(57)【要約】【課題】伝搬損失が増大しないようにしながら、より高速で動作しうる側面格子導波路型光変調器及びこれを備える光送信器を実現する。【解決手段】光変調器を、半導体材料からなる光導波路コア２と、電極３と、ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、光導波路コアと電極とを電気的に接続する複数のチャネル４とを備え、複数のチャネル４は、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられており、光導波路コア２は、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域２Ｘ及び非ドーピング領域２Ｙを光の伝搬方向に沿って交互に有し、複数のチャネル４は、それぞれ、ドーピング領域２Ｘに接続されているものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料からなる光導波路コアと、
電極と、
ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記電極とを電気的に接続する複数のチャネルとを備え、
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられており、
前記光導波路コアは、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域及び非ドーピング領域を光の伝搬方向に沿って交互に有し、
前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ドーピング領域に接続されていることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記電極は、前記光導波路コアを挟んで両側に設けられた第１電極及び第２電極であり、
前記ドーピング領域は、
ｎ型にドーピングされたｎ型ドーピング領域と、
前記ｎ型ドーピング領域に接合され、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域とを含み、
前記ｎ型ドーピング領域及び前記ｐ型ドーピング領域の少なくとも一方と前記非ドーピング領域とが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、
前記複数のチャネルは、
ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第１電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ｎ型ドーピング領域に接続されている複数のｎ型チャネルと、
ｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第２電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ｐ型ドーピング領域に接続されている複数のｐ型チャネルとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記電極は、前記光導波路コアを挟んで両側に設けられた第１電極及び第２電極であり、
前記ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域を含み、
前記複数のチャネルは、
ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第１電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ドーピング領域の一方の側に接続されている複数の第１ｎ型チャネルと、
ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第２電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ドーピング領域の前記一方の側の反対側に接続されている複数の第２ｎ型チャネルとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光変調器。
【請求項５】
前記光導波コアと前記複数のチャネルは、厚さが同一であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
連続光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの連続光を変調する光変調器とを備え、
前記光変調器は、
半導体材料からなる光導波路コアと、
電極と、
ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記電極とを電気的に接続する複数のチャネルとを備え、
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられており、
前記光導波路コアは、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域及び非ドーピング領域を光の伝搬方向に沿って交互に有し、
前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ドーピング領域に接続されており、
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられており、
前記半導体レーザが出力する連続光の波長が、前記光変調器の透過スペクトルのストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長に設定されていることを特徴とする光送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器及び光送信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｐｎダイオード又はｐｉｎダイオードを用いた光変調器がある。このような光変調器は、ｐｎ接合部又はｐｉｎ接合部を含む光導波路コアと、電極と、光導波路コアと電極とを電気的に接続するチャネルとを備え、電極からチャネルを介して光導波路コアに供給する電気信号を変化させることで、光を変調するようになっている。
このような光変調器としては、例えば、ｐｎダイオードを用いたリブ導波路型光変調器、ｐｉｎダイオードを用いた側面格子導波路型光変調器などがある。
【０００３】
このうち、ｐｎダイオードを用いたリブ導波路型光変調器は、光導波路コアとして機能するリブ部分と、チャネルとして機能するスラブ部分とを備える。このリブ導波路型光変調器では、リブ部分とスラブ部分との間の膜厚差によって、光がリブ部分に閉じ込められて伝搬するようになっている。つまり、このリブ導波路型光変調器では、スラブ部分を光の伝搬方向の全域に一定の厚さで形成し、スラブ部分の厚さをリブ部分よりも薄くすることで、光が選択的にリブ部分に閉じ込められて伝搬するようにしている。
【０００４】
また、ｐｉｎダイオードを用いた側面格子導波路型光変調器は、光導波路コアの側面に光の伝搬方向に沿って部分的に設けられた格子を備え、この格子がチャネルとして機能する。この側面格子導波路型光変調器では、格子が形成されている領域の平均的な屈折率が光導波路コアよりも低くなっており、これにより、光が光導波路コアに閉じ込められて伝搬するようになっている。つまり、この側面格子導波路型光変調器では、格子の厚さを光導波路コアと同じにし、光の伝搬方向に沿って部分的に格子を形成することで、光が選択的に光導波路コアに閉じ込められて伝搬するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０８５４４３号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. Akiyama et al., “12.5-Gb/s operation with 0.29-V・cm VπL using silicon Mach-Zehndermodulator based-on forward-biased pin diode”, Optics Express, Vol.20, No.3, pp. 2911-2923 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のｐｉｎダイオードを用いた側面格子導波路型光変調器よりも高速で動作しうるように、上述のｐｎダイオードを用いたリブ導波路型光変調器のように、光導波路コアの一方の側をｎ型にドーピングし、他方の側をｐ型にドーピングして、例えば図２に示すように、ｐｎダイオードを用いた側面格子導波路型光変調器とすることも考えられる。
【０００８】
しかしながら、光導波路コアの一方の側をｎ型にドーピングし、他方の側をｐ型にドーピングすると、光導波路コアに閉じ込められて伝搬する光が受ける伝搬損失が増大してしまう。
そこで、伝搬損失が増大しないようにしながら、より高速で動作しうる側面格子導波路型光変調器及びこれを備える光送信器を実現したい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本光変調器は、半導体材料からなる光導波路コアと、電極と、ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、光導波路コアと電極とを電気的に接続する複数のチャネルとを備え、複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられており、光導波路コアは、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域及び非ドーピング領域を光の伝搬方向に沿って交互に有し、複数のチャネルは、それぞれ、ドーピング領域に接続されていることを要件とする。
