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JPH0786696A - Semiconductor optical element and semiconductor optical device using the same - Google Patents

Semiconductor optical element and semiconductor optical device using the same

Info

Publication number
JPH0786696A
JPH0786696A JP25110793A JP25110793A JPH0786696A JP H0786696 A JPH0786696 A JP H0786696A JP 25110793 A JP25110793 A JP 25110793A JP 25110793 A JP25110793 A JP 25110793A JP H0786696 A JPH0786696 A JP H0786696A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
layer
optical device
semiconductor
semiconductor optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25110793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Suzuki
安弘 鈴木
Takeshi Kurosaki
武志 黒崎
Yuichi Tomori
裕一 東盛
Mitsuo Fukuda
光男 福田
Minoru Okamoto
稔 岡本
Toshihiko Sugie
利彦 杉江
Hiroyasu Motai
宏泰 馬渡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP25110793A priority Critical patent/JPH0786696A/en
Publication of JPH0786696A publication Critical patent/JPH0786696A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 単結晶半導体でなる基板と、その基板上に形
成されている単結晶半導体でなる活性層とを有する半導
体光素子において、半導体光検出器としての機能を得て
いる場合に、その半導体光検出器しての光検出感度が信
号光の偏波態様にほとんど依存しないようにする。 【構成】 活性層が、基板を構成している単結晶半導体
と等しい格子定数を有する単結晶半導体を用いてエピタ
キシャル成長法によって形成されている井戸層と、基板
を構成している単結晶半導体に比し小さな格子定数を有
する単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によっ
てその成長方向と直交する方向に引張り歪が与えられて
いる状態に形成されているバリア層とが順次交互に積層
されている量子井戸構造を有する。
(57) [Abstract] [Purpose] To obtain a function as a semiconductor photodetector in a semiconductor optical device having a substrate made of a single crystal semiconductor and an active layer made of a single crystal semiconductor formed on the substrate. In such a case, the photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector is made to hardly depend on the polarization mode of the signal light. [Structure] A well layer in which an active layer is formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor having a lattice constant equal to that of a single crystal semiconductor forming a substrate and a single crystal semiconductor forming a substrate A quantum well structure in which a barrier layer formed by using an epitaxial growth method in which a tensile strain is applied in a direction orthogonal to the growth direction of a single crystal semiconductor having a small lattice constant is sequentially laminated Have.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶半導体基板とそ
の単結晶半導体基板上に形成されている活性層とを有す
る半導体光素子、及びそれを使用した半導体光装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device having a single crystal semiconductor substrate and an active layer formed on the single crystal semiconductor substrate, and a semiconductor optical device using the same.

【0001】[0001]

【従来の技術】従来、図8を伴って次に述べる半導体光
素子Mが提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor optical device M described below with reference to FIG. 8 has been proposed.

【0001】すなわち、例えばn型を有し且つ例えば単
結晶InPでなる基板1と、その基板1上に形成されて
いる単結晶半導体層積層体2と、基板1の単結晶半導体
層積層体2側とは反対側の面上に形成されている電極層
11と、単結晶半導体層積層体2の基板1側とは反対側
の面上に形成されている電極層12とを有する。
That is, a substrate 1 having, for example, n-type and made of, for example, single crystal InP, a single crystal semiconductor layer stack 2 formed on the substrate 1, and a single crystal semiconductor layer stack 2 of the substrate 1. It has an electrode layer 11 formed on the surface opposite to the side and an electrode layer 12 formed on the surface opposite to the substrate 1 side of the single crystal semiconductor layer stack 2.

【0001】この場合、半導体層積層体2は、エピタキ
シャル成長法によって、基板1側から順次積層して形成
されている、n型を有し且つ例えば単結晶InPでなる
クラッド層3と、n型を有し且つ基板1を構成している
単結晶半導体としての単結晶InPと等しい格子定数を
有する例えば単結晶InGaAsP系でなるガイド層4
と、n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導
入されていない単結晶半導体でなる活性層5と、p型を
有し且つ基板1を構成している単結晶半導体としての単
結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶InGaA
sP系でなるガイド層6と、p型を有し且つ単結晶In
Pでなるクラッド層7と、p型を有し且つ基板1を構成
している単結晶半導体としての単結晶InPと等しい格
子定数を有する例えば単結晶InGaAsP系でなるキ
ャップ層8とを有するとともに、クラッド層3、ガイド
層4、活性層5、ガイド層6、クラッド層7及びキャッ
プ層8の積層方向に互に平行に相対向して延長している
端面9a及び9bを有している。
In this case, the semiconductor layer stack 2 has an n-type clad layer 3 formed of, for example, single crystal InP and sequentially formed from the substrate 1 side by an epitaxial growth method. A guide layer 4 made of, for example, a single-crystal InGaAsP system having a lattice constant equal to that of single-crystal InP as a single-crystal semiconductor constituting the substrate 1.
An active layer 5 made of a single crystal semiconductor into which neither an n-type impurity nor a p-type impurity is intentionally introduced, and a single-crystal InP having a p-type and constituting the substrate 1 as a single-crystal semiconductor. Crystal InGaA having a lattice constant equal to
sP-based guide layer 6 and p-type and single crystal In
The clad layer 7 made of P and the cap layer 8 made of, for example, a single crystal InGaAsP system having a p-type and a lattice constant equal to that of single crystal InP as a single crystal semiconductor forming the substrate 1 are provided. The clad layer 3, the guide layer 4, the active layer 5, the guide layer 6, the clad layer 7 and the cap layer 8 have end faces 9a and 9b extending parallel to each other and facing each other in the stacking direction.

【0001】また、単結晶半導体層積層体2を構成して
いる活性層5は、基板1を構成している単結晶半導体と
しての単結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶I
nGaAs系でなる単結晶半導体を用いてエピタキシャ
ル成長法によって形成されている井戸層5aと、基板1
を構成している単結晶半導体としての単結晶InPと等
しい格子定数を有する単結晶InGaAsP系でなる単
結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によって形成
されているバリア層5bとが順次交互に積層されている
量子井戸構造を有する。
The active layer 5 forming the single crystal semiconductor layer stack 2 has a single crystal I having a lattice constant equal to that of the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1.
A well layer 5a formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor made of nGaAs and a substrate 1
And a barrier layer 5b formed by an epitaxial growth method using a single-crystal InGaAsP-based single-crystal semiconductor having a lattice constant equal to that of the single-crystal InP as a single-crystal semiconductor constituting the above. It has a quantum well structure.

【0001】以上が、従来提案されている半導体光素子
Mの構成である。
The above is the configuration of the conventionally proposed semiconductor optical device M.

【0001】このような構成を有する従来の半導体光素
子Mによれば、例えば図11に示すように、電極層12
を接地に接続し、電極層11を、変調信号Sによってオ
ン・オフするスイッチング用トランジスタQを介し、次
で抵抗Rを介して、負の電源Eに接続するとともに、互
に逆極性の2つの入力端a及びbと1つの出力端cとを
有し、入力端bが接地に接続され、出力端cが帰還用抵
抗Rf を通じて入力端aに接続されている構成を有する
オペレ―ショナル増幅器Aの入力端bに接続し、そし
て、スイッチング用トランジスタQをオフにさせている
状態で、単結晶半導体層積層体2を構成している活性層
5に、単結晶半導体層積層体2の相対向する端面9a及
び9b中のいずれか一方側から、光ファイバ(図示せ
ず)を用いて、信号光Lを入射させれば、詳細説明は省
略するが、活性層5に、信号光Lが吸収されることによ
って信号光Lの強度に応じた光電流が生ずるため、オペ
レ―ショナル増幅器Aの出力端cに信号光Lの強度に応
じた光電圧が得られる。
According to the conventional semiconductor optical device M having such a structure, for example, as shown in FIG.
Is connected to the ground, the electrode layer 11 is connected to the negative power source E via the switching transistor Q which is turned on / off by the modulation signal S, and then to the negative power source E via the resistor R. Operational amplifier A having inputs a and b and one output c, with input b connected to ground and output c connected to input a through a feedback resistor Rf. Of the single crystal semiconductor layer laminated body 2 to the active layer 5 constituting the single crystal semiconductor layer laminated body 2 in a state where the switching transistor Q is turned off. If the signal light L is made incident from either one of the end surfaces 9a and 9b to be used by using an optical fiber (not shown), the detailed description is omitted, but the active layer 5 absorbs the signal light L. To increase the intensity of the signal light L For Flip photocurrent is generated, operator - optical voltage corresponding to the intensity of the signal light L to the output terminal c of the relational amplifier A is obtained.

【0001】このため、オペレ―ション増幅器Aの出力
端cに得られる光電圧によって、信号光Lを検出するこ
とができ、よって、半導体光検出器としての機能を得る
ことができる。
Therefore, the signal light L can be detected by the optical voltage obtained at the output terminal c of the operation amplifier A, and thus the function as a semiconductor photodetector can be obtained.

【0001】また、図8に示す従来の半導体光素子Mに
よれば、電極層11及び12を図11に示すように接続
している状態で、スイッチング用トランジスタQを変調
信号によってオン・オフ制御させ、そのオン区間におい
て、電源E側から、電極層11及び12を通じて、半導
体積層体2を構成している活性層5に、駆動電流を流せ
ば、詳細説明は省略するが、活性層5において、光が発
生し、その光が、活性層5内を端面9a及び9bに向っ
て伝播し、次で、その端面9a及び9bで反射する、と
いう動作を繰返す。このため、単結晶半導体層積層体2
の端面9a及び9b間の距離を予め適当に選んでおくこ
とによって、レ―ザ発振が生じ、そのレ―ザ発振にもと
ずくレーザ光L′を、端面9a及び9b中のいずれか一
方から、外部に出射させることができ、よって、半導体
レ―ザとしての機能得ることができる。
Further, according to the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, the switching transistor Q is on / off controlled by a modulation signal in a state where the electrode layers 11 and 12 are connected as shown in FIG. Then, in the ON section, if a drive current is passed from the power source E side through the electrode layers 11 and 12 to the active layer 5 forming the semiconductor laminate 2, detailed description will be omitted, but in the active layer 5. The operation of generating light, propagating in the active layer 5 toward the end faces 9a and 9b, and then reflecting the end faces 9a and 9b is repeated. Therefore, the single crystal semiconductor layer stack 2
By properly selecting the distance between the end faces 9a and 9b of the laser, laser oscillation occurs, and the laser light L'based on the laser oscillation is emitted from either one of the end faces 9a and 9b. The light can be emitted to the outside, so that the function as a semiconductor laser can be obtained.

【0001】また、図8に示す従来の半導体光素子Mに
よれば、単結晶半導体層積層体2を構成している活性層
5が、井戸層5aとバリア層5bとが順次交互に積層さ
れている量子井戸構造を有するので、上述した半導体光
検出器としての機能及び半導体レ―ザとしての機能を、
活性層5が、そのような量子井戸構造を有していず、単
層構造である場合に比し、効果的に得ることができる。
According to the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, the active layers 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 are formed by alternately stacking well layers 5a and barrier layers 5b. Since it has a quantum well structure, the function as a semiconductor photodetector and the function as a semiconductor laser,
The active layer 5 does not have such a quantum well structure and can be effectively obtained as compared with the case where it has a single layer structure.

【0001】[0001]

【発明が解決しようとする課題】図8に示す従来の半導
体光素子Mの場合、単結晶半導体層積層体2を構成して
いるクラッド層3が基板1を構成している単結晶半導体
としての単結晶InPと同じ単結晶InPを用いてエピ
タキシャル成長法によって形成され、また、ガイド層4
が基板1を構成している単結晶半導体としての単結晶I
nPと等しい格子定数を有する単結晶InGaAsP系
を用いてエピタキシャル成長法によって形成されている
ので、それらクラッド層3及びガイド層4が、基板1と
同じ格子配列を有している。
In the case of the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, the clad layer 3 forming the single crystal semiconductor layer stack 2 serves as the single crystal semiconductor forming the substrate 1. The guide layer 4 is formed by an epitaxial growth method using the same single crystal InP as the single crystal InP.
A single crystal I as a single crystal semiconductor constituting the substrate 1
The cladding layer 3 and the guide layer 4 have the same lattice arrangement as the substrate 1 because they are formed by the epitaxial growth method using a single crystal InGaAsP system having a lattice constant equal to nP.

【0001】また、単結晶半導体層積層体2を構成して
いる活性層5が、井戸層5aとバリア層5bとが順次交
互に積層されている量子井戸構造を有し、そして、井戸
層5aが、図9に示すように、基板1を構成している単
結晶半導体としての単結晶InPと等しい格子定数を有
する単結晶InGaAs系でなる単結晶半導体5a′を
用いてエピタキシャル成長法によって形成され、また、
バリア層5bも、基板1を構成している単結晶半導体と
しての単結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶I
nGaAsP系でなる単結晶半導体を用いてエピタキシ
ャル成長法によって形成されていることから、井戸層5
a及びバリア層5bの双方とも、それらがエピタキシャ
ル成長法に形成されるときのその成長方向と直交する方
向になんら引張り歪が与えられていない状態で、基板1
と同じ格子配列を有している。
Further, the active layer 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 has a quantum well structure in which well layers 5a and barrier layers 5b are alternately stacked, and the well layers 5a are formed. 9 is formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor 5a 'made of a single crystal InGaAs system having a lattice constant equal to that of single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1, as shown in FIG. Also,
The barrier layer 5b also has a single crystal I having a lattice constant equal to that of the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1.
The well layer 5 is formed by the epitaxial growth method using a single crystal semiconductor of nGaAsP system.
The substrate 1 and the barrier layer 5b are not subjected to any tensile strain in the direction orthogonal to the growth direction when they are formed by the epitaxial growth method.
It has the same lattice arrangement as.

【0001】また、図8に示す従来の半導体光素子Mの
場合、単結晶半導体層積層体2の活性層5を構成してい
る井戸層5a及びバリア層5bが、ともに、上述したよ
うに、エピタキシャル成長法に形成されるときのその成
長方向と直交する方向になんら引張り歪が与えられてい
ない状態で、基板1と同じ格子配列を有しているので、
活性層5が、次に述べるエネルギバンド構造を有してい
る。
In the case of the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, both the well layer 5a and the barrier layer 5b forming the active layer 5 of the single crystal semiconductor layer stack 2 are, as described above, Since it has the same lattice arrangement as the substrate 1 in the state where no tensile strain is applied in the direction orthogonal to the growth direction when it is formed by the epitaxial growth method,
The active layer 5 has the energy band structure described below.

