(57)【要約】【課題】様々な動作点のずれを駆動回路の電源電圧以下の電圧で調整することができ、低コストで低消費電力の光変調器を提供する。【解決手段】光分岐構造と、分岐された二つのアームの少なくとも一方に駆動回路からの電圧を印加することで光の位相を変調する光位相変調部と、前記光位相変調部に直列的に連なる二つのアームの少なくとも一方に、光位相変調部の駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することにより動作点を調整する光位相調整部と、光結合構造とを備え、前記光位相調整部が光位相粗調部と光位相微調部とを有し、前記光位相粗調部は、光位相変調部の駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することにより１８０°以上の範囲で光位相を変調できるように設計され、前記光位相微調部は、光位相変調部の駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することにより９０°以下の範囲で光位相変調するように設計されていることを特徴とする光変調用素子。【選択図】図１
2015191067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入力側で二つのアームに分岐する光分岐構造と、
分岐した二つのアームの少なくとも一方に、駆動回路からの電圧を印加することにより光の位相を変調する光位相変調部と、
前記光位相変調部に直列的に連なる二つのアームの少なくとも一方に、光位相変調部の駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することにより動作点を調整する光位相調整部と、
光位相調整部からの光を光の出力側で結合する光結合構造とを備え、
前記光位相調整部が、光位相粗調部と光位相微調部とを有し、
前記光位相粗調部は、前記駆動回路の電源電圧以下の電圧を、二つのアームの少なくとも一方に印加することにより１８０°以上の範囲で光位相変化できるように設計され、
前記光位相微調部は、前記駆動回路の電源電圧以下の電圧を、二つのアームの少なくとも一方に印加することにより９０°以下の範囲で光位相変化できるように設計されていることを特徴とする光変調用素子。
【請求項２】
前記光位相変調部の二つのアームが、シリコンベース電気光学素子からなり、
前記シリコンベース電気光学素子が、
基板上に、前記基板と反対側に矩形に突出するリブ導波路構造を有する第１導電型半導体層と、前記リブ導波路構造の上に積層された誘電体層と、前記誘電体層上に積層された第２導電型半導体層とを有し、
前記第１導電型半導体層は、第１導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第１コンタクト部を介して、第１電極配線に接続され、
前記第２導電型半導体層は、第２導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第２コンタクト部を介して、第２電極配線に接続されており、
さらに前記第１コンタクト部は、第１導電型半導体層のスラブ部に対して矩形に突出していることを特徴とする請求項１に記載の光変調用素子。
【請求項３】
前記光位相調整部において、
前記光位相粗調部および前記光位相微調部が、各アームにあることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光変調用素子。
【請求項４】
前記光位相調整部において、
前記光位相粗調部が、二つのアームのいずれか一方にあり、
前記光位相微調部が、前記光位相粗調部と異なるアームにあることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光変調用素子。
【請求項５】
前記光位相変調部における各アームの光導波部と、前記光位相調整部における各アームの光導波部とを離して配置し、かつこれらが半導体材料を介し接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光変調用素子。
【請求項６】
前記光位相変調部における各アームの光導波部を、前記光位相調整部に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出させ、
さらに前記光位相調整部における各アームの光導波部を、前記光位相変調部に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出させ、
これら突出した先端同士を、エバネッセント波の滲み出し距離以内で近接させていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光変調用素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光変調用素子と、前記光変調用素子の光位相変調部に電圧を印加する電源と、前記光変調用素子の光位相粗調部に電圧を印加する粗調用電源と、前記光変調用素子の光位相微調部に電圧を印加する微調用電源と、前記光変調用素子の光の出力側で動作点のずれを計測するモニターとを備える光変調器。
【請求項８】
入力された光を二つに分岐する光分岐ステップと、
分岐された少なくとも一方の光導波部に、駆動回路からの電圧が印加されることで光の位相を変化する光変調ステップと、
位相が変化した光を再合成する光合成ステップと、
再合成した光の一部をモニターし、動作点のずれを測定する測定ステップと、
前記測定ステップでの動作点のずれに基づき、動作点を較正する光位相粗調ステップおよび光位相微調ステップとを有し、
前記光位相粗調ステップは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を分岐された少なくとも一方の光導波部に印加することで、導波する光の位相を１８０°以上の範囲で変化させることができ、
前記光位相微調ステップは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を分岐された少なくとも一方の光導波部に印加することで、導波する光の位相を９０°以下の範囲で変化させることができることを特徴とする動作点制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調用素子、光変調器および動作点制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用光ファイバおよびローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）などに接続される光通信デバイスは、様々なシステム用の１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍ波長で機能する。当該シリコンベース光通信デバイスは、ＣＭＯＳ技術を利用して、光機能素子および電子回路をシリコンプラットフォーム上に集積化可能とする非常に有望な技術である。
【０００３】
シリコンベースの光通信デバイスとしては、導波路、光結合器、波長フィルタ、光変調器などの様々なデバイスが幅広く研究されており、中でも能動的なデバイスとして光変調器が注目されている。光変調器は、電気信号を光信号に変換することができるデバイスであり、屈折率変化を利用した構造としてはマッハツェンダ干渉計を利用したものが一般的である。マッハツェンダ干渉計を利用した光変調器は、二本の光導波路からなるアームの光位相差を干渉させて、光の強度変調信号を得る。
