JP2760276B2 - Selectively grown waveguide type optical control device - Google Patents

Selectively grown waveguide type optical control device

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JP2760276B2
JP2760276B2 JP5337929A JP33792993A JP2760276B2 JP 2760276 B2 JP2760276 B2 JP 2760276B2 JP 5337929 A JP5337929 A JP 5337929A JP 33792993 A JP33792993 A JP 33792993A JP 2760276 B2 JP2760276 B2 JP 2760276B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムや光情
報処理システムにおいて重要なエレメントなる導波型光
制御素子に関し、特に単一にモードファイバとの結合損
失が小さく、高速変調動作が可能で、かつウェハ内の特
性均一性やrun−to−runの特性再現性に優れた
選択成長を用いた光変調器などの光制御素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical control element which is an important element in an optical communication system and an optical information processing system, and in particular, has a small coupling loss with a single mode fiber and enables high-speed modulation operation. Also, the present invention relates to an optical control element such as an optical modulator using selective growth which is excellent in uniformity of characteristics in a wafer and reproducibility of run-to-run characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】光変調器や分布帰還型半導体レーザ(D
FBレーザ)に光変調器を集積した変調器集積化光源な
どの導波型光制御素子は高速光通信システム、光情報シ
ステムのキーエレメントの1つと考えられ、各所で研究
開発が活発化してきている。例えば、光変調器として
は、LiNbO3 等の誘電体を用いたものと、InPや
GaAsの半導体を用いたものとが考えられているが、
光アンプ等の他の光素子やFET等の電子回路との集積
化が可能で、小型化、低電圧化も容易な半導体光変調器
への期待が近年高まりつつある。半導体変調器として
は、バルク半導体のFranz−Kaldysh効果や
多重量子井戸構造における量子閉じ込めStark効果
(Quantum Confined Stark E
ffect:QCSE)のように電界を印加することに
より吸収端が長波長側へシフトする効果を利用した吸収
型光変調器と、バルク半導体の電気光学効果(ポッケル
ス効果)や多重量子井戸構造における量子閉じ込めSt
ark効果のように電界を印加することにより屈折率が
変化する効果を利用したマッハツェンダ型変調器が代表
的なものである。
2. Description of the Related Art Optical modulators and distributed feedback semiconductor lasers (D
A waveguide-type light control element such as a modulator-integrated light source in which an optical modulator is integrated with an FB laser is considered to be one of the key elements of a high-speed optical communication system and an optical information system. I have. For example, optical modulators using a dielectric such as LiNbO 3 and those using a semiconductor such as InP or GaAs are considered.
In recent years, expectations for a semiconductor optical modulator that can be integrated with other optical elements such as an optical amplifier and an electronic circuit such as an FET, and that can be easily reduced in size and reduced in voltage have been increasing. Examples of the semiconductor modulator include a Franz-Kaldysh effect of a bulk semiconductor and a quantum confined Stark effect (Quantum Confined Stark E) in a multiple quantum well structure.
absorption type optical modulator utilizing the effect that the absorption edge shifts to the longer wavelength side when an electric field is applied, such as Ffect: QCSE, an electro-optic effect (Pockels effect) of a bulk semiconductor, and quantum in a multiple quantum well structure. Confinement St
A typical example is a Mach-Zehnder modulator utilizing an effect of changing a refractive index by applying an electric field such as an ark effect.

【0003】近年、光ファイバ通信の高速・長距離化に
伴い、従来の半導体レーザ直接変調方式の問題点が顕在
化しつつある。すなわち、半導体レーザ直接変調方式に
おいては変調時に波長チャービングが生じ、これにより
ファイバ伝送後の波形が劣化するが、この現象は信号伝
送速度が速いほど、また伝送距離が長いほど顕著とな
る。特に、既存の1.3μm零分散ファイバを用いたシ
ステムにおいてこの問題は深刻であり、ファイバの伝搬
損失の小さい波長1.55μm帯の光源を用いて伝送距
離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分散制
限により伝送距離が制限される。この問題は、半導体レ
ーザは一定光出力で発光させておき、半導体レーザ出射
光を半導体レーザとは別の光変調器により変調する外部
変調方式を採用することにより解決できる。そのため、
近年半導体光変調器の開発が活発化している。
[0003] In recent years, with the increase in speed and distance of optical fiber communication, the problems of the conventional semiconductor laser direct modulation system are becoming apparent. That is, in the semiconductor laser direct modulation method, wavelength chirping occurs at the time of modulation, thereby deteriorating the waveform after fiber transmission. This phenomenon becomes more conspicuous as the signal transmission speed increases and the transmission distance increases. Particularly, in a system using an existing 1.3 μm zero-dispersion fiber, this problem is serious. Even if an attempt is made to extend the transmission distance using a 1.55 μm wavelength light source having a small propagation loss of the fiber, the problem is caused by chirping. The transmission distance is limited by the dispersion restriction. This problem can be solved by causing the semiconductor laser to emit light with a constant light output and employing an external modulation method in which the light emitted from the semiconductor laser is modulated by an optical modulator different from the semiconductor laser. for that reason,
In recent years, semiconductor optical modulators have been actively developed.

【0004】ところで、バルク半導体のFranz−K
eldysh効果や多重量子井戸構造における量子閉じ
込めStark効果(Quantum Confine
dStark Effect:QCSE効果)のように
電界を印加することにより吸収端が長波長側へシフトす
る効果を利用した吸収型光変調器は300μm程度の素
子長でも印加電圧3V程度で15dB以上の消光比が得
られ、小型・低動作電圧であることから注目されてい
る。従来の半導体レーザの素子構造および製造工程を踏
襲し、Franz−Keldysh効果やQCSE効果
を利用した電界吸収型変調器やDFBレーザに電界吸収
型変調器を集積化した変調器集積化光源が検討されてい
る。例えば、吸収層としてバルクのInGaAsPを用
い、そのInGaAsP吸収層を含むダブルヘテロ構造
のメサストライプの両端をFeドープ高抵抗InPで埋
め混んだ構造の電界吸収型光変調器がH.SODAらに
よりELECTRONICS LETTERS Vo
l.23(1987),PP.1233−1234に報
告されている。
Meanwhile, the bulk semiconductor Franz-K
The eldysh effect and the quantum confined Stark effect in a multiple quantum well structure (Quantum Confine
An absorption type optical modulator utilizing the effect that the absorption edge shifts to the longer wavelength side by applying an electric field such as dStar Effect (QCSE effect) has an extinction ratio of 15 dB or more at an applied voltage of about 3 V even with an element length of about 300 μm. Are obtained, and are noted because of their small size and low operating voltage. Following the element structure and manufacturing process of a conventional semiconductor laser, a modulator integrated light source in which an electroabsorption modulator utilizing the Franz-Keldysh effect or QCSE effect or an electroabsorption modulator integrated with a DFB laser is being studied. ing. For example, an electroabsorption optical modulator having a structure in which bulk InGaAsP is used as an absorption layer and both ends of a mesa stripe having a double hetero structure including the InGaAsP absorption layer are filled with Fe-doped high-resistance InP is mixed. ELECTRONICS LETTERS Vo by SODA and others
l. 23 (1987), PP. 1233-1234.

【0005】しかしながら、この光変調器においては吸
収層を含むメサストライプを、従来の半導体レーザと同
じウェットエッチングにより形成しているが、幅の狹い
メサストライプを均一性・再現性良く形成するのは難し
く、素子の製造歩留まりの点で問題がある。さらに、こ
の例では、素子の静電容量を低減し高速変調が可能とな
るように、メサストライプの両脇をFeドープの高抵抗
InPで埋め込んでいるが、メサストライプとFeドー
プ高抵抗InPとの良好な界面を形成するのは難しい。
良好な界面が形成されていないと、吸収層を含むメサス
トライプに逆バイアスを印加したとき、界面に沿っても
れ電流が流れ、吸収層に十分な電圧が印加されないとい
う問題が生ずる。
However, in this optical modulator, the mesa stripe including the absorption layer is formed by the same wet etching as the conventional semiconductor laser, but the narrow mesa stripe is formed with good uniformity and reproducibility. Is difficult and there is a problem in the production yield of the device. Furthermore, in this example, both sides of the mesa stripe are buried with Fe-doped high-resistance InP to reduce the capacitance of the element and enable high-speed modulation. It is difficult to form a good interface.
If a good interface is not formed, when a reverse bias is applied to the mesa stripe including the absorption layer, a leak current flows along the interface, causing a problem that a sufficient voltage is not applied to the absorption layer.

