WO2016092829A1 - 光変調器 - Google Patents

光変調器 Download PDF

Info

Publication number
WO2016092829A1
WO2016092829A1 PCT/JP2015/006112 JP2015006112W WO2016092829A1 WO 2016092829 A1 WO2016092829 A1 WO 2016092829A1 JP 2015006112 W JP2015006112 W JP 2015006112W WO 2016092829 A1 WO2016092829 A1 WO 2016092829A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
slab
rib
slab part
optical
semiconductor region
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/006112
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
都築　健
亀井　新
真 地蔵堂
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to EP15866773.3A priority Critical patent/EP3232255B1/en
Priority to SG11201704080YA priority patent/SG11201704080YA/en
Priority to CN201580067277.9A priority patent/CN107003549B/zh
Priority to CA2969504A priority patent/CA2969504C/en
Priority to US15/528,874 priority patent/US10146099B2/en
Priority to JP2016563506A priority patent/JP6434991B2/ja
Publication of WO2016092829A1 publication Critical patent/WO2016092829A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G02F1/2257—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure the optical waveguides being made of semiconducting material
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/212—Mach-Zehnder type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/06—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 integrated waveguide
    • G02F2201/063—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 integrated waveguide ridge; rib; strip loaded
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/127—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode travelling wave