【００１０】
本光送信器は、連続光を出力する半導体レーザと、半導体レーザからの連続光を変調する光変調器とを備え、光変調器は、半導体材料からなる光導波路コアと、電極と、ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、光導波路コアと電極とを電気的に接続する複数のチャネルとを備え、複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられており、光導波路コアは、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域及び非ドーピング領域を光の伝搬方向に沿って交互に有し、複数のチャネルは、それぞれ、ドーピング領域に接続されており、複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられており、半導体レーザが出力する連続光の波長が、光変調器の透過スペクトルのストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長に設定されていることを要件とする。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本光変調器及び光送信器によれば、伝搬損失が増大しないようにしながら、より高速で動作しうる側面格子導波路型光変調器及びこれを備える光送信器を実現することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる光変調器（側面格子導波路型光変調器）の構成を示す模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ′線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ′線に沿う断面図である。
【図２】比較例の光変調器（側面格子導波路型光変調器）の構成を示す模式的平面図である。
【図３】本実施形態にかかる光変調器（マッハツェンダ型光変調器）の構成を示す模式的平面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｍ）は、本実施形態にかかる光変調器（側面格子導波路型光変調器を含むマッハツェンダ型光変調器）の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′線に沿う断面図であり、（Ｃ）は平面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）のＡ−Ａ′線に沿う断面図であり、（Ｅ）は平面図であり、（Ｆ）は（Ｅ）のＡ−Ａ′線に沿う断面図であり、（Ｇ）は（Ｅ）のＢ−Ｂ′線に沿う断面図であり、（Ｈ）は平面図であり、（Ｉ）は（Ｈ）のＡ−Ａ′線に沿う断面図であり、（Ｊ）は（Ｈ）のＢ−Ｂ′線に沿う断面図であり、（Ｋ）は平面図であり、（Ｌ）は（Ｋ）のＡ−Ａ′線に沿う断面図であり、（Ｍ）は（Ｋ）のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。
【図５】本実施形態にかかる光変調器（側面格子導波路型光変調器）の透過スペクトルを示す図である。
【図６】本実施形態にかかる光変調器（側面格子導波路型光変調器）の透過スペクトルの透過波長帯に含まれる波長約１５５０ｎｍに動作波長を設定した場合の伝搬光の強度分布を示す図である。
【図７】本実施形態にかかる光変調器（側面格子導波路型光変調器）の透過スペクトルのストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長約１４７０ｎｍに動作波長を設定した場合の伝搬光の強度分布を示す図である。
【図８】本実施形態の第１変形例にかかる光変調器（側面格子導波路型光変調器）の構成を示す模式的平面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の第２変形例にかかる光変調器（側面格子導波路型光変調器）の構成を示す模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ′線に沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ′線に沿う断面図である。
【図１０】本実施形態の第３変形例にかかる光変調器（吸収型光変調器）の構成を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光変調器及び光送信器について、図１〜図７を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光変調器は、半導体材料からなり、ｐｎダイオードを用いた光変調器であり、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、ｐｎ接合部１を含む光導波路コア２と、電極３と、ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、光導波路コア２と電極３とを電気的に接続する複数のチャネル４とを備える。ここでは、光導波路コア２は、直線状に延びており、電極３は、光導波路コア２に平行に設けられている。そして、電極３から複数のチャネル４を介して光導波路コア２に供給する電気信号を変化させることで、光を変調するようになっている。なお、光変調器５を半導体光変調器ともいう。また、光導波路コア２を光導波路コア層ともいう。
【００１４】
また、本光変調器５は、側面格子導波路型光変調器であり、光導波路コア２の側面に光の伝搬方向（進行方向）に沿って部分的に設けられた複数の格子を備え、これらの格子がチャネル４として機能する。つまり、複数のチャネル４は、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられている。ここでは、複数のチャネル４、即ち、複数の格子は、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられている。なお、複数のチャネル４、即ち、複数の格子は、周期的に設けられていなくても良い。
【００１５】
そして、本側面格子導波路型光変調器５では、格子４が形成されている領域（ここでは格子４の周囲は酸化膜で覆われているため、格子及び酸化膜からなる領域）の平均的な屈折率が光導波路コア２よりも低くなっており、これにより、光が光導波路コア２に閉じ込められて伝搬するようになっている。つまり、この側面格子導波路型光変調器５では、格子４の厚さを光導波路コア２と同じにし、光の伝搬方向に沿って部分的に格子４を形成することで、光が選択的に光導波路コア２に閉じ込められて伝搬するようにしている。
【００１６】
具体的には、本実施形態では、電極３として、光導波路コア２を挟んで両側に設けられた第１電極３Ａ及び第２電極３Ｂが設けられている。ここでは、第１電極３Ａ及び第２電極３Ｂは、直線状に延びており、光の伝搬方向に沿って互いに平行に設けられており、光導波路コア２に平行に設けられている。ここで、第１電極３Ａ及び第２電極３Ｂは、金属電極である。ここでは、第１電極３Ａはｎ側電極であり、第２電極３Ｂはｐ側電極である。
【００１７】
また、本実施形態では、光導波路コア２は、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域２Ｘ及び非ドーピング領域２Ｙを光の伝搬方向に沿って交互に有する。ここでは、ドーピング領域２Ｘは、ｎ型にドーピングされたｎ型ドーピング領域２Ａと、ｎ型ドーピング領域２Ａに接合され、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域２Ｂとを含む。具体的には、光導波路コア２の一方の側面から他方の側面まで延びるドーピング領域２Ｘの一方の側面側がｎ型ドーピング領域２Ａになっており、他方の側面側がｐ型ドーピング領域２Ｂになっている。そして、光導波路コア２の幅方向中央位置又はその近傍でｎ型ドーピング領域２Ａとｐ型ドーピング領域２Ｂとが接合されてｐｎ接合部１が形成されている。つまり、光導波路コア２は、光の伝搬方向に直交する方向（横方向）に沿って並べられたｎ型ドーピング領域２Ａとｐ型ドーピング領域２Ｂとがｐｎ接合されたｐｎ接合部１を含む。そして、このｐｎ接合部１は、ｐｎ接合面が光導波路コア２の高さ方向（ウェハ面に垂直な方向）に延びている。また、ドーピング領域２Ｘは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて部分的（ここでは周期的）に設けられている。ここでは、ドーピング領域２Ｘの一方の側面側に設けられたｎ型ドーピング領域２Ａは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて部分的（ここでは周期的）に設けられており、他方の側面側に設けられたｐ型ドーピング領域２Ｂは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて部分的（ここでは周期的）に設けられている。このため、本実施形態では、ｎ型ドーピング領域２Ａと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、ｐ型ドーピング領域２Ｂと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられていることになる。
【００１８】
