(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の差動信号電圧を印加するための２本のＲＦ電極と、固定電位を与える少なくとも１本の固定電位用電極と、前記ＲＦ電極若しくは固定電位用電極と接する第１導電型半導体層と第２導電型半導体層と、１本の光導波路から分岐されて前記第１および第２導電型半導体層の境界となるｐｎ接合部に沿うように配置された２本の光導波路が形成された光変調部とを備えた光変調器であって、
前記光変調器の変調部は、光の伝播方向に沿って位置する第１領域と第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域の接続部で、前記２本の光導波路のどちらも、前記光導波路と同じ側の前記ＲＦ電極と前記光導波路が立体交差する構造を持ち、前記２本の光導波路のどちらも、前記第１領域と前記第２領域における半導体のドーピング状態の位置関係は、それぞれの光導波路の光の伝播方向に対して逆となるように配置されており、
前記２本の光導波路は相互に立体交差しない構造であり、かつ、前記２本のＲＦ電極は相互に立体交差しない構造であること
を特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記光変調器の変調部は、前記２本の光導波路のそれぞれにおいて、前記立体交差する構造が２箇所以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記光変調器の変調部は、前記立体交差する構造の部分において、前記ＲＦ電極と半導体層を接続するビアが途切れていること、
を特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記第１領域の光の伝播方向についての全長が、前記第２領域の光の伝播方向についての全長よりも短いこと
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領域と前記第２領域のうち少なくとも一方が光の伝播方向について２つ以上に分割されて交互に配置されること
を特徴とする請求項３に記載の光変調器。
【請求項６】
前記第１領域は前記第２領域を挟むように２つに分割されており、
その光の伝播方向についての長さの比が１：２：１になっていること
を特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
前記固定電位用電極は２本のＲＦ電極の間に配置されたグラウンド電極および２本のＲＦ電極の外側に配置された２本のグラウンド電極からなるデュアル電極構造であること
を特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムや光情報処理システムにおいて用いられる光変調器に関する。特に、光変調器の位相変調時に発生するチャープを抑制し、波形品質の良い変調光を出力可能な光変調器を提供するための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zehnder）型光変調器は、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）に１：１の強度で分岐し、分岐した光を一定の長さ伝播させた後に、再度合波させて出力する構造を持つ。２つに分岐された光導波路に設けられた位相変調部により、２つの光の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。【０００３】
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等の半導体が用いられ、これらの光導波路近傍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。【０００４】
光の位相を変化させる原理としては、ＬｉＮｂＯ３はポッケルス効果、ＩｎＰ，ＧａＡｓはポッケルス効果や量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｏｎｆｉｎｅｄ  Ｓｔａｒｋ  Ｅｆｆｅｃｔ：  ＱＣＳＥ）が主に用いられ、Ｓｉではキャリアプラズマ効果が主に用いられる。【０００５】
高速で低消費電力な光通信を行うためには、変調速度が速く、駆動電圧の低い光変調器が必要となる。１０Ｇｂｐｓ以上の高速で数ボルトの振幅電圧で光変調を行うためには、高速の変調電気信号と光導波路を伝播する光の速度を整合させ、電気信号を伝搬させながら光と相互作用を行う進行波電極が必要となる。進行波電極の長さを数ミリメートルから数十ミリメートルにした光変調器が実用化されている。（例えば非特許文献１）【０００６】
この進行波電極型の光変調器では、電気信号や導波路を伝播する光の強度を落とさずに伝搬することができるよう、低損失で反射の少ない電極構造および光導波路構造が求められる。【０００７】
また、ＭＺ型光変調器には、光導波路をＳｉにより構成したＳｉ光変調器がある。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層を光が導波できるようＳｉ薄膜を細線に加工して光導波路とした後、ｐ型・ｎ型の半導体となるようドーパントを注入し、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。【０００８】
このとき、光導波路は光損失が小さくなるように設計・加工する必要がある。このため、ｐ型・ｎ型のドーピング、及び電極の作製にあたって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。【０００９】
図１に、従来のＳｉ光変調器の基本となる光導波路の断面構造図を示す。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光変調器の光導波路は、上下のＳｉＯ２クラッド層１，３に挟まれたＳｉ層２で構成される。Ｓｉ層２の図中央の光を閉じ込めるためのＳｉ細線部は、周囲と厚さに差があるリブ導波路と呼ばれる断面構造を取っている。【００１０】
このＳｉ層２の中央の厚いＳｉ層２０１を光導波路のコアとして、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を構成する。【００１１】