Definitions

  • the present invention relates to an optical modulator used in an optical communication system and an optical information processing system, and more particularly to a Mach-Zehnder optical modulator that operates at a low voltage and has a small waveguide loss.
  • a Mach-Zehnder type (MZ type) optical modulator splits light incident on an optical waveguide into two waveguides by means of an optical splitter, propagates the branched light for a certain length, and then combines it again by an optical multiplexer. Has a wave structure.
  • Each of the two branched optical waveguides is provided with a phase modulator, which changes the phase of the light propagating to each optical waveguide, changes the interference condition of the combined light, and changes the light intensity or the light phase. Modulate.
  • a dielectric such as LiNbO 3 and a semiconductor such as InP, GaAs and Si are used, and a voltage is applied to the optical waveguide by a traveling wave electrode disposed in the vicinity of the optical waveguide. Applying it changes the phase of the light.
  • the Pockels effect is mainly used in LiNbO 3
  • the Pockels effect and the quantum confined Stark effect (QCSE) are mainly used in InP and GaAs
  • the carrier plasma effect is mainly used in Si.
  • an optical modulator having a high modulation speed and a low driving voltage In order to perform optical modulation with an amplitude voltage of several volts at a high speed of 10 Gbps or higher, the high-speed electrical signal and the speed of light propagating through the phase modulator are matched, and the interaction is performed while propagating.
  • a traveling wave electrode is required.
  • an optical modulator in which the electrode length of a traveling wave electrode is several millimeters to several tens of millimeters has been put into practical use (for example, Non-Patent Document 1).
  • An optical modulator using a traveling wave electrode is required to have an electrode structure and an optical waveguide structure with low optical loss and low reflection so as to be able to propagate without reducing the intensity of an electric signal or light propagating through a waveguide.
  • the MZ type optical modulator includes a silicon optical modulator in which an optical waveguide is made of silicon.
  • the silicon optical modulator uses a thin wire of Si so that light can be guided through an SOI layer from an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a Si thin film is bonded onto an oxide film (BOX) layer obtained by thermally oxidizing the surface of the Si substrate.
  • a dopant is injected so that the processed thin wire becomes a p-type / n-type semiconductor, and SiO 2 serving as a light cladding layer is deposited and a traveling wave electrode is formed.
  • it is necessary to design and process the optical waveguide so as to reduce the optical loss.
  • the p-type / n-type doping of the processed thin wire and the production of the traveling wave electrode suppress the generation of optical loss to a small extent. Therefore, it is necessary to design and process so as to suppress reflection and loss of high-speed electrical signals.
  • FIG. 1 is a top perspective view showing a configuration of a conventional MZ type optical modulator 100.
  • the MZ-type optical modulator 100 is a silicon optical modulator, and includes an input optical waveguide 101, an optical splitter 102 that branches the light incident from the input optical waveguide 101 in a 1: 1 ratio, and light from the optical splitter 102.
  • Incoming optical waveguides 103 and 104 are provided.
  • the MZ optical modulator 100 includes a phase modulation unit 111 that modulates the phase of light propagating through the optical waveguide 103, a phase modulation unit 112 that modulates the phase of light propagating through the optical waveguide 104, and the phase modulation unit 111.
  • the optical waveguide 105 that propagates the light from the optical waveguide 106 and the optical waveguide 106 that propagates the light from the phase modulation unit 112 are provided.
  • the MZ type optical modulator 100 includes an optical multiplexer 107 that multiplexes light whose phases are modulated from the optical waveguides 105 and 106, and an output optical waveguide 108 that emits the light combined by the optical multiplexer 107.
  • the phase modulation unit 111 includes traveling wave electrodes 121 and 122 extending in the x-axis direction and an optical waveguide 123. By applying a voltage to the traveling wave electrodes 121 and 122, the phase modulation unit 111 transmits light guided through the optical waveguide 123. Change the phase.
  • the phase modulation unit 112 includes traveling wave electrodes 124 and 125 extending in the x-axis direction and an optical waveguide 126, and light that is guided in the optical waveguide 126 by applying a voltage to the traveling wave electrodes 124 and 125. Change the phase.
  • the optical waveguides 123 and 126 have a structure called a rib waveguide having a difference in thickness, and are formed of Si, and an SiO 2 cladding layer is formed above and below.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the phase modulation unit 111 of the conventional MZ type optical modulator 100 shown in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the phase modulation unit 111 in the light guiding direction (x-axis direction) and the vertical direction (yz plane).
  • the phase modulation unit 111 is formed on the Si substrate 201 and the Si substrate.
  • the optical waveguide 123 is provided.
  • Optical waveguide 123 includes a first SiO 2 cladding layer 202 on the Si substrate 201, a first SiO 2 and Si semiconductor layer 203 on the cladding layer 202, a second SiO on Si semiconductor layer 203 second cladding layer 204 With.
  • Third clad layers 205 and 206 are formed on both sides of the Si semiconductor layer 203.
  • the phase modulation unit 112 has the same configuration.
  • the optical waveguide 123 has a rib waveguide structure, and a Si semiconductor layer 203 through which light is guided is sandwiched between a first SiO 2 cladding layer 202 and a second SiO 2 cladding layer 204.
  • the Si semiconductor layer 203 is a rib portion A0 that is a central thick Si semiconductor layer region that becomes the core of the optical waveguide 123, and a Si semiconductor layer region that is disposed on both sides of the rib portion A0 and is thinner than the rib portion A0. 1 slab part A1 and 2nd slab part A2 are provided.
  • the optical waveguide 123 confines light by utilizing the refractive index difference between the Si semiconductor layer 203 and the surrounding first SiO 2 cladding layer 202 and second SiO 2 cladding layer 204.
  • the traveling wave electrode 121 is formed in the x-axis direction on the upper surface of the end portion of the first slab portion A1 of the Si semiconductor layer 203 opposite to the rib portion 0, and the traveling wave electrode 122 is formed on the Si semiconductor layer 203.
  • the second slab portion A2 is formed in the x-axis direction on the upper surface of the end portion opposite to the rib portion A0.
  • the Si semiconductor layer 203 has conductivity by doping atoms such as boron (B), phosphorus (P), and arsenic (As) into Si by a method such as ion implantation.
  • the Si semiconductor layer 203 is composed of four regions having different doping concentrations.
  • the end of the first slab portion A1 of the Si semiconductor layer 203 on the side opposite to the rib portion A0 becomes a high-concentration p-type semiconductor region 203-3, and the rib portion of the second slab portion A2 of the Si semiconductor layer 203 The end opposite to A0 is a high-concentration n-type semiconductor region 203-4.
  • the rib portion A0 side of the first slab portion A1 of the Si semiconductor layer 203 and the first slab portion A1 side of the rib portion A0 form a medium concentration p-type semiconductor region 203-1. Further, the rib portion A0 side of the second slab portion A2 of the Si semiconductor layer 203 and the second slab portion A2 side of the rib portion A0 form the medium concentration n-type semiconductor region 203-2.
  • the boundary between the high concentration p-type semiconductor region 203-3 and the medium concentration p-type semiconductor region 203-1 is in contact, and the boundary between the high concentration n-type semiconductor region 203-4 and the medium concentration n-type semiconductor region 203-2 is also present. It touches. These boundaries may overlap and be doped.
  • the rib portion A0 has a pn junction structure in which the medium concentration p-type semiconductor region 203-1 and the medium concentration n-type semiconductor region 203-2 are in contact.
  • a pin junction structure in which an i-type (intrinsic) semiconductor region is sandwiched between a medium-concentration p-type semiconductor region 203-1 and a medium-concentration n-type semiconductor region 203-2 may be employed.
  • the traveling wave electrode 121 is connected to the high concentration p-type semiconductor region 203-3, and the traveling wave electrode 122 is connected to the high concentration n type semiconductor region 203-4.
  • the traveling wave electrodes 121 and 122 By applying a reverse bias electric field to the pn junction or the pin junction by the traveling wave electrodes 121 and 122, the carrier density inside the rib part A0 of the Si semiconductor layer 203 is changed, and the refractive index of the Si semiconductor layer 203 is changed. (Carrier plasma effect), the phase of light can be modulated.
  • the dimension of the Si semiconductor layer 203 depends on the refractive index of the material to be the core / cladding and cannot be uniquely determined.
  • the core width of the optical waveguide 123 400 to 600 nm ⁇ height 150 to 300 nm ⁇ slab thickness 50 to 200 nm ⁇ length several mm.
  • the optical modulator is required to have a small optical loss in order to transmit the modulated optical signal over a long distance.
  • a part of light propagating by carriers such as electrons and holes is absorbed. It is necessary to set the doping conditions so as to obtain a concentration.
  • the carrier density of the doped region is such that the carrier density is about 10 20 [cm ⁇ 3 ] in the high-concentration p-type semiconductor region 203-3 (p ++ ) and the carrier density in the medium-concentration p-type semiconductor region 203-1 (p + ).
  • Density about 10 17-18 [cm ⁇ 3 ], medium density n-type semiconductor region 203-2 (n + ), carrier density: about 10 17-18 [cm ⁇ 3 ], high-concentration n-type semiconductor region 203-4 In (n ++ ), the carrier density is about 10 20 [cm ⁇ 3 ].
  • the high-concentration p-type semiconductor region 203-3 and the high-concentration n-type semiconductor region 203-4 ensure electrical continuity with low contact resistance with the traveling wave electrode, and reduce the electrical resistance of the semiconductor layer itself constituting the Si semiconductor layer 203. It is provided to keep it small.
  • the carrier concentration of the medium-concentration p-type semiconductor region 203-1 and medium-concentration n-type semiconductor region 203-2 constituting the rib portion A0 serving as the core is the high-concentration p-type semiconductor region 203-3 and the high-concentration n-type semiconductor. It is set lower than the area 203-4. This is because in order for the carriers generated by doping to absorb light, the doping concentration must be lowered to reduce light loss. By reducing the doping concentration, the optical loss in the optical waveguide can be suppressed to about 6 dB / cm, compared with 3 dB / cm for the passive optical waveguide without doping.
  • the distance w pn between and is preferably 1600 nm or more.
  • the modulation efficiency is obtained by the phase inversion voltage V ⁇ ⁇ the traveling wave (phase modulation) electrode length L. Then, if the length L of the traveling wave electrode is shortened to reduce the optical loss of the phase modulation unit without changing the modulation efficiency, the phase inversion voltage V ⁇ increases and the drive voltage increases. On the other hand, when the phase inversion voltage V ⁇ is decreased, the length L of the traveling wave electrode increases, and there is a trade-off relationship that the optical loss of the phase modulation unit increases. Therefore, in order to realize an optical modulator with low optical loss and low driving voltage, it is necessary to enable high-speed operation even when the traveling wave electrode length L is long. If the length L of the traveling wave electrode can be set long, it is not necessary to increase the phase inversion voltage V ⁇ .
  • the light In order to suppress the optical loss of the optical waveguide 123 of the conventional MZ type optical modulator 100 of FIG. 1, the light must be confined in the rib portion A0 of the Si semiconductor layer 203 serving as the core of the optical waveguide 123.
  • the medium-concentration p-type semiconductor region 203-1 and the medium-concentration n-type semiconductor region 203-2 are thickened so that the resistance value of the Si semiconductor layer 203 cannot be lowered, and the phase inversion voltage V ⁇ cannot be reduced. There's a problem.
  • the doping concentration in the vicinity of the rib portion A0 (core of the optical waveguide) of the Si semiconductor layer 203 cannot be increased, the electrical property of the pn junction or the pin junction portion of the semiconductor constituting the Si semiconductor layer 203 is reduced. Resistance value cannot be greatly reduced. For this reason, the resistance value of the Si semiconductor layer 203 becomes a loss of a high-frequency electric signal, and the voltage applied to the pin junction or pn junction is attenuated, so that there is a problem that the phase inversion voltage V ⁇ cannot be reduced.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an MZ type light that can simultaneously realize the demands of high modulation speed, low optical loss, and low driving voltage. It is to provide a modulator.
  • a first aspect of the present invention is a substrate and a phase modulation unit on the substrate, which is laminated on the first cladding layer and the first cladding layer, and is higher than the first cladding layer
  • An optical waveguide comprising a semiconductor layer having a refractive index, a second cladding layer laminated on the semiconductor layer and having a lower refractive index than the semiconductor layer, a first traveling wave electrode, and a second traveling wave
  • the second slab part is formed thinner than the rib part and the fourth slab part.
  • the optical modulator according to the present invention since the electrical resistance value of the semiconductor portion can be greatly reduced, the loss of high-frequency electrical signals is small and high-speed operation is possible.
  • light leakage from the Si semiconductor layer that is the optical waveguide core is small, light absorption by carriers in the doping region can be suppressed, and highly efficient light modulation is possible. For this reason, it is possible to provide an optical modulator capable of simultaneously realizing the demands of high modulation speed, low optical loss, and low driving voltage.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV of the phase modulation unit of the MZ type optical modulator of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing parameters of dimensions of a rib part and first to fourth slab parts in a cross section of the optical waveguide shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit when the MZ type optical modulator of FIG. 4 is viewed as a distributed constant line.
  • FIG. 5 is a top perspective view showing a configuration of an MZ type optical modulator according to a second embodiment of the present invention, and particularly shows a connection portion between an input optical waveguide and an optical waveguide of a phase modulation unit.
  • (A) is a sectional view of the input optical waveguide in the direction perpendicular to the light guiding direction
  • (b) is a top view of the connection portion between the input optical waveguide and the optical waveguide of the phase modulation unit
  • (c) is the phase modulation unit. It is sectional drawing of the orthogonal
  • FIG. 3 is a top perspective view showing the configuration of the MZ type optical modulator 300 according to the first embodiment of the present invention.
  • the MZ type optical modulator 300 is a silicon optical modulator, and includes an input optical waveguide 301, an optical branching device 302 that branches the light incident from the input optical waveguide 301 in a 1: 1 ratio, and light from the optical branching device 302. Incident optical waveguides 303 and 304 are provided.
  • the MZ optical modulator 300 includes a phase modulation unit 311 that modulates the phase of light propagating through the optical waveguide 303, a phase modulation unit 312 that modulates the phase of light propagated through the optical waveguide 304, and a phase modulation unit 311.
  • the optical waveguide 305 which propagates the light from the light and the optical waveguide 306 which propagates the light from the phase modulation unit 312 are provided. Further, the MZ type optical modulator 300 includes an optical multiplexer 307 that combines the light whose phases are modulated from the optical waveguides 305 and 306, and an output optical waveguide 308 that emits the light combined by the optical multiplexer 307. With.
  • the phase modulation unit 311 includes traveling wave electrodes 321 and 322 extending in the x-axis direction and an optical waveguide 323, and a phase of light guided through the optical waveguide 323 by applying a voltage to the traveling wave electrodes 321 and 322.
  • the phase modulation unit 312 includes traveling wave electrodes 324 and 325 extending in the x-axis direction and an optical waveguide 326. By applying a voltage to the traveling wave electrodes 324 and 325, the phase modulation unit 312 transmits light guided through the optical waveguide 326. Change the phase.
  • the optical waveguides 323 and 326 have Si semiconductor layers composed of a rib portion serving as a core of the optical waveguide formed in the optical axis direction and slab portions formed on both sides and thinner than the rib portions. It has a structure called a rib waveguide in which a SiO 2 cladding layer is formed.
  • the phase modulation unit 311 includes a Si substrate 401 and an optical waveguide 323 on the Si substrate.
  • the optical waveguide 323 includes a first SiO 2 cladding layer 402 on the substrate 401, a Si semiconductor layer 403 on the first cladding layer 402, and a second SiO 2 cladding layer 404 on the Si semiconductor layer 403. .
  • third SiO 2 cladding layers 405 or 406 are formed on both sides of the Si semiconductor layer 403.
  • this region may be formed of a Si semiconductor layer having the same thickness as the rib portion C0 that is an optical waveguide layer.
  • the phase modulator 312 has the same configuration.
  • the optical waveguide 323 has a structure obtained by further deforming the rib waveguide, and a Si semiconductor layer 403 through which light is guided is sandwiched between the first SiO 2 cladding layer 402 and the second SiO 2 cladding layer 404. ing.
  • the Si semiconductor layer 403 includes a rib portion C0 that is a central thick Si semiconductor layer region serving as a core.
  • the Si semiconductor layer 403 includes a first slab portion C1 and a second slab portion C2 that are disposed on both sides of the rib portion C0 and are Si semiconductor layer regions thinner than the rib portion C0.
  • the Si semiconductor layer 403 is disposed at the end of the first slab portion C1 opposite to the rib portion C0, and is thinner than the rib portion C0 and thicker than the adjacent first slab portion C1.
