JP2009086111A - 光変調器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で安定した所望の負チャープ特性が得られるマッハツェンダー型の光変調器を提供する。
【解決手段】入射光ＩＮは光分波器１３で２分岐され、アーム導波路２０ａ，２０ｂでそれぞれ変調電圧Ｖａ，Ｖｂによってプッシュ−プル駆動された後、光合波器１４で合波されて変調された出射光ＯＵＴが出力される。出射光ＯＵＴは、変調電圧Ｖａ，Ｖｂに応じて強度が変調されると同時に、アーム導波路２０ａ，２０ｂの等価屈折率の変化により、波長が変化する。これをチャープ現象といい、光ファイバによる長距離伝送では、ファイヤの材質や光の波長に応じて最適なチャープ特性が求められる。アーム導波路２０ａ，２０ｂは、それぞれ層数の異なるＭＱＷ導波路層２２ａ，２２ｂで構成しているので、この層数を変えることにより、容易に安定した所望の負チャープ特性を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信や光情報処理システム等に用いられるマッハツェンダー型の光変調器、特にその波長チャープ特性の制御に関するものである。

図２は、従来のマッハツェンダー型の光変調器の構成を示す平面図である。
マッハツェンダー型の光変調器は、光を一旦２つに分岐させて再び合波させるときの干渉条件によって光のオン・オフを行う光強度変調器で、分岐した２つの光の導波路上に設けた電極に変調用の電圧を印加することで、合波するときの干渉条件を変えるようにしている。

即ち、この光変調器は、図２に示すように、基板１の表面に形成されるもので、入射光ＩＮが与えられる入射導波路２を有している。入射導波路２には光分波器３が接続され、この光分波器３によって入射光ＩＮが２つに分岐されるようになっている。光分波器３の２つの出力側には、それぞれ第１アーム導波路４ａと第２アーム導波路４ｂの入力端が接続されている。第１アーム導波路４ａと第２アーム導波路４ｂの出力端は、光合波器５に接続されている。光合波器５は、第１アーム導波路４ａと第２アーム導波路４ｂから与えられる光を合わせて出射導波路６に出力するものである。

更に、第１アーム導波路４ａと第２アーム導波路４ｂの表面には、それぞれ第１変調電極７ａと第２変調電極７ｂが形成されている。なお、図示していないが、基板１の裏面には共通の電極が形成され、この共通の電極と第１及び第２変調電極７ａ，７ｂの間に、変調用の電圧が印加されるようになっている。

次に動作を説明する。
入射導波路２に与えられた入射光ＩＮは、光分波器３によって２つの光束に分けられ、それぞれ第１アーム導波路４ａと第２アーム導波路４ｂに入射される。第１アーム導波路４ａと第２アーム導波路４ｂに入射された光束は、それぞれ第１変調電極７ａと第２変調電極７ｂに印加される電圧に応じて生ずる導波路の屈折率の変化によって位相変調を受けて出力端から出射される。第１アーム導波路４ａと第２アーム導波路４ｂから出射される光束は、光合波器５によって合波され、出射導波路６に出力される。従って、出射導波路６から出力される出射光ＯＵＴの強度は、第１変調電極７ａと第２変調電極７ｂに印加された変調用の電圧で生じた光束の位相差に応じて変化する。

このようなマッハツェンダー型の光変調器を駆動する方法には、２つのアーム導波路４ａ，４ｂの内の一方のみを変調する単一アーム駆動と、両方のアーム導波路４ａ，４ｂをプッシュ−プル型に駆動する両相アーム駆動がある。

単一アーム駆動では、一方のみアーム導波路のみしか駆動されないので、変調用に高い電圧が必要であるが、光強度がオフからオンに切り替わるときに光の周波数が低くなる（波長が長くなる）という負チャープ特性を呈するので、長距離光通信に適している。一方、両相アーム駆動は、駆動電圧を低減することができるので、広く使用されている。

図３は、図２の光変調器を両相アーム駆動した場合のチャープ特性図である。
図３に示すように、この光変調器では、光強度がオフからオンに移り変わる瞬間に、出射光の波長が低周波側に変化し、逆に光強度がオンからオフに移り変わる瞬間には、波長が高周波側に変化する負チャープ特性を呈し、その変化量を示すαパラメータ（αパラメータについては後述する）の値は約−０．２である。

