JPH08313853A

JPH08313853A - 半導体光変調装置、光変調方法及び光半導体装置

Info

Publication number: JPH08313853A
Application number: JP11596495A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Ikeda; 達郎池田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】多重量子井戸層による量子閉じ込めシュタルク
効果（ＱＣＳＥ）により励起子を生成・消去して多重量
子井戸層を通過する光を変調する半導体光変調装置に関
し、素子の作成が容易で、駆動電圧の低減を図る。【構成】一導電型のクラッド層２４と、量子井戸層２５
ａと障壁層２５ｂとが交互に積層された多重量子井戸層
２５と、反対導電型のクラッド層２６とが順に積層さ
れ、一導電型のクラッド層２４側に第１の電極３０ｂ
が、反対導電型のクラッド層２６側に第２の電極３０ａ
がそれぞれ形成され、一導電型のクラッド層２４と第１
の電極３０ｂの間、反対導電型のクラッド層２６と第２
の電極３０ａの間のいずれかに少なくとも絶縁膜２９
ａ，２９ｂが介在している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体光変調装置、光
変調方法及び光半導体装置に関し、より詳しくは、多重
量子井戸層による量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳ
Ｅ）により励起子を生成・消去して多重量子井戸層を通
過する光を変調する半導体光変調装置、光変調方法及び
光半導体装置に関する。

【０００２】近年、通信の分野において、光通信が注目
されており、高度情報化社会を構築するため、通信容量
の一層の大容量化が要求されている。そのために、高速
の変調を行うことが可能な光変調器が必要とされてい
る。また、装置の小型化のため、或いは製造上の容易さ
から半導体レーザと半導体光変調器をモノリシック化す
ることが試みられている。

【０００３】

【従来の技術】従来、半導体レーザの発するレーザ光を
変調する方法として、半導体レーザに注入する電流の大
きさを変えることにより、キャリア依存性のある屈折率
を調整してレーザ光の波長を変調する直接変調方式と、
半導体レーザの外部に光変調器を設け、その光吸収率や
屈折率を変化させることによって光変調器を通過するレ
ーザ光の光強度や波長を変調する外部変調方式とがあ
る。

【０００４】これらの変調方式うち、直接変調方式は高
速変調を行うときレーザの緩和振動による発振波長のゆ
らぎ（波長チャーピング）が起こる。このため、出来る
だけ外部変調方式を用いた方が望ましい。外部変調方式
では、これまでフランツ・ケルディッシュ効果を用いた
電界吸収型光変調器が開発されてきた。しかし、将来実
現が望まれる１０Ｇｂ／ｓの伝送容量をもったシステム
に対しては、高速変調の点で十分ではない。

【０００５】最近になって一層の高速変調が可能な多重
量子井戸構造による量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣ
ＳＥ）を利用した光変調器の開発が鋭意進められている
が、この光変調器で高速変調を行うためには、浮遊容量
の低減や、駆動電圧の低減を実現することが必要とな
る。しかしながら、ＱＣＳＥを利用した多重量子井戸構
造を有する光変調器でも浮遊容量や駆動電圧の低減の点
に関して十分な特性は得られていない。

【０００６】なお、高速変調可能な光変調器としてＬｉ
ＮｂＯ₃結晶を利用したものがあるが、これは半導体を
用いたものに比べてサイズが大きくなり、また半導体レ
ーザと一体的に集積化できず不利である。これらの点を
解決するためには半導体を利用しつつ、ＱＣＳＥ以上の
高速変調が可能な電気光学効果を利用する必要がある。
一例として、図５の横電界励起子消去型光変調器（特開
平０５−１５８０８５）がある。この光変調器では、図
５に示すように、多重量子井戸層３の両側面にｎ型層５
及びｐ型層６が配置され、これらのｎ型層５及びｐ型層
６にそれぞれコンタクト層７，８を介して電極９，１０
が接続されている。ｐ型層６とｎ型層５の間の幅ｗを有
する領域が多重量子井戸層３の面方向に入射する光の光
導波路層１１となる。なお、１は半絶縁性基板、２及び
４は多重量子井戸層３を挟んで形成されたクラッド層、
１２は光変調用電圧源である。

