JPH08306903A - 半導体光集積素子 - Google Patents
半導体光集積素子Info
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- JPH08306903A JPH08306903A JP12960095A JP12960095A JPH08306903A JP H08306903 A JPH08306903 A JP H08306903A JP 12960095 A JP12960095 A JP 12960095A JP 12960095 A JP12960095 A JP 12960095A JP H08306903 A JPH08306903 A JP H08306903A
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- Japan
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- substrate
- optical
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 導電性基板を用いた半導体光集積素子の問題
点を解決する。 【構成】 同一基板上に光導波路と光増幅器とを集積し
た半導体光集積素子の例を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１
上の、光増幅器が形成される領域及びその周辺領域２に
亜鉛拡散により導電層が形成されており、導電層上には
光増幅器を構成する活性層４とその上下の光ガイド層
３、クラッド層５、電極コンタクト層６及びｎ側電極９
が形成されている。一方、光導波路を形成するために基
板１上には光導波路層７とクラッド層８が積層されてい
る。 【効果】 基板が半絶縁性のため光導波路の伝搬損失が
少なく、導電領域が限られているため電流拡がりも起こ
らず、消費電力、効率、発熱を改善し、また導電層をｐ
型とすることによりｎ側電極の形成を容易とし、高集積
化が可能となる。
点を解決する。 【構成】 同一基板上に光導波路と光増幅器とを集積し
た半導体光集積素子の例を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１
上の、光増幅器が形成される領域及びその周辺領域２に
亜鉛拡散により導電層が形成されており、導電層上には
光増幅器を構成する活性層４とその上下の光ガイド層
３、クラッド層５、電極コンタクト層６及びｎ側電極９
が形成されている。一方、光導波路を形成するために基
板１上には光導波路層７とクラッド層８が積層されてい
る。 【効果】 基板が半絶縁性のため光導波路の伝搬損失が
少なく、導電領域が限られているため電流拡がりも起こ
らず、消費電力、効率、発熱を改善し、また導電層をｐ
型とすることによりｎ側電極の形成を容易とし、高集積
化が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体を用いた光集積素
子、特に光導波路等の受動的光素子と光変調器、光増幅
器等の能動的光素子とを同一基板上に集積して形成する
光集積素子に関するものである。
子、特に光導波路等の受動的光素子と光変調器、光増幅
器等の能動的光素子とを同一基板上に集積して形成する
光集積素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子デバイスを含まない光素子の
みの光集積素子では、基板としてｎ型もしくはｐ型の導
電性基板を用い、これに適当な金属薄膜を被着すること
により光集積素子内の光変調器、光増幅器等の能動的光
素子の共通電極とする構造がとられてきた。
みの光集積素子では、基板としてｎ型もしくはｐ型の導
電性基板を用い、これに適当な金属薄膜を被着すること
により光集積素子内の光変調器、光増幅器等の能動的光
素子の共通電極とする構造がとられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】導電性基板を用いる従
来の方法の問題点を基板の種類ごとに説明する。まず、
ｐ型基板を用いて光集積素子を作製すると、高濃度にド
ーピングしたｐ型基板への光のしみ出しによって光導波
路の伝搬損失が大きくなり、高品質の光集積素子を得る
ことが困難である。また、ｐ型基板のドーパントが拡散
しやすい亜鉛であるため高温での結晶成長が困難であ
る。さらに、基板側を共通電極とする従来の構造では、
能動的光素子側に比べて基板側の電極面積が圧倒的に大
きいため能動的光素子に通電した場合に電流拡がりが起
こるが、ｐ型基板を用いた場合には移動度が高い電子が
活性領域を決めることになるため、特に素子特性を悪化
させるという大きな問題がある。したがって、一般には
ｎ型基板が多く用いられるが、この場合、電極面積が小
さいｐ側電極（基板側がｎ型なので能動的光素子側がｐ
型となる）の形成が難しく（特に、Ｉn Ｐ系）、良好な
オーミック電極の形成が困難である。さらに電流拡がり
