CN111373312A - 半导体光调制器 - Google Patents

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Abstract

半导体光调制器(1)包括调制区域(A)和非调制区域(C)。非调制区域(C)中的第一接地电极(112)的第一宽度大于调制区域(A)中的第一接地电极(112)的第二宽度。非调制区域(C)中的第二接地电极(113)的第三宽度大于调制区域(C)中的第二接地电极(113)的第四宽度。第一绝缘层(24a、24b)在非调制区域(C)中配置于第一光波导(13a)与第一行波电极(114)之间以及第二光波导(13b)与第二行波电极(116)之间。因此，半导体光调制器(1)能够实现宽带化。

Description

半导体光调制器
技术领域
本发明涉及一种半导体光调制器。
背景技术
近年，由于PC和智能电话等的普及，通信量正在扩大。因此，在一般作为光调制器采用的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder。以下称为“MZ”。)型光调制器中，广泛地有效利用基于4值脉冲幅度调制(PAM4)方式等强度调制方式或4值相位偏移调制方式(QPSK)和16值正交相位幅度调制方式(16QAM)等相位调制方式的信号复用。但是，随着信号的高密度化的推进，信号的抗噪声能力变低，因此，当进行如上所述的信号复用时，信号传输距离变短。因此，需要以相对于作为当前主流的25～32Gbps的调制速度而言的2倍的50～64Gbps的调制速度对信号进行驱动来提高比特率，而不是信号的复用。
用于抑制消耗电力和信号质量的劣化来提高调制速度的、光调制器的宽带化成为课题。为了实现宽带化，需要优化调制器的电容和电感来使阻抗匹配。日本特开2015-129906号公报(专利文献1)公开了设置有调整阻抗和电速度的机构的半导体马赫-曾德尔型光调制器。专利文献1所记载的半导体马赫-曾德尔型光调制器具备马赫-曾德尔干涉仪、第一行波电极以及第二行波电极。
专利文献1：日本特开2015-129906号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种实现宽带化的半导体光调制器。
用于解决问题的方案
本发明的半导体光调制器包括单位构造。单位构造包括调制区域和非调制区域。非调制区域中的第一接地电极的第一宽度与调制区域中的第一接地电极的第二宽度不同。非调制区域中的第二接地电极的第三宽度与调制区域中的第二接地电极的第四宽度不同。第一绝缘层在非调制区域配置于第一光波导与第一行波电极之间以及第二光波导与第二行波电极之间。
发明的效果
在本发明的半导体光调制器中，能够降低半导体光调制器的电容，因此能够增加由第一行波电极、第二行波电极线路、第一接地电极以及第二接地电极形成的第一线路的阻抗。并且，能够降低半导体光调制器的微波折射率。根据本发明的半导体光调制器，能够提供实现宽带化的半导体光调制器。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的光调制器的概略平面图。
图2是实施方式1所涉及的光调制器的概略局部放大平面图。
图3是实施方式1所涉及的光调制器的、沿图2所示的截面线III-III的概略截面图。
图4是实施方式1所涉及的光调制器的、沿图2所示的截面线IV-IV的概略截面图。
图5是实施方式1所涉及的光调制器的、沿图2所示的截面线V-V的概略截面图。
图6是表示实施方式1所涉及的光调制器的电路模型的图。
图7是表示实施方式1所涉及的光调制器的调制部的电路模型的图。
图8是表示实施方式1所涉及的光调制器的过渡部和非调制部的电路模型的图。
图9是实施方式2所涉及的光调制器的概略平面图。
图10是实施方式2所涉及的光调制器的概略局部放大平面图。
图11是实施方式2所涉及的光调制器的、沿图10所示的截面线XI-XI的概略局部截面图。
图12是实施方式2所涉及的光调制器的、沿图10所示的截面线XII-XII的概略局部截面图。
图13是实施方式2所涉及的光调制器的、沿图10所示的截面线XIII-XIII的概略局部截面图。
图14是实施方式3所涉及的光调制器的非调制区域的概略截面图。
图15是实施方式4所涉及的光调制器的概略平面图。
图16是实施方式5的半导体光调制器的概略平面图。
图17是实施方式5的半导体光调制器的概略局部放大平面图。
图18是实施方式5、7的半导体光调制器的、沿图17、图30以及图36所示的截面线XVIII-XVIII的概略截面图。
图19是实施方式5的半导体光调制器的、沿图17和图30所示的截面线XIX-XIX的概略截面图。
图20是实施方式5的半导体光调制器的、沿图17所示的截面线XX-XX的概略截面图。
图21是表示实施方式5的半导体光调制器的电路模型的图。
图22是表示实施方式5的半导体光调制器的调制区域的电路模型的图。
图23是表示实施方式5的半导体光调制器的非调制区域和过渡部的电路模型的图。
图24是比较例的半导体光调制器的概略局部放大平面图。
图25是表示实施方式5和比较例的半导体光调制器的、微波的频率与半导体光调制器的第一线路的阻抗之间的关系的图表的图。
图26是示出表示实施方式5和比较例的半导体光调制器的、微波的频率与半导体光调制器的微波折射率之间的关系的图表的图。
图27是示出表示实施方式5的半导体光调制器的调制区域、过渡区域以及非调制区域中的、微波的频率与半导体光调制器的第一线路的阻抗之间的关系的图表的图。
图28是示出表示实施方式5的半导体光调制器的调制区域、过渡区域以及非调制区域中的、微波的频率与半导体光调制器的微波折射率之间的关系的图表的图。
图29是实施方式5的变形例的半导体光调制器的概略平面图。
图30是实施方式5的其它变形例的半导体光调制器的概略局部放大平面图。
图31是实施方式6的半导体光调制器的概略平面图。
图32是实施方式6的半导体光调制器的概略局部放大平面图。
图33是实施方式6的半导体光调制器的、沿图32所示的截面线XXXIII-XXXIII的概略局部截面图。
图34是实施方式6的半导体光调制器的、沿图32所示的截面线XXXIV-XXXIV的概略局部截面图。
图35是实施方式6的半导体光调制器的、沿图32所示的截面线XXXV-XXXV的概略局部截面图。
图36是实施方式7的半导体光调制器的概略局部放大平面图。
图37是实施方式7的半导体光调制器的、沿图36所示的截面线XXXVII-XXXVII的概略截面图。
图38是实施方式7的半导体光调制器的、沿图36所示的截面线XXXVIII-XXXVIII的概略截面图。
图39是实施方式8所涉及的半导体光调制器的概略平面图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。此外，对相同的结构附加相同的参照编号，不重复其说明。
实施方式1.
图1示意性地示出了实施方式1所涉及的光调制器1的结构。光调制器1是MZ型光调制器。光调制器1具备作为第一马赫-曾德尔型光波导的光波导5。光调制器1的光波导5被输入从激光光源40放射的光41。光波导5将光41分支后再进行合波。该光41通过光调制器1的光波导5后被输出。
具体地说，第一马赫-曾德尔型光波导包括第一光输入部11、第一光分支部12、第一光波导13a、第二光波导13b、第一光合波部14以及第一光输出部15。第一光分支部12连接于第一光输入部11。第一光分支部12例如是具有1输入2输出的结构或2输入2输出的结构的多模干涉(MMI)光波导。第一光波导13a和第二光波导13b连接于第一光分支部12。第一光合波部14连接于第一光波导13a和第二光波导13b。第一光合波部14例如是具有1输入2输出的结构或2输入2输出的结构的多模干涉(MMI)光波导。第一光输出部15连接于第一光合波部14。
光调制器1具备连接于地(G)的地电极112、113、传递差动电信号的正信号S+的第一电极114以及传递差动电信号的负信号S-的第二电极116。第一电极114是第一行波电极。第二电极116是第二行波电极。地电极112是第一接地电极。地电极113是第二接地电极。在本说明书中，“电极”包括金电极和白金电极，但是不限定于这些，包括所有导电体的电极。
第一电极114和第二电极116的输入侧(图1的左侧)分别被输入差动电信号的正信号S+和负信号S-。该差动电信号的正信号S+和负信号S-是由信号源30输出并由电放大器33放大后的信号。实施方式1不限定于此，也可以相反地，第一电极114传递负信号S-，第二电极传递正信号S+。
这样，光调制器1具有所谓的GSSG型的构造。地电极112、第一电极114、第二电极116以及地电极113构成第一线路。第一线路是GSSG(Ground(地)、Signal(信号)、Signal(信号)、Ground(地))型的差动线路(共面线路)。GSSG型的差动线路能够使光调制器1小型化。GSSG型的差动线路中第一电极114与第二电极116相互相邻，因此能够提高抗噪声性能。
第一电极114的一端和第二电极116的一端电连接于信号源30。信号源30输出差动信号。关于差动信号，不特别限定，也可以具有20Gbit/s以上的高的频率。第一光波导13a被施加与第二光波导13b相反相位的电压(推挽结构)。在信号源30与第一电极114的一端之间以及信号源30与第二电极116的一端之间配置有电放大器33。电放大器33将从信号源30输出的差动信号放大后输出到第一电极114的一端和第二电极116的一端。
第一电极114配置于第一光波导13a的上方。第二电极116配置于第二光波导13b的上方。地电极112在相对于第一电极114与第二电极116相反的一侧配置成从第一电极114空出间隔。地电极113在相对于第二电极116与第一电极114相反的一侧配置成从第二电极116空出间隔。第一电极114和第二电极116配置于地电极112与地电极113之间。
在第一电极114和第二电极116的输出侧(图1的右侧)连接有终端部7。因而，终端部7被输入从光调制器1的第一电极114和第二电极116输出的差动电信号的正信号S+和负信号S-。在图1的例子中，在终端部7中，在正信号S+与地之间以及负信号S-与地之间这两方连接有50欧姆电阻。该终端部7的连接是一例，例如正信号S+与负信号S-也可以经由100欧姆电阻来连接。
终端部7包括第一终端电阻35和第二终端电阻36。第一电极114的另一端和地电极112连接于第一终端电阻35。第二电极116的另一端和地电极113连接于第二终端电阻36。第一终端电阻35和第二终端电阻36具有50Ω的电阻。终端部7的差动阻抗是100Ω。第一终端电阻35和第二终端电阻36也可以具有100Ω的电阻。地电极112的一端和地电极113的一端连接于接地电位。地电极112的另一端和地电极113的另一端连接于接地电位。
图2是图1的光调制器1的局部放大示意图。光调制器1包括沿着第一光波导13a和第二光波导13b排列的单位构造10。光调制器1沿着第一光波导13a和第二光波导13b具有周期构造。单位构造10具有由对光进行调制的调制部A、不对光进行调制的非调制部C以及形成在调制部A与非调制部C之间的过渡部B构成的3段结构。过渡部B在调制部A与非调制部C之间构成为使电信号的反射尽可能变小。单位构造10由调制部A、在调制部A的长边方向上邻接的第一过渡部B、在第一过渡部B的长边方向上邻接的非调制部C以及在非调制部C的长边方向上邻接的第二过渡部B构成，该单位构造10在长边方向(光的行进方向)上重复。
非调制部C中的地电极112的第一宽度W1与调制部A中的地电极112的第二宽度W2不同。特定而言，非调制部C中的地电极112的第一宽度W1小于调制部A中的地电极112的第二宽度W2。非调制部C中的地电极113的第三宽度W3与调制部A中的地电极113的第四宽度W4不同。特定而言，非调制部C中的地电极113的第三宽度W3小于调制部A中的地电极113的第四宽度W4。
调制部A中的第一电极114与第二电极116之间的间隔小于非调制部C中的第一电极114与第二电极116之间的间隔。在过渡部B中，第一电极114与第二电极116之间的间隔随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变小。在过渡部B中，地电极112的宽度随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变大。在过渡部B中，地电极113的宽度随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变大。
在调制部A中，地电极112也可以包括第一突出部17p。第一突出部17p也可以形成于地电极112的与第一电极114相面对的第一侧面，朝向第一电极114突出。在非调制部C中，地电极113也可以包括第二突出部17q。第二突出部17q也可以形成于地电极113的与第二电极116相面对的第二侧面，朝向第二电极116突出。
第一电极114、第二电极116、地电极112以及地电极113形成于低介电常数材料层120之上。因而，如图2所示，在地电极112与第一电极114之间、第一电极114与第二电极116之间以及第二电极116与地电极113之间，低介电常数材料层120可见。
在本说明书中，“低介电常数材料”例如包含苯并氯丁烯(BCB)，但是不限定于此，包括所有电介质。
图3是将图2的光调制器1沿III-III方向观察的截面图。因而，图3示出了光调制器1的调制部A的截面。调制部A例如包括由n型磷化铟(n-InP)等n型半导体构成的n层130。n层130是第一半导体层。n层130之上的成为光的路径的部分隆起为凸状，因而，具有能够在其上形成所谓的高台面型的光波导的形状。在n层130之上的该部分，例如形成有由多量子阱(MQW)和i型(本征)磷化铟(i-InP)等非掺杂半导体构成的光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)。
