JPH03263388A - 光半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
光半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH03263388A JPH03263388A JP2062981A JP6298190A JPH03263388A JP H03263388 A JPH03263388 A JP H03263388A JP 2062981 A JP2062981 A JP 2062981A JP 6298190 A JP6298190 A JP 6298190A JP H03263388 A JPH03263388 A JP H03263388A
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- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06226—Modulation at ultra-high frequencies
-
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- 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
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
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-
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- 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
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、将来の超高速光通信システム等に用いられる
発光素子、光変調器、光検出器等の光半導体素子に関す
る。
発光素子、光変調器、光検出器等の光半導体素子に関す
る。
光半導体素子、例えば、光導波路に電界を印加すること
により導波路の光損失が変化する効果（フランツ・ケル
デツシュ効果、又は量子閉じ込めシュタルク効果）を利
用した半導体光変調器は、超高速・低電圧動作が可能で
、小型化さらには半導体レーザなどの光半導体素子との
集積化が容易であるため、将来の超高速光通信システム
に用いられるキーデバイスとして注目されている。この
様な光変調器の変調帯域周波数△ｆは、素子容量Ｃによ
りほぼ決定され、△ｆ＝１／（πＣＲ）で表される。
により導波路の光損失が変化する効果（フランツ・ケル
デツシュ効果、又は量子閉じ込めシュタルク効果）を利
用した半導体光変調器は、超高速・低電圧動作が可能で
、小型化さらには半導体レーザなどの光半導体素子との
集積化が容易であるため、将来の超高速光通信システム
に用いられるキーデバイスとして注目されている。この
様な光変調器の変調帯域周波数△ｆは、素子容量Ｃによ
りほぼ決定され、△ｆ＝１／（πＣＲ）で表される。
また、光変調器の素子容量は、接合容量ＣＪとボンディ
ングパッド部でのパッド容量Ｃｐと配線容量Ｃ５の和で
表される。これらの中で、接合容量ＣＪは光変調器の導
波路の特性にかかわる本質的なものであるが、パッド容
量Ｃ９と配線容量Ｃ１は寄生容量と呼ばれ、光変調器の
帯域を制限する要因となる。そのため、光変調器の高速
化に間しては先導波路構造の最適化と共に、寄生容量の
低減化が重要である。
ングパッド部でのパッド容量Ｃｐと配線容量Ｃ５の和で
表される。これらの中で、接合容量ＣＪは光変調器の導
波路の特性にかかわる本質的なものであるが、パッド容
量Ｃ９と配線容量Ｃ１は寄生容量と呼ばれ、光変調器の
帯域を制限する要因となる。そのため、光変調器の高速
化に間しては先導波路構造の最適化と共に、寄生容量の
低減化が重要である。
光変調器の従来例として、駆出らの試作したＩｎＧａＡ
ｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷｆｌＩ造を用いた２０
ＧＨｚ光変調器がある＜１９８９年電子情報通信学会春
季全国大会Ｃ−７４７４）。これは半導体のＰＩＮ構造
への逆バイアスによる電界で生ずるエキシトンピークの
シフトを利用した吸収型の光変調器であり、ｎ−ＩｎＰ
基板上にｎＩｎＡｌＡｓクラッド層、ｉ−ＭＱＷガイド
