JP2003114407A

JP2003114407A - 電界吸収型光変調器

Info

Publication number: JP2003114407A
Application number: JP2001307082A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kondo; 康洋近藤; Susumu Kondo; 進近藤; Ryuzo Iga; 龍三伊賀; Matsuyuki Ogasawara; 松幸小笠原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2003-04-18
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: JP3809941B2

Abstract

(57)【要約】【課題】埋込層へのＺn拡散をなくすことにより埋込
層の容量を低減して高速動作を可能とする電界吸収型光
変調器を提供することにある。【解決手段】第１導電型基板上１に配された、少なく
とも第１導電型クラッド層２と、光吸収層４と、第２導
電型クラッド層６とからなる積層構造がメサストライプ
状に加工されており、該積層構造の両側を半絶縁半導体
層９で埋め込んだ構造を有する電界吸収型光変調器にお
いて、前記半絶縁半導体層９のドーパントがルテニウム
であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界印加による吸
収係数変化により光を制御する電界吸収型光変調器に関
するものである。特に、埋込層の容量を低減して高速動
作を可能とする電界吸収型光変調器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信における変調速度の向上と
中継間隔の長距離化に伴い、半導体レーザの高速直接変
調時に生じる発振波長変動（チャーピング）が伝送上重
要な問題となり始めているため、チャーピングの少ない
光変調器が注目されている。更に、基幹伝送系以外で
も、光情報処理や光交換などへの応用が模索されて始め
ており、高速、低消費電力な光変調器に対する関心が高
まっている。光変調器には、ＬiＮbＯ₃などの誘電体を
用いたものと半導体を用いたものがあり、それぞれの特
性を生かした応用に向けて活発に研究されている。

【０００３】なかでも、バルク半導体や多重量子井戸
（ＭＱＷ）の吸収係数を電界の印加により制御する電界
吸収型光変調器（ＥＡ変調器という）は、高速性、波長
帯域幅、低消費電力、高消光比などの観点から優れたデ
バイスとして注目されている。電界吸収型光変調器はｐ
型半導体とｎ型半導体との間に、両者よりもバンドギャ
ッブが小さく不純物を添加していない半導体からなる光
吸収層（ｉ層）をはさんだｐ−ｉ−ｎ構造をしている。

【０００４】そして、この構造に逆バイアスを印加する
ことによりｉ層に電界を印加する。ｉ層にはバルク半導
体や多重量子井戸（ＭＱＷ）が用いられる。この様な構
成の電界吸収型光変調器の動作原理は以下のようなもの
である。即ち、半導体の吸収スペクトルはバンドギャッ
プに相当する光の波長を境にそれから短波長側で急激に
増大する。この吸収スペクトルが急激に立ち上がる領域
を一般に（基礎）吸収端と呼んでいる。

【０００５】半導体に電界を印加することによって吸収
端の位置がシフトすることが知られている。この現象
は、バルク半導体ではフランツーケルディッシュ（Fran
z-Keldysh）効果、多重量子井戸では量子閉じ込めシュ
タルク効果（The Quantum-Confined Stark Effect；略
してＱＣＳＥ）と呼ばれている。電界印加によってｉ層
の半導体の吸収端がシフトする結果、吸収端近傍のある
固定した波長での吸収係数は電界印加によって大きく変
化することになる。これが電界吸収型光変調器によっ
て、光を制御する原理である。

【０００６】従来の電界吸収型光変調器の断面構造を図
８に示す（K. Wakita, et al, Japanese Journal of Ap
plicd Physics, Vol.37, Part1, No.3B, pp.1432-1435,
1998年刊）。これは、ｐ−ｉ−ｎ構造をメサストライプ
状に加工し、その両側をＦeをドープした半絶縁ＩnＰで
埋め込んだ構造である。ＦeドープＩnＰはｐ−ｎ埋込に
比べ、ｐ−ｎ接合に起因する容量が低減でき、高速変調
が可能である。

