JP2004151590A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光通信システムにおいて光送信器内の光変調器として用いられる光半導体装置に関し、内部的にプッシュプル駆動ができ、高速動作、低電圧駆動が可能で、他のシステムとの整合性に優れること。
【解決手段】半導体基板上の高導電率層２上に互いに間隔をおいて形成された第１光導波路３第２光導波路４と、第１光導波路３と第２光導波路４の双方の光入力部に接続される分波器５と、第１及び第２光導波路３，４の双方の光出力部に接続される合波器６と、第１光導波路３上に光伝搬方向に間隔をおいて複数形成され且つ互いに電気的に接続される第１分布電極８と、第２光導波路４上に接する接続部分９を有し、高導電率層２から離れて形成され且つ光伝搬方向に沿って配置された第１接地電極１１と、半導体基板１上であって高導電率層２の側方に形成され且つ高導電率層２から離れて形成された第２接地電極１３を含む。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体装置に関し、より詳しくは、光通信システムにおいて光送信器内の光変調器として用いられる光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体光変調器は、小型化が可能であり、半導体レーザとの集積も可能であるという利点を持ち、ローコスト化が期待できる。従って、そのような半導体光変調器は、短距離から中長距離までの光通信システムに適用できる電気−光変換素子として研究が行われている。特にマッハツェンダ型変調器は、素子の波長チャーピングが少なく、中長距離光通信システム応用上で有用である。
【０００３】
しかし、実際に波長チャーピングを低減したマッハツェンダ型光変調器を実現するには、変調器内に形成された２本の光導波路について逆方向の位相変調が行われるように駆動しなくてはならない。このような駆動方法を、以下に、プッシュプル駆動と言う。
【０００４】
プッシュプル駆動の位相の調整を素子外部で行う場合には、正相と逆相の高周波信号を同期させて入力するためのタイミング調整回路が必要があり、高周波信号の精度の高いチューニングが必要となる。したがって、素子内部でプッシュプル駆動の位相調整ができれば、素子を容易に動作させることが可能になる。
【０００５】
素子内部でプッシュプル駆動の位相調整ができるマッハツェンダ型光変調器として、例えば、下記の特許文献１において集中定数型電極を用いる方法が検討されている。このマッハツェンダ型光変調器は、第１の位相変調器と第２の位相変調器を有し、第１の位相変調器と第２の位相変調器はそれぞれ下側に第１導電型クラッド層、上側に第２導電型クラッド層を有している。
【０００６】
そのマッハツェンダ型光変調器においては、第１の位相変調器の第１導電型クラッド層と第２の位相変調器の第２導電型クラッド層をリード線を介して接続する構造を有している。そして、第１の位相変調器の第１導電型クラッド層と第２の位相変調器の第２導電型クラッド層の接続点に単一のドライバの出力信号を印加し、第１の位相変調器の第２導電型クラッド層と第２の位相変調器の第１導電型クラッド層のうちｐ型の方に負電圧を、ｎ型の方に接地電位を印加する構造となっている。
【０００７】
しかし、そのような集中定数型電極を用いる素子では、電極容量およびリード線のインダクタンスが素子の動作速度を制限するので、高速動作させるためにはきわめて小型にする必要がある。しかし、マッハツェンダ型変調器は、素子長と駆動電圧が反比例するため、きわめて小型の素子では、きわめて高い駆動電圧が必要となる。駆動電圧を低減する方法としては、電界が印加される領域を薄くする方法がある。しかし、この方法では、電極容量が大きくなるため、やはり動作速度を制限することになり、集中定数型の素子では、低い駆動電圧で高速動作する素子は得られない。
【０００８】
素子の内部でプッシュプル駆動を調整できる他のマッハツェンダ型光変調器が、Ｒ． Ｇ． Ｗａｌｋｅｒにより下記の非特許文献１において提案されている。この構造は図１（ａ），（ｂ） に示すように、進行波型電極と集中定数型電極を組み合わせたような構造をもち、光導波路とマイクロ波導波路が分離して存在している。
【０００９】
図１（ａ） は、マッハツェンダ型光変調器の構造を示す平面図、図１（ｂ） は、図１（ａ） のＩ−Ｉ線断面図である。
【００１０】
図１（ａ），（ｂ） に示す光変調器は、２本のリッジ型の光導波路１１１，１１２と２つの光カプラ１１３，１１４と第１、第２の進行波型電極１１５ａ，１１５ｂを有している。
【００１１】
図１（ａ） において、第１、第２の進行波型電極１１５ａ，１１５ｂは光導波路１１１，１１２の両側に間隔をおいて配置されている。第１の進行波型電極１１５ａの一端と第２の進行波型電極１１５ｂの一端には高周波電気信号源１１６が接続され、それらの他端は互いに抵抗１１７を介して接続されている。
【００１２】
また、第１の光導波路１１１の上には間隔をおいて複数の位相変調電極１１５ｃが光進行方向に間隔をおいて形成され、それらの位相変調電極１１５ｃは、第１の進行波型電極１１５ａから櫛状に複数に分岐された配線１１５ｅを介して第１の進行波型電極１１５ａに接続されている。同様に、第２の光導波路１１２の上には間隔をおいて複数の位相変調電極１１５ｄが光進行方向に間隔をおいて形成され、それらの位相変調電極１１５ｄは、第２の進行波型電極１１５ｂから櫛状に複数に分岐された配線１１５ｆを介して第２の進行波型電極１１５ｂに接続されている。
【００１３】
図１（ａ） に示したマッハツェンダ型光変調器は、図１（ｂ） に示すような層構造を有している。
【００１４】
図１（ｂ） において、半絶縁性のＧａＡｓ基板１１０の上にはシリコンドープのｎ^＋ 型ＧａＡｓクラッド層１２１、アンドープのＧａＡｓコア層１２２、ＡｌＧａＡｓ層１２３が順に形成されている。そして、ｎ^＋ 型ＧａＡｓクラッド層１２１、ＧａＡｓコア層１２２は２つの光導波路１１１，１１２を包含する広さに凸状にパターニングされてＧａＡｓ基板１１０から突出し、さらにＡｌＧａＡｓ層１２３は第１、第２の光導波路１１１，１１２となるストライプ形状にパターニングされてＧａＡｓコア層１２２から突出されている。さらに、第１、第２の光導波路１１１，１１２の上部を構成するＡｌＧａＡｓ層１２３上にはそれぞれ上記した位相変調電極１１５ｃ，１１５ｄが接続されている。なお、ｎ^＋ 型ＧａＡｓクラッド層１２１には直流バイアス電源１１８が接続されている。
【００１５】
以上により、進行波型電極１１５ａ，１１５ｂが位相変調電極１１５ｃ，１１５ｄから独立に存在し、しかも、複数の位相変調電極１１５ｃ，１１５ｄには進行波型電極１１５ａ，１１５ｂが接続されている。
【００１６】
そして、複数の位相変調電極１１５ｃ，１１５ｄはそれぞれ集中定数型電極として機能するが、十分小さいので高周波まで帯域の制限を受けずに動作する。また、図２（ａ），（ｂ） に示すように、それぞれの集中定数型電極は、外部の進行波型電極１１５ａ，１１５ｂから見て、分布定数型の抵抗成分Ｒｄ 、容量Ｃｄ およびインダクタンスＬｄ に見えるため、これらを含めた進行波型電極として設計することで、特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、光の速度と電気信号が伝搬する速度を整合させることも可能である。
【００１７】
また、図２（ａ） に示すように、第１及び第２の光導波路１１１，１１２の下部には導電層としてｎ^＋ 型ＧａＡｓクラッド層１２１があり、この導電層を介して第１、第２の光導波路１１１，１１２が等質な容量として働き、電圧を印加した際に第１、第２の光導波路１１１，１１２に対し電界が互いに逆方向に生じ、マッハツェンダ型光変調器をプッシュプル駆動する。さらに、光導波路１１１，１１２の下部に高導電率層であるｎ^＋ 型ＧａＡｓクラッド層１２１を備えているため、比較的効率的に第１及び第２の光導波路１１１，１１２のそれぞれに電界を集中することができるため、駆動電圧を比較的小さくできる。
【００１８】
しかし、図１（ａ） ，（ｂ） に示した構造はマイクロ波導波路の形状がスロットライン型をしているため、放射損が大きく、他のシステムとの整合性も悪い。
【００１９】
これに対して、下記の非特許文献２において、Ｒ． Ｓｐｉｃｋｅｒｍａｎｎらは、図３（ａ） 〜（ｃ） のような構造を提案している。この構造は、図１（ａ），（ｂ） と同様に、光の導波路構造とマイクロ波の導波路構造を空間的に分離し、さらに、進行波型電極と集中定数型電極を組み合わせた構造をしている。図３（ａ） は、マッハツェンダ型光変調器の平面図であり、図３（ｂ） は、図３（ａ） において破線で囲んだ領域を示し、図３（ｃ） は、図３（ｂ） のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２０】
図３（ａ） 〜（ｃ） において、半導体基板１３１の上に形成されたリッジ型の第１、第２の光導波路１３２，１３３は、互いに両端で接続されていて、第１及び第２の光導波路１３２，１３３の一端部は入射用光導波路１３４に接続され、第１及び第２の光導波路１３２，１３３の他端部は出射用光導波路１３５に接続されている。
【００２１】
そして、第１の光導波路１３２と第２の光導波路１３３の間の内側領域には第１の進行波型電極１３６が形成され、また、第１及び第２の光導波路１３２，１３３のそれぞれの外側領域には第２、第３の進行波型電極１３７，１３８が形成されている。また、第１の光導波路１３２上には光進行方向に複数の第１の位相変調電極１３９が間隔をおいて形成され、第２の光導波路１３３上には光進行方向に複数の第２の位相変調電極１４０が間隔をおいて形成されている。そして、第１の光導波路１３２上の第１の位相変調電極１３９は配線１４１を介して第１の進行波型電極１３７に接続され、また、第２の光導波路１３３上の第２の位相変調電極１４０は配線１４２を介して第１の進行波型電極１３６に接続されている。
【００２２】
また、第１の進行波型電極１３６と第１の光導波路１３２の間の領域では、第１の光導波路１３２の光進行方向に沿って複数の第３の位相変調電極１４３が半導体基板１３１上の半導体層１３１ａの上に形成され、第３の位相変調電極１４３は半導体層１３１ａにショットキー接続している。第３の位相変調電極１４３は第１の進行波型電極１３６から派生した配線１４４に接続されている。
【００２３】
さらに、第２の光導波路１３３と第３の進行波型電極１３８の間の領域では、第２の光導波路１３３の光進行方向に沿って複数の第４の位相変調電極１４５が半導体基板１３１上の半導体層１３１ａの上に形成され、第４の位相変調電極１４５は半導体層１３１ａにショットキー接続している。第４の位相変調電極１４５は、第３の進行波型電極１３８から派生した配線１４６に接続されている。
【００２４】
そのような構造のマッハツェンダ型光変調器では、第１の進行波型電極１３６の一端と接地線ＧＮＤの間に高周波電気信号源１１６が接続されている。また、第１の進行波型電極１３６の他端と第２の進行波型電極１３７の他端には第１の抵抗素子１１７ａが接続され、さらに、第１の進行波型電極１３６の他端と第３の進行波型電極１３８の他端には第２の抵抗素子１１７ｂが接続されている。第２の進行波型電極１３７の一端と第３の進行波型電極１３８の一端はそれぞれ接地線に接続されている。
【００２５】
これにより、図３（ｃ） に示すように、第４の位相変調電極１４５と第２の位相変調電極１４０間で半導体層１３１ａを通して第２の光導波路１３３内に電界が発生するとともに、第３の位相変調電極１４３と第１の位相変調電極１３９間で半導体層１３１ａを通して第１の光導波路１３２内に電界が発生する。
【００２６】
この構造では、マイクロ波導波路にコプレーナ型を使用しているので、放射損が減るだけでなく、２本の光導波路１３２，１３３に並列に電界を印加しているため、駆動電圧を下げることができる。
【００２７】
【特許文献１】
特開閉１０−３３３１０６号公報（第４−５頁、図１、図２）
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ．２７ ，ｐ．６４５， １９９１
【非特許文献２】
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．３２， ｐ．１０９５， １９９６
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非特許文献２に示した構造では、光導波路層をｐｉｎ構造にすることができないため、コア層に対し電界を効率的に印可することができず、また、コア層に量子井戸構造を使用できないため、屈折率変化率が低くなり、結果として駆動電圧が増加する。
【００２９】
従って、従来の素子では、内部的にプッシュプル駆動ができ、高速動作、低電圧駆動が可能で、他のシステムとの整合性に優れた素子は実現されていない。即ち、従来の半導体マッハツェンダ型光変調器は、内部的にプッシュプル駆動ができ、高速動作、低電圧駆動が可能で、他のシステムとの整合性に優れた素子ではない。
【００３０】
本発明の目的は、内部的にプッシュプル駆動ができ、高速動作、低電圧駆動が可能で、他のシステムとの整合性に優れた光半導体装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、半導体基板上に形成され且つ少なくとも一部がドープト半導体からなる第１の高導電率層と、前記第１の高導電率層上に形成された第１の光導波路と、前記第１の高導電率層上で前記第１の光導波路から間隔をおいて一側方に形成された第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の双方の光入力部に接続される分波器と、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の双方の光出力部に接続される合波器と、前記第１の光導波路上に光伝搬方向に間隔をおいて複数形成され且つ互いに電気的に接続される第１の分布電極と、前記第２の光導波路上に接する接続部分を有し、前記第１の高導電率層から離れて形成され、且つ前記光伝搬方向に沿って配置された第１の接地電極と、前記半導体基板の上であって前記第１の高導電率層の他側方に形成され且つ前記第１の高導電率層から離れて形成された第２の接地電極とを有することを特徴とする光半導体装置によって解決される。
【００３２】
即ち、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器は、半導体基板上に形成された高導電率層の上に第１及び第２の光導波路構造を有し、第１及び第２の光導波路構造の上にそれぞれ周期的に配置された第１及び第２の分布電極を有し、第１の光導波路構造上に配置された第１の分布電極と電気的に結合した信号電極と、第２の光導波路上に配置された第２の分布電極と電気的に結合した第１の接地電極と、信号電極を挟んで第１の接地電極の反対側に配置された第２の接地電極を有するようにしたものである。
【００３３】
本発明の半導体マッハツェンダ変調器によれば、高導電率層を利用して、第１及び第２の光導波路に直流バイアス電界を印加し、信号電極から高導電率層を介して第１及び第２の光導波路に互いに逆向きの高周波電界を印加する構成とすることにより、第１の光導波路を含んでなる位相変調器と、第２の光導波路を含んでなる位相変調器をプッシュプル駆動することができる。
