專利名稱：半導(dǎo)體光調(diào)制器和具有光調(diào)制器的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)型的半導(dǎo)體光調(diào)制器，其利用玻璃纖維作為傳輸介質(zhì)，并用于1.3到1.5μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光通信，以及一種具有光調(diào)制器的激光器。
背景技術(shù)：
隨著近年來(lái)先進(jìn)的信息化社會(huì)的發(fā)展，利用光纖的光通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界上很多國(guó)家中得到了發(fā)展，而且光通信已經(jīng)為電話和數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了大量的通信。
為了利用光纖實(shí)現(xiàn)光通信，必須通過(guò)變換器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。用于這種電光轉(zhuǎn)換的器件是光調(diào)制器。
電光轉(zhuǎn)換的光調(diào)制包括利用兩種方案，即直接調(diào)制方案和外調(diào)制方案的調(diào)制器。在直接調(diào)制方案中，半導(dǎo)體激光二極管用于將調(diào)制信號(hào)中的變化直接轉(zhuǎn)換為光源強(qiáng)度的變化。與此相比，在外調(diào)制方案中，對(duì)來(lái)自連續(xù)波(CW)工作狀態(tài)下的半導(dǎo)體激光器的輸出光進(jìn)行外部調(diào)制。
利用半導(dǎo)體激光器的直接調(diào)制能夠簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮小尺寸。為此原因，利用半導(dǎo)體激光器的直接調(diào)制已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。但是，在這種調(diào)制方案中，具有幾GHz或更高的頻率的半導(dǎo)體激光器的啁啾現(xiàn)象限制了傳輸速率。啁啾是一種波長(zhǎng)波動(dòng)現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象中，有源層的折射率隨著高速調(diào)制(幾GHz或更高)下的載流子的時(shí)間變化而變化，而且所發(fā)出的光的波長(zhǎng)發(fā)生變化。
與此相比，外調(diào)制器通過(guò)電光效應(yīng)等對(duì)來(lái)自CW操作的半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定光進(jìn)行調(diào)制，因此并不受到啁啾問(wèn)題的影響。因而，這種調(diào)制器允許長(zhǎng)距離、高比特率的傳輸。
在光通信中，使用1.3到1.5μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的信號(hào)光，而主要使用石英光纖作為傳輸介質(zhì)。在這種光通信中，使用由諸如InGaAlAs或InGaAsP等化合物半導(dǎo)體(晶體)制成的半導(dǎo)體光調(diào)制器(參見(jiàn)專利參考文獻(xiàn)1)。
最近，隨著如分子束外延(MBE)或有機(jī)金屬氣相外延(MOVPE)等形成非常薄的化合物半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)的提高，出現(xiàn)了半導(dǎo)體多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)和超晶格結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)使其與傳統(tǒng)的塊狀半導(dǎo)體相比，能夠在光器件的特性上做出相當(dāng)大的改進(jìn)，如改進(jìn)調(diào)制速度等。在這些改進(jìn)中，與塊狀半導(dǎo)體相比，利用光吸收層的MQW結(jié)構(gòu)獲得的電致吸收效應(yīng)和通過(guò)在MQW結(jié)構(gòu)上施加電場(chǎng)來(lái)改變吸收系數(shù)上的改進(jìn)尤為顯著。
與上述半導(dǎo)體光調(diào)制器一樣，通過(guò)利用這些特性，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了能夠以較高速度、較低電壓驅(qū)動(dòng)的器件。設(shè)計(jì)此半導(dǎo)體光調(diào)制器，在具有MQW結(jié)構(gòu)的光吸收層上施加反向偏壓電信號(hào)，并移動(dòng)激子的吸收邊波長(zhǎng)，從而調(diào)制輸入的CW光(光源)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。
日本未審公開(kāi)No.8-86987[非專利參考文獻(xiàn)1]Fabio Bernardini，Vincenzo Fiorentini，and David Vanderbilt，“Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-Vnitrides”，Phy.Rev.B，56(1997)R10024[非專利參考文獻(xiàn)2]K.Osamura，K.Nakajima and Y.Murakami，“Fundamentalabsorption edge GaN，InN and their alloys”，Solid State Comm.，11(1972)617[非專利參考文獻(xiàn)3]N.Puychevrier and M.Menoret，“Synthesis of III-V semiconductornitrides by reactive cathodic sputtering”，Thin Solid Films，36(1976)141[非專利參考文獻(xiàn)4]
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首先，在使用InGaAsP基材料的器件中，能帶結(jié)構(gòu)中位于導(dǎo)帶的能帶不連續(xù)性較小。因而，此器件容易受到工作溫度的影響。因此，在現(xiàn)有環(huán)境中，使用具有閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的InGaAsP基材料的器件在特征溫度上不能容忍的低，而特征溫度實(shí)際上是重要的特征之一。在InGaAsP基材料中，由于不存在禁帶寬度，即，在價(jià)帶中的Γ點(diǎn)，重空穴和輕空穴之間的自旋分裂能Δsp，俄歇效應(yīng)較大。結(jié)果，使用InGaAsP基材料的器件具有較差的溫度特性。
在上述傳統(tǒng)半導(dǎo)體光調(diào)制器中，需要增加波長(zhǎng)的偏移量。但是，為了增加偏移量，必須施加高電壓，作為上述反向偏壓電信號(hào)。這是因?yàn)?，在現(xiàn)有環(huán)境中，幾乎不可能使光吸收層具有沒(méi)有任何載流子的理想狀態(tài)。例如，雜質(zhì)可以從光吸收層的上下表面上形成的p型和n型半導(dǎo)體層擴(kuò)散到光吸收層中。如上所述，事實(shí)上，在光吸收層中存在載流子，因此，p-n結(jié)所產(chǎn)生的內(nèi)建電壓不能將光吸收層完全耗盡。結(jié)果，施加在光吸收層上的電信號(hào)部分消耗于光吸收層的耗盡。作為反向偏壓電信號(hào)，需要包括消耗于耗盡的部分。
因此，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光調(diào)制器必須抵抗較高的反向偏壓電流。但是，很難生長(zhǎng)具有高反向擊穿電壓的高純度晶體。
此外，由于用于操作光調(diào)制器的電路在超高速操作中不能產(chǎn)生高壓，必須使光調(diào)制器的操作電壓最小。因此，在半導(dǎo)體光調(diào)制器上形成的金屬電極需要在其自身和半導(dǎo)體光調(diào)制器的化合物半導(dǎo)體層之間處于歐姆接觸狀態(tài)。這意味著金屬電極與之接觸的半導(dǎo)體層具有較高的雜質(zhì)濃度，而從上述高純度晶體形成的有源區(qū)夾在具有高雜質(zhì)濃度的層之間。在用于光通信的外調(diào)制器中，在可以選作將MQW結(jié)構(gòu)夾在中間的材料中，在本發(fā)明之前，InP具有最大的帶隙能量。此帶隙能量為1.42eV。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)施加較高的反向偏壓，以增加調(diào)制深度時(shí)，量子阱周圍的層同樣可能會(huì)受到電介質(zhì)擊穿。
需要昂貴的晶體生長(zhǎng)設(shè)備來(lái)制造高純度的晶體層和具有高雜質(zhì)濃度的晶體層相互堆疊的結(jié)構(gòu)。此外，生長(zhǎng)晶體層需要復(fù)雜的過(guò)程。即，很難制造這樣一種結(jié)構(gòu)。此外，在晶體生長(zhǎng)之后，器件制造過(guò)程需要很多步驟。因此，上述傳統(tǒng)半導(dǎo)體光調(diào)制器需要高昂的成本來(lái)制造器件。此外，器件的制造產(chǎn)量很低，導(dǎo)致了昂貴的器件。
