WO2008050809A1 - Modulateur optique semi-conducteur - Google Patents

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Tadao Ishibashi
Nobuhiro Kikuchi
Ken Tsuzuki
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Ntt Electronics Corporation
Nippon Telegraph And Telephone Corporation
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    • G02F2202/10—Materials and properties semiconductor
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor optical modulator, and more particularly to an ultrafast semiconductor optical modulator operating in a long wavelength band.
  • An optical signal used in a long-distance wavelength division multiplexing optical communication system is required to have a small wavelength chirp in order to suppress the influence of the fiber dispersion effect.
  • Such an optical signal is usually generated by a combination of a laser diode light source and an external modulator.
  • a typical external modulator of this kind is an LN modulator fabricated with a LiNbO (LN) waveguide.
  • an LN modulator The principle of operation of an LN modulator is that an optical waveguide and an electric waveguide are coupled to induce a refractive index change based on the electro-optic effect by an electric signal input, thereby giving a phase change to the optical signal. is there.
  • an LN modulator can be a light intensity modulator that constitutes a Mach-Zehnder interferometer, or a device that operates as a more sophisticated optical switch by combining multiple waveguides. and so on.
  • semiconductor optical modulators that use the same operating principle as LN modulators.
  • a Schottky electrode is placed on semi-insulating GaAs and an optoelectronic waveguide is used as a GaAs optical modulator or a hetero pn junction to effectively confine light and apply a voltage to the core of the waveguide.
  • InP / lnGaAsP optical modulators are also semiconductor optical modulators.
  • Semiconductor optical modulators have the advantage of being small! /, While GaAs optical modulators and pn junction InP / lnGaAsP optical modulators both have high drive voltages.
  • both InP cladding layers are made n-type, and a thin p-layer (p-type barrier layer) is inserted as a barrier layer to suppress the electron current between both n layers.
  • An npin type optical modulator structure has been proposed (Patent Document 1). Since this npin type does not use a p-type cladding with high optical loss, it is possible to use a relatively long waveguide.
  • the thickness of the depletion layer can be optimally designed arbitrarily, it is advantageous for simultaneously reducing the drive voltage and matching the electric speed / light speed and immediately increasing the response speed of the modulator. It is.
  • the npin type optical modulator has a semiconductor layer structure similar to that of a transistor, when there is finite light absorption, the generated hole carriers accumulate in the p-type NOR layer. There is. This phenomenon reduces the height of the barrier and causes so-called phototransistor operation. This can cause not only an increase in the electron current between terminals, that is, a decrease in breakdown voltage, but also a frequency dispersion. Therefore, a structure for forming a new p-type layer and extracting accumulated holes has been proposed (Patent Document 2). However, this has the drawback of being structurally complex.
  • FIG. 8 shows the structure of such a conventional semiconductor optical modulator.
  • a first n-type electrode layer 82-1 is formed on a semi-insulating substrate 81, on which a first n-type electrode 88-1 and a first n-type electrode are formed.
  • a clad layer 83-1 is formed.
  • first n-type cladding layer 83-1 On top of the first n-type cladding layer 83-1, the first low-concentration cladding layer 85-1, the first intermediate layer 86-1, the core layer 87, the second intermediate layer 86-2, 2 low-concentration cladding layer 85-2, p-type cladding layer 84, second n-type cladding layer 83-2, second n-type electrode layer 82-2, and second n-type electrode 88-2 1S They are stacked in order.
  • a region 89 in which the conductivity type is changed from the n-type to the p-type is formed in part of the second n-type cladding layer 83-2 and the second n-type electrode layer 82-2.
  • the core layer 87 is configured so that the electro-optic effect works effectively at the operating light wavelength.
  • the second intermediate layer 86-2 functions as a connection layer for preventing carriers generated by light absorption from being trapped at the heterointerface
  • the p-type cladding layer 84 functions as an electron barrier.
  • the second n-type electrode 88-2 is in contact with the second n-type electrode layer 82-2 and the p-type region 89 and has the same potential.
  • holes accumulated in the p-type cladding layer 84 by light absorption can flow to the second n-type electrode 88-2, and a more stable operation of the optical modulator with higher withstand voltage is possible.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and its object is to It is to provide an npin type optical modulator that is easy to manufacture.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-099387
  • Patent Document 2 JP-A-2005-114868 (FIGS. 1 to 3)
  • a semiconductor optical modulator is an npin type semiconductor optical modulator in which a force sword layer is disposed on a substrate side and sequentially stacked.
