JPH06222406A - 半導体光デバイス - Google Patents
半導体光デバイスInfo
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- JPH06222406A JPH06222406A JP1081293A JP1081293A JPH06222406A JP H06222406 A JPH06222406 A JP H06222406A JP 1081293 A JP1081293 A JP 1081293A JP 1081293 A JP1081293 A JP 1081293A JP H06222406 A JPH06222406 A JP H06222406A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 本発明の半導体光デバイスは、少なくとも一
部分にノンドープ層を有するコア層と、少なくとも一つ
の導電性クラッド層とを持つ半導体光デバイスにおい
て、導電性クラッドの少なくとも一部よりも不純物のド
ーピング濃度が高い層がノンドーピング層に隣接して設
けられたことを特徴とする。 【効果】 したがってダイオードとしての特性、消光比
特性、光スイッチング特性等が改善されるとともに、挿
入損失の点でも従来のものと比べて優れている。
部分にノンドープ層を有するコア層と、少なくとも一つ
の導電性クラッド層とを持つ半導体光デバイスにおい
て、導電性クラッドの少なくとも一部よりも不純物のド
ーピング濃度が高い層がノンドーピング層に隣接して設
けられたことを特徴とする。 【効果】 したがってダイオードとしての特性、消光比
特性、光スイッチング特性等が改善されるとともに、挿
入損失の点でも従来のものと比べて優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低電圧もしくは低注入
電流で動作する低挿入損失な半導体光デバイスに関する
ものである。
電流で動作する低挿入損失な半導体光デバイスに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光変調器、半導体導波路型光スイッチ等
に適用する光デバイスとして、多重量子井戸（Multiple
Quantum Well:以下、ＭＱＷと略す）半導体材料を用い
たものがある。このような材料は、大きな量子井戸閉じ
込め効果（Quantum Confined Stark Effect ：以下、Ｑ
ＣＳＥと略す）に起因する電気光学的効果を有している
ので、高効率で小型の光変調器や導波路光スイッチ等種
々の光デバイスを実現できるなどの特徴があり、これら
の光デバイスの研究が進められている。
に適用する光デバイスとして、多重量子井戸（Multiple
Quantum Well:以下、ＭＱＷと略す）半導体材料を用い
たものがある。このような材料は、大きな量子井戸閉じ
込め効果（Quantum Confined Stark Effect ：以下、Ｑ
ＣＳＥと略す）に起因する電気光学的効果を有している
ので、高効率で小型の光変調器や導波路光スイッチ等種
々の光デバイスを実現できるなどの特徴があり、これら
の光デバイスの研究が進められている。
【０００３】従来の導波路型光スイッチの一例として、
ＭＱＷを用いた方向性結合器形１ｘ２光スイッチ（この
スイッチはポート(A) への光入射とポート(B) への光入
射とが同時に起こらないと仮定されたものなので２×２
スイッチではない）の斜視図を図５に、そのＣ−Ｃ′線
に沿う断面図を図６に示す。図５中、参照符号I は光入
力部、IIは方向性結合器形光スイッチ部、III は光出力
部、そしてIVは光吸収部である。また、図５および６
中、参照符号１はｐ電極、２はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層、３はｐ−ＩｎＰクラッド層、４はｉ−ＩｎＰク
ラッド層、５はエッチストップ層、６はｉ−ＩｎＰサイ
ドクラッド層、７はｉ−ＭＱＷ層（コア層）、８はｎ−
ＩｎＰクラッド層、９はｎ−ＩｎＰ基板、１０はｎ側電
極、そして１１は電気的分離溝である。ここでＭＱＷ層
７としては、厚さ９ｎｍのＩｎＧａＡｌＡｓウエルと厚
さ５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリアとを交互に積層したのも
で、ヘビーホールエキシトン（Heavy-hole exciton）の
吸収ピークを１．４４μｍと設定でき、さらに１．５５
μｍの波長でスイッチング動作させることができる。
ＭＱＷを用いた方向性結合器形１ｘ２光スイッチ（この
スイッチはポート(A) への光入射とポート(B) への光入
射とが同時に起こらないと仮定されたものなので２×２
スイッチではない）の斜視図を図５に、そのＣ−Ｃ′線
に沿う断面図を図６に示す。図５中、参照符号I は光入
力部、IIは方向性結合器形光スイッチ部、III は光出力
部、そしてIVは光吸収部である。また、図５および６
中、参照符号１はｐ電極、２はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層、３はｐ−ＩｎＰクラッド層、４はｉ−ＩｎＰク
ラッド層、５はエッチストップ層、６はｉ−ＩｎＰサイ
