JPH09171162A - 半導体光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造を有し多重量子井戸層
を光吸収層とする光変調器に関し，光吸収層からのキャ
リアの除去を容易にすることを目的とする。 【解決手段】 井戸層１ａと障壁層１ｂを積層した多重
量子井戸層１を光吸収層とし，多重量子井戸層１を挟む
ｎ型及びｐ型クラッド層２，３と，クラッド層２，３と
多重量子井戸層１間に設けられクラッド層２，３方向に
禁制帯幅が連続的に広がる光導波路層４，５とを有する
半導体光変調器において，光導波路層４の禁制帯幅は光
吸収層に入射され変調される光のフォトンエネルギより
大きく，かつ多重量子井戸層１と光導波路層４，５と
が，ｎ型クラッド側で伝導帯の不連続を生ぜず，ｎ型ク
ラッド側で価電子帯の不連続を生じないように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光吸収型の半導体光
変調器に関し，特に低い電圧で駆動できかつ変調速度が
速い半導体光変調器の構造に関する。

【０００２】光吸収層に多重量子井戸構造を用い，連続
的に禁制帯幅が変化する光導波路層を介在させてその光
吸収層をｎ型及びｐ型のクラッド層で挟むＧＲＩＮ−Ｓ
ＣＨ（Graded Index Separate Confinement Heterostru
cture)構造の光吸収型半導体光変調器は，高速・大容量
光通信用として単独で，又は半導体レーザと共に集積さ
れて光通信に使用されている。

【０００３】かかる光通信に使用される半導体光変調器
には，高速・大容量の通信を可能とするため，高速の変
調特性及び低駆動電圧が要求されている。

【０００４】

【従来の技術】量子井戸構造を有する光吸収型半導体光
変調器は，駆動電圧が低くかつ高速の変調特性を有する
ことから高速光通信用に利用されている。以下，従来の
光吸収型半導体光変調器の構造とその特性について説明
する。

【０００５】図３は従来例エネルギバンド図であり，従
来の光吸収型半導体光変調器の光吸収層近傍のエネルギ
バント構造を表している。なお，図中のＥｃ，Ｅｖは，
それぞれ伝導帯の底のエネルギ準位及び価電子帯の上端
のエネルギ準位をあらわしている。

【０００６】図３（ａ）を参照して，多重量子井戸構造
を利用する最も単純な従来の光吸収型半導体光変調器
は，ｎ型クラッド層２とｐ型クラッド層３とで挟まれた
多重量子井戸層１を光吸収層として用いるものである。
多重量子井戸層１は，禁制帯幅の狭い井戸層１ａと禁制
帯幅の広い障壁層１ｂとを交互に積層して構成される。
ｎ型クラッド層２とｐ型クラッド層３間には逆方向の駆
動電圧が印加され，その結果，多重量子井戸層の量子閉
じ込めシュタルク効果により大きな光吸収の変化が起こ
る。このため，原理的にこの構造の光変調器は小さな駆
動電圧により十分な光変調を行うことができる。

【０００７】しかし，多重量子井戸層１を広い禁制帯幅
を有するｎ型及びｐ型クラッド層２，３で直接挟む上記
の構造では，次に述べるように高速変調及び低電圧駆動
が困難になるという問題を生ずる。

【０００８】多重量子井戸層１からなる光吸収層を伝播
する光は，井戸層１ａの価電子帯内に形成された基底準
位Ｅｈにある電子を励起して吸収され，井戸層１ａの伝
導帯内に形成された励起準位Ｅｅに電導電子６を，基底
準位Ｅｈに正孔７を発生する。この光吸収により発生し
た電子６及び正孔７は，障壁層１ｂをトンネリングして
多重量子井戸層１中を速やかに移動し，逆バイアス電圧
の下で電子６はｎ型クラッド層２に，正孔はｐ型クラッ
ド層３に移動し吸収される。

【０００９】しかし，クラッド層２，３は井戸層１ａよ
りも大きな禁制帯幅を有すため，ｎ型及びｐ型クラッド
層２，３と多重量子井戸層１との界面に大きなエネルギ
ギャップΔＥｃ，ΔＥｖが生ずる。

