JPH05335551A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
- Publication number
- JPH05335551A JPH05335551A JP13487092A JP13487092A JPH05335551A JP H05335551 A JPH05335551 A JP H05335551A JP 13487092 A JP13487092 A JP 13487092A JP 13487092 A JP13487092 A JP 13487092A JP H05335551 A JPH05335551 A JP H05335551A
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- JP
- Japan
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- layer
- quantum well
- well layer
- multiple quantum
- semiconductor device
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザと電界型光変調器との集積化を
容易に行なうことができ、変調器の駆動電圧を低下させ
ることにより高速動作可能とした光半導体装置を提供す
る。 【構成】 半導体基板上にエネルギー準位の異なる2種
類の多重量子井戸を積層し、その半導体レーザとなる領
域では両者の多重量子井戸を存在させ、その光変調器の
領域ではエネルギー準位の小さい方の多重量子井戸を除
去し、歪超格子よりなる多重量子井戸で構成した。
容易に行なうことができ、変調器の駆動電圧を低下させ
ることにより高速動作可能とした光半導体装置を提供す
る。 【構成】 半導体基板上にエネルギー準位の異なる2種
類の多重量子井戸を積層し、その半導体レーザとなる領
域では両者の多重量子井戸を存在させ、その光変調器の
領域ではエネルギー準位の小さい方の多重量子井戸を除
去し、歪超格子よりなる多重量子井戸で構成した。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザと光変調
器との同一基板上での集積化を容易にし、駆動電圧の低
下と応答の高速化を可能にする光半導体装置に関するも
のである。
器との同一基板上での集積化を容易にし、駆動電圧の低
下と応答の高速化を可能にする光半導体装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、図1に示すような光半導体装置が
提案されている。
提案されている。
【0003】すなわち、同一の半導体基板1上に、半導
体レーザ2と、この半導体レーザ2の活性層3よりもバ
ンドギャップエネルギーのより大きな半導体層4を有す
る光変調器5と、を集積した光半導体装置が提案されて
いる(例えば、M.Suzuki,et al.,
“Monolithic integration o
f InGaAsP/Inp distributed
feedback laser and elect
ro−absorption modulator b
y vapor phase epitaxy,”J.
Lightwave Technol.,vol.LT
−5,pp.1277−1285,1987)。半導体
レーザ2の上部電極6から電流Iを注入することにより
レーザ発振が起こり、レーザ光が半導体層4に沿って出
射される。光変調器5では、上部電極7に逆バイアスの
条件で電圧Vを印加することにより半導体層4の光吸収
係数、および屈折率が変化するため、変調器5側から出
射するレーザ光の強度および位相を変調することが可能
になる。また、変調器5における半導体層4を多数の極
薄膜からなる多重量子井戸で構成すると、電圧Vを印加
した際に、量子閉じ込めシュタルク効果により、大きな
吸収係数および屈折率の変化が得られることが示されて
いる(K.Wakita, et al, “High
−speedand low−drive−volta
ge monolithic multiple Qu
antum−well modulator/DFB
laser light sourse,” IEEE
Photnics. Technol. Let
t., vol. 4, pp.16−18 199
2)。
体レーザ2と、この半導体レーザ2の活性層3よりもバ
ンドギャップエネルギーのより大きな半導体層4を有す
る光変調器5と、を集積した光半導体装置が提案されて
いる(例えば、M.Suzuki,et al.,
“Monolithic integration o
f InGaAsP/Inp distributed
feedback laser and elect
ro−absorption modulator b
y vapor phase epitaxy,”J.
