JP3111982B2 - Waveguide type semiconductor optical device - Google Patents
Waveguide type semiconductor optical deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide-type semiconductor optical device, and more particularly, to a high-performance and high-reliability waveguide-type semiconductor light-receiving device which suppresses deterioration in efficiency and reliability due to surface recombination at a light incident end face. Semiconductor optical device such as a semiconductor light modulator and a waveguide semiconductor modulator device.
【0002】[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。2. Description of the Related Art A waveguide type semiconductor light receiving element is a semiconductor PN.
This is a light receiving element for detecting light by using a junction, wherein a waveguide structure is formed in an incident direction. For example, Kato et al. Reported a multimode-coupled waveguide semiconductor photodetector (I Triple E, Photonics.
Technology Letters (IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYL
ETTERS), VOL. 3, pp820-822 (1991)). FIG. 6 is a cross-sectional view along the waveguide direction of this type of waveguide type semiconductor light receiving element. On an n-type semiconductor substrate 31, an n-type buffer layer 32, an n-type cladding layer 33, a light absorption layer 34, p-type cladding layer 35, p-type electrode contact layer 36
Are laminated. The light absorbing layer 34 includes
It has a band gap energy smaller than the energy of the signal light 37 to be received, and has a structure in which cladding layers 33 and 35 made of a material having a lower refractive index than the light absorbing layer 34 and a large band gap energy are positioned vertically. Has become. The signal light 37 is horizontally incident on the semiconductor layer stacking direction, converted into photoexcited carriers (electron-hole pairs) in the depleted light absorbing layer 34, drifts by an applied electric field, and becomes a signal current. It is taken out to an external circuit. The cladding layers 33 and 35 transmit the signal light 37 to the light absorbing layer 3.
4, which has the effect of increasing the quantum efficiency.
【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。[0003] The characteristics of such a waveguide type semiconductor light receiving element are that the light absorption efficiency is increased by increasing the length of the waveguide, and high light-current conversion characteristics (quantum efficiency) are easily obtained. High-speed response characteristics can be easily obtained without deterioration of quantum efficiency by thinning the light absorption layer. Furthermore, as compared with a normal surface-illuminated type device (perpendicularly incident on a semiconductor substrate), a structure that allows light to enter the semiconductor substrate in a horizontal direction allows for modularization in the same manner as an optical waveguide type device such as a semiconductor laser. Horizontal mounting is facilitated, which is advantageous as an element for mounting a low-cost receiver such as a subscriber system.
【0004】[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。As described above, the waveguide type semiconductor light receiving device has a structure in which the light absorbing layer 34 is exposed from the light incident surface. Degradation of the coupling efficiency occurs. It is also pointed out that exposing the depleted light absorbing layer 34 causes device deterioration via generated carriers on the exposed surface. In a normal front-illuminated device, a semiconductor window layer having a large band gap that does not absorb signal light is generally formed on an incident light surface. However, a waveguide-type semiconductor device has a problem in the device manufacturing method. To this end, Takeuchi et al. Proposed a highly reliable pseudo-planar structure with a non-depleted region by forming no PN junction in the region near the incident end face (I Triple E, Photonics Technology Letters (IEEE PHOTONICS) TECHNOLOGY LETTERS),
VOL. 10, pp255-257 (1998)). However, it is expected that absorption in the non-depleted region reflects as quantum efficiency degradation, and that the photoexcited carrier component contributes as a diffusion current with a large time constant, and thus becomes a cause of degradation of high frequency response. In addition, such characteristic deterioration due to recombination in the surface region occurs not only in light-receiving elements but also in semiconductor modulators, semiconductor switches, or waveguide-type semiconductor optical elements such as semiconductor amplifiers, due to improved characteristics and higher reliability. It is an important issue.
【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。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a waveguide type semiconductor optical device represented by a waveguide type semiconductor light receiving device, which suppresses deterioration in efficiency and reliability due to surface recombination at an incident end face, and provides a highly reliable waveguide. It is to provide a type semiconductor optical device.