【０００７】また、埋込層中の正孔（ｐ型キャリア）に
よる光吸収が無くなるので光損失が低減できる。更に、
メサの両側を半導体で埋め込まれているため、光のフィ
ールドが円形になりファイバとの結合効率が向上する。
実際、埋込のないリッジ型ではファイバとの結合による
損失は８ｄＢであるのに対して、ＦeドープＩnＰ埋込の
場合には損失が５ｄＢまで低減された。しかしながら、
素子容量を低減するために導入したＦeドープＩnＰによ
る埋込であるが、期待に反して容量がそれほど低下しな
いことが分かった。それに加え、消光比が劣化すること
も分かった。

【０００８】本発明者らの検討の結果、次のような原因
が明らかとなった。（１）ＦeドープＩnＰ埋込の際のＦe−Ｚn相互拡散によ
り、Ｆe原子とＺn原子は格子位置を離れ、格子間を動き
始める。（２）格子間を移動するＺn原子は周囲の埋込層と光吸
収層（ｉ層）に拡散する。（３）埋込層に拡散したＺnは埋込層をｐ型化する。そ
のため、素子容量が増加する。（４）光吸収層（ｉ層）に拡散したＺnは光吸収層をｐ
型化するので、電界が印可される光吸収層の厚さが減少
し、消光比が劣化する。（５）更に、光吸収層がＭＱＷで構成されている場合に
は、拡散したＺnが励起子の寿命を短くするため、ＱＣ
ＳＥ効果が阻害され、消光比が劣化する。

【０００９】上記の各項目について若干説明する。上記
（１）と（２）は一般に知られているＦeとＺnの相互拡
散である（E. W.A. Young and G. M. Fontijn, Applied
Physics Letter,Vol.56, No.2, pp.146-147,1990年
刊）。ＦeとＺnの相互拡散を図９に基づいて説明する。
半絶縁ＩnＰ層９のドーパントであるＦeはｐ型ＩnＰク
ラッド層６のドーパントであるＺnと相互拡散を起こす
（図中の実線矢印）。相互拡散が起こるとｐ型ＩnＰ層
９中にＺn拡散が容易になり、ｐ型クラッド層６に接す
る半導体層中にＺnが拡散することになる（図中の点線
矢印）。図中のハッチング部分がＺnの拡散した領域で
ある。

【００１０】上記（３）について、ステンエッチを行っ
た素子断面の観察から、Ｚn拡散領域が広いほど素子容
量が増加していることが判った。また、上記（４）と
（５）に関しては、光吸収層にＺnが拡散しない様な構
造にした場合は、ＦeドープＩnＰで埋め込んでも消光比
が劣化しないことを確かめた。即ち、素子特性を改善す
るためにＦe−Ｚn相互拡散を防止する必要がある。電界
吸収型光変調器の帯域幅は素子容量Ｃで制限される。負
荷抵抗をＲとすると、３ｄＢ帯域幅Δｆは次式で表され
る。 Δｆ＝１／πＲＣ

【００１１】ここで負荷抵抗Ｒはインピーダンス整合の
ため５０Ωと決まるから、結局、帯域幅を大きくするた
めには素子容量を低減する必要がある。素子容量Ｃは、
概ね光吸収層の容量Ｃ_aと埋込層の容量Ｃ_bの和で表され
る。光吸収層の容量Ｃ_aは光吸収層の構造により決まっ
てしまうから、Ｚn拡散により増加した埋込層の容量Ｃ_b
を減らすことが、素子の帯域幅を広げることにつなが
る。

【００１２】近年、ＩnＰにルテニウム（元素記号：Ｒ
u）をドーピングすることによって半絶縁層を形成でき
ること、そのＩnＰ半絶縁層のＲuとｐ型ＩnＰ中のＺnは
相互拡散をほとんど起こさないことが報告されている
（A.Dadger et al, Applied Physics Letters, Vol.73,
No.26 pp.3878-3880,(1998)：以下、引用文献１と略称
する）。また、このＲuドープＩnＰを半導体レーザの埋
込層に適用した例も報告されている（A.van Geelen et.
al, Conference Proceedings of the llth lnternatio
nal Conference on Indium Phosphide and Related mat
erials TuB1-2(1999)：以下、引用文献２と略称す
る）。

