JP3809941B2

JP3809941B2 - Electroabsorption optical modulator

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Publication number: JP3809941B2
Application number: JP2001307082A
Authority: JP
Inventors: 康洋近藤; 進近藤; 龍三伊賀; 松幸小笠原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: JP2003114407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界印加による吸収係数変化により光を制御する電界吸収型光変調器に関するものである。特に、埋込層の容量を低減して高速動作を可能とする電界吸収型光変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信における変調速度の向上と中継間隔の長距離化に伴い、半導体レーザの高速直接変調時に生じる発振波長変動（チャーピング）が伝送上重要な問題となり始めているため、チャーピングの少ない光変調器が注目されている。
更に、基幹伝送系以外でも、光情報処理や光交換などへの応用が模索されて始めており、高速、低消費電力な光変調器に対する関心が高まっている。
光変調器には、ＬiＮbＯ₃などの誘電体を用いたものと半導体を用いたものがあり、それぞれの特性を生かした応用に向けて活発に研究されている。
【０００３】
なかでも、バルク半導体や多重量子井戸（ＭＱＷ）の吸収係数を電界の印加により制御する電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器という）は、高速性、波長帯域幅、低消費電力、高消光比などの観点から優れたデバイスとして注目されている。
電界吸収型光変調器はｐ型半導体とｎ型半導体との間に、両者よりもバンドギャッブが小さく不純物を添加していない半導体からなる光吸収層（ｉ層）をはさんだｐ−ｉ−ｎ構造をしている。
【０００４】
そして、この構造に逆バイアスを印加することによりｉ層に電界を印加する。
ｉ層にはバルク半導体や多重量子井戸（ＭＱＷ）が用いられる。
この様な構成の電界吸収型光変調器の動作原理は以下のようなものである。
即ち、半導体の吸収スペクトルはバンドギャップに相当する光の波長を境にそれから短波長側で急激に増大する。
この吸収スペクトルが急激に立ち上がる領域を一般に（基礎）吸収端と呼んでいる。
【０００５】
半導体に電界を印加することによって吸収端の位置がシフトすることが知られている。
この現象は、バルク半導体ではフランツーケルディッシュ（Franz-Keldysh）効果、多重量子井戸では量子閉じ込めシュタルク効果（The Quantum-Confined Stark Effect；略してＱＣＳＥ）と呼ばれている。
電界印加によってｉ層の半導体の吸収端がシフトする結果、吸収端近傍のある固定した波長での吸収係数は電界印加によって大きく変化することになる。
これが電界吸収型光変調器によって、光を制御する原理である。
【０００６】
従来の電界吸収型光変調器の断面構造を図８に示す（K. Wakita, et al, Japanese Journal of Applicd Physics, Vol.37, Part1, No.3B, pp.1432-1435,1998年刊）。
これは、ｐ−ｉ−ｎ構造をメサストライプ状に加工し、その両側をＦeをドープした半絶縁ＩnＰで埋め込んだ構造である。
ＦeドープＩnＰはｐ−ｎ埋込に比べ、ｐ−ｎ接合に起因する容量が低減でき、高速変調が可能である。
【０００７】
また、埋込層中の正孔（ｐ型キャリア）による光吸収が無くなるので光損失が低減できる。
更に、メサの両側を半導体で埋め込まれているため、光のフィールドが円形になりファイバとの結合効率が向上する。
実際、埋込のないリッジ型ではファイバとの結合による損失は８ｄＢであるのに対して、ＦeドープＩnＰ埋込の場合には損失が５ｄＢまで低減された。
しかしながら、素子容量を低減するために導入したＦeドープＩnＰによる埋込であるが、期待に反して容量がそれほど低下しないことが分かった。
それに加え、消光比が劣化することも分かった。
【０００８】
本発明者らの検討の結果、次のような原因が明らかとなった。
（１）ＦeドープＩnＰ埋込の際のＦe−Ｚn相互拡散により、Ｆe原子とＺn原子は格子位置を離れ、格子間を動き始める。
（２）格子間を移動するＺn原子は周囲の埋込層と光吸収層（ｉ層）に拡散する。
（３）埋込層に拡散したＺnは埋込層をｐ型化する。そのため、素子容量が増加する。
（４）光吸収層（ｉ層）に拡散したＺnは光吸収層をｐ型化するので、電界が印可される光吸収層の厚さが減少し、消光比が劣化する。
（５）更に、光吸収層がＭＱＷで構成されている場合には、拡散したＺnが励起子の寿命を短くするため、ＱＣＳＥ効果が阻害され、消光比が劣化する。
【０００９】
上記の各項目について若干説明する。
上記（１）と（２）は一般に知られているＦeとＺnの相互拡散である（E. W. A. Young and G. M. Fontijn, Applied Physics Letter,Vol.56, No.2, pp.146-147,1990年刊）。
ＦeとＺnの相互拡散を図９に基づいて説明する。
半絶縁ＩnＰ層９のドーパントであるＦeはｐ型ＩnＰクラッド層６のドーパントであるＺnと相互拡散を起こす（図中の実線矢印）。
相互拡散が起こるとｐ型ＩnＰ層９中にＺn拡散が容易になり、ｐ型クラッド層６に接する半導体層中にＺnが拡散することになる（図中の点線矢印）。図中のハッチング部分がＺnの拡散した領域である。
【００１０】
上記（３）について、ステンエッチを行った素子断面の観察から、Ｚn拡散領域が広いほど素子容量が増加していることが判った。
また、上記（４）と（５）に関しては、光吸収層にＺnが拡散しない様な構造にした場合は、ＦeドープＩnＰで埋め込んでも消光比が劣化しないことを確かめた。
即ち、素子特性を改善するためにＦe−Ｚn相互拡散を防止する必要がある。
電界吸収型光変調器の帯域幅は素子容量Ｃで制限される。
負荷抵抗をＲとすると、３ｄＢ帯域幅Δｆは次式で表される。
Δｆ＝１／πＲＣ
【００１１】
ここで負荷抵抗Ｒはインピーダンス整合のため５０Ωと決まるから、結局、帯域幅を大きくするためには素子容量を低減する必要がある。
素子容量Ｃは、概ね光吸収層の容量Ｃ_aと埋込層の容量Ｃ_bの和で表される。
光吸収層の容量Ｃ_aは光吸収層の構造により決まってしまうから、Ｚn拡散により増加した埋込層の容量Ｃ_bを減らすことが、素子の帯域幅を広げることにつながる。
【００１２】
近年、ＩnＰにルテニウム（元素記号：Ｒu）をドーピングすることによって半絶縁層を形成できること、そのＩnＰ半絶縁層のＲuとｐ型ＩnＰ中のＺnは相互拡散をほとんど起こさないことが報告されている（A.Dadger et al, Applied Physics Letters, Vol.73, No.26 pp.3878-3880,(1998)：以下、引用文献１と略称する）。
また、このＲuドープＩnＰを半導体レーザの埋込層に適用した例も報告されている（A.van Geelen et. al, Conference Proceedings of the llth lnternational Conference on Indium Phosphide and Related materials TuB1-2(1999)：以下、引用文献２と略称する）。
【００１３】
前記引用文献２では、高出力レーザを得るためにＲuドープＩnＰを半導体レーザの埋込層に用いたことを開示している。
しかしながら、従来のＦeドープＩnＰを埋込層とした場合に比べ素子特性が必ずしも改善されていない。
そのことは、同文献のFigure５においてＲuドープＩnＰを用いた場合にはＦeドープＩnＰの場合に比べ出力が低いこと、また同文献Table １においてＲuドープＩnＰを用いた場合にはＦeドープＩnＰの場合に比べ闘値（Ｉ_th）が高く、効率（Ｅff_th）が低く、７００ｍＡの出力（Ｐ_700mA）が低いことに如実に示されている。
