CN110573940A - 半导体马赫-曾德尔型光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明的半导体MZM具备：第一信号电极和第二信号电极，分别与第一臂波导和第二臂波导并联地形成；多个第一相位调制电极和第二相位调制电极，从第一信号电极和第二信号电极分支，分别沿第一信号电极和第二信号电极离散地设于第一臂波导和第二臂波导上；第一接地电极和第二接地电极，沿第一信号电极和第二信号电极并联地形成；以及多个连接配线，在多个点之间连接第一接地电极和第二接地电极，第一信号电极和第二信号电极被输入/输出差分信号，相邻的所述多个连接配线以在第一信号电极和第二信号电极中传输的信号的波长的1/4以下的间隔进行设置。

Description

半导体马赫-曾德尔型光调制器
技术领域
本发明涉及一种调制光信号的半导体马赫-曾德尔型光调制器。
背景技术
为了满足增长的通信业务需求，要求与高水平的光调制方式对应的高速光调制器。特别是，使用了数字相干技术的多值光调制器在实现超过100Gbps的大容量收发器中发挥了大的作用。在这些多值光调制器中，为了在光的振幅和相位中分别附加独立的信号，多段并联地内置有能进行零啁啾驱动的马赫-曾德尔型光调制器(以下，MZM)。近年来，光发射器模块的小型化、低驱动电压化成为课题。因此，小型且能低驱动电压化的半导体MZM的研究开发正被积极推进。
图1A表示非专利文献1和2所示的现有的半导体MZM的一个示例。图1A中示出了半导体MZM100，其具备：输入波导101；输出波导102；光分波器103，将在输入波导101中进行波导的光波分波为两个；第一臂波导104和第二臂波导105，分别对由光分波器103分波为两个的光信号进行波导；光合波器106，对在第一臂波导104和第二臂波导105中分别进行波导的光信号进行合波，输出至输出波导102；第一共面带状线路109；第二共面带状线路110；第一相位调制电极111，从第一共面带状线路109分支并形成于第一臂波导104上；以及第二相位调制电极112，从第二共面带状线路110分支并形成于第二臂波导105上。
在图1A所示的半导体MZM100中，由输入波导101、输出波导102、第一臂波导104和第二臂波导105以及光合波器106构成马赫-曾德尔干涉仪。此外，图1A所示的半导体MZM100采用下述的SG结构：第一共面带状线路109和第二共面带状线路110中，当一方连接于输入电信号电位(S)时，另一方连接于基准电位或地线(G)。
通过向第一臂波导104和第二臂波导105施加电压，图1A所示的半导体MZM100能在第一臂波导104和第二臂波导105的半导体芯层中通过光电效应使折射率发生变化。其结果是，能使在第一臂波导104和第二臂波导105中进行波导的光的相位发生变化。此时，通过控制向第一臂波导104和第二臂波导105施加的电压，能调整由光合波器106合波的光的干涉状态。因此，能对输出波导102的输出光进行通断调制。
在第一共面带状线路109和第二共面带状线路110中传输的电信号分别经由第一相位调制电极111和第二相位调制电极112被施加给第一臂波导104和第二臂波导105。第一相位调制电极111和第二相位调制电极112作为用于向第一臂波导104和第二臂波导105施加电压的电极而发挥作用。因此，第一相位调制电极111和第二相位调制电极112将第一共面带状线路109和第二共面带状线路110包含在其中，以一个整体的形式形成行波电极。即，半导体MZM100采用了想要通过使在第一臂波导104和第二臂波导105中分别进行波导的光信号的传输速度与在上述行波电极中进行传输的电信号的传输速度尽可能一致，进行两者的相位匹配，来扩大调制范围的行波电极结构。
需要说明的是，只要完全满足在第一臂波导104和第二臂波导105中进行波导的光信号的传输速度与在上述行波电极中进行传输的电信号的传输速度的速度匹配条件而不会产生电信号的损耗，调制范围就无限大。但是，实际上由于会产生电信号的损耗、相位偏移，因此调制范围受限制。