【0001】すなわち、図10に示すように、伝導帯の
バンド端及び価電子帯のバンド端が、活性層5を構成し
ている井戸層5a内においても、またバリア層5b内に
おいても、それぞれ1つづつ有し、そして、電子の量子
準位Ec が、井戸層5a内には伝導帯のバンド端からみ
て価電子帯のバンド端側とは反対側において井戸層5a
の厚さ方向の全域に亘って存在しているが、バリア層5
b内には井戸層5a側からわずかにしみ出している以外
存在していず、また、ヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhが、
井戸層5a内には価電子帯のバンド端からみて伝導帯の
バンド端側とは反対側において、井戸層5aの厚さ方向
の全域に亘って存在しているが、バリア層5b内には井
戸層5a側からわずかにしみ出している以外存在してい
ず、さらに、ライトホ―ルの量子準位Elhが、井戸層5
a内には、量子準位Ehhからみて価電子帯のバンド端側
とは反対側において、量子準位Ehhと同様に、井戸層5
aの厚さ方向の全域に亘って存在しているが、バリア層
5b内には井戸層5a側からわずかにしみ出している以
外存在していない。
That is, as shown in FIG. 10, the band edge of the conduction band and the band edge of the valence band are both in the well layer 5a forming the active layer 5 and in the barrier layer 5b. One of the well layers 5a has electron quantum levels Ec on the side opposite to the band edge side of the valence band as viewed from the band edge of the conduction band in the well layer 5a.
Existing over the entire area in the thickness direction of the barrier layer 5
It does not exist in b except that it slightly exudes from the well layer 5a side, and the quantum level Ehh of the heavy hole is
The well layer 5a exists over the entire region in the thickness direction of the well layer 5a on the side opposite to the band edge side of the conduction band when viewed from the band edge of the valence band, but inside the barrier layer 5b. It does not exist except that it slightly exudes from the well layer 5a side. Furthermore, the quantum level Elh of the light hole is
In a, on the side opposite to the band edge side of the valence band as viewed from the quantum level Ehh, the well layer 5 is formed in the same manner as the quantum level Ehh.
It exists over the entire area of a in the thickness direction, but does not exist in the barrier layer 5b except that it slightly exudes from the well layer 5a side.

【0001】このため、すなわち、活性層5が上述した
エネルギバンド構造を有しているので、上述した半導体
光検出素子としての機能を得ている場合に、信号光Lが
単結晶半導体層積層体2を構成している活性層5に吸収
されるとき、その信号光Lの吸収は、その信号光LがT
Eモ―ドである場合、電子が、井戸層5a内において、
電子の量子準位Ec とヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhとの
間で主として遷移することによって生じ、信号光LがT
Mモ―ドである場合、電子が井戸層5a内において、そ
の量子準位Ec とライトホ―ルの量子準位Elhとの間で
主として遷移することによって生じている。
For this reason, that is, since the active layer 5 has the above-mentioned energy band structure, the signal light L is a single crystal semiconductor layer laminated body when the function as the above-mentioned semiconductor photodetector is obtained. When the signal light L is absorbed by the active layer 5 constituting the second light source 2,
In the E mode, electrons are generated in the well layer 5a,
The signal light L is generated by the transition mainly between the electron quantum level Ec and the heavy-hole quantum level Ehh.
In the case of the M mode, electrons are mainly generated in the well layer 5a by the transition between the quantum level Ec and the quantum level Elh of the light hole.

【0001】そして、この場合、井戸層5a内に存在す
るライトホ―ルの量子準位Elhが、上述したように、井
戸層5a内に存在するヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhから
みて価電子帯のバンド端側とは反対側に存在しているこ
とから、信号光LがTMモ―ドである場合において電子
が電子の量子準位Ec からライトホ―ルの量子準位Elh
に遷移する確率が、信号光LがTEモ―ドである場合に
おいて、電子が電子の量子準位Ec からヘビ―ホ―ルの
量子準位Ehhに遷移する確率に比し十分小さい。従っ
て、信号光LがTMモ―ドである場合において井戸層5
aにおいて吸収される、その吸収係数が、信号光LがT
Eモ―ドである場合において井戸層5aにおいて吸収さ
れる、その吸収係数に比し十分小さい。
In this case, the quantum level Elh of the light hole existing in the well layer 5a is, as described above, evaluated from the quantum level Ehh of the heavy hole existing in the well layer 5a. Since the electron exists on the side opposite to the band edge side of the electron band, when the signal light L is in TM mode, the electrons move from the electron quantum level Ec to the light hole quantum level Elh.
The probability of the transition to (1) is sufficiently smaller than the probability that the electron transits from the electron quantum level Ec to the heavy hole quantum level Ehh when the signal light L is in the TE mode. Therefore, when the signal light L is in TM mode, the well layer 5
The absorption coefficient of the signal light L that is absorbed in a is T
In the case of the E mode, it is sufficiently smaller than the absorption coefficient absorbed in the well layer 5a.

【0001】以上のことから、図8に示す従来の半導体
光素子によれば、半導体光検出器として機能を得ている
場合、その半導体光検出器としての光検出感度が、入射
する信号光LがTEモ―ドであるかTMモ―ドであるか
に大きく依存する、という欠点を有していた。
From the above, according to the conventional semiconductor optical device shown in FIG. 8, when it has a function as a semiconductor photodetector, the photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector is that of the incident signal light L. It has a drawback that it largely depends on whether it is TE mode or TM mode.

【0001】よって、本発明は、上述した欠点のない、
新規な半導体光素子、及びそれを使用した半導体光装置
を提案せんとするものである。
Therefore, the present invention does not have the drawbacks mentioned above,
A novel semiconductor optical device and a semiconductor optical device using the same are proposed.

【0001】[0001]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体光素
子は、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、単結晶半導体でなる基板と、その基板上に形成され
ている単結晶半導体でなる活性層とを有する。
A semiconductor optical device according to the present invention includes a substrate made of a single crystal semiconductor and a single substrate formed on the substrate, as in the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. And an active layer made of a crystalline semiconductor.

【0001】しかしながら、本発明による半導体光素子
は、このような構成を有する半導体光素子において、上
記活性層が、上記基板を構成している単結晶半導体と等
しい格子定数を有する単結晶半導体を用いてエピタキシ
ャル成長法によって形成されている井戸層と、上記基板
を構成している単結晶半導体に比し小さな格子定数を有
する単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によっ
てその成長方向と直交する方向に引張り歪が与えられて
いる状態に形成されているバリア層とが順次交互に積層
されている量子井戸構造を有する。
However, in the semiconductor optical device according to the present invention, in the semiconductor optical device having such a structure, the active layer uses a single crystal semiconductor having a lattice constant equal to that of the single crystal semiconductor forming the substrate. And a well layer formed by an epitaxial growth method and a single crystal semiconductor having a lattice constant smaller than that of the single crystal semiconductor forming the substrate are used, the tensile strain is generated in the direction orthogonal to the growth direction by the epitaxial growth method. It has a quantum well structure in which barrier layers formed in a given state are sequentially laminated alternately.

【0001】また、本発明による半導体光装置は、単結
晶半導体でなる基板を用いて構成された複数の半導体光
素子を有し、そして、それら複数の半導体光素子のそれ
ぞれが、上記基板上に形成されている単結晶半導体でな
る活性層を有し、また、上記複数の半導体光素子のそれ
ぞれの活性層が、上記基板を構成している単結晶半導体
と等しい格子定数を有する単結晶半導体を用いてエピタ
キシャル成長法によって形成されている井戸層と、上記
基板を構成している単結晶半導体に比し小さな格子定数
を有する単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法に
よってその成長方向と直交する方向に引張り歪が与えら
れている状態に形成されているバリア層とが順次交互に
積層されている量子井戸構造を有する。
Further, a semiconductor optical device according to the present invention has a plurality of semiconductor optical elements formed by using a substrate made of a single crystal semiconductor, and each of the plurality of semiconductor optical elements is on the substrate. A single crystal semiconductor having an active layer formed of a single crystal semiconductor, and each active layer of the plurality of semiconductor optical elements has a lattice constant equal to that of the single crystal semiconductor forming the substrate. A well layer formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor having a lattice constant smaller than that of the single crystal semiconductor forming the substrate is used, and a tensile strain is applied in a direction orthogonal to the growth direction by the epitaxial growth method. Has a quantum well structure in which barrier layers formed in a given state are sequentially stacked alternately.

【0001】[0001]

【作用・効果】本発明による半導体光素子によれば、活
性層に、信号光を入射させれば、その活性層に、図8で
前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、信号光が
吸収されることによって信号光の強度に応じた光電流が
生じ、このため、図8で前述した従来の半導体光素子の
場合と同様に、信号光を検出することができ、よって、
図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、半
導体光検出器としての機能を得ることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, when the signal light is incident on the active layer, the signal light is incident on the active layer as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. Is absorbed, a photocurrent corresponding to the intensity of the signal light is generated. Therefore, the signal light can be detected as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG.
Similar to the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, a function as a semiconductor photodetector can be obtained.

【0001】また、本発明による半導体光素子によれ
ば、活性層に、駆動電流を流せば、活性層において図8
で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、光が発
生することによって、図8で前述した従来の半導体光素
子の場合と同様に、レ―ザ発振が生じ、そのレ―ザ発振
にもとずくレーザ光を図8で前述した従来の半導体光素
子の場合と同様に、外部に出射させることができ、よっ
て、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、半導体レ―ザとしての機能得ることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, when a drive current is applied to the active layer, the active layer of FIG.
As in the case of the conventional semiconductor optical device described above in 1., laser oscillation occurs due to the generation of light, as in the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. Originally, the laser light can be emitted to the outside as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8. Therefore, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. -You can get the function.

【0001】また、本発明による半導体光素子によれ
ば、活性層が、図8で前述した従来の半導体光素子の場
合と同様に、井戸層とバリア層とが順次交互に積層され
ている量子井戸構造を有するので、上述した半導体光検
出器としての機能及び半導体レ―ザとしての機能を、図
8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、活性
層が、そのような量子井戸構造を有していず、単層構造
である場合に比し、効果的に得ることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, the active layer has a quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately laminated in the same manner as in the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. Since it has a well structure, the active layer has such a function as a semiconductor photodetector and a semiconductor laser as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. It can be effectively obtained as compared with the case where it has no structure and has a single-layer structure.

【0001】しかしながら、本発明による半導体光素子
の場合、単結晶半導体層積層体を構成している活性層
が、次に述べるエネルギバンド構造を有する。
However, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention, the active layer forming the single crystal semiconductor layer stack has the energy band structure described below.

【0001】すなわち、図8で前述した従来の半導体光
素子の場合とは異なり、活性層を構成しているバリア層
が引張り歪が与えられている状態にあることから、伝導
帯のバンド端及び価電子帯のバンド端が、図8で前述し
た従来の半導体光素子の場合と同様に、活性層を構成し
ている井戸層において1つづつ有し、また、伝導帯のバ
ンド端がバリア層内において1つ有しているが、価電子
帯のバンド端が、バリア層内において、ライトホ―ルに
よるバンド端と、その下のヘビ―ホ―ルによるバンド端
との2つを有している。
That is, unlike the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, since the barrier layer forming the active layer is in the state of being subjected to tensile strain, the band edge of the conduction band and As in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, each of the valence band band edges has one in the well layer that constitutes the active layer, and the conduction band edge has the barrier layer. In the barrier layer, the band edge of the valence band has two, the band edge by the light hole and the band edge by the heavy hole below it. There is.

【0001】このため、電子の量子準位が、図8で前述
した従来の半導体光素子の場合と同様に、井戸層内には
伝導帯のバンド端からみて価電子帯のバンド端側とは反
対側において井戸層の厚さ方向の全域に亘って存在して
いるが、バリア層内には井戸層側からわずかにしみ出し
ている以外存在していず、また、ヘビ―ホ―ルの量子準
位が、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、井戸層内には、価電子帯のバンド端からみて伝導帯
のバンド端側とは反対側において、井戸層の厚さ方向の
全域に亘って存在しているが、バリア層内には井戸層側
からわずかにしみ出している以外存在していないが、ラ
イトホ―ルの量子準位が、井戸層内には、ヘビ―ホ―ル
の量子準位からみて価電子帯のバンド端側とは反対側に
おいて、バリア層の厚さ方向の全域に亘って存在してい
るが、井戸層内にはバリア層側からわずかにしみ出して
いる以外存在していない。
Therefore, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, the quantum level of electrons is different from the band edge side of the valence band in the well layer when viewed from the band edge of the conduction band. It exists over the entire area in the thickness direction of the well layer on the opposite side, but does not exist in the barrier layer except for slightly exuding from the well layer side. As in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, in the well layer, the thickness of the well layer is on the side opposite to the band edge side of the conduction band when viewed from the band edge of the valence band. Although it exists over the entire area in the depth direction, but does not exist in the barrier layer except for slightly exuding from the well layer side, the quantum level of the light hole is in the well layer, The barrier layer is on the side opposite to the band edge side of the valence band as seen from the heavy hole quantum level. It is present over the entire area in the thickness direction, but the well layers does not exist except as seeping slightly from the barrier layer side.

【0001】このため、すなわち、活性層が上述したエ
ネルギバンド構造を有しているので、半導体光検出素子
としての機能を得ている場合に、信号光が、単結晶半導
体層積層体を構成している活性層に吸収されるとき、そ
の信号光の吸収は、その信号光がTMモ―ドである場
合、図8で上述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、電子が、井戸層内において、電子の量子準位とヘビ
―ホ―ルの量子準位との間で遷移することによって生
じ、また、信号光がTMモ―ドである場合、図8で上述
した従来の半導体光素子の場合に準じて、電子が、井戸
層内において、電子の量子準位とライトホ―ルの量子準
位の井戸層内にしみ出している部との間で遷移すること
によって生ずるとしても、この場合、井戸層内にバリア
層側からしみ出しているライトホ―ルの量子準位が、上
述したように、井戸層内に存在するヘビ―ホ―ルの量子
準位からみて価電子帯のバンド端側とは反対側に存在し
ていることから、その井戸層内にバリア層側からしみ出
しているライトホ―ルの量子準位が、井戸層内に局在し
ている状態にしか存在していなくても、信号光がTMモ
―ドである場合において電子が電子の量子準位からライ
トホ―ルの量子準位に遷移する確率が、図8で前述した
従来の半導体光素子の場合が高く、このため、信号光が
TMモ―ドである場合において電子が電子の量子準位か
らライトホ―ルの量子準位に遷移する確率と、信号光が
TEモ―ドである場合において電子が電子の量子準位か
らヘビ―ホ―ルの量子準位に遷移する確率との間にほと
んど差がないか、差があるとしてもその差が十分小さ
い。このため、信号光がTMモ―ドである場合において
井戸層において吸収される、その吸収係数と、信号光が
TEモ―ドである場合において井戸層において吸収され
る、その吸収係数との間にほとんど差がないか、差があ
るとしてもその差が十分小さい。
For this reason, that is, since the active layer has the above-mentioned energy band structure, the signal light constitutes the single crystal semiconductor layer laminated body when the function as the semiconductor photodetector is obtained. When the signal light is absorbed in the active layer, the electrons are absorbed in the well layer when the signal light is in TM mode, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. In the case where the signal light is TM mode, the conventional semiconductor light described above with reference to FIG. 8 is generated by the transition between the electron quantum level and the heavy hole quantum level. Similar to the case of the device, even if electrons are generated in the well layer by a transition between the quantum level of the electron and the portion of the quantum level of the light hole that exudes in the well layer, In this case, the well layer exudes from the barrier layer side. As described above, the quantum level of ithole exists on the opposite side of the band edge side of the valence band from the viewpoint of the quantum level of the heavy hole existing in the well layer. Even if the quantum level of the light hole seeping out from the barrier layer side in the well layer exists only in the state localized in the well layer, the signal light is in TM mode. In this case, the probability that an electron transits from the quantum level of the electron to the quantum level of the light hole is high in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8. Therefore, the signal light is in TM mode. In the case where the electron transits from the electron quantum level to the light hole quantum level, and when the signal light is in TE mode, the electron moves from the electron quantum level to the heavy hole quantum level. There is almost no difference with the probability of transitioning to the rank, or the difference, if any. Small enough. Therefore, when the signal light is in the TM mode, the absorption coefficient is absorbed in the well layer, and when the signal light is in the TE mode, the absorption coefficient is absorbed in the well layer. There is little difference, or if there is a difference, the difference is small enough.

