(57)【要約】【課題】  ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型の半導体マッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）を実現できるようにする。【解決手段】  半導体マッハツェンダ型光変調器を、ＩｎＰ系材料からなり、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、第１光導波路の側方の第１ライン電極と、第２光導波路の側方の第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、第１光導波路上に形成され、第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、第２光導波路上に形成され、第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極と、複数の第１離散電極及びその下方の第１光導波路からなる複数の第１位相変調器と、第２離散電極及びその下方の第２光導波路からなる複数の第２位相変調器とを備えるものとし、複数の第２位相変調器の合計作用長を、複数の第１位相変調器の合計作用長よりも長くする。【選択図】        図１
2006065085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記複数の第１離散電極及びその下方に位置する前記第１光導波路のそれぞれによって複数の第１位相変調器が構成され、
前記第２離散電極及びその下方に位置する前記第２光導波路のそれぞれによって複数の第２位相変調器が構成され、
前記複数の第２位相変調器の作用長を足し合わせた合計作用長が、前記複数の第１位相変調器の作用長を足し合わせた合計作用長よりも長くなるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項２】
前記複数の第２離散電極の長さを足し合わせた合計電極長が、前記複数の第１離散電極の長さを足し合わせた合計電極長よりも長くなるように構成されることを特徴とする、請求項１記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項３】
前記複数の第２位相変調器のそれぞれの作用長の平均値が、前記複数の第１位相変調器のそれぞれの作用長の平均値よりも大きくなるように構成されることを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項４】
前記第２離散電極の総数が、前記第１離散電極の総数よりも多くなるように構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項５】
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、前記複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、前記第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に光出力が小さくなる駆動条件の場合に、前記電極長非対称パラメータｒの値が０．０５〜０．１７の範囲内になるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項６】
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、前記複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、前記第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に光出力が大きくなる駆動条件の場合に、前記電極長非対称パラメータｒの値が０．１７〜０．３６の範囲内になるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項７】
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記第２光導波路の光閉じ込め係数が、前記第１光導波路の光閉じ込め係数よりも大きくなるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項８】
前記第１離散電極が設けられる前記第１光導波路の幅が、前記第２離散電極が設けられる前記第２光導波路の幅よりも狭くなるように構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
【請求項９】
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備える半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法であって、
チャーピング量を示すチャープパラメータと、電極長の非対称性を示す電極長非対称パラメータとの関係を示す特性に基づいて、前記第１の離散電極及び前記第２の離散電極のそれぞれの電極長を設定し、
前記第１の離散電極及び前記第２の離散電極のそれぞれの電極長が、設定されたそれぞれの電極長になるように半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
【請求項１０】
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備える半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法であって、
チャーピング量を示すチャープパラメータと、光導波路の幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１及び第２光導波路の幅を設定し、
前記第１及び第２光導波路のそれぞれの幅が、設定されたそれぞれの幅になるように半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体マッハツェンダ型光変調器及びその製造方法に関し、例えば光通信システムにおいて光送信器を構成する光変調器として用いられて好適の半導体マッハツェンダ型光変調器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて用いられる光送信器には、入力電気信号の波形に応じて連続光を強度変調して変調光を出力する機能（光変調器，光半導体素子）が備えられている。
このような光送信器（光変調器）においては、光の強度変調に付随して生じる波長の変動、即ち、波長チャーピングを小さく抑えること（低波長チャーピング動作）が望まれる。これは、波長チャーピングが大きいと、光ファイバの波長分散によって伝送する光の強度波形が崩れ、その結果、伝送距離が短く制限されてしまうためである。
【０００３】
特に、中・長距離を伝送する光伝送システムにおいては、分散補償ファイバを用いて伝送路のトータルの分散をゼロにするとともに、光送信器（光変調器）の波長チャーピングを実質的にゼロに等しくすることが要求される。これにより、伝送距離によらず良好な波形品質を保つことができ、かつ、伝送路の総分散量の揺らぎに対しても影響を受けにくいシステムにすることが可能となる。
【０００４】
低波長チャーピングを実現するために、光送信器として、連続光を出射する半導体レーザ（例えばレーザダイオードＬＤ）と、この連続光の強度を入力電気信号にしたがって変調する外部変調器とを組み合わせて用いるのが一般的である。外部変調器の中でも、プッシュプル駆動のマッハツェンダ型光変調器は、原理的にゼロチャーピングを実現できるため有望視されている。
【０００５】
ここで、図２０（ａ），（ｂ）はプッシュプル駆動の半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図である。
プッシュプル動作を行なう半導体マッハツェンダ型光変調器は、図２０（ａ）に示すように、２本の光導波路（アーム）５０Ａ，５０Ｂ，２つの光カプラ５１，５２によってマッハツェンダ光干渉計を構成し、一方の端部から入射される連続光を、一旦、光カプラ５１で分岐し、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂへ導いた後、再び光カプラ５２で結合して、他方の端部から変調光を出射するようになっている。光導波路５０Ａ，５０Ｂは、図２０（ｂ）に示すように、上下の導電性半導体クラッド層５３，５４によって光導波路コア層５５が挟まれた構造になっている。また、図２０（ａ），（ｂ）に示すように、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂ上にはそれぞれ電極５５，５６が形成されている。さらに、図２０（ａ）に示すように、これらの電極５５，５６には、それぞれ駆動電源５７，５８が接続されており、これらの駆動電源５７，５８からそれぞれの電極５５，５６に電気信号（電圧）が入力されるようになっている。これらの電極を信号電極という。また、図２０（ｂ）に示すように、光導波路５０Ａ，５０Ｂの下側（裏面側）には導電性半導体クラッド層５４を介して電極５９が形成されている。この電極５９は接地されており、グランド電位になっているため、接地電極という。
【０００６】
そして、２つの駆動電源５７，５８から信号電極５５，５６に電気信号が入力されると、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂのそれぞれに電圧が印加され、電気光学効果によって、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂのそれぞれの屈折率が、印加された電圧の大きさに応じて変化するようになっている。
次に、このように構成される電気光学効果を利用したマッハツェンダ型光変調器の動作について説明する。
【０００７】
まず、光のＯＮ状態を出力する場合には、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂ上の電極５５，５６のそれぞれに等しくＶ０の電圧を印加する。この場合、電気光学効果によって２本のアーム５０Ａ，５０Ｂの屈折率がそれぞれ変化する。これにより、光カプラ５１で分岐された後、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂ内をそれぞれ伝搬してきた光の位相は、電圧がゼロの時と比較して変化する。しかしながら、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂには等しい電圧が与えられているため、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂを伝搬してきた光の位相の変化量は等しい。したがって、再び光カプラ５２で結合する時にこれらの光の位相は等しくなるため、元の入射光と同じ強度の光が再生されることになる。この入射光と同じ強度に再生された光を出力することで、光のＯＮ状態が出力されることになる。
【０００８】
一方、光のＯＦＦ状態を出力する場合には、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂ上の電極５５，５６のそれぞれに、Ｖ０±ΔＶの電圧を印加する。この場合、電気光学効果によって２本のアーム５０Ａ，５０Ｂの屈折率が変化し、一方のアーム５０Ａ（又は５０Ｂ）の屈折率は低くなり、他方のアーム５０Ｂ（又は５０Ａ）の屈折率は高くなる。これにより、光カプラ５１で分岐された後、光をＯＮ状態にする場合を基準にして、一方のアーム５０Ａ（又は５０Ｂ）を伝播する光の位相は進み、他方のアーム５０Ｂ（又は５０Ａ）を伝播する光の位相は遅れることになる。つまり、光をＯＮ状態にする場合の位相をゼロとし、位相が進む側をプラス、遅れる側をマイナスとすると、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂ内を伝搬してきた光の位相は、互いに逆符号に変化する。なお、ΔVは、これらの光の間の位相差が２本のアーム５０Ａ，５０Ｂをそれぞれ伝搬してきた後にπラジアン（１８０°）になるように決められる。このため、これらの光が再び光カプラ５２で結合する際には、これらの２つの分岐光が互いに打ち消し合って消光することになる。これにより、実質的に光強度がゼロとなり、光のＯＦＦ状態が出力されることになる。
【０００９】
このように、プッシュプル駆動のマッハツェンダ型光変調器では、上述のように、光のＯＮ→ＯＦＦ（又はＯＦＦ→ＯＮ）の状態変化の際に、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂに印加される電圧の変化は、同じ量で、符号が逆である。したがって、印加電圧の変化の際に２本のアーム５０Ａ，５０Ｂを伝搬する光が受ける位相の変化も、同じ量で、符号が逆になる。これにより、２本のアーム５０Ａ，５０Ｂを伝搬する光が再び光カプラ５２で結合する際に、合波した光の位相は常に一定に保たれる（光の周波数で変化する部分を除く）。これは、単位時間あたりの光の位相変化で表される波長チャーピングがゼロになることを示している。
【００１０】
ところで、例えば特許文献１では、図２０（ａ），（ｂ）に示すようなプッシュプル型のマッハツェンダ光変調器において、２本のアーム上に形成される電極の長さを調整することで、波長チャーピング量を制御できることが記載されている。
つまり、２本のアーム上の電極長を等しくすれば、上述のように、２本のアームを伝播する光の位相変化が互いに逆符号で同じ量となるため、ゼロチャーピングとなる。
【００１１】
これに対し、一方のアーム上に形成される電極の長さを長くし、他方のアーム上に形成される電極の長さを短くした場合、即ち、電極長を２本のアーム間で非対称とした場合は、２本のアームを伝搬する光の位相変化量が異なることになる。つまり、電極長の長い電極が形成されている側のアームを伝搬する光の方が、より大きな位相変化を受けることになる。この場合、２本のアームを伝播する光を再び光カプラで結合する際に、合波した光の位相は一定にならず、ＯＮ／ＯＦＦ（又はＯＦＦ／ＯＮ）の状態変化の際に変化することになる。この結果、光カプラで結合した光にはゼロでないチャーピングが生じる。この波長チャーピング量は、電極長の非対称性に応じて変化することになる。