【0006】これに対し、選択的結晶成長(以下選択成
長と略す)を用いると、半導体レーザや光変調器を半導
体のエッチングを行うことなく薄い誘電体マスクのパタ
ーニングと結晶成長だけで製作でき、ウェハ内の特性均
一性やrun−to−runの特性再現性に優れる。選
択MOVPE成長を用いたリッジ構造の電界吸収型光変
調器が小松らにより1992年電子情報通信学会秋季大
会講演論文集、分冊4−166ページに報告されてい
る。このリッジ構造電界吸収型光変調器においては、ま
ずn−InP基板の上全面にノンドープInGaAsが
n−InPクラッド層とノンドープInPクラッド層に
挟まれたダブルヘテロ構造を形成する。その後、ノンド
ープInPクラッド層の上にリッジ部を選択成長によっ
て形成するための一対のストライプ状SiO2 マスクを
形成し、SiO2 マスクの空隙部にp−InPクラッド
層とp−InGaAsキャップ層よりなるリッジを形成
する。この方法を用いると、光変調器を半導体のエッチ
ングを行うことなく薄い誘電体マスクのパターニングと
結晶成長だけで製作でき、ウェハ内の特性均一性やru
n−to−runの特性再現性に優れ、光変調器の製造
歩留まりは従来に比べて大幅に改善される。しかしなが
ら、リッジ構造を用いると、水平方向と垂直方向とで入
出射光のスポットサイズが大きく異なる。この水平・垂
直方向スポットサイズの非対称性のため、リッジ構造変
調器においてはファイバとの結合損失が大きくなる。上
述の例においては、単一モードファイバとの結合損失が
片端面当り4dBとなってしまっている。この問題を解
決するには、埋め込み構造の変調器を選択成長を用いて
構成し、スポットサイズの非対称性を解消することが有
効である。しかしながら、埋め込み構造の選択成長変調
器においては導電型基板と逆導電型埋め込み層との界面
にホモ接合が形成され、通常導電型基板、逆導電性埋め
込み層ともキャリア濃度が高いので、このホモ接合によ
り大きな静電容量を生じる。このため、変調周波数帯域
が狭く、高速光通信システムに適用できないという問題
が生ずる。
On the other hand, when selective crystal growth (hereinafter, abbreviated as selective growth) is used, a semiconductor laser or an optical modulator can be manufactured only by patterning a thin dielectric mask and crystal growth without etching the semiconductor. Excellent in uniformity of characteristics within a wafer and reproducibility of run-to-run characteristics. A ridge-structured electroabsorption optical modulator using selective MOVPE growth is reported by Komatsu et al. In the 1992 IEICE Autumn Conference Proceedings, Volume 4-166. In this ridge structure electroabsorption optical modulator, first, a non-doped InGaAs is formed over the entire surface of an n-InP substrate to form a double hetero structure in which the n-InP clad layer and the non-doped InP clad layer are interposed. Thereafter, a pair of stripe-shaped SiO 2 masks for forming a ridge portion by selective growth are formed on the non-doped InP cladding layer, and a p-InP cladding layer and a p-InGaAs cap layer are formed in gaps of the SiO 2 mask. Form a ridge. Using this method, an optical modulator can be manufactured only by patterning and crystal growth of a thin dielectric mask without etching a semiconductor, and can achieve uniformity of characteristics within a wafer and ru.
The reproducibility of n-to-run characteristics is excellent, and the manufacturing yield of the optical modulator is greatly improved as compared with the related art. However, when the ridge structure is used, the spot size of the incoming / outgoing light greatly differs between the horizontal direction and the vertical direction. Due to the asymmetry of the horizontal and vertical spot sizes, the coupling loss with the fiber in the ridge structure modulator increases. In the above example, the coupling loss with the single mode fiber is 4 dB per one end face. In order to solve this problem, it is effective to configure the modulator having the buried structure by using selective growth to eliminate the asymmetry of the spot size. However, in a selective growth modulator having a buried structure, a homojunction is formed at the interface between the conductive type substrate and the reverse conductive type buried layer, and the carrier concentration is usually high in both the conductive type substrate and the reverse conductive type buried layer. Causes a larger capacitance. Therefore, there is a problem that the modulation frequency band is narrow and cannot be applied to a high-speed optical communication system.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
半導体導波型光制御素子の構造においては、吸収層を含
むメサストライプがウェットエッチングにより形成され
る構造であり、幅のせまいメサストライプを均一性・再
現性良く形成するのは難しいので、素子の製造歩留まり
の点で問題がある構造であった。この問題を解決するた
めには、選択成長を製造方法として利用できる構造を採
用すれば良いが、リッジ構造の選択成長導波型光制御素
子においては入出射光のスポットサイズの非対称性が大
きく、単一モードファイバとの結合損失が大きいという
問題点があった。さらに、選択成長を製造方法として用
いることができる埋め込み構造の導波型光制御素子にお
いては、スポットサイズの非対称性は改善されるものの
導電型基板と逆導電型埋め込み層との界面のホモ接合に
おける静電容量が大きいため変調器周波数帯域が狭く、
高速光通信システムに適用できないという問題があっ
た。
As described above, in the structure of the conventional semiconductor waveguide type light control element, the mesa stripe including the absorption layer is formed by wet etching, and the width of the mesa stripe is narrow. Since it is difficult to form the device with good uniformity and reproducibility, the structure has a problem in terms of the production yield of the device. In order to solve this problem, a structure that can use selective growth as a manufacturing method may be adopted. However, in a selective growth waveguide type optical control element having a ridge structure, the asymmetry of the spot size of incoming and outgoing light is large, and There is a problem that the coupling loss with the one-mode fiber is large. Furthermore, in a waveguide type optical control element having a buried structure in which selective growth can be used as a manufacturing method, although the asymmetry of the spot size is improved, the homojunction at the interface between the conductive type substrate and the opposite conductive type buried layer is improved. Modulator frequency band is narrow due to large capacitance,
There is a problem that it cannot be applied to a high-speed optical communication system.

【0008】本発明が解決しようとする課題は、製造歩
留まりを向上させることができる選択成長を製作方法と
して用いることができ、単一モードファイバとの結合損
失が小さい選択成長埋め込み構造導波型光制御素子にお
いて、素子の直列抵抗の増加などの不具合は全く無く、
また素子製作工程の変更をほとんどすることなしに、静
電容量が小さく高速な導波型光制御素子の構造を提供す
ることにある。
The problem to be solved by the present invention is that a selective growth buried structure waveguide type optical system which can use a selective growth method capable of improving the production yield as a manufacturing method and has a small coupling loss with a single mode fiber. In the control element, there is no defect such as an increase in the series resistance of the element,
It is another object of the present invention to provide a structure of a high-speed guided light control element with small capacitance and little change in the element manufacturing process.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上述のような問題点を解
決するために、本発明においては、導電型半導体基板上
に少なくとも導電型半導体光導波層、ノンドープ半導体
吸収層もしくは半導体活性層もしくは半導体導波層、お
よび逆導電型半導体第1クラッド層が順次積層されたメ
サストライプが選択成長により部分的に形成され、前記
ノンドープ半導体吸収層もしくは半導体活性層もしくは
半導体導波層のバンドギャップエネルギはストライプ方
向で部分的に異なっており、前記メサストライプの上面
および側面を覆って該メサストライプを埋め込む逆導電
型半導体第2クラッド層および逆導電型半導体キャップ
層がやはり選択成長によりメサストライプ状に形成さ
れ、前記ストライプ方向でバンドギャップエネルギが部
分的に異なるノンドープ半導体吸収層もしくは半導体活
性層もしくは半導体導波層にバンドギャップが異なる部
位にそれぞれ独立に電界を印加する手段を具備した集積
構造半導体導波型光制御素子であって、前記導電型半導
体基板と前記メサストライプ及び逆導電型半導体第2ク
ラッド層との間に導電型低キャリア濃度半導体バッファ
層が挿入されていることを特徴とする選択成長導波型光
制御素子の構造を採用した。
According to the present invention, at least a conductive semiconductor optical waveguide layer, a non-doped semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or a semiconductor active layer is provided on a conductive semiconductor substrate. A mesa stripe in which a waveguide layer and a reverse conductive semiconductor first cladding layer are sequentially laminated is partially formed by selective growth, and the band gap energy of the non-doped semiconductor absorption layer, the semiconductor active layer, or the semiconductor waveguide layer is reduced by a stripe. The second conductive layer and the second conductive semiconductor cap layer, which cover the top and side surfaces of the mesa stripe and bury the mesa stripe, are also formed in a mesa stripe shape by selective growth. A band gap energy partially different in the stripe direction. An integrated structure semiconductor waveguide type optical control device which includes means bandgap flop semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or the semiconductor waveguide layer to apply an electric field independently to different sites, said conductive semiconductor substrate The structure of the selective growth waveguide type light control element is characterized in that a conductive low carrier concentration semiconductor buffer layer is inserted between the mesa stripe and the opposite conductive type semiconductor second cladding layer.

【0010】また、本発明においては上記の課題を解決
するために、導電型半導体基板上に少なくとも導電型半
導体第1クラッド層、ノンドープ半導体吸収層もしくは
半導体活性層もしくは半導体導波層、逆導電型半導体第
2クラッド層が順次積層されたメサストライプが選択成
長により部分的に形成され、前記メサストライプの上面
および側面を覆って該メサストライプを埋め込む逆導電
型半導体第3クラッド層および逆導電型半導体キャップ
層がやはり選択成長によりメサストライプ状に形成さ
れ、前記ノンドープ半導体吸収層もしくは半導体活性層
もしくは半導体導波層に電界を印加する手段を具備した
半導体導波型光制御素子であって、前記導電型半導体基
板が低キャリア濃度であることを特徴とする選択成長導
波型光制御素子の構造、および導電型半導体基板上に少
なくとも導電型半導体光導波層、ノンドープ半導体吸収
層もしくは半導体活性層もしくは半導体導波層、および
逆導電型半導体第1クラッド層が順次積層されたメサス
トライプが選択成長により部分的に形成され、前記ノン
ドープ半導体吸収層もしくは半導体活性層もしくは半導
体導波層のバンドギャップエネルギはストライプ方向で
部分的に異なっており、前記メサストライプの上面およ
び側面を覆って該メサストライプを埋め込む逆導電型半
導体第2クラッド層および逆導電型半導体キャップ層が
やはり選択成長によりメサストライプ状に形成され、前
記ストライプ方向でバンドギャップエネルギが部分的に
異なるノンドープ半導体吸収層もしくは半導体活性層も
しくは半導体導波層にバンドギャップが異なる部位にそ
れぞれ独立に電界を印加する手段を具備した集積構造半
導体導波型光制御素子であって、前記導電型半導体基板
が低キャリア濃度であることを特徴とする選択成長導波
型光制御素子の構造も採用した。
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, at least a conductive type semiconductor first cladding layer, a non-doped semiconductor absorbing layer or a semiconductor active layer or a semiconductor waveguide layer, a reverse conductive type A mesa stripe in which a semiconductor second clad layer is sequentially laminated is partially formed by selective growth, and a third clad layer of a reverse conductivity type semiconductor and a reverse conductivity type semiconductor which bury the mesa stripe covering the upper surface and side surfaces of the mesa stripe. A semiconductor waveguide type light control device, wherein a cap layer is also formed in a mesa stripe shape by selective growth, and comprising a means for applying an electric field to the non-doped semiconductor absorption layer or semiconductor active layer or semiconductor waveguide layer, Of selective growth waveguide type optical control device characterized in that the semiconductor substrate has a low carrier concentration. , And at least conductive semiconductor optical waveguide layer to the conductive type semiconductor substrate, a non-doped semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or the semiconductor waveguide layer, and the opposite conductivity type semiconductor first mesa stripe cladding layer are sequentially stacked by selective growth The band gap energy of the partially doped non-doped semiconductor absorbing layer or semiconductor active layer or semiconductor waveguide layer is partially different in the stripe direction, and covers the upper and side surfaces of the mesa stripe and embeds the mesa stripe. The opposite conductive type semiconductor second clad layer and the opposite conductive type semiconductor cap layer are also formed in a mesa stripe shape by selective growth, and the non-doped semiconductor absorption layer or the semiconductor active layer or the semiconductor conductive layer having a band gap energy partially different in the stripe direction. Band gap in wave layer An integrated structure semiconductor waveguide type optical control device which includes means for applying an electric field independently to different sites selectively grown waveguide type optical control, wherein said conductive semiconductor substrate has a low carrier concentration The structure of the element was also adopted.