また、本実施形態では、複数のチャネル４は、ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、ｎ型ドーピング領域２Ａに接続されている複数のｎ型チャネル４Ａと、ｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、ｐ型ドーピング領域２Ｂに接続されている複数のｐ型チャネル４Ｂとを含む。つまり、光導波路コア２の両側のそれぞれに設けられる複数のチャネル４Ａ，４Ｂは、互いに異なる極性でドーピングが行なわれている。そして、複数のｎ型チャネル４Ａは、光導波路コア２と第１電極３Ａとを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられている。本実施形態では、複数のｎ型チャネル４Ａは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられている。また、複数のｐ型チャネル４Ｂは、光導波路コア２と第２電極３Ｂとを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられている。本実施形態では、複数のｐ型チャネル４Ｂは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられている。
【００１９】
なお、ここでは、光導波路コア２の両側のそれぞれに複数のチャネル４（即ち、複数のｎ型チャネル４Ａと複数のｐ型チャネル４Ｂ）及び電極３（即ち、第１電極３Ａと第２電極３Ｂ）を設けているが、これに限られるものではなく、光導波路コア２の少なくとも一方の側に複数のチャネル４及び電極３を設ければ良い。また、ここでは、光導波路コア２の両側のそれぞれに設けられる複数のチャネル４の位置、即ち、複数のｎ型チャネル４Ａのそれぞれの位置と複数のｐ型チャネル４Ｂのそれぞれの位置とを、光の伝搬方向に沿って同一の位置にしているが、これに限られるものではなく、これらの位置がずれており、光の伝搬方向に沿って異なる位置になっていても良い。
【００２０】
ところで、光変調器５においては、より高速で広帯域動作させることが必要になってきている。光変調器の周波数応答特性は、遮断周波数ｆ３ｄＢ＝（２πＲＣ）−１で決まっており、この遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い周波数では光変調器の応答は周波数に比例して低下していく。なお、例えばプリエンファシス信号などの予め光変調器の周波数特性を補償した駆動信号を用いることで、遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い周波数においても十分な応答が得られ、より高速で広帯域動作させることが可能となる。
【００２１】
ここで、本側面格子導波路型光変調器５を等価回路で表すと、図１（Ａ）、図２に示すように、光導波路コア２に含まれるｐｎ接合部１が電気容量Ｃとして表され、チャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分が電気抵抗Ｒとして表される。
そして、本側面格子導波路型光変調器５の変調動作は、電気抵抗Ｒを介して電気容量Ｃに電流（高周波電流）を流し、電気容量Ｃに溜まる電荷を増減させることと等価である。
【００２２】
この場合、本側面格子導波路型光変調器５の高速広帯域動作時（高周波動作時）における変調効率は、変調信号（高周波変調信号）を供給した場合（例えば一定の高周波電圧振幅を印加した場合）に電気容量Ｃにどれだけ多くのキャリアを出し入れできるかで決まる。つまり、本側面格子導波路型光変調器５では、電気容量Ｃに出し入れする電荷量を多くすることで、より大きな変調が得られることになり、変調効率を向上させることができる。
【００２３】
そして、本側面格子導波路型光変調器５では、高周波動作時、即ち、動作周波数（最大動作周波数）ｆが遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い場合（ｆ＞ｆ３ｄＢ）、電気容量Ｃに溜まる電荷量は、電気抵抗Ｒとして表されるチャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分の電気抵抗値の大きさによって決まる。つまり、電気抵抗Ｒとして表されるチャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分の電気抵抗値を小さくすれば、より大きな電流をチャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分に流すことができ、その分、より多くの電荷を電気容量Ｃに溜めることができる。そして、電気抵抗Ｒとして表されるチャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分の電気抵抗値を小さくするためには、チャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分をｎ型又はｐ型にドーピングすれば良い。
【００２４】
なお、ドーピング濃度を高くすることで、電気抵抗Ｒとして表される部分の電気抵抗値をより小さくすることが可能である。また、ここでは、光導波路コア２に電荷を出し入れする際の電気抵抗Ｒとして、チャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分のみを考慮しているが、実際の駆動系においては、これに加えて駆動系の電源の負荷抵抗も考慮するのが好ましい。
【００２５】
このように、本側面格子導波路型光変調器５では、動作周波数ｆが遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い場合（ｆ＞ｆ３ｄＢ）、チャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分をｎ型又はｐ型にドーピングして、チャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分の電気抵抗値を小さくすることで、より多くの電荷を電気容量Ｃに溜めることが可能となり、これにより、より大きな変調が得られ、変調効率を向上させることが可能となる。
【００２６】
しかしながら、図２に示すように、光導波路コア２をｎ型又はｐ型にドーピングすると、光導波路コア２に閉じ込められて伝搬する光が受ける伝搬損失が増大してしまう。
そこで、本側面格子導波路型光変調器５では、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、光導波路コア２を、光の伝搬方向に沿って交互に設けられたドーピング領域２Ｘ及び非ドーピング領域２Ｙを有するものとしている。つまり、光導波路コア２は、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられた複数のドーピング領域２Ｘと、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられた複数の非ドーピング領域２Ｙとを有する。このように、光導波路コア２のドーピング濃度を光の伝搬方向に沿って不均一にする。ここでは、トーピング領域２Ｘ及び非ドーピング領域２Ｙは、それぞれ、光導波路コア２の幅方向の全長にわたって延びている。つまり、ドーピング領域２Ｘ及び非ドーピング領域２Ｙは、それぞれ、光導波路コア２の一方の側面から他方の側面まで延びている。そして、複数のチャネル４、即ち、複数の格子を、それぞれ、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘ（即ち、複数のドーピング領域２Ｘ）に接続している。ここで、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘは、チャネル４が光導波路コア２に接している部分を含む。このため、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘは、その両側にチャネル４が接続されている領域であり、光導波路コア２の非ドーピング領域２Ｙは、その両側にチャネル４が接続されていない領域である。
【００２７】
これにより、動作周波数ｆが遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い場合（ｆ＞ｆ３ｄＢ）に、伝搬損失が増大しないようにしながら、変調効率の向上を実現することができる。つまり、高速動作時の変調効率を増大させながら、低光損失化を実現することができる。このように、伝搬損失が増大しないようにしながら、より高速で動作しうる側面格子導波路型光変調器５を実現することができる。
【００２８】
このように、光の強度が集中する光導波路コア２において、伝搬損失の要因となるドーピング領域２Ｘが部分的になくなるため、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と比較して、光導波路コア２を伝搬する光が受ける伝搬損失は低減される。この場合、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と比較して、ｐｎ接合部１が少なくなり、光変調器５の電気容量Ｃは低下する。しかしながら、動作周波数ｆが遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い場合（ｆ＞ｆ３ｄＢ）、光変調器５の変調効率は電気容量Ｃによらずに電気抵抗Ｒによって決まる。そして、チャネル４及び光導波路コア２のチャネル４とｐｎ接合部１との間の部分をドーピングする点は、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と同じである。このため、電気抵抗Ｒは、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と同じである。したがって、変調効率は、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と同等である。このように、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と比較して、同等の変調効率を維持しながら、伝搬損失を低減することができる。
