特許 7301709 電界吸収型光変調器及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-23

(45)【発行日】2023-07-03

(54)【発明の名称】電界吸収型光変調器及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/017 20060101AFI20230626BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20230626BHJP

【ＦＩ】

G02F1/017 503

H01S5/026 616

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019184664

(22)【出願日】2019-10-07

(65)【公開番号】P2021033250

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-09-05

(31)【優先権主張番号】P 2019150056

(32)【優先日】2019-08-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本ルメンタム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 厚

(72)【発明者】

【氏名】北谷 健

(72)【発明者】

【氏名】岡本 薫

(72)【発明者】

【氏名】早川 茂則

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－２６９１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５４７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７５９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３２７９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０２２５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３５３８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３２６９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５９７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１７３８７４８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－１／３９

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１－２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３６５、２１／４６９

Ｈ０１Ｌ ２１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するｐ型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するｎ型半導体層と、
を有し、
前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、
前記ｎ型半導体層のドナーは、前記多重量子井戸の前記ドナーと同じ材料であり、
前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、
前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であることを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項2】

請求項１に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層は、分離閉じ込めヘテロ構造を構成するためにあることを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数のバリア層の対応する１つであることを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度及び前記ｎ型キャリア濃度のそれぞれは、１×１０^１７ｃｍ^－３以上であることを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸は、前記ｎ型キャリア濃度よりも、前記ｐ型キャリア濃度において高いことを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項6】

交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するｐ型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するｎ型半導体層と、
を有し、
前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、
前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であり、
前記多重量子井戸は、前記ｎ型キャリア濃度よりも、前記ｐ型キャリア濃度において低いことを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記ドナーは、Ｓｉであることを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記ｐ型半導体層のアクセプタは、前記多重量子井戸の前記アクセプタと同じ材料であることを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層よりも低いことを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、
前記多重量子井戸は、前記ｎ型キャリア濃度において、前記ｎ型半導体層よりも低いことを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項11】

交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するｐ型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するｎ型半導体層と、
を有し、
前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、
前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であり、
前記複数層の、前記ｐ型半導体層に近い層ほど、前記ｐ型キャリア濃度及び前記ｎ型キャリア濃度が高いことを特徴とする電界吸収型光変調器。

【請求項12】

ｎ型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記ｎ型半導体層に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、ｐ型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、
前記ｎ型半導体層のドナーは、前記多重量子井戸の前記ドナーと同じ材料であり、
前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、
前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であることを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。

【請求項13】

請求項１２に記載された電界吸収型光変調器の製造方法であって、
前記多重量子井戸は、前記有機金属気相成長法によって形成されることを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。

【請求項14】

ｎ型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記ｎ型半導体層に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、ｐ型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、
前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であり、
前記多重量子井戸は、前記ｎ型キャリア濃度よりも、前記ｐ型キャリア濃度において低いことを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。

【請求項15】

ｎ型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記ｎ型半導体層に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、ｐ型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、
前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、
前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であり、
前記複数層の、前記ｐ型半導体層に近い層ほど、前記ｐ型キャリア濃度及び前記ｎ型キャリア濃度が高いことを特徴とする電界吸収型光変調器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電界吸収型光変調器及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電界吸収型光変調器（Electro-Absorption Optical Modulator：ＥＡ変調器）において、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）内の電界を均一にするためには、ＭＱＷのキャリア濃度は低いことが好ましい（特許文献１）。一方で、分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）が適用されていると、ＭＱＷの上下にあるＳＣＨ層では、電圧損失の増加を避けるため、キャリア濃度が高くなっていることが好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２２０５３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光半導体素子の結晶成長で多く用いられる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）では、ｐ型ドーパントとしてＺｎ（亜鉛）が主に用いられる。Ｚｎは結晶成長中に拡散しやすい。そのため、ｐ側ＳＣＨ層のキャリア濃度が低下し、ＭＱＷのキャリア濃度が上昇する。

