WO2004081638A1

WO2004081638A1 - 半導体光変調器

Info

Publication number: WO2004081638A1
Application number: PCT/JP2004/003181
Authority: WO
Inventors: Ken Tsuzuki; Tsuyoshi Ito; Ryuzo Iga
Original assignee: Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2004-09-23
Also published as: KR20050033068A; EP1602963A1; EP1602963A4; US7355778B2; KR100712460B1; US20060159381A1; EP1602963B1; JPWO2004081638A1; JP4036878B2

Abstract

　本発明は、主として光通信システムや光情報処理システムにおいて用いられる半導体光変調器に関する。　本発明は、ＳＩ−ＩｎＰ基板（１１）上に順次、ｎ−ＩｎＰクラッド層（１２）と、光導波層（１３）と、ＳＩ−ＩｎＰクラッド層（１４）と、ｎ−ＩｎＰクラッド層（１５）とが積層され、ｎ−ＩｎＰクラッド層（１５）に接続された電極（１６）と、ｎ−ＩｎＰクラッド層（１２）に接続されたグランド電極（１７）とから電圧を印加することを特徴とする。　本発明は、特に低電圧で動作すると共に導波損失の小さい半導体位相変調器又は半導体マッハツェンダ型光変調器として適用することができる。

Description

明細書半導体光変調器

·

技術分野

本発明は、半導体光変調器に関し、特に半導体位相変調器又は半導体マッハツエンダ型光変調器として適用することができる半導体光変調器に関する。背景技術

光変調器などの導波型光制御デバイスは、高速光通信システム、光情報処理システムにおけるキ一エレメントのひとつである。光変調器には、例えば L i N b〇₃ (L N) 等の誘電体を用いた光変調器や、 I n Pや G a A s等の半導体を用いた光変調器等が含まれる。これらの光変調器の中でも、レーザや光アンプ等の他の光素子や電子回路との集積化が可能で、小型化、低電圧化が容易な半導体光変調器が、期待されている。

電界吸収型光変調器とマッハツエンダ型光変調器が、代表的な半導体光変調器として知られている。

電界吸収型光変調器は、たとえば、バルク半導体のフランツケルディッシュ効果（Franz- Keldysh効果）や多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果 .(Quantum Conf ined Stark Ef fec t： Q C S E ) のような、電界を印加することにより吸収端が長波長側へシフトする効果を利用した光変調器である。また、マッハツエンダ型光変調器は、バルク半導体の電気光学効果（ポッケルス効果）や多重量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果のように電界を印加することにより屈折率が変化する効果を利用した光変調器である。電界吸収型光変調器は、消費電力が小さく、小型であり、 L N変調器にみられるような直流電圧によるドリフトも生じないことから、有望な光変調器と考えられている。しかし電界吸収型光変調器は、変調時に生じた波長チヤ一ピングにより、フアイバ伝送後の光信号の波形が劣化する。

より詳細には、変調後の光信号スペクトルは、波長チヤ一ビングにより、変調前に比べて広がる。変調後の光信号を光ファイバで伝送すると、光信号の波形は、フアイバ媒質の分散の効果によつて波形劣化する。結果的に、伝送特性は劣化する。波形劣化は、伝送速度が速いほど、また伝送距離が長いほど顕著となる。

一方、マッハツェング型光変調器は、原理的に波長チヤ一ピングをなくすことができるため、超高速 ·長距離通信用変調器として期待されている。

例！は、 C. Rol l and et al.、 lOGbi t/s, 1. 56 m mul t iquantum wel l InP/InGaAsP Mach-Zehnder opt ical modulator, Electron Let t.ゝ 1993年、第 2 9巻、第 5号、 . 471-472 (以下、文献 1という）に、半導体のマッハツエンダ型光変調器が記載されている。この変調器は、 p i n構造を有した集中定数型の変調器である。 P i n構造を有した集中定数型の変調器では、光が p型と n型の半導体層にはさまれた層厚 0 . 4 mのノンドープ多重量子井戸（MQ W) 領域を導波するため、電界による屈折率変調を高効率で受ける。したがつて、位相変調部の長さを極めて短くすることができ、例えば、 L N変調器における位相変調部の長さ 2 0〜3 0 mmに対して、集中定数型の変調器では 6 0 0 m することができる。

しかし、集中定数型の変調器は、 p型半導体部分での光損失が大きく、例えば全挿入損失が 1 3 d Bと大きくなる。また集中定数型の変調器は、 C R時定数'による速度制限のため、 1 0 G b i t / s以上の動作が困難である。

図 1 3は、進行波型電極構造のマッハツェング型光変調器の導波路の概略断面図であり、電界印加部分の断面構造を示してある。図 13に示す構造を有するマッハツエンダ型光変調器は、ショットキ一電極を用いた進行波電極型変調器であり上述する集中定数型の変調器の問題点を解決すべく現在盛んに研究されている変調器であり、たとえば R. Spickermann et al.、 GaAs/AlGaAs electro-optic modulator with bandwidth > 40GHz、 Electron Lett.、 1995年、第 31巻、第 11号、 P.915- 916 (以下、文献 2という）に記載されている。図 13に示すように、当該電界印加部分は、 S I (S emi— I n s u l a t e ：半絶縁）一 I n Pクラッド層 71と、 S I— I n Pクラッド層 71上に積層された光導波層 72と、リッジ状の S I— I n Pクラッド層 73と、ダランド電極 74と、リッジ上面のショットキ一電極 75とから構成される。 S I _ I nPクラッド層 71と 73は、 i (ノンドープ）一 I n Pにより置き換えられることもある。また、 I nPだけでなく、 GaAs系材料により形成されることもある。

従来の p i n構造を有した集中定数型変調器は、 p型電極における電気信号の導波損失と p i n構造の容量成分による光と電界の速度不整合により、進行波型電極構造を実現することが困難であった。

図 13に示す構造を有するマッハツエンダ型光変調器は、ショットキ一電極を用いることにより、進行波型電極構造を実現している。また、この進行波電極型変調器は、半導体としては S I層又はノンドープ層を用いて、集中定数型の変調器の説明で述べたような欠点を解消することができる。