【０００７】励起子が発生している無バイアス状態か
ら、電極９と１０の間に逆方向電圧（Ｖop）を印加して
横方向に生ずる電界（Ｅ）を励起子消去の閾値よりも大
きくなるように変化させることにより、電子−正孔対を
壊して励起子を消去する。これにより、多重量子井戸層
３の面方向に入射するレーザ光の光強度や位相が変調さ
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この横電界励
起子消去型光変調器では、電界の大きさ（Ｅ）はほぼ光
導波路層の幅（ｗ）に反比例するので、動作電圧（Ｖo
p）を低減するためには光導波路層の幅（ｗ）を狭くし
なければならない。例えば、動作電圧（Ｖop）２Ｖに対
して光導波路層の幅（ｗ）２μｍが必要となる。更なる
高速変調に対処するためには、動作電圧（Ｖop）をもっ
と小さくすることが望まれており、このため、光導波路
層の幅（ｗ）を更に狭くしようとすると、素子設計が制
約を受ける上、素子の作成も難しくなってくる。

【０００９】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、素子の作成が容易で、駆動電圧
の低減を図ることができる半導体光変調器、光変調方法
及び光半導体装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、一
導電型層と、第１のクラッド層と、量子井戸層と障壁層
とが交互に積層された多重量子井戸層と、第２のクラッ
ド層と、反対導電型層とが順に積層され、前記一導電型
層側に第１の電極が、前記反対導電型層側に第２の電極
がそれぞれ形成され、前記一導電型層と前記第１の電極
の間、前記反対導電型層と前記第２の電極の間のいずれ
かに少なくとも絶縁膜が介在していることを特徴とする
半導体光変調装置によって達成され、第２に、前記量子
井戸層及び前記障壁層はともにアンドープ半導体からな
ることを特徴とする第１の発明に記載の半導体光変調装
置によって達成され、第３に、前記一導電型層と前記多
重量子井戸層との間、及び前記反対導電型層との間には
それぞれアンドープ半導体層からなる第１及び第２のク
ラッド層が介在していることを特徴とする第１又は第２
の発明に記載の半導体光変調装置。

【００１１】第４に、前記一導電型層は直接、或いは他
の半導体層を介して半導体基板上に形成されていること
を特徴とする第１乃至第２の発明のいずれかに記載の半
導体光変調装置によって達成され、第５に、量子井戸層
と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸層を互いに
異なる導電型層で挟んだ構造に、前記２つの導電型層間
に生ずるビルトインポテンシャルを打ち消すように層方
向に電圧を印加して、前記多重量子井戸層を面方向に通
過する光を変調することを特徴とする光変調方法によっ
て達成され、第６に、第４の発明に記載の半導体基板上
であって前記半導体光変調装置の隣接領域に半導体レー
ザが形成され、かつ該半導体レーザから出射したレーザ
光が前記多重量子井戸層に面方向に入射するように前記
半導体レーザが配置されていることを特徴とする光半導
体装置によって達成される。

【００１２】

【作用】本発明によれば、多重量子井戸層は２つの異な
る導電型層に挟まれているので、多重量子井戸層には層
方向にビルトインポテンシャルが加わってエネルギバン
ドの傾斜が生じる。特に、多重量子井戸層としてアンド
ープ半導体を用いることにより、多重量子井戸層全体に
わたってより大きなビルトインポテンシャルが加わっ
て、エネルギバンドの傾斜はより急峻になる。

【００１３】エネルギバンドが傾斜してくると、多重量
子井戸層内の隣接する量子井戸層間の電子準位がずれて
くるため、各電子準位は相互の結合が弱くなり、電子の
波動関数は各量子井戸層に局在するようになる。これに
より、電子−正孔間の遷移確率は大きくなるため、多重
量子井戸層に光を通過させると、励起子吸収が生じ、光
強度が減衰する。

