JPH10228005A - 電界吸収型光変調器と光変調器集積型半導体レーザダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 印加されるバイアス電圧に対する光出力の立
ち上がり時間が短い電界吸収型変調器及び変調器集積型
半導体レーザダイオードを提供する。 【解決手段】 印加される変調電圧に従って光導波路を
導波する光を変調する電界吸収型光変調器であって、上
記光導波層が、該光導波層に所定の値の変調電圧が印加
されたときにエキシトンのエネルギーギャップが互いに
実質的に等しくなる複数の量子井戸層を含む

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電界吸収型光変調
器及び光変調器集積型半導体レーザダイオードに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信等の分野で幅広く半導体レ
ーザダイオードが使用されるようになり、最近では、図
７に示すような、光変調器と半導体レーザダイオードと
が半導体基板上に一体的に構成された光変調器集積型半
導体レーザダイオードも用いられるようになってきてい
る。従来の光変調器集積型半導体レーザダイオードは、
図７、図８に示すように、裏面にレーザ部と光変調部の
共通の電極であるｎ型電極１２が形成されたｎ型ＩｎＰ
基板１上に、レーザ光を発生するリッジ型の半導体レー
ザダイオード２１０を備えたレーザ部２００ａと、該半
導体レーザダイオード２１０と一体的に形成された電界
吸収型変調器２０５とを備えた変調部２００ｂとが以下
のように構成される。ここで、ｎ型電極１２は、Ａｕ／
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ構造の電極であり、半導体レーザダイ
オード２１０と電界吸収型変調器２０５とに共通の電極
である。また、以下、本明細書において、レーザ部２０
０ａと変調部２００ｂとにおいて、同一の名称でかつ同
一の符号を用いた層は、一体的に形成されているものと
する。

【０００３】電界吸収型変調器２０５は、ｎ型ＩｎＰ基
板１上に形成されたｎ型ＩｎＰクラッド層２上に、それ
ぞれ光の進行方向に十分長く伸びたストライプ状のｎ型
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、多重量子井戸光導波層
５，ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６、ｐ型ＩｎＰク
ラッド層７、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９が順次
積層され、さらに該積層体の表面及びその両側のｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層２の表面に絶縁膜２４が形成されて、該
積層体の上部において、絶縁体２４に設けられた開口部
２４ｂを介してｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９の表
面に接するようにｐ型電極１１が形成されて構成され
る。ここで、多重量子井戸光導波層５及び両光閉じ込め
層３，６の両側（絶縁膜２４の内側）に、Ｆｅをドープ
した半絶縁性ＩｎＰ電流ブロック層２１が形成されてい
る。さらにこの変調部２００ｂでは、電界吸収型変調器
２０５の近傍に突出部２３０が形成され、この突出部２
３０上には、変調器用のｐ型電極１１に接続されたボン
ディングパッド１１ａが形成されている。

【０００４】ここで、上記ｎ型ＩｎＰクラッド層２はそ
の厚さが１μｍ，そのキャリア濃度Ｎが１×１０¹⁸ｃｍ
^-3、上記ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３はその厚さ
が１０ｎｍ，そのキャリア濃度Ｎが１×１０¹⁸ｃｍ^-3と
なっている。上記ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６は
その厚さが１０ｎｍ，そのキャリア濃度Ｐが３×１０¹⁷
ｃｍ^-3、上記ｐ型ＩｎＰクラッド層７はその厚さが０．
５μｍ，そのキャリア濃度Ｐが１×１０¹⁸ｃｍ^-3、上記
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９は、その厚さが１μ
ｍ，そのキャリア濃度Ｐが１×１０¹⁹ｃｍ^-3となってい
る。上記半絶縁性ＩｎＰ電流ブロック層２１はその厚さ
が２μｍ，そのドーパントＦｅの濃度が４×１０¹⁶ｃｍ
^-3となっている。

【０００５】上記多重量子井戸光導波層５は、図９に示
すように、厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓＰウエル層１３と
厚さ５ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層１４とが交互に積
層されてなり、これらのウエル層１３及びバリア層１４
はそのｐ型不純物によるキャリア濃度Ｐが１×１０¹⁶ｃ
ｍ^-3程度と低く、上記多重量子井戸光導波層５は、一般
的にｉ型と呼ばれる導電型を有している。なお、図９で
は、ウエル層１３及びバリア層１４を２サイクル分しか
示していないが、実際はウエル層１３及びバリア層１４
は８サイクル程度で構成される。

