CN106054411A - 半导体光调制器以及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体光调制器以及光模块，其目的在于提供一种能够使α参数接近0的技术。多量子阱构造(11)具备包括第1阻挡层(11a)、中间层(11b)、阱层(11c)以及第2阻挡层(11d)的层构造(11s)。第1阻挡层以及第2阻挡层(11a、11d)的导带能量、中间层(11b)的导带能量、阱层(11c)的导带能量按照该顺序变大，中间层(11b)的价带能量、阱层(11c)的价带能量、第1阻挡层以及第2阻挡层(11a、11d)的价带能量按照该顺序变大。

Description

半导体光调制器以及光模块

技术领域

本发明涉及例如较多地在干线系统的长距离光通信中使用的半导体马赫-曾德尔调制器等半导体光调制器以及光模块。

背景技术

在光通信系统中使用的光调制器中，大致划分有强度调制用的电场吸收型(EA)调制器和相位调制用的马赫-曾德尔(MZ)调制器。在MZ调制器中，相比于EA调制器，能够减小波长的啁啾(chirp)(波长变动)，所以MZ调制器特别适用于长距离传送。

MZ调制器被分为利用基于普克尔效应的折射率变化的由LiNbO₃(LN)材料构成的MZ调制器(LN-MZ调制器)以及利用与光吸收变化相伴的折射率变化的、由半导体材料中的特别是通过量子限制斯塔克效应而增大了折射率变化的半导体多量子阱构造构成的MZ调制器(半导体MZ调制器)。

在LN-MZ调制器中，可忽略驱动时的光吸收，所以调制损失小，但2Vπ(Vπ是半波长电压)最大为6V左右，比较大。另一方面，在半导体MZ调制器中，2Vπ最大为3V左右，比LN-MZ调制器小，但在动作时发生光吸收，所以传送时的调制损失大。在光调制器中，调制损失越小，对传送越有利，并且半波长电压Vπ越小，越能够削减功耗。因此，对于光调制器，要求调制损失小并且半波长电压Vπ小。另外，在例如非专利文献1中公开了半导体多量子阱构造。

非专利文献1：C.Rolland et al,“10Gbit/s,1.56μm multiquantum well InP/InGaAsP Mach-Zehnder optical modulator”,ElectronicsLetters,March 1993,vol.29,No.5,pp.471-472(Fig.1)

发明内容

即使是相比于EA调制器能够减小波长的啁啾(波长变动)的MZ调制器，在LN-MZ调制器和半导体MZ调制器中，波长的啁啾(波长变动)的电压依赖性也有差异。

在LN-MZ调制器中，引起基于普克尔效应的折射率变化，所以一般来说，相对于逆偏置电压，折射率线性地变化。另一方面，在半导体MZ调制器中，通过量子限制斯塔克效应而引起折射率变化，所以相对于逆偏置电压，折射率并非线性而是非线性地变化。

关于半导体MZ调制器，由于这样的折射率相对于逆偏置电压的非线性，作为表示啁啾(波长变动)特性的指标的α参数不为0。因此，半导体MZ调制器相比于LN-MZ调制器，存在关于啁啾特性不利这样的课题。

因此，本发明是鉴于上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够使α参数接近0的技术。

本发明的半导体光调制器，具备：半导体基板；半导体多层构造，包含于形成于所述半导体基板上并且光的相位根据电压而变化的光波导中。所述半导体多层构造具备：P型包层以及N型包层；以及多量子阱构造，夹在所述P型包层与所述N型包层之间。所述多量子阱构造包括层构造，该层构造包括：第1阻挡层，具有第1带隙；中间层，与所述第1阻挡层的所述N型包层侧的部分连接，具有比所述第1带隙小的第2带隙；阱层，与所述中间层的所述N型包层侧的部分连接，具有比所述第2带隙小的第3带隙；以及第2阻挡层，与所述阱层的所述N型包层侧的部分连接，具有所述第1带隙。所述第1阻挡层以及第2阻挡层的导带能量比所述中间层的导带能量大，所述中间层的导带能量比所述阱层的导带能量大。所述中间层的价带能量比所述阱层的价带能量大，所述阱层的价带能量比所述第1阻挡层以及第2阻挡层的价带能量大。