【0001】以上のことから、本発明による半導体光素
子の場合、半導体光検出器として機能を得ている場合、
その半導体光検出器としての光検出感度が、入射する信
号光がTEモ―ドであるかTMモ―ドであるかにほとん
ど依存しない。
From the above, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention, when it has a function as a semiconductor photodetector,
The photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector hardly depends on whether the incident signal light is in TE mode or TM mode.

【0001】また、本発明による半導体光装置によれ
ば、本願第1番目の発明による半導体光素子の複数が、
基板を共通として、形成されている構成を有するので、
各半導体光素子について、本願第1番目の発明による半
導体光素子と同様の作用効果が得られる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, a plurality of semiconductor optical devices according to the first invention of the present application are provided.
Since it has a structure in which the substrate is common,
For each semiconductor optical device, the same operational effects as those of the semiconductor optical device according to the first invention of the present application can be obtained.

【0001】[0001]

【実施例1】次に、図1を伴って、本発明による半導体
光素子の実施例を述べよう。
Embodiment 1 Next, an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0001】図1において、図8との対応部分には同一
符号を付して示す。
In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals.

【0001】図1に示す本発明による半導体光素子は、
図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、す
なわち、例えばn型を有し且つ例えば単結晶InPでな
る基板1と、その基板1上に形成されている単結晶半導
体層積層体2と、基板1の単結晶半導体層積層体2側と
は反対側の面上に形成されている電極層11と、単結晶
半導体層積層体2の基板1側とは反対側の面上に形成さ
れている電極層12とを有する。
A semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.
Similar to the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, that is, a substrate 1 having, for example, n-type and made of, for example, single crystal InP, and a single crystal semiconductor layer stack formed on the substrate 1. 2, an electrode layer 11 formed on the surface of the substrate 1 opposite to the single crystal semiconductor layer laminate 2 side, and an electrode layer 11 formed on the surface of the single crystal semiconductor layer laminate 2 opposite to the substrate 1 side. And the formed electrode layer 12.

【0001】この場合、半導体層積層体2は、図8で前
述した従来の半導体光素子の場合と同様に、エピタキシ
ャル成長法によって、基板1側から順次積層して形成さ
れている、n型を有し且つ例えば単結晶InPでなるク
ラッド層3と、n型を有し且つ基板1を構成している単
結晶半導体としての単結晶InPと等しい格子定数を有
する例えば単結晶InGaAsP系でなるガイド層4
と、n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導
入されていない単結晶半導体でなる活性層5と、p型を
有し且つ基板1を構成している単結晶半導体としての単
結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶InGaA
sP系でなるガイド層6と、p型を有し且つ単結晶In
Pでなるクラッド層7と、p型を有し且つ基板1を構成
している単結晶半導体としての単結晶InPと等しい格
子定数を有する例えば単結晶InGaAsP系でなるキ
ャップ層8とを有するとともに、クラッド層3、ガイド
層4、活性層5、ガイド層6、クラッド層7及びキャッ
プ層8の積層方向に互に平行に相対向して延長している
端面9a及び9bを有している。
In this case, the semiconductor layer laminate 2 has an n-type, which is formed by sequentially laminating from the substrate 1 side by the epitaxial growth method, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. And a cladding layer 3 made of, for example, single crystal InP, and a guide layer 4 made of, for example, single crystal InGaAsP having an n-type and a lattice constant equal to that of single crystal InP as a single crystal semiconductor constituting the substrate 1.
An active layer 5 made of a single crystal semiconductor into which neither an n-type impurity nor a p-type impurity is intentionally introduced, and a single-crystal InP having a p-type and constituting the substrate 1 as a single-crystal semiconductor. Crystal InGaA having a lattice constant equal to
sP-based guide layer 6 and p-type and single crystal In
The clad layer 7 made of P and the cap layer 8 made of, for example, a single crystal InGaAsP system having a p-type and a lattice constant equal to that of single crystal InP as a single crystal semiconductor forming the substrate 1 are provided. The clad layer 3, the guide layer 4, the active layer 5, the guide layer 6, the clad layer 7 and the cap layer 8 have end faces 9a and 9b extending parallel to each other and facing each other in the stacking direction.

【0001】しかしながら、図1に示す本発明による半
導体光素子の場合、単結晶半導体層積層体2を構成して
いる活性層5が、基板1を構成している単結晶半導体と
しての単結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶I
nGaAs系でなる単結晶半導体を用いてエピタキシャ
ル成長法によって形成されている井戸層15aと、基板
1を構成している単結晶半導体としての単結晶InPに
比し小さな格子定数を有する単結晶InGaAsP系で
なる単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によっ
て形成されているバリア層15bとが順次交互に積層さ
れている量子井戸構造を有する。
However, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1, the active layer 5 forming the single crystal semiconductor layer stack 2 is a single crystal InP as a single crystal semiconductor forming the substrate 1. Crystal I having a lattice constant equal to
A well layer 15a formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor made of nGaAs and a single crystal InGaAsP system having a smaller lattice constant than single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1 Has a quantum well structure in which barrier layers 15b formed by an epitaxial growth method using the following single crystal semiconductor are sequentially laminated alternately.

【0001】以上が、本発明による半導体光素子の実施
例の構成である。
The above is the configuration of the embodiment of the semiconductor optical device according to the present invention.

【0001】このように構成を有する本発明による半導
体光素子Mによれば、従来の半導体光素子Mについて述
べたように、例えば図11に示すように、電極層12を
接地に接続し、電極層11を、変調信号Sによってオン
・オフするスイッチング用トランジスタQを介し、次で
抵抗Rを介して、負の電源Eに接続するとともに、互に
逆極性の2つの入力端a及びbと1つの出力端cとを有
し、入力端bが接地に接続され、出力端cが帰還用抵抗
Rf を通じて入力端aに接続されている構成を有するオ
ペレ―ショナル増幅器Aの入力端bに接続し、そして、
スイッチング用トランジスタQをオフにさせている状態
で、単結晶半導体層積層体2を構成している活性層5
に、単結晶半導体層積層体2の相対向する端面9a及び
9b中のいずれか一方側から、光ファイバ(図示せず)
を用いて、信号光Lを入射させれば、詳細説明は省略す
るが、活性層5に、信号光Lが吸収されることによって
信号光Lの強度に応じた光電流が生ずるため、オペレ―
ショナル増幅器Aの出力端cに信号光Lの強度に応じた
光電圧が得られる。
According to the semiconductor optical device M of the present invention having such a configuration, as described in the conventional semiconductor optical device M, for example, as shown in FIG. 11, the electrode layer 12 is connected to the ground, and the electrode The layer 11 is connected to a negative power source E via a switching transistor Q which is turned on / off by a modulation signal S and then via a resistor R, and two input terminals a and b and 1 having opposite polarities to each other. Connected to the input terminal b of the operational amplifier A having two output terminals c, the input terminal b is connected to the ground, and the output terminal c is connected to the input terminal a through the feedback resistor Rf. , And then
With the switching transistor Q turned off, the active layer 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 is formed.
In addition, an optical fiber (not shown) is provided from either one of the opposite end faces 9a and 9b of the single crystal semiconductor layer stack 2.
If the signal light L is incident on the active layer 5, a detailed description will be omitted, but since the active layer 5 absorbs the signal light L, a photocurrent corresponding to the intensity of the signal light L is generated.
An optical voltage corresponding to the intensity of the signal light L is obtained at the output terminal c of the optional amplifier A.

【0001】このため、図8で前述した従来の半導体光
素子の場合と同様に、オペレ―ション増幅器Aの出力端
cに得られる光電圧によって、信号光Lを検出すること
ができ、よって、半導体光検出器としての機能を得るこ
とができる。
Therefore, the signal light L can be detected by the optical voltage obtained at the output terminal c of the operation amplifier A, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. The function as a semiconductor photodetector can be obtained.

【0001】また、電極層11及び12を図9に示すよ
うに接続している状態で、スイッチング用トランジスタ
Qを変調信号によってオン・オフ制御させ、そのオン区
間において、電源E側から、電極層11及び12を通じ
て、半導体積層体2を構成している活性層5に、駆動電
流を流せば、詳細説明は省略するが、活性層5におい
て、光が発生し、その光が、活性層5内を端面9a及び
9bに向って伝播し、次で、その端面9a及び9bで反
射する、という動作を繰返す。このため、単結晶半導体
層積層体2の端面9a及び9b間の距離を予め適当に選
んでおくことによって、レ―ザ発振が生じ、そのレ―ザ
発振にもとずくレーザ光L′を、端面9a及び9b中の
いずれか一方から、外部に出射させることができ、よっ
て、半導体レ―ザとしての機能得ることができる。
Further, while the electrode layers 11 and 12 are connected as shown in FIG. 9, the switching transistor Q is controlled to be turned on / off by a modulation signal, and in the on section, from the power source E side to the electrode layer. If a drive current is passed through the active layer 5 forming the semiconductor laminate 2 through 11 and 12, light will be generated in the active layer 5 and the light will be generated in the active layer 5 although detailed description is omitted. Is propagated toward the end faces 9a and 9b, and then reflected by the end faces 9a and 9b. Therefore, by appropriately selecting the distance between the end faces 9a and 9b of the single crystal semiconductor layer stack 2 in advance, laser oscillation occurs and the laser light L'based on the laser oscillation is generated. The light can be emitted to the outside from either one of the end faces 9a and 9b, so that the function as a semiconductor laser can be obtained.

【0001】さらに、単結晶半導体層積層体2を構成し
ている活性層5が、井戸層15aとバリア層15bとが
順次交互に積層されている量子井戸構造を有するので、
上述した半導体光検出器としての機能及び半導体レ―ザ
としての機能を、活性層5が、そのような量子井戸構造
を有していず、単層構造である場合に比し、効果的に得
ることができる。
Furthermore, since the active layer 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 has a quantum well structure in which well layers 15a and barrier layers 15b are alternately stacked,
The function as a semiconductor photodetector and the function as a semiconductor laser described above are effectively obtained compared to the case where the active layer 5 does not have such a quantum well structure and has a single layer structure. be able to.

【0001】また、半導体光素子Mの場合、単結晶半導
体層積層体2を構成しているクラッド層3が基板1を構
成している単結晶半導体としての単結晶InPと同じ単
結晶InPを用いてエピタキシャル成長法によって形成
され、また、ガイド層4が基板1を構成している単結晶
半導体としての単結晶InPと等しい格子定数を有する
単結晶InGaAsP系を用いてエピタキシャル成長法
によって形成されているので、それらクラッド層3及び
ガイド層4が、基板1と同じ格子配列を有している。
In the case of the semiconductor optical device M, the same single crystal InP as the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1 is used as the cladding layer 3 forming the single crystal semiconductor layer stack 2. Is formed by an epitaxial growth method, and the guide layer 4 is formed by an epitaxial growth method using a single crystal InGaAsP system having a lattice constant equal to that of single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1. The clad layer 3 and the guide layer 4 have the same lattice arrangement as the substrate 1.

【0001】しかしながら、単結晶半導体層積層体2を
構成している活性層5が、井戸層15aとバリア層15
bとが順次交互に積層されている量子井戸構造を有し、
そして、井戸層15aが、図2に示すように、基板1を
構成している単結晶半導体としての単結晶InPと等し
い格子定数を有する単結晶InGaAs系でなる単結晶
半導体15a′を用いてエピタキシャル成長法によって
形成されているが、バリア層15bが、基板1を構成し
ている単結晶半導体としての単結晶InPに比し小さな
格子定数を有する単結晶InGaAsP系でなる単結晶
半導体を用いてエピタキシャル成長法によって形成さ
れ、バリア層15bがエピタキシャル成長法に形成され
るときのその成長方向と直交する方向になんら引張り歪
が与えられていない状態で、基板1と同じ格子配列を有
している。
However, the active layer 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 is composed of the well layer 15a and the barrier layer 15.
b has a quantum well structure in which layers b and are sequentially stacked alternately,
Then, as shown in FIG. 2, the well layer 15a is epitaxially grown using a single crystal InGaAs-based single crystal semiconductor 15a 'having a lattice constant equal to that of the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1. The barrier layer 15b is formed by the epitaxial growth method using a single crystal semiconductor made of a single crystal InGaAsP system having a smaller lattice constant than the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1. And has the same lattice arrangement as that of the substrate 1 in a state where no tensile strain is applied in the direction orthogonal to the growth direction when the barrier layer 15b is formed by the epitaxial growth method.

【0001】このため、活性層5が、図3に示すように
且つ作用効果の項で述べたエネルギバンド構造を有して
いる。
For this reason, the active layer 5 has the energy band structure as shown in FIG.

【0001】このため、すなわち、活性層5が上述した
エネルギバンド構造を有しているので、光の吸収が、作
用効果の項で述べた遷移することによって生じている。
For this reason, that is, since the active layer 5 has the above-mentioned energy band structure, light absorption is caused by the transition described in the section of the action and effect.

【0001】以上のことから、本発明による半導体光素
子によれば、半導体光検出器として機能を得ている場
合、その半導体光検出器としての光検出感度が、入射す
る信号光LがTEモ―ドであるかTMモ―ドであるかに
大きく依存しない。
From the above, according to the semiconductor optical device of the present invention, when the function as a semiconductor photodetector is obtained, the photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector is such that the incident signal light L is TE -It does not largely depend on whether it is the mode or the TM mode.

【0001】すなわち、本発明による半導体光素子によ
れば、活性層に、信号光を入射させれば、その活性層
に、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、信号光が吸収されることによって信号光の強度に応
じた光電流が生じ、このため、図8で前述した従来の半
導体光素子の場合と同様に、信号光を検出することがで
き、よって、図8で前述した従来の半導体光素子の場合
と同様に、半導体光検出器としての機能を得ることがで
きる。
That is, according to the semiconductor optical device of the present invention, when the signal light is incident on the active layer, the signal light is incident on the active layer as in the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. Is absorbed, a photocurrent corresponding to the intensity of the signal light is generated. Therefore, the signal light can be detected as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. As in the case of the conventional semiconductor optical device described above, the function as a semiconductor photodetector can be obtained.

【0001】また、本発明による半導体光素子によれ
ば、活性層に、駆動電流を流せば、活性層において図8
で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、光が発
生することによって、図8で前述した従来の半導体光素
子の場合と同様に、レ―ザ発振が生じ、そのレ―ザ発振
にもとずくレーザ光を図8で前述した従来の半導体光素
子の場合と同様に、外部に出射させることができ、よっ
て、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、半導体レ―ザとしての機能得ることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, when a drive current is applied to the active layer, the active layer of FIG.
As in the case of the conventional semiconductor optical device described above in 1., laser oscillation occurs due to the generation of light, as in the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. Originally, the laser light can be emitted to the outside as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8. Therefore, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. -You can get the function.

【0001】また、本発明による半導体光素子によれ
ば、活性層が、図8で前述した従来の半導体光素子の場
合と同様に、井戸層とバリア層とが順次交互に積層され
ている量子井戸構造を有するので、上述した半導体光検
出器としての機能及び半導体レ―ザとしての機能を、図
8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、活性
層が、そのような量子井戸構造を有していず、単層構造
である場合に比し、効果的に得ることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, the active layer has a quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately laminated in the same manner as in the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. Since it has a well structure, the active layer has such a function as a semiconductor photodetector and a semiconductor laser as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. It can be effectively obtained as compared with the case where it has no structure and has a single-layer structure.