  • a semiconductor optical modulator including at least a first n-type cladding layer, a p-type cladding layer, a core layer, and a second n-type cladding layer, the p-type cladding layer is electrically connected to the electrode of the force sword layer. It is characterized by being.
  • a semiconductor optical modulator comprises a p-type cladding layer cassette, wherein a mesa side surface is electrically connected to an electrode of a force sword layer.
  • a p-type ohmic region is formed in a part of the p-type cladding layer, and the p-type ohmic region is electrically connected to the electrode of the force sword layer. It is characterized by being.
  • a semiconductor optical modulator includes a first intermediate layer below the core layer, a second intermediate layer above the core layer, The band gap energy is greater than that of the core layer and smaller than that of the layer below the first intermediate layer.
  • the band gap energy of the second middle layer is greater than that of the core layer. It is characterized by being smaller than that of the upper layer of the two intermediate layers.
  • the semiconductor optical modulator according to an embodiment of the present invention is characterized in that the p-type cladding layer has an electron affinity smaller than that of the first n-type cladding layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor optical modulator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a band diagram in a cross section along the spring II ⁇ in FIG.
  • FIG. 3 is a band diagram in a cross section taken along line III- ⁇ in FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor optical modulator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor optical modulator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a band diagram in a cross section along the spring VI VI ′ of FIG.
  • FIG. 7 is a band diagram of a semiconductor optical modulator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the structure of a semiconductor optical modulator according to the prior art.
  • FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor optical modulator according to the first embodiment of the present invention.
  • This optical modulator 10 forms a first n-type electrode layer (n + — InP) 12-1 on a semi-insulating InP substrate 11 and a first n-type cladding layer ( n— InP) 13 — 1 is formed.
  • a p-type cladding layer (p—InP) 14 functioning as an electron barrier is formed on the first n-type cladding layer 13-1, and a p-type electrode 19 and a first low-concentration layer are formed thereon.
  • a clad layer (ud—InP) 15-1 is formed.
  • a first n-type electrode 18-1 in contact with the first n-type electrode layer 12-1 is formed on the first low-concentration cladding layer 15-1.
  • a first intermediate layer (ud—InGaAsP) 16-1, a core layer 17, a second intermediate layer (ud—InGaAsP) 16-2 are also provided on the first low-concentration cladding layer 15-1.
  • Second low-concentration cladding layer (usually n——InP) 15—2, second n-type cladding layer (n—InP) 13—2, second n-type electrode layer (n + — InP) 12 — 2 and the second n-type electrode 18-2 are stacked in this order.
  • the core layer 17 is configured so that the electro-optic effect works effectively at the operating light wavelength.
  • the Ga / Al composition of InGaAlAs is changed.
  • the layers can have a multi-quantum well structure including a quantum well layer and a quantum barrier layer, respectively.
  • the first intermediate layer 16-1 functions as a connection layer for preventing carriers generated by light absorption from being trapped at the heterointerface.
  • the first n-type electrode layer 12-1 force and the second n-type electrode layer 12-2 were epitaxially grown on the substrate 11. Thereafter, the mesa-type waveguide structure is formed by etching the layers from the first low-concentration clad layer 15-1 to the second n-type electrode layer 12-2. Thereafter, the first n-type cladding layer 13-1 and the p-type cladding layer 14 are etched to expose the first n-type electrode layer 12-1. Then, a p-type electrode 19, a first n-type electrode 18-1, and a second n-type electrode 18-2 are formed. If necessary, a passivation film may be deposited to protect the mesa surface.
  • the second n-type electrode is compared to the first n-type electrode 18-1.
  • FIG. 2 is a band diagram in a cross section along line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 is a band diagram in a cross section along line III- ⁇ in FIG.
  • a barrier against electrons is formed, which suppresses electron injection from the n-type cladding layer 13-1.
  • the optical waveguide is formed by the layers 13-1 to 13-2, and light propagating through the waveguide is modulated by a change in refractive index caused by voltage application.
  • the electron 1 flows to the anode side (layers 12-2, 13-2).
