JPH11340497A - 導波路型半導体光素子 - Google Patents
導波路型半導体光素子Info
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- JPH11340497A JPH11340497A JP10146997A JP14699798A JPH11340497A JP H11340497 A JPH11340497 A JP H11340497A JP 10146997 A JP10146997 A JP 10146997A JP 14699798 A JP14699798 A JP 14699798A JP H11340497 A JPH11340497 A JP H11340497A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 導波路型半導体受光素子に代表される導波路
型半導体光素子において、入射端面での表面再結合によ
る量子効率劣化或いは信頼性劣化を抑圧し、高効率・高
信頼特性を実現する。 【解決手段】 クラッド層１２、光吸収・導波層１３、
クラッド層１４を積層した積層構造を有する導波路型半
導体受光素子或いは導波路型半導体変調素子において、
光導波路としての光吸収・導波層１３の入射端面近傍域
を選択的に原子層オーダで無秩序化した非自然超格子域
１８とし、この領域１８でバンドギャップエネルギーの
短波長化を行い、信号光１９の入射端面での表面再結合
を抑圧する。入射端面での表面再結合による効率劣化及
び信頼性劣化を抑制し、高信頼な導波路型半導体光素子
を実現することができる。
型半導体光素子において、入射端面での表面再結合によ
る量子効率劣化或いは信頼性劣化を抑圧し、高効率・高
信頼特性を実現する。 【解決手段】 クラッド層１２、光吸収・導波層１３、
クラッド層１４を積層した積層構造を有する導波路型半
導体受光素子或いは導波路型半導体変調素子において、
光導波路としての光吸収・導波層１３の入射端面近傍域
を選択的に原子層オーダで無秩序化した非自然超格子域
１８とし、この領域１８でバンドギャップエネルギーの
短波長化を行い、信号光１９の入射端面での表面再結合
を抑圧する。入射端面での表面再結合による効率劣化及
び信頼性劣化を抑制し、高信頼な導波路型半導体光素子
を実現することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は導波路型半導体光素
子に関し、特に光入射端面での表面再結合による効率劣
化及び信頼性劣化を抑制した高性能・高信頼性な導波路
型半導体受光素子や導波路型半導体変調器素子等の導波
路型半導体光素子に関する。
子に関し、特に光入射端面での表面再結合による効率劣
化及び信頼性劣化を抑制した高性能・高信頼性な導波路
型半導体受光素子や導波路型半導体変調器素子等の導波
路型半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】導波路型半導体受光素子は、半導体ＰＮ
接合を用いて光を検出する受光素子で、入射方向に導波
路構造を形成している事を特徴とする素子である。例え
ば、加藤等によりマルチモード結合の導波路型半導体受
光素子の報告（アイ・トリプル・イー，フォトニクス・
テクノロジー・レターズ（IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYL
ETTERS ），VOL. 3，pp820-822(1991) ）がなされてい
る。図６は、この種導波路型半導体受光素子の導波路方
向に沿った断面図を示しており、ｎ型半導体基板３１上
にｎ型バッファ層３２、ｎ型クラッド層３３、光吸収層
３４、ｐ型クラッド層３５、ｐ型電極コンタクト層３６
が積層された構成とされている。前記光吸収層３４は、
受光する信号光３７のエネルギーより小さなバンドギャ
ップエネルギーを有しており、この光吸収層３４より低
屈折率で、かつバンドギャップエネルギーが大きな材料
からなるクラッド層３３，３５が上下に位置する構造と
なっている。前記信号光３７は、半導体層積層方向に対
し水平に入射し、空乏化された光吸収層３４内で光励起
キャリア（電子−正孔対）に変換され、かつ印加電界に
よりドリフトし、信号電流として外部回路に取り出され
る。クラッド層３３，３５は、信号光３７を光吸収層３
４に適度に閉じ込め、量子効率を高める効果を有してい
る。
接合を用いて光を検出する受光素子で、入射方向に導波
路構造を形成している事を特徴とする素子である。例え
ば、加藤等によりマルチモード結合の導波路型半導体受
光素子の報告（アイ・トリプル・イー，フォトニクス・
テクノロジー・レターズ（IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYL
ETTERS ），VOL. 3，pp820-822(1991) ）がなされてい
る。図６は、この種導波路型半導体受光素子の導波路方
向に沿った断面図を示しており、ｎ型半導体基板３１上
にｎ型バッファ層３２、ｎ型クラッド層３３、光吸収層
３４、ｐ型クラッド層３５、ｐ型電極コンタクト層３６
が積層された構成とされている。前記光吸収層３４は、
受光する信号光３７のエネルギーより小さなバンドギャ
