(57)【要約】【課題】  マッハツェンダ型光変調器の２本の変調導波路の間に配置された接地電極が変調導波路と交差する部分の作製のために、製造工程が複雑になる。【解決手段】  半導体基板の上に、相互に間隔を隔てて第１及び第２の変調導波路(28,29)が配置される。さらに、第１及び変調導波路に接続される分波器(25)及び合波器(30)が配置される。第１の変調導波路の上に第１の信号電極(35)が配置され、第２の変調導波路の上に第２の信号電極(36)が配置される。第１の信号電極の両側の基板表面のうち、第２の信号電極側に第１の内側接地電極(39)が配置され、その反対側に第１の外側接地電極(37)が配置される。第２の信号電極の両側の基板表面のうち、第１の信号電極側に第２の内側接地電極(39)が配置され、その反対側に第２の外側接地電極(38)が配置される。第１の及び第２の内側接地電極は、第１の変調導波路及び前記第２の変調導波路のいずれとも重ならない。【選択図】  図１
2010008869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、相互に間隔を隔てて配置された第１及び第２の変調導波路と、
前記半導体基板の上に配置され、前記第１の変調導波路及び第２の変調導波路の入力端に接続された分波器と、
前記半導体基板の上に配置され、前記第１の変調導波路及び第２の変調導波路の出力端に接続された合波器と、
前記第１の変調導波路の上に、該第１の変調導波路に沿って配置された第１の信号電極と、
前記第２の変調導波路の上に、該第２の変調導波路に沿って配置された第２の信号電極と、
前記第１の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第２の信号電極側に配置された第１の内側接地電極と、
前記第１の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第２の信号電極とは反対側に配置された第１の外側接地電極と、
前記第２の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第１の信号電極側に配置された第２の内側接地電極と、
前記第２の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第１の信号電極とは反対側に配置された第２の外側接地電極と
を有し、
前記第１の内側接地電極及び前記第２の内側接地電極は、平面視において、前記第１の変調導波路、及び前記第２の変調導波路のいずれとも重ならない光変調器。
【請求項２】
前記第１の内側接地電極と前記第２の内側接地電極とが、１つの導電パターンを共有する請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
さらに、前記半導体基板の表面に形成され、それぞれ前記第１の変調導波路及び前記第２の変調導波路に沿う平面形状を持つ第１のメサ構造及び第２のメサ構造を有し、
前記第１の変調導波路及び前記第２の変調導波路は、それぞれ前記第１のメサ構造及び第２のメサ構造内に配置されており、
前記第１の信号電極及び前記第２の信号電極は、それぞれ前記第１のメサ構造及び前記第２のメサ構造の上に配置されている請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
さらに、前記第１のメサ構造及び第２のメサ構造の外側の前記半導体基板の上に配置され、前記第１のメサ構造及び前記第２のメサ構造を形成する材料よりも誘電率が低い材料で形成された埋込部材を有し、
前記第１及び第２の外側接地電極が前記埋込部材の上に形成されている請求項３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記半導体基板が、その表層部に形成された導電性半導体材料からなる導電層を含み、前記第１及び第２の内側接地電極が、前記導電層に接している請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記半導体基板が導電性半導体材料で形成されており、
さらに、該半導体基板の裏側の表面に形成された背面接地電極を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項７】