在光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)之上，例如形成有由p型磷化铟(p-InP)等p型半导体构成的p层(第二半导体层21a、21b)。在p层(第二半导体层21a、21b)之上，例如形成有由p型铟镓砷(p-InGaAs)构成的接触层22a、22b。在接触层22a、22b之上，第一电极114与第二电极116相互空出间隔地形成。接触层22a、22b与第一电极114及第二电极116通过高温处理进行欧姆接触。
在作为n层130的上侧且第一电极114和第二电极116的下侧的部分的、未形成有光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)、p层(第二半导体层21a、21b)以及接触层22a、22b的部分填充有低介电常数材料层120。低介电常数材料层120是埋入层。在低介电常数材料层120之上，从第一电极114及第二电极116分别空出间隔地形成有地电极112、113。
当第一电极114和第二电极116中流过电信号、从而被施加电压时，在调制部A之中，经由与第一电极114及第二电极116欧姆接触的接触层22a、22b，在由p层(第二半导体层21a、21b)、光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)以及n层130构成的p-i-n结部产生电场。通过该电场，光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)内的光限制因子发生变化，光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的折射率发生变化。通过该折射率变化，输入到光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的光的相位被调制。光调制器1是半导体光调制器。
图4是将图2的光调制器1沿IV-IV方向观察的截面图。因而，图4示出了光调制器1的过渡部B的截面。过渡部B与调制部A同样地，具有n层130、其上的光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)以及填充它们的周围的低介电常数材料层120。但是，在过渡部B中，与调制部A不同地，在光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)之上形成有绝缘层(第二绝缘层23a、23b)。绝缘层(第二绝缘层23a、23b)例如由i-InP或Fe-InP等构成，但是不限定于此，包括所有电介质材料。在绝缘层(第二绝缘层23a、23b)之上，形成有由电介质、典型地说SiO2等绝缘体构成的表面层(第一绝缘层24a、24b)。在表面层(第一绝缘层24a、24b)之上，第一电极114与第二电极116相互空出间隔地形成。在低介电常数材料层120之上，从第一电极114及第二电极116分别空出间隔地形成有地电极112、113。
这样，在过渡部B中，与调制部A不同地，不存在p-i-n结部。因而，即使第一电极114和第二电极116中流过电信号、从而被施加电压，在光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)中也几乎不产生电场变化，几乎不产生光的相位调制。
图5是将图2的光调制器1沿V-V方向观察的截面图。因而，图5示出了光调制器1的非调制部C的截面。除了地电极112、113、第一电极114以及第二电极116的形状和位置以外，非调制部C的构造与过渡部B的构造同样。在非调制部C中也不存在p-i-n结部，因此，即使第一电极114和第二电极116中流过电信号，也几乎不产生光的相位调制。
说明光调制器1的动作。
如图1所示，从激光光源40向第一光输入部11输入光41。光41从第一光输入部11输入到第一光分支部12。光41在第一光分支部12中被分支为在第一光波导13a中传播的第一部分光和在第二光波导13b中传播的第二部分光。
在第一电极114中传播的第一微波使调制部A中的第一光波导13a的折射率发生变化。在第一光波导13a中传播的第一部分光通过在第一电极114中传播的第一微波被调制。在第二电极116中传播的第二微波使调制部A中的第二光波导13b的折射率发生变化。在第二光波导13b中传播的第二部分光通过在第二电极116中传播的第二微波被调制。被调制后的第一部分光与被调制后的第二部分光在第一光合波部14中被合波而成为调制光42。调制光42从第一光输出部15被输出。
接着，说明通过实施方式1所涉及的光调制器1能够实现光信号的宽带化。为了实现宽带化，需要尽可能降低电信号的反射，且使作为电信号的微波与光的相位速度匹配。为此，在差动驱动的情况下，需要使阻抗接近100欧姆(在单相驱动的情况下为50欧姆)，使微波折射率接近3.6。用式(1)、(2)表示阻抗Z1和微波折射率nm。
[式1]
Figure BDA0002470773060000101
[式2]
Figure BDA0002470773060000102
在此，C表示光调制器1的电容，L表示光调制器1的电感，c表示真空中的光速。
如图6所示，光调制器1包括第一电极114的第一电阻R1、第一电极114的第一电感L1、第二电极116的第二电阻R2、第二电极116的第二电感L2以及第一电极114与第二电极116之间的互感L12。光调制器1还包括第一电极114与地电极112之间的第一互容C1G、第二电极116与地电极113之间的第二互容C2G以及第一电极114与第二电极116之间的第三互容C12。严格地说，还存在第一电极114与地电极113的互容以及第二电极116与地电极112的互容，但是它们与C1G及C2G相比以能够忽略的程度小，因此在此不考虑。
如图7所示，调制部A包括n层130的电阻R130、光波导层的电容(第一光波导13a的电容C13a和第二光波导13b的电容C13b)、p层的电阻(第二半导体层21a的电阻R21a和第二半导体层21b的电阻R21b)以及接触层的电阻(接触层22a的电阻R22a和接触层22b的电阻R22b)。这些电阻R130、R21a、R21b、R22a、R22b与这些电容C13a、C13b相互串联连接。
如图8所示，过渡部B和非调制部C包括n层130的电阻R130、光波导层的电容(第一光波导13a的电容C13a和第二光波导13b的电容C13b)、绝缘层的电容(第二绝缘层23a的电容C23a和第二绝缘层23b的电容C23b)以及表面层的电容(第一绝缘层24a的电容C24a和第一绝缘层24b的电容C24b)。电阻R130与这些电容C13a、C13b、C23a、C23b、C24a、C24b相互串联连接。这样，在过渡部B和非调制部C中，不仅存在光波导层的电容(第一光波导13a的电容C13a和第二光波导13b的电容C13b)，还存在表面层的电容(第一绝缘层24a的电容C24a和第一绝缘层24b的电容C24b)和绝缘层的电容(第二绝缘层23a的电容C23a和第二绝缘层23b的电容C23b)，因此非调制部C的电容和过渡部B的电容小于调制部A的电容。
在具有如实施方式1那样的差动驱动构造的光调制器1中，需要使光调制器1的阻抗接近作为单相驱动的情况下的2倍的100欧姆。因而，优选的是电容尽可能小。用式(3)表示电容。
[式3]
Figure BDA0002470773060000111
在此，ε是极板间的绝缘体的介电常数，S是极板的面积，d是极板间的距离。
在实施方式1所涉及的光调制器1中，通过调整调制部A、过渡部B以及非调制部C各自的地电极112、113、第一电极114及第二电极116的宽度以及第一电极114与地电极112之间的距离及第二电极116与地电极113之间的距离，能够个别地调整调制部A、过渡部B以及非调制部C的电感和电容。
并且，通过调整光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的厚度，能够调整光调制器1的阻抗。例如，在增大了光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的厚度的情况下，光波导层的电容(第一光波导13a的电容C13a和第二光波导13b的电容C13b)变小。因而，在该情况下，调制部A的电容变小。
如以上那样，通过调整电极的宽度、电极间的距离以及光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的厚度，能够调整光调制器1的阻抗。并且，如前述那样，在过渡部B和非调制部C中，不仅存在光波导层的电容(第一光波导13a的电容C13a和第二光波导13b的电容C13b)，还存在表面层的电容(第一绝缘层24a的电容C24a和第一绝缘层24b的电容C24b)和绝缘层的电容(第二绝缘层23a的电容C23a和第二绝缘层23b的电容C23b)，因此非调制部C的电容和过渡部B的电容小于调制部A的电容。因而，通过使调制部A、过渡部B以及非调制部C的构造重复，能够容易地使光调制器1的全长上的平均阻抗接近100欧姆。
此外，通过过渡部B和非调制部C的构造的光不被调制，因此，为了通过紧凑的尺寸的光调制器1来达成期望的光调制，优选使光调制器1内的调制部A的长边方向的长度比过渡部B和非调制部C的长边方向的长度长。例如，调制部A的长边方向的长度是光调制器1的单位构造10的长度的50％～70％的长度。
另外，优选的是，光调制器1的单位构造10的长度小，该单位构造10的重复周期小。这是因为，如果该单位构造10的重复周期小，则与周期大的情况相比，在光调制器1的整个长边方向上阻抗不会大幅偏离100欧姆，光调制器1的电特性能够保持良好。例如，1个单位构造10的长边方向的长度是100～500μm，但是不限定于此，也可以是100μm以下。
过渡部B的长边方向的长度典型地说是调制部A的长边方向的长度的10％～20％的长度。过渡部B内的地电极112、113、第一电极114及第二电极116的宽度以及第一电极114与地电极112之间的距离及第二电极116与地电极113之间的距离被设计成使高频电信号的反射减小。
如以上那样，在实施方式1中，通过调整调制部A、过渡部B以及非调制部C各自的地电极112、113、第一电极114及第二电极116的宽度以及第一电极114与地电极112之间的距离及第二电极116与地电极113之间的距离，进一步调整1个单位构造10内的调制部A、过渡部B及非调制部C的比率以及1个单位构造10的长边方向的长度，能够精细地调整电容和电感。因而，能够达成使光调制器1的阻抗接近100欧姆以及使微波折射率接近3.6，能够达成宽带化。
说明本实施方式的光调制器1的效果。
光调制器1具备第一马赫-曾德尔型光波导、第一行波电极(第一电极114)、第二行波电极(第二电极116)、第一接地电极(地电极112)、第二接地电极(地电极113)以及第一绝缘层24a、24b。第一马赫-曾德尔型光波导包括第一光输入部11、连接于第一光输入部11的第一光分支部12、连接于第一光分支部12的第一光波导13a、连接于第一光分支部12的第二光波导13b、连接于第一光波导13a和第二光波导13b的第一光合波部14以及连接于第一光合波部14的第一光输出部15。第一行波电极(第一电极114)配置于第一光波导13a的上方。第二行波电极(第二电极116)配置于第二光波导13b的上方。第一接地电极(地电极112)在相对于第一行波电极(第一电极114)与第二行波电极(第二电极116)相反的一侧配置成从第一行波电极(第一电极114)空出间隔。第二接地电极(地电极113)在相对于第二行波电极(第二电极116)与第一行波电极(第一电极114)相反的一侧配置成从第二行波电极(第二电极116)空出间隔。
光调制器1包括沿着第一光波导13a和第二光波导13b排列的单位构造10。单位构造10包括调制区域(调制部A)和非调制区域(非调制部C)。非调制区域(非调制部C)中的第一接地电极(地电极112)的第一宽度W1与调制区域(调制部A)中的第一接地电极(地电极112)的第二宽度W2不同。非调制区域(非调制部C)中的第二接地电极(地电极113)的第三宽度W3与调制区域(调制部A)中的第二接地电极(地电极113)的第四宽度W4不同。第一绝缘层24a、24b在非调制区域(非调制部C)中配置于第一光波导13a与第一行波电极(第一电极114)之间以及第二光波导13b与第二行波电极(第二电极116)之间。
在光调制器1中，非调制区域(非调制部C)的电容降低，光调制器1的电容C降低。因此，光调制器1的第一线路的阻抗Z1能够增加。另外，光调制器1的微波折射率nm能够降低。光调制器1能够实现宽带化。
在光调制器1中，非调制区域(非调制部C)中的第一接地电极(地电极112)的第一宽度W1小于调制区域(调制部A)中的第一接地电极(地电极112)的第二宽度W2。非调制区域(非调制部C)中的第二接地电极(地电极113)的第三宽度W3小于调制区域(调制部A)中的第二接地电极(地电极113)的第四宽度W4。光调制器1能够实现宽带化。
在光调制器1中，单位构造10包括配置于调制区域(调制部A)与非调制区域(非调制部C)之间的过渡区域(过渡部B)。在过渡区域(过渡部B)中，第一行波电极(第一电极114)与第二行波电极(第二电极116)之间的第一间隔逐渐变化。在过渡区域(过渡部B)中，第一接地电极(地电极112)的宽度和第二接地电极(地电极113)的宽度逐渐变化。过渡区域(过渡部B)能够降低在调制区域(调制部A)与非调制区域(非调制部C)之间在第一行波电极(第一电极114)和第二行波电极(第二电极116)中传播的微波反射。光调制器1能够实现宽带化。
实施方式2.