ップエネルギーを有しており、この光吸収層３４より低
屈折率で、かつバンドギャップエネルギーが大きな材料
からなるクラッド層３３，３５が上下に位置する構造と
なっている。前記信号光３７は、半導体層積層方向に対
し水平に入射し、空乏化された光吸収層３４内で光励起
キャリア（電子−正孔対）に変換され、かつ印加電界に
よりドリフトし、信号電流として外部回路に取り出され
る。クラッド層３３，３５は、信号光３７を光吸収層３
４に適度に閉じ込め、量子効率を高める効果を有してい
る。
【０００３】このような導波路型半導体受光素子の特徴
としては、導波路長を長くする事により光吸収効率の増
大が図られ、高い光−電流変換特性（量子効率）が得や
すい事、また光吸収層薄膜化により量子効率の劣化無く
高速応答特性が得やすい事、などがある。更に、通常の
表面入射型素子（半導体基板に垂直方向に入射）に比較
して、半導体基板に水平方向に光入射が可能な構造によ
り、半導体レーザなどの光導波型素子と同様にモジュー
ル化に際し水平実装が容易になり、加入者系などの低価
格受信器搭載用の素子として有利である。
としては、導波路長を長くする事により光吸収効率の増
大が図られ、高い光−電流変換特性（量子効率）が得や
すい事、また光吸収層薄膜化により量子効率の劣化無く
高速応答特性が得やすい事、などがある。更に、通常の
表面入射型素子（半導体基板に垂直方向に入射）に比較
して、半導体基板に水平方向に光入射が可能な構造によ
り、半導体レーザなどの光導波型素子と同様にモジュー
ル化に際し水平実装が容易になり、加入者系などの低価
格受信器搭載用の素子として有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記したように導波路
型半導体受光素子では、光入射面に対し光吸収層３４が
露出された構造になっているために、入射端面での表面
再結合による結合効率の劣化が生じる。また、空乏化し
た光吸収層３４が露出する事は、その露出された表面で
発生キャリアを介した素子劣化を引き起こす事も指摘さ
れている。通常の表面入射素子においては、入射光面に
信号光を吸収しないバンドギャップの大きな半導体ウィ
ンド層を形成するのが一般的であるが、導波路型半導体
素子では素子製法上問題がある。このために、竹内等は
入射端面近傍領域に、ＰＮ接合を形成しない事により非
空乏化領域を設けた高信頼な疑似プレーナ構造を提案
（アイ・トリプル・イー，フォトニクス・テクノロジー
・レターズ（IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS ），
VOL. 10 ，pp255-257(1998) ）している。しかしなが
ら、非空乏化領域での吸収は量子効率劣化として反映す
る事、及びその光励起キャリア成分が拡散電流として大
きな時定数をもって寄与するため、高周波応答の劣化要
因となる事が予測される。なお、このような、表面領域
での再結合を介した特性劣化は、受光素子ばかりで無く
半導体変調器、半導体スイッチ或いは半導体増幅器等の
導波路型半導体光素子において、特性向上及び高信頼化
において重要な問題となっている。
型半導体受光素子では、光入射面に対し光吸収層３４が
露出された構造になっているために、入射端面での表面
再結合による結合効率の劣化が生じる。また、空乏化し
た光吸収層３４が露出する事は、その露出された表面で
発生キャリアを介した素子劣化を引き起こす事も指摘さ
れている。通常の表面入射素子においては、入射光面に
信号光を吸収しないバンドギャップの大きな半導体ウィ
ンド層を形成するのが一般的であるが、導波路型半導体
素子では素子製法上問題がある。このために、竹内等は
入射端面近傍領域に、ＰＮ接合を形成しない事により非
空乏化領域を設けた高信頼な疑似プレーナ構造を提案
（アイ・トリプル・イー，フォトニクス・テクノロジー
・レターズ（IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS ），
VOL. 10 ，pp255-257(1998) ）している。しかしなが
ら、非空乏化領域での吸収は量子効率劣化として反映す
る事、及びその光励起キャリア成分が拡散電流として大
きな時定数をもって寄与するため、高周波応答の劣化要
因となる事が予測される。なお、このような、表面領域
での再結合を介した特性劣化は、受光素子ばかりで無く
半導体変調器、半導体スイッチ或いは半導体増幅器等の
導波路型半導体光素子において、特性向上及び高信頼化
において重要な問題となっている。
【０００５】本発明の目的は、導波路型半導体受光素子
に代表される導波路型半導体光素子において、入射端面
での表面再結合による効率劣化及び信頼性劣化を抑制
し、高信頼な導波路型半導体光素子を提供する事にあ
る。
に代表される導波路型半導体光素子において、入射端面
での表面再結合による効率劣化及び信頼性劣化を抑制
し、高信頼な導波路型半導体光素子を提供する事にあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、導波路型半導
体光素子に構成される光導波路は原子秩序度を有する構
造（自然超格子構造）として構成されるとともに、信号
