JP2005043722A - 半導体電界吸収型変調器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光変調を行う際の光吸収電流の発生量を局所的に制御する。
【解決手段】 吸収領域４ａ〜４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、光吸収に実質的に寄与する各光吸収領域４ａ〜４ｄの間に、光吸収に実質的に寄与しない光吸収抑制領域５ａ〜５ｃを光導波方向に沿って設ける
【選択図】 図１
【解決手段】 吸収領域４ａ〜４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、光吸収に実質的に寄与する各光吸収領域４ａ〜４ｄの間に、光吸収に実質的に寄与しない光吸収抑制領域５ａ〜５ｃを光導波方向に沿って設ける
【選択図】 図１
Description
本発明は半導体電界吸収型変調器に関し、特に、半導体電界吸収型変調器における光吸収電流の発生量を局所的に制御する方法に適用して好適なものである。
従来の半導体電界吸収型変調器では、例えば、非特許文献１に開示されているように、光吸収層としてバルク（単一材料）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を形成し、電圧印加時のフランツケルディッシュ効果または量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ）を利用して吸収端波長を長波長側にシフトさせることにより、光変調を行うものがある。
図８は、従来の半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図である。
図８において、ｎ−ＩｎＰ基板１０１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０６、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０８が順次積層されている。
図８において、ｎ−ＩｎＰ基板１０１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０６、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０８が順次積層されている。
そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層１０２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０６、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０８は、メサストライプ構造を構成するようにエッチング加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
そして、メサストライプ構造の両側のｎ−ＩｎＰ基板１０１上には埋め込み層１０９が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１０６、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０８からなるメサストライプ構造は、埋め込み層１０９により埋め込まれている。
なお、埋め込み層１０９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０８上には、ボンディング領域１１２が設けられたｐ側ストライプ電極１１０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１１が形成されている。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０８上には、ボンディング領域１１２が設けられたｐ側ストライプ電極１１０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１１が形成されている。
そして、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側ストライプ電極１１０への印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
ＭＯＶＰＥ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｔｒａｉｎｅｄ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷｓ ｆｏｒ ａ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．３，１９９６，ｐｐ３８５−３８８
ＭＯＶＰＥ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｔｒａｉｎｅｄ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ ＭＱＷｓ ｆｏｒ ａ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．３，１９９６，ｐｐ３８５−３８８
しかしながら、半導体電界吸収型変調器では、信号光の吸収時に光吸収電流が内部に発生し、信号光強度が増大すると、光吸収電流が大きくなる。また、半導体電界吸収型変調器では、光吸収電流と外部からの印加電圧の積で与えられる熱が内部に発生する。このため、光吸収の集中する光入射端面では局所的に温度上昇が激しくなり、光吸収特性が変化したり、光入射端面が劣化したりするという問題もあった。
そこで、本発明の目的は、光吸収電流の発生量を局所的に制御しつつ、光変調を行うことが可能な半導体電界吸収型変調器を提供することである。
そこで、本発明の目的は、光吸収電流の発生量を局所的に制御しつつ、光変調を行うことが可能な半導体電界吸収型変調器を提供することである。
上述した課題を解決するために、請求項１記載の半導体電界吸収型変調器によれば、印加電圧に基づいて吸収係数が変化する光吸収層と、前記光吸収層を導波する光の経路上に設けられ、光吸収の発生を抑制する抑制領域とを備えることを特徴とする。
これにより、光吸収が特定の箇所に集中しないように、光吸収量を光吸収層上で均一化することが可能となり、光吸収電流の発生が特定の箇所に集中することを抑制することが可能となる。このため、光入射端における光吸収を低減させて、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
これにより、光吸収が特定の箇所に集中しないように、光吸収量を光吸収層上で均一化することが可能となり、光吸収電流の発生が特定の箇所に集中することを抑制することが可能となる。このため、光入射端における光吸収を低減させて、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
また、請求項２記載の半導体電界吸収型変調器によれば、第１導電型クラッド層と、光導波方向に離散的に配置されるようにして、前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層とを備えることを特徴とする。
これにより、光吸収層において光吸収領域を分散化させることが可能となり、局所的な温度上昇を抑制することを可能として、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
これにより、光吸収層において光吸収領域を分散化させることが可能となり、局所的な温度上昇を抑制することを可能として、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
また、請求項３記載の半導体電界吸収型変調器によれば、第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層と、前記光吸収層に対し光導波方向に離散的に電圧を印加する電圧印加手段とを備えることを特徴とする。
これにより、光吸収層を光導波方向に均一に形成した場合においても、光吸収層における光吸収を分散化させることが可能となり、光吸収層の電圧印加による光吸収電流を瞬時に変化させることが可能となる。このため、局所的な温度上昇を抑制することを可能として、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
これにより、光吸収層を光導波方向に均一に形成した場合においても、光吸収層における光吸収を分散化させることが可能となり、光吸収層の電圧印加による光吸収電流を瞬時に変化させることが可能となる。このため、局所的な温度上昇を抑制することを可能として、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