通常のシングルモード光ファイバ（１５５０ｎｍ帯で１６〜２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの波長分散を持つ光ファイバ）を使用して通信を行う場合、例えば下記非特許文献１に示されるように、負チャープ特性により伝送すると同時に光パルスが圧縮を受けて長距離まで伝搬することが可能となることが知られている。特に、１６〜２０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの波長分散を持つ光ファイバにおける最適なαパラメータは、約−０．７であることが知られているが、図２の光変調器では、チャープ量が小さくて最適なαパラメータを得られないだけでなく、場合によっては、光強度がオフからオンに切り替わるときに光の周波数が高くなる（波長が短くなる）正チャープ特性を呈するという問題があった。

この問題を解決するために、下記の特許文献１には、光分波器３によって入射光ＩＮを２つに分岐するときに、光の強度を１対１ではなく、４対６や、３対７となるように分岐比を不均一にすることによってチャープ量を制御し、プッシュ−プル型の両相アーム駆動で所望の負チャープ特性を得るための工夫が記載されている。

米国特許第５５２４０７６号明細書 IEEE Journal of Lightwave Technology,vol.6,No.1,1988 F.Koyama & K.Iga "Frequency chirping in external modulators" p.87

しかしながら、前記特許文献１に記載された光分波器によって入射光を不均一に分岐する場合、所望の分岐比を得るための光分波器の製造が極めて困難で、歩留まりが悪いという課題があった。

本発明は、製造が容易で安定した所望の負チャープ特性が得られるマッハツェンダー型の光変調器を提供することを目的としている。

本発明は、入射される光を２つに分岐する光分波器と、前記分岐された光の内の一方を導いて第１の変調信号でその位相を変化させて出力する第１の導波路と、前記分岐された光の内の他方を導いて第２の変調信号でその位相を変化させて出力する第２の導波路と、前記第１及び第２の導波路から出力される光を合成して変調された光を出射する光合波器とを備えた光変調器において、前記第１の導波路で前記第１の変調信号の電界が印加されるコア層の厚さと、前記第２の導波路で前記第２の変調信号の電界が印加されるコア層の厚さを、異なる厚さに形成したことを特徴としている。

また、本発明では、このような光変調器を、例えば、基板上に前記第１及び第２の導波路のコア層となる下側光閉じ込め層、複数のバリア層と量子井戸層を交互に積層した多重量子井戸導波路層、及び上側光閉じ込め層を順次形成するコア層形成処理と、前記第２の導波路に対応する箇所の前記上側光閉じ込め層、及び前記多重量子井戸導波路層を構成する複数のバリア層と量子井戸層の内の一部を、選択的ウエットエッチングによって除去する層数調整処理と、前記層数調整処理を行った基板表面にクラッド層とキャップ層を順次形成した後、エッチングによってメサ構造の前記第１及び第２の導波路を形成する導波路形成処理を順次行うことによって製造することを特徴としている。

本発明では、入射された光が光分波器で２つに分岐され、コア層の厚さが異なる第１及び第２の導波路に与えられるようになっている。これにより、光分波器の分岐比が１対１であっても、第１及び第２の導波路の厚さの割合を変化させることにより、所望のチャープ特性を得ることができる。第１及び第２の導波路の厚さを変えることは、光分波器の分岐比を変えることに比べて、容易に高精度を達成することができる。従って、本発明により、製造が容易で安定した所望の負チャープ特性を有するマッハツェンダー型の光変調器が得られるという効果がある。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例１を示すマッハツェンダー型の光変調器の構成図であり、同図（ａ）は平面図、及び同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿う部分の断面図である。

この光変調器は、図１（ａ）に示すように、例えばｎ導電型不純物がドーピングされたＩｎＰによる基板１１の表面に形成されるもので、入射光が与えられる第１及び第２の入射導波路１２ａ，１２ｂを有している。入射導波路１２ａ，１２ｂは、多モード干渉素子で構成される光分波器１３に接続され、この光分波器１３によって入射光が２等分されて出力されるようになっている。

