(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光変調器であって、
半導体からなる支持基体と、
前記支持基体上に設けられた半導体積層のメサ部と、
を備え、
前記メサ部は、
前記支持基体上に設けられ第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に設けられたコア層と、
前記コア層上に設けられ前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２のクラッド層と、
を有し、
前記コア層は、
第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層と、ｉ型の第２の多重量子井戸層と、を含み、
前記第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合、前記第２の多重量子井戸層は前記第１のクラッド層上に設けられ、前記第１の多重量子井戸層は前記第２の多重量子井戸層上に設けられ、前記第２のクラッド層は前記第１の多重量子井戸層上に設けられており、
前記第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合、前記第１の多重量子井戸層は前記第１のクラッド層上に設けられ、前記第２の多重量子井戸層は前記第１の多重量子井戸層上に設けられ、前記第２のクラッド層は前記第２の多重量子井戸層上に設けられており、
前記第１の多重量子井戸層が含む不純物の濃度は、前記第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合、前記第２のクラッド層との距離が近いほど増加し、前記第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合、前記第１のクラッド層との距離が近いほど増加する、
半導体光変調器。
【請求項２】
前記メサ部は、第１の光閉じ込め層と第２の光閉じ込め層とを更に備え、
前記第１の光閉じ込め層は、前記第１のクラッド層と前記コア層との間に設けられ、
前記第１の光閉じ込め層は、前記第１のクラッド層よりも高い屈折率を有し、
前記第２の光閉じ込め層は、前記第２のクラッド層と前記コア層との間に設けられ、
前記第２の光閉じ込め層は、前記第２のクラッド層よりも高い屈折率を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光変調器。
【請求項３】
前記第１の多重量子井戸層の不純物の濃度の平均値は、何れも、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光変調器。
【請求項４】
前記第１の多重量子井戸層の厚みは、前記コア層の厚みの１／３以上２／３以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体光変調器。
【請求項５】
前記メサ部上に設けられ変調用の電圧が印加される電極を更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体光変調器。
【請求項６】
前記第２の多重量子井戸層の厚みは、前記コア層の厚みの１／３以上２／３以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の半導体光変調器。
【請求項７】
前記コア層は、ｉ型の第３の多重量子井戸層を更に含み、
前記第３の多重量子井戸層は、前記第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合、前記第１の多重量子井戸層と前記第２のクラッド層との間に設けられ、前記第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合、前記第１のクラッド層と前記第１の多重量子井戸層との間に設けられており、
前記第３の多重量子井戸層の厚みは、前記第２の多重量子井戸層の厚みよりも小さい、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の半導体光変調器。
【請求項８】
前記第２の多重量子井戸層及び前記第３の多重量子井戸層の合計の厚みは、前記コア層の厚みの１／３以上２／３以下の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダ型等の半導体光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ｐｉｎ型の半導体光変調器についての技術が開示されている。非特許文献１に開示されているｐｉｎ型の半導体光変調器は、光信号の位相を変調する光導波路を有し、ｐ型クラッド層（clad  layer）とｉ型コア層（core  layer）とｎ型クラッド層とを含む。ｉ型コア層は、光導波路のコアに対応しており、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に設けられている。ｉ型コア層は、ｉ型のＭＱＷ構造（Multiple  Quantum  Well  Structure）を有している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Naoto  Yoshimoto,  Yasuo  Shibata,  Satoshi  Oku,  Susumu  Kondo,  and  Yoshio  Noguchi、“Design  and  Demonstration  of  Polarization-Insensitive  Mach-Zehnder  Switch  Using  a  Lattice-Matched  InGaAlAs/InAlAs  MQW  and  Deep-Etched  High-Mesa  Waveguide  Structure”、JURNAL  OF  LIGHTWAVE  TECHNOLOGY、VOL.17、NO.9、pp.1662、SEPTEMBER  1999
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光導波路において、伝導帯内または価電子帯内に自由キャリアが存在すると、光導波路を伝搬する光はプラズマ周波数を中心とした周波数帯域の成分が吸収されるので、自由キャリアが増減すると、光導波路における光吸収スペクトルも変化する。光導波路における光吸収スペクトルが変化すると、クラマース・クローニッヒの関係式（Kramers-Kronig  relation）に従って、光導波路における屈折率も変化する。このような現象は、自由キャリアについてのプラズマ効果（plasma  effect）として知られている。
【０００５】
光導波路においてプラズマ効果を位相変調に用いるためには、光導波路にｐｎ接合を設けることが必要となる。具体的には、光導波路のコア層中に（またはコア層の付近に）ｐｎ接合を設ける必要がある。順方向に対し逆の方向の電圧をｐｎ接合に印加すると、接合部の付近において自由キャリアが減少するので（空乏領域が形成されるので）、プラズマ効果によって、屈折率も変化し、位相変調が可能となる。この場合の屈折率の変化の量は、１０−３の程度であり、マッハツェンダ光変調器等の位相変調において必要な量を十分に満たす。