光が入射される入射端面側の領域が原子秩序度を有さな
い構造（非自然超格子構造）として構成されていること
を特徴とする。すなわち、本発明を導波路型半導体受光
素子として構成する場合には、前記光導波路は光吸収・
導波層をクラッド層で挟んだ構成として前記光吸収・導
波層に入射される光信号から電気信号を得る構成とし、
かつ前記光信号の入射端面側の領域において少なくとも
前記光吸収・導波層が非自然超格子構造として構成され
る。また、本発明を導波路型半導体変調素子として構成
する場合には、前記光導波路は光導波層をクラッド層で
挟んだ構成として前記光導波層に入射される光信号を変
調した光変調信号として出力する構成とし、かつ前記光
信号の入射端面側の領域において少なくとも前記光導波
層が非自然超格子構造として構成されていることを特徴
とする。
体光素子に構成される光導波路は原子秩序度を有する構
造（自然超格子構造）として構成されるとともに、信号
光が入射される入射端面側の領域が原子秩序度を有さな
い構造（非自然超格子構造）として構成されていること
を特徴とする。すなわち、本発明を導波路型半導体受光
素子として構成する場合には、前記光導波路は光吸収・
導波層をクラッド層で挟んだ構成として前記光吸収・導
波層に入射される光信号から電気信号を得る構成とし、
かつ前記光信号の入射端面側の領域において少なくとも
前記光吸収・導波層が非自然超格子構造として構成され
る。また、本発明を導波路型半導体変調素子として構成
する場合には、前記光導波路は光導波層をクラッド層で
挟んだ構成として前記光導波層に入射される光信号を変
調した光変調信号として出力する構成とし、かつ前記光
信号の入射端面側の領域において少なくとも前記光導波
層が非自然超格子構造として構成されていることを特徴
とする。
【０００７】本発明においては、導波路型半導体光素子
において、入射端面近傍領域に構成されている非自然超
格子構造の光導波路が信号光に対して透明なワイドギャ
ップ半導体領域を形成し、表面再結合を抑制することに
より、入射端面での表面再結合による効率劣化及び信頼
性劣化を抑制し、高信頼な導波路型半導体光素子が実現
される。
において、入射端面近傍領域に構成されている非自然超
格子構造の光導波路が信号光に対して透明なワイドギャ
ップ半導体領域を形成し、表面再結合を抑制することに
より、入射端面での表面再結合による効率劣化及び信頼
性劣化を抑制し、高信頼な導波路型半導体光素子が実現
される。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１及び図２は本発明を導波路型半
導体受光素子に適用した実施形態の断面図とその外観斜
視図である。ＩｎＰ半導体基板１１上に、バンドギャッ
プエネルギー１ｅＶを有するｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラ
ッド層１２、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層１３、バン
ドギャップエネルギー１ｅＶを有するｐ型−ＩｎＧａＡ
ｓＰクラッド層１４、ｐ型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１５を積層し、半導体積層構造を形成する。その後に臭
素系エッチング溶液により前記半導体積層構造をエッチ
ングし、メサ構造を形成する。さらに、前記半導体基板
１１の裏面と、図に示される前記コンタクト層１５上に
電極１６を形成し、導波路型半導体受光素子の基本構造
が得られる。なお、前記半導体積層構造は本例では、ガ
スソース分子線結晶成長法により得ており、成長温度４
５０℃で行う事により、前記ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導
波層４３はＴＰ（Triple Period ）型自然超格子を形成
している。また、前記ＩｎＰ半導体基板１１はＴＰ型自
然超格子の秩序度を高めるために、（１００）面方位よ
り（１１１）Ａ面方向に１５度傾斜した基板を用いてい
る。これにより、前記ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層１
３のバンドギャップエネルギーを狭小化し波長〜１．５
５μｍにまで光感度を有している。
参照して説明する。図１及び図２は本発明を導波路型半
導体受光素子に適用した実施形態の断面図とその外観斜
視図である。ＩｎＰ半導体基板１１上に、バンドギャッ
プエネルギー１ｅＶを有するｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラ
ッド層１２、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層１３、バン
ドギャップエネルギー１ｅＶを有するｐ型−ＩｎＧａＡ
ｓＰクラッド層１４、ｐ型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１５を積層し、半導体積層構造を形成する。その後に臭
素系エッチング溶液により前記半導体積層構造をエッチ
ングし、メサ構造を形成する。さらに、前記半導体基板
１１の裏面と、図に示される前記コンタクト層１５上に
