(57)【要約】【課題】終端抵抗器とｐｎ接合との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減する。【解決手段】本発明の光半導体素子１００は、高周波回路３１０からの逆バイアス電圧の印可によって動作する。この光半導体素子は、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層が積層されたｐｎ接合構造を有している。終端抵抗器１３０は、ｐｎ接合構造と同一のチップに集積されている。このため、終端抵抗器とｐｎ接合構造とをワイヤを用いずに接続できる。これにより、終端抵抗器とｐｎ接合構造との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の高周波回路からの逆バイアス電圧の印可によって動作する光半導体素子であって、
ｐ型半導体層およびｎ型半導体層が積層されたｐｎ接合構造と、
前記ｐ型半導体層に電気的に接続されたアノード電極と、
前記ｎ型半導体層に電気的に接続されたカソード電極と、
前記ｐｎ接合構造に電気的に並列接続された終端抵抗器と
を備え、前記ｐｎ接合構造と前記終端抵抗器が同一のチップ上に集積されている光半導体素子。
【請求項２】
前記終端抵抗器は、前記アノード電極または前記カソード電極のいずれか一方に電気的な導波路を介して接続されている、請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
外部の高周波回路からの逆バイアス電圧の印可によって動作する光半導体素子であって、
第１の導電型を有する下部半導体層と、
前記下部半導体層の一部の上に設けられ、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上部半導体層と、
前記上部半導体層および前記下部半導体層を覆い、前記上部半導体層の上に設けられた第１の貫通穴および前記下部半導体層の上に設けられた第２の貫通穴を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられ、前記第１貫通穴を通じて前記上部半導体層に電気的に接続された第１上部電極と、
前記絶縁膜の上に設けられ、その一端が前記第１上部電極に接続された終端抵抗器と、
前記絶縁膜の上に設けられ、前記終端抵抗器の他端に接続されるとともに、前記第２貫通穴を通じて前記下部半導体層に電気的に接続された第２の上部電極と、
前記下部半導体層の下に設けられ、前記下部半導体層に電気的に接続された下部電極とを備える光半導体素子。
【請求項４】
前記終端抵抗器は、珪化タンタルまたはニッケル・クロム合金から構成されている、請求項３に記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記下部半導体層と前記上部半導体層の間に配置された光吸収層をさらに備え、電界吸収型光変調器として動作する請求項３に記載の光半導体素子であって、
前記下部半導体層において前記終端抵抗器の直下に位置する領域から前記光吸収層の直下に位置する領域までの最小距離が、前記終端抵抗器の下面から前記下部電極の下面までの最大距離よりも長い請求項３に記載の光半導体素子。
【請求項６】
前記終端抵抗器は、前記第１上部電極に電気的な導波路を介して接続されている、請求項３に記載の光半導体素子。
【請求項７】
外部の高周波回路からの逆バイアス電圧の印可によって動作する光半導体素子であって、
第１の導電型を有する下部半導体層と、
前記下部半導体層の一部の上に設けられ、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上部半導体層と、
前記上部半導体層および前記下部半導体層を覆い、前記上部半導体層の上に設けられた第１の貫通穴を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられ、前記第１貫通穴を通じて前記上部半導体層に電気的に接続された上部電極と、
前記下部半導体層の下に設けられ、前記下部半導体層に電気的に接続された下部電極とを備え、
前記絶縁膜は、前記下部半導体層まで延びる第２の貫通穴を有しており、
前記上部電極は、前記第２貫通穴を通じて前記下部半導体層とオーミック接触するオーミック接触部を有しており、
前記高周波回路から逆バイアス電圧が印可されると、前記オーミック接触部が終端抵抗器として動作する光半導体素子。
【請求項８】
前記オーミック接触部がＴｉから構成されている、請求項７に記載の光半導体素子。
【請求項９】
前記下部半導体層と前記上部半導体層の間に配置された光吸収層をさらに備え、電界吸収型光変調器として動作する請求項７に記載の光半導体素子であって、