の問題もｐ型基板ほどではないが存在し、消費電力、効
率や発熱等の面で問題となる。さらに、これらの問題点
は光素子の集積度が高くなると一層深刻となる。また極
性の異なる能動的光素子を同一基板に集積することが困
難である場合がある。本発明は前記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、電流拡がりに対する本質的な解決方法
となるだけでなく、ｐ型基板を用いる場合の長所とｎ型
基板を用いる場合の長所とを兼ね備えた構造をも実現で
き、かつ高密度集積にも有利な半導体光集積素子を提供
することにある。さらに本発明の半導体光集積素子によ
れば、同一基板上に極性の異なる能動的光素子を集積す
ることも極めて容易となる。
来の方法の問題点を基板の種類ごとに説明する。まず、
ｐ型基板を用いて光集積素子を作製すると、高濃度にド
ーピングしたｐ型基板への光のしみ出しによって光導波
路の伝搬損失が大きくなり、高品質の光集積素子を得る
ことが困難である。また、ｐ型基板のドーパントが拡散
しやすい亜鉛であるため高温での結晶成長が困難であ
る。さらに、基板側を共通電極とする従来の構造では、
能動的光素子側に比べて基板側の電極面積が圧倒的に大
きいため能動的光素子に通電した場合に電流拡がりが起
こるが、ｐ型基板を用いた場合には移動度が高い電子が
活性領域を決めることになるため、特に素子特性を悪化
させるという大きな問題がある。したがって、一般には
ｎ型基板が多く用いられるが、この場合、電極面積が小
さいｐ側電極（基板側がｎ型なので能動的光素子側がｐ
型となる）の形成が難しく（特に、Ｉn Ｐ系）、良好な
オーミック電極の形成が困難である。さらに電流拡がり
の問題もｐ型基板ほどではないが存在し、消費電力、効
率や発熱等の面で問題となる。さらに、これらの問題点
は光素子の集積度が高くなると一層深刻となる。また極
性の異なる能動的光素子を同一基板に集積することが困
難である場合がある。本発明は前記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、電流拡がりに対する本質的な解決方法
となるだけでなく、ｐ型基板を用いる場合の長所とｎ型
基板を用いる場合の長所とを兼ね備えた構造をも実現で
き、かつ高密度集積にも有利な半導体光集積素子を提供
することにある。さらに本発明の半導体光集積素子によ
れば、同一基板上に極性の異なる能動的光素子を集積す
ることも極めて容易となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、基板として高抵抗で半絶縁性の半導体基板
を用い、基板の能動的光素子を形成する領域、もしくは
前記領域とその周辺領域のみを、ドーパントとなる不純
物の注入により導電層とし、その上に能動的光素子を形
成することにより能動的光素子の電気的な通電を確保す
ることを基本的な特徴とする。
に本発明は、基板として高抵抗で半絶縁性の半導体基板
を用い、基板の能動的光素子を形成する領域、もしくは
前記領域とその周辺領域のみを、ドーパントとなる不純
物の注入により導電層とし、その上に能動的光素子を形
成することにより能動的光素子の電気的な通電を確保す
ることを基本的な特徴とする。
【０００５】
【作用】従来技術のように基板側全体を導電層とするの
ではなく、基板側は半絶縁性であって能動的光素子を形
成する領域、もしくは前記領域とその周辺領域のみを導
電層とすることによって電流拡がりの問題を本質的に解
決することができる。この結果、消費電力、効率、発熱
等を著しく改善することができる。また、上記導電層を
ｐ型とすれば、能動的光素子側の上部電極はｎ型で形成
できるためオーミック電極の形成が容易である（ｐ型基
板を用いた場合の長所）と同時に光導波路部は基板側ク
ラッドが半絶縁性となるため伝搬損失の点でも良好な光
導波路を形成できる（ｎ型基板を用いた場合の長所）。
上記導電層の形成は、選択拡散やイオン注入法といった
従来的な手法で容易にできる。
ではなく、基板側は半絶縁性であって能動的光素子を形
成する領域、もしくは前記領域とその周辺領域のみを導
電層とすることによって電流拡がりの問題を本質的に解
決することができる。この結果、消費電力、効率、発熱
等を著しく改善することができる。また、上記導電層を
ｐ型とすれば、能動的光素子側の上部電極はｎ型で形成
できるためオーミック電極の形成が容易である（ｐ型基
板を用いた場合の長所）と同時に光導波路部は基板側ク
ラッドが半絶縁性となるため伝搬損失の点でも良好な光
導波路を形成できる（ｎ型基板を用いた場合の長所）。
上記導電層の形成は、選択拡散やイオン注入法といった
従来的な手法で容易にできる。
【０００６】
【実施例】受動的光素子として光導波路を、能動的光素
子として光増幅器を、同一基板上に集積した本発明の半
導体光集積素子の実施例について図１により説明する。
図１（ａ）は、半導体光集積素子の概要を示す平面図
で、図１（ｂ）は、図ｌ（ａ）のＡーＡ´での断面図で
ある。光導波路と光増幅器の各層は以下の工程によって
