JP4711736B2

JP4711736B2 - 電界吸収型変調器および半導体装置

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Publication number: JP4711736B2
Application number: JP2005142143A
Authority: JP
Inventors: 恭介蔵本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: JP2006317819A

Description

この発明は、光通信システムにおける光変調器に関するものであり、特に、印加電圧の強度に応じて、レーザ光の変調を任意に行える電界吸収型変調器（ＥＡＭ：Electro-Absorption Modulator）、および、電界吸収型変調器が形成された半導体装置に関する。

下記特許文献１乃至３はいずれも、レーザ部と電界吸収型変調器部とを半導体基板上に集積化した半導体装置に関する技術である。これら文献に記載されているように、電界吸収型変調器は、半導体製造技術により製造可能である。

特開平１０−１６３５６８号公報特開平９−１３９５５１号公報特開平１０−２５６６６９号公報

電界吸収型変調器のアノード−カソード間に存する光吸収層に電圧を印加した場合、電界吸収型変調器内で光吸収現象が生じる。そして、光吸収現象が生じたことにより、電子および正孔の対が発生する。発生した電子および正孔は、アノード及びカソードを介した電流として外部に取り出すことが可能である。この電流を光電流と呼ぶ。なお、電界吸収型変調器における光吸収量は、アノード及びカソード間に印加された外部電圧に起因してその光吸収層に印加される電圧の値により異なる。

さて、電界吸収型変調器のアノード−カソード間方向には、抵抗が存在する。発生した光電流がこの抵抗を通ると、電圧降下が発生する。すると、電界吸収型変調器のアノード−カソード間に電圧を印加したときに、この抵抗における電圧降下のため、光吸収層に印加される電圧が減少することになる。

上記特許文献１乃至３に記載の技術のように、レーザ部と電界吸収型変調器部とを半導体基板上に隣接して形成すると、レーザ部から射出された光が、レーザ部側方の電界吸収型変調器部内に入射される。例えば、上記特許文献１の場合を例に採れば、その図２におけるＬＤ部リッジ形導波路１１１の、右上から左下にかけての延在方向に光は進行し、変調器部リッジ形導波路１１２内に入射する。

入射された光は、光吸収現象のため電界吸収型変調器部により吸収されるので、電界吸収型変調器部内での進行に伴って光強度が減少する。例えば、上記特許文献１の場合を例に採れば、その図２における変調器部リッジ形導波路１１２内にて光が進行するに伴い、その光の強度が減少する。

従って、電界吸収型変調器部内で発生する、光進行方向（上記特許文献１の図２における変調器部リッジ形導波路１１２の、右上から左下にかけての延在方向に相当する）の単位長当たりの光電流の強度も、電界吸収型変調器部内の光進行方向に進むに従い、減少する。

一方、電界吸収型変調器部を構成する半導体積層構造においては通常、その各層の厚さや組成、キャリア濃度等が光進行方向に対して均一に作製される。そのため、その光進行方向の単位長当たりのアノード−カソード間方向の抵抗の値は、光進行方向で一定である。

すると、光進行方向の位置により値が異なる光電流と、光進行方向で値が一定の抵抗との積たる電圧降下の値は、電界吸収型変調器部内において、レーザ部に近い位置では大きな値となり、レーザ部から離れた位置では小さな値となる。これはすなわち、光吸収層に印加される電圧（すなわち、外部印加電圧から抵抗による電圧降下を差し引いた値）が、電界吸収型変調器部内の光進行方向の位置により異なることを意味する。

電界吸収型変調器では、光進行方向の全ての位置にて、光吸収層への電圧印加が均一になされることが望ましい。光吸収層への電圧印加が均一であれば、光変調器の消光特性（外部印加電圧の変化に対する光強度の急峻な変化特性）が向上するからである。

しかし、従来の電界吸収型変調器内では、上述のような現象により光吸収層に印加される電圧が光進行方向の位置によって異なっていたため、その消光動作が不均一となり、消光特性の急峻性が充分には得られなかった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、消光特性が改善された電界吸収型変調器、および、その電界吸収型変調器が形成された半導体装置を提供することを目的とする。

