(57)【要約】【課題】出射レーザ光の形状が単峰である半導体光変調器を得る。【解決手段】  この発明に係る電界吸収型の半導体光変調器は、ｎ型ＩｎＰ基板２、ｎ型ＩｎＰクラッド層３、透明導波路層４、ｎ型ＩｎＰクラッド層５、光吸収層６、ｐ型ＩｎＰクラッド層７を備える。光の吸収領域が光導波路を伝搬する光分布の端部に存在するため、光分布１５の単峰性を崩すことなく、光の消光動作が実現できる。従って、出射されるレーザ光１４の形状が単峰に保たれた光変調器が得られる。【選択図】  図１
2014085501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面に第１電極が形成された第１導電型の基板と、
前記基板の第２の主面に前記基板側から順に積層された、
第１導電型の第１クラッド層、透明導波路層、第１導電型の第２クラッド層、
光吸収層、および第２導電型の第３クラッド層と、を備え、
前記第３クラッド層から前記第２クラッド層の途中までを
前記積層方向に除去して形成したリッジ部と、
前記リッジ部上部に形成され、前記第３クラッド層と接続された第２電極と、
を有する半導体光変調器。
【請求項２】
第１の主面に第１電極が形成された第１導電型の基板と、
前記基板の第２の主面に前記基板側から順に積層された、
第１導電型の第４クラッド層、光吸収層、第２導電型の第５クラッド層、
透明導波路層、および第２導電型の第６クラッド層と、を備え、
前記第６クラッド層を積層方向に途中まで除去して形成したリッジ部と、
前記リッジ部上部に形成され、前記第６クラッド層と接続された第２電極と、
を有する半導体光変調器。
【請求項３】
前記第４クラッド層、前記光吸収層、および前記第５クラッド層の内、
前記リッジ部下部の両脇部分が除去され、
アンドープの半導体層で埋め込まれた請求項２に記載の半導体光変調器。
【請求項４】
第１の主面に第１電極が形成された第１導電型の基板と、
前記基板の第２の主面に前記基板側から順に積層された、
第１導電型の第７クラッド層、透明導波路層、第２導電型の第８クラッド層と、
を有し、
前記第８クラッド層を積層方向に途中まで除去して形成したリッジ部と、
前記リッジ部を挟むチャンネル部と、
前記チャンネル部の外側に配置された台座部と、
を備えた半導体光変調器であって、
前記チャンネル部の上部に形成され、前記チャンネル部にある前記第８クラッド層と接続された第３電極、または、
前記台座部の上部に形成され、前記台座部にある前記第８クラッド層と接続された第４電極を有する半導体光変調器。
【請求項５】
前記リッジ部の上部に形成された第５電極を有する
請求項４に記載の半導体光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバ通信用の光送信器などに使用される電界吸収型の半導体光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速・長距離用の光ファイバ通信用光送信器の光源として、半導体基板上に半導体レーザと半導体光変調器をモノリシックに集積した光変調器集積半導体レーザが有用である。光変調器集積半導体レーザの光変調器部には電界吸収型の光変調器が用いられ、その導波路構造として、コア層（光導波層）がリッジの内部にあるハイメサリッジ型や、コア層がリッジの下部にあるローメサリッジ型が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０４８４号公報（段落００３８〜００３９、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のローメサリッジ構造の電界吸収型光変調器は、アノード部に負電圧を印加することにより、リッジ下部の光導波層に強い電界を印加し、量子閉じ込めシュタルク効果によって、光導波層の光吸収係数を増加させて、光の消光動作をおこなう。この構造では光導波層が光吸収層を兼ねるため、光分布の最も大きい領域の光吸収係数を、最も大きくすることとなる。一般に、光は光吸収係数の大きな領域を避け、吸収係数の小さな領域に向かって伝搬しようとする性質がある。このため、光変調器の導波路を伝搬する光の単峰性が崩れ、光変調器から出射されるレーザ光の形状が単峰でなくなるという問題があった。
【０００５】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、出射レーザ光の形状が単峰の半導体光変調器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の半導体光変調器は、第１の主面に第１電極が形成された第１導電型の基板と、基板の第２の主面に順に積層された、第１導電型の第１クラッド層、透明導波路層、第１導電型の第２クラッド層、光吸収層、第２導電型の第３クラッド層とを備え、
