CN106873193A - 半导体光波导、半导体光调制器以及半导体光调制系统 - Google Patents

半导体光波导、半导体光调制器以及半导体光调制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体光波导、半导体光调制器以及半导体光调制系统。将肋板型的芯线(11)的肋(12)分为p型半导体区域(12a)和n型半导体区域(12b)的边界面(12S)由成为第一横向pn结(J1)的接合面的第一平面(S1)、成为纵向pn结(J2)的接合面的第二平面(S2)、以及成为第二横向pn结(J3)的接合面的第三平面(S3)形成。

Description

半导体光波导、半导体光调制器以及半导体光调制系统
技术领域
本发明涉及形成有具有p型半导体区域和n型半导体区域的芯线的半导体光波导。另外，涉及具备这样的半导体光波导的半导体光调制器、以及具备这样的半导体光调制器的半导体光调制系统。
背景技术
公知有具有由半导体(例如硅)构成的芯线的半导体光波导。另外，公知有形成有具有p型半导体区域和n型半导体区域的芯线的半导体光波导作为在pn结的接合面附近对光进行相位调制的相位调制器发挥作用。在pn结的接合面附近传输的光根据从外部对pn结的两端施加的电压即调制电压，对其相位进行调制。这样的半导体光波导例如用于通信用收发器的发送部。
近年来，有想要针对通信用收发器实现低消耗电力化、宽频带化等的迫切期望。为了满足这样的迫切期望，希望相位调制器提高光的调制效率、提高高频特性等。
在专利文献1中记载有：通过采用在从上表面观察半导体光波导的情况下，p型半导体区域与n型半导体区域的边界面(pn结的接合面)成为锯片形状(参照专利文献1的图6)或者正弦波形状(参照专利文献1的图7)的pn结，来提高光的调制效率的pn二极管光调制器(相当于本申请的半导体光波导)。
根据这样的结构，由于pn结的接合面的总面积扩大，所以能够使形成于接合面附近的耗尽层的体积占据芯线整体的体积的比例增大。其结果，由于有助于相位调制的载流子数增大，所以能够提高调制效率(减小用于使光的相移量成为π所需要的电压即半波电压Vpi)。
然而，在专利文献1所记载的半导体光波导中存在难以避免高频特性的恶化的问题。在具备pn结的半导体光波导中，扩大pn结的接合面的总面积意味着增大pn结的静电电容。在专利文献1所记载的半导体光波导中，该增大的静电电容导致高频特性的恶化。换言之，由于专利文献1所记载的半导体光波导未进行与高频特性相关的考虑，所以虽然能够提高调制效率但不能避免高频特性的恶化，而很难使调制效率和高频特性兼得。
作为有利于该问题的解决的技术，在专利文献2中记载有采用了具有与专利文献1的图6以及图7所记载的pn结不同的构造的pn结的电-光硅调制器(相当于本申请的半导体光波导)。
专利文献2的图1以及图2所示的半导体光波导均为具备肋板型的芯线的半导体光波导。
专利文献2的图1所示的半导体光波导是形成在肋的内部的pn结，采用pn结的接合面由两个平面构成的pn结。构成pn结的接合面的两个平面中的、(1)第一平面是形成横向pn结的接合面的、下端到达肋的下表面的平面，(2)第二平面是形成纵向pn结的接合面的、左端与第一平面的上端连接，右端到达肋的右侧面的平面。即、图1所示的半导体光波导具有剖面L字型的pn结面。
专利文献2的图2所示的半导体光波导是横跨肋和板而形成的pn结，采用接合面由3个平面构成的pn结。构成接合面的3个平面中的、(1)第一平面是形成横向pn结的接合面的、上端到达板的上表面的平面，(2)第二平面是形成纵向pn结的接合面的、右端与第一平面的下端连接的平面，(3)第三平面是形成横向pn结的接合面的、上端与第二平面的左端连接，下端到达肋的下表面的平面。即、图2所示的半导体光波导所具备的相位调制部具有剖面曲柄型的pn结面。
如上所述，在沿着光在芯线中传输的方向按照箭头观察半导体光波导的情况下，专利文献2的图1所示的半导体光波导采用接合面的剖面为L字型的pn结，图2所示的半导体光波导采用接合面的剖面为曲柄型的pn结。
这些pn结在与p型半导体区域和n型半导体区域的边界面从肋的上表面到下表面的横向pn结、以及p型半导体区域和n型半导体区域的边界面从肋的左侧面到右侧面的纵向pn结相比较的情况下，认为不用大幅度地扩大pn结的接合面的总面积就能够提高调制效率。即、认为专利文献2的图1以及图2所示的半导体光波导是用于兼得调制效率和高频特性的有效的技术。
专利文献1：美国专利第7136544号说明书(2006年11月14日)
专利文献2：美国专利第8149493号说明书(2012年4月3日)
但是，在专利文献2的图1所示的半导体光波导的形成于肋的pn结上，成为纵向pn结的接合面的第二平面采用到达肋的右侧面的结构。因此，第二平面的右端附近不得不形成在肋的内部的区域中的光密度非常低的区域。这是因为在芯线中传输的光的宽度方向的光密度在肋的中央最高，随着远离肋的中央而降低。
如上所述，专利文献2的图1所示的半导体光波导通过使形成于肋的pn结的接合面成为L字型，虽然扩大了接合面的总面积，但并未能将该总面积的扩大有效地利用于改善调制效率。
另外，在专利文献2的图2所示的半导体光波导的形成于肋的pn结中，成为横向pn结的接合面的第一平面不是形成于肋的内部而是形成于板的内部。另外，成为纵向pn结的接合面的第二平面以横跨肋的侧面附近和板的方式形成。
因此，形成于板的第一平面、和成为pn结的接合面的第二平面的一部分不得不形成在光密度非常低的区域。这是因为，在芯线中传输的光的宽度方向的光密度在肋的中央最高，随着远离肋的中央而降低，且在作为肋的外部的板上进一步降低。
如上所述，专利文献2的图2所示的半导体光波导通过使pn结的接合面成为曲柄型，虽然扩大了接合面的总面积，但是并未能将该总面积的扩大有效地利用于改善调制效率。
如上所述，专利文献1的图1以及图2所记载的半导体光波导虽然兼得调制效率和高频特性，但在该调制效率上具有改善的余地。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于在形成有具有p型半导体区域和n型半导体区域的芯线的半导体光波导中，在兼得调制效率和高频特性的基础上，实现调制效率的进一步提高。
为了解决上述课题，本发明是一种半导体光波导，该半导体光波导具备肋板型的芯线，该芯线具有肋和一对板，该半导体光波导的特征在于，上述芯线通过包含在肋中的边界面分为由p型半导体形成的p型半导体区域和由n型半导体形成的n型半导体区域，上述边界面由第一平面、第二平面以及第三平面形成，其中，上述第一平面为第一横向pn结的接合面，上述第一平面的上端到达上述肋的上表面，上述第二平面为纵向pn结的接合面，上述第二平面的左端与上述第一平面的下端连接，上述第三平面为第二横向pn结的接合面，上述第三平面的上端与上述第二平面的右端连接，且上述第三平面的下端到达上述肋的下表面。