しかレながら、図 13に示す構造を有するマッハツエンダ型光変調器では、ショットキ一電極 75とグランド電極 74との距離 G A Pは、加工上の制限により最小でも約 9 mとなり、比較的大きくなつてしまう。したがって、光導波層 72の電界強度（図 13において、矢印で図示）は小さくなる。その結果、光変調器の屈折率の変調効率は、低下する。図 1 3に示す構造を有するマッハツェング型光変調器は、変調効率が小さいため、十分な位相変調を行うために位相変調部を長くすることが求められ、あるいは高い動作電圧を必要とされる。この結果，，進行波電極型の変調器は集中定数型ほどの小型化ができないこと (例えば., 約 1 0 mm) 、あるいは動作電圧が高くなること (例えば、 V TT = 2 8 V) が知られている。 ·

進行波型電極構造の半導体光変調器の従来技術の他の例として、来国特許第 5 6 4 7 0 2 9号明細書（以下、文献 5 ) に示されているものが知られている。図 1 4は、米国特許第 5 6 4 7 0 2 9号明細書に示された半導体光変調器の導波路の断面構造図である。図 1 4に示すように、光変調器 8 0はハイメサ導波路型であり、 S I— I n P基板 8 1上に、 n型 I n A i A s下部クラッド層 8 2、量子井戸を含む光導波層 8 3、 n型 I n A 1 A s上部クラッド層 8 の順に積層されている。

図 1 4に示した半導体光変調器は、光導波層 8 3の上下面を n型の I n A 1 A sクラッド層 8 2 , 8 4で挟み、電極 8 5と 8 6を介して、その両クラッド層 8 2と 8 4との間に電圧が印加される特徴を有する。

図 1 4に示した半導体光変調器の他の特徴として、半導体光導波路の光導波層 8 3と電極 8 5との距離 s、又は光導波層 8 3と S I— I n P基板 8 1との間のクラッド層 8 2の厚さ tなどを変化させ、信号光と電気信号との速度整合条件およびインピーダンス整合条件を満たすことによって、駆動周波数帯域が 4 0 GH zにも及ぶ高速の光変調が実現される。

しかレ、図 1 4に示した半導体光変調器の構造は、ポテンシャル障壁がないために、電圧を印加すると大きな電流が流れてしまう。そこで、この素子は、光導波層 8 3として BRAQTOT層（Barrier- Reservoir And Quantum-Wel l Electron-Trans fer層）を用いることを前提にしている。 BRAQWET層については、例えば、 T. Y. Chang, et al .、 Novel modul ator s tructure permi t t ing synchronous band f i l l ing of mul t iple quantum wel l s and extremely large phase shi f ts、 Electron Device Meet ing 1989, Technical Diges t, Internat ional , 3-6 Dec. 1989.、 p. 737-740 (以下、文献 3という) に詳細に説明されている。

BRAQWET層は、 n型半導体層、 MQW光導波層、 p型半導体層、 n型半導体層を順次積層させた構造を有する。図 1 5 Aおよび図 1 5 Bは、 BRAQWET層のバンド構造を示す図である。図 1 5 Aは電圧を印加していない状態を図 1 5 Bは電圧を印加した状態をそれぞれ示す。図 1 5 Aに示すように、 BRAQWET層のパンド構造は、 n型半導体部分と p型半導体部分のフェルミ準位の違いを利用して、 P型半導体部分を電子に対するポテンシャル障壁として利用した構造である。また、図 1 5 Bに示すように、電圧印加時に電子が 2つの電極間に流れないようにする障壁があるため、光導波路に電圧印加が行えるような構造となっている。 - この構造は、 MQW光導波層に電子を注入することによつてひきおこされるバンドフィリング効果、すなわち吸収係数の変化又は屈折率の変化を利用する特徴を有する。電子のみが MQW光導波層に注入され、ホールは電圧印加時の応答には寄与しない。 B R AQWE T層は、移動度の小さいホールを介在しないため、高速の電気信号に応答することができる。

実際には、 p型半導体部分のバンドギャップの持ち上がりが電流を効果的に遮蔽するために、 η型半導体と p型半導体とは、非常に精密な濃度制御が必要とされる。しかし、 η型キャリア濃度と ρ型キャリア濃度を層界面で急峻に制御することは困難である。またノンド一プ化される領域が大きくなると、電界がノンドープ領域に印加され、電気光学効果の効率が下がることになる。

したがって、 BRAQWET構造を採用した実用的な光変調器の作製は、非常に困難である。前述した文献の光変調器は、バンドギャップが大きくて、 P型の半導体を障壁層として使用することによって障壁を高くしている。このような構造で、実際に使用できるほどの消光特性のとれた光変調器は、これまでに知られていない。

また、光変調器の例ではないが、光導波層の上下を n型クラッド層で挾んだ例として、図 16に示す断面構造を有する進行波型電極フォトダイオードがある (Jin-Wei Shi and Chi-Kuang Sun, Design and Analysis of Long

Absorption-Length Travel ing - Wave Photodetectors^ Journal of Lightwave Thechnology, 2000年 12月、第 18巻、第 12号、 p.2176- 2187、（以下、文献 4という））。図 16に示す進行波型電極フォトダイオード 90は、 n型クラッド層 92と、光導波層 93、 n型クラッド層 94とが S I— G a As基板 91 上に積層された積層構造を有する。 n型クラッド層 92と n型クラッド層 94 に挾まれた光導波層 93は、電圧を印加した際に生ずる電流を抑制するために、高抵抗 GaAs (LTG-GaA s)を用いている。進行波型電極フォトダイォード 90は、 n型 A 1 GaAsクラッド層 94上に電極 96と、 n型 A l GaA sクラッド層 92上に電極 95を備える。

しかしながら、高抵抗 GaAsとして、低温成長 GaAs (LTG-GaAs) を用いているため、低温成長で導入された欠陥により光損失が生じる。

以上説明したように、現在検討されている半導体マッハツエンダ型光変調器のうちで、集中定数型の変調器は、 p型半導体部分での光損失が大きく、 CR 時定数による速度制限のため 10 Gb i t/s以上の動作が困難である。また、進行波電極型の変調器は、屈折率の変調効率が小さく、位相変調部の小型化が困難で、.動作電圧が高くなる。発明の開示

本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、低電圧化、小型化及び高速化を同時に実現した半導体マッハツェング型光変調器、半導体位相変調器等の半導体光変調器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第 1の発明は、基板上に順次、半絶縁型クラッド層と、半導体光導波層と半絶緣型クラッド層とが積層された層構造を有する半導体光変調器において、少なくとも一方の前記半絶縁型クラッド層における、前記半導体光導波層との積層面と対抗する面を含む一部又は全部が、 n型クラッド層であることを特徴とする半導体光変調器である。

