(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力用導波路に接続された光分波器と、出力用導波路に接続された光合波器と、前記光分波器および前記光合波器の間を接続する２本のアーム導波路とからなるマッハツェンダ干渉計を有し、前記アーム導波路上に形成された電極に駆動電圧を印加することにより、入力された光信号を変調する半導体マッハツェンダ光変調器であって、
前記アーム導波路のコア層は、
ＩｎとＧａとＡｌとＡｓとからなり、引張歪を有する井戸層と、
ＩｎとＡｌとＡｓとからなる障壁層と
を含む多重量子井戸構造を有することを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項２】
前記引張歪の歪量は、０．１％以上０．５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項３】
前記井戸層は、Ｉｎ１−ｘ−ｙＧａｘＡｌｙＡｓ（０．３５≦ｘ≦０．５３，０．０１≦ｙ≦０．１２）であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項４】
前記障壁層は、Ｉｎ１−ｘＡｌｘＡｓ層（０．３２≦ｘ≦０．４８）であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項５】
前記井戸層の厚さは、５．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項６】
前記障壁層の厚さは、５．０ｎｍ以上１０．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項７】
前記多重量子井戸構造の厚さは、０．４μｍ以上０．７５μｍ以下であり、バンドギャップ波長が１．３５μｍ以上１．４５μｍ以下であること特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項８】
前記アーム導波路は、半導体基板上に、
第１の導電性半導体クラッド層と、
第１のノンドープ半導体クラッド層と、
ノンドープ半導体コア層と、
前記第１のノンドープ半導体クラッド層と同じ材料で、かつ同じ厚さの第２のノンドープ半導体クラッド層と、
第２の導電性半導体クラッド層とが順次積層して形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項９】
前記第１の導電性半導体クラッド層と前記第２の導電性半導体クラッド層のうち、どちらか一方がｎ型半導体であり、もう一方がｐ型半導体であることを特徴とする請求項８に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項１０】
前記第１の導電性半導体クラッド層と前記第２の導電性半導体クラッド層の両方がｎ型半導体であり、前記ノンドープ半導体コア層と、前記第１の導電性半導体クラッド層または前記第２の導電性半導体クラッド層の少なくともどちらか一方との間に、ｐ型の第３の導電性半導体クラッド層が挿入されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信などに用いる光変調器であるＩｎＰ系半導体マッハツェンダ光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
増大する通信トラフィック需要に対応するために、光信号の多重度を上げる研究が盛んに行われている。光信号の多重度を上げる具体的な方式として、１シンボルに２値（多重度２）を割り当てることにより伝送容量を２倍にする４値位相変調方式（ＱＰＳＫ）、１シンボルに４値（多重度４）を割り当てることにより伝送容量を４倍にする１６値直交振幅変調方式（１６ＱＡＭ）等の多値光変調方式が知られている。また、光偏波多重により伝送容量を２倍にする方法も知られている。
【０００３】
これらの多値光変調を実行する場合には、光変調器としてＩ／Ｑ変調器が用いられる。Ｉ／Ｑ変調器は、別名直交変調器とも呼ばれ、直交する光電界成分（Ｉチャンネル、Ｑチャンネル）を独立して生成可能な変調器であり、マッハツェンダ（Mach Zehnder）変調器を並列接続した特殊な構成を有している。
【０００４】
近年、光送信器モジュールの小型化、低消費電力化を実現すべく、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：ＬｉＮｂＯ3）を材料とするマッハツェンダ光変調器から、ＩｎＰをはじめとする半導体マッハツェンダ光変調器の研究開発が注目を集めている。
【０００５】
