JP2007304472A

JP2007304472A - 半導体光変調器

Info

Publication number: JP2007304472A
Application number: JP2006134980A
Authority: JP
Inventors: Norihide Kayao; 典秀柏尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減することができ、信頼性に優れたｎｉｎ型ヘテロ構造を有する半導体光変調器を提供することにある。
【解決手段】
ｎ型ＩｎＰクラッド層１２と、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１３と、電気光学効果を有するＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層１４と、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５と、アンドープＩｎＰクラッド層１６と、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７と、ｎ型ＩｎＰクラッド層１８とが順次積層されており、クラッド層１３およびクラッド層１５のバンドギャップはコア層１４のバンドギャップよりも大きく、クラッド層１２およびクラッド層１６のバンドギャップはクラッド層１３およびクラッド層１５のバンドギャップよりも大きく、バリア層１７はｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１から形成し、クラッド層１８はｎ型ＩｎＰから形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ｎｉｎ型ヘテロ構造を有する半導体光変調器に関する。

近年の光通信システムの大容量化に伴い、変調速度の高速化が進み、現在では４０Ｇｂｉｔ／ｓ級以上の光信号が伝送されるまでになっている。このような高速変調速度では、波長チャーピングが伝送距離を制限するため、波長チャーピングが大きなレーザダイオードの直接変調では、長距離伝送は難しい。そのため、現在では、波長チャーピングの小さい直流動作のレーザダイオードと外部変調器の組み合わせが用いられている。光通信システムに用いられる従来の典型的な外部変調器として、ＬｉＮｂＯ_３により構成されたＬＮ変調器がある。ＬＮ変調器の動作原理は、光導波路内に電界をかけ、電気光学効果により光導波路内の屈折率を変化させ、光の位相を制御するものである。このようなＬＮ変調器は、光位相変調器やマッハツェンダ型光変調器など多数の導波路を結合させた形で高機能光スイッチとして機能させることが可能である。しかしながら、ＬＮ変調器は、導波路長がｃｍオーダーであり、周辺回路に比べてはるかに大きく、結果として光送信器のサイズの小型化を制限してしまう問題があった。この問題を解決する構造として、ＬＮ変調器と同様の動作原理を用いた半導体光変調器が発案されている（特許文献１参照）。

図４は、従来の半導体光変調器のバンドプロファイルである。図４に示した半導体光変調器は、ｎ型電極層（不図示）と、ｎ型ＩｎＰクラッド層３０と、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３１と、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層３２と、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３３と、アンドープＩｎＰクラッド層３４と、ｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５と、ｎ型ＩｎＰクラッド層３６と、ｎ型半導体からなる電極（不図示）とを順次成長させた構造を有している。上記の各層を形成するＧａＡｓやＩｎＰなどの半導体の電気光学係数は、ＬｉＮｂＯ_３などの誘電体に比べて小さいものの、屈折率そのものは大きい。そのため、上記の半導体光変調器のサイズをＬＮ変調器の数分の１にしても、同程度の屈折率変化を生じさせることができる。また、上記の半導体光変調器は、ｎ型電極層（不図示）およびｎ型半導体からなる電極（不図示）と接触するｎ型ＩｎＰクラッド層３０および３６がともにｎ型半導体で形成されているため、抵抗を低減することができ、高速変調動作を実現することができる。なお、上記の半導体光変調器では、ｎ型電極層（不図示）およびｎ型半導体からなる電極（不図示）間に電圧を印加して、伝搬する光信号の位相を変調している。
特開２００５−９９３８７号公報

しかしながら、上記の半導体光変調器では、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層３２に電圧をかける際、リーク電流が流れないように、電子障壁を形成するため、ＩｎＰ系材料に格子整合しつつ、伝導帯障壁高さが大きいＩｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓからなるｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５を積層している。一般に、光変調器は１５Ｖ以上の耐圧を必要とするため、ｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５は、不純物濃度１×１０^１８ｃｍ^−３以上でかつ厚さ５０ｎｍ〜１００ｎｍを必要とする。しかし、ｐ型半導体は自由キャリアの吸収が大きいため、不純物濃度および厚さが大きいほど光伝搬損失が大きくなる。そのため、従来の半導体光変調器では、十分な耐圧特性および光伝搬損失の低減の両立が困難であるという問題があった。