根据本发明，能够使逆偏置电压和双折射率变化的关系实质地移动，所以能够提高线性，能够使α参数接近0。

附图说明

图1是示出关联MZ调制器的概略结构的俯视图。

图2是示出关联MZ调制器中的光输出的推挽电压依赖性的图。

图3是示出关联MZ调制器的结构的剖面图。

图4是示出LN-MZ调制器中的折射率变化量和逆偏置电压的关系的图。

图5是示出半导体MZ调制器中的折射率变化量和逆偏置电压的关系的图。

图6是示出半导体MZ调制器中的相位和逆偏置电压的关系的图。

图7是示出简单的量子阱构造的能带图的图。

图8是示出实施方式1的多量子阱构造的能带图的图。

图9是示出与实施方式1关联的能带图的图。

图10是示出与实施方式1关联的能带图的图。

图11是示出实施方式2的多量子阱构造的能带图的图。

图12是示出实施方式2的一个层构造的能带图的图。

图13是示出实施方式2的半导体光调制器中的相位变化量和推挽电压的关系的图。

图14是示出实施方式2的半导体光调制器中的光损失量和推挽电压的关系的图。

图15是示出实施方式2的半导体光调制器中的α参数和推挽电压的关系的图。

图16是示出实施方式2的半导体光调制器中的光损失量和波长的关系的图。

图17是示出实施方式2的一个层构造的能带图的图。

图18是示出实施方式2的一个层构造的能带图的图。

图19是示出实施方式3的光模块的结构的俯视图。

符号说明

10：N型包层；11：多量子阱构造；11a：第1阻挡层；11b：中间层；11b1：第1中间层；11b2：第2中间层；11c：阱层；11d：第2阻挡层；11s：层构造；12：P型包层。

具体实施方式

<关联MZ调制器>

首先，在说明本发明的实施方式1的半导体光调制器之前，说明与其关联的MZ调制器(以下记载为“关联MZ调制器”)。

图1是示出关联MZ调制器的概略结构的俯视图。关联MZ调制器具备分支部102、分支波导103、合波部104、入射光波导105、出射光波导106、具有信号电极13以及电极14的相位调制部107以及相位调整部108。

入射到入射光波导105的光在分支部102处被分支为2部分，通过上下配设的分支波导103。该分支波导103的长度是例如3mm。如果在设置于上下的分支波导103的各相位调制部107中施加逆偏置电压，则通过相位调制部107的光的相位变化。受到相位变化的分支之后的光在通过相位调整部108之后在合波部104中进行合波。如果是成为合波的对象的分支之后的光的相位一致的状态，则从出射光波导106出射的出射光的光输出成为最大。

具体而言，在设置于2个分支波导103的2个相位调制部107的每一个中，对信号电极13以及电极14之间施加DC偏置电压(中心偏置电压)，并且在2个相位调制部107之间施加符号反转的RF电压(推挽电压)，从而进行推挽动作。另外，例如为了使抗噪声性优良，将电极14作为接地电极而配设于分支波导103上的信号电极13的两侧。

图2是示出关联MZ调制器中的光输出的推挽电压依赖性的图。在图2中，横轴表示推挽电压ΔV(V)，纵轴表示光输出(dB)。

在推挽电压是0V时，对各分支波导103仅施加DC偏置电压。此时，在图1所示的配设于2个分支波导103的2个相位调整部108的一方中光的相位变化了π，在另一方中光的相位不变化，在合波部104中要合波的光的相位(分支波导103的出射光的相位)成为相互偏移了π的状态。其结果，来自出射光波导106的光输出成为最小，相当于图2中的点Z的输出。

另一方面，在施加了推挽电压的情况下，在合波部104中合波的光的相位的偏移为π以外的状态。其中，在合波部104中合波的光的相位一致的情况下，来自出射光波导106的光输出成为最大，相当于图2中的点X以及点Y的输出。

另外，在图2中，用宽度P表示点Z至点Y的推挽电压的变化量，用宽度Q表示0(dB)的光输出与点X或者点Y处的光输出之间的差分量，用点R表示从点Y减少了3(dB)的光输出的点。

在光输出成为最大的点X以及点Y处，在合波部104中合波的光的相位一致、即入射到各相位调整部108的光彼此的相位偏移了π。另一方面，在光输出成为最小的点Z处，入射到各相位调整部108的光彼此的相位一致。这样，在调制中使用光的相位差的是相位调制，通过相位调制部107调整该相位差。另外，将使出射光的相位变化π所需的RF电压(推挽电压)的一半称为半波长电压Vπ，将光输出成为最大时的从0dB开始的偏移称为调制损失。