光導波路７の両側のスラブ領域２０２には、高濃度ｐ型半導体層２１１、高濃度ｎ型半導体層２１４が設けられる。更に、光導波路７のコア中央部には、ドーピングにより中濃度ｐ型半導体層２１２、中濃度ｎ型半導体層２１３からなるｐｎ接合構造が形成されて、図１の左右両端より変調電気信号とバイアスが印加されている。【００１２】
中濃度ｐ型半導体層２１２、中濃度ｎ型半導体層２１３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構造としても良い。【００１３】
光導波路７は、このｐｎ接合部に沿うように（紙面垂直方向に）光を伝播させる。図１に図示は無いが、両端の高濃度半導体層２１１、２１４に接する金属電極を設けている。この金属電極より、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（図１では右から左向きの電界）を印加する。【００１４】
このような構造により、光導波路コア２０１内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（キャリアプラズマ効果）ことで、光の位相を変調することができる。【００１５】
導波路寸法はコア／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、光導波路コア部分２０１と両側のスラブ領域２０２を備えるリブ型シリコン導波路構造とした場合の寸法の一例を挙げると、導波路コア幅４００〜６００（ｎｍ）×高さ１５０〜３００（ｎｍ）×スラブ厚５０〜２００（ｎｍ）×長さ数（ｍｍ）程度になる。【００１６】
このような光導波路を用いたマッハツェンダ型光変調器としては、従来より電極構造の違いにより、シングル電極、デュアル電極と呼ばれる２種類の構造のものが知られている。【００１７】
この電極は、マッハツェンダ型光変調器の２つのアームを構成する２本の光導波路に沿って設けられ、変調用の１対の差動信号電圧を印加するための２本のＲＦ電極と、固定電位を与える少なくとも１本の固定電位用電極とからなる。【００１８】
固定電位用電極は、シングル電極構造の場合は、２本のＲＦ電極の間に配置されて、ＤＣバイアス電位を与えるのでＤＣ電極と呼ばれる。デュアル電極構造の場合は、固定電位用電極は、２本のＲＦ電極の間および２本のＲＦ電極の外側に配置されて、０Ｖのグラウンド電位（接地電位）を与えるのでグラウンド（ＧＮＤ）電極と呼ばれる。【００１９】
（従来のシングル電極型マッハツェンダ変調器）
図２に、従来のシングル電極型のマッハツェンダ変調器であるＳｉ光変調器の平面図を、図３にそのIII−III断面構造図を示す。（例えば非特許文献２参照）【００２０】
図２の平面図では、左側からの光入力が光導波路７ａ、７ｂに分岐され、上下のＲＦ電極５ａ、５ｂと、中央のＤＣ電極６の間に印加される変調電気信号（ＲＦ信号）により位相変調された後、結合され、右端より変調光として光出力されて、シングル電極型のマッハツェンダ変調器を構成している。【００２１】
図３のIII−III断面構造図では、図１と同様の断面構造を持つ光導波路を左右対称に２つ並べた基本構造をしている。【００２２】
クラッド層３上の左右両側に、１対の差動の変調電気信号（ＲＦ信号）を入力するための２本の高周波線路（ＲＦ電極５ａ、５ｂ）を持ち、クラッド層３内の中央には、共通のバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極６を持つ。【００２３】
２本のＲＦ電極５ａ、５ｂの間のＳｉ層２には、ＤＣ電極６を挟んで２つの光導波路７ａ、７ｂが設けられている。光導波路７ａ、７ｂ内には、ｐｎ接合構造が左右対称に形成されている。ＲＦ電極５ａ、５ｂは、ビア４（貫通電極）でそれぞれ高濃度ｐ型半導体層２１１に電気的に接続している。【００２４】
ＤＣ電極６は同様に中央の高濃度ｎ型半導体層２１４に接続しており、ＤＣ電極６にＲＦ電極５ａ、５ｂに対してプラスの電圧を印加することで、左右２つのｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができる。これらの電極と半導体層はそれぞれ、１ないし複数のビア４により電気的に接続されているのは以後同様である。【００２５】
図４には、III−III断面での半導体のドーピング状態（ａ）と、光変調時のバンドダイヤグラム（ｂ）を示す。【００２６】
このようなシングル電極のＳｉ光変調器では、ＲＦ電極とＤＣ電極が電気的に独立しており、ｐｎ接合に逆バイアスを印加する際、ＲＦ電極への積極的なバイアス電圧印加が必要ではなくなる。このため、ＲＦ電極にバイアスを印加させるためのバイアスティや、ドライバＩＣとＲＦ電極との間に設置するＤＣブロックのためのコンデンサなどが不要になるなど、構成が簡単にできるというメリットを持つ。【００２７】
なおここでは、ＲＦ電極がｐ型半導体層に、ＤＣ電極はｎ型半導体層に接する例で説明をしたが、逆にＲＦ電極がｎ型半導体層に、ＤＣ電極がｐ型半導体層に接していても良い。このときＤＣ電極に印加するバイアス電圧は、ＲＦ電極に対してマイナスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができる。【００２８】
（従来のデュアル電極型マッハツェンダ変調器）
図５には、従来のデュアル電極型のマッハツェンダ変調器を構成するＳｉ光変調器の平面図を、図６には図５のVI−VI部分断面構造図を示す。【００２９】
図５の平面図では、左側からの光入力が光導波路７ａ、７ｂに分岐され、上下のＲＦ電極１５ａ、１５ｂに印加される変調電気信号（ＲＦ信号）により位相変調された後、結合され右端より光出力されて、デュアル電極型のマッハツェンダ変調器を構成している。【００３０】
図６に示す、図５のVI−VI部分断面構造図では、図１と同様の断面構造を持つ光導波路７ａと、差動の変調電気信号（ＲＦ信号）を入力するための高周波線路の片方（ＲＦ電極１５ａ）と、該ＲＦ電極１５ａを挟むように設けられたグラウンド電極１６ａ、１６ｃとを持つ部分の断面が図示されている。ＲＦ電極１５ａとグラウンド電極１６ａの間のＳｉ層２に設けられた光導波路７ａ内には、ｐｎ接合構造が形成されている。クラッド層３上のＲＦ電極１５ａとグラウンド電極１６ａは、それぞれビア４でＳｉ層２の高濃度ｎ型半導体層２１４、高濃度ｐ型半導体層２１１に電気的に接続されている。【００３１】