【0001】しかしながら、本発明による半導体光素子
の場合、単結晶半導体層積層体を構成している活性層
が、次に述べるエネルギバンド構造を有する。
However, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention, the active layer forming the single crystal semiconductor layer stack has the energy band structure described below.

【0001】すなわち、図8で前述した従来の半導体光
素子の場合とは異なり、活性層を構成しているバリア層
が引張り歪が与えられている状態にあることから、伝導
帯のバンド端及び価電子帯のバンド端が、図8で前述し
た従来の半導体光素子の場合と同様に、活性層を構成し
ている井戸層において1つづつ有し、また、伝導帯のバ
ンド端がバリア層内において1つ有しているが、価電子
帯のバンド端が、バリア層内において、ライトホ―ルに
よるバンド端と、その下のヘビ―ホ―ルによるバンド端
との2つを有している。このため、電子の量子準位が、
図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、井
戸層内には伝導帯のバンド端からみて価電子帯のバンド
端側とは反対側において井戸層の厚さ方向の全域に亘っ
て存在しているが、バリア層内には井戸層側からわずか
にしみ出している以外存在していず、また、ヘビ―ホ―
ルの量子準位が、図8で前述した従来の半導体光素子の
場合と同様に、井戸層内には、価電子帯のバンド端から
みて伝導帯のバンド端側とは反対側において、井戸層の
厚さ方向の全域に亘って存在しているが、バリア層内に
は井戸層側からわずかにしみ出している以外存在してい
ないが、ライトホ―ルの量子準位が、井戸層内には、ヘ
ビ―ホ―ルの量子準位からみて価電子帯のバンド端側と
は反対側において、バリア層の厚さ方向の全域に亘って
存在しているが、井戸層内にはバリア層側からわずかに
しみ出している以外存在していない。
That is, unlike the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, since the barrier layer forming the active layer is in the state of being subjected to tensile strain, the band edge of the conduction band and As in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, each of the valence band band edges has one in the well layer that constitutes the active layer, and the conduction band edge has the barrier layer. In the barrier layer, the band edge of the valence band has two, the band edge by the light hole and the band edge by the heavy hole below it. There is. Therefore, the quantum level of the electron is
As in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, the well layer extends over the entire region in the thickness direction of the well layer on the side opposite to the band edge side of the valence band as seen from the band edge of the conduction band. However, it does not exist in the barrier layer except for slightly exuding from the well layer side.
As in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, in the well layer, the quantum level of the quantum well is on the side opposite to the band edge side of the conduction band as viewed from the band edge of the valence band. Although it exists over the entire area in the thickness direction of the layer, it does not exist in the barrier layer except for slightly exuding from the well layer side, but the quantum level of the light hole is in the well layer. Exists over the entire region in the thickness direction of the barrier layer on the side opposite to the band edge side of the valence band as viewed from the heavy hole quantum level, but the barrier layer is present in the well layer. It does not exist except that it slightly exudes from the layer side.

【0001】このため、すなわち、活性層が上述したエ
ネルギバンド構造を有しているので、半導体光検出素子
としての機能を得ている場合に、信号光が、単結晶半導
体層積層体を構成している活性層に吸収されるとき、そ
の信号光の吸収は、その信号光がTMモ―ドである場
合、図8で上述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、電子が、井戸層内において、電子の量子準位とヘビ
―ホ―ルの量子準位との間で遷移することによって生
じ、また、信号光がTMモ―ドである場合、図8で上述
した従来の半導体光素子の場合に準じて、電子が、井戸
層内において、電子の量子準位とライトホ―ルの量子準
位の井戸層内にしみ出している部との間で遷移すること
によって生ずるとしても、この場合、井戸層内にバリア
層側からしみ出しているライトホ―ルの量子準位が、上
述したように、井戸層内に存在するヘビ―ホ―ルの量子
準位からみて価電子帯のバンド端側とは反対側に存在し
ていることから、その井戸層内にバリア層側からしみ出
しているライトホ―ルの量子準位が、井戸層内に局在し
ている状態にしか存在していなくても、信号光がTMモ
―ドである場合において電子が電子の量子準位からライ
トホ―ルの量子準位に遷移する確率が、図8で前述した
従来の半導体光素子の場合が高く、このため、信号光が
TMモ―ドである場合において電子が電子の量子準位か
らライトホ―ルの量子準位に遷移する確率と、信号光が
TEモ―ドである場合において電子が電子の量子準位か
らヘビ―ホ―ルの量子準位に遷移する確率との間にほと
んど差がないか、差があるとしてもその差が十分小さ
い。このため、信号光がTMモ―ドである場合において
井戸層において吸収される、その吸収係数と、信号光が
TEモ―ドである場合において井戸層において吸収され
る、その吸収係数との間にほとんど差がないか、差があ
るとしてもその差が十分小さい。
For this reason, that is, since the active layer has the above-mentioned energy band structure, the signal light constitutes the single crystal semiconductor layer laminated body when the function as the semiconductor photodetector is obtained. When the signal light is absorbed in the active layer, the electrons are absorbed in the well layer when the signal light is in TM mode, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. In the case where the signal light is TM mode, the conventional semiconductor light described above with reference to FIG. 8 is generated by the transition between the electron quantum level and the heavy hole quantum level. Similar to the case of the device, even if electrons are generated in the well layer by a transition between the quantum level of the electron and the portion of the quantum level of the light hole that exudes in the well layer, In this case, the well layer exudes from the barrier layer side. As described above, the quantum level of ithole exists on the opposite side of the band edge side of the valence band from the viewpoint of the quantum level of the heavy hole existing in the well layer. Even if the quantum level of the light hole seeping out from the barrier layer side in the well layer exists only in the state localized in the well layer, the signal light is in TM mode. In this case, the probability that an electron transits from the quantum level of the electron to the quantum level of the light hole is high in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8. Therefore, the signal light is in TM mode. In the case where the electron transits from the electron quantum level to the light hole quantum level, and when the signal light is in TE mode, the electron moves from the electron quantum level to the heavy hole quantum level. There is almost no difference with the probability of transitioning to the rank, or the difference, if any. Small enough. Therefore, when the signal light is in the TM mode, the absorption coefficient is absorbed in the well layer, and when the signal light is in the TE mode, the absorption coefficient is absorbed in the well layer. There is little difference, or if there is a difference, the difference is small enough.

【0001】以上のことから、本発明による半導体光素
子の場合、半導体光検出器として機能を得ている場合、
その半導体光検出器としての光検出感度が、入射する信
号光がTEモ―ドであるかTMモ―ドであるかにほとん
ど依存しない。
From the above, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention, when it has a function as a semiconductor photodetector,
The photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector hardly depends on whether the incident signal light is in TE mode or TM mode.

【0001】このことは、図1に示す本発明による半導
体光素子の場合と、図8で前述した従来の半導体光素子
の場合とで、同じ信号光Lを用い、そして、光検出感度
の10log (I min/I max )と定義した偏波依存
性を波長を代えて測定したところ、図4に示す結果が得
られ、また、図1に示す本発明による半導体光素子の光
検出感度を測定したところ、図5に示す結果が得られた
ことからも明らかであろう。
This means that the same signal light L is used in the case of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1 and the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. 8, and the light detection sensitivity is 10 log. When the polarization dependence defined as (I min / I max) was measured by changing the wavelength, the results shown in FIG. 4 were obtained, and the photodetection sensitivity of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1 was measured. However, it will be clear from the results shown in FIG.

【0001】また、図1に示す本発明による半導体光素
子によれば、上述した半導体レ―ザとしての機能を得る
ようにした場合において、駆動電流に対するレーザ光に
よる光出力を測定したところ、図6に示すように、駆動
電流の閾値20nAで1550nmの波長でのれはが生
じ、駆動電流が30mAの場合、5mWの光出力が得ら
れる、という結果が得られた。
According to the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1, when the function as the semiconductor laser described above is obtained, the optical output by the laser light with respect to the driving current is measured. As shown in FIG. 6, the result that the deviation of the wavelength of 1550 nm occurs at the threshold value of the driving current of 20 nA and the optical output of 5 mW is obtained when the driving current is 30 mA.

【0001】[0001]

【実施例2】次に、図7を伴って、本発明による半導体
光素子を使用した、本発明による半導体光装置の実施例
を述べよう。
[Embodiment 2] Next, an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention using the semiconductor optical element according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0001】図7に示す本発明による半導体光装置は、
図1を伴って上述した本発明による半導体光素子Mにお
いて、それに、電極層12側から、単結晶半導体層積層
体2を横切って、基板1に達する深さに複数の溝が並置
して形成され、そして、相隣る溝間において、複数n個
の半導体光素子M1 、M2 ………Mn が、基板1を共通
にして形成されている構成を有する。
A semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.
In the semiconductor optical device M according to the present invention described above with reference to FIG. 1, a plurality of grooves are formed side by side from the electrode layer 12 side across the single crystal semiconductor layer stack 2 to a depth reaching the substrate 1. Then, a plurality of n semiconductor optical devices M1, M2 ... Mn are formed with the substrate 1 in common between the adjacent grooves.

【0001】以上が、本発明による半導体光装置の実施
例の構成である。
The above is the configuration of the embodiment of the semiconductor optical device according to the present invention.

【0001】このような構成を有する本発明による半導
体光装置によれば、複数n個の半導体光素子M1 〜Mn
のそれぞれが、図1に示す本発明による外と同様の構成
を有するので、複数n個の半導体光素子M1 〜Mn のそ
れぞれについて、図1に示す本発明による半導体光素子
の場合と同様の作用効果が得られることは明らかであ
る。
According to the semiconductor optical device of the present invention having such a structure, a plurality of n semiconductor optical elements M1 to Mn are provided.
Since each of them has the same structure as the outside according to the present invention shown in FIG. 1, the same operation as in the case of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. It is clear that the effect can be obtained.

【0001】なお、上述においては、本発明による半導
体光素子、及びそ半導体光装置のそれぞれについて、1
つの実施例を示したに留まり、本発明の精神を脱するこ
となしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。
In the above description, each of the semiconductor optical device and the semiconductor optical device according to the present invention is 1
Only one embodiment is shown, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体光素子の実施例を示す略線
的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention.

【図2】図1に示す本発明による半導体光素子の活性層
を示す図である。
FIG. 2 is a view showing an active layer of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.

【図3】図1に示す本発明による半導体光素子の活性層
での信号光の吸収の機構を、活性層のエネルギバンド構
造とともに示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the mechanism of signal light absorption in the active layer of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1, together with the energy band structure of the active layer.

【図4】図1に示す本発明による半導体光素子によって
光検出器としての機能を得たときの、光信号の波長に対
する、光信号の偏波依存性を、従来の半導体光素子によ
って光検出器としての機能を得たときの、光信号の波長
に対する、光信号の偏波依存性と対比して示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the polarization dependence of an optical signal with respect to the wavelength of the optical signal when the function as a photodetector is obtained by the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. It is a figure which shows in comparison with the polarization dependence of the optical signal with respect to the wavelength of an optical signal when the function as a container is acquired.

【図5】図1に示す本発明による半導体光素子によっ
て、光検出器としての機能を得たときの、波長に対する
光検出感度を示す図である。
5 is a diagram showing photodetection sensitivity with respect to wavelength when a function as a photodetector is obtained by the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.

【図6】図1に示す本発明による半導体光素子によっ
て、半導体レ―ザとしての機能を得たときの、駆動電流
に対する光出力の関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a drive current and an optical output when the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1 obtains a function as a semiconductor laser.

【図7】本発明による半導体光装置の実施例を示す略線
的平面図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention.

【図8】従来の半導体光素子を示す略線的断面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor optical device.

【図9】図8に示す従来の半導体光素子の活性層を示す
図である。
9 is a diagram showing an active layer of the conventional semiconductor optical device shown in FIG.

【図10】図8に示す従来の半導体光素子の説明に供す
る図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the conventional semiconductor optical device shown in FIG.

【図11】図1に示す本発明による半導体光素子及び図
8に示す従来の半導体光素子によって、光検出器として
の機能と半導体レ―ザとしての機能を得る場合の回路を
示す図である。
11 is a diagram showing a circuit for obtaining a function as a photodetector and a function as a semiconductor laser by the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1 and the conventional semiconductor optical device shown in FIG. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 単結晶半導体層積層体 3 クラッド層 4 ガイド層 5 活性層 5a 井戸層 5b バリア層 6 ガイド層 7 クラッド層 8 キャップ層 9a、9b 端面 11、12 電極層 15a 井戸層 15b バリア層 A 増幅器 M 半導体光素子 Q スイッチング用トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 substrate 2 single crystal semiconductor layer laminated body 3 cladding layer 4 guide layer 5 active layer 5a well layer 5b barrier layer 6 guide layer 7 cladding layer 8 cap layer 9a, 9b end face 11, 12 electrode layer 15a well layer 15b barrier layer A amplifier M semiconductor optical device Q switching transistor

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年10月15日[Submission date] October 15, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 半導体光素子及びそれを使用した半導
体光装置
Title: Semiconductor optical device and semiconductor optical device using the same

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、単結晶半導体基板とそ
の単結晶半導体基板上に形成されている活性層とを有す
る半導体光素子、及びそれを使用した半導体光装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device having a single crystal semiconductor substrate and an active layer formed on the single crystal semiconductor substrate, and a semiconductor optical device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、図8を伴って次に述べる半導体光
素子Mが提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor optical device M described below with reference to FIG. 8 has been proposed.

【0003】すなわち、例えばn型を有し且つ例えば単
結晶InPでなる基板1と、その基板1上に形成されて
いる単結晶半導体層積層体2と、基板1の単結晶半導体
層積層体2側とは反対側の面上に形成されている電極層
11と、単結晶半導体層積層体2の基板1側とは反対側
の面上に形成されている電極層12とを有する。
That is, a substrate 1 having, for example, n-type and made of, for example, single crystal InP, a single crystal semiconductor layer stack 2 formed on the substrate 1, and a single crystal semiconductor layer stack 2 of the substrate 1. It has an electrode layer 11 formed on the surface opposite to the side and an electrode layer 12 formed on the surface opposite to the substrate 1 side of the single crystal semiconductor layer stack 2.

【0004】この場合、半導体層積層体2は、エピタキ
シャル成長法によって、基板1側から順次積層して形成
されている、n型を有し且つ例えば単結晶InPでなる
クラッド層3と、n型を有し且つ基板1を構成している
単結晶半導体としての単結晶InPと等しい格子定数を
有する例えば単結晶InGaAsP系でなるガイド層4
と、n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導
入されていない単結晶半導体でなる活性層5と、p型を
有し且つ基板1を構成している単結晶半導体としての単
結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶InGaA
sP系でなるガイド層6と、p型を有し且つ単結晶In
Pでなるクラッド層7と、p型を有し且つ基板1を構成
している単結晶半導体としての単結晶InPと等しい格
子定数を有する例えば単結晶InGaAsP系でなるキ
ャップ層8とを有するとともに、クラッド層3、ガイド
層4、活性層5、ガイド層6、クラッド層7及びキャッ
プ層8の積層方向に互に平行に相対向して延長している
端面9a及び9bを有している。
In this case, the semiconductor layer laminated body 2 has an n-type clad layer 3 formed of, for example, single crystal InP and formed by sequentially laminating from the substrate 1 side by an epitaxial growth method, and an n-type. A guide layer 4 made of, for example, a single-crystal InGaAsP system having a lattice constant equal to that of single-crystal InP as a single-crystal semiconductor constituting the substrate 1.
An active layer 5 made of a single crystal semiconductor into which neither an n-type impurity nor a p-type impurity is intentionally introduced, and a single-crystal InP having a p-type and constituting the substrate 1 as a single-crystal semiconductor. Crystal InGaA having a lattice constant equal to
sP-based guide layer 6 and p-type and single crystal In
The clad layer 7 made of P and the cap layer 8 made of, for example, a single crystal InGaAsP system having a p-type and a lattice constant equal to that of single crystal InP as a single crystal semiconductor forming the substrate 1 are provided. The clad layer 3, the guide layer 4, the active layer 5, the guide layer 6, the clad layer 7 and the cap layer 8 have end faces 9a and 9b extending parallel to each other and facing each other in the stacking direction.

