JP2536714B2 - 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子 - Google Patents
光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子Info
- Publication number
- JP2536714B2 JP2536714B2 JP5041642A JP4164293A JP2536714B2 JP 2536714 B2 JP2536714 B2 JP 2536714B2 JP 5041642 A JP5041642 A JP 5041642A JP 4164293 A JP4164293 A JP 4164293A JP 2536714 B2 JP2536714 B2 JP 2536714B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum well
- well structure
- multiple quantum
- optical modulator
- layer
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/015—Devices 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 with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2077—Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3415—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers containing details related to carrier capture times into wells or barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3425—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers comprising couples wells or superlattices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3428—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers layer orientation perpendicular to the substrate
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多重量子井戸構造半導体
レーザ素子に関し、特に光変調器部を有する多重量子井
戸構造半導体レーザ素子に関する。
レーザ素子に関し、特に光変調器部を有する多重量子井
戸構造半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光技術を用いた超高速大容量伝送および
情報処理が急速に進展しており、また一方ＭＯＶＰＥ法
など成長技術の進展により２Ｇｂ／ｓを超える超高速光
半導体素子や量子井戸構造素子、面発光型の半導体レー
ザ、光集積型の光半導体素子など様々な素子の研究開発
が活発化している。
情報処理が急速に進展しており、また一方ＭＯＶＰＥ法
など成長技術の進展により２Ｇｂ／ｓを超える超高速光
半導体素子や量子井戸構造素子、面発光型の半導体レー
ザ、光集積型の光半導体素子など様々な素子の研究開発
が活発化している。
【０００３】例えば、超高速光半導体素子としては分布
帰還型半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅ
ｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＤＦＢ ＬＤ）
や分布反射半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂ
ｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｄｉｏｄｅ：ＤＢＲ
ＬＤ）などがある。しかし、半導体レーザを直接変調し
た場合には、注入キャリアの変動に起因するレーザ媒質
の屈折率変動により、スペクトル幅の増大、いわゆる動
的波長チャーピングが生じる。この波長チャーピング
は、高速変調時の伝送距離を制限する要因となるため、
直接変調に依らない外部変調器が提案されている。
帰還型半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅ
ｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＤＦＢ ＬＤ）
や分布反射半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂ
ｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｄｉｏｄｅ：ＤＢＲ
ＬＤ）などがある。しかし、半導体レーザを直接変調し
た場合には、注入キャリアの変動に起因するレーザ媒質
の屈折率変動により、スペクトル幅の増大、いわゆる動
的波長チャーピングが生じる。この波長チャーピング