Lightwave Technol.,vol.LT
−5,pp.1277−1285,1987)。半導体
レーザ2の上部電極6から電流Iを注入することにより
レーザ発振が起こり、レーザ光が半導体層4に沿って出
射される。光変調器5では、上部電極7に逆バイアスの
条件で電圧Vを印加することにより半導体層4の光吸収
係数、および屈折率が変化するため、変調器5側から出
射するレーザ光の強度および位相を変調することが可能
になる。また、変調器5における半導体層4を多数の極
薄膜からなる多重量子井戸で構成すると、電圧Vを印加
した際に、量子閉じ込めシュタルク効果により、大きな
吸収係数および屈折率の変化が得られることが示されて
いる(K.Wakita, et al, “High
−speedand low−drive−volta
ge monolithic multiple Qu
antum−well modulator/DFB
laser light sourse,” IEEE
Photnics. Technol. Let
t., vol. 4, pp.16−18 199
2)。
【0004】以上が、従来提案されている光半導体装置
である。
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光半導体装置では、活性層と、この活性層とは組成
の異なる半導体層を同一基板上に形成するために、少な
くとも2回の結晶成長が必要であった。また、組成の異
なる2つの半導体層を横方向になめらかに結合すること
が光の散乱損失を低減する上で重要であるが、これに対
応するには、上記の構造では本質的な困難性を有してい
た。また、変調するための駆動電圧は2〜3V以上必要
であり、そのため、駆動用の高速電子回路の電圧が制限
され、これにより高速動作が困難であった。
来の光半導体装置では、活性層と、この活性層とは組成
の異なる半導体層を同一基板上に形成するために、少な
くとも2回の結晶成長が必要であった。また、組成の異
なる2つの半導体層を横方向になめらかに結合すること
が光の散乱損失を低減する上で重要であるが、これに対
応するには、上記の構造では本質的な困難性を有してい
た。また、変調するための駆動電圧は2〜3V以上必要
であり、そのため、駆動用の高速電子回路の電圧が制限
され、これにより高速動作が困難であった。
【0006】よって、本発明の課題は、半導体レーザと
電界型光変調器との集積化を容易に行なうことができ、
変調器の駆動電圧を低下させることにより高速動作可能
とした光半導体装置を提供することにある。
電界型光変調器との集積化を容易に行なうことができ、
変調器の駆動電圧を低下させることにより高速動作可能
とした光半導体装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、エネルギー準位の異なる2種類の多重量子井戸を積
層し、その半導体レーザとなる領域では両者の多重量子
井戸を存在させ、その光変調器の領域ではエネルギー準
位の小さい方の多重量子井戸が除去されており、光変調
器を構成する多重量子井戸が歪超格子で構成された構造
としたことを特徴とする。
は、エネルギー準位の異なる2種類の多重量子井戸を積
層し、その半導体レーザとなる領域では両者の多重量子
井戸を存在させ、その光変調器の領域ではエネルギー準
位の小さい方の多重量子井戸が除去されており、光変調
器を構成する多重量子井戸が歪超格子で構成された構造
としたことを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明による光半導体装置では、半導体レーザ
を構成する活性層と、光変調器を構成する多重量子井戸
層と、が連続した一回の結晶成長で作製できる構造とな
っている。
を構成する活性層と、光変調器を構成する多重量子井戸
層と、が連続した一回の結晶成長で作製できる構造とな
っている。
【0009】その結果、半導体レーザと電界型光変調器
との集積化を容易に行なうことができ、変調器の駆動電
圧を低下させて、高速で動作することが可能となる。
との集積化を容易に行なうことができ、変調器の駆動電
圧を低下させて、高速で動作することが可能となる。
【0010】また、量子閉じ込めシュタルク効果による
エネルギーシフトは、電子、あるいは正孔の有効質量に
比例することが知られているが〔H.Temkin e
tal.,“InGaAsP/InP quantum
well modulators grown by
gas source molecular bea
m epitaxy,” App. Phys. Le
tt., 50(25) pp.1776−1778
1987〕、光変調器の多重量子井戸に歪を導入する
と、正孔の有効質量を増大させることができるため
〔E.Yablonovitch and E.O.