このデュアル電極型の場合、図５で中央のグラウンド電極１６ｃ（図６の右側）は、半導体層に直接に接してはいないが、接地（グラウンド）の電位とされていて、ＲＦ電極１５ａとグラウンド電極１６ａ、１６ｃで、ＧＳＧ（Ground−Signal−Ground）構造の高周波伝送線路を形成している。この構造で、伝送線路の特性インピーダンスの調整、伝送特性の向上を行うことができる。また、ＲＦ信号線路がグラウンド電極に囲われているため、信号の漏洩が少なく、クロストークや伝播損失の少ない光変調器を形成することが可能となる。【００３２】
図６には図示しないが、光導波路７ｂに関しても、電極、半導体領域の構造は同様である。図５からわかるように、光導波路７ｂ対応の半導体領域は、光導波路７ａ対応の半導体領域とは別に形成されている。中央のグラウンド電極１６ｃの中心線に対して図５の上下（図６では左右）に対称となるように配置されており、ドーピング状態も対称な配置となっている。【００３３】
Ｓｉ光変調器の高周波伝送線路としての特性インピーダンスは、Ｓｉ層のｐｎ接合部の容量が大きく影響する。デュアル電極のＳｉ変調器では、ＲＦ電極１５ａとグラウンド電極１６ｃとの間の容量（キャパシタンス）を調整することで、特性インピーダンスの調整が比較的容易であり、シングルエンドで５０Ω程度、差動駆動で１００Ω程度にすることが可能である。【００３４】
このようなデュアル電極のＳｉ光変調器では、ＲＦ電極にＤＣバイアス電圧を重複して印加するため、シングル電極のＳｉ変調器と比較して、ドライバＩＣとの接続に際しバイアスティが必要となるなどの工夫を要する。しかし、前述のようにグラウンド電極との間の容量（キャパシタンス）を制御することで特性インピーダンスの調整が比較的容易になることや、グラウンド電極に囲まれているために信号の漏洩が少なく、クロストークや伝播損失の少ない光変調器を形成することが可能となる、というメリットを持つ。【００３５】
なおここでは、ＲＦ電極がｎ型半導体層に、グラウンド電極はｐ型半導体層に接する例で説明をしたが、逆にＲＦ電極がｐ型半導体層に、グラウンド電極がｎ型半導体層に接していても良い。このときＲＦ電極にＲＦ信号に追加して印加するバイアス電圧は、グラウンド電極に対してマイナスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３６】
【非特許文献１】五井一宏，小田研二，日下裕幸，小川 憲介， Tsung-Yang Liow， Xiaoguang Tu， Guo-Qiang Lo， Dim-Lee Kwong，「Ｓｉ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒプッシュプル変調器の２０Ｇｂｐｓ二値位相変調特性」２０１２年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ−３−５０，２０１２．
【非特許文献２】Po Dong,Long Chen,and Young-kai Chen,「High-speed low-voltage single-drive push-pull silicon Mach-Zehnder modulators」 Opt. Express vol.20, no.6, pp.6163-6169, 2012.
【発明の概要】
【００３７】
波形品質が良く、長距離伝送可能な光変調信号を得るためには、チャープの少ない変調信号を生成することができる光変調器が必要となる。ここでＭＺ型光変調器のチャープ（chirp）とは、主に位相変調部の２つの光導波路の間で、信号光が受ける位相変化量や、光の損失に差がある時に発生する、変調出力光の信号歪のことである。
【００３８】
図７Ａにチャープ歪みの無い場合，図７Ｂにチャープ歪みの有る場合のコンスタレーションマップ（Constellation Map）を示す。両図は、電気変調信号を変化させた場合に、ＭＺ型光変調器の光導波路７ａ，７ｂをそれぞれ通過した２つの光と、７ａ，７ｂからの光が合波された光変調器の出力光の、位相と振幅の変化の関係を示す図である。
【００３９】
図７Ａに示すように、２つの光導波路７ａ，７ｂでの位相変化が等しいと、光変調器の出力光は、コンスタレーションマップ上を直線的に位相０からπの状態に変化する。
【００４０】
一方、図７Ｂに示すように、２つの光導波路７ａ，７ｂでの位相変化の効率が異なると、コンスタレーションマップ上を移動する光変調器の出力光の軌跡は直線的ではなくなり、変調後の位相も０、πからずれた位相状態になる。光導波路７ａ，７ｂ間で光の損失に差がある時にも同様に振幅がずれ、コンスタレーションマップ上を移動する光変調器の出力光は直線的ではなくなる。このような位相、振幅のずれがチャープ歪みとなる。
【００４１】
Ｓｉ光変調器の製造工程では、Ｓｉ層にｐ型・ｎ型のドーパントを注入するインプラ（implantation）工程で、マスクずれなどに起因するｐｎ接合位置のずれ（offset）が発生すると、光変調特性が劣化する要因となる。
【００４２】
マッハツェンダ変調器の製造工程でこのようなマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（例えば図２では上下方向、図３では左右方向）が発生した場合、マッハツェンダ変調器を構成する２本の光導波路でドーピング構造が対称なため、例えば一方の導波路ではｐ型層が大きく、もう一方の導波路ではｐ型層が小さくなる。このため２本の導波路間で変調効率の差が生じ、合波された変調光信号はチャープ歪みをもつことになる。
【００４３】
素子作製時のマスク合わせの精度は±３０ｎｍ程度で、この程度のマスクずれが一般に起こり得る。数十ｎｍのずれは測定することが難しく、通常の製造方法では±５０ｎｍ以下の作製精度を保証することは困難である。
【００４４】
図８Ａ、図８Ｂには、このようなインプラマスクずれによる光信号品質の劣化の様子を示す。図８Ａは、劣化のある６４ＱＡＭ変調信号の全体のコンスタレーションマップを表し、図８Ｂは、このようなマップにおける信号品質の劣化の指標ＦｏＤ（Figure of Deterioration）の定義を説明する図である。
【００４５】
図８Ｂに示すようにＦｏＤは、コンスタレーション上のシンボルの直線性からのゆがみδと、シンボル間の最小間隔Δを用いて、  ＦｏＤ＝１００×δ／Δ  で定義される。インプラ時のマスクずれをｏｆｆｓｅｔ量（ｎｍ）とし、このときのＦｏＤの値を計算することで、信号品質の劣化の状態を比較することができる。
【００４６】