【0011】[0011]

【作用】本発明においては、導波型光制御素子の構造を
選択成長が利用できる構造とするので、半導体のエッチ
ングを行うことなく薄い誘電体膜のパターニングと結晶
成長だけで導波型光制御素子が製作でき、従来の半導体
エッチングを用いて素子を製作することが念頭におかれ
た構造の素子に比べてウェハ内の特性均一性やrun−
to−runの特性再現性が大幅に優れている。
According to the present invention, since the structure of the waveguide type optical control element is a structure that can be used for selective growth, the waveguide type optical control element can be formed only by patterning a thin dielectric film and growing a crystal without etching a semiconductor. A device can be manufactured. Compared with a device having a structure in which manufacturing of a device using conventional semiconductor etching is considered, uniformity of characteristics within a wafer and run-
The reproducibility of to-run characteristics is remarkably excellent.

【0012】また、本発明においては、導波型光制御素
子の構造として埋め込み構造を採用しているので、入出
射光のスポットサイズは水平・垂直方向で対称であり、
リッジ構造導波型光制御素子に比べて単一モードファイ
バとの結合損失を減少させることができる。
Further, in the present invention, since a buried structure is employed as the structure of the waveguide type light control element, the spot sizes of the incoming and outgoing light are symmetric in the horizontal and vertical directions.
The coupling loss with the single mode fiber can be reduced as compared with the ridge structure waveguide type optical control element.

【0013】さらに、本発明においては、埋め込み構造
導波型光制御素子に特有のホモ接合容量が大きいという
問題に対して、導電型基板と逆導電型埋め込み層との間
に導電型低キャリア濃度半導体バッファ層を挿入するか
もしくは低キャリア濃度の導電型基板を用いることによ
って、空乏層厚さを厚くすることによりホモ接合の容量
を低減しており、変調動作の高速化が素子製作工程の変
更をほとんどすることなしに可能となる。
Further, in the present invention, in order to solve the problem of a large homojunction capacitance peculiar to the buried-structure waveguide type optical control element, a conductive type low carrier concentration is provided between the conductive type substrate and the opposite conductive type buried layer. By inserting a semiconductor buffer layer or using a conductive type substrate with a low carrier concentration, the thickness of the depletion layer is increased to reduce the homojunction capacitance. Is possible with little to no.

【0014】[0014]

【実施例】以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0015】図1は本発明による選択成長導波型光制御
素子の一例の一例として、Franz−Keldysh
効果を用いたInP系電界吸収型変調器の実施例を示す
斜視図である。
FIG. 1 shows a Franz-Keldysh as an example of a selective growth waveguide type optical control element according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of an InP-based electroabsorption modulator using the effect.

【0016】まず図1に示したInP系電界吸収型変調
器の製造方法について、図2を用いて説明する。
First, a method of manufacturing the InP-based electro-absorption modulator shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0017】まず、キャリア濃度が2×10-17 cm-3
程度の(100)面方位低ドープn−InP基板120
上に、選択成長用の誘電体マスクとなる厚さ1000オ
ングストロームのSiO2 膜を全面に形成する(図2
(a))。その後、通常のフォトリソグラフィ技術を用
いて、上記SiO2 膜をストライプ状の空隙部をはさん
で対向する一体のストライプ形状の選択成長用SiO2
マスク201にパターニングする(図2(b))。ここ
で、空隙部202の幅Wは2μm、選択成長用SIO2
マスク201の幅は10μmである。なお、空隙部20
2のストライプ方向は[011]方向である。
First, the carrier concentration is 2 × 10 -17 cm -3
(100) plane low-doped n-InP substrate 120
A 1000 Å thick SiO 2 film serving as a dielectric mask for selective growth is formed on the entire surface (FIG. 2).
(A)). Thereafter, using a normal photolithography technique, the above-mentioned SiO 2 film is formed as an integrated stripe-shaped selective growth SiO 2 opposed to each other with a stripe-shaped gap therebetween.
Patterning is performed on the mask 201 (FIG. 2B). Here, the width W of the void 202 is 2 μm, and SIO 2 for selective growth is used.
The width of the mask 201 is 10 μm. The gap 20
The stripe direction of No. 2 is the [011] direction.

【0018】次に、MOVPE法を用いて、上述の空隙
部202の上にのみに選択的にn−InPクラッド層1
03(厚さ0.1μm、キャリア濃度5×1017
-3)、i−InGaAsP吸収層(組成波長1.45
μm、厚さ0.25μm)104、i−InPクラッド
層(厚さ0.05μm)105、p−InPクラッド層
(厚さ0.1μm、キャリア濃度5×1017cm-3)を
順次積層してダブルヘテロ構造のメサ203を形成する
(図2(c))。このとき、形成されたメサ203の側
面は(111)B面となり、平滑なメサ側面が得られ
る。
Next, using the MOVPE method, the n-InP cladding layer 1 is selectively formed only on the above-mentioned gap portion 202.
03 (thickness 0.1 μm, carrier concentration 5 × 10 17 c
m -3 ), i-InGaAsP absorption layer (composition wavelength 1.45)
μm, thickness 0.25 μm) 104, i-InP cladding layer (thickness 0.05 μm) 105, and p-InP cladding layer (thickness 0.1 μm, carrier concentration 5 × 10 17 cm −3 ) in this order. Thus, a mesa 203 having a double hetero structure is formed (FIG. 2C). At this time, the side surface of the formed mesa 203 becomes the (111) B surface, and a smooth mesa side surface is obtained.

【0019】次に選択成長用SiO2 マスク201をダ
ブルヘテロ構造メサ203脇から幅1.5μmだけ除去
してマスクの間の空隙部202の幅を広げるすなわち、
ダブルヘテロ構造メサ203の両脇に幅1.5μmの空
隙部を通常のフォトリソグラフィ工程を用いて再度形成
する。そしてこの新たに形成された空隙部の上およびダ
ブルヘテロ構造メサ203の上にp−InPクラッド層
107およびp−InGaAsキャップ層108を再度
選択MOVPE成長により形成する(図2(d))。こ
こで、p−InPクラッド層107およびp−InGa
Asキャップ層108の厚さはそれぞれ1μmおよび、
0.2μm、キャリア濃度はそれぞれ5×1017cm-3
および2×1018cm-3である。次にSiO2 保護膜1
09を基板上面全体に形成し、SiO2 保護膜109に
p側電極コンタクト用の窓を形成後CrとAuよりなる
p側電極110を形成する(図2(e))。最後に、低
ドープn−InP基板120を100μm程度の厚さに
研磨した後低ドープn−InP基板120側にCr/A
uよりなるn側電極111を形成し(図2(d)、素子
をへき開し、入出射端面に無反対コーティングを施して
素子製作を終了する。
Next, the SiO 2 mask 201 for selective growth is removed from the side of the double hetero structure mesa 203 by 1.5 μm to increase the width of the gap 202 between the masks.
A gap having a width of 1.5 μm is formed again on both sides of the double hetero structure mesa 203 by using a normal photolithography process. Then, the p-InP cladding layer 107 and the p-InGaAs cap layer 108 are formed again by selective MOVPE growth on the newly formed void and on the double heterostructure mesa 203 (FIG. 2D). Here, the p-InP cladding layer 107 and the p-InGa
The thickness of the As cap layer 108 is 1 μm and
0.2 μm, carrier concentration 5 × 10 17 cm -3
And 2 × 10 18 cm −3 . Next, SiO 2 protective film 1
09 is formed on the entire upper surface of the substrate, a window for p-side electrode contact is formed in the SiO 2 protective film 109, and a p-side electrode 110 made of Cr and Au is formed (FIG. 2E). Finally, the low-doped n-InP substrate 120 is polished to a thickness of about 100 μm, and then the Cr / A
An n-side electrode 111 made of u is formed (FIG. 2 (d)), the device is cleaved, and a non-reversible coating is applied to the input / output end surface, thereby completing the device.

【0020】以上の製造方法により製作された図1に示
したInP系電界吸収型変調器の動作について以下に説
明する。
The operation of the InP-based electroabsorption modulator shown in FIG. 1 manufactured by the above manufacturing method will be described below.

【0021】図1に示したInP系電界吸収型変調器の
入射端より入射された波長1.55μmの光波は、iI
nGaAsP吸収層104にエネルギの大部分が閉じ込
められて、素子内を伝搬する。p側電極101とn側電
極111との間に逆バイアス電圧が印加されていないと
きには組成波長1.45μmのi−InGaAsP吸収
層104は波長1.55μmの伝搬光に対して低損失で
あるので、このときは変調器の出射端から光出力が得ら
れ、ON状態となる。これに対して、p側電極101と
n側電極111との間に逆バイアス電圧を印加してFr
anz−Kaldysh効果により吸収端を長波長側へ
シフトさせると、波長1.55μmの伝搬光はi−In
GaAsP吸収層104で大きな吸収損失を受け、出射
端からは光出力は得られず、OFF状態となる。本発明
の場合、逆バイアス電圧OVでON状態、3.0VでO
FF状態で実現でき、長さ300μmの素子で消光比1
5dB以上が得られる。
The light wave of 1.55 μm wavelength incident from the incident end of the InP electroabsorption modulator shown in FIG.
Most of the energy is confined in the nGaAsP absorption layer 104 and propagates in the device. When a reverse bias voltage is not applied between the p-side electrode 101 and the n-side electrode 111, the i-InGaAsP absorption layer 104 having a composition wavelength of 1.45 μm has low loss with respect to propagation light having a wavelength of 1.55 μm. At this time, a light output is obtained from the emission end of the modulator, and the modulator is turned on. On the other hand, by applying a reverse bias voltage between the p-side electrode 101 and the n-side electrode 111, Fr
When the absorption edge is shifted to the longer wavelength side by the anz-Kaldysh effect, the propagating light having a wavelength of 1.55 μm is i-In.
The GaAsP absorption layer 104 receives a large absorption loss, and no light output is obtained from the emission end, so that the GaAsP absorption layer 104 is turned off. In the case of the present invention, the ON state occurs at the reverse bias voltage OV, and the O state occurs at 3.0 V.
It can be realized in the FF state and has an extinction ratio of 1 with a 300 μm long element.
5 dB or more is obtained.