【０００４】
図１３は、マッハツェンダ干渉計を利用した光変調用素子を模式的に図示したものである。光変調器は、第１のアーム１０１および第２アーム１０２からなり、これに入力側で分岐する光分岐構造１０３と、出力側で結合する光結合構造１０４とが接続されている。光分岐構造１０３に入力した光は、第１アーム１０１および第２アーム１０２を導波する間に光の位相が変化し、光結合構造１０４で再度合成される。第１アーム１０１および第２アーム１０２はシリコンベース電気光学素子からなり、電圧を印加することにより電気光学効果または熱光学効果等により光の位相が変化する。
【０００５】
第１アーム１０１および第２アーム１０２の長さが同一で、かつ電圧が印加されなかった場合、位相差はゼロとなり、光結合構造１０４から出力される光は、同波調の光が重畳されるため最大となる。一方、第１アーム１０１および第２アーム１０２で位相がπだけずれた場合は、光結合構造１０４で合成された際にそれぞれの光が打ち消し合い、出力される光は最小となる。
一般に、出力される光の消光比を最大とするために、出力光の強度が最大になる電圧と出力光の強度が最小になる電圧の、中間の電圧を印加した時の出力光強度を動作点として設定する。すなわち、いずれか一方のアームに、光の位相差が半波長分だけずれる電圧を印加した状態を初期状態とし、その時の光強度を基準（動作点）とする。光変調器は、この動作点を基準として動作し、光信号を出力する。そのため、動作点を一定に制御することは非常に重要である。これに対し、動作点は使用環境温度の変化や、製造時のバラツキ、長期間の使用に伴う劣化等で安定しないという問題があった。
【０００６】
このような動作点の制御を行うために、様々な検討が進められている。
例えば特許文献１には、位相変調部と分離して、ヒータを用いた熱光学効果による動作点の制御することが記載されている。
また、例えば特許文献２では、第１アームと第２アームに位相差を生じさせるための駆動回路の電源電圧に、一定の周波数信号を重畳して印加することで動作点を制御することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０６４４１７号
【特許文献２】特開２０１３−９１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、動作点のずれは、例えば光変調用素子の劣化等に伴い、大きくずれる場合と、例えば光変調器の駆動時の温度変化等に伴い、わずかにずれる場合があり、上述の方法では、この両方を低電圧で同時に制御することができなかった。また、動作点の大きなずれとわずかなずれの較正を、低電圧で同時に行うことができる光変調素子、光変調器を実現することができなかった。
【０００９】
上述の特許文献１に記載された熱光学効果による動作点の制御方法では、印加電圧に対する位相の変化率が大きいため、大きな動作点のずれを較正することはできる。一方で、印加電圧に対する位相の変化率が大きいと、わずかな動作点のずれを正確に較正することができなかった。このような問題は、市場に出回る量産品等において、特に深刻である。例えば試作品であれば、印加電圧に対する位相の変化率が大きい場合でも、印加電圧を精密に制御することで、わずかな動作点のずれも較正することができる。しかし、市場に出回る量産品等では、印加電圧の精密な制御を使用の度に行うことは現実的ではない。
【００１０】
また上述の特許文献２に記載された動作点の制御方法では、第１アームと第２アームに位相差を生じさせるために、駆動回路の電源電圧に一定の周波数信号を重畳しているため、駆動回路の電源電圧以上の電圧が必要である。そのために電源電圧を大きくする必要があり、低電圧で制御することができなかった。また、重畳する周波数を大きいものにすると、位相変調精度にも影響が生じるため、わずかな動作点のずれの制御しかできないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決する光変調用素子、光変調器および動作点制御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】
【００１２】
本発明の光変調用素子は、光の入力側で二つのアームに分岐する光分岐構造と、分岐された二つのアームの少なくとも一方に、駆動回路からの電圧を印加することにより光の位相を変調する光位相変調部と、前記光位相変調部に直列的に連なる二つのアームの少なくとも一方に、光位相変調部の駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することにより動作点を調整する光位相調整部と、光位相調整部からの光を光の出力側で結合する光結合構造とを備える。前記光位相調整部が、光位相粗調部と光位相微調部とを有する。また、前記光位相粗調部は、前記駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することにより１８０°以上の範囲で光位相変化できるように設計され、前記光位相微調部は、前記駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することにより９０°以下の範囲で光位相変化できるように設計されている。
【００１３】
本発明の光変調器は、上記光変調用素子と、前記光変調用素子の光位相変調部に電圧を印加する電源と、前記光変調用素子の光位相粗調部に電圧を印加する粗調用電源と、前記光変調用素子の光位相微調部に電圧を印加する微調用電源と、前記光変調用素子の光の出力側で動作点のずれを計測するモニターとを備える。
【００１４】
入力された光を二つに分岐する光分岐ステップと、駆動回路からの電圧を印加することで、分岐された少なくとも一方の光の位相を変化させる光変調ステップと、位相が変化した光を再合成する光合成ステップと、再合成した光の一部をモニターし動作点のずれを測定する測定ステップと、前記測定ステップでの動作点のずれに基づき、動作点を較正する光位相粗調ステップおよび光位相微調ステップとを有する。前記光位相粗調ステップは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することで、導波する光の位相を１８０°以上の範囲で変化させることができ、前記光位相微調ステップは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することで、導波する光の位相を９０°以下の範囲で変化させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、様々な動作点のずれを駆動回路の電源電圧以下の電圧で調整することができ、低コストで低消費電力の光変調用素子、光変調器および動作点制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光変調用素子を模式的に示した図である。
【図２】光位相粗調部３Ａが二つのアームのいずれか一方にあり、光位相微調部３Ｂが光位相粗調部３Ａと異なるアームにある光変調用素子を模式的に示した図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’面のシリコンベース電気光学素子の断面構造を模式的に示した図である。
【図４】熱光学効果を利用したシリコンベース電気光学素子の一例の断面模式図である。