図９の（ａ）には、ｐｎ接合の位置が設定した位置からｏｆｆｓｅｔ量（ｎｍ）だけずれた際の、上記ＦｏＤの値のグラフを示す。また、図９の（ｂ）に１０ｎｍずれたとき、図９の（ｃ）に３０ｎｍずれたときの、６４ＱＡＭ信号の全体のコンスタレーションマップを示す。図９の（ａ）および（ｃ）からは、３０ｎｍずれたときにはシンボル間隔の３０％以上がコンスタレーションのＳ字歪で消費されており、信号品質の劣化が顕著であることが判る。
【００４７】
図９の（ａ）のＦｏＤのグラフで、黒丸の点で示している値（ｗ／ｌｉｎ．）は、別途の信号処理を行うリニアライザで補正処理を行った結果の値である。信号品質の劣化が大きいため、補正前の値（白丸の点：ｗｏ／ｌｉｎ．）と較べて、補正処理がほとんど効いていないことが示されている。
【００４８】
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、マスクずれなどによる位相変調時のチャープを抑制し、波形品質の良い、光変調器を提供することにある。
【００４９】
本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００５０】
（発明の構成１）
１対の差動信号電圧を印加するための２本のＲＦ電極と、固定電位を与える少なくとも１本の固定電位用電極と、前記ＲＦ電極若しくは固定電位用電極と接する第１導電型半導体層と第２導電型半導体層と、１本の光導波路から分岐されて前記第１および第２導電型半導体層の境界となるｐｎ接合部に沿うように配置された２本の光導波路が形成された光変調部とを備えた光変調器であって、
前記光変調器の変調部は、光の伝播方向に沿って位置する第１領域と第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域の接続部で、前記２本の光導波路のどちらも、前記光導波路と同じ側の前記ＲＦ電極と前記光導波路が立体交差する構造を持ち、前記２本の光導波路のどちらも、前記第１領域と前記第２領域における半導体のドーピング状態の位置関係は、それぞれの光導波路の光の伝播方向に対して逆となるように配置されており、
前記２本の光導波路は相互に立体交差しない構造であり、かつ、前記２本のＲＦ電極は相互に立体交差しない構造であること
を特徴とする光変調器。
【００５１】
（発明の構成２）
前記光変調器の変調部は、前記２本の光導波路のそれぞれにおいて、前記立体交差する構造が２箇所以下であること、
を特徴とする発明の構成１に記載の光変調器。
【００５２】
（発明の構成３）
前記光変調器の変調部は、前記立体交差する構造の部分において、前記ＲＦ電極と半導体層を接続するビアが途切れていること、
を特徴とする発明の構成１に記載の光変調器。
【００５３】
（発明の構成４）
前記第１領域の光の伝播方向についての全長が、前記第２領域の光の伝播方向についての全長よりも短いこと
を特徴とする発明の構成３に記載の光変調器。
【００５４】
（発明の構成５）
前記第１領域と前記第２領域のうち少なくとも一方が光の伝播方向について２つ以上に分割されて交互に配置されること
を特徴とする発明の構成３に記載の光変調器。
【００５５】
（発明の構成６）
前記第１領域は前記第２領域を挟むように２つに分割されており、その光の伝播方向についての長さの比が１：２：１になっていること
を特徴とする発明の構成５に記載の光変調器。
【００５７】
（発明の構成７）
前記固定電位用電極は２本のＲＦ電極の間に配置されたグラウンド電極および２本のＲＦ電極の外側に配置された２本のグラウンド電極からなるデュアル電極構造であること
を特徴とする発明の構成１から６のいずれか１項に記載の光変調器。
【００５８】
本発明に係る光変調器においては、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）は、マッハツェンダ変調器を構成する２本の導波路での変調効率への影響が均等になるように配置されるため、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。  
【００５９】
さらに、第１領域と第２領域に分けることで、プラスとマイナスで相殺できるため、２本の導波路での変調効率の差を少なくすることもできる。
【００６０】
また、高周波電気信号の伝播に伴う減衰により、ＲＦ電極の入力側と出力側で、変調効率の差を相殺できる効率が異なることに対し、第１領域と第２領域の長さを適切に設定することで、変調効率の対称性の良い光変調器を実現することを可能としている。このため、光変調時のチャープを抑制し、波形品質の良い、光変調器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来のＳｉ光変調器の光導波路の断面構造図である。
【図２】従来のシングル電極型マッハツェンダ変調器を構成するＳｉ光変調器の平面図である。
【図３】図２のＳｉ光変調器のIII−III断面構造図である。
【図４】図２のＳｉ光変調器の断面における半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムである。
【図５】従来のデュアル電極型マッハツェンダ型変調器を構成するＳｉ光変調器の平面図である。
【図６】図５のＳｉ光変調器のVI−VI部分断面構造図である。
【図７Ａ】ＭＺ型光変調器におけるチャープ歪みが無い場合のコンスタレーションマップを説明する図である。
【図７Ｂ】ＭＺ型光変調器におけるチャープ歪みが有る場合のコンスタレーションマップを説明する図である。
【図８Ａ】劣化のある６４ＱＡＭ変調信号の全体のコンスタレーションマップを示す図である。
【図８Ｂ】信号品質の劣化の指標ＦｏＤの定義を説明する図である。
【図９】ｐｎ接合がずれた際のＦｏＤの値のグラフ（ａ）と、２つのずれの値におけるコンスタレーションマップ（ｂ）、（ｃ）である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による、シングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図１１Ａ】図１０のXIA−XIA断面における半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムである。
【図１１Ｂ】図１０のXIB−XIB断面における半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムである。