前記下部半導体層において前記オーミック接触部の直下に位置する領域から前記光吸収層の直下に位置する領域までの最小距離が、前記オーミック接触部から前記下部電極の下面までの最大距離よりも長い請求項７に記載の光半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信では、様々な光半導体素子が使用される。例えば、光源で生成される光を変調して光信号とするために、電界吸収型光変調器（以下では、「ＥＡ変調器」と呼ぶ）が使用される。ＥＡ変調器は、通常、高周波駆動回路からの変調信号に応答して動作する。動作中、ＥＡ変調器のｐｎ接合には、逆バイアス電圧が印可される。このため、ＥＡ変調器は高いインピーダンスを有する。駆動回路とＥＡ変調器との間でインピーダンス整合をとるため、ＥＡ変調器には終端抵抗器が並列接続される。
【０００３】
終端抵抗器は、ＥＡ変調器を搭載するチップとは別の基板上に設けられる（例えば、特許文献１参照）。この基板には、終端抵抗器とともに、駆動回路からの変調信号を伝送するための信号ラインが設けられている。終端抵抗器は、ボンディングワイヤを介してＥＡ変調器に接続される。
【０００４】
このほかに、終端抵抗器が駆動回路に設けられ、ボンディングワイヤを介してＥＡ変調器に接続された例もある（例えば、特許文献２参照）。また、終端抵抗器を有するサブマウントにＥＡ変調器チップを半田を用いてフリップチップボンディングした構造も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２７５９５７号公報
【特許文献２】
特開平７−１３０９４７号公報
【特許文献３】
特開平５−２８９０３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、ＥＡ変調器と終端抵抗器とを接続するワイヤや半田に、比較的大きなインダクタンスやキャパシタンスが発生しやすい。これは、インピーダンスの整合を妨げる。したがって、従来技術では、ＥＡ変調器の変調帯域幅が制限され、あるいは変調光信号の波形が乱れやすい。例えば、ＥＡ変調器と終端抵抗器を接続するＡｕワイヤの長さは数百μｍから数ｍｍと長い。これは１０Ｇｂｓ等の高速の光信号の伝送に有害である。
【０００７】
インピーダンス整合の阻害は、ＥＡ変調器以外の光半導体素子でも問題を生じる。例えば、光通信の受信機で使用されるフォトダイオードと駆動回路とのインピーダンス整合がとれないと、フォトダイオードの出力信号の波形が乱れやすい。
【０００８】
そこで、この発明は、光半導体素子のｐｎ接合構造と終端抵抗器との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスの低減を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の態様は、外部の高周波回路からの逆バイアス電圧の印可によって動作する光半導体素子であって、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層が積層されたｐｎ接合構造と、ｐ型半導体層に電気的に接続されたアノード電極と、ｎ型半導体層に電気的に接続されたカソード電極と、ｐｎ接合構造に電気的に並列接続された終端抵抗器とを備えている。ｐｎ接合構造と終端抵抗器は、同一のチップ上に集積されている。
【００１０】
終端抵抗器とｐｎ接合構造が同一のチップに集積されているので、終端抵抗器とｐｎ接合構造とをワイヤを用いずに接続できる。このため、終端抵抗器とｐｎ接合構造との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減できる。
【００１１】
終端抵抗器は、アノード電極またはカソード電極のいずれか一方に電気的な導波路を介して接続されていることが好ましい。導波路は、終端抵抗器とｐｎ接合構造の間を伝送される電気信号の劣化を防止する。これにより、光半導体素子の高周波特性が向上する。
【００１２】
この発明の第２の態様は、外部の高周波回路からの逆バイアス電圧の印可によって動作する光半導体素子であって、下部半導体層、上部半導体層、絶縁膜、第１上部電極、終端抵抗器、第２上部電極、および下部電極を備えている。下部半導体層は、第１の導電型を有する。上部半導体層は、下部半導体層の一部の上に設けられており、第１の導電型と反対の第２の導電型を有する。絶縁膜は、上部半導体層および下部半導体層を覆う。絶縁膜は、上部半導体層の上に設けられた第１の貫通穴と、下部半導体層の上に設けられた第２の貫通穴を有する。第１上部電極は、絶縁膜の上に設けられ、第１貫通穴を通じて上部半導体層に電気的に接続されている。終端抵抗器は、絶縁膜の上に設けられ、その一端が第１上部電極に接続されている。第２上部電極は、絶縁膜の上に設けられ、終端抵抗器の他端に接続されるとともに、第２貫通穴を通じて下部半導体層に電気的に接続されている。下部電極は、下部半導体層の下に設けられ、下部半導体層に電気的に接続されている。
【００１３】
