JPH1124020A - 埋め込み型半導体光機能素子 - Google Patents

埋め込み型半導体光機能素子

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JPH1124020A
JPH1124020A JP18377197A JP18377197A JPH1124020A JP H1124020 A JPH1124020 A JP H1124020A JP 18377197 A JP18377197 A JP 18377197A JP 18377197 A JP18377197 A JP 18377197A JP H1124020 A JPH1124020 A JP H1124020A
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JP
Japan
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contact layer
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mesa stripe
buried
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Application number
JP18377197A
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English (en)
Inventor
Yuichi Akage
勇一 赤毛
Hiroaki Takeuchi
博昭 竹内
Koichi Wakita
紘一 脇田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期信頼性の高い高速変調動作を実現する。 【解決手段】 コンタクト層2は、メサストライプ構造
から一方の埋め込み層8の外側まで延伸した状態で形成
されており、この延伸されたコンタクト層2の表面にn
側電極9が形成され、メサストライプ構造の上に形成さ
れた電極10は、メサストライプ構造からコンタクト層
2と対向する側に延伸されて電極を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信および種々の
光信号処理に用いられる半導体光変調器等の光機能素子
に関し、特に埋め込み型半導体光機能素子に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】まず、従来の埋め込み型半導体光機能素
子の例として、埋め込み型半導体光変調器について説明
する。
【0003】図6は従来の埋め込み型半導体光変調器を
示す斜視図である。図6に示すように、SiまたはSn
をドープしたn−InPからなる半導体基板1の上に
は、n−InPからなるコンタクト層2とInGaAs
Pからなるクラッド層3と、ノンドープのInGaAs
P系MQW(多重量子井戸:Multiple-Quantum-Well )
層またはInGaAsPバルク層からなる光吸収層4
と、InGaAsPからなるクラッド層5と、p−In
P層6と、p−InGaAsからなるコンタクト層7と
が堆積されてメサストライプ構造を形成している。
【0004】このメサストライプ構造の両側面には、半
絶縁性を示すFeドープのInPもしくはポリイミドに
よって形成された埋め込み層8,8’が形成されてい
る。また、コンタクト層7の上部にはp側電極10が形
成され、半導体基板1の裏面にはn側電極9が形成され
ている。そして、p側電極10は埋め込み層8の上に形
成された電極パッド10aと接続されている。
【0005】さて、半導体光変調器をこのように埋め込
み型とすることは、高度の信頼性を確保する上で必要不
可欠である。しかも、高速の光変調を行うためには、半
導体光変調器の容量を低減しなければならず、埋め込み
層には上記のような半絶縁性を示すFeドープのInP
もしくはポリイミドが一般的に使用されている。
【0006】このようなpin接合構造をもつ半導体光
変調器に逆バイアスを印加することによって、InGa
AsP系のMQWあるいはInGaAsPバルク層から
なる光吸収層4における吸収端波長の長波長方向へのシ
フト現象を利用し、信号光の光変調を実現する。したが
って、光変調器の高速変調速度は、光変調器のもつ電気
的容量の大きさに反比例することになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、一般に進
行波型でない電極構造をもつ半導体光変調器の高速変調
動作の動作速度は、変調器のもつ電気的容量の大きさに
反比例する。したがって、進行波型でない半導体光変調
器の高速化を図るためには、その電気容量を低減するこ
とが必須となる。しかしながら、上記のような従来の半
導体光変調器は、p側電極の接続の際にメサストライプ
構造に直接応力を加えないようにするためメサストライ
プ構造の外側までp側電極を延伸し、電極パッド10a
を形成することが必要とされる。そのため、従来型の構
造を有した半導体光変調器の寄生電気容量は、図7に示
すようにp側電極10とn側電極9に挟まれたメサスト
ライプ構造のpin接合領域に生じる電気容量C1だけ
でなく、電極パッド10aとn側電極9とに挟まれた埋
め込み層8’に生じる電気容量C2の合計となる。した
