JP2005114867A - Semiconductor opto-electronic waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体光電子導波路に関し、より詳細には、nin形ヘテロ構造を用いた光電子導波路の電気分離領域構造を有し、長波長帯の超高速光変調器に用いる半導体光電子導波路に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor optoelectronic waveguide, and more particularly to a semiconductor optoelectronic waveguide having an electrical isolation region structure of an optoelectronic waveguide using a nin type heterostructure and used for an ultrafast optical modulator in a long wavelength band. Is.
近年の大容量光通信システムは、Gbit/s級以上の高速変調された光信号を伝送するようになったが、長距離になるほど光ファイバの分散効果の影響が生じやすいため、波長チャーピングの少ない、もしくは波長チャーピングの制御された光信号を用いる必要がある。そのために、レーザダイオードの直接変調ではなく、通常は直流動作のレーザダイオードと外部変調器を組み合わせた構成で光信号を発生している。長距離伝送に使用される従来の典型的な外部変調器は、LiNbO3(LN)導波路で構成されたLN変調器である。 In recent years, large-capacity optical communication systems have transmitted optical signals modulated at a high speed of Gbit / s or higher. However, the longer the distance, the more likely the influence of the dispersion effect of the optical fiber occurs. It is necessary to use an optical signal with little or controlled wavelength chirping. For this purpose, an optical signal is generated not by direct modulation of the laser diode but by a configuration in which a laser diode usually operated in direct current and an external modulator are combined. A conventional typical external modulator used for long-distance transmission is an LN modulator composed of a LiNbO 3 (LN) waveguide.
このタイプの光変調器の動作原理は、光導波路と電気導波路を結合させる(光電子導波路)ことにより、電気光学効果に基づく屈折率変化を応用し、入力電気信号を、屈折率変化を介して光に位相変化を与えることによるものであり、光位相変調器やマッハツェンダ干渉計を組んだ光強度変調器、または多数の導波路を結合させてより機能の高い光スイッチとして機能させることができる。 The principle of operation of this type of optical modulator is that the optical waveguide is coupled with an electrical waveguide (photoelectron waveguide) to apply a refractive index change based on the electro-optic effect, and the input electrical signal is transmitted via the refractive index change. It is possible to function as an optical switch having a higher function by combining a light intensity modulator with an optical phase modulator or a Mach-Zehnder interferometer, or by combining a number of waveguides. .
しかしながら、LN変調器は、LiNbO3が誘電体材料であるがゆえに、材料表面の安定化や導波路の加工に高度な製作技術を要する。また、導波路長が比較的長く、通常の半導体プロセスのものとは異なる特殊なフォトリソグラフィーを用いる必要がある。さらに、LN変調器を実装するパッケージのサイズは大きくならざるを得ない。このようなことから、LN変調器モジュールは製造コストが高くなり、光送信器のサイズが比較的大きくなるという問題があった。 However, since LNbO 3 is a dielectric material, the LN modulator requires advanced manufacturing techniques for stabilizing the material surface and processing the waveguide. Further, it is necessary to use special photolithography having a relatively long waveguide length and different from that of a normal semiconductor process. Further, the size of the package for mounting the LN modulator must be increased. For this reason, the LN modulator module has a problem that the manufacturing cost becomes high and the size of the optical transmitter becomes relatively large.
また、LN変調器と同様の動作原理を用いた半導体光変調器も存在する。半絶縁性のGaAsにショットキー電極を配置し、それを光電子導波路としたGaAs光変調器やヘテロpn接合を用いて、光の閉じ込めと共に導波路のコア部分に効果的に電圧が印加される様にしたInP/InGaAsP光変調器などである。ただし、これらの半導体光変調器は、前者については、導波路長が長く、電気ロスが大きいという問題があり、後者については、pクラッド層の光吸収が大きく導波路を長く取れないため動作電圧を低くできないという問題がある。最近、これらの問題を避ける構造として、InP/InGaAsP光変調器の両側のクラッド層ともn形としたもの(いわゆるnin形構造)が提案されている。 There is also a semiconductor optical modulator using the same operating principle as the LN modulator. Using a GaAs optical modulator or hetero pn junction with a Schottky electrode in semi-insulating GaAs and using it as a photoelectron waveguide, a voltage is effectively applied to the core portion of the waveguide along with light confinement. InP / InGaAsP optical modulator and the like. However, these semiconductor optical modulators have a problem that the former has a long waveguide length and a large electric loss, and the latter has a problem that the light absorption of the p-cladding layer is large and the waveguide cannot be made long. There is a problem that cannot be lowered. Recently, as a structure for avoiding these problems, a structure in which the clad layers on both sides of the InP / InGaAsP optical modulator are n-type (so-called nin-type structure) has been proposed.