【００１４】
即ち、半導体レーザの埋込層としてＲuドープＩnＰを用いても、ＦeドープＩnＰに比べＺnとの相互拡散が小さいという性質は、何ら意味のある効果を示さない。
引用文献２によれば、そもそも半導体レーザの埋込層としてＲuドープＩnＰを用いた目的は、埋込層の抵抗が下がることを防止し、ｐクラッド層の抵抗が増加することを防止することである。
つまり、Ｆe−Ｚn相互拡散によりｐクラッド層から埋込層へＺnが拡散することにより、相対的にｐクラッド層の抵抗が高くなり埋込層の抵抗が下がるため、素子抵抗が高くなりリーク電流が増える。
その結果、高出力が得られなくなるというものである。
【００１５】
半導体レーザは活性層に形成されたｐ−ｎ接合に順バイアスを印加することにより活性層に電流を注入し、活性層において発光を得るものである。
そのため、ｐクラッド層の抵抗は出来る限り低く、埋込層の抵抗は出来る限り高くすることにより、活性層に電流を効率よく注入することが必要である。
しかしながら、相互拡散の起こらないＲuドープＩnＰを用いても特性の改善が見られないことは先に述べた通りである。
即ち、半導体レーザの場合、ｐクラッド層周辺の半導体層へのＺn拡散による素子特性への影響は少ないことを意味している。
言い換えれば、ＦeドープＩnＰ半絶縁層を用いた埋込構造レーザにおいて十分良好な特性を実現できているといえる。
一方、電界吸収型光変調器の場合は、Ｚn拡散により変調特性が大きく劣化してしまうことは上に述べた通りである。
この点については実施例において更に具体的に説明する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、埋込層へのＺn拡散をなくすことにより埋込層の容量を低減して高速動作を可能とする電界吸収型光変調器を提供することにある。
埋込層へのＺn拡散により素子容量が増加することは、本発明者らが初めて明らかにしたことであり、これまで公開された技術文献には記載されていない。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電界吸収型光変調器は、第１導電型基板上に配された、少なくとも第１導電型クラッド層と、多重量子井戸からなる光吸収層と、第２導電型クラッド層とからなる積層構造がメサストライプ状に加工されており、該積層構造の両側を半絶縁半導体層で埋め込んだ構造を有する電界吸収型光変調器において、前記半絶縁半導体層のドーパントがルテニウムであることを特徴とする。また、本発明の電界吸収型光変調器は、前記第１導電型基板上に、前記光吸収層と光結合した活性層を持つ半導体レーザを集積したことを特徴とする。
【００１８】
即ち、本発明の光半導体素子は電界吸収型光変調器とＲuドープＩnＰ埋込層を組み合わせた点に主たる特徴がある。
ＦeドープＩnＰ埋込層に代えてＲuドープＩnＰ埋込層を用いた点が従来と異なる。
従来、ＲuドープＩnＰを埋込層にもつ半導体レーザは報告されていたが、ＲuドープＩnＰを埋込層にもつ電界吸収型光変調器はこれまでなかった。
本発明は、半導体レーザの埋込層に用いられているＲuドープＩnＰを、電界吸収型光変調器の埋込層として単に用いただけではない。
電界吸収型光変調器とＲuドープＩnＰ埋込層を組み合わせたことにより、著しい作用効果が現れる点に進歩性を有する。
【００１９】
〔作用と効果〕
本発明の光半導体変調器においては、メサの両側をＲuを添加した半導体層で埋め込んでいるため、埋込層へのＺn拡散が起こらない。
そのために次のような著しい効果を奏する。
第１に、素子容量が従来の約半分に低減する。
第２に、光吸収層として多重量子井戸（ＭＱＷ）を用いた場合には、埋め込んだ後もＱＣＳＥ効果が持続する。
これらの効果は、本発明のごとく電界吸収型光変調器とＲuドープＩnＰによる埋込を組み合わせたから得られた効果に他ならない。
これは、本発明者らの検討により初めて明らかにされたことであって、従来技術から容易に類推されたものではない。
【００２０】
半絶縁性ドーパントのＲuが、Ｚnとの相互拡散が小さいことは引用文献１で示されていた。
しかし、その性質を素子に応用することはなかった。
また、引用文献２には、半導体レーザの埋込層としてＲuドープＩnＰを用いたことが記載されているが、Ｚnとの相互拡散が小さいという効果は何も現れていなかった。
つまり、半導体レーザの場合はｐクラッド層周辺の半導体層へのＺn拡散による素子特性への影響は少ない。
そのため、その後ＲuドープＩnＰを埋込層に用いる検討はなされていない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例に係る電界吸収型光変調器の構造を図１に示す。
本実施例は、ＭＱＷを光吸収層にした電界吸収型光変調器の断面斜視図である。
即ち、面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層３、層厚０．１５μｍの吸収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡlＡs／ＩnＡlＡs歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層５、層厚１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層７の順に積層されている。
ここで、光吸収層４以外の化合物半導体層は特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成である。
【００２２】
この積層されたものは、幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサストライプに加工され、更に、メサストライプの両側を、Ｒuを添加したＩnＰ層９で埋め込まれている。
メサの直上以外の表面にＳiＯ₂保護膜１０が配され、メサ上にはｐ型電極１１が、基板裏面にはｎ型電極１２が形成されている。
メサストライプの両側がＦeドープＩnＰ層ではなくＲuドープＩnＰ層９で埋め込まれている点が、従来例と異なる。
ここで、埋込層はＲuドープＩnＰに限られるわけではなく、ＲuをドープしたＩnＧaＡlＡs、ＩnＡlＡs、ＩnＧaＡsＰなどの基板に格子整合する組成を持つ化合物半導体混晶でも同様の効果を奏する。
【００２３】
次に具体的な効果について説明する。
本発明の効果を確認するために、埋込構造を変えたものと本発明の構造を比較する。
一つはメサストライプをポリイミドだけで埋め込んだもの（比較例１）、二つ目はメサストライプをＦeドープＩnＰ層だけで埋め込んだもの（比較例２）である。
最初に、電界吸収型光変調器の素子容量を比較した。
その結果を図２に示す。
【００２４】
本発明と２つの比較例におけるメサストライプの幅と高さ及び素子長が同じもの同士を比較した。
印加電圧が０Ｖの場合、比較例１の素子容量は０．５ｐＦであり、比較例２の場合は１．０ｐＦであった。
比較例２において素子容量が増加した原因は、メサストライプを構成するｐ型ＩnＰクラッド及びｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層がＦeドープＩnＰ層と接触しているため、ＺnとＦeの相互拡散によりＺnがＦeドープＩnＰ層に拡散したためである。
つまり、Ｚnが拡散することによってＦeドープＩnＰ層がｐ型に変化し、素子容量が増加した。
【００２５】
しかし、比較例１の場合にはＺn拡散が起こらないので素子容量は低いままである。
一方、本発明の電界吸収型光変調器の素子容量は０．６ｐＦである。
この値は、比較例１とほぼ同じであり、比較例２の約半分である。
光吸収層の容量はどの場合も同じであるから、素子容量が低下した原因は埋込層の容量が低下したためと考えられる。
印加電圧を増加しても、本発明の素子容量は比較例２に比べ低いことは、図２から明らかである。
従って、本発明の場合は、埋込層へのＺnの拡散は起こっていないことが分かる。
つまり、メサストライプの両側をＲuドープＩnＰ層で埋め込んだため、埋込層へのＺnの拡散が防止されたからである。
実際、本発明の素子断面をステンエッチし、走査型電子顕微鏡で観察したところ、埋込層へのＺn拡散が起こっていないことが確かめられた。
【００２６】
更に、３ｄＢ帯域幅を比較した。この結果を図３に示す。