また、ｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５の不純物に用いられているＺｎ元素が長期間の電圧印加により隣接するクラッド層中に拡散してしまい、ｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５中のＺｎ元素が減少するので、耐圧特性の低下を招く虞を否定できないといった問題もあった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減することができ、信頼性に優れたｎｉｎ型ヘテロ構造を有する半導体光変調器を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る半導体光変調器では、ｎ型ＩｎＰからなる第１のクラッド層と、第２のクラッド層と、電気光学効果を有する半導体コア層と、第３のクラッド層と、第４のクラッド層と、第５のクラッド層と、第６のクラッド層とが順次積層されており、前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップは前記半導体コア層のバンドギャップよりも大きく、前記第１のクラッド層および前記第４のクラッド層のバンドギャップは前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップよりも大きく、前記第５のクラッド層はｐ型Ｉｎ_１−ｘＡｌ_ｘＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚにより形成され、前記第６のクラッド層はｎ型ＩｎＰにより形成されたヘテロ接合積層構造を有することを特徴としている。

また、請求項２に記載のように請求項１に記載の半導体光変調器では、前記第５のクラッド層のＡｌ組成比ｘの値が０．６以上０．８以下であることを特徴としている。

また、本発明に係る半導体光変調器では、ｎ型ＩｎＰからなる第１のクラッド層と、第２のクラッド層と、電気光学効果を有する半導体コア層と、第３のクラッド層と、第４のクラッド層と、第５のクラッド層と、第６のクラッド層とが順次積層されており、前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップは前記半導体コア層のバンドギャップよりも大きく、前記第１のクラッド層および前記第４のクラッド層のバンドギャップは前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップよりも大きく、前記第５のクラッド層はｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ_１−ｗＳｂ_ｗにより形成され、前記第６のクラッド層はｎ型ＩｎＰにより形成されたヘテロ接合積層構造を有することを特徴としている。

また、請求項４に記載のように、請求項３に記載の半導体光変調器では、前記第５のクラッド層のＡｌ組成比ｙの値が０．４以上１．０以下であることを特徴としている。

また、請求項５に記載のように、請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体光変調器では、前記第５のクラッド層の不純物濃度が５×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３であることを特徴としている。

また、請求項６に記載のように、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体光変調器では、前記第５のクラッド層の厚さが１０ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴としている。

また、請求項７に記載のように、請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体光変調器では、前記第５のクラッド層の不純物元素がカーボンであることを特徴としている。

また、請求項８に記載のように、請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体光変調器では、前記第５のクラッド層は前記第４のクラッド層および前記第６のクラッド層と格子整合することを特徴としている。

本発明により、ｐ型Ｉｎ_１−ｘＡｌ_ｘＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚにより形成された第５のクラッド層と、ｎ型ＩｎＰにより形成された前記第６のクラッド層とからなるヘテロ接合を備えることで、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減できるｎｉｎ型ヘテロ構造を有する半導体光変調器を提供することができる。更に、光伝搬損失を大幅に低減できることから、光通信システムにおける伝送距離の長距離化を実現することができる。

また、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ_１−ｗＳｂ_ｗにより形成された第５のクラッド層と、ｎ型ＩｎＰにより形成された前記第６のクラッド層とからなるヘテロ接合を備えても、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減できるｎｉｎ型ヘテロ構造を有する半導体光変調器を提供することができる。

更に、ｐ型Ｉｎ_１−ｘＡｌ_ｘＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚまたはｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ_１−ｗＳｂ_ｗにより形成された第５のクラッド層の不純物元素を拡散係数の小さいカーボンとしていることから、長期間の電圧印加後も第５のクラッド層の不純物元素が隣接する第３および第４のクラッド層に拡散することなく、長期間耐圧特性を維持することが可能となり、信頼性に優れたｎｉｎ型ヘテロ構造を有する半導体光変調器を提供することができる。

本発明に係る半導体光変調器について、ｎｉｎ型ヘテロ接合積層構造（以下、ｎｉｎ型ヘテロ構造とする。）を有するメサ型導波路構造を備える半導体光変調器を例として説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の半導体光変調器を、図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明に係る第１の実施形態の半導体光変調器の構造を示す斜視図である。

第１の実施形態の半導体光変調器は、基板である半絶縁性ＩｎＰ基板１０と、半絶縁性ＩｎＰ基板１０上に形成されたｎｉｎ型ヘテロ構造とからなるメサ型導波路構造を備えている。ここで、ｎｉｎ型ヘテロ構造は、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１と、第１のクラッド層であるｎ型ＩｎＰクラッド層１２と、第２のクラッド層であるＩｎＧａＡｓＰクラッド層１３と、電気光学効果が動作光波長で有効に働き、光吸収が問題とならない程度に低くなる様に形成された半導体コア層であるＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層１４と、第３のクラッド層であるＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５と、第４のクラッド層であるアンドープＩｎＰクラッド層１６と、カーボンを不純物元素とする第５のクラッド層であるｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７と、第６のクラッド層であるｎ型ＩｎＰクラッド層１８とを備えている。なお、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７は、アンドープＩｎＰクラッド層１６およびｎ型ＩｎＰクラッド層１８と格子整合している。