図4は、従来のnin形構造を有する半導体光変調器の構成図で、図中符号41はn形の第3の半導体クラッド層、42はp形の第5の半導体クラッド層、43は第1の半導体クラッド層、44は電気光学効果を有する半導体コア層、45は第2の半導体クラッド層、46はn形の第4の半導体クラッド層、47,48はn電極、49は凹状のエッチングで形成された電気分離領域を示している。この凹状のエッチング部分に半絶縁性半導体を再成長した電気分離構造も報告されているが(例えば、特許文献1参照)、より構造は複雑になるので、光変調器には必ずしも最適な手法ではない。
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional semiconductor optical modulator having a nin-type structure, in which
n形の第3の半導体クラッド層41上には、p形の第5の半導体クラッド層42と第1の半導体クラッド層43とが順次積層され、その第1の半導体クラッド層43と第2の半導体クラッド層45とで挟まれるように、電気光学効果を有する半導体コア層44が設けられている。さらに、第2の半導体クラッド層45上には、凹状のエッチングで形成された電気分離領域49を有するn形の第4の半導体クラッド層46が積層されている。この第4の半導体クラッド層46上には電極48が設けられているとともに、第3の半導体クラッド層41の凸状部の両側には電極47が設けられている。
On the n-type third
図4に示した導波路構造では、n形InPクラッド層46の一部を凹状にエッチングして電気分離領域49を設けているので、クラッド層の厚が変わる部分で光伝搬モードの変化が生じ、その結果、光散乱ロスが発生していた。また、従来の導波路構造では、第4の半導体クラッド層46のエッチングが比較的深く、その制御性が問題となっていた。
In the waveguide structure shown in FIG. 4, since the
しかしながら、このnin形InP/InGaAsP光変調器の典型的な構造においては、変調を行う導波路部分(変調部)とその外側の接続導波路部分の電気分離を、一部の上層nクラッド層46の一部を除去することによって行われているため、導波路に凹部49が生じてしまっていた。これは、接続導波路から電気分離領域部分、電気分離領域部分から主導波路部分において、光の伝搬モード変化に伴う光ロスが生じるという問題がある。さらには、電気分離領域部分(凹部)の直下には一定の厚さ以上の高抵抗クラッド層を残す必要があるため、その高抵抗クラッド層厚を薄くして半導体コア層44に効果的に電界を印加することができない(変調効率が悪い)という問題もあった。
However, in the typical structure of this nin-type InP / InGaAsP optical modulator, the electrical separation between the waveguide portion (modulation portion) for modulation and the connection waveguide portion outside thereof is performed by partially separating the upper n-
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、nin形InP/InGaAsP光変調器導波路の変調部接続導部との間に形成される電気分離部の構造に起因する、光ロスと変調効率が悪いという問題を解決し、変調器の駆動電圧をさらに下げる構造を実現するようにした半導体光電子導波路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an electrical separation unit formed between the modulation unit connection conductor of the nin-type InP / InGaAsP optical modulator waveguide. An object of the present invention is to provide a semiconductor optoelectronic waveguide that solves the problems of optical loss and modulation efficiency caused by the structure and realizes a structure that further reduces the driving voltage of the modulator.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、電気光学効果を有する半導体コア層と、該半導体コア層の上下を挟み、かつ該半導体コア層よりもバンドギャップの大きな第1及び第2の半導体クラッド層と、該第1の半導体クラッド層の下に配置され、n形のドーパントを含む第3の半導体クラッド層と、前記第2の半導体クラッド層の上に配置された第4の半導体クラッド層とを少なくとも備えた半導体ヘテロ構造の積層体からなる半導体光電子導波路であって、基板側に前記第1及び第3の半導体クラッド層を配置し、該第1の半導体クラッド層と前記第3の半導体クラッド層間に、p形のドーパントを含み、かつ前記半導体コア層よりもバンドギャップの大きな第5の半導体層が挿入され、前記第4の半導体クラッド層内の一部にn形の主領域が形成され、他の領域は高抵抗を保ち、前記第4の半導体クラッド層の前記n形主領域と、前記第3の半導体クラッド層のそれぞれに独立な電極が設けられ、前記半導体コア層に電圧が印加される構造を有することを特徴とする。 The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 includes a semiconductor core layer having an electro-optic effect, and a semiconductor core layer sandwiched between the upper and lower sides of the semiconductor core layer. A first semiconductor clad layer having a larger band gap than the first layer, a third semiconductor clad layer disposed under the first semiconductor clad layer and including an n-type dopant, and the second semiconductor A semiconductor optoelectronic waveguide comprising a semiconductor heterostructure stack