专利名称：半导体光通信元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成了激光二极管(Laser Diode，以下称为“LD”)和半导体光调制器(Electro Absorption Modulator，以下称为“EA”)的半导体光通信元件。
背景技术：
以往至今，集成了LD和EA的半导体光通信元件，作为具有2.5Gbps以上的高速光通信系统的电-光转换功能的光源，因其可进行高速低线性调频脉冲动作而得到了广泛的应用。以往，在将LD和EA集成在同一衬底上的元件中，由于这2个元件需要极性相反的电源，所以需要正负2个电源。即，在把LD和EA的阴极形成在同一衬底上的情况下，对于LD的阳极，为了使其产生激光，需要施加+1.7V左右的电源电压。另一方面，对于EA的阳极，为了通过反偏置来控制激光的通过，需要施加-0.5～-2.5V左右的调制信号。因此，为了简化电源电路并且降低系统整体的功耗，目前正在研究单一电源动作的方式。
图2是下述专利文献1中所记载的以往的光半导体器件的原理图。
该光半导体器件具有由LD1a和EA1b构成的以往的光半导体元件1。LD1a的pn结和EA1b的pn结，在半导体衬底上形成在同一方向上，这些LD1a和EA1b的阴极与被提供了公共基准电位Vcm的端子2连接。
LD1a的阳极与被提供了电源电压Vcc的端子3连接，在该LD1a的阳极与阴极之间连接有用于除去噪声的电容器4。
另一方面，EA1b的阳极与传输线路4的一端连接，该传输线路的另一端与偏置电路5连接。偏置电路5由电感器5a和电容器5b构成，通过电感器5a被提供了接地电位GND，通过电容器5b被提供调制信号Smod。另外，在EA1b的阳极与阴极之间，连接有用于与传输线路4的阻抗匹配的电阻6。
在该光半导体器件中，把端子2的基准电位Vcm设定为接地电位GND与电源电压Vcc之间的电位。由此，LD1a从正向被施加Vcc-Vcm的电压，EA1b从反向被施加Vcm的电压。由此，能够使以往的光半导体元件1在单一电源下动作。日本特开2003-298175号公报[专利文献2] 日本特开平9-51142号公报[专利文献3] 日本特开平10-326942号公报[专利文献4] 日本特开2003-60284号公报但是，在上述的光半导体器件中存在着如下的问题。
电源电压Vcc需要的电压为用于驱动LD1a的电压(例如1.7V)与对EA1b的反偏置电压(例如-1.5V)之和，即4.3V。并且，由于调制信号Smod需要±1V左右，所以最大电压为5.3V左右。另外，由于EA1b的阳极电位随着调制信号Smod变动，所以端子2的基准电位Vcm随此而变动，其基准电位Vcm的变动会造成光的波形劣化。
发明内容
本发明的目的是提供一种即使降低电源电路的最大供给电压也能够动作、且不会产生光的波形劣化的半导体光通信元件。
本发明提供一种半导体光通信元件，其在同一衬底上隔着分离区域形成有LD和EA，并构成为由该LD产生的激光通过该EA进行调制并输出，其特征在于，上述衬底以及上述分离区域由对上述LD与上述EA进行电分离的绝缘性材料形成。
本发明利用衬底和分离区域将形成在同一衬底上的LD和EA电绝缘。由此，例如能够将LD的阴极和EA的阳极与公共接地电位连接，向LD的阳极施加正的电源电压，向EA的阴极施加正偏置的调制信号。由此，向LD施加的电源电压不会受调制信号的影响。另外，由于向LD和EA施加的电压都是正电压，所以具有可降低电源电路的最大供给电压，减少功耗的效果。
图1是表示本发明实施例1的半导体光通信元件的结构图。
图2是以往的光半导体器件的原理图。
图3是图1的等效电路和连接方法的说明图。
图4是表示本发明实施例2的半导体光通信元件的结构图。
图中11-衬底；12-下侧包层13、23b-芯层；14-上侧包层；17-绝缘层；23-半导体层；23a-n型层；23c-p型层。
具体实施例方式
在绝缘性衬底上，隔着分离区域，在第1导电型(例如n型)的下侧包层和第2导电型(例如p型)的上侧包层之间夹着芯层地形成LD和EA。另外，分离区域是在衬底上一并形成了构成LD和EA的下侧包层、芯层以及上侧包层后，向分离该LD和EA的部位选择性注入质子等离子，生成到达衬底表面的绝缘体而形成的。
图1(a)、(b)是表示本发明实施例1的半导体光通信元件的结构图，该图(a)是立体图，该图(b)是沿着图(a)中的A1-A2线的部分剖视图。
如图1(a)所示，该半导体光通信元件，具有在绝缘性衬底11(例如不含杂质的InP衬底)上依次形成的下侧包层12、芯层13以及上侧包层14。下侧包层12和上侧包层14都由InP形成，芯层13由InGaAsP形成，并且将该芯层13的光折射率设定得大于包层12、14的光折射率。