【００３４】
しかも、信号電極に対し第１、第２の接地電極を有し、コプレーナ型のマイクロ波導波路構造となるため、放射損が少なく、他のシステムとの整合性にも優れている。また、光導波路構造下部に高導電率層を有しており、光導波路構造に効率的に電界を印加することができるため、低電圧駆動が可能である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図４は、本発明の第１実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図５（ａ） は、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ 線断面図、図５（ｂ） は、図４の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図５（ｃ） は、図５（ｂ） ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００３６】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。
【００３７】
ＩｎＰ 基板１の上には、光進行方向に長い長方形の平面形状を有するｎ型導電性のＩｎＰ 高導電率層２が形成されている。このＩｎＰ 高導電率層２は、約１．０μｍ又はそれ以上の厚さを有している。このＩｎＰ 高導電率層２のドーパントはシリコン（Ｓｉ）であり、ドーパント濃度は１×１０^１８／ｃｍ^３ である。
【００３８】
ｎ−ＩｎＰ 高導電率層２の上には、約幅１〜２μｍのストライプ状の第１の光導波路３と幅１〜２μｍのストライプ状の第２の光導波路４が８〜１０μｍの間隔をおいて略平行に形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４のうちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分配する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。
【００３９】
なお、ＩｎＰ 基板１上において、分波器５には光を導入するための光入力導波路３ａ，４ａが接続され、また、合波器６には光を外部に導入するための光出力導波路３ｂ，４ｂが接続されている。
【００４０】
第１及び第２の光導波路３，４はそれぞれ、図５（ａ） に示すように、ｎ型ＩｎＰ よりなる下部クラッド層３ａ、４ａと、アンドープの量子井戸よりなるコア層３ｂ，４ｂと、ｐ型ＩｎＰ よりなる上部クラッド層３ｃ，４ｃと、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層３ｄ，４ｄとがＩｎＰ 高導電率層２上に順に形成された積層構造を有している。従って、第１及び第２の光導波路３，４はそれぞれ上下方向にｐｉｎ接合構造となっている。
【００４１】
コア層３ｂ，４ｂを構成する量子井戸構造は、厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ バリア層と厚さ１０ｎｍのＩｎＰ 井戸層が交互に形成され、且つ井戸層がバリア層に挟まれた構造を有している。井戸層の数は、１又は複数である。
【００４２】
第１及び第２の光導波路３，４の側面とＩｎＰ 基板１の上面とＩｎＰ 高導電率層２の表面のそれぞれの面は、厚さ０．５μｍ程度の酸化シリコンよりなる保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１及び第２の光導波路３，４の上面を露出する開口部が形成されている。
【００４３】
第１の光導波路３上には、長手方向に複数の位相変調電極（分布電極）８が間隔をおいて形成されている。また、第２の光導波路４の上には、長手方向に複数の位相変調電極（分布電極）９が間隔をおいて形成されている。位相変調電極８，９の長さは３０μｍ〜５００μｍである。また、位相変調電極８，９は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下の周期で配置されている。
【００４４】
第１及び第２の光導波路３，４のうち位相変調電極８、９が存在しない部分では、図５（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄが除去されて凹部が形成され、その凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。
【００４５】
ＩｎＰ 高導電率層２から一側方に離れた位置においてＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第１の電極１１が形成されている。また、ＩｎＰ 高導電率層２から他側方に離れた位置において、ＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第２の電極１２が形成されている。さらに、第２の電極１２から他側方に離れた位置において、ＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第３の電極１３が形成されている。第１、第３の電極１１，１３は接地電極であり、第２の電極１２は信号電極である。
【００４６】
第１の光導波路３の上の位相変調電極８は、第１の電極１１から櫛状に延びる第１の分布配線１４に接続されている。また、第２の光導波路４の上の位相変調電極９は、第２の電極１２から櫛状に延びる第２の分布配線１５に接続されている。第１、第２の分布配線１４，１５はそれぞれ位相変調電極８，９の長さと同じかそれ以下の幅、例えば５μｍ以上の幅を有している。なお、第１及び第２の分布配線１４，１５は、ＩｎＰ 高導電率層２に対して接触しないようにブリッジ状に形成されている。
【００４７】
第１〜第３の電極１１〜１３、位相変調電極８，９、第１及び第２の分布配線１４，１５は、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆うことにより形成される。
【００４８】
高周波信号１６は第２の電極１２と第３の電極１３のそれぞれの一端部に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極１２と接地電極である第１、第３の電極１１、１３とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極１１と第２の電極１２の間と、第２の電極１２と第３の電極１３の間には、それぞれ１００Ωの終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在される。即ち、第１〜第３の電極１１〜１３から構成されるマイクロ波導波路は終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【００４９】
また、高導電率層２のうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
【００５０】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、連続（ＣＷ）光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第２の光導波路４上の位相変調電極９から高導電率層２、第１の光導波路３に生じる電界により位相が変化させられて進んだ後に合波器６内で位相変化に応じた光強度に変換されて出力される。この場合、第２の光導波路４の上の第２の位相変調電極９に印加される信号は、第２の位相変調電極９からＩｎＰ 高導電率層２へ電界を発生させ、同時に、ＩｎＰ 高導電率層２から第１の位相変調電極８へと電界を発生させる。従って、第１の光導波路３内と第２の光導波路４内のそれぞれの電界の方向は逆になる。
【００５１】
図６は、第２の電極１２に高周波信号を印加し、高導電率層２にバイアス電圧を印加した状態でのマッハツェンダ型光変調器の等価回路を示している。即ち、マイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、周期的に配置された位相変調電極８，９とその下の光導波路３、４とから構成される位相変調器が高導電率層２を介して直列に接続された容量Ｃｐ として見えるため、図６のようにマイクロ波導波路２１の分布定数回路に、位相変調器による容量Ｃｐ が装荷された回路として表せる。マイクロ波導波路２１とこの装荷容量Ｃｐ を合わせて設計することにより、図６の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度と整合させる構造にすることにより高速動作が可能になる。
【００５２】
図７（ａ） は、上記したマッハツェンダ型変調器の図５（ａ） の断面における等価回路である。この等価回路のうちの直流の等価回路は図７（ｂ） に示すようになり、直流電圧用電源２０による電界Ｅｂ は２つの光導波路３、４に同じ方向に印加される。これにより、光導波路３、４はそれぞれ同一方向にバイアスされる。高周波信号印加時における等価回路は図７（ｃ） のようになり、図５（ａ） に示した第１の光導波路３と第２の光導波路４にはそれぞれ基板に対して逆方向に信号電界Ｅｓ が印加される。
【００５３】
したがって、２つの光導波路３、４における正味の位相変化量は、高周波に対し互いに逆方向であるため、マッハツェンダ型光変調器はプッシュプル駆動される。
【００５４】
また、信号電極である第２の電極１２の両側方には、接地電極である第１及び第３の電極１１，１３が配置されているので、第２の電極１２の周囲の信号電界の分布を均一にすることができる。
【００５５】
以上のように、上記したマッハツェンダ型光変調器によれば、素子内部でプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れている。しかも、光導波路３，４の構造としてｐｉｎ接合構造を用い且つコア層３ｂ，４ｂにｉ型層の量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１の光導波路３上の位相変調電極８は間隔をおいて不連続に形成されているが、連続的に一体に形成されていても良い。この場合、コンタクト層３ｄ，４ｄと上側クラッド層３ｃ，４ｃの凹部に埋め込まれた埋込層１０は高抵抗層であり、埋込層１０の直下のコア層３ｂ内を通る光は吸収されず、変調されない。しかし、連続してストライプ状に位相変調電極８を形成すると、マイクロ波の伝搬損失が増加するために変調速度が低く制限される。
【００５７】
また、上記した構造では、第１及び第２の分布配線１４，１５の幅は位相変調電極８，９の単位要素の長さより小さいが、位相変調電極８，９の単位要素の長さと等しくすることにより、マイクロ波の伝搬損失を低減できるため、より高速動作が可能になる。
【００５８】
なお、第１の電極１１とこれに接続される分布配線１４、位相変調電極８によって接地線が構成される。また、第３の電極１３は接地線である。さらに、第２の電極１２とこれに接続される分布配線１５、位相変調電極９によって信号線が構成される。
（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図９（ａ） は、図８のＶ−Ｖ線断面図、図９（ｂ） は、図８の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図９（ｃ） は、図９（ｂ） のＶＩ−ＶＩ線断面図である。なお、図８、図９において、図４，図５と同じ符号は同じ要素を示している。
【００５９】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。また、ＩｎＰ 基板１の上には、光進行方向に長い長方形の平面形状を有するｎ型のＩｎＰ よりなる高導電率層２が形成されている。
【００６０】
高導電率層２の上には、第１の光導波路３と第２の光導波路４が略平行に且つ第１実施形態と同じ構造に形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４のうちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分波する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。
【００６１】
第１及び第２の光導波路３，４の側面とＩｎＰ 基板１の上面とＩｎＰ 高導電率層２の表面のそれぞれの面は、酸化シリコンよりなる保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１及び第２の光導波路３，４の上面を露出する開口部が形成されている。
【００６２】
第１の光導波路３上には、第１実施形態と同様に、長手方向に複数の位相変調電極８が間隔をおいて周期的に形成されている。また、第２の光導波路４の上には、第１実施形態と同様に、長手方向に複数の位相変調電極９が間隔をおいて周期的に形成されている。
【００６３】
第１及び第２の光導波路３，４のうち位相変調電極８，９が存在しない部分では、図９（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄが除去されて凹部が形成され、その凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。
【００６４】
ＩｎＰ 高導電率層２から一側方に離れた位置において、ＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第１の電極１１が形成されている。第１の光導波路３の上の複数の位相変調電極８は、第１の電極１１に櫛状に延びた分布配線１４に接続されている。分布配線１４は、位相変調電極８の長さと同じかそれ以下の幅、例えば５μｍ以上の幅を有している。なお、分布配線１４は、ＩｎＰ 高導電率層２に対して接触しないようにブリッジ状に形成されている。
【００６５】
また、第２の光導波路４上では、隣り合う位相調整電極９の間隙の上から前後の位相変調電極９の一部にかけて分布配線パターン１２ａが形成され、これにより、複数の位相変調電極９が複数の分布配線パターン１２ａを介して電気的に接続される。即ち、複数の位相変調電極９と分布配線パターン１２ａにより第２の電極５２が構成される。
【００６６】
さらに、第２の光導波路４から他側方に離れた領域において、ＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第３の電極１３が形成されている。
【００６７】
第１、第３の電極１１，１３は接地電極である。また、第２の光導波路４上に形成された位相変調電極９及び分布配線パターン１２ａは信号電極となる。
【００６８】
第１〜第３の電極１１〜１３、位相変調電極８，９、分布配線１４及び分布配線パターン１２ａは、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、例えば金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆うことにより形成される。なお、分布配線パターン１２ａは、第１、第３の電極１１，１３、位相変調電極８，９、分布配線１４を形成した後に形成される。
