(57)【要約】【課題】本発明は、半導体ＭＺ変調器におけるαパラメータを０に近づけることにより、チャープ特性を改善する。【解決手段】本発明は、Ｐ型クラッド層（１２）と、Ｎ型クラッド層（１０）と、Ｐ型クラッド層とＮ型クラッド層とに挟まれて積層配置された活性層１１とを備える。活性層１１は、複数の井戸層５と複数の障壁層４とが、積層配置の方向において交互に積層される。Ｐ型クラッド層に最も近く配置された第１障壁層（４ａ）がＮ型ドーピングされ、かつ、Ｐ型クラッド層とＰＮ接合を形成する。【選択図】図７
2015028585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型クラッド層と、
Ｎ型クラッド層と、
前記Ｐ型クラッド層と前記Ｎ型クラッド層とに挟まれて積層配置された活性層とを備え、
前記活性層は、複数の井戸層と複数の障壁層とが、前記積層配置の方向において交互に積層された多重量子井戸構造であり、
複数の前記障壁層のうち、前記Ｐ型クラッド層に最も近く配置された障壁層を第１障壁層とし、
前記第１障壁層が、Ｎ型ドーピングされ、かつ、前記Ｐ型クラッド層とＰＮ接合を形成することを特徴とする、
半導体光変調器。
【請求項２】
複数の前記障壁層のうち、前記第１障壁層に最も近く配置された障壁層を第２障壁層とし、
前記第２障壁層が、Ｎ型ドーピングされてい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２障壁層が、前記第１障壁層と同一の濃度でＮ型ドーピングされていることを特徴とする、
請求項２に記載の半導体光変調器。
【請求項４】
前記第２障壁層が、前記第１障壁層よりも低い濃度でＮ型ドーピングされていることを特徴とする、
請求項２に記載の半導体光変調器。
【請求項５】
複数の前記障壁層のうち、前記第２障壁層に最も近く配置された障壁層を第３障壁層とし、
前記第３障壁層が、Ｎ型ドーピングされていることを特徴とする、
請求項３に記載の半導体光変調器。
【請求項６】
複数の前記障壁層のうち、前記第１障壁層から少なくとも１つの障壁層を隔てて配置された障壁層を第４障壁層とし、
前記第４障壁層が、Ｎ型ドーピングされてい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７】
Ｐ型クラッド層と、
Ｎ型クラッド層と、
前記Ｐ型クラッド層と前記Ｎ型クラッド層とに挟まれて積層配置された活性層とを備え、
前記活性層は、複数の井戸層と複数の障壁層とが、前記積層配置の方向において交互に積層された多重量子井戸構造であり、
前記活性層における、前記Ｐ型クラッド層側の多重量子井戸構造にかかる電界の変化量が、基準の逆バイアス電圧が０Ｖである時に最大を示し、基準の逆バイアス電圧の増加に伴って電界の変化量が減少し、かつ、電界の変化量が基準の逆バイアス電圧に依存しない部分を持つことを特徴とする、
半導体光変調器。
【請求項８】
前記第１障壁層の厚みをｘｔとするとき、前記第１障壁層に施されるＮ型ドーピング濃度の１０を底とする対数の下限が９．５４＋２ｘｔ−０．１２ｘｔ２であ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９】
前記第１障壁層および前記第２障壁層の厚みの総和をｘｔとするとき、前記第１障壁層および前記第２障壁層に施されるＮ型ドーピング濃度の１０を底とする対数の下限が３２−１．５４ｘｔ＋０．０４ｘｔ２であることを特徴とする、
請求項３に記載の半導体光変調器。
【請求項１０】
前記第１障壁層に施されるＮ型ドーピング濃度の対数をｘｄｐとするとき、前記第２障壁層に施されるＮ型ドーピング濃度の１０を底とする対数の下限が１４９−７．４４ｘｄｐであることを特徴とする、
請求項４に記載の半導体光変調器。
【請求項１１】
前記第１障壁層、前記第２障壁層および前記第３障壁層の厚みの総和をｘｔとするとき、前記第１障壁層、前記第２障壁層および前記第３障壁層に施されるＮ型ドーピング濃度の１０を底とする対数の下限が２６．７−０．７８ｘｔ＋０．０１６ｘｔ２であることを特徴とする、
請求項５に記載の半導体光変調器。
【請求項１２】
前記第１障壁層および前記第４障壁層の厚みの総和をｘｔとするとき、前記第１障壁層および前記第４障壁層に施されるＮ型ドーピング濃度の１０を底とする対数の下限が３．３＋１．７ｘｔ−０．０５ｘｔ２であることを特徴とする、
請求項６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、半導体光変調器に関し、特に、幹線系の長距離光通信で用いられることが多い半導体マッハツェンダ変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムで用いられる光変調器には大きく分けて、強度変調用の電界吸収型（ＥＡ）変調器と、位相変調用のマッハツェンダ（ＭＺ）変調器とがある。ＭＺ変調器ではＥＡ変調器よりも波長のチャープ（波長変動）を小さくできるため、ＭＺ変調器は特に長距離伝送用に用いられる。
【０００３】
ＭＺ変調器は、ポッケルス効果による屈折率変化を利用したＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）と、量子閉じ込めシュタルク効果による屈折率変化を利用した半導体多重量子井戸構造とに分けられる。
【０００４】
ＬＮ−ＭＺ変調器では、駆動時の吸収が無視できる（変調損失が小さい）ものの２Ｖπ（Ｖπは半波長電圧）が〜６Ｖと大きい。一方で、半導体ＭＺ変調器では２Ｖπが〜３ＶとＬＮ変調器に比べて小さいものの、動作時に吸収が発生するため伝送時の変調損失が大きい。光変調器において変調損失は小さいほど伝送に有利であり、また半波長電圧Ｖπが小さいほど消費電力の削減となる。よって、どちらも重要な特性である。
【０００５】
半導体多重量子井戸構造の例としては、例えば非特許文献１がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｃ．Ｒｏｌｌａｎｄｅｔａｌ，「１０Ｇｂｉｔ／ｓ，１．５６μｍ  ｍｕｌｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ  ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｍａｒｃｈ  １９９３，ｖｏｌ．２９，ｎｏ．５，ｐｐ．４７１−４７２（Ｆｉｇ．１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＺ変調器はＥＡ変調器よりも波長のチャープ（波長変動）を小さくできるが、ＬＮ−ＭＺ変調器と半導体ＭＺ変調器とでは、波長のチャープ（波長変動）の電圧依存性に違いがある。
【０００８】
ＬＮ−ＭＺ変調器ではポッケルス効果による屈折率変化が引き起こされるため、一般に、逆バイアス電圧Ｖに対して屈折率が線形に変化する。
【０００９】
一方、半導体ＭＺ変調器では、量子閉じ込めシュタルク効果によって屈折率変化が引き起こされるため、逆バイアス電圧Ｖに対して屈折率が線形ではなく、非線形に変化する。
【００１０】
半導体ＭＺ変調器は、屈折率の逆バイアス依存性における非線形性から、チャープ（波長変動）特性を示す指標であるαパラメータが０となることがない。よって、ＬＮ−ＭＺ変調器よりもチャープ特性に関して不利であるといった課題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、半導体ＭＺ変調器におけるαパラメータを０に近づけることにより、チャープ特性を改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に関する半導体光変調器は、Ｐ型クラッド層と、Ｎ型クラッド層と、前記Ｐ型クラッド層と前記Ｎ型クラッド層とに挟まれて積層配置された活性層とを備え、前記活性層は、複数の井戸層と複数の障壁層とが、前記積層配置の方向において交互に積層された多重量子井戸構造であり、複数の前記障壁層のうち、前記Ｐ型クラッド層に最も近く配置された障壁層を第１障壁層とし、前記第１障壁層が、Ｎ型ドーピングされ、かつ、前記Ｐ型クラッド層とＰＮ接合を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様に関する半導体光変調器は、Ｐ型クラッド層と、Ｎ型クラッド層と、前記Ｐ型クラッド層と前記Ｎ型クラッド層とに挟まれて積層配置された活性層とを備え、前記活性層は、複数の井戸層と複数の障壁層とが、前記積層配置の方向において交互に積層された多重量子井戸構造であり、前記活性層における、前記Ｐ型クラッド層側の多重量子井戸構造にかかる電界の変化量が、基準の逆バイアス電圧が０Ｖである時に最大を示し、基準の逆バイアス電圧の増加に伴って電界の変化量が減少し、かつ、電界の変化量が基準の逆バイアス電圧に依存しない部分を持つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の上記態様によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に関する半導体マッハツェンダ変調器の平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に関する半導体マッハツェンダ変調器の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における光出力のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図４】ＬＮマッハツェンダ変調器における屈折率変