光分波器１３の２つの出力側には、それぞれ第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂの入力端が接続され、これらの第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂの出力端が、光合波器１４に接続されている。光合波器１４は、第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂから与えられる光を合わせ、第１及び第２の出射導波路１５ａ，１５ｂに出力するものである。更に、第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂの表面には、それぞれ第１変調電極１６ａと第２変調電極１６ｂが形成されている。

第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂは、図１（ｂ）にその断面を示すように、基板１１の表面に形成された下側ＳＣＨ(Separate Confinement Heterstructure:光閉じ込め）層２１ａ，２１ｂを有している。これらの下側ＳＣＨ層２１ａ，２１ｂは、不純物がドーピングされていないノンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体で形成されている。

第１アーム導波路２０ａは、下側ＳＣＨ層２１ａの上に、例えば２５層のＭＱＷ(Multi Quantum Well:多重量子井戸)導波路層２２ａと、上側ＳＣＨ層２３ａと、クラッド層２４ａと、キャップ層２５ａを順次形成したもので、このキャップ層２５ａの上に第１変調電極１６ａが形成されている。これに対して、第２アーム導波路２０ｂは、下側ＳＣＨ層２１ｂの上に、例えば１８層のＭＱＷ導波路層２２ｂと、クラッド層２４ｂと、キャップ層２５ｂを順次形成したもので、このキャップ層２５ｂの上に第２変調電極１６ｂが形成されている。即ち、第２アーム導波路２０ｂは、第１アーム導波路２０ａに比べてＭＱＷ導波路を構成する層数が少なく、かつ上側ＳＣＨ層を有していない。

ＭＱＷ導波路層２２ａ，２２ｂは、ノンドープＩｎＰ半導体によるバリア層とノンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体による量子井戸層を交互に積層したもので、ＭＱＷ導波路層２２ａではバリア層に挟まれる量子井戸層が２５層、ＭＱＷ導波路層２２ｂではバリア層に挟まれる量子井戸層が１８層となっている。

上側ＳＣＨ層２３ａは、下側ＳＣＨ層２１ａと同様にノンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体で形成されたもので、この下側ＳＣＨ層２１ａと共に、第１アーム導波路２０ａを伝搬する光の大部分をＭＱＷ導波路層２２ａ内に閉じ込めるためのものである。

また、クラッド層２４ａ，２４ｂは、ｐ導電型不純物がドーピングされたＩｎＰで構成され、キャップ層２５ａ，２５ｂは、ｐ導電型不純物がドーピングされたＩｎＧａＡｓで構成されている。更に、基板１１の裏面には共通電極１７が形成され、この共通電極１７と第１及び第２変調電極１６ａ，１６ｂの間に、変調用の電圧が印加されるようになっている。

図４は、図１の光変調器の製造方法を示す工程図であり、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿う部分の断面を示している。以下、この図４を参照しつつ、図１の光変調器の製造方法を説明する。

（工程１） 先ず、ｎ導電型不純物がドーピングされたＩｎＰの基板１１の表面全体に、下側ＳＣＨ層２１ａ，２１ｂとなるノンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体による下側ＳＣＨ層２１を形成する。続いて、この下側ＳＣＨ層２１の上に、厚さ１０ｎｍ程度のＩｎＰによるバリア層と、同じく厚さ１０ｎｍ程度のＩｎＧａＡｓＰによる量子井戸層を交互に結晶成長させて積層し、２５層のＭＱＷ導波路層２２を形成する。また、このＭＱＷ導波路層２２の上に、上側ＳＣＨ層２３ａとなるノンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体による上側ＳＣＨ層２３を形成する。

（工程２） 第２アーム導波路２０ｂのＭＱＷ導波路層２２ｂの層数を削減するために、上側ＳＣＨ層２３の上に、この第２アーム導波路２０ｂ部分（図１の平面図中に点線枠Ｍで囲った部分）を開口するエッチングマスクＭＳＫ１を形成する。そして、このエッチングマスクＭＳＫ１を用いて、第２アーム導波路２０ｂに対応する上側ＳＣＨ層２３をエッチングにより除去する。上側ＳＣＨ層２３はＩｎＧａＡｓＰで構成されているので、硫酸と過酸化水素水の混合液（例えば、Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝３：１：１０）を用いた選択的ウエットエッチングで確実に除去することができる。このとき、ＩｎＰで構成されるバリア層が、エッチングストッパとして作用する。

