(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路層と、該光導波路層に電界を印加する一対の電極とを有し、印加された前記電界に基づいて前記光導波路層中を伝搬する光を変調する半導体光変調器であって、
ｎ型の導電性を有する第１及び第２のクラッド層と、
前記第１及び第２のクラッド層間に前記光導波路層とを有し、
前記光導波路層は、ノンドープ層である光導波路コア層と、
前記光導波路コア層の少なくとも片面に接する半絶縁性半導体層とを有することを特徴とする半導体光変調器。
【請求項２】
入射光を第１及び第２の光路に分波する分波器と、
前記第１の光路を構成する第１の光導波路と、
前記第２の光路を構成する第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とを合波する合波器と、
前記第１及び第２の光導波路の少なくとも一方上に形成された請求項１に記載の前記半導体光変調器と、
を有することを特徴とするマッハツェンダ型光変調器。
【請求項３】
同一の半導体基板上に、請求項１に記載の前記半導体光変調器と、半導体レーザと、が形成され、
前記半導体光変調器と前記半導体レーザとが、前記光導波路層により光学的に接続されていることを特徴とする光変調器一体型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光変調器、マッハツェンダ型光変調器、及び光変調器一体型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における半導体光変調器、特に光の位相を操作する光位相変調器及びマッハツェンダ型光変調器は、素子の小型化が可能であったり半導体レーザとの集積が可能であったり等の利点を有している。更に、他の光変調器と比較してローコスト化が図れるという利点も有している。
【０００３】
このような利点を有することから、特に長距離大容量光通信において、短距離から中長距離までをカバーする電気−光変換素子として半導体光変調器は広く研究されている。また、マッハツェンダ型光変調器は伝送距離を制限する波長チャーピングを原理的になくすことが可能なため、４０Ｇｂｐｓを超える高速動作変調器として期待されている。
【０００４】
しかしながら、半導体光変調器では電極の容量及びリード線のインダクタンスにより素子の動作速度が制限される。このため、高速動作可能な光変調器を作成する場合、進行波型電極を用いることが不可欠である。また、進行波型電極を有する素子においては、伝搬する変調波の損失を極力減らすことが重要となってくる。
【０００５】
従来では、このような変調波の伝搬損失を減らすために変調波の単位長さあたりの減衰係数を小さくすることや素子長を短くすること等が施されてきた。一般的に、変調波の減衰係数を小さくするためには導電層間の空隙を広くすることが有効であり、また、素子長を短くするためには電界光学効果を持つコア層に効率よく電界をかけること、即ち導電層間を狭めることで単位長さあたりの位相変調量を増すことが有効である。
【０００６】
以上のことを前提として、以下に、従来技術による光位相変調器の層構造を２種類例示する。但し、以下の説明において‘ｉ−’は絶縁性であることを意味し、‘ｐ−’はｐ型の導電性であることを意味し、‘ｎ−’はｎ型の導電性であることを意味するものとする。
【０００７】
図１（ａ）は、従来技術において各層がドーピングされていない（ノンドープ型）の光位相変調器の一例を光軸に対して垂直に切断した場合の層構造を示す断面図である。この層構造を持つ光位相変調器１１００を以下の説明において従来技術１という。
【０００８】
図１（ａ）を参照すると、光位相変調器１１００は、絶縁性の基板（ＩｎＰ基板）１１０１上に、ノンドープ、即ち導電性でないクラッド層（ｉ−ＩｎＰクラッド層１１０２，１１０４）で挟まれたｉ−光導波路コア層１１０３が形成されている。また、このように形成された素子の上面及び下面には、それぞれ金属電極（シグナル）１１０５ａ，金属電極（グランド）１１０５ｂが形成されている。
【０００９】
この構成において、金属電極１１０５ａと１１０５ｂとの間の領域、即ち、光位相変調器を構成するｉ−ＩｎＰ基板１１０１，ｉ−ＩｎＰクラッド層１１０２，ｉ−光導波路コア層１１０３，ｉ−ＩｎＰクラッド層１１０４の何れの層もドーピングが施されていないため導電性を持たない。これにより、金属電極１１０５ａ，１１０５ｂを介して光位相変調器へ電界を加える場合、変調波の伝搬特性、特に変調波の単位長さあたり損失量を小さく抑えることができる。
【００１０】
