JP2007201072A - Semiconductor optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、伝送速度が2.5Gbit/s以上である基幹系光伝送の主要部品の一つである半導体光素子に関わり、特にその特性実現のために半導体結晶へのドーピング濃度制御が主要な設計パラメータである光変調器に関する技術である。その技術分野は光変調器を搭載した光通信用半導体レーザモジュール、光送信モジュール、光伝送装置および光通信システムに及ぶ。 The present invention relates to a semiconductor optical device that is one of the main components of basic optical transmission having a transmission rate of 2.5 Gbit / s or more, and in particular to control the doping concentration of the semiconductor crystal in order to realize the characteristics. This is a technique related to an optical modulator which is a design parameter. The technical field extends to a semiconductor laser module for optical communication, an optical transmission module, an optical transmission device, and an optical communication system equipped with an optical modulator.
従来の技術について、2km光伝送用の伝送速度40Gbit/s波長1.55μm帯リッジ導波路型半導体電界吸収型変調器集積レーザの例を用いて説明する。 The prior art will be described using an example of a ridge waveguide semiconductor electroabsorption modulator integrated laser with a transmission speed of 40 Gbit / s wavelength 1.55 μm band for 2 km optical transmission.
40Gbit/s半導体電界吸収型変調器集積レーザ(以下、EA(Electro−Absorption)変調器集積レーザ)は、一定電流により駆動させるDFBレーザ(Distributed feedback laser)部と、変調電圧により動作させるEA変調器部により構成されている。EA変調器とは、EA変調器部に電圧を印加することにより生じる量子閉じ込めシュタルク効果を利用して、EA変調器部活性層吸収端をシフトさせることにより、DFBレーザの光をオン・オフするEA変調器である(非特許文献1参照)。 A 40 Gbit / s semiconductor electroabsorption modulator integrated laser (hereinafter referred to as EA (Electro-Absorption) modulator integrated laser) is a DFB laser (Distributed feedback laser) unit driven by a constant current and an EA modulator operated by a modulation voltage. It consists of parts. The EA modulator turns on and off the light of the DFB laser by shifting the EA modulator active layer absorption edge using the quantum confined Stark effect generated by applying a voltage to the EA modulator. It is an EA modulator (see Non-Patent Document 1).
このEA変調器集積レーザの作製方法について以下に説明する。このEA変調器は、例えば、「N.Sasada, et.al., “1.55−μm 40−Gbit/s electro−absorption modulator Integrated DFB laser modules for very short reach transmission”, OECC 2005, 6F2−1.」に代表されるような、EA変調器集積レーザである。 A method for manufacturing this EA modulator integrated laser will be described below. This EA modulator is described in, for example, “N. Sasada, et.al.,“ 1.55-μm 40-Gbit / selection-absorption modulation Integrated DFB laser module for highly short-reaching EC2 ” EA modulator integrated laser as typified by.
図12は、かかる電界吸収型変調器集積レーザの上面図である。図13は、リッジ型光導波路光軸方向(図12のa−a’)断面図である。図14は、EA変調器部メサ垂直方向(図12のb−b’)断面図である。 FIG. 12 is a top view of such an electroabsorption modulator integrated laser. FIG. 13 is a cross-sectional view along the optical axis of the ridge-type optical waveguide (a-a ′ in FIG. 12). 14 is a cross-sectional view in the EA modulator section mesa vertical direction (b-b 'in FIG. 12).
図12に示すように、n−InP半導体基板100上にEA変調器部分の結晶成長として、有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりn型InPバッファ層101、InGaAsP下側光ガイド層102、活性層であるInGaAsP井戸層と障壁層からなるアンドープ歪多重量子井戸層103、アンドープInGaAsP上側光ガイド層104、及び4×1017cm−3程度のp型InPキャップ層105を形成する。
As shown in FIG. 12, as the crystal growth of the EA modulator portion on the n-
次にプラズマCVDによるSiN膜を形成したのち、EA変調器部となる領域にSIn膜にパターニングを施し、このSiN膜をマスクとして、ドライエッチング、及びウェットエッチングにて、EA変調器部となる領域以外のEA変調器多層構造を除去する。 Next, after forming a SiN film by plasma CVD, patterning is performed on the SIn film in the region that becomes the EA modulator portion, and the region that becomes the EA modulator portion by dry etching and wet etching using the SiN film as a mask. The EA modulator multilayer structure other than is removed.
次に第二回目の結晶成長として、EA変調器領域以外に有機金属気相法を用いて、レーザの多層成長である、InGaAsP下側光ガイド層106、InGaAsP井戸層と障壁層からなる量子井戸活性層107、InGaAsP上側光ガイド層108、InPスペーサ層109、及び回折格子層110を順次形成する。このとき、EA変調器とレーザ部は公知のバットジョイント技術により光学的に接続されている。
Next, as the second crystal growth, a quantum well comprising an InGaAsP lower
さらに、EA変調器領域以外のEA変調器多層を除去した手順と同様のプロセスにて、EA変調器領域とレーザ領域との間に、パッシブな光導波路部となるInGaAsP層111を結晶成長する。この時も、EA変調器とパッシブ導波路、及びレーザ部は公知のバットジョイント技術により光学的に接続されている。
Further, an InGaAsP
次に、レーザ部となる領域の回折格子層110に、フォトリソグラフを用いた干渉露光法により、半導体回折格子層に回折格子を形成し、さらに、EA変調器とパッシブ導波路、及びレーザ部上に、クラッド層となる6×1017cm−3程度のp型InPクラッド層112、コンタクト層であるp型InGaAsP層113とp型InGaAs層114、及びp型InPキャップ層を結晶成長する。このp型InPキャップ層は途中工程で除去されるものであり、最終構造には残らない。ここで、p型のドーパントには、Znを用いている。このp−InPクラッド層にドーピングされたZnは、結晶成長時の熱の影響等により、EA変調器領域において、その下のアンドープ層であるInGaAsP上側光ガイド層に拡散する。このことは、SIMS(secondary ion mass spectroscopy)分析にて判明している。
Next, a diffraction grating is formed in the semiconductor diffraction grating layer by the interference exposure method using a photolithograph on the
その後、EA変調器からパッシブ導波路、及びレーザ部に渡って、リッジ型光導波路を、ウェットエッチングにて作製し、パッシベーション膜形成115、ポリイミド樹脂116塗布、及びエッチバックにより、光導波路の脇をポリイミドにて埋めこみ、スルーホール工程にて、p側電極117をEB(Electron Beam)蒸着法、及びイオンミリングにより形成する。そして、裏面研磨工程にて、n型InP基板を約100μm程度まで研磨し、n側電極を形成118、電極アロイ処理を施し、ウエハ工程が完了する。
Thereafter, a ridge-type optical waveguide is manufactured by wet etching from the EA modulator to the passive waveguide and the laser portion, and the side of the optical waveguide is formed by
続いてウエハを分割して、素子前端面に無反射コート、後端面に高反射率コートを施す。こうして電界吸収型変調器集積レーザが作成される。 Subsequently, the wafer is divided, and a non-reflective coating is applied to the front end face of the device, and a high reflectivity coat is applied to the rear end face. Thus, an electroabsorption modulator integrated laser is produced.