【０００６】
ｐｎ接合が設けられたコア層を有するｐｎ型の光導波路において、コア層中にｉ層の占める領域は比較的に小さいので、この光導波路を伝搬する光は、ｐ層かｎ層の何れかを伝搬する。従って、ｐｎ型の光導波路の場合、コア層がｉ層となっている従来のｐｉｎ型の光導波路に比べて、ｐ型またはｎ型の自由キャリアによる光吸収によって光損失が増加する。更に、ｐｎ型の光導波路に形成される空乏層は、ｐｉｎ型の光導波路に形成される空乏層よりも薄く、この空乏層の厚みの差に応じて、ｐｎ型の光導波路の静電容量（光導波路における電極間の静電容量）は、ｐｉｎ型の光導波路の静電容量に比較して高いので、ｐｎ型の光導波路の動作速度は、ｐｉｎ型の光導波路に比較して劣る。従って、従来では、プラズマ効果の適用は、順方向に対し逆の方向の電圧の印加によって駆動する１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の比較的に高速な半導体光変調器には不向きであると考えられている。
【０００７】
なお、非特許文献１に記載されている半導体光変調器は、ｐｉｎ型の光導波路を有しており、このｐｉｎ型の光導波路のコア層は、ｉ型である。従って、非特許文献１に記載されているｐｉｎ型の光導波路の場合、ｐｎ型に比較して、上記のように光損失及び静電容量については優れている。しかしながら、ｐｉｎ型の光導波路の場合、ｐｎ型に比較して、プラズマ効果による印加電圧に対する屈折率の変化の量（位相変調の量）は少なく、よって、スイッチング電圧が比較的に大きくなるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、光損失及び静電容量が低減されており、印加電圧に対する位相変調の量が比較的に多い半導体光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体光変調器は、半導体からなる支持基体と、前記支持基体上に設けられた半導体積層のメサ部と、を備え、前記メサ部は、前記支持基体上に設けられ第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に設けられたコア層と、前記コア層上に設けられ前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２のクラッド層と、を有し、前記コア層は、第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層と、ｉ型の第２の多重量子井戸層と、を含み、前記第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合、前記第２の多重量子井戸層は前記第１のクラッド層上に設けられ、前記第１の多重量子井戸層は前記第２の多重量子井戸層上に設けられ、前記第２のクラッド層は前記第１の多重量子井戸層上に設けられており、前記第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合、前記第１の多重量子井戸層は前記第１のクラッド層上に設けられ、前記第２の多重量子井戸層は前記第１の多重量子井戸層上に設けられ、前記第２のクラッド層は前記第２の多重量子井戸層上に設けられている、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体光変調器によれば、コア層はｉ型の第２の多重量子井戸層と第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層とを含み、第１の多重量子井戸層は、コア層内において、第１導電型の場合には第２導電型の第２のクラッド層寄りに設けられており、第２導電型の場合には第１導電型の第１のクラッド層寄りに設けられている。従って、順方向とは逆の方向の電圧が半導体光変調器のコア層に印加されると、第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合には、第２導電型の第２のクラッド層と、この第２のクラッド層寄りに設けられた第１導電型の第１の多重量子井戸層とによって空乏領域が形成され、第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合には、第１導電型の第１のクラッド層と、この第１のクラッド層寄りに設けられた第２導電型の第１の多重量子井戸層とによって空乏領域が形成されるので、プラズマ効果が得られ、コア層の屈折率が変化する。よって、本発明に係る半導体光変調器は、ｉ型の第１の多重量子井戸層と、第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層とをコア層が含んでいても、位相変調が可能となる。また、コア層は、第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層だけでなくｉ型の第２の多重量子井戸層をも含んでいるので、コア層に占める第１の多重量子井戸層の体積（第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層の厚み）を抑制できる。よって、コア層中に占める第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層の体積に応じて増加する光損失の量と素子の静電容量とを何れも抑制できる。以上のように、本発明に係る半導体光変調器では、コア層の全体がｐ型及びｎ型の何れかの導電型の半導体光変調器に比較して、光損失の量と静電容量とが何れも低減され、更に、コア層の全体がｉ型の半導体光変調器に比較して、屈折率の変化の量（位相変調の量）が増加される。
【００１１】
本発明に係る半導体光変調器では、前記第１の多重量子井戸層が含む不純物の濃度は、前記第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合、前記第２のクラッド層との距離が近いほど増加し、前記第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合、前記第１のクラッド層との距離が近いほど増加する、ことを特徴とする。従って、第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合には第１導電型の第１の多重量子井戸層と第２導電型の第２のクラッド層との間を起点として空乏領域が生じ、第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合には第２導電型の第１の多重量子井戸層と第１導電型の第１のクラッド層との間を起点として空乏領域が生じるので、この起点に向かって不純物の濃度が高くなるように、不純物の濃度に傾斜が設けられているのが良く、この場合、第１の多重量子井戸層が含む不純物の多くが空乏化できる。
【００１２】
本発明に係る半導体光変調器では、前記メサ部は、第１の光閉じ込め層と第２の光閉じ込め層とを更に備え、前記第１の光閉じ込め層は、前記第１のクラッド層と前記コア層との間に設けられ、前記第１の光閉じ込め層は、前記第１のクラッド層よりも高い屈折率を有し、前記第２の光閉じ込め層は、前記第２のクラッド層と前記コア層との間に設けられ、前記第２の光閉じ込め層は、前記第２のクラッド層よりも高い屈折率を有する、ことを特徴とする。従って、多重量子井戸層からなるコア層への光閉じ込めが強いほど、同じ屈折率の変化量に対する位相変調の量が多くなるので好ましい。