【0005】

本発明は、適切なキャリア濃度の確保を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明に係る電界吸収型光変調器は、交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、前記複数層の最上層に接触するｐ型半導体層と、前記複数層の最下層に接触するｎ型半導体層と、を有し、前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、多重量子井戸は、高いｐ型キャリア濃度を有するので、ｐ型半導体層からのアクセプタの拡散を抑えることができ、適切なキャリア濃度が確保される。その一方で、多重量子井戸は、電界を均一にするために、実効キャリア濃度が低くなっている。

【0008】

（２）（１）に記載された電界吸収型光変調器であって、前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層は、分離閉じ込めヘテロ構造を構成するためにあることを特徴としてもよい。

【0009】

（３）（１）又は（２）に記載された電界吸収型光変調器であって、前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数のバリア層の対応する１つであることを特徴としてもよい。

【0010】

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度及び前記ｎ型キャリア濃度のそれぞれは、１×１０^１７ｃｍ^－３以上であることを特徴としてもよい。

【0011】

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記多重量子井戸は、前記ｎ型キャリア濃度よりも、前記ｐ型キャリア濃度において高いことを特徴としてもよい。

【0012】

（６）（１）から（４）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記多重量子井戸は、前記ｎ型キャリア濃度よりも、前記ｐ型キャリア濃度において低いことを特徴としてもよい。

【0013】

（７）（１）から（６）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であることを特徴としてもよい。

【0014】

（８）（１）から（７）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記ドナーは、Ｓｉであることを特徴としてもよい。

【0015】

（９）（１）から（８）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記ｐ型半導体層のアクセプタは、前記多重量子井戸の前記アクセプタと同じ材料であることを特徴としてもよい。

【0016】

（１０）（１）から（９）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記ｎ型半導体層のドナーは、前記多重量子井戸の前記ドナーと同じ材料であることを特徴としてもよい。

【0017】

（１１）（１）から（１０）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記多重量子井戸は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層よりも低いことを特徴としてもよい。

【0018】

（１２）（１）から（１１）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記多重量子井戸は、前記ｎ型キャリア濃度において、前記ｎ型半導体層よりも低いことを特徴としてもよい。

【0019】

（１３）（１）から（１２）のいずれか１項に記載された電界吸収型光変調器であって、前記複数層の、前記ｐ型半導体層に近い層ほど、前記ｐ型キャリア濃度及び前記ｎ型キャリア濃度が高いことを特徴としてもよい。

【0020】

（１４）本発明に係る電界吸収型光変調器の製造方法は、ｎ型半導体層を形成する工程と、交互に積層された複数の量子井戸層及び複数のバリア層を含む複数層からなり、前記複数の量子井戸層及び前記複数のバリア層はアクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記ｎ型半導体に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、ｐ型半導体層を形成する工程と、を含み、前記多重量子井戸は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下であり、前記多重量子井戸では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記多重量子井戸の前記ｐ型キャリア濃度の±１０％以下であることを特徴とする。

【0021】

本発明によれば、多重量子井戸は、高いｐ型キャリア濃度を有するので、ｐ型半導体層からのアクセプタの拡散を抑えることができ、適切なキャリア濃度が確保される。その一方で、多重量子井戸は、電界を均一にするために、実効キャリア濃度が低くなっている。

【0022】

（１５）（１４）に記載された電界吸収型光変調器の製造方法であって、前記多重量子井戸は、前記有機金属気相成長法によって形成されることを特徴としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施形態に係る電界吸収型光変調器の平面図である。

【図2】図１に示す電界吸収型光変調器のII－II線断面図である。

【図3】ｎ型半導体層（下ＳＣＨ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）及びｐ型半導体層（上ＳＣＨ）のキャリア濃度を示す図である。

【図4】電界吸収型光変調器の変形例１においてキャリア濃度を示す図である。

【図5】電界吸収型光変調器の変形例２においてキャリア濃度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。

【0025】

図１は、実施形態に係る電界吸収型光変調器の平面図である。図２は、図１に示す電界吸収型光変調器のII－II線断面図である。

【0026】

電界吸収型光変調器は、レーザ部１０及び変調部１２がモノリシックに集積された変調器集積型半導体光素子（例えば変調器集積レーザ）である。電界吸収型光変調器は、レーザ部１０に駆動電流を注入することにより出射される連続光を変調部１２で変調して、信号光が出力されるようになっている。