  • the hole 2 is trapped in the p-type cladding layer 14.
  • the p-type cladding layer 14 is connected to the first n-type electrode 18-1 through the p-type electrode 19.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a semiconductor optical modulator according to the second embodiment of the present invention.
  • the semiconductor optical modulator 20 according to the second embodiment basically functions in the same manner as the semiconductor optical modulator 10 according to the first embodiment. However, in this semiconductor optical modulator 20, the first n-type cladding is used.
  • a p-type electrode 19 is formed on the side surface of the mesa including the cladding layer 13-1, the p-type cladding layer 14, and the first low-concentration cladding layer 15-1.
  • the p-type cladding layer 14 is relatively thin, it is not always easy to make contact with the p-type electrode from the upper surface.
  • the structure of FIG. 4 by making a side contact with the p-type cladding layer 14 through the interface 3 from the side surface of the mesa, the connection with the p-type electrode can be facilitated.
  • the p-type cladding layer 14 is easily depleted by the surface charge of this layer when the doping concentration is set low. As a result, the potential of the depleted portion increases, the conductivity of the p-type cladding layer decreases, and the lateral flow of hole 2 may be insufficient. As shown in Fig. 4, in the structure in which the p-type cladding layer 14 is covered with the first low-concentration cladding layer 15-1! /, The effect of surface charge is reduced, and the above-mentioned inhibition factors are reduced. Therefore, the original effect of the p-type cladding layer is easily exhibited.
  • FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor optical modulator according to the third embodiment of the present invention.
  • a mesa comprising a first low-concentration cladding layer 15-1, a p-type cladding layer 14, and a first n-type cladding layer 13-1.
  • a p-type ohmic region 4 is formed on the side of the substrate. This p-type ohmic region 4 is formed by thermally diffusing Zn after forming the mesa, or by diffusing Zn when forming the p-type electrode 19 made of an alloy layer of Au and Zn. I'll do it.
  • FIG. 6 shows a band diagram in a cross-section along the spring VI—VI ′ of FIG. Since the p-type ohmic region 4 has a higher doping concentration than the p-type cladding layer 14, as shown in Fig. 6, the tunnel barrier against the hole becomes thinner, so that the hole 2 does not interfere with the hole flow. It can be effectively eliminated by the mold electrode 19.
  • a semiconductor optical modulator includes a P-type cladding layer 14 and a first n-type cladding layer 13-1 in the structure according to the first to third embodiments described above. It has a heterojunction structure with a lower electron affinity than that of a semiconductor material, typically InAlAs. This is a type of so-called type II heterojunction. Band die in this structure Figure 7 shows the agram. Since the potential of the replaced portion 14 ′ is relatively low, the barrier to electrons has a higher structure. With this structure, the barrier against the accumulated Hall charge becomes higher, and the force S can suppress the decrease in breakdown voltage due to the phototransistor effect.
  • the semiconductor optical modulator according to the present invention has a "breakdown voltage" caused by the phenomenon of "hole accumulation accompanying light absorption" in an npin type optical modulator having a feature of low drive voltage.
  • the problem of “decrease” can be solved.
  • Patent Document 2 a manufacturing process that does not require changing the conductivity type in a part of the region by Zn diffusion or Be ion implantation becomes relatively easy and does not cause an increase in manufacturing cost. This makes it possible to manufacture a more stable optical modulator with a higher breakdown voltage at a lower cost.
  • the structure described in the case of using InP and InGaAsP as a semiconductor material as an example, a configuration in which InGaAsP is replaced with InGaAlAs, and a configuration in which InGaAsP and InGaAlAs are combined are basically possible.
  • This embodiment does not limit the type of semiconductor material.
  • the embodiment illustrated here can be changed in its configuration and details without departing from the spirit of the present invention.