本発明は、半導体基板と、電圧が印加されることにより入射光の一部を吸収可能であって、前記入射光を所定の方向に出力する、前記半導体基板の表面上方に形成された光吸収層と、前記光吸収層の表面に形成された半導体層と、前記半導体層の表面に形成されたアノードと、前記半導体基板の裏面に形成されたカソードとを備え、前記半導体層には、前記アノードおよび前記カソード間方向の抵抗の値の異なる複数の半導体層領域が含まれ、前記複数の半導体層領域の各々において、前記入射光に基づく光電流が生じ、前記複数の半導体層領域の各々において、前記光電流の強度が他の半導体層領域における前記光電流の強度と比べて相対的に大きい半導体層領域では、前記アノードおよび前記カソード間方向の前記抵抗の値が相対的に小さく、前記複数の半導体層領域の各々において、前記光電流の強度が他の半導体層領域における前記光電流の強度と比べて相対的に小さい半導体層領域では、前記アノードおよび前記カソード間方向の前記抵抗の値が相対的に大きい電界吸収型変調器である。

本発明によれば、複数の半導体層領域の各々において、光電流の強度が他の半導体層領域における光電流の強度と比べて相対的に大きい半導体層領域では、アノードおよびカソード間方向の抵抗の値が相対的に小さく、複数の半導体層領域の各々において、光電流の強度が他の半導体層領域における光電流の強度と比べて相対的に小さい半導体層領域では、アノードおよびカソード間方向の抵抗の値が相対的に大きい。よって、光電流と抵抗との積で算出される電圧降下量を、入射光の進行方向の各位置において均一に近づけることが可能であり、光吸収層に印加される電圧を光進行方向において均一に近づけることが可能である。これにより、光変調器としての消光特性が改善された電界吸収型変調器を得ることができる。

＜実施の形態１＞
本実施の形態は、アノードおよびカソード間方向の抵抗の値の異なる複数の半導体層領域を含む半導体層を備える電界吸収型変調器、および、その電界吸収型変調器が形成された半導体装置である。

図１は、本実施の形態に係る半導体装置を示す図である。図１に示す通り、この半導体装置は、半導体基板１００上に形成された電界吸収型変調器ＭＤと、同じく半導体基板１００上に、電界吸収型変調器ＭＤに隣接して形成されたレーザＬＤとを備えている。なお、半導体基板１００は、例えばｎ型ＩｎＰ基板である。

半導体基板１００の表面には、ｎ型ＩｎＰガイド層１０１が形成されている。レーザＬＤにおいては、ｎ型ＩｎＰガイド層１０１上に、ＩｎＧａＡｓＰレーザ活性層１０２およびｐ型ＩｎＰガイド層１０３が積層して形成されている。また、電界吸収型変調器ＭＤにおいては、ｎ型ＩｎＰガイド層１０１上にＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４が形成されている。

ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４上には、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、および、ｐ型またはｉ型ガイド層１０５よりも低抵抗値のｐ型ＩｎＰガイド層１１０が形成されている。ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５とｐ型ＩｎＰガイド層１１０とは、レーザＬＤからの入射光の進行方向Ｄ１に並ぶよう配置されており、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０における不純物濃度は、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５における不純物濃度よりも高い。

ｐ型ＩｎＰガイド層１０３、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０、および、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５の上には、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６が形成されている。そして、レーザＬＤにおいては、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６上にｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａが、電界吸収型変調器ＭＤにおいては、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６上にｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ｂが、それぞれ形成されている。

ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａ，１０７ｂ間にはＳｉＯ₂絶縁膜１０８ｂが埋め込まれており、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａおよび１０７ｂは、互いに絶縁している。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａおよび１０７ｂの端部にも、ＳｉＯ₂絶縁膜１０８ａ，１０８ｃがそれぞれ形成されている。

ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａおよび１０７ｂ上にはそれぞれ、アノード１０９ａ，１０９ｂが形成されている。また、半導体基板１００の裏面には、カソード１１７が形成されている。

なお、本願では、電界吸収型変調器ＭＤにおけるＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４上からアノード１０９ｂまでの、ガイド層１０５，１１０、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂをまとめて、半導体層と称する。この半導体層内には、図１に示されているように、アノードおよびカソード間方向の抵抗Ｒ１を有する第１の半導体層領域と、同方向の抵抗Ｒ２を有する第２の半導体層領域とが存在する。抵抗Ｒ１は、ガイド層１１０、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる抵抗であり、一方、抵抗Ｒ２は、ガイド層１０５、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる抵抗である。