電極１６を形成し、導波路型半導体受光素子の基本構造
が得られる。なお、前記半導体積層構造は本例では、ガ
スソース分子線結晶成長法により得ており、成長温度４
５０℃で行う事により、前記ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導
波層４３はＴＰ（Triple Period ）型自然超格子を形成
している。また、前記ＩｎＰ半導体基板１１はＴＰ型自
然超格子の秩序度を高めるために、（１００）面方位よ
り（１１１）Ａ面方向に１５度傾斜した基板を用いてい
る。これにより、前記ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層１
３のバンドギャップエネルギーを狭小化し波長〜１．５
５μｍにまで光感度を有している。
【０００９】しかる上で、前記半導体積層構造の入射端
面近傍領域を、原子秩序を有する自然超格子構造から、
原子秩序を有しない非自然超格子構造に転じる。ここ
で、自然超格子は、結晶成長条件を適化する事により可
能であり、半導体物性において特にバンドギャップエネ
ルギーに影響を与える事が知られている。また、ウェー
ハ面内での選択的な自然超格子及び非自然超格子形成
は、不純物注入技術等を用いる事により可能である。こ
の実施形態では、導波路メサ形成後に、ＩｎＧａＡｓＰ
光吸収・導波層１３の入射端面近傍領域にプロトンを選
択イオン注入する事により、非自然超格子化を行ってい
る。本例では、不純物注入に伴うIII 族原子の結晶中で
の無秩序化現象を利用しており、他にＺｎ，Ｂｅ，Ｓ
ｉ，Ｆｅ等の拡散・注入が可能な不純物材料であれば同
等の効果を有する。これにより、素子の光信号の入射端
面側の領域にＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層非自然超格
子域１８が形成され、そのバンドギャップエネルギーが
増大し、波長〜１．４０μｍ以上での感度が激減する。
他の領域は自然超格子域１７として構成される。
面近傍領域を、原子秩序を有する自然超格子構造から、
原子秩序を有しない非自然超格子構造に転じる。ここ
で、自然超格子は、結晶成長条件を適化する事により可
能であり、半導体物性において特にバンドギャップエネ
ルギーに影響を与える事が知られている。また、ウェー
ハ面内での選択的な自然超格子及び非自然超格子形成
は、不純物注入技術等を用いる事により可能である。こ
の実施形態では、導波路メサ形成後に、ＩｎＧａＡｓＰ
光吸収・導波層１３の入射端面近傍領域にプロトンを選
択イオン注入する事により、非自然超格子化を行ってい
る。本例では、不純物注入に伴うIII 族原子の結晶中で
の無秩序化現象を利用しており、他にＺｎ，Ｂｅ，Ｓ
ｉ，Ｆｅ等の拡散・注入が可能な不純物材料であれば同
等の効果を有する。これにより、素子の光信号の入射端
面側の領域にＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層非自然超格
子域１８が形成され、そのバンドギャップエネルギーが
増大し、波長〜１．４０μｍ以上での感度が激減する。
他の領域は自然超格子域１７として構成される。
【００１０】この導波路型半導体受光素子では、波長〜
１．５０μｍの入射される信号光１９は半導体積層構造
の入射端面に対して半導体積層方向に水平に入射され、
クラッド層１２，１４間の光吸収・導波層１３を導波し
ながら吸収され、電子−正孔対の電気信号に変換され
る。このとき、前記信号光１９は、入射端面で表面再結
合することなく非自然超格子域１８を通過・導波し、自
然超格子域１７で導波・吸収する事になる。
１．５０μｍの入射される信号光１９は半導体積層構造
の入射端面に対して半導体積層方向に水平に入射され、
クラッド層１２，１４間の光吸収・導波層１３を導波し
ながら吸収され、電子−正孔対の電気信号に変換され
る。このとき、前記信号光１９は、入射端面で表面再結
合することなく非自然超格子域１８を通過・導波し、自
然超格子域１７で導波・吸収する事になる。
【００１１】図３には、自然超格子の有無による、波長
に対する吸収係数の変化を示している。これより、自然
超格子層においては、バンドギャップエネルギーが縮小
し、非自然超格子層に対し長波長側まで感度を有してい
る。このことから、この現象差異を活用し、入射端面近
傍領域のみを非自然超格子化する事により、入射される
信号光に対し光吸収・導波層１３を透明化し表面再結合
を抑制することが可能となる。
に対する吸収係数の変化を示している。これより、自然
超格子層においては、バンドギャップエネルギーが縮小
し、非自然超格子層に対し長波長側まで感度を有してい
る。このことから、この現象差異を活用し、入射端面近
傍領域のみを非自然超格子化する事により、入射される
信号光に対し光吸収・導波層１３を透明化し表面再結合
を抑制することが可能となる。
【００１２】ここで、バンドギャップエネルギーの変化
をより明瞭にするためには原子秩序度を高める必要があ
り、その為に形成する半導体基板の面方位を（１００）
基板から（１１１）Ａ面方向に傾斜させている。これ
は、結晶面内でのステップ密度を増加し、自然超格子形
成メカニズムをより誇張させる事を原理としている。な