【0005】また、単結晶半導体層積層体2を構成して
いる活性層5は、基板1を構成している単結晶半導体と
しての単結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶I
nGaAs系でなる単結晶半導体を用いてエピタキシャ
ル成長法によって形成されている井戸層5aと、基板1
を構成している単結晶半導体としての単結晶InPと等
しい格子定数を有する単結晶InGaAsP系でなる単
結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によって形成
されているバリア層5bとが順次交互に積層されている
量子井戸構造を有する。
The active layer 5 forming the single crystal semiconductor layer stack 2 has a single crystal I having a lattice constant equal to that of the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1.
A well layer 5a formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor made of nGaAs and a substrate 1
And a barrier layer 5b formed by an epitaxial growth method using a single-crystal InGaAsP-based single-crystal semiconductor having a lattice constant equal to that of the single-crystal InP as a single-crystal semiconductor constituting the above. It has a quantum well structure.

【0006】以上が、従来提案されている半導体光素子
Mの構成である。
The above is the configuration of the conventionally proposed semiconductor optical device M.

【0007】このような構成を有する従来の半導体光素
子Mによれば、例えば図11に示すように、電極層12
を接地に接続し、電極層11を、変調信号Sによってオ
ン・オフするスイッチング用トランジスタQを介し、次
で抵抗Rを介して、負の電源Eに接続するとともに、互
に逆極性の2つの入力端a及びbと1つの出力端cとを
有し、入力端bが接地に接続され、出力端cが帰還用抵
抗Rf を通じて入力端aに接続されている構成を有する
オペレ―ショナル増幅器Aの入力端bに接続し、そし
て、スイッチング用トランジスタQをオフにさせている
状態で、単結晶半導体層積層体2を構成している活性層
5に、単結晶半導体層積層体2の相対向する端面9a及
び9b中のいずれか一方側から、光ファイバ(図示せ
ず)を用いて、信号光Lを入射させれば、詳細説明は省
略するが、活性層5に、信号光Lが吸収されることによ
って信号光Lの強度に応じた光電流が生ずるため、オペ
レ―ショナル増幅器Aの出力端cに信号光Lの強度に応
じた光電圧が得られる。
According to the conventional semiconductor optical device M having such a structure, for example, as shown in FIG.
Is connected to the ground, the electrode layer 11 is connected to the negative power source E via the switching transistor Q which is turned on / off by the modulation signal S, and then to the negative power source E via the resistor R. Operational amplifier having inputs a and b and one output c, the input b is connected to ground, and the output c is connected to the input a through a feedback resistor R f . The single crystal semiconductor layer stack 2 is connected to the active layer 5 that constitutes the single crystal semiconductor layer stack 2 in a state where the single crystal semiconductor layer stack 2 is connected to the input terminal b of A and the switching transistor Q is turned off. If the signal light L is made incident from either one of the facing end faces 9a and 9b using an optical fiber (not shown), the detailed description will be omitted, but the signal light L will enter the active layer 5. By being absorbed, the intensity of the signal light L is increased. For Flip photocurrent is generated, operator - optical voltage corresponding to the intensity of the signal light L to the output terminal c of the relational amplifier A is obtained.

【0008】このため、オペレ―ション増幅器Aの出力
端cに得られる光電圧によって、信号光Lを検出するこ
とができ、よって、半導体光検出器としての機能を得る
ことができる。
Therefore, the signal light L can be detected by the optical voltage obtained at the output terminal c of the operation amplifier A, and thus the function as the semiconductor photodetector can be obtained.

【0009】また、図8に示す従来の半導体光素子Mに
よれば、電極層11及び12を図11に示すように接続
している状態で、スイッチング用トランジスタQを変調
信号によってオン・オフ制御させ、そのオン区間におい
て、電源E側から、電極層11及び12を通じて、半導
体積層体2を構成している活性層5に、駆動電流を流せ
ば、詳細説明は省略するが、活性層5において、光が発
生し、その光が、活性層5内を端面9a及び9bに向っ
て伝播し、次で、その端面9a及び9bで反射する、と
いう動作を繰返す。このため、単結晶半導体層積層体2
の端面9a及び9b間の距離を予め適当に選んでおくこ
とによって、レ―ザ発振が生じ、そのレ―ザ発振にもと
ずくレーザ光L′を、端面9a及び9b中のいずれか一
方から、外部に出射させることができ、よって、半導体
レ―ザとしての機能得ることができる。
Further, according to the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, the switching transistor Q is on / off controlled by a modulation signal in a state where the electrode layers 11 and 12 are connected as shown in FIG. Then, in the ON section, if a drive current is passed from the power source E side through the electrode layers 11 and 12 to the active layer 5 forming the semiconductor laminate 2, detailed description will be omitted, but in the active layer 5. The operation of generating light, propagating in the active layer 5 toward the end faces 9a and 9b, and then reflecting the end faces 9a and 9b is repeated. Therefore, the single crystal semiconductor layer stack 2
By properly selecting the distance between the end faces 9a and 9b of the laser, laser oscillation occurs, and the laser light L'based on the laser oscillation is emitted from either one of the end faces 9a and 9b. The light can be emitted to the outside, so that the function as a semiconductor laser can be obtained.

【0010】また、図8に示す従来の半導体光素子Mに
よれば、単結晶半導体層積層体2を構成している活性層
5が、井戸層5aとバリア層5bとが順次交互に積層さ
れている量子井戸構造を有するので、上述した半導体光
検出器としての機能及び半導体レ―ザとしての機能を、
活性層5が、そのような量子井戸構造を有していず、単
層構造である場合に比し、効果的に得ることができる。
According to the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, the active layers 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 are formed by alternately stacking well layers 5a and barrier layers 5b. Since it has a quantum well structure, the function as a semiconductor photodetector and the function as a semiconductor laser,
The active layer 5 does not have such a quantum well structure and can be effectively obtained as compared with the case where it has a single layer structure.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図8に示す従来の半導
体光素子Mの場合、単結晶半導体層積層体2を構成して
いるクラッド層3が基板1を構成している単結晶半導体
としての単結晶InPと同じ単結晶InPを用いてエピ
タキシャル成長法によって形成され、また、ガイド層4
が基板1を構成している単結晶半導体としての単結晶I
nPと等しい格子定数を有する単結晶InGaAsP系
を用いてエピタキシャル成長法によって形成されている
ので、それらクラッド層3及びガイド層4が、基板1と
同じ格子配列を有している。
In the case of the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, the clad layer 3 forming the single crystal semiconductor layer stack 2 serves as the single crystal semiconductor forming the substrate 1. The guide layer 4 is formed by an epitaxial growth method using the same single crystal InP as the single crystal InP.
A single crystal I as a single crystal semiconductor constituting the substrate 1
The cladding layer 3 and the guide layer 4 have the same lattice arrangement as the substrate 1 because they are formed by the epitaxial growth method using a single crystal InGaAsP system having a lattice constant equal to nP.

【0012】また、単結晶半導体層積層体2を構成して
いる活性層5が、井戸層5aとバリア層5bとが順次交
互に積層されている量子井戸構造を有し、そして、井戸
層5aが、図9に示すように、基板1を構成している単
結晶半導体としての単結晶InPと等しい格子定数を有
する単結晶InGaAs系でなる単結晶半導体5a′を
用いてエピタキシャル成長法によって形成され、また、
バリア層5bも、基板1を構成している単結晶半導体と
しての単結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶I
nGaAsP系でなる単結晶半導体5b′を用いてエピ
タキシャル成長法によって形成されていることから、井
戸層5a及びバリア層5bの双方とも、それらがエピタ
キシャル成長法に形成されるときのその成長方向と直交
する方向になんら引張り歪が与えられていない状態で、
基板1と同じ格子配列を有している。
Further, the active layer 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 has a quantum well structure in which well layers 5a and barrier layers 5b are alternately stacked, and the well layers 5a are formed. 9 is formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor 5a 'made of a single crystal InGaAs system having a lattice constant equal to that of single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1, as shown in FIG. Also,
The barrier layer 5b also has a single crystal I having a lattice constant equal to that of the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1.
Since the single crystal semiconductor 5b 'made of nGaAsP is formed by the epitaxial growth method, both the well layer 5a and the barrier layer 5b are perpendicular to the growth direction when they are formed by the epitaxial growth method. With no tensile strain applied to the
It has the same lattice arrangement as the substrate 1.

【0013】また、図8に示す従来の半導体光素子Mの
場合、単結晶半導体層積層体2の活性層5を構成してい
る井戸層5a及びバリア層5bが、ともに、上述したよ
うに、エピタキシャル成長法に形成されるときのその成
長方向と直交する方向になんら引張り歪が与えられてい
ない状態で、基板1と同じ格子配列を有しているので、
活性層5が、次に述べるエネルギバンド構造を有してい
る。
Further, in the case of the conventional semiconductor optical device M shown in FIG. 8, both the well layer 5a and the barrier layer 5b forming the active layer 5 of the single crystal semiconductor layer stack 2 are as described above. Since it has the same lattice arrangement as the substrate 1 in the state where no tensile strain is applied in the direction orthogonal to the growth direction when it is formed by the epitaxial growth method,
The active layer 5 has the energy band structure described below.

【0014】すなわち、図11に示すように、伝導帯の
バンド端及び価電子帯のバンド端が、活性層5を構成し
ている井戸層5a内においても、またバリア層5b内に
おいても、それぞれ1つづつ有し、そして、電子の量子
準位Ec が、井戸層5a内には伝導帯のバンド端からみ
て価電子帯のバンド端側とは反対側において井戸層5a
の厚さ方向の全域に亘って存在しているが、バリア層5
b内には井戸層5a側からわずかにしみ出している以外
存在していず、また、ヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhが、
井戸層5a内には価電子帯のバンド端からみて伝導帯の
バンド端側とは反対側において、井戸層5aの厚さ方向
の全域に亘って存在しているが、バリア層5b内には井
戸層5a側からわずかにしみ出している以外存在してい
ず、さらに、ライトホ―ルの量子準位Elhが、井戸層5
a内には、量子準位Ehhからみて価電子帯のバンド端側
とは反対側において、量子準位Ehhと同様に、井戸層5
aの厚さ方向の全域に亘って存在しているが、バリア層
5b内には井戸層5a側からわずかにしみ出している以
外存在していない。
That is, as shown in FIG. 11, the band edge of the conduction band and the band edge of the valence band are both in the well layer 5a forming the active layer 5 and in the barrier layer 5b. Each of them has a quantum level E c of electrons in the well layer 5a on the side opposite to the band edge side of the valence band when viewed from the band edge of the conduction band in the well layer 5a.
Existing over the entire area in the thickness direction of the barrier layer 5
It does not exist in the region b except that it slightly exudes from the well layer 5a side, and the quantum level E hh of the heavy hole is
The well layer 5a exists over the entire region in the thickness direction of the well layer 5a on the side opposite to the band edge side of the conduction band when viewed from the band edge of the valence band, but inside the barrier layer 5b. It does not exist except that it slightly exudes from the well layer 5a side. Further, the quantum level E lh of the light hole is
In a, on the side opposite to the band edge side of the valence band as viewed from the quantum level E hh , similarly to the quantum level E hh , the well layer 5
It exists over the entire area of a in the thickness direction, but does not exist in the barrier layer 5b except that it slightly exudes from the well layer 5a side.

【0015】このため、すなわち、活性層5が上述した
エネルギバンド構造を有しているので、上述した半導体
光検出素子としての機能を得ている場合に、信号光Lが
単結晶半導体層積層体2を構成している活性層5に吸収
されるとき、その信号光Lの吸収は、その信号光LがT
Eモ―ドである場合、電子が、井戸層5a内において、
電子の量子準位Ec とヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhとの
間で主として遷移することによって生じ、信号光LがT
Mモ―ドである場合、電子が井戸層5a内において、そ
の量子準位Ec とライトホ―ルの量子準位Elhとの間で
主として遷移することによって生じている。
For this reason, that is, since the active layer 5 has the above-mentioned energy band structure, the signal light L has the single crystal semiconductor layer laminated body when the above-mentioned function as the semiconductor photodetector is obtained. When the signal light L is absorbed by the active layer 5 constituting the second light source 2,
In the E mode, electrons are generated in the well layer 5a,
The signal light L is generated by the transition mainly between the electron quantum level E c and the heavy-hole quantum level E hh ,
In the M mode, electrons are mainly generated in the well layer 5a by the transition between the quantum level E c and the quantum level E lh of the light hole.

【0016】そして、この場合、井戸層5a内に存在す
るライトホ―ルの量子準位Elhが、上述したように、井
戸層5a内に存在するヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhから
みて価電子帯のバンド端側とは反対側に存在しているこ
とから、信号光LがTMモ―ドである場合において電子
が電子の量子準位Ec からライトホ―ルの量子準位Elh
に遷移する確率が、信号光LがTEモ―ドである場合に
おいて電子が電子の量子準位Ec からヘビ―ホ―ルの量
子準位Ehhに遷移する確率に比し十分小さい。従って、
信号光LがTMモ―ドである場合において井戸層5aに
おいて吸収される、その吸収係数が、信号光LがTEモ
―ドである場合において井戸層5aにおいて吸収され
る、その吸収係数に比し十分小さい。
In this case, the quantum level E lh of the light hole existing in the well layer 5a is calculated from the quantum level E hh of the heavy hole existing in the well layer 5a as described above. Since the electron exists on the side opposite to the band edge side of the valence band, when the signal light L is in TM mode, the electron moves from the electron quantum level E c to the light hole quantum level E c. lh
The probability of transition to the quantum level E hh of the electron from the electron quantum level E c to the heavy hole quantum level E hh is sufficiently small when the signal light L is in the TE mode . Therefore,
When the signal light L is in TM mode, the absorption coefficient thereof is absorbed in the well layer 5a, and when the signal light L is in TE mode, it is absorbed in the well layer 5a. Then small enough.

【0017】以上のことから、図8に示す従来の半導体
光素子によれば、半導体光検出器として機能を得ている
場合に、その半導体光検出器としての光検出感度が、入
射する信号光LがTEモ―ドであるかTMモ―ドである
かに、すなわち信号光Lの偏波態様に大きく依存する、
という欠点を有していた。
From the above, according to the conventional semiconductor optical device shown in FIG. 8, when the function as a semiconductor photodetector is obtained, the photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector is such that the incident signal light is incident. Whether L is in TE mode or TM mode, that is, greatly depends on the polarization mode of the signal light L,
It had a drawback.