40Gbit/sにて動作する光変調器においては、その高速動作のためf3dB帯域を少なくとも35GHz以上確保する必要があり、10Gbit/sのEA変調器の寄生容量が約0.5pFであるのに対し、0.1〜0.2pF程度に容量を低減しなければならない。このため、ここで示した40Gbit/sのEA変調器は、変調器長を100μmと10Gbit/sEA変調器より短く設計し、p型ドーパントの光導波路横方向への拡散を防ぐため、10Gbit/s のEA変調器では良く用いられているFeドープInP半導体による埋めこみを行わず、樹脂による導波路埋めこむリッジ導波路構造を採用し、低容量化を実現している。 In an optical modulator operating at 40 Gbit / s, it is necessary to secure an f3 dB band of at least 35 GHz for its high-speed operation, whereas the parasitic capacity of a 10 Gbit / s EA modulator is about 0.5 pF. The capacitance must be reduced to about 0.1 to 0.2 pF. For this reason, the 40 Gbit / s EA modulator shown here is designed to have a modulator length of 100 μm and shorter than the 10 Gbit / s EA modulator, and in order to prevent diffusion of p-type dopants in the lateral direction of the optical waveguide, it is 10 Gbit / s. The EA modulator of this type employs a ridge waveguide structure in which a waveguide made of resin is buried without embedding with a commonly used Fe-doped InP semiconductor, thereby realizing a reduction in capacitance.
さらに、EA変調器部の容量は、その多層構造におけるアンドープ層厚に反比例することが知られており、アンドープ層厚を厚くするほど、EA変調器の容量が低減可能となる。本例において具体的には、アンドープ層である活性層、及びInGaAsP上側光ガイド層の厚さの合計から、クラッド層からZnが拡散してp型になった厚さを差し引いた値がアンドープ層の厚さとなる。ただし、アンドープ層である活性層、あるいは上側ガイド層を厚くすると、f3dB特性は向上するものの、アンドープ層にかかる電界強度が低下するため、変調器活性層内のホールが量子井戸内から掃き出されない、いわゆるパイルアップ現象が発生したり、光ファイバ伝送時の重量なパラメータである消光特性、及びチャープ特性が悪化する。 Furthermore, it is known that the capacity of the EA modulator section is inversely proportional to the undoped layer thickness in the multilayer structure, and the capacity of the EA modulator can be reduced as the undoped layer thickness is increased. Specifically, in this example, the value obtained by subtracting the thickness of the cladding layer from which the Zn diffused from the p-type from the total thickness of the active layer which is an undoped layer and the InGaAsP upper optical guide layer is the undoped layer. It becomes the thickness of. However, if the active layer that is an undoped layer or the upper guide layer is thickened, the f3 dB characteristic is improved, but the electric field strength applied to the undoped layer is reduced, so that holes in the modulator active layer are not swept out of the quantum well. In other words, a so-called pile-up phenomenon occurs, or the extinction characteristics and chirp characteristics, which are heavy parameters during optical fiber transmission, deteriorate.
このため、アンドープ層厚を十分に確保しつつ、活性層を含むアンドープ層に十分な電界を印加させることが必要となり、理想的には、アンドープ層から急激に8×1017cm−3程度のpドーピング層となる構造が望ましい。 Therefore, it is necessary to apply a sufficient electric field to the undoped layer including the active layer while ensuring a sufficient thickness of the undoped layer. Ideally, the thickness is about 8 × 10 17 cm −3 suddenly from the undoped layer. A structure that becomes a p-doping layer is desirable.
ところが、アンドープ層に十分な電界を印加するために添加したInPクラッド層におけるZnが、アンドープ層の活性層方向に拡散する、という現象が生じ、アンドープ層をp型に変えてしまうだけでなく、ドーピングプロファイルも、本来電界強度確保のために目標とする急峻なものから、除々にp型に変化するプロファイルとなる。こういった事情から、従来の技術では、アンドープ層への過剰なZnの拡散を抑制するため、アンドープ層直上のp−InP層濃度は4〜6×1017cm−3に抑えている。 However, not only does the phenomenon that Zn in the InP clad layer added to apply a sufficient electric field to the undoped layer diffuses in the direction of the active layer of the undoped layer, not only changing the undoped layer to p-type, The doping profile is also a profile that gradually changes to a p-type from a steep one that is originally intended for securing electric field strength. Under these circumstances, in the conventional technique, the p-InP layer concentration just above the undoped layer is suppressed to 4 to 6 × 10 17 cm −3 in order to suppress excessive diffusion of Zn into the undoped layer.
従来の技術で説明したように、EA変調器の低容量化設計を行っているが、歩留、及びFEC(forward error correction)対応のビットレートである43Gbit/s動作を考えた場合等の、さらなるf3dB帯域を含めた特性の改善が必要である。 As described in the related art, the EA modulator is designed to have a low capacity. However, when considering 43 Gbit / s operation that is a bit rate corresponding to the yield and FEC (forward error correction), etc. It is necessary to improve the characteristics including the f3 dB band.
一方、EA変調器上に結晶成長されたp型InP層クラッド層はドーパントにZnを使用しており、結晶成長時の熱の影響により、このp−InPクラッド層にドーピングされたZnは、その下のアンドープ層であるInGaAsP上側光ガイド層に拡散することが、SIMS(secondary ion mass spectroscopy)分析にて判明している。 On the other hand, the p-type InP layer cladding layer crystal-grown on the EA modulator uses Zn as a dopant, and Zn doped in this p-InP cladding layer due to the influence of heat during crystal growth It has been found by SIMS (secondary ion mass spectroscopy) analysis that it diffuses into the lower undoped layer, the InGaAsP upper light guide layer.
この拡散があるため、帯域特性を決めるアンドープ層厚確保のため、アンドープ層直上のp−InP層濃度を4×1017cm−3程度に抑えている。 Because of this diffusion, the p-InP layer concentration immediately above the undoped layer is suppressed to about 4 × 10 17 cm −3 in order to secure the undoped layer thickness that determines the band characteristics.
一方、パイルアップ耐力、消光特性、及びチャープ特性確保のためには、アンドープ層直上のp−InP層は6×1017〜1×1018cm−3程度のドーピングとし、アンドープ層から急激にドーピング濃度が上がるプロファイルが望ましい。 On the other hand, in order to ensure pile-up strength, extinction characteristics, and chirp characteristics, the p-InP layer immediately above the undoped layer should be doped at about 6 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 , and abruptly doped from the undoped layer. A profile that increases the concentration is desirable.
