JPS62191822A - 量子井戸形光変調器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、１．３〜１．６μｍの波長領域の光を高速か
つ低電圧で変調する量子井戸構造を有する量子井戸形光
変調器およびその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 光通信においては、通常、半導体レーザを駆動する注入
電流自身を、伝送したり情報の信号により変化させて、
その情報を光の強弱の形に変えて伝える直接変調方法を
用いられている。この方法では、数Ｇｂ／Ｓ以上の高速
で長距離にわたり光ファイバを通して伝送する場合、レ
ーザ光のスペクトル幅か広がり、群遅延の広がりはほぼ
これによって決まってしまう。

このため、光ノア１′バの低損失領域である１、５５μ
ｍ帯を用いた光通信など、さらに高速伝送や無中継長距
離伝送、あるいは光の性質を利用したコヒーレン）・光
通信を実現しようとすると、高性能の外部変調器が不可
欠とされる。

従来、かかる外部変調器として、　ＬｉＮｂＯ３のバル
ク結晶が主として用いられており、これにより２０ＧＨ
ｚの高周波変調も実現されている。しかし、この変調器
には、時間的に出力がドリフトするなど安定性に難点が
あった。

これに対し、ＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体結晶
には、安定性に優れ、しかも他の光デバイスとのモノリ
シック集積化を実現できる利点があり、その研究が進め
られているが、高速変調特性にやや難点があった。

この欠点を克服するために、ＧａＡｓ／Ａｕ　ＧａＡｓ
系の量子井戸構造を採用して、上記バルク結晶よりも効
率よく高速に光変調を行うことがＡｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ
。

Ｌｅｔｔ、　Ｖｏｌ、４４．　ｐｐ、１６（１９８４）
において提案され、良好な結果が得られている。しかし
、この場合には光伝送に適した長波長帯１．３〜１．６
μｍでは動作できないという欠点があった。

この問題を解決するために、我々は先に特願昭６０−１
３９３３号において、第８図に示すような光変調器を提
案した。

第８図において、１はｎ形１ｎＰ結晶基板であり、その
上′にｎ形ＩｎＰ層２を配置し、その上にＩｎｏ、　５
３Ｇａｏ、　４７−ＸＡ　ＩＩ　ＸへＳによる障壁層３
（０くＸ≦０．４７）　　と、Ｉｎｏ、　５３（ｉａｏ
４７−ｙＡ　ｆ！、　、Ａｓ　による量子井戸層４（０
≦ｙ＜ｘ）とから成る活性層を複数層配置し、さらにそ
の上にｐ形ｒｎＰ層５を介してｐ形Ｉｎｏ、　５ｓＧａ
ｏ４７−ｚＡ　ｊ２　、Ａｓによるクラッド層６（０≦
Ｚ≦ｙ）を配置する。基板１にはｎ形電極７を配置し、
クラッド層６にはｐ形電極８を配置する。そして、層６
側からの入力光の強度を電極７と８との間に印加する信
号電圧に応じて変調して基板１側から出力光として取り
出す。

この例では、電界吸収効果を用い、特に量子井戸層を積
層することにより、光吸収係数がある波長、すなわち吸
収端において急峻に変化する光吸収スペクトルを実現し
、そのスペクトルが印加電圧に応じて変化することを利
用してい光変調を行う。

ここで、電界吸収効果の概要について述へると、半導体
バルク内に強い電界が存在する場合、禁制帯の中に電子
（あるいは正孔）を見い出す確率が増大することは既に
１９５８年にフランツとケルディシュの両名により報告
されている（フランツ・ケルディシュ効果）。この効果
を利用した光変調器はＧａＡｓの場合について、１９７
４年米国応用物理学会会議Ａｐｐ１．　Ｐｈｙｓ、　Ｌ
ｅｔｔ、　Ｖｏｌ、２５．　ｐｐ、６７１−６７３にＧ
　、　Ｅ　、　Ｓ　ｔ　ｉ　１１ｍａｎらによって報告
されている。

この光変調器の原理は、第１Ｏ図に示すように電界を印
加すると半導体の光吸収係数がある程度の波長以下の波
長に対して増加することを利用しており、試料に吸収端
付近の波長より少し長い波長の光を入射すると電界印加
に伴って吸収係数か増加するため、試料透過光が減少し
、光の強度変調が可能となる。