【0018】よって、本発明は、上述した欠点のない、
新規な半導体光素子、及びそれを使用した半導体光装置
を提案せんとするものである。
Therefore, the present invention does not have the above-mentioned drawbacks.
A novel semiconductor optical device and a semiconductor optical device using the same are proposed.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体光素
子は、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、単結晶半導体でなる基板と、その基板上に形成され
ている単結晶半導体でなる活性層とを有する。
A semiconductor optical device according to the present invention includes a substrate made of a single crystal semiconductor and a single substrate formed on the substrate, as in the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. And an active layer made of a crystalline semiconductor.

【0020】しかしながら、本発明による半導体光素子
は、このような構成を有する半導体光素子において、上
記活性層が、上記基板を構成している単結晶半導体と等
しい格子定数を有する単結晶半導体を用いてエピタキシ
ャル成長法によって形成されている井戸層と、上記基板
を構成している単結晶半導体に比し小さな格子定数を有
する単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によっ
てその成長方向と直交する方向に引張り歪が与えられて
いる状態に形成されているバリア層とが順次交互に積層
されている量子井戸構造を有する。
However, in the semiconductor optical device according to the present invention, in the semiconductor optical device having such a structure, the active layer uses a single crystal semiconductor having a lattice constant equal to that of the single crystal semiconductor forming the substrate. And a well layer formed by an epitaxial growth method and a single crystal semiconductor having a lattice constant smaller than that of the single crystal semiconductor forming the substrate are used, the tensile strain is generated in the direction orthogonal to the growth direction by the epitaxial growth method. It has a quantum well structure in which barrier layers formed in a given state are sequentially laminated alternately.

【0021】また、本発明による半導体光装置は、単結
晶半導体でなる基板を用いて構成された複数の半導体光
素子を有し、そして、それら複数の半導体光素子のそれ
ぞれが、上記基板上に形成されている単結晶半導体でな
る活性層を有し、また、上記複数の半導体光素子のそれ
ぞれの活性層が、上記基板を構成している単結晶半導体
と等しい格子定数を有する単結晶半導体を用いてエピタ
キシャル成長法によって形成されている井戸層と、上記
基板を構成している単結晶半導体に比し小さな格子定数
を有する単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法に
よってその成長方向と直交する方向に引張り歪が与えら
れている状態に形成されているバリア層とが順次交互に
積層されている量子井戸構造を有する。
Further, the semiconductor optical device according to the present invention has a plurality of semiconductor optical elements formed by using a substrate made of a single crystal semiconductor, and each of the plurality of semiconductor optical elements is on the substrate. A single crystal semiconductor having an active layer formed of a single crystal semiconductor, and each active layer of the plurality of semiconductor optical elements has a lattice constant equal to that of the single crystal semiconductor forming the substrate. A well layer formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor having a lattice constant smaller than that of the single crystal semiconductor forming the substrate is used, and a tensile strain is applied in a direction orthogonal to the growth direction by the epitaxial growth method. Has a quantum well structure in which barrier layers formed in a given state are sequentially stacked alternately.

【0022】[0022]

【作用・効果】本発明による半導体光素子によれば、活
性層に、信号光を入射させれば、その活性層に、図8で
前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、信号光が
吸収されることによって信号光の強度に応じた光電流が
生じ、このため、図8で前述した従来の半導体光素子の
場合と同様に、信号光を検出することができ、よって、
図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、半
導体光検出器としての機能を得ることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, when the signal light is incident on the active layer, the signal light is incident on the active layer as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. Is absorbed, a photocurrent corresponding to the intensity of the signal light is generated. Therefore, the signal light can be detected as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG.
Similar to the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, a function as a semiconductor photodetector can be obtained.

【0023】また、本発明による半導体光素子によれ
ば、活性層に、駆動電流を流せば、活性層において図8
で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、光が発
生することによって、図8で前述した従来の半導体光素
子の場合と同様に、レ―ザ発振が生じ、そのレ―ザ発振
にもとずくレーザ光を図8で前述した従来の半導体光素
子の場合と同様に、外部に出射させることができ、よっ
て、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、半導体レ―ザとしての機能得ることができる。
Further, according to the semiconductor optical device of the present invention, when a drive current is applied to the active layer, the active layer shown in FIG.
As in the case of the conventional semiconductor optical device described above in 1., laser oscillation occurs due to the generation of light, as in the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. Originally, the laser light can be emitted to the outside as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8. Therefore, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. -You can get the function.

【0024】また、本発明による半導体光素子によれ
ば、活性層が、図8で前述した従来の半導体光素子の場
合と同様に、井戸層とバリア層とが順次交互に積層され
ている量子井戸構造を有するので、上述した半導体光検
出器としての機能及び半導体レ―ザとしての機能を、図
8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、活性
層が、そのような量子井戸構造を有していず、単層構造
である場合に比し、効果的に得ることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention, the active layer has a quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately laminated in the same manner as in the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. Since it has a well structure, the active layer has such a function as a semiconductor photodetector and a semiconductor laser as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. It can be effectively obtained as compared with the case where it has no structure and has a single-layer structure.

【0025】しかしながら、本発明による半導体光素子
の場合、単結晶半導体層積層体を構成している活性層
が、次に述べるエネルギバンド構造を有する。
However, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention, the active layer forming the single crystal semiconductor layer stack has the energy band structure described below.

【0026】すなわち、図8で前述した従来の半導体光
素子の場合とは異なり、活性層を構成しているバリア層
が引張り歪が与えられている状態にあることから、伝導
帯のバンド端及び価電子帯のバンド端が、図8で前述し
た従来の半導体光素子の場合と同様に、活性層を構成し
ている井戸層において1つづつ有し、また、伝導帯のバ
ンド端がバリア層内において1つ有しているが、価電子
帯のバンド端が、バリア層内において、ライトホ―ルに
よるバンド端と、その下のヘビ―ホ―ルによるバンド端
との2つを有している。
That is, unlike the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, since the barrier layer forming the active layer is in the state of being subjected to tensile strain, the band edge of the conduction band and the As in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, each of the valence band band edges has one in the well layer that constitutes the active layer, and the conduction band edge has the barrier layer. In the barrier layer, the band edge of the valence band has two, the band edge by the light hole and the band edge by the heavy hole below it. There is.

【0027】このため、電子の量子準位が、図8で前述
した従来の半導体光素子の場合と同様に、井戸層内には
伝導帯のバンド端からみて価電子帯のバンド端側とは反
対側において井戸層の厚さ方向の全域に亘って存在して
いるが、バリア層内には井戸層側からわずかにしみ出し
ている以外存在していず、また、ヘビ―ホ―ルの量子準
位が、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、井戸層内には、価電子帯のバンド端からみて伝導帯
のバンド端側とは反対側において、井戸層の厚さ方向の
全域に亘って存在しているが、バリア層内には井戸層側
からわずかにしみ出している以外存在していないが、ラ
イトホ―ルの量子準位が、バリア層内には、ヘビ―ホ―
ルの量子準位からみて価電子帯のバンド端側とは反対側
において、バリア層の厚さ方向の全域に亘って存在して
いるが、井戸層内にはバリア層側からわずかにしみ出し
ている以外存在していない。
Therefore, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, the quantum level of electrons is different from the band edge side of the valence band in the well layer when viewed from the band edge of the conduction band. It exists over the entire area in the thickness direction of the well layer on the opposite side, but does not exist in the barrier layer except for slightly exuding from the well layer side. As in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, in the well layer, the thickness of the well layer is on the side opposite to the band edge side of the conduction band when viewed from the band edge of the valence band. Although it exists over the entire area in the depth direction, but does not exist in the barrier layer except for slightly exuding from the well layer side, the quantum level of the light hole is in the barrier layer, Snake hoo
It exists over the entire area in the thickness direction of the barrier layer on the side opposite to the band edge side of the valence band as seen from the quantum level of the electron, but slightly exudes from the barrier layer side in the well layer It doesn't exist except

【0028】このため、すなわち、活性層が上述したエ
ネルギバンド構造を有しているので、半導体光検出素子
としての機能を得ている場合に、信号光が、単結晶半導
体層積層体を構成している活性層に吸収されるとき、そ
の信号光の吸収は、その信号光がTEモ―ドである場
合、図8で上述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、電子が、井戸層内において、電子の量子準位とヘビ
―ホ―ルの量子準位との間で遷移することによって生
じ、また、信号光がTMモ―ドである場合、図8で上述
した従来の半導体光素子の場合に準じて、電子が、井戸
層内において、電子の量子準位とライトホ―ルの量子準
位の井戸層内にしみ出している部との間で遷移すること
によって生ずるとしても、この場合、井戸層内にバリア
層側からしみ出しているライトホ―ルの量子準位が、上
述したように、井戸層内に存在するヘビ―ホ―ルの量子
準位からみて価電子帯のバンド端側とは反対側に存在し
ていることから、その井戸層内にバリア層側からしみ出
しているライトホ―ルの量子準位が、井戸層内に局在し
ている状態にしか存在していなくても、信号光がTMモ
―ドである場合において電子が電子の量子準位からライ
トホ―ルの量子準位に遷移する確率が、図8で前述した
従来の半導体光素子の場合に比し高く、このため、信号
光がTMモ―ドである場合において電子が電子の量子準
位からライトホ―ルの量子準位に遷移する確率と、信号
光がTEモ―ドである場合において電子が電子の量子準
位からヘビ―ホ―ルの量子準位に遷移する確率との間に
ほとんど差がないか、差があるとしてもその差が十分小
さい。このため、信号光がTMモ―ドである場合におい
て井戸層において吸収される、その吸収係数と、信号光
がTEモ―ドである場合において井戸層において吸収さ
れる、その吸収係数との間にほとんど差がないか、差が
あるとしてもその差が十分小さい。
For this reason, that is, since the active layer has the above-mentioned energy band structure, the signal light constitutes the single crystal semiconductor layer laminated body when the function as the semiconductor photodetector is obtained. When the signal light is absorbed in the active layer, the electrons are absorbed in the well layer when the signal light is in TE mode, as in the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. In the case where the signal light is TM mode, the conventional semiconductor light described above with reference to FIG. 8 is generated by the transition between the electron quantum level and the heavy hole quantum level. Similar to the case of the device, even if electrons are generated in the well layer by a transition between the quantum level of the electron and the portion of the quantum level of the light hole that exudes in the well layer, In this case, the well layer exudes from the barrier layer side. As described above, the quantum level of ithole exists on the opposite side of the band edge side of the valence band from the viewpoint of the quantum level of the heavy hole existing in the well layer. Even if the quantum level of the light hole seeping out from the barrier layer side in the well layer exists only in the state localized in the well layer, the signal light is in TM mode. In this case, the probability that the electron transits from the quantum level of the electron to the quantum level of the light hole is higher than in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. And the probability that the electron transits from the electron quantum level to the light hole quantum level, and when the signal light is in TE mode, the electron moves from the electron quantum level to the heavy hole There is little or no difference with the probability of transition to the quantum level. The difference is sufficiently small. Therefore, when the signal light is in the TM mode, the absorption coefficient is absorbed in the well layer, and when the signal light is in the TE mode, the absorption coefficient is absorbed in the well layer. There is little difference, or if there is a difference, the difference is small enough.

【0029】以上のことから、本発明による半導体光素
子の場合、半導体光検出器として機能を得ている場合、
その半導体光検出器としての光検出感度が、入射する信
号光がTEモ―ドであるかTMモ―ドであるかにほとん
ど依存しない。
From the above, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention, when it has a function as a semiconductor photodetector,
The photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector hardly depends on whether the incident signal light is in TE mode or TM mode.

【0030】また、本発明による半導体光装置によれ
ば、本願第1番目の発明による半導体光素子の複数が、
基板を共通として形成されている構成を有するので、各
半導体光素子について、本願第1番目の発明による半導
体光素子と同様の作用効果が得られる。
Further, according to the semiconductor optical device of the present invention, a plurality of semiconductor optical elements according to the first invention of the present application are provided.
Since the substrate is formed in common, each semiconductor optical element has the same effects as the semiconductor optical element according to the first aspect of the present invention.

【0031】[0031]

【実施例1】次に、図1を伴って、本発明による半導体
光素子Mの実施例を述べよう。
Embodiment 1 Next, an embodiment of the semiconductor optical device M according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0032】図1において、図8との対応部分には同一
符号を付して示す。
In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals.

【0033】図1に示す本発明による半導体光素子M
は、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、すなわち、例えばn型を有し且つ例えば単結晶In
Pでなる基板1と、その基板1上に形成されている単結
晶半導体層積層体2と、基板1の単結晶半導体層積層体
2側とは反対側の面上に形成されている電極層11と、
単結晶半導体層積層体2の基板1側とは反対側の面上に
形成されている電極層12とを有する。
A semiconductor optical device M according to the present invention shown in FIG.
Is similar to the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG.
A substrate 1 made of P, a single crystal semiconductor layer stack 2 formed on the substrate 1, and an electrode layer formed on the surface of the substrate 1 opposite to the single crystal semiconductor layer stack 2 side. 11 and
It has an electrode layer 12 formed on the surface of the single crystal semiconductor layer stack 2 opposite to the substrate 1 side.

【0034】この場合、半導体層積層体2も、図8で前
述した従来の半導体光素子の場合と同様に、エピタキシ
ャル成長法によって、基板1側から順次積層して形成さ
れている、n型を有し且つ例えば単結晶InPでなるク
ラッド層3と、n型を有し且つ基板1を構成している単
結晶半導体としての単結晶InPと等しい格子定数を有
する例えば単結晶InGaAsP系でなるガイド層4
と、n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導
入されていない単結晶半導体でなる活性層5と、p型を
有し且つ基板1を構成している単結晶半導体としての単
結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶InGaA
sP系でなるガイド層6と、p型を有し且つ単結晶In
Pでなるクラッド層7と、p型を有し且つ基板1を構成
している単結晶半導体としての単結晶InPと等しい格
子定数を有する例えば単結晶InGaAsP系でなるキ
ャップ層8とを有するとともに、クラッド層3、ガイド
層4、活性層5、ガイド層6、クラッド層7及びキャッ
プ層8の積層方向に互に平行に相対向して延長している
端面9a及び9bを有している。
In this case, the semiconductor layer laminated body 2 also has an n-type, which is formed by sequentially laminating from the substrate 1 side by the epitaxial growth method, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. And a cladding layer 3 made of, for example, single crystal InP, and a guide layer 4 made of, for example, single crystal InGaAsP having an n-type and a lattice constant equal to that of single crystal InP as a single crystal semiconductor constituting the substrate 1.
An active layer 5 made of a single crystal semiconductor into which neither an n-type impurity nor a p-type impurity is intentionally introduced, and a single-crystal InP having a p-type and constituting the substrate 1 as a single-crystal semiconductor. Crystal InGaA having a lattice constant equal to
sP-based guide layer 6 and p-type and single crystal In
The clad layer 7 made of P and the cap layer 8 made of, for example, a single crystal InGaAsP system having a p-type and a lattice constant equal to that of single crystal InP as a single crystal semiconductor forming the substrate 1 are provided. The clad layer 3, the guide layer 4, the active layer 5, the guide layer 6, the clad layer 7 and the cap layer 8 have end faces 9a and 9b extending parallel to each other and facing each other in the stacking direction.

