專利名稱：光半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及作為光纖的發(fā)送光源所使用的通信用半導(dǎo)體激光器、調(diào)制器，以及集成了這些的集成化光源。
背景技術(shù)：
由于世界范圍內(nèi)因特網(wǎng)的普及，光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量在逐年增加。對于如此的增大，作為光纖網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)備的半導(dǎo)體光源以及調(diào)制器、或者集成了這些的電吸收光源被要求具有更高的速度、低耗電等高性能。近年來，隨著該高性能的要求，取代現(xiàn)有的InGaAsP類，將InGaAlAs類作為活性層的光學(xué)元件的開發(fā)方興未艾。使用了InGaAlAs類的多量子阱(MQWMulti-quantum well)結(jié)構(gòu)是比使用了InGaAsP類的結(jié)構(gòu)更為理想的結(jié)構(gòu)。即，如圖4所示，量子阱層的阱層與阻擋層的傳導(dǎo)帶的不連續(xù)和價(jià)電子帶一側(cè)不連續(xù)的比例ΔEc∶ΔEv，InGaAsP-MQW為4∶6，與此對應(yīng)，InGaAlAs-MQW為7∶3，所以InGaAlAs-MQW一方容易將有效質(zhì)量小的電子關(guān)閉在量子阱層內(nèi)，有效質(zhì)量大的空穴容易在多量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)的各阱層均勻地分布。在圖4中，15是InGaAlAs-MQW的阱層，16是InGaAlAs-MQW的阻擋層，17是InGaAsP-MQW的阱層，18是InGaAsP-MQW阻擋層。半導(dǎo)體電子的有效質(zhì)量因?yàn)樾∮诨虻扔诳昭ǖ臄?shù)分之一所以可知InGaAlAs-MQW為較理想的能帶(band)結(jié)構(gòu)。
該能帶結(jié)構(gòu)是在未向阱層或阻擋層施加應(yīng)力條件下的值。高速化需要微分增益的提高，作為微分增益增大的1個(gè)方法，具有向阱層施加應(yīng)力的方法。當(dāng)向半導(dǎo)體施加應(yīng)力時(shí)，價(jià)電子帶結(jié)構(gòu)變形，退化了的重空穴和輕空穴分離，所以價(jià)電子帶混合的影響較小，有效質(zhì)量也變小，因此當(dāng)應(yīng)用于阱層時(shí)，光學(xué)增益以及微分增益增大。而且，當(dāng)增加量子阱數(shù)量時(shí)微分增益也會提高。在只對阱層施加了應(yīng)力的狀態(tài)下增加量子阱數(shù)量時(shí)，由于在半導(dǎo)體結(jié)晶中發(fā)生位錯(cuò)等，所以對阻擋層施加與阱層反向的應(yīng)力的應(yīng)力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)極為有效。(下面，相對于半導(dǎo)體晶片，將壓應(yīng)力標(biāo)記為+，將拉應(yīng)力標(biāo)記為-)。
但是，當(dāng)施加應(yīng)力時(shí)，半導(dǎo)體的能帶端發(fā)生移位成為與無應(yīng)力的ΔEc∶ΔEv不同的比。例如，在相對于InP晶片具有1.5％應(yīng)力的阱層和-0.55％應(yīng)力的阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)中，ΔEc∶ΔEv約為5.9∶4.1。另外，具有-1.2％應(yīng)力的阱層和0.55％應(yīng)力的阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)中，ΔEc∶ΔEv約為6.4∶3.6。如此，雖然是InGaAlAs類，在為了獲得高性能而向阱層施加了應(yīng)力的量子結(jié)構(gòu)中，能帶結(jié)構(gòu)不能說是理想的。在傳導(dǎo)帶產(chǎn)生電子的載流子溢出，在價(jià)電子帶，在多量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)空穴容易變?yōu)椴痪鶆虻卮嬖?。其原因在于能帶不連續(xù)的ΔEc、ΔEv由InxGayAI(1-x-y)As的組成比與應(yīng)力量來決定，特別是單獨(dú)地改變ΔEc和ΔEv幾乎不可能。因此，當(dāng)要抑制傳導(dǎo)帶一側(cè)的電子的載流子溢出而增大阻擋層的帶隙(縮短組成波長)時(shí)，ΔEv也與ΔEc一同變大，所以價(jià)電子帶一側(cè)的空穴容易變?yōu)椴痪鶆虼嬖冢C上所述微分增益等激光特性沒有提高。
而且，我們明確了在InGaAlAs-MQW激光器中，ΔEv的增加帶來元件電阻的增大。圖5是通過我們測定到的InGaAlAs-MQW脊形波導(dǎo)(ridgewaveguide)激光器中的閾電流和臺式條狀寬度(mesa stripe width)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的元件電阻的關(guān)系。元件電阻在包含相同的活性層的多層結(jié)構(gòu)中，即使是在相同的導(dǎo)波路徑結(jié)構(gòu)中也改變端面反射率等振蕩器損失，當(dāng)使閾電流變化時(shí)元件電阻發(fā)生變化。圖中的△是以阻擋層的InGaAlAs的組成波長為0.92μm(帶隙1.348eV)制作成的激光器，○是以阻擋層的InGaAlAs的組成波長為1.0μm(帶隙1.239eV)制作成的激光器。除了阻擋層的組成波長之外，激光器結(jié)構(gòu)相同。從圖中得知，組成波長為1.0μm的激光器元件電阻低。考慮到其原因在于根據(jù)電子和空穴的有效質(zhì)量比、ΔEc、ΔEv比價(jià)電子帶的ΔEv的大小。即，相對于組成波長為0.92μm的阻擋層的阱層的ΔEv為156meV，在組成波長為1.0μm時(shí)為123meV，較小。該差反映了元件電阻的不同。
如此，在現(xiàn)有的技術(shù)中，因?yàn)椴荒軉为?dú)地控制ΔEc和ΔEv，所以實(shí)現(xiàn)同時(shí)滿足提高微分增益和提高元件電阻降低等激光器特性的元件極為困難。
同樣，在電場吸收型調(diào)制器中也產(chǎn)生由ΔEc和Δev引起的問題。當(dāng)ΔEv大時(shí)，產(chǎn)生不從多量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)引出空穴的堆積現(xiàn)象，由于光信號的圖案光信號惡化，或由于被稱為啁啾(chirp)的光波長的動態(tài)變動而阻礙光纖中的長距離傳輸。當(dāng)減少阻擋層的帶隙(增大組成波長)時(shí)ΔEv變小，堆積現(xiàn)象降低。但是，同時(shí)ΔEc也變小，因此傳導(dǎo)帶一側(cè)的量子效果變小，半導(dǎo)體帶隙的吸收端模糊。因此，存在的問題為在未施加電壓時(shí)，也就是說即使電平為“1”也吸收光，消光比惡化。這種情況也是因?yàn)椴荒軉为?dú)地控制ΔEc和ΔEv。
