JP3051499B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- 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
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光装置にかかわ
り、特に外部変調器付き分布帰還型レーザに関する。本
発明の半導体発光装置は、超高速超スパン光伝送用の光
源として、高速で、かつ波長チャーピング（変調時の波
長の広がり）の小さい光変調が可能である。
り、特に外部変調器付き分布帰還型レーザに関する。本
発明の半導体発光装置は、超高速超スパン光伝送用の光
源として、高速で、かつ波長チャーピング（変調時の波
長の広がり）の小さい光変調が可能である。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信回線の大容量化の有力な方
法として、光源である分布帰還型レーザの高速変調特性
の向上が図られてきた。しかし、10Gb/sというような超
高速変調時には、消光比の劣化や変調時の波長チャーピ
ングによって、良質な伝送ができないといった問題があ
る。そこで、レーザに変調をかけずに、外部でレーザ光
を変調する外部変調方式の光源を開発する試みがなされ
ている。その中でも、電圧印加による光吸収型光変調器
と、分布帰還型レーザとを、一つのチップ上に集積化し
た光源がすでに開発されている。（参考文献：H.Soda.
"10Gd/s monolithic electro-absorption modulator/D
FB light source" Third Optoelectronics Conference
(OEC ′90) Technical Digest, pp.70-71, 1990) この
外部変調器付きレーザ光源の具体例を図２に示す。図２
において、51はn-InP からなる半導体基板、52はInGaAs
P からなる導波層、53はInP からなるストッパ層、54は
InGaAsP からなる光吸収層、55はP-InP からなるクラッ
ド層、56はP-InGaAsからなるキャップ層、57は埋込み
層、61は共通電極、62はレーザ電極、63は変調器電極、
71は分離溝、72は回折格子、81はSi酸化膜、82は無反射
コートである。このような集積化光源を動作させるに
は、レーザには順バイアス電圧を印加して電流を注入
し、変調器には逆バイアス電圧を印加するので、レーザ
と変調器とを電気的に分離させる必要がある。そこで、
レーザと変調器との間に、図2 に示したような電気的分
離のための分離溝71が形成されることが多い。しかしな
がら、このような分離溝による電気的分離構造では、電
気的分離抵抗を十分に大きくとるために、導波路コア層
の近傍まで溝を深く形成する必要がある。そこで、この
分離溝がレーザからの出力光を散乱し、光の損失の原因
となる。また、このような分離溝による電気的分離で
は、レーザと変調器との間の電気器分離抵抗が不十分と
なることが起こり易い。その場合には、変調器に逆バイ
アス信号電圧を印加したときに、レーザからの出力光強
度が変動し、最悪の場合にはレーザの発振が停止してし
まう恐れがある。
法として、光源である分布帰還型レーザの高速変調特性
の向上が図られてきた。しかし、10Gb/sというような超
高速変調時には、消光比の劣化や変調時の波長チャーピ
ングによって、良質な伝送ができないといった問題があ
る。そこで、レーザに変調をかけずに、外部でレーザ光
を変調する外部変調方式の光源を開発する試みがなされ
ている。その中でも、電圧印加による光吸収型光変調器
と、分布帰還型レーザとを、一つのチップ上に集積化し
た光源がすでに開発されている。（参考文献：H.Soda.
