(57)【要約】【課題】パイルアップ効果が低減されて、出力波形の品質（アイパターン品質）が良好であり、かつ導波モードの非対称性を極力抑えてＮＦＰが対称な形状の光ファイバとの結合損失を低減できる光変調器素子を提供する。【解決手段】Ｎ型クラッド層上に光が伝搬する方向にストライプ状の変調層、バッファ層、Ｐ型クラッド層を順次積層した構造の光変調器素子において、変調層よりＰ型アクセプタレベル分のエネルギーだけバンドギャップエネルギーの大きな組成とするバッファ層とノンドープ又はＰ型クラッド層を変調層の光伝送方向に対し、少なくとも各１個所以上形成した構造とすることにより変調層と光ファイバの結合損失を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型クラッド層上に光が伝搬する方向にストライプ状の変調層、バッファ層、Ｐ型クラッド層を順次積層した構造の光変調器素子において、
変調層よりＰ型アクセプタレベル分のエネルギーだけバンドギャップエネルギーの大きな組成とするバッファ層とノンドープ又はＰ型クラッド層を変調層の光伝送方向に対し、少なくとも各１個所以上形成した構造とすることにより変調層と光ファイバの結合損失を低減することを特徴とする光変調器素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ通信装置におけるトランスミッタで高速の電気信号を光のＯＮ／ＯＦＦ信号に変換する半導体光変調器素子に関するもので、特に、光の損失を低減し、かつ光波形品質の良好な（アイパターンが良好な）半導体光変調器素子を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来例１の光変調器素子の構成を示す。
光変調器素子は、ストライプ状の光変調層の上下にＰ型クラッド層とＮ型クラッド層を設け、その外表面にＰ電極、Ｎ電極を設けて構成される。Ｐ電極、Ｎ電極には逆バイアス電圧を印加することにより、光変調層の一方に面から入射された光は印加電界により変調されて他方の面から放射される。
従来例１では、光変調層の上下に直接Ｐ型，Ｎ型クラッド層を設けており、光変調層がコアとなる光導波路構造とするためにクラッド層の屈折率は光変調層のそれより小さく設定するために同時にバンドギャップエネルギーが大きくなっている。例えば、１．５５μｍ帯の光変調器素子では光変調層にそのバンドギャップエネルギーが１．４５〜１．５０μｍ程度となる組成のＩｎＧａＡｓＰやこの吸収端エネルギーとなるようなＭＱＷ構造が用いられ、クラッド層としてはＩｎＰを用いることが多い。
したがって、光変調層とクラッド層では、そのバンドギャップエネルギーが、０．６ｅＶ程度の差があり、光変調層では光が吸収されて生じるキャリアがこの障壁によって光変調層内に閉じ込められた状態となる。この光変調器素子が高速応答するためには、この生成キャリアが障壁を感じることなく、上下に設けた金属電極へ移動できることが重要である。このようなキャリアの部分的蓄積現象をパイルアップ効果と呼び、その起こり易さはエネルギー障壁が高いほど、キャリア自身の有効質量が大きいほど大きく、したがって、生成キャリアのうち有効質量の大きいホールに関して、その障壁を小さくしてやることが重要である。
このホールのパイルアップ効果を低減するために、例えば図３の従来例２（特許文献１  参照）に示すように光変調層とＰ型クラッド層の間に光変調層よりもバンドギャップが数十ｍｅＶ（室温のエネルギーと同程度）大きなバッファ層を挿入し、その内部にＰ／Ｎ接合があるようにすることで、大きなエネルギー段差をなくして光変調層内で生じたホールが容易にバッファ層内に移動でき、かつバッファ層内にＰ／Ｎ接合があることで、バッファ層内からＰ型クラッド層内への移動も容易にすることができた。
従来例２のＮ型クラッド層、変調層、バッファ層、Ｐ型クラッド層のそれぞれの材料、バンドギャップエネルギーを表１に示す。バッファ層のバンドギャップエネルギーは組成の比率を変えることで変化させることができる。
【表１】
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Ｎ型、Ｐ型のドーピング材料にはＳｅとＺｎを用いた場合、バッファ層のバンドギャップエネルギー中にできるＺｎのアクセプタレベルは、およそ３３ｍｅＶである。変調層のバンドギャップエネルギーは８３２ｍｅＶであることから、バッファ層のバンドギャップエネルギーは、
（バッファ層のバンドギャップエネルギー）
