に拡散する（ジャーナル オブ アプライド フィジ
ックス（Jounal of Applied Physics）６９巻、１８６
２〜１８６５頁 １９９１年）。この結果、Ｚｎのコア
層１５に向かう拡散が促進され、埋め込み型半導体光変
調器の特性が劣化するといった問題が生じている。特
に、コア層１５がＭＱＷからなる場合にはこの問題が深
刻であり、Ｚｎのコア層１５への拡散のため、コア層１
５のＭＱＷが混晶化してしまい、埋め込み型半導体光変
調器の特性を大幅に劣化させる要因となる。
にクラッド層１４に使用されているｐ形ドーパントであ
るＺｎと埋め込み層１８のドーパントであるＦｅとが相
互に拡散する（ジャーナル オブ アプライド フィジ
ックス（Jounal of Applied Physics）６９巻、１８６
２〜１８６５頁 １９９１年）。この結果、Ｚｎのコア
層１５に向かう拡散が促進され、埋め込み型半導体光変
調器の特性が劣化するといった問題が生じている。特
に、コア層１５がＭＱＷからなる場合にはこの問題が深
刻であり、Ｚｎのコア層１５への拡散のため、コア層１
５のＭＱＷが混晶化してしまい、埋め込み型半導体光変
調器の特性を大幅に劣化させる要因となる。
【０００５】図６は図５に示した埋め込み型半導体光変
調器のＦｅとＺｎとの相互拡散の状態を示す断面図であ
る。図に示すように、ＺｎとＦｅとの相互拡散がクラッ
ド層１４と埋め込み層１８との間で生ずる。このため、
クラッド層１４では空孔が多数発生し、Ｚｎが移動しや
すい状態となるから、Ｚｎが下方向に拡散してコア層１
５に入り込むと考えられる。
調器のＦｅとＺｎとの相互拡散の状態を示す断面図であ
る。図に示すように、ＺｎとＦｅとの相互拡散がクラッ
ド層１４と埋め込み層１８との間で生ずる。このため、
クラッド層１４では空孔が多数発生し、Ｚｎが移動しや
すい状態となるから、Ｚｎが下方向に拡散してコア層１
５に入り込むと考えられる。
【０００６】図７は図５に示した埋め込み型半導体光変
調器のＳＩＭＳ（２次イオン質量分析計）による分析の
結果を示すグラフであり、横軸が深さ、縦軸が分析した
元素のキャリア濃度を示している。このグラフからクラ
ッド層１４からＺｎがコア層１５に拡散していることが
わかる。
調器のＳＩＭＳ（２次イオン質量分析計）による分析の
結果を示すグラフであり、横軸が深さ、縦軸が分析した
元素のキャリア濃度を示している。このグラフからクラ
ッド層１４からＺｎがコア層１５に拡散していることが
わかる。
【０００７】図８は図５に示した埋め込み型半導体光変
調器の光吸収スペクトルの測定結果を示すグラフであ
る。このグラフから明らかなように、波長１．５μｍ付
近にエキシトンの吸収ピークがある。また、電界を印加
していくと、吸収のピークが長波長側に裾をひいてだれ
ていく。このようなバルク結晶でよくみられる裾だれ現
象は、コア層１５がＺｎの拡散によって劣化したためと
考えられる。このため、１．５５μｍの波長域では、０
Ｖにおいても吸収端の裾がかかり、吸収による半導体光
変調器の光損失が大きくなるといった問題が起きる。さ
らに、コア層１５のＭＱＷの劣化に伴い、量子閉じ込め
シュタルク効果（ＱＣＳＥ）の効率も減少し、消光比な
ど光変調器としての性能を劣化させ、信頼性を劣化させ
る要因となる。
調器の光吸収スペクトルの測定結果を示すグラフであ
る。このグラフから明らかなように、波長１．５μｍ付
近にエキシトンの吸収ピークがある。また、電界を印加
していくと、吸収のピークが長波長側に裾をひいてだれ
ていく。このようなバルク結晶でよくみられる裾だれ現
象は、コア層１５がＺｎの拡散によって劣化したためと
考えられる。このため、１．５５μｍの波長域では、０
Ｖにおいても吸収端の裾がかかり、吸収による半導体光
変調器の光損失が大きくなるといった問題が起きる。さ
らに、コア層１５のＭＱＷの劣化に伴い、量子閉じ込め
シュタルク効果（ＱＣＳＥ）の効率も減少し、消光比な
ど光変調器としての性能を劣化させ、信頼性を劣化させ
る要因となる。
【０００８】以上述べたように、メサストライプ構造の
側面をＦｅドープのＩｎＰからなる埋め込み層１８で埋
め込むことによって、Ｚｎがクラッド層１４からコア層
１５に拡散し、埋め込み型半導体光変調器の特性、信頼
性の劣化を招いた。