そして、有機金属気相エピタキシャル成長法または分子線エピタキシャル成長法により上記の各層を順次成長させて形成されたｎｉｎ型ヘテロ構造をドライエッチングにより、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１の表面までエッチングして、メサ型導波路構造を形成している。なお、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１３およびＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５のバンドギャップはＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層１４のバンドギャップより大きくなるように形成されている。また、ＩｎＰのバンドギャップがＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップより大きいことから、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２およびアンドープＩｎＰクラッド層１６のバンドギャップはＩｎＧａＡｓＰクラッド層１３およびＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５のバンドギャップより大きくなっている。

更に、第１の実施形態の半導体光変調器は、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１およびｎ型ＩｎＰクラッド層１８上に形成された電極１９および電極２０を備えている。そして、一方の電極を正極とし、他方の電極を負極として、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層１４に電圧を印加して、電気光学効果により光位相変調を行う。なお、第１の実施形態の半導体光変調器では、動作波長１．５５μｍにおけるＩｎＧａＡｌＡｓのＧａ／Ａｌ組成比を持つＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層１４を形成している。

図２は、ＩｎＰ／Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ（点線）およびＩｎＰ／Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１（実線）のヘテロ接合における伝導帯（Ｅｃ）と価電子帯（Ｅｖ）のエネルギーバンドを示す図である。図２に示すように、ＩｎＰ／Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓのヘテロ接合における伝導帯障壁高さΔＥｃ１は、０．３５ｅＶである。一方、ＩｎＰ／Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１のヘテロ接合における伝導帯障壁高さΔＥｃ２は、０．５９ｅＶである。これより、ＩｎＰ／Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１のヘテロ接合における伝導帯障壁高さΔＥｃ２は、伝導帯障壁高さ△Ｅｃ１に比べて、０．２４ｅＶ大きいことがわかる。

図３は、本発明の半導体光変調器の構造におけるバンドプロファイルと従来の半導体光変調器の構造におけるバンドプロファイルとを比較した図である。ここで、従来の半導体光変調器の構造は、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の代わりに、Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓに不純物元素としてＺｎをドープしたｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５を用いていること以外、本発明に係る第１の実施形態の半導体光変調器の構造と同じである。すなわち、同一の不純物濃度のｎ型ＩｎＰクラッド層３６とアンドープＩｎＰクラッド層３４に挟まれた構造となっている。なお、従来構造において、ｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５の不純物濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３とし、厚さを５０ｎｍとした。

一方、本発明に係る第１の実施形態の半導体光変調器の構造では、上述のように、Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１に不純物元素としてカーボンをドープしたｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７を用いている。また、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７は、同一の不純物濃度のｎ型ＩｎＰクラッド層１８とアンドープＩｎＰクラッド層１６に挟まれている。なお、本発明のｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の不純物濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３とし、厚さを２５ｎｍとした。

図２および図３に示すように、本発明の構造に用いられたｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の厚さを、従来の構造に用いられたｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５の厚さの半分にしているが、ＩｎＰ／Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１のヘテロ接合における伝導帯障壁高さΔＥｃ２は、ＩｎＰ／Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓのヘテロ接合における伝導帯障壁高さ△Ｅｃ１に比べて、０．２４ｅＶ大きいことから、ｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５を用いた従来の構造と同程度もしくはそれ以上の高さの電子障壁を実現することが可能である。また、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の不純物濃度を適宜調整すれば、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の厚さを１０ｎｍとしても従来の構造と同程度もしくはそれ以上の高さの電子障壁を実現することが可能である。