下部半導体層および上部半導体層は、ｐｎ接合構造を形成している。下部半導体層の上には、上部半導体層のみならず、終端抵抗器も配置されている。終端抵抗器は第１上部電極を介してｐｎ接合構造に接続されており、終端抵抗器とｐｎ接合構造の間にワイヤは存在しない。したがって、終端抵抗器とｐｎ接合構造との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減できる。また、終端抵抗器が第１上部電極と独立に設けられているので、終端抵抗器の抵抗値を正確に制御しやすい。
【００１４】
終端抵抗器は、珪化タンタルから構成されていてもよいし、ニッケル・クロム合金から構成されていてもよい。これらの材料は、５０Ωの抵抗値を実現するために好ましい。５０Ωの抵抗値は、光半導体素子に逆バイアス電圧を印可する高周波回路の特性インピーダンスとして、しばしば採用される
【００１５】
第２の態様に係る光半導体素子は、下部半導体層と上部半導体層の間に配置された光吸収層をさらに備え、電界吸収型光変調器として動作してもよい。下部半導体層において終端抵抗器の直下に位置する領域から光吸収層の直下に位置する領域までの最小距離は、終端抵抗器の下面から下部電極の下面までの最大距離よりも長いことが好ましい。この場合、終端抵抗器で発生した熱が光吸収層よりも下部電極の外側に向かって拡散しやすくなる。このため、終端抵抗器の発熱が光半導体素子の動作に与える影響を十分に抑えられる。
【００１６】
終端抵抗器は、第１上部電極に電気的な導波路を介して接続されていることが好ましい。導波路は、終端抵抗器とｐｎ接合構造の間を伝送される電気信号の劣化を防止する。これにより、光半導体素子の高周波特性が向上する。
【００１７】
本発明の第３の態様は、外部の高周波回路からの逆バイアス電圧の印可によって動作する光半導体素子であって、下部半導体層と、上部半導体層と、絶縁膜と、上部電極と、下部電極とを備えている。下部半導体層は、第１の導電型を有する。上部半導体層は、下部半導体層の一部の上に設けられ、第１の導電型と反対の第２の導電型を有する。絶縁膜は、上部半導体層および前記下部半導体層を覆う。絶縁膜は、上部半導体層の上に設けられた第１の貫通穴を有する。上部電極は、絶縁膜の上に設けられ、第１貫通穴を通じて上部半導体層に電気的に接続されている。下部電極は、下部半導体層の下に設けられ、下部半導体層に電気的に接続されている。絶縁膜は、下部半導体層まで延びる第２の貫通穴をさらに有している。上部電極は、オーミック接触部を有している。このオーミック接触部は、第２貫通穴を通じて下部半導体層とオーミック接触する。この光半導体素子に高周波回路から逆バイアス電圧が印可されると、オーミック接触部が終端抵抗器として動作する。
【００１８】
下部半導体層および上部半導体層は、ｐｎ接合構造を形成している。下部半導体層の上には、上部半導体層のみならず、終端抵抗器として動作するオーミック接触部が配置されている。この終端抵抗器とｐｎ接合構造とは上部電極を介して接続され、終端抵抗器とｐｎ接合構造と間にワイヤは存在しない。したがって、終端抵抗器とｐｎ接合構造との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減できる。また、終端抵抗器が上部電極と一体化されているので、この光半導体素子は、簡易かつ低コストで作製できる。
【００１９】
オーミック接触部は、Ｔｉから構成されていてもよい。Ｔｉは、下部半導体層がＳｎドープＩｎＰから構成され、上部半導体層がＺｎドープＩｎＰから構成されているときに、オーミック接触部で５０Ωの抵抗値を実現するために好ましい。
【００２０】
第３の態様に係る光半導体素子は、下部半導体層と上部半導体層の間に配置された光吸収層をさらに備え、電界吸収型光変調器として動作してもよい。下部半導体層においてオーミック接触部の直下に位置する領域から光吸収層の直下に位置する領域までの最小距離は、オーミック接触部から下部電極の下面までの最大距離よりも長いことが好ましい。この場合、オーミック接触部で発生した熱が光吸収層よりも下部電極の外側に向かって拡散しやすくなる。このため、オーミック接触部の発熱が光半導体素子の動作に与える影響を十分に抑えられる。
【００２１】
上記のいずれの態様の光半導体素子も、電界吸収型光変調器に限られるわけではなく、例えばフォトダイオードなどの受光素子であってもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００２３】
（第１実施形態）図１は、本実施形態の光半導体素子１００の使用態様を示す概略斜視図である。光半導体素子１００は、電界吸収型光変調器１０１とレーザダイオード１５１が同一チップ上に集積された素子である。レーザダイオード１５１で発生したレーザ光は、光変調器１０１に送られ、そこで変調される。光変調器１０１の上面には、相互に接続されたアノード電極１２０、ワイヤリングパッド１２９、終端抵抗器１３０および接地電極１３２が設けられている。レーザダイオード１５１の上面には、相互に接続されたアノード電極１７０およびワイヤリングパッド１７９が設けられている。
【００２４】