半導体マッハツェンダ光変調器は、従来のＬＮ変調器に比べ、小型であり、低駆動電圧という特徴があるものの、光送信器モジュールのトレンドに従い、より一層の小型化、広帯域化、低消費電力化の実現が求められている。小型化、広帯域化および低消費電力化を行うためには、電極構造および長さを工夫することが有効な手法として知られている（例えば、非特許文献１および２参照）。
【０００６】
図１に、従来の半導体マッハツェンダ光変調器の第１の例を示す。図１（ａ）に示すように、半導体マッハツェンダ光変調器は、入力用導波路１０１に接続された光分波器１０２と、出力用導波路１０５に接続された光合波器１０４と、光分波器１０２および光合波器１０４の間を接続する２本のアーム導波路１０３ａ，１０３ｂとからなるマッハツェンダ干渉計を有している。図１（ｂ）に示すように、アーム導波路１０３ａ，１０３ｂの上部には進行波電極１１１ａ，１１１ｂが形成され、グランド電極１１２ａ〜１１２ｃとともにコプレナ線路を形成している。図１（ｃ）に示すように、進行波電極１１１ａ，１１１ｂのそれぞれに、変調用の信号源１２１ａ，１２１ｂと終端抵抗１２２ａ，１２２ｂとを接続し、駆動電圧として高周波信号を印加することにより、入力された光信号を変調することができる。
【０００７】
各々の光導波路は、光が伝搬するコア層として、多重量子井戸層を用いる。量子多重井戸層は、無歪の井戸層と、無歪の障壁層からなる。例えば、非特許文献１の素子サイズは、７．５ｍｍ×１．３ｍｍというサイズで、駆動電圧３Ｖにおいて８０Ｇｂ／ｓという広帯域を実現しているものの、より小型で、より低電圧駆動（例えば２Ｖ以下）が求められている。
【０００８】
例えば、小型化と広帯域化は、位相変調部の電極長を短くすることで実現することが可能であるが、電極長を短くするということは、位相変調に寄与する領域が短くなることを意味し、駆動電圧が高くなってしまう。逆に、低駆動電圧化は、位相変調部の電極長を長くすることで実現可能であるが、電極の配線損失が増加するため、帯域が劣化してしまい、かつ素子サイズが大きくなってしまう。
【０００９】
図２に、従来の半導体マッハツェンダ光変調器の第２の例を示す。広帯域化の手法として、電極損失を低くすることができる容量装荷型構造が知られている（例えば、非特許文献３参照）。半導体マッハツェンダ光変調器は、入力用導波路２０１に接続されたＹ分岐器２０２と、出力用導波路２０５ａ，２０５ｂに接続されたＭＭＩ（Multi-Mode Interferometer）２０４と、Ｙ分岐器２０２およびＭＭＩ２０４の間を接続する２本のアーム導波路２０３ａ，２０３ｂとからなるマッハツェンダ干渉計を有している。アーム導波路２０３ａ，２０３ｂに沿って進行波電極２１１ａ，２１１ｂが形成され、進行波電極から分岐された複数の小電極がアーム導波路上に設けられている。進行波電極２１１ａ，２１１ｂのそれぞれに、変調用の信号源２２１と終端抵抗２２２とを接続することにより、容量装荷型の半導体マッハツェンダ光変調器として動作する。
【００１０】
第２の例では、アーム導波路上に位相変調領域に寄与しない部分が生じるため、第１の例の構造と比べて、電極長が長くなり、素子サイズが大きくなってしまうというデメリットが生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−０６４９０４号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】N. Kikuchi et al., “80 Gb/s low driving-voltage InP DQPSK modulator with an n-p-i-n structure,” IEEE Photonics Tecl1nol.Lett., vol. 21, no. 12, pp. 787-789, 2009
【非特許文献２】Naoya Kono et al., “Compact and Low Power DP-QPSK Modulator Module with InP-Based Modulator and Driver ICs,” OFC2013, OW1G.2
【非特許文献３】H.N.Klein et al., “1.55μm Mach-Zehnder Modulators on InP for optical 40/80 Gbit/s transmission networks,”OFC2006, pp. 171-173
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、広帯域化、小型化および低消費電力化は、それぞれトレードオフの関係にあるため、電極構造の電気的な工夫のみでは、小型化、広帯域化、低消費電力化の全てを同時に実現することは不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、半導体マッハツェンダ光変調器のコアを形成する多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）構造を最適化し、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）による屈折率変化量が大きくなるような構造を実現することにより、変調効率を向上させることにより、小型化、広帯域化、低駆動電圧化を同時に実現する半導体マッハツェンダ光変調器を提供することにある。