【００１４】また、各導電型層の外側にそれぞれ形成さ
れた第１及び第２の電極により、ビルトインポテンシャ
ルを打ち消すように２つの導電型層間に層方向に電圧を
印加すると、多重量子井戸層内でエネルギバンドが傾斜
しなくなり、隣接する量子井戸層間の電子準位が一致し
てくるため、各電子準位は相互に結合が強くなって、電
子の波動関数は多重量子井戸層全体に広がる。これによ
り、電子−正孔間の遷移確率は小さくなるため、多重量
子井戸層に光を通過させても、励起子吸収は生じず、光
強度は減衰しない。

【００１５】以上のように、本発明では、第１及び第２
の電極間に電圧を印加するかしないかにより多重量子井
戸層を通過する光の強度を変調することができる。この
とき、ビルトインポテンシャル程度の電圧を印加するだ
けで光変調が可能なので、駆動電圧の低減を図ることが
できる。更に、多重量子井戸層の層厚により多重量子井
戸層に層方向にかかる電界強度が変化するため、電界強
度に依存するエネルギバンドの傾斜の大きさ、ひいては
電子の波動関数の局在状態が変化し、これにより励起子
吸収の大きさが決まる。このように、多重量子井戸層を
構成する量子井戸層及び障壁層の層厚や層数を調整する
ことで、光変調の大きさを適度に制御することができ
る。このような構造では、平面的なパターン寸法により
光変調を制御するような構造と比較して、微細化に関
し、素子設計の制約が少なく、かつ製造が容易である。

【００１６】また、第１の電極と一導電型層の間、及び
第２の電極と反対導電型層の間のいずれかに少なくとも
絶縁膜が介在しているので、第１の電極と第２の電極の
間に電圧を印加しても電流が流れず、電圧だけで光変調
を制御することができる。従って、電流が流れることに
よる多重量子井戸層等での電位降下や屈折率の変化等が
生じないので、光変調の制御を安定して行うことができ
る。

【００１７】更に、光変調器として半導体が用いられる
ので、半導体レーザと一体的に集積化することも容易で
ある。特に、本願の光変調器は、互いに異なる導電型層
により多重量子井戸層が挟まれた構造を有するので、こ
れと同じ層構造を半導体レーザに適用することができ
る。このため、光変調器と半導体レーザを隣接させるこ
とにより光軸合わせも容易である。

【００１８】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施例
に係る縦電界励起子消去型半導体光変調器を示す断面図
である。同図に示すように、ｎ型のＩｎＰからなる半導
体基板２１上に、ｎ型のＩｎＧａＡｓからなるガイド層
２２、ｎ型のＩｎＰからなるエッチングストップ層２３
が積層されている。エッチングストップ層２３はこの上
に積層されたクラッド層等をエッチングするとき、エッ
チングストップ層２３で確実にエッチングを停止するた
めに設けられる。エッチングストップ層２３としてクラ
ッド層等に対してエッチングの選択性を有する材料を用
いることが必要である。

【００１９】また、エッチングストップ層２３上には、
アンドープクラッド層２４と多重量子井戸層２５とアン
ドープクラッド層２６とが順に積層されている。これら
はｐｉｎ構造のｉ層を構成する。ｉ層の部分はメサエッ
チングにより形成されて、図面上紙面に直交する方向に
延びる帯状の凸部となっている。その側面部には半絶縁
性のＩｎＰが積層された埋込み層２７が形成されてい
る。埋込み層２７に挟まれた部分、特に多重量子井戸層
２５が光導波路層となる。なお、多重量子井戸層２５を
ｉ層として保持するために、これに接するクラッド層２
４，２６はアンドープとされている。

【００２０】アンドープクラッド層２４は膜厚１００ｎ
ｍのＩｎＧａＡｓＰ（λabs ＝１．１５μｍ）からな
り、アンドープクラッド層２６は膜厚３０ｎｍのＩｎＧ
ａＡｓＰ（λabs ＝１．１５μｍ）からなる。これらの
間に挟まれた多重量子井戸層２５は、その拡大断面図の
図１（ｂ）に示すように、膜厚９ｎｍのIn_0.57Ga_0.43As
_0.92P_0.08膜からなる量子井戸層２５ａと、膜厚５ｎｍ
のIn_0.85Ga_0.15As_0.33P₀ _.67膜からなる障壁層２５ｂと
が交互に１０周期積層されている。量子井戸層２５ａと
障壁層２５ｂはともにｎ型のバックグランド不純物濃度
１×１０¹⁵ｃｍ^-3を有している。これらの条件で、ｐｉ
ｎ接合のビルトインポテンシャルは約−０．８９Ｖとな
る。

