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JP7561580B2 - Semiconductor Optical Device - Google Patents
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Description

本発明は、半導体光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical element.

光通信に用いられる半導体光素子では、活性層に多重量子井戸層が用いられる。キャリアと光の閉じ込めを別々にした分離閉じ込めヘテロ構造(Separate Confinement Heterostructure: SCH)では、多重量子井戸層は、SCH層で挟まれる。近年の高速化への要求に応えるために、多重量子井戸層への光閉じ込め係数を大きくし、緩和振動周波数(fr)を大きくし、f3dB帯域を向上させることが期待されている(特許文献1)。 In semiconductor optical devices used in optical communications, a multiple quantum well layer is used in the active layer. In a separate confinement heterostructure (SCH), which confines carriers and light separately, the multiple quantum well layer is sandwiched between SCH layers. In order to meet the recent demand for higher speeds, it is expected that the optical confinement coefficient in the multiple quantum well layer will be increased, the relaxation oscillation frequency (fr) will be increased, and the f3 dB bandwidth will be improved (Patent Document 1).

特開2018-56212号公報JP 2018-56212 A 特開平7-183617号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-183617

多重量子井戸層自体の屈折率を大きくすれば、多重量子井戸層の光閉じ込め係数をより大きくすることができるが、光出力特性や利得特性などの特性に影響を与えてしまう。あるいは、SCH層の屈折率を大きくすれば、上下のSCH層を含む領域の光閉じ込め係数が大きくなるので、多重量子井戸層への光閉じ込め係数が大きくなる。しかし、SCH層と多重量子井戸層(バリア層)との間にエネルギー障壁が生じる。特に、n型SCH層の側でその影響は大きく、エネルギー障壁により電子が停留し、低域での電子のフローが低下する。 Increasing the refractive index of the multiple quantum well layer itself can increase the optical confinement coefficient of the multiple quantum well layer, but this affects characteristics such as the optical output and gain characteristics. Alternatively, increasing the refractive index of the SCH layer increases the optical confinement coefficient of the region including the upper and lower SCH layers, and therefore increases the optical confinement coefficient of the multiple quantum well layer. However, an energy barrier is created between the SCH layer and the multiple quantum well layer (barrier layer). This effect is particularly large on the n-type SCH layer side, where electrons are retained by the energy barrier and the flow of electrons at low frequencies is reduced.

特許文献2には、電子の停留を利用してキャリア捕獲時間を大きくし、周波数変調効率の増大を図ることが開示されている。しかし、強度変調において当該電子の停留は、低域における電気/光応答特性の劣化(ロールオフ)へとつながり好ましくない。 Patent Document 2 discloses that electron retention is used to increase the carrier capture time and improve frequency modulation efficiency. However, in intensity modulation, the retention of electrons leads to deterioration (roll-off) of electrical/optical response characteristics in the low frequency range, which is undesirable.

本発明は、f3dB帯域の向上とロールオフの低減の両立を目的とする。 The aim of this invention is to achieve both improved f3 dB bandwidth and reduced roll-off.

半導体光素子は、交互に重なる複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、前記複数の障壁層のそれぞれはアンドープ層であり、最外層が前記複数の障壁層の1つである多重量子井戸層と、前記最外層よりも屈折率において大きく、前記最外層よりもバンドギャップにおいて小さい光閉じ込め層と、前記多重量子井戸層と前記光閉じ込め層の間に介在し、前記最外層に接触する第1隣接層を含み、前記光閉じ込め層よりも薄くなっているガイド層と、を有し、前記光閉じ込め層及び前記ガイド層のそれぞれは、n型半導体層であり、前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記光閉じ込め層よりも前記バンドギャップにおいて大きい。 The semiconductor optical element includes a plurality of alternating well layers and a plurality of barrier layers, each of which is an undoped layer, a multiple quantum well layer whose outermost layer is one of the barrier layers, an optical confinement layer having a refractive index greater than that of the outermost layer and a band gap smaller than that of the outermost layer, and a guide layer interposed between the multiple quantum well layer and the optical confinement layer, including a first adjacent layer in contact with the outermost layer, and being thinner than the optical confinement layer, each of the optical confinement layer and the guide layer being an n-type semiconductor layer, and the first adjacent layer of the guide layer having a larger band gap than that of the optical confinement layer.

本発明によれば、光閉じ込め層に光が閉じ込められ、結果的に、多重量子井戸層への光閉じ込め係数を増大させることができる。また、ガイド層があることで、アンドープ層とn型半導体層との間のエネルギー障壁が小さくなり、電子の停留を抑えることができる。 According to the present invention, light is confined in the optical confinement layer, and as a result, the optical confinement coefficient in the multiple quantum well layer can be increased. In addition, the presence of the guide layer reduces the energy barrier between the undoped layer and the n-type semiconductor layer, making it possible to suppress the retention of electrons.

第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor optical device according to a first embodiment. 図1に示す半導体光素子のII-II線断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the semiconductor optical device shown in FIG. 第1の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。3 is a band diagram of a multiple quantum well layer, a guide layer, and an optical confinement layer in the first embodiment. 第2の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。5 is a band diagram of a multiple quantum well layer, a guide layer, and an optical confinement layer in the second embodiment. 第3の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。13 is a band diagram of a multiple quantum well layer, a guide layer and an optical confinement layer in the third embodiment. 第4の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。13 is a band diagram of a multiple quantum well layer, a guide layer and an optical confinement layer in the fourth embodiment. 第5の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。13 is a band diagram of a multiple quantum well layer, a guide layer and an optical confinement layer in the fifth embodiment. 第6の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor optical device according to a sixth embodiment. 第6の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。13 is a band diagram of a multiple quantum well layer, a guide layer and an optical confinement layer in the sixth embodiment.

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。 The following describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings. Components with the same reference numerals in all the drawings have the same or equivalent functions, and their repeated explanation will be omitted. Note that the size of the figures does not necessarily correspond to the magnification.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図2は、図1に示す半導体光素子のII-II線断面図である。
[First embodiment]
Fig. 1 is a plan view of the semiconductor optical device according to the first embodiment, and Fig. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in Fig. 1 taken along line II-II.

半導体光素子は、直接変調型半導体レーザであり、DFB(Distributed Feedback)レーザ、FP(Fabry-Perot)レーザ、DBR(Distributed Bragg Reflector)レーザ及びDR(Distributed Reflector)レーザのいずれであってもよい。 The semiconductor optical element is a directly modulated semiconductor laser, and may be any of a DFB (Distributed Feedback) laser, a FP (Fabry-Perot) laser, a DBR (Distributed Bragg Reflector) laser, and a DR (Distributed Reflector) laser.

半導体光素子は、メサストライプ構造10を有する。半導体光素子は、上面及び下面にそれぞれ、上電極12及び下電極14を有し、これらの間に電圧が印加される(電流が注入される)ようになっている。これにより、メサストライプ構造10の端面から、例えば1.3μm帯又は1.55μm帯で、レーザ光を発振するようになっている。出射側の端面には、誘電体無反射コーティング膜16が形成されている。逆側の端面には、誘電体高反射コーティング膜18が形成されている。 The semiconductor optical element has a mesa stripe structure 10. The semiconductor optical element has an upper electrode 12 and a lower electrode 14 on the upper and lower surfaces, respectively, and a voltage is applied (current is injected) between them. This allows laser light to be emitted from the end face of the mesa stripe structure 10, for example in the 1.3 μm band or the 1.55 μm band. A dielectric anti-reflective coating film 16 is formed on the end face on the emission side. A dielectric highly reflective coating film 18 is formed on the end face on the opposite side.