此外，图1A所示的半导体MZM100采用了向第一臂波导104和第二臂波导105施加相位相互反转180°的电压的、所谓的推挽型的构成。此外，作为具体的阻抗匹配条件，理想的是第一共面带状线路109和第二共面带状线路110间的阻抗接近作为外部电路的阻抗的值的50Ω。当第一共面带状线路109和第二共面带状线路110间的阻抗偏差50Ω时，会发生电反射，导致无法有效地施加电压。
图1B表示图1A的IB-IB剖视图。在图1B中，示出了SI-InP基板113、形成于SI-InP基板113上的n-InP层114、形成于n-InP层114上的下部包层115、形成于下部包层115上的传输光信号的半导体芯层116以及形成于半导体芯层116上的上部包层117。图1B所示的半导体构造在第一共面带状线路109和第二共面带状线路110中传输电信号，经由第一相位调制电极111和第二相位调制电极112向半导体芯层116施加电压，由此能作为光调制器而发挥作用。
如图1B所示，在第一相位调制电极111和第二相位调制电极112之下，存在上部包层117、半导体芯层116以及下部包层115，因此存在一定的元件电容。即，在图1A所示的半导体MZM100中，第一相位调制电极111和第二相位调制电极112分别对第一共面带状线路109和第二共面带状线路110附加电容。就是说，通过优化设计第一相位调制电极111和第二相位调制电极112的数量、间隔以及与波导的接触长度，能自由地设计电容的附加量。
在行波电极构造中，在决定行波电极构造的MZ调制器的性能方面，阻抗匹配和让光调制器中的光信号与电信号的速度匹配变得重要。在此，在一般的电信号的传输线路模型中，阻抗z0和传播常数γ分别由以下的式1和式2表示。
在此，ω表示电信号的角频率，R表示传输线路的每单位长度的电阻，G表示传输线路的电导率，L表示传输线路的电感，C表示传输线路的电容。在ωL>>R、ωC>>G的情况下，阻抗z0和传播常数γ分别能由以下的式3和式4表示。
此时，当将光速设为c时，电信号的传输速度v和有效折射率n分别能由以下的式5和式6表示。
该模型也能应用于行波电极。就是说，这表示，通过定性地控制光调制器的电容成分，能调整阻抗z0和电信号的传输速度v。即，在图1A所示的现有的MZM100中，将第一相位调制电极111和第二相位调制电极112用作了用于调整阻抗z0、电信号的传输速度v的电容。
此外，根据光信号与电信号的速度差而得到的频率范围Δf使用在光波导中传输的光信号的群速度v0、电极长度l，表现为如下的式7。
从上述式7可知，在光信号的群速度v0与电信号的传输速度v一致时，能得到最大的频率范围Δf。不过，上述式7是没有传输损耗地得到了阻抗匹配的情况下的近似式。实际上，Δf受到传输损耗和阻抗匹配的很大的影响。
如上所述，通过设计最佳的电容附加量，能提高光信号与电信号的速度匹配，并且也可以取得对50Ω的阻抗匹配。其结果是，能进行高速的调制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8903202号说明书
非专利文献
非专利文献1：L.Moerl et al.,“A travelling wave electrode Mach-Zehnder40Gb/s demultiplexer based on strain compensated GaInAs/AlInAs tunnellingbarrier MQW structure,”1998 International Conference on Indium Phosphide andRelated Materials,pp.403-406,1998
非专利文献2：H.N.Klein et al.,“1.55μm Mach-Zehnder Modulators on InPfor optical 40/80Gbit/s transmission networks,”OFC2006,pp.171-173
非专利文献3：G.Letal et al.,“Low Loss InP C-Band IQ Modulator with40GHz Bandwidth and 1.5V Vπ,”OFC2015,Th4E.3
