JP3897420B2 - 半導体光変調装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超高速光通信および超高速光信号処理に用いる光変調装置、特に導波路構造を有する半導体を用いた電界吸収型光強度変調器等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体を用いた電界吸収型光強度変調器としては、文献（文献：ＭＱＷ電界吸収型光変調器の変調特性、佐野他、電子情報通信学会１９９０年秋予稿集、Ｃ−１５６，ｐ．４−１９８）に記載されているものがあった。この文献に開示されている電界吸収型光強度変調器の構造は、ｎ型半導体基板（ｎ−ＩｎＰ）上に、ｎ型クラッド層（ｎ−ＩｎＡｌＡｓ）と、光導波層（ｉ−ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ）と、ｐ型クラッド層（ｐ−ＩｎＡｌＡｓ）と、ｐ型オーミックコンタクト層（ｐ+ −ＩｎＧａＡｓ）とが、順次、積層されている構造で、ｎ型の層と、光導波層と、ｐ型の層とでＰＩＮダブルヘテロ接合構造が形成されている。
【０００３】
このような構造の光変調器のＰＩＮ構造（ダブルヘテロ構造とも称する。）に対して、逆バイアスの電圧が印加されると、真性導電層（ｉ(intrinsic) 層）である光導波層に電界が加えられて、電界吸収効果により光導波層内の光吸収係数が大きくなる。よって外部より、この光変調器に導入された光は印加電圧により強度変調を受ける。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電界吸収型光強度変調器によっては、アイパターン（印加する電気信号のランダムなかたまり）形状の調整をするためや、消光比（出力光強度のとりうる最小値と最大値との比）を良くするために、ＰＩＮ構造に対して順方向バイアスを印加することがある。
【０００５】
ところが順方向バイアスを印加すると、以下に示すような問題が生じる。
【０００６】
まず、ＰＩＮ構造にかかる電界強度が小さくなる。
【０００７】
これにより、ＰＩＮ構造内の空乏層の膜厚が薄くなるために電気容量（静電容量）が大きくなる。このため、インピーダンスの不整合が生じて高周波応答特性が劣化する。
【０００８】
また、ＰＩＮ構造にかかる電界強度が小さくなるために、ドリフト速度が低下する。これにより、フォトキャリアの掃き出し効率が低下して、光導波層から掃き出せるキャリアの数よりも発生するキャリアの数の方が多くなる。よって、光導波層内にキャリアが蓄積して、光導波層の屈折率を変化させてしまう。光導波層の屈折率の変化は、搬送周波数の変動の程度を示すαパラメータを増大させてしまう。
【０００９】
このように、高周波応答特性の劣化やαパラメータの増大は、例えば光ファイバ内で伝送する光の波形が歪んでしまうというような、光伝送品質を劣化させることにつながる。
【００１０】
また、印加する順方向バイアスがＰＩＮ構造のビルトイン電圧を越えると、急激に装置内に電流が流れる。
【００１１】
これにより、ＡＳＥ（Amplified spontaneos emission ：光導波層内に注入された電流が光に変換されて発生する）が発生して、この光が変調光と一緒に光ファイバ内に取り込まれてしまう。
【００１２】
また、光導波層内に注入された電流が熱に変換されてジュール熱が発生する。この結果、素子の温度を上昇させて、特性の変化や素子の寿命の低下を引き起こす。
【００１３】
また、不慮に大電力の順方向サージが印加される場合もある。このときには、過大なジュール熱の発生により、素子の破壊につながるような致命的な劣化を招く危険性がある。
【００１４】
しかしながら、従来のＰＩＮ構造を有する電界吸収型光強度変調器においては、順方向バイアスが印加される場合の対策が講じられたことはなかった。
【００１５】
このため、順方向バイアスを印加しても、その特性に悪影響を生じさせない半導体光変調装置の出現が望まれていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明の第１の半導体光変調装置によれば、導電型がｎ型の第１クラッド層、導電型がｐ型の第２クラッド層、ならびに該第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、更に、この第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している導電型がｎ型のサブクラッド層を具えることを特徴とする。
【００１７】
この発明の第２の半導体光変調装置によれば、導電型がｐ型の第１クラッド層、導電型がｎ型の第２クラッド層、ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、更に、第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している導電型がｐ型のサブクラッド層を具えることを特徴とする。
【００１８】
第１および第２の半導体光変調装置は、ホモ接合したサブクラッド層と、第２クラッド層とを具える。よって、ダブルヘテロ接合構造に対して順方向バイアス電圧を印加すると、このホモ接合の部分には逆バイアスがかかる。これにより、ホモ接合部分にエネルギー障壁ができて光導波層へのキャリアの注入を阻止する。
【００１９】
また、このとき、ダブルヘテロ接合構造内のキャリアは拡散によって移動するために、キャリアの移動速度はドリフト速度の１００倍程度遅い速度となる。よって、光導波層に注入されるキャリアは大幅に減少することから、光導波層に蓄積されるキャリアの存在が原因となって、光導波層の屈折率を変化させることはなくなる。よって、搬送波周波数は位相変調されないため、αパラメータの増大を防ぐことができる。
【００２０】
また、ダブルヘテロ接合構造の電気容量を大きくすることもなくなるために、高周波応答特性を維持することができる。
【００２１】
また、第１および第２の光変調装置には、ホモ接合部分の逆耐圧電圧とダブルヘテロ接合構造のビルトイン電圧との和に相当する電圧を印加しないと、電流は流れない。また、ダブルヘテロ接合構造の光導波層には、逆方向電圧が印加されないので、このときの光吸収は実質的になくなる。このため、光導波層での、ＡＳＥの発生およびジュール熱の発生を抑えることができる。
【００２２】
また、第１の半導体光変調装置において、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧を印加するときには、ｎ型のサブクラッド層とｐ型の第２クラッド層とのホモ接合部分には逆バイアス電圧がかかって、高いエネルギー障壁ができるために、このエネルギー障壁によってキャリアの移動は阻止される。また、ダブルヘテロ接合構造に逆バイアス電圧を印加するときには、ｎ型のサブクラッド層とｐ型の第２クラッド層との間には順バイアス電圧がかかるが、厚く、しかも不純物濃度を高くしてあるｐ型の第２クラッド層の正孔と、ｎ型のサブクラッド層から注入される電子とが結合して消滅するために、光導波層への電子の注入を抑えることができる。
【００２３】
また、第１クラッド層の導電型をｐ型とし、第２クラッド層の導電型をｎ型とし、およびサブクラッド層の導電型をｐ型とした第２の半導体光変調装置でも同様である。このように構成することによっても、光導波層へ入射される光によって発生するキャリア以外の、光導波層へのキャリアの注入を防ぐことができる。
【００２４】
また、上述した半導体光変調装置において、第１クラッド層の導電型をｎ型とするとき、電極を設けるためのオーミックコンタクト層はｎ型となる。このため、オーミックコンタクト抵抗を、ｐ型オーミックコンタクト層の抵抗のおよそ１／１０に小さくすることができる。
【００２５】
オーミックコンタクト層とダブルヘテロ接合構造とは直列に結合しているので、オーミックコンタクト層の抵抗が大きいと、この部分で電圧降下がおこりダブルヘテロ接合構造にかかる電圧が減ってしまう。
【００２６】
ここでは、オーミックコンタクト層をｎ型にすることができるために、ダブルヘテロ接合構造にかかる電圧を上げることができて、その結果、周波数応答特性を向上させることができる。
【００２７】
また、第１クラッド層の導電型をｎ型とすると、このｎ型の層の上にオーミックコンタクト層が設けられる。ところが、ｎ型の層はｐ型の層よりも抵抗が小さいため、必ずしもオーミックコンタクト層を設けなくても電極を形成できる。オーミックコンタクト層は、光吸収が極めて大きい層であるため、導波光を吸収するおそれがあるが、オーミックコンタクト層を設けていない場合には、導波光の吸収を低減することができる。
【００２８】
また、オーミックコンタクト層に電極を設けるときの熱処理温度を、ｐ型の層に設けるときよりも低く抑えることができ、また、熱処理時間のトレランスを緩くすることができる。よって再現性をよくすることができる。また、装置への熱によるダメージを低減することができる。
【００２９】
第１の半導体光変調装置において、ダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧が印加されるとき、サブクラッド層から第２クラッド層に注入される導電型がｎ型のキャリアを、第２クラッド層内の導電型がｐ型のキャリアと結合させることにより、導電型がｎ型のキャリアが第２クラッド層を通って光導波層へ達することがないように、第２クラッド 層の不純物濃度および、この層の厚さの双方またはいずれか一方が決められていることが好ましい。
【００３０】
このように構成することにより、ダブルヘテロ接合構造に逆バイアス電圧を印加するとき、サブクラッド層と第２クラッド層とは順バイアスとなるため、サブクラッド層から第２クラッド層には導電型がｎ型のキャリアが注入される。しかしながら、この第２クラッド層は十分に厚く、しかも不純物濃度を高くした層として形成されているので、導電型がｎ型のキャリアは、第２クラッド層内で、導電型がｐ型のキャリアと結合して消滅する。このため、光導波層内に、入射した光によって発生したキャリア以外のキャリアが注入されるのを防ぐことができる。よって、新たに半導体光変調装置の構造に加えられたサブクラッド層によって、従来この装置のもつ、逆バイアス電圧を印加して得られる光変調特性に、悪影響を及ぼすおそれはない。また、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧を印加するとき、拡散によって、万が一光導波層に第１クラッド層から導電型がｎ型のキャリアが移動しても、この導電型がｎ型のキャリアは第２クラッド層内の導電型がｐ型のキャリアによって補償されてしまうので、この半導体光変調装置に電流が流れる心配はない。
【００３１】
第２の半導体光変調装置において、ダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧が印加されるとき、サブクラッド層から第２クラッド層に注入される導電型がｐ型のキャリアを、第２クラッド層内の導電型がｎ型のキャリアと結合させることにより、導電型がｐ型のキャリアが第２クラッド層を通って光導波層へ達することがないように、第２クラッド層の不純物濃度および層の厚さの双方またはいずれか一方が決められていることが好ましい。
【００３２】
第１および第２の半導体光変調装置において、さらに、光導波層および第２クラッド層が電流狭窄層によって埋め込まれていて、電流狭窄層は、積層方向に、順次設けられた導電型がｐ型の第１ブロック層、導電型がｎ型のブロック層および導電型がｐ型の第２ブロック層で以て構成され、かつ少なくとも、光導波層および第２クラッド層の両側に設けられていることが好ましい。
【００３３】
このような埋め込み型の半導体光変調装置においては、上述した半導体光変調装置と同じ作用効果が得られる。また、第１ブロック層とブロック層と第２ブロック層とで構成された電流狭窄層が設けられているために、光導波層の両側から電流が漏れるのを防ぐことができる。
【００３４】
第１および第２の半導体光変調装置において、サブクラッド層は、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあってもよい。
【００３５】
この構造は、下地上に、サブクラッド層、第２クラッド層、光導波層、第１クラッド層の順で積層された構造となる。これにより、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加されるときには、第２クラッド層とサブクラッド層とのホモ接合部分にかかる逆バイアス電圧により大きなエネルギー障壁ができる。これにより、キャリアの光導波層への注入を抑制することができる。また、この光変調装置に順バイアス電圧を印加するときに、電流が流れ始める電圧を、ダブルヘテロ構造部分のビルトイン電圧とホモ接合部分の逆耐圧電圧との和に相当する電圧にまで高くすることができる。
【００３６】
第１および第２の半導体光変調装置において、サブクラッド層は、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあってもよい。
【００３７】
この構造は、下地上に、第１クラッド層、光導波層、第２クラッド層、サブクラッド層が順に積層された構造となる。このような構造にしても、上述したような作用効果が得ら れる。
【００３８】
また、サブクラッド層が、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあるような半導体光変調装置において、好ましくは、第１クラッド層の、光導波層とは反対側の面に第１電極を設け、およびこの面と同一の面の側に、サブクラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるのがよい。
【００３９】