したがって、このアンドープ層へのZn拡散が、EA変調器の主要特性であるf3dB帯域、及び消光特性に大きく影響するため、このZn拡散量の制御が本デバイスの帯域向上も含めた特性改善の課題となっている。 Therefore, Zn diffusion into the undoped layer greatly affects the f3 dB band, which is the main characteristic of the EA modulator, and the extinction characteristic. Therefore, the control of the Zn diffusion amount is a problem of characteristic improvement including the band improvement of the device. It has become.
p型クラッド層からアンドープ上側ガイド層へのZn拡散を抑制、制御することができれば、前述の課題であるf3dB帯域、及び消光特性の安定化が可能となる。Zn拡散を抑制するためには、アンドープInGaAsP上側ガイド層とp型InPクラッド層との間に、InGaAlAs層を導入することで可能となる。発明者らは、EA変調器集積レーザの試作において、p型クラッド層濃度、及び多重量子井戸層が同じで、InGaAlAs層がある場合と無い場合について特性を比較した結果、InGaAlAs層がある場合の方が、EA変調器の容量が小さく、f3dB帯域が大きく且つ、消光比特性が小さいという結果を得た。 If Zn diffusion from the p-type cladding layer to the undoped upper guide layer can be suppressed and controlled, it is possible to stabilize the f3 dB band and the extinction characteristic, which are the aforementioned problems. In order to suppress Zn diffusion, it is possible to introduce an InGaAlAs layer between the undoped InGaAsP upper guide layer and the p-type InP cladding layer. As a result of comparing the characteristics of the EA modulator integrated laser with the case where the p-type cladding layer concentration and the multiple quantum well layer are the same and the InGaAlAs layer is not present in the trial production of the EA modulator integrated laser, the case where the InGaAlAs layer is present The result was that the capacity of the EA modulator was small, the f3 dB band was large, and the extinction ratio characteristic was small.
これは、InGaAlAs層がある構造の場合、p型クラッド層からアンドープ上側ガイド層へのZn拡散が、InGaAlAs層により抑制されていることを示す。さらに、SIMS分析により、結晶積層方向のZn濃度プロファイルを評価した結果においても、p型クラッド層からアンドープ上側ガイド層へのZn拡散を比較した結果、InGaAlAs層ある場合は、InGaAlAs層なしの場合と比較して、1×1017cm−3以上のZn濃度で比較した場合、約20nm程度ZnがアンドープInGaAsP上側ガイド層方向へ拡散が小さく抑制されていることが確認された。これは、化合物半導体中においては飽和濃度が高い順にZnの拡散速度が遅いため、InPよりInGaAlAsの方がZnの拡散速度が遅いという性質に起因する。 This indicates that Zn diffusion from the p-type cladding layer to the undoped upper guide layer is suppressed by the InGaAlAs layer in the case of the structure having the InGaAlAs layer. Further, in the results of evaluating the Zn concentration profile in the crystal stacking direction by SIMS analysis, as a result of comparing the Zn diffusion from the p-type cladding layer to the undoped upper guide layer, the case where there is an InGaAlAs layer and the case where there is no InGaAlAs layer In comparison, when compared with a Zn concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more, it was confirmed that about 20 nm of Zn was suppressed from being diffused toward the undoped InGaAsP upper guide layer. This is due to the fact that in a compound semiconductor, the diffusion rate of Zn is slower in the order of higher saturation concentration, so that InGaAlAs has a slower diffusion rate of Zn than InP.
したがって、アンドープInGaAsP上側ガイド層とp型InPクラッド層との間に、InGaAlAs層を導入することでアンドープ層へのZn拡散抑制が可能となり、f3dB帯域、及び消光特性の安定化等の特性向上が可能となる。 Therefore, by introducing an InGaAlAs layer between the undoped InGaAsP upper guide layer and the p-type InP cladding layer, it becomes possible to suppress Zn diffusion into the undoped layer, and to improve characteristics such as stabilization of the f3 dB band and extinction characteristics. It becomes possible.
なお、InGaAlAs層は、キャリヤ濃度1〜10×1017cm−3、組成波長0.92〜1.4μm、厚さ10〜50nmとするのが望ましい。 The InGaAlAs layer preferably has a carrier concentration of 1 to 10 × 10 17 cm −3 , a composition wavelength of 0.92 to 1.4 μm, and a thickness of 10 to 50 nm.
本発明により、EA変調器部の結晶多層構造におけるアンドープ層へのZn拡散抑制性を向上することが可能となり、EA変調器の広帯域化、及び主要特性の安定化の実現が可能となる。つまり、本発明を適用した光素子を用いることにより、光通信の主要部品である半導体レーザモジュール、及び光送信モジュールの広帯域化、高速化が低コストで実現可能となり、大容量光ネットワークの構築が実現する。 According to the present invention, it is possible to improve the ability of Zn diffusion to the undoped layer in the crystal multilayer structure of the EA modulator portion to be improved, and it is possible to realize a broad band of the EA modulator and stabilization of main characteristics. In other words, by using the optical element to which the present invention is applied, it is possible to realize a broadband and high-speed operation of a semiconductor laser module, which is a main component of optical communication, and an optical transmission module at a low cost, and construction of a large-capacity optical network. Realize.
<実施例1>
実施例について、従来の技術と同様に2km光伝送用の伝送速度40Gbit/s波長1.55μm帯リッジ導波路型半導体電界吸収型変調器集積レーザの例を用いて説明する。
<Example 1>
The embodiment will be described by using an example of a ridge waveguide semiconductor electroabsorption modulator integrated laser having a transmission speed of 40 Gbit / s wavelength 1.55 μm band for 2 km optical transmission as in the prior art.
図1〜3は、本実施形態の40Gbit/s EA変調器集積レーザを示す。図1は素子上面図、図2は素子光軸方向断面(図1のc−c’断面)、図3は、EA変調器部メサ垂直方向断面図(図1のd−d’断面図)を示している。 1-3 show the 40 Gbit / s EA modulator integrated laser of this embodiment. 1 is a top view of the element, FIG. 2 is a cross section in the direction of the optical axis of the element (cross section taken along line cc ′ in FIG. 1), and FIG. 3 is a cross-sectional view in the vertical direction of the EA modulator section. Is shown.
まず、このEA変調器集積レーザの作製方法について以下に説明する。 First, a method for manufacturing this EA modulator integrated laser will be described below.
n−InP半導体基板100上に、EA変調器部分の結晶成長として、有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりInPバッファ層101、InGaAsP下側光ガイド層102、活性層であるInGaAlAs井戸層と障壁層からなるアンドープ量子井戸層103、アンドープInGaAsP上側光ガイド層104、p型InGaAlAs拡散防止層201、及び6×1017cm−3のp型InPキャップ層105を形成する。
On the n-
ここで、従来の技術と異なり、6×1017cm−3にpドープした組成波長1.15μmのInGaAlAs層201を30nm成長することにより、これ以降の工程で結晶成長を行う、p−InPクラッド層111からの拡散を防止する。
Here, unlike the conventional technique, a p-InP clad is formed by growing an
これ以降は、従来技術での説明と同様に、レーザ多層、及びパッシブ導波路の集積化をバットジョイント技術により行い、レーザ部となる領域の半導体に、フォトリソグラフを用いた干渉露光法により、半導体回折格子層に回折格子を形成する。 Thereafter, as described in the prior art, the laser multilayer and passive waveguide are integrated by the butt joint technology, and the semiconductor in the region to be the laser portion is subjected to the interference exposure method using a photolithograph. A diffraction grating is formed in the diffraction grating layer.
