(57)【要約】【課題】高い入力光量に対する耐性の向上を図る。【解決手段】半導体の積層構造よりなり、ｎ型クラッド層（ｎ−ＩｎＰ基板１）とｐ型クラッド層（ｐ−ＩｎＰクラッド層５）の間に光導波路層であるＩｎＧａＡｓＰ変調層２と非ドープのＩｎＰクラッド層４とを少なくとも有し、変調層２に電界を印加して光吸収係数を変化させることにより光の強度変調を行う電気吸収型光変調器素子において、非ドープのＩｎＰクラッド層４の厚さを変調層２の光導波方向に沿って変化させ、光入力端面側の厚さを他より厚くする。変調層２に作用する電界の強度を光入力端面側で相対的に弱くすることができ、よって光吸収・発熱を分散させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の積層構造よりなり、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の間に光導波路層である変調層と非ドープのクラッド層とを少なくとも有し、変調層に電界を印加して光吸収係数を変化させることにより光の強度変調を行う電気吸収型光変調器素子において、
上記非ドープのクラッド層の厚さを上記変調層の光導波方向に沿って変化させ、光入力端面側の厚さを他より厚くしたことを特徴とする電気吸収型光変調器素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は外部から入力される光を強度変調する電気吸収型光変調器素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気吸収型光変調器素子は光導波路層に電界を印加し、フランツケルディッシュ効果あるいは量子シュタルク効果により光の吸収係数を変化させて光の強度を変調する素子である。
図３は半導体の積層構造よりなる電気吸収型光変調器素子の従来構成例を示したものであり、ｎ−ＩｎＰ基板１の上に順次、ＩｎＧａＡｓＰ変調層２、ＩｎＧａＡｓＰパイルアップ阻止層３、ＩｎＰクラッド層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミックコンタクト層６が形成されている。
【０００３】
ｎ−ＩｎＰ基板１はクラッド層をなすもので、このｎ型クラッド層とｐ−ＩｎＰクラッド層５よりなるｐ型クラッド層との間に、この例では光導波路層であるＩｎＧａＡｓＰ変調層２とＩｎＧａＡｓＰパイルアップ阻止層３と非ドープのＩｎＰクラッド層４とが介在されている。
ｐ−ＩｎＰクラッド層５と共にクラッド層をなす非ドープのＩｎＰクラッド層４はＩｎＧａＡｓＰ変調層２に光を閉じ込めると共にｐ側のキャリアの拡散を防ぎ、さらに正孔のパイルアップを阻止するＩｎＧａＡｓＰパイルアップ阻止層３とｐ−ＩｎＰクラッド層５とのバンドの連続性を担保するために設けられている。
【０００４】
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミックコンタクト層６はバンドを調整して金属電極とのオーミックコンタクトを容易にするためのものである。図３においてはｎ−ＩｎＰ基板１の下面及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミックコンタクト層６の上面に設けられる金属電極の図示は省略している。なお、ＦｅをドープしたＩｎＰよりなるＦｅ−ＩｎＰ層７はＩｎＧａＡｓＰ変調層２を取り囲んで光閉じ込め構造を形成している。
上記のような構成を有する電気吸収型光変調器素子ではＩｎＧａＡｓＰ変調層２に光を入射し、変調信号電圧を電極間に印加してＩｎＧａＡｓＰ変調層２に電界を印加することにより、ＩｎＧａＡｓＰ変調層２の光の吸収係数が変化して出射光の強度が変調されるものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２２８３３号公報（図６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電気吸収型光変調器素子においては、図３に示したようにｐ−ＩｎＰクラッド層５と非ドープのＩｎＰクラッド層４とよりなるクラッド層の厚さは均一であり、特に非ドープのＩｎＰクラッド層４の厚さが均一であるため、この電気吸収型光変調器素子に電圧を印加した際に、ＩｎＧａＡｓＰ変調層２に生じる電界は、光導波方向について均一であり、よってＩｎＧａＡｓＰ変調層２の光吸収係数にも分布はない。
このようなＩｎＧａＡｓＰ変調層２に高い光量の光が入力すると、指数関数的に光は減衰し、主たる光吸収は光入力端面近傍で発生することになる。電気吸収型光変調器素子の場合、吸収された光は電流へと変化し、こうして発生した吸収電流によって発熱が起こる。そして、このような発熱は電気吸収型光変調器素子の劣化を招き、これが電気吸収型光変調器素子における高光量入力時の主たる故障原因となっている。