【０００６】また、半導体レーザダイオード２１０は、
ｎ型ＩｎＰ基板１上のレーザ部２００ａにおいて形成さ
れたｎ型ＩｎＰクラッド層２上に、それぞれ共振方向に
十分長くなるように形成されたｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層３、多重量子井戸活性層（以下、多重量子井戸
活性層ともいう。）４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め
層６、ｐ型ＩｎＰクラッド層７、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層９及びｐ型電極１０が順次積層されて構成さ
れる。ここで、多重量子井戸活性層４は、多重量子井戸
光導波層５と同様、８つのウエル層１３と、７つのバリ
ア層１４とが交互に積層されてなり、このｉ型多重量子
井戸活性層４では、各ウエル層１３の層厚が９ｎｍ、バ
リア層１４の層厚が６ｎｍに設定され、これらの層１
３，１４は、多重量子井戸光導波層５における層厚に比
べて厚く形成されている。また、半導体レーザダイオー
ド２１０におけるｐ型ＩｎＰクラッド７には、その厚さ
方向の中央部にＩｎＧａＡｓＰ回折格子層８を有する。
従って、半導体レーザダイオード２１０は、電界吸収型
光変調器２０５に比較して厚い構造となっている。ここ
で、上記ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層８は、例えば、その
厚さが４０ｎｍ、そのｎ型不純物によるキャリア濃度Ｎ
が１×１０¹⁸ｃｍ^-3に設定される。

【０００７】上記レーザ部２００ａにおける半導体レー
ザダイオード２１０の両側のｎ型ＩｎＰクラッド層２上
には、Ｆｅをドープした半絶縁性ＩｎＰ電流ブロック層
２１、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層２２、ｐ型ＩｎＰ層２
３、及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９が順次形成
されている。ここで、上記半絶縁性ＩｎＰ電流ブロック
層２１はその厚さが２μｍ，そのドーパントＦｅの濃度
が４×１０¹⁶ｃｍ^-3、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層２２は
その厚さが０．５μｍ，そのキャリア濃度が２×１０¹⁸
ｃｍ^-3となっており、また上記ｐ型ＩｎＰ層２３はその
厚さが１μｍ，その濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3となってい
る。尚、上述の半導体レーザダイオード２１０の両側に
形成された各層と、半導体レーザダイオード２１０と
は、該レーザダイオード２１０の両側に形成された、ｐ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９の表面から上記ｎ型Ｉ
ｎＰクラッド層２に達する溝２２０によって分離されて
いる。そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９の表
面及び該溝２２０の内側面は絶縁膜２４により覆われて
おり、該絶縁膜２４において、半導体レーザダイオード
２１０の部分（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９の上
面）には絶縁膜開口２４ａが形成されている。

【０００８】そして、このレーザ部２００ａでは、絶縁
膜２４表面上に半導体レーザダイオード２１０及びその
両側部分に跨がるようレーザ用ｐ型電極１０が形成され
ており、該ｐ型電極１０は、半導体レーザダイオード２
１０において、上記絶縁膜開口２４ａを介してコンタク
ト層９に接続される。このｐ型電極１０は、例えば、Ｔ
ｉ層上にＰｔ層及びＡｕ層を順次積層したＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕ構造の電極である。尚、上記レーザ用のｐ型電極１
０と電界吸収型変調器２０５のｐ型電極１１とは、アイ
ソレーション部１５にて絶縁膜２４により電気的に分離
される。

【０００９】なお、光変調器集積型半導体レーザダイオ
ード２００を構成するp型の各半導体層のドーパントと
しては、Ｚｎ，Ｂｅ，あるいはＭｇを用いることがで
き、また、ｎ型の各半導体層のドーパントとしては、
Ｓ，Ｓｉ，あるいはＳｅを用いることができる。このよ
うな構成の光変調器集積型レーザダイオード２００で
は、レーザ用のｐ型電極１０に駆動電圧を印加して上記
多重量子井戸活性層４に駆動電流を注入すると、多重量
子井戸活性層４ではレーザ発振が生じ、発生されたレー
ザ光は、電界吸収型変調器２０５の多重量子井戸光導波
層５内へ導波して、変調部用のｐ型電極１１に印加され
た電圧に従って変調されて外部に出射される。