がって、本質的に不必要な電気容量C2を有し、半導体
光変調器等の性能を低下させる要因となっていた。本発
明は、このような課題を解決するためのものであり、長
期信頼性の高い高速変調動作可能な埋め込み型半導体光
機能素子を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る第1の埋め込み型半導体光機能
素子は、第1のコンタクト層は、メサストライプ構造か
ら一方の埋め込み層の外側まで延伸した状態で形成され
ており、この延伸された第1のコンタクト層の表面に第
1の電極が形成され、メサストライプ構造の上に形成さ
れた電極は、メサストライプ構造から第1のコンタクト
層と対向する側に延伸されて第2の電極を構成してい
る。また、本発明に係る第2の埋め込み型半導体光機能
素子は、第1のコンタクト層は、メサストライプ構造か
ら一方の埋め込み層の側に延伸されるとともに、この第
1のコンタクト層に対応する半導体基板の裏面に形成さ
れた第1の電極と電気的に接続され、メサストライプ構
造の上に形成された電極は、メサストライプ構造から第
1のコンタクト層と対向する側に延伸されて第2の電極
を構成している。本発明はこのように第1の電極と第2
の電極とを配置するため、図3に示すようにこれらの電
極によって形成される寄生電気容量を有する領域はpi
n接合領域のC1のみとなり、半導体光機能素子がもつ
寄生電気容量を従来のものより低減することができる。
その結果、例えば光変調器においては高速動作を実現す
ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について説明する。図1は本発明に係る埋め込み型半導
体光変調器の一つの実施の形態を示す斜視図である。図
1に示すように、半導体基板1の上には第1のコンタク
ト層2と第1のクラッド層3と光吸収層4と第2のクラ
ッド層5とInP層6と第2のコンタクト層7とが堆積
されてメサストライプ構造を形成している。なお、In
P層6とコンタクト層7とで第2のコンタクト層を形成
してもよい。
【0010】また、このメサストライプ構造の両側面は
埋め込み層8,8’によって埋め込まれ、コンタクト層
7の上に形成されたp側電極10には電極パッド10a
が接続されている。さらに、露出したコンタクト層2の
上にはn側電極9が形成されている。
【0011】さて、半導体基板1はFeドープのInP
からなる高抵抗の基板である。コンタクト層2はSiド
ープまたはSnドープのn−InPによって形成されて
いる。クラッド層3,5はInGaAsPによって構成
されている。光吸収層4はノンドープのInGaAsP
/InGaAsPによるMQWによって形成されてい
る。InP層6はZnドープのp−InPによって形成
されている。コンタクト層7はp−lnGaAsによっ
て形成されている。
【0012】また、メサストライプ構造の両側面には、
FeドープのInPまたはポリイミドからなる埋め込み
層8,8’が形成されている。コンタクト層2はメサス
トライプ構造を境としてこのメサストライプ構造の一方
の側(図1の左側)に延伸され、その一部は埋め込み層
8から露出して表面にはn側電極9が形成されている。
【0013】また、コンタクト層7の上部にはp側電極
10が形成され、コンタクト層7とp側電極10とは電
気的に接続されている。p側電極10はメサストライプ
構造を境としてn側電極9とは反対側(図1の右側)に
延伸され、埋め込み層8’の上に形成された電極パッド
10aと接続されている。
【0014】したがって、図3に示すようにn側電極9
と電極パッド10aとが直接向かい合うような領域は無
く、寄生電気容量は図7に示した従来例の場合よりも小
さいものとなる。そのため、埋め込み型半導体光変調器
の高速変調動作を向上させるために必須な寄生電気容量
の低減を可能にしている。なお、図の縮尺は必ずしも正
確なものではなく、各部の長さおよび膜厚は例えば図1
に示すとおりである。
【0015】次に、図1に係る埋め込み型半導体光変調
器の製造方法について図4,5を用いて説明する。な
お、図4,5においては図1のAA’線断面を製造工程
順に記載している。また、図1に示すような構造を実現
できるのであれば、図4,5以外の製造方法を用いても
よい。
【0016】まず、図4に係る第1の製造方法について
説明する。 [製造方法1]ステップ(a)において、半導体基板1
の上に有機金属気相成長法(MOVPE)により、コン
タクト層2とクラッド層3と光吸収層4とクラッド層5
とInP層6とコンタクト層7とを順次成長させて形成
する。その後、形成されたコンタクト層7の面上にSi
2 膜を形成し、フォトリソグラフィおよび反応性ドラ
イエッチング法により、SiO2 膜からなるストライプ
状のマスク20を形成する。
【0017】ステップ(b)において、反応性ドライエ
ッチング法により、コンタクト層7からコンタクト層2
の途中にかけてエッチングを行い、半導体メサストライ
プ構造を形成する。
【0018】ステップ(c)において、ストライプ状の
SiO2 膜からなるマスク20を選択成長用マスクとし
てMOVPE法を実施し、メサストライプ構造の側面全
体を埋め込み層8によって埋める。
【0019】ステップ(d)において、マスク20を除
去した後、再度SiO2 膜を形成し、フォトリソグラフ