また、請求項４記載の半導体電界吸収型変調器によれば、第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層と、光導波方向に離散的に配置されるようにして、前記第２導電型クラッド層に形成された半絶縁性領域とを備えることを特徴とする。
これにより、光吸収層を光導波方向に均一に形成した場合においても、光吸収層における光吸収を分散化させることが可能となり、半導体電界吸収型変調器に光を効率よく導波させることを可能としつつ、局所的な温度上昇を抑制することを可能として、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
これにより、光吸収層を光導波方向に均一に形成した場合においても、光吸収層における光吸収を分散化させることが可能となり、半導体電界吸収型変調器に光を効率よく導波させることを可能としつつ、局所的な温度上昇を抑制することを可能として、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
また、請求項５記載の半導体電界吸収型変調器によれば、第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成され、幅の異なる領域が設けられた光吸収層と、前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層とを備えることを特徴とする。
これにより、光吸収層における光吸収量を調整することが可能となり、光吸収量を光吸収層上で均一化することを可能として、光吸収電流の発生が特定の箇所に集中することを抑制することが可能となる。このため、光入射端における光吸収電流の集中を低減させることを可能として、光入射端における温度上昇を抑制することが可能となり、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
これにより、光吸収層における光吸収量を調整することが可能となり、光吸収量を光吸収層上で均一化することを可能として、光吸収電流の発生が特定の箇所に集中することを抑制することが可能となる。このため、光入射端における光吸収電流の集中を低減させることを可能として、光入射端における温度上昇を抑制することが可能となり、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
また、請求項６記載の半導体電界吸収型変調器によれば、第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層と、前記第２導電型クラッド層の幅を異ならせるように形成された半絶縁性領域とを備えることを特徴とする。
これにより、光吸収層を光導波方向に均一に形成した場合においても、光吸収層における光吸収量を調整することが可能となり、光吸収量を光吸収層上で均一化することが可能となる。このため、半導体電界吸収型変調器に光を効率よく導波させることを可能としつつ、光吸収電流の発生が特定の箇所に集中することを抑制することが可能となり、光入射端における光吸収電流の集中を低減させることを可能として、光入射端における温度上昇を抑制することが可能となることから、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
これにより、光吸収層を光導波方向に均一に形成した場合においても、光吸収層における光吸収量を調整することが可能となり、光吸収量を光吸収層上で均一化することが可能となる。このため、半導体電界吸収型変調器に光を効率よく導波させることを可能としつつ、光吸収電流の発生が特定の箇所に集中することを抑制することが可能となり、光入射端における光吸収電流の集中を低減させることを可能として、光入射端における温度上昇を抑制することが可能となることから、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
また、請求項７記載の半導体電界吸収型変調器によれば、前記第１導電型クラッド層、前記光吸収層、前記第２導電型クラッド層および前記電極の少なくともいずれか１つは、光導波方向に対し徐々に広がるかまたはテーパ形状を含むように構成されていることを特徴とする。
これにより、光入射端における光吸収量を低減することが可能となり、光吸収電流が光入射端に集中して発生することを抑制することが可能となる。このため、光入射端における温度上昇を抑制することが可能となり、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
これにより、光入射端における光吸収量を低減することが可能となり、光吸収電流が光入射端に集中して発生することを抑制することが可能となる。このため、光入射端における温度上昇を抑制することが可能となり、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
また、請求項８記載の半導体電界吸収型変調器によれば、光導波方向と同一の方向に電気信号を伝播させながら、前記光吸収層に電圧を印加する進行波型電極をさらに備えることを特徴とする。
これにより、集中定数型電極構造を有した半導体電界吸収型変調器構造より高速動作を図ることのできる半導体電界吸収型変調器においても、光入射端における端面劣化を抑制することが可能となる。
これにより、集中定数型電極構造を有した半導体電界吸収型変調器構造より高速動作を図ることのできる半導体電界吸収型変調器においても、光入射端における端面劣化を抑制することが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、光吸収領域で吸収される光吸収電流量を調整することが可能となり、光吸収層において光吸収電流が過剰に生成される領域をなくすことができる。このため、光吸収電流の集中による半導体電界吸収型変調器の特性劣化や光入射端面の損傷を抑制することができる。
具体的には、光損傷耐性を２倍以上に改善することができ、例えば、光入射端での光吸収が集中する領域（光入射端から１０μｍまでの領域）を考えると、光の進行方向の１０μｍ全てに渡って光吸収領域を設けた場合に比べて、光吸収領域を５μｍに短縮することにより、光吸収キャリア密度を約半分に減らすことが可能となる。
具体的には、光損傷耐性を２倍以上に改善することができ、例えば、光入射端での光吸収が集中する領域（光入射端から１０μｍまでの領域）を考えると、光の進行方向の１０μｍ全てに渡って光吸収領域を設けた場合に比べて、光吸収領域を５μｍに短縮することにより、光吸収キャリア密度を約半分に減らすことが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る半導体電界吸収型変調器について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４の形状を示す平面図である。
図１において、ｎ−ＩｎＰ基板１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層２およびノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３が順次積層されている。そして、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上には、光吸収に実質的に寄与する光吸収領域４ａ〜４ｄが光導波方向に離散的に配置されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４が形成されている。ここで、光吸収領域４ａ〜４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、各光吸収領域４ａ〜４ｄの間に、光吸収に実質的に寄与しない光吸収抑制領域５ａ〜５ｃを光導波方向に沿って設けることができる。
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４の形状を示す平面図である。
図１において、ｎ−ＩｎＰ基板１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層２およびノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３が順次積層されている。そして、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上には、光吸収に実質的に寄与する光吸収領域４ａ〜４ｄが光導波方向に離散的に配置されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４が形成されている。ここで、光吸収領域４ａ〜４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、各光吸収領域４ａ〜４ｄの間に、光吸収に実質的に寄与しない光吸収抑制領域５ａ〜５ｃを光導波方向に沿って設けることができる。