【0022】ところで、図1に示したInP系電界吸収
型変調器においては、i−InGaAsP吸収層104
の周囲をInPで埋め込んだ埋め込み構造を採用してい
るので、入出射光のスポット形状は基板に垂直方向と水
平方向で対称である。したがって、単一モードファイバ
と低損失で結合できる。本発明者らは、リッジ構造の選
択成長変調器と埋め込み構造変調器とで、Far Fi
eld Patternおよび単一モールドファイバと
の結合損失を実験により比較した。その結果、Far
Field Patternに関しては、リッジ構造選
択成長変調器の水平・垂直方向放射角がそれぞれ11°
と40°と非対称性が大きかったのに対し、図1に示し
た埋め込み構造変調器の場合は水平・垂直方向放射角が
それぞれ40°と47°であり、放射角の非対称性は大
幅に改善されていた。これを反映して、非球面レンズ1
枚を変調器と単一モードファイバとの間に挿入して測定
したファイバとの結合損失に関しても、リッジ構造選択
成長変調器の場合が片端面当りの結合損失が3.2dB
であったのに対して、図1に示した埋め込み構造変調器
の場合は片端面当たりの結合損失2.2dBであり、1
dBの改善が観測された。これにより、変調器両端に単
一モードファイバを結合した場合の単一モードファイバ
間挿入損失は、リッジ構造変調器の場合10.0dBで
あったのが、図1に示した埋め込み構造変調器では6.
2dBであり、大幅な挿入損失低減が達成された。とこ
ろで、前述したように、選択成長によりダブルヘテロ構
造のメサ203を形成するとメサ203の側面は(11
1)B結晶面となり、平滑なメサ側面が得られる。した
がって、エッチングによりメサを形成する場合に比べて
メサ側面ははるかに平滑であり、伝搬光の散乱による損
失は大幅に減少する。以上により、本発明によれば従来
よりも大幅に低損失のInP系電界吸収型変調器が実現
できる。
By the way, in the InP-based electroabsorption modulator shown in FIG. 1, the i-InGaAsP absorption layer 104
, The spot shape of the incoming / outgoing light is symmetrical in the vertical and horizontal directions with respect to the substrate. Therefore, it can be coupled with a single mode fiber with low loss. The present inventors have developed a Far Fi using a selective growth modulator having a ridge structure and a buried structure modulator.
The coupling loss between eld Pattern and single-mold fiber was compared experimentally. As a result, Far
Regarding the Field Pattern, the horizontal and vertical radiation angles of the ridge structure selective growth modulator are each 11 °.
In contrast, the embedded structure modulator shown in Fig. 1 has horizontal and vertical radiation angles of 40 ° and 47 °, respectively, and the asymmetry of the radiation angle is greatly improved. It had been. Reflecting this, aspheric lens 1
Regarding the coupling loss between the fiber and the single-mode fiber, the coupling loss was 3.2 dB in the case of the ridge structure selective growth modulator.
In contrast, in the case of the embedded structure modulator shown in FIG. 1, the coupling loss per end face is 2.2 dB, and 1
An improvement in dB was observed. As a result, the insertion loss between single mode fibers when a single mode fiber is coupled to both ends of the modulator was 10.0 dB in the case of the ridge structure modulator, but in the case of the embedded structure modulator shown in FIG. 6.
2 dB, and a great reduction in insertion loss was achieved. As described above, when the mesa 203 having the double hetero structure is formed by selective growth, the side surface of the mesa 203 becomes (11)
1) It becomes a B crystal plane and a smooth mesa side surface is obtained. Therefore, the mesa side surface is much smoother than the case where the mesa is formed by etching, and the loss due to scattering of the propagating light is greatly reduced. As described above, according to the present invention, it is possible to realize an InP-based electro-absorption modulator with much lower loss than the conventional one.

【0023】次に本発明により素子の静電容量が低減さ
れ、高速の埋め込み構造光変調器が実現できる原理につ
いて説明する。図3に、本発明によるInP系埋め込み
構造電界吸収型変調器の断面構造(図3(b))を、通
常の埋め込み構造電界吸収型変調器の断面構造(図3
(a))とを比較して示す。通常の埋め込み構造選択成
長デバイスの場合には、ダブルヘテロ構造メサ203の
両脇に高キャリア濃度のn−InPと高キャリア濃度の
p−InPよりなるホモ接合部301が形成されてい
る。通常、n−InP基板101としてはキャリア濃度
が2×1018cm-3程度のものが用いられ、p−InP
クラッド層107としては抵抗成分が大きくなることを
防止するためにキャリア濃度を5×1017cm-3以上に
設定するので、ダブルヘテロ構造メサ203の両脇のホ
モ接合301は、高キャリア濃度のn−InPと高キャ
リア濃度のp−InPにより形成されることになる。こ
のとき、このホモ接合部301において大きな静電容量
が生じてしまう。上述のように、n−InP基板101
のキャリア濃度が2×1018cm-3、p−InPクラッ
ド層107のキャリア濃度が5×1017cm-3で、ホモ
接合部301の幅が片側で2μm(したがって両側では
4μm)、素子長が300μmの場合のホモ接合部30
1における静電容量は2.0pFとなる。図1に示した
InP系埋め込み構造電界吸収型変調器の場合、上述の
ホモ接合部での容量の他にヘテロ接合部での容量0.2
pF、p側電極パッド112での容量0.8pFが加わ
るので、素子全体の容量は3.0pFとなる。このと
き、RC時定数で決まる変調周波数は、通常用いられる
50Ωのインピーダンス系では2.1GHzとなり、
2.5Gb/s光通信システムへの適用も難しい。ホモ
接合部301での容量低減の手段として、p−InPク
ラッド層の幅を狭くする、すなわちホモ接合部301の
幅を狭くすることも考えられる。しかしながら、p−I
nPクラッド層の幅を狭くすると伝搬光の層に水平方向
光フィールドが空気を感じてしまい、層に水平方向の単
一モード条件が厳しくなり望ましくない。このため、ホ
モ接合部301の幅として片側2μmは必要である。ま
た、素子長を300μmより短くすることによりホモ接
合容量を低減することも可能であるが、その場合は消光
比の劣化を招き、やはり望ましくない。
Next, the principle by which the capacitance of the element is reduced by the present invention and a high-speed embedded structure light modulator can be realized will be described. FIG. 3 shows a cross-sectional structure (FIG. 3B) of an InP-based buried structure electroabsorption modulator according to the present invention, and a cross-sectional structure of a normal buried structure electroabsorption modulator (FIG. 3).
(A)) is shown in comparison. In the case of a normal buried structure selective growth device, a homojunction portion 301 made of n-InP having a high carrier concentration and p-InP having a high carrier concentration is formed on both sides of the double hetero structure mesa 203. Normally, an n-InP substrate 101 having a carrier concentration of about 2 × 10 18 cm −3 is used.
The carrier concentration of the cladding layer 107 is set to 5 × 10 17 cm −3 or more in order to prevent the resistance component from becoming large. Therefore, the homojunction 301 on both sides of the double hetero structure mesa 203 has a high carrier concentration. It is formed of n-InP and p-InP having a high carrier concentration. At this time, a large capacitance is generated in the homo junction 301. As described above, the n-InP substrate 101
Has a carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3 , a carrier concentration of the p-InP cladding layer 107 of 5 × 10 17 cm −3 , a homojunction 301 having a width of 2 μm on one side (therefore, 4 μm on both sides), and an element length. Homojunction 30 when is 300 μm
The capacitance at 1 is 2.0 pF. In the case of the InP-based buried structure electroabsorption modulator shown in FIG. 1, in addition to the above-described capacitance at the homojunction, the capacitance at the heterojunction 0.2
Since pF and the capacitance of 0.8 pF at the p-side electrode pad 112 are added, the capacitance of the entire device is 3.0 pF. At this time, the modulation frequency determined by the RC time constant is 2.1 GHz in a commonly used 50Ω impedance system.
It is difficult to apply to a 2.5 Gb / s optical communication system. As a means for reducing the capacitance at the homo-junction 301, it is conceivable to reduce the width of the p-InP cladding layer, that is, to reduce the width of the homo-junction 301. However, pI
When the width of the nP cladding layer is reduced, the horizontal light field feels air in the layer of the propagating light, and the horizontal single mode condition is undesirably increased in the layer. For this reason, 2 μm on one side is required as the width of the homo-joining portion 301. It is also possible to reduce the homojunction capacitance by making the element length shorter than 300 μm, but in this case, the extinction ratio is deteriorated, which is also undesirable.