この効果は、量子井戸構造ではより顕著に（１Ｍ常３〜
１０倍）生ずることがＧａＡｓ／／ｌ　ＧａＡｓ系の量
子井戸において報告され（八ｐｐ１．　Ｐｈｙｓ、　Ｌ
ｅｔｔ、　Ｖｏ１４４、　ｐ、１６１９８４年、Ｔ、）
１．Ｗｏｏｄら）、その理論的説明がり、Ａ、Ｂ、Ｍｉ
ｌｌｅｒらによりＰｈｙｓ、　Ｒｅｖ、　ＬｅｔｔＶｏ
ｌ、５３．　Ｎｏ２２．ｐ、４７３（１９８４）　　に
発表されている。

すなわち、電子および正孔が量子井戸に閉じ込められて
いるため、外部電界により互いに逆向きに動いてエネル
ギーは少し減少するものの（吸収端は長波長側に人力し
ずれる）、井戸から抜は出ることができず、電子と正孔
は互いに引き合う状態（励起子、エキシトンと呼ばれる
）を保ち続け、通常のバルクでは分難してしまう電界で
もこの状態を保持するため、光吸収の急峻なピークは消
えずに残っている。

従って、電界印加による吸収係数変化はバルク結晶に比
べて量子井戸構造では大きく、第１１図に示すようにな
る。これにより、量子井戸構造を用いて光変調器を構成
すれば、電圧は小さくて済み、素子長も短くでき、素子
容量を減らすことが可能であり、したがって高速応答化
が容易となることがわかる。この高速応答化については
、電子通信学会技術報告会０ＱＥ８５−７６　ｒ長波長
多重量子井戸における光変調Ｊに述べられているように
、素子のＣＲ時定数で素子の応答速度か制限されている
ため、素子面積を減らせば高速化できる効果かある。

このような構造の光変調器について種々の実験を行った
結果、この光変調器では、変調深さく光の消光比、すな
わちＯＮ・ＯＦＦ比）を十分とれないという問題につき
当った。その原因を調べた結果、第８図の例のように光
を量子井戸層４に垂直に入れる方法では、吸収長が短く
て大部分の光は吸収を受けずにそのまま通り抜けてしま
うことがわかった。たとえ、量子井戸層の結晶を厚くし
ても現状の結晶成長の技術ではその厚みか高々１μｍで
あり、光の吸収長か短く、光の消光比は小さい。

このような問題点を解決するためには、第９図に示すよ
うな構造が考えられる。ここで、ＴｎＰ結晶基板ｌｌ上
に　ＩｎＡ、ＱＡｓ第１クラッ］・層１２と、障壁層１
３と、量子井戸層１４と、　ＩｎＡＪ：ｌＡｓ第２クラ
ット層１５と、ＩｎＧａＡｓ層１６と電極１８とをメサ
状に形成する。基板の他面に配置した電極１７と電極１
８との間に信号電圧を印加すると共に、人力光をメサ構
造の一方の端面においてクラッド層１２と１５との間に
導入し、その人力光の強さを信号電圧によって変調し、
その変調出力光をメサ構造の他方の端面においてクラッ
ド層１２と１５との間から取り出す。

この場合には人力光は量子井戸層１４に平行に入射する
ので、吸収長を長くすることができる。ところが、この
場合には、実際に実験した結果、光の導波に問題があり
、効率よく光が導波せず、しかも、ＩｎＰ基板１が光に
対して透明なため、光がＩｎＰ基板１を直接通り抜けて
しまうことがわかった。

光がメサ型導波路層を導波される場合、光の拡がりを少
なくするためには、横モード単一の条件から導波路の幅
を数μｍと狭くする必要があるが、導波路幅が狭いと、
その側壁の凹凸が光の散乱の原因ともなる。この凹凸は
、加工工程上から最大２００人程度存在し、このための
光の導波特性は劣化してしまう。

すなわち、第９図のように光を量子井戸層に平行に入射
させる場合には、先導波路も必要とするか、ハイメサ形
では、メサ側壁の凹凸によって散乱損失が大きくなり、
しかもまた、ＩｎＰ基板は透明なため、入射光の一部は
変調を受けずに直接素子を素通りして光の消光比を低下
させていた。

