JPH0886987A - 偏波無依存形半導体量子井戸光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入射光の偏光方向により電界効果が依存する
ことなく、かつ、大きな吸収係数変化および屈折率変化
が、小さい電圧で得られる高性能な光導波路形変調器を
提供する。 【構成】 異なる２種類の半導体材料からなる量子井戸
層および障壁層を交互に積み重ねた多重量子井戸構造を
コア３とする光変調器において、該多重量子井戸構造３
の軽い正孔および電子からなる励起子吸収と重い正孔お
よび電子からなる励起子吸収との吸収ピーク波長をほぼ
一致し、かつ両者の吸収量をほぼ同じとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を構成する多
重量子井戸層の吸収係数、あるいは屈折率を外部電界で
制御して、光導波路を通過する光の強度、あるいは位相
を、入射光の偏光方向に依らずに制御する光導波路形変
調器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、分子類エピタキシー（ＭＢＥ）や
有機金属化学気相成長法（ＭＯＶＰＥ）など化合物半導
体極薄膜作製技術の進展によって半導体多重量子井戸
（ＭＱＷ）や超格子構造が登場し、これまで用いられて
きたバルク半導体に比べて著しいオプトエレクトロニク
ス素子の特性改良が可能となっている。このうちＭＱＷ
構造に電界を印加してその吸収係数あるいは屈折率を変
化させる電界吸収効果あるいは電界屈折率効果は、バル
ク半導体に比べ非常に顕著であり、これを用いて高速・
低電圧駆動な光変調器が実現されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術での半導体多重量子井戸構造によれば、入射光の
偏光方向により電界効果は著しく異なる。図９（ａ），
（ｂ）には、矩形ポテンシャル形状を持つ多重量子井戸
構造のＴＥ偏光およびＴＭ偏光の場合の吸収係数変化示
す。これらの図によれば、入射光の偏光方向が多層膜に
平行（ＴＥ偏光と呼ばれる）、あるいは垂直（ＴＭ偏光
と呼ばれる）により、半導体多重量子井戸構造の吸収ス
ペクトル変化は非常に異なり、ＴＥ偏光では軽い正孔お
よび電子からなる励起子吸収と重い正孔および電子から
なる励起子吸収とが両方観測される（図９（ａ））のに
対し、入射光の偏光方向がＴＭ偏光の場合には、軽い正
孔および電子からなる励起子吸収のみが観測される（図
９（ｂ））ため、入射光の偏光方向を常に一定の方向に
保つ必要があった。また、電界による吸収スペクトル変
化も非常に異なり、電界印加による吸収係数の長波長側
へのシフト量はＴＥおよびＴＭ両偏光方向それぞれに対
してその大きさが異なっていた。通常、光ファイバ内を
長い距離にわたって伝搬してくる光の偏光方向は保存さ
れないので、このような偏波依存性は光信号を処理する
には望ましいものではない。

【０００４】また、量子井戸のポテンシャル形状を放物
線状にしてやれば電界印加による吸収端のシフト量を同
等にできることは、理論的にも実験的にも証明されてい
る（文献（１）、Ｓ．Ｌ．Ｃｈｕａｎｇ他：米国応用物
理学会誌、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ ６５巻、２８２２〜２８２６頁、および文
献（２）Ｋ．Ｔａｄａ他：１９９１年欧州光通信国際会
議、ＷｅＣ６−２、４４９〜４５２頁）。しかし、これ
は吸収係数の電界印加によるピークシフトが同じである
だけで、偏光方向によって吸収係数そのものが変わって
しまうことには何等効力はない（図１０参照）。なお、
図１０には放射物ポテンシャル形状を持ち、効力の加え
られていない多重井戸構造の電圧印加による吸収係数変
化を示す図を示す。また、量子井戸のポテンシャル形状
を放物線状にすることは結晶成長をするうえで不可能で
はないが、大変技術的に困難であり、実用的とは言いが
たい。