半導体光導波層を挾む半絶縁型クラッド層の一方について、半導体光導波層との積層面に対向する面を含んだ一部または半絶縁型クラッド層全部が n型クラッド層となっている場合と、半導体光導波層を挟む半絶縁型クラッド層の両方について、半導体光導波層との積層面に対向する面を含んだ一部または半絶縁型クラッド層全部が n型クラッド層となっている場合（ただし、両方の半絶縁型クラッド層すべてが n型クラッド層となることはない。）とが例として挙げられる。

すなわち、第 1の例として、基板上に順次、 n型クラッド層（以下 n層という) 、半絶縁型クラッド層（以下 S I層という）、半導体光導波層（以下、光導波層という）、 S I層、 n層が積層される場合がある。第 2の例として、基板上に順次、 n層、 S I層、光導波層、 S I層が積層される場合がある。第 3 の例として、基板上に順次、 S I層、光導波層、 S I層、 n層が積層される場合がある。第 4の例として、基板上に順次、 S I層、光導波層、 n層が積層される場合がある。第 5の例として、基板上に順次、 n層、光導波層、 S I層が積層される場合がある。第 6の例として、基板上に順次、 n層、光導波層、 S I層、 n層が積層される場合がある。第 7の例として、基板上に順次、 n層、 S I層、光導波層、 n層が積層される場合がある。

上記課題を解決する第 2の発明は、 n型クラッド層と、光導波層と、 n型クラッド層とが積層された層構造を有する半導体光変調器において、半絶縁型クラッド層が、前記 n型クラッド層の少なくとも一方と光導波路層との間に積層されたことを特徴とする半導体光変調器である。

すなわち、第 1の発明における、第 1の例第 6の例、およぴ第 7の例の場合がある。

本発明の半導体光変調器は、 n型クラッド層と半導体光導波層との間に半絶縁型クラッド層が挿入されているので、上記文献 1に開示されている光変調器とは異なる。また、本発明の半導体光変調器は、上記文献 4に開示されている進行波電極型フォトダイオードとも異なる。すなわち、本発明の半導体光変調器は、高抵抗でない半導体光導波層（例えばノンドープ光導波層）を用い、高抵抗でない半導体光導波層と n型クラッド層との間に半絶縁型クラッド層が揷入されている。

すなわち、本発明の半導体光変調器では、半導体光導波層の上下面の少なくとも一方に半絶縁型クラッド層を配し、かつ前記半導体光導波層の上面の半絶緣型クラッド層の上面又は前記半導体光導波層の下面の半絶縁型クラッド層の下面の少なくとも一方に n型ドープ層が配されている。このように、 p型ドープ層を用いていないため、 p型半導体の光吸収損失や p型電極の導体損失が無く、低損失な光導波路と進行波型電極構造を実現することができる。

また、半導体光導波層の上下面の少なくとも一方に半絶縁型クラッド層を配することにより、半導体光導波層の上側及び下側の両方に n電極が存在しても、電流が流れることなく電圧印加が可能となる。

本発明の半導体光変調器は、電極層間の距離を 5 以下にすることが可能である。すなわち、本発明の半導体光変調器は、従来の進行波型電極構造の半導体光変調器と比較して、電界強度を大きくすることができる。したがって、本発明の半導体光変調器は、屈折率の変調効率が大きく、位相変調部を小型化することができ、動作電圧を低くすることが可能となる。また、本発明の半導体光変調器は、進行波型電極構造を採用することにより、集中定数電極のように C R時定数に制限されることなく、 1 0 G b i t / s以上の高周波帯域でも動作が可能となる。

本発明の半導体光変調器は、半導体光導波層としてノンド一プ半導体層を用いることができる。すなわち、意図的に F e等の半絶縁性不純物をドープし、または低温成長により高抵抗化を図らなくても良い。半導体光導波層としてノンドープ半導体層を用いた場合は、光導波層における光の損失が小さくなる。本発明の半導体光変調器では、特に、半絶縁型クラッド層を半導体光導波層の上面又は下面の一方のみに配した場合、半絶縁型クラッド層のポテンシャル障壁により半導体光導波層に大きな電界をかけることができる。

上記課題を解決する第 3の発明は、第 1または第 2のいずれかの発明に係る半導体光変調器において、導波路構造が、ハイメサ導波路構造またはリッジ導波路構造であることを特徴とする半導体光変調器である。

八ィメサ導波路構造は、半導体光導波層の下方（基板側に向かう方向）の層までエッチングすることにより形成された光導波路の構造である。リッジ導波路構造とは、半導体光導波層の上方（基板側から離れる方向）の層までエッチングすることにより形成される光導波路の構造である。

上記課題を解決する第 4の発明は、第 1または第 2のいずれかの発明に係る半導体光変調器において、基板の直上の n型クラッド層または半絶縁型クラッド層と、基板に積層された半導体光導波層との積層面と対向する面を含む n型クラッド層または半絶縁型クラッド層とに電極を接続し、電圧印加を行うことを特徴とする半導体光変調器である。

第 1の発明で説明した、第 1、第 6又は第 7の例では、基板の直上及び基板に積層された最上層には n型クラッド層が存在するため、両電極はこれらの n 型クラッド層に接続する。また、第 2〜第 5の例では、一方が n型クラッド層であり、他方が半絶縁型クラッド層であるため、一方の電極は n型クラッド層に、他方の電極は半絶縁型クラッド層に接続される。

n型クラッド層は導電性を有し電極と同様の役割をも果たす。したがって、半導体光導波層に電界を発生させる実質的な電極間隔を、実際の電極一電極間隔ょりも小さくすることができる。

上記課題を解決する第 5の発明は、第 4の発明に係る半導体光変調器において、前記電極が、コプレ一ナ導波線路構造であるこどを特徴とする半導体光変調器である。

上記課題を解決する第 6の発明は、第 1ないし第 5のいずれかの発明に係る半導体光変調器と、入力光を二分する光分波器と、前記半導体光変調器によつて変調された光を合波する合波器とを備えたことを特徴とする半導体マッハツェング型光変調器である。

従来の p i n構造の変調器は、電界による屈折率変調を高効率で利用することができる。しかし、従来の p i n構造の変調器は、 p型半導体の光吸収損失や p型電極の導体損失、光と電界の速度不整合による進行波型電極構造の困難性等の欠点を有していた。

本発明の半導体マッハツエンダ型光変調器は、上記第 1力、ら第 5の発明に係る構造を採用することにより、電界による屈折率変調を高効率に発生することができる進行波型電極構造の実現を可能とする。図面の簡単な説明