層、ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層をＭＢＥ法により作製
したものである。この光変調器の場合、超高速変調を狙
っているためにパッド部の下をポリイミドで埋め込み低
容量化を図り、その結果、素子容量的０．２ｐＦと非常
に低い値を得ている。しかし、この場合でも光変調器に
本質的な接合容量Ｃｊは全体の半分以下であり、残りは
ｎ−ＩｎＰ基板と配線電極間によって生ずる本来不要な
配線容量とパッド容量である。またこの光変調器の素子
長は約１００μｍであり、スイッチの特性から考えて、
これ以上の接合容量の大幅な低減は困難であり、更にｎ
−ＩｎＰ基板のような導電性の基板を用いているために
配線容量、パッド容量をこれ以上下げることもまた困難
である。従って従来の構造の光変調器では、変調帯域は
高々２０〜２５ＧＨｚであり、将来の超高速光変調器（
帯域≧５０ Ｇ Ｈｚ ）への適用は困難であった。
ｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷｆｌＩ造を用いた２０
ＧＨｚ光変調器がある＜１９８９年電子情報通信学会春
季全国大会Ｃ−７４７４）。これは半導体のＰＩＮ構造
への逆バイアスによる電界で生ずるエキシトンピークの
シフトを利用した吸収型の光変調器であり、ｎ−ＩｎＰ
基板上にｎＩｎＡｌＡｓクラッド層、ｉ−ＭＱＷガイド
層、ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層をＭＢＥ法により作製
したものである。この光変調器の場合、超高速変調を狙
っているためにパッド部の下をポリイミドで埋め込み低
容量化を図り、その結果、素子容量的０．２ｐＦと非常
に低い値を得ている。しかし、この場合でも光変調器に
本質的な接合容量Ｃｊは全体の半分以下であり、残りは
ｎ−ＩｎＰ基板と配線電極間によって生ずる本来不要な
配線容量とパッド容量である。またこの光変調器の素子
長は約１００μｍであり、スイッチの特性から考えて、
これ以上の接合容量の大幅な低減は困難であり、更にｎ
−ＩｎＰ基板のような導電性の基板を用いているために
配線容量、パッド容量をこれ以上下げることもまた困難
である。従って従来の構造の光変調器では、変調帯域は
高々２０〜２５ＧＨｚであり、将来の超高速光変調器（
帯域≧５０ Ｇ Ｈｚ ）への適用は困難であった。
また、光変調器と光源である半導体レーザ（ＬＤ）を集
積した素子の例として、そう田らが試作した光変調器／
ＤＦＢレーザ集積化光源がある（１００Ｃ’ ８９テク
ニカルダイジェス？−２０ＰＤＢ−５）、これはｎ−Ｉ
ｎＰ基板上にＤＦＢＬＤとフランツ・ケルデイツシュ効
果による光の吸収を利用した光変調器を集積したもので
あり、ＬＤ及び光変調器の光導波路の両側を高抵抗Ｉｎ
Ｐで埋め込んだものである。これも前記の従来例と同様
に導電性の基板を用いているため、パッド部での容量が
大きく素子容量として０．５５ｐＦ、変調帯域として１
０ＧＨｚ程度までしか得られていない。
積した素子の例として、そう田らが試作した光変調器／
ＤＦＢレーザ集積化光源がある（１００Ｃ’ ８９テク
ニカルダイジェス？−２０ＰＤＢ−５）、これはｎ−Ｉ
ｎＰ基板上にＤＦＢＬＤとフランツ・ケルデイツシュ効
果による光の吸収を利用した光変調器を集積したもので
あり、ＬＤ及び光変調器の光導波路の両側を高抵抗Ｉｎ
Ｐで埋め込んだものである。これも前記の従来例と同様
に導電性の基板を用いているため、パッド部での容量が
大きく素子容量として０．５５ｐＦ、変調帯域として１
０ＧＨｚ程度までしか得られていない。
本発明の目的は、素子容量を下げることにより超高速動
作が可能な光半導体素子を提供することにある。
作が可能な光半導体素子を提供することにある。
本発明は、能動層を含む半導体多層構造と、金属よりな
るボンディングパットとが、高抵抗半導体基板の一生面
上に選択的に形成され、且つ、前記半導体多層構造の上
部にある電極と前記ボンディングパッドを結ぶ金属より
なる配線が、エアーブリッジ構造であることを特徴とす
る光半導体素子である。
るボンディングパットとが、高抵抗半導体基板の一生面
上に選択的に形成され、且つ、前記半導体多層構造の上
部にある電極と前記ボンディングパッドを結ぶ金属より
なる配線が、エアーブリッジ構造であることを特徴とす
る光半導体素子である。
また、本発明の光半導体素子を製造する方法は、高抵抗
半導体基板上に能動層を含む半導体多層構造を形成する
結晶成長工程と、前記半導体多層構造の一部をエツチン
グして高抵抗半導体基板の一部表面を露出する工程と、