傳統(tǒng)上，直流(DC)反向偏壓和高頻電信號(hào)必須同時(shí)施加在半導(dǎo)體光調(diào)制器上。為此，必須使用成為偏壓T的電子電路部件。例如，當(dāng)半導(dǎo)體光調(diào)制器用在10Gb/s的通信速率時(shí)，上述電子電路部件所需的輸出帶寬為DC到60GHz，導(dǎo)致了高昂的成本。此外，難以獲得在DC的輸出范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好特性的電子電路部件。
下面，將對(duì)傳統(tǒng)光調(diào)制器的一般結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。
傳統(tǒng)的光調(diào)制器具有下包層、非摻雜多量子阱層、上包層和p型接觸層順序相互堆疊的結(jié)構(gòu)。MQW結(jié)構(gòu)作為吸收光的吸收層，并與夾在吸收層兩邊的上下包層一起構(gòu)成光波導(dǎo)。此外，在接觸層上形成p電極，并在襯底的下表面上形成n電極。
通過(guò)光波導(dǎo)一端的光入射端面入射的光在沿著光波導(dǎo)傳播的同時(shí)受到開(kāi)/關(guān)調(diào)制，并通過(guò)位于光入射端面相對(duì)端的光引出端面出射。圖14示出了當(dāng)p電極和n電極之間未施加電壓時(shí)(關(guān))和當(dāng)二者之間施加反向偏壓時(shí)(開(kāi))光吸收特性與波長(zhǎng)λ的相關(guān)性。參照?qǐng)D14，將入射在光調(diào)制器聲的光的波長(zhǎng)λ示為工作波長(zhǎng)λS。當(dāng)未施加電壓時(shí)，在工作波長(zhǎng)λS處的光吸收系數(shù)足夠小，因此入射光沒(méi)有任何變化地從光引出端面出射。與此相反，當(dāng)施加了足夠的反向偏壓時(shí)，光吸收層的吸收特性曲線向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)移動(dòng)，因此光吸收增加。結(jié)果，沒(méi)有光從引出端出射。當(dāng)以這種方式打開(kāi)/關(guān)閉反向偏壓時(shí)，關(guān)閉/打開(kāi)沿光波導(dǎo)傳播的光，從而將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。
通過(guò)晶體生長(zhǎng)形成這種形成了光調(diào)制器的半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)。在此生長(zhǎng)過(guò)程中，在上述半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)期間，將p型和n型摻雜物擴(kuò)散到光吸收層上下表面上的包層中，所擴(kuò)散的雜質(zhì)侵入光吸收區(qū)域。為此，在p-n結(jié)產(chǎn)生的內(nèi)建電壓并未完全耗盡光吸收區(qū)域。因此，在控制消光操作的MQW結(jié)構(gòu)(光吸收層)中并未產(chǎn)生足夠的電場(chǎng)。即使發(fā)生一次光吸收，由光吸收所產(chǎn)生的電荷繼續(xù)存在，而不再發(fā)生光吸收。換句話說(shuō)，在傳統(tǒng)的光調(diào)制器中，幾乎不發(fā)生光吸收。相反，當(dāng)外部施加反向偏壓時(shí)，耗盡了MQW結(jié)構(gòu)，隨著要施加的反向偏壓的增加，光吸收增加，導(dǎo)致較大的消光。圖15示出了解釋此狀態(tài)的消光比電壓相關(guān)性。因此，對(duì)于最佳操作，必須通過(guò)外部施加反向偏壓直到圖15所示的偏壓點(diǎn)來(lái)設(shè)置完全耗盡狀態(tài)。由于這個(gè)原因，如偏壓T等附加電路是最佳操作不可缺少的。假設(shè)分限抑制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(separate confinement heterostructure)(SCH)層形成位于包層和MQW結(jié)構(gòu)之間的SCH。在這種情況下，即使在外部施加反向偏壓時(shí)，幾乎不能引起耗盡的微弱電場(chǎng)施加在夾在光吸收層兩邊的上下SCH層上。由于這個(gè)原因，在具有SCH結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器中，只有微弱的電場(chǎng)可以抽取光吸收層中由光吸收所產(chǎn)生的載流子，因此載流子的移動(dòng)速度較低。此外，位于SCH層和包層之間的異質(zhì)勢(shì)壘阻礙載流子移動(dòng)，導(dǎo)致了載流子積累的增加。因而，當(dāng)要對(duì)高強(qiáng)度的光進(jìn)行調(diào)制時(shí)，光吸收所產(chǎn)生的載流子數(shù)量大于抽取的載流子數(shù)量。作為結(jié)果而積累的載流子引起了不一致的電場(chǎng)或電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)。這使其不可能實(shí)現(xiàn)高速操作。為了抑制這種載流子積累，可用的技術(shù)是，通過(guò)利用具有階梯式或陡峭構(gòu)成的半導(dǎo)體層形成SCH層，并以最大的光滑度抽取載流子。但是，這種結(jié)構(gòu)使晶體生長(zhǎng)變得極為復(fù)雜，并需要具有極高精確度的生長(zhǎng)技術(shù)，導(dǎo)致了制造器件上的困難。
在傳統(tǒng)的器件中，形成上下SCH層，使其厚度等于或大于雜質(zhì)的擴(kuò)散長(zhǎng)度，從而即使上下包層中的p型和n型雜質(zhì)發(fā)生擴(kuò)散，仍能防止其到達(dá)用作具有高濃度的調(diào)制層的MQW結(jié)構(gòu)。這抑制了調(diào)制功能的惡化。因而，在利用調(diào)制電壓進(jìn)行調(diào)制操作期間，調(diào)制電壓施加在整個(gè)上下SCH層和MQW結(jié)構(gòu)上。但是，只有部分調(diào)制電壓作為有效電壓分量，施加在控制光調(diào)制特性的MQW結(jié)構(gòu)上。施加在上下SCH層上的電壓分量是并未對(duì)調(diào)制(高消光)特性做出直接貢獻(xiàn)的無(wú)效電壓分量。
盡管可以不需要外部施加反向偏壓，而對(duì)器件進(jìn)行操作，但需要與偏壓等價(jià)的具有非常大幅度的驅(qū)動(dòng)電壓。此外，在這種情況下，電場(chǎng)強(qiáng)度與電壓不是線性關(guān)系，而是非線性關(guān)系，直到完全耗盡MQW結(jié)構(gòu)。因而，反映出光消光特性，徹底地惡化了透射光強(qiáng)度的幅度波形，以表現(xiàn)出極為非線性的特性。
如上所述，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光調(diào)制器易于受到工作溫度的影響。此外，必須將較高的反向偏壓外部施加在調(diào)制器上。由于這些原因，引起了多種問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠經(jīng)受工作溫度影響的半導(dǎo)體光調(diào)制器。本發(fā)明的另一目的是提供一種不需要施加較高的反向偏壓的半導(dǎo)體光調(diào)制器。本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體光器件，例如，由于增加了MQW結(jié)構(gòu)(在具有SCH層的器件結(jié)構(gòu)中，包括SCH層)中的殘余雜質(zhì)量和從上下包層擴(kuò)散到上述MQW結(jié)構(gòu)中的p型和n型雜質(zhì)量，所述半導(dǎo)體光器件能夠改善由p-n結(jié)形成的內(nèi)建電壓不能完全耗盡上述MQW結(jié)構(gòu)的情形，能夠執(zhí)行最近操作，而不需要外部時(shí)間任何反向偏壓，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制高強(qiáng)度光的高速操作，而不積累載流子，使用較低的調(diào)制電壓，而且關(guān)于驅(qū)動(dòng)電壓，表現(xiàn)出較小的非線性。
為了獲得上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體光調(diào)制器，至少包括第一導(dǎo)電型的下包層；光吸收層，形成在所述下包層之上，并具有由量子阱層和勢(shì)壘層組成的量子阱結(jié)構(gòu)；以及形成在所述光吸收層之上的第二導(dǎo)電型的上包層，其中所述量子阱層由In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)構(gòu)成，所述勢(shì)壘層由In1-X′-Y′GaX′AlY′N(0≤X′，Y′≤ 1，0≤X′+Y′≤1)構(gòu)成，而且由所述下包層、所述光吸收層和所述上包層構(gòu)成了具有光入射端的光波導(dǎo)。
利用此結(jié)構(gòu)，所述光吸收層由具有較小俄歇效應(yīng)的材料構(gòu)成。此外，通過(guò)極化，在所述光吸收層中產(chǎn)生電場(chǎng)。