并且，在图1(a)中的A1-A2线两侧的上侧包层14上，设有与该A1-A2线平行、且底部到达芯层13表面的槽。在该槽中，隔着形成在内侧表面上的由SiO2构成的绝缘性保护膜15，埋入有光折射率小的聚酰亚胺层16。
另外，在上侧包层14和下侧包层12中，分别包含p型杂质和n型杂质，芯层13为不含杂质的绝缘层。由此，由上侧包层14、芯层13以及下侧包层12形成pin构造的二极管。
该二极管如图1(a)所示，在外侧的EA区域与里侧的LD区域之间由分离区域分离。即，在图1(b)的左侧所示的EA区域与右侧所示的LD区域之间设有绝缘层17，该绝缘层17形成为从上侧包层14的表面穿过芯层13和下侧包层12，从衬底11的表面到达其内部，将EA区域和LD区域分开。而且，由该绝缘层17构成的分离区域将EA区域与LD区域电绝缘。
EA区域和LD区域的上侧包层14分别成为EA和LD的阳极。而且，在EA区域和LD区域的上侧包层14的表面上依次形成有半导体接触层18、和欧姆电极19，在该欧姆电极19之上形成有EA用阳极电极布线20EA、和LD用阳极电极布线20LD。
另一方面，EA区域和LD区域的下侧包层12分别成为EA和LD的阴极，并形成有同样的阴极电极布线21EA、21LD。另外，在衬底11的下侧，形成有贴片(diebonding)用金属膜22。
另外，作为分离区域的形成方法有以下的方法。
(1)在衬底11的表面，一并形成下侧包层12、芯层13以及上侧包层14，然后，只对分离区域选择性地进行质子等的离子注入，构成到达衬底11表面的绝缘层17。
(2)在衬底11的表面上，形成EA区域和LD区域的下侧包层12和芯层13，然后，只对分离区域选择性地进行质子等的离子注入，构成到达衬底11表面的绝缘层。然后，在芯层13的表面上形成上侧包层14，从该上侧包层14之上，再次对分离区域选择性地进行质子等的离子注入，使其与之前构成的绝缘层连接。
图3是图1的等效电路和连接方法的说明图。下面，参照图3说明图1的动作。
如图3中虚线框所示，该半导体光通信元件30具有相互电绝缘的LD31和EA32。即，LD31的阳极A和阴极K分别与图1中的LD区域的上侧包层14和下侧包层12对应，EA32的阳极A和阴极K分别与图1中的EA区域的上侧包层14和下侧包层12对应。而且，LD31的阳极A和阴极K分别与外部连接用端子33、34连接，EA32的阳极A和阴极K分别与外部连接用端子35、36连接。
另外，如图1所示，LD31和EA32的阳极A，被绝缘层17分离，由于该绝缘层17的绝缘电阻37a极大，且寄生电容37b极小，所以不会产生动作上的影响。同样，由于分离LD31和EA32的阴极K的绝缘层17的绝缘电阻38a极大，且寄生电容38b极小，所以不会产生动作上的影响。
半导体光通信元件30的LD31侧的端子33被施加电源电压VCC(例如+1.7V)，端子34与接地电位GND连接。另一方面，EA32侧的端子35与接地电位GND连接，端子36被提供了在偏置电压VB(例如+1.5)上叠加了调制信号SM(例如±1.0V)的信号。另外，在端子35、36之间连接有阻抗匹配用电阻41。
在图1的LD区域中，当在p型上侧包层14与下侧包层12之间施加电源电压VCC时，LD31产生振荡，激光在芯层13中传播。此时，激光在上下方向被夹在光折射率小的包层14、12之间，并且在左右方向被夹在设置在上侧包层12上的光折射率小的聚酰亚胺层16之间。由此，激光在光折射率大的芯层13的内部，沿着图1中的A1-A2线直向行进。
此时，虽然在分离区域的芯层13中注入有用于形成绝缘性的质子等，但不影响激光的传播。
通过分离区域而传播到EA区域的芯层13的激光，由反偏置的电场吸收型EA32进行强度调制。即，在反偏置的电压小(例如-0.5V)时，激光不被吸收，而被输出到外部。而在反偏置的电压大(例如-2.5V)时，激光几乎全被吸收，不能输出到外部。
如上述那样，本实施例1的半导体光通信元件在绝缘性衬底11上利用绝缘性分离区域隔离形成LD和EA。因此，能够把LD31和EA32的阳极A和阴极K作为电分离了的端子33～36来引出。这样，能够使LD31的阴极K和EA32的阳极A与接地电位GND连接，对LD31的阳极A施加正的电源电压VCC，并且对EA32的阴极K提供由正的偏置电压VB进行了偏置的调制信号SM。
因此，其优点是，成为基准的接地电位GND不会受调制信号SM的影响而变动，从而不会产生光的波形劣化。并且，在本实施例的情况下，所需要的电源电压和调制电压最大也仅为+2.5V，因而其优点是，可降低电源电路的最大供给电压，减少功耗。
图4(a)、(b)是表示本发明实施例2的半导体光通信元件的结构图，该图(a)是剖面结构图，该图(b)是等效电路图。