上側ＳＣＨ層２３を除去した後、ＭＱＷ導波路層２２ｂを構成する一番上側のバリア層をエッチングにより除去する。バリア層はＩｎＰで構成されているので、塩酸（例えば、ＨＣｌ：Ｈ_２Ｏ＝１：１）を用いた選択的ウエットエッチングで確実に除去することができる。このとき、ＩｎＧａＡｓＰで構成される量子井戸層が、エッチングストッパとして作用する。

更に、ＭＱＷ導波路層２２ｂを構成する一番上（第２５層目）の量子井戸層をエッチングで除去する。量子井戸層はＩｎＧａＡｓＰで構成されているので、上側ＳＣＨ層２３と同様に、硫酸と過酸化水素水の混合液を用いた選択的ウエットエッチングで確実に除去することができる。このように、硫酸と過酸化水素水の混合液と塩酸を交互に使用して、２５層目から１９層目までの量子井戸層とバリア層を順次除去する。

（工程３） レジストマスクＭＳＫ１を除去し、ＭＱＷ導波路層２２ｂ領域の上側ＳＣＨ層２３とＭＱＷ導波路層２２の一部が除去された基板１１の表面全体に、クラッド層２４ａ，２４ｂとなるｐ導電型不純物がドーピングされたＩｎＰ層２４と、キャップ層２５ａ，２５ｂとなるｐ導電型不純物がドーピングされたＩｎＧａＡｓ層２５を順次形成する。更に、ＩｎＧａＡｓ層２５の表面に、第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂを形成するためのエッチングマスクＭＳＫ２を形成する。

（工程４） エッチングマスクＭＳＫ２を用いてＩｎＧａＡｓ層２５から下側ＳＣＨ層２１までをエッチングで除去し、導波路の幅が適切な値（例えば、２μｍ）となるようにメサ構造を形成する。

（工程５） その後、レジストマスクＭＳＫ２を除去し、保護膜形成、電極形成及び基板研磨等の通常の光デバイス作成工程を用いてデバイスを形成する。

次に、このマッハツェンダー型の光変調器の動作を説明する。
例えば、入射光ＩＮを第１の入射導波路１２ａから入力し、第１の出射導波路１５ａから出力される出射光ＯＵＴを用いる場合、第１アーム導波路２０ａにおける電気−光相互作用長（第１変調電極１６ａの長さにほぼ一致）と等価屈折率をそれぞれＬａ，ＮＥａとし、第２アーム導波路２０ｂにおける電気−光相互作用長（第２変調電極１６ｂの長さにほぼ一致）と等価屈折率をそれぞれＬｂ，ＮＥｂとすると、出射光ＯＵＴの状態は次のようになる。但し、λは光の波長、ｎは任意の整数である。
（Ｌａ×ＮＥａ）−（Ｌｂ×ＮＥｂ）＝２ｎ×λ／２ のときオフ状態
（Ｌａ×ＮＥａ）−（Ｌｂ×ＮＥｂ）＝（２ｎ＋１）×λ／２ のときオン状態

ここで、第１変調電極１６ａと第２変調電極１６ｂのいずれか一方または両方に電圧を印加すると、印加された電圧に応じて等価屈折率ＮＥａ，ＮＥｂが変化し、出射光ＯＵＴがオン状態とオフ状態の間で切り替わる。

このとき、印加した電圧に応じて出射光ＯＵＴの強度が変調されると同時に、導波路の等価屈折率が変化する影響を受けて、この出射光ＯＵＴの波長も変化する。この現象をチャーピングと呼び、その大きさは次の（１）式で示されるαパラメータで表される。
α＝Ｅ（ｄφ／ｄｔ）／（ｄＥ／ｄｔ） ・・（１）