このような位置に第１電極および第２電極を設ければ、積層方向から見て、反対側の面にそれぞれ電極を設けていた従来と比べて、電極容量を小さくすることができる。このため、高周波特性を向上させることができる。
【００４０】
また、サブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような半導体光変調装置においては、サブクラッド層の、ダブルヘテロ接合構造側とは反対側の面に第１電極を設け、およびこの面と同一の面の側に第１クラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるのがよい。
【００４１】
このような構造にしても、半導体光変調装置の電極容量を従来よりも小さくすることができる。
【００４２】
導電型がｎ型の第１クラッド層、導電型がｐ型の第２クラッド層、並びに第１及び第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、さらに、導電型がｎ型の第１層および導電型がｐ型の第２層からなり、かつ第２層が第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えることを特徴とする半導体光変調装置がよい。
【００４３】
また、導電型がｐ型の第１クラッド層、導電型がｎ型の第２クラッド層、並びに第１及び第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、さらに、導電型がｐ型の第１層および導電型がｎ型の第２層からなり、かつ第２層が第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えることを特徴とする半導体光変調装置がよい。
【００４４】
このホモ接合層は、例えばｐｎ接合素子（ダイオード）とする。ダイオードは第１層と第２層を有している。ここで、第１層の導電型をｎ型および第２層の導電型をｐ型としてもよいし、第１層の導電型をｐ型、および第２層の導電型をｎ型としてもよい。つまり、この半導体光変調装置では、従来のダブルヘテロ接合構造を有する半導体光変調装置の第２クラッド層と、この第２クラッド層と同じ導電型を有するホモ接合層の第２層とを電気的に結合させている。これにより、ホモ接合層の第１層を、既に説明したサブクラッド層と実質的に同じ役割を担う層として動作させることができる。これにより、上述したサブクラッド層と同じ作用効果が得られる。また、万が一、この半導体光変調装置に、順方向の過大な電気的サージが印加されることがあった場合、ダメージを受けるのは、安価なダイオード等のホモ接合層の方であり、高価な光変調器（ダブルヘテロ接合構造）のダメージを回避することができる。このため、この半導体光変調装置を光通信システムに用いたりする場合に、保守コストを低く抑えることができる。
【００４５】
また、サブクラッド層が、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあるような半導体光変調装置であって、第１クラッド層の、光導波層とは反対側の面に第１電極を設け、この面と同一の面の側に、サブクラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるような半導体光変調装置および、サブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような半導体光変調装置であって、サブクラッド層の、ダブルヘテロ接合構造側とは反対側の面に第１電極を設け、この面と同一の面の側に第１クラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるような半導体光変調装置の製造方法は、第１電極および第２電極を、同一工程で、かつ同時に形成する工程を含んでいるのがよい。
【００４６】
これにより、電極形成工程を、従来よりも簡略化させ、かつ工程数を減らすことができる。よって半導体光変調装置の製造コストの低減が期待できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明を図示例に限定するものではない。また、図において、図を分かり易くするために断面を示すハッチング（斜線）は一部分を除き省略してある。
【００４８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態として、例えば、下地上に、第１導電型の第１クラッド層、第２導電型の第２クラッド層、ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を具え、さらに第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している第１導電型のサブクラッド層を具えている半導体光変調装置につき、図を参照して説明する。この実施の形態の半導体光変調装置のサブクラッド層は、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてある。図１（Ａ）は第１の実施の形態の半導体光変調装置の概略的な断面図である。
【００４９】
まず、第１の実施の形態の半導体光変調装置の構造につき説明する。
【００５０】
この例では、下地１１をキャリア濃度が１×１０18ｃｍ − 3のｎ+ −ＩｎＰ基板とし、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とする。ｎ+ −ＩｎＰ基板１１上に、サブクラッド層１３としてのｎ−ＩｎＰサブクラッド層、第２クラッド層１５としてのｐ−ＩｎＰクラッド層、光導波層１７としてのアンドープＩｎＧａＡｓＰ層、第１クラッド層１９としてのｎ−ＩｎＰクラッド層が順次積層され、このｎ−ＩｎＰクラッド層１９の上にｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１が設けられている。
【００５１】
ここでは、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５の一部とアンドープＩｎＧａＡｓＰ層１７とｎ−ＩｎＰクラッド層１９とｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１との積層体がメサ形状に加工されていて、このメサ形状部分２０の両側のｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３の上側の領域には、例えばポリイミド等の電気的絶縁層２３が形成されている（図１（Ａ））。このポリイミド２３によりメサ形状部分は埋め込まれていて、光導波層への光の閉じこめと、電界の狭窄を図っている。
【００５２】
また、電極としてｎ+ −ＩｎＰ基板１１の下面側に電極２５が、またオーミックコンタクト層２１の上側に電極２７が、それぞれ形成されている。
【００５３】
また、ｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ − 3で膜厚は１μｍ、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ − 3で膜厚は１μｍ、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１７の膜厚は０．２〜０．３μｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１９のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ − 3で膜厚は１μｍ、ｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ − 3で膜厚は０．２μｍとした。
【００５４】
ここで、このダブルヘテロ接合構造（ｎ−ＩｎＰクラッド層１９、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１７およびｐ−ＩｎＰクラッド層１５）に逆バイアス電圧が印加されるとき、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５にｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３から注入される電子を、このｐ−ＩｎＰクラッド層１５内の正孔と結合させることにより電子がｐ−ＩｎＰクラッド層１５を通って光導波層１７へ達することがないように、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５のキャリア濃度および層１５の厚さの双方またはいずれか一方が決められている。好ましくは、キャリア濃度と層厚とを決めるのがよく、例えばここでは、キャリア濃度を５×１０17ｃｍ − 3とし、層１５の厚さを１μｍとした。
【００５５】
また、光導波層１７は、逆バイアス電圧が印加されないときには外部からの入射光を吸収しないように、かつ逆バイアス電圧が印加されるときには入射光を吸収するように入射光の波長に対して、好ましくは、３０ｎｍから１００ｎｍ短波長側に光導波層のバンドギャップ波長を設定するのがよい。この調整は光導波層１７の組成や構造を変えることにより行う。
【００５６】
また、この半導体光変調装置の光が入射される端面および、反対側の端面には反射防止膜が全面に形成されている（図示せず。）。この反射防止膜は、入射光に対して透明な材料からなり、例えば、ＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜のような誘電体絶縁膜である。また、この膜は、単層でも多層でもよい。
【００５７】
また、この実施の形態の半導体光変調装置の主要部である各層の形成は、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属熱分解気相成長法）により行う。このとき、ｎ型の層を形成するために用いるｎ型不純物をＳｎやＳとし、ｐ型の層を形成するためのｐ型不純物をＺｎ等とする。
【００５８】
また、この実施の形態の半導体光変調装置においては、サブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような構造としてもよい。この場合、図１（Ｂ）に示すように、例えば第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とすると、ｎ+ −ＩｎＰ基板１１上に、第１クラッド層１９としてのｎ−ＩｎＰクラッド層、光導波層１７としてのアンドープＩｎＧａＡｓＰ層、第２クラッド層１５としてのｐ−ＩｎＰクラッド層、サブクラッド層１３としてのｎ−ＩｎＰサブクラッド層が順次積層され、このｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３の上にｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１が設けられる。
【００５９】
ここでは、ｎ−ＩｎＰクラッド層１９の一部から上に位置している層である、光導波層１７とｐ−ＩｎＰクラッド層１５とｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３とｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１との積層体がメサ形状に加工されていて、このメサ形状部分２０の両側であって、かつｎ−ＩｎＰクラッド層１９上の領域には、例えばポリイミド等の電気的絶縁層２３が形成されている。このポリイミドによりメサ形状部分２０は埋め込まれていて、光導波層１７への光の閉じこめと、電界の狭窄を図っている（図１（Ｂ））。
【００６０】
また、電極としてｎ+ −ＩｎＰ基板１１の下面側に電極２５が、またオーミックコンタクト層２１の上側に電極２７が、それぞれ形成されている。
【００６１】
次に、この半導体光変調装置の動作につき説明する。図２は図１（Ａ）に示す構造の半導体光変調装置の動作の説明に供する概略的なエネルギーダイアグラムである。また、図２の横軸はメサ形状部分の各領域を順に示してあり、および縦軸はエネルギー順位（相対値）をとって示してある。
【００６２】
まず、図２は熱平衡時（図２（Ａ））、逆バイアス電圧印加時（図２（Ｂ））および順バイアス電圧印加時（図２（Ｃ））における、ｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３（サブクラッド層、単にｎ型サブクラッド層とも称する。）の領域、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５（第２クラッド層、単にｐ型クラッド層とも称する。）の領域、アンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層（光導波層）１７の領域およびｎ−ＩｎＰクラッド層１９（第１クラッド層、単にｎ型クラッド層とも称する。）の領域のエネルギー準位を示している。上側の線Ｌ1 が伝導帯端エネルギーを、下側の線Ｌ2 が価電子帯エネルギーをそれぞれ表している。また、図中の黒丸は電子、白丸はホール（正孔）をそれぞれ表していて、矢印でバイアスによる流れを示している。
【００６３】
熱平衡時（図２（Ａ）参照。）においては、ビルトイン電圧が光導波層１７に印加されている。よって外部からの入射光（ｈν）はわずかに吸収され、他の光は透過する。吸収された光は光導波層１７内で、電子とホール（正孔）に分離して、電子はｎ型クラッド層１９へ拡散し、ホールはｐ型クラッド層１５の方へ拡散していく。ところがホールは、ｐ型クラッド層１５とｎ型サブクラッド層１３との間に生じているエネルギー障壁によって、ｎ型サブクラッド層１３側への移動を阻止される。この結果、光導波層１７内の価電子帯にホールが蓄積されて、光吸収はほとんどなくなる。
【００６４】
