JP2012118168A - 電界吸収型変調器及び光半導体装置 - Google Patents

電界吸収型変調器及び光半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2012118168A
JP2012118168A JP2010266113A JP2010266113A JP2012118168A JP 2012118168 A JP2012118168 A JP 2012118168A JP 2010266113 A JP2010266113 A JP 2010266113A JP 2010266113 A JP2010266113 A JP 2010266113A JP 2012118168 A JP2012118168 A JP 2012118168A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
ingaasp
type
optical waveguide
algainas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010266113A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Yamatoya
武 大和屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2010266113A priority Critical patent/JP2012118168A/ja
Priority to US13/172,962 priority patent/US8654430B2/en
Priority to CN201110386620XA priority patent/CN102540504A/zh
Publication of JP2012118168A publication Critical patent/JP2012118168A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265Intensity modulators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00Materials and properties
    • G02F2202/10Materials and properties semiconductor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125Distributed Bragg reflector [DBR] lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

【課題】AlGaInAs光吸収層を持つ電界吸収型変調器の特性を向上させる。
【解決手段】n型InP基板1上に、n型InPクラッド層2、AlGaInAs光吸収層4、p型InGaAsP光導波路層6、及びp型InPクラッド層7が順に積層されている。p型InGaAsP光導波路層6は、組成が異なる3つのInGaAsP層6a,6b,6cを有する。InGaAsP層6a,6b,6cの価電子帯間のエネルギー障壁は、InGaAsP層が単層の場合に比べて小さくなる。
【選択図】図2