【００１０】ここで、一般的な電界吸収型光変調器の動
作原理について簡単に説明する。電界吸収型光変調器で
はその変調動作に量子閉じ込めシュタルク効果を利用し
ている。この量子閉じ込めシュタルク効果は、図１０に
示すように、量子井戸層に電圧を印加するとエキシトン
（励起子）の電子，ホール対の間のエネルギーギャップ
（図１０（ａ）に示す量子井戸内のエネルギー準位ｘａ
１，ｘａ２の間の差）が変化する現象である。具体的に
は、図１０（ｂ）に示すように、量子井戸内に電界が発
生している状態では、量子井戸層におけるエネルギーギ
ャップＥ′（エネルギー準位ｘｂ１とｘｂ２との差）
は、図１０（ａ）の電界の発生していない状態における
エネルギーギャップＥ（エネルギー準位ｘａ１とｘａ２
との差）に比べて小さくなる。なお、図中、Ａ１，Ａ
２，Ｂ１，Ｂ２は波動関数を模式的に示すグラフであ
り、グラフＡ１，Ａ２はそれぞれ、量子井戸層内にて電
界が発生していない状態での電子，ホールの存在確率
を、グラフＢ１，Ｂ２はそれぞれ、量子井戸層内にて電
界が発生している状態での電子，ホールの存在確率を示
している。

【００１１】このように量子井戸層におけるエネルギー
ギャップＥからＥ′に変化すると、量子井戸層における
エキシトンによる光の吸収波長が変化して、特性グラフ
Ｇ０（電界＝０）で示すものから特性グラフＧ１（電界
≠０）で示すものに変化する（図１１参照）。これによ
って、例えば、変調波長Ｘ_Lのレーザ光に対する吸収係
数は、ａ０からａ１に変化し、量子井戸層での該レーザ
光の透過量がその吸収係数の差Δａ（＝ａ１−ａ０）に
相当する分だけ変化する。従って、上記多重量子井戸光
導波層５内の電界が０である状態では、変調波長Ｘ_Lの
レーザ光は上記光変調器集積型半導体レーザダイオード
２００の変調部２００ｂを透過し、該量子井戸内に電界
が生ずると、該変調波長Ｘ_Lのレーザ光は該変調部２０
０ｂで吸収され、実質的に外部には出てこなくなる。

【００１２】なお、上記説明では、光変調器集積型半導
体レーザダイオード２００における半導体レーザダイオ
ード２１０の多重量子井戸活性層４及び電界吸収型光変
調器２０５の多重量子井戸光導波層５の導電型がｉ型で
あるものを示したが、実際の製造プロセスでは、多重量
子井戸光導波層５内にはその上側のｐ型光閉じ込め層６
からｐ型不純物が拡散してくるため、多重量子井戸光導
波層の導電型は完全なｉ型にはならず、実際にははｐ型
になっているものと思われる。従って、多重量子井戸光
導波層５は、その導電型がｉ型のものよりｐ^-型のもの
の方が作りやすく、ｐ^-型多重量子井戸光導波層を構成
するＩｎＧａＡｓＰバリア層１３及びＩｎＧａＡｓＰウ
エル層１４のｐ型不純物によるキャリア濃度としては、
３×１０¹⁷ｃｍ^-3程度に設定することが一般的である。
ここで、本明細書において、ｐ^-として示すときは、通
常のｐ型の不純物濃度に比べて不純物濃度が小さいこと
を示す。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光変調器集積型半導体レーザダイオード２００
における電界吸収型光変調器２０５は、変調電圧を印加
すると、徐々に光出力が小さくなり、その光出力の立ち
上がり時間が長いという問題点があった。このために、
変調信号の周波数が高い応用機器には使用することが困
難であった。