另外，作為其他的現(xiàn)有技術(shù)，具有在專利文獻(xiàn)1中公開的半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)以及使用了該結(jié)構(gòu)的光控元件。在該公開中，作為阱層使用膜厚1.8nm的In0.8Ga0.2As，作為阻擋層使用膜厚5.5nm的AIAs0.55Sb0.45或AIAs0.5Sb0.5。該元件是利用傳導(dǎo)帶一側(cè)的ΔEc大的現(xiàn)象，通過傳導(dǎo)帶一側(cè)的第1能級和第2能級的子間帶躍遷進(jìn)行高速光開關(guān)的元件。但是，關(guān)于可以單獨(dú)地調(diào)整ΔEc和ΔEv這一點(diǎn)未被使用，沒有對作為本發(fā)明的目的的微分增益的提高進(jìn)行敘述。另外，ΔEv大于等于280meV，而且根據(jù)其動作原理沒有在包含金屬包層的阱層之外施行摻雜。
專利文獻(xiàn)1特開2003-329988。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第1課題在于提供一種元件電阻低，可在包括高溫的較廣范圍的溫度區(qū)域高速調(diào)制的半導(dǎo)體激光器。而且，本發(fā)明還要解決的第2課題在于提供與現(xiàn)有技術(shù)相比以更低的電壓進(jìn)行動作，啁啾小，消光比大的光調(diào)制元件。另外，本發(fā)明還要解決的第3課題在于提供一種半導(dǎo)體激光光源，它集成了元件電阻低，可在包括高溫的較廣范圍的溫度區(qū)域高速調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，和與現(xiàn)有技術(shù)相比以更低的電壓進(jìn)行動作，啁啾小，消光比大的光調(diào)制元件。
另外，本發(fā)明要解決的第3課題在于提供通電惡化極小，即具有長期可靠性的半導(dǎo)體光學(xué)元件。
在本發(fā)明中，上述的第1、第2以及第3課題由具有以下特征的半導(dǎo)體裝置達(dá)成包含在InP半導(dǎo)體晶片的上部形成的多量子阱結(jié)構(gòu)和向該多量子阱結(jié)構(gòu)施加電壓，或注入電流的單元，該多量子阱結(jié)構(gòu)的阱層由相對于該晶片具有不同晶格常數(shù)的InGaAlAs層構(gòu)成，該多量子阱結(jié)構(gòu)的阻擋層由相對于該晶片具有不同晶格常數(shù)的，并且具有與該阱層的應(yīng)力符號相反符號的應(yīng)力的InGaAlAsSb層構(gòu)成。
在本發(fā)明中，因?yàn)橥ㄟ^由InGaAlAs應(yīng)力阱層和InGaAlAsSb應(yīng)力阻擋層所構(gòu)成的應(yīng)力補(bǔ)嘗MQW結(jié)構(gòu)，可以任意地設(shè)定ΔEc和ΔEv，所以關(guān)于半導(dǎo)體激光器，對可以同時(shí)達(dá)到元件電阻降低和微分增益提高具有效果。而且，通過向阻擋層導(dǎo)入Sb，對可靠性的提高也具有效果。再者，通過向電場吸收型調(diào)制器的應(yīng)用，具有降低驅(qū)動電壓、降低啁啾、增大消光比、降低圖形(pattern)效應(yīng)的效果。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的光半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的多阱層的能帶圖。
圖3是表示本發(fā)明的效果的微分增益或In組成與阻擋層的Sb組成的關(guān)系圖。
圖4是現(xiàn)有例的能帶圖。
圖5是表示現(xiàn)有例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖6是表示本發(fā)明的效果的元件合格品率與試驗(yàn)溫度的關(guān)系圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的光半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例的光半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示本發(fā)明的效果的老化測試后的閾值電流的變動與阻擋層的應(yīng)力的關(guān)系圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施例的光半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例的能帶結(jié)構(gòu)圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例的能帶結(jié)構(gòu)圖。
圖13是表示現(xiàn)有例的能帶結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
(第1實(shí)施例)第1實(shí)施例是在用于光纖通信的1.3μm帶DFB激光器中應(yīng)用本發(fā)明的例子。除了活性層以外，激光器的結(jié)構(gòu)可以是眾所周知的結(jié)構(gòu)。圖1表示本實(shí)施例的激光器結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖1中，1是n型InP晶片，可以作為下部金屬包層發(fā)揮作用。2是厚30nm的n型InAlAs層，3是載流子濃度為1×1018cm-3，厚0.08μm的n型InGaAlAs的GRIN-SCH層，4是由In0.733Ga0.132Al0.135As的阱層，In0.36Ga0.32Al0.32As0.92Sb0.08的阻擋層構(gòu)成的MQW層，阱層厚5nm，相對于InP晶片1具有壓應(yīng)力1.4％，阻擋層厚8nm，相對于InP晶片1具有拉應(yīng)力-0.55％。另外，阱層的層數(shù)為10，挾著阱層的阻擋層的總數(shù)為11。5是載流子濃度6×1017cm-3、厚0.04μm的p型InGaAlAs的GRIN-SCH層，6是載流子濃度9×1017cm-3、厚0.04μm的p型InAlAs的電子阻止層，7是載流子濃度1.4×1018cm-3、厚0.07μm的p型InGaAsP的衍射光柵層。7的衍射光柵層的組成波長為1.15μm。8是載流子濃度1.2×1018cm-3、厚1.5μm的p型InP的第1上部金屬包層，為寬1.8μm的脊形波導(dǎo)的臺式條狀(mesa stripe)。9是用于取得與電極歐姆連接的連接層，使用在InP晶片上晶格整合了的p型InGaAs。