Description

本発明は、光通信システムで用いられる電界吸収型変調器、及び半導体基板上に電界吸収型変調器と半導体レーザが集積された光半導体装置に関する。
電界吸収型変調器において、光吸収層の両側に光吸収層よりバンドギャップエネルギーが大きくクラッド層より屈折率の大きい光導波路層を設けた分離閉じ込めヘテロ構造(Separated Confinement Heterostructure)が用いられる。
AlGaInAs光吸収層を持つ電界吸収型変調器では、AlGaInAs光吸収層又はAlGaInAs光導波路層とp型InPクラッド層との間に、大きな価電子帯エネルギー障壁ができる。このエネルギー障壁は、光吸収層での光吸収により発生したホールがp型InPクラッド層に流れる際の抵抗成分になる。このため、ホールの流れが悪くなるホールパイルアップが発生し、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性が悪化する。
また、AlInAsクラッド層とp型InPクラッド層との間に設けたInGaAsPエッチングストッパー層により、価電子帯エネルギー障壁を低減することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、単層のInGaAsP層では、価電子帯エネルギー障壁を十分に低減できない。また、この先行技術のようなAlGaInAs系の半導体レーザでは、AlInAs層を用いて、活性層からp型InPクラッド層への電子のオーバーフローを防ぐ必要がある。一方、電界吸収型変調器は逆方向バイアス素子であるため、光吸収層からp型InPクラッド層への電子のオーバーフローが発生しない。従って、電界吸収型変調器では、AlInAs層を用いる必要がなく、むしろ高抵抗で光吸収電流の流れを悪化させるAlInAs層は用いない方がよい。
特許第3779040号公報
上記のように、AlGaInAs光吸収層を持つ電界吸収型変調器では、AlGaInAs光吸収層又はAlGaInAs光導波路層とp型InPクラッド層との間に大きな価電子帯エネルギー障壁ができるため、特性が劣化する。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、AlGaInAs光吸収層を持つ電界吸収型変調器の特性を向上させることである。
本発明に係る電界吸収型変調器は、半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層されたn型InPクラッド層、AlGaInAs光吸収層、InGaAsP光導波路層、及びp型InPクラッド層とを備え、前記InGaAsP光導波路層は、組成が異なる複数のInGaAsP層を有し、前記複数のInGaAsP層の価電子帯間のエネルギー障壁は、InGaAsP層が単層の場合に比べて小さくなる。
本発明により、AlGaInAs光吸収層を持つ電界吸収型変調器の特性を向上させるができる。
本発明の実施の形態1に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る電界吸収型変調器の光吸収層からp型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。 比較例1に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。 比較例2に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。 比較例3に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。 本発明の実施の形態2に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る電界吸収型変調器の光吸収層からp型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。 本発明の実施の形態3に係る光半導体装置を示す斜視図である。
本発明の実施の形態に係る電界吸収型変調器及び光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。n型InP基板1上に、n型InPクラッド層2、AlGaInAs光導波路層3、AlGaInAs光吸収層4、p型AlGaInAs光導波路層5、p型InGaAsP光導波路層6、p型InPクラッド層7、及びp型InGaAsコンタクト層8が順に積層されている。
AlGaInAs光吸収層4は、AlGaInAs/AlGaInAs多重量子井戸(Multiple Quantum Well: MQW)構造である。p型InGaAsコンタクト層8上にp側電極9が形成され、n型InP基板1の裏面にn側電極10が形成されている。
図2は、本発明の実施の形態1に係る電界吸収型変調器の光吸収層からp型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。p型AlGaInAs光導波路層5は、組成が異なる3つのAlGaInAs層5a,5b,5cを有する。AlGaInAs層5a,5b,5cの層厚はそれぞれ7nmであり、フォト・ルミネッセンス(Photoluminescence: PL)波長はそれぞれ1200/1100/950nmである。
また、p型InGaAsP光導波路層6は、組成が異なる3つのInGaAsP層6a,6b,6cを有する。InGaAsP層6a,6b,6cの層厚はそれぞれ7nmであり、フォト・ルミネッセンス波長はそれぞれ1180/1080/1000nmである。これにより、InGaAsP層6a,6b,6cの価電子帯間のエネルギー障壁は、InGaAsP層が単層の場合に比べて小さくなる。
続いて、本実施の形態の効果について比較例1,2,3と比較して説明する。図3,4,5は、それぞれ比較例1,2,3に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。比較例1では、AlGaInAs光吸収層4の上に、p型AlGaInAs光導波路層5、p型InGaAsP層12、及びp型InPクラッド層7が積層されている。比較例2では、AlGaInAs光吸収層4の上に、p型AlGaInAs光導波路層5及びp型InPクラッド層7が積層されている。比較例3では、AlGaInAs光吸収層4の上にp型AlInAs層11、p型InGaAsP層12、及びp型InPクラッド層7が積層されている。
比較例1では、p型AlGaInAs光導波路層5とp型InGaAsP層12の間の価電子帯、及びp型InGaAsP層12とp型InPクラッド層7との間の価電子帯に大きなエネルギー障壁が生じる。比較例2では、p型AlGaInAs光導波路層5とp型InPクラッド層7との間の価電子帯に大きなエネルギー障壁が生じる。比較例3では、AlGaInAs光吸収層4とp型AlInAs層11との間の価電子帯、及びp型InGaAsP層12とp型InPクラッド層7との間の価電子帯に大きなエネルギー障壁が生じる。このため、ホールの流れが悪くなるホールパイルアップが発生し、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性が悪化する。
これに対して、本実施の形態では、p型InGaAsP光導波路層6によりAlGaInAs光吸収層4とp型InPクラッド層7との間の価電子帯のエネルギー障壁が小さく抑えられる。これにより、エネルギー障壁による抵抗が小さくなり、ホール電流の流れが促進される。この結果、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性を向上させるができる。
また、AlGaInAs光吸収層4とp型InPクラッド層7との間の価電子帯のエネルギー障壁を小さくするために、p型InPクラッド層7の価電子帯エネルギーがAlGaInAs光吸収層4の価電子帯エネルギーとp型InPクラッド層7の価電子帯エネルギーの間であることが好ましい。
また、p型InGaAsP光導波路層6がp型であることで、価電子帯エネルギー障壁が更に小さくなる。また、AlGaInAs光吸収層4とp型InGaAsP光導波路層6との間にp型AlGaInAs光導波路層5を配置することで、AlGaInAs光吸収層4とp型InPクラッド層7との間のエネルギー障壁を更に小さくすることができる。
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。実施の形態1のp型AlGaInAs光導波路層5とp型InGaAsP光導波路層6の代わりに、p型InGaAsP光導波路層13が設けられている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
図7は、本発明の実施の形態2に係る電界吸収型変調器の光吸収層からp型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。p型InGaAsP光導波路層13は、組成が異なる6つのInGaAsP層13a,13b,13c,13d,13e,13fを有する。InGaAsP層13a,13b,13c,13d,13e,13fの層厚はそれぞれ7nmであり、フォト・ルミネッセンス波長はそれぞれ1500/1400/1280/1180/1080/1000nmである。これにより、InGaAsP層13a,13b,13c,13d,13e,13fの価電子帯間のエネルギー障壁は、InGaAsP層が単層の場合に比べて小さくなる。
本実施の形態では、p型InGaAsP光導波路層13によりAlGaInAs光吸収層4とp型InPクラッド層7との間の価電子帯のエネルギー障壁が小さく抑えられる。これにより、エネルギー障壁による抵抗が小さくなり、ホール電流の流れが促進される。この結果、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性を向上させるができる。
実施の形態3.
図8は、本発明の実施の形態3に係る光半導体装置を示す斜視図である。n型InP基板1上に電界吸収型変調器14と分布帰還型(Distributed Bragg Reflector: DBR)の半導体レーザ15が集積されている。電界吸収型変調器14と半導体レーザ15はリッジ導波路16を有する。このような変調器とレーザを集積化した光半導体装置において、電界吸収型変調器14として実施の形態1,2の構造を用いることで、実施の形態1,2と同様の効果を得ることができる。
1 n型InP基板(半導体基板)
2 n型InPクラッド層
4 AlGaInAs光吸収層
5 p型AlGaInAs光導波路層(AlGaInAs光導波路層)
6,13 p型InGaAsP光導波路層(InGaAsP光導波路層)
6a,6b,6c,13a,13b,13c,13d,13e,13f 複数のInGaAsP層
7 p型InPクラッド層
14 電界吸収型変調器
15 半導体レーザ