これから、ＩｎＡｌＡｓにＳｂを添加したＩｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１でｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７を形成することで、ｎ型ＩｎＰクラッド層１８およびアンドープＩｎＰクラッド層１６と格子整合した状態で、Ａｌ組成比を０．６に増大させることができることから、伝導帯障壁高さΔＥｃを大きくできるので、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の不純物濃度を一定とした場合、十分に高い電子障壁を形成しつつ、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の厚さを低減することができる。更に、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の不純物元素を拡散係数の小さいカーボンとしていることから、長期間の電圧印加後もｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の不純物元素カーボンが隣接するｎ型ＩｎＰクラッド層１８およびアンドープＩｎＰクラッド層１６に拡散することなく、長期間耐圧特性を維持することができる。よって、本発明に係る第１の実施形態の半導体光変調器の構造を用いることで、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減することができ、信頼性に優れたｎｉｎ型ヘテロ構造を有するメサ型導波路構造を備える半導体光変調器を提供できる。更に、光伝搬損失を大幅に低減できることから、光通信システムにおける伝送距離の長距離化を実現することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態のｎｉｎ型ヘテロ構造を有するメサ型導波路構造を備える半導体光変調器について、第１の実施形態の半導体光変調器と異なる点を中心に説明する。なお、第２の実施形態の半導体光変調器の構造は、第１の実施形態の半導体光変調器の構造と基本的には同じである。第２の実施形態の半導体光変調器が、第１の実施形態と異なる点は、バリア層を形成する材質がＡｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂであることだけである。よって、第２の実施形態の半導体光変調器に係るメサ型導波路構造を形成する手順・方法も第１の実施形態と同様である。

ここで、ＩｎＰ／Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂのヘテロ接合における伝導帯障壁高さを△Ｅｃ３とすると、△Ｅｃ３＝約１．３ｅＶである。これから、当該伝導帯障壁高さΔＥｃ３は、ＩｎＰ／Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓの伝導帯障壁高さ△Ｅｃ１＝０．３５ｅＶに比べて非常に大きいことがわかる。そのため、例えば、カーボンをドープしたｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層の不純物濃度を５×１０^１７ｃｍ^−３かつ当該バリア層の厚さをｌ０ｎｍとしても、不純物濃度１×１０^１８ｃｍ^−３かつ厚さ５０ｎｍのｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５を用いた従来構造と同等もしくはそれ以上の電子障壁を実現できる。これから、バリア層にＡｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂを用いることで、十分に高い電子障壁を形成しつつ、バリア層の不純物濃度およびバリア層の厚さを低減することができる。更に、ｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層の不純物元素を拡散係数の小さいカーボンとしていることから、長期間の電圧印加後もｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層の不純物元素カーボンが隣接するクラッド層に拡散することなく、長期間耐圧特性を維持することができる。よって、本発明に係る第２の実施形態の半導体光変調器の構造を用いることで、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減することができ、信頼性に優れたｎｉｎ型ヘテロ構造を有するメサ型導波路構造を備える半導体光変調器を提供できる。更に、光伝搬損失を大幅に低減できることから、光通信システムにおける伝送距離の長距離化を実現することができる。

なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第１の実施形態では、従来の不純物濃度１×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ５０ｎｍのｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５を用いた構造と同程度もしくはそれ以上の高さの電子障壁を実現可能な、不純物濃度１×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ２５ｎｍのｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７を用いた構造が示されているが、特にこれに限定されるものでなく、適宜調整することで、多様な不純物濃度と厚さを有するｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７を用いた構造においても同様の効果を取得できる。なお、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減する効果を取得するには、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７の不純物濃度は、５×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３とすることが望ましい。また、厚さは、１０ｎｍ〜３０ｎｍとすることが望ましい。

また、第１の実施形態では、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７のＡｌ組成比を０．６としているが、特にこれに限定されるものでなく、Ａｌ組成比ｘを０＜ｘ＜１の範囲で変更することができる。しかし、Ａｌ組成比ｘを変更すると、伝導帯障壁高さΔＥｃ２も変化し、よって、ｐ型Ｉｎ_１−ｘＡｌ_ｘＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚバリア層の不純物濃度および厚さが制限される場合もあることから、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減する効果を取得するには、Ａｌ組成比ｘを０．６以上０．８以下とすることが望ましい。

また、第１の実施形態では、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７のＳｂ組成比を０．１としているが、特にこれに限定されるものでなく、Ｓｂ組成比ｚを０＜ｚ＜１の範囲で変更することができる。

また、第２の実施形態では、従来の不純物濃度１×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ５０ｎｍのｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層３５を用いた構造と同程度もしくはそれ以上の高さの電子障壁を実現可能な、不純物濃度５×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ１０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層を用いた構造が示されているが、特にこれに限定されるものでなく、適宜調整することで、多様な不純物濃度と厚さを有するｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層を用いた構造においても同様の効果を取得できる。なお、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減する効果を取得するには、ｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層の不純物濃度は、５×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３とすることが望ましい。また、厚さは、１０ｎｍ〜３０ｎｍとすることが望ましい。

