专利名称：电吸收调制器及光半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光通信系统中的电吸收调制器(Electro- Absorption Modulator),以及在半导体衬底上集成了电吸收调制器和半导体激光器的光半导体装置。
背景技术：
在电吸收调制器中使用了在光吸收层的两侧设置有带隙能量比光吸收层的带隙能量大且折射率比包覆层的折射率大的光波导层的分别限制异质结构(Separated Confinement Heterostructure)。在具有AlGaInAs光吸收层的电吸收调制器中，在AlGaInAs光吸收层或者 AlGaInAs光波导层与p型InP包覆层之间能形成大的价电子带能量势垒。该能量势垒变为当由光吸收层的光吸收所产生的空穴流到P型InP包覆层时的阻抗分量。由此，就发生空穴的流动变恶化的空穴堆积(hole pileup)，并且电吸收调制器的动态消光比、调制带宽、 以及啁啾特性(chirping characteristics)变恶化。另外，提出了一种通过AlInAs包覆层与p型InP包覆层之间设置的InGaAsP蚀刻停止层，来降低价电子带能量势垒的方案(例如，参照专利文献I)。但是，在单层的InGaAsP 层中，不能充分地降低价电子带能量势垒。还有，在如该背景技术这样的AlGaInAs系的半导体激光器中，有必要使用AlInAs层防止从激活层到p型InP包覆层的电子的溢出。另一方面，由于电吸收调制器是反向偏置元件，所以从光吸收层到P型InP包覆层的电子的溢出不会发生。因此，在电吸收调制器中，没有必要使用AlInAs层，反而不使用由高阻抗使光吸收电流的流动恶化的AlInAs层会更好。专利文献I日本特许第3779040号公报。如上所述，在具有AlGaInAs光吸收层的电吸收调制器中，由于在AlGaInAs光吸收层或者AlGaInAs光波导层与p型InP包覆层之间能形成大的价电子带能量势垒，所以特性变恶化。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而做出的发明，其目的在于，提高具有AlGaInAs光吸收层的电吸收调制器的特性。涉及本发明的电吸收调制器具备半导体衬底；在所述半导体衬底上按顺序层叠的n型InP包覆层、AlGaInAs光吸收层、InGaAsP光波导层、以及P型InP包覆层，所述 InGaAsP光波导层具有组成不同的多个InGaAsP层,所述多个InGaAsP层的价电子带间的能量势垒与InGaAsP层为单层的情况相比，其能量势垒变小。发明效果
通过本发明，能提高具有AlGaInAs光吸收层的电吸收调制器的特性。
图I是表示涉及本发明实施方式I的电吸收调制器的截面图2是涉及本发明实施方式I的电吸收调制器的从光吸收层到p型包覆层的扩大截面图和其能带图3是涉及比较例I的电吸收调制器的扩大截面图和其能带图4是涉及比较例2的电吸收调制器的扩大截面图和其能带图5是涉及比较例3的电吸收调制器的扩大截面图和其能带图6是表示涉及本发明实施方式2的电吸收调制器的截面图7是涉及本发明实施方式2的电吸收调制器的从光吸收层到p型包覆层的扩大截面图和其能带图8是表示涉及本发明实施方式3的光半导体装置的立体图。
具体实施例方式关于涉及本发明实施方式的电吸收调制器及光半导体装置，参照附图进行说明。 对相同或对应的构成要素标注相同的符号，有时省略重复说明。实施方式I
图I是表示涉及本发明实施方式I的电吸收调制器的截面图。在n型InP衬底I上按顺序层叠n型InP包覆层2、AlGaInAs光波导层3、AlGaInAs光吸收层4、p型AlGaInAs光波导层5、p型InGaAsP光波导层6、p型InP包覆层7、以及p型InGaAs接触层8。AlGaInAs 光吸收层 4 是 AlGaInAs / AlGaInAs 多量子讲(Multiple Quantum Well MQff)结构。在p型InGaAs接触层8上形成p侧电极9，在n型InP衬底I的背面形成n侧电极10。图2是涉及本发明实施方式I的电吸收调制器的从光吸收层到P型包覆层的扩大截面图和其能带图。P型AlGaInAs光波导层5具有组成不同的三个AlGaInAs层5a、5b、5c。 AlGaInAs层5a、5b、5c的层厚分别为7nm,并且光致发光(Photoluminescence PL)波长分别为 1200/1100/950nm。还有，P型InGaAsP光波导层6具有组成不同的三个InGaAsP层6a、6b、6c。InGaAsP 层6a、6b、6c的层厚分别为7nm，并且光致发光波长分别为1180/1080/1000nm。由此， InGaAsP层6a、6b、6c的价电子带间的能量势鱼与InGaAsP层为单层的情况相比,其能量势
垒变小。接着，关于本实施方式的效果，与比较例1、2、3进行比较说明。图3、4、5分别是涉及比较例1、2、3的电吸收调制器的扩大截面图和其能带图。在比较例I中，在AlGaInAs 光吸收层4上层叠p型AlGaInAs光波导层5、p型InGaAsP层12、以及p型InP包覆层7。 在比较例2中，在AlGaInAs光吸收层4上层叠p型AlGaInAs光波导层5以及p型InP包覆层7。在比较例3中，在AlGaInAs光吸收层4上层叠p型AlInAs层ll、p型InGaAsP层