さらに、EA変調器とパッシブ導波路、及びレーザ部上に同時に、8×1017cm−3のp型InPクラッド層111、p型InGaAsP層112、p型InGaAsコンタクト層113、及びp型InPキャップ層を結晶成長する。
Furthermore, an 8 × 10 17 cm −3 p-type
ここで、p型のドーパントには、Znを用いている。このp−InPキャップ層105、及びp−InPクラッド層111にドーピングされたZnは、成長時の熱の影響があるのも関わらず、その下の拡散防止層であるInGaAlAs層201にて拡散が抑制され、その下のアンドープ上側光ガイド層へのZn拡散が抑制されている。このことは、SIMS分析にて確認された。
Here, Zn is used for the p-type dopant. Zn doped in the p-
その後は、従来の技術と同様の工程を経て、40Gbit/s EA変調器集積レーザが完成した。 Thereafter, a 40 Gbit / s EA modulator integrated laser was completed through the same process as the conventional technique.
本実施例の40Gbit/s EA変調器集積レーザにおいては、EA変調器部分の導波路にZn拡散を防止するためのInGaAlAs層30nmを挿入しているため、アンドープInGaAsP上側ガイド層へのZn拡散が抑制される。このため、アンドープ層厚をロット毎にばらつきことなく、所望の厚さに制御が可能となり、EA変調器部の容量が低減可能となる。 In the 40 Gbit / s EA modulator integrated laser of this example, since the InGaAlAs layer 30 nm for preventing Zn diffusion is inserted in the waveguide of the EA modulator portion, Zn diffusion into the undoped InGaAsP upper guide layer is prevented. It is suppressed. For this reason, the undoped layer thickness can be controlled to a desired thickness without variation for each lot, and the capacity of the EA modulator section can be reduced.
本実施例のようにInGaAlAs層を挿入した場合、挿入しないロットと比較して、EA変調器容量が約0.05pF程度の低減が確認されており、f3dB帯域を40−45GHz得ることが可能である。 When the InGaAlAs layer is inserted as in this embodiment, the EA modulator capacity has been confirmed to be reduced by about 0.05 pF compared to the lot without insertion, and it is possible to obtain an f3 dB band of 40-45 GHz. is there.
さらに、消光費特性においても、InGaAlAs層挿入により、p型InPキャップ層105及びp型InPクラッド層111の濃度をそれぞれ6×1017cm−3及び8×1017cm−3としているため、従来より活性層にかかる電界強度が強くなり、消光特性、チャープ特性、及びパイルアップ耐力特性を向上することが可能である。
Furthermore, in the extinction cost characteristics, the concentration of the p-type
本実施例はInGaAlAs層の厚さを30nmとしたが、これに限定されない。p−InPクラッド層からの拡散が抑制することができれば、30nmよりも薄い厚さでも同様の効果が得られる。ただし、薄すぎると量子効果の原因になるし、厚すぎるとホールが溜まりやすくなるので、10〜50nmの範囲であるのが望ましい。 In this embodiment, the thickness of the InGaAlAs layer is set to 30 nm, but the present invention is not limited to this. If diffusion from the p-InP cladding layer can be suppressed, the same effect can be obtained even with a thickness of less than 30 nm. However, if it is too thin, it causes a quantum effect, and if it is too thick, holes tend to accumulate, so it is desirable that the thickness be in the range of 10 to 50 nm.
<実施例2>
実施例1は、EA変調器とDFBレーザが同一InP基板上に集積された構造で説明したが、本願発明は、EA変調器単体の場合にも適用することができる。
<Example 2>
Although the first embodiment has been described with the structure in which the EA modulator and the DFB laser are integrated on the same InP substrate, the present invention can also be applied to the case of the EA modulator alone.
図4に、その構成を示す。図4(A)は、上面図である。図4(B)は、e−e’断面図である。 FIG. 4 shows the configuration. FIG. 4A is a top view. FIG. 4B is an e-e ′ cross-sectional view.
実施例1で述べたように、EA変調器単体においても、本発明の要点であるInGaAlAs層挿入の効果は同様に得ることができる。 As described in the first embodiment, the effect of inserting the InGaAlAs layer, which is the main point of the present invention, can be obtained in the EA modulator alone.
<実施例3>
本実施例について、10Gbit/s光伝送用波長1.55μm帯リッジ導波路型半導体電界吸収型変調器集積レーザの例を用いて説明する。
<Example 3>
The present embodiment will be described using an example of a 10 Gbit / s optical transmission wavelength 1.55 μm band ridge waveguide semiconductor electroabsorption modulator integrated laser.
図5は、本実施例における電界吸収型変調器集積レーザのEA変調器メサ垂直断面図である。なお、上面図は実施例1の図1と同等であるため省略する。 FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the EA modulator mesa of the electroabsorption modulator integrated laser in the present embodiment. Note that the top view is the same as FIG.
本実施例は、文献「S. Makino, “Wide Temperature Range (0 to 85 °C), 40−km SMF Transmission of a 1.55−mm, 10Gbit/s InGaAlAs Electroabsorption Modulator Integrated DFB Laser,” Optical Fiber Communication Conference (OFC’05), 2005, Postdeadline−paper, PDP14.」で示すような、広温度範囲にて動作するEA変調器における例である。 This example is described in the literature “S. Makino,“ Wide Temperature Range (0 to 85 ° C.), 40-km SMF Transmission of a 1.55-mm, 10 Gbit / s InGaAlAs Electrobular Modulation Incorporation Modulation ”. This is an example of an EA modulator that operates in a wide temperature range as shown in “Conference (OFC'05), 2005, Postdeline-paper, PDP14”.
n−InP半導体基板300上にEA変調器部分の結晶成長として、有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりn型InPバッファ層301、n型InGaAsP下側光ガイド層302、InGaAlAs井戸層と障壁層からなるアンドープ量子井戸活性層303、アンドープInGaAsP上側光ガイド層304、6×1017cm−3にpドープした組成波長1.15μmのp型InGaAlAs拡散防止層305、及び6×1017cm−3にドーピングしたp型InPキャップ層306を形成する。
As the crystal growth of the EA modulator portion on the n-
ここでも、6×1017cm−3にpドープした組成波長1.15μmのInGaAlAs層を30nm成長することにより、これ以降の工程で結晶成長を行う、p−InPクラッド層307からの拡散を防止する。
Again, by growing a 30 nm thick InGaAlAs layer with a composition wavelength of 1.15 μm p-doped to 6 × 10 17 cm −3 , crystal diffusion is performed in the subsequent steps, preventing diffusion from the p-
次にプラズマCVDによるSiN膜を形成したのち、EA変調器部となる領域にSiN膜にパターニングを施し、このSiN膜をマスクとして、ウェットエッチング等にて、EA変調器部となる領域以外のEA変調器多層構造を除去する。 Next, after forming a SiN film by plasma CVD, patterning is performed on the SiN film in the region to be the EA modulator portion, and EA other than the region to be the EA modulator portion is formed by wet etching or the like using this SiN film as a mask. Remove the modulator multilayer structure.
