(57)【要約】【課題】製造プロセスのアニール工程等でショートが発生することを防ぎ、製造歩留まりを向上させることが出来る光変調器を実現する【解決手段】入力光カプラと、前記入力光カプラにより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１および第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路の出力光を結合する出力光カプラとを備えたマッハツェンダ光変調器であって、２本の前記光導波路は、２つの第１極性領域と、その間に形成された第２極性領域との境界に形成された半導体接合を有してそれぞれ光位相変調部を構成しており、前記第１および第２の光導波路の外側に２つの前記第１極性領域が形成され、前記第１および第２の光導波路の間に前記第２極性領域が形成され、前記第２極性領域は前記第１極性領域よりも領域の長さが光導波方向により長いことを特徴とする光変調器とした。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光カプラと、前記入力光カプラにより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１および第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路の出力光を結合する出力光カプラとを備えたマッハツェンダ光変調器であって、
前記第１および第２の光導波路は、２つの第１極性領域と、その間に形成された第２極性領域との境界に形成された半導体接合を有してそれぞれ光位相変調部を構成しており、
前記第１および第２の光導波路の外側に２つの前記第１極性領域が形成され、
前記第１および第２の光導波路の間に前記第２極性領域が形成され、
前記第２極性領域は前記第１極性領域よりも領域の長さが光導波方向により長い
ことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記第１極性領域は、それぞれ光導波方向に沿って複数に分割されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記第２極性領域は、同じ第２の極性であって光導波方向と垂直な方向に不純物濃度の異なる複数の部分領域を含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記部分領域において、最も不純物濃度の高い部分領域のみが光導路方向に沿って複数に分割されず形成されており、光導波路の光閉じ込め領域より遠い場所に配置されて、他の部分領域よりも光導波方向の領域の長さがより長く形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記第１および第２の光導波路はリブ導波路であり、
前記入力光カプラおよび前記出力光カプラと前記第１および第２の光導波路の結合領域には、それぞれモード変換領域が設けられており、
前記モード変換領域は前記リブ導波路のスラブ領域に向かって、スラブ領域が扇状に広がる形状である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項６】
前記第２極性領域は、前記モード変換領域において前記２本の光導波路の半導体接合面の内側にあたる部分を完全に覆っている
ことを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
前記第２極性領域は、前記モード変換領域にまで達してはいないが第１極性領域よりも長い
ことを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項８】
前記第２極性領域は、前記モード変換領域において、光導波路のコアのコア幅の少なくとも一部によって、前記モード変換領域の光導波方向の全体にわたって、真性半導体領域を遮断している
ことを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信において用いられる光変調器に関する。特に、プロセス誤差の影響を受けにくい例えばマッハツェンダ型の光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットを基盤とするサービスの爆発的な進展に伴い、これを支える光通信の大容量化、低電力化への期待はますます高まっている。光通信を行う為には、送信する光信号を電気信号で変調する光変調器が必要である。