【００６９】
複数の位相変調電極８，９同士の光進行方向の間隙は３μｍ以上である。そして、第２の光導波路４の上の位相変調電極９同士の間隙の上には分布配線パターン１２ａが形成されている。
【００７０】
高周波信号１６は、第２の電極５２（１２ａ、９）と第３の電極１３の間に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極５２と接地電極である第１、第３の電極１２、１３とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極１１と第２の電極５２の間と、第２の電極５２と第３の電極１３の間には、それぞれ終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在される。即ち、マイクロ波導波路は、終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【００７１】
また、高導電率層２のうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
【００７２】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第２の光導波路４上の位相変調電極９から高導電率層２、第１の光導波路３に生じる電界により位相が変化させられて進んだ後に合波器６内で位相変化に応じた強度変化に変換されて出力される。この場合、第２の光導波路４の上の第２の位相変調電極９に印加される信号は、第２の位相変調電極９からＩｎＰ 高導電率層２へ電界を発生させ、同時に、ＩｎＰ 高導電率層２から第１の位相変調電極８へと電界を発生させる。従って、第１の光導波路３内と第２の光導波路４内のそれぞれの電界の方向は逆になる。この場合、分布配線パターン１２ａを介して第２の光導波路４の上の第２の位相変調電極９に印加される信号は、第２の位相変調電極９からＩｎＰ 高導電率層２へ電界を発生させ、同時に、ＩｎＰ 高導電率層２から第１の位相変調電極８へと電界を発生させる。従って、第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【００７３】
図１０に、上記したマッハツェンダ型光変調器の高周波に対する等価回路を示す。
【００７４】
図１０において、第１、第３の電極１１，１３を含むマイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、第２の光導波路４上に周期的に接続された位相変調電極９によって異なる伝播定数を持つ分布定数回路がマイクロ波導波路２１に接続され、しかも、第１の光導波路３上の位相変調電極８とその下のｐｉｎ接合構造により容量Ｃｐ がマイクロ波導波路２１接続されているように見えるため、ＬＣ分布定数回路に、位相変調器による異なる線路２３が接続され且つ容量Ｃｐ が装荷された回路としてあらわせる。
【００７５】
位相変調電極９によるマイクロ波導波路２１の特性インピーダンスおよびマイクロ波の伝搬速度は全く整合していなくても、マイクロ波導波路２１と位相変調電極９による線路２３と位相変調電極８による装荷容量Ｃｐ をあわせて設計することにより、図１０の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度と整合させる構造が可能であるため、高速動作が可能になる。
【００７６】
また、上記したマッハツェンダ光変調器によれば、第１実施形態と同様な効果により、内部的にプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れる。しかも、光導波路構造としてｐｉｎ構造を用い、コア層に量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【００７７】
さらに、信号電極である第２の電極５２の両側方には、接地電極である第１及び第３の電極１１，１３が配置されているので、第２の電極５２の周囲の信号電界の分布を均一にすることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、第２の光導波路４上の位相変調電極９は不連続に形成されているが、連続的に形成されていても良い。しかし、この場合マイクロ波の伝搬損失が増加するため、変調速度が低く制限される。
【００７９】
また、本実施形態では、位相変調電極８と第１の電極１１を接続する分布配線１４の幅は、図８では位相変調電極８の１つの単位要素の長さより小さいが、位相変調電極８の単位要素の長さと等しくすることにより、マイクロ波の伝搬損失を低減してもよく、これによりさらなる高速動作が可能になる。
【００８０】
なお、第１の電極１１とこれに接続される分布配線１４、位相変調電極８によって接地線が構成される。また、第３の電極１３は接地線である。さらに、分布配線パターン１２ａ、位相変調電極９によって信号線が構成される。
（第３の実施の形態）
図１１は、本発明の第３実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図１２（ａ） は、図１１のＶＩＩ−ＶＩＩ 線断面図、図１２（ｂ） は、図１１の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図１２（ｃ） は、図１２（ｂ） のＶＩＩ−ＶＩＩ 線断面図である。なお、図１１、図１２において、図４、図５、図８、図９と同じ符号は同じ要素を示している。
【００８１】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。また、ＩｎＰ 基板１の上には、光進行方向に長い長方形の平面形状を有するｎ型のＩｎＰ よりなる高導電率層２が形成されている。
【００８２】
高導電率層２の上には、第１の光導波路３と第２の光導波路４が略平行に且つ第１実施形態と同じ構造に形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４のうちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分波する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。
【００８３】
第１及び第２の光導波路３，４の側面とＩｎＰ 基板１の上面とＩｎＰ 高導電率層２の表面のそれぞれの面は、酸化シリコンよりなる保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１及び第２の光導波路３，４の上面を露出する開口部が形成されている。
【００８４】
第１の光導波路３上には、第１実施形態と同様に、長手方向に複数の位相変調電極８が間隔をおいて周期的に形成されている。また、第２の光導波路４の上には、第１実施形態と同様に、長手方向に複数の位相変調電極９が間隔をおいて周期的に形成されている。
【００８５】
第１及び第２の光導波路３，４のうち位相変調電極８，９が存在しない部分では、図９（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄが除去されて凹部が形成され、その凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。
【００８６】
また、第１、第２の光導波路３，４上では、それぞれ隣り合う位相調整電極８，９の間隙の上から前後の位相変調電極８，９の一部にかけて分布配線パターン１１ａ，１２ａが形成され、これにより、複数の位相変調電極８，９が複数の分布配線パターン１１ａ，１２ａを介して光進行方向に電気的に接続される。即ち、第１の光導波路３上では複数の位相変調電極８と分布配線パターン１１ａが互いに接続されて第１の電極５１が構成される。同様に、第２の光導波路４上では複数の位相変調電極９と複数の分布配線パターン１２ａが互いに接続されて第２の電極５２が構成される。
【００８７】
さらに、高導電率層２から他側方に離れた領域において、ＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第３の電極１３が形成されている。
【００８８】
第１の光導波路３上の位相変調電極８及び分布配線パターン１１ａは信号電極となる。また、第３の電極１３は接地電極である。さらに、第２の光導波路４上において第２の光導波路４上の位相変調電極９及び分布配線パターン１２ａは信号電極となる。
【００８９】
位相変調電極８，９、分布配線パターン１１ａ，１２ａ及び第３の電極１３は、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆うことにより形成される。さらに、分布配線パターン１１ａ，１２ａは、第３の電極１３、位相変調電極８，９を形成した後に形成される。
【００９０】
高周波信号１６は、第２の電極５２と第３の電極１３の間に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極５２と接地電極である第１、第３の電極５１、１３とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極５１と第２の電極５２の間と、第２の電極５２と第３の電極１３の間には、それぞれ終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在される。即ち、マイクロ波導波路は、終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【００９１】
また、高導電率層２のうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
【００９２】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第２の光導波路４上の位相変調電極９から高導電率層２、第１の光導波路３に生じる電界により位相が変化させられて進んだ後に合波器６内で位相変化に応じた強度変化に変換されて出力される。この場合、分布配線パターン１２ａを介して第２の光導波路４の上の第２の位相変調電極９に印加される信号は、第２の位相変調電極９から高導電率層２へ電界を発生させ、同時に、ＩｎＰ 高導電率層２から第１の光導波路３上の位相変調電極８へと電界を発生させる。従って、第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【００９３】
図１３は、上記したマッハツェンダ型光変調器の高周波に対する等価回路を示している。マッハツェンダ型光変調器のマイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、周期的に接続された位相変調電極８、９によって、異なる伝播定数を持つ分布定数回路が接続されているように見えるため、図１０のように分布定数回路に、位相変調器による異なる線路２３が接続された回路となる。位相変調電極８、９によるマイクロ波導波路２１の特性インピーダンスおよびマイクロ波の伝搬速度は全く整合していなくても、マイクロ波導波路２１と、位相変調電極８、９による線路２３をあわせて設計することにより、図１０の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度と整合させる構造が可能であるため、高速動作が可能になる。
【００９４】
また、上記したマッハツェンダ光変調器によれば、第１実施形態と同様な効果により、内部的にプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れ、かつ光導波路構造としてｐｉｎ構造を用い、コア層に量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【００９５】
さらに、信号電極である第２の電極５２の両側方には、接地電極である第１及び第３の電極５１，１３が配置されているので、第２の電極５２の周囲の信号電界の分布を均一にすることができる。
【００９６】
なお、本実施形態では、光導波路３上の分布配線パターン１１ａ，１２ａは不連続に形成されているが、連続的に形成されていてもよい。しかし、この場合マイクロ波の伝搬損失が増加するため、変調速度が低くなる。
【００９７】
なお、分布配線パターン１１ａと位相変調電極８によって接地線が構成される。また、第３の電極１３は接地線である。さらに、分布配線パターン１２ａと位相変調電極９によって信号線が構成される。
（第４の実施の形態）
図１４は、本発明の第４実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図１５（ａ） は、図１４のＩＸ−ＩＸ線断面図、図１５（ｂ） は、図１４の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図１５（ｃ） は、図１５（ｂ） Ｘ−Ｘ線断面図である。なお、図１４、図１５において、図４、図５と同じ符号は同じ要素を示している。
【００９８】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。
【００９９】
ＩｎＰ 基板１の上には、光進行方向に長い長方形の平面形状を有するｎ型導電性のＩｎＰ 高導電率層２が形成されている。このＩｎＰ 高導電率層２は、約１．０μｍ又はそれ以上の厚さを有している。このＩｎＰ 高導電率層２のドーパントはシリコン（Ｓｉ）であり、ドーパント濃度は１×１０^１８／ｃｍ^３ である。
【０１００】
ｎ−ＩｎＰ 高導電率層２の上には、第１の光導波路３、第２の光導波路４及び第３の光導波路（ストライプ層）２５がストライプ状であって互いに略平行に形成されている。また、第１，第２の光導波路３，４うちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分配する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。なお、第３の光導波路２５には分波器５、合波器６は接続されない。
【０１０１】
第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５はそれぞれ、図１５（ａ） に示すように、ｎ型ＩｎＰ よりなる下部クラッド層３ａ、４ａ，２５ａと、アンドープの量子井戸よりなるコア層３ｂ，４ｂ，２５ｂと、ｐ型ＩｎＰ よりなる上部クラッド層３ｃ，４ｃ，２５ｃと、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層３ｄ，４ｄ，２５ｄとがＩｎＰ 高導電率層２上に順に形成された積層構造を有している。従って、第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５はそれぞれ上下方向にｐｉｎ接合構造となっている。
【０１０２】
コア層３ｂ，４ｂ，２５ｂを構成する量子井戸構造は、厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ バリア層と厚さ１０ｎｍのＩｎＰ 井戸層が交互に形成され、且つ井戸層がバリア層に挟まれた構造を有している。井戸層の数は、１又は複数である。
【０１０３】