圖1A是按照本發(fā)明第一實(shí)施例示出了半導(dǎo)體光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示例的示意性剖面圖；圖1B是按照本發(fā)明第一實(shí)施例示出了半導(dǎo)體光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示例的示意性透視圖；圖2A是按照本發(fā)明第一實(shí)施例示出了部分半導(dǎo)體光調(diào)制器的能帶圖的能帶圖；圖2B是按照本發(fā)明第一實(shí)施例示出了部分半導(dǎo)體光調(diào)制器的能帶圖的能帶圖；圖3A是示出了其中將拉應(yīng)變施加在量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱層上的纖鋅礦晶體的能帶圖的視圖；圖3B是示出了其中將拉應(yīng)變施加在量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱層上的纖鋅礦晶體的能帶圖的視圖；圖4A是示出了沿c軸生長(zhǎng)的單晶GaN的Ga原子和N原子的堆疊次序的視圖；圖4B是示出了沿c軸生長(zhǎng)的單晶GaN的Ga原子和N原子的堆疊次序的視圖；圖4C是示出了如何在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN中產(chǎn)生應(yīng)變的示意性剖面圖；圖4D是示出了在藍(lán)寶石襯底上形成的GaN的晶格的延伸和收縮的視圖；圖5是示出了在所形成的InN薄膜中、吸收率的平方與光子能量之間的關(guān)系的曲線圖；圖6是示出了室溫下測(cè)量所述InN薄膜得到的光致發(fā)光特性的曲線圖；圖7是示出了在InGaAlN系統(tǒng)中、Eg和a軸晶格常數(shù)a之間的關(guān)系的曲線圖；
圖8A是示出了在將提供給反應(yīng)器的氨的量與作為銦源提供給反應(yīng)器的三甲基銦(TMI)的量的比值V/III(氨/銦)設(shè)為160,000的條件下生長(zhǎng)的InN的X射線衍射譜的曲線圖；圖8B是示出了在將提供給反應(yīng)器的氨的量與作為銦源提供給反應(yīng)器的三甲基銦(TMI)的量的比值V/III(氨/銦)設(shè)為320,000的條件下生長(zhǎng)的InN的X射線衍射譜的曲線圖；圖8C是示出了在將提供給反應(yīng)器的氨的量與作為銦源提供給反應(yīng)器的三甲基銦(TMI)的量的比值V/III(氨/銦)設(shè)為660,000的條件下生長(zhǎng)的InN的X射線衍射譜的曲線圖；圖9是按照本實(shí)施例示出了在半導(dǎo)體光調(diào)制器中、所施加的調(diào)制電壓和透射光強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖；圖10是示出了InGaAlN系統(tǒng)的晶體生長(zhǎng)中的混溶和不混溶區(qū)域的曲線圖；圖11是示出了具有光調(diào)制器的激光器的結(jié)構(gòu)示例；圖12是按照本發(fā)明的另一實(shí)施例示出了半導(dǎo)體光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示例的示意性透視圖；圖13是按照本發(fā)明的實(shí)施例示出了部分半導(dǎo)體光調(diào)制器的能帶結(jié)構(gòu)的能帶圖；圖14是示出了在未施加電壓時(shí)和在施加反向偏壓時(shí)光吸收特性與波長(zhǎng)λ的相關(guān)性的曲線圖；以及圖15是示出了消光比的電壓相關(guān)性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
首先，將對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1A按照本發(fā)明的實(shí)施例示意性地示出了半導(dǎo)體光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示例。圖1B示意性地示出了半導(dǎo)體光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。注意，在以下的描述中，除非特別聲明，如GaN、AlGaN、AlN和InN等化合物半導(dǎo)體材料都是單晶體。
該半導(dǎo)體光調(diào)制器在由(0001)-方向的藍(lán)寶石(α-Al2O3晶體)構(gòu)成的330-μm厚的單晶襯底101的氮化表面上，具有緩沖層102、電極層103和包層104。緩沖層102為20nm厚，由GaN制成。電極層103為4μm厚，由Mg摻雜的p型GaN制成。包層104為0.5μm厚，由Mg摻雜的p型Al0.1Ga0.9N制成。應(yīng)當(dāng)注意，單晶襯底101并不局限于藍(lán)寶石，可以由諸如碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)或鎵酸鋰(LiGaO2)等晶體制成。
在包層104上形成具有MQW結(jié)構(gòu)的光吸收層105。光吸收層105具有多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)由勢(shì)壘層151和量子阱層152構(gòu)成，勢(shì)壘層151由作為InGaAlN基材料的非摻雜GaN制成，而量子阱層152由非摻雜InN制成。應(yīng)當(dāng)注意，量子阱層152可以由In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)制成，而勢(shì)壘層151可以由In1-X′-Y′GaX′AlY′N(0≤X′，Y′≤1，0≤X′+Y′≤1)制成。后面將對(duì)這些成分的組合進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)注意，光吸收層105可以具有可以是單量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱結(jié)構(gòu)。
將每個(gè)量子阱層152的厚度設(shè)置為等于或小于電子的波函數(shù)范圍，從而獲得量子效應(yīng)?？梢栽O(shè)置每個(gè)勢(shì)壘層151的厚度，使得在勢(shì)壘層151和量子阱層152之間，波函數(shù)幾乎不重疊。在這種情況下，量子阱層152的材料的晶格常數(shù)大于勢(shì)壘層151的材料的晶格常數(shù)。在本實(shí)施例中，相互堆疊了五個(gè)勢(shì)壘層151和三個(gè)量子阱層152。可以依照光吸收的狀態(tài)，適當(dāng)設(shè)置堆疊的層數(shù)，也可以設(shè)置為不同的數(shù)目。
在光吸收層105上形成由Si摻雜的n型Al0.1Ga0.9N制成的0.5-μm厚的包層106。
因而，在圖1所示的半導(dǎo)體光調(diào)制器中，具有光入射端和光引出端的光波導(dǎo)由包層104、光吸收層105和包層106構(gòu)成。
圖1中的半導(dǎo)體光調(diào)制器還具有由Si摻雜n型GaN制成的0.1-μm厚的接觸層107和n型金屬電極108。盡管未示出，n型金屬電極108具有由與接觸層107直接接觸的50-nm厚的鋁層和200-nm厚的金層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
應(yīng)當(dāng)注意，電極層3具有暴露區(qū)域，通過(guò)局部刻蝕電極層103以上的各個(gè)層，形成所述暴露區(qū)域。在此暴露區(qū)域上形成p型金屬電極109。盡管未示出，p型金屬電極109具有由與所述暴露區(qū)域直接接觸的50-nm厚的鎳層和其上形成的200-nm厚的金層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，如上所述，半導(dǎo)體光調(diào)制器由作為纖鋅礦晶體的InGaAlN基材料制成。結(jié)果，光吸收層105由具有較小俄歇效應(yīng)的材料制成，因此能夠經(jīng)受工作溫度的影響。
在上述實(shí)施例中，作為InGaAlN基材料，將InN和GaN用于光吸收層105，以形成MQW結(jié)構(gòu)。這些纖鋅礦晶體具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體中不存在的電極化效應(yīng)。由于此電極化效應(yīng)，在吸收層105中產(chǎn)生了極化，而不要任何偏壓。即使在光吸收層105中存在載流子，仍然可以將光吸收層105設(shè)置為耗盡狀態(tài)。如上所述，在按照本實(shí)施例的半導(dǎo)體光調(diào)制器中，光吸收層105由InGaAl基材料制成，并不需要任何偏壓地形成極化。這使其能夠通過(guò)施加正向偏壓而沒(méi)有任何用于耗盡的壓降，對(duì)光進(jìn)行調(diào)制。
如上所述，按照本發(fā)明，由于極化場(chǎng)和p-n結(jié)的形成所產(chǎn)生的內(nèi)建電壓耗盡了光吸收區(qū)域，可以對(duì)調(diào)制器進(jìn)行最佳操作，而不需要施加任何外部反向偏壓，并能夠以高速進(jìn)行操作，而在調(diào)制具有高強(qiáng)度的光期間，不會(huì)有載流子的積累。
下面，將對(duì)極化效應(yīng)進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。