は、高速変調時の伝送距離を制限する要因となるため、
直接変調に依らない外部変調器が提案されている。
【０００４】半導体を用いた変調器では、吸収層にバル
ク半導体を用いフランツーケルデッシュ（Ｆｒａｎｚ−
Ｋｅｌｄｙｓｃｈ）効果による吸収幅の変化を利用した
バルク構造変調器，またバルク構造より大きな吸収幅の
変化が生じる量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ：
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆ
ｆｅｃｔ）を利用した量子井戸構造変調器がある。他に
も、マッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干
渉計の原理である光の位相変調を応用したマッハツェン
ダー型変調器がある。
ク半導体を用いフランツーケルデッシュ（Ｆｒａｎｚ−
Ｋｅｌｄｙｓｃｈ）効果による吸収幅の変化を利用した
バルク構造変調器，またバルク構造より大きな吸収幅の
変化が生じる量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ：
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆ
ｆｅｃｔ）を利用した量子井戸構造変調器がある。他に
も、マッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干
渉計の原理である光の位相変調を応用したマッハツェン
ダー型変調器がある。
【０００５】また結晶成長技術として近年、有機金属気
相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法、分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）法等の薄膜結晶成長技術の急速な進展に伴
い、単原子層の厚さの精度で急峻な組成変化を持った良
質な半導体ヘテロ接合界面が製作されるようになった。
これらヘテロ接合によって形成されるポテンシャル井戸
構造、超格子構造では電子の波動性に起因する特異な光
学特性、電気特性を有しており、デバイス応用への研究
開発が活発化している。
相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法、分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）法等の薄膜結晶成長技術の急速な進展に伴
い、単原子層の厚さの精度で急峻な組成変化を持った良
質な半導体ヘテロ接合界面が製作されるようになった。
これらヘテロ接合によって形成されるポテンシャル井戸
構造、超格子構造では電子の波動性に起因する特異な光
学特性、電気特性を有しており、デバイス応用への研究
開発が活発化している。
【０００６】特に近年、基板面内で半導体層の組成や層
厚を制御する方法が提案され注目されている。Ｏ．カイ
ザーは１９９１年のジャ−ナル・オブ・クリスタル・グ
ロース誌 第１０７巻９８９−９９８頁（０．Ｋａｙｓ
ｅｒ ｅｔ ａｌ．：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓ
ｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ １０７（１９９１）９８９−９
９８）でＳｉＯ2 をマスクとして用いた選択成長につい
て詳細に報告している。また、Ｔ．カトー等は１９９１
年の国際会議ＥＣＯＣ’９１（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕ
ｎｉｃａｔｉｏｎ）のＷｅＢ７−１で上記の選択成長の
メカニズムを応用した光変調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−
ＬＤ、さらにＳ．タカノ等は１９９２年の国際会議ＥＣ
ＯＣ’９２のＴｕＢ５−３で同様に選択成長を利用した
波長可変ＭＱＷ−ＤＢＲ−ＬＤに関して報告している。
厚を制御する方法が提案され注目されている。Ｏ．カイ
ザーは１９９１年のジャ−ナル・オブ・クリスタル・グ
ロース誌 第１０７巻９８９−９９８頁（０．Ｋａｙｓ
ｅｒ ｅｔ ａｌ．：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓ
ｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ １０７（１９９１）９８９−９
９８）でＳｉＯ2 をマスクとして用いた選択成長につい
て詳細に報告している。また、Ｔ．カトー等は１９９１
年の国際会議ＥＣＯＣ’９１（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕ
ｎｉｃａｔｉｏｎ）のＷｅＢ７−１で上記の選択成長の
メカニズムを応用した光変調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−
ＬＤ、さらにＳ．タカノ等は１９９２年の国際会議ＥＣ
ＯＣ’９２のＴｕＢ５−３で同様に選択成長を利用した
波長可変ＭＱＷ−ＤＢＲ−ＬＤに関して報告している。
【０００７】上記のような集積型の変調器では、単体変
調器の場合と異なり光ファイバーとの結合損失が無いた
め高出力が得られる、複雑な光学系を用いないので取扱