【図１２】従来技術と同様にＲＦ電極の交差が無い場合の光変調器の参考図である。
【図１３Ａ】図１２の参考図のXIIIA−XIIIA断面における半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムである。
【図１３Ｂ】図１２の参考図のXIIIB−XIIIB断面における半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムである。
【図１４】本発明の第２の実施形態による、シングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図１５Ａ】図１４のXVA−XVA断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す図である。
【図１５Ｂ】図１４のXVB−XVB断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す図である。
【図１５Ｃ】図１４のXVC−XVC断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態による、シングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図１７Ａ】図１６のXVIIA−XVIIA断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す図である。
【図１７Ｂ】図１６のXVIIB−XVIIB断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態による、シングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態による光変調器の、光信号品質の劣化（ＦｏＤ）の改善の様子を示す図である。
【図２０】本発明の第１の実施形態による光変調器の、ＲＦ信号の透過特性と反射特性をＳパラメータで表示した図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態による、デュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図２２Ａ】図２１のXXIIA−XXIIAの部分断面図である。
【図２２Ｂ】図２１のXXIIB−XXIIBの部分断面図である。
【図２３】本発明の第６の実施形態による、デュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図２４】本発明の第７の実施形態による、デュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【図２５】本発明の第５の実施形態による光変調器の、光信号品質の劣化（ＦｏＤ）の改善の様子を示す図である。
【図２６】本発明の第５の実施形態による光変調器の、ＲＦ信号の透過特性と反射特性をＳパラメータで表示した図である。
【図２７】本発明の第８の実施形態による、デュアル電極構造の光変調器の構成を示す平面図である。
【図２８】本発明の第５の実施形態の変形例のデュアル電極構造の光変調器の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下に、本発明をシングル電極およびデュアル電極構造のマッハツェンダ変調器に適用したＳｉ光変調器の実施形態を示す。
【００６３】
（シングル電極構造のマッハツェンダ変調器の実施形態）
まず、シングル電極構造のマッハツェンダ変調器の実施形態を、いくつかの好適例を用いて詳細に説明する。
【００６４】
（実施例１）
図１０は、本発明の第１の実施形態による、シングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【００６５】
図１０に示すように、本発明の実施例１に係る光変調器は、その変調部が光導波路の光の伝播方向の入力側に位置する第１領域（断面XIA−XIAの一点鎖線囲み部分）と出力側に位置する第２領域（断面XIB−XIBの一点鎖線囲み部分）とに分けられている。
【００６６】
２つの領域で、半導体のドーピング状態（ｐ型、ｎ型などの半導体の導電型、極性）は同じパターン配置で逆（例えばｐ型の部分に対してはｎ型、ｎ型の部分に対してはｐ型）となるようにドーピングされている。
【００６７】
そして、１対の差動信号電圧を印加するための上下２本のＲＦ電極５ａ、５ｂは、左右の第１領域と第２領域の中間で、互いに接することなく立体的に交差する構造で接続されている。例えば、図１０中央に図示のＸ形の配線の様に、ＲＦ電極５ａはそのまま左上から右下に接続する一方、ＲＦ電極５ｂは一旦ビア（貫通電極）でＲＦ電極５ａの下層に落として左下から右上に接続したのち、再びビアで上層に接続することができる。
【００６８】
第１領域と第２領域の接続部においては、ＲＦ電極と光導波路も交差する構造であるが、光導波路とＲＦ電極はもともと別の層に形成された構造であるため、この交差による光導波路の製造面での影響は無い。
【００６９】
また、２本のＲＦ電極の間のバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極６ａ、６ｂは、２つの領域でドーピング状態が逆であるから、逆のバイアス電圧極性とする必要があり、第１領域と第２領域で電気的に分離された独立した構造を備えている。
【００７０】
２つの領域における光導波路の断面構造は、図１１Ａ、図１１Ｂの上図にも概略を示しているが、ドーピング状態（導電型、極性）が逆となっていることを除き、基本的には図３と同様の構造である。すなわち第１領域では２本のＲＦ電極５ａ、５ｂは共に第１導電型（例えばｐ型）の半導体層と接しており、ＤＣ電極６ａは第１導電型と逆の第２導電型（例えばｐ型に対してはｎ型）の半導体層と接している。
【００７１】
また、第２領域では交差後の２本のＲＦ電極５ｂ、５ａは共に第２導電型（ｎ型）半導体層と接しており、ＤＣ電極６ｂは第１導電型（ｐ型）半導体層と接している。
【００７２】
第１、第２導電型半導体層の境界となる、２つのｐｎ接合部には光を伝播させるためのＳｉ光導波路が形成されており、シングル電極構造のＳｉ光変調器となっている。
【００７３】
以上のように、２本のＲＦ電極はそれぞれ第１領域と第２領域で電気的に接続された連続した構造を持ち、ＤＣ電極は第１領域と第２領域で電気的に分離された独立した構造を持ち、２本のＲＦ電極は第１領域と第２領域の間で、互いに接することなく立体的に交差する構造を持っている。