【００２１】更に、クラッド層２６及び埋込み層２７上
には高濃度のｐ型不純物がドープされたＩｎＧａＡｓ膜
からなるコンタクト層２８ａが積層されている。そし
て、コンタクト層２８ａ上に膜厚約３００ｎｍのシリコ
ン酸化膜２９ａが形成され、光導波路層上方のシリコン
酸化膜（絶縁膜）２９ａの上にＴｉ／Ｐｔからなるｐ側
電極（第２の電極）３０ａが形成されている。

【００２２】また、半導体基板２１の裏面には、高濃度
のｎ型不純物がドープされたＩｎＧａＡｓ膜からなるコ
ンタクト層２８ｂが形成され、更にコンタクト層２８ｂ
の裏面には膜厚約３００ｎｍのシリコン酸化膜（絶縁
膜）２９ｂを介してＡｕＧｅ／Ａｕからなるｎ側電極
（第１の電極）３０ｂが形成されている。上記の半導体
光変調器では、ｐ側電極３０ａとｎ側電極３０ｂの間に
光変調用電源３１が接続され、ビルトインポテンシャル
を打ち消すように層方向に順方向電圧を印加して光変調
が行われる。

【００２３】次に、上記の半導体光変調器の変調動作に
ついて図２（ａ），（ｂ）及び図３を参照しながら説明
する。図２（ａ），（ｂ）はそれぞれバイアス電圧印加
前後での多重量子井戸層２５のエネルギバンド構造を示
す図である。また、図３はバイアス電圧印加前後での光
吸収係数スペクトルを示す特性図で、縦軸は光吸収係数
を示し、横軸は波長を示す。

【００２４】多重量子井戸層２５とこれを挟むアンドー
プのクラッド層２４，２６はｐ型コンタクト層２８ａ及
びｎ型のエッチングストップ層２３に挟まれているの
で、それらの層にはｐｉ接合とｎｉ接合の各拡散電位を
加えた合計約−０．８９Ｖのビルトインポテンシャルが
層方向に加わることになる。特に、多重量子井戸層２５
がアンドープに近くなるほど、多重量子井戸層２５全体
にわたってより大きなビルトインポテンシャルが加わる
ことになる。

【００２５】これにより、図２（ａ）に示すように、多
重量子井戸層２５のエネルギバンドは層方向に漸次変化
するように傾斜する。この場合、エネルギバンドが十分
に傾斜することにより、隣接する量子井戸層２５ａ間の
電子準位がずれて、各電子準位は相互に結合が弱くな
り、電子の波動関数は各量子井戸層２５ａに局在するよ
うになる。この状態では、電子−正孔間の遷移確率は大
きいため、ｐｉｎ構造に光を通過させると、励起子吸収
が生じ、吸収スペクトルは、図３中の点線で示すように
大きなエキシトンピーク（実施例の場合、ピーク波長
１．５１μｍ）を有する。

【００２６】ここで、エキシトンピーク値は電子の波動
関数の局在状態、即ちエネルギバンドの傾斜の大きさに
より決まり、エネルギバンドの傾斜の大きさは多重量子
井戸層２５の層厚により変化する。即ち、多重量子井戸
層２５の層厚が薄くなるほど、エネルギバンドの傾斜は
大きくなる。この状態で、ｎ側電極３０ｂに電源の負側
を接続し、ｐ側電極３０ａに電源の正側を接続して、ビ
ルトインポテンシャルを打ち消すように順方向電圧（Ｖ
op）を印加する。このとき、ｎ側電極３０ｂとｐ側電極
３０ａの間に介在する半導体基板２１，半導体層２２〜
２６，２８ａ，２８ｂとシリコン酸化膜２９ａ，２９ｂ
とは容量の直列接続を構成し、それに基づく電圧配分の
法則に従って印加電圧が各層に配分されるので、正味の
ビルトインポテンシャルよりも多少大きな電圧をｎ側電
極３０ｂとｐ側電極３０ａの間に印加することが必要で
ある。