【0024】これに対して、本発明においては図3
(b)に示すように、n−InP基板として低キャリア
濃度(2×1017cm-3程度)の低ドーブn−InP基
120 を用いる。これにより、ホモ接合の容量を低減で
き、素子全体の容量の低減、変調周波数帯域の拡大が可
能となる。図4にホモ接合容量のn−InP基板キャリ
ア濃度依存性を示す。n−InP基板のキャリア濃度を
2×1017cm-3に設定するとホモ接合部302におけ
る容量は1.2pFとなり、低ドープn−InP基板を
用いない場合に比べて半減する。このとき、素子全体の
容量は2.2pFとなり、変調周波数帯域は2.9GH
zにまで拡大する。n−InP基板のキャリア濃度を1
×1017cm-3 に低減するとホモ接合部302におけ
る容量はさらに低下し0.9pFとなる。このとき、変
調周波数帯域は3.4GHzにまで拡大する。なお、図
1に示した例では、p側電極パッド112での容量を低
減する手段を何も採用していないので、ホモ接合容量が
1pF以下に低減されても変調周波数帯域は3.4GH
zに留まっているが、p側電極の直下にはポリイミド膜
を形成するなどしてパッド部の低容量化もはかれば変調
周波数帯域を6GHz程度にまで拡大することが本発明
により可能である。これに対して、図3(a)に示した
従来の構造では、仮にパッド部の容量が零になったとし
てもホモ接合容量が2.0pF、ヘテロ接合容量が0.
2pF残るので、変調周波数帯域は3GHzに留まって
しまう。ここで、基板として低ドープ(100)面方位
n−InP基板を用いると、基板での抵抗が大きくなる
ことが懸念されるが、2×1017cm-3程度のキャリア
濃度があれば基板での抵抗はほとんど増加しない。本発
明者らによる実験によれば、図1の構成で(100)面
方位低ドープn−InP基板120のキャリア濃度を1
×1017cm-3としても、基板のキャリア濃度が2×1
18cm-3の場合と比較して素子抵抗の増加はほとんど
観測されず、(100)面方位低ドープn−InP基板
120を低キャリア濃度としても、消光特性などの素子
特性には全く悪影響を与えないことが確認された。ま
た、本発明によるホモ接合容量低減化法によれば、基板
として低ドープの基板を用いるだけでよいので、素子製
作工程の変更を全くすることなしに素子の高速化が可能
となる。
On the other hand, in the present invention, FIG.
As shown in (b), a low-dove n-InP substrate 120 having a low carrier concentration (about 2 × 10 17 cm −3 ) is used as the n-InP substrate. As a result, the capacity of the homojunction can be reduced, and the capacity of the entire device can be reduced and the modulation frequency band can be expanded. FIG. 4 shows the n-InP substrate carrier concentration dependence of the homojunction capacitance. When the carrier concentration of the n-InP substrate is set to 2 × 10 17 cm −3 , the capacitance at the homojunction 302 becomes 1.2 pF, which is half that in the case where the lightly doped n-InP substrate is not used. At this time, the capacitance of the entire device is 2.2 pF, and the modulation frequency band is 2.9 GHz.
Expand to z. The carrier concentration of the n-InP substrate is set to 1
When it is reduced to × 10 17 cm −3 , the capacitance at the homojunction 302 further decreases to 0.9 pF. At this time, the modulation frequency band is expanded to 3.4 GHz. In the example shown in FIG. 1, since no means for reducing the capacitance at the p-side electrode pad 112 is employed, even if the homojunction capacitance is reduced to 1 pF or less, the modulation frequency band is 3.4 GHz.
Although it remains at z, the modulation frequency band can be extended to about 6 GHz by reducing the capacitance of the pad portion by forming a polyimide film directly below the p-side electrode, for example. . On the other hand, in the conventional structure shown in FIG. 3A, even if the capacitance of the pad portion becomes zero, the homojunction capacitance is 2.0 pF and the heterojunction capacitance is 0.2.
Since 2 pF remains, the modulation frequency band remains at 3 GHz. Here, when a low-doped (100) plane n-InP substrate is used as the substrate, there is a concern that the resistance of the substrate may increase. However, if the carrier concentration is about 2 × 10 17 cm −3, the substrate may not be used. Resistance hardly increases. According to an experiment by the present inventors, the carrier concentration of the (100) plane low-doped n-InP substrate 120 was 1 in the configuration of FIG.
Even when the carrier concentration is 2 × 1 even when the carrier concentration is × 10 17 cm −3.
In comparison with the case of 0 18 cm -3 , an increase in the device resistance is hardly observed, and even if the (100) plane low-doped n-InP substrate 120 has a low carrier concentration, the device characteristics such as the extinction characteristics are completely adversely affected. Is not given. Further, according to the method of reducing the homojunction capacitance according to the present invention, it is only necessary to use a low-doped substrate as the substrate, so that the speed of the device can be increased without any change in the device manufacturing process.

【0025】図5は本発明による選択成長導波型光制御
素子の他の実施例として、QCSE効果を用いたInP
系多重量子井戸(MQW)変調器を分布帰還型半導体レ
ーザ(DFBレーザ)へ集積化した変調器集積化光源の
実施例を示す斜視図である。
FIG. 5 shows another embodiment of the selective growth waveguide type optical control device according to the present invention, which is an InP device using the QCSE effect.
1 is a perspective view showing an embodiment of a modulator integrated light source in which a system multiple quantum well (MQW) modulator is integrated into a distributed feedback semiconductor laser (DFB laser).

【0026】まず図5に示した変調器集積化光源の製造
方法について説明するが、製造方法に関しては第一の実
施例と共通の部分が多いので、第一の実施例の製造方法
との相違点について詳しく説明するにとどめる。
First, the method of manufacturing the modulator integrated light source shown in FIG. 5 will be described. However, since the manufacturing method has many parts common to the first embodiment, it differs from the manufacturing method of the first embodiment. I will only explain the points in detail.

【0027】まず、(100)面方位のn−InP基板
101上に、有機金属気相成長法(以下MOVPE法と
略する)等を用いて、低ドープn−InPバッファ層1
02を約0.3μm全面に形成する。ここで、低ドープ
n−InPバッファ層102のキャリア濃度は2×10
-17 cm-3程度と低濃度としておく。次に低ドープn−
InPバッファ層の上に、[011]方向への周期が2
40nm、深さ30nmの回折格子501を部分的に形
成し、この回折格子501を設けた部分をDFBレーザ
領域511、回折格子501がない平坦な部分を光変調
器領域513とする。この基板上に選択成長用の誘電体
マスクとなる厚さ1000オングストロームのSiO2
膜を形成し、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、
上記SiO2 膜をストライプ状の空隙部をはさんで対向
する一対のストライプ形状の選択成長用SiO2 マスク
にパターニングする。選択成長用SiO2 マスクのウェ
ハ上面からみた形状を図6に示す。ここで、空隙部20
2の幅WはDFBレーザ領域511、光変調器領域51
3とも2μm、選択成長用SiO2 マスク601の幅は
DFBレーザ領域513で17μm、光変調器領域51
3で8μmである。なお、空隙部202のストライプ方
向は[011]方向であり、光変調器領域513の端面
から15μmに渡ってはこのストライプ状の空隙部のな
い窓領域514とする。
First, a low-doped n-InP buffer layer 1 is formed on an (100) -oriented n-InP substrate 101 by using a metal organic chemical vapor deposition method (hereinafter abbreviated as MOVPE method) or the like.
02 is formed on the entire surface of about 0.3 μm. Here, the carrier concentration of the low-doped n-InP buffer layer 102 is 2 × 10
Keep the concentration as low as -17 cm -3 . Next, lightly doped n-
The period in the [011] direction is 2 on the InP buffer layer.
A diffraction grating 501 having a depth of 40 nm and a depth of 30 nm is partially formed. A portion provided with the diffraction grating 501 is referred to as a DFB laser region 511, and a flat portion having no diffraction grating 501 is referred to as an optical modulator region 513. 1000 Å thick SiO 2 serving as a dielectric mask for selective growth is formed on this substrate.
Form a film, using normal photolithography technology,
The SiO 2 film is patterned into a pair of stripe-shaped selective growth SiO 2 masks opposed to each other with a stripe-shaped gap therebetween. FIG. 6 shows the shape of the selective growth SiO 2 mask viewed from the upper surface of the wafer. Here, the gap 20
2, the width W of the DFB laser region 511 and the light modulator region 51
3 were 2 μm, the width of the selective growth SiO 2 mask 601 was 17 μm in the DFB laser region 513, and the optical modulator region 51.
3 is 8 μm. Note that the stripe direction of the void 202 is the [011] direction, and the window region 514 having no void is formed in a stripe shape over 15 μm from the end face of the optical modulator region 513.

【0028】次に、MOVPE法を用いて、上述の空隙
部202の上にのみに選択的に組成波長1.15μmの
n−InGaAsP光導波層502(厚さ0.1μm、
キャリア濃度5×1017cm-3)、n−InPスペーサ
層503(厚さ0.04μm、キャリア濃度5×1017
cm-3)、組成成長1.3μmのi−InGaAsPバ
リア層(厚さ10nm)とi−InGaAs井戸層(厚
さ7nm)からなる7周期のアンドープ量子井戸層50
4、i−InPクラッド層(厚さ0.05μm)50
5、p−InPクラッド層(厚さ0.1μm 、キャリア
濃度5×1017cm-3)506を順次積層してブダルヘ
テロ構造のメサを形成する。このとき、形成されたメサ
の側面は(111)B面となり、平滑なメサ側面が得ら
れる。
Next, an n-InGaAsP optical waveguide layer 502 having a composition wavelength of 1.15 μm (having a thickness of 0.1 μm and a thickness of 0.1 μm) is selectively formed only on the above-mentioned gap portion 202 using the MOVPE method.
Carrier concentration 5 × 10 17 cm −3 ), n-InP spacer layer 503 (0.04 μm in thickness, carrier concentration 5 × 10 17)
cm −3 ), a seven-period undoped quantum well layer 50 composed of an i-InGaAsP barrier layer (thickness: 10 nm) and a i-InGaAs well layer (thickness: 7 nm) having a compositional growth of 1.3 μm.
4. i-InP cladding layer (thickness 0.05 μm) 50
5. A p-InP cladding layer (thickness: 0.1 μm, carrier concentration: 5 × 10 17 cm −3 ) 506 is sequentially laminated to form a mesa having a Budar heterostructure. At this time, the side surface of the formed mesa becomes the (111) B surface, and a smooth mesa side surface is obtained.