形成される。まず、半絶縁性インジウムリン（Ｉn Ｐ）
基板１のうち、光増幅器を形成する領域とその周辺部な
らびに基板側の電極を形成する領域２に亜鉛を選択拡散
して導電層を形成する。この後、ＭＯＶＰＥ法（有機金
属気相成長法）を用いて光増幅器の各層、すなわち、ア
ンドープＩn Ｇa Ａs Ｐ（バンドギャップ波長λg ＝
１．１５μｍ）光ガイド層３、アンドープＩn Ｇa Ａs
Ｐ（λg ＝１．３μｍ）活性層４、アンドープＩn Ｇa
Ａs Ｐ（λg ＝１．１５μｍ）光ガイド層３、ｎーＩn
Ｐクラッド層５、ｎ+ ーＩn Ｇa Ａs Ｐ（λg ＝１．３
μｍ）電極コンタクト層６を順次エピタキシャル成長に
よって形成する。次にフォトリソグラフィ法とＲＩＥ法
（リアクティブ・イオンエッチング法）を用いて光増幅
器部分を残して他を除去し再度ＭＯＶＰＥ法を用いて、
アンドープＩn Ｇa Ａs Ｐ（λg ＝１．１５μｍ）光導
波路層７、ｎーＩn Ｐクラッド層８をエピタキシャル成
長によって形成する。光導波路と光増幅器を形成した
後、図１（ａ）に示すように光増幅器の電極コンタクト
層６上にｎ側電極９を、また、基板側の導電層上にｐ側
電極１０を形成する。本発明の光集積素子に波長１．３
μｍの信号光を通したところ、光導波路の伝搬損失０．
３ｄｂ／ｍｍの良好な特性が得られ光増幅器の動作も良
好であった。
子として光増幅器を、同一基板上に集積した本発明の半
導体光集積素子の実施例について図１により説明する。
図１（ａ）は、半導体光集積素子の概要を示す平面図
で、図１（ｂ）は、図ｌ（ａ）のＡーＡ´での断面図で
ある。光導波路と光増幅器の各層は以下の工程によって
形成される。まず、半絶縁性インジウムリン（Ｉn Ｐ）
基板１のうち、光増幅器を形成する領域とその周辺部な
らびに基板側の電極を形成する領域２に亜鉛を選択拡散
して導電層を形成する。この後、ＭＯＶＰＥ法（有機金
属気相成長法）を用いて光増幅器の各層、すなわち、ア
ンドープＩn Ｇa Ａs Ｐ（バンドギャップ波長λg ＝
１．１５μｍ）光ガイド層３、アンドープＩn Ｇa Ａs
Ｐ（λg ＝１．３μｍ）活性層４、アンドープＩn Ｇa
Ａs Ｐ（λg ＝１．１５μｍ）光ガイド層３、ｎーＩn
Ｐクラッド層５、ｎ+ ーＩn Ｇa Ａs Ｐ（λg ＝１．３
μｍ）電極コンタクト層６を順次エピタキシャル成長に
よって形成する。次にフォトリソグラフィ法とＲＩＥ法
（リアクティブ・イオンエッチング法）を用いて光増幅
器部分を残して他を除去し再度ＭＯＶＰＥ法を用いて、
アンドープＩn Ｇa Ａs Ｐ（λg ＝１．１５μｍ）光導
波路層７、ｎーＩn Ｐクラッド層８をエピタキシャル成
長によって形成する。光導波路と光増幅器を形成した
後、図１（ａ）に示すように光増幅器の電極コンタクト
層６上にｎ側電極９を、また、基板側の導電層上にｐ側
電極１０を形成する。本発明の光集積素子に波長１．３
μｍの信号光を通したところ、光導波路の伝搬損失０．
３ｄｂ／ｍｍの良好な特性が得られ光増幅器の動作も良
好であった。
【０００７】本発明の他の実施例として、光導波路と光
スイッチとを集積して電流注入型の全反射型光スイッチ
として構成した例について図２により説明する。図２
（ａ）は１×２全反射型光スイッチの概要を示した平面
図である。電流注入がない場合は入力光は直進して光出
力１に出力される。ｐ側電極１８から電流を注入する
と、電極１１の下方領域の屈折率が変化し、光の反射鏡
として機能するため入力光は全反射して光出力２に出力
される。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢーＢ′での断面図
である。半絶縁性ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板１２上
にアンドープＡｌＧa Ａs クラッド層１３をＭＢＥ法
（分子線エピタキシ法）を用いてエピタキシャル成長に
より形成する。次に、光スイッチの電流注入部に相当す
る領域及び電極形成部を含む領域１４に亜鉛を選択拡散
する。このとき拡散した亜鉛はＧａＡｓ基板１２にも十
分に拡散していることが重要である。その後、再びＭＢ
Ｅ法でアンドープＧａＡｓ光導波路層１５、ｎーＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１６、ｎ+ ーＧａＡｓ電極コンタクト
層１７をエピタキシャル成長により形成する。フォトリ
ソグラフィ法とＲＩＥ法を用いて図２（ａ）に示すスイ
ッチ形状を形成し、最後にｎ側電極１１、ｐ側電極１８
を形成する。本実施例の場合には能動的光素子を構成す
る層の一部にも導電層を形成することにより電極１１の
下部の領域に効率よく且つ集中的に電流を注入すること
ができる。本実施例によれば、ｐ型基板上に同じ構造の
光素子を作成した場合に比べ、スイッチング電流を約１
／３にすることができた。
スイッチとを集積して電流注入型の全反射型光スイッチ
として構成した例について図２により説明する。図２
（ａ）は１×２全反射型光スイッチの概要を示した平面