このように従来技術１による光位相変調器１１００は、位相変調器を形成するいずれの層もドーピングが施されておらず、導電性を持たない。そのため、変調波の伝搬特性、特に変調波の単位長さあたりの損失への影響が小さいという利点がある。
【００１１】
また、図１（ｂ）は、従来技術において導波路がｐｉｎ型素子として構成された光位相変調器の一例を光軸に対して垂直に切断した場合の層構造を示す断面図である。この層構造を持つ光位相変調器１２００を以下の説明において従来技術２という。
【００１２】
図１（ｂ）を参照すると、光位相変調器１２００は、ｎ型の導電性を有するＩｎＰ基板（ｎ−ＩｎＰ基板）１２０１上に、ｎ型の導電性を持つクラッド層（ｎ−ＩｎＰクラッド層）１２０２とｐ型の導電性を持つクラッド層（ｐ−ＩｎＰクラッド層）１２０４とで挟まれた絶縁性の光導波路コア層（ｉ−光導波路コア層）１２０３が形成されている。また、このように形成された素子において、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２０４の上部には金属電極（シグナル）１２０５ａが、ｎ−ＩｎＰ基板１２０１上には金属電極（グランド）１２０５ｂがそれぞれ形成されている。
【００１３】
このように、ノンドープの光導波路コア層１２０３をｎ型及びｐ型のクラッド層で挟み込むことで構成されたｐｉｎ型ダイオード構造を有する素子は、逆バイアスを印加することでｉ−光導波路コア層１２０３に効率的に電界を印加することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１では、電界をｉ−光導波路コア層１１０３に効率的に印加することができないため、印加した電圧に対して屈折率変化が小さいという問題が存在する。また、この問題を解決するためには、所望の位相変化を得るために素子長を長くする、若しくは高い電圧をかけることが必要となるが、素子長を長くすることは素子の小型化という半導体素子の利点に反し、更に変調波の損失を大きくするという問題にもつながる。また、高い電圧をかけることは、素子の消費電力を高くし、更に素子の駆動回路の形成が困難となるという問題にもつながる。
【００１５】
また、従来技術２では、ｉ−光導波路コア層１２０３上部のクラッド層にｐ型半導体を用いることで、光、変調波に対する損失が大きくなるという問題を有する。
【００１６】
また、このクラッド層にドーピングしたｐ型の不純物は他の領域に拡散しやすい。このため、ｐ型の不純物がｉ−光導波路コア層１２０３に拡散することにより、ｐ型不純物イオンやキャリアがｉ−光導波路コア層１２０３中に進入してしまうという問題が存在する。これは、ｉ−光導波路コア層１２０３中にｐ型不純物イオンやキャリアが、ｉ−光導波路コア層１２０３を伝搬する変調波の伝搬特性に悪影響を及ぼし、ｉ−光導波路コア層１２０３に効率的な電界が印加できなくなるためである。
【００１７】
また、上記のような問題を解決ために、ノンドープである絶縁性の層をｉ−光導波路コア層１２０３とｐ−ＩｎＰクラッド層１２０４との間に設けるよう構成し、これにより不純物拡散を軽減する方法が存在するか、このように構成した場合では、ｉ−光導波路コア層１２０３へ効率的に電界を印加することが困難となる問題を有する。
【００１８】
また、ｐｉｎ型ダイオード構造を有する素子では、必らず逆バイアスするように電界を印加しなければならず、素子の駆動電圧が制限される。
【００１９】
従って、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光導波路コア層に効率的に電界を印加し、尚且つ変調波の伝搬特性を劣化させない半導体光変調器、マッハツェンダ型光変調器、及び光変調器一体型半導体レーザを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光導波路層と、該光導波路層に電界を印加する一対の電極とを有し、印加された前記電界に基づいて前記光導波路層中を伝搬する光を変調する半導体光変調器であって、ｎ型の導電性を有する第１及び第２のクラッド層と、前記第１及び第２のクラッド層間に前記光導波路層とを有し、前記光導波路層は、ノンドープ層である光導波路コア層と、前記光導波路コア層の少なくとも片面に接する半絶縁性半導体層とを有することを特徴としている。
【００２１】
これにより、請求項１記載の発明では、光導波路層に効率的に電界を印加し、任意の電界を印加することができる半導体光変調器を提供することが可能となる。さらに、光導波路層の上下に形成するクラッド層にドーピングする不純物として、比較的拡散しにくいｎ型の不純物を用いることにより、光導波路層に不純物が拡散し、変調波の伝搬損失が生じることを防止することが可能となる。さらに、ｎ型半導体はｐ型半導体と比べ、導電率が高く、光吸収が小さいため、光及び変調波の損失の低減が可能となる。さらに、光導波路層を挟むクラッド層間を電気的に切断して、効率よく発生した電界を光導波路層へ印加することが可能となる。