半導体多層構造の電極形成部を除いて半導体多層構造を
第１の絶縁層で覆う工程と、全体を金属層で覆う工程と
、前記金属層の一部を第２の絶縁層で覆う工程と、第２
の絶縁層で覆われないで露出している金属層表面に金属
配線を施す工程と、前記第２の絶縁層、金属配線が施さ
れなかった領域の金属層、第１の絶縁層を順次除去する
工程とを少くとも備えたことを特徴とする構成になって
いる。
半導体基板上に能動層を含む半導体多層構造を形成する
結晶成長工程と、前記半導体多層構造の一部をエツチン
グして高抵抗半導体基板の一部表面を露出する工程と、
半導体多層構造の電極形成部を除いて半導体多層構造を
第１の絶縁層で覆う工程と、全体を金属層で覆う工程と
、前記金属層の一部を第２の絶縁層で覆う工程と、第２
の絶縁層で覆われないで露出している金属層表面に金属
配線を施す工程と、前記第２の絶縁層、金属配線が施さ
れなかった領域の金属層、第１の絶縁層を順次除去する
工程とを少くとも備えたことを特徴とする構成になって
いる。
本発明は高抵抗基板を用い、この上に能動層を含む半導
体多層構造を備え、半導体多層構造上部に形成した電極
と高抵抗半導体基板上に形成したボンディングパッドを
結ぶ配線をエアーブリッジ構造とすることにより、寄生
容量を極力下げ、素子全体の容量の低減化を図り、素子
の高速化を可能としたものである。
体多層構造を備え、半導体多層構造上部に形成した電極
と高抵抗半導体基板上に形成したボンディングパッドを
結ぶ配線をエアーブリッジ構造とすることにより、寄生
容量を極力下げ、素子全体の容量の低減化を図り、素子
の高速化を可能としたものである。
一般に容量ＣはＣ＝ε５ε。Ｓ／ｄで表すことが出来る
。ここでεは比誘電率、ε０は真空の誘電率、Ｓは電極
面積（またはｐｎ接合面積）、ｄは電極間距離（または
空乏層厚）である。従来例の項でも述べたが、素子全体
の容量Ｃ０は接合容量Ｃ４、配線容量ＣＩ、パッド容量
Ｃ９により、Ｃｔ ＝ＣＪ ＋Ｃ＋ 十Ｃｐで表される
。接合容量ＣＪは変調器の静特性に影響を及ぼすため、
それを劣化させない程度に設計し、導波路幅２μｍ、導
波路長１００μｍ、空乏層厚０．３μｍとすると接合容
量Ｃ１は約７４ｆＦとなる。残りの配線容量Ｃ１、パッ
ド容量Ｃ２は変調器の広帯域化のためには低減するのが
望ましい。本発明によれば、高抵抗基板をもちいること
により、電極間距離ｄを約１００μｍ程度とすることが
でき、パッド容量Ｃ２の低減ができ、また、エアーブリ
ッジ配線を用い、εｓ−１とすることで配線容量Ｃ９の
低減が出来るので、従来の導電性基板を用い、パッド部
の下をポリイミドなどの誘電体で埋め込んだ構造（ｄ−
２〜３μｍ、εＳ−３）に比べ約１／ｌ Ｏ、パッド部
の下を半導体の高抵抗層で埋め込んだ構造（ｄ−２〜３
μｍ、εＳ−１２〉に比べて約ｌ／３０程度まで、パッ
ド容量と配線容量の相（ＣＤ＋ＣＩ）を低減することが
出来る。
。ここでεは比誘電率、ε０は真空の誘電率、Ｓは電極
面積（またはｐｎ接合面積）、ｄは電極間距離（または
空乏層厚）である。従来例の項でも述べたが、素子全体
の容量Ｃ０は接合容量Ｃ４、配線容量ＣＩ、パッド容量
Ｃ９により、Ｃｔ ＝ＣＪ ＋Ｃ＋ 十Ｃｐで表される
。接合容量ＣＪは変調器の静特性に影響を及ぼすため、
それを劣化させない程度に設計し、導波路幅２μｍ、導
波路長１００μｍ、空乏層厚０．３μｍとすると接合容
量Ｃ１は約７４ｆＦとなる。残りの配線容量Ｃ１、パッ
ド容量Ｃ２は変調器の広帯域化のためには低減するのが
望ましい。本発明によれば、高抵抗基板をもちいること
により、電極間距離ｄを約１００μｍ程度とすることが
でき、パッド容量Ｃ２の低減ができ、また、エアーブリ
ッジ配線を用い、εｓ−１とすることで配線容量Ｃ９の
低減が出来るので、従来の導電性基板を用い、パッド部
の下をポリイミドなどの誘電体で埋め込んだ構造（ｄ−
２〜３μｍ、εＳ−３）に比べ約１／ｌ Ｏ、パッド部
の下を半導体の高抵抗層で埋め込んだ構造（ｄ−２〜３
μｍ、εＳ−１２〉に比べて約ｌ／３０程度まで、パッ
ド容量と配線容量の相（ＣＤ＋ＣＩ）を低減することが
出来る。
その結果、素子全体の容量Ｃｔはほぼ接合容量ＣＪによ
って決まり、変調器及び光検出器の広帯域化を図ること
が出来る。
って決まり、変調器及び光検出器の広帯域化を図ること
が出来る。
次に本発明の実施例について、図面を参照して説明する
。
。
第１図は、本発明の第１の実施例の主要部を示す光変調
器の斜視図である。
器の斜視図である。
第２図に第１の実施例の製造方法を示す製造工程図を示
す。この実施例は、ＩｎＰバッファー層２、ノンドープ
ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３、ｐＩｎＰクラッド層４、ｐ
−Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓキャラプ層５の多Ｍｔｆａ
造からなるメサストライプ６の両側がＦｅドープＴｎＰ
高抵抗層７により埋め込まれた構造を有する光変調器と
、金属からなるボンティングパッド１５が、Ｆｅドープ
のＩｎＰからなる高抵抗半導体基板１の一生面上に選択
的に形成され、且つ光変調器とボンディングパッド１５
を結ぶ配線１４が光変調器の半導体層上でエアーブリッ
ジ構造を有するものである。
す。この実施例は、ＩｎＰバッファー層２、ノンドープ
ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３、ｐＩｎＰクラッド層４、ｐ
−Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓキャラプ層５の多Ｍｔｆａ
造からなるメサストライプ６の両側がＦｅドープＴｎＰ
高抵抗層７により埋め込まれた構造を有する光変調器と
、金属からなるボンティングパッド１５が、Ｆｅドープ
のＩｎＰからなる高抵抗半導体基板１の一生面上に選択
的に形成され、且つ光変調器とボンディングパッド１５
を結ぶ配線１４が光変調器の半導体層上でエアーブリッ
ジ構造を有するものである。
第１図に示した光変調器の製造方法を第２図に基づいて
簡単に説明する。ＦｅドープＩｎＰよりなる高抵抗半導
体基板１上にｎ＋−ＩｎＰよりなるバッファー層２（厚
さ２．０μｍ、キャリア濃度５ Ｘ １０１７ｃｍ−’
） 、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１．４７５μｍ〉よりなる導波路層３（厚さＯ−３，ｃ
ｚｍ）、ｐ”−ＩｎＰよりなるクラッド層４（厚さ２．
０μｍ、キャリア濃度５Ｘ１０１７ｃｍ−’） 、ｐ＋
−Ｉ ｎＧａＡｓよりなるキャップ層５（厚さ０．３μ
ｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１９ｃｍ−３）を有機金
属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順次成長する。次
に、通常のフォトリソグラフィー法をもちいて幅２μｍ
のストライプ状のＳ ｉ ０２マスクを形成した後、こ
の５ｉ０２マスクを用いてバッファー層２に至るまでエ
ツチングをおこないメサストライプ６を形成する。次に
、この５ｉ０２マスクを選択成長用のマスクとして用い
、ＭＯＶＰＥ法でメサストライプの両側をＦｅドープＩ
ｎＰよりなる高抵抗層７で選択的に埋め込む。さらに、
通常のフォトリソグラフィー法をもちいて、メサストラ
イプを含む幅１０μｍを残し選択的にエツチングをおこ
ない、一方は、バッファー層２、他方は高抵抗基板１を
露出させる。その後、キャップ層５上にＡｕＺｎからな
るｐ電極８、バッファー層２上にＡｕＧｅＮｉからなる
ｎ電′Ｉｆ１９を形成する（第２図（ａ〉）。次に、エ
アーブリッジ配線の空隙形成のために厚さ２μｍの下層
レジスト１１をパターニング後、選択金メツキの下地電
極１２となるＴｉ／Ａｕ（各々５００Ａ１５００Ａ）を
真空蒸着する。更に下地電極１２の上部に上層レジスト
１３をパターニングし、この上層レジスト１３をマスク
に用いて厚さ１μｍの選択金メツキを行う（第２図（ｂ
））。その後、０２プラズマにより９ ０ 上層レジスト１３を除去し、ドライエツチングにより不
用な下地電極１２を除去し、０２プラズマにより下層レ
ジスト１１を除去することによって、エアーブリッジ配
線１４およびボンディングパッド１５が形成される（第
２図（Ｃ））。その後、基板は研磨により約１００μｍ
の厚さとし、素子長はへき開により１００μｍとした。
簡単に説明する。ＦｅドープＩｎＰよりなる高抵抗半導
体基板１上にｎ＋−ＩｎＰよりなるバッファー層２（厚
さ２．０μｍ、キャリア濃度５ Ｘ １０１７ｃｍ−’
） 、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１．４７５μｍ〉よりなる導波路層３（厚さＯ−３，ｃ
ｚｍ）、ｐ”−ＩｎＰよりなるクラッド層４（厚さ２．
０μｍ、キャリア濃度５Ｘ１０１７ｃｍ−’） 、ｐ＋
−Ｉ ｎＧａＡｓよりなるキャップ層５（厚さ０．３μ
ｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０１９ｃｍ−３）を有機金