【００１４】本発明は、このような従来例の問題点を解
決して、光出力の立ち上がり時間が短い電界吸収型変調
器及び変調器集積型半導体レーザダイオードを提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の従
来の立ち上がり時間が長くなるという問題点の原因が、
図１２に示すように、多重量子井戸光導波層における電
界の傾斜にあると考えて、鋭意検討した結果、以下の結
論に至った。すなわち、図１３に示すように、上述の電
界の傾斜によって、従来例の多重量子井戸光導波層にお
いては、変調電圧が印加されたときの各ウエル層のエネ
ルギーギャップは等しくならず、変調電圧の印加によっ
て、エネルギーギャップの小さいウエル層から順次、光
の吸収が始まり、これによって、立ち上がり時間が長く
なるということが分かった。尚、この従来例の持つ問題
点の原因については、後述の実施の形態の所で詳述す
る。本発明は、以上の検討結果に基づいて、従来例の問
題点を解決することができる構成を見いだしてなされた
ものである。

【００１６】すなわち、本発明に係る第１の電界吸収型
光変調器は、印加される変調電圧に従って光導波路を導
波する光を変調する電界吸収型光変調器であって、上記
光導波層が、該光導波層に所定の値の変調電圧が印加さ
れたときにエキシトンのエネルギーギャップが互いに実
質的に等しくなる複数の量子井戸層を含むことを特徴と
する。

【００１７】また、上記第１の電界吸収型光変調器で
は、上記各量子井戸層の組成と膜厚とを、上記光導波層
に上記所定の値の変調電圧が印加されたときにエキシト
ンのエネルギーギャップが互いに実質的に等しくなるよ
うに設定することが好ましい。

【００１８】また、本発明に係る第２の電界吸収型光変
調器は、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に光導
波層を備え、印加される変調電圧に従って上記光導波層
を導波する光を変調する電界吸収型光変調器であって、
上記光導波層が、上記光導波層に変調電圧が印加されて
いないときに、上記ｎ型クラッド層側に位置する量子井
戸層ほどエキシトンのエネルギーギャップが大きい複数
の量子井戸層を含むことを特徴とする。

【００１９】また、上記第２の電界吸収型光変調器は、
上記各量子井戸層の組成と膜厚とを、上記光導波層に変
調電圧が印加されていないときに、上記ｎ型クラッド層
側に位置する量子井戸層ほどエキシトンのエネルギーギ
ャップが大きくなるように設定することが好ましい。

【００２０】また、本発明に係る光変調器集積型半導体
レーザダイオードは、上記第１又は第２の電界吸収型光
変調器と、上記第１のクラッド層と一体で形成された第
３のクラッド層と、上記光導波層と一体で形成された活
性層、上記第２クラッド層と一体で形成された第４クラ
ッド層とを含んで構成された半導体レーザダイオードと
を備え、上記半導体レーザダイオードによって発振され
たレーザ光を上記電界吸収型光変調器で変調することを
特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】ここでは、まず、上述した従来例
の電界吸収型光変調器において、立ち上がり時間が長く
なる理由を、図１２及び図１３を参照して説明する。図
１２は、従来の電界吸収型光変調器の多重量子井戸光導
波層における厚さ方向の電界分布を示す。従来例では、
多重量子井戸光導波層５において、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
光閉じ込め層３（図１２では光閉込層３として示してい
る）に近い方の量子井戸に大きな電界が印加され、Ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６（図１２では単に光閉込
層６として示している）に近い方の量子井戸には小さな
電界が印加されている。すなわち、多重量子井戸光導波
層５は、図１２に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層３に近い方のウエル層１３の電界が、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層６に近いウエル層の電界に比較
して高くなるような電界傾斜を有する。

【００２２】これによって、無バイアス時（Ｖｂ＝０）
において、各ウエル層１３の各エネルギーギャップＥａ
１，Ｅｂ１，Ｅｃ１の大きさは、図１３（ａ）に示すよ
うに均一（Ｅａ１＝Ｅｂ１＝Ｅｃ１）であるが、バイア
ス電圧Ｖｂを印加したときのエネルギーギャップＥａ
１’，Ｅｂ１’，Ｅｃ１’の大きさは、図１３（ｂ）に
示すようにｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３に近い方
のウエル層１３のエネルギーギャップＥａ１'は小さ
く、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６に近い方のウエ
ル層のエネルギーギャップＥｃ１'は大きくなる。従っ
て、バイアス電圧Ｖｂを大きくしていくと、まず、ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６に近い方のウエル層１３
では、レーザ光は吸収されず、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層３に近い方のウエル層１３でレーザ光が吸収さ
れる。さらに、バイアス電圧Ｖｂを大きくしていくと、
レーザ光は徐々にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６に
近い方の量子井戸でも吸収される。従って、電界吸収型
光変調器に印加するバイアス電圧Ｖｂを大きくしていく
と、徐々に吸収されるようになり、光出力が徐々に小さ
くなる。このような吸収特性を示す従来例の電界吸収型
光変調器に、図４に示すように、一定の立ち上がり時間
Ｔｖを有するバイアス電圧Ｖｂを印加すると、一定の立
ち上がり時間Ｔｖに対応して、長い立ち上がり時間を有
する。以上が、従来例の電界吸収型光変調器の立ち上が
り時間が長くなる理由である。