发明内容
然而，在图1A和图1B所示的现有的MZM100中，在于一个芯片上实现多值调制中不可缺少的、并联连接了半导体MZM的两个偏振复用型I/Q调制器的情况下，两个偏振复用型I/Q调制器间的串扰大。因此，存在难以将两个偏振复用型I/Q调制器贴近地设置的缺点。因此，如非专利文献3所示，至今为止，采用了按偏振来划分芯片的双芯片构成。
本发明提供一种宽频带的半导体MZM，其通过满足基于电容加载构造的阻抗匹配和电信号与光信号的速度匹配来实现高速调制，并且能解决作为技术问题的两个偏振复用型I/Q调制器间的串扰问题。
本发明的一个方案的半导体MZM具备：输入波导；光分波器，对从所述输入波导输入的光进行分波；第一臂波导和第二臂波导，对由所述光分波器进行了分波的光进行波导；光合波器，对由所述第一臂波导和所述第二臂波导进行了波导的光进行合波；以及输出波导，输出由所述光合波器进行了合波的光，其特征在于，所述第一臂波导和所述第二臂波导具备将第一导电性半导体包层、非掺杂半导体芯层以及第二导电性半导体包层按顺序层叠在半导体基板上而形成的波导构造，所述半导体马赫-曾德尔型光调制器具备：第一信号电极，与所述第一臂波导并联地形成；第二信号电极，与所述第二臂波导并联地形成；多个第一相位调制电极，从所述第一信号电极分支，沿所述第一信号电极离散地设于所述第一臂波导上；多个第二相位调制电极，从所述第二信号电极分支，沿所述第二信号电极离散地设于所述第二臂波导上；第一接地电极，沿所述第一信号电极并联地形成；第二接地电极，沿所述第二信号电极并联地形成；以及多个连接配线，在多个点之间连接所述第一接地电极和所述第二接地电极，所述第一信号电极和所述第二信号电极被输入/输出差分信号，相邻的所述多个连接配线以在所述第一信号电极和所述第二信号电极中传输的信号的波长的1/4以下的间隔进行设置。
如上所述，根据本发明的一个方案的半导体MZM，能满足基于电容加载构造的阻抗匹配和电信号与光信号的速度匹配而实现高速调制，能解决作为现有的调制器的技术问题的两个I/Q调制器间的串扰问题。因此，能提供一种能宽范围地实现稳定的差分传输特性，廉价而小型地集成于一个芯片的小型偏振复用I/Q调制器。
附图说明
图1A是表示现有的半导体MZM的构成的图。
图1B是表示现有的半导体MZM的构成的图。
图2是表示本发明的实施例1的半导体MZM的构成的图。
图3A是本发明的实施例1的半导体MZM的剖视图。
图3B是本发明的实施例1的半导体MZM的剖视图。
图4是表示不同的连接配线下的电信号的高频特性的图。
图5是表示并联排列了四个本发明的实施例1的MZM的偏振复用型IQ调制器的图。
图6A是表示本发明的实施例2的半导体MZM的构成的图。
图6B是表示本发明的实施例2的半导体MZM的剖视图的一个示例的图。
图7A是表示本发明的实施例3的半导体MZM的构成的图。
图7B是表示本发明的实施例3的半导体MZM的剖视图的一个示例的图。
具体实施方式
(实施例1)
图2表示本发明的实施例1的半导体MZM200的构成。图2中示出了半导体MZM200，其具备：输入波导201；输出波导202；光分波器203，将在输入波导201中进行波导的光波分波为两个；第一臂波导204和第二臂波导205，分别对由光分波器203分波为两个的光波进行波导；光合波器206，对在第一臂波导204和第二臂波导205中分别进行波导的光波进行合波并输出给输出波导202；第一信号电极207，与第一臂波导204并联地形成；第二信号电极208，与第二臂波导205并联地形成；第一接地电极209，沿第一信号电极207并联地形成；第二接地电极210，沿第二信号电极208并联地形成；多个第一相位调制电极211，从第一信号电极207分支，沿第一信号电极207离散地设于第一臂波导204上；多个第二相位调制电极212，从第二信号电极208分支，沿第二信号电极208离散地设于第二臂波导205上；以及多个连接配线213，在多个点之间连接第一接地电极209和第二接地电极210。根据施加于第一臂波导204和第二臂波导205的电信号，对输出波导202的输出光进行调制。在本实施例1中，能使用金属丝来作为连接配线213。