半導体光素子は、p型InPからなる半導体基板20を有する。半導体基板20に、p型InPからなるバッファ層22(p型クラッド層)が積層されている。バッファ層22にメサストライプ構造10が設けられている。 The semiconductor optical device has a semiconductor substrate 20 made of p-type InP. A buffer layer 22 (p-type cladding layer) made of p-type InP is laminated on the semiconductor substrate 20. The mesa stripe structure 10 is provided on the buffer layer 22.

メサストライプ構造10は、バッファ層22に近い順に、p型SCH層24、多重量子井戸層26、ガイド層28及び光閉じ込め層30を含む。ガイド層28及び光閉じ込め層30は、n型SCH層32と称することもできる。これらは、メサストライプ構造10の下メサ構造34の一部を構成する。 The mesa stripe structure 10 includes, in order from closest to the buffer layer 22, a p-type SCH layer 24, a multiple quantum well layer 26, a guide layer 28, and an optical confinement layer 30. The guide layer 28 and the optical confinement layer 30 can also be referred to as an n-type SCH layer 32. These constitute a part of the lower mesa structure 34 of the mesa stripe structure 10.

半導体光素子は、p型半導体多層とn型半導体多層で、アンドープの多重量子井戸層26を挟み込んだ構造である。なお、p型半導体多層と多重量子井戸層26との間に、他のアンドープ層が挟まれていても構わない。 The semiconductor optical element has a structure in which an undoped multiple quantum well layer 26 is sandwiched between a p-type semiconductor multilayer and an n-type semiconductor multilayer. Note that another undoped layer may be sandwiched between the p-type semiconductor multilayer and the multiple quantum well layer 26.

図3は、第1の実施形態における多重量子井戸層26、ガイド層28及び光閉じ込め層30のバンドダイアグラムである。価電子帯の頂上から伝導帯の底までの間のエネルギーの差がバンドギャップである。 Figure 3 shows a band diagram of the multiple quantum well layer 26, the guide layer 28, and the optical confinement layer 30 in the first embodiment. The energy difference between the top of the valence band and the bottom of the conduction band is the band gap.

多重量子井戸層26は、アンドープの歪InGaAlAsからなる。多重量子井戸層26は、交互に重なる複数の井戸層36及び複数の障壁層38(例えば6ペアの井戸層36及び障壁層38)を含む。井戸層36及び障壁層38は、同じ厚み(例えば8nm)であってもよい。複数の障壁層38のそれぞれはアンドープ層である。多重量子井戸層26の最外層40(最上層及び最下層のそれぞれ)は、複数の障壁層38の1つである。 The multiple quantum well layer 26 is made of undoped strained InGaAlAs. The multiple quantum well layer 26 includes multiple well layers 36 and multiple barrier layers 38 (e.g., six pairs of well layers 36 and barrier layers 38) that are alternately stacked. The well layers 36 and barrier layers 38 may have the same thickness (e.g., 8 nm). Each of the multiple barrier layers 38 is an undoped layer. The outermost layer 40 (each of the top and bottom layers) of the multiple quantum well layer 26 is one of the multiple barrier layers 38.

光閉じ込め層30は、n型半導体層(例えば、厚さ80nmで組成波長1.15μmのn型InGaAlAs層)である。n型ドーパントとしてSiが用いられる。 The optical confinement layer 30 is an n-type semiconductor layer (for example, an n-type InGaAlAs layer with a thickness of 80 nm and a composition wavelength of 1.15 μm). Si is used as the n-type dopant.

ガイド層28は、n型半導体層(例えば、厚さ40nmで組成波長0.93μmのn型InGaAlAs層)である。n型ドーパントとしてSiが用いられる。ガイド層28と光閉じ込め層30のドーピング濃度は、同一であっても異なっていても構わないが、電界が十分にかかる程度の濃度差であることが好ましい。ガイド層28は、多重量子井戸層26と光閉じ込め層30の間に介在する。ガイド層28は、多重量子井戸層26の最外層40に接触する第1隣接層42を含む。ガイド層28は、第1隣接層42のみからなる。ガイド層28(第1隣接層42)は、多重量子井戸層26の最外層40と同じ組成波長になっている。 The guide layer 28 is an n-type semiconductor layer (for example, an n-type InGaAlAs layer having a thickness of 40 nm and a composition wavelength of 0.93 μm). Si is used as the n-type dopant. The doping concentrations of the guide layer 28 and the optical confinement layer 30 may be the same or different, but it is preferable that the concentration difference is sufficient to apply an electric field. The guide layer 28 is interposed between the multiple quantum well layer 26 and the optical confinement layer 30. The guide layer 28 includes a first adjacent layer 42 that contacts the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26. The guide layer 28 is composed of only the first adjacent layer 42. The guide layer 28 (first adjacent layer 42) has the same composition wavelength as the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26.

図3に示すように、第1隣接層42のバンドギャップEgG1は、光閉じ込め層30のバンドギャップEgよりも大きい。したがって、ガイド層28と光閉じ込め層30との間には、エネルギー障壁(伝導帯におけるエネルギー準位の差)が存在するが、両者ともn型半導体層であるため、n型半導体層とアンドープ層との間のエネルギー障壁と比較すると、電子の停留は少ない。これは、n型層内に十分に電界がかかるためである。このように、ガイド層28と光閉じ込め層30との間には、エネルギー障壁による電子の停留が少ないために、電子はスムーズに移動するので、電気/光応答特性の低域におけるロールオフが問題にならない。なお、第1隣接層42のバンドギャップEgG1は、多重量子井戸層26の最外層40のバンドギャップEgと等しいので、エネルギー障壁が存在しない。 As shown in FIG. 3, the band gap Eg G1 of the first adjacent layer 42 is larger than the band gap Eg C of the optical confinement layer 30. Therefore, an energy barrier (difference in energy levels in the conduction band) exists between the guide layer 28 and the optical confinement layer 30, but since both are n-type semiconductor layers, there is less electron retention compared to the energy barrier between an n-type semiconductor layer and an undoped layer. This is because a sufficient electric field is applied in the n-type layer. In this way, there is little electron retention due to the energy barrier between the guide layer 28 and the optical confinement layer 30, so that the electrons move smoothly, and the roll-off in the low range of the electrical/optical response characteristics does not become a problem. Note that the band gap Eg G1 of the first adjacent layer 42 is equal to the band gap Eg O of the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26, so there is no energy barrier.