【００１２】
また、図２０（ａ），（ｂ）と同様にプッシュプル動作を行なうマッハツェンダ型光変調器として、図２１（ａ），（ｂ）に示すような容量装荷型の電極構造を有するマッハツェンダ型光変調器もある。このような容量装荷型の電極構造（進行波電極の一種）を有するマッハツェンダ型光変調器は、最初にＧａＡｓ系の材料を用いるものとして提案され、主に、このＧａＡｓ系材料について検討されてきた。
【００１３】
ここで、図２１（ａ），（ｂ）は、それぞれ、容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器の上面図、断面図を示している。
図２１（ａ）に示すように、２本のアーム（光導波路）１２０Ａ，１２０Ｂの両脇には、高周波伝送路となるコプレーナ・スロットライン型の進行波電極１２３，１２４がそれぞれ形成されている。また、２本のアーム１２０Ａ，１２０Ｂ上には、それぞれ離散的に電極１２７，１２８が形成されている。そして、これらの離散電極１２７，１２８は、それぞれスロットライン型の進行波電極１２３，１２４に接続されている。離散電極１２７，１２８の設けられている部分は微小な位相変調器１３２として機能する。特に、離散電極１２７，１２８の長さは全て同一になっている。つまり、それぞれのアーム１２０Ａ，１２０Ｂ上に形成されるそれぞれの離散電極１２７，１２８は全て同一の長さを有しており、また、２本のアーム１２０Ａ，１２０Ｂ間で比較しても、同一の長さを有している。
【００１４】
このような容量装荷型の電極構造を有するマッハツェンダ型光変調器では、変調のための電気信号は、コプレーナ・スロットライン型電極１２３，１２４の一方の端部から入力され、離散的に形成された離散電極１２７，１２８に電圧を供給しながら、このスロットライン型電極１２３，１２４上を伝搬していく。この電極構造では、変調のための電気信号が進行波電極を伝搬する際の損失が小さく、そのため広帯域な変調動作が可能になる。
【００１５】
ここで、２枚のコプレーナ・スロットライン型電極のうち、変調信号を供給する駆動電源（高周波駆動電源）１２５のシグナル端子に接続された電極（信号電極，シグナル側電極）１２３は、グランド端子に接続された電極（接地電極，グランド側電極）１２４と比較して、電極の幅が狭く形成されている。つまり、容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器においては、２本のアーム１２０Ａ，１２０Ｂ上に形成される離散電極１２７、１２８に接続されているスロットライン電極１２３，１２４の形状が非対称になっている。
【００１６】
また、図２１（ｂ）［図２１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図］に示すように、２本の光導波路１２０Ａ，１２０Ｂは、いずれも、クラッド層としての導電性半導体層１０２，１０４によって光導波路コア層１０３を挟み込んだ構造になっている。そして、変調のための高周波駆動電源１２５が、２枚のスロットライン電極１２３，１２４を介して、２本のアーム（光導波路）１２０Ａ，１２０Ｂ上に形成される離散電極１２７，１２８に接続されている。また、２本のアーム１２０Ａ，１２０Ｂは、その下方の導電性半導体層１０２を介して、高周波駆動電源１２５に対して電気的に直列に接続されている。
【００１７】
したがって、高周波駆動電源１２５から供給される変調電圧Ｖは、図２１（ｂ）に示すように、２本のアーム１２０Ａ，１２０Ｂのそれぞれのコア層に対して、同じ大きさで逆向きに分配されて印加されることになる。
このように、容量装荷型マッハツェンダ光変調器においても、２本のアーム１２０Ａ，１２０Ｂ、即ち、光導波路コア層１０３に変調のための電圧を印加することで、図２０（ａ），（ｂ）に示すようなプッシュプル型のマッハツェンダ型光変調器と同様に、プッシュプル変調動作が可能である。したがって、容量装荷型マッハツェンダ光変調器においても、ゼロチャーピング動作が期待される。
【００１８】
また、容量装荷型マッハツェンダ光変調器における波長チャーピングの制御方法については、例えば特許文献２に記載されたものがある。
特許文献２には、ＧａＡｓ系材料からなる容量装荷型マッハツェンダ光変調器において、２本のアーム（光導波路）上に形成される電極の長さを等しくし、対称な構造とすることで、ゼロチャーピングが実現されることが記載されている。また、特許文献２では、２本のアーム上に形成される電極を等しい長さにしたままで、一方の電極に余分な電気容量成分を並列に接続することで、ゼロでないチャーピングが実現されるとしている。これは、余分な電気容量成分を接続した方の電極において、アーム（光導波路）に印加される電圧の大きさが他方に比較して小さくなり、これにより、２本のアームを伝搬する光の位相変化の大きさに差が生じるためである。
【００１９】
ところで、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、容量装荷型のマッハツェンダ変調器をＩｎＰ系材料によって構成することも検討されている。
例えば非特許文献１，２において、ＩｎＰ基板上に、ＩｎＰからなるクラッド層と、ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ（多重量子井戸）からなる光導波路コア層とを形成して、容量装荷型のマッハツェンダ変調器を構成することが記載されている。
【００２０】
ＩｎＰ系材料の特徴として、バンド端吸収を生じる波長（吸収端波長）が、通常の光通信システムにおける動作波長の１．３μm帯もしくは１．５５μm帯に近いということが挙げられる。これにより、ＩｎＰ系材料は、単位長さ、単位電圧あたりの電気光学効果による屈折率の変化が、他のＧａＡｓ等の半導体材料やＬｉＮｂＯ3等の誘電体材料と比較して大きいという特徴がある。このため、ＩｎＰ系材料からなるマッハツェンダ型光変調器では、他の材料からなる光変調器と比較して素子長を短くすることが可能となる。
【００２１】
一方、このようにバンド端吸収を生じる波長が動作波長に近いため、ＩｎＰ系材料を用いる場合、光導波路を伝搬する光に、吸収による損失が生じるという他の材料を用いる場合と異なる点がある。この光の吸収量は光導波路に印加される電圧によって変化する。
なお、このほか、マッハツェンダ型光変調器において、チャーピングを調整するための技術として、例えば特許文献３〜５に記載された技術がある。
【特許文献１】米国特許第５９９１４７１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０１９０１０７号明細書
【特許文献３】特開２００３−３２２８３１号公報
【特許文献４】特開平７−１９９１３３号公報
【特許文献５】特開平９−６１７６６号公報
【非特許文献１】S. Akiyama et al. "40 Gb/s InP-based Mach-Zehnder Modulator with a driving voltage of 3 VPP" 16th International Conference on Indium Phosphide Related Materials, ThA1-4, 2004
【非特許文献２】D. Hoffmann et al. "45 GHZ BANDWIDTH TRAVELLING WAVE ELECTRODE MACH-ZEHNDER MODULATOR WITH INTEGRATED SPOT SIZE CONVERTER" 16th International Conference on Indium Phosphide Related Materials, ThA1-5, 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、上述のように、特許文献１のようなプッシュプル型のマッハツェンダ光変調器では、電極長を調整することで、波長チャーピング量を制御できるため、電極長を適切に設計することで（具体的には、電極長を対称にすることで）、ゼロチャーピングが得られる。また、ＧａＡｓ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ変調器についても同様で、電極長を対称とすることでゼロチャーピングが得られる。
【００２３】
しかしながら、ＩｎＰ系材料を用いた容量装荷型のマッハツェンダ変調器においては、電極長を等しくし、２つのアーム（光導波路）間で対称にしたとしても、実質的なゼロチャーピングにならならいことが、本発明者による実験を通じて明らかになった。
ここで、電極長を等しくし、２つのアーム（光導波路）間で対称にした場合であっても、ゼロチャーピングにならない理由は、上述のようにＩｎＰ系材料からなるマッハツェンダ変調器においては光導波路（アーム）に印加された電圧によって光導波路の屈折率だけでなく、光導波路の吸収係数も同時に変化してしまうというＩｎＰ系材料に特有の現象が起こるためであると考えられる。また、容量装荷型の電極構造の場合には、さらに電極の構造が２つのアーム（光導波路）間で非対称であるためであると考えられる。光導波路の吸収係数が電圧に対して変化した場合に、電極の構造が２つのアーム（光導波路）間で非対称であるため、波長チャーピングに与える影響の仕方も図２０に示すような単純な電極構造の場合と比較して複雑である。
【００２４】
このように、従来のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ変調器においては、光導波路の光の吸収特性や非対称な電極配置のために、電極長が対称な場合においてゼロチャーピングが得られなかった。また、電極長の非対称性と波長チャーピングとの関係も、一般的なプッシュプル型のマッハツェンダ光変調器における公知の関係と異なっており、不明であった。このため、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ変調器においてはゼロチャーピングを得るための最適な電極長の設計が不明であり、その結果、一般的なプッシュプル型のマッハツェンダ光変調器のように、電極長の調整により、ゼロチャーピングを得ることができなかった。
【００２５】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータを明らかにし、これを用いて低チャーピング動作（ゼロチャーピング動作を含む）を実現できるようにした半導体マッハツェンダ型光変調器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
このため、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器は、ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、第２光導波路の側方に形成され、第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、第１光導波路上に離散的に形成され、第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、第２光導波路上に離散的に形成され、第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、複数の第１離散電極及びその下方に位置する第１光導波路のそれぞれによって複数の第１位相変調器が構成され、第２離散電極及びその下方に位置する第２光導波路のそれぞれによって複数の第２位相変調器が構成され、複数の第２位相変調器のそれぞれの実効的な作用長（実質的に光が変調される部分の長さ）を足し合わせた合計作用長が、複数の第１位相変調器の作用長を足し合わせた合計作用長よりも長くなるように構成されることを特徴としている。
【００２７】
また、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器は、ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、第２光導波路の側方に形成され、第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、第１光導波路上に離散的に形成され、第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、第２光導波路上に離散的に形成され、第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に（後述する本発明の実施形態では、シグナル側スロットライン電極が設けられる光導波路に印加される逆バイアス電圧を大きくしていった時に）光出力が小さくなる駆動条件の場合に、電極長非対称パラメータｒの値が０．０５〜０．１７の範囲内になるように構成されることを特徴としている。
【００２８】
また、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器は、ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、第２光導波路の側方に形成され、第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、第１光導波路上に離散的に形成され、第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、第２光導波路上に離散的に形成され、第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に（後述する本発明の実施形態では、シグナル側スロットライン電極が設けられる光導波路に印加される逆バイアス電圧を大きくしていった時に）光出力が大きくなる駆動条件の場合に、電極長非対称パラメータｒの値が０．１７〜０．３６の範囲内になるように構成されることを特徴としている。
【００２９】
また、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器は、ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、第２光導波路の側方に形成され、第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、第１光導波路上に離散的に形成され、第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、第２光導波路上に離散的に形成され、第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、第２光導波路の光閉じ込め係数が、第１光導波路の光閉じ込め係数よりも大きくなるように構成されることを特徴としている。