側面をＦｅドープのＩｎＰからなる埋め込み層１８で埋
め込むことによって、Ｚｎがクラッド層１４からコア層
１５に拡散し、埋め込み型半導体光変調器の特性、信頼
性の劣化を招いた。
【０００９】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、高性能でかつ信頼性の高い埋め込み型半導
体光素子を提供することを目的とする。
れたもので、高性能でかつ信頼性の高い埋め込み型半導
体光素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、半導体基板上に第１の導電形を
有する第１のクラッド層、コア層、第２の導電形を有す
る第２のクラッド層および第２の導電形を有するコンタ
クト層がメサストライプ構造に形成され、上記メサスト
ライプ構造の側面が半絶縁性半導体結晶により埋め込ま
れている埋め込み型半導体光素子において、上記コア層
と上記第２のクラッド層との間に上記第２のクラッド層
および上記コア層とバンドギャップが異なる拡散抑制層
を少なくとも一層挿入する。
め、本発明においては、半導体基板上に第１の導電形を
有する第１のクラッド層、コア層、第２の導電形を有す
る第２のクラッド層および第２の導電形を有するコンタ
クト層がメサストライプ構造に形成され、上記メサスト
ライプ構造の側面が半絶縁性半導体結晶により埋め込ま
れている埋め込み型半導体光素子において、上記コア層
と上記第２のクラッド層との間に上記第２のクラッド層
および上記コア層とバンドギャップが異なる拡散抑制層
を少なくとも一層挿入する。
【００１１】この場合、上記拡散抑制層として少なくと
も第１の拡散抑制層と上記第１の拡散抑制層の直下の第
２の拡散抑制層とを挿入し、上記第２の拡散抑制層のバ
ンドギャップを上記第１の拡散抑制層のバンドギャップ
よりも大きくする。
も第１の拡散抑制層と上記第１の拡散抑制層の直下の第
２の拡散抑制層とを挿入し、上記第２の拡散抑制層のバ
ンドギャップを上記第１の拡散抑制層のバンドギャップ
よりも大きくする。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る埋め込み型半
導体光変調器を示す断面図である。図に示すように、Ｓ
ｉドープのｎ−ＩｎＰからなる半導体基板２８の上にＳ
ｉドープのｎ−ＩｎＰからなる第１のクラッド層３１、
ノンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系ＭＱＷから
なるコア層２７、ノンドープのＩｎＰからなる拡散抑制
層２６、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ
波長１．３μｍ組成）からなる拡散抑制層２５、Ｚｎド
ープのｐ−ＩｎＰからなる第２のクラッド層２４、Ｚｎ
ドープのｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層２
３、ＺｎドープのＰ+−ＩｎＧａＡｓからなるコンタク
ト層２２がメサストライプ構造に形成され、コンタクト
層２２の上面にＡｕＺｎＮｉからなるｐ側電極２１が形
成され、半導体基板１６の裏面にＡｕＧｅＮｉからなる
ｎ側電極２９が形成され、メサストライプ構造の側面が
ＦｅドープのＩｎＰからなる埋め込み層３０により埋め
込まれている。
導体光変調器を示す断面図である。図に示すように、Ｓ
ｉドープのｎ−ＩｎＰからなる半導体基板２８の上にＳ
ｉドープのｎ−ＩｎＰからなる第１のクラッド層３１、
ノンドープのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系ＭＱＷから
なるコア層２７、ノンドープのＩｎＰからなる拡散抑制
層２６、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ
波長１．３μｍ組成）からなる拡散抑制層２５、Ｚｎド
ープのｐ−ＩｎＰからなる第２のクラッド層２４、Ｚｎ
ドープのｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層２
３、ＺｎドープのＰ+−ＩｎＧａＡｓからなるコンタク
ト層２２がメサストライプ構造に形成され、コンタクト
層２２の上面にＡｕＺｎＮｉからなるｐ側電極２１が形