Kane, “Band structure eng
ineering of semiconductor
lasers” J. Lightwave Tec
hnol., 6(8) pp.1292−1299
1988〕、量子閉じ込めシュタルク効果を高めること
ができる。
エネルギーシフトは、電子、あるいは正孔の有効質量に
比例することが知られているが〔H.Temkin e
tal.,“InGaAsP/InP quantum
well modulators grown by
gas source molecular bea
m epitaxy,” App. Phys. Le
tt., 50(25) pp.1776−1778
1987〕、光変調器の多重量子井戸に歪を導入する
と、正孔の有効質量を増大させることができるため
〔E.Yablonovitch and E.O.
Kane, “Band structure eng
ineering of semiconductor
lasers” J. Lightwave Tec
hnol., 6(8) pp.1292−1299
1988〕、量子閉じ込めシュタルク効果を高めること
ができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【0012】(実施例1)本実施例の光半導体装置で
は、まず、図2、部分的に回折格子(ピッチ:240n
m)10が形成されたn形InP基板1の上に、波長組
成1. 1μmのn形InGaAsP光導波路層11を厚
み0. 3μm成長させ、光変調器層となるドーピングな
しの第1の多重量子井戸層12を成長させる。この第1
の多重量子井戸層12は、厚さ9nmのInGaAsP
よりなる井戸層と、この井戸層と組成の異なる厚さ6n
mのInGaAsPよりなるバリア層とを6周期積層し
たものであり、エネルギー準位の波長は1. 48μmで
ある。この第1の多重量子井戸層12の上に、10nm
の厚さのInP層13を介して、第2の多重量子井戸層
14を約100nm成長させる。この第2の多重量子井
戸層14は、InGaAs/InGaAsPが4周期で
積層させたもので、エネルギーギャップの波長は1. 5
5μmである。
は、まず、図2、部分的に回折格子(ピッチ:240n
m)10が形成されたn形InP基板1の上に、波長組
成1. 1μmのn形InGaAsP光導波路層11を厚
み0. 3μm成長させ、光変調器層となるドーピングな
しの第1の多重量子井戸層12を成長させる。この第1
の多重量子井戸層12は、厚さ9nmのInGaAsP
よりなる井戸層と、この井戸層と組成の異なる厚さ6n
mのInGaAsPよりなるバリア層とを6周期積層し
たものであり、エネルギー準位の波長は1. 48μmで
ある。この第1の多重量子井戸層12の上に、10nm
の厚さのInP層13を介して、第2の多重量子井戸層
14を約100nm成長させる。この第2の多重量子井
戸層14は、InGaAs/InGaAsPが4周期で
積層させたもので、エネルギーギャップの波長は1. 5
5μmである。
【0013】前記第1の多重量子井戸層12の井戸層の
格子定数は、InP基板1の格子定数と異なり、約1%
の圧縮歪が導入されるように組成を決めた。
格子定数は、InP基板1の格子定数と異なり、約1%
の圧縮歪が導入されるように組成を決めた。
【0014】ここでは、成長法として、MOVPE(M
etal Organic Vapor Phase
Epitaxy)法を用いた。
etal Organic Vapor Phase
Epitaxy)法を用いた。
【0015】その後、図3では、ホトリソグラフィと化
学的な選択エッチングにより、第2の多重量子井戸層1
4をそのレーザの活性層となる部分を残して除去する。
学的な選択エッチングにより、第2の多重量子井戸層1
4をそのレーザの活性層となる部分を残して除去する。
【0016】図4では、図3の上部にp形InPクラッ
ド層15を1μm成長させるとともに、p形InGaA
sPキャップ層16を0. 3μm成長させる。その後、
半導体レーザ2上と光変調器5上に分離された二つのp
電極6、7を形成する。
ド層15を1μm成長させるとともに、p形InGaA
sPキャップ層16を0. 3μm成長させる。その後、
半導体レーザ2上と光変調器5上に分離された二つのp
電極6、7を形成する。
【0017】半導体レーザ2の領域ではp−n接合に順
方向に電流Iを注入することでレーザ発振が得られ、ま
た、回折格子10の存在により単一縦モード発振が可能
となる。一方、光変調器5の領域では、多重量子井戸の
エネルギー準位が大きいため吸収されず、レーザ光は透