【００１３】前記引用文献２では、高出力レーザを得る
ためにＲuドープＩnＰを半導体レーザの埋込層に用いた
ことを開示している。しかしながら、従来のＦeドープ
ＩnＰを埋込層とした場合に比べ素子特性が必ずしも改
善されていない。そのことは、同文献のFigure５におい
てＲuドープＩnＰを用いた場合にはＦeドープＩnＰの場
合に比べ出力が低いこと、また同文献Table １において
ＲuドープＩnＰを用いた場合にはＦeドープＩnＰの場合
に比べ闘値（Ｉ_th）が高く、効率（Ｅff_th）が低く、７
００ｍＡの出力（Ｐ_700mA）が低いことに如実に示され
ている。

【００１４】即ち、半導体レーザの埋込層としてＲuド
ープＩnＰを用いても、ＦeドープＩnＰに比べＺnとの相
互拡散が小さいという性質は、何ら意味のある効果を示
さない。引用文献２によれば、そもそも半導体レーザの
埋込層としてＲuドープＩnＰを用いた目的は、埋込層の
抵抗が下がることを防止し、ｐクラッド層の抵抗が増加
することを防止することである。つまり、Ｆe−Ｚn相互
拡散によりｐクラッド層から埋込層へＺnが拡散するこ
とにより、相対的にｐクラッド層の抵抗が高くなり埋込
層の抵抗が下がるため、素子抵抗が高くなりリーク電流
が増える。その結果、高出力が得られなくなるというも
のである。

【００１５】半導体レーザは活性層に形成されたｐ−ｎ
接合に順バイアスを印加することにより活性層に電流を
注入し、活性層において発光を得るものである。そのた
め、ｐクラッド層の抵抗は出来る限り低く、埋込層の抵
抗は出来る限り高くすることにより、活性層に電流を効
率よく注入することが必要である。しかしながら、相互
拡散の起こらないＲuドープＩnＰを用いても特性の改善
が見られないことは先に述べた通りである。即ち、半導
体レーザの場合、ｐクラッド層周辺の半導体層へのＺn
拡散による素子特性への影響は少ないことを意味してい
る。言い換えれば、ＦeドープＩnＰ半絶縁層を用いた埋
込構造レーザにおいて十分良好な特性を実現できている
といえる。一方、電界吸収型光変調器の場合は、Ｚn拡
散により変調特性が大きく劣化してしまうことは上に述
べた通りである。この点については実施例において更に
具体的に説明する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、埋込
層へのＺn拡散をなくすことにより埋込層の容量を低減
して高速動作を可能とする電界吸収型光変調器を提供す
ることにある。埋込層へのＺn拡散により素子容量が増
加することは、本発明者らが初めて明らかにしたことで
あり、これまで公開された技術文献には記載されていな
い。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の電界吸収型光変
調器は、第１導電型基板上に配された、少なくとも第１
導電型クラッド層と、光吸収層と、第２導電型クラッド
層とからなる積層構造がメサストライプ状に加工されて
おり、該積層構造の両側を半絶縁半導体層で埋め込んだ
構造を有する電界吸収型光変調器において、前記半絶縁
半導体層のドーパントがルテニウムであることを特徴と
する。また、本発明の電界吸収型光変調器は、前記光吸
収層が多重量子井戸からなることを特徴とする。更に、
本発明の電界吸収型光変調器は、前記第１導電型基板上
に、前記光吸収層と光結合した活性層を持つ半導体レー
ザを集積したことを特徴とする。