成され、半導体基板１６の裏面にＡｕＧｅＮｉからなる
ｎ側電極２９が形成され、メサストライプ構造の側面が
ＦｅドープのＩｎＰからなる埋め込み層３０により埋め
込まれている。
【００１３】つぎに、図１に示した埋め込み型半導体光
変調器の製造方法について説明する。まず、半導体基板
２８の上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、
クラッド層３１、厚さ０．１９μｍのコア層２７、拡散
抑制層２６、拡散抑制層２５、ｐ形不純物濃度５×１０
17ｃｍ-3、厚さ１．５μｍのクラッド層２４、ｐ形不純
物濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ０．１μｍのコンタクト
層２３およびｐ形不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、厚さ
０．２μｍのコンタクト層２２を順次成長する。この場
合、コア層２７を厚さ１２ｎｍで０．５％伸張歪みのＩ
ｎＧａＡｓ井戸層と厚さ７ｎｍで０．４％の圧縮歪みの
ＩｎＡｌＡｓ障壁層とから構成し、繰り返し周期を１０
とし、エキシトンのピーク波長を１．５０μｍとする。
変調器の製造方法について説明する。まず、半導体基板
２８の上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、
クラッド層３１、厚さ０．１９μｍのコア層２７、拡散
抑制層２６、拡散抑制層２５、ｐ形不純物濃度５×１０
17ｃｍ-3、厚さ１．５μｍのクラッド層２４、ｐ形不純
物濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ０．１μｍのコンタクト
層２３およびｐ形不純物濃度２×１０18ｃｍ-3、厚さ
０．２μｍのコンタクト層２２を順次成長する。この場
合、コア層２７を厚さ１２ｎｍで０．５％伸張歪みのＩ
ｎＧａＡｓ井戸層と厚さ７ｎｍで０．４％の圧縮歪みの
ＩｎＡｌＡｓ障壁層とから構成し、繰り返し周期を１０
とし、エキシトンのピーク波長を１．５０μｍとする。
【００１４】つぎに、成長面上にＳｉＯ2膜をスパッタ
法により蒸着し、フォトリソグラフィおよびＣＦ4とＨ2
との混合ガスによる反応性ドライエッチング法によりＳ
ｉＯ 2膜を選択的にエッチングすることにより、ＳｉＯ2
膜からなるストライプ状のマスクを形成する。この場
合、光変調器の横モードが単一となるようにストライプ
状のマスクの幅を２μｍとする。つぎに、ＣＨ4とＨ2と
の混合ガスによる反応性ドライエッチング法により、半
導体基板２８の途中までエッチングを行ない、メサスト
ライプ構造を形成する。つぎに、ＳｉＯ2膜からなるス
トライプ状のマスクを選択成長用マスクとして、ＭＯＶ
ＰＥ法によりメサストライプ構造の側面をすべて埋め込
み層３０により埋め込む。つぎに、リフトオフ法と蒸着
法とによってコンタクト層２２の上にｐ側電極２１を形
成し、半導体基板２８の裏面にｎ側電極２９を形成し、
４２０℃で約２０秒間合金処理を行なう。その後、ワイ
ヤボンディング用に金属電極としてＡｕを付ける。この
場合、Ｐ側電極２１の大きさをストライプ部で３００μ
ｍ×２μｍ、パット部で４０μｍ×３０μｍとする。
法により蒸着し、フォトリソグラフィおよびＣＦ4とＨ2
との混合ガスによる反応性ドライエッチング法によりＳ
ｉＯ 2膜を選択的にエッチングすることにより、ＳｉＯ2
膜からなるストライプ状のマスクを形成する。この場
合、光変調器の横モードが単一となるようにストライプ
状のマスクの幅を２μｍとする。つぎに、ＣＨ4とＨ2と
の混合ガスによる反応性ドライエッチング法により、半
導体基板２８の途中までエッチングを行ない、メサスト
ライプ構造を形成する。つぎに、ＳｉＯ2膜からなるス
トライプ状のマスクを選択成長用マスクとして、ＭＯＶ
ＰＥ法によりメサストライプ構造の側面をすべて埋め込
み層３０により埋め込む。つぎに、リフトオフ法と蒸着
法とによってコンタクト層２２の上にｐ側電極２１を形
成し、半導体基板２８の裏面にｎ側電極２９を形成し、
４２０℃で約２０秒間合金処理を行なう。その後、ワイ
ヤボンディング用に金属電極としてＡｕを付ける。この
場合、Ｐ側電極２１の大きさをストライプ部で３００μ