當(dāng)通過(guò)堆疊由作為纖鋅礦晶體的InGaAlN基材料制成的量子阱層和勢(shì)壘層，形成MQW結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常發(fā)生保持在晶體自身中的自發(fā)極化。此外，在本實(shí)施例中，由于量子阱層的晶格常數(shù)大于勢(shì)壘層的晶格常數(shù)，由于晶格失配的存在，晶體應(yīng)變(在這種情況下為壓應(yīng)變)引起了壓電極化。在具有上述結(jié)構(gòu)的光吸收層105中，自發(fā)極化和由于壓應(yīng)變所引起的壓電極化以相同的方向發(fā)生作用。由于這個(gè)原因，在形成了光吸收層105的MQW結(jié)構(gòu)中，將自發(fā)極化與上述壓電極化相加所得到的極化產(chǎn)生了電場(chǎng)。在以圖1A和1B所示、并具有上述結(jié)構(gòu)的光吸收層105為中心的層結(jié)構(gòu)中的能帶圖變?yōu)閳D2A和圖2B所示之一。圖2A示出了未施加正向偏壓的狀態(tài)(無(wú)偏壓狀態(tài))，而圖2B示出施加了正向偏壓的狀態(tài)。在這種情況下，p型金屬電極109用作陽(yáng)極，而n型金屬電極108用作陰極。參照?qǐng)D2A和圖2B，分別以空心和實(shí)心的圓圈表示構(gòu)成了激子的電子和空穴。
如圖2A所示，在MQW結(jié)構(gòu)(光吸收層105)中，構(gòu)成量子阱層152中的激子的電子和空穴在空間上相互分離。在本實(shí)施例中，當(dāng)施加正向偏壓時(shí)，電子和空穴之間的距離(帶隙能量差)改變。如圖2B所示，當(dāng)施加正向偏壓時(shí)，量子阱152中的能帶傾斜度下降，構(gòu)成激子的電子和空穴之間的距離增加(帶隙能量差增加)。結(jié)果，與未施加電壓的狀態(tài)相比，激子的吸收邊波長(zhǎng)下降。因此，在本實(shí)施例中，當(dāng)入射在半導(dǎo)體光調(diào)制器的光入射端上的光的波長(zhǎng)比未加任何偏壓的吸收邊波長(zhǎng)短，而比施加了正向偏壓時(shí)的吸收邊波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)，只有在施加了正向偏壓時(shí)，光才透射通過(guò)調(diào)制器，輸出。
如上所述，在按照本實(shí)施例的半導(dǎo)體光調(diào)制器中，當(dāng)施加正向偏壓時(shí)，光吸收層105所吸收的光的波長(zhǎng)改變。因此，按照本實(shí)施例的半導(dǎo)體光調(diào)制器，通過(guò)施加正向偏壓，可以對(duì)入射在光吸收層105上的光進(jìn)行調(diào)制，并輸出。此外，由于按照本實(shí)施例的半導(dǎo)體光調(diào)制器是能夠通過(guò)施加正向偏壓進(jìn)行工作的器件，與傳統(tǒng)的器件不同，不需要對(duì)反向偏壓具有較高抵抗力的晶體。這使其可以簡(jiǎn)化用于制造器件的晶體生長(zhǎng)設(shè)備，以及簡(jiǎn)化晶體生長(zhǎng)過(guò)程。還可以提供器件的制造產(chǎn)量。因此，按照本實(shí)施例，可以提供易于制造的半導(dǎo)體光調(diào)制器。
在由化合物半導(dǎo)體制成的MQW結(jié)構(gòu)中，由重空穴和電子組成的激子和由輕空穴和電子組成的激子都吸收TE偏振光，而只有由輕空穴和電子組成的激子吸收TM偏振光。由于這個(gè)原因，為了與偏振類型無(wú)關(guān)地對(duì)光進(jìn)行調(diào)制，由兩類激子所產(chǎn)生的光譜需要相互一致。
圖3A示出了向具有量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱層施加拉應(yīng)變的纖鋅礦晶體的能帶圖。在Γ點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)輕空穴的能級(jí)比重空穴的能級(jí)低得多。此外，如圖3B所示，可以使兩類空穴的能帶相互一致。
由于晶體內(nèi)的極化效應(yīng)，在上述纖鋅礦晶體中能帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)自由度要比在閃鋅礦晶體中高得多。因此，如上所述，在沒(méi)有電場(chǎng)的情況下，非常容易使兩類激子所產(chǎn)生的光譜相互一致。這使得按照本實(shí)施例使用纖鋅礦晶體的光調(diào)制器能夠光偏振無(wú)關(guān)地進(jìn)行調(diào)制。
但應(yīng)當(dāng)注意，由拉應(yīng)變所產(chǎn)生的壓電極化的方向可以與纖鋅礦晶體的自發(fā)極化的方向一致或不同。這是因?yàn)樽园l(fā)極化的方向依賴于晶體的極性。因此，依賴于材料的組合，自發(fā)極化的大小可以等于壓電極化的大小，因此極化效應(yīng)可以相互抵消。結(jié)果，可以不產(chǎn)生任何電場(chǎng)。在這種情況下，為了獲得極化效應(yīng)，必須組合材料，使得由拉應(yīng)變引起的壓電極化的大小與自發(fā)極化的大小不同。
圖4A和圖4B示出了沿c軸晶體生長(zhǎng)GaN所獲得的單晶體中Ga和N原子的堆疊次序。堆疊次序與極性相對(duì)應(yīng)。如圖4A所示，當(dāng)從單晶GaN的表面觀察時(shí)，三個(gè)N原子相互與上面的Ga原子組合的狀態(tài)被稱為Ga極性或+c極性。相反，如圖4B所示，當(dāng)從單晶GaN的表面觀察時(shí)，三個(gè)Ga原子相互與上面的N原子組合的狀態(tài)被稱為N極性或-c極性。這種極性與單晶GaN的表面由Ga或N原子組成無(wú)關(guān)。例如，在單晶GaN的表面中也存在吸附原子。在這種境況下，即使是Ga極性，在表面中仍然可以存在N原子。即使在這種情況下，在晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，考慮到原子之間的結(jié)合數(shù)，仍然可以看出原子的堆疊次序。內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持不變，與表面上的現(xiàn)象和表面上所吸附的原子種類無(wú)關(guān)，因此晶體的極性是惟一確定的。
當(dāng)GaN被認(rèn)作電介質(zhì)材料時(shí)，極化電場(chǎng)的方向由極性確定。由極性確定的極化被稱為自發(fā)極化。圖4A和4B示出了極性和自發(fā)極化之間的關(guān)系。如果所生長(zhǎng)的晶體具有Ga極性，自發(fā)極化所產(chǎn)生的電場(chǎng)從晶體的內(nèi)部指向其表面。如果所生長(zhǎng)的晶體具有N極性，自發(fā)極化所產(chǎn)生的電場(chǎng)從晶體的表面指向其內(nèi)部。
以下是壓電極化的情況。下面，將對(duì)通過(guò)在其主面是(0001)平面(c-平面)的藍(lán)寶石襯底上的晶體生長(zhǎng)形成的單晶GaN層的情況進(jìn)行描述。通常在高于室溫的溫度下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，而在室溫下使用該器件。GaN沿a軸的晶格常數(shù)大于藍(lán)寶石沿a軸的晶格常數(shù)。藍(lán)寶石沿a軸的熱膨脹系數(shù)大于GaN沿a軸的熱膨脹系數(shù)。結(jié)果，如圖4C的示意性剖面圖所示，在室溫下，在生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的GaN中產(chǎn)生應(yīng)變。這種應(yīng)變沿平行于藍(lán)寶石襯底和GaN之間的表面的方向發(fā)生作用，并作為GaN上的壓應(yīng)變。這種情況下的壓應(yīng)變是雙軸應(yīng)變。
由于這個(gè)原因，如圖4D所示，形成在藍(lán)寶石襯底上的GaN的晶格沿平行于表面的方向收縮，沿垂直于表面的方向延伸。結(jié)果，如圖4C所示，壓電極化沿垂直于表面的方向，即平行于c軸的方向產(chǎn)生電場(chǎng)。這種壓電極化的方向依賴于應(yīng)變的方向。在壓應(yīng)變的情況下，壓電極化指向藍(lán)寶石襯底(圖4C)。在拉應(yīng)變的情況下，壓電極化與圖4C所示的情況下的方向相反，即從藍(lán)寶石襯底指向GaN層。
應(yīng)當(dāng)注意，在AlN、GaN和InN中的自發(fā)極化電荷為0.081、0.029和0.032C/m2。這些數(shù)值比具有作為鐵電襯底的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的晶體中的電荷大得多。壓電極化電荷Ppiezo由下式給出Ppiezo(C/m2)＝e33(c-c0)/c0+e31(a-a0)/a0(1)其中，c0是在沒(méi)有應(yīng)變的情況下，沿c軸的晶格常數(shù)，c是出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)，沿c軸的晶格常數(shù)，a0是沒(méi)有應(yīng)變的情況下，沿a軸的晶格常數(shù)，a是沿a軸出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)的晶格常數(shù)。
此外，e33和e31是壓電系數(shù)，具有下面所給出的表1中所示的數(shù)值。

表1氮化物半導(dǎo)體的壓電系數(shù)表1中所示的數(shù)值數(shù)目大約是鈣鈦礦晶體的數(shù)值數(shù)目的1/3。例如，這里將展現(xiàn)GaN晶體的變形和所估算的壓電極化的大小。假設(shè)晶體的體積是常數(shù)。當(dāng)單晶GaN沿c軸延伸10％時(shí)，a軸收縮4.7％。在這種情況下，壓電極化電荷Ppiezo由下式給出“Ppiezo＝0.73×1.0+0.49×0.047＝0.096”(參見(jiàn)非專利參考文獻(xiàn)1)。