ィおよび反応性ドライエッチング法によって選択的にエ
ッチングし、メサストライプ構造の片側(図4(d)の
右側)のみをエッチングするためのSiO2 膜からなる
マスク21を形成する。このとき、マスク21の端は、
形成したメサストライプ構造よりも内側に位置するよう
に位置決めを行う。
【0020】ステップ(e)において、反応性ドライエ
ッチング法により、半導体基板1の途中までエッチング
を行う。ステップ(f)において、SiO2 膜からなる
マスク21を選択成長用マスクとしてMOVPE法を実
施し、メサストライプ構造の側面全体を埋め込み層8’
によって埋める。
【0021】ステップ(g)において、SiO2 選択成
長用のマスク21を除去した後、再度SiO2 膜を形成
し、フォトリソグラフィおよび反応性ドライエッチング
法によってステップ(d)のときとは反対側の埋め込み
層8のみをエッチングするため、SiO2 膜からなるマ
スク22を形成する。このとき、メサストライプ構造か
ら十分離れた埋め込み部分をエッチングするようにマス
クエッジを決める。
【0022】ステップ(h)において、反応性ドライエ
ッチング法により、コンタクト層2の途中までエッチン
グを行う。ステップ(i)において、露出しているコン
タクト層2の上にn側電極9を形成し、さらにコンタク
ト層7の上にp側電極10を形成する。このp側電極1
0には、埋め込み層8’の上に形成した電極パッド10
aを接続する。以上の結果、図1に示す埋め込み型半導
体光変調器が作られた。
【0023】次に、図5に係る第2の製造方法について
説明する。 [製造方法2]ステップ(a)において、半導体基板1
の上に有機金属気相成長法(MOVPE)により、コン
タクト層2を成長させ、その成長面上にSiO2 膜を形
成してフォトリソグラフィおよび反応性ドライエッチン
グ法によりSiO2 膜からなるマスク20を形成する。
【0024】ステップ(b)において、反応性ドライエ
ッチング法により、マスクされていない部分のコンタク
ト層2を半導体基板1の面が完全に出るまでエッチング
を行い、その後マスク20を除去する。
【0025】ステップ(c)において、クラッド層3、
光吸収層4、クラッド層5、InP層6、コンタクト層
7を順次成長させ、さらにその上にSiO2 膜を形成し
てフォトリソグラフィおよび反応性ドライエッチング法
を用いて、ストライプ状のSiO2 膜からなるマスク2
1を形成する。
【0026】ステップ(d)において、反応性ドライエ
ッチング法により、コンタクト層2の途中までエッチン
グを行い、メサストライプ構造を形成する。ステップ
(e)において、マスク21を除去した後、新たにSi
2 膜を形成してからフォトリソグラフィおよび反応性
ドライエッチング法によってSiO2膜からなるマスク
22を形成する。このとき、マスク22はメサストライ
プ構造の一方の側面(図5の左側)およびコンタクト層
2の全面を覆うように形成する。そして、マスク22の
エッジはメサストライプ構造の側壁(図5(e)の右側
の側壁)よりも内側に位置するように位置決めを行う。
【0027】ステップ(f)において、反応性ドライエ
ッチング法により、半導体基板1の途中までエッチング
を行う。ステップ(g)において、SiO2 膜を選択成
長用マスクとして、MOVPE法によりメサストライプ
構造の側面全体を、埋め込み層8’により埋め込みんだ
後マスク22を除去し、再び選択成長用のSiO2 膜か
らなるマスク23を形成する。
【0028】ステップ(h)において、ステップ(g)
のときとは反対側のメサストライプ構造の側面(図5
(g)の左側)をMOVPE法を用いて全て埋め込むこ
とによって埋め込み層8を形成し、その後マスク23を
除去する。ステップ(i)において、再度SiO2 膜か
らなるマスク24を形成する。
【0029】ステップ(j)において、埋め込み層8の
表面からコンタクト層2の途中まで反応性ドライエッチ
ングを行ってからマスク24を除去した後、コンタクト
層2の上にn側電極9を形成し、またコンタクト層7の
上にはp側電極10を形成しこのp側電極10には埋め
込み層8’上に形成した電極パッド10aを接続する。
以上の結果、図1に示す埋め込み型半導体光変調器が作
られた。
【0030】次に、本発明および従来例における寄生電
気容量の違いについて具体的な数値例を示す。表1は図
1(本発明)と図6(従来例)に示した埋め込み型半導
体光変調器の寄生電気容量を計算した結果である。この
表から明らかなように、従来技術の埋め込み型半導体光
変調器に比ベ、図1に示すようなメサストライプ構造を
挟んで互いに反対側に位置するp型電極とn型電極を採
用した埋め込み型半導体光変調器においては、寄生電気
容量が低減されていることがわかる。
【0031】
【表1】
【0032】なお、上述の実施の形態においては、埋め
込み型半導体光素子が光変調器である場合について述べ
たが、埋め込み型半導体レーザや埋め込み型半導体受光
素子等に本発明を適用しても効果的である。
【0033】また、光吸収層4の材料および構造は、I
nGaAsPバルク結晶に限定されるものではない。ま
た、MQWの材料としてはInGaAlAs/lnAl
As系、GaAs/AlGaAs系、InGaAsP/
InP系、InGaAs/InGaAsP系などを用い
ることができ、また、MQW以外のバルク構造の光吸収
層を用いてもよい。