【０００３】
マッハツェンダ型の光変調器は、入力側の光導波路に入射した光を２つの光導波路（アーム光導波路）に１：１の強度で分岐し、分岐した光を一定の長さ伝搬させた後に、再度合波させて出力する構造を持つ。２つに分岐された各光導波路（アーム）に設けられた光位相変調部により、分岐された２つの光の相対的な位相を変化させることで、合波されるときの光の干渉条件を変え、出力光の強度や位相を変調することができる。マッハツェンダ光変調器は、波長依存性が小さく、原理的に波長チャープ成分が無く、さらに高速であることからメトロ間距離以上の中・長距離光通信に広く用いられている。
【０００４】
マッハツェンダ光変調器の光位相変調部の光導波路を構成する材料としては、ＬｉＮｂＯ３等の誘電体、ＩｎＰ，ＧａＡｓ，Ｓｉ（シリコン）等の半導体が用いられ、これらの光導波路の両脇に配置された電極に変調電気信号を入力して光導波路に電圧を印加することで、光導波路を伝搬する光の位相を変化させる。
【０００５】
特にＳｉを光導波路として用いたＳｉ光変調器の場合には、マッハツェンダ光変調器に加え、Ｓｉ基板上に結晶成長が可能なＧｅ(ゲルマニウム)を用いたフォトダイオードや、Ｓｉ光導波路を用いた方向性結合器や、Ｙ字スプリッタ等のパッシブ光回路等を一括して集積が可能である。そのため、光通信の送受に必要なデバイス群をワンチップ化し小型化が可能であることから、次世代の光送信機、光受信機、および光送受信機への応用に向け、近年研究・開発が盛んに行われている。
【０００６】
Ｓｉ光変調器は、Ｓｉ基板の表面を熱酸化した酸化膜（ＢＯＸ）層上にＳｉの薄膜を張り付けたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板から構成される。ＳＯＩ基板上のＳｉ薄膜を細線に加工し光導波路とした後、Ｓｉがｐ型またはｎ型の半導体となるようドーパント（dopant、不純物）を注入し、光のクラッド層となるＳｉＯ２の堆積、電極の形成等を行いＳｉ光変調器を作製する。このとき、光導波路は光損失が小さくなるように設計・加工する必要があり、ｐ型、ｎ型のドーピング及び電極の作製は、光の損失発生を小さく抑えるとともに、高速電気信号の反射や損失も小さく抑えるように設計・加工する必要がある。
【０００７】
（Ｓｉ光変調器の光位相変調部の光導波路）
図１に、従来のＳｉ光変調器の基本となるラテラル（ｌａｔｅｒａｌ：横方向）型のｐｎ接合を持つ光位相変調部の光導波路の概略の断面図を示す。図１では、光は紙面垂直方向に伝搬するものとする。このＳｉ光変調器の光位相変調部は、ＳｉＯ２クラッド層１，３に挟まれたＳｉ層２で構成され、Ｓｉ層２の断面に示されるようにＳｉ細線は、光を閉じ込めるためコアの両脇に厚さに差があるリブを有するリブ導波路と呼ばれる構造を取っている。Ｓｉ層２の中央の厚い部分を光導波路のコア２０として、周囲のＳｉＯ２クラッド層１，３との屈折率差を利用して紙面垂直方向に伝搬する光を閉じ込める光導波路７を構成している。コア２０の両側には、コア２０よりも厚みの薄いスラブ領域２１ａ、２１ｂが形成されており、スラブ領域の両端には電気的接続のため不純物の濃度が高い高濃度ｐ型半導体層２２、高濃度ｎ型半導体層２３が設けられている。
【０００８】
更に、図１の中央部の光導波路７のコア２０には、中濃度ｐ型半導体層２４、中濃度ｎ型半導体層２５によるラテラル型のｐｎ接合構造が形成されて、両端の高濃度ｐ型半導体層２２、高濃度ｎ型半導体層２３より変調電気信号とバイアスが印加されている。中濃度ｐ型半導体層２４、中濃度ｎ型半導体層２５によるｐｎ接合構造は、間にドーピングされていないｉ型（真性）半導体を挟んだｐｉｎ構造の半導体接合としても良い。
【０００９】
なお、以下同様であるが、一般に半導体デバイスにおいて、不純物濃度に関わらずｐ型、ｎ型の一方の半導体極性を持つ領域を任意的に第１極性領域、他方の半導体極性を持つ領域を第２極性領域ということができ、電源の極性や半導体接合のバイアスの方向を逆とすればｐ型とｎ型を互いに入れ替えて用いることもできる。
【００１０】
図１に図示は無いが、光変調器としての動作時には両端の高濃度半導体層２２、２３に接する金属電極を設け、金属電極よりコア２０のｐｎ接合部に、ＲＦ（高周波）の変調電気信号とともに逆バイアス電界（ｎ型からｐ型へ向かう電界）を印加する。これにより光導波路のコア２０内部のｐｎ接合部のキャリア密度を変化させ、光導波路の屈折率を変えること（キャリアプラズマ効果）で、光の位相を変調することができる。