第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５の側面とＩｎＰ 基板１の上面とＩｎＰ 高導電率層２の表面のそれぞれの面は、厚さ０．５μｍ程度の酸化シリコンよりなる保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５の上面を露出する開口部が形成されている。
【０１０４】
第１、第２、第３の光導波路３，４，２５上には、それぞれ長手方向に複数の位相変調電極８，９，２６が間隔をおいて形成されている。位相変調電極８，９，２６の長さは３０μｍ〜５００μｍである。また、位相変調電極８，９，２６は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下の周期で配置されている。
【０１０５】
第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５のうち位相変調電極８，９，２６が存在しない部分では、図１５（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ，２５ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄ，２５ｄが除去されて凹部が形成され、その凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。
【０１０６】
ＩｎＰ 高導電率層２から一側方に離れた位置において、ＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第１の電極１１が形成されている。また、ＩｎＰ 高導電率層２から他側方に離れた位置において、ＩｎＰ 基板１上には保護絶縁膜７を介して第３の電極２７が形成されている。第１、第３の電極１１，２７は接地電極である。
【０１０７】
第２の光導波路４上では、隣り合う位相調整電極９の間隙の上方から前後の位相変調電極９の一部にかけて分布配線パターン１２ａが形成され、これにより、複数の位相変調電極９が複数の分布配線パターン１２ａを介して電気的に接続される。即ち、複数の位相変調電極９と複数の分布配線パターン１２ａにより、信号電極である第２の電極５２が構成される。
【０１０８】
第１の光導波路３の上の位相変調電極８は、第１の電極１１から櫛状に延びた第１の分布配線１４に接続されている。また、第３の光導波路２５上の位相変調電極２６は、第２の電極２７から延びる第２の分布配線２８に接続されている。第１、第２の分布配線１４，２８はそれぞれ位相変調電極８，９の長さと同じかそれ以下の幅、例えば５μｍ以上の幅を有している。なお、第１及び第２の分布配線１４，２８は、ＩｎＰ 高導電率層２に対して接触しないようにブリッジ状に形成されている。
【０１０９】
第１、第３の電極１１，２７、位相変調電極８，９，２６、第１及び第２の分布配線１４，２８及び分布配線パターン１２ａは、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆うことにより形成される。
【０１１０】
高周波信号１６は第２の電極５２と第３の電極２７の間に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極５２と接地電極である第１，第３の電極１１、２７とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極１１と第２の電極５２の間と、第２の電極５２と第３の電極２７の間には、それぞれ１００Ωの終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在される。即ち、マイクロ波導波路は、終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【０１１１】
また、高導電率層２のうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【０１１２】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第２の光導波路４上の位相変調電極９から高導電率層２、第１の光導波路３に生じる電界により位相が変化させられて進んだ後に合波器６内で位相変化に応じた強度変化に変換されて出力される。この場合、分布配線パターン１２ａを介して第２の光導波路４の上の第２の位相変調電極９に印加される信号は、第２の位相変調電極９から高導電率層２へ電界を発生させ、同時に、ＩｎＰ 高導電率層２から第１の位相変調電極８へと電界を発生させる。従って、第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【０１１３】
マッハツェンダ型光変調器では、第３の光導波路２５に分波器５、合波器６は接続されないが、高周波信号が印加される第２の光導波路４を中心にして左右対称となるので、第２の電極５２の周囲の電界分布も左右対称となって電界の分布が均一になる。
【０１１４】
上記したマッハツェンダ型光変調器の高周波に対する等価回路は、第２実施形態に係る変調器の等価回路を示した図１０と同じになる。
【０１１５】
即ち、第１、第３の電極１１、２７よりなるマイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、第２の光導波路４上に周期的に接続された位相変調電極８によって異なる伝播定数を持つ分布定数回路が接続され、しかも位相変調電極８，９及びｐｉｎ構造により容量Ｃｐ が接続されているように見えるため、マイクロ波導波路２１の分布定数回路に、位相変調器による異なる線路２３が接続され且つ容量Ｃｐ が装荷された回路としてあらわせる。
【０１１６】
位相変調電極９によるマイクロ波導波路２１の特性インピーダンスおよびマイクロ波の伝搬速度は全く整合していなくても、マイクロ波導波路２１と、位相変調９による線路２３と位相変調電極８，２６による装荷容量Ｃｐ をあわせて設計することにより、図１０の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度と整合させる構造が可能であるため、高速動作が可能になる。
【０１１７】
また、上記したマッハツェンダ光変調器によれば、第１実施形態と同様な効果により、内部的にプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れる。しかも、光導波路構造としてｐｉｎ構造を用い、コア層に量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【０１１８】
なお、本実施形態では、第１、第３の光導波路３，２５上の位相変調電極８，２６は不連続に形成されているが、連続的に形成されていても良い。しかし、この場合マイクロ波の伝搬損失が増加するため、変調速度が低く制限される。
【０１１９】
また、本実施形態では、位相変調電極８，２６と第１、第３の電極１１を接続する分布配線１４，２８の幅は、図１４では位相変調電極８，２６の１つの単位要素の長さより小さいが、位相変調電極８，２６の単位要素の長さと等しくすることにより、マイクロ波の伝搬損失を低減してもよく、これによりさらなる高速動作が可能になる。
【０１２０】
また、本実施形態では光変調器が行われない第３の光導波路２５は、誘電体材料（絶縁材料）から置換しても同様の効果が得られる。しかし、第３の光導波路２５だけを別工程で形成すれば、マッハツェンダ型光変調器の製造工程が複雑になる。
【０１２１】
なお、第１の電極１１とこれに接続される分布配線１４、位相変調電極８によって接地線が構成される。また、第３の電極２７とこれに接続される位相変調で２６、分布配線２８によって接地線が構成される。さらに、位相変調電極９と分布配線パターン１２ａによって信号線が構成される。
（第５の実施の形態）
図１６は、本発明の第５実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図１７（ａ） は、図１６のＸＩ−ＸＩ線断面図、図１７（ｂ） は、図１６の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図１７（ｃ） は、図１７（ｂ） の ＸＩＩ−ＸＩＩ 線断面図である。なお、図１６、図１７において、図１４、図１５と同じ符号は同じ要素を示している。
【０１２２】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。
【０１２３】
ＩｎＰ 基板１の上には、光進行方向に長い長方形の平面形状を有するｎ^＋ 型導電性のＩｎＰ 高導電率層２が形成されている。このＩｎＰ 高導電率層２は、光進行方向に長い平面形状にパターニングされている。
【０１２４】
ｎ−ＩｎＰ 高導電率層２の上には、第１の光導波路３、第２の光導波路４及び第３の光導波路２５がストライプ状であって互いに略平行に形成されている。第１〜第３の光導波路３，４，２５は、図１７（ａ） に示すように、第４実施形態と同じ層構造を有している。また、第１，第２の光導波路３，４うちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分配する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。なお、第３の光導波路２５には分波器５、合波器６は接続されない。
【０１２５】
第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５の側面とＩｎＰ 基板１の上面とＩｎＰ 高導電率層２の表面のそれぞれの面は保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５の上面を露出する開口部が形成されている。
【０１２６】
第１、第２、第３の光導波路３，４，２５上には、それぞれ長手方向に複数の位相変調電極８，９．２６が間隔をおいて形成されている。第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５のうち位相変調電極８，９，２６が存在しない部分では、図１７（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ，２５ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄ，２５ｄが除去されて凹部が形成され、その凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。
【０１２７】
第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５上では、同一の光導波路において隣り合う位相調整電極８，９，２５の間隙の上方から前後の位相変調電極８，９，２６の一部にかけて分布配線パターン１１ａ，１２ａ，２７ａが形成され、これにより、複数の位相変調電極８，９，２５が複数の分布配線パターン１１ａ，１２ａ，２７ａを介して電気的に接続される。即ち、第１の光導波路３上の複数の位相変調電極８と複数の分布配線パターン１１ａにより、接地電極である第１の電極５１が構成される。また、第２の光導波路４上の複数の位相変調電極９と複数の分布配線パターン１２ａにより、信号電極である第２の電極５２が構成される。さらに、第３の光導波路２５上の複数の位相変調電極２６と複数の分布配線パターン２７ａにより、接地電極である第３の電極５３が構成される。
【０１２８】
位相変調電極８，９，２６及び分布配線パターン１１ａ，１２ａ，２７ａは、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆うことにより形成される。
【０１２９】
高周波信号１６は、第２の電極５２と第３の電極５３の間に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極５２と、接地電極である第１、第３の電極５１、５３とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極５１と第２の電極５２の間と、第２の電極５２と第３の電極５３の間には、それぞれ１００Ωの終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在される。即ち、マイクロ波導波路は、終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【０１３０】
また、高導電率層２のうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
【０１３１】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第２の光導波路４上の位相変調電極９から高導電率層２、第１の光導波路３に生じる電界により位相が変化させられて進んだ後に合波器６内で位相変化に応じた強度変化に変換されて出力される。この場合、分布配線パターン１２ａを介して第２の光導波路４の上の第２の位相変調電極９に印加される信号は、第２の位相変調電極９から高導電率層２へ電界を発生させ、同時に、ＩｎＰ 高導電率層２から第１の位相変調電極８へと電界を発生させる。従って、第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【０１３２】
マッハツェンダ型光変調器では、高周波信号が印加される第２の電極５２を中心にして第１及び第３の電極５１，５３が左右対称となるので、第２の電極５２の周囲の電界分布も左右対称となって電界の分布が均一になる。
【０１３３】
上記したマッハツェンダ型光変調器の高周波に対する等価回路は、第３実施形態に係る変調器の等価回路を示した図１３と同じになる。
【０１３４】
即ち、第１〜第３の電極５１〜５３を有するマイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、周期的に接続された位相変調電極８，９，２６によって異なる伝播定数を持つ分布定数回路が接続されているように見えるため、分布定数回路に、位相変調器による異なる線路２３が接続された回路としてあらわせる。
【０１３５】
位相変調電極８，９，２６によるマイクロ波導波路２１の特性インピーダンスおよびマイクロ波の伝搬速度が全く整合していなくても、マイクロ波導波路２１と、位相変調電極８，９，２６による線路２３をあわせて設計することにより、図１３の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度と整合させる構造が可能であるため、高速動作が可能になる。
【０１３６】
また、上記したマッハツェンダ光変調器によれば、第１実施形態と同様な効果により、内部的にプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れる。しかも、光導波路構造としてｐｉｎ構造を用い、コア層に量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【０１３７】
なお、本実施形態では、第１、第２及び第３の光導波路３，４，２５上の位相変調電極８，９，２６は間隔をおいて不連続に形成されているが、連続的に形成されていても良い。しかし、この場合マイクロ波の伝搬損失が増加するため、変調速度が低く制限される。
【０１３８】