如上述那样，p型半导体区域与n型半导体区域的边界面(pn结的接合面)是由第一平面、第二平面、以及第三平面形成的曲柄型，上述平面均形成在肋的内部。
根据上述结构，与专利文献2的图1所示的pn结的接合面为L字型的结构、以及专利文献2的图2所示的pn结的接合面为曲柄型的结构相比，能够将形成在pn结的接合面的附近的耗尽层关于肋的宽度方向设置于更靠近肋的中央的区域，即、光密度更高的区域。
因此，能够实现具有与专利文献2的图1、2所示的结构同样优异的高频特性，并且具有比专利文献2的图1、2所示的结构优异的调制效率的半导体波导元件。
本发明起到在芯线中形成有p型半导体区域和n型半导体区域的半导体光波导中，在兼得调制效率和高频特性的基础上，进一步提高调制效率的效果。
附图说明
图1的(a)是表示第一实施方式的半导体光波导的结构的立体图，图1的(b)是表示上述半导体光波导所具备的芯线的结构的立体图。
图2的(a)是表示上述半导体光波导的结构的剖视图，图2的(b)是表示上述半导体光波导所具备的芯线的结构的剖视图。
图3的(a)是表示第一实施方式的半导体光波导的第一变形例所具备的芯线的结构的剖视图，图3的(b)是表示第一实施方式的半导体光波导的第二变形例所具备的芯线的结构的剖视图，图3的(c)是表示第一实施方式的半导体光波导的第三变形例所具备的芯线的结构的剖视图。
图4的(a)是表示本发明的第一至第二实施例的半导体光波导的相位变化量的反向偏置电压依存性的模拟结果的图表，图4的(b)是表示上述半导体光波导的衰减常量的工作频率依存性的模拟结果的图表。
图5的(a)是表示在本发明的第三实施例组的半导体光波导中，使Wver2在80nm以上200nm以下的范围内变化的情况下的半波电压Vpi的模拟结果的图表，图5的(b)是表示第三实施例组的半导体光波导的3dB带宽的模拟结果的图表。
图6是表示在本发明的第四实施例的半导体光波导中，使p型半导体区域的空穴密度相对于n型半导体区域的电子密度在30％以上130％以下的范围内变化的情况下的相位变化量的图表。
图7是表示本发明的第二实施方式的半导体光调制器的结构的立体图。
图8是表示以往的半导体光波导的结构的剖视图。
附图标记说明
1…半导体光调制器；10…半导体光波导；11…芯线(肋板型的芯线)；12…肋；12a…p型半导体区域；12b…n型半导体区域；12J…pn结；12S…接合面(p型半导体区域与n型半导体区域的边界面)；12us…上表面；12bs…下表面；12ls…左侧面；12rs…右侧面；13…第一板；14…第二板；15、17…第一电极、第二电极(行波电极)；16、18…第一信号线、第二信号线；C…中心；J1…第一pn结(第一横向pn结)；J3…第三pn结(第二横向pn结)；J2…第二pn结(纵向pn结)；S1、S2、S3…第一平面、第二平面、第三平面；10a、10b…第一相位调制部、第二相位调制部(相位调制部)。
具体实施方式
本发明的半导体光波导是具备肋板型的芯线的半导体光波导。上述芯线通过包含在肋中的边界面分为由p型半导体形成的p型半导体区域和由n型半导体形成的n型半导体区域。上述边界面第一平面、第二平面以及第三平面形成，其中，上述第一平面为横向pn结的接合面，上述第一平面的上端到达上述肋的上表面，上述第二平面为纵向pn结的接合面，上述第二平面的左端与上述第一平面的下端连接，上述第三平面为横向pn结的接合面，上述第三平面的上端与上述第二平面的右端连接，上述第三平面的下端到达上述肋的下表面。
因此，作为本发明的第一实施方式，对具备芯线的半导体光波导进行说明，该芯线是具有肋、以及包含以夹持该肋的方式分别与肋的两侧连接的板的一对板的所谓的肋板型的芯线，上述芯线通过包含在肋中边界面，将肋分为p型半导体区域和n型半导体区域。
另外，本发明的半导体光调制器是在至少一方的臂部设置光调制部的马赫-曾德尔型的半导体光调制器，作为上述光调制部具备本发明的一实施方式的半导体光波导。
因此，作为本发明的第二实施方式，对在一方的臂部作为第一半导体光波导设置有第一实施方式的半导体光波导，在另一方的臂部作为第二半导体光波导设置有第一实施方式的半导体光波导的马赫-曾德尔型的半导体光调制器进行说明。
〔第一实施方式〕
参照图1以及图2，对本发明的第一实施方式的半导体光波导10进行说明。图1的(a)是表示半导体光波导10的结构的立体图。图1的(b)是表示半导体光波导10所具备的芯线11的结构的立体图。图2的(a)是表示半导体光波导10的结构的剖视图，是表示沿着图1的(a)中图示出的A-A′线的剖面的一部分的局部剖视图。图2的(b)是表示半导体光波导10所具备的芯线11的结构的剖视图，是表示沿着图1的(a)中图示出的A-A′线的剖面的一部分的局部剖视图。沿着图1的(a)中图示出的A-A′线的剖面是与在肋12中传输的光的导波方向(y方向)正交的剖面(xz面)。
(半导体光波导10的结构)
如图1的(a)所示，半导体光波导10具备芯线11、包层19、第一电极15、第一信号线16、第二电极17、以及第二信号线18。包层19由下部包层19a和上部包层19b形成。芯线11形成于下部包层19a的上表面。另外，上部包层19b以包围芯线11的方式，形成在下部包层19a以及芯线11上。
构成芯线11的材料具有比构成下部包层19a以及上部包层19b的材料高的折射率。构成芯线11的材料例如是以硅为代表的半导体，构成下部包层19a以及上部包层19b的材料例如是以二氧化硅为代表的绝缘体。下部包层19a以及上部包层19分别可以由相同的材料构成，也可以由不同的材料构成。
另外，包层19也可以采用省略上部包层19b的结构。在该情况下，包围芯线11的空气作为空气包层发挥作用。
在这里，以如下的方式对图1的(a)所示的坐标系进行定义。将与图1的(b)所示的肋12的延伸配置方向平行的轴设为y轴。对于y轴的方向而言，将在图1的(a)中从近前朝向里侧的方向确定为正向。将与图1的(b)所示的肋12的厚度方向平行的轴设为z轴。对于z轴的方向而言，将从下部包层19a朝向上部包层19b的方向确定为正向。将与图1的(b)所示的肋12的宽度方向平行的轴设为x轴。对于x轴的方向而言，确定为该x轴与上述的y轴以及z轴一起构成右手系。
如图1的(b)所示，芯线11由肋12、第一板13以及第二板14形成。芯线11的下表面在同一水平面上，第一板13以及第二板14的沿着z轴的高度相等，该高度比肋12的沿着z轴的高度低。即、芯线11是肋板型的芯线。
(肋12)