图3A和图3B是本发明的实施例1的半导体MZM200的IIIA剖视图和IIIB剖视图。图3A中示出了：SI-InP基板301；n-InP层302，形成于SI-InP基板301上；第一下部包层3031和第二下部包层3032，形成于n-InP层302上；第一半导体芯层3041和第二半导体芯层3042，分别形成于第一下部包层3031和第二下部包层3032上；第一上部包层3051和第二上部包层3052，分别形成于第一半导体芯层3041和第二半导体芯层3042上；电介质层306，以嵌入这些层301～305的方式形成于SI-InP基板301上；第一相位调制电极211和第二相位调制电极212，分别形成于第一上部包层3051和第二上部包层3052上；第一信号电极207和第二信号电极208以及第一接地电极209和第二接地电极210，形成于电介质层306上；以及连接配线213，连接第一接地电极209和第二接地电极210。
在本实施例1的半导体MZM200中，在SI-InP基板301上依次层叠有：n-InP层302、由InP构成的第一下部包层3031和第二下部包层3032、非掺杂的第一半导体芯层3041和第二半导体芯层3042以及由InP构成的第一上部包层3051和第二上部包层3052。
第一半导体芯层3041和第二半导体芯层3042的至少一部分作为光波导层来发挥功能，例如，能使用InGaAsP、InGaAlAs等材料类，由单一组成的四元混晶的本征层、多量子阱层构成。此外，第一半导体芯层3041和第二半导体芯层3042的至少一部分能使用具有多量子阱层和位于其上下的光限制层的构造，该光限制层的带隙大于多量子阱层的带隙，且带隙具有小于下部包层303和上部包层305的值。在使用四元混晶的本征层、多量子阱层的情况下，能对四元混晶的本征层、多量子阱层的带隙波长进行设定，以便使光电效应在所使用的光波长中有效地发挥作用且光吸收不成问题。
从特性的观点考虑，在设计了期望的阻抗线路的情况下，能降低电极损耗，因此，理想的是，电介质层306是例如作为有机材料的聚酰亚胺、BCB等低介电常数材料。
可以是，下部包层303和上部包层305中，任一方是n型半导体，另一方是p型半导体。另一方面，也能采用如下构造：下部包层303和上部包层305双方都由n型半导体构成，在上部包层305与半导体芯层304之间或下部包层303与半导体芯层304之间，进一步形成有第三p型包层。此外，本发明不限定于InP类材料，例如，也可以使用与GaAs基板匹配的材料类。
在本发明的半导体MZM200中，由输入波导201、输出波导202、第一臂波导204和第二臂波导205、光合波器206构成马赫-曾德尔干涉仪。此外，在本发明的半导体MZM200中，通过第一信号电极207和第二信号电极208以及第一接地电极209和第二接地电极210形成了GSSG(G：ground、S：signal)差分线路(共面线路)。第一信号电极207和第二信号电极208被施加差分信号。本发明的实施例1的半导体MZM200与一般的GS单相线路构造不同，采用了GSSG差分线路设计，因此成为抗串扰能力强的构成。此时，从串扰的观点来看，若将第一信号电极和第二信号电极间的距离设为L1，将相邻的接地电极与信号电极之间的距离设为L2时，理想的是对电极配置进行设计以使2L1≤L2。
相位相互反转180°的电信号在第一信号电极207和第二信号电极208中传输。在第一信号电极207和第二信号电极208中传输的电信号分别被分支至以规定的间隔配置的第一相位调制电极211和第二相位调制电极212，施加于第一臂波导204和第二臂波导205。第一相位调制电极211和第二相位调制电极212作为用于向第一臂波导204和第二臂波导205施加电压的电极而发挥作用。因此，第一相位调制电极211和第二相位调制电极212将第一信号电极207和第二信号电极208以及第一接地电极209和第二接地电极210包含在其中，以一个整体的形式形成行波电极。就是说，成为如下的方式：对于构成GSSG差分线路的第一信号电极207和第二信号电极208以及第一接地电极209和第二接地电极210，通过第一相位调制电极211和第二相位调制电极212来附加电容。