【０００５】一方、量子井戸層あるいは障壁層の格子定
数が、これらの層をその上に成長させている基板結晶の
格子定数と不整合になるような成長をさせて量子井戸層
内に応力を生じさせることによって、軽い正孔および電
子からなる励起子吸収と重い正孔および電子からなる励
起子吸収とが重なるようにする試みがある（ＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系多重量子井戸構造に関しては、文献
（３）、Ｍ．Ｏｋａｍｏｔｏ他：米国電気電子学会量子
エレクトロニクス誌ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２７巻、１
４６３〜１４６９頁、１９９１年；ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓ系多重量子井戸構造に関しては、文献（４）、
井戸他：電子情報通信学会研究報告、信学技報 ＥＤ９
３−６１，ＯＱＥ９３−４４（１９９３−０７）、３３
−３８頁）。すなわち、量子井戸に応力を付加して軽い
正孔および電子からなる励起子吸収（ｅ−ｌｈ）と重い
正孔および電子からなる励起子吸収（ｅ−ｈｈ）との波
長を一致させるという方法である。

【０００６】かかる方法によると、電界印加のされてい
ないときにはＴＥおよびＴＭ両偏光方向それぞれに対し
ての吸収係数の大きさが同じになる。

【０００７】しかしながら、これは電界の印加されてい
ない場合にのみ偏波無依存であるだけである。すなわ
ち、電界を印加すると各々の励起子吸収ピークは長波長
側へシフト（ＱＣＳＥと呼ばれる）するが、そのシフト
量は一般に偏光方向によって異なるからである。

【０００８】逆に、電界印加時に偏波無依存となるよう
に設計しても、電界の印加されていないときにはＴＥお
よびＴＭ両偏光方向それぞれに対して同一の吸収係数に
はならないという問題がある。

【０００９】さらに、従来の構造では上記偏波依存性ば
かりでなく、駆動電圧も消光比２０ｄＢを得るのに必要
な電圧は２Ｖ以上で、３ｄＢ帯域は２０ＧＨｚが最高で
あり、さらに一層の改良が求められている。

【００１０】本発明の目的は、このような事情に鑑み、
入射光の偏光方向により電界効果が依存することなく、
かつ、大きな吸収係数変化および屈折率変化が、小さい
電圧で得られる高性能な光導波路形変調器を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の第１の態様は、異なる２種類の半導体材料からなる
量子井戸層および障壁層を交互に積み重ねた多重量子井
戸構造をコアとする光変調器において、該多重量子井戸
構造の軽い正孔および電子からなる励起子吸収と重い正
孔および電子からなる励起子吸収との吸収ピーク波長が
ほぼ一致し、かつ両者の吸収量がほぼ同じであることを
特徴とする偏波無依存形半導体量子井戸光変調器にあ
る。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記多重量子井戸構造を形成している量子井戸層あ
るいは障壁層の格子定数がこれらの層をその上に成長さ
せている基板結晶の格子定数と不整合であって、当該量
子井戸層内には伸長応力が、当該障壁層にはこれと逆向
きの圧縮応力がそれぞれ生じているが、当該多重量子井
戸構造の全応力が互いに補償されており、かつ前記軽い
正孔および電子からなる励起子吸収の吸収ピーク波長が
前記重い正孔および電子からなる励起子吸収と同じか、
それより長波長側になるよう、当該伸張歪の大きさを設
定したことを特徴とする偏波無依存形半導体量子井戸光
変調器にある。

【００１３】本発明の第３の態様は、第１または２の態
様において、多重量子井戸層を挟むクラッド層の外側に
電界印加用の電極を設け、電界による前記軽い正孔およ
び電子の励起子吸収の変化と前記重い正孔および電子の
励起子吸収の変化とを同じ大きさにしたことを特徴とす
る偏波無依存形半導体井戸光変調器にある。通常、量子
井戸層あるいは障壁層の格子定数がこれらの層をその上
に成長させている基板結晶の格子定数と整合して当該量
子井戸層内に応力を生じない状態では、入射光の偏光方
向がＴＥ偏光の場合には、軽い正孔および電子からなる
励起子吸収（ｅ−ｌｈ）と重い正孔および電子からなる
励起子吸収（ｅ−ｈｈ）との両方観測されるのに対し、
入射光の偏光方向がＴＭ偏光の場合には、軽い正孔およ
び電子からなる励起子吸収（ｅ−ｌｈ）のみが観測され
る（図９参照）。

