JPH0961763A - Semiconductor optical modulation device - Google Patents
Semiconductor optical modulation deviceInfo
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- JPH0961763A JPH0961763A JP21316295A JP21316295A JPH0961763A JP H0961763 A JPH0961763 A JP H0961763A JP 21316295 A JP21316295 A JP 21316295A JP 21316295 A JP21316295 A JP 21316295A JP H0961763 A JPH0961763 A JP H0961763A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体光変調装置に関す
るものであり、特に、数１００ｋｍ以上の長距離光ファ
イバ通信において外部変調器として用いる半導体光変調
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical modulator, and more particularly to a semiconductor optical modulator used as an external modulator in long-distance optical fiber communication of several 100 km or more.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバ通信は電話回線の幹線
系等で広く普及しているが、現在のシステムでは分布帰
還型半導体レーザの直接変調方式を用いているためにキ
ャリア注入に伴う温度上昇、或いは、屈折率変動により
波長が大きく変動し、波長によって光ファイバ内での伝
送速度が異なるために波長が変動した場合に、伝送中に
パルス波形が鈍るので再生中継器なしでの長距離光ファ
イバ伝送は困難であった。2. Description of the Related Art In recent years, optical fiber communication has become widespread in the trunk line system of telephone lines, etc., but since the current system uses a direct modulation system of a distributed feedback semiconductor laser, the temperature rise due to carrier injection. Alternatively, if the wavelength fluctuates significantly due to the fluctuation of the refractive index and the wavelength fluctuates because the transmission speed in the optical fiber varies depending on the wavelength, the pulse waveform becomes dull during transmission, so long-distance light without a regenerator is used. Fiber transmission was difficult.
【０００３】このような問題を解決するために、半導体
レーザからの直流光出力を外部光変調器によって変調す
ることによって波長変動を極限まで小さくする外部変調
方式が検討されており、数１００ｋｍの長距離無中継伝
送を実現している。In order to solve such a problem, an external modulation method has been studied in which the direct current optical output from the semiconductor laser is modulated by an external optical modulator to minimize the wavelength fluctuation, and the length is several hundred km. Achieves non-relay transmission over distance.
【０００４】従来、このような外部光変調器としては電
界吸収型の光変調器が用いられているので、図６を参照
して従来の半導体光変調装置の構造を説明する。 図６参照 この半導体光変調装置は、クラッド層を兼ねるｎ型Ｉｎ
Ｐ基板２１上にｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層３０、ｐ型
ＩｎＰクラッド層２５、及び、ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層２６を順次堆積したのち、ｎ側電極２８及び
ｐ側電極２９を設けたものである。この場合、光吸収層
としては厚膜のＩｎＧａＡｓＰ層を用いているが、量子
井戸構造の光吸収層を用いたものもある。Conventionally, an electroabsorption type optical modulator has been used as such an external optical modulator, and therefore the structure of a conventional semiconductor optical modulator will be described with reference to FIG. See FIG. 6. This semiconductor optical modulator is an n-type In that also serves as a cladding layer.
The i-type InGaAsP light absorption layer 30, the p-type InP clad layer 25, and the p + -type InGaAsP contact layer 26 are sequentially deposited on the P substrate 21, and then the n-side electrode 28 and the p-side electrode 29 are provided. . In this case, a thick InGaAsP layer is used as the light absorption layer, but there is also one using a quantum well structure light absorption layer.
【０００５】このような半導体光変調装置に逆バイアス
を印加することによって、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層
３０における光吸収特性を制御するものであるが、この
場合の光の入射方向としては、ｎ型ＩｎＰ基板２１に垂
直な方向と、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層３０における
光の導波方向の二通りあるが、いずれにしてもｉ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光吸収層３０にかかる電界３１は図において
矢印で示すようにｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層３０の積
層方向に対して垂直な方向となる。By applying a reverse bias to such a semiconductor light modulation device, the light absorption characteristics of the i-type InGaAsP light absorption layer 30 are controlled. In this case, the light incident direction is n-type. There are two directions, that is, a direction perpendicular to the InP substrate 21 and a light guiding direction in the i-type InGaAsP light absorption layer 30. In any case, i-type In
The electric field 31 applied to the GaAsP light absorption layer 30 is in a direction perpendicular to the stacking direction of the i-type InGaAsP light absorption layer 30 as indicated by an arrow in the figure.
【０００６】次に、図７を参照して、このような従来の
半導体光変調装置の変調原理及び変調特性を説明する。 図７（ａ）参照 図７（ａ）において実線を光変調装置に電界を印加しな
い場合の吸収スペクトラムとすると、光変調装置に電界
を印加することによって等価的なバンド・ギャップが狭
くなり、吸収スペクトラムが一点鎖線で示すように長波
長側へシフトする。Next, the modulation principle and modulation characteristics of such a conventional semiconductor optical modulator will be described with reference to FIG. See FIG. 7A. If the solid line in FIG. 7A is the absorption spectrum when no electric field is applied to the optical modulator, the equivalent band gap is narrowed by applying an electric field to the optical modulator. The spectrum shifts to the long wavelength side as shown by the alternate long and short dash line.