ドクラッド層、７はｉ−ＭＱＷ層（コア層）、８はｎ−
ＩｎＰクラッド層、９はｎ−ＩｎＰ基板、１０はｎ側電
極、そして１１は電気的分離溝である。ここでＭＱＷ層
７としては、厚さ９ｎｍのＩｎＧａＡｌＡｓウエルと厚
さ５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリアとを交互に積層したのも
で、ヘビーホールエキシトン（Heavy-hole exciton）の
吸収ピークを１．４４μｍと設定でき、さらに１．５５
μｍの波長でスイッチング動作させることができる。
【０００４】さて、方向性結合器部の２本の光導波路
（実際には、ｐ−ＩｎＰクラッド層３やｉ−ＩｎＰクラ
ッド層４の幅、つまりメサ幅）が全く同一の形状および
寸法で製作された場合、入射ポート(a) から光を入射さ
せると出射ポート(d) に全ての光が出射される（クロス
状態）。次に、電極１の片方にスイッチング電圧を印加
すると、図７に示すように光吸収特性が変化し、これに
より方向性結合器部IVのＭＱＷ層の屈折率が変化する。
その結果、方向性結合器部IVの２本の光導波路の等価屈
折率が互いに異なるものとなる。そのため、２本の光導
波路間の結合がなくなるため、光はポート(c) に出射さ
れる（バー状態）。
（実際には、ｐ−ＩｎＰクラッド層３やｉ−ＩｎＰクラ
ッド層４の幅、つまりメサ幅）が全く同一の形状および
寸法で製作された場合、入射ポート(a) から光を入射さ
せると出射ポート(d) に全ての光が出射される（クロス
状態）。次に、電極１の片方にスイッチング電圧を印加
すると、図７に示すように光吸収特性が変化し、これに
より方向性結合器部IVのＭＱＷ層の屈折率が変化する。
その結果、方向性結合器部IVの２本の光導波路の等価屈
折率が互いに異なるものとなる。そのため、２本の光導
波路間の結合がなくなるため、光はポート(c) に出射さ
れる（バー状態）。
【０００５】ところが、一般には製作誤差のため、方向
性結合器部IVの２本の光導波路の寸法は互いに異なって
いる。そのため、入射ポート(a) から光を入射し、出力
ポート(d) から光を出射する場合（クロス状態）には、
出力ポート(c) に漏れ光、すなわちクロストークが生じ
る。そこで電極１２に電界を印加することにより、図７
に示したＱＣＳＥを利用してＭＱＷ層７の吸収端を長波
長側にシフトさせ、クロストーク光を吸収する。また、
電極１に電圧を印加して光を出力ポート(c) に出したい
場合にもクロストーク光が出力ポート(d) に生じる。こ
の時生じた出力ポート(d) のクロストーク光は電極１３
に電圧を印加することにより吸収できる。こうして１×
２光スイッチの出力側ポート（あるいは次段の光スイッ
チの入力ポート）に電極を設け、電界を印加することに
より、漏れ光を吸収すれば、クロストーク成分を極めて
小さく抑制することも可能であり、方向性結合器を製作
する時の製作の歩留りが大幅に向上する利点がある。
性結合器部IVの２本の光導波路の寸法は互いに異なって
いる。そのため、入射ポート(a) から光を入射し、出力
ポート(d) から光を出射する場合（クロス状態）には、
出力ポート(c) に漏れ光、すなわちクロストークが生じ
る。そこで電極１２に電界を印加することにより、図７
に示したＱＣＳＥを利用してＭＱＷ層７の吸収端を長波
長側にシフトさせ、クロストーク光を吸収する。また、
電極１に電圧を印加して光を出力ポート(c) に出したい
場合にもクロストーク光が出力ポート(d) に生じる。こ
の時生じた出力ポート(d) のクロストーク光は電極１３
に電圧を印加することにより吸収できる。こうして１×
２光スイッチの出力側ポート（あるいは次段の光スイッ
チの入力ポート）に電極を設け、電界を印加することに
より、漏れ光を吸収すれば、クロストーク成分を極めて
小さく抑制することも可能であり、方向性結合器を製作
する時の製作の歩留りが大幅に向上する利点がある。
【０００６】上述のこの１×２スイッチを４×４光スイ
ッチに拡張適用した例を図８に示す。例えば、Ｐ1 の光
パワーをバー状態（切り替えずに通り抜ける状態）のＳ
Ｗ１に入力したとする。主パワーはＳＷ１内に実線で示
したように通過するが、γＰ1 のクロストークが生じる
（ここでγはクロストーク率）。ところが、このγＰ1
のクロストーク光はＳＷ３に入射するまでに、電極１３
に電界を印加することによって吸収される。その結果、
ＳＷ３へのクロストーク光はほぼ無視もしくは十分低減
できることになる。さらに、このネットワーク構成で
は、クロストークは光の消光比（あるいは減衰比）の２
乗で減衰することが証明できるので、例えば２０ｄＢ減
衰させればクロストークとして４０ｄＢの改善効果があ
る。従って、大規模光スイッチを製作した場合にも超低
クロストーク特性を実現できるのみでなく、各１×２ス
イッチのクロストーク特性が悪くても、クロストークに
よる歩留り劣化は完全になくすことが可能である（つま
り、このような光スイッチはクロストークをなくすこと
ができるため、Crosstalk-Free構造、略してＣ−Ｆ構造
と特願平４−２１５２７７号において名付けられてい
る）。
ッチに拡張適用した例を図８に示す。例えば、Ｐ1 の光
パワーをバー状態（切り替えずに通り抜ける状態）のＳ