including at least a fourth semiconductor cladding layer disposed on the cladding layer, wherein the first and third semiconductor cladding layers are disposed on the substrate side. A fifth semiconductor layer containing a p-type dopant and having a larger band gap than the semiconductor core layer is inserted between the first semiconductor clad layer and the third semiconductor clad layer; An n-type main region is formed in a part of the fourth semiconductor clad layer, and other regions maintain high resistance, and the n-type main region of the fourth semiconductor clad layer and the third semiconductor clad Each of the layers is provided with an independent electrode, and a voltage is applied to the semiconductor core layer.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第4の半導体クラッド層のn形主領域のドナー濃度が導波路の垂直断面において分布し、該導波路の中心部のドナー濃度を前記半導体コア層側に張り出した凸状としたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the donor concentration of the n-type main region of the fourth semiconductor cladding layer is distributed in the vertical cross section of the waveguide, and the center of the waveguide It is characterized in that the donor concentration of the part is a convex shape protruding to the semiconductor core layer side.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第4の半導体クラッド層の高抵抗領域を挟んだ該第4の半導体クラッド層のn形主領域の反対側に、さらに2ヶ所のn形領域とn電極が形成され、該n電極が前記第3の半導体クラッド層の前記n電極と接続されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the n-type main region of the fourth semiconductor clad layer is opposite to the high-resistance region of the fourth semiconductor clad layer. Further, two n-type regions and an n electrode are formed on the side, and the n electrode is connected to the n electrode of the third semiconductor clad layer.
以上説明したように、本発明によれば、nin形InP/InGaAsP光変調器導波路の変調部接続導部との間に形成される電気分離部の構造に起因する、光ロスと変調効率が悪いという問題を解決し、変調器の駆動電圧をさらに下げる構造を実現するようにした半導体光電子導波路を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the optical loss and the modulation efficiency caused by the structure of the electrical separation portion formed between the modulation portion connecting conductor of the nin-type InP / InGaAsP optical modulator waveguide are reduced. It is possible to provide a semiconductor optoelectronic waveguide which solves the problem of being bad and realizes a structure for further reducing the driving voltage of the modulator.
また、従来の凹部形成による電気分離領域と比較して、光モードの伝搬に大きな影響を与えることがなく、光ロスの問題を解決し、また、制御性よく安定に光変調部と電気分離領域を有する半導体光電子導波路を提供することができる。 In addition, compared with the conventional electrical isolation region due to the formation of recesses, it does not significantly affect the propagation of the optical mode, solves the problem of optical loss, and stably controls the light modulation unit and the electrical isolation region. It is possible to provide a semiconductor optoelectronic waveguide having:
また、導波路の電気信号伝搬速度とインピーダンスを変えることなく、コア部分に電界を効果的に印加して、変調に必要な動作電圧を下げることができる。 In addition, an electric field can be effectively applied to the core portion without changing the electric signal propagation speed and impedance of the waveguide, thereby reducing the operating voltage required for modulation.