属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順次成長する。次
に、通常のフォトリソグラフィー法をもちいて幅２μｍ
のストライプ状のＳ ｉ ０２マスクを形成した後、こ
の５ｉ０２マスクを用いてバッファー層２に至るまでエ
ツチングをおこないメサストライプ６を形成する。次に
、この５ｉ０２マスクを選択成長用のマスクとして用い
、ＭＯＶＰＥ法でメサストライプの両側をＦｅドープＩ
ｎＰよりなる高抵抗層７で選択的に埋め込む。さらに、
通常のフォトリソグラフィー法をもちいて、メサストラ
イプを含む幅１０μｍを残し選択的にエツチングをおこ
ない、一方は、バッファー層２、他方は高抵抗基板１を
露出させる。その後、キャップ層５上にＡｕＺｎからな
るｐ電極８、バッファー層２上にＡｕＧｅＮｉからなる
ｎ電′Ｉｆ１９を形成する（第２図（ａ〉）。次に、エ
アーブリッジ配線の空隙形成のために厚さ２μｍの下層
レジスト１１をパターニング後、選択金メツキの下地電
極１２となるＴｉ／Ａｕ（各々５００Ａ１５００Ａ）を
真空蒸着する。更に下地電極１２の上部に上層レジスト
１３をパターニングし、この上層レジスト１３をマスク
に用いて厚さ１μｍの選択金メツキを行う（第２図（ｂ
））。その後、０２プラズマにより９ ０ 上層レジスト１３を除去し、ドライエツチングにより不
用な下地電極１２を除去し、０２プラズマにより下層レ
ジスト１１を除去することによって、エアーブリッジ配
線１４およびボンディングパッド１５が形成される（第
２図（Ｃ））。その後、基板は研磨により約１００μｍ
の厚さとし、素子長はへき開により１００μｍとした。
なお、ｐ電極の面積はストライプ部で１００μｍＸ２μ
ｍ、パッド部で５０μｍ×５０μｍ、配線は幅１０μｍ
・長さ５０μｍ・エアーブリッジの高さ２μｍである。
ｍ、パッド部で５０μｍ×５０μｍ、配線は幅１０μｍ
・長さ５０μｍ・エアーブリッジの高さ２μｍである。
次にこの光変調器の動作について説明する。最初に静特
性について述べる。入射光の波長は光通信用の１．５５
μｍとする。ｐ側電極８とｎ側電極９の間に逆バイアス
電圧が印加されていないときは、入射光はそのまま出射
光として出力される。この時の伝播損失は、素子長１０
０μｍ、入射光と導波層のバンドギャップとの波長差が
７５ｎｍであることにより、約１．５ｄＢと小さな値で
ある。
性について述べる。入射光の波長は光通信用の１．５５
μｍとする。ｐ側電極８とｎ側電極９の間に逆バイアス
電圧が印加されていないときは、入射光はそのまま出射
光として出力される。この時の伝播損失は、素子長１０
０μｍ、入射光と導波層のバンドギャップとの波長差が
７５ｎｍであることにより、約１．５ｄＢと小さな値で
ある。
１
ｐ電極８とｎ電極９の間に逆バイアス電圧が印加され１
−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３に電界が印加されるとフラ
ンツ・ケルデイツシュ効果により入射光はｉ −Ｉ ｎ
ＧａＡｓＰ導波路層３を伝播中に吸収を受は出射光は出
力されない。この時の消光比は電圧３Ｖで１０ｄＢ以上
と良好な特性が得られる。
−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層３に電界が印加されるとフラ
ンツ・ケルデイツシュ効果により入射光はｉ −Ｉ ｎ
ＧａＡｓＰ導波路層３を伝播中に吸収を受は出射光は出
力されない。この時の消光比は電圧３Ｖで１０ｄＢ以上
と良好な特性が得られる。
次に変調特性について述べる。作用の項でも述べた様に
、電界効果を用いた光変調器の帯域は素子の容量Ｃによ
りほぼ決定され△ｆ＝１／（π／ＣＲ）で表される。実
施例の場合、半導体の非誘電率を１２．５として計算す
ると、接合容量ＣＩは７４ｆＦ、配線容量ＣＩ及びパッ
ド容量ｃ、、は３ｆＦであり、索子全体の容量は７７ｆ
Ｆである。従って、本発明による高抵抗基板の使用、エ
アーブリッジ配線構造を採用することにより、変調速度
を決定する素子容量の値を従来に比べ数分の１以下に低
減でき、変調帯域として８３ＧＨｚが得られ、超高速変
調が可能な光変調器が得られる。
、電界効果を用いた光変調器の帯域は素子の容量Ｃによ
りほぼ決定され△ｆ＝１／（π／ＣＲ）で表される。実
施例の場合、半導体の非誘電率を１２．５として計算す
ると、接合容量ＣＩは７４ｆＦ、配線容量ＣＩ及びパッ
ド容量ｃ、、は３ｆＦであり、索子全体の容量は７７ｆ
Ｆである。従って、本発明による高抵抗基板の使用、エ