【図５】キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子の一例の断面模式図である。
【図６】キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子のその他の例の断面模式図である。
【図７】キャリアプラズマ効果を利用したキャリア空乏型シリコンベース電気光学素子の一例の断面模式図である。
【図８】光位相変調部と光位相調整部が、電気的に分離し、光学的に接続された光変調用素子の一例を模式的に示した図である。
【図９】光位相変調部と光位相調整部が、電気的に分離し、光学的に接続された光変調用素子のその他の例を模式的に示した図である。
【図１０】ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子の製造方法を模式的に示した図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る光変調器を模式的に示した図である。
【図１２】シリコンベース電気光学素子の位相変化の印加電圧依存性を示したグラフであり、（ａ）は図６で示すキャリア注入型シリコンベース電気光学素子の位相変化の印加電圧依存性を示し、（ｂ）は、図２で示すＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子の位相変化の印加電圧依存性を示す。
【図１３】マッハツェンダ干渉計を利用した光変調用素子を模式的に図示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態である光変調用素子および光変調器について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る光変調用素子を模式的に示した図である。本発明の一実施形態に係る光変調用素子１０は、光の入力側で二つのアームに分岐する光分岐構造１と、分岐された二つのアームの少なくとも一方に、駆動回路からの電圧を印加することにより光の位相を変調する光位相変調部２と、前記光位相変調部２に直列的に連なり、動作点を調整する光位相調整部３と、光位相調整部３からの光を、光の出力側で結合する光結合構造４とを備える。また、前記光位相調整部３が、光位相粗調部３Ａと光位相微調部３Ｂとを有し、前記光位相粗調部３Ａは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を少なくとも一方のアームに印加することにより１８０°以上の範囲で光位相変化できるように設計され、前記光位相微調部３Ｂは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を少なくとも一方のアームに印加することにより９０°以下の範囲で光位相変化できるように設計されている。
【００１９】
光位相粗調部３Ａは、印加電圧に対する位相変化量が大きく、光位相微調部３Ｂは印加電圧に対する位相変化量が小さい。すなわち、同じ電圧をこれらに印加した際に、光位相粗調部３Ａは大きな位相変化を生じ、光位相微調部３Ｂは小さな位相変化を生じる。そのため、光位相粗調部３Ａおよび光位相微調部３Ｂからなる光位相調整部を設けることで、所定の電圧を印加することで大きな動作点のずれも、わずかな動作点のずれも較正することができる。
具体的には、光位相粗調部３Ａは、光位相変調部２の駆動回路の電源電圧以下の電圧を少なくとも一方のアームに加えることで、１８０°以上の範囲で光位相変化が可能である。そのため、光強度の消光特性における大きな動作点のずれを較正することができる。一方、光位相粗調部３Ｂは、光位相変調部２の駆動回路の電源電圧以下の電圧を少なくとも一方のアームに加えることで、９０°以下の範囲で光位相変化が可能である。そのため、高速駆動時の環境温度変化によるわずかな動作点のずれを、精密に較正することができる。
ここで、光位相粗調部３Ａおよび光位相微調部３Ｂは、いずれも光位相変調部２の駆動回路の電源電圧以下の電圧で動作し、それぞれが大きな動作点のずれおよびわずかな動作点のずれを較正することができる。そのため、光位相変調部２の駆動回路の電源電圧以上の電圧を出力する電源を光変調用素子１０全体として要しない。つまり、本発明の光変調用素子１０は、大きな電源電圧と接続することが不要となり、消費電力およびコストの観点で優れる。
【００２０】
もし光位相粗調部３Ａのみで様々な動作点のずれを較正しようとすると、光位相粗調部３Ａは電圧に対する光の位相変化量が大きいため、わずかな電圧変化でも大きな光の位相変化が生じてしまう。そのため、精密な動作点の較正ができない。
また、もし光位相微調部３Ｂのみで様々な動作点のずれを較正しようとすると、光位相粗調部３Ｂは電圧に対する光の位相変化量が小さいため、非常に大きな電圧を印加する必要がある。これは大きな動作点のずれを較正するためには、大きな位相変化をできる必要があり、電圧に対する光の位相変化量が小さい光位相粗調部３Ｂのみでは、大きな電圧を印加しないとそれだけの位相変化量を実現することができないためである。すなわち、この場合、動作点の制御のための大きな電源電圧が必要となり、消費電力およびコストの観点で好ましくない。
【００２１】
光位相調整部３において、光位相粗調部３Ａおよび光位相微調部３Ｂは、図１に示すように各アームにあってもよい。各アームに光位相粗調部３Ａおよび光位相微調部３Ｂを有することで、各アームをそれぞれ精密に制御することができる。
【００２２】
また光位相調整部３において、図２に示すように、光位相粗調部３Ａが二つのアームのいずれか一方にあり、光位相微調部３Ｂが光位相粗調部３Ａと異なるアームにあってもよい。このような構成とすることで、制御端子数を低減することが可能となり、高密度化に寄与する。また制御回路の簡素化も可能となる。
【００２３】
（光位相変調部）
図３は、光位相変調部のシリコンベース電気光学素子の断面を模式的に示した図である。具体的には、図１のＡ−Ａ’面におけるシリコンベース電気光学素子の断面を模式的に示した図である。
このシリコンベース電気光学素子は、ＳＩＳ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型接合シリコンベース電気光学素子２０である。このＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０は、基板２９の上に、基板２９と反対側に矩形に突出するリブ導波路構造２１ａを有する第１導電型半導体層２１と、リブ導波路構造の上に積層された誘電体層２２と、誘電体層２２上に積層された第２導電型半導体層２３とを有する。第１導電型半導体層２１は、第１導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第１コンタクト部２４を介して、第１電極配線２５に接続する。また第２導電型半導体層２３は、第２導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第２コンタクト部２６を介して、第２電極配線２７に接続する。さらに第１コンタクト部２４は、第１導電型半導体層２１のスラブ部２１ｃに対して矩形に突出している。スラブ部２１ｃは、第１導電型半導体層２１の突出していない部分を意味する。またその他の領域は酸化物からなるクラッド層２８であり、光の導波部を制限している。
なお、本実施形態では、電気光学素子を構成する基板２９として、シリコン基板上に、酸化膜を有するＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）基板を用いる例を示しているが、基板はシリコンベースのものであればよい。