图9示意性地示出了实施方式2所涉及的光调制器1b的结构。在图9中，与图1相同的标记表示相同或相当的部位。另外，在以下的记载中，原则上以与实施方式1不同的点为中心进行说明，关于其它部分省略重复说明。
光调制器1b还具备第二马赫-曾德尔型光波导、第三电极224、第四电极226、地电极223、光输入部66、光分支部67、光合波部68以及光输出部69。第二马赫-曾德尔型光波导与第一马赫-曾德尔型光波导并联地配置。第二马赫-曾德尔型光波导具有与第一马赫-曾德尔型光波导同样的结构。第三电极224是第三行波电极。第四电极226是第四行波电极。地电极223是第三接地电极。
具体地说，第二马赫-曾德尔型光波导包括第二光输入部51、第二光分支部52、第三光波导53a、第四光波导53b、第二光合波部54以及第二光输出部55。第二光分支部52连接于第二光输入部51。第三光波导53a和第四光波导53b连接于第二光分支部52。第二光合波部54连接于第三光波导53a和第四光波导53b。第二光输出部55连接于第二光合波部54。
光分支部67连接于光输入部66。光分支部67连接于第一光输入部11和第二光输入部51。第一马赫-曾德尔型光波导和第二马赫-曾德尔型光波导连接于光分支部67。光合波部68连接于第一光输出部15和第二光输出部55。第一马赫-曾德尔型光波导和第二马赫-曾德尔型光波导连接于光合波部68。光输出部69连接于光合波部68。
第三电极224配置于第三光波导53a的上方。第四电极226配置于第四光波导53b的上方。地电极113在相对于第三电极224与第四电极226相反的一侧配置成从第三电极224空出间隔。地电极223在相对于第四电极226与第三电极224相反的一侧配置成从第四电极226空出间隔。第三电极224和第四电极226配置于地电极113与地电极223之间。
光调制器1b包括第一马赫-曾德尔光调制器部分61和第二马赫-曾德尔光调制器部分62。第一马赫-曾德尔光调制器部分61与实施方式1的光调制器1同样地构成。第一马赫-曾德尔光调制器部分61主要包括第一马赫-曾德尔型光波导、第一电极114、第二电极116、第一接地电极17a以及地电极113。
第二马赫-曾德尔光调制器部分62与第一马赫-曾德尔光调制器部分61同样地构成。第二马赫-曾德尔光调制器部分62主要包括第二马赫-曾德尔型光波导、第三电极224、第四电极226、地电极113以及地电极223。地电极113将第三电极224和第四电极226从第一电极114和第二电极116电分离。因此，第一马赫-曾德尔光调制器部分61与第二马赫-曾德尔光调制器部分62之间的串扰降低。另外，在光调制器1b中，地电极113是由第一马赫-曾德尔光调制器部分61和第二马赫-曾德尔光调制器部分62共用的。因此，光调制器1b能够实现小型化。
地电极113、第三电极224、第四电极226以及地电极223构成第二线路。第二线路是GSSG(Ground(地)、Signal(信号)、Signal(信号)、Ground(地))型的差动线路(共面线路)。GSSG型的差动线路能够使光调制器1b小型化。GSSG型的差动线路中第三电极224与第四电极226相互相邻，因此能够提高抗噪声性能。
第三电极224的一端和第四电极226的一端电连接于信号源30b。信号源30b输出差动信号。关于差动信号，不特别限定，也可以具有20Gbit/s以上的高的频率。第三光波导53a被施加与第四光波导53b相反相位的电压(推挽结构)。在信号源30b与第三电极224的一端之间以及信号源30b与第四电极226的一端之间配置有电放大器33b。电放大器33b将从信号源30b输出的差动信号放大后输出到第三电极224的一端和第四电极226的一端。
光调制器1b也可以是IQ光调制器。第一马赫-曾德尔光调制器部分61被称为Ich调制器，第二马赫-曾德尔光调制器部分62被称为Qch调制器。例如，第一马赫-曾德尔光调制器部分61包括连接于地的地电极112、113、传递第一差动电信号的正信号S1+的第一电极114以及传递第一差动电信号的负信号S1-的第二电极116。第二马赫-曾德尔光调制器部分62包括连接于地的地电极113及223、传递第二差动电信号的正信号S2+的第三电极224以及传递第二差动电信号的负信号S2-的第四电极226。如以上那样，光调制器1b具有所谓的GSSGSSG型的构造。
在图9中，地电极112、113及223连接于地。第一电极114的输入侧(图9的左侧)被输入第一差动电信号的正信号S1+。第二电极116的输入侧被输入第一差动电信号的负信号S1-。第三电极224被输入第二差动电信号的正信号S2+。第四电极226被输入第二差动电信号的负信号S2-。这2组的差动电信号是由信号源30b输出并由电放大器33b放大后的信号。
在第一电极114、第二电极116、第三电极224以及第四电极226的输出侧(图9的右侧)连接有终端部7b。因而，终端部7b被输入从光调制器1b的第一电极114输出的第一差动电信号的正信号S1+、从第二电极116输出的第一差动电信号的负信号S1-、从第三电极224输出的第二差动电信号的正信号S2+以及从第四电极226输出的第二差动电信号的负信号S2-。在图9的例子中，在终端部7b中，在第一差动电信号的正信号S1+与第一差动电信号的负信号S1-之间以及第二差动电信号的正信号S2+与第二差动电信号的负信号S2-之间这两方分别连接有100欧姆电阻。
终端部7b包括第一终端电阻35b和第二终端电阻36b。第一电极114的另一端和第二电极116的另一端也可以连接于第一终端电阻35b。第一终端电阻35b也可以具有100Ω的电阻。第三电极224的另一端和第四电极226的另一端也可以连接于第二终端电阻36b。第二终端电阻36b也可以具有100Ω的电阻。地电极112的一端、地电极113的一端以及地电极223的一端连接于接地电位。地电极112的另一端、地电极113的另一端以及地电极223的另一端连接于接地电位。
光调制器1b包括单位构造10b。光调制器1b沿着第一光波导13a和第二光波导13b具有周期构造，并且沿着第三光波导53a和第四光波导53b具有周期构造。实施方式2所涉及的光调制器1b与实施方式1同样地，具有调制部A、过渡部B以及非调制部C在长边方向上重复的结构。
单位构造10b沿着第三光波导53a和第四光波导53b排列。单位构造10b包括调制部A、非调制部C以及形成在调制部A与非调制部C之间的过渡部B。过渡部B构成为在调制部A与非调制部C之间使电信号的反射尽可能变小。
非调制部C中的地电极112的第一宽度W1与调制部A中的地电极112的第二宽度W2不同。特定而言，非调制部C中的地电极112的第一宽度W1小于调制部A中的地电极112的第二宽度W2。非调制部C中的地电极113的第三宽度W3与调制部A中的地电极113的第四宽度W4不同。特定而言，非调制部C中的地电极113的第三宽度W3小于调制部A中的地电极113的第四宽度W4。非调制部C中的地电极223的第五宽度W5与调制部A中的地电极223的第六宽度W6不同。特定而言，非调制部C中的地电极223的第五宽度W5小于调制部A中的地电极223的第六宽度W6。
调制部A中的第一电极114与第二电极116之间的间隔小于非调制部C中的第一电极114与第二电极116之间的间隔。在过渡部B中，第一电极114与第二电极116之间的间隔随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变小。在过渡部B中，地电极112的宽度随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变大。在过渡部B中，地电极113的宽度随着从调制部C去向调制部A而逐渐变大。
在调制部A中，地电极112也可以包括第一突出部17p。第一突出部17p也可以形成于地电极112的与第一电极114相面对的第一侧面，朝向第一电极114突出。在非调制部C中，地电极113也可以包括第二突出部17q。第二突出部17q也可以形成于地电极113的与第二电极116相面对的第二侧面，朝向第二电极116突出。
调制部A中的第三电极224与第四电极226之间的间隔小于非调制部C中的第三电极224与第四电极226之间的间隔。在过渡部B中，第三电极224与第四电极226之间的间隔随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变小。在过渡部B中，地电极113的宽度随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变大。在过渡部B中，地电极223的宽度随着从非调制部C去向调制部A而逐渐变大。
在调制部A中，地电极113也可以包括第三突出部17r。第三突出部17r也可以形成于地电极113的与第三电极224相面对的第三侧面，朝向第三电极224突出。在非调制部C中，地电极223也可以包括第四突出部17s。第四突出部17s也可以形成于地电极223的与第四电极226相面对的第四侧面，朝向第四电极226突出。
如图11至图13所示，第二马赫-曾德尔型光波导具有与第一马赫-曾德尔型光波导同样的截面构造。具体地说，如图11所示，调制部A例如包括由n型磷化铟(n-InP)等n型半导体构成的n层130。n层130是第一半导体层。n层130之上的成为光的路径的部分隆起为凸状，因而，具有能够在其上形成所谓的高台面型的光波导的形状。在n层130之上的该部分，例如形成有由多量子阱(MQW)和i型(本征)磷化铟(i-InP)等非掺杂半导体构成的光波导层(第三光波导53a、第四光波导53b)。
在光波导层(第三光波导53a、第四光波导53b)之上，例如形成有由p型磷化铟(p-InP)等p型半导体构成的p层(第二半导体层25a、25b)。在p层(第二半导体层25a、25b)之上，例如形成有由p型铟镓砷(p-InGaAs)构成的接触层26a、26b。在接触层26a、26b之上，第三电极224与第四电极226相互空出间隔地形成。接触层26a、26b与第三电极224及第四电极226通过高温处理进行欧姆接触。
在作为n层130的上侧且第三电极224和第四电极226的下侧的部分的、未形成有光波导层(第三光波导53a、第四光波导53b)、p层(第二半导体层25a、25b)以及接触层26a、26b的部分填充有低介电常数材料层120。低介电常数材料层120是埋入层。在低介电常数材料层120之上，从第三电极224及第四电极226分别空出间隔地形成有地电极112、113。
当第三电极224和第四电极226中流过电信号、从而被施加电压时，在调制部A之中，经由与第三电极224及第四电极226欧姆接触的接触层26a、26b，在由p层(第二半导体层25a、25b)、光波导层(第三光波导53a、第四光波导53b)以及n层130构成的p-i-n结部产生电场。通过该电场，光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)内的光限制因子发生变化，光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的折射率发生变化。通过该折射率变化，输入到光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的光的相位被调制。光调制器1b是半导体光调制器。
如图12所示，过渡部B与调制部A同样地，具有n层130、其上的光波导层(第三光波导53a、第四光波导53b)以及填充它们的周围的低介电常数材料层120。但是，在过渡部B中，与调制部A不同地，在光波导层(第三光波导53a、第四光波导53b)之上形成有绝缘层(第二绝缘层27a、27b)。绝缘层(第二绝缘层27a、27b)例如由i-InP或Fe-InP等构成，但是不限定于此，包括所有电介质材料。在绝缘层(第二绝缘层27a、27b)之上，形成有由电介质、典型地说SiO2等绝缘体构成的表面层(第一绝缘层28a、28b)。在表面层(第一绝缘层28a、28b)之上，第三电极224与第四电极226相互空出间隔地形成。在低介电常数材料层120之上，从第三电极224及第四电极226分别空出间隔地形成有地电极112、113。
这样，在过渡部B中，与调制部A不同地，不存在p-i-n结部。因而，即使第三电极224和第四电极226中流过电信号、从而被施加电压，在光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)中也几乎不产生电场变化，几乎不产生光的相位调制。
如图13所示，除了地电极113、223、第三电极224以及第四电极226的形状和位置以外，非调制部C的构造与过渡部B的构造同样。在非调制部C中也不存在p-i-n结部，因此，即使第三电极224和第四电极226中流过电信号，也几乎不产生光的相位调制。
说明光调制器1b的动作。
从激光光源40向光输入部66输入光41。光41通过光分支部67、第一光分支部12以及第二光分支部52被分支为在第一光波导13a中传播的第一部分光、在第二光波导13b中传播的第二部分光、在第三光波导53a中传播的第三部分光以及在第四光波导53b中传播的第四部分光。
在第一电极114中传播的第一微波使调制部A中的第一光波导13a的折射率发生变化。在第一光波导13a中传播的第一部分光通过在第一电极114中传播的第一微波被调制。在第二电极116中传播的第二微波使调制部A中的第二光波导13b的折射率发生变化。在第二光波导13b中传播的第二部分光通过在第二电极116中传播的第二微波被调制。
在第三电极224中传播的第三微波使调制部A中的第三光波导53a的折射率发生变化。在第三光波导53a中传播的第三部分光通过在第三电极224中传播的第三微波被调制。在第四电极226中传播的第四微波使调制部A中的第四光波导53b的折射率发生变化。在第四光波导53b中传播的第四部分光通过在第四电极226中传播的第四微波被调制。
被调制后的第一部分光、被调制后的第二部分光、被调制后的第三部分光以及被调制后的第四部分光通过第一光合波部14、第二光合波部54以及光合波部68被合波而成为调制光42。调制光42从光输出部69被输出。
为了使光调制器1b宽带化，需要尽可能降低微波信号的反射，且使微波信号与光之间的相位速度匹配。在对光调制器1b进行差动驱动的情况下，需要使光调制器1b的第一线路的阻抗Z1和第二线路的阻抗Z2分别接近100Ω，并且使微波折射率nm接近3.6。
由于与实施方式1中记载的理由同样的理由，非调制部C的电容减少，光调制器1b的电容C也减少。非调制部C中的第二线路的第四阻抗增加，变得大于调制区域19a中的第二线路的第三阻抗，第二线路的阻抗Z2增加。这样，能够使光调制器1b的第二线路的阻抗Z2接近100Ω。并且，非调制部C中的微波折射率nm减少，变得小于调制区域19a中的微波折射率nm，光调制器1b的微波折射率nm减少。这样，能够使光调制器1b的微波折射率nm接近3.6。
在实施方式2中，与实施方式1同样地，通过调整调制部A、过渡部B以及非调制部C的各电极的宽度和各电极间的距离，进一步调整1个单位构造10内的调制部A、过渡部B及非调制部C的比率以及1个单位构造10的长边方向的长度，能够精细地调整电容和电感。因而，能够达成使第一马赫-曾德尔光调制器部分61的阻抗和第二马赫-曾德尔光调制器部分62的阻抗接近100欧姆以及使第一马赫-曾德尔光调制器部分61的微波折射率和第二马赫-曾德尔光调制器部分62的微波折射率接近3.6，能够达成宽带化。
并且，在实施方式2中，光调制器1b具备2个MZ型光调制器(第一马赫-曾德尔光调制器部分61和第二马赫-曾德尔光调制器部分62)，因此能够进行QPSK调制。
在如实施方式2那样具备2个以上的MZ型光调制器的结构中，必须降低第一马赫-曾德尔光调制器部分61与第二马赫-曾德尔光调制器部分62之间(Ich与Qch之间)的串扰。为了降低串扰，也可以采用使信号线与地电极之间的距离减小或者将地电极的与长边方向垂直的截面的形状设为凸形来使地的面积增大等方法。
此外，在以上的说明中描述了光调制器1b具备2个MZ型光调制器(第一马赫-曾德尔光调制器部分61和第二马赫-曾德尔光调制器部分62)的结构，但是光调制器1b也可以包括3个以上的MZ型光调制器。
说明本实施方式的光调制器1b的效果。本实施方式的光调制器1b起到与实施方式1的光调制器1的效果同样的以下的效果。
光调制器1b在光调制器1的结构的基础上，还具备第二马赫-曾德尔型光波导、第三行波电极(第三电极224)、第四行波电极(第四电极226)、第三接地电极(地电极223)、光输入部66、连接于光输入部66的光分支部67、光合波部68以及连接于光合波部68的光输出部69。第二马赫-曾德尔型光波导包括第二光输入部51、连接于第二光输入部51的第二光分支部52、连接于第二光分支部52的第三光波导53a、连接于第二光分支部52的第四光波导53b、连接于第三光波导53a和第四光波导53b的第二光合波部54以及连接于第二光合波部54的第二光输出部55。
第三行波电极(第三电极224)配置于第三光波导53a的上方。第四行波电极(第四电极226)配置于第四光波导53b的上方。第二接地电极(地电极113)在相对于第三行波电极(第三电极224)与第四行波电极(第四电极226)相反的一侧配置成从第三行波电极(第三电极224)空出间隔。第三接地电极(地电极223)在相对于第四行波电极(第四电极226)与第三行波电极(第三电极224)相反的一侧配置成从第四行波电极(第四电极226)空出间隔。光分支部67连接于第一光输入部11和第二光输入部51。光合波部68连接于第一光输出部15和第二光输出部55。单位构造10b沿着第三光波导53a和第四光波导53b排列。非调制区域(非调制部C)中的第三接地电极(地电极223)的第五宽度W5小于调制区域(调制部A)中的第三接地电极(地电极223)的第六宽度W6。第一绝缘层28a、28b在非调制区域(非调制部C)中配置于第三光波导53a与第三行波电极(第三电极224)之间以及第四光波导53b与第四行波电极(第四电极226)之间。
在光调制器1b中，非调制区域(非调制部C)的电容降低，光调制器1b的电容C降低。因此，光调制器1b的第一线路的阻抗Z1和第二线路的阻抗Z2能够增加。另外，光调制器1b的微波折射率nm能够降低。光调制器1b能够实现宽带化。
在光调制器1b中，单位构造10b也可以包括配置于调制区域(调制部A)与非调制区域(非调制部C)之间的过渡区域(过渡部B)。在过渡区域(过渡部B)中，第一行波电极(第一电极114)与第二行波电极(第二电极116)之间的第一间隔逐渐变化。在过渡区域(过渡部B)中，第一接地电极(地电极112)的宽度和第二接地电极(地电极113)的宽度逐渐变化。在过渡区域(过渡部B)中，第三行波电极(第三电极224)与第四行波电极(第四电极226)之间的第二间隔逐渐变化。在过渡区域(过渡部B)中，第二接地电极(地电极113)的宽度和第三接地电极(地电极223)的宽度逐渐变化。过渡区域(过渡部B)能够降低在调制区域(调制部A)与非调制区域(非调制部C)之间在第一行波电极(第一电极114)、第二行波电极(第二电极116)、第三行波电极(第三电极224)以及第四行波电极(第四电极226)中传播的微波反射。光调制器1b能够实现宽带化。
在光调制器1b中，沿着第一光波导13a和第二光波导13b的调制区域(调制部A)的第一长度也可以是沿着第一光波导13a和第二光波导13b的单位构造10b的第一全长的0.50倍以上且0.95倍以下。沿着第一光波导13a和第二光波导13b的非调制区域(非调制部C)的第二长度也可以是单位构造10b的第一全长的0.04倍以上且0.48倍以下。沿着第三光波导53a和第四光波导53b的调制区域(调制部A)的第三长度也可以是沿着第三光波导53a和第四光波导53b的单位构造10b的第二全长的0.50倍以上且0.95倍以下。沿着第三光波导53a和第四光波导53b的非调制区域(非调制部C)的第四长度也可以是单位构造10b的第二全长的0.04倍以上且0.48倍以下。通过使调制区域(调制部A)在单位构造10b中所占的比例大于非调制区域(非调制部C)在单位构造10b中所占的比例，能够抑制光调制器1b的尺寸的增加，并且使光调制器1b宽带化。
实施方式3.