Ｗ１に入力したとする。主パワーはＳＷ１内に実線で示
したように通過するが、γＰ1 のクロストークが生じる
（ここでγはクロストーク率）。ところが、このγＰ1
のクロストーク光はＳＷ３に入射するまでに、電極１３
に電界を印加することによって吸収される。その結果、
ＳＷ３へのクロストーク光はほぼ無視もしくは十分低減
できることになる。さらに、このネットワーク構成で
は、クロストークは光の消光比（あるいは減衰比）の２
乗で減衰することが証明できるので、例えば２０ｄＢ減
衰させればクロストークとして４０ｄＢの改善効果があ
る。従って、大規模光スイッチを製作した場合にも超低
クロストーク特性を実現できるのみでなく、各１×２ス
イッチのクロストーク特性が悪くても、クロストークに
よる歩留り劣化は完全になくすことが可能である（つま
り、このような光スイッチはクロストークをなくすこと
ができるため、Crosstalk-Free構造、略してＣ−Ｆ構造
と特願平４−２１５２７７号において名付けられてい
る）。
【０００７】このように従来の光スイッチのＣ−Ｆ構造
では、図５に示された吸収部IVにおいて電圧印加時に大
きな光吸収を得ることが必要となる。
では、図５に示された吸収部IVにおいて電圧印加時に大
きな光吸収を得ることが必要となる。
【０００８】つぎに、この光吸収の度合と、光スイッチ
を構成する各層のドーピング濃度との関係について説明
する。
を構成する各層のドーピング濃度との関係について説明
する。
【０００９】図９は、図５および図６に示した従来の光
スイッチの光吸収部IV（長さ１ｍｍ）における消光比
（すなわち、光の減衰あるいは光の吸収特性）を示すも
のである。この図では、光スイッチの各層における一立
方センチメートル当りのドーピング濃度を、ｐ+ −Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層２では１×１０18、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層３では１×１０17（図９中、Ａの曲線）または１
×１０18（図９中、Ｂの曲線）、そしてｎ−ＩｎＰクラ
ッド層８では５×１０17である。
スイッチの光吸収部IV（長さ１ｍｍ）における消光比
（すなわち、光の減衰あるいは光の吸収特性）を示すも
のである。この図では、光スイッチの各層における一立
方センチメートル当りのドーピング濃度を、ｐ+ −Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層２では１×１０18、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層３では１×１０17（図９中、Ａの曲線）または１
×１０18（図９中、Ｂの曲線）、そしてｎ−ＩｎＰクラ
ッド層８では５×１０17である。
【００１０】図９に示すように、ｐ−ＩｎＰクラッド層
３のドーピング量が１×１０17（Ａ）の場合、印加電圧
が−１０Ｖでもわずか−８ｄＢの消光比しか得られず、
光吸収部IVにおいて大きな光吸収を得ることができな
い。一方、ｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング量が１
×１０18（Ｂ）の場合、消光比特性が大幅に改善され
る。
３のドーピング量が１×１０17（Ａ）の場合、印加電圧
が−１０Ｖでもわずか−８ｄＢの消光比しか得られず、
光吸収部IVにおいて大きな光吸収を得ることができな
い。一方、ｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング量が１
×１０18（Ｂ）の場合、消光比特性が大幅に改善され
る。
【００１１】このようなドーピング量の違いによる消光
比特性の変化の原因を図１０を参照して説明する。
比特性の変化の原因を図１０を参照して説明する。
【００１２】図１０は、上述の光スイッチにおける逆方
向電圧と暗電流との関係を示すものである。この図で
は、光デバイスのｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング
量を一立方センチメートル当り５×１０17（Ａ）、７×
１０17（Ｂ）および１×１０18（Ｃ）とした。図に示す
ように、ｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング量が低い
と暗電流の値が高くなる。すなわち、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層３のドーピング量が低くかつ均一の場合には、図６
に示したｐ−ＩｎＰクラッド層３とｉ−ＩｎＰクラッド
層４との境界（ｐ−ＩｎＰクラッド層３内の不純物（一
般にＺｎ）の拡散フロント）が不均一となる。その結
果、部分的に大きな電流が流れ、ｉ−ＭＱＷ層７に十分
高い電界が印加されないと考えられる。一方、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３のドーピング量を高くすると、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３とｉ−ＩｎＰクラッド層４との境界が均
一となり、暗電流が低減されかつ消光比特性も大幅に改