另外，作为以上那样的关联MZ调制器，存在利用基于普克尔效应的折射率变化的由LiNbO₃(LN)构成的MZ调制器(LN-MZ调制器)和利用基于量子限制斯塔克效应的折射率变化的由半导体多量子阱构造构成的MZ调制器(半导体MZ调制器)。

在LN-MZ调制器中，驱动时的光吸收可忽略，所以调制损失小，但2Vπ(Vπ是半波长电压)最大为6V左右，比较大。另一方面，在半导体MZ调制器中，2Vπ最大为3V左右，比LN-MZ调制器小，但在动作时发生光吸收，所以传送时的调制损失大。在光调制器中，调制损失越小，对传送越有利，并且半波长电压Vπ越小，越能够削减功耗。因此，对于光调制器，要求调制损失小、并且半波长电压Vπ小。

图3是图1的关联MZ调制器的波导(相位调制部107)中的A-A’的剖面图。具体而言，是半导体MZ调制器的剖面图。形成于相当于半导体基板的半绝缘InP基板9上的相位调制部107具备P掺杂了的P型包层12、N掺杂了的N型包层10、由绝缘体的活性层构成且交替层叠了阱层和垫垒层的多量子阱构造11、信号电极13以及电极14。多量子阱构造11被夹在P型包层12与N型包层10之间，相位调制部107具有P-I-N构造(这样的构造记载于例如非专利文献1)。另外，在图3的例子中，信号电极13配设于P型包层12上，电极14配设于位于多量子阱构造11等的两侧的N型包层10上。

在关联MZ调制器中，能够用下式(1)表示作为表示对传送特性造成影响的啁啾(波长变动)特性的指标的α参数。另外，在式(1)中，ΔV是推挽电压，I是输出光(通过合波得到的合波光)的强度，φ是输出光的相位。另外，在将图1的上侧的分支波导103设为支路1、将下侧的分支波导103设为支路2的情况下，V₁、V₂是对支路1以及支路2施加的施加逆偏置电压。

【式1】

$\mathrm{\&alpha;}=2I(V_1,V_2)\left\{\frac{\frac{d\mathrm{\&phi;}(V_1,V_2)}{d\left(\mathrm{\&Delta;}V\right)}}{\frac{dI(V_1,V_2)}{d\left(\mathrm{\&Delta;}V\right)}}\right\}...\left(1\right)$

能够用下式(2)表示输出光(合波光)的电场振幅E_o。另外，在式(2)中，E_i是输入光的电场振幅，A、B是与通过支路1以及支路2的光的吸收相伴的电场振幅，φ₁、φ₂是支路1以及支路2的相位，γ是两个支路的光的分支比。

【式2】

$\begin{array}{c}{E}_o(V_1,V_2)=\sqrt{I(V_1,V_2)}\\ =\frac{E_i}{2}\{A\left(V_1\right)e^{{\mathrm{j\&phi;}}_1\left(V_1\right)}+\mathrm{\&gamma;}B\left(V_2\right)e^{{\mathrm{j\&phi;}}_2\left(V_2\right)}\}\end{array}\mathrm{...}\left(2\right)$

此处，能够用下式(3)表示电场振幅A、B、相位φ₁、φ₂。另外，在式(3)中，Δn₁、Δn₂是支路1以及支路2的折射率，a_abs1、a_abs2是支路1以及支路2的吸收，λ是入射到光调制器的光的波长，L是波导上的相位调制部107的长度，Γ是相位调制部107中的调制层和光剖面的重叠积分。

【式3】

进而，根据式(2)中的虚数和实数之比，能够如下式(4)以及下式(5)那样表示输出光的强度I以及相位φ。

【式4】

$I(V_1,V_2)=\frac{E_i^2}{4}\{A^2\left(V_1\right)+{\mathrm{\&gamma;}}^2{B}^2\left(V_2\right)+2\mathrm{\&gamma;}AB\cos \left({\mathrm{\&phi;}}_1\right(V_1)-{\mathrm{\&phi;}}_2(V_2\left)\right)\}\mathrm{...}\left(4\right)$

【式5】

$\mathrm{\&phi;}(V_1,V_2)={\tan }^{-1}\left\{\frac{A\left(V_1\right){\mathrm{sin\&phi;}}_1\left(V_1\right)+\mathrm{\&gamma;}B\left(V_2\right){\mathrm{sin\&phi;}}_2\left(V_2\right)}{A\left(V_1\right){\mathrm{cos\&phi;}}_1\left(V_1\right)+\mathrm{\&gamma;}B\left(V_2\right){\mathrm{cos\&phi;}}_2\left(V_2\right)}\right\}...\left(5\right)$