ここで、Ｅは出射光ＯＵＴの電界強度、φは位相であり、これらのＥとφの関係は、一般的に次の（２）式で表すことができる。

但し、Ｅ_０は定数、Ｒは２つのアーム導波路２０ａ，２０ｂに入射する光強度の分岐比（Ｐａ／Ｐｂ）の平方根、Γａ，Γｂはそれぞれアーム導波路２０ａ，２０ｂにおける光閉じ込め係数、Ｖｉは（ｉはａまたはｂ）は第１または第２アーム導波路２０ａ，２０ｂで実際に変調用の電界がかかるノンドープ半導体によるコア層（下側ＳＣＨ層２１、ＭＱＷ導波路層２２及び上側ＳＣＨ層２３）に印加される変調電圧、ｄｉ（ｉはａまたはｂ）は第１または第２アーム導波路２０ａ，２０ｂのコア層の厚さである。また、Δα（Ｖｉ／ｄｉ）は第１または第２アーム導波路２０ａ，２０ｂを構成する量子井戸１層当たりの損失変化量、Δβ（Ｖｉ／ｄｉ）は第１または第２アーム導波路２０ａ，２０ｂを構成する量子井戸１層当たりの伝搬定数変化量、Ｌは第１及び第２アーム導波路２０ａ，２０ｂにおける電気−光相互作用長（第１及び第２変調電極１６ａ，１６ｂの長さにほぼ一致する）、φ０は第１及び第２変調電極１６ａ，１６ｂに電圧を印加しない条件で第１及び第２アーム導波路２０ａ，２０ｂを伝搬する光の間に元々存在している初期位相差である。

この（２）式の第１項は第１アーム導波路２０ａを通過した後の光電界、第２項は第２アーム導波路２０ｂを通過した後の光電界をそれぞれ表しており、これらの２つの光電界に分岐比Ｒの重み付けをして足し合わせることにより、出射光ＯＵＴの全体の光電界が表されていることがわかる。この（２）式から求められるＥとφを（１）式に導入することにより、αパラメータを求めることができる。また、プッシュ−プル型両相アーム駆動の場合、Ｖａ，Ｖｂは次式の条件を満足することになる。
｜ΔＶａ｜＝｜ΔＶｂ｜ かつ Ｖａ＋Ｖｂ＝一定
但し、個々で、ΔＶｉは、Ｖｉの最大値と最小値の差を意味する。

本実施例では、アーム導波路２０ａ，２０ｂに入射する光強度Ｐａ，Ｐｂを等しくし、第１及び第２アーム導波路２０ａ，２０ｂの構造を変えているので、（２）式は、次の（３）式のように書き表される。

従って、第１及び第２アーム導波路２０ａ，２０ｂの、それぞれの光閉じ込め係数Γａ，Γｂや、コア層の厚さｄａ，ｄｂ等を適切に設定することにより、αパラメータを所望の値に制御することができる。

ちなみに、前記特許文献１に記載されたマッハツェンダー型の光変調器では、第１及び第２アーム導波路を同一構造とし、これらの第１及び第２アーム導波路に入射する光強度を変えているので、（２）式は次の（４）式のように書き表される。

図５は、図１の光変調器のチャープ特性を示す図であり、同図（ａ）は第１及び第２アーム導波路２０ａ，２０ｂに印加される変調電圧Ｖａ，Ｖｂと、これに対する出射光ＯＵＴの光強度と波長変化量の波形を示し、同図（ｂ）はαパラメータの特性を示している。なお、図５（ｂ）中の破線は、図２の光変調器のαパラメータの特性である。

図５（ａ）に示すように、この光変調器では、図３に示す従来の光変調器の特性に比べて、波長のチャープ量が大きくなっていることが確認される。図５（ｂ）は、この現象を（１）式で表されるαパラメータを用いて表現したもので、横軸に光強度の相対値、縦軸にαパラメータを示している。光強度の相対値が０．５であるときのαパラメータの値をデバイスのαパラメータと定義すると、このデバイスのαパラメータは、ほぼ−０．７の最適な値となっていることが分かる。一方、従来のデバイスのαパラメータはほぼ−０．２である。