【００２３】次に、図面を参照して本発明に係る実施の
形態について説明する。図１は本発明に係る実施の形態
の光変調器集積型半導体レーザダイオードの断面構造を
模式的に示す図である。本実施の形態は、図１に示すよ
うに、従来例の多重量子井戸光導波層５に代えて、図２
に示す多重量子井戸光導波層５ａを設けた以外は、従来
例と同様に構成される。尚、図１と図２において、従来
例と同様のものには同様の符号を付して示している。本
実施の形態において、多重量子井戸光導波層５ａは、図
２に示すように、互いに異なる組成又は厚さを有するウ
エル層１３ａ，１３ｂ，１３がバリア層１４を介して積
層されて構成される。ここで、ウエル層１３ａ，１３
ｂ，１３ｃの組成と膜厚は、所定のバイアス電圧Ｖｂを
ｐ型電極１１とｎ型電極１２を介して多重量子井戸光導
波層５ａに印加した時に、ウエル層１３ａ，１３ｂ，１
３ｃの各エネルギーギャップが互いに等しくなるように
設定される。

【００２４】すなわち、本実施の形態では、図３（ａ）
に示すように、バイアス電圧Ｖｂが０の場合（バイアス
電圧を印加しない場合）、ウエル層１３ａ，１３ｂ，１
３ｃにおける各エネルギーギャップＥａ，Ｅｂ，Ｅｃの
値が、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３の近くに位置
するもの程大きくなり、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め
層６の近くに位置するウエル層程小さくなるようにウエ
ル層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各組成と各膜厚とを設定
している（Ｅａ＞Ｅｂ＞Ｅｃ）。このようなエネルギー
構造を有する光導波層５ａに、バイアス電圧Ｖｂを印加
すると、光導波層５ａにバイアス電圧Ｖｂによる電界が
発生する。このバイアス電圧による電界にさらに、上述
の電界傾斜を有するように発生する電界が重畳されて、
ｎ型光閉じ込め層３側の電界がｐ型光閉じ込め層６側に
比較して大きくなる。

【００２５】従って、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
３に近い方のウエル層１３ａ（量子井戸）には比較的大
きな電界が印加され、バイアス電圧印加時におけるウエ
ル層１３ａのエネルギーギャップの減少幅（Ｅａ−Ｅ
ａ’）が大きくなる。一方、Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ
込め層６に近い方のウエル層１３ｃ（量子井戸）にはウ
エル層１３ａに比較して小さな電界が印加されるので、
バイアス電圧印加時におけるウエル層１３ｃのエネルギ
ーギャップの減少幅（Ｅｃ−Ｅｃ’）は、ウエル層１３
ａのエネルギーギャップの減少幅（Ｅａ−Ｅａ’）に比
較して小さくなる。これによって、本実施の形態におい
て、所定のバイアス電圧Ｖｂ１が印加された時に、各ウ
エル層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各エネルギーギャップ
Ｅａ'，Ｅｂ'，Ｅｃ'の大きさは、等しく(Ｅａ'＝Ｅｂ'
＝Ｅｃ'）なる。