【００１１】
光導波路の寸法は、コア／クラッドとなる材料の屈折率に依存するため一意には決定できない。図１のようなコア２０とスラブ領域２１ａ，ｂを備えるリブ導波路をＳＯＩ構造とした場合の一例を挙げると、光導波路は、コアが幅４００〜６００（ｎｍ）×高さ１５０〜３００（ｎｍ）、スラブは厚さ５０〜２００（ｎｍ）で長さ数（ｍｍ）程度の大きさになる。
【００１２】
（方形導波路とリブ導波路の結合領域）
前述のとおりＳｉ光変調器においては、光位相変調部にはスラブ領域を備えたリブ導波路が用いられる。一方で、光位相変調部以外の光導波路では、スラブ領域を備えない単純な方形の断面を持ち、より光の伝搬損失の小さい方形導波路が用いられることが一般的である。そのため、Ｓｉをプラットフォームした光集積回路にＳｉ光変調器の光位相変調部を形成する場合には、方形導波路とリブ導波路を結合する領域が必要である。方形導波路とリブ導波路では光の伝搬モードが異なるため、この結合領域には、光の伝搬モードを変換するモード変換領域が設けられる。
【００１３】
図２には、このモード変換領域を含む、方形導波路とリブ導波路の結合領域の上面図（ａ）と、上部クラッド層３を除いた結合領域近傍の斜視図（ｂ）を示す。図２（ａ）に示すように、モード変換領域はモード変換領域２６ａ，２６ｂを対としてコア部分を含めた一体の領域で、入力側の方形導波路のコア２０の両脇から、ｐｎ接合が形成された光位相変調部のリブ導波路のスラブ領域２１ａ、２１ｂに向かって、スラブ領域が扇状に広がる形状の導波路が用いられることが一般的である。また、モード変換領域は、逆バイアスされるｐｎ接合にまたがって隣接するため、高抵抗であることが望ましく、一般的にはなにもドーピングがなされていない、真性半導体が用いられることが多い。
【００１４】
(シングル電極型マッハツェンダ光変調器）
大容量な光通信を行うためには、高速な光変調器が必要である。１０Ｇｂｐｓ以上の帯域を持つ広帯域なマッハツェンダ光変調器として、進行波電極型のマッハツェンダ光変調器がある。進行波電極は、進行波電極を伝搬する変調電気信号と光導波路を伝搬する光の速度を整合(位相速度整合)させ、電気信号を伝搬させながら光と相互作用を行うための電極である。例えば、非特許文献１は、長さ数ミリメートル程度の進行波型電極を用いたＳｉマッハツェンダ光変調器の報告例である。
【００１５】
図３に、このような進行波型電極を用いた従来の一般的なマッハツェンダ光変調器の一形態である、シングル電極型マッハツェンダ光変調器の上面図を示す。また、図４には、図３の点Ａから点Ｂの破線部の断面構造を示す。
【００１６】
シングル電極型マッハツェンダ光変調器の入力光（細線の矢印で光の進行方向、導波方向を示す）は、入力光カプラ(またはＹ字スプリッタ)１０１により２分岐され、それぞれ図２に示したモード変換領域２６を介して１対２本の並行する第１の導波路１０２と第２の導波路１０３に導かれて光位相変調される。出力側のモード変換領域では逆にモード変換された後、出力光カプラ１０４において光結合されて変調光が出力される。図３、図４には、バイアス電極１０７と、電気変調信号ＲＦが印加される進行波電極１０８ａ，ｂも図示されている。
【００１７】
図３の光変調器の光位相変調部となる導波路１０２および１０３は、それぞれ前述の図１のような断面を持つリブ導波路である。光位相変調部は、２つの第１極性領域１０５ａ，ｂ、および第１極性領域１０５ａ，ｂに挟まれた第２極性領域１０６の、３つの半導体領域に分かれて構成されている。半導体領域の第１極性と第２極性はｐ／ｎの極性を入れ替えても良い。２つの異なる極性の半導体領域の境界に形成された半導体接合の接合面が、第１の導波路１０２および第２の導波路１０３に沿ってそのコア内に位置しており、それぞれ光位相変調部を形成している。
【００１８】
図３では、第２極性領域１０６が、導波路１０２および１０３の間の領域に形成される場合を示している。２つの第１極性領域１０５ａ，ｂは、第２極性領域１０６に対して、それぞれの光位相変調部の光進行方向を軸として反対方向、すなわち導波路１０２および１０３の外側の領域に形成されている。
【００１９】