このエッチング方法は、ドライエッチングであっても、本発明の効果を損なうものではない。これ以降は、実施例1と同様に、レーザ多層、及びパッシブ導波路の集積化をバットジョイント技術により行い、レーザ部となる領域の半導体に、フォトリソグラフを用いた干渉露光法により、半導体回折格子層に回折格子を形成する。 Even if this etching method is dry etching, the effect of the present invention is not impaired. Thereafter, similarly to the first embodiment, the laser multilayer and the passive waveguide are integrated by the butt joint technique, and the semiconductor diffraction grating is formed by the interference exposure method using the photolithograph on the semiconductor of the region to be the laser portion. A diffraction grating is formed in the layer.
これ以降も実施例1と同様に、EA変調器とパッシブ導波路、及びレーザ部上に同時に、8×1017cm−3のp型InPクラッド層307、p型InGaAsPコンタクト層308、p型InGaAsコンタクト層309、及びp型InPキャップ層を結晶成長を行い、リッジ導波路形成、電極形成等を施す。
Thereafter, similarly to the first embodiment, the 8 × 10 17 cm −3 p-type
ここで、p型InPキャップ層306、及びp−InPクラッド層307にドーピングされたZnは、その下の拡散防止層であるInGaAlAs層305にて拡散が抑制され、その下のアンドープ上側光ガイド層へのZn拡散が抑制されている。
Here, Zn doped in the p-type
このため、アンドープ層厚をロット毎にばらつきことなく、所望の厚さに制御が可能となり、EA変調器部の容量が低減可能となる。 For this reason, the undoped layer thickness can be controlled to a desired thickness without variation for each lot, and the capacity of the EA modulator section can be reduced.
本実施例のようにInGaAlAs層を挿入した場合、挿入しないロットと比較して、EA変調器容量が約0.05pF程度の低減が確認されており、f3dB帯域もInGaAlAs層を適用したロットにおいては、15−18GHzと良好であった。さらに、、アンドープ層上のpドーピング濃度を従来より上げることができるため、活性層にかかる電界強度が強くなり、消光特性、チャープ特性、及びパイルアップ耐力特性を向上することが可能である。 When the InGaAlAs layer is inserted as in the present embodiment, the EA modulator capacity is confirmed to be reduced by about 0.05 pF compared to the lot without insertion, and the f3 dB band is also applied to the lot to which the InGaAlAs layer is applied. 15-18 GHz and good. Furthermore, since the p-doping concentration on the undoped layer can be increased as compared with the conventional case, the electric field strength applied to the active layer is increased, and the extinction characteristic, the chirp characteristic, and the pile-up strength characteristic can be improved.
本デバイスを用いた場合、レーザ温度が0〜80℃の範囲において良好な40kmの光ファイバ伝送結果が確認された。 When this device was used, an excellent optical fiber transmission result of 40 km was confirmed in a laser temperature range of 0 to 80 ° C.
本実施例においても、EA変調器とDFBレーザが集積された光源の例にて説明しているが、EA変調器単体の場合においても、本発明の効果が得られることは言うまでも無い。 Also in this embodiment, the example of the light source in which the EA modulator and the DFB laser are integrated is described, but it goes without saying that the effect of the present invention can be obtained even in the case of the EA modulator alone.
<実施例4>
本実施例について、10Gbit/s光伝送用波長1.55μm帯Fe埋込み導波路型半導体電界吸収型変調器集積レーザの例を用いて説明する。
<Example 4>
This embodiment will be described using an example of a 10 Gbit / s optical transmission wavelength 1.55 μm band Fe buried waveguide type semiconductor electroabsorption modulator integrated laser.
図6は、Fe埋め込み導波路型半導体電界吸収型変調器集積レーザのEA変調器メサ垂直方向の断面図である。なお、上面図は実施例1の図1とほぼ同等であるため省略する。 FIG. 6 is a cross-sectional view in the vertical direction of the EA modulator mesa of the Fe buried waveguide type semiconductor electroabsorption modulator integrated laser. The top view is substantially the same as FIG.
まず、このEA変調器集積レーザの作製方法について以下に説明する。実施例1と同様にn−InP半導体基板100上にEA変調器部分の結晶成長として、有機金属気相法を用いた公知の選択成長法によりInPバッファ層400、InGaAsP下側光ガイド層401、InGaAlAs井戸層と障壁層からなるアンドープ量子井戸活性層402、アンドープInGaAsP上側光ガイド層403、6×1017cm−3にpドープした組成波長1.15μm p型InGaAlAs拡散防止層404 30nm、及び6×1017cm−3のp型InPキャップ層405を形成する。
First, a method for manufacturing this EA modulator integrated laser will be described below. As in Example 1, as the crystal growth of the EA modulator portion on the n-
これ以降も、実施例1と同様に、レーザ多層、及びパッシブ導波路の集積化をバットジョイント技術により行い、レーザ部となる領域の半導体に、フォトリソグラフを用いた干渉露光法により、半導体回折格子層に回折格子を形成する。 Thereafter, similarly to the first embodiment, the laser multi-layer and the passive waveguide are integrated by the butt joint technology, and the semiconductor diffraction grating is formed by the interference exposure method using the photolithograph on the semiconductor of the region to be the laser portion. A diffraction grating is formed in the layer.
さらに、EA変調器とパッシブ導波路、及びレーザ部上に同時に、8〜10×1017cm−3のp型InPクラッド層406、p型InGaAsP層407、p型InGaAsコンタクト層408、及びp型InPキャップ層を結晶成長する。
Furthermore, an 8 to 10 × 10 17 cm −3 p-type
その後、EA変調器からパッシブ導波路、及びレーザ部に渡って、メサストライプ状SiO2膜パターンを形成し、このSiO2膜をマスクとしてメサストライプ状の光導波路を、ICPエッチャー等を用いたドライエッチング、及びウェットエッチングにて形成する。 After that, a mesa stripe-like SiO 2 film pattern is formed from the EA modulator to the passive waveguide and the laser part, and the mesa stripe-like optical waveguide is dried using an ICP etcher or the like using this SiO 2 film as a mask. It is formed by etching and wet etching.
さらに、SiO2膜マスクを利用して、FeドープInP結晶にて埋め込み成長を、MOCVD法にて行いメサストライプ状光導波路の両脇にFe−InP埋め込み層409を形成する。このとき、光導波路の半導体として、酸化しやすいInGaAlAs層を具備しているため、光導波路のエッチング、及びFe−InPの再成長時にAl酸化膜を除去するような処理、例えばFe−InP埋め込み成長前の塩素添加処理等が、素子信頼性確保のために必要である。 Further, using an SiO 2 film mask, burying growth is performed with an Fe-doped InP crystal and MOCVD is performed to form an Fe—InP burying layer 409 on both sides of the mesa stripe optical waveguide. At this time, since the InGaAlAs layer that is easy to oxidize is provided as the semiconductor of the optical waveguide, a process that removes the Al oxide film during the optical waveguide etching and Fe-InP regrowth, for example, Fe-InP buried growth The previous chlorine addition treatment or the like is necessary to ensure device reliability.