本実施の形態においては、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０における不純物濃度は、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５における不純物濃度よりも高いため、半導体層内の抵抗Ｒ１，Ｒ２の値が異なる。すなわち、入射光の光強度が比較的大きい箇所の抵抗Ｒ１の値は小さく、入射光の光強度が比較的小さい箇所の抵抗Ｒ２の値は大きい。

この電界吸収型変調器ＭＤにおいて、光吸収現象が生じる場合について説明する。まず、レーザＬＤのＩｎＧａＡｓＰレーザ活性層１０２にてレーザ光が発生し、そのレーザ光が進行方向Ｄ１に進む。そして、レーザ光は電界吸収型変調器ＭＤのＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４内に入射する。

カソード１１７には、接地電位ＧＮＤが与えられ、電界吸収型変調器ＭＤのアノード１０９ｂには、抵抗Ｒａを介して高周波電源ＰＳが生成する外部電圧Ｖ１が与えられる。この外部電圧Ｖ１の印加に伴って、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４に電圧が印加される。

電圧が印加されることにより、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４は入射光の一部を吸収し、光吸収現象が生じる。これにより、レーザＬＤで発生したレーザ光は変調される。さらに進行方向Ｄ１に進んだ入射光は、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４の図１における右端面から出力される。

光吸収現象が生じたことにより、電界吸収型変調器ＭＤの第１および第２の半導体層領域内の各所で、入射光に基づく光電流Ｉｐｈ１〜Ｉｐｈ３が生じる。図１においては、光電流Ｉｐｈ１〜Ｉｐｈ３を示す矢印の大きさが、レーザ光の入射側から出射側に進むにつれて小さくなっている。これは、発生する光電流の電流値が、入射側から出射側に進むにつれて小さくなることを意味する。光電流の電流値がこのように漸減するのは、電界吸収型変調器ＭＤに入射したレーザ光が吸収され、進行に従って光強度が減少するためである。

図２は、光電流と電界吸収型変調器ＭＤ内における距離との関係を示すグラフである。図２においては、縦軸に光電流の進行方向Ｄ１の単位長あたり電流値Ｉｐｈ（ｘ）をとり、横軸に図１の電界吸収型変調器ＭＤにおける入射端面からの進行方向Ｄ１への距離ｘをとっている。図１に示すとおり、電界吸収型変調器ＭＤにおける入射端面ではｘ＝０とし、出射端面ではｘ＝ｘ１としている。また、ガイド層１０５，１１０の境界部分では、ｘ＝ｘ２としている。

図２に示されている通り、光電流の電流値Ｉｐｈ（ｘ）は、入射端面から出射端面へと進むにつれて漸減している。このことは、光電流Ｉｐｈ１〜Ｉｐｈ３を示す矢印の大きさの変化に対応している。

さて、図３は、図１のガイド層１０５，１１０のように別個のアノード−カソード間方向の抵抗値を有するのではなく、入射端面から出射端面まで一様なアノード−カソード間方向の抵抗値を有するガイド層を備えた、従来の電界吸収型変調器における、アノード−カソード間印加電圧と電界吸収型変調器内における距離との関係を示すグラフである。ここでは、説明を簡単にするために、図１の抵抗Ｒａのような、高周波電源と変調器との間の抵抗を無視する。すると、アノードおよびカソード間に印加される電圧の値は、高周波電源が生成する外部電圧Ｖ１に等しくなる。なお、図３においては、外部電圧Ｖ１が負値である場合を例に採っている。

このアノード−カソード間電圧Ｖ１の構成成分について考えると、光吸収層への印加電圧と、ガイド層、クラッド層およびコンタクト層で構成される半導体層への印加電圧とに大別できる。

半導体層には上述の通り抵抗が存在するので、これをＲとすれば、光電流Ｉｐｈ（ｘ）と抵抗Ｒとの積Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒが、半導体層における電圧降下量である。よって、アノード−カソード間電圧Ｖ１から半導体層における電圧降下量Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒを差し引いた残りの値ＶＭＱＷが、光吸収層への印加電圧となる。

光電流の電流値Ｉｐｈ（ｘ）は、距離ｘの増加に伴って低減するので、半導体層における電圧降下量Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒの値も、抵抗Ｒがｘ＝０〜ｘ１の区間で従来のように一定であれば、図３に示すように、図２の電流値Ｉｐｈ（ｘ）と同様のグラフとなる。