"10Gd/s monolithic electro-absorption modulator/D
FB light source" Third Optoelectronics Conference
(OEC ′90) Technical Digest, pp.70-71, 1990) この
外部変調器付きレーザ光源の具体例を図２に示す。図２
において、51はn-InP からなる半導体基板、52はInGaAs
P からなる導波層、53はInP からなるストッパ層、54は
InGaAsP からなる光吸収層、55はP-InP からなるクラッ
ド層、56はP-InGaAsからなるキャップ層、57は埋込み
層、61は共通電極、62はレーザ電極、63は変調器電極、
71は分離溝、72は回折格子、81はSi酸化膜、82は無反射
コートである。このような集積化光源を動作させるに
は、レーザには順バイアス電圧を印加して電流を注入
し、変調器には逆バイアス電圧を印加するので、レーザ
と変調器とを電気的に分離させる必要がある。そこで、
レーザと変調器との間に、図2 に示したような電気的分
離のための分離溝71が形成されることが多い。しかしな
がら、このような分離溝による電気的分離構造では、電
気的分離抵抗を十分に大きくとるために、導波路コア層
の近傍まで溝を深く形成する必要がある。そこで、この
分離溝がレーザからの出力光を散乱し、光の損失の原因
となる。また、このような分離溝による電気的分離で
は、レーザと変調器との間の電気器分離抵抗が不十分と
なることが起こり易い。その場合には、変調器に逆バイ
アス信号電圧を印加したときに、レーザからの出力光強
度が変動し、最悪の場合にはレーザの発振が停止してし
まう恐れがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、分布帰還型
レーザと電圧印加による吸収型光変調器において、レー
ザと変調器との電気的分離抵抗が十分に大きく、分離の
ための構造による光の損失が極めて小さい集積化光源を
実現して、光通信回線の超大容量化を可能とする半導体
発光装置を提供することにある。
レーザと電圧印加による吸収型光変調器において、レー
ザと変調器との電気的分離抵抗が十分に大きく、分離の
ための構造による光の損失が極めて小さい集積化光源を
実現して、光通信回線の超大容量化を可能とする半導体
発光装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、半絶縁性半導体基板の表面近傍に、互いに空間的に
分離された二つの導電性半導体層を形成し、その一方の
導電性半導体層の上には、導波層、第一の多量量子井戸
構造の活性層、表面に回折格子をもつ導波層およびクラ
ッド層からなる分布帰還型レーザを、他方の導電性半導
体層の上には、第二の多重量子井戸構造の導波路コア層
およびクラッド層からなる、電圧印加による吸収型光変
調器を、共通のストライプ形状をなすように形成した構
造とする。従来の技術では、分布帰還型レーザと吸収型
光変調器との間の電気的分離のための溝構造が必要であ
った。この分離溝は光出力の散乱の原因となり、光出力
の外部への有効な取り出しという点からは不利な構造で
あった。本発明では、このような分離溝を必要とせず、
大きな分離抵抗を、光散乱の原因となる分離溝なしに実
現できる。
は、半絶縁性半導体基板の表面近傍に、互いに空間的に
分離された二つの導電性半導体層を形成し、その一方の
導電性半導体層の上には、導波層、第一の多量量子井戸
構造の活性層、表面に回折格子をもつ導波層およびクラ
ッド層からなる分布帰還型レーザを、他方の導電性半導
体層の上には、第二の多重量子井戸構造の導波路コア層
およびクラッド層からなる、電圧印加による吸収型光変
調器を、共通のストライプ形状をなすように形成した構
造とする。従来の技術では、分布帰還型レーザと吸収型
光変調器との間の電気的分離のための溝構造が必要であ
った。この分離溝は光出力の散乱の原因となり、光出力
の外部への有効な取り出しという点からは不利な構造で
あった。本発明では、このような分離溝を必要とせず、
大きな分離抵抗を、光散乱の原因となる分離溝なしに実
現できる。
【０００５】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示し、(a) は本発
明の半導体発光装置の斜視図、(b) は(a) のＡ−Ａ′に
おける断面図であって、１はFeドープInP からなる半絶
縁性半導体基板、２，３はｎ−InP からなる導電性半導
体層、４は１，２，３からなる平坦な表面をもつ半導体
基板、５はInGaAsP からなる導波層、６は第一の多重量