【０００７】
従来の構造では、光吸収が光入力端面近傍に集中するために、例えば応答特性の劣化や素子の損傷が生じやすく、よって高い入力光量に対して耐性がないものとなっていた。
この発明の目的はこの問題に鑑み、高い入力光量に対する耐性の向上を図り、よって劣化や故障の発生を回避し、信頼性に優れた電気吸収型光変調器素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、半導体の積層構造よりなり、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の間に光導波路層である変調層と非ドープのクラッド層とを少なくとも有し、変調層に電界を印加して光吸収係数を変化させることにより光の強度変調を行う電気吸収型光変調器素子において、非ドープのクラッド層の厚さが変調層の光導波方向に沿って変化され、光入力端面側の厚さが他より厚くされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による電気吸収型光変調器素子の一実施例を示したものであり、図３と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この例では非ドープのＩｎＰクラッド層４の厚さが従来のように均一ではなく、ＩｎＧａＡｓＰ変調層２の光導波方向に沿って変化しているものとされ、つまり厚さ分布を有するものとされる。厚さ分布は図１Ｂに示したように光導波方向に対して光入力端面側部分４ａの厚さが他の部分４ｂの厚さより厚くされており、即ちこの例では厚さが２段になるように分布を持たせている。
【００１０】
このように非ドープのＩｎＰクラッド層４の厚さに分布を持たせることにより、電界印加作用を担うｐ−ＩｎＰクラッド層５やｐ−ＩｎＧａＡｓＰオーミックコンタクト層６からＩｎＧａＡｓＰ変調層２に至る距離が変化し、その距離の変化によってこの電気吸収型光変調器素子に電圧を印加した際に、ＩｎＧａＡｓＰ変調層２に生じる電界強度に分布を持たせることができ、つまり相対的に光入力端面側は電界が弱くなり、光出力端面側は電界が強くなる。
光吸収の大きさは図２に電圧と透過率の関係を示したように、電界の強さに応じて変化し、よって電界が弱い光入力端面側では相対的に低い光吸収係数を有することになり、電界が強い光出力端面側では高い光吸収係数を有することになる。
【００１１】
この結果、ＩｎＧａＡｓＰ変調層２における光吸収が従来のように光入力端面近傍に集中するといったことが解消され、つまり光吸収に寄与する領域が分散され（長くなり）、よって吸収電流による発熱も分散させることができる。
従って、この例によれば高い光量の光が入力しても光吸収による発熱が分散されるため、従来のような応答特性の劣化や素子損傷といった不具合の発生を回避でき、つまり高い耐性を実現することができる。
上記のような２段の厚さ分布を有する非ドープのＩｎＰクラッド層４の形成は、例えばＩｎＰクラッド層４を厚く成膜した後、光入力端面側部分４ａをマスクで覆い、他の部分４ｂをエッチングすることによって薄くするといった方法で作製することができる。エッチングはウェットエッチング、ドライエッチングのいずれも用いることができる。
【００１２】
上述した実施例では２段になるようにＩｎＧａＡｓＰ変調層２の厚さに分布を持たせているが、例えば２段を超える段数で厚さを変化させてもよく、さらには無段階の連続的な厚さ変化とすることもできる。いずれにおいても光入力端面側の厚さを最も厚くすることで上記のような発熱の分散効果を得ることができる。
なお、変調層にはフランツケルディッシュ効果を主体とするバルク型変調層及び量子シュタルク効果を主体とする多重量子井戸構造（ＭＱＷ）型変調層のいずれをも採用することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば変調層に作用する電界の強度を相対的に光入力端面側で弱くすることができ、よってこの部分での光吸収が弱まると共に、その分はＩｎＰクラッド層の厚さが薄くなって電界が強い領域で吸収するものとなっているため、光吸収による電流発熱を分散させることができる。
従って、高い入力光量に対する耐性の向上を図ることができ、劣化や故障の発生しない信頼性に優れた電気吸収型光変調器素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電気吸収型光変調器素子の一実施例を示す図、Ａは正面図（光入力端面図）、Ｂは断面図。
【図２】電圧と光の透過率との関係を示すグラフ。
【図３】電気吸収型光変調器素子の従来構成例を示す斜視図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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