【００２９】
なお、ここでは、動作周波数ｆが遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い場合（ｆ＞ｆ３ｄＢ）に、伝搬損失が増大しないようにしながら、変調効率の向上を実現することができるとしているが、これに限られるものではなく、動作周波数ｆが遮断周波数ｆ３ｄＢよりも低い場合（ｆ＜ｆ３ｄＢ）であっても、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と比較して、伝搬損失（光損失）を低減するという効果は得られる。つまり、動作周波数ｆが遮断周波数ｆ３ｄＢよりも低い場合（ｆ＜ｆ３ｄＢ）、変調効率は電気容量Ｃによって決まる。このため、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、光導波路コア２を部分的にドーピングすると、伝搬損失を低減できるものの、光変調器５の電気容量Ｃも低下し、これに伴い、変調効率も低下してしまうことが考えられる。しかしながら、光導波路コア２の両側にチャネル４が接続されていない領域をドーピングしないようにしており、この領域は、両側にチャネル４が接続されていないため、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）であっても、電荷を出し入れする電気容量Ｃとしてはそれほど機能していなかったと考えられる。このたため、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と比較して、それほど変調効率を低下させずに、伝搬損失を低減することが可能である。
【００３０】
特に、上述のように、本側面格子導波路型光変調器５において、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、光導波路コア２の両側にチャネル４（格子）が接続されている領域のみを選択的にドーピングすると、光変調器５の電気容量Ｃは低下する。この場合、電気抵抗Ｒと電気容量Ｃで決まる遮断周波数（３ｄＢ帯域）ｆ３ｄＢ＝（２πＲＣ）−１よりも光変調器５の動作周波数（最大動作周波数）ｆが大きくなるという条件（ｆ＞ｆ３ｄＢ）を満たす範囲で電気容量Ｃが低下するように、ドーピング領域２Ｘの幅、即ち、ドーピング領域２Ｘの光の伝搬方向に沿う方向の長さを決めれば良い。
【００３１】
つまり、光導波路コア２を部分的にドーピングする場合、光変調器５の電気容量Ｃが低下することになるが、この電気容量Ｃが低下しすぎないように、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅が極端に小さくならないようにする。
一方、後述の製造方法［図４（Ａ）〜図４（Ｍ）参照］によって製造する場合、図１（Ａ）に示すように、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅は、チャネル４の幅（格子幅）よりもわずかに広くなる。ここでは、チャネル４の幅は約７０ｎｍであるのに対し、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅は約１００ｎｍである。つまり、後述の製造方法［図４（Ａ）〜図４（Ｍ）参照］では、光導波路コア２に部分的にドーピングを行なった後、そのドーピング領域２Ｘに合わせてチャネル４（格子）を残すようにエッチングを行なうようにしている。このため、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの両側に、エッチングによって残されるチャネル４の位置が一致するように、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅をチャネル４の幅よりも予め少し広くして、位置合わせのためのマージンを設けている。この場合、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅は、チャネル４の幅よりも若干広くなる。
【００３２】
これらの点を考慮すると、製造の際の位置合わせの誤差を無視できる場合には、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅をチャネル４の幅と同一にするのが好ましく、無視できない誤差が生じる場合には、その誤差に応じて、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅をチャネル４の幅よりも広くするのが好ましい。なお、製造された側面格子導波路型光変調器５において、電気容量Ｃが小さくなりすぎた場合には、光導波路コア２に含まれるダイオード（ｐｎ接合部１）に、順方向のバイアス電圧を印加することで、電気容量Ｃをｆ＞ｆ３ｄＢを満たすように大きくすることができる。
【００３３】
以下、上述の側面格子導波路型光変調器５を、マッハツェンダ型光変調器６に備えられる位相変調器として用い、それを構成する半導体材料としてシリコンを用いる場合を例に挙げて、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）、図３を参照しながら、具体的に説明する。なお、図１（Ａ）は、図３中、点線で囲まれた領域Ｘの拡大図、即ち、マッハツェンダ型光変調器６の位相変調器部分の拡大図である。
【００３４】
本マッハツェンダ型光変調器６は、図３に示すように、２本のアーム７を備え、これらの２本のアーム７のそれぞれに、位相変調器として、上述の側面格子導波路型光変調器５を備え、一方の側から入力された連続光が、他方の側から変調光として出力されるようになっている。ここでは、２本のアーム７のそれぞれに設けられた上述の側面格子導波路型光変調器５では、一方の電極３を共通電極としている。また、２本のアーム７の一方に設けられた上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられた電極３に電圧信号源８を接続し、変調信号としての高周波電圧を印加するようになっている。なお、位相変調器を位相変調素子ともいう。また、側面格子導波路型光変調器５を側面格子導波路型光変調素子ともいう。また、２本のアーム７のそれぞれに設けられた上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられる電極３に、それぞれ、電圧信号源８を接続し、変調信号としての高周波電圧を印加するようにしても良い。
【００３５】
この場合、位相変調器として用いられる上述の側面格子導波路型光変調器５では、電極３から複数のチャネル４を介して光導波路コア２に印加する電圧を変化させる。これにより、ｐｎ接合部１の電子、ホールのフリー・キャリアの濃度を変化させ、フリー・キャリア・プラズマ効果によって光導波路コア２の屈折率を変化させて、光導波路コア２に閉じ込められて伝搬する光の位相を変調することになる。この場合、キャリア濃度が変化する領域はｐｎ接合部１（ｐｎ接合面）の近傍の領域であるため、ｐｎ接合部１と伝搬光の強度分布との空間的な重なりを大きくすることで、変調効率を高めることが可能である。
【００３６】
ここでは、本マッハツェンダ型光変調器６は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０上に、厚さ約２μｍの埋め込み酸化膜（ＢＯＸ；buried oxide）層１１、膜厚約２２０ｎｍの結晶シリコン（ＳＯＩ；silicon on insulator）層１２が形成されたＳＯＩ基板１３を用い、ＳＯＩ層（シリコン層）１２を部分的にｎ型又はｐ型にドーピングし、エッチングしてパターニングすることで、２本のアーム７（図３参照）及び上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられる光導波路コア２、チャネル４（格子）、パッド９が形成されている。特に、光導波路コア２は、光の伝搬方向に沿って部分的にドーピングされている。つまり、光導波路コア２は、光の伝搬方向に沿って交互に設けられたドーピング領域２Ｘ及び非ドーピング領域２Ｙを有する。ここでは、光導波路コア２の両側にチャネル４が接続されている領域がドーピング領域２Ｘとなっており、光導波路コア２の両側にチャネル４が接続されていない領域が非ドーピング領域２Ｙとなっている。また、パッド９は、光導波路コア２を挟んで両側に、光導波路コア２に平行に設けられている。ここでは、光導波路コア２の一方の側に第１パッド９Ａが設けられており、他方の側に第２パッド９Ｂが設けられている。そして、光導波路コア２とパッド９との間に複数のチャネル４（格子）が間隔をあけて周期的に設けられている。つまり、光導波路コア２の両側に、内側の光導波路コア２の側面から外側のパッド９の側面まで、光導波路コア２が延びる方向に対して直交する方向へ向けて延びるように、複数のチャネル４（格子）が形成されている。そして、パッド９の直上に例えばアルミニウムなどの金属からなる電極３が設けられている。
【００３７】