善される。
向電圧と暗電流との関係を示すものである。この図で
は、光デバイスのｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング
量を一立方センチメートル当り５×１０17（Ａ）、７×
１０17（Ｂ）および１×１０18（Ｃ）とした。図に示す
ように、ｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング量が低い
と暗電流の値が高くなる。すなわち、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層３のドーピング量が低くかつ均一の場合には、図６
に示したｐ−ＩｎＰクラッド層３とｉ−ＩｎＰクラッド
層４との境界（ｐ−ＩｎＰクラッド層３内の不純物（一
般にＺｎ）の拡散フロント）が不均一となる。その結
果、部分的に大きな電流が流れ、ｉ−ＭＱＷ層７に十分
高い電界が印加されないと考えられる。一方、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３のドーピング量を高くすると、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３とｉ−ＩｎＰクラッド層４との境界が均
一となり、暗電流が低減されかつ消光比特性も大幅に改
善される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ドーピング濃
度が高くなるとドーピング物質（ドーパント）に起因す
るフリーキャリアーによる光の吸収が著しくなり、光の
挿入損失が大きくなる。この傾向は特にｐ側のドーパン
トについて顕著である。
度が高くなるとドーピング物質（ドーパント）に起因す
るフリーキャリアーによる光の吸収が著しくなり、光の
挿入損失が大きくなる。この傾向は特にｐ側のドーパン
トについて顕著である。
【００１４】ｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング濃度
を変数とした場合の光の伝搬損失の計算結果を図１１に
示す。図から、わかるようにｐ−ＩｎＰクラッド層３の
ドーピング濃度が２×１０17、５×１０17、１×１０18
と高くなると、光の伝搬損失もそれに対応して１，３，
９ｄＢ／ｃｍと高くなる。
を変数とした場合の光の伝搬損失の計算結果を図１１に
示す。図から、わかるようにｐ−ＩｎＰクラッド層３の
ドーピング濃度が２×１０17、５×１０17、１×１０18
と高くなると、光の伝搬損失もそれに対応して１，３，
９ｄＢ／ｃｍと高くなる。
【００１５】従って、ｐ−ＩｎＰクラッド層３およびｎ
−ＩｎＰクラッド層８を均一に高くドーピングすると、
ダイオードとしての特性、消光比特性、さらには光のス
イッチング特性を改善できるが、光の挿入損失の著しい
増大を生じるという問題があった。
−ＩｎＰクラッド層８を均一に高くドーピングすると、
ダイオードとしての特性、消光比特性、さらには光のス
イッチング特性を改善できるが、光の挿入損失の著しい
増大を生じるという問題があった。
【００１６】そこで、本発明の目的はこれらの問題を解
決し、ダイオードとしての特性、消光比特性、光のスイ
ッチング特性を改善するとともに、挿入損失の点でも優
れた光スイッチなどの半導体光デバイスを提供すること
にある。
決し、ダイオードとしての特性、消光比特性、光のスイ
ッチング特性を改善するとともに、挿入損失の点でも優
れた光スイッチなどの半導体光デバイスを提供すること
にある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体光デバイスは、少なくとも一部分に
ノンドープ層を有するコア層と、少なくとも一つの導電
性クラッド層とを持つ半導体光デバイスにおいて、導電
性クラッドの少なくとも一部よりも不純物のドーピング
濃度が高い層がノンドープ層に隣接して設けられたこと
を特徴とする。好ましくは、導電性クラッド内のドーピ
ング濃度分布を所定の度合でもって変化させる。また、
さらに好ましくは、ドーピング濃度が高い層とコア層と
の間にノンドープ層が設けられている。
に、本発明の半導体光デバイスは、少なくとも一部分に
ノンドープ層を有するコア層と、少なくとも一つの導電
性クラッド層とを持つ半導体光デバイスにおいて、導電
性クラッドの少なくとも一部よりも不純物のドーピング
濃度が高い層がノンドープ層に隣接して設けられたこと
を特徴とする。好ましくは、導電性クラッド内のドーピ
ング濃度分布を所定の度合でもって変化させる。また、
さらに好ましくは、ドーピング濃度が高い層とコア層と
の間にノンドープ層が設けられている。
【００１８】
【作用】本発明によれば、ノンドープ層とドーピング層
との境界のみにドーピング濃度が高くかつ厚さが薄いド
ーピング層を設けることにより、ダイオードとしての特
性、消光比特性、光のスイッチング特性を改善するとと
もに、挿入損失の点でも優れた光スイッチなどの半導体
光デバイスを実現できる。
との境界のみにドーピング濃度が高くかつ厚さが薄いド
ーピング層を設けることにより、ダイオードとしての特
性、消光比特性、光のスイッチング特性を改善するとと
もに、挿入損失の点でも優れた光スイッチなどの半導体