アーブリッジ配線構造を採用することにより、変調速度
を決定する素子容量の値を従来に比べ数分の１以下に低
減でき、変調帯域として８３ＧＨｚが得られ、超高速変
調が可能な光変調器が得られる。
２
第３図は本発明による光検出器の実施例を示す図である
。本実施例に於いては、光吸収層１６がＩｎＰと格子整
合するＩｎＧａＡｓであることを除いては第１図に示し
た光変調器の実施例と構造及び製造方法は同じであるの
で、ここでは構造及び製造方法に関する詳細な説明は省
略する。この光検出器においては、波長１．５５μｍの
入射光に対してＩ ｎＧａＡｓ光吸収層１６のバンドギ
ャップは１６７μｍと入射光の波長より長波長側である
ので、光吸収層１６において入射光は効率的に吸収され
る。吸収された光によるフォトカレントをｐ電極８、ｎ
電極９から検出することで、第３図に示した素子は導波
路型の光検出器として機能する。この場合も、素子長及
びＩ ｎＧａＡｓ光吸収層１６の厚さが第１の実施例と
同程度であれば、素子の容量は０．１ｐＦ以下とするこ
とができ、本発明により超広帯域の光検出器が得られる
。
。本実施例に於いては、光吸収層１６がＩｎＰと格子整
合するＩｎＧａＡｓであることを除いては第１図に示し
た光変調器の実施例と構造及び製造方法は同じであるの
で、ここでは構造及び製造方法に関する詳細な説明は省
略する。この光検出器においては、波長１．５５μｍの
入射光に対してＩ ｎＧａＡｓ光吸収層１６のバンドギ
ャップは１６７μｍと入射光の波長より長波長側である
ので、光吸収層１６において入射光は効率的に吸収され
る。吸収された光によるフォトカレントをｐ電極８、ｎ
電極９から検出することで、第３図に示した素子は導波
路型の光検出器として機能する。この場合も、素子長及
びＩ ｎＧａＡｓ光吸収層１６の厚さが第１の実施例と
同程度であれば、素子の容量は０．１ｐＦ以下とするこ
とができ、本発明により超広帯域の光検出器が得られる
。
上述の実施例においては寸法例も示したが、結晶成長・
電極形成の様子は成長法・条件などで大幅に変化するの
でそれらと共に適切な寸法を採用すべきことは言うまで
もない。また電極金属・配線金属の種類に関して制限は
ない。光変調器の材料・構造としては、フランツ・ケル
デツシュ効果を利用したＩ ｎＧａ’ＡｓＰ／Ｉ ｎＰ
系ダブルへテロ構造の半導導波路につき説明したが、こ
れに限定されるものではなく、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ系、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の材料、更に量子閉
じ込めシュタルク効果を利用した多重量子井戸（ＭＱＷ
）ｔＭ造の光導波路などを用いてもよい。光半導体素子
も光変調器、光検出器に限らず発光ダイオード、半導体
レーザ等でもよい。
電極形成の様子は成長法・条件などで大幅に変化するの
でそれらと共に適切な寸法を採用すべきことは言うまで
もない。また電極金属・配線金属の種類に関して制限は
ない。光変調器の材料・構造としては、フランツ・ケル
デツシュ効果を利用したＩ ｎＧａ’ＡｓＰ／Ｉ ｎＰ
系ダブルへテロ構造の半導導波路につき説明したが、こ
れに限定されるものではなく、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ系、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の材料、更に量子閉
じ込めシュタルク効果を利用した多重量子井戸（ＭＱＷ
）ｔＭ造の光導波路などを用いてもよい。光半導体素子
も光変調器、光検出器に限らず発光ダイオード、半導体
レーザ等でもよい。
以上詳細に説明したように、本発明によれば超高速動作
が可能な光半導体素子が得られ、将来の超高速光通信シ
ステムの実現に貢献すること大である。
が可能な光半導体素子が得られ、将来の超高速光通信シ
ステムの実現に貢献すること大である。
第１図は本発明の第１の実施例である光変調器３
４
の構造図であり、第２図はその製造方法を示す製造工程
図である。第３図は本発明の第２の実施例である光検出
器の構造図である。 図において、１は高抵抗ＩｎＰ基板、２はｎ＋−ＩｎＰ
クラッド層、３はｉ −Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ、ガイド層
、４はｐ−ＩｎＰクラッド層、５はｐＩ ｎＧａＡｓキ
ャップ層、６はメサストライプ、７はＩｎＰ高抵抗層、