【００１８】即ち、本発明の光半導体素子は電界吸収型
光変調器とＲuドープＩnＰ埋込層を組み合わせた点に主
たる特徴がある。ＦeドープＩnＰ埋込層に代えてＲuド
ープＩnＰ埋込層を用いた点が従来と異なる。従来、Ｒu
ドープＩnＰを埋込層にもつ半導体レーザは報告されて
いたが、ＲuドープＩnＰを埋込層にもつ電界吸収型光変
調器はこれまでなかった。本発明は、半導体レーザの埋
込層に用いられているＲuドープＩnＰを、電界吸収型光
変調器の埋込層として単に用いただけではない。電界吸
収型光変調器とＲuドープＩnＰ埋込層を組み合わせたこ
とにより、著しい作用効果が現れる点に進歩性を有す
る。

【００１９】〔作用と効果〕本発明の光半導体変調器に
おいては、メサの両側をＲuを添加した半導体層で埋め
込んでいるため、埋込層へのＺn拡散が起こらない。そ
のために次のような著しい効果を奏する。第１に、素子
容量が従来の約半分に低減する。第２に、光吸収層とし
て多重量子井戸（ＭＱＷ）を用いた場合には、埋め込ん
だ後もＱＣＳＥ効果が持続する。これらの効果は、本発
明のごとく電界吸収型光変調器とＲuドープＩnＰによる
埋込を組み合わせたから得られた効果に他ならない。こ
れは、本発明者らの検討により初めて明らかにされたこ
とであって、従来技術から容易に類推されたものではな
い。

【００２０】半絶縁性ドーパントのＲuが、Ｚnとの相互
拡散が小さいことは引用文献１で示されていた。しか
し、その性質を素子に応用することはなかった。また、
引用文献２には、半導体レーザの埋込層としてＲuドー
プＩnＰを用いたことが記載されているが、Ｚnとの相互
拡散が小さいという効果は何も現れていなかった。つま
り、半導体レーザの場合はｐクラッド層周辺の半導体層
へのＺn拡散による素子特性への影響は少ない。そのた
め、その後ＲuドープＩnＰを埋込層に用いる検討はなさ
れていない。

【００２１】

【発明の実施の形態】〔実施例１〕本発明の第１の実施
例に係る電界吸収型光変調器の構造を図１に示す。本実
施例は、ＭＱＷを光吸収層にした電界吸収型光変調器の
断面斜視図である。即ち、面方位（１００）のｎ型Ｉn
Ｐ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰク
ラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノン
ドープＩnＧaＡsＰガイド層３、層厚０．１５μｍの吸
収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡlＡs／Ｉn
ＡlＡs歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層４、層厚４０
ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガ
イド層５、層厚１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッ
ド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタク
ト層７の順に積層されている。ここで、光吸収層４以外
の化合物半導体層は特に断らない限り、ＩnＰ基板１に
格子整合する組成である。

【００２２】この積層されたものは、幅２μｍで高さ３
μｍ程度のメサストライプに加工され、更に、メサスト
ライプの両側を、Ｒuを添加したＩnＰ層９で埋め込まれ
ている。メサの直上以外の表面にＳiＯ₂保護膜１０が配
され、メサ上にはｐ型電極１１が、基板裏面にはｎ型電
極１２が形成されている。メサストライプの両側がＦe
ドープＩnＰ層ではなくＲuドープＩnＰ層９で埋め込ま
れている点が、従来例と異なる。ここで、埋込層はＲu
ドープＩnＰに限られるわけではなく、Ｒuをドープした
ＩnＧaＡlＡs、ＩnＡlＡs、ＩnＧaＡsＰなどの基板に格
子整合する組成を持つ化合物半導体混晶でも同様の効果
を奏する。

【００２３】次に具体的な効果について説明する。本発
明の効果を確認するために、埋込構造を変えたものと本
発明の構造を比較する。一つはメサストライプをポリイ
ミドだけで埋め込んだもの（比較例１）、二つ目はメサ
ストライプをＦeドープＩnＰ層だけで埋め込んだもの
（比較例２）である。最初に、電界吸収型光変調器の素
子容量を比較した。その結果を図２に示す。