次に、ダブルヘテロ接合構造に対して逆方向バイアス電圧を印加する場合（図２（Ｂ）参照。）、電界吸収効果により、光導波層１７は外部からの入射光（ｈν）を吸収して、電子およびホールを多数発生させる。このとき、ｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５とのホモ接合部分には順方向バイアスがかかるので、この部分のエネルギー障壁はなくなってホールは蓄積されずにｎ型サブクラッド層１３側へ流れる。これにより継続的に光吸収を行うことができる。また、ｐ型クラッド層１５は、ここでは１μｍの厚さの層で、またキャリア濃度を５×１０17ｃｍ − 3としてある。このため、ダブルヘテロ接合構造に逆方向バイアスが印加されるとき、ｎ型サブクラッド層１３からｐ型クラッド層１５へ電子が注入されるが、ｐ型クラッド層１５内のホールと注入された電子とが結合して消滅する（図中×印で示してある。）ために、ｐ型クラッド層１５から光導波層１７への電子の注入を抑えることができる。したがって、光導波層１７内には外部からの入射光によって発生したキャリア以外のキャリアは存在しない。よってこの装置のトランジスタとしての電流増幅作用を十分抑制して、光導波層１７での理想的な光電流変換動作を実現することができる。
【００６５】
また、ダブルヘテロ接合構造に対して、順方向バイアス電圧を印加する場合（図２（Ｃ）参照。）、光導波層１７には逆方向電圧がかからないので外部からの光吸収はほとんどなくなる。また、このときｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５との間には逆バイアスが印加されているため高いエネルギー障壁ができる。この障壁により、ｎ型サブクラッド層１３からｐ型クラッド層１５へのホールの注入を防ぐことができる。また、ｎ型クラッド層１９から光導波層１７を通りｐ型クラッド層１５の方へ移動する電子は、光導波層１７とｐ型クラッド層１５とのヘテロ接合の障壁によって移動を妨げられる。しかしながらこの障壁は順方向バイアス電圧を少し上げれば電子が越えられる高さである。ここで、ｐ型クラッド層１５は上述したとおり、注入された電子に層１５内のホールを結合させることによって、ｐ型クラッド層１５から先の層１３への電子の注入を抑制することができるようにキャリア濃度および厚さが設定されている層である。このため、光導波層１７にはキャリアが注入されないので発光再結合は起こらず、ＡＳＥの発生を防ぐことができる。
【００６６】
以上のことから、この半導体光変調装置の電流電圧特性および消光特性は、図３に示すようになる。図３（Ａ）は、電流電圧特性図であり、図３（Ｂ）は、消光特性を示す、電圧−光透過率特性図である。図３（Ａ）中、横軸に電圧および縦軸に電流を任意の単位でとって示してある。また、図３（Ｂ）中、横軸に電圧を任意に単位で示し、かつ縦軸に光の透過率をとって示してある。
【００６７】
図中の特性曲線のうち、点線で示される曲線は従来の半導体光変調装置の特性を、実線で示される曲線はこの実施の形態の半導体光変調装置の特性をそれぞれ示している。
【００６８】
図３（Ａ）を参照すると、通常の電界吸収型の半導体光変調装置の動作領域であるダブルヘテロ接合構造に逆バイアス電圧が印加されるような電圧の領域では、ｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５とのホモ接合部のビルトイン電圧ｖａの分だけ、逆バイアス側にブレイクダウン電圧がずれている。また、図３（Ｂ）を参照すると、やはりこの電圧領域内ではホモ接合部のビルトイン電圧分ｖａだけ、所望の光吸収が得られる電圧が逆バイアス側にずれている。しかし、このビルトイン電圧ｖａは０．７Ｖ程度であるので、従来の半導体光変調装置とほぼ同様の電界吸収効果が得られていると言える。
【００６９】
また、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加される電圧の領域では、ｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５とのホモ接合部の逆耐圧電圧ｖｂと、ダブルヘテロ接合構造部のビルトイン電圧ｖｃの和に相当する電圧まで、装置に電流が流れてしまうのを防ぐことができる（図３（Ａ）参照。）。このホモ接合部の逆耐圧電圧ｖｂは、１０〜２０Ｖという大きい値を示すものである。また、図３（Ｂ）を参照すると、この領域では外部からの入射光は強度変調も屈折率変調も受けずに出力されている。これは、図３（Ａ）および（Ｂ）から、順バイアス電圧を印加したときに電流が流れないので光導波層内にキャリアが注入されず、光導波層内にキャリアが蓄積されないことを示唆し、また、光導波層内での発光再結合を防ぐことができるということを意味している。
【００７０】
上述した作用効果と同様の作用効果が、図１（Ｂ）に示した構造の半導体光変調装置においても得られる。また、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として装置を形成してもよい。
【００７１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、第１の実施の形態で説明した、この発明の半導体光変調装置の特徴的な構成をＢＨ型（buried hetero structure ）つまり埋め込み型構造の半導体光変調装置に適用させた例につき図を用いて説明する。図４において（Ａ）は、この実施の形態の半導体光変調装置の概略的な断面図であり、および（Ｂ）は、従来のＢＨ型半導体光変調装置の断面図（図４（Ｂ））である。
【００７２】
以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００７３】
この半導体光変調装置の構造は、ダブルヘテロ接合構造の光導波層および第２導電型の第２クラッド層が電流狭窄層によって埋め込まれていて、電流狭窄層は、積層方向に順次、第２導電型の第１ブロック層、第１導電型のブロック層および第２導電型の第２ブロック層で以て構成され、かつ少なくとも、光導波層および第２クラッド層の両側に設けられている。
【００７４】
この例では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とする。
【００７５】
このため、図４（Ａ）に示すように、ｎ+ 基板１１上にｎ型サブクラッド層１３、ｐ型クラッド層１５、光導波層１７およびｎ型クラッド層１９が順次積層してあり、ここでは、ｐ型クラッド層１５と光導波層１７とｎ型クラッド層１９の一部が電流狭窄層３１によって埋め込まれている。この電流狭窄層３１は、ｎ型サブクラッド層１３上であってｐ型クラッド層１５の両側に位置する領域に、導電型がｐ型の第１ブロック層３１ａと、この第１ブロック層３１ａ上に導電型がｎ型のブロック層３１ｂが設けられ、ブロック層３１ｂの上に導電型がｐ型の第２ブロック層３１ｃが形成されている。また、第１ブロック層３１ａはｐ型クラッド層１５、光導波層１７およびｎ型クラッド層１９の一部からなるメサ形状部分２０の両側に接している。
【００７６】
また、第１の実施の形態と同様に、ｎ型クラッド層１９の上側にはｎ型のオーミックコンタクト層２１とこの層２１の上に電極２７が形成されていて、ｎ型基板１１の下側にも電極２５が形成されている。
【００７７】
これに対して、従来のＢＨ型構造の半導体光変調装置の構造は、図４（Ｂ）を参照すると、ｎ+ 基板１１０上にｎ型クラッド層１９０、光導波層１７０およびｐ型クラッド層１５０が順次積層されていて、光導波層１７０とｎ型クラッド層１９０およびｐ型クラッド層１５０の一部がメサ形状部２００となり、電流狭窄層３１０によって埋め込まれている。この電流狭窄層３１０は、ｎ型クラッド層１９０上にｐ型ブロック層３１０ｘ、ｎ型ブロック層３１０ｙの順で積層されている。そしてｐ型クラッド層１５０の上側にｐ型オーミックコンタクト層２２０が設けられていて、このｐ型オーミックコンタクト層２２０上にｐ型側の電極２６０が、ｎ+ 基板１１０の下面側にｎ型側の電極２８０がそれぞれ設けられている。
【００７８】
この従来の装置のダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧を印加すると、ｎ型クラッド層１９０とｐ型ブロック層３１０ｘとの界面１９０ａに逆バイアスがかかるために、この界面１９０ａにエネルギー障壁ができてメサ形状部２００の両側からリークする電流を阻止することができる。しかしながら、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加されたときには、この界面１９０ａに順バイアス電圧がかかって、エネルギー障壁が小さくなってしまい、大きなリーク電流が流れてしまう。
【００７９】
この実施の形態の半導体光変調装置においては、ｎ型サブクラッド層１３と第１ブロック層３１ａ（ｐ型）とでｎ−ｐホモ接合が形成され、この第１ブロック層３１ａとｎ型クラッド層１９とで、ｐ−ｎホモ接合が形成される。このため、電圧をダブルヘテロ接合構造に対して逆方向バイアスに印加させた場合、もしくは順方向バイアスに印加させた場合のどちらの場合においても、上記のホモ接合のどちらか一方のホモ接合のエネルギー障壁を高くすることができるために、メサ形状部分２０の両側からリークする電流を阻止することができる。
【００８０】
この結果、第１の実施の形態と同様の効果が得られ、さらに、リーク電流を小さくすることができるので、より高い電圧の印加が可能となる。また、高周波領域までインピーダンスの整合を保持することができるようになる。
【００８１】
また、第２の実施の形態の半導体光変調装置の構造において、下地上に積層する層の順を、ｎ型クラッド層、光導波層、ｐ型クラッド層およびｎ型サブクラッド層、オーミックコンタクト層の順としてもよい。
【００８２】
また、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００８３】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態として、この発明の半導体光変調装置の特徴的な構成の半導体光変調装置であって、電極を平面電極配置にして形成する例につき図を用いて説明する。図５は、この実施の形態の半導体光変調装置の光の導波方向に対して垂直な断面の概略的な構造図である。
【００８４】
以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００８５】
この実施の形態の半導体光変調装置は、第１導電型のサブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような半導体光変調装置であって、サブクラッド層の、ダブルヘテロ接合構造側とは反対側の面に第１電極を設け、この面と同一の面の側に第１導電型の第１クラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてある。
【００８６】
この半導体光変調装置の第１導電型をここではｎ型とし、第２導電型をｐ型とする。また、この例ではサブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるが、第１の実施の形態のようにサブクラッド層が下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあってもよい。よって第１の実施の形態で得られる効果と同様の効果が得られる。
【００８７】
半絶縁性基板４１上に、ｎ型クラッド層１９、光導波層１７、ｐ型クラッド層１５およびｎ型サブクラッド層１３が順次積層されていて、ｎ型サブクラッド層１３の上側にはｎ型のオーミックコンタクト層２１が形成されている。そして、例えば、このオーミックコンタクト層２１とｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５と光導波層１７とｎ型クラッド層１９の一部とでメサ形状部４３が形成されている。このメサ形状部４３の両側であってｎ型クラッド層１９上の領域は絶縁性の材料からなる層４５（電気絶縁層とも称する。）で埋め込まれている。ここでは、この電気絶縁層４５に、ｎ型クラッド層１９の表面の一部が露出するスルーホール４７を形成してある。そしてメサ形状部４３のオーミックコンタクト層２１の上面に第１電極４９であるｎ型電極が設けてあり、露出しているｎ型クラッド層１９の表面に第２電極５１としてｎ型電極が設けてある。
【００８８】
このような位置に第１電極４９および第２電極５１を設ければ、第１の実施の形態のように積層方向から見て、反対側の面にそれぞれ電極を設けている構造と比較して、電極間の距離を長くすることができるために、電極容量を小さくすることができる。このため、高周波特性を向上させることができる。
【００８９】
また、この実施の形態の半導体光変調装置を製造するにあたり、第１電極４９および第２電極５１を、同一工程で、かつ同時に形成する工程を含んでいるのがよい。
【００９０】
この例では、メサ形状部４３のオーミックコンタクト層２１上の領域と、露出させたｎ型クラッド層１９の表面の領域が、少なくとも露出するようなマスクを設けて、例えば、ｎ型電極（４９および５１）としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（下側から順にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ）を蒸着により形成する。
【００９１】
これに対して、従来のダブルヘテロ接合構造を有する光変調器において、平面電極配置を導入させることもできるが、この実施の形態の第１電極および第２電極に相当する電極は、導電性が異なるものとなる。例えば第１電極がｐ型側の電極であれば、第２電極はｎ型側の電極となる。よって、同一の工程で、同時に２つの電極を形成するのは困難である。また、第１の実施の形態のように、２つの電極が、互いに装置の反対側の面に形成されている場合においても、同時に形成するのは困難である。