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Description

明 細 書
半導体光変調器
技術分野
[0001] 本発明は、半導体光変調器に関し、より詳しくは、長波長帯で動作する超高速の半 導体光変調器に関する。
背景技術
[0002] 長距離波長多重光通信システムにおいて使用される光信号は、ファイバ分散効果 の影響を抑えるため、波長チヤープが小さいことが要求される。このような光信号は、 通常、レーザダイオード光源と外部変調器を組み合わせた構成で発生される。この 種の典型的な外部変調器は、 LiNbO (LN)導波路で製作される LN変調器である。
3
LN変調器の動作原理は、光導波路と電気導波路を結合させて、電気信号入力によ り電気光学効果に基づく屈折率変化を誘起し、光信号に位相変化を与えることによ るものである。このような LN変調器には、単純な光位相変調器の他に、マッハツエン ダ干渉計を構成した光強度変調器、あるいは多数の導波路を結合させてより高機能 の光スィッチとして動作するデバイスなどがある。
[0003] また、 LN変調器と同様の動作原理を用いた半導体光変調器も存在する。例えば、 半絶縁性の GaAsにショットキー電極を配置し、光電子導波路とした GaAs光変調器 や、ヘテロ pn接合を用いて、光の閉じ込めと共に導波路のコア部分に効果的に電圧 が印加されるようにした InP/lnGaAsP光変調器などがある。半導体光変調器は小 型であると!/、う利点を持つ反面、 GaAs光変調器および pn接合型 InP/lnGaAsP光 変調器はともに駆動電圧が高いという問題がある。
[0004] 最近、このような問題を避ける構造として、両方の InPクラッド層を n型とし、両 n層間 の電子電流を抑制するためのバリア層として薄い p層（p型バリア層）を揷入した npin 型光変調器構造が提案されている（特許文献 1)。この npin型は、光損失が大きい p 型クラッドを使わないため、比較的長い導波路を用いることが可能となる。また、空乏 層の厚さを任意に最適設計できるという自由度があるため、駆動電圧の低減と電気 速度/光速度の整合を同時に満足しやすぐ変調器の応答速度を上げる上で有利 である。
[0005] しかしながら、 npin型の光変調器は、トランジスタと同様の半導体層構造となってい るので、有限の光吸収がある場合、発生したホールキャリアが p型ノ リア層に蓄積す るという問題がある。この現象によりバリアの高さが低下し、いわゆるフォトトランジスタ 動作を引き起こす。これは、端子間の電子電流の増大、すなわち耐圧低下の原因の みならず、周波数分散の原因にもなりうる。そこで、新たに p型の層を形成し、蓄積し たホールを引き抜くための構造が提案されている（特許文献 2)。しかし、これには構 造的に複雑になるという欠点があった。
[0006] 図 8に、このような従来技術による半導体光変調器の構造を示す。この半導体光変 調器 80は、半絶縁性基板 81の上に第 1の n型電極層 82— 1が形成され、その上に 第 1の n型電極 88— 1と、第 1の n型クラッド層 83— 1とが形成されている。第 1の n型 クラッド層 83— 1の上には、さらに第 1の低濃度クラッド層 85— 1、第 1の中間層 86— 1、コア層 87、第 2の中間層 86— 2、第 2の低濃度クラッド層 85— 2、 p型クラッド層 84 、第 2の n型クラッド層 83— 2、第 2の n型電極層 82— 2、および第 2の n型電極 88— 2 1S この順番で積層されている。また、第 2の n型クラッド層 83— 2と第 2の n型電極層 82— 2の一部について、電導タイプを n型から p型に変えた領域 89が形成されている
〇
[0007] ここで、コア層 87は、動作光波長で電気光学効果が有効に働くように構成される。
また、第 2の中間層 86— 2は、光吸収で発生したキャリアをへテロ界面でトラップされ ないようにするための接続層として機能し、 p型クラッド層 84は、電子バリアとして機能 する。図 8に示す半導体光変調器の構造において、第 2の n型電極 88— 2は、第 2の n型電極層 82— 2と p型領域 89に接しており、同電位となっている。そのため、光吸 収によって p型クラッド層 84に蓄積したホールを、第 2の n型電極 88— 2に流すことが でき、より耐圧が高ぐより安定した光変調器の動作が可能となる。
[0008] しかしながら、電導タイプを n型から p型に変えた領域 89を導入するためには、 Zn の熱拡散や Beのイオン注入などの手法を用いる必要がある。そのため、製作プロセ スが複雑になるば力、りでなぐ素子の製造コストの増大をもたらすという問題がある。