  • the third slab part C3 and the second slab part C2, which are regions, are disposed at the opposite ends of the rib part C0 and are thinner than the rib part C0 and thicker than the adjacent second slab part C2.
  • a fourth slab portion C4 which is a Si semiconductor layer region.
  • the first slab portion C1 is inserted between the rib portion C0 serving as the core of the optical waveguide 323 and the third slab portion C3 formed on one side of the rib portion C0. It can be said that the second slab part C2 is inserted between the second slab part C4 formed on the other side of the rib part C0.
  • the optical waveguide 323 confines light by utilizing the refractive index difference between the Si semiconductor layer 403 and the surrounding first SiO 2 cladding layer 402 and the second SiO 2 cladding layer 404.
  • the traveling wave electrode 321 is formed in the x-axis direction on the upper surface of the end portion of the third slab portion C3 of the Si semiconductor layer 403 opposite to the first slab portion C1, and the traveling wave electrode 322 is formed of the Si semiconductor.
  • the fourth slab portion C4 of the layer 403 is formed in the x-axis direction on the upper surface of the end portion opposite to the second slab portion C2.
  • the Si semiconductor layer 403 has conductivity by doping atoms such as boron (B), phosphorus (P), and arsenic (As) into Si by a method such as ion implantation.
  • the Si semiconductor layer 403 is composed of five regions having different doping concentrations.
  • An end portion of the third slab portion C3 of the Si semiconductor layer 403 opposite to the first slab portion C1 is a high-concentration p-type semiconductor region 403-3, and the fourth slab portion C4 of the Si semiconductor layer 403 has a fourth slab portion C4.
  • the end opposite to the second slab portion C2 becomes a high-concentration n-type semiconductor region 403-4.
  • first slab part C1 side of the third slab part C3 of the Si semiconductor layer 403, the first slab part C1, and the first slab part C1 side of the rib part C0 are medium-concentration p-type semiconductors. It becomes area 403-1.
  • second slab portion C2 side of the fourth slab portion C4 of the Si semiconductor layer 403, the second slab portion C2, and the second slab portion C2 side of the rib portion C0 are medium-concentration n-type semiconductors. It becomes area 403-2.
  • the boundary between the high concentration p-type semiconductor region 403-3 and the medium concentration p-type semiconductor region 403-1 is in contact, and the boundary between the high concentration n-type semiconductor region 403-4 and the medium concentration n-type semiconductor region 403-2 is also present. It touches. These boundaries may overlap and be doped.
  • the rib portion C0 has a pn junction structure in which the medium concentration p-type semiconductor region 403-1 and the medium concentration n-type semiconductor region 403-2 are in contact with each other.
  • a pin junction structure in which an i-type (intrinsic) semiconductor region is sandwiched between a medium-concentration p-type semiconductor region 403-1 and a medium-concentration n-type semiconductor region 403-2 may be used.
  • the carrier density inside the core of the optical waveguide 323 (the rib C0 of the Si semiconductor layer 403) changes, and the refractive index of the optical waveguide Changes (carrier plasma effect), the phase of light is modulated.
  • FIG. 5 is a diagram showing parameters of each dimension of the rib portion and the first to fourth slab portions in the cross section of the Si semiconductor layer 403 shown in FIG.
  • the thickness of the rib portion C0 is t0
  • the thickness of the first slab portion C1 is t1
  • the thickness of the second slab portion C2 is t2
  • the thickness of the third slab portion C3 is t3
  • the fourth slab The thickness of the part C4 is t4.
  • the width of the rib C0 is w0
  • the width of the first slab C1 is w1
  • the width of the second slab C2 is w2
  • the width of the third slab C3 is w3
  • the width is w4.
  • the thickness t0 of the rib part C0, the thickness t1 of the first slab part C1, the thickness t2 of the second slab part C2, the thickness t3 of the third slab part C3, and the fourth The thickness t4 of the slab part C4 will be described.
  • the light is confined in the rib portion C 0 of the Si semiconductor layer 403 that becomes the core of the optical waveguide 323.
  • the third slab part C3 and the fourth slab part C4 which are Si semiconductor layers having the same effective refractive index or higher effective refractive index in the vicinity of the rib part C0, mode coupling occurs, and constant
  • the third slab part C3 and the fourth slab part C4 that are close to the rib part C0 are transferred.
  • the light transferred to the third slab part 3 and the fourth slab part C4 close to the rib part C0 causes optical loss of the modulator.
  • the first method is to prevent the third slab part C3 and the fourth slab part C4 from coming close to the rib part C0.
  • the second method is to keep the lengths of the third slab part C3 and the fourth slab part C4 close to the rib part C0 short.
  • the third method is to make the effective refractive index of the third slab part C3 and the fourth slab part C4 close to the rib part C0 smaller than the effective refractive index of the rib part C0 through which light propagates. is there. In the following, three methods will be examined.
  • the third slab part C3 and the fourth slab part C4 are not brought close to the rib part C0 of the first method.
  • W1 increases, the cross-sectional area of the medium-concentration p-type semiconductor region 403-1 decreases, and as w2 increases, the cross-sectional area of the medium-concentration n-type semiconductor region 403-2 decreases, and the resistance of the Si semiconductor layer 403 decreases. Get higher. Therefore, the structure of the conventional MZ type optical modulator 100 shown in FIG. 1 is not changed, and operation at a high frequency becomes difficult. Therefore, this method cannot be adopted in the present invention.
  • the lengths of the third slab part C3 and the fourth slab part C4 of the second method that are close to the rib part C0 are kept short.
  • the third slab part C3 and the fourth slab part C4 It is necessary to shorten the length, that is, to shorten the entire length of the phase modulation unit 311.
  • mode coupling can be suppressed. In this case, however, the length L of the traveling wave electrode must be shortened.
  • the modulation efficiency is determined by V ⁇ L, it is necessary to increase the phase inversion voltage V ⁇ in order to make the modulation efficiency constant.
  • the MZ type optical modulator 300 cannot be driven with low power consumption, and it is difficult to adopt in this embodiment.
  • the relationship between t0, t1, and t3 satisfies the inequality t0> t3> t1.
  • the effective refractive index of light propagating through the third slab part C3 can be made smaller than the effective refractive index of light propagating through the rib part C0.
  • the relationship between t0, t2, and t4 is made to satisfy the inequality t0> t4> t2.
  • the effective refractive index of light propagating through the fourth slab part C4 can be made smaller than the effective refractive index of light propagating through the rib part C0.
  • t1 and t2 may be the same value or different values, and t3 and t4 may be the same value or different values.
  • w1 and w2 may be the same value or different values, and w3 and w4 may be the same value or different values.
  • the traveling wave electrode 321 is provided on the high concentration p-type semiconductor region 403-3, and the high concentration n type semiconductor region 403-4.
  • a traveling wave electrode 322 is connected to the top, and a reverse bias electric field is applied to the pn junction or the pin junction by the traveling wave electrodes 321 and 322.
  • the carrier density inside the rib C0 of the Si semiconductor layer 403 that becomes the core of the optical waveguide 323 is changed (carrier plasma effect), and the refractive index of the Si semiconductor layer 403 is changed to modulate the phase of light. To do.
  • FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit when the MZ type optical modulator 300 of FIG. 4 is viewed as a distributed constant line.
  • the pn junction (or pin junction) is a capacitance C, the resistance R1 from the traveling wave electrode 321 to the pn junction (or pin junction), and the traveling wave electrode 322 to the pn junction (or pin junction).
  • the resistor R2 can be described as a series circuit of R1-C-R2.
  • the resistance value depends on the medium concentration p-type semiconductor region 403-1 and the medium concentration n-type semiconductor region 403-2 having a low carrier concentration.
  • the following two methods are conceivable for reducing the resistance values of the resistors R1 and R2.
  • the first method Increasing the doping concentration of the medium concentration p-type semiconductor region 403-1 and the medium concentration n-type semiconductor region 403-2 increases the doping concentration of the rib portion C0 of the Si semiconductor layer 403 serving as the core of the optical waveguide 323. .
  • light absorption by the carriers increases in the doping region of the rib portion C0 of the Si semiconductor layer 403, so that the optical loss of the optical waveguide 323 cannot be suppressed. Therefore, the first method is not appropriate in this embodiment.
  • the third slab part C3 and the fourth slab part that are thicker than the first slab part C1 and the second slab part C2 further outside the first slab part C1 and the second slab part C2.
  • C4 is provided.
  • the optical waveguide within the distance w pn of the region between the high-concentration p-type semiconductor region 403-3 and the high-concentration n-type semiconductor region 403-4 is widened and thickened as much as possible, the effect can be obtained.
  • the optical field is applied to the high-concentration p-type semiconductor region 403-3 or the high-concentration n-type semiconductor region 403-4, resulting in an increase in optical waveguide loss. Furthermore, since the field of light existing in the region where the refractive index changes due to the carrier plasma effect is reduced, the modulation efficiency is deteriorated.
  • the thickness t1 of the first slab part C1 and the thickness t2 of the second slab part C2 are equal to or less than half the thickness t0 of the rib part C0, that is, the inequality t0 / 2> t1 and the inequality t0 / 2>. It is desirable to satisfy t2.
  • the high-concentration p-type doping region 403-3 and the high-concentration n-type doping region 403-4 have sufficient carrier concentration and low resistivity, even if t1 and t2 have a thickness satisfying the above inequality.
  • the increase in the resistance value hardly affects the characteristics of the modulator. Therefore, the boundary between the high concentration p-type semiconductor region 403-3 and the medium concentration p-type semiconductor region 403-1 and the boundary between the high concentration n-type semiconductor region 403-4 and the medium concentration n-type semiconductor region 403-2 are The third slab part C3 having a thickness t3 and the fourth slab part C4 having a thickness t4 that are formed outside the first slab part C1 and the second slab part C2, respectively.
  • the effects of the invention are most desirable and desirable.
  • the width w0 of the rib part C0, the width w1 of the first slab part C1, the width w2 of the second slab part C2, the width w3 of the third slab part C3, and the width w4 of the fourth slab part C4 explain.
  • it is more effective to reduce the width w1 of the first slab part C1 and the width w2 of the second slab part C2 as much as possible.
  • the alignment accuracy of the photomask at the time of manufacturing the MZ type optical modulator 300 is about ⁇ 60 nm, if the width of w1 and w2 is 60 nm or less, w1 and w2 may not be formed due to variations in manufacturing. Conceivable.
  • the rib portion C0 is adjacent to the third slab portion C3 and the second slab portion C4, which are the next thicker than the rib portion C0, so that the light field greatly protrudes from the rib portion C0, and an increase or modulation of optical loss occurs. A decrease in efficiency occurs.
  • Table 1 compares the electric field strength of the phase modulation unit when the values of w1 and w2 of the MZ type optical modulator 300 of FIG. 5 are changed, and the conventional MZ type optical modulator 100 (FIG. 1).
  • the increase rate of the electric field strength of the MZ type optical modulator 300 and the calculated value of the attenuation constant ⁇ of the high frequency signal of the MZ type optical modulator 300 are shown.
  • the example in Table 1 shows the calculated value when the modulation frequency is 10 GHz.
  • the electric field strength is increased by 25.6% when w1 (w2) is 200 nm and 16.2% when w1 (w2) is 400 nm as compared with the conventional MZ type optical modulator 100.
  • w2 is 1000 nm, it increases only by 1.1% and almost no effect is obtained. Therefore, it is desirable that the value of w1 is a value satisfying the inequality 60nm ⁇ w1 (w2) ⁇ 600nm because the effects of the invention are most obtained.
  • the outer sides of the third slab part C3 and the fourth slab part C4 can be Si semiconductor layers having the same thickness as the rib part C0 which is an optical waveguide layer.
  • the width w3 of the third slab part C3 and the width w4 of the fourth slab part C4 need to be 200 nm or more so that the rib part C0 does not approach the outer Si semiconductor layer.
  • the thickness t0 of the rib part C0 calculated as described above, the thickness t1 of the first slab part C1, the thickness t2 of the second slab part C2, the thickness t3 of the third slab part C3, and the fourth Thickness t4 of slab part C4, width w0 of rib part C0, width w1 of first slab part C1, width w2 of second slab part C2, width w3 of third slab part C3, fourth slab part
  • the size of the cross-sectional structure of the Si semiconductor layer 403 of the MZ type optical modulator 300 was created from the C4 width w4 as follows.
  • the doping concentration is as follows.
  • the extinction characteristic of the conventional MZ type optical modulator 100 is shown by a curve 701
  • a voltage is applied to the phase modulation section of the MZ type optical modulator, the phase of the light propagating through the two optical waveguides in the MZ interference system changes, and after the light intensity is reduced, the light whose phase is inverted is output. The characteristics to be seen are seen.
  • the modulation efficiency deteriorates because the field of light existing in the region where the refractive index changes due to the carrier plasma effect is reduced.
  • the relationship between the thicknesses t0, t1, and t3 preferably satisfies the relationship of inequality t0>t3> t1 and the relationship of t0 / 2> t1 as in this embodiment.
  • FIG. 8 shows a comparison of calculated values of the electrical frequency characteristics (S-parameter) of the modulator between the conventional MZ type optical modulator 100 and the MZ type optical modulator 300 produced as in the present embodiment.
  • FIG. FIG. 8A shows the frequency characteristic of the reflected signal (S11)
  • FIG. 8B shows the frequency characteristic of the transmitted signal (S21).
  • the frequency characteristic of the reflected signal (S11) of the conventional MZ type optical modulator 100 is a curve 801
  • the frequency characteristic of the reflected signal (S11) of the MZ type optical modulator 300 of this embodiment is a curved line. This is indicated by 802.
  • the frequency characteristic of the transmission signal (S21) of the conventional MZ type optical modulator 100 is indicated by a curve 803, and the frequency characteristic of the transmission signal (S21) of the MZ type optical modulator 300 of this embodiment is indicated by a curve 804. .
  • the MZ type optical modulator 300 of this embodiment since the loss of the high frequency electrical signal at the traveling wave electrode is small, the attenuation of the transmission signal (S21) is small, and the frequency band defined by 6 dB is 18 GHz, which is the conventional MZ. It can be seen that it is larger than 16 GHz of the type optical modulator 100.
  • FIG. 9 is a diagram showing a comparison of the electric field intensity distribution at the pn junction between the conventional MZ type optical modulator 100 and the MZ type optical modulator 300 of the present embodiment.
  • FIG. 9A shows the electric field intensity distribution at the pn junction in the Si semiconductor layer 203 of the conventional MZ type optical modulator 100
  • FIG. 9B shows the inside of the Si semiconductor layer 403 of the MZ type optical modulator 300 of this example.
  • the electric field strength distribution in a pn junction part is shown.
  • the modulation frequency is 10 GHz
  • the electric field strength at the pn junction in the Si semiconductor layer 403 of this example is 25.6% larger than the electric field strength at the pn junction in the conventional Si semiconductor layer 203.
  • the attenuation constant ⁇ of the high-frequency signal is also 67.1 Np / m, which is smaller than that of the conventional structure of 85.5 Np / m. From the results shown in FIGS. 8 and 9, it can be seen that a good Si optical modulator with low loss of high-frequency signals can be realized in the present invention.
  • FIG. 10 is a top perspective view showing a configuration of the MZ type optical modulator 1000 according to the second embodiment of the present invention, and particularly shows a connection portion between the optical waveguide 1003 and the optical waveguide 1023 of the phase modulation unit 1011.
  • . 10A is a cross-sectional view perpendicular to the light guiding direction (x-axis direction) of the optical waveguide 1003
  • FIG. 10B is a connection portion between the optical waveguide 1003 and the optical waveguide 1023 of the phase modulation unit 1011.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the light guiding direction (x-axis direction) of the optical waveguide 1023 of the phase modulation unit 1011.
  • the MZ type optical modulator 1000 according to the second embodiment is similar to the MZ type optical modulator 300 of the first embodiment in that the connection portion between the optical waveguide 303 and the optical waveguide 323 of the phase modulation unit 311 is shown in FIG. b).
  • the connection portion the incident-side optical waveguide 1003 and the optical waveguide 1023 of the phase modulation unit 1011 are connected.
  • the incident-side optical waveguide 1003 is connected to the waveguide 303 of the first embodiment, and the phase modulation unit 1011 is In the phase modulation unit 311, the optical waveguide 1023 corresponds to the optical waveguide 323.
  • the optical waveguide 1003 includes a rib part C0, a first slab part C1, and a second slab part C2.
  • the width of the region of the first slab portion C1 gradually becomes narrower and becomes the width w1 in accordance with the light guiding direction.
  • the width of the region of the second slab portion C2 is gradually narrowed to become the width w2.
  • the effective refractive index of the light propagating through the optical waveguide is also affected by the refractive indexes of the third slab part C3 and the fourth slab part C4 located away from the rib part C0.
  • the approach of the third slab part C3 and the fourth slab part C4 is 10% or less with respect to the length L that is sufficiently long with respect to the wavelength of light, for example, the propagation length L is close to 1 ⁇ m with respect to 10 ⁇ m. It is desirable to approximate the length ratio.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