另外，在中心偏置电压V_c、支路1以及支路2的逆偏置电压V₁、V₂、推挽电压ΔV之间存在下式(6)的关系。

【式6】

V₁＝V_c+ΔV,V₂＝V_c-ΔV …(6)

在LN-MZ调制器中，引起基于普克尔效应的折射率变化，所以一般如图4所示，相对于逆偏置电压V，折射率线性地变化。此处，在图4中，横轴表示逆偏置电压(V)，纵轴表示折射率变化Δn。

关于LN-MZ调制器，相比于半导体MZ调制器，吸收小到可忽略的程度，能够将式(2)的A、B视为0。因此，如果能够实现使两个支路的分支比γ成为1那样的良好的波导，则例如使用某个常数k，如下式(7)那样表示LN-MZ调制器的折射率的逆偏置电压依赖性。

【式7】

Δn＝kV …(7)

此时，能够使用式(6)和式(7)，如下式(8)那样表示上式(5)。

【式8】

在式(8)中，仅存在与中心偏置电压V_c有关的项，与推挽电压ΔV有关的项在支路1以及支路2中被消除，所以不存在。因此，可知当用ΔV对式(8)的相位φ进行微分时，成为0，式(1)所示的α参数成为0。

另一方面，在半导体MZ调制器中，通过量子限制斯塔克效应，引起折射率变化，所以相对于逆偏置电压V，折射率不是线性地变化，而是如图5所示非线性地变化。此处，在图5中，横轴表示逆偏置电压(V)，纵轴表示折射率变化Δn。

另外，在半导体MZ调制器中，吸收不可忽略，所以无法将式(2)的A、B视为0。因此，与LN-MZ调制器的情况下的式(8)不同，在式(5)中留有与推挽电压ΔV有关的项。因此，可知当用ΔV对式(5)的相位φ进行微分时，不成为0，所以用式(1)表示的α参数不成为0。

这表示在从图2中的点Z朝向点X或者点Y变化时，被进行了合波的光的相位变化。这样的相位的变化被考虑为成为在QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)调制、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)调制等中经常使用的表示相位和振幅的关系的星座图中产生轨迹的失真、调制信号的劣化的原因。

如以上那样，半导体MZ调制器存在如下课题：由于折射率相对于逆偏置电压的非线性，α参数不成为0，相比于LN-MZ调制器，对于啁啾特性来说是不利的。相对于此，以下说明的本实施方式1的半导体光调制器能够解决以上那样的问题。

<实施方式1>

在LN-MZ调制器以及半导体MZ调制器中，直接地决定折射率变化的量不是电压而是电场。图6的虚线针对在量子阱构造中使用作为四元混晶半导体的AlGaInAs的结构而示出了逆偏置电压与光的相位的典型的关系例子。在图6中，横轴表示逆偏置电压(V)，纵轴表示相位。另外，纵轴的相位与折射率变化Δn对应。

如图6所示，逆偏置电压与相位(双折射率变化)的关系不是直线，而是接近2次曲线。但是，图6的实线是假设为即便在相同的电压下电场也变大而使虚线向低电压侧移动而得到的线。在进行了这样的移动的情况下，考虑两个优点。

以下，使用公式来说明该两个优点。在假设为折射率依赖于电压的直到2次项为止的情况下，当将例如1次、2次项系数分别设为k₁、k₂(都是正值)时，图6的虚线能够如下式(9)那样表示。

【式9】

Δn＝k₁V+k₂V²...(9)

使图6的虚线向低电压侧移动了V₀而得到的图6的实线能够如式(10)那样表示。

【式10】

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;n}}^{,}=k_1(V+V_0)+k_2{(V+V_0)}^2\\ =(k_1+2k_2{V}_0)V+k_2{V}^2+k_1{V}_0+k_2^2{V}_0\end{array}\mathrm{...}\left(10\right)$

V的1次项系数在式(9)中是k₁，相对于此，在式(10)中是比k₁大的(k₁+2k₂V₀)。因此，作为基于上述移动的第一个优点，能够减小用于针对相同的中心偏置电压V_c而得到目标的相位变化的推挽电压ΔV。