【００２７】これにより、エネルギバンドの傾斜はなく
なり、多重量子井戸層２５の層方向のポテンシャル分布
は図２（ｂ）に示すようになる。この場合、隣接する量
子井戸層２５ａ間の電子準位が一致してくるため、各量
子井戸層２５ａにおける電子準位は相互に強く結合し、
電子の波動関数は多重量子井戸層２５全体に広がる。こ
れにより、電子−正孔間の遷移確率は小さくなるため、
励起子吸収は生じなくなり、エキシトンピークは消え
る。また、各電子準位が相互に強く結合した結果、電子
準位そのものも幅をもったミニゾーンとなるため、吸収
端が変化し、波長シフト（実施例の場合、波長１．４９
μｍとなる）も同時に起こる。

【００２８】従って、動作波長（λ_OP）を１．５１μｍ
とすると、励起子消去と波長シフトの両方が光吸収係数
の変化に寄与し、バイアス電圧の印加前後で光吸収係数
の変化量が大きくなる。従って、ｎ側電極３０ｂとｐ側
電極３０ａの間のバイアス電圧をオンオフすることで、
光吸収係数を大きく変化させ、波長λ_OPの光の強度を感
度高く変調することができる。

【００２９】以上のように、本発明の第１の実施例に係
る半導体光変調器によれば、ビルトインポテンシャル程
度の電圧を印加するだけで光変調が可能なので、駆動電
圧の低減を図ることができる。また、ｎ側電極３０ｂと
クラッド層２４の間、及びｐ側電極３０ａとクラッド層
２６の間の両方に少なくともシリコン酸化膜２９ｂ，２
９ａが介在しているので、ｎ側電極３０ｂとｐ側電極３
０ａの間に電圧を印加しても電流が流れず、電圧だけで
光変調を制御することができる。従って、電流が流れる
ことによる多重量子井戸層２５等での電位降下や屈折率
の変化等が生じないので、光変調の制御を安定して行う
ことができる。

【００３０】更に、多重量子井戸層２５の層厚の調整に
より励起子吸収の大きさを調整できるため、光変調の大
きさを適度にするためには量子井戸層２５ａ，障壁層２
５ｂの膜厚や層数を調整するだけでよい。このような素
子構造は、平面的なパターン寸法により励起子吸収の大
きさを調整するような構造と比較して、微細化のための
素子設計に対する制約が少なく、かつ微細化された構造
を製造することが容易である。

【００３１】なお、図３に示すように、励起子消滅後の
吸収スペクトルは長波長側で裾を引くため、感度の低下
が心配となる。この場合、量子井戸層２５ａと障壁層２
５ｂが１０周期程度或いはそれ以下の多重量子井戸層２
５を用いることにより、ビルトインポテンシャルによる
エネルギバンドの傾斜がより大きくなるようにし、バイ
アス電圧の印加前後で吸収係数の差が大きくなるように
しておく。これにより、裾引きによる長波長側での光吸
収は相対的にそれほど大きくならず、感度の低下を防止
することができる。

【００３２】また、場合によっては、バイアス電圧を印
加したとき励起子吸収を十分に消滅させるために、多重
量子井戸層２５の広い領域に電子の波動関数を広げる必
要から、量子井戸層２５ａの厚さなどにもよるが、１０
周期以上の多重量子井戸層２５とすることが望ましいこ
ともある。更に、ｎ側電極３０ｂとクラッド層２４の
間、及びｐ側電極３０ａとクラッド層２６の間の両方に
少なくともシリコン酸化膜２９ｂ，２９ａを介在させて
いるが、ｎ側電極３０ｂとクラッド層２４の間、及びｐ
側電極３０ａとクラッド層２６の間のいずれか一方に少
なくともシリコン酸化膜２９ｂ又は２９ａを介在させて
もよい。また、シリコン酸化膜２９ａ又は２９ｂの代わ
りに他の絶縁膜を用いてもよい。

