(57)【要約】【課題】ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層を持つ電界吸収型変調器の特性を向上させる。【解決手段】ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６、及びｐ型ＩｎＰクラッド層７が順に積層されている。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６は、組成が異なる３つのＩｎＧａＡｓＰ層６ａ，６ｂ，６ｃを有する。ＩｎＧａＡｓＰ層６ａ，６ｂ，６ｃの価電子帯間のエネルギー障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ層が単層の場合に比べて小さくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に順に積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層、及びｐ型ＩｎＰクラッド層とを備え、
前記ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層は、組成が異なる複数のＩｎＧａＡｓＰ層を有し、
前記複数のＩｎＧａＡｓＰ層の価電子帯間のエネルギー障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ層が単層の場合に比べて小さくなることを特徴とする電界吸収型変調器。
【請求項２】
前記ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層の価電子帯エネルギーは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層の価電子帯エネルギーと前記ｐ型ＩｎＰクラッド層の価電子帯エネルギーの間であることを特徴とする請求項１に記載の電界吸収型変調器。
【請求項３】
前記ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層はｐ型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電界吸収型変調器。
【請求項４】
前記ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層と前記ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層との間に配置されたＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電界吸収型変調器。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の電界吸収型変調器と、
前記半導体基板上に前記電界吸収型変調器と集積された半導体レーザとを備えることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムで用いられる電界吸収型変調器、及び半導体基板上に電界吸収型変調器と半導体レーザが集積された光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界吸収型変調器において、光吸収層の両側に光吸収層よりバンドギャップエネルギーが大きくクラッド層より屈折率の大きい光導波路層を設けた分離閉じ込めヘテロ構造(Separated Confinement Heterostructure)が用いられる。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層を持つ電界吸収型変調器では、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層又はＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層とｐ型ＩｎＰクラッド層との間に、大きな価電子帯エネルギー障壁ができる。このエネルギー障壁は、光吸収層での光吸収により発生したホールがｐ型ＩｎＰクラッド層に流れる際の抵抗成分になる。このため、ホールの流れが悪くなるホールパイルアップが発生し、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性が悪化する。
【０００４】
また、ＡｌＩｎＡｓクラッド層とｐ型ＩｎＰクラッド層との間に設けたＩｎＧａＡｓＰエッチングストッパー層により、価電子帯エネルギー障壁を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、単層のＩｎＧａＡｓＰ層では、価電子帯エネルギー障壁を十分に低減できない。また、この先行技術のようなＡｌＧａＩｎＡｓ系の半導体レーザでは、ＡｌＩｎＡｓ層を用いて、活性層からｐ型ＩｎＰクラッド層への電子のオーバーフローを防ぐ必要がある。一方、電界吸収型変調器は逆方向バイアス素子であるため、光吸収層からｐ型ＩｎＰクラッド層への電子のオーバーフローが発生しない。従って、電界吸収型変調器では、ＡｌＩｎＡｓ層を用いる必要がなく、むしろ高抵抗で光吸収電流の流れを悪化させるＡｌＩｎＡｓ層は用いない方がよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７７９０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層を持つ電界吸収型変調器では、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層又はＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層とｐ型ＩｎＰクラッド層との間に大きな価電子帯エネルギー障壁ができるため、特性が劣化する。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層を持つ電界吸収型変調器の特性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電界吸収型変調器は、半導体基板と、前記半導体基板上に順に積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層、及びｐ型ＩｎＰクラッド層とを備え、前記ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層は、組成が異なる複数のＩｎＧａＡｓＰ層を有し、前記複数のＩｎＧａＡｓＰ層の価電子帯間のエネルギー障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ層が単層の場合に比べて小さくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層を持つ電界吸収型変調器の特性を向上させるができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電界吸収型変調器の光吸収層からｐ型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。
【図３】比較例１に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。
【図４】比較例２に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。
【図５】比較例３に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電界吸収型変調器の光吸収層からｐ型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る電界吸収型変調器及び光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２、ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層３、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６、ｐ型ＩｎＰクラッド層７、及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８が順に積層されている。
【００１３】
ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４は、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸（Multiple Quantum Well: MQW）構造である。ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８上にｐ側電極９が形成され、ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面にｎ側電極１０が形成されている。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電界吸収型変調器の光吸収層からｐ型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５は、組成が異なる３つのＡｌＧａＩｎＡｓ層５ａ，５ｂ，５ｃを有する。ＡｌＧａＩｎＡｓ層５ａ，５ｂ，５ｃの層厚はそれぞれ７ｎｍであり、フォト・ルミネッセンス（Photoluminescence: PL）波長はそれぞれ１２００／１１００／９５０ｎｍである。