【００２４】
このようなＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０は、印加される電源電圧に対する位相変化量が小さく、その位相変化の線形性が高い。そのため、印加される電圧に対し、精密な制御をすることができる。また、印加される電圧と光の位相変化量の対応が１対１で得ることができ、素子の複雑化を避けることができる。さらに、印加される電圧に対する位相御変化量が小さく、その位相変化の線形性が高いため、大きな動作点のずれの発生を抑制することができる。
【００２５】
光位相変調部２は、電圧をアームに印加することで、各アームの光の位相が変化する。駆動回路の電源電圧は、ＳｉＧｅバイポーラトランジスタを用いる場合は３．３Ｖであり、ＣＭＯＳ構造を用いる場合は１．０〜１．８Ｖである。なお、これらの電源電圧が光位相変調部の光の位相を変化させる際には、駆動回路を介して電圧が印加されるため、その際の電圧はこの電圧値より低下する。
【００２６】
ここで、このＳＩＳ型接合シリコン・ベース電気光学装置２０は、電気光学効果（自由キャリアプラズマ効果）を利用するものである。以下に、半導体層がシリコンからなる場合を例にして、このＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０における動作原理である、光の位相変調メカニズムの概要を説明する。
【００２７】
純粋な電気光学効果はシリコン内では得られない、または得られにくいため、自由キャリアプラズマ効果と熱光学効果だけが光変調動作に利用出来る。本発明が目的とする高速動作（Ｇｂ／秒以上）を得るためには、自由キャリアプラズマ効果だけが有効であり、以下の関係式（１）、（２）の１次近似値で説明される。
【００２８】
【数１】
2015191067.tif 000003
【００２９】
【数２】
2015191067.tif 000004
【００３０】
式（１）のΔｎおよび式（２）のΔｋは、それぞれ、シリコン層の屈折率変化の実部および虚部を表わしており、ｅは電荷、λは光の波長、ε０は真空中の誘電率、ｎはシリコン層の屈折率、ｍｅは電子キャリアの有効質量、ｍｈはホールキャリアの有効質量、μｅは電子キャリアの移動度、μｈはホールキャリアの移動度、ΔＮｅは電子キャリアの濃度変化、ΔＮｈはホールキャリアの濃度変化を表している。
【００３１】
シリコン中の電気光学効果の実験的な評価が行われており、光通信システムで使用する１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍの波長でのキャリア密度に対する屈折率変化は、Ｄｒｕｄｅの式と良く一致することが分かっている。また、これを利用した電気光学素子においては、位相変化量Δθは以下の式で定義される。
【００３２】
【数３】
2015191067.tif 000005
【００３３】
式（３）のＬは、シリコンベース電気光学素子の光伝播方向に沿ったアクティブ層（有効変調領域）の長さである。Δｎｅｆｆは、ΔｎおよびΔｋから得ることができる実効屈折率である。式（３）からわかるように、実効屈折率の変化Δｎｅｆｆが大きければ、アクティブ長さＬが短くても、大きな位相変化を生み出すことができる。
【００３４】
このシリコンベース電気光学素子は、リブ導波路構造２１ａを有する。そのため、光導波部と屈折率が変化する領域とが重なるため、シリコンベース電気光学装置の印加電圧に対する、光の変調効率が高くなる。すなわち、光変調のアクティブ層の長さを短くすることができ、光変調用素子を小型化することができる。
ここで光導波部とは、光の導波する部分を意味し、図２においては点線で囲まれた領域Ｌ１を意味する。このＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０においては、第１導電型半導体（主に、リブ導波路構造２１ａ）、誘電体層２２、第２導電型半導体２３である。また屈折率が変化する領域は、キャリア密度が変化する領域であり、第１導電型半導体層２１、第２導電型半導体層２３のうち、誘電体層２２との接合界面付近となる。
【００３５】
また、このリブ導波路構造２１ａを有することで、高濃度でドーピングした領域と、光導波部との重なりを低減することもできる。
ここで、高濃度でドーピングした領域とは、図１の第１コンタクト部２４および第２コンタクト部２６であり、この領域に光が伝播すると、ドーパントによる光吸収が生じてしまう。リブ導波路構造２１ａをもたせることにより、高濃度でドーピングした領域での光吸収による損失を低減することができる。
【００３６】
ここで、キャリア密度が変化する領域の厚みを（最大空乏層厚）Ｗは、熱平衡状態では下記数式で与えられる。
【００３７】
【数４】
2015191067.tif 000006
【００３８】
εｓは、半導体層の誘電率、ｋはボルツマン定数、Ｎｃはキャリア密度、ｎｉは真性キャリア濃度、ｅは電荷量である。例えば、Ｎｃが１０１７／ｃｍ３の時、最大空乏層厚は０．１μｍ程度であり、キャリア密度が上昇するに伴い、空乏層厚、すなわちキャリア密度の変調が生じる領域の厚みは薄くなる。
そのため、リブ導波路構造の高さはＷ以上であることが好ましい。リブ導波路構造２１ａの高さがＷ以上であれば、キャリア密度が変化する領域をリブ導波路構造２１ａ内とすることができ、光導波部との重なりを高く維持することができる。
【００３９】
また、第１導電型半導体層２１は、第１導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第１コンタクト部２４において、第１電極配線２５に接続している。同様に、第２導電型半導体層２３は、第２導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第２コンタクト部２６において、第２電極配線２７に接続している。高濃度ドープを行うことにより、第１導電型半導体層２１と第１電極配線２５の界面、第２導電型半導体層２３と第２電極配線２７の界面における接触抵抗を低減することができる。その結果として、直列抵抗成分を小さくし、ＲＣ時定数を小さくすることができる。すなわち、光変調動作の速度を向上することができる。
【００４０】
さらに、第１コンタクト部２４は、第１導電型半導体層２１のスラブ部２１ｃに対して矩形に突出している。そのため、より第１コンタクト部２４内のドーピング密度を上昇させることができ、半導体と導電体との界面の接触抵抗をより低減することができる。すなわち、ＲＣ時定数が小さく、より光変調動作の速度が高くすることができる。
【００４１】
また第１コンタクト部２４を矩形に突出させることで、スラブ部２１ｃの幅を短くすることができる。スラブ部２１ｃは、高濃度でドーピングした領域と、光導波部との重なりを低減するために、約０．１μｍと薄くしている。しかしながら、スラブ部２１ｃを広範囲に渡って、均一に薄く形成することは難しい。
【００４２】
第１導電型半導体層２１および第２導電型半導体層２３は、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、歪シリコン、単結晶シリコン、Ｓｉ１−ｘＧｅｘからなる群から選択される少なくとも一層からなることが好ましい。
【００４３】
（光位相粗調部）