通过优化设计第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的数量、间隔以及长度，能自由地设计电容的附加量，能使在第一臂波导204和第二臂波导205中进行波导的光波的速度与在上述行波电极中传输的电信号的速度匹配。为了将上述的电极207～212视为行波电极，需要能将电极207～212视为分布常数电路。因此，需要将第一相位调制电极211间和第二相位调制电极212间的各间隔设为在第一信号电极207和第二信号电极208中传输的电信号的波长的1/4以下，理想的是1/8以下。此外，由于是周期构造，因此一般也需要考虑布拉格频率，但与上述相比，由于成为高频侧的频率，因此在满足上述的情况下不需要考虑。
例如，为了得到50GHz的频带，只要以能传输最大频率50GHz的电信号的方式设计电极构造即可。在此，50GHz的电信号在自由空间中与波长6mm的信号相对应。此外，为了对半导体马赫-曾德尔型光调制器的光信号的速度与电信号的速度进行匹配，电信号的有效折射率必须为3.3～4.0左右。因此，为了得到50GHz频带，第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的各自的间隔需要为185μm～230μm。此外，为了得到更宽的频带，可以通过将相邻的相位调制电极间的间隔设置得更短来实现。
接着，使用图4，对图2中所示的连接第一接地电极209和第二接地电极210间的连接配线213的效果进行说明。
对第一信号电极207和第二信号电极208施加差分信号，流过电流时，两旁的接地电极209和210流过返回电流。两旁的第一接地电极209和第二接地电极210以规定的间隔通过连接配线213连接，因此成为同电位(接地电位)。由此，能防止任意频率下的接地谐振。在没有连接配线213的情况下，在特定的频率等下，第一接地电极209和第二接地电极210会产生电位差，导致发生接地谐振。
图4表示根据连接配线213的有无的电信号的高频特性。如图4所示，在第一接地电极209和第二接地电极210未通过连接配线213连接的情况(无金属丝)，第一接地电极209和第二接地电极210中的电信号的频率特性不稳定地波动。因此，在取决于传输长度的任意频率下，在第一接地电极209和第二接地电极210内发生谐振，导致高速调制时的波形品质变差、发送/接收间的信号串扰的增大等坏的影响。因此，在无金属丝的情况下，难以实现宽频带的调制器。
为了抑制该谐振，以相对于电信号的波长足够短的间隔，就是说与上述的第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的各自的间隔相同，通过连接配线213，以在第一信号电极207和第二信号电极208中传输的电信号的波长的1/4以下，优选为1/8以下的间隔，连接第一接地电极209和第二接地电极210(图4中的期望的金属丝间距)。如图4所示，通过这种方式，能使第一接地电极209和第二接地电极210中的电信号的频率特性稳定化，能抑制第一接地电极209和第二接地电极210的谐振。因此，在通过期望的金属丝间距的连接配线213连接第一接地电极209和第二接地电极210之间的情况下，能实现宽频带的调制器。
另一方面，在以大于上述间隔的间隔配置了连接配线213的情况下(图4中的金属丝间距(间隔大))，如图4所示，能降低波动的量，但无法完全抑制第一接地电极209和第二接地电极210的谐振。
在专利文献1所记载的构成中，为了使接地电极稳定化，除了GSSG差分线路的接地电极之外，还准备了其他的稳定的接地电极。但是，另外准备接地电极存在下述的大的缺点：由于安装费劲，成本增加，并且芯片尺寸变大。此外，专利文献1所记载的方法中，由于构造上为非对称，因此同相模式特性可能会因非对称构造而紊乱，形成噪声，因此不优选。