化の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図５】半導体マッハツェンダ変調器における屈折率変化の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図６】半導体マッハツェンダ変調器における、吸収によるαパラメータのプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に関する半導体マッハツェンダ変調器の変調部分の構造を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の電界変化量の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図９】前提技術の構造における、半導体マッハツェンダ変調器の電界変化量の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における屈折率変化のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における位相変化量のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器におけるαパラメータのプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の変調部分の構造を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の電界変化量の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における屈折率変化のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における位相変化量のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器におけるαパラメータのプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の変調部分の構造を示す図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の電界変化量の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における屈折率変化のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における位相変化量のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器におけるαパラメータのプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図２３】本発明の第４実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の変調部分の構造を示す図である。
【図２４】本発明の第４実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の電界変化量の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図２５】本発明の第４実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における屈折率変化のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図２６】本発明の第４実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における位相変化量のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図２７】本発明の第４実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器におけるαパラメータのプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図２８】本発明の第５実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の変調部分の構造を示す図である。
【図２９】本発明の第５実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器の電界変化量の逆バイアス電圧依存性を示す図である。
【図３０】本発明の第５実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における屈折率変化のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図３１】本発明の第５実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器における位相変化量のプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図３２】本発明の第５実施形態に関する、半導体マッハツェンダ変調器におけるαパラメータのプッシュプル電圧依存性を示す図である。
【図３３】本発明の各実施形態および前提技術の構造における、αパラメータ（３ｄＢ）を比較した図である。
【図３４】本発明の各実施形態および前提技術の構造における、αパラメータ（３ｄＢ）と変調損失との関係を示す図である。
【図３５】本発明の第６実施形態に関する半導体光変調器の変調部の断面図である。
【図３６】本発明の第６実施形態に関する、障壁層４ａの厚みが７ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図３７】本発明の第６実施形態に関する、障壁層４ａの厚みが８ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図３８】本発明の第６実施形態に関する、障壁層４ａの厚みが９ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図３９】本発明の第６実施形態に関する、障壁層４ａの厚みと障壁層４ａのＮ型ドーピング濃度の下限の関係を示す図である。
【図４０】本発明の第７実施形態に関する、障壁層４ａ１および障壁層４ａ２の厚みが８ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図４１】本発明の第７実施形態に関する、障壁層４ａ１および障壁層４ａ２の厚みが９ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図４２】本発明の第７実施形態に関する、障壁層４ａ１および障壁層４ａ２の厚みが１０ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図４３】本発明の第７実施形態に関する、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２の厚みの総和と障壁層４ａ１、障壁層４ａ２のＮ型ドーピング濃度の下限の関係を示す図である。
【図４４】本発明の第８実施形態に関する、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３の厚みが８ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図４５】本発明の第８実施形態に関する、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３の厚みが９ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図４６】本発明の第８実施形態に関する、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３の厚みが１０ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図４７】本発明の第８実施形態に関する、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３の厚みの総和と障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３のＮ型ドーピング濃度の下限の関係を示す図である。
【図４８】本発明の第９実施形態に関する、障壁層４ａ１および障壁層４ａ４の厚みが８ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図４９】本発明の第９実施形態に関する、障壁層４ａ１および障壁層４ａ４の厚みが９ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図５０】本発明の第９実施形態に関する、障壁層４ａ１および障壁層４ａ４の厚みが１０ｎｍの場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータのＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図５１】本発明の第９実施形態に関する、障壁層４ａ１、障壁層４ａ４の厚みの総和と障壁層４ａ１、障壁層４ａ４のＮ型ドーピング濃度の下限の関係を示す図である。