【０００７】図７（ｂ）参照 この光変調装置において変調する光の波長をλinとする
と、電界を印加しない場合には光は吸収されずにそのま
ま透過し、電界を印加すると波長λinの入力光は吸収さ
れて透過しなくなり、図７（ｂ）に示すような消光比特
性が見られることになる。See FIG. 7B. If the wavelength of the light modulated in this optical modulator is λ in , then the light is not absorbed and is transmitted as it is when no electric field is applied, and the wavelength of λ in is applied when an electric field is applied. The input light is absorbed and does not pass through, and the extinction ratio characteristic as shown in FIG. 7B is seen.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ここで、図８及び図９
を参照して本発明における発明が解決しようとする課題
を説明する。なお、図８は従来の半導体光変調装置にお
ける変調特性の劣化の説明図であり、また、図９は従来
の半導体光変調装置における電界スクリーニングの説明
図である。Problems to be Solved by the Invention Here, FIG. 8 and FIG.
The problem to be solved by the invention in the present invention will be described with reference to FIG. 8 is an explanatory diagram of the deterioration of the modulation characteristic in the conventional semiconductor optical modulator, and FIG. 9 is an explanatory diagram of the electric field screening in the conventional semiconductor optical modulator.
【０００９】図８（ａ）及び（ｂ）参照 従来の半導体光変調装置においては、光入力が大きくな
ると消光比は、一点鎖線で示す低光入力時における消光
比に比べて劣化し、また、図８（ｂ）に示すように高光
入力時の変調周波数帯域も狭くなり、１０Ｇｂ／秒の高
速変調を行うことができなかった。なお、一点鎖線で示
す低光入力時における消光比は、図７（ａ）において実
線で示した消光比に相当する。Referring to FIGS. 8A and 8B, in the conventional semiconductor optical modulator, the extinction ratio deteriorates as the light input increases, as compared with the extinction ratio at the low light input indicated by the alternate long and short dash line. As shown in FIG. 8B, the modulation frequency band at the time of high light input was narrowed, and high-speed modulation of 10 Gb / sec could not be performed. The extinction ratio at the time of low light input indicated by the alternate long and short dash line corresponds to the extinction ratio indicated by the solid line in FIG.
【００１０】図９（ａ）参照 従来の半導体光変調装置の光吸収層３０に印加される外
部電界３１は、光吸収層３０に対して垂直方向成分だけ
であり、光の吸収によって生じた電子１１及び正孔１２
は外部電界３１によって電極方向に向かって移動してい
た。Referring to FIG. 9A, the external electric field 31 applied to the light absorption layer 30 of the conventional semiconductor optical modulator is only a component in the direction perpendicular to the light absorption layer 30, and electrons generated by the absorption of light. 11 and 12
Was moving toward the electrodes by the external electric field 31.
【００１１】この場合、電子１１及び正孔１２はｉ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光吸収層３０とｎ型ＩｎＰ基板２１及びｐ
型ＩｎＰクラッド層２５との間に夫々形成されるヘテロ
接合によるエネルギーバリアを越えてｎ側電極及びｐ側
電極に抜けて行かなければならないが、電子１１及び正
孔１２の一部はエネルギーバリアによりｉ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光吸収層３０の内部に蓄積されることになる。In this case, the electrons 11 and the holes 12 are i-type I.
nGaAsP light absorption layer 30, n-type InP substrate 21 and p
It is necessary to pass through the energy barrier due to the heterojunction formed between the n-type electrode and the p-type InP clad layer 25 and escape to the n-side electrode and the p-side electrode. i-type InGaA
It will be accumulated inside the sP light absorption layer 30.
【００１２】このように蓄積した電子１１及び正孔１２
が外部電界３１の影響で、電子１１はｎ型ＩｎＰ基板２
１側に、正孔１２はｐ型ＩｎＰクラッド層２５側に夫々
偏って分布するため、この電子１１及び正孔１２の分布
の偏りによって外部電界３１を打ち消すような内部電界
３２が生じエネルギーバンド構造が変形することにな
り、このような現象を電界スクリーニングという。そし
て、このエネルギーバンド構造の変形によって吸収スペ
クトラムの電圧印加に伴うシフト量が小さくなり、λin
の波長に吸収係数が低下する。Electrons 11 and holes 12 thus accumulated
Due to the influence of the external electric field 31, the electrons 11 become n-type InP substrate 2
On the 1st side, the holes 12 are unevenly distributed on the p-type InP clad layer 25 side, respectively. Therefore, due to the uneven distribution of the electrons 11 and the holes 12, an internal electric field 32 that cancels the external electric field 31 is generated and an energy band structure. Will be deformed, and such a phenomenon is called electric field screening. Then, the shift amount due to voltage application of the absorption spectrum by the deformation of the energy band structure becomes small, lambda in
The absorption coefficient decreases at the wavelength of.
【００１３】図９（ｂ）及び（ｃ）参照 この場合、光入力が大きくなるにしたがって蓄積する電
子１１及び正孔１２の量が多くなるので、この内部電界
３２は光入力の増大と共に大きくなり、それに伴って、
同じ電圧を印加した場合の吸収スペクトラムも一点鎖線
で示す吸収スペクトラムから破線で示す吸収スペクトラ
ムの様に変化し、吸収端波長のシフト量が少なくなっ
て、λinの波長に吸収係数はさらに低下することにな
る。なお、図９（ｃ）における実線は、無バイアス時の
吸収スペクトラムである。9 (b) and 9 (c) In this case, since the amount of electrons 11 and holes 12 accumulated increases as the light input increases, the internal electric field 32 increases as the light input increases. , With it,
The absorption spectrum when the same voltage is applied changes from the absorption spectrum shown by the one-dot chain line to the absorption spectrum shown by the broken line, the shift amount of the absorption edge wavelength decreases, and the absorption coefficient further decreases to the wavelength of λ in. It will be. The solid line in FIG. 9 (c) is the absorption spectrum when there is no bias.