なお、この光変調器では、第１及び第２アーム導波路２０ａ，２０ｂを構成するＭＱＷ導波路層２２ａ，２２ｂの量子井戸層数が異なっているので、光の等価屈折率ＮＥａ，ＮＥｂが異なってしまい、これらのアーム導波路２０ａ，２０ｂを進む２つの光が光合波器１４で合波されるときの位相差が所望の値からずれるおそれがある。これに対応し、下側ＳＣＨ層２１や上側ＳＣＨ層２３の厚さを変えることにより、光の等価屈折率ＮＥａ，ＮＥｂの差を調整し、合波されたときの位相差を所望の値に設定することができる。特に、図１（ｂ）に示すように、第２アーム導波路２０ｂには上側ＳＣＨ層がないので、第１アーム導波路２０ａの上側ＳＣＨ層２３ａの厚さを変えることで、位相差を容易に調節することができる。

以上のように、この実施例１のマッハツェンダー型の光変調器は、第１及び第２アーム導波路２０ａ，２０ｂを構成するＭＱＷ導波路層２２ａ，２２ｂの量子井戸層数を非対称に構成しているので、光分岐器の分岐比を非対称にする必要がなくなり、製造が容易で安定した所望の負チャープ特性を得ることができるという利点がある。

図６は、本発明の実施例２を示す光変調器の製造工程図であり、実施例１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

この製造方法で製造される光変調器は、基本的には実施例１と同様に、２つのアーム導波路の量子井戸構造を非対称にするものであるが、本製造方法ではエッチングによって量子井戸数を変えるのではなく、量子井戸数は同じであるが個々の量子井戸の厚さを変えることで非対称性を持たせるようにしたものである。

（工程１） 基板表面に２つのアーム導波路２０ａ，２０ｂを形成する前に、厚い方のアーム導波路２０ａを形成する箇所の僅かに外側に相当する基板１１の表面に、その導波路形成予定箇所を挟むように、選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２を形成する。選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２は、そのマスク表面への結晶成長を阻止するもので、例えばＳｉＯ_２等のように、結晶を成長した後で容易に除去することができる性質を有する材料を用いる。

（工程２） 選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２を用いて、基板１１の表面にＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等の一般的に用いられる結晶成長法で、下側ＳＣＨ層２１と、２５層の量子井戸によるＭＱＷ導波路層２２と、上側ＳＣＨ層２３を順次形成する。これにより、選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２で挟まれた領域（アーム導波路２０ａの形成領域）に形成される下側ＳＣＨ層２１と、ＭＱＷ導波路層２２と、上側ＳＣＨ層２３の厚さが、挟まれていない領域（アーム導波路２０ｂの形成領域）よりも厚くなる。これは、選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２の上で結晶化できなかった成長種が基板１１側で成長することによるものである。この層の厚さの差は、選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２の幅が広いほど顕著に現れる。

（工程３） 選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２を除去し、この選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２が除去された基板１１の表面と上側ＳＣＨ層２３の表面に、クラッド層２４ａ，２４ｂとなるＩｎＰ層２４と、キャップ層２５ａ，２５ｂとなるＩｎＧａＡｓ層２５を順次形成する。

（工程４） ＩｎＧａＡｓ層２５の表面に、第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂを形成するためのエッチングマスクＭＳＫＢを形成し、このエッチングマスクＭＳＫＢを用いてＩｎＧａＡｓ層２５から下側ＳＣＨ層２１までをエッチングで除去し、導波路の幅が適切な値（例えば、２μｍ）となるようにメサ構造を形成する。

（工程５） その後、エッチングマスクＭＳＫＢを除去し、保護膜形成、電極形成及び基板研磨等の通常の光デバイス作成工程を用いてデバイスを形成する。

以上の工程で製造された光変調器は、厚さが異なる非対称の第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂを有しているので、その動作は実施例１の光変調器と同様であり、同様の利点を有する。

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。

（ａ） 実施例１では、ＭＱＷ導波路層２２ａ，２２ｂの量子井戸数をそれぞれ２５層，１８層にしているが、量子井戸数は任意である。同様に、実施例２のＭＱＷ導波路層２２ａ，２２ｂの量子井戸数も２５層に限定するものではない。

（ｂ） 実施例２では、ＭＱＷ導波路層２２ａの形成予定箇所を挟むように、選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２を設けているが、この選択成長マスク対ＭＳＫＡ１，ＭＳＫＡ２に加えて、ＭＱＷ導波路層２２ｂの形成予定箇所を挟むように幅の異なる選択成長マスク対を設けても良い。