Claims (5)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に順に積層されたn型InPクラッド層、AlGaInAs光吸収層、InGaAsP光導波路層、及びp型InPクラッド層とを備え、
    前記InGaAsP光導波路層は、組成が異なる複数のInGaAsP層を有し、
    前記複数のInGaAsP層の価電子帯間のエネルギー障壁は、InGaAsP層が単層の場合に比べて小さくなることを特徴とする電界吸収型変調器。
  2. 前記InGaAsP光導波路層の価電子帯エネルギーは、前記AlGaInAs光吸収層の価電子帯エネルギーと前記p型InPクラッド層の価電子帯エネルギーの間であることを特徴とする請求項1に記載の電界吸収型変調器。
  3. 前記InGaAsP光導波路層はp型であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電界吸収型変調器。
  4. 前記AlGaInAs光吸収層と前記InGaAsP光導波路層との間に配置されたAlGaInAs光導波路層を更に備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電界吸収型変調器。
  5. 請求項1〜4の何れか1項に記載の電界吸収型変調器と、
    前記半導体基板上に前記電界吸収型変調器と集積された半導体レーザとを備えることを特徴とする光半導体装置。
JP2010266113A 2010-11-30 2010-11-30 電界吸収型変調器及び光半導体装置 Pending JP2012118168A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010266113A JP2012118168A (ja) 2010-11-30 2010-11-30 電界吸収型変調器及び光半導体装置
US13/172,962 US8654430B2 (en) 2010-11-30 2011-06-30 Electro-absorption modulator and optical semiconductor device
CN201110386620XA CN102540504A (zh) 2010-11-30 2011-11-29 电吸收调制器及光半导体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010266113A JP2012118168A (ja) 2010-11-30 2010-11-30 電界吸収型変調器及び光半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012118168A true JP2012118168A (ja) 2012-06-21