【００１３】
本発明に係る半導体光変調器では、前記第１の多重量子井戸層の不純物の濃度の平均値は、何れも、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。従って、コア層において第１の多重量子井戸層の不純物の濃度が低いほど、光損失は抑制される一方で、第１の多重量子井戸層の不純物の濃度が高いほど、屈折率の変化の量も増える。また、空乏化されない不純物があると、この不純物は屈折率の変化の量に影響を与えないので、不純物の濃度と屈折率の変化の量との関係には飽和傾向が存在する。以上のことから、発明者は、第１の多重量子井戸層の不純物の濃度として、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にあることが好適であることを見出した。
【００１４】
本発明に係る半導体光変調器では、前記第１の多重量子井戸層の厚みは、前記コア層の厚みの１／３以上２／３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。従って、第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の第１の多重量子井戸層の占める領域は、コア層における空乏領域と同程度であればよい。第１の多重量子井戸層が空乏領域よりも大きい場合に、空乏化されない不純物によって光損失と静電容量とが増加する一方で、屈折率の変化の量はほとんど変わらない。また、本発明に係る半導体光変調器では、メサ部上に設けられ変調用の電圧が印加される電極を更に備えることを特徴としてもよい。
【００１５】
本発明に係る半導体光変調器では、前記第２の多重量子井戸層の厚みは、前記コア層の厚みの１／３以上２／３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。従って、ｉ型の第２の多重量子井戸層の厚みが大きい程、光損失と静電容量とが減少する一方で、スイッチング電圧の上昇を招く。
【００１６】
本発明に係る半導体光変調器では、前記コア層は、ｉ型の第３の多重量子井戸層を更に含み、前記第３の多重量子井戸層は、前記第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合、前記第１の多重量子井戸層と前記第２のクラッド層との間に設けられ、前記第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合、前記第１のクラッド層と前記第１の多重量子井戸層との間に設けられており、前記第３の多重量子井戸層の厚みは、前記第２の多重量子井戸層の厚みよりも小さい、ことを特徴とする。従って、比較的に膜厚の小さいｉ型の第３の多重量子井戸層が、第１の多重量子井戸層が第１導電型の場合に第１の多重量子井戸層と第２のクラッド層との間に設けられ、また、第１の多重量子井戸層が第２導電型の場合に第１のクラッド層と第１の多重量子井戸層との間に設けられていても、ｉ型の第３の多重量子井戸層の厚みが比較的に小さいので、屈折率の変化が十分に生じる得る空乏領域が形成できる。
【００１７】
本発明に係る半導体光変調器では、前記第２の多重量子井戸層及び前記第３の多重量子井戸層の合計の厚みは、前記コア層の厚みの１／３以上２／３以下の範囲内にある、ことを特徴とする。従って、ｉ型の第２の多重量子井戸層とｉ型の第３の多重量子井戸層の厚みとの合計の厚みが大きい程、光損失と静電容量とが減少する一方で、スイッチング電圧の上昇を招く。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光損失及び静電容量が低減されており、印加電圧に対する位相変調の量が比較的に多い半導体光変調器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態に係る半導体光変調器の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る光導波路の構成を主に説明するための図である。
【図３】図３は、実施形態に係る光導波路と不純物濃度との一の関係を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る半導体光変調器の効果を説明するための図である。
【図５】図５は、実施形態に係る半導体光変調器の製造方法の主要な工程を説明するための図である。
【図６】図６は、実施形態に係る半導体光変調器の製造方法の主要な工程を説明するための図である。
【図７】図７は、実施形態に係る光導波路と不純物濃度との他の関係を示す図である。
【図８】図８は、実施形態に係る光導波路と不純物濃度との他の関係を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る光導波路と不純物濃度との他の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。まず、図１〜図６を参照して、実施形態に係る半導体光変調器１の構成を説明する。半導体光変調器１は、マッハツェンダ型（Mach‐Zehnder）の半導体光変調器である。半導体光変調器１は、積層体Ｋ１、光導波路Ｆ１ａ、光導波路Ｆ１ｂ、合分波器３、光導波路Ｆ２ａ、光導波路Ｆ２ｂ、電極パッドＥ２ａ、電極パッドＥ２ｂ、変調電極Ｅ１ａ、変調電極Ｅ１ｂ、光導波路Ｆ３ａ、光導波路Ｆ３ｂ、電極パッドＥ３ａ、電極パッドＥ３ｂ、光導波路Ｆ４ａ、光導波路Ｆ４ｂ、合分波器５、光導波路Ｆ５ａ、光導波路Ｆ５ｂ、ＧＮＤ電極１３を備える。積層体Ｋ１は、支持基体１１、メサ部１５、樹脂層１７を有する。積層体Ｋ１の表面側（積層体Ｋ１のメサ部１５の側）には、光導波路Ｆ１ａ、光導波路Ｆ１ｂ、合分波器３、光導波路Ｆ２ａ、光導波路Ｆ２ｂ、電極パッドＥ２ａ、電極パッドＥ２ｂ、変調電極Ｅ１ａ、変調電極Ｅ１ｂ、光導波路Ｆ３ａ、光導波路Ｆ３ｂ、電極パッドＥ３ａ、電極パッドＥ３ｂ、光導波路Ｆ４ａ、光導波路Ｆ４ｂ、合分波器５、光導波路Ｆ５ａ、光導波路Ｆ５ｂが設けられている。積層体Ｋ１の裏面（積層体Ｋ１の支持基体１１の裏面側）には、ＧＮＤ電極１３が設けられている。なお、ＧＮＤ電極１３は、支持基体１１の上面側で、積層体Ｋ１が設けられていない領域に設けることもできる。
【００２１】
変調電極Ｅ１ａは、電極パッドＥ２ａと電極パッドＥ３ａとに接続されている。変調電極Ｅ１ｂは、電極パッドＥ２ｂと電極パッドＥ３ｂとに接続されている。変調電極Ｅ１ａと、変調電極Ｅ１ｂとのそれぞれには、別々に、変調用の電圧が印加される。ＧＮＤ電極１３は、グラウンドに接続される。
【００２２】
光導波路Ｆ１ａ及び光導波路Ｆ１ｂと、光導波路Ｆ２ａ及び光導波路Ｆ２ｂとは、何れも、合分波器３に接続している。光導波路Ｆ５ａ及び光導波路Ｆ５ｂと、光導波路Ｆ４ａ及び光導波路Ｆ４ｂとは、何れも、合分波器５に接続している。合分波器３と合分波器５とは、多モード干渉計である。
【００２３】