光半導体素子１００は、基板２００上に搭載される。基板２００の上面において光半導体素子１００の両側には、信号ライン２１０および２２０が設けられている。基板２００の下面の全体には、接地電極２３０が設けられている。接地電極２３０は、接地電位に接続される。この結果、基板２００のうち信号ライン２１０および２２０を除く部分は接地電位となる。信号ライン２１０と光変調器１０１のワイヤリングパッド１２９との間には、ボンディングワイヤ１４０が接続される。信号ライン２２０とレーザダイオード１５１のワイヤリングパッド１７９との間には、ボンディングワイヤ１４２が接続される。
【００２５】
光半導体素子１００を搭載する基板２００は、別の基板３００と電気的に接続される。基板３００は、変調器駆動回路３１０およびレーザダイオード駆動回路３２０を搭載している。変調器駆動回路３１０と信号ライン２１０との間には、ボンディングワイヤ３１５が接続される。レーザダイオード駆動回路３２０と信号ライン２２０との間には、ボンディングワイヤ３２５が接続される。この結果、変調器駆動回路３１０が光変調器１０１に電気的に接続され、レーザダイオード駆動回路３２０がレーザダイオード１５１に電気的に接続される。変調器駆動回路３１０は、光変調器１０１に逆バイアス電圧を印可する。変調器駆動回路３１０は、所定の特性インピーダンスを有する高周波回路である。レーザダイオード駆動回路３２０は、レーザダイオード１５１に駆動電流を供給する。
【００２６】
図２は、光変調器１０１に関して図１に示される構成の等価回路図である。光変調器１０１には、変調器駆動回路３１０から、高速に変調された逆バイアス電圧が印可される。光変調器１０１は、この変調電圧に応じてレーザ光のパワーを変調する。このため、光半導体素子１００は、例えば１０Ｇｂｐｓの高速な光信号を放出できる。
【００２７】
光変調器１０１は、ｐｎ接合構造１１５と終端抵抗器１３０が同一のチップに集積された構成を有している。ｐｎ接合構造１１５は、電界吸収型の変調動作を行う。終端抵抗器１３０は、変調器駆動回路３１０とのインピーダンス整合性を高め、反射波を抑える。終端抵抗器１３０は、変調器駆動回路３１０と並列に接続されている。
【００２８】
以下では、図３および図４を参照して、光変調器１０１の構造を詳細に説明する。図３は、光変調器１０１の構造を示す部分斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った光変調器１０１の部分断面図である。
【００２９】
光変調器１０１は、基板１１０の上に順次に積層された光吸収層１１２および上部クラッド層１１４を備えている。基板１１０は、ｎ型半導体であるＳｎドープＩｎＰから構成されている。光吸収層１１２は、多重量子井戸構造を有する活性層であり、レーザダイオード１５１で発生した光をレーザ増幅する作用を有している。光吸収層１１２は、ＧａＩｎＡｓＰから構成されている。上部クラッド層１１４は、ｐ型半導体であるＺｎドープＩｎＰから構成されている。上部クラッド層１１４の上には、さらにコンタクト層１１１が設けられている。コンタクト層１１１は、ｐ型半導体であるＺｎドープＧａＩｎＡｓから構成されている。
【００３０】
基板１１０、光吸収層１１２および上部クラッド層１１４は、ｐｎ接合構造１１５を形成している。ｐｎ接合構造１１５は、メサ形状を有している。光吸収層１１２の両側には、電流埋め込み層１１６が設けられている。光吸収層１１２は、基板１１０および上部クラッド層１１４よりも高い屈折率を有している。これにより、レーザ光は光吸収層１１２に閉じ込められる。このように、基板１１０は下部クラッド層として機能する。
【００３１】
基板１１０上においてｐｎ接合構造１１５の一方の側方には、基板側からＦｅドープＩｎＰ層１２４およびＺｎドープＩｎＰ層１２６が順次に設けられている。また、ｐｎ接合構造１１５の他方の側方には、基板側からＦｅドープＩｎＰ層１２５およびＺｎドープＩｎＰ層１２７が順次に設けられている。ＦｅドープＩｎＰは、高い電気抵抗を有している。これらのＩｎＰ層１２４〜１２７は、ｐｎ接合構造１１５と離間している。ＩｎＰ層１２４および１２６は、メサ構造体１３５を成している。ＩｎＰ層１２６および１２７の上には、ＺｎドープＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層１２１および１２３がそれぞれ設けられている。
【００３２】
基板１１０の上面、ならびに層１１１、１１４、１１６、１２１、１２３および１２４〜１２７の表面は、絶縁膜１１８によって覆われている。絶縁膜１１８は、ＳｉＯ２から構成されている。絶縁膜１１８においてｐｎ接合構造１１５の上には、コンタクト層１１１の上面まで延びる貫通穴１２８が設けられている。
貫通穴１２８は、図４の紙面に垂直な方向にも延びている。アノード電極１２０は、この貫通穴１２８を充填し、貫通穴１２８の底に位置するコンタクト層１１１の上面部分を覆うように、コンタクト層１１１および絶縁膜１１８の上に設けられている。
【００３３】