【００２６】従って、バイアス電圧Ｖｂ１が印加された
ときに、ウエル層１３ａ，１３ｂ，１３ｃのエネルギー
ギャップＥａ’，Ｅｂ’，Ｅｃ’の大きさは同一にな
り、レーザ光のエネルギーと量子井戸のエネルギーギャ
ップの大きさが等しくなるバイアス電圧Ｖｂ１におい
て、急激にレーザ光は吸収される。従って、図５に示す
ように、変調器の消光特性は、図５に示すようになり、
印加するバイアス電圧Ｖｂが小さいときには光出力はほ
とんど減少せず、印加するバイアス電圧Ｖｂが大きくな
って、所定のバイアス電圧Ｖｂ１になると、急激に光出
力は減少する。その結果、図４に示す一定の立ち上がり
時間Ｔｖを有するバイアス電圧Ｖｂを印加した場合、図
６の光出力波形に示すように、本実施の形態の電界吸収
型光変調器の立ち上がり時間Ｔｘは、従来例の立ち上が
り時間ｔｒに比較してが短くすることができる。

【００２７】以上の実施の形態では、ウエル層として３
つのウエル層１３ａ，１３ｂ，１３ｃを用いた例を示し
たが、本発明では、２層であっても良いし、３層以上で
あってもよい。通常は、６〜１２層程度に設定される。
いずれにしても、本発明は、ウエル層が複数であればよ
く、ウエル層の数に限定されるものではない。また、本
実施の形態は、多重量子井戸光導波層５ａは、ｐ型不純
物をドープしたｐ型層であっても、ｉ型の多重量子井戸
光導波層５ａに光閉じ込め層６等からｐ型の不純物が拡
散して、結果として僅かにｐ型の導電型を示すｉ型層で
あってもよいことは言うまでもない。また、本発明にお
いて各半導体層は、ＡｌＧａＡｓＰ系の半導体材料、Ａ
ｌＧａＡｓ系の半導体材料及び他の半導体レーザダイオ
ードを構成できる半導体材料のいずれの材料を用いて構
成してもよい。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る実施例について説明す
る。 実施例１．実施例１は、各ウエル層を一般式Ｉｎ_1-xＧ
ａ_xＡｓ_yＰ_1-yで表される材料を用い、各ウエル層の層
厚を同一の７０Åに設定して、各ウエル層の組成比を変
化させて、エネルギーギャップを調整した例である。本
実施例１では、各ウエル層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの組
成（ｘとｙの値）を表１に示すように設定して、２．０
Ｖのバイアス電圧Ｖｂを印加した時に、各ウエル層のエ
ネルギーギャップが同一になるように設定した。図１５
に、実施例１においてバイアス電圧Ｖｂを印加していな
い場合の、各ウエル層におけるエネルギーギャップを示
す。ここで、図１５のグラフの横軸に示したウエル層の
バンドギャップの大きさは、伝導帯の下限と価電子帯の
上限との間のエネルギー差である。

【００２９】

【表１】 ｘ ｙ 層厚Å ────────────────────────────── ウエル層１３ａ ０．３３ ０．８４ ７０ ────────────────────────────── ウエル層１３ｂ ０．３４ ０．８５５ ７０ ────────────────────────────── ウエル層１３ｃ ０．３５ ０．８７ ７０ ────────────────────────────── バリア層１４ ０．２ ０．４４ ５０ ──────────────────────────────

【００３０】尚、実施例１において、層数を３以上に設
定する場合は、ウエル層１３ａを最下層（ｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層３に接する層）として、表１に示す
値にｘ，ｙを設定し、ウエル層１３ｃを最上層（ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６に接する層）とし、間の各
ウエル層のｘ，ｙ値は、一定の間隔で順次変化するよう
に設定する。これによって、３層以上の場合でも、２．
０Ｖのバイアス電圧Ｖｂを印加した時に、各ウエル層の
エネルギーギャップが同一になるように設定することが
できる。

【００３１】実施例２．実施例２は、各ウエル層を一般
式Ｉｎ_1-xＧａ_xＡｓ_yＰ_1-yで表される材料を用い、各ウ
エル層の組成比を同一に設定し、各ウエル層の層厚を変
化させて、エネルギーギャップを調整した例である。本
実施例２では、各ウエル層１３ａ，１３ｂ，１３ｃの層
厚を表２に示すように設定して、２．０Ｖのバイアス電
圧Ｖｂを印加した時に、各ウエル層のエネルギーギャッ
プが同一になるように設定した。図１４に、実施例２に
おけるバイアス電圧Ｖｂを印加していない場合の、ウエ
ル層に対する量子井戸のバンドギャップの大きさを示
す。