これに対して、光の導波路層を基板結晶内に埋め込んで
、異種物質間の屈折率差を空気に比べて減らせば、この
凹凸に対する精度を緩和することが可能であるが、この
場合には、この埋め込み構造の作製工程が複雑となり、
その割りには、凹凸そのものに起因する散乱を全くなく
すことができない。

一方、光の導波路の上に異なる屈折率の層を装荷して光
の導波する部分の屈折率を外部より電界を加えて制御す
る方法は、方向性結合器として広く利用されているが、
これを第９図示の素子に適用するには、装荷部分を作製
する工程で量子井戸層１４とその上に設けられるクラッ
ド層１５との間でエツチングに対する選択性が必要とさ
れる。通常、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１４およびＩｎＧ
ａＡｓ障壁層１３とＩｎＡ　ｆｌ　Ａｓ層１５およびＩ
ｎＧａＡｓ層１６とは選択エッチが不可能であり、装荷
型の導波路形成は困難であった。

他方、通常の方向性結合器に用いられるバルク結晶では
電界による屈折率変化は小さく、方向性結合器として機
能させるには数ｍＩＩＩもの長さが必要とされることが
種々の研究機関で発表されている（例えば電子通信学会
光量ニレ研究会資料０ＱＥ８３−３２　（１９８３）　
、８４−５０．８４−５１　（１９８４）等）。

素子の長さが長いと熱膨張等の影響を受けやすく、かつ
この長さにわたって均一な寸法および性能をもつ素子を
作製することはプロセス工程上および結晶成長上困難で
あった。しかもまた電圧を通常は十数Ｖのように大きく
加える必要があり、高速で高電圧を発生できるパルス発
生器が少なく、このことも実用上問題であった。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、このような問題点を解決して
、良好な光導波機能をもち効率よい光変調が可能な母子
井戸形光変調器を提供することにある。

本発明の他の目的は、上述の問題点を解決して、良好な
光導波機能をもち効率よい光変調が可能な量子井戸形光
変調器を選択エツチングにより適切に製造する方法を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明で光変調器の
−の形態では、半導体基板と、半導体基板の一方の主面
上に配置した第１クラッド層と、障壁層と量子井戸層と
から成り、第１クラッド層の上に配置した少なくともひ
とつの活性層であって、活性層一方の端面から入射した
光を他方の端面から出射させる先導波路の形成される活
性層と、活性層に形成される先導波路の形状に対応した
形状を有し、活性層の上に配置した第２クラッド層と、
半導体基板の他方の主面上に配置した第１電極と、第２
クラッド層の上に配置した第２電極とを具え、第１電極
と第２電極との間の印加電圧に応じて、活性層に先導波
路が限界されると共に、その先導波路に入射する光の吸
収状態を変化させるようにしたことを特徴とする特 本発明光変調器の他の形、態では、ＩｎＰ基板と、Ｉｎ
Ｐと格子整合しているＩｎ１−ｘｌ−ｙｌＧａｘｌ八Ｉ
ｌ、、へｓ（ただし、０≦ｙ□）よりなる量子井戸層と
、ＩｎＰ　と格子整合しているＩｎ１−ｘ２−ｙ２Ｇａ
Ｋ２ＡＩＩ　Ｖ２ＡＳ（ただし、ｙ□＜ｙ２．ｏ≦Ｘ２
）よりなり、量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する障
壁層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井戸構造の
形態の活性層と、活性層の一方の主面上に形成された第
１の導電型を有するＩｎ＋−ｘ３−ｙ３Ｇａｘ＋Ａ１　
ｙｓＡＳ（ただしＯ≦Ｘ３．１３≦ｙ２）からなる第１
のクラッド層と、活性層の他方の主面上に形成された第
１の導電型とは逆の第２の導電型を有するＩｎ＋−ｘ３
−ｙ３ＧａｘａＡ−Ｑ　）Ｔ３ＡＳ　（ただしＯ≦Ｘ３
，３’３≦ｙ２）からなる第２のクラッド層と、第１の
クラッド層あるいは第２のクラッド層のうち基板とは反
対側のクラット層の上に配置されたＩｎＰ層と、ＩｎＰ
層と同一の導電型を有し、当該ＩｎＰ層上に配置された
Ｉｎ１−ｘ、Ｇａｘ、Ａｓ　（ただしＯ≦Ｘ４）による
キャップ層とを具え、ＩｎＰ基板とキャップ層との間に
印加する電圧に応じて、活性層に入射する光の吸収状態
を変化させるようにしたことを特徴とする。