すなわち、発明が解決しようとする課題の欄にて述べたように、抵抗Ｒがｘ＝０〜ｘ１の区間で一定であれば、進行方向Ｄ１の位置により値が異なる光電流Ｉｐｈ（ｘ）と進行方向Ｄ１で値が一定の抵抗Ｒとの積たる電圧降下量Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒは、電界吸収型変調器ＭＤ内において、レーザＬＤに近い位置では大きな値となり、レーザＬＤから離れた位置では小さな値となる。これにより、光吸収層への印加電圧ＶＭＱＷが、電界吸収型変調器ＭＤ内の光の進行方向Ｄ１の位置により異なる。

ここで、抵抗Ｒがｘ＝０〜ｘ１の区間で一定である従来の電界吸収型変調器と、入射光の進行方向Ｄ１の各位置ｘ＝０〜ｘ２，ｘ２〜ｘ１において、半導体層内の抵抗の値がＲ１，Ｒ２と異なる本実施の形態の電界吸収型変調器ＭＤとの比較を行う。

図４は、図３のグラフに示した従来の電界吸収型変調器と、本実施の形態の電界吸収型変調器ＭＤとの比較を行った図である。なお、本実施の形態の電界吸収型変調器ＭＤについては、ｘ＝０〜ｘ２の部分を領域Ａとし、ｘ＝ｘ２〜ｘ１の部分を領域Ｂとしている。

抵抗Ｒの値がｘ＝０〜ｘ１の区間で従来のように一定であれば、図３と同様、ｘ＝０からｘ＝ｘ１にかけて、連続して電圧降下量Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒの値が漸減する（図４中の低減する破線のグラフ）。一方、半導体層内の抵抗の値がＲ１，Ｒ２と異なる本実施の形態の電界吸収型変調器ＭＤでは、領域Ｂにおいて従来と同様の電圧降下量Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒのグラフとなるものの、領域Ａでは領域Ｂと不連続となり、境界部を挟んで領域Ｂと同形状の、従来よりも小さな値の電圧降下量Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒのグラフとなる（図４中の実線のグラフ）。

図５は、ｘ＝０〜ｘ１の区間で抵抗Ｒの値が一定の場合の、従来の電界吸収型変調器の消光特性を示すグラフである。また、図６は、抵抗の値がＲ１，Ｒ２と異なる本実施の形態の電界吸収型変調器ＭＤの消光特性を示すグラフである。図５および図６のいずれにおいても縦軸に光強度の対数比（単位はデシベル）を採り、横軸に外部から印加される電圧Ｖ１を採っている。

ｘ＝０〜ｘ１の区間で抵抗Ｒの値が一定である図５の場合、光電流Ｉｐｈ（ｘ）の値が大きいｘ＝０の位置では、光電流Ｉｐｈ（ｘ）の小さいｘ＝ｘ１の位置においてよりも、光吸収層への印加電圧ＶＭＱＷが小さくなる。光吸収層における光吸収現象は、光吸収層への印加電圧ＶＭＱＷの増大に伴って生じるため、ｘ＝０における外部印加電圧Ｖ１に対する消光特性は、ｘ＝ｘ１における外部印加電圧Ｖ１に対する消光特性よりも、外部印加電圧Ｖ１の増大方向にずれることとなる。

図５のように光強度の対数比で表記した場合、電界吸収型変調器全体の消光特性は、ｘ＝０〜ｘ１の各領域における消光特性の和で表される。よって、電界吸収型変調器全体での消光特性は、図５からわかるように、外部印加電圧Ｖ１に対して急峻性を有してはいない。その結果、光信号の変調波形の消光比や伝送特性を大きく劣化させてしまうこととなる。

これに対し、領域Ａ，Ｂ間で抵抗の値がＲ１，Ｒ２と異なる図６の場合、領域Ａにおける外部印加電圧Ｖ１に対する平均の消光特性と、領域Ｂにおける外部印加電圧Ｖ１に対する平均の消光特性とは、大きく異なってはいない。よって、領域Ａ，Ｂそれぞれにおける平均の消光特性の和、すなわち、電界吸収型変調器全体での消光特性は、図６に示すように、領域Ａ，Ｂの消光特性が均一であればあるほど、外部印加電圧Ｖ１に対して急峻なものとなる。