入力光カプラ１０１および出力光カプラ１０４と、第１および第２の導波路１０２、１０３の結合領域には、それぞれ図２のモード変換領域２６が設けられており、それらはいずれの極性にもドーピングされず、理想的には真性半導体である。
【００２０】
図４の断面図で、第２極性領域１０６の上には、上部クラッド層３の中間構造として金属のバイアス電極１０７が設けられている。また、２つの第１極性領域１０５ａ，ｂの上には、上部クラッド層３の表面構造として進行波電極１０８ａ，ｂがそれぞれ設けられている。いずれの電極も、例えばビア（ｖｉａ：層間接続電極）などの接続構造により対応するＳｉ層の半導体領域に電気的に接続されている。
【００２１】
Ｓｉ光変調器の場合は、ｐｎ接合が逆バイアス状態でなければ、変調速度の劣化を招く。そのため、金属のバイアス電極１０７は、１対の進行波電極１０８ａ，ｂそれぞれがどのような信号電圧状態であっても、ｐｎ接合が逆バイアス状態となるようなバイアス電圧を印可される。そして、進行波電極１０８ａ，ｂに対して、図３の入力側から差動の電圧を変調電気信号ＲＦとして供給して印可することで、光の変調を行う。
【００２２】
まとめると、図３のマッハツェンダ光変調器は、入力光カプラ１０１と、入力光カプラにより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１および第２の光導波路１０２，１０３と、第１および第２の光導波路の出力光を結合する出力光カプラ１０４とを備えたマッハツェンダ光変調器であって、第１および第２の光導波路１０２，１０３は、２つの第１極性領域１０５ａ，ｂと、その間に形成された第２極性領域１０６との境界に形成された半導体接合を有してそれぞれ光位相変調部を構成しており、第１および第２の光導波路１０２，１０３の外側に２つの第１極性領域１０５ａ，ｂが形成され、第１および第２の光導波路１０２，１０３の間に第２極性領域１０６が形成されている。
【００２３】
(容量装荷電極型マッハツェンダ光変調器)
図５に、従来のシングル電極型マッハツェンダ光変調器の派生形として、容量装荷電極型マッハツェンダ光変調器を示す(参考文献２)。図６には、図５の点Ａから点Ｂの破線部の断面構造を示す。図５、図６において、図３、４と同じ部分は同じ番号で示し、説明は省略する。
【００２４】
図５の容量装荷型マッハツェンダ光変調器では、図３のシングル電極型マッハツェンダ光変調器の光位相変調部の第１極性領域１０５ａ，ｂおよび第２極性領域１０６が、光導波方向に沿って複数に分割されており、各分割部分にはＴ字状の金属電極が装荷電極１１０ａ，ｂとして、進行波電極１０８ａ，ｂから互いに対向する方向への張り出し部分として設けられている。
【００２５】
容量装荷型マッハツェンダ光変調器では、この装荷電極１１０ａ，ｂが装荷容量として作用し、この装荷電極１１０ａ，ｂを介して、第１極性領域１０５ａ，ｂと進行波電極１０８ａ，ｂが電気的に接続されている。光位相変調部(第１および第２の導波路１０２、１０３)の光進行方向の長さに対する、分割された複数の第１極性領域１０５ａ，ｂおよび第２極性領域１０６の挿入割合は、装荷率(フィル・ファクター)と一般的に呼ばれる。このフィル・ファクターが大きければ大きいほど、光進行方向の単位長さあたりのｐｎ接合による容量は大きくなり、電気的な特性インピーダンスは小さくなる。
【００２６】
このように、容量装荷電極型の光変調器では、フィル・ファクターを変更することによって、電気的な特性インピーダンスを調整できることに利点があり、光変調器を駆動する電子回路とのインピーダンスマッチングを図り、高周波特性を向上させることができるという利点を有する構造である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】Nan Qi, Xi Xiao, Shang Hu, Xianyao Li, Hao Li, Liyuan Liu, Zhiyong Li, Nanjian Wu, and Patrick Yin Chiang,「Co-Design and Demonstration of a 25-Gb/s Silicon-Photonic Mach-Zehnder Modulator With a CMOS-Based High-Swing Driver」IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 22, NO. 6, pp. 3400410, 2016.