光デバイスを実現できる。
【００１９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００２０】ここでは、光スイッチが方向性結合形光ス
イッチを構成する場合を例にとって本発明の半導体光デ
バイスについて述べる。
イッチを構成する場合を例にとって本発明の半導体光デ
バイスについて述べる。
【００２１】（実施例１）図１は、本発明にもとづく方
向性結合器形１×２光スイッチの一実施例を示す。ま
た、図２は、図１のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。し
たがって、図２は光スイッチ部IIの断面構造を示してい
るが、図示されていない光吸収部IVも同様の断面構造を
有する。
向性結合器形１×２光スイッチの一実施例を示す。ま
た、図２は、図１のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。し
たがって、図２は光スイッチ部IIの断面構造を示してい
るが、図示されていない光吸収部IVも同様の断面構造を
有する。
【００２２】図１および図２において、参照符号I,は光
入力部、IIは方向性結合器形光スイッチ部、III,は光出
力部、そしてIVは光吸収部である。また、参照符号１は
ｐ電極、２はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層、３はｐ−
ＩｎＰクラッド層、４はｉ−ＩｎＰクラッド層、５はエ
ッチストップ層、６はｉ−ＩｎＰサイドクラッド層、７
はｉ−ＭＱＷ層、８はｎ−ＩｎＰクラッド層、９はｎ−
ＩｎＰ基板、１０はｎ側電極、そして１１は電気的分離
溝である。これらの構成は、図５および図６に示した従
来例と同じである。図１および図２では、さらに以下の
ような構成が示されている。すなわち、参照符号１４は
ｐ−ＩｎＰクラッド層３とノンドープ層であるｉ−Ｉｎ
Ｐクラッド層４との間に設けたドーピング濃度が高くか
つ厚みが薄いｐ−ＩｎＰ層である。また参照符号１５は
ｎ側に設けたｉ−ＩｎＰ層であり、１６はｎ側に設けた
ドーピング濃度が高くかつ厚みが薄いｎ−ＩｎＰ層であ
る。ｎ側ｉ−ＩｎＰ層１５は、結晶成長中に高濃度のド
ーパントがｉ−ＭＱＷ層７に拡散しないようにして設け
られたノンドープ層であり、この層は若干ではるが、ｎ
側ドーパントによる光の伝搬損失低減にも寄与できる。
図３は、図２のＢ−Ｂ′線に沿う断面におけるドーピン
グ濃度の分布を示すグラフで、縦軸はドーピング濃度、
横軸は深さ方向の位置（光スイッチの縦方向における各
層の相対的位置関係）を示している。図中の各数字は、
光スイッチを構成する各層を表すもので、図１および図
２の参照符号と同じである。この実施例では、ｐ+ −Ｉ
ｎＧａＡｓキャップ層２のドーピング濃度は一立方セン
チメートル当り１×１０18以上、ｐ−ＩｎＰ層１４のド
ーピング濃度は１×１０17または１×１０18と設定して
いる。そのため、ｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング
濃度を５×１０17以下と低く設定することが可能であ
る。
入力部、IIは方向性結合器形光スイッチ部、III,は光出
力部、そしてIVは光吸収部である。また、参照符号１は
ｐ電極、２はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層、３はｐ−
ＩｎＰクラッド層、４はｉ−ＩｎＰクラッド層、５はエ
ッチストップ層、６はｉ−ＩｎＰサイドクラッド層、７
はｉ−ＭＱＷ層、８はｎ−ＩｎＰクラッド層、９はｎ−
ＩｎＰ基板、１０はｎ側電極、そして１１は電気的分離
溝である。これらの構成は、図５および図６に示した従
来例と同じである。図１および図２では、さらに以下の
ような構成が示されている。すなわち、参照符号１４は
ｐ−ＩｎＰクラッド層３とノンドープ層であるｉ−Ｉｎ
Ｐクラッド層４との間に設けたドーピング濃度が高くか
つ厚みが薄いｐ−ＩｎＰ層である。また参照符号１５は
ｎ側に設けたｉ−ＩｎＰ層であり、１６はｎ側に設けた
ドーピング濃度が高くかつ厚みが薄いｎ−ＩｎＰ層であ
る。ｎ側ｉ−ＩｎＰ層１５は、結晶成長中に高濃度のド
ーパントがｉ−ＭＱＷ層７に拡散しないようにして設け
られたノンドープ層であり、この層は若干ではるが、ｎ
側ドーパントによる光の伝搬損失低減にも寄与できる。
図３は、図２のＢ−Ｂ′線に沿う断面におけるドーピン
グ濃度の分布を示すグラフで、縦軸はドーピング濃度、
横軸は深さ方向の位置（光スイッチの縦方向における各
層の相対的位置関係）を示している。図中の各数字は、
光スイッチを構成する各層を表すもので、図１および図
２の参照符号と同じである。この実施例では、ｐ+ −Ｉ
ｎＧａＡｓキャップ層２のドーピング濃度は一立方セン
チメートル当り１×１０18以上、ｐ−ＩｎＰ層１４のド
ーピング濃度は１×１０17または１×１０18と設定して
いる。そのため、ｐ−ＩｎＰクラッド層３のドーピング
濃度を５×１０17以下と低く設定することが可能であ
る。
【００２３】「４＋５＋６＋７＋１５」と記したのは、
ｉ−ＩｎＰクラッド層４，ｉ−ＩｎＧａＡｓＰエッチス
トップ層５，ｉ−ＩｎＰサイドクラッド層６，ｉ−ＭＱ