【００１４】これに対し、従来さらにシフト量を同じに
しようとする試みがあったが、これによっても電界印加
時に偏波無依存にはならなかった。

【００１５】本発明では、量子井戸構造における励起子
吸収の吸収量に着目して本発明を完成させた。また、本
発明では応力付加状態での電界印加時の吸収係数変化を
初めて定量的に把握した。

【００１６】すなわち、上述したように、量子井戸内に
応力が加わるようにして、軽い正孔および電子からなる
励起子吸収と重い正孔および電子からなる励起子吸収と
が重なるようにし、かつ、電界印加による吸収係数の変
化をＴＥおよびＴＭ両偏光方向それぞれに対して同等に
することにより本発明の目的が達成される。

【００１７】量子井戸内に応力を加えて、軽い正孔およ
び電子からなる励起子吸収と重い正孔および電子からな
る励起子吸収とを重ねることは、先に示した文献
（３），（４）に述べられている。ただし、軽い正孔お
よび電子からなる励起子吸収と重い正孔および電子から
なる励起子吸収とを重ねても、本発明のように吸収係数
そのものの電界効果を考慮しなければ電界印加時に偏波
無依存にはならない。

【００１８】従って、本発明により、量子井戸内に応力
が加わるようにして、軽い正孔および電子からなる励起
子吸収と重い正孔および電子からなる励起子吸収とが重
なるように、かつ、両者の吸収量をほぼ同じにすれば、
電界印加時にも偏波無依存になるよう量子井戸構造を設
計、製作することができる。

【００１９】ここで、量子井戸内に応力が加わるように
して、軽い正孔および電子からなる励起子吸収と重い正
孔および電子からなる励起子吸収とが重なるようにする
とき、障壁層にも量子井戸層とは逆向きの応力が加わる
ようにして、多重量子井戸層全体で応力を補償してやれ
ば、応力付加によって新たに転位が入ったりすることも
なく、また、転位発生を防止するために層数や、層厚に
制限を設ける必要がなくなる。

【００２０】さらに、多重量子井戸構造においてこれを
形成している量子井戸層の格子定数がこの層をその上に
成長させている基板結晶の格子定数と不整合にして、量
子井戸層内に伸張応力を生じさせると、その吸収端の波
長は応力のない場合に比べ短波長になるため、同じ吸収
端波長にするには量子井戸の厚さを厚くする必要があ
る。参考のため、図８には、Ｉｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ／Ｉｎ
_0.53Ａｌ_0.47Ａｓ量子井戸において重い正孔および電子
からなる励起子吸収を１．４９μｍに固定したときの井
戸層の伸張歪み量と井戸層厚との関係を示す。これによ
り、吸収端の波長を長波長側に、例えば石英系光ファイ
バの超低損失な伝送特性を持つ波長１．５５μｍで動作
するように波長１．４９μｍ付近にすることができる。
このときＱＣＳＥに基づく吸収端波長のシフトは量子井
戸の厚さの４乗に近似的に比例するので、井戸層厚を厚
くした方が大きな吸収係数変化が得られるが、一方、振
動子強度そのものは井戸層が厚くなると弱くなるため、
ある厚さ以上になるとかえって吸収係数変化は減少して
しまう。すなわち、井戸の厚さには最適の厚さがある。

【００２１】また、量子井戸層内の伸張応力の大きさ
は、吸収端波長一定のもとで大きければ大きいほど井戸
層の厚さは厚くできるが、上記の理由で自ら限界があ
る。さらに、伸張歪が０．３８％を越えると、軽い正孔
および電子からなる励起子吸収が重い正孔および電子か
らなる励起子吸収よりも長波長側にきてしまう。