【図５２】本発明の第１０実施形態に関する、障壁層４ａ１のＮ型ドーピング濃度が５．５×１０１７である場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータと、障壁層４ｂ１に対するＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図５３】本発明の第１０実施形態に関する、障壁層４ａ１のＮ型ドーピング濃度が６．０×１０１７である場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータと、障壁層４ｂ１に対するＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図５４】本発明の第１０実施形態に関する、障壁層４ａ１のＮ型ドーピング濃度が７．５×１０１７である場合の半導体マッハツェンダ変調器のαパラメータと、障壁層４ｂ１に対するＮ型ドーピング濃度依存性を示す図である。
【図５５】本発明の第１０実施形態に関する、障壁層４ａ１のＮ型ドーピング濃度と障壁層４ｂ１のＮ型ドーピング濃度の下限の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照しながら実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、ＭＺ変調器の概略図である。入射光導波路１０５に入射された光は分岐部１０２において２つに分岐され、上下の導波路１０３を通る。この時、各導波路１０３にＮ−ＩｎＰ基板９を介して垂直に逆バイアス電圧をかけることで、光の位相を変化させることができる。
【００１８】
位相変化を受けた２つの光は合波部１０４において合波され、２つの光の位相が揃った状態であれば出射光導波路１０６から出射される出射光の光出力は最大となる。具体的には、２つの導波路１０３の電極１０１にＤＣバイアス電圧（中心バイアス電圧）をかけ、さらに互いに符号を反転させたＲＦ電圧を与えてプッシュプル動作させる。
【００１９】
図３は、この時の光出力のプッシュプル電圧依存性を示す図である。図３において、横軸はプッシュプル電圧ΔＶ（Ｖ）、縦軸は光出力（ｄＢ）をそれぞれ示している。プッシュプル電圧が０Ｖの時は、各導波路にＤＣバイアス電圧のみが印加されている。この時、図１に示されるように、２つの導波路１０３の一方にπシフタ１０８が備えられているため、２つの導波路１０３を通った後の光の位相（出射光の位相）はπずれた状態となる。
【００２０】
このときの出射光導波路１０６からの光出力が、図３における最小になる点Ｚに相当する。一方で、プッシュプル電圧が印加されることで、２つの導波路１０３を通った後の２つの光の位相が揃い、出射光導波路１０６からの光出力が最大になるのが点Ｘおよび点Ｙに相当する。なお図３においては、点Ｚから点Ｙに至るまでのプッシュプル電圧の変化量が幅Ｐで示され、光出力０（ｄＢ）に対する点Ｘまたは点Ｙにおける光出力の差分量が幅Ｑで示され、点Ｙから３（ｄＢ）光出力が減少した点が点Ｒで示されている。
【００２１】
光出力が最大になる点Ｘおよび点Ｙでは、出射光の位相はπ異なっており、この位相差を変調に用いるのが位相変調である。出射光の位相をπ変化させるのに必要なＲＦ電圧の半分のことを半波長電圧Ｖπといい、光出力が最大となる時の、０ｄＢからのずれを変調損失という。
【００２２】
ＭＺ変調器は、ポッケルス効果による屈折率変化を利用したＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）と、量子閉じ込めシュタルク効果による屈折率変化を利用した半導体多重量子井戸構造とに分けられる。
【００２３】
ＬＮ−ＭＺ変調器では、駆動時の吸収が無視できる（変調損失が小さい）ものの２Ｖπが〜６Ｖと大きい。一方で、半導体ＭＺ変調器では２Ｖπが〜３ＶとＬＮ変調器に比べて小さいものの、動作時に吸収が発生するため伝送時の変調損失が大きい。光変調器において変調損失は小さいほど伝送に有利であり、また半波長電圧Ｖπが小さいほど消費電力の削減となる。よって、どちらも重要な特性である。
【００２４】
図２は、図１の導波路（変調部）におけるＡ−Ａ’の断面図である。変調部は、ＰドープされたＰクラッド層１２と、ＮドープされたＮクラッド層１０とによって挟まれた、絶縁体の活性層１１からなるＰ−Ｉ−Ｎ構造である（非特許文献１参照）。さらにこの活性層１１は、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸から構成される。
【００２５】
ＭＺ変調器において、伝送特性に影響を及ぼすチャープ（波長変動）特性を現す指標であるαパラメータは以下の式（１）で表すことができる。
【００２６】
【数１】
2015028585.tif 000003
【００２７】
ここでΔＶはプッシュプル電圧であり、Ｉは合波された光の強度である。また、図１における上部の導波路１０３をアーム１、下部の導波路をアーム２とし、Ｖ１、Ｖ２はアーム１およびアーム２にかかる印加逆バイアス電圧であり、Δｎ１、Δｎ２、ａａｂｓ１、ａａｂｓ２はその時のアーム１およびアーム２の屈折率および吸収であるとすると、合波された光における電界Ｅは式（２）のように書くことができる。
【００２８】
【数２】
2015028585.tif 000004
【００２９】
ここで、λは変調器に入射される光の波長、Ｌは導波路上の電極の長さである。また、アーム１およびアーム２を通る光強度は等しいと仮定している。さらに、式（２）における吸収の項を無視し、虚数と実数との比から位相を求め、和積公式を用いることで以下のように表すことができる。
【００３０】
【数３】
2015028585.tif 000005
【００３１】
また、中心バイアス電圧Ｖｃ、Ｖ１、Ｖ２、ΔＶには以下の関係がある。
【００３２】
【数４】
2015028585.tif 000006
【００３３】
ＬＮ−ＭＺ変調器ではポッケルス効果による屈折率変化が引き起こされるため、一般に図４に示されるように、逆バイアス電圧Ｖに対して屈折率が線形に変化する。ここで図４においては、横軸は逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は屈折率変化Δｎをそれぞれ示している。例えば、ある定数ｋを用いて、ＬＮ−ＭＺ変調器の屈折率の逆バイアス電圧依存性が式（５）のように表されるとき、上記の式（３）は、式（４）と式（５）とを用いて式（６）のように表すことができる。
【００３４】
【数５】
2015028585.tif 000007
【００３５】
【数６】
2015028585.tif 000008
【００３６】
式（６）は、中心バイアス電圧Ｖｃに関する項のみが存在し、プッシュプル電圧ΔＶに関する項はアーム１およびアーム２でキャンセルされるため、存在しない。よって、式（６）をΔＶで微分すると０となり、式（１）は０となることがわかる。
【００３７】
一方、半導体ＭＺ変調器では、量子閉じ込めシュタルク効果によって屈折率変化が引き起こされるため、図５に示されるように、逆バイアス電圧Ｖに対して屈折率が線形ではなく、非線形に変化する。ここで図５においては、横軸は逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は屈折率変化Δｎをそれぞれ示している。よって、ここでは、式（５）に非線形性を示すような項を追加した例を考える。最も簡単な例として、ある定数ｋ１、ｋ２を用いて、半導体変調器の屈折率の逆バイアス電圧依存性が式（７）のように表されるとき、上記の式（３）は、式（４）と式（７）とを用いて式（８）のように表すことができる。
【００３８】
【数７】
2015028585.tif 000009
【００３９】
【数８】
2015028585.tif 000010
【００４０】
ＬＮ−ＭＺ変調器の場合とは異なり、式（７）にはΔＶに関する項が残っており、これをΔＶで微分すると値を持つため、式（１）は０とならないことがわかる。このことは、図３中の点Ｚから点Ｘまたは点Ｙに変化する際に、合波された光の位相が変化することを示している。このような場合、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調等でよく用いられる位相と振幅との関係を表すコンスタレーションにおいて、軌跡の歪みや、変調信号の劣化が生じる原因となると考えられる。
【００４１】
これまで、吸収の項を無視して議論してきたが、半導体ＭＺ変調器ではＬＮ−ＭＺ変調器とは異なり、導波路での吸収を無視することはできない。図６は、吸収を考慮したαパラメータのプッシュプル電圧依存性の変化を示す図である。図６においては、横軸はプッシュプル電圧ΔＶ（Ｖ）、縦軸はαパラメータをそれぞれ示している。吸収量を増やしていくとαパラメータの曲線が０に近づき、さらに増えるとαパラメータの曲線がマイナスからプラスまで大きく変動するようになる。プラスのαパラメータを持つような吸収量の場合は実用に耐えるような変調損失および伝送特性ではなくなるため、ここでは議論しない。しかし、ある程度の吸収量が存在した方がαパラメータの曲線をマイナスから０に近づけられることから、吸収（変調損失）とαパラメータはトレードオフの関係であると言える。
【００４２】
以上のように半導体ＭＺ変調器は、屈折率の逆バイアス依存性における非線形性から、αパラメータが０となることはなく、ＬＮ−ＭＺ変調器よりもチャープ特性に関して不利であるといった課題があった。
【００４３】
以下に説明する実施形態は、上記のような問題を解決する半導体光変調器に関するものである。
【００４４】
＜第１実施形態＞
＜構成＞