【００３０】
また、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法は、ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、第２光導波路の側方に形成され、第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、第１光導波路上に離散的に形成され、第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、第２光導波路上に離散的に形成され、第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備える半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法であって、チャーピング量を示すチャープパラメータと、電極長の非対称性を示す電極長非対称パラメータとの関係を示す特性に基づいて、第１の離散電極及び第２の離散電極のそれぞれの電極長を設定し、第１の離散電極及び第２の離散電極のそれぞれの電極長が、設定されたそれぞれの電極長になるように半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することを特徴としている。
【００３１】
また、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法は、ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、第２光導波路の側方に形成され、第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、第１光導波路上に離散的に形成され、第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、第２光導波路上に離散的に形成され、第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備える半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法であって、チャーピング量を示すチャープパラメータと、光導波路の幅との関係を示す特性に基づいて、第１及び第２光導波路の幅を設定し、第１及び第２光導波路のそれぞれの幅が、設定されたそれぞれの幅になるように半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３２】
したがって、本発明の半導体マッハツェンダ型光変調器及びその製造方法によれば、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータ（例えば電極長など）を用いることで、低チャーピング動作（ゼロチャーピング動作を含む）を実現できるという利点がある。これにより、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、チャーピング（チャープパラメータ）の制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器及びその製造方法について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器としてのＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器及びその製造方法について、図１〜図１３を参照しながら説明する。
【００３４】
本実施形態にかかるＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器（光半導体素子）は、図１に示すように、高抵抗ＩｎＰ基板（半絶縁性半導体基板）１上に形成されている。
ここで、ＩｎＰ系材料とは、ＩｎＰ又はＩｎＰに格子整合しうる材料、又は、ＩｎＰとの間の格子不整合の度合いがゼロか若しくは十分に小さい（例えば１．０％以内）材料をいう。特に、ＩｎＰ基板上に結晶成長（例えばエピタキシャル成長）させることのできる材料が好ましい。
【００３５】
高抵抗ＩｎＰ基板１上には、図２〜図４に示すように、平面状にｎ型導電性のＩｎＰ層（ｎ−ＩｎＰ層，導電性半導体層）２が形成されている。ｎ−ＩｎＰ層２は、後述するＤＣバイアス電極３１からＤＣバイアスが印加される層であるため、ｎ−ＩｎＰバイアス層（高導電率層）ともいう。ｎ−ＩｎＰ層２の膜厚は１．５μｍである。このｎ−ＩｎＰ層２のドーパントはシリコン（Ｓｉ）であり、ドーパント濃度は１．０×１０18／ｃｍ3である。
【００３６】
ここでは、ｎ−ＩｎＰ層２には、図２，図３に示すように、その上面（具体的には、上方に２本のアーム２０Ａ，２０Ｂを構成する後述のｉ−ＭＱＷ層３が形成される部分）に、光軸方向に延びる２つのライン状の凸部２Ａが形成されている。この凸部２Ａの膜厚は０．３μｍであり、光軸に沿って一様な膜厚に形成されている。この凸部２Ａには、後述の光導波路コア層としてのｉ−ＭＱＷ層３が接するため、ｎ−ＩｎＰ層２は光導波路クラッド層（導電性半導体クラッド層）としても機能する。
【００３７】
なお、ｎ−ＩｎＰ層２と高抵抗ＩｎＰ基板１との間にバッファ層を設けても良い。また、バッファ層を高抵抗ＩｎＰ層として形成する場合には、ｎ−ＩｎＰ層と高抵抗ＩｎＰ層との間にアンドーピングのＩｎＧａＡｓＰ（ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ）からなるエッチストップ層（ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層）を設けても良い。
そして、ｎ−ＩｎＰ層２上には、図１に示すように、第１，第２のアーム（光導波路）２０Ａ，２０Ｂを含む埋込型光導波路２０と、第１，第２の多モード干渉（ＭＭＩ）光カプラ２１，２２とが形成されており、これらにより、マッハツェンダ光干渉計が構成される。
【００３８】
ここで、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図４は図１のＣ−Ｃ矢視断面図である。
マッハツェンダ干渉計を構成する２本のアーム２０Ａ，２０Ｂは、図２〜図４に示すように、いずれも、ｎ−ＩｎＰ層２（具体的にはｎ−ＩｎＰ層２の凸部２Ａ），ｉ−ＭＱＷ層３，ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５，ＳＩ−ＩｎＰ層６から構成される。なお、ここでは、２本のアーム２０Ａ，２０Ｂの断面構造は全く同じである。
【００３９】
まず、ｉ−ＭＱＷ層（光導波路コア層，絶縁性半導体コア層）３は、図２〜図４に示すように、アンドーピングの多重量子井戸（ｉ−ＭＱＷ）からなり、ｎ−ＩｎＰ層２の凸部２Ａ上に光軸に沿ってライン状に形成されている。このｉ−ＭＱＷ層３は、２５層の井戸層を有し、これらの井戸層をバリヤ層で挟み込んだ構造になっている。井戸層、バリヤ層の材料は、それぞれＩｎＰ、ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓＰである。井戸層及びバリヤ層の膜厚は共に１０ｎｍである。したがって、ｉ−ＭＱＷ層３全体の膜厚は０．５μｍである。ｉ−ＭＱＷ層３は光軸に沿って一様な膜厚に形成されている。また、ｉ−ＭＱＷ層３は、２本のアームを構成する光導波路２０Ａ，２０Ｂの伝播基本モードの電界分布のビーム径程度の幅（ここでは１．５μｍ）を有している。ｉ−ＭＱＷ層３のＰＬ発光波長は１．４３μｍである。
【００４０】
ｉ−ＭＱＷ層３上には、図２，図４に示すように、下から順に、ｐ型導電性のＩｎＰ層（ｐ−ＩｎＰ層，導電性半導体クラッド層，光導波路クラッド層）４、ｐ型導電性のＩｎＧａＡｓ層（ｐ−ＩｎＧａＡｓ層，導電性半導体層）５が形成されている。ｐ−ＩｎＰ層４の膜厚は２．０μｍであり、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５の膜厚は０．３μｍである。また、これらの層の幅は、いずれもｉ−ＭＱＷ層３の幅と等しく、１．５μｍである。ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５のドーパントは亜鉛（Ｚｎ）であり、ドーパント濃度はそれぞれ１．０×１０18／ｃｍ3，２．０×１０19／ｃｍ3である。なお、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５は、後述する離散電極とコンタクトする層であるため、コンタクト層ともいう。
【００４１】
このように、絶縁性半導体層としてのｉ−ＭＱＷ層３を、導電性半導体層としてのｎ−ＩｎＰ層２，ｐ−ＩｎＰ層４によって挟み込む構造とすることで、電圧をかけた場合に電界がｉ−ＭＱＷ層３に集中して生じるようにしている。
なお、ｉ−ＭＱＷ層３とｐ−ＩｎＰ層４との間に、例えば厚さ０．２μｍのアンドーピングのＩｎＰ層（ｉ−ＩｎＰ層）を設けても良い。
【００４２】
ここでは、図４に示すように、ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５は、上方に後述する離散電極を形成する部分（この部分を位相変調領域という）にのみ形成されている。つまり、後述する離散電極とその下方のｉ−ＭＱＷ層３との間に、ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５が形成されている。一方、図３，図４に示すように、ｉ−ＭＱＷ層３の上方の離散電極が形成されていない領域（位相変調領域以外の領域）、即ち、光軸方向に分断されたｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５からなる凸部（この部分が微小位相変調器となる）の間には、ＳＩ−ＩｎＰ層（高抵抗ＩｎＰ層，高抵抗性半導体層，半絶縁性半導体層）６が形成されている。このように、複数の微小位相変調器間のギャップ領域に、伝播損失の小さい高抵抗ＩｎＰ層としてのＳＩ−ＩｎＰ層を形成することで、高周波電気信号の損失を低減できるようにしている。なお、図４に示すように、ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５からなる凸部の間に形成されるＳＩ−ＩｎＰ層６の上面とｐ−ＩｎＧａＡｓ層５の上面とは同じ高さ位置になっており、全体が平坦面になっている。
【００４３】
また、ｉ−ＭＱＷ層３の側方には、図２に示すように、鉄（Ｆｅ）がドープされたＳＩ−ＩｎＰ層（高抵抗ＩｎＰ層，高抵抗性半導体層，半絶縁性半導体層）６が形成されている。つまり、図２に示すように、ｎ−ＩｎＰ層２の一部，ｉ−ＭＱＷ層３，ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５の各層の両側にＳＩ−ＩｎＰ層６が形成されている。これにより、ｎ−ＩｎＰ層２の一部，ｉ−ＭＱＷ層３，ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５がＳＩ−ＩｎＰ層６で埋め込まれた構造になっている。
【００４４】
これらのＳＩ−ＩｎＰ層６，ｉ−ＭＱＷ層３，ｐ−ＩｎＰ層４，ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５は、図２に示すように、いずれもｎ−ＩｎＰ層２上に形成されており、メサ構造を構成している。このメサ構造の幅は８．０μｍである。なお、第１のアーム２０Ａと第２のアーム２０Ｂとの間では、ｎ−ＩｎＰ層（ｎ−ＩｎＰバイアス層）２の上面が露出している。
なお、本実施形態では、ｉ−ＭＱＷ層３の下側に形成されるｎ−ＩｎＰ層２を、光導波路クラッド層としての機能と、バイアス層としての機能との双方を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば光導波路クラッド層として機能するｎ−ＩｎＰ層と、バイアス層として機能するｎ−ＩｎＰバイアス層（高導電率層）との２層に分けた構造にしても良い。この場合、ｎ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＰバイアス層との間に例えば厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層を設けることもできる。
【００４５】
ところで、第１，第２のアーム２０Ａ，２０Ｂの側方には、図１に示すように、コプレーナ・スロットライン型の２枚の電極２３，２４が光進行方向に沿って（即ち、アームに沿って）形成されている。この２枚のコプレーナ・スロットライン電極２３，２４は、第１，第２のアーム２０Ａ，２０Ｂの端面（即ち、メサ構造やｎ−ＩｎＰバイアス層２の端面）から所定距離（例えば１５μｍ）だけ離れたところに、膜厚６．０μｍになるように、金（Ａｕ）めっきによって形成されている。
【００４６】
２枚のスロットライン電極２３，２４のうち、一方の電極２３は高周波駆動電源２５のシグナル端子に接続されている。この電極２３をシグナル側ライン電極（第１ライン電極）という。他方の電極２４は高周波駆動電源２５のグランド端子に接続されている。この電極２４をグランド側ライン電極（第２ライン電極）という。そして、２枚のスロットライン電極２３，２４の一端から高周波電気信号を入力し、スロットライン電極２３，２４の他端に接続される終端抵抗２６で終端している。
【００４７】
ここでは、シグナル側ライン電極２３の幅は２０μｍになっており、グランド側ライン電極２４の幅は２４０μｍになっている。このように、グランド側ライン電極２４の幅はシグナル側ライン電極２３の幅よりも広くなっており、非対称な構造になっている。
また、第１，第２のアーム２０Ａ，２０Ｂ上（上述のメサ構造の上部）には、図１に示すように、それぞれ、光進行方向に沿って所定の間隔をおいて離散的に位相変調のための複数の電極（離散電極，位相変調電極）２７，２８が形成されている。これらの離散電極２７，２８は、膜厚４．０μｍになるように金（Ａｕ）めっきによって形成されている。ここでは、離散電極２７，２８は２本のアーム上にそれぞれ１０個ずつ形成されている。但し、紙面の都合上、図１では個数を省略し、それぞれ５個ずつ表示している。