ここでは、２本のアーム７（図３参照）及び上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられる光導波路コア２は、シリコンからなる。つまり、２本のアーム７（図３参照）及び上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられる光導波路コア２は、シリコン導波路コアである。特に、光導波路コア２を構成するシリコンは、両側にチャネル４が接続されている領域の一方の側がｎ型にドーピングされ、他方の側がｐ型にドーピングされており、両側にチャネル４が接続されていない領域はドーピングされていない。また、２本のアーム７（図３参照）、及び、上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられる光導波路コア２は、その幅が約４５０ｎｍであり、厚さが約２２０ｎｍである。また、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅は、約１００ｎｍであり、後述のチャネル４の幅よりも広くなっている。つまり、光導波路コア２のドーピング領域２Ｘは、その中心位置（光の伝搬方向の中心位置）が両側に接続されるチャネル４の中心位置（幅方向中心位置）と一致しており、その幅が約１００ｎｍで後述のチャネル４の幅よりも広くなっている。
【００３８】
また、上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられる複数のチャネル４及び両側のパッド９は、ｎ型又はｐ型にドーピングされたシリコンからなる。つまり、複数のチャネル４及び両側のパッド９のうち一方の側に設けられたものはｎ型にドーピングされており、他方の側に設けられたものはｐ型にドーピングされている。また、各チャネル４の幅は、約７０ｎｍである。また、各チャネル４の長さ、即ち、光導波路コア２が延びる方向（光の伝搬方向）に対して直交する方向の長さは、約２μｍである。また、複数のチャネル４の周期は、約２８５ｎｍである。また、各チャネル４の厚さは、約２２０ｎｍであり、光導波路コア２の厚さと同じである。
【００３９】
ここでは、パッド９及び各チャネル４のパッド９側の領域（外側領域）４ＡＡ，４ＢＡは、各チャネル４Ａ，４Ｂの光導波路コア２側の領域（内側領域）４ＡＢ，４ＢＢ及び光導波路コア２のドーピング領域２Ｘ（２Ａ，２Ｂ）よりも高濃度にｎ型又はｐ型にドーピングされている。例えば、パッド９及び各チャネル４のパッド９側の領域４ＡＡ，４ＢＡは、ドーピング濃度約１０２０／ｃｍ３の高濃度ドーピング領域であり、各チャネル４の光導波路コア２側の領域４ＡＢ，４ＢＢ及び光導波路コア２のドーピング領域２Ｘ（２Ａ，２Ｂ）は、ドーピング濃度約５×１０１８／ｃｍ３の低濃度ドーピング領域である。つまり、一方の側のパッド９Ａ及び各チャネル４Ａのパッド９Ａ側の領域４ＡＡは、ドーピング濃度約１０２０／ｃｍ３の高濃度でｎ型にドーピングされており、他方の側のパッド９Ｂ及び各チャネル４Ｂのパッド９Ｂ側の領域４ＢＡは、ドーピング濃度約１０２０／ｃｍ３の高濃度でｐ型にドーピングされている。また、一方の側の各チャネル４Ａの光導波路コア２側の領域４ＡＢ及び光導波路コア２のドーピング領域２Ａは、ドーピング濃度約５×１０１８／ｃｍ３の低濃度でｎ型にドーピングされており、他方の側の各チャネル４Ｂの光導波路コア２側の領域４ＢＢ及び光導波路コア２のドーピング領域２Ｂは、ドーピング濃度約５×１０１８／ｃｍ３の低濃度でｐ型にドーピングされている。なお、高濃度でｎ型にドーピングされた領域を、ｎ＋型ドーピング領域といい、低濃度でｎ型にドーピングされた領域を、ｎ−型ドーピング領域といい、高濃度でｐ型にドーピングされた領域を、ｐ＋型ドーピング領域といい、低濃度でｐ型にドーピングされた領域を、ｐ−型ドーピング領域という。
【００４０】
そして、２本のアーム７（図３参照）、上述の側面格子導波路型光変調器５に備えられる光導波路コア２及び複数のチャネル４は、その周囲がクラッドとして機能するＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜；酸化膜；オーバークラッド酸化膜）１８によって覆われている。
次に、本マッハツェンダ型光変調器６の製造方法について、上述の側面格子導波路型光変調器５の部分を中心に、図４（Ａ）〜図４（Ｍ）を参照しながら説明する。
【００４１】
まず、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、シリコン基板１０上に、厚さ約２μｍの埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層１１、膜厚約２２０ｎｍの結晶シリコン（ＳＯＩ）層１２が形成されたＳＯＩ基板（ウェハ）１３を用意する。
次に、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示すように、ＳＯＩ層（シリコン層）１２のパッド９となる領域及び各チャネル４のパッド９側の領域４ＡＡ，４ＢＡとなる領域を、例えばリソグラフィー及びイオン注入技術を用いて、高濃度にｎ型又はｐ型にドーピングする。ここでは、一方の側のパッド９Ａとなる領域及び各チャネル４Ａのパッド９Ａ側の領域４ＡＡとなる領域を、ドーピング濃度約１０２０／ｃｍ３の高濃度でｎ型にドーピングし、他方の側のパッド９Ｂとなる領域及び各チャネル４Ｂのパッド９Ｂ側の領域４ＢＡとなる領域を、ドーピング濃度約１０２０／ｃｍ３の高濃度でｐ型にドーピングする。なお、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）では、高濃度でｎ型にドーピングした領域をｎ＋型ドーピング領域１４として示し、高濃度でｐ型にドーピングした領域をｐ＋ドーピング領域１５として示している。
【００４２】
次に、図４（Ｅ）〜図４（Ｇ）に示すように、ＳＯＩ層１２の各チャネル４の光導波路コア２側の領域４ＡＢ，４ＢＢとなる領域及び光導波路コア２のドーピング領域２Ｘ（２Ａ，２Ｂ）となる領域を、例えばリソグラフィー及びイオン注入技術を用いて、低濃度にｎ型又はｐ型にドーピングする。ここでは、一方の側の各チャネル４Ａの光導波路コア２側の領域４ＡＢとなる領域及び光導波路コア２のドーピング領域２Ａとなる領域は、ドーピング濃度約５×１０１８／ｃｍ３の低濃度でｎ型にドーピングし、他方の側の各チャネル４Ｂの光導波路コア２側の領域４ＢＢとなる領域及び光導波路コア２のドーピング領域２Ｂとなる領域は、ドーピング濃度約５×１０１８／ｃｍ３の低濃度でｐ型にドーピングする。このようにして、光導波路コア２となる領域は、各チャネル４となる領域とともに、光の伝搬方向（導波方向）に沿って部分的にｎ型又はｐ型にドーピングされることになる。つまり、光導波路コア２となる領域は、各チャネル４となる領域の延長線上の領域が部分的にｎ型又はｐ型にドーピングされることになる。なお、図４（Ｅ）〜図４（Ｇ）では、低濃度でｎ型にドーピングした領域をｎ−型ドーピング領域１６として示し、低濃度でｐ型にドーピングした領域をｐ−ドーピング領域１７として示している。
【００４３】
ここでは、ｐ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｐ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、ｎ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｎ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、後述のエッチングの際にリソグラフィー技術を用いて形成される側面格子形成用マスク（チャネル形成用マスク）の位置との位置合わせのためのマージンを考慮して、各チャネル４となる領域及び光導波路コア２のドーピング領域２Ｘ（２Ａ，２Ｂ）となる領域として、幅約１００ｎｍの領域をドーピングするようにしている。なお、位置合わせのためのマージンを考慮しなくても良いのであれば、幅約７０ｎｍの領域をドーピングすれば良い。
【００４４】
次に、図４（Ｈ）〜図４（Ｊ）に示すように、例えばリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、ＳＯＩ層１２の不要な部分を完全に除去する。これにより、残されたＳＯＩ層１２、即ち、部分的にｎ型又はｐ型にドーピングされたＳＯＩ層１２によって、マッハツェンダ型光変調器６を構成する２本のアーム７（図３参照）、側面格子導波路型光変調器５を構成するパッド９（９Ａ，９Ｂ）、各チャネル４（４Ａ，４Ｂ）及び光導波路コア２が形成される。
【００４５】
特に、光の伝搬方向に沿って部分的にドーピングされた光導波路コア２が形成される。ここでは、両側にチャネル４Ａ，４Ｂが接続されている領域の一方の側に低濃度にｎ型にドーピングされたｎ型ドーピング領域２Ａ、他方の側に低濃度にｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域２Ｂを有するドーピング領域２Ｘと、両側にチャネル４Ａ，４Ｂが接続されておらず、ｎ型又はｐ型にドーピングされていない非ドーピング領域２Ｙと光の伝搬方向に沿って交互に有する光導波路コア２が形成される。この光導波路コア２のドーピング領域２Ｘの幅は、約１００ｎｍであり、チャネル４の幅（約７０ｎｍ）よりも広くなる［図１（Ａ）参照］。
【００４６】
また、各チャネル４は、約７０ｎｍの幅、約２μｍの長さに形成される［図１（Ａ）参照］。また、複数のチャネル４は、約２８５ｎｍの周期を持つように形成される［図１（Ａ）参照］。また、一方の側に形成される複数のチャネル４Ａは、高濃度にｎ型にドーピングされた領域４ＡＡと低濃度にｎ型にドーピングされた領域４ＡＢとを含むように形成される。また、他方の側に形成される複数のチャネル４Ｂは、高濃度にｐ型にドーピングされた領域４ＢＡと低濃度にｐ型にドーピングされた領域４ＢＢとを含むように形成される。