Ｗコア層７、およびｉ−ＩｎＰ層１５を示し、一立方セ
ンチメートル当り７×１０17あるいは１×１０18とドー
ピング濃度の高いｎ−ＩｎＰ層１６のドーパントがその
後の結晶成長の間にｉ−ＭＱＷ層７内に拡散しないため
に設けたノンドープ層であり、若干ではあるが、ｎ側ド
ーパントによる光の伝搬損失低減にも寄与できる。８は
ｎ−ＩｎＰクラッド層であり、そのドーピング濃度は高
ドーピング濃度のｎ−ＩｎＰ層１６があるために、例え
ば５×１０17以下と低く設定できる。参照符号９はｎ−
ＩｎＰ基板である。なお、ｐ形のドーパントＺｎは拡散
し易いので、その拡散フロントの制御が特に重要であ
る。従って、ドーピング濃度の高いｐ−ＩｎＰ層１４
は、ｎ−ＩｎＰ層１６よりも重要であるため、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層１４のみ設けてｉ−ＩｎＰ層１５とｎ−ＩｎＰ層１
６は省略してもよい。
ｉ−ＩｎＰクラッド層４，ｉ−ＩｎＧａＡｓＰエッチス
トップ層５，ｉ−ＩｎＰサイドクラッド層６，ｉ−ＭＱ
Ｗコア層７、およびｉ−ＩｎＰ層１５を示し、一立方セ
ンチメートル当り７×１０17あるいは１×１０18とドー
ピング濃度の高いｎ−ＩｎＰ層１６のドーパントがその
後の結晶成長の間にｉ−ＭＱＷ層７内に拡散しないため
に設けたノンドープ層であり、若干ではあるが、ｎ側ド
ーパントによる光の伝搬損失低減にも寄与できる。８は
ｎ−ＩｎＰクラッド層であり、そのドーピング濃度は高
ドーピング濃度のｎ−ＩｎＰ層１６があるために、例え
ば５×１０17以下と低く設定できる。参照符号９はｎ−
ＩｎＰ基板である。なお、ｐ形のドーパントＺｎは拡散
し易いので、その拡散フロントの制御が特に重要であ
る。従って、ドーピング濃度の高いｐ−ＩｎＰ層１４
は、ｎ−ＩｎＰ層１６よりも重要であるため、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層１４のみ設けてｉ−ＩｎＰ層１５とｎ−ＩｎＰ層１
６は省略してもよい。
【００２４】さて、ドーピング濃度の高いｐ−ＩｎＰ層
１４やｎ−ＩｎＰ層１６を設けた目的は各々ｐ形および
ｎ形のドーパントの拡散フロントを制御することであ
る。従って、これらの層の厚みは数ｎｍから数１０ｎｍ
程度と薄くてよいので、光の伝搬損失に悪影響は与えな
い。さらに、ｐ−ＩｎＰ層１４およびｎ−ＩｎＰ層１６
があるために、ドーパントの拡散フロントを均一に制御
・形成できるので、ｐ−ＩｎＰクラッド層３やｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層８のドーピング量は従来よりも低くでき
る。これらのことから、本発明を用いることにより光の
伝搬損失を従来構造のものよりも低減できることにな
る。例えば、図１１からわかるように、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層３のドーピング濃度を２×１０17と低くすること
により、光の伝搬損失を２ｄＢ／ｃｍとすることができ
る。これは、従来例で消光比を大きくするために、ｐ−
ＩｎＰクラッド層３全体を１×１０18とドープした場合
の光伝搬損失（９ｄＢ／ｃｍ）よりも大幅な損失低減と
なる。
１４やｎ−ＩｎＰ層１６を設けた目的は各々ｐ形および
ｎ形のドーパントの拡散フロントを制御することであ
る。従って、これらの層の厚みは数ｎｍから数１０ｎｍ
程度と薄くてよいので、光の伝搬損失に悪影響は与えな
い。さらに、ｐ−ＩｎＰ層１４およびｎ−ＩｎＰ層１６
があるために、ドーパントの拡散フロントを均一に制御
・形成できるので、ｐ−ＩｎＰクラッド層３やｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層８のドーピング量は従来よりも低くでき
る。これらのことから、本発明を用いることにより光の
伝搬損失を従来構造のものよりも低減できることにな
る。例えば、図１１からわかるように、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層３のドーピング濃度を２×１０17と低くすること
により、光の伝搬損失を２ｄＢ／ｃｍとすることができ
る。これは、従来例で消光比を大きくするために、ｐ−
ＩｎＰクラッド層３全体を１×１０18とドープした場合
の光伝搬損失（９ｄＢ／ｃｍ）よりも大幅な損失低減と
なる。
【００２５】（実施例２）ｐ−ＩｎＰクラッド層および
ｎ−ＩｎＰクラッド層内のドーピング濃度を図４に示す
ような分布にしたこと以外は実施例１と同様の構成であ
る。つまり、ｐ−ＩｎＰクラッド層３やｎ−ＩｎＰクラ
ッド層８のドーピング濃度を、光のパワーの大きなｉ−
ＭＱＷコア７近傍では低くなるようにしている。そし
て、ｐ−ＩｎＰクラッド層３側においてはｐ+ −ＩｎＧ
ａＡｓキャップ層２に近づくにつれて、またｎ−ＩｎＰ
クラッド層８側ではｎ−ＩｎＰ基板９に近づくにつれて
ドーピング濃度を高くしている。なお、図４ではｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層３とｎ−ＩｎＰクラッド層８においてド
ーピング濃度をステップ状に変化させたが、これを徐々
に変化させてもよいことは言うまでもない。この第２の