【0027】

レーザ部１０は、分布帰還型半導体レーザ(Distributed Feedback Laser：ＤＦＢレーザ)である。変調部１２は、電界吸収型変調器（ＥＡ（Electro-Absorption）変調器）である。電界吸収型変調器は、チャープ（波長変動）が小さく、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きく、広域帯である、といった有利な特性を有することに加え、小型で低コストであることにより、幅広く用いられている。ここでは電界吸収型光変調器は、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子である。

【0028】

なお、電界吸収型光変調器は、図示しない埋め込みヘテロ構造（Buried Heterostructure：ＢＨ構造）を有している。ＢＨ構造とは、光導波路を有するメサストライプ構造の両側に埋め込み層を有する構造をいう。ＢＨ構造は、横方向に光を閉じ込める効果が強く、ＦＦＰ（Far Field Pattern）がより円形となるので、光ファイバとの結合効率が高いという利点があり、さらに、放熱性に優れており、広く用いられている。

【0029】

図２に示すように、電界吸収型光変調器は、半導体基板１４（ｎ型ＩｎＰ基板）を有する。半導体基板１４に下クラッド層１６（ｎ型ＩｎＰ層）が積層されている。半導体基板１４の裏面（下クラッド層１６とは反対の面）には、電極１８（例えばカソード）がある。

【0030】

［ｎ型半導体層（下ＳＣＨ層）］
電界吸収型光変調器（変調部１２）は、下クラッド層１６の上に、ｎ型半導体層２０（ＩｎＧａＡｓＰ層）を有する。ｎ型半導体層２０のドナー（ｎ型ドーパント）は、Ｓｉである。Ｓｉは結晶成長中の拡散がほとんどないことで知られている。ｎ型半導体層２０は、分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）を構成するためにあり、下ＳＣＨ層でもある。

【0031】

［変調部の多重量子井戸］
電界吸収型光変調器（変調部１２）は、多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：ＭＱＷ）２２を有する。多重量子井戸２２に電界が印加されると、光の吸収端が長波長側へシフトする量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confinement Stark Effect：ＱＣＳＥ）が得られる。変調部１２は、ＱＣＳＥを利用して光を変調する。多重量子井戸２２は、複数層からなり、最下層がｎ型半導体層２０に接触している。複数層の最下層は、バリア層２４（ＩｎＧａＡｓＰ層）である。複数層の最上層もバリア層２４である。複数層は、複数のバリア層２４を含む。複数のバリア層２４は、アクセプタ（ｐ型ドーパント）及びドナー（ｎ型ドーパント）の両方を含有する。複数のバリア層２４のｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度のそれぞれは、１×１０^１７ｃｍ^－３以上である。アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方である。ドナーは、Ｓｉ（ｎ型半導体層２０のドナーと同じ材料）である。

【0032】

複数層は、複数の量子井戸層２６（ＩｎＧａＡｓＰ層）を含む。複数の量子井戸層２６は、アクセプタ（ｐ型ドーパント）及びドナー（ｎ型ドーパント）の両方を含有する。複数の井戸層２６のｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度のそれぞれは、１×１０^１７ｃｍ^－３以上である。アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方である。ドナーは、Ｓｉ（ｎ型半導体層２０のドナーと同じ材料）である。量子井戸層２６とバリア層２４は隣り合っている。すなわち、複数の量子井戸層２６及び複数のバリア層２４は、交互に積層されている。つまり、多重量子井戸２２は全領域に渡ってアクセプタとドナーの両方を含有する。

【0033】

［ｐ型半導体層（上ＳＣＨ層）］
電界吸収型光変調器（変調部１２）は、ｐ型半導体層２８（ＩｎＧａＡｓＰ層）を有する。ｐ型半導体層２８のアクセプタは、例えばＺｎ及びＭｇの少なくとも一方（量子井戸層２６のアクセプタと同じ材料）であり、拡散の抑制が極めて困難である。ｐ型半導体層２８は、多重量子井戸２２の最上層に接触している。ｐ型半導体層２８は、分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）を構成するためにあり、上ＳＣＨ層でもある。ｐ型半導体層２８に上クラッド層３０（ｐ型ＩｎＰ層）が積層されている。