アノード電極１２０は、基板１１０側から順にＴｉ、ＰｔおよびＡｕが積層された多層金属電極である。アノード電極１２０は、コンタクト層１１１の上面とオーミック接触している。このように、アノード電極１２０は、貫通穴１２８を通じて上部クラッド層１１４に電気的に接続されている。アノード電極１２０は、ｐｎ接合構造１１５の長手方向に沿って延びる帯状の中央部１２０ａを有している。中央部１２０ａは、互いに反対方向に延びるアーム部１２０ｂおよび１２０ｃを有している。アーム部１２０ｂは、ＺｎドープＩｎＰ層１２６の上まで延び、アーム部１２０ｃは、ＺｎドープＩｎＰ層１２７の上まで延びている。
【００３４】
アーム部１２０ｂの先端部には、終端抵抗器１３０の一端部１３０ａが直接接続されている。アーム部１２０ｃの先端には、ワイヤリングパッド１２９が接続されている。終端抵抗器１３０およびワイヤリングパッド１２９は、ともに絶縁膜１１８の表面に付着している。したがって、終端抵抗器１３０およびワイヤリングパッド１２９は、それぞれＺｎドープＩｎＰ層１２６および１２７と電気的に絶縁されている。
【００３５】
終端抵抗器１３０は、細長い方形の平面形状を有する膜状の電気抵抗体である。終端抵抗器１３０は、反射波を抑えるのに適した電気抵抗値を有していることが好ましい。終端抵抗器１３０の抵抗値は、その形状に応じて調節できる。終端抵抗器１３０が、適切な抵抗値を有していれば、変調器駆動回路３１０（図１）とのインピーダンス整合をとることもできる。一般的に、駆動回路３１０は、５０Ωの特性インピーダンスを有する。この場合、終端抵抗器１３０の抵抗値も５０Ω程度であることが好ましい。
【００３６】
終端抵抗器１３０の適切な材料としては、珪化タンタル（Ｔａ２Ｓｉ）およびニッケル・クロム合金（ＮｉＣｒ）を挙げることができる。これらの材料は、いずれも５０Ωという抵抗値を実現するのに適している。本実施形態では、終端抵抗器１３０が珪化タンタルから構成されており、２×１０−４Ω・ｃｍの抵抗率を有している。したがって、例えば終端抵抗器１３０の厚さが０．５μｍ、幅が８μｍ、長さが１００μｍであれば、５０Ωの抵抗値を実現できる。
【００３７】
終端抵抗器１３０の端部１３０ａと反対側の端部１３０ｂは、接地電極１３２に直接接続されている。接地電極１３２は、絶縁膜１１８上に被着されている。
接地電極１３２の一端部１３２ａは、ＺｎドープＩｎＰ層１２６の上に配置されている。接地電極１３２は、ｐｎ接合構造１１５から遠ざかるようにメサ構造体１３５の上から側方に延在している。接地電極１３２の端部１３２ａと反対側の端部１３２ｂの下には、ＺｎドープＩｎＰ層１２６およびＦｅドープＩｎＰ層１２４が存在しない。図４に示されるように、絶縁膜１１８において端部１３２ｂの下には、基板１１０の上面に達する貫通穴１３８が設けられている。貫通穴１３８は、図４の紙面に垂直な方向にも延びている。接地電極１３２の端部１３２ｂは、この貫通穴１３８を充填し、貫通穴１３８の底に位置する基板１１０の上面部分を覆うように、基板１１０および絶縁膜１１８の上に設けられている。
【００３８】
接地電極１３２は、基板側から順にＡｕ、ＧｅおよびＮｉが積層された多層金属電極である。端部１３２ｂの下面は、基板１１０の上面とｎ型のオーミック接触を形成している。
【００３９】
上述のように、終端抵抗器１３０の一端は、アノード電極１２０およびコンタクト層１１１を介してｐｎ接合構造１１５のｐ型層１１４に電気的に接続されている。また、終端抵抗器１３０の他端は、接地電極１３２を介してｐｎ接合構造１１５のｎ型層１１０に電気的に接続されている。したがって、ｐｎ接合構造１１５と終端抵抗器１３０は並列に接続されている。
【００４０】
基板１１０の下面の全体には、カソード電極１２２が被着されている。カソード電極１２２は、図１に示される基板２００上に載置され、基板２００と同電位となる。基板２００の下面に設けられた接地電極２３０は、接地電位に接続される。この結果、基板２００のうち信号ライン２１０および２２０を除く部分が接地電位となり、これに応じて光変調器１０１の基板１１０および接地電極１３２も接地電位となる。
【００４１】
以下では、本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、終端抵抗器１３０がアノード電極１２０および接地電極１３２のみによってｐｎ接合構造１１５に接続されており、ボンディングワイヤは使用されていない。これは、光変調器１０１のｐｎ接合構造１１５が同一のチップ、すなわち基板１１０上に集積されているからである。この結果、ｐｎ接合構造１１５と終端抵抗器１３０との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減できる。これにより、インピーダンス整合が容易になる。したがって、光半導体素子１００は、高速な光通信システムで好適に使用することができる。
【００４２】