【非特許文献２】David Patel, Samir Ghosh, Mathieu Chagnon, Alireza Samani,Venkat Veerasubramanian, Mohamed Osman, and David V. Plant,「Design, analysis, and transmission system performance of a 41 GHz silicon photonic modulator」 Opt. Express vol.23, no.11, pp.14263-14275, 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
図３のシングル電極型マッハツェンダ光変調器において、モード変換領域２６は、前述のように理想的には真性半導体である。しかし、図７（ａ）に示すように、マッハツェンダ光変調器においては光位相変調部となる２本の光導波路が隣接するため、モード変換領域２６ａ〜ｄも隣接しており、実質的に一体の真性半導体領域として配置されている。
【００２９】
このような従来の構造では、ドーピングプロセス後のアニール工程におけるドーパントの活性化や、光変調器の製造プロセス完了後のチップをモジュールに搭載する工程における加熱等によって、第１極性領域１０５ａ，ｂのドーパントが周囲の領域に拡散する場合がある。このため、図７（ｂ）に示すように、モード変換領域２６ａ〜ｄが第１極性領域１０５ａ，ｂと同じドーパントを持つ半導体領域となってしまい、第１極性領域１０５ａ，ｂの間が導電性となり、電流のリークパスを形成することがある。図７（ｂ）では、この状況を説明するため、バイアス電極１０７の下の半導体極性の分布も示している。
【００３０】
この場合において、図７（ｂ）の進行波電極１０８ａ，ｂに対して差動の変調信号を入力したとしても、第１極性領域１０５ａ，ｂの間が第１極性となったモード変換領域２６ａ〜ｄを介して電気的にショートしてしまっていることになる。その結果、光位相変調部のｐｎ接合に電圧が印加されず、変調が行われなくなってしまう。もしくは、明らかなショートではなくモード変換領域２６ａ〜ｄが濃度の薄い第１の極性となった場合であったとしても、電圧が十分にかからず、一部がリーク電流として導通する為、変調特性が劣化する要因となる。
【００３１】
また、図５の容量装荷電極型マッハツェンダ光変調器においては、フィル・ファクターの調整の為に、光位相変調部の第１極性領域１０５ａ，ｂおよび第２極性領域１０６が、光導波方向に複数の領域に分割されている。しかし、同様なドーパントの拡散などによって、その分割された領域の間の領域が、第１極性領域１０５ａ，ｂと同じドーパントを持つ半導体領域となってしまうと、図５の分割された第１極性領域１０５ａ，ｂそれぞれの間がショートしてしまい、同様に変調が行われなくなってしまうか、変調特性が劣化する原因となる。
【００３２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、そのドーピング領域の構造により、光変調器の１対の第１極性領域それぞれが製造プロセスのアニール工程等でショートが発生することを防ぎ、製造歩留まりを向上させることが出来る光変調器を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明は、このような課題を解決するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００３４】
（発明の構成１）
入力光カプラと、前記入力光カプラにより２分岐された入力光を導波する１対２本の並行する第１および第２の光導波路と、前記第１および第２の光導波路の出力光を結合する出力光カプラとを備えたマッハツェンダ光変調器であって、
前記第１および第２の光導波路は、２つの第１極性領域と、その間に形成された第２極性領域との境界に形成された半導体接合を有してそれぞれ光位相変調部を構成しており、
前記第１および第２の光導波路の外側に２つの前記第１極性領域が形成され、
前記第１および第２の光導波路の間に前記第２極性領域が形成され、