さらに、駆動電圧が低いという特徴を有するnin形ヘテロ構造を用いた光変調器の特性を安定に実現するのに効果を発揮し、入力光電力や電気入力信号電力の低減をとおして、光変調器モジュールの低消費電力化、低価格化に寄与することができる。 In addition, it is effective in stably realizing the characteristics of optical modulators using nin-type heterostructures with low drive voltage characteristics, and optical modulation is achieved through reduction of input optical power and electrical input signal power. This can contribute to lower power consumption and cost of the module.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る半導体光電子導波路の実施例1を説明するための構成図で、図中符号11はn形の第3の半導体クラッド層、12はp形の第5の半導体クラッド層、13は第1の半導体クラッド層、14は電気光学効果を有する半導体コア層、15は第2の半導体クラッド層、16は第4の半導体クラッド層、17は第4の半導体クラッド層16のn形部分(光変調導波路部分)、18,19はn電極を示している。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a first embodiment of a semiconductor optoelectronic waveguide according to the present invention, in which
n形の第3の半導体クラッド層11上には、p形の第5の半導体クラッド層12と第1の半導体クラッド層13とが順次積層され、その第1の半導体クラッド層13と第2の半導体クラッド層15とで挟まれるようにして、電気光学効果を有する半導体コア層14が設けられている。さらに、第2の半導体クラッド層15上には、n形部分(光変調導波路部分)17を有する第4の半導体クラッド層16が積層されている。この第4の半導体クラッド層16上には電極19が設けられているとともに、第3の半導体クラッド層11の凸状部の両側には電極18が設けられている。
A p-type fifth
つまり、本発明の半導体光電子導波路は、電気光学効果を有する半導体コア層14と、この半導体コア層14の上下を挟み、かつ半導体コア層14よりもバンドギャップの大きな第1及び第2の半導体クラッド層13、15と、この第1の半導体クラッド層13の下に配置され、n形のドーパントを含む第3の半導体クラッド層11と、第2の半導体クラッド層15の上に配置された第4の半導体クラッド層16とを少なくとも備えた半導体ヘテロ構造の積層体からなっている。
That is, the semiconductor optoelectronic waveguide of the present invention includes the semiconductor core layer 14 having an electro-optic effect, and the first and second semiconductors sandwiching the upper and lower sides of the semiconductor core layer 14 and having a band gap larger than that of the semiconductor core layer 14. Cladding
基板(図示せず)側に第1及び第3の半導体クラッド層13、11を配置し、この第1の半導体クラッド層13と第3の半導体クラッド層11の間に、p形のドーパントを含み、かつ半導体コア層14よりもバンドギャップの大きな第5の半導体層12が挿入され、第4の半導体クラッド層16内の一部にn形の主領域が形成され、他の領域は高抵抗を保ち、第4の半導体クラッド層16のn形主領域と、第3の半導体クラッド層11のそれぞれに独立な電極が設けられ、半導体コア層14に電圧が印加される構造を有している。
First and third semiconductor
このように、図示されていない基板側から、第3のInPn形クラッド層11と、p形のドーパントを含む第5のInPクラッド層12と、通常は低ドーピング濃度の第1のInGaAlAsクラッド層13と、電気光学効果が動作光波長で有効に働き、光吸収が問題とならない程度に低くなる様にその構造が決められた半導体コア層14とが積層されていて、1.5μm帯のデバイスであれば、InGaAlAsのGa/Al組成を変えた層を、それぞれ量子井戸層とバリア層にした多重量子井戸構造となっている。
As described above, from the substrate side (not shown), the third InPn-type clad
さらに、半導体コア層14上には、低ドーピング濃度の第2のInGaAlAsクラッド層15と、第4の高抵抗InPクラッド層16が配置されている。電極18に対して電極19を正の極性として電圧を印加する。動作状態で使用する印加電圧範囲で、第5のInPクラッド層12から第2のInPクラッド層15はすべてが空乏化され、また、n形InPクラッド層16は一部のみ空乏化されている。第5のInPクラッド層12がp形であるので電子に対するポテンシャルバリアとして働くので、リーク電流の発生が少ない状態でコア層に電圧を印加することが可能となる。このn形InP領域は、例えば、第3の半導体クラッド層11から第4の半導体クラッド層16までの層を成長後に、符号17に相当する部分をエッチングで取り除きn形InPを再成長するか、第4の半導体クラッド層16の一部にイオン注入法でSiドナーを導入することにより形成できる。
Furthermore, a low doping concentration second