　本発明は、基板と、基板上の位相変調部であって、第１のクラッド層と、第１のクラッド層上に積層され、第１のクラッド層よりも高い屈折率を有する半導体層と、半導体層上に積層され、半導体層よりも低い屈折率を有する第２のクラッド層とからなる光導波路と、第１の進行波電極と、第２の進行波電極とを含む、位相変調部とを含む光変調器であって、半導体層は、光導波路の光軸方向に形成され、光導波路のコアとなるリブ部と、リブ部の一方の脇に光軸方向に形成される第１のスラブ部と、リブ部の他方の脇に光軸方向に形成される、第２のスラブ部と、第１のスラブ部のリブ部の反対側に光軸方向に形成される、第３のスラブ部と、第２のスラブ部のリブ部の反対側に光軸方向に形成される、第４のスラブ部とを備え、第１のスラブ部は、リブ部及び第３のスラブ部よりも薄く形成され、第２のスラブ部は、リブ部及び第４のスラブ部よりも薄く形成される。

Description

光変調器
　本発明は、光通信システムや光情報処理システムにおいて用いられる光変調器に関し、詳細には、低電圧で動作し、かつ、導波損失の小さいマッハツェンダ型光変調器に関する。
　マッハツェンダ型（ＭＺ型）光変調器は、光導波路に入射した光を、光分岐器により２つの導波路に分岐し、分岐した光を一定の長さ伝播させた後に、光合波器により再度合波させる構造を持つ。２つに分岐した光導波路にはそれぞれ位相変調器が設けられ、それぞれの光導波路に伝搬する光の位相を変化させ、合波される光の干渉条件を変え、光の強度あるいは光の位相を変調させる。
　ＭＺ型光変調器の光導波路を構成する材料としては、ＬｉＮｂＯ3等の誘電体、ＩｎＰ、ＧａＡｓ及びＳｉ等の半導体が用いられ、光導波路近傍に配置された進行波電極によって光導波路に電圧を印加することで、光の位相を変化させる。光の位相を変化させる原理としては、ＬｉＮｂＯ3ではポッケルス効果が、ＩｎＰ及びＧａＡｓではポッケルス効果及び量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｃｏｎｆｉｎｅｄ　Ｓｔａｒｋ　Ｅｆｆｅｃｔ：ＱＣＳＥ）が、Ｓｉではキャリアプラズマ効果が主に用いられる。
　高速で低消費電力な光通信を行うためには、変調速度が速く、駆動電圧の低い光変調器が必要となる。１０Ｇｂｐｓ以上の高速で、数ボルトの振幅電圧での光変調を行うためには、高速の電気信号と位相変調器の中を伝播する光の速度を整合させ、伝搬させながら相互作用を行うようにする進行波電極が必要となる。現在、進行波電極の電極長を数ミリメートルから数十ミリメートルにした光変調器が実用化されている（例えば非特許文献１）。進行波電極を使用した光変調器では、電気信号や導波路を伝播する光の強度を落とさずに伝搬することができるよう、低光損失で反射の少ない電極構造および光導波路構造が求められる。
　また、ＭＺ型光変調器には、光導波路をシリコンにより構成したシリコン光変調器がある。シリコン光変調器は、Ｓｉ基板の表面を熱酸化した酸化膜（ＢＯＸ）層上にＳｉの薄膜を張り付けたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板から、ＳＯＩ層を光が導波できるようＳｉの細線を加工した後、加工した細線がｐ型・ｎ型の半導体となるようドーパントを注入し、光のクラッド層となるＳｉＯ2の堆積、進行波電極の形成等を行い作製する。このとき、光の導波路は光損失が小さくなるように設計・加工する必要があり、加工した細線のｐ型・ｎ型のドーピング、及び進行波電極の作製は光の損失発生を小さく抑えるとともに、高速電気信号の反射や損失を小さく抑えるように設計・加工する必要がある。
　図１は、従来のＭＺ型光変調器１００の構成を示す上面透視図である。ＭＺ型光変調器１００は、シリコン光変調器であり、入力光導波路１０１と、入力光導波路１０１から入射した光を１：１に分岐する光分岐器１０２と、光分岐器１０２からの光が入射される光導波路１０３及び１０４とを備える。また、ＭＺ型光変調器１００は、光導波路１０３を伝搬する光の位相を変調する位相変調部１１１と、光導波路１０４を伝搬する光の位相を変調する位相変調部１１２と、位相変調部１１１からの光を伝搬する光導波路１０５と、位相変調部１１２からの光を伝搬する光導波路１０６とを備える。また、ＭＺ型光変調器１００は、光導波路１０５及び１０６からの位相が変調された光を合波する光合波器１０７と、光合波器１０７により合波された光を出射する出力光導波路１０８とを備える。
　位相変調部１１１は、ｘ軸方向に伸びる進行波電極１２１及び１２２と、光導波路１２３とを備え、進行波電極１２１及び１２２に電圧を印加することにより、光導波路１２３内を導波する光の位相を変化させる。また位相変調部１１２は、ｘ軸方向に伸びる進行波電極１２４及び１２５と、光導波路１２６とを備え、進行波電極１２４及び１２５に電圧を印加することにより、光導波路１２６内を導波する光の位相を変化させる。光導波路１２３及び１２６は、厚さに差があるリブ導波路と呼ばれる構造を有し、Ｓｉにより形成され、上下にＳｉＯ2クラッド層が形成されている。
　図２は、図１に記載の従来のＭＺ型光変調器１００の位相変調部１１１のII－IIにおける断面図である。図２は、位相変調部１１１の光の導波方向（ｘ軸方向）と垂直方向（ｙ－ｚ平面）の断面図であり、位相変調部１１１は、Ｓｉ基板２０１と、Ｓｉ基板上に形成された光導波路１２３とを備える。光導波路１２３は、Ｓｉ基板２０１上の第１のＳｉＯ2クラッド層２０２と、第１のＳｉＯ2クラッド層２０２上のＳｉ半導体層２０３と、Ｓｉ半導体層２０３上の第２のＳｉＯ2クラッド層２０４とを備える。Ｓｉ半導体層２０３の両脇は、第３のクラッド層２０５、２０６が形成されている。なお、位相変調部１１２についても、同一の構成を取っている。
　光導波路１２３は、リブ導波路の構造を取り、第１のＳｉＯ2クラッド層２０２と第２のＳｉＯ2クラッド層２０４との間に、光が導波するＳｉ半導体層２０３が挟まれている。Ｓｉ半導体層２０３は、光導波路１２３のコアとなる中央の厚いＳｉ半導体層領域であるリブ部Ａ０と、リブ部Ａ０の両脇に配置されてリブ部Ａ０よりも薄いＳｉ半導体層領域である第１のスラブ部Ａ１及び第２のスラブ部Ａ２を備える。光導波路１２３は、Ｓｉ半導体層２０３と、周囲の第１のＳｉＯ2クラッド層２０２及び第２のＳｉＯ2クラッド層２０４との屈折率差を利用して光を閉じ込める。
　また、進行波電極１２１は、Ｓｉ半導体層２０３の第１のスラブ部Ａ１のリブ部０と反対側の端部の上面にｘ軸方向に形成され、進行波電極１２２は、Ｓｉ半導体層２０３の第２のスラブ部Ａ２のリブ部Ａ０と反対側の端部の上面にｘ軸方向に形成される。
　Ｓｉ半導体層２０３は、Ｓｉにボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）などの原子がイオン注入などの方法によりドーピングされることにより、導電性を有する。ここで、Ｓｉ半導体層２０３は、ドーピング濃度の異なる４つの領域から構成されている。Ｓｉ半導体層２０３の第１のスラブ部Ａ１の、リブ部Ａ０と反対側の端部は、高濃度ｐ型半導体領域２０３－３となり、Ｓｉ半導体層２０３の第２のスラブ部Ａ２の、リブ部Ａ０と反対側の端部は、高濃度ｎ型半導体領域２０３－４となる。また、Ｓｉ半導体層２０３の第１のスラブ部Ａ１のリブ部Ａ０側と、リブ部Ａ０の第１のスラブ部Ａ１側とは、中濃度ｐ型半導体領域２０３－１となる。また、Ｓｉ半導体層２０３の第２のスラブ部Ａ２のリブ部Ａ０側と、リブ部Ａ０の第２のスラブ部Ａ２側とは、中濃度ｎ型半導体領域２０３－２となる。
　高濃度ｐ型半導体領域２０３－３と中濃度ｐ型半導体領域２０３－１との境界は接しており、高濃度ｎ型半導体領域２０３－４と中濃度ｎ型半導体領域２０３－２との境界も接している。これらの境界は重なり合ってドーピングがなされていても良い。また、リブ部Ａ０は、中濃度ｐ型半導体領域２０３－１と中濃度ｎ型半導体領域２０３－２とが接するｐｎ接合構造となる。また、他の例として中濃度ｐ型半導体領域２０３－１と中濃度ｎ型半導体領域２０３－２との間にｉ型（真性）半導体領域が挟まれたｐｉｎ接合構造としてもよい。
　進行波電極１２１は高濃度ｐ型半導体領域２０３－３に接続され、進行波電極１２２は高濃度ｎ型半導体領域２０３－４に接続される。進行波電極１２１及び１２２によりｐｎ接合部又はｐｉｎ接合部に逆バイアス電界を印加して、Ｓｉ半導体層２０３のリブ部Ａ０内部のキャリア密度を変化させ、Ｓｉ半導体層２０３の屈折率を変えることで（キャリアプラズマ効果）、光の位相を変調することができる。
　Ｓｉ半導体層２０３の寸法は、コア／クラッドとなる材料の屈折率に依存するため、一意には決定できない。ただし、１例を挙げると、一般的にＳｉ半導体層リブ部Ａ０と両側のスラブ部Ａ１及びＡ２を備えるリブ導波路構造を取った場合、光導波路１２３のコア幅（Ｓｉ半導体層２０３のリブ幅）４００～６００ｎｍ×高さ１５０～３００ｎｍ×スラブ厚５０～２００ｎｍ×長さ数ｍｍ程度になる。
　また、光変調器は変調した光信号を長い距離伝送させるために、光損失が少ないことが求められる。光導波路内のｐ型・ｎ型にドーピングした導電性半導体層においては、電子・ホールなどのキャリアによって伝搬する光の一部が吸収されるため、光損失を抑えるためには一定値以下のキャリア濃度になるようドーピングの条件を設定する必要がある。ドーピングした領域のキャリア密度は、高濃度ｐ型半導体領域２０３－３（ｐ++）においてキャリア密度：約１０20［ｃｍ-3］、中濃度ｐ型半導体領域２０３－１（ｐ+）においてキャリア密度：約１０17-18［ｃｍ-3］、中濃度ｎ型半導体領域２０３－２（ｎ+）においてキャリア密度：約１０17-18［ｃｍ-3］、高濃度ｎ型半導体領域２０３－４（ｎ++）においてキャリア密度：約１０20［ｃｍ-3］程度となる。
　光は周囲のＳｉＯ2クラッド層２０２及び２０４よりも屈折率の高い、Ｓｉ半導体層２０３に閉じ込められ、図１のｘ軸正方向に伝搬する。高濃度ｐ型半導体領域２０３－３及び高濃度ｎ型半導体領域２０３－４は進行波電極との接触抵抗の少ない導通を確保するため、及びＳｉ半導体層２０３を構成する半導体層自体の電気抵抗を小さく抑えるために設けられている。一方、コアとなるリブ部Ａ０を構成する中濃度ｐ型半導体領域２０３－１及び中濃度ｎ型半導体領域２０３－２のキャリア濃度は、高濃度ｐ型半導体領域２０３－３及び高濃度ｎ型半導体領域２０３－４に比べて低く設定されている。ドーピングによって発生するキャリアが光を吸収するために、ドーピング濃度を低くして光損失を低減させなければならないからである。ドーピング濃度を低くすることによって、光導波路内の光損失は、ドーピングを行わないパッシブ光導波路が３ｄＢ／ｃｍであるのに対し、６ｄＢ／ｃｍ程度に抑えることができる。Ｓｉ半導体層２０３のリブ部Ａ０を伝播する光のフィールドは、リブ部Ａ０の領域より外側にも染み出て分布するため、高濃度ｐ型半導体領域２０３－３及び高濃度ｎ型半導体領域２０３－４をリブ部Ａ０に近づけて配置すると、光導波路１２３の光損失は増加する。従って、高濃度ｐ型半導体領域２０３－３及び高濃度ｎ型半導体領域２０３－４をリブ部Ａ０に近接させないように、高濃度ｐ型半導体領域２０３－３と高濃度ｎ型半導体領域２０３－４と間の距離ｗpnは、１６００ｎｍ以上とすることが望ましい。