すなわち、上述のように、アノードおよびカソード間方向の抵抗Ｒ１を有する第１の半導体層領域、アノードおよびカソード間方向の抵抗Ｒ２を有する第２の半導体層領域の各々において、光電流（Ｉｐｈ１）の強度が他の半導体層領域（第２の半導体層領域）における光電流（Ｉｐｈ２）の強度と比べて相対的に大きい半導体層領域（第１の半導体層領域）では、アノードおよびカソード間方向の抵抗（Ｒ１）の値が相対的に小さく、第１及び第２の半導体層領域の各々において、光電流（Ｉｐｈ２）の強度が他の半導体層領域（第１の半導体領域）における光電流（Ｉｐｈ１）の強度と比べて相対的に小さい半導体層領域（第２の半導体層領域）では、アノードおよびカソード間方向の抵抗（Ｒ２）の値が相対的に大きい。よって、光電流Ｉｐｈ（ｘ）と抵抗Ｒとの積で算出される電圧降下量Ｉｐｈ（ｘ）×Ｒを、入射光の進行方向Ｄ１の各位置において均一に近づけることが可能であり、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４に印加される電圧ＶＭＱＷを光進行方向Ｄ１において均一に近づけることが可能である。これにより、光変調器としての消光特性が改善された電界吸収型変調器、および、その電界吸収型変調器の形成された半導体装置を得ることができる。

また、抵抗の値の異なる複数の半導体層領域（抵抗Ｒ１を有する第１の半導体層領域、および、抵抗Ｒ２を有する第２の半導体層領域）が、入射光の進行方向Ｄ１に並ぶよう配置されている。よって、入射光の進行方向Ｄ１の各位置において複数の半導体層を適切に配置することにより、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４に印加される電圧ＶＭＱＷを光進行方向Ｄ１において均一に近づけることが可能である。

また、半導体層のアノードおよびカソード間方向の抵抗Ｒ１，Ｒ２の値は、複数の半導体層領域（抵抗Ｒ１を有する第１の半導体層領域、および、抵抗Ｒ２を有する第２の半導体層領域）に含まれる不純物の濃度が異なることにより、異なる。よって、不純物注入量の制御を適切に行うことにより、容易に本実施の形態に係る電界吸収型変調器を製造可能である。

なお、光進行方向Ｄ１に対する第１および第２の半導体層の垂直断面の形状は、進行方向Ｄ１の各位置において同じである。よって、光進行方向Ｄ１において半導体層の物理的形状の違いがなく、製造が容易である。

次に、図１の半導体装置の製造方法について説明する。まず、図７に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板たる半導体基板１００上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により、ｎ型ＩｎＰガイド層１０１、ＩｎＧａＡｓＰレーザ活性層１０２、ｐ型ＩｎＰガイド層１０３を、この順に積層するよう形成する。その後、図８に示すように、ＩｎＧａＡｓＰレーザ活性層１０２およびｐ型ＩｎＰガイド層１０３のうち電界吸収型変調器ＭＤの形成領域に位置する部分を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて除去する。

次に、図９に示すように、除去部にのみＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４、および、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５を、フォトリソグラフィ技術およびＣＶＤ法を用いて選択的に形成する。その後、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５のうち、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０の形成領域に位置する部分をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて除去する。

次に、図１０に示すように、フォトリソグラフィ技術およびＣＶＤ法を用いてｐ型ＩｎＰガイド層１１０を、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５の除去部内に形成する。そして、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０の抵抗の値がｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５の抵抗の値よりも低くなるように、イオン注入技術によりｐ型ＩｎＰガイド層１１０への不純物の注入を行い、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０の不純物濃度を大きくする。

そして、いわゆる埋め込み型構造を採用する場合、ｎ型ＩｎＰガイド層１０１、ＩｎＧａＡｓＰレーザ活性層１０２、ｐ型ＩｎＰガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０、および、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５の積層構造をリッジ状に形成するために、リッジとなる部分の周囲に電流ブロック層（本願の断面図には現れないので、図示せず）を埋め込む。その後、図１１に示すように、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６をＣＶＤ法等により形成する。

なお、いわゆるリッジ導波型構造を採用する場合は、電流ブロック層を埋め込む必要が無いため、上記のようにｐ型ＩｎＰガイド層１１０を形成しなくとも良い。その場合は、図１１中のｐ型ＩｎＰガイド層１１０の部分に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６を代わりに埋め込んで、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６の不純物濃度を、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５よりも大きくすればよい。なお、ｐ型ＩｎＰガイド層１１０の部分が十分に微小であれば、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６の表面には凹凸がほとんど現れない。