このデバイスを光電子導波路として機能させるには、図1に示したメサ構造の断面と垂直方向に光を伝搬させた状態で電極18に電気信号を入力し、第3のInPn形クラッド層11と第2のInPクラッド層15間に電圧が印加される状態とし、電気光学効果に基づく光位相の変調を行う。通常、光変調器として光電子導波路を用いる際には、電極19から電圧が印加される光変調導波路部と、この光変調導波路部の光入力/出力側に接続導波路が配置され、それらの間を電気的に分離する必要がある。
In order for this device to function as an optoelectronic waveguide, an electric signal is input to the
本実施例1の構造においては、符号17で示した部分が選択的にn形領域となっており、第4の半導体クラッド層16が高抵抗となっているので、光の伝搬モードに影響を与えることなく、電気入力を光変調導波路部に印加することができる。すなわち、図4に示した従来の導波路構造では、n形InPクラッド層46の一部を凹状にエッチングして電気分離領域49を設けていたので、クラッド層の厚さが変わる部分で光伝搬モードの変化が生じ、その結果、光散乱ロスが発生していた。一方、本実施例1の構造では、導波路の形状が保たれるので、そのような光伝搬モードの変化に伴う光散乱ロスは起こらない。また、従来の構造では、第4の半導体クラッド層46のエッチングが比較的深く、その制御性が問題となっていたが、本実施例1の構造では、n形領域の下面位置を自由に設定することができるので、半導体コア層により高い電界を誘起することができる。結局、本実施例1の構造は、電気分離領域の形成に起因する従来の光電子導波路の問題を改善するものであり、光ロスを下げることにより光変換器の出力を増大させ、光変調効率を上げることができる。
In the structure of the first embodiment, the portion indicated by
図2(a)〜(c)は、本発明に係る半導体光電子導波路の実施例2を説明するための構成図で、図2(a)は断面図、図2(b)は光伝搬モードのコア部分の電界強度と電気信号のコア部分の電界強度分布図、図2(c)は本実施例2の他の例を示す図である。 FIGS. 2A to 2C are configuration diagrams for explaining a second embodiment of the semiconductor optoelectronic waveguide according to the present invention, FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is a light propagation mode. FIG. 2C is a diagram showing another example of the second embodiment. FIG. 2C is a diagram showing the electric field intensity distribution of the core portion and the electric field strength distribution diagram of the core portion of the electric signal.
図中符号21はn形の第3の半導体クラッド層、22はp形の第5の半導体クラッド層、23は第1の半導体クラッド層、24は電気光学効果を有する半導体コア層、25は第2の半導体クラッド層、26は第4の半導体クラッド層、27,27aは第4の半導体クラッド層のn形部分(光変調導波路部分)、27bは低誘電率絶縁体層、28,29はn電極を示している。なお、光変調導波路部分27,27a,27b以外の積層構造は、図1の実施例1と同様である。
In the figure,
上述した実施例1では、光変調導波路部分17のn形InPクラッド層の下面位置が平坦になっているが、本実施例2では、光変調導波路部である上部n形InPクラッド層の光変調導波路部分27を、そのドナー濃度が導波路の垂直断面において、導波路の中心部で半導体コア層側に張り出した凸状としたものである。この凸状のn形InP領域は、例えば、第3の半導体クラッド層21から第4の半導体クラッド層26までの層を成長後に、光変調導波路部分27に相当する部分をエッチングで取り除きn形InPを再成長するか、第4の半導体クラッド層26の一部にイオン注入法でSiドナーを選択的に導入することにより形成できる。
In the first embodiment described above, the lower surface position of the n-type InP cladding layer of the light
図2(b)に示したように、n形InPクラッド層のドナー濃度分布が半導体コア層側に凸状となっていると、この半導体コア層の電界強度分布は、導波路の中心部で高く、周辺で低くなる。光電伝搬モードの電界強度分布もまた導波路の中心で高いので、平坦なコア層の電界強度分布の場合に比べ、より効果的に光変調を行うことができる。すなわち、単位長さあたりの導波路の容量が一定(特性インピーダンス、電気信号伝搬速度一定)の条件で比較するならば、容量を導波路の中心で大きく、周辺で小さくなる分布を取った方が、単位導波路長あたりの(光強度×電界強度)の積分値が大きくすることができる。結局、光変調効果がより効率的となり、同一の導波路長であれば駆動電圧をより低く、同一の駆動電圧であれば導波路長をより短くすることができる。 