　変調速度が速く、低光損失で、さらに駆動電圧が低い光変調器を実現するためには、導波路内の光の強度を落とさずに光を伝搬することができる低損失で反射の少ない光導波路構造を実現すること、動作周波数帯域を高周波化すること、および位相反転電圧Ｖπを下げることが必要である。
　ここで、ＭＺ型光変調器において、変調効率が、位相反転電圧Ｖπ×進行波（位相変調）電極の長さＬにより求められる。そうすると、変調効率を変えずに、進行波電極の長さＬを短くして位相変調部の光損失を小さくすると位相反転電圧Ｖπが大きくなり、駆動電圧が増加する。一方で、位相反転電圧Ｖπを小さくすると、進行波電極の長さＬが大きくなり、位相変調部の光損失が増加するというトレードオフの関係がある。このため、低光損失で駆動電圧が低い光変調器を実現するためには、進行波電極の長さＬが長くても高速動作を可能にすることが必要である。進行波電極の長さＬを長く設定することができると、位相反転電圧Ｖπを大きくする必要がなくなる。
　図１の従来のＭＺ型光変調器１００の光導波路１２３の光損失を抑えるためには、光導波路１２３のコアとなるＳｉ半導体層２０３のリブ部Ａ０に光を閉じ込めなければならない。リブ部Ａ０に光を閉じ込めるためには、リブ部Ａ０から光が染み出す部分であるリブ部Ａ０の脇の第１のスラブ部Ａ１及び第２のスラブ部Ａ２を薄くしたリブ構造を取る必要がある。そうすると、中濃度ｐ型半導体領域２０３－１及び中濃度ｎ型半導体領域２０３－２を厚くしてＳｉ半導体層２０３の抵抗値を下げることができず、位相反転電圧Ｖπを小さくすることができないという問題がある。
　また、前述の通りＳｉ半導体層２０３のリブ部Ａ０（光導波路のコア）付近のドーピング濃度は高濃度にすることができないため、Ｓｉ半導体層２０３を構成する半導体のｐｎ接合もしくはｐｉｎ接合部の電気的な抵抗値を大きく下げることができない。このため、Ｓｉ半導体層２０３の抵抗値が高周波電気信号の損失となり、ｐｉｎ接合部あるいはｐｎ接合部に印加する電圧が減衰するため、位相反転電圧Ｖπを小さくすることができないという問題もある。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、変調速度が速く、低光損失で、さらに駆動電圧が低いという要求を同時に実現することができるＭＺ型光変調器を提供することにある。
五井一宏，小田研二，日下裕幸，小川 憲介， Tsung-Yang Liow， Xiaoguang Tu， Guo-Qiang Lo， Dim-Lee Kwong，「Ｓｉ　Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒプッシュプル変調器の２０Ｇｂｐｓ二値位相変調特性」２０１２年電子情報通信学会ソサイエティ大会，Ｃ－３－５０，２０１２．
　本発明の第１の態様は、基板と、前記基板上の位相変調部であって、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に積層され、前記第１のクラッド層よりも高い屈折率を有する半導体層と、前記半導体層上に積層され、前記半導体層よりも低い屈折率を有する第２のクラッド層とからなる光導波路と、第１の進行波電極と、第２の進行波電極とを含む、位相変調部とを含む光変調器であって、前記半導体層は、前記光導波路の光軸方向に形成され、前記光導波路のコアとなるリブ部と、前記リブ部の一方の脇に前記光軸方向に形成される第１のスラブ部と、前記リブ部の他方の脇に前記光軸方向に形成される、第２のスラブ部と、前記第１のスラブ部の前記リブ部の反対側に前記光軸方向に形成される、第３のスラブ部と、前記第２のスラブ部の前記リブ部の反対側に前記光軸方向に形成される、第４のスラブ部とを備え、前記第１のスラブ部は、前記リブ部及び前記第３のスラブ部よりも薄く形成され、前記第２のスラブ部は、前記リブ部及び前記第４のスラブ部よりも薄く形成されることを特徴とする。
　本発明に係る光変調器においては、半導体部分の電気的な抵抗値を大きく下げることができるため、高周波電気信号の損失が少なく、高速動作が可能となる。また、光導波路コアであるＳｉ半導体層からの光の漏れが少ないため、ドーピング領域のキャリアによる光吸収を抑えることができるとともに、高効率な光変調が可能である。このため、変調速度が速く、低光損失で、さらに駆動電圧が低いという要求を同時に実現することができる光変調器を提供することができる。
従来のＭＺ型光変調器の構成を示す上面図である。 従来のＭＺ型光変調器の位相変調部のII－IIにおける断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＭＺ型光変調器の構成を示す上面図である。 図３のＭＺ型光変調器の位相変調部のIV－IVにおける断面図である。 図４に記載の光導波路の断面におけるリブ部及び第１～第４のスラブ部の各寸法のパラメータを示す図である。 図４のＭＺ型光変調器を分布定数線路と見たときの等価回路を示す図である。 従来のＭＺ型光変調器の消光特性、実施例の通りの寸法により作成したＭＺ型光変調器の消光特性、及びｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＝１５０ｎｍとして作成したＭＺ型光変調器の消光特性の関係を示す図である。 従来のＭＺ型光変調器と、実施例の通りに作成したＭＺ型光変調器との、変調器の電気の周波数特性の計算値の比較を示す図であり、反射信号の周波数特性を示している。 従来のＭＺ型光変調器と、実施例の通りに作成したＭＺ型光変調器との、変調器の電気の周波数特性の計算値の比較を示す図であり、は透過信号の周波数特性を示している。 従来のＭＺ型光変調器の、ｐｎ接合部における電界強度分布の比較を示す図であり、従来のＭＺ型光変調器１００のｐｎ接合部における電界強度分布を示している 実施例のＭＺ型光変調器との、ｐｎ接合部における電界強度分布の比較を示す図であり、本実施例のＭＺ型光変調器２００のｐｎ接合部における電界強度分布を示す。 本発明の第２の実施形態に係るＭＺ型光変調器の構成を示す上面透視図で、特に入力光導波路と位相変調部の光導波路との接続部分を示す図である。（ａ）は入力光導波路の光の導波方向と垂直方向の断面図、（ｂ）は入力光導波路と位相変調部の光導波路との接続部分の上面図、（ｃ）は位相変調部の光導波路の光の導波方向と垂直方向の断面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
　［第１の実施形態］
　図３は、本発明の第１の実施形態に係るＭＺ型光変調器３００の構成を示す上面透視図である。ＭＺ型光変調器３００は、シリコン光変調器であり、入力光導波路３０１と、入力光導波路３０１から入射した光を１：１に分岐する光分岐器３０２と、光分岐器３０２からの光が入射される光導波路３０３及び３０４とを備える。また、ＭＺ型光変調器３００は、光導波路３０３を伝搬する光の位相を変調する位相変調部３１１と、光導波路３０４を伝搬する光の位相を変調する位相変調部３１２と、位相変調部３１１からの光を伝搬する光導波路３０５と、位相変調部３１２からの光を伝搬する光導波路３０６とを備える。また、ＭＺ型光変調器３００は、光導波路３０５及び３０６からの位相が変調された光を合波する光合波器３０７と、光合波器３０７により合波された光を出射する出力光導波路３０８とを備える。
　位相変調部３１１は、ｘ軸方向に伸びる進行波電極３２１及び３２２と、光導波路３２３とを備え、進行波電極３２１及び３２２に電圧を印加することにより、光導波路３２３を導波する光の位相を変化させる。また位相変調部３１２は、ｘ軸方向に伸びる進行波電極３２４及び３２５と、光導波路３２６とを備え、進行波電極３２４及び３２５に電圧を印加することにより、光導波路３２６を導波する光の位相を変化させる。光導波路３２３，３２６は、光軸方向に形成された光導波路のコアとなるリブ部と、両脇に形成され、リブ部よりも薄いスラブ部とから構成されるＳｉ半導体層を有し、上下にＳｉＯ2クラッド層が形成されるリブ導波路と呼ばれる構造を有している。
　図４は、図３のＭＺ型光変調器３００の位相変調部３１１のIV－IVにおける断面図である。図３は、位相変調部３１１の光の導波方向と垂直方向（ｙ－ｚ平面）の断面図であり、位相変調部３１１は、Ｓｉ基板４０１と、Ｓｉ基板上の光導波路３２３とを備える。光導波路３２３は、基板４０１上の第１のＳｉＯ2クラッド層４０２と、第１のクラッド層４０２上のＳｉ半導体層４０３と、Ｓｉ半導体層４０３上の第２のＳｉＯ2クラッド層４０４とを備える。また、Ｓｉ半導体層４０３の両脇は、第３のＳｉＯ2クラッド層４０５又は４０６が形成される。また、代替的に、この領域は、光導波層であるリブ部Ｃ０と同じ厚さのＳｉ半導体層により形成されていても良い。なお、位相変調部３１２についても、同一の構成を取っている。
　光導波路３２３は、リブ導波路を更に変形した構造を取り、第１のＳｉＯ2クラッド層４０２と第２のＳｉＯ2クラッド層４０４との間に、光が導波するＳｉ半導体層４０３が挟まれている。Ｓｉ半導体層４０３は、コアとなる中央の厚いＳｉ半導体層領域であるリブ部Ｃ０を備える。また、Ｓｉ半導体層４０３は、リブ部Ｃ０の両脇に配置されてリブ部Ｃ０よりも薄いＳｉ半導体層領域である第１のスラブ部Ｃ１及び第２のスラブ部Ｃ２を備える。さらに、Ｓｉ半導体層４０３は、第１のスラブ部Ｃ１の、リブ部Ｃ０の反対側の端部に配置され、リブ部Ｃ０よりも薄く、隣接する第１のスラブ部Ｃ１よりも厚いＳｉ半導体層領域である第３のスラブ部Ｃ３と、第２のスラブ部Ｃ２の、リブ部Ｃ０の反対側の端部に配置され、リブ部Ｃ０よりも薄く、隣接する第２のスラブ部Ｃ２よりも厚いＳｉ半導体層領域である第４のスラブ部Ｃ４とを備える。
　つまり、半導体層４０３は、光導波路３２３のコアとなるリブ部Ｃ０と、リブ部Ｃ０の一方の脇に形成される第３のスラブ部Ｃ３との間に第１のスラブ部Ｃ１が挿入され、前記リブ部Ｃ０の他方の脇に形成される第４のスラブ部Ｃ４との間に第２のスラブ部Ｃ２が挿入された構造であるということができる。
　光導波路３２３は、Ｓｉ半導体層４０３と、周囲の第１のＳｉＯ2クラッド層４０２及び第２のＳｉＯ2クラッド層４０４との屈折率差を利用して光を閉じ込める。
　また、進行波電極３２１は、Ｓｉ半導体層４０３の第３のスラブ部Ｃ３の第１のスラブ部Ｃ１と反対側の端部の上面にｘ軸方向に形成され、進行波電極３２２は、Ｓｉ半導体層４０３の第４のスラブ部Ｃ４の第２のスラブ部Ｃ２と反対側の端部の上面にｘ軸方向に形成される。
　Ｓｉ半導体層４０３は、Ｓｉにボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）などの原子がイオン注入などの方法によりドーピングされることにより、導電性を有する。ここで、Ｓｉ半導体層４０３は、ドーピング濃度の異なる５つの領域から構成されている。Ｓｉ半導体層４０３の第３のスラブ部Ｃ３の、第１のスラブ部Ｃ１と反対側の端部は、高濃度ｐ型半導体領域４０３－３となり、Ｓｉ半導体層４０３の第４のスラブ部Ｃ４の、第２のスラブ部Ｃ２と反対側の端部は、高濃度ｎ型半導体領域４０３－４となる。また、Ｓｉ半導体層４０３の第３のスラブ部Ｃ３の第１のスラブ部Ｃ１側と、第１のスラブ部Ｃ１と、リブ部Ｃ０の第１のスラブ部Ｃ１側とは、中濃度ｐ型半導体領域４０３－１となる。また、Ｓｉ半導体層４０３の第４のスラブ部Ｃ４の第２のスラブ部Ｃ２側と、第２のスラブ部Ｃ２と、リブ部Ｃ０の第２のスラブ部Ｃ２側とは、中濃度ｎ型半導体領域４０３－２となる。