次に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６の表面にｐ型ＩｎＧａＡｓ膜１０７を形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａ，１０７ｂのパターニングを行う（図１２）。

そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａ，１０７ｂ上に、ＳｉＯ₂絶縁膜をＣＶＤ法等により形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、図１２に示すように、レーザＬＤと電界吸収型変調器ＭＤとの電気的アイソレーション部周辺及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａ，１０７ｂの端部のみにＳｉＯ₂絶縁膜１０８ａ〜１０８ｃを残す。

その後、Ｔｉ／Ａｕ膜の蒸着等により、図１３に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａおよび１０７ｂ上にそれぞれ、アノード１０９ａ，１０９ｂを形成する。また、同様にして、半導体基板１００の裏面にカソード１１７を形成する。

なお、本実施の形態では、抵抗値の異なる二つの領域を持つ変調器の構造を示したが、三つ以上の抵抗値の異なる領域を持つ構造、あるいは、抵抗値が不連続ではなく連続的に変化するような構造であっても、本発明の効果を有することは言うまでもない。また、抵抗値が光の進行方向に沿って単調に増加する構造ではなくとも、抵抗値が実質的に入射光の強度が比較的大きい箇所では小さく、入射光の強度が比較的小さい箇所では大きくなっており、変調器に引加される電圧ＶＭＱＷが、光の進行方向に対して同一の抵抗値を持つ変調器に比べて、より均一に近づくような抵抗値の分布を持つ構造であれば、本発明の効果を有することは言うまでもない。

＜実施の形態２＞
本実施の形態は、実施の形態１に係る半導体装置の変形例であって、実施の形態１におけるｐ型ＩｎＰガイド層１１０を形成するのではなく、図１４に示すように、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５の一部にｐ型ドーパントとして機能するＺｎ等の不純物を拡散させて、低抵抗化領域１１１を形成するものである。なお、図１４以降にｐ型ＩｎＰクラッド層１０６より上部の構造を形成してゆく点は、実施の形態１と同様である。

このようにしても、抵抗の値が、光電流強度が比較的大きい箇所では小さく、光電流強度が比較的小さい箇所では大きいという点、並びに、抵抗の値の異なる第１の半導体層領域（低抵抗化領域１１１、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）、および、第２の半導体層領域（ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）が存在し、それらの半導体層領域が入射光の進行方向に並ぶよう配置されているという点は、実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態では、低抵抗化領域１１１にＺｎ等の不純物が拡散されているので、低抵抗化領域１１１の不純物組成は、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５の不純物組成とは異なっている。すなわち、上記第１及び第２の半導体層領域間で、含まれている不純物の組成が異なると言える。

このように、本実施の形態では、第１及び第２の半導体層領域に含まれている不純物の組成を異ならしめることにより、第１及び第２の半導体層領域の抵抗の値に差を設けている。よって、不純物の種類の選択を適切に行うことにより、容易に本実施の形態に係る半導体装置を製造可能である。

＜実施の形態３＞
本実施の形態も、実施の形態１に係る半導体装置の変形例であって、実施の形態１において、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０７ａおよび１０７ｂ用のｐ型ＩｎＧａＡｓ膜１０７まで形成した後に、図１５に示すように、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６およびｐ型ＩｎＧａＡｓ膜１０７にまたがった部分の一部にＺｎ等の不純物を拡散させて低抵抗化領域１１２を形成するものである。なお、図１５以降、ｐ型ＩｎＧａＡｓ膜１０７より上部の構造を形成してゆく点は、実施の形態１と同様である。

このようにしても、抵抗の値が、光電流強度が比較的大きい箇所では小さく、光電流強度が比較的小さい箇所では大きいという点、並びに、抵抗の値の異なる第１の半導体層領域（低抵抗化領域１１２）、および、第２の半導体層領域（ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）が存在し、それらの半導体層領域が入射光の進行方向に並ぶよう配置されているという点は、実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態でも、低抵抗化領域１１２にＺｎ等の不純物が拡散されているので、低抵抗化領域１１２の不純物組成は、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６および膜１０７の不純物組成とは異なっている。すなわち、上記第１及び第２の半導体層領域間で、含まれている不純物の組成が異なると言える。