ｍ×２μｍ、パット部で４０μｍ×３０μｍとする。
【００１５】図１に示した埋め込み型半導体光変調器に
おいては、クラッド層２４と拡散抑制層２５との間、拡
散抑制層２５と拡散抑制層２６との間および拡散抑制層
２６とコア層２７との間にヘテロ界面が形成されるか
ら、クラッド層２４からのＺｎの拡散が上記ヘテロ界面
を抑止されるので、コア層２７へのＺｎの拡散は大幅に
低減され、埋め込み型半導体光変調器の特性はＦｅドー
プの埋め込み層３０を設けることによって劣化すること
がない。このため、量子閉じ込めシュタルク効果の効率
が減少することがなく、消光比など光変調器としての性
能も劣化することがなく、信頼性を向上することができ
る。また、拡散抑制層２５のＩｎＧａＡｓＰのバンドギ
ャップは０．９５ｅＶ、拡散抑制層２６のＩｎＰのバン
ドギャップは１．３５ｅＶ、コア層２７のＭＱＷの等価
的なバンドギャップ（ＩｎＧａＡｓ井戸層とＩｎＡｌＡ
ｓ障壁層とのバンドギャップをそれぞれの膜厚の値で重
み付け平均したバンドギャップ）は約１．１ｅＶであ
る。したがって、拡散抑制層２５と拡散抑制層２６との
間のヘテロ界面の位置的に上部の拡散抑制層２５のバン
ドギャップに対してその直下の拡散抑制層２６のバンド
ギャップが大きく、この場合には拡散抑制層２５と拡散
抑制層２６との間のヘテロ界面でより一層効果的にＺｎ
の拡散を抑制することができる。また、埋め込み層３０
によりメサストライプ構造の側面を埋め込んでいるか
ら、光ファイバとの結合効率を大幅に改善することがで
き、また従来多用されているポリイミドによる埋め込み
に比べ、湿気等による経時変化を無視できるため、信頼
性を大幅に改善することができる。
おいては、クラッド層２４と拡散抑制層２５との間、拡
散抑制層２５と拡散抑制層２６との間および拡散抑制層
２６とコア層２７との間にヘテロ界面が形成されるか
ら、クラッド層２４からのＺｎの拡散が上記ヘテロ界面
を抑止されるので、コア層２７へのＺｎの拡散は大幅に
低減され、埋め込み型半導体光変調器の特性はＦｅドー
プの埋め込み層３０を設けることによって劣化すること
がない。このため、量子閉じ込めシュタルク効果の効率
が減少することがなく、消光比など光変調器としての性
能も劣化することがなく、信頼性を向上することができ
る。また、拡散抑制層２５のＩｎＧａＡｓＰのバンドギ
ャップは０．９５ｅＶ、拡散抑制層２６のＩｎＰのバン
ドギャップは１．３５ｅＶ、コア層２７のＭＱＷの等価
的なバンドギャップ（ＩｎＧａＡｓ井戸層とＩｎＡｌＡ
ｓ障壁層とのバンドギャップをそれぞれの膜厚の値で重
み付け平均したバンドギャップ）は約１．１ｅＶであ
る。したがって、拡散抑制層２５と拡散抑制層２６との
間のヘテロ界面の位置的に上部の拡散抑制層２５のバン
ドギャップに対してその直下の拡散抑制層２６のバンド
ギャップが大きく、この場合には拡散抑制層２５と拡散
抑制層２６との間のヘテロ界面でより一層効果的にＺｎ
の拡散を抑制することができる。また、埋め込み層３０
によりメサストライプ構造の側面を埋め込んでいるか
ら、光ファイバとの結合効率を大幅に改善することがで
き、また従来多用されているポリイミドによる埋め込み
に比べ、湿気等による経時変化を無視できるため、信頼
性を大幅に改善することができる。
【００１６】図２は図１に示した埋め込み型半導体光変
調器のＳＩＭＳによる分析の結果を示すグラフである。
このグラフから明らかなように、コア層２７のキャリア
濃度は低濃度でｎ形であり、従来の埋め込み型半導体光
変調器においては図７に示すようにコア層１５がＺｎの
拡散によってｐ形化したのに対して、図１に示した埋め
込み型半導体光変調器においては、コア層２７がＺｎの
拡散によってｐ形化していないことを示す。
調器のＳＩＭＳによる分析の結果を示すグラフである。
このグラフから明らかなように、コア層２７のキャリア
濃度は低濃度でｎ形であり、従来の埋め込み型半導体光
変調器においては図７に示すようにコア層１５がＺｎの
拡散によってｐ形化したのに対して、図１に示した埋め
込み型半導体光変調器においては、コア層２７がＺｎの
拡散によってｐ形化していないことを示す。
【００１７】図３は図１に示した埋め込み型半導体光変
調器の光吸収スペクトルを示すグラフである。このグラ
フから明らかなように、波長１．５μｍ付近にエキシト