【００１４】このような現象は、吸収飽和現象と呼ばれ
ており、光入力が大きくなるにしたがって吸収端波長の
シフト量が少なくなるので消光比が劣化し、また、光吸
収層に蓄積して残っている電子及び正孔の量が多いと次
の光信号に対する吸収応答性も悪くなるので変調帯域も
小さくなる。Such a phenomenon is called an absorption saturation phenomenon, and as the light input increases, the shift amount of the absorption edge wavelength decreases, so the extinction ratio deteriorates, and the light absorption layer accumulates. If the amount of remaining electrons and holes is large, the absorption response to the next optical signal also deteriorates, and the modulation band also decreases.
【００１５】したがって、本発明は、吸収飽和現象の影
響を少なくして、消光比が高く、且つ、変調周波数帯域
の広い半導体光変調装置を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor optical modulator having a high extinction ratio and a wide modulation frequency band by reducing the influence of the absorption saturation phenomenon.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成を説明するための半導体光変調装置の原理的構成を示
すものであり、この図１を参照して本発明における課題
を解決するための手段を説明する。FIG. 1 shows a principle structure of a semiconductor optical modulator for explaining the principle structure of the present invention. The problem in the present invention will be solved with reference to FIG. The means for doing so will be described.
【００１７】図１参照 （１）本発明は、半導体光変調装置において、光吸収層
３とこの光吸収層３を挟む互いに逆の導電型の半導体
層、即ち、ｎ型クラッド層１及びｐ型クラッド層５を有
すると共に、電圧印加により生じる光吸収層３への印加
電界１０の方向と光吸収層３の積層方向とのなす角度θ
が０°＜θ＜９０°となることを特徴とする。Referring to FIG. 1, (1) In the semiconductor optical modulator of the present invention, the light absorption layer 3 and semiconductor layers having opposite conductivity types sandwiching the light absorption layer 3, that is, the n-type cladding layer 1 and the p-type semiconductor layer are provided. In addition to having the cladding layer 5, the angle θ formed by the direction of the electric field 10 applied to the light absorption layer 3 generated by voltage application and the stacking direction of the light absorption layer 3
Is 0 ° <θ <90 °.
【００１８】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、角度θが４０°＜θ＜５０°となることを特徴とす
る。(2) Further, the present invention is characterized in that in the above (1), the angle θ is 40 ° <θ <50 °.
【００１９】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、光吸収層３と互いに逆導電型の半導体
層１，５との間に半絶縁性の半導体層、即ち、ｉ型クラ
ッド層２，４を設けたことを特徴とする。(3) Further, in the present invention according to the above (1) or (2), a semi-insulating semiconductor layer, that is, a semiconductor layer between the light absorption layer 3 and the semiconductor layers 1 and 5 having opposite conductivity types, that is, The i-type clad layers 2 and 4 are provided.
【００２０】（４）また、本発明は、上記（１）乃至
（３）のいずれかにおいて、光吸収層３が単一の量子井
戸構造または複数の量子井戸構造よりなることを特徴と
する。(4) Further, the present invention is characterized in that, in any one of the above (1) to (3), the light absorption layer 3 has a single quantum well structure or a plurality of quantum well structures.
【００２１】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（３）のいずれかにおいて、光吸収層３が全体が均一な
組成の半導体層よりなることを特徴とする。(5) Further, the present invention is characterized in that in any one of the above (1) to (3), the light absorption layer 3 is made of a semiconductor layer having a uniform composition as a whole.
【００２２】（６）また、本発明は、上記（１）乃至
（５）のいずれかにおいて、半導体レーザをモノリシッ
クに一体に形成すると共に、半導体レーザの活性層と光
吸収層３の夫々の光軸を略一致させたことを特徴とす
る。(6) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (5), the semiconductor laser is formed monolithically and integrally, and the active layer of the semiconductor laser and the light absorption layer 3 are separately exposed. The feature is that the axes are substantially aligned.
【００２３】[0023]
【作用】次に、図１に示す半導体光変調装置における光
吸収層３の積層方向であるＸ方向及びＸ方向に直交する
Ｙ方向に沿ったエネルギーバンドダイヤグラムを示した
図２を参照して本発明の作用を説明する。Next, referring to FIG. 2, which shows an energy band diagram along the X direction, which is the stacking direction of the light absorption layers 3 in the semiconductor optical modulator shown in FIG. 1, and the Y direction orthogonal to the X direction, FIG. The operation of the invention will be described.
【００２４】図２（ａ）参照 電圧印加により生じる光吸収層３への印加電界方向と光
吸収層３の積層方向とのなす角度θを０°＜θ＜９０°
とすることによって、光吸収により発生した電子１１及
び正孔１２は従来と同様に夫々ｎ型クラッド層１及びｐ
型クラッド層５側に移動することになる。Referring to FIG. 2A, the angle θ formed by the direction of the electric field applied to the light absorption layer 3 and the stacking direction of the light absorption layer 3 caused by the voltage application is 0 ° <θ <90 °.
As a result, the electrons 11 and holes 12 generated by light absorption are generated in the n-type cladding layer 1 and p-type, respectively, as in the conventional case.
It moves to the mold cladding layer 5 side.