図１は、本発明の実施形態を説明するための半導体ＭＺ変調器の平面図である。入射光が分岐部２で２つに分岐された後、長さ０．８ｍｍの位相変調部１０７を通る。この時、位相変調部１０７に電極１０１で電圧をかけることで、入射光の位相を変化させることができる。位相変化を受けた２つの光は合波部１０４で合波され１つの光となる。ここで、２つの光の位相が揃った場合、出射光導波路１０６から出てくる光出力は最大となる。
【００４５】
図２は、図１の変調部におけるＡ−Ａ’の断面図である。変調部はハイメサ構造であり、Ｎ−ＩｎＰ基板９上にＮ−ＩｎＰからなるＮクラッド層１０、多重量子井戸構造からなる活性層１１、Ｐ−ＩｎＰからなるＰクラッド層１２、電極１３の順に積層されている。
【００４６】
図７は、本発明の第１実施形態による半導体マッハツェンダ変調器の変調部における構造を詳細に示した図である。図７においては、Ｎ−ＩｎＰからなるＮクラッド層１０と、Ｐ−ＩｎＰからなるＰクラッド層１２と、Ｎクラッド層１０とＰクラッド層１２とに挟まれた活性層１１とが示されている。
【００４７】
活性層１１は、多重量子井戸構造からなる。多重量子井戸構造は、それぞれの厚みが例えば８ｎｍの井戸層５と障壁層４とが、Ｐクラッド層１２とＮクラッド層１０とを結ぶ方向に交互に積層され、井戸層５が例えば１３層、障壁層４が例えば１２層積層されている。図７に示された多重量子井戸構造では、全ての井戸層５の電界非印加時の吸収端は一致している。ここで、多重量子井戸構造はＡｌＧａＩｎＡｓ系を仮定しているが、これは一例であって、当該材料系に限定されるものではない。
【００４８】
障壁層４のうち、Ｐクラッド層１２に最も近い障壁層４ａには、Ｎ型ドーピングが施されている。障壁層４ａのＮ型ドーピング濃度は、１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。そして障壁層４ａは、Ｐクラッド層１２とＰＮ接合を形成する。
【００４９】
＜動作＞
この場合の、多重量子井戸構造にかかる電界の変化量を図８に示す。図８においては、横軸は基準の逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は電界の変化量［Ｅ（Ｖ＋１）−Ｅ（Ｖ）］（ｋＶ／ｃｍ）をそれぞれ示している。また、Ｎクラッド層１０側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を点線で、Ｐクラッド層１２側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を実線でそれぞれ示している。図８では、量子井戸構造の中央からＮ側寄りの量子井戸（以降、Ｎ側量子井戸と呼ぶ）とＰ側寄りの量子井戸（以降、Ｐ側量子井戸とも呼ぶ）にかかる電界の変化量を、基準となる逆バイアス電圧に対して描かせている。ここでの電界は、Ｐ、Ｎ側それぞれで平均化したものである。例えば、横軸０Ｖと表示してある場合は、逆バイアス電圧０Ｖを基準として、そこから１Ｖ変化させた場合の電界の変化量を示している。なお、計算結果は図示しないが、このように平均化した場合でも個々の量子井戸について電界を求めた場合でも、電界変化による屈折率変化への影響は変わらない。
【００５０】
また、比較対象として、障壁層４にＮ型ドーピングを施さない場合の多重量子井戸構造にかかる電界の変化量を図９に示す。図９においては、横軸は基準の逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は電界の変化量［Ｅ（Ｖ＋１）−Ｅ（Ｖ）］（ｋＶ／ｃｍ）をそれぞれ示している。また、Ｎクラッド層１０側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を点線で、Ｐクラッド層１２側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を実線でそれぞれ示している。
【００５１】
Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量に着目して、図８と図９とを比較すると、図９では、基準の逆バイアス電圧３Ｖ以下とそれを超える場合とにおいて、電界変化量の特徴にほぼ変化がない。一方で図８では、基準の逆バイアス電圧３Ｖ以下の方が、それを超える場合よりも変化量が大きい。つまり、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量の逆バイアス依存性が、基準の逆バイアス電圧３Ｖを境に異なるという特徴を持つ。
【００５２】
このような電界変化の逆バイアス電圧依存性を持つ場合に、屈折率のプッシュプル電圧依存性、変調時の位相の変化量およびαパラメータがどのように変化しているかについて、前提技術の構造との比較を踏まえて図１０〜１２に示す。これらは、同一波長および同一２Ｖπ＝３Ｖの条件のもと比較している。
【００５３】
図１０は、図３における点Ｘから点Ｙにおいて変調させている時の屈折率変化を規格化して前提技術の構造と比較したものである。図１０においては、横軸はプッシュプル電圧ΔＶ（Ｖ）、縦軸は屈折率変化Δｎをそれぞれ示している。また、本実施形態に関する構造による特性を点線で、前提技術に関する構造による特性を実線でそれぞれ示している。そのため、横軸はプッシュプル電圧と表記しているが、この図は屈折率変化の逆バイアス電圧依存性を示していることと等しい。
【００５４】
図１１は、図３における点Ｚから点Ｙにおいて変調させている時、点Ｚからの位相の変化量を前提技術の構造と比較したものである。図１１においては、横軸はプッシュプル電圧ΔＶ（Ｖ）、縦軸は位相変化量（ｒａｄ）をそれぞれ示している。また、本実施形態に関する構造による特性を点線で、前提技術に関する構造による特性を実線でそれぞれ示している。図１２は、図３における点Ｚから点Ｙにおいて変調させている時のαパラメータについて前提技術の構造との比較を示したものである。図１２においては、横軸はプッシュプル電圧ΔＶ（Ｖ）、縦軸はαパラメータをそれぞれ示している。また、本実施形態に関する構造による特性を点線で、前提技術に関する構造による特性を実線でそれぞれ示している。
【００５５】
図１１および図１２をｙ軸で左右反転させると、図３における点Ｘから点Ｚにおいて変調させた場合の位相変化量およびαパラメータとなる。
【００５６】
図１０から、プッシュプル電圧が±Ｖπの時の屈折率変化量が同じであるにもかかわらず、図７の構造における屈折率の逆バイアス電圧依存性の曲線の方が、僅かではあるものの前提技術の構造よりも上方に存在しており、非線形性が緩やかになっているのがわかる。また、図１１から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図７の構造における変調時の位相の変化量の方が前提技術の構造よりも抑えられていることがわかる。さらに、図１２から、特にプッシュプル電圧がＶπ付近の時において比較すると、図７の構造におけるαパラメータの方が前提技術の構造よりも、僅かではあるが０に近づけられているのがわかる。
【００５７】
＜効果＞
本実施形態によれば、半導体光変調器が、Ｐ型クラッド層（Ｐクラッド層１２）と、Ｎ型クラッド層（Ｎクラッド層１０）と、Ｐクラッド層１２とＮクラッド層１０とに挟まれて積層配置された活性層１１とを備える。
【００５８】
活性層１１は、複数の井戸層５と複数の障壁層４とが、積層配置の方向において交互に積層された多重量子井戸構造であり、複数の障壁層４のうち、Ｐクラッド層１２に最も近く配置された障壁層を第１障壁層（障壁層４ａ）とし、第１障壁層（障壁層４ａ）が、Ｎ型ドーピングされ、かつ、Ｐクラッド層１２とＰＮ接合を形成する。
【００５９】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
＜構成＞
図１３は、本発明の第２実施形態による半導体マッハツェンダ変調器の変調部における構造を詳細に示した図である。第１実施形態における図７の構造にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに１つ増やしたものである。
【００６１】
図１３においては、Ｎ−ＩｎＰからなるＮクラッド層１０と、Ｐ−ＩｎＰからなるＰクラッド層１２と、Ｎクラッド層１０とＰクラッド層１２とに挟まれた活性層１１とが示されている。
【００６２】
活性層１１は、多重量子井戸構造からなる。多重量子井戸構造は、それぞれの厚みが例えば８ｎｍの井戸層５と障壁層４とが交互に積層され、井戸層５が例えば１３層、障壁層４が例えば１２層積層されている。図１３に示された多重量子井戸構造では、全ての井戸層５の電界非印加時の吸収端は一致している。ここで、多重量子井戸構造はＡｌＧａＩｎＡｓ系を仮定しているが、これは一例であって、当該材料系に限定されるものではない。
【００６３】
障壁層４のうち、Ｐクラッド層１２に最も近い障壁層４ａ１、および、障壁層４ａ１に最も近い障壁層４ａ２には、Ｎ型ドーピングが施されている。障壁層４ａ１および障壁層４ａ２のＮ型ドーピング濃度は同一であって、１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００６４】
＜動作＞