ンの吸収ピークがある。そして、埋め込みによる吸収ピ
ークの裾だれは見られず、１．５５μｍの波長域では、
０Ｖにおいて吸収端の裾がかかっておらず、従来の埋め
込み型半導体光変調器においては図８に示すように吸収
による素子の光損失が大きくなるといった問題があった
が、図１に示した埋め込み型半導体光変調器において
は、吸収による素子の光損失が大きくなるといった問題
はない。また、電界を印加していくと、吸収のピークが
長波長側にシフトしていくが、ピーク形状も従来（図
８）に比べればよく形状を維持し、強い量子閉じ込めシ
ュタルク効果が働いていることを示唆している。
調器の光吸収スペクトルを示すグラフである。このグラ
フから明らかなように、波長１．５μｍ付近にエキシト
ンの吸収ピークがある。そして、埋め込みによる吸収ピ
ークの裾だれは見られず、１．５５μｍの波長域では、
０Ｖにおいて吸収端の裾がかかっておらず、従来の埋め
込み型半導体光変調器においては図８に示すように吸収
による素子の光損失が大きくなるといった問題があった
が、図１に示した埋め込み型半導体光変調器において
は、吸収による素子の光損失が大きくなるといった問題
はない。また、電界を印加していくと、吸収のピークが
長波長側にシフトしていくが、ピーク形状も従来（図
８）に比べればよく形状を維持し、強い量子閉じ込めシ
ュタルク効果が働いていることを示唆している。
【００１８】図４は図１に示した埋め込み型半導体光変
調器の消光特性を示すグラフである。このグラフから明
らかなように、印加電圧２．４Ｖで２５ｄＢの消光比を
得た。この値は埋め込み構造を有しないハイメサ構造の
半導体光変調器と同等の値であり、図１に示した埋め込
み型半導体光変調器の有意性を示している。また、埋め
込み型半導体光変調器の挿入損失は４．０ｄＢとハイメ
サ構造の半導体光変調器に比べて３ｄＢ近い改善を得る
ことができた。これは埋め込み構造を採用することで光
の界分布がひろがり、光ファイバーとの結合が改善した
ためである。
調器の消光特性を示すグラフである。このグラフから明
らかなように、印加電圧２．４Ｖで２５ｄＢの消光比を
得た。この値は埋め込み構造を有しないハイメサ構造の
半導体光変調器と同等の値であり、図１に示した埋め込
み型半導体光変調器の有意性を示している。また、埋め
込み型半導体光変調器の挿入損失は４．０ｄＢとハイメ
サ構造の半導体光変調器に比べて３ｄＢ近い改善を得る
ことができた。これは埋め込み構造を採用することで光
の界分布がひろがり、光ファイバーとの結合が改善した
ためである。
【００１９】なお、上述実施の形態においては、埋め込
み型半導体光素子が埋め込み型半導体光変調器である場
合について述べたが、埋め込み型半導体光素子が埋め込
み型半導体レーザ、埋め込み型半導体受光素子などの場
合にも本発明を適用することができる。また、上述実施
の形態においては、クラッド層２４と拡散抑制層２５と
の間、拡散抑制層２５と拡散抑制層２６との間および拡
散抑制層２６とコア層２７との間の３個所にヘテロ界面
を形成したが、埋め込み型半導体光変調器の特性に影響
のない限り、何個所のヘテロ界面を設けてもよい。ま
た、上述実施の形態においては、拡散抑制層としてノン
ドープのＩｎＰからなる拡散抑制層２６、ノンドープの
ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．３μｍ組成）
からなる拡散抑制層２５を用いたが、ＩｎＧａＡｓ等の
他の半導体からなる拡散抑制層を用いてもよい。また、
上述実施の形態においては、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ系ＭＱＷからなるコア層２７を有する埋め込み型半導
体光変調器について説明したが、コア層の材料、構造は
これに限定されるものではなく、ＭＱＷの材料としては
ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系、ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ系などを用いることができ、またＭＱＷ
以外のバルク構造のコア層を用いてもよい。また、上述
実施の形態においては、半導体基板としてＳｉドープの