【００３２】

【表２】 ｘ ｙ 層厚Å ────────────────────────────── ウエル層１３ａ ０．３５ ０．８７ ５０ ────────────────────────────── ウエル層１３ｂ ０．３５ ０．８７ ６０ ────────────────────────────── ウエル層１３ｃ ０．３５ ０．８７ ７０ ────────────────────────────── バリア層１４ ０．２ ０．４４ ５０ ──────────────────────────────

【００３３】尚、実施例１において、層数を３以上に設
定する場合は、ウエル層１３ａを最下層（ｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層３に接する層）とし、ウエル層１３
ｃを最上層（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層６に接す
る層）として、表２に示す値にそれぞれ層厚を設定し、
最下層と最上層の間に位置する各ウエル層の層厚は、ウ
エル層１３ａの層厚とウエル層１３ｃの層厚の間の値
で、一定の間隔で順次増加するように設定する。これに
よって、３層以上の場合でも、２．０Ｖのバイアス電圧
Ｖｂを印加した時に、各ウエル層のエネルギーギャップ
が同一になるように設定することができる。

【００３４】尚、実施例１，２では、多重量子井戸光導
波層５ａは、ＩｎＧａＡｓＰからなるウエル層１３とＩ
ｎＧａＡｓＰからなるバリア層１４とを用いて構成した
が、本発明では、ＩｎＧａＡｓからなるウエル層１３と
ＩｎＧａＡｓからなるバリア層１４とを用いて構成して
もよい。尚、この場合ウエル層１３の４をＩｎＧａＡｓ
で構成するようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る第１の電界吸収型光変調器は、上記光導波層が、
該光導波層に所定の値の変調電圧が印加されたときにエ
キシトンのエネルギーギャップが互いに実質的に等しく
なる複数の量子井戸層を含む。これによって、所定の変
調電圧が印加されたときに、各量子井戸層においてそれ
ぞれ、一斉にレーザ光を吸収することができるので、印
加されたバイアス電圧に対する光出力の立ち上がり時間
を短くすることができる。

【００３６】また、上記第１の電界吸収型光変調器にお
いて、上記各量子井戸層の組成と膜厚とを所定の値に設
定することにより、容易に、上記光導波層に上記所定の
値の変調電圧が印加されたときにエキシトンのエネルギ
ーギャップが互いに実質的に等しくなるように設定する
ことができる。

【００３７】また、本発明に係る第２の電界吸収型光変
調器は、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に光導
波層を備えた電界吸収型光変調器であって、上記光導波
層が、上記光導波層に変調電圧が印加されていないとき
に、上記ｎ型クラッド層側に位置する量子井戸層ほどエ
キシトンのエネルギーギャップが大きい複数の量子井戸
層を含む。これによって、所定の変調電圧が印加された
ときに、各量子井戸層におけるエネルギーギャップを実
質的に同一にでき、所定の変調電圧が印加されたときに
各量子井戸層において、一斉にレーザ光を吸収すること
ができるので、印加されたバイアス電圧に対する光出力
の立ち上がり時間を短くすることができる。

【００３８】さらに、上記第２の電界吸収型光変調器に
おいて、上記各量子井戸層の組成と膜厚とを所定の値に
設定することにより、容易に、上記光導波層に変調電圧
が印加されていないときに、上記ｎ型クラッド層側に位
置する量子井戸層ほどエキシトンのエネルギーギャップ
が大きくなるように設定することができる。

【００３９】また、本発明に係る光変調器集積型半導体
レーザダイオードは、上記電界吸収型光変調器と、上記
半導体基板上に、上記電界吸収型光変調器と一体で形成
された半導体レーザダイオードとを備え、上記半導体レ
ーザダイオードによって発振されたレーザ光を上記電界
吸収型光変調器で変調している。これによって、印加さ
れたバイアス電圧に対する光出力の立ち上がり時間の短
い電界吸収型光変調器と一体化された光変調器集積型半
導体レーザダイオードを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態の光変調器集積型半
導体レーザダイオードの断面構造を模式的に示す模式図
である。