【００２５】図２（ｂ）参照 しかし、光吸収層３の積層方向と直交する方向、即ち、
Ｙ方向に沿った光吸収層３を挟むｉ型クラッド層２，４
の厚さが異なるので、光吸収層３に印加される実効的な
電界の値が異なり、光吸収層３のバンドダイヤグラムも
電界の差に基づいて傾斜することになる。See FIG. 2B. However, the direction orthogonal to the stacking direction of the light absorption layer 3, that is,
I-type cladding layers 2 and 4 sandwiching the light absorption layer 3 along the Y direction
, The effective electric field value applied to the light absorption layer 3 is different, and the band diagram of the light absorption layer 3 is also inclined based on the difference in the electric field.
【００２６】このバンドダイヤグラムの傾斜に伴って、
電子１１及び正孔１２は互いに逆方向に移動し、半絶縁
性埋込層７とのエネルギーバリアを越えて光吸収層３か
ら抜けていくことになる。With the inclination of this band diagram,
The electrons 11 and the holes 12 move in directions opposite to each other, pass through the energy barrier with the semi-insulating buried layer 7, and escape from the light absorption layer 3.
【００２７】この場合にも、電子１１及び正孔１２の一
部は半絶縁性埋込層７とのエネルギーバリア近傍に蓄積
されるが、Ｘ方向の距離、即ち、光吸収層３の厚さに比
べて、Ｙ方向の距離、即ち、ストライプ幅は大きいの
で、蓄積した電子１１及び正孔１２によって形成される
内部電界は非常に小さくなり、吸収端波長のシフト量が
ほとんどなくなり、また、消光比の劣化もほとんどなく
なる。Also in this case, some of the electrons 11 and holes 12 are accumulated in the vicinity of the energy barrier with the semi-insulating burying layer 7, but the distance in the X direction, that is, the thickness of the light absorbing layer 3. Since the distance in the Y direction, that is, the stripe width, is larger than that in, the internal electric field formed by the accumulated electrons 11 and holes 12 becomes extremely small, the shift amount of the absorption edge wavelength almost disappears, and the extinction Almost no deterioration of the ratio.
【００２８】また、光吸収層３への印加電界方向と光吸
収層３の積層方向とのなす角度θを４０°＜θ＜５０°
とすることによって内部電界の発生をより効果的に抑え
ることができる。即ち、θが小さいと、図２（ｂ）に示
す電界の傾斜が小さくなって、電子１１及び正孔１２の
蓄積量が少なくならないので、内部電界の形成が抑制さ
れなくなり、また、θが大きいと、光吸収層３にかかる
実効的電界が小さくなって消光特性が悪くなる。The angle θ formed by the direction of the electric field applied to the light absorption layer 3 and the stacking direction of the light absorption layers 3 is 40 ° <θ <50 °.
By setting the above, the generation of the internal electric field can be suppressed more effectively. That is, when θ is small, the inclination of the electric field shown in FIG. 2B becomes small and the amount of accumulated electrons 11 and holes 12 does not decrease. Therefore, the formation of the internal electric field is not suppressed, and θ is large. Then, the effective electric field applied to the light absorption layer 3 becomes small and the extinction characteristic deteriorates.
【００２９】また、光吸収層３と互いに逆導電型の半導
体層１，５との間に半絶縁性の半導体層２，４を設ける
ことにより、光吸収層３への印加電界方向と光吸収層３
の積層方向とのなす角度θを任意に設定することができ
る。By providing the semi-insulating semiconductor layers 2 and 4 between the light absorption layer 3 and the semiconductor layers 1 and 5 of opposite conductivity types, the direction of the electric field applied to the light absorption layer 3 and the light absorption. Layer 3
The angle θ with the stacking direction of can be arbitrarily set.
【００３０】また、光吸収層３を単一の量子井戸構造ま
たは複数の量子井戸構造より構成することによって、光
の吸収は量子準位間の遷移によって生じるので、光吸収
特性がシャープになり小さな電圧で消光比を大きく取る
ことができ、且つ、光吸収層３が厚い方が消光特性を向
上することができるので、量子井戸構造の数によって消
光特性を制御することができる。Further, when the light absorption layer 3 is formed of a single quantum well structure or a plurality of quantum well structures, light absorption occurs due to transition between quantum levels, so that the light absorption characteristic becomes sharp and small. Since the extinction ratio can be made large by the voltage and the extinction characteristic can be improved when the light absorption layer 3 is thick, the extinction characteristic can be controlled by the number of quantum well structures.
【００３１】また、光吸収層３が全体が均一な組成の半
導体層より構成することによって、作製が容易になり、
且つ、半導体層の厚さによって消光特性を制御すること
ができる。Further, since the light absorption layer 3 is composed of a semiconductor layer having a uniform composition as a whole, the manufacture becomes easy,
In addition, the extinction characteristic can be controlled by the thickness of the semiconductor layer.
【００３２】また、半導体レーザをモノリシックに一体
に形成することによって、光源と変調手段とを一体化す
ることができ、従来のような組立時の半導体レーザの活
性層の光軸と光吸収層３の光軸との位置合わせが不要に
なる。また、このような直接結合型の装置においては光
結合率が非常に大きく、吸収飽和現象が顕著に生ずるの
で、本発明の適用がより効果的になる。Further, by integrally forming the semiconductor laser monolithically, the light source and the modulation means can be integrated, and the optical axis of the active layer of the semiconductor laser and the light absorption layer 3 in the conventional assembly can be integrated. The alignment with the optical axis of is unnecessary. Further, in such a direct coupling type device, the optical coupling rate is very large, and the absorption saturation phenomenon remarkably occurs, so that the application of the present invention becomes more effective.