肋12通过边界面12S分为p型半导体区域12a和n型半导体区域12b。p型半导体区域由向半导体中添加了p型掺杂剂而成的p型半导体形成。n型半导体区域由向半导体中添加了n型掺杂剂的n型半导体形成。即、边界面12S是p型半导体区域12a与n型半导体区域12b接合而成的pn结12J的接合面。以下，将边界面12S也称为pn结12J的接合面12S。虽然没有对p型掺杂剂以及n型掺杂剂的浓度进行特别限定，但作为一个例子，均举出7×10-17[cm-3]。
如图2的(a)所示，肋12是被上表面12us和下表面12bs夹持的区域。上表面12us是由p型半导体区域12a中沿着z轴的高度最高的部分、以及n型半导体区域12b中沿着z轴的高度最高的部分构成的面。下表面12bs是芯线11的下表面中的、包含于将上表面12us投影至芯线11的下表面的范围的面。即、图2的(a)以及(b)所示的肋12的剖面形状是四边形，构成该四边形的四边的每一个边分别配置有肋12的上表面12us、下表面12bs、右侧面12rs、以及左侧面12ls。边界面12S由第一平面S1、第二平面S2、以及第三平面S3构成。
第一平面S1是上端到达肋12的上表面12us的平面，第二平面S2是左端与第一平面S1连接的平面，第三平面S3是上端与第二平面S2连接，下端到达肋12的下表面12bs的平面。换言之，第二平面S2是沿着肋12的上表面12us以及下表面12bs，即、沿着xy平面形成的平面，第一平面S1以及第三平面S3是沿着肋12的右侧面12rs以及左侧面12ls，即、沿着yz平面形成的平面。因此，第一平面S1与第二平面S2所成的角度、以及第二平面S2与第三平面S3所成的角度大致均为略90°。将这样的剖面形状称为曲柄型。
此外，第一平面S1与第二平面S2所成的角度、以及第二平面S2与第三平面S3所成的角度即大致90°不仅是设计时的角度即90°，还包含在制造半导体光波导10时所产生的制造误差。该制造误差是在肋12的内部形成p型半导体区域12a和n型半导体区域12b时的制造工序中假定的制造误差。例如，在使用针对硅的离子注入来形成p型半导体区域12a和n型半导体区域12b的情况下，假定的制造误差相对于设计时的角度即90°为±5°。
第一平面S1将肋12的上部区域分为作为左侧的区域的p型半导体区域12a和作为右侧的区域的n型半导体区域12b。即、p型半导体区域12a和n型半导体区域12b以第一平面S1为边界相互连接，并且，在横向(x轴方向)上排列。因此，第一平面S1成为作为横向pn结的第一pn结J1的接合面。
第二平面S2将肋12的中央区域分为作为下侧的区域的p型半导体区域12a和作为上侧的区域的n型半导体区域12b。该中央区域是肋12中的、被将第一平面S1包含于面内的假想面和将第三平面S3包含于面内的其它的假想面夹持的区域。即、p型半导体区域12a和n型半导体区域12b以第二平面S2为边界相互连接，并且，在纵向(z轴方向)上排列。因此，第二平面S2成为作为纵向pn结的第二pn结J2的接合面。
第三平面S3将肋12的下部区域分为作为左侧的区域的p型半导体区域12a和作为右侧的区域的n型半导体区域12b。即、p型半导体区域12a和n型半导体区域12b以第三平面S3为边界相互连接，并且，在横向(x轴方向)上排列。因此，第三平面S3成为作为横向pn结的第三pn结J3的接合面。
如上所述，形成在边界面12S的附近区域的pn结12J是由第一pn结J1、第二pn结J2、以及第三pn结J3构成的曲柄型的pn结。
根据上述结构，与专利文献2的图1所示的pn结的接合面的剖面为L字型的结构、以及专利文献2的图2所示的pn结的接合面的剖面为曲柄型的结构相比，能够将形成在第一pn结J1的接合面的附近的耗尽层关于肋12的宽度方向设置在更靠近肋12的中央的区域，即、光密度更高的区域。
因此，半导体光波导10具有与专利文献2的图1以及图2所示的结构同样优异的高频特性，并且具有比专利文献2的图1以及图2所示的结构优异的调制效率。
如图2的(b)所示，在芯线11中，以肋12的厚度tr比第一板13以及第二板14的厚度ts厚的方式构成。另外，在肋12中，将肋12的下表面12bs与第二平面S2的间隔设为p型半导体区域12a的厚度tp，将肋12的上表面12us与第二平面S2的间隔设为n型半导体区域12b的厚度tn。即、tr＝tp+tn。另外，将肋12的右侧面12rs与第三平面S3的间隔设为宽度Wver1，将肋12的左侧面12ls与第一平面S1的间隔设为宽度Wver2。
在肋12中，优选宽度Wver2是厚度tn的1.8倍以下。
另外，在肋12中，更为优选宽度Wver2是厚度tn的1.1倍以上1.8倍以下。
如图2的(b)所示，在本实施方式中，采用第一板13以及第二板14的上表面与第二平面S2形成于相同平面内的结构。在该情况下，ts＝tp。此外，也可以将第一板13以及第二板14的上表面和第二平面S2分别形成于分立的平面内。在该情况下，作为第一变形例，如后所述，优选tp＞tn。
另外，在本实施方式中，采用第一板13以及第二板14的厚度ts为肋12的厚度tr的一半的结构，但厚度tr相对于厚度ts的比例并不限定于50％。为了在肋12中传输的光能更好地封闭在肋12的内部(为了能够进一步抑制朝向第一板13以及第二板14的漏出)，厚度tr相对于厚度ts的比例能够适当地确定。
(p型半导体区域与n型半导体区域中的非对称掺杂)
在本发明的一实施方式的半导体光波导中，优选p型半导体区域12a的空穴密度相对于n型半导体区域12b的电子密度的比例比35％大且比100％小。以下，将p型半导体区域12a的空穴密度相对于n型半导体区域12b的电子密度的比例设为100％的情况称为对称掺杂，将p型半导体区域的空穴密度的比例相对于n型半导体区域的电子密度不足100％的情况称为非对称掺杂。
本申请的发明者们确认了在采用非对称掺杂，且p型半导体区域12a的空穴密度相对于n型半导体区域12b的电子密度的比例比35％大且比100％小的情况下，与采用对称掺杂的情况相比能够增大相移量。即、根据上述结构，能够进一步提高调制效率。
(芯线11以及包层19的材料)
在本实施方式的半导体光波导10中，在采用将硅作为基体材料，并掺杂了p型掺杂剂以及n型掺杂剂的芯线11的情况下，半导体光波导10例如能够使用SOI(Silicon onInsulator：绝缘衬底上的硅)基板来制作。
在该情况下，将SOI基板的BOX层(热氧化膜层)作为下部包层19a来使用，并将形成在BOX层上的Si层图案化成芯线11的形状即可。芯线11所具备的p型半导体区域12a、n型半导体区域12b、第一板13以及第二板14分别能够通过向形成在BOX层上的Si层添加掺杂剂来实现。
另外，包围芯线11的上部包层19b能够通过将具有比硅小的折射率的绝缘体、例如二氧化硅层叠在下部包层19a以及芯线11上来制成。