ＦeドープＩnＰで埋め込んだ比較例２の場合は８ＧＨｚであったが、ＲuドープＩnＰで埋め込んだ本発明の場合は１８ＧＨｚに向上していた。
これは、素子容量が低減した結果である。
本発明と比較例の電界吸収型光変調器のフォトカレントスペクトルを図４に示す。素子に印加した電圧をパラメータに取った。
入射光はＴＭモードである。
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、比較例１、比較例２及び本発明の場合である。
【００２７】
図４（ｃ）の比較例１の場合には、明瞭な励起子吸収が見られる。
そして、印加電圧の増加に伴い吸収端が長波長側にシフトしている。
これは、ほぼ理想的な量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）である。
図４（ｂ）の比較例２の場合には、明瞭な励起子吸収が見られず、印加電圧の増加に伴う吸収端のシフトも見られない。
ただ、長波長側の吸収が相対的に増加しているだけである。これは、埋込層がＦeドープＩnＰ層であるために、Ｆe−Ｚn相互拡散の影響によりＺnが光吸収層へ拡散したために、素子特性が劣化したことを示している。
【００２８】
つまり、ｐ型ＩnＰクラッド層に拡散したＦeがＺnを格子間位置に叩き出し、その格子間位置のＺnが光吸収層に拡散して素子特性を劣化させたものである。
図４（ｃ）に示す本発明の場合には、励起子吸収は明瞭でないものの、印加電圧の増加に伴う吸収端のシフトが明瞭に示されている。
この様に、比較例２の場合と異なり素子劣化が生じなかった原因は、メサストライプの両側をＦeドープＩnＰ層ではなくＲuドープＩnＰ層で埋め込んだために、Ｚnとの相互拡散が起こらず、光吸収層のへのＺn拡散が防止されたからである。
【００２９】
次に、本発明による電界吸収型光変調器における印加電圧と透過光強度との関係を図５に示す。
入射光がＴＥモードとＴＭモードの場合の両方を示した。入射光の波長は１．５５μｍである。
印加電圧がゼロの場合には、透過光強度はＴＥモードとＴＭモードに対して各々６．６ｄＢと７．３ｄＢである。
印加電界の増加に伴い２つのモードに対する透過光強度は同じように減少し、モードによる透過光強度の差は１ｄＢ以内である。
本実施例に係る電界吸収型光変調器の製造方法について、図６を参照して説明する。
【００３０】
先ず、図６（a ）に示すように、面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層３、層厚０．１５μｍの吸収端波長１．５０μｍのノンドーブＩnＧaＡlＡs／ＩnＡlＡs歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドーブＩnＧaＡsＰガイド層５、層厚１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層７の順に積層した。
ここで、活性層以外の化合物半導体は特に断らない限り、ＩnＰ基板に格子整合する組成である。
次に図６（ｂ）に示すように、ＳiＯ₂８をマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサストライプを形成した。
【００３１】
引き続き、図６（ｃ）に示すように、メサストライプを形成した基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、Ｒuを添加したＩnＰ層９を成長させた。
Ｒuを添加したＩnＰ層９の成長ではＲuの原料としてビスジメチルペンタディェニルルテニウムbis（η5-2,4-dimethylpentadienyl ）ruthenium （II）を用いた。
成長温度は５８０℃から６４０℃の間であり、典型的には６００℃である。層厚は成長時間で制御した。
Ｆeを添加したＩnＰ層の成長には、Ｆeの原料として公知のフェロセン（Ｃp₂Ｆe）を用いて行った。
成長温度はＲuドープＩnＰの成長温度と同じ温度である。
【００３２】
この後、図１に示すように、ＳiＯ₂マスクを除去し、メサの直上以外の表面にＳiＯ₂保護膜１０を形成した後、ｐ型電極１１を形成し、更に基板側にｎ型電極１２を形成した。
以上示したように、光半導体変調器の埋込み構造にＲuドープ半絶縁層を用いることにより、ｐ型クラッド層からのＺn拡散を抑制し、良好な変調特性を実現することができる。
【００３３】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例に係る集積化光源を図７に示す。
本実施例は、電界吸収型光変調器と分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）をモノリシック集積した集積化光源（ＥＡ−ＤＦＢ）である。
即ち、この集積化光源は、電界吸収型光変調器部と分布帰還型半導体レーザ部及び両者の間の溝部からなる。
素子は共通の基板である面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に形成されている。
【００３４】
電界吸収型光変調器部の構成は、前記のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．２μｍのノンドーブＩnＧaＡsＰガイド層１０３、層厚０．１５μｍの吸収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層１０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層１０５、層厚１５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層１０６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層１０７の順に積層されている。
ここで、光吸収層１０４以外の化合物半導体層は特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成である。
それらが幅２μｍで高さ１μｍ程度のメサストライプに形成され、その両側面をＲuを添加したＩnＰ層９で埋め込まれている。
メサの直上以外の表面にＳiＯ₂保護膜１０を形成した後、ｐ型電極１１１を形成し、更に基板側に共通のｎ型電極１２を形成した。
【００３５】
分布帰還型半導体レーザ部の構成は、前記のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層２０４、上面に回折格子が形成されている層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０５、層厚１５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層７の順に積層されている。
【００３６】
ここで、活性層２０４以外の化合物半導体層は特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成である。
それらが幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサストライプに形成され、その両側面をＲuを添加したＩnＰ層９で埋め込まれている。
メサの直上以外の表面にＳiＯ₂保護膜１０を形成した後、ｐ型電極２１１を形成し、更に基板側に共通のｎ型電極１２を形成した。
溝部においては、光吸収層１０４と活性層２０４はバットジョイントで結合している。
また、電気的な絶縁を行うために、ＩnＧaＡsコンタクト層７は除去されている。
【００３７】
メサストライプ構造、埋め込み層のＲuを添加したＩnＰ層９は、電界吸収型光変調器部、分布帰還型半導体レーザ部及び溝部に共通のものである。
この素子の断面構造を観察したところ、ｐ型ＩnＰクラッド層１０６のドーパントであるＺnの拡散は観測されることなく、また、作製したレーザ及び変調器それぞれについても良好な特性を確認することができた。
つまり、Ｆeドープ半絶縁層を埋込み層に用いた場合と異なり、良好な半導体レーザ・光半導体変調器集積化光源としての特性を観測することができた。
以上示したように、電界吸収型光変調器の埋込み構造にＲuドープ半絶縁層を用いることにより、ｐ型クラッド層からのＺn拡散を抑制し、良好な変調特性を実現することができる。