また、第２の実施形態では、ｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層のＡｌ組成比を０．９５としているが、特にこれに限定されるものでなく、Ａｌ組成比ｙを０＜ｙ＜１の範囲で変更することができる。しかし、Ａｌ組成比ｙを変更すると、伝導帯障壁高さΔＥｃ３も変化し、よって、ｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ_１−ｗＳｂ_ｗバリア層の不純物濃度および厚さが制限される場合もあることから、十分な耐圧特性を備えつつ、光伝搬損失を大幅に低減する効果を取得するには、Ａｌ組成比ｙを０．４以上１．０以下とすることが望ましい。

また、第２の実施形態では、ｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層のＳｂ組成比ｗを示していないが、Ｓｂ組成比ｗは０＜ｗ＜１の範囲で変更することができる。

また、第１の実施形態では、ｎｉｎ型ヘテロ構造を有するメサ型導波路構造を備える半導体光変調器に、ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層１７を適用しているが、特にこれに限定されるものでなく、ｎｉｎ型ヘテロ構造を有する他の半導体光変調器にも適用可能である。同様に、第２の実施形態では、ｎｉｎ型ヘテロ構造を有するメサ型導波路構造を有する半導体光変調器に、ｐ型Ａｌ_０．９５Ｇａ_０．０５ＡｓＳｂバリア層を適用しているが、特にこれに限定されるものでなく、ｎｉｎ型ヘテロ構造を有する他の半導体光変調器にも適用可能である。

また、第１および第２の実施形態では、コア層はＩｎＧａＡｌＡｓからなる量子井戸構造を備えているが、特にこれに限定されるものでなく、他の半導体材料からなる量子井戸構造を備えても良い。

本発明に係る第１の実施形態の半導体光変調器の構造を示す斜視図である。ＩｎＰ／Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ（点線）およびＩｎＰ／Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１（実線）のヘテロ接合における伝導帯（Ｅｃ）と価電子帯（Ｅｖ）のエネルギーバンドを示す図である。本発明の半導体光変調器の構造におけるバンドプロファイルと従来の半導体光変調器の構造におけるバンドプロファイルとを比較した図である。従来の半導体光変調器のバンドプロファイルである。

符号の説明

１０半絶縁性ＩｎＰ基板、１１ｎ型ＩｎＰクラッド層、
１２ｎ型ＩｎＰクラッド層、１３ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、
１４ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層、
１５ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、１６アンドープＩｎＰクラッド層、
１７ｐ型Ｉｎ_０．４Ａｌ_０．６Ａｓ_０．９Ｓｂ_０．１バリア層、
１８ｎ型ＩｎＰクラッド層、１９電極、２０電極、
３０ｎ型ＩｎＰクラッド層、３１ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、
３２ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸構造からなるコア層、
３３ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、
３４アンドープＩｎＰクラッド層、
３５ｐ型Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓバリア層、
３６ｎ型ＩｎＰクラッド層

Claims

ｎ型ＩｎＰからなる第１のクラッド層と、第２のクラッド層と、電気光学効果を有する半導体コア層と、第３のクラッド層と、第４のクラッド層と、第５のクラッド層と、第６のクラッド層とが順次積層されており、前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップは前記半導体コア層のバンドギャップよりも大きく、前記第１のクラッド層および前記第４のクラッド層のバンドギャップは前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップよりも大きく、前記第５のクラッド層はｐ型Ｉｎ_１−ｘＡｌ_ｘＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚにより形成され、前記第６のクラッド層はｎ型ＩｎＰにより形成されたヘテロ接合積層構造を有することを特徴とする半導体光変調器。
前記第５のクラッド層のＡｌ組成比ｘの値が０．６以上０．８以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調器。
ｎ型ＩｎＰからなる第１のクラッド層と、第２のクラッド層と、電気光学効果を有する半導体コア層と、第３のクラッド層と、第４のクラッド層と、第５のクラッド層と、第６のクラッド層とが順次積層されており、前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップは前記半導体コア層のバンドギャップよりも大きく、前記第１のクラッド層および前記第４のクラッド層のバンドギャップは前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層のバンドギャップよりも大きく、前記第５のクラッド層はｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ_１−ｗＳｂ_ｗにより形成され、前記第６のクラッド層はｎ型ＩｎＰにより形成されたヘテロ接合積層構造を有することを特徴とする半導体光変調器。
前記第５のクラッド層のＡｌ組成比ｙの値が０．４以上１．０以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体光変調器。
前記第５のクラッド層の不純物濃度が５×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^１８ｃｍ^−３であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体光変調器。
前記第５のクラッド層の厚さが１０ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体光変調器。
前記第５のクラッド層の不純物元素がカーボンであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体光変調器。
前記第５のクラッド層は前記第４のクラッド層および前記第６のクラッド層と格子整合することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体光変調器。