此外，在使用SOI基板来制作半导体光波导10的情况下，Si层(在图1以及图2中未图示)存在于下部包层19a的下层。
在用于制作这些半导体光波导10的工序中，能够应用现有的用于制作半导体光波导的工序。因此，半导体光波导10能够以与以往的半导体光波导相同程度的制造成本来制造。换言之，半导体光波导10不用使制造成本上涨就能够实现调制效率的进一步提高。
此外，作为芯线11的基体材料所使用的半导体并不限定于硅，例如也可以是磷化铟。即、也可以构成为p型半导体区域12a由向磷化铟添加了p型掺杂剂而成的半导体形成，n型半导体区域12b由向磷化铟添加了n型掺杂剂而成的半导体形成。
在该情况下，优选下部包层19a由向磷化铟添加了掺杂剂而成的半导体形成，上部包层19b由向磷化铟添加了掺杂剂而成的半导体、二氧化硅、以及空气的任意一个形成。
另外，也可以在芯线11的肋12的上表面进一步形成由本征半导体形成的本征半导体区域。
(第一板13以及第二板14)
与p型半导体区域12a连接的第一板13与p型半导体区域12a相同由p型半导体形成。p型半导体区域12a的空穴密度与第一板13的空穴密度既可以构成为相互相等，也可以构成为相互不同。在采用p型半导体区域12a的空穴密度与第一板13的空穴密度不同的结构的情况下，优选使第一板13的空穴密度比p型半导体区域12a的空穴密度高。
与n型半导体区域12b连接的第二板14与n型半导体区域12b相同由n型半导体形成。n型半导体区域12b的电子密度与第二板14的电子密度既可以构成为相互相等，也可以构成为相互不同。在采用n型半导体区域12b的电子密度与第二板14的电子密度不同的结构的情况下，优选使第二板14的电子密度比n型半导体区域12b的电子密度高。
(电极15、17以及信号线16、18)
第一电极15是由从第一板13的上表面到达上部包层19b的上表面，并且向y轴方向延伸配置的导电体形成的电极，并形成为与第一板13导通。第一信号线16是由形成在第一电极15的上表面以及上部包层19b的上表面的导电体形成的电极，并形成为与第一电极15导通。即、第一信号线16与p型半导体区域12a经由第一板13以及第一电极15导通。
第二电极17是由从第二板14的上表面到达上部包层19b的上表面，并且向y轴方向延伸配置的导电体形成的电极，并形成为与第二板14导通。第二信号线18是由形成在第二电极17的上表面以及上部包层19b的上表面的导电体形成的电极，并形成为与第二电极17导通。即、第二信号线18与n型半导体区域12b经由第二板14以及第二电极17导通。
使用以这样的方式构成的第一信号线16和第二信号线18，能够对肋12的p型半导体区域12a和n型半导体区域12b施加调制电压。即、能够使半导体光波导10作为对在芯线11的肋12中传输的光的相位进行调制的相位调制器来发挥作用。
此外，对肋12施加的调制电压的极性是相对于形成在肋12的内部的pn结12J成为反向偏置方向的极性。
此外，优选第一电极15以及第二电极17由一对行波电极构成。即、优选第一电极15是第一行波电极，第二电极17是第二行波电极。
根据该结构，能够在使用半导体光波导10对光进行相位调制的情况下，使相位调制工作高速化。
〔第一变形例〕
参照图3的(a)对第一实施方式的半导体光波导10的第一变形例进行说明。图3的(a)是表示本变形例的半导体光波导10所具备的芯线11的结构的剖视图。
本变形例的半导体光波导10在第一实施方式的半导体光波导10(参照图2的(b))中，通过采用p型半导体区域12a的厚度tp比n型半导体区域12b的厚度tn厚的结构而得到。
在这里，在本说明书中，将肋12在高度(从下表面12bs到上表面12us的宽度)方向平分而成的假想面、与将肋12在宽度(从右侧面12rs到左侧面12ls的宽度)方向平分而成的假想面交叉的位置记载为肋12的中心。即、在与光在肋12中的传输方向相垂直的剖面观察到的图3的(a)中，肋12的中心是指由上表面12us、下表面12bs、右侧面12rs、以及左侧面12ls构成的四边形所具有的2根对角线彼此相交的点。此外，从图1的(a)那样的立体图来看，肋12的中心沿着y轴延伸。而且，如图3的(a)所示，优选该中心C与第二平面S2被形成在隔开距离的位置，并且，肋12的中心C包含于p型半导体区域12b。
在这里，若针对每一个载流子，对p型半导体区域中的载流子即空穴的相位变化量和n型半导体区域12b的载流子即电子的相位变化量进行比较，则空穴的相位变化量高于电子的相位变化量。另外，在肋板型的芯线中传输的光中，肋12的高度方向的光密度最高的部分是肋12的中心C或者高度比肋的中心C低的部分。
根据本变形例的半导体光波导10，由于在肋的高度方向上，成为光密度最高的中心C或者高度比肋的中心C低的部分包含在相位变化量更大的p型半导体区域12a中，所以与中心C形成在第二平面S2上的情况、以及中心C包含于n型半导体区域12b的情况相比较，能够更加有效地利用光密度较高的区域，所以能够进一步提高调制效率。
另外，在采用进行了对称掺杂的p型半导体区域12a以及n型半导体区域12b的情况下，优选中心C与第二平面S2的距离是由内置电位形成的耗尽层的厚度的50％以上100％以下。
根据调制电压而变化的载流子数的变化量越大，光的相移量越大。在pn结中，与调制电压相应的载流子数的变化量在由内置电位形成的耗尽层的外侧附近最大。
根据上述结构，由于肋12的中心C位于载流子密度的变化量较大的耗尽层的外侧附近，所以能够使肋12中的光密度最高的区域与载流子数的变化量最大的区域重叠。因此，能够进一步提高调制效率。
另一方面，在采用进行了非对称掺杂的p型半导体区域12a以及n型半导体区域12b的情况下，优选中心C与第二平面S2的距离是由内置电位形成的耗尽层的厚度的50％以上200％以下。在采用进行了非对称掺杂的p型半导体区域12a以及n型半导体区域12b的情况下，与采用进行了对称掺杂的p型半导体区域12a以及n型半导体区域12b的情况相比较，耗尽层从第二平面S2朝向p型半导体区域12a的内侧扩展。
因此，根据上述结构，由于肋12的中心C位于载流子密度的变化量较大的耗尽层的外侧附近，所以能够进一步提高调制效率。
〔第二变形例〕
参照图3的(b)对第一实施方式的半导体光波导10的第二变形例进行说明。图3的(b)是表示本变形例的半导体光波导10所具备的芯线11的结构的剖视图。
本变形例的半导体光波导10可通过在第一实施方式的半导体光波导10(参照图2的(b))中，采用厚度tp比厚度tn厚的结构，并且采用宽度Wver2比厚度tn小的结构得到。换言之，本变形例的半导体光波导10可通过在第一变形例的半导体光波导10中，采用宽度Wver2比厚度tn小的结构得到。