【００１０】即ち，ｎ型クラッド層２と多重量子井戸層
１との界面では，伝導帯の底のエネルギＥｃがｎ型クラ
ッド層２側で高くなる段差，即ちエネルギギャプΔＥｃ
を生ずる。この伝導帯の段差は電子６が多重量子井戸層
１からｎ型クラッド層２へ移動する際の障壁となる。こ
のため，光吸収により多重量子井戸層１中に発生した電
子６は，ｎ型クラッド層２へ速やかに吸収されず，多重
量子井戸層のｎ型クラッド層２に接する近傍に滞留しこ
の部分の電子濃度を上昇させる。この電子濃度の上昇
は，多重量子井戸層１に印加された逆バイアス電圧を緩
和し，変調に必要な逆バイアス，即ち変調に必要な駆動
電圧を大きくする。さらに，多重量子井戸層１のｎ型ク
ラッド層との接合面近傍に滞留した高濃度の電子は，熱
励起により接合面のエネルギギャプΔＥｃによる障壁を
超えてｎ型クラッド層に吸収されるため消滅時間が非常
に長い。このため，高速の光変調が困難になる。

【００１１】一方，ｐ型クラッド層３と多重量子井戸層
１との界面では，価電子帯の上端のエネルギＥｖがｐ型
クラッド層３側で低くなる段差，即ちエネルギギャップ
ΔＥｖを生ずる。この価電子帯の段差は正孔７が多重量
子井戸層１からｎ型クラッド層２へ移動する際の障壁と
なる。従って，この段差近傍の多重量子井戸層１に正孔
７濃度の高い領域が生じ，この高濃度の正孔により電子
について上述したと同様の問題が発生する。これら電子
及び正孔の滞留により生ずる光変調器の特性の劣化は，
光強度が強い程著しい。

【００１２】かかる問題を緩和するため，多重量子井戸
層１とクラッド層６，７との間に，禁制帯幅が連続的に
変化する光導波路層を挿入したＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の
半導体光変調器が考案された。

【００１３】このＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の半導体光変調
器は，図３（ｂ）を参照して，クラッド層２，３と多重
量子井戸層１との間に挿入された光導波路層４の禁制帯
幅が，クラッド層２，３から多重量子井戸層１まで連続
的に狭くなり，クラッド層２，３との接続面では障壁層
１ｂのエネルギバンドと一致する。

【００１４】かかる構成では，クラッド層２，３と多重
量子井戸層１との接合面に生ずる障壁の高さ，即ちエネ
ルギギャップΔＥｃ，ΔＥｖは，井戸層１ａと障壁層１
ｂとの間の障壁の高さに等しい。この障壁はクラッド層
２，３と多重量子井戸層１との間に生ずる障壁より低い
ため，多重量子井戸層１中の電子６及び正孔７は，熱励
起により容易に障壁を超えて光導波路層４，５に移動す
る。光導波路４，５は逆バイアス電圧により空乏化して
いるため，光導波路層４，５中に移動した電子及び正孔
は光導波路４，５中を移動しクラッド層２，３に吸収さ
れる。従って，この構成の半導体光変調器は，多重量子
井戸層１中のキャリアの蓄積が少なくかつ短時間で多重
量子井戸層１中に蓄積したキャリアを除去できるので，
高速かつ低駆動電圧の光変調が可能となる。

【００１５】しかし，光導波路層を備えた上記の半導体
光変調器においても，光導波路層４，５と多重量子井戸
層１との間の障壁に起因するキャリアの滞留が起こり，
光変調の高速化，低駆動電圧化の障害となる。

【００１６】かかる電子及び正孔の障壁を取り除き，高
速かつ低駆動電圧の半導体光変調器とするために，図３
（ｃ）を参照して，光導波路層４，５のエネルギバンド
構造を，多重量子井戸層１と接する近傍で井戸層１ａの
エネルギバンドに一致させることが考えられる。しか
し，かかる構造の光導波路層４，５は，光導波路層４，
５中の禁制帯幅が多重量子井戸層１の基礎吸収端エネル
ギと一致する又は極めて近い部分（図３（ｃ）中の８で
示す部分）が存在するため，逆バイアス電圧を印加して
もなおこの部分で望まれない光吸収を起こし損失が大き
くなる。このため，かかる構造の半導体光変調器は実現
されていない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の半導体光変調器では，多重量子
井戸層１との接合面近傍の光導波路層のエネルギバンド
を，多重量子井戸層１を構成する障壁層と等しくしてい
た。このため，光導波路層４，５と多重量子井戸層１と
の接合面に電子又は正孔に対する障壁が生じ，半導体光
変調器の高速化及び駆動電圧の低電圧化を困難にすると
いう欠点があった。