図 1は、第 1の実施形態に係る半導体光変調器の電界印加部分の導波路（ハィメサ構造）の概略断面図である。

図 2は、第 1の実施形態に係る半導体光変調器の電界印加部分の導波路（リッジ構造）の概略断面図である。図 3は、 S I半導体層の厚さと耐圧との関係図である。

図 4 Aは、第 1の実施形態に係る半導体光変調器のバンドダイアグラムであり無電界の状態を示す。

図 4 Bは、第 1の実施形態に係る半導体光変調器のパンドダイアグラムであり、電界を印加した状態を示す。 ·

図 5は、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の概略外観図である。 '

図 6は、第 2の実施形態に係るマッハツェング型光変調器の位相変調光導波路部分の概略断面図である。

図 7 Aは、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の位相変調導波路の電圧一電流特性を示すグラフである。

図 7 Bは、第 2の実施形態に係るマツ八ツエンダ型光変調器の位相変調導波路の電圧一電流特性を示すグラフである。

図 8 Aは、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の電圧印加時の透過光強度特性を示した図である。

図 8 Bは、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の電圧印加時の透過光強度特性を示した図である。

図 9 Aは、第 2の実施形態に係るマッハッェンダ型光変調器の小信号応答特性を示した図である。

図 9 Bは、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の 4 0 G b i t Z sアイ.ダイアグラムを示した図である。

図 9 Cは，第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の 4 0 G b i t / sエラーレ一トを示した図である。

図 1 O Aは、第 2の実施形態に係る進行波型電極付きマッハツエンダ型光変調器の速度整合条件のメサ幅依存性を示した図である。図 1 O Bは、第 2の実施形態に係る進行波型電極付きマッハツエンダ型光変調器のインピーダンス整合条件のメサ幅依存性を示した図である。

図 1 1は、第 3の実施形態に係る半導体光変調器の電界印加部分の導波路ひ \ ィメサ構造）の概略断面図である。

図 1 2は、第 3の実施形態に係る半導体光変調器の電界印加部分の導波路 (リッジ構造）の概略断面図である。

図 1 3は、従来の進行波型電極構造の半導体光変調器の電界印加部分の導波路の概略断面図である。

図 1 4は、従来の進行波型電極構造の半導体光変調器の他の例であり、当該光変調器に係る電界印加部分の導波路の概略断面図である。

図 1 5 Aは、電圧を印加していない状態の BRAQWET層のパンド構造を示す図である。

図 1 5 Bは、電圧を印加した状態の BRAQWET層のバンド構造を示す図である。図 1 6は、光導波層の上下を n型クラッド層で挟んだ構造を有する進行波型電極フォトダイオードの概略断面図である。発明を実施するための最良の形態

<第 1の実施形態 >

図 1は、第 1の実施形態に係る I n P系多重量子井戸半導体光変調器の導波路の概略断面図であり、導波路における電界印加部分の断面構造を示す。

本実施形態に係る半導体光変調器は、 S I— I n P基板 1 1上に n— I n P クラッド層 1 2、光導波層 1 3、 S I— I n Pクラッド層 1 4、 n— I n Pクラッド層 1 5が順次積層された積層体を、エッチングプロセスによりメサ状に加工した光導波路構造をもつ。

第 1の実施形態に係る半導体光変調器は、光導波層 1 3の下（本実施形態では、光導波層 1 3の下層である n— I n Pクラッド層 1 2 ) までエッチングされたハイメサ導波路構造 1 0である。

図 1に示された半導体光変調器は、 n— I n Pクラッド層 1 5の上面に電極 1 6を、 n— I n Pクラッド層 1 2の上面にグランド電極 1 7備えている。電極 1 6とグランド電極 1 7の間に高周波信号を印加するため、電極構造は、 2 つのグランド電極 1 7の間に電極 1 6が挟まれた構造であるコプレ一ナ導波線路（C P W) 構造が採用される。

導波路構造として、光導波層の上までエッチングするリッジ導波路構造を採用することも可能である。図 2は、リッジ導波路構造 2 0を適用した導波路における電界印加部分の断面構造を示す。図 2に示した導波路は、 S I— I n P 基板 2 1上に n— I n Pクラッド層 2 2、光導波層 2 3、 S I— I n Pクラッド層 2 4、 n— I n Pクラッド層 2 5が順次積層され、光導波層 2 3の上層である S I— I n Pクラッド層 2 4までエッチングされている。

図 2に示された半導体光変調器は、 n— I n Pクラッド層 2 5の上面に電極 2 6を備える。グランド電極は、光導波層の下層である n— I n Pクラッド層に接続させる必要がある。図 2に示されたリッジ導波路構造は、 S I— I n P クラッド層 2 4の表面から n— I n Pクラッド層 2 2までの溝を備え、 n― I n Pクラッド層 2 2と接続されるようにグランド電極 2 7が配置されている。グランド電極 2 7と n— I n Pクラッド層 2 2とを接続する場合に、グランド電極 2 7と光導波層 2 3との接触により、電圧印加時に電子が光導波層 2 3 に流れ込み、電気光学特性が劣化する可能性がある。し力 ^しながら、光導波層 2 3はノンドープ層であるため、グランド電極 2 7と n— 1 n Pクラッド層 2 2との接続部分 (溝) をリッジ導波路部分から十分に離れた場所に形成すること'により、当該問題を解消することができる。

たとえば図 1に示された半導体光変調器の場合、動作時には、電極 1 6とグランド電極 17との間に電圧を印加することにより、光導波層 13に信号電界 (図 1において、矢印で図示) を発生させる。第 1の実施形態では、 n— I n Pクラッド層 15および n— I n Pクラッド層 12は導電性を有し電極と同様の役割をも果たす。光導波層 13に電界を発生させる電極の間隔は、実質的には n— I n Pクラッド層 15と n— I n Pクラッド層 12との間隔となる。このため、第 1の実施形態の半導体光変調器は、従来例 (図 13参照) と比較して実質的な電極間隔を小さくし、光導波層 13中の電界強度を増加させ、電気光学効果を高めることができる。

次に、実質的な電極間隔を決定する、光導波路 13と S I— Ι ηΡクラッド層 14との層厚、特に、 S I— I nPクラッド層 14の層厚について説明する。電極 16及びダランド電極 17を介して、 n— Ι ηΡクラッド層 15と n— I nPクラッド層 12との間に印加可能な電圧値は、 2つの n型半導体層の間に挟まれた S I— I nPクラッド層 14の耐圧により決定される。図 3は、 S I一 I nPクラッド層の厚さと耐圧の関係を示す。