本発明製造方法は、半導体基板の一方の主面上に、第１
クラッド層、障壁層と量子井戸層から成る少なくともひ
とつの活性層、耐エツチング材料層、第２クラッド層、
キャップ層および電極層をこの順次に形成し、キャップ
層の上にレジストを塗布し、その塗布されたレジストに
対してエツチングを施して、先導波路形状のパターンを
もつレジスト層を形成し、第２クラッド層およびキャッ
プ層についてはエツチングを行うことかできるが、耐エ
ツチング材料層についてはエツチングを行うことのでき
ないエツチング溶液を用いて、第２クラッド層、キャッ
プ層および電極層を先導波路の形状にエツチング処理し
、レジスト層を除去することを特徴とする。

［作　用コ 本発明では、量子井戸層と障壁層とから成る活性層の上
に装荷型のクラット層を配置して活性層に光導波機能を
もたせるようにしたので、光を量子井戸構造に平行に入
射して光の吸収長を長くとれるようになり、その結果、
光変調を高速かつ効率よく行うことができる。すなわち
、本発明では、装荷型の先導波構造を有するため、単に
量子井戸構造の上下に配置した第１および第２クラッド
層よりも狭いバンドギャップを持つ量子井戸層による上
下方向での導波機能ばかりでなく横方向にも導波光は閉
じ込められる。この横方向閉じ込めは、第９図示のハイ
メサ構造における空気と半導体との大きな屈折率差によ
る場合に比べ、屈折率差は小さく、かつ導波部は同−店
頭に形成されるため、メサ側面の凹凸による散乱の問題
はない。しかもまた、量子井戸構造を採用しているため
、電界印加による屈折率変化が１桁以上大きく、素子長
を長くとる必要はなくなり、温度変化等の影響を受けに
くくなる。

さらにまた、量子井戸構造からなる活性層と第１クラッ
ド層あるいは第２クラッド層との間にＩｎＰ、ＩｎＡλ
八ｓなへの耐エツチング材料による緩衝層を設けること
によって、活性層とクラッド層との間においてエツチン
グに対する選択性をもたせることができるので、装荷型
の先導波構造の製造工程も容易になる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図であって、
ここに２１はｎ形１ｎＰ結晶基板、２２は基板２１上に
配置したｎ形Ｉｎｏ、　５３［’ａ０．４７−ａＡ　ｆ
ｌ　ａＡｓ（０くａ≦Ｘ）第１クラッド層である。２３
はアンドープＩｎｏ、　５ｚＧａｏ、　４７−ＸＡ　Ｉ
ｔ　、Ａｓ障壁層（０くｘ≦０．４７）　、　２４はア
ンドープＩｎｏ５３Ｇａｏ、　４７−、Ａ　ｆＬ　、Ａ
ｓ量子井戸層（０≦ｙ＜ｘ）であり、（ｍ＋１）層の障
壁層２３とｍ層の量子井戸層２４とを交互に積層して多
重量子井戸構造の活性層を構成し、この活性層を第１ク
ラッド層２２の上に配置する。２５はこの活性層上に配
置したｐ形１ｎＰ半導体層である。２６はＩｎＰ層２層
上５上望の導波路パターン、たとえばストライプパター
ンの形状に形成されたｐ形Ｉｎｏ、　５３Ｇａ０．４７
−４Ａ　ｆｌ　ｚへＳ第２クラ・ンド層（０≦Ｚ≦ｙ）
、２７は第２クラッド層２８上に第２クラッド層２６と
同一パターンで配置されたＩｎ０．５３Ｇａ０．４７＾
Ｓキャップ層である。２８は基板２１の下面に配置した
ｎ形電極、２９はキャップ層２７上に、このキャップ層
２７と同一パターンで配置されたｐ形電極である。