【００９２】
したがって、この実施の形態では、半導体光変調装置の電極形成工程を、従来よりも簡略化させ、かつ工程数を減らすことができる。よって半導体光変調装置の製造コストの低減が期待できる。
【００９３】
また、第３の実施の形態の半導体光変調装置の構造は、第２電極がｎ型クラッド層と電気的に接続していれば、上述した構造に限られるものではない。
【００９４】
また、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００９５】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態として、この発明の特徴的な半導体光変調装置の構成を、従来からあるダブルヘテロ接合構造の光変調器と、ダイオードのようなホモ接合層とを結合させた半導体光変調装置で以て達成する例につき、図を参照して説明する。図６は、この実施の形態の半導体光変調装置の構造を示す概略図である。
【００９６】
この例の半導体光変調装置は、下地上に、第１導電型の第１クラッド層、第２導電型の第２クラッド層ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を具え、さらに第１導電型の第１層および第２導電型の第２層からなり、かつ第２層が第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えるような半導体光変調装置である。
【００９７】
ここでは、例えば、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として、下地をｎ型基板とする。
【００９８】
よって、この半導体光変調装置は図６（Ａ）を参照すると、ｎ型基板１１上に、順にｎ型クラッド層１９、光導波層１７およびｐ型クラッド層１５からなるダブルヘテロ接合構造を有し、このｐ型クラッド層１５上にｐ型オーミックコンタクト層５３が形成されており、このｐ型オーミックコンタクト層５３上にｐ型側電極５５が設けられていて、ｎ型基板の下面側にｎ型側電極５７が設けられているような光変調器６１に、ｎ型層（第１層）およびｐ型層（第２層）からなり、このｐ型層がｐ型クラッド層１５と電気的に結合しているホモ接合層６３を具えている。
【００９９】
このホモ接合層６３は、例えばｐｎ接合素子（ダイオード）とする。
【０１００】
ここでは、ダイオード６３のｐ型側の電極６３ａと、光変調器のｐ型クラッド層１５側に形成されているｐ型側電極５５とを接続している。
【０１０１】
これにより、ダイオードのｎ型層を、第１の実施の形態で既に説明したサブクラッド層１３（ｎ型）と実質的に同じ役割を担う層として動作させることができる。これにより、第１の実施の形態と同じ作用効果が得られる。
【０１０２】
この装置に逆バイアス電圧が印加される場合においては、ブレイクダウン電圧が−１０Ｖよりマイナス側になり、順バイアス電圧が印加される場合においても電流が流れ始める電圧（これもブレイクダウン電圧と称する。）は１０Ｖ以上に上げることができる。また、光の透過率特性は、従来の半導体光変調装置の逆バイアス電圧印加領域において、およそ０．８Ｖだけ逆バイアス側に移行した特性曲線が得られた。
【０１０３】
また、万が一、この半導体光変調装置に、順方向の過大な電気的サージが印加されることがあった場合、ダメージを受けるのは、安価なダイオードのホモ接合層の方であり、高価な光変調器（ダブルヘテロ接合構造）へのダメージを回避することができる。このため、この半導体光変調装置を光通信システムに用いたりする場合に、保守コストを低く抑えることができる。
【０１０４】
また、ダイオードおよびダブルヘテロ接合構造への印加電圧を、それぞれ別に印加させることができる。このため、バイアスの調整が容易になる。
【０１０５】
また、この実施の形態の半導体光変調装置において、図６（Ｂ）に示しているように光変調器６１のｎ型側電極５７とダイオード６３のｎ型側の電極６３ｂとを接続させてもよい。このときには、第１の実施の形態において、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としたときのサブクラッド層と実質的に同じ役割をダイオード６３のｐ型層が果たすことになる。このような構造にしても上述した効果と同様の効果が得られる。
【０１０６】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の半導体光変調装置によれば、下地上に、第１導電型の第１クラッド層、第２導電型の第２クラッド層、ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を具え、更に、この第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している第１導電型のサブクラッド層を具えることを特徴とする。
【０１０７】
これにより、半導体光変調装置に印加する電気信号のマーク側の電圧をダブルヘテロ接合構造に対して順バイアス電圧が印加される領域に設定しても、マーク側のαパラメータの値を、電圧が印加されないとき（０Ｖ）の値付近の値でクリップさせることができる。
【０１０８】
また、このとき、マーク側の周波数応答特性も熱平衡時の特性を維持することができる。
【０１０９】
また、このとき装置に電流が流れないようにすることができるので、ＡＳＥの発生を抑制できる。
【０１１０】
したがって、この装置において、光の伝送品質を著しく向上させることができ、その結果、光通信システムの性能の大きな改善が期待される。
【０１１１】
また、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加されているとき、ジュール熱の発生を抑えることができるので、装置の放熱設計が容易となり、クーラーレス実装の実現が期待される。
【０１１２】
また、ダブルヘテロ接合構造に順方向バイアスのサージ電圧が印加されたとしても、１０〜２０Ｖのｐ−ｎ接合の逆耐圧電圧と、０．７〜０．８Ｖ程度のダブルヘテロ接合構造のビルトイン電圧との和に相当する電圧よりも低い電圧であれば、このサージ電圧がダブルヘテロ接合構造にかかるのを回避できる。よって、従来よりも電気的サージに対する耐性に優れた半導体光変調装置を提供することができる。
【０１１３】
また、この発明の半導体光変調装置において、第１導電型をｎ型とするとき、電極を設けるためのオーミックコンタクト層はｎ型となる。このため、オーミックコンタクト抵抗を、ｐ型オーミックコンタクト層の抵抗のおよそ１／１０に小さくすることができる。
【０１１４】
オーミックコンタクト層とダブルヘテロ接合構造とは直列に結合しているので、オーミックコンタクト層の抵抗が大きいと、この部分で電圧降下がおこりダブルヘテロ接合構造にかかる電圧が減ってしまう。
【０１１５】
ここでは、オーミックコンタクト層をｎ型にすることができるために、ダブルヘテロ接合構造にかかる電圧を上げることができて、その結果、周波数応答特性を向上させることができる。
【０１１６】
また、第１導電型をｎ型とすると、このｎ型の層の上にオーミックコンタクト層が設けられる。ところが、ｎ型の層はｐ型の層よりも抵抗が小さいため、必ずしもオーミックコンタクト層を設けなくても電極を形成できる。オーミックコンタクト層は、光吸収が極めて大きい層であるため、導波光を吸収するおそれがあるが、オーミックコンタクト層を設けていない場合には、導波光の吸収を低減することができる。
【０１１７】
また、オーミックコンタクト層に電極を設けるときの熱処理温度を、ｐ型の層に設けるときよりも低く抑えることができ、また、熱処理時間のトレランスを緩くすることができる。よって再現性をよくすることができる。また、装置への熱によるダメージを低減することができる。
【０１１８】
また、半導体光変調装置の半導体の材料は、実施の形態ではＩｎＰを用いているが、これに限らず、ＧａＡｓ等を用いてもよい。また、光導波層は、アンドープ層でなくても、この発明の効果が得られる範囲内であれば、ｉ層や導電型の層としてもよい。また、この光導波層は、実施の形態では、ＩｎＧａＡｓＰ結晶からなる層としているが、これに限らず、量子井戸構造や格子歪み構造の光導波層としてもよい。また、この発明の実施の形態では電界吸収型の光強度変調器を例に挙げて説明したが、光位相変調器やマッハツェンダ干渉計が構成要件に加えられている光強度変調器にも、この発明を適用することができる。また、電界吸収型光変調器、位相変調器、マッハツェンダ型光強度変調器および半導体レーザ等の導波路型半導体光素子を集積化した装置に関しても、この発明を適用できる。
【０１１９】
また、第１の実施の形態において、電気的絶縁層の底面は第２導電型の第２クラッド層内にあるが、これに限らず、光の閉じこめ効果と電界の狭窄という効果が得られれば、ダブルヘテロ接合構造内のどの層内にあってもよい。また、メサ形状部分を埋め込む電気的絶縁層には、第２導電型の半導体層や、ｉ層（真性導電層）や、半絶縁半導体層を用いてもよい。
【０１２０】
また、第２の実施の形態において、電流狭窄層を構成する、第２導電型の第１ブロック層、第１導電型のブロック層および第２導電型の第２ブロック層のうち、第１ブロック層のみが、この実施の形態の効果を得るための層となっているが、これ以外の２つの層は、通常のＢＨ型構造でｐｎｐｎ接合を構成するときに導入される層と同様の作用を有する層であるため、必要である。また、実施の形態では、この第１ブロック層をｐ型の層としたが、アンドープ層や半絶縁性の層としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施の形態の説明に供する、半導体光変調装置の概略的な断面図である。
【図２】 （Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態の説明に供する、概略的なエネルギーダイアグラム図である。
【図３】 （Ａ）は、第１の実施の形態の装置の電流−電圧特性図、（Ｂ）は、第１の実施の形態の装置の電圧−光透過率特性図である。
【図４】 （Ａ）は、第２の実施の形態の半導体光変調装置の構造を示す、概略的な断面図、（Ｂ）は、従来のＢＨ型構造の半導体光変調装置の構造を示す、概略的な断面図である。
【図５】 第３の実施の形態の半導体光変調装置の構造の一例を示す、概略的な断面図である。
【図６】 （Ａ）および（Ｂ）は、第４の実施の形態の半導体光変調装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１１：下地、ｎ+ −ＩｎＰ基板、ｎ型基板
１３：サブクラッド層（ｎ−ＩｎＰサブクラッド層またはｎ型サブクラッド層）
１５：第２クラッド層（ｐ−ＩｎＰクラッド層またはｐ型クラッド層）
１７：光導波層（アンドープＩｎＧａＡｓＰ層）
１９：第１クラッド層（ｎ−ＩｎＰクラッド層またはｎ型クラッド層）
２０：メサ形状部分
２１：ｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層（ｎ型のオーミックコンタクト層）
２３：電気的絶縁層
２５，２７：電極
３１：電流狭窄層
３１ａ：第１ブロック層
３１ｂ：ブロック層
３１ｃ：第２ブロック層
４１：半絶縁性基板
４３：メサ形状部
４５：絶縁性の材料からなる層（電気絶縁層）
４７：スルーホール
４９：第１電極
５１：第２電極
５３：ｐ型オーミックコンタクト層
５５：ｐ型側電極
５７：ｎ型側電極
６１：光変調器
６３：ホモ接合層（ダイオード）
６３ａ：ｐ型側の電極
６３ｂ：ｎ型側の電極
【発明の属する技術分野】
この発明は、超高速光通信および超高速光信号処理に用いる光変調装置、特に導波路構造を有する半導体を用いた電界吸収型光強度変調器等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体を用いた電界吸収型光強度変調器としては、文献（文献：ＭＱＷ電界吸収型光変調器の変調特性、佐野他、電子情報通信学会１９９０年秋予稿集、Ｃ−１５６，ｐ．４−１９８）に記載されているものがあった。この文献に開示されている電界吸収型光強度変調器の構造は、ｎ型半導体基板（ｎ−ＩｎＰ）上に、ｎ型クラッド層（ｎ−ＩｎＡｌＡｓ）と、光導波層（ｉ−ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＭＱＷ）と、ｐ型クラッド層（ｐ−ＩｎＡｌＡｓ）と、ｐ型オーミックコンタクト層（ｐ+ −ＩｎＧａＡｓ）とが、順次、積層されている構造で、ｎ型の層と、光導波層と、ｐ型の層とでＰＩＮダブルヘテロ接合構造が形成されている。
【０００３】
このような構造の光変調器のＰＩＮ構造（ダブルヘテロ構造とも称する。）に対して、逆バイアスの電圧が印加されると、真性導電層（ｉ(intrinsic) 層）である光導波層に電界が加えられて、電界吸収効果により光導波層内の光吸収係数が大きくなる。よって外部より、この光変調器に導入された光は印加電圧により強度変調を受ける。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電界吸収型光強度変調器によっては、アイパターン（印加する電気信号のランダムなかたまり）形状の調整をするためや、消光比（出力光強度のとりうる最小値と最大値との比）を良くするために、ＰＩＮ構造に対して順方向バイアスを印加することがある。
【０００５】
ところが順方向バイアスを印加すると、以下に示すような問題が生じる。
【０００６】
まず、ＰＩＮ構造にかかる電界強度が小さくなる。
【０００７】
これにより、ＰＩＮ構造内の空乏層の膜厚が薄くなるために電気容量（静電容量）が大きくなる。このため、インピーダンスの不整合が生じて高周波応答特性が劣化する。
【０００８】