前記第１の内側接地電極及び第２の内側接地電極は、平面視において、前記第１の変調導波路、前記第２の変調導波路、前記分波器、及び前記合波器で囲まれた閉じた領域の外側の接地電位が与えられる導電性領域に、基板上の配線を介して接続されない請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の上に形成されるマッハツェンダ型光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎＰ系半導体を用いたマッハツェンダ型光変調器は、ＬｉＮｂＯ３を用いた光変調器に比べて小型化が可能である。このため、ＩｎＰ系半導体を用いたマッハツェンダ型光変調器は、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）システム用の波長可変中継装置の小型化を図るために有望な技術である。また、プッシュプル駆動することにより、チャープ制御が可能である。このため、半導体レーザとモノリシック集積化した小型の光中継器の構成部品として期待される。
【０００３】
半導体基板上に形成されるマッハツェンダ変調器は、分波器、２本の変調導波路、合波器を含む（特許文献１、非特許文献１）。２本の変調導波路の各々の上に、導波路に沿って変調信号が印加される進行波電極が形成される。進行波電極の両側に接地電極が配置される。一方の接地電極は、２本の変調導波路の間に配置されることになる。変調導波路の間に配置された接地電極は、変調導波路と交差して外側の領域まで延在し、接地電位を印加するための端子に接続される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３００５７０号公報
【特許文献２】K. Tsuzuki et al., "A 40-Gb/s InGaAlAs-InAlAs MQW n-i-n Mach-Zehnder Modulator With a Drive Voltage of 2.3 V", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 1, January 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のマッハツェンダ型光変調器においては、２本の変調導波路の間に配置された接地電極と、接地電位を印加するための端子とが接続される。両者を接続するための配線は、変調導波路と交差する。変調導波路は、通常、基板上に形成されたメサ形状を有する。配線と変調導波路との交差箇所において、導波光に悪影響を及ぼさないようにするために、変調信号が印加される進行波電極と変調導波路との重なり部分とは異なる作製手順を採用しなければならない。例えば、エアブリッジ等の作製手順を採用する必要がある。このため、製造工程が複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための光変調器は、
半導体基板の上に、相互に間隔を隔てて配置された第１及び第２の変調導波路と、
前記半導体基板の上に配置され、前記第１の変調導波路及び第２の変調導波路の入力端に接続された分波器と、
前記半導体基板の上に配置され、前記第１の変調導波路及び第２の変調導波路の出力端に接続された合波器と、
前記第１の変調導波路の上に、該第１の変調導波路に沿って配置された第１の信号電極と、
前記第２の変調導波路の上に、該第２の変調導波路に沿って配置された第２の信号電極と、
前記第１の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第２の信号電極側に配置された第１の内側接地電極と、
前記第１の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第２の信号電極とは反対側に配置された第１の外側接地電極と、
前記第２の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第１の信号電極側に配置された第２の内側接地電極と、
前記第２の信号電極の両側の基板表面のうち、前記第１の信号電極とは反対側に配置された第２の外側接地電極と
を有し、
前記第１の内側接地電極及び前記第２の内側接地電極は、平面視において、前記第１の変調導波路、及び前記第２の変調導波路のいずれとも重ならない。
【発明の効果】
【０００７】
第１及び第２の内側接地電極が、前記第１の変調導波路、及び前記第２の変調導波路のいずれとも重ならないため、重なり部分を作製するための特殊な工程が不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、第１の実施例によるマッハツェンダ型光変調器の平面図を示す。基板２０の上に、分波器２５及び合波器３０が配置されている。分波器２５及び合波器３０には、例えばマルチモード干渉型（ＭＭＩ）カプラが用いられる。分波器２５及び合波器３０の各々は、２つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する。