【００７４】
ここで、第１および第２領域は、光の伝播方向について、各々の領域の全長に対する長さの割合が概ね１／２に設定されている。
【００７５】
図１１Ａ、図１１Ｂには、図１０のXIA−XIA、XIB−XIB断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す。
【００７６】
図１１Ａに示す、図１０第１領域のXIA−XIA断面では、２本のＲＦ電極は共にｐ型半導体層と接しており、差動信号が印加されている。また、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接しており、ＲＦ電極に対してプラスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスが印加されるようになっている。
【００７７】
図１１Ｂに示す、図１０第２領域のXIB−XIB断面では、２本のＲＦ電極は共にｎ型半導体層と接しており、差動信号が印加されている。また、ＤＣ電極はｐ型半導体層と接しており、ＲＦ電極に対してマイナスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスが印加されるようになっている。
【００７８】
ＲＦ電極は第１領域と第２領域で電気的に接続された連続した構造であるが、第１領域と第２領域での間で、互いに接することなく立体的に交差しているため、XIA−XIA、XIB−XIB断面で左右逆の電圧印加状態となる。このため、ＤＣ電極に印加されている電圧が、第１領域と第２領域でプラスとマイナスが逆となっていても、光導波路内に設けられたｐｎ接合部には、第１領域で電圧が大きくかかっている状態のときは第２領域でも電圧が大きくかかり、第１領域で電圧が小さくかかっている状態のときは第２領域でも電圧が小さくかかる。
【００７９】
マッハツェンダ型の光変調器では、２本の光導波路内部のキャリア密度を変化させ、それぞれの導波路の屈折率を変えることで光の位相変調を行い、光を干渉させているため、光導波路の全領域で同一方向の位相変化をさせる必要がある。
【００８０】
例えば図１２の参考図の光変調器のように、２つの領域でドーピング状態を逆としつつ、ＲＦ電極の交差が無く、従来技術と同様の直線のＲＦ電極としたのでは、第１領域と第２領域でｐｎ接合部にかかる電位差の大小が逆になり、光変調器の全領域では２本の光導波路で位相変化の差がキャンセルされてしまう（図１３Ａ、図１３Ｂ参照）。
【００８１】
これを防ぐためには図１０に示すように、ＲＦ電極を交差させ、ｐｎ接合部にかかる電位差を光導波路全域にわたって同じ状態にする構造が必要になる。
【００８２】
（実施例１のインプラマスクずれによる特性劣化の防止効果）
ここで、本発明の素子作製時にインプラを行う際の、インプラマスクずれによる特性劣化の防止効果について述べる。
【００８３】
本実施例１の構造では、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）は、第１領域と第２領域で、プラスとマイナスで相殺できる。すなわち、第１領域でインプラマスクがｐ型層が多くなるようにずれてしまった場合、同一マスクで形成される第２領域ではｐ型層が少なくなるようにずれる。このため、マッハツェンダ変調器を構成する２本の導波路での変調効率の差は少なくなり、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。
【００８４】
本実施例１では第１および第２領域は、光の伝播方向について、各々の領域の全長に対する長さの割合が概ね１／２となっている。ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺するためには、変調特性の変化が第１領域と第２領域で逆方向でありながら、絶対値を等しくする必要がある。このため、第１領域と第２領域の長さをほぼ等しくさせる必要があり、各々の領域の全長に対する長さの割合を概ね１／２としている。
【００８５】
一方、高周波信号はＲＦ電極を伝播する際に減衰するため、減衰による変調効率の減少が無視できない場合は、ＲＦ信号の入力側である第１領域の光の伝播方向についての長さを、出力側の第２領域の長さよりも短くする必要がある。これによって、ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺することができる。適切な長さの比率はＲＦ電極の減衰量や、第１領域と第２領域の電極と半導体層との間のコンタクト抵抗の差などによって変わるが、概ね１：３から１：１程度になる。ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を相殺する効果は、長さの比率が１：５から５：１の範囲でも確認することができる。
【００８６】
この実施例１の説明では、第１領域でＲＦ電極がｐ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接している例で示したが、第１領域でＲＦ電極がｎ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｐ型半導体層と接していても、同じ効果を得ることができる。
【００８７】
また、ＲＦ電極は高周波信号の減衰を防止するため、抵抗率の低い金属を使用した配線が好ましいが、ＤＣ電極は金属ではなく、半導体層の導電性を利用した配線で置き換えることも可能である。その際ＤＣ電極は、第１領域または第２領域の全域に渡ってある必要はなく、一部に接触しているだけでも良い。
【００８８】
（実施例２）
図１４は、本発明の第２の実施形態によるシングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【００８９】