この構造を得るには、たとえば分子線エピタキシー法を
用いて、たとえば第２図（Ａ）　　に示すように、基板
２１の上にｎ形Ｉｎｏ、　ｓｓＧａｏ４ｔ−ｍＡ　Ｊ２
　、Ａｓ　（０＜　ａ≦Ｘ）第１クラッド層２９、アン
ドープＩｎｏ５．Ｇａｏ４ｙ−＋＋Ａ　１Ｘ八Ｓ　ｌｕ
１ｍ壁層２３およびアンドープＩｎｏ、　５３Ｇａｏ４
ｙ−ｙＡ　１　ｙＡｓ量子井戸層２４を交互に積層した
活性層、ｐ形１ｎＰ半導体層２５．　ｐ形Ｉｎｏ、　５
ｓＧａｏ、　ａｔ−ｚＡ　１１　、Ａｓ第２クラッド層
２６およびｐ形１ｎｏ、　５３Ｇａｏ、　４７＾Ｓキャ
ップ層２７を順次成長した後、ｎ形電極層２８およびｐ
形電極層２９をそれぞれ蒸着する。

ｐ型のストライプ電極２９の形成は、リフトオフ法を用
いてフォトレジストに（１１０）方向のストライプ窓パ
ターンを通常のマスク密着露光で作製した後に、八ｕＺ
ｎ／Ｚｎを０３μｍ　ｌＨに蒸着して幅３μｍのストラ
イブ電極２９を形成する。たとえば、第２図（Ａ）　　
に示すように電極層２９上にレジスト、たとえばＡ２１
３５０を塗布してから、第２図（Ｂ）　に示すようにそ
のレジスト層３０をストライプパターンにフォトエツチ
ングする。なお、ストライブ電極２９には８０Ｘ８０（
μｍ）２のボンディング用パッドを付加しておく。

ついで、第２図（Ｃ）　　に示すようにメサエッチング
を行う。ここで、選択エツチング溶液として、ＩｎＰで
選択性をもたせるためにはヨウ化カリウムにＩを用いる
ことによって、ＩｎＰ半導体層２５は、ヨウ化カリウム
でエツチングされないので、第２図（Ｃ）に示すように
、ｐ形電極２９とともにＩｎｏ５ｓＧａｔｏ、　４７Ａ
Ｓキャップ層２７、Ｔｎｏ、　５３Ｇａｏ４ｔ−ｔＡ　
ｆＬ　、Ａｓ第２クラッド層２６をも同時にメサエッチ
ングでき、したがって、１度のエツチングでストリップ
装荷構造を作製できる。引き続き、電極２９上のレジス
ト層３０を剥離して、第２図（Ｄ）に示すようなストリ
ップ装荷構造を得る。

第１図の実施例において、ｎ形Ｓｎドープ１ｎ［’基板
２１のキャリア濃度を２　Ｘ　１０ＢＣｍ−’、ｎ形Ｓ
ｉドープＩｎｏ、　５３Ｇａｏ、　ａｔ−ａＡ　４２　
ａＡｓ第１クラッド層２２のキャリア濃度を１×１０旧
Ｃｌ１１−３、厚さを０．５　μｍとなし、このアンド
ープＴｎ６．５３Ａ　ＩＩ　Ｏ，４７＾Ｓ障壁層２３の
厚さを７５人、層数を６０層、アンドープｔｎｏ、　５
３Ｇａ０．４７八Ｓ量子井戸層２４）厚さを７５人、層
数を５９層、ｐ形ＢｅドープＩｎＰ層２５のキャリア濃
度をＩ　Ｘ　１０層８ｃｍ−”、厚さを０．２μａ＋、
ｐ形ＢｅドープＩｎ（、、５３ＧａＯ，ａｔ−ｚＡβ、
Ａｓ層２６のキャリア濃度をＩ　Ｘ　１０ｃｍ−３、厚
さを１．２１ｔ　ｍ　、　Ｉｎｏ、　５ｓＧａｏ、　４
７ＡＳキャップ層２７のキャリア濃度を２　ｘ　１（１
１３ｃｍ−３、厚さを０．２μｍとした。これらの層は
分子線エピタキシー法によって成長させた。また、ｎ形
電極２８としてはＡｕＧｅＮｉ、　　ｐ形電極２９とし
てはＡｕＺｎ／Ｚｎを用いた。素子の長さは１００μｍ
とした。