この場合の、多重量子井戸構造にかかる電界の変化量を図１４に示す。図１４においては、横軸は基準の逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は電界の変化量［Ｅ（Ｖ＋１）−Ｅ（Ｖ）］（ｋＶ／ｃｍ）をそれぞれ示している。また、Ｎクラッド層１０側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を点線で、Ｐクラッド層１２側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を実線でそれぞれ示している。第１実施形態の場合と同じように、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量に着目すると、図１４における基準の逆バイアス電圧３Ｖ以下の方が、それを超える場合よりも変化量が大きい。つまり、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量の逆バイアス依存性が、基準の逆バイアス電圧３Ｖを境に異なるという特徴を持つ。
【００６５】
このような電界変化の逆バイアス電圧依存性を持つ場合に、屈折率の逆バイアス電圧依存性、変調時の位相の変化量およびαパラメータがどのように変化しているかについて、前提技術の構造との比較を踏まえて第１実施形態と同様に図１５〜１７に示す。
【００６６】
図１５から、プッシュプル電圧が±Ｖπの時の屈折率変化量が同じであるにもかかわらず、図１３の構造における屈折率の逆バイアス電圧依存性の曲線の方が、前提技術の構造よりも上方に存在しており、非線形性が緩やかになっているのがわかる。また、図１６から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図１３の構造における変調時の位相の変化量の方が前提技術の構造よりも抑えられていることがわかる。さらに、図１７から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図１３の構造におけるαパラメータの方が前提技術の構造よりも０に近づけられているのがわかる。
【００６７】
＜効果＞
本実施形態によれば、複数の障壁層４のうち、第１障壁層（障壁層４ａ１）に最も近く配置された障壁層を第２障壁層（障壁層４ａ２）とし、障壁層４ａ２が、Ｎ型ドーピングされている。
【００６８】
また、本実施形態によれば、第２障壁層（障壁層４ａ２）が、第１障壁層（障壁層４ａ１）と同一の濃度でＮ型ドーピングされている。
【００６９】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
＜構成＞
図１８は、本発明の第３実施形態による半導体マッハツェンダ変調器の変調部における構造を詳細に示した図である。第１実施形態における図７の構造にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに２つ増やしたものである。
【００７１】
図１８においては、Ｎ−ＩｎＰからなるＮクラッド層１０と、Ｐ−ＩｎＰからなるＰクラッド層１２と、Ｎクラッド層１０とＰクラッド層１２とに挟まれた活性層１１とが示されている。
【００７２】
活性層１１は、多重量子井戸構造からなる。多重量子井戸構造は、それぞれの厚みが例えば８ｎｍの井戸層５と障壁層４とが交互に積層され、井戸層５が例えば１３層、障壁層４が例えば１２層積層されている。図１８に示された多重量子井戸構造では、全ての井戸層５の電界非印加時の吸収端は一致している。ここで、多重量子井戸構造はＡｌＧａＩｎＡｓ系を仮定しているが、これは一例であって、当該材料系に限定されるものではない。
【００７３】
障壁層４のうち、Ｐクラッド層１２に最も近い障壁層４ａ１、障壁層４ａ１に最も近い障壁層４ａ２、および、障壁層４ａ２に最も近い障壁層４ａ３には、Ｎ型ドーピングが施されている。障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３のＮ型ドーピング濃度は同一であって、１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００７４】
＜動作＞
この場合の、多重量子井戸構造にかかる電界の変化量を図１９に示す。図１９においては、横軸は基準の逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は電界の変化量［Ｅ（Ｖ＋１）−Ｅ（Ｖ）］（ｋＶ／ｃｍ）をそれぞれ示している。また、Ｎクラッド層１０側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を点線で、Ｐクラッド層１２側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を実線でそれぞれ示している。第１実施形態の場合と同じように、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量に着目すると、図１９における基準の逆バイアス電圧３Ｖ以下の方が、それを超える場合よりも変化量が大きい。つまり、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量の逆バイアス依存性が、基準の逆バイアス電圧３Ｖを境に異なるという特徴を持つ。
【００７５】
このような電界変化の逆バイアス電圧依存性を持つ場合に、屈折率の逆バイアス電圧依存性、変調時の位相の変化量およびαパラメータがどのように変化しているかについて、前提技術の構造との比較を踏まえて第１実施形態と同様に図２０〜２２に示す。
【００７６】
図２０から、プッシュプル電圧が±Ｖπの時の屈折率変化量が同じであるにもかかわらず、図１８の構造における屈折率の逆バイアス電圧依存性の曲線の方が、前提技術の構造よりも上方に存在しており、非線形性が緩やかになっているのがわかる。また、図２１から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図１８の構造における変調時の位相の変化量の方が前提技術の構造よりも抑えられていることがわかる。さらに、図２２から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図１８の構造におけるαパラメータの方が前提技術の構造よりも０に近づけられているのがわかる。
【００７７】
＜効果＞
本実施形態によれば、複数の障壁層４のうち、第２障壁層（障壁層４ａ２）に最も近く配置された障壁層を第３障壁層（障壁層４ａ３）とし、障壁層４ａ３が、Ｎ型ドーピングされている。
【００７８】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【００７９】
＜第４実施形態＞
＜構成＞
図２３は、本発明の第４実施形態による半導体マッハツェンダ変調器の変調部における構造を詳細に示した図である。第１実施形態における図７の構造にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに１つ増やしたものである。また、第２実施形態との違いは、図２３に示されるように、Ｎ型ドーピングが施された２つの障壁層が隣接していないことである。なお、２つの障壁層が離れる間隔は、図２３に示された場合（１層の障壁層を隔てる間隔）には限られない。
【００８０】
図２３においては、Ｎ−ＩｎＰからなるＮクラッド層１０と、Ｐ−ＩｎＰからなるＰクラッド層１２と、Ｎクラッド層１０とＰクラッド層１２とに挟まれた活性層１１とが示されている。
【００８１】
活性層１１は、多重量子井戸構造からなる。多重量子井戸構造は、それぞれの厚みが例えば８ｎｍの井戸層５と障壁層４とが交互に積層され、井戸層５が例えば１３層、障壁層４が例えば１２層積層されている。図２３に示された多重量子井戸構造では、全ての井戸層５の電界非印加時の吸収端は一致している。ここで、多重量子井戸構造はＡｌＧａＩｎＡｓ系を仮定しているが、これは一例であって、当該材料系に限定されるものではない。
【００８２】
障壁層４のうち、Ｐクラッド層１２に最も近い障壁層４ａ１、および、障壁層４ａ１に隣接しない障壁層４ａ４には、Ｎ型ドーピングが施されている。障壁層４ａ１および障壁層４ａ４のＮ型ドーピング濃度は同一であって、１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００８３】
＜動作＞
この場合の、多重量子井戸構造にかかる電界の変化量を図２４に示す。図２４においては、横軸は基準の逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は電界の変化量［Ｅ（Ｖ＋１）−Ｅ（Ｖ）］（ｋＶ／ｃｍ）をそれぞれ示している。また、Ｎクラッド層１０側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を点線で、Ｐクラッド層１２側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を実線でそれぞれ示している。第１実施形態の場合と同じように、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量に着目すると、図２４における基準の逆バイアス電圧３Ｖ以下の方が、それを超える場合よりも変化量が大きい。つまり、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量の逆バイアス依存性が、基準の逆バイアス電圧３Ｖを境に異なるという特徴を持つ。
【００８４】
このような電界変化の逆バイアス電圧依存性を持つ場合に、屈折率の逆バイアス電圧依存性、変調時の位相の変化量およびαパラメータがどのように変化しているかについて、前提技術の構造との比較を踏まえて第１実施形態と同様に図２５〜２７に示す。
【００８５】