そして、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４上には、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８が順次積層されている。そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８は、メサストライプ構造を構成するように加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
そして、メサストライプ構造の両側のｎ−ＩｎＰ基板１上には埋め込み層９が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８からなるメサストライプ構造は、埋め込み層９により埋め込まれている。
なお、埋め込み層９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８上には、ボンディング領域１６が設けられたｐ側ストライプ電極１０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面にはｎ側電極１１が形成されている。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８上には、ボンディング領域１６が設けられたｐ側ストライプ電極１０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面にはｎ側電極１１が形成されている。
なお、チップサイズは、例えば、長さＬ０＝２００μｍ、幅Ｗ１＝４００μｍとすることができ、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８からなるメサストライプ構造の幅Ｗ２および高さＨは、例えば、２μｍおよび３μｍに設定することができる。また、例えば、光吸収領域４ａの長さＬ１は２μｍ、光吸収抑制領域５ａの長さＤ１は２μｍ、光吸収領域４ｂの長さＬ２は３μｍ、光吸収抑制領域５ｂの長さＤ２は３μｍ、光吸収領域４ｃの長さＬ３は４μｍ、光吸収抑制領域５ｃの長さＤ３は４μｍ、光吸収領域４ｄの長さＬ４は５μｍ、・・・として、光吸収領域４ａ〜４ｄおよび光吸収抑制領域５ａ〜５ｃの長さが光導波方向に徐々に増加するように設定することができる。
そして、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側ストライプ電極１０への印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
ここで、光吸収領域４ａ〜４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、局所的な温度上昇を抑制して、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
図２（ａ）〜図２（ｃ）および図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の製造方法を示す断面図、図２（ｄ）は、選択成長用マスク１２の形状の一例を示す平面図である。
ここで、光吸収領域４ａ〜４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、局所的な温度上昇を抑制して、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
図２（ａ）〜図２（ｃ）および図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の製造方法を示す断面図、図２（ｄ）は、選択成長用マスク１２の形状の一例を示す平面図である。
図２（ａ）において、エピタキシャル成長により、ＳｉまたはＳｎがドープされたｎ−ＩｎＰクラッド層２をｎ−ＩｎＰ基板１上に積層する。なお、エピタキシャル成長法としては、例えば、ＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｅｒ ｄｅｐｉｏｓｉｔｉｏｎ）法、あるいはＡＬＣＶＤ（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｅｒ ｄｅｐｉｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。
次に、図２（ｂ）に示すように、エピタキシャル成長により、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３をｎ−ＩｎＰクラッド層２上に積層する。
次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタまたはＣＶＤなどの方法により、ＳｉＯ2膜をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてＳｉＯ2膜に開口部１４を形成することにより、選択成長用マスク１２をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタまたはＣＶＤなどの方法により、ＳｉＯ2膜をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてＳｉＯ2膜に開口部１４を形成することにより、選択成長用マスク１２をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に形成する。
ここで、開口部１４には、図２（ｄ）に示すように、図１の光吸収領域４ａ〜４ｄおよび光吸収抑制領域５ａ〜５ｃにそれぞれ対応して、開口幅が狭い幅狭部１４ａ〜１４ｄおよび開口幅が広い幅広部１５ａ〜１５ｃを設けることができる。
次に、図３（ａ）に示すように、エピタキシャル成長により、選択成長用マスク１２を介してノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に形成する。
次に、図３（ａ）に示すように、エピタキシャル成長により、選択成長用マスク１２を介してノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に形成する。
ここで、選択成長用マスク１２を介してノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４を成長させることにより、開口部１４内にのみノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４を選択的に成長させることが可能となるとともに、幅狭部１４ａ〜１４ｄでは、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４を厚く成長させることを可能として、光吸収領域４ａ〜４ｄを形成することが可能となり、幅広部１５ａ〜１５ｃでは、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４を薄く成長させることを可能として、光吸収抑制領域５ａ〜５ｃを形成することが可能となる。
なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４成長時の膜厚制御方法については、例えば、ＩＥＥＥ．ＬＥＯＳ９６，Ｖｏｌｕｍｅ２，１８−１９．Ｎｏｖ．１９９６．“Ｒｅｃｅｎｔ ａｄｖａｎｃｅ ｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ＭＯＶＰＥ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ”に開示されている。
次に、図３（ｂ）に示すように、選択成長用マスク１２をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３から除去する。ここで、選択成長用マスク１２を除去する場合、フッ酸などをエッチング液としたウェットエッチングを用いることができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、エピタキシャル成長により、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、Ｚｎがドープされたｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８を、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４が形成されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に順次積層する。