另外，关于1次项系数相对于2次项系数的比例，式(10)比式(9)大。因此，作为基于上述移动的第二个优点，能够提高线性。

因此，在以下说明的本实施方式1的构造中，即便在相同的电压下也能够实质地增大电场、即如式(10)那样使逆偏置电压与相位(双折射率变化)的关系实质地移动。在说明该构造之前，说明通常的构造。图7是在使用AlGaInAs的通常的光调制器中利用的量子阱构造(以下还有时记载为“简单的量子阱构造”)的能带图。

图7的构造是由AlGaInAs构成的被称为阱层21c的能带隙小的层夹在由AlGaInAs构成的被称为第1阻挡层21a以及第2阻挡层21d的能带隙大的层之间的构造。另外，能够通过变更AlGaInAs的组成比来实现第1阻挡层21a以及第2阻挡层21d与阱层21c之间的能带隙之差。如果对具有图7那样的能带图的构造施加电压，则能带变得倾斜。该倾斜的大小与电场强度相当。

接下来，说明本实施方式1的半导体光调制器的构造。另外，作为该半导体光调制器，例如应用半导体MZ调制器。

本实施方式1的半导体光调制器的相位调制部107与图3的关联MZ调制器的相位调制部107同样地，具备P型包层12、N型包层10以及多量子阱构造11。在本实施方式1中，多量子阱构造11的结构与关联MZ调制器不同。

图8是示出本实施方式1的多量子阱构造11的能带图的图。

多量子阱构造11具备包括第1阻挡层11a、中间层11b、阱层11c以及第2阻挡层11d的层构造11s。

第1阻挡层11a配设于P型包层12的附近，具有第1带隙。作为第1阻挡层11a的材料，例如使用AlGaInAs。

中间层11b与第1阻挡层11a的N型包层10侧的部分连接，具有比第1带隙小的第2带隙。作为中间层11b的材料，例如使用与第1阻挡层11a不同的组成比的AlGaInAs。

阱层11c与中间层11b的N型包层10侧的部分连接，具有比第2带隙小的第3带隙。作为阱层11c的材料，例如使用InGaAsP。

第2阻挡层11d与阱层11c的N型包层10侧的部分连接，具有与第1阻挡层11a相同的第1带隙。作为该第2阻挡层11d的材料，应用与第1阻挡层11a相同的材料。

在将第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的导带能量设为Ecb、将中间层11b的导带能量设为Eci、将阱层11c的导带能量设为Ecw的情况下，Ecb>Eci>Ecw的关系成立。即，第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的导带能量Ecb比中间层11b的导带能量Eci大，中间层11b的导带能量Eci比阱层11c的导带能量Ecw大。

另外，在将第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的价带能量设为Evb、将中间层11b的价带能量设为Evi、将阱层11c的价带能量设为Evw的情况下，Evi>Evw>Evb的关系成立。即，中间层11b的价带能量Evi比阱层11c的价带能量Evw大，阱层11c的价带能量Evw比第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的价带能量Evb大。

<实施方式1的总结>

以上那样的本实施方式1的半导体光调制器具备半导体基板和形成于半导体基板上的、并且光的相位根据电压而变化的光波导中包含的半导体多层构造。半导体多层构造具备P型包层12、N型包层10以及夹在P型包层12与N型包层10之间的多量子阱构造11。多量子阱构造11具备层构造，该层构造包括具有第1带隙的第1阻挡层11a；与第1阻挡层11a的N型包层10侧的部分连接且具有比第1带隙小的第2带隙的中间层11b；与中间层11b的N型包层10侧的部分连接且具有比第2带隙小的第3带隙的阱层11c；以及与阱层11c的N型包层10侧的部分连接且具有第1带隙的第2阻挡层11d。第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的导带能量比中间层11b的导带能量大，中间层11b的导带能量比阱层11c的导带能量大。中间层11b的价带能量比阱层11c的价带能量大，阱层11c的价带能量比第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的价带能量大。

根据这样的结构，中间层11b配置于阱层11c的P型包层12侧(在施加逆偏置时电势变高的一侧)，中间层11b的导带能量以及价带能量都比阱层11c高。由此，关于被限制在被第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d夹着的中间层11b以及阱层11c中的电子以及空穴的能级、波动函数，即使未被施加电场，如图8的虚线所示，也与实质上被施加电场的简单的量子阱构造的能级、波动函数等同。其结果，即使未被施加电压，也能够如式(10)那样使逆偏置电压与相位(双折射率变化)的关系实质地移动，所以作为上述两个优点中的一个，能够提高线性，能够使α参数接近于0。另外，作为上述两个优点的另一个，还能够期待减小推挽电压ΔV。

