專利名稱：半導(dǎo)體光通信元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成了激光二極管(Laser Diode，以下稱為“LD”)和半導(dǎo)體光調(diào)制器(Electro Absorption Modulator，以下稱為“EA”)的半導(dǎo)體光通信元件。
背景技術(shù)：
以往至今，集成了LD和EA的半導(dǎo)體光通信元件，作為具有2.5Gbps以上的高速光通信系統(tǒng)的電-光轉(zhuǎn)換功能的光源，因其可進行高速低線性調(diào)頻脈沖動作而得到了廣泛的應(yīng)用。以往，在將LD和EA集成在同一襯底上的元件中，由于這2個元件需要極性相反的電源，所以需要正負(fù)2個電源。即，在把LD和EA的陰極形成在同一襯底上的情況下，對于LD的陽極，為了使其產(chǎn)生激光，需要施加+1.7V左右的電源電壓。另一方面，對于EA的陽極，為了通過反偏置來控制激光的通過，需要施加-0.5～-2.5V左右的調(diào)制信號。因此，為了簡化電源電路并且降低系統(tǒng)整體的功耗，目前正在研究單一電源動作的方式。
圖2是下述專利文獻1中所記載的以往的光半導(dǎo)體器件的原理圖。
該光半導(dǎo)體器件具有由LD1a和EA1b構(gòu)成的以往的光半導(dǎo)體元件1。LD1a的pn結(jié)和EA1b的pn結(jié)，在半導(dǎo)體襯底上形成在同一方向上，這些LD1a和EA1b的陰極與被提供了公共基準(zhǔn)電位Vcm的端子2連接。
LD1a的陽極與被提供了電源電壓Vcc的端子3連接，在該LD1a的陽極與陰極之間連接有用于除去噪聲的電容器4。
另一方面，EA1b的陽極與傳輸線路4的一端連接，該傳輸線路的另一端與偏置電路5連接。偏置電路5由電感器5a和電容器5b構(gòu)成，通過電感器5a被提供了接地電位GND，通過電容器5b被提供調(diào)制信號Smod。另外，在EA1b的陽極與陰極之間，連接有用于與傳輸線路4的阻抗匹配的電阻6。
在該光半導(dǎo)體器件中，把端子2的基準(zhǔn)電位Vcm設(shè)定為接地電位GND與電源電壓Vcc之間的電位。由此，LD1a從正向被施加Vcc-Vcm的電壓，EA1b從反向被施加Vcm的電壓。由此，能夠使以往的光半導(dǎo)體元件1在單一電源下動作。日本特開2003-298175號公報[專利文獻2] 日本特開平9-51142號公報[專利文獻3] 日本特開平10-326942號公報[專利文獻4] 日本特開2003-60284號公報但是，在上述的光半導(dǎo)體器件中存在著如下的問題。
電源電壓Vcc需要的電壓為用于驅(qū)動LD1a的電壓(例如1.7V)與對EA1b的反偏置電壓(例如-1.5V)之和，即4.3V。并且，由于調(diào)制信號Smod需要±1V左右，所以最大電壓為5.3V左右。另外，由于EA1b的陽極電位隨著調(diào)制信號Smod變動，所以端子2的基準(zhǔn)電位Vcm隨此而變動，其基準(zhǔn)電位Vcm的變動會造成光的波形劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種即使降低電源電路的最大供給電壓也能夠動作、且不會產(chǎn)生光的波形劣化的半導(dǎo)體光通信元件。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體光通信元件，其在同一襯底上隔著分離區(qū)域形成有LD和EA，并構(gòu)成為由該LD產(chǎn)生的激光通過該EA進行調(diào)制并輸出，其特征在于，上述襯底以及上述分離區(qū)域由對上述LD與上述EA進行電分離的絕緣性材料形成。
本發(fā)明利用襯底和分離區(qū)域?qū)⑿纬稍谕灰r底上的LD和EA電絕緣。由此，例如能夠?qū)D的陰極和EA的陽極與公共接地電位連接，向LD的陽極施加正的電源電壓，向EA的陰極施加正偏置的調(diào)制信號。由此，向LD施加的電源電壓不會受調(diào)制信號的影響。另外，由于向LD和EA施加的電壓都是正電壓，所以具有可降低電源電路的最大供給電壓，減少功耗的效果。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體光通信元件的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是以往的光半導(dǎo)體器件的原理圖。
圖3是圖1的等效電路和連接方法的說明圖。
