[发明专利]半导体光调制器和光调制装置

说明书

技术领域

本发明涉及在长波长频带中超高速地动作的半导体光调制器和利用它的光调制装置。

背景技术

在高密度波长多路复用光通信系统中使用的发射机通常采用组合激光二极管光源和外部调制器而产生光信号的方式。为了这种目的而使用的典型的外部调制器是用LiNbO₃(以后简称为“LN”)波导制作的LN调制器。基于电光效应的折射率的调制是该动作的基本，除了单纯的光相位调制器以外，还有组装了马赫-策德尔干涉仪的光强度调制器等。

最近，在小型化方面比LN调制器更有利的半导体光调制器引人注目。它是以下这样的InP/InGaAsP光调制器等，即在半绝缘性的GaAs上配置肖特基电极，使用将其作为光电子波导的GaAs光调制器、pin异质结，在光的封闭的同时，向波导的核心部分有效地施加电压。

半导体光调制器具有小型的优点，但相反有驱动电压高的问题，作为避免该问题的构造，提出了将双方的InP包层设为n型，插入薄的p型半导体的层(p型的势垒层)作为用于抑制电子电流的势垒层的npin型的半导体光调制器构造(例如参考专利文献1)。该npin型不使用成为光损失的原因的p型的包层，因此，在可以使用比较长的波导，降低驱动电压的方面是优越的。另外，由于具有能够任意地最优设计耗损层厚度的自由度，而具有以下这样的特征：容易同时满足电气阻抗的匹配和电气速度/光速度的匹配，还有利于高速化。

对于npin型的半导体光调制器构造，已知上部的n型的包层的导电率比现有的pin型的p型的包层的导电率大。这例如是在一样构造的npin型中，沿着波导上部的阳极电极应该只向光的行进方向施加到波导的用于调制的电气信号通过n型的包层而泄漏到没有阳极电极的部分的波导上。另外，有时也向波导施加一定的DC偏压，还有时同样地向没有阳极电极的部分的波导施加DC偏压。该电气信号和DC偏压的泄漏对调制动作产生影响，因此，对npin型的半导体光调制器的构造，采取了分离为向波导施加电气信号、DC偏压的部分和不向波导施加它们的部分的波导电选方法。

图1表示该电选方法的一个例子。图1的npin型的半导体光调制器构造将波导24的从上部开始的层结构设为n-p-i-n的顺序，形成对上部的n型的第二包层27和p型的势垒层26的一部分进行了凹加工的电选沟(groove)29-1，而采取了波导电选的方法。

但是，采取了图1的npin型的半导体光调制器构造的波导电选的方法的电选虽然是完全的，但由于因波导的局部不均匀而产生光散射，所以有要消除光衍射损失的课题。

图2表示消除了该光衍射损失的波导电选的方法的例子。图2的nipn型的半导体光调制器构造将波导24的从上部开始的层结构设为n-i-p-n的顺序，通过p型搀杂物的离子注入、再生长法，而再形成到达n型的第一包层23的下面的局部p型区域29-2(例如参考专利文献2)。

图2的nipn型的半导体光调制器构造的波导24的从上部开始的层结构与图1的层结构相反。以下说明其理由。图3表示采取了图2所说明的波导电选的方法的情况下的npin型的半导体光调制器构造。在npin型中，局部p型区域29-3与p型的势垒层26接触，无法始终进行波导电选。

具体地说，在施加大的反方向的DC偏压，p型势垒层26耗尽了的状态下，能够进行波导电选。但是，在p型的势垒层26的全受体量大，反向的DC偏压为规定值以下的小的状态下，在p型势垒层26的一部分产生残留空穴的中性化，对于高频的电气信号，无法进行波导电选。即，即使对在上部存在阳极电极28的n型第二包层27和在上部不存在阳极电极28的n型第二包层27进行电选，高频的电气信号也经由p型势垒层26泄漏到上部不存在阳极电极28的部分的波导24。

另外，由于这样的电气上处于“浮动状态”的p型势垒层26的电位不稳定，所以暗电流依存于温度、偏压电压地变化，波导24的电场也变化。这对元件的长期可靠性也有很大影响。这样，在n型包层上形成p型区域的波导电选的方法在势垒层的一部分中性化的情况下也能够进行波导电选，因此需要设为将构造上下反转了的nipn型。

专利文献1：日本特开2005-099387号公报

专利文献2：日本特开2005-116644号公报