図である。電流注入がない場合は入力光は直進して光出
力１に出力される。ｐ側電極１８から電流を注入する
と、電極１１の下方領域の屈折率が変化し、光の反射鏡
として機能するため入力光は全反射して光出力２に出力
される。図２（ｂ）は図２（ａ）のＢーＢ′での断面図
である。半絶縁性ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板１２上
にアンドープＡｌＧa Ａs クラッド層１３をＭＢＥ法
（分子線エピタキシ法）を用いてエピタキシャル成長に
より形成する。次に、光スイッチの電流注入部に相当す
る領域及び電極形成部を含む領域１４に亜鉛を選択拡散
する。このとき拡散した亜鉛はＧａＡｓ基板１２にも十
分に拡散していることが重要である。その後、再びＭＢ
Ｅ法でアンドープＧａＡｓ光導波路層１５、ｎーＡｌＧ
ａＡｓクラッド層１６、ｎ+ ーＧａＡｓ電極コンタクト
層１７をエピタキシャル成長により形成する。フォトリ
ソグラフィ法とＲＩＥ法を用いて図２（ａ）に示すスイ
ッチ形状を形成し、最後にｎ側電極１１、ｐ側電極１８
を形成する。本実施例の場合には能動的光素子を構成す
る層の一部にも導電層を形成することにより電極１１の
下部の領域に効率よく且つ集中的に電流を注入すること
ができる。本実施例によれば、ｐ型基板上に同じ構造の
光素子を作成した場合に比べ、スイッチング電流を約１
／３にすることができた。
【０００８】
【発明の効果】本発明の半導体光集積素子は、高抵抗で
半絶縁性の基板を用いることにより、従来の導電性基板
を用いた場合に問題となる電流拡がりを低減でき、消費
電力、効率、発熱等の素子特性を著しく向上させること
ができる。また、導電性領域を能動的光素子が形成され
る領域、あるいは前記領域とその周辺領域に限定するこ
とにより、低損失な光導波路を作製できる。さらに、基
板側をｐ型とすれば、コンタクト電極の作製が容易な光
集積素子を形成でき、集積度の向上にも有利なため、高
機能で小型の光集積素子を実現できる。さらに、極性の
異なる能動的光素子も容易に同一基板上に集積できる。
半絶縁性の基板を用いることにより、従来の導電性基板
を用いた場合に問題となる電流拡がりを低減でき、消費
電力、効率、発熱等の素子特性を著しく向上させること
ができる。また、導電性領域を能動的光素子が形成され
る領域、あるいは前記領域とその周辺領域に限定するこ
とにより、低損失な光導波路を作製できる。さらに、基
板側をｐ型とすれば、コンタクト電極の作製が容易な光
集積素子を形成でき、集積度の向上にも有利なため、高
機能で小型の光集積素子を実現できる。さらに、極性の
異なる能動的光素子も容易に同一基板上に集積できる。
【図１】 光導波路と光増幅器とを集積した本発明の光
集積素子の実施例の、（ａ）は概要を示す平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡーＡ′での断面図。
集積素子の実施例の、（ａ）は概要を示す平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡーＡ′での断面図。
【図２】 全反射型光スイッチとして構成した本発明の
光集積素子の他の実施例の、（ａ）は概要を示す平面
図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ′での断面図。
光集積素子の他の実施例の、（ａ）は概要を示す平面
図、（ｂ）は（ａ）のＢーＢ′での断面図。
１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２ 亜鉛の選択拡散領域 ３ アンドープＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．１５μｍ）
光ガイド層 ４ アンドープＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．３μｍ）活
性層 ５ ｎーＩｎＰクラッド層 ６ ｎ+ ーＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．３μｍ）電極コ
ンタクト層 ７ アンドープＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．１５μｍ）
光導波路層 ８ ｎーＩｎＰクラッド層 ９ ｎ側電極 １０ ｐ側電極 １１ ｎ側電極 １２ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 １３ アンドープＡｌＧａＡｓクラッド層 １４ 亜鉛の選択拡散領域 １５ アンドープＧａＡｓ光導波路層 １６ ｎーＡｌＧａＡｓクラッド層 １７ ｎ+ ーＧａＡｓ電極コンタクト層 １８ ｐ側電極
光ガイド層 ４ アンドープＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．３μｍ）活