该半导体光通信元件取代图1(a)中的分离区域的绝缘层17，而设置了半导体层23。半导体层23由作为上侧包层的p型层23a、芯层23b、以及作为下侧包层的n型层23c构成。即，LD区域和EA区域的下侧包层是n型，分离区域的下侧包层是p型。另外，LD区域和EA区域的上侧包层是p型，分离区域的上侧包层是n型。另外，半导体层23的宽度被设定为比电子或空穴的扩散长度充分大的值。具体而言，只要在10μm以上，即是充分的。其它结构与图1相同。
这种结构的半导体光通信元件可认为具有图4(b)的等效电路所示的结构。
即，图4(a)中的LD区域的上侧包层14和下侧包层12分别与LD31的阳极A和阴极K对应，EA区域的上侧包层14和下侧包层12分别与EA32的阳极A和阴极K对应。
下侧包层12的LD区域(n型)、分离区域(p型)以及EA区域(n型)与反向串联连接的2个二极管39a、39b对应。另外，上侧包层14的LD区域(p型)、分离区域(n型)以及EA区域(p型)与反向串联连接的2个二极管39c、39D对应。并且，分离区域的p型层23a、芯层23b以及n型层23c与二极管39e对应，该二极管39e的阳极与二极管39a、39b的连接点(阳极)连接，阴极与二极管39c、39d的连接点(阴极)连接。
由此，LD31的阳极A和阴极K几乎完全与EA32的阳极A和阴极K电分离。同样，EA32的阳极A和阴极K几乎完全与LD31的阳极A和阴极K电分离。因此，该半导体光通信元件具有与图1的半导体光通信元件相同的电特性。
如上所述，本实施例2的半导体光通信元件在绝缘性衬底11上，作为分离区域而设置有与LD区域和EA区域的包层极性相反的包含杂质的半导体层23。由此，将LD区域与EA区域电分离，从而能得到与实施例1同样的优点。
另外，本发明不限于上述的实施例，可进行各种变形，作为其变形例，例如有以下各种。
(a)关于在正向偏置下动作的元件，举例说明了LD，但除了LD以外，也适用于半导体光放大器、半导体波长转换器等。
(b)关于在反向偏置下动作的元件，举例说明了EA，但除了EA以外，也适用于其它方式的光调制器、光电二极管、半导体光开关、半导体光方向性耦合器等。
(c)在图3的半导体光通信元件30中，是把LD31的阴极K和EA32的阳极A分别与不同的端子34、35连接，但也可以使这些LD31的阴极K和EA32的阳极A在内部连接，构成3端子结构。
(d)图1的构造和材料等只是一例，并不限于此。例如，也可以使下侧包层12为p型，使上侧包层14为n型。另外，在本实施例的说明中，作为具体的材料，使用了InP和InGaAsP，但也可以使用其它化合物半导体材料。
权利要求
1.一种半导体光通信元件，在同一衬底上隔着分离区域形成有激光二极管和半导体光调制器，并构成为由该激光二极管产生的激光通过该半导体光调制器进行调制并输出，其特征在于，上述衬底以及上述分离区域由对上述激光二极管与上述半导体光调制器进行电分离的绝缘性材料形成。
2.根据权利要求1所述的半导体光通信元件，其特征在于，上述衬底采用绝缘性或不含杂质的化合物半导体衬底，上述分离区域通过离子注入而形成为具备绝缘性。
3.一种半导体光通信元件，在同一衬底上隔着分离区域形成有激光二极管和半导体光调制器，并构成为由该激光二极管产生的激光通过该半导体光调制器进行调制并输出，其特征在于，上述激光二极管和上述半导体光调制器，分别形成为在上述衬底之上在第1导电型的下侧包层与第2导电型的上侧包层之间夹着芯层，上述分离区域，形成为在上述衬底之上在第2导电型的下侧包层与第1导电型的上侧包层之间夹着芯层。
4.根据权利要求3所述的半导体光通信元件，其特征在于，上述分离区域的长度设定得比电子或空穴的扩散长度长。
全文摘要
本发明提供一种能够在低电源电压下工作、且不会产生光的波形劣化的半导体光通信元件。其中，在绝缘性衬底(11)上隔着分离区域在LD区域和EA区域，分别形成由n型下侧包层(12)、芯层(13)和p型上侧包层(14)构成的LD和EA。分离区域通过注入质子等形成从上侧包层(14)穿过芯层(13)和下侧包层(12)，到达衬底(11)的绝缘层(17)。由于LD与EA是电分离的，所以能够将LD的阴极和EA的阳极与公共接地电位连接，向LD的阳极施加正电源电压，向EA的阴极施加进行了正偏置的调制信号。从而使向LD施加的电源电压不受调制信号的影响。并且能够降低电源电路的最大供给电压。
文档编号H01S5/026GK1979235SQ20061015036
公开日2007年6月13日 申请日期2006年10月30日 优先权日2005年12月6日
发明者岛村知周, 久保田宗亲, 山田光志 申请人:冲电气工业株式会社