次に、図３（ｃ）に示すように、エピタキシャル成長により、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、Ｚｎがドープされたｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８を、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４が形成されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に順次積層する。
次に、図３（ｄ）に示すように、例えば、メタン系のガスを用いたＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）などの異方性エッチングを選択的に行うことにより、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８７をストライプ状にエッチング加工し、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８からなるメサストライプ構造を形成する。
次に、図３（ｅ）に示すように、エピタキシャル成長により、ｎ−ＩｎＰ基板１上に半絶縁性ＦｅドープＩｎＰ層を形成し、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ−ＩｎＰクラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８からなるメサストライプ構造を埋め込み層９で埋め込む。
そして、図１に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８上にｐ側ストライプ電極１０を形成するとともに、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面にｎ側電極１１を形成する。
そして、図１に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８上にｐ側ストライプ電極１０を形成するとともに、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面にｎ側電極１１を形成する。
なお、上述した第２実施形態では、選択成長用マスク１２を用いたエピタキシャル成長により、光吸収領域４ａ〜４ｄおよび光吸収抑制領域５ａ〜５ｃを一括成長させる方法について説明したが、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に一様に形成されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層をエッチング除去することにより、光吸収領域４ａ〜４ｄを光導波方向に離散的に形成するようにしてもよい。
また、この場合、光吸収領域４ａ〜４ｄが光導波方向に離散的に配置されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４に光を効率よく導波させるための光導波路を構成するようにしてもよい。
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図である。
また、この場合、光吸収領域４ａ〜４ｄが光導波方向に離散的に配置されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４に光を効率よく導波させるための光導波路を構成するようにしてもよい。
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図である。
図４において、ｎ−ＩｎＰ基板２１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２６、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２８が順次積層されている。そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２６、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２８は、メサストライプ構造を構成するようにエッチング加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７には、半絶縁性領域３２ａ〜３２ｃが光導波方向に沿って離散的に設けられている。なお、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７に半絶縁性領域３２ａ〜３２ｃを設ける場合、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７を半絶縁化させるためのイオン注入をｐ−ＩｎＰクラッド層２７に選択的に行うことができる。また、イオン注入に用いるイオンとしては、例えば、Ｈ+（プロトン）を挙げることができる。
ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７に半絶縁性領域３２ａ〜３２ｃを設けることで、半絶縁性領域３２ａ〜３２ｃ直下のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４に加わる電圧を、その周囲のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４に加わる電圧に比べて低下させることができる。このため、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４を光導波方向に沿って一様に形成した場合においても、半絶縁性領域３２ａ〜３２ｃの位置に対応して、光吸収に実質的に寄与しない光吸収抑制領域２５ａ〜２５ｃを光導波方向に沿って設けることができ、光吸収に実質的に寄与する光吸収領域２４ａ〜２４ｄを光導波方向に離散的に配置することができる。
そして、メサストライプ構造の両側のｎ−ＩｎＰ基板２１上には埋め込み層２９が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２６、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２８からなるメサストライプ構造は、埋め込み層２９により埋め込まれている。
なお、埋め込み層２９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２８上には、ボンディング領域３３が設けられたｐ側ストライプ電極３０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板２１の裏面にはｎ側電極３１が形成されている。なお、ｎ−ＩｎＰ基板２１に上面から接するように形成されたコンタクトホールを介してｎ側電極３１を設けるようにしてもよい。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２８上には、ボンディング領域３３が設けられたｐ側ストライプ電極３０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板２１の裏面にはｎ側電極３１が形成されている。なお、ｎ−ＩｎＰ基板２１に上面から接するように形成されたコンタクトホールを介してｎ側電極３１を設けるようにしてもよい。
そして、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側ストライプ電極３０への印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層２７に半絶縁性領域３２ａ〜３２ｃを設けることで、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４を光導波方向に一様に形成した場合においても、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４における光吸収を分散化させることが可能となる。このため、半導体電界吸収型変調器に光を効率よく導波させることを可能としつつ、局所的な温度上昇を抑制して、光損傷耐性を向上させることが可能となる。