続いて、パッシベーション膜410を形成し、これ以降は従来の技術と同様の作製工程を経て、Fe埋め込み導波路型半導体電界吸収型変調器集積レーザが得られる。
Subsequently, a
ここで、p−InPクラッド層にドーピングされたZnは、その下の拡散防止層であるInGaAlAs層404にて拡散が抑制され、その下のアンドープ上側光ガイド層へのZn拡散が抑制されている。このため、アンドープ層厚をロット毎にばらつきことなく、所望の厚さに制御が可能となり、EA変調器部の容量が低減可能となる。
Here, the Zn doped in the p-InP cladding layer is suppressed from being diffused in the
本実施例は、Al系材料をメサストライプにて形成しているため、Fe−InPにて埋め込み成長するまでのプロセスが、実施例1、あるいは2より技術を要するが、Fe−InP層にて光導波路を埋め込み保護することにより、光導波路が物理的に強くなる為、信頼性の点で利点となりうる可能性がある。 In this example, since the Al-based material is formed by mesa stripes, the process until the burying growth with Fe-InP requires more technology than in Example 1 or 2, but in the Fe-InP layer By embedding and protecting the optical waveguide, the optical waveguide becomes physically strong, which may be an advantage in terms of reliability.
一般にFe−InP埋め込み再成長は、500−600℃程度の温度にて、数十分以上の成長を行うため、p−InPクラッド層からアンドープ上側光ガイド層へのZn拡散が多く生じる。しかしながら、本発明のInGaAlAs層導入により、このようにZn拡散が生じ易い条件においても、InGaAlAs層がない場合と比較して、Zn拡散を抑制することが可能となる。 In general, Fe-InP buried regrowth involves growth of several tens of minutes or more at a temperature of about 500 to 600 ° C., so that a large amount of Zn diffuses from the p-InP cladding layer to the undoped upper light guide layer. However, the introduction of the InGaAlAs layer of the present invention makes it possible to suppress the Zn diffusion even when the Zn diffusion is likely to occur as compared with the case without the InGaAlAs layer.
<実施例5>
本発明を半導体光素子モジュールに適用した例について、図7を用いて説明する。
<Example 5>
An example in which the present invention is applied to a semiconductor optical device module will be described with reference to FIG.
実施例1で述べた、40Gbit/ s光伝送用EA変調器集積レーザ501において、終端抵抗が付いて高周波設計がなされたチップキャリア502に搭載する。
The 40 Gbit / s optical transmission EA modulator integrated
続いて、ペルチェ基板503、レンズ504、モニタフォトダイオード505、サーミスタ506、アイソレータ507、及び光ファイバ508を同一パッケージに実装する。
Subsequently, the
半導体光素子モジュールの重要な特性であるf3dB帯域については、本モジュールの高周波設計が良好であることから、EA変調器集積レーザのf3dB帯域が、ほぼそのまま素子モジュールのf3dB帯域となる。 Regarding the f3 dB band, which is an important characteristic of the semiconductor optical element module, the high frequency design of this module is good, so that the f3 dB band of the EA modulator integrated laser is almost the same as the f3 dB band of the element module.
本発明を適用して作製したEA変調器集積レーザを用いた場合、InGaAlAs層導入による、上側ガイド層等のアンドープ層にp型のドーパンとであるZnが拡散することなく、低容量な変調器を安定して作製することができる。 When an EA modulator integrated laser manufactured by applying the present invention is used, a low-capacity modulator without introducing Zn as a p-type dopant into an undoped layer such as an upper guide layer by introducing an InGaAlAs layer Can be stably produced.
このためこれを搭載した素子モジュールでは、40−45GHzのf3dB帯域特性がえられた。このため、光波形もITU−T規格のマスクに対するマージンが大きい良好なアイパターンとなった。 For this reason, an element module equipped with this has an f3 dB band characteristic of 40-45 GHz. For this reason, the optical waveform was a good eye pattern with a large margin with respect to the ITU-T standard mask.
本実施例のような部品構成ではなく、例えば温度調整機能を有しないCAN型のパッケージに実装した場合においても、f3dB、消光比特性が得られ、同様の効果が得られる。 For example, when mounted on a CAN-type package that does not have a temperature adjustment function instead of the component configuration as in the present embodiment, f3 dB and extinction ratio characteristics are obtained, and similar effects are obtained.
<実施例6>
実施例5で示した、本発明を適用した光送信モジュールを、光伝送装置、もしくはルータ等に組み込むことにより、特性の安定した信頼度の高い光伝送装置が実現できる。
<Example 6>
A highly reliable optical transmission device with stable characteristics can be realized by incorporating the optical transmission module to which the present invention is applied, which is shown in the fifth embodiment, into an optical transmission device or a router.
<実施例7>
本発明を、10Gbit/s光伝送用波長1.55μm帯マッハツェンダー型光変調器に応用した場合について、図8を用いて説明する。
<Example 7>
The case where the present invention is applied to a 105 Gbit / s optical transmission wavelength 1.55 μm band Mach-Zehnder optical modulator will be described with reference to FIG.
図8(A)は、上面図である。図8(B)は、図8(A)のf−f’方向断面図である。 FIG. 8A is a top view. FIG. 8B is a cross-sectional view in the f-f ′ direction of FIG.
本デバイスは、例えば文献「H.Sano, “High−speed InGaAs/InAlAs MQW Mach−Zehnder−type modulator”, OFC/IOOC ’93, ThK5, San Jose, CA, Feb. 1993.」に代表されるものである。 This device is represented by, for example, the document “H. Sano,“ High-speed InGaAs / InAlAs MQW Mach-Zehnder-type modulator ”, OFC / IOOC '93, ThK5, San Jose, CA, Feb. 1993. It is.
n−InP基板700に5×1018cm−3にnドープしたInAlAs層701を結晶成長し、続いて、6nmのアンドープInGaAs井戸層と6nmのアンドープInAlAs障壁層の20周期からなる多重量子井戸層702を作製する。
An InAlAs layer 701 n-doped to 5 × 10 18 cm −3 is crystal-grown on the n-
次に、6×1017cm−3にpドープした組成波長1.15μmのp−InGaAlAs拡散防止層703を30nm積層し、8×1017cm−3にZnにてpドープされたInAlAsクラッド層704を1.5μm、及びp−InGaAsコンタクト層705を結晶成長する。
Next, an InAlAs clad layer in which a p-InGaAlAs
その後、シリコン酸化膜をマスクに用いたドライエッチング等で、図8に示すマッハツェンダー型変調器の光導波路706を加工し、パッシベーション膜707、ポリイミド樹脂708による埋め込み、及び電極形成を行い、素子が完成する。
After that, the
本変調器においても、p−InGaAlAs拡散防止層703の効果により、10G光伝送に十分な帯域を確保することが可能となる。
Also in this modulator, it is possible to secure a sufficient band for 10G optical transmission due to the effect of the p-InGaAlAs
<実施例8>
本発明を、10Gbit/s光伝送用波長1.55μm帯方向性結合器に応用した場合について、図9を用いて説明する。
<Example 8>
The case where the present invention is applied to a directional coupler having a wavelength of 1.55 μm for 10 Gbit / s optical transmission will be described with reference to FIG.
図9(A)は、上面図である。図9(B)は、図9(A)のg−g’方向断面図である。 FIG. 9A is a top view. FIG. 9B is a cross-sectional view in the g-g ′ direction of FIG.