图14是实施方式3所涉及的光调制器1c的截面图。图14示出了光调制器1c的非调制部C的截面(沿图2的V-V方向观察的截面)。实施方式3的光调制器1c的结构除了非调制部C的构造与实施方式1的光调制器1的非调制部C不同这一点以外，与实施方式1的光调制器1的结构相同。图14对应于图5。在图14中，与图5相同的标记表示相同或相当的部位。另外，在以下的记载中，原则上以与实施方式1不同的点为中心进行说明，关于其它部分省略重复说明。
在实施方式3的非调制部C中，与实施方式1的非调制部C同样地，在n层130之上的一部分形成有光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)。但是，在光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)之上，与实施方式1的非调制部C的绝缘层(第二绝缘层23a、23b)不同地形成有p层(第二半导体层21a、21b)。p层(第二半导体层21a、21b)之上的构造也与实施方式1的非调制部C同样，形成有表面层(第一绝缘层24a、24b)，在表面层(第一绝缘层24a、24b)之上，第一电极114与第二电极116相互空出间隔地形成。在低介电常数材料层120之上，从第一电极114及第二电极116分别空出间隔地形成有地电极112、113。
在实施方式1所涉及的光调制器1和实施方式3所涉及的光调制器1c中，均在光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的正上方的层，在长边方向(光的行进方向)上将p层(第二半导体层21a、21b)与绝缘层(第二绝缘层23a、23b)交替地形成。在实施方式1所涉及的光调制器1中，光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的正上方的层仅在调制部A中是p层(第二半导体层21a、21b)，在过渡部B和非调制部C中是绝缘层(第二绝缘层23a、23b)。与此相对，在实施方式3所涉及的光调制器1c中，光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的正上方的层在调制部A和非调制部C中是p层(第二半导体层21a、21b)，仅在过渡部B中是绝缘层(第二绝缘层23a、23b)。
在长边方向(光的行进方向)上将p层(第二半导体层21a、21b)与绝缘层(第二绝缘层23a、23b)交替地形成的方法主要有两种方法。一种是在将p层(第二半导体层21a、21b)(或绝缘层(第二绝缘层23a、23b))整面地形成之后局部地切削p层(第二半导体层21a、21b)(或绝缘层(第二绝缘层23a、23b))、并在该切削后的部分填补绝缘层(第二绝缘层23a、23b)(或p层(第二半导体层21a、21b))的方法。另一种是在将p层(第二半导体层21a、21b)(或绝缘层(第二绝缘层23a、23b))整面地形成之后通过离子注入等局部地使绝缘层(第二绝缘层23a、23b)(或p层(第二半导体层21a、21b))发生变化的方法。在前者的方法中，存在被填补的部分与其以外的部分的高度不均一这样的问题。在后者的方法中，存在无法在长边方向的期望的位置准确地切换p层(第二半导体层21a、21b)和绝缘层(第二绝缘层23a、23b)这样的问题。
因此，在实施方式3中，如前述那样，采用如下构造：光波导层(第一光波导13a、第二光波导13b)的正上方的层在调制部A和非调制部C中是p层(第二半导体层21a、21b)，仅在过渡部B中是绝缘层(第二绝缘层23a、23b)。如前述那样，过渡部B的长边方向的长度典型地说是调制部A的长边方向的长度的10％～20％的长度。因而，长边方向的p层(第二半导体层21a、21b)与绝缘层(第二绝缘层23a、23b)的切换部分仅成为短的过渡部B，因此能够减少加工部分。因此，能够减少会产生前述的高度不均一这样的问题和无法在期望的位置切换这样的问题的部分，作为光调制器1c整体能够降低设计误差。
实施方式4.
参照图15来说明实施方式4的光调制器1d。本实施方式的光调制器1d具备与实施方式1的光调制器1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在光调制器1d中，终端部7d的差动阻抗小于100Ω。终端部7d的差动阻抗可以是25Ω以上，也可以是50Ω以上。非调制部C的阻抗大于调制部A的第一阻抗。过渡部B的阻抗大于调制部A的阻抗、且小于非调制部C的阻抗。例如，终端部7d的差动阻抗具有70Ω的阻抗，第一终端电阻35d和第二终端电阻36d各自具有35Ω的阻抗。调制部A具有小于70Ω的阻抗，非调制部C具有超过70Ω的阻抗。这样，能够使光调制器1d整体的阻抗接近70Ω。
作为能够将终端部7d的差动阻抗设定为小于100Ω的电放大器33d，例如能够使用MACOM公司的MAOM-06408或MAOM-06412。
说明本实施方式的光调制器1d的效果。本实施方式的光调制器1d在实施方式1的光调制器1的效果的基础上，起到以下的效果。
在本实施方式的光调制器1d中，终端部7d的差动阻抗小于100Ω。因此，与终端部的差动阻抗为100Ω的光调制器相比，即使不那么减少光调制器1d的电容C，也能够容易地实现光调制器1d与终端部7d之间的阻抗匹配。这样，光调制器1d能够容易地实现宽带化。另外，光调制器1d能够实现小型化。
实施方式5.
参照图16至图23以及图25至图28来说明实施方式5的半导体光调制器1e。本实施方式的半导体光调制器1e具备与实施方式1的光调制器1同样的结构，但是主要在电极的结构上不同。
半导体光调制器1e主要具备第一马赫-曾德尔型光波导、第一行波电极16a、第二行波电极16b、第一接地电极17a、第二接地电极17b以及第一绝缘层24a、24b。半导体光调制器1e也可以还具备第一半导体层20、第二半导体层21a、21b、接触层22a、22b以及埋入层29。半导体光调制器1e也可以还具备第二绝缘层23a、23b。
第一马赫-曾德尔型光波导包括第一光输入部11、第一光分支部12、第一光波导13a、第二光波导13b、第一光合波部14以及第一光输出部15。第一光分支部12连接于第一光输入部11。第一光波导13a和第二光波导13b连接于第一光分支部12。第一光合波部14连接于第一光波导13a和第二光波导13b。第一光输出部15连接于第一光合波部14。关于第一光分支部12和第一光合波部14，分别不特别限定，可以是多模干涉(MMI)波导，也可以是Y分支波导，还可以是定向耦合器。
第一马赫-曾德尔型光波导也可以由如非掺杂半导体层那样的i型半导体层形成。第一马赫-曾德尔型光波导例如也可以由i型InP层形成。第一马赫-曾德尔型光波导也可以具有多量子阱(MQW)构造。
第一行波电极16a配置于第一光波导13a的上方。第二行波电极16b配置于第二光波导13b的上方。如图18至图20所示，第一接地电极17a在相对于第一行波电极16a与第二行波电极16b相反的一侧配置成从第一行波电极16a空出间隔。第二接地电极17b在相对于第二行波电极16b与第一行波电极16a相反的一侧配置成从第二行波电极16b空出间隔。第一行波电极16a和第二行波电极16b配置于第一接地电极17a与第二接地电极17b之间。关于第一行波电极16a、第二行波电极16b、第一接地电极17a以及第二接地电极17b，不特别限定，也可以由如金(Au)或白金(Pt)那样的导电性金属形成。
第一接地电极17a、第一行波电极16a、第二行波电极16b以及第二接地电极17b构成第一线路。第一线路是GSSG(Ground(地)、Signal(信号)、Signal(信号)、Ground(地))型的差动线路(共面线路)。GSSG型的差动线路能够使半导体光调制器1e小型化。GSSG型的差动线路中第一行波电极16a与第二行波电极16b相互相邻，因此能够提高抗噪声性能。
第一行波电极16a的一端和第二行波电极16b的一端电连接于信号源30。信号源30输出差动信号。关于差动信号，不特别限定，也可以具有20Gbit/s以上的高的频率。第一光波导13a被施加与第二光波导13b相反相位的电压(推挽结构)。也可以在信号源30与第一行波电极16a的一端之间以及信号源30与第二行波电极16b的一端之间配置电放大器33。电放大器33将从信号源30输出的差动信号放大后输出到第一行波电极16a的一端和第二行波电极16b的一端。
在第一行波电极16a和第二行波电极16b的输出侧(图16的右侧)连接有终端部7。终端部7包括第一终端电阻35和第二终端电阻36。第一行波电极16a的另一端和第一接地电极17a也可以连接于第一终端电阻35。第一终端电阻35也可以具有50Ω的电阻。第二行波电极16b的另一端和第二接地电极17b也可以连接于第二终端电阻36。第二终端电阻36也可以具有50Ω的电阻。也可以代替第一终端电阻35和第二终端电阻36而将具有100Ω的电阻的终端电阻连接于第一行波电极16a的另一端和第二行波电极16b的另一端。第一接地电极17a的一端和第二接地电极17b的一端连接于接地电位。第一接地电极17a的另一端和第二接地电极17b的另一端连接于接地电位。
半导体光调制器1e包括沿着第一光波导13a和第二光波导13b排列的单位构造10e。半导体光调制器1e沿着第一光波导13a和第二光波导13b具有周期构造。如图17所示，单位构造10e包括调制区域19a和非调制区域19b。非调制区域19b中的第一接地电极17a的第一宽度W1与调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2不同。特定而言，非调制区域19b中的第一接地电极17a的第一宽度W1大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3与调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4不同。特定而言，非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。
特定而言，第一行波电极16a也可以在调制区域19a和非调制区域19b中具有固定宽度。更特定而言，第一行波电极16a也可以在调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c中具有固定宽度。第二行波电极16b也可以在调制区域19a和非调制区域19b中具有固定宽度。更特定而言，第二行波电极16b也可以在调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c中具有固定宽度。
在非调制区域19b中，第一接地电极17a也可以包括第一突出部17p。第一突出部17p也可以形成于第一接地电极17a的与第一行波电极16a相面对的第一侧面，朝向第一行波电极16a突出。在非调制区域19b中，第二接地电极17b也可以包括第二突出部17q。第二突出部17q也可以形成于第二接地电极17b的与第二行波电极16b相面对的第二侧面，朝向第二行波电极16b突出。第一接地电极17a与第一行波电极16a之间的第一间隔也可以在非调制区域19b中最窄，且也可以在调制区域19a中最宽。第二接地电极17b与第二行波电极16b之间的第二间隔也可以在非调制区域19b中最窄、且也可以在调制区域19a中最宽。第一行波电极16a与第二行波电极16b之间的间隔也可以在调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c中固定。
单位构造10e中的沿着第一光波导13a和第二光波导13b的调制区域19a的第一长度也可以是沿着第一光波导13a和第二光波导13b的单位构造10e的第一全长的0.50倍以上且0.95倍以下。单位构造10e中的沿着第一光波导13a和第二光波导13b的非调制区域19b的第二长度也可以是单位构造10e的第一全长的0.04倍以上且0.48倍以下。在本实施方式的半导体光调制器1e中，非调制区域19b的第二长度被定义为单位构造10e中的沿着第一光波导13a和第二光波导13b的非调制区域19b的2个部分的总长度。单位构造10e的第一全长例如也可以是100μm以上且500μm以下。
单位构造10e也可以包括配置于调制区域19a与非调制区域19b之间的过渡区域19c。在过渡区域19c中，第一接地电极17a与第一行波电极16a之间的第一间隔随着从调制区域19a去向非调制区域19b而逐渐变小。在过渡区域19c中，第二接地电极17b与第二行波电极16b之间的第二间隔随着从调制区域19a去向非调制区域19b而逐渐变小。
如图18至图20所示，第一半导体层20延伸到调制区域19a和非调制区域19b。第一半导体层20也可以还延伸到过渡区域19c。第一半导体层20具有第一导电型。第一导电型例如也可以是n型。第一半导体层20也可以是具有第一导电型的半导体基板。第一半导体层20例如也可以是n型InP层。
第一光波导13a和第二光波导13b也可以设置于第一半导体层20上。第一光波导13a和第二光波导13b延伸到调制区域19a和非调制区域19b。第一光波导13a和第二光波导13b也可以还延伸到过渡区域19c。
如图18所示，第二半导体层21a也可以设置于第一光波导13a上。第二半导体层21b也可以设置于第二光波导13b上。第二半导体层21a、21b延伸到调制区域19a。第二半导体层21a、21b具有与第一导电型不同的第二导电型。第二导电型例如也可以是p型。第二半导体层21a、21b例如也可以是p型InP层。第一光波导13a和第二光波导13b也可以是芯层，夹着第一光波导13a和第二光波导13b的第一半导体层20和第二半导体层21a、21b也可以是包层。第一半导体层20、第一光波导13a以及第二半导体层21a也可以具有pin结构造。第一半导体层20、第二光波导13b以及第二半导体层21b也可以具有pin结构造。第一半导体层20、第一光波导13a以及第二半导体层21a也可以具有高台面光波导构造。第一半导体层20、第二光波导13b以及第二半导体层21b也可以具有高台面光波导构造。
接触层22a也可以设置于第二半导体层21a上。接触层22b也可以设置于第二半导体层21b上。接触层22a、22b延伸到调制区域19a。接触层22a、22b也可以是具有第二导电型的半导体层。接触层22a、22b例如也可以是p+型InGaAs层。接触层22a与第一行波电极16a进行欧姆接触。接触层22b与第二行波电极16b进行欧姆接触。
如图19所示，第二半导体层21a、21b和接触层22a、22b不延伸到非调制区域19b。第二绝缘层23a也可以设置于第一光波导13a上。第二绝缘层23b也可以设置于第二光波导13b上。第二绝缘层23a、23b延伸到非调制区域19b。第二绝缘层23a在非调制区域19b中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间。第二绝缘层23b在非调制区域19b中配置于第二光波导13b与第二行波电极16b之间。第二绝缘层23a、23b既可以是如i型InP层那样的i型半导体层，也可以是如Fe-InP层那样的半绝缘性半导体层。第一光波导13a和第二光波导13b也可以是芯层，夹着第一光波导13a和第二光波导13b的第一半导体层20和第二绝缘层23a、23b也可以是包层。第一半导体层20、第一光波导13a以及第二绝缘层23a也可以具有高台面光波导构造。第一半导体层20、第二光波导13b以及第二绝缘层23b也可以具有高台面光波导构造。