【００３８】
このように説明したように本発明は、埋め込み型電界吸収光変調器において、埋め込み層のドーパントをルテニウムとしていることに特徴があり、これにより素子容量を低減することができる。
尚、上述した実施例では、ｐ形不純物としてＺnを取り上げているが、これと同じ導電形を持つ他の添加物を用いても本発明は同様な効果を実現できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明の電界吸収型光変調器においては、メサの両側をＲuを添加した半導体層で埋め込んでいるため、埋込層へのＺn拡散が起こらない。そのために次のような著しい効果を奏する。第１に、素子容量が低減する。第２に、光吸収層として多重量子井戸（ＭＱＷ）を用いた場合には、埋め込んだ後もＱＣＳＥ効果が持続する。従って、埋込層へのＺn拡散をなくすことにより埋込層の容量を低減して高速動作を可能とする電界吸収型光変調器を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構造図である。
【図２】素子容量を比較して示すグラフである。
【図３】３ｄＢ帯域幅を比較して示すグラフである。
【図４】フォトカレントスペクトルを示すグラフである。
【図５】印加電圧と透過光強度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施例の製造工程を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例の構造図である。
【図８】従来例の説明図である。
【図９】Ｆe−Ｚn相互拡散の説明図である。
【符号の説明】
１ｎ型ＩnＰ基板
２Ｓeドープｎ型ＩnＰクラッド層
３ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層
４ノンドーブＩnＧaＡlＡs／ＩnＡlＡs歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層
５ノンドーブＩnＧaＡsＰガイド層
６Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層
７ＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層
９Ｒuを添加したＩnＰ層
１０ＳiＯ₂保護膜
１１ｐ型電極
１２ｎ型電極
１０３ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層
１０４ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層
１０５ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層
１１１ｐ型電極
２０３ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層
２０４ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層
２０５ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層
２１１ｐ型電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electroabsorption optical modulator that controls light by changing an absorption coefficient by applying an electric field. In particular, the present invention relates to an electroabsorption optical modulator that enables high-speed operation by reducing the capacitance of a buried layer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the increase in modulation speed and the increase of the relay interval in optical communications, oscillation wavelength fluctuation (chirping) that occurs during high-speed direct modulation of semiconductor lasers has become an important problem in transmission. Modulators are drawing attention.
In addition to backbone transmission systems, applications for optical information processing and optical exchange have been sought, and interest in high-speed, low power consumption optical modulators has increased.
There are two types of optical modulators, one using a dielectric such as LiNbO ₃ and the other using a semiconductor, and they are actively studied for applications that make use of their characteristics.
[0003]
In particular, electroabsorption optical modulators (EA modulators) that control the absorption coefficient of bulk semiconductors and multiple quantum wells (MQWs) by applying an electric field are high speed, wavelength bandwidth, low power consumption, and high extinction ratio. It is attracting attention as an excellent device from the viewpoints of
The electroabsorption optical modulator has a pin structure between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor with a light absorption layer (i layer) made of a semiconductor having a smaller band gap and no added impurities. I am doing.
[0004]
An electric field is applied to the i layer by applying a reverse bias to this structure.
A bulk semiconductor or a multiple quantum well (MQW) is used for the i layer.
The operation principle of the electroabsorption optical modulator having such a configuration is as follows.
That is, the absorption spectrum of the semiconductor sharply increases on the short wavelength side from the wavelength of light corresponding to the band gap.