このようにして作製した素子において、ｎ形電極２８を
プラス、ｐ形電極２９をマイナスとして、Ｉ　　ｎ”　
　　Ｖ／ｒｍｆｆｉ　　Ｔ＋　　！Ｆｌ　　ｂ　　Ｆｎ
　　’ｈｎ　　Ｌ　　亡−シ　７　　ス　　　　＊ｘｌ
　　　Ｆ＋Ｒ＋戟ｍ において光の透過率は５０％（光の吸収による損失分は
５０％ある）から１％以下に減少した。また、パルス状
印加電圧に対する応答時間は１００ｐｓ以下にすること
ができた。キャリアの蓄積効果がないため、この応答時
間は、素子の容量で決まる。

なお、ＩｎＰ層２層下５ツチング選択性をもたせる代わ
りに、最上層の障壁層である　ＩｎＡｌ　Ａｓ層でエツ
チング選択性をもたせ、ＩｎＰをエツチングするがＩｎ
Ａ４Ａｓをエツチングしない材料として塩酸ＨＣｊ２を
エツチング溶液としてもよい。この場合には、電極をま
ずＫＩでエツチングしてからｌ（ｌでＩｎＰをエツチン
グする。

さらにまた層２５と２６の材料を逆にしても、同様に、
エツチングの選択性はよい。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、図中、第１
図と同様の個所には同一符号を付す。本実施例において
は、ＩｎＰ層２層上５上それぞれ、層２６．２７および
２９より成る２木の互いに平行なストリップ装荷構造３
１および３２を配設する。ここで、第１の装荷部分に逆
方向電圧を印加することによって、第１の装荷部分３１
の下に形成された量子井戸構造部分に入射された光を第
２の装荷部分３２に結合させ、移動することが可能であ
る。

第３図の構造は、外部より電圧を印加する点は第１図の
構造と同様であるが、装荷構造３１と３２とにおいて各
構成量子井戸の屈折率の電界による相対的変化を利用す
る点が異なる。一般に物質に電界を加えると電気光学効
果によって屈折率は変化するが、量子井戸構造ではバル
ク結晶に比べてかかる変化が大きいことが予想されてい
る（例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ
　Ｖｏｌ、２１　Ｎｏ、１３　ｐｐ、５７９−５８０、
　Ｈ，Ｙａｍａｍｏｔｏ等）。

メサストライプ３１と３２の間隔Ｓを導波光の波長オー
ダにまで近接して形成し、一方のメサストライプ３１の
下方に形成される導波路にのみ電圧を印加した場合、電
界による屈折率の変化に伴ってそれぞれの導波路の伝播
定数に差が生じ、両導波路間においてパワー結合量が変
化する。これは電気光学効果によって電圧を印加された
導波路の伝播定数か変化するためである。この原理を利
用して一方の導波路の出力光の強度を電圧で制御するこ
とが可能となり、電圧の印加条件によって、メサストラ
イプ３２の側に入射させた光がメサストライプ３１の側
から出射するようにすることが可能となる。すなわち、
光の透過する位置を変えることができる。

従来、この種の光変調器において、特に半導体のように
光の吸収係数が使用する光の波長付近において大きい物
質では、上記２つの効果、すなわち電界吸収効果と電気
光学効果は同時に生じており、使用目的に応じて一方の
効果を他方の効果に比べ大きくなるよう工夫することで
設計されている。

このように、本実施例では、一方の導波出力光の強度を
電圧で制御することが可能となるので、光変調、光スィ
ッチ等の機能素子として動作させることが可能である。

その場合の印加電圧も数■で済み、容易に入手可能な高
速パルス発生器で使用できる。

第４図〜第７図は本発明のさらに他の実施例を示す。

第４図の例では、２つの装荷部分３１および３２を第３
図示のように直線ストライプ状とする代わりに、一部分
で互いに接近し、他の部分では離間するように形成し、
両装荷部分３１と３２との間で人力光をスイッチングす
る。