いが容易で安定性が高い、などの長所を有している。
調器の場合と異なり光ファイバーとの結合損失が無いた
め高出力が得られる、複雑な光学系を用いないので取扱
いが容易で安定性が高い、などの長所を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述のような多
重量子井戸構造変調器では、光の吸収により生じたキャ
リアが多重量子井戸のポテンシャル障壁に遮られて外部
に流出しにくく、多重量子井戸内にパイルアップしてし
まう。これにより、変調速度が低下する、またパイルア
ップしたキャリアのつくる内部電界（反電界）により消
光比が低下するなどの欠点を有していた。
重量子井戸構造変調器では、光の吸収により生じたキャ
リアが多重量子井戸のポテンシャル障壁に遮られて外部
に流出しにくく、多重量子井戸内にパイルアップしてし
まう。これにより、変調速度が低下する、またパイルア
ップしたキャリアのつくる内部電界（反電界）により消
光比が低下するなどの欠点を有していた。
【０００９】また、マッハツェンダー型変調器では光の
位相変調を利用しているため素子長が長く、集積型とす
る場合では素子容量が大きくなり変調帯域が制限される
等の欠点を有している。
位相変調を利用しているため素子長が長く、集積型とす
る場合では素子容量が大きくなり変調帯域が制限される
等の欠点を有している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザダイオ
ード部と光変調器部とを集積した多重量子井戸構造半導
体レーザ素子において、光変調器部の多重量子井戸構造
は量子準位が結合している結合多重量子井戸構造とされ
ている。すなわち、光変調器部の多重量子井戸構造の障
壁層の層厚が量子準位の結合を生じる程に薄くされてい
ることを特徴とする。
ード部と光変調器部とを集積した多重量子井戸構造半導
体レーザ素子において、光変調器部の多重量子井戸構造
は量子準位が結合している結合多重量子井戸構造とされ
ている。すなわち、光変調器部の多重量子井戸構造の障
壁層の層厚が量子準位の結合を生じる程に薄くされてい
ることを特徴とする。
【００１１】上記半導体レーザ素子は、半導体基板とし
てＩｎＰまたはＧａＡｓ，多重量子井戸構造の井戸層お
よび障壁層としてはＩｎX Ｇａ1-X ＡｓY Ｐ1-Y （０≦
Ｘ，Ｙ≦１）を用いて製作できる。また、多重量子井戸
構造の障壁層に不純物を添加してもよい。
てＩｎＰまたはＧａＡｓ，多重量子井戸構造の井戸層お
よび障壁層としてはＩｎX Ｇａ1-X ＡｓY Ｐ1-Y （０≦
Ｘ，Ｙ≦１）を用いて製作できる。また、多重量子井戸
構造の障壁層に不純物を添加してもよい。
【００１２】
【実施例】次に本発明について図面を参照して詳細に説
明する。図１は、本発明による第１の実施例である光変
調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤのＬＤ部および変調器
部の多重量子井戸構造を示すバンドダイアグラムであ
る。ＬＤ部ではバリア層２の厚みが大きく量子準位５は
独立であるが、変調器部ではバリア層４の厚みを薄くし
てあるので波動関数の重なりにより結合量子井戸となり
ミニバンド７を形成している。
明する。図１は、本発明による第１の実施例である光変
調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤのＬＤ部および変調器
部の多重量子井戸構造を示すバンドダイアグラムであ
る。ＬＤ部ではバリア層２の厚みが大きく量子準位５は
独立であるが、変調器部ではバリア層４の厚みを薄くし
てあるので波動関数の重なりにより結合量子井戸となり
ミニバンド７を形成している。
【００１３】この構成において、変調器部に電界を印加
した場合および電界を切った場合の変調動作について説
明する。図２は、変調器部に電界Ｅを印加した場合の変
調器部のバンドダイアグラムである。図に示すように電
界の印加により、各量子井戸の量子準位８の間にはポテ
ンシャルの差が生じ、結合しない量子井戸（非結合量子
井戸）となる。このとき量子閉じ込めシュタルク効果
（ＱＣＳＥ）により十分な消光特性が得られる。一方電
界を切る場合は結合量子井戸となるため、吸収により発
生した多量のキャリアはミニバンド７を通して速やかに
散逸し、変調電界に応じた変調が可能となる。
した場合および電界を切った場合の変調動作について説
明する。図２は、変調器部に電界Ｅを印加した場合の変
調器部のバンドダイアグラムである。図に示すように電
界の印加により、各量子井戸の量子準位８の間にはポテ
ンシャルの差が生じ、結合しない量子井戸（非結合量子
井戸）となる。このとき量子閉じ込めシュタルク効果
（ＱＣＳＥ）により十分な消光特性が得られる。一方電
界を切る場合は結合量子井戸となるため、吸収により発
生した多量のキャリアはミニバンド７を通して速やかに
散逸し、変調電界に応じた変調が可能となる。
【００１４】このように素子内でウエル層およびバリア
層や組成を層厚な変化させる方法は、例えばＭＯＶＰＥ
法を用いた選択成長法により実現できる。図６を用いて
説明する。半導体基板１０上にＳｉＯ2 マスク１８をス
トライプ状に形成後結晶成長を行うと、このＳｉＯ2 薄
膜は結晶成長時のマスクとして作用し、その幅を変化さ
せることによりＳｉＯ2 マスクに挟まれた選択成長部に
成長する半導体層の層厚および組成を制御することがで
きる方法である。図６では、多重量子井戸（ＭＱＷ）層