本デバイスは、例えば文献「J.E.Zucker, “Compact directional coupler switches using quantum well electrorefracttion”. APPl. Phys. Lett. 55 (22), 27 November 1989」「Shigeru Nakagawa, “Compact 10Gbps InP−Based Waveguide Modulator ”,IQEC and CLEO/PR 2005, CWJ1−5−INV, Japan, Jul. 2005.」などを基本構造とし、n−InP基板上にAl系MQWを用いた光素子の例である。 This device is described in, for example, the document “JE Zucker,“ Compact directive coupler switches using quantum well electrorefraction ”. APPl. Phys. Lett. Co. 1989, 27 November. Modulator ", IQEC and CLEO / PR 2005, CWJ1-5-INV, Japan, Jul. 2005." is an example of an optical element using Al-based MQW on an n-InP substrate.
n−InP基板800に5×1018cm−3にnドープしたInP層801を結晶成長し、続いて、アンドープInGaAlAsを用いた10周期からなる多重量子井戸層802を作製する。次に、6×1017cm−3にpドープした組成波長1.15μmのp−InGaAlAs拡散防止層803を30nm積層し、8×1017cm−3にZnにてpドープされたInPクラッド層804を1.5μm、及びp−InGaAsコンタクト層805を結晶成長する。
An InP layer 801 n-doped to 5 × 10 18 cm −3 is crystal-grown on the n-
その後、シリコン酸化膜をマスクに用いたドライエッチング等で、図9に示す方向性結合器の光導波路806を加工し、パッシベーション膜807、ポリイミド樹脂808による埋め込み、及び電極形成を行い、素子が完成する。
Thereafter, the
この方向性結合器においても、p−InGaAlAs拡散防止層803の効果により、p−InPクラッド層からアンドープの多重量子井戸層へのZn拡散が抑制できる。このため、アンドープ層に十分な電界強度をかけることができ、10G光伝送に十分な消光特性、及び帯域を確保することが可能となる。
Also in this directional coupler, Zn diffusion from the p-InP cladding layer to the undoped multiple quantum well layer can be suppressed by the effect of the p-InGaAlAs
本実施例では、n−InP基板を用いた例で説明したが、例えばFeをドープした半絶縁性の基板にて、デバイスを作製した場合においても、多重量子井戸層より上の構造が同等である場合は、同様の効果が得られる。 In this example, an example using an n-InP substrate has been described. However, even when a device is manufactured using a semi-insulating substrate doped with Fe, for example, the structure above the multiple quantum well layer is equivalent. In some cases, similar effects can be obtained.
<実施例9>
本実施例について、光伝送用の伝送速度40Gbit/s半導体インピーダンス制御型電極構造を用いた電界吸収型変調器の例を用いて説明する。
<Example 9>
The present embodiment will be described using an example of an electroabsorption modulator using an electrode structure with a transmission speed of 40 Gbit / s semiconductor impedance control for optical transmission.
図10(A)は、上面図である。図10(B)は、図10(A)のa−a’断面図である。 FIG. 10A is a top view. FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line a-a ′ in FIG.
40Gbit/s半導体電界吸収型変調器(以下、EA(electro−absorption)変調器)は、従来の技術1で述べたEA変調器と光をオン・オフする原理は同一である。
The 40 Gbit / s semiconductor electroabsorption modulator (hereinafter referred to as EA (electro-absorption) modulator) has the same principle of turning on and off the light as the EA modulator described in the
本実施例は、変調器への高周波電界を印加する方式が異なり、例えば、「M.shirai, et.al. Proc. 28th European Conference on Optical Communications (ECOC2002), 9.5.4 ,“IMPEDANCE−CONTROLLED−ELECTRODE(ICE) SEMICONDUCTOR MODURATORS FOR 1.3−μm−40−Gbit/s TRANCEIVERS ”.」に代表されるような、インピーダンス制御型電極構造を用いた、EA変調器である。 This embodiment is different in the method of applying a high-frequency electric field to the modulator. For example, “M. shirai, et. Al. Proc. 28th European Conference on Optical Communications (ECOC2002), 9.5.4,“ IMPEDANCE- CONTROL-ELECTRODE (ICE) SEMICONDUCTOR MODURATORS FOR 1.3-μm-40-Gbit / s TRANCEIVERS “.” Is an EA modulator using an impedance-controlled electrode structure.
インピーダンス制御型電極構造とは、マイクロ波の進行方向を、光の進行方向とを一致させることにより、変調器全体のCR時定数が動作周波数を制限しなくなるため、より高速動作を実現するものである。 The impedance-controlled electrode structure realizes higher-speed operation because the CR time constant of the entire modulator does not limit the operating frequency by matching the traveling direction of the microwave with the traveling direction of light. is there.
本素子は、FeドープInP半導体基板901上に有機金属気相法を用いて、n−InPバッファ層902を形成し、InGaAsP下側光ガイド層903、InGaAlAs井戸層と障壁層からなるアンドープ量子井戸活性層904、アンドープInGaAsP上側光ガイド層905、6×1017cm−3にpドープした組成波長1.15μm p型InGaAlAs拡散防止層906 30nm、及び6×1017cm−3のp型InPキャップ層907を形成する。
In this device, an n-
続いて、EA変調器光導波路908となる領域にマスクを形成して、これ以外の領域の活性層を、ドライエッチングで除去する。
Subsequently, a mask is formed in a region to be the EA modulator
その後、洗浄処理等を施し、EA変調器導波路前後にパッシブ光導波路909を形成するため、有機金属気相法にて、InGaAsP層を含むパッシブ光導波路層910を形成し、EA変調器部活性層904と光学的に連続となるようにバットジョイント接続を行う。
Thereafter, in order to form a passive
次にp−InPクラッド層911、及びコンタクト層912を結晶成長工程にて形成し、ハイインピーダンス線路部913における半導体結晶をn−InPバッファ層902までエッチングにて完全に除去し、Fe−InP基板を露出させる。続いてEA変調器部光導波路908とパッシブ光導波路909で構成された2μm幅の光導波路をドライエッチングにて形成する。さらに、本デバイスではp型、及びn型電極の両方を素子表面からとる構造であるため、n電極914形成領域におけるFe−InP埋め込み層をドライエッチングで除去し、n−InPバッファ層を露出させる。
Next, a p-InP clad
その後、パッシベーション膜915形成、スルーホール形成、及びハイインピーダンス線路部913とEA変調器部光導波路908直上部からなるp型電極916、及びn型電極914形成を経て、図10に示すような、インピーダンス制御型EA変調器が得られる。
Thereafter, after forming a
ここで、ハイインピーダンス線路部913は、ドライバICとのインピーダンス整合を考慮して、導波路幅、及びグランドであるn型電極までの距離が最適化されている。
Here, in the high
図11に示すように、上記素子920を高周波設計がなされたチップキャリア921に搭載し、終端抵抗含む高周波基板922、ペルチェ923、レンズ924、及び入出力光ファイバ925を同一パッケージに実装することにより、半導体素子モジュールが構成される。
As shown in FIG. 11, the above-described
また、このモジュールには、EA変調器を駆動するためのドライバIC926も内蔵されている。これは、ドライバICからEA変調器までの距離を短くすることで、ドライバIC出力振幅を極力減衰させることなくEA変調器に伝えるためである。しかし、ドライバIC出力振幅が十分であれば、ドライバICを内蔵する必要は無く、同様の効果が期待される。
This module also includes a
このEA変調器モジュールに搭載された、EA変調器は、EA変調器部分の導波路にZn拡散を防止するためのInGaAlAs層30nmを挿入しているため、アンドープInGaAsP上側ガイド層へのZn拡散が抑制される。このため、アンドープ層厚をロット毎にばらつきことなく、所望の厚さに制御が可能となり、EA変調器部の容量が低減可能となり、実施例1に示すような効果が得られる。 In the EA modulator mounted on the EA modulator module, an InGaAlAs layer 30 nm for preventing Zn diffusion is inserted into the waveguide of the EA modulator portion, so that Zn diffusion into the undoped InGaAsP upper guide layer is prevented. It is suppressed. For this reason, the undoped layer thickness can be controlled to a desired thickness without variation among lots, the capacity of the EA modulator can be reduced, and the effects shown in the first embodiment can be obtained.