As shown in FIG. 2B, when the donor concentration distribution of the n-type InP cladding layer is convex toward the semiconductor core layer, the electric field intensity distribution of the semiconductor core layer is obtained at the center of the waveguide. Higher and lower at the periphery. Since the electric field intensity distribution in the photoelectric propagation mode is also high at the center of the waveguide, light modulation can be performed more effectively than in the case of the electric field intensity distribution of the flat core layer. That is, if the comparison is made under the condition that the waveguide capacity per unit length is constant (characteristic impedance, electric signal propagation speed is constant), it is better to take a distribution where the capacitance is larger at the center of the waveguide and smaller at the periphery. The integrated value of (light intensity × electric field intensity) per unit waveguide length can be increased. Eventually, the light modulation effect becomes more efficient, and the drive voltage can be lowered if the waveguide length is the same, and the waveguide length can be shortened if the drive voltage is the same.
図2(c)に示す構造は、図2(a)に示す構造の変形例であり、上部n形InPクラッド層の光変調導波路部分27aを導波路の中心寄り部分のみに残した例である。電極29の直下のn層がない部分に、誘電率の低いSiO2などの材料27bを挿入することで、その部分の容量を下げることが可能となる。結局、n領域わき部分の容量が下がる分だけ、半導体コア層の中心部の容量を上げることができることになり、より一層、半導体コア層に電界を印加することができる。
The structure shown in FIG. 2C is a modification of the structure shown in FIG. 2A, in which the light
図3は、本発明に係る半導体光電子導波路の実施例3を説明するための構成図で、図中符号31はn形の第3の半導体クラッド層、32はp形の第5の半導体クラッド層、33は第1の半導体クラッド層、34は電気光学効果を有する半導体コア層、35は第2の半導体クラッド層、36は第4の半導体クラッド層、37aは第4の半導体クラッド層のn形部分(光変調導波路部分)、37bは第4の半導体クラッド層の接続導波路部分、38,39はn電極、40aは第4の半導体クラッド層の接続導波路部分に形成された電極、40bは第4の半導体クラッド層の接続導波路部分を第3のクラッド層と同電位とする配線を示している。なお、導波路部分37a、37b、電極40a及び配線40b以外の積層構造は、図1の実施例1と同様である。
FIG. 3 is a block diagram for explaining Example 3 of the semiconductor optoelectronic waveguide according to the present invention, in which
電気分離領域を挟んで光変調導波路部27aと対抗する部分の第4の半導体クラッド層36にn電極39を形成してこれを接続導波路37bとし、その電位を第3の半導体クラッド層31と同電位とするものである。電気分離領域の抵抗が十分に高くない場合、電気分離領域の外側の電位が上がり、主導波路部分は以外にバイアス電圧がかかってしまうという問題を排除できる。ここで、接続導波路の導電形はp,n,もしくは空乏化層としても良い。いずれの場合も、変調導波路部分との間が順バイアスとなって電流が流れる状態とはならないからである。
An n-
なお、上述した各実施例では、InPとInAlGaAsを材料とする実施例について説明したが、AlGaAs系やInGaAsP系を含む他のIII-V族化合物半導体を用いた光電子導波路構造にも同様に適用できる。また、本発明の光電子導波路を半導体レーザと集積化することができるのは、技術的には電界吸収形光変調器と半導体レーザと集積化する手法と同じであることは言うまでもないことである。 In the above-described embodiments, the embodiments using InP and InAlGaAs as materials are described. However, the embodiments are similarly applied to an optoelectronic waveguide structure using other III-V group compound semiconductors including AlGaAs and InGaAsP. it can. It is needless to say that the optoelectronic waveguide of the present invention can be integrated with a semiconductor laser in the same manner as the technique of integrating with an electroabsorption optical modulator and a semiconductor laser. .