図 3に示すように、耐圧は、 S I— I nPクラッド層 14の層厚が 0. 5 mのときに ±2. 5V、層厚 1. O mのときに ±7. 0V、層厚 2. 0 のときに土 25 Vである。

ここで、第 1の実施形態の半導体光変調器は、従来例に係る半導体光変調器 (図 13参照）と比較して実質的な電極間隔（n— I nPクラッド層 15と n 一 I n Pクラッド層 12との間隔）が小さいため、比較的低い印加電圧で高強度の電界を発生させることができ、高い効率で電気光学効果を利用することが可能となる。

従来例に係る半導体光変調器は、電極間隔が約 9 mと大きく、またこれに伴い高電圧（28V程度）を印加する必要があった。第 1の実施形態の半導体光変調器は、実質的な電極間隔を小さくし、電気光学効果の効率を向上させることができ、駆動電圧の低電圧化、素子の小型化等を実現することを可能とする。

第 1の実施形態の半導体光変調器における光導波層 13と電極 16までの距離を約 1 m以下とした場合、信号光のロスは、電極 16を構成する金属によつて増大する。したがって、第 1の実施形態の半導体光変調器における光導波層 13と電極 16までの距離は、 1 m以上にすることが望ましい。

光導波層 13から電極 16までの距離は、 n_ I nPクラッド層 15と S I 一 I n Pクラッド層 14の層厚で決定される。第 1の実施形態の半導体光変調器は、速度整合とインピーダンス整合をとるために S I― I nPクラッド層 1 4の層厚を小さくした場合であっても、 n— I nPクラッド層 15の層厚を調整（大きく）することにより、光導波層 13から電極 16までの距離を 1 m 以上に維持することができる。したがって、電極 16による光損失を防止し、高い効率で電気光学効果を利用することができる位相変調部とすることが可能である。

図 4A及び図 4Bは、第 1の実施形態に係る I nP系多重量子井戸半導体光変調器のバンドダイアグラムを示す。図 4 Aは、電圧を印加しない状態のバンドダイアグラムを、図 4Bは、電圧を印加した状態のパンドダイアグラムを示す。図 4Aおよび図 4Bは、図面右側から、 S I— I nP基板上に順次積層した n— I nPクラッド層 12と、光導波層 13と、 S I— I nPクラッド層 1 4と、 n— I nPクラッド層 15とからなる構造に対応する形態のバンド構造を示す。. 図 4 Aおよび図 4 Bは、光導波層 13が、バンドギャップ波長 137 0 nmのノンド一プ多重量子井戸層 (MQW) 13 aと、その上下に配されたバンドギャップ波長 1300 nmのノンドープ I nGaAs P光閉じ込め層 1 3 bとからなる場合のバンド構造を示す。

S I— I nPクラッド層 14のバンド構造は、ド一プされた F e原子が深い準位でイオン化したァクセプ夕として働くことにより、イオン化したァクセプ夕の電荷によりバンドが曲げられ、電子 1に対するポテンシャルバリァを形成する。ポテンシャルバリアが電子 1の漏れ電流を防ぐことによって、電圧印加時に、効率的に光導波層 1 3に電界が印加されることが可能となる。

なお、本発明の第 1の実施形態の半導体光変調器は、上述の形態に限られず、光導波層 1 3と電極 1 6との間を S I— I n Pクラッド層のみとしてもよい。また、本発明の第 1の実施形態の半導体光変調器は、'光導波層 1 3と電極 1 6 との間を n— I n Pクラッド層とし、 n— I n Pクラッド層 1 2の代わりに S I一 I n Pクラッド層としてもよい。更に、本発明の第 1の実施形態の半導体光変調器は、光導波層 1 3と電極 1 6との間を n— I n Pクラッド層とし、 n — I n Pクラッド層 1 2の代わりに S I— I n Pクラッド層と n— I n Pクラッド層との積層構造（光導波層 1 3の直下を S I— I n Pクラッド層とする) としてもよい。

以上、図 1に示すハイメサ導波路構造を有する半導体光変調器に基づいて、第 1の実施形態の説明をしたが、図 2に示すリッジ導波路構造を有する半導体光変調器であつても同様の効果を得ることができる。

<第 2の実施形態 >

図 5は、第 2の実施形態に係るマッハツェング型光変調器の概略外観を示す。図 5に示すように、マッハツェング型光変調器 6 0は、基板上に形成された、入力光を二分する 2 X 2多モ一ド干渉型 (MM I ) カップラ 6 8 aと、二分された光の位相を印加された電圧に基づいてそれぞれ変調する 2本の位相変調導波路 6 9 a , 6 9 bと、変調された光を合波する 2 X 2多モ一ド干渉型力ップラ 6 8 bと、位相変調導波路 6 9 a , 6 9 bに電界を印加する信号電極 6 6及びグランド電極 6 7とを備える。ここで、位相変調導波路 6 9 a , 6 9 bの長さ（位相変調領域）は 3 mmである。図 6は、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の位相変調導波路の概略断面を示す。図 6に示すように、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器は、 S I— I nP基板 61の上に順次積層された n- I nPクラッド層 62と、 MQW及びその上下面に配された I nGaAs P光閉じ込め層からなる光導波層 63と、 S I— I nPクラッド層 64と、 n— I n Pクラッド層 65と、および、導波路メサ上部に信号電極 66と、メサ底部（n— I nP クラッド層 62上) にグランド電極 67とを備える。'

MQWの吸収波長は 1370 nmであり、信号光の 1550 nmから十分離れた波長である。導波路のメサ幅は 2. 0 zm、メサ高さは 3. 0 xm、 S I — I nPクラッド層 64の層厚は 1. 0 zmである。

図 7 Aおよび図 7 Bは、本実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の位相変調導波路の電圧一電流特性を示す。図 7 Aは、印加した電圧と漏れ電流の関係を示し、図 7Bは、図 7 Aの電圧 0V以上の領域における漏れ電流を対数表示で示す。図 7 Aおよび図 7 Bは、位相変調導波路 69 a, 69 bが漏れ電流の非常に少ない土 15 V程度の電圧耐性を有していること、および光導波層 6 3と S I— I nPクラッド層 64に効果的に電圧が印加されていることを示す。層厚 1. 0 mの S I— I n Pクラッド層 64は、漏れ電流 200 M A以下の優れたポテンシャル障壁特性を有していることが理解される。なお、 S I— I nPクラッド層 64の F eド一プ量を、第 1の実施形態における S I— I n Pクラッド層 14 (図 1を参照）の F eド一プ量に比べて多くすることによつて、耐電圧は約 2倍に向上されている。