【００３３】更に、２つのクラッド層２４，２６をそれ
ぞれｎ型及びｐ型としてもよい。次に、本発明の第２の
実施例に係る光半導体装置について説明する。上記の半
導体光変調器は各種の発光装置と同じように、多重量子
井戸層２５及びアンドープのクラッド層２４，２６を異
なる導電型のコンタクト層２８ａ及びエッチングストッ
プ層２３で挟む構造となっているので、半導体光変調器
と発光素子を同一基板に形成することが可能であり、光
軸合わせを不要にすることができる。例えば、基板面に
平行な方向に電流が注入される多重量子井戸層２５を発
光領域とする図４に示すような半導体レーザと構造的に
整合がとれることになる。

【００３４】図４は、半導体光変調器１０１と半導体レ
ーザ１０２とを同一の基板３２上に一体的に形成した光
半導体装置の断面図である。図４に示すように、半導体
レーザ１０２は半導体光変調器１０１と同じ層構造を有
し、ｎの半導体基板３２の上にｎ型のガイド層２２及び
エッチングストップ層２３を介してクラッド層２４ａ、
アンドープの多重量子井戸層２５、クラッド層２６ａが
メサストライプ状に形成されている。多重量子井戸層２
５が活性層となる。図１（ａ）に示す半導体光変調器と
異なり、クラッド層２４ａ，２６ａはそれぞれｎ型及び
ｐ型となっている。

【００３５】また、この半導体レーザのクラッド層２４
ａ，２６ａと多重量子井戸層２５の両側部には図１とは
異なる構造の埋込み層２７が形成されている。埋込み層
２７は２層の異なる導電型層からなり、ｎ型のクラッド
層２４ａの側部にｐ型層２７ａが接し、ｐ型のクラッド
層２４ａの側部にｎ型層２７ｂが接している。メサスト
ライプ及び埋込み層２７上にｐ型のコンタクト層２８ａ
が形成され、そのコンタクト層２８ａを被覆する絶縁膜
２９ａには、活性層に沿ってコンタクトホール３３が形
成され、上記した半導体光変調器と同じ構造のｐ側電極
３０ａがコンタクトホール３３の底部のコンタクト層２
８ａと接続されている。また、裏面のコンタクト層２８
ｂにはｎ側電極３０ｂが接続されている。なお、ｐ側電
極３０ａ及びｎ側電極３０ｂは半導体光変調器１０１と
半導体レーザ１０２とで互いに分離されている。

【００３６】この半導体レーザを動作させる場合には、
ｎ側電極３０ｂに負バイアスの電圧を印加し、ｐ側電極
３０ａに正バイアスの電圧を印加して多重量子井戸層２
５に縦方向に電流を流す。半導体レーザの膜成長、メサ
エッチング、埋込み層２７の形成及び電極３０ａ，３０
ｂの形成は、半導体光変調器１０１のそれらの工程と並
行してなされる。但し、埋込み層２７とクラッド層２４
ａ，２６ａへの導電型の付与はイオン打ち込みやガス拡
散等により半導体レーザ側に選択的に行う。また、半導
体光変調器１０１のメサストライプ状の半導体パターン
を覆う絶縁膜２９ａは、半導体レーザ１０２側では、コ
ンタクトホール３３を形成するため、フォトリソグラフ
ィ法により活性層の上方で選択的に除去される。

【００３７】なお、上記第１及び第２の実施例におい
て、多重量子井戸層２５の組成や層厚或いはクラッド層
２４又は２４ａ，２６又は２６ａの組成は、上記した実
施例に限定されるものではなく、使用する波長帯によっ
て変えればよいので、本実施例に限定されるものでもな
い。例えば、２つのクラッド層２４又は２４ａをｎ型又
はアンドープＡｌＧａＡｓにより，２６又は２６ａをｐ
型又はアンドープＡｌＧａＡｓにより形成し、多重量子
井戸層２５を構成する量子井戸層２５ａをアンドープＧ
ａＡｓ、障壁層２５ｂをアンドープＡｌＧａＡｓにより
構成してもよい。