【０００９】
第１の入力導波路２１及び第２の入力導波路２２が、それぞれ分波器２５の２つの入力ポートに接続されている。第１の変調導波路２８が、分波器２５の一方の出力ポートと合波器３０の一方の入力ポートとを接続する。第２の変調導波路２９が、分波器２５の他方の出力ポートと合波器３０の他方の入力ポートとを接続する。第１の出力導波路３１及び第２の出力導波路３２が、それぞれ合波器３０の２つの出力ポートに接続されている。
【００１０】
第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９は、端部近傍以外において、相互に平行に配置される。端部近傍の領域においては、端部に向かって間隔が徐々に狭まった後、相互に平行に配置されて、分波器２５または合波器３０に接続される。これらの導波路は、コア層及びその上下のクラッド層をメサ構造にしたハイメサ型光導波路である。
【００１１】
分波器２５、第１の変調導波路２８、合波器３０、及び第２の変調導波路２９により、閉じた領域４５が画定される。
【００１２】
閉じた領域４５の外側において第１の変調導波路２８に隣接するように、第１の埋込部材４１が配置されている。第１の埋込部材４１は、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９を構成するコア層、及び上下のクラッド層のいずれよりも誘電率の低い低誘電率材料で形成される。第１の埋込部材４１の厚さは、その上面が第１の変調導波路２８の上面とほぼ同一の高さになるように調整される。
【００１３】
第１の変調導波路２８の、端部近傍以外の部分に重なるように、第１の信号電極３５が配置されている。閉じた領域４５の外側に、第１の入力端子３５Ａ、及び第１の出力端子３５Ｂが配置されている。第１の信号電極３５の、分波器２５側の端部は、第１の入力端子３５Ａに接続され、合波器３０側の端部は、第１の出力端子３５Ｂに接続されている。第１の変調信号電極３５、第１の入力端子３５Ａ、及び第１の出力端子３５Ｂは、同一の導電膜により形成されている。
【００１４】
第１の信号電極３５の両側に、第１の外側接地電極３７及び内側接地電極３９が配置されている。内側接地電極３９は、閉じた領域４５の内側に配置され、第１の外側接地電極３７は、閉じた領域４５の外側に配置されている。内側接地電極３９は、平面視において、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９のいずれとも重ならない。また、閉じた領域４５の外側に配置された接地電位が与えられる導電性領域に、基板上の配線を介して接続されない。
【００１５】
第２の変調導波路２９に対しても、第２の信号電極３６、第２の入力端子３６Ａ、第２の出力端子３６Ｂ、第２の外側接地電極３８、第２の埋込部材４２が配置されている。内側接地電極３９は、第１の信号電極３５及び第２の信号電極３６に対応する接地電極として共用される。なお、第１の信号電極３５に対応する内側接地電極と、第２の信号電極３６に対応する内側接地電極とを、相互に分離してもよい。
【００１６】
第２の信号電極３６、第２の入力端子３６Ａ、第２の出力端子３６Ｂ、第２の外側接地電極３８、第２の埋込部材４２は、それぞれ、第１の変調導波路２８と第２の変調導波路２９とが相互に平行に配置された部分の中間線に関して、第１の信号電極３５、第１の入力端子３５Ａ、第１の出力端子３５Ｂ、第１の外側接地電極３７、第１の埋込部材４１と対称な平面形状を有する。
【００１７】
第１の入力端子３５Ａに第１の信号源５１が接続され、第１の出力端子３５Ｂに５０Ωの終端抵抗５３が接続される。第２の入力端子３６Ａに第２の信号源５２が接続され、第２の出力端子３６Ｂに５０Ωの終端抵抗５４が接続される。直流的に負にバイアスされた第１の入力端子３５Ａ及び第２の入力端子３６Ａに、変調信号が印加される。
【００１８】
図２に、図１の一点鎖線２Ａ−２Ａにおける断面図を示す。（００１）面を主面とするｎ型ＩｎＰからなる基板２０の上に、半絶縁性埋込ヘテロ（ＳＩ−ＢＨ）構造の第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９が形成されている。第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の各々は、下部クラッド層６１、コア層６２、及び上部クラッド層６３がこの順番に形成された積層構造を有する。上部クラッド層６３の上に、コンタクト層６４が形成されている。下部クラッド層６１は、基板２０の全面に配置されており、第１及び第２の変調導波路２８、２９以外の領域の下部クラッド層６１の上面は、第１及び第２の変調導波路２８、２９内の上面よりも低い。第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の各々の幅（メサ部の幅）は、例えば１．４〜１．８μｍである。