本実施例では、EA変調器単体について記載したが、DFBレーザと集積した、インピーダンス制御型EA変調器集積レーザにおいても、同様の効果が得られる。
このEA変調器と、ペルチェ、レンズ、光ファイバ、及び変調器駆動用ドライバICを同一パッケージに実装することにより、EA変調器光素子モジュールが構成される。
In the present embodiment, the EA modulator alone is described, but the same effect can be obtained also in an impedance control type EA modulator integrated laser integrated with a DFB laser.
The EA modulator optical element module is configured by mounting the EA modulator, the Peltier, the lens, the optical fiber, and the driver IC for driving the modulator in the same package.
100…n−InP基板、101…n型InPバッファ層、102…InGaAsP下側光ガイド層、103…量子井戸活性層、104…InGaAsP上側光ガイド層、105…p型InPキャップ層、106…レーザ部InGaAsP下側光ガイド層、107…レーザ部量子井戸層、108…レーザ部InGaAsP上側光ガイド層、109…InPスペーサ層、110…回折格子層、111…光導波路部InGaAsP層、112…p型InPクラッド層、113…InGaAsPコンタクト層、114…InGaAsコンタクト層、115…パッシベーション膜、116…ポリイミド樹脂、117…p側電極、118…n側電極、
201…p型InGaAlAs拡散防止層、
301…n型InPバッファ層、302…InGaAsP下側光ガイド層、303…アンドープ量子井戸活性層、304…InGaAsP上側光ガイド層、305…p型InGaAlAs拡散防止層、306…p型InPキャップ層、307…p型InPクラッド層、308…InGaAsPコンタクト層、309…InGaAsコンタクト層、310…パッシベーション膜、311…ポリイミド樹脂、312…p側電極、313…n側電極、
400…n型InPバッファ層、401…InGaAsP下側光ガイド層、402…アンドープ量子井戸活性層、403…InGaAsP上側光ガイド層、404…p型InGaAlAs拡散防止層、405…p型InPキャップ層、406…p型InPクラッド層、407…InGaAsPコンタクト層、408…InGaAsコンタクト層、409…Fe−InP埋め込み層、410…パッシベーション膜、411…p側電極、312…n側電極、
502…チップキャリア、503…ペルチェ基板、504…レンズ、505…モニタフォトダイオード、506…サーミスタ、507…アイソレータ、508…光ファイバ
700…n−InP基板、701…nドープInAlAs層、702…多重量子井戸層、703…p−InGaAlAs拡散防止層、704…pドープInAlAsクラッド層、705…p−InGaAsコンタクト層、706…マッハツェンダー型変調器の光導波路、707…パッシベーション膜、708…ポリイミド樹脂、709…p側電極、710…n側電極
901…FeドープInP半導体基板、902…n−InPバッファ層、903…InGaAsP下側光ガイド層、904…アンドープ量子井戸活性層、905…アンドープInGaAsP上側光ガイド層、906…p型InGaAlAs拡散防止層、907…p型InPキャップ層、908…EA変調器光導波路、909…パッシブ光導波路、910…パッシブ光導波路層、911…p−InPクラッド層、912…及びコンタクト層、913…ハイインピーダンス線路部、914…n電極、915…パッシベーション膜、916…p型電極、920…本実施例のEA変調器
921…チップキャリア、922…高周波基板、923…ペルチェ、924…レンズ、925…入出力光ファイバ、926…ドライバIC
DESCRIPTION OF
201 ... p-type InGaAlAs diffusion prevention layer,
301 ... n-type InP buffer layer, 302 ... InGaAsP lower light guide layer, 303 ... undoped quantum well active layer, 304 ... InGaAsP upper light guide layer, 305 ... p-type InGaAlAs diffusion prevention layer, 306 ... p-type InP cap layer, 307 ... p-type InP cladding layer, 308 ... InGaAsP contact layer, 309 ... InGaAs contact layer, 310 ... passivation film, 311 ... polyimide resin, 312 ... p-side electrode, 313 ... n-side electrode,
400 ... n-type InP buffer layer, 401 ... InGaAsP lower light guide layer, 402 ... undoped quantum well active layer, 403 ... InGaAsP upper light guide layer, 404 ... p-type InGaAlAs diffusion prevention layer, 405 ... p-type InP cap layer, 406 ... p-type InP cladding layer, 407 ... InGaAsP contact layer, 408 ... InGaAs contact layer, 409 ... Fe-InP buried layer, 410 ... passivation film, 411 ... p-side electrode, 312 ... n-side electrode,
502 ... chip carrier, 503 ... Peltier substrate, 504 ... lens, 505 ... monitor photodiode, 506 ... thermistor, 507 ... isolator, 508 ...
Claims (7)
前記Alを含有するアンドープの活性層と前記亜鉛を含有する化合物半導体層との間にInGaAlAs層が積層されている
ことを特徴とする半導体光素子。 A semiconductor optical device comprising a compound semiconductor laminated body having an undoped active layer containing Al and a compound semiconductor layer containing zinc on an InP substrate,
A semiconductor optical device, wherein an InGaAlAs layer is laminated between the undoped active layer containing Al and the compound semiconductor layer containing zinc.
前記InP基板は、n型、もしくは半絶縁型のInP基板である
ことを特徴とする半導体光素子。 In claim 1,
The semiconductor optical device, wherein the InP substrate is an n-type or semi-insulating InP substrate.
前記InGaAlAs層は、p型にドーピングされている
ことを特徴とする半導体光素子。 In claim 1,
The semiconductor optical device, wherein the InGaAlAs layer is doped p-type.
半導体電界吸収型変調器、半導体マッハツェンダー型変調器、又はこれらのいずれかを集積したものである
ことを特徴とする半導体光素子。 The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein
A semiconductor optical device comprising a semiconductor electroabsorption modulator, a semiconductor Mach-Zehnder modulator, or any of these integrated.
7. An optical transmission device comprising the optical transmission module or the optical transmission / reception module according to claim 6.
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