【００１８】さらに，多重量子井戸層１との接合面近傍
の光導波路層のエネルギバンドを，多重量子井戸層１を
構成する井戸層と等しくする半導体光変調器では，光導
波路中での光吸収損失が大きいという問題があった。

【００１９】本発明は，光導波路層の禁制帯幅を光吸収
を生じない程度に維持しつつ，光導波路層と多重量子井
戸層との接合面に生ずる電子及び正孔に対する障壁を低
くし又は無くすることにより，接合面での電子又は正孔
の滞留を回避し，光損失が少なく，高速かつ低駆動電圧
の光吸収型半導体光変調器を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり，光吸収型半導体光変調器の光吸収層を含む主
要部分のエネルギバンド構造を表している。

【００２１】図１を参照して，上記課題を解決するため
の本発明の第一の構成は，井戸層１ａと該井戸層１ａよ
り広い禁制帯幅を有する障壁層１ｂとを交互に積層して
なる多重量子井戸層１と，該多重量子井戸層１を挟み該
多重量子井戸層１の一方の側に設けられたｎ型クラッド
層２及び他方の側に設けられたｐ型クラッド層３と，該
ｎ型クラッド層２と該多重量子井戸層１との間に設けら
れ該ｎ型クラッド層２方向に禁制帯幅が広がる光導波路
層４とを有し，該多重量子井戸層１を光吸収層とする半
導体光変調器において，該光導波路層４は，該光吸収層
に入射され変調される光のフォトンエネルギより大きな
禁制帯幅を有し，該多重量子井戸層１との接合面近傍の
該光導波路層４の伝導帯の底が，該障壁層１ｂの伝導帯
の底より低いことを特徴として構成し，及び，第二の構
成は，井戸層１ａと該井戸層１ａより広い禁制帯幅を有
する障壁層１ｂとを交互に積層してなる多重量子井戸層
１と，該多重量子井戸層１を挟み該多重量子井戸層１の
一方の側に設けられたｎ型クラッド層２及び他方の側に
設けられたｐ型クラッド層３と，該ｐ型クラッド層３と
該多重量子井戸層１との間に設けられ該ｐ型クラッド層
３方向に禁制帯幅が広がる光導波路層５とを有し，該多
重量子井戸層１を光吸収層とする半導体光変調器におい
て，該光導波路層５は，該光吸収層に入射され変調され
る光のフォトンエネルギより大きな禁制帯幅を有し，該
多重量子井戸層１との接合面近傍の該光導波路層５の価
電子帯の上端が，該障壁層１ｂの価電子帯の上端より高
いことを特徴として構成する。

【００２２】本発明の第一の構成では，光導波路層４
は，光吸収層，即ち多重量子井戸層１に入射され変調さ
れる光のフォトンエネルギより大きな禁制帯幅を有する
半導体から形成される。従って，光導波路層５中での光
吸収は起こらないから，本構成の半導体光変調器の光損
失は少ない。

【００２３】本構成では，さらに光導波路層４の伝導帯
の底は，該多重量子井戸層１との接合面近傍において障
壁層１ｂの伝導帯の底より低エネルギに形成される。即
ち，多重量子井戸層１と光導波路層４との間に形成され
る電導電子６に対する障壁の高さは，従来の半導体光変
調器における障壁の高さである障壁層１ｂと井戸層１ａ
との伝導帯の底の差（図３中のΔＥｃ。）よりも小さ
い。従って，伝導電子６は多重量子井戸層１からｎ型ク
ラッド層２へと容易に移動するから，多重量子井戸層１
が光導波路４と接する接合面近傍に滞留する電子濃度は
少ない。その結果，本構成の半導体光変調器は，変調速
度が速くまた低い駆動電圧で変調することができる。な
お，障壁の高さを低くして電子の移動を容易にするため
に，光導波路層４の伝導帯の底は，井戸層１ａの伝導帯
の底と一致するか又はより低いことが好ましい。