ｎ−ＩｎＰからなる半導体基板２８を用いたが、ノンド
ープのＩｎＰからなる半導体基板等を用いてもよい。
み型半導体光素子が埋め込み型半導体光変調器である場
合について述べたが、埋め込み型半導体光素子が埋め込
み型半導体レーザ、埋め込み型半導体受光素子などの場
合にも本発明を適用することができる。また、上述実施
の形態においては、クラッド層２４と拡散抑制層２５と
の間、拡散抑制層２５と拡散抑制層２６との間および拡
散抑制層２６とコア層２７との間の３個所にヘテロ界面
を形成したが、埋め込み型半導体光変調器の特性に影響
のない限り、何個所のヘテロ界面を設けてもよい。ま
た、上述実施の形態においては、拡散抑制層としてノン
ドープのＩｎＰからなる拡散抑制層２６、ノンドープの
ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．３μｍ組成）
からなる拡散抑制層２５を用いたが、ＩｎＧａＡｓ等の
他の半導体からなる拡散抑制層を用いてもよい。また、
上述実施の形態においては、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ系ＭＱＷからなるコア層２７を有する埋め込み型半導
体光変調器について説明したが、コア層の材料、構造は
これに限定されるものではなく、ＭＱＷの材料としては
ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ系、ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ系などを用いることができ、またＭＱＷ
以外のバルク構造のコア層を用いてもよい。また、上述
実施の形態においては、半導体基板としてＳｉドープの
ｎ−ＩｎＰからなる半導体基板２８を用いたが、ノンド
ープのＩｎＰからなる半導体基板等を用いてもよい。
【００２０】
【発明の効果】本発明に係る埋め込み型半導体光素子に
おいては、クラッド層の第２の導電形ドーパントの拡散
がクラッド層と拡散抑制層との間のヘテロ界面で抑止さ
れるから、コア層への第２の導電形ドーパントの拡散が
大幅に低減されるので、性能、信頼性を向上することが
できる。
おいては、クラッド層の第２の導電形ドーパントの拡散
がクラッド層と拡散抑制層との間のヘテロ界面で抑止さ
れるから、コア層への第２の導電形ドーパントの拡散が
大幅に低減されるので、性能、信頼性を向上することが
できる。
【００２１】また、拡散抑制層として少なくとも第１の
拡散抑制層と第１の拡散抑制層の直下の第２の拡散抑制
層とを挿入し、第２の拡散抑制層のバンドギャップを第
１の拡散抑制層のバンドギャップよりも大きくしたとき
には、第１の拡散抑制層と第２の拡散抑制層との間のヘ
テロ界面においてより一層効果的にクラッド層の第２の
導電形ドーパントの拡散を抑止することができる。
拡散抑制層と第１の拡散抑制層の直下の第２の拡散抑制
層とを挿入し、第２の拡散抑制層のバンドギャップを第
１の拡散抑制層のバンドギャップよりも大きくしたとき
には、第１の拡散抑制層と第２の拡散抑制層との間のヘ
テロ界面においてより一層効果的にクラッド層の第２の
導電形ドーパントの拡散を抑止することができる。
【図１】本発明に係る埋め込み型半導体光変調器を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示した埋め込み型半導体光変調器のＳＩ
ＭＳによる分析の結果を示すグラフである。
ＭＳによる分析の結果を示すグラフである。
【図３】図１に示した埋め込み型半導体光変調器の光吸
収スペクトルを示すグラフである。
収スペクトルを示すグラフである。
【図４】図１に示した埋め込み型半導体光変調器の消光
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図５】従来の埋め込み型半導体光変調器を示す断面図
である。
である。
【図６】図５に示した埋め込み型半導体光変調器のＦｅ
とＺｎとの相互拡散の状態を示す断面図である。
とＺｎとの相互拡散の状態を示す断面図である。
【図７】図５に示した埋め込み型半導体光変調器のＳＩ
ＭＳによる分析の結果を示すグラフである。
ＭＳによる分析の結果を示すグラフである。
【図８】図５に示した埋め込み型半導体光変調器の光吸