【００１５】
本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、入力用導波路に接続された光分波器と、出力用導波路に接続された光合波器と、前記光分波器および前記光合波器の間を接続する２本のアーム導波路とからなるマッハツェンダ干渉計を有し、前記アーム導波路上に形成された電極に駆動電圧を印加することにより、入力された光信号を変調する半導体マッハツェンダ光変調器であって、前記アーム導波路のコア層は、ＩｎとＧａとＡｌとＡｓとからなり、引張歪を有する井戸層（３４３）と、ＩｎとＡｌとＡｓとからなる障壁層（３４４）とを含む多重量子井戸構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、変調効率を向上させることにより、半導体マッハツェンダ光変調器の小型化、広帯域化、低駆動電圧化を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の半導体マッハツェンダ光変調器の第１の例を示す図である。
【図２】従来の半導体マッハツェンダ光変調器の第２の例を示す図である。
【図３】基板上の多重量子井戸構造の格子整合を説明するための図である。
【図４】歪み材料におけるバンド構造を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の断面図である。
【図６】第１の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の製造方法を示す図である。
【図７】第１の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の多重量子井戸構造を示す図である。
【図８】歪みによる光吸収の変化を説明するための図である。
【図９】印加電圧に対する吸収損失変化（Ｖ−Δα）特性と印加電圧に対する位相変化（Ｖ−Δφ）特性を示す図である。
【図１０】引張歪量に対するΔφ／Δαを示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の断面図である。
【図１２】第２の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の多重量子井戸構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の半導体マッハツェンダ光変調器においては、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の井戸層（ウェル）における引張歪（伸張歪）（特許文献１）を利用する。
【００１９】
半導体マッハツェンダ光変調器といった半導体素子は、例えば、ＩｎＰなどの半導体基板上に形成される。半導体基板の格子定数をａsubとし、歪み材料（ここでは井戸層）の格子定数をａstrainとした場合、歪量εは次式（１）で与えられる。
ε＝（ａstrain − ａsub）／ａsub          （１）
【００２０】
図３を参照して、基板上の多重量子井戸構造の格子整合を説明する。紙面水平右方向が面内方向の格子整合の歪量、紙面上方向が膜厚方向の格子整合の歪量とした場合、図３（ｂ）のように格子整合が合っている場合（格子整合系）、緊張（strain）はなく、歪量εは零（ε＝０）となる。また、図３（ａ）のように伸張歪系の場合には、基板と歪材料との間において、面内方向に伸張する分、膜厚方向に圧縮し歪量εは零より小さく（ε＜０）なる。さらに、図３（ｃ）のように、圧縮歪系の場合には、基板と歪材料との間において、面内方向に圧縮する分、膜厚方向に伸張する結果、歪量εは零より大きく（ε＞０）なる。
【００２１】
図４に、歪み材料におけるバンド構造を示す。上部が伝導帯、下部が価電子帯であり、Ｅhhがヘビーホール（重い正孔帯）、Ｅlhがライトホール（軽い正孔帯）、Ｅsoがスピン軌道を示す。ＫXYはウェルの面内方向の価電子帯、ＫZはウェルの膜厚方向の価電子帯を示す。
【００２２】