（ｃ） 第１アーム導波路２０ａと第２アーム導波路２０ｂのコア層として、バリア層と、量子井戸層を交互に積層したＭＱＷ導波路層を使用しているが、例えばノンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体によるバルク層を使用することもできる。この場合、バルク層の厚さを非対称とする方法としては、エッチングによる方法と実施例２と同様に選択成長マスク対を使用する方法がある。エッチングによる方法では、エッチング深さを時間で正確に制御できるドライエッチングが適している。

なお、バルク層は、同一材料、同一寸法のＭＱＷ導波路層に比べて変調電圧に対する光の屈折率変化が小さくなるので、ＭＱＷ導波路層のほぼ２倍の厚さが必要になるが、製造工程が簡素化できるという利点がある。

（ｄ） 光分波器１３は２つの入射導波路１２から光が入射されるようになっているが、入射導波路は１つでも良い。同様に光合波器１４の出力側は１つでも良い。

（ｅ） 基板１１をｎ導電型とし、クラッド層２４とキャップ層２５をｐ導電型としているが、逆でも良い。また、例示した各層の半導体材料は一例であり、同様の性質を有する材料であれば良い。

本発明の実施例１を示すマッハツェンダー型の光変調器の構成図である。 従来のマッハツェンダー型の光変調器の構成を示す平面図である。 図２の光変調器を両相アーム駆動した場合のチャープ特性図である。 図１の光変調器の製造方法を示す工程図である。 図１の光変調器のチャープ特性を示す図である。 本発明の実施例２を示す光変調器の製造工程図である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 入射導波路
１３ 光分波器
１４ 光合波器
１５ 出射導波路
１６ 変調電極
１７ 共通電極
２０ アーム導波路
２１ 下側ＳＣＨ層
２２ ＭＱＷ導波路層
２３ 上側ＳＣＨ層
２４ クラッド層
２５ キャップ層

Claims (9)