なお、上述した第３実施形態では、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４の一部に電圧が印加されない、もしくは周囲のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４に比べて弱い電圧しか印加されない領域を設けるために、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４の一部をイオン注入などで半絶縁化させる方法について説明したが、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４に電圧を印加する電極を離散的に配置することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４の一部に電圧が印加されない、もしくは周囲のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層２４に比べて弱い電圧しか印加されない領域を形成するようにしてもよい。
図５は、本発明の第４実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図である。
図５において、ｎ−ＩｎＰ基板４１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８が順次積層されている。そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８は、幅が光導波方向に徐々に広がるようにエッチング加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
図５において、ｎ−ＩｎＰ基板４１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８が順次積層されている。そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８は、幅が光導波方向に徐々に広がるようにエッチング加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
そして、メサストライプ構造の両側のｎ−ＩｎＰ基板４１上には埋め込み層４９が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８は、埋め込み層４９により埋め込まれている。
なお、埋め込み層４９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
なお、埋め込み層４９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８上には、ボンディング領域５２が設けられたｐ側ストライプ電極５０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板４１の裏面にはｎ側電極５１が形成されている。ここで、ｐ側ストライプ電極５０は、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８に対応して、幅が光導波方向に徐々に広がるようにエッチング加工されている。
そして、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側ストライプ電極５０への印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
そして、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側ストライプ電極５０への印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
ここで、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０の幅を光導波方向に徐々に広げることにより、光入射端におけるノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４の幅を狭くすることが可能となるとともに、光閉じ込め効果も低下させることが可能となり、光入射端における光吸収量を低減することが可能となる。また、光入射端から奥に入るに従って、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４の幅を広くすることが可能となるとともに、光閉じ込め効果も増大させることが可能となり、光吸収量を徐々に増大させることが可能となる。このため、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４内で光吸収電流の発生を平均化することが可能となり、半導体電界吸収型変調器の内部における温度上昇を均一化することを可能として、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
なお、上述した第４実施形態では、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０の長さ方向全体に渡って、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０をテーパ状に形成する方法について説明したが、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０の長さ方向の一部をテーパ状に形成するようにしてもよい。例えば、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０の光入射端から１０μｍまでの領域のみをテーパ状に形成するようにしてもよい。
また、上述した第４実施形態では、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０の全ての層をテーパ状に形成する方法について説明したが、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０のいずれか少なくとも１層のみをテーパ状に形成するようにしてもよい。
また、上述した第４実施形態では、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０の幅を光導波方向に徐々に広げる方法について説明したが、ｎ−ＩｎＰクラッド層４２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４６、ｐ−ＩｎＰクラッド層４７、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４８およびｐ側ストライプ電極５０の幅を光導波方向に段階的に広げるようにしてもよい。
図６は、本発明の第５実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図である。
図６において、ｎ−ＩｎＰ基板６１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層６２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６８が順次積層されている。そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層６２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６８は、メサストライプ構造を構成するようにエッチング加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
図６において、ｎ−ＩｎＰ基板６１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層６２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６８が順次積層されている。そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層６２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６８は、メサストライプ構造を構成するようにエッチング加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の両側には、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の幅が光導波方向に徐々に広がるように構成された半絶縁性領域７３が設けられている。なお、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の両側に半絶縁性領域７３を設ける場合、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７を半絶縁化させるためのイオン注入をｐ−ＩｎＰクラッド層６７の両側に行うことができる。また、イオン注入に用いるイオンとしては、例えば、Ｈ+（プロトン）を挙げることができる。