【００２６】
また、請求項２記載の発明は、入射光を第１及び第２の光路に分波する分波器と、前記第１の光路を構成する第１の光導波路と、前記第２の光路を構成する第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とを合波する合波器と、前記第１及び第２の光導波路の少なくとも一方上に形成された請求項１または２に記載の前記半導体光変調器と、を有することを特徴としている。
【００２７】
これにより、請求項２記載の発明では、光導波路層に効率的に電界を印加し、尚且つ変調波の伝搬特性を劣化させない半導体光変調器が適用されたマッハツェンダ型光変調器を提供することが可能となる。
【００２８】
また、請求項３記載の発明は、同一の半導体基板上に、請求項１に記載の前記半導体光変調器と、半導体レーザと、が形成され、前記半導体光編著器と前記半導体レーザとが、前記光導波路層により光学的に接続されていることを特徴としている。
【００２９】
これにより、請求項３記載の発明では、光導波路層に効率的に電界を印加し、尚且つ変調波の伝搬特性を劣化させない半導体光変調器が同一基板上にモノリシックに形成された半導体レーザを提供することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
〔原理〕
本発明を説明するにあたり、本発明の原理を先に述べる。
【００３１】
本発明は、光導波路層を挟むように形成されるクラッド層の材料としてｎ型の不純物が拡散された半導体を用いる。また、本発明は、両クラッド層間に半絶縁性半導体層を設けることで、両クラッド層が電気的に接続されることを防止する。
【００３２】
本発明では、上記のように構成することで、本発明では変調波の損失に与える影響を低減し、尚且つ光導波路層におけるコア層に効率的に電界を印加することが可能となり、小型で、且つ高速、低電圧動作が可能である半導体光位相変調器、マッハツェンダ型光変調器、及び光変調器一体型半導体レーザを提供することが可能となる。
【００３３】
以下、本発明を好適に実施した形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔第１の実施例〕
まず、本発明の第１の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３４】
図２は本実施例による光位相変調器１００を、光軸方向に対して垂直に切断した際の層構造を示す断面図である。
【００３５】
図２を参照すると、光位相変調器１００は、半絶縁性の半導体基板１０１上に、ｎ型の不純物が拡散されたクラッド層（ｎ型クラッド層１０２）が積層されている。また、ｎ型クラッド層１０２上には、光導波路層１０３が形成される。
【００３６】
光導波路層１０３は、クラッド層１０３ｂ及び１０３ｃと、クラッド層１０３ｂ及び１０３ｃで挟まれた光導波路コア層１０３ａとより構成される。また、光導波路層１０３上には、ｎ型の不純物が拡散されたクラッド層（ｎ型クラッド層１０４）が形成される。
【００３７】
ここで、光導波路層１０３は電界光学効果を有するものである。また、光導波路層１０３を構成する光導波路コア層１０３ａは半絶縁性となるようドーピングされた半導体材料又は、ノンドープの半導体材料により形成される。ここで、本実施例では光導波路コア層１０３ａの膜厚を少なくとも０．２μｍ以上０．８μｍ以下とする。また、光導波路コア層１０３ａの上部又は下部に形成されるクラッド層１０３ｂ又は１０３ｃは半絶縁性となるようドーピングされた半導体材料又は、ノンドープの半導体材料により形成される。
【００３８】
但し、光導波路コア層１０３ａをノンドープの半導体材料により形成した場合、クラッド層１０３ｂ，１０３ｃの少なくとも何れか一方を半絶縁性の半導体材料で形成するか、若しくは、ｎ型クラッド層１０２及び１０４間の何れかに半絶縁性の半導体材料による層を形成する。また、光導波路コア層１０３ａを半絶縁性の半導体材料により形成した場合、クラッド層１０３ｂ，１０３ｃを半絶縁性の半導体材料を用いて形成してもノンドープの半導体材料で形成してもよく、更には形成しなくてもよい。本実施例では、このようにｎ型クラッド層１０２及び１０４間に半絶縁性の層を設けることで、ｎ型クラッド層１０２及び１０４間を電気的に切り離す。
【００３９】
また、本実施例において、ｎ型クラッド層１０４上には金属電極１０５ａが形成され、また、ｎ型クラッド層１０２上には光導波路層１０３と同じ側に金属電極１０５ｂが形成される。