伸張歪、圧縮歪は半導体レーザまたは半導体レーザ型光増幅素子に用いられる。図４に示すように、圧縮歪を有する第１活性層では面内方向、膜厚方向共にヘビーホールのエネルギーＥhhがライトホールのエネルギーＥlhよりも上部の伝導帯側にあるために、格子整合系に比べてよりＴＥ偏波入力光に対するゲインが大きくなる。逆に、伸張歪みを有する第２活性層では面内方向、膜厚方向共にヘビーホールのエネルギーＥhhがライトホールのエネルギーＥlhよりも下部の価電子帯側にあるために、格子整合系に比べてよりＴＭ偏波入力光に対するゲインが大きくなる。
【００２３】
（第１の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の断面図である。第１の実施形態の半導体マッハツェンダ光変調器の構成は、図１に示した構成と同じであり、図５は、図１のＶ−Ｖ’における１つのアーム導波路の断面を示している。アーム導波路の半導体層は、半絶縁性ＩｎＰ基板３０１上に、ｎ型コンタクト層３０２、ｎ型クラッド層３０３（第１の導電性半導体クラッド層）、ノンドープクラッド・コア層３０４、ｐ型クラッド層３０５（第２の導電性半導体クラッド層）、ｐ型コンタクト層３０６の順に積層されたハイメサ型の導波路構造を有している。この導波路構造の両側面には、誘電体１１３ａ，１１３ｂが形成されており、ｎ型コンタクト層３０２上に形成されたグランド電極１１２ａ，１１２ｂと、ｐ型コンタクト層３０６の上に形成された進行波電極１１１とにより、高周波電極を形成する。
【００２４】
ｎ型コンタクト層３０２は、キャリア濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＧａＡｓＰとし、ｎ型クラッド層３０３は、キャリア濃度が１ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＰとする。ｐ型クラッド層３０５のキャリア濃度は、光吸収係数および電気抵抗率から鑑みて、５ｘ１０17ｃｍ-3〜１ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＰとする。ｐ型コンタクト層３０６は、コンタクト抵抗を低減すべく、キャリア濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3以上のＩｎＧａＡｓを用いる。
【００２５】
図６に、第１の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の製造方法を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板３０１上に、半導体層として、ｎ型コンタクト層３０２、ｎ型クラッド層３０３、ノンドープクラッド・コア層３０４、ｐ型クラッド層３０５、およびｐ型コンタクト層３０６を順に結晶成長させる（図６（ａ））。次に、半導体加工技術により、ｎ型クラッド層３０３の一部を残した深さまで加工して、ハイメサ構造の光導波路を形成する（図６（ｂ））。
【００２６】
ｎ型クラッド層３０３の一部を除去して、グランド電極１１２ａ，１１２ｂを蒸着する（図６（ｃ））。その後、誘電体１１３ａ，１１３ｂを塗布して、加工形成し（図６（ｄ））、進行波電極１１１とグランド電極１１２ａ，１１２ｂとを、メッキまたは蒸着により形成する（図６（ｅ））。なお、ハイメサ構造の高さと誘電体１１３ａ，１１３ｂの高さとは、図５に示したように、等しいことが望ましい。
【００２７】
図７に、第１の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の多重量子井戸構造を示す。ノンドープクラッド・コア層３０４は、ＩｎＰからなる同じ厚さのノンドープクラッド層３４１，３４２（第１および第２のノンドープ半導体クラッド層）の間にノンドープコア層（ノンドープ半導体コア層）を有する。ノンドープコア層は、引張歪ＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層３４３と無歪ＩｎＡｌＡｓ障壁層３４４とを、交互に複数重ねた多重量子井戸構造とする。
【００２８】
ノンドープコア層のバンドギャップ波長は、動作光波長で吸収が少なく、高効率にＱＣＳＥ（量子閉じ込めシュタルク効果＝Quantum Confined Stark Effect）を有効に作用させるため、入力光の波長が１．５５μｍ帯の場合には、コア層のバンドギャップ波長を１．３５〜１．４５μｍとする。入力波長とコア層のバンドギャップ波長との差をデチューニング量といい、マッハツェンダ光変調器の場合には１００〜２００ｎｍになる。
【００２９】
ＩｎＰ系半導体マッハツェンダ光変調器の多重量子井戸は、マッハツェンダ干渉計における位相変化は大きくするのが理想であるから、吸収はなるべく少なく、かつＱＣＳＥによる屈折率変化が大きい方がよい。一方、多重量子井戸構造を有する電界吸収型（ＥＡ：electroabsorption）変調器においては、吸収を大きくし、チャープパラメータを重要視する（デチューニング量５０ｎｍ以下）ことから、多重量子井戸の設計手法は異なる。すなわち、ＩｎＰ系半導体マッハツェンダ光変調器の設計においては、Ｖ−Δα（印加電圧に対する吸収損失変化）特性においてバイアスによる損失の増大が少なく、Ｖ−Δφ（印加電圧に対する位相変化）特性において、バイアスによる位相変調量が大きい方が良い。