第一绝缘层24a在非调制区域19b中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间。第一绝缘层24b在非调制区域19b中配置于第二光波导13b与第二行波电极16b之间。第一绝缘层24a也可以设置于第二绝缘层23a上。第一绝缘层24b也可以设置于第二绝缘层23b上。第一绝缘层24a也可以与第一行波电极16a接触。第一绝缘层24b也可以与第二行波电极16b接触。第一绝缘层24a、24b延伸到非调制区域19b。第一绝缘层24a、24b也可以由如二氧化硅、苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺或环氧树脂那样的低介电常数材料形成。即使微波传播到第一行波电极16a和第二行波电极16b，由于第一绝缘层24a、24b，在第一光波导13a中前进的第一部分光和在第二光波导13b中前进的第二部分光在非调制区域19b中也几乎不被相位调制。
如图20所示，第二半导体层21a、21b和接触层22a、22b也可以不延伸到过渡区域19c。过渡区域19c也可以具有与非调制区域19b同样的截面构造。具体地说，第二绝缘层23a也可以设置于第一光波导13a上。第二绝缘层23b也可以设置于第二光波导13b上。第一绝缘层24a也可以设置于第二绝缘层23a上。第一绝缘层24b也可以设置于第二绝缘层23b上。
第一绝缘层24a、24b和第二绝缘层23a、23b延伸到过渡区域19c。第一绝缘层24a和第二绝缘层23a在过渡区域19c中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间。第一绝缘层24b和第二绝缘层23b在过渡区域19c中配置于第二光波导13b与第二行波电极16b之间。第一绝缘层24a也可以与第一行波电极16a接触。第一绝缘层24b也可以与第二行波电极16b接触。即使微波传播到第一行波电极16a和第二行波电极16b，由于第一绝缘层24a、24b，在第一光波导13a中前进的第一部分光和在第二光波导13b中前进的第二部分光在过渡区域19c中也几乎不被相位调制。
埋入层29也可以由如二氧化硅、苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺或环氧树脂那样的低介电常数材料形成。埋入层29也可以由半绝缘性半导体层形成。如图18所示，埋入层29也可以在调制区域19a中埋入包括第一半导体层20、第一光波导13a以及第二半导体层21a的高台面光波导构造。埋入层29也可以在调制区域19a中埋入包括第一半导体层20、第二光波导13b以及第二半导体层21b的高台面光波导构造。
如图19所示，埋入层29也可以在非调制区域19b中埋入包括第一半导体层20、第一光波导13a以及第二绝缘层23a的高台面光波导构造。埋入层29也可以在非调制区域19b中埋入包括第一半导体层20、第二光波导13b以及第二绝缘层23b的高台面光波导构造。如图20所示，埋入层29也可以在过渡区域19c中埋入包括第一半导体层20、第一光波导13a以及第二绝缘层23a的高台面光波导构造。埋入层29也可以在过渡区域19c中埋入包括第一半导体层20、第二光波导13b以及第二绝缘层23b的高台面光波导构造。
说明半导体光调制器1e的动作。
如图16所示，从如半导体激光那样的激光光源40向第一光输入部11输入光41。光41从第一光输入部11输入到第一光分支部12。光41在第一光分支部12中被分支为在第一光波导13a中传播的第一部分光和在第二光波导13b中传播的第二部分光。
在第一行波电极16a中传播的第一微波使调制区域19a中的第一光波导13a的折射率发生变化。在第一光波导13a中传播的第一部分光通过在第一行波电极16a中传播的第一微波被调制。在第二行波电极16b中传播的第二微波使调制区域19a中的第二光波导13b的折射率发生变化。在第二光波导13b中传播的第二部分光通过在第二行波电极16b中传播的第二微波被调制。
被调制后的第一部分光与被调制后的第二部分光在第一光合波部14被合波而成为调制光42。调制光42从第一光输出部15被输出。
如图21所示，半导体光调制器1e包括第一行波电极16a的第一电阻R1、第一行波电极16a的第一电感L1、第二行波电极16b的第二电阻R2、第二行波电极16b的第二电感L2以及第一行波电极16a与第二行波电极16b之间的互感L12。半导体光调制器1e还包括第一行波电极16a与第一接地电极17a之间的第一互容C1G、第二行波电极16b与第二接地电极17b之间的第二互容C2G以及第一行波电极16a与第二行波电极16b之间的第三互容C12。
如图22所示，半导体光调制器1e的调制区域19a包括第一半导体层20的电阻R20、第一光波导13a的电容C13a、第二光波导13b的电容C13b、第二半导体层21a的电阻R21a、第二半导体层21b的电阻R21b、接触层22a的电阻R22a以及接触层22b的电阻R22b。这些电阻R20、R21a、R21b、R22a、R22b与这些电容C13a、C13b相互串联连接。
如图23所示，半导体光调制器1e的非调制区域19b和过渡区域19c包括第一半导体层20的电阻R20、第一光波导13a的电容C13a、第二光波导13b的电容C13b、第二绝缘层23a的电容C23a、第二绝缘层23b的电容C23b、第一绝缘层24a的电容C24a以及第一绝缘层24b的电容C24b。电阻R20与这些电容C13a、C13b、C23a、C23b、C24a、C24b相互串联连接。
为了使半导体光调制器1e宽带化，需要尽可能降低半导体光调制器1e的第一线路中的微波的反射，且使微波与光之间的相位速度匹配。在对半导体光调制器1e进行差动驱动的情况下，需要使半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1接近100Ω，并且使半导体光调制器1e的微波折射率nm接近3.6。以下说明本实施方式的半导体光调制器1e与图24所示的比较例的半导体光调制器相比能够使半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1接近100Ω、并且使微波折射率nm接近3.6的理由。此外，在图24所示的比较例的半导体光调制器中，本实施方式的半导体光调制器1e的非调制区域19b和过渡区域19c被置换为调制区域19a。比较例的半导体光调制器仅具备调制区域19a，不具备非调制区域19b和过渡区域19c。
用式(4)提供半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1。在式(4)中，C表示半导体光调制器1e的电容，L表示半导体光调制器1e的电感。
[式4]
Figure BDA0002470773060000341
半导体光调制器1e的电容C包括第一行波电极16a与第一接地电极17a之间的第一互容C1G、第二行波电极16b与第二接地电极17b之间的第二互容C2G、第一行波电极16a与第二行波电极16b之间的第三互容C12、第一光波导13a的电容C13a、第二光波导13b的电容C13b、第二绝缘层23a的电容C23a、第二绝缘层23b的电容C23b、第一绝缘层24a的电容C24a以及第一绝缘层24b的电容C24b。半导体光调制器1e的电感L包括第一行波电极16a的第一电感L1、第二行波电极16b的第二电感L2以及第一行波电极16a与第二行波电极16b之间的互感L12。
半导体光调制器1e包括非调制区域19b。第一绝缘层24a、24b在非调制区域19b中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间以及第二光波导13b与第二行波电极16b之间。如图22和图23所示，在非调制区域19b中，在第一光波导13a的电容C13a、C13b的基础上，追加了第一绝缘层24a、24b的电容C24a、C24b。第一绝缘层24a、24b的电容C24a、C24b与第一光波导13a的电容C13a、C13b串联连接。因此，非调制区域19b的电容减少，半导体光调制器1e的电容C也减少。根据式(4)，非调制区域19b中的第一线路的第二阻抗增加，变得大于调制区域19a中的第一线路的第一阻抗(参照图27)，第一线路的阻抗Z1增加(参照图25)。这样，能够使半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1接近100Ω。
第一绝缘层24a、24b的电容C24a、C24b与第一光波导13a的电容C13a、C13b串联连接，因此第一绝缘层24a、24b的介电常数越低，则半导体光调制器1e的电容C越进一步减少。第一绝缘层24a、24b的电容C24a、C24b也可以小于第一光波导13a的电容C13a、C13b和第二绝缘层23a、23b的电容C23a、C23b。第一绝缘层24a、24b也可以由如二氧化硅、苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺或环氧树脂那样的低介电常数材料形成。
另外，在半导体光调制器1e中，非调制区域19b中的第一接地电极17a的第一宽度W1大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。因此，如图21所示的、第一行波电极16a与第一接地电极17a之间的第一互容C1G以及第二行波电极16b与第二接地电极17b之间的第二互容C2G减少。非调制区域19b的电容减少，半导体光调制器1e的电容C也减少。根据式(4)，非调制区域19b中的第一线路的第二阻抗增加，变得大于调制区域19a中的第一线路的第一阻抗(参照图27)，第一线路的阻抗Z1增加(参照图25)。这样，能够使半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1接近100Ω。
第二绝缘层23a、23b在非调制区域19b中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间以及第二光波导13b与第二行波电极16b之间。如图22和图23所示，在非调制区域19b中，在第一光波导13a的电容C13a、C13b的基础上，追加了第二绝缘层23a、23b的电容C23a、C23b。第二绝缘层23a、23b的电容C23a、C23b与第一光波导13a的电容C13a、C13b串联连接。因此，非调制区域19b的电容减少，半导体光调制器1e的电容C也减少。根据式(4)，非调制区域19b中的第一线路的第二阻抗增加，变得大于调制区域19a中的第一线路的第一阻抗(参照图27)，第一线路的阻抗Z1增加(参照图25)。这样，能够使半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1接近100Ω。
如图27所示，调制区域19a中的第一线路的第一阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下小于100Ω。非调制区域19b中的第一线路的第二阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下大于100Ω，也可以大于110Ω，还可以大于115Ω。
用式(5)提供半导体光调制器1e的微波折射率nm。在式(5)中，c表示真空中的光速。
[式5]
Figure BDA0002470773060000361
如已经记载的那样，非调制区域19b的电容减少，半导体光调制器1e的电容C也减少。根据式(5)，非调制区域19b中的微波折射率nm减少，变得小于调制区域19a中的微波折射率nm(参照图28)，半导体光调制器1e的微波折射率nm减少(参照图26)。这样，能够使半导体光调制器1e的微波折射率nm接近3.6。如图28所示，调制区域19a中的微波折射率也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下大于3.6。非调制区域19b中的第一线路的第二阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下小于3.6，也可以小于3.2，还可以小于2.8。
通过使非调制区域19b中的第一接地电极17a的第一宽度W1、非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3以及非调制区域19b的第二长度相对于单位构造10e的第一全长的比例中的至少1个发生变化，能够调整半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1和半导体光调制器1e的微波折射率nm。
半导体光调制器1e也可以包括过渡区域19c。第一绝缘层24a在过渡区域19c中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间。第一绝缘层24b在过渡区域19c中配置于第二光波导13b与第二行波电极16b之间。另外，过渡区域19c中的第一接地电极17a的宽度大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。过渡区域19c中的第二接地电极17b的宽度大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。因此，在过渡区域19c中，也与非调制区域19b同样地，电容和微波折射率nm减少。这样，能够使半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1接近100Ω，能够使半导体光调制器1e的微波折射率nm接近3.6。
第二绝缘层23a在过渡区域19c中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间。第二绝缘层23b在过渡区域19c中配置于第二光波导13b与第二行波电极16b之间。另外，过渡区域19c中的第一接地电极17a的宽度大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。过渡区域19c中的第二接地电极17b的宽度大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。因此，在过渡区域19c中，也与非调制区域19b同样地，电容和微波折射率nm减少。这样，能够使半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1接近100Ω，能够使半导体光调制器1e的微波折射率nm接近3.6。
如图27所示，过渡区域19c中的第一线路的阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下大于100Ω，也可以大于110Ω，还可以大于115Ω。如图28所示，过渡区域19c中的第一线路的第二阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下小于3.6，也可以小于3.2，还可以小于2.8。