また、ＰＩＮ構造にかかる電界強度が小さくなるために、ドリフト速度が低下する。これにより、フォトキャリアの掃き出し効率が低下して、光導波層から掃き出せるキャリアの数よりも発生するキャリアの数の方が多くなる。よって、光導波層内にキャリアが蓄積して、光導波層の屈折率を変化させてしまう。光導波層の屈折率の変化は、搬送周波数の変動の程度を示すαパラメータを増大させてしまう。
【０００９】
このように、高周波応答特性の劣化やαパラメータの増大は、例えば光ファイバ内で伝送する光の波形が歪んでしまうというような、光伝送品質を劣化させることにつながる。
【００１０】
また、印加する順方向バイアスがＰＩＮ構造のビルトイン電圧を越えると、急激に装置内に電流が流れる。
【００１１】
これにより、ＡＳＥ（Amplified spontaneos emission ：光導波層内に注入された電流が光に変換されて発生する）が発生して、この光が変調光と一緒に光ファイバ内に取り込まれてしまう。
【００１２】
また、光導波層内に注入された電流が熱に変換されてジュール熱が発生する。この結果、素子の温度を上昇させて、特性の変化や素子の寿命の低下を引き起こす。
【００１３】
また、不慮に大電力の順方向サージが印加される場合もある。このときには、過大なジュール熱の発生により、素子の破壊につながるような致命的な劣化を招く危険性がある。
【００１４】
しかしながら、従来のＰＩＮ構造を有する電界吸収型光強度変調器においては、順方向バイアスが印加される場合の対策が講じられたことはなかった。
【００１５】
このため、順方向バイアスを印加しても、その特性に悪影響を生じさせない半導体光変調装置の出現が望まれていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明の第１の半導体光変調装置によれば、導電型がｎ型の第１クラッド層、導電型がｐ型の第２クラッド層、ならびに該第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、更に、この第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している導電型がｎ型のサブクラッド層を具えることを特徴とする。
【００１７】
この発明の第２の半導体光変調装置によれば、導電型がｐ型の第１クラッド層、導電型がｎ型の第２クラッド層、ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、更に、第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している導電型がｐ型のサブクラッド層を具えることを特徴とする。
【００１８】
第１および第２の半導体光変調装置は、ホモ接合したサブクラッド層と、第２クラッド層とを具える。よって、ダブルヘテロ接合構造に対して順方向バイアス電圧を印加すると、このホモ接合の部分には逆バイアスがかかる。これにより、ホモ接合部分にエネルギー障壁ができて光導波層へのキャリアの注入を阻止する。
【００１９】
また、このとき、ダブルヘテロ接合構造内のキャリアは拡散によって移動するために、キャリアの移動速度はドリフト速度の１００倍程度遅い速度となる。よって、光導波層に注入されるキャリアは大幅に減少することから、光導波層に蓄積されるキャリアの存在が原因となって、光導波層の屈折率を変化させることはなくなる。よって、搬送波周波数は位相変調されないため、αパラメータの増大を防ぐことができる。
【００２０】
また、ダブルヘテロ接合構造の電気容量を大きくすることもなくなるために、高周波応答特性を維持することができる。
【００２１】
また、第１および第２の光変調装置には、ホモ接合部分の逆耐圧電圧とダブルヘテロ接合構造のビルトイン電圧との和に相当する電圧を印加しないと、電流は流れない。また、ダブルヘテロ接合構造の光導波層には、逆方向電圧が印加されないので、このときの光吸収は実質的になくなる。このため、光導波層での、ＡＳＥの発生およびジュール熱の発生を抑えることができる。
【００２２】
また、第１の半導体光変調装置において、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧を印加するときには、ｎ型のサブクラッド層とｐ型の第２クラッド層とのホモ接合部分には逆バイアス電圧がかかって、高いエネルギー障壁ができるために、このエネルギー障壁によってキャリアの移動は阻止される。また、ダブルヘテロ接合構造に逆バイアス電圧を印加するときには、ｎ型のサブクラッド層とｐ型の第２クラッド層との間には順バイアス電圧がかかるが、厚く、しかも不純物濃度を高くしてあるｐ型の第２クラッド層の正孔と、ｎ型のサブクラッド層から注入される電子とが結合して消滅するために、光導波層への電子の注入を抑えることができる。
【００２３】
また、第１クラッド層の導電型をｐ型とし、第２クラッド層の導電型をｎ型とし、およびサブクラッド層の導電型をｐ型とした第２の半導体光変調装置でも同様である。このように構成することによっても、光導波層へ入射される光によって発生するキャリア以外の、光導波層へのキャリアの注入を防ぐことができる。
【００２４】
また、上述した半導体光変調装置において、第１クラッド層の導電型をｎ型とするとき、電極を設けるためのオーミックコンタクト層はｎ型となる。このため、オーミックコンタクト抵抗を、ｐ型オーミックコンタクト層の抵抗のおよそ１／１０に小さくすることができる。
【００２５】
オーミックコンタクト層とダブルヘテロ接合構造とは直列に結合しているので、オーミックコンタクト層の抵抗が大きいと、この部分で電圧降下がおこりダブルヘテロ接合構造にかかる電圧が減ってしまう。
【００２６】
ここでは、オーミックコンタクト層をｎ型にすることができるために、ダブルヘテロ接合構造にかかる電圧を上げることができて、その結果、周波数応答特性を向上させることができる。
【００２７】
また、第１クラッド層の導電型をｎ型とすると、このｎ型の層の上にオーミックコンタクト層が設けられる。ところが、ｎ型の層はｐ型の層よりも抵抗が小さいため、必ずしもオーミックコンタクト層を設けなくても電極を形成できる。オーミックコンタクト層は、光吸収が極めて大きい層であるため、導波光を吸収するおそれがあるが、オーミックコンタクト層を設けていない場合には、導波光の吸収を低減することができる。
【００２８】
また、オーミックコンタクト層に電極を設けるときの熱処理温度を、ｐ型の層に設けるときよりも低く抑えることができ、また、熱処理時間のトレランスを緩くすることができる。よって再現性をよくすることができる。また、装置への熱によるダメージを低減することができる。
【００２９】
第１の半導体光変調装置において、ダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧が印加されるとき、サブクラッド層から第２クラッド層に注入される導電型がｎ型のキャリアを、第２クラッド層内の導電型がｐ型のキャリアと結合させることにより、導電型がｎ型のキャリアが第２クラッド層を通って光導波層へ達することがないように、第２クラッド 層の不純物濃度および、この層の厚さの双方またはいずれか一方が決められていることが好ましい。
【００３０】
このように構成することにより、ダブルヘテロ接合構造に逆バイアス電圧を印加するとき、サブクラッド層と第２クラッド層とは順バイアスとなるため、サブクラッド層から第２クラッド層には導電型がｎ型のキャリアが注入される。しかしながら、この第２クラッド層は十分に厚く、しかも不純物濃度を高くした層として形成されているので、導電型がｎ型のキャリアは、第２クラッド層内で、導電型がｐ型のキャリアと結合して消滅する。このため、光導波層内に、入射した光によって発生したキャリア以外のキャリアが注入されるのを防ぐことができる。よって、新たに半導体光変調装置の構造に加えられたサブクラッド層によって、従来この装置のもつ、逆バイアス電圧を印加して得られる光変調特性に、悪影響を及ぼすおそれはない。また、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧を印加するとき、拡散によって、万が一光導波層に第１クラッド層から導電型がｎ型のキャリアが移動しても、この導電型がｎ型のキャリアは第２クラッド層内の導電型がｐ型のキャリアによって補償されてしまうので、この半導体光変調装置に電流が流れる心配はない。
【００３１】
第２の半導体光変調装置において、ダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧が印加されるとき、サブクラッド層から第２クラッド層に注入される導電型がｐ型のキャリアを、第２クラッド層内の導電型がｎ型のキャリアと結合させることにより、導電型がｐ型のキャリアが第２クラッド層を通って光導波層へ達することがないように、第２クラッド層の不純物濃度および層の厚さの双方またはいずれか一方が決められていることが好ましい。
【００３２】
第１および第２の半導体光変調装置において、さらに、光導波層および第２クラッド層が電流狭窄層によって埋め込まれていて、電流狭窄層は、積層方向に、順次設けられた導電型がｐ型の第１ブロック層、導電型がｎ型のブロック層および導電型がｐ型の第２ブロック層で以て構成され、かつ少なくとも、光導波層および第２クラッド層の両側に設けられていることが好ましい。
【００３３】
このような埋め込み型の半導体光変調装置においては、上述した半導体光変調装置と同じ作用効果が得られる。また、第１ブロック層とブロック層と第２ブロック層とで構成された電流狭窄層が設けられているために、光導波層の両側から電流が漏れるのを防ぐことができる。
【００３４】
第１および第２の半導体光変調装置において、サブクラッド層は、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあってもよい。
【００３５】
この構造は、下地上に、サブクラッド層、第２クラッド層、光導波層、第１クラッド層の順で積層された構造となる。これにより、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加されるときには、第２クラッド層とサブクラッド層とのホモ接合部分にかかる逆バイアス電圧により大きなエネルギー障壁ができる。これにより、キャリアの光導波層への注入を抑制することができる。また、この光変調装置に順バイアス電圧を印加するときに、電流が流れ始める電圧を、ダブルヘテロ構造部分のビルトイン電圧とホモ接合部分の逆耐圧電圧との和に相当する電圧にまで高くすることができる。
【００３６】
第１および第２の半導体光変調装置において、サブクラッド層は、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあってもよい。
【００３７】
この構造は、下地上に、第１クラッド層、光導波層、第２クラッド層、サブクラッド層が順に積層された構造となる。このような構造にしても、上述したような作用効果が得ら れる。
【００３８】
また、サブクラッド層が、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあるような半導体光変調装置において、好ましくは、第１クラッド層の、光導波層とは反対側の面に第１電極を設け、およびこの面と同一の面の側に、サブクラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるのがよい。
【００３９】
このような位置に第１電極および第２電極を設ければ、積層方向から見て、反対側の面にそれぞれ電極を設けていた従来と比べて、電極容量を小さくすることができる。このため、高周波特性を向上させることができる。
【００４０】
また、サブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような半導体光変調装置においては、サブクラッド層の、ダブルヘテロ接合構造側とは反対側の面に第１電極を設け、およびこの面と同一の面の側に第１クラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるのがよい。
【００４１】
このような構造にしても、半導体光変調装置の電極容量を従来よりも小さくすることができる。
【００４２】
導電型がｎ型の第１クラッド層、導電型がｐ型の第２クラッド層、並びに第１及び第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、さらに、導電型がｎ型の第１層および導電型がｐ型の第２層からなり、かつ第２層が第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えることを特徴とする半導体光変調装置がよい。
【００４３】
また、導電型がｐ型の第１クラッド層、導電型がｎ型の第２クラッド層、並びに第１及び第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、さらに、導電型がｐ型の第１層および導電型がｎ型の第２層からなり、かつ第２層が第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えることを特徴とする半導体光変調装置がよい。
【００４４】
このホモ接合層は、例えばｐｎ接合素子（ダイオード）とする。ダイオードは第１層と第２層を有している。ここで、第１層の導電型をｎ型および第２層の導電型をｐ型としてもよいし、第１層の導電型をｐ型、および第２層の導電型をｎ型としてもよい。つまり、この半導体光変調装置では、従来のダブルヘテロ接合構造を有する半導体光変調装置の第２クラッド層と、この第２クラッド層と同じ導電型を有するホモ接合層の第２層とを電気的に結合させている。これにより、ホモ接合層の第１層を、既に説明したサブクラッド層と実質的に同じ役割を担う層として動作させることができる。これにより、上述したサブクラッド層と同じ作用効果が得られる。また、万が一、この半導体光変調装置に、順方向の過大な電気的サージが印加されることがあった場合、ダメージを受けるのは、安価なダイオード等のホモ接合層の方であり、高価な光変調器（ダブルヘテロ接合構造）のダメージを回避することができる。このため、この半導体光変調装置を光通信システムに用いたりする場合に、保守コストを低く抑えることができる。