子井戸構造のInGaAsからなる活性層（厚さ50Å、６
層）、７は第二の多重量子井戸構造の導波路コア層（In
GaAs厚さ86Å、22層、InAlAs厚さ50Å、21層）、８はIn
GaAsP からなる導波層、９はP-InP からなるクラッド
層、10はp-InGaAsからなるキャップ層、11はFeドープIn
Pからなる埋込み層、21は共通電極、22はレーザ電極、2
3は変調器電極、31は回折格子、41は無反射コートを示
す。
明の半導体発光装置の斜視図、(b) は(a) のＡ−Ａ′に
おける断面図であって、１はFeドープInP からなる半絶
縁性半導体基板、２，３はｎ−InP からなる導電性半導
体層、４は１，２，３からなる平坦な表面をもつ半導体
基板、５はInGaAsP からなる導波層、６は第一の多重量
子井戸構造のInGaAsからなる活性層（厚さ50Å、６
層）、７は第二の多重量子井戸構造の導波路コア層（In
GaAs厚さ86Å、22層、InAlAs厚さ50Å、21層）、８はIn
GaAsP からなる導波層、９はP-InP からなるクラッド
層、10はp-InGaAsからなるキャップ層、11はFeドープIn
Pからなる埋込み層、21は共通電極、22はレーザ電極、2
3は変調器電極、31は回折格子、41は無反射コートを示
す。
【０００６】本発明を動作させるためには、導電性半導
体層２に接するように形成されたレーザ電極22と、該導
電性半導体層２の上にストライブ状に形成された導波層
５と該導波層５の上に形成された第一の多重量子井戸構
造の活性層６と該第一の多重量子井戸構造の活性層６の
上に形成された導波層８と該導波層８の上に形成された
クラッド層９と、該クラッド層９の上に形成さたキャッ
プ層10を解して、該キャップ層10の上に形成された共通
電極21との間に、電流を注入してレーザ光を発生させる
とともに、導電性半導体層３に接するように形成された
電極23と、該導電性半導体層３の上に形成された第二の
多重量子井戸構造の導波路コア層７と該第二の多重量子
井戸構造の導波路コア層７の上に形成されたクラッド層
９と該クラッド層９の上に形成されたキャップ層10を介
して、該キャップ層10の上に形成された共通電極21との
間に、変調信号を印加して、該レーザ光の変調を行う。
体層２に接するように形成されたレーザ電極22と、該導
電性半導体層２の上にストライブ状に形成された導波層
５と該導波層５の上に形成された第一の多重量子井戸構
造の活性層６と該第一の多重量子井戸構造の活性層６の
上に形成された導波層８と該導波層８の上に形成された
クラッド層９と、該クラッド層９の上に形成さたキャッ
プ層10を解して、該キャップ層10の上に形成された共通
電極21との間に、電流を注入してレーザ光を発生させる
とともに、導電性半導体層３に接するように形成された
電極23と、該導電性半導体層３の上に形成された第二の
多重量子井戸構造の導波路コア層７と該第二の多重量子
井戸構造の導波路コア層７の上に形成されたクラッド層
９と該クラッド層９の上に形成されたキャップ層10を介
して、該キャップ層10の上に形成された共通電極21との
間に、変調信号を印加して、該レーザ光の変調を行う。
【０００７】本発明において、第一の多重量子井戸構造
の活性層６から出たレーザ光は、第二の多重量子井戸構
造の導波路コア層７へ送られる。第二の多重量子井戸構
造の導波路コア層７は、第一の多重量子井戸構造の活性
層６で発生するレーザ光に対して透明である。したがっ
て、第二の多重量子井戸構造の導波路コア層７でレーザ
光は吸収されず、第二の多重量子井戸構造の導波路コア
層７は導波路コア層として作用する。一方、共通電極21
と、導電性半導体層３に接するように形成された電極23
との間に変調電圧を印加すると、これに応じて第二の多
重量子井戸構造の導波路コア層７に電界が加えられ、エ
ネルギーギャップを小さくする方向にエネルギーレベル
がシフトするので、レーザ光の吸収が起こるようにな
る。このように、本発明の半導体発光装置を動作させる
場合には、共通電極21と電極22との間のレーザ部分に
は、順方向の電圧を印加して第一の多重量子井戸構造の
活性層６に電流を注入し、共通電極21と電極23との間の
変調器部分には、逆方向の電圧を印加して第二の多重量
子井戸構造の導波路コア層７に電界を印加する必要があ
る。したがって、レーザ部分と変調器部分とは電気的に
分離しなければならない。本発明においては、空間的に
分離された二つの導電性半導体層２，３の上にそれぞれ
レーザと変調器を形成した構造となっており、この二つ
の導電性半導体層の間を半絶縁性半導体で接続した構造