終端抵抗器１３０をｐｎ接合構造１１５と同一のチップ上に集積する場合、終端抵抗器１３０がｐｎ接合構造１１５に近すぎると、終端抵抗器１３０で発生する熱が光吸収層１１２の温度に影響する。活性領域である光吸収層１１２の温度が終端抵抗器１３０の熱によって大きな影響を受けると、光変調器１０１の特性が劣化してしまう。そこで、本実施形態では、終端抵抗器１３０がｐｎ接合構造１１５から十分に遠い位置に配置されている。以下では、この点について具体的に説明する。
【００４３】
図４に示される符号Ｗは、基板１１０において終端抵抗器１３０の直下に位置する領域から光吸収層１１２の直下に位置する領域までの最小の距離を表す。また、符号Ｈは、終端抵抗器１３０の下面から下部電極１２２の下面までの距離を表す。本実施形態では、ＷがＨよりも長い。このような大小関係が成立するように終端抵抗器１３０を光吸収層１１２から離すと、終端抵抗器１３０から発生して基板１１０側に拡散する熱は、光吸収層１１２よりも基板１１０の下側に向かう傾向が強くなる。これにより、光吸収層１１２への熱拡散を抑制し、光変調器１０１の特性の劣化を防止できる。より厳密に言えば、終端抵抗器１３０の下面から下部電極１２２の下面までの最大距離が上記の距離Ｗよりも短ければ、終端抵抗器１３０から光吸収層１１２への熱拡散を確実に抑制できる。
【００４４】
（第２実施形態）以下では、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の光半導体素子は、第１実施形態と同様に、電界吸収型光変調器とレーザダイオードが同一チップ上に集積された素子である。この光半導体素子は、第１実施形態の光変調器１０１の代わりに図５に示される光変調器５０１を備えている。他の構成は、第１実施形態と同じである。以下では、光変調器５０１の構造を中心に説明する。
【００４５】
図５は、光変調器５０１を示す部分断面図である。光変調器５０１は、第１実施形態と同じ基板１１０、ｐｎ接合構造１１５、電流埋め込み層１１６、コンタクト層１１１、カソード電極１２２、ＦｅドープＩｎＰ層１２４、ＺｎドープＩｎＰ層１２６およびコンタクト層１２１を有している。ＩｎＰ層１２４および１２６は、メサ構造体１３５を形成している。図示されていないが、光変調器５０１は、第１実施形態と同様にＦｅドープＩｎＰ層１２５、ＺｎドープＩｎＰ層１２７およびコンタクト層１２３も有している。
【００４６】
基板１１０の上面、ならびに層１１１、１１４、１１６、１２１、１２３および１２４〜１２７の表面は、絶縁膜５１８によって覆われている。絶縁膜５１８は、ＳｉＯ２から構成されている。絶縁膜５１８においてｐｎ接合構造１１５の上には、コンタクト層１１１の上面に達する貫通穴５２８が設けられている。貫通穴５２８は、図５の紙面に垂直な方向にも延びている。
【００４７】
アノード電極５２０は、この貫通穴５２８を充填し、貫通穴５２８の底に位置するコンタクト層１１１の上面部分を覆うように、コンタクト層１１１および絶縁膜５１８の上に設けられている。アノード電極５２０は、コンタクト層１１１の上面とオーミック接触している。このように、アノード電極５２０は、貫通穴５２８を通じて上部クラッド層１１４に電気的に接続されている。アノード電極５２０は、ｐｎ接合構造１１５の長手方向に沿って延びる帯状の中央部５２０ａを有している。第１実施形態と同様に、中央部５２０ａは、互いに反対方向に延びる二つのアーム部を有している。一方のアーム部５２０ｂは、Ｚｎ−ＩｎＰ層１２６の上まで延び、他方のアーム部（図示せず）は、Ｚｎ−ＩｎＰ層１２７（図示せず）の上まで延びている。
【００４８】
第１実施形態と異なり、アーム部５２０ｂは、中央部５２０ａからメサ構造体１３５を越えて延びている。したがって、アノード電極５２０の端部５２１の下には、ＺｎドープＩｎＰ層１２６およびＦｅドープＩｎＰ層１２４が存在しない。図５に示されるように、絶縁膜５１８において端部５２１の下には、基板１１０の上面まで延びる貫通穴５３８が設けられている。貫通穴５３８は、図５の紙面に垂直な方向にも延びている。アノード電極５２０の端部５２１は、この貫通穴５３８を充填し、貫通穴５３８の底に位置する基板１１０の上面部分を覆っている。
【００４９】
アノード電極５２０は、基板１１０側から順にＴｉ、ＰｔおよびＡｕが積層された多層金属電極である。このため、貫通穴５３８の底では、Ｔｉが基板１１０と接触する。Ｔｉは、基板１１０を構成するＳｎドープＩｎＰとの間にオーミック接触を形成する。図５の符号５３０は、オーミック接触部を示している。
【００５０】
Ｔｉは、下地材料に応じて異なる抵抗率のオーミック接触を形成する。例えば、コンタクト層１１１を構成するＺｎドープＧａＩｎＡｓとＴｉとのオーミック接触は、１×１０−５Ω／ｃｍ２の接触抵抗率を有する。また、基板１１０を構成するＳｎドープＩｎＰとＴｉとの間のオーミック接触は、１×１０−４Ω／ｃｍ２の接触抵抗率を有する。なお、本実施形態では、コンタクト層１１１中のＺｎの濃度が１×１０１９ｃｍ−３であり、基板１１０中のＳｎの濃度が１×１０１８ｃｍ−３である。
【００５１】
