(57)【要約】  半導体光変調器（１）は、変調領域（Ａ）と、非変調領域（Ｃ）とを含む。非変調領域（Ｃ）における第１接地電極（１１２）の第１の幅は、変調領域（Ａ）における第１接地電極（１１２）の第２の幅よりも大きい。非変調領域（Ｃ）における第２接地電極（１１３）の第３の幅は、変調領域（Ｃ）における第２接地電極（１１３）の第４の幅よりも大きい。第１絶縁層（２４ａ，２４ｂ）は、非変調領域（Ｃ）において、第１光導波路（１３ａ）と第１進行波電極（１１４）との間と第２光導波路（１３ｂ）と第２進行波電極（１１６）との間とに配置されている。そのため、半導体光変調器（１）は広帯域化され得る。
2019106890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マッハツェンダ型光導波路と、
第１進行波電極と、
第２進行波電極と、
第１接地電極と、
第２接地電極と、
第１絶縁層とを備える半導体光変調器において、
前記第１マッハツェンダ型光導波路は、第１光入力部と、前記第１光入力部に接続されている第１光分岐部と、前記第１光分岐部に接続されている第１光導波路と、前記第１光分岐部に接続されている第２光導波路と、前記第１光導波路と前記第２光導波路とに接続されている第１光合波部と、前記第１光合波部に接続されている第１光出力部とを含み、
前記第１進行波電極は前記第１光導波路の上方に配置されており、
前記第２進行波電極は前記第２光導波路の上方に配置されており、
前記第１接地電極は、前記第１進行波電極に対して前記第２進行波電極とは反対側に、前記第１進行波電極から間隔を空けて配置されており、
前記第２接地電極は、前記第２進行波電極に対して前記第１進行波電極とは反対側に、前記第２進行波電極から間隔を空けて配置されており、
前記半導体光変調器は、前記第１光導波路及び前記第２光導波路に沿って配列される単位構造を含み、
前記単位構造は、変調領域と、非変調領域とを含み、
前記非変調領域における前記第１接地電極の第１の幅は、前記変調領域における前記第１接地電極の第２の幅と異なっており、
前記非変調領域における前記第２接地電極の第３の幅は、前記変調領域における前記第２接地電極の第４の幅と異なっており、
前記第１絶縁層は、前記非変調領域において、前記第１光導波路と前記第１進行波電極との間と前記第２光導波路と前記第２進行波電極との間とに配置されている、半導体光変調器。
【請求項２】
前記非変調領域における前記第１接地電極の前記第１の幅は、前記変調領域における前記第１接地電極の前記第２の幅よりも小さく、
前記非変調領域における前記第２接地電極の前記第３の幅は、前記変調領域における前記第２接地電極の前記第４の幅よりも小さい、請求項１に記載の半導体光変調器。
【請求項３】
前記第１進行波電極及び前記第２進行波電極に接続されている終端部をさらに備え、
前記終端部の差動インピーダンスは１００Ω未満である、請求項２に記載の半導体光変調器。
【請求項４】
前記単位構造は、前記変調領域と前記非変調領域との間に配置されている遷移領域を含み、
前記遷移領域において、前記第１進行波電極と前記第２進行波電極との間の第１の間隔は徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第１接地電極の幅と前記第２接地電極の幅とは徐々に変化する、請求項２または請求項３に記載の半導体光変調器。
【請求項５】
第２マッハツェンダ型光導波路と、
第３進行波電極と、
第４進行波電極と、
第３接地電極と、
光入力部と、前記光入力部に接続されている光分岐部と、
光合波部と、
前記光合波部に接続されている光出力部とをさらに備え、
前記第２マッハツェンダ型光導波路は、第２光入力部と、前記第２光入力部に接続されている第２光分岐部と、前記第２光分岐部に接続されている第３光導波路と、前記第２光分岐部に接続されている第４光導波路と、前記第３光導波路と前記第４光導波路とに接続されている第２光合波部と、前記第２光合波部に接続されている第２光出力部とを含み、
前記第３進行波電極は前記第３光導波路の上方に配置されており、
前記第４進行波電極は前記第４光導波路の上方に配置されており、
前記第２接地電極は、前記第３進行波電極に対して前記第４進行波電極とは反対側に、前記第３進行波電極から間隔を空けて配置されており、
前記第３接地電極は、前記第４進行波電極に対して前記第３進行波電極とは反対側に、前記第４進行波電極から間隔を空けて配置されており、
前記光分岐部は、前記第１光入力部と前記第２光入力部とに接続されており、
前記光合波部は、前記第１光出力部と前記第２光出力部とに接続されており、
前記単位構造は、前記第３光導波路及び前記第４光導波路に沿って配列されており、
前記非変調領域における前記第３接地電極の第５の幅は、前記変調領域における前記第３接地電極の第６の幅よりも小さく、
前記第１絶縁層は、前記非変調領域において、前記第３光導波路と前記第３進行波電極との間と前記第４光導波路と前記第４進行波電極との間とに配置されている、請求項２または請求項３に記載の半導体光変調器。
【請求項６】
前記単位構造は、前記変調領域と前記非変調領域との間に配置されている遷移領域を含み、
前記遷移領域において、前記第１進行波電極と前記第２進行波電極との間の第１の間隔は徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第１接地電極の幅と前記第２接地電極の幅とは徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第３進行波電極と前記第４進行波電極との間の第２の間隔は徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第２接地電極の幅と前記第３接地電極の幅とは徐々に変化する、請求項５に記載の半導体光変調器。
【請求項７】
前記非変調領域における前記第１接地電極の前記第１の幅は、前記変調領域における前記第１接地電極の前記第２の幅よりも大きく、
前記非変調領域における前記第２接地電極の前記第３の幅は、前記変調領域における前記第２接地電極の前記第４の幅よりも大きい、請求項１に記載の半導体光変調器。
【請求項８】
前記第１進行波電極は、前記変調領域と前記非変調領域と前記変調領域とにおいて、一定幅を有し、
前記第２進行波電極は、前記変調領域と前記非変調領域と前記変調領域とにおいて、一定幅を有する、請求項７に記載の半導体光変調器。
【請求項９】
前記第１進行波電極及び前記第２進行波電極に接続されている終端部をさらに備え、
前記終端部の差動インピーダンスは１００Ω未満である、請求項７または請求項８に記載の半導体光変調器。
【請求項１０】
前記単位構造は、前記変調領域と前記非変調領域との間に配置されている遷移領域を含み、
前記遷移領域において、前記第１接地電極と前記第１進行波電極との間の第１の間隔は徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第２接地電極と前記第２進行波電極との間の第２の間隔は徐々に変化する、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の半導体光変調器。
【請求項１１】
第２マッハツェンダ型光導波路と、
第３進行波電極と、
第４進行波電極と、
第３接地電極と、
光入力部と、前記光入力部に接続されている光分岐部と、
光合波部と、
前記光合波部に接続されている光出力部とをさらに備え、
前記第２マッハツェンダ型光導波路は、第２光入力部と、前記第２光入力部に接続されている第２光分岐部と、前記第２光分岐部に接続されている第３光導波路と、前記第２光分岐部に接続されている第４光導波路と、前記第３光導波路と前記第４光導波路とに接続されている第２光合波部と、前記第２光合波部に接続されている第２光出力部とを含み、
前記第３進行波電極は前記第３光導波路の上方に配置されており、
前記第４進行波電極は前記第４光導波路の上方に配置されており、
前記第２接地電極は、前記第３進行波電極に対して前記第４進行波電極とは反対側に、前記第３進行波電極から間隔を空けて配置されており、
前記第３接地電極は、前記第４進行波電極に対して前記第３進行波電極とは反対側に、前記第４進行波電極から間隔を空けて配置されており、
前記光分岐部は、前記第１光入力部と前記第２光入力部とに接続されており、
前記光合波部は、前記第１光出力部と前記第２光出力部とに接続されており、
前記単位構造は、前記第３光導波路及び前記第４光導波路に沿って配列されており、
前記非変調領域における前記第３接地電極の第５の幅は、前記変調領域における前記第３接地電極の第６の幅よりも大きく、
前記第１絶縁層は、前記非変調領域において、前記第３光導波路と前記第３進行波電極との間と前記第４光導波路と前記第４進行波電極との間とに配置されている、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の半導体光変調器。
【請求項１２】
前記第３進行波電極は、前記変調領域と前記非変調領域と前記変調領域とにおいて、一定幅を有し、
前記第４進行波電極は、前記変調領域と前記非変調領域と前記変調領域とにおいて、一定幅を有する、請求項１１に記載の半導体光変調器。
【請求項１３】
前記単位構造は、前記変調領域と前記非変調領域との間に配置されている遷移領域を含み、
前記遷移領域において、前記第１接地電極と前記第１進行波電極との間の第１の間隔は徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第２接地電極と前記第２進行波電極との間の第２の間隔は徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第２接地電極と前記第３進行波電極との間の第３の間隔は徐々に変化し、
前記遷移領域において、前記第３接地電極と前記第４進行波電極との間の第４の間隔は徐々に変化する、請求項１１または請求項１２に記載の半導体光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＣおよびスマートフォンなどの普及により、通信量が拡大している。そこで、光変調器として一般的に採用されているマッハツェンダ（Mach-Zehnder。以下、「ＭＺ」という。）型光変調器では、４値パルス振幅変調（ＰＡＭ４）方式などの強度変調方式、または４値位相偏移変調方式（ＱＰＳＫ）および１６値直角位相振幅変調方式（１６ＱＡＭ）などの位相変調方式による信号多重化が広く活用されている。しかし、信号の高密度化が進むに連れて、信号の雑音耐力が低くなるため、上記のような信号多重化を行うと、信号伝送距離が短くなる。そのため、信号の多重化ではなく、現在主流である２５〜３２Ｇｂｐｓの変調速度に対して、２倍の５０〜６４Ｇｂｐｓの変調速度で信号を駆動してビットレートを上げる必要がある。【０００３】
消費電力と信号品質の劣化を抑えて変調速度を上げるための、光変調器の広帯域化が課題となっている。広帯域化を実現するためには、変調器のキャパシタンスとインダクタンスを最適化してインピーダンスを整合させる必要がある。特開２０１５−１２９９０６号公報（特許文献１）は、インピーダンス及び電気の速度を調整する機構を設けた半導体マッハツェンダ型光変調器を開示している。特許文献１に記載された半導体マッハツェンダ型光変調器は、マッハツェンダ干渉計と、第１の進行波電極と、第２の進行波電極とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２９９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、広帯域化された半導体光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体光変調器は、単位構造を含む。単位構造は、変調領域と、非変調領域とを含む。非変調領域における第１接地電極の第１の幅は、変調領域における第１接地電極の第２の幅と異なっている。非変調領域における第２接地電極の第３の幅は、変調領域における第２接地電極の第４の幅と異なっている。第１絶縁層は、非変調領域において、第１光導波路と第１進行波電極との間と第２光導波路と第２進行波電極との間とに配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の半導体光変調器では、半導体光変調器のキャパシタンスが低減され得るため、第１進行波電極と第２進行波電極線路と第１接地電極と第２接地電極とによって形成される第１線路のインピーダンスが増加し得る。さらに、半導体光変調器のマイクロ波屈折率が低減され得る。本発明の半導体光変調器によれば、広帯域化された半導体光変調器が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る光変調器の概略平面図である。
【図２】実施の形態１に係る光変調器の概略部分拡大平面図である。
【図３】実施の形態１に係る光変調器の、図２に示される断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける概略断面図である。
【図４】実施の形態１に係る光変調器の、図２に示される断面線ＩＶ−ＩＶにおける概略断面図である。
【図５】実施の形態１に係る光変調器の、図２に示される断面線Ｖ−Ｖにおける概略断面図である。
【図６】実施の形態１に係る光変調器の電気回路モデルを示す図である。
【図７】実施の形態１に係る光変調器の変調部の電気回路モデルを示す図である。
【図８】実施の形態１に係る光変調器の遷移部及び非変調部の電気回路モデルを示す図である。
【図９】実施の形態２に係る光変調器の概略平面図である。
【図１０】実施の形態２に係る光変調器の概略部分拡大平面図である。
【図１１】実施の形態２に係る光変調器の、図１０に示される断面線ＸＩ−ＸＩにおける概略部分断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る光変調器の、図１０に示される断面線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける概略部分断面図である。
【図１３】実施の形態２に係る光変調器の、図１０に示される断面線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける概略部分断面図である。
【図１４】実施の形態３に係る光変調器の非変調領域の概略断面図である。
【図１５】実施の形態４に係る光変調器の概略平面図である。
【図１６】実施の形態５の半導体光変調器の概略平面図である。
【図１７】実施の形態５の半導体光変調器の概略部分拡大平面図である。
【図１８】実施の形態５，７の半導体光変調器の、図１７、図３０及び図３６に示される断面線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける概略断面図である。
【図１９】実施の形態５の半導体光変調器の、図１７及び図３０に示される断面線ＸＩＸ−ＸＩＸにおける概略断面図である。
【図２０】実施の形態５の半導体光変調器の、図１７に示される断面線ＸＸ−ＸＸにおける概略断面図である。
【図２１】実施の形態５の半導体光変調器の電気回路モデルを示す図である。
【図２２】実施の形態５の半導体光変調器の変調領域の電気回路モデルを示す図である。
【図２３】実施の形態５の半導体光変調器の非変調領域及び遷移部の電気回路モデルを示す図である。
【図２４】比較例の半導体光変調器の概略部分拡大平面図である。
【図２５】実施の形態５及び比較例の半導体光変調器の、マイクロ波の周波数と半導体光変調器の第１線路のインピーダンスとの間の関係を表すグラフを示す図である。
【図２６】実施の形態５及び比較例の半導体光変調器の、マイクロ波の周波数と半導体光変調器のマイクロ波屈折率との間の関係を表すグラフを示す図である。
【図２７】実施の形態５の半導体光変調器の変調領域、遷移領域及び非変調領域における、マイクロ波の周波数と半導体光変調器の第１線路のインピーダンスとの間の関係を表すグラフを示す図である。
【図２８】実施の形態５の半導体光変調器の変調領域、遷移領域及び非変調領域における、マイクロ波の周波数と半導体光変調器のマイクロ波屈折率との関係を表すグラフを示す図である。
【図２９】実施の形態５の変形例の半導体光変調器の概略平面図である。
【図３０】実施の形態５の別の変形例の半導体光変調器の概略部分拡大平面図である。
【図３１】実施の形態６の半導体光変調器の概略平面図である。
【図３２】実施の形態６の半導体光変調器の概略部分拡大平面図である。
【図３３】実施の形態６の半導体光変調器の、図３２に示される断面線ＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩにおける概略部分断面図である。
【図３４】実施の形態６の半導体光変調器の、図３２に示される断面線ＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶにおける概略部分断面図である。
【図３５】実施の形態６の半導体光変調器の、図３２に示される断面線ＸＸＸＶ−ＸＸＸＶにおける概略部分断面図である。
【図３６】実施の形態７の半導体光変調器の概略部分拡大平面図である。
【図３７】実施の形態７の半導体光変調器の、図３６に示される断面線ＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩにおける概略断面図である。
【図３８】実施の形態７の半導体光変調器の、図３６に示される断面線ＸＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＸＶＩＩＩにおける概略断面図である。
【図３９】実施の形態８に係る半導体光変調器の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光変調器１の構成を模式的に示している。光変調器１は、ＭＺ型光変調器である。光変調器１は、第１マッハツェンダ型光導波路である光導波路５を備える。光変調器１の光導波路５には、レーザ光源４０から放射された光４１が入力される。光導波路５は、光４１を分岐してそれから合波するものである。この光４１は、光変調器１の光導波路５を通過して出力される。
【００１１】
具体的には、第１マッハツェンダ型光導波路は、第１光入力部１１と、第１光分岐部１２と、第１光導波路１３ａと、第２光導波路１３ｂと、第１光合波部１４と、第１光出力部１５とを含む。第１光分岐部１２は、第１光入力部１１に接続されている。第１光分岐部１２は、例えば、１入力２出力の構成または２入力２出力の構成を有するマルチモード干渉（ＭＭＩ）光導波路である。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂは、第１光分岐部１２に接続されている。第１光合波部１４は、第１光導波路１３ａと第２光導波路１３ｂとに接続されている。第１光合波部１４は、例えば、１入力２出力の構成または２入力２出力の構成を有するマルチモード干渉（ＭＭＩ）光導波路である。第１光出力部１５は、第１光合波部１４に接続されている。
【００１２】
光変調器１は、グランド（Ｇ）に接続されるグランド電極１１２，１１３と、差動電気信号のポジティブ信号Ｓ＋を伝達する第１電極１１４と、差動電気信号のネガティブ信号Ｓ−を伝達する第２電極１１６とを備える。第１電極１１４は、第１進行波電極である。第２電極１１６は、第２進行波電極である。グランド電極１１２は、第１接地電極である。グランド電極１１３は、第２接地電極である。本明細書において、「電極」は、金電極および白金電極を含むが、これらに限定されず、全ての導電体の電極を含む。
【００１３】
第１電極１１４および第２電極１１６の入力側（図１の左側）には、それぞれ差動電気信号のポジティブ信号Ｓ＋およびネガティブ信号Ｓ−が入力される。この差動電気信号のポジティブ信号Ｓ＋およびネガティブ信号Ｓ−は、信号源３０によって出力され、電気アンプ３３によって増幅されたものである。実施の形態１はこれに限定されるものではなく、逆に、第１電極１１４がネガティブ信号Ｓ−を、第２電極がポジティブ信号Ｓ＋を伝達するものであってもよい。
【００１４】
このように、光変調器１は、いわゆるＧＳＳＧ型の構造を有する。グランド電極１１２、第１電極１１４、第２電極１１６及びグランド電極１１３は、第１線路を構成している。第１線路は、ＧＳＳＧ（Ground,  Signal,  Signal,  Ground）型の差動線路（コプレーナ線路）である。ＧＳＳＧ型の差動線路は、光変調器１を小型化することを可能にする。ＧＳＳＧ型の差動線路は、第１電極１１４と第２電極１１６とが互いに隣り合うため、ノイズ耐性を向上させることができる。
【００１５】
第１電極１１４の一方端と第２電極１１６の一方端とは、信号源３０に電気的に接続されている。信号源３０は、差動信号を出力する。差動信号は、特に限定されないが、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高い周波数を有してもよい。第１光導波路１３ａには、第２光導波路１３ｂとは逆位相の電圧が印加される（プッシュプル構成）。信号源３０と第１電極１１４の一方端との間、並びに、信号源３０と第２電極１１６の一方端との間に、電気アンプ３３が配置されている。電気アンプ３３は、信号源３０から出力される差動信号を増幅して、第１電極１１４の一方端と第２電極１１６の一方端とに出力する。