【００２２】この場合、直接、吸収に寄与するのは軽い
正孔および電子からなる励起子吸収となって、電界印加
による吸収端の波長シフトは励起子の質量に比例するた
め、電界による吸収係数変化は小さくなると考えられて
いた（文献（４））。したがって、軽い正孔および電子
からなる励起子吸収が重い正孔および電子からなる励起
子吸収よりも短波長側にくるように作製されていたが、
これら励起子吸収と偏光方向とは密接に関係しているの
で、結果として偏光方向依存性が消光比には残ってい
た。

【００２３】しかし、本出願人の計算によれば、伸張歪
が０．３８％を越える軽い正孔の質量はその表現とは逆
に重い正孔よりも大きくなるため、十分使用できること
が判明した。この結果に基づき、電界の印加されていな
い状態では、軽い正孔および電子からなる励起子吸収と
重い正孔および電子からなる励起子吸収とを重ねるにし
ても、軽い正孔および電子からなる励起子吸収を重い正
孔および電子からなる励起子吸収よりも長波長側にして
おく方が、電界印加後の吸収係数変化の差を小さくでき
ること、すなわち、偏光方向依存性の少なくなることを
さらに知見した。

【００２４】また、従来の扱いでは、光の吸収係数の波
長依存性（吸収スペクトル）を合わせるようにしていた
が、偏光方向によって光の閉じ込め状態が変わることが
考慮されていなかった。すなわち、光の導波路では、コ
アの外に光がしみ出してしまうが、そのしみ出しの程度
（あるいは光の閉じ込めの程度）は、偏光方向によって
通常２割程度異なるため、この違いを考慮して吸収係数
およびその電界による変化を合わせることが必要であ
る。本発明においてはこの光の閉じ込め係数の偏光方向
依存性も考慮している。

【００２５】

【作用】量子井戸内に応力が加わるようにして、軽い正
孔および電子からなる励起子吸収と重い正孔および電子
からなる励起子吸収とが重なるように、かつ、両者の吸
収量をほぼ同じにすれば、電界印加時にも偏波無依存に
なるよう量子井戸構造を設計、製作することができる。

【００２６】吸収量を同じにするには、通常の格子整合
系と違い、量子井戸内に応力が加わるようにして、か
つ、量子井戸の厚さを最適化して、軽い正孔および電子
からなる励起子吸収を重い正孔および電子からなる励起
子吸収よりも長波長側にした。すなわち、軽い正孔およ
び電子からなる励起子吸収と重い正孔および電子からな
る励起子吸収との電界による変化を、既報告のような吸
収ピークの長波長側へのシフトを同じにするのでなく、
軽い正孔および電子からなる励起子吸収を重い正孔およ
び電子からなる励起子吸収よりも長波長側にした。この
結果、電界による励起子の吸収係数の変化を同じにする
ことができ、ＴＥおよびＴＭ偏光それぞれに対して吸収
係数変化が同じになり、電界印加時にも偏波無依存にで
きる。また、軽い正孔および電子からなる励起子吸収と
重い正孔および電子からなる励起子吸収とを重ねてしま
えば、電界印加のないときの吸収係数を、ＴＥおよびＴ
Ｍ偏光それぞれに対して同じにできる。

【００２７】本発明において、量子井戸層内に伸張応力
を生じさせ、一方、障壁層にはこれと逆向きの圧縮応力
を生じさせると、その吸収端の波長は応力のない場合に
比べ短波長になるため、量子井戸の厚さを厚くして同じ
吸収端波長にする。このとき、前述のように量子井戸の
厚さは厚いほどＱＣＳＥに基づく吸収端波長シフトは大
きくなるが、振動子強度は逆に減少するので量子井戸の
厚さには最適な値がある。例えば、波長１．５５μｍで
電界吸収形強度変調器として動作するように井戸層厚を
１０〜１２ｎｍとし、井戸層内に０．３５〜０．５０％
の伸張歪を、厚さ５ｎｍの障壁層に０．５％の圧縮歪を
導入する。また、波長１．５５μｍで電界屈折率位相変
調器として動作するように井戸層厚を７．５〜９ｎｍと
し、井戸層内に０．３５〜０．５０％の伸張歪を、障壁
層に０．５％の圧縮歪を導入する。これにより大きな吸
収係数変化、屈折率変化を持つ、高性能な光導波路形変
調器を提供することができる。

