JPS6371826A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPS6371826A
JPS6371826A JP61215806A JP21580686A JPS6371826A JP S6371826 A JPS6371826 A JP S6371826A JP 61215806 A JP61215806 A JP 61215806A JP 21580686 A JP21580686 A JP 21580686A JP S6371826 A JPS6371826 A JP S6371826A
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optical semiconductor
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Hitoshi Nakamura
均 中村
Shinji Sakano
伸治 坂野
Hiroaki Inoue
宏明 井上
Toshio Katsuyama
俊夫 勝山
Hiroyoshi Matsumura
宏善 松村
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Hitachi Ltd
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光変調器、光スイッチ等の光半導体装置に係
り、特に光集積化素子、光交換器等への応用に好適な光
半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
半導体材料へのキャリア注入に伴なう屈折率の変化は、
電気光学効果等による屈折率変化と比べ大きいため、光
スイッチ等への応用が回連である（特開昭６０−１３４
２１９号公報参照）。
また、同方式の屈折率変化は、バルク結晶の場合よりも
量子井戸型（ＭＱＷ）構造の場合の方が大きくなること
が予聞できるため、これらを組み合わせることにより原
理的には高効率で動作する光半導体装置、たとえば低し
きい値半ン？１体レーザ５高効率光変調器あるいは光ス
イッチなどが可能である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術においては、ＭＱＷを構成する半導体薄層
の面に垂直な方向からキャリアを注入している。ＭＱＷ
は井戸層（ウェル層）と障壁層（バリア層）を交互に積
層して構成されるが、このようなＭＱＷの而に垂直な方
向からキャリアを注入すると、注入されたキャリアはバ
リア層で妨害されながら移動して注入口より近いウェル
層から順次満たしていくことになる。そして、注入口よ
り０．１〜０．２μｍ以上のウェル層にはキャリアはほ
とんど達しなくなる。したがって、大出力レーザ、光変
調器、光スイッチなど厚さの大きい、例えば５μｍ以上
の導波路（ＭＱＷ層全体を含む）が必要とされる場合に
は、キャリア注入側より０．１〜０．２μｍ離れた井戸
層ではキャリアの注入量が極めて少なくなり、屈折率の
変化などキャリア注入に伴なう効果が乏しくなる。した
がって、消光比などの光半導体装置としての特性の向上
が期待できない。
本発明の目的は、量子井戸構造でなる半導体層の全域に
キャリアが充分に注入されるような構造の光半導体装置
を提供することにある。
上記目的は、量子井戸構造でなる半導体層の層面に平行
にキャリアを注入する構造により達成できる。この場合
、キャリア注入用の電極は量子井戸層の側面に形成され
る（第１図（ｂ）参照）。
〔作用〕
第１図（ｂ）に示すように、量子井戸構造の多層膜の層
面に沿ってキャリアを注入すると、注入されたキャリア
は量子井戸構造内の２次元的ポテンシャルバリアに影響
されず、全ての井戸層に効率よく注入される。また、量
子井戸構造領域の厚さや量子井戸層の層数を増加しても
注入゛効率は低下しない。
〔実施例〕
以下、本発明の詳細な説明する。
第１閤を用いて光スイッチの一例を説明する。
第】図（ａ）に示すように、本光スイッチは・、全反射
方式の２×２Ｘ型である。光導波路１は、ＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ多重量子井戸よりなり、Ｘ型のチャネルスト
ライプを持っ半絶繍性ＴｎＰ基板１に埋め込まれている
。多重縫子井戸は、ｎ　−Ｉ　ｎＰ　（ｎ＝５Ｘ　１０
１８ｒｎ−８）　、　Ｉ囚Ｊ’２５０人のバリア層、お
よびｎ　−ＴｎＧａＡｓＰ（ｎ　＝　５　Ｘ　Ｌ　０１
１１ＣＩ１１−３）、バンドギャップ波長１．３　μｍ
、膜厚１００人よりなり、全膜厚０．７μｍである。第
１図（ｂ）に第１図（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す。
導波路交差部の屈折率変化領域（反射領域）７へ　１の