一般的に多重量子井戸層で発生した光は、多重量子井戸層内だけに留まらず、その上下の層側(p型半導体多層側、n型半導体多層側)へと広がる。光が主として留まる領域はp型光閉じ込め層、多重量子井戸層、n型光閉じ込め層で囲まれた領域である。光閉じ込め層は、その言葉の通り、光が他の領域に広がることを抑制する働きがある。一般的に光閉じ込め層の屈折率は、多重量子井戸層の最外層(障壁層)の屈折率より小さい。これはキャリアのフローを良くするためである、屈折率が大きいほうが、バンドギャップは小さくなり、上述した構造においては障壁層より光閉じ込め層のほうがバンドギャップが大きく、キャリア、例えば電子の移動においてはエネルギー障壁が生じない。本実施形態においては、図3に示すように、光閉じ込め層30のバンドギャップEgは、多重量子井戸層26の最外層40のバンドギャップEgよりも小さい。InGaAlAs層では、バンドギャップが大きいほど、屈折率が小さい。したがって、光閉じ込め層30の屈折率nは、多重量子井戸層26の最外層40の屈折率nよりも大きい。そのため、光閉じ込め層30の屈折率が多重量子井戸層26の最外層40の屈折率より小さい構造と比較して、光閉じ込め層30から多重量子井戸層26側の領域の光閉じ込め係数を増加させることができる。その結果、多重量子井戸層26の光閉じ込め係数も増大させることができ、frの向上、つまりトータルとしてf3dB帯域の向上を図ることが可能となる。さらに上述したようにガイド層28があるために、光閉じ込め層30と多重量子井戸層26の最外層40間のエネルギー障壁による電子のフローへの影響を低減でき、電子の停留を抑え、ロールオフを低減することができる。なお、第1隣接層42の屈折率nG1は、多重量子井戸層26の最外層40の屈折率nと等しい。光閉じ込め層30の屈折率nは、ガイド層28(第1隣接層42)の屈折率nG1よりも大きい。ここで、第1隣接層42の歪量(無歪含む)と最外層40の歪量は異なっており、実際の出来上がりの組成波長(バンドギャップ)は若干異なる。しかし、その差はロールオフ特性や光閉じ込め係数に大きな影響を与えるものではなく、実質的に同じ組成波長とみなしても問題はない。 Generally, the light generated in the multiple quantum well layer does not remain only in the multiple quantum well layer, but spreads to the upper and lower layers (the p-type semiconductor multilayer side and the n-type semiconductor multilayer side). The region where the light mainly stays is the region surrounded by the p-type optical confinement layer, the multiple quantum well layer, and the n-type optical confinement layer. As the name suggests, the optical confinement layer has the function of suppressing the light from spreading to other regions. Generally, the refractive index of the optical confinement layer is smaller than that of the outermost layer (barrier layer) of the multiple quantum well layer. This is to improve the flow of carriers. The larger the refractive index, the smaller the band gap. In the above-mentioned structure, the optical confinement layer has a larger band gap than the barrier layer, and no energy barrier occurs in the movement of carriers, for example, electrons. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the band gap Eg C of the optical confinement layer 30 is smaller than the band gap Eg O of the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26. In the InGaAlAs layer, the larger the band gap, the smaller the refractive index. Therefore, the refractive index n C of the optical confinement layer 30 is larger than the refractive index n O of the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26. Therefore, compared with a structure in which the refractive index of the optical confinement layer 30 is smaller than the refractive index of the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26, the optical confinement coefficient of the region from the optical confinement layer 30 to the multiple quantum well layer 26 can be increased. As a result, the optical confinement coefficient of the multiple quantum well layer 26 can also be increased, and it is possible to improve fr, that is, to improve the f3 dB band in total. Furthermore, as described above, because of the presence of the guide layer 28, the influence on the flow of electrons due to the energy barrier between the optical confinement layer 30 and the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26 can be reduced, and the retention of electrons can be suppressed and the roll-off can be reduced. The refractive index n G1 of the first adjacent layer 42 is equal to the refractive index n O of the outermost layer 40 of the multiple quantum well layer 26. The refractive index n C of the optical confinement layer 30 is larger than the refractive index n G1 of the guide layer 28 (first adjacent layer 42). Here, the amount of strain (including no strain) of the first adjacent layer 42 differs from the amount of strain of the outermost layer 40, and the composition wavelength (band gap) of the actual finished product differs slightly. However, this difference does not have a significant effect on the roll-off characteristics or the optical confinement factor, and there is no problem in regarding them as having substantially the same composition wavelength.

ガイド層28(第1隣接層42)は、光閉じ込め層30にも接触する。ガイド層28(第1隣接層42)は、多重量子井戸層26に光を強く閉じ込めるためには、光閉じ込め層30よりも薄いことが好ましい。 The guide layer 28 (first adjacent layer 42) also contacts the optical confinement layer 30. In order to strongly confine light in the multiple quantum well layer 26, the guide layer 28 (first adjacent layer 42) is preferably thinner than the optical confinement layer 30.

図2に示すように、下メサ構造34は、光閉じ込め層30に隣接して、n型クラッド層44を含む。n型クラッド層44は、第1n型InP層46A、n型InGaAsPからなる回折格子層48、第2n型InP層46B、n型InGaAsP層50を含む。回折格子層48は、周期的な回折格子構造を有し、例えば、紙面に垂直な方向にλ/4シフト構造が導入されている。 2, the lower mesa structure 34 includes an n-type cladding layer 44 adjacent to the optical confinement layer 30. The n-type cladding layer 44 includes a first n-type InP layer 46A, a diffraction grating layer 48 made of n-type InGaAsP, a second n-type InP layer 46B, and an n-type InGaAsP layer 50. The diffraction grating layer 48 has a periodic diffraction grating structure, and for example, a λ/4 shift structure is introduced in the direction perpendicular to the paper surface.

p型InPからなる埋め込み層52が、下メサ構造34(少なくともその一部)を両側で埋め込んでいる。埋め込み層52は、FeやRuをドーパントとする高抵抗型InPから構成されてもよく、あるいはp型InP、n型InP及び高抵抗型InPからなる群から選択された材料の積層体であってもよい。 A buried layer 52 made of p-type InP buries the lower mesa structure 34 (at least a part of it) on both sides. The buried layer 52 may be made of high-resistance InP doped with Fe or Ru, or may be a laminate of materials selected from the group consisting of p-type InP, n-type InP, and high-resistance InP.

メサストライプ構造10は、下メサ構造34の上に上メサ構造54を含む。上メサ構造54は、下メサ構造34より幅が狭い。上メサ構造54は、n型InGaAsP層50に近い順に、n型InPからなる電流注入層56及びn型コンタクト層58を含む。電流注入層56は、n型クラッド層44の一部である。上メサ構造54の表面は、その上部を除いて、SiOからなる絶縁層60で覆われている。上電極12は、n型コンタクト層58と電気的・物理的に接続されている。上電極12は、n型コンタクト層58に接する側から、Ti/Pt/Auの3層構造になっている。下電極14は、AuZn系の材料で構成されている。 The mesa stripe structure 10 includes an upper mesa structure 54 on the lower mesa structure 34. The upper mesa structure 54 is narrower than the lower mesa structure 34. The upper mesa structure 54 includes, in order from the n-type InGaAsP layer 50 closer to the n-type InP, a current injection layer 56 and an n-type contact layer 58. The current injection layer 56 is a part of the n-type cladding layer 44. The surface of the upper mesa structure 54 is covered with an insulating layer 60 made of SiO 2 , except for its upper portion. The upper electrode 12 is electrically and physically connected to the n-type contact layer 58. The upper electrode 12 has a three-layer structure of Ti/Pt/Au from the side in contact with the n-type contact layer 58. The lower electrode 14 is made of an AuZn-based material.

[第2の実施形態]
図4は、第2の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。
Second Embodiment
FIG. 4 is a band diagram of the multiple quantum well layer, the guide layer and the optical confinement layer in the second embodiment.

ガイド層228は、第1隣接層242のみからなる。ガイド層228(第1隣接層242)のバンドギャップEgG1は、光閉じ込め層230のバンドギャップEgより大きい。また、ガイド層228の第1隣接層242のバンドギャップEgG1は、多重量子井戸層226の最外層240のバンドギャップEgよりも小さい。そのため、ガイド層228(第1隣接層242)と多重量子井戸層226の最外層240との間には、伝導帯におけるエネルギー準位の差が生じる。しかし、これは、光閉じ込め層230と多重量子井戸層226の最外層240とのエネルギー準位の差よりは小さい。したがって、ガイド層228(第1隣接層242)があることで、電子の停留は低減される。 The guide layer 228 is composed of only the first adjacent layer 242. The band gap Eg G1 of the guide layer 228 (first adjacent layer 242) is larger than the band gap Eg C of the optical confinement layer 230. Also, the band gap Eg G1 of the first adjacent layer 242 of the guide layer 228 is smaller than the band gap Eg o of the outermost layer 240 of the multiple quantum well layer 226. Therefore, a difference in energy level in the conduction band occurs between the guide layer 228 (first adjacent layer 242) and the outermost layer 240 of the multiple quantum well layer 226. However, this difference is smaller than the difference in energy level between the optical confinement layer 230 and the outermost layer 240 of the multiple quantum well layer 226. Therefore, the presence of the guide layer 228 (first adjacent layer 242) reduces the retention of electrons.