図２５から、プッシュプル電圧が±Ｖπの時の屈折率変化量が同じであるにもかかわらず、図２３の構造における屈折率の逆バイアス電圧依存性の曲線の方が、前提技術の構造よりも上方に存在しており、非線形性が緩やかになっているのがわかる。また、図２６から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図２３の構造における変調時の位相の変化量の方が前提技術の構造よりも抑えられていることがわかる。さらに、図２７から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図２３の構造におけるαパラメータの方が前提技術の構造よりも０に近づけられているのがわかる。
【００８６】
＜効果＞
本実施形態によれば、複数の障壁層４のうち、第１障壁層（障壁層４ａ１）から少なくとも１つの障壁層を隔てて配置された障壁層を第４障壁層（障壁層４ａ４）とし、障壁層４ａ４が、Ｎ型ドーピングされている。
【００８７】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【００８８】
＜第５実施形態＞
＜構成＞
図２８は、本発明の第５実施形態による半導体マッハツェンダ変調器の変調部における構造を詳細に示した図である。第１実施形態における図７の構造にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに１つ増やしたものである。第２実施形態との違いは、２つの障壁層のドーピング濃度が同一ではないことである。
【００８９】
図２８においては、Ｎ−ＩｎＰからなるＮクラッド層１０と、Ｐ−ＩｎＰからなるＰクラッド層１２と、Ｎクラッド層１０とＰクラッド層１２とに挟まれた活性層１１とが示されている。
【００９０】
活性層１１は、多重量子井戸構造からなる。多重量子井戸構造は、それぞれの厚みが例えば８ｎｍの井戸層５と障壁層４とが交互に積層され、井戸層５が例えば１３層、障壁層４が例えば１２層積層されている。図２８に示された多重量子井戸構造では、全ての井戸層５の電界非印加時の吸収端は一致している。ここで、多重量子井戸構造はＡｌＧａＩｎＡｓ系を仮定しているが、これは一例であって、当該材料系に限定されるものではない。
【００９１】
障壁層４のうち、Ｐクラッド層１２に最も近い障壁層４ａ１、および、障壁層４ａ１に最も近い障壁層４ｂ１には、Ｎ型ドーピングが施されている。障壁層４ａ１（第１障壁層）のＮ型ドーピング濃度は障壁層４ｂ１（第２障壁層）のＮ型ドーピング濃度よりも１０％程度高く、それぞれ１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００９２】
＜動作＞
この場合の、多重量子井戸構造にかかる電界の変化量を図２９に示す。図２９においては、横軸は基準の逆バイアス電圧（Ｖ）、縦軸は電界の変化量［Ｅ（Ｖ＋１）−Ｅ（Ｖ）］（ｋＶ／ｃｍ）をそれぞれ示している。また、Ｎクラッド層１０側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を点線で、Ｐクラッド層１２側における量子井戸構造にかかる、電界平均値の変化量を実線でそれぞれ示している。第１実施形態の場合と同じように、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量に着目すると、図２９における基準の逆バイアス電圧３Ｖ以下の方が、それを超える場合よりも変化量が大きい。つまり、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量の逆バイアス依存性が、基準の逆バイアス電圧３Ｖを境に異なるという特徴を持つ。
【００９３】
このような電界変化の逆バイアス電圧依存性を持つ場合に、屈折率の逆バイアス電圧依存性、変調時の位相の変化量およびαパラメータがどのように変化しているかについて、前提技術の構造との比較を踏まえて第１実施形態と同様に図３０〜３２に示す。
【００９４】
図３０から、プッシュプル電圧が±Ｖπの時の屈折率変化量が同じであるにもかかわらず、図２８の構造における屈折率の逆バイアス電圧依存性の曲線の方が、僅かではあるものの前提技術の構造よりも上方に存在しており、非線形性が緩やかになっているのがわかる。また、図３１から、プッシュプル電圧を０からＶπとした場合に、図２８の構造における変調時の位相の変化量の方が前提技術の構造よりも抑えられていることがわかる。さらに、図３２から、特にプッシュプル電圧がＶπ付近の時において比較すると、図２８の構造におけるαパラメータの方が前提技術の構造よりも０に近づけられているのがわかる。
【００９５】
以上のように、Ｎ型ドーピングを施した障壁層とＰクラッド層とから形成されたＰＮ接合によって、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【００９６】
上記各実施形態に関して、以下のような指標を導入してαパラメータを定量的に比較する。伝送特性と相関が取れることから、一般によく用いられるαパラメータの指標として、図３における点Ｒに示されるように、最大の光出力から、光出力が３ｄＢ低下したところのプッシュプル電圧でのαパラメータの値が挙げられる。この値をα（３ｄＢ）と表記し、前提技術の構造と上記各実施形態とを比較した図を図３３に示す。前提技術の構造よりもα（３ｄＢ）の絶対値の値が小さくなっており、０に近くなっていることがわかる。
【００９７】
また、前提技術の構造と上記各実施形態とに関して、αパラメータ（３ｄＢ）と変調損失（ｄＢ）の関係を図３４に示す。第３実施形態のみが、αパラメータと変調損失とのトレードオフから脱却できておらず、αパラメータ（３ｄＢ）の改善に伴って変調損失の増加がみられる。しかし、その他の実施形態においては、変調損失およびαパラメータ（３ｄＢ）ともに、前提技術の構造よりも改善していることがわかる。
【００９８】
＜効果＞
本実施形態によれば、第２障壁層（障壁層４ｂ１）が、第１障壁層（障壁層４ａ１）よりも低い濃度でＮ型ドーピングされている。
【００９９】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【０１００】
＜第６実施形態＞
＜構成＞
図３５に、本実施形態における半導体ＭＺ変調器の変調部の断面図を示す。変調部はハイメサ構造であり、ＮドープされたＮ−ＩｎＰ基板９上には、ＮドープされたＮクラッド層１０が形成され、Ｎクラッド層１０上には、活性層１１が積層される。ここで、活性層１１は、交互に積層された複数の井戸層と障壁層とを備え、すべての井戸層は、無電界状態で吸収端が一致している。また、活性層１１上にはＰクラッド層１２が順に形成される。さらに、Ｎ−ＩｎＰ基板９上とＰクラッド層１２上には、それぞれＮ側電極１４とＰ側の電極１３とが形成されている。
【０１０１】
ここで、電極、活性層１１以外のこれらの組成、厚み、ドーピング濃度とその極性を表１に示す。なお、表１におけるＰクラッド層１２ａおよびＰクラッド層１２ｂは、Ｐクラッド層１２を構成するものとする。
【０１０２】
【表１】
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【０１０３】
活性層１１は、Ｐクラッド層１２からＮクラッド層１０に向かって、厚みが８ｎｍの井戸層が１２層と、障壁層が１３層とが交互に積層されて構成されている。これらの障壁層の材料系はＩｎＧａＡｌＡｓであり、組成は１０３０ｎｍである。井戸層の組成は、どちらの井戸層厚みでも吸収端波長が１４５５ｎｍと揃うように成長される。
【０１０４】
活性層１１は、図７に示されるように、Ｐクラッド層１２に最も近い障壁層４ａにはＮ型ドーピングが施されている。その他の活性層１１中の井戸層および障壁層のドーピング濃度は１．０×１０１６ｃｍ−３であり、活性層１１の中心よりもＮクラッド層１０側の活性層１１ではドーピングの極性はＮ型、活性層１１の中心よりもＰクラッド層１２側の活性層１１ではＰ型としている。
【０１０５】
活性層１１において、Ｎ型ドーピングが施されていない障壁層４の厚みを８ｎｍ、Ｎ型ドーピングが施された障壁層４ａの厚みを７、８、９ｎｍとし、ドーピング濃度の下限を厚みに応じてそれぞれ５．１×１０１７ｃｍ−３、８．３×１０１７ｃｍ−３、７．８×１０１７ｃｍ−３とする。
【０１０６】
Ｎ型ドーピングされた障壁層４ａの各厚みに対して、上記のようなドーピング濃度を設定した理由を以下に述べる。
【０１０７】
前提技術の構造よりもαパラメータを０に近づけることができている第１〜４実施形態の、電界変化量と基準バイアスの関係図（図８、図１４、図１９および図２４）において、Ｐ側量子井戸にかかる電界変化量に共通している特徴は、基準の逆バイアス電圧３Ｖ以下の方がそれを超える場合よりも変化量が大きいこと、および、電界の変化量が基準の逆バイアス電圧が０Ｖである時に最大を示していること、である。
【０１０８】
これは、障壁層４ａがＰクラッド層１２とＰＮ接合を形成できるよう十分にドーピングされており、前提技術の構造よりも電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。障壁層４ａのＮ型ドーピング濃度が薄ければ、Ｐクラッド層１２と十分に大きなビルトインポテンシャルを持つようなＰＮ接合を形成できない。その結果、量子井戸にかかる電界変化量に非線形性を与えることができず、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を従来よりも小さくできない。よってαを０に近づけることができない。以上のことから、障壁層４ａのＮ型ドーピング濃度には下限値が存在すると考えられる。
【０１０９】