アノード電極５２０とコンタクト層１１１とのオーミック接触は十分に低い抵抗率を有しているので、アノード電極５２０は、光変調器５０１に逆バイアス電圧を印可するための電極として適切に動作する。一方、アノード電極５２０と基板１１０とのオーミック接触は、アノード電極５２０とコンタクト層１１１とのオーミック接触よりも十分に高い抵抗率を有している。このため、光変調器５０１の動作中、アノード電極５２０と基板１１０とのオーミック接触部５３０は電気抵抗器として動作する。オーミック接触部５３０は、アノード電極５２０およびコンタクト層１１１を介してｐｎ接合構造１１５のｐ型層１１４に電気的に接続されている。また、オーミック接触部５３０は、ｐｎ接合構造１１５のｎ型層１１０にも電気的に接続されている。したがって、ｐｎ接合構造１１５とオーミック接触部５３０は、並列に接続されている。このため、オーミック接触部５３０は、光変調器５０１の終端抵抗器として動作する。
【００５２】
オーミック接触部５３０は、反射波を抑えるのに適した電気抵抗値を有していることが好ましい。オーミック接触部５３０が、適切な抵抗値を有していれば、変調器駆動回路３１０（図１）とのインピーダンス整合をとることもできる。オーミック接触部５３０の抵抗値は、オーミック接触の面積に応じて調節できる。
オーミック接触部５３０の接触抵抗率は１×１０−４Ω／ｃｍ２なので、オーミック接触部５３０が１０μｍ×２０μｍの面積を有していれば、５０Ωの抵抗値が実現される。
【００５３】
第１実施形態と同様に、オーミック接触部５３０での発熱によるｐｎ接合構造１１５の温度上昇を防ぐため、オーミック接触部５３０はｐｎ接合構造１１５から十分に遠い位置に配置されている。図５に示される符号Ｗは、基板１１０においてオーミック接触部５３０の直下に位置する領域から光吸収層１１２の直下に位置する領域までの最小の距離を表す。また、符号Ｈは、オーミック接触部５３０の下面から下部電極１２２の下面までの距離を表す。ＷはＨよりも長いので、オーミック接触部５３０から発生して基板１１０側に拡散する熱は、光吸収層１１２よりも基板１１０の下側に向かう傾向が強くなる。これにより、光吸収層１１２への熱拡散を抑制し、光変調器５０１の特性の劣化を防止できる。より厳密に言えば、オーミック接触部５３０の下面から下部電極１２２の下面までの最大距離が上記の距離Ｗよりも短ければ、オーミック接触部５３０から光吸収層１１２への熱拡散を確実に抑制できる。
【００５４】
以下では、本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、終端抵抗器であるオーミック接触部５３０が光変調器５０１のｐｎ接合構造１１５と同一のチップ上に集積されている。このため、第１実施形態と同様に、ｐｎ接合構造１１５と終端抵抗器５３０との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減できる。
【００５５】
また、終端抵抗器であるオーミック接触部５３０がアノード電極５２０の一部分であるため、アノード電極５２０を形成すれば自動的にオーミック接触部５３０も形成される。したがって、アノード電極と独立して終端抵抗器を形成する必要のある第１実施形態と比べて、本実施形態の光半導体素子は、簡易かつ低コストで作製できる。
【００５６】
（第３実施形態）以下では、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態の光半導体素子は、第１実施形態と同様に、電界吸収型光変調器とレーザダイオードが同一チップ上に集積された素子である。この光半導体素子は、第１実施形態の光変調器１０１の代わりに図６に示される光変調器６０１を備えている。他の構成は、第１実施形態と同じである。以下では、光変調器６０１の構造を中心に説明する。
【００５７】
図６は、光変調器６０１を示す部分概略平面図である。光変調器６０１は、第１実施形態と同様に、アノード電極６２０とは独立の終端抵抗器６３０を有している。終端抵抗器６３０は、基板１１０を覆う絶縁膜６１８上に設けられており、基板１１０とは接触しない。終端抵抗器６３０の一端は、接地電極６３２に接続されている。第１実施形態と同様に、接地電極６３２は、絶縁膜６１８に設けられた貫通穴を通じて基板１１０に接触している。接地電極６３２と基板１１０は、オーミック接触を形成する。接地電極６３２は、基板１１０と同電位となる。
【００５８】
終端抵抗器６３０の他端は、ストリップ導体６４０の一端に接続されている。
ストリップ導体６４０の他端は、アノード電極６２０に接続されている。ストリップ導体６４０は、絶縁膜６１８上に直接設けられており、基板１１０とは接触しない。ストリップ導体６４０は、一定の幅と厚さの帯状をしている。ストリップ導体６４０の両側方には、接地平面導体６４１および６４２が設けられている。これらの導体６４０〜６４２は、コプレナー導波路６４５を構成している。接地平面導体６４１の端部６４１ａおよび接地平面導体６４２の端部６４２ａは、絶縁膜６１８に設けられた貫通穴を通じて基板１１０と接触している。端部６４１ａ、６４２ａと基板１１０とは、オーミック接触を形成している。