伝導帯のエネルギー準位において、第1隣接層242と最外層240との差は、光閉じ込め層230と最外層240との差の半分以下(望ましくは1/3以下)である。こうすることで、ロールオフを効果的に減らすことができる。なお、光閉じ込め層230の屈折率n、ガイド層228(第1隣接層242)屈折率nG1、多重量子井戸層226の最外層240の屈折率nの関係は、図4に示す通りである。 In the energy level of the conduction band, the difference between the first adjacent layer 242 and the outermost layer 240 is half or less (preferably 1/3 or less) of the difference between the optical confinement layer 230 and the outermost layer 240. This can effectively reduce roll-off. The relationship between the refractive index n C of the optical confinement layer 230, the refractive index n G1 of the guide layer 228 (first adjacent layer 242), and the refractive index n O of the outermost layer 240 of the multiple quantum well layer 226 is as shown in FIG. 4.

[第3の実施形態]
図5は、第3の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。
[Third embodiment]
FIG. 5 is a band diagram of the multiple quantum well layer, the guide layer and the optical confinement layer in the third embodiment.

ガイド層328は、第1隣接層342のみからなる。ガイド層328(第1隣接層342)のバンドギャップEgG1は、多重量子井戸層326の最外層340のバンドギャップEgよりも大きい。したがって、電子の停留はほとんど起こらず、ロールオフの低減の面で優れている。但し、ガイド層328(第1隣接層342)と光閉じ込め層330と間でエネルギー準位の差が大きすぎると、同じn型半導体層であっても、電子の停留を招く恐れがある。そのため、伝導帯のエネルギー準位において、第1隣接層342と光閉じ込め層330との差は、0.6eV以下である。なお、光閉じ込め層330の屈折率n、ガイド層328(第1隣接層342)屈折率nG1、多重量子井戸層326の最外層340の屈折率nの関係は、図5に示す通りである。 The guide layer 328 is composed of only the first adjacent layer 342. The band gap Eg G1 of the guide layer 328 (first adjacent layer 342) is larger than the band gap Eg O of the outermost layer 340 of the multiple quantum well layer 326. Therefore, the electrons hardly stay, and the roll-off is excellent in terms of reduction. However, if the difference in energy level between the guide layer 328 (first adjacent layer 342) and the optical confinement layer 330 is too large, there is a risk of electrons staying, even if they are the same n-type semiconductor layer. Therefore, the difference in energy level of the conduction band between the first adjacent layer 342 and the optical confinement layer 330 is 0.6 eV or less. The relationship between the refractive index n C of the optical confinement layer 330, the refractive index n G1 of the guide layer 328 (first adjacent layer 342), and the refractive index n O of the outermost layer 340 of the multiple quantum well layer 326 is as shown in FIG. 5.

[第4の実施形態]
図6は、第4の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a band diagram of the multiple quantum well layer, the guide layer and the optical confinement layer in the fourth embodiment.

ガイド層428は、複数層からなる。複数層は、最外層440に接触する第1隣接層442を含む。複数層は、光閉じ込め層430に接触する第2隣接層462を含む。第2隣接層462には、第1隣接層442と同じ濃度のSiがドーピングされている。ガイド層428の厚み(第1隣接層442及び第2隣接層462の合計厚み)は、光閉じ込め層430の厚みより薄い。 The guide layer 428 is made up of multiple layers. The multiple layers include a first adjacent layer 442 in contact with the outermost layer 440. The multiple layers include a second adjacent layer 462 in contact with the optical confinement layer 430. The second adjacent layer 462 is doped with Si at the same concentration as the first adjacent layer 442. The thickness of the guide layer 428 (the total thickness of the first adjacent layer 442 and the second adjacent layer 462) is thinner than the thickness of the optical confinement layer 430.

ガイド層428の第1隣接層442のバンドギャップEgG1は、多重量子井戸層426の最外層440のバンドギャップEgと等しい。これにより、n型半導体層とアンドープ層との間で、電子の停留を低減することができる。 The band gap Eg G1 of the first adjacent layer 442 of the guide layer 428 is equal to the band gap Eg O of the outermost layer 440 of the multiple quantum well layer 426. This makes it possible to reduce the retention of electrons between the n-type semiconductor layer and the undoped layer.

第2隣接層462のバンドギャップEgG2は、光閉じ込め層430のバンドギャップEgよりも大きい。第2隣接層462のバンドギャップEgG2は、多重量子井戸層426の最外層440のバンドギャップEgよりも小さい。第2隣接層462のバンドギャップEgG2は、第1隣接層442のバンドギャップEgG1より小さい。したがって、ガイド層428(第1隣接層442及び第2隣接層462)で、エネルギー準位が階段状に変化するので、電子の停留を効果的に低減することができる。本実施形態でも、光閉じ込め層430があるために、多重量子井戸層426への光閉じ込め係数を増大させることができている。なお、光閉じ込め層430の屈折率n、第1隣接層442の屈折率nG1、多重量子井戸層426の最外層440の屈折率nGOの関係は、図6に示す通りである。 The band gap Eg G2 of the second adjacent layer 462 is larger than the band gap Eg C of the optical confinement layer 430. The band gap Eg G2 of the second adjacent layer 462 is smaller than the band gap Eg O of the outermost layer 440 of the multiple quantum well layer 426. The band gap Eg G2 of the second adjacent layer 462 is smaller than the band gap Eg G1 of the first adjacent layer 442. Therefore, in the guide layer 428 (the first adjacent layer 442 and the second adjacent layer 462), the energy level changes stepwise, so that the retention of electrons can be effectively reduced. In this embodiment, the optical confinement layer 430 is also present, so that the optical confinement coefficient of the multiple quantum well layer 426 can be increased. The relationship between the refractive index n C of the optical confinement layer 430, the refractive index n G1 of the first adjacent layer 442, and the refractive index n GO of the outermost layer 440 of the multiple quantum well layer 426 is as shown in FIG. 6.

[第5の実施形態]
図7は、第5の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。
[Fifth embodiment]
FIG. 7 is a band diagram of the multiple quantum well layer, the guide layer and the optical confinement layer in the fifth embodiment.

ガイド層528は、複数層からなる。複数層は、多重量子井戸層526の最外層540に接触する第1隣接層542を含む。複数層は、光閉じ込め層530に接触する第2隣接層562を含む。複数層は、第1隣接層542と第2隣接層562の間に、少なくとも1つの中間層564をさらに含む。第2隣接層562及び中間層564には、第1隣接層542と同じ濃度のSiがドーピングされている。 The guide layer 528 is made up of multiple layers. The multiple layers include a first adjacent layer 542 in contact with the outermost layer 540 of the multiple quantum well layer 526. The multiple layers include a second adjacent layer 562 in contact with the optical confinement layer 530. The multiple layers further include at least one intermediate layer 564 between the first adjacent layer 542 and the second adjacent layer 562. The second adjacent layer 562 and the intermediate layer 564 are doped with Si at the same concentration as the first adjacent layer 542.

第1隣接層542のバンドギャップEgG1は、多重量子井戸層526の最外層540のバンドギャップEgと等しい。第2隣接層562のバンドギャップEgG2は、光閉じ込め層530のバンドギャップEgよりも大きい。第2隣接層562のバンドギャップEgG2は、多重量子井戸層526の最外層540のバンドギャップEgと等しい。第2隣接層562のバンドギャップEgG2は、第1隣接層542のバンドギャップEgG1と同じである。中間層564のバンドギャップEgG3は、光閉じ込め層530のバンドギャップEgと等しい。 The band gap Eg G1 of the first adjacent layer 542 is equal to the band gap Eg O of the outermost layer 540 of the multiple quantum well layer 526. The band gap Eg G2 of the second adjacent layer 562 is larger than the band gap Eg C of the optical confinement layer 530. The band gap Eg G2 of the second adjacent layer 562 is equal to the band gap Eg O of the outermost layer 540 of the multiple quantum well layer 526. The band gap Eg G2 of the second adjacent layer 562 is equal to the band gap Eg G1 of the first adjacent layer 542. The band gap Eg G3 of the intermediate layer 564 is equal to the band gap Eg C of the optical confinement layer 530.