第３クラッド層から第２クラッド層の途中までを積層方向に除去して形成したリッジ部と、リッジ部上部に形成された第２電極とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明においては、光の吸収領域が光分布の端部に存在するため、出射されるレーザ光の形状が単峰の半導体光変調器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体レーザを示す斜視図と、          発光点における光分布を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２における半導体レーザを示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２における半導体レーザを示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態３における半導体レーザを示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４における半導体レーザを示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態５における半導体レーザを示す斜視図である。
【図７】水平・垂直横モードと光吸収領域の関係を示す図である。
【図８】水平・垂直横モードと光吸収領域の関係を示す図である。
【図９】従来の半導体光変調器を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る半導体光変調器について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１
図１（ａ）は、この発明の実施の形態１における光変調器集積半導体レーザを示す斜視図である。図１（ａ）において、１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成るｎ電極、２はｎ型ＩｎＰから成る基板、３はｎ型ＩｎＰから成る第１のクラッド層、４は多重量子井戸（ＭＱＷ）から成る透明導波路層、５はｎ型ＩｎＰから成る第２のクラッド層、６は多重量子井戸(ＭＱＷ)から成る光吸収層、７はｐ型ＩｎＰから成る第３のクラッド層、８はリッジ部、９はチャンネル部、１０は台座部、１１はＳｉＯ２から成る絶縁膜、１２はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成るｐ電極である。多重量子井戸は、たとえばアンドープのＩｎＧａＡｓＰ井戸層と、アンドープのＩｎＧａＡｓＰバリア層とが交互に積層されたＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷである。これに限らずＡｌＧａＩｎＡｓ−ＭＱＷ等でもよい。なお、半導体レーザは、光変調器に隣接して、図面上で光変調器の後方に形成されている（図示せず）。
【００１１】
図１（ｂ）は、レーザ光１４が出射される発光点１３における光分布１５を示す図である。発光点１３の光分布１５は近視野像と呼ばれ、図の様に楕円形をしている。近視野像は、水平方向（図のＸ方向）と垂直方向（図のＹ方向）に分けて評価され、それぞれ、水平横モード１６、垂直横モード１７と呼ばれる。
【００１２】
比較のため、従来の光変調器を示す斜視図を図９に示す。図９において、１０３はｎ型ＩｎＰから成るクラッド層、１０４は多重量子井戸(ＭＱＷ)から成る光吸収層、１０５はｐ型ＩｎＰから成るクラッド層である。
本願発明の光変調器においては、従来の光変調器の光吸収層１０４の位置に透明導波路層４があり、透明導波路層４はｎ型半導体層に挟まれている。また、光吸収層６は透明導波路層４の上部にあり、ｎ型およびｐ型の半導体層（第２のクラッド層５、第３のクラッド層７）に挟まれている。
【００１３】
この実施の形態の光変調器を作製するには、ｎ型ＩｎＰ基板２の上に、第１のクラッド層３、透明導波路層４、第２のクラッド層５、光吸収層６、第３のクラッド層７をMOCVD法により積層成長した後、ウェットエッチングなどによりチャンネル９をエッチングしてリッジ部８と台座部１０を形成する。つづいて、絶縁膜１１、ｎ電極１、ｐ電極１２を形成して光変調器を作製することができる。
【００１４】
次に動作について説明する。半導体レーザからのレーザ光は、図１（ａ）の後方から透明導波路層４に入射し（図示せず）、透明導波路層４をコア層としてｚ方向に伝播する。ｐ電極１２に負電圧を印加すると、ｎ型およびｐ型の半導体層（第２のクラッド層５、第３のクラッド層７）に挟まれた光吸収層６に電界が印加され、光吸収係数が増加し、レーザ光を吸収する。透明導波路層４はｎ型半導体層（第1のクラッド層３、第２のクラッド層５）に挟まれているため電界が印加されず、光を吸収する層とはならない。
このとき、図８（ａ）のように、垂直横モード１７の中心は透明導波路層４にあり、垂直横モード１７の端部に光の吸収領域１８（光吸収層６）が存在する。このため、光分布１５の単峰性の崩れはほとんどなく、出射レーザ光１４の形状の劣化が生じない。
【００１５】
他方、従来の光変調器では、図７のように、水平横モード１６と垂直横モード１７の中心が光の吸収領域１８（光吸収層１０４）にあり光吸収係数が大きいため、光が、この光吸収係数の大きな領域を避けて吸収係数の小さな両サイドに向かって伝搬しようとする。このため、光分布１５の単峰性が崩れ、出射レーザ光１４の形状の劣化が生じる。
【００１６】
本実施の形態によれば、光の吸収領域が光導波路を伝搬する光分布の端部に存在するため、光分布１５の単峰性を崩すことなく、光の消光動作が実現できる。従って、出射されるレーザ光１４の形状が単峰に保たれた光変調器が得られる。
【００１７】
実施の形態２