【0029】なお、本実施例においては、図6に示すよ
うに、選択成長用SiO2 マスクの幅をDFBレーザ領
域511と光変調器領域513とで変えている。このよ
うに、選択MOVPE成長において、SiO2 マスク幅
を部分的に変えると、 成長原料種(主としてIII 族の有機金属原料)の気相
中における拡散がSiO2 マスク幅依存性を有すること
に起因して、成長された層の固相組成がSiO2 マスク
幅により変化 成長速度がSiO2 マスク幅に依存することに起因し
た井戸層厚変化 の相乗効果により、同一基板内でバンドギャップエネル
ギが異なる部分を一回のMOVPE成長により形成でき
る。したがって、DFBレーザ部511と光変調器部5
13とで異なるバンドギャップエネルギが要求されるア
ンドープ量子井戸層504を、一回の結晶成長で、しか
も両領域の接続部で途切れることなく形成でき、この選
択成長法は変調器集積化光源のような光集積素子の製作
方法として理想的である。この実施例においては、アン
ドープ量子井戸層504のバンドギャップ波長はDFB
レーザ領域511で1.55μm、光変調器領域513
で1.48μmとなる。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the width of the SiO 2 mask for selective growth is changed between the DFB laser region 511 and the optical modulator region 513. As described above, in the selective MOVPE growth, when the SiO 2 mask width is partially changed, the diffusion of the growth material species (mainly, a group III organometallic material) in the gas phase is dependent on the SiO 2 mask width. to solid phase composition of the grown layer due to the synergistic effect of resulting from the well layer thickness change that changes the growth rate by SiO 2 mask width is dependent on the SiO 2 mask width, the band gap energy is different within the same substrate The portion can be formed by one MOVPE growth. Therefore, the DFB laser section 511 and the optical modulator section 5
13, the undoped quantum well layer 504 requiring a different band gap energy can be formed by a single crystal growth and without interruption at the connection between the two regions. This selective growth method is similar to a modulator integrated light source. It is ideal as a method for manufacturing a simple optical integrated device. In this embodiment, the band gap wavelength of the undoped quantum well layer 504 is DFB.
1.55 μm in laser region 511, light modulator region 513
Becomes 1.48 μm.

【0030】次に選択成長用SiO2 マスク601の空
隙部202の幅が、DFBレーザ領域511で7μm、
光変調器領域513で5μmとなるように、SiO2
スクの間の空隙部202の幅を広げる。そしてこの新た
に形成された空隙部の上およびダブルヘテロ構造メサの
上にp−InPクラッド層507およびp−InGaA
sキャップ層508を再度選択MOVPE成長により形
成する。ここで、p−InPクラッド層507およびp
−InGaAsキャップ層508の厚さはそれぞれ1μ
mおよび、0.2μm、キャリア濃度はそれぞれ5×1
17cm-3および2×1018cm-3である。DFBレー
ザ領域511と光変調器領域513で電気的分離を行う
ために、両領域の境界から光変調器領域側に長さ25μ
mに渡ってp−InGaAsキャップ層508を除去
し、分離領域512とする。続いてSiO2 保護膜10
9を基板上面全体に形成し、SiO2 保護膜109にp
側電極コンタクト用の窓をDFBレーザ領域511と光
変調器領域513に対して形成する。その後、CrとA
uよりなるp側電極を蒸着し、フォトリソグラフィ技術
を用いて電極のパターニングを行い、レーザ部p側電極
520および光変調器部p側電極521、光変調器部p
側電極パッド523を形成する。最後に、n−InP基
板101を100μm程度の厚さに研磨した後n−In
P基板101側にCr/Auよりなるn側電極111を
形成し、素子をへき開し、光変調器領域側端面に無反射
膜を、DFBレーザ領域側端面に高反射膜を形成して素
子製作を終了する。
Next, the width of the void 202 of the selective growth SiO 2 mask 601 is 7 μm in the DFB laser region 511,
The width of the gap 202 between the SiO 2 masks is increased so as to be 5 μm in the optical modulator region 513. The p-InP cladding layer 507 and p-InGaAs are formed on the newly formed void and on the double hetero structure mesa.
The s cap layer 508 is formed again by selective MOVPE growth. Here, the p-InP cladding layer 507 and the p-InP
-The thickness of each of the InGaAs cap layers 508 is 1 μm.
m and 0.2 μm, the carrier concentration is 5 × 1
0 17 cm −3 and 2 × 10 18 cm −3 . In order to electrically separate the DFB laser region 511 and the optical modulator region 513, a length of 25 μm from the boundary between both regions to the optical modulator region side.
The p-InGaAs cap layer 508 is removed over the area m to form an isolation region 512. Subsequently, the SiO 2 protective film 10
9 was formed on the entire top surface of the substrate, p the SiO 2 protective film 109
A window for side electrode contact is formed in the DFB laser region 511 and the optical modulator region 513. Then, Cr and A
A p-side electrode made of u is vapor-deposited, and the electrode is patterned by using a photolithography technique. The laser-part p-side electrode 520, the light modulator part p-side electrode 521, and the light modulator part p
The side electrode pad 523 is formed. Finally, after polishing the n-InP substrate 101 to a thickness of about 100 μm,
An n-side electrode 111 made of Cr / Au is formed on the P substrate 101 side, the device is cleaved, and a non-reflection film is formed on an end surface on a side of an optical modulator region and a high reflection film is formed on an end surface on a DFB laser region side. To end.

【0031】以上の製造方法により製作された図5に示
した光変調器集積化光源の動作について以下に説明す
る。
The operation of the optical modulator integrated light source shown in FIG. 5 manufactured by the above manufacturing method will be described below.

【0032】DFBレーザ領域511のレーザ部p側電
極520とn側電極111との間に順バイアス電圧を加
え、DFBレーザ領域511に電流を注入していくと、
回折格子501のピッチとこの領域の断面構造より決ま
る実効屈折率とで決定される波長(本実施例の場合は
1.55μm)で単一軸モード発振し、DFBレーザ領
域511出力光は分離領域512を伝搬後、光変調器領
域513へと結合される。ここで、光変調器領域513
のアンドープ量子井戸層504では、この波長における
無バイアス時の光吸収が実用上問題ない程度に抑制され
るようにバンドギャップ波長を1.48μmに設定して
ある。この光変調器領域513のアンドープ量子井戸層
504に逆バイアス電圧を印加していくと、量子閉じ込
めシュタルク効果により光変調器領域513伝搬光に対
する吸収係数が増加するので、光変調器領域513は電
圧制御の光強度変調器として動作する。
When a forward bias voltage is applied between the p-side electrode 520 and the n-side electrode 111 of the laser portion of the DFB laser region 511 and a current is injected into the DFB laser region 511,
Single-axis mode oscillation occurs at a wavelength determined by the pitch of the diffraction grating 501 and the effective refractive index determined by the cross-sectional structure of this region (1.55 μm in this embodiment), and the output light of the DFB laser region 511 is separated from the separation region 512. , And is coupled to the optical modulator region 513. Here, the optical modulator area 513
In the undoped quantum well layer 504, the band gap wavelength is set to 1.48 μm so that light absorption at this wavelength when there is no bias is suppressed to a practically acceptable level. When a reverse bias voltage is applied to the undoped quantum well layer 504 in the optical modulator region 513, the absorption coefficient for the light propagating in the optical modulator region 513 increases due to the quantum confined Stark effect. Operates as a controlling light intensity modulator.

【0033】本実施例の場合、DFBレーザ領域511
は発振波長1.55μm、しきい値電流10mAで単一
軸モード発振した。また、DFBレーザ領域511から
光変調器領域513への光の結合効率はほぼ100%で
あり、光変調器側端面から10mWの出射光パワーを得
た。また、光変調器領域513の光変調器部p側電極パ
ッド522とn側電極111との間に3Vの逆バイアス
電圧を印加すると、光変調器領域513の長さが200
μmのとき約15dBの消光比が得られた。
In the case of this embodiment, the DFB laser region 511
Oscillated in a single axis mode at an oscillation wavelength of 1.55 μm and a threshold current of 10 mA. The coupling efficiency of light from the DFB laser region 511 to the optical modulator region 513 was almost 100%, and an output light power of 10 mW was obtained from the end surface on the optical modulator side. When a reverse bias voltage of 3 V is applied between the p-side electrode pad 522 and the n-side electrode 111 of the optical modulator section 513 in the optical modulator area 513, the length of the optical modulator area 513 becomes 200.
At 15 μm, an extinction ratio of about 15 dB was obtained.

【0034】なお、本実施例においても第1の実施例同
様に単一モードファイバと結合される部分である光変調
器領域513には埋め込み構造が用いられている。した
がって、第一の実施例同様、出射光のスポット形状は基
板に垂直方向と水平方向で対称であり、単一モードファ
イバと低損失で結合できる。測定によれば、図5に示し
た光変調器集積化光源と単一モードファイバとの結合損
失は約2.5dBであり、間に窓領域514が存在する
ことを考慮すると良好な値であった。
In this embodiment, as in the first embodiment, a buried structure is used in the optical modulator region 513 which is a portion to be coupled to a single mode fiber. Therefore, as in the first embodiment, the spot shape of the emitted light is symmetrical in the vertical and horizontal directions with respect to the substrate, and can be coupled with a single mode fiber with low loss. According to the measurement, the coupling loss between the optical modulator integrated light source and the single mode fiber shown in FIG. 5 is about 2.5 dB, which is a good value in consideration of the existence of the window region 514 therebetween. Was.