【0034】さらに、本発明の構成は図1に限られるも
のではなく、例えば図2に示すようにn側電極9をメサ
ストライプ構造を境に電極パッド10aと反対側に配置
したものでもよい。この場合、n側電極9は、半導体基
板1に開口されたスルーホール11を介してコンタクト
層2と電気的に接続されている。このように構成すると
n側電極を基板の裏面から採ることができるという効果
を有する。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第1およ
び第2の電極がメサストライプ構造を挟んで互いに異な
る側に配置されているため、これら電極間における寄生
電気容量を従来よりも抑制することができ、その結果、
従来の埋め込み型半導体光変調器に比べて高速変調特性
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一つの実施の形態を示す斜視図であ
る。
【図2】 本発明のその他の実施の形態を示す斜視図で
ある。
【図3】 図1に係る埋め込み型半導体光変調器の寄生
電気容量を示す断面図である。
【図4】 図1に係る埋め込み型半導体光変調器の製造
工程の一つの実施の形態を示す断面図である。
【図5】 図1に係る埋め込み型半導体光変調器の製造
工程のその他の実施の形態を示す断面図である。
【図6】 従来例を示す斜視図である。
【図7】 図6に係る埋め込み型半導体光変調器の寄生
電気容量を示す断面図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、2,7…コンタクト層、3,5…クラ
ッド層、4…光吸収層、6…InP層、8,8’…埋め
込み層、9…n側電極、10…p側電極、10a…電極
パッド、11…スルーホール。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の上に形成されて第1の導電
    型を有する第1のコンタクト層と、この第1のコンタク
    ト層の上に形成された第1のクラッド層と、この第1の
    クラッド層の上に形成された光吸収層と、この光吸収層
    の上に形成された第2のクラッド層と、この第2のクラ
    ッド層の上に形成されて第2の導電型を有する第2のコ
    ンタクト層とからなるメサストライプ構造を有し、さら
    にこのメサストライプ構造の上には電極が形成され、こ
    のメサストライプ構造に隣接した両側にはこのメサスト
    ライプ構造を挟んで前記半導体基板から前記第2のコン
    タクト層に達する厚さの埋め込み層が形成された埋め込
    み型半導体光機能素子において、 前記第1のコンタクト層は、前記メサストライプ構造か
    ら一方の埋め込み層の外側まで延伸した状態で形成され
    ており、この延伸された第1のコンタクト層の表面に第
    1の電極が形成され、 前記メサストライプ構造の上に形成された電極は、前記
    メサストライプ構造から前記第1のコンタクト層と対向
    する側に延伸されて第2の電極を構成していることを特
    徴とする埋め込み型半導体光機能素子。
  2. 【請求項2】 半導体基板の上に形成されて第1の導電
    型を有する第1のコンタクト層と、この第1のコンタク
    ト層の上に形成された第1のクラッド層と、この第1の
    クラッド層の上に形成された光吸収層と、この光吸収層
    の上に形成された第2のクラッド層と、この第2のクラ
    ッド層の上に形成されて第2の導電型を有する第2のコ
    ンタクト層とからなるメサストライプ構造を有し、さら
    にこのメサストライプ構造の上には電極が形成され、こ
    のメサストライプ構造に隣接した両側にはこのメサスト
    ライプ構造を挟んで前記半導体基板から前記第2のコン
    タクト層に達する厚さの埋め込み層が形成された埋め込
    み型半導体光機能素子において、 前記第1のコンタクト層は、前記メサストライプ構造か
    ら一方の埋め込み層の側に延伸されるとともに、この第
    1のコンタクト層に対応する前記半導体基板の裏面に形
    成された第1の電極と電気的に接続され、 前記メサストライプ構造の上に形成された電極は、前記
    メサストライプ構造から前記第1のコンタクト層と対向
    する側に延伸されて第2の電極を構成していることを特
    徴とする埋め込み型半導体光機能素子。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、 前記光吸収層は、InGaAsP系多重量子井戸層また
    はInGaAsPのバルク層によって形成されているこ
    とを特徴とする埋め込み型半導体光機能素子。
JP18377197A 1997-07-09 1997-07-09 埋め込み型半導体光機能素子 Pending JPH1124020A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP2012019053A (ja) * 2010-07-07 2012-01-26 Opnext Japan Inc 半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置

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