Family

ID=46126633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010266113A Pending JP2012118168A (ja) 2010-11-30 2010-11-30 電界吸収型変調器及び光半導体装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8654430B2 (ja)
JP (1) JP2012118168A (ja)
CN (1) CN102540504A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9395563B2 (en) 2013-08-01 2016-07-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Electro-optic modulator and optic transmission modulator including the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07321414A (ja) * 1994-05-27 1995-12-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電界吸収形多重量子井戸光制御素子
JP2004341092A (ja) * 2003-05-14 2004-12-02 Furukawa Electric Co Ltd:The 電界吸収型光変調器、電界吸収型光変調器付き半導体集積素子、それらを用いたモジュール及び電界吸収型光変調器付き半導体集積素子の製造方法
JP2006196484A (ja) * 2005-01-11 2006-07-27 Hitachi Ltd 光半導体装置
WO2007132510A1 (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Fujitsu Limited 半導体装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3252998B2 (ja) 1995-05-29 2002-02-04 日本電信電話株式会社 半導体発光素子
JP3779040B2 (ja) 1997-07-29 2006-05-24 富士通株式会社 光半導体装置及びその製造方法
JP3288283B2 (ja) 1997-11-06 2002-06-04 日本電気株式会社 多重量子井戸構造とこれを有する光変調器
JPH11261154A (ja) 1998-03-11 1999-09-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体発光素子
JP3279266B2 (ja) 1998-09-11 2002-04-30 日本電気株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子
JP3589920B2 (ja) * 1999-12-10 2004-11-17 Nec化合物デバイス株式会社 半導体受光素子
JP4664725B2 (ja) 2005-04-20 2011-04-06 日本オプネクスト株式会社 半導体レーザ素子
JP4928927B2 (ja) * 2006-12-13 2012-05-09 日本オプネクスト株式会社 面発光半導体レーザ素子
JP2008211141A (ja) 2007-02-28 2008-09-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光半導体装置及び光半導体モジュール

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07321414A (ja) * 1994-05-27 1995-12-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電界吸収形多重量子井戸光制御素子
JP2004341092A (ja) * 2003-05-14 2004-12-02 Furukawa Electric Co Ltd:The 電界吸収型光変調器、電界吸収型光変調器付き半導体集積素子、それらを用いたモジュール及び電界吸収型光変調器付き半導体集積素子の製造方法
JP2006196484A (ja) * 2005-01-11 2006-07-27 Hitachi Ltd 光半導体装置
WO2007132510A1 (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Fujitsu Limited 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102540504A (zh) 2012-07-04
US8654430B2 (en) 2014-02-18
US20120134383A1 (en) 2012-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010157691A (ja) 光半導体装置
US7889773B2 (en) Semiconductor device
JP4998238B2 (ja) 集積型半導体光素子
JP2014085501A (ja) 半導体光変調器
JP2006261340A (ja) 半導体デバイス及びその製造方法
KR100569040B1 (ko) 반도체 레이저 장치
JP2006203100A (ja) 半導体レーザおよび光送信器モジュール
JP2012118168A (ja) 電界吸収型変調器及び光半導体装置
US7218658B2 (en) Semiconductor laser device
JP2000244059A (ja) 半導体レーザ装置
JP2007208062A (ja) 半導体レーザ素子
JP5310271B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP2011023493A (ja) 半導体レーザ
US20220085574A1 (en) Optical semiconductor device
JP2012009674A (ja) 半導体素子
JPH10228005A (ja) 電界吸収型光変調器と光変調器集積型半導体レーザダイオード
JP2007027207A (ja) 半導体発光素子
JP2006108278A (ja) 半導体レーザ装置
JP2009016878A (ja) 半導体レーザ及びそれを用いた光モジュール
JP4340596B2 (ja) 半導体光素子
CN114188821A (zh) 光学半导体器件
JP2001332816A (ja) 半導体レーザ素子
JP4103490B2 (ja) 光変調器
JP6320138B2 (ja) 電界吸収型半導体光変調器
JP2010109237A (ja) 光位相制御素子および半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130909

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140521

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140603

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20141007