【００２４】本発明と２つの比較例におけるメサストラ
イプの幅と高さ及び素子長が同じもの同士を比較した。
印加電圧が０Ｖの場合、比較例１の素子容量は０．５ｐ
Ｆであり、比較例２の場合は１．０ｐＦであった。比較
例２において素子容量が増加した原因は、メサストライ
プを構成するｐ型ＩnＰクラッド及びｐ型ＩnＧaＡsコン
タクト層がＦeドープＩnＰ層と接触しているため、Ｚn
とＦeの相互拡散によりＺnがＦeドープＩnＰ層に拡散し
たためである。つまり、Ｚnが拡散することによってＦe
ドープＩnＰ層がｐ型に変化し、素子容量が増加した。

【００２５】しかし、比較例１の場合にはＺn拡散が起
こらないので素子容量は低いままである。一方、本発明
の電界吸収型光変調器の素子容量は０．６ｐＦである。
この値は、比較例１とほぼ同じであり、比較例２の約半
分である。光吸収層の容量はどの場合も同じであるか
ら、素子容量が低下した原因は埋込層の容量が低下した
ためと考えられる。印加電圧を増加しても、本発明の素
子容量は比較例２に比べ低いことは、図２から明らかで
ある。従って、本発明の場合は、埋込層へのＺnの拡散
は起こっていないことが分かる。つまり、メサストライ
プの両側をＲuドープＩnＰ層で埋め込んだため、埋込層
へのＺnの拡散が防止されたからである。実際、本発明
の素子断面をステンエッチし、走査型電子顕微鏡で観察
したところ、埋込層へのＺn拡散が起こっていないこと
が確かめられた。

【００２６】更に、３ｄＢ帯域幅を比較した。この結果
を図３に示す。ＦeドープＩnＰで埋め込んだ比較例２の
場合は８ＧＨｚであったが、ＲuドープＩnＰで埋め込ん
だ本発明の場合は１８ＧＨｚに向上していた。これは、
素子容量が低減した結果である。本発明と比較例の電界
吸収型光変調器のフォトカレントスペクトルを図４に示
す。素子に印加した電圧をパラメータに取った。入射光
はＴＭモードである。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はそ
れぞれ、比較例１、比較例２及び本発明の場合である。

【００２７】図４（ｃ）の比較例１の場合には、明瞭な
励起子吸収が見られる。そして、印加電圧の増加に伴い
吸収端が長波長側にシフトしている。これは、ほぼ理想
的な量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）である。
図４（ｂ）の比較例２の場合には、明瞭な励起子吸収が
見られず、印加電圧の増加に伴う吸収端のシフトも見ら
れない。ただ、長波長側の吸収が相対的に増加している
だけである。これは、埋込層がＦeドープＩnＰ層である
ために、Ｆe−Ｚn相互拡散の影響によりＺnが光吸収層
へ拡散したために、素子特性が劣化したことを示してい
る。

【００２８】つまり、ｐ型ＩnＰクラッド層に拡散した
ＦeがＺnを格子間位置に叩き出し、その格子間位置のＺ
nが光吸収層に拡散して素子特性を劣化させたものであ
る。図４（ｃ）に示す本発明の場合には、励起子吸収は
明瞭でないものの、印加電圧の増加に伴う吸収端のシフ
トが明瞭に示されている。この様に、比較例２の場合と
異なり素子劣化が生じなかった原因は、メサストライプ
の両側をＦeドープＩnＰ層ではなくＲuドープＩnＰ層で
埋め込んだために、Ｚnとの相互拡散が起こらず、光吸
収層のへのＺn拡散が防止されたからである。

【００２９】次に、本発明による電界吸収型光変調器に
おける印加電圧と透過光強度との関係を図５に示す。入
射光がＴＥモードとＴＭモードの場合の両方を示した。
入射光の波長は１．５５μｍである。印加電圧がゼロの
場合には、透過光強度はＴＥモードとＴＭモードに対し
て各々６．６ｄＢと７．３ｄＢである。印加電界の増加
に伴い２つのモードに対する透過光強度は同じように減
少し、モードによる透過光強度の差は１ｄＢ以内であ
る。本実施例に係る電界吸収型光変調器の製造方法につ
いて、図６を参照して説明する。