によって、レーザ部分と変調器部分との間に極めて大き
な電気的分離抵抗を実現している。
の活性層６から出たレーザ光は、第二の多重量子井戸構
造の導波路コア層７へ送られる。第二の多重量子井戸構
造の導波路コア層７は、第一の多重量子井戸構造の活性
層６で発生するレーザ光に対して透明である。したがっ
て、第二の多重量子井戸構造の導波路コア層７でレーザ
光は吸収されず、第二の多重量子井戸構造の導波路コア
層７は導波路コア層として作用する。一方、共通電極21
と、導電性半導体層３に接するように形成された電極23
との間に変調電圧を印加すると、これに応じて第二の多
重量子井戸構造の導波路コア層７に電界が加えられ、エ
ネルギーギャップを小さくする方向にエネルギーレベル
がシフトするので、レーザ光の吸収が起こるようにな
る。このように、本発明の半導体発光装置を動作させる
場合には、共通電極21と電極22との間のレーザ部分に
は、順方向の電圧を印加して第一の多重量子井戸構造の
活性層６に電流を注入し、共通電極21と電極23との間の
変調器部分には、逆方向の電圧を印加して第二の多重量
子井戸構造の導波路コア層７に電界を印加する必要があ
る。したがって、レーザ部分と変調器部分とは電気的に
分離しなければならない。本発明においては、空間的に
分離された二つの導電性半導体層２，３の上にそれぞれ
レーザと変調器を形成した構造となっており、この二つ
の導電性半導体層の間を半絶縁性半導体で接続した構造
によって、レーザ部分と変調器部分との間に極めて大き
な電気的分離抵抗を実現している。
【０００８】本発明の半導体発光装置では、第一の多重
量子井戸構造の活性層６として、井戸層がInGaAs、障壁
層がInGaAsP であるものを用い、第二の多重量子井戸構
造の光吸収層７として、井戸層がInGaAs、障壁層がInGa
AsP であり、かつ第一の多重量子井戸構造よりも繰り返
し周期を短くして実効的にエネルギーギャップを大きく
した多重量子井戸構造を用いた場合にも、同様の特徴を
もつ半導体発光装置を実現することができる。
量子井戸構造の活性層６として、井戸層がInGaAs、障壁
層がInGaAsP であるものを用い、第二の多重量子井戸構
造の光吸収層７として、井戸層がInGaAs、障壁層がInGa
AsP であり、かつ第一の多重量子井戸構造よりも繰り返
し周期を短くして実効的にエネルギーギャップを大きく
した多重量子井戸構造を用いた場合にも、同様の特徴を
もつ半導体発光装置を実現することができる。
【０００９】
【発明の効果】本発明におけるレーザ部分と変調器部分
との間の電気的分離方法は、従来技術において用いられ
る方法、例えば図１のストライプ上に形成されたクラッ
ド層９とキャップ層10の一部分をレーザ部分と変調器部
分との間で溝構造に形成する方法に比べて、はるかに大
きい電気的分離抵抗を得ることができる。さらには、半
絶縁性半導体基板１と導電性半導体層２，３からなる半
導体基板４の表面を容易に平坦に加工できることから、
第一の多重量子井戸構造の活性層６から出たレーザ光
は、第二の多重量子井戸構造の導波路コア層７へ損失を
伴わずに送られる。ところが、ストライプ上に形成され
たクラッド層９とキャップ層10の一部分をレーザ部分と
変調器部分との間で溝構造に形成する従来技術では、溝
構造によってレーザ光が散乱されることが避けられず、
結果的に変調器に送られるレーザ光の強度が減衰する。
したがって、本発明はレーザ部分と変調器部分との間の
大きい電気的分離抵抗と、レーザ光の変調器への損失が
ない光接合という二つの点において、従来技術では達成
できないような特徴を有する。
との間の電気的分離方法は、従来技術において用いられ
る方法、例えば図１のストライプ上に形成されたクラッ
ド層９とキャップ層10の一部分をレーザ部分と変調器部
分との間で溝構造に形成する方法に比べて、はるかに大
きい電気的分離抵抗を得ることができる。さらには、半
絶縁性半導体基板１と導電性半導体層２，３からなる半
導体基板４の表面を容易に平坦に加工できることから、
第一の多重量子井戸構造の活性層６から出たレーザ光
は、第二の多重量子井戸構造の導波路コア層７へ損失を
伴わずに送られる。ところが、ストライプ上に形成され
たクラッド層９とキャップ層10の一部分をレーザ部分と
変調器部分との間で溝構造に形成する従来技術では、溝
構造によってレーザ光が散乱されることが避けられず、
結果的に変調器に送られるレーザ光の強度が減衰する。
したがって、本発明はレーザ部分と変調器部分との間の
大きい電気的分離抵抗と、レーザ光の変調器への損失が
ない光接合という二つの点において、従来技術では達成