圖2表示MQW結(jié)構(gòu)的能帶的結(jié)構(gòu)。13是應(yīng)力1.4％的In0.733Ga0.132AI0.135As的阱層，14是應(yīng)力-0.55％的In0.36Ga0.32Al0.32As0.92Sb0.08的阻擋層，組成波長是0.87μm。本結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)帶一側(cè)的能帶不連續(xù)ΔEc為413meV，較大。在價(jià)電子帶一側(cè)，退化了的重空穴和輕空穴因應(yīng)力而大大地分離，如圖2所示，在施加了壓應(yīng)力的阱層內(nèi)，實(shí)線的重空穴向上移位，虛線的輕空穴向下移位。相反，在施加了拉應(yīng)力的阻擋層，虛線的輕空穴向上移位，實(shí)線的重空穴向下移位。因此，實(shí)效的價(jià)電子帶中的量子阱的深度，即在現(xiàn)有例中記述為ΔEv的量，在本實(shí)施例中為阱層內(nèi)的重空穴和阻擋層的輕空穴之差ΔEv-HL。在本實(shí)施例中，ΔEv-HL為123meV。在現(xiàn)有例中，雖然省略了說明，但是從提高微分增益的觀點(diǎn)來看，價(jià)電子帶中的能帶不連續(xù)ΔEv(ΔEv-HL)比較大時(shí)較理想，均勻的空穴的存在以及元件電阻處于折衷選擇的關(guān)系。在本實(shí)施例中，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的組成波長1.0μm的InGaAlAs阻擋層相同，設(shè)為ΔEv。圖3為一邊調(diào)整InxGayAl1-x-yAs1-zSbz的組成以使ΔEv為恒定，一邊增大Sb的組成時(shí)的微分增益的計(jì)算結(jié)果。在微分增益的計(jì)算中使用根據(jù)Kane模型以及4×4哈密頓量矩陣(Luttinger-Kohn Hamiltonean)求出的能帶結(jié)構(gòu)，考慮載流子溢出進(jìn)行了25℃、85℃的研究。在圖3中，最左的Sb組成為0的是現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)。如從圖中得知那樣，在25℃、85℃的環(huán)境溫度下，微分增益與Sb組成一起增大，Sb組成在大約0.1附近成為最大，可知與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，微分增益大約增大20％至70％。該微分增益增大的主要原因在于載流子溢出的降低。當(dāng)進(jìn)一步增加Sb組成時(shí)微分增益減少。該減少的原因在于在圖3中一同表示的，伴隨In組成的減少阻擋層空穴的有效質(zhì)量的增大。因此，在本實(shí)施例中，Sb組成z的理想范圍被認(rèn)為在85℃的環(huán)境溫度下0＜z≤0.3。另外，根據(jù)圖3，理想的In組成為大于或等于0.1。
另外，在本實(shí)施例中，雖然為了使ΔEv為123meV而調(diào)整了InGaAlAsSb的組成，但是通過Sb以及In和Al的組成的調(diào)整，可以單獨(dú)地調(diào)整ΔEc和ΔEv，可以與量子阱層數(shù)等參數(shù)一同對ΔEc、Δev進(jìn)行最優(yōu)化。
在本實(shí)施例中，制作振蕩器長200μm，前面設(shè)置0.4％的低反射膜、后面設(shè)置90％的反射鏡的DFB激光器，元件電阻反映較低的ΔEv，與現(xiàn)有的使用0.92μm組成的InGaAlAs阻擋層的激光器相比為低3成的5.6Ω。另外，85℃的微分增益可以得到與現(xiàn)有的使用了1.0μm組成的InGaAlAs阻擋層的激光器相比高7成的5.2×10-16cm2。將與以往例的比較歸納為表1。
表1

如根據(jù)表1所得知的那樣，本發(fā)明的元件可以獲得的特性為同時(shí)具有與1.0μm組成的InGaAlAs阻擋層同等的低元件電阻和與0.92μm組成的InGaAlAs阻擋層的微分增益同等的微分增益?？梢源蚱片F(xiàn)有的折衷選擇。另外，本實(shí)施例的元件在25℃、85℃的環(huán)境溫度下，可以得到7.8mA、17.5mA的低閾電流。斜率效率在25℃、85℃的環(huán)境溫度下分別為0.28W/A、0.21W/A，較良好。另外，因?yàn)橹谱鞒鲅苌涔鈻啪哂型ㄟ^EB描畫制作出的移位位置位于8∶2的后方的λ/4型的結(jié)構(gòu)的元件，所以單模通路關(guān)閉為60％，較為良好。反映以上的特性，可以在85℃的環(huán)境溫度下在消光比為7dB，25Gb/s的傳輸中得到良好的眼開(eve opening)。
另外，在本實(shí)施例中，在可靠性方面，得到比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的激光器好的結(jié)果。圖6表示本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的具有InGaAlAs阻擋層的半導(dǎo)體激光器的老化測試的結(jié)果。該試驗(yàn)在某溫度下通入恒定電流40個(gè)小時(shí)，根據(jù)與試驗(yàn)前的閾電流的變化來判斷是否發(fā)生了老化，在本試驗(yàn)中，閾電流的變化小于或等于7％為合格。使溫度從80℃變化到130℃來進(jìn)行試驗(yàn)。如圖6所示，在大于或等于100℃時(shí)，兩元件共同得到100％的合格率。但是，在大于100℃的環(huán)境溫度下，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的InGaAlAs激光器的合格率降低的幅度大。另一方面，本實(shí)施例的InGaAlAsSb阻擋層的元件直到120℃還可以得到100％的合格率。推測其因?yàn)樽钃鯇又械慕Y(jié)晶的V族原子(V group atom(s))由As和Sb構(gòu)成，所以即使發(fā)生晶體缺陷位錯(cuò)也難以進(jìn)行。而且，推測其原因?yàn)镾b在結(jié)晶成長時(shí)容易2次成長，所以MQW層即使在原子層級(atomiclayer order)也平坦。
另外，在本實(shí)施例中，從可靠性的觀點(diǎn)來看必須進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)嘗。在本實(shí)施例中制作只改變了阻擋層的應(yīng)力的元件，圖9表示其在進(jìn)行了老化試驗(yàn)之后的試驗(yàn)前后的閾電流的變化。老化試驗(yàn)進(jìn)行110℃、40小時(shí)、110mA的通電。圖中的曲線(白圈)是10個(gè)元件的閾電流變動的比例的中間值(median值)。從圖中得知，阻擋層的應(yīng)力量在+側(cè)范圍閾電流的變動比-0.1％一側(cè)顯著增大。此外，在+0.05％的阻擋層應(yīng)力中激光器沒有共振。即使是阱層的應(yīng)力量為+0.7％的元件也具有相同傾向，在+側(cè)閾電流的變動比-0.1％一側(cè)顯著地增大了。認(rèn)為其原因?yàn)楫?dāng)不進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)嘗時(shí)由于老化試驗(yàn)等外部壓力，多量子阱結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性完全惡化。因此，在阱層為壓應(yīng)力的情況下，在阻擋層必須至少施加小于或等于-0.1％(應(yīng)力量的絕對值為大于或等于O.1％)的拉應(yīng)力。