[0009] 本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐圧 が高ぐ製作の容易な npin型光変調器を提供することにある。
[0010] 特許文献 1 :特開 2005— 099387号公報
特許文献 2：特開 2005— 114868号公報（第 1図から第 3図）
発明の開示
[0011] このような目的を達成するために、本発明の一実施形態による半導体光変調器は、 基板側に力ソード層を配置して順次積層された npin型の半導体光変調器であって、 少なくとも第 1の n型クラッド層、 p型クラッド層、コア層、および第 2の n型クラッド層を 含む半導体光変調器において、 p型クラッド層が力ソード層の電極に電気的に接続さ れていることを特徴とする。
[0012] また、本発明の一実施形態による半導体光変調器は、 p型クラッド層カ^サを構成し 、メサ側面が力ソード層の電極に電気的に接続されていることを特徴とする。
[0013] また、本発明の一実施形態による半導体光変調器は、 p型クラッド層の一部に p型 ォーミック領域が形成され、 p型ォーミック領域が力ソード層の電極に電気的に接続さ れていることを特徴とする。
[0014] また、本発明の一実施形態による半導体光変調器は、コア層の下に第 1の中間層 を含み、コア層の上に第 2の中間層を含み、第 1の中間層のバンドギャップエネルギ 一は、コア層のそれよりも大きぐ第 1の中間層の下の層のそれよりも小さぐ第 2の中 間層のバンドギャップエネルギーは、コア層のそれよりも大きぐ第 2の中間層の上の 層のそれよりも小さいことを特徴とする。
[0015] また、本発明の一実施形態による半導体光変調器は、 p型クラッド層が第 1の n型ク ラッド層よりも電子親和力が小さいことを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施例に係る半導体光変調器の断面図である。
[図 2]図 2は、図 1の泉分 II ΙΓに沿った断面におけるバンドダイアグラムである。
[図 3]図 3は、図 1の線分 III— ΠΓに沿った断面におけるバンドダイアグラムである。
[図 4]図 4は、本発明の第 2の実施例に係る半導体光変調器の断面図である。
[図 5]図 5は、本発明の第 3の実施例に係る半導体光変調器の断面図である。
[図 6]図 6は、図 5の泉分 VI VI'に沿った断面におけるバンドダイアグラムである。 [図 7]図 7は、本発明の第 4の実施例に係る半導体光変調器のバンドダイアグラムで ある。
[図 8]図 8は、従来技術による半導体光変調器の構造の一例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、図面を参照しながら本発明のいくつかの実施例について詳細に説明する。
(実施例 1)
[0018] 図 1に、本発明の第 1の実施例に係る半導体光変調器の断面図を示す。この光変 調器 10は、半絶縁性の InP基板 11の上に第 1の n型電極層（n+— InP) 12— 1を形 成し、その上に第 1の n型クラッド層（n— InP) 13— 1を形成している。第 1の n型クラッ ド層 13— 1の上には、電子バリアとして機能する p型クラッド層（p— InP) 14が形成さ れ、その上に p型電極 19と、第 1の低濃度クラッド層（ud— InP) 15— 1とが形成され ている。 p型電極 19の上には、第 1の n型電極層 12— 1と接する第 1の n型電極 18— 1が形成されている。一方、第 1の低濃度クラッド層 15— 1の上には、さらに第 1の中 間層（ud— InGaAsP) 16— 1、コア層 17、第 2の中間層（ud— InGaAsP) 16— 2、 第 2の低濃度クラッド層（通常、 n—— InP) 15— 2、第 2の n型クラッド層（n— InP) 13 —2、第 2の n型電極層（n+— InP) 12— 2、および第 2の n型電極 18— 2が、この順 番で積層されている。
[0019] ここで、コア層 17は、動作光波長で電気光学効果が有効に働くように構成され、例 えば、 1. 5 m帯のデバイスであれば、 InGaAlAsの Ga/Al組成を変えた層を、そ れぞれ量子井戸層と量子バリア層にした多重量子井戸構造とすることができる。また 、第 1の中間層 16—1は、光吸収で発生したキャリアをへテロ界面でトラップされない ようにするための接続層として機能する。