【００２８】すなわち、本発明の多重量子井戸構造およ
び従来の多重量子井戸構造の電界印加による消光比を比
較する図４に示すように、電界吸収形強度変調器として
通常の応力のない場合に比べ約半分の電圧で同じ消光比
を得ることができる。これは同じ消光比、同じ電圧に対
して試料の長さが半分で済むことを意味するので、素子
の速度を律速している素子容量も半分になり、速度は倍
になる。なお、測定系の制限から３ｄＢ帯域は２０ＧＨ
ｚ以上あるとしか確認できなかった。

【００２９】図６は、光閉じ込めの偏光依存性を考慮し
たＴＥ偏光とＴＭ偏光に対する吸収係数変化の差を、電
界強度Ｆをパラメータとして伸張歪（ε）の関数として
示したもので、吸収端波長１．４９μｍ、入射光波長を
１．５５μｍに仮定している。通常、この吸収係数の差
Δαは、消光比に換算して１ｄＢ以下であれば、偏波無
依存と考えてよい。光閉じ込め係数Γを０．１としたと
き、Δα・Ｌ≦２．３となり、試料長さＬを１００μｍ
とするとこの差は２３０ｃｍ^-1以下であればよいので、
伸張歪εは、０．３６〜０．４０％であれば、電界強度
が０から２００ｋＶ／ｃｍの広い範囲に亘ってほぼ変化
無依存となる。この図では０ｋＶ／ｃｍではε＝０．３
３〜０．３６％のとき上記の１ｄＢ以下の範囲に収まる
ことになるが、通常、ＰＩＮ構造を用いて電界を均一に
印加するようにしているため、ビルトイン電界が外部電
圧０ボルトでも存在し、この電界によってεの値は大き
い方にずれる。このため、上記εの値は０．３６〜０．
４０％の範囲が適当である。

【００３０】また、このときの量子井戸の厚さは、吸収
端波長が１．４９μｍになるような条件から１２ｎｍと
なったが、この値は、別の計算からほぼ最適の値になっ
ており、多少のバラツキを考慮しても、１２ｎｍ±２ｎ
ｍの値がよい。ただし、量子井戸がＩｎＧａＡｓ、障壁
層がＩｎＡｌＡｓの場合であって、障壁層がＩｎＧａＡ
ｓＰでは０．３％の伸張歪が最適で、その前後±０．０
２％程度あればよい。

【００３１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３２】図１には、上述したような偏波方向に依ら
ない大きな吸収係数変化を利用した、一実施例に係る光
変調器を示す。図１に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１上
には、ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層２、ノンドープＩｎ
_1-x Ｇａ_x Ａｓ／Ｉｎ_1-y Ａｌ_y Ａｓからなる多重量子
井戸層３、ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層４、およびｐ−
ＩｎＧａＡｓ層５が順次積層されており、ｎ−ＩｎＰ基
板１の裏面にはＮ側電極６が、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５上
にはＰ側電極７が設けられている。なお、図中、９およ
び１０は、それぞれ入射光および出射光を示す。ここ
で、量子井戸層３は、ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓとを
それぞれ量子井戸層と障壁層とにする多重量子井戸構造
で分子線エピタキシャル成長法や有機金属気相成長法な
どの結晶成長法で作製した。