通过使过渡区域19c中的第一接地电极17a的宽度、过渡区域19c中的第二接地电极17b的宽度以及过渡区域19c的长度相对于单位构造10e的第一全长的比例中的至少1个发生变化，能够调整半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1和半导体光调制器1e的微波折射率nm。
参照图29来说明实施方式5的变形例的半导体光调制器1e。如图29所示，第一接地电极17a的第一突出部17p也可以形成于第一接地电极17a的第三侧面，朝向与第一行波电极16a相反的一侧突出。第一接地电极17a的第三侧面是第一接地电极17a的与第一行波电极16a相面对的第一侧面的相反侧的侧面。第二接地电极17b的第二突出部17q也可以形成于第二接地电极17b的与第二行波电极16b相面对的第四侧面，朝向与第二行波电极16b相反的一侧突出。第二接地电极17b的第四侧面是第二接地电极17b的与第二行波电极16b相面对的第二侧面的相反侧的侧面。
参照图30来说明实施方式5的其它变形例的半导体光调制器1e。如图30所示，也可以省略过渡区域19c。
说明本实施方式的半导体光调制器1e的效果。
半导体光调制器1e具备第一马赫-曾德尔型光波导、第一行波电极16a、第二行波电极16b、第一接地电极17a、第二接地电极17b以及第一绝缘层24a、24b。第一马赫-曾德尔型光波导包括第一光输入部11、连接于第一光输入部11的第一光分支部12、连接于第一光分支部12的第一光波导13a、连接于第一光分支部12的第二光波导13b、连接于第一光波导13a和第二光波导13b的第一光合波部14以及连接于第一光合波部14的第一光输出部15。第一行波电极16a配置于第一光波导13a的上方。第二行波电极16b配置于第二光波导13b的上方。第一接地电极17a在相对于第一行波电极16a与第二行波电极16b相反的一侧配置成从第一行波电极16a空出间隔。第二接地电极17b在相对于第二行波电极16b与第一行波电极16a相反的一侧配置成从第二行波电极16b空出间隔。
半导体光调制器1e包括沿着第一光波导13a和第二光波导13b排列的单位构造10e。单位构造10e包括调制区域19a和非调制区域19b。非调制区域19b中的第一接地电极17a的第一宽度W1大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。第一绝缘层24a、24b在非调制区域19b中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间以及第二光波导13b与第二行波电极16b之间。
在半导体光调制器1e中，非调制区域19b的电容降低，半导体光调制器1e的电容C降低。因此，半导体光调制器1e的第一线路的阻抗Z1能够增加。另外，半导体光调制器1e的微波折射率nm能够降低。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1e。
在半导体光调制器1e中，第一行波电极16a在调制区域19a、非调制区域19b以及调制区域19a中具有固定宽度。第二行波电极16b在调制区域19a、非调制区域19b以及调制区域19a中具有固定宽度。第一行波电极16a和第二行波电极16b各自具有简单的形状。因此，能够防止第一行波电极16a和第二行波电极16b中的微波的传播特性劣化。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1e。并且，能够防止半导体光调制器1e的尺寸增加以及半导体光调制器1e的制造成本增加。
在半导体光调制器1e中，单位构造10e包括配置于调制区域19a与非调制区域19b之间的过渡区域19c。在过渡区域19c中，第一接地电极17a与第一行波电极16a之间的第一间隔逐渐变化。在过渡区域19c中，第二接地电极17b与第二行波电极16b之间的第二间隔逐渐变化。过渡区域19c能够降低在调制区域19a与非调制区域19b之间在第一行波电极16a和第二行波电极16b中传播的微波反射。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1e。
过渡区域19c中的第一接地电极17a的宽度也可以大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。过渡区域19c中的第二接地电极17b的宽度也可以大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。第一绝缘层24a、24b也可以在过渡区域19c中还配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间以及第二光波导13b与第二行波电极16b之间。因此，半导体光调制器1e的电容C进一步降低。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1e。
在半导体光调制器1e中，沿着第一光波导13a和第二光波导13b的调制区域19a的第一长度也可以是沿着第一光波导13a和第二光波导13b的单位构造10e的第一全长的0.50倍以上且0.95倍以下。沿着第一光波导13a和第二光波导13b的非调制区域19b的第二长度也可以是单位构造10e的第一全长的0.04倍以上且0.48倍以下。通过使调制区域19a在单位构造10e中所占的比例大于非调制区域19b在单位构造10e中所占的比例，能够抑制半导体光调制器1e的尺寸的增加，并且使半导体光调制器1e宽带化。
实施方式6.
参照图31至图35来说明实施方式6的半导体光调制器1f。本实施方式的半导体光调制器1f具备与实施方式5的半导体光调制器1e同样的结构，但是主要在以下方面不同。
半导体光调制器1f还具备第二马赫-曾德尔型光波导、第三行波电极18a、第四行波电极18b、第三接地电极17c、光输入部66、光分支部67、光合波部68以及光输出部69。第二马赫-曾德尔型光波导与第一马赫-曾德尔型光波导并联地配置。第二马赫-曾德尔型光波导具有与第一马赫-曾德尔型光波导同样的结构。
具体地说，第二马赫-曾德尔型光波导包括第二光输入部51、第二光分支部52、第三光波导53a、第四光波导53b、第二光合波部54以及第二光输出部55。第二光分支部52连接于第二光输入部51。第三光波导53a和第四光波导53b连接于第二光分支部52。第二光合波部54连接于第三光波导53a和第四光波导53b。第二光输出部55连接于第二光合波部54。关于第二光分支部52和第二光合波部54，分别不特别限定，可以是多模干涉(MMI)波导，也可以是Y分支波导，还可以是定向耦合器。
第二马赫-曾德尔型光波导也可以由如非掺杂半导体层那样的i型半导体层形成。第二马赫-曾德尔型光波导例如也可以由i型InP层形成。第二马赫-曾德尔型光波导也可以具有多量子阱(MQW)构造。
光分支部67连接于光输入部66。光分支部67连接于第一光输入部11和第二光输入部51。第一马赫-曾德尔型光波导和第二马赫-曾德尔型光波导连接于光分支部67。光合波部68连接于第一光输出部15和第二光输出部55。第一马赫-曾德尔型光波导和第二马赫-曾德尔型光波导连接于光合波部68。光输出部69连接于光合波部68。半导体光调制器1f也可以是IQ光调制器。IQ光调制器是构成为能够将正交的光电场分量(I通道、Q通道)独立地生成的光调制器。半导体光调制器1f也可以是4值相位调制方式(QPSK)的光调制器。
第三行波电极18a配置于第三光波导53a的上方。第四行波电极18b配置于第四光波导53b的上方。第二接地电极17b在相对于第三行波电极18a与第四行波电极18b相反的一侧配置成从第三行波电极18a空出间隔。第三接地电极17c在相对于第四行波电极18b与第三行波电极18a相反的一侧配置成从第四行波电极18b空出间隔。第三行波电极18a和第四行波电极18b配置于第二接地电极17b与第三接地电极17c之间。关于第三行波电极18a、第四行波电极18b以及第三接地电极17c，不特别限定，也可以由如金(Au)或白金(Pt)那样的导电性金属形成。
半导体光调制器1f包括第一马赫-曾德尔光调制器部分61f和第二马赫-曾德尔光调制器部分62f。第一马赫-曾德尔光调制器部分61f主要包括第一马赫-曾德尔型光波导、第一行波电极16a、第二行波电极16b、第一接地电极17a以及第二接地电极17b。第二马赫-曾德尔光调制器部分62f主要包括第二马赫-曾德尔型光波导、第三行波电极18a、第四行波电极18b、第二接地电极17b以及第三接地电极17c。第二接地电极17b将第三行波电极18a和第四行波电极18b从第一行波电极16a和第二行波电极16b电分离。因此，第一马赫-曾德尔光调制器部分61f与第二马赫-曾德尔光调制器部分62f之间的串扰降低。另外，在半导体光调制器1f中，第二接地电极17b是由第一马赫-曾德尔光调制器部分61f和第二马赫-曾德尔光调制器部分62f共用的。因此，半导体光调制器1f能够实现小型化。
第二接地电极17b、第三行波电极18a、第四行波电极18b以及第三接地电极17c构成第二线路。第二线路是GSSG(Ground(地)、Signal(信号)、Signal(信号)、Ground(地))型的差动线路(共面线路)。GSSG型的差动线路能够使半导体光调制器1f小型化。GSSG型的差动线路中第三行波电极18a与第四行波电极18b相互相邻，因此能够提高抗噪声性能。
第三行波电极18a的一端和第四行波电极18b的一端电连接于信号源30。信号源30输出差动信号。关于差动信号，不特别限定，也可以具有20Gbit/s以上的高的频率。第三光波导53a被施加与第四光波导53b相反相位的电压(推挽结构)。也可以在信号源30与第三行波电极18a的一端之间以及信号源30与第四行波电极18b的一端之间配置电放大器33。电放大器33将从信号源30输出的差动信号放大后输出到第三行波电极18a的一端和第四行波电极18b的一端。
在第一行波电极16a、第二行波电极16b、第三行波电极18a以及第四行波电极18b的输出侧(图31的右侧)连接有终端部7b。终端部7b包括第一终端电阻35b和第二终端电阻36b。第一行波电极16a的另一端和第二行波电极16b的另一端也可以连接于第一终端电阻35b。第一终端电阻35b也可以具有100Ω的电阻。第三行波电极18a的另一端和第四行波电极18b的另一端也可以连接于第二终端电阻36b。第二终端电阻36b也可以具有100Ω的电阻。第一接地电极17a的一端、第二接地电极17b的一端以及第三接地电极17c的一端连接于接地电位。第一接地电极17a的另一端、第二接地电极17b的另一端以及第三接地电极17c的另一端连接于接地电位。
半导体光调制器1f包括单位构造10f。半导体光调制器1f沿着第一光波导13a和第二光波导13b具有周期构造，并且沿着第三光波导53a和第四光波导53b具有周期构造。
单位构造10f沿着第三光波导53a和第四光波导53b排列。如图32所示，单位构造10f包括调制区域19a和非调制区域19b。非调制区域19b中的第一接地电极17a的第一宽度W1与调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2不同。特定而言，非调制区域19b中的第一接地电极17a的第一宽度W1大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3与调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4不同。特定而言，非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。非调制区域19b中的第三接地电极17c的第五宽度W5与调制区域19a中的第三接地电极17c的第六宽度W6不同。特定而言，非调制区域19b中的第三接地电极17c的第五宽度W5大于调制区域19a中的第三接地电极17c的第六宽度W6。
特定而言，第三行波电极18a也可以在调制区域19a和非调制区域19b中具有固定宽度。更特定而言，第三行波电极18a也可以在调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c中具有固定宽度。第四行波电极18b也可以在调制区域19a和非调制区域19b中具有固定宽度。更特定而言，第四行波电极18b也可以在调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c中具有固定宽度。
在非调制区域19b中，第二接地电极17b也可以包括第三突出部17r。第三突出部17r也可以形成于第二接地电极17b的与第三行波电极18a相面对的第四侧面，朝向第三行波电极18a突出。在非调制区域19b中，第三接地电极17c也可以包括第四突出部17s。第四突出部17s也可以形成于第三接地电极17c的与第四行波电极18b相面对的第五侧面，朝向第四行波电极18b突出。第二接地电极17b与第三行波电极18a之间的第三间隔也可以在非调制区域19b中最窄，且也可以在调制区域19a中最宽。第三接地电极17c与第四行波电极18b之间的第四间隔也可以在非调制区域19b中最窄，且也可以在调制区域19a中最宽。第一行波电极16a与第二行波电极16b之间的间隔也可以在调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c中固定。第三行波电极18a与第四行波电极18b之间的间隔也可以在调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c中固定。
单位构造10f中的沿着第三光波导53a和第四光波导53b的调制区域19a的第三长度也可以是沿着第三光波导53a和第四光波导53b的单位构造10f的第二全长的0.50倍以上且0.95倍以下。单位构造10f中的沿着第三光波导53a和第四光波导53b的非调制区域19b的第四长度也可以是单位构造10f的第二全长的0.04倍以上且0.48倍以下。在本实施方式的半导体光调制器1f中，非调制区域19b的第四长度被定义为单位构造10f中的沿着第三光波导53a和第四光波导53b的非调制区域19b的2个部分的总长度。单位构造10f的第二全长例如也可以是100μm以上且500μm以下。
单位构造10f的第二全长既可以与单位构造10f的第一全长相等，也可以与单位构造10f的第一全长不同。调制区域19a的第三长度既可以与调制区域19a的第一长度相等，也可以与调制区域19a的第一长度不同。非调制区域19b的第四长度既可以与非调制区域19b的第二长度相等，也可以与非调制区域19b的第二长度不同。
单位构造10f也可以包括配置于调制区域19a与非调制区域19b之间的过渡区域19c。在过渡区域19c中，第二接地电极17b与第三行波电极18a之间的第三间隔随着从调制区域19a去向非调制区域19b而逐渐变小。在过渡区域19c中，第三接地电极17c与第四行波电极18b之间的第四间隔随着从调制区域19a去向非调制区域19b而逐渐变小。