ガイド層528の厚みは、多重量子井戸層526の厚みの半分以下である。半分より厚い場合は、光の閉じ込め効果が十分に得られない恐れがある。光閉じ込め層530の厚みは、多重量子井戸層526の厚みの半分以上である。光閉じ込め層530が薄い場合は、多重量子井戸層526に十分に光を閉じ込めることが難しくなる。 The thickness of the guide layer 528 is less than half the thickness of the multiple quantum well layer 526. If it is thicker than half, there is a risk that the light confinement effect will not be sufficient. The thickness of the light confinement layer 530 is more than half the thickness of the multiple quantum well layer 526. If the light confinement layer 530 is thin, it will be difficult to sufficiently confine light in the multiple quantum well layer 526.

中間層564の厚みは、第1隣接層542より薄い。そのため、中間層564だけでは多重量子井戸層526への光の閉じ込めを大きくする効果は小さい。しかし、第2隣接層562を挟んで、光閉じ込め層530が配置されているため、全体としては多重量子井戸層526側へ光を閉じ込めることができている。従って、第1隣接層542と光閉じ込め層530との間に、他の層が挟まれていたとしても、効果を得ることはできる。なお、光閉じ込め層530の屈折率n、第1隣接層542の屈折率nG1、第2隣接層562の屈折率nG2、中間層564の屈折率nG3、多重量子井戸層526の最外層540の屈折率nG0の関係は、図7に示す通りである。 The thickness of the intermediate layer 564 is thinner than that of the first adjacent layer 542. Therefore, the intermediate layer 564 alone has little effect of increasing the confinement of light to the multiple quantum well layer 526. However, since the optical confinement layer 530 is arranged with the second adjacent layer 562 sandwiched therebetween, the light can be confined to the multiple quantum well layer 526 side as a whole. Therefore, even if another layer is sandwiched between the first adjacent layer 542 and the optical confinement layer 530, the effect can be obtained. The relationship between the refractive index n C of the optical confinement layer 530, the refractive index n G1 of the first adjacent layer 542, the refractive index n G2 of the second adjacent layer 562, the refractive index n G3 of the intermediate layer 564, and the refractive index n G0 of the outermost layer 540 of the multiple quantum well layer 526 is as shown in FIG. 7.

[第6の実施形態]
図8は、第6の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。半導体光素子は、n型InPからなる半導体基板620を有する。半導体基板620に、n型InPからなるバッファ層622(n型クラッド層)が積層されている。バッファ層622には、バッファ層622に近い順に、光閉じ込め層630、ガイド層628、多重量子井戸層626、p型SCH層624、p型クラッド層644が積層されている。光閉じ込め層630及びガイド層628は、n型SCH層632と称することもできる。
Sixth embodiment
8 is a cross-sectional view of a semiconductor optical device according to the sixth embodiment. The semiconductor optical device has a semiconductor substrate 620 made of n-type InP. A buffer layer 622 (n-type cladding layer) made of n-type InP is laminated on the semiconductor substrate 620. In the buffer layer 622, an optical confinement layer 630, a guide layer 628, a multiple quantum well layer 626, a p-type SCH layer 624, and a p-type cladding layer 644 are laminated in order from the side closest to the buffer layer 622. The optical confinement layer 630 and the guide layer 628 can also be referred to as an n-type SCH layer 632.

図9は、第6の実施形態における多重量子井戸層、ガイド層及び光閉じ込め層のバンドダイアグラムである。 Figure 9 shows a band diagram of the multiple quantum well layer, guide layer, and optical confinement layer in the sixth embodiment.

多重量子井戸層626は、アンドープの歪InGaAlAsからなる。多重量子井戸層626は、交互に重なる複数の井戸層636及び複数の障壁層638(例えば6ペアの井戸層636及び障壁層638)を含む。井戸層636及び障壁層638は、同じ厚み(例えば8nm)であってもよい。複数の障壁層638のそれぞれはアンドープ層である。多重量子井戸層626の最外層640(最上層及び最下層のそれぞれ)は、複数の障壁層638の1つである。 The multiple quantum well layer 626 is made of undoped strained InGaAlAs. The multiple quantum well layer 626 includes multiple well layers 636 and multiple barrier layers 638 (e.g., six pairs of well layers 636 and barrier layers 638) that are alternately stacked. The well layers 636 and the barrier layers 638 may have the same thickness (e.g., 8 nm). Each of the multiple barrier layers 638 is an undoped layer. The outermost layer 640 (each of the top and bottom layers) of the multiple quantum well layer 626 is one of the multiple barrier layers 638.

ガイド層628は、n型半導体層(例えば、厚さ40nmで組成波長0.93μmのn型InGaAlAs層)である。n型ドーパントとしてSiが用いられる。ガイド層628と光閉じ込め層630のドーピング濃度は、同一であっても異なっていても構わないが、電界が十分にかかる程度の濃度差であることが好ましい。ガイド層628は、多重量子井戸層626と光閉じ込め層630の間に介在する。ガイド層628は、多重量子井戸層626の最外層640に接触する第1隣接層642を含む。ガイド層628は、第1隣接層642のみからなる。ガイド層628(第1隣接層642)は、多重量子井戸層626の最外層640と同じ組成波長になっている。 The guide layer 628 is an n-type semiconductor layer (for example, an n-type InGaAlAs layer having a thickness of 40 nm and a composition wavelength of 0.93 μm). Si is used as an n-type dopant. The doping concentrations of the guide layer 628 and the optical confinement layer 630 may be the same or different, but it is preferable that the concentration difference is sufficient to apply an electric field. The guide layer 628 is interposed between the multiple quantum well layer 626 and the optical confinement layer 630. The guide layer 628 includes a first adjacent layer 642 that contacts the outermost layer 640 of the multiple quantum well layer 626. The guide layer 628 is composed of only the first adjacent layer 642. The guide layer 628 (first adjacent layer 642) has the same composition wavelength as the outermost layer 640 of the multiple quantum well layer 626.

第1隣接層642のバンドギャップEgG1は、光閉じ込め層630のバンドギャップEgよりも大きい。したがって、ガイド層628と光閉じ込め層630との間には、エネルギー障壁(伝導帯におけるエネルギー準位の差)が存在するが、両者ともn型半導体層であるため、n型半導体層とアンドープ層との間のエネルギー障壁と比較すると、電子の停留は少ない。これは、n型層内に十分に電界がかかるためである。このように、ガイド層628と光閉じ込め層630との間には、エネルギー障壁による電子の停留が少ないために、電子はスムーズに移動するので、電気/光応答特性の低域におけるロールオフが問題にならない。なお、第1隣接層642のバンドギャップEgG1は、多重量子井戸層626の最外層640のバンドギャップEgと等しいので、エネルギー障壁が存在しない。 The band gap Eg G1 of the first adjacent layer 642 is larger than the band gap Eg C of the optical confinement layer 630. Therefore, an energy barrier (difference in energy levels in the conduction band) exists between the guide layer 628 and the optical confinement layer 630, but since both are n-type semiconductor layers, there is less electron retention compared to the energy barrier between an n-type semiconductor layer and an undoped layer. This is because a sufficient electric field is applied in the n-type layer. In this way, there is less electron retention due to the energy barrier between the guide layer 628 and the optical confinement layer 630, so the electrons move smoothly, and the roll-off in the low range of the electrical/optical response characteristics does not become a problem. Note that the band gap Eg G1 of the first adjacent layer 642 is equal to the band gap Eg O of the outermost layer 640 of the multiple quantum well layer 626, so there is no energy barrier.