５０を成長している場合を示すが、このときマスク幅の
広い領域においてバンドキャップは小さくなる。尚、こ
の図６ではＳｉＯ2 マスク１８と外側に成長した部分に
ついては説明の便宜上省略している。なお、１５は光導
波路層，３０はｎ−ＩｎＰ層，６０はｐ−ＩｎＰ層であ
る。
層や組成を層厚な変化させる方法は、例えばＭＯＶＰＥ
法を用いた選択成長法により実現できる。図６を用いて
説明する。半導体基板１０上にＳｉＯ2 マスク１８をス
トライプ状に形成後結晶成長を行うと、このＳｉＯ2 薄
膜は結晶成長時のマスクとして作用し、その幅を変化さ
せることによりＳｉＯ2 マスクに挟まれた選択成長部に
成長する半導体層の層厚および組成を制御することがで
きる方法である。図６では、多重量子井戸（ＭＱＷ）層
５０を成長している場合を示すが、このときマスク幅の
広い領域においてバンドキャップは小さくなる。尚、こ
の図６ではＳｉＯ2 マスク１８と外側に成長した部分に
ついては説明の便宜上省略している。なお、１５は光導
波路層，３０はｎ−ＩｎＰ層，６０はｐ−ＩｎＰ層であ
る。
【００１５】図３に本発明による光変調器集積型ＭＱＷ
−ＤＦＢ−ＬＤの斜視図を示す。作製方法は図４（Ａ）
〜（Ｃ）に順次示している。まず、図４（Ａ）に示すよ
うに部分的に回折格子１２を形成した半導体基板１０上
に光導波路層１５（１．２５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ、
層厚：０．１２μｍ）を成長した後、ＳｉＯ2 マスク１
８を回折格子上部の選択成長部（ＬＤ部：長さ２５０μ
ｍ）２２で１０μｍ幅、他の部分（変調器部：長さ１５
０μｍ）２１で４μｍ幅に形成後、ｎ−ＩｎＰ層３０
（変調器部において層厚：６００アングストローム、キ
ャリア濃度：５Ｘ１０17ｃｍ-3）、多重量子井戸層５０
（５層ウエル）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６０（変調器部
において層厚：０．２μｍ、キャリア濃度：５Ｘ１０17
ｃｍ-3）を順次積層する。この場合、前述のようにマス
ク幅に応じて組成および層厚が素子内で異なっている。
すなわち、変調器部ではＬＤ部に比べ組成は短波長化
し、層厚は薄くなっている。すなわち、ＬＤ部のＭＱＷ
ではウエル層はＩｎX Ｇａ1-XＡｓ（１．６７μｍ組
成：Ｘ＝０．５３：層厚７ｎｍ）、バリア層はＩｎＧａ
ＡｓＰ（１．１５μｍ組成：層厚３ｎｍ）であり１．５
５μｍの波長に対応するバンドギャップ・エネルギー
（０．８ｅＶ）を有している。一方、変調器部ではウエ
ル層はＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ（Ｘ＝０．５６：層厚４ｎ
ｍ），バリア層はＩｎＧａＡｓＰ（層厚１．６ｎｍ）と
変化している。
−ＤＦＢ−ＬＤの斜視図を示す。作製方法は図４（Ａ）
〜（Ｃ）に順次示している。まず、図４（Ａ）に示すよ
うに部分的に回折格子１２を形成した半導体基板１０上
に光導波路層１５（１．２５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ、
層厚：０．１２μｍ）を成長した後、ＳｉＯ2 マスク１
８を回折格子上部の選択成長部（ＬＤ部：長さ２５０μ
ｍ）２２で１０μｍ幅、他の部分（変調器部：長さ１５
０μｍ）２１で４μｍ幅に形成後、ｎ−ＩｎＰ層３０
（変調器部において層厚：６００アングストローム、キ
ャリア濃度：５Ｘ１０17ｃｍ-3）、多重量子井戸層５０
（５層ウエル）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６０（変調器部
において層厚：０．２μｍ、キャリア濃度：５Ｘ１０17
ｃｍ-3）を順次積層する。この場合、前述のようにマス
ク幅に応じて組成および層厚が素子内で異なっている。
すなわち、変調器部ではＬＤ部に比べ組成は短波長化
し、層厚は薄くなっている。すなわち、ＬＤ部のＭＱＷ
ではウエル層はＩｎX Ｇａ1-XＡｓ（１．６７μｍ組
成：Ｘ＝０．５３：層厚７ｎｍ）、バリア層はＩｎＧａ
ＡｓＰ（１．１５μｍ組成：層厚３ｎｍ）であり１．５
５μｍの波長に対応するバンドギャップ・エネルギー
（０．８ｅＶ）を有している。一方、変調器部ではウエ
ル層はＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ（Ｘ＝０．５６：層厚４ｎ
ｍ），バリア層はＩｎＧａＡｓＰ（層厚１．６ｎｍ）と
変化している。
【００１６】このように形成した後、選択成長に用いた
ＳｉＯ2 マスク１８を取り除き、図４（Ｂ）に示すよう
に、さらに導波路上にＳｉＯ2 マスク１９をストライプ
状に形成後、半絶縁性ＩｎＰ（Ｆｅドープ）層６２（層
厚は約１．５μｍ）を成長した。その後、図４（Ｃ）に
示すように導波路上のＳｉＯ2 マスク１９を取り除きｐ
−ＩｎＰ層６５（層厚は約０．３μｍ、キャリア濃度：
７Ｘ１０17ｃｍ-3）、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタンク
ト層７０（層厚は約０．２５μｍ、キャリア濃度：８Ｘ
１０18ｃｍ-3）により埋め込み成長後、容量低減のため
ＳｉＯ2 絶縁膜８０、およびパッド状の電極９１，９２
を形成して図３に示す光変調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−
ＬＤを得た。
ＳｉＯ2 マスク１８を取り除き、図４（Ｂ）に示すよう