【００４８】
そして、これらのスロットライン電極２３，２４と離散電極２７，２８とは、図１に示すように、それぞれ、金（Ａｕ）めっきによって形成されるエアブリッジ配線２９，３０を介して電気的に接続されている。なお、シグナル側ライン電極２３に接続される離散電極２７をシグナル側離散電極（第１離散電極）といい、グランド側ライン電極２４に接続される離散電極２８をグランド側離散電極（第２離散電極）という。また、シグナル側離散電極が形成されている側の光導波路（第２のアーム）２０Ｂをシグナル側光導波路（第１光導波路）といい、グランド側離散電極が形成されている側の光導波路（第１のアーム）２０Ａをグランド側光導波路（第２光導波路）という。
【００４９】
なお、それぞれの離散電極２７，２８及びその下方に形成されるｐ−ＩｎＧａＡｓ層５，ｐ−ＩｎＰ層４，ｉ−ＭＱＷ層３，ｎ−ＩｎＰ層２からなる光導波路２０Ａ，２０Ｂによって、微小位相変調器３２，３３が構成される。離散電極２７，２８は、それぞれ、２本のアーム２０Ａ，２０Ｂ上に離散的に複数設けられるため、２本のアーム２０Ａ，２０Ｂにはそれぞれ複数の微小位相変調器３２，３３が設けられることになる。なお、シグナル側光導波路２０Ｂ及び複数のシグナル側離散電極２７Ａから構成されるシグナル側の微小位相変調器３２を、シグナル側位相変調器（第１位相変調器）といい、グランド側光導波路２０Ａ及び複数のグランド側離散電極２８Ａから構成されるグランド側の微小位相変調器３３を、グランド側位相変調器（第２位相変調器）という。
【００５０】
なお、本光変調器の素子端側には、図１に示すように、ＤＣバイアス用電極パッド（ＤＣバイアス電極）３１が金（Ａｕ）めっきによって４．０μｍの厚さに形成されている。この部分には、２本の光導波路（アーム）２０Ａ，２０Ｂの下部に形成されるｎ−ＩｎＰバイアス層２（図２〜図４参照）が、電極パッド３１の下部まで引き出されて形成されている。これにより、ＤＣバイアス用電極パッド３１がｎ−ＩｎＰバイアス層２に電気的に接続されている。そして、光変調器の駆動時には、ＤＣバイアス用電極パッド３１にＤＣ電圧源からＤＣバイアスを与えることで、ｎ−ＩｎＰバイアス層２のＤＣにおける電位を所望の値に調整できるようになっている。また、図２に示すように、２本のアーム２０Ａ，２０Ｂのそれぞれに形成されるｉ−ＭＱＷ層３は、いずれも共通のｎ−ＩｎＰバイアス層２上に形成されており、ｉ−ＭＱＷ層３の下面のＤＣにおける電位が２本のアーム２０Ａ，２０Ｂ間で実質的に等しくなるようにしている。
【００５１】
ところで、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型マッハツェンダ光変調器では、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）を実現することが重要な課題の一つとなっている。このため、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータを明らかにし、これを、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型マッハツェンダ光変調器に適用することが必要になる。
【００５２】
ここでは、波長チャーピングの量と符号を示す係数をチャープパラメータαとし、次式（１）により定義する。
【００５３】
【数１】
2006065085.tif 000003
【００５４】
ここで、図５（ａ），（ｂ）は、一般的なプッシュプル型のマッハツェンダ光変調器［例えば図２０（ａ），（ｂ）参照］におけるチャープパラメータαと電極長非対称パラメータｒとの関係を説明するための図である。図５（ａ）は、チャープパラメータαの計算に用いた構造を示しており、図５（ｂ）は、電極長を変化させた場合に計算結果として得られたチャープパラメータαの値を示している。図５（ｂ）では縦軸をチャープパラメータαとし、横軸を電極非対称パラメータｒとしている。
【００５５】
ここでは、図５（ａ）に示すように、一般的なプッシュプル型のマッハツェンダ光変調器における電極長非対称パラメータｒ′は、次式（２）により定義する。
ｒ′＝（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｌ２＋Ｌ１）・・・（２）
図５（ｂ）において、チャープパラメータαがゼロの場合（α=０）は、波長変動の全くないゼロチャーピングを示している。また、α＞０の場合は、光がＯＦＦ状態からＯＮ状態（又はＯＦＦ状態からＯＮ状態）に変化する時に、光の波長が短波長側へと変化することを示している。また、α＜０の場合は、光がＯＦＦ状態からＯＮ状態（又はＯＦＦ状態からＯＮ状態）に変化する時に、光の波長が長波長側へと変化することを示している。なお、αの絶対値は波長変動の大きさを示している。
【００５６】
図５（ｂ）において、電極長非対称パラメータｒ′の各値に対して、２種類のチャープパラメータαの値［図５（ｂ）ではそれぞれ●と○で示している］が得られているが、これらは、マッハツェンダ型光変調器において、高周波駆動電源２５から供給される電圧がプラス側（＋Ｖ）の場合に、位相差を０（２π，４π・・・；２ｎπ：ｎは自然数）にするかπ（３π，５π・・・；（２ｎ＋１）π：ｎは自然数）にするか（即ち、光のオン状態で合わせるか、オフ状態で合わせるか）によって区別される２種類の駆動条件にそれぞれ対応している。つまり、一方の光導波路（アーム；例えばシグナル側光導波路）上に形成された電極（後述する位相差調整用ＤＣバイアス電極）に印加する逆バイアス電圧を大きくしていった時に、光出力が小さくなる駆動条件（第１の駆動条件；光のＯＦＦ状態で位相差を調整する駆動条件）と、逆にこの電極に印加する逆バイアス電圧を大きくしていった時に、光出力が大きくなる駆動条件（第２の駆動条件；光のＯＮ状態で位相差を調整する駆動条件）とにそれぞれ対応している。図５（ｂ）では、第１の駆動条件の場合のチャープパラメータαの値を●で示し、第２の駆動条件の場合のチャープパラメータαの値を○で示している。
【００５７】
図５（ｂ）に示すように、一般的なプッシュプル型のマッハツェンダ光変調器では、電極長が２本の光導波路（アーム）間で等しい場合に、２つの駆動条件の間でチャープパラメータαの値が一致し、ゼロに等しくなる。一方、電極長の非対称性を大きくしていくと（即ち、電極長非対称パラメータｒ′の値を大きくしていくと）、チャープパラメータαは次第にゼロから離れていくが、その絶対値の大きさは２つの駆動条件の間で等しく、符号が逆となる。
【００５８】
一方、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器における電極長非対称パラメータｒは、複数のグランド側離散電極２８のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、複数のシグナル側離散電極２７のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとして、次式（３）により定義する。
ｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）・・・（３）
なお、グランド側離散電極２８の個数とシグナル側離散電極２７の個数とが同一であり、かつ、これらの離散電極２８，２７の長さがそれぞれの光導波路において全て等しい場合には、電極長非対称パラメータｒは、複数のグランド側離散電極２８のそれぞれの長さをＬＧとし、複数のシグナル側離散電極２７のそれぞれの長さをＬＳとして、上記式（３）により定義しても同じである。本実施形態では、グランド側離散電極２８の個数とシグナル側離散電極２７の個数とが同一であり、かつ、これらの離散電極２８，２７の長さがそれぞれの光導波路において全て等しいため、便宜上、複数のグランド側離散電極２８のそれぞれの長さをＬＧとし、複数のシグナル側離散電極２７のそれぞれの長さをＬＳとして、電極長非対称パラメータｒを計算している。
【００５９】
ここで、図６は、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器におけるチャープパラメータαと電極長非対称パラメータｒとの関係を説明するための図であり、電極長を変化させた場合に計算結果として得られたチャープパラメータαの値を示している。図６では縦軸をチャープパラメータαとし、横軸を電極非対称パラメータｒとしている。
【００６０】
図６において、電極長非対称パラメータｒの各値に対して、２種類のチャープパラメータαの値［図６ではそれぞれ●と○で示している］が得られているが、これらは、マッハツェンダ型光変調器において、高周波駆動電源２５から供給される電圧がプラス側（＋Ｖ）の場合に、位相差を０（２π，４π・・・；２ｎπ：ｎは自然数）にするかπ（３π，５π・・・；（２ｎ＋１）π：ｎは自然数）にするか（即ち、光のオン状態で合わせるか、オフ状態で合わせるか）によって区別される２種類の駆動条件にそれぞれ対応している。つまり、一方の光導波路（アーム；例えばシグナル側光導波路）上に形成された電極（後述する位相差調整用ＤＣバイアス電極）に印加する逆バイアス電圧を大きくしていった時に、光出力が小さくなる駆動条件（第１の駆動条件；光のＯＦＦ状態で位相差を調整する駆動条件）と、逆にこの電極に印加する逆バイアス電圧を大きくしていった時に、光出力が大きくなる駆動条件（第２の駆動条件；光のＯＮ状態で位相差を調整する駆動条件）とにそれぞれ対応している。図６では、第１の駆動条件の場合のチャープパラメータαの値を●で示し、第２の駆動条件の場合のチャープパラメータαの値を○で示している。
【００６１】
ここでは、図１に示すように、容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器は、グランド側ライン電極２４の幅とシグナル側ライン電極２３の幅とが非対称な構造（電極の非対称性）になっている。また、図６に示すように、容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器は、２本の光導波路（アーム）２０Ａ，２０Ｂ上に離散的に形成される離散電極２７，２８の長さ（電極長）は、それぞれのアーム２０Ａ，２０Ｂ上においては全て等しくしている。また、計算においては、動作波長を１．５４μｍとしている。さらに、２本の光導波路２０Ａ，２０ＢにはＤＣバイアス電極３１を介して６Ｖの逆バイアス電圧を与えている。この状態で、高周波駆動電源２５から１０ＧＨｚのサイン波で変化する小振幅の電気信号を入力して、変調動作を行なった時の、出力光の周波数チャーピングを計算している。高周波駆動電圧によって２本の光導波路２０Ａ，２０Ｂに印加される電圧の振幅比については、３次元の有限要素電磁界解析により求めて、チャーピングの計算において考慮している。また、印加電圧に対する光導波路の屈折率変化、吸収係数変化については、本実施形態における素子構造に対して実際に測定された値を用いている。チャープパラメータαの値は、時間に対する光出力強度の変化率が最も大きい時点での、光出力変化率と波長チャーピングを元に計算している。
【００６２】
この図６の計算結果を上述の図５の計算結果と比較することで、ＩｎＰ系材料における光の吸収と、容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器における電極の非対称性に起因して、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器におけるチャープパラメータαと電極長非対称パラメータｒとの関係は、以下のような定性的な特徴を有することがわかった。
【００６３】
つまり、図５の計算結果では、電極長が対称の場合（電極長非対称パラメータｒ＝０）に、丁度、２つの駆動条件の間でチャープパラメータαの値が一致するが、図６の計算結果では、電極長が非対称の場合（電極長非対称パラメータｒ＞０；即ち、グランド側離散電極２８の長さＬＧ又は複数のグランド側離散電極２８のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長ＬＧの方が長い場合）に、２つの駆動条件の間でチャープパラメータαが一致する。
【００６４】
また、図５の計算結果では、チャープパラメータαの値を示す２本の直線は、チャープパラメータα＝０の線に関して対象となっており、このため、２つの駆動条件の間でチャープパラメータαが一致する場合に、その値はゼロに等しくなる。これに対して、図６の計算結果では、チャープパラメータαの値を示す２本の直線は、その交点がチャープパラメータαのマイナス側に移動している。このため、チャープパラメータαの値が２つの駆動条件の間で一致する場合に、その値はゼロよりも小さい値となっている。このようにチャープパラメータαがマイナス側にずれてしまうのは、ＩｎＰ系材料による光の吸収の影響であると考えられる。
【００６５】
このような電極長の非対称性に対するチャープパラメータαの定性的な傾向は、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータ（例えば電極長の設計値）を設定するのに利用することが可能である。
つまり、上述のような電極長の非対称性に対するチャープパラメータαの定性的な傾向に基づいて、グランド側離散電極２８の電極長をシグナル側離散電極２７の電極長よりも長くすることで（即ち、上述のように定義した電極長非対称パラメータｒをゼロよりも大きくすることで）、電極長が２本のアーム間で等しい時と比較して、チャープパラメータαの値をゼロに近づけることができることが明らかになった。
【００６６】
具体的には、図６の計算結果からわかるように、電極長非対称パラメータｒを０．１（第１の駆動条件の場合）又は０．２５（第２の駆動条件の場合）とすることで、２つの異なる駆動条件のいずれかにおいてチャープパラメータαを実質的にゼロに等しくすることができる。つまり、駆動条件に応じて電極長非対称パラメータｒが０．１又は０．２５になるように、グランド側離散電極２８の電極長及びシグナル側離散電極２７の電極長を設定することで、２つの異なる駆動条件のいずれかにおいてチャープパラメータαを実質的にゼロに等しくすることが可能となる。
【００６７】