お、本例ではＴＰ型自然超格子を適用したため（１１
１）Ａ面方向に傾斜した基板を用いたが、自然超格子で
はその型により（１１１）Ｂ面方向に傾斜した基板が有
効な場合もあり（例えば、ＣｕＰｔ−Ｂ型）、基板の傾
斜方向は場合に応じて選択されるものである。
をより明瞭にするためには原子秩序度を高める必要があ
り、その為に形成する半導体基板の面方位を（１００）
基板から（１１１）Ａ面方向に傾斜させている。これ
は、結晶面内でのステップ密度を増加し、自然超格子形
成メカニズムをより誇張させる事を原理としている。な
お、本例ではＴＰ型自然超格子を適用したため（１１
１）Ａ面方向に傾斜した基板を用いたが、自然超格子で
はその型により（１１１）Ｂ面方向に傾斜した基板が有
効な場合もあり（例えば、ＣｕＰｔ−Ｂ型）、基板の傾
斜方向は場合に応じて選択されるものである。
【００１３】図４及び図５は、本発明を導波路型半導体
変調器素子（吸収型）に適用した場合の実施形態の光導
波方向に沿う断面図とその外観斜視図である。ｎ型Ｉｎ
Ｐ半導体基板２１上に、バンドギャップエネルギー１ｅ
Ｖを有するｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２２、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層２３、バンドギャップエネルギー１
ｅＶを有するｐ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２４、ｐ
型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２５を積層して半導体積
層構造を形成し、その後に臭素系エッチング溶液により
メサ構造を形成する。また、表面に電極２６を形成して
基本構造が得られる。なお、半導体積層構造は本例で
は、ガスソース分子線結晶成長法により得ており、成長
温度４５０℃で行う事によりＩｎＧａＡｓＰ光導波層２
３はＴＰ型自然超格子を形成している。また、ＩｎＰ半
導体基板２１はＴＰ型自然超格子の秩序度を高めるため
に、（１１１）Ａ面方向に１５度傾斜した基板を用いて
いる。これにより、ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２３のバン
ドギャップエネルギーは波長相当で〜１．５５μｍにま
で長波長化している。
変調器素子（吸収型）に適用した場合の実施形態の光導
波方向に沿う断面図とその外観斜視図である。ｎ型Ｉｎ
Ｐ半導体基板２１上に、バンドギャップエネルギー１ｅ
Ｖを有するｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２２、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層２３、バンドギャップエネルギー１
ｅＶを有するｐ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２４、ｐ
型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２５を積層して半導体積
層構造を形成し、その後に臭素系エッチング溶液により
メサ構造を形成する。また、表面に電極２６を形成して
基本構造が得られる。なお、半導体積層構造は本例で
は、ガスソース分子線結晶成長法により得ており、成長
温度４５０℃で行う事によりＩｎＧａＡｓＰ光導波層２
３はＴＰ型自然超格子を形成している。また、ＩｎＰ半
導体基板２１はＴＰ型自然超格子の秩序度を高めるため
に、（１１１）Ａ面方向に１５度傾斜した基板を用いて
いる。これにより、ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２３のバン
ドギャップエネルギーは波長相当で〜１．５５μｍにま
で長波長化している。
【００１４】しかる上で、前記半導体積層構造の入射端
面近傍領域を非自然超格子領域に転じている。この実施
形態では、第１の実施形態と同様に導波路メサ形成後に
入射端面近傍領域にプロトンを選択イオン注入する事に
より、非自然超格子化を行っている。これにより、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層２３の入射端面近傍領域はＩｎＧａ
Ａｓ光導波層の非自然超格子域２８が形成され、そのバ
ンドギャップエネルギーは波長相当〜１．４０μｍが得
られている。他の領域は自然超格子域２７として構成さ
れる。
面近傍領域を非自然超格子領域に転じている。この実施
形態では、第１の実施形態と同様に導波路メサ形成後に
入射端面近傍領域にプロトンを選択イオン注入する事に
より、非自然超格子化を行っている。これにより、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層２３の入射端面近傍領域はＩｎＧａ
Ａｓ光導波層の非自然超格子域２８が形成され、そのバ
ンドギャップエネルギーは波長相当〜１．４０μｍが得
られている。他の領域は自然超格子域２７として構成さ
れる。
【００１５】この導波路型半導体変調素子に、波長〜
１．５５μｍの信号光２９Ａを入射する事により、入射
端面で表面再結合することなく非自然超格子域２８を導