【００４７】
また、一方の側に、高濃度にｎ型にドーピングされたパッド９Ａが形成され、他方の側に、高濃度にｐ型にドーピングされたパッド９Ｂが形成される。
また、光導波路コア２の厚さと各チャネル４の厚さは、同一であり、約２２０ｎｍである。また、２本のアーム７（図３参照）及び光導波路コア５は、約４５０ｎｍの幅に形成される［図１（Ａ）参照］。
【００４８】
そして、図４（Ｋ）〜図４（Ｍ）に示すように、全体を例えば約１μｍ程度のＳｉＯ２膜１８によって覆う。これにより、２本のアーム７（図３参照）、光導波路コア２及び複数のチャネル４の周囲がＳｉＯ２膜１８によって覆われる。
その後、パッド９の直上のＳｉＯ２膜１８を除去して、例えばアルミニウムなどの金属からなる電極３を形成する。ここでは、一方の側に設けられた第１パッド９Ａ上に第１電極３Ａを形成し、他方の側に設けられた第２パッド９Ｂ上に第２電極３Ｂを形成する。
【００４９】
このようにして、上述の側面格子導波路型光変調器５を位相変調器として含むマッハツェンダ型光変調器６を製造することができる。
このようなマッハツェンダ型光変調器６を動作させる場合、即ち、マッハツェンダ型光変調器６に含まれる側面格子導波路型光変調器５を動作させる場合、動作時のＤＣバイアス電圧として、ｐｎ接合部１に順方向に＋０．８Ｖの電圧を与える。この場合、側面格子導波路型光変調器５の電気容量Ｃは非常に大きくなるため、遮断周波数ｆ３ｄＢは通常１００ＭＨｚ程度の低周波数となる。これに対して、本側面格子導波路型光変調器５は、約１２．５Ｇｂ／ｓ以上の高速広帯域動作（最大動作周波数ｆ＝約１２．５ＧＨｚ）を行なう。つまり、本側面格子導波路型光変調器５においては、プリエンファシス信号（例えば非特許文献１参照）などの予め光変調器の周波数特性を補償した駆動信号を用いることで、遮断周波数ｆ３ｄＢよりも高い動作周波数による駆動を行なうことで、高速広帯域動作が可能である。
【００５０】
次に、上述の側面格子導波路型光変調器５の動作波長について説明する。
上述の側面格子導波路型光変調器５の透過スペクトルにおけるストップバンドは、チャネル（格子）４の周期で決まる。上述の側面格子導波路型光変調器５では、チャネル（格子）４が周期約２８５ｎｍで周期的に設けられている。このため、上述の側面格子導波路型光変調器５の透過スペクトルでは、図５に示すように、この側面格子構造に起因するストップバンド（反射波長帯）が約１４７０ｎｍ近傍の波長に見られる。一方、ストップバンドよりも長波側の波長、即ち、ストップバンド以外の透過波長帯においては、比較的平坦な透過特性が得られている。このため、この透過特性が比較的平坦になる透過波長帯に含まれる波長を動作波長として用いれば良い。例えば、上述の側面格子導波路型光変調器５の動作波長を約１５５０ｎｍに設定すれば良い。ここで、動作波長を約１５５０ｎｍに設定するには、本側面格子導波路型光変調器５に入力される連続光の波長（入力波長）を約１５５０ｎｍにすれば良い。例えば、連続光を出力する半導体レーザと、半導体レーザからの連続光を変調する光変調器５とを備える光送信器において、半導体レーザが出力する連続光の波長を約１５５０ｎｍに設定すれば良い。このように、透過波長帯に含まれる波長を動作波長として設定した場合、上述の側面格子導波路型光変調器５の光導波路コア２を伝搬する伝搬光の強度分布は、図６に示すように、概ね伝搬方向に一様になる。
【００５１】
これに対し、上述の側面格子導波路型光変調器５の動作波長を、上述の側面格子導波路型光変調器５の透過スペクトルのストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長に設定することで、より変調効率を向上させることが可能である。上述の側面格子導波路型光変調器５では、チャネル（格子）４が周期約２８５ｎｍで周期的に設けられており、ストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長は約１４７０ｎｍである。このため、動作波長を約１４７０ｎｍに設定することで、上述の側面格子導波路型光変調器５の光導波路コア２を伝搬する伝搬光の強度分布は、図７に示すように、光伝搬方向において、チャネル（格子）４が接続されている領域に集中する。この伝搬光の強度分布は、本側面格子導波路型光変調器５において電荷が高速で変化する領域、即ち、光導波路コア２内のｐｎ接合部１が形成されている領域の分布と一致する。このため、光導波路コア２内の電荷量の変化が、伝搬光の位相変調に対して、より効果的に寄与することになる。つまり、本側面格子導波路型光変調器５においては、変調器に与える一定の電圧変化に対して、変調器の効率が増大するという効果が得られる。ここで、動作波長を、上述のストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長、ここでは約１４７０ｎｍに設定するには、本側面格子導波路型光変調器５に入力される連続光の波長を約１４７０ｎｍにすれば良い。例えば、連続光を出力する半導体レーザと、半導体レーザからの連続光を変調する光変調器５とを備える光送信器において、半導体レーザが出力する連続光の波長を約１４７０ｎｍに設定すれば良い。なお、上述の側面格子導波路型光変調器５のチャネル（格子）４の周期を変化させることで、上述のストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長を、光通信において一般的な動作波長である約１５５０ｎｍに等しくすることも可能である。
【００５２】
したがって、本実施形態にかかる光変調器及び光送信器によれば、伝搬損失が増大しないようにしながら、より高速で動作しうる側面格子導波路型光変調器及びこれを備える光送信器を実現することができるという利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、ｎ型ドーピング領域２Ａと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、ｐ型ドーピング領域２Ｂと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられているが、これに限られるものではない。つまり、ｎ型ドーピング領域２Ａ及びｐ型ドーピング領域２Ｂの少なくとも一方と非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられていれば良い。
【００５４】
例えば、図８に示すように、ｎ型ドーピング領域２Ａと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、ｐ型ドーピング領域２Ｂは、光の伝搬方向に沿って連続的に設けられていても良い。つまり、ドーピング領域２Ｘの一方の側面側に設けられたｎ型ドーピング領域２Ａは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて部分的（ここでは周期的）に設けられており、他方の側面側に設けられたｐ型ドーピング領域２Ｂは、光の伝搬方向に沿って全体的に（即ち、一様に；均一に）設けられていても良い。この場合も、ドーピング領域２Ｘは、ｎ型にドーピングされたｎ型ドーピング領域２Ａと、ｎ型ドーピング領域２Ａに接合され、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域２Ｂとを含むことになる。また、光導波路コア２の一方の側面側がｎ型ドーピング領域２Ａになり、他方の側面側がｐ型ドーピング領域２Ｂになる。そして、光導波路コア２の幅方向中央位置又はその近傍でｎ型ドーピング領域２Ａとｐ型ドーピング領域２Ｂとが接合されてｐｎ接合部１が形成される。なお、これを第１変形例という。このような第１変形例の構成によれば、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と比較して、同等の変調効率を維持しながら、伝搬損失を低減することができる。また、上述の実施形態のもの［図１（Ａ）参照］と比較して、ｐ型ドーピング領域２Ｂが伝搬方向に全体的に設けられるため、製造工程が容易になるという利点がある。つまり、上述の実施形態のもの［図１（Ａ）参照］では、製造工程において、ｐ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｐ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、ｎ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｎ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、後述のエッチングの際にリソグラフィー技術を用いて形成される側面格子形成用マスク（チャネル形成用マスク）の位置との位置合わせ（主に光の伝搬方向に沿う方向の位置合わせ）を精度良く行なう必要がある。これに対し、この第１変形例のもの（図８参照）では、ｐ型ドーピング領域２Ｂが伝搬方向に全体的に設けられるため、製造工程において、ｎ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｎ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、後述のエッチングの際にリソグラフィー技術を用いて形成される側面格子形成用マスクの位置との位置合わせ（主に光の伝搬方向に沿う方向の位置合わせ）を精度良く行なえば良い。このため、この第１変形例のものでは、上述の実施形態のものと比較して、製造工程が容易になるという利点がある。