【００３０】先ず、図６（a ）に示すように、面方位
（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０２μｍのＳe
ドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波
長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層３、層
厚０．１５μｍの吸収端波長１．５０μｍのノンドーブ
ＩnＧaＡlＡs／ＩnＡlＡs歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活
性層４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドー
ブＩnＧaＡsＰガイド層５、層厚１．５μｍのＺnドープ
ｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩ
nＧaＡsコンタクト層７の順に積層した。ここで、活性
層以外の化合物半導体は特に断らない限り、ＩnＰ基板
に格子整合する組成である。次に図６（ｂ）に示すよう
に、ＳiＯ₂８をマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）により、幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサスト
ライプを形成した。

【００３１】引き続き、図６（ｃ）に示すように、メサ
ストライプを形成した基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、
Ｒuを添加したＩnＰ層９を成長させた。Ｒuを添加した
ＩnＰ層９の成長ではＲuの原料としてビスジメチルペン
タディェニルルテニウムbis（η5-2,4-dimethylpentadi
enyl ）ruthenium （II）を用いた。成長温度は５８０
℃から６４０℃の間であり、典型的には６００℃であ
る。層厚は成長時間で制御した。Ｆeを添加したＩnＰ層
の成長には、Ｆeの原料として公知のフェロセン（Ｃp₂
Ｆe）を用いて行った。成長温度はＲuドープＩnＰの成
長温度と同じ温度である。

【００３２】この後、図１に示すように、ＳiＯ₂マスク
を除去し、メサの直上以外の表面にＳiＯ₂保護膜１０を
形成した後、ｐ型電極１１を形成し、更に基板側にｎ型
電極１２を形成した。以上示したように、光半導体変調
器の埋込み構造にＲuドープ半絶縁層を用いることによ
り、ｐ型クラッド層からのＺn拡散を抑制し、良好な変
調特性を実現することができる。

【００３３】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
集積化光源を図７に示す。本実施例は、電界吸収型光変
調器と分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）をモノ
リシック集積した集積化光源（ＥＡ−ＤＦＢ）である。
即ち、この集積化光源は、電界吸収型光変調器部と分布
帰還型半導体レーザ部及び両者の間の溝部からなる。素
子は共通の基板である面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基
板１上に形成されている。

【００３４】電界吸収型光変調器部の構成は、前記のｎ
型ＩnＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型Ｉ
nＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．２μｍ
のノンドーブＩnＧaＡsＰガイド層１０３、層厚０．１
５μｍの吸収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層１
０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープ
ＩnＧaＡsＰガイド層１０５、層厚１５μｍのＺnドープ
ｐ型ＩnＰクラッド層１０６、層厚０．３μｍのＺnドー
プＩnＧaＡsコンタクト層１０７の順に積層されてい
る。ここで、光吸収層１０４以外の化合物半導体層は特
に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成であ
る。それらが幅２μｍで高さ１μｍ程度のメサストライ
プに形成され、その両側面をＲuを添加したＩnＰ層９で
埋め込まれている。メサの直上以外の表面にＳiＯ₂保護
膜１０を形成した後、ｐ型電極１１１を形成し、更に基
板側に共通のｎ型電極１２を形成した。

【００３５】分布帰還型半導体レーザ部の構成は、前記
のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ
型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３
μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０３、層厚
０．１５μｍの発光波長１．５５μｍのノンドープＩn
ＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性
層２０４、上面に回折格子が形成されている層厚４０ｎ
ｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイ
ド層２０５、層厚１５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッ
ド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタク
ト層７の順に積層されている。

【００３６】ここで、活性層２０４以外の化合物半導体
層は特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組
成である。それらが幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサス
トライプに形成され、その両側面をＲuを添加したＩnＰ
層９で埋め込まれている。メサの直上以外の表面にＳi
Ｏ₂保護膜１０を形成した後、ｐ型電極２１１を形成
し、更に基板側に共通のｎ型電極１２を形成した。溝部
においては、光吸収層１０４と活性層２０４はバットジ
ョイントで結合している。また、電気的な絶縁を行うた
めに、ＩnＧaＡsコンタクト層７は除去されている。