波し、自然超格子域２７で導波・吸収する事により変調
信号光２９Ｂが得られる。変調器としての動作は、ＰＮ
接合に逆バイアスを印加する事により生ずるフランツケ
ルディシュ効果を利用しており、電極２６を介した電気
信号により光が変調される。なお、この場合において
も、ＴＰ型自然超格子を適用したため（１１１）Ａ面方
向に傾斜した基板を用いたが、基板の傾斜方向は超格子
の型に応じて選択されるものである事は、第１の実施形
態と同様である。また、本実施形態では吸収型半導体変
調器について示したが、他に導波構造を有する位相変調
型半導体変調器、半導体スイッチ及び半導体増幅器等に
おいても、効果は同様に期待される。
１．５５μｍの信号光２９Ａを入射する事により、入射
端面で表面再結合することなく非自然超格子域２８を導
波し、自然超格子域２７で導波・吸収する事により変調
信号光２９Ｂが得られる。変調器としての動作は、ＰＮ
接合に逆バイアスを印加する事により生ずるフランツケ
ルディシュ効果を利用しており、電極２６を介した電気
信号により光が変調される。なお、この場合において
も、ＴＰ型自然超格子を適用したため（１１１）Ａ面方
向に傾斜した基板を用いたが、基板の傾斜方向は超格子
の型に応じて選択されるものである事は、第１の実施形
態と同様である。また、本実施形態では吸収型半導体変
調器について示したが、他に導波構造を有する位相変調
型半導体変調器、半導体スイッチ及び半導体増幅器等に
おいても、効果は同様に期待される。
【００１６】ここで、前記第１及び第２の実施形態で
は、光導波層としてＩｎＧａＡｓＰ層を適用したが、自
然超格子が形成される材料であれば同様の効果が期待さ
れ、例えばＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌ
ＧａＰ等の化合物半導体材料においても広く適用され
る。また、前記各実施形態では、光吸収・導波層又は光
導波層の各入射端面領域を非自然超格子構造としている
が、これらを含む半導体積層構造の入射端面領域全体を
非自然超格子構造として構成するようにしてもよい。さ
らに、本発明にかかる導波路型半導体光素子は、半導体
増幅器素子、光スイッチ等、光が導波する導波路型素子
において広く適用が可能であり、同様の効果により特性
改善が期待できる。
は、光導波層としてＩｎＧａＡｓＰ層を適用したが、自
然超格子が形成される材料であれば同様の効果が期待さ
れ、例えばＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌ
ＧａＰ等の化合物半導体材料においても広く適用され
る。また、前記各実施形態では、光吸収・導波層又は光
導波層の各入射端面領域を非自然超格子構造としている
が、これらを含む半導体積層構造の入射端面領域全体を
非自然超格子構造として構成するようにしてもよい。さ
らに、本発明にかかる導波路型半導体光素子は、半導体
増幅器素子、光スイッチ等、光が導波する導波路型素子
において広く適用が可能であり、同様の効果により特性
改善が期待できる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、導波路型
半導体光素子に構成される光導波路は自然超格子構造と
して構成されるとともに、信号光が入射される入射端面
側の領域が非自然超格子構造として構成されていること
を特徴としているため、非自然超格子構造の光導波路が
信号光に対して透明なワイドギャップ半導体領域を形成
し、光信号が入力された際の表面再結合を抑制すること
により、入射端面での表面再結合による効率劣化及び信
頼性劣化を抑制し、高信頼な導波路型半導体光素子を実
現することができる。
半導体光素子に構成される光導波路は自然超格子構造と
して構成されるとともに、信号光が入射される入射端面
側の領域が非自然超格子構造として構成されていること
を特徴としているため、非自然超格子構造の光導波路が
信号光に対して透明なワイドギャップ半導体領域を形成
し、光信号が入力された際の表面再結合を抑制すること
により、入射端面での表面再結合による効率劣化及び信
頼性劣化を抑制し、高信頼な導波路型半導体光素子を実
現することができる。
【図１】本発明を導波路型半導体受光素子に適用した実
施形態の断面図である。
施形態の断面図である。
【図２】図１の導波路型半導体受光素子の外観斜視図で
ある。
ある。
【図３】自然超格子の有無による光吸収係数の波長依存
性を示す図である。
性を示す図である。
【図４】本発明を導波路型半導体変調素子に適用した実
施形態の断面図である。
施形態の断面図である。
【図５】図４の導波路型半導体変調素子の外観斜視図で
ある。
ある。
【図６】従来の導波路型半導体受光素子の一例の断面図
である。
である。
１１ ＩｎＰ半導体基板〔（１１１）Ａ面方向に１５度