[0020] この半導体光変調器 10を製作するには、基板 11の上に、第 1の n型電極層 12— 1 力も第 2の n型電極層 12— 2までの各層をェピタキシャル成長した後、第 1の低濃度 クラッド層 15— 1から第 2の n型電極層 12— 2までの層をエッチングすることにより、メ サ型の導波路構造を形成する。その後、第 1の n型クラッド層 13— 1および p型クラッ ド層 14をエッチングすることにより、第 1の n型電極層 12— 1を露出させる。そして、 p 型電極 19、第 1の n型電極 18— 1および第 2の n型電極 18— 2をそれぞれ形成する。 また、必要に応じて、パッシベーシヨン膜を堆積し、メサ表面を保護するようにしてもよ い。
[0021] この半導体光変調器 10において、第 1の n型電極 18— 1に対して、第 2の n型電極
18— 2に正の電圧を印加すると、コア層 17に電界が誘起され、正常な動作状態とな る。この状態におけるバンドダイアグラムを図 2および図 3に示す。図 2は、図 1の線分 II— II，に沿った断面におけるバンドダイアグラムであり、図 3は、図 1の線分 III— ΠΓ に沿った断面におけるバンドダイアグラムである。ここで、 p型クラッド層 14が中性化し ているか空乏化しているかにかかわらず、電子に対するバリアが形成され、これによ つて n型クラッド層 13— 1からの電子注入が抑制される。
[0022] 光変調器 10において、光導波路は層 13— 1から 13— 2によって形成され、この導 波路を伝搬する光は、電圧印加によって生じる屈折率の変化により変調される。コア 層 17において光吸収がある状態では、発生したキャリアのうち、電子 1はアノード側（ 層 12— 2, 13— 2)に流れる力 ホール 2は p型クラッド層 14にトラップされる。
[0023] ここで、第 1の n型電極と接する p型電極 19がない従来の構造においては、光吸収 と再結合速度とのバランスで決まる一定のホール力 ¾型クラッド層 14に蓄積されること になる。これは、先に述べたように、 p型クラッド層 14の電子ノ リアの高さを低下させ、 半導体光変調器の耐圧の低下 (フォトトランジスタ動作)を引き起こす。一方、本発明 による半導体光変調器 10においては、 p型クラッド層 14が p型電極 19を介して、第 1 の n型電極 18— 1に接続されているため、たとえ p型電極 19の直下の p型クラッド層 1 4に中性化した層が残留していなくとも、過剰なホールは、 p型クラッド層 14を横方向 に流れ（図 1)、最終的には、 p型クラッド層/ p型電極界面にできるショットキーバリア を超えて p型電極 19に吸収される（図 3)。そして、 p型クラッド層 14に接した p型電極 19を n型電極 18— 1に接続することによって、比較的容易に、この種の光変調器で 生じるホールの蓄積の問題を改善することができる。
(実施例 2)
[0024] 図 4に、本発明の第 2の実施例に係る半導体光変調器の断面図を示す。この第 2の 実施例に係る半導体光変調器 20は、基本的に第 1の実施例に係る半導体光変調器 10と同様に機能する。しかし、この半導体光変調器 20においては、第 1の n型クラッ ド層 13— 1、 p型クラッド層 14、第 1の低濃度クラッド層 15— 1からなるメサの側面に、 p型電極 19が形成されている。
[0025] ここで、図 1の構造では、 p型クラッド層 14が比較的薄いので、上面から p型電極の コンタクトを取るのは製作上、必ずしも容易ではない。これに対し、図 4の構造では、メ サの側面から界面 3を通して p型クラッド層 14とサイドコンタクトを取ることにより、 p型 電極との接続を容易にすることができる。
[0026] また、 p型クラッド層 14は、ドーピング濃度を低く設定した場合、この層の表面電荷 により空乏化しやすくなる。そのため、この空乏化した部分の電位が高くなり、この p型 クラッド層の伝導率が低下し、ホール 2の横方向の流れが不十分になることがある。 図 4のように、 p型クラッド層 14の上を第 1の低濃度クラッド層 15— 1で覆って!/、る構 造では、表面電荷の影響が小さくなり、上記の阻害要因が小さくなるので、 p型クラッ ド層の本来の効果を発揮しやすくなる。
(実施例 3)
[0027] 図 5に、本発明の第 3の実施例に係る半導体光変調器の断面図を示す。この第 3の 実施例では、第 2の実施例に係る構造に加えて、第 1の低濃度クラッド層 15— 1、 p型 クラッド層 14、第 1の n型クラッド層 13— 1からなるメサの側面に p型ォーミック領域 4を 形成している。この p型ォーミック領域 4は、メサを形成後、 Znを熱拡散させるか、 Au と Znの合金層からなる p型電極 19を形成する際に、 Znを拡散させることによって形 成すること力 Sでさる。