収スペクトルの測定結果を示すグラフである。
収スペクトルの測定結果を示すグラフである。
２２…コンタクト層 ２３…コンタクト層 ２４…第２のクラッド層 ２５…拡散抑制層 ２６…拡散抑制層 ２７…コア層 ２８…半導体基板 ３０…埋め込み層 ３１…第１のクラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 悦男 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に第１の導電形を有する第１
のクラッド層、コア層、第２の導電形を有する第２のク
ラッド層および第２の導電形を有するコンタクト層がメ
サストライプ構造に形成され、上記メサストライプ構造
の側面が半絶縁性半導体結晶により埋め込まれている埋
め込み型半導体光素子において、上記コア層と上記第２
のクラッド層との間に上記第２のクラッド層および上記
コア層とバンドギャップが異なる拡散抑制層を少なくと
も一層挿入したことを特徴とする埋め込み型半導体光素
子。 - 【請求項２】上記拡散抑制層として少なくとも第１の拡
散抑制層と上記第１の拡散抑制層の直下の第２の拡散抑
制層とを挿入し、上記第２の拡散抑制層のバンドギャッ
プを上記第１の拡散抑制層のバンドギャップよりも大き
くしたことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型半
導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8242942A JPH1090635A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 埋め込み型半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8242942A JPH1090635A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 埋め込み型半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090635A true JPH1090635A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17096521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8242942A Pending JPH1090635A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 埋め込み型半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1090635A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6477283B1 (en) | 1999-07-12 | 2002-11-05 | Nec Corporation | Electroabsorption optical modulator and fabrication method thereof |
-
1996
- 1996-09-13 JP JP8242942A patent/JPH1090635A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6477283B1 (en) | 1999-07-12 | 2002-11-05 | Nec Corporation | Electroabsorption optical modulator and fabrication method thereof |
| EP1069456A3 (en) * | 1999-07-12 | 2003-03-05 | NEC Compound Semiconductor Devices, Ltd. | Electroabsorption optical modulator and fabrication method thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040601 |