光導波路Ｆ３ａの一端は光導波路Ｆ２ａに接続し、光導波路Ｆ３ａの他端は光導波路Ｆ４ａに接続している。光導波路Ｆ３ｂの一端は光導波路Ｆ２ｂに接続し、光導波路Ｆ３ｂの他端は光導波路Ｆ４ｂに接続している。変調電極Ｅ１ａは、光導波路Ｆ３ａに沿って延びており、光導波路Ｆ３ａを覆う。光導波路Ｆ３ａは、変調電極Ｅ１ａとＧＮＤ電極１３との間に設けられている。変調電極Ｅ１ｂは、光導波路Ｆ３ｂに沿って延びており、光導波路Ｆ３ｂを覆う。光導波路Ｆ３ｂは、変調電極Ｅ１ｂとＧＮＤ電極１３との間に設けられている。変調電極Ｅ１ａ、変調電極Ｅ１ｂの長さＤＬは、２．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にある。変調電極Ｅ１ａに電圧を印加することによって、光導波路Ｆ３ａを伝搬する光を変調でき、変調電極Ｅ１ｂに電圧を印加することによって、光導波路Ｆ３ｂを伝搬する光を変調できる。
【００２４】
図２には、図１のＩ−Ｉ線に沿ってとられた半導体光変調器１の主要な断面構造が模式的に示されている。図２に示す構造は、変調電極Ｅ１ａとＧＮＤ電極１３との間に挟まれた領域（以下、変調領域Ｋ２といい、半導体光変調器１は変調領域Ｋ２を含む。）の構造であるが、変調電極Ｅ１ｂとＧＮＤ電極１３との間に挟まれた他の変調領域の構造も、図２に示す構造と同様である。
【００２５】
変調領域Ｋ２には、ＧＮＤ電極１３、支持基体１１、メサ部１５、樹脂層１７、変調電極Ｅ１ａが含まれる。支持基体１１及びメサ部１５は、半導体からなる。メサ部１５は、支持基体１１上に設けられている。メサ部１５は、支持基体１１の主面１１ａ上に延びている。ＧＮＤ電極１３は、支持基体１１の裏面１１ｂに設けられている。変調電極Ｅ１ａは、メサ部１５上に設けられている。
【００２６】
メサ部１５は、半導体積層であり、クラッド層１５ａ、コア層１５ｂ、クラッド層１５ｃ、オーミック接触層１５ｄを有する。光導波路Ｆ３ａは、クラッド層１５ａ、コア層１５ｂ、クラッド層１５ｃを含む。樹脂層１７は、メサ部１５の側面を覆うように、支持基体１１の主面１１ａ上に設けられている。変調電極Ｅ１ａは、オーミック接触層１５ｄに接触している。オーミック接触層１５ｄは、クラッド層１５ｃに接触している。クラッド層１５ｃは、コア層１５ｂに接触している。コア層１５ｂは、クラッド層１５ａに接触している。クラッド層１５ａは、支持基体１１に接触している。ＧＮＤ電極１３は、裏面１１ｂを介して支持基体１１に接触している。
【００２７】
支持基体１１、クラッド層１５ａは、何れも、ｐ型及びｎ型の何れかである第１導電型の半導体からなる。オーミック接触層１５ｄ、クラッド層１５ｃは、何れも、第１導電型とは逆の第２導電型の半導体からなる。コア層１５ｂは、ｐ型及びｎ型の何れか一の導電型の多重量子井戸層と、少なくとも一つのｉ型の多重量子井戸層（例えば二つのｉ型の多重量子井戸層を含むことができる。）とからなる。コア層１５ｂは、複数の井戸層と複数の障壁層とを有する。コア層１５ｂにおいて、井戸層と障壁層とは、交互に設けられている。
【００２８】
支持基体１１の厚みＤ１は、１４０μｍ以上１６０μｍ以下の範囲内にある。メサ部１５の厚みＤ２は、３μｍ以上５μｍ以下の範囲内にある。メサ部１５の幅Ｄ３は、１．０μｍ以上２．０μｍ以下の範囲内にある。変調電極Ｅ１ａの厚みＤ４は、２．５μｍ以上３．５μｍ以下の範囲内にある。変調電極Ｅ１ａの幅Ｄ５は、４．５μｍ以上５．５μｍ以下の範囲内にある。ＧＮＤ電極１３の厚みＤ６は、０．８μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内にある。
【００２９】
図３に、メサ部１５の一の具体例を示す。図３の（Ａ）部に示すメサ部１５の構成は、光導波路Ｆ３ａに該当する部分の構成である。図３の（Ｂ）部には、図３の（Ａ）部に示す構成に対応した不純物の濃度を示す。コア層１５ｂは、多重量子井戸層１５ｂ１と多重量子井戸層１５ｂ２とからなる。クラッド層１５ａ上には多重量子井戸層１５ｂ２が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ２上には多重量子井戸層１５ｂ１が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ１上にはクラッド層１５ｃが設けられている。
【００３０】
クラッド層１５ａは、多重量子井戸層１５ｂ２に接している。多重量子井戸層１５ｂ２は、多重量子井戸層１５ｂ１に接している。多重量子井戸層１５ｂ１は、クラッド層１５ｃに接している。多重量子井戸層１５ｂ１の厚みＤ８は、コア層１５ｂの厚みＤ７の１／３以上２／３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ２の厚みＤ９は、コア層１５ｂの厚みＤ７の１／３以上２／３以下の範囲内にある。コア層１５ｂの厚みＤ７は、厚みＤ８と厚みＤ９との合計である。
【００３１】
多重量子井戸層１５ｂ１は、第１導電型の不純物が添加されている。多重量子井戸層１５ｂ２は、ｉ型である。多重量子井戸層１５ｂ１は、第１導電型の不純物が添加されている複数の障壁層１６ａ１と、第１導電型の不純物が添加されている複数の井戸層１６ａ２とを有する。多重量子井戸層１５ｂ２は、ｉ型の複数の障壁層１６ｂ１と、ｉ型の複数の井戸層１６ｂ２とを有する。
【００３２】
メサ部１５における不純物の濃度は、図３の（Ｂ）に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ３によって示される。グラフＧ１は、クラッド層１５ｃにおける第２導電型の不純物の濃度を示し、グラフＧ３は、多重量子井戸層１５ｂ１における第１導電型の不純物の濃度を示し、グラフＧ２は、クラッド層１５ａにおける第１導電型の不純物の濃度を示す。多重量子井戸層１５ｂ１に添加されている第１導電型の不純物の濃度の平均値は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ２は、ｉ型であるので、不純物は添加されていない。
【００３３】
なお、多重量子井戸層１５ｂ２が、第２導電型の不純物を含み、多重量子井戸層１５ｂ１がｉ型であってもよい。この場合、障壁層１６ｂ１及び井戸層１６ｂ２は、何れも、第２導電型の不純物を含み、障壁層１６ａ１及び井戸層１６ａ２は、何れも、ｉ型である。そして、この場合（多重量子井戸層１５ｂ２が第２導電型の不純物を含み、多重量子井戸層１５ｂ１がｉ型である場合）、メサ部１５における不純物の濃度は、図３の（Ｂ）部に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ３ａによって示される。グラフＧ３ａは、多重量子井戸層１５ｂ２における第２導電型の不純物の濃度を示す。多重量子井戸層１５ｂ２に添加されている第２導電型の不純物の濃度の平均値は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にあり、多重量子井戸層１５ｂ１は、ｉ型であるので、不純物は添加されていない。
【００３４】
支持基体１１とクラッド層１５ａとクラッド層１５ｃとは、何れも、例えば、ＩｎＰ，ＧａＡｓ，Ｓｉ等からなることができる。支持基体１１とクラッド層１５ａとクラッド層１５ｃとがＩｎＰからなる場合、コア層１５ｂの井戸層／障壁層は、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ等であることができる。
【００３５】