另外，图8那样的构造难以通过同一四元混晶来实现第1阻挡层11a和第2阻挡层11d、中间层11b以及阱层11c。例如，在图9中，作为第1阻挡层21a和第2阻挡层21d、中间层21b以及阱层21c，使用同一AlGaInAs(组成比不同)，但导带的实际效力的电场的朝向和价带的实际效力的电场的朝向相反，所以无法实现图8那样的构造。例如，在图10中，作为第1阻挡层21a以及第2阻挡层21d、中间层21b以及阱层21c，使用同一InGaAsP(组成比不同)，但即使在该情况下也同样地无法实现图8那样的构造。

相对于此，在本实施方式1中，作为中间层11b的材料使用AlGaInAs，作为阱层11c的材料使用InGaAsP，所以能够实现图8那样的构造。

另一方面，已知导带的电子的有效质量比价带的空穴的有效质量小，所以与电压的施加相伴的能量移动量小。在该情况下，为了使逆偏置电压与相位的关系高效地移动，需要使导带的施加电场大于价带的施加电压。在本实施方式1中，能够使中间层11b的AlGaInAs与阱层11c的InGaAsP之间的导带的能量差ΔEc大于它们之间的价带的能量差ΔEv。因此，能够使导带的实际效力的施加电场大于价带的实际效力的施加电场。

<实施方式2>

以下，针对本发明的实施方式2的半导体光调制器中的与实施方式1相同或者类似的构成要素，附加相同的参照符号，主要说明不同的构成要素。

本实施方式2的半导体光调制器的相位调制部107的剖面构造与实施方式1的剖面构造(图3)大致相同。相位调制部107是高台面(high-mesa)构造，在半绝缘InP基板9上，将由掺杂了S或者Se的N-InP构成的N型包层10、由活性层构成的多量子阱构造11、由掺杂了Be或者Zn的P-InP构成的P型包层12以及信号电极13按照该顺序层叠。

图11是示出本实施方式2的相位调制部107的能带图的图。本实施方式2的半导体光调制器具备在N型包层10与多量子阱构造11之间配设的N-光限制层7和在P型包层12与多量子阱构造11之间配设的P-光限制层8。

另外，如图11所示，在本实施方式2中，具备：由N-InP构成的N型包层10、由P-InP构成的P型包层12以及夹在N型包层10和P型包层12之间的多量子阱构造11，该多量子阱构造11具备在层构造11s中的各层的连接方向上排列了的多个层构造11s。

图12是示出一个层构造11s(第1阻挡层11a、中间层11b、阱层11c、第2阻挡层)的能带图的图。第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d是由AlGaInAs构成的例如厚度6nm的层。中间层11b是由AlGaInAs构成的例如厚度5nm的层。阱层11c是由InGaAsP构成的例如厚度5nm的层。另外，关于任意的两个相邻的层构造11s，如图11所示，P型包层12侧的层构造11s的第2阻挡层11d被用作N型包层10侧的层构造11s的第1阻挡层11a。

此处，设为多个层构造11s在连接P型包层12和N型包层10的方向上周期性地层叠，层叠了13层的阱层11c以及中间层11b，并层叠了12层的阻挡层。但是，这些层的数量不限于此。另外，设为在图11所示的多量子阱构造11中，所有阱层11c的不施加电场时的吸收端一致。

针对多个阻挡层中的最接近P型包层12的阻挡层，实施N型掺杂。该N型掺杂浓度优选为10¹⁸cm^-3以下。被N型掺杂了的阻挡层与P型包层12形成PN结。

以下，在与具备图7所示那样的AlGaInAs的简单的量子阱构造的光调制器进行对比的同时，说明本实施方式2的半导体光调制器的各种测定结果。另外，对比中使用的光调制器的调制层的构造是将图11的多量子阱构造11置换为简单的量子阱构造而得到的结构，对比中使用的量子阱构造的不施加电场时的吸收端设为与图12的构造一致。另外，调制部的长度同样地设为3mm。

图13、图14以及图15是分别示出相位变化、调制损失以及α参数的推挽电压依赖性的图。它们是在相同波长(1.55μm)以及相同半波长电压Vπ(2Vπ＝2.5V)的条件下测定得到的结果。