光位相粗調部３Ａは、電圧印加に対して大きく位相変化（具体的には光位相変調部の駆動回路の電源電圧の印加に対して１８０°以上の位相変化）する。そのため、光位相粗調部３Ａは、熱光学効果を利用したシリコンベース電気光学素子またはキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子が好ましい。
【００４４】
図４は熱光学効果を利用したシリコンベース電気光学素子の一例の断面模式図である。この熱光学効果を利用したシリコンベース電気光学素子は、光位相粗調部３Ａに用いることができるため、光変調用素子においては、図１のＢ−Ｂ’断面である。
この熱光学効果を利用したシリコンベース電気光学素子３０は、基板３９と反対側に矩形に突出するリブ導波路構造３１ａを有する真正半導体層３１と、リブ導波路構造３１ａの上に積層された誘電体層３２と、誘電体層３２上に形成された高抵抗多結晶半導体層３３とを有する。真正半導体層３１は及び高抵抗多結晶半導体層３３とは、第１導電型または第２導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされたコンタクト部３４を介して、第１電極配線３５および第２電極配線３７に接続する。またその他の領域は酸化物からなるクラッド層３８であり、光の導波部を制限している。第２電極配線３７に電圧を印加すると、高抵抗多結晶半導体層３３が発熱し、真正半導体層３１の屈折率が変化する。この熱光学効果を利用したシリコンベース電気光学素子３０において、光導波部は、図４において点線で囲まれた領域Ｌ２であり、真正半導体層３１（主に、リブ導波路構造３１ａ）、誘電体層３２および高抵抗多結晶半導体層３３である。
ここで、図４は、誘電体層３２と高抵抗多結晶半導体層３３が接触しているが、離して形成してもよい。この距離を適宜調整することで、印加電圧に対する位相変化量を調整することができる。
【００４５】
図５はキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子の一例の断面模式図である。このキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子は、光位相粗調部３Ａに用いることができるため、光変調用素子においては、図１のＢ−Ｂ’断面である。
このキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０は、基板４９と反対側に矩形に突出するリブ導波路構造４１ａを有する真正半導体層４１を有する。この真正半導体層４１は、その一方の端部に第１導電型不純物が他の部分より高濃度にドープされた第１コンタクト部４４を有し、この第１コンタクト部４４を介して、第１電極配線４５と接続する。また、もう一方の端部に第２導電型不純物が他の部分より高濃度にドープされた第２コンタクト部４６を有し、この第２コンタクト部４６を介して、第２電極配線４７に接続する。またその他の領域は酸化物からなるクラッド層４８であり、光の導波部を制限している。第１電極配線４５と第２電極配線４７の間に、電圧を印加することで、真正半導体層４１（主に、リブ導波路構造４１ａ）の屈折率が変化する。このキャリアプラズマ効果を利用したシリコンベース電気光学素子４０において、光が導波する光導波部は、図５において点線で囲まれた領域Ｌ３であり、真正半導体層４１（主に、リブ導波路構造４１ａ）である。
【００４６】
また、図６はキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子のその他の例の断面模式図である。このキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子は、光位相粗調部３Ａに用いることができるため、光変調用素子においては、図１のＢ−Ｂ’断面である。
このキャリアプラズマ効果を利用したシリコンベース電気光学素子５０は、基板と反対側に矩形に突出するリブ導波路構造５１ａを有する真正半導体層５１と、リブ導波路構造５１ａの上に積層された誘電体層５２と、誘電体層５２上に形成された第２真正半導体層５３とを有する。この真正半導体層５１は、第１導電型不純物が他の部分より高濃度にドープされた第１コンタクト部５４を介し、第１電極配線５５に接続する。また第２真正半導体層５３は、その両端に第１導電型不純物が他の部分より高濃度にドープされた第２コンタクト部５６ａと第２導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第３コンタクト部５６ｂを介して、第２電極配線５７に接続する。またその他の領域は酸化物からなるクラッド層５８であり、光の導波部を制限している。第１電極配線５５及び第２電極配線５７間に電圧を印加することで、真正半導体層５１および第２真正半導体層５３の屈折率が変化する。このキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０において、光が導波する光導波部は、図６において点線で囲まれた領域Ｌ４であり、真正半導体層５１（主に、リブ導波路構造５１ａ）、誘電体層５２および第２真正半導体層５３である。
【００４７】
（光位相微調部）
光位相微調部３Ｂは、印加電圧に対して小さく位相変化（具体的には光位相変調部の駆動回路の電源電圧の印加に対して９０°以下の位相変化）する。そのため、光位相微調部３Ｂは、キャリアプラズマ効果を利用したキャリア空乏型シリコンベース電気光学素子または光位相変調部に用いたＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０が好ましい。
また、熱光学効果を利用したシリコンベース電気光学素子３０において、高抵抗多結晶半導体層３３とリブ導波路構造３１ａの距離を離した場合を用いることもできる。高抵抗多結晶半導体層３３とリブ導波路構造３１ａの距離は、加える電圧にもよるが、例えば１．８Ｖの印加電圧に対して、２．０μｍ以上の距離を離すと、位相変化量が９０°以下となるため光位相微調部として用いることができる。
【００４８】
図７はキャリアプラズマ効果を利用したキャリア空乏型シリコンベース電気光学素子の一例の断面模式図である。このキャリアプラズマ効果を利用したキャリア空乏型シリコンベース電気光学素子は、光位相粗調部３Ｂに用いることができるため、光変調用素子においては、図１のＣ−Ｃ’断面である。
このキャリアプラズマ効果を利用したキャリア空乏型シリコンベース電気光学素子６０は、第１導電型半導体６１と、第２導電型半導体６３が接続されている。第１導電型半導体６１と第２導電型半導体６３は、その接合部において基板と反対側に矩形に突出するリブ導波路構造を有してしている。またそのリブ導波路構造上には誘電体層６２が積層されている。第１導電型半導体６１は、第１導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第１コンタクト部６４を介して、第１電極配線６５に接続する。また、第２導電型半導体６３は、第２導電型の不純物が他の部分より高濃度にドープされた第２コンタクト部６６を介して、第２電極配線６７に接続する。またその他の領域は酸化物からなるクラッド層６８であり、光の導波部を制限している。第１電極配線６５と第２電極配線６７間に電圧を印加すると、第１導電型半導体と第２導電型半導体の接合面において、空乏層が形成され屈折率が変化する。このキャリアプラズマ効果を利用したキャリア空乏型のシリコンベース電気光学素子６０において、光が導波する光導波部は、図７において点線で囲まれた領域Ｌ５であり、主に二つの導電型の半導体の接合界面であるリブ導波路構造である。
【００４９】