圖4是表示本發(fā)明實施例2的半導(dǎo)體光通信元件的結(jié)構(gòu)圖。
圖中11-襯底；12-下側(cè)包層13、23b-芯層；14-上側(cè)包層；17-絕緣層；23-半導(dǎo)體層；23a-n型層；23c-p型層。
具體實施例方式
在絕緣性襯底上，隔著分離區(qū)域，在第1導(dǎo)電型(例如n型)的下側(cè)包層和第2導(dǎo)電型(例如p型)的上側(cè)包層之間夾著芯層地形成LD和EA。另外，分離區(qū)域是在襯底上一并形成了構(gòu)成LD和EA的下側(cè)包層、芯層以及上側(cè)包層后，向分離該LD和EA的部位選擇性注入質(zhì)子等離子，生成到達襯底表面的絕緣體而形成的。
圖1(a)、(b)是表示本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體光通信元件的結(jié)構(gòu)圖，該圖(a)是立體圖，該圖(b)是沿著圖(a)中的A1-A2線的部分剖視圖。
如圖1(a)所示，該半導(dǎo)體光通信元件，具有在絕緣性襯底11(例如不含雜質(zhì)的InP襯底)上依次形成的下側(cè)包層12、芯層13以及上側(cè)包層14。下側(cè)包層12和上側(cè)包層14都由InP形成，芯層13由InGaAsP形成，并且將該芯層13的光折射率設(shè)定得大于包層12、14的光折射率。
并且，在圖1(a)中的A1-A2線兩側(cè)的上側(cè)包層14上，設(shè)有與該A1-A2線平行、且底部到達芯層13表面的槽。在該槽中，隔著形成在內(nèi)側(cè)表面上的由SiO2構(gòu)成的絕緣性保護膜15，埋入有光折射率小的聚酰亞胺層16。
另外，在上側(cè)包層14和下側(cè)包層12中，分別包含p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)，芯層13為不含雜質(zhì)的絕緣層。由此，由上側(cè)包層14、芯層13以及下側(cè)包層12形成pin構(gòu)造的二極管。
該二極管如圖1(a)所示，在外側(cè)的EA區(qū)域與里側(cè)的LD區(qū)域之間由分離區(qū)域分離。即，在圖1(b)的左側(cè)所示的EA區(qū)域與右側(cè)所示的LD區(qū)域之間設(shè)有絕緣層17，該絕緣層17形成為從上側(cè)包層14的表面穿過芯層13和下側(cè)包層12，從襯底11的表面到達其內(nèi)部，將EA區(qū)域和LD區(qū)域分開。而且，由該絕緣層17構(gòu)成的分離區(qū)域?qū)A區(qū)域與LD區(qū)域電絕緣。
EA區(qū)域和LD區(qū)域的上側(cè)包層14分別成為EA和LD的陽極。而且，在EA區(qū)域和LD區(qū)域的上側(cè)包層14的表面上依次形成有半導(dǎo)體接觸層18、和歐姆電極19，在該歐姆電極19之上形成有EA用陽極電極布線20EA、和LD用陽極電極布線20LD。
另一方面，EA區(qū)域和LD區(qū)域的下側(cè)包層12分別成為EA和LD的陰極，并形成有同樣的陰極電極布線21EA、21LD。另外，在襯底11的下側(cè)，形成有貼片(diebonding)用金屬膜22。
另外，作為分離區(qū)域的形成方法有以下的方法。
(1)在襯底11的表面，一并形成下側(cè)包層12、芯層13以及上側(cè)包層14，然后，只對分離區(qū)域選擇性地進行質(zhì)子等的離子注入，構(gòu)成到達襯底11表面的絕緣層17。
(2)在襯底11的表面上，形成EA區(qū)域和LD區(qū)域的下側(cè)包層12和芯層13，然后，只對分離區(qū)域選擇性地進行質(zhì)子等的離子注入，構(gòu)成到達襯底11表面的絕緣層。然后，在芯層13的表面上形成上側(cè)包層14，從該上側(cè)包層14之上，再次對分離區(qū)域選擇性地進行質(zhì)子等的離子注入，使其與之前構(gòu)成的絕緣層連接。
圖3是圖1的等效電路和連接方法的說明圖。下面，參照圖3說明圖1的動作。
如圖3中虛線框所示，該半導(dǎo)體光通信元件30具有相互電絕緣的LD31和EA32。即，LD31的陽極A和陰極K分別與圖1中的LD區(qū)域的上側(cè)包層14和下側(cè)包層12對應(yīng)，EA32的陽極A和陰極K分別與圖1中的EA區(qū)域的上側(cè)包層14和下側(cè)包層12對應(yīng)。而且，LD31的陽極A和陰極K分別與外部連接用端子33、34連接，EA32的陽極A和陰極K分別與外部連接用端子35、36連接。