The region where the absorption spectrum rises rapidly is generally called the (basic) absorption edge.
[0005]
It is known that the position of the absorption edge is shifted by applying an electric field to a semiconductor.
This phenomenon is called the Francz-Keldysh effect in bulk semiconductors and the Quantum-Confined Stark Effect (QCSE for short) in multiple quantum wells.
As a result of the shift of the absorption edge of the i-layer semiconductor due to the application of an electric field, the absorption coefficient at a fixed wavelength in the vicinity of the absorption edge is greatly changed by the application of the electric field.
This is the principle of controlling light with an electroabsorption optical modulator.
[0006]
FIG. 8 shows a cross-sectional structure of a conventional electroabsorption optical modulator (K. Wakita, et al, Japanese Journal of Applicd Physics, Vol. 37, Part 1, No. 3B, pp. 1432-1435, 1998).
This is a structure in which a pin structure is processed into a mesa stripe and both sides thereof are embedded with semi-insulating InP doped with Fe.
Fe-doped InP can reduce the capacitance caused by the pn junction and can perform high-speed modulation compared to the pn buried.
[0007]
In addition, since light absorption due to holes (p-type carriers) in the buried layer is eliminated, light loss can be reduced.
Furthermore, since both sides of the mesa are embedded with a semiconductor, the light field becomes circular, and the coupling efficiency with the fiber is improved.
In fact, the loss due to coupling with the fiber is 8 dB in the ridge type without embedding, whereas the loss is reduced to 5 dB in the case of Fe-doped InP embedding.
However, although it is embedding with Fe-doped InP introduced to reduce the element capacity, it has been found that the capacity does not drop so much against expectations.
In addition, it was found that the extinction ratio deteriorates.
[0008]
As a result of the study by the present inventors, the following causes have been clarified.
(1) Due to Fe-Zn interdiffusion during Fe-doped InP embedding, Fe atoms and Zn atoms leave the lattice positions and begin to move between the lattices.
(2) Zn atoms moving between the lattices diffuse into the surrounding buried layer and the light absorption layer (i layer).
(3) Zn diffused in the buried layer makes the buried layer p-type. Therefore, the element capacity increases.
(4) Since Zn diffused in the light absorption layer (i layer) makes the light absorption layer p-type, the thickness of the light absorption layer to which an electric field is applied is reduced and the extinction ratio is deteriorated.
(5) Further, when the light absorption layer is composed of MQW, the diffused Zn shortens the exciton lifetime, so that the QCSE effect is inhibited and the extinction ratio is deteriorated.
[0009]
Each of the above items will be described briefly.
The above (1) and (2) are generally known mutual diffusion of Fe and Zn (EWA Young and GM Fontijn, Applied Physics Letter, Vol.56, No.2, pp.146-147, published in 1990) .
The mutual diffusion of Fe and Zn will be described with reference to FIG.
Fe which is a dopant of the semi-insulating InP layer 9 causes mutual diffusion with Zn which is a dopant of the p-type InP cladding layer 6 (solid arrow in the figure).
When interdiffusion occurs, Zn diffusion is facilitated in the p-type InP layer 9, and Zn diffuses in the semiconductor layer in contact with the p-type cladding layer 6 (dotted line arrow in the figure). The hatched portion in the figure is a region where Zn is diffused.
[0010]
As for (3) above, it was found from the observation of the cross section of the element subjected to the stainless etching that the element capacitance was increased as the Zn diffusion region was wider.
As for the above (4) and (5), it was confirmed that the extinction ratio did not deteriorate even when embedded in Fe-doped InP when Zn was diffused in the light absorption layer.
That is, it is necessary to prevent Fe-Zn interdiffusion in order to improve device characteristics.
The bandwidth of the electroabsorption optical modulator is limited by the element capacitance C.
When the load resistance is R, the 3 dB bandwidth Δf is expressed by the following equation.
Δf = 1 / πRC
[0011]
Here, since the load resistance R is determined to be 50Ω for impedance matching, it is necessary to reduce the element capacitance in order to increase the bandwidth.
Element capacitance C is generally represented by the sum of the capacitance C _b of the capacitor C _a and the buried layer of the light absorbing layer.
Since the capacitance C _a of the light absorption layer is determined by the structure of the light absorption layer, reducing the capacitance C _b of the buried layer increased by Zn diffusion leads to an increase in the device bandwidth.
[0012]
In recent years, it has been reported that a semi-insulating layer can be formed by doping ruthenium (element symbol: Ru) into InP, and that Ru in the InP semi-insulating layer and Zn in p-type InP hardly cause mutual diffusion. (A. Dadger et al, Applied Physics Letters, Vol. 73, No. 26 pp. 3878-3880, (1998): hereinafter referred to as Reference Document 1).
In addition, an example in which this Ru-doped InP is applied to a buried layer of a semiconductor laser has been reported (A. van Geelen et. Al, Conference Proceedings of the llth lnternational Conference on Indium Phosphide and Related materials TuB1-2 (1999). : Hereinafter abbreviated as Citation 2).
[0013]
In the cited document 2, it is disclosed that Ru-doped InP is used for a buried layer of a semiconductor laser in order to obtain a high-power laser.
However, the device characteristics are not necessarily improved as compared with the case where the conventional Fe-doped InP is used as the buried layer.
This is because when Ru-doped InP is used in FIG. 5 of the same document, the output is lower than that of Fe-doped InP, and when Ru-doped InP is used in Table 1, the case of Fe-doped InP. It clearly shows that the threshold value (I _th ) is high, the efficiency (Eff _th ) is low, and the output of _{700 mA} (P _{700 mA} ) is low.
[0014]
That is, even if Ru-doped InP is used as the buried layer of the semiconductor laser, the property that the mutual diffusion with Zn is smaller than that of Fe-doped InP does not show any meaningful effect.
According to the cited document 2, the purpose of using Ru-doped InP as the buried layer of the semiconductor laser is to prevent the buried layer from decreasing in resistance and to prevent the p-cladding layer from increasing in resistance. is there.
That is, since Zn diffuses from the p-clad layer to the buried layer by Fe-Zn interdiffusion, the resistance of the p-clad layer is relatively increased and the resistance of the buried layer is lowered. Will increase.
As a result, high output cannot be obtained.
[0015]
In a semiconductor laser, a forward bias is applied to a pn junction formed in an active layer to inject current into the active layer and to emit light in the active layer.