αパラメータと障壁層４ａのＮ型ドーピング濃度との関係を調べるために、図３６〜３８に、障壁層４ａの厚みを７、８、９ｎｍとし、障壁層４ａのＮ型ドーピング濃度を厚みに応じて２．０×１０１７ｃｍ−３〜５．５×１０１７ｃｍ−３、５．０×１０１７ｃｍ−３〜９．０×１０１７ｃｍ−３、６．５×１０１７ｃｍ−３〜８．５×１０１７ｃｍ−３とした場合のαパラメータの変化を示す。
【０１１０】
図３６〜３８の横軸のドーピング濃度は１０を底とした対数表記である。ここで示すαパラメータは第５実施形態で述べたように、最大の光出力から、光出力が３ｄＢ低下したところのプッシュプル電圧でのαパラメータの値である。
【０１１１】
これらの図から、ドーピング濃度が低いところではαパラメータがゆるやかに変化し、ある程度ドーピング濃度を高くするとαパラメータが大きく変化することがわかる。αパラメータのドーピング濃度依存性が大きく変化しているところを境目に、障壁層４ａとＰクラッド層１２とが十分にＰＮ接合を形成していると考えられる。
【０１１２】
また、図３６〜３８にはＮ型ドーピング濃度の下限値を求めるためのしきい値も示されている。前提技術におけるαパラメータと本発明のαパラメータとの差が明瞭に現れるように、しきい値は前提技術の構造におけるαパラメータ（−０．１９）にαパラメータの測定誤差を足した値とした。αパラメータを実測する際の測定誤差は一般に±０．０２〜０．０４であるため、−０．１９＋０．０４＝−０．１５をここでは表示している。以上のことから、αパラメータが−０．１５以上の値であれば、前提技術よりも明確に改善していると判断できる。
【０１１３】
これらの図から、障壁層４ａの厚みが７、８、９ｎｍである場合、前提技術の構造におけるαパラメータよりも改善するような、障壁層４ａに対するＮ型ドーピング濃度の下限はそれぞれ５．１×１０１７ｃｍ−３、８．３×１０１７ｃｍ−３、７．８×１０１７ｃｍ−３であることがわかる。
【０１１４】
これらの範囲をまとめたものを図３９に示す。障壁層４ａの厚みをｘｔとすると、ドーピング濃度の対数の下限は９．５４＋２ｘｔ−０．１２ｘｔ２と近似することができる。このような下限値以上となるようにＮ型ドーピングを障壁層に施すことによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができる、電界変化量の逆バイアス電圧依存性を与えるようなＰＮ接合が障壁層とＰクラッド層とに形成されると考えられる。
【０１１５】
＜効果＞
本実施形態によれば、厚みｘｔである第１障壁層（障壁層４ａ）に施されるＮ型ドーピング濃度の対数が、９．５４＋２ｘｔ−０．１２ｘｔ２以上である。
【０１１６】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【０１１７】
＜第７実施形態＞
＜構成＞
第７実施形態は第６実施形態における活性層１１の構造（図７）にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに１つ増やしたものである。第７実施形態における活性層１１の構造は図１３である。ここで、障壁層４ａ１と障壁層４ａ２の厚みは等しく、また、Ｎ型ドーピング濃度も等しい。Ｎ型ドーピングが施されていない障壁層４の厚みを８ｎｍ、Ｎ型ドーピングが施された障壁層４ａ１および障壁層４ａ２の厚みを８、９、１０ｎｍとし、ドーピング濃度の下限を厚みに応じてそれぞれ４．７×１０１７ｃｍ−３、１．９×１０１７ｃｍ−３、１．５８×１０１７ｃｍ−３とする。Ｎ型ドーピングされた障壁層４ａ１の厚み、および、障壁層４ａ２の厚みにおいて、上記のようなドーピング濃度を設定した理由を以下に述べる。
【０１１８】
第６実施形態と同様に、Ｎ型ドーピングされた障壁層の厚みにおいて、αパラメータと障壁層のＮ型ドーピング濃度との関係を調べるために、図４０〜４２に障壁層４ａ１および障壁層４ａ２の厚みを８、９、１０ｎｍとし、障壁層４ａ１および障壁層４ａ２のＮ型ドーピング濃度を、厚みに応じて２．０×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３、１．０×１０１７ｃｍ−３〜２．５×１０１７ｃｍ−３、７．０×１０１６ｃｍ−３〜１．０×１０１８ｃｍ−３とした場合のαパラメータの変化を示す。図４０〜４２の横軸のドーピング濃度は１０を底とした対数表記である。また、図４０〜４２には、Ｎ型ドーピング濃度の下限値を求めるためのしきい値も示した。
【０１１９】
これらの図から、ドーピング濃度が低いところではαパラメータがゆるやかに変化し、ある程度ドーピング濃度を高くするとαパラメータが大きく変化することがわかる。αパラメータのドーピング濃度依存性が大きく変化しているところを境目に障壁層４ａ１および障壁層４ａ２とＰクラッド層１２とが十分にＰＮ接合を形成していると考えられる。
【０１２０】
また、これらの図から、障壁層４ａ１および障壁層４ａ２の厚みが８、９、１０ｎｍである場合、前提技術の構造におけるαパラメータよりも改善するような、障壁層４ａ１および障壁層４ａ２に対するＮ型ドーピング濃度の下限はそれぞれ４．７×１０１７ｃｍ−３、１．９×１０１７ｃｍ−３、１．５８×１０１７ｃｍ−３であることがわかる。
【０１２１】
これらの範囲をまとめたものを図４３に示す。障壁層４ａ１、障壁層４ａ２の厚みの総和をｘｔとすると、ドーピング濃度の対数の下限は３２−１．５４ｘｔ＋０．０４ｘｔ２と近似することができる。このような下限値以上となるようにＮ型ドーピングを障壁層に施すことによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができる、電界変化量の逆バイアス電圧依存性を与えるようなＰＮ接合が障壁層とＰクラッド層とに形成されると考えられる。
【０１２２】
＜効果＞
本実施形態によれば、複数の障壁層４の厚みの総和がｘｔであるような第１障壁層（障壁層４ａ１）と第２障壁層（障壁層４ａ２）に施されるＮ型ドーピング濃度の対数が、３２−１．５４ｘｔ＋０．０４ｘｔ２以上である。また、第１障壁層（障壁層４ａ１）と第２障壁層（障壁層４ａ２）は同一の濃度でＮ型ドーピングされている。
【０１２３】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【０１２４】
＜第８実施形態＞
＜構成＞
第８実施形態は第６実施形態における活性層１１の構造（図７）にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに２つ増やしたものである。第８実施形態における活性層１１の構造は図１８である。ここで、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３の厚みは等しく、また、Ｎ型ドーピング濃度も等しい。Ｎ型ドーピングが施されていない障壁層４の厚みを８ｎｍ、Ｎ型ドーピングが施された障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３の厚みを８、９、１０ｎｍとし、ドーピング濃度の下限を厚みに応じてそれぞれ１．８×１０１７ｃｍ−３、２．２×１０１７ｃｍ−３、５．２×１０１７ｃｍ−３とする。Ｎ型ドーピングされた障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３の厚みにおいて、上記のようなドーピング濃度を設定した理由を以下に述べる。
【０１２５】
第６実施形態と同様に、Ｎ型ドーピングされた障壁層の厚みにおいて、αパラメータと障壁層のＮ型ドーピング濃度との関係を調べるために、図４４〜４６に障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３の厚みを８、９、１０ｎｍとし、障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３のＮ型ドーピング濃度を厚みに応じて９．５×１０１６ｃｍ−３〜９．０×１０１７ｃｍ−３、９．０×１０１６ｃｍ−３〜４．２×１０１７ｃｍ−３、１．０×１０１７ｃｍ−３〜７．０×１０１７ｃｍ−３とした場合のαパラメータの変化を示す。図４４〜４６の横軸のドーピング濃度は１０を底とした対数表記である。また、図４４〜４６には、Ｎ型ドーピング濃度の下限値を求めるためのしきい値も示した。
【０１２６】
図４４から、しきい値との比較により、障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３の厚みが８ｎｍの場合はαがゆるやかに立ち上がる点のＮ型ドーピング濃度を施すことによって、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えるようなＰＮ接合が障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３とＰクラッド層１２との間に形成されていると考えられる。図４５、４６から、これまでと同様にドーピング濃度が低いところではαパラメータがゆるやかに変化し、ある程度ドーピング濃度を高くするとαパラメータが大きく変化することがわかる。αパラメータのドーピング濃度依存性が大きく変化しているところを境目に障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３とＰクラッド層１２とが十分にＰＮ接合を形成していると考えられる。
【０１２７】
また、これらの図から、障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３の厚みが８、９、１０ｎｍである場合、前提技術の構造におけるαパラメータよりも改善するような、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２および障壁層４ａ３に対するＮ型ドーピング濃度の下限はそれぞれ１．８×１０１７ｃｍ−３、２．２×１０１７ｃｍ−３、５．２×１０１７ｃｍ−３であることがわかる。