これは、チャーピング量を示すチャープパラメータα（より具体的には、チャーピング量及び長波長側か短波長側かを示す符号からなる値である）と、電極長の非対称性を示す電極長非対称パラメータｒ（より具体的には、全ての離散電極２７，２８の合計電極長に対するグランド側離散電極２８とシグナル側離散電極２７との差の割合を示す値である）との関係を示す特性（チャープパラメータ−電極長非対称パラメータ特性；図６参照）に基づいて、グランド側離散電極２８及びシグナル側離散電極２７のそれぞれの電極長を設定することを意味する。
【００６８】
そして、グランド側離散電極２８及びシグナル側離散電極２７のそれぞれの電極長が、構造パラメータとしての電極長非対称パラメータｒを用いて設定されたそれぞれの電極長になるように、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型の半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することで、半導体マッハツェンダ型光変調器においてゼロチャーピング動作を実現できることになる。
【００６９】
なお、本実施形態では、電極長非対称パラメータrの値を０．１又は０．２５とすることで、２種類の駆動条件のいずれかにおいてチャープパラメータαを実質的にゼロ（α＝０）とすることが可能となった。このチャープパラメータαを実質的にゼロ（α＝０）にする電極長非対称パラメータｒの値は、素子構造及びその他の駆動条件によって変化する。例えば、本実施形態では、その他の駆動条件の一つである２本の光導波路にＤＣバイアス電極３１を介して与える逆バイアス電圧を６Ｖとしていた。これに対して、逆バイアス電圧を７．３Ｖとし、光導波路において生じる光の吸収をより増大させた場合には、電極長非対称パラメータｒの値が０．０５（第１の駆動条件の場合）又は０．３６（第２の駆動条件の場合）のときに、２種類の駆動条件のいずれか一方でチャープパラメータαを実質的にゼロ（α＝０）とすることが可能となる。また、逆バイアス電圧を３Ｖ又は９．２Ｖとした場合には、いずれも、電極長非対称パラメータｒの値が０．１７（第１、第２の駆動条件の場合）のときに、２種類の駆動条件のいずれか一方でチャープパラメータαを実質的にゼロ（α＝０）にすることが可能になる。
【００７０】
まとめると、第１の駆動条件の場合は、電極長非対称パラメータｒの値を、０．０５〜０．１７の範囲内になるように構成すれば、チャープパラメータαを実質的にゼロにすることが可能となり、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器において、ゼロチャーピング動作を実現できることになる。また、第２の駆動条件の場合は、電極長非対称パラメータｒの値を、０．１７〜０．３６の範囲内になるように構成すれば、チャープパラメータαを実質的にゼロにすることが可能となり、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器において、ゼロチャーピング動作を実現できることになる。
【００７１】
具体的には、以下のようにして、グランド側離散電極２８の電極長及びシグナル側離散電極２７の電極長を設定することができる。
本実施形態における容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器では、図１に示すように、２本のアーム（光導波路）２０Ａ，２０Ｂ上に離散的に形成された離散電極２７，２８の長さ（電極長）は、２本のアーム２０Ａ，２０Ｂ間で異なっている。ここでは、シグナル側離散電極２７の長さ（電極長）をＬＳμｍ、グランド側離散電極２８の長さをＬＧμｍとしている。
【００７２】
また、２本のアーム２０Ａ，２０Ｂ間で互い対向する一組の離散電極２７，２８は、一方の端部位置が揃えられている。それぞれのアーム２０Ａ，２０Ｂ上には、それぞれ一定の間隔ごとに離散電極２７，２８が形成されている。ここでは、離散電極２７，２８の周期は共に２５０μｍである。これにより、素子の製造が簡単になり、作りやすくなるという利点がある。なお、複数の離散電極２７，２８はその一方の端部位置をずらして設けても良い。また、複数の離散電極２７，２８は異なる間隔（異なる周期）で設けても良い。
【００７３】
本実施形態では、ｒ＝０．１,０．２５のそれぞれに対応して、ＬＳ及びＬＧの値を、それぞれ、以下のように設定している。
ＬＳ＝９０μｍ、ＬＧ＝１１０μｍ（ｒ＝０．１の場合；第１の駆動条件の場合）
ＬＳ＝７５μｍ、ＬＧ＝１２５μｍ（ｒ＝０．２５の場合；第２の駆動条件の場合）
このようにしてシグナル側離散電極２７の電極長ＬＳ及びグランド側離散電極２８の電極長ＬＧを設定することで、本実施形態にかかる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器では、２種類の駆動条件のいずれかを選択するだけで、チャーピングパラメータαがゼロ（α＝０）になるゼロチャーピング動作を行なうことができるようになる。
【００７４】
ここで、２つの駆動条件のうち、いずれかを選択するための方法については、例えば特開２００４−５３８３０号公報に記載されているように、マッハツェンダ干渉計を構成する２本の光導波路（アーム）上に、それぞれ、位相差調整用ＤＣバイアス電極パッドを形成して位相差調整領域を設け、これらの位相差調整領域に位相差調整用ＤＣバイアス電極パッドを介してＤＣバイアス電圧を与えることで、２本の光導波路（アーム）を伝搬する分岐光の位相差を０（２π，４π・・・；２ｎπ：ｎは自然数）にするかπ（３π，５π・・・；（２ｎ＋１）π：ｎは自然数）にするかによって区別される２種類の駆動条件のうち望ましい方の駆動条件を選択するように構成すれば良い。
【００７５】
なお、本実施形態では、グランド側離散電極２８の電極長をシグナル側離散電極２７の電極長よりも長くすることで、２本の光導波路２０Ａ，２０Ｂ上にそれぞれ設けられる離散電極２７，２８の電極長を非対称にしており、また、これらの電極２７，２８の下方に形成される導電性のｐ−ＩｎＰ層４及びｐ−ＩｎＧａＡｓ層５も電極長と同じ長さになるように形成しているが、離散電極２７，２８の電極長を等しくし、対称にした上で、その下方に形成されるｐ−ＩｎＰ層（クラッド層）４及びｐ−ＩｎＧａＡｓ層（コンタクト層）５の少なくとも一方をパラメータとして用いて、グランド側光導波路（第１のアーム）２０Ａを構成するｐ−ＩｎＰ層４又はｐ−ＩｎＧａＡｓ層５の長さを、シグナル側光導波路（第２のアーム）２０Ｂを構成するｐ−ＩｎＰ層４又はｐ−ＩｎＧａＡｓ層５の長さよりも長くすることで、非対称とすることも考えられる。この場合、これらの層の長さにより定義した非対称パラメータとチャープパラメータαとの間に、上述の図６と同様の関係が得られると考えられる。したがって、この場合も、本実施形態による効果と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
つまり、本実施形態では、離散電極２７，２８の電極長をパラメータ（設計パラメータ）として用いているが、これに限られるものではなく、離散電極２７，２８及びその下方に形成される光導波路２０Ａ，２０Ｂによって構成される微小位相変調器３２，３３の実効的な作用長（実質的に光が変調される部分の長さ）をパラメータとして用い、グランド側位相変調器（第２位相変調器）３３における作用長がシグナル側位相変調器（第１位相変調器）３２における作用長よりも長くなるように構成すれば良い。なお、光の変調に与える影響が大きいのは、クラッド層としてのｐ−ＩｎＰ層４の長さであるため、ｐ−ＩｎＰ層（クラッド層）４の長さを非対称にすれば、最も効率的に効果を得ることができる。
【００７７】
また、本実施形態では、一方の光導波路２０Ａ（又は２０Ｂ）上に設けられる個々の離散電極２８（又は２７）の電極長は、いずれも等しくし、２本の光導波路２０Ａ，２０Ｂ間では、グランド側離散電極２８の電極長をシグナル側離散電極２７の電極長よりも長くなるように構成しているが、これに限られるものではなく、少なくとも、グランド側光導波路２０Ａ上に設けられる複数のグランド側離散電極２８の電極長を足し合わせた合計電極長が、シグナル側光導波路２０Ｂ上に設けられる複数のシグナル側離散電極２７の電極長を足し合わせた合計電極長よりも長くなっていれば良い。つまり、複数のグランド側位相変調器３３の作用長を足し合わせた合計作用長が、複数のシグナル側位相変調器３２の作用長を足し合わせた合計作用長よりも長くなっていれば良い。
【００７８】
例えば、個々のグランド側離散電極２８やシグナル側離散電極２７の電極長を異なるように構成することもできる。この場合、一のグランド側離散電極２８の電極長と一のシグナル側離散電極２７の電極長とを比較した場合に、グランド側離散電極２８の電極長の方がシグナル側離散電極２７の電極長よりも短くなっていても良い。また、１つのグランド側離散電極２８の電極長だけを他のグランド側離散電極２８やシグナル側離散電極２７の電極長よりも長くなるように構成しても良い。
【００７９】
要するに、複数のグランド側離散電極２８のそれぞれの長さの平均値が、複数のシグナル側離散電極２７のそれぞれの長さの平均値よりも大きくなるように構成すれば良い。つまり、複数のグランド側位相変調器３３のそれぞれの作用長の平均値が、複数のシグナル側位相変調器３２のそれぞれの作用長の平均値よりも大きくなるように構成すれば良い。
次に、本実施形態にかかるＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器の製造方法について、図７〜図１３を参照しながら説明する。なお、説明の都合上、図１において点線で囲んだ一周期部分のみを切り出して説明することとする。
【００８０】
まず、図７（ｂ）［図７（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図］に示すように、高抵抗ＩｎＰ基板１上に、ｎ−ＩｎＰ層（ｎ−ＩｎＰクラッド層）２、ｉ−ＭＱＷ層（アンドーピング多重量子井戸層，ｉ−ＭＱＷ光導波路コア層）３、ｐ−ＩｎＰ層（ｐ−ＩｎＰクラッド層）４、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層（ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層）５を、この順に、例えばＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法により結晶成長させるなどして面内に均一に形成したウエハを用意する。
【００８１】
なお、高抵抗ＩｎＰ基板１とｎ−ＩｎＰ層２との間にバッファ層を含むように構成しても良い。また、バッファ層を高抵抗ＩｎＰ層として形成する場合には、ｎ−ＩｎＰ層と高抵抗ＩｎＰ層との間にアンドーピングのＩｎＧａＡｓＰ（ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ）からなるエッチストップ層（ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ層）を設けても良い。
次に、図７（ａ）に示すように、このウエハの上面の一部分（位相変調領域を含む部分）に、ＳｉＯ2からなるマスク４０を形成する。
【００８２】
そして、このマスク４０に覆われていない部分にあるｐ−ＩｎＧａＡｓ層５及びｐ−ＩｎＰ層４をエッチングによって除去し、ｉ−ＭＱＷ層３を露出させた後、図８（ａ），（ｂ）［図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である］に示すように、露出させたｉ−ＭＱＷ層３上にＳＩ−ＩｎＰ層６を例えばＭＯＶＰＥ法により結晶再成長させるなどして形成する。このようにしてＳＩ−ＩｎＰ層６を形成した後、マスクを除去する。
【００８３】
次に、図９（ａ），（ｂ）［図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である］に示すように、ドライエッチング技術により、ウエハ上面からｎ−ＩｎＰ層２の途中まで、即ち、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５，ｐ−ＩｎＰ層４，ＳＩ−ＩｎＰ層６，ｉ−ＭＱＷ層３，ｎ−ＩｎＰ層２の一部を除去し、メサ構造を形成する。この場合にも、予めＳＩ−ＩｎＰ層６及びｐ−ＩｎＧａＡｓ層５上の光導波路となる部分にＳｉＯ2からなるマスクを形成しておく。このようにして形成されたメサ構造の部分が、マッハツェンダ干渉計を構成する２本の光導波路（アーム）２０Ａ，２０Ｂとなる。なお、ここでは、図１において点線で囲んだ一周期部分のみを説明しているため、マッハツェンダ干渉計を構成するアーム２０Ａ，２０Ｂが形成されることになるが、当然のことながら、同時に、ＭＭＩ光カプラ２１，２２，入力側及び出力側の光導波路２０も形成されることになる。
【００８４】
そして、ＳｉＯ2マスクを残した状態で、ドライエッチングにより露出されたｎ−ＩｎＰ層２上のメサ構造（光導波路）の両側の部分に、図１０（ａ），（ｂ）［図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である］に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法による埋め込み成長技術を用いてＳＩ−ＩｎＰ層６を結晶成長させるなどして形成する。その後、ＳｉＯ2マスクを除去する。
【００８５】
次に、ＳＩ−ＩｎＰ層６及びｐ−ＩｎＧａＡｓ層５上の光導波路となる部分にＳｉＯ2からなるマスクを形成した後、図１１（ａ），（ｂ）［図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である］に示すように、ウェットエッチング（１回目のエッチング）により、２つのメサ構造（光導波路）のそれぞれの外側側面部分に所定幅のＳＩ−ＩｎＰ層６を残すように、それよりも外側のＳＩ−ＩｎＰ層６を除去し、高抵抗ＩｎＰ基板１を露出させる。続いて、ＳｉＯ2マスクを除去した後、ウェットエッチング（２回目のエッチング）により、２つのメサ構造（光導波路）のそれぞれの内側側面部分に所定幅のＳＩ−ＩｎＰ層６を残すように、２つのメサ構造（光導波路）の間のＳＩ−ＩｎＰ層６を除去し、ｎ−ＩｎＰ層２を露出させる。このようにして形成されたｎ−ＩｎＰ層２はバイアス層となる。なお、エッチストップ層を設けておけば、エッチングを精度良く行なえることになる。
【００８６】