【００１９】
下部クラッド層６１は、ｎ型ＩｎＰで形成され、その不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３であり、変調導波路２８、２９が形成されている部分の厚さは１．４μｍである。上部クラッド層６３は、ｐ型ＩｎＰで形成され、その厚さは１．３μｍである。コア層６２側の厚さ０．５μｍの部分の不純物濃度は６．５×１０１７ｃｍ−３であり、コンタクト層６４側の厚さ０．８μｍの部分の不純物濃度は１．６×１０１８ｃｍ−３である。コンタクト層６４は、厚さ０．１μｍ、不純物濃度２×１０１８ｃｍ−３のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層と、その上の厚さ０．５μｍ、不純物濃度１．５×１０１９ｃｍ−３のｐ型ＩｎＧａＡｓ層とを含む。
【００２０】
コア層６２は、厚さ５０ｎｍのｉ型ＩｎＰ層、多重量子井戸層、及び厚さ１００ｎｍのｉ型ＩｎＰ層がこの順番に形成された積層構造を有する。例えば１．４μｍの吸収端を持つ多重量子井戸層は、厚さ５ｎｍのｉ型ＩｎＰバリア層と厚さ１０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ井戸層とを交互に重ねた積層構造を有する。例えば、バリア層の数を３４層とし、井戸層の数を３３層とする。これにより、１．５５μｍ帯の光導波路が形成される。
【００２１】
第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の側面に、半絶縁性のＩｎＰからなる半絶縁性高抵抗膜６５が形成されている。半絶縁性高抵抗膜６５の表面、及び下部クラッド層６１の表面を酸化シリコンからなる保護膜６７が覆う。なお、第１の変調導波路２８と第２の変調導波路２９との間の下部クラッド層６１が露出するように、保護膜６７に開口が形成されている。
【００２２】
第１の変調導波路２８よりも外側の基板上に、第１の埋込部材４１が配置され、第２の変調導波路２９よりも外側の基板上に、第２の埋込部材４２が配置されている。第１の変調導波路２８の内側（第２の変調導波路側）の側面に配置された保護膜６７の側面に、埋込部材４３が配置され、第２の変調導波路２９の内側（第１の変調導波路側）の側面に配置された保護膜６７の側面に、埋込部材４４が配置されている。第１の埋込部材４１、第２の埋込部材４２、及び埋込部材４３、４４には、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）が用いられる。なお、ベンゾシクロブテンに代えて、他の低誘電率材料、例えばポリイミド系有機化合物、エポキシ系有機化合物、アクリル系有機化合物等を用いてもよい。
【００２３】
第１の変調導波路２８の上のコンタクト層６４の上に、第１の信号電極３５が形成されている。第２の変調導波路２９の上のコンタクト層６４の上に、第２の信号電極３６が形成されている。第１の埋込部材４１の上に、第１の外側接地電極３７が形成され、第２の埋込部材４２の上に、第２の外側接地電極３８が形成されている。第１の変調導波路２８と第２の変調導波路２９との間の下部クラッド層６１の上に、内側接地電極３９が形成されている。内側接地電極３９は、保護膜６７に設けられた開口内に配置され、下部クラッド層６１に接触している。基板２０の背面に、背面電極７０が形成されている。背面電極７０には、接地電位が印加される。
【００２４】
次に、図３Ａ〜図３Ｋを参照して、第１の実施例による光変調器の製造方法について説明する。
【００２５】
図３Ａに示すように、基板２０の上に、下部クラッド層６１、コア層６２、上部クラッド層６３、及びコンタクト層６４を順番に形成する。これらの膜は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）や有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって化合物半導体をエピタキシャル結晶成長させることにより形成される。
【００２６】