【００２４】かかる光導波路４の禁制帯幅を広くし，同
時に光導波路４と井戸層１ａとの伝導帯の底を略等エネ
ルギとする本構成では，光導波路４と井戸層１ａとの間
に価電子帯の大きなエネルギギャップΔＥｖを生ずる。
このエネルギギャップは正孔に対する大きな障壁とな
る。しかし，多重量子井戸層１には逆バイアス電圧が印
加されるためこの障壁には正孔は集積しないので，この
正孔に対する障壁は何ら問題を生じない。

【００２５】本発明の第二の構成では，第一の構成と同
様に，光導波路層４は，光吸収層，即ち多重量子井戸層
１に入射され変調される光のフォトンエネルギより大き
な禁制帯幅を有する半導体から形成される。従って，半
導体光変調器の光損失は少ない。

【００２６】本構成では，さらに光導波路層５の価電子
帯の上端は，該多重量子井戸層１との接合面近傍におい
て障壁層１ｂの価電子帯の上端より高エネルギに形成さ
れる。この構成では，多重量子井戸層１と光導波路層５
との間に形成される正孔７に対する障壁の高さは従来の
障壁の高さ（図３中のΔＥｖ。）よりも小さくなる。そ
の結果，第一の構成と同様に，正孔７の多重量子井戸層
１からｎ型クラッド層２への移動が容易になり，障壁近
傍に滞留する正孔濃度は少なくなる。このため，変調速
度を速くまた駆動電圧を低くすることができる。なお，
正孔の移動を容易にするために，光導波路層５の価電子
帯の上端を，井戸層１ａの価電子帯の上端と一致させる
か又はより高くすることが好ましい。

【００２７】本構成では，光導波路５と井戸層１ａとの
間に伝導帯の大きなエネルギギャップΔＥｃを生ずる。
このエネルギギャップは電子に対する大きな障壁となる
が，第一の構成と同様の理由から，この電子に対する障
壁は何ら問題を生じない。

【００２８】

【発明の実施の形態】図２は本発明の実施形態エネルギ
バンド図であり，半導体光変調器の光吸収層を含む主要
部のエネルギバンドを表している。なお，図２（ａ）は
第一実施形態を，図２（ｂ）は第二実施形態を表してい
る。また，縦軸のエネルギは任意のエネルギ水準からの
エネルギ差を，横軸は層厚方向の距離を表している。

【００２９】本発明の第一実施形態は，本発明の第一の
構成と第二の構成を組合せて適用した波長１．５５μｍ
帯の半導体光変調器に関する。以下，第一実施形態に関
する半導体光変調器の製造方法とその構造について説明
する。

【００３０】図２（ａ）を参照して，ｎ型ＩｎＰ基板
（図外）上に，例えばＭＢＥ法（分子線エピタキシャル
成長法）法により，ｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層
２を堆積し，さらに続けて厚さ１２nmのノンドープＩｎ
ＧａＡｌＡｓ層を堆積して光導波路層４とする。このＩ
ｎＧａＡｌＡｓ層からなる光導波路層４は，ＩｎＰ基板
と格子定数が略一致し，かつ禁制帯幅がＩｎＰ基板近傍
で広く成長方向に向けて連続的に狭くなるように成長と
ともに組成を変化して堆積する。。従って，この禁制帯
の最狭の部分は最後に成長する表面部分，即ちこの上に
堆積する多重量子井戸層１との接合面近傍となる。な
お，この接合面近傍においても，光導波路４の禁制帯幅
は，多重量子井戸層１に入射する光のフォトンエネルギ
より大きくなるように，例えば，多重量子井戸層１の基
礎吸収端波長のフォトンエネルギより大きくなるように
形成される。このような光導波路層４は，例えば，Ｉｎ
Ｐ基板近傍でＩｎ_0.526 Ｇａ_0.151 Ａｌ_0.323 Ａｓと
し，成長とともに漸次Ａｌを低減して最終はＩｎ_0.53Ｇ
ａ_0.379 Ａｌ_0.091 Ａｓとすることで実現される。な
お，光導波路層４はノンドープであるから，多重量子井
戸層１に近い程，光導波路層４の伝導帯の底Ｅｃは低く
なり，逆に価電子帯の上端Ｅｖは高くなる。