根据该结构，在肋12的内部形成具有曲柄型的接合面12S的pn结12J的情况下，由于能够扩大接合面12S的总面积，所以pn结12J的静电电容增大，由此能够增大相位变化量。即、能够提高调制效率。
此外，随着pn结12J的静电电容增大，能够提高调制效率，相反高频成分的衰减量增大，结果高频特性恶化。关于伴随着该静电电容的增大的高频特性的恶化，参照图5的(b)后述。
此外，在本变形例的半导体光波导10中，在使宽度Wver2过度变窄的情况下，由于第一pn结J1的p型半导体区域过度变窄，而不能够充分确保该p型半导体区域中的载流子数的变化量。因此，即使在兼得调制效率和高频特性的基础上，进一步提高调制效率的情况下，鉴于载流子数的变化量饱和，也优选宽度Wver2是厚度tn的0.8倍以上(参照图5的(a))。
〔第三变形例〕
参照图3的(c)对第一实施方式的半导体光波导10的第三变形例进行说明。图3的(c)是表示本变形例的半导体光波导10所具备的芯线11的结构的剖视图。
本变形例的半导体光波导10可通过在第一实施方式的半导体光波导10(参照图2的(b))中，采用厚度tp比厚度tn厚的结构，并且采用宽度Wver2比厚度tn大的结构得到。换言之，本变形例的半导体光波导10可通过在第一变形例的半导体光波导10中，采用宽度Wver2比厚度tn大的结构得到。
根据该结构，与第一变形例的半导体光波导10相比较，pn结12J的接合面12S的总面积缩小。接合面12S的总面积的缩小意味着形成在接合面12S的附近的耗尽层的体积变小，并起到使有助于相位调制的载流子数减少的负面效果。另一方面，由于延长宽度Wver2，所以使第一平面S1接近肋12的中心C，即、能够关于肋12的宽度方向，在光密度更高的区域设置第一平面S1。这起到使有助于相位调制的载流子数增加的正面效果。
虽然参照图5的(a)后述，但可知若使宽度Wver2比厚度tn大，则半波电压Vpi在Wver2是tn的0.8倍以上1.4倍以下的区域保持平稳状态，在Wver2高于tn的1.5倍的区域开始显著增大，在Wver2高于tn的1.8倍的区域，高于具有L字型的接合面的半导体光波导的半波电压Vpi。
因此，由于在从肋12的左侧面12ls到第一平面S1的距离是从肋12的上表面12us到第二平面S2的距离的1.8倍以下的情况下，正面效果高于负面效果，所以与p型半导体区域与n型半导体区域的边界面是L字型的结构(第一平面是从第二平面的左端到达肋的左侧面的结构)相比较，能够抑制半波电压Vpi。即、能够提高调制效率。
另外，接合面12S的总面积的缩小使调制效率恶化，另一方面能够抑制pn结12J的静电电容。因此，接合面12S的总面积的缩小起到提高高频特性的效果。参照图5的(b)，如后所述，本变形例的半导体光波导的高频特性在宽度Wver2是Wver2≥1.1×tn的区域的情况下，高于具有L字型的接合面的半导体光波导的高频特性。
从以上可知，在半导体光波导10中，进一步优选宽度Wver2是厚度tn的1.1倍以上1.8倍以下。根据该结构，能够在更高的水准兼得调制效率和高频特性。
〔第一～第二实施例〕
参照图4对本发明的第一～第二实施例的半导体光波导10进行说明。
图4的(a)是表示第一实施例以及第二实施例的半导体光波导10的相位变化量的反向偏置电压依存性的模拟结果的图表。可以说相位变化量是与调制效率对应的物理量，相位变化量越大调制效率越高。
图4的(b)是表示第一实施例以及第二实施例的半导体光波导10的衰减常量的工作频率依存性的图表。可以说衰减常量是与高频特性对应的物理量，衰减常量越低高频特性越良好。
此外，在图4的(a)中统一示有作为本发明的比较例的半导体光波导110的相位变化量的反向偏置电压依存性的模拟结果，在图4的(b)中统一示有半导体光波导110的衰减常量的工作频率依存性。
假定第一～第二实施例的半导体光波导10：采用图3的(a)所示的第一变形例的结构，并且使用形成在BOX层上的硅层的厚度是220nm的SOI基板来制成。因此，采用共用以下的结构。
·p型半导体区域12a：由向硅添加了p型掺杂剂而成的p型半导体制。
·n型半导体区域12b：由向硅添加了n型掺杂剂而成的n型半导体制。
·第一板13：由向硅添加了p型掺杂剂而成的p型半导体制。
·第二板14：由向硅添加了n型掺杂剂而成的n型半导体制。
·作为p型半导体区域12a以及第一板13中的p型掺杂剂的掺杂浓度，采用7×10-17[cm-3]。
·作为n型半导体区域12b以及第二板14中的n型掺杂剂的掺杂浓度，采用7×10-17[cm-3]。
■下部包层19a以及上部包层19b：由二氧化硅制。
■作为肋12的宽度，采用500nm。
■作为肋12的厚度tr，采用220nm。
■作为第一板13以及第二板14的厚度ts，采用100nm。
■作为p型半导体区域12a的厚度tp，采用120nm。
■作为n型半导体区域12n的厚度tn，采用100nm。
■作为宽度Wver1，采用100nm。
此外，第一实施例的半导体光波导10可通过作为Wver2采用Wver2＝100nm来得到，第二实施例的半导体光波导10可通过作为Wver2采用Wver2＝150nm来得到。
(比较例)
在这里，参照图8对作为本发明的比较例的半导体光波导110进行说明。图8是表示比较例的半导体光波导110的结构的剖视图。半导体光波导110的形成在肋112的内部的边界面112S的形状与第一实施例的半导体光波导10不同。
将肋112分为p型半导体区域112a和n型半导体区域112b的边界面112S由第一平面S101和第二平面S102形成。第一平面S101是左端到达肋112的左侧面的平面，第二平面S102是上端与第一平面S101的右端连接的平面，并且，下端到达肋112的下表面的平面。即、半导体光波导110具备将L字型的边界面112S作为接合面的pn结112J。
在第一实施例的半导体光波导10中，相对于与第二平面S2的左端连接的第一平面S1是到达肋12的上表面12us的结构，在半导体光波导110中，第一平面S101从第二平面S102的上端到达肋112的左侧面的点不同。
(调制效率)
参照图4的(a)可知，第一实施例的半导体光波导10以及第二实施例的半导体光波导10的相位变化量在0V以上6V以下的反向偏置电压区域中，均高于半导体光波导110的相位变化量。
这是因为通过第一平面S1到达肋12的上表面12us，并且，将Wver2设定为100nm或者150nm，来将以第一平面S1为接合面的第一pn结J1形成在接近肋12的中心C的区域。根据上述结构，由于第一pn结J1的耗尽层与光密度较高的区域重叠，所以认为能够将与调制电压相应的载流子数的变化量有效地利用于光的相位调制。