実施例では、ｐ側とｎ側のドーパントの拡散フロントを
均一に制御できるのみでなく、光の伝搬損失に影響を与
えることなく第１の実施例と比較してｐ側とｎ側のＩｎ
Ｐクラッド層の電気的抵抗を低減できることになる。
ｎ−ＩｎＰクラッド層内のドーピング濃度を図４に示す
ような分布にしたこと以外は実施例１と同様の構成であ
る。つまり、ｐ−ＩｎＰクラッド層３やｎ−ＩｎＰクラ
ッド層８のドーピング濃度を、光のパワーの大きなｉ−
ＭＱＷコア７近傍では低くなるようにしている。そし
て、ｐ−ＩｎＰクラッド層３側においてはｐ+ −ＩｎＧ
ａＡｓキャップ層２に近づくにつれて、またｎ−ＩｎＰ
クラッド層８側ではｎ−ＩｎＰ基板９に近づくにつれて
ドーピング濃度を高くしている。なお、図４ではｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層３とｎ−ＩｎＰクラッド層８においてド
ーピング濃度をステップ状に変化させたが、これを徐々
に変化させてもよいことは言うまでもない。この第２の
実施例では、ｐ側とｎ側のドーパントの拡散フロントを
均一に制御できるのみでなく、光の伝搬損失に影響を与
えることなく第１の実施例と比較してｐ側とｎ側のＩｎ
Ｐクラッド層の電気的抵抗を低減できることになる。
【００２６】以上の説明においては、半導体光デバイス
としてＣ−Ｆ光スイッチについて説明したが、強度変調
器や位相変調器などにも適用できる。さらには、拡散フ
ロントの均一な制御・形成の観点から濃度素子も含めた
電流注入形の光デバイスにも適用可能である。
としてＣ−Ｆ光スイッチについて説明したが、強度変調
器や位相変調器などにも適用できる。さらには、拡散フ
ロントの均一な制御・形成の観点から濃度素子も含めた
電流注入形の光デバイスにも適用可能である。
【００２７】またＭＱＷ層としてＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓ構成を用いたがその他のＭＱＷ材料や構成、ある
いはフランツーケルディッシュ効果などのバルク材料が
持つ効果を用いてもよい。
ｌＡｓ構成を用いたがその他のＭＱＷ材料や構成、ある
いはフランツーケルディッシュ効果などのバルク材料が
持つ効果を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ノ
ンドープ層とドーピング層との境界のみにドーピング濃
度の高い新たなドーピング層を設けることにより、ダイ
オードとしての特性、消光比特性、光のスイッチング特
性を改善するとともに、挿入損失の点でも優れた光スイ
ッチなどの半導体光デバイスを提供することができる。
ンドープ層とドーピング層との境界のみにドーピング濃
度の高い新たなドーピング層を設けることにより、ダイ
オードとしての特性、消光比特性、光のスイッチング特
性を改善するとともに、挿入損失の点でも優れた光スイ
ッチなどの半導体光デバイスを提供することができる。
【００２９】
【図１】本発明にもとづく半導体光デバイスの第一の実
施態様の概略的構成を説明するための斜視図である。
施態様の概略的構成を説明するための斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ′線に沿う断面構造におけるドー
ピング濃度の分布を表す図である。
ピング濃度の分布を表す図である。
【図４】本発明にもとづく半導体光デバイスの第二の実
施態様におけるドーピング濃度の分布を表す図である。
施態様におけるドーピング濃度の分布を表す図である。
【図５】従来の半導体光デバイスの一例の概略的構成を
説明するための斜視図である。
説明するための斜視図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ′線に沿う断面図である。
【図７】ＱＣＳＥについての説明するための特性図であ
る。
る。
【図８】方向性結合器形４×４光スイッチの動作原理を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図９】消光比測定の結果について説明するための図で
ある。
ある。
【図１０】暗電流の測定結果について説明するための図
である。
である。
【図１１】光伝搬損失の測定結果について説明するため
の図である。
の図である。
１ ｐ電極 ２ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ３ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ４ ｉ−ＩｎＰクラッド層 ５ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層 ６ ｉ−ＩｎＰサイドクラッド層 ７ ｉ−ＭＱＷ層（コア層） ８ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ９ ｎ−ＩｎＰ基板 １０ ｎ側電極 １１ 電気的分離溝 １４ ｐ−ＩｎＰ層 １５ ｉ−ＩｎＰ層 １６ ｎ−ＩｎＰ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 聡 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 蓮見 裕二 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 竹内 博昭 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 柳橋 光昭 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも一部分にノンドープ層を有す