できないような特徴を有する。
【図１】(a) は、本発明の半導体発光装置の斜視図であ
る。 (b) は、本発明の半導体発光装置の断面図である。
る。 (b) は、本発明の半導体発光装置の断面図である。
【図２】従来の半導体発光装置の斜視図である。
１ 半絶縁性半導体基板 ２，３ 導電性半導体層 ４ １，２，３からなる平坦な表面をもつ半導体基板 ５ 導波層 ６ 第一の多重量子井戸構造の活性層 ７ 第二の多重量子井戸構造の導波路コア層 ８ 導波層 ９ クラッド層 10 キャップ層 11 埋込み層 21 共通電極 22 レーザ電極 23 変調器電極 31 回折格子 41 無反射コート 51 半導体基板 52 導波層 53 ストッパ層 54 光吸収層 55 クラッド層 56 キャップ層 61 共通電極 62 レーザ電極 63 変調器電極 71 分離溝 72 回折格子 81 Si酸化膜 82 無反射コート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 27/15
Claims (1)
- 【請求項１】 半絶縁性半導体基板(1) と、該半絶縁性
半導体基板の一部に該半絶縁性半導体基板表面から一定
の深さをもち、かつ互いに空間的に分離して形成されて
いる導電性半導体層(2), (3)が平坦な表面を形成する半
導体基板(4)の上に、該導電性半導体層(2) の上にスト
ライプ上に形成された導波層(5) と、該導波層上に形成
された第一の多重量子井戸構造の活性層(6) と、前記半
絶縁性半導体基板(1) および前記導電性半導体層(3) の
上にストライプ状に形成された第一の多重量子井戸構造
から発するレーザ光に対して透明である第二の多重量子
井戸構造の導波路コア層(7) と、前記活性層(6) の上に
形成され、表面に回折格子(31)をもつ導波層(8) と、該
導波層(8) と前記第２の多重量子井戸構造の導波路コア
層(7) の上にわたって形成されたクラッド層(9) と、前
記活性層(6) および該導波路コア層(7) の上にわたって
キャップ層(10)を介して設けられた共通電極(21)と、前
記導電性半導体層(2), (3)に接するようにして各々設け
られた電極(22), (23)を備えたことを特徴とする半導体
発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3145301A JP3051499B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3145301A JP3051499B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04345081A JPH04345081A (ja) | 1992-12-01 |
| JP3051499B2 true JP3051499B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=15381985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3145301A Expired - Fee Related JP3051499B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3051499B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6213222B2 (ja) * | 2013-12-24 | 2017-10-18 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及びその製造方法 |
| EP3696583B1 (en) * | 2019-02-15 | 2022-03-16 | EFFECT Photonics B.V. | Photonic integrated circuit having improved electrical isolation between n-type contacts |
-
1991
- 1991-05-22 JP JP3145301A patent/JP3051499B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04345081A (ja) | 1992-12-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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