【0006】[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。According to the present invention, an optical waveguide formed in a waveguide type semiconductor optical device is formed as a structure having a degree of atomic order (natural superlattice structure), and signal light is incident thereon. It is characterized in that the region on the incident end face side is configured as a structure having no atomic order (non-natural superlattice structure). That is, when the present invention is configured as a waveguide-type semiconductor light receiving element, the optical waveguide has a light absorption and
A configuration in which a waveguide layer is sandwiched between cladding layers to obtain an electrical signal from an optical signal incident on the light absorption / waveguide layer,
At least the light absorption / waveguide layer has a non-natural superlattice structure in a region on the side of the optical signal incident end face. Further, when the present invention is configured as a waveguide-type semiconductor modulation element, the optical waveguide has a configuration in which an optical waveguide layer is sandwiched between cladding layers and is used as an optical modulation signal obtained by modulating an optical signal incident on the optical waveguide layer. The optical waveguide layer is configured to output the light, and at least the optical waveguide layer has a non-natural superlattice structure in a region on the incident end face side of the optical signal.
【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。According to the present invention, in a waveguide type semiconductor optical device, an optical waveguide having a non-natural superlattice structure formed in a region near an incident end face forms a wide gap semiconductor region transparent to signal light. By suppressing the recombination, the efficiency degradation and the reliability degradation due to the surface recombination at the incident end face are suppressed, and a highly reliable waveguide type semiconductor optical device is realized.
【0008】[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。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are a sectional view and an external perspective view of an embodiment in which the present invention is applied to a waveguide type semiconductor light receiving element. An n-type InGaAsP cladding layer 12 having a band gap energy of 1 eV, an InGaAsP light absorption / waveguide layer 13, and a p-type InGaAs having a band gap energy of 1 eV on an InP semiconductor substrate 11.
The sP cladding layer 14 and the p-type -InGaAs contact layer 15 are laminated to form a semiconductor laminated structure. Thereafter, the semiconductor multilayer structure is etched with a bromine-based etching solution to form a mesa structure. Further, an electrode 16 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 11 and on the contact layer 15 shown in the figure to obtain a basic structure of a waveguide type semiconductor light receiving element. In this example, the semiconductor laminated structure is obtained by a gas source molecular beam crystal growth method and has a growth temperature of 4.
By performing at 50 ° C., the InGaAsP light absorption / waveguide layer 43 forms a TP (Triple Period) type natural superlattice. In order to increase the order of the TP-type natural superlattice, the InP semiconductor substrate 11 is inclined at 15 degrees from the (100) plane to the (111) A plane. Thereby, the InGaAsP light absorption / waveguide layer 1 is formed.
3, the band gap energy is reduced and the wavelength
It has light sensitivity down to 5 μm.
【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。Then, the region near the incident end face of the semiconductor multilayer structure is changed from a natural superlattice structure having atomic order to
Turns into a non-natural superlattice structure without atomic order. Here, it is known that a natural superlattice can be obtained by optimizing crystal growth conditions, and particularly affects bandgap energy in physical properties of a semiconductor. In addition, selective formation of a natural superlattice and a non-natural superlattice within a wafer surface can be performed by using an impurity implantation technique or the like. In this embodiment, the InGaAsP is formed after the formation of the waveguide mesa.
Non-natural superlattice formation is performed by selectively implanting protons into the region near the incident end face of the light absorption / waveguide layer 13. In this example, the disordering phenomenon of the group III atoms in the crystal due to the impurity implantation is utilized, and Zn, Be, S
The same effect can be obtained as long as an impurity material such as i or Fe that can be diffused and implanted is used. As a result, an InGaAsP light absorbing / guiding layer non-natural superlattice region 18 is formed in the region on the incident end face side of the optical signal of the element, the band gap energy thereof is increased, and the sensitivity at wavelengths of 1.40 μm or more is sharply reduced. I do.
Other regions are configured as natural superlattice regions 17.
【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。In this waveguide type semiconductor light receiving element, the wavelength
The 1.50 μm incident signal light 19 is horizontally incident on the incident end face of the semiconductor laminated structure in the semiconductor laminating direction,
The light is absorbed while being guided through the light absorption / waveguide layer 13 between the cladding layers 12 and 14, and is converted into an electric signal of an electron-hole pair. At this time, the signal light 19 passes through and guides the non-natural superlattice region 18 without surface recombination at the incident end face, and is guided and absorbed by the natural superlattice region 17.