另一方面，如本实施例1所示，如果通过连接配线213，以在第一信号电极207和第二信号电极208中传输的电信号的波长的1/4以下，优选为1/8以下的间隔，连接第一接地电极209和第二接地电极210，则无需准备专利文献1中所示的别的接地电极，也不会产生成本增加、芯片尺寸增大这样的缺点。此外，由于只需通过连接配线213以规定的间隔将第一接地电极209和第二接地电极210接线就能形成对称构造，因此能实现稳定的差分传输特性。因此，与专利文献1中所示的方法相比，能实现廉价而小型的偏振复用型IQ调制器。
在此，当连接第一接地电极209和第二接地电极210间的连接配线213的连接点的位置左右大幅偏离时，则无法使接地电极209和210的电位足够地稳定化、等电位化，因此无法成功地抑制谐振。因此，在本实施例中，优选的是，多个连接配线213被配置为：以在第一接地电极209和第二接地电极210中信号的前进方向轴上的大致同一位置作为连接点，连接第一接地电极209和第二接地电极210之间。
图5表示并联地设有四个本发明的实施例1的MZM而构成的偏振复用型IQ调制器。如图5所示，除了第一接地电极209和第二接地电极210以外，无需另外准备接地电极，因此与专利文献1中所示的方法相比，能实现廉价而小型的偏振复用型IQ调制器。
需要说明的是，在本实施例1中，示出了分别形成五个第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的示例，但也可以是一个、两个或更多。当第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的个数多时，高频电信号的传输损耗与之相应地增加，因此存在调制范围变差的倾向。另一方面，由于存在即使降低调制时的驱动电压Vπ也无妨这样的互偿(trade-off)关系，因此理想的是：根据需要的调制范围来选择第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的个数。为了宽频带化，第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的个数以少为好。此外，也可以是，第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的位置为上下非对称构成。
此外，图3A和图3B的剖视图为例示，只要是形成了GSSG差分线路构成的情况，则不取决于剖面形状。例如，在本实施例中，如图3A和图3B所示，在第一臂波导204和第二臂波导205中，无论是在臂波导上形成有第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的部分还是未形成第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的部分，都配置为将下部包层303、非掺杂的半导体芯层304以及上部包层305按顺序层叠而具有相同的波导构造。但是，不限定于此，也可以是，在第一臂波导204和第二臂波导205中，在臂波导上未形成第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的部分，采用在非掺杂的半导体芯层304上形成有非掺杂的半导体包层的构成，配置为：在第一臂波导204和第二臂波导205中，在臂波导上形成和未形成第一相位调制电极211和第二相位调制电极212的部分具有不同的波导构造。
在本发明中，采用能调整电容成分的GSSG差分线路构成，由此能满足相位匹配和阻抗匹配，实现高速调制。此外，通过强化信号电极间的耦合，进而在信号电极的周围配置接地电极，能解决现有构造中成为技术问题的串扰问题，能以不使芯片尺寸变得比现有构造大的方式集成多个半导体MZM。
(实施例2)