支持基体１１とクラッド層１５ａとクラッド層１５ｃとがＧａＡｓからなる場合、コア層１５ｂの井戸層／障壁層は、例えば、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ等であることができる。支持基体１１とクラッド層１５ａとクラッド層１５ｃとがＳｉからなる場合、コア層１５ｂの井戸層／障壁層は、例えば、Ｇｅ／ＧｅＳｉ，ＳｉＧｅ／Ｓｉ等であることができる。樹脂層１７は、低誘電率のＢＣＢ樹脂（BenzoCycloButene）からなるが、これに限らず、ポリイミドや半導体等からなることもできる。変調電極Ｅ１ａ及び変調電極Ｅ１ｂは、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなることができ、ＧＮＤ電極１３は、例えばＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉからなることができる。
【００３６】
第１導電型がｐ型であり第２導電型がｎ型であることができるが、第１導電型がｎ型であり第２導電型がｐ型であることもできる。ｎ型の不純物としては、Ｃ，Ｓ，Ｓｎ，Ｓｉ等を用いることができる。ｐ型の不純物としては、Ｚｎ等を用いることができる。
【００３７】
次に、半導体光変調器１の作用・効果を説明する。半導体光変調器１に対し、順方向とは逆の方向の電圧が変調電極Ｅ１ａとＧＮＤ電極１３とを介して印加されると、半導体光変調器１のクラッド層と、このクラッド層の導電型とは逆の導電型であってこのクラッド層寄りに設けられた多重量子井戸層とによって空乏領域が形成されるので、プラズマ効果が得られ、コア層１５ｂの屈折率が変化する。よって、半導体光変調器１は、第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の多重量子井戸層とｉ型の多重量子井戸層とをコア層１５ｂが含んでいても、位相変調が可能となる。
【００３８】
また、コア層１５ｂは、第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の多重量子井戸層だけでなくｉ型の多重量子井戸層をも含んでいるので、コア層１５ｂに占める第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の多重量子井戸層の体積（第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の多重量子井戸層の厚み）を抑制できる。よって第１導電型及び第２導電型の何れか一の導電型の多重量子井戸層がコア層１５ｂ中に占める体積に応じて増加する光損失の量と静電容量（変調電極Ｅ１ａとＧＮＤ電極１３との間の静電容量であり、以下同様。）とを、何れも抑制できる。以上のように、半導体光変調器１では、コア層１５ｂの全体がｐ型及びｎ型の何れかの導電型の半導体光変調器に比較して、光損失の量と静電容量とが何れも低減され、更に、コア層１５ｂの全体がｉ型の半導体光変調器に比較して、屈折率の変化の量（位相変調の量）が増加される。
【００３９】
更に、コア層１５ｂにおいて多重量子井戸層の不純物の濃度が低いほど、光損失は抑制される一方で、コア層１５ｂにおいて多重量子井戸層の不純物の濃度が高いほど、屈折率の変化の量も増える。また、空乏化されない不純物があると、この不純物は屈折率の変化の量に影響を与えないので、不純物の濃度と屈折率の変化の量との関係には飽和傾向が存在する。以上のことから、発明者は、多重量子井戸層１５ｂ１が第１導電型の場合に多重量子井戸層１５ｂ１の不純物の濃度として、また、多重量子井戸層１５ｂ２が第２導電型の場合に多重量子井戸層１５ｂ２の不純物濃度として、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にあることが好適であることを見出した。
【００４０】
更に、コア層１５ｂにおいて不純物が添加された多重量子井戸層の占める領域は、コア層１５ｂにおける空乏領域と同程度であればよい。不純物が添加された多重量子井戸層が空乏領域よりも大きい場合に、空乏化されない不純物によって光損失と静電容量とが増加する一方で、屈折率の変化の量はほとんど変わらない。
【００４１】
更に、コア層１５ｂにおいてｉ型の多重量子井戸層の厚みが大きい程、光損失と静電容量とが減少する一方で、スイッチング電圧の上昇を招く。
【００４２】
次に、以下に説明する実施例１，２を用いて、コア層の全体がｐ型及びｎ型の何れかの導電型の半導体光変調器と比較して、実施形態に係る半導体光変調器１では、光損失の量と静電容量とが何れも低減されることを示す。実施例１は、実施形態に係る半導体光変調器１に対応している。実施例２は、コア層の全体に対してｐ型及びｎ型の何れかの不純物がドープされている構成であり、この構成以外の構成は、実施例１と同様である。なお、実施例１において、支持基体１１、クラッド層１５ａ、クラッド層１５ｃはＩｎＰからなり、支持基体１１、クラッド層１５ａはｎ型であり、クラッド層１５ｃはｐ型であり、多重量子井戸層１５ｂ１はｎ型であり、多重量子井戸層１５ｂ２はｉ型であり、障壁層１６ａ１はＡｌＩｎＡｓからなり、井戸層１６ａ２はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、多重量子井戸層１５ｂ１が有する障壁層１６ａ１の総数は１３であり、多重量子井戸層１５ｂ１が有する井戸層１６ａ２の総数は１３であり、コア層１５ｂが有する井戸層の総数は２５であり、コア層１５ｂが有する障壁層の総数は２６であり、支持基体１１、クラッド層１５ａ、クラッド層１５ｃにおける不純物の濃度は何れも、２×１０１７ｃｍ−３程度であり、多重量子井戸層１５ｂ１における不純物の濃度は１×１０１７ｃｍ−３程度であり、多重量子井戸層１５ｂ１に対するｎ型の不純物はＳｉであり、樹脂層１７は低誘電率のＢＣＢ樹脂からなり、変調電極Ｅ１ｂの長さＤＬは２．８ｍｍ程度であり、支持基体１１の厚みＤ１は１５０μｍ程度であり、メサ部１５の厚みＤ２は４μｍ程度であり、メサ部１５の幅Ｄ３は１．５μｍ程度であり、変調電極Ｅ１ａの厚みＤ４は３μｍ程度であり、変調電極Ｅ１ａの幅Ｄ５は５μｍ程度であり、ＧＮＤ電極１３の厚みＤ６は１μｍ程度であり、多重量子井戸層１５ｂ１の厚みと多重量子井戸層１５ｂ２の厚みとは略同じであった。変調電極Ｅ１ａ等には印加電圧を変化させ、ＧＮＤ電極１３はグラウンドに接続した。多重量子井戸層１５ｂ１はクラッド層１５ｃに接していた。
【００４３】
そこで、実施例１と実施例２とに対し、まずは数値計算によって光損失と静電容量とを算出した。実施例２の光損失は０．８ｄＢ／ｍｍ程度であったが、実施例１の光損失は０．４ｄＢ／ｍｍ程度であって実施例２の半分程度に低減されていた。実施例２の静電容量は１．３ｐＦ／ｍｍであったが、実施例１の静電容量は０．４９ｐＦ／ｍｍであって実施例２の１／３程度に低減されていた。
【００４４】