在本實(shí)施例中，雖然MQW層的阻擋層是無摻雜的，但如果是只將阻擋層實(shí)施了p型摻雜的p型調(diào)制摻雜MQW結(jié)構(gòu)，那么微分增益將進(jìn)一步提高。另外，有關(guān)本實(shí)施例的壓應(yīng)力的阱層，為了增大微分增益，所希望的值為量子尺寸效應(yīng)充分顯現(xiàn)的大于或等于4nm小于或等于7nm。另外，在阻擋層，希望在相鄰的量子阱層形成的波動函數(shù)不相互重疊。一般情況下，用于實(shí)現(xiàn)該愿望的寬度在為半導(dǎo)體激光器的情況下為大于或等于6nm。但是，因?yàn)樽钃鯇邮怯?種元素形成的InGaAlAsSb構(gòu)成，實(shí)效的電子的有效質(zhì)量變大，所以希望阻擋層厚為大于或等于4nm。
(第2實(shí)施例)第2實(shí)施例是在用于光纖通信的1.3μm帶DFB(distributed feedback)激光器中應(yīng)用了本發(fā)明的例子?；钚詫右酝獾募す馄鹘Y(jié)構(gòu)可以采用眾所周知的結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，應(yīng)用了如圖7所示的在p型InP晶片上制作出的埋入型激光器。在圖7中，19是p型InP晶片，可以作為下部金屬包層發(fā)揮作用。23是載流子濃度為9×1017cm-3、厚度為0.03μm的p型InAlAs的電子阻止層，20是載流子濃度為8×1017cm-3、厚度為0.06μm、組成波長為0.92μm的p型InGaAlAs的SCH層，21是由In0.329Ga0.649Al0.022As的阱層，In0.555Ga0.152Al0.293As0.96Sb0.04(組成波長1.06μm)的阻擋層構(gòu)成的MQW層，阱層厚度為7nm，相對于InP晶片1具有拉應(yīng)力-1.4％，阻擋層厚度為8nm，相對于InP晶片1具有壓應(yīng)力0.5％。本結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)帶一側(cè)的能帶不連續(xù)ΔEc為312meV，較大。另外，阱層的層數(shù)為8，挾著阱層的阻擋層的總數(shù)為9。22是載流子濃度為1×1018cm-3、厚度為0.06μm、組成波長為0.92μm的n型InGaAlAs的SCH層，24是載流子濃度為1.O×1018cm-3、厚度為0.07μm、組成波長為1.15μm的n型InGaAsP，在上部的厚度0.03μm處具有凹凸形狀的衍射光柵層。25是載流子濃度為1.0×1018cm-3的n型InP金屬包層，26是用于得到與電極歐姆連接的連接層，使用在InP晶片上晶格整合了的InGaAsP。27是用于使電流只在活性層流動的半導(dǎo)體電流阻擋層。另外，10是SiO2保護(hù)膜，11是p側(cè)電極，12是n側(cè)電極。
在本實(shí)施例中，因?yàn)镸QW層的阱層是拉應(yīng)力，所以在阱層內(nèi)輕空穴向上移位，重空穴向下移位，因此由輕空穴與傳導(dǎo)帶一側(cè)的電子以TM模式進(jìn)行激光振蕩。另外，相反地在施加了壓應(yīng)力的阻擋層，輕空穴向上移位，重空穴向下移動。在本實(shí)施例中，與ΔEv相當(dāng)?shù)氖亲鳛橼鍖觾?nèi)的輕空穴與阻擋層的重空穴之差的ΔEv-HL。在本實(shí)施例中，ΔEv-HL為125meV。在本實(shí)施例中，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的組成波長1.08μm的InGaAlAs阻擋層相同，設(shè)為ΔEv。與實(shí)施例1相同，一邊調(diào)整InxGayAl1-x-yAs1-zSbz的組成以使ΔEv為恒定，一邊增大Sb的組成時(shí)的微分增益的計(jì)算結(jié)果可以定性地得到幾乎與實(shí)施例1相同的傾向。即在25℃、85℃兩種環(huán)境溫度下，伴隨Sb組成的增大微分增益也增大了。得知Sb組成在大約0.06附近為最大，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，在25℃的環(huán)境溫度下微分增益增大約12％，在85℃的環(huán)境溫度下微分增益增大約13％。與實(shí)施例1相比，微分增益提高的效果小。但是，原來拉應(yīng)力的量子阱層的微分增益高，在本實(shí)施例中，25℃環(huán)境溫度下為9.1×10-16cm2，在85℃環(huán)境溫度下為7.5×10-16cm2，與壓應(yīng)力相比可以得到較大的微分增益。當(dāng)再增加Sb組成時(shí)，與實(shí)施例1一樣，微分增益減少。這些傾向的原因與實(shí)施例1相同。Sb組成z的理想范圍是在85℃環(huán)境溫度下0＜z≤0.15。另外，理想的In組成是大于或等于0.5。
而且，即使在本實(shí)施例中，也可以在進(jìn)行了與實(shí)施例1相同的老化試驗(yàn)時(shí)得到與圖9相同的傾向。即，在本實(shí)施例中，因?yàn)橼鍖邮抢瓚?yīng)力，所以在阻擋層導(dǎo)入了大于或等于0.1％的壓應(yīng)力的情況下，老化試驗(yàn)前后的閾電流的增加為中間值，小于或等于10％。在阻擋層的應(yīng)力為0％的情況下，確認(rèn)了閾電流增大42％。因此，希望在阻擋層上施加大于或等于0.1％的壓應(yīng)力。
此外，在本實(shí)施例中，雖然為了使ΔEv為126meV而調(diào)整了InGaAlAsSb的組成，但是通過Sb以及In和Al的組成的調(diào)整，可以單獨(dú)地調(diào)整ΔEc和ΔEv，可以與量子阱層數(shù)等參數(shù)一同對ΔEc、Δev進(jìn)行最優(yōu)化。
另外，在本實(shí)施例中，制作振蕩器長200μm，前面設(shè)置0.4％的低反射膜、后面設(shè)置90％的反射鏡的DFB激光器，元件電阻反映較低的ΔEv，與現(xiàn)有的使用InGaAlAs阻擋層的激光器相比為低2.3成的4.8Ω。另外，85℃環(huán)境溫度下的微分增益可以得到比現(xiàn)有的使用InGaAlAs阻擋層的激光器高1成的7.3×10-16cm2，可以實(shí)現(xiàn)兼有低元件電阻和高微分增益的半導(dǎo)體激光器。反映以上良好的特性，可以在80℃環(huán)境溫度下在消光比為6dB，40Gb/s的傳輸中得到良好的眼開(eye opening)。
此外，在本實(shí)施例中，雖然在SCH層使用了InGaAlAs，但當(dāng)使用InGaAlAsSb或InAlAsSb時(shí)，包含SCH層可得到理想的能帶結(jié)構(gòu)。另外，關(guān)于本實(shí)施例那樣的拉應(yīng)力的阱層，微分增益增大的理想的阱層寬度為4到9nm。另外，與實(shí)施例1一樣，在阻擋層中希望在相鄰的量子阱層形成的波動函數(shù)不相互重疊，用于實(shí)現(xiàn)該愿望的寬度為大于或等于4nm。