第５図の例では、はぼＬ字形状の１つの装荷構造３３を
設け、その出力光のＯＮ、ＯＦＦを行う。

第６図の例では、直線ストライプ状の装荷部分３４とそ
れに近接して配置された半円状装荷部分３５とを有する
。

第７図の例では、はぼＬ字形状の２つの装荷部分３６お
よび３７を有し、両者を屈曲部で互いに近接させる。し
かして、各装荷部分３６および３７のいずれか一方への
入射光を直進させるか、あるいは両者の近接部では反射
させて直角に曲げるかを印加電圧により制御する。

なお、第４図〜第７図には詳細には示していないが、各
装荷部分３２〜３７はいずれも、上述したクラッド層２
５とキャップ層２７と電極２９とを、所望の各形状で、
かつこの順序で積層した積層構造から成る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、量子井戸層と障壁層
とから成る活性層の上に装荷型のクラッド層を配置して
活性層に光導波機能をもたせるようにしたので、光を量
子井戸構造に平行に入射して光の吸収長を長くとれるよ
うになり、その結果、光変調を高速かつ効率よく行うこ
とができる。すなわち、本発明では、装荷型の先導波構
造を有するため、単に量子井戸構造の上下に配置した第
１および第２クラッド層よりも狭いバンドギャップを持
つ量子井戸層による上下方向での導波機能ばかりでなく
横方向にも導波光は閉じ込められる。この横方向閉じ込
めは、従来のハイメサ構造における空気と半導体との大
きな屈折率差による場合に比べ、屈折率差は小さく、か
つ導波部は同一層用に形成されるため、メサ側面の凹凸
による散乱の問題はない。しかもまた、量子井戸構造を
採用しているため、電界印加による屈折率変化が１桁以
上大きく、素子長を長くとる必要はなくなり、温度変化
等の影響を受けにくくなる。

したがって、本発明は低電圧でかつ高速で光の変調を変
調度深く行うことができるため、超大容量（Ｉ　Ｇ　ｂ
／Ｓ以上）かつ長距離光フアイバ伝送における外部変調
器として利用したり、あるいは高速光スイッチあるいは
短い素子長で、低電圧で駆動する方向性結合器としての
利用も可能である。

さらにまた、量子井戸構造からなる活性層と第１クラッ
ド層あるいは第２クラッド層との間にＩｎＰ層あるいは
ＩｎＡｊＺ　Ａｓ層をエツチングに対する緩衝層として
設けることによって、活性層とクラッド層との間におい
てエツチングに対する選択性をもたせることができるの
で、製造工程も容易になる。