此外，可知虽然第二实施例的半导体光波导10的相位变化量与第一实施例的半导体光波导10的相位变化量是相同程度，但稍稍高于第一实施例的半导体光波导10的相位变化量。
认为这是因为伴随着使Wver2从100nm变化到150nm而产生的正面效果(由于第一pn结J1能够利用光密度更高的区域，所以相位变化量增大)高于负面效果(由于pn结12J的接合面12S的总面积缩小，所以相位变化量变小)。
(高频特性)
参照图4的(b)可知，第一实施例的半导体光波导10的衰减常量在20GHz以上50GHz以下的工作频带中，与比较例的半导体光波导110的衰减常量相比较，虽然是相同程度但稍大。另一方面，可知第二实施例的半导体光波导10的衰减常量在20GHz以上50GHz以下的工作频带中，与第一实施例的半导体光波导10的衰减常量、以及比较例的半导体光波导110的衰减常量相比较，显著地小。
在第一实施例的半导体光波导10与第二实施例的半导体光波导10中产生的差异是由设置有第一平面S1的位置的偏差引起的，且是由边界面12S的总面积不同引起的。由于各个宽度Wver2相差50nm，所以第二实施例的半导体光波导10所具备的边界面12S的总面积比第一实施例的半导体光波导10所具备的边界面12S的总面积窄。因此，由于第二实施例的半导体光波导10的静电电容比第一实施例的半导体光波导10的静电电容小，所以认为衰减常量也减小。
从以上可知，第二实施例的半导体光波导10(Wver2＝150nm)在比第一实施例的半导体光波导10(Wver2＝100nm)高的水准兼得调制效率和高频特性。
〔第三实施例组〕
参照图5对本发明的第三实施例组的半导体光波导10进行说明。在第三实施例组的半导体光波导10中，通过使宽度Wver2变化，来调查接合面12S的总面积给调制效率以及高频特性带来的影响。
图5的(a)是表示第三实施例组的半导体光波导10的半波电压Vpi的宽度Wver2依存性的模拟结果的图表。可以说半波电压Vpi是与调制效率对应的物理量，半波电压Vpi越小调制效率越高。
图5的(b)是表示第三实施例组的半导体光波导10的3dB带宽的宽度Wver2依存性的模拟结果的图表。可以说3dB带宽是与高频特性对应的物理量，3dB带宽越宽高频特性越高。
此外，在图5的(a)中统一示有作为本发明的比较例的半导体光波导110的半波电压Vpi的模拟结果，在图5的(b)中统一示有半导体光波导110的3dB带宽的模拟结果。在图5的(a)以及(b)中，与Wver2＝0nm对应的曲线分别表示使用了半导体光波导110的模拟结果。
第三实施例组的半导体光波导10除了使宽度Wver2在80nm以上200nm以下的范围内变化以外，采用了与第一实施例的半导体光波导10相同的结构。
(调制效率)
参照图5的(a)，在宽度Wver2是80nm以上140nm以下的区域，即、宽度Wver2是厚度tn的0.8倍以上1.4倍以下的区域，半导体光波导10的半波电压Vpi低于比较例的半导体光波导110的半波电压Vpi。
在宽度Wver2高于150nm的区域，即、宽度Wver2高于厚度tn的1.5倍的区域，半导体光波导10的半波电压Vpi开始显著增大。
在宽度Wver2高于180nm的区域，即、宽度Wver2高于厚度tn的1.8倍的区域，半导体光波导10的半波电压Vpi高于比较例的半导体光波导110的半波电压Vpi。
因此，可知在宽度Wver2是厚度tn的0.8倍以上1.8倍以下的区域，本实施例的半导体光波导10显示比比较例的半导体光波导110高的调制效率。
(高频特性)
参照图5的(b)，在宽度Wver2是80nm以上且不足110nm的区域，即、宽度Wver2是厚度tn的0.8倍以上且不足1.1倍的区域，半导体光波导10的3dB带宽比比较例的半导体光波导110的3dB带宽窄。
在宽度Wver2是110nm以上200nm以下的区域，即、宽度Wver2是厚度tn的1.1倍以上且不足2.0倍的区域，半导体光波导10的3dB带宽比比较例的半导体光波导110的3dB带宽宽。
因此，可知在宽度WVer2是厚度tn的1.1倍以上2.0倍以下的区域，本实施例的半导体光波导10的高频特性显示比比较例的半导体光波导110优异的高频特性。
从以上可知，本实施例的半导体光波导10在宽度WVer2是厚度tn的1.1倍以上1.8倍以下的区域的情况下，在兼得调制效率和高频特性的基础上，进一步提高调制效率。
〔第四实施例〕
参照图6对本发明的第四实施例的半导体光波导10进行说明。图6是表示在第四实施例的半导体光波导10中，使p型半导体区域12a的空穴密度相对于n型半导体区域12b的电子密度在30％以上130％以下的范围内变化的情况下的相位变化量的图表。
在空穴密度相对于电子密度的比例是100％的情况下，意味着p型半导体区域12a的掺杂水平与n型半导体区域12b的掺杂水平相等。将这样的掺杂称为对称掺杂。在空穴密度相对于电子密度的比例是50％的情况下，意味着p型半导体区域12a的掺杂水平是n型半导体区域12b的掺杂水平的1/2。将这样的掺杂称为非对称掺杂。
在图6中，用虚线表示每一个空穴的相位变化量，用虚线表示施加了规定的调制电压时的载流子的移动总量，用实线表示总的相位变化量。总的相位变化量通过每一个空穴的相位变化量与施加了规定的调制电压时的载流子的移动总量的积来求出。
参照图6，每一个空穴的相位变化量随着空穴密度相对于电子密度的比例增加而单调减少。另外，施加了规定的调制电压时的载流子的移动总量在空穴密度相对于电子密度的比例是30％以上100％以下的区域单调增加，在该比例超过了100％的区域单调减少。
通过它们的积求出的总的相位变化量在空穴密度相对于电子密度的比例比35％大且比100％小的情况下，高于该比例是100％的情况。
从以上可知，在本实施例的半导体光波导10中，在实施了空穴密度相对于电子密度的比例比35％大且比100％小的非对称掺杂的情况下，与实施了对称掺杂的半导体光波导10相比，进一步提高调制效率。
〔第二实施方式〕
参照图7对本发明的第二实施方式的半导体光调制器1进行说明。此外，对于与第一实施方式的半导体光波导10相同的部件省略其说明。图7是表示本实施方式的半导体光调制器1的结构的立体图。
半导体光调制器1通过对由半导体形成的pn结施加与调制信号相应的调制电场，来对入射的光进行调制。半导体光调制器1是马赫-曾德尔(Mach-Zehnder,M-Z)型的光调制器，在构成马赫-曾德尔型光干涉计的两个臂部分别设置有在第一实施方式中说明的半导体光波导。
(半导体光调制器1的结构)
半导体光调制器1是在至少一方的臂部设置有光调制部的马赫-曾德尔型的半导体光调制器1，作为该光调制部具备本发明的一实施方式的半导体光波导(第一半导体光波导10a以及第二半导体光波导10b)。在本实施方式中，采用在半导体光调制器1所具备的两个臂部双方设置有光调制部，作为该光调制部分别具备在第一实施方式中说明的半导体光波导的结构。