【００４５】
また、サブクラッド層が、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあるような半導体光変調装置であって、第１クラッド層の、光導波層とは反対側の面に第１電極を設け、この面と同一の面の側に、サブクラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるような半導体光変調装置および、サブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような半導体光変調装置であって、サブクラッド層の、ダブルヘテロ接合構造側とは反対側の面に第１電極を設け、この面と同一の面の側に第１クラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあるような半導体光変調装置の製造方法は、第１電極および第２電極を、同一工程で、かつ同時に形成する工程を含んでいるのがよい。
【００４６】
これにより、電極形成工程を、従来よりも簡略化させ、かつ工程数を減らすことができる。よって半導体光変調装置の製造コストの低減が期待できる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明を図示例に限定するものではない。また、図において、図を分かり易くするために断面を示すハッチング（斜線）は一部分を除き省略してある。
【００４８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態として、例えば、下地上に、第１導電型の第１クラッド層、第２導電型の第２クラッド層、ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を具え、さらに第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している第１導電型のサブクラッド層を具えている半導体光変調装置につき、図を参照して説明する。この実施の形態の半導体光変調装置のサブクラッド層は、下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてある。図１（Ａ）は第１の実施の形態の半導体光変調装置の概略的な断面図である。
【００４９】
まず、第１の実施の形態の半導体光変調装置の構造につき説明する。
【００５０】
この例では、下地１１をキャリア濃度が１×１０18ｃｍ − 3のｎ+ −ＩｎＰ基板とし、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とする。ｎ+ −ＩｎＰ基板１１上に、サブクラッド層１３としてのｎ−ＩｎＰサブクラッド層、第２クラッド層１５としてのｐ−ＩｎＰクラッド層、光導波層１７としてのアンドープＩｎＧａＡｓＰ層、第１クラッド層１９としてのｎ−ＩｎＰクラッド層が順次積層され、このｎ−ＩｎＰクラッド層１９の上にｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１が設けられている。
【００５１】
ここでは、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５の一部とアンドープＩｎＧａＡｓＰ層１７とｎ−ＩｎＰクラッド層１９とｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１との積層体がメサ形状に加工されていて、このメサ形状部分２０の両側のｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３の上側の領域には、例えばポリイミド等の電気的絶縁層２３が形成されている（図１（Ａ））。このポリイミド２３によりメサ形状部分は埋め込まれていて、光導波層への光の閉じこめと、電界の狭窄を図っている。
【００５２】
また、電極としてｎ+ −ＩｎＰ基板１１の下面側に電極２５が、またオーミックコンタクト層２１の上側に電極２７が、それぞれ形成されている。
【００５３】
また、ｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ − 3で膜厚は１μｍ、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ − 3で膜厚は１μｍ、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１７の膜厚は０．２〜０．３μｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１９のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ − 3で膜厚は１μｍ、ｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ − 3で膜厚は０．２μｍとした。
【００５４】
ここで、このダブルヘテロ接合構造（ｎ−ＩｎＰクラッド層１９、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１７およびｐ−ＩｎＰクラッド層１５）に逆バイアス電圧が印加されるとき、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５にｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３から注入される電子を、このｐ−ＩｎＰクラッド層１５内の正孔と結合させることにより電子がｐ−ＩｎＰクラッド層１５を通って光導波層１７へ達することがないように、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５のキャリア濃度および層１５の厚さの双方またはいずれか一方が決められている。好ましくは、キャリア濃度と層厚とを決めるのがよく、例えばここでは、キャリア濃度を５×１０17ｃｍ − 3とし、層１５の厚さを１μｍとした。
【００５５】
また、光導波層１７は、逆バイアス電圧が印加されないときには外部からの入射光を吸収しないように、かつ逆バイアス電圧が印加されるときには入射光を吸収するように入射光の波長に対して、好ましくは、３０ｎｍから１００ｎｍ短波長側に光導波層のバンドギャップ波長を設定するのがよい。この調整は光導波層１７の組成や構造を変えることにより行う。
【００５６】
また、この半導体光変調装置の光が入射される端面および、反対側の端面には反射防止膜が全面に形成されている（図示せず。）。この反射防止膜は、入射光に対して透明な材料からなり、例えば、ＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜のような誘電体絶縁膜である。また、この膜は、単層でも多層でもよい。
【００５７】
また、この実施の形態の半導体光変調装置の主要部である各層の形成は、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属熱分解気相成長法）により行う。このとき、ｎ型の層を形成するために用いるｎ型不純物をＳｎやＳとし、ｐ型の層を形成するためのｐ型不純物をＺｎ等とする。
【００５８】
また、この実施の形態の半導体光変調装置においては、サブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような構造としてもよい。この場合、図１（Ｂ）に示すように、例えば第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とすると、ｎ+ −ＩｎＰ基板１１上に、第１クラッド層１９としてのｎ−ＩｎＰクラッド層、光導波層１７としてのアンドープＩｎＧａＡｓＰ層、第２クラッド層１５としてのｐ−ＩｎＰクラッド層、サブクラッド層１３としてのｎ−ＩｎＰサブクラッド層が順次積層され、このｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３の上にｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１が設けられる。
【００５９】
ここでは、ｎ−ＩｎＰクラッド層１９の一部から上に位置している層である、光導波層１７とｐ−ＩｎＰクラッド層１５とｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３とｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層２１との積層体がメサ形状に加工されていて、このメサ形状部分２０の両側であって、かつｎ−ＩｎＰクラッド層１９上の領域には、例えばポリイミド等の電気的絶縁層２３が形成されている。このポリイミドによりメサ形状部分２０は埋め込まれていて、光導波層１７への光の閉じこめと、電界の狭窄を図っている（図１（Ｂ））。
【００６０】
また、電極としてｎ+ −ＩｎＰ基板１１の下面側に電極２５が、またオーミックコンタクト層２１の上側に電極２７が、それぞれ形成されている。
【００６１】
次に、この半導体光変調装置の動作につき説明する。図２は図１（Ａ）に示す構造の半導体光変調装置の動作の説明に供する概略的なエネルギーダイアグラムである。また、図２の横軸はメサ形状部分の各領域を順に示してあり、および縦軸はエネルギー順位（相対値）をとって示してある。
【００６２】
まず、図２は熱平衡時（図２（Ａ））、逆バイアス電圧印加時（図２（Ｂ））および順バイアス電圧印加時（図２（Ｃ））における、ｎ−ＩｎＰサブクラッド層１３（サブクラッド層、単にｎ型サブクラッド層とも称する。）の領域、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５（第２クラッド層、単にｐ型クラッド層とも称する。）の領域、アンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層（光導波層）１７の領域およびｎ−ＩｎＰクラッド層１９（第１クラッド層、単にｎ型クラッド層とも称する。）の領域のエネルギー準位を示している。上側の線Ｌ1 が伝導帯端エネルギーを、下側の線Ｌ2 が価電子帯エネルギーをそれぞれ表している。また、図中の黒丸は電子、白丸はホール（正孔）をそれぞれ表していて、矢印でバイアスによる流れを示している。
【００６３】
熱平衡時（図２（Ａ）参照。）においては、ビルトイン電圧が光導波層１７に印加されている。よって外部からの入射光（ｈν）はわずかに吸収され、他の光は透過する。吸収された光は光導波層１７内で、電子とホール（正孔）に分離して、電子はｎ型クラッド層１９へ拡散し、ホールはｐ型クラッド層１５の方へ拡散していく。ところがホールは、ｐ型クラッド層１５とｎ型サブクラッド層１３との間に生じているエネルギー障壁によって、ｎ型サブクラッド層１３側への移動を阻止される。この結果、光導波層１７内の価電子帯にホールが蓄積されて、光吸収はほとんどなくなる。
【００６４】
次に、ダブルヘテロ接合構造に対して逆方向バイアス電圧を印加する場合（図２（Ｂ）参照。）、電界吸収効果により、光導波層１７は外部からの入射光（ｈν）を吸収して、電子およびホールを多数発生させる。このとき、ｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５とのホモ接合部分には順方向バイアスがかかるので、この部分のエネルギー障壁はなくなってホールは蓄積されずにｎ型サブクラッド層１３側へ流れる。これにより継続的に光吸収を行うことができる。また、ｐ型クラッド層１５は、ここでは１μｍの厚さの層で、またキャリア濃度を５×１０17ｃｍ − 3としてある。このため、ダブルヘテロ接合構造に逆方向バイアスが印加されるとき、ｎ型サブクラッド層１３からｐ型クラッド層１５へ電子が注入されるが、ｐ型クラッド層１５内のホールと注入された電子とが結合して消滅する（図中×印で示してある。）ために、ｐ型クラッド層１５から光導波層１７への電子の注入を抑えることができる。したがって、光導波層１７内には外部からの入射光によって発生したキャリア以外のキャリアは存在しない。よってこの装置のトランジスタとしての電流増幅作用を十分抑制して、光導波層１７での理想的な光電流変換動作を実現することができる。
【００６５】
また、ダブルヘテロ接合構造に対して、順方向バイアス電圧を印加する場合（図２（Ｃ）参照。）、光導波層１７には逆方向電圧がかからないので外部からの光吸収はほとんどなくなる。また、このときｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５との間には逆バイアスが印加されているため高いエネルギー障壁ができる。この障壁により、ｎ型サブクラッド層１３からｐ型クラッド層１５へのホールの注入を防ぐことができる。また、ｎ型クラッド層１９から光導波層１７を通りｐ型クラッド層１５の方へ移動する電子は、光導波層１７とｐ型クラッド層１５とのヘテロ接合の障壁によって移動を妨げられる。しかしながらこの障壁は順方向バイアス電圧を少し上げれば電子が越えられる高さである。ここで、ｐ型クラッド層１５は上述したとおり、注入された電子に層１５内のホールを結合させることによって、ｐ型クラッド層１５から先の層１３への電子の注入を抑制することができるようにキャリア濃度および厚さが設定されている層である。このため、光導波層１７にはキャリアが注入されないので発光再結合は起こらず、ＡＳＥの発生を防ぐことができる。
【００６６】