【００３０】
ＩｎＰ系半導体マッハツェンダ光変調器の多重量子井戸構造には、Ｐ系半導体材料（ＩｎＧａＡｓＰ系材料）とＡｌ系半導体材料（ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料）とを用いることができる。Ａｌ系半導体材料は、Ｐ系半導体材料に比べて、量子井戸を作製した際に、伝導帯オフセット値（ΔＥｃ）が大きく、吸収スペクトルが急峻であり、変調効率がより優れている。そのため、高効率な半導体マッハツェンダ光変調器を実現するには、Ａｌ系半導体材料を用いる必要がある。
【００３１】
図８を参照して、歪みによる光吸収の変化を説明する。図８（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層に最適な引張歪を加えると、ライトホール（ＬＨ）とヘビーホール（ＨＨ）の分離が小さくなり、吸収スペクトルをより急峻にすることができる。これによりＱＣＳＥによる屈折率変化を大きくすることができる。最適な歪量より小さい場合（図８（ａ））、最適な歪量より大きい場合（図８（ｃ））には、ライトホールとヘビーホールの分離が大きく、ＱＣＳＥによる屈折率変化は、最適な引張歪の歪量の場合に比べて小さくなる。
【００３２】
図９に、印加電圧に対する吸収損失変化（Ｖ−Δα）特性と印加電圧に対する位相変化（Ｖ−Δφ）特性を示す。図９（ａ）に示したＶ−Δαより、引張歪を加えると、同一バイアス電圧時の吸収損は小さくなる。図９（ｂ）に示したＶ−Δφより、引張歪を加える事で、同一バイアス時の位相変化量は所望の引張歪を加えた時に最大となる。一方、引張歪量を加えすぎたりすると、位相変化量は大幅に小さくなる。図９（ｃ）に示したように、吸収損失変化に対する位相変化（Δα−Δφ）を求めると、所望の範囲の引張歪を加えることにより、同一損失時の位相変化量が大きく、高効率化していることがわかる。
【００３３】
図１０に、引張歪量に対するΔφ／Δαを示し、Δφ／Δαが大きいほど効率が高いことを示している。ここで、許容される効率を、最大値の０．５×（１／ｅ）とすると、必要な引張歪の歪量は０．１％〜０．５％となる。ＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層の一層辺りの厚みは、吸収スペクトルを急峻にするために、５．０ｎｍ〜１５．０ｎｍ程度であることが望ましく、図１０より、０．１％〜０．５％程度の引張歪の歪量、組成においては、Ｉｎ1-x-yＧａxＡｌyＡｓ（０．３５≦ｘ≦０．５３，０．０１≦ｙ≦０．１２）であることが望ましい。井戸層が厚ければ厚いほど、最適な引張歪量は大きくなり、薄い場合には必要な引張歪量は小さくなる。また、引張歪量が最適値より大きすぎたり、小さすぎる場合には、変調効率が劣化してしまう。
【００３４】
また、ＩｎＡｌＡｓ障壁層の一層辺りの厚みは、５．０ｎｍ〜１０．０ｎｍ程度であることが望ましく、上記ＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層とＩｎＡｌＡｓ障壁層からなる多重量子井戸構造の膜厚は、マッハツェンダ干渉計を構成するハイメサ導波路は、０．４μｍ〜０．７５μｍ程度であることが望ましい。
【００３５】
先に述べたように、ΔＥｃが大きいほど高効率な半導体マッハツェンダ光変調器を実現できるため、ＩｎＡｌＡｓ障壁層は無歪であることが望ましい。これは、歪補償多重量子井戸構造とするために、ＩｎＡｌＡｓ障壁層にＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層とは逆の圧縮歪を加えた場合には、ΔＥｃが小さくなってしまうためである。
【００３６】
上記のように、理想的にはＩｎＡｌＡｓ障壁層が無歪であることにより、最も高効率な半導体マッハツェンダ光変調器を実現することができる。一方、変調効率を落とすことになるが、エピタキシャル成長における信頼性および品質を上げるために、ＩｎＡｌＡｓ障壁層に圧縮歪を加えることも可能である。この場合には、完全に歪補償を実現する圧縮歪を加えても良いが、ΔＥｃの変化量が小さく、ある程度歪を補償できる程度の圧縮歪である方が望ましい。
【００３７】
ΔＥｃは、井戸層および障壁層がともに無歪の場合に約４００ｍｅＶであり、変調効率を考えるとマッハツェンダ光変調器では、この半分程度の２００ｍｅＶは最低限必要である。そのため、ＩｎＡｌＡｓ障壁層は圧縮歪の歪量０％〜１．０％程度、組成でＩｎ1-xＡｌxＡｓ層（０．３２≦ｘ≦０．４８）であることが望ましい。