光閉じ込め層630は、n型半導体層(例えば、厚さ80nmで組成波長1.15μmのn型InGaAlAs層)である。n型ドーパントとしてSiが用いられる。 The optical confinement layer 630 is an n-type semiconductor layer (for example, an n-type InGaAlAs layer with a thickness of 80 nm and a composition wavelength of 1.15 μm). Si is used as the n-type dopant.

光閉じ込め層630のバンドギャップEgは、多重量子井戸層626の最外層640のバンドギャップEgよりも小さい。InGaAlAs層では、バンドギャップが大きいほど、屈折率が小さい。したがって、光閉じ込め層630の屈折率nは、多重量子井戸層626の最外層640の屈折率nよりも大きい。本実施形態においても、第1実施形態で説明した通り、多重量子井戸層626への光閉じ込め係数を増大させることができ、frの向上、つまりトータルとしてf3dB帯域の向上を図ることが可能となる。なお、第1隣接層642の屈折率nG1は、多重量子井戸層626の最外層640の屈折率nと等しい。光閉じ込め層630の屈折率nは、ガイド層628(第1隣接層42)の屈折率nG1よりも大きい。 The band gap Eg C of the optical confinement layer 630 is smaller than the band gap Eg O of the outermost layer 640 of the multiple quantum well layer 626. In the InGaAlAs layer, the larger the band gap, the smaller the refractive index. Therefore, the refractive index n C of the optical confinement layer 630 is larger than the refractive index n O of the outermost layer 640 of the multiple quantum well layer 626. In this embodiment, as described in the first embodiment, the optical confinement coefficient in the multiple quantum well layer 626 can be increased, and it is possible to improve fr, that is, to improve the f3 dB band in total. The refractive index n G1 of the first adjacent layer 642 is equal to the refractive index n O of the outermost layer 640 of the multiple quantum well layer 626. The refractive index n C of the optical confinement layer 630 is larger than the refractive index n G1 of the guide layer 628 (first adjacent layer 42).

ガイド層628(第1隣接層642)は、光閉じ込め層630にも接触する。ガイド層628(第1隣接層642)は、多重量子井戸層626に光を強く閉じ込めるためには、光閉じ込め層630よりも薄いことが好ましい。 The guiding layer 628 (first adjacent layer 642) also contacts the optical confinement layer 630. The guiding layer 628 (first adjacent layer 642) is preferably thinner than the optical confinement layer 630 in order to strongly confine light in the multiple quantum well layer 626.

図8に示すように、p型クラッド層644は、p型SCH層624に近い順に、p型InP層666、p型InGaAsPからなる回折格子層648、p型InPからなる電流注入層656、p型コンタクト層658を含む。回折格子層648は、周期的な回折格子構造を有し、例えば、紙面に垂直な方向にλ/4シフト構造が導入されている。 As shown in FIG. 8, the p-type cladding layer 644 includes, in order from closest to the p-type SCH layer 624, a p-type InP layer 666, a diffraction grating layer 648 made of p-type InGaAsP, a current injection layer 656 made of p-type InP, and a p-type contact layer 658. The diffraction grating layer 648 has a periodic diffraction grating structure, and for example, a λ/4 shift structure is introduced in the direction perpendicular to the paper surface.

p型InP層666からp型コンタクト層658までの積層体は、メサストライプ構造610に含まれる。メサストライプ構造610の側面からp型SCH層624の上面にかけて、SiOからなる絶縁層660が配置されている。 The stacked body from the p-type InP layer 666 to the p-type contact layer 658 is included in the mesa stripe structure 610. An insulating layer 660 made of SiO 2 is disposed on the side surface of the mesa stripe structure 610 and on the upper surface of the p-type SCH layer 624.

上電極612は、p型コンタクト層658と電気的・物理的に接続されている。上電極612は、p型コンタクト層658に接する側から、Ti/Pt/Auの3層構造になっている。下電極614は、AuZn系の材料で構成されている。 The upper electrode 612 is electrically and physically connected to the p-type contact layer 658. The upper electrode 612 has a three-layer structure of Ti/Pt/Au from the side in contact with the p-type contact layer 658. The lower electrode 614 is made of an AuZn-based material.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態を説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the configuration described in the embodiment can be replaced with a substantially identical configuration, a configuration that provides the same action and effect, or a configuration that can achieve the same purpose.

10 メサストライプ構造、12 上電極、14 下電極、16 誘電体無反射コーティング膜、18 誘電体高反射コーティング膜、20 半導体基板、22 バッファ層、24 p型SCH層、26 多重量子井戸層、28 ガイド層、30 光閉じ込め層、32 n型SCH層、34 下メサ構造、36 井戸層、38 障壁層、40 最外層、42 第1隣接層、44 n型クラッド層、46A 第1n型InP層、46B 第2n型InP層層、48 回折格子層、50 n型InGaAsP層、52 埋め込み層、54 上メサ構造、56 電流注入層、58 n型コンタクト層、60 絶縁層、226 多重量子井戸層、228 ガイド層、230 光閉じ込め層、240 最外層、242 第1隣接層、326 多重量子井戸層、328 ガイド層、330 光閉じ込め層、340 最外層、342 第1隣接層、426 多重量子井戸層、428 ガイド層、430 光閉じ込め層、440 最外層、442 第1隣接層、462 第2隣接層、526 多重量子井戸層、528 ガイド層、530 光閉じ込め層、540 最外層、542 第1隣接層、562 第2隣接層、564 中間層、610 メサストライプ構造、612 上電極、614 下電極、620 半導体基板、622 バッファ層、624 p型SCH層、626 多重量子井戸層、628 ガイド層、630 光閉じ込め層、632 n型SCH層、636 井戸層、638 障壁層、640 最外層、642 第1隣接層、644 p型クラッド層、648 回折格子層、656 電流注入層、658 p型コンタクト層、660 絶縁層、666 p型InP層、Eg バンドギャップ、EgG1 バンドギャップ、EgG2 バンドギャップ、EgG3 バンドギャップ、Eg バンドギャップ、n 屈折率、nG1 屈折率、nG2 屈折率、nG3 屈折率、n 屈折率。

10 mesa stripe structure, 12 upper electrode, 14 lower electrode, 16 dielectric anti-reflective coating film, 18 dielectric high-reflective coating film, 20 semiconductor substrate, 22 buffer layer, 24 p-type SCH layer, 26 multiple quantum well layer, 28 guide layer, 30 optical confinement layer, 32 n-type SCH layer, 34 lower mesa structure, 36 well layer, 38 barrier layer, 40 outermost layer, 42 first adjacent layer, 44 n-type cladding layer, 46A first n-type InP layer, 46B second n-type InP layer, 48 diffraction grating layer, 50 n-type InGaAsP layer, 52 buried layer, 54 upper mesa structure, 56 current injection layer, 58 n-type contact layer, 60 insulating layer, 226 multiple quantum well layer, 228 guide layer, 230 optical confinement layer, 240 outermost layer, 242 First adjacent layer, 326 Multiple quantum well layer, 328 Guide layer, 330 Optical confinement layer, 340 Outermost layer, 342 First adjacent layer, 426 Multiple quantum well layer, 428 Guide layer, 430 Optical confinement layer, 440 Outermost layer, 442 First adjacent layer, 462 Second adjacent layer, 526 Multiple quantum well layer, 528 Guide layer, 530 Optical confinement layer, 540 Outermost layer, 542 First adjacent layer, 562 Second adjacent layer, 564 Intermediate layer, 610 Mesa stripe structure, 612 Upper electrode, 614 Lower electrode, 620 Semiconductor substrate, 622 Buffer layer, 624 p-type SCH layer, 626 Multiple quantum well layer, 628 Guide layer, 630 Optical confinement layer, 632 n-type SCH layer, 636 Well layer, 638 Barrier layer, 640 Outermost layer, 642 first adjacent layer, 644 p-type cladding layer, 648 diffraction grating layer, 656 current injection layer, 658 p-type contact layer, 660 insulating layer, 666 p-type InP layer, Eg C band gap, Eg G1 band gap, Eg G2 band gap, Eg G3 band gap, Eg O band gap, n C refractive index, n G1 refractive index, n G2 refractive index, n G3 refractive index, n O refractive index.