【図２】 図１の多重量子井戸光導波層５ａの断面を模
式的に示す模式図である。

【図３】 （ａ）は、図２の多重量子井戸光導波層５ａ
にバイアス電圧Ｖｂを印加していない時のエネルギーバ
ンド構造を示す図であり、（ｂ）は、図２の多重量子井
戸光導波層５ａに所定のバイアス電圧Ｖｂ１を印加した
時のエネルギーバンド構造を示す図であ。

【図４】 電界吸収型光変調器に印加するバイアス電圧
Ｖｂの波形を示すグラフである。

【図５】 本実施の形態の電界吸収型光変調器の消光特
性を示すグラフである。

【図６】 本実施の形態の光出力の立ち上がり特性を示
すグラフである。

【図７】 従来例の光変調器集積型半導体レーザダイオ
ードの構成を示す斜視図である。

【図８】 図７の従来例の光変調器集積型半導体レーザ
ダイオードの断面構造を模式的に示す模式図である。

【図９】 図７の従来例の光変調器集積型半導体レーザ
ダイオードの多重量子井戸光導波層５の断面を模式的に
示す模式図である。

【図１０】 量子閉じ込めシュタルク効果を説明するた
めの模式図である。

【図１１】 電界吸収型光変調器の吸収特性を示すグラ
フである。

【図１２】 図７の従来例の光変調器集積型半導体レー
ザダイオードの多重量子井戸光導波層５における厚み方
向の電界分布を示す図である。

【図１３】 （ａ）は、図７の多重量子井戸光導波層５
にバイアス電圧Ｖｂを印加していない時のエネルギーバ
ンド構造を示す図であり、（ｂ）は、図７の多重量子井
戸光導波層５に所定のバイアス電圧Ｖｂを印加した時の
エネルギーバンド構造を示す図であ。

【図１４】 実施例において、バイアス電圧を印加して
いない場合の各ウエル層のバンドギャップの大きさを示
すグラフである。

【図１５】 実施例における、ウエル層の厚さに対する
量子井戸のバンドギャップの大きさを示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ ｎ型ＩｎＰ基板、２ ｎ型ＩｎＰクラッド層、３
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、４ 多重量子井戸活
性層、５ 多重量子井戸光導波層、６ ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光閉じ込め層、７ ｐ型ＩｎＰクラッド層、８ Ｉ
ｎＧａＡｓＰ回折格子層、９ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコン
タクト層、１０，１１ ｐ型電極、１２ｎ型電極、１
３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ウエル層、１４ バリア
層、２１０半導体レーザダイオード、２０５ａ 電界吸
収型光変調器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加される変調電圧に従って光導波路を
   導波する光を変調する電界吸収型光変調器であって、 上記光導波層が、該光導波層に所定の値の変調電圧が印
   加されたときにエキシトンのエネルギーギャップが互い
   に実質的に等しくなる複数の量子井戸層を含むことを特
   徴とする電界吸収型光変調器。
2. 【請求項２】 上記各量子井戸層の組成と膜厚とを、上
   記光導波層に上記所定の値の変調電圧が印加されたとき
   にエキシトンのエネルギーギャップが互いに実質的に等
   しくなるように設定した請求項１記載の電界吸収型光変
   調器。
3. 【請求項３】 ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間
   に光導波層を備え、印加される変調電圧に従って上記光
   導波層を導波する光を変調する電界吸収型光変調器であ
   って、 上記光導波層が、上記光導波層に変調電圧が印加されて
   いないときに、上記ｎ型クラッド層側に位置する量子井
   戸層ほどエキシトンのエネルギーギャップが大きい複数
   の量子井戸層を含むことを特徴とする電界吸収型光変調
   器。
4. 【請求項４】 上記各量子井戸層の組成と膜厚とを、上
   記光導波層に変調電圧が印加されていないときに、上記
   ｎ型クラッド層側に位置する量子井戸層ほどエキシトン
   のエネルギーギャップが大きくなるように設定した請求
   項３記載の電界吸収型光変調器。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の電界吸収型光変調
   器と、 上記第１のクラッド層と一体で形成された第３のクラッ
   ド層と、上記光導波層と一体で形成された活性層、上記
   第２クラッド層と一体で形成された第４クラッド層とを
   含んで構成された半導体レーザダイオードとを備え、 上記半導体レーザダイオードによって発振されたレーザ
   光を上記電界吸収型光変調器で変調することを特徴とす
   る光変調器集積型半導体レーザダイオード。