光位相変調部２および光位相調整部３の具体的な構成について説明した。これら光位相変調部２と光位相調整部３は、電気的に分離し、光学的に接続されていることが好ましい。具体的には、光位相変調部２におけるアームの光導波部と、光位相調整部３におけるアームの光導波部とを離して配置し、かつこれらが半導体材料を介して接続されていることが好ましい。また、光位相変調部２におけるアームの光導波部を、光位相調整部３に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出させ、さらに光位相調整部３におけるアームの光導波部を、光位相変調部２に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出させ、これら突出した先端同士を、エバネッセント波の滲み出し距離以内で近接させていることが好ましい。
【００５０】
光位相変調部２と光位相調整部３が光学的に分離されていると、光を導波することができず機能しない。この光の導波を確保するために、光位相変調部２と光位相調整部３を接続しているが、光位相変調部２と光位相調整部３のそれぞれに加える電圧差によっては、光位相変調部２と光位相調整部３間で電流が流れる。この電流は位相変調および位相調整においてノイズとなるため電気的に分離することが好ましい。
【００５１】
以下に、光位相変調部２におけるアームの光導波部と、光位相調整部３におけるアームの光導波部とを離して配置し、かつこれらが半導体材料によって接続されていることで、電気的に分離し光学的に接続された光変調器について具体的に説明する。
【００５２】
図８は、光位相変調部と光位相調整部が、電気的に分離し、光学的に接続された光変調用素子の一例を模式的に示した図である。
図８（ａ）で示すように、光位相変調部２（Ａ−Ａ’断面）が、図２のＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子からなる。また、光位相調整部３の光位相変調部２に隣接する部分が光位相粗調部３Ａであり、この光位相粗調部３Ａ（Ｂ−Ｂ’断面）が、図５で示すキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０からなる。なお、図８では、図５で示すキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０を光位相粗調部３Ａとして示したが、光位相粗調部３Ａに用いることができるものであれば、その構造は問わない。また光位相変調部に隣接する部分を光位相粗調部３Ａとしたが、光位相微調部３Ｂが隣接していてもよい。
前述しているが、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０の光導波部Ｌ１は、第１導電型半導体２１（主に、リブ導波路構造２１ａ）、誘電体層２２および第２導電型半導体２３である。一方、キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０の光導波部Ｌ３は、真正半導体層４１（主に、リブ導波路構造４１ａ）である。
【００５３】
図８（ｂ）は、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０における光導波部Ｌ１と、キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０の光導波部Ｌ３との接続を模式的に示した断面図である。
ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０における光導波部Ｌ１と、キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０の光導波部とを、互いに突出させ、任意の距離をおいて離す。これにより電気的な分離を実現することができる。一方で、任意の距離をおいて離して配置すると、光の導波も分断されるため、絶縁性を有し光を導波させることができる半導体材料Ｄで接続する。半導体材料Ｄは、絶縁性を有するため、これらの間を接続しても電気な分離に影響は無い。絶縁性は数Ｖ程度の電位差を印加した際に、電流が流れない程度の絶縁性を有すればよい。
これに対し、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０における光導波路Ｌ１からの光は、半導体材料Ｄを介してキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０の光導波部Ｌ３に導波することができる。半導体材料Ｄは、例えば多結晶シリコン、アモルファスシリコン、歪シリコン、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ等を用いることができる。
また、このとき光導波部全てが接続されている必要は無く、その一部だけが接続されていてもよい。具体的には、例えばＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０においては、リブ導波路構造２１ａでも、第２導電型半導体層２３でもよい。
また例えば光導波部Ｌ１の誘電体層２２は、半導体材料Ｄと同様のものを用いているため、誘電体層２２を延長することで、光導波部同士を接続することもできる。この場合、接続するために新たな層を形成する必要がなく容易に作製することができるため、より好ましい。
【００５４】
また、光位相変調部２におけるアームの光導波部を、光位相調整部３に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出させ、さらに光位相調整部３におけるアームの光導波部を、光位相変調部２に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出させ、これら突出した先端同士を、エバネッセント波の滲み出し距離以内で近接させることで、電気的に分離し光学的に接続された光変調器について具体的に説明する。
【００５５】
図９は、光位相変調部と光位相調整部が、電気的に分離し光学的に接続された光変調器のその他の例を模式的に示した図である。
図９（ａ）で示すように、光位相変調部２（Ａ−Ａ’断面）が、図２で示すＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０からなる。また、光位相調整部３の光位相変調部２に隣接する部分が光位相粗調部３Ａであり、この光位相粗調部３Ａ（Ｃ−Ｃ’断面）が、図６で示すキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子４０とした。なお、図９では、図６で示すキャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０を光位相粗調部３Ａとして示したが、光位相粗調部３Ａに用いることができるものであれば、その構造は問わない。また光位相変調部に隣接する部分を光位相粗調部３Ａとしたが、光位相微調部３Ｂが隣接していてもよい。
前述しているが、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０の光導波部Ｌ１は、前述のように第１導電型半導体２１（主に、リブ導波路構造２１ａ）、誘電体層２２および第２導電型半導体２３である。キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０の光導波部Ｌ４は、真正半導体層５１（主に、リブ導波路構造５１ａ）、誘電体層５２および第２真正半導体層５３である。