前記第２極性領域は前記第１極性領域よりも領域の長さが光導波方向により長い
ことを特徴とする光変調器。
【００３５】
（発明の構成２）
前記第１極性領域は、それぞれ光導波方向に沿って複数に分割されている
ことを特徴とする発明の構成１に記載の光変調器。
【００３６】
（発明の構成３）
前記第２極性領域は、同じ第２の極性であって光導波方向と垂直な方向に不純物濃度の異なる複数の部分領域を含む
ことを特徴とする発明の構成１または２に記載の光変調器。
【００３７】
（発明の構成４）
前記部分領域において、最も不純物濃度の高い部分領域のみが光導路方向に沿って複数に分割されず形成されており、光導波路の光閉じ込め領域より遠い場所に配置されて、他の部分領域よりも光導波方向の領域の長さがより長く形成されている
ことを特徴とする発明の構成３に記載の光変調器。
【００３８】
（発明の構成５）
前記第１および第２の光導波路はリブ導波路であり、
前記入力光カプラおよび前記出力光カプラと前記第１および第２の光導波路の結合領域には、それぞれモード変換領域が設けられており、
前記モード変換領域は前記リブ導波路のスラブ領域に向かって、スラブ領域が扇状に広がる形状である
ことを特徴とする発明の構成１ないし４のいずれか１項に記載の光変調器。
【００３９】
（発明の構成６）
前記第２極性領域は、前記モード変換領域において前記２本の光導波路の半導体接合面の内側にあたる部分を完全に覆っている
ことを特徴とする発明の構成５に記載の光変調器。
【００４０】
（発明の構成７）
前記第２極性領域は、前記モード変換領域にまで達してはいないが第１極性領域よりも長い
ことを特徴とする発明の構成５に記載の光変調器。
【００４１】
（発明の構成８）
前記第２極性領域は、前記モード変換領域において、光導波路のコアのコア幅の少なくとも一部によって、前記モード変換領域の光導波方向の全体にわたって、真性半導体領域を遮断している
ことを特徴とする発明の構成５に記載の光変調器。
【発明の効果】
【００４２】
以上記載したように、本発明によれば、そのドーピング領域の構造により、光変調器の１対の第１極性領域それぞれが、製造プロセスのアニール工程等でショートすることはなく、光変調器の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来のＳｉ光変調器の光位相変調部の光導波路の断面図である。
【図２】従来の方形導波路とリブ導波路の結合領域の上面図（ａ）と斜視図（ｂ）である。
【図３】従来のシングル電極型マッハツェンダ光変調器の上面図である。
【図４】従来のシングル電極型マッハツェンダ光変調器の断面図である。
【図５】従来の容量装荷型マッハツェンダ光変調器の上面図である。
【図６】従来の容量装荷型マッハツェンダ光変調器の断面図である。
【図７】従来のシングル電極型マッハツェンダ光変調器の結合領域の課題を説明する上面図（ａ）と（ｂ）である。
【図８】本発明の実施例１のシングル電極型マッハツェンダ光変調器の上面図である。
【図９】本発明の実施例の結合領域におけるドーピングパターンの具体例を示す上面図（ａ），（ｂ）、（ｃ）である。
【図１０】本発明の実施例２の容量装荷型マッハツェンダ光変調器にの上面図である。
【図１１】本発明の実施例２の変形例の容量装荷型マッハツェンダ光変調器の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４５】
（実施例１）
図８は、本発明の実施例１のシングル電極型マッハツェンダ光変調器の上面図である。図８では、図３の従来例のシングル電極型マッハツェンダ光変調器と同じ部分は同じ番号で示す。
【００４６】
図８の本発明の実施例１の光変調器において従来例と異なる点は、モード変換領域７２６の近傍に於ける第１極性領域７０５ａ，ｂと第２極性領域７０６のドーピングのパターン（領域の平面形状）である。具体的には図８の本発明の実施例１では、第１極性領域７０５ａ，ｂと比べて、第２極性領域７０６は光導波方向により長くなるようにドーピングされている。そのため、モード変換領域７２６の、導波路１０２および１０３に囲まれた部位の一部またはすべてが第２極性領域となっている。