本発明は、nin形ヘテロ構造を用いた光電子導波路の電気分離領域構造を有し、長波長帯の超高速光変調器に用いる半導体光電子導波路に関するもので、nin形InP/InGaAsP光変調器導波路の変調部接続導部との間に形成される電気分離部の構造に起因する、光ロスと変調効率が悪いという問題を解決し、変調器の駆動電圧をさらに下げる構造を実現するようにした半導体光電子導波路を提供することができる。 The present invention relates to a semiconductor optoelectronic waveguide having an electrical isolation region structure of an optoelectronic waveguide using a nin type heterostructure, and used for an ultrahigh speed optical modulator in a long wavelength band. The nin type InP / InGaAsP optical modulator To solve the problems of optical loss and poor modulation efficiency caused by the structure of the electrical separation part formed between the modulation part connection waveguide part of the waveguide and to realize a structure that further reduces the drive voltage of the modulator A semiconductor optoelectronic waveguide can be provided.
11,21,31 n形の第3の半導体クラッド層
12,22,32 p形の第5の半導体クラッド層
13,23,33 第1の半導体クラッド層
14,24,34 電気光学効果を有する半導体コア層
15,25,35 第2の半導体クラッド層
16,26,36 第4の半導体クラッド層
17,27,27a,37a 第4の半導体クラッド層のn形部分(光変調導波路部分)
18,19,28,29,38,39 n電極
27b 低誘電率絶縁体層
37b 第4の半導体クラッド層の接続導波路部分
40a 第4の半導体クラッド層の接続導波路部分に形成された電極
40b 第4の半導体クラッド層の接続導波路部分を第3のクラッド層と同電位とする配線
41 n形の第3の半導体クラッド層
42 p形の第5の半導体クラッド層
43 第1の半導体クラッド層
44 電気光学効果を有する半導体コア層
45 第2の半導体クラッド層
46 n形の第4の半導体クラッド層
47,48 n電極
49 凹状のエッチングで形成された電気分離領域
11, 21, 31 n-type third semiconductor clad
18, 19, 28, 29, 38, 39 n-
Claims (3)
基板側に前記第1及び第3の半導体クラッド層を配置し、該第1の半導体クラッド層と前記第3の半導体クラッド層間に、p形のドーパントを含み、かつ前記半導体コア層よりもバンドギャップの大きな第5の半導体層が挿入され、
前記第4の半導体クラッド層内の一部にn形の主領域が形成され、他の領域は高抵抗を保ち、前記第4の半導体クラッド層の前記n形主領域と、前記第3の半導体クラッド層のそれぞれに独立な電極が設けられ、前記半導体コア層に電圧が印加される構造を有することを特徴とする半導体光電子導波路。 A semiconductor core layer having an electro-optic effect, first and second semiconductor clad layers sandwiching the upper and lower sides of the semiconductor core layer and having a larger band gap than the semiconductor core layer, and under the first semiconductor clad layer And a semiconductor heterostructure stack including at least a third semiconductor clad layer containing an n-type dopant and a fourth semiconductor clad layer arranged on the second semiconductor clad layer. A semiconductor optoelectronic waveguide comprising:
The first and third semiconductor clad layers are disposed on the substrate side, the p-type dopant is included between the first semiconductor clad layer and the third semiconductor clad layer, and the band gap is larger than that of the semiconductor core layer. A large fifth semiconductor layer is inserted,
An n-type main region is formed in a part of the fourth semiconductor clad layer, the other region maintains a high resistance, and the n-type main region of the fourth semiconductor clad layer and the third semiconductor A semiconductor optoelectronic waveguide characterized in that an independent electrode is provided on each of the cladding layers, and a voltage is applied to the semiconductor core layer.
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