コンタクト層６４の上に、マスクパターン１００を形成する。マスクパターン１００は、図１に示した第１の入力導波路２１、第２の入力導波路２２、分波器２５、第１の変調導波路２８、第２の変調導波路２９、合波器３０、第１の出力導波路３１、及び第２の出力導波路３２の平面形状に対応する。マスクパターン１００には、酸化シリコン、窒化シリコン、レジスト材等が用いられる。
【００２７】
図３Ｂに示すように、マスクパターン１００をエッチングマスクとして、コンタクト層６４から、下部クラッド層６１の表層部までエッチングする。このエッチングには、ドライエッチングまたはウェットエッチングを適用することができる。ドライエッチングには、ＳｉＣｌ４やＣｌ２等の塩素系ガスの誘導結合プラズマを用いることができる。ウェットエッチングには、塩酸等を用いることができる。このエッチングにより、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９を含むメサ構造が形成される。
【００２８】
図３Ｃに示すように、マスクパターン１００の上には成長しない条件で、下部クラッド層６１の上に半絶縁性のＩｎＰからなる埋込層６５ａを選択成長させる。埋込層６５ａの成長には、例えばＭＯＣＶＤが適用される。埋込層６５ａの形成後、マスクパターン１００を除去する。
【００２９】
図３Ｄに示すように、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の上に、マスクパターン１０１を形成する。マスクパターン１０１の幅は、コア層６２よりもやや広い。マスクパターン１０１には、酸化シリコン、窒化シリコン、レジスト材等が用いられる。
【００３０】
図３Ｅに示すように、マスクパターン１０１をエッチングマスクとして、埋込層６５ａ及び下部クラッド層６１の上層部分をエッチングする。第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９を構成するメサ構造の側面に、埋込層６５ａの一部（半絶縁性高抵抗膜）６５が残る。埋込層６５ａのエッチング後、マスクパターン１０１を除去する。
【００３１】
コア層６２の上下に、それぞれ上部クラッド層６４及び下部クラッド層６１が配置され、側方に埋込層６５ａが配置されたＳＩ−ＢＨ構造が得られる。
【００３２】
図３Ｆに示すように、基板全面を、保護膜６７で覆う。保護膜６７には、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等が用いられる。保護膜６７の形成には、電子ビーム蒸着等が用いられる。
【００３３】
図３Ｇに示すように、保護膜６７の表面に、低誘電率材料をスピンコート等により塗布し、キュアを行うことにより、低誘電率層４６を形成する。低誘電率材料として、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等が用いられる。低誘電率層４６は、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の両側の低い領域を埋め込むと共に、これらの導波路上にも堆積する。
【００３４】
図３Ｈに示すように、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の上に配置された保護膜６７が露出するまで、低誘電率層４６をエッチバックする。
【００３５】
図３Ｉに示すように、基板表面にマスクパターン１０２を形成する。マスクパターン１０２は、図１に示した第１の埋込部材４１及び第２の埋込部材４２の平面形状に対応する。マスクパターン１０２は、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９よりも外側の領域から、これらの導波路の内側の側面よりもやや内側まで広がる。
【００３６】
マスクパターン１０２をエッチングマスクとして、低誘電率層４６をエッチングする。低誘電率層４６のエッチングには、例えばエッチングガスとして酸素を用いた反応性イオンエッチングが用いられる。これにより、第１の変調導波路２８よりも外側に第１の埋込部材４１が残り、第２の変調導波路２９よりも外側に第２の埋込部材４２が残る。第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の内側の側面にも、それぞれ低誘電率材料からなる埋込部材４３及び埋込部材４４が残る。２つの埋込部材４３及び４４よりも内側に、保護膜６７が露出する。低誘電率層４６のエッチング後、マスクパターン１０２を除去する。マスクパターン１０２を除去すると、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の上に形成されている保護膜６７が露出する。