【００３３】通常、ＩｎＰ基板１に格子整合するＩｎ
_1-x Ｇａ_x ＡｓやＩｎ_1-y Ａｌ_y Ａｓなどの混晶の条件
はｘ＝０．４７、ｙ＝０．４８であるが、ｘやｙの値を
変えることにより格子不整合を生じさせそれぞれの層内
に応力を発生することができる。応力の大きさおよび向
きも、井戸層、障壁層の上記組成や層厚を変えることで
クラックの発生しない範囲で自由に変えられる。例え
ば、ｙ＝０．４８と障壁層をＩｎＰ基板に整合させた場
合、ｘ＞０．４７では引っ張り応力が発生するが、ｘ＜
０．４７では圧縮応力が井戸層内にそれぞれ発生する。
このとき井戸層の厚さを１２ｎｍと通常のＩｎＰ基板に
整合させた場合の厚さ７．５ｎｍに比べ大幅に増大で
き、ＱＣＳＥの高効率化が可能となった。すなわち、波
長１．５５μｍで電界吸収形強度変調器として動作させ
た素子では、井戸層厚を１０〜１２ｎｍとし、井戸層内
に０．３５〜０．５０％の伸張歪を、厚さ５ｎｍの障壁
層に０．５％の圧縮歪を導入した。このときの特性は図
４および図５に示すとおりである。図４は、本発明の多
重量子井戸構造および従来の多重量子井戸構造の電界印
加による消光比の電圧依存性を比較する図、図５は、本
発明の多重量子井戸構造の電圧印加による消光比の電圧
依存性を示す図である。

【００３４】本素子は障壁層に井戸層と逆向きに圧縮応
力を加えてあるので、井戸層厚は１２ｎｍ、ノンドープ
Ｉｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ／Ｉｎ_1-y Ａｌ_y Ａｓ多重量子井戸
層は０．１８μｍと比較的厚いにもかかわらず、応力は
弾性の範囲内であって転位やクラックの発生することは
なかった。

【００３５】図２には、上述したような偏波方向に依ら
ない大きな吸収係数変化を利用した他の実施例に係る光
変調器である。ｎ−ＩｎＰ基板１１上には、ｎ−ＩｎＰ
クラッド層１２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａ
ＡｓＰからなる多重量子井戸層１３、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１４、およびｐ−ＩｎＧａＡｓ層１５が順次積層さ
れており、ｎ−ＩｎＰ基板１１の裏面にはＮ側電極１６
が、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層１５上にはＰ側電極１７を設け
られている。量子井戸層１３は、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎ
ＧａＡｓＰの応力の補償された多重量子井戸構造になっ
ている。前の実施例と同様ＩｎＰ基板に格子整合するＩ
ｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ_1-y Ｐ_y やＩｎ_1-u Ｇａ_u Ａｓ_1-v Ｐ
_v などの混晶の組成条件、またはｘ，ｙ，ｕ，もしくは
ｖの値を変えることで格子不整合を生じさせて応力を発
生させることができる。応力の大きさ、向きもクラック
の発生しない範囲で自由に変えられる。井戸層には図１
と同様伸張歪が０．７％加えられている。

【００３６】以上説明した本発明の多重量子井戸構造電
界印加による吸収係数変化を図３に示す。すなわち、こ
れによると、偏波方向に依存しない吸収係数変化が電界
印加で可能となる。一方、吸収係数の変化はクラマース
・クローニッヒの関係から屈折率変化に対応しており、
偏波方向に依存しない位相変調器ができる。

【００３７】また、図７は、本発明に係る量子井戸構造
の量子井戸に引っ張り応力を付加したときの吸収スペク
トルを示す図で、（ａ）はＴＥ偏光の場合、（ｂ）はＴ
Ｍ偏光の場合であり、偏波無依存性であることを示して
いる。

【００３８】また、以上説明した実施例の光変調器は、
多重量子井戸構造での量子井戸層内に引っ張り応力が加
わるようにして、軽い正孔および電子からなる励起子吸
収と重い正孔および電子からなる励起子吸収が重なるよ
うにしているため、従来より問題であった変調器の入射
光偏光方向依存性をなくなり、また、障壁層に圧縮応力
を導入して応力を補償して、厚い井戸層を用いることが
できるため、小さい電界印加で大きな吸収係数変化、屈
折率変化が得られ、高効率である。

【００３９】図５は本発明に基づく光強度変調器の入射
光偏光方向依存性を示すもので、縦軸は透過光強度の絶
対値、横軸は逆方向電圧、パラメータは入射光の偏光方
向の角度を示す。偏光方向が変化しても高々１ｄＢの強
度変化しかなく、偏波無依存性が立証されている。