以上のことから、この半導体光変調装置の電流電圧特性および消光特性は、図３に示すようになる。図３（Ａ）は、電流電圧特性図であり、図３（Ｂ）は、消光特性を示す、電圧−光透過率特性図である。図３（Ａ）中、横軸に電圧および縦軸に電流を任意の単位でとって示してある。また、図３（Ｂ）中、横軸に電圧を任意に単位で示し、かつ縦軸に光の透過率をとって示してある。
【００６７】
図中の特性曲線のうち、点線で示される曲線は従来の半導体光変調装置の特性を、実線で示される曲線はこの実施の形態の半導体光変調装置の特性をそれぞれ示している。
【００６８】
図３（Ａ）を参照すると、通常の電界吸収型の半導体光変調装置の動作領域であるダブルヘテロ接合構造に逆バイアス電圧が印加されるような電圧の領域では、ｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５とのホモ接合部のビルトイン電圧ｖａの分だけ、逆バイアス側にブレイクダウン電圧がずれている。また、図３（Ｂ）を参照すると、やはりこの電圧領域内ではホモ接合部のビルトイン電圧分ｖａだけ、所望の光吸収が得られる電圧が逆バイアス側にずれている。しかし、このビルトイン電圧ｖａは０．７Ｖ程度であるので、従来の半導体光変調装置とほぼ同様の電界吸収効果が得られていると言える。
【００６９】
また、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加される電圧の領域では、ｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５とのホモ接合部の逆耐圧電圧ｖｂと、ダブルヘテロ接合構造部のビルトイン電圧ｖｃの和に相当する電圧まで、装置に電流が流れてしまうのを防ぐことができる（図３（Ａ）参照。）。このホモ接合部の逆耐圧電圧ｖｂは、１０〜２０Ｖという大きい値を示すものである。また、図３（Ｂ）を参照すると、この領域では外部からの入射光は強度変調も屈折率変調も受けずに出力されている。これは、図３（Ａ）および（Ｂ）から、順バイアス電圧を印加したときに電流が流れないので光導波層内にキャリアが注入されず、光導波層内にキャリアが蓄積されないことを示唆し、また、光導波層内での発光再結合を防ぐことができるということを意味している。
【００７０】
上述した作用効果と同様の作用効果が、図１（Ｂ）に示した構造の半導体光変調装置においても得られる。また、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として装置を形成してもよい。
【００７１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、第１の実施の形態で説明した、この発明の半導体光変調装置の特徴的な構成をＢＨ型（buried hetero structure ）つまり埋め込み型構造の半導体光変調装置に適用させた例につき図を用いて説明する。図４において（Ａ）は、この実施の形態の半導体光変調装置の概略的な断面図であり、および（Ｂ）は、従来のＢＨ型半導体光変調装置の断面図（図４（Ｂ））である。
【００７２】
以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００７３】
この半導体光変調装置の構造は、ダブルヘテロ接合構造の光導波層および第２導電型の第２クラッド層が電流狭窄層によって埋め込まれていて、電流狭窄層は、積層方向に順次、第２導電型の第１ブロック層、第１導電型のブロック層および第２導電型の第２ブロック層で以て構成され、かつ少なくとも、光導波層および第２クラッド層の両側に設けられている。
【００７４】
この例では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とする。
【００７５】
このため、図４（Ａ）に示すように、ｎ+ 基板１１上にｎ型サブクラッド層１３、ｐ型クラッド層１５、光導波層１７およびｎ型クラッド層１９が順次積層してあり、ここでは、ｐ型クラッド層１５と光導波層１７とｎ型クラッド層１９の一部が電流狭窄層３１によって埋め込まれている。この電流狭窄層３１は、ｎ型サブクラッド層１３上であってｐ型クラッド層１５の両側に位置する領域に、導電型がｐ型の第１ブロック層３１ａと、この第１ブロック層３１ａ上に導電型がｎ型のブロック層３１ｂが設けられ、ブロック層３１ｂの上に導電型がｐ型の第２ブロック層３１ｃが形成されている。また、第１ブロック層３１ａはｐ型クラッド層１５、光導波層１７およびｎ型クラッド層１９の一部からなるメサ形状部分２０の両側に接している。
【００７６】
また、第１の実施の形態と同様に、ｎ型クラッド層１９の上側にはｎ型のオーミックコンタクト層２１とこの層２１の上に電極２７が形成されていて、ｎ型基板１１の下側にも電極２５が形成されている。
【００７７】
これに対して、従来のＢＨ型構造の半導体光変調装置の構造は、図４（Ｂ）を参照すると、ｎ+ 基板１１０上にｎ型クラッド層１９０、光導波層１７０およびｐ型クラッド層１５０が順次積層されていて、光導波層１７０とｎ型クラッド層１９０およびｐ型クラッド層１５０の一部がメサ形状部２００となり、電流狭窄層３１０によって埋め込まれている。この電流狭窄層３１０は、ｎ型クラッド層１９０上にｐ型ブロック層３１０ｘ、ｎ型ブロック層３１０ｙの順で積層されている。そしてｐ型クラッド層１５０の上側にｐ型オーミックコンタクト層２２０が設けられていて、このｐ型オーミックコンタクト層２２０上にｐ型側の電極２６０が、ｎ+ 基板１１０の下面側にｎ型側の電極２８０がそれぞれ設けられている。
【００７８】
この従来の装置のダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧を印加すると、ｎ型クラッド層１９０とｐ型ブロック層３１０ｘとの界面１９０ａに逆バイアスがかかるために、この界面１９０ａにエネルギー障壁ができてメサ形状部２００の両側からリークする電流を阻止することができる。しかしながら、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加されたときには、この界面１９０ａに順バイアス電圧がかかって、エネルギー障壁が小さくなってしまい、大きなリーク電流が流れてしまう。
【００７９】
この実施の形態の半導体光変調装置においては、ｎ型サブクラッド層１３と第１ブロック層３１ａ（ｐ型）とでｎ−ｐホモ接合が形成され、この第１ブロック層３１ａとｎ型クラッド層１９とで、ｐ−ｎホモ接合が形成される。このため、電圧をダブルヘテロ接合構造に対して逆方向バイアスに印加させた場合、もしくは順方向バイアスに印加させた場合のどちらの場合においても、上記のホモ接合のどちらか一方のホモ接合のエネルギー障壁を高くすることができるために、メサ形状部分２０の両側からリークする電流を阻止することができる。
【００８０】
この結果、第１の実施の形態と同様の効果が得られ、さらに、リーク電流を小さくすることができるので、より高い電圧の印加が可能となる。また、高周波領域までインピーダンスの整合を保持することができるようになる。
【００８１】
また、第２の実施の形態の半導体光変調装置の構造において、下地上に積層する層の順を、ｎ型クラッド層、光導波層、ｐ型クラッド層およびｎ型サブクラッド層、オーミックコンタクト層の順としてもよい。
【００８２】
また、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００８３】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態として、この発明の半導体光変調装置の特徴的な構成の半導体光変調装置であって、電極を平面電極配置にして形成する例につき図を用いて説明する。図５は、この実施の形態の半導体光変調装置の光の導波方向に対して垂直な断面の概略的な構造図である。
【００８４】
以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００８５】
この実施の形態の半導体光変調装置は、第１導電型のサブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるような半導体光変調装置であって、サブクラッド層の、ダブルヘテロ接合構造側とは反対側の面に第１電極を設け、この面と同一の面の側に第１導電型の第１クラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてある。
【００８６】
この半導体光変調装置の第１導電型をここではｎ型とし、第２導電型をｐ型とする。また、この例ではサブクラッド層が、ダブルヘテロ接合構造を介在させて下地上に設けてあるが、第１の実施の形態のようにサブクラッド層が下地とダブルヘテロ接合構造との間に設けてあってもよい。よって第１の実施の形態で得られる効果と同様の効果が得られる。
【００８７】
半絶縁性基板４１上に、ｎ型クラッド層１９、光導波層１７、ｐ型クラッド層１５およびｎ型サブクラッド層１３が順次積層されていて、ｎ型サブクラッド層１３の上側にはｎ型のオーミックコンタクト層２１が形成されている。そして、例えば、このオーミックコンタクト層２１とｎ型サブクラッド層１３とｐ型クラッド層１５と光導波層１７とｎ型クラッド層１９の一部とでメサ形状部４３が形成されている。このメサ形状部４３の両側であってｎ型クラッド層１９上の領域は絶縁性の材料からなる層４５（電気絶縁層とも称する。）で埋め込まれている。ここでは、この電気絶縁層４５に、ｎ型クラッド層１９の表面の一部が露出するスルーホール４７を形成してある。そしてメサ形状部４３のオーミックコンタクト層２１の上面に第１電極４９であるｎ型電極が設けてあり、露出しているｎ型クラッド層１９の表面に第２電極５１としてｎ型電極が設けてある。
【００８８】
このような位置に第１電極４９および第２電極５１を設ければ、第１の実施の形態のように積層方向から見て、反対側の面にそれぞれ電極を設けている構造と比較して、電極間の距離を長くすることができるために、電極容量を小さくすることができる。このため、高周波特性を向上させることができる。
【００８９】
また、この実施の形態の半導体光変調装置を製造するにあたり、第１電極４９および第２電極５１を、同一工程で、かつ同時に形成する工程を含んでいるのがよい。
【００９０】
この例では、メサ形状部４３のオーミックコンタクト層２１上の領域と、露出させたｎ型クラッド層１９の表面の領域が、少なくとも露出するようなマスクを設けて、例えば、ｎ型電極（４９および５１）としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（下側から順にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ）を蒸着により形成する。
【００９１】
これに対して、従来のダブルヘテロ接合構造を有する光変調器において、平面電極配置を導入させることもできるが、この実施の形態の第１電極および第２電極に相当する電極は、導電性が異なるものとなる。例えば第１電極がｐ型側の電極であれば、第２電極はｎ型側の電極となる。よって、同一の工程で、同時に２つの電極を形成するのは困難である。また、第１の実施の形態のように、２つの電極が、互いに装置の反対側の面に形成されている場合においても、同時に形成するのは困難である。
【００９２】
したがって、この実施の形態では、半導体光変調装置の電極形成工程を、従来よりも簡略化させ、かつ工程数を減らすことができる。よって半導体光変調装置の製造コストの低減が期待できる。
【００９３】
また、第３の実施の形態の半導体光変調装置の構造は、第２電極がｎ型クラッド層と電気的に接続していれば、上述した構造に限られるものではない。
【００９４】
また、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００９５】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態として、この発明の特徴的な半導体光変調装置の構成を、従来からあるダブルヘテロ接合構造の光変調器と、ダイオードのようなホモ接合層とを結合させた半導体光変調装置で以て達成する例につき、図を参照して説明する。図６は、この実施の形態の半導体光変調装置の構造を示す概略図である。
【００９６】
この例の半導体光変調装置は、下地上に、第１導電型の第１クラッド層、第２導電型の第２クラッド層ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を具え、さらに第１導電型の第１層および第２導電型の第２層からなり、かつ第２層が第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えるような半導体光変調装置である。
【００９７】
ここでは、例えば、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として、下地をｎ型基板とする。
【００９８】
よって、この半導体光変調装置は図６（Ａ）を参照すると、ｎ型基板１１上に、順にｎ型クラッド層１９、光導波層１７およびｐ型クラッド層１５からなるダブルヘテロ接合構造を有し、このｐ型クラッド層１５上にｐ型オーミックコンタクト層５３が形成されており、このｐ型オーミックコンタクト層５３上にｐ型側電極５５が設けられていて、ｎ型基板の下面側にｎ型側電極５７が設けられているような光変調器６１に、ｎ型層（第１層）およびｐ型層（第２層）からなり、このｐ型層がｐ型クラッド層１５と電気的に結合しているホモ接合層６３を具えている。
【００９９】
このホモ接合層６３は、例えばｐｎ接合素子（ダイオード）とする。
【０１００】
ここでは、ダイオード６３のｐ型側の電極６３ａと、光変調器のｐ型クラッド層１５側に形成されているｐ型側電極５５とを接続している。
【０１０１】