図２は、実施の形態２に係る光変調器を示す斜視図である。図２において、２１はｎ型ＩｎＰから成るクラッド層、２６は多重量子井戸(ＭＱＷ)から成る光吸収層、２２はｐ型ＩｎＰから成るクラッド層である。また、２３はアンドープのＩｎＰから成る埋込層、２４は透明導波路層、２５はｐ型ＩｎＰから成るクラッド層である。
この形態２では、光吸収層２６を透明導波路２４より下のクラッド層内部に設け、ｎ型半導体（クラッド層２１）とｐ型半導体（クラッド層２２）で挟んだ構造とした。
【００１８】
この実施の形態の光変調器を製造するには、まず、ｎ型ＩｎＰ基板２の上にｎ型ＩｎＰクラッド層２２、ＭＱＷ光吸収層２３、ｐ型ＩｎＰクラッド層２４をMOCVD法により積層成長した後、ウェットエッチングなどの方法によりリッジ・ストライプを形成し、リッジ・ストライプの両側にアンドープのＩｎＰ埋込層２１を埋込み成長する。続いて、透明導波路層２４、ｐ型ＩｎＰクラッド層２５をＭＯＣＶＤ法により積層成長し、その後、実施の形態１と同様にリッジ部８を形成する。
【００１９】
この実施の形態の光変調器も、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、埋込層２１により容量が低減されるので、高速応答性に優れた光変調器が得られる効果がある。
なお、この例では埋込層２１を用いる例を示したが、図３の様に埋込層２１が無い構成としても良い。
【００２０】
実施の形態３
図４は、実施の形態３に係る光変調器を示す斜視図である。図４において、３３はｎ型ＩｎＰから成るクラッド層、３４は多重量子井戸(ＭＱＷ)から成る透明導波路層、３５はｐ型ＩｎＰから成るクラッド層、３６はｐ電極である。
この実施の形態の光変調器は、図９の構造の変調器において、ｐ電極１２の配置を変えたものである。
【００２１】
次に動作について説明する。半導体レーザからのレーザ光は、透明導波路層３４に入射し、透明導波路層３４をコア層として伝播する。ｐ電極３６に負電圧を印加すると、ｎ型およびｐ型の半導体層（クラッド層３３、クラッド層３５）に挟まれた透明導波路層３４に電界が印加され、光吸収係数が増加し、レーザ光を吸収する。ただし、電界は主にチャンネル９の直下の透明導波路層３４に印加され、リッジ直下の透明導波路層３４には印加されないため、吸収領域１８はチャンネル９の直下の透明導波路層３４に偏在するようになる。このため、図８（ｂ）のように、水平横モード１６の中心は光の吸収がなく、水平横モード１６の両端部に光の吸収領域１８が存在することになる。従って、光分布１５の単峰性の崩れはほとんどなく、出射レーザ光１４の形状の劣化が生じない。
【００２２】
実施の形態４
図５は、実施の形態４に係る光変調器を示す斜視図である。図５において、３７はｐ電極であり、実施の形態３におけるｐ電極３６の配置を変えたものである。
この実施の形態の光変調器では、電界は主に台座１０の直下の透明導波路層３４に印加され、リッジ直下の透明導波路層３４には印加されないため、吸収領域１８は台座１０の直下の透明導波路層３４に偏在するようになる。このため、図８（ｂ）のように、水平横モード１６の中心は光の吸収がなく、水平横モード１６の両端部に光の吸収領域１８が存在することになる。従って、光分布１５の崩れはほとんどなく、出射レーザ光１４の形状の劣化が生じない。
【００２３】
実施の形態５
図６は、実施の形態５に係る光変調器を示す斜視図である。図６は、図５の構成の光変調器に、ｐ電極１２を追加した構成である。図６の構成とは別に、図４の構成の光変調器に、ｐ電極１２を追加しても良い。実施の形態１と同様の効果を奏するとともに，光吸収領域を増加させることにより、光変調器を短尺化できるという効果も得られる。
また、3つのｐ電極に印加する電圧をそれぞれ独立に制御することにより、出射レーザ光の形状およびその出射方向を制御出来るという効果も得られる。
【００２４】
上記の実施の形態では、光変調器集積半導体レーザの例を示したが、単体のレーザと単体の半導体光変調器を用いる場合にも、同様の効果を奏する。
ｎ型基板を用いる例を示したが、ｐ型基板を用いることもできる。この場合は、ｐ型とｎ型の導電型を入れ替えればよい。半導体材料としてＩｎＰ系の例を示したが、他の材料系を用いることもできる。
ｐ電極とクラッド層を直接接続する図を示したが、ｐ電極とクラッド層の間にコンタクト層を設けてｐ電極とクラッド層を接続すれば、より確実にオーミック電極を形成することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１      ｎ電極、
２      ｎ型ＩｎＰ基板
３、１０３  ｎ型ＩｎＰクラッド層
４、１０４  透明導波路層  
５          ｎ型ＩｎＰ−第２クラッド層
６、２６    光吸収層
７      ｐ型ＩｎＰ−第３のクラッド層
８      リッジ部  
９      チャンネル部  
１０    台座部  
１１    絶縁膜
１２    ｐ電極  
１３    発光点  
１４    レーザ光
１５    発光点における光分布
１０５  ｐ型ＩｎＰクラッド層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014085501.tif 000009
【図８】
2014085501.tif 000010
【図９】
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