(第3實(shí)施例)本實(shí)施例是將本發(fā)明應(yīng)用于在InP晶片上制作出的用于光纖通信的1.55μm帶DFB脊形激光器的例子。活性層之外的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1大致相同。MQW層由In0.734Ga0.210Al0.056As的阱層，In0.368Ga0.399Al0.233As0.92Sb0.08(組成波長984μm)的阻擋層構(gòu)成，阱層厚度為5nm，相對于InP晶片1具有壓應(yīng)力1.4％，阻擋層厚度為8nm，相對于InP晶片1具有拉應(yīng)力-0.5％。另外，阱層的層數(shù)為12，挾著阱層的阻擋層的總數(shù)為13。本結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)帶一側(cè)的能帶不連續(xù)ΔEc為409meV，較大。價(jià)電子帶一側(cè)也和實(shí)施例1相同，退化了的重空穴和輕空穴由于應(yīng)力而大大地分離，在阱層內(nèi)重空穴向上移位，相反，在施加了拉應(yīng)力的阻擋層輕空穴向上移位。實(shí)效的價(jià)電子帶中的量子阱的深度ΔEv-HL為123meV。從提高微分增益的觀點(diǎn)來看，本實(shí)施例的1.55μm帶的MQW層也一樣，價(jià)電子帶中的能帶不連續(xù)ΔEv-HL較大時(shí)比較理想，均勻的空穴存在與元件電阻處于折衷選擇關(guān)系。在本實(shí)施例中，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的組成波長1.55μm的InGaAlAs阻擋層相同，設(shè)為ΔEv。與實(shí)施例1一樣，一邊調(diào)整InxGayAl1-x-yAs1-zSbz的組成以使ΔEv為恒定，一邊增大Sb的組成時(shí)的微分增益的計(jì)算結(jié)果可以定性地得到幾乎與實(shí)施例1相同的傾向。即，得知在25℃、85℃兩種環(huán)境溫度下，微分增益與Sb組成一同增大，Sb組成在大約0.1附近為最大，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，25℃環(huán)境溫度下微分增益增大到約27％，85℃環(huán)境溫度下微分增益增大到約116％。當(dāng)再增加Sb組成時(shí)，微分增益減少。這些傾向的原因與實(shí)施例1相同，Sb組成z的理想范圍是85℃環(huán)境溫度下0＜z≤0.3。另外，理想的In組成為大于或等于0.14。而且，與實(shí)施例1一樣，從可靠性的觀點(diǎn)看，如本實(shí)施例所示，在阱層為壓應(yīng)力的情況下，在阻擋層上施加至少為小于或等于-0.1％(應(yīng)力量的絕對值為大于或等于0.1％)的拉應(yīng)力較理想。
另外，在本實(shí)施例中，雖然為了使ΔEv為123meV而調(diào)整了InGaAlAsSb的組成，但通過Sb以及In和Al的組成的調(diào)整，可以單獨(dú)地調(diào)整ΔEc和ΔEv，可以與量子阱層數(shù)等參數(shù)一同對ΔEc、Δev進(jìn)行最優(yōu)化。
在本實(shí)施例中，制作共振器長200μm，前面設(shè)置了0.4％的低反射膜、后面設(shè)置了75％的反射鏡的DFB激光器，元件電阻反映較低的ΔEv，與現(xiàn)有的使用1.0μm組成的InGaAlAs阻擋層的激光器相比，為低2.5成的5.0Ω。另外，85℃環(huán)境條件下的微分增益可以得到比現(xiàn)有的使用1.15μm組成的InGaAlAs阻擋層的激光器高116％的5.4×10-16cm2。這樣，本發(fā)明的元件可以得到特性為兼具與1.15μm組成的InGaAlAs阻擋層相同的低元件電阻和與1.0μm組成的InGaAlAs阻擋層的微分增益相同的微分增益，可以打破現(xiàn)有的折衷選擇。另外，本實(shí)施例的元件，在25℃、85℃的環(huán)境溫度下，可以得到10.2mA、21.5mA的較低的閾電流。斜率效率在25℃、85℃的環(huán)境溫度下分別為0.24W/A、0.19W/A，較為良好。另外，因?yàn)橹谱髁搜苌涔鈻啪哂型ㄟ^EB描畫制作了的移位位置位于7∶3的后方的λ/4型結(jié)構(gòu)的激光器，所以單一模式通路關(guān)閉為62％，較良好。反映以上良好的特性，可以在85℃環(huán)境溫度下在消光比為7dB，20Gb/s的傳輸中得到良好的眼開(eye opening)。
(第4實(shí)施例)本實(shí)施例是將本發(fā)明應(yīng)用于在InP晶片上制作出的用于通信的1.55μm帶的電場吸收型調(diào)制器的例子。MQW吸收層之外的調(diào)制器的結(jié)構(gòu)可以采用眾所周知的結(jié)構(gòu)。圖8是本實(shí)施例的調(diào)制器結(jié)構(gòu)的俯視圖。在圖8中，1是n型InP晶片，作為下部金屬包層發(fā)揮作用。3是載流子濃度為1×1018cm-3、厚度為0.08μm的n型InGaAlAs的GRIN(graded index)-SCH層，30是由In0.654Ga0.290Al0.056As的阱層，In0.386Ga0.526Al0.088As0.94Sb0.06的阻擋層構(gòu)成的MQW層，阱層厚度為9nm，相對于InP晶片1具有壓應(yīng)力0.85％，阻擋層厚度為6nm，相對于InP晶片1具有拉應(yīng)力-0.55％。另外，阱層的層數(shù)為10，挾著阱層的阻擋層的總數(shù)為11。5是載流子濃度為6×1017cm-3、厚度為0.04μm的p型InGaAlAs的GRIN-SCH層，6是載流子濃度為9×1017cm-3、厚度為0.04μm的p型InAlAs的電子阻止層，7是載流子濃度為1.4×1018cm-3、厚度為0.07μm的p型InGaAsP的衍射光柵層。7的衍射光柵層的組成波長射為1.15μm。8是載流子濃度為1.2×1018cm-3、厚度為1.5μm的p型InP的第1上部金屬包層，為寬1.8μm的脊形導(dǎo)波導(dǎo)(ridge waveguide)的臺式條狀(mesa stripe)。9是用于取得與電極歐姆連接的連接層，使用在InP晶片上晶格整合了的p型InGaAs。
本實(shí)施例的ΔEc與190meV和現(xiàn)有InGaAsP類或InGaAlAs類的大約100meV左右相比非常大。而且，ΔEv(ΔEv-HL)與25meV和現(xiàn)有材料中的大約70meV左右相比非常小。因此，與目前比較，通過“1”電平的光吸收非常少，可以實(shí)現(xiàn)沒有因堆積而引起的輸入信號的圖像效應(yīng)(pattern effect ofinput signal)和啁啾惡化的良好的電場吸收型調(diào)制器。
本實(shí)施例的電場吸收型調(diào)制器的下降時(shí)間為15ps極短，可以得到基于38GHz的高頻響應(yīng)特性和低啁啾的傳輸速度為每秒20Gb/s的普通色散光纖的60Km的最大傳輸距離。