に、さらに導波路上にＳｉＯ2 マスク１９をストライプ
状に形成後、半絶縁性ＩｎＰ（Ｆｅドープ）層６２（層
厚は約１．５μｍ）を成長した。その後、図４（Ｃ）に
示すように導波路上のＳｉＯ2 マスク１９を取り除きｐ
−ＩｎＰ層６５（層厚は約０．３μｍ、キャリア濃度：
７Ｘ１０17ｃｍ-3）、ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタンク
ト層７０（層厚は約０．２５μｍ、キャリア濃度：８Ｘ
１０18ｃｍ-3）により埋め込み成長後、容量低減のため
ＳｉＯ2 絶縁膜８０、およびパッド状の電極９１，９２
を形成して図３に示す光変調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−
ＬＤを得た。
【００１７】この素子において、変調電圧２Ｖで消光比
１８ｄＢ以上、また１０Ｇｄ／ｓの変調時においても極
めて良好な変調特性が得られる。また前述のように、選
択成長を利用しているためＬＤ部と変調器部の結合効率
は極めて高く、導波路としての内部損失も小さいため高
出力が得られる。さらに、製作工程が気相成長とパター
ニングによるため歩留まりも高い。
１８ｄＢ以上、また１０Ｇｄ／ｓの変調時においても極
めて良好な変調特性が得られる。また前述のように、選
択成長を利用しているためＬＤ部と変調器部の結合効率
は極めて高く、導波路としての内部損失も小さいため高
出力が得られる。さらに、製作工程が気相成長とパター
ニングによるため歩留まりも高い。
【００１８】図５は、本発明の第２の実施例である光変
調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤのＬＤ部および変調器
部のバンドダイアグラムである。第１の実施例と異なる
点は、多重量子井戸のバリア層の中央部分だけに選択的
に不純物を添加（変調ドープ）していることである。こ
のバンドダイアグラムに示すように、変調器部ではバリ
ア層５１はＬＤ部のバリア層５２に比べ薄いため界面の
だれや量子井戸構造の破壊が生じ、変調器部のみミニバ
ンドを形成することができ、さらにこの不純物によりキ
ャリア寿命は短くなり、帯域の向上に有効である。
調器集積型ＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤのＬＤ部および変調器
部のバンドダイアグラムである。第１の実施例と異なる
点は、多重量子井戸のバリア層の中央部分だけに選択的
に不純物を添加（変調ドープ）していることである。こ
のバンドダイアグラムに示すように、変調器部ではバリ
ア層５１はＬＤ部のバリア層５２に比べ薄いため界面の
だれや量子井戸構造の破壊が生じ、変調器部のみミニバ
ンドを形成することができ、さらにこの不純物によりキ
ャリア寿命は短くなり、帯域の向上に有効である。
【００１９】具体的には、ＬＤ部のＭＱＷではウエル層
はＩｎＧａＡｓ（層厚７ｎｍ）、バリア層はＩｎＧａＡ
ｓＰ（１．２５μｍ組成：層厚５ｎｍ）、一方変調器部
ではウエル層はＩｎＧａＡｓ（層厚４ｎｍ）、バリア層
はＩｎＧａＡｓＰ（層厚２．８ｎｍ）とし、バリア層の
中央部４０％の領域にのみＳｉを３Ｘ１０18ｃｍ-3ドー
プした。
はＩｎＧａＡｓ（層厚７ｎｍ）、バリア層はＩｎＧａＡ
ｓＰ（１．２５μｍ組成：層厚５ｎｍ）、一方変調器部
ではウエル層はＩｎＧａＡｓ（層厚４ｎｍ）、バリア層
はＩｎＧａＡｓＰ（層厚２．８ｎｍ）とし、バリア層の
中央部４０％の領域にのみＳｉを３Ｘ１０18ｃｍ-3ドー
プした。
【００２０】以上述べた実施例ではＩｎＰ系半導体を例
に説明したが、ＧａＡｓ系半導体においても本発明が有
効であることは言うまでもない。
に説明したが、ＧａＡｓ系半導体においても本発明が有
効であることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
多重量子井戸構造を含む半導体層を積層してなる多重量
子井戸構造半導体レーザ素子において、多重量子井戸構
造の量子準位が結合している結合多重量子井戸構造を変
調器部として用いることにより、変調特性が極めて良好
で高出力な光変調器集積型半導体レーザ素子が歩留まり
良く安価に得られる。
多重量子井戸構造を含む半導体層を積層してなる多重量
子井戸構造半導体レーザ素子において、多重量子井戸構
造の量子準位が結合している結合多重量子井戸構造を変
調器部として用いることにより、変調特性が極めて良好
で高出力な光変調器集積型半導体レーザ素子が歩留まり
良く安価に得られる。
【図１】本発明の第１の実施例を示すバンドダイアグラ
ムである。
ムである。
【図２】本発明の第１の実施例の動作を説明するための
バンドダイアグラムである。
バンドダイアグラムである。
【図３】本発明の第１の実施例を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施例の作製
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示すバンドダイアグラ
ムである。
ムである。
【図６】本発明の多重量子井戸構造半導体レーザ素子の
作製に利用した層厚制御方法の説明図である。
作製に利用した層厚制御方法の説明図である。