Therefore, it is necessary to efficiently inject current into the active layer by making the resistance of the p-clad layer as low as possible and the resistance of the buried layer as high as possible.
However, as described above, no improvement in characteristics is observed even when Ru-doped InP that does not cause mutual diffusion occurs.
That is, in the case of a semiconductor laser, it means that the influence on the element characteristics due to Zn diffusion to the semiconductor layer around the p-cladding layer is small.
In other words, it can be said that sufficiently good characteristics can be realized in the buried structure laser using the Fe-doped InP semi-insulating layer.
On the other hand, as described above, in the case of an electroabsorption optical modulator, the modulation characteristic is greatly degraded by Zn diffusion.
This point will be described more specifically in the embodiment.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an electroabsorption optical modulator that can operate at high speed by reducing the capacitance of the buried layer by eliminating Zn diffusion into the buried layer.
The increase in device capacitance due to Zn diffusion into the buried layer is the first manifestation by the present inventors and has not been described in the technical literature published so far.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The electroabsorption optical modulator of the present invention comprises at least a first conductivity type cladding layer, a light absorption layer made of multiple quantum wells, and a second conductivity type cladding layer, which are disposed on a first conductivity type substrate. In an electroabsorption optical modulator having a structure in which a laminated structure is processed in a mesa stripe shape and both sides of the laminated structure are embedded with a semi-insulating semiconductor layer, the dopant of the semi-insulating semiconductor layer is ruthenium And The electroabsorption optical modulator of the present invention is characterized in that a semiconductor laser having an active layer optically coupled to the light absorption layer is integrated on the first conductivity type substrate.
[0018]
That is, the optical semiconductor device of the present invention is mainly characterized in that the electroabsorption optical modulator and the Ru-doped InP buried layer are combined.
The difference is that a Ru-doped InP buried layer is used instead of the Fe-doped InP buried layer.
Conventionally, a semiconductor laser having a Ru-doped InP in a buried layer has been reported, but no electroabsorption optical modulator having a Ru-doped InP in a buried layer has been reported so far.
In the present invention, Ru-doped InP used for a buried layer of a semiconductor laser is not simply used as a buried layer of an electroabsorption optical modulator.
The combination of the electroabsorption optical modulator and the Ru-doped InP buried layer has an inventive step in that a remarkable effect appears.
[0019]
[Action and effect]
In the optical semiconductor modulator of the present invention, since both sides of the mesa are embedded with the semiconductor layer to which Ru is added, Zn diffusion does not occur in the embedded layer.
Therefore, the following remarkable effects are achieved.
First, the element capacity is reduced to about half of the conventional capacity.
Secondly, when a multiple quantum well (MQW) is used as the light absorption layer, the QCSE effect is maintained even after being embedded.
These effects are none other than the effects obtained by combining the electroabsorption optical modulator and the embedding with Ru-doped InP as in the present invention.
This has been clarified for the first time by the study of the present inventors, and is not easily inferred from the prior art.
[0020]
It has been shown in Cited Document 1 that the semi-insulating dopant Ru has a small interdiffusion with Zn.
However, this property was not applied to the device.
Reference 2 describes that Ru-doped InP was used as a buried layer of a semiconductor laser, but no effect of small interdiffusion with Zn appeared.
That is, in the case of a semiconductor laser, there is little influence on element characteristics due to Zn diffusion to the semiconductor layer around the p-cladding layer.
For this reason, no studies have been made on the use of Ru-doped InP for the buried layer.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Example 1]
The structure of the electroabsorption optical modulator according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment is a cross-sectional perspective view of an electroabsorption optical modulator using MQW as a light absorption layer.
That is, on a n-type InP substrate 1 having a plane orientation (100), a Se-doped n-type InP cladding layer 2 having a layer thickness of 0.2 μm, a non-doped InGaAsP guide layer 3 having a layer thickness of 40 nm and an emission wavelength of 1.3 μm, a layer thickness of 0 .15 μm absorption edge wavelength 1.50 μm non-doped InGaAlAs / InAlAs strained MQW (multiple quantum well) light absorption layer 4, layer thickness 40 nm emission wavelength 1.3 μm non-doped InGaAsP guide layer 5, layer thickness 1.5 μm Zn doped A p-type InP cladding layer 6 and a Zn-doped InGaAs contact layer 7 having a layer thickness of 0.3 μm are laminated in this order.
Here, the compound semiconductor layer other than the light absorption layer 4 has a composition that lattice matches with the InP substrate 1 unless otherwise specified.
[0022]
The stacked layer is processed into a mesa stripe having a width of 2 μm and a height of about 3 μm, and both sides of the mesa stripe are embedded with an InP layer 9 to which Ru is added.
A SiO ₂ protective film 10 is disposed on the surface other than directly above the mesa, a p-type electrode 11 is formed on the mesa, and an n-type electrode 12 is formed on the back surface of the substrate.
The mesa stripe is different from the conventional example in that both sides of the mesa stripe are buried not with the Fe-doped InP layer but with the Ru-doped InP layer 9.
Here, the buried layer is not limited to Ru-doped InP, and a compound semiconductor mixed crystal having a composition lattice-matched to a substrate such as InGaAlAs, InAlAs, or InGaAsP doped with Ru also exhibits the same effect.
[0023]
Next, specific effects will be described.
In order to confirm the effect of the present invention, the structure of the present invention is compared with a structure in which the embedded structure is changed.
One is a mesa stripe embedded with polyimide alone (Comparative Example 1), and the second is a mesa stripe embedded with only an Fe-doped InP layer (Comparative Example 2).
First, the device capacities of the electroabsorption optical modulators were compared.
The result is shown in FIG.
[0024]
The same mesa stripe width and height and element length in the present invention and two comparative examples were compared.
When the applied voltage was 0 V, the element capacity of Comparative Example 1 was 0.5 pF, and in the case of Comparative Example 2, it was 1.0 pF.
The reason for the increase in device capacitance in Comparative Example 2 is that the p-type InP cladding and the p-type InGaAs contact layer constituting the mesa stripe are in contact with the Fe-doped InP layer, so that Zn is Fe-doped by mutual diffusion of Zn and Fe. This is because it has diffused into the InP layer.
In other words, the diffusion of Zn changed the Fe-doped InP layer to p-type and increased the element capacitance.
[0025]
However, in the case of the comparative example 1, since the Zn diffusion does not occur, the element capacitance remains low.