另外，關(guān)于可靠性，在為吸收型調(diào)制器的情況下，幾乎不存在像激光器那樣的老化試驗(yàn)以及長期可靠性的預(yù)測。但是，在實(shí)施例1中，根據(jù)有無應(yīng)力補(bǔ)嘗，和有無由于結(jié)晶性引起了元件老化，因此，即使在調(diào)制器中，如果導(dǎo)入與激光器相同的應(yīng)力補(bǔ)嘗，也可以確保長期的可靠性。因此，在阻擋層至少施加小于或等于-0.1％(應(yīng)力量的絕對值為大于或等于0.1)的拉應(yīng)力是較為理想的。
另外，在本實(shí)施例中，雖然為了使ΔEv為25meV而調(diào)整了InGaAlAsSb的組成，但通過Sb以及In和Al的組成的調(diào)整，可以單獨(dú)地調(diào)整ΔEc和ΔEv，可以與量子阱層數(shù)等參數(shù)一同對ΔEc、ΔEv進(jìn)行最優(yōu)化。
而且，在本實(shí)施例中，雖然以壓應(yīng)力實(shí)施了阱層，但也可以拉應(yīng)力來實(shí)施。在以拉應(yīng)力實(shí)施的情況下，為了形成1.55μm帶的吸收型調(diào)制器，因?yàn)橼鍖訛镮nGaAs所以與壓應(yīng)力的InGaAlAsSb相組合可以得到與本實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，在阱層中由于某拉應(yīng)力光的偏波依存性變小，所以可以制成良好的吸收型調(diào)制器。此時(shí)，從可靠性的觀點(diǎn)來看，在阻擋層至少施加大于或等于0.1％的壓應(yīng)力是較為理想的。在本實(shí)施例中，雖然在SCH層使用了InGaAlAs，但是，當(dāng)使用InGaAlAsSb或InAlAsSb時(shí)，包括SCH層可以得到理想的能帶結(jié)構(gòu)。另外，在像本實(shí)施例那樣的電場吸收型調(diào)制器中，阱層的寬度越寬，量子局限的史塔克效應(yīng)(quantum confined Stark effect)越顯著，所以理想的阱層寬度為6到15nm。
(第5實(shí)施例)本發(fā)明第5實(shí)施例應(yīng)用于集成了半導(dǎo)體激光器和對激光進(jìn)行調(diào)制的電場吸收型調(diào)制器的光學(xué)集成設(shè)備。圖10表示與光學(xué)集成設(shè)備的脊形波導(dǎo)(ridgewaveguide)的臺式條狀(mesa stripe)平行的方向的縱剖面圖。在圖10中1是n型InP晶片，50是光學(xué)集成設(shè)備的激光器區(qū)域，51是電場吸收型調(diào)制器區(qū)域，54是載流子濃度為1×1018cm-3、厚度為0.08μm、組成波長0.95μm的n型InGaAlAs的SCH層，55是載流子濃度為0.5×1017cm-3、厚度為0.08μm的p型InGaAlAs的SCH層，56是載流子濃度為4×1017cm-3、厚度為0.04μm的p型InAlAs的電子阻值層，57是載流子濃度為1×1018cm-3、厚度為0.05μm的p型InGaAsP的衍射光柵層，兼蝕刻阻止層。8是載流子濃度為8×1017cm-3、厚度為1.5μm的p型InP金屬包層，成為寬1.7μm的脊形波導(dǎo)(ridge waveguide)的臺式條狀(mesa stripe)。9是用于取得與激光器區(qū)域的p側(cè)電極58或調(diào)制器區(qū)域的p電極59的歐姆連接的連接層，使用在InP晶片上晶格整合了的InGaAs。60是n側(cè)電極，61是半導(dǎo)體激光器部分的后端面反射膜，反射率為90％。在由57的InGaAsP構(gòu)成的衍射光柵結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入λ/4結(jié)構(gòu)，得到較高的單模運(yùn)行(single mode operation)。53是激光器區(qū)域的MQW層，由In0.734Ga0.210Al0.056As的阱層，In0.368Ga0.399Al0.233As0.92Sb0.08(組成波長984μm)的阻擋層構(gòu)成，阱層厚度為5nm，相對于InP晶片1具有壓應(yīng)力1.4％，阻擋層厚度為8nm，相對于InP晶片具有拉應(yīng)力-0.5％。另外，阱層的層數(shù)為8，挾著阱層的阻擋層的總數(shù)為9。本結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)帶一側(cè)的能帶不連續(xù)ΔEc為409meV，比較大。實(shí)效的價(jià)電子帶中的量子阱的深度ΔEv-HL為123meV。52是電場吸收型調(diào)制器的MQW層，是由In0.661Ga0.268Al0.071As的阱層，In0.385Ga0.511Al0.104As0.92Sb0.08的阻擋層構(gòu)成的MQW層，阱層厚度為9nm，相對于InP晶片1具有壓應(yīng)力0.9％，阻擋層厚度為6nm，相對于InP晶片具有拉應(yīng)力-0.4％。另外，阱層的層數(shù)為10，挾著阱層的阻擋層的總數(shù)為11。ΔEc為214meV比較大，ΔEv為21meV比較小，為理想的能帶結(jié)構(gòu)。另外，62是反射率小于或等于0.6％的反射防止膜，為了降低實(shí)際的反射率還設(shè)置了InP層的窗結(jié)構(gòu)63。
在調(diào)制器集成設(shè)備中，激光器部分始終發(fā)射激光，由位于其前方的電場吸收型調(diào)制器部分對激光進(jìn)行高速調(diào)制。調(diào)制器內(nèi)的多量子阱構(gòu)造3b是當(dāng)在調(diào)制器的電極59施加反電壓時(shí)，根據(jù)量子局限的史塔克效應(yīng)，激光由調(diào)制器吸收，不輸出到外部。當(dāng)調(diào)制器部分上部電極59的電壓較小時(shí)，激光不由調(diào)制器吸收，而是輸出到外部。
該電場吸收型調(diào)制器集成光學(xué)設(shè)備的下降時(shí)間為18ps極短，可以得到基于24GHz的高頻響應(yīng)特性和低啁啾的傳輸速度為每秒24Gb/s的普通色散光纖的40Km的最大傳輸距離。壽命在85℃，10mW下可以得到2×106小時(shí)的高可靠性。在本實(shí)施例中，雖然對電場吸收型光調(diào)制器光學(xué)集成設(shè)備進(jìn)行了說明，但也理所當(dāng)然地同樣適用于麥克詹達(dá)(Mach-Zender)光調(diào)制光學(xué)集成設(shè)備等。另外，也同樣可以適用于變換光的模式大小的，模式放大器光學(xué)集成設(shè)備。而且，理所當(dāng)然也可以適用于橫向集成了激光器的激光器陣列等。另外，本結(jié)構(gòu)雖然以脊形結(jié)構(gòu)說明了集成設(shè)備，但理所當(dāng)然也可以適用于隱埋式異質(zhì)結(jié)(buried heterostructure)集成設(shè)備。