以上より、 S I— I nPクラッド層をポテンシャルバリアとして用いることにより、 BRAQWET構造による p型半導体のパリアに比べ、製作が非常に容易で、電圧耐性の優れた良質なパリアを形成することができる。すなわち、 BRAQWET構造は、耐電圧が ±2 V程度であるのに対して、 S I— I nPクラッド層をポテンシャルバリアとして用いることにより、約 ± 1 5 Vもの耐電圧を得ることができる。

BRAQWET構造は、 MQWへの電子の注入により、吸収係数の変化あるいは屈折率の変化を利用する構造となっている。他方、第 1及び第 2の実施形態の光変調器は、光導波層への電圧印加によるポッケルス効果を利用する方法を用いている。第 1および第 2の実施形態に係る方法は、 BRAQWET構造で用いられる方法に比べて、波長チヤ一プおよび波長依存性を小さく抑えることができる。第 1 および第 2の実施形態に係る方法は、光変調器に広く要求される特性を満たすことができる。

上記文献 5は、 BRAQWET構造を用いることに言及している。しかし、文献 5は、 MQWの構造に言及していない。第 1及び第 2の実施形態の導波路構造は、主な特徴として半絶縁型半導体を電流の流れを阻止する層として用いる。また、第 1及び第 2の実施形態の導波路構造は、光導波層に電子を注入せず、電圧印加によるポッケルス効果を利用する。このように、本発明は、文献 5に記載された光変調器とは素子の構造、動作原理が全く異なる、導波路構造を提供する。図 8 A及び図 8 Bは、第 2の実施形態に係るマッハツェング型光変調器の電圧印加時の透過光強度の変化を示す。図 8 A及び図 8 Bは、入力光の波長を 1 5 2 0 nm〜 1 6 2 0 n mに変化させて各波長における透過光強度の変化を示す。図 8 Aは、図 8 Bにおける逆バイアス電圧 6 V以下の領域の拡大図である。図 8 A及び図 8 Bに示すように、本実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器は、入力光波長 1 5 3 0 nm〜l 5 7 0 nmの 4 0 n mに亘る波長域において、 1 5 d B以上の消光比を得ることができ、逆バイアス電圧 2 . 2 Vの同一動作条件で波長に依存しない動作が可能である。

また.. 図 8 A及び図 8 Bは、逆バイアス電圧を光の位相が逆転する電圧 ( 2 V % ) にしたときに、透過光強度の劣化がないことを示す。ここで、 V TCとは、マッハツエンダ型光変調器において消光するために必要な電圧である。この特性は、光導波層鑌域での光吸収がほとんどないことから得られる特性である。 BRAQWET構造のようなバンド準位の変化を利用する構造では、入力光波長とバンド準位が密接に関係しているため、このような波長に依存しない特性を得ることができない。

第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器は、光導波層の吸収端波長を入力光波長から十分に離したこと、およびポッケルス効果を利用する構造としたことにより、上述したような波長に依存しない、また吸収のない特性を得ることができる。

従来のショットキ一電極型変調器の位相変調導波路の長さはおよそ 1 0 mm である。第 2の実施形態では、電界印加領域を小さくしたことにより、高効率で位相変調を行うことができ、 3 mmという短い位相変調導波路で十分に信号光を変調することが可能となる。

次に、第 2の実施形態に係るマツ八ツエンダ型光変調器における高速駆動特性について説明する。本発明に係る光変調器の光導波路は、 2つの電極に接する半導体層が n型半導体である。本発明に係る光変調器の光導波路は、 p型半導体層を使用していないため、 p型半導体層に起因する電気信号のロスや、光の吸収ロスを回避することができる。また、本発明に係る光変調器の光導波路は、導波路層の幅や、光導波層と S I — I n Pクラッド層とからなる電界印加領域の厚さを制御して光導波路の容量成分を調整することにより、電気信号と信号光の速度条件やインピーダンス条件を整合させることができる。本発明に係る光変調器の光導波路は、速度条件及びインピ一ダンス条件が整合した進行波型電極構造を採用することによって、高速電気信号により光を変調する高速光変調器として実現されることができる。

図 9 A、図 9 B及び図 9 Cは、本実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器の高周波信号駆動特性を示すグラフである。図 9 Aは、高周波電気信号と光変調信号の応答特性を示す小信号周波数特性を示す。図 9 Aに示すように、周波数応答が 3 d Bダウンする小信号周波数帯域は 40GHzであり、 40 Gb i t / sの変調に十分な帯域が得られている。また、図 9 Bは、 40Gb i t/ sにおけるアイダイアグラムを示す。図 9 Bに示すように、明確なアイ開口を確認することができ、高速な光変調が可能となっている。図 9 Cは、 40 Gb i t / sで変調した際のビットエラ一レートを測定じた結果を示す。図 9Cに示すように、エラ一フリ一動作が実現できており、本実施形態に係るマッ八ッェンダ型光変調器が高速光変調器として有用なことが分かる。

次に、第 2の実施形態に係るマッハツエンダ型光変調器における速度整合条件、インピーダンス整合条件のメサ幅に対するトレランスについて説明する。速度整合及びインピーダンス整合は、変調器の光導波路の容量成分を制御することで得られる。ここで、光導波路の容量成分は、導波路層の幅や、光導波層と S I— I nPクラッド層とからなる電界印加領域の厚さを制御することにより調整することできる。電界印加領域の厚さは、半導体層の層厚なので、ェピタキシャル成長により数十オングス卜ローム単位での精密な制御が可能である。一方、導波路層の幅は、半導体表面のエッチングにより制御されるので、 0. 1 m単位での加工誤差が発生する。

図 1 OAは、半絶縁層厚 0. 8 ^m、 1. 0^m、 1. 2 mの光導波路について、速度整合条件のメサ幅トレランスを計算により求めた結果を示したグラフである。また、図 10Bは、半絶縁層厚 0. 8 m、 1. 0 m, 1. 2 mの光導波路について、インピーダンス整合条件のメサ幅トレランスを計算により求めた結果を示したグラフである。