【００５６】
図９（ｂ）は、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０における光導波部Ｌ１と、キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０の光導波部Ｌ４との接続を模式的に示した断面図である。また図９（ｃ）は、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０における光導波部Ｌ１と、キャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０の光導波部Ｌ４との接続を模式的に示した平面図である。
ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０における光導波部Ｌ１が、キャリア注入型シリコンベース光学素子５０に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出している。同様に、キャリア注入型シリコンベース光学素子５０における光導波部Ｌ４も、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０に向けて、先端が光の波長以下の幅となるように突出している。
このときＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０へ入射した光は、光導波部Ｌ１を通り、突出された先端まで導波する。この先端は光の波長以下の幅で形成されているため、光は導波することができない。しかし、このような光の波長以下の領域ではエバネッセント波が生じる。このエバネッセント波が減衰しきる直前までの領域に、光が導波することができる材料を近づけると、エバネッセント波は光として再放出される。ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０の光導波部Ｌ１と、キャリア注入型シリコンベース光学素子５０の光導波部Ｌ４は、エバネッセント波の滲み出し距離内で近接しているため、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０から入射した光は、エバネッセント波を介して、キャリア注入型のシリコンベース光学素子５０へ導波することができる。一方、互いに突出した先端同士は物理的に離れているため、電気は通さない。そのため、このような構成とすることで、電気的に分離し光学的に接続された光変調器を実現することができる。
なお、このとき突出させる部分は、光導波部全体である必要は無く、その一部でもよい。具体的には、例えばＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０においては、リブ導波路構造２１ａでも、第２導電型半導体層２３でもよい。また、例えばキャリアプラズマ効果を利用したキャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０においては、真正半導体層５１および第２真正半導体層５３のいずれでもよい。また図９（ｂ）のように断面視した際に突出部同士が向き合う構造でも、図９（ｃ）のように平面視した際に突出部同士が向き合う構造でもいずれも用いることができる。図９（ｃ）の平面視した際に突出部同士が向き合う構造は、作製が容易であり好ましい。
【００５７】
（ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子の製造方法）
図１０に示したＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０の製造方法について、図１０（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、厚さが１００〜１０００ｎｍ程度の埋め込み酸化膜２９ｂが内部に形成された基板２９を準備する。基板２９は、ＳＯＩ基板であり、少なくとも埋め込み酸化膜２９ｂより積層面に近い側の部分が、ｐ型、ｎ型のいずれかの導電型を有しているものとする。基板２９は、一般の方法で作製してもよく、市販品を購入してもよい。
【００５８】
積層面に近い側の半導体層（第１導電型半導体層）２１に対するホウ素、リン、ヒ素等の不純物ドープ（イオン注入）は、基板２９を製造する前に行ってもよいし、後に行ってもよい。
【００５９】
次に、図１０（ｂ）で示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、矩形の突出部２１ａ、２１ｂとの間の部分を選択的にエッチングし、スラブ部２１ｃを形成する。これにより、矩形の突出部２１ａ、第１コンタクト部２４に相当する部分が、他の部分に対して矩形に突出した形状となる。
【００６０】
ここで行うエッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングの何れであってもよい。ただし、スラブ部２１ｃに相当する部分が完全に除去されてしまわないように、エッチング条件を調整する必要がある。エッチング条件の調整は、温度等を変えることによって行うことができる。スラブ部２１ｃの厚さは、５０〜１５０ｎｍとするのが好ましい。
【００６１】
次に、図１０（ｃ）で示すように、第１導電型半導体層２１の突出した矩形の突出部２１ｂに、イオン注入法により、第１導電型の不純物をドーピングし、第１コンタクト部２４を形成する。これにより、第１コンタクト部２４は、第１導電型の不純物が他の部分より高濃度でドープされた状態となる。続いて、第１導電型半導体層２１の突出したリブ導波路構造２１ａ上に、誘電体層２２を積層する。
【００６２】
次に、プラズマＣＶＤ法などの成膜法により、第１導電型半導体層２１、誘電体層２２上を覆うように酸化膜クラッド層２８を一旦形成する。そして、図１０（ｄ）で示すように、第１導電型半導体層２１、誘電体層２２の形状に伴って、酸化膜クラッド層２８の突出した部分をＣＭＰ法によって除去することにより、平坦化する。
【００６３】
次に、図１０（ｅ）に示すように、多結晶半導体層を０．１〜０．３μｍの厚みで積層し、第２導電型をイオン注入することにより、第２導電型半導体層２３を形成する。不純物の注入は、成膜中に行っても良い。さらに、第２導電型半導体層２３の両端に、第２導電型の不純物のイオン注入を行い、当該不純物が他の部分より高濃度でドープされた第２コンタクト部２６を形成する。
【００６４】
次に、図１０（ｆ）に示すように、再度、酸化膜クラッド層２８をプラズマＣＶＤ法などにより積層し、反応性エッチングによりコンタクトホールを形成する。そして、図１０（ｇ）に示すように、スパッタ法やＣＶＤ法によりコンタクトホールを埋めるようにＴｉ／ＴｉＮ／Ａｌ（Ｃｕ）あるいはＴｉ／ＴｉＮ／Ｗなどの金属層を形成し、コンタクトホールの外部に延びる金属層に対して、反応性エッチングによるパターニングを行い、第１電極配線２５、第２電極配線２７を形成することにより、シリコンベース電気光学素子を得ることができる。なお、第１電極配線２５および第２電極配線２７の形成により、駆動回路との電気的な接続が可能になる。
【００６５】
（光変調器）
図１１は、本発明の光変調器を模式的に示した図である。