图13示出对在图2中的点X至点Y中进行调制时的相位变化进行标准化而得到的结果。在图13中，横轴表示推挽电压ΔV(V)，纵轴表示相位变化量Δφ(rad)。另外，用实线表示本实施方式2的构造的特性，用虚线表示简单的量子阱构造的特性。

图14示出图2中的点X或者点Y处的光损失量(对应于光输出)。在图14中，横轴表示推挽电压ΔV(V)，纵轴表示吸收所导致的光损失量(dB)。另外，用实线表示本实施方式2的构造的特性，用虚线表示简单的量子阱构造的特性。

图15示出在图2中的点Z至点Y中进行调制时的α参数。在图15中，横轴表示推挽电压ΔV(V)，纵轴表示α参数。另外，用实线表示本实施方式2的构造的特性，用虚线表示简单的量子阱构造的特性。

另外，在图13～图15中，横轴是推挽电压，该推挽电压与逆偏置电压依赖性对应。因此，例如，图13实质上示出折射率变化的逆偏置电压依赖性。另外，使图15左右反转而得到的图示出实质上在图2中的点X至点Z中进行调制的情况下的α参数的推挽电压依赖性。

另外，详细说明图13～图15的结果。根据图13的结果可知，本实施方式2的构造中的相位变化量的逆偏置电压依赖性的曲线与简单的量子阱构造的该曲线相比，变得更像直线。这对应于实施方式1中说明的优点之一、即提高线性。

根据图14的结果可知，本实施方式2的构造与简单的量子阱构造相比，吸收损失(光损失量)更小(接近于0)。

根据图15的结果可知，如果特别在推挽电压为Vπ附近时进行比较，则本实施方式2的构造与简单的量子阱构造相比，α参数的差距虽很小，但更接近于0。

图16是示出针对本实施方式2的构造和简单的量子阱构造而改变了波长的情况下的光损失的结果的图。在图16中，黑的三角标记表示本实施方式2的构造的光损失的结果，白的四角标记表示简单的量子阱构造的光损失的结果。根据图16的结果可知，不仅是特定的波长，在光通信中通常利用的整个C带中，本实施方式2的构造与简单的量子阱构造相比，光损失更小。

<实施方式2的总结>

在以上那样的本实施方式2的半导体光调制器中，多量子阱构造11具备在层构造中的各层的连接方向上排列了的多个层构造。另外，关于任意两个相邻的层构造，P型包层12侧的层构造的第2阻挡层11d被用作N型包层10侧的层构造的第1阻挡层11a。

根据这样的结构，与实施方式1同样地，能够使相对于基于逆偏置电压的电场变化的折射率变化接近线性，能够使α参数接近0。另外，能够在C带中减小光损失。

另外，也可以代替图12而应用具有图17所示那样的能带图的层构造11s(第1阻挡层11a、中间层11b、阱层11c、第2阻挡层11d)。另外，在图17中，第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d是由AlGaInAs构成的例如厚度6nm的层。中间层11b是由AlGaInAs构成的例如厚度5nm的层。阱层11c是由GaInAsPSb构成的例如厚度5nm的层。根据这样的结构，与上述同样地，能够使相对于基于逆偏置电压的电场变化的折射率变化接近线性，能够使α参数接近0。另外，能够在光通信中除C带之外经常使用的L带中减小光损失。

另外，也可以代替图12以及图13而应用具有图18所示那样的能带图的层构造11s。该层构造11s的中间层11b包括第1中间层11b1和第2中间层11b2。

第1中间层11b1与第1阻挡层11a的N型包层10侧的部分连接。另外，第1中间层11b1具有比第1阻挡层11a的第1带隙小、并且比阱层11c的第3带隙大的带隙来作为第2带隙。

第2中间层11b2与第1中间层11b1的N型包层10侧的部分以及阱层11c的P型包层12侧的部分连接。另外，第2中间层11b2具有比第1中间层11b1的带隙小、并且比阱层11c的第3带隙大的带隙来作为第4带隙。此外，第4带隙与第1中间层11b1的第2带隙同样地，比第1阻挡层11a的第1带隙小并且比阱层11c的第3带隙大。因此，第4带隙的概念包含于第2带隙的概念中。