そして、メサストライプ構造の両側のｎ−ＩｎＰ基板６１上には埋め込み層６９が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層６２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６８は、埋め込み層６９により埋め込まれている。
なお、埋め込み層６９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６８上には、ボンディング領域７２が設けられたｐ側ストライプ電極７０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板６１の裏面にはｎ側電極７１が形成されている。
なお、埋め込み層６９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層６８上には、ボンディング領域７２が設けられたｐ側ストライプ電極７０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板６１の裏面にはｎ側電極７１が形成されている。
そして、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側ストライプ電極７０への印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の幅が光導波方向に徐々に広がるように構成された半絶縁性領域７３をｐ−ＩｎＰクラッド層６７の両側に設けることで、半絶縁性領域７３直下のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４に加わる電圧を、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７直下のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４に加わる電圧に比べて低下させることができる。
ここで、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の幅が光導波方向に徐々に広がるように構成された半絶縁性領域７３をｐ−ＩｎＰクラッド層６７の両側に設けることで、半絶縁性領域７３直下のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４に加わる電圧を、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７直下のノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４に加わる電圧に比べて低下させることができる。
このため、光入射端側では、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４のうち光吸収に実質的に寄与する領域を狭めることが可能となるとともに、光入射端から奥に進むに従って、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４のうち光吸収に実質的に寄与する領域を徐々に広げることが可能となる。
この結果、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４を光導波方向に一様に形成した場合においても、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４における光吸収量を調整することが可能となり、光吸収量をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４で均一化することが可能となる。
この結果、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４を光導波方向に一様に形成した場合においても、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４における光吸収量を調整することが可能となり、光吸収量をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層６４で均一化することが可能となる。
このため、半導体電界吸収型変調器に光を効率よく導波させることを可能としつつ、光吸収電流が特定の箇所に集中して発生することを抑制することが可能となる。このため、光入射端における光吸収電流の集中を低減させることを可能として、光入射端における温度上昇を抑制することが可能となり、光入射端面の劣化を防止することが可能となる。
なお、上述した第５実施形態では、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の長さ方向全体に渡って、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７をテーパ状に形成する方法について説明したが、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の長さ方向の一部をテーパ状に形成するようにしてもよい。例えば、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の光入射端から１０μｍまでの領域のみをテーパ状に形成するようにしてもよい。
なお、上述した第５実施形態では、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の長さ方向全体に渡って、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７をテーパ状に形成する方法について説明したが、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の長さ方向の一部をテーパ状に形成するようにしてもよい。例えば、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の光入射端から１０μｍまでの領域のみをテーパ状に形成するようにしてもよい。
また、上述した第５実施形態では、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の幅を光導波方向に徐々に広げる方法について説明したが、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の幅を光導波方向に段階的に広げるようにしてもよい。
また、上述した第５実施形態では、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の幅を光導波方向に徐々に広げるように構成された半絶縁性領域７３をｐ−ＩｎＰクラッド層６７の両側に設ける方法について説明したが、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６の幅を光導波方向に徐々に広げるように構成された半絶縁性領域をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６の両側に設けるようにしてもよい。
また、上述した第５実施形態では、ｐ−ＩｎＰクラッド層６７の幅を光導波方向に徐々に広げるように構成された半絶縁性領域７３をｐ−ＩｎＰクラッド層６７の両側に設ける方法について説明したが、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６の幅を光導波方向に徐々に広げるように構成された半絶縁性領域をノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６６の両側に設けるようにしてもよい。
図７は、本発明の第６実施形態に係る半導体電界吸収型変調器の概略構成を示す斜視図である。