次に、実施例１，３に対する実測によって、コア層の全体がドープされていない（コア層の全体がｉ型となっている場合）半導体光変調器と比較して、実施形態に係る半導体光変調器１では、位相変調の量が向上されることを示す。実施例３は、コア層の全体に不純物はドープされていない構成（コア層の全体がｉ型となっている場合）であり、この構成以外の構成は、実施例１と同様である。実施例１において、多重量子井戸層１５ｂ１の厚みと多重量子井戸層１５ｂ２の厚みとは略同じであるので、印加電圧の想定下限（−４Ｖ）でキャリアが完全に枯渇されるようになっていた。実施例１，３について、印加電圧に対する光の透過損失特性の実測結果を図６に示す。図４の（Ａ）部には、実施例１について、印加電圧に対する光の透過損失特性の実測結果が示されている。図４の（Ｂ）部には、実施例３について、印加電圧に対する光の透過損失特性の実測結果が示されている。図４の（Ａ）部と（Ｂ）部において、横軸には印加電圧（Ｖ）が示されており、マイナスの値は、印加電圧が順方向に対し逆方向の電圧であることを示す。図４の（Ａ）部と（Ｂ）部において、縦軸には光の透過損失の値（ｄＢ）が示されている。図４の（Ａ）部と（Ｂ）部とには、何れも、二種類の波長（１５７０ｎｍと１５３０ｎｍ）の光に対する実測結果が示されている。図４の（Ａ）部と（Ｂ）部とに示す結果によると、実施例３におけるスイッチング電圧は１．３Ｖ程度であるが、実施例１におけるスイッチング電圧は０．６Ｖ程度であり実施例３の半分以下であった。従って、印加電圧を一定とした場合の位相変調の量は、実施例１の場合のほうが、実施例３の場合に比較して、２倍以上であった。
【００４５】
次に、図５及び図６を参照して、半導体光変調器１の製造方法を説明する。図５及び図６には、特に、半導体光変調器１の変調領域Ｋ２に対応する箇所の製造の様子が示されている。まず、図５の（Ａ）部に示すように、半導体エピタキシャル基板Ｗｆを用意する。半導体エピタキシャル基板Ｗｆは、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いたエピタキシャル成長によって、基板Ｓ１、クラッド層Ｓ２、コア層Ｓ３、クラッド層Ｓ４、オーミック接触層Ｓ５が、順に設けられたものである。基板Ｓ１（及び後述する基板Ｓ８）は図２に示す支持基体１１に対応し、クラッド層Ｓ２は図２に示すクラッド層１５ａに対応し、コア層Ｓ３は図２に示すコア層１５ｂに対応し、クラッド層Ｓ４は図２に示すクラッド層１５ｃに対応し、オーミック接触層Ｓ５は図２に示すオーミック接触層１５ｄに対応する。
【００４６】
次に、図５の（Ｂ）部に示すように、オーミック接触層Ｓ５上に、絶縁膜Ｓ６を設ける。絶縁膜Ｓ６は、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）を用いてオーミック接触層Ｓ５上に蒸着によって形成される。絶縁膜Ｓ６は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の膜である。
【００４７】
次に、図５の（Ｃ）部に示すように、絶縁膜Ｓ６から絶縁膜Ｓ７を形成する。絶縁膜Ｓ７は、例えばｉ線ステッパ等の装置を用いたフォトリソグラフィと、例えばＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６等のガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）とによって形成される。
【００４８】
次に、図５の（Ｄ）部に示すように、絶縁膜Ｓ７をマスクとして、クラッド層Ｓ２、コア層Ｓ３、クラッド層Ｓ４、オーミック接触層Ｓ５と、基板Ｓ１の一部とを、例えばＣＨ４／Ｈ２，ＢＣｌ３／Ｎ２等のガスを用いたＲＩＥによってエッチングし、基板Ｓ８と基板Ｓ８上に延びるメサ部Ｍｅ１とを形成する。メサ部Ｍｅ１は、クラッド層Ｓ９、コア層Ｓ１０、クラッド層Ｓ１１、オーミック接触層Ｓ１２、絶縁膜Ｓ７を有する。基板Ｓ８は基板Ｓ１がエッチングされて残った部分であり、クラッド層Ｓ９はクラッド層Ｓ２がエッチングされて残った部分であり、コア層Ｓ１０はコア層Ｓ３がエッチングされて残った部分であり、クラッド層Ｓ１１はクラッド層Ｓ４がエッチングされて残った部分であり、オーミック接触層Ｓ１２はオーミック接触層Ｓ５がエッチングされて残った部分である。
【００４９】
次に、図５の（Ｅ）部に示すように絶縁膜Ｓ７を除去し、メサ部Ｍｅ２を形成する。メサ部Ｍｅ２は、図２に示すメサ部１５に対応する。メサ部Ｍｅ２は、メサ部Ｍｅ１から絶縁膜Ｓ７が除去されて残った部分である。絶縁膜Ｓ７の除去は、例えばＮＨ４Ｆ：ＨＦ：Ｈ２Ｏ，ＨＦ：Ｈ２Ｏ，Ｈ３ＰＯ４：ＨＮＯ３等の薬液を用いたウェットエッチングによって行われる。
【００５０】
次に、図６の（Ａ）部に示すように、基板Ｓ８及びメサ部Ｍｅ２上において、基板Ｓ８の表面とメサ部Ｍｅ２とを覆うように、樹脂層Ｓ１３を、例えば摂氏３００度のもとで樹脂を熱硬化させることによって形成する。
【００５１】
次に、図６の（Ｂ）部に示すように、樹脂層Ｓ１３の一部（メサ部Ｍｅ２上に位置する領域）を、フォトリソグラフィと、例えばＣＦ４／Ｏ２，ＳＦ６／Ｏ２等のガスを用いたＲＩＥとによって除去し、溝部Ｓ１４を形成する。溝部Ｓ１４は、エッチングによって除去された部分であり、メサ部Ｍｅ２上に位置する。溝部Ｓ１４の底面は、オーミック接触層Ｓ１２の表面を含む。オーミック接触層Ｓ１２の表面は、溝部Ｓ１４内において露出している。
【００５２】
次に、図６の（Ｃ）部に示すように、オーミック電極Ｓ１５を形成する。オーミック電極Ｓ１５は、オーミック接触層Ｓ１２の表面を含む溝部Ｓ１４の底面を覆う。オーミック電極Ｓ１５は、オーミック接触層Ｓ１２に接触する。オーミック電極Ｓ１５は、フォトリソグラフィと、金属蒸着とによって形成される。オーミック電極Ｓ１５は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる。
【００５３】
次に、図６の（Ｄ）部に示すように、オーミック電極Ｓ１５上に、例えばＡｕからなる電極メッキを形成し、変調電極Ｓ１６（変調電極Ｅ１ａ、変調電極Ｅ１ｂに対応）を形成する。更に、基板Ｓ８の裏面には、図２に示すＧＮＤ電極１３に対応する電極を、金属蒸着によって形成する。
【００５４】
そして、図５の（Ａ）部に示す半導体エピタキシャル基板Ｗｆに対し図５の（Ｂ）部〜（Ｅ）部、及び、図６の（Ａ）部〜（Ｄ）部に示す処理をして得られた基板生産物から、図１に示す複数の半導体光変調器1を分離する。以上のようにして、半導体光変調器1が製造される。
【００５５】
（変形例１）図３に示すメサ部１５を、図７に示すメサ部１５１に換えてもよい。図７の（Ａ）部に示すメサ部１５１の構成は、光導波路Ｆ３ａに該当する部分の構成である。図７の（Ｂ）部には、図７の（Ａ）部に示す構成に対応した不純物の濃度を示す。
【００５６】
メサ部１５１は、クラッド層１５ａ、コア層１５ｂ＿１、クラッド層１５ｃを有する。コア層１５ｂ＿１は、多重量子井戸層１５ｂ３と多重量子井戸層１５ｂ４とからなる。クラッド層１５ａ上には多重量子井戸層１５ｂ４が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ４上には多重量子井戸層１５ｂ３が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ３上にはクラッド層１５ｃが設けられている。
【００５７】
クラッド層１５ａは、多重量子井戸層１５ｂ４に接している。多重量子井戸層１５ｂ４は、多重量子井戸層１５ｂ３に接している。多重量子井戸層１５ｂ３は、クラッド層１５ｃに接している。
【００５８】
多重量子井戸層１５ｂ３の厚みＤ１１は、コア層１５ｂ＿１の厚みＤ１０の１／３以上２／３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ４の厚みＤ１２は、コア層１５ｂ＿１の厚みＤ１０の１／３以上２／３以下の範囲内にある。コア層１５ｂ＿１の厚みＤ１０は、厚みＤ１１と厚みＤ１２との合計である。