另外，第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的导带能量比第1中间层11b1的导带能量大，第1中间层11b1的导带能量比第2中间层11b2的导带能量大，第2中间层11b2的导带能量比阱层11c的导带能量大。第1中间层11b1的价带能量比第2中间层11b2的价带能量大，第2中间层11b2的价带能量比阱层11c的价带能量大，阱层11c的价带能量比第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d的价带能量大。

另外，在图18中，第1阻挡层11a以及第2阻挡层11d是由AlGaInAs构成的例如厚度6nm的层。第1中间层11b1是由AlGaInAs构成的例如厚度3.5nm的层。第2中间层11b2具有拉伸变形，是由AlGaInAs构成的例如厚度3.5nm的层。阱层11c是由GaInAsPSb构成的例如厚度3.5nm的层。根据这样的结构，与上述同样地，能够使相对于基于逆偏置电压的电场变化的折射率变化接近线性，能够使α参数接近0。

<实施方式3>

图19是示出本发明的实施方式3的光模块的结构的俯视图。图19的光模块具备波长可变激光光源201、具有标准量具等的波长监视器PD(光电二极管)202、实施方式1或者2的半导体光调制器204以及光监视器PD(光电二极管)203。即，图19的光模块使用实施方式1或者2的半导体光调制器。此处，根据波长监视器PD202的输出(输出光的波长的测定结果)和光监视器PD203的输出(输出光的光强度的测定结果)，针对波长可变激光光源201，进行反馈的控制。由此，从波长可变激光光源201输出以期望的波长振荡的光。与该控制一起，使作为MZ调制器的半导体光调制器204的DC偏置电压变化，从而将光模块调整成按照特定的RF电压振幅进行动作。

另外，本发明能够在该发明的范围内，自由地组合各实施方式或者将各实施方式适当地变形、省略。

Claims (5)

1.一种半导体光调制器，其特征在于，具备：

半导体基板；以及

半导体多层构造，包含于形成于所述半导体基板上并且光的相位根据电压而变化的光波导中，

所述半导体多层构造具备：

P型包层以及N型包层；以及

多量子阱构造，夹在所述P型包层与所述N型包层之间，

所述多量子阱构造具备层构造，该层构造包括：

第1阻挡层，具有第1带隙；

中间层，与所述第1阻挡层的所述N型包层侧的部分连接，具有比所述第1带隙小的第2带隙；

阱层，与所述中间层的所述N型包层侧的部分连接，具有比所述第2带隙小的第3带隙；以及

第2阻挡层，与所述阱层的所述N型包层侧的部分连接，具有所述第1带隙，

所述第1阻挡层以及第2阻挡层的导带能量比所述中间层的导带能量大，所述中间层的导带能量比所述阱层的导带能量大，

所述中间层的价带能量比所述阱层的价带能量大，所述阱层的价带能量比所述第1阻挡层以及第2阻挡层的价带能量大。

2.根据权利要求1所述的半导体光调制器，其特征在于，

所述多量子阱构造具备在所述层构造中的各层的连接方向上排列的多个所述层构造，

关于任意两个相邻的所述层构造，所述P型包层侧的所述层构造的所述第2阻挡层被用作所述N型包层侧的所述层构造的所述第1阻挡层。

3.根据权利要求1或者2所述的半导体光调制器，其特征在于，

所述第1阻挡层以及第2阻挡层的材料是AlGaInAs，所述中间层的材料是AlGaInAs，所述阱层的材料是InGaAsP或者GaInAsPSb。

4.根据权利要求1或者2所述的半导体光调制器，其特征在于，

所述中间层包括：

第1中间层，与所述第1阻挡层的所述N型包层侧的部分连接，具有比所述第1带隙小、并且比所述第3带隙大的带隙来作为所述第2带隙；以及

第2中间层，与所述第1中间层的所述N型包层侧的部分以及所述阱层的所述P型包层侧的部分连接，具有比所述第1中间层的带隙小、并且比所述第3带隙大的带隙来作为第4带隙，

所述第1阻挡层以及第2阻挡层的导带能量比所述第1中间层的导带能量大，所述第1中间层的导带能量比所述第2中间层的导带能量大，所述第2中间层的导带能量比所述阱层的导带能量大，

所述第1中间层的价带能量比所述第2中间层的价带能量大，所述第2中间层的价带能量比所述阱层的价带能量大，所述阱层的价带能量比所述第1阻挡层以及第2阻挡层的价带能量大。

5.一种光模块，其特征在于，使用权利要求1或者2所述的半导体光调制器。