傾斜〕 １２ ｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 １３ ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層 １４ ｐ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 １５ ｐ型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １６ 電極 １７ ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層の自然超格子域 １８ ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層の非自然超格子域 １９ 信号光 ２１ ＩｎＰ半導体基板〔（１１１）Ａ面方向に１５度
傾斜〕 ２２ ｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 ２３ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 ２４ ｐ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 ２５ ｐ型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ２６ 電極 ２７ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層の自然超格子域 ２８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層の非自然超格子域 ２９Ａ 信号光 ２９Ｂ 変調信号光 ３１ ｎ型半導体基板 ３２ ｎ型バッファ半導体層 ３３ ｎ型クラッド半導体層 ３４ 光吸収層 ３５ ｐ型クラッド層 ３６ ｐ型電極コンタクト層 ３７ 信号光
傾斜〕 １２ ｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 １３ ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層 １４ ｐ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 １５ ｐ型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １６ 電極 １７ ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層の自然超格子域 １８ ＩｎＧａＡｓＰ光吸収・導波層の非自然超格子域 １９ 信号光 ２１ ＩｎＰ半導体基板〔（１１１）Ａ面方向に１５度
傾斜〕 ２２ ｎ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 ２３ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 ２４ ｐ型−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 ２５ ｐ型−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ２６ 電極 ２７ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層の自然超格子域 ２８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波層の非自然超格子域 ２９Ａ 信号光 ２９Ｂ 変調信号光 ３１ ｎ型半導体基板 ３２ ｎ型バッファ半導体層 ３３ ｎ型クラッド半導体層 ３４ 光吸収層 ３５ ｐ型クラッド層 ３６ ｐ型電極コンタクト層 ３７ 信号光
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上に化合物半導体を積層した
積層構造の光導波路を有する導波路型半導体光素子にお
いて、前記光導波路は原子秩序度を有する構造（自然超
格子構造）として構成されるとともに、信号光が入射さ
れる入射端面側の領域が原子秩序度を有さない構造（非
自然超格子構造）として構成されていることを特徴とす
る導波路型半導体光素子。 - 【請求項２】 前記光導波路は光吸収・導波層をクラッ
ド層で挟んだ構成とされ、前記導波路型半導体光素子は
前記光吸収・導波層に入射される光信号から電気信号を
得る導波路型半導体受光素子として構成され、前記光信
号の入射端面側の領域において少なくとも前記光吸収・
導波層が非自然超格子構造として構成されていることを
特徴とする請求項１に記載の導波路型半導体光素子。 - 【請求項３】 前記光導波路は光導波層をクラッド層で
挟んだ構成とされ、前記導波路型半導体光素子は前記光
導波層に入射される光信号を変調した光変調信号として
出力する導波路型半導体変調素子として構成され、前記
光信号の入射端面側の領域において少なくとも前記光導
波層が非自然超格子構造として構成されていることを特
徴とする請求項１に記載の導波路型半導体光素子。 - 【請求項４】 前記半導体基板が（１００）結晶面より
（１１１）Ａ面或いは（１１１）Ｂ面方向に所要角度だ
け傾斜している面方位である事を特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載の導波路型半導体光素子。 - 【請求項５】 前記非自然超格子構造は、自然超格子構
造に対して不純物が注入された構成である請求項１ない