【００５９】
多重量子井戸層１５ｂ３は、第１導電型の不純物が添加されている。多重量子井戸層１５ｂ４は、ｉ型である。多重量子井戸層１５ｂ３は、第１導電型の不純物が添加されている複数の障壁層１６ｃ１と、第１導電型の不純物が添加されている複数の井戸層１６ｃ２とを有する。多重量子井戸層１５ｂ４は、ｉ型の複数の障壁層１６ｄ１と、ｉ型の複数の井戸層１６ｄ２とを有する。
【００６０】
メサ部１５１における不純物の濃度は、図７の（Ｂ）部に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ４によって示される。グラフＧ４は、多重量子井戸層１５ｂ３における第１導電型の不純物の濃度を示す。
【００６１】
多重量子井戸層１５ｂ３に添加されている第１導電型の不純物の濃度の平均値は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ３が含む第１導電型の不純物の濃度は、クラッド層１５ｃとの距離が近いほど増加する。多重量子井戸層１５ｂ４は、ｉ型であるので、不純物は添加されていない。
【００６２】
なお、多重量子井戸層１５ｂ４が、第２導電型の不純物を含み、多重量子井戸層１５ｂ３がｉ型であってもよい。この場合、障壁層１６ｄ１及び井戸層１６ｄ２は、何れも、第２導電型の不純物を含み、障壁層１６ｃ１及び井戸層１６ｃ２は、何れも、ｉ型である。そして、この場合（多重量子井戸層１５ｂ４が第２導電型の不純物を含み、多重量子井戸層１５ｂ３がｉ型である場合）、メサ部１５１における不純物の濃度は、図７の（Ｂ）部に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ４ａによって示される。グラフＧ４ａは、多重量子井戸層１５ｂ４における第２導電型の不純物の濃度を示す。多重量子井戸層１５ｂ４に添加されている第２導電型の不純物の濃度の平均値は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ４が含む第２導電型の不純物の濃度は、クラッド層１５ａとの距離が近いほど増加する。多重量子井戸層１５ｂ３は、ｉ型であるので、不純物は添加されていない。
【００６３】
次に、変形例１の作用・効果を説明する。変形例１は、実施形態に係る上記の半導体光変調器１の作用・効果を奏する。変形例１は、更に、次のような作用・効果を奏する。多重量子井戸層１５ｂ３が第１導電型であり多重量子井戸層１５ｂ４がｉ型の場合には第１導電型の多重量子井戸層１５ｂ３と第２導電型のクラッド層１５ｃとの間を起点として空乏領域が生じるので、この起点に向かって不純物の濃度が高くなるように、不純物の濃度に傾斜が設けられているのが良く、この場合、多重量子井戸層１５ｂ３が含む不純物の多くが空乏化できる。また、多重量子井戸層１５ｂ４が第２導電型であり多重量子井戸層１５ｂ３がｉ型の場合には第２導電型の多重量子井戸層１５ｂ４と第１導電型のクラッド層１５ａとの間を起点として空乏領域が生じるので、この起点に向かって不純物の濃度が高くなるように、不純物の濃度に傾斜が設けられているのが良く、この場合、多重量子井戸層１５ｂ４が含む不純物の多くが空乏化できる。
【００６４】
（変形例２）図３に示すメサ部１５を、図８に示すメサ部１５２に換えてもよい。図８の（Ａ）部に示すメサ部１５２の構成は、光導波路Ｆ３ａに該当する部分の構成である。図８の（Ｂ）部には、図８の（Ａ）部に示す構成に対応した不純物の濃度を示す。
【００６５】
メサ部１５２は、クラッド層１５ａ、コア層１５ｂ＿２、クラッド層１５ｃを有する。コア層１５ｂ＿２は、多重量子井戸層１５ｂ５と多重量子井戸層１５ｂ６と多重量子井戸層１５ｂ７とからなる。クラッド層１５ａ上には多重量子井戸層１５ｂ７が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ７上には多重量子井戸層１５ｂ６が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ６上には多重量子井戸層１５ｂ５が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ５上にはクラッド層１５ｃが設けられている。
【００６６】
クラッド層１５ａは、多重量子井戸層１５ｂ７に接している。多重量子井戸層１５ｂ７は、多重量子井戸層１５ｂ６に接している。多重量子井戸層１５ｂ６は、多重量子井戸層１５ｂ５に接している。多重量子井戸層１５ｂ５は、クラッド層１５ｃに接している。
【００６７】
多重量子井戸層１５ｂ５の厚みＤ１４と多重量子井戸層１５ｂ７の厚みＤ１６との合計の厚みは、コア層１５ｂ＿２の厚みＤ１３の１／３以上２／３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ２の厚みＤ１５は、コア層１５ｂ＿２の厚みＤ１３の１／３以上２／３以下の範囲内にある。コア層１５ｂ＿２の厚みＤ１３は、厚みＤ１４と厚みＤ１５と厚みＤ１６との合計である。
【００６８】
多重量子井戸層１５ｂ５と多重量子井戸層１５ｂ７とは、何れも、ｉ型であり、多重量子井戸層１５ｂ６は、第１導電型である。多重量子井戸層１５ｂ５は、ｉ型の複数の障壁層１６ｅ１と、ｉ型の複数の井戸層１６ｅ２とを有する。多重量子井戸層１５ｂ６は、第１導電型の不純物が添加されている複数の障壁層１６ｆ１と、第１導電型の不純物が添加されている複数の井戸層１６ｆ２とを有する。多重量子井戸層１５ｂ７は、ｉ型の複数の障壁層１６ｇ１と、ｉ型の複数の井戸層１６ｇ２とを有する。
【００６９】
メサ部１５２における不純物の濃度は、図８の（Ｂ）部に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ５によって示される。グラフＧ５は、多重量子井戸層１５ｂ６における第１導電型の不純物の濃度を示す。
【００７０】
多重量子井戸層１５ｂ６に添加されている第１導電型の不純物の濃度の平均値は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ５と多重量子井戸層１５ｂ７とは、何れも、ｉ型であるので、不純物は添加されていない。
【００７１】
厚みＤ１４は、厚みＤ１６よりも小さい。よって、第１導電型の多重量子井戸層１５ｂ６は、コア層１５ｂ＿２において、第２導電型のクラッド層１５ｃ寄りに設けられている。
【００７２】
なお、多重量子井戸層１５ｂ６が、第２導電型の不純物を含んでもよい。この場合、障壁層１６ｆ１、井戸層１６ｆ２は、何れも、第２導電型の不純物を含み、障壁層１６ｅ１、井戸層１６ｅ２、障壁層１６ｇ１、井戸層１６ｇ２は、何れも、ｉ型である。そして、この場合（多重量子井戸層１５ｂ６が第２導電型の不純物を含む場合）、メサ部１５２における不純物の濃度は、図８の（Ｂ）部に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ５によって示される。多重量子井戸層１５ｂ６に添加されている第２導電型の不純物の濃度の平均値は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ５、多重量子井戸層１５ｂ７は、何れも、ｉ型であるので、不純物は添加されていない。厚みＤ１６は、厚みＤ１４よりも小さい。第２導電型の多重量子井戸層１５ｂ７は、コア層１５ｂ＿２において、第１導電型のクラッド層１５ａ寄りに設けられている。
