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1、(10)申请公布号 CN 103777377 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103777377 A (21)申请号 201310252050.4 (22)申请日 2013.06.24 2012-234010 2012.10.23 JP G02F 1/017(2006.01) (71)申请人 三菱电机株式会社 地址 日本东京都 (72)发明人 高木和久 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 闫小龙 王忠忠 (54) 发明名称 半导体光调制器 (57) 摘要 本发明的目的在于得到一种射出激光的形状 为单峰的半导体光调制器。本发明的电场吸收型。
2、 的半导体光调制器具备n型InP基板 （2） 、 n型InP 覆盖层 （3） 、 透明波导层 （4） 、 n 型 InP 覆盖层 （5） 、 光吸收层 （6） 、 p型InP覆盖层 （7） 。 由于光的吸收 区域存在于在光波导中传播的光分布的端部， 所 以， 不会破坏光分布 （15） 的单峰性， 能够实现光 的消光动作。因此， 得到射出的激光 （14） 的形状 保持为单峰的光调制器。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图7页 (10)申请公布号 。
3、CN 103777377 A CN 103777377 A 1/1 页 2 1. 一种半导体光调制器， 其特征在于， 具备 ： 第一导电型的基板， 在第一主面形成有第一电极 ； 以及 在所述基板的第二主面从所述基板侧依次叠层的第一导电型的第一覆盖层、 透明波导 层、 第一导电型的第二覆盖层、 光吸收层以及第二导电型的第三覆盖层， 所述半导体光调制器具有 ： 在所述层叠方向将从所述第三覆盖层到所述第二覆盖层的 中途除去而形成的脊部 ； 形成于所述脊部上部并且与所述第三覆盖层连接的第二电极。 2. 一种半导体光调制器， 其特征在于， 具备 ： 第一导电型的基板， 在第一主面形成有第一电极 ； 以及。
4、 在所述基板的第二主面从所述基板侧依次叠层的第一导电型的第四覆盖层、 光吸收 层、 第二导电型的第五覆盖层、 透明波导层以及第二导电型的第六覆盖层， 所述半导体光调制器具有 ： 在层叠方向将所述第六覆盖层除去到中途而形成的脊部 ； 形成于所述脊部上部并且与所述第六覆盖层连接的第二电极。 3. 如权利要求 2 所述的半导体光调制器， 其特征在于， 在所述第四覆盖层、 所述光吸收层以及所述第五覆盖层内， 所述脊部下部的两肋部分 被除去， 并且用非掺杂的半导体层埋入。 4. 一种半导体光调制器， 具有 ： 第一导电型的基板， 在第一主面形成有第一电极 ； 在所 述基板的第二主面从所述基板侧依次叠层的。
5、第一导电型的第七覆盖层、 透明波导层、 第二 导电型的第八覆盖层， 所述半导体光调制器具备 ： 在叠层方向上将所述第八覆盖层除去到 中途而形成的脊部 ； 夹持所述脊部的槽部 ； 配置在所述槽部的外侧的台座部， 其特征在于， 所述半导体光调制器具有 ： 形成于所述槽部的上部并且与位于所述槽部的所述第八覆 盖层连接的第三电极或者形成于所述台座部的上部并且与位于所述台座部的所述第八覆 盖层连接的第四电极。 5. 如权利要求 4 所述的半导体光调制器， 其特征在于， 具有在所述脊部的上部形成的第五电极。 权 利 要 求 书 CN 103777377 A 2 1/4 页 3 半导体光调制器 技术领域 0。
6、001 本发明涉及在光纤通信用的光发送器等中所使用的电场吸收型的半导体光调制 器。 背景技术 0002 作为高速且长距离用的光纤通信用光发送器的光源， 在半导体基板上将半导体激 光器和半导体光调制器集成为整体的光调制器集成半导体激光器是有用的。 在光调制器集 成半导体激光器的光调制器部中使用电场吸收型的光调制器， 作为其波导结构， 采用核心 层 （光波导层） 位于脊的内部的高台面脊型或核心层位于脊的下部的低台面脊型 （例如， 参 照专利文献 1） 。 0003 现有技术文献 专利文献 专利文献 1 ： 日本特开 2008-10484 号公报 （0038 0039 段、 图 2） 。 0004 。