し４のいずれかに記載の導波路型半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10146997A JP3111982B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 導波路型半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10146997A JP3111982B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 導波路型半導体光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340497A true JPH11340497A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3111982B2 JP3111982B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=15420267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10146997A Expired - Fee Related JP3111982B2 (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 導波路型半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3111982B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004320033A (ja) * | 2003-04-14 | 2004-11-11 | Boeing Co:The | 高ミスカット角度の基体上に成長された多接合光起電セル |
| KR100541305B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2006-01-16 | 한국과학기술연구원 | 양자우물 무질서화 기술을 이용한 양자우물 적외선 검출소자의 제조방법 |
| KR20200043051A (ko) * | 2018-10-17 | 2020-04-27 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 |
| WO2021171393A1 (ja) * | 2020-02-26 | 2021-09-02 | 三菱電機株式会社 | 導波路型受光素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06100046A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-04-12 | Sekisui Plastics Co Ltd | 抗菌性を有する食品用間仕切材 |
| JPH0740542U (ja) * | 1993-12-22 | 1995-07-18 | 積水化成品工業株式会社 | 緩衝性鮮度保持シート |
-
1998
- 1998-05-28 JP JP10146997A patent/JP3111982B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| KR100541305B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2006-01-16 | 한국과학기술연구원 | 양자우물 무질서화 기술을 이용한 양자우물 적외선 검출소자의 제조방법 |
| JP2004320033A (ja) * | 2003-04-14 | 2004-11-11 | Boeing Co:The | 高ミスカット角度の基体上に成長された多接合光起電セル |
| KR20200043051A (ko) * | 2018-10-17 | 2020-04-27 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 |
| WO2021171393A1 (ja) * | 2020-02-26 | 2021-09-02 | 三菱電機株式会社 | 導波路型受光素子 |
| CN115136327A (zh) * | 2020-02-26 | 2022-09-30 | 三菱电机株式会社 | 波导型受光元件 |
| US11978812B2 (en) | 2020-02-26 | 2024-05-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Waveguide photodetector |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3111982B2 (ja) | 2000-11-27 |
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|---|---|---|---|
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