Claims (19)

交互に重なる複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、前記複数の障壁層のそれぞれはアンドープ層であり、最外層が前記複数の障壁層の1つである多重量子井戸層と、
前記最外層よりも屈折率において大きく、前記最外層よりもバンドギャップにおいて小さい光閉じ込め層と、
前記多重量子井戸層と前記光閉じ込め層の間に介在し、前記最外層に接触する第1隣接層を含み、前記光閉じ込め層よりも薄くなっているガイド層と、
を有し、
前記光閉じ込め層及び前記ガイド層のそれぞれは、n型半導体層であり、
前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記光閉じ込め層よりも前記バンドギャップにおいて大きく、
前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記多重量子井戸層の前記最外層よりも、前記バンドギャップにおいて大きい半導体光素子。
a multiple quantum well layer including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers that are alternately stacked, each of the plurality of barrier layers being an undoped layer, and an outermost layer being one of the plurality of barrier layers;
an optical confinement layer having a refractive index larger than that of the outermost layer and a band gap smaller than that of the outermost layer;
a guide layer interposed between the multiple quantum well layer and the optical confinement layer, including a first adjacent layer in contact with the outermost layer, the guide layer being thinner than the optical confinement layer;
having
each of the optical confinement layer and the guide layer is an n-type semiconductor layer;
the first adjacent layer of the guiding layer is larger in band gap than the optical confinement layer;
The first adjacent layer of the guiding layer has a band gap larger than that of the outermost layer of the multiple quantum well layer .
交互に重なる複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、前記複数の障壁層のそれぞれはアンドープ層であり、最外層が前記複数の障壁層の1つである多重量子井戸層と、
前記最外層よりも屈折率において大きく、前記最外層よりもバンドギャップにおいて小さい光閉じ込め層と、
前記多重量子井戸層と前記光閉じ込め層の間に介在し、前記最外層に接触する第1隣接層を含み、前記光閉じ込め層よりも薄くなっているガイド層と、
を有し、
前記光閉じ込め層及び前記ガイド層のそれぞれは、n型半導体層であり、
前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記光閉じ込め層よりも前記バンドギャップにおいて大きく、
前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記多重量子井戸層の前記最外層よりも、前記バンドギャップにおいて小さい半導体光素子。
a multiple quantum well layer including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers that are alternately stacked, each of the plurality of barrier layers being an undoped layer, and an outermost layer being one of the plurality of barrier layers;
an optical confinement layer having a refractive index larger than that of the outermost layer and a band gap smaller than that of the outermost layer;
a guide layer interposed between the multiple quantum well layer and the optical confinement layer, including a first adjacent layer in contact with the outermost layer, the guide layer being thinner than the optical confinement layer;
having
each of the optical confinement layer and the guide layer is an n-type semiconductor layer;
the first adjacent layer of the guiding layer is larger in band gap than the optical confinement layer;
The first adjacent layer of the guiding layer has a band gap smaller than that of the outermost layer of the multiple quantum well layer.
請求項1又は2に記載された半導体光素子であって、
前記ガイド層は、前記第1隣接層のみからなる半導体光素子。
3. The semiconductor optical device according to claim 1,
The guide layer is a semiconductor optical device consisting of only the first adjacent layer.
請求項1又は2に記載された半導体光素子であって、
前記ガイド層は、前記最外層に接触する前記第1隣接層と、前記光閉じ込め層に接触する第2隣接層と、を含む複数層からなり、
前記第2隣接層は、前記光閉じ込め層よりも、前記バンドギャップにおいて大きい半導体光素子。
3. The semiconductor optical device according to claim 1,
the guide layer is made up of a plurality of layers including the first adjacent layer in contact with the outermost layer and a second adjacent layer in contact with the optical confinement layer;
The second adjacent layer has a larger band gap than the optical confinement layer.
交互に重なる複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、前記複数の障壁層のそれぞれはアンドープ層であり、最外層が前記複数の障壁層の1つである多重量子井戸層と、
前記最外層よりも屈折率において大きく、前記最外層よりもバンドギャップにおいて小さい光閉じ込め層と、
前記多重量子井戸層と前記光閉じ込め層の間に介在し、前記最外層に接触する第1隣接層を含み、前記光閉じ込め層よりも薄くなっているガイド層と、
を有し、
前記光閉じ込め層及び前記ガイド層のそれぞれは、n型半導体層であり、
前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記光閉じ込め層よりも前記バンドギャップにおいて大きく、
前記ガイド層は、前記最外層に接触する前記第1隣接層と、前記光閉じ込め層に接触する第2隣接層と、を含む複数層からなり、
前記第2隣接層は、前記光閉じ込め層よりも、前記バンドギャップにおいて大きく、
前記第2隣接層は、前記多重量子井戸層の前記最外層よりも、前記バンドギャップにおいて小さい半導体光素子。
a multiple quantum well layer including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers that are alternately stacked, each of the plurality of barrier layers being an undoped layer, and an outermost layer being one of the plurality of barrier layers;
an optical confinement layer having a refractive index larger than that of the outermost layer and a band gap smaller than that of the outermost layer;
a guide layer interposed between the multiple quantum well layer and the optical confinement layer, including a first adjacent layer in contact with the outermost layer, the guide layer being thinner than the optical confinement layer;
having
each of the optical confinement layer and the guide layer is an n-type semiconductor layer;
the first adjacent layer of the guiding layer is larger in band gap than the optical confinement layer;
the guide layer is made up of a plurality of layers including the first adjacent layer in contact with the outermost layer and a second adjacent layer in contact with the optical confinement layer;
the second adjacent layer has a larger band gap than the optical confinement layer;
The second adjacent layer has a band gap smaller than that of the outermost layer of the multiple quantum well layer.
交互に重なる複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、前記複数の障壁層のそれぞれはアンドープ層であり、最外層が前記複数の障壁層の1つである多重量子井戸層と、
前記最外層よりも屈折率において大きく、前記最外層よりもバンドギャップにおいて小さい光閉じ込め層と、
前記多重量子井戸層と前記光閉じ込め層の間に介在し、前記最外層に接触する第1隣接層を含み、前記光閉じ込め層よりも薄くなっているガイド層と、
を有し、
前記光閉じ込め層及び前記ガイド層のそれぞれは、n型半導体層であり、
前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記光閉じ込め層よりも前記バンドギャップにおいて大きく、
前記ガイド層は、前記最外層に接触する前記第1隣接層と、前記光閉じ込め層に接触する第2隣接層と、を含む複数層からなり、
前記第2隣接層は、前記光閉じ込め層よりも、前記バンドギャップにおいて大きく、
前記第2隣接層は、前記多重量子井戸層の前記最外層と、前記バンドギャップにおいて等しい半導体光素子。
a multiple quantum well layer including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers that are alternately stacked, each of the plurality of barrier layers being an undoped layer, and an outermost layer being one of the plurality of barrier layers;
an optical confinement layer having a refractive index larger than that of the outermost layer and a band gap smaller than that of the outermost layer;
a guide layer interposed between the multiple quantum well layer and the optical confinement layer, including a first adjacent layer in contact with the outermost layer, the guide layer being thinner than the optical confinement layer;
having
each of the optical confinement layer and the guide layer is an n-type semiconductor layer;
the first adjacent layer of the guiding layer is larger in band gap than the optical confinement layer;
the guide layer is made up of a plurality of layers including the first adjacent layer in contact with the outermost layer and a second adjacent layer in contact with the optical confinement layer;
the second adjacent layer has a larger band gap than the optical confinement layer;