最後に、図１２（ａ），（ｂ）［図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である］に示すように、上述のようにして作製された素子の表面に、金（Ａｕ）めっきにより、スロットライン電極２３，２４，離散電極２７，２８，エアブリッジ配線２９，３０を形成する。なお、同時に、ＤＣバイアス用電極パッド３１も形成されることになる。
具体的には、金（Ａｕ）めっきは２回に分けて行なわれる。つまり、１回目のめっきにより、スロットライン電極２３，２４（及びＤＣバイアス用電極パッド３１）を形成する。次に、２回目のめっきにより、離散電極２７，２８を形成する。このとき、スロットライン電極２３，２４と離散電極２７，２８とがエアブリッジ配線２７，２８により接続される。これらの電極２３，２４，２７，２８を金（Ａｕ）めっきにより形成する場合には、例えばレジストパターンを用いる選択めっき法による。また、２回目のめっきの前に、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層５とスロットライン電極２３，２４との間に、例えばレジストを形成し、金（Ａｕ）めっきの後にレジストパターンを除去することによりエアブリッジ配線２７，２８の下には空間が形成される。
【００８７】
また、図１に示すように、シグナル側のスロットライン電極２３は、２本の光導波路（アーム）２０Ａ，２０Ｂの上方を越えて、グランド側のスロットライン電極２４側まで引き出される。この場合も、２本の光導波路２０Ａ，２０Ｂ上に例えばレジストを形成し、金（Ａｕ）めっきによりエアブリッジ構造を形成した後にレジストを除去するようにすれば良い。
【００８８】
なお、離散電極２７，２８のそれぞれの長さ、離散電極２７，２８が光導波路２０Ａ，２０Ｂ全長に占める割合などを調整することにより、進行波電極としての特性インピーダンスを所望の値に一致させることができる。
上述の素子作製方法から分かるように、光導波路２０Ａ，２０Ｂの離散電極２７，２８が形成されている部分では、ｉ−ＭＱＷ層３の上方（即ち、離散電極２７，２８とｉ−ＭＱＷ層３との間）に、ｐ−ＩｎＰクラッド層４とｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５とが形成されている。一方、それ以外の部分では、基本的にｉ−ＭＱＷ層３の上方に、ＳＩ−ＩｎＰ層６が形成されている。但し、図１２（ａ）中、符号Ａで示すように、光導波路２０Ａ，２０Ｂの一部分だけは、上部に離散電極２７，２８が形成されない部分において、ｉ−ＭＱＷ層３の上方（即ち、離散電極２７，２８とｉ−ＭＱＷ層３との間）には、ｐ−ＩｎＰクラッド層４とｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５とが残されている部分がある。これは、図７中、符号Ａで示したＳｉＯ2マスクパターンの一部分が転写されて残ったことによる。なお、この部分は図１では省略している。
【００８９】
以下、これについて説明する。
図７のＳｉＯ2マスクパターンにおいては、符号Ａの部分を含めて、細いライン状のパターンが、後に光導波路２０Ａ，２０Ｂとなる部分の横方向の外側へ引き出されて形成されている。このようにしているのは、ＳｉＯ2マスクパターンを上から見た時に、ＳｉＯ2マスクパターンに外側に出っ張る角が形成されないようにするためである。つまり、これらの横方向外側へ引き出されるライン状のパターンを設けないと、図１３に示すように、ＳｉＯ2マスクパターンは多数の角を有するものとなるが、これらの角は、図８に示すような構造を形成するための結晶再成長の際に、異常成長の原因となり、好ましくないからである。
【００９０】
特に、本実施形態のように、２本の光導波路２０Ａ，２０Ｂの間で長さの異なる電極を形成する際には、図７中、符号Ａで示すように、横方向外側へ延びる細いライン状のパターンを付け足してＳｉＯ2マスクパターンを形成する必要がある。この結果、図１２中、符合Ａで示すように、一方の光導波路は、上部に離散電極がないが、ｐ−ＩｎＰクラッド層４とｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層５とを一部に有するものとなる。
【００９１】
したがって、本実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器によれば、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータ（例えば電極長など）を用いることで、低チャーピング動作（ゼロチャーピング動作を含む）を実現できるという利点がある。これにより、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、チャーピング（チャープパラメータ）の制御が可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器及びその製造方法について、図１４〜図１６を参照しながら説明する。なお、図１４〜図１６では、上述の第１実施形態と同一のものには同一の符号を付している。
【００９２】
本実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器は、上述の第１実施形態のものに対し、２本の光導波路（アーム）間で離散電極の長さ（電極長）を等しくし、光導波路上に設けられる離散電極の総数（即ち、微小位相変調器の総数）を２本の光導波路間で異なるように構成している点が異なる。
つまり、本実施形態では、グランド側離散電極の総数（即ち、グランド側位相変調器の総数）が、シグナル側離散電極の総数（即ち、シグナル側位相変調器の総数）よりも多くなるようにしている。
【００９３】
例えば、図１４に示すように、シグナル側光導波路２０Ｂ上のシグナル側離散電極２７Ａの個数を、７個、８個、９個のうちのいずれかに設定し、これらに対応して、グランド側光導波路２０Ａ上のグランド側離散電極２８Ａの個数を、それぞれ１３個、１２個、１１個に設定している。但し、図１４では、説明の便宜上、離散電極２７Ａ，２８Ａの個数を省略して示している。
【００９４】
本実施形態では、それぞれの光導波路（アーム）２０Ａ，２０Ｂ上に形成される複数の離散電極２７Ａ，２８Ａの長さ（電極長）はいずれも等しく（ここでは、共に１００μｍとしている）、さらに、２本の光導波路２０Ａ，２０Ｂ間でも離散電極２７Ａ，２８Ａの長さは互いに等しくなっている。
一方、一の光導波路２０Ａ（又は２０Ｂ）上に形成される離散電極２７Ａ（又は２８Ａ）の長さを全て足し合わせた値（合計電極長）、即ち、一つの離散電極２７Ａ（又は２８Ａ）の長さと光導波路２０Ａ（又は２０Ｂ）上に形成する個数とを掛け合わせた値を比較した場合、グランド側光導波路２０Ａ上に形成されたグランド側離散電極２８Ａの電極長を足し合わせた合計電極長の方が、シグナル側光導波路２０Ｂ上に形成されたシグナル側離散電極２７Ａの電極長を足し合わせた合計電極長よりも長くなっている。
【００９５】
また、これらの合計電極長の値を用いて電極長非対称パラメータｒ［ｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）］を計算してみると（この場合、グランド側離散電極２８Ａの合計電極長をＬＧとし、シグナル側離散電極２７Ａの合計電極長をＬＳとする）、ｒ＝０．１〜０．３となる。したがって、図６から明らかなように、本実施形態においても、チャープパラメータαの値をゼロに近づけることが可能である。
【００９６】
このように、本実施形態では、グランド側離散電極２８Ａの個数とシグナル側離散電極２７Ａの個数とが異なるようにしているため、図１５（図１４のＡ−Ａ矢視断面図）に示すように、一方の光導波路２０Ａ上には離散電極２８Ａが形成されているが、他方の光導波路２０Ｂ上には離散電極２７Ａが形成されていない領域が存在することになる。一方、複数の離散電極の間の領域では、図１６（図１４のＢ−Ｂ矢視断面図）に示すように、上述の第１実施形態のものと同様に、２本のアーム２０Ａ，２０Ｂは、いずれも、ｎ−ＩｎＰ層２，ｉ−ＭＱＷ層３，ＳＩ−ＩｎＰ層６から構成されている。
【００９７】
なお、その他の構成や製造方法については、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは、説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器によれば、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータ（例えば電極長など）を用いることで、低チャーピング動作（ゼロチャーピング動作を含む）を実現できるという利点がある。これにより、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、チャーピング（チャープパラメータ）の制御が可能となる。
【００９８】
なお、本実施形態では、グランド側離散電極２８Ａの総数がシグナル側離散電極２７Ａの総数よりも多くなるようして、複数のグランド側離散電極２８Ａの電極長を足し合わせた合計電極長を、複数のシグナル側離散電極２７Ａの電極長を足し合わせた合計電極長よりも長くしているが、これは、グランド側離散電極２８Ａ及びその下方に形成される光導波路２０Ａから構成されるグランド側位相変調器３３Ａの総数が、シグナル側離散電極２７Ａ及びその下方に形成される光導波路２０Ｂから構成されるシグナル側位相変調器３２Ａの総数よりも多くなるようにし、複数のグランド側位相変調器３３Ａの作用長を足し合わせた合計作用長が、複数のシグナル側位相変調器３２Ａの作用長を足し合わせた合計作用長よりも長くなるように構成することを意味する。
【００９９】
上述の第１実施形態のように、ｐ−ＩｎＰ層（クラッド層）４やｐ−ＩｎＧａＡｓ層（コンタクト層）５を離散電極２７Ａ，２８Ａの下方にのみ形成する場合には、グランド側離散電極２８Ａの下方に形成されるｐ−ＩｎＰ層（クラッド層）４又はｐ−ＩｎＧａＡｓ層（コンタクト層）５の総数は、シグナル側離散電極２７Ａの下方に形成されるｐ−ＩｎＰ層（クラッド層）４又はｐ−ＩｎＧａＡｓ層（コンタクト層）５の総数よりも多くなることになる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器及びその製造方法について、図１７〜図１９を参照しながら説明する。なお、図１７〜図１９では、上述の第１実施形態と同一のものには同一の符号を付している。
【０１００】
本実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器は、上述の第１実施形態のものに対し、２本の光導波路（アーム）間で離散電極の長さ（電極長）を等しくし、２本の光導波路（アーム）の幅（具体的には光導波路コア層の幅）が異なるように構成している点が異なる。
つまり、本実施形態では、図１７，図１８（図１７のＡ−Ａ矢視断面図）に示すように、２本の光導波路（アーム）２０Ａ，２０Ｂ間で離散電極２７Ａ，２８Ａの長さ（電極長）を等しくし（ここでは、共に１００μｍとしている）、グランド側離散電極２８Ａが設けられるグランド側光導波路２０Ａの幅（具体的には光導波路コア層３の幅）を１．５μｍに固定し、もう一方のシグナル側離散電極２７Ａが設けられるシグナル側光導波路２０Ｂの幅（具体的には光導波路コア層３の幅）をＷｓμｍに設定している。なお、シグナル側光導波路の幅Ｗｓの具体的な数値については後述する。
【０１０１】
ここで、図１９は、図１７，図１８に示すような構造のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型マッハツェンダ変調器において、グランド側光導波路２０Ａの幅を１．５μｍと一定に保った状態で、シグナル側光導波路２０Ｂの幅Ｗｓを変化させた場合に、計算によって得られたチャープパラメータαの値を示している。
なお、図１９では、シグナル側光導波路２０Ｂの幅Ｗｓの各値に対して、２種類のチャープパラメータαの値［図１９ではそれぞれ●と○で示している］が得られているが、これらは、マッハツェンダ型光変調器において、高周波駆動電源２５から供給される電圧がプラス側（＋Ｖ）の場合に、位相差を０（２π，４π・・・；２ｎπ：ｎは自然数）にするかπ（３π，５π・・・；（２ｎ＋１）π：ｎは自然数）にするか（即ち、光のオン状態で合わせるか、オフ状態で合わせるか）によって区別される２種類の駆動条件にそれぞれ対応している。つまり、一方の光導波路（アーム；例えばシグナル側光導波路）上に形成された電極（後述する位相差調整用ＤＣバイアス電極）に印加する逆バイアス電圧を大きくしていった時に、光出力が小さくなる駆動条件（第１の駆動条件；光のＯＦＦ状態で位相差を調整する駆動条件）と、逆にこの電極に印加する逆バイアス電圧を大きくしていった時に、光出力が大きくなる駆動条件（第２の駆動条件；光のＯＮ状態で位相差を調整する駆動条件）とにそれぞれ対応している。図１９では、第１の駆動条件の場合のチャープパラメータαの値を●で示し、第２の駆動条件の場合のチャープパラメータαの値を○で示している。
【０１０２】
ここでは、光導波路の幅によって変化する光閉じ込め係数を有限要素法により解析し、計算に用いた。それ以外の計算のための条件及び手法は上述の第１実施形態と同様である。
図１９に示すように、シグナル側光導波路２０Ｂの幅Ｗｓμｍを、グランド側光導波路２０Ａの幅である１．５μｍと比較して狭くしていくことで、チャープパラメータαの値がよりゼロに近づいていくことが分かる。
【０１０３】
このような光導波路の幅の非対称性に対するチャープパラメータαの定性的な傾向は、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータ（例えば光導波路の幅）を設定するのに利用することが可能である。
つまり、上述のような光導波路の幅の非対称性に対するチャープパラメータαの定性的な傾向に基づいて、シグナル側光導波路２０Ｂの幅（具体的には光導波路コア層３の幅）を、グランド側光導波路２０Ａの幅（具体的には光導波路コア層３の幅）に対して狭くすることで、２本の光導波路２０Ａ，２０Ｂの幅が等しい場合と比較して、チャープパラメータαの値をゼロに近づけることができることが明らかになった。
【０１０４】
図１９の計算結果からわかるように、グランド側光導波路２０Ａの幅を１．５０μｍとし、シグナル側光導波路２０Ｂの幅Ｗｓを０．６０μｍ〜０．９０μｍの範囲内（好ましくは０．７５μｍ）とすれば、一方の駆動条件（第１の駆動条件）においてチャープパラメータαを実質的にゼロに等しくすることができる。