詳細には、図 10 Aは、一定の厚さの半絶縁層を有する光導波路の幅（ダラフ横軸）と、この光導波路に電気信号を与える際の電気信号の速度（グラフ縦軸）との関係が示す。図 10 Aによれば、導波路幅が大きくなるほど電気信号の速度が遅くなることがわかる。また図 10 Aによれば、半絶縁層の厚さが大きくなるほど電気信号の速度が速くなることが分かる。この結果、図 10 Aから分かるように、半絶縁層厚 1. 0 mの光導波路が速度整合条件を満たす、すなわち、電気信号の速度と導波路を伝播する信号光の速度（9. ' 29 X 10⁷ mZs) がー致するのは、導波路幅が 2. 1 mのときである。

40 Gb i t/sまでの速度における光変調特性を考慮すると、 3 mmの位相変調領域を通過した後の信号光と、 3 mmの信号電極 66を通過した後の電気信号との速度不整合による位相長のずれは、 150 mまで許容することができる。許容できる 150 mの位相長のずれは、電気信号の許容速度範囲に換算すると、 8. 83 X 10⁷m/s〜 9. 75 X 10⁷m/ sとなる。

この結果、速度整合を満たすための導波路幅トレランスは、速度が完全に整合する 2. l mの ±0. 3^mである 1. 8^m〜2. 4 mとなる。このトレランスは、加工精度に対して十分に広いため、多少の加工誤差があっても歩留まりの良い光変調器が作製可能となる。

また、図 10Bは、一定の厚さの半絶縁層を有する光導波路の幅（グラフ横軸）と、この光導波路に電気信号を与える信号電極 66の特性インピーダンス (グラフ縦軸）との関係を示す。図 10Bによれば、導波路幅が大きくなるほど特性ィンピ一ダンスが低下し、半絶縁層の厚さが大きくなるほど特性ィンピーダンスが大きくなることが分かる。この結果、図 10Bから分かるように、半絶縁層厚 1. 0 mの光導波路がインピーダンス整合条件を満たす、すなわち、信号電極 66の特性ィンピーダンスがマッハツエンダ型光変調器 60に接続される周辺デバイスのインピーダンス 50 Ωと一致するのは、導波路幅 2. 1· mのときである。

ここで、デバイス同士の接続に際して、 5 Ω程度のインピーダンスのずれは光変調特性に影響を及ぼさないことを考慮すると、信号電極 6 6の特性インピーダンスの許容範囲は、 4 5 Ω〜5 5 Ωとすることができる。この結果、ィンピーダンス整合条件を満たすための導波路幅トレランスは、インピーダンスが完全に整合する 2 . 1 111の± 0 . 3 5 m程度の 1 . 7 5 z m〜2 . 4 5 mとなる。このトレランスも、加工精度に対して十分に広いため、加工誤差により受ける影響が小さく、高速変調可能な光変調器を容易に作製することができる。

従来の半導体マッハツエンダ型光変調器は、集中定数型の光変調器の p型半導体部分での光損失が大きく、 C R時定数による速度制限のため 1 0 G b i t / s以上の動作が困難である。また、従来の半導体マッハツエンダ型光変調器は、進行波電極型の光変調器の屈折率の変調効率が小さく、位相変調部の小型化が困難で、動作電圧が高い。

上述するように、第 2の実施形態に係る半導体マッハツエンダ型光変調器及び位相変調器は、 2つの n型ドープクラッド層の間に、光導波層と S Iクラッド層とを挟み込んだ層構造を有し、 p型ドープ層を用いていないため、 p型半導体の光吸収損失や P型電極の導体損失がなく、 p型ドープ層に起因する問題が解消された光導波路や進行波型電極構造を実現することができる。

また、従来の進行波型電極構造を有する半導体マッ Λツエンダ型光変調器と比較して、第 2の実施形態に係る半導体マツ八ツエンダ型光変調器及び位相変調器は、電極層間の距離を 5 m以下にすることが可能であるため、電界強度を大きくすることができる。したがって、第 2の実施形態に係る半導体マッハッェンダ型光変調器及び位相変調器は、屈折率の変調効率が大きくなり、位相変調部を小型化することができ、動作電圧を低くすることが可能である。また、第 2の実施形態に係る半導体マッハッェンダ型光変調器及び位相変調器は、進行波型電極構造を採用することによって、 C R時定数に制限されることなく、 10 Gb i t/s以上の高周波帯域でも動作が可能でありながら、変調効率が高いため素子の小型化、低電圧化が可能である。

<第 3の実施形態 >

図 11は、第 3の実施形態に係る I n P系多重量子井戸半導体光変調器の導波路の概略断面図である。図 11は、導波路における電界印加部分の断面構造を示す。

第 3の実施形態に係る半導体光変調器は、 S I― ηΡ基板 41上に η— I η Ρクラッド層 42、 S I— I η Ρクラッド層 48、光導波層 43、 S I— I ηΡクラッド層 44、 η— Ι ηΡクラッド層 45を順次積層させた積層体を、エッチングプロセスによりメサ状に加工した光導波路構造をもつ。

第 3の実施形態に係る半導体光変調器は、光導波層 43と η— Ι ηΡクラッド層 42との間に S I— I ηΡクラッド層 48を設け、光導波層 43を S I一 111?クラッド層48、 44により挟み込む積層構造とした点において、第 1 の実施形態と異なる。

第 3の実施形態に係る半導体光変調器は、エッチングプロセスの際に、光導波層 43の下（本実施形態では、 n— I ηΡクラッド層 42) までエッチングしたハイメサ導波路構造 40である。

第 3の実施形態に係る半導体光変調器は、 η— I η Ρクラッド層 45の上面に電極 46と、 n— I ηΡクラッド層 42の上面にグランド電極 47とを備える。

電極構造は、両電極間に高周波信号を印加するため、 2つのグランド電極 4 7の間に電極 46が挟まれた構造であるコプレーナ導波線路（CPW) 構造でめる。

導波路構造は、光導波層の上でエッチングを止めるリッジ導波路構造とすることも可能である。図 12は、リッジ導波路構造 50を適用した第 3の実施形態に係る半導体光変調器の電界印加部分の断面構造を示す。リッジ導波路構造 50を適用した第 3の実施形態に係る半導体光変調器は、 S I— I n P基板 5 1上に n— I n Pクラッド層 52、 S I— I n Pクラッド層 58、光導波層 5 3、 S I— I nPクラッド層 54 n— I nPクラッド層 55を順次積層させ、光導波層 53の上層である S I— I nPクラッド層 54までエッチングされている。