The second adjacent layer has a band gap equal to that of the outermost layer of the multiple quantum well layer.
交互に重なる複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、前記複数の障壁層のそれぞれはアンドープ層であり、最外層が前記複数の障壁層の1つである多重量子井戸層と、
前記最外層よりも屈折率において大きく、前記最外層よりもバンドギャップにおいて小さい光閉じ込め層と、
前記多重量子井戸層と前記光閉じ込め層の間に介在し、前記最外層に接触する第1隣接層を含み、前記光閉じ込め層よりも薄くなっているガイド層と、
を有し、
前記光閉じ込め層及び前記ガイド層のそれぞれは、n型半導体層であり、
前記ガイド層の前記第1隣接層は、前記光閉じ込め層よりも前記バンドギャップにおいて大きく、
前記ガイド層は、前記最外層に接触する前記第1隣接層と、前記光閉じ込め層に接触する第2隣接層と、を含む複数層からなり、
前記第2隣接層は、前記光閉じ込め層よりも、前記バンドギャップにおいて大きく、
前記ガイド層を構成する前記複数層は、前記第1隣接層と前記第2隣接層の間に、少なくとも1つの中間層をさらに含む半導体光素子。
a multiple quantum well layer including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers that are alternately stacked, each of the plurality of barrier layers being an undoped layer, and an outermost layer being one of the plurality of barrier layers;
an optical confinement layer having a refractive index larger than that of the outermost layer and a band gap smaller than that of the outermost layer;
a guide layer interposed between the multiple quantum well layer and the optical confinement layer, including a first adjacent layer in contact with the outermost layer, the guide layer being thinner than the optical confinement layer;
having
each of the optical confinement layer and the guide layer is an n-type semiconductor layer;
the first adjacent layer of the guiding layer is larger in band gap than the optical confinement layer;
the guide layer is made up of a plurality of layers including the first adjacent layer in contact with the outermost layer and a second adjacent layer in contact with the optical confinement layer;
the second adjacent layer has a larger band gap than the optical confinement layer;
The semiconductor optical device, wherein the plurality of layers constituting the guide layer further includes at least one intermediate layer between the first adjacent layer and the second adjacent layer.
請求項に記載された半導体光素子であって、
前記少なくとも1つの中間層は、前記光閉じ込め層と、前記バンドギャップにおいて等しい半導体光素子。
8. The semiconductor optical device according to claim 7 ,
The at least one intermediate layer has the same band gap as the optical confinement layer.
請求項1からのいずれか1項に記載された半導体光素子であって、
伝導帯のエネルギー準位において、前記第1隣接層と前記最外層との差は、前記光閉じ込め層と前記最外層との差の半分以下である半導体光素子。
9. The semiconductor optical device according to claim 1,
A semiconductor optical device, wherein a difference in energy level of a conduction band between the first adjacent layer and the outermost layer is half or less of a difference between the optical confinement layer and the outermost layer.
請求項1からのいずれか1項に記載された半導体光素子であって、
伝導帯のエネルギー準位において、前記第1隣接層と前記最外層との差は、前記光閉じ込め層と前記最外層との差の1/3以下である半導体光素子。
9. The semiconductor optical device according to claim 1,
A semiconductor optical device, wherein a difference in energy level of a conduction band between the first adjacent layer and the outermost layer is 1/3 or less of a difference between the optical confinement layer and the outermost layer.
請求項1から10のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、
伝導帯のエネルギー準位において、前記第1隣接層と前記光閉じ込め層との差は、0.6eV以下である半導体光素子。
11. The semiconductor optical device according to claim 1,
A semiconductor optical device, wherein the difference in energy level of the conduction band between the first adjacent layer and the optical confinement layer is 0.6 eV or less.
請求項1から11のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、
前記ガイド層の厚みは、前記多重量子井戸層の厚みの半分以下である半導体光素子。
12. The semiconductor optical device according to claim 1,
The thickness of the guide layer is equal to or less than half the thickness of the multiple quantum well layer.
請求項1から12のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、
前記光閉じ込め層の厚みは、前記多重量子井戸層の厚みの半分以上である半導体光素子。
13. The semiconductor optical device according to claim 1,
A semiconductor optical device in which the thickness of the optical confinement layer is at least half the thickness of the multiple quantum well layer.
下メサ構造と、
前記下メサ構造の上にあって、前記下メサ構造よりも幅が狭い上メサ構造と、
前記上メサ構造に含まれずに前記下メサ構造に含まれ、交互に重なる複数の井戸層及び複数の障壁層を含み、前記複数の障壁層のそれぞれはアンドープ層であり、最外層が前記複数の障壁層の1つである多重量子井戸層と、
前記上メサ構造に含まれずに前記下メサ構造に含まれ、前記最外層よりも屈折率において大きく、前記最外層よりもバンドギャップにおいて小さい光閉じ込め層と、
前記多重量子井戸層と前記光閉じ込め層の間に介在し、前記光閉じ込め層に直接接触し、前記最外層に接触する第1隣接層を含み、前記光閉じ込め層よりも薄くなっているガイド層と、
前記上メサ構造を囲まずに前記下メサ構造を囲む埋め込み層と、
を有する半導体光素子。
A lower mesa structure;
an upper mesa structure located above the lower mesa structure and having a width narrower than that of the lower mesa structure;
a multiple quantum well layer, the multiple quantum well layer being included in the lower mesa structure but not in the upper mesa structure, the multiple quantum well layer including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers which are alternately stacked, each of the plurality of barrier layers being an undoped layer, and an outermost layer being one of the plurality of barrier layers;
an optical confinement layer that is not included in the upper mesa structure but is included in the lower mesa structure, the optical confinement layer having a refractive index larger than that of the outermost layer and a band gap smaller than that of the outermost layer;
a guide layer interposed between the multiple quantum well layer and the optical confinement layer, in direct contact with the optical confinement layer, including a first adjacent layer in contact with the outermost layer, and thinner than the optical confinement layer;
a buried layer surrounding the lower mesa structure without surrounding the upper mesa structure;
A semiconductor optical element comprising:
請求項14に記載された半導体光素子であって、
前記ガイド層の第1隣接層は、前記多重量子井戸層の前記最外層よりも、前記バンドギャップにおいて大きい半導体光素子。
15. The semiconductor optical device according to claim 14,
A semiconductor optical device in which a first adjacent layer of the guiding layer has a larger band gap than the outermost layer of the multiple quantum well layer.
請求項14に記載された半導体光素子であって、
前記ガイド層は、前記第1隣接層のみからなる半導体光素子。
15. The semiconductor optical device according to claim 14,
The guide layer is a semiconductor optical device consisting of only the first adjacent layer.
請求項14に記載された半導体光素子であって、
伝導帯のエネルギー準位において、前記第1隣接層と前記光閉じ込め層との差は、0.6eV以下である半導体光素子。
15. The semiconductor optical device according to claim 14,
A semiconductor optical device, wherein the difference in energy level of the conduction band between the first adjacent layer and the optical confinement layer is 0.6 eV or less.
請求項14に記載された半導体光素子であって、
前記光閉じ込め層と前記ガイド層は、n型分離閉じ込めヘテロ層である半導体光素子。
15. The semiconductor optical device according to claim 14,
The optical confinement layer and the guide layer are n-type separate confinement heterolayers.
請求項14に記載された半導体光素子であって、
前記埋め込み層は、Fe又はRuをドーパントとするInP、あるいは、p型InP、n型InP及び高抵抗型InPの少なくとも1つを含む材料の積層体のうち、少なくとも1つを含む半導体光素子。
15. The semiconductor optical device according to claim 14,
The buried layer is a semiconductor optical device including at least one of InP doped with Fe or Ru, or a laminate of materials including at least one of p-type InP, n-type InP, and high-resistance InP.
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