如图33至图35所示，第二马赫-曾德尔型光波导具有与第一马赫-曾德尔型光波导同样的截面构造。具体地说，第一半导体层20延伸到调制区域19a和非调制区域19b。第一半导体层20也可以还延伸到过渡区域19c。第三光波导53a和第四光波导53b也可以设置于第一半导体层20上。第三光波导53a和第四光波导53b延伸到调制区域19a和非调制区域19b。第三光波导53a和第四光波导53b也可以还延伸到过渡区域19c。第二半导体层25a也可以设置于第三光波导53a上。第二半导体层25b也可以设置于第四光波导53b上。第二半导体层25a、25b延伸到调制区域19a。
第三光波导53a也可以是芯层，夹着第三光波导53a的第一半导体层20和第二半导体层25a也可以是包层。第四光波导53b也可以是芯层，夹着第四光波导53b的第一半导体层20和第二半导体层25b也可以是包层。第一半导体层20、第三光波导53a以及第二半导体层25a也可以具有pin结构造。第一半导体层20、第四光波导53b以及第二半导体层25b也可以具有pin结构造。第一半导体层20、第三光波导53a以及第二半导体层25a也可以具有高台面光波导构造。第一半导体层20、第四光波导53b以及第二半导体层25b也可以具有高台面光波导构造。
接触层26a也可以设置于第二半导体层25a上。接触层26b也可以设置于第二半导体层25b上。接触层26a、26b延伸到调制区域19a。接触层26a与第三行波电极18a进行欧姆接触。接触层26b与第四行波电极18b进行欧姆接触。
如图34所示，第二半导体层25a、25b和接触层26a、26b不延伸到非调制区域19b。第二绝缘层27a也可以设置于第三光波导53a上。第二绝缘层27b也可以设置于第四光波导53b上。第二绝缘层27a、27b延伸到非调制区域19b。第二绝缘层27a在非调制区域19b中配置于第三光波导53a与第三行波电极18a之间。第二绝缘层27b在非调制区域19b中配置于第四光波导53b与第四行波电极18b之间。第三光波导53a也可以是芯层，夹着第三光波导53a的第一半导体层20和第二绝缘层27a也可以是包层。第四光波导53b也可以是芯层，夹着第四光波导53b的第一半导体层20和第二绝缘层27b也可以是包层。第一半导体层20、第三光波导53a以及第二绝缘层27a也可以具有高台面光波导构造。第一半导体层20、第四光波导53b以及第二绝缘层27b也可以具有高台面光波导构造。
第一绝缘层28a在非调制区域19b中配置于第三光波导53a与第三行波电极18a之间。第一绝缘层28b在非调制区域19b中配置于第四光波导53b与第四行波电极18b之间。第一绝缘层28a也可以设置于第二绝缘层27a上。第一绝缘层28b也可以设置于第二绝缘层27b上。第一绝缘层28a也可以与第三行波电极18a接触。第一绝缘层28b也可以与第四行波电极18b接触。第一绝缘层28a、28b延伸到非调制区域19b。第一绝缘层28a、28b也可以由如二氧化硅、苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺或环氧树脂那样的低介电常数材料形成。即使微波传播到第三行波电极18a和第四行波电极18b，由于第一绝缘层28a、28b，在第三光波导53a中前进的第三部分光和在第四光波导53b中前进的第四部分光在非调制区域19b中也几乎不被相位调制。
如图35所示，第二半导体层25a、25b和接触层26a、26b也可以不延伸到过渡区域19c。过渡区域19c也可以具有与非调制区域19b同样的截面构造。具体地说，第二绝缘层27a也可以设置于第三光波导53a上。第二绝缘层27b也可以设置于第四光波导53b上。
第一绝缘层28a、28b和第二绝缘层27a、27b延伸到过渡区域19c。第一绝缘层28a和第二绝缘层27a在过渡区域19c中配置于第三光波导53a与第三行波电极18a之间。第一绝缘层28b和第二绝缘层27b在过渡区域19c中配置于第四光波导53b与第四行波电极18b之间。第一绝缘层28a也可以与第三行波电极18a接触。第一绝缘层28b也可以与第四行波电极18b接触。即使微波传播到第三行波电极18a和第四行波电极18b，由于第一绝缘层28a、28b，在第三光波导53a中前进的第三部分光和在第四光波导53b中前进的第四部分光在过渡区域19c中也几乎不被相位调制。
如图33所示，埋入层29也可以在调制区域19a中埋入包括第一半导体层20、第三光波导53a以及第二半导体层25a的高台面光波导构造。埋入层29也可以在调制区域19a中埋入包括第一半导体层20、第四光波导53b以及第二半导体层25b的高台面光波导构造。如图34所示，埋入层29也可以在非调制区域19b中埋入包括第一半导体层20、第三光波导53a以及第二绝缘层27a的高台面光波导构造。埋入层29也可以在非调制区域19b中埋入包括第一半导体层20、第四光波导53b以及第二绝缘层27b的高台面光波导构造。如图35所示，埋入层29也可以在过渡区域19c中埋入包括第一半导体层20、第三光波导53a以及第二绝缘层27a的高台面光波导构造。埋入层29也可以在过渡区域19c中埋入包括第一半导体层20、第四光波导53b以及第二绝缘层27b的高台面光波导构造。
说明半导体光调制器1f的动作。
从激光光源40向光输入部66输入光41。光41通过光分支部67、第一光分支部12以及第二光分支部52被分支为在第一光波导13a中传播的第一部分光、在第二光波导13b中传播的第二部分光、在第三光波导53a中传播的第三部分光以及在第四光波导53b中传播的第四部分光。
在第一行波电极16a中传播的第一微波使调制区域19a中的第一光波导13a的折射率发生变化。在第一光波导13a中传播的第一部分光通过在第一行波电极16a中传播的第一微波被调制。在第二行波电极16b中传播的第二微波使调制区域19a中的第二光波导13b的折射率发生变化。在第二光波导13b中传播的第二部分光通过在第二行波电极16b中传播的第二微波被调制。
在第三行波电极18a中传播的第三微波使调制区域19a中的第三光波导53a的折射率发生变化。在第三光波导53a中传播的第三部分光通过在第三行波电极18a中传播的第三微波被调制。在第四行波电极18b中传播的第四微波使调制区域19a中的第四光波导53b的折射率发生变化。在第四光波导53b中传播的第四部分光通过在第四行波电极18b中传播的第四微波被调制。
被调制后的第一部分光、被调制后的第二部分光、被调制后的第三部分光以及被调制后的第四部分光通过第一光合波部14、第二光合波部54以及光合波部68被合波而成为调制光42。调制光42从光输出部69被输出。
为了使半导体光调制器1f宽带化，需要尽可能降低微波信号的反射，且使微波信号与光之间的相位速度匹配。在对半导体光调制器1f进行差动驱动的情况下，需要使半导体光调制器1f的第一线路的阻抗Z1和第二线路的阻抗Z2分别接近100Ω，并且使微波折射率nm接近3.6。
由于与实施方式5中记载的理由同样的理由，非调制区域19b的电容减少，半导体光调制器1f的电容C也减少。非调制区域19b中的第二线路的第四阻抗增加，变得大于调制区域19a中的第二线路的第三阻抗，第二线路的阻抗Z2增加。这样，能够使半导体光调制器1f的第二线路的阻抗Z2接近100Ω。并且，非调制区域19b中的微波折射率nm减少，变得小于调制区域19a中的微波折射率nm，半导体光调制器1f的微波折射率nm减少。这样，能够使半导体光调制器1f的微波折射率nm接近3.6。
在半导体光调制器1f中，调制区域19a中的第二线路的第三阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下小于100Ω。非调制区域19b中的第二线路的第四阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下大于100Ω，也可以大于110Ω，还可以大于115Ω。调制区域19a中的微波折射率也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下大于3.6。非调制区域19b中的第一线路的第二阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下小于3.6，也可以小于3.2，还可以小于2.8。
通过使非调制区域19b中的第二接地电极17b的第三宽度W3、非调制区域19b中的第三接地电极17c的第五宽度W5以及非调制区域19b的第四长度相对于单位构造10f的第二全长的比例中的至少1个发生变化，能够调整半导体光调制器1f的第二线路的阻抗Z2和半导体光调制器1f的微波折射率nm。
半导体光调制器1f也可以包括过渡区域19c。第一绝缘层28a、28b在过渡区域19c中配置于第三光波导53a与第三行波电极18a之间以及第四光波导53b与第四行波电极18b之间。另外，在半导体光调制器1f中，过渡区域19c中的第二接地电极17b的宽度大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。过渡区域19c中的第三接地电极17c的宽度大于调制区域19a中的第三接地电极17c的第六宽度W6。因此，在过渡区域19c中，也与非调制区域19b同样地，电容和微波折射率nm减少。这样，能够使半导体光调制器1f的第二线路的阻抗Z2接近100Ω，能够使半导体光调制器1f的微波折射率nm接近3.6。
过渡区域19c中的第二线路的阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下大于100Ω，也可以大于110Ω，还可以大于115Ω。调制区域19a中的微波折射率也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下大于3.6。过渡区域19c中的第一线路的第二阻抗也可以在20Gbit/s以上的微波的频率下小于3.6，也可以小于3.2，还可以小于2.8。
通过使过渡区域19c中的第二接地电极17b的宽度、过渡区域19c中的第三接地电极17c的宽度以及过渡区域19c的长度相对于单位构造10f的第二全长的比例中的至少1个发生变化，能够调整半导体光调制器1f的第二线路的阻抗Z2和半导体光调制器1f的微波折射率nm。
说明本实施方式的半导体光调制器1f的效果。本实施方式的半导体光调制器1f起到与实施方式5的半导体光调制器1e的效果同样的以下的效果。
半导体光调制器1f在半导体光调制器1e的结构的基础上，还具备第二马赫-曾德尔型光波导、第三行波电极18a、第四行波电极18b、第三接地电极17c、光输入部66、连接于光输入部66的光分支部67、光合波部68以及连接于光合波部68的光输出部69。第二马赫-曾德尔型光波导包括第二光输入部51、连接于第二光输入部51的第二光分支部52、连接于第二光分支部52的第三光波导53a、连接于第二光分支部52的第四光波导53b、连接于第三光波导53a和第四光波导53b的第二光合波部54以及连接于第二光合波部54的第二光输出部55。
第三行波电极18a配置于第三光波导53a的上方。第四行波电极18b配置于第四光波导53b的上方。第二接地电极17b在相对于第三行波电极18a与第四行波电极18b相反的一侧配置成从第三行波电极18a空出间隔。第三接地电极17c在相对于第四行波电极18b与第三行波电极18a相反的一侧配置成从第四行波电极18b空出间隔。光分支部67连接于第一光输入部11和第二光输入部51。光合波部68连接于第一光输出部15和第二光输出部55。单位构造10f沿着第三光波导53a和第四光波导53b排列。非调制区域19b中的第三接地电极17c的第五宽度W5大于调制区域19a中的第三接地电极17c的第六宽度W6。第一绝缘层28a、28b在非调制区域19b中配置于第三光波导53a与第三行波电极18a之间以及第四光波导53b与第四行波电极18b之间。
在半导体光调制器1f中，非调制区域19b的电容降低，半导体光调制器1f的电容C降低。因此，半导体光调制器1f的第一线路的阻抗Z1和第二线路的阻抗Z2能够增加。另外，半导体光调制器1f的微波折射率nm能够降低。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1f。
在半导体光调制器1f中，第三行波电极18a在调制区域19a、非调制区域19b以及调制区域19a中具有固定宽度。第四行波电极18b在调制区域19a、非调制区域19b以及调制区域19a中具有固定宽度。第三行波电极18a和第四行波电极18b各自具有简单的形状。因此，能够防止第三行波电极18a和第四行波电极18b中的微波的传播特性劣化。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1f。并且，能够防止半导体光调制器1f的尺寸增加以及半导体光调制器1f的制造成本增加。
在半导体光调制器1f中，单位构造10f也可以包括配置于调制区域19a与非调制区域19b之间的过渡区域19c。在过渡区域19c中，第一接地电极17a与第一行波电极16a之间的第一间隔逐渐变化。在过渡区域19c中，第二接地电极17b与第二行波电极16b之间的第二间隔逐渐变化。在过渡区域19c中，第二接地电极17b与第三行波电极18a之间的第三间隔逐渐变化。在过渡区域19c中，第三接地电极17c与第四行波电极18b之间的第四间隔逐渐变化。过渡区域19c能够降低在调制区域19a与非调制区域19b之间在第一行波电极16a、第二行波电极16b、第三行波电极18a以及第四行波电极18b中传播的微波反射。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1f。
过渡区域19c中的第一接地电极17a的宽度也可以大于调制区域19a中的第一接地电极17a的第二宽度W2。过渡区域19c中的第二接地电极17b的宽度也可以大于调制区域19a中的第二接地电极17b的第四宽度W4。过渡区域19c中的第三接地电极17c的宽度也可以大于调制区域19a中的第三接地电极17c的第六宽度W6。第一绝缘层24a、24b、28a、28b也可以在过渡区域19c中配置于第一光波导13a与第一行波电极16a之间、第二光波导13b与第二行波电极16b之间、第三光波导53a与第三行波电极18a之间、第四光波导53b以及第四行波电极18b之间。因此，半导体光调制器1f的电容C进一步降低。能够提供实现了宽带化的半导体光调制器1f。
在半导体光调制器1f中，沿着第一光波导13a和第二光波导13b的调制区域19a的第一长度也可以是沿着第一光波导13a和第二光波导13b的单位构造10f的第一全长的0.50倍以上且0.95倍以下。沿着第一光波导13a和第二光波导13b的非调制区域19b的第二长度也可以是单位构造10f的第一全长的0.04倍以上且0.48倍以下。沿着第三光波导53a和第四光波导53b的调制区域19a的第三长度也可以是沿着第三光波导53a和第四光波导53b的单位构造10f的第二全长的0.50倍以上且0.95倍以下。沿着第三光波导53a和第四光波导53b的非调制区域19b的第四长度也可以是单位构造10f的第二全长的0.04倍以上且0.48倍以下。通过使调制区域19a在单位构造10f中所占的比例大于非调制区域19b在单位构造10f中所占的比例，能够抑制半导体光调制器1f的尺寸的增加，并且使半导体光调制器1f宽带化。
实施方式7.