【符号の説明】 １，３ ウエル層 ２，４ バリア層 ５ 量子準位 ７ ミニバンド ８ 量子準位 １０ 半導体基板 １２ 回折格子 １５ 光導波路層 １８，１９ ＳｉＯ2 マスク ２１ 選択成長部（変調器部） ２２ 選択成長部（ＬＤ部） ３０ ｎ−ＩｎＰ層 ５０ 多重量子井戸層 ５１ バリア層（変調器部） ５２ バリア層（ＬＤ部） ６０ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６２ 半絶縁性ＩｎＰ（Ｆｅドープ）層 ６５ ｐ−ＩｎＰ層 ７０ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓＰ層 ８０ ＳｉＯ2 絶縁膜 ９１，９２ 電極
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザダイオード部と光変調器部とを集
積した多重量子井戸構造半導体レーザ素子において、光
変調器部の多重量子井戸構造は量子準位が結合している
結合多重量子井戸構造となっていることを特徴とする光
変調器集積型多重量子井戸構造半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 光変調器部の多重量子井戸構造の障壁層
の層厚が量子準位の結合を生じる程に薄くされているこ
とを特徴とする請求項１記載の光変調器集積型多重量子
井戸構造半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 多重量子井戸構造の障壁層に不純物を添
加してなることを特徴とする請求項１記載の光変調器集
積型多重量子井戸構造半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 半導体基板がＩｎＰ、多重量子井戸構造
を構成する井戸層および障壁層がＩｎX Ｇａ1-X ＡｓY
Ｐ1-Y （０≦Ｘ，Ｙ≦１）からなることを特徴とする請
求項１記載の光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項５】 半導体基板がＧａＡｓ、多重量子井戸構
造を構成する井戸層および障壁層がＩｎX Ｇａ1-X Ａｓ
Y Ｐ1-Y （０≦Ｘ，Ｙ≦１）からなることを特徴とする
請求項１記載の光変調器集積型多重量子井戸構造半導体
レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5041642A JP2536714B2 (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子 |
| EP94103118A EP0614253B1 (en) | 1993-03-03 | 1994-03-02 | Multi-quantum well (MQW) structure laser diode/modulator integrated light source |
| DE69400656T DE69400656T2 (de) | 1993-03-03 | 1994-03-02 | Integrierte Lichtquelle mit Multiquantumwell-Diodenlaser/Modulator |
| US08/204,454 US5519721A (en) | 1993-03-03 | 1994-03-02 | Multi-quantum well (MQW) structure laser diode/modulator integrated light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5041642A JP2536714B2 (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314839A JPH06314839A (ja) | 1994-11-08 |
| JP2536714B2 true JP2536714B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=12613992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5041642A Expired - Lifetime JP2536714B2 (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5519721A (ja) |
| EP (1) | EP0614253B1 (ja) |
| JP (1) | JP2536714B2 (ja) |
| DE (1) | DE69400656T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3386261B2 (ja) * | 1994-12-05 | 2003-03-17 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置、及びその製造方法 |
| GB2298735A (en) * | 1995-03-08 | 1996-09-11 | Sharp Kk | Semiconductor device having a miniband |
| US5771257A (en) * | 1996-12-26 | 1998-06-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Light absorption modulator and integrated semiconductor laser and modulator |