半导体光调制器1使用1张SOI基板来制作。SOI基板具有层叠下部Si层20、BOX层19a、以及上部Si层19b而成的构造。半导体光调制器1、第一半导体光波导10a以及第二半导体光波导10b将SOI基板的BOX层19a作为下部包层来使用。另外，通过对SOI基板的上部Si层19b进行加工，形成有半导体光调制器1的芯线22、23、24a、24b、第一半导体光波导10a以及第二半导体光波导10b的芯线。
上部包层19b通过在下部包层19a以及芯线22、23、24a、24b、以及第一半导体光波导10a以及第二半导体光波导10b的芯线的上部堆积SiO2而得到。上部包层19b以将芯线22、23、24a、24b、以及第一半导体光波导10a以及第二半导体光波导10b的芯线包围的方式形成。
假定光向图7所示的坐标系的y轴正向传输，芯线23作为入射侧的芯线发挥作用，芯线22作为射出侧的芯线发挥作用。芯线23在分支为作为第一臂部的芯线24a和作为第二臂部的芯线24b后，合流为芯线22。
在第一臂部24a的中途插入有第一半导体光波导10a，在第二臂部24b的中途插入有第二半导体光波导10b。
在第一半导体光波导10a所具备的两个行波电极(第一电极以及第二电极)的每一个电极上，分别连接有沿光的传输方向(y轴方向)延伸配置的信号线16a以及信号线18a。同样地，在第二半导体光波导10b所具备的两个行波电极(第一电极以及第二电极)的每一个电极上，分别连接有信号线16b以及信号线18b。
本实施方式的半导体光调制系统还具备对信号线16a以及信号线18a施加第一调制电压，对信号线16b以及信号线18b施加第二调制电压的电压源。该电压源所施加的第一调制电压以及第二调制电压均为反向偏置方向的调制电压。
像以上那样构成的半导体光调制器1起到与在第一实施方式中说明的半导体光波导10相同的效果。另外，像以上那样构成的半导体光调制器1能够通过在1张SOI基板上应用与在第一实施方式中说明的制作半导体光波导10的工序相同的工序来制作。即、为了制作半导体光调制器1，无需追加新的工序。因此，半导体光调制器1能够通过与在第一实施方式中说明的半导体光波导10相同的成本来制作。
〔总结〕
本发明的半导体光波导是具备肋板型的芯线的半导体光波导，上述芯线通过包含在肋中的边界面，分为由p型半导体形成的p型半导体区域和由n型半导体形成的n型半导体区域，上述边界面由第一平面、第二平面以及第三平面形成，其中，上述第一平面为横向pn结的接合面，上述第一平面的上端到达上述肋的上表面，上述第二平面为纵向pn结的接合面，上述第二平面的左端与上述第一平面的下端连接，上述第三平面为横向pn结的接合面，上述第三平面的上端与上述第二平面的右端连接，上述第三平面的下端到达上述肋的下表面。
如上述那样，p型半导体区域与n型半导体区域的边界面(pn结的接合面)是由第一平面、第二平面、以及第三平面形成的曲柄型，上述平面均形成在肋的内部。
根据上述结构，与专利文献2的图1所示的pn结的接合面为L字型的结构、以及专利文献2的图2所示的pn结的接合面为曲柄型的结构相比，能够将形成在pn结的接合面的附近的耗尽层关于肋的宽度方向，设置在更靠近肋的中央的区域，即、光密度更高的区域。
因此，能够实现具有与专利文献2的图1、图2所示的结构同样优异的高频特性，并且具有比专利文献2的图1、图2所示的结构优异的调制效率的半导体波导元件。
优选在本发明的一实施方式的半导体光波导中，从上述肋的左侧面到上述第一平面的距离是从上述肋的上表面到上述第二平面的距离的1.8倍以下。
在从肋的左侧面到第一平面的距离比从肋的上表面到第二平面的距离短的情况下，与专利文献2的图1所示的pn结的接合面为L字型的结构相比较，能够扩大pn结的接合面的总面积。作为其结果，由于能够扩大形成在pn结的接合面的附近的耗尽层的体积，所以能够使有助于相位调制的载流子数增加。
在使从肋的左侧面到第一平面的距离比从肋的上表面到第二平面的距离进一步长的情况下，与pn结的接合面是L字型的结构相比较，缩小pn结的接合面的总面积。接合面的总面积的缩小意味着形成在pn结的接合面的附近的耗尽层的体积变小，且起到使有助于相位调制的载流子数减少的负面效果。另一方面，由于延长从肋的左侧面到第一平面的距离，所以能够将第一平面设置于光密度更高的区域。这起到使有助于相位调制的载流子数增加的正面效果。
由于在从肋的左侧面到第一平面的距离是从肋的上表面到第二平面的距离的1.8倍以下的情况下，正面效果高于负面效果，所以与p型半导体区域与n型半导体区域的边界面是L字型的结构(第一平面是从第二平面的左端到肋的左侧面的结构)相比较，能够抑制半波电压Vpi。即、能够提高调制效率。
优选在本发明的一实施方式的半导体光波导中，从上述肋的左侧面到上述第一平面的距离是从上述肋的上表面到上述第二平面的距离的1.1倍以上1.8倍以下。
越延长从肋的左侧面到第一平面的距离，p型半导体区域与n型半导体区域的边界面(pn结的接合面)的总面积越小。因此，由于pn结的接合面的总面积变小，所以可抑制pn结的静电电容，所以起到提高高频特性的效果。与pn结的接合面是L字型的结构相比较，高频特性提高是在使从肋的左侧面到第一平面的距离成为了从肋的上表面到第二平面的距离的1.1倍以上的情况下。
另外，如上所述，在使从肋的左侧面到第一平面的距离成为了从肋的上表面到第二平面的距离的1.8倍以下的情况下，能够提高调制效率。因此，根据从肋的左侧面到第一平面的距离是从肋的上表面到第二平面的距离的1.1倍以上1.8倍以下的结构，能够以更高的水准兼得调制效率和高频特性。
优选在本发明的一实施方式的半导体光波导中，上述第二平面形成在与上述肋的中心隔开距离的位置，该肋的中心包含于上述p型半导体区域。
关于肋的高度方向，将第二平面形成在与肋的中心隔开距离的位置意味着从肋的上表面到第二平面的距离与从肋的下表面到第二平面的距离相互不同。即、p型半导体区域的厚度与n型半导体区域的厚度相互不同。
在此基础上，肋的中心包含于p型半导体区域意味着p型半导体区域的厚度比n型半导体区域的厚度厚。
在这里，若对每一个载流子的相位变化量进行比较，则p载流子(空穴)的相位变化量比n载流子(电子)的相位变化量大。另外，在肋板型的芯线中传输的光的在肋的高度方向的光密度最高的部分是肋的中心或者比肋的中心低的部分。
根据上述结构，由于关于肋的高度方向，光密度最高的肋的中心或者比肋的中心低的部分包含于相位变化量更大的p型半导体区域，所以与肋的中心形成在作为p型半导体区域与n型半导体区域的边界面的第二平面上的情况、以及肋的中心包含于n型半导体区域的情况相比较，能够进一步提高调制效率。