図１４に示すように、本発明の実施例２に係る光変調器は、変調部を光導波路の光の伝播方向の入力側に位置する第１領域（断面XVA−XVAの一点鎖線囲み部分）と出力側に位置するもう一つの第１領域（断面XVC−XVCの一点鎖線囲み部分）、２つの第１領域に挟まれた第２領域（断面XVB−XVBの一点鎖線囲み部分）の３つの領域とに分け、半導体のドーピング状態（ｐ型、ｎ型などの半導体の導電型）を第１と第２の領域で逆となし、１対の差動信号電圧を印加するための２本のＲＦ電極を入力側の第１領域と第２領域の間および出力側の第１領域と第２領域の間の２箇所で立体交差接続となし、２本のＲＦ電極の間にバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極を第１領域と第２領域にそれぞれ別に備え、第１領域では２本のＲＦ電極は共に第１導電型（例えばｐ型）半導体層と接しており、ＤＣ電極は第１導電型と異なる第２導電型（例えばｎ型）半導体層と接している。また、第２領域では２本のＲＦ電極は共に第２導電型半導体層と接しており、ＤＣ電極は第１導電型半導体層と接している。
【００９０】
第１、第２導電型半導体層の境界となる２つのｐｎ接合部には光を伝播させるためのＳｉ光導波路が形成されており、シングル電極構造のＳｉ光変調器となっている。
【００９１】
また、２本のＲＦ電極はそれぞれ第１領域と第２領域で電気的に接続された連続した構造を持ち、ＤＣ電極は第１領域と第２領域で電気的に分離された独立した構造を持ち、
２本のＲＦ電極は２つの第１領域と第２領域の間の２箇所で、互いに接することなく立体的に交差する構造を持っている。ここで、第１および第２領域は、光の伝播方向について、長さの割合が例えばおおむね１：２：１に設定されている。
【００９２】
図１５Ａ、図１５Ｂ，図１５Ｃに、それぞれ図１４のXVA−XVA、XVB−XVB、XVC−XVC断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す。
【００９３】
図１５Ａに示す、図１４第１領域のXVA−XVA断面では、２本のＲＦ電極は共にｐ型半導体層と接しており、差動信号が印加されている。また、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接しており、ＲＦ電極に対してプラスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスが印加されるようになっている。
【００９４】
図１５Ｂに示す、図１４第２領域のXVB−XVB断面では、２本のＲＦ電極は共にｎ型半導体層と接しており、差動信号が印加されている。また、ＤＣ電極はｐ型半導体層と接しており、ＲＦ電極に対してマイナスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスが印加されるようになっている。
【００９５】
さらに、図１５Ｃに示す、図１４出力側の第１領域のXVC−XVC断面では、図１５ＡのXVA−XVA断面と同じく、２本のＲＦ電極は共にｐ型半導体層と接しており、差動信号が印加されている。また、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接しており、ＲＦ電極に対してプラスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスが印加されるようになっている。
【００９６】
ＲＦ電極は第１領域と第２領域で電気的に接続された連続した構造であるが、第１領域と第２領域での間で、互いに接することなく立体的に交差しているため、XVA−XVA断面とXVB−XVB断面で左右逆の電圧印加状態となる。また、XVB−XVB断面とXVC−XVC断面でも左右逆の電圧印加状態となる。図１４に示す光導波路内に設けられたｐｎ接合部には、第１領域で電圧が大きくかかっている状態のときは第２領域でも電圧が大きくかかり、第１領域で電圧が小さくかかっている状態のときは第２領域でも電圧が小さくかかる。
【００９７】
マッハツェンダ型の光変調器では、２本の光導波路内部のキャリア密度を変化させ、それぞれの導波路の屈折率を変えることで光の位相変調を行い、光を干渉させているため、光導波路の全領域で同一方向の位相変化をさせる必要がある。
【００９８】
ＲＦ電極の交差が無いと、第１領域と第２領域でｐｎ接合部にかかる電位差の大小が逆になり、光変調器の全領域では２本の光導波路で位相変化の差がキャンセルされてしまうため、ＲＦ電極を交差させ、ｐｎ接合部にかかる電位差を光導波路全域にわたって同じ状態にする構造が必要になる。
【００９９】
（実施例２のインプラマスクずれによる特性劣化の防止効果）
ここで、本発明の素子作製時にインプラを行う際の、インプラマスクずれによる特性劣化の防止効果について述べる。
【０１００】
本実施例２の構造でも、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）は、第１領域と第２領域で、プラスとマイナスで相殺できる。すなわち、第１領域でインプラマスクがｐ型層が多くなるようにずれてしまった場合、同一マスクで形成される２つの第２領域ではｐ型層が少なくなるようにずれる。このため、マッハツェンダ変調器を構成する２本の導波路での変調効率の差は少なくなり、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。
【０１０１】
本実施例２では第１および第２領域は、光の伝播方向について、長さの割合が概ね１：２：１となっている。ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺するためには、変調特性の変化が第１領域と第２領域で逆方向でありながら、絶対値を等しくする必要がある。高周波信号はＲＦ電極を伝播する際に減衰するため、長さの割合を１：２：１とすることで、減衰による変調効率の減少も相殺することができる。
これによって、ＲＦ電極の減衰量や、第１領域と第２領域の電極と半導体層との間のコンタクト抵抗の差などを測定しなくても容易に、ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺することができる。
【０１０２】
この実施例２の説明では、第１領域でＲＦ電極がｐ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接している例で示したが、第１領域でＲＦ電極がｎ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｐ型半導体層と接していても、同じ効果を得ることができる。
【０１０３】
さらに、第１領域だけではなく第２領域も分割され、第１および第２領域が、光の伝播方向について、複数箇所に渡り、交互に設けられていても、同じ効果を得ることができる。
【０１０４】
（実施例３）