【００１６】
第１電極１１４は、第１光導波路１３ａの上方に配置されている。第２電極１１６は、第２光導波路１３ｂの上方に配置されている。グランド電極１１２は、第１電極１１４に対して第２電極１１６とは反対側に、第１電極１１４から間隔を空けて配置されている。グランド電極１１３は、第２電極１１６に対して第１電極１１４とは反対側に、第２電極１１６から間隔を空けて配置されている。第１電極１１４及び第２電極１１６は、グランド電極１１２とグランド電極１１３との間に配置されている。
【００１７】
第１電極１１４および第２電極１１６の出力側（図１の右側）には、終端部７が接続されている。したがって、終端部７には、光変調器１の第１電極１１４および第２電極１１６から出力された差動電気信号のポジティブ信号Ｓ＋とネガティブ信号Ｓ−が入力される。図１の例では、終端部７において、ポジティブ信号Ｓ＋とグランドとの間、およびネガティブ信号Ｓ−とグランドとの間の両方に、５０オーム抵抗が接続されている。この終端部７の接続は一例であり、例えば、ポジティブ信号Ｓ＋とネガティブ信号Ｓ−とは、１００オーム抵抗を介して接続されてもよい。
【００１８】
終端部７は、第１終端抵抗３５と第２終端抵抗３６とを含む。第１電極１１４の他方端とグランド電極１１２とは、第１終端抵抗３５に接続されている。第２電極１１６の他方端とグランド電極１１３とは、第２終端抵抗３６に接続されている。第１終端抵抗３５及び第２終端抵抗３６は、５０Ωの抵抗を有している。終端部７の差動インピーダンスは１００Ωである。第１終端抵抗３５及び第２終端抵抗３６は、１００Ωの抵抗を有してもよい。グランド電極１１２の一方端とグランド電極１１３の一方端とは、接地電位に接続されている。グランド電極１１２の他方端とグランド電極１１３の他方端とは、接地電位に接続されている。
【００１９】
図２は、図１の光変調器１の一部の拡大模式図である。光変調器１は、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って配列される単位構造１０を含む。光変調器１は、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って周期構造を有する。単位構造１０は、光を変調させる変調部Ａと、光を変調させない非変調部Ｃと、変調部Ａと非変調部Ｃとの間に形成された遷移部Ｂとから成る３セグメント構成を有する。遷移部Ｂは、変調部Ａと非変調部Ｃとの間で、電気信号の反射ができる限り小さくなるように構成される。単位構造１０は、変調部Ａと、変調部Ａの長手方向に隣接する第１遷移部Ｂと、第１遷移部Ｂの長手方向に隣接する非変調部Ｃと、非変調部Ｃの長手方向に隣接する第２遷移部Ｂとから成り、この単位構造１０が長手方向（光の進行方向）に繰り返される。
【００２０】
非変調部Ｃにおけるグランド電極１１２の第１の幅Ｗ1は、変調部Ａにおけるグランド電極１１２の第２の幅Ｗ2と異なっている。特定的には、非変調部Ｃにおけるグランド電極１１２の第１の幅Ｗ1は、変調部Ａにおけるグランド電極１１２の第２の幅Ｗ2よりも小さい。非変調部Ｃにおけるグランド電極１１３の第３の幅Ｗ3は、変調部Ａにおけるグランド電極１１３の第４の幅Ｗ4と異なっている。特定的には、非変調部Ｃにおけるグランド電極１１３の第３の幅Ｗ3は、変調部Ａにおけるグランド電極１１３の第４の幅Ｗ4よりも小さい。
【００２１】
変調部Ａにおける第１電極１１４と第２電極１１６との間の間隔は、非変調部Ｃにおける第１電極１１４と第２電極１１６との間の間隔よりも小さい。遷移部Ｂにおいて、第１電極１１４と第２電極１１６との間の間隔は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に小さくなる。遷移部Ｂにおいて、グランド電極１１２の幅は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に大きくなる。遷移部Ｂにおいて、グランド電極１１３の幅は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に大きくなる。
【００２２】
変調部Ａにおいて、グランド電極１１２は、第１突出部１７ｐを含んでもよい。第１突出部１７ｐは、第１電極１１４に面するグランド電極１１２の第１側面に形成されており、第１電極１１４に向けて突出してもよい。非変調部Ｃにおいて、グランド電極１１３は第２突出部１７ｑを含んでもよい。第２突出部１７ｑは、第２電極１１６に面するグランド電極１１３の第２側面に形成されており、第２電極１１６に向けて突出してもよい。
【００２３】
第１電極１１４、第２電極１１６、グランド電極１１２及びグランド電極１１３は、低誘電率材料層１２０の上に形成されている。したがって、図２に示されるように、グランド電極１１２と第１電極１１４との間、第１電極１１４と第２電極１１６との間、および第２電極１１６とグランド電極１１３との間には、低誘電率材料層１２０が見えている。
【００２４】
本明細書において、「低誘電率材料」は、例えばベンゾクロロブテン（ＢＣＢ）を含むが、これに限定されず、全ての誘電体を含む。
【００２５】
図３は、図２の光変調器１をＩＩＩ−ＩＩＩ方向に見た断面図である。したがって、図３は、光変調器１の変調部Ａの断面を示している。変調部Ａは、例えばｎ型インジウムリン（ｎ−ＩｎＰ）などのｎ型半導体から成るｎ層１３０を含む。ｎ層１３０は、第１半導体層である。ｎ層１３０の上の、光の経路となる部分は、凸状に盛り上がっており、したがって、その上にいわゆるハイメサ型の光導波路を形成できる形状を有する。ｎ層１３０の上の当該部分には、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ）と、ｉ型（真性）インジウムリン（ｉ−ＩｎＰ）などのアンドープ半導体とから成る光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）が形成される。
【００２６】
光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の上には、例えばｐ型インジウムリン（ｐ−ＩｎＰ）などのｐ型半導体から成るｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）が形成される。ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）の上には、例えばｐ型インジウムガリウム砒素（ｐ−ＩｎＧａＡｓ）から成るコンタクト層２２ａ，２２ｂが形成される。コンタクト層２２ａ，２２ｂの上には、第１電極１１４および第２電極１１６が、互いに間隔を空けて形成されている。コンタクト層２２ａ，２２ｂと、第１電極１１４および第２電極１１６とは、高温処理によりオーミック接触している。
【００２７】
ｎ層１３０より上側かつ第１電極１１４および第２電極１１６より下側の部分であって、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）、ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）およびコンタクト層２２ａ，２２ｂが形成されていない部分には、低誘電率材料層１２０が充填されている。低誘電率材料層１２０は、埋め込み層である。低誘電率材料層１２０の上には、第１電極１１４および第２電極１１６からそれぞれ間隔を空けて、グランド電極１１２，１１３が形成されている。
【００２８】
第１電極１１４および第２電極１１６に電気信号が流れ、したがって電圧が印加されると、変調部Ａの中では、第１電極１１４および第２電極１１６にオーミック接触しているコンタクト層２２ａ，２２ｂを経由して、ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）と、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）と、ｎ層１３０とから成るｐ−ｉ−ｎ接合部に電界が発生する。この電界により、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）内の光閉じ込め係数が変化し、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の屈折率が変化する。この屈折率変化により、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）に入力された光の位相が変調される。光変調器１は、半導体光変調器である。
【００２９】
図４は、図２の光変調器１をＩＶ−ＩＶ方向に見た断面図である。したがって、図４は、光変調器１の遷移部Ｂの断面を示している。遷移部Ｂは、変調部Ａと同様に、ｎ層１３０と、その上の光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）と、これらの周りを充填する低誘電率材料層１２０とを有する。しかし、遷移部Ｂでは、変調部Ａと異なり、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の上には、絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）が形成されている。絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）は、例えばｉ−ＩｎＰまたはＦｅ−ＩｎＰなどから成るが、これに限定されず、全ての誘電体材料を含む。絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）の上には、誘電体、典型的にはＳｉＯ2などの絶縁体から成る表面層（第１絶縁層２４ａ，２４ｂ）が形成される。表面層（第１絶縁層２４ａ，２４ｂ）の上には、第１電極１１４および第２電極１１６が、互いに間隔を空けて形成されている。低誘電率材料層１２０の上には、第１電極１１４および第２電極１１６からそれぞれ間隔を空けて、グランド電極１１２，１１３が形成されている。
【００３０】
このように、遷移部Ｂには、変調部Ａと異なり、ｐ−ｉ−ｎ接合部が存在しない。したがって、第１電極１１４および第２電極１１６に電気信号が流れ、したがって電圧が印加されても、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）には電界変化がほとんど発生せず、光の位相変調はほとんど生じない。
【００３１】
図５は、図２の光変調器１をＶ−Ｖ方向に見た断面図である。したがって、図５は、光変調器１の非変調部Ｃの断面を示している。非変調部Ｃの構造は、グランド電極１１２、１１３、第１電極１１４および第２電極１１６の形状と位置以外は、遷移部Ｂの構造と同様である。非変調部Ｃにもｐ−ｉ−ｎ接合部が存在しないため、第１電極１１４および第２電極１１６に電気信号が流れても、光の位相変調はほとんど生じない。
【００３２】
光変調器１の動作を説明する。
図１に示されるように、レーザ光源４０から第１光入力部１１に光４１が入力される。光４１は、第１光入力部１１から第１光分岐部１２に入力される。光４１は、第１光分岐部１２において、第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光と、第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光とに分岐される。
【００３３】
第１電極１１４を伝搬する第１マイクロ波は、変調部Ａにおける第１光導波路１３ａの屈折率を変化させる。第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光は、第１電極１１４を伝搬する第１マイクロ波によって変調される。第２電極１１６を伝搬する第２マイクロ波は、変調部Ａにおける第２光導波路１３ｂの屈折率を変化させる。第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光は、第２電極１１６を伝搬する第２マイクロ波によって変調される。変調された第１部分光と変調された第２部分光とは、第１光合波部１４で合波されて、変調光４２となる。変調光４２は、第１光出力部１５から出力される。
【００３４】
次に、実施の形態１に係る光変調器１により、光信号の広帯域化を実現できることを説明する。広帯域化を実現するためには、電気信号の反射をできる限り低減させ、電気信号であるマイクロ波と光の位相速度を整合させる必要がある。そのために、インピーダンスを差動駆動の場合は１００オーム（単相駆動の場合は５０オーム）に、マイクロ波屈折率を３．６に近づける必要がある。インピーダンスＺ1とマイクロ波屈折率ｎmは、式（１），（２）で表される。
【００３５】
【数１】
2019106890.tif 000003
【００３６】
【数２】
2019106890.tif 000004
【００３７】
ここで、Ｃは光変調器１のキャパシタンスを、Ｌは光変調器１のインダクタンスを、ｃは真空中における光速をそれぞれ表す。
【００３８】
図６に示されるように、光変調器１は、第１電極１１４の第１抵抗Ｒ1と、第１電極１１４の第１インダクタンスＬ1と、第２電極１１６の第２抵抗Ｒ2と、第２電極１１６の第２インダクタンスＬ2と、第１電極１１４と第２電極１１６との間の相互インダクタンスＬ12とを含む。光変調器１は、第１電極１１４とグランド電極１１２との間の第１相互キャパシタンスＣ1Gと、第２電極１１６とグランド電極１１３との間の第２相互キャパシタンスＣ2Gと、第１電極１１４と第２電極１１６との間の第３相互キャパシタンスＣ12とをさらに含む。厳密には、第１電極１１４とグランド電極１１３との相互キャパシタンス、および第２電極１１６とグランド電極１１２との相互キャパシタンスも存在するが、これらはＣ1GとＣ2Gに比べて無視できるほど小さいので、ここでは考慮しない。
【００３９】
図７に示されるように、変調部Ａは、ｎ層１３０の抵抗Ｒ130と、光導波層のキャパシタンス（第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13b）と、ｐ層の抵抗（第２半導体層２１ａの抵抗Ｒ21aと、第２半導体層２１ｂの抵抗Ｒ21b）、コンタクト層の抵抗（コンタクト層２２ａの抵抗Ｒ22aと、コンタクト層２２ｂの抵抗Ｒ22b）とを含む。これらの抵抗Ｒ130，Ｒ21a，Ｒ21b，Ｒ22a，Ｒ22bとこれらキャパシタンスＣ13a，Ｃ13bとは、互いに直列に接続されている。
【００４０】
図８に示されるように、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃは、ｎ層１３０の抵抗Ｒ130と、光導波層のキャパシタンス（第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13b）と、絶縁層のキャパシタンス（第２絶縁層２３ａのキャパシタンスＣ23aと、第２絶縁層２３ｂのキャパシタンスＣ23b）と、表面層のキャパシタンス（第１絶縁層２４ａのキャパシタンスＣ24aと、第１絶縁層２４ｂのキャパシタンスＣ24b）とを含む。抵抗Ｒ130とこれらキャパシタンスＣ13a，Ｃ13b，Ｃ23a，Ｃ23b，Ｃ24a，Ｃ24bとは、互いに直列に接続されている。このように、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃには、光導波層のキャパシタンス（第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13b）のみならず、表面層のキャパシタンス（第１絶縁層２４ａのキャパシタンスＣ24aと、第１絶縁層２４ｂのキャパシタンスＣ24b）と絶縁層のキャパシタンス（第２絶縁層２３ａのキャパシタンスＣ23aと、第２絶縁層２３ｂのキャパシタンスＣ23b）も存在するため、非変調部Ｃのキャパシタンス及び遷移部Ｂのキャパシタンスは、変調部Ａのキャパシタンスよりも小さい。
【００４１】
実施の形態１のような差動駆動構造を有する光変調器１では、光変調器１のインピーダンスを、単相駆動の場合の２倍である１００オームに近づける必要がある。したがって、キャパシタンスは、できる限り小さいことが好ましい。キャパシタンスは、式（３）で表される。
【００４２】
【数３】
2019106890.tif 000005
【００４３】
ここで、εは極板間の絶縁体の誘電率、Ｓは極板の面積、ｄは極板間の距離である。
実施の形態１に係る光変調器１では、変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃのそれぞれのグランド電極１１２、１１３、第１電極１１４および第２電極１１６の幅、並びに第１電極１１４とグランド電極１１２との間の距離および第２電極１１６とグランド電極１１３との間の距離を調整することにより、変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃのインダクタンスとキャパシタンスを個別に調整することができる。
【００４４】
さらに、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の厚さを調整することにより、光変調器１のインピーダンスを調整することができる。例えば、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の厚さを大きくした場合、光導波層のキャパシタンス（第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13b）は、小さくなる。したがって、この場合、変調部Ａのキャパシタンスは小さくなる。
【００４５】
以上のように、電極の幅、電極間の距離および光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の厚さを調整することにより、光変調器１のインピーダンスを調整することができる。さらに、前述のように、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃには、光導波層のキャパシタンス（第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13b）のみならず、表面層のキャパシタンス（第１絶縁層２４ａのキャパシタンスＣ24aと、第１絶縁層２４ｂのキャパシタンスＣ24b）と絶縁層のキャパシタンス（第２絶縁層２３ａのキャパシタンスＣ23aと、第２絶縁層２３ｂのキャパシタンスＣ23b）も存在するため、非変調部Ｃのキャパシタンス及び遷移部Ｂのキャパシタンスは、変調部Ａのキャパシタンスよりも小さい。したがって、変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃの構造を繰り返すことにより、光変調器１の全長にわたる平均インピーダンスを、容易に１００オームに近づけることができる。
【００４６】
なお、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃの構造を通る光は変調されないため、コンパクトなサイズの光変調器１によって所望の光変調を達成するためには、光変調器１内の変調部Ａの長手方向の長さは、遷移部Ｂと非変調部Ｃの長手方向の長さより長いことが好ましい。例えば、変調部Ａの長手方向の長さは、光変調器１の単位構造１０の長さの５０％〜７０％の長さである。
【００４７】
また、光変調器１の単位構造１０の長さは小さく、この単位構造１０の繰り返しの周期が小さいことが好ましい。なぜなら、この単位構造１０の繰り返しの周期が小さいと、周期が大きい場合に比べて、光変調器１の長手方向全体にわたってインピーダンスが１００オームから大きく離れることがなく、光変調器１の電気特性が良好に保たれるからである。例えば、１つ単位構造１０の長手方向の長さは、１００〜５００μｍであるが、これに限定されず、１００μｍ以下であってもよい。
【００４８】
遷移部Ｂの長手方向の長さは、典型的には、変調部Ａの長手方向の長さの１０％〜２０％の長さである。遷移部Ｂ内のグランド電極１１２、１１３、第１電極１１４および第２電極１１６の幅、並びに第１電極１１４とグランド電極１１２との間の距離および第２電極１１６とグランド電極１１３との間の距離は、高周波電気信号の反射を小さくするように設計される。
【００４９】
以上のように、実施の形態１では、変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃのそれぞれのグランド電極１１２、１１３、第１電極１１４および第２電極１１６の幅、並びに第１電極１１４とグランド電極１１２との間の距離および第２電極１１６とグランド電極１１３との間の距離を調整し、更に１つの単位構造１０内における変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃの比率と、１つの単位構造１０の長手方向の長さを調整することにより、キャパシタンスとインダクタンスを細かく調整することができる。したがって、光変調器１のインピーダンスを１００オームに近づけることと、マイクロ波屈折率を３．６に近づけることとを達成でき、広帯域化を達成することができる。
【００５０】
本実施の形態の光変調器１の効果を説明する。
光変調器１は、第１マッハツェンダ型光導波路と、第１進行波電極（第１電極１１４）と、第２進行波電極（第２電極１１６）と、第１接地電極（グランド電極１１２）と、第２接地電極（グランド電極１１３）と、第１絶縁層２４ａ，２４ｂとを備える。第１マッハツェンダ型光導波路は、第１光入力部１１と、第１光入力部１１に接続されている第１光分岐部１２と、第１光分岐部１２に接続されている第１光導波路１３ａと、第１光分岐部１２に接続されている第２光導波路１３ｂと、第１光導波路１３ａと第２光導波路１３ｂとに接続されている第１光合波部１４と、第１光合波部１４に接続されている第１光出力部１５とを含む。第１進行波電極（第１電極１１４）は、第１光導波路１３ａの上方に配置されている。第２進行波電極（第２電極１１６）は、第２光導波路１３ｂの上方に配置されている。第１接地電極（グランド電極１１２）は、第１進行波電極（第１電極１１４）に対して第２進行波電極（第２電極１１６）とは反対側に、第１進行波電極（第１電極１１４）から間隔を空けて配置されている。第２接地電極（グランド電極１１３）は、第２進行波電極（第２電極１１６）に対して第１進行波電極（第１電極１１４）とは反対側に、第２進行波電極（第２電極１１６）から間隔を空けて配置されている。
【００５１】
光変調器１は、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って配列される単位構造１０を含む。単位構造１０は、変調領域（変調部Ａ）と、非変調領域（非変調部Ｃ）とを含む。非変調領域（非変調部Ｃ）における第１接地電極（グランド電極１１２）の第１の幅Ｗ1は、変調領域（変調部Ａ）における第１接地電極（グランド電極１１２）の第２の幅Ｗ2と異なっている。非変調領域（非変調部Ｃ）における第２接地電極（グランド電極１１３）の第３の幅Ｗ3は、変調領域（変調部Ａ）における第２接地電極（グランド電極１１３）の第４の幅Ｗ4と異なっている。第１絶縁層２４ａ，２４ｂは、非変調領域（非変調部Ｃ）において、第１光導波路１３ａと第１進行波電極（第１電極１１４）との間と第２光導波路１３ｂと第２進行波電極（第２電極１１６）との間とに配置されている。
【００５２】
光変調器１では、非変調領域（非変調部Ｃ）のキャパシタンスが低減されて、光変調器１のキャパシタンスＣが低減される。そのため、光変調器１の第１線路のインピーダンスＺ1は増加し得る。また、光変調器１のマイクロ波屈折率ｎmが低減され得る。光変調器１が広帯域化され得る。
【００５３】
光変調器１では、非変調領域（非変調部Ｃ）における第１接地電極（グランド電極１１２）の第１の幅Ｗ1は、変調領域（変調部Ａ）における第１接地電極（グランド電極１１２）の第２の幅Ｗ2よりも小さい。非変調領域（非変調部Ｃ）における第２接地電極（グランド電極１１３）の第３の幅Ｗ3は、変調領域（変調部Ａ）における第２接地電極（グランド電極１１３）の第４の幅Ｗ4よりも小さい。光変調器１が広帯域化され得る。
【００５４】
光変調器１では、単位構造１０は、変調領域（変調部Ａ）と非変調領域（非変調部Ｃ）との間に配置されている遷移領域（遷移部Ｂ）を含む。遷移領域（遷移部Ｂ）において、第１進行波電極（第１電極１１４）と第２進行波電極（第２電極１１６）との間の第１の間隔は徐々に変化している。遷移領域（遷移部Ｂ）において、第１接地電極（グランド電極１１２）の幅と第２接地電極（グランド電極１１３）の幅とは徐々に変化している。遷移領域（遷移部Ｂ）は、変調領域（変調部Ａ）と非変調領域（非変調部Ｃ）との間で、第１進行波電極（第１電極１１４）及び第２進行波電極（第２電極１１６）を伝搬するマイクロ波が反射することを低減し得る。光変調器１が広帯域化され得る。
【００５５】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る光変調器１ｂの構成を模式的に示している。図９において、図１と同一の符号は、同一または相当箇所を示す。また、以下の記載では、原則として、実施の形態１と異なる点を中心に説明し、その他の部分については重複説明を省略する。
【００５６】
光変調器１ｂは、第２マッハツェンダ型光導波路と、第３電極２２４と、第４電極２２６と、グランド電極２２３と、光入力部６６と、光分岐部６７と、光合波部６８と、光出力部６９とをさらに備える。第２マッハツェンダ型光導波路は、第１マッハツェンダ型光導波路と並列に配置されている。第２マッハツェンダ型光導波路は、第１マッハツェンダ型光導波路と同様の構成を有している。第３電極２２４は、第３進行波電極である。第４電極２２６は、第４進行波電極である。グランド電極２２３は、第３接地電極である。
【００５７】
具体的には、第２マッハツェンダ型光導波路は、第２光入力部５１と、第２光分岐部５２と、第３光導波路５３ａと、第４光導波路５３ｂと、第２光合波部５４と、第２光出力部５５とを含む。第２光分岐部５２は、第２光入力部５１に接続されている。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂは、第２光分岐部５２に接続されている。第２光合波部５４は、第３光導波路５３ａと第４光導波路５３ｂとに接続されている。第２光出力部５５は、第２光合波部５４に接続されている。
【００５８】
光分岐部６７は、光入力部６６に接続されている。光分岐部６７は、第１光入力部１１と第２光入力部５１とに接続されている。第１マッハツェンダ型光導波路及び第２マッハツェンダ型光導波路は、光分岐部６７に接続されている。光合波部６８は、第１光出力部１５と第２光出力部５５とに接続されている。第１マッハツェンダ型光導波路及び第２マッハツェンダ型光導波路は、光合波部６８に接続されている。光出力部６９は、光合波部６８に接続されている。
【００５９】
第３電極２２４は、第３光導波路５３ａの上方に配置されている。第４電極２２６は、第４光導波路５３ｂの上方に配置されている。グランド電極１１３は、第３電極２２４に対して第４電極２２６とは反対側に、第３電極２２４から間隔を空けて配置されている。グランド電極２２３は、第４電極２２６に対して第３電極２２４とは反対側に、第４電極２２６から間隔を空けて配置されている。第３電極２２４及び第４電極２２６は、グランド電極１１３とグランド電極２２３との間に配置されている。
【００６０】
光変調器１ｂは、第１マッハツェンダ光変調器部分６１と、第２マッハツェンダ光変調器部分６２とを含む。第１マッハツェンダ光変調器部分６１は、実施の形態１の光変調器１と同様に構成されている。第１マッハツェンダ光変調器部分６１は、主に、第１マッハツェンダ型光導波路と、第１電極１１４と、第２電極１１６と、第１接地電極１７ａと、グランド電極１１３とを含む。
【００６１】
第２マッハツェンダ光変調器部分６２は、第１マッハツェンダ光変調器部分６１と同様に構成されている。第２マッハツェンダ光変調器部分６２は、主に、第２マッハツェンダ型光導波路と、第３電極２２４と、第４電極２２６と、グランド電極１１３と、グランド電極２２３とを含む。グランド電極１１３は、第３電極２２４及び第４電極２２６を、第１電極１１４及び第２電極１１６から電気的に分離する。そのため、第１マッハツェンダ光変調器部分６１と第２マッハツェンダ光変調器部分６２との間のクロストークが低減される。また、光変調器１ｂでは、グランド電極１１３は、第１マッハツェンダ光変調器部分６１と第２マッハツェンダ光変調器部分６２とによって共有されている。そのため、光変調器１ｂは小型化され得る。
【００６２】
グランド電極１１３、第３電極２２４、第４電極２２６及びグランド電極２２３は、第２線路を構成している。第２線路は、ＧＳＳＧ（Ground,  Signal,  Signal,  Ground）型の差動線路（コプレーナ線路）である。ＧＳＳＧ型の差動線路は、光変調器１ｂを小型化することを可能にする。ＧＳＳＧ型の差動線路は、第３電極２２４と第４電極２２６とが互いに隣り合うため、ノイズ耐性を向上させることができる。
【００６３】
第３電極２２４の一方端と第４電極２２６の一方端とは、信号源３０ｂに電気的に接続されている。信号源３０ｂは、差動信号を出力する。差動信号は、特に限定されないが、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高い周波数を有してもよい。第３光導波路５３ａには、第４光導波路５３ｂとは逆位相の電圧が印加される（プッシュプル構成）。信号源３０ｂと第３電極２２４の一方端との間、並びに、信号源３０ｂと第４電極２２６の一方端との間に、電気アンプ３３ｂが配置されている。電気アンプ３３ｂは、信号源３０ｂから出力される差動信号を増幅して、第３電極２２４の一方端と第４電極２２６の一方端とに出力する。
【００６４】
光変調器１ｂは、ＩＱ光変調器であってもよい。第１マッハツェンダ光変調器部分６１はＩｃｈ変調器と呼ばれ、第２マッハツェンダ光変調器部分６２はＱｃｈ変調器と呼ばれる。例えば、第１マッハツェンダ光変調器部分６１は、グランドに接続されるグランド電極１１２，１１３と、第１差動電気信号のポジティブ信号Ｓ１＋を伝達する第１電極１１４と、第１差動電気信号のネガティブ信号Ｓ１−を伝達する第２電極１１６とを含む。第２マッハツェンダ光変調器部分６２は、グランドに接続されるグランド電極１１３および２２３と、第２差動電気信号のポジティブ信号Ｓ２＋を伝達する第３電極２２４と、第２差動電気信号のネガティブ信号Ｓ２−を伝達する第４電極２２６とを含む。以上のように、光変調器１ｂは、いわゆるＧＳＳＧＳＳＧ型の構造を有する。
【００６５】
図９では、グランド電極１１２、１１３および２２３は、グランドに接続されている。第１電極１１４の入力側（図９の左側）には、第１差動電気信号のポジティブ信号Ｓ１＋が入力される。第２電極１１６の入力側には、第１差動電気信号のネガティブ信号Ｓ１−が入力される。第３電極２２４には、第２差動電気信号のポジティブ信号Ｓ２＋が入力される。第４電極２２６には、第２差動電気信号のネガティブ信号Ｓ２−が入力される。これらの２組の差動電気信号は、信号源３０ｂによって出力され、電気アンプ３３ｂによって増幅されたものである。
【００６６】
第１電極１１４、第２電極１１６、第３電極２２４及び第４電極２２６の出力側（図９の右側）には、終端部７ｂが接続されている。したがって、終端部７ｂには、光変調器１ｂの第１電極１１４から出力された第１差動電気信号のポジティブ信号Ｓ１＋と、の第２電極１１６から出力された第１差動電気信号のネガティブ信号Ｓ１−と、第３電極２２４から出力された第２差動電気信号のポジティブ信号Ｓ２＋と、第４電極２２６から出力された第２差動電気信号のネガティブ信号Ｓ２−と、が入力される。図９の例では、終端部７ｂにおいて、第１差動電気信号のポジティブ信号Ｓ１＋と第１差動電気信号のネガティブ信号Ｓ１−との間、および第２差動電気信号のポジティブ信号Ｓ２＋と第２差動電気信号のネガティブ信号Ｓ２−との間の両方に、１００オーム抵抗がそれぞれ接続されている。
【００６７】
終端部７ｂは、第１終端抵抗３５ｂと第２終端抵抗３６ｂとを含む。第１電極１１４の他方端と第２電極１１６の他方端とは、第１終端抵抗３５ｂに接続されてもよい。第１終端抵抗３５ｂは、１００Ωの抵抗を有してもよい。第３電極２２４の他方端と第４電極２２６の他方端とは、第２終端抵抗３６ｂに接続されてもよい。第２終端抵抗３６ｂは、１００Ωの抵抗を有してもよい。グランド電極１１２の一方端とグランド電極１１３の一方端とグランド電極２２３の一方端とは、接地電位に接続されている。グランド電極１１２の他方端とグランド電極１１３の他方端とグランド電極２２３の他方端とは、接地電位に接続されている。
【００６８】
光変調器１ｂは、単位構造１０ｂを含む。光変調器１ｂは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って周期構造を有するとともに、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿って周期構造を有する。実施の形態２に係る光変調器１ｂは、実施の形態１と同様に、変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃが長手方向に繰り返された構成を有する。
【００６９】
単位構造１０ｂは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿って配列されている。単位構造１０ｂは、変調部Ａと、非変調部Ｃと、変調部Ａと非変調部Ｃとの間に形成された遷移部Ｂとを含む。遷移部Ｂは、変調部Ａと非変調部Ｃとの間で、電気信号の反射ができる限り小さくなるように構成される。
【００７０】
非変調部Ｃにおけるグランド電極１１２の第１の幅Ｗ1は、変調部Ａにおけるグランド電極１１２の第２の幅Ｗ2と異なっている。特定的には、非変調部Ｃにおけるグランド電極１１２の第１の幅Ｗ1は、変調部Ａにおけるグランド電極１１２の第２の幅Ｗ2よりも小さい。非変調部Ｃにおけるグランド電極１１３の第３の幅Ｗ3は、変調部Ａにおけるグランド電極１１３の第４の幅Ｗ4と異なっている。特定的には、非変調部Ｃにおけるグランド電極１１３の第３の幅Ｗ3は、変調部Ａにおけるグランド電極１１３の第４の幅Ｗ4よりも小さい。非変調部Ｃにおけるグランド電極２２３の第５の幅Ｗ5は、変調部Ａにおけるグランド電極２２３の第６の幅Ｗ6と異なっている。特定的には、非変調部Ｃにおけるグランド電極２２３の第５の幅Ｗ5は、変調部Ａにおけるグランド電極２２３の第６の幅Ｗ6よりも小さい。
【００７１】
変調部Ａにおける第１電極１１４と第２電極１１６との間の間隔は、非変調部Ｃにおける第１電極１１４と第２電極１１６との間の間隔よりも小さい。遷移部Ｂにおいて、第１電極１１４と第２電極１１６との間の間隔は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に小さくなる。遷移部Ｂにおいて、グランド電極１１２の幅は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に大きくなる。遷移部Ｂにおいて、グランド電極１１３の幅は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に大きくなる。
【００７２】
変調部Ａにおいて、グランド電極１１２は、第１突出部１７ｐを含んでもよい。第１突出部１７ｐは、第１電極１１４に面するグランド電極１１２の第１側面に形成されており、第１電極１１４に向けて突出してもよい。非変調部Ｃにおいて、グランド電極１１３は第２突出部１７ｑを含んでもよい。第２突出部１７ｑは、第２電極１１６に面するグランド電極１１３の第２側面に形成されており、第２電極１１６に向けて突出してもよい。
【００７３】
変調部Ａにおける第３電極２２４と第４電極２２６との間の間隔は、非変調部Ｃにおける第３電極２２４と第４電極２２６との間の間隔よりも小さい。遷移部Ｂにおいて、第３電極２２４と第４電極２２６との間の間隔は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に小さくなる。遷移部Ｂにおいて、グランド電極１１３の幅は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に大きくなる。遷移部Ｂにおいて、グランド電極２２３の幅は、非変調部Ｃから変調部Ａに向かうにつれて徐々に大きくなる。
【００７４】
変調部Ａにおいて、グランド電極１１３は、第３突出部１７ｒを含んでもよい。第３突出部１７ｒは、第３電極２２４に面するグランド電極１１３の第３側面に形成されており、第３電極２２４に向けて突出してもよい。非変調部Ｃにおいて、グランド電極２２３は第４突出部１７ｓを含んでもよい。第４突出部１７ｓは、第４電極２２６に面するグランド電極２２３の第４側面に形成されており、第４電極２２６に向けて突出してもよい。
【００７５】
図１１から図１３に示されるように、第２マッハツェンダ型光導波路は、第１マッハツェンダ型光導波路と同様の断面構造を有している。具体的には、図１１に示されるように、変調部Ａは、例えばｎ型インジウムリン（ｎ−ＩｎＰ）などのｎ型半導体から成るｎ層１３０を含む。ｎ層１３０は、第１半導体層である。ｎ層１３０の上の、光の経路となる部分は、凸状に盛り上がっており、したがって、その上にいわゆるハイメサ型の光導波路を形成できる形状を有する。ｎ層１３０の上の当該部分には、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ）と、ｉ型（真性）インジウムリン（ｉ−ＩｎＰ）などのアンドープ半導体とから成る光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）が形成される。
【００７６】
光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）の上には、例えばｐ型インジウムリン（ｐ−ＩｎＰ）などのｐ型半導体から成るｐ層（第２半導体層２５ａ，２５ｂ）が形成される。ｐ層（第２半導体層２５ａ，２５ｂ）の上には、例えばｐ型インジウムガリウム砒素（ｐ−ＩｎＧａＡｓ）から成るコンタクト層２６ａ，２６ｂが形成される。コンタクト層２６ａ，２６ｂの上には、第３電極２２４および第４電極２２６が、互いに間隔を空けて形成されている。コンタクト層２６ａ，２６ｂと、第３電極２２４および第４電極２２６とは、高温処理によりオーミック接触している。
【００７７】
ｎ層１３０より上側かつ第３電極２２４および第４電極２２６より下側の部分であって、光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）、ｐ層（第２半導体層２５ａ，２５ｂ）およびコンタクト層２６ａ，２６ｂが形成されていない部分には、低誘電率材料層１２０が充填されている。低誘電率材料層１２０は、埋め込み層である。低誘電率材料層１２０の上には、第３電極２２４および第４電極２２６からそれぞれ間隔を空けて、グランド電極１１２，１１３が形成されている。
【００７８】
第３電極２２４および第４電極２２６に電気信号が流れ、したがって電圧が印加されると、変調部Ａの中では、第３電極２２４および第４電極２２６にオーミック接触しているコンタクト層２６ａ，２６ｂを経由して、ｐ層（第２半導体層２５ａ，２５ｂ）と、光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）と、ｎ層１３０とから成るｐ−ｉ−ｎ接合部に電界が発生する。この電界により、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）内の光閉じ込め係数が変化し、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の屈折率が変化する。この屈折率変化により、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）に入力された光の位相が変調される。光変調器１ｂは、半導体光変調器である。
【００７９】
図１２に示されるように、遷移部Ｂは、変調部Ａと同様に、ｎ層１３０と、その上の光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）と、これらの周りを充填する低誘電率材料層１２０とを有する。しかし、遷移部Ｂでは、変調部Ａと異なり、光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）の上には、絶縁層（第２絶縁層２７ａ，２７ｂ）が形成されている。絶縁層（第２絶縁層２７ａ，２７ｂ）は、例えばｉ−ＩｎＰまたはＦｅ−ＩｎＰなどから成るが、これに限定されず、全ての誘電体材料を含む。絶縁層（第２絶縁層２７ａ，２７ｂ）の上には、誘電体、典型的にはＳｉＯ2などの絶縁体から成る表面層（第１絶縁層２８ａ，２８ｂ）が形成される。表面層（第１絶縁層２８ａ，２８ｂ）の上には、第３電極２２４および第４電極２２６が、互いに間隔を空けて形成されている。低誘電率材料層１２０の上には、第３電極２２４および第４電極２２６からそれぞれ間隔を空けて、グランド電極１１２，１１３が形成されている。
【００８０】
このように、遷移部Ｂには、変調部Ａと異なり、ｐ−ｉ−ｎ接合部が存在しない。したがって、第３電極２２４および第４電極２２６に電気信号が流れ、したがって電圧が印加されても、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）には電界変化がほとんど発生せず、光の位相変調はほとんど生じない。
【００８１】
図１３に示されるように、非変調部Ｃの構造は、グランド電極１１３，２２３、第３電極２２４および第４電極２２６の形状と位置以外は、遷移部Ｂの構造と同様である。非変調部Ｃにもｐ−ｉ−ｎ接合部が存在しないため、第３電極２２４および第４電極２２６に電気信号が流れても、光の位相変調はほとんど生じない。
【００８２】
光変調器１ｂの動作を説明する。
レーザ光源４０から光入力部６６に光４１が入力される。光４１は、光分岐部６７と第１光分岐部１２と第２光分岐部５２とにより、第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光と、第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光と、第３光導波路５３ａを伝搬する第３部分光と、第４光導波路５３ｂを伝搬する第４部分光とに分岐される。
【００８３】
第１電極１１４を伝搬する第１マイクロ波は、変調部Ａにおける第１光導波路１３ａの屈折率を変化させる。第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光は、第１電極１１４を伝搬する第１マイクロ波によって変調される。第２電極１１６を伝搬する第２マイクロ波は、変調部Ａにおける第２光導波路１３ｂの屈折率を変化させる。第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光は、第２電極１１６を伝搬する第２マイクロ波によって変調される。
【００８４】
第３電極２２４を伝搬する第３マイクロ波は、変調部Ａにおける第３光導波路５３ａの屈折率を変化させる。第３光導波路５３ａを伝搬する第３部分光は、第３電極２２４を伝搬する第３マイクロ波によって変調される。第４電極２２６を伝搬する第４マイクロ波は、変調部Ａにおける第４光導波路５３ｂの屈折率を変化させる。第４光導波路５３ｂを伝搬する第４部分光は、第４電極２２６を伝搬する第４マイクロ波によって変調される。
【００８５】
変調された第１部分光と変調された第２部分光と変調された第３部分光と変調された第４部分光とは、第１光合波部１４と第２光合波部５４と光合波部６８とにより合波されて、変調光４２となる。変調光４２は光出力部６９から出力される。
【００８６】
光変調器１ｂを広帯域化するためには、マイクロ波信号の反射をできるだけ低減し、かつ、マイクロ波信号と光との間の位相速度を整合させる必要がある。光変調器１ｂを差動駆動する場合には、光変調器１ｂの第１線路のインピーダンスＺ1及び第２線路のインピーダンスＺ2をそれぞれ１００Ωに近づけるとともに、マイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づける必要がある。
【００８７】
実施の形態１に記載した理由と同様の理由により、非変調部Ｃのキャパシタンスは減少して、光変調器１ｂのキャパシタンスＣも減少する。非変調部Ｃにおける第２線路の第４インピーダンスは増加して、変調領域１９ａにおける第２線路の第３インピーダンスよりも大きくなり、第２線路のインピーダンスＺ2は増加する。こうして、光変調器１ｂの第２線路のインピーダンスＺ2を１００Ωに近づけることができる。さらに、非変調部Ｃにおけるマイクロ波屈折率ｎmは減少して、変調領域１９ａにおけるマイクロ波屈折率ｎmよりも小さくなり、光変調器１ｂのマイクロ波屈折率ｎmは減少する。こうして、光変調器１ｂのマイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づけることができる。
【００８８】
実施の形態２では、実施の形態１と同様に、変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃの各電極の幅および各電極間の距離を調整し、更に１つの単位構造１０内における変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃの比率と、１つの単位構造１０の長手方向の長さを調整することにより、キャパシタンスとインダクタンスを細かく調整することができる。したがって、第１マッハツェンダ光変調器部分６１のインピーダンスと第２マッハツェンダ光変調器部分６２のインピーダンスとを１００オームに近づけることと、第１マッハツェンダ光変調器部分６１のマイクロ波屈折率と第２マッハツェンダ光変調器部分６２のマイクロ波屈折率とを３．６に近づけることとを達成でき、広帯域化を達成することができる。
【００８９】
さらに、実施の形態２では、光変調器１ｂは、２つのＭＺ型光変調器（第１マッハツェンダ光変調器部分６１と第２マッハツェンダ光変調器部分６２）を備えるので、ＱＰＳＫ変調を行うことができる。
【００９０】
実施の形態２のように２つ以上のＭＺ型光変調器を備える構成においては、第１マッハツェンダ光変調器部分６１と第２マッハツェンダ光変調器部分６２との間（ＩｃｈとＱｃｈとの間）のクロストークを低減しなければならない。クロストークの低減のために、信号線とグランド電極との間の距離を小さくすること、またはグランド電極の長手方向に垂直な断面の形状を凸形にしてグランドの面積を大きくすることなどの方法を採用してもよい。
【００９１】
なお、以上の説明では、光変調器１ｂが２つのＭＺ型光変調器（第１マッハツェンダ光変調器部分６１と第２マッハツェンダ光変調器部分６２）を備える構成について述べたが、光変調器１ｂは、３つ以上のＭＺ型光変調器を含んでもよい。
【００９２】
本実施の形態の光変調器１ｂの効果を説明する。本実施の形態の光変調器１ｂは、実施の形態１の光変調器１の効果と同様の以下の効果を奏する。
【００９３】
光変調器１ｂは、光変調器１の構成に加えて、第２マッハツェンダ型光導波路と、第３進行波電極（第３電極２２４）と、第４進行波電極（第４電極２２６）と、第３接地電極（グランド電極２２３）と、光入力部６６と、光入力部６６に接続されている光分岐部６７と、光合波部６８と、光合波部６８に接続されている光出力部６９とをさらに備える。第２マッハツェンダ型光導波路は、第２光入力部５１と、第２光入力部５１に接続されている第２光分岐部５２と、第２光分岐部５２に接続されている第３光導波路５３ａと、第２光分岐部５２に接続されている第４光導波路５３ｂと、第３光導波路５３ａと第４光導波路５３ｂとに接続されている第２光合波部５４と、第２光合波部５４に接続されている第２光出力部５５とを含む。
【００９４】
第３進行波電極（第３電極２２４）は、第３光導波路５３ａの上方に配置されている。第４進行波電極（第４電極２２６）は、第４光導波路５３ｂの上方に配置されている。第２接地電極（グランド電極１１３）は、第３進行波電極（第３電極２２４）に対して第４進行波電極（第４電極２２６）とは反対側に、第３進行波電極（第３電極２２４）から間隔を空けて配置されている。第３接地電極（グランド電極２２３）は、第４進行波電極（第４電極２２６）に対して第３進行波電極（第３電極２２４）とは反対側に、第４進行波電極（第４電極２２６）から間隔を空けて配置されている。光分岐部６７は、第１光入力部１１と第２光入力部５１とに接続されている。光合波部６８は、第１光出力部１５と第２光出力部５５とに接続されている。単位構造１０ｂは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿って配列されている。非変調領域（非変調部Ｃ）における第３接地電極（グランド電極２２３）の第５の幅Ｗ5は、変調領域（変調部Ａ）における第３接地電極（グランド電極２２３）の第６の幅Ｗ6よりも小さい。第１絶縁層２８ａ，２８ｂは、非変調領域（非変調部Ｃ）において、第３光導波路５３ａと第３進行波電極（第３電極２２４）との間と第４光導波路５３ｂと第４進行波電極（第４電極２２６）との間とに配置されている。
【００９５】
光変調器１ｂでは、非変調領域（非変調部Ｃ）のキャパシタンスが低減されて、光変調器１ｂのキャパシタンスＣが低減される。そのため、光変調器１ｂの第１線路のインピーダンスＺ1及び第２線路のインピーダンスＺ2は増加し得る。また、光変調器１ｂのマイクロ波屈折率ｎmが低減され得る。光変調器１ｂは広帯域化され得る。
【００９６】
光変調器１ｂでは、単位構造１０ｂは、変調領域（変調部Ａ）と非変調領域（非変調部Ｃ）との間に配置されている遷移領域（遷移部Ｂ）を含んでもよい。遷移領域（遷移部Ｂ）において、第１進行波電極（第１電極１１４）と第２進行波電極（第２電極１１６）との間の第１の間隔は徐々に変化している。遷移領域（遷移部Ｂ）において、第１接地電極（グランド電極１１２）の幅と第２接地電極（グランド電極１１３）の幅とは徐々に変化している。遷移領域（遷移部Ｂ）において、第３進行波電極（第３電極２２４）と第４進行波電極（第４電極２２６）との間の第２の間隔は徐々に変化している。遷移領域（遷移部Ｂ）において、第２接地電極（グランド電極１１３）の幅と第３接地電極（グランド電極２２３）の幅とは徐々に変化している。遷移領域（遷移部Ｂ）は、変調領域（変調部Ａ）と非変調領域（非変調部Ｃ）との間で、第１進行波電極（第１電極１１４）、第２進行波電極（第２電極１１６）、第３進行波電極（第３電極２２４）及び第４進行波電極（第４電極２２６）を伝搬するマイクロ波が反射することを低減し得る。光変調器１ｂは広帯域化され得る。
【００９７】
光変調器１ｂでは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う変調領域（変調部Ａ）の第１長さは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う単位構造１０ｂの第１全長の０．５０倍以上０．９５倍以下であってもよい。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う非変調領域（非変調部Ｃ）の第２長さは、単位構造１０ｂの第１全長の０．０４倍以上０．４８倍以下であってもよい。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う変調領域（変調部Ａ）の第３長さは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う単位構造１０ｂの第２全長の０．５０倍以上０．９５倍以下であってもよい。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う非変調領域（非変調部Ｃ）の第４長さは、単位構造１０ｂの第２全長の０．０４倍以上０．４８倍以下であってもよい。単位構造１０ｂに占める変調領域（変調部Ａ）の割合を単位構造１０ｂに占める非変調領域（非変調部Ｃ）の割合よりも大きくすることによって、光変調器１ｂのサイズの増加を抑制しつつ、光変調器１ｂを広帯域化することができる。
【００９８】
実施の形態３．
図１４は、実施の形態３に係る光変調器１ｃの断面図である。図１４は、光変調器１ｃの非変調部Ｃの断面（図２のＶ−Ｖ方向に見た断面）を示している。実施の形態３の光変調器１ｃの構成は、非変調部Ｃの構造が、実施の形態１の光変調器１の非変調部Ｃと異なる点を除いて、実施の形態１の光変調器１の構成と同一である。図１４は、図５に対応するものである。図１４において、図５と同一の符号は、同一または相当箇所を示す。また、以下の記載では、原則として、実施の形態１と異なる点を中心に説明し、その他の部分については重複説明を省略する。
【００９９】
実施の形態３の非変調部Ｃでは、実施の形態１の非変調部Ｃと同様に、ｎ層１３０の上の一部には、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）が形成されている。しかし、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の上には、実施の形態１の非変調部Ｃの絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）と異なり、ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）が形成されている。ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）の上の構造も実施の形態１の非変調部Ｃと同様であり、表面層（第１絶縁層２４ａ，２４ｂ）が形成され、表面層（第１絶縁層２４ａ，２４ｂ）の上には、第１電極１１４および第２電極１１６が、互いに間隔を空けて形成されている。低誘電率材料層１２０の上には、第１電極１１４および第２電極１１６からそれぞれ間隔を空けて、グランド電極１１２，１１３が形成されている。
【０１００】
実施の形態１に係る光変調器１においても、実施の形態３係る光変調器１ｃにおいても、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の直上の層には、長手方向（光の進行方向）に、ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）と絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）とが交互に形成される。実施の形態１に係る光変調器１では、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の直上の層は、変調部Ａのみがｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）であり、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃでは絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）である。これに対し、実施の形態３に係る光変調器１ｃでは、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の直上の層は、変調部Ａおよび非変調部Ｃではｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）であり、遷移部Ｂのみが絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）である。
【０１０１】
長手方向（光の進行方向）にｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）と絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）とを交互に形成する方法には、主に２種類の方法がある。１つは、ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）（または絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ））を全面的に形成した後に、ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）（または絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ））を部分的に切削し、この切削した部分に絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）（またはｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ））を埋める方法である。もう１つは、ｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）（または絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ））を全面的に形成した後に、イオン注入などにより部分的に絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）（またはｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ））に変化させる方法である。前者の方法には、埋められた部分とそれ以外の部分の高さが均一にならないという問題がある。後者の方法には、長手方向の所望の位置で正確にｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）と絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）とを切り換えることができないという問題がある。
【０１０２】
そこで、実施の形態３では、前述のように、光導波層（第１光導波路１３ａ、第２光導波路１３ｂ）の直上の層が、変調部Ａおよび非変調部Ｃではｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）であり、遷移部Ｂのみが絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）である構造を採用する。前述のように、遷移部Ｂの長手方向の長さは、典型的には、変調部Ａの長手方向の長さの１０％〜２０％の長さである。したがって、長手方向のｐ層（第２半導体層２１ａ，２１ｂ）と絶縁層（第２絶縁層２３ａ，２３ｂ）との切換え部分は、短い遷移部Ｂのみになるため、加工部分を減らすことができる。よって、前述の高さが均一にならないという問題および所望の位置で切り換えることができないという問題が生じる部分を減らすことができ、光変調器１ｃ全体として設計誤差を低減することができる。
【０１０３】
実施の形態４．
図１５を参照して、実施の形態４の光変調器１ｄを説明する。本実施の形態の光変調器１ｄは、実施の形態１の光変調器１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０１０４】
光変調器１ｄにおいて、終端部７ｄの差動インピーダンスは１００Ω未満である。終端部７ｄの差動インピーダンスは、２５Ω以上であってもよく、５０Ω以上であってもよい。非変調部Ｃのインピーダンスは、変調部Ａの第１インピーダンスよりも大きい。遷移部Ｂのインピーダンスは、変調部Ａのインピーダンスよりも大きく、かつ、非変調部Ｃのインピーダンスよりも小さい。例えば、終端部７ｄの差動インピーダンスが７０Ωのインピーダンスを有しており、第１終端抵抗３５ｄ及び第２終端抵抗３６ｄは、各々、３５Ωのインピーダンスを有している。変調部Ａは７０Ω未満のインピーダンスを有し、非変調部Ｃは７０Ω超のインピーダンスを有している。こうして、光変調器１ｄ全体のインピーダンスを７０Ωに近づけることができる。
【０１０５】
終端部７ｄの差動インピーダンスを１００Ω未満に設定することを可能にする電気アンプ３３ｄとして、例えば、ＭＡＣＯＭ社のＭＡＯＭ−０６４０８またはＭＡＯＭ−０６４１２が利用可能である。
【０１０６】
本実施の形態の光変調器１ｄの効果を説明する。本実施の形態の光変調器１ｄは、実施の形態１の光変調器１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１０７】
本実施の形態の光変調器１ｄでは、終端部７ｄの差動インピーダンスは１００Ω未満である。そのため、終端部の差動インピーダンスが１００Ωである光変調器に比べて、光変調器１ｄのキャパシタンスＣをさほど減少させなくても、光変調器１ｄと終端部７ｄとの間のインピーダンス整合を容易に実現することができる。こうして、光変調器１ｄは容易に広帯域化され得る。また、光変調器１ｄが小型化され得る。
【０１０８】
実施の形態５．
図１６から図２３及び図２５から図２８を参照して、実施の形態５の半導体光変調器１ｅを説明する。本実施の形態の半導体光変調器１ｅは、実施の形態１の光変調器１と同様の構成を備えるが、電極の構成で主に異なる。
【０１０９】
半導体光変調器１ｅは、第１マッハツェンダ型光導波路と、第１進行波電極１６ａと、第２進行波電極１６ｂと、第１接地電極１７ａと、第２接地電極１７ｂと、第１絶縁層２４ａ，２４ｂとを主に備える。半導体光変調器１ｅは、第１半導体層２０と、第２半導体層２１ａ，２１ｂと、コンタクト層２２ａ，２２ｂと、埋め込み層２９とをさらに備えてもよい。半導体光変調器１ｅは、第２絶縁層２３ａ，２３ｂをさらに備えてもよい。
【０１１０】
第１マッハツェンダ型光導波路は、第１光入力部１１と、第１光分岐部１２と、第１光導波路１３ａと、第２光導波路１３ｂと、第１光合波部１４と、第１光出力部１５とを含む。第１光分岐部１２は、第１光入力部１１に接続されている。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂは、第１光分岐部１２に接続されている。第１光合波部１４は、第１光導波路１３ａと第２光導波路１３ｂとに接続されている。第１光出力部１５は、第１光合波部１４に接続されている。第１光分岐部１２及び第１光合波部１４は、各々、特に限定されないが、多モード干渉（ＭＭＩ）導波路であってもよいし、Ｙ分岐導波路であってもよいし、方向性結合器であってもよい。
【０１１１】
第１マッハツェンダ型光導波路は、アンドープ半導体層のようなｉ型半導体層で形成されてもよい。第１マッハツェンダ型光導波路は、例えば、ｉ型ＩｎＰ層で形成されてもよい。第１マッハツェンダ型光導波路は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有してもよい。
【０１１２】
第１進行波電極１６ａは、第１光導波路１３ａの上方に配置されている。第２進行波電極１６ｂは、第２光導波路１３ｂの上方に配置されている。図１８から図２０に示されるように、第１接地電極１７ａは、第１進行波電極１６ａに対して第２進行波電極１６ｂとは反対側に、第１進行波電極１６ａから間隔を空けて配置されている。第２接地電極１７ｂは、第２進行波電極１６ｂに対して第１進行波電極１６ａとは反対側に、第２進行波電極１６ｂから間隔を空けて配置されている。第１進行波電極１６ａ及び第２進行波電極１６ｂは、第１接地電極１７ａと第２接地電極１７ｂとの間に配置されている。第１進行波電極１６ａ、第２進行波電極１６ｂ、第１接地電極１７ａ及び第２接地電極１７ｂは、特に限定されないが、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）のような導電性金属で形成されてもよい。
【０１１３】
第１接地電極１７ａ、第１進行波電極１６ａ、第２進行波電極１６ｂ及び第２接地電極１７ｂは、第１線路を構成している。第１線路は、ＧＳＳＧ（Ground,  Signal,  Signal,  Ground）型の差動線路（コプレーナ線路）である。ＧＳＳＧ型の差動線路は、半導体光変調器１ｅを小型化することを可能にする。ＧＳＳＧ型の差動線路は、第１進行波電極１６ａと第２進行波電極１６ｂとが互いに隣り合うため、ノイズ耐性を向上させることができる。
【０１１４】
第１進行波電極１６ａの一方端と第２進行波電極１６ｂの一方端とは、信号源３０に電気的に接続されている。信号源３０は、差動信号を出力する。差動信号は、特に限定されないが、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高い周波数を有してもよい。第１光導波路１３ａには、第２光導波路１３ｂとは逆位相の電圧が印加される（プッシュプル構成）。信号源３０と第１進行波電極１６ａの一方端との間、並びに、信号源３０と第２進行波電極１６ｂの一方端との間に、電気アンプ３３が配置されてもよい。電気アンプ３３は、信号源３０から出力される差動信号を増幅して、第１進行波電極１６ａの一方端と第２進行波電極１６ｂの一方端とに出力する。
【０１１５】
第１進行波電極１６ａおよび第２進行波電極１６ｂの出力側（図１６の右側）には、終端部７が接続されている。終端部７は、第１終端抵抗３５と第２終端抵抗３６とを含む。第１進行波電極１６ａの他方端と第１接地電極１７ａとは、第１終端抵抗３５に接続されてもよい。第１終端抵抗３５は、５０Ωの抵抗を有してもよい。第２進行波電極１６ｂの他方端と第２接地電極１７ｂとは、第２終端抵抗３６に接続されてもよい。第２終端抵抗３６は、５０Ωの抵抗を有してもよい。第１終端抵抗３５及び第２終端抵抗３６に代えて、１００Ωの抵抗を有する終端抵抗を、第１進行波電極１６ａの他方端と第２進行波電極１６ｂの他方端とに接続してもよい。第１接地電極１７ａの一方端と第２接地電極１７ｂの一方端とは、接地電位に接続されている。第１接地電極１７ａの他方端と第２接地電極１７ｂの他方端とは、接地電位に接続されている。
【０１１６】
半導体光変調器１ｅは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って配列される単位構造１０ｅを含む。半導体光変調器１ｅは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って周期構造を有する。図１７に示されるように、単位構造１０ｅは、変調領域１９ａと、非変調領域１９ｂとを含む。非変調領域１９ｂにおける第１接地電極１７ａの第１の幅Ｗ1は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2と異なっている。特定的には、非変調領域１９ｂにおける第１接地電極１７ａの第１の幅Ｗ1は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きい。非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4と異なっている。特定的には、非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きい。
【０１１７】
特定的には、第１進行波電極１６ａは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとにおいて、一定幅を有してもよい。さらに特定的には、第１進行波電極１６ａは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとにおいて、一定幅を有してもよい。第２進行波電極１６ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとにおいて、一定幅を有してもよい。さらに特定的には、第２進行波電極１６ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとにおいて、一定幅を有してもよい。
【０１１８】
非変調領域１９ｂにおいて、第１接地電極１７ａは、第１突出部１７ｐを含んでもよい。第１突出部１７ｐは、第１進行波電極１６ａに面する第１接地電極１７ａの第１側面に形成されており、第１進行波電極１６ａに向けて突出してもよい。非変調領域１９ｂにおいて、第２接地電極１７ｂは第２突出部１７ｑを含んでもよい。第２突出部１７ｑは、第２進行波電極１６ｂに面する第２接地電極１７ｂの第２側面に形成されており、第２進行波電極１６ｂに向けて突出してもよい。第１接地電極１７ａと第１進行波電極１６ａとの間の第１の間隔は、非変調領域１９ｂにおいて最も狭くてもよく、かつ、変調領域１９ａにおいて最も広くてもよい。第２接地電極１７ｂと第２進行波電極１６ｂとの間の第２の間隔は、非変調領域１９ｂにおいて最も狭くてもよく、かつ、変調領域１９ａにおいて最も広くてもよい。第１進行波電極１６ａと第２進行波電極１６ｂとの間の間隔は、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとにおいて、一定であってもよい。
【０１１９】
単位構造１０ｅにおける、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う変調領域１９ａの第１長さは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う単位構造１０ｅの第１全長の０．５０倍以上０．９５倍以下であってもよい。単位構造１０ｅにおける、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う非変調領域１９ｂの第２長さは、単位構造１０ｅの第１全長の０．０４倍以上０．４８倍以下であってもよい。本実施の形態の半導体光変調器１ｅでは、非変調領域１９ｂの第２長さは、単位構造１０ｅにおける、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う非変調領域１９ｂの２つの部分の長さの合計として定義される。単位構造１０ｅの第１全長は、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。
【０１２０】
単位構造１０ｅは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとの間に配置されている遷移領域１９ｃを含んでもよい。遷移領域１９ｃにおいて、第１接地電極１７ａと第１進行波電極１６ａとの間の第１の間隔は、変調領域１９ａから非変調領域１９ｂに向かうにつれて徐々に小さくなる。遷移領域１９ｃにおいて、第２接地電極１７ｂと第２進行波電極１６ｂとの間の第２の間隔は、変調領域１９ａから非変調領域１９ｂに向かうにつれて徐々に小さくなる。
【０１２１】
図１８から図２０に示されるように、第１半導体層２０は、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとに延在している。第１半導体層２０は、遷移領域１９ｃにさらに延在してもよい。第１半導体層２０は、第１導電型を有する。第１導電型は、例えば、ｎ型であってもよい。第１半導体層２０は、第１導電型を有する半導体基板であってもよい。第１半導体層２０は、例えば、ｎ型ＩｎＰ層であってもよい。
【０１２２】
第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂは、第１半導体層２０上に設けられてもよい。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとに延在している。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂは、遷移領域１９ｃにさらに延在してもよい。
【０１２３】
図１８に示されるように、第２半導体層２１ａは、第１光導波路１３ａ上に設けられてもよい。第２半導体層２１ｂは、第２光導波路１３ｂ上に設けられてもよい。第２半導体層２１ａ，２１ｂは、変調領域１９ａに延在している。第２半導体層２１ａ，２１ｂは、第１導電型とは異なる第２導電型を有する。第２導電型は、例えば、ｐ型であってもよい。第２半導体層２１ａ，２１ｂは、例えば、ｐ型ＩｎＰ層であってもよい。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂは、コア層であってもよく、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂを挟む第１半導体層２０及び第２半導体層２１ａ，２１ｂは、クラッド層であってもよい。第１半導体層２０、第１光導波路１３ａ及び第２半導体層２１ａは、ｐｉｎ接合構造を有してもよい。第１半導体層２０、第２光導波路１３ｂ及び第２半導体層２１ｂは、ｐｉｎ接合構造を有してもよい。第１半導体層２０、第１光導波路１３ａ及び第２半導体層２１ａは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。第１半導体層２０、第２光導波路１３ｂ及び第２半導体層２１ｂは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。
【０１２４】
コンタクト層２２ａは、第２半導体層２１ａ上に設けられてもよい。コンタクト層２２ｂは、第２半導体層２１ｂ上に設けられてもよい。コンタクト層２２ａ，２２ｂは、変調領域１９ａに延在している。コンタクト層２２ａ，２２ｂは、第２導電型を有する半導体層であってもよい。コンタクト層２２ａ，２２ｂは、例えば、ｐ+型ＩｎＧａＡｓ層であってもよい。コンタクト層２２ａは、第１進行波電極１６ａにオーミック接触している。コンタクト層２２ｂは、第２進行波電極１６ｂにオーミック接触している。
【０１２５】
図１９に示されるように、第２半導体層２１ａ，２１ｂ及びコンタクト層２２ａ，２２ｂは、非変調領域１９ｂには延在していない。第２絶縁層２３ａは、第１光導波路１３ａ上に設けられてもよい。第２絶縁層２３ｂは、第２光導波路１３ｂ上に設けられてもよい。第２絶縁層２３ａ，２３ｂは、非変調領域１９ｂに延在している。第２絶縁層２３ａは、非変調領域１９ｂにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間に配置されている。第２絶縁層２３ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間に配置されている。第２絶縁層２３ａ，２３ｂは、ｉ型ＩｎＰ層のようなｉ型半導体層であってもよいし、Ｆｅ−ＩｎＰ層のような半絶縁性半導体層であってもよい。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂは、コア層であってもよく、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂを挟む第１半導体層２０及び第２絶縁層２３ａ，２３ｂは、クラッド層であってもよい。第１半導体層２０、第１光導波路１３ａ及び第２絶縁層２３ａは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。第１半導体層２０、第２光導波路１３ｂ及び第２絶縁層２３ｂは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。
【０１２６】
第１絶縁層２４ａは、非変調領域１９ｂにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間に配置されている。第１絶縁層２４ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間とに配置されている。第１絶縁層２４ａは、第２絶縁層２３ａ上に設けられてもよい。第１絶縁層２４ｂは、第２絶縁層２３ｂ上に設けられてもよい。第１絶縁層２４ａは、第１進行波電極１６ａに接触してもよい。第１絶縁層２４ｂは、第２進行波電極１６ｂに接触してもよい。第１絶縁層２４ａ，２４ｂは、非変調領域１９ｂに延在している。第１絶縁層２４ａ，２４ｂは、二酸化珪素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミドまたはエポキシのような低誘電率材料で形成されてもよい。第１進行波電極１６ａ及び第２進行波電極１６ｂにマイクロ波が伝搬しても、第１絶縁層２４ａ，２４ｂのため、第１光導波路１３ａを進む第１部分光と、第２光導波路１３ｂを進む第２部分光とは、非変調領域１９ｂにおいて、ほとんど位相変調されない。
【０１２７】
図２０に示されるように、第２半導体層２１ａ，２１ｂ及びコンタクト層２２ａ，２２ｂは、遷移領域１９ｃに延在していなくてもよい。遷移領域１９ｃは、非変調領域１９ｂと同様の断面構造を有してもよい。具体的には、第２絶縁層２３ａは、第１光導波路１３ａ上に設けられてもよい。第２絶縁層２３ｂは、第２光導波路１３ｂ上に設けられてもよい。第１絶縁層２４ａは、第２絶縁層２３ａ上に設けられてもよい。第１絶縁層２４ｂは、第２絶縁層２３ｂ上に設けられてもよい。
【０１２８】
第１絶縁層２４ａ，２４ｂ及び第２絶縁層２３ａ，２３ｂは、遷移領域１９ｃに延在している。第１絶縁層２４ａ及び第２絶縁層２３ａは、遷移領域１９ｃにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間に配置されている。第１絶縁層２４ｂ及び第２絶縁層２３ｂは、遷移領域１９ｃにおいて、第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間に配置されている。第１絶縁層２４ａは、第１進行波電極１６ａに接触してもよい。第１絶縁層２４ｂは、第２進行波電極１６ｂに接触してもよい。第１進行波電極１６ａ及び第２進行波電極１６ｂにマイクロ波が伝搬しても、第１絶縁層２４ａ，２４ｂのため、第１光導波路１３ａを進む第１部分光と、第２光導波路１３ｂを進む第２部分光とは、遷移領域１９ｃにおいて、ほとんど位相変調されない。
【０１２９】
埋め込み層２９は、二酸化珪素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミドまたはエポキシのような低誘電率材料で形成されてもよい。埋め込み層２９は、半絶縁性半導体層で形成されてもよい。図１８に示されるように、埋め込み層２９は、変調領域１９ａにおいて、第１半導体層２０、第１光導波路１３ａ及び第２半導体層２１ａを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。埋め込み層２９は、変調領域１９ａにおいて、第１半導体層２０、第２光導波路１３ｂ及び第２半導体層２１ｂを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。
【０１３０】
図１９に示されるように、埋め込み層２９は、非変調領域１９ｂにおいて、第１半導体層２０、第１光導波路１３ａ及び第２絶縁層２３ａを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。埋め込み層２９は、非変調領域１９ｂにおいて、第１半導体層２０、第２光導波路１３ｂ及び第２絶縁層２３ｂを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。図２０に示されるように、埋め込み層２９は、遷移領域１９ｃにおいて、第１半導体層２０、第１光導波路１３ａ及び第２絶縁層２３ａを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。埋め込み層２９は、遷移領域１９ｃにおいて、第１半導体層２０、第２光導波路１３ｂ及び第２絶縁層２３ｂを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。
【０１３１】
半導体光変調器１ｅの動作を説明する。
図１６に示されるように、半導体レーザのようなレーザ光源４０から第１光入力部１１に光４１が入力される。光４１は、第１光入力部１１から第１光分岐部１２に入力される。光４１は、第１光分岐部１２において、第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光と、第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光とに分岐される。
【０１３２】
第１進行波電極１６ａを伝搬する第１マイクロ波は、変調領域１９ａにおける第１光導波路１３ａの屈折率を変化させる。第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光は、第１進行波電極１６ａを伝搬する第１マイクロ波によって変調される。第２進行波電極１６ｂを伝搬する第２マイクロ波は、変調領域１９ａにおける第２光導波路１３ｂの屈折率を変化させる。第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光は、第２進行波電極１６ｂを伝搬する第２マイクロ波によって変調される。
【０１３３】
変調された第１部分光と変調された第２部分光とは、第１光合波部１４で合波されて、変調光４２となる。変調光４２は、第１光出力部１５から出力される。
【０１３４】
図２１に示されるように、半導体光変調器１ｅは、第１進行波電極１６ａの第１抵抗Ｒ1と、第１進行波電極１６ａの第１インダクタンスＬ1と、第２進行波電極１６ｂの第２抵抗Ｒ2と、第２進行波電極１６ｂの第２インダクタンスＬ2と、第１進行波電極１６ａと第２進行波電極１６ｂとの間の相互インダクタンスＬ12とを含む。半導体光変調器１ｅは、第１進行波電極１６ａと第１接地電極１７ａとの間の第１相互キャパシタンスＣ1Gと、第２進行波電極１６ｂと第２接地電極１７ｂとの間の第２相互キャパシタンスＣ2Gと、第１進行波電極１６ａと第２進行波電極１６ｂとの間の第３相互キャパシタンスＣ12とをさらに含む。
【０１３５】
図２２に示されるように、半導体光変調器１ｅの変調領域１９ａは、第１半導体層２０の抵抗Ｒ20と、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13bと、第２半導体層２１ａの抵抗Ｒ21aと、第２半導体層２１ｂの抵抗Ｒ21bと、コンタクト層２２ａの抵抗Ｒ22aと、コンタクト層２２ｂの抵抗Ｒ22bとを含む。これらの抵抗Ｒ20，Ｒ21a，Ｒ21b，Ｒ22a，Ｒ22bとこれらキャパシタンスＣ13a，Ｃ13bとは、互いに直列に接続されている。
【０１３６】
図２３に示されるように、半導体光変調器１ｅの非変調領域１９ｂ及び遷移領域１９ｃは、第１半導体層２０の抵抗Ｒ20と、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13bと、第２絶縁層２３ａのキャパシタンスＣ23aと、第２絶縁層２３ｂのキャパシタンスＣ23bと、第１絶縁層２４ａのキャパシタンスＣ24aと、第１絶縁層２４ｂのキャパシタンスＣ24bとを含む。抵抗Ｒ20とこれらキャパシタンスＣ13a，Ｃ13b，Ｃ23a，Ｃ23b，Ｃ24a，Ｃ24bとは、互いに直列に接続されている。
【０１３７】
半導体光変調器１ｅを広帯域化するためには、半導体光変調器１ｅの第１線路におけるマイクロ波の反射をできるだけ低減し、かつ、マイクロ波と光との間の位相速度を整合させる必要がある。半導体光変調器１ｅを差動駆動する場合には、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1を１００Ωに近づけるとともに、半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づける必要がある。本実施の形態の半導体光変調器１ｅが、図２４に示される比較例の半導体光変調器と比べて、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1を１００Ωに近づけるとともに、マイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づけることができる理由を以下説明する。なお、図２４に示される比較例の半導体光変調器では、本実施の形態の半導体光変調器１ｅの非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとが変調領域１９ａに置き換えられている。比較例の半導体光変調器は、変調領域１９ａのみを備えており、非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとを備えていない。
【０１３８】
半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1は、式（４）で与えられる。式（４）において、Ｃは、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスを表し、Ｌは、半導体光変調器１ｅのインダクタンスを表す。
【０１３９】
【数４】
2019106890.tif 000006
【０１４０】
半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣは、第１進行波電極１６ａと第１接地電極１７ａとの間の第１相互キャパシタンスＣ1Gと、第２進行波電極１６ｂと第２接地電極１７ｂとの間の第２相互キャパシタンスＣ2Gと、第１進行波電極１６ａと第２進行波電極１６ｂとの間の第３相互キャパシタンスＣ12と、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13aと、第２光導波路１３ｂのキャパシタンスＣ13bと、第２絶縁層２３ａのキャパシタンスＣ23aと、第２絶縁層２３ｂのキャパシタンスＣ23bと、第１絶縁層２４ａのキャパシタンスＣ24aと、第１絶縁層２４ｂのキャパシタンスＣ24bとを含む。半導体光変調器１ｅのインダクタンスＬは、第１進行波電極１６ａの第１インダクタンスＬ1と、第２進行波電極１６ｂの第２インダクタンスＬ2と、第１進行波電極１６ａと第２進行波電極１６ｂとの間の相互インダクタンスＬ12とを含む。
【０１４１】
半導体光変調器１ｅは、非変調領域１９ｂを含む。第１絶縁層２４ａ，２４ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間と第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間とに配置されている。図２２及び図２３に示されるように、非変調領域１９ｂでは、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13a，Ｃ13bに加えて、第１絶縁層２４ａ，２４ｂのキャパシタンスＣ24a，Ｃ24bが追加される。第１絶縁層２４ａ，２４ｂのキャパシタンスＣ24a，Ｃ24bは、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13a，Ｃ13bに直列に接続される。そのため、非変調領域１９ｂのキャパシタンスは減少して、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣも減少する。式（４）から、非変調領域１９ｂにおける第１線路の第２インピーダンスは増加して、変調領域１９ａにおける第１線路の第１インピーダンスよりも大きくなり（図２７を参照）、第１線路のインピーダンスＺ1は増加する（図２５を参照）。こうして、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1を１００Ωに近づけることができる。
【０１４２】
第１絶縁層２４ａ，２４ｂのキャパシタンスＣ24a，Ｃ24bは、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13a，Ｃ13bに直列に接続されるため、第１絶縁層２４ａ，２４ｂの誘電率が低いほど、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣはさらに減少する。第１絶縁層２４ａ，２４ｂのキャパシタンスＣ24a，Ｃ24bは、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13a，Ｃ13b及び第２絶縁層２３ａ，２３ｂのキャパシタンスＣ23a，Ｃ23bよりも小さくてもよい。第１絶縁層２４ａ，２４ｂは、二酸化珪素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミドまたはエポキシのような低誘電率材料で形成されてもよい。
【０１４３】
また、半導体光変調器１ｅでは、非変調領域１９ｂにおける第１接地電極１７ａの第１の幅Ｗ1は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きい。非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きい。そのため、図２１に示される、第１進行波電極１６ａと第１接地電極１７ａとの間の第１相互キャパシタンスＣ1Gと、第２進行波電極１６ｂと第２接地電極１７ｂとの間の第２相互キャパシタンスＣ2Gとが減少する。非変調領域１９ｂのキャパシタンスは減少して、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣも減少する。式（４）から、非変調領域１９ｂにおける第１線路の第２インピーダンスは増加して、変調領域１９ａにおける第１線路の第１インピーダンスよりも大きくなり（図２７を参照）、第１線路のインピーダンスＺ1は増加する（図２５を参照）。こうして、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1を１００Ωに近づけることができる。
【０１４４】
第２絶縁層２３ａ，２３ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間と第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間とに配置されている。図２２及び図２３に示されるように、非変調領域１９ｂでは、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13a，Ｃ13bに加えて、第２絶縁層２３ａ，２３ｂのキャパシタンスＣ23a，Ｃ23bが追加される。第２絶縁層２３ａ，２３ｂのキャパシタンスＣ23a，Ｃ23bは、第１光導波路１３ａのキャパシタンスＣ13a，Ｃ13bに直列に接続される。そのため、非変調領域１９ｂのキャパシタンスは減少して、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣも減少する。式（４）から、非変調領域１９ｂにおける第１線路の第２インピーダンスは増加して、変調領域１９ａにおける第１線路の第１インピーダンスよりも大きくなり（図２７を参照）、第１線路のインピーダンスＺ1は増加する（図２５を参照）。こうして、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1を１００Ωに近づけることができる。
【０１４５】
図２７に示されるように、変調領域１９ａにおける第１線路の第１インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、１００Ωより小さくてもよい。非変調領域１９ｂにおける第１線路の第２インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、１００Ωより大きくてもよく、１１０Ωより大きくてもよく、１１５Ωより大きくてもよい。
【０１４６】
半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmは、式（５）で与えられる。式（５）において、ｃは、真空中における光速を表す。
【０１４７】
【数５】
2019106890.tif 000007
【０１４８】
既に記載したとおり、非変調領域１９ｂのキャパシタンスは減少して、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣも減少する。式（５）から、非変調領域１９ｂにおけるマイクロ波屈折率ｎmは減少して、変調領域１９ａにおけるマイクロ波屈折率ｎmよりも小さくなり（図２８を参照）、半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmは減少する（図２６を参照）。こうして、半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づけることができる。図２８に示されるように、変調領域１９ａにおけるマイクロ波屈折率は、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、３．６より大きくてもよい。非変調領域１９ｂにおける第１線路の第２インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、３．６より小さくてもよく、３．２より小さくてもよく、２．８より小さくてもよい。
【０１４９】
非変調領域１９ｂにおける第１接地電極１７ａの第１の幅Ｗ1、非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3及び単位構造１０ｅの第１全長に対する非変調領域１９ｂの第２長さの割合の少なくとも１つを変化させることによって、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1と半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmとは調整され得る。
【０１５０】
半導体光変調器１ｅは、遷移領域１９ｃを含んでもよい。第１絶縁層２４ａは、遷移領域１９ｃにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間に配置されている。第１絶縁層２４ｂは、遷移領域１９ｃにおいて、第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間に配置されている。また、遷移領域１９ｃにおける第１接地電極１７ａの幅は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きい。遷移領域１９ｃにおける第２接地電極１７ｂの幅は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きい。そのため、遷移領域１９ｃにおいても、非変調領域１９ｂと同様に、キャパシタンス及びマイクロ波屈折率ｎmは減少する。こうして、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1を１００Ωに近づけることができ、半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づけることができる。
【０１５１】
第２絶縁層２３ａは、遷移領域１９ｃにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間に配置されている。第２絶縁層２３ｂは、遷移領域１９ｃにおいて、第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間に配置されている。また、遷移領域１９ｃにおける第１接地電極１７ａの幅は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きい。遷移領域１９ｃにおける第２接地電極１７ｂの幅は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きい。そのため、遷移領域１９ｃにおいても、非変調領域１９ｂと同様に、キャパシタンス及びマイクロ波屈折率ｎmは減少する。こうして、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1を１００Ωに近づけることができ、半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づけることができる。
【０１５２】
図２７に示されるように、遷移領域１９ｃにおける第１線路のインピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、１００Ωより大きくてもよく、１１０Ωより大きくてもよく、１１５Ωより大きくてもよい。図２８に示されるように、遷移領域１９ｃにおける第１線路の第２インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、３．６より小さくてもよく、３．２より小さくてもよく、２．８より小さくてもよい。
【０１５３】
遷移領域１９ｃにおける第１接地電極１７ａの幅、遷移領域１９ｃにおける第２接地電極１７ｂの幅及び単位構造１０ｅの第１全長に対する遷移領域１９ｃの長さの割合の少なくとも１つを変化させることによって、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1と半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmとは調整され得る。
【０１５４】
図２９を参照して、実施の形態５の変形例の半導体光変調器１ｅを説明する。図２９に示されるように、第１接地電極１７ａの第１突出部１７ｐは、第１接地電極１７ａの第３側面に形成されており、第１進行波電極１６ａとは反対側に向けて突出してもよい。第１接地電極１７ａの第３側面は、第１進行波電極１６ａに面する第１接地電極１７ａの第１側面とは反対側の側面である。第２接地電極１７ｂの第２突出部１７ｑは、第２進行波電極１６ｂに面する第２接地電極１７ｂの第４側面に形成されており、第２進行波電極１６ｂとは反対側に向けて突出してもよい。第２接地電極１７ｂの第４側面は、第２進行波電極１６ｂに面する第２接地電極１７ｂの第２側面とは反対側の側面である。
【０１５５】
図３０を参照して、実施の形態５の別の変形例の半導体光変調器１ｅを説明する。図３０に示されるように、遷移領域１９ｃが省略されてもよい。
【０１５６】
本実施の形態の半導体光変調器１ｅの効果を説明する。
半導体光変調器１ｅは、第１マッハツェンダ型光導波路と、第１進行波電極１６ａと、第２進行波電極１６ｂと、第１接地電極１７ａと、第２接地電極１７ｂと、第１絶縁層２４ａ，２４ｂとを備える。第１マッハツェンダ型光導波路は、第１光入力部１１と、第１光入力部１１に接続されている第１光分岐部１２と、第１光分岐部１２に接続されている第１光導波路１３ａと、第１光分岐部１２に接続されている第２光導波路１３ｂと、第１光導波路１３ａと第２光導波路１３ｂとに接続されている第１光合波部１４と、第１光合波部１４に接続されている第１光出力部１５とを含む。第１進行波電極１６ａは、第１光導波路１３ａの上方に配置されている。第２進行波電極１６ｂは、第２光導波路１３ｂの上方に配置されている。第１接地電極１７ａは、第１進行波電極１６ａに対して第２進行波電極１６ｂとは反対側に、第１進行波電極１６ａから間隔を空けて配置されている。第２接地電極１７ｂは、第２進行波電極１６ｂに対して第１進行波電極１６ａとは反対側に、第２進行波電極１６ｂから間隔を空けて配置されている。
【０１５７】
半導体光変調器１ｅは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って配列される単位構造１０ｅを含む。単位構造１０ｅは、変調領域１９ａと、非変調領域１９ｂとを含む。非変調領域１９ｂにおける第１接地電極１７ａの第１の幅Ｗ1は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きい。非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きい。第１絶縁層２４ａ，２４ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間と第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間とに配置されている。
【０１５８】
半導体光変調器１ｅでは、非変調領域１９ｂのキャパシタンスが低減されて、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣが低減される。そのため、半導体光変調器１ｅの第１線路のインピーダンスＺ1は増加し得る。また、半導体光変調器１ｅのマイクロ波屈折率ｎmが低減され得る。広帯域化された半導体光変調器１ｅが提供され得る。
【０１５９】
半導体光変調器１ｅでは、第１進行波電極１６ａは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと変調領域１９ａとにおいて、一定幅を有する。第２進行波電極１６ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと変調領域１９ａとにおいて、一定幅を有する。第１進行波電極１６ａ及び第２進行波電極１６ｂは、各々、単純な形状を有する。そのため、第１進行波電極１６ａ及び第２進行波電極１６ｂにおけるマイクロ波の伝搬特性が劣化することが防止され得る。広帯域化された半導体光変調器１ｅが提供され得る。さらに、半導体光変調器１ｅのサイズが増加することと、半導体光変調器１ｅの製造コストが増加することとが防止され得る。
【０１６０】
半導体光変調器１ｅでは、単位構造１０ｅは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとの間に配置されている遷移領域１９ｃを含む。遷移領域１９ｃにおいて、第１接地電極１７ａと第１進行波電極１６ａとの間の第１の間隔は徐々に変化している。遷移領域１９ｃにおいて、第２接地電極１７ｂと第２進行波電極１６ｂとの間の第２の間隔は徐々に変化している。遷移領域１９ｃは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとの間で、第１進行波電極１６ａ及び第２進行波電極１６ｂを伝搬するマイクロ波が反射することを低減し得る。広帯域化された半導体光変調器１ｅが提供され得る。
【０１６１】
遷移領域１９ｃにおける第１接地電極１７ａの幅は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きくてもよい。遷移領域１９ｃにおける第２接地電極１７ｂの幅は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きくてもよい。第１絶縁層２４ａ，２４ｂは、遷移領域１９ｃにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間と、第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間とにさらに配置されてもよい。そのため、半導体光変調器１ｅのキャパシタンスＣがさらに低減される。広帯域化された半導体光変調器１ｅが提供され得る。
【０１６２】
半導体光変調器１ｅでは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う変調領域１９ａの第１長さは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う単位構造１０ｅの第１全長の０．５０倍以上０．９５倍以下であってもよい。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う非変調領域１９ｂの第２長さは、単位構造１０ｅの第１全長の０．０４倍以上０．４８倍以下であってもよい。単位構造１０ｅに占める変調領域１９ａの割合を単位構造１０ｅに占める非変調領域１９ｂの割合よりも大きくすることによって、半導体光変調器１ｅのサイズの増加を抑制しつつ、半導体光変調器１ｅを広帯域化することができる。
【０１６３】
実施の形態６．
図３１から図３５を参照して、実施の形態６の半導体光変調器１ｆを説明する。本実施の形態の半導体光変調器１ｆは、実施の形態５の半導体光変調器１ｅと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０１６４】
半導体光変調器１ｆは、第２マッハツェンダ型光導波路と、第３進行波電極１８ａと、第４進行波電極１８ｂと、第３接地電極１７ｃと、光入力部６６と、光分岐部６７と、光合波部６８と、光出力部６９とをさらに備える。第２マッハツェンダ型光導波路は、第１マッハツェンダ型光導波路と並列に配置されている。第２マッハツェンダ型光導波路は、第１マッハツェンダ型光導波路と同様の構成を有している。
【０１６５】
具体的には、第２マッハツェンダ型光導波路は、第２光入力部５１と、第２光分岐部５２と、第３光導波路５３ａと、第４光導波路５３ｂと、第２光合波部５４と、第２光出力部５５とを含む。第２光分岐部５２は、第２光入力部５１に接続されている。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂは、第２光分岐部５２に接続されている。第２光合波部５４は、第３光導波路５３ａと第４光導波路５３ｂとに接続されている。第２光出力部５５は、第２光合波部５４に接続されている。第２光分岐部５２及び第２光合波部５４は、各々、特に限定されないが、多モード干渉（ＭＭＩ）導波路であってもよいし、Ｙ分岐導波路であってもよいし、方向性結合器であってもよい。
【０１６６】
第２マッハツェンダ型光導波路は、アンドープ半導体層のようなｉ型半導体層で形成されてもよい。第２マッハツェンダ型光導波路は、例えば、ｉ型ＩｎＰ層で形成されてもよい。第２マッハツェンダ型光導波路は、多重量子井戸（ＭＱＷ)構造を有してもよい。
【０１６７】
光分岐部６７は、光入力部６６に接続されている。光分岐部６７は、第１光入力部１１と第２光入力部５１とに接続されている。第１マッハツェンダ型光導波路及び第２マッハツェンダ型光導波路は、光分岐部６７に接続されている。光合波部６８は、第１光出力部１５と第２光出力部５５とに接続されている。第１マッハツェンダ型光導波路及び第２マッハツェンダ型光導波路は、光合波部６８に接続されている。光出力部６９は、光合波部６８に接続されている。半導体光変調器１ｆは、ＩＱ光変調器であってもよい。ＩＱ光変調器は、直交する光電界成分（Ｉチャネル、Ｑチャネル）を独立して生成し得るように構成された光変調器である。半導体光変調器１ｆは、４値位相変調方式（ＱＰＳＫ）の光変調器であってもよい。
【０１６８】
第３進行波電極１８ａは、第３光導波路５３ａの上方に配置されている。第４進行波電極１８ｂは、第４光導波路５３ｂの上方に配置されている。第２接地電極１７ｂは、第３進行波電極１８ａに対して第４進行波電極１８ｂとは反対側に、第３進行波電極１８ａから間隔を空けて配置されている。第３接地電極１７ｃは、第４進行波電極１８ｂに対して第３進行波電極１８ａとは反対側に、第４進行波電極１８ｂから間隔を空けて配置されている。第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂは、第２接地電極１７ｂと第３接地電極１７ｃとの間に配置されている。第３進行波電極１８ａ、第４進行波電極１８ｂ、及び第３接地電極１７ｃは、特に限定されないが、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）のような導電性金属で形成されてもよい。
【０１６９】
半導体光変調器１ｆは、第１マッハツェンダ光変調器部分６１ｆと、第２マッハツェンダ光変調器部分６２ｆとを含む。第１マッハツェンダ光変調器部分６１ｆは、主に、第１マッハツェンダ型光導波路と、第１進行波電極１６ａと、第２進行波電極１６ｂと、第１接地電極１７ａと、第２接地電極１７ｂとを含む。第２マッハツェンダ光変調器部分６２ｆは、主に、第２マッハツェンダ型光導波路と、第３進行波電極１８ａと、第４進行波電極１８ｂと、第２接地電極１７ｂと、第３接地電極１７ｃとを含む。第２接地電極１７ｂは、第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂを、第１進行波電極１６ａ及び第２進行波電極１６ｂから電気的に分離する。そのため、第１マッハツェンダ光変調器部分６１ｆと第２マッハツェンダ光変調器部分６２ｆとの間のクロストークが低減される。また、半導体光変調器１ｆでは、第２接地電極１７ｂは、第１マッハツェンダ光変調器部分６１ｆと第２マッハツェンダ光変調器部分６２ｆとによって共有されている。そのため、半導体光変調器１ｆは小型化され得る。
【０１７０】
第２接地電極１７ｂ、第３進行波電極１８ａ、第４進行波電極１８ｂ及び第３接地電極１７ｃは、第２線路を構成している。第２線路は、ＧＳＳＧ（Ground,  Signal,  Signal,  Ground）型の差動線路（コプレーナ線路）である。ＧＳＳＧ型の差動線路は、半導体光変調器１ｆを小型化することを可能にする。ＧＳＳＧ型の差動線路は、第３進行波電極１８ａと第４進行波電極１８ｂとが互いに隣り合うため、ノイズ耐性を向上させることができる。
【０１７１】
第３進行波電極１８ａの一方端と第４進行波電極１８ｂの一方端とは、信号源３０に電気的に接続されている。信号源３０は、差動信号を出力する。差動信号は、特に限定されないが、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高い周波数を有してもよい。第３光導波路５３ａには、第４光導波路５３ｂとは逆位相の電圧が印加される（プッシュプル構成）。信号源３０と第３進行波電極１８ａの一方端との間、並びに、信号源３０と第４進行波電極１８ｂの一方端との間に、電気アンプ３３が配置されてもよい。電気アンプ３３は、信号源３０から出力される差動信号を増幅して、第３進行波電極１８ａの一方端と第４進行波電極１８ｂの一方端とに出力する。
【０１７２】
第１進行波電極１６ａ、第２進行波電極１６ｂ、第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂの出力側（図３１の右側）には、終端部７ｂが接続されている。終端部７ｂは、第１終端抵抗３５ｂと第２終端抵抗３６ｂとを含む。第１進行波電極１６ａの他方端と第２進行波電極１６ｂの他方端とは、第１終端抵抗３５ｂに接続されてもよい。第１終端抵抗３５ｂは、１００Ωの抵抗を有してもよい。第３進行波電極１８ａの他方端と第４進行波電極１８ｂの他方端とは、第２終端抵抗３６ｂに接続されてもよい。第２終端抵抗３６ｂは、１００Ωの抵抗を有してもよい。第１接地電極１７ａの一方端と第２接地電極１７ｂの一方端と第３接地電極１７ｃの一方端とは、接地電位に接続されている。第１接地電極１７ａの他方端と第２接地電極１７ｂの他方端と第３接地電極１７ｃの他方端とは、接地電位に接続されている。
【０１７３】
半導体光変調器１ｆは、単位構造１０ｆを含む。半導体光変調器１ｆは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿って周期構造を有するとともに、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿って周期構造を有する。
【０１７４】
単位構造１０ｆは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿って配列されている。図３２に示されるように、単位構造１０ｆは、変調領域１９ａと、非変調領域１９ｂとを含む。非変調領域１９ｂにおける第１接地電極１７ａの第１の幅Ｗ1は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2と異なっている。特定的には、非変調領域１９ｂにおける第１接地電極１７ａの第１の幅Ｗ1は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きい。非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4と異なっている。特定的には、非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きい。非変調領域１９ｂにおける第３接地電極１７ｃの第５の幅Ｗ5は、変調領域１９ａにおける第３接地電極１７ｃの第６の幅Ｗ6と異なっている。特定的には、非変調領域１９ｂにおける第３接地電極１７ｃの第５の幅Ｗ5は、変調領域１９ａにおける第３接地電極１７ｃの第６の幅Ｗ6よりも大きい。
【０１７５】
特定的には、第３進行波電極１８ａは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとにおいて、一定幅を有してもよい。さらに特定的には、第３進行波電極１８ａは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとにおいて、一定幅を有してもよい。第４進行波電極１８ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとにおいて、一定幅を有してもよい。さらに特定的には、第４進行波電極１８ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとにおいて、一定幅を有してもよい。
【０１７６】
非変調領域１９ｂにおいて、第２接地電極１７ｂは、第３突出部１７ｒを含んでもよい。第３突出部１７ｒは、第３進行波電極１８ａに面する第２接地電極１７ｂの第４側面に形成されており、第３進行波電極１８ａに向けて突出してもよい。非変調領域１９ｂにおいて、第３接地電極１７ｃは、第４突出部１７ｓを含んでもよい。第４突出部１７ｓは、第４進行波電極１８ｂに面する第３接地電極１７ｃの第５側面に形成されており、第４進行波電極１８ｂに向けて突出してもよい。第２接地電極１７ｂと第３進行波電極１８ａとの間の第３の間隔は、非変調領域１９ｂにおいて最も狭くてもよく、かつ、変調領域１９ａにおいて最も広くてもよい。第３接地電極１７ｃと第４進行波電極１８ｂとの間の第４の間隔は、非変調領域１９ｂにおいて最も狭くてもよく、かつ、変調領域１９ａにおいて最も広くてもよい。第１進行波電極１６ａと第２進行波電極１６ｂとの間の間隔は、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとにおいて、一定であってもよい。第３進行波電極１８ａと第４進行波電極１８ｂとの間の間隔は、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとにおいて、一定であってもよい。
【０１７７】
単位構造１０ｆにおける、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う変調領域１９ａの第３長さは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う単位構造１０ｆの第２全長の０．５０倍以上０．９５倍以下であってもよい。単位構造１０ｆにおける、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う非変調領域１９ｂの第４長さは、単位構造１０ｆの第２全長の０．０４倍以上０．４８倍以下であってもよい。本実施の形態の半導体光変調器１ｆでは、非変調領域１９ｂの第４長さは、単位構造１０ｆにおける、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う非変調領域１９ｂの２つの部分の長さの合計として定義される。単位構造１０ｆの第２全長は、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。
【０１７８】
単位構造１０ｆの第２全長は、単位構造１０ｆの第１全長に等しくてもよいし、単位構造１０ｆの第１全長と異なってもよい。変調領域１９ａの第３長さは、変調領域１９ａの第１長さに等しくてもよいし、変調領域１９ａの第１長さと異なってもよい。非変調領域１９ｂの第４長さは、非変調領域１９ｂの第２長さに等しくてもよいし、非変調領域１９ｂの第２長さと異なってもよい。
【０１７９】
単位構造１０ｆは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとの間に配置されている遷移領域１９ｃを含んでもよい。遷移領域１９ｃにおいて、第２接地電極１７ｂと第３進行波電極１８ａとの間の第３の間隔は、変調領域１９ａから非変調領域１９ｂに向かうにつれて徐々に小さくなる。遷移領域１９ｃにおいて、第３接地電極１７ｃと第４進行波電極１８ｂとの間の第４の間隔は、変調領域１９ａから非変調領域１９ｂに向かうにつれて徐々に小さくなる。
【０１８０】
図３３から図３５に示されるように、第２マッハツェンダ型光導波路は、第１マッハツェンダ型光導波路と同様の断面構造を有している。具体的には、第１半導体層２０は、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとに延在している。第１半導体層２０は、遷移領域１９ｃにさらに延在してもよい。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂは、第１半導体層２０上に設けられてもよい。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとに延在している。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂは、遷移領域１９ｃにさらに延在してもよい。第２半導体層２５ａは、第３光導波路５３ａ上に設けられてもよい。第２半導体層２５ｂは、第４光導波路５３ｂ上に設けられてもよい。第２半導体層２５ａ，２５ｂは、変調領域１９ａに延在している。
【０１８１】
第３光導波路５３ａは、コア層であってもよく、第３光導波路５３ａを挟む第１半導体層２０及び第２半導体層２５ａは、クラッド層であってもよい。第４光導波路５３ｂは、コア層であってもよく、第４光導波路５３ｂを挟む第１半導体層２０及び第２半導体層２５ｂは、クラッド層であってもよい。第１半導体層２０、第３光導波路５３ａ及び第２半導体層２５ａは、ｐｉｎ接合構造を有してもよい。第１半導体層２０、第４光導波路５３ｂ及び第２半導体層２５ｂは、ｐｉｎ接合構造を有してもよい。第１半導体層２０、第３光導波路５３ａ及び第２半導体層２５ａは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。第１半導体層２０、第４光導波路５３ｂ及び第２半導体層２５ｂは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。
【０１８２】
コンタクト層２６ａは、第２半導体層２５ａ上に設けられてもよい。コンタクト層２６ｂは、第２半導体層２５ｂ上に設けられてもよい。コンタクト層２６ａ，２６ｂは、変調領域１９ａに延在している。コンタクト層２６ａは、第３進行波電極１８ａにオーミック接触している。コンタクト層２６ｂは、第４進行波電極１８ｂにオーミック接触している。
【０１８３】
図３４に示されるように、第２半導体層２５ａ，２５ｂ及びコンタクト層２６ａ，２６ｂは、非変調領域１９ｂには延在していない。第２絶縁層２７ａは、第３光導波路５３ａ上に設けられてもよい。第２絶縁層２７ｂは、第４光導波路５３ｂ上に設けられてもよい。第２絶縁層２７ａ，２７ｂは、非変調領域１９ｂに延在している。第２絶縁層２７ａは、非変調領域１９ｂにおいて、第３光導波路５３ａと第３進行波電極１８ａとの間に配置されている。第２絶縁層２７ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第４光導波路５３ｂと第４進行波電極１８ｂとの間に配置されている。第３光導波路５３ａは、コア層であってもよく、第３光導波路５３ａを挟む第１半導体層２０及び第２絶縁層２７ａは、クラッド層であってもよい。第４光導波路５３ｂは、コア層であってもよく、第４光導波路５３ｂを挟む第１半導体層２０及び第２絶縁層２７ｂは、クラッド層であってもよい。第１半導体層２０、第３光導波路５３ａ及び第２絶縁層２７ａは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。第１半導体層２０、第４光導波路５３ｂ及び第２絶縁層２７ｂは、ハイメサ光導波路構造を有してもよい。
【０１８４】
第１絶縁層２８ａは、非変調領域１９ｂにおいて、第３光導波路５３ａと第３進行波電極１８ａとの間に配置されている。第１絶縁層２８ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第４光導波路５３ｂと第４進行波電極１８ｂとの間に配置されている。第１絶縁層２８ａは、第２絶縁層２７ａ上に設けられてもよい。第１絶縁層２８ｂは、第２絶縁層２７ｂ上に設けられてもよい。第１絶縁層２８ａは、第３進行波電極１８ａに接触してもよい。第１絶縁層２８ｂは、第４進行波電極１８ｂとに接触してもよい。第１絶縁層２８ａ，２８ｂは、非変調領域１９ｂに延在している。第１絶縁層２８ａ，２８ｂは、二酸化珪素、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミドまたはエポキシのような低誘電率材料で形成されてもよい。第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂにマイクロ波が伝搬しても、第１絶縁層２８ａ，２８ｂのため、第３光導波路５３ａを進む第３部分光と、第４光導波路５３ｂを進む第４部分光とは、非変調領域１９ｂにおいて、ほとんど位相変調されない。
【０１８５】
図３５に示されるように、第２半導体層２５ａ，２５ｂ及びコンタクト層２６ａ，２６ｂは、遷移領域１９ｃに延在していなくてもよい。遷移領域１９ｃは、非変調領域１９ｂと同様の断面構造を有してもよい。具体的には、第２絶縁層２７ａは、第３光導波路５３ａ上に設けられてもよい。第２絶縁層２７ｂは、第４光導波路５３ｂ上に設けられてもよい。
【０１８６】
第１絶縁層２８ａ，２８ｂ及び第２絶縁層２７ａ，２７ｂは、遷移領域１９ｃに延在している。第１絶縁層２８ａ及び第２絶縁層２７ａは、遷移領域１９ｃにおいて、第３光導波路５３ａと第３進行波電極１８ａとの間に配置されている。第１絶縁層２８ｂ及び第２絶縁層２７ｂは、遷移領域１９ｃにおいて、第４光導波路５３ｂと第４進行波電極１８ｂとの間に配置されている。第１絶縁層２８ａは、第３進行波電極１８ａに接触してもよい。第１絶縁層２８ｂは、第４進行波電極１８ｂとに接触してもよい。第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂにマイクロ波が伝搬しても、第１絶縁層２８ａ，２８ｂのため、第３光導波路５３ａを進む第３部分光と、第４光導波路５３ｂを進む第４部分光とは、遷移領域１９ｃにおいて、ほとんど位相変調されない。
【０１８７】
図３３に示されるように、埋め込み層２９は、変調領域１９ａにおいて、第１半導体層２０、第３光導波路５３ａ及び第２半導体層２５ａを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。埋め込み層２９は、変調領域１９ａにおいて、第１半導体層２０、第４光導波路５３ｂ及び第２半導体層２５ｂを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。図３４に示されるように、埋め込み層２９は、非変調領域１９ｂにおいて、第１半導体層２０、第３光導波路５３ａ及び第２絶縁層２７ａを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。埋め込み層２９は、非変調領域１９ｂにおいて、第１半導体層２０、第４光導波路５３ｂ及び第２絶縁層２７ｂを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。図３５に示されるように、埋め込み層２９は、遷移領域１９ｃにおいて、第１半導体層２０、第３光導波路５３ａ及び第２絶縁層２７ａを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。埋め込み層２９は、遷移領域１９ｃにおいて、第１半導体層２０、第４光導波路５３ｂ及び第２絶縁層２７ｂを含むハイメサ光導波路構造を埋め込んでもよい。
【０１８８】
半導体光変調器１ｆの動作を説明する。
レーザ光源４０から光入力部６６に光４１が入力される。光４１は、光分岐部６７と第１光分岐部１２と第２光分岐部５２とにより、第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光と、第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光と、第３光導波路５３ａを伝搬する第３部分光と、第４光導波路５３ｂを伝搬する第４部分光とに分岐される。
【０１８９】
第１進行波電極１６ａを伝搬する第１マイクロ波は、変調領域１９ａにおける第１光導波路１３ａの屈折率を変化させる。第１光導波路１３ａを伝搬する第１部分光は、第１進行波電極１６ａを伝搬する第１マイクロ波によって変調される。第２進行波電極１６ｂを伝搬する第２マイクロ波は、変調領域１９ａにおける第２光導波路１３ｂの屈折率を変化させる。第２光導波路１３ｂを伝搬する第２部分光は、第２進行波電極１６ｂを伝搬する第２マイクロ波によって変調される。
【０１９０】
第３進行波電極１８ａを伝搬する第３マイクロ波は、変調領域１９ａにおける第３光導波路５３ａの屈折率を変化させる。第３光導波路５３ａを伝搬する第３部分光は、第３進行波電極１８ａを伝搬する第３マイクロ波によって変調される。第４進行波電極１８ｂを伝搬する第４マイクロ波は、変調領域１９ａにおける第４光導波路５３ｂの屈折率を変化させる。第４光導波路５３ｂを伝搬する第４部分光は、第４進行波電極１８ｂを伝搬する第４マイクロ波によって変調される。
【０１９１】
変調された第１部分光と変調された第２部分光と変調された第３部分光と変調された第４部分光とは、第１光合波部１４と第２光合波部５４と光合波部６８とにより合波されて、変調光４２となる。変調光４２は光出力部６９から出力される。
【０１９２】
半導体光変調器１ｆを広帯域化するためには、マイクロ波信号の反射をできるだけ低減し、かつ、マイクロ波信号と光との間の位相速度を整合させる必要がある。半導体光変調器１ｆを差動駆動する場合には、半導体光変調器１ｆの第１線路のインピーダンスＺ1及び第２線路のインピーダンスＺ2をそれぞれ１００Ωに近づけるとともに、マイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づける必要がある。
【０１９３】
実施の形態５に記載した理由と同様の理由により、非変調領域１９ｂのキャパシタンスは減少して、半導体光変調器１ｆのキャパシタンスＣも減少する。非変調領域１９ｂにおける第２線路の第４インピーダンスは増加して、変調領域１９ａにおける第２線路の第３インピーダンスよりも大きくなり、第２線路のインピーダンスＺ2は増加する。こうして、半導体光変調器１ｆの第２線路のインピーダンスＺ2を１００Ωに近づけることができる。さらに、非変調領域１９ｂにおけるマイクロ波屈折率ｎmは減少して、変調領域１９ａにおけるマイクロ波屈折率ｎmよりも小さくなり、半導体光変調器１ｆのマイクロ波屈折率ｎmは減少する。こうして、半導体光変調器１ｆのマイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づけることができる。
【０１９４】
半導体光変調器１ｆでは、変調領域１９ａにおける第２線路の第３インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、１００Ωより小さくてもよい。非変調領域１９ｂにおける第２線路の第４インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、１００Ωより大きくてもよく、１１０Ωより大きくてもよく、１１５Ωより大きくてもよい。変調領域１９ａにおけるマイクロ波屈折率は、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、３．６より大きくてもよい。非変調領域１９ｂにおける第１線路の第２インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、３．６より小さくてもよく、３．２より小さくてもよく、２．８より小さくてもよい。
【０１９５】
非変調領域１９ｂにおける第２接地電極１７ｂの第３の幅Ｗ3、非変調領域１９ｂにおける第３接地電極１７ｃの第５の幅Ｗ5及び単位構造１０ｆの第２全長に対する非変調領域１９ｂの第４長さの割合の少なくとも１つを変化させることによって、半導体光変調器１ｆの第２線路のインピーダンスＺ2と半導体光変調器１ｆのマイクロ波屈折率ｎmとは調整され得る。
【０１９６】
半導体光変調器１ｆは、遷移領域１９ｃを含んでもよい。第１絶縁層２８ａ，２８ｂは、遷移領域１９ｃにおいて、第３光導波路５３ａと第３進行波電極１８ａとの間と、第４光導波路５３ｂと第４進行波電極１８ｂとの間とに配置されている。また、半導体光変調器１ｆでは、遷移領域１９ｃにおける第２接地電極１７ｂの幅は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きい。遷移領域１９ｃにおける第３接地電極１７ｃの幅は、変調領域１９ａにおける第３接地電極１７ｃの第６の幅Ｗ6よりも大きい。そのため、遷移領域１９ｃにおいても、非変調領域１９ｂと同様に、キャパシタンス及びマイクロ波屈折率ｎmは減少する。こうして、半導体光変調器１ｆの第２線路のインピーダンスＺ2を１００Ωに近づけることができ、半導体光変調器１ｆのマイクロ波屈折率ｎmを３．６に近づけることができる。
【０１９７】
遷移領域１９ｃにおける第２線路のインピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、１００Ωより大きくてもよく、１１０Ωより大きくてもよく、１１５Ωより大きくてもよい。変調領域１９ａにおけるマイクロ波屈折率は、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、３．６より大きくてもよい。遷移領域１９ｃにおける第１線路の第２インピーダンスは、２０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のマイクロ波の周波数において、３．６より小さくてもよく、３．２より小さくてもよく、２．８より小さくてもよい。
【０１９８】
遷移領域１９ｃにおける第２接地電極１７ｂの幅、遷移領域１９ｃにおける第３接地電極１７ｃの幅及び単位構造１０ｆの第２全長に対する遷移領域１９ｃの長さの割合の少なくとも１つを変化させることによって、半導体光変調器１ｆの第２線路のインピーダンスＺ2と半導体光変調器１ｆのマイクロ波屈折率ｎmとは調整され得る。
【０１９９】
本実施の形態の半導体光変調器１ｆの効果を説明する。本実施の形態の半導体光変調器１ｆは、実施の形態５の半導体光変調器１ｅの効果と同様の以下の効果を奏する。
【０２００】
半導体光変調器１ｆは、半導体光変調器１ｅの構成に加えて、第２マッハツェンダ型光導波路と、第３進行波電極１８ａと、第４進行波電極１８ｂと、第３接地電極１７ｃと、光入力部６６と、光入力部６６に接続されている光分岐部６７と、光合波部６８と、光合波部６８に接続されている光出力部６９とをさらに備える。第２マッハツェンダ型光導波路は、第２光入力部５１と、第２光入力部５１に接続されている第２光分岐部５２と、第２光分岐部５２に接続されている第３光導波路５３ａと、第２光分岐部５２に接続されている第４光導波路５３ｂと、第３光導波路５３ａと第４光導波路５３ｂとに接続されている第２光合波部５４と、第２光合波部５４に接続されている第２光出力部５５とを含む。
【０２０１】
第３進行波電極１８ａは、第３光導波路５３ａの上方に配置されている。第４進行波電極１８ｂは、第４光導波路５３ｂの上方に配置されている。第２接地電極１７ｂは、第３進行波電極１８ａに対して第４進行波電極１８ｂとは反対側に、第３進行波電極１８ａから間隔を空けて配置されている。第３接地電極１７ｃは、第４進行波電極１８ｂに対して第３進行波電極１８ａとは反対側に、第４進行波電極１８ｂから間隔を空けて配置されている。光分岐部６７は、第１光入力部１１と第２光入力部５１とに接続されている。光合波部６８は、第１光出力部１５と第２光出力部５５とに接続されている。単位構造１０ｆは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿って配列されている。非変調領域１９ｂにおける第３接地電極１７ｃの第５の幅Ｗ5は、変調領域１９ａにおける第３接地電極１７ｃの第６の幅Ｗ6よりも大きい。第１絶縁層２８ａ，２８ｂは、非変調領域１９ｂにおいて、第３光導波路５３ａと第３進行波電極１８ａとの間と第４光導波路５３ｂと第４進行波電極１８ｂとの間とに配置されている。
【０２０２】
半導体光変調器１ｆでは、非変調領域１９ｂのキャパシタンスが低減されて、半導体光変調器１ｆのキャパシタンスＣが低減される。そのため、半導体光変調器１ｆの第１線路のインピーダンスＺ1及び第２線路のインピーダンスＺ2は増加し得る。また、半導体光変調器１ｆのマイクロ波屈折率ｎmが低減され得る。広帯域化された半導体光変調器１ｆが提供され得る。
【０２０３】
半導体光変調器１ｆでは、第３進行波電極１８ａは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと変調領域１９ａとにおいて、一定幅を有する。第４進行波電極１８ｂは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと変調領域１９ａとにおいて、一定幅を有する。第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂは、各々、単純な形状を有する。そのため、第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂにおけるマイクロ波の伝搬特性が劣化することが防止され得る。広帯域化された半導体光変調器１ｆが提供され得る。さらに、半導体光変調器１ｆのサイズが増加することと、半導体光変調器１ｆの製造コストが増加することとが防止され得る。
【０２０４】
半導体光変調器１ｆでは、単位構造１０ｆは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとの間に配置されている遷移領域１９ｃを含んでもよい。遷移領域１９ｃにおいて、第１接地電極１７ａと第１進行波電極１６ａとの間の第１の間隔は徐々に変化している。遷移領域１９ｃにおいて、第２接地電極１７ｂと第２進行波電極１６ｂとの間の第２の間隔は徐々に変化している。遷移領域１９ｃにおいて、第２接地電極１７ｂと第３進行波電極１８ａとの間の第３の間隔は徐々に変化している。遷移領域１９ｃにおいて、第３接地電極１７ｃと第４進行波電極１８ｂとの間の第４の間隔は徐々に変化している。遷移領域１９ｃは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとの間で、第１進行波電極１６ａ、第２進行波電極１６ｂ、第３進行波電極１８ａ及び第４進行波電極１８ｂを伝搬するマイクロ波が反射することを低減し得る。広帯域化された半導体光変調器１ｆが提供され得る。
【０２０５】
遷移領域１９ｃにおける第１接地電極１７ａの幅は、変調領域１９ａにおける第１接地電極１７ａの第２の幅Ｗ2よりも大きくてもよい。遷移領域１９ｃにおける第２接地電極１７ｂの幅は、変調領域１９ａにおける第２接地電極１７ｂの第４の幅Ｗ4よりも大きくてもよい。遷移領域１９ｃにおける第３接地電極１７ｃの幅は、変調領域１９ａにおける第３接地電極１７ｃの第６の幅Ｗ6よりも大きくてもよい。第１絶縁層２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂは、遷移領域１９ｃにおいて、第１光導波路１３ａと第１進行波電極１６ａとの間と、第２光導波路１３ｂと第２進行波電極１６ｂとの間と、第３光導波路５３ａと第３進行波電極１８ａとの間と第４光導波路５３ｂと第４進行波電極１８ｂとに配置されてもよい。そのため、半導体光変調器１ｆのキャパシタンスＣがさらに低減される。広帯域化された半導体光変調器１ｆが提供され得る。
【０２０６】
半導体光変調器１ｆでは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う変調領域１９ａの第１長さは、第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う単位構造１０ｆの第１全長の０．５０倍以上０．９５倍以下であってもよい。第１光導波路１３ａ及び第２光導波路１３ｂに沿う非変調領域１９ｂの第２長さは、単位構造１０ｆの第１全長の０．０４倍以上０．４８倍以下であってもよい。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う変調領域１９ａの第３長さは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う単位構造１０ｆの第２全長の０．５０倍以上０．９５倍以下であってもよい。第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿う非変調領域１９ｂの第４長さは、単位構造１０ｆの第２全長の０．０４倍以上０．４８倍以下であってもよい。単位構造１０ｆに占める変調領域１９ａの割合を単位構造１０ｆに占める非変調領域１９ｂの割合よりも大きくすることによって、半導体光変調器１ｆのサイズの増加を抑制しつつ、半導体光変調器１ｆを広帯域化することができる。
【０２０７】
実施の形態７．
図３６から図３８を参照して、実施の形態７の半導体光変調器１ｇを説明する。本実施の形態の半導体光変調器１ｇは、実施の形態５の半導体光変調器１ｅと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０２０８】
図３７に示されるように、半導体光変調器１ｇの非変調領域１９ｂでは、実施の形態５の第２絶縁層２７ａ，２７ｂに代えて、実施の形態５の第２半導体層２１ａ，２１ｂが設けられている。図３８に示されるように、半導体光変調器１ｇの遷移領域１９ｃでは、実施の形態５の第２絶縁層２７ａ，２７ｂに代えて、実施の形態５の第２半導体層２１ａ，２１ｂが設けられている。
【０２０９】
本実施の形態の半導体光変調器１ｇの効果を説明する。本実施の形態の半導体光変調器１ｇは、実施の形態５の半導体光変調器１ｅの効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０２１０】
半導体光変調器１ｇでは、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂとは、同じハイメサ光導波路構造を有している。そのため、半導体光変調器１ｇは容易に製造され得る構造を有しており、半導体光変調器１ｇの製造誤差が低減され得る。また、変調領域１９ａと非変調領域１９ｂと遷移領域１９ｃとは、同じハイメサ光導波路構造を有してもよい。そのため、半導体光変調器１ｇは容易に製造され得る構造を有しており、半導体光変調器１ｇの製造誤差が低減され得る。
【０２１１】
実施の形態８．
図３９を参照して、実施の形態８の半導体光変調器１ｈを説明する。本実施の形態の半導体光変調器１ｈは、実施の形態５の半導体光変調器１ｅと同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【０２１２】
半導体光変調器１ｈにおいて、終端部７ｄの差動インピーダンスは１００Ω未満である。終端部７ｄの差動インピーダンスは、２５Ω以上であってもよく、５０Ω以上であってもよい。非変調領域１９ｂのインピーダンスは、変調領域１９ａの第１インピーダンスよりも大きい。遷移領域１９ｃのインピーダンスは、変調領域１９ａのインピーダンスよりも大きく、かつ、非変調領域１９ｂのインピーダンスよりも小さい。例えば、終端部７ｄの差動インピーダンスが７０Ωのインピーダンスを有しており、第１終端抵抗３５ｄ及び第２終端抵抗３６ｄは、各々、３５Ωのインピーダンスを有している。変調領域１９ａは７０Ω未満のインピーダンスを有し、非変調領域１９ｂは７０Ω超のインピーダンスを有している。こうして、半導体光変調器１ｈ全体のインピーダンスを７０Ωに近づけることができる。
【０２１３】
終端部７ｄの差動インピーダンスを１００Ω未満に設定することを可能にする電気アンプ３３ｄとして、例えば、ＭＡＣＯＭ社のＭＡＯＭ−０６４０８またはＭＡＯＭ−０６４１２が利用可能である。
【０２１４】
本実施の形態の半導体光変調器１ｈの効果を説明する。本実施の形態の半導体光変調器１ｈは、実施の形態５の半導体光変調器１ｅの効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０２１５】
本実施の形態の半導体光変調器１ｈでは、終端部７ｄの差動インピーダンスは１００Ω未満である。そのため、終端部の差動インピーダンスが１００Ωである半導体光変調器に比べて、半導体光変調器１ｈのキャパシタンスＣをさほど減少させなくても、半導体光変調器１ｈと終端部７ｄとの間のインピーダンス整合を容易に実現することができる。こうして、半導体光変調器１ｈは容易に広帯域化され得る。また、半導体光変調器１ｈが小型化され得る。
【０２１６】
今回開示された実施の形態１から実施の形態８及びそれらの変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、実施の形態１から実施の形態８では、ＩｎＰ系の半導体光変調器を説明したが、ＧａＡs系の半導体光変調器のような他の半導体材料系の半導体光変調器であってもよい。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１から実施の形態８及びそれらの変形例の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【０２１７】
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ  光変調器、１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ  半導体光変調器、５  光導波路、７，７ｂ，７ｄ  終端部、１０，１０ｂ，１０ｅ，１０ｆ  単位構造、１１  第１光入力部、１２  第１光分岐部、１３ａ  第１光導波路、１３ｂ  第２光導波路、１４  第１光合波部、１５  第１光出力部、１６ａ  第１進行波電極、１６ｂ  第２進行波電極、１７ａ  第１接地電極、１７ｂ  第２接地電極、１７ｃ  第３接地電極、１７ｐ  第１突出部、１７ｑ  第２突出部、１７ｒ  第３突出部、１７ｓ  第４突出部、１８ａ  第３進行波電極、１８ｂ  第４進行波電極、１９ａ  変調領域、１９ｂ  非変調領域、１９ｃ  遷移領域、２０  第１半導体層、２１ａ，２１ｂ，２５ａ，２５ｂ  第２半導体層、２２ａ，２２ｂ，２６ａ，２６ｂ  コンタクト層、２３ａ，２３ｂ，２７ａ，２７ｂ  第２絶縁層、２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂ  第１絶縁層、２９  埋め込み層、３０，３０ｂ  信号源、３３，３３ｂ，３３ｄ  電気アンプ、３５，３５ｂ，３５ｄ  第１終端抵抗、３６，３６ｂ，３６ｄ  第２終端抵抗、４０  レーザ光源、４１  光、４２  変調光、５１  第２光入力部、５２  第２光分岐部、５３ａ  第３光導波路、５３ｂ  第４光導波路、５４  第２光合波部、５５  第２光出力部、６１，６１ｆ  第１マッハツェンダ光変調器部分、６２，６２ｆ  第２マッハツェンダ光変調器部分、６６  光入力部、６７  光分岐部、６８  光合波部、６９  光出力部、１１２，１１３，２２３  グランド電極、１１４  第１電極、１１６  第２電極、１２０  低誘電率材料層、１３０  ｎ層、２２４  第３電極、２２６  第４電極、Ａ  変調部、Ｂ  遷移部、Ｃ  非変調部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月18日(2020.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
単位構造１０ｂは、第３光導波路５３ａ及び第４光導波路５３ｂに沿って配列されている。図１０に示されるように、単位構造１０ｂは、変調部Ａと、非変調部Ｃと、変調部Ａと非変調部Ｃとの間に形成された遷移部Ｂとを含む。遷移部Ｂは、変調部Ａと非変調部Ｃとの間で、電気信号の反射ができる限り小さくなるように構成される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
ｎ層１３０より上側かつ第３電極２２４および第４電極２２６より下側の部分であって、光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）、ｐ層（第２半導体層２５ａ，２５ｂ）およびコンタクト層２６ａ，２６ｂが形成されていない部分には、低誘電率材料層１２０が充填されている。低誘電率材料層１２０は、埋め込み層である。低誘電率材料層１２０の上には、第３電極２２４および第４電極２２６からそれぞれ間隔を空けて、グランド電極１１３，２２３が形成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
図１２に示されるように、遷移部Ｂは、変調部Ａと同様に、ｎ層１３０と、その上の光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）と、これらの周りを充填する低誘電率材料層１２０とを有する。しかし、遷移部Ｂでは、変調部Ａと異なり、光導波層（第３光導波路５３ａ、第４光導波路５３ｂ）の上には、絶縁層（第２絶縁層２７ａ，２７ｂ）が形成されている。絶縁層（第２絶縁層２７ａ，２７ｂ）は、例えばｉ−ＩｎＰまたはＦｅ−ＩｎＰなどから成るが、これに限定されず、全ての誘電体材料を含む。絶縁層（第２絶縁層２７ａ，２７ｂ）の上には、誘電体、典型的にはＳｉＯ2などの絶縁体から成る表面層（第１絶縁層２８ａ，２８ｂ）が形成される。表面層（第１絶縁層２８ａ，２８ｂ）の上には、第３電極２２４および第４電極２２６が、互いに間隔を空けて形成されている。低誘電率材料層１２０の上には、第３電極２２４および第４電極２２６からそれぞれ間隔を空けて、グランド電極１１３，２２３が形成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
実施の形態２では、実施の形態１と同様に、変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃの各電極の幅および各電極間の距離を調整し、更に１つの単位構造１０ｂ内における変調部Ａ、遷移部Ｂおよび非変調部Ｃの比率と、１つの単位構造１０ｂの長手方向の長さを調整することにより、キャパシタンスとインダクタンスを細かく調整することができる。したがって、第１マッハツェンダ光変調器部分６１のインピーダンスと第２マッハツェンダ光変調器部分６２のインピーダンスとを１００オームに近づけることと、第１マッハツェンダ光変調器部分６１のマイクロ波屈折率と第２マッハツェンダ光変調器部分６２のマイクロ波屈折率とを３．６に近づけることとを達成でき、広帯域化を達成することができる。
【国際調査報告】
2019106890.tif 000047
2019106890.tif 000048
2019106890.tif 000049
2019106890.tif 000050