【００４７】
図９に、本発明実施例１のモード変換領域７２６ａ，ｂの近傍の結合領域に於ける、領域７０５ａと７０６のドーピングパターンの具体例を詳細に説明する。図９の各図では、２本ある光導波路の一方の光導波路１０２の光入力側の結合領域のみを示している。光導波路１０３の結合領域は、コア２０を軸として反転したドーピングパターンとなる。
【００４８】
図９（ａ）にあるように本発明においては、第２極性領域７０６は、第１極性領域７０５ａ、ｂと比べて、光導波方向により長くなるようにドーピングされている。
【００４９】
一般に不純物の濃度の大小の関係から、不純物を含まない真性半導体領域は、あらかじめ所定の極性、濃度にドーピングされた領域よりもドーパントの拡散による電気伝導度の変化の影響は大きい。そこで、結合領域の不純物を含まない真性半導体領域を、逆極性の第２極性領域で遮断あるいは覆えば、結合領域においても逆バイアスとなり、第１極性領域からのドーパントの拡散による影響を抑制することができる。
【００５０】
図９（ａ）では、第２極性領域７０６はモード変換領域７２６ｂにおいて、２本の光導波路の半導体接合面の内側にあたる部分を完全に覆っている。そのため、第１極性領域７０５ａのドーパントが拡散しても影響することはなく、リークパス形成が阻止される。
【００５１】
図９（ａ）のように、第２極性領域７０６がモード変換領域７２６ｂを完全に覆えばベストではあるが、図９（ｂ）のように、第２極性領域７０６がモード変換領域７２６にまで達してはいなくても第１極性領域７０５ａよりも少しでも長ければ、電流のリークパスを形成するのに必要な拡散距離が長くなり、リークパス形成を抑制でき、多少なりとも効果があり有効である。
【００５２】
あるいは、図９（ｃ）のように、第２極性領域７０６がモード変換領域７２６ｂにおいて、光導波路のコア２０のコア幅の少なくとも一部によって、モード変換領域７２６ｂの光導波方向の全体にわたって真性半導体領域を遮断していれば、第１極性領域７０５ａが７０５ｂとつながることは無く、これも有効である。
【００５３】
このように、図８の本発明実施例１では、従来例とは異なり、第１極性領域７０５ａ，ｂそれぞれは、間に位置する第２極性領域７０６によって完全に、あるいは部分的に分断されているために、アニールによる熱拡散によってショートが発生することは阻止される。よって、従来例では起こりうるプロセスによる不良を減らし、光変調器の製造歩留まりを向上させることができる。
【００５４】
また、第２極性領域７０６によって、第１極性領域７０５ａ，ｂ間が完全に遮断されない場合を考えても、第１極性領域７０５ａまたはｂと比べて、第２極性領域７０６が光導波方向により長ければ、２対１組ある進行波電極１０８ａ，ｂの間のリーク電流による特性劣化を軽減することができる。よって、従来例では起こりうるプロセスによる不良を減らし、光変調器の製造歩留まりを向上させることができる。
【００５５】
なお、そもそも加工前のＳＯＩ基板が薄く第１極性にドーピングされている場合もあるが、本願発明はＳＯＩ基板のドーピング状態には依存しない。
つまり、仮にＳＯＩ基板が薄く第１極性にドーピングされていても、製造プロセスにおいて領域７０６は逆の極性に充分ドーピングされるので第１極性領域７０５ａ，ｂからの拡散の影響を阻止することができ、本発明の効果を発揮することができる。
【００５６】
（実施例２）
図１０は、本発明の実施例２のマッハツェンダ光変調器の構成を示す上面図である。図１０の実施例２は、従来例の図５にある容量装荷電極型マッハツェンダ光変調器に対して本発明を適用した実施形態である。図５と同じ部分は同じ番号で示し説明は省略する。
図１０の実施例２は、図５の従来の容量装荷型変調器と比較すると、第２極性の領域８０６が光導波方向に複数に分割されていない（連続しており、一体構成である）ことが異なる点である。
【００５７】