【００３３】[0033]
【実施例】次に、図３乃至図５を参照して本発明の実施
例の半導体光変調装置の製造工程を説明する。 図３（ａ）参照 まず、不純物濃度が１×１０18〜５×１０18ｃｍ-3、好
適には２×１０18ｃｍ -3のｎ型ＩｎＰ基板２１上に、不
純物濃度が３×１０17〜７×１０17ｃｍ-3、好適には５
×１０17ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）を
成長させたのち、アンドープのｉ型ＩｎＰクラッド層２
２を成長させる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to FIGS.
The manufacturing process of the example semiconductor light modulation device will be described. See FIG. 3A. First, the impurity concentration is 1 × 10.18~ 5 × 1018cm-3, Good
Suitably 2 × 1018cm -3On the n-type InP substrate 21 of
Pure substance concentration is 3 × 1017~ 7 × 1017cm-3, Preferably 5
× 1017cm-3N-type InP buffer layer (not shown)
After growing, undoped i-type InP clad layer 2
Grow two.
【００３４】図３（ｂ）参照 次いで、ドライ・エッチング法、或いは、ウェット・エ
ッチング法を用いて、ｉ型ＩｎＰクラッド層２２に傾斜
部を形成する。例えば、ウェット・エッチング法を用い
る場合には、フォトレジストをマスクとしてエッチング
することにより傾斜部が形成される。Next, referring to FIG. 3B, an inclined portion is formed in the i-type InP clad layer 22 by using a dry etching method or a wet etching method. For example, when the wet etching method is used, the inclined portion is formed by etching using the photoresist as a mask.
【００３５】また、ドライ・エッチング法を用いる場合
には、フォトレジストをマスクとしてウェット・エッチ
ングにより形成したテーパ状のＳｉＯ2 層をマスクとし
てドライ・エッチングを行うことにより形成する。この
場合、ＩｎＰ層のエッチングするのと同時にＳｉＯ2 層
もエッチングされ、マスクエッジが後退する。When the dry etching method is used, dry etching is performed using a tapered SiO 2 layer formed by wet etching with a photoresist as a mask. In this case, the SiO 2 layer is also etched at the same time when the InP layer is etched, and the mask edge recedes.
【００３６】これによって傾斜部が形成されることにな
り、この傾斜角はＳｉＯ2 マスク層のテーパの角度、及
び、ＳｉＯ2 とＩｎＰのエッチングレートによって調整
することができる。なお、この傾斜部の構造及び形成方
法は従来のＴＳ型半導体レーザと同様であり、その傾斜
角θを０°＜θ＜９０°、好適には、４０°＜θ＜５０
°、例えば、４５°にする。As a result, an inclined portion is formed, and this inclination angle can be adjusted by the taper angle of the SiO 2 mask layer and the etching rate of SiO 2 and InP. The structure and method of forming the inclined portion are similar to those of the conventional TS type semiconductor laser, and the inclination angle θ is 0 ° <θ <90 °, preferably 40 ° <θ <50.
The angle is, for example, 45 °.
【００３７】図４（ｃ）参照 次いで、傾斜部を形成したｉ型ＩｎＰクラッド層２２上
に、１．１μｍ組成の厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバ
リア層、及び、１．０％圧縮歪で、６ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰウエル層を交互に１０層繰り返した量子井戸構造を
１．１μｍ組成の厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ光ガ
イド層で挟んだ多重量子井戸構造からなるｉ型ＭＱＷ光
吸収層２３、ｉ型ＩｎＰクラッド層２４を順次成長させ
る。Next, referring to FIG. 4C, a 10 nm-thick InGaAsP barrier layer having a composition of 1.1 μm and a 6 nm-thickness of 6 nm are formed on the i-type InP clad layer 22 having the inclined portion. InGaA
An i-type MQW light absorption layer 23 and an i-type InP clad layer 24 having a multiple quantum well structure in which a quantum well structure in which ten sP well layers are alternately repeated is sandwiched between InGaAsP optical guide layers having a composition of 1.1 μm and a thickness of 100 nm. To grow sequentially.
【００３８】なお、ｉ型ＩｎＰクラッド層２４を成長さ
せる場合には、傾斜部での成長速度が早くなる成長条件
で成長させることによって、ｉ型ＩｎＰクラッド層２４
の表面を略平坦化し、段差上側の平坦部の厚さを０．４
〜０．５μｍ、好適には０．４μｍとする。When the i-type InP clad layer 24 is grown, the i-type InP clad layer 24 is grown by growing under the growth condition that the growth rate at the sloped portion is high.
Surface is flattened and the thickness of the flat part above the step is 0.4
˜0.5 μm, preferably 0.4 μm.
【００３９】次いで、不純物濃度が１×１０17〜１×１
０18ｃｍ-3、好適には５×１０17ｃｍ-3で厚さ０．８〜
１．２μｍ、好適には１．０μｍのｐ型ＩｎＰクラッド
層２５、及び、不純物濃度が１×１０19〜５×１０19ｃ
ｍ-3、好適には２×１０19ｃｍ-3で厚さ０．３〜０．５
μｍ、好適には０．４μｍのｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰコン
タクト層２６を成長させる。Next, the impurity concentration is 1 × 10 17 to 1 × 1.
0 18 cm -3 , preferably 5 × 10 17 cm -3 with a thickness of 0.8-
1.2 μm, preferably 1.0 μm p-type InP clad layer 25 and an impurity concentration of 1 × 10 19 to 5 × 10 19 c
m −3 , preferably 2 × 10 19 cm −3 and a thickness of 0.3 to 0.5
A p + -type InGaAsP contact layer 26 having a thickness of μm, preferably 0.4 μm is grown.