　高濃度ｐ型半導体領域４０３－３と中濃度ｐ型半導体領域４０３－１との境界は接しており、高濃度ｎ型半導体領域４０３－４と中濃度ｎ型半導体領域４０３－２との境界も接している。これらの境界は重なり合ってドーピングがなされていても良い。また、リブ部Ｃ０は、中濃度ｐ型半導体領域４０３－１と中濃度ｎ型半導体領域４０３－２とが接するｐｎ接合構造となる。また、他の例として中濃度ｐ型半導体領域４０３－１と中濃度ｎ型半導体領域４０３－２との間にｉ型（真性）半導体領域が挟まれたｐｉｎ接合構造としてもよい。
　リブ部Ｃ０のｐｎ接合部又はｐｉｎ接合部において、逆バイアス電界を印加することにより、光導波路３２３のコア（Ｓｉ半導体層４０３のリブ部Ｃ０）内部のキャリア密度が変化し、光導波路の屈折率が変わることで（キャリアプラズマ効果）、光の位相が変調される。
　次に、図４に記載のＳｉ半導体層４０３の断面におけるリブ部及び第１～第４のスラブ部の各寸法の決定方法について説明する。図５は、図４に記載のＳｉ半導体層４０３の断面におけるリブ部及び第１～第４のスラブ部の各寸法のパラメータを示す図である。ここで、リブ部Ｃ０の厚さはｔ０、第１のスラブ部Ｃ１の厚はｔ１、第２のスラブ部Ｃ２の厚はｔ２、第３のスラブ部Ｃ３の厚さはｔ３、第４のスラブ部Ｃ４の厚さはｔ４とする。また、リブ部Ｃ０の幅はｗ０、第１のスラブ部Ｃ１の幅はｗ１、第２のスラブ部Ｃ２の幅はｗ２、第３のスラブ部Ｃ３の幅はｗ３、第４のスラブ部Ｃ４の幅はｗ４とする。
　まず、リブ部Ｃ０の厚さｔ０と、第１のスラブ部Ｃ１の厚さｔ１と、第２のスラブ部Ｃ２の厚さｔ２と、第３のスラブ部Ｃ３の厚さｔ３と、第４のスラブ部Ｃ４の厚さｔ４について説明する。光導波路３２３において、光は光導波路３２３のコアとなるＳｉ半導体層４０３のリブ部Ｃ０内に閉じ込められる。ここで、リブ部Ｃ０に近接して同等の実効屈折率又はより高い実効屈折率のＳｉ半導体層である第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４があると、モード結合を起こし、一定の伝播長でリブ部Ｃ０に近接した第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４に乗り移っていく。このため、リブ部Ｃ０に近接する第３のスラブ部３及び第４のスラブ部Ｃ４に乗り移った光は変調器の光損失の原因となる。また、第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４に乗り移った光が、リブ部Ｃ０と、第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４との間で行き来を繰り返し、伝搬する波長によって損失が変動する。このような光の損失を防ぐには、以下の３つの方法が考えられる。
　まず第１の方法は、リブ部Ｃ０に第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４を近接させないことである。第２の方法は、第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の、リブ部Ｃ０に近接している部分の長さを短く抑えることである。第３の方法は、リブ部Ｃ０に近接した第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の実効屈折率を、光が伝搬しているリブ部Ｃ０の実効屈折率よりも小さくすることである。以下、３つの方法について検討する。
　第１の方法のリブ部Ｃ０に第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４を近接させないことについて検討する。リブ部Ｃ０に第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４を近接させないためには、第１のスラブ部Ｃ１の幅ｗ１及び第２のスラブ部Ｃ２の幅ｗ２を大きくとる方法があるが、ｗ１が大きいほど中濃度ｐ型半導体領域４０３－１の断面積が小さくなり、また、ｗ２が大きいほど中濃度ｎ型半導体領域４０３－２の断面積が小さくなり、Ｓｉ半導体層４０３の抵抗が高くなる。従って、図１に記載の従来のＭＺ型光変調器１００の構造と変わらなくなるため、高速な周波数での動作が難しくなる。よって、本発明においてこの方法は採用できない。
　第２の方法の第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の、リブ部Ｃ０に近接している部分の長さを短く抑えることについて検討する。Ｓｉ半導体層４０３において、第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４のリブ部Ｃ０に近接している部分を短くするためには、第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の長さを短くする、つまり、位相変調部３１１の全体の長さを短くする必要がある。位相変調部３１１の長さを短くすることにより、モード結合を抑制することができる。しかし、この場合進行波電極の長さＬも短くしなければならない。そうすると、変調効率はＶπＬで決定されることから、変調効率を一定にするために位相反転電圧Ｖπを大きくする必要がある。この場合、ＭＺ型光変調器３００を低消費電力で駆動することができず、本実施形態において採用が困難である。
　第３の方法のリブ部Ｃ０に近接した第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の実効屈折率を、光が伝搬しているリブ部Ｃ０の実効屈折率よりも小さくすることについて検討する。リブ部Ｃ０に近接した第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の実効屈折率を、光が伝搬しているリブ部Ｃ０の実効屈折率よりも小さくするためには、近接した第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の厚さを薄くして、Ｓｉ半導体層４０３の上下の第１のクラッド層４０２及び第２のクラッド層４０４に光が染み出るようにすることで実現できる。
　本実施形態では、ｔ０、ｔ１及びｔ３の関係を、不等式ｔ０＞ｔ３＞ｔ１を満たすようにする。ｔ０、ｔ１及びｔ３がこの不等式を満たすことにより、第３のスラブ部Ｃ３を伝播する光の実効屈折率を、リブ部Ｃ０を伝播する光の実効屈折率より小さくすることができる。また、ｔ０、ｔ２及びｔ４の関係を、不等式ｔ０＞ｔ４＞ｔ２を満たすようにする。ｔ０、ｔ２及びｔ４がこの不等式を満たすことにより、第４のスラブ部Ｃ４を伝播する光の実効屈折率を、リブ部Ｃ０を伝播する光の実効屈折率より小さくすることができる。従って、リブ部Ｃ０と第３のスラブ部Ｃ３又は第４のスラブ部Ｃ４とが近接していても、光が第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４側へ移ることなく、光損失を抑えることができる。ここで、ｔ１とｔ２とは、同一の値であっても異なる値であってもよく、また、ｔ３とｔ４とは、同一の値であっても異なる値であってもよい。さらに、ｗ１とｗ２とは、同一の値であっても異なる値であってもよく、また、ｗ３とｗ４とは、同一の値であっても異なる値であってもよい。
　また、本実施形態においても、図１に記載の従来のＭＺ型光変調器１００と同じく、高濃度ｐ型半導体領域４０３－３上に進行波電極３２１を、高濃度ｎ型半導体領域４０３－４上に進行波電極３２２を接続し、進行波電極３２１及び３２２によりｐｎ接合部又はｐｉｎ接合部に逆バイアス電界を印加する。電圧の印加により、光導波路３２３のコアとなるＳｉ半導体層４０３のリブ部Ｃ０内部のキャリア密度を変化させ（キャリアプラズマ効果）、Ｓｉ半導体層４０３の屈折率を変えることで、光の位相を変調する。本実施形態の光の位相の変調において、高速変調を行うことを可能にするためには、ＭＺ型光変調器３００の進行波電極３２１及び３２２を、高周波電気信号が数ｍｍの長さにわたって伝播することのできる進行波電極とする必要がある。ここで、図６は、図４のＭＺ型光変調器３００を分布定数線路と見たときの等価回路を示す図である。ｐｎ接合部（又はｐｉｎ接合部）は容量Ｃであり、進行波電極３２１からｐｎ接合部（又はｐｉｎ接合部）までを抵抗Ｒ１、進行波電極３２２からｐｎ接合部（又はｐｉｎ接合部）までを抵抗Ｒ２として、Ｒ１－Ｃ－Ｒ２の直列回路として記述できる。この直列回路において、減衰の少ない進行波電極を実現するためには、抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値を小さくする必要がある。ここで、抵抗値は、キャリア濃度の少ない中濃度ｐ型半導体領域４０３－１及び中濃度ｎ型半導体領域４０３－２に依存する。
　抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値を下げるためには、以下の２つの方法が考えられる。まず、第１に、中濃度ｐ型半導体領域４０３－１及び中濃度ｎ型半導体領域４０３－２のドーピング濃度を上げ、キャリア密度を増大させるという方法がある。第２に、リブ部Ｃ０の両脇の第１のスラブ部Ｃ１及び第２のスラブ部Ｃ２を厚くする、という方法がある。
　まず、第１の方法について検討する。中濃度ｐ型半導体領域４０３－１及び中濃度ｎ型半導体領域４０３－２のドーピング濃度を上げることは、光導波路３２３のコアとなるＳｉ半導体層４０３のリブ部Ｃ０のドーピング濃度を上げることになる。この場合、Ｓｉ半導体層４０３のリブ部Ｃ０のドーピング領域において、キャリアによる光吸収が大きくなるため、光導波路３２３の光損失を抑えることができない。したがって、第１の方法は本実施形態において適切でない。
　次に、第２の方法について検討する。本実施形態では、第１のスラブ部Ｃ１及び第２のスラブ部Ｃ２の更に外側に、第１のスラブ部Ｃ１及び第２のスラブ部Ｃ２より厚い第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４を設けている。第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４を設けることにより中濃度ｐ型半導体領域４０３－１及び中濃度ｎ型半導体領域４０３－２の断面積を大きくする。そうすると抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値が下げることができる。このとき高濃度ｐ型半導体領域４０３－３と高濃度ｎ型半導体領域４０３－４との間の領域の距離ｗpn内の光導波路を可能な範囲で広く、厚くするとより効果が得られる。
　一方、第１のスラブ部Ｃ１及び第２のスラブ部Ｃ２の厚さを、リブ部Ｃ０の厚さに近づけると、第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４への光のフィールドの染み出しが大きくなり、高濃度ｐ型半導体領域４０３－３又は高濃度ｎ型半導体領域４０３－４に光のフィールドがかかり、光導波の損失の増加となる。さらに、キャリアプラズマ効果を受け屈折率が変わる領域に存在する光のフィールドが少なくなるため、変調効率の劣化にもつながる。このため、第１のスラブ部Ｃ１の厚さｔ１及び第２のスラブ部Ｃ２の厚さｔ２はリブ部Ｃ０の厚さｔ０の半分以下、すなわち不等式ｔ０／２＞ｔ１、及び不等式ｔ０／２＞ｔ２を満たすことが望ましい。