図１０の光導波路１０２，１０３の両端部の、モード変換領域の近傍に於けるドーピング構造は、図８の実施例１と同様である。これによって、従来例とは異なり、分割された複数の第１極性領域１０５ａ，ｂそれぞれは、分割部分の間を含め第２極性領域８０６によって完全に分断されているために、アニールによるドーパントの熱拡散等が起きたとしても、２対１組ある進行波電極１０８ａ，ｂの間でのショートを抑制することが可能となる。よって、従来例では起こりうるプロセスによる不良を減らし、光変調器の製造歩留まりを向上させることができる。
【００５８】
さらに、図５の従来例と比較すると、分割された複数の第１極性領域１０５ａ，ｂのそれぞれの長さおよび、合計の長さは変わらないために、光進行方向の進行波電極の単位長さあたりのｐｎ接合による装荷容量は概ね変わらない。そのため、従来例で示した容量装荷型マッハツェンダ光変調器の利点である、光変調器を駆動する電子回路とのインピーダンスマッチングを調整し、高周波特性を向上させることができる点は変わらない。
【００５９】
（実施例２の変形）
図１１は、本発明の実施例２の変形例のマッハツェンダ光変調器構成を示す上面図である。図１０の実施例２と同じ部分は、番号と説明を省略する。
【００６０】
従来例を含め図２〜図１０では、単に第１極性領域および第２極性領域として半導体極性のみに着目し、その不純物濃度に関しては着目していなかった。図１１では、図１０の第１および第２の光導波路１０２，１０３の間に形成された第２極性領域８０６が、より不純物濃度の低い第２極性の部分領域１１１ａ，ｂと、より不純物濃度の高い第２極性の部分領域１１２に分かれた点が異なる。すなわち、図１１では、第２極性領域は、同じ極性であって光導波方向と垂直な方向に不純物濃度の異なる複数の部分領域１１１ａ，１１１ｂ，１１２に分かれている。部分領域１１１ａと１１１ｂは同じ不純物濃度の第２極性領域であっても良く、その間の第２極性の部分領域１１２の不純物濃度は、部分領域１１１ａと１１１ｂよりも高い。
【００６１】
この場合、より濃度の高い部分領域１１２を、光導波方向に分割せずに形成し、光導波路の光閉じ込め領域（コア）より遠い場所に配置し、他の領域と比較して長さが光進行方向に最も長くなるように形成する。そうすれば、実施例２と同様の効果が得られ、光変調器の製造歩留まりを向上させることができる。
【００６２】
通常、光導波路は、何もドープされていない領域のほうがドープされた領域より光の損失が少ないため、不純物濃度にかかわらず、インプラ領域（ドーピングのためインプランテーション（イオン注入：ion implantation）処理がなされた領域）を導波路長手方向に伸ばすと、光のロスが若干なりとも増えてしまうという問題がある。図１１のように、より濃度の高い第２極性の部分領域１１２を２本の光導波路の光閉じ込め領域（コア）より遠い場所（バイアス電極の下側）に配置し、この濃度の高い部分領域１１２だけを導波路長手方向に伸ばした場合には、光のロスを増やさずに本発明の効果を得ることが出来るのが利点である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上述べたように本発明に係る光変調器においては、光変調器の製造歩留まりを向上させることが出来る。
【符号の説明】
【００６４】
１  ＳｉＯ２クラッド層
２  Ｓｉ層
３  ＳｉＯ２クラッド層
７    光導波路
２０  コア
２１ａ，２１ｂ  スラブ層
２２  高濃度ｐ型半導体層
２３  高濃度ｎ型半導体層
２４  中濃度ｐ型半導体層
２５  中濃度ｎ型半導体層
２６、２６ａ〜２６ｄ、７２６、７２６ａ，７２６ｂ  モード変換領域
１０１  入力光カプラ
１０２  第１の光導波路
１０３  第２の光導波路
１０４  出力光カプラ
１０５ａ，１０５ｂ、７０５ａ，７０５ｂ  第１極性領域
１０６、７０６、８０６  第２極性領域
１０７  バイアス電極
１０８ａ，１０８ｂ  進行波電極
１１０ａ、１１０ｂ  装荷電極
１１１ａ、１１１ｂ  より濃度の低い第２極性の部分領域
１１２  より濃度の高い第２極性の部分領域
【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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