【００３７】
図３Ｊに示すように、露出している保護膜６７を、例えばフッ酸を用いて除去する。第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の上のコンタクト層６４が露出し、第１の変調導波路２８と第２の変調導波路２９との間に、下部クラッド層６１が露出する。
【００３８】
図３Ｋに示すように、第１の信号電極３５、第２の信号電極３６、第１の外側接地電極３７、第２の外側接地電極３８、及び内側接地電極３９を形成する。これらの電極は、基板側から順番にＡｕ層、Ｚｎ層、及びＡｕ層が順番に形成された積層構造を有する。これらの電極の形成には、蒸着及びリフトオフ法を用いることができる。なお、蒸着により形成されたＡｕ層の上に、Ａｕめっきを施してもよい。
【００３９】
最後に、図２に示したように、基板７０の背面に、背面電極７０を形成する。背面電極７０は、基板側から順番にＡｕＧｅ層とＡｕ層とが形成された積層構造を有する。
【００４０】
次に、第１の実施例による光変調器の動作原理について説明する。図１に示した第１の入力導波路２１及び第２の入力導波路２２の一方から光信号を入力する。分波器２５は、入力された光信号を、第１の変調導波路２８と第２の変調導波路２９とに当分に分波する。
【００４１】
第１の信号源５１及び第２の信号源５２から、それぞれ第１の信号電極３５及び第２の信号電極３６に変調信号を入力する。入力された変調信号は、第１の信号電極３５及び第２の信号電極３６内を伝搬する。終端抵抗とインピーダンスマッチングさせるために、第１の信号電極３５及び第２の信号電極３６の特性インピーダンスは約５０Ωに設計される。特性インピーダンスは、第１の信号電極３５、第２の信号電極３６、第１の外側接地電極３７、第２の外側接地電極３８、及び内側接地電極３９の幾何学的形状に依存する。
【００４２】
図２において、下部クラッド層６１と上部クラッド層６３との間に、逆バイアス電圧が印加されると、コア層６２内の多重量子井戸層の吸収端が変化する。吸収端が変化すると、クラマーズクロニッヒの関係から、導波路の屈折率が変化する。これにより、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９を伝搬する光信号の位相が変化する。
【００４３】
第１の信号電極３５及び第２の信号電極３６のいずれにも、変調信号を印加しない場合には、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９を伝搬する光信号は、位相変調を受けず、同相で合波器３０に入力される。第１の信号電極３５及び第２の信号電極３６に、相互に逆位相の変調信号を印加すると、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９を伝搬する光信号は、相互に異なる位相変調を受ける。これにより、逆位相で合波器３０に入力される。
【００４４】
第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９から、合波器３０に同相で光信号が入力されると、第２の出力導波路３２に光信号が出力される。合波器３０に逆位相で光信号が入力されると、第１の出力導波路３１に光信号が出力される。このように、変調信号の印加、無印加を切り替えることにより、第１の出力導波路３１及び第２の出力導波路３２のいずれか一方から光信号を取り出すことができる。
【００４５】
第１の実施例では、内側接地電極３８が、閉じた領域４５内に配置されており、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９のいずれとも重なっていない。さらに、  内側接地電極３９は、平面視において、閉じた領域の外側の接地電位が与えられる導電性領域に、基板上の配線を介して接続されない。このため、第１の変調導波路２８や第２の変調導波路２９を跨ぐエアブリッジの形成等の特殊な工程が不要になり、歩留まりの低下を抑制することができる。
【００４６】
内側接地電極３９を、外側の第１の外側接地電極３７及び第２の外側接地電極３８よりも低い位置に配置することにより、第１の信号電極３５及び第２の信号電極３６の特性インピーダンスを５０Ωに近づけることができる。
【００４７】