(第6實(shí)施例)本實(shí)施例是將本發(fā)明應(yīng)用于在InP晶片上制作出的用于通信的1.55μm帶的電場吸收型調(diào)制器的例子。除了MQW吸收層之外的調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，可以采用眾所周知的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用了與實(shí)施例4相同的如圖8所示的俯視圖的結(jié)構(gòu)。圖11表示MQW層30內(nèi)的1個(gè)量子阱層。在圖11中，70是0.85％應(yīng)力的，厚度為6nm的In0.654Ga0.290Al0.056As的阱層，71是+0.85％應(yīng)力的，厚度為5nm的In0.517Ga0.438Al0.046As0.881Sb0.129的層，在傳導(dǎo)帶一側(cè)相對于電子為阻擋層，在價(jià)電子一側(cè)作為阱層發(fā)揮作用。72是-0.5％應(yīng)力的，厚度為5nm的In0.403Ga0.511Al0.086As0.995Sb0.005的阻擋層。71的InGaAlAsSb層為了在傳導(dǎo)帶一側(cè)與72的阻擋層的傳導(dǎo)帶端為相同高度，在價(jià)電子帶一側(cè)與70的阱層的價(jià)電子帶端為相同高度而調(diào)整了組成比。阻擋層72與阱層71間的ΔEc為169meV，ΔEv為30meV。另外，MQW層30層疊8層圖11的量子阱層，根據(jù)圖11的量子阱層的位置關(guān)系，在左側(cè)設(shè)置p型InGaAlAs GRIN-SCH層5，在左側(cè)設(shè)置n型InGaAlAs GRIN-SCH層3。
當(dāng)在這樣結(jié)構(gòu)的電場吸收型調(diào)制器的p側(cè)電極施加負(fù)電壓時(shí)，如圖12所示，能帶變化，MQW的吸收端的帶隙減少。這時(shí)，量子阱層內(nèi)的傳導(dǎo)帶和價(jià)電子帶的最低能量的波動函數(shù)變?yōu)閳D中的虛線，所以電子與空穴的分布概率的重疊積分即使在高電場時(shí)也一樣較大，可以得到良好的消光比。圖13是現(xiàn)有的量子阱結(jié)構(gòu)。在高電場時(shí)，因?yàn)殡娮优c空穴的分布概率的重疊積分變小，所以消光比惡化。這樣，在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，與目前相比可以實(shí)現(xiàn)即使在高電場時(shí)消光比也較大的電場吸收型調(diào)制器。而且，與現(xiàn)有的例子相比可以實(shí)現(xiàn)較大的ΔEc與較小的ΔEv，所以與目前相比，通過“1”電平的光吸收非常少，可以實(shí)現(xiàn)沒有因堆積而引起的輸入信號的圖像效應(yīng)(patterneffect of input signal)和沒有啁啾惡化的良好的電場吸收型調(diào)制器。
本實(shí)施例的電場吸收型調(diào)制器的下降時(shí)間為12ps極短，可以得到基于45GHz的高頻響應(yīng)特性和消光比20dB、低啁啾的傳輸速度為每秒40Gb/s的普通色散光纖的20Km的最大傳輸距離。
另外，與實(shí)施例4一樣，如果在調(diào)制器內(nèi)設(shè)置與激光器相同的應(yīng)力補(bǔ)嘗，則預(yù)測可以得到長期的可靠性。因此，在阻擋層至少施加小于或等于-0.1％(應(yīng)力量的絕對值為大于或等于0.1)的拉應(yīng)力。
另外，在本實(shí)施例中，雖然為了使ΔEv為30meV而調(diào)整了InGaAlAsSb的組成，但通過Sb以及In和Al的組成的調(diào)整，可以單獨(dú)地對ΔEc和ΔEv進(jìn)行調(diào)整，可以與量子阱層數(shù)等參數(shù)一同對ΔEc、Δev進(jìn)形最優(yōu)化。
再者，在本實(shí)施例中，雖然以壓應(yīng)力實(shí)施了阱層以及InGaAlAsSb層71，但也可以以拉應(yīng)力來實(shí)施。在以拉應(yīng)力實(shí)施的情況下，為了形成1.55μm帶的電場吸收型調(diào)制器，因?yàn)橼鍖訛镮nGaAs，所以可以與壓應(yīng)力的InGaAlAsSb組合，獲得與本實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。71的InGaAlAsSb層也同樣可以以拉應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，在阱層由于某拉應(yīng)力光的偏波依存性變小，所以可以制作良好的電場吸收型調(diào)制器。這時(shí)，從可靠性的觀點(diǎn)看，在阻擋層至少施加大于或等于0.1％的壓應(yīng)力是較為理想的。
權(quán)利要求
1.一種光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有在InP半導(dǎo)體晶片上形成的具有第1導(dǎo)電類型的第1半導(dǎo)體層；在所述第1半導(dǎo)體層上所形成的多量子阱；和在所述多量子阱結(jié)構(gòu)上所形成的具有與所述第1導(dǎo)電類型為不同導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型的第2半導(dǎo)體層；所述多量子阱結(jié)構(gòu)為交互地層疊阱層與阻擋層，其中阱層由具有與所述InP半導(dǎo)體晶片不同的晶格常數(shù)(lattice constant)的InGaAlAs構(gòu)成，阻擋層由相對于所述InP半導(dǎo)體晶片以及所述InGaAlAs層，具有不同晶格常數(shù)的InGaAlAsSb構(gòu)成；所述阱層相對于所述InP半導(dǎo)體晶片具有第1應(yīng)力，所述阻擋層相對于所述InP半導(dǎo)體晶片具有第2應(yīng)力，所述第1應(yīng)力的符號與所述第2應(yīng)力的符號不同。