【００４０】
この構成において、２つの金属電極１０５ａ，１０５ｂに電圧を印加すると、光導波路層１０３の上面及び下面間に電位差が生じ、電界が発生する。この電界は、光導波路層１０３に集中する。従って、電界光学効果により光導波路コア層１０３ａの屈折率が変化する。
【００４１】
このように、本実施例では、光導波路層１０３の上部又は下部に形成されるｎ型クラッド層１０２，１０４がｎ型の導電性を有する半導体材料で形成され、また、ｎ型クラッド層１０２，１０４間には１層以上の半絶縁性半導体層が形成される。これにより、光導波路コア層１０３ａに不純物が拡散することなく、且つ効率的に光導波路コア層１０３ａに電界を印加するよう構成することが可能となる。
【００４２】
上記構成において、半絶縁性の半導体基板１０１としては、不純物として鉄がドーピングされたＩｎＰ基板を用いる。
【００４３】
また、光導波路コア層１０３ａには、例えばバンドギャップ波長が１．５μｍで膜厚が４〜１２ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ四次混晶と膜厚が５〜２０ｎｍのＩｎＰとを交互に積み重ねた量子井戸構造を有するＭＱＷを用いる。但し、これをＡｌＧａＩｎＡｓとＡｌＩｎＡｓとを用いた量子井戸構造を有するＭＱＷにより形成してもよい。
【００４４】
また、ｎ型クラッド層１０２，１０４には、例えばｎ型の不純物がドーピングされたＩｎＰを用いる。ここで、ｎ型の不純物としては、例えば１×１０１８ｃｍ―３の珪素を用いる。但し、これに硫黄やセレンを適用してもよい。
【００４５】
また、ｎ型クラッド層１０２，１０４間に形成する半絶縁層（クラッド層１０３ｂ，１０３ｃ、若しくは図示しない層）には、例えば鉄がドーピングされた半導体（例えばＩｎＰ）を用いる。但し、この半導体としては、膜厚が少なくとも０．２μｍ以上であり、ドーピングされた鉄の濃度が少なくとも１×１０１６ｃｍ−３以上であるものを用いる。
【００４６】
また、クラッド層１０３ｂ，１０３ｃの膜厚は１〜３μｍ程度とする。更に、金属電極１０５ａ，１０５ｂは、金メッキによる厚みを含んだ膜厚が５〜３０μｍとする。
【００４７】
上記のように構成された光位相変調器の金属電極１０５ａ，１０５ｂ間に電位差を与えた場合、ｎ型クラッド層１０２，１０４に大量の伝導電子が存在し、この電子が電界を打ち消すように働くため、ｎ型クラッド層１０２，１０４内には電界が発生しない。
【００４８】
また、ｎ型クラッド層１０２，１０４間に設けた半絶縁層（不純物として鉄がドーピングされた半導体層とする）内部では、ドーピングされた鉄が半導体層中で深いアクセプタとして機能し、近傍に存在する電子を捕獲してイオン化するため、自由電子が存在しない。このため、この半絶縁層中では電流が流れることが阻止され、層全体が略絶縁体として機能する。
【００４９】
従って、クラッド層１０３ｂ，１０３ｃ双方に鉄がドーピングされているとすると、図１における層構造では、光導波路コア層１０３ａとクラッド層１０３ｂ，１０３ｃとの合計が絶縁層として機能する。
【００５０】
また通常、珪素等のｎ型の不純物は亜鉛等のｐ型不純物と比較すると拡散しにくい。このため、本実施例による層構造では、設計時に意図したドーピングプロファイルが略所望する通り実現される。従って、本実施例では、絶縁層の膜厚が光導波路コア層１０３ａとクラッド層１０３ｂ，１０３ｃとの合計の厚さに正確に等しく、また、この絶縁層がｐ型不純物イオンやキャリアによる影響を受けないため、光導波路コア層１０３ａに対して効率的に電界を印加することが可能となる。
【００５１】
また、本実施例では、ｎ型不純物が拡散された半導体に比べ、光吸収が大きく、導電率の小さいｐ型の不純物が拡散された半導体を使用していないため、金属電極１０５ａを伝搬する変調波信号の伝搬損失及び、光導波路を伝搬する光の伝搬損失を低減することができる。
【００５２】
これに対し、例えば従来のｐｉｎ型ダイオード構造では、ｐ型の不純物が拡散された層を用いているため、このｐ型の不純物が光導波路コア層１０３ａへ拡散し、光導波路コア層１０３ａに内部までキャリアが存在してしまい、光導波路コア層１０３ａが絶縁層とならない。このため、金属電極１０５ａを伝搬する変調波信号の伝搬損失が増大する。
【００５３】
例えば４０ＧＨｚの変調波に関しては、ｐ型の不純物が拡散していない状態に比べ、ｐ型の不純物が拡散し、その濃度が１×１０１６ｃｍ―３程度になった光導波路コア層１０３ａでは、変調波の損失が、拡散していないものに比べて４倍程度に増大する。
【００５４】
また、光導波路コア層１０３ａにｐ型の不純物が拡散されると、光導波路コア層１０３ａに残留する正孔の存在のためにキャリア効果が生じ、変調速度が制限されるという不具合が発生する可能性がある。