| US6061380A (en) * | 1997-09-15 | 2000-05-09 | Motorola, Inc. | Vertical cavity surface emitting laser with doped active region and method of fabrication |
| JP2000147443A (ja) * | 1998-11-11 | 2000-05-26 | Nec Corp | 半導体光変調器の作製方法 |
| DE10227168A1 (de) * | 2002-06-18 | 2004-01-15 | Infineon Technologies Ag | Vorrichtung zur optischen Signalübertragung, Verfahren zur optischen Signalübertragung und optischer Modulator |
| US7064881B2 (en) * | 2003-05-30 | 2006-06-20 | Sarnoff Corporation | InP-based phase modulators and methods for making and using same |
| WO2005122349A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-22 | Nl Nanosemiconductor Gmbh | Electrooptically wavelength-tunable resonant cavity optoelectronic device for high-speed data transfer |
| US7902545B2 (en) * | 2008-05-14 | 2011-03-08 | Baker Hughes Incorporated | Semiconductor for use in harsh environments |
| US7907277B2 (en) * | 2008-05-14 | 2011-03-15 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for downhole spectroscopy |
| US9722139B2 (en) | 2012-04-16 | 2017-08-01 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Non-uniform multiple quantum well structure |
| CN114156732A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-08 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种激光芯片及光模块 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4751710A (en) * | 1984-07-26 | 1988-06-14 | Nec Corporation | Semiconductor laser device |
| JP2749038B2 (ja) * | 1987-07-31 | 1998-05-13 | 株式会社日立製作所 | 波長可変半導体レーザ |
| JP2941285B2 (ja) * | 1988-05-16 | 1999-08-25 | 光技術研究開発株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JP2746326B2 (ja) * | 1989-01-10 | 1998-05-06 | 株式会社日立製作所 | 半導体光素子 |
| US5020153A (en) * | 1989-02-08 | 1991-05-28 | At&T Bell Laboratories | Tunable narrowband receiver utilizing distributed Bragg reflector laser structure |
| US5132981A (en) * | 1989-05-31 | 1992-07-21 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical device |
| JP2950853B2 (ja) * | 1989-07-10 | 1999-09-20 | 株式会社日立製作所 | 半導体光素子 |
| US5177758A (en) * | 1989-06-14 | 1993-01-05 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser device with plural active layers and changing optical properties |
| FR2667165B1 (fr) * | 1990-09-21 | 1993-07-02 | Thomson Csf | Modulateur electrooptique multicouche de lumiere. |
| EP0477987B1 (en) * | 1990-09-28 | 1995-12-20 | Nec Corporation | Circuit and electrode arrangement for inducing flat frequency modulation response in semiconductor laser |