On the other hand, the element capacitance of the electroabsorption optical modulator of the present invention is 0.6 pF.
This value is almost the same as that of Comparative Example 1 and is about half that of Comparative Example 2.
Since the capacitance of the light absorption layer is the same in all cases, the cause of the decrease in the element capacitance is considered to be the decrease in the capacitance of the buried layer.
It is clear from FIG. 2 that the element capacitance of the present invention is lower than that of Comparative Example 2 even when the applied voltage is increased.
Therefore, in the case of the present invention, it can be seen that Zn does not diffuse into the buried layer.
That is, since both sides of the mesa stripe are buried with the Ru-doped InP layer, diffusion of Zn into the buried layer is prevented.
In fact, when the cross section of the device of the present invention was stainless-etched and observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that Zn diffusion did not occur in the buried layer.
[0026]
Furthermore, the 3 dB bandwidth was compared. The result is shown in FIG.
In the case of Comparative Example 2 embedded with Fe-doped InP, the frequency was 8 GHz, but in the case of the present invention embedded with Ru-doped InP, the frequency was improved to 18 GHz.
This is a result of a reduction in element capacitance.
FIG. 4 shows photocurrent spectra of the electroabsorption optical modulators of the present invention and the comparative example. The voltage applied to the device was taken as a parameter.
Incident light is TM mode.
4A, 4B, and 4C show the cases of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the present invention, respectively.
[0027]
In the case of the comparative example 1 of FIG.4 (c), clear exciton absorption is seen.
As the applied voltage increases, the absorption edge shifts to the long wavelength side.
This is a nearly ideal quantum confined Stark effect (QCSE).
In the case of Comparative Example 2 in FIG. 4B, no clear exciton absorption is observed, and no shift of the absorption edge with increase in applied voltage is observed.
However, the absorption on the long wavelength side is only relatively increased. This indicates that since the buried layer is an Fe-doped InP layer, Zn is diffused into the light absorption layer due to the influence of Fe-Zn interdiffusion, so that the device characteristics are deteriorated.
[0028]
That is, Fe diffused in the p-type InP cladding layer knocks out Zn to the interstitial position, and Zn at the interstitial position diffuses into the light absorption layer to deteriorate the device characteristics.
In the case of the present invention shown in FIG. 4C, the exciton absorption is not clear, but the shift of the absorption edge as the applied voltage increases is clearly shown.
Thus, unlike the case of Comparative Example 2, the element did not deteriorate because the both sides of the mesa stripe were buried not by the Fe-doped InP layer but by the Ru-doped InP layer, so that mutual diffusion with Zn did not occur. This is because Zn diffusion into the light absorption layer is prevented.
[0029]
Next, FIG. 5 shows the relationship between the applied voltage and the transmitted light intensity in the electroabsorption optical modulator according to the present invention.
Both the incident light in the TE mode and the TM mode are shown. The wavelength of incident light is 1.55 μm.
When the applied voltage is zero, the transmitted light intensity is 6.6 dB and 7.3 dB for the TE mode and the TM mode, respectively.
As the applied electric field increases, the transmitted light intensity for the two modes similarly decreases, and the difference in transmitted light intensity between the modes is within 1 dB.
A method of manufacturing the electroabsorption optical modulator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0030]
First, as shown in FIG. 6 (a), a Se-doped n-type InP cladding layer 2 having a layer thickness of 02 μm and a non-doped layer having a light emission wavelength of 1.3 μm having a layer thickness of 40 μm on an n-type InP substrate 1 having a plane orientation (100). InGaAsP guide layer 3, non-dope InGaAsAs / InAlAs strained MQW (multiple quantum well) active layer 4 with a layer thickness of 0.15 μm and an absorption edge wavelength of 1.50 μm, non-dope InGaAsP guide layer 5 with a layer thickness of 40 nm and an emission wavelength of 1.3 μm A Zn-doped p-type InP cladding layer 6 having a thickness of 1.5 μm and a Zn-doped InGaAs contact layer 7 having a layer thickness of 0.3 μm were laminated in this order.
Here, the compound semiconductor other than the active layer has a composition that lattice matches with the InP substrate unless otherwise specified.
Next, as shown in FIG. 6B, mesa stripes having a width of 2 μm and a height of about 3 μm were formed by RIE (reactive ion etching) using SiO ₂ 8 as a mask.
[0031]
Subsequently, as shown in FIG. 6C, an InP layer 9 doped with Ru was grown on the substrate on which the mesa stripe was formed by the MOVPE method.
In the growth of the InP layer 9 to which Ru was added, bisdimethylpentadienyl ruthenium bis (η5-2,4-dimethylpentadienyl) ruthenium (II) was used as a Ru raw material.
The growth temperature is between 580 ° C. and 640 ° C., typically 600 ° C. The layer thickness was controlled by the growth time.
The growth of the InP layer to which Fe was added was performed using a known ferrocene (Cp ₂ Fe) as a raw material of Fe.
The growth temperature is the same as the growth temperature of Ru-doped InP.
[0032]
Thereafter, as shown in FIG. 1, the SiO ₂ mask is removed, the SiO ₂ protective film 10 is formed on the surface other than the top of the mesa, the p-type electrode 11 is formed, and the n-type electrode 12 is further formed on the substrate side. Formed.
As described above, by using the Ru-doped semi-insulating layer in the buried structure of the optical semiconductor modulator, it is possible to suppress Zn diffusion from the p-type cladding layer and realize good modulation characteristics.
[0033]
[Example 2]
FIG. 7 shows an integrated light source according to the second embodiment of the present invention.
This embodiment is an integrated light source (EA-DFB) in which an electroabsorption optical modulator and a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) are monolithically integrated.
That is, this integrated light source is composed of an electroabsorption optical modulator portion, a distributed feedback semiconductor laser portion, and a groove portion therebetween.
The element is formed on an n-type InP substrate 1 having a plane orientation (100), which is a common substrate.
[0034]
The structure of the electroabsorption optical modulator is as follows. On the n-type InP substrate 1, a Se-doped n-type InP cladding layer 2 having a layer thickness of 0.2 μm, a non-doped InGaAsP guide layer having an emission wavelength of 1.2 μm and a layer thickness of 40 nm. 103, a non-doped InGaAsP / InGaAsP strained MQW (multiple quantum well) light absorption layer 104 with an absorption edge wavelength of 1.50 μm with a layer thickness of 0.15 μm, a non-doped InGaAsP guide layer 105 with an emission wavelength of 1.3 μm with a layer thickness of 40 nm, a layer thickness of 15 μm A Zn-doped p-type InP cladding layer 106 and a Zn-doped InGaAs contact layer 107 having a layer thickness of 0.3 μm are stacked in this order.