また、本実施形態では光変調器が行われない第３の光導波路２５は、誘電体材料（絶縁材料）から置換しても同様の効果が得られる。
【０１３９】
なお、第１及び第３の光導波路３，２５において、位相変調電極８（２６）と分布配線パターン１１ａ（２７ａ）によって接地線が構成される。また、第２の光導波路４上において、位相変調電極９と分布配線パターン１２ａによって信号線が構成される。
（第６の実施の形態）
図１８は、本発明の第６実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図１９（ａ） は、図１８のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ 線断面図、図１９（ｂ） は、図１８の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図１９（ｃ） は、図１９（ｂ） のＸＩＩＩＩ−ＸＩＩＩＩ 線断面図である。
【０１４０】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。
【０１４１】
ＩｎＰ 基板１の上には、光進行方向に長い長方形の平面形状を有するｎ^＋ 型ＩｎＰ からなる第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂが側方に互いに間隔をおいて形成されている。第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂはそれぞれ約１．０μｍ又はそれ以上の厚さを有している。このＩｎＰ 高導電率層２のドーパントはシリコン（Ｓｉ）であり、ドーパント濃度は１×１０^１８／ｃｍ^３ である。
【０１４２】
第１の高導電率層２ａの上には、第１の光導波路３、第２の光導波路４がストライプ状であって側方に離れて互いに略平行に形成されている。また、第２の高導電率層２ｂの上には、第３の光導波路（ストライプ層）３１、第４の光導波路（ストライプ層）３２がストライプ状であって側方に離れて互いに略平行に形成されている。第１〜第４の光導波路３，４，３１，３２の幅はそれぞれ１〜２μｍ程度である。
【０１４３】
第１，第２の光導波路３，４うちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分配する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。なお、第３及び第４の光導波路３１，３２には分波器、合波器は接続されていない。
【０１４４】
第１及び第２の光導波路３，４はそれぞれ、図１９（ａ） に示すように、ｎ型ＩｎＰ よりなる下部クラッド層３ａ、４ａと、アンドープの量子井戸よりなるコア層３ｂ，４ｂと、ｐ型ＩｎＰ よりなる上部クラッド層３ｃ，４ｃと、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層３ｄ，４ｄとが第１の高導電率層２ａ上に順に形成された積層構造を有している。同じように、第３及び第４の光導波路３１，３２はそれぞれ、ｎ型ＩｎＰ よりなる下部クラッド層３１ａ，３２ａと、アンドープの量子井戸よりなるコア層３１ｂ，３２ｂと、ｐ型ＩｎＰ よりなる上部クラッド層３１ｃ，３２ｃと、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層３１ｄ，３２ｄとが第２の高導電率層２ｂ上に順に形成された積層構造を有している。
【０１４５】
従って、第１、第２、第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２はそれぞれ上下方向にｐｉｎ接合構造となっている。
【０１４６】
コア層３ｂ，４ｂ，３１ｂ，３２ｂを構成する量子井戸構造は、厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ バリア層と厚さ１０ｎｍのＩｎＰ 井戸層が交互に形成され、且つ井戸層がバリア層に挟まれた構造を有している。井戸層の数は、１又は複数である。
【０１４７】
第１、第２，第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の側面とＩｎＰ 基板１の上面と第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂの表面のそれぞれの面は、厚さ０．５μｍ程度の酸化シリコンよりなる保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１、第２，第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の上面を露出する開口部が形成されている。
【０１４８】
第１、第２、第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２上にはそれぞれ長手方向に複数の位相変調電極８，９，３３，３４が間隔をおいて形成されている。位相変調電極８，９，３１，３２の長さは３０μｍ〜５００μｍである。また、位相変調電極８，９，３１，３２は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下の周期で配置されている。
【０１４９】
第１〜第４の光導波路３，４，３１，３２の側面とＩｎＰ 基板１の上面と第１及び第２のＩｎＰ 高導電率層２，３の表面のそれぞれの面は保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１、第２、第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の上面を露出する開口部が形成されている。
【０１５０】
第１、第２，第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２のうち位相変調電極８，９，３３，３４が存在しない部分では、図１９（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ，３１ｃ，３２ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄ，３１ｄ，３２ｄが除去されて凹部が形成され、その凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。
【０１５１】
第１の高導電率層２ａから一側方に離れた領域では、ＩｎＰ 基板１上に保護絶縁膜７を介して第１の電極１１が形成されている。また、第１の高導電率層２ａと第２の高伝導率層２ｂの間の領域では、ＩｎＰ 基板１上に保護絶縁膜７を介して第２の電極１２が形成されている。さらに、第２の高導電率層２ｂの他側方の領域では、ＩｎＰ 基板１上に保護絶縁膜７を介して第３の電極１３が形成されている。
【０１５２】
第２の電極１２は信号電極あり、第１及び第３の電極１１，１３は接地電極である。
【０１５３】
第１の光導波路３の上の複数の位相変調電極８は、第１の電極１１から櫛状に張り出した第１の分布配線１４に接続されている。第２の光導波路４の上の位相変調電極９は、第２の電極１２の一側部から櫛状に出る第２の分布配線１５に接続されている。第３の光導波路３１上の位相変調電極３３は、第３の電極１２の他側部から櫛状に出る第３の分布配線３５に接続されている。第４の光導波路３２上の位相変調電極３４は、第３の電極１３から櫛状に出る第４の分布配線３６に接続されている。
【０１５４】
第１〜第４の分布配線１４，１５，３５，３６はそれぞれ位相変調電極８，９，３３，３４の長さと同じかそれ以下の幅、例えば５μｍ以上の幅を有している。なお、第１〜第４の分布配線１４，１５，３５，３６は、それぞれ第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂに対して接触しないようにブリッジ状に形成されている。
【０１５５】
第１〜第３の電極１１〜１３、位相変調電極８，９，３３，３４及び第１〜第４の分布配線１４，１５，３５，３６は、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆うことにより形成される。
【０１５６】
高周波信号１６は第２の電極１２と第３の電極１３の間に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極１２と接地電極である第１、第３の電極１１、１３とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極１１と第２の電極１２の間と、第２の電極１２と第３の電極１３の間には、それぞれ１００Ωの終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在される。即ち、マイクロ波導波路は、終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【０１５７】
また、第１の高導電率層２ａのうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
【０１５８】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第２の光導波路４上の位相変調電極９から第１の高導電率層２ａ、第１の光導波路３に生じる電界により位相が変化させられて進んだ後に合波器６内で位相変化に応じた強度変化に変換されて出力される。この場合、第２の電極１２を介して第２の光導波路４の上の第２の位相変調電極９に印加される信号は、第２の位相変調電極９から高導電率層２へ電界を発生させ、同時に、ＩｎＰ 高導電率層２から第１の位相変調電極８へと電界を発生させる。従って、第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【０１５９】
このマッハツェンダ型光変調器では、高周波信号が印加される第２の電極１２を中心にして第１及び第３の電極１１，１３が左右対称となるので、第２の電極１２の周囲の電界分布も左右対称となって電界が均一に分布する。
【０１６０】
上記したマッハツェンダ型光変調器の高周波に対する等価回路は、第１実施形態に係る変調器の等価回路を示した図６と同じになる。
【０１６１】
即ち、第１〜第３の電極１１〜１３を含むマイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、第１、第２の電極１１，１２にそれぞれ周期的に接続された位相変調電極８，９と第１、第２の光導波路３，４よりなる位相変調器は、第１の高導電率層２ａを介して直列に接続された容量として見える。同じように、第２、第３の電極１２，１３にそれぞれ周期的に接続された位相変調電極３３，３４と第３、第４の光導波路３１，３２よりなる位相変調器は、第２の高導電率層２ｂを介して直列に接続された容量として見える。従って、図６に示すように、分布定数回路に位相変調器による容量Ｃｐ が装荷された回路としてあらわせる。
【０１６２】
これにより、マイクロ波導波路２１と位相変調８，９，３３，３４による装荷容量Ｃｐ をあわせて設計することにより、図３の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度と整合させる構造が可能であるため、高速動作が可能になる。
【０１６３】
また、上記したマッハツェンダ光変調器によれば、第１実施形態と同様な効果により、内部的にプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れる。しかも、光導波路構造としてｐｉｎ構造を用い、コア層に量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【０１６４】
なお、本実施形態では、第１〜第４の光導波路３，４，３１，３２上の位相変調電極８，９，３３，３４は不連続に形成されているが、連続的に形成されていても良い。しかし、この場合マイクロ波の伝搬損失が増加するため、変調速度が低く制限される。
【０１６５】
また、本実施形態では、位相変調電極８，９，３３，３４と第１〜第３の電極１１〜１３を接続する分布配線１４，１５，３５，３６の幅は、図２０では位相変調電極８，９，３３，３４の１つの単位要素の長さより小さいが、位相変調電極８，９，３３，３４の単位要素の長さと等しくすることにより、マイクロ波の伝搬損失を低減してもよく、これによりさらなる高速動作が可能になる。
【０１６６】
また、本実施形態では光変調器が行われない第３、第４の光導波路３１，３２は、誘電体材料（絶縁材料）から置換しても同様の効果が得られる。しかし、第３、第４の光導波路３１，３２だけを別工程で形成すれば、マッハツェンダ型光変調器の製造工程が複雑になる。
【０１６７】
なお、第１の電極１１とこれに接続される位相変調電極８、分布配線１４によって接地電極が構成される。また、第２の電極１２とこれに接続される位相変調電極９，３３、分布電極１５，３５によって信号線が構成される。さらに、第３の電極１３とこれに接続される位相変調電極３４、分布配線３６によって接地電極が構成される。
（第７の実施の形態）
図２０は、本発明の第７実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図２１（ａ） は、図２０のＸＶ−ＸＶ線断面図、図２１（ｂ） は、図２０の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図２１（ｃ） は、図２１（ｂ） のＸＶＩ−ＸＶＩ 線断面図である。なお、図２０、図２１において、図１８，図１９と同じ符号は同じ要素を示している。
【０１６８】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。
【０１６９】
ＩｎＰ 基板１の上には、第６実施形態と同じ構造の第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂが両側で間隔をおいて形成されている。また、第１の高導電率層２ａの上には、第６実施形態と同じ構造で第１の光導波路３、第２の光導波路４が互いに略平行に形成されている。これと同じように、第２の高導電率層２ｂの上には、第６実施形態と同じ構造で第３の光導波路３１、第４の光導波路３２が互いに略平行に形成されている。従って、第１、第２、第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２はそれぞれ第６実施形態と同じ構造の上下方向にｐｉｎ接合構造となっている。
【０１７０】
第１，第２の光導波路３，４うちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分配する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。
【０１７１】
第１、第２，第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の側面とＩｎＰ 基板１の上面と第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂの表面のそれぞれの面は、保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１、第２，第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の上面を露出する開口部が形成されている。
