半导体光电子波导通路制造技术

本发明专利技术涉及一种具有可执行光调制器的稳定动作之ｎｉｎ型异质结构的半导体光电子波导通路。在构造确定为在动作光波长下光电效果有效作用、且光吸收不成问题的芯层（１１）的上面与下面，为了使光吸收产生的载流子不在异质界面处陷波，设置具有比芯层（１１）的频带间隙大的频带间隙之中间包覆层（１２－１和１２－２），在中间包覆层（１２－１）的上面和中间包覆层（１２－２）的下面，分别设置具有比这些中间包覆层大的频带间隙之包覆层（１３－１和１３－２）。在包覆层（１３－１）的上面，依次层叠ｐ型层（１５）与ｎ型层（１６），在动作状态下使用的施加电压范围下，耗尽ｐ型层（１５）的整个区域与ｎ型层（１６）的部分区域或整个区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体光电子波导通路，尤其涉及一种具有可执行光调制器的稳定动作之nin型异质结构的半导体光电子波导通路。另外，涉及一种半导体光电子波导通路，具有使用nin型异质结构的光电子波导通路的电气分离区域构造，并用于长波长频带的超高速光调制器中。
技术介绍
就近年来的大容量光通信系统而言，传输执行Gbit/s以上的高速调制的光信号，但由于传输距离越长，越易受到光纤的分散效果影响，脉冲波形失真，所以必需使用波长线性调频(wavelength chirping)少的光信号。因此，通常的光信号的产生不是由具有极大的郓裂之激光二极管(LD)的直接调制来进行，而是通过组合直流动作的LD与外部调制器来执行。用于光信号的长距离传输之现有典型的外部调制器是由LiNbO3(LN)波导通路构成的LN调制器。该LN调制器的动作原理是在结合光波导通路与电波导通路的光电子波导通路中，产生基于光电效应的折射率变化，利用该折射率变化来向光提供相位变化。这种LN调制器可用作光相位调制器或组装了马赫-策德尔(MZMach Zehnder)干扰仪的光强度调制器、或结合多个波导通路来构成的高功能光开关。但是，由于LiNbO3是电介质材料，所以LN调制器在材料表面的稳定化或波导通路的加工中需要高级的制作技术。另外，波导通路长度必需较长，必需使用与通常的半导体加工不同的特殊光刻法。并且，安装LN调制器的封装的尺寸不得不变大。因此，存在LN调制器模块的制造成本变高、光发送器的尺寸较大的问题。另外，还知基于与LN调制器一样的动作原理的半导体光调制器，例如，已知在半绝缘性GaAs上配置肖脱基电极(Schottky electrode)、并将该电极设为光电子波导通路的GaAs光调制器，或通过利用异质pn结、除光闭入外、向波导通路芯部有效施加电压的InP/InGaAsP光调制器等。但是，这些半导体光调制器中，前者存在波导通路长度长、电损失大的问题，后者存在由于p包覆层的光吸收大，波导通路不得取长，所以不能降低动作电压的问题。最近提议InP/InGaAsP光调制器的两侧包覆层也设为n型的构造(所谓nin型构造)，作为避免这些问题的构造(例如参照专利文献1和专利文献2)。图9是表示构成现有典型的InP/InGaAsP光调制器之半导体光电子波导通路的频带图表的图，图中符号101是波导通路的芯层，102-1和102-2是第一包覆层，103-1和103-2分别是p型和n型的第二包覆层。另外，100-1和100-2分别是电子及空穴(孔)，向p型第二包覆层103-1与n型第二包覆层103-2施加电压，使芯层101感应期望的光电效应，实现光调制。在这种现有波导通路中，由于利用pn结来执行向芯层101的电压施加，所以泄漏电流少，或由光吸收产生的载流子(载离子)容易流到外部，实现稳定动作。但是，具备肖脱基电极的GaAs光调制器存在动作电压变高的问题。另外，InP/InGaAsP光调制器除由于p型包覆层的阻抗高，导致电信号的传输损失，所以动作频域窄以外，由于p型包覆层的光吸收大，所以不能增长波导通路长度，难以低动作电压化。InP/InGaAsP光调制器中的电信号的传输损失在pn结通过信号线的阻抗与p型第二包覆层103-1的阻抗进行充放电的过程中产生。尤其是p型第二包覆层103-1的阻抗由于是空穴的移动度低、阻抗值高的材料物性引起的，所以不能避免。鉴于这种问题，最近提议nin型构造的波导通路。图10是表示将图9所示的InP/InGaAsP光调制器的波导通路两侧包覆层(103-1和103-2)都设为n型的nin型构造之半导体光电子波导通路的频带图表的图，向这两个n型电极层间施加电压，使器件动作。