Here, the compound semiconductor layer other than the light absorption layer 104 has a composition lattice-matched to the InP substrate 1 unless otherwise specified.
They are formed in a mesa stripe having a width of 2 μm and a height of about 1 μm, and both side surfaces thereof are filled with an InP layer 9 to which Ru is added.
After forming the SiO ₂ protective film 10 on the surface other than directly above the mesa, the p-type electrode 111 was formed, and the common n-type electrode 12 was further formed on the substrate side.
[0035]
The configuration of the distributed feedback semiconductor laser section is as follows. On the n-type InP substrate 1, a Se-doped n-type InP cladding layer 2 having a layer thickness of 0.2 μm and a non-doped InGaAs AsP guide layer 203 having an emission wavelength of 1.3 μm and a layer thickness of 40 nm. A non-doped InGaAsP / InGaAsP strained MQW (multiple quantum well) active layer 204 with a layer thickness of 0.15 μm and an emission wavelength of 1.55 μm, a non-doped InGaAsP guide with an emission wavelength of 1.3 μm with a diffraction grating formed on the upper surface A layer 205, a Zn-doped p-type InP cladding layer 6 having a layer thickness of 15 μm, and a Zn-doped InGaAs contact layer 7 having a layer thickness of 0.3 μm are stacked in this order.
[0036]
Here, the compound semiconductor layers other than the active layer 204 have a composition lattice-matched to the InP substrate 1 unless otherwise specified.
They are formed in a mesa stripe having a width of 2 μm and a height of about 3 μm, and both side surfaces thereof are filled with an InP layer 9 to which Ru is added.
After forming the SiO ₂ protective film 10 on the surface other than directly above the mesa, the p-type electrode 211 was formed, and the common n-type electrode 12 was further formed on the substrate side.
In the groove portion, the light absorption layer 104 and the active layer 204 are coupled by a butt joint.
In addition, the InGaAs contact layer 7 is removed for electrical insulation.
[0037]
The InP layer 9 to which the mesa stripe structure and the buried layer Ru are added is common to the electroabsorption optical modulator portion, the distributed feedback semiconductor laser portion, and the groove portion.
Observation of the cross-sectional structure of this device shows that no diffusion of Zn, which is a dopant of the p-type InP cladding layer 106, is observed, and good characteristics can be confirmed for each of the fabricated laser and modulator. It was.
That is, unlike the case where the Fe-doped semi-insulating layer was used as the buried layer, it was possible to observe good characteristics as an integrated light source for a semiconductor laser / optical semiconductor modulator.
As described above, by using the Ru-doped semi-insulating layer in the buried structure of the electroabsorption optical modulator, Zn diffusion from the p-type cladding layer can be suppressed and good modulation characteristics can be realized.
[0038]
As described above, the present invention is characterized in that, in the buried electroabsorption optical modulator, the dopant of the buried layer is ruthenium, which can reduce the device capacitance.
In the above-described embodiment, Zn is taken as the p-type impurity, but the present invention can achieve the same effect even if other additives having the same conductivity type are used.
[0039]
【The invention's effect】
As described above in detail based on the embodiments, in the electroabsorption optical modulator of the present invention, since both sides of the mesa are embedded with the semiconductor layer added with Ru, Zn diffusion into the embedded layer is prevented. Does not happen. Therefore, the following remarkable effects are achieved. First, the element capacitance is reduced. Secondly, when a multiple quantum well (MQW) is used as the light absorption layer, the QCSE effect is maintained even after being embedded. Therefore, it is possible to provide an electroabsorption optical modulator that can operate at a high speed by reducing the capacitance of the buried layer by eliminating Zn diffusion into the buried layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a comparison of element capacities.
FIG. 3 is a graph showing a comparison of 3 dB bandwidths.
FIG. 4 is a graph showing a photocurrent spectrum.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between applied voltage and transmitted light intensity.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a structural diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a conventional example.
FIG. 9 is an explanatory diagram of Fe-Zn interdiffusion.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 n-type InP substrate 2 Se-doped n-type InP cladding layer 3 non-doped InGaAsP guide layer 4 non-doped InGaAsAs / InAlAsAs strained MQW (multiple quantum well) light absorption layer 5 non-doped InGaAsP guide layer 6 Zn-doped p-type InP cladding layer 7 GaIn Contact layer 9 Ru added InP layer 10 SiO ₂ protective film 11 p-type electrode 12 n-type electrode 103 non-doped InGaAsAsP guide layer 104 non-doped InGaAsAs / InGaAsP strained MQW (multiple quantum well) light absorption layer 105 non-doped InGaAsP guide layer 111 p-type Electrode 203 Non-doped InGaAsP guide layer 204 Non-doped InGaAsP / InGaAsP strained MQW (multiple quantum well) active layer 205 Non-doped InGaAsP guide layer 211 p-type electrode

Claims

第１導電型基板上に配された、少なくとも第１導電型クラッド層と、多重量子井戸からなる光吸収層と、第２導電型クラッド層とからなる積層構造がメサストライプ状に加工されており、
該積層構造の両側を半絶縁半導体層で埋め込んだ構造を有する電界吸収型光変調器において、
前記半絶縁半導体層のドーパントがルテニウムであることを特徴とする電界吸収型光変調器。A laminated structure including at least a first conductivity type cladding layer, a light absorption layer composed of multiple quantum wells, and a second conductivity type cladding layer disposed on the first conductivity type substrate is processed into a mesa stripe shape. ,
In an electroabsorption optical modulator having a structure in which both sides of the laminated structure are embedded with semi-insulating semiconductor layers,
The electroabsorption optical modulator, wherein the semi-insulating semiconductor layer has a dopant of ruthenium.

前記第１導電型基板上に、前記光吸収層と光結合した活性層を持つ半導体レーザを集積したことを特徴とする請求項１記載の電界吸収型光変調器。Wherein the first conductivity type on the substrate, the light absorbing layer and the optical coupling with electric field absorption optical modulator according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that the integrated semiconductor laser having an active layer.