【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。FIG. 3 shows a change in absorption coefficient with respect to wavelength depending on the presence or absence of a natural superlattice. As a result, in the natural superlattice layer, the band gap energy is reduced, and the non-natural superlattice layer has sensitivity up to the longer wavelength side. Therefore, by utilizing this difference in phenomena and making only the region near the incident end face non-natural superlattice, the optical absorption / waveguide layer 13 is made transparent to the incident signal light and surface recombination is suppressed. Becomes possible.
【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。Here, in order to make the change in band gap energy clearer, it is necessary to increase the degree of atomic order. For this purpose, the plane orientation of a semiconductor substrate to be formed is set to (100).
It is inclined in the direction of the (111) A plane from the substrate. This is based on the principle that the step density in the crystal plane is increased and the natural superlattice formation mechanism is exaggerated. In this example, since the TP type natural superlattice was applied (11
1) Although a substrate tilted in the A-plane direction was used, a substrate tilted in the (111) B-plane direction may be effective depending on the type of the natural superlattice (for example, CuPt-B type). Is selected according to the case.
【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。FIGS. 4 and 5 are a sectional view taken along the optical waveguide direction and an external perspective view of an embodiment in which the present invention is applied to a waveguide type semiconductor modulator element (absorption type). n-type In
Band gap energy 1e on P semiconductor substrate 21
V-type n-type InGaAsP cladding layer 22, In
GaAsP optical waveguide layer 23, band gap energy 1
e-type p-InGaAsP cladding layer 24, p
The mold-InGaAs contact layer 25 is laminated to form a semiconductor laminated structure, and thereafter, a mesa structure is formed by a bromine-based etching solution. Further, the basic structure is obtained by forming the electrode 26 on the surface. In this example, the semiconductor laminated structure is obtained by a gas source molecular beam crystal growth method, and by performing the growth at 450 ° C., the InGaAsP optical waveguide layer 2 is formed.
3 forms a TP type natural superlattice. Further, as the InP semiconductor substrate 21, a substrate inclined by 15 degrees in the direction of the (111) A plane is used in order to increase the order of the TP type natural superlattice. As a result, the band gap energy of the InGaAsP optical waveguide layer 23 has been increased to a wavelength equivalent to 1.55 μm.
【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。In this case, the region near the incident end face of the semiconductor multilayer structure is turned into a non-natural superlattice region. In this embodiment, similarly to the first embodiment, non-natural superlattice formation is performed by selectively implanting protons into the region near the incident end face after forming the waveguide mesa. Thereby, In
The region near the incident end face of the GaAsP optical waveguide layer 23 is InGa
A non-natural superlattice region 28 of the As optical waveguide layer is formed, and the band gap energy of the non-natural superlattice region is about 1.40 μm. Other regions are configured as natural superlattice regions 27.
【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。This waveguide type semiconductor modulator has a wavelength
When the signal light 29A of 1.55 μm is incident, the non-natural superlattice region 28 is guided without surface recombination at the incident end face, and the modulated signal light 29B is guided and absorbed by the natural superlattice region 27. Is obtained. The operation as a modulator is PN
Utilizing the Franz-Keldysh effect caused by applying a reverse bias to the junction, light is modulated by an electric signal via the electrode 26. In this case, the substrate inclined in the (111) A plane direction was used because the TP type natural superlattice was applied. However, the inclination direction of the substrate is selected depending on the type of the superlattice. , And the same as in the first embodiment. In this embodiment, the absorption type semiconductor modulator has been described. However, the same effects can be expected in other phase modulation type semiconductor modulators, semiconductor switches and semiconductor amplifiers having a waveguide structure.
【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。Here, in the first and second embodiments, the InGaAsP layer is applied as the optical waveguide layer. However, the same effect can be expected as long as the material forms a natural superlattice, for example, AlGaAs, InAlGaAs. , InAl
It is widely applied to compound semiconductor materials such as GaP. Further, in each of the above embodiments, each incident end face region of the light absorption / waveguide layer or the optical waveguide layer has a non-natural superlattice structure. It may be constituted as. Furthermore, the waveguide-type semiconductor optical device according to the present invention can be widely applied to a waveguide-type device in which light is guided, such as a semiconductor amplifier device and an optical switch, and a similar effect can be expected to improve characteristics.