【０１７２】
第１、第４の光導波路３，３２上にはそれぞれ長手方向に複数の位相変調電極８，３４が間隔をおいて形成されている。
【０１７３】
また、第２、第３の光導波路４，３１の上には、第２の光導波路４と第３の光導波路３１の間隙を跨ぐ広さの位相変調電極３７が光進行方向に間隔をおいて複数形成されている。この位相変調電極３７は、コンタクト層２ａ，２ｂの上面から約３μｍの高さで第２の光導波路４から第３の光導波路３１に橋渡しされている。
【０１７４】
第１〜第４の光導波路３，４，３１，３２のうち位相変調電極８，３７，３４が存在しない部分では、図２１（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ，３１ｃ，３２ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄ，３１ｄ，３２ｄが除去されて凹部が形成され、それらの凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。なお、一列に複数配置される位相変調電極１４，３４，３７の光進行方向の長さは３０〜５０μｍであり、光進行方向の周期は５０μｍ以上で１ｍｍ以下である。
【０１７５】
第１の高導電率層２ａの一側方の領域には、ＩｎＰ 基板１上に保護絶縁膜７を介して第１の電極１１が形成されている。
【０１７６】
また、第２の光導波路４と第３の光導波路３１の上において、光進行方向に隣り合う位相変調電極３７を接続するための分布配線パターン３８が形成されている。複数の分布配線パターン３８と複数の位相変調電極３７により、信号電極である第２の電極５２が構成される。
【０１７７】
さらに、第２の高導電率層２ｂの他側方の領域では、ＩｎＰ 基板１上に保護絶縁膜７を介して第３の電極１３が形成されている。
【０１７８】
第１の光導波路３の上の複数の位相変調電極８は、第６実施形態と同様に、第１の分布配線１４を介して第１の電極１１に接続されている。また、第４の光導波路３２上の位相変調電極３４は、第２の分布配線３６を介して第３の電極１３に接続されている。
【０１７９】
第１、第２の分布配線１４，３６はそれぞれ位相変調電極８，９，３３，３４の長さと同じかそれ以下の幅、例えば５μｍ以上の幅を有している。なお、第１、第２の分布配線１４，３６は、それぞれ第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂに対して接触しないようにブリッジ状に形成されている。
【０１８０】
第１、第３の電極１１、１３、位相変調電極８，３４，３７及び第１、第２の分布配線１４，３６、分布配線パターン３８は、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆うことにより形成される。
【０１８１】
高周波信号１６は、第３の電極１３と第２の電極５２の間に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極５２と接地電極である第１、第３の電極１１、１３とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極１１と第２の電極５２の間と、第２の電極５２と第３の電極１３の間には、それぞれ１００Ωの終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在される。即ち、マイクロ波導波路は、終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【０１８２】
また、第１の高導電率層２ａのうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
【０１８３】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第１及び第２の光導波路３、４上の位相変調電極８、３７から生じる電界により位相が変化させられた後に、合波器６で位相変化に応じた強度変化に変換されて出力される。この場合、第２及び第３の光導波路４，３１上の位相変調電極３７と分布配線パターン３８を介して第２の光導波路４のコンタクト層４ｄに印加される信号は、位相変調電極９から高導電率層２ａへの一方向の電界を発生させ、同時に、高導電率層２ａから第１の位相変調電極８への逆方向の電界を発生させる。従って、第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【０１８４】
このマッハツェンダ型光変調器では、高周波信号が印加される位相変調電極３７と分布配線パターン３８を中心にして第１及び第３の電極１１，１３が左右対称となるので、第２の電極５２の周囲の電界分布は左右対称となって電界の分布が均一になる。
【０１８５】
上記したマッハツェンダ型光変調器の高周波に対する等価回路は、第２実施形態に係る変調器の等価回路を示した図１０と同じになる。
【０１８６】
即ち、第１、第２及び第３の電極１１，５２，１３を含むマイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、第２及び第３の光導波路４，３１上に周期的に接続された位相変調電極３７によって異なる伝搬定数をもつ分布定数回路がマイクロ波導波路２１に接続され、さらに第１及び第２の分布配線１４，３６によって容量Ｃｐ がマイクロ波導波路２１に接続されることになる。
【０１８７】
従って、本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、マイクロ波導波路２１の分布定数回路に位相変調器による異なる線路２３と容量Ｃｐ が装荷された回路として表される。
【０１８８】
第２及び第３の光導波路４，３１の上の位相変調電極３７によるマイクロ波導波路の特性インピーダンスとマイクロ波の伝搬速度は全く整合しなくても、マイクロ波導波路２１と位相変調電極３７による線路２３と第１及び第４の光導波路３，３２上の位相変調電極８，３４による装荷容量Ｃｐ を合わせて設計することにより、図１０の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度に整合させる構造を作成することが可能である。これにより、マッハツェンダ型光変調器の高速動作が可能になる。
【０１８９】
また、上記したマッハツェンダ光変調器によれば、第１実施形態と同様な効果により、内部的にプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れる。しかも、光導波路構造としてｐｉｎ構造を用い、コア層に量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【０１９０】
なお、本実施形態では、第１、第４の光導波路３，３２上の位相変調電極８，３４は不連続に形成されているが、連続的に形成されていても良い。しかし、この場合マイクロ波の伝搬損失が増加するため、変調速度が低く制限される。
【０１９１】
また、本実施形態では、第１、第２の分布配線１４，３６の幅は、図２０では位相変調電極８，３４の１つの単位要素の長さより小さいが、位相変調電極８，３４の単位要素の長さと等しくすることにより、マイクロ波の伝搬損失を低減してもよく、これによりさらなる高速動作が可能になる。
【０１９２】
また、本実施形態では光変調器が行われない第３、第４の光導波路３１，３２は、誘電体材料（絶縁材料）から置換しても同様の効果が得られる。しかし、第３、第４の光導波路３１，３２だけを別工程で形成すれば、マッハツェンダ型光変調器の製造工程が複雑になる。
【０１９３】
さらに、上記した構造において、第２の光導波路４の代わりに第３の光導波路３２を分波器５、合波器６に接続して変調器として使用しても、同様な効果が得られる。
【０１９４】
なお、第１の電極１１とこれに接続される位相変調電極８、分布配線１４によって接地電極が構成される。また、第３の電極１３とこれに接続される位相変調電極３４、分布配線３６によって接地電極が構成される。さらに、第２、第３の導波路４，３１の上の位相変調電極３７、分布電極３８によって信号線が構成される。
（第８の実施の形態）
図２２は、本発明の第８実施形態に係る半導体光変調器の平面図、図２３（ａ） は、図２２のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ 線断面図、図２３（ｂ） は、図２２の一点鎖線で囲んだ領域を示す平面図、図２３（ｃ） は、図２３（ｂ） のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ 線断面図である。なお、図２２、図２３において、図１８，図１９と同じ符号は同じ要素を示している。
【０１９５】
本実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、半絶縁性のＩｎＰ 基板１の上に形成されている。ＩｎＰ 基板１の上には、第６実施形態と同じ構造の第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂが間隔をおいて形成されている。
【０１９６】
第１の高導電率層２ａの上には、第６実施形態と同じ構造の第１の光導波路３、第２の光導波路４がストライプ状であって互いに略平行に形成されている。また、第２の高導電率層２ｂの上には、第６実施形態と同じ構造の第３の光導波路３１、第４の光導波路３２が互いに略平行に形成されている。従って、第１、第２、第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２はそれぞれ上下方向にｐｉｎ接合構造となっている。
【０１９７】
第１，第２の光導波路３，４うちの光入力端には、入力光を第１の光導波路３と第２の光導波路４に分配する分波器５が形成されている。また、第１及び第２の光導波路３，４の光出力端には、第１の光導波路３と第２の光導波路４から出力される光を合波する合波器６が形成されている。
【０１９８】
第１、第２，第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の側面とＩｎＰ 基板１の上面と第１及び第２の高導電率層２ａ，２ｂの表面のそれぞれの面は、保護絶縁膜７により覆われている。その保護絶縁膜７には、第１、第２，第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の上面を露出する開口部が形成されている。
【０１９９】
第１、第４の光導波路３，３２上には、それぞれ、光進行方向に複数の位相変調電極８，３４が間隔をおいて形成されている。
【０２００】
また、第２、第３の光導波路４，３１の上には、第２の光導波路４と第３の光導波路３１の間隙を跨ぐ位相変調電極３７が光進行方向に間隔をおいて複数形成されている。
【０２０１】
第１〜第４の光導波路３，４，３１，３２のうち位相変調電極８，３４，３７が存在しない部分では、図２３（ｃ） に示すように、上部クラッド層３ｃ，４ｃ，３１ｃ，３２ｃ及びコンタクト層３ｄ，４ｄ，３１ｄ，３２ｄが除去されて凹部が形成され、それらの凹部内には半絶縁性ＩｎＰ よりなる埋込層１０が形成されている。
【０２０２】
第１、第４の光導波路３，３２上では、それぞれ、光進行方向に隣り合う位相調整電極８，３４同士を接続する分布配線パターン１１ａ，３６ａが形成され、これにより、複数の位相変調電極８，３４が複数の分布配線パターン１１ａ，３６ａを介して電気的に接続される。同じように、第２及び第３の光導波路４，３１上の複数の位相変調電極３７は複数の分布配線パターン３８によって接続されている。
【０２０３】
従って、第１の光導波路３において、複数の位相変調電極８と分布配線パターン１１ａにより接地電極である第１の電極５１が構成される。また、第２、第３の光導波路４，４１において、複数の位相変調電極３７と分布配線パターン３８により第２の電極５２が構成される。さらに、第４の光導波路３２において、複数の位相変調電極３４と分布配線パターン３６ａにより第３の電極５３が構成される。
【０２０４】
位相変調電極８，３４，３７、分布配線パターン１１ａ，３６ａ，３８は、それぞれメッキにより形成された３μｍ以上の厚さの金膜からなり、メッキの際には金膜を形成しない領域をレジストパターンで覆われ、レジストパターンはメッキ後に除去される。
【０２０５】
高周波信号１６は、第３の電極５３と第２の電極５２に接続される。即ち、高周波信号１６は、信号電極である第２の電極１２と接地電極である第１、第３の電極１１、１３とによって形成されるコプレーナ型マイクロ波導波路構造の一端に接続される。また、第１の電極１１と第２の電極１２の間と、第２の電極１２と第３の電極１３の間には、それぞれ１００Ωの終端抵抗１７ａ，１７ｂが介在され、マイクロ波導波路は終端抵抗１７ａ，１７ｂにより終端される。
【０２０６】
また、第１の高導電率層２ａのうち光入力端の近傍にはバイアス電極１８が接続され、バイアス電極１８にはインダクタ１９を介して直流電圧用電源２０が接続されている。
【０２０７】
上記したマッハツェンダ型光変調器において、光は分波器５の入力導波路に入力される。分波器５に入力された光は第１及び第２の光導波路３、４に分けられて進行し、さらに第１及び第２の光導波路３、４上の位相変調電極８、３７から生じる電界により位相が変化させられた後に、合波器６で位相変化に応じた強度変化に変換されて出力される。この場合、第２及び第３の光導波路４，３１上の位相変調電極３７と分布配線パターン３８を介して第２の光導波路４のコンタクト層４ｄに印加される信号は、位相変調電極９から高導電率層２ａへの一方向の電界を発生させ、同時に、高導電率層２ａから第１の位相変調電極８への逆方向の電界を発生させる。従って、第１の光導波路３と第２の光導波路４の電界の方向は逆になる。
【０２０８】
このマッハツェンダ型光変調器では、高周波信号が印加される第２の電極５２を中心にして第１及び第３の電極５１，５３が左右対称となるので、第２の電極５２の周囲の電界分布も左右対称となって電界の分布が均一になる。
【０２０９】
上記したマッハツェンダ型光変調器の高周波に対する等価回路は、第３実施形態に係る変調器の等価回路を示した図１３と同じになる。
【０２１０】
即ち、第１〜第３の電極１１，１２，１３、ｐｉｎ接合等よりなるマイクロ波導波路２１はＬＣ分布定数回路で表せる。また、周期的に接続された位相変調電極８，９，３７によって異なる伝播定数を持つ分布定数回路がマイクロ波導波路２１に接続されているように見えるため、分布定数回路に、位相変調器による異なる線路２３が接続された回路としてあらわせる。
【０２１１】
位相変調電極８，９，３７によるマイクロ波導波路２１の特性インピーダンスとマイクロ波の伝搬速度が全く整合していなくても、マイクロ波導波路２１と、位相変調電極８，９，３７による線路２３をあわせて設計することにより、図１３の回路の特性インピーダンスを５０Ωに整合させ、マイクロ波の伝搬速度を光の伝搬速度と整合させる構造が可能であるため、高速動作が可能になる。
【０２１２】