图6A表示本发明的实施例2的半导体MZM400的构成。此外，图6B表示本发明的实施例2的半导体MZM400的VIB剖视图的一个示例。如图6A和图6B所示，在本发明的实施例2的半导体MZM400中，在第一接地电极209和第二接地电极210的下表面形成有多个第一通孔4011和第二通孔4012。此外，在SI-InP基板301的背面，形成有连接第一通孔4011和第二通孔4012的多个背面接地电极402。即，第一接地电极209和第二接地电极210经由多个第一通孔4011和第二通孔4012，通过多个背面接地电极402而被连接。实施例2的半导体MZM400的工作原理、基本构造等与实施例1相同，因此省略。
本发明的实施例2的半导体MZM400与实施例1的半导体MZM200不同之处为：作为连接配线，不使用金属丝，而是使用经由多个第一通孔4011和第二通孔4012的稳定的多个背面接地电极402。多个第一通孔4011和第二通孔4012以及多个背面接地电极402与金属丝不同，能通过晶圆加工来制作，因此本发明的实施例2的半导体MZM400量产性优异。
相邻的第一通孔4011间的间隔和相邻的第二通孔4012间的间隔与实施例1相同，能设为在第一信号电极207和第二信号电极208中传输的电信号的波长的1/4以下，优选为1/8以下。SI-InP基板301的厚度一般为200μm以上，与接地电极-信号电极间距离、信号电极-信号电极间距离相比足够厚，因此多个背面接地电极402对阻抗匹配、速度匹配等特性不造成影响。
对本发明的实施例2的半导体MZM400的制作方法进行简单的说明。制作在图2、图3A以及图3B中所示的构成中未形成连接配线213的一般的调制器构造。然后，从SI-InP基板301侧使用抗蚀剂掩模，仅对需要形成多个第一通孔4011和第二通孔4012的部分，对SI-InP基板301和电介质层306进行加工，使上表面的第一接地电极209和第二接地电极210露出。然后，通过镀敷工序形成多个第一通孔4011和第二通孔4012以及多个背面接地电极402。由此，能制作本发明的实施例2的半导体MZM400。
(实施例3)
图7A表示本发明的实施例3的半导体MZM500的构成。此外，图7B表示本发明的实施例3的半导体MZM500的VIIB剖视图的一个示例。如图7A和图7B所示，在本发明的实施例3的半导体MZM500中，在第一接地电极209和第二接地电极210的上表面形成有多个第一通孔5011和第二通孔5012。此外，在以嵌入第一信号电极207和第二信号电极208、第一接地电极209和第二接地电极210以及多个第一通孔5011和第二通孔5012的方式而形成的电介质层503上，形成有分别连接多个第一通孔5011和第二通孔5012的多个上表面接地电极502。即，第一接地电极209和第二接地电极210经由多个第一通孔5011和第二通孔5012，通过上表面接地电极502而被连接。实施例3的半导体MZM500的工作原理、基本构造等与实施例1相同，因此省略。
实施例3的半导体MZM500与实施例1和实施例2的MZM不同之处在于：在芯片表面具有经由多个第一通孔5011和第二通孔5012来连接第一接地电极209和第二接地电极210的多个上表面接地电极502。多个第一通孔5011和第二通孔5012以及多个上表面接地电极502与金属丝不同，能通过晶圆加工来制作，因此本发明的实施例3的半导体MZM500量产性优异。此外，本发明的实施例3的半导体MZM500与实施例2不同，不需要制作背面接地电极的工序，因此制作容易。
此外，上表面接地电极502在以覆盖芯片整个表面的方式制作的情况下起到屏蔽的作用，因此，通过本发明的实施例3的半导体MZM500，能实现抗串扰和噪声性能更强的特性。并且，通过以任意的间隔形成多个上表面接地电极502，也能对阻抗和电信号的传输速度进行微调整。
相邻的第一通孔5011间的间隔和相邻的第二通孔5012间的间隔与实施例1相同，需要设为在第一信号电极207和第二信号电极208中传输的电信号的波长的1/4以下，优选为1/8以下。在与接地电极-信号电极间的距离、信号电极-信号电极间的距离相比，从信号线路到上表面接地电极502的距离近的情况下，阻抗和电信号的速度大幅偏离。因此，需要将从信号线路到上表面接地电极502的距离设为接地电极-信号电极间的距离和信号电极-信号电极间的距离的两倍以上。