また、第１の実施例では、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９の外側に、それぞれ第１の埋込部材４１及び第２の埋込部材４２が配置されている。第１の信号電極３５に連続する第１の入力端子３５Ａ及び第１の出力端子３５Ｂは、第１の埋込部材４１の上に配置されている。図２に示したように、第１の変調導波路２８が形成されているメサ部の上面と、第１の埋込部材４１の上面との間の段差は、メサ部の上面と、下部クラッド層６１を覆っている保護膜６７の上面との間の段差よりも低い。このため、第１の埋込部材４１を配置しない場合に比べて、第１の信号電極３５、第１の入力端子３５Ａ、及び第２の出力端子３５Ｂの形成が容易である。同様に、第２の信号電極３６、第２の入力端子３６Ａ、及び第２の出力端子３５Ｂの形成が容易である。
【００４８】
図４に、基板上方の空間内の電界のシミュレーション結果を示す。図４中の矢印は電界の向きを表し、矢印の長さが電界の強さを表す。なお、図４では、第２の信号電極３６に正電圧を印加した場合の電界を示している。内側接地電極３９には、基板表面上の接地用端子から接地電圧が直接供給されることはないが、内側接地電極３９に向かう電界が発生しており、接地電極として十分機能していることが分かる。
【００４９】
図５に、電磁界分布シミュレータと光小信号計算により求めた光応答特性を示す。横軸は変調導波路の長さを単位「ｍｍ」で表し、縦軸は最大変調帯域幅を単位「ＧＨｚ」で表す。ここで、「最大変調帯域幅」は、出力導波路に出力される光信号の強度が３ｄＢ低下するときの周波数を意味する。
【００５０】
変調導波路の長さが１ｍｍ、及び１．５ｍｍのとき、それぞれ１３ＧＨｚ及び９ＧＨｚの最大変調帯域幅が得られることがわかる。このように、内側接地電極３９に接地電圧を直接印加しなくても、十分な高速変調が可能である。
【００５１】
次に、図６〜図９を参照して、第２〜第５の実施例について説明する。以下、第１の実施例による光変調器との相違点に着目して説明を行い、共通部分については説明を省略する。
【００５２】
図６に、第２の実施例による光変調器の断面図を示す。第１の実施例では、図２に示したように、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９を構成するメサ部の側面に、半絶縁性のＩｎＰからなる半絶縁性高抵抗膜６５が配置されていたが、第２の実施例では、半絶縁性高抵抗膜が配置されていない。保護膜６７が、メサ部の側壁に接する。
【００５３】
第２の実施例による光変調器の製造方法では、図３Ｂに示したマスクパターン１００を除去した後、図３Ｃの埋込層６５ａを形成することなく、図３Ｆに示した保護膜６７が形成される。
【００５４】
メサ部の両側に、保護膜６７を介して低誘電率の埋込部材４１〜４４が配置されるため、低容量化を図ることができる。また、横方向に関する光閉じ込め効果が強くなるため、効果的な位相変調を行うことが可能になる。このため、第１の実施例の光変調器に比べて、最大変調帯域幅が広くなると期待される。
【００５５】
図７に、第３の実施例による光変調器の断面図を示す。第３の実施例では、図２に示した第１の実施例の光変調器の保護膜６７、第１の埋込部材４１、第２の埋込部材４２、及び埋込部材４３、４４が形成されていない。第１の外側接地電極３７及び第２の外側接地電極３８が、下部クラッド層６１の表面に形成される。
【００５６】
第３の実施例による光変調器の製造方法では、図３Ｅに示したマスクパターン１０１を除去した後、図３Ｋに示した第１の信号電極３５、第２の信号電極３６、第１の外側接地電極３７、第２の外側接地電極３８、及び内側接地電極３９が形成される。図１に示した第１の入力端子３５Ａ、第１の出力端子３５Ｂ、第２の入力端子３６Ａ、及び第２の出力端子は、半絶縁性高抵抗膜６５の上に形成される。
【００５７】
第３の実施例においても、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９と交差する配線を形成する必要がない。
【００５８】
図８に、第４の実施例による光変調器の断面図を示す。第４の実施例では、図２に示した第１の実施例の光変調器の半絶縁性高抵抗膜６５が配置されていない。さらに、第１の外側接地電極３７が配置される領域において、保護膜６７及び第１の埋込部材４１が除去されており、第２の外側接地電極３７が配置される領域において、保護膜６７及び第２の埋込部材４２が除去されている。このため、第１の外側接地電極３７及び第２の外側接地電極３８が、下部クラッド層６１の表面に接触する。
【００５９】