【００７３】
次に、変形例２の作用・効果を説明する。変形例２は、実施形態に係る上記の半導体光変調器１の作用・効果を奏する。変形例２は、更に、次のような作用・効果を奏する。多重量子井戸層１５ｂ６が第１導電型の場合に、比較的に膜厚の小さいｉ型の多重量子井戸層１５ｂ５が多重量子井戸層１５ｂ６とクラッド層１５ｃとの間に設けられていても、ｉ型の多重量子井戸層１５ｂ５の厚みが比較的に小さいので、多重量子井戸層１５ｂ５とクラッド層１５ｃとの間を中心に、屈折率の変化が十分に生じる得る空乏領域が形成できる。また、多重量子井戸層１５ｂ６が第２導電型の場合に、比較的に膜厚の小さいｉ型の多重量子井戸層１５ｂ７がクラッド層１５ａと多重量子井戸層１５ｂ６との間に設けられていても、ｉ型の多重量子井戸層１５ｂ７の厚みが比較的に小さいので、クラッド層１５ａと多重量子井戸層１５ｂ６との間を中心に、屈折率の変化が十分に生じる得る空乏領域が形成できる。更に、ｉ型の多重量子井戸層１５ｂ５の厚みとｉ型の多重量子井戸層１５ｂ７の厚みとの合計の厚みが大きい程、光損失と静電容量とが減少する一方で、スイッチング電圧の上昇を招く。
【００７４】
（変形例３）図３に示すメサ部１５を、図９に示すメサ部１５３に換えてもよい。図９の（Ａ）部に示すメサ部１５３の構成は、光導波路Ｆ３ａに該当する部分の構成である。図９の（Ｂ）部には、図９の（Ａ）部に示す構成に対応した不純物の濃度を示す。
【００７５】
メサ部１５３は、クラッド層１５ａ１、光閉じ込め層１５ｂ９、コア層１５ｂ、光閉じ込め層１５ｂ８、クラッド層１５ｃ１を有する。クラッド層１５ａ１上には光閉じ込め層１５ｂ９が設けられている。光閉じ込め層１５ｂ９上には多重量子井戸層１５ｂ２が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ２上には多重量子井戸層１５ｂ１が設けられている。多重量子井戸層１５ｂ１上には光閉じ込め層１５ｂ８が設けられている。光閉じ込め層１５ｂ８上にはクラッド層１５ｃ１が設けられている。光閉じ込め層１５ｂ８は、クラッド層１５ｃ１とコア層１５ｂとの間に設けられている。光閉じ込め層１５ｂ９は、クラッド層１５ａ１とコア層１５ｂとの間に設けられている。
【００７６】
クラッド層１５ａ１は光閉じ込め層１５ｂ９に接している。光閉じ込め層１５ｂ９は多重量子井戸層１５ｂ２に接している。多重量子井戸層１５ｂ２は多重量子井戸層１５ｂ１に接している。多重量子井戸層１５ｂ１は光閉じ込め層１５ｂ８に接している。光閉じ込め層１５ｂ８はクラッド層１５ｃ１に接している。光閉じ込め層１５ｂ８は、クラッド層１５ｃ１よりも高い屈折率を有する。光閉じ込め層１５ｂ９は、クラッド層１５ａ１よりも高い屈折率を有する。
【００７７】
メサ部１５３における不純物の濃度は、図９の（Ｂ）部に示すグラフＧ３、グラフＧ６、グラフＧ７によって示される。グラフＧ６は、クラッド層１５ｃ１と光閉じ込め層１５ｂ８とにおける第２導電型の不純物の濃度を示す。グラフＧ７は、クラッド層１５ａ１と光閉じ込め層１５ｂ９とにおける第１導電型の不純物の濃度を示す。
【００７８】
なお、多重量子井戸層１５ｂ２が、第２導電型の不純物を含み、多重量子井戸層１５ｂ１がｉ型であってもよい。この場合、障壁層１６ｂ１及び井戸層１６ｂ２は、何れも、第２導電型の不純物を含み、障壁層１６ａ１及び井戸層１６ａ２は、何れも、ｉ型である。そして、この場合（多重量子井戸層１５ｂ２が第２導電型の不純物を含み、多重量子井戸層１５ｂ１がｉ型である場合）、メサ部１５３における不純物の濃度は、図９の（Ｂ）部に示すグラフＧ３ａ、グラフＧ６、グラフＧ７によって示される。グラフＧ３ａは、多重量子井戸層１５ｂ２における第２導電型の不純物の濃度を示す。多重量子井戸層１５ｂ２に添加されている第２導電型の不純物の濃度の平均値は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内にある。多重量子井戸層１５ｂ１は、ｉ型であるので、不純物は添加されていない。光閉じ込め層１５ｂ８，光閉じ込め層１５ｂ９は、何れも、ＩｎＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＩｎＡｓの何れかであることができる。
【００７９】
次に、変形例３の作用・効果を説明する。変形例３は、実施形態に係る上記の半導体光変調器１の作用・効果を奏する。変形例３は、更に、次のような作用・効果を奏する。多重量子井戸層からなるコア層１５ｂへの光閉じ込めが強いほど同じ屈折率の変化量に対する位相変調の量が多くなるので、クラッド層１５ａ１より屈折率の大きい光閉じ込め層１５ｂ９と、クラッド層１５ｃ１より屈折率の大きい光閉じ込め層１５ｂ８との間にコア層１５ｂが設けられているのが好ましい。
【００８０】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００８１】
１…半導体光変調器、１１…支持基体、１１ａ…主面、１１ｂ…裏面、電極１３…ＧＮＤ、１５，１５１，１５２，１５３，Ｍｅ１，Ｍｅ２…メサ部、１５ａ，１５ａ１，Ｓ１１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ９…クラッド層、１５ｂ，Ｓ１０，Ｓ３…コア層、１５ｂ１，１５ｂ２，１５ｂ３，１５ｂ４，１５ｂ５，１５ｂ６，１５ｂ７…多重量子井戸層、１５ｂ８，１５ｂ９…光閉じ込め層、１５ｂ＿１，１５ｂ＿２，１５ｂ＿３…コア層、１５ｃ，１５ｃ１…クラッド層、１５ｄ，Ｓ１２，Ｓ５…オーミック接触層、１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１，１６ｄ１，１６ｇ１，１６ｆ１，１６ｅ１…障壁層、１６ａ２，１６ｂ２，１６ｃ２，１６ｄ２，１６ｅ２，１６ｆ２，１６ｇ２…井戸層、１７…樹脂層、３，５…合分波器、Ｄ１，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９…厚み、Ｄ３，Ｄ５…幅、ＤＬ…長さ、Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｓ１６…変調電極、Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ３ａ，Ｅ３ｂ…電極パッド、Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ，Ｆ４ａ，Ｆ４ｂ，Ｆ５ａ，Ｆ５ｂ…光導波路、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７…グラフ、Ｋ１…積層体、Ｋ２…変調領域、Ｓ１，Ｓ８…基板、Ｓ１３…樹脂層、Ｓ１４…溝部、Ｓ１５…オーミック電極、Ｓ６，Ｓ７…絶縁膜、Ｗｆ…半導体エピタキシャル基板。
【図１】
0005880145.tif 000002
【図２】
0005880145.tif 000003
【図３】
0005880145.tif 000004
【図４】
0005880145.tif 000005
【図５】
0005880145.tif 000006
【図６】
0005880145.tif 000007
【図７】
0005880145.tif 000008
【図８】
0005880145.tif 000009
【図９】
0005880145.tif 000010