2.一種光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有在InP半導(dǎo)體晶片上形成的多量子阱結(jié)構(gòu)；向所述多量子阱結(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓施加，或電流注入的第1半導(dǎo)體層以及第2半導(dǎo)體層；與所述第1半導(dǎo)體層電連接的第1電極；和與所述第2半導(dǎo)體層電連接的第2電極；所述多量子阱結(jié)構(gòu)為交互地層疊阱層與阻擋層，其中阱層由具有與所述InP半導(dǎo)體晶片不同的晶格常數(shù)(lattice constant)的InGaAlAs構(gòu)成，阻擋層由相對于所述InP半導(dǎo)體晶片以及所述InGaAlAs層，具有不同晶格常數(shù)的InGaAlAsSb構(gòu)成；所述阱層相對于所述InP半導(dǎo)體晶片具有第1應(yīng)力，所述阻擋層相對于所述InP半導(dǎo)體晶片具有第2應(yīng)力，所述第1應(yīng)力的符號與所述第2應(yīng)力的符號不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層具有第1導(dǎo)電類型，至少由1層構(gòu)成；所述第2半導(dǎo)體層具有與所述第1導(dǎo)電類型相反導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型，至少由1層構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1半導(dǎo)體層具有層疊了第1金屬包層和第1光分別限制式異質(zhì)結(jié)(optical separated confinement heterostructure)的層疊結(jié)構(gòu)；所述第2半導(dǎo)體層具有層疊了第2金屬包層和第2光分別限制式異質(zhì)結(jié)的層疊結(jié)構(gòu)；所述多量子阱結(jié)構(gòu)分別與所述第1光分別限制式異質(zhì)結(jié)和第2光分別限制式異質(zhì)結(jié)相鄰地設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述阻擋層具有摻雜了具有所述第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的調(diào)制摻雜多量子阱結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第1電極通過歐姆連接與第1導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層連接，所述第2電極通過歐姆連接與和所述第1導(dǎo)電類型為不同導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，通過在所述第1電極以及所述第2電極之間施加電壓或注入電流，沿著在所述第1電極以及所述第2電極之間流動的電流的路徑方向，對由所述多量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)出的光進(jìn)行導(dǎo)波。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，通過在所述第1電極以及所述第2電極之間施加電壓或注入電流，沿著與在所述第1電極以及所述第2電極之間流動的電流的路徑方向不同的方向，對由所述多重量子阱結(jié)構(gòu)發(fā)出的光進(jìn)行導(dǎo)波。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，為半導(dǎo)體激光器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，為電場吸收型光調(diào)制器。
11.一種光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有在InP半導(dǎo)體晶片上形成的具有第1導(dǎo)電類型的第1半導(dǎo)體層；在所述第1半導(dǎo)體層上所形成的多量子阱；和在所述多量子阱結(jié)構(gòu)上所形成的具有與所述第1導(dǎo)電類型為不同導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型的第2半導(dǎo)體層；所述多量子阱結(jié)構(gòu)為由具有與所述InP半導(dǎo)體晶片不同的晶格常數(shù)的InGaAlAs構(gòu)成的阱層、相對于所述InP半導(dǎo)體晶片以及所述InGaAlAs層的，具有不同晶格常數(shù)的InGaAlAsSb構(gòu)成的第1阻擋層、具有與構(gòu)成所述第1阻擋層的InGaAlAsSb不同組成比的第1InGaAlAsSb的中間層、和具有與所述第1阻擋層相同的組成比的第2阻擋層構(gòu)成；至少具有一層按所述第1阻擋層、阱層、第1中間層、第2阻擋層的順序?qū)盈B的量子阱結(jié)構(gòu)；所述阱層相對于所述InP半導(dǎo)體晶片具有第1應(yīng)力，所述第1、第2阻擋層相對于所述InP半導(dǎo)體晶片具有第2應(yīng)力，所述第1應(yīng)力的符號與所述第2應(yīng)力的符號不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述多量子阱結(jié)構(gòu)中，傳導(dǎo)帶(Conduction band)一側(cè)的量子阱層的寬度與價(jià)電子帶一側(cè)的量子阱層的寬度不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述多量子阱結(jié)構(gòu)中，價(jià)電子帶一側(cè)的量子阱層的寬度比傳導(dǎo)帶(Conduction band)一側(cè)的寬。
14.一種光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，是集成了權(quán)利要求10所述的電場吸收型光調(diào)制器和權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體激光器的光集成裝置。
15.一種光半導(dǎo)體裝置，其特征在于，權(quán)利要求11所述的電場吸收型光調(diào)制器和權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體激光器共同形成于InP半導(dǎo)體晶片上；將設(shè)置在所述電場吸收型光調(diào)制器的第1多量子阱結(jié)構(gòu)的一端與設(shè)置在所述半導(dǎo)體激光器的第2多電子阱結(jié)構(gòu)的一端光學(xué)地相結(jié)合；在所述第1多量子阱結(jié)構(gòu)的另一端和所述第2多重量子阱結(jié)構(gòu)的另一端分別設(shè)置前端面反射板以及后端面反射板。
全文摘要
在將導(dǎo)入了應(yīng)力的量子阱層作為活性層的半導(dǎo)體激光器或電場吸收型調(diào)制器中，因?yàn)槟軒ЫY(jié)構(gòu)，特別是無法獨(dú)立地調(diào)整ΔEc與ΔEv，所以在激光器特性或調(diào)制特性的最佳化上產(chǎn)生了瓶頸。在n型InP晶片1上依次層疊n型InGaAlAs－GRIN－SCH層3、MQW層4、p型InGaAlAs－GRIN－SCH層5、p型InAlAs電子阻止層6等，MQW層4由InGaAlAs的應(yīng)力阱層和由InGaAlAsSb構(gòu)成的，具有和阱層符號相反的應(yīng)力的阻擋層構(gòu)成。
文檔編號H01S5/343GK1805231SQ20051009067
公開日2006年7月19日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者中原宏治, 工藤真, 田中滋久, 白井正敬 申請人:株式會社日立制作所