總之，如果在沒(méi)有偏壓的情況下，在光吸收層中產(chǎn)生極化，則可以不需要施加較高的反向偏壓，而進(jìn)行光調(diào)制。例如，當(dāng)在光吸收層中產(chǎn)生自發(fā)極化時(shí)，可以獲得在沒(méi)有偏壓的情況下產(chǎn)生極化的狀態(tài)。例如，如果量子阱層由InGaN制成，而勢(shì)壘層由InGaAlN制成，則在光吸收層中可以產(chǎn)生極化。此外，InGaN和InGaAlN可以具有相似的晶格常數(shù)，除非需要壓電極化。
如果在光吸收層中產(chǎn)生自發(fā)極化和壓電極化，而且它們的大小之和不是0，則可以獲得在沒(méi)有偏壓的情況下產(chǎn)生極化的狀態(tài)。如果量子阱層的晶格常數(shù)與勢(shì)壘層的晶格常數(shù)不同，則可以獲得除了在光吸收層中的自發(fā)極化之外、產(chǎn)生壓電極化的狀態(tài)。但是，如果自發(fā)極化和壓電極化大小相等而方向不同，由于它們相互抵消，則不能獲得在沒(méi)有偏壓的情況下、在光吸收層中產(chǎn)生極化的狀態(tài)。在除了此狀態(tài)之外的其他狀態(tài)中，即使產(chǎn)生了壓電極化，仍然在沒(méi)有偏壓的情況下、在光吸收層中產(chǎn)生極化。假設(shè)量子阱層由InN制成，而勢(shì)壘層由GaN制成。在這種情況下，除了沿本實(shí)施例中的方向的自發(fā)極化，在光吸收層中沿相同的方向產(chǎn)生壓電極化。
接下來(lái)，將對(duì)按照本實(shí)施例形成半導(dǎo)體光調(diào)制器的InGaAlN基化合物半導(dǎo)體進(jìn)行描述。
傳統(tǒng)上，從未想過(guò)將InGaAlN材料應(yīng)用于用在光通信系統(tǒng)中的1.3μm到1.58μm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的半導(dǎo)體光調(diào)制器。這是因?yàn)樵谶@些材料中具有最小帶隙能量(Eg)的InN的Eg是1.9到2.1eV。
在測(cè)量到這樣的Eg時(shí)，InN是通過(guò)反應(yīng)濺射等形成的，而且只能形成多晶InN。即，上述帶隙測(cè)量結(jié)果得自于多晶InN(參見(jiàn)非專利參考文獻(xiàn)2、3和4)。
在構(gòu)成InGaAlN的化合物AlN、GaN和InN中，在InN的固相上的氮平衡氣壓比剩下的那些化合物高五個(gè)數(shù)量級(jí)(參見(jiàn)非專利參考文獻(xiàn)5)。通過(guò)如反應(yīng)濺射等其中不能增加用于形成薄膜的容器(例如，真空室)中的壓力的方法，幾乎不可能利用具有這種特性的InN形成高質(zhì)量的晶體。在當(dāng)時(shí)，由于嘗試著在玻璃襯底上形成InN薄膜，從這樣的襯底上不能獲得關(guān)于單晶生長(zhǎng)的晶格信息，而且不能生長(zhǎng)任何單晶體。
在這樣的環(huán)境下，本發(fā)明人通過(guò)利用其中可以施加氮壓力的有機(jī)金屬氣相外延(此后稱為MOVPE)，試圖在單晶藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)單晶InN，并在1988年獲得了世界上在單晶生長(zhǎng)上的首次成功。本發(fā)明人在1989年的學(xué)術(shù)會(huì)議上報(bào)告了此結(jié)果(非專利參考文獻(xiàn)5)。
但是，此時(shí)所獲得的單晶體的結(jié)晶度不足，因此，該技術(shù)并未獲得InN的光學(xué)特性。本發(fā)明人此后進(jìn)行了多種技術(shù)改進(jìn)，并在2001年取得了世界上在生長(zhǎng)其光學(xué)特性可測(cè)量的高質(zhì)量單晶InN領(lǐng)域的首次成功(Takashi Matusoka，Masahi Nakao，Hiroshi Okamoto，HiroshiHarima，Eiji Kurimoto，and Megumi Hagiwara，“OPTICAL BANDGAPENERGY of InN”，Ext.Abstr.36thSpring Meeting of the Japan Society ofApplied Physics and Related，p.392(29p-ZM-1)(2002)；Japan Societyof Applied Physics的投稿截止日期為2002年1月8日；會(huì)議日期5月27到30日；以及公布日期3月29日)。
生長(zhǎng)上述高質(zhì)量單晶InN的第一技術(shù)改進(jìn)是事先形成具有處于藍(lán)寶石和藍(lán)寶石襯底上的InN的晶格常數(shù)之間的中間晶格常數(shù)的GaN。在這種情況下，要求GaN層具有較高的結(jié)晶度。為此，在以下要點(diǎn)上，對(duì)GaN的生長(zhǎng)條件進(jìn)行了最優(yōu)化1、清洗反應(yīng)器中的藍(lán)寶石襯底的表面；2、使用氨對(duì)藍(lán)寶石表面進(jìn)行氮化；3、低溫生長(zhǎng)GaN，作為緩沖層，以減少藍(lán)寶石和GaN之間的晶格失配；4、高溫退火，使上述緩沖層形成單晶體；以及5、高溫生長(zhǎng)高質(zhì)量的GaN。
第二技術(shù)改進(jìn)是研究在以上述方式最優(yōu)化的條件下生長(zhǎng)的GaN上、InN的生長(zhǎng)條件。研究的項(xiàng)目為生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速率、V族源和In源的比率、反應(yīng)器中的氣體流率等。作為對(duì)這些項(xiàng)目的研究結(jié)果，本發(fā)明人取得了在生長(zhǎng)其光學(xué)特性可測(cè)量的InN領(lǐng)域中的首次成功。目前，可以直接在藍(lán)寶石層上形成InN層，而不需要在二者之間形成任何GaN模板。
圖5和圖6示出了所生長(zhǎng)的InN薄膜的特性。圖5示出了所生長(zhǎng)的薄膜中、吸收率的平方與光子能量之間的關(guān)系。如圖5所示，在所生長(zhǎng)的InN薄膜中，從光吸收率中檢測(cè)到清晰的吸收邊。由于此關(guān)系幾乎是線性的，InN可以被認(rèn)作直接躍遷型，Eg可以估算為大約0.8eV。
圖6示出了在室溫下從上述條件下生長(zhǎng)的InN薄膜測(cè)量到的光致發(fā)光。顯而易見(jiàn)的是，光發(fā)射發(fā)生在1.59μm的波長(zhǎng)附近(0.8eV)。圖5和圖6所示的吸收率和光致發(fā)光的測(cè)量結(jié)果均表明在上述條件下生長(zhǎng)的InN薄膜的Eg是0.8eV。根據(jù)這些結(jié)果，可以估計(jì)，InN的Eg在0.8eV附近。
上述多種技術(shù)改進(jìn)和長(zhǎng)時(shí)間的努力首次揭示了單晶InN的Eg為0.8eV，這是過(guò)去測(cè)量結(jié)果的1/2或更小。圖7示出了InGaAlN的Eg與a軸的晶格常數(shù)a之間的關(guān)系。虛線代表傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而實(shí)線代表反映出本發(fā)明所獲得的數(shù)據(jù)(Eg＝0.8eV)的結(jié)果。
從而，可以正確地選擇構(gòu)成光吸收層105的勢(shì)壘層151和量子阱層152的成分，使勢(shì)壘層151具有位于圖7中三個(gè)實(shí)心圓圈所限定的三角內(nèi)的較高帶隙能量。例如，量子阱層152可以由非摻雜的GaN制成，而勢(shì)壘層151可以由非摻雜的AlN制成。但是，必須考慮材料的組合和晶體生長(zhǎng)過(guò)程，從而使壓電極化和自發(fā)極化的數(shù)量和不為0。
接下來(lái)，將對(duì)圖1A和圖1B所示的半導(dǎo)體光調(diào)制器的制造方法進(jìn)行描述。首先，將具有垂直型反應(yīng)器的有機(jī)金屬氣相外延設(shè)備用于形成每個(gè)晶體層的晶體生長(zhǎng)。作為氮源，使用氨。作為輸運(yùn)氣體，將氮?dú)庥糜诹孔于宓纳L(zhǎng)，而將氫氣用于其他晶體層的生長(zhǎng)。將生長(zhǎng)壓力設(shè)為大氣壓。將襯底溫度設(shè)在1,050℃，并且將由藍(lán)寶石制成的單晶襯底101的表面在氨氣環(huán)境中進(jìn)行氮化，在單晶襯底101上形成非常薄的氮化層。氮化層是非常薄的層(未示出)。之后，將襯底溫度設(shè)在550℃，通過(guò)生長(zhǎng)GaN，形成緩沖層102。在GaN的生長(zhǎng)期間，將具有相對(duì)較低的鎵氣壓的三乙基鎵(TEG)用作鎵源。隨后，在1,050℃，將單晶襯底101退火9分鐘，將緩沖層102變?yōu)楣滔嘀械膯尉w。
然后將單晶襯底的溫度設(shè)在1,020℃，順序生長(zhǎng)Mg摻雜p型GaN和Mg摻雜p型Al0.1Ga0.9N，分別形成電極層103和包層104。作為這些層氣相生長(zhǎng)的鋁源，使用三甲基鋁(TMA)。作為鎵源，使用三甲基鎵(TMG)。作為Mg摻雜源，使用甲基硫醇環(huán)戊二烯基鎂(MeCP2Mg)。此源是一種液體，其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)通常用作固體源的環(huán)戊二烯基鎂中的Mg摻雜濃度的可重現(xiàn)性。
在包層104上交替地生長(zhǎng)GaN和InN晶體，以形成由勢(shì)壘層151和量子阱層152構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu))。在InN的晶體生長(zhǎng)中，由于InN的固相上的氮平衡氣壓較高，例如，將生長(zhǎng)溫度(襯底溫度)設(shè)為575℃。作為晶體生長(zhǎng)的In源，可以使用三甲基銦(TMI)。