【００５５】
また、例えば、ｐ型ドーピング領域２Ｂと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、ｎ型ドーピング領域２Ａは、光の伝搬方向に沿って連続的に設けられていても良い。つまり、ドーピング領域２Ｘの一方の側面側に設けられたｎ型ドーピング領域２Ａは、光の伝搬方向に沿って全体的に（即ち、一様に；均一に）設けられており、他方の側面側に設けられたｐ型ドーピング領域２Ｂは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて部分的（ここでは周期的）に設けられていても良い。この場合も、ドーピング領域２Ｘは、ｎ型にドーピングされたｎ型ドーピング領域２Ａと、ｎ型ドーピング領域２Ａに接合され、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域２Ｂとを含むことになる。また、光導波路コア２の一方の側面側がｎ型ドーピング領域２Ａになり、他方の側面側がｐ型ドーピング領域２Ｂになる。そして、光導波路コア２の幅方向中央位置又はその近傍でｎ型ドーピング領域２Ａとｐ型ドーピング領域２Ｂとが接合されてｐｎ接合部１が形成される。このような構成によれば、光導波路コア２の全体をドーピングする場合（例えば図２参照）と比較して、同等の変調効率を維持しながら、伝搬損失を低減することができる。また、上述の実施形態のもの［図１（Ａ）参照］と比較して、ｎ型ドーピング領域２Ａが伝搬方向に全体的に設けられるため、製造工程が容易になるという利点がある。つまり、上述の実施形態のものでは、製造工程において、ｐ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｐ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、ｎ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｎ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、後述のエッチングの際にリソグラフィー技術を用いて形成される側面格子形成用マスク（チャネル形成用マスク）の位置との位置合わせ（主に光の伝搬方向に沿う方向の位置合わせ）を精度良く行なう必要がある。これに対し、この変形例のものでは、ｎ型ドーピング領域２Ａが伝搬方向に全体的に設けられるため、製造工程において、ｐ型にドーピングする際にリソグラフィー技術を用いて形成されるｐ型ドーピング領域形成用マスクの位置と、後述のエッチングの際にリソグラフィー技術を用いて形成される側面格子形成用マスクの位置との位置合わせ（主に光の伝搬方向に沿う方向の位置合わせ）を精度良く行なえば良い。このため、この変形例のものでは、上述の実施形態のものと比較して、製造工程が容易になるという利点がある。
【００５６】
また、上述の実施形態では、ドーピング領域２Ｘは、ｎ型にドーピングされたｎ型ドーピング領域２Ａと、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域２Ｂとを含み、ドーピング領域２Ｘと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、複数のチャネル４は、ｎ型ドーピング領域２Ａに接続されている複数のｎ型チャネル４Ａと、ｐ型ドーピング領域２Ｂに接続されている複数のｐ型チャネル４Ｂとを含むものとしているが、これに限られるものではない。
【００５７】
例えば、ドーピング領域２Ｘが、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域２Ｂを含み、ドーピング領域２Ｘと非ドーピング領域２Ｙとが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、複数のチャネル４が、ドーピング領域２Ｘの一方の側に接続されている複数の第１ｎ型チャネル４ＡＸと、ドーピング領域２Ｘの一方の側の反対側に接続されている複数の第２ｎ型チャネル４ＡＹとを含むものとしても良い。この場合、複数の第１ｎ型チャネル４ＡＸは、ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、光導波路コア２と第１電極３Ａとを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられる。また、複数の第２ｎ型チャネル４ＡＹは、ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、光導波路コア２と第２電極３Ｂとを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられる。特に、複数の第１ｎ型チャネル４ＡＸは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けるのが好ましく、複数の第２ｎ型チャネル４ＡＹは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けるのが好ましい。具体的には、光導波路コア２の幅方向中央領域をｐ型ドーピング領域２Ｂとし、その両側をそれぞれ第１ｎ型ドーピング領域２ＡＸ及び第２ｎ型ドーピング領域２ＡＹとし、光導波路コア２を挟んでその両側にそれぞれ第１ｎ型チャネル４ＡＸ及び第２ｎ型チャネル４ＡＹを設ければ良い。この場合、第１ｎ型チャネル４ＡＸ及び第２ｎ型チャネル４ＡＹは、それぞれ、パッド９Ａ，９Ｂ側の領域４ＡＡを、ドーピング濃度約１０２０／ｃｍ３の高濃度でｎ型にドーピングし、光導波路コア２側の領域４ＡＢを、ドーピング濃度約５×１０１８／ｃｍ３の低濃度でｎ型にドーピングすれば良い。また、光導波路コア２の幅方向中央領域を、ドーピング濃度約１×１０１８／ｃｍ３の低濃度でｐ型にドーピングしたｐ型ドーピング領域２Ｂとし、その両側の領域を、ドーピング濃度約５×１０１８／ｃｍ３の低濃度でｎ型にドーピングした第１ｎ型ドーピング領域２ＡＸ及び第２ｎ型ドーピング領域２ＡＹとすれば良い。なお、これを第２変形例という。このような第２変形例のものでも、光導波路コア２を挟んで両側に設けられた電極３Ａ，３Ｂ間に電圧を印加することで、光導波路コア２の内部のｐ型ドーピング領域２Ｂと第１ｎ型ドーピング領域２ＡＸとが接合されたｐｎ接合部１及びｐ型ドーピング領域２Ｂと第２ｎ型ドーピング領域２ＡＹとが接合されたｐｎ接合部１のキャリアの濃度を変化させることができ、上述の実施形態の場合と同様に動作させることができる。また、このような第２変形例の構成によれば、同じドーピング濃度にした場合、より低抵抗になるｎ型にドーピングしたチャネル（格子）４を光導波路コア２の両側のチャネルとして用いているため、上述の実施形態のものと比較して、一定の損失の比較では、より低抵抗が得られるという利点がある。
【００５８】
このように、上述の実施形態のように、光導波路コア２の一方の側にｎ型チャネル４Ａ及びｎ型ドーピング領域２Ａを設け、他方の側にｐ型チャネル４Ｂ及びｐ型ドーピング領域２Ｂを設けて、ｎ型ドーピング領域２Ａとｐ型ドーピング領域２Ｂとをｐｎ接合するようにしても良いし、この第２変形例のように、光導波路コア２の幅方向中央領域をｐ型ドーピング領域２Ｂとし、その両側をｎ型ドーピング領域２ＡＸ，２ＡＹとし、光導波路コア２の両側にｎ型チャネル４ＡＸ，４ＡＹを設けて、２つのｐｎ接合部１を含むｎｐｎ構造としても良い。つまり、上述の実施形態のように、光導波路コア２を挟んでその両側にそれぞれ設けられるチャネル４のドーピングが、互いに異なる極性で行なわれていても良いし、この第２変形例のように、光導波路コア２を挟んでその両側にそれぞれ設けられるチャネル４のドーピングが、同じ極性で行なわれていても良い。
【００５９】
また、上述の実施形態では、光変調器５の光導波路コア２、チャネル４、パッド９を構成する材料としてシリコン（Ｓｉ）を用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、他の材料を用いても良い。例えば、Ｇｅ、ＳｉＧｅなどの材料、又は、ＧａＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどのＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板上に結晶成長可能な材料を用いても良い。なお、上述の実施形態では、シリコンにおけるフリー・キャリア・プラズマ効果を用いた光変調器を例に挙げて説明しているが、これらの他の材料におけるフリー・キャリア・プラズマ効果、フランツ・ケルディッシュ効果、量子閉じ込めシュタルク効果などの電気光学効果を用いて光変調器を構成しても良い。
【００６０】
また、上述の実施形態及び変形例では、本側面格子導波路型光変調器５を位相変調器として用いたマッハツェンダ型光変調器６を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、本側面格子導波路型光変調器５は、他の光変調器に適用することも可能である。