【００３１】次いで，光導波路層４上に光吸収層となる
ＩｎＧａＡｓＰ系の厚さ９nmの多重量子井戸層１を堆積
する。なお，多重量子井戸層１を堆積する前に，光導波
路層４の一部となる厚さ９nmのＩｎ_0.53Ｇａ_0.379 Ａｌ
_0.091 Ａｓを堆積する。この多重量子井戸層１は，周知
のようにＩｎ及びＡｓに富む井戸層１ａとＧａ及びＰに
富む障壁層１ｂとを交互に積層して形成される。その井
戸層１ａ及び障壁層１ｂの組成及び厚さは，多重量子井
戸層１の基礎吸収端波長が光吸収層の動作に適切な波
長，例えば１．５５μｍ帯となるように，かつ光導波路
４上にエピタキシャル成長した多重量子井戸層１中に，
必要な大きさの歪が発生するように選択される。このよ
うな多重量子井戸層１は，例えば厚さ９nmのＩｎ_0.692
Ｇａ_0.308Ａｓ_0.817 Ｐ_0.183 からなる井戸層１ａと厚
さ５．１nmのＩｎ_0.741 Ｇａ_0.259Ａｓ_0.47Ｐ_0.53から
なる障壁層１ｂとを_, 交互に積層して実現できる。な
お，井戸層１ａは多重量子井戸層１の両側に設けられ
る。この多重量子井戸層１では，井戸層１ａには０．６
％の圧縮歪が，障壁層１ｂに０．６％の引張歪が生じて
いる。

【００３２】多重量子井戸層１中の歪は，多重量子井戸
層１の電子親和力を制御するために用いられる。即ち，
ＩｎＰ基板上に堆積された光導波路層４のエネルギバン
ドは，光導波路４の組成により一義に定まるから，多重
量子井戸層１との接合面近傍の伝導帯の底Ｅｃ及び価電
子帯の上端Ｅｖはその接合面近傍の光導波路層４の組成
により一義に定まる。他方，多重量子井戸層１の伝導帯
の底Ｅｃ及び価電子帯の上端Ｅｖは，基礎吸収端波長と
格子定数とを適切に定めた場合，一般には光導波路層４
接合面近傍の伝導帯の底Ｅｃ及び価電子帯の上端Ｅｖと
一致しないため，光導波路層４との間に伝導帯及び価電
子帯の不連続を生ずる。多重量子井戸層１中の歪は，多
重量子井戸層１の電子親和力を変動させ，多重量子井戸
層を構成する井戸層１ａの伝導帯の底を接合面近傍の光
導波路層４の伝導帯の底に一致させるために導入され
る。その結果，図２（ａ）に示すように，光導波路層４
と井戸層１ａとの間の伝導帯の不連続は解消される。従
って，多重量子井戸層１から光導波路層４への電子の障
壁を生じない。なお，歪の導入により引き起こされる電
子親和力の変動は，井戸層１ａ及び障壁層１ｂの禁制帯
幅を大きくは変えない。従って，禁制帯幅と電子親和力
とは近似的には独立に扱うことができ，実用上は歪の禁
制帯幅に及ぼす効果を僅かな修正で補うことで足りる。

【００３３】次いで，多重量子井戸層１上に，ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ層からなる厚さ１２nmの光導波路層５
を堆積する。この光導波路層５は，多重量子井戸層１と
の接合面近傍で禁制帯幅が最狭となり，その接合面から
離れるにつれて禁制帯幅が広くなるように組成を変化さ
せて成長される。なお，光導波路層５の最狭の禁制帯幅
は，多重量子井戸層１に入射する光のフォトンエネルギ
より大きくする。この様な光導波路層５は，例えば，多
重量子井戸層１上に９nmのＩｎ_0.617 Ｇａ_{0.38 3} Ａｓ
_0.822 Ｐ_0.178 を堆積し_, 続けて成長初期のＩｎ_0.617
Ｇａ_0.383 Ａｓ_{0. 822} Ｐ_0.178 から最終のＩｎＰまで漸
次組成を変化させて成長することで実現される。