【００４０】なお、上記実施例では、ＩｎＰ基板を用い
たＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ混晶に
ついて述べたが、ＧａＡｓ基板を用いたＩｎＧａＡｓ，
ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ混晶系に
ついても同様な効果があることは明らかである。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多重量子井戸構造での量子井戸層内に引っ張り応力が加
わるようにして、軽い正孔および電子からなる励起子吸
収と重い正孔および電子からなる励起子吸収が重なるよ
うにしているため、従来より問題であった変調器の入射
光偏光方向依存性がなく、また、障壁層に圧縮応力を導
入して応力を補償し、厚い井戸層を用いることができる
ため、小さい電界印加で大きな吸収係数変化、屈折率変
化が得られ、高効率な光変調器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光変調器を示す斜視図
である。

【図２】本発明の他の実施例に係る光変調器を示す斜視
図である。

【図３】本発明に基づく多重量子井戸構造の電界印加に
よる吸収係数変化を示す図である。

【図４】本発明に基づく多重量子井戸構造および従来の
多重量子井戸構造の電界印加による消光比の電圧依存性
を示す図である。

【図５】本発明に基づく多重量子井戸構造の電界印加に
よる消光比の偏光方向依存性を示す図である。

【図６】本発明に基づく多重量子井戸構造における、井
戸層の伸縮歪に対するＴＥ偏光とＴＭ偏光の吸収係数変
化の差を示す図である。

【図７】本発明に基づく量子井戸構造の量子井戸に引っ
張り応力を付加したときの吸収スペクトルを示す図で、
（ａ）はＴＥ偏光の場合、（ｂ）はＴＭ偏光の場合を示
す。

【図８】Ｉｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ／Ｉｎ_0.53Ａｌ_0.47Ａｓ量
子井戸において重い正孔および電子からなる励起子吸収
の吸収端波長を１．４９μｍに固定したときの井戸層の
伸張歪量と井戸層厚の関係を示す図である。

【図９】従来の矩形ポテンシャル形状を持つ多重量子井
戸構造の電界印加による吸収係数変化を示す図で、
（ａ）はＴＥ偏光の場合、（ｂ）ＴＭ偏光の場合を示
す。

【図１０】従来の放物線ポテンシャル形状を持ち、応力
の加えられていない多重量子井戸構造の電界印加による
吸収係数変化を示す図である。

【符号の説明】

１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ３ ノンドープＩｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ／Ｉｎ_1-y Ａl_y Ａ
ｓ多重量子井戸層 ４ ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層 ５ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ６ Ｎ側電極 ７ Ｐ側電極 １１ ｎ−ＩｎＰ基板 １２ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １３ ノンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重
量子井戸層 １４ ｐ−ＩｎＰクラッド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 悦男 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる２種類の半導体材料からなる量子
   井戸層および障壁層を交互に積み重ねた多重量子井戸構
   造をコアとする光変調器において、該多重量子井戸構造
   の軽い正孔および電子からなる励起子吸収と重い正孔お
   よび電子からなる励起子吸収との吸収ピーク波長がほぼ
   一致し、かつ両者の吸収量がほぼ同じであることを特徴
   とする偏波無依存形半導体量子井戸光変調器。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記多重量子井戸構
   造を形成している量子井戸層あるいは障壁層の格子定数
   がこれらの層をその上に成長させている基板結晶の格子
   定数と不整合であって、当該量子井戸層内には伸長応力
   が、当該障壁層にはこれと逆向きの圧縮応力がそれぞれ
   生じているが、当該多重量子井戸構造の全応力が互いに
   補償されており、かつ前記軽い正孔および電子からなる
   励起子吸収の吸収ピーク波長が前記重い正孔および電子
   からなる励起子吸収と同じか、それより長波長側になる
   よう、当該伸張歪の大きさを設定したことを特徴とする
   偏波無依存形半導体量子井戸光変調器。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、多重量子井
   戸層を挟むクラッド層の外側に電界印加用の電極を設
   け、電界による前記軽い正孔および電子の励起子吸収の
   変化と前記重い正孔および電子の励起子吸収の変化とを
   同じ大きさにしたことを特徴とする偏波無依存形半導体
   量子井戸光変調器。