過することができる。光変調器5のp−n接合に逆バイ
アス電圧Vを印加することで、多重量子井戸の吸収係数
と屈折率が変化し、レーザ光の強度、および位相が変調
される。
方向に電流Iを注入することでレーザ発振が得られ、ま
た、回折格子10の存在により単一縦モード発振が可能
となる。一方、光変調器5の領域では、多重量子井戸の
エネルギー準位が大きいため吸収されず、レーザ光は透
過することができる。光変調器5のp−n接合に逆バイ
アス電圧Vを印加することで、多重量子井戸の吸収係数
と屈折率が変化し、レーザ光の強度、および位相が変調
される。
【0018】これらの構造は、他の結晶系、例えば、G
aAs−AlGaAs系またはGaAsSb−GaAs
AlSb系、InAlGaAs系などにも適用が可能で
あり、pとnを逆にした構造や、図5に示す実施例2の
光半導体装置でも、効果は同じである。
aAs−AlGaAs系またはGaAsSb−GaAs
AlSb系、InAlGaAs系などにも適用が可能で
あり、pとnを逆にした構造や、図5に示す実施例2の
光半導体装置でも、効果は同じである。
【0019】(実施例2)この実施例2の光半導体装置
では、図5に示すように、まず、基板1の上に第1の多
重量子井戸層12’を成長させ、その上にInP層1
3’を介して、第2の多重量子井戸層14’を形成させ
る。そして、前記第2の多重量子井戸層14’の上に回
折格子10’を形成し、これら第2の多重量子井戸層1
4’と回折格子10’とを、レーザの活性層となる部分
を除いて、除去する。続いて、上部にp形InPクラッ
ド層15を1μm成長させるとともに、p形InGaA
sPキャップ層16を0. 3μm成長させる。その後、
半導体レーザ2上と光変調器5上に分離された二つのp
電極6、7を形成する。
では、図5に示すように、まず、基板1の上に第1の多
重量子井戸層12’を成長させ、その上にInP層1
3’を介して、第2の多重量子井戸層14’を形成させ
る。そして、前記第2の多重量子井戸層14’の上に回
折格子10’を形成し、これら第2の多重量子井戸層1
4’と回折格子10’とを、レーザの活性層となる部分
を除いて、除去する。続いて、上部にp形InPクラッ
ド層15を1μm成長させるとともに、p形InGaA
sPキャップ層16を0. 3μm成長させる。その後、
半導体レーザ2上と光変調器5上に分離された二つのp
電極6、7を形成する。
【0020】このように、活性領域のInGaAsP層
11’上に回折格子10’を形成した構造でも、実施例
1の光半導体装置と同じ効果を得ることができる。
11’上に回折格子10’を形成した構造でも、実施例
1の光半導体装置と同じ効果を得ることができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光半
導体装置では、半導体レーザを構成する活性層と、光変
調器を構成する多重量子井戸層と、が連続した一回の結
晶成長で作製できる構造となっている。また、光変調器
を構成する多重量子井戸に歪超格子を用いており、高い
量子閉じ込めシュタルク効果が得られる構造となってい
る。したがって、本発明によれば、半導体レーザと電界
型光変調器との集積化を容易に行なうことができ、変調
器の駆動電圧を低下させて、高速で動作することが可能
となる。
導体装置では、半導体レーザを構成する活性層と、光変
調器を構成する多重量子井戸層と、が連続した一回の結
晶成長で作製できる構造となっている。また、光変調器
を構成する多重量子井戸に歪超格子を用いており、高い
量子閉じ込めシュタルク効果が得られる構造となってい
る。したがって、本発明によれば、半導体レーザと電界
型光変調器との集積化を容易に行なうことができ、変調
器の駆動電圧を低下させて、高速で動作することが可能
となる。
【図1】半導体レーザと光変調器とが集積された従来提
案の半導体装置の断面構成図である。
案の半導体装置の断面構成図である。
【図2】本発明の第1の実施例の光半導体装置の作製工
程中の断面構成図である。
程中の断面構成図である。
【図3】本発明の第1の実施例の光半導体装置の作製工
程中の断面構成図である。
程中の断面構成図である。
【図4】本発明の第1の実施例の光半導体装置の断面構
成図である。
成図である。
【図5】本発明の他の実施例の光半導体装置の断面構成
図である。
図である。
1 n形InP基板(半導体基板) 2 半導体レーザ 5 光変調器 6 半導体レーザの上部電極 7 光変調器の上部電極 10 回折格子 10’ 回折格子 11 n形InGaAsP光導波路層(波長組成1. 1
μm) 11’ n形InGaAsP光導波路層(波長組成1.