【００３８】また、各半導体層の導電型はそれぞれ逆タ
イプのものを用いてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、多重
量子井戸層は層方向で互いに異なる導電型層に挟まれ、
これらの導電型層の外側に第１及び第２の電極を有して
おり、導電型層間に生ずるビルトインポテンシャルを打
ち消すように層方向に電圧を印加して多重量子井戸層を
通過する光の変調を行っている。従って、第１の電極及
び第２の電極にビルトインポテンシャル程度の電圧を印
加するだけで光変調が可能なので、駆動電圧の低減を図
ることができる。また、半絶縁性基板上に上記の構造が
形成されることにより、浮遊容量の低減を図ることがで
きる。以上により、一層高速の光変調を行うことができ
る。

【００４０】また、多重量子井戸層は互いに異なる導電
型層に挟まれているので、多重量子井戸層の層厚を調整
することにより、エネルギバンドの傾斜に依存する電子
の波動関数の局在状態を変化させて、励起子吸収の大き
さを調整することができる。このような構造の半導体光
変調器は、平面的なパターンサイズの調整により光変調
を制御するような構造の半導体光変調器と比較して、微
細化するにあたり、素子設計の制約が少なく、かつ製造
が容易である。

【００４１】更に、光変調器として半導体が用いられ、
またその層構造が半導体レーザと同一なので、同一の基
板に光変調器と半導体レーザを一体的に集積化すること
も容易であり、しかも光軸合わせが不要となるため、作
成が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】本発明の第１の実施例に係る半導体光変調器の
変調動作について示すエネルギバンド図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る実施例に係る半導
体光変調器の変調動作について示す吸収係数スペクトル
の特性図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る光半導体装置の斜
視図である。

【図５】従来例に係る半導体光変調器の断面図である。

【符号の説明】

２１半導体基板、２２ガイド層、２３エッチングストップ層、２４，２６アンドープクラッド層、２４ａｎ型クラッド層、２５多重量子井戸層、２５ａ量子井戸層、２５ｂ障壁層、２６ａｐ型クラッド層、２７埋込み層、２７ａｐ型層、２７ｂｎ型層、２８ａｐ型コンタクト層、２８ｂｎ型コンタクト層、２９ａ，２９ｂシリコン酸化膜（絶縁膜）、３０ａｐ側電極（第２の電極）、３０ｂｎ側電極（第１の電極）、３１光変調用電源、３２半導体基板、３３コンタクトホール、１０１半導体光変調器、１０２半導体レーザ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一導電型層と、量子井戸層と障壁層とが
交互に積層された多重量子井戸層と、反対導電型層とが
順に積層され、前記一導電型層側に第１の電極が、前記反対導電型層側
に第２の電極がそれぞれ形成され、前記一導電型層と前
記第１の電極の間、前記反対導電型層と前記第２の電極
の間のいずれかに少なくとも絶縁膜が介在していること
を特徴とする半導体光変調装置。
【請求項２】前記量子井戸層及び前記障壁層はともに
アンドープ半導体からなることを特徴とする請求項１記
載の半導体光変調装置。
【請求項３】前記一導電型層と前記多重量子井戸層と
の間、及び前記反対導電型層との間にはそれぞれアンド
ープ半導体層からなる第１及び第２のクラッド層が介在
していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
の半導体光変調装置。
【請求項４】前記一導電型層は直接、或いは他の半導
体層を介して半導体基板上に形成されていることを特徴
とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体
光変調装置。
【請求項５】量子井戸層と障壁層とが交互に積層され
た多重量子井戸層を互いに異なる導電型層で挟んだ構造
に、前記２つの導電型層間に生ずるビルトインポテンシ
ャルを打ち消すように層方向に電圧を印加して、前記多
重量子井戸層を面方向に通過する光を変調することを特
徴とする光変調方法。
【請求項６】請求項４に記載の半導体基板上であって
前記半導体光変調装置の隣接領域に半導体レーザが形成
され、かつ該半導体レーザから出射したレーザ光が前記
多重量子井戸層に面方向に入射するように前記半導体レ
ーザが配置されていることを特徴とする光半導体装置。