【0034】

［レーザ部の構造］
電界吸収型光変調器は、レーザ部１０に、ｎ型半導体層２０Ｂ、多重量子井戸２２Ｂ及びｐ型半導体層２８Ｂを有する。これらの詳細は、変調部１２のｎ型半導体層２０、多重量子井戸２２及びｐ型半導体層２８の内容が該当する。また、レーザ部１０では、回折格子層３２に上クラッド層３０が積層されている。回折格子層３２および多重量子井戸層２２は発振波長が１．３μｍ帯もしくは１．５５μｍ帯となるように設定されている。

【0035】

［電極］
レーザ部１０は、電極１８（例えばカソード）と併せて直流電圧を印加するための電極３４（例えばアノード）を有する。変調部１２は、電極１８（例えばカソード）と併せて交流電圧を印加するための電極３６（例えばアノード）を有する。レーザ部１０及び変調部１２で使用される電極１８は、一体化しているが、別々になっていてもよい。また同一の半導体基板１４上に変調部１２とレーザ部１０が集積されていなくても構わない。例えば、互いが異なる半導体基板１４に形成されており、それらが同電位となる領域に搭載されていても構わない。

【0036】

［キャリア濃度］
図３は、ｎ型半導体層２０（下ＳＣＨ）、多重量子井戸２２（ＭＱＷ）及びｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）のキャリア濃度を示す図である。

【0037】

ｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）には、１×１０^１８ｃｍ^－３のｐ型キャリア（Ｚｎ）がドーピングされている。多重量子井戸２２（ＭＱＷ）には、３．０×１０^１７ｃｍ^－３のｐ型キャリア（Ｚｎ）及び２．９×１０^１７ｃｍ^－３のｎ型キャリア（Ｓｉ）の両方がドーピングされている。ｎ型半導体層２０（下ＳＣＨ）には、１×１０^１８ｃｍ^－３のｎ型キャリア（Ｓｉ）がドーピングされている。

【0038】

ｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）及び多重量子井戸２２（ＭＱＷ）の両方にｐ型キャリア（Ｚｎ）がドーピングされているため、ｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）から多重量子井戸２２（ＭＱＷ）へのｐ型キャリア（Ｚｎ）の拡散は抑制される。一方で、ｎ型キャリア（Ｓｉ）の結晶成長中の拡散はほとんどないため、ｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）のｐ型キャリア濃度を維持したまま、多重量子井戸２２（ＭＱＷ）内のｐ型キャリア濃度とｎ型キャリア濃度の差分（実効キャリア濃度）を、１×１０^１６ｃｍ^－３程度にまで低減することができる。

【0039】

多重量子井戸２２（ＭＱＷ）は、ｐ型キャリア濃度（３．０×１０^１７ｃｍ^－３）において、ｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）（１×１０^１８ｃｍ^－３）の１０％以上１５０％以下である。この例では、多重量子井戸２２（ＭＱＷ）は、ｐ型キャリア濃度において、ｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）よりも低い。また、多重量子井戸２２（ＭＱＷ）は、ｎ型キャリア濃度（２．９×１０^１７ｃｍ^－３）において、ｎ型半導体層２０（下ＳＣＨ）（１×１０^１８ｃｍ^－３）よりも低い。

【0040】

多重量子井戸２２（ＭＱＷ）では、ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分（絶対値）に相当する実効キャリア濃度（１×１０^１６ｃｍ^－３）が、多重量子井戸２２（ＭＱＷ）のｐ型キャリア濃度（３．０×１０^１７ｃｍ^－３）の１０％以下である。多重量子井戸２２（ＭＱＷ）は、ｎ型キャリア濃度（２．９×１０^１７ｃｍ^－３）よりも、ｐ型キャリア濃度（３．０×１０^１７ｃｍ^－３）において高い。