另外，如圖1所示，LD31和EA32的陽極A，被絕緣層17分離，由于該絕緣層17的絕緣電阻37a極大，且寄生電容37b極小，所以不會產(chǎn)生動作上的影響。同樣，由于分離LD31和EA32的陰極K的絕緣層17的絕緣電阻38a極大，且寄生電容38b極小，所以不會產(chǎn)生動作上的影響。
半導(dǎo)體光通信元件30的LD31側(cè)的端子33被施加電源電壓VCC(例如+1.7V)，端子34與接地電位GND連接。另一方面，EA32側(cè)的端子35與接地電位GND連接，端子36被提供了在偏置電壓VB(例如+1.5)上疊加了調(diào)制信號SM(例如±1.0V)的信號。另外，在端子35、36之間連接有阻抗匹配用電阻41。
在圖1的LD區(qū)域中，當(dāng)在p型上側(cè)包層14與下側(cè)包層12之間施加電源電壓VCC時，LD31產(chǎn)生振蕩，激光在芯層13中傳播。此時，激光在上下方向被夾在光折射率小的包層14、12之間，并且在左右方向被夾在設(shè)置在上側(cè)包層12上的光折射率小的聚酰亞胺層16之間。由此，激光在光折射率大的芯層13的內(nèi)部，沿著圖1中的A1-A2線直向行進。
此時，雖然在分離區(qū)域的芯層13中注入有用于形成絕緣性的質(zhì)子等，但不影響激光的傳播。
通過分離區(qū)域而傳播到EA區(qū)域的芯層13的激光，由反偏置的電場吸收型EA32進行強度調(diào)制。即，在反偏置的電壓小(例如-0.5V)時，激光不被吸收，而被輸出到外部。而在反偏置的電壓大(例如-2.5V)時，激光幾乎全被吸收，不能輸出到外部。
如上述那樣，本實施例1的半導(dǎo)體光通信元件在絕緣性襯底11上利用絕緣性分離區(qū)域隔離形成LD和EA。因此，能夠把LD31和EA32的陽極A和陰極K作為電分離了的端子33～36來引出。這樣，能夠使LD31的陰極K和EA32的陽極A與接地電位GND連接，對LD31的陽極A施加正的電源電壓VCC，并且對EA32的陰極K提供由正的偏置電壓VB進行了偏置的調(diào)制信號SM。
因此，其優(yōu)點是，成為基準(zhǔn)的接地電位GND不會受調(diào)制信號SM的影響而變動，從而不會產(chǎn)生光的波形劣化。并且，在本實施例的情況下，所需要的電源電壓和調(diào)制電壓最大也僅為+2.5V，因而其優(yōu)點是，可降低電源電路的最大供給電壓，減少功耗。
圖4(a)、(b)是表示本發(fā)明實施例2的半導(dǎo)體光通信元件的結(jié)構(gòu)圖，該圖(a)是剖面結(jié)構(gòu)圖，該圖(b)是等效電路圖。
該半導(dǎo)體光通信元件取代圖1(a)中的分離區(qū)域的絕緣層17，而設(shè)置了半導(dǎo)體層23。半導(dǎo)體層23由作為上側(cè)包層的p型層23a、芯層23b、以及作為下側(cè)包層的n型層23c構(gòu)成。即，LD區(qū)域和EA區(qū)域的下側(cè)包層是n型，分離區(qū)域的下側(cè)包層是p型。另外，LD區(qū)域和EA區(qū)域的上側(cè)包層是p型，分離區(qū)域的上側(cè)包層是n型。另外，半導(dǎo)體層23的寬度被設(shè)定為比電子或空穴的擴散長度充分大的值。具體而言，只要在10μm以上，即是充分的。其它結(jié)構(gòu)與圖1相同。
這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光通信元件可認(rèn)為具有圖4(b)的等效電路所示的結(jié)構(gòu)。
即，圖4(a)中的LD區(qū)域的上側(cè)包層14和下側(cè)包層12分別與LD31的陽極A和陰極K對應(yīng)，EA區(qū)域的上側(cè)包層14和下側(cè)包層12分別與EA32的陽極A和陰極K對應(yīng)。
下側(cè)包層12的LD區(qū)域(n型)、分離區(qū)域(p型)以及EA區(qū)域(n型)與反向串聯(lián)連接的2個二極管39a、39b對應(yīng)。另外，上側(cè)包層14的LD區(qū)域(p型)、分離區(qū)域(n型)以及EA區(qū)域(p型)與反向串聯(lián)連接的2個二極管39c、39D對應(yīng)。并且，分離區(qū)域的p型層23a、芯層23b以及n型層23c與二極管39e對應(yīng)，該二極管39e的陽極與二極管39a、39b的連接點(陽極)連接，陰極與二極管39c、39d的連接點(陰極)連接。