【００５５】
更にまた、不純物拡散を制御するために、光導波路コア層１０３ａとｐ型の不純物が拡散されたクラッド層との間にノンドープのＩｎＰ層を例えば０．５μｍの膜厚で設けた場合、光導波路コア層１０３ａへのｐ型の不純物の拡散は減少させることが可能であるが、ノンドープのＩｎＰ層への拡散は存在するため、変調波の損失は増加する。更にこのように構成した場合、抵抗率の大きいｐ型半導体層が設けられているため、本実施例のような、膜厚０．５μｍの光導波路コア層１０３ａと例えば膜厚０．５μｍの半絶縁性のクラッド層とをｎ型クラッド層１０２，１０４で挟んだ構成を有する光位相変調器と比較して、変調波の損失は２割以上大きい。
【００５６】
光の損失については、例えば、従来のｐｉｎ型ダイオード構造では、ｐ型半導体での光吸収により本実施例の構造より光損失は２倍程度大きい。
【００５７】
また、本実施例の層構造を有する光位相変調器１００では、例えば金属電極１０５ａ，１０５ｂ間に５Ｖの電位差を与えた場合、光導波路コア層１０３ａに約５×１０４Ｖ／ｃｍ以上の電界が印加されるが、上記従来のｐｉｎ型ダイオード構造を有する光位相変調器では、ｐ型の不純物が拡散していないと仮定しても、同等かそれ以下の電界しか印加することができない。
【００５８】
このように本実施例による光位相変調器１００は、従来のものと比較して、光損失や印加させる電界の効率の面でも非常に大きなメリットを有している。
【００５９】
次に、図３を用いて本実施例による光位相変調器１００の具体的構成例を説明する。ここで、図３（ａ）は光位相変調器１００を集中定数型で構成した場合の集中定数型光位相変調器２００の俯瞰図であり、図３（ｂ）は光位相変調器１００を分布定数型（進行波型）で構成した場合の分布定数型光位相変調器３００の俯瞰図である。
【００６０】
図３（ａ）に示す集中定数型光位相変調器２００において、金属電極１０５ａにはバイアス電源３のマイナス（−）側が接続され、金属電極１０５ｂにはバイアス電源３のプラス（＋）側が接続される。また、容量６を介して信号電源４が金属電極１０５ａ，１０５ｂに接続される。ここで、電界光学効果により光導波路コア層１０３ａの屈折率が変化すると、これを伝搬する光の速度が変化する。従って、光導波路コア層１０３ａに入力された光１は、光位相変調器２００を通過することにより位相が変調される。但し、変調させる位相値は、光導波路コア層１０３ａを形成する半導体材料に対応して、印加する電圧値を設定することにより制御することができる。
【００６１】
また、図３（ｂ）に示す分布定数型光位相変調器３００において、金属電極１０５ａにバイアス電源３のマイナス側が、金属電極１０５ｂにバイアス電源３のプラス側が接続され、金属電極１０５ａ及び１０５ｂにそれぞれ信号電源４が容量６を介して接続される。また、信号電源４から出力された変調波信号２は金属電極１０５ａを伝搬し、並列して伝搬する光１を変調する。従って、光導波路コア層１０３ａに入力された光１は、光位相変調器３００を通過することにより位相が変調される。但し、変調させる位相値は、光導波路コア層１０３ａを形成する半導体材料に対応して、入力する変調波信号２の電圧値を設定することにより制御することができる。
〔第２の実施例〕
次に、本発明の第２の実施例について以下に図面を用いて詳細に説明する。
【００６２】
本実施例は、第１の実施例で例示した位相変調器１００をマッハツェンダ型光変調器１０に適用したものである。図４に本実施例によるマッハツェンダ型光変調器の俯瞰図を示す。
【００６３】
図４を参照すると、マッハツェンダ型光変調器１０は、半導体基板１１上に、入力された光２０を２分派する分派器１４と、２分派された光の位相を印加された電圧に基づいてそれぞれ変調する光位相変調器１２，１３と、光位相変調器１２，１３によりそれぞれ変調された光を合波する合波器１５と、を有して構成される。また、分派器１４と光位相変調器１２と合波器１５とは導波路１８により光学的に接続され、分派器１４と光位相変調器１３と合波器１５とは導波路１９により光学的に接続されている。
【００６４】
本実施例において、半導体基板１１には、例えば鉄が不純物としてドーピングされたＩｎＰ基板を用いる。また、分派器１４，合波器１５には、例えばマルチモード干渉結合器（ＭＭＩカプラ）を用いる。
【００６５】
この構成において光２０は、分派器１４により均等の強度及び波長を有する光２１ａ，２１ｂに分派され、導波路１８，１９にそれぞれ出力される。その後、導波路１８に入力された光２１ａは光位相変調器１２により変調され、また、導波路１９に入力された光２１ｂは光位相変調器１３により変調される。
【００６６】