在InN的晶體生長(zhǎng)中，為了生長(zhǎng)高質(zhì)量的InN、防止金屬In的沉淀，將氨與TMI，即V/III的比率設(shè)為660,000。氮被用作輸運(yùn)氣體和保護(hù)氣體(bubbling gas)。這是因?yàn)椋瑢⒌米鬏斶\(yùn)氣體將抑制氨的分解(參見(jiàn)非專利參考文獻(xiàn)5)。
作為InN的生長(zhǎng)條件和結(jié)晶度之間的關(guān)系的示例，圖8A、8B和8C示出了在將提供給反應(yīng)器的氨的量與作為銦源提供給反應(yīng)器的三甲基銦(TMI)的量的比值V/III(氨/銦)變化時(shí)，所生長(zhǎng)的InN的X射線衍射譜。圖8A、8B和8C示出了ω-2θ掃描譜。如圖8A和8B所示，在將V/III設(shè)置為160,000或更小和設(shè)置為320,000的條件下形成的薄膜中，觀察到來(lái)自金屬銦的信號(hào)。與此相反，如圖8C所示，在將V/III設(shè)置為660,000條件下形成的薄膜中，金屬銦的峰消失了，因此，可以知道不含有金屬銦。
當(dāng)在以上述方式生長(zhǎng)的高質(zhì)量的InN晶體上生長(zhǎng)作為勢(shì)壘層151的GaN時(shí)，將氮用作輸運(yùn)氣體，以防止在刻蝕InN時(shí)結(jié)晶度的惡化，并將襯底溫度設(shè)置為575℃，與生長(zhǎng)InN時(shí)的溫度相同。
在順序相互堆疊了預(yù)定數(shù)目的、由GaN制成的勢(shì)壘層151和由InN制成的量子阱層152，以形成光吸收層105之后，將襯底溫度升高到1,020℃，順序生長(zhǎng)Si摻雜n型Al0.1Ga0.9N和Si摻雜n型GaN，從而分別形成包層106和接觸層107。
將以氫進(jìn)行稀釋并具有1ppm濃度的硅烷(SiH4)用于以Si對(duì)每層進(jìn)行摻雜。在其他過(guò)程中的Si摻雜均使用與此相同的源。
在形成包層106和接觸層107之后，在氮?dú)猸h(huán)境中，在700℃，對(duì)得到的結(jié)構(gòu)退火30分鐘，以激活添加到這些層中的Mg。
利用電子束沉積設(shè)備，順序沉積50-nm厚的鋁膜和20-nm厚的金膜，從而形成用作n型金屬電極108的金屬層。通過(guò)公知的光刻技術(shù)，在金屬層上形成酚醛基正光刻膠圖案。利用此圖案作為掩模，對(duì)下層進(jìn)行刻蝕，在電極層103上形成暴露區(qū)域。在此刻蝕過(guò)程中，例如，可以通過(guò)利用氯氣的反應(yīng)離子刻蝕，對(duì)晶體層進(jìn)行刻蝕。
在形成上述暴露區(qū)域的刻蝕之后，去除光刻膠圖案，清洗單晶襯底101及其上形成的結(jié)構(gòu)，在電極103的暴露區(qū)域上順序沉積50-nm厚的鎳膜和200-nm厚的金膜，并在得到的結(jié)構(gòu)上形成圖案，以形成p型金屬電極109。
在將制造過(guò)程完成到以上述方式形成p型金屬電極109之后，拋光單晶襯底101的下表面，從而使單晶襯底101變薄到厚度80μm，并對(duì)下表面進(jìn)行鏡面精加工。當(dāng)單晶襯底101去除拋光基，而不對(duì)下表面進(jìn)行鏡面精加工時(shí)，單晶襯底101可能扭曲或破裂。為此，對(duì)下表面進(jìn)行鏡面精加工。此后，清洗所得到的結(jié)構(gòu)，通過(guò)解理切割預(yù)定的部分，從而獲得圖1A和1B所示的具有1mm器件長(zhǎng)度的半導(dǎo)體光調(diào)制器。
下面將對(duì)上述MQW結(jié)構(gòu)(光吸收層105)中的能帶結(jié)構(gòu)和對(duì)極化效應(yīng)非常重要的晶體的極性進(jìn)行描述。沿著從單晶襯底101的下表面向其上表面的方向、按照氮原子、鎵原子、氮原子和鎵原子的次序，即，V族原子、III族原子、V族原子和III族原子的次序生長(zhǎng)構(gòu)成光吸收層105的勢(shì)壘層151的GaN。這種原子的堆疊次序通常被稱為+(正)極性。
在如MOVPE或MBE等晶體生長(zhǎng)方法中，當(dāng)獲得高質(zhì)量的晶體時(shí)，主要發(fā)生具有上述極性的生長(zhǎng)。即使在晶體生長(zhǎng)的一開(kāi)始，同時(shí)存在沿著+極性的反方向的-(負(fù))極性和+極性，在高質(zhì)量晶體的生長(zhǎng)條件下，具有+極性的生長(zhǎng)模式通常作為主要模式。當(dāng)晶體生長(zhǎng)到特定厚度時(shí)，所有生長(zhǎng)模式都變?yōu)榫哂?極性的模式。當(dāng)以+極性生長(zhǎng)晶體時(shí)，MQW結(jié)構(gòu)具有與圖2A中所示的能帶結(jié)構(gòu)相同的能帶結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意，依賴于所選擇的襯底，也可以按照-極性生長(zhǎng)每個(gè)晶體層。在這種情況下，能帶結(jié)構(gòu)的傾斜度處于與圖2A中的傾斜度相反的狀態(tài)。當(dāng)以-極性生長(zhǎng)每層晶體時(shí)，與圖2A中不同，每個(gè)能帶結(jié)構(gòu)的傾斜度具有向右側(cè)傾斜的傾斜度。在這種情況下，施加反向偏壓將降低能帶的傾斜度。
此外，即使使用與按照本實(shí)施例的半導(dǎo)體光調(diào)制器所使用的襯底相同的襯底，可以按照以下方式以-極性形成每個(gè)晶體層。例如，首先，通過(guò)將c平面藍(lán)寶石襯底的表面暴露在高溫的氨環(huán)境中，事先使其氮化。在較低的溫度，在已經(jīng)進(jìn)行了此氮化過(guò)程的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)由GaN制成的緩沖層，達(dá)到預(yù)定的厚度。然后，將生產(chǎn)過(guò)程中斷預(yù)定的時(shí)間周期。在中斷生長(zhǎng)過(guò)程期間，在1,000℃或更高的高溫下，對(duì)已經(jīng)形成了的緩沖層進(jìn)行退火。隨后，在1,000℃或更高的高溫下，生長(zhǎng)GaN，以形成具有-極性的單晶GaN層。此技術(shù)被稱為兩步生長(zhǎng)方法。通過(guò)X射線衍射可以得到，以這種方式形成的具有-極性的單晶GaN層具有40秒或更短的波動(dòng)曲線。具有+極性的單晶GaN具有100秒或更寬的波動(dòng)曲線。因而，顯而易見(jiàn)地，與此相比，上述具有-極性的單晶GaN層具有良好的結(jié)晶度。
接下來(lái)，將對(duì)按照上述實(shí)施例的半導(dǎo)體光調(diào)制器的工作特性進(jìn)行描述。假設(shè)分別利用圖1A和圖1B所示、用作陰極和陽(yáng)極的n型金屬電極108和p型金屬電極109對(duì)調(diào)制器進(jìn)行操作。即，當(dāng)沿正向?qū)㈦妷菏┘釉诙O管上時(shí)，對(duì)調(diào)制器進(jìn)行操作。通過(guò)以這種方式施加電壓，可以降低或拉平圖2A所示、由InN制成的量子阱層152的能帶的傾斜度。此外，可以翻轉(zhuǎn)傾斜度。在本實(shí)施例中，對(duì)調(diào)制器進(jìn)行操作，而不注入任何電流。
圖9按照本發(fā)明示出了半導(dǎo)體光調(diào)制器的特性，即所施加的調(diào)制電壓和透射光強(qiáng)度之間的關(guān)系。如圖9所示，此半導(dǎo)體光調(diào)制器通過(guò)正向偏壓進(jìn)行操作。用于研究圖9中的特性、來(lái)自光源的光的波長(zhǎng)為1.53μm，而且輸入到器件中的光強(qiáng)為10μW。
在光吸收層105中，考慮到極化效應(yīng)，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)量子阱層152的厚度和形成量子阱層152和勢(shì)壘層151的In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)成分的組合，從而允許選擇能夠進(jìn)行調(diào)制的波長(zhǎng)。
應(yīng)當(dāng)注意，考慮到相分離，來(lái)確定用于光吸收層的In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)成分的組合。如圖10所示，在InGaAlN基材料的晶體生長(zhǎng)中，由于存在不混溶區(qū)域，而且在不混溶區(qū)域的條件下發(fā)生相分離，不能生長(zhǎng)任何晶體。圖10示出了通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得到的InGaAlN的不混溶區(qū)域(參見(jiàn)非專利參考文獻(xiàn)6)。參照?qǐng)D10，點(diǎn)劃線表示在600℃生長(zhǎng)InGaAlN時(shí)的不混溶區(qū)域；實(shí)線表示在800℃生長(zhǎng)InGaAlN時(shí)的不混溶區(qū)域；而虛線表示在1,000℃生長(zhǎng)InGaAlN時(shí)的不混溶區(qū)域。在各個(gè)線內(nèi)部的區(qū)域是不混溶區(qū)域。