1. 入射される光を２つに分岐する光分波器と、前記分岐された光の内の一方を導いて第１の変調信号でその位相を変化させて出力する第１の導波路と、前記分岐された光の内の他方を導いて第２の変調信号でその位相を変化させて出力する第２の導波路と、前記第１及び第２の導波路から出力される光を合成して変調された光を出射する光合波器とを備えた光変調器において、
   前記第１の導波路で前記第１の変調信号の電界が印加されるコア層の厚さと、前記第２の導波路で前記第２の変調信号の電界が印加されるコア層の厚さを、異なる厚さに形成したことを特徴とする光変調器。
2. 前記第１の導波路のコア層は、下側光閉じ込め層と、上側光閉じ込め層と、これらの２つの光閉じ込め層で挟まれた複数層の多重量子井戸導波路層で構成し、
   前記第２の導波路のコア層は、下側光閉じ込め層と、前記第１の導波路よりも層の数が少ない多重量子井戸導波路層で構成した、ことを特徴とする請求項１記載の光変調器。
3. 前記第１の導波路のコア層は、下側光閉じ込め層と、上側光閉じ込め層と、これらの２つの光閉じ込め層で挟まれた導波路層で構成し、
   前記第２の導波路のコア層は、下側光閉じ込め層と、前記第１の導波路よりも厚さが薄い導波路層で構成した、ことを特徴とする請求項１記載の光変調器。
4. 前記第１及び第２の導波路のコア層は、何れも、下側光閉じ込め層と、上側光閉じ込め層と、これらの２つの光閉じ込め層で挟まれた同じ数の多重量子井戸導波路層を有し、
   前記第１の導波路を構成する各多重量子井戸導波路層の厚さと、前記第２の導波路を構成する各多重量子井戸導波路層の厚さを、異なる厚さに形成したことを特徴とする請求項１記載の光変調器。
5. 前記第１及び第２の導波路のコア層は、何れも、下側光閉じ込め層と、上側光閉じ込め層と、これらの２つの光閉じ込め層で挟まれた導波路層を有し、
   前記第１の導波路を構成する導波路層の厚さと、前記第２の導波路を構成する導波路層の厚さを、異なる厚さに形成したことを特徴とする請求項１記載の光変調器。
6. ２つに分岐された入射光の一方を導いて第１の変調信号でその位相を変化させて出力する第１の導波路と、前記入射光の他方を導いて第２の変調信号でその位相を変化させて出力する第２の導波路とを備え、前記第１及び第２の導波路から出力される光を合成して変調された出射光を出力する光変調器の製造方法において、
   基板上に前記第１及び第２の導波路のコア層となる下側光閉じ込め層、複数のバリア層と量子井戸層を交互に積層した多重量子井戸導波路層、及び上側光閉じ込め層を順次形成するコア層形成処理と、
   前記第２の導波路に対応する箇所の前記上側光閉じ込め層、及び前記多重量子井戸導波路層を構成する複数のバリア層と量子井戸層の内の一部を、選択的ウエットエッチングによって除去する層数調整処理と、
   前記層数調整処理を行った基板表面にクラッド層とキャップ層を順次形成した後、エッチングによってメサ構造の前記第１及び第２の導波路を形成する導波路形成処理とを、
   順次行うことを特徴とする光変調器の製造方法。
7. ２つに分岐された入射光の一方を導いて第１の変調信号でその位相を変化させて出力する第１の導波路と、前記入射光の他方を導いて第２の変調信号でその位相を変化させて出力する第２の導波路とを備え、前記第１及び第２の導波路から出力される光を合成して変調された出射光を出力する光変調器の製造方法において、
   基板上で前記第１の導波路を形成する箇所を挟むように、表面への結晶成長を阻止するための選択成長マスク対を形成するマスク形成処理と、
   前記選択成長マスク対を用いて、前記基板上に前記第１及び第２の導波路のコア層となる下側光閉じ込め層、複数のバリア層と量子井戸層を交互に積層した多重量子井戸導波路層、及び上側光閉じ込め層を結晶成長法によって順次形成するコア層形成処理と、
   前記コア層が形成された基板から前記選択成長マスク対を除去し、該コア層の表面にクラッド層とキャップ層を順次形成した後、エッチングによってメサ構造の前記第１及び第２の導波路を形成する導波路形成処理とを、
   順次行うことを特徴とする光変調器の製造方法。
8. ２つに分岐された入射光の一方を導いて第１の変調信号でその位相を変化させて出力する第１の導波路と、前記入射光の他方を導いて第２の変調信号でその位相を変化させて出力する第２の導波路とを備え、前記第１及び第２の導波路から出力される光を合成して変調された出射光を出力する光変調器の製造方法において、
   基板上に前記第１及び第２の導波路のコア層となる下側光閉じ込め層、導波路層、及び上側光閉じ込め層を順次形成するコア層形成処理と、
   前記第２の導波路に対応する箇所の前記上側光閉じ込め層をドライエッチングによって除去すると共に、前記導波路層の一部をドライエッチングによって除去して厚さを調整する層厚調整処理と、
   前記層数調整処理を行った基板表面にクラッド層とキャップ層を順次形成した後、エッチングによってメサ構造の前記第１及び第２の導波路を形成する導波路形成処理とを、
   順次行うことを特徴とする光変調器の製造方法。
9. ２つに分岐された入射光の一方を導いて第１の変調信号でその位相を変化させて出力する第１の導波路と、前記入射光の他方を導いて第２の変調信号でその位相を変化させて出力する第２の導波路とを備え、前記第１及び第２の導波路から出力される光を合成して変調された出射光を出力する光変調器の製造方法において、
   基板上で前記第１の導波路を形成する箇所を挟むように、表面への結晶成長を阻止するための選択成長マスク対を形成するマスク形成処理と、
   前記選択成長マスク対を用いて、前記基板上に前記第１及び第２の導波路のコア層となる下側光閉じ込め層、導波路層、及び上側光閉じ込め層を結晶成長法によって順次形成するコア層形成処理と、
   前記コア層が形成された基板から前記選択成長マスク対を除去し、該コア層の表面にクラッド層とキャップ層を順次形成した後、エッチングによってメサ構造の前記第１及び第２の導波路を形成する導波路形成処理とを、
   順次行うことを特徴とする光変調器の製造方法。

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