図７において、ｎ−ＩｎＰ基板８１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層８２およびノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８３が順次積層されている。そして、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８３上には、光吸収に実質的に寄与する光吸収領域８４ａ〜８４ｄが光導波方向に離散的に配置されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４が形成されている。ここで、光吸収領域８４ａ〜８４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、各光吸収領域８４ａ〜８４ｄの間に、光吸収に実質的に寄与しない光吸収抑制領域８５ａ〜８５ｃを光導波方向に沿って設けることができる。
図７において、ｎ−ＩｎＰ基板８１上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層８２およびノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８３が順次積層されている。そして、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８３上には、光吸収に実質的に寄与する光吸収領域８４ａ〜８４ｄが光導波方向に離散的に配置されたノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４が形成されている。ここで、光吸収領域８４ａ〜８４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、各光吸収領域８４ａ〜８４ｄの間に、光吸収に実質的に寄与しない光吸収抑制領域８５ａ〜８５ｃを光導波方向に沿って設けることができる。
そして、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４上には、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８６、ｐ−ＩｎＰクラッド層８７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８８が順次積層されている。そして、これらｎ−ＩｎＰクラッド層８２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８６、ｐ−ＩｎＰクラッド層８７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８８は、メサストライプ構造を構成するようにエッチング加工されている。なお、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４としては、例えば、多重量子井戸構造またはバルク構造を用いることができる。
そして、メサストライプ構造の両側のｎ−ＩｎＰ基板８１上には埋め込み層８９が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層８２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層８６、ｐ−ＩｎＰクラッド層８７およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８８からなるメサストライプ構造は、埋め込み層８９により埋め込まれている。
なお、埋め込み層８９としては、例えば、ＳｉＯ2またはポリイミド（例えば、東レ製：ＵＲ３８００）などを材料とする絶縁性埋め込み層あるいはＦｅドープＩｎＰなどを材料とする半絶縁性埋め込み層を用いることができる。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８８上には、ｐ側進行波型電極９０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板８１の裏面にはｎ側電極９１が形成されている。ここで、ｐ側進行波型電極９０には、電気信号入力端子９０ａおよび電気信号出力端子９０ｂが設けられ、電気信号入力端子９０ａはｐ側進行波型電極９０の光入射端側に接続され、電気信号出力端子９０ｂはｐ側進行波型電極９０の光出射端側に接続されている。
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８８上には、ｐ側進行波型電極９０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板８１の裏面にはｎ側電極９１が形成されている。ここで、ｐ側進行波型電極９０には、電気信号入力端子９０ａおよび電気信号出力端子９０ｂが設けられ、電気信号入力端子９０ａはｐ側進行波型電極９０の光入射端側に接続され、電気信号出力端子９０ｂはｐ側進行波型電極９０の光出射端側に接続されている。
なお、進行波型電極を設けた半導体電界吸収型変調器については、例えば、特開平１１−１３３３６６号公報に開示されている。
そして、電気信号入力端子９０ａを介してｐ側進行波型電極９０に電気信号のパルスを入力し、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側進行波型電極９０ｐへの印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
そして、電気信号入力端子９０ａを介してｐ側進行波型電極９０に電気信号のパルスを入力し、メサストライプ構造を有するｐｉｎダイオードに逆バイアスを印加することにより、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層８４の吸収端波長を短波長側から長波長側へシフトさせることが可能となる。このため、ｐ側進行波型電極９０ｐへの印加電圧を制御することにより、信号光の吸収量を制御することが可能となり、光変調を実現することが可能となる。
ここで、光吸収領域８４ａ〜８４ｄを光導波方向に沿って離散的に配置することにより、集中定数型電極構造を有した半導体電界吸収型変調器構造より高速動作を図ることのできる半導体電界吸収型変調器において、光吸収電流の発生に伴う局所的な温度上昇を抑制することを可能として、光入射端における端面劣化を抑制することが可能となる。
なお、上述した実施形態では、メサストライプ構造を例にとって説明したが、メサストライプ構造以外にも、リブ導波路構造、リッジ導波路構造またはストリップ装荷導波路構造などに適用するようにしてもよい。ここで、リッジ導波路構造を用いることにより、光吸収層より基板側の半導体層をエッチング除去する必要がなくなり、熱放散性を向上させることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、メサストライプ構造を例にとって説明したが、メサストライプ構造以外にも、リブ導波路構造、リッジ導波路構造またはストリップ装荷導波路構造などに適用するようにしてもよい。ここで、リッジ導波路構造を用いることにより、光吸収層より基板側の半導体層をエッチング除去する必要がなくなり、熱放散性を向上させることが可能となる。
また、ｎ型基板−ｉ層−ｐ層からなる積層構造の他、ｐ型基板−ｉ層−ｎ層からなる積層構造、ＳＩ基板−ｎ層−ｉ層−ｐ層からなる積層構造またはＳＩ基板−ｐ層−ｉ層−ｎ層からなる積層構造を用いるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いた構成を例にとって説明したが、本発明は必ずしもＩｎＧａＡｓＰ系に限定されることなく、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ系、あるいはＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ系、ＧａＩｎＮＡｓ系などに適用するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いた構成を例にとって説明したが、本発明は必ずしもＩｎＧａＡｓＰ系に限定されることなく、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ系、あるいはＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ系、ＧａＩｎＮＡｓ系などに適用するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、半導体電界吸収型変調器を単体で構成する方法について説明したが、半導体電界吸収型変調器を他の半導体デバイスとモノリシック集積化するようにしてもよい。