【0035】しかしながら、図1に示す本発明による半
導体光素子の場合、単結晶半導体層積層体2を構成して
いる活性層5が、基板1を構成している単結晶半導体と
しての単結晶InPと等しい格子定数を有する単結晶I
nGaAs系でなる単結晶半導体を用いてエピタキシャ
ル成長法によって形成されている井戸層15aと、基板
1を構成している単結晶半導体としての単結晶InPに
比し小さな格子定数を有する単結晶InGaAsP系で
なる単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によっ
てその成長方向と直交する方向に引張り歪が与えられて
いる状態に形成されているバリア層15bとが順次交互
に積層されている量子井戸構造を有する。
However, in the case of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1, the active layer 5 forming the single crystal semiconductor layer stack 2 is the single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1. Crystal I having a lattice constant equal to
A well layer 15a formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor made of nGaAs and a single crystal InGaAsP system having a smaller lattice constant than single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1 And a barrier layer 15b formed in a state in which tensile strain is applied in a direction orthogonal to the growth direction by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor of the following quantum well structure.

【0036】以上が、本発明による半導体光素子Mの実
施例の構成である。
The above is the configuration of the embodiment of the semiconductor optical device M according to the present invention.

【0037】このような構成を有する本発明による半導
体光素子Mによれば、図8で前述した従来の半導体光素
子Mについて述べたように且つ例えば図に示すように、
電極層12を接地に接続し、電極層11を、変調信号S
によってオン・オフするスイッチング用トランジスタQ
を介し、次で抵抗Rを介して、負の電源Eに接続すると
ともに、互に逆極性の2つの入力端a及びbと1つの出
力端cとを有し、入力端bが接地に接続され、出力端c
が帰還用抵抗Rf を通じて入力端aに接続されている構
成を有するオペレ―ショナル増幅器Aの入力端bに接続
し、そして、スイッチング用トランジスタQをオフにさ
せている状態で、単結晶半導体層積層体2を構成してい
る活性層5に、単結晶半導体層積層体2の相対向する端
面9a及び9b中のいずれか一方側から、光ファイバ
(図示せず)を用いて、信号光Lを入射させれば、詳細
説明は省略するが、活性層5に、図8で前述した従来の
半導体光素子の場合と同様に、信号光Lが吸収されるこ
とによって信号光Lの強度に応じた光電流が生ずるた
め、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様
に、オペレ―ショナル増幅器Aの出力端cに信号光Lの
強度に応じた光電圧が得られる。
According to the semiconductor optical device M of the present invention having such a structure, as described in the conventional semiconductor optical device M described above with reference to FIG. 8 and as shown in the drawing, for example,
The electrode layer 12 is connected to the ground, and the electrode layer 11 is connected to the modulation signal S
Switching transistor Q that turns on and off by
Through the resistor R, and then to the negative power source E, and has two input terminals a and b having opposite polarities and one output terminal c, and the input terminal b is connected to ground. Output terminal c
Is connected to the input terminal b of the operational amplifier A having a configuration in which it is connected to the input terminal a through the feedback resistor R f , and the switching transistor Q is turned off. For the active layer 5 forming the laminated body 2, the signal light L is formed by using an optical fiber (not shown) from either one of the opposite end faces 9a and 9b of the single crystal semiconductor layer laminated body 2. , The detailed description thereof will be omitted. However, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. Since a photocurrent is generated, a photovoltage corresponding to the intensity of the signal light L is obtained at the output end c of the operational amplifier A, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG.

【0038】このため、図8で前述した従来の半導体光
素子の場合と同様に、図8で前述した従来の半導体光素
子の場合と同様に、オペレ―ション増幅器Aの出力端c
に得られる光電圧によって、信号光Lを検出することが
でき、よって、図8で前述した従来の半導体光素子の場
合と同様に、半導体光検出器としての機能を得ることが
できる。
Therefore, the output terminal c of the operation amplifier A is the same as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. 8, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above in FIG.
The signal light L can be detected by the optical voltage obtained in the above, and thus the function as a semiconductor photodetector can be obtained as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG.

【0039】また、図1に示す本発明による半導体光素
子Mによれば、図8で前述した従来の半導体光素子の場
合と同様に、電極層11及び12を図11に示すように
接続している状態で、スイッチング用トランジスタQを
変調信号によってオン・オフ制御させ、そのオン区間に
おいて、電源E側から、電極層11及び12を通じて、
半導体積層体2を構成している活性層5に、駆動電流を
流せば、詳細説明は省略するが、活性層5において、図
8で前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、光が
発生し、その光が、活性層5内を端面9a及び9bに向
って伝播し、次で、その端面9a及び9bで反射する、
という動作を繰返す。このため、単結晶半導体層積層体
2の端面9a及び9b間の距離を予め適当に選んでおく
ことによって、図8で前述した従来の半導体光素子の場
合と同様に、レ―ザ発振が生じ、そのレ―ザ発振にもと
ずくレーザ光L′を、端面9a及び9b中のいずれか一
方から、外部に出射させることができ、よって、図8で
前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、半導体レ
―ザとしての機能得ることができる。
Further, according to the semiconductor optical device M of the present invention shown in FIG. 1, the electrode layers 11 and 12 are connected as shown in FIG. 11 as in the case of the conventional semiconductor optical device described in FIG. In this state, the switching transistor Q is on / off controlled by the modulation signal, and in the on section, from the power source E side through the electrode layers 11 and 12,
If a drive current is passed through the active layer 5 forming the semiconductor layered body 2, detailed description will be omitted. However, in the active layer 5, light is emitted in the same manner as in the conventional semiconductor optical device described in FIG. The generated light propagates in the active layer 5 toward the end faces 9a and 9b, and then is reflected by the end faces 9a and 9b.
The operation is repeated. Therefore, by appropriately selecting the distance between the end faces 9a and 9b of the single crystal semiconductor layer stack 2, laser oscillation occurs as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. The laser beam L'based on the laser oscillation can be emitted to the outside from either one of the end faces 9a and 9b. Therefore, the laser beam L'can be emitted from the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. Similarly, the function as a semiconductor laser can be obtained.

【0040】さらに、図1に示す本発明による半導体光
素子Mによれば、図8で前述した従来の半導体光素子の
場合と同様に、単結晶半導体層積層体2を構成している
活性層5が、井戸層15aとバリア層15bとが順次交
互に積層されている量子井戸構造を有するので、上述し
た半導体光検出器としての機能及び半導体レ―ザとして
の機能を、図8で前述した従来の半導体光素子の場合と
同様に、活性層5が、そのような量子井戸構造を有して
いず、単層構造である場合に比し、効果的に得ることが
できる。
Further, according to the semiconductor optical device M of the present invention shown in FIG. 1, the active layer forming the single crystal semiconductor layer stack 2 is the same as in the conventional semiconductor optical device described in FIG. Since 5 has a quantum well structure in which well layers 15a and barrier layers 15b are alternately laminated in sequence, the function as the semiconductor photodetector and the function as the semiconductor laser described above are described in FIG. Similar to the case of the conventional semiconductor optical device, the active layer 5 does not have such a quantum well structure and can be effectively obtained as compared with the case of a single layer structure.

【0041】また、図1に示す本発明による半導体光素
子Mの場合、図8で前述した従来の半導体光素子の場合
と同様に、単結晶半導体層積層体2を構成しているクラ
ッド層3が基板1を構成している単結晶半導体としての
単結晶InPと同じ単結晶InPを用いてエピタキシャ
ル成長法によって形成され、また、ガイド層4が基板1
を構成している単結晶半導体としての単結晶InPと等
しい格子定数を有する単結晶InGaAsP系を用いて
エピタキシャル成長法によって形成されているので、そ
れらクラッド層3及びガイド層4が、基板1と同じ格子
配列を有している。
In the case of the semiconductor optical device M according to the present invention shown in FIG. 1, the cladding layer 3 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 is the same as in the conventional semiconductor optical device described in FIG. Are formed by an epitaxial growth method using the same single crystal InP as the single crystal semiconductor constituting the substrate 1 and the guide layer 4 is formed on the substrate 1.
Is formed by an epitaxial growth method using a single crystal InGaAsP system having a lattice constant equal to that of the single crystal InP as the single crystal semiconductor constituting the substrate 1. Therefore, the cladding layer 3 and the guide layer 4 have the same lattice as the substrate 1. Have an array.

【0042】しかしながら、図1に示す本発明による半
導体光素子Mの場合、単結晶半導体層積層体2を構成し
ている活性層5が、井戸層15aとバリア層15bとが
順次交互に積層されている量子井戸構造を有し、そし
て、井戸層15aが、図2に示すように、基板1を構成
している単結晶半導体としての単結晶InPと等しい格
子定数を有する単結晶InGaAs系でなる単結晶半導
体15a′を用いてエピタキシャル成長法によって形成
されているが、バリア層15bが、基板1を構成してい
る単結晶半導体としての単結晶InPに比し小さな格子
定数を有する単結晶InGaAsP系でなる単結晶半導
体を用いてエピタキシャル成長法によってその成長方向
と直交する方向に引張り歪が与えられている状態に形成
されていることから、井戸層5aは、図8で前述した従
来の半導体光素子の場合と同様に、エピタキシャル成長
法によって形成されるときのその成長方向と直交する方
向になんら引張り歪が与えられていない状態で、基板1
と同じ格子配列を有しているが、バリア層15bは、ピ
タキシャル成長法に形成されるときのその成長方向と直
交する方向に引張り歪が与えられている状態で、基板1
と同じ格子配列を有している。
However, in the case of the semiconductor optical device M according to the present invention shown in FIG. 1, the active layers 5 constituting the single crystal semiconductor layer stack 2 are formed by alternately stacking well layers 15a and barrier layers 15b. 2, the well layer 15a is made of a single crystal InGaAs system having a lattice constant equal to that of single crystal InP as a single crystal semiconductor forming the substrate 1, as shown in FIG. Although the barrier layer 15b is formed by the epitaxial growth method using the single crystal semiconductor 15a ', the barrier layer 15b is a single crystal InGaAsP system having a smaller lattice constant than single crystal InP as the single crystal semiconductor forming the substrate 1. Is formed in a state in which tensile strain is applied in the direction orthogonal to the growth direction by the epitaxial growth method using the single crystal semiconductor Well layer 5a, as in the case of the conventional semiconductor optical device described above in FIG. 8, in the state in which any tensile strain in the direction perpendicular to the growth direction is not given as it is formed by the epitaxial growth method, the substrate 1
The substrate 1 has the same lattice arrangement as that of the substrate 1 while the barrier layer 15b is subjected to tensile strain in the direction orthogonal to the growth direction when the barrier layer 15b is formed by the epitaxial growth method.
It has the same lattice arrangement as.

【0043】また、図1に示す本発明による半導体光素
子Mの場合、単結晶半導体層積層体2の活性層5を構成
しているバリア層5bが、上述したようにエピタキシャ
ル成長法によって形成されるときのその成長方向と直交
する方向に引張り歪が与えられている状態で、基板1と
同じ格子配列を有しているので、活性層5が、次に述べ
るエネルギバンド構造を有している。
In the case of the semiconductor optical device M according to the present invention shown in FIG. 1, the barrier layer 5b forming the active layer 5 of the single crystal semiconductor layer stack 2 is formed by the epitaxial growth method as described above. Since the active layer 5 has the same lattice arrangement as the substrate 1 in the state where tensile strain is applied in the direction orthogonal to the growth direction at that time, the active layer 5 has the energy band structure described below.

【0044】すなわち、図3に示すように、図8で前述
した従来の半導体光素子Mの場合とは異なり、活性層5
を構成しているバリア層15bが引張り歪が与えられて
いる状態にあることから、伝導帯のバンド端及び価電子
帯のバンド端が、図8で前述した従来の半導体光素子の
場合と同様に、活性層5を構成している井戸層15aに
おいて1つづつ有し、また、伝導帯のバンド端がバリア
層15b内において1つ有しているが、価電子帯のバン
ド端が、バリア層15b内において、ライトホ―ルによ
るバンド端と、その下のヘビ―ホ―ルによるバンド端と
の2つを有している。
That is, as shown in FIG. 3, unlike the conventional semiconductor optical device M described with reference to FIG.
Since the barrier layer 15b forming the structure has a tensile strain, the band edge of the conduction band and the band edge of the valence band are the same as in the case of the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. In addition, the well layers 15a forming the active layer 5 have one each and the conduction band edge is one in the barrier layer 15b. In the layer 15b, there are two ends, that is, a light-holed band edge and an underlying heavy-hole band edge.

【0045】このため、電子の量子準位Ec が、図8で
前述した従来の半導体光素子の場合と同様に、井戸層1
5a内には伝導帯のバンド端からみて価電子帯のバンド
端側とは反対側において井戸層の厚さ方向の全域に亘っ
て存在しているが、バリア層15b内には井戸層側から
わずかにしみ出している以外存在していず、また、ヘビ
―ホ―ルの量子準位Ehhが、図8で前述した従来の半導
体光素子の場合と同様に、井戸層15a内には、価電子
帯のバンド端からみて伝導帯のバンド端側とは反対側に
おいて、井戸層15aの厚さ方向の全域に亘って存在し
ているが、バリア層15b内には井戸層15a側からわ
ずかにしみ出している以外存在していないが、ライトホ
―ルの量子準位Elhが、バリア層15b内には、ヘビ―
ホ―ルの量子準位Ehhからみて価電子帯のバンド端側と
は反対側において、バリア層15bの厚さ方向の全域に
亘って存在しているが、井戸層15a内にはバリア層1
5b側からわずかにしみ出している以外存在していな
い。
Therefore, the quantum level E c of the electron is the same as in the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG.
5a is present over the entire region in the thickness direction of the well layer on the side opposite to the band edge side of the valence band as seen from the band edge of the conduction band, but in the barrier layer 15b from the well layer side. It does not exist except that it slightly exudes, and the quantum level E hh of the heavy hole is in the well layer 15a in the same manner as in the conventional semiconductor optical device described above with reference to FIG. On the side opposite to the band edge side of the conduction band as seen from the band edge of the valence band, the well layer 15a is present over the entire region in the thickness direction, but in the barrier layer 15b it is slightly from the well layer 15a side. Although it does not exist except that it oozes out, the quantum level E lh of the light hole is present in the barrier layer 15b in the snake.
On the side opposite to the band edge side of the valence band as seen from the quantum level E hh of the holes, the barrier layer 15b is present over the entire region in the thickness direction, but the barrier layer is present in the well layer 15a. 1
It does not exist except that it slightly exudes from the 5b side.