| JP2800425B2 (ja) * | 1991-01-16 | 1998-09-21 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| FR2681191A1 (fr) * | 1991-09-06 | 1993-03-12 | France Telecom | Composant integre laser-modulateur a super-reseau tres couple. |
-
1993
- 1993-03-03 JP JP5041642A patent/JP2536714B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-03-02 DE DE69400656T patent/DE69400656T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-03-02 EP EP94103118A patent/EP0614253B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-03-02 US US08/204,454 patent/US5519721A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5519721A (en) | 1996-05-21 |
| JPH06314839A (ja) | 1994-11-08 |
| DE69400656D1 (de) | 1996-11-14 |
| EP0614253A1 (en) | 1994-09-07 |
| DE69400656T2 (de) | 1997-05-07 |
| EP0614253B1 (en) | 1996-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2809124B2 (ja) | 光半導体集積素子およびその製造方法 | |
| US5680411A (en) | Integrated monolithic laser-modulator component with multiple quantum well structure | |
| US5926493A (en) | Optical semiconductor device with diffraction grating structure | |
| US6281030B1 (en) | Fabrication of semiconductor Mach-Zehnder modulator | |
| US4815087A (en) | High speed stable light emitting semiconductor device with low threshold current | |
| JP2606079B2 (ja) | 光半導体素子 | |
| US5042049A (en) | Semiconductor optical device | |
| JP2536714B2 (ja) | 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子 | |
| JPH09318918A (ja) | 半導体光変調器 | |
| JP2937751B2 (ja) | 光半導体装置の製造方法 | |
| JPH0650366B2 (ja) | 光変調器 | |
| JP2861858B2 (ja) | 多重量子井戸レーザダイオード | |
| JPH07101674B2 (ja) | 光半導体素子の製造方法 | |
| JP2669335B2 (ja) | 半導体光源及びその製造方法 | |
| JPH0716079B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| Steinmann et al. | Improved behavior of monolithically integrated laser/modulator by modified identical active layer structure | |
| JP3146821B2 (ja) | 半導体光集積素子の製造方法 | |
| JPH08234148A (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
| JP3215477B2 (ja) | 半導体分布帰還型レーザ装置 | |
| JP3204969B2 (ja) | 半導体レーザ及び光通信システム | |
| JP2670051B2 (ja) | 量子井戸型光変調器 | |
| JP3159914B2 (ja) | 選択成長導波型光制御素子およびその製造方法 | |
| JP3529072B2 (ja) | 光位相変調器及び光変調装置 | |
| JPH07202338A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP3075822B2 (ja) | 半導体分布帰還型レーザ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960521 |