ここで、光位相変調器１２，１３には、第１の実施例による光位相変調器１００が適用される。また、光位相変調器１２，１３は、それぞれ同じ電圧でバイアスされており、どちらか一方のみ、又は双方の金属電極（１０５ａ，１０５ｂ間）に信号電圧が印加される。但し、双方の金属電極（１０５ａ，１０５ｂ間）に信号電圧を印加する場合、それぞれに印加する信号電圧は、位相が揃って且つ反対向きであるものとする。
【００６７】
このように信号電圧を印加すると、それぞれの光位相変調器１２，１３に入力された光２１ａ，２１ｂは異なる位相変調を受け、その後、合波器１５により合波される。
【００６８】
このとき、合波器１５で合波される光２１ａ，２１ｂの位相差が２ｎπ（ｎは整数）である場合、合波器１５における干渉の結果、出力導波路１７から光２０ａと同等の強度（多少の減衰は含まれるが従来と比較して十分な程度の強度が保たれている）である光２０ｂが出力される。これに対して、光２１ａ，２１ｂの位相差が２（ｎ＋１）πである場合、干渉の結果、打ち消し合い、出力導波路１７には光２０ｂが出力されない。
【００６９】
従って、マッハツェンダ型光変調器１０では、光位相変調器１２，１３に印加した電圧によって、出力される光２０ｂの強度が変調される。そこで、第１の実施例による光位相変調器１００を適用することにより、変調波の伝搬損失が低減され、且つ、光導波路コア層１０３ａへの効率的な電界の印加が可能となり、伝送速度の向上が可能となる。
〔第３の実施例〕
次に、第１の実施例で例示した光位相変調器１００の凸部（又はメサともいう）の両側に半絶縁性の半導体壁を設けた層構造を有する光位相変調器１１０を第３の実施例として説明する。
【００７０】
図５は、本実施例による光位相変調器１１０を光軸に対して垂直に切断した際の層構造を示す断面図である。
【００７１】
図５を参照すると、本実施例による光位相変調器１１０は、第１の実施例で図２を用いて説明した構造において、ｎ型クラッド層１０２の上部と光導波路層１０３とｎ型クラッド層１０４とより成る凸部の両側に半絶縁性の半導体層（半絶縁性半導体層１１６ａ，１１６ｂ）が形成された構成となっており、金属電極１１５ａは、この半絶縁性半導体層１１６ａ，１１６ｂに架橋する形で、ｎ型クラッド層１０４に接するように形成されている。
【００７２】
本実施例では、このようにメサ形状となる共振器部分を半絶縁性の半導体で側面より挟み込むことにより、より効率よく電界を光導波路コア層１０３ａに存在させることが可能となる。
【００７３】
また、半絶縁性半導体層１１６ａ，１１６ｂは、例えば鉄がドーピングされた半導体（例えばＩｎＰ）を用いて形成する。但し、この半絶縁性の半導体としては、横方向の膜厚が少なくとも０．２μｍ以上であり、ドーピングされた鉄の濃度が少なくとも１×１０１６ｃｍ−３以上であるものを用いる。
〔第４の実施例〕
次に、本実施例において、第１の実施例で例示した光位相変調器１００と、半導体レーザと、を同一の基板上にモノリシックに形成した場合のレーザ一体型光位相変調器１２０を例に挙げて説明する。
【００７４】
図６は、本実施例によるレーザ一体型光位相変調器１２０を光軸と平行に半導体基板１０１に対して垂直に切断した際の層構造を示す断面図である。
【００７５】
図６を参照すると、レーザ一体型光位相変調器１２０は、半導体レーザが形成された領域（半導体レーザ領域１００Ｂ）と光位相変調器１００が形成された領域（光位相変調領域１００Ａ）とを有して構成されている。
【００７６】
また、本実施例では、半導体レーザ領域１００Ｂと光位相変調領域１００Ａとの間に、これらを電気的に切断するためのアイソレーション領域１００Ｃを設ける。これらの層構造は、半導体基板１０１とｎ型クラッド層１０２とが光位相変調領域１００Ａから、アイソレーション領域１００Ｃ，半導体レーザ領域１００Ｂまで、それぞれ同一層として形成されている。
【００７７】
半導体レーザ領域１００Ｂに着目すると、ｎ型クラッド層１０２上に、クラッド層１２３ｂがクラッド層１０３ｂの上面と同一面になるように、また、活性層１２３ａが光導波路コア層１０３ａと光結合できるように形成され、その後にｐ型クラッド層１０４ａがｎ型クラッド層１０４の上面と同一面になるまで積層された後、金属電極１２５ａが形成される。
【００７８】
また、アイソレーション領域１００Ｃに注目すると、ｎ型クラッド層１０２上のクラッド層１０３ｂ及び光導波路コア層１０３ａが光位相変調領域１００Ａとアイソレーション領域１００Ｃとで同一層として形成されており、その上にｎ型クラッド層１０４の上面と同一面となるまで半絶縁性の半導体層（半絶縁性半導体層１２６）が積層されている。但し、この半絶縁性の半導体としては、鉄が少なくとも１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされたものを用いる。