これは、チャーピング量を示すチャープパラメータα（より具体的には、チャーピング量及び長波長側か短波長側かを示す符号からなる値である）と、光導波路（アーム）の幅（ここでは、シグナル側光導波路２０Ｂの幅Ｗｓ）との関係を示す特性（チャープパラメータ−光導波路幅特性；図１９参照）に基づいて、光導波路の幅を設定することを意味する。
【０１０５】
本実施形態では、グランド側光導波路２０Ａの幅を１μｍよりも広く（ここでは１．５０μｍ）なるように設定し、シグナル側光導波路２０Ｂの幅を１μｍよりも狭く（ここでは０．７５μｍ）なるように設定している。
このようにして、構造パラメータとしての光導波路の幅を設定し、設定された光導波路の幅になるように、ＩｎＰ系材料からなる容量装荷型の半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することで、半導体マッハツェンダ型光変調器においてゼロチャーピング動作を実現できることになる。
【０１０６】
上述のように、光導波路の幅を変化させると、その光導波路における光閉じ込め係数が変化することになる。これにより、一定の電圧が印加されている状況において、伝搬光が受ける位相変化量を変化させることができる。したがって、一方の光導波路２０Ａの幅を一定に保ち、他方の光導波路２０Ｂの幅のみを変化させることで、これらを伝搬する分岐光の間で生じる位相変化の大きさを非対称にすることができる。このため、ＩｎＰ系材料における光の吸収と、容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器における電極の非対称性に起因して、電極長を等しくし、２つのアーム（光導波路）２０Ａ，２０Ｂ間で対称にしたとしても、実質的なゼロチャーピングが得られない、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、上述の第１実施形態の電極長を非対称にする場合と同様に、ゼロチャーピングを実現できるようになる。
【０１０７】
本実施形態では、チャープパラメータαをゼロにする手段の一つとして、シグナル側光導波路２０Ｂの幅を、グランド側光導波路２０Ａの幅よりも狭くしている。この手段の本質は、グランド側光導波路２０Ａの光閉じ込め係数［具体的には、グランド側光導波路２０Ａを構成するｉ−ＭＱＷ層（光導波路コア層）３の光閉じ込め係数］を、シグナル側光導波路２０Ｂの光閉じ込め係数［具体的には、シグナル側光導波路２０Ｂを構成するｉ−ＭＱＷ層（光導波路コア層）３の光閉じ込め係数］よりも大きくして、グランド側光導波路２０Ａを伝播する光の位相変化を、シグナル側光導波路２０Ｂを伝搬する光の位相変化よりも大きくすることにある。
【０１０８】
したがって、光導波路の幅に限らず、光閉じ込め係数を小さくする他の構造パラメータを用いることもできる。例えば、グランド側光導波路２０Ａのコア層３の厚さを、シグナル側光導波路２０Ｂのコア層３の厚さよりも大きくするように構成しても良いし、グランド側光導波路２０Ａのコア層３の屈折率変化量を、シグナル側光導波路２０Ｂのコア層３の屈折率変化量よりも大きくするように構成しても良い。
【０１０９】
なお、その他の構成や製造方法については、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは、説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器によれば、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、低チャーピング（ゼロチャーピングを含む）をもたらす構造パラメータ（例えば電極長など）を用いることで、低チャーピング動作（ゼロチャーピング動作を含む）を実現できるという利点がある。これにより、ＩｎＰ系の半導体材料からなる容量装荷型の電極構造を有する半導体マッハツェンダ型光変調器において、チャーピング（チャープパラメータ）の制御が可能となる。
（その他）
（１）上述の各実施形態では、構造パラメータとして、電極長や光導波路の幅の数値を具体的に挙げて説明しているが、本発明のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型マッハツェンダ変調器は、上述の第１実施形態〜第３実施形態において説明した具体的な電極長や光導波路の幅以外の数値に基づいて構成することもできる。
【０１１０】
なお、上述の各実施形態に示したような具体的な電極長非対称パラメータや光導波路の幅（シグナル側光導波路の幅）以外の数値を用いると、上述の計算結果よりもチャープパラメータαは若干ずれると思われる。このような場合でも、光の吸収が存在するＩｎＰ系材料を用い、非対称性の容量装荷型の電極構造を有するマッハツェンダ型光変調器では、図６，１９を用いて説明したように、チャープパラメータαの定性的な傾向が得られる。したがって、このように上述の各実施形態で示されている具体的な数値以外の数値を用いた場合であっても、グランド側離散電極２８の電極長をシグナル側離散電極２７の電極長よりも長くすることで、あるいは、シグナル側光導波路２０Ｂの幅をグランド側光導波路２０Ａの幅よりも狭くすることで、チャープパラメータαの値をよりゼロに近づけることができる。より詳細な値は、上述の実施形態において示したように、素子の構造を考慮して数値的な計算を行うことで得ることができる。
（２）従来のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器においては、離散電極の長さと個数、及び光導波路断面構造が、シグナル側とグランド側とで同じであり、対称構造になっていたのに対し、上述の各実施形態では、それぞれ、離散電極の長さ、光導波路の幅、離散電極の個数をシグナル側とグランド側とで異なるものとし、非対称構造にしている。これにより、グランド側光導波路２０Ａにおける位相変化のシグナル側光導波路２０Ｂにおける位相変化に対する相対的な大きさを、従来のものと比較して増大させることで、ゼロチャーピングを実現できるようにしている。したがって、グランド側光導波路２０Ａの位相変化のシグナル側光導波路２０Ｂの位相変化に対する相対的な大きさを、結果的により大きくすることができる構造であれば、上述の各実施形態のものに限られるものではなく、本発明の作用，効果を得ることができ、ゼロチャーピングを達成できることになる。
【０１１１】
例えば、単位電圧変化に対する光導波路の屈折率変化、すなわち光導波路の屈折率変調効率を、グランド側光導波路２０Ａにおいてシグナル側光導波路２０Ｂよりも大きくした構造であっても良い。このような構造は、例えば、ｉ−ＭＱＷ層（光導波路コア層）３のフォトルミネッセンス波長と動作波長との間の差を、グランド側光導波路２０Ａにおいて、シグナル側光導波路２０Ｂよりも小さくとった構造又は組成により、実現される。また、この波長の差が対称な場合でも、ｉ−ＭＱＷ層３の内部層構造又は組成を非対称にすることによっても屈折率変調効率を非対称にすることができる。
（３）上述の各実施形態では、光導波路２０Ａ，２０Ｂの断面をＳＩ−ＩｎＰによる埋め込み構造としたが、これに限られるものではなく、例えばリッジ型の光導波路、ハイメサ型の光導波路、あるいは、その他の断面構造の光導波路であっても本発明を適用できる。
【０１１２】
この場合も、上述の各実施形態のように、離散電極の長さ、離散電極の個数、光導波路の幅、あるいは、その他の部分をシグナル側とグランド側とで非対称とすることで、グランド側光導波路２０Ａにおける位相変化のシグナル側光導波路２０Ｂにおける位相変化に対する相対的な大きさを、従来のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器と比較して増大させることで、上述の各実施形態と同様の効果が得られ、結果としてゼロチャーピングを達成することができるようになる。
（４）本実施形態では、１×２のＭＭＩ光カプラ２１，２２を用いているが、これに限られるものではなく、２×２のＭＭＩ光カプラ、あるいは、その他の構造のＭＭＩ光カプラを用いた場合であっても、本発明を適用できる。
【０１１３】
この場合も、上述の各実施形態のように、離散電極の長さ、離散電極の個数、光導波路の幅、あるいは、その他の部分をシグナル側とグランド側とで非対称とすることで、グランド側光導波路２０Ａにおける位相変化のシグナル側光導波路２０Ｂにおける位相変化に対する相対的な大きさを、従来のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器と比較して増大させることで、上述の各実施形態と同様の効果が得られ、結果としてゼロチャーピングを達成することができるようになる。
（５）上述の各実施形態では、離散電極及びその下方に形成される光導波路からなる微小位相変調器３２，３２Ａ，３３，３３Ａの領域においてはｐ−ＩｎＰ層４を上部クラッド層とし、その他の領域（微小位相変調器３２，３２Ａ，３３，３３Ａの間の領域等）においてはＳＩ−ＩｎＰ層６を上部クラッド層としているが、このような構造の容量装荷型マッハツェンダ変調器に限らず、例えば16th International Conference on Indium Phosphide Related Materials, ThA1-5, 2004に示されているような構造の容量装荷型マッハツェンダ変調器を用いた場合であっても、本発明を適用することができる。つまり、ｉ−ＭＱＷ層（光導波路コア層）３上に、例えば０．５〜１．５μｍ程度の厚さのアンドーピングのＩｎＰクラッド層（ｉ−ＩｎＰクラッド層）を全面に一様に形成し、さらに、その上の離散電極３２，３２Ａ，３３，３３Ａを設ける部分のみにｐ−ＩｎＰクラッド層を形成する構造に対しても、本発明を適用することができる。
【０１１４】
また、例えばｉ−ＭＱＷ層（光導波路コア層）３上の全面にｐ−ＩｎＰクラッド層を形成する構造のものであっても、本発明を適用することができる。
さらに、例えば特開２００４−５３８３０号公報や特開２００３−３２２８３１号公報に記載されているような構造のものにも、本発明を適用することができる。
このような場合も、上述の各実施形態のように、離散電極の長さ、離散電極の個数、光導波路の幅、あるいは、その他の部分をシグナル側とグランド側とで非対称とすることで、グランド側光導波路２０Ａにおける位相変化のシグナル側光導波路２０Ｂにおける位相変化に対する相対的な大きさを、従来のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器と比較して増大させることで、上述の各実施形態と同様の効果が得られ、結果としてゼロチャーピングを達成することができるようになる。
（６）上述の各実施形態では、光導波路コア層として、ＩｎＧａＡｓＰの井戸層とＩｎＰのバリア層からなるｉ−ＭＱＷ層３を用いているが、このような構造のＭＱＷ層に限られるものではなく、例えばＩｎＡｌＧａＡｓ（Ｐ），ＧａＩｎＡｓＮ（Ｐ）などのＩｎＰ基板上に形成できる他の材料からなるＭＱＷを用いた場合であっても、本発明を適用することができる。
【０１１５】
この場合も、上述の各実施形態のように、離散電極の長さ、離散電極の個数、光導波路の幅、あるいは、その他の部分をシグナル側とグランド側とで非対称とすることで、グランド側光導波路２０Ａにおける位相変化のシグナル側光導波路２０Ｂにおける位相変化に対する相対的な大きさを、従来のＩｎＰ系材料からなる容量装荷型のマッハツェンダ型光変調器と比較して増大させることで、上述の各実施形態と同様の効果が得られ、結果としてゼロチャーピングを達成することができるようになる。
（７）上述の各実施形態では、光導波路コア層として、ＩｎＰのバリヤ層とＩｎＧａＡｓＰの井戸層からなるｉ−ＭＱＷ層３を用いている。また、光導波路コア層としてのｉ−ＭＱＷ層３の上部及び下部のクラッド層に、それぞれｐ−ＩｎＰクラッド層４とｎ−ＩｎＰクラッド層２を用いている。これらは、いずれもＩｎＰ系材料であるが、これらの材料だけでなく、これら以外の他のＩｎＰ系材料を用いることもできる。
【０１１６】
例えば、クラッド層２，４の材料として、ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｌＡｓ，ＩｎＡｌＡｓを用いることも可能である。また、上下クラッド層２，４の電気伝導の種類も、それぞれｐ型、ｎ型のいずれであっても良く、また、上下両方をｎ型もしくはｐ型としても良い。
一方、光導波路コア層として、バリヤ層がＩｎＡｌＡｓ,ＩｎＡｌＧａＡｓのいずれか一つからなり、井戸層がＩｎＧａＡｓ,ＩｎＧａＡｌＡｓのいずれか一つからなるＭＱＷ層を用いても良い。また、ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＰ，ＩｎＳｂＰ，ＩｎＡｓＳｂＰのいずれか一つ以上の層を用いたＭＱＷ層を用いても良い。
【０１１７】
このように、本実施形態では、ＩｎＰ系材料は、ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｌＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＰ，ＩｎＳｂＰ，ＩｎＡｓＳｂＰのいずれかの材料を含むものとする。
（８）上述の各実施形態では、それぞれ、離散電極の電極長、離散電極の個数、光導波路の幅を、シグナル側とグランド側とで異なるようにしているが、これらの実施形態のものを組み合わせても良い。
（付記１）
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記複数の第１離散電極及びその下方に位置する前記第１光導波路のそれぞれによって複数の第１位相変調器が構成され、
前記第２離散電極及びその下方に位置する前記第２光導波路のそれぞれによって複数の第２位相変調器が構成され、
前記複数の第２位相変調器の作用長を足し合わせた合計作用長が、前記複数の第１位相変調器の作用長を足し合わせた合計作用長よりも長くなるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記２）
前記複数の第２離散電極の長さを足し合わせた合計電極長が、前記複数の第１離散電極の長さを足し合わせた合計電極長よりも長くなるように構成されることを特徴とする、付記１記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記３）