【0017】[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。As described above, according to the present invention, the optical waveguide formed in the waveguide type semiconductor optical device is formed as a natural superlattice structure, and the region on the incident end face side where the signal light is incident is not formed. It is characterized by being configured as a natural superlattice structure, so that the optical waveguide of the non-natural superlattice structure forms a wide gap semiconductor region that is transparent to signal light, and the surface is restored when an optical signal is input. By suppressing the coupling, it is possible to suppress the efficiency deterioration and the reliability deterioration due to the surface recombination at the incident end face, and to realize a highly reliable waveguide type semiconductor optical device.
【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。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a waveguide type semiconductor light receiving element.
【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。FIG. 2 is an external perspective view of the waveguide type semiconductor light receiving element of FIG.
【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。FIG. 3 is a diagram illustrating the wavelength dependence of a light absorption coefficient depending on the presence or absence of a natural superlattice.
【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。FIG. 4 is a sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a waveguide-type semiconductor modulation element.
【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。FIG. 5 is an external perspective view of the waveguide type semiconductor modulation device of FIG. 4;
【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。FIG. 6 is a cross-sectional view of an example of a conventional waveguide type semiconductor light receiving element.
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DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 InP semiconductor substrate [15 degree inclination to (111) A plane direction] 12 n-type-InGaAsP clad layer 13 InGaAsP light absorption / waveguide layer 14 p-type-InGaAsP clad layer 15 p-type-InGaAs contact layer 16 electrode 17 InGaAsP light Natural superlattice region of absorption / waveguide layer 18 Non-natural superlattice region of InGaAsP light absorption / waveguide layer 19 Signal light 21 InP semiconductor substrate [tilted at 15 ° in (111) A plane] 22 n-type InGaAsP cladding layer Reference Signs List 23 InGaAsP optical waveguide layer 24 p-type InGaAsP cladding layer 25 p-type InGaAs contact layer 26 electrode 27 natural superlattice area of InGaAsP optical waveguide layer 28 non-natural superlattice area of InGaAsP optical waveguide layer 29A signal light 29B modulated signal light 31 n-type semiconductor substrate 32 n-type buffer semiconductor Layer 33 n-type cladding semiconductor layer 34 light absorbing layer 35 p-type cladding layer 36 p-type electrode contact layer 37 signal light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/10 - 31/119 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 31/10-31/119
Claims (5)
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。1. A waveguide type semiconductor optical device having an optical waveguide having a laminated structure in which a compound semiconductor is laminated on a semiconductor substrate, wherein the optical waveguide is configured as a structure having an atomic order (natural superlattice structure). A waveguide-type semiconductor optical device, characterized in that a region on the incident end face side where signal light is incident is configured as a structure having no atomic order (non-natural superlattice structure).
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。2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide has a structure in which a light absorbing / guiding layer is sandwiched between cladding layers, and the waveguide type semiconductor optical device converts an electric signal from an optical signal incident on the light absorbing / guiding layer. And a waveguide type semiconductor light-receiving element obtained at least in the region on the side of the incident end face of the optical signal.
2. The waveguide-type semiconductor optical device according to claim 1, wherein the waveguide layer has a non-natural superlattice structure.
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。3. The optical waveguide has a configuration in which an optical waveguide layer is sandwiched between cladding layers, and the waveguide-type semiconductor optical device outputs a light modulation signal obtained by modulating an optical signal incident on the optical waveguide layer. 2. The waveguide semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is configured as a waveguide semiconductor modulation device, and at least the optical waveguide layer is configured as a non-natural superlattice structure in a region on an incident end face side of the optical signal. Optical element.
(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。4. A semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor substrate has a plane orientation inclined at a required angle from a (100) crystal plane to a (111) A plane or a (111) B plane. The waveguide type semiconductor optical device according to any one of the above.
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。5. The waveguide type semiconductor optical device according to claim 1, wherein the non-natural superlattice structure has a structure in which impurities are implanted into the natural superlattice structure.
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JPH11340497A JPH11340497A (en) | 1999-12-10 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH06100046A (en) * | 1992-09-16 | 1994-04-12 | Sekisui Plastics Co Ltd | Partitioning material for food with antibacterial property |
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