　さらに、高濃度ｐ型ドーピング領域４０３－３及び高濃度ｎ型ドーピング領域４０３－４は十分なキャリア濃度があり、抵抗率が低いため、ｔ１及びｔ２が上述の不等式を満たす厚さであっても抵抗値の増加はほとんど変調器の特性に影響しない。このため、高濃度ｐ型半導体領域４０３－３と中濃度ｐ型半導体領域４０３－１との境界、及び高濃度ｎ型半導体領域４０３－４と中濃度ｎ型半導体領域４０３－２との境界は、第１のスラブ部Ｃ１及び第２のスラブ部Ｃ２の外側に形成される厚さｔ３の第３のスラブ部Ｃ３及び厚さｔ４の第４のスラブ部Ｃ４の領域内にそれぞれ位置することが発明の効果が最も得られて望ましい。
　次に、リブ部Ｃ０の幅ｗ０、第１のスラブ部Ｃ１の幅ｗ１、第２のスラブ部Ｃ２の幅ｗ２、第３のスラブ部Ｃ３の幅ｗ３、第４のスラブ部Ｃ４の幅ｗ４について説明する。本実施形態において、前述の通り第１のスラブ部Ｃ１の幅ｗ１及び第２のスラブ部Ｃ２の幅ｗ２はできる限り小さくした方がより効果が得られる。しかし、ＭＺ型光変調器３００の作製時のフォトマスクの合わせ精度は±６０ｎｍ程度であるため、ｗ１及びｗ２の幅を６０ｎｍ以下としてしまうと、作製時のばらつきによりｗ１及びｗ２が形成されないことが考えられる。そうすると、リブ部Ｃ０の隣が、リブ部Ｃ０の次に厚い第３のスラブ部Ｃ３及び第２のスラブ部Ｃ４となるため、光のフィールドが大きくリブ部Ｃ０からはみ出し、光損失の増加や変調効率の低下が起こる。一方、ｗ１及びｗ２が大きいと、図１に示す従来のＭＺ型光変調器１００の構造に近づき、本発明の効果が小さくなる。ここで、表１に、図５のＭＺ型光変調器３００のｗ１及びｗ２の値を変化させたときの位相変調部の電界強度、従来のＭＺ型光変調器１００（図１）と比較したＭＺ型光変調器３００の電界強度の増加率、ＭＺ型光変調器３００の高周波信号の減衰定数αの計算値を示す。なお、表１の例は、変調周波数１０ＧＨｚのときの計算値を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　電界強度は、従来のＭＺ型光変調器１００に比べ、ｗ１（ｗ２）が２００ｎｍのときは２５．６％、ｗ１（ｗ２）が４００ｎｍのときは１６．２％増大しているが、ｗ１（ｗ２）が１０００ｎｍのときは１．１％しか増大しておらず、ほとんど効果が得られない。よって、ｗ１の値は不等式６０ｎｍ＜ｗ１（ｗ２）＜６００ｎｍを満たす値であることが発明の効果が最も得られて望ましい。
　また、第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の外側は、光導波層であるリブ部Ｃ０と同じ厚さのＳｉ半導体層とすることもできる。この場合、光が導波するリブ部Ｃ０に接近した領域で同じ厚さのＳｉ半導体層が存在すると、リブ部Ｃ０を伝播する光が近接する同じ厚さのＳｉ半導体層に漏れてしまうため、第３のスラブ部Ｃ３の幅ｗ３及び第４のスラブ部Ｃ４の幅ｗ４は、リブ部Ｃ０が外側のＳｉ半導体層に近接しないように２００ｎｍ以上とする必要がある。
　［実施例］
　上述の通り算出したリブ部Ｃ０の厚さｔ０、第１のスラブ部Ｃ１の厚さｔ１、第２のスラブ部Ｃ２の厚さｔ２、第３のスラブ部Ｃ３の厚さｔ３、及び第４のスラブ部Ｃ４の厚さｔ４、リブ部Ｃ０の幅ｗ０、第１のスラブ部Ｃ１の幅ｗ１、第２のスラブ部Ｃ２の幅ｗ２、第３のスラブ部Ｃ３の幅ｗ３、第４のスラブ部Ｃ４幅ｗ４から、一例として、以下の通りＭＺ型光変調器３００のＳｉ半導体層４０３の断面構造のサイズを作成した。また、ドーピング濃度については以下の通りとしている。
　リブ部Ｃ０
　　ｔ０＝２２０ｎｍ　ｗ０＝５００ｎｍ
　第１のスラブ部Ｃ１
　　ｔ１＝８０ｎｍ　　ｗ１＝１００ｎｍ
　第２のスラブ部Ｃ２
　　ｔ２＝８０ｎｍ　　ｗ２＝１００ｎｍ
　第３のスラブ部Ｃ３
　　ｔ３＝１５０ｎｍ　ｗ３＞２００ｎｍ
　第４のスラブ部Ｃ４
　　ｔ４＝１５０ｎｍ　ｗ４＞２００ｎｍ
　高濃度ｐ型半導体領域４０３－３
　　ｐ++：１×１０20　ｃｍ-3
　高濃度ｎ型半導体領域４０３－４
　　ｎ++：１×１０20　ｃｍ-3
　中濃度ｐ型半導体領域４０３－１
　　ｐ+　：２．７×１０17　ｃｍ-3
　中濃度ｎ型半導体領域４０３－２
　　ｎ+　：　　　　３．０×１０17　ｃｍ-3
　図７は、従来のＭＺ型光変調器１００（図１）の消光特性、本実施例の通りの寸法により作成したＭＺ型光変調器３００の消光特性、及びｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＝１５０ｎｍとして作成したＭＺ型光変調器の消光特性の関係を示す図である。図７において、従来のＭＺ型光変調器１００の消光特性は、曲線７０１により、本実施例の通りの寸法により作成したＭＺ型光変調器３００の消光特性は、曲線７０２により、及びｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＝１５０ｎｍとして作成したＭＺ型光変調器の消光特性は、曲線７０３により示している。ＭＺ型光変調器の位相変調部に電圧を印加すると、ＭＺ干渉系内の２本の光導波路を伝播する光の位相が変化し、一旦光強度が減少した後、位相が反転した光が出力される特性が見られる。ｔ１＝ｔ２＝ｔ３＝ｔ４＝１５０ｎｍとして作成したＭＺ型光変調器の消光特性（曲線７０１）は、光のフィールドがコアとなるリブ部からはみ出しているため、光損失が大きい。また、キャリアプラズマ効果を受け屈折率が変わる領域に存在する光のフィールドが少なくなるため、変調効率が劣化していることもわかる。このため、厚さｔ０、ｔ１及びｔ３の関係は、本実施例のように不等式ｔ０＞ｔ３＞ｔ１を満たすとともに、ｔ０／２＞ｔ１の関係を満たすことが望ましいことがわかる。また、厚さｔ０、ｔ２及びｔ４の関係についても、本実施例のように不等式ｔ０＞ｔ４＞ｔ２を満たすとともに、ｔ０／２＞ｔ４の関係を満たすことが望ましいことがわかる。
　図８は、従来のＭＺ型光変調器１００と、本実施例の通りに作成したＭＺ型光変調器３００との、変調器の電気の周波数特性（Ｓ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ）の計算値の比較を示す図である。図８Ａは反射信号（Ｓ１１）の周波数特性を示し、図８Ｂは透過信号（Ｓ２１）の周波数特性を示している。ここで、図８Ａにおいて、従来のＭＺ型光変調器１００の反射信号（Ｓ１１）の周波数特性は曲線８０１により、本実施例のＭＺ型光変調器３００の反射信号（Ｓ１１）の周波数特性は曲線８０２により示している。また、従来のＭＺ型光変調器１００の透過信号（Ｓ２１）の周波数特性は曲線８０３により、本実施例のＭＺ型光変調器３００の透過信号（Ｓ２１）の周波数特性は曲線８０４により示している。本実施例のＭＺ型光変調器３００においては、進行波電極での高周波電気信号の損失が小さいため、透過信号（Ｓ２１）の減衰が小さく、６ｄＢで規定される周波数帯域が１８ＧＨｚと従来のＭＺ型光変調器１００の１６ＧＨｚより大きくなっていることがわかる。
　図９は、従来のＭＺ型光変調器１００と、本実施例のＭＺ型光変調器３００との、ｐｎ接合部における電界強度分布の比較を示す図である。図９Ａは、従来のＭＺ型光変調器１００のＳｉ半導体層２０３内のｐｎ接合部における電界強度分布を示し、図９Ｂは、本実施例のＭＺ型光変調器３００のＳｉ半導体層４０３内のｐｎ接合部における電界強度分布を示す。変調周波数１０ＧＨｚのとき、本実施例のＳｉ半導体層４０３内のｐｎ接合部での電界強度は、従来のＳｉ半導体層２０３内のｐｎ接合部での電界強度に比べ２５．６％大きくなっており、高周波信号の減衰定数αも、６７．１Ｎｐ／ｍと従来構造の８５．５Ｎｐ／ｍに比べ小さくなっている。図８及び図９の結果により、本発明において高周波信号の損失が少ない良好なＳｉ光変調器が実現できることがわかる。
　［第２の実施形態］
　図１０は、本発明の第２の実施形態に係るＭＺ型光変調器１０００の構成を示す上面透視図で、特に光導波路１００３と位相変調部１０１１の光導波路１０２３との接続部分を示している。図１０（ａ）は光導波路１００３の光の導波方向（ｘ軸方向）と垂直方向の断面図、図１０（ｂ）は光導波路１００３と位相変調部１０１１の光導波路１０２３との接続部分の上面透視図、図１０（ｃ）は位相変調部１０１１の光導波路１０２３の光の導波方向（ｘ軸方向）と垂直方向の断面図である。第２の実施形態に係るＭＺ型光変調器１０００は、第１の実施形態のＭＺ型光変調器３００において、光導波路３０３と位相変調部３１１の光導波路３２３との接続部分を、図１０（ｂ）の構成にしたものである。接続部分において、入射側の光導波路１００３と位相変調部１０１１の光導波路１０２３とが接続されており、入射側の光導波路１００３は、第１の実施形態の導波路３０３に、位相変調部１０１１は位相変調部３１１に、光導波路１０２３は光導波路３２３に対応する。なお、光導波路１００３は、リブ部Ｃ０と、第１のスラブ部Ｃ１及び第２のスラブ部Ｃ２とから構成されている。
　接続部分において、光の導波方向に従って、第１のスラブ部Ｃ１の領域の幅が徐々に狭くなり、幅ｗ１になる。同様に、第２のスラブ部Ｃ２の領域の幅が徐々に狭くなり、幅ｗ２になる。接続部分をこのような構造にすることにより、リブ導波路１００３と位相変調部１０１１の光導波路１０２３との光のモードフィールドを緩やかに変化させ、損失の少ない導波路接続部とすることができる。光のフィールドは、位相変調部、光導波路ともに、リブ部Ｃ０からはみ出した領域に存在している。このため、光導波路を伝播する光の実効屈折率は、リブ部Ｃ０から離れた場所にある第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の屈折率の影響も受けている。第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４を徐々にリブ部Ｃ０に近づけることによって、実効屈折率の急激な変化を防止し、反射損失や散乱損失を小さく抑えることできる。
　第３のスラブ部Ｃ３及び第４のスラブ部Ｃ４の近づけ方は、伝播長Ｌが１０μｍに対して１μｍ近づけるなど、光の波長に対して十分に長い長さＬに対して、１０％以下の長さの割合で近づけることが望ましい。
　１００、３００　ＭＺ型位相変調器
　１０１、１０３、１０４、１０５、１０６、１０８、１２３、３０１、３０３、３０４、３０５、３０６、３０８、３２３　光導波路
　１０２、３０２　光分岐器
　１０７、３０７　光合波器
　１１１、１１２、３１１、３１２　位相変調部
　１２１、１２２、１２４、１２５、３２１、３２２、３２４、３２５　進行波電極
　２０１、４０１　Ｓｉ基板
　２０２、２０４、２０５、２０６、４０２、４０４、４０５、４０６　ＳｉＯ2クラッド層
　２０３、４０３　Ｓｉ半導体層
　２０３－３、４０３－３　高濃度ｐ型半導体領域
　２０３－４、４０３－４　高濃度ｎ型半導体領域
　２０３－１、４０３－１　中濃度ｐ型半導体領域
　２０３－２、４０３－２　中濃度ｎ型半導体領域
　Ａ０、Ｃ０　リブ部
　Ａ１～Ａ２、Ｃ１～Ｃ４　スラブ部
　Ｃ　容量
　Ｒ１、Ｒ２　抵抗