第４の実施例による光変調器の製造方法では、図３Ｂに示したマスクパターン１００を除去した後、図３Ｃに示した埋込層６５ａを形成することなく、図３Ｆに示した保護膜６７が形成される。また、図３Ｉに示したマスクパターン１０２の、第１の外側接地電極３７及び第２の外側接地電極３８が配置される領域に開口が形成される。これにより、第１の外側接地電極３７及び第２の外側接地電極３８が配置される領域の第１の埋込部材４１及び第２の埋込部材４２が除去される。図３Ｊに示した保護膜６７のエッチング工程で、第１の外側接地電極３７及び第２の外側接地電極３８が配置される領域の保護膜６７が除去される。
【００６０】
第４の実施例においても、第１の変調導波路２８及び第２の変調導波路２９と交差する配線を形成する必要がない。
【００６１】
図９に、第５の実施例による光変調器の平面図を示す。光変調器が形成された基板２０と同一の基板上に、波長可変半導体レーザ素子８０が形成されている。波長可変半導体レーザ素子８０から出射されるレーザ光が、第１の入力導波路２１に入力される。なお、第２の入力導波路２２に入力される構成としてもよい。また、波長可変半導体レーザ素子に代えて、固定波長分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ素子としてもよい。
【００６２】
上記第１〜第５の実施例では、基板２０にｎ型ＩｎＰを用いたが、その他の化合物半導体を用いてもよいし、ｐ型ＩｎＰや半絶縁性のＩｎＰを用いてもよい。その場合、下部クラッド層６１は、メサ構造の近傍にのみ形成することが望ましい。ｐ型ＩｎＰを用いる場合には、下部クラッド層６１をｐ型にし、上部クラッド層６３をｎ型にする。
【００６３】
基板２０に半絶縁性のＩｎＰを用いる場合には、背面電極７０は形成されない。図７及び図８に示した第３及び第４の実施例の構成では、第１の外側接地電極３７及び第２の外側接地電極３８から、下部クラッド層６１を介して、内側接地電極３９に接地電位が印加される。
【００６４】
また、上記第１〜第５の実施例では、コア層６２を多重量子井戸構造としたが、量子細線構造、量子ドット構造、またはバルク構造としてもよい。
【００６５】
また、上記第１の〜第５の実施例では、ＩｎＰ基板上に、ＩｎＰ系化合物半導体層を成長させて光導波路を形成したが、ＩｎＰ基板上に、ＩｎＧａＡｓＰ系またはＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体層を成長させて光導波路を形成してもよい。
【００６６】
また、上記第１〜第５の実施例で採用されている光変調器に、駆動電極以外に位相変調用電極を設けてもよい。
【００６７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１の実施例による光変調器の平面図である。
【図２】第１の実施例による光変調器の断面図である。
【図３−１】第１の実施例による光変調器の、製造途中段階における断面図である。
【図３−２】第１の実施例による光変調器の、製造途中段階における断面図である。
【図３−３】第１の実施例による光変調器の、製造途中段階における断面図である。
【図３−４】第１の実施例による光変調器の、製造途中段階における断面図である。
【図４】第１の実施例による光変調器の基板上の空間の電界のシミュレーション結果を示す線図である。
【図５】第１の実施例による光変調器の最大変調帯域幅と変調導波路の長さとの関係を示すグラフである。
【図６】第２の実施例による光変調器の断面図である。
【図７】第３の実施例による光変調器の断面図である。
【図８】第４の実施例による光変調器の断面図である。
【図９】第５の実施例による光変調器の平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２０  基板
２１  第１の入力導波路
２２  第２の入力導波路
２５  分波器
２８  第１の変調導波路
２９  第２の変調導波路
３０  合波器
３５  第１の信号電極
３６  第２の信号電極
３７  第１の外側接地電極
３８  第２の外側接地電極
３９  内側接地電極
４１  第１の埋込部材
４２  第２の埋込部材
４３、４４  埋込部材
４５  閉じた領域
４６  低誘電率層
５１  第１の信号源
５２  第２の信号源
５３  第１の終端抵抗
５４  第２の終端抵抗
６１  下部クラッド層
６２  コア層
６３  上部クラッド層
６４  コンタクト層
６５  半絶縁性高抵抗膜
６５ａ  埋込層
６７  保護膜
７０  背面接地電極
８０  波長可変半導体レーザ素子
１００、１０１、１０２  マスクパターン
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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