【００４０】図４（ｄ）参照 次いで、フォトレジスト（図示せず）をマスクとしたド
ライ・エッチング法、或いは、ウェット・エッチング法
を用いて、ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６乃至
ｎ型ＩｎＰバッファ層の一部（図においては、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板２１の表面）をストライプ状にメサエッチングし
て、幅ｄが１．０〜１．８μｍ、好適には１．５μｍの
ストライプ状のメサを形成する。Next, as shown in FIG. 4D, the p + -type InGaAsP contact layer 26 to the n-type InP buffer layer are formed by a dry etching method or a wet etching method using a photoresist (not shown) as a mask. Part (in the figure, n-type In
The surface of the P substrate 21 is mesa-etched in a stripe shape to form a stripe-shaped mesa having a width d of 1.0 to 1.8 μm, preferably 1.5 μm.
【００４１】図５（ｅ）及び（ｆ）参照 次いで、このストライプ状のメサをＦｅドープＩｎＰ埋
込層２７で埋め込んだのち、ｎ側電極２８及びｐ側電極
２９となるオーミック電極を夫々形成して半導体光変調
装置が完成する。5E and 5F, the stripe-shaped mesas are filled with the Fe-doped InP burying layer 27, and ohmic electrodes to be the n-side electrode 28 and the p-side electrode 29 are formed, respectively. The semiconductor optical modulator is completed.
【００４２】なお、埋込層としてＦｅドープＩｎＰ埋込
層２７を用いているが、他のＣｒ、Ｔｉ等の深い準位を
形成する不純物を含んだＩｎＰを用いても良い。また、
結晶成長法としては、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長
法）を用いているが、ＭＢＥ法等の他の結晶成長法を用
いても良いものである。Although the Fe-doped InP burying layer 27 is used as the burying layer, other InP containing impurities such as Cr and Ti forming a deep level may be used. Also,
As the crystal growth method, MOVPE method (metal organic chemical vapor deposition method) is used, but other crystal growth method such as MBE method may be used.
【００４３】この半導体光変調装置においては、図２に
関して説明したようにｉ型ＭＱＷ光吸収層２３に印加さ
れる電界の方向と、ｉ型ＭＱＷ光吸収層２３の積層方向
とのなす角、即ち、傾斜部の傾斜角θを０°＜θ＜９０
°、好適には、４０°＜θ＜５０°、例えば、４５°に
しているので、図２（ｂ）に示すように光吸収によって
生成された電子と正孔はｉ型ＭＱＷ光吸収層２３に沿っ
て形成されたバンドダイヤグラムの傾斜により互いに逆
方向に移動し、ＦｅドープＩｎＰ埋込層２７に抜けてい
く。In this semiconductor light modulation device, as described with reference to FIG. 2, the angle formed by the direction of the electric field applied to the i-type MQW light absorption layer 23 and the stacking direction of the i-type MQW light absorption layer 23, that is, , The inclination angle θ of the inclined portion is 0 ° <θ <90
Since it is set to 40 °, preferably 40 ° <θ <50 °, for example, 45 °, the electrons and holes generated by light absorption as shown in FIG. 2B are absorbed in the i-type MQW light absorption layer 23. Due to the inclination of the band diagram formed along the lines, they move in the opposite directions and pass through to the Fe-doped InP buried layer 27.
【００４４】この場合、電子と正孔の一部はｉ型ＭＱＷ
光吸収層２３内に残留して蓄積されるものの、ｉ型ＭＱ
Ｗ光吸収層２３の厚さ（１０ｎｍ×９＋６ｎｍ×１０＋
１００ｎｍ×２＝３５０ｎｍ、即ち、０．３５μｍ）に
比べて、ストライプ幅ｄ（１．５μｍ）は４倍以上であ
るため、電子と正孔によって形成される内部電界は非常
に小さくなり、電界スクリーニングは生じなくなる。In this case, some of the electrons and holes are i-type MQW.
Although it remains and accumulates in the light absorption layer 23, the i-type MQ
Thickness of W light absorption layer 23 (10 nm × 9 + 6 nm × 10 +
Since the stripe width d (1.5 μm) is 4 times or more as compared with 100 nm × 2 = 350 nm, that is, 0.35 μm, the internal electric field formed by electrons and holes becomes extremely small, and the electric field screening is performed. Will not occur.
【００４５】したがって、光入力が大きくなっても、消
光比が劣化することがなく、また、変調周波数帯域も狭
くなることがないので、１０Ｇｂ／秒の高速変調が可能
になる。Therefore, even if the optical input becomes large, the extinction ratio does not deteriorate and the modulation frequency band does not narrow, so that high-speed modulation of 10 Gb / sec becomes possible.
【００４６】次に、この半導体光変調装置を用いた変形
例である、半導体レーザ一体型の半導体光変調装置を説
明する。まず、従来のＢＨ（埋め込みヘテロ接合）構造
の分布帰還型半導体レーザと同じ製造工程によって、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ層を活性層とする分布帰還型半導
体レーザを形成する。Next, a semiconductor laser integrated semiconductor light modulator, which is a modification of the semiconductor light modulator, will be described. First, by the same manufacturing process as that of a conventional distributed feedback semiconductor laser having a BH (buried heterojunction) structure, I
A distributed feedback semiconductor laser having an nGaAsP-based MQW layer as an active layer is formed.