Claims (9)

  1. 　基板（４０１）と、
    　前記基板上の位相変調部（３１１）であって、第１のクラッド層（４０２）と、前記第１のクラッド層（４０２）上に積層され、前記第１のクラッド層（４０２）よりも高い屈折率を有する半導体層（４０３）と、前記半導体層（４０３）上に積層され、前記半導体層（４０３）よりも低い屈折率を有する第２のクラッド層（４０４）とからなる光導波路（３２３）と、第１の進行波電極（３２１）と、第２の進行波電極（３２２）とを含む、位相変調部（３１１）とを含む光変調器（３００）であって、
    　前記半導体層（４０３）は、
    　　前記光導波路（３２３）の光軸方向に形成され、前記光導波路（３２３）のコアとなるリブ部（Ｃ０）と、
    　　前記リブ部（Ｃ０）の一方の脇に前記光軸方向に形成される第１のスラブ部（Ｃ１）と、
    　　前記リブ部（Ｃ０）の他方の脇に前記光軸方向に形成される、第２のスラブ部（Ｃ２）と、
    　　前記第１のスラブ部（Ｃ１）の前記リブ部（Ｃ０）の反対側に前記光軸方向に形成される、第３のスラブ部（Ｃ３）と、
    　　前記第２のスラブ部（Ｃ２）の前記リブ部（Ｃ０）の反対側に前記光軸方向に形成される、第４のスラブ部（Ｃ４）と
    　　を備え、
    　前記第１のスラブ部（Ｃ１）は、前記リブ部（Ｃ０）及び前記第３のスラブ部（Ｃ３）よりも薄く形成され、
    　前記第２のスラブ部（Ｃ２）は、前記リブ部（Ｃ０）及び前記第４のスラブ部（Ｃ４）よりも薄く形成されることを特徴とする光変調器（３００）。
  2. 　前記リブ部（Ｃ０）の厚さをｔ０、前記第１のスラブ部（Ｃ１）の厚さをｔ１、前記第３のスラブ部（Ｃ３）の厚さをｔ３としたときに、厚さの関係が不等式ｔ０＞ｔ３＞ｔ１を満たし、前記第２のスラブ部（Ｃ２）の厚さをｔ２、前記第４のスラブ部（Ｃ４）の厚さをｔ４としたときに、厚さの関係が不等式ｔ０＞ｔ４＞ｔ２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光変調器（３００）。
  3. 　前記厚さの関係が、更に不等式ｔ０／２＞ｔ１及び不等式ｔ０／２＞ｔ２を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光変調器（３００）。
  4. 　前記第１の進行波電極（３２１）は、前記第３のスラブ部（Ｃ３）の、前記リブ部（Ｃ０）とは反対側の端部の上面に前記光軸方向に形成され、
    　前記第２の進行波電極（３２２）は、前記第４のスラブ部（Ｃ４）の、前記リブ部（Ｃ０）とは反対側の端部の上面に、前記光軸方向に形成される
    　ことを特徴とする請求項３に記載の光変調器（３００）。
  5. 　前記第３のスラブ部（Ｃ３）の前記第１のスラブ部（Ｃ１）と反対側の端部は、高濃度ｐ型半導体領域（４０３－３）であり、前記第４のスラブ部（Ｃ４）の前記第２のスラブ部（Ｃ２）と反対側の端部は、高濃度ｎ型半導体領域（４０３－４）であり、
    　前記第３のスラブ部（Ｃ３）の前記第１のスラブ部（Ｃ１）側、前記第１のスラブ部（Ｃ１）及び前記リブ部（Ｃ０）の前記第１のスラブ部（Ｃ１）側は、中濃度ｐ型半導体領域（４０３－１）であり、前記第４のスラブ部（Ｃ４）の前記第２のスラブ部（Ｃ２）側、前記第２のスラブ部（Ｃ２）及び前記リブ部（Ｃ０）の前記第２のスラブ部（Ｃ２）側は、中濃度ｎ型半導体領域（４０３－２）であることを特徴とする請求項４に記載の光変調器（３００）。
  6. 　前記中濃度ｐ型半導体領域（４０３－１）と、前記中濃度ｎ型半導体領域（４０３－２）との接合部は、ｐｎ接合構造であることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
  7. 　前記中濃度ｐ型半導体領域（４０３－１）と、前記中濃度ｎ型半導体領域（４０３－２）との接合部は、前記中濃度ｐ型半導体領域（４０３－１）と、前記中濃度ｎ型半導体領域（４０３－２）との間に、ドーピングされていないｉ型（真性）半導体領域をさらに挟んだｐｉｎ接合構造であることを特徴とする請求項５に記載の光変調器（３００）。
  8. 　前記第１のスラブ部（Ｃ１）をｗ１とし、前記第２のスラブ部（Ｃ２）の幅をｗ２としたときに、前記ｗ１の関係が、不等式６０ｎｍ＜ｗ１＜６００ｎｍを満たし、前記ｗ２の関係が、不等式６０ｎｍ＜ｗ２＜６００ｎｍを満たすことを特徴とする請求項３に記載の光変調器（３００）。
  9. 　前記位相変調部（３１１）と前記光変調器に形成されたリブ導波路との接続部において、前記位相変調部（３１１）の前記第１のスラブ部（Ｃ１）及び前記第２のスラブ部（Ｃ２）の領域の幅が前記位相変調器側に向かって徐々に狭くなることを特徴とする請求項２に記載の光変調器（３００）。
PCT/JP2015/006112 2014-12-09 2015-12-08 光変調器 WO2016092829A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15866773.3A EP3232255B1 (en) 2014-12-09 2015-12-08 Optical modulator
SG11201704080YA SG11201704080YA (en) 2014-12-09 2015-12-08 Optical modulator
CN201580067277.9A CN107003549B (zh) 2014-12-09 2015-12-08 光调制器
CA2969504A CA2969504C (en) 2014-12-09 2015-12-08 Optical modulator
US15/528,874 US10146099B2 (en) 2014-12-09 2015-12-08 Optical modulator
JP2016563506A JP6434991B2 (ja) 2014-12-09 2015-12-08 光変調器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014249405 2014-12-09
JP2014-249405 2014-12-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016092829A1 true WO2016092829A1 (ja) 2016-06-16

Family

ID=56107041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/006112 WO2016092829A1 (ja) 2014-12-09 2015-12-08 光変調器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10146099B2 (ja)
EP (1) EP3232255B1 (ja)
JP (1) JP6434991B2 (ja)
CN (1) CN107003549B (ja)
CA (1) CA2969504C (ja)
SG (1) SG11201704080YA (ja)
WO (1) WO2016092829A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108931859A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 瑞萨电子株式会社 半导体器件
WO2019202894A1 (ja) * 2018-04-19 2019-10-24 日本電信電話株式会社 光変調器

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110320596A (zh) * 2018-03-28 2019-10-11 华为技术有限公司 光波导器件及其制备方法
US11982919B2 (en) * 2018-12-06 2024-05-14 Mitsubishi Electric Corporation Mach-Zehnder type optical modulator
JP2020095131A (ja) * 2018-12-12 2020-06-18 住友電気工業株式会社 光変調器
CN109683354B (zh) * 2019-01-15 2020-09-15 中国科学院半导体研究所 一种中红外波段调制器及其制备方法
JP7131425B2 (ja) * 2019-02-19 2022-09-06 日本電信電話株式会社 光変調器
US10866440B1 (en) * 2019-07-17 2020-12-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical modulator and package
JP2021167851A (ja) * 2020-04-08 2021-10-21 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光変調器
US11415820B2 (en) * 2020-05-04 2022-08-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Waveguide structure
CN212341627U (zh) * 2020-06-29 2021-01-12 苏州旭创科技有限公司 一种硅基行波电极调制器
CN114089549B (zh) * 2020-08-24 2024-06-18 苏州旭创科技有限公司 一种行波电极调制器及光子集成芯片
CN112162446A (zh) * 2020-10-15 2021-01-01 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Mz电光调制器及其制备方法
CN113284964B (zh) * 2021-04-22 2022-06-24 北京邮电大学 一种导模光电探测器
JP2023028947A (ja) * 2021-08-20 2023-03-03 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光導波路素子、光通信装置及びスラブモード除去方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011075917A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光導波路素子
JP2013025011A (ja) * 2011-07-20 2013-02-04 Fujitsu Ltd 光半導体素子及びその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2373921A (en) * 2001-03-27 2002-10-02 Bookham Technology Plc Fabrication of integrated modulated waveguide structures by self-alignment process
US7116853B2 (en) * 2003-08-15 2006-10-03 Luxtera, Inc. PN diode optical modulators fabricated in rib waveguides
DE102006045102B4 (de) 2006-09-21 2011-06-01 Karlsruher Institut für Technologie Elektro-optisches Hochindexkontrast-Wellenleiter-Bauelement
US8737772B2 (en) * 2010-02-19 2014-05-27 Kotura, Inc. Reducing optical loss in an optical modulator using depletion region
CN103907049B (zh) 2011-10-26 2016-09-07 株式会社藤仓 光学元件以及马赫－曾德型光波导元件
US9541775B2 (en) * 2013-03-19 2017-01-10 Luxtera, Inc. Method and system for a low-voltage integrated silicon high-speed modulator
JP6314972B2 (ja) 2013-03-26 2018-04-25 日本電気株式会社 シリコンベース電気光学変調装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011075917A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光導波路素子
JP2013025011A (ja) * 2011-07-20 2013-02-04 Fujitsu Ltd 光半導体素子及びその製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAZUHIRO GOI ET AL.: "20Gbps binary phase shift keying using silicon Mach-Zehnder push-pull modulator", 2012 NEN IEICE ELECTRONICS SOCIETY TAIKAI, vol. C-3-50, September 2012 (2012-09-01), pages 167, XP009503708 *
PINGUET,T. ET AL.: "A 1550nm,10 Gbps optical modulator with integrated driver in 130 nm CMOS", GROUP IV PHOTONICS,2007 4TH IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE, September 2007 (2007-09-01), pages 186 - 188, XP032144827 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108931859A (zh) * 2017-05-24 2018-12-04 瑞萨电子株式会社 半导体器件
JP2018197817A (ja) * 2017-05-24 2018-12-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN108931859B (zh) * 2017-05-24 2023-08-08 瑞萨电子株式会社 半导体器件
WO2019202894A1 (ja) * 2018-04-19 2019-10-24 日本電信電話株式会社 光変調器
JP2019191246A (ja) * 2018-04-19 2019-10-31 日本電信電話株式会社 光変調器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107003549A (zh) 2017-08-01
CA2969504C (en) 2019-02-26
US20170336696A1 (en) 2017-11-23
EP3232255B1 (en) 2019-06-26
EP3232255A4 (en) 2018-07-25
EP3232255A1 (en) 2017-10-18
CN107003549B (zh) 2019-12-10
CA2969504A1 (en) 2016-06-16
JPWO2016092829A1 (ja) 2017-05-25
SG11201704080YA (en) 2017-06-29
JP6434991B2 (ja) 2018-12-05
US10146099B2 (en) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6434991B2 (ja) 光変調器
JP6586223B2 (ja) 光変調器
US10921517B2 (en) Electro-optic waveguide device and optical module
TWI638464B (zh) 半導體光調變元件
WO2017159651A1 (ja) 光変調器
JP2017173365A (ja) 光変調器
US20120294563A1 (en) Electro-optic silicon modulator
JP6926499B2 (ja) 光変調器
WO2020170871A1 (ja) 光変調器
JP2017072808A (ja) 半導体光導波路、半導体光変調器、及び半導体光変調システム
JP6823619B2 (ja) 光変調器
JP2023075026A (ja) 横磁気偏光シリコンフォトニック変調器
JP6431493B2 (ja) 光変調器
JP6734813B2 (ja) 光送信機
JP2020027204A (ja) 光変調器
JP2019194637A (ja) 半導体マッハ・ツェンダ型光変調器およびそれを用いたｉｑ光変調器
JP6353474B2 (ja) 光変調器
JP4754608B2 (ja) 光変調器
WO2023095261A1 (ja) マッハツェンダ変調器
JP2017207552A (ja) 基板型光導波路及び基板型光変調器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15866773

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016563506

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11201704080Y

Country of ref document: SG

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015866773

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2969504

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE