(57)【要約】【課題】半導体を用いたＭＺ変調器を作製した場合、アーム領域を構成する導波路側面のラフネス等のわずかな作製誤差が、両アームの光路長差を生じさせ、動作点のずれが発生する可能性がある。位相変調領域の半導体コア層のバンドギャップ波長は、大きな電界吸収効果を発生しないように、動作波長から短波長側へ十分離して設計され、変調効率は電流注入による方法に比べて変調効率は小さい。変調素子が大型化してしまう。【解決手段】本発明の半導体光変調器では、位相調整領域のコア層の厚さは、位相変調領域のコア層の厚さよりも薄い。このため同じ電圧をコア層に掛けても、薄い厚さを持つ位相調整領域のコア層では、電界強度が上がり、より大きな屈折率変化が得られる。必要な屈折率変化に対してより短い長さの位相変調領域で済むことになり、より小型の半導体マッハツェンダ変調器を実現できる。従来技術の光変調器の構成とは逆に、位相調整領域のコア層のバンドギャップ波長を、より長くすることも有効である。【選択図】図１
2014191218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段と
を備え、
前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さと、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項２】
前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項３】
マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段と
を備え、
前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成と、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成とが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項４】
前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長は、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長よりも長く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項５】
前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項４に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項６】
前記コア層の少なくとも一部は、多重量子井戸層構造を有することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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半導体光変調器に関する。より詳細には、高い変調効率で小型の半導体光変調器に関する。
【０００２】
スマートフォンを初めとする新たなインターネット通信端末が幅広く普及する現在、携帯電話やインターネットを支える光通信の利用も爆発的に広がっている。光通信に対してはますますの高速化・大容量化が要請されている。光通信の高速・大容量化に対応するための技術として、波長の異なる複数の光信号を同時に利用することによって光ファイバーを多重利用する、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：以下ＷＤＭ）光通信が利用されている。
【０００３】
ＷＤＭ光通信システムの大容量化を実現するには、１波長あたりの伝送レートを増加することが有用である。伝送レートを増加するためには、簡単なものとして、光伝送路に送出する変調信号のシンボルレートを上げる方法がある。しかしながら、シンボルレートを上げる場合、変調によって占有周波数帯域幅もシンボルレートに比例して増大することになる。シンボルレートを増大させて行けば、やがては所定のグリッド間隔で並ぶ隣接チャネルとの符号間干渉が発生することなり、伝送特性が劣化する。そのため近年では、シンボルレートを上げることなく、１シンボル当たりの信号多重度を上げることによって、システムの大容量化を実現する研究が盛んに行われている。
【０００４】
信号多重度を上げる方式として、例えば、１シンボルに２値（多重度２）を割り当てることによって伝送容量を２倍にするＱＰＳＫ（quadrature phase shift keying）方式や、１シンボルに４値（多重度４）を割り当てることによって伝送容量を４倍にする１６ＱＡＭ（quadrature amplitude modulation）方式、１６ＡＰＳＫ（Amplitude phase shift keying）方式等の多値変調方式が知られている。
【０００５】
これらの多値変調を実装する場合には、通常、光変調器としてＩ／Ｑ変調器が用いられる。Ｉ／Ｑ変調器は直交変調器とも呼ばれ、お互いに直交する２つのチャネル（Ｉチャンネル、Ｑチャンネル）の光電界成分に独立して情報を付与できる変調器である。具体的な実現方法としては、例えばマッハツェンダ（ＭＺ：Mach−Zehnder）変調器を並列に接続した特殊な構成をとる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ＭＺ変調器の代表的なものとしては、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）の誘電体を用いたＬＮ変調器が広く用いられている。ＬＮ変調器では、直流または光周波数に比べて十分低い周波数の電界をＬＮへ印加することによって媒質の屈折率が変化する、電気光学効果を用いて動作する。しかしながら、材料の物理定数からＬＮ変調器では必要な素子長が比較的長いものとなる。このため、ＬＮ変調器を含む光送信器モジュールが大きくなってしまう問題があった。
【０００７】
最近では、光送信器モジュールの小型化に向けて、半導体を用いたＭＺ変調器の開発も盛んに行われている。代表的な半導体ＭＺ変調器の例としては、例えば、集中定数型電極を採用したｐ−ｉ−ｎ構造を有する光変調器（非特許文献１）が挙げられる。この光変調器では、光信号が伝播するコア層厚が比較的薄く、コア層に対して効率良く電界を印加することができる。
【０００８】
しかしながら、実際に半導体を用いたＭＺ変調器を作製した場合、かえって逆にその小型さのために、導波路の作製誤差が干渉計の特性を悪化させる問題があった。マッハツェンダ干渉計のアーム領域を構成する導波路側面のラフネス等のわずかな作製誤差が、両アームの光路長差（位相差）を生じさせる。このような場合、マッハツェンダ干渉計におけるアームの光路長の差によって、所定の中心動作光周波数（波長）における動作点のずれが発生してしまう可能性がある。そこで、この位相ずれを補償するため、位相調整手段を集積した半導体ＭＺ変調器が報告されている（例えば、非特許文献２）。位相調整手段によって、所定の中心動作光周波数（波長）において、一方のアーム導波路から最大光出力が得られ、他方のアーム導波路からは最小光出力（消光）を得るように、アーム導波路の光路長を微調整する。
【０００９】
位相調整手段の１つとして、電流注入によるプラズマ効果によって屈折率変化を発生し、マッハツェンダアーム間の位相差を調整する方法が知られている。しかし、この方法は、同時に自由キャリア吸収による大きな光損失を発生してしまう問題があった。
【００１０】
他の位相調整手段としては、位相変調領域と同じコア層の構造を用いて、電圧印加による電気光学効果を用いて位相差を調整するものも提案されている（例えば、非特許文献２）。この調整方法は、電流注入法で生じる自由キャリア吸収に起因した損失増大を回避するのには有効ではある。しかしながら、位相変調領域の半導体コア層のバンドギャップ波長は、大きな電界吸収効果を発生しないように、動作波長から短波長側へ十分離して設計されており、変調効率は電流注入による方法と比べて変調効率は小さい。したがって、位相調整領域において位相変調領域と同じ半導体コア層の構造を用いると、長い位相調整領域が必要となる。半導体導波路のコア層が長くなることで、結果的に光変調器全体のサイズも大きくなってしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報  明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】C. Rolland et al., “10 Gbit/s, 1.56um multiquantum well InP/InGaAsP Mach−Zehnder optical modulator,” Electron. Lett., vol. 29, no.5, pp. 471−472, 1993
【非特許文献２】E. Yamada et al., “Full C−band 40−Gbit/s DPSK tunable transmitter module developed by hybrid integration of tunable laser and InP n−p−i−n Mach−Zehnder modulator,” Optical Fiber Communication (OFC), collocated National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC), OWU4, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、過剰損失が小さく、かつ、小型の位相調整手段を備えた半導体マッハツェンダ光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はこのような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段とを備え、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さと、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１の光変調器であって、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段とを備え、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成と、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成とが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項３の光変調器であって、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長は、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長よりも長く設定されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４の光変調器であって、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの光変調器であって、前記コア層の少なくとも一部は、多重量子井戸層構造を有することを特徴とする。            
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、低挿入損失で小型の半導体マッハツェンダ光変調器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例の半導体マッハツェンダ変調器の概略の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例の半導体マッハツェンダ変調器の概略の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の半導体光変調器は、マッハツェンダ光干渉計型の光変調器である。この光変調器は、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段とを備え、位相変調手段が形成される領域における半導体光導波路のコア層の厚さと、位相調整手段が形成される領域における半導体光導波路のコア層の厚さが異なる。また、コア層における組成、具体的には、バンドギャップ波長が異なっていても良い。位相調整領域における位相変化効率を高くして、しかも位相調整領域を短くすることが可能となり、より小型の半導体マッハツェンダ変調器を提供することができる。以下、図面を参照しながら本発明の光変調器の実施形態についてより具体的に説明をする。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施例の半導体マッハツェンダ変調器の構成を示す図である。図１の（ａ）は、変調器を構成する基板を見た上面図である。図１の（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ´線を含み、導波路コアを含む断面図である。図１の（ｃ）は、（ｂ）のＣ−Ｃ´線を含む断面を光の進行方向に向かって見た図である。尚、（ｃ）におけるＢ−Ｂ´断面を見たものが（ｂ）の断面図に対応している。
【００２４】
図１の（ｂ）の断面図に示したように、本実施例の光変調器では、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０１、ノンドープの半導体コア層１０２ａ、１０２ｂ、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０３が順次積層されて構成されている。半導体コア層１０２ａは光変調領域に対応し、半導体コア層１０２ｂは光位相調整領域に対応している。半導体コア層１０２ｂの厚さは、半導体コア層１０２ａに比べ薄く設定されている。半導体コア層１０２ａ、１０２ｂは光導波層として機能し、図１の（ｂ）では、光信号は、例えば左端から右端に向かって半導体コア層に沿って伝播する。
【００２５】
図１に示したマッハツェンダ変調器の構成例では、光位相調整領域は２つのアーム導波路の両方に構成されているが、いずれか一方のアーム導波路だけにあっても位相調整は可能である。光位相変調領域も同様であって、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路の少なくとも一方に対して光位相変調領域を備えていれば良い。
【００２６】
半導体コア層１０２ａ、１０２ｂは、例えば、ＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｌＡｓなどの材料系を用い、単一組成の四元混晶のバルク層や多重量子井戸層で構成することができる。さらに、多重量子井戸層と、その上下にバンドギャップが多重量子井戸層よりも大きくかつＩｎＰ層よりも小さい値を持つ光閉じ込め層と有する構造とすることもできる。また、これらの層の上下に、ノンドープのＩｎＰ層をさらに挿入することも可能である。
【００２７】
上述の四元混晶のバルク層や多重量子井戸層によるコア層のバンドギャップ波長は、使用する光波長において、電気光学効果が有効に作用し、かつ、光吸収が問題とならないように設定されている。また、光導波路は、図１の（ｃ）に示すようにハイメサ導波路構造を有し、半導体コア層１０２ａ、１０２ｂへ電圧印加を行うため、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０３の上部に、電極１０４および電極１０５が設けられている。電極１０４は位相変調領域の電極であり、電極１０５は位相調整領域の電極である。これらの電極に負の電圧を印加すると、各半導体コア層において電気光学効果により屈折率変化が発生する。この結果、コア層を伝播する光の位相を変化させることができる。すなわち、コア層の伝播光に対して位相調整および位相変調を加えることができる。
【００２８】
光変調器を構成する材料として、半導体は、ＬＮと同様に１次の電気光学効果（ポッケルス効果）と、さらにフランツケルディシュや量子閉じ込めシュタルク効果による２次の電気光学効果とを有するという特徴がある。ノンドープコア層を薄くすることによって電界強度が上げれば、それだけ線形以上の変調効率の上昇が見込める。ここで、電極に変調信号電圧を印加した時に、電極の単位長さ当たりに受ける屈折率変化Δｎを考える。屈折率変化Δｎは、コア層に印加される電圧Ｅ（Ｖ）との間で、次式で表される関係を持つ。
【００２９】
【数１】
2014191218.tif 000003
【００３０】
式（１）において、ａは１次の電気光学効果（ポッケルス効果）の係数、ｂは２次の電気光学効果の係数である。
【００３１】
本発明の光変調器では、位相調整領域の半導体コア層１０２ｂの厚さは、位相変調領域の半導体コア層１０２ａの厚さよりも薄く構成されている。このため、これらの電極を介して同じ電圧をコア層の各領域に印加しても、より薄い厚さを持つ位相調整領域の半導体コア層１０２ｂでは、電界強度が上がり、より大きな屈折率変化が得られる。言い換えると、必要な屈折率変化に対して、より短い長さの位相変調領域で済むことになり、より小型の半導体マッハツェンダ変調器を実現できる。
【００３２】
したがって、本発明のマッハツェンダ変調器は、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段とを備え、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さと、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さが異なっている。また、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことが好ましい。
【００３３】
図１に示した本発明の光変調器における、光の伝搬方向に沿って異なる厚さを有する半導体コア層は、次のような手順で形成できる。一例として、まず、基板（ｎ型ＩｎＰクラッド層）１０１上に厚い半導体コア層１０２ａを全面に結晶成長する。その後、ドライエッチングまたはウェットエッチングによって一部を選択エッチング除去して、薄いコア層１０２ｂを形成する。さらに、上部半導体クラッド層１０３を一括成長することによって、コア層を形成することができる。
【００３４】
本実施例では、導波路構造としてハイメサ導波路構造を用いているが、これに限られず、リッジ導波路構造を用いても良い。また、光導波路を形成する材料は、ＩｎＰ系材料に限定されることはなく、例えば、ＧａＡｓ基板と整合する材料系を用いても構わない。
【００３５】
また、導波路のシングルモード条件および伝搬損失の観点から、光導波路幅は、１．２μｍ〜２．５μｍ程度、ノンドープ半導体コア層厚は、０．２μｍ〜２．０μｍ程度で調整されることが好ましい。
【００３６】
上述のように、本発明の半導体マッハツェンダ変調器によって、コア層の厚さが一定であった従来技術の構成と比べて、必要とされる屈折率変化に対して、より短い長さの位相変調領域で済むことになり、より小型の半導体マッハツェンダ変調器を実現することができる。
【００３７】
尚、本実施例では、アーム導波路を２本備えたいわゆるマッハツェンダ変調器の構成を例に説明をしているが、アーム導波路を２本以上備えた干渉計により変調器を構成した場合にも適用可能である。したがって、本発明に特有のコア層の構成は、本実施例に示したアーム導波路が２本の場合だけには限定されない。
【実施例２】
【００３８】
図２は、本発明の第２の実施例の半導体マッハツェンダ変調器の構成を示す図である。図２の（ａ）は、変調器を構成する半導体基板を見た上面図である。図２の（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ´線を含み、導波路コアを含む断面図である。図２の（ｃ）は、（ｂ）のＣ−Ｃ´線を含む断面を光の進行方向に向かって見た図である。尚、（ｃ）におけるＢ−Ｂ´断面を見たものが（ｂ）の断面図に対応している。
【００３９】
本実施例の光変調器では、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０１、ノンドープの半導体コア層２０２ａ、２０２ｂ、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０３が順次積層されて構成されている。半導体コア層２０２ａは光変調領域に対応し、半導体コア層２０２ｂは光位相調整領域に対応している。半導体コア層２０２ａ、２０２ｂは光導波層として機能し、図２の（ｂ）では、光信号は、例えば左端から右端に向かって半導体コア層に沿って伝播する。
【００４０】
図２に示した例では、光位相調整領域は２つのアーム導波路の両方に構成されているが、いずれか一方だけにあっても位相調整は可能である。光位相変調領域も同様であって、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路の少なくとも一方に対して備えられていれば良い。
【００４１】
半導体コア層２０２ａ、２０２ｂは、例えば、ＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＡｌＡｓなどの材料系を用い、単一組成の四元混晶のバルク層や多重量子井戸層で構成することができる。さらに、多重量子井戸層と、その上下にバンドギャップが多重量子井戸層よりも大きくかつＩｎＰ層よりも小さい値を持つ光閉じ込め層と有する構造とすることもできる。また、これらの層の上下にノンドープのＩｎＰ層をさらに挿入することも可能である。
【００４２】
上述の四元混晶のバルク層や多重量子井戸層によるコア層のバンドギャップ波長は、一般的には、使用する光波長において、電気光学効果が有効に作用し、かつ、光吸収が問題とならないように設定されている。
【００４３】
さらに、本実施例の光変調器では、半導体コア層２０２ｂのバンドギャップ波長は、半導体コア層２０２ａのバンドギャップ波長に比べて長く設定されている。すなわち、変調器としての動作波長とのデチューニングが小さく設定されている。デチューニング（detuning）とは、動作波長とコア層のバンドキャップ波長との波長差を言う。デチューニングが小さい程、ある印加電圧に対する屈折率変化と吸収変化が大きくなる。従来技術の位相変調領域の半導体コア層においては、そのバンドギャップ波長は、逆に、大きな電界吸収効果を発生しないように、動作波長から短波長側へ十分離して設計されていたことに留意されたい。
【００４４】
したがって、本発明のマッハツェンダ光変調器は、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段とを備え、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成と、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成とが異なっている。さらに、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長は、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長よりも長く設定されていることが好ましい。
【００４５】
また、光導波路は、図２の（ｃ）に示すようにハイメサ導波路構造を有しており、半導体コア層２０２ａ、２０２ｂへそれぞれ電圧印加を行うため、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０３の上部に、電極２０４および電極２０５が設けられている。電極２０４は位相変調領域の電極であり、電極２０５は位相調整領域の電極である。これらの電極２０４、２０５に負の電圧を印加すると、半導体コア層において電気光学効果により屈折率変化が発生する。この結果、コア層を伝播する光の位相が変化する。すなわち、コアの伝播光に対して位相調整および位相変調を加えることができる。
【００４６】
上述のように、位相調整領域の半導体コア層２０２ｂのバンドギャップ波長は、位相変調領域の半導体コア層２０２ａのバンドギャップ波長に比べ長く設定され、動作波長とのデチューニングが小さくなっている。このことは、半導体コア層２０２ｂにおける電界吸収効果がより大きくなることを意味している。大きな光損失を発生しない範囲で、位相調整領域の半導体コア層のバンドギャップ波長をより長くすることによって、クラーマス・クローニッヒの関係からより大きな屈折率変化を発生させることができる。言い換えれば必要とされる屈折率変化に対して、より短い長さの位相変調領域で済むことになり、より小型の半導体マッハツェンダ変調器を実現できる。
【００４７】
図２に示した本発明の光変調器における、光の伝搬方向に沿って異なる組成を持つ「半導体コア層は、次のような手順で形成できる。一例として、まず、基板（ｎ型ＩｎＰクラッド層）２０１の上に半導体コア層２０２ｂを全面に結晶成長させる。その後、ドライエッチングまたはウェットエッチングによって位相変調領域に相当する部分を選択エッチング除去する。さらに、半導体コア層２０２ａを、バッドジョイント成長技術を用いて再成長させる。最後に、上部半導体クラッド層２０３を一括成長する。別法として、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０１成長させた後で、半導体コア層を選択成長技術によって、半導体コア層２０２ａと半導体コア層２０２ｂとの間で組成が変わるように形成することもできる。
【００４８】
半導体コア層２０２ａおよび半導体コア層２０２ｂは同一の膜厚である必要はなく、厚さが異なっていても良い。通常、電界強度を上げるために位相調整領域の半導体コア層２０２ｂを薄くするのが好ましい。本実施例では、導波路構造として、ハイメサ導波路構造を用いているが、これに限られず、リッジ導波路構造を用いても良い。また、光導波路を形成する材料は、ＩｎＰ系材料に限定される必要はなく、例えば、ＧａＡｓ基板に整合する材料系を用いても構わない。
【００４９】
導波路のシングルモード条件および伝搬損失の観点から、光導波路幅は、１．２μｍ〜２．５μｍ程度、ノンドープ半導体コア層厚は、０．２μｍ〜２．０μｍ程度で調整されることが好ましい。
【００５０】
上述のように、本発明の半導体マッハツェンダ変調器では、位相調整領域のコア層のバンドギャップ波長について、変調器の動作波長から短波長側へ十分離して設計していた従来技術の構成とは逆に、位相変調領域のコア層のバンドギャップ波長よりも長く設定する。これによって、必要とされる屈折率変化を得るためには、より短い長さの位相変調領域で済むことになり、より小型の半導体マッハツェンダ変調器を実現できる
以上詳細に述べたように、位相変調手段が形成される領域における半導体光導波路のコア層の厚さを、位相調整手段が形成される領域における半導体光導波路の半導体コア層の厚さと異なるものに（薄く）することで、位相調整領域の位相変化効率を高くし、かつ位相調整領域を短くすることができる。本発明により、小型の半導体マッハツェンダ変調器を提供できる。また、位相調整領域の半導体コア層のバンドギャップ波長を、位相変調領域の半導体コア層のバンドギャップ波長に比べて長く設定することで、位相調整領域の位相変化効率を高くし、かつ、位相調整領域を短くすることができる。本発明により、より小型の半導体マッハツェンダ変調器を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システムの光変調器に利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１０１、２０１  ｎ型ＩｎＰクラッド層
１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ  ノンドープ半導体コア層
１０３、２０３  ｐ−ＩｎＰクラッド層
１０４、１０５、２０４，２０５  電極
【図１】
2014191218.tif 000004
【図２】
2014191218.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月28日(2014.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明はこのような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段と、前記位相変調手段の領域に形成された位相変調用電極と、前記位相調整手段の領域に形成され、前記位相変調用電極とは異なる位相調整用電極とを備え、前記位相変調手段および位相調整手段は電圧印加による電気光学効果を用いるよう構成されており、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さと、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項３に記載の発明は、マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段と、前記位相変調手段の領域に形成された位相変調用電極と、前記位相調整手段の領域に形成され、前記位相変調用電極とは異なる位相調整用電極とを備え、前記位相変調手段および位相調整手段は電圧印加による電気光学効果を用いるよう構成されており、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成と、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成とが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４の光変調器であって、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかの光変調器であって、前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本は、前記位相変調手段および前記位相調整手段の双方が備えられたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６いずれかの光変調器であって、前記コア層の少なくとも一部は、多重量子井戸層構造を有することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段と、
前記位相変調手段の領域に形成された位相変調用電極と、
前記位相調整手段の領域に形成され、前記位相変調用電極とは異なる位相調整用電極と
を備え、
前記位相変調手段および位相調整手段は電圧印加による電気光学効果を用いるよう構成されており、
前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さと、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項２】
前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項３】
マッハツェンダ光干渉計を構成する２本の半導体光導波路と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相変調手段と、
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本に対する位相調整手段と、
前記位相変調手段の領域に形成された位相変調用電極と、
前記位相調整手段の領域に形成され、前記位相変調用電極とは異なる位相調整用電極と
を備え、
前記位相変調手段および位相調整手段は電圧印加による電気光学効果を用いるよう構成されており、
前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成と、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の組成とが異なることを特徴とする半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項４】
前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長は、前記位相変調手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層のバンドギャップ波長よりも長く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項５】
前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さは、前記位相調整手段が形成される領域における前記半導体光導波路のコア層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項４に記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項６】
前記２本の半導体光導波路のうち少なくとも１本は、前記位相変調手段および前記位相調整手段の双方が備えられたことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の半導体マッハツェンダ光変調器。
【請求項７】
前記コア層の少なくとも一部は、多重量子井戸層構造を有することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の半導体マッハツェンダ光変調器。