前記複数の第２位相変調器のそれぞれの作用長の平均値が、前記複数の第１位相変調器のそれぞれの作用長の平均値よりも大きくなるように構成されることを特徴とする、付記１又は２記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記４）
前記複数の第２離散電極のそれぞれの長さの平均値が、前記複数の第１離散電極のそれぞれの長さの平均値よりも大きくなるように構成されることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記５）
前記第２離散電極の総数が、前記第１離散電極の総数よりも多くなるように構成されることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記６）
前記第１ライン電極が、シグナル側スロットライン電極であり、
前記第２ライン電極が、グランド側スロットライン電極であり、
前記第１離散電極が、シグナル側離散電極であり、
前記第２離散電極が、グランド側離散電極であり、
前記第１位相変調器が、シグナル側位相変調器であり、
前記第２位相変調器が、グランド側位相変調器であることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
【０１１８】
ここで、シグナル側（グランド側）とは、高周波駆動電源のシグナル端子（グランド端子）に接続された、という意味である。
（付記７）
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、前記複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、前記第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に光出力が小さくなる駆動条件の場合に、前記電極長非対称パラメータｒの値が０．０５〜０．１７の範囲内になるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記８）
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、前記複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、前記第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に光出力が大きくなる駆動条件の場合に、前記電極長非対称パラメータｒの値が０．１７〜０．３６の範囲内になるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記９）
前記第１光導波路の前記第１離散電極が設けられていない部分又は前記第２光導波路の前記第２離散電極が設けられていない部分に、前記第１及び第２光導波路を構成するコア層上の層構成が、前記第１離散電極又は前記第２離散電極のいずれかが設けられている部分の層構成と同じ部分が一部含まれていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１０）
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備え、
前記第２光導波路の光閉じ込め係数が、前記第１光導波路の光閉じ込め係数よりも大きくなるように構成されることを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１１）
前記第１離散電極が設けられる前記第１光導波路の幅が、前記第２離散電極が設けられる前記第２光導波路の幅よりも狭くなるように構成されることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１２）
前記第１光導波路の幅が、１μｍよりも狭くなるように構成されることを特徴とする、付記１１記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１３）
前記第１離散電極と前記第２離散電極とは、少なくとも一方の端部の位置が揃うように構成されることを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１４）
前記第１ライン電極が、シグナル側スロットライン電極であり、
前記第２ライン電極が、グランド側スロットライン電極であり、
前記第１離散電極が、シグナル側離散電極であり、
前記第２離散電極が、グランド側離散電極であることを特徴とする、付記７〜１３のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１５）
前記第１及び第２光導波路が、導電性半導体クラッド層，絶縁性半導体コア層，導電性半導体クラッド層を順に積層させた構造を含むものとして構成されることを特徴とする、付記１〜１４のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１６）
前記第１及び第２光導波路は、ＤＣバイアス電極パッドが接続されてＤＣバイアス電圧が供給される導電性半導体層上に形成されていることを特徴とする、付記１〜１５のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１７）
前記第１及び第２光導波路は、ＩｎＰ基板上に形成されていることを特徴とする、付記１〜１６のいずれか１項に記載の半導体マッハツェンダ型光変調器。
（付記１８）
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備える半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法であって、
チャーピング量を示すチャープパラメータと、電極長の非対称性を示す電極長非対称パラメータとの関係を示す特性に基づいて、前記第１の離散電極及び前記第２の離散電極のそれぞれの電極長を設定し、
前記第１の離散電極及び前記第２の離散電極のそれぞれの電極長が、設定されたそれぞれの電極長になるように半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
（付記１９）
前記複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、前記複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、前記第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に光出力が小さくなる駆動条件の場合に、前記電極長非対称パラメータｒの値が０．０５〜０．１７の範囲内になるように、前記第１の離散電極及び前記第２の離散電極のそれぞれの電極長を設定することを特徴とする、付記１８記載の半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
（付記２０）
前記複数の第２離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＧとし、前記複数の第１離散電極のそれぞれの長さを足し合わせた合計電極長をＬＳとし、電極長非対称パラメータをｒ＝（ＬＧ−ＬＳ）／（ＬＧ＋ＬＳ）として、前記第２離散電極に与える負符号の印加電圧の絶対値を大きくしていった時に光出力が大きくなる駆動条件の場合に、前記電極長非対称パラメータｒの値が０．１７〜０．３６の範囲内になるように、前記第１の離散電極及び前記第２の離散電極のそれぞれの電極長を設定することを特徴とする、付記１８記載の半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
（付記２１）
ＩｎＰ系材料により形成され、マッハツェンダ光干渉計を構成する第１及び第２光導波路と、
前記第１光導波路の側方に形成される第１ライン電極と、
前記第２光導波路の側方に形成され、前記第１ライン電極よりも幅の広い第２ライン電極と、
前記第１光導波路上に離散的に形成され、前記第１ライン電極に接続される複数の第１離散電極と、
前記第２光導波路上に離散的に形成され、前記第２ライン電極に接続される複数の第２離散電極とを備える半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法であって、
チャーピング量を示すチャープパラメータと、光導波路の幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１及び第２光導波路の幅を設定し、
前記第１及び第２光導波路のそれぞれの幅が、設定されたそれぞれの幅になるように半導体マッハツェンダ型光変調器を製造することを特徴とする、半導体マッハツェンダ型光変調器の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図であって、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図であって、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図であって、図１のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図５】一般的なプッシュプル型のマッハツェンダ型光変調器における電極長非対称パラメータｒとチャープパラメータαとの関係を説明するための図であって、（ａ）はチャープパラメータαの計算に用いた構造を示しており、（ｂ）は電極長を変化させた場合に計算結果として得られたチャープパラメータαの値を示している。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器における電極長非対称パラメータｒとチャープパラメータαとの関係を説明するための図であって、電極長を変化させた場合に計算結果として得られたチャープパラメータαの値を示している。
【図７】本発明の第１実施形態にかかる半導体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図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態にかかる半導体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図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態にかかる半導体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図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態にかかる半導体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図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態にかかる半導体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図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態にかかる半導体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図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１３】好ましくないマスクパターンの例を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の第２実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図であって、図１４のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図であって、図１４のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図である。
【図１８】本発明の第３実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器の構成を示す模式図であって、図１７のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態にかかる半導体マッハツェンダ型光変調器におけるシグナル側光導波路の幅Ｗｓとチャープパラメータαとの関係を説明するための図であって、グランド側光導波路の幅を１．５μｍと一定に保った状態で、シグナル側光導波路の幅Ｗｓを変化させた場合のチャープパラメータαの値を示している。
【図２０】従来のプッシュプル型のマッハツェンダ型光変調器の構成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矢視断面図である。
【図２１】従来の容量装荷型の電極構造を有するマッハツェンダ型光変調器の構成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矢視断面図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  高抵抗ＩｎＰ基板
２  ｎ−ＩｎＰ層（導電性クラッド層）
２Ａ  凸部
３  ｉ−ＭＱＷ層（光導波路コア層）
４  ｐ−ＩｎＰ層（導電性クラッド層）
５  ｐ−ＩｎＧａＡｓ層
６  ＳＩ−ＩｎＰ層
２０  光導波路
２０Ａ，２０Ｂ  アーム
２１，２２  ＭＭＩ光カプラ
２３  スロットライン電極（シグナル側ライン電極，第１ライン電極）
２４  スロットライン電極（グランド側ライン電極，第２ライン電極）
２５  高周波駆動電源
２６  終端抵抗
２７，２７Ａ  離散電極（シグナル側離散電極，第１離散電極）
２８，２８Ａ  離散電極（グランド側離散電極，第２離散電極）
２９，３０  エアブリッジ配線
３１  ＤＣバイアス電極パッド
３２，３２Ａ  微小位相変調器（シグナル側位相変調器，第１位相変調器）
３３，３３Ａ  微小位相変調器（グランド側位相変調器，第２位相変調器）
４０  マスク
【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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