【００５９】
アノード電極６２０の下には、第１実施形態と同様に、光吸収層１１２を含むｐｎ接合構造１１５、およびコンタクト層１１１が設けられている。終端抵抗器６３０の一端は、コプレナー導波路６４５、アノード電極６２０およびコンタクト層１１１を介して、ｐｎ接合構造のｐ型層１１４に電気的に接続されている。
また、終端抵抗器６３０の他端は、接地電極６３２を介してｐｎ接合構造のｎ型層１１０に電気的に接続されている。したがって、終端抵抗器６３０はｐｎ接合構造１１５と並列接続されている。
【００６０】
アノード電極６２０を挟んでストリップ導体６４０の反対側には、別のストリップ導体６５０が設けられている。ストリップ導体６４０の一端はアノード電極６２０に接続され、他端はワイヤリングパッド６２９に接続されている。ストリップ導体６５０は、絶縁膜６１８上に直接設けられており、基板１１０とは接触しない。ストリップ導体６５０の両側方には、接地平面導体６５１および６５２が設けられている。これらの導体６５０〜６５２は、コプレナー導波路６５５を構成している。ワイヤリングパッド６２９は、コプレナー導波路６５５によってアノード電極６２０に接続されている。接地平面導体６５１の端部６５１ａおよび接地平面導体６５２の端部６５２ａは、絶縁膜６１８に設けられた貫通穴を通じて基板１１０と接触している。端部６５１ａ、６５２ａと基板１１０とは、オーミック接触を形成している。
【００６１】
以下では、本実施形態の効果について説明する。本実施形態は、第１実施形態と同じ効果に加えて、次のような効果を奏する。第１実施形態に関して上述したように、終端抵抗器６３０の発熱の影響を抑えるためには、終端抵抗器６３０をｐｎ接合構造から十分に遠ざけることが好ましい。この場合、終端抵抗器６３０とアノード電極６２０とを接続する導体も長くなる。この接続用導体は、第１実施形態では、アノード電極のアーム部である。しかし、接続用導体が長くなれば、それだけその導体を通る電気信号が劣化しやすくなる。本実施形態では、終端抵抗器６３０とアノード電極６２０とがコプレナー導波路６４５で接続されている。このため、終端抵抗器６３０がｐｎ接合構造から遠くても、導波路６４５によって信号の劣化を抑えることができる。これにより、光変調器６０１の良好な高周波特性を得ることができる。
【００６２】
コプレナー導波路６４５は、変調器駆動回路３１０（図１）とインピーダンス整合されていることが好ましい。これにより、光変調器６０１の高周波特性をいっそう高めることができる。
【００６３】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６４】
上記実施形態では、基板が下部クラッド層として機能する。しかし、基板と光吸収層の間に、上部クラッド層と反対の導電型を有する下部クラッド層が設けられていてもよい。
【００６５】
第３実施形態では、終端抵抗器とアノード電極がコプレナー導波路によって接続されている。しかし、コプレナー導波路に代えて、他の電気的な導波路、例えばマイクロストリップ導波路を用いてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子は、終端抵抗器とｐｎ接合構造が同一のチップに集積されているので、ワイヤを用いずに、例えばチップ上に集積された電極を用いて終端抵抗器とｐｎ接合構造とを接続できる。これにより、終端抵抗器とｐｎ接合構造との間に生じるインダクタンスやキャパシタンスを低減することができる。したがって、本発明の光半導体素子は、高周波回路とのインピーダンス整合が容易であり、高速の光通信システムでの使用に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の光半導体素子の使用態様を示す概略斜視図である。
【図２】光変調器に関連して図１に示される構成の等価回路図である。
【図３】第１実施形態の光半導体素子のうち光変調器を示す部分斜視図である。
【図４】第１実施形態の光半導体素子のうち光変調器を示す部分断面図である。
【図５】第２実施形態の光半導体素子のうち光変調器を示す部分断面図である。
【図６】第３実施形態の光半導体素子のうち光変調器を示す部分概略平面図である。
【符号の説明】
１００…光半導体素子、１０１…電界吸収型光変調器、１１０…下部半導体層としての基板、１１１…コンタクト層、１１２…光吸収層、１１４…上部半導体層としての上部クラッド層、１１５…ｐｎ接合構造、１１８…絶縁膜、１２０…第１上部電極としてのアノード電極、１２２…下部電極としてのカソード電極、１２８、１３８…貫通穴、１３０…終端抵抗器、１３２…第２上部電極としての接地電極、５３０…オーミック接触部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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