12、以及p型InP包覆层7。比较例I中，在p型AlGaInAs光波导层5与p型InGaAsP层12之间的价电子带、 以及P型InGaAsP层12与p型InP包覆层7之间的价电子带中产生大的能量势鱼。比较例2中，在p型AlGaInAs光波导层5与p型InP包覆层7之间的价电子带中产生大的能量势鱼。比较例3中，在AlGaInAs光吸收层4与p型AlInAs层11之间的价电子带、以及p型InGaAsP层12与p型InP包覆层7之间的价电子带中产生大的能量势垒。由此，发生空穴的流动变恶化的空穴堆积，并且电吸收调制器的动态消光比、调制带宽、以及啁啾特性变恶化。对此，在本实施方式中，通过p型InGaAsP光波导层6，能将AlGaInAs光吸收层4 与P型InP包覆层7之间的价电子带的能量势垒抑制得很小。由此，基于能量势垒的阻抗变小，空穴电流的流动被促进。其结果，能提高电吸收调制器的动态消光比、调制带宽、以及啁啾特性。还有，为了减小AlGaInAs光吸收层4与p型InP包覆层7之间的价电子带的能量势鱼，最好是，P型InP包覆层7的价电子带能量处于AlGaInAs光吸收层4的价电子带能量与p型InP包覆层7的价电子带能量之间。另外，由于p型InGaAsP光波导层6是p型,所以价电子带能量势鱼就变得更小。 还有，通过在AlGaInAs光吸收层4与p型InGaAsP光波导层6之间配置p型AlGaInAs光波导层5，能使AlGaInAs光吸收层4与p型InP包覆层7之间的能量势垒变得更小。实施方式2
图6是表示涉及本发明实施方式2的电吸收调制器的截面图。设置p型InGaAsP光波导层13来代替实施方式I的p型AlGaInAs光波导层5和p型InGaAsP光波导层6。其它结构与实施方式I相同。图7是涉及本发明实施方式2的电吸收调制器的从光吸收层到p型包覆层的扩大截面图和其能带图。P型InGaAsP光波导层13具有组成不同的六个InGaAsP层13a、13b、 13c、13d、13e、13f。InGaAsP 层 13a、13b、13c、13d、13e、13f 的层厚分别为 7nm，并且光致发光波长分别为 1500/1400/1280/1180/1080/1000nm。由此，InGaAsP 层 13a、13b、13c、13d、 13e、13f的价电子带间的能量势垒与InGaAsP层为单层的情况相比，其能量势垒变小。在本实施方式中，通过p型InGaAsP光波导层13，能将AlGaInAs光吸收层4与p 型InP包覆层7之间的价电子带的能量势垒抑制得很小。由此，基于能量势垒的阻抗变小， 空穴电流的流动被促进。其结果，能提高电吸收调制器的动态消光比、调制带宽、以及啁啾特性。实施方式3
图8是表示涉及本发明实施方式3的光半导体装置的立体图。在n型InP衬底I上集成有电吸收调制器14和分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector :DBR)的半导体激光器15。电吸收调制器14和半导体激光器15具有脊波导(ridge waVeguide)16。在这样的将调制器和激光器集成化后的半导体装置中，作为电吸收调制器14使用实施方式
1、2的结构，就能得到与实施方式1、2相同的效果。符号说明
1n型InP衬底(半导体衬底)
2n型InP包覆层
4AlGaInAs光吸收层
5p型AlGaInAs光波导层(AlGaInAs光波导层)
6、13 p型InGaAsP光波导层(InGaAsP光波导层)
6a、6b、6c、13a、13b、13c、13d、13e、13f 多个 InGaAsP 层
7 p型InP包覆层 14电吸收调制器 15半导体激光器。
权利要求
1.一种电吸收调制器，其特征在于，具备半导体衬底；在所述半导体衬底上按顺序层叠的n型InP包覆层、AlGaInAs光吸收层、InGaAsP光波导层、以及P型InP包覆层，所述InGaAsP光波导层具有组成不同的多个InGaAsP层，所述多个InGaAsP层的价电子带间的能量势鱼与InGaAsP层为单层的情况相比,其能量势垒变小。
2.根据权利要求I所述的电吸收调制器，其特征在于，所述InGaAsP光波导层的价电子带能量处于所述AlGaInAs光吸收层的价电子带能量与所述P型InP包覆层的价电子带能量之间。
3.根据权利要求I或2所述的电吸收调制器，其特征在于，所述InGaAsP光波导层是p型。
4.根据权利要求I或2所述的电吸收调制器，其特征在于，还具备在所述AlGaInAs光吸收层与所述InGaAsP光波导层之间配置的AlGaInAs光波导层。
5.一种半导体装置，其特征在于，具备权利要求I或2所述的电吸收调制器；以及在所述半导体衬底上与所述电吸收调制器集成的半导体激光器。
全文摘要
本发明提供一种电吸收调制器，其目的在于，提高具有AlGaInAs光吸收层的电吸收调制器的特性。在n型InP衬底(1)上，按顺序层叠有n型InP包覆层(2)、AlGaInAs光吸收层(4)、p型InGaAsP光波导层(6)、以及p型InP包覆层(7)。p型InGaAsP光波导层(6)具有组成不同的三个InGaAsP层(6a、6b、6c)。InGaAsP层(6a、6b、6c)的价电子带间的能量势垒与InGaAsP层为单层的情况相比，其能量势垒变小。
文档编号G02F1/017GK102540504SQ201110386620
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年11月30日
发明者大和屋武 申请人:三菱电机株式会社