キャリア注入は、三角形状のｐ電＋４２３．ｎ電極４を
通して行なわれる。７へのキャリア注入を行なうため導
波路、基板を含む四角形の領域５，６にそれぞれＢｅ、
Ｓｉを打ち込みｐ領域、　ｒｉ領領域形成した。導波路
や、導波路交差角は、それぞれ８μｍ、１０°とし、キ
ャリア注入部７の巾は２μｍとした。
本実施例の作製プロセスは以下のとうりである。
■　塩酸系の周知のウェットエツチング法によりＸ　ｊ
ｆＪのチャネルを形成する。
■　ＭＯＣＶＤ法により多重量子井戸構造の半導体層を
形成する。
■　通常のホトリソグラフィ法および硫酸系エツチング
液により、導波路交差角の多重縫子井戸層を除去する。
■　イオン注入法によりＲ８，３１を領域５，６に選択
的に打ち込む。
■　赤外線ランプによりアニールを行なう。
■　ｐｆｆｉ極（Ｃｒ／Ａ　ｒ）３．ｎＴｆｉ極（Ａｕ
ＧｓＮｊ／Ｐｄ／Ａｕ）４を抵抗加熱蒸着により形成す
る。
以上の工程により得られた光スイッチに波長１．３μｍ
の光を入力端８より入射して素子特性を測定した。電極
３，４に電流を流さない場合、出力端１０．ｉｌよりの
出射光の比ＰＩＯ／Ｐｉ↓は約１５ｃｉＢであった。電
流を流すにつれてＰ　＋ｏ／ｐＨは減少し電流値３０ｍ
Ａでほぼ飽和した。その時の消光比Ｐ１０／ＰＬ１は約
−２０ｄ　Ｂであった。
本実施例は、導波路材料にＩ　ｎ）’　／　Ｔ　ｎ（’
ｒＩＩＡｓＰを用いたが、ＩｎＰ／ＩｎＱａＡｓ、Ｔｎ
ＡＱＡ、ｓ／ＩｎＧａＡｓ、Ｇａｒｂ／ＧａＡ　Ｑ　Ｓ
ｂ、ＧａＡｑ／ＧａＡＱＡｓ等の材料を用いても実施で
きた。
また本発明は、他の４９１造の光スイッチにおいても適
用可能である。以下、第１図に示した２×２全反射型光
スイッチをＪ）：Ｊ　＊構造とした実施例のａ−ａ断面
図を示す、第２図はリッジ型、第３図は完全埋込型の例
である。また、第４図では多重量子井戸層よりなる先導
波路交差部の中央部にＰＮ接合を設けたものである。こ
れらも、上述の方法に準じて、周知の技術を用いてｖａ
造することができる。いずれの構造においても、そのス
イッチング速度が１０−９ｓｅｃ以下の良好なスイッチ
ング特性で、かつ駆動電流１００ｍＡにおいて２０ｄＢ
の消光比特性が得られた。因みに、従来技術においては
駆動電流を１００ｍＡ以上にしても５ｄＦ３以上の消光
比特性は得られなかった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、多重量子井戸層の全膜厚に関係なく効
率よくキャリアを多重量子井戸内に注入することが可能
であるので同領域内の屈折率を膜厚方向にそって均一に
大きく変化させることができ、光スイッチ、光変調器の
大幅な性能向上をもたらし、その結果、素子の小型化、
低消通電力化。
高い消光比の光半導体装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図の（ａ）は本発明の光スイッチの平面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、第２，３および４図は、各
実施例の光スイッチの第１図（ａ）のＡ−Ａ’断面回で
ある。 １・・・多重量子井戸層、２・・・半絶縁性基板、３・
・・ｐ−電極、４・・・ｎ−電極、５・・・ｐ型領域、
６・・・ｎ型領域、７・・・屈折率変化領域、８，９，
１０．１１・・・光スイッチ入、出射ボート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に、半導体薄層を積層した多重量子井
    戸（以下、ＭＱＷ）構造を有し、当該構造の領域のキャ
    リア数の増減により生じる屈折率変化に伴なつて動作す
    る半導体装置において、当該ＭＱＷ構造領域に当該ＭＱ
    Ｗを構成する半導体薄層の面に平行な方向から当該キャ
    リアを注入することを特徴とする光半導体装置。 ２、前記光半導体装置が半導体レーザ装置である特許請
    求の範囲第１項記載の光半導体装置。 ３、前記光半導体装置が光変調器である特許請求の範囲
    第１項記載の光半導体装置。 ４、前記光半導体装置が光スイッチである特許請求の範
    囲第１項記載の光半導体装置。 ５、前記ＭＱＷ構造が、前記基板上に設けられた複数の
    光導波路が交差する領域の全部もしくは一部に設けられ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光
    半導体装置。 ６、前記ＭＱＷを構成する半導体がIII−Ｖ族化合物半
    導体であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から
    第５項のいずれかに記載の光半導体装置。
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