【0046】このため、すなわち、活性層5が上述した
エネルギバンド構造を有しているので、半導体光検出素
子としての機能を得ている場合に、信号光Lが、単結晶
半導体層積層体2を構成している活性層5に吸収される
とき、その信号光Lの吸収は、その信号光LがTEモ―
ドである場合、図8で上述した従来の半導体光素子Mの
場合と同様に、電子が、井戸層15a内において、電子
の量子準位Ec とヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhとの間で
遷移することによって生じ、また、信号光LがTMモ―
ドである場合、図8で上述した従来の半導体光素子Mの
場合に準じて、電子が、井戸層15a内において、電子
の量子準位Ec とライトホ―ルの量子準位Elhの井戸層
15a内にしみ出している部との間で遷移することによ
って生ずるとしても、この場合、井戸層15a内にバリ
ア層15b側からしみ出しているライトホ―ルの量子準
位Elhが、上述したように、井戸層15a内に存在する
ヘビ―ホ―ルの量子準位Ehhからみて価電子帯のバンド
端側とは反対側に存在していることから、その井戸層1
5a内にバリア層15b側からしみ出しているライトホ
―ルの量子準位Elhが、井戸層15a内に局在している
状態にしか存在していなくても、信号光LがTMモ―ド
である場合において電子が電子の量子準位Ec からライ
トホ―ルの量子準位Elhに遷移する確率が、図8で前述
した従来の半導体光素子Mの場合に比し高く、このた
め、信号光LがTMモ―ドである場合において電子が電
子の量子準位Ec からライトホ―ルの量子準位Elhに遷
移する確率と、信号光LがTEモ―ドである場合におい
て電子が電子の量子準位Ec からヘビ―ホ―ルの量子準
位Ehhに遷移する確率との間にほとんど差がないか、差
があるとしてもその差が十分小さい。このため、信号光
LがTMモ―ドである場合において井戸層15aにおい
て吸収される、その吸収係数と、信号光LがTEモ―ド
である場合において井戸層15aにおいて吸収される、
その吸収係数との間にほとんど差がないか、差があると
してもその差が十分小さい。
For this reason, that is, since the active layer 5 has the above-mentioned energy band structure, the signal light L has the single crystal semiconductor layer laminated body 2 when it functions as a semiconductor photodetector. When the signal light L is absorbed by the active layer 5 constituting the
In the well layer 15a, the electron quantum level E c and the heavy hole quantum level E hh are generated in the well layer 15a, as in the conventional semiconductor optical device M described above with reference to FIG. Between the signal light L and the TM mode.
8 is similar to the case of the conventional semiconductor optical device M described above with reference to FIG. 8, the electrons in the well layer 15a have the quantum level E c of the electron and the quantum level E lh of the light hole. In this case, the quantum level E lh of the light hole exuding from the barrier layer 15b side in the well layer 15a is equal to As described above, since the heavy hole exists in the well layer 15a on the side opposite to the band edge side of the valence band as seen from the quantum level E hh of the heavy hole, the well layer 1
Even if the quantum level E lh of the light hole exuding from the barrier layer 15b side in 5a exists only in the state in which it is localized in the well layer 15a, the signal light L is TM mode. The probability that an electron transits from the quantum level E c of the electron to the quantum level E lh of the light hole in the case of the charge mode is higher than that in the case of the conventional semiconductor optical device M described above with reference to FIG. , When the signal light L is in TM mode, the probability that an electron transits from the electron quantum level E c to the light hole quantum level E lh , and when the signal light L is in TE mode There is almost no difference between the electron's quantum level E c and the probability of transition to the heavy hole quantum level E hh , or if there is a difference, the difference is sufficiently small. Therefore, when the signal light L is in the TM mode, it is absorbed in the well layer 15a, and when the signal light L is in the TE mode, it is absorbed in the well layer 15a.
There is almost no difference with the absorption coefficient, or even if there is a difference, the difference is sufficiently small.

【0047】以上のことから、図1に示す本発明による
半導体光素子Mの場合、半導体光検出器として機能を得
ている場合、その半導体光検出器としての光検出感度
が、入射する信号光がTEモ―ドであるかTMモ―ドで
あるかに、従って、信号光Lの偏波態様にほとんど依存
しない。
From the above, in the case of the semiconductor optical device M according to the present invention shown in FIG. 1, when it has a function as a semiconductor photodetector, the photodetection sensitivity of the semiconductor photodetector is that of the incident signal light. Is in the TE mode or the TM mode, and therefore, it hardly depends on the polarization mode of the signal light L.

【0048】このことは、図1に示す本発明による半導
体光素子Mの場合と、図8で前述した従来の半導体光素
子Mの場合とで、同じ信号光Lを用い、そして、光検出
感度の、10log10(I min/I max )(ただし、I
max 及びImin は、信号光Lの偏波面を回転しながら、
電極11及び12を通って外部に流れる光電流を測定し
たときの、その光電流の最大値及び最小値である)と定
義した偏波依存性を、波長を変えて測定したところ、図
4に示す結果(dBで表されている)が得られ、また、
図1に示す本発明による半導体光素子の光検出感度を、
それが上述したImax によって表されているとして、そ
のImax を測定したところ、図5に示す結果(dBで表
されている)が得られたことからも明らかであろう。
This means that the same signal light L is used in the case of the semiconductor optical device M according to the present invention shown in FIG. 1 and the case of the conventional semiconductor optical device M described in FIG. Of 10 log10 (I min / I max ) (where I
max and I min , while rotating the polarization plane of the signal light L,
Polarization dependence defined as (maximum value and minimum value of the photocurrent when the photocurrent flowing to the outside through the electrodes 11 and 12) was measured by changing the wavelength. The results shown (expressed in dB) were obtained, and
The light detection sensitivity of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.
Assuming that it is represented by I max as described above, it will be apparent from the fact that the I max was measured and the result shown in FIG. 5 (expressed in dB) was obtained.

【0049】また、図1に示す本発明による半導体光素
子Mによれば、上述した半導体レ―ザとしての機能を得
るようにした場合において、駆動電流(mA)に対する
レーザ光による光出力(mW)を測定したところ、図6
に示すように、駆動電流の閾値20nAで1550nm
の波長でのレーザ光が生じ、駆動電流が30mAの場
合、5mWの光出力が得られる、という結果が得られ
た。
Further, according to the semiconductor optical device M of the present invention shown in FIG. 1, when the function as the semiconductor laser described above is obtained, the optical output (mW) by the laser beam with respect to the drive current (mA) is obtained. ) Was measured, and FIG.
As shown in, the driving current threshold of 20 nA is 1550 nm.
The result obtained is that when a laser beam having a wavelength of 1 is generated and the driving current is 30 mA, an optical output of 5 mW is obtained.

【0050】[0050]

【実施例2】次に、図7を伴って、本発明による半導体
光素子を使用した、本発明による半導体光装置の実施例
を述べよう。
[Embodiment 2] Next, an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention using the semiconductor optical element according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0051】図7に示す本発明による半導体光装置は、
図1を伴って上述した本発明による半導体光素子Mにお
いて、それに、電極層12側から、単結晶半導体層積層
体2を横切って基板1に達する深さに溝が形成されて、
複数n個の半導体光素子M1、M2 ………Mn と、複数
n個の半導体光素子M1 ′、M2 ′………Mn ′とが、
基板1を共通にし且つ半導体光素子Mi 及びMi ′(た
だし、i=1、2………n)を前者の一方の端面9bと
後者の一方の端面9aとが対向するように同一線上に配
列して形成されている、という構成を有する。
The semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.
In the semiconductor optical device M according to the present invention described above with reference to FIG. 1, a groove is formed in the semiconductor optical device M from the electrode layer 12 side to reach the substrate 1 across the single crystal semiconductor layer stack 2.
A plurality of semiconductor optical devices M 1 , M 2 ... Mn and a plurality of semiconductor optical devices M 1 ′, M 2 ′ ... M n ′ are provided.
The substrate 1 is commonly used and the semiconductor optical devices M i and M i ′ (where i = 1, 2, ..., N) are collinearly arranged so that one end face 9 b of the former and one end face 9 a of the latter face each other. It is formed by arranging in an array.

【0052】以上が、本発明による半導体光装置の実施
例の構成である。
The above is the configuration of the embodiment of the semiconductor optical device according to the present invention.

【0053】このような構成を有する本発明による半導
体光装置によれば、複数n個の半導体光素子M1 〜Mn
のそれぞれが、図1に示す本発明による半導体光素子M
と同様の構成を有するので、複数n個の半導体光素子M
1 〜Mn のそれぞれについて、図示のように、それに対
応する光ファイバF1 〜Fn のそれぞれを用いて、また
は用いることなしに、図1に示す本発明による半導体光
素子の場合と同様の作用効果が得られることは明らかで
あるとともに、半導体光素子Mi によって半導体レ―ザ
としての機能を得ているとき、半導体光素子Mi ′に半
導体光素子Miからの光の一部を入射させ、半導体光素
子Mi ′によって、半導体光素子Mi の動作のモニタを
させるようにすることができる。
According to the semiconductor optical device of the present invention having such a configuration, a plurality of n semiconductor optical elements M 1 to M n are provided.
Of the semiconductor optical device M according to the present invention shown in FIG.
Since it has the same configuration as the above, a plurality n of semiconductor optical devices M
For each of 1 to M n , the same as in the case of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1 with or without each of the corresponding optical fibers F 1 to F n as shown. together it is clear that the advantages are achieved, semiconductor laser by a semiconductor optical device M i - when obtaining the function as the a portion of the light from the semiconductor optical device M i to the semiconductor optical device M i ' The semiconductor optical device M i ′ can be made incident and the operation of the semiconductor optical device M i can be monitored.

【0054】なお、上述においては、本発明による半導
体光素子、及びそ半導体光装置のそれぞれについて、1
つの実施例を示したに留まり、本発明の精神を脱するこ
となしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。
In the above description, for each of the semiconductor optical device and the semiconductor optical device according to the present invention, 1
Only one embodiment is shown, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体光素子の実施例を示す略線
的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention.

【図2】図1に示す本発明による半導体光素子の活性層
を示す図である。
FIG. 2 is a view showing an active layer of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.

【図3】図1に示す本発明による半導体光素子の活性層
での信号光の吸収の機構を、活性層のエネルギバンド構
造とともに示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the mechanism of signal light absorption in the active layer of the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1, together with the energy band structure of the active layer.

【図4】図1に示す本発明による半導体光素子によって
半導体光検出器としての機能を得たときの、光信号の波
長に対する、光信号の偏波依存性を、従来の半導体光素
子によって光検出器としての機能を得たときの、光信号
の波長に対する、光信号の偏波依存性と対比して示す図
である。
4 shows the polarization dependency of an optical signal with respect to the wavelength of the optical signal when the function as a semiconductor photodetector is obtained by the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. It is a figure which shows in comparison with the polarization dependence of the optical signal with respect to the wavelength of an optical signal when the function as a detector is acquired.

【図5】図1に示す本発明による半導体光素子によっ
て、光検出器としての機能を得たときの、波長に対する
光検出感度を示す図である。
5 is a diagram showing photodetection sensitivity with respect to wavelength when a function as a photodetector is obtained by the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG.

【図6】図1に示す本発明による半導体光素子によっ
て、半導体レ―ザとしての機能を得たときの、駆動電流
に対する光出力の関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a drive current and an optical output when the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1 obtains a function as a semiconductor laser.

【図7】本発明による半導体光装置の実施例を示す略線
的平面図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing an embodiment of a semiconductor optical device according to the present invention.

【図8】従来の半導体光素子を示す略線的断面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor optical device.

【図9】図8に示す従来の半導体光素子の活性層を示す
図である。
9 is a diagram showing an active layer of the conventional semiconductor optical device shown in FIG.

【図10】図8に示す従来の半導体光素子の活性層での
信号光の吸収の機構を、活性層のエネルギバンド構造と
ともに示す図である。
10 is a diagram showing the mechanism of signal light absorption in the active layer of the conventional semiconductor optical device shown in FIG. 8 together with the energy band structure of the active layer.

【図11】図1に示す本発明による半導体光素子及び図
8に示す従来の半導体光素子によって、半導体光検出器
としての機能と半導体レ―ザとしての機能を得る場合の
回路を示す図である。
11 is a diagram showing a circuit for obtaining a function as a semiconductor photodetector and a function as a semiconductor laser by the semiconductor optical device according to the present invention shown in FIG. 1 and the conventional semiconductor optical device shown in FIG. is there.

【符号の説明】 1 基板 2 単結晶半導体層積層体 3 クラッド層 4 ガイド層 5 活性層 5a 井戸層 5b バリア層 6 ガイド層 7 クラッド層 8 キャップ層 9a、9b 端面 11、12 電極層 15a 井戸層 15b バリア層 A 増幅器 M、M1 〜Mn 、M1 ′〜Mn ′半導体光素子 Q スイッチング用トランジスタ[Explanation of reference numerals] 1 substrate 2 single crystal semiconductor layer stack 3 clad layer 4 guide layer 5 active layer 5a well layer 5b barrier layer 6 guide layer 7 clad layer 8 cap layer 9a, 9b end face 11, 12 electrode layer 15a well layer 15b barrier layer A amplifier M, M 1 ~M n, M 1 '~M n' semiconductor optical device Q switching transistor

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図3[Name of item to be corrected] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図3】 [Figure 3]

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図7[Name of item to be corrected] Figure 7

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図7】 [Figure 7]

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図10[Name of item to be corrected] Fig. 10

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図10】 [Figure 10]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 光男 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 岡本 稔 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 杉江 利彦 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 馬渡 宏泰 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Mitsuo Fukuda 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (72) Minoru Okamoto 1-16-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Toshihiko Sugie 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Hiroyasu Madawa 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶半導体でなる基板と、その基板上
に形成されている単結晶半導体でなる活性層とを有する
半導体光素子において、 上記活性層が、上記基板を構成している単結晶半導体と
等しい格子定数を有する単結晶半導体を用いてエピタキ
シャル成長法によって形成されている井戸層と、上記基
板を構成している単結晶半導体に比し小さな格子定数を
有する単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によ
ってその成長方向と直交する方向に引張り歪が与えられ
ている状態に形成されているバリア層とが順次交互に積
層されている量子井戸構造を有することを特徴とする半
導体光素子。
1. A semiconductor optical device having a substrate made of a single crystal semiconductor and an active layer made of a single crystal semiconductor formed on the substrate, wherein the active layer is a single crystal constituting the substrate. A well layer formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor having a lattice constant equal to that of the semiconductor, and an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor having a smaller lattice constant than the single crystal semiconductor forming the substrate. 2. A semiconductor optical device having a quantum well structure in which barrier layers formed in a state in which tensile strain is applied in a direction orthogonal to the growth direction of the quantum well structure are sequentially stacked alternately.
【請求項2】 単結晶半導体でなる基板を用いて構成さ
れた複数の半導体光素子を有し、 上記複数の半導体光素子のそれぞれが、上記基板上に形
成されている単結晶半導体でなる活性層を有し、 上記複数の半導体光素子のそれぞれの活性層が、上記基
板を構成している単結晶半導体と等しい格子定数を有す
る単結晶半導体を用いてエピタキシャル成長法によって
形成されている井戸層と、上記基板を構成している単結
晶半導体に比し小さな格子定数を有する単結晶半導体を
用いてエピタキシャル成長法によってその成長方向と直
交する方向に引張り歪が与えられている状態に形成され
ているバリア層とが順次交互に積層されている量子井戸
構造を有することを特徴とする半導体光装置。
2. A semiconductor optical device having a plurality of semiconductor optical devices formed by using a substrate made of a single crystal semiconductor, each of the plurality of semiconductor optical devices being made of a single crystal semiconductor formed on the substrate. And a well layer in which each active layer of the plurality of semiconductor optical devices is formed by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor having a lattice constant equal to that of the single crystal semiconductor forming the substrate, and A barrier formed in a state in which a tensile strain is applied in a direction orthogonal to the growth direction by an epitaxial growth method using a single crystal semiconductor having a lattice constant smaller than that of the single crystal semiconductor forming the substrate. A semiconductor optical device having a quantum well structure in which layers are sequentially stacked alternately.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8011636B2 (en) 2008-05-15 2011-09-06 Iwatsu Electric Co., Ltd. Electronic apparatus with a stand
JP2018074104A (en) * 2016-11-04 2018-05-10 日本電信電話株式会社 Photodetector

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JP2018074104A (en) * 2016-11-04 2018-05-10 日本電信電話株式会社 Photodetector

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