1μm) 12 第1の歪超格子よりなる多重量子井戸層 12’ 第1の歪超格子よりなる多重量子井戸層 13 InP層 13’ InP層 14 第2の多重量子井戸層 14’ 第2の多重量子井戸層 15 p形InPクラッド層 16 p形InGaAsPキャップ層
μm) 11’ n形InGaAsP光導波路層(波長組成1.
1μm) 12 第1の歪超格子よりなる多重量子井戸層 12’ 第1の歪超格子よりなる多重量子井戸層 13 InP層 13’ InP層 14 第2の多重量子井戸層 14’ 第2の多重量子井戸層 15 p形InPクラッド層 16 p形InGaAsPキャップ層
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上に、それぞれ組成の異なる
多数の半導体薄膜が積層されてなる第1の多重量子井戸
層と、第2の多重量子井戸層とが形成されてなり、 前記第2の多重量子井戸層がその下に位置する前記第1
の多重量子井戸層のエネルギー準位よりも小さいエネル
ギー順位を有するとともに、前記第2の多重量子井戸層
を構成する半導体積層体が、半導体薄膜の面方向に沿っ
て光が進行する方向に部分的にしか存在していないこと
を特徴とする光半導体装置。 - 【請求項2】 上記第1の多重量子井戸と第2の多重量
子井戸との両者が存在する領域において、多重量子井戸
の下あるいは上の半導体層に光が進行する方向に回折格
子が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
光半導体装置。 - 【請求項3】 上記第1の多重量子井戸層の量子井戸を
構成する井戸層が、上記半導体基板の格子定数と異なる
格子定数を持つ組成の半導体薄膜から構成されて、歪超
格子を構成していることを特徴とする請求項1または2
に記載の光半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13487092A JPH05335551A (ja) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13487092A JPH05335551A (ja) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | 光半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05335551A true JPH05335551A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15138405
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13487092A Pending JPH05335551A (ja) | 1992-05-27 | 1992-05-27 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05335551A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6100543A (en) * | 1996-05-29 | 2000-08-08 | Nec Corporation | Electro-absorption type semiconductor optical modulator having a quantum well structure |
US8279519B2 (en) | 2001-03-13 | 2012-10-02 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device |
WO2021078657A1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | SMART Photonics Holding B.V. | Fabricating a semiconductor structure with multiple quantum wells |
-
1992
- 1992-05-27 JP JP13487092A patent/JPH05335551A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6100543A (en) * | 1996-05-29 | 2000-08-08 | Nec Corporation | Electro-absorption type semiconductor optical modulator having a quantum well structure |
US8279519B2 (en) | 2001-03-13 | 2012-10-02 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device |
WO2021078657A1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | SMART Photonics Holding B.V. | Fabricating a semiconductor structure with multiple quantum wells |
GB2589065A (en) * | 2019-10-23 | 2021-05-26 | Smart Photonics Holding B V | Fabricating a semiconductor structure with multiple quantum wells |
CN114600325A (zh) * | 2019-10-23 | 2022-06-07 | 思敏光子控股有限责任公司 | 制造具有多个量子井的半导体结构 |
GB2589065B (en) * | 2019-10-23 | 2024-08-21 | Smart Photonics Holding B V | Fabricating a semiconductor structure with multiple quantum wells |
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