因此，如果考慮到圖10所示的混溶區(qū)域的條件來(lái)確定成分，可以實(shí)現(xiàn)使用InGaAlN基材料的MQW結(jié)構(gòu)。由于形成圖1A和1B所示的實(shí)施例中的光吸收層105的InN和GaN是二元化合物，不會(huì)發(fā)生與上述相同的相分離，提供了更易于制造的條件。形成勢(shì)壘層151和量子阱層152，而其晶格常數(shù)是失配的。但是，可以考慮圖7所示的InGaAlN基材料的特性，來(lái)確定InGaAlN成分。
通過(guò)將圖1A和1B所示的本實(shí)施例的半導(dǎo)體光調(diào)制器與半導(dǎo)體激光器整體集成在一起，可以實(shí)現(xiàn)具有光調(diào)制器的半導(dǎo)體激光二極管。例如，如圖11所示，通過(guò)在n型半導(dǎo)體襯底1001上形成n型GaN層1002，以及在n型GaN層1002上整體形成波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器1003和具有圖1A和1B所示的層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光調(diào)制器，同時(shí)使激光器1003和調(diào)制器1004的光軸相互對(duì)準(zhǔn)，可以形成外調(diào)制方案的光調(diào)制器。半導(dǎo)體激光器1003由普通的氮化物半導(dǎo)體材料形成。
作為電極，可以在n型GaN層1002上形成公共n型電極，并且可以在半導(dǎo)體激光器1003和半導(dǎo)體光調(diào)制器1004上分別形成p型電極。按照這種結(jié)構(gòu)，可以形成公共陰極，以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)具有更高頻率的光調(diào)制。參照?qǐng)D11，在半導(dǎo)體激光器1003和半導(dǎo)體光調(diào)制器1004之間確保了一定的空間。但是，本發(fā)明并不局限于此。同時(shí)使用如對(duì)接等公知的技術(shù)，可用將這些部件相互緊貼著進(jìn)行排列。代替地，可以通過(guò)其他的技術(shù)，將半導(dǎo)體激光器1003與半導(dǎo)體光調(diào)制器1004進(jìn)行光學(xué)耦合。
以多種類型的雜質(zhì)對(duì)構(gòu)成半導(dǎo)體激光器1003的各個(gè)激光器進(jìn)行摻雜。但是，這樣很難不影響半導(dǎo)體光調(diào)制器1004。
如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體光調(diào)制器通過(guò)正向偏壓進(jìn)行操作，不需要形成抵抗較高的反向偏壓的高雜質(zhì)晶體層。雜質(zhì)的存在不會(huì)引起嚴(yán)重的問(wèn)題。
盡管上面已經(jīng)對(duì)正向偏壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，上述結(jié)構(gòu)可以通過(guò)施加反向偏壓作為反向偏壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作。例如，圖1A和1B所示的電極層由n型GaN形成。同樣，包層104、包層106和接觸層107分別由n型Al0.1Ga0.9N、p型Al0.1Ga0.9N和p型GaN形成。然后，在接觸層107上形成p型金屬電極，在電極層103上形成n型金屬電極。n型金屬電極和p型金屬電極分別可以作為陽(yáng)極和陰極進(jìn)行操作。
在上述實(shí)施例中，直接在如接觸層107等半導(dǎo)體層上形成金屬電極。但是，可以形成絕緣層代替接觸層107，并可以在絕緣層上形成金屬電極。此絕緣層的形成使其可以更為可靠地防止載流子注入到光吸收層105中。
此外，光吸收層的量子阱層可以具有小于勢(shì)壘層的晶格常數(shù)，而且量子阱層的自發(fā)極化與量子阱層所產(chǎn)生的壓電極化在大小上可以互不相同。在這種情況下，通過(guò)使自發(fā)極化和壓電極化的方向相互一致，并且同樣與反向偏壓的方向一致，可以最為有效地施加反向偏壓。如果自發(fā)極化與壓電極化在方向上不同，存在兩個(gè)極化的和。如果和的方向與反向偏壓方向一致就足夠了。
接下來(lái)，將對(duì)本發(fā)明的另一實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖12是按照本發(fā)明另一實(shí)施例示意性地示出了半導(dǎo)體光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示例。
在此半導(dǎo)體光調(diào)制器中，在由n型GaN制成的300-μm厚的襯底1101的表面上形成了背脊形式的光吸收區(qū)域。光吸收區(qū)域如下構(gòu)成下包層1102，大約1.5μm厚，由Si摻雜n型Al0.1Ga0.9N制成；由非摻雜InGaAlN制成的0.5-μm厚的下SCH(分限抑制異質(zhì)結(jié)構(gòu))層1103；具有MQW結(jié)構(gòu)的光吸收層1104；由非摻雜InGaAlN制成的5-μm厚的上SCH層1105；由Mg摻雜p型Al0.1Ga0.9N制成的1.5-μm厚的上包層1106；以及由Mg摻雜p型GaN制成的0.1-μm厚的接觸層1107。光吸收層1104是通過(guò)交替堆疊由In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)制成的阱層和由In1-X′-Y′GaX′AlY′N(0≤X′，Y′≤1，0≤X′+Y′≤1)制成的勢(shì)壘層而形成的MQW結(jié)構(gòu)。
例如，在通過(guò)堆疊這些層而形成的光吸收區(qū)域的兩個(gè)側(cè)部掩埋聚酰亞胺層1110，從而形成背脊結(jié)構(gòu)。接觸層1107的上表面幾乎與聚酰亞胺層1110的上表面齊平。
在接觸層1107上形成由與接觸層1107直接接觸的50-nm厚的鎳層和在鎳層上形成的200-nm厚的金層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。在襯底1101的下表面上形成由與襯底1101直接接觸的50-nm厚的鋁層和200-nm厚的金層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
如上所述，圖12所示的半導(dǎo)體光調(diào)制器具有以下這種SCH結(jié)構(gòu)，其中，設(shè)置在光吸收層1104上下表面上的包層由下包層1102、下SCH層1103、上SCH層1105和上包層1106構(gòu)成。
下面將對(duì)SCH結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。在上述光調(diào)制器中，必須將入射光限制在光吸收層1104中。如果光吸收區(qū)域的厚度大約是光波長(zhǎng)的1/10或更多，則可以利用雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)光進(jìn)行限制。與此相反，如果光吸收區(qū)域具有薄量子阱結(jié)構(gòu)，則光在包層中廣泛傳播。結(jié)果，在有源層中對(duì)光的限制程度下降。
如果在包層和光吸收層之間插入具有處于二者之間的中間折射率的第二包層，限制在光吸收層中的光的電場(chǎng)分布比雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)高得多。利用第二包層的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是上述SCH結(jié)構(gòu)。在圖11所示的半導(dǎo)體光調(diào)制器中，下SCH層1103和上SCH層1105對(duì)應(yīng)于所述第二包層。
在本發(fā)明中，由于光吸收層具有量子阱結(jié)構(gòu)，使用圖12所示的半導(dǎo)體光調(diào)制器中的SCH結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了將光限制在光吸收層中的效應(yīng)，從而改進(jìn)了光吸收層的吸收率。
應(yīng)當(dāng)注意，配置用在上述SCH結(jié)構(gòu)中的上述包層和第二包層，具有比有源區(qū)(光吸收區(qū)域)更大的帶隙能量。
已經(jīng)參照?qǐng)D2A和2B，對(duì)施加反向偏壓的情況進(jìn)行了描述。如果施加反向偏壓，圖2A所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D13所示的狀態(tài)，其中，能帶的傾斜度增加，而且量子阱層152中電子與空穴之間的能量變得比沒(méi)有偏壓時(shí)低。結(jié)果，吸收邊波長(zhǎng)增加。即，如果入射在圖1A和1B所示的半導(dǎo)體光調(diào)制器的光入射端上的光的波長(zhǎng)比未加任何偏壓時(shí)的吸收邊波長(zhǎng)長(zhǎng)，而比施加了反向偏壓時(shí)的吸收邊波長(zhǎng)短時(shí)，只有在未施加任何偏壓時(shí)，光才透射通過(guò)調(diào)制器，輸出。