【００４７】次いで、半導体光変調装置を形成する部分
の成長層をエッチングで選択的に除去してｎ型ＩｎＰ基
板或いはｎ型ＩｎＰバッファ層を露出させたのち、この
露出部にｉ型ＩｎＰクラッド層を成長させる。Then, the growth layer in the portion forming the semiconductor optical modulator is selectively removed by etching to expose the n-type InP substrate or the n-type InP buffer layer, and then the i-type InP clad layer is exposed at this exposed portion. Grow.
【００４８】次いで、図３（ｂ）で説明したように、ｉ
型ＩｎＰクラッド層をエッチングして、所定の傾斜角を
有する傾斜部を形成する。この場合、傾斜部の位置と高
さは、その上に形成する光吸収層の光軸が半導体レーザ
のストライプ状の活性層の光軸と略一致するようにエッ
チングする必要がある。Then, as described with reference to FIG. 3B, i
The type InP clad layer is etched to form an inclined portion having a predetermined inclination angle. In this case, the position and height of the inclined portion need to be etched so that the optical axis of the light absorption layer formed on the inclined portion substantially coincides with the optical axis of the stripe-shaped active layer of the semiconductor laser.
【００４９】次いで、図４（ｃ）乃至図５（ｆ）に示し
たように、光吸収層、ｉ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、及び、ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層を順次堆積させ、メサエッチングしたのち、ストライ
プ状メサをＦｅドープＩｎＰ埋込層で埋め込み、最後
に、この半導体光変調装置部及び半導体レーザ部に夫々
ｎ側電極及びｐ側電極を形成して、半導体レーザ一体型
の半導体光変調装置が完成する。Next, as shown in FIGS. 4C to 5F, the light absorption layer, the i-type InP clad layer, and the p-type In.
After the P clad layer and the p + -type InGaAsP contact layer are sequentially deposited and mesa-etched, the stripe-shaped mesas are filled with the Fe-doped InP burying layer, and finally, the semiconductor optical modulation device section and the semiconductor laser section, respectively. By forming the n-side electrode and the p-side electrode, the semiconductor laser integrated semiconductor optical modulator is completed.
【００５０】このような半導体レーザ一体化した直接結
合型の半導体光変調装置においては、素子形成時に半導
体レーザの活性層と半導体光変調装置の光吸収層との光
軸を一致させているので、従来のように組み立て時に光
軸合わせを行う必要がなく、且つ、装置全体の構成を小
さくすることができる。In such a direct coupling type semiconductor light modulation device integrated with a semiconductor laser, the optical axes of the active layer of the semiconductor laser and the light absorption layer of the semiconductor light modulation device are aligned at the time of element formation. It is not necessary to align the optical axes at the time of assembly as in the conventional case, and the size of the entire apparatus can be reduced.
【００５１】さらに、直接結合型の半導体光変調装置に
おいては光結合効率が大きいので、吸収飽和現象が顕著
に生ずるが、本発明の構成を採用することにより、吸収
飽和現象を効果的に抑制することができる。Further, since the optical coupling efficiency is large in the direct coupling type semiconductor optical modulation device, the absorption saturation phenomenon remarkably occurs. However, by adopting the configuration of the present invention, the absorption saturation phenomenon is effectively suppressed. be able to.
【００５２】なお、上記実施例においては、ｎ型基板を
用いた半導体光変調装置を説明しているが、ｐ型基板を
用いた半導体光変調装置でも良く、また、材料系として
も、ＡｌＧａＡｓ系等の他の材料系を用いても良いもの
である。Although the semiconductor optical modulator using the n-type substrate has been described in the above embodiment, the semiconductor optical modulator using the p-type substrate may be used, and the material system is AlGaAs system. Other material systems such as the above may also be used.
【００５３】また、上記実施例においては光吸収層とし
てｉ型ＭＱＷ光吸収層２３を用いているが、単一の量子
井戸構造のＳＱＷ光吸収層を用いても良く、この場合に
は、ＭＱＷ光吸収層を用いた場合と比べて消光特性が低
下する。Although the i-type MQW light absorption layer 23 is used as the light absorption layer in the above embodiment, an SQW light absorption layer having a single quantum well structure may be used. In this case, the MQW light absorption layer is used. The extinction characteristic deteriorates as compared with the case where the light absorption layer is used.
【００５４】また、光吸収層としては、均一な組成の厚
膜のＩｎＧａＡｓＰ光吸収層を用いても良く、この場合
には、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層を厚くすることによって
消光特性を高めることができ、場合によっては、ＩｎＧ
ａＡｓＰ光吸収層をｉ型ＩｎＰバリア層によって積層方
向に複数の層に分割して多層構造にしても良い。As the light absorption layer, a thick film InGaAsP light absorption layer having a uniform composition may be used. In this case, the extinction characteristic can be improved by increasing the thickness of the InGaAsP light absorption layer. In some cases, InG
The aAsP light absorption layer may be divided into a plurality of layers in the stacking direction by an i-type InP barrier layer to form a multilayer structure.
【００５５】[0055]
【発明の効果】本発明によれば、半導体光変調装置の光
吸収層への印加電界方向と光吸収層の積層方向とのなす
角度θを０°＜θ＜９０°とすることによって吸収飽和
現象を抑制し、消光比の劣化及び変調周波数帯域の減少
を抑制することができるので、１０Ｇｂ／秒以上の超高
速変調が可能となり、長距離無中継通信技術の発展に寄
与するところが大きい。According to the present invention, the angle θ formed by the direction of the electric field applied to the light absorption layer of the semiconductor light modulation device and the stacking direction of the light absorption layers is set to 0 ° <θ <90 °, whereby absorption saturation is achieved. Since the phenomenon can be suppressed and the deterioration of the extinction ratio and the decrease of the modulation frequency band can be suppressed, the ultra-high speed modulation of 10 Gb / sec or more becomes possible, which greatly contributes to the development of the long distance non-relay communication technology.