図 1 2に示された半導体光変調器は、 n— I nPクラッド層 55の上面に電極 56を備える。ダランド電極は、光導波層の下側にある n— I n Pクラッド層に接続させる必要がある。図 12に示された半導体光変調器は、 S I— I nPクラッド層 54の表面から n— I nPクラッド層 52までの溝を備え、 n 一 I nPクラッド層 52と接続されるようにグランド電極 57を設置されている。

グランド電極 57と n— I nPクラッド層 52とを接続する際に、グランド電極 57と光導波層 53とが接触する問題については、第 1の実施形態で説明したとおりである。

動作時には、電極 46とグランド電極 47との間に電圧を印加することにより、光導波層 43に信号電界（図 1 1において、矢印で図示）を発生させる。第 3の実施形態の半導体光変調器は、 n— I nPクラッド層 45と n— I nP クラッド層 42とが導電性を有し電極と同様の役割をも果たすため、実質的な電極間隔を小さくすることができ、高効率の電気光学効果を得ることができる。第 3の実施形態の半導体光変調器は、実質的な電極間隔（n— I nPクラッド層 45と n— I n Pクラッド層 42との間隔）が小さいため、比較的低い印加電圧でも高強度の電界を発生させることができ、駆動電圧の低電圧化、素子の小型化等を実現することが可能となる。

ただし、第 3の実施形態の半導体光変調器は、第 1の実施形態の半導体光変調器と比較して、実質的な電極間隔が S I — I n Pクラッド層 4 8の分だけ大きい。したがって、電気光学効果の効率面等からは第 1の実施形態の半導体光変調器の方が第 3の実施形態の半導体光変調器よりも優れている。しかしながら、第 3の実施形態の半導体光変調器は、 S I — I n Pクラッド層 4 4および 4 8を設け、光導波層 4 3を S I — I n Pクラッド層 4 4 , 4 8で挟み込む積層構造としたことにより、第 3の実施形態に係る半導体光変調器は、電圧の印加方向が一方向に限定されないので利便性が高いという優れた機能を有している。

なお、第 3の実施形態の半導体光変調器における光導波層 4 3と電極 4 6までの距離は、第 1の実施形態の半導体光変調器と同様であり、 l i m以上が望ましい。第 3の実施形態の半導体光変調器は、電気光学効果の効率を向上させるために S I 一 I n Pクラッド層 4 4の層厚を小さくした場合であっても、 n 一 I n Pクラッド層 4 5の層厚を調整（大きく）することにより、光導波層 4 3から電極 4 6までの距離を 1 m以上に維持することができる。したがって、第 3の実施形態の半導体光変調器は、電極 4 6による光損失を防止しながら、高効率な電気光学効果を利用することができる位相変調部とすることが可能でめる。

なお、第 3の実施形態の半導体光変調器は、光導波層 4 3と電極 4 6との間を S I— I n Pクラッド層のみとしてもよく、逆に n— I n Pクラッド層 4 2 の部分を S I— I n Pクラッド層とし、光導波層 4 3と S I— I n P基板 4 1 との間を S I 一 I n Pクラッド層のみとしてもよい。

以上、図 1 1に示すハイメサ導波路構造を有する半導体光変調器に基づいて、第 3の実施形態の説明をしたが、図 1 2に示すリッジ導波路構造を有する半導体光変調器であつても同様の効果を得ることができる。

産業上の利用可能性 . 本発明に係る半導体光変調器は、 P型ドープ層を用いていないため、 P型半導体の光吸収損失や電気信号の導体損失が無く、低損失な光導波路と進行波型電極構造を実現することができる。また光導波層の少なくとも一方に S Iクラッド層が配設されることによって、光導波層への電子の流れ込みを防止しつつ電圧印加が可能となっている。

本発明に係る半導体光変調器では、従来の進行波型電極構造の半導体光変調器と比べ、電極層間の距離を 5 m以下にすることが可能であるため光導波層における電界強度を大きくすることができる。このため、屈折率の変調効率が大きく、位相変調部を小型化することができるとともに、動作電圧を低くすることが可能である。

また、進行波型電極構造を採用することによって、集中定数電極のように C R時定数に制限されること無く 1 0 G b i t / s以上の高周波帯域でも動作が可能でありながら、変調効率が高いため素子の小型化、低電圧化が可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 基板上に順次、半絶縁型クラッド層と、半導体光導波層と、半絶縁型クラッド層とが積層された層構造を有する半導体光変調器において、 '

少なくとも一方の前記半絶縁型クラッド層における、前記半導体光導波層との積層面と対向する面を含む一部又は全部が、 n型ク'ラッド層であることを特徵とする半導体光変調器。

2 . 導波路構造が、ハイメサ導波路構造またはリッジ導波路構造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。

3 . 前記基板の直上の n型クラッド層または半絶縁型クラッド層と、前記基板に積層された前記半導体光導波層との積層面と対向する面を含む n型クラッド層または半絶縁型クラッド層とに電極を接続し、電圧印加を行うことを特徴とする請求項 1に記載の半導体光変調器。

4. 前記電極は、コプレーナ導波線路構造を有することを特徴とする請求項 3に記載の半導体光変調器。

5 . 請求項 1ないし 4のいずれかに記載の半導体光変調器と、入力光を二分する光分波器と、前記半導体光変調器によって変調された光を合波する合波器とを備えたことを特徴とする半導体マッハツエンダ型光変調器。

6 . 基板上に順次、 n型クラッド層と、光導波層と、 n型クラッド層とが積層された層構造を有する半導体光変調器において、

半絶縁型クラッド層が、前記 n型クラッド層の少なくとも一方と光導波層との間に積層された

ことを特徴とする半導体光変調器。

7 . 導波路構造が、ハイメサ導波路構造またはリッジ導波路構造であることを特徴とする請求項 6に記載の半導体光変調器。

8 . 前記基板の直上の n型クラッド層または半絶縁型クラッド層と、前記基板に積層された前記対向する面を含む n型クラッド層または半絶緣型クラッド層とに電極を接続し、電圧印加を行うことを特徴とする請求項 6に記載の半導体光変調器。

9 . 前記電極は、コプレーナ導波線路構造を有することを特徴とする請求項 8に記載の半導体光変調器。 .

1 0 . 請求項 6乃至 9に記載の半導体光変調器と、入力光を二分する光分波器と、前記半導体光変調器によって変調された光を合波する合波器とを備えたことを特徴とする半導体マッハツエンダ型光変調器。