【０１２８】
これらの範囲をまとめたものを図４７に示す。障壁層４ａ１〜障壁層４ａ３の厚みの総和をｘｔとすると、ドーピング濃度の対数の下限は２６．７−０．７８ｘｔ＋０．０１６ｘｔ２と近似することができる。このような下限値以上となるようにＮ型ドーピングを障壁層に施すことによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができる、電界変化量の逆バイアス電圧依存性を与えるようなＰＮ接合が障壁層とＰクラッド層とに形成されると考えられる。
【０１２９】
＜効果＞
本実施形態によれば、複数の障壁層４の厚みの総和がｘｔであるような第１障壁層（障壁層４ａ１）と第２障壁層（障壁層４ａ２）および第３障壁層（障壁層４ａ３）に施されるＮ型ドーピング濃度の対数が、２６．７−０．７８ｘｔ＋０．０１６ｘｔ２以上である。また、第１障壁層（障壁層４ａ１）と第２障壁層（障壁層４ａ２）および第３障壁層（障壁層４ａ３）は同一の濃度でＮ型ドーピングされている。
【０１３０】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【０１３１】
＜第９実施形態＞
＜構成＞
第９実施形態は第６実施形態における活性層１１の構造（図７）にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに１つ増やしたものである。第９実施形態における活性層１１の構造は図２３である。第７実施形態との違いは、図２３に示されるように、Ｎ型ドーピングが施された２つの障壁層が隣接していないことである。なお、２つの障壁層が離れる間隔は、図２３に示された場合（１層の障壁層を隔てる間隔）には限られない。
【０１３２】
ここで、障壁層４ａ１と障壁層４ａ４の厚みは等しく、また、Ｎ型ドーピング濃度も等しい。Ｎ型ドーピングが施されていない障壁層４の厚みを８ｎｍ、Ｎ型ドーピングが施された障壁層４ａ１、障壁層４ａ４の厚みを８、９、１０ｎｍとし、ドーピング濃度の下限を厚みに応じてそれぞれ６．２５×１０１７ｃｍ−３、６．５×１０１７ｃｍ−３、２．７×１０１７ｃｍ−３とする。Ｎ型ドーピングされた障壁層４ａ１および障壁層４ａ４の厚みにおいて、上記のようなドーピング濃度を設定した理由を以下に述べる。
【０１３３】
第６実施形態と同様に、Ｎ型ドーピングされた障壁層の厚みにおいて、αパラメータと障壁層のＮ型ドーピング濃度との関係を調べるために、図４８〜５０に障壁層４ａ１、障壁層４ａ４の厚みを８、９、１０ｎｍとし、障壁層４ａ１、障壁層４ａ２のＮ型ドーピング濃度を厚みに応じて４．８×１０１７ｃｍ−３〜８．０×１０１７ｃｍ−３、５．１×１０１７ｃｍ−３〜７．０×１０１７ｃｍ−３、１．０×１０１７ｃｍ−３〜５．０×１０１７ｃｍ−３とした場合のαパラメータの変化を示す。図４８〜５０の横軸のドーピング濃度は１０を底とした対数表記である。また、図４８〜５０には、Ｎ型ドーピング濃度の下限値を求めるためのしきい値も示した。
【０１３４】
これらの図から、ドーピング濃度が低いところではαパラメータがゆるやかに変化し、ある程度ドーピング濃度を高くするとαパラメータが大きく変化することがわかる。αパラメータのドーピング濃度依存性が大きく変化しているところを境目に障壁層４ａ１および障壁層４ａ４とＰクラッド層１２とが十分にＰＮ接合を形成していると考えられる。
【０１３５】
また、これらの図から、障壁層４ａ１および障壁層４ａ４の厚みが８、９、１０ｎｍである場合、前提技術の構造におけるαパラメータよりも改善するような、障壁層４ａ１および障壁層４ａ４に対するＮ型ドーピング濃度の下限はそれぞれ６．２５×１０１７ｃｍ−３、６．５×１０１７ｃｍ−３、２．７×１０１７ｃｍ−３であることがわかる。
【０１３６】
これらの範囲をまとめたものを図５１に示す。障壁層４ａ１および障壁層４ａ４の厚みの総和をｘｔとすると、ドーピング濃度の対数の下限は３．３＋１．７ｘｔ−０．０５ｘｔ２と近似することができる。このような下限値以上となるようにＮ型ドーピングを障壁層に施すことによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができる、電界変化量の逆バイアス電圧依存性を与えるようなＰＮ接合が障壁層とＰクラッド層とに形成されると考えられる。
【０１３７】
＜効果＞
本実施形態によれば、複数の障壁層４の厚みの総和がｘｔであるような第１障壁層（障壁層４ａ１）と第４障壁層（障壁層４ａ４）に施されるＮ型ドーピング濃度の対数が、３．３＋１．７ｘｔ−０．０５ｘｔ２以上である。また、第１障壁層（障壁層４ａ１）と第４障壁層（障壁層４ａ４）は同一の濃度でＮ型ドーピングされている。
【０１３８】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【０１３９】
＜第１０実施形態＞
＜構成＞
第１０実施形態は第６実施形態における活性層１１の構造（図７）にＮ型ドーピングを施す障壁層をさらに１つ増やしたものである。第１０実施形態における活性層１１の構造は図２８である。第７実施形態との違いは、２つの障壁層のドーピング濃度が同一ではないことである。
【０１４０】
ここで、障壁層４ａ１と障壁層４ｂ１の厚みは等しく８ｎｍである。また、Ｎ型ドーピングが施されていない障壁層４の厚みも８ｎｍである。障壁層４ａ１のＮ型ドーピング濃度が、５．５×１０１７ｃｍ−３、６．０×１０１７ｃｍ−３、７．５×１０１７ｃｍ−３であるとき、障壁層４ｂ１に施されるＮ型ドーピング濃度の下限をそれぞれ１．５５×１０１７ｃｍ−３、９．３８×１０１６ｃｍ−３、１．６×１０１６ｃｍ−３とする。障壁層４ｂ１に施すＮ型ドーピング濃度について、上記のような下限を設定した理由を以下に述べる。
【０１４１】
障壁層４ａ１および障壁層４ｂ１の各Ｎ型ドーピング濃度とαパラメータとの関係を調べるために、図５２〜５４に障壁層４ａ１のドーピング濃度を５．５×１０１７ｃｍ−３、６．０×１０１７ｃｍ−３、７．５×１０１７ｃｍ−３とし、障壁層４ｂ１のＮ型ドーピング濃度をそれぞれ６．０×１０１６ｃｍ−３〜２．０×１０１７ｃｍ−３、８．５×１０１６ｃｍ−３〜１．０×１０１７ｃｍ−３、０．９×１０１６ｃｍ−３〜３．０×１０１６ｃｍ−３とした場合のαパラメータの変化を示す。図５２〜５４の横軸のドーピング濃度は１０を底とした対数表記である。また、図５２〜５４には、これまでと同様にＮ型ドーピング濃度の下限値を求めるためのしきい値も示した。
【０１４２】
これらの図から、ドーピング濃度が低いところではαパラメータがゆるやかに変化し、ある程度ドーピング濃度を高くするとαパラメータが大きく変化することがわかる。αパラメータのドーピング濃度依存性が大きく変化しているところを境目に障壁層４ａ１および障壁層４ｂ１とＰクラッド層１２とが十分にＰＮ接合を形成していると考えられる。
【０１４３】
また、これらの図から、障壁層４ａ１のドーピング濃度が５．５×１０１７ｃｍ−３、６．０×１０１７ｃｍ−３、７．５×１０１７ｃｍ−３である場合、前提技術の構造におけるαパラメータよりも改善するような、障壁層４ｂ１に対するＮ型ドーピング濃度の下限はそれぞれ１．５５×１０１７ｃｍ−３、９．３８×１０１６ｃｍ−３、１．６×１０１６ｃｍ−３であることがわかる。
【０１４４】
これらの範囲をまとめたものを図５５に示す。障壁層４ａ１に施されたＮ型ドーピング濃度をｘｄｐとすると、障壁層４ｂ１に施されるドーピング濃度の対数の下限は１４９−７．４４ｘｄｐと近似することができる。このような下限値以上となるようにＮ型ドーピングを障壁層４ｂ１に施すことによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができる、電界変化量の逆バイアス電圧依存性を与えるようなＰＮ接合が障壁層とＰクラッド層に形成されると考えられる。
【０１４５】
＜効果＞
本実施形態によれば、第１障壁層（障壁層４ａ１）に施されたＮ型ドーピング濃度ｘｄｐとするとき、第２障壁層（障壁層４ｂ４）に施されるＮ型ドーピング濃度の対数が、１４９−７．４４ｘｄｐ以上である。
【０１４６】
このような構成によれば、電界変化量の逆バイアス電圧依存性に非線形性を与えることができる。これによって、屈折率の逆バイアス電圧依存性の非線形性を緩やかにし線形に近づけることができ、従来よりもαパラメータを０に近づけることができる。
【０１４７】
上記実施形態では、各構成要素の材質、材料または実施の条件等についても記載しているが、これらはすべての局面において例示であって記載したものに限られるものではない。よって、例示されていない無数の変形例（任意の構成要素の変形または省略、さらには、異なる実施形態間の自由な組み合わせを含む）が、本発明の範囲内において想定され得る。
【符号の説明】
【０１４８】
２  分岐部、４，４ａ，４ａ１〜４ａ４，４ｂ１，４ｂ４  障壁層、５  井戸層、９  Ｎ−ＩｎＰ基板、１０  Ｎクラッド層、１１  活性層、１２，１２ａ，１２ｂ  Ｐクラッド層、１３，１４，１０１  電極、１０２  分岐部、１０３  導波路、１０４  合波部、１０５  入射光導波路、１０６  出射光導波路、１０７  位相変調部、１０８  πシフタ。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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