【0035】また、本実施例においては、第一の実施例
とは異なり、低ドープ基板を用いる代わりにp−InP
クラッド層507と(100)面方位n−InP基板1
01との間に低ドープn−InPバッファ層102が挿
入されている。すなわち、基板としては通常の高キャリ
ア濃度(2×1018cm-3)のものを用ているが、第1
の実施例と同じ原理によりホモ接合部の容量を低減する
ために、本実施例ではp−InPクラッド層507と
(100)面方位n−InP基板101との間に低ドー
プn−InPバッファ層102を挿入している。第1の
実施例においては基板全体を低キャリア濃度としたが、
キャリア濃度2×1017cm-3のn−InPとキャリア
濃度5×1017cm-3のp−InPにより形成されるホ
モ接合において低ドープn−InP基板120側への空
乏層の拡がりは逆バイアス電圧3Vにおいて0.2μm
程度である。したがって、ホモ接合部の低容量化のため
に必ずしも基板全体を低キャリア濃度とする必要はな
く、厚さ0.3μm程度の低ドープn−InPバッファ
層102が(100)面方位n−InP基板101とp
−InPクラッド層507との間に挿入されていれば、
低ドープ基板を用いるのと同様の低容量化が可能であ
る。厚さが0.3μm程度であれば、低ドープ層が挿入
されても抵抗が増加する心配はない。それにより、光変
調器領域のホモ接合容量は0.8dB、電極パッド容量
などをも含めた光変調器領域全体の容量は1.8pFに
低減されている。したがって、3.5GHzの変調周波
数帯域が確保されており、高速変調にも十分対応でき
る。
Also, in this embodiment, unlike the first embodiment, p-InP
Cladding layer 507 and (100) plane orientation n-InP substrate 1
01, a lightly doped n-InP buffer layer 102 is inserted. That is, a substrate having a normal high carrier concentration (2 × 10 18 cm −3 ) is used as the substrate.
In order to reduce the capacity of the homojunction according to the same principle as in the first embodiment, in this embodiment, a lightly doped n-InP buffer layer is provided between the p-InP cladding layer 507 and the (100) plane n-InP substrate 101. 102 is inserted. In the first embodiment, the entire substrate has a low carrier concentration.
In a homojunction formed by n-InP having a carrier concentration of 2 × 10 17 cm −3 and p-InP having a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 , the expansion of the depletion layer toward the lightly doped n-InP substrate 120 is reversed. 0.2 μm at 3V bias voltage
It is about. Therefore, it is not always necessary to make the entire substrate have a low carrier concentration in order to reduce the capacity of the homojunction, and the low-doped n-InP buffer layer 102 having a thickness of about 0.3 μm is formed on the (100) plane n-InP substrate. 101 and p
-If it is inserted between the InP cladding layer 507,
Capacitance reduction similar to using a low-doped substrate is possible. If the thickness is about 0.3 μm, there is no concern that the resistance will increase even if a lightly doped layer is inserted. As a result, the homojunction capacitance of the optical modulator region is reduced to 0.8 dB, and the capacitance of the entire optical modulator region including the electrode pad capacitance is reduced to 1.8 pF. Therefore, a modulation frequency band of 3.5 GHz is secured, and it is possible to sufficiently cope with high-speed modulation.

【0036】さらに、本実施例においては選択成長を用
いてバンドギャップエネルギの異なる2つの領域を同時
に形成している。しかも、このようにバンドギャップエ
ネルギの異なる領域を形成するのに必要なことは、Si
2 などの誘電体マスクの幅を部分的に変えておくこと
だけである。したがって、半導体層のエッチングと結晶
成長を繰り返してバンドギャップエネルギの異なる領域
を形成する従来の方法に比べて、製造工程が大幅に簡略
であり製造歩留りも大幅に向上する。またそれだけでな
く、DFBレーザ領域と光変調器領域とで光の結合効率
がほぼ100%になるなど性能面での改善もはかられる
ので、これも製造歩留りの向上に寄与する。
Further, in this embodiment, two regions having different band gap energies are simultaneously formed using selective growth. What is necessary to form such regions having different band gap energies is that Si
It is only necessary to partially change the width of a dielectric mask such as O 2 . Therefore, as compared with the conventional method of forming regions having different band gap energies by repeating etching and crystal growth of the semiconductor layer, the manufacturing process is greatly simplified and the manufacturing yield is greatly improved. In addition, since the light coupling efficiency between the DFB laser region and the optical modulator region becomes almost 100%, the performance can be improved, which also contributes to the improvement of the manufacturing yield.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば素子
の直列抵抗の増加などの不具合は全く無く、また素子製
作工程の変更をほとんどすることなしに、単一モードフ
ァイバとの結合損失が小さく、高速で、かつ製作歩留ま
りの高い半導体導波型光制御素子を実現できる。
As described above, according to the present invention, there is no problem such as an increase in the series resistance of the device, and the coupling loss with the single mode fiber can be achieved without changing the device manufacturing process. It is possible to realize a semiconductor waveguide type optical control element which is small in size, high in speed and high in production yield.

【0038】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではない。実施例としては、InP系の電界吸収型
変調器および変調器集積化光源を取り上げたが、これに
限るものではなく、マッハツェンダ変調器や方向性結合
器型スイッチなど他のInP系光制御素子に対しても本
発明は適用できる。また、選択成長を利用した埋め込み
構造の直接変調用の単体半導体レーザやDFBレーザ、
DBRレーザなどに対しても本発明は適用できる。さら
に、GaAs系などの他の半導体材料を用いた光制御素
子に対しても本発明は同様に適用可能である。また本発
明は、実施例で示した素子形状、すなわち各層の厚さや
各層の組成及び導波路寸法等、に限定されるものではな
いことは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiment. As an example, an InP-based electro-absorption modulator and a modulator integrated light source have been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable to other InP-based light control elements such as a Mach-Zehnder modulator and a directional coupler type switch. The present invention can be applied to this. Also, a single semiconductor laser or DFB laser for direct modulation of an embedded structure using selective growth,
The present invention can be applied to a DBR laser or the like. Further, the present invention can be similarly applied to a light control element using another semiconductor material such as GaAs. In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the element shapes shown in the examples, that is, the thickness of each layer, the composition of each layer, the waveguide dimensions, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例であるInP系選択成長埋め
込み構造電界吸収型変調器の構造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of an InP-based selective growth buried structure electroabsorption modulator according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明によるInP系選択成長埋め込み構造電
界吸収型変調器の製造方法を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing an InP-based selective growth buried structure electroabsorption modulator according to the present invention.

【図3】本発明による選択成長埋め込み構造導波型光制
御素子(b)と従来の選択成長埋め込み構造導波型光制
御素子(a)の構造を比較するために、両者の断面構造
を示したものである。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a selectively grown buried structure waveguide type optical control element (b) according to the present invention and a conventional selectively grown buried structure waveguide type optical control element (a). It is a thing.

【図4】本発明によるホモ接合容量低減化法の原理を説
明するために、ホモ接合容量のバッファ層キャリア濃度
依存性を示したものである。
FIG. 4 shows the dependence of the homojunction capacitance on the buffer layer carrier concentration in order to explain the principle of the homojunction capacitance reduction method according to the present invention.

【図5】本発明の一実施例である光変調器集積化光源の
構造を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a structure of an optical modulator integrated light source according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例である光変調器集積化光源の
製造方法を説明するための図である
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing an optical modulator integrated light source according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 (100)方位n−InP基板 102 低ドープn−InPバッファ層 103 n−InPクラッド層 104 i−InGaAsP吸収層 105,505 i−InPクラッド層 106,506 p−InPクラッド層 107,507 p−InPクラッド層 108,508 p−InGaAsPキャップ層 109 SiO2 保護膜 110 p側電極 111 n側電極 112 p側電極パッド 120 (100)面方位低ドープn−InP基板 201,601 選択成長用SiO2 マスク 202 空隙部 203 ダブルヘテロ構造メサ 301 ホモ接合部 302 ホモ接合部 501 回折格子 502 n−InGaAsP光導波層 503 n−InPスペーサ層 504 アンドープ量子井戸層 511 DFBレーザ領域 512 分離領域 513 光変調器領域 514 窓領域 520 レーザ部p側電極 521 光変調器部p側電極 522 光変調器部p側電極パッド101 (100) orientation n-InP substrate 102 lightly doped n-InP buffer layer 103 n-InP cladding layer 104 i-InGaAsP absorption layer 105,505 i-InP cladding layer 106,506 p-InP cladding layer 107,507 p- InP cladding layer 108,508 p-InGaAsP cap layer 109 SiO 2 protective film 110 p-side electrode 111 n-side electrode 112 p-side electrode pad 120 (100) plane orientation lightly doped n-InP substrate 201, 601 for selective growth SiO 2 mask 202 Air gap 203 Double hetero structure mesa 301 Homo junction 302 Homo junction 501 Diffraction grating 502 n-InGaAsP optical waveguide layer 503 n-InP spacer layer 504 Undoped quantum well layer 511 DFB laser area 512 Separation area 513 Optical modulation Region 514 window region 520 laser unit p-side electrode 521 optical modulator section p-side electrode 522 optical modulator section p-side electrode pad

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−110186(JP,A) 1991年電子情報通信学会秋季大会 C −133 P.4−163 1991年電子情報通信学会秋季大会 C −131 P.4−161 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 G02F 1/025────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-110186 (JP, A) 1991 IEICE Autumn Conference C-133 4-163 1991 IEICE Autumn Conference C-131 4-161 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/18 G02F 1/025