【００３７】メサストライプ構造、埋め込み層のＲuを
添加したＩnＰ層９は、電界吸収型光変調器部、分布帰
還型半導体レーザ部及び溝部に共通のものである。この
素子の断面構造を観察したところ、ｐ型ＩnＰクラッド
層１０６のドーパントであるＺnの拡散は観測されるこ
となく、また、作製したレーザ及び変調器それぞれにつ
いても良好な特性を確認することができた。つまり、Ｆ
eドープ半絶縁層を埋込み層に用いた場合と異なり、良
好な半導体レーザ・光半導体変調器集積化光源としての
特性を観測することができた。以上示したように、電界
吸収型光変調器の埋込み構造にＲuドープ半絶縁層を用
いることにより、ｐ型クラッド層からのＺn拡散を抑制
し、良好な変調特性を実現することができる。

【００３８】このように説明したように本発明は、埋め
込み型電界吸収光変調器において、埋め込み層のドーパ
ントをルテニウムとしていることに特徴があり、これに
より素子容量を低減することができる。尚、上述した実
施例では、ｐ形不純物としてＺnを取り上げているが、
これと同じ導電形を持つ他の添加物を用いても本発明は
同様な効果を実現できる。

【００３９】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて詳細に説明した
ように、本発明の電界吸収型光変調器においては、メサ
の両側をＲuを添加した半導体層で埋め込んでいるた
め、埋込層へのＺn拡散が起こらない。そのために次の
ような著しい効果を奏する。第１に、素子容量が低減す
る。第２に、光吸収層として多重量子井戸（ＭＱＷ）を
用いた場合には、埋め込んだ後もＱＣＳＥ効果が持続す
る。従って、埋込層へのＺn拡散をなくすことにより埋
込層の容量を低減して高速動作を可能とする電界吸収型
光変調器を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構造図である。

【図２】素子容量を比較して示すグラフである。

【図３】３ｄＢ帯域幅を比較して示すグラフである。

【図４】フォトカレントスペクトルを示すグラフであ
る。

【図５】印加電圧と透過光強度の関係を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の第１の実施例の製造工程を示す説明図
である。

【図７】本発明の第２の実施例の構造図である。

【図８】従来例の説明図である。

【図９】Ｆe−Ｚn相互拡散の説明図である。

【符号の説明】

１ｎ型ＩnＰ基板２Ｓeドープｎ型ＩnＰクラッド層３ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層４ノンドーブＩnＧaＡlＡs／ＩnＡlＡs歪ＭＱＷ（多
重量子井戸）光吸収層５ノンドーブＩnＧaＡsＰガイド層６Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層７ＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層９Ｒuを添加したＩnＰ層１０ＳiＯ₂保護膜１１ｐ型電極１２ｎ型電極１０３ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層１０４ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）光吸収層１０５ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層１１１ｐ型電極２０３ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０４ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）活性層２０５ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２１１ｐ型電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊賀龍三東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者小笠原松幸東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA13 BA01 DA16 EA07 EB04 HA14 HA15 KA18 5F073 AA22 AA65 AA74 AB21 CA15 DA05 EA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型基板上に配された、少なくと
も第１導電型クラッド層と、光吸収層と、第２導電型ク
ラッド層とからなる積層構造がメサストライプ状に加工
されており、該積層構造の両側を半絶縁半導体層で埋め
込んだ構造を有する電界吸収型光変調器において、前記
半絶縁半導体層のドーパントがルテニウムであることを
特徴とする電界吸収型光変調器。
【請求項２】前記光吸収層が多重量子井戸からなるこ
とを特徴とする請求項１記載の電界吸収型光変調器。
【請求項３】前記第１導電型基板上に、前記光吸収層
と光結合した活性層を持つ半導体レーザを集積したこと
を特徴とする請求項１又は２記載の電界吸収型光変調
器。