【0041】

本実施形態によれば、多重量子井戸２２（ＭＱＷ）は、高いｐ型キャリア濃度を有するので、ｐ型半導体層２８（上ＳＣＨ）からのアクセプタの拡散を抑えることができ、適切なキャリア濃度が確保される。その一方で、多重量子井戸２２（ＭＱＷ）は、電界を均一にするために、実効キャリア濃度が低くなっている。本実施形態によれば、電界吸収型変調器の変調特性を改善することができる。すなわち、低電圧振幅で大きな消光比を得ることができる。

【0042】

［製造方法］
次に、電界吸収型光変調器の製造方法を説明する。この例では、レーザ部１０を形成した後に、変調部１２を形成する（図２参照）。

【0043】

レーザ部１０の形成プロセスでは、半導体基板１４（ｎ型ＩｎＰ基板）に、レーザ部１０の構造に必要な多層を形成し、その後、レーザ部１０に不要な部分をエッチングして除去する。

【0044】

次に、変調部１２の形成プロセスでは、半導体基板１４（ｎ型ＩｎＰ基板）に、ｎ型半導体層２０（ＩｎＧａＡｓＰ層）、多重量子井戸２２、ｐ型半導体層２８（ＩｎＧａＡｓＰ層）を形成する。各層の形成は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）にて行う。量子井戸層２６及びバリア層２４のいずれも、材料はＩｎＧａＡｓＰであり、Ｚｎ（ｐ型ドーパント）及びＳｉ（ｎ型ドーパント）の両方を添加しながら多層成長を行う。

【0045】

成長条件は、多重量子井戸２２が、ｐ型キャリア濃度においてｐ型半導体層２８の１０％以上１５０％以下になるように調整する。また、成長条件は、多重量子井戸２２で実効キャリア濃度（ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分の絶対値）が、多重量子井戸２２のｐ型キャリア濃度の１０％以下になるように調整する。その他の詳細は、上述した電界吸収型光変調器の説明から自明な内容及び有機金属気相成長法の周知技術を含む。

【0046】

［変形例１］
図４は、電界吸収型光変調器の変形例１においてキャリア濃度を示す図である。本変形例では、多重量子井戸（ＭＱＷ）は、ｎ型キャリア濃度（３．０×１０^１７ｃｍ^－３）よりも、ｐ型キャリア濃度（２．９×１０^１７ｃｍ^－３）において低い。つまり、多重量子井戸２２の実効キャリア濃度は、ｐ型キャリア濃度の±１０％以下となっている。

【0047】

［変形例２］
図５は、電界吸収型光変調器の変形例２においてキャリア濃度を示す図である。本変形例では、多重量子井戸（ＭＱＷ）を構成する複数層は、ｐ型半導体層（上ＳＣＨ）に近い層ほど、ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度のそれぞれが高くなっている。これは上クラッド層３０（ｐ型ＩｎＰ層）やｐ型半導体層２８に含有されたｐ型ドーパントが、多重量子井戸層２２へ拡散してきた場合の状態を示している。ｐ型ドーパントは、多重量子井戸２の形成時に添加した量に加え、拡散により増加した量となっている。これを補償するために多重量子井戸層２２の形成時にｎ型ドーパントを図４に示すプロファイルとなるように添加している。このように、ｐ型ドーパントの拡散状況に応じてｎ型ドーパントのプロファイル（ｎ型キャリア濃度分布）を調整することで、高消光比特性に優れた電界吸収型光変調器を実現できる。

【0048】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。例えば、上述した実施形態ではＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子で説明したが、ＥＡ変調器のみであっても適用できる。

【符号の説明】

【0049】

１０ レーザ部、１２ 変調部、１４ 半導体基板、１６ 下クラッド層、１８ 電極、２０ ｎ型半導体層、２２ 多重量子井戸、２２Ｂ 多重量子井戸、２４ バリア層、２６ 量子井戸層、２８ ｐ型半導体層、３０ 上クラッド層、３２ 回折格子層、３４ 電極、３６ 電極。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】