优选在本发明的一实施方式的半导体光波导中，上述肋的中心与上述第二平面的距离是由内置电位形成的耗尽层的厚度的50％以上100％以下。
根据从外部施加的调制电压而变化的载流子密度的变化量越大，光的相移量越大。p型半导体区域与n型半导体区域的边界面附近的载流子密度的变化量在由内置电位形成的耗尽层的外侧附近最大。
根据上述结构，由于肋的中心位于载流子密度的变化量较大的耗尽层的外侧附近，所以能够进一步提高调制效率。
优选在本发明的一实施方式的半导体光波导中，上述p型半导体区域的空穴密度相对于上述n型半导体区域的电子密度的比例比35％大且比100％小。
本申请的发明者们确认了与将p型半导体区域的空穴密度相对于n型半导体区域的电子密度的比例设为100％的情况，即、使p型半导体区域的空穴密度与n型半导体区域的电子密度相等的情况相比较，在该比例比35％大且比100％小的情况下，能够增大相移量。因此，根据上述结构，能够进一步提高调制效率。
优选在本发明的一实施方式的半导体光波导中，在上述p型半导体区域的空穴密度相对于上述n型半导体区域的电子密度的比例比35％大且比100％小的情况下，上述肋的中心与上述第二平面的距离是由内置电位形成的耗尽层的厚度的50％以上200％以下。
与n型半导体区域的电子密度和p型半导体区域的空穴密度相等的情况相比较，在上述p型半导体区域的空穴密度相对于上述n型半导体区域的电子密度的比例比35％大且比100％小的情况下，耗尽层从第二平面朝向p型半导体区域的内侧扩展。
因此，根据上述结构，由于肋的中心位于载流子密度的变化量较大的耗尽层的外侧附近，所以能够进一步提高调制效率。
优选本发明的一实施方式的半导体光波导还具备包层，该包层将上述芯线包围，上述p型半导体区域以及上述n型半导体区域分别由向硅中添加了掺杂剂而成的半导体或者向磷化铟中添加了掺杂剂而成的半导体形成，上述包层由二氧化硅、向磷化铟中添加了掺杂剂而成的半导体、以及空气的任意一个形成。
根据上述结构，为了制作半导体光波导，能够利用现有的半导体技术。因此，能够抑制制作半导体光波导的成本。
优选本发明的一实施方式的半导体光波导还具备：构成上述芯线的一对板中的与第一板连接的第一行波电极、以及构成上述芯线的一对板中的与第二板连接的第二行波电极。
根据上述结构，在使用该半导体光波导对光进行相位调制的情况下，能够使相位调制工作高速化。
优选本发明的一实施方式的半导体光调制器是在至少一方的臂部设置有光调制部的马赫-曾德尔型的半导体光调制器，作为上述光调制部具备本发明的一实施方式的半导体光波导。
优选本发明的一实施方式的半导体光调制系统具备本发明的一实施方式的半导体光调制器、以及对上述p型半导体区域以及上述n型半导体区域施加反向偏置方向的电压的电压源。
根据上述结构，本发明的一实施方式的半导体光调制器以及半导体光调制系统起到与本发明的半导体光波导相同的效果。
此外，权利要求书所记载的“上端”“下端”“右端”“左端”只不过是意味着在从特定的方向观察本发明的半导体光波导的剖面时位于“上”“下”“右”“左”的端部，并不对半导体光波导的配置进行限定。
本发明并不限定于上述的各实施方式，能够在技术方案所示的范围内进行各种变更，对于将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当地组合而得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。
本发明能够利用于在芯线上形成有p型半导体区域和n型半导体区域的半导体光波导。另外，能够利用于具备这样的半导体光波导的半导体光调制器、以及具备这样的半导体光调制器的半导体光调制系统。

Claims (11)

1.一种半导体光波导，该半导体光波导具备肋板型的芯线，该芯线具有肋和一对平板，
所述半导体光波导的特征在于，
所述芯线通过包含在肋中的边界面分为由p型半导体形成的p型半导体区域和由n型半导体形成的n型半导体区域，
所述边界面由第一平面、第二平面以及第三平面形成，其中，所述第一平面为第一横向pn结的接合面，所述第一平面的上端到达所述肋的上表面，所述第二平面为纵向pn结的接合面，所述第二平面的左端与所述第一平面的下端连接，所述第三平面为第二横向pn结的接合面，所述第三平面的上端与所述第二平面的右端连接且所述第三平面的下端到达所述肋的下表面。
2.根据权利要求1所述的半导体光波导，其特征在于，
从所述肋的左侧面到所述第一平面的距离是从所述肋的上表面到所述第二平面的距离的1.8倍以下。
3.根据权利要求2所述的半导体光波导，其特征在于，
从所述肋的左侧面到所述第一平面的距离是从所述肋的上表面到所述第二平面的距离的1.1倍以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体光波导，其特征在于，
所述第二平面被形成在与所述肋的中心隔开距离的位置，该肋的中心被包含在所述p型半导体区域。
5.根据权利要求4所述的半导体光波导，其特征在于，
所述肋的中心与所述第二平面的距离是由内置电位形成的耗尽层的厚度的50％以上100％以下。
6.根据权利要求4所述的半导体光波导，其特征在于，
所述p型半导体区域的空穴密度相对于所述n型半导体区域的电子密度的比例大于35％且小于100％。
7.根据权利要求6所述的半导体光波导，其特征在于，
所述肋的中心与所述第二平面的距离是由内置电位形成的耗尽层的厚度的50％以上200％以下。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体光波导，其特征在于，
还具备包层，该包层将所述芯线包围，
所述p型半导体区域以及所述n型半导体区域分别由向硅中添加掺杂剂而成的半导体或者向磷化铟中添加掺杂剂而成的半导体形成，所述包层由二氧化硅、向磷化铟中添加掺杂剂而成的半导体、以及空气的任意一个形成。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体光波导，其特征在于，
还具备与所述一对平板中的第一平板连接的第一行波电极、以及与所述一对平板中的第二平板连接的第二行波电极。
10.一种半导体光调制器，其特征在于，
该半导体光调制器是在至少一方的臂部设置光调制部的马赫-曾德尔型的半导体光调制器，作为所述光调制部而具备权利要求1～3中任一项所述的半导体光波导。
11.一种半导体光调制系统，其特征在于，具备：
半导体光调制器，是权利要求10所述的半导体光调制器；以及
电压源，对所述p型半导体区域以及所述n型半导体区域施加反向偏置方向的电压。
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