例えば、図１０に示すように、本側面格子導波路型光変調器５を、吸収型光変調器２１として用いても良い。この場合、光導波路コア２に注入された電子／ホールのプラズマ効果による光の吸収係数の変化を利用して光の変調を行なうことになる。また、この場合、本側面格子導波路型光変調器５は、上述の実施形態のようなマッハツェンダ型干渉計の２本のアーム７（図３参照）に設けるのではなく、図１０に示すように、単一の導波路２０に設けることになる。また、本側面格子導波路型光変調器５に備えられた電極３に電圧信号源８を接続し、変調信号としての高周波電圧を印加するようにすれば良い。そして、光導波路コア２内部のキャリア濃度を変化させることで、光導波路コア２の吸収係数を変化させ、これにより、光導波路コア２から出力される光の強度を変調することになる。なお、図１０中、点線で囲まれた領域Ｘの拡大図は、上述の実施形態の側面格子導波路型光変調器５の構成［図１（Ａ）参照］、上述の実施形態の変形例の構成［図８、図９（Ａ）参照］のいずれかと同一である。また、これを第３変形例という。このような第３変形例の吸収型光変調器２１は、マッハツェンダ型光変調器６と比較して、構成が簡便になるという利点がある。例えば、マッハツェンダ型光変調器６では、マッハツェンダ干渉計の２本のアーム７の間で初期位相差の調整を行なう必要があるのに対し、吸収型光変調器２１では、このような調整を必要としないという利点がある。但し、一般に、本側面格子導波路型光変調器５を用いてシリコン中のプラズマ効果を利用する場合、吸収係数の変化を利用するよりも屈折率の変化を利用する方が、得られる光の変調は大きくなる。このため、吸収型光変調器２１として用いた場合、その変調効率は、マッハツェンダ型光変調器６に用いた場合よりも一般に小さくなる。
【００６１】
以下、上述の実施形態及び各変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
半導体材料からなる光導波路コアと、
電極と、
ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記電極とを電気的に接続する複数のチャネルとを備え、
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられており、
前記光導波路コアは、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域及び非ドーピング領域を光の伝搬方向に沿って交互に有し、
前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ドーピング領域に接続されていることを特徴とする光変調器。
【００６２】
（付記２）
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられていることを特徴とする、付記１に記載の光変調器。
（付記３）
前記電極は、前記光導波路コアを挟んで両側に設けられた第１電極及び第２電極であり、
前記ドーピング領域は、
ｎ型にドーピングされたｎ型ドーピング領域と、
前記ｎ型ドーピング領域に接合され、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域とを含み、
前記ｎ型ドーピング領域及び前記ｐ型ドーピング領域の少なくとも一方と前記非ドーピング領域とが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、
前記複数のチャネルは、
ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第１電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ｎ型ドーピング領域に接続されている複数のｎ型チャネルと、
ｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第２電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ｐ型ドーピング領域に接続されている複数のｐ型チャネルとを含むことを特徴とする、付記１に記載の光変調器。
【００６３】
（付記４）
前記ｎ型ドーピング領域と前記非ドーピング領域とが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、
前記ｐ型ドーピング領域と前記非ドーピング領域とが光の伝搬方向に沿って交互に設けられていることを特徴とする、付記３に記載の光変調器。
【００６４】
（付記５）
前記ｎ型ドーピング領域と前記非ドーピング領域とが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、
前記ｐ型ドーピング領域は、光の伝搬方向に沿って連続的に設けられていることを特徴とする、付記３に記載の光変調器。
【００６５】
（付記６）
前記ｐ型ドーピング領域と前記非ドーピング領域とが光の伝搬方向に沿って交互に設けられており、
前記ｎ型ドーピング領域は、光の伝搬方向に沿って連続的に設けられていることを特徴とする、付記３に記載の光変調器。
【００６６】
（付記７）
前記複数のｎ型チャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられており、
前記複数のｐ型チャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられていることを特徴とする、付記３〜６のいずれか１項に記載の光変調器。
【００６７】
（付記８）
前記電極は、前記光導波路コアを挟んで両側に設けられた第１電極及び第２電極であり、
前記ドーピング領域は、ｐ型にドーピングされたｐ型ドーピング領域を含み、
前記複数のチャネルは、
ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第１電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ドーピング領域の一方の側に接続されている複数の第１ｎ型チャネルと、
ｎ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記第２電極とを電気的に接続し、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられ、前記ドーピング領域の前記一方の側の反対側に接続されている複数の第２ｎ型チャネルとを含むことを特徴とする、付記１に記載の光変調器。
【００６８】
（付記９）
前記複数の第１ｎ型チャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられており、
前記複数の第２ｎ型チャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられていることを特徴とする、付記８に記載の光変調器。
【００６９】
（付記１０）
前記光導波コアと前記複数のチャネルは、厚さが同一であることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の光変調器。
（付記１１）
連続光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの連続光を変調する光変調器とを備え、
前記光変調器は、
半導体材料からなる光導波路コアと、
電極と、
ｎ型又はｐ型にドーピングされた半導体材料からなり、前記光導波路コアと前記電極とを電気的に接続する複数のチャネルとを備え、
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って互いに間隔をあけて設けられており、
前記光導波路コアは、ｎ型又はｐ型にドーピングされたドーピング領域及び非ドーピング領域を光の伝搬方向に沿って交互に有し、
前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ドーピング領域に接続されており、
前記複数のチャネルは、光の伝搬方向に沿って一定の間隔をあけて周期的に設けられており、
前記半導体レーザが出力する連続光の波長が、前記光変調器の透過スペクトルのストップバンドの長波長側のバンドエッジ近傍の波長に設定されていることを特徴とする光送信器。
【符号の説明】
【００７０】
１  ｐｎ接合部
２  光導波路コア
２Ｘ  ドーピング領域
２Ｙ  非ドーピング領域
２Ａ  ｎ型ドーピング領域
２Ｂ  ｐ型ドーピング領域
２ＡＸ  第１ｎ型ドーピング領域
２ＡＹ  第２ｎ型ドーピング領域
３  電極
３Ａ  第１電極
３Ｂ  第２電極
４  チャネル（格子）
４Ａ  ｎ型チャネル
４Ｂ  ｐ型チャネル
４ＡＡ，４ＢＡ  チャネルのパッド側の領域（高濃度ドーピング領域）
４ＡＢ，４ＢＢ  チャネルの光導波路コア側の領域（低濃度ドーピング領域）
４ＡＸ  第１ｎ型チャネル
４ＡＹ  第２ｎ型チャネル
５  側面格子導波路型光変調器
６  マッハツェンダ型光変調器
７  アーム
８  電圧信号源
９  パッド
９Ａ  第１パッド
９Ｂ  第２パッド
１０  シリコン基板
１１  埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層
１２  結晶シリコン（ＳＯＩ）層
１３  ＳＯＩ基板
１４  ｎ＋型ドーピング領域
１５  ｐ＋ドーピング領域
１６  ｎ−型ドーピング領域
１７  ｐ−ドーピング領域
１８  ＳｉＯ２膜
２０  単一の導波路
２１  吸収型光変調器
【図３】
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【図５】
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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
2014109594.tif 000009
【図７】
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【図８】
2014109594.tif 000011
【図９】
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