このように、本実施の形態でも、第１及び第２の半導体層領域に含まれている不純物の組成を異ならしめることにより、第１及び第２の半導体層領域の抵抗の値に差を設けている。よって、不純物の種類の選択を適切に行うことにより、容易に本実施の形態に係る半導体装置を製造可能である。

＜実施の形態４＞
本実施の形態も、実施の形態１に係る半導体装置の変形例であって、実施の形態１におけるｐ型ＩｎＰガイド層１１０を形成するのではなく、図１６に示すように、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５のうちレーザ光出射端側の一部にプロトンなどの不純物キラーの拡散あるいはイオン注入を行って、高抵抗化領域１１３を形成するものである。なお、図１６以降、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６より上部の構造を形成してゆく点は、実施の形態１と同様である。

このようにしても、抵抗の値が、光電流強度が比較的大きい箇所では小さく、光電流強度が比較的小さい箇所では大きいという点、並びに、抵抗の値の異なる第１の半導体層領域（ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）、および、第２の半導体層領域（高抵抗領域１１３、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）が存在し、それらの半導体層領域が入射光の進行方向に並ぶよう配置されているという点は、実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態では、高抵抗化領域１１３にプロトンなどの不純物キラーが拡散されているので、高抵抗化領域１１３の不純物組成は、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５の不純物組成とは異なっている。すなわち、上記第１及び第２の半導体層領域間で、含まれている不純物の組成が異なると言える。

＜実施の形態５＞
本実施の形態も、実施の形態１に係る半導体装置の変形例であって、実施の形態１におけるｐ型ＩｎＰガイド層１１０を形成するのではなく、図１７に示すように、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５表面の一部に、低濃度の不純物注入が行われた、あるいはアンドープトのＩｎＰ層などで構成する高抵抗化領域１１４を形成するものである。なお、図１７以降、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６より上部の構造を形成してゆく点は、実施の形態１と同様である。

このようにしても、抵抗の値が、光電流強度が比較的大きい箇所では小さく、光電流強度が比較的小さい箇所では大きいという点、並びに、抵抗の値の異なる第１の半導体層領域（ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）、および、第２の半導体層領域（ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、高抵抗領域１１４、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）が存在し、それらの半導体層領域が入射光の進行方向に並ぶよう配置されているという点は、実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態では、高抵抗化領域１１４が加わっているので、上記第１及び第２の半導体層領域間で、含まれている不純物の濃度および組成の少なくとも一方が異なると言える。

このように、本実施の形態では、第１及び第２の半導体層領域に含まれている不純物の濃度および組成の少なくとも一方を異ならしめることにより、第１及び第２の半導体層領域の抵抗の値に差を設けている。よって、不純物注入量の制御または不純物の種類の選択を適切に行うことにより、容易に本実施の形態に係る半導体装置を製造可能である。

＜実施の形態６＞
本実施の形態も、実施の形態１に係る半導体装置の変形例であって、実施の形態１におけるｐ型ＩｎＰガイド層１１０の形成領域だけではなく、その下部のＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４の一部をも一旦、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて除去し、その部分に、図１８に示す新たなＩｎＧａＡｓＰ光吸収層領域１１５およびｐ型ＩｎＰガイド層１１６を形成するものである。そして、新たなＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１１５における不純物濃度および組成の少なくとも一方は、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４のそれとは異なるよう設定される。また、新たなｐ型ＩｎＰガイド層１１６における不純物濃度および組成の少なくとも一方も、ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５のそれとは異なるよう設定される。なお、図１８以降、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０６より上部の構造を形成してゆく点は、実施の形態１と同様である。

このようにしても、抵抗の値が、光電流強度が比較的大きい箇所では小さく、光電流強度が比較的小さい箇所では大きいという点、並びに、抵抗の値の異なる第１の半導体層領域（ｐ型ＩｎＰガイド層１１６、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）、および、第２の半導体層領域（ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層１０５、クラッド層１０６およびコンタクト層１０７ｂにまたがる部分）が存在し、それらの半導体層領域が入射光の進行方向に並ぶよう配置されているという点は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態でも、第１及び第２の半導体層領域に含まれている不純物の濃度および組成の少なくとも一方を異ならしめることにより、第１及び第２の半導体層領域の抵抗の値に差を設けている。