本発明の光変調器１００は、上記の光変調用素子１０と、光変調用素子１０の光位相変調部２に電圧を印加する電源１０１と、光変調用素子１０の光位相粗調部３Ａに電圧を印加する粗調用電源１０２と、光変調用素子１０の光位相粗調部３Ｂに電圧を印加する微調用電源１０３と、光変調用素子１０の光の出力側で動作点のずれを計測するモニター１０４構造を備える。
【００６６】
電源１０１は、光位相変調部２に電圧を印加することで光変調器を導波する光の位相を変化させる。このとき、光位相に伴い生じた動作点のずれは、モニター構造１０４で確認される。
確認された動作点のずれに応じて、光位相粗調部３Ａおよび光位相微調部３Ｂのそれぞれに、粗調用電源１０２および微調用電源１０３から電圧を印加する。これらの電源から印加される電圧は、電源１０１の電圧以下である。
そのため、光変調器１００は、電源１０１の電圧以上の電圧を出力可能な電源を準備する必要がなく、低消費電力を実現することができる。また出力の大きな電源は高価なため、低コストな光変調器１００を実現することができる。
【００６７】
またモニター構造１０４は動作点のずれを測定することができれば、特に制限されるものではなく、一般に用いられるフォトダイオードモニター等を用いることができる。
【００６８】
（動作点制御方法）
本発明の動作点制御方法は、以下のステップを有する。入力された光を二つに分岐する光分岐ステップと、分岐された少なくとも一方の光導波部に、電圧が印加されることで光の位相を変化する光変調ステップと、位相が変化した光を合成する光合成ステップとを有する。また、モニター構造が、この合成した光の一部をモニターし動作点のずれを測定する測定ステップを有する。さらに、この測定ステップでの動作点のずれに基づき、光位相粗調ステップと光位相微調ステップで動作点を較正する。このとき動作点の較正は手動で行ってもよいが、モニター構造からの動作点のずれの情報を処理し、その動作点のずれに対応した電圧を出力する駆動装置により自動で行われることが好ましい。光位相粗調ステップは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することで、導波する光の位相を１８０°以上の範囲で変化させることができる。また、光位相微調ステップは、駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することで、導波する光の位相を９０°以下の範囲で変化させることができる。
【００６９】
光分岐ステップでは、光変調器に入力された光を二つに分岐する。このとき、分岐された光は、同位相である。
【００７０】
次に、光変調ステップにでは、分岐された光の少なくとも一方の位相を変化させる。光の位相の変化は、電圧が光の導波部に印加されることによる光導波部の屈折率変化に伴い生じる。この位相の変化した光を、光合成ステップで再合成させる。位相のずれによって、出力される光の強度を変調させることができる。すなわち、駆動回路の電源電圧からの電気信号を、光信号に置き換えることができる。光合成ステップでの光の位相差が、出力される光信号に直接影響を及ぼすため、光変調ステップでは分岐した光の両方の位相を変化させても、その一方のみを変化させてもよい。
【００７１】
この光変調ステップで生じた位相差は、光合成ステップで合成された光の一部を測定することで得ることができる。また、本来生じるべき位相差と、測定された光の位相差のずれから、動作点のずれを測定することができる。
この測定は、合成した光を再分岐し、一部をフォトダイオードモニター等に接続することで行うことができる。
【００７２】
光位相粗調ステップと光位相微調ステップでは、測定された動作点のずれを較正することができる。
光位相粗調ステップは、光変調ステップの駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することで導波する光の位相を１８０°以上の範囲で変化させることができる。また光位相微調ステップでは、光変調ステップの駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加することで、導波する光の位相を９０°以下の範囲で変化させることができる。そのため、大きな動作点のずれは、光位相粗調ステップで較正することができ、わずかな動作点のずれは、光位相粗調ステップで較正することができる。
つまり、光位相変調ステップの駆動回路の電源電圧以下の電圧を印加するのみで、大きな動作点のずれも、わずかな動作点のずれも両方対応することができる。
【実施例】
【００７３】
（実施例１）
図１２はシリコンベース電気光学素子の位相変化の印加電圧依存性を示したグラフであり、（ａ）は図６で示すキャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０の位相変化の印加電圧依存性を示し、（ｂ）は、図２で示すＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０の位相変化の印加電圧依存性を示す。
キャリア注入型光位相変調部５０は、２００μｍの長さに対して１．５Ｖの電圧を印加することにより、１８０°以上の位相変化が生じている。一方、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０は、２００μｍの長さに対して１．５Ｖの電圧を印加することにより９度程度の位相変化しか生じていない。光位相変調部２がＣＭＯＳ構造を用いる場合は、その駆動回路の電源電圧は１．８Ｖである。
そのため、キャリア注入型シリコンベース電気光学素子５０を光位相粗調部３Ａ、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０を光位相微調部３Ｂとして適用することが可能である。
また、ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子２０は、印加電圧に対して比較的線形な位相変化が可能であり、位相変化の微調整には有効である。
【符号の説明】
【００７４】
１…光分岐構造、２…光位相変調部、３…光位相調整部、３Ａ…光位相粗調部、３Ｂ…光位相微調部、１０…光変調用素子、２０…ＳＩＳ型接合シリコンベース電気光学素子、３０…熱光学型シリコンベース電気光学素子、４０、５０…キャリア注入型シリコンベース電気光学素子、６０…キャリア空乏型シリコンベース電気光学素子、２１、６１…第１導電型半導体、３１、４１、５１…真正半導体層、２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ…リブ導波路構造、２１ｂ…矩形の突出部、２１ｃ…スラブ部、２２、３２、５２、６２…誘電体層、２３、６３…第２導電型半導体層、３３…高抵抗多結晶層、５３…第２真正半導体層、２４、３４、４４、５４、６４…第１コンタクト部、２５、３５、４５、５５、６５…第１電極配線、２６、４６、５６ａ、６６…第２コンタクト部、２７、３７、４７、５７、６７…第２電極配線、２８、３８、４８、５８、６８…酸化物クラッド層、２９、３９、４９、５９、６９…基板、５６ｂ…第３コンタクト部、１００…光変調器、１０１…電源、１０２…粗調用電源、１０３…微調用電源、１０４…モニター、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５…光導波部、Ｄ…誘電体
【図１】
2015191067.tif 000007
【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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