性層 ５ ｎーＩｎＰクラッド層 ６ ｎ+ ーＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．３μｍ）電極コ
ンタクト層 ７ アンドープＩｎＧａＡｓＰ（λg ＝１．１５μｍ）
光導波路層 ８ ｎーＩｎＰクラッド層 ９ ｎ側電極 １０ ｐ側電極 １１ ｎ側電極 １２ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 １３ アンドープＡｌＧａＡｓクラッド層 １４ 亜鉛の選択拡散領域 １５ アンドープＧａＡｓ光導波路層 １６ ｎーＡｌＧａＡｓクラッド層 １７ ｎ+ ーＧａＡｓ電極コンタクト層 １８ ｐ側電極
Claims (2)
- 【請求項１】 能動的光素子と受動的光素子とを同一基
板上に集積形成し、電子素子は同一基板上に集積しない
半導体光集積素子において、基板に、高抵抗で半絶縁性
の半導体基板を用いると共に、該基板の能動的光素子が
形成される領域、もしくは前記領域とその周辺領域のみ
を、ｎ型またはｐ型のドーパントとなる不純物の注入に
より導電性領域とし、該領域を前記能動的光素子の基板
側の通電領域としたことを特徴とする半導体光集積素
子。 - 【請求項２】 能動的光素子と受動的光素子とを同一基
板上に集積形成し、電子素子は同一基板上に集積しない
半導体光集積素子において、基板に、高抵抗で半絶縁性
の半導体基板を用いると共に、該基板の能動的光素子が
形成される領域と能動的光素子を構成する層の一部の領
域、もしくは前記領域とその周辺領域のみを、ｎ型また
はｐ型のドーパントとなる不純物の注入により導電性領
域とし、該領域を前記能動的光素子の基板側の通電領域
としたことを特徴とする半導体光集積素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12960095A JPH08306903A (ja) | 1995-04-29 | 1995-04-29 | 半導体光集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12960095A JPH08306903A (ja) | 1995-04-29 | 1995-04-29 | 半導体光集積素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08306903A true JPH08306903A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=15013469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12960095A Pending JPH08306903A (ja) | 1995-04-29 | 1995-04-29 | 半導体光集積素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08306903A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5955742A (en) * | 1995-04-28 | 1999-09-21 | Fujitsu Limited | Semiconductor device formed on a substrate having an off-angle surface and a fabrication process thereof |
| JP2013007952A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Fujitsu Ltd | 光半導体集積素子及びその製造方法 |
| KR101394478B1 (ko) * | 2013-05-16 | 2014-05-13 | (주)포인트엔지니어링 | 광 디바이스용 기판과 광 디바이스 |
-
1995
- 1995-04-29 JP JP12960095A patent/JPH08306903A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5955742A (en) * | 1995-04-28 | 1999-09-21 | Fujitsu Limited | Semiconductor device formed on a substrate having an off-angle surface and a fabrication process thereof |
| JP2013007952A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Fujitsu Ltd | 光半導体集積素子及びその製造方法 |
| KR101394478B1 (ko) * | 2013-05-16 | 2014-05-13 | (주)포인트엔지니어링 | 광 디바이스용 기판과 광 디바이스 |
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