また、ｎ側電極を介して半導体電界吸収型変調器をヒートシンクに接続し、さらにヒートシンクを介して放熱板またはベルチェ素子などの冷却装置に接続することにより、素子温度の変動を抑えることを可能として、素子特性の安定性をさらに向上させるようにしてもよい。
また、ｎ側電極を介して半導体電界吸収型変調器をヒートシンクに接続し、さらにヒートシンクを介して放熱板またはベルチェ素子などの冷却装置に接続することにより、素子温度の変動を抑えることを可能として、素子特性の安定性をさらに向上させるようにしてもよい。
上述した半導体電界吸収型変調器は、光通信、光交換、光情報処理などの光を利用した光伝送処理システムなどの用途に適用することができ、半導体電界吸収型変調器の光吸収電流の発生量を均一化することで、光伝送処理システムの高速化を図ることが可能となるとともに、光伝送処理システムの信頼性を向上させて、保守点検にかかる負担を軽減することが可能となる。
１、２１、４１、６１、８１ ｎ−ＩｎＰ基板
２、２２、４２、６２、８２ ｎ−ＩｎＰクラッド層
３、２３、６、２６、４３、４６、６３、６６、８３、８６ ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
４、２４、４４、６４、８４ ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層
４ａ〜４ｄ、２４ａ〜２４ｄ、８４ａ〜８４ｄ 光吸収領域
５ａ〜５ｃ、２５ａ〜２５ｃ、８５ａ〜８５ｃ 光吸収抑制領域
７、２７、４７、６７、８７ ｐ−ＩｎＰクラッド層
８、２８、４８、６８、８８ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
９、２９、４９、６９、８９ ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層
１０、３０、７０ ｐ側ストライプ電極
１１、３１、５１、７１、９１ ｎ側電極
１２ 選択成長用マスク
１４ 開口部
１４ａ〜１４ｄ 幅狭部
１５ａ〜１５ｃ 幅広部
１６、３３、５２、７２ ボンディング領域
３２ａ〜３２ｃ、７３ 半絶縁性領域
５０ ｐ側テーパ状電極
９０ ｐ側進行波型電極
９０ａ 電気信号入力端子
９０ｂ 電気信号出力端子
２、２２、４２、６２、８２ ｎ−ＩｎＰクラッド層
３、２３、６、２６、４３、４６、６３、６６、８３、８６ ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
４、２４、４４、６４、８４ ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層
４ａ〜４ｄ、２４ａ〜２４ｄ、８４ａ〜８４ｄ 光吸収領域
５ａ〜５ｃ、２５ａ〜２５ｃ、８５ａ〜８５ｃ 光吸収抑制領域
７、２７、４７、６７、８７ ｐ−ＩｎＰクラッド層
８、２８、４８、６８、８８ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
９、２９、４９、６９、８９ ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層
１０、３０、７０ ｐ側ストライプ電極
１１、３１、５１、７１、９１ ｎ側電極
１２ 選択成長用マスク
１４ 開口部
１４ａ〜１４ｄ 幅狭部
１５ａ〜１５ｃ 幅広部
１６、３３、５２、７２ ボンディング領域
３２ａ〜３２ｃ、７３ 半絶縁性領域
５０ ｐ側テーパ状電極
９０ ｐ側進行波型電極
９０ａ 電気信号入力端子
９０ｂ 電気信号出力端子
Claims (8)
- 印加電圧に基づいて吸収係数が変化する光吸収層と、
前記光吸収層を導波する光の経路上に設けられ、光吸収の発生を抑制する抑制領域とを備えることを特徴とする半導体電界吸収型変調器。 - 第１導電型クラッド層と、
光導波方向に離散的に配置されるようにして、前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層とを備えることを特徴とする半導体電界吸収型変調器。 - 第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記光吸収層に対し光導波方向に離散的に電圧を印加する電圧印加手段とを備えることを特徴とする半導体電界吸収型変調器。 - 第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層と、
光導波方向に離散的に配置されるようにして、前記第２導電型クラッド層に形成された半絶縁性領域とを備えることを特徴とする半導体電界吸収型変調器。 - 第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成され、幅の異なる領域が設けられた光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層とを備えることを特徴とする半導体電界吸収型変調器。 - 第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の幅を異ならせるように形成された半絶縁性領域とを備えることを特徴とする半導体電界吸収型変調器。 - 前記第１導電型クラッド層、前記光吸収層および前記第２導電型クラッド層の少なくともいずれか１つは、光導波方向に対し徐々に広がるかまたはテーパ形状を含むように構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の半導体電界吸収型変調器。
- 光導波方向と同一の方向に電気信号を伝播させながら、前記光吸収層に電圧を印加する進行波型電極をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の半導体電界吸収型変調器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003278514A JP2005043722A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | 半導体電界吸収型変調器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003278514A JP2005043722A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | 半導体電界吸収型変調器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005043722A true JP2005043722A (ja) | 2005-02-17 |
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ID=34264898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003278514A Pending JP2005043722A (ja) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | 半導体電界吸収型変調器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005043722A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006317819A (ja) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | 電界吸収型変調器および半導体装置 |
| WO2018124677A1 (ko) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자 |
-
2003
- 2003-07-23 JP JP2003278514A patent/JP2005043722A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006317819A (ja) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | 電界吸収型変調器および半導体装置 |
| WO2018124677A1 (ko) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자 |
| US10903404B2 (en) | 2016-12-26 | 2021-01-26 | Lg Innotek Co., Ltd. | Semiconductor device |
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