JP7301709B2 - 電界吸収型光変調器及びその製造方法 - Google Patents
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Description
電界吸収型光変調器(変調部12)は、下クラッド層16の上に、n型半導体層20(InGaAsP層)を有する。n型半導体層20のドナー(n型ドーパント)は、Siである。Siは結晶成長中の拡散がほとんどないことで知られている。n型半導体層20は、分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)を構成するためにあり、下SCH層でもある。
電界吸収型光変調器(変調部12)は、多重量子井戸(Multiple-Quantum Well:MQW)22を有する。多重量子井戸22に電界が印加されると、光の吸収端が長波長側へシフトする量子閉じ込めシュタルク効果(Quantum Confinement Stark Effect:QCSE)が得られる。変調部12は、QCSEを利用して光を変調する。多重量子井戸22は、複数層からなり、最下層がn型半導体層20に接触している。複数層の最下層は、バリア層24(InGaAsP層)である。複数層の最上層もバリア層24である。複数層は、複数のバリア層24を含む。複数のバリア層24は、アクセプタ(p型ドーパント)及びドナー(n型ドーパント)の両方を含有する。複数のバリア層24のp型キャリア濃度及びn型キャリア濃度のそれぞれは、1×1017cm-3以上である。アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方である。ドナーは、Si(n型半導体層20のドナーと同じ材料)である。
電界吸収型光変調器(変調部12)は、p型半導体層28(InGaAsP層)を有する。p型半導体層28のアクセプタは、例えばZn及びMgの少なくとも一方(量子井戸層26のアクセプタと同じ材料)であり、拡散の抑制が極めて困難である。p型半導体層28は、多重量子井戸22の最上層に接触している。p型半導体層28は、分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)を構成するためにあり、上SCH層でもある。p型半導体層28に上クラッド層30(p型InP層)が積層されている。
電界吸収型光変調器は、レーザ部10に、n型半導体層20B、多重量子井戸22B及びp型半導体層28Bを有する。これらの詳細は、変調部12のn型半導体層20、多重量子井戸22及びp型半導体層28の内容が該当する。また、レーザ部10では、回折格子層32に上クラッド層30が積層されている。回折格子層32および多重量子井戸層22は発振波長が1.3μm帯もしくは1.55μm帯となるように設定されている。
レーザ部10は、電極18(例えばカソード)と併せて直流電圧を印加するための電極34(例えばアノード)を有する。変調部12は、電極18(例えばカソード)と併せて交流電圧を印加するための電極36(例えばアノード)を有する。レーザ部10及び変調部12で使用される電極18は、一体化しているが、別々になっていてもよい。また同一の半導体基板14上に変調部12とレーザ部10が集積されていなくても構わない。例えば、互いが異なる半導体基板14に形成されており、それらが同電位となる領域に搭載されていても構わない。
図3は、n型半導体層20(下SCH)、多重量子井戸22(MQW)及びp型半導体層28(上SCH)のキャリア濃度を示す図である。
次に、電界吸収型光変調器の製造方法を説明する。この例では、レーザ部10を形成した後に、変調部12を形成する(図2参照)。
図4は、電界吸収型光変調器の変形例1においてキャリア濃度を示す図である。本変形例では、多重量子井戸(MQW)は、n型キャリア濃度(3.0×1017cm-3)よりも、p型キャリア濃度(2.9×1017cm-3)において低い。つまり、多重量子井戸22の実効キャリア濃度は、p型キャリア濃度の±10%以下となっている。
図5は、電界吸収型光変調器の変形例2においてキャリア濃度を示す図である。本変形例では、多重量子井戸(MQW)を構成する複数層は、p型半導体層(上SCH)に近い層ほど、p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度のそれぞれが高くなっている。これは上クラッド層30(p型InP層)やp型半導体層28に含有されたp型ドーパントが、多重量子井戸層22へ拡散してきた場合の状態を示している。p型ドーパントは、多重量子井戸2の形成時に添加した量に加え、拡散により増加した量となっている。これを補償するために多重量子井戸層22の形成時にn型ドーパントを図4に示すプロファイルとなるように添加している。このように、p型ドーパントの拡散状況に応じてn型ドーパントのプロファイル(n型キャリア濃度分布)を調整することで、高消光比特性に優れた電界吸収型光変調器を実現できる。
Claims (15)
- 交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するp型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するn型半導体層と、
を有し、
前記アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方であり、
前記n型半導体層のドナーは、前記多重量子井戸の前記ドナーと同じ材料であり、
前記多重量子井戸は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下であり、
前記多重量子井戸では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記p型キャリア濃度の±10%以下であることを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記p型半導体層及び前記n型半導体層は、分離閉じ込めヘテロ構造を構成するためにあることを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1又は2に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数のバリア層の対応する1つであることを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸の前記p型キャリア濃度及び前記n型キャリア濃度のそれぞれは、1×1017cm-3以上であることを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸は、前記n型キャリア濃度よりも、前記p型キャリア濃度において高いことを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するp型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するn型半導体層と、
を有し、
前記アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下であり、
前記多重量子井戸では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記p型キャリア濃度の±10%以下であり、
前記多重量子井戸は、前記n型キャリア濃度よりも、前記p型キャリア濃度において低いことを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記ドナーは、Siであることを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記p型半導体層のアクセプタは、前記多重量子井戸の前記アクセプタと同じ材料であることを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸は、前記p型キャリア濃度において、前記p型半導体層よりも低いことを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸は、前記n型キャリア濃度において、前記n型半導体層よりも低いことを特徴とする電界吸収型光変調器。 - 交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するp型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するn型半導体層と、
を有し、
前記アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下であり、
前記多重量子井戸では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記p型キャリア濃度の±10%以下であり、
前記複数層の、前記p型半導体層に近い層ほど、前記p型キャリア濃度及び前記n型キャリア濃度が高いことを特徴とする電界吸収型光変調器。 - n型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記n型半導体層に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、p型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方であり、
前記n型半導体層のドナーは、前記多重量子井戸の前記ドナーと同じ材料であり、
前記多重量子井戸は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下であり、
前記多重量子井戸では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記p型キャリア濃度の±10%以下であることを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。 - 請求項12に記載された電界吸収型光変調器の製造方法であって、
前記多重量子井戸は、前記有機金属気相成長法によって形成されることを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。 - n型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記n型半導体層に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、p型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下であり、
前記多重量子井戸では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記p型キャリア濃度の±10%以下であり、
前記多重量子井戸は、前記n型キャリア濃度よりも、前記p型キャリア濃度において低いことを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。 - n型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記n型半導体層に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、p型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記アクセプタは、Zn及びMgの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、p型キャリア濃度において、前記p型半導体層の10%以上150%以下であり、
前記多重量子井戸では、前記p型キャリア濃度及びn型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記p型キャリア濃度の±10%以下であり、
前記複数層の、前記p型半導体層に近い層ほど、前記p型キャリア濃度及び前記n型キャリア濃度が高いことを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。
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