【００７９】
但し、本実施例では、図６のように、光導波路コア層１０３ａの例えば上面に半絶縁性半導体層を設ける構成でなく、光導波路コア層１０３ａの下部や、その両方に、半絶縁性半導体層や誘電体層や空気又は真空等の層、又はこれらのうち何れか２つ以上より成る層を設けることで、半導体レーザ１００Ｂと光位相変調領域１００Ａとを電気的に分離するよう構成してもよい。
【００８０】
これにより、本実施例では、半導体レーザや光位相変調器１００に電気信号を入力した際に、各々における相互作用が改善されたレーザ一体型光位相変調器１２０を実現することができる。
【００８１】
また、本実施例による半導体レーザの層構造としては、図２に示す光位相変調器１００の層構造において、光導波路コア層１０３ａを活性層１２３ａとしたものとなっている。この活性層１２３ａとしては、光導波路コア層１０３ａと同一の材料で形成しても、異なる材料で形成してもよい。但し、異なる材料を用いて形成した場合、光の反射が生じないように、電気信号を入力した際の双方の屈折率が同等となるように構成するとよい。
【００８２】
また、本実施例では、図６のように、光位相変調領域１００Ａ（光位相変調器）を設けているが、この部分にマッハツェンダ形光変調器を設けて、光の変調を行うようにしてもよい。
〔他の実施例〕
また、上記した各実施例は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎず、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。
（付記１）
光導波路層と、該光導波路層に電界を印加する一対の電極とを有し、印加された前記電界に基づいて前記光導波路層中を伝搬する光を変調する半導体光変調器であって、
前記光導波路層が、前記一対の電極の間において、同一である所定の導電性の第１及び第２のクラッド層間に形成されていることを特徴とする半導体光変調器。
（付記２）
半絶縁性半導体基板上に形成された第１のクラッド層と、
該第１のクラッド層上に形成された光導波路層と、
該光導波路層上に形成された第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層上に形成された第１の電極と、
前記第１のクラッド層上に形成された第２の電極と、を有し、
前記第１及び第２のクラッド層は、同一の所定の導電性を有することを特徴とする半導体光変調器。
（付記３）
前記所定の導電性は、ｎ型であることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体光変調器。
（付記４）
前記第１及び第２のクラッド層間に形成された光導波路層は、光導波路コア層を含む１層以上の層より形成され、
前記光導波路層の少なくとも何れか１層以上が第１の半絶縁性半導体層であることを特徴とする付記１から３の何れか１項に記載の半導体光変調器。
（付記５）
前記光導波路コア層は、ノンドープ層であり、
前記第１の半絶縁性半導体層は、前記光導波路コア層の上部及び下部の少なくとも一方に形成されていることを特徴とすることを特徴とする付記４に記載の半導体光変調器。
（付記６）
前記光導波路コア層は、量子井戸構造を有することを特徴とする付記４又は５記載の半導体光変調器。
（付記７）
前記光導波路層の両側面に、各々第２又は第３の半絶縁性半導体層を有することを特徴とする付記１から５の何れか１項に記載の半導体光変調器。
（付記８）  前記第１及び第２の電極は、進行波型電極であることを特徴とする付記２記載の半導体光変調器。
（付記９）
入射光を第１及び第２の光路に分派する分派器と、
前記第１の光路を構成する第１の光導波路と、
前記第２の光路を構成する第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とを合波する合波器と、
前記第１及び第２の光導波路の少なくとも一方上に形成された請求項１から７のいずれか１項に記載の前記半導体光変調器と、
を有することを特徴とするマッハツェンダ型光変調器。
（付記１０）
前記半導体光変調器は、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする付記９記載のマッハツェンダ型光変調器。
（付記１１）  同一の半導体基板上に、請求項１から７の何れか１項に記載の前記半導体光変調器と、半導体レーザと、が形成され、
前記半導体光変調器と前記半導体レーザとが、前記光導波路層により光学的に接続されていることを特徴とする光変調器一体型半導体レーザ。