８はｐ電極、９はｎ電極、１０は誘電体、１１は下層レ
ジスト、１２は下地電極、１３は上層レジス１〜．１４
はエアーブリッジ配線、１５はボンディングパッドであ
る。
図である。第３図は本発明の第２の実施例である光検出
器の構造図である。 図において、１は高抵抗ＩｎＰ基板、２はｎ＋−ＩｎＰ
クラッド層、３はｉ −Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ、ガイド層
、４はｐ−ＩｎＰクラッド層、５はｐＩ ｎＧａＡｓキ
ャップ層、６はメサストライプ、７はＩｎＰ高抵抗層、
８はｐ電極、９はｎ電極、１０は誘電体、１１は下層レ
ジスト、１２は下地電極、１３は上層レジス１〜．１４
はエアーブリッジ配線、１５はボンディングパッドであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、能動層を含む半導体多層構造と、金属よりなるボン
ディングパットとが、高抵抗半導体基板の一主面上に選
択的に形成され、且つ、前記半導体多層構造の上部にあ
る電極と前記ボンディングパッドを結ぶ金属よりなる配
線が、エアーブリッジ構造であることを特徴とする光半
導体素子。 ２、高抵抗半導体基板上に能動層を含む半導体多層構造
を形成する結晶成長工程と、前記半導体多層構造の一部
をエッチングして高抵抗半導体基板の一部表面を露出す
る工程と、半導体多層構造の電極形成部を除いて半導体
多層構造を第１の絶縁層で覆う工程と、全体を金属層で
覆う工程と、前記金属層の一部を第２の絶縁層で覆う工
程と、第２の絶縁層で覆われないで露出している金属層
表面に金属配線を施す工程と、前記第２の絶縁層、金属
配線が施されなかった領域の金属層、第１の絶縁層を順
次除去する工程とを少くとも備えたことを特徴とする光
半導体素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2062981A JP2827411B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 光半導体素子及びその製造方法 |
| DE69019498T DE69019498T2 (de) | 1989-12-27 | 1990-12-27 | Optische Halbleitervorrichtung. |
| EP90125516A EP0437836B1 (en) | 1989-12-27 | 1990-12-27 | Optical semiconductor device |
| US08/307,036 US5825047A (en) | 1989-12-27 | 1994-09-16 | Optical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2062981A JP2827411B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03263388A true JPH03263388A (ja) | 1991-11-22 |
| JP2827411B2 JP2827411B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=13216049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2062981A Expired - Lifetime JP2827411B2 (ja) | 1989-12-27 | 1990-03-13 | 光半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2827411B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139717A (ja) * | 2000-11-06 | 2002-05-17 | Mitsubishi Electric Corp | 光変調器およびその製造方法並びに光半導体装置 |
| US6692837B2 (en) | 2001-05-11 | 2004-02-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Semi-insulating substrate, semiconductor optical device and fabrication method of semiconductor thin film |