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 導電型半導体基板上に少なくとも導電型
半導体光導波層、ノンドープ半導体吸収層もしくは半導
体活性層もしくは半導体導波層、および逆導電型半導体
第1クラッド層が順次積層されたメサストライプが選択
成長により部分的に形成され、前記ノンドープ半導体吸
収層もしくは半導体活性層もしくは半導体導波層のバン
ドギャップエネルギはストライプ方向で部分的に異なっ
ており、前記メサストライプの上面および側面を覆って
該メサストライプを埋め込む逆導電型半導体第2クラッ
ド層および逆導電型半導体キャップ層がやはり選択成長
によりメサストライプ状に形成され、前記ストライプ方
向でバンドギャップエネルギが部分的に異なるノンドー
ブ半導体吸収層もしくは半導体活性層もしくは半導体導
波層にバンドギャップが異なる部位にそれぞれ独立に電
界を印加する手段を具備した集積構造半導体導波型光制
御素子であって、前記導電型半導体基板と前記メサスト
ライプ及び逆導電型半導体第2クラッド層との間に導電
型低キャリア濃度半導体バッファ層が挿入されているこ
とを特徴とする選択成長導波型光制御素子。
1. A mesa stripe in which at least a conductive semiconductor optical waveguide layer, a non-doped semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or a semiconductor waveguide layer, and a reverse conductive semiconductor first cladding layer are sequentially laminated on a conductive semiconductor substrate. The band gap energy of the undoped semiconductor absorption layer, the semiconductor active layer, or the semiconductor waveguide layer is partially different in the stripe direction, and is formed partially by selective growth. A reverse conductive semiconductor second cladding layer and a reverse conductive semiconductor cap layer for embedding the stripe are also formed in a mesa stripe shape by selective growth, and a non-dove semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer having a band gap energy partially different in the stripe direction. Alternatively, a band gap Flops an integrated structure semiconductor waveguide type optical control device which includes means for applying an electric field independently to a different site, the said conductive semiconductor substrate Mesasuto
Ripe and opposite conductivity type semiconductor second selective growth waveguide type optical control device conductivity type low carrier concentration semiconductor buffer layer is characterized in that it is inserted between the cladding layer.
【請求項2】 導電型半導体基板上に少なくとも導電型
半導体第1クラッド層、ノンドープ半導体吸収層もしく
は半導体活性層もしくは半導体導波層、逆導電型半導体
第2クラッド層が順次積層されたメサストライプが選択
成長により部分的に形成され、前記メサストライプの上
面および側面を覆って該メサストライプを埋め込む逆導
電型半導体第3クラッド層および逆導電型半導体キャッ
プ層がやはり選択成長によりメサストライプ状に形成さ
れ、前記ノンドープ半導体吸収層もしくは半導体活性層
もしくは半導体導波層に電界を印加する手段を具備した
半導体導波型光制御素子であって、前記導電型半導体基
板が低キャリア濃度であることを特徴とする選択成長導
波型光制御素子。
2. A mesa stripe in which at least a first conductive semiconductor clad layer, a non-doped semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or a semiconductor waveguide layer, and a reverse conductive semiconductor second clad layer are sequentially laminated on a conductive semiconductor substrate. A reverse conductive semiconductor third cladding layer and a reverse conductive semiconductor cap layer which are partially formed by selective growth and bury the mesa stripe covering the top and side surfaces of the mesa stripe are also formed in a mesa stripe by selective growth. A semiconductor waveguide type light control element comprising means for applying an electric field to the non-doped semiconductor absorption layer or semiconductor active layer or semiconductor waveguide layer, wherein the conductive semiconductor substrate has a low carrier concentration. Selective growth waveguide type optical control element.
【請求項3】導電型半導体基板上に少なくとも導電型半
導体光導波層、ノンドープ半導体吸収層もしくは半導体
活性層もしくは半導体導波層、および逆導電型半導体第
1クラッド層が順次積層されたメサストライプが選択成
長により部分的に形成され、前記ノンドープ半導体吸収
層もしくは半導体活性層もしくは半導体導波層のバンド
ギャップエネルギはストライプ方向で部分的に異なって
おり、前記メサストライプの上面および側面を覆って該
メサストライプを埋め込む逆導電型半導体第2クラッド
層および逆導電型半導体キャップ層がやはり選択成長に
よりメサストライプ状に形成され、前記ストライプ方向
でバンドギャップエネルギが部分的に異なるノンドープ
半導体吸収層もしくは半導体活性層もしくは半導体導波
層にバンドギャップが異なる部位にそれぞれ独立に電界
を印加する手段を具備した集積構造半導体導波型光制御
素子であって、前記導電型半導体基板が低キャリア濃度
であることを特徴とする選択成長導波型光制御素子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive type semiconductor substrate has at least a conductive type half.
A mesa stripe in which a conductive optical waveguide layer , a non-doped semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or a semiconductor waveguide layer, and a reverse conductive semiconductor first cladding layer are sequentially laminated is partially formed by selective growth, and the non-doped semiconductor absorption layer is formed. Alternatively, the bandgap energy of the semiconductor active layer or the semiconductor waveguide layer is partially different in the stripe direction, and the reverse conductivity type semiconductor second cladding layer which covers the upper surface and the side surface of the mesa stripe and embeds the mesa stripe and the reverse conductivity. The semiconductor cap layer is also formed in a mesa stripe shape by selective growth, and is independent of a non-doped semiconductor absorption layer, a semiconductor active layer, or a semiconductor waveguide layer having a different band gap in the stripe direction. Means to apply an electric field to A Bei the integrated structure semiconductor waveguide type optical control element, the selective growth waveguide type optical control element, wherein said conductive semiconductor substrate has a low carrier concentration.
【請求項4】 導電型半導体光導波層、ノンドープ半導
体吸収層もしくは半導体活性層もしくは半導体導波層、
および逆導電型半導体第1クラッド層が少なくとも積層
されたメサストライプが、(100)面方位導電型半導
体基板上もしくは(100)面方位導電型低キャリア濃
度バッファ層の上にストライプ方向が[011]方向と
なるように選択成長により形成され、該メサストライプ
の側面が(111)B面であることを特徴とする請求項
1記載の選択成長導波型光制御素子。
4. A conductive semiconductor optical waveguide layer, a non-doped semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or a semiconductor waveguide layer,
And a mesa stripe on which at least the reverse conductive semiconductor first cladding layer is laminated is formed on a (100) plane conductive semiconductor substrate or on a (100) plane low conductive buffer layer with a stripe direction of [011]. 2. The selective growth waveguide type optical control device according to claim 1, wherein said mesa stripe is formed by selective growth so as to have a direction, and a side surface of said mesa stripe is a (111) B plane.
【請求項5】 導電型半導体第1クラッド層、ノンドー
プ半導体吸収層および逆導電型半導体第2クラッド層が
少なくとも積層されたメサストライプが、(100)面
方位導電型半導体基板上にストライプ方向が[011]
方向となるように選択成長により形成され、該メサスト
ライプの側面が(111)B面であることを特徴とする
請求項2記載の選択成長導波型光制御素子。
5. A mesa stripe in which at least a conductive type semiconductor first cladding layer, a non-doped semiconductor absorbing layer, and a reverse conductive type semiconductor second cladding layer are laminated, a stripe direction is [100] plane direction conductive semiconductor substrate. 011]
3. The selective growth waveguide type optical control device according to claim 2, wherein the mesa stripe is formed by selective growth so as to be oriented in a direction, and a side surface of the mesa stripe is a (111) B plane.
【請求項6】 導電型半導体光導波層、ノンドープ半導
体吸収層もしくは半導体活性層もしくは半導体導波層、
および逆導電型半導体第1クラッド層が少なくとも積層
されたメサストライプが、(100)面方位導電型半導
体基板上にストライプ方向が[011]方向となるよう
に選択成長により形成され、該メサストライプの側面が
(111)B面であることを特徴とする請求項3記載の
選択成長導波型光制御素子。
6. A conductive semiconductor optical waveguide layer, a non-doped semiconductor absorption layer or a semiconductor active layer or a semiconductor waveguide layer,
And a mesa stripe on which at least the reverse conductive semiconductor first cladding layer is laminated is formed by selective growth on the (100) plane conductive semiconductor substrate so that the stripe direction is the [011] direction. 4. The selective growth guided light control device according to claim 3, wherein the side surface is a (111) B surface.
【請求項7】 導電型半導体基板と逆導電型半導体第2
クラッド層との間に挿入された導電型低キャリア濃度半
導体バッファ層のキャリア濃度が、導電型半導体基板の
キャリア濃度よりも低いことを特徴とする請求項1記載
の選択成長導波型光制御素子。
7. A conductive semiconductor substrate and a reverse conductive semiconductor second substrate.
2. The selective growth waveguide type optical control device according to claim 1, wherein the carrier concentration of the conductive type low carrier concentration semiconductor buffer layer inserted between the cladding layer and the conductive type semiconductor substrate is lower than the carrier concentration of the conductive type semiconductor substrate. .
【請求項8】 導電型半導体基板と逆導電型半導体第2
クラッド層との間に挿入された導電型低キャリア濃度半
導体バッファ層のキャリア濃度が、逆導電型半導体第2
クラッド層のキャリア濃度よりも低いことを特徴とする
請求項1記載の選択成長導波型光制御素子。
8. A conductive semiconductor substrate and a reverse conductive semiconductor second substrate.
The carrier concentration of the low-conductivity semiconductor buffer layer inserted between the semiconductor layer and the cladding layer is lower than that of the second conductivity-type semiconductor buffer layer.
2. The selective growth guided light control device according to claim 1, wherein the carrier concentration is lower than the carrier concentration of the cladding layer.
【請求項9】 導電型半導体基板と逆導電型半導体第2
クラッド層との間に挿入された導電型低キャリア濃度半
導体バッファ層のキャリア濃度が、5×1017cm-3
下であることを特徴とする請求項1記載の選択成長導波
型光制御素子。
9. A conductive semiconductor substrate and a reverse conductive semiconductor second substrate.
2. The selective growth waveguide type optical control device according to claim 1, wherein the carrier concentration of the conductive type low carrier concentration semiconductor buffer layer inserted between the cladding layer and the cladding layer is 5 × 10 17 cm −3 or less. .
【請求項10】 導電型半導体基板のキャリア濃度が、
逆導電型半導体第3クラッド層のキャリア濃度よりも低
いことを特徴とする請求項2記載の選択成長導波型光制
御素子。
10. The conductive type semiconductor substrate has a carrier concentration of:
3. The selective growth waveguide type optical control device according to claim 2, wherein the carrier concentration is lower than the carrier concentration of the reverse conductivity type semiconductor third cladding layer.
【請求項11】 導電型半導体基板のキャリア濃度が、
逆導電型半導体第2クラッド層のキャリア濃度よりも低
いことを特徴とする請求項3記載の選択成長導波型光制
御素子。
11. The conductive semiconductor substrate has a carrier concentration of:
4. The selective growth waveguide type light control device according to claim 3, wherein the carrier concentration is lower than the carrier concentration of the reverse conductivity type semiconductor second cladding layer.
【請求項12】 導電型半導体基板のキャリア濃度が、
5×1017cm-3以下であることを特徴とする請求項2
または請求項3記載の選択成長導波型光制御素子。
12. The conductive type semiconductor substrate has a carrier concentration of:
3. The structure according to claim 2, wherein the size is 5 × 10 17 cm −3 or less.
4. A selective growth waveguide type optical control device according to claim 3.
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