また、上記したマッハツェンダ光変調器によれば、第１実施形態と同様な効果により、内部的にプッシュプル駆動が可能であり、かつコプレーナ電極構造を有するため放射損が少なく、他のシステムとの整合性に優れる。しかも、光導波路構造としてｐｉｎ構造を用い、コア層に量子井戸を用いているため、低電圧動作が可能であり、かつ高速動作が可能である。
【０２１３】
なお、本実施形態では、第１、第４の光導波路３，３２上の位相変調電極８，３４は不連続に形成されているが、連続的に形成されていても良い。しかし、この場合マイクロ波の伝搬損失が増加するため、変調速度が低く制限される。
【０２１４】
また、本実施形態では光変調器が行われない第３、第４の光導波路３１，３２は、誘電体材料（絶縁材料）から置換しても同様の効果が得られる。しかし、第３、第４の光導波路３１，３２だけを別工程で形成すれば、マッハツェンダ型光変調器の製造工程が複雑になる。
【０２１５】
さらに、上記した構造において、第２の光導波路４の代わりに第３の光導波路３２を分波器５、合波器６に接続して変調器として使用しても、同様な効果が得られる。
【０２１６】
なお、第１の光導波路３上の位相変調電極８、分布配線パターン１１ａによって接地電極が構成される。また、第４の光導波路３２上の位相変調電極３４、分布配線パターン３６ａによって接地電極が構成される。さらに、第２、第３の導波路４，３１の上の位相変調電極３７、分布電極３８によって信号線が構成される。
（その他の実施の形態）
上記した第１〜第８の実施形態では、光導波路３，４，２５，３１，３２の表面を覆う保護絶縁膜７を酸化シリコンから構成しているが、その他の絶縁材料から構成してもよい。
【０２１７】
また、保護絶縁膜７の代わりに半絶縁性半導体膜を用いてもよく、例えば、第７実施形態に示したマッハツェンダ型光変調器において、図２４の断面に示すように、第１、第２、第３及び第４の光導波路３，４，３１，３２の側面に半絶縁性ＩｎＰ からなる保護層３９を形成する。
【０２１８】
これによれば、半絶縁性ＩｎＰ からなる保護膜３９により光導波路３，４，３１，３２を被覆しているので、マイクロ波伝搬特性にあまり影響を与えずに、光導波路３，４，３１，３２の光モードを安定化できる。しかも、光導波路３，４，３１，３２の側面を半導体膜で覆う構造は、酸化シリコン膜で覆う構造に比べて、光のモードの安定性や高信頼性に優れている。この場合、光導波路３，４，３１，３２の凹部に埋め込まれる半絶縁性ＩｎＰ の埋込層１０の形成と半絶縁性ＩｎＰ の保護層３９を同時に成長できるので、成膜工程が容易であり、歩留まりおよび素子の信頼性を向上することができる。
【０２１９】
また、保護膜３９により光導波路３，４，３１，３２の側面を覆っても上記した実施形態と同様に内部的にプッシュプル動作でき、他のシステムとの整合性にも優れ、高速で低電圧動作可能なマッハツェンダ型光変調器が実現される。
【０２２０】
なお、第２の光導波路４と第３の光導波路３１の間の隙間を無くすように、第２の光導波路４と第３の光導波路３１の間に半絶縁性半導体、例えばアンドープのＩｎＰ 膜を埋め込んでも同様の効果が得られる。
【０２２１】
ところで、保護膜３９として半絶縁性半導体の代わりに別の物質、例えばｉ型半導体を用いても良い。しかし、保護膜３９としてｉ型の半導体を用いる場合には半絶縁性半導体を用いる場合に比べてマイクロ波の損失が生じ、動作速度が制限されやすい。
【０２２２】
また、上記した第１〜第８の実施形態において、位相変調電極の前後において光導波路３，４，３１，３２の凹部を半絶縁性ＩｎＰ の埋込層１０で埋め込んでいるが、半絶縁性ＩｎＰ の埋込層１０の代わりにｉ型半導体層を形成してもよし、埋め込まなくてもよい。しかし、凹部内の埋込層としてｉ型半導体層を用いた場合には、半絶縁性半導体を用いる場合に比べてマイクロ波の損失が増加し動作速度は制限されやすい。
【０２２３】
その凹部内に何も埋め込まない場合は、光導波路構造を伝搬する光がこの部分で散乱し、本実施形態と比較して光の損失や反射が増加する。また、光導波路３，４，３１，３２に凹部を形成しない場合は、マイクロ波の伝搬損失が増加するため、上記した実施形態に比較して変調速度が制限される。
【０２２４】
また、位相変調電極の前後において光導波路３，４，３１，３２の凹部に酸化シリコンを埋め込んでもよいが、光導波路構造を伝搬する光の散乱が凹部で生じるので、光の損失や反射が増加する。
【０２２５】
上記した実施形態においては半絶縁性の基板１としてＩｎＰ 基板を用いているが、半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いてもよい。また、コア層３ｂ，４ｂ，３１ｂ，３２ｂとしてＧａＩｎＡｓＰ 量子井戸を用いているが、ＧａＩｎＡｓ量子井戸やＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸構造を用いてもよい。また、上側又は下側のクラッド層３ａ，３ｃ，４ａ，４ｃを構成する材料としてＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓを用いてもよい。さらに、光導波路３，４，３１，３２の下の高導電率層２，２ａ，２ｂとしてはｎ型半導体層を用いているが、例えば、光導波路３，４の下の部分をｎ型半導体で、その他の部分を金属で構成してもよい。
【０２２６】
また、上記した本実施形態では、コア層３ｂ，４ｂ，３１ｂ，３２ｂとして量子井戸構造を用いているが、バルクの半導体層を用いてもよい。バルクの半導体層を用いる場合には、量子井戸構造を用いる場合に比べて、電界に対する位相変調効果が小さいため上記した実施形態と比較して駆動電圧が増加しやすい。
【０２２７】
また、上記した実施形態では光導波路構造３，４，２５，３１，３２にｐｉｎ構造の半導体を用いているが、ｉ型半導体を用いてもよい。しかし、ｉ型半導体を用いる場合は上記した実施形態に比べて電界に対する位相変調効果が小さいため駆動電圧が増加する。
【０２２８】
上記した実施形態では、分波器５、合波器６はＩｎＰ 基板１上に形成されているが、外部に形成しても良い。この場合、上記した実施形態に比較して素子が大型化し、光の過剰損失が生じやすい。
【０２２９】
また、上記した施形態では、複数の位相変調電極８，９の前後の間隔、複数の位相変調電極８，９の各々の長さは一定であるが、それらの間隔、長さを一定としない構成としてもよい。この場合、上記した実施形態と比較してマイクロ波の伝搬損失が増加し、変調効率も劣化しやすい。
【０２３０】
上記した実施形態では、分布配線１４，１５はＩｎＰ 基板１の上に空隙をおいたブリッジ状に形成されているが、ＩｎＰ 基板１上に例えば樹脂によって形成した台の上に形成してもよい。この場合、上記した実施形態と比較してマイクロ波の損失が生じ、動作速度が制限されやすい。
【０２３１】
なお、上記した実施形態において、分布配線又は分布配線パターンは、第１〜第４の光導波路には直に接しないように離れて形成することが好ましい。
【０２３２】
なお、上記した実施形態では半導体マッハツェンダ型変調器の例をあげたが、本発明の素子を実施形態の構成を持つような高速の光スイッチやＤＥＭＵＸに利用できることはいうまでもない。
（付記１）半導体基板上に形成され且つ少なくとも一部がドープト半導体からなる第１の高導電率層と、
前記第１の高導電率層上に形成された第１の光導波路と、
前記第１の高導電率層上で前記第１の光導波路から間隔をおいて一側方に形成された第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の双方の光入力部に接続される分波器と、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の双方の光出力部に接続される合波器と、
前記第１の光導波路上に光伝搬方向に間隔をおいて複数形成され且つ互いに電気的に接続される第１の分布電極と、
前記第２の光導波路上に接する接続部分を有し、前記第１の高導電率層から離れて形成され、且つ前記光伝搬方向に沿って配置された第１の接地電極と、
前記半導体基板の上であって前記第１の高導電率層の他側方に形成され且つ前記第１の高導電率層から離れて形成された第２の接地電極と
を有することを特徴とする光半導体装置。
（付記２）前記第１の光導波路上の複数の前記第１の分布電極同士を互いに電気的に接続する第１の分布配線を有し、前記第１の分布配線と前記第１の分布電極により信号電極が構成されることを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
（付記３）前記第１の高導電率層と前記第２の接地電極の間の領域において、前記第１の高導電率層と前記第２の接地電極から離れて前記半導体基板上に配置された信号電極と、
前記信号電極から櫛状に伸びて複数の前記第１の分布電極の各々に個別に接続され，かつ前記第１の光導波路及び前記第１の高導電率層から離れて形成された複数の第１の分布配線とを有することを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
（付記４）前記第１の分布配線と前記第１の分布配線に接続される前記第１の分布電極とそれぞれの前記光伝送方向の長さが等しいことを特徴とする付記３に記載の光半導体装置。
（付記５）前記第１の接地電極の前記接続部分は、前記光伝搬方向に沿って間隔をおいて形成された複数の第２の分布電極であることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記６）前記第１の接地電極は、前記第１の高導電率層の一側方向で且つ前記第１の高導電率層から離れて形成された第１の電極と、前記第１の電極から櫛状に伸びて前記第２の分布電極を前記第１の電極に個別に接続し且つ記第２の光導波路に離れて配置された第２の分布配線とを有することを特徴とする付記５に記載の光半導体装置。
（付記７）前記第１の接地電極は、前記第２の光導波路の前記光の伝搬方向に沿って複数の前記第２の分布電極の隣同士を互いに接続し、且つ前記第２の光導波路上部に接しないように配置された第２の分布配線を有することを特徴とする付記５に記載の光半導体装置。
（付記８）前記第１の高導電率層上において、前記第１の光導波路の他側方の領域に形成され且つ前記第２の接地電極の一部が上部に接続される第１のストライプ層をさらに有することを特徴とする付記１又は付記２に記載の光半導体装置。
（付記９）前記第１の接地電極の前記接続部分は、前記光伝搬方向に沿って間隔をおいて形成された複数の第２の分布電極であり、
前記第２の接地電極が前記第１のストライプ層に接する部分は、前記光伝搬方向に沿って間隔をおいて形成される複数の第３の分布電極である
ことを特徴とする付記８に記載の光半導体装置。
（付記１０）前記第１の接地電極は、前記第１の高導電率層から一側方に離れて形成された第１の電極と、前記第１の電極から櫛状に伸びて前記第２の分布電極に個別に接続され且つ前記第２の光導波路から間隔をおいて形成される第２の分布配線とを有し、
前記第２の接地電極は、前記第１のストライプ層から他側方に離れて形成された第３の電極と、前記第３の電極から櫛状に伸びて前記第３の分布電極に個別に接続され且つ前記第１のストライプ層から間隔をおいて形成される第３の分布配線とを有している
ことを特徴とした付記９に記載の光半導体装置。
（付記１１）複数の前記第２、第３の分布配線の各々の前記光伝搬方向の長さと、前記第２、第３の分布電極の各々の前記光伝搬方向の長さが等しいことを特徴とする付記１０に記載の光半導体装置。
（付記１２）前記第２の分布電極を含む前記第１の接地電極は、前記光の伝搬方向に沿って前記第２の分布電極の隣同士を互いに接続し、かつ前記第２の光導波路上部に接しないように配置された第２の分布配線を含み、
前記第３の分布電極を含む前記第２の接地電極は、前記光の伝搬方向に沿って前記第３の分布電極の隣同士を互いに接続し、かつ前記第１の誘電体層上部に接しないように配置された第３の分布配線を含んでなることを特徴とする付記９に記載の光半導体装置。
（付記１３）前記第１のストライプ層は、誘電体材料から構成されていることを特徴とする付記８乃至付記１２のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１４）前記第１のストライプ層は、前記第１及び第２の光導波路と同じ層構造を有することを特徴とする付記８乃至付記１３のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１５）前記半導体基板上において、前記第２の接地電極と前記第１の高導電率層の間で且つ前記第２の接地電極と前記第１の高導電層から離れて形成された第２の高導電率層と、
前記第２の高導電率層上に形成され且つ前記第２の接地電極の接続部分が上部に接続される第１のストライプ層と、
前記第２の高導電率層上であって前記第１のストライプ層から一側方に離れて形成された第２のストライプ層と、
前記第２のストライプ層のうち前記光の伝搬方向に沿って間隔をおいて形成され且つ複数の前記第１の分布電極に電気的に接続される複数の第４の分布電極とを有することを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
（付記１６）複数の前記第１の分布電極同士を前記光伝搬方向に互いに接続し且つ前記第１の光導波路から離れて形成される第１の分布配線と、
複数の前記第４の分布電極同士を互いに接続し且つ前記第２のストライプ層から離れて形成される第４の分布配線と、
前記第１、第４の分布電極、前記第１及び第４の分布配線とを含む信号電極とを有することを特徴とする付記１５に記載の光半導体装置。
（付記１７）前記半導体基板上であって前記第１の高導電率層と前記第２の高導電率層の間の領域で前記第１及び第２の高導電率層から離れて形成された第２の電極と、
前記第２の電極の一側から櫛状に分岐されて複数の前記第１の分布電極に個別に接続される複数の第１の分布配線と、
前記第２の電極の他側から櫛状に分岐されて複数の前記第４の分布電極に個別に接続される複数の第４の分布配線と
を有することを特徴とする付記１５に記載の光半導体装置。
（付記１８）前記第１、第４の分布配線と前記第１、第４の分布電極のうち前記光伝搬方向のそれぞれの長さが等しいことを特徴とする付記１７に記載の光半導体装置。
（付記１９）前記第１の接地電極の前記接続部分は、前記光伝搬方向に沿って間隔をおいて形成された複数の第２の分布電極であり、
前記第２の接地電極は前記第１のストライプ層の上部において前記光の伝搬方向に沿って間隔をおいて形成された複数の第３の分布電極を有する
ことを特徴とする付記１５乃至付記１８のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記２０）前記第１の接地電極は、複数の前記２の分布電極の他に、前記第１の光導波路の一側方であって前記第１の高導電率層から一側方に離れて前記半導体基板上に形成された第１の電極と、前記第１の電極から櫛状に延びて前記第２の分布電極に個別に接続される複数の第２の分布配線とを有し、
さらに、前記第２の接地電極は、複数の前記３の分布電極の他に、前記第１のストライプ層の他側方であって前記第２の高導電率層から他側方に離れて前記半導体基板上に形成された第３の電極と、前記第３の電極から櫛状に延びて前記第３の分布電極に個別に接続される複数の第３の分布配線とを有する
ことを特徴とする付記１９に記載の光半導体装置。