【００１５】
また、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６は、組成が異なる３つのＩｎＧａＡｓＰ層６ａ，６ｂ，６ｃを有する。ＩｎＧａＡｓＰ層６ａ，６ｂ，６ｃの層厚はそれぞれ７ｎｍであり、フォト・ルミネッセンス波長はそれぞれ１１８０／１０８０／１０００ｎｍである。これにより、ＩｎＧａＡｓＰ層６ａ，６ｂ，６ｃの価電子帯間のエネルギー障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ層が単層の場合に比べて小さくなる。
【００１６】
続いて、本実施の形態の効果について比較例１，２，３と比較して説明する。図３，４，５は、それぞれ比較例１，２，３に係る電界吸収型変調器の拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。比較例１では、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４の上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１２、及びｐ型ＩｎＰクラッド層７が積層されている。比較例２では、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４の上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５及びｐ型ＩｎＰクラッド層７が積層されている。比較例３では、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４の上にｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１１、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１２、及びｐ型ＩｎＰクラッド層７が積層されている。
【００１７】
比較例１では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１２の間の価電子帯、及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１２とｐ型ＩｎＰクラッド層７との間の価電子帯に大きなエネルギー障壁が生じる。比較例２では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５とｐ型ＩｎＰクラッド層７との間の価電子帯に大きなエネルギー障壁が生じる。比較例３では、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４とｐ型ＡｌＩｎＡｓ層１１との間の価電子帯、及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１２とｐ型ＩｎＰクラッド層７との間の価電子帯に大きなエネルギー障壁が生じる。このため、ホールの流れが悪くなるホールパイルアップが発生し、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性が悪化する。
【００１８】
これに対して、本実施の形態では、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６によりＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４とｐ型ＩｎＰクラッド層７との間の価電子帯のエネルギー障壁が小さく抑えられる。これにより、エネルギー障壁による抵抗が小さくなり、ホール電流の流れが促進される。この結果、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性を向上させるができる。
【００１９】
また、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４とｐ型ＩｎＰクラッド層７との間の価電子帯のエネルギー障壁を小さくするために、ｐ型ＩｎＰクラッド層７の価電子帯エネルギーがＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４の価電子帯エネルギーとｐ型ＩｎＰクラッド層７の価電子帯エネルギーの間であることが好ましい。
【００２０】
また、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６がｐ型であることで、価電子帯エネルギー障壁が更に小さくなる。また、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６との間にｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５を配置することで、ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４とｐ型ＩｎＰクラッド層７との間のエネルギー障壁を更に小さくすることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る電界吸収型変調器を示す断面図である。実施の形態１のｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層５とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層６の代わりに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１３が設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２２】
図７は、本発明の実施の形態２に係る電界吸収型変調器の光吸収層からｐ型クラッド層までの拡大断面図とそのエネルギーバンド図である。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１３は、組成が異なる６つのＩｎＧａＡｓＰ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆを有する。ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆの層厚はそれぞれ７ｎｍであり、フォト・ルミネッセンス波長はそれぞれ１５００／１４００／１２８０／１１８０／１０８０／１０００ｎｍである。これにより、ＩｎＧａＡｓＰ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆの価電子帯間のエネルギー障壁は、ＩｎＧａＡｓＰ層が単層の場合に比べて小さくなる。
【００２３】
本実施の形態では、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１３によりＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層４とｐ型ＩｎＰクラッド層７との間の価電子帯のエネルギー障壁が小さく抑えられる。これにより、エネルギー障壁による抵抗が小さくなり、ホール電流の流れが促進される。この結果、電界吸収型変調器の動的消光比、変調帯域、及びチャープ特性を向上させるができる。
【００２４】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す斜視図である。ｎ型ＩｎＰ基板１上に電界吸収型変調器１４と分布帰還型(Distributed Bragg Reflector: DBR)の半導体レーザ１５が集積されている。電界吸収型変調器１４と半導体レーザ１５はリッジ導波路１６を有する。このような変調器とレーザを集積化した光半導体装置において、電界吸収型変調器１４として実施の形態１，２の構造を用いることで、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）
２  ｎ型ＩｎＰクラッド層
４  ＡｌＧａＩｎＡｓ光吸収層
５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層（ＡｌＧａＩｎＡｓ光導波路層）
６，１３  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層（ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層）
６ａ，６ｂ，６ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ  複数のＩｎＧａＡｓＰ層
７  ｐ型ＩｎＰクラッド層
１４  電界吸収型変調器
１５  半導体レーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012118168.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012118168.tif 000008
【図７】
2012118168.tif 000009
【図８】
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