7、在以往的低台面脊结构的电场吸收型光调制器中， 通过对阳极部施加负电压， 从 而对脊下部的光波导层施加强的电场， 利用量子限制斯塔克效应使光波导层的光吸收系数 增加， 进行光的消光动作。 在该结构中， 光波导层兼任光吸收层， 所以， 使光分布最大的区域 的光吸收系数最大。一般地， 光具有避开光吸收系数大的区域而向吸收系数小的区域传播 的性质。 因此， 在光调制器的波导中传播的光的单峰性被变坏， 存在从光调制器射出的激光 的形状不是单峰的问题。 发明内容 0005 本发明是为了解决上述问题而提出的， 目的在于得到射出激光的形状为单峰的半 导体光调制器。 0006 本发明的半导体光调制器具备 ： 第。
8、一导电型的基板， 在第一主面形成有第一电极 ； 在基板的第二主面依次叠层的第一导电型的第一覆盖层、 透明波导层、 第一导电型的第二 覆盖层、 光吸收层、 第二导电型的第三覆盖层， 所述半导体光调制器具有在叠层方向上将从 第三覆盖层到第二覆盖层的中途除去而形成的脊部和在脊部上部形成的第二电极。 0007 在本发明中， 由于光的吸收区域存在于光分布的端部， 所以， 得到射出的激光的形 状为单峰的半导体光调制器。 附图说明 0008 图1是示出本发明的实施方式1的半导体激光器的立体图和示出发光点处的光分 布的图。 0009 图 2 是示出本发明的实施方式 2 的半导体激光器的立体图。 0010 图 。
9、3 是示出本发明的实施方式 2 的半导体激光器的立体图。 0011 图 4 是示出本发明的实施方式 3 的半导体激光器的立体图。 说 明 书 CN 103777377 A 3 2/4 页 4 0012 图 5 是示出本发明的实施方式 4 的半导体激光器的立体图。 0013 图 6 是示出本发明的实施方式 5 的半导体激光器的立体图。 0014 图 7 是示出水平及垂直横模和光吸收区域的关系的图。 0015 图 8 是示出水平及垂直横模和光吸收区域的关系的图。 0016 图 9 是示出以往的半导体光调制器的立体图。 具体实施方式 0017 参照附图对本发明的实施方式的半导体光调制器进行说明。 对。
10、相同或对应的结构 要素标注相同的附图标记， 有时省略重复说明。 0018 实施方式 1 图 1（a） 是示出本发明的实施方式 1 的光调制器集成半导体激光器的立体图。在图 1 （a） 中， 1 是由 Ti/Pt/Au 构成的 n 电极， 2 是由 n 型 InP 构成的基板， 3 是由 n 型 InP 构成的 第一覆盖层， 4 是由多量子阱 （MQW） 构成的透明波导层， 5 是由 n 型 InP 构成的第二覆盖层， 6 是由多量子阱 （MQW） 构成的光吸收层， 7 是由 p 型 InP 构成的第三覆盖层， 8 是脊部， 9 是 槽部， 10 是台座部， 11 是由 SiO2构成的绝缘膜， 。
11、12 是由 Ti/Pt/Au 构成的 p 电极。多量子阱 是例如非掺杂的 InGaAsP 阱层和非掺杂的 InGaAsP 势垒层交替叠层的 InGaAsP-MQW。不限 于此， 也可以是 AlGaInAs-MQW 等。此外， 半导体激光器与光调制器相邻， 在附图上形成在光 调制器的后方 （未图示） 。 0019 图 1（b） 是示出激光 14 射出的发光点 13 处的光分布 15 的图。发光点 13 的光分 布 15 被称为近场图像， 如图所示那样为椭圆形。对于近场图像来说， 分为水平方向 （图中的 X 方向） 和垂直方向 （图中的 Y 方向） 进行评价， 分别称为水平横模 16、 垂直横模 。
12、17。 0020 为了进行比较， 在图 9 中示出表示现有的光调制器的立体图。在图 9 中， 103 是由 n 型 InP 构成的覆盖层， 104 是由多量子阱 （MQW） 构成的光吸收层， 105 是由 p 型 InP 构成的 覆盖层。 0021 在本申请发明的光调制器中， 在现有的光调制器的光吸收层 104 的位置存在透明 波导层 4， 透明波导层 4 被 n 型半导体层夹持。此外， 光吸收层 6 位于透明波导层 4 的上部， 被 n 型以及 p 型的半导体层 （第二覆盖层 5、 第三覆盖层 7） 夹持。 0022 为了制作本实施方式的光调制器， 利用 MOCVD 法在 n 型 InP 基。