また、本実施の形態では、光吸収層においても、アノード１０９ｂおよびカソード１１７間方向の抵抗値の異なる、第１の光吸収層領域（ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１１５）、および、第２の光吸収層領域（ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層１０４）が含まれ、この第１及び第２の光吸収層領域が、入射光の進行方向に並ぶよう配置されている。

よって、入射光の進行方向の各位置において第１及び第２の光吸収層領域を適切に配置することにより、光吸収層に印加される電圧を光進行方向において均一に近づけることが可能である。

そして、第１及び第２の半導体層領域、並びに、第１及び第２の光吸収層領域において、不純物の種類の選択および不純物注入量の制御の少なくとも一方を適切に行うことにより、容易に本実施の形態に係る半導体装置を製造可能である。

実施の形態１に係る半導体装置を示す図である。光電流と電界吸収型変調器内における距離との関係を示すグラフである。従来の電界吸収型変調器における、アノード電極およびカソード電極間に印加される電圧と電界吸収型変調器内における距離との関係を示すグラフである。図３のグラフにおける従来の電界吸収型変調器と、実施の形態１の電界吸収型変調器との比較を行った図である。抵抗の値が一定の場合の、電界吸収型変調器の消光特性を示すグラフである。抵抗の値が異なる場合の、電界吸収型変調器の消光特性を示すグラフである。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図である。実施の形態２に係る半導体装置を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置を示す図である。実施の形態４に係る半導体装置を示す図である。実施の形態５に係る半導体装置を示す図である。実施の形態６に係る半導体装置を示す図である。

符号の説明

１００半導体基板、１０１ｎ型ＩｎＰガイド層、１０２ＩｎＧａＡｓＰレーザ活性層、１０３，１１０，１１６ｐ型ＩｎＰガイド層、１０４，１１５ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層、１０５ｐ型またはｉ型ＩｎＰガイド層、１０６ｐ型ＩｎＰクラッド層、１０７ａ，１０７ｂｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０８ａ〜１０８ｃＳｉＯ₂絶縁膜、１０９ａ，１０９ｂアノード、１１１，１１２低抵抗化領域、１１３，１１４高抵抗化領域、１１７カソード。

Claims

半導体基板と、
電圧が印加されることにより入射光の一部を吸収可能であって、前記入射光を所定の方向に出力する、前記半導体基板の表面上方に形成された光吸収層と、
前記光吸収層の表面に形成された半導体層と、
前記半導体層の表面に形成されたアノードと、
前記半導体基板の裏面に形成されたカソードと
を備え、
前記半導体層には、前記アノードおよび前記カソード間方向の抵抗の値の異なる複数の半導体層領域が含まれ、
前記複数の半導体層領域の各々において、前記入射光に基づく光電流が生じ、
前記複数の半導体層領域の各々において、前記光電流の強度が他の半導体層領域における前記光電流の強度と比べて相対的に大きい半導体層領域では、前記アノードおよび前記カソード間方向の前記抵抗の値が相対的に小さく、
前記複数の半導体層領域の各々において、前記光電流の強度が他の半導体層領域における前記光電流の強度と比べて相対的に小さい半導体層領域では、前記アノードおよび前記カソード間方向の前記抵抗の値が相対的に大きい
電界吸収型変調器。
請求項１に記載の電界吸収型変調器であって、
前記複数の半導体層領域が、前記入射光の進行方向に並ぶよう配置されている
電界吸収型変調器。
請求項１に記載の電界吸収型変調器であって、
前記光吸収層には、前記アノードおよび前記カソード間方向の抵抗値の異なる複数の光吸収層領域が含まれ、
前記複数の光吸収層領域が、前記入射光の進行方向に並ぶよう配置されている
電界吸収型変調器。
請求項２または請求項３に記載の電界吸収型変調器であって、
前記半導体層の前記アノードおよび前記カソード間方向の前記抵抗の値、または、前記光吸収層の前記アノードおよび前記カソード間方向の前記抵抗値は、前記複数の半導体層領域または前記複数の光吸収層領域に含まれる不純物の濃度および組成の少なくとも一方が異なることにより、異なる
電界吸収型変調器。
請求項１に記載の電界吸収型変調器であって、
前記入射光の進行方向に対する前記半導体層の垂直断面の形状は、前記進行方向の各位置において同じである
電界吸収型変調器。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電界吸収型変調器と、
前記半導体基板上に、前記電界吸収型変調器に隣接して形成されたレーザと
を備えた半導体装置。