るコア層と、少なくとも一つの導電性クラッド層とを持
つ半導体光デバイスにおいて、 前記導電性クラッド層の少なくとも一部よりも不純物の
ドーピング濃度が高い層が前記ノンドープ層に隣接して
設けられたことを特徴とする半導体光デバイス。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体光デバイスにおい
て、前記導電性クラッド層内のドーピング濃度分布を所
定の度合でもって変化させたことを特徴とする半導体光
デバイス。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体光デバイ
スにおいて、前記ドーピング濃度が高い層と前記コア層
との間にノンドープ層が設けられたことを特徴とする半
導体光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1081293A JPH06222406A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 半導体光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1081293A JPH06222406A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 半導体光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06222406A true JPH06222406A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=11760763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1081293A Pending JPH06222406A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 半導体光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06222406A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0882810A (ja) * | 1994-09-14 | 1996-03-26 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ |
| US6351479B1 (en) | 1998-05-14 | 2002-02-26 | Anritsu Corporation | Semiconductor laser having effective output increasing function |
| US6477283B1 (en) | 1999-07-12 | 2002-11-05 | Nec Corporation | Electroabsorption optical modulator and fabrication method thereof |
| JP2017167359A (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 日本電信電話株式会社 | リッジ導波路型光変調器 |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP1081293A patent/JPH06222406A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0882810A (ja) * | 1994-09-14 | 1996-03-26 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ |
| US6351479B1 (en) | 1998-05-14 | 2002-02-26 | Anritsu Corporation | Semiconductor laser having effective output increasing function |
| US6477283B1 (en) | 1999-07-12 | 2002-11-05 | Nec Corporation | Electroabsorption optical modulator and fabrication method thereof |
| JP2017167359A (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 日本電信電話株式会社 | リッジ導波路型光変調器 |
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