13、板 2 上叠层生长第 一覆盖层 3、 透明波导层 4、 第二覆盖层 5、 光吸收层 6、 第三覆盖层 7 之后， 利用湿法刻蚀等 刻蚀槽 9， 形成脊部 8 和台座部 10。接下来， 形成绝缘膜 11、 n 电极 1、 p 电极 12 而能够制作 光调制器。 0023 接着， 对动作进行说明。来自半导体激光器的激光从图 1（a） 的后方入射到透明 波导层 4（未图示） ， 将透明波导层 4 作为核心层在 z 方向传播。若对 p 电极 12 施加负电 压， 则对被 n 型以及 p 型的半导体层 （第二覆盖层 5、 第三覆盖层 7） 夹持的光吸收层 6 施加 电场， 光吸收系数增加， 对激光进行吸。
14、收。由于透明波导层 4 被 n 型半导体层 （第一覆盖层 3、 第二覆盖层 5） 夹持， 所以， 不被施加电场， 不会成为对光进行吸收的层。 0024 此时， 如图 8 （a） 所示， 垂直横模 17 的中心位于透明波导层 4， 在垂直横模 17 的端 部存在光的吸收区域 18（光吸收层 6） 。因此， 几乎不存在光分布 15 的单峰性的破坏， 不产 生射出激光 14 的形状的劣化。 说 明 书 CN 103777377 A 4 3/4 页 5 0025 另一方面， 在现有的光调制器中， 如图 7 所示， 水平横模 16 和垂直横模 17 的中心 位于光的吸收区域 18（光吸收层 104） ，。
15、 光吸收系数大， 所以， 光避开该光吸收系数大的区域 而朝向吸收系数小的两侧传播。因此， 光分布 15 的单峰性被破坏， 产生射出激光 14 的形状 的劣化。 0026 根据本实施方式， 由于光的吸收区域存在于在光波导中传播的光分布的端部， 所 以， 不会破坏光分布 15 的单峰性， 能够实现光的消光动作。因此， 得到射出的激光 14 的形 状保持为单峰的光调制器。 0027 实施方式 2 图 2 是示出实施方式 2 的光调制器的立体图。在图 2 中， 21 是由 n 型 InP 构成的覆盖 层， 26 是由多量子阱 （MQW） 构成的光吸收层， 22 是由 p 型 InP 构成覆盖层。此外，。
16、 23 是由非 掺杂的 InP 构成的埋入层， 24 是透明波导层， 25 是由 p 型 InP 构成的覆盖层。 0028 在本实施方式 2 中采用如下结构 ： 将光吸收层 26 设置于透明波导层 24 之下的覆 盖层内部并且由 n 型半导体 （覆盖层 21） 和 p 型半导体 （覆盖层 22） 夹持。 0029 为了制造本实施方式的光调制器， 首先， 利用 MOCVD 法在 n 型 InP 基板 2 上叠层生 长 n 型 InP 覆盖层 22、 MQW 光吸收层 23、 p 型 InP 覆盖层 24 之后， 利用湿法刻蚀等方法形成 脊条纹， 在脊条纹的两侧埋入生长非掺杂的InP埋入层21。 。
17、接下来， 利用MOCVD法叠层生长 透明波导层 24、 p 型 InP 覆盖层 25， 然后， 与实施方式 1 同样地形成脊部 8。 0030 本实施方式的光调制器也起到与实施方式 1 相同的效果。此外， 电容由于埋入层 21 而减少， 所以， 具有得到高速响应性优良的光调制器的效果。 0031 此外， 在该例子中示出了使用埋入层 21 的例子， 但是， 如图 3 所示那样， 也可以采 用没有埋入层 21 的结构。 0032 实施方式 3 图 4 是示出实施方式 3 的光调制器的立体图。在图 4 中， 33 是由 n 型 InP 构成的覆盖 层， 34 是由多量子阱 （MQW） 构成的透明波导。