| JP2005114929A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体光変調器及びその製造方法 |
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| GB2426073A (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-15 | Filtronic Plc | Optical modulator |
| US7257140B2 (en) | 2003-08-04 | 2007-08-14 | Nichia Corporation | Semiconductor laser device |
| JP2016046393A (ja) * | 2014-08-22 | 2016-04-04 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| WO2016157687A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 日本電気株式会社 | 電気光学装置 |
| WO2017212887A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 株式会社村田製作所 | 垂直共振器面発光レーザ |
| CN109638638A (zh) * | 2017-10-05 | 2019-04-16 | 住友电工光电子器件创新株式会社 | 光学模块 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59215777A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受・発光素子モジユ−ル |
| JPH01150379A (ja) * | 1987-12-07 | 1989-06-13 | Nec Corp | 発光装置 |
-
1990
- 1990-03-13 JP JP2062981A patent/JP2827411B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| JPS59215777A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 受・発光素子モジユ−ル |
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| US7875943B2 (en) | 2004-08-25 | 2011-01-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor photoreceptor device |
| GB2426073A (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-15 | Filtronic Plc | Optical modulator |
| JP2016046393A (ja) * | 2014-08-22 | 2016-04-04 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| WO2016157687A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 日本電気株式会社 | 電気光学装置 |
| JPWO2016157687A1 (ja) * | 2015-03-31 | 2018-01-25 | 日本電気株式会社 | 電気光学装置 |
| US10274757B2 (en) | 2015-03-31 | 2019-04-30 | Nec Corporation | Electro-optic device |
| WO2017212887A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 株式会社村田製作所 | 垂直共振器面発光レーザ |
| CN109638638A (zh) * | 2017-10-05 | 2019-04-16 | 住友电工光电子器件创新株式会社 | 光学模块 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2827411B2 (ja) | 1998-11-25 |
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