＝（変調層のバンドギャップエネルギー）＋（Ｐ型ドーピング材料が作るアクセプターレベル）
より、８６５ｍｅＶとなる。バッファ層を設けることにより大きなエネルギーの段差は見られなくなり、ホールの蓄積は生じることはなくなる。また、Ｐ−Ｎ接合部はバッファ層内の任意の場所に設定することができ、例えば、Ｐ型クラッド層側に生成することで素子の静電容量を低減することができる。従来例２においては、変調層とバッファ層が光の吸収に寄与する。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００１−３５６９５４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例２では、光変調層とＰ型クラッド層の間に光変調層よりも少しバンドギャップエネルギーが大きいバッファ層を挿入したために光変調層で生成されたホールのパイルアップ効果は大幅に低減できているがこのように光変調層に近いバンドギャップエネルギーのバッファ層を挿入したために、導波路としての屈折率分布が変わり、もっとも大きな屈折率の領域の上にやや屈折率の小さいバッファ層があり、これら２層がコアとなって、これらの上下を屈折率の小さい両クラッド層を挟んだような構造となっており、上下非対称の構造であるために、この導波路の導波モード（ＮＦＰ（ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ    ｐａｔｔｅｒｎ）：ニアフィールドパターン）が上下非対称となってしまった（図３参照）。したがって、この素子と光ファイバの光学的結合をさせようとすると光ファイバのＮＦＰは対称な形状であるので、この２者のＮＦＰのかさなり合いが小さくなって、モジュールとして構成した場合の光損失が非常に大きくなってしまった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｎ型クラッド層上に光が伝搬する方向にストライプ状の変調層、バッファ層、Ｐ型クラッド層を順次積層した構造の光変調器素子において、変調層よりＰ型アクセプタレベル分のエネルギーだけバンドギャップエネルギーの大きな組成とするバッファ層とノンドープ又はＰ型クラッド層を変調層の光伝送方向に対し、少なくとも各１個所以上形成した構造とすることによりＮＦＰを上下ほぼ対称とすることができ、変調層と光ファイバの結合損失を低減することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の光変調器素子の構成を図１に示す。
本発明では、従来例２における光変調層より数十ｍｅＶバンドギャップエネルギーが大きなバッファ層をＰ型クラッド層との間に設け、かつこの層内にＰ／Ｎ接合を置くことにより、光変調層内で生成されたホールがバッファ層を介してＰ型クラッド層に容易に移動できる現象を光変調層のストライプ方向（Ｐ電極方向）全体に起こさせるのではなく、部分的に設けることでもキャリア（ホール）が光変調層内をストライプ方向には容易に移動可能であるため全体に設けた場合に比べてキャリアのパイルアップ効果は遜色なく防止できる。さらにこのように屈折率分布が上下非対称部分のストライプ方向全体に対する割合を減らすことでこの導波路構造の導波モードの非対称性を低減することができる。
また、ホールのパイルアップの起こり易さは、発生キャリア数にも依存するため、光の入射側付近にこのバッファ層のある領域の密度を高く出射側にいくにつれて密度を低くするような構成とすることで導波路の導波モードの非対称性を極力小さくし、かつ十分なキャリアのパイルアップ効果防止を実現することができる。
【０００７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光変調器素子は、パイルアップ効果が低減されて、出力波形の品質（アイパターン品質）が良好であり、かつ導波モードの非対称性を極力抑えることができるので、ＮＦＰが対称な形状の光ファイバとの結合損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光変調器素子の構成図。
【図２】従来例１の光変調器素子の構成図。
【図３】従来例２の光変調器素子の構成図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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