【００３８】
本実施形態によれば、従来の半導体マッハツェンダ光変調器に比べ、変調効率を高効率化することができる。例えば、１．５倍の高効率化が実現できたとすると、同一電極長であれば、従来と比較して駆動電圧を２／３とすることができる。同一駆動電圧であれば、従来と比較して電極長を２／３にすることができ、小型化および広帯域化を実現することができる。また、１．５倍の高効率化の効果を、電極長の設計により、低駆動電圧化と小型化、広帯域化のそれぞれに効果的に割り振ることにより、広帯域化、低駆動電圧化を同時に実現することができる。
【００３９】
なお、上部クラッド層、下部クラッド層は、どちらか一方がｎ型半導体であり、もう一方がｐ型半導体であって構わない。一方、上部クラッド層、下部クラッド層の両方がｎ型半導体で、上部クラッド層とコア層との間、または下部クラッド層とコア層との間に、第３のｐ型クラッド層を挿入した構造とすることもできる。
【００４０】
また、第１の実施形態においては，一例として図１の半導体マッハツェンダ光変調器の構成と同等としたが、図２に示した容量装荷型の構成、それ以外の構成の半導体マッハツェンダ光変調器であってもよい。
【００４１】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の断面図である。第２の実施形態の半導体マッハツェンダ光変調器の構成は、図１に示した構成と同じであり、図１１は、図１のＶ−Ｖ’における１つのアーム導波路の断面を示している。アーム導波路の半導体層は、半絶縁性ＩｎＰ基板４０１上に、ｎ型コンタクト層４０２、ｎ型クラッド層４０３、ノンドープクラッド・コア層４０４、ｐ型キャリアブロック層４０５（第３の導電性半導体クラッド層）、ｎ型クラッド層４０６、ｎ型コンタクト層４０７の順に積層されたハイメサ型の導波路構造を有している。この導波路構造の両側面には、誘電体１１３ａ，１１３ｂが形成されており、ｎ型コンタクト層４０２上に形成されたグランド電極１１２ａ，１１２ｂと、ｎ型コンタクト層４０７の上に形成された進行波電極１１１とにより、高周波電極を形成する。
【００４２】
ｎ型コンタクト層４０２は、キャリア濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＧａＡｓＰとし、ｎ型クラッド層４０３は、キャリア濃度が１ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＰとする。ｐ型キャリアストップ層４０５は、電子に対して十分な障壁となるようにバンドギャップの大きなＩｎＡｌＡｓに１ｘ１０18ｃｍ-3のホールキャリアをドーピングさせる。ｎ型クラッド層４０６は、キャリア濃度が１ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＰとし、ｎ型コンタクト層４０７は、キャリア濃度が５ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＧａＡｓとした。
【００４３】
図１２に、第２の実施形態にかかる半導体マッハツェンダ光変調器の多重量子井戸構造を示す。ノンドープクラッド・コア層４０４は、ＩｎＰからなる同じ厚さのノンドープクラッド層４４１，４４２の間にノンドープコア層を有する。ノンドープコア層は、引張歪ＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層４４３と無歪ＩｎＡｌＡｓ障壁層４４４とを、交互に複数重ねた多重量子井戸構造とする。
【００４４】
ノンドープコア層のバンドギャップ波長は、動作光波長で高効率にＱＣＳＥを有効に作用させるため、入力波長１．５５μｍ帯の場合には、コア層のバンドギャップ波長を１．３５〜１．４５μｍとする。多重量子井戸構造の構成については、上述した第１の実施形態と同じである。
【００４５】
また、第２の実施形態においては，一例として図１の半導体マッハツェンダ光変調器の構成と同等としたが、図２に示した容量装荷型の構成、それ以外の構成の半導体マッハツェンダ光変調器であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０１，２０１  入力用導波路
１０２  光分波器
１０３，２０３  アーム導波路
１０４  光合波器
１０５，２０５  出力用導波路
１１１，２１１  進行波電極
１１２，２１２  グランド電極
１２１，２２１  信号源
１２２，２２２  終端抵抗
２０２  Ｙ分岐器
２０４  ＭＭＩ
【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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