参照图36至图38来说明实施方式7的半导体光调制器1g。本实施方式的半导体光调制器1g具备与实施方式5的半导体光调制器1e同样的结构，但是主要在以下方面不同。
如图37所示，在半导体光调制器1g的非调制区域19b中，代替实施方式5的第二绝缘层27a、27b而设置有实施方式5的第二半导体层21a、21b。如图38所示，在半导体光调制器1g的过渡区域19c中，代替实施方式5的第二绝缘层27a、27b而设置有实施方式5的第二半导体层21a、21b。
说明本实施方式的半导体光调制器1g的效果。本实施方式的半导体光调制器1g在实施方式5的半导体光调制器1e的效果的基础上，起到以下的效果。
在半导体光调制器1g中，调制区域19a和非调制区域19b具有相同的高台面光波导构造。因此，半导体光调制器1g具有能够容易地制造的构造，半导体光调制器1g的制造误差能够降低。另外，调制区域19a、非调制区域19b以及过渡区域19c也可以具有相同的高台面光波导构造。因此，半导体光调制器1g具有能够容易地制造的构造，半导体光调制器1g的制造误差能够降低。
实施方式8.
参照图39来说明实施方式8的半导体光调制器1h。本实施方式的半导体光调制器1h具备与实施方式5的半导体光调制器1e同样的结构，主要在以下方面不同。
在半导体光调制器1h中，终端部7d的差动阻抗小于100Ω。终端部7d的差动阻抗可以是25Ω以上，也可以是50Ω以上。非调制区域19b的阻抗大于调制区域19a的第一阻抗。过渡区域19c的阻抗大于调制区域19a的阻抗、且小于非调制区域19b的阻抗。例如，终端部7d的差动阻抗具有70Ω的阻抗，第一终端电阻35d和第二终端电阻36d各自具有35Ω的阻抗。调制区域19a具有小于70Ω的阻抗，非调制区域19b具有超过70Ω的阻抗。这样，能够使半导体光调制器1h整体的阻抗接近70Ω。
作为能够将终端部7d的差动阻抗设定为小于100Ω的电放大器33d，例如能够使用MACOM公司的MAOM-06408或MAOM-06412。
说明本实施方式的半导体光调制器1h的效果。本实施方式的半导体光调制器1h在实施方式5的半导体光调制器1e的效果的基础上，起到以下的效果。
在本实施方式的半导体光调制器1h中，终端部7d的差动阻抗小于100Ω。因此，与终端部的差动阻抗为100Ω的半导体光调制器相比，即使不那么减少半导体光调制器1h的电容C，也能够容易地实现半导体光调制器1h与终端部7d之间的阻抗匹配。这样，半导体光调制器1h能够容易地实现宽带化。另外，半导体光调制器1h能够实现小型化。
应认为本次公开的实施方式1至实施方式8以及它们的变形例在所有的方面均是例示的，而不是限制性的。例如在实施方式1至实施方式8中说明了InP系的半导体光调制器，但是也可以是如GaAs系的半导体光调制器那样的其它半导体材料系的半导体光调制器。只要不矛盾，也可以将本次公开的实施方式1至实施方式8以及它们的变形例的至少2个进行组合。本发明的范围不是由上述的说明表示而是由权利要求书来表示，意图包括与权利要求书均等的含义和范围内的所有变更。
附图标记说明
1，1b，1c，1d：光调制器；1e，1f，1g，1h：半导体光调制器；5：光波导；7，7b，7d：终端部；10，10b，10e，10f：单位构造；11：第一光输入部；12：第一光分支部；13a：第一光波导；13b：第二光波导；14：第一光合波部；15：第一光输出部；16a：第一行波电极；16b：第二行波电极；17a：第一接地电极；17b：第二接地电极；17c：第三接地电极；17p：第一突出部；17q：第二突出部；17r：第三突出部；17s：第四突出部；18a：第三行波电极；18b：第四行波电极；19a：调制区域；19b：非调制区域；19c：过渡区域；20：第一半导体层；21a，21b，25a，25b：第二半导体层；22a，22b，26a，26b：接触层；23a，23b，27a，27b：第二绝缘层；24a，24b，28a，28b：第一绝缘层；29：埋入层；30，30b：信号源；33，33b，33d：电放大器；35，35b，35d：第一终端电阻；36，36b，36d：第二终端电阻；40：激光光源；41：光；42：调制光；51：第二光输入部；52：第二光分支部；53a：第三光波导；53b：第四光波导；54：第二光合波部；55：第二光输出部；61，61f：第一马赫-曾德尔光调制器部分；62，62f：第二马赫-曾德尔光调制器部分；66：光输入部；67：光分支部；68：光合波部；69：光输出部；112，113，223：地电极；114：第一电极；116：第二电极；120：低介电常数材料层；130：n层；224：第三电极；226：第四电极；A：调制部；B：过渡部；C：非调制部。

Claims (13)

1.一种半导体光调制器，具备第一马赫-曾德尔型光波导、第一行波电极、第二行波电极、第一接地电极、第二接地电极以及第一绝缘层，
所述第一马赫-曾德尔型光波导包括第一光输入部、连接于所述第一光输入部的第一光分支部、连接于所述第一光分支部的第一光波导、连接于所述第一光分支部的第二光波导、连接于所述第一光波导和所述第二光波导的第一光合波部以及连接于所述第一光合波部的第一光输出部，
所述第一行波电极配置于所述第一光波导的上方，
所述第二行波电极配置于所述第二光波导的上方，
所述第一接地电极在相对于所述第一行波电极与所述第二行波电极相反的一侧配置成从所述第一行波电极空出间隔，
所述第二接地电极在相对于所述第二行波电极与所述第一行波电极相反的一侧配置成从所述第二行波电极空出间隔，
所述半导体光调制器包括沿着所述第一光波导和所述第二光波导排列的单位构造，
所述单位构造包括调制区域和非调制区域，
所述非调制区域中的所述第一接地电极的第一宽度与所述调制区域中的所述第一接地电极的第二宽度不同，
所述非调制区域中的所述第二接地电极的第三宽度与所述调制区域中的所述第二接地电极的第四宽度不同，
所述第一绝缘层在所述非调制区域配置于所述第一光波导与所述第一行波电极之间以及所述第二光波导与所述第二行波电极之间。
2.根据权利要求1所述的半导体光调制器，其中，
所述非调制区域中的所述第一接地电极的所述第一宽度小于所述调制区域中的所述第一接地电极的所述第二宽度，
所述非调制区域中的所述第二接地电极的所述第三宽度小于所述调制区域中的所述第二接地电极的所述第四宽度。
3.根据权利要求2所述的半导体光调制器，其中，
还具备连接于所述第一行波电极和所述第二行波电极的终端部，
所述终端部的差动阻抗小于100Ω。
4.根据权利要求2或3所述的半导体光调制器，其中，
所述单位构造包括配置于所述调制区域与所述非调制区域之间的过渡区域，
在所述过渡区域，所述第一行波电极与所述第二行波电极之间的第一间隔逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第一接地电极的宽度和所述第二接地电极的宽度逐渐变化。
5.根据权利要求2或3所述的半导体光调制器，其中，
还具备第二马赫-曾德尔型光波导、第三行波电极、第四行波电极、第三接地电极、光输入部、连接于所述光输入部的光分支部、光合波部以及连接于所述光合波部的光输出部，
所述第二马赫-曾德尔型光波导包括第二光输入部、连接于所述第二光输入部的第二光分支部、连接于所述第二光分支部的第三光波导、连接于所述第二光分支部的第四光波导、连接于所述第三光波导和所述第四光波导的第二光合波部以及连接于所述第二光合波部的第二光输出部，
所述第三行波电极配置于所述第三光波导的上方，
所述第四行波电极配置于所述第四光波导的上方，
所述第二接地电极在相对于所述第三行波电极与所述第四行波电极相反的一侧配置成从所述第三行波电极空出间隔，
所述第三接地电极在相对于所述第四行波电极与所述第三行波电极相反的一侧配置成与所述第四行波电极空出间隔，
所述光分支部连接于所述第一光输入部和所述第二光输入部，
所述光合波部连接于所述第一光输出部和所述第二光输出部，
所述单位构造沿着所述第三光波导和所述第四光波导排列，
所述非调制区域中的所述第三接地电极的第五宽度小于所述调制区域中的所述第三接地电极的第六宽度，
所述第一绝缘层在所述非调制区域配置于所述第三光波导与所述第三行波电极之间以及所述第四光波导与所述第四行波电极之间。
6.根据权利要求5所述的半导体光调制器，其中，
所述单位构造包括配置于所述调制区域与所述非调制区域之间的过渡区域，
在所述过渡区域，所述第一行波电极与所述第二行波电极之间的第一间隔逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第一接地电极的宽度和所述第二接地电极的宽度逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第三行波电极与所述第四行波电极之间的第二间隔逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第二接地电极的宽度和所述第三接地电极的宽度逐渐变化。
7.根据权利要求1所述的半导体光调制器，其中，
所述非调制区域中的所述第一接地电极的所述第一宽度大于所述调制区域中的所述第一接地电极的所述第二宽度，
所述非调制区域中的所述第二接地电极的所述第三宽度大于所述调制区域中的所述第二接地电极的所述第四宽度。
8.根据权利要求7所述的半导体光调制器，其中，
所述第一行波电极在所述调制区域、所述非调制区域以及所述调制区域具有固定宽度，
所述第二行波电极在所述调制区域、所述非调制区域以及所述调制区域具有固定宽度。
9.根据权利要求7或8所述的半导体光调制器，其中，
还具备连接于所述第一行波电极和所述第二行波电极的终端部，
所述终端部的差动阻抗小于100Ω。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的半导体光调制器，其中，
所述单位构造包括配置于所述调制区域与所述非调制区域之间的过渡区域，
在所述过渡区域，所述第一接地电极与所述第一行波电极之间的第一间隔逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第二接地电极与所述第二行波电极之间的第二间隔逐渐变化。
11.根据权利要求7至9中的任一项所述的半导体光调制器，其中，
还具备第二马赫-曾德尔型光波导、第三行波电极、第四行波电极、第三接地电极、光输入部、连接于所述光输入部的光分支部、光合波部以及连接于所述光合波部的光输出部，
所述第二马赫-曾德尔型光波导包括第二光输入部、连接于所述第二光输入部的第二光分支部、连接于所述第二光分支部的第三光波导、连接于所述第二光分支部的第四光波导、连接于所述第三光波导和所述第四光波导的第二光合波部以及连接于所述第二光合波部的第二光输出部，
所述第三行波电极配置于所述第三光波导的上方，
所述第四行波电极配置于所述第四光波导的上方，
所述第二接地电极在相对于所述第三行波电极与所述第四行波电极相反的一侧配置成从所述第三行波电极空出间隔，
所述第三接地电极在相对于所述第四行波电极与所述第三行波电极相反的一侧配置成从所述第四行波电极空出间隔，
所述光分支部连接于所述第一光输入部和所述第二光输入部，
所述光合波部连接于所述第一光输出部和所述第二光输出部，
所述单位构造沿着所述第三光波导和所述第四光波导排列，
所述非调制区域中的所述第三接地电极的第五宽度大于所述调制区域中的所述第三接地电极的第六宽度，
所述第一绝缘层在所述非调制区域配置于所述第三光波导与所述第三行波电极之间以及所述第四光波导与所述第四行波电极之间。
12.根据权利要求11所述的半导体光调制器，其中，
所述第三行波电极在所述调制区域、所述非调制区域以及所述调制区域具有固定宽度，
所述第四行波电极在所述调制区域、所述非调制区域以及所述调制区域具有固定宽度。
13.根据权利要求11或12所述的半导体光调制器，其中，
所述单位构造包括配置于所述调制区域与所述非调制区域之间的过渡区域，
在所述过渡区域，所述第一接地电极与所述第一行波电极之间的第一间隔逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第二接地电极与所述第二行波电极之间的第二间隔逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第二接地电极与所述第三行波电极之间的第三间隔逐渐变化，
在所述过渡区域，所述第三接地电极与所述第四行波电极之间的第四间隔逐渐变化。
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