18、层， 35 是由 p 型 InP 构成的覆盖层， 36 是 p 电 极。 0033 本实施方式的光调制器是在图 9 的结构的调制器中改变了 p 电极 12 的配置而得 到的。 0034 接着， 对动作进行说明。 来自半导体激光器的激光入射到透明波导层34， 将透明波 导层 34 作为核心层进行传播。若对 p 电极 36 施加负电压， 则对被 n 型以及 p 型的半导体 层 （覆盖层 33、 覆盖层 35） 夹持的透明波导层 34 施加电场， 光吸收系数增加， 对激光进行吸 收。 但是， 电场主要被施加于槽9的正下方的透明波导层34， 而不施加于脊正下方的透明波 导层 34， 所以， 吸收区域 。
19、18 存在于槽 9 的正下方的透明波导层 34。因此， 如图 8（b） 所示， 水平横模16的中心不存在光的吸收， 在水平横模16的两端部存在光的吸收区域18。 因此， 几乎不存在光分布 15 的单峰性的破坏， 不产生射出激光 14 的形状的劣化。 0035 实施方式 4 图 5 是示出实施方式 4 的光调制器的立体图。在图 5 中， 37 是 p 电极， 改变了实施方式 3 中的 p 电极 36 的配置。 0036 在本实施方式的光调制器中， 电场主要施加于台座 10 的正下方的透明波导层 34， 不施加于脊正下方的透明波导层34， 所以， 吸收区域18存在于台座10的正下方的透明波导 说 。
20、明 书 CN 103777377 A 5 4/4 页 6 层 34。因此， 如图 8（b） 所示， 水平横模 16 的中心不存在光的吸收， 在水平横模 16 的两端 部存在光的吸收区域18。 因此， 几乎不存在光分布15的破坏， 不产生射出激光14的形状的 劣化。 0037 实施方式 5 图 6 是示出实施方式 5 的光调制器的立体图。图 6 是对图 5 的结构的光调制器追加了 p 电极 12 之后的结构。与图 6 的结构不同地， 也可以对图 4 的结构的光调制器追加 p 电极 12。起到与实施方式 1 相同的效果， 并且， 使光吸收区域增加， 由此还得到能够将光调制器 小尺寸化的效果。 00。
21、38 此外， 通过分别独立地控制向三个 p 电极施加的电压， 由此还得到能够控制射出 激光的形状以及其射出方向的效果。 0039 在上述的实施方式中示出了光调制器集成半导体激光器的例子， 但是， 在使用单 体的激光器和单体的半导体光调制器的情况下也起到同样的效果。 0040 示出了使用 n 型基板的例子， 但是也能够使用 p 型基板。在该情况下， 调换 p 型和 n型的导电型即可。 作为半导体材料， 示出了InP类的例子， 但是也能够使用其它的材料类。 0041 示出了将p电极和覆盖层直接连接的图， 但是， 若在p电极和覆盖层之间设置接触 层而将 p 电极和覆盖层连接， 则能够更可靠地形成欧姆。
22、电极。 0042 附图标记说明 ： 1 n 电极 2 n 型 InP 基板 3、 103 n 型 InP 覆盖层 4、 104 透明波导层 5 n 型 InP- 第二覆盖层 6、 26 光吸收层 7 p 型 InP- 第三覆盖层 8 脊部 9 槽部 10 台座部 11 绝缘膜 12 p 电极 13 发光点 14 激光 15 发光点处的光分布 105 p 型 InP 覆盖层。 说 明 书 CN 103777377 A 6 1/7 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103777377 A 7 2/7 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103777377 A 8 3/7 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103777377 A 9 4/7 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103777377 A 10 5/7 页 11 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103777377 A 11 6/7 页 12 图 8 说 明 书 附 图 CN 103777377 A 12 7/7 页 13 图 9 说 明 书 附 图 CN 103777377 A 13 。