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.
【図２】本発明の作用の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the present invention.
【図３】本発明の半導体光変調装置の途中までの製造工
程の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a manufacturing process up to the middle of the semiconductor optical modulation device of the present invention.
【図４】本発明の半導体光変調装置の図３以降の途中ま
での製造工程の説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of a manufacturing process of the semiconductor optical modulation device of the present invention up to the middle of FIG.
【図５】本発明の半導体光変調装置の図４以降の製造工
程の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the semiconductor optical modulation device of the present invention after FIG. 4;
【図６】従来の半導体光変調装置の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional semiconductor light modulation device.
【図７】従来の半導体光変調装置の変調原理及び変調特
性の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a modulation principle and a modulation characteristic of a conventional semiconductor optical modulation device.
【図８】従来の半導体光変調装置の変調特性の劣化の説
明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of deterioration of modulation characteristics of a conventional semiconductor optical modulation device.
【図９】従来の半導体光変調装置における電界スクリー
ニングの説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of electric field screening in a conventional semiconductor optical modulation device.
１ ｎ型クラッド層 ２ ｉ型クラッド層 ３ 光吸収層 ４ ｉ型クラッド層 ５ ｐ型クラッド層 ６ ｐ型コンタクト層 ７ 半絶縁性埋込層 ８ ｎ側電極 ９ ｐ側電極 １０ 電界 １１ 電子 １２ 正孔 ２１ ｎ型ＩｎＰ基板 ２２ ｉ型ＩｎＰクラッド層 ２３ ｉ型ＭＱＷ光吸収層 ２４ ｉ型ＩｎＰクラッド層 ２５ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ２６ ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ２７ ＦｅドープＩｎＰ埋込層 ２８ ｎ側電極 ２９ ｐ側電極 ３０ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層 ３１ 外部電界 ３２ 内部電界1 n-type clad layer 2 i-type clad layer 3 light absorption layer 4 i-type clad layer 5 p-type clad layer 6 p-type contact layer 7 semi-insulating buried layer 8 n-side electrode 9 p-side electrode 10 electric field 11 electron 12 positive Hole 21 n-type InP substrate 22 i-type InP clad layer 23 i-type MQW light absorption layer 24 i-type InP clad layer 25 p-type InP clad layer 26 p + -type InGaAsP contact layer 27 Fe-doped InP buried layer 28 n-side electrode 29 p-side electrode 30 i-type InGaAsP light absorption layer 31 external electric field 32 internal electric field
Claims (6)
の導電型の半導体層を有すると共に、電圧印加により生
じる前記光吸収層への印加電界方向と前記光吸収層の積
層方向とのなす角度θが０°＜θ＜９０°となることを
特徴とする半導体光変調装置。1. A light absorption layer and semiconductor layers of opposite conductivity type sandwiching the light absorption layer are provided, and a direction of an electric field applied to the light absorption layer caused by voltage application and a stacking direction of the light absorption layers are provided. The semiconductor optical modulation device, wherein the angle θ formed is 0 ° <θ <90 °.
ることを特徴とする請求項１記載の半導体光変調装置。2. The semiconductor optical modulation device according to claim 1, wherein the angle θ is 40 ° <θ <50 °.
導体層との間に、半絶縁性の半導体層を設けたことを特
徴とする請求項１または２記載の半導体光変調装置。3. The semiconductor light modulation device according to claim 1, wherein a semi-insulating semiconductor layer is provided between the light absorption layer and the semiconductor layers of opposite conductivity types.
たは複数の量子井戸構造よりなることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体光変調装置。4. The semiconductor light modulation device according to claim 1, wherein the light absorption layer has a single quantum well structure or a plurality of quantum well structures.
導体層よりなることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項に記載の半導体光変調装置。5. The semiconductor light modulation device according to claim 1, wherein the light absorption layer is made of a semiconductor layer having a uniform composition as a whole.
モノリシックに一体に形成すると共に、前記半導体レー
ザの活性層と前記半導体光変調装置の光吸収層の夫々の
光軸を略一致させたことを特徴とする請求項１乃至５の
いずれか１項に記載の半導体光変調装置。6. The semiconductor optical modulator and the semiconductor laser are monolithically formed integrally with each other, and the optical axes of the active layer of the semiconductor laser and the optical absorption layer of the semiconductor optical modulator are substantially aligned with each other. The semiconductor light modulation device according to claim 1, wherein the semiconductor light modulation device is a device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21316295A JPH0961763A (en) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | Semiconductor optical modulation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21316295A JPH0961763A (en) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | Semiconductor optical modulation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0961763A true JPH0961763A (en) | 1997-03-07 |
Family
ID=16634597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21316295A Withdrawn JPH0961763A (en) | 1995-08-22 | 1995-08-22 | Semiconductor optical modulation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0961763A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351965A (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Electroabsorption optical modulator |
-
1995
- 1995-08-22 JP JP21316295A patent/JPH0961763A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351965A (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Electroabsorption optical modulator |
| JP4522154B2 (en) * | 2004-06-08 | 2010-08-11 | 日本航空電子工業株式会社 | Electroabsorption light modulator |
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