これにより、ダイオードのｎ型層を、第１の実施の形態で既に説明したサブクラッド層１３（ｎ型）と実質的に同じ役割を担う層として動作させることができる。これにより、第１の実施の形態と同じ作用効果が得られる。
【０１０２】
この装置に逆バイアス電圧が印加される場合においては、ブレイクダウン電圧が−１０Ｖよりマイナス側になり、順バイアス電圧が印加される場合においても電流が流れ始める電圧（これもブレイクダウン電圧と称する。）は１０Ｖ以上に上げることができる。また、光の透過率特性は、従来の半導体光変調装置の逆バイアス電圧印加領域において、およそ０．８Ｖだけ逆バイアス側に移行した特性曲線が得られた。
【０１０３】
また、万が一、この半導体光変調装置に、順方向の過大な電気的サージが印加されることがあった場合、ダメージを受けるのは、安価なダイオードのホモ接合層の方であり、高価な光変調器（ダブルヘテロ接合構造）へのダメージを回避することができる。このため、この半導体光変調装置を光通信システムに用いたりする場合に、保守コストを低く抑えることができる。
【０１０４】
また、ダイオードおよびダブルヘテロ接合構造への印加電圧を、それぞれ別に印加させることができる。このため、バイアスの調整が容易になる。
【０１０５】
また、この実施の形態の半導体光変調装置において、図６（Ｂ）に示しているように光変調器６１のｎ型側電極５７とダイオード６３のｎ型側の電極６３ｂとを接続させてもよい。このときには、第１の実施の形態において、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としたときのサブクラッド層と実質的に同じ役割をダイオード６３のｐ型層が果たすことになる。このような構造にしても上述した効果と同様の効果が得られる。
【０１０６】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の半導体光変調装置によれば、下地上に、第１導電型の第１クラッド層、第２導電型の第２クラッド層、ならびに第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を具え、更に、この第２クラッド層の、光導波層とは反対側の面とホモ接合している第１導電型のサブクラッド層を具えることを特徴とする。
【０１０７】
これにより、半導体光変調装置に印加する電気信号のマーク側の電圧をダブルヘテロ接合構造に対して順バイアス電圧が印加される領域に設定しても、マーク側のαパラメータの値を、電圧が印加されないとき（０Ｖ）の値付近の値でクリップさせることができる。
【０１０８】
また、このとき、マーク側の周波数応答特性も熱平衡時の特性を維持することができる。
【０１０９】
また、このとき装置に電流が流れないようにすることができるので、ＡＳＥの発生を抑制できる。
【０１１０】
したがって、この装置において、光の伝送品質を著しく向上させることができ、その結果、光通信システムの性能の大きな改善が期待される。
【０１１１】
また、ダブルヘテロ接合構造に順バイアス電圧が印加されているとき、ジュール熱の発生を抑えることができるので、装置の放熱設計が容易となり、クーラーレス実装の実現が期待される。
【０１１２】
また、ダブルヘテロ接合構造に順方向バイアスのサージ電圧が印加されたとしても、１０〜２０Ｖのｐ−ｎ接合の逆耐圧電圧と、０．７〜０．８Ｖ程度のダブルヘテロ接合構造のビルトイン電圧との和に相当する電圧よりも低い電圧であれば、このサージ電圧がダブルヘテロ接合構造にかかるのを回避できる。よって、従来よりも電気的サージに対する耐性に優れた半導体光変調装置を提供することができる。
【０１１３】
また、この発明の半導体光変調装置において、第１導電型をｎ型とするとき、電極を設けるためのオーミックコンタクト層はｎ型となる。このため、オーミックコンタクト抵抗を、ｐ型オーミックコンタクト層の抵抗のおよそ１／１０に小さくすることができる。
【０１１４】
オーミックコンタクト層とダブルヘテロ接合構造とは直列に結合しているので、オーミックコンタクト層の抵抗が大きいと、この部分で電圧降下がおこりダブルヘテロ接合構造にかかる電圧が減ってしまう。
【０１１５】
ここでは、オーミックコンタクト層をｎ型にすることができるために、ダブルヘテロ接合構造にかかる電圧を上げることができて、その結果、周波数応答特性を向上させることができる。
【０１１６】
また、第１導電型をｎ型とすると、このｎ型の層の上にオーミックコンタクト層が設けられる。ところが、ｎ型の層はｐ型の層よりも抵抗が小さいため、必ずしもオーミックコンタクト層を設けなくても電極を形成できる。オーミックコンタクト層は、光吸収が極めて大きい層であるため、導波光を吸収するおそれがあるが、オーミックコンタクト層を設けていない場合には、導波光の吸収を低減することができる。
【０１１７】
また、オーミックコンタクト層に電極を設けるときの熱処理温度を、ｐ型の層に設けるときよりも低く抑えることができ、また、熱処理時間のトレランスを緩くすることができる。よって再現性をよくすることができる。また、装置への熱によるダメージを低減することができる。
【０１１８】
また、半導体光変調装置の半導体の材料は、実施の形態ではＩｎＰを用いているが、これに限らず、ＧａＡｓ等を用いてもよい。また、光導波層は、アンドープ層でなくても、この発明の効果が得られる範囲内であれば、ｉ層や導電型の層としてもよい。また、この光導波層は、実施の形態では、ＩｎＧａＡｓＰ結晶からなる層としているが、これに限らず、量子井戸構造や格子歪み構造の光導波層としてもよい。また、この発明の実施の形態では電界吸収型の光強度変調器を例に挙げて説明したが、光位相変調器やマッハツェンダ干渉計が構成要件に加えられている光強度変調器にも、この発明を適用することができる。また、電界吸収型光変調器、位相変調器、マッハツェンダ型光強度変調器および半導体レーザ等の導波路型半導体光素子を集積化した装置に関しても、この発明を適用できる。
【０１１９】
また、第１の実施の形態において、電気的絶縁層の底面は第２導電型の第２クラッド層内にあるが、これに限らず、光の閉じこめ効果と電界の狭窄という効果が得られれば、ダブルヘテロ接合構造内のどの層内にあってもよい。また、メサ形状部分を埋め込む電気的絶縁層には、第２導電型の半導体層や、ｉ層（真性導電層）や、半絶縁半導体層を用いてもよい。
【０１２０】
また、第２の実施の形態において、電流狭窄層を構成する、第２導電型の第１ブロック層、第１導電型のブロック層および第２導電型の第２ブロック層のうち、第１ブロック層のみが、この実施の形態の効果を得るための層となっているが、これ以外の２つの層は、通常のＢＨ型構造でｐｎｐｎ接合を構成するときに導入される層と同様の作用を有する層であるため、必要である。また、実施の形態では、この第１ブロック層をｐ型の層としたが、アンドープ層や半絶縁性の層としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施の形態の説明に供する、半導体光変調装置の概略的な断面図である。
【図２】 （Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態の説明に供する、概略的なエネルギーダイアグラム図である。
【図３】 （Ａ）は、第１の実施の形態の装置の電流−電圧特性図、（Ｂ）は、第１の実施の形態の装置の電圧−光透過率特性図である。
【図４】 （Ａ）は、第２の実施の形態の半導体光変調装置の構造を示す、概略的な断面図、（Ｂ）は、従来のＢＨ型構造の半導体光変調装置の構造を示す、概略的な断面図である。
【図５】 第３の実施の形態の半導体光変調装置の構造の一例を示す、概略的な断面図である。
【図６】 （Ａ）および（Ｂ）は、第４の実施の形態の半導体光変調装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１１：下地、ｎ+ −ＩｎＰ基板、ｎ型基板
１３：サブクラッド層（ｎ−ＩｎＰサブクラッド層またはｎ型サブクラッド層）
１５：第２クラッド層（ｐ−ＩｎＰクラッド層またはｐ型クラッド層）
１７：光導波層（アンドープＩｎＧａＡｓＰ層）
１９：第１クラッド層（ｎ−ＩｎＰクラッド層またはｎ型クラッド層）
２０：メサ形状部分
２１：ｎ++−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層（ｎ型のオーミックコンタクト層）
２３：電気的絶縁層
２５，２７：電極
３１：電流狭窄層
３１ａ：第１ブロック層
３１ｂ：ブロック層
３１ｃ：第２ブロック層
４１：半絶縁性基板
４３：メサ形状部
４５：絶縁性の材料からなる層（電気絶縁層）
４７：スルーホール
４９：第１電極
５１：第２電極
５３：ｐ型オーミックコンタクト層
５５：ｐ型側電極
５７：ｎ型側電極
６１：光変調器
６３：ホモ接合層（ダイオード）
６３ａ：ｐ型側の電極
６３ｂ：ｎ型側の電極
Claims (12)
- 導電型がｎ型の第１クラッド層、導電型がｐ型の第２クラッド層、ならびに該第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、
さらに、該第２クラッド層の、前記光導波層とは反対側の面とホモ接合している導電型がｎ型のサブクラッド層を具えること
を特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項１に記載の半導体光変調装置において、
前記ダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧が印加されるとき、前記サブクラッド層から前記第２クラッド層に注入される導電型がｎ型のキャリアを、当該第２クラッド層内の導電型がｐ型のキャリアと結合させることにより、導電型がｎ型の前記キャリアが該第２クラッド層を通って前記光導波層へ達することがないように、前記第２クラッド層の不純物濃度および該層の厚さの双方またはいずれか一方が決められていること
を特徴とする半導体光変調装置。 - 導電型がｐ型の第１クラッド層、導電型がｎ型の第２クラッド層、ならびに該第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、
さらに、該第２クラッド層の、前記光導波層とは反対側の面とホモ接合している導電型がｐ型のサブクラッド層を具えること
を特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項３に記載の半導体光変調装置において、
前記ダブルヘテロ接合構造に対して逆バイアス電圧が印加されるとき、前記サブクラッド層から前記第２クラッド層に注入される導電型がｐ型のキャリアを、当該第２クラッド層内の導電型がｎ型のキャリアと結合させることにより、導電型がｐ型の前記キャリアが該第２クラッド層を通って前記光導波層へ達することがないように、前記第２クラッド層の不純物濃度および該層の厚さの双方またはいずれか一方が決められていること
を特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体光変調装置において、
さらに、前記光導波層および第２クラッド層が電流狭窄層によって埋め込まれていて、
前記電流狭窄層は、積層方向に、順次設けられた導電型がｐ型の第１ブロック層、導電型がｎ型のブロック層および導電型がｐ型の第２ブロック層で以て構成され、かつ少なくとも、前記光導波層および第２クラッド層の両側に設けられていること
を特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体光変調装置において、
前記サブクラッド層は、前記下地と前記ダブルヘテロ接合構造との間に設けてあることを特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体光変調装置において、
前記サブクラッド層は、前記ダブルヘテロ接合構造を介在させて前記下地上に設けてあることを特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項６に記載の半導体光変調装置であって、
前記第１クラッド層の、前記光導波層とは反対側の面に第１電極を設け、および前記面と同一の面の側に、前記サブクラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあることを特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項７に記載の半導体光変調装置であって、
前記サブクラッド層の、前記ダブルヘテロ接合構造側とは反対側の面に第１電極を設け、および前記面と同一の面の側に、前記第１クラッド層と電気的に接続する第２電極を設けてあることを特徴とする半導体光変調装置。 - 導電型がｎ型の第１クラッド層、導電型がｐ型の第２クラッド層、ならびに該第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、
さらに、導電型がｎ型の第１層及び導電型がｐ型の第２層からなり、かつ、該第２層が前記第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えること
を特徴とする半導体光変調装置。 - 導電型がｐ型の第１クラッド層、導電型がｎ型の第２クラッド層、ならびに該第１および第２クラッド層に挟まれた光導波層からなるダブルヘテロ接合構造を下地上に具え、
さらに、導電型がｐ型の第１層及び導電型がｎ型の第２層からなり、かつ、該第２層が前記第２クラッド層と電気的に結合しているホモ接合層を具えること
を特徴とする半導体光変調装置。 - 請求項８または請求項９に記載の半導体光変調装置を製造するにあたり、
前記第１電極および第２電極を同一工程で、かつ同時に形成することを特徴とする半導体光変調装置の製造方法。
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