由此，LD31的陽極A和陰極K幾乎完全與EA32的陽極A和陰極K電分離。同樣，EA32的陽極A和陰極K幾乎完全與LD31的陽極A和陰極K電分離。因此，該半導(dǎo)體光通信元件具有與圖1的半導(dǎo)體光通信元件相同的電特性。
如上所述，本實施例2的半導(dǎo)體光通信元件在絕緣性襯底11上，作為分離區(qū)域而設(shè)置有與LD區(qū)域和EA區(qū)域的包層極性相反的包含雜質(zhì)的半導(dǎo)體層23。由此，將LD區(qū)域與EA區(qū)域電分離，從而能得到與實施例1同樣的優(yōu)點。
另外，本發(fā)明不限于上述的實施例，可進行各種變形，作為其變形例，例如有以下各種。
(a)關(guān)于在正向偏置下動作的元件，舉例說明了LD，但除了LD以外，也適用于半導(dǎo)體光放大器、半導(dǎo)體波長轉(zhuǎn)換器等。
(b)關(guān)于在反向偏置下動作的元件，舉例說明了EA，但除了EA以外，也適用于其它方式的光調(diào)制器、光電二極管、半導(dǎo)體光開關(guān)、半導(dǎo)體光方向性耦合器等。
(c)在圖3的半導(dǎo)體光通信元件30中，是把LD31的陰極K和EA32的陽極A分別與不同的端子34、35連接，但也可以使這些LD31的陰極K和EA32的陽極A在內(nèi)部連接，構(gòu)成3端子結(jié)構(gòu)。
(d)圖1的構(gòu)造和材料等只是一例，并不限于此。例如，也可以使下側(cè)包層12為p型，使上側(cè)包層14為n型。另外，在本實施例的說明中，作為具體的材料，使用了InP和InGaAsP，但也可以使用其它化合物半導(dǎo)體材料。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光通信元件，在同一襯底上隔著分離區(qū)域形成有激光二極管和半導(dǎo)體光調(diào)制器，并構(gòu)成為由該激光二極管產(chǎn)生的激光通過該半導(dǎo)體光調(diào)制器進行調(diào)制并輸出，其特征在于，上述襯底以及上述分離區(qū)域由對上述激光二極管與上述半導(dǎo)體光調(diào)制器進行電分離的絕緣性材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光通信元件，其特征在于，上述襯底采用絕緣性或不含雜質(zhì)的化合物半導(dǎo)體襯底，上述分離區(qū)域通過離子注入而形成為具備絕緣性。
3.一種半導(dǎo)體光通信元件，在同一襯底上隔著分離區(qū)域形成有激光二極管和半導(dǎo)體光調(diào)制器，并構(gòu)成為由該激光二極管產(chǎn)生的激光通過該半導(dǎo)體光調(diào)制器進行調(diào)制并輸出，其特征在于，上述激光二極管和上述半導(dǎo)體光調(diào)制器，分別形成為在上述襯底之上在第1導(dǎo)電型的下側(cè)包層與第2導(dǎo)電型的上側(cè)包層之間夾著芯層，上述分離區(qū)域，形成為在上述襯底之上在第2導(dǎo)電型的下側(cè)包層與第1導(dǎo)電型的上側(cè)包層之間夾著芯層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光通信元件，其特征在于，上述分離區(qū)域的長度設(shè)定得比電子或空穴的擴散長度長。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在低電源電壓下工作、且不會產(chǎn)生光的波形劣化的半導(dǎo)體光通信元件。其中，在絕緣性襯底(11)上隔著分離區(qū)域在LD區(qū)域和EA區(qū)域，分別形成由n型下側(cè)包層(12)、芯層(13)和p型上側(cè)包層(14)構(gòu)成的LD和EA。分離區(qū)域通過注入質(zhì)子等形成從上側(cè)包層(14)穿過芯層(13)和下側(cè)包層(12)，到達襯底(11)的絕緣層(17)。由于LD與EA是電分離的，所以能夠?qū)D的陰極和EA的陽極與公共接地電位連接，向LD的陽極施加正電源電壓，向EA的陰極施加進行了正偏置的調(diào)制信號。從而使向LD施加的電源電壓不受調(diào)制信號的影響。并且能夠降低電源電路的最大供給電壓。
文檔編號H01S5/026GK1979235SQ20061015036
公開日2007年6月13日 申請日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者島村知周, 久保田宗親, 山田光志 申請人:沖電氣工業(yè)株式會社