如上所述，在第二實(shí)施例中，由極化場(chǎng)和p-n節(jié)的形成所產(chǎn)生的內(nèi)建電壓耗盡了光吸收區(qū)域。因而，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作，而不需要外部施加反向偏置直流電壓，而且針對(duì)調(diào)制高強(qiáng)度光的調(diào)制，能夠以高速進(jìn)行操作，而不會(huì)積累載流子。此外，按照本實(shí)施例，由于極化電場(chǎng)耗盡了上下SCH層和光吸收層(多量子阱層)，可以將上下SCH層的厚度降低為限制光所需的最小值。按照本實(shí)施例，這種在厚度上的降低使其能夠減少SCH層所產(chǎn)生的無(wú)效電壓分量，并允許外部調(diào)制電壓非常有效地對(duì)光調(diào)制做出貢獻(xiàn)。這樣可以實(shí)現(xiàn)低壓驅(qū)動(dòng)。此外，按照本實(shí)施例，光吸收層MQW層的數(shù)目可以有一定程度增加，與上下SCH層變薄的程度相當(dāng)。因而，按照本實(shí)施例，消光特性相對(duì)于電壓變化更為陡峭，從而在低壓實(shí)現(xiàn)了操作。此外，可以提供一種半導(dǎo)體光器件，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電壓表現(xiàn)出較小的非線性。
正如上面所描述的那樣，按照本發(fā)明，在形成光吸收層的量子阱結(jié)構(gòu)中，每個(gè)量子阱層由In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)制成，而每個(gè)勢(shì)壘層由In1-X′-Y′GaX′AlY′N(0≤X′，Y′≤1，0≤X′+Y′≤1)制成。因而，光吸收層由具有較小俄歇特性的材料制成，并能夠經(jīng)受工作溫度的影響。
在用作光吸收層的量子阱層中總會(huì)產(chǎn)生自發(fā)極化。按照本發(fā)明，即使在沒(méi)有偏壓的情況下，在光吸收層中仍會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，從而使形成光吸收層的量子阱層的能帶的傾斜度傾斜。結(jié)果，按照本發(fā)明，通過(guò)施加信號(hào)電壓，使量子阱的能帶的傾斜度更為和緩，可以增加由電子和空穴構(gòu)成的激子的結(jié)合能，并且可以改變吸收光的波長(zhǎng)。結(jié)果，按照本發(fā)明，例如，可以通過(guò)使用正向偏壓的操作進(jìn)行調(diào)制。
在按照本發(fā)明的半導(dǎo)體光器件中，即使由于上下包層中雜質(zhì)的擴(kuò)散，增加了MQW層中的殘余雜質(zhì)的數(shù)量和MQW層中p型和n型摻雜的數(shù)量，極化電場(chǎng)和p-n節(jié)的形成所產(chǎn)生的內(nèi)建電壓仍然完全耗盡MQW層，并且可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作，而不需要外部施加反向偏壓。這同樣應(yīng)用于具有SCH層的器件。即使SCH層中摻雜的數(shù)量增加，仍可耗盡SCH層。這使其不需要使用如偏壓T等用于外部施加反向偏壓的附加電路。此外，不需要直流電源單元。此外，由于實(shí)現(xiàn)了低調(diào)制電壓操作，減少了對(duì)用于驅(qū)動(dòng)調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)器的要求。因而，可以實(shí)現(xiàn)在發(fā)射設(shè)備的尺寸和成本上的極大降低。
此外，設(shè)置每個(gè)勢(shì)壘的晶格常數(shù)比每個(gè)量子阱層的晶格常數(shù)大，使量子阱層變形，從而在上述自發(fā)極化之外，產(chǎn)生壓電極化。這使其即使在沒(méi)有任何偏壓時(shí)，仍然能夠在光吸收層中產(chǎn)生電場(chǎng)，并使形成光吸收層的量子阱層的能帶的傾斜度傾斜。但是，如果諸如拉應(yīng)變等自發(fā)極化與壓電極化在方向上不同，組合每個(gè)量子阱層和每個(gè)勢(shì)壘層的成分，使自發(fā)極化的大小與壓電極化的大小不同。
不需要向按照本發(fā)明的半導(dǎo)體光調(diào)制器和具有該半導(dǎo)體光調(diào)制器的激光器施加用于傳統(tǒng)半導(dǎo)體光調(diào)制器的高直流反向偏壓。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，不需要施加任何直流偏壓。由于這個(gè)原因，不需要形成抵抗反向偏壓的高質(zhì)量晶體。這增加了晶體生長(zhǎng)過(guò)程的余地。結(jié)果，可以提供器件的制造產(chǎn)量，并能夠以較低的成本提供器件。此外，由于不需要施加高反向偏壓，可以延長(zhǎng)器件的使用壽命。使用本發(fā)明的器件構(gòu)造通信系統(tǒng)可以提高可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光調(diào)制器，其特征在于至少包括第一導(dǎo)電型的下包層(104，1102)；光吸收層(105，1104)，形成在所述下包層之上，并具有由量子阱層(152)和勢(shì)壘層(151)構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)；以及形成在所述光吸收層之上的第二導(dǎo)電型的上包層(106，1106)，其中，所述量子阱層由In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)制成，所述勢(shì)壘層由In1-X′-Y′GaX′AlY′N(0≤X′，Y′≤1，0≤X′+Y′≤1)制成，而且由所述下包層、所述光吸收層和所述上包層構(gòu)成了具有光入射端的光波導(dǎo)。
2.按照權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于所述光吸收層包括多量子阱結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于在預(yù)定的襯底(101，1101)上形成所述下包層。
4.按照權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其特征在于在沒(méi)有任何偏壓的情況下，在所述光吸收層中產(chǎn)生極化。
5.按照權(quán)利要求4所述的調(diào)制器，其特征在于所述極化是所述光吸收層中產(chǎn)生的自發(fā)極化。
6.按照權(quán)利要求4所述的調(diào)制器，其特征在于所述極化是所述光吸收層中產(chǎn)生的自發(fā)極化和壓電極化的和。
7.按照權(quán)利要求4所述的調(diào)制器，其特征在于所述量子阱層和所述勢(shì)壘層具有不同的晶格常數(shù)。
8.按照權(quán)利要求7所述的調(diào)制器，其特征在于所述量子阱層具有比所述勢(shì)壘層大的晶格常數(shù)。
9.按照權(quán)利要求7所述的調(diào)制器，其特征在于所述量子阱層具有比所述勢(shì)壘層小的晶格常數(shù)。
10.按照權(quán)利要求4所述的調(diào)制器，其特征在于所述量子阱層包括晶體InN，以及所述勢(shì)壘層包括晶體GaN。
11.一種具有光調(diào)制器的激光器，其特征在于包括集成在單一襯底(1001)上的波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器(1003)和半導(dǎo)體光調(diào)制器(1004)，其中，所述半導(dǎo)體光調(diào)制器至少包括第一導(dǎo)電型的下包層；光吸收層，形成在所述下包層之上，并具有由量子阱層和勢(shì)壘層構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)；以及形成在所述光吸收層之上的第二導(dǎo)電型的上包層，所述量子阱層由In1-X-YGaXAlYN(0≤X，Y≤1，0≤X+Y≤1)制成，所述勢(shì)壘層由In1-X′-Y′GaX′AlY′N(0≤X′，Y′≤1，0≤X′+Y′≤1)制成，而且由所述下包層、所述光吸收層和所述上包層構(gòu)成了具有光入射端的光波導(dǎo)。
12.按照權(quán)利要求11所述的激光器，其特征在于所述光調(diào)制器包括多量子阱結(jié)構(gòu)。
13.按照權(quán)利要求11所述的激光器，其特征在于在沒(méi)有任何偏壓的情況下，在所述光吸收層中產(chǎn)生極化。
14.按照權(quán)利要求13所述的激光器，其特征在于所述極化是所述光吸收層中產(chǎn)生的自發(fā)極化。
15.按照權(quán)利要求13所述的激光器，其特征在于所述極化是所述光吸收層中產(chǎn)生的自發(fā)極化和壓電極化的和。
16.按照權(quán)利要求13所述的激光器，其特征在于所述量子阱層和所述勢(shì)壘層具有不同的晶格常數(shù)。
17.按照權(quán)利要求16所述的激光器，其特征在于所述量子阱層具有比所述勢(shì)壘層大的晶格常數(shù)。
18.按照權(quán)利要求16所述的激光器，其特征在于所述量子阱層具有比所述勢(shì)壘層小的晶格常數(shù)。
19.按照權(quán)利要求13所述的激光器，其特征在于所述量子阱層包括晶體InN，以及所述勢(shì)壘層包括晶體GaN。
全文摘要
在本發(fā)明的半導(dǎo)體光調(diào)制器中，用作光吸收層的量子阱結(jié)構(gòu)的每個(gè)量子阱層和每個(gè)勢(shì)壘層分別由In
文檔編號(hào)G02F1/017GK1490644SQ03158879
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2003年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月17日
發(fā)明者松岡隆志, 深野秀樹(shù), 樹(shù) 申請(qǐng)人:日本電信電話株式會(huì)社