图中符号111是波导通路的芯层，112-1和112-2是第一包覆层。与图9所示构成的区别点在于将两个电极层(114-1和114-2)设为n型，和用具有深的Fe能级116的Fe掺杂半绝缘层115与n型电极层114-1来置换图9中的p型第二包覆层103-1(例如参照专利文献1)。另外，n型电极层114-2相当于图9中的n型第二包覆层103-2，110-1和110-2分别是电子和空穴(孔)。在这种构成中，由于半绝缘层115的深的Fe能级116作为离子化的受主作用，所以频带因其电荷而弯曲，形成对电子的势垒，如图中箭头所示，位于频带的弯曲部附近的电子114-1与空穴110-2经半绝缘层115的深的Fe能级116再结合。因此，可利用该势垒来抑制电子的泄漏电流，可向芯层111施加电场。但是，在该构造的波导通路中，由于不认为深的Fe能级116的密度足够高，所以能级的离子化状态依赖于偏压来变化。这种离子化状态的偏压依赖性产生如下结果，即电压变化导致耗尽层厚度变化，不能保持施加电压与施加于芯层111上的电压之间的比例关系。并且，由于基于深的Fe能级116的载流子的捕获、释放的间隔较长，所以难以高速响应调制信号处理，调制强度带来频率分散。另外，所谓‘向两个n型电极层间施加电压、使器件动作’的基本概念作为所谓的体势垒(bulk barrier)二极管，在电子器件领域中是以前公知的，作为将其应用于光调制器的实例，有‘导入感应量子阱的载流子频带填充效应的芯层之调制器’的报告(例如参照专利文献2)。由于该光调制器利用电子向量子阱的出入，所以与利用光电效应的光调制器相比，原理上不能加快动作速度。图11是具有现有nin型构造的半导体光调制器的构成图，图中符号121表示n型的第三半导体包覆层，122表示p型的第五半导体包覆层，123表示第一半导体包覆层，124表示具有光电效应的半导体芯层，125表示第二半导体包覆层，126表示n型的第四半导体包覆层，127、128表示n型电极，129表示凹状的利用蚀刻形成的电气分离区域。还报告在该凹状的蚀刻部分中再生长半绝缘性半导体的电气分离构造(例如参照专利文献1)，但由于构造较复杂，未必是最适用于光调制器的方法。在n型第三半导体包覆层121上，依次层叠p型第五半导体包覆层122与第一半导体包覆层123，设置具有光电效应的半导体芯层124，该半导体芯层124被该第一半导体包覆层123与第二半导体包覆层125夹持。并且，在第二半导体包覆层125上，层叠具有凹状的、利用蚀刻形成的电气分离区域129之n型第四半导体包覆层126。在该第四半导体包覆层126上，设置有电极128，同时，在第三半导体包覆层121的凸状部两侧，设置有电极127。在图11所示的波导通路构造中，由于将n型InP包覆层126的一部分蚀刻成凹状来设置电气分离区域129，所以在包覆层厚度变化的部分，产生光传输模式的变化，结果，产生光散射损失。另外，在现有的波导通路构造中，第四半导体包覆层126的蚀刻较深，其控制性成问题。但是，就该nin型InP/InGaAsP光调制器的典型构造而言，由于通过去除部分上层n型包覆层126的一部分来进行执行调制的波导通路部分与其外侧的连接波导通路部分的电气分离，所以在波导通路中会产生凹部129。这在从连接波导通路至电气分离区域部分、从电气分离区域部分至主波导通路部分中，产生伴随光的传输模式变化的光损失。并且，由于必需在电气分离区域部分(凹部)正下方残留规定厚度以上的高阻抗包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体光电子波导通路，其特征在于，具备：第二半导体包覆层，配置在具有光电效应的半导体芯层的一个主面和另一主面的各个面上；ｐｎ结层，配置在层叠于所述半导体芯层的一个主面侧的所述第二半导体包覆层上，所述第二半导体包覆层侧是ｐ 型，与所述第二半导体包覆层相反侧是ｎ型；和第三半导体包覆层，配置在所述ｐｎ结层上和层叠于所述半导体芯层的另一主面侧的所述第二半导体包覆层上，用作ｎ型电极层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：石桥忠夫，安藤精后，都筑健，
申请(专利权)人：NTT电子股份有限公司，日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]