接着，对本发明的实施例3的半导体MZM500的制作方法进行简单的说明。制作在图2、图3A以及图3B中所示的构成中未形成连接配线213的一般的调制器构造。然后，涂布电介质膜，制作任意高度的电介质层503。然后，仅对形成多个第一通孔5011和第二通孔5012的部分刻蚀电介质层503，使接地电极209和210露出。然后，通过电镀工序制作多个第一通孔5011和第二通孔5012以及多个上表面接地电极502。

Claims (8)

1.一种半导体马赫-曾德尔型光调制器，其特征在于，具备：
输入波导；光分波器，对从所述输入波导输入的光进行分波；第一臂波导和第二臂波导，对由所述光分波器进行了分波的光进行波导；光合波器，对由所述第一臂波导和所述第二臂波导进行了波导的光进行合波；以及输出波导，输出由所述光合波器进行了合波的光，
所述第一臂波导和所述第二臂波导具备将第一导电性半导体包层、非掺杂半导体芯层以及第二导电性半导体包层按顺序层叠在半导体基板上而形成的波导构造，
所述半导体马赫-曾德尔型光调制器具备：
第一信号电极，与所述第一臂波导并联地形成；
第二信号电极，与所述第二臂波导并联地形成；
多个第一相位调制电极，从所述第一信号电极分支，沿所述第一信号电极离散地设于所述第一臂波导上；
多个第二相位调制电极，从所述第二信号电极分支，沿所述第二信号电极离散地设于所述第二臂波导上；
第一接地电极，沿所述第一信号电极并联地形成；
第二接地电极，沿所述第二信号电极并联地形成；以及
多个连接配线，在多个点之间连接所述第一接地电极和所述第二接地电极，
所述第一信号电极和所述第二信号电极被输入/输出差分信号，
相邻的所述多个连接配线以在所述第一信号电极和所述第二信号电极中传输的信号的波长的1/4以下的间隔进行设置。
2.根据权利要求1所述的半导体马赫-曾德尔型光调制器，其特征在于，
所述连接配线由下述构件中的任一方构成：
金属丝；
背面接地电极，设于所述半导体基板的背面，经由分别连接于所述第一接地电极和所述第二接地电极的第一通孔和第二通孔，连接所述第一接地电极和所述第二接地电极；以及
上表面接地电极，设于所述半导体基板的上表面侧，经由分别连接于所述第一接地电极和所述第二接地电极的第一通孔和第二通孔，连接所述第一接地电极和所述第二接地电极。
3.根据权利要求1或2所述的半导体马赫-曾德尔型光调制器，其特征在于，
在所述第一相位调制电极和所述第二相位调制电极下，形成有所述第一臂波导和所述第二臂波导。
4.根据权利要求3所述的半导体马赫-曾德尔型光调制器，其特征在于，
所述第一臂波导和所述第二臂波导中的、在所述第一臂波导和所述第二臂波导上未形成所述第一相位调制电极和所述第二相位调制电极的部分具有在所述非掺杂半导体芯层上形成有非掺杂半导体包层的构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体马赫-曾德尔型光调制器，其特征在于，
所述第一导电性半导体包层和所述第二导电性半导体包层中，任一方由n型半导体构成，另一方由p型半导体构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体马赫-曾德尔型光调制器，其特征在于，
所述第一导电性半导体包层和所述第二导电性半导体包层的双方均由n型半导体构成，
所述波导构造中，在所述非掺杂半导体芯层与所述第一导电性半导体包层之间，或在所述非掺杂半导体芯层与所述第二导电性半导体包层之间，还形成有由p型半导体构成的第三导电性半导体包层。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体马赫-曾德尔型光调制器，其特征在于，
所述非掺杂半导体芯层的至少一部分具有多量子阱层构造。
8.一种偏振复用型IQ调制器，配置为并联地设有四个如权利要求1至7中任一项所述的半导体马赫-曾德尔型光调制器。
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