（付記２１）前記光伝搬方向において、前記第２の分布電極の個々の長さは前記第２の分布電極の個々の長さに等しく、さらに、前記第３の分布電極の個々の長さは前記第３の分布電極の個々の長さに等しいことを特徴とする付記２０に記載の光半導体装置。
（付記２２）前記第１の接地電極は、複数の前記第２の分布電極同士を前記光伝搬方向に互いに接続する第２の分布配線を有し、
前記第２の接地電極は、複数の前記第３の分布電極同士を前記光伝搬方向に互いに接続する第３の分布配線を有する
ことを特徴とする付記１９に記載の光半導体装置。
（付記２３）前記第１の光導波路と前記第２のストライプ層の間は高抵抗体により埋め込まれていることを特徴とする付記１５、付記１６、付記２１、付記２２のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記２４）前記第１のストライプ層と第２のストライプ層の少なくとも一方は、前記第１及び第２の光導波路と同じ層構造を有することを特徴とする付記１５乃至付記２２のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記２５）前記第１の光導波路と第２の光導波路のうち少なくとも一方は、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層からなるｐｉｎ接合構造を有していることを特徴とする付記１乃至付記２４のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記２６）前記第１の光導波路と第２の光導波路のうち少なくとも一方において、前記第１の分布電極と前記第１の接地電極の前記接続部分とのいずれにも接していない領域の前記ｉ型半導体層より上の層が除去されて除去部分となっていることを特徴とする付記２５に記載の光半導体装置。
（付記２７）前記除去部分内には高抵抗体が埋め込まれていることを特徴とする付記２６に記載の光半導体装置。
（付記２８）少なくとも前記第１及び第２の光導波路の両側面は、高抵抗体で覆われていることを特徴とする付記１乃至付記２７のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記２９）前記高抵抗体は、半絶縁性半導体であることを特徴とする付記２３１、付記２７、付記２８のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記３０）前記第１及び第２の光導波路は量子井戸構造を有することを特徴とする付記１乃至付記２９のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記３１）前記分波器、前記合波器は前記半導体基板の上に配置されていることを特徴とする付記１乃至付記３０のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記３２）前記第１の高導電率層には直流バイアス電圧を印加するバイアス源が接続されていることを特徴とする付記１乃至付記３１のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記３３）前記第１の光導波路の上の複数の第１の分布電極には信号源が接続されることを特徴とする付記１乃至付記３２のいずれかに記載の光半導体装置。
【０２３３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高導電率層上に形成された第１及び第２の光導波路に直流バイアス電界を印加し、信号電極から高導電率層を介して第１及び第２の光導波路に互いに逆向きの高周波電界を印加するようにしたので、第１の光導波路を含んでなる位相変調器と、第２の光導波路を含んでなる位相変調器をプッシュプル駆動することができる。
【０２３４】
しかも、信号電極に対し第１、第２の接地電極を有し、コプレーナ型のマイクロ波導波路構造となるため、放射損が少なく、他のシステムとの整合性にも優れている。また、光導波路構造下部に高導電率層を有しており、光導波路構造に効率的に電界を印加することができるため、低電圧駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ） は、第１の従来技術に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図及び断面図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ） は、第１の従来技術に係るマッハツェンダ型変調器の等価回路図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ），（ｃ） は、第２の従来技術に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図、部分拡大平面図及び断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図５】図５（ａ） は、図４に示した本発明の第１実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＩＩＩ−ＩＩＩ 線断面図、図５（ｂ） は図４の部分拡大平面図、及び図５（ｃ） は図５（ｂ） のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係るマッハツェンダ型変調器の等価回路図である。
【図７】図７（ａ） は、本発明の第１実施形態に係るマッハツェンダ型変調器の膜厚の方向の等価回路図、図７（ｂ），（ｃ） は図７（ａ） の動作を説明する等価回路図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図９】図９（ａ） は、図８に示した本発明の第２実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＶ−Ｖ線断面図、図９（ｂ） は図８の部分拡大平面図、及び図９（ｃ） は図９（ｂ） のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係るマッハツェンダ型変調器の等価回路図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図１２】図１２（ａ） は、図１１に示した本発明の第３実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＶＩＩ−ＶＩＩ 線断面図、図１２（ｂ） は図１１の部分拡大平面図、及び図１２（ｃ） は図１２（ｂ） のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３実施形態に係るマッハツェンダ型変調器の等価回路図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図１５】図１５（ａ） は、図１４に示した本発明の第４実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＶＩＩＩＩ−ＶＩＩＩＩ 線断面図、図１５（ｂ） は図１４の部分拡大平面図、及び図１５（ｃ） は図１５（ｂ） のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図１７】図１７（ａ） は、図１６に示した本発明の第５実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＸＩ−ＸＩ 線断面図、図１７（ｂ） は図１６の部分拡大平面図、及び図１７（ｃ） は図１７（ｂ） のＸＩＩ−ＸＩＩ 線断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第６実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図１９】図１９（ａ） は、図１８に示した本発明の第６実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図、図１９（ｂ） は図１８の部分拡大平面図、及び図１９（ｃ） は図１９（ｂ） のＸＩＩＩＩ−ＸＩＩＩＩ 線断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第７実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図２１】図２１（ａ） は、図２０に示した本発明の第７実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＸＶ−ＸＶ線断面図、図２１（ｂ） は図２０の部分拡大平面図、及び図２１（ｃ） は図２１（ｂ） のＸＶＩ−ＸＶＩ 線断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の第８実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す平面図である。
【図２３】図２３（ａ） は、図２２に示した本発明の第８実施形態に係るマッハツェンダ型変調器のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図、図２３（ｂ） は図２２の部分拡大平面図、及び図２３（ｃ） は図２３（ｂ） のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ 線断面図である。
【図２４】図２４は、本発明のその他の実施形態に係るマッハツェンダ型変調器を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ＩｎＰ （半導体）基板、２，２ａ，２ｃ…高導電率層、３，４，２５，３１，３２…光導波路、５…分波器、６…合波器、７…保護絶縁膜、８，９，２６，３３，３４，３７…位相変調電極（分布電極）、１０…埋込層、１１…第１の電極、１２…第２の電極、１３、２７，３６…第３の電極、１１ａ，１２ａ，１３ａ…分布配線パターン、１４，１５，２８…分布配線、１６…高周波信号源、１７ａ，１７ｂ…抵抗、１８…バイアス電極、１９…インタクタ、２０…直流電圧用電源。

Claims (10)

1. 半導体基板上に形成され且つ少なくとも一部がドープト半導体からなる第１の高導電率層と、
   前記第１の高導電率層上に形成された第１の光導波路と、
   前記第１の高導電率層上で前記第１の光導波路から間隔をおいて一側方に形成された第２の光導波路と、
   前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の双方の光入力部に接続される分波器と、
   前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路の双方の光出力部に接続される合波器と、
   前記第１の光導波路上に光伝搬方向に間隔をおいて複数形成され且つ互いに電気的に接続される第１の分布電極と、
   前記第２の光導波路上に接する接続部分を有し、前記第１の高導電率層から離れて形成され、且つ前記光伝搬方向に沿って配置された第１の接地電極と、
   前記半導体基板の上であって前記第１の高導電率層の他側方に形成され且つ前記第１の高導電率層から離れて形成された第２の接地電極と
   を有することを特徴とする光半導体装置。
2. 前記第１の光導波路上の複数の前記第１の分布電極同士を互いに電気的に接続する第１の分布配線を有し、前記第１の分布配線と前記第１の分布電極により信号電極が構成されることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
3. 前記第１の高導電率層と前記第２の接地電極の間の領域において、前記第１の高導電率層と前記第２の接地電極から離れて前記半導体基板上に配置された信号電極と、
   前記信号電極から櫛状に伸びて複数の前記第１の分布電極の各々に個別に接続され，かつ前記第１の光導波路及び前記第１の高導電率層から離れて形成された複数の第１の分布配線とを有することを特徴とする請求項１ に記載の光半導体装置。
4. 前記第１の接地電極の前記接続部分は、前記光伝搬方向に沿って間隔をおいて形成された複数の第２の分布電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体装置。
5. 前記第１の接地電極は、前記第１の高導電率層の一側方向で且つ前記第１の高導電率層から離れて形成された第１の電極と、前記第１の電極から櫛状に伸びて前記第２の分布電極を前記第１の電極に個別に接続し且つ記第２の光導波路に離れて配置された第２の分布配線とを有することを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。
6. 前記第１の接地電極は、前記第２の光導波路の前記光の伝搬方向に沿って複数の前記第２の分布電極の隣同士を互いに接続し、且つ前記第２の光導波路上部に接しないように配置された第２の分布配線を有することを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。
7. 前記第１の高導電率層上において、前記第１の光導波路の他側方の領域に形成され且つ前記第２の接地電極の一部が上部に接続される第１のストライプ層をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光半導体装置。
8. 前記半導体基板上において、前記第２の接地電極と前記第１の高導電率層の間で且つ前記第２の接地電極と前記第１の高導電層から離れて形成された第２の高導電率層と、
   前記第２の高導電率層上に形成され且つ前記第２の接地電極の接続部分が上部に接続される第１のストライプ層と、
   前記第２の高導電率層上であって前記第１のストライプ層から一側方に離れて形成された第２のストライプ層と、
   前記第２のストライプ層のうち前記光の伝搬方向に沿って間隔をおいて形成され且つ複数の前記第１の分布電極に電気的に接続される複数の第４の分布電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
9. 複数の前記第１の分布電極同士を前記光伝搬方向に互いに接続し且つ前記第１の光導波路から離れて形成される第１の分布配線と、
   複数の前記第４の分布電極同士を互いに接続し且つ前記第２のストライプ層から離れて形成される第４の分布配線と、
   前記第１、第４の分布電極、前記第１及び第４の分布配線とを含む信号電極とを有することを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。
10. 前記半導体基板上であって前記第１の高導電率層と前記第２の高導電率層の間の領域で前記第１及び第２の高導電率層から離れて形成された第２の電極と、
    前記第２の電極の一側から櫛状に分岐されて複数の前記第１の分布電極に個別に接続される複数の第１の分布配線と、
    前記第２の電極の他側から櫛状に分岐されて複数の前記第４の分布電極に個別に接続される複数の第４の分布配線と
    を有することを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。

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