【００３４】かかるノンドープＩｎＧａＡｓＰ層からな
る光導波路層５のエネルギバンドは，価電子帯の上端が
井戸層１ａの価電子帯上端よりも僅かに低い。しかし，
この価電子帯の不連続により多重量子井戸層１と光導波
路層５との間に生ずる正孔に対する障壁は，通常の光変
調器の動作において無視し得る大きさであり，実際上問
題となるような特性の劣化を引き起こさない。なお，こ
の井戸層１ａの伝導帯は，既述の歪導入の方法によりｎ
型クラッド層２と接続する光導波路層４の伝導帯に一致
している。もちろん，必要ならばｐ型クラッド層に接続
する光導波路層５に歪を導入し，井戸層１ａと光導波路
層５との接合面近傍の価電子帯を一致させる又は光導波
路層５の価電子帯を高くすることもでき，これにより多
重量子井戸層１中の正孔の滞留が小さくなる。かかる歪
は，光導波路層５の組成及び膜厚を選択して導入するこ
とができる。

【００３５】次いで，光導波路層５上にＩｎＰからなる
ｐ型クラッド層３を堆積し，さらにｐ型クラッド層上及
びＩｎＰ基板裏面上にそれぞれ電極（図外）を形成す
る。ｎ型クラッド層２とｐ型クラッド層３間には，これ
らの電極を通して逆バイアス電圧とこれに重畳する駆動
電圧が印加され，多重量子井戸層１の吸収係数を変化す
ることで光変調がなされる。

【００３６】上述した本第一実施形態において，ｎ型ク
ラッド層２に接続する光導波路層４とｐ型クラッド層３
に接続する光導波路層５の両方を共にＩｎＧａＡｓＰか
ら構成することもできる。この形態では，一般に歪の無
い場合はクラッド層２，３，２つの光導波路層４，５及
び多重量子井戸層１のエネルギバンドが整合せずこれら
の層間に電子又は正孔に対する障壁が生ずる。この障壁
は，ｎ型クラッド層２に接続する光導波路層４に圧縮歪
を，ｐ型クラッド層３に接続する光導波路層５に引張歪
を導入することで除去することができる。もちろん記述
した電子親和力を整合するため，一般に多重量子井戸層
１にも引張又は圧縮の歪の導入が必要である。

【００３７】本発明の第二実施形態は，正孔に対する障
壁が小さな半導体光変調器に関する。図２（ｂ）を参照
して，ＩｎＰ基板（図外）上にＩｎＰからなるｎ型クラ
ッド層２，ＩｎＧａＡｓＰ例えばＩｎ_0.772 Ｇａ_0.228
Ａｓ_0.494 Ｐ_0.506 からなるバッファ層１２，ＩｎＰか
らなるエッチストッパ層１３，ＩｎＧａＡｓＰ例えばＩ
ｎ_0.772 Ｇａ_0.228 Ａｓ_0.494 Ｐ_0.506 からなる光導波
路層１４，ＩｎＧａＡｓＰ系の多重量子井戸層１，Ｉｎ
ＧａＡｓＰからなる光導波路層５，ＩｎＰからなるｐ型
クラッド層を順次堆積する。ここで，エッチストッパ層
１３は，周知のように精密なエッチングを可能とするた
めに製造上の見地から設けられる。また，ｎ型クラッド
層２から多重量子井戸層１までは従来の半導体光変調器
と同様である。この多重量子井戸層１も従来と同様に，
例えば最初に光導波路層１４の一部をなす厚さ９nmのＩ
ｎ_0.772 Ｇａ_0.228 Ａｓ_0.494 Ｐ_0.506 を堆積し，続け
て厚さ５．１nmのＩｎ_0.818 Ｇａ_0.182 Ａｓ_0.396 Ｐ
_0.604 の障壁層１ｂと厚さ９nmのＩｎ_0.575 Ｇａ_0.425
Ａｓ_0.91Ｐ_0.09の井戸層とを_, 多重量子井戸層１の両側
に井戸層１ａを設けるように交互に堆積する。さらに続
けて，光導波路層５の一部をなす厚さ９nmのＩｎ_0.547
Ｇａ_0.453 Ａｓ_0.789 Ｐ_0.211 を堆積する。なお，光導
波路層１４は，禁制帯幅の傾斜はない。従って，多重量
子井戸層１と光導波路層１４間に電子の障壁が存在し得
る。