（付記１２）  前記半導体光変調器と前記半導体レーザとの間に、該半導体光変調器と該半導体レーザとを電気的に切断するアイソレーション領域を有することを特徴とする付記１１に記載の光変調器一体型半導体レーザ。
（付記１３）
前記アイソレーション領域は、前記半導体光変調器と前記半導体レーザとを光学的に接続する前記光導波路層の上部及び下部の少なくとも何れか一方に、第３の半絶縁性半導体層が形成されていることを特徴とする付記１２に記載の光変調器一体型半導体レーザ。
【００８３】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の発明によれば、光導波路層に効率的に電界を印加し、尚且つ印加する電界の方向が任意であり、さらに、光導波路層を挟むクラッド層間を電気的に切断して、効率よく発生した電界を光導波路層へ印加することが可能な半導体光変調器を提供することが可能となる。
【００８４】
更に、請求項２記載の発明によれば、光導波路層の上下に形成するクラッド層として導電率が比較的高く、光吸収が比較的小さく、不純物が比較的拡散しにくいｎ型の半導体を用いることにより、変調波の伝搬特性を劣化させず、尚且つ光導波路層に不純物が拡散し、変調波の伝搬損失が生じることを防止することが可能となる。
【００８６】
また、請求項３記載の発明によれば、光導波路層に効率的に電界を印加し、尚且つ変調波の伝搬特性を劣化させない半導体光変調器が適用されたマッハツェンダ型光変調器を提供することが可能となる。
【００８７】
また、請求項４記載の発明によれば、光導波路層に効率的に電界を印加し、尚且つ変調波の伝搬特性を劣化させない半導体光変調器が同一基板上にモノリシックに形成された半導体レーザを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による光変調器の層構造を示す図であり、（ａ）はノンドーピング型素子として形成された光変調器１１００の層構造を示し、（ｂ）はｐｉｎ型素子として形成された光変調器１２００の層構造を示す。
【図２】本発明の第１の実施例による光位相変調器１００を光軸に対して垂直に切断した際の層構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例による光位相変調器１００の具体的構成例を示す俯瞰図であり、（ａ）は光位相変調器１００を用いて構成された集中定数型光位相変調器２００を示し、（ｂ）は光位相変調器１００を用いて構成された分布定数型（進行波型）光位相変調器３００を示す。
【図４】本発明の第１の実施例による光位相変調器１００を用いて構成されたマッハツェンダ型光変調器１０の構成を示す俯瞰図である。
【図５】本発明の第３の実施例による光位相変調器１１０を光軸に対して垂直に切断した際の層構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例によるレーザ一体型光変調器１２０を光軸に沿って半導体基板１０１と垂直に切断した際の層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  光
２  変調波信号
３  バイアス電源
４  信号電源
５  抵抗
１０  マッハツェンダ型光変調器
１１、１０１  半導体基板
１２、１３、１００、１１０  光位相変調器
１４  分派器
１５  合波器
１６  入力導波路
１７  出力導波路
１８、１９  導波路
２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ  光
１００Ａ  光位相変調領域
１００Ｂ  半導体レーザ領域
１００  アイソレーション領域
１０２、１０４  ｎ型クラッド層
１０３  光導波路層
１０３ａ  光導波路コア層
１０３ｂ、１０３ｃ、１２３ｂ  クラッド層
１０４ａ  ｐ型クラッド層
１０５ａ、１０５ｂ、１２５ａ  金属電極
１１６ａ、１１６ｂ  半絶縁性半導体層
１２０  レーザ一体型光位相変調器
１２３ａ  活性層
１２６  半絶縁性半導体層
１１００  光変調器（ノンドーピング型素子）
１１０１、１２０１  ｉ−ＩｎＰ基板
１１０２、１１０４  ｉ−ＩｎＰクラッド層
１１０３、１２０３  ｉ−光導波路層
１１０５ａ、１２０５ａ  金属電極（シグナル）
１１０５ｂ、１２０５ｂ  金属電極（グランド）
１２００  光変調器（ｐｉｎ型素子）
１２０２  ｎ−ＩｎＰクラッド層
１２０４  ｐ−ＩｎＰクラッド層
【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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