[0028] 図 6に、図 5の泉分 VI— VI'に沿った断面におけるバンドダイアグラムを示す。 p型 ォーミック領域 4は、 p型クラッド層 14よりもドーピング濃度が高いので、図 6に示すよう に、ホールに対するトンネルバリアが薄くなるため、ホールの流れの妨げになることは なぐホール 2を p型電極 19により効果的に排除することができる。
(実施例 4)
[0029] 本発明の第 4の実施例に係る半導体光変調器は、上述した第 1から第 3の実施例 に係る構造において P型クラッド層 14を、第 1の n型クラッド層 13— 1よりも電子親和 力の小さ!/、半導体材料、典型的には InAlAsで置き換えたヘテロ接合構造を有する 。これは、いわゆるタイプ IIのへテロ接合の一種である。この構造におけるバンドダイ アグラムを図 7に示す。この置き換えられた部分 14'の電位は、相対的に低くなるの で、電子に対するバリアはより高い構造となる。この構造によって、蓄積したホール電 荷に対するバリアはより高くなり、フォトトランジスタ効果に伴う耐圧の低下を抑制する こと力 Sでさる。
[0030] 以上のように、本発明に係る半導体光変調器は、駆動電圧が低いという特徴を有 する npin型光変調器における「光吸収に伴うホールの蓄積」という現象によって生じ る「耐圧の低下」という問題を解決することができる。また、特許文献 2に見られるよう に、 Zn拡散や Beイオン注入により、一部の領域の電導タイプを変える必要がなぐ製 造プロセスが比較的容易となり、製造コストの増大を招くことがない。これにより、耐圧 が高くより安定した光変調器を安価に製作することが可能となる。
[0031] 以上、本発明について具体的にいくつかの実施例に基づいて説明した力 S、本発明 の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単 に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の実施例で は、光変調器として機能する単一の導波路構造について説明したが、こうした導波路 を複数組み合わせたり、光信号の伝搬を可能とする接続導波路や光分岐導波路と 組み合わせたりすることによって、マッハツエンダ型の光変調器、さらには光クロスコ ネクトスイッチなどを構成することができる。また、上記の実施例において、 InPと InG aAsPを半導体材料として用いた場合を例に説明した力 InGaAsPを InGaAlAsに 置き換えた構成や InGaAsPと InGaAlAsを組み合わせた構成も基本的に可能であ り、上記の実施例は、半導体材料の種類を制限するものではない。このように、ここに 例示した実施例は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更するこ と力 Sできる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板側に力ソード層を配置して順次積層された npin型の半導体光変調器であって 、少なくとも第 1の n型クラッド層、 p型クラッド層、コア層、および第 2の n型クラッド層を 含む半導体光変調器にお!/、て、
前記 P型クラッド層が前記力ソード層の電極に電気的に接続されていることを特徴と する半導体光変調器。
[2] 請求項 1に記載の半導体光変調器であって、
前記 P型クラッド層はメサを構成し、前記メサ側面が前記力ソード層の電極に電気的 に接続されて!/、ることを特徴とする半導体光変調器。
[3] 請求項 1または 2に記載の半導体光変調器であって、
前記 P型クラッド層の一部に P型ォーミック領域が形成され、前記 P型ォーミック領域 が前記力ソード層の電極に電気的に接続されていることを特徴とする半導体光変調
[4] 請求項 1から 3の!/、ずれかに記載の半導体光変調器であって、
前記コア層の下に第 1の中間層を含み、前記コア層の上に第 2の中間層を含み、 前記第 1の中間層のバンドギャップエネルギーは、前記コア層のそれよりも大きぐ 前記第 1の中間層の下の層のそれよりも小さく、
前記第 2の中間層のバンドギャップエネルギーは、前記コア層のそれよりも大きぐ 前記第 2の中間層の上の層のそれよりも小さいことを特徴とする半導体光変調器。
[5] 請求項 1から 4の!/、ずれかに記載の半導体光変調器であって、
前記 P型クラッド層は、前記第 1の n型クラッド層よりも電子親和力が小さいことを特 徴とする半導体光変調器。
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