【００３８】他方，光導波路層５は，上述した第一実施
態様と同様に禁制帯幅が傾斜しており，井戸層１ａと光
導波路層５との間の価電子帯の不連続は小さい。従っ
て，正孔に対する障壁は小さく，多重量子井戸層１中の
正孔は速やかに除去される。このような光導波路層５は
_, 例えば成長初期の組成をＩｎ_0.547 Ｇａ_0.453 Ａｓ_0.
789 Ｐ_0.211 とし，成長終了時のＩｎＰまで漸次組成を
変化させることで実現できる。かかる場合，多重量子井
戸層１に接して堆積された厚さ９nmのＩｎ_0.547Ｇａ
_0.453 Ａｓ_0.789 Ｐ_0.211 層及びこれに接して堆積され
た組成変動を伴う光導波路層５には，０．６％の圧縮歪
が生じる。この歪により，井戸層１ａと光導波路層５と
の価電子帯が同一水準に近くされ，価電子帯の不連続が
緩和される。

【００３９】本構成では，電子に対する障壁は従来と変
わりないが，正孔に対する障壁は小さい。正孔の易動度
は電子に比べ格段に小さいため，正孔の滞留が光変調器
特性に及ぼす影響は電子に比べて非常に大きい。このた
め，本構成では，通常の半導体光変調器の工程を多用し
て，これに僅かな変更を加えるのみで高速かつ低駆動電
圧の半導体光変調器を容易に製造することができる。

【００４０】

【発明の効果】上述したように本発明によれば，量子井
戸層と光導波路層との間に量子井戸層中の光吸収で生成
される電子又は正孔に対する高い障壁が存在しないの
で，量子井戸層からクラッド層へキャリアが迅速に移動
し，光吸収の飽和強度が小さく，高速かつ低駆動電圧の
半導体光変調器を提供することができ，光通信装置の性
能向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理説明図

【図２】 本発明の実施形態エネルギバンド図

【図３】 従来例エネルギバンド図

【符号の説明】

１ 多重量子井戸層 １ａ 井戸層 １ｂ 障壁層 ２ ｎ型クラッド層 ３ ｐ型クラッド層 ４，５ 光導波路層 ６ 電子 ７ 正孔 １２ バッファ層 １３ エッチストッパ １４ 光導波路層 Ｅｃ 伝導帯の底 Ｅｖ 価電子帯の上端 Ｅｅ 多重量子井戸層中の電子準位（励起準位） Ｅｈ 多重量子井戸層中の正孔準位（基底準位）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 井戸層と該井戸層より広い禁制帯幅を有
   する障壁層とを交互に積層してなる多重量子井戸層と，
   該多重量子井戸層を挟み該多重量子井戸層の一方の側に
   設けられたｎ型クラッド層及び他方の側に設けられたｐ
   型クラッド層と，該ｎ型クラッド層と該多重量子井戸層
   との間に設けられ該ｎ型クラッド層方向に禁制帯幅が連
   続的に広がる光導波路層とを有し，該多重量子井戸層を
   光吸収層とする半導体光変調器において，該光導波路層
   は，該光吸収層に入射され変調される光のフォトンエネ
   ルギより大きな禁制帯幅を有し，該多重量子井戸層との
   接合面近傍の該光導波路層の伝導帯の底が，該障壁層の
   伝導帯の底より低いことを特徴とする半導体光変調器。
2. 【請求項２】 井戸層と該井戸層より広い禁制帯幅を有
   する障壁層とを交互に積層してなる多重量子井戸層と，
   該多重量子井戸層を挟み該多重量子井戸層の一方の側に
   設けられたｎ型クラッド層及び他方の側に設けられたｐ
   型クラッド層と，該ｐ型クラッド層と該多重量子井戸層
   との間に設けられ該ｐ型クラッド層方向に禁制帯幅が連
   続的に広がる光導波路層とを有し，該多重量子井戸層を
   光吸収層とする半導体光変調器において，該光導波路層
   は，該光吸収層に入射され変調される光のフォトンエネ
   ルギより大きな禁制帯幅を有し，該多重量子井戸層との
   接合面近傍の該光導波路層の価電子帯の上端が，該障壁
   層の価電子帯の上端より高いことを特徴とする半導体光
   変調器。