なお、上述したように、活性層２３．２４の上にＩｎＰ
層２５を配置する場合には、選択エツチングを行ってス
トリップ装荷を形成するのに有効であるという製造上の
利点に加えて、ＩｎＰは屈折率が低いので、上方向への
光の閉じ込め効率を高めるのに寄与すると共に、ＩｎＰ
は２元素であるから３元素材料に比べて特性が安定して
おり、したがって、層２５の表面は劣化に対して強い利
点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光変調器の一実施例の構成を示す斜視図
、 第２図（Ａ）〜（ＤＪはその製造工程の一例を順次に示
す工程図、 第３図は本発明の他の実施例の構成を示す斜視図、 第４図〜第７図は本発明のさらに他の実施例を示す平面
図、 第８図は量子井戸構造に垂直に光を入射する従来の光変
調器の構成例を示す断面図、 第９図は量子井戸構造に平行に光を入射する構成のメサ
形先導波路をもつ従来の光変調器の例を示す斜視図、 第１Ｏ図はバルクの光吸収スペクトルを示す特性図、 第１１図は量子井戸の光吸収スペクトルを示す特性図で
ある。 ２１・・・ＩｎＰ基板、 ２２−　Ｉｎｏ、　５３Ｇａｏ、　ａｔ−ａＡ　Ｉｔ　
、Ａｓ第１クラッド層、 ２３−１ｎｏ、　５ｓＧａｏ、　４７−ＫＡ　４２　ｘ
Ａｓ障壁層、２ｉ・・Ｉｎｏ、　５ｓＧａｏ、　４７−
）ＴＡ　１１　、Ａｓ量子井戸層２５・・−ＩｎＰ層、 ２６−　Ｉｎｏ、　５３Ｇａｏ、　＜ｔ−ｔＡ　Ｉｌ、
Ａｓ第２クラッド層、 ２７・”　Ｉｎｏ、　５３（ｉａＯ，４７＾Ｓキャップ
層、２８・・・電極、 ２９・・・電極、 ３０・・・レジスト層、 ３１〜３７・・・装荷部分。 第１図 ４ζイ臣田月／１名で乙０′犬？方級イラ９すｔｌ−硯
１図第３図 各芝束イラリの新、１図 第８図 λｇ（吸収端） バルク０光四足１１辺スヘ０クトルの才４１庄ｉ第１Ｏ
図 を子井戸め光暖１１２スヘ０クトｌしの特ｃ１・主図第
１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体基板と、 該半導体基板の一方の主面上に配置した第１クラッド層
   と、 障壁層と量子井戸層とから成り、前記第１クラッド層の
   上に配置した少なくともひとつの活性層であって、該活
   性層一方の端面から入射した光を他方の端面から出射さ
   せる光導波路の形成される活性層と、 該活性層に形成される光導波路の形状に対応した形状を
   有し、前記活性層の上に配置した第２クラッド層と、 前記半導体基板の他方の主面上に配置した第１電極と、 前記第２クラッド層の上に配置した第２電極とを具え、 前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧に応じて
   、前記活性層に前記光導波路が限界されると共に、その
   光導波路に入射する光の吸収状態を変化させるようにし
   たことを特徴とする量子井戸形光変調器。 ２）特許請求の範囲第１項記載の量子井戸形光変調器に
   おいて、前記第２クラッド層および前記第２電極は、互
   いに平行に配置された２本のストライプの形態となし、
   そのストライプの間隔Ｓと当該ストライプの幅Ｗとの比
   Ｓ／Ｗを０．５〜２の間に定めたことを特徴とする量子
   井戸形光変調器。 ３）ＩｎＰ基板と、 ＩｎＰと格子整合しているＩｎ＿１＿−＿１＿−＿ｙ＿
   １Ｇａ＿ｘ＿１Ａｌ＿ｙ＿１Ａｓ（ただし、０≦ｙ＿１
   ）よりなる量子井戸層と、ＩｎＰと格子整合しているＩ
   ｎ＿１＿−＿ｘ＿２＿−＿ｙ＿２Ｇａ＿ｘ＿２Ａｌ＿ｙ
   ＿２Ａｓ（ただし、ｙ＿１＜ｙ＿２、０≦ｘ＿２）より
   なり、前記量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する障壁
   層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井戸構造の形
   態の活性層と、 前記活性層の一方の主面上に形成された第１の導電型を
   有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿ｘ＿３
   Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦ｙ＿２
   ）からなる第１のクラッド層と、 前記活性層の他方の主面上に形成された 第１の導電型とは逆の第２の導電型を有 するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿ｘ＿３Ａ
   ｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦ｙ＿２）
   からなる第２のクラッド層と、前記活性層と、前記第１
   のクラッド層あるいは前記第２のクラッド層のうち前記
   基板とは反対側のクラッド層との間に配置されたＩｎＰ
   層と、 該ＩｎＰ層と同一の導電型を有し、当該ＩｎＰ層上に配
   置されたＩｎ＿１＿−＿ｘ＿４Ｇａ＿ｘ＿４Ａｓ（ただ
   し０≦ｘ＿４）によるキャップ層とを具え、 前記ＩｎＰ基板と前記キャップ層との間に印加する電圧
   に応じて、前記活性層に入射する光の吸収状態を変化さ
   せるようにしたことを特徴とする量子井戸形光変調器。 ４、半導体基板の一方の主面上に、第１クラッド層、障
   壁層と量子井戸層から成る少なくともひとつの活性層、
   耐エッチング材料層、第２クラッド層、キャップ層およ
   び電極層をこの順次に形成し、 前記キャップ層の上にレジストを塗布し、 その塗布されたレジストに対してエッチングを施して、
   光導波路形状のパターンをもつレジスト層を形成し、 前記第２クラッド層および前記キャップ層についてはエ
   ッチングを行うことができるが、前記耐エッチング材料
   層についてはエッチングを行うことのできないエッチン
   グ溶液を用いて、前記第２クラッド層、前記キャップ層
   および前記電極層を前記光導波路の形状にエッチング処
   理し、 前記レジスト層を除去することを特徴とする量子井戸型
   光変調器の製造方法。