図１６は、本発明の第３の実施形態によるシングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。本実施例３では、実施例１と同様にＲＦ電極は交差構造としているが、２つの領域で半導体のドーピング構造は同じとされており、代わりに光導波路を交差構造としたことを特徴とする。
【０１０５】
図１６に示すように、本発明の実施例３に係る光変調器は、変調部を光導波路の光の伝播方向の入力側に位置する第１領域（断面XVIIA−XVIIAの一点鎖線囲み部分）と出力側に位置する第２領域（断面XVIIB−XVIIBの一点鎖線囲み部分）とに分け、半導体のドーピング状態（ｐ型、ｎ型などの半導体の導電型）を２つの領域で同じとなし、１対の差動信号電圧を印加するための２本のＲＦ電極を第１領域と第２領域の間で立体交差接続となし、２本のＲＦ電極の間にバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極を備え、第１領域では２本のＲＦ電極は共にｐ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はＲＦ電極と異なる極性のドーピングであるｎ型にドーピングされたｎ型半導体層と接している。
【０１０６】
また、第２領域でも２本のＲＦ電極は共にｐ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はＲＦ電極と異なる極性のドーピングであるｎ型にドーピングされたｎ型半導体層と接している。
【０１０７】
ｐ型半導体層とｎ型半導体層の境界となる、２つのｐｎ接合部に光を伝播させるためのＳｉ光導波路が形成されており、シングル電極構造のＳｉ光変調器となっている。
【０１０８】
また、２本のＲＦ電極はそれぞれ第１領域と第２領域で電気的に接続された連続した構造を持ち、ＤＣ電極は第１領域と第２領域で電気的に接続された連続した構造あるいは電気的に分離された独立した構造を持ち、２本のＲＦ電極は第１領域と第２領域の間で、互いに接することなく立体的に交差する構造を持ち、そして、２本のＳｉ光導波路は第１領域と第２領域の間で、交差する構造を持っている。ここで、第１および第２領域は、光の伝播方向について、各々の領域の全長に対する長さの割合が例えば概ね１／２に設定されている。
【０１０９】
図１７Ａ、図１７Ｂに、図１６のXVIIA−XVIIA、XVIIB−XVIIB断面での半導体のドーピング状態と、光変調時のバンドダイヤグラムを示す。
【０１１０】
図１７Ａに示す、図１６第１領域のXVIIA−XVIIA断面では、２本のＲＦ電極は共にｐ型半導体層と接しており、差動信号が印加されている。また、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接しており、ＲＦ電極に対してプラスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスが印加されるようになっている。
【０１１１】
図１７Ｂに示す、図１６第２領域のXVIIB−XVIIB断面でも同様に、２本のＲＦ電極は共にｐ型半導体層と接しており、差動信号が印加されている。また、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接しており、ＲＦ電極に対してプラスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスが印加されるようになっている。
【０１１２】
ＲＦ電極は第１領域と第２領域で電気的に接続された連続した構造であるが、第１領域と第２領域での間で、互いに接することなく立体的に交差しているため、XVIIA−XVIIA、XVIIB−XVIIB断面で左右逆の電圧印加状態となる。
【０１１３】
しかし、Ｓｉ光導波路も第１領域と第２領域の間で交差しているため、XVIIA−XVIIA、XVIIB−XVIIB断面でＳｉ光導波路を伝播する光が受ける電圧印加状態は変化しない。このため、光導波路内に設けられたｐｎ接合部には、第１領域で電圧が大きくかかっている状態のときは第２領域でも電圧が大きくかかり、第１領域で電圧が小さくかかっている状態のときは第２領域でも電圧が小さくかかる。
【０１１４】
マッハツェンダ型の光変調器では、２本の光導波路内部のキャリア密度を変化させ、それぞれの導波路の屈折率を変えることで光の位相変調を行い、光を干渉させているため、光導波路の全領域で同一方向の位相変化をさせる必要がある。
【０１１５】
実施例１の光変調器では、第１領域と第２領域でＤＣ電極に印加する電圧をＲＦ電極に対してプラスとマイナスの２通り用意する必要があるが、本実施例３の光変調器では、Ｓｉ光導波路を交差させることで、２つの領域におけるドーピング構造を同じとしているので、ＤＣ電極にかける電圧を１つにすることができる。あるいはＤＣ電極を第１領域と第２領域で電気的に分離された独立した構造とすることで、第１領域と第２領域でバイアス電圧を同じ極性のまま細かくコントロールすることもできる。
【０１１６】
（実施例３のインプラマスクずれによる特性劣化の防止効果）
ここで、素子作製時にインプラを行う際の、インプラマスクずれによる特性劣化の防止について述べる。
【０１１７】
本実施例３の構造でも実施例１，２と同様に、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）は、第１領域と第２領域で、プラスとマイナスで相殺できる。すなわち、２つの領域のドーピング構造は同じで、２本のＲＦ電極と光導波路は共に互いに交差しているので、例えば第１領域の一方（例えば図１６の上側）の光導波路でインプラマスクがｐ型層が多くなるようにずれてしまった場合、当該光導波路を伝播した光は、同一マスクで形成される第２領域では、光導波路の交差によりｐ型層が少なくなるようにずれた他方（例えば図１６の下側）の光導波路を伝播する。 このため、マッハツェンダ変調器を構成する２本の導波路での変調効率の差は少なくなり、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。
【０１１８】
本実施例では第１および第２領域は、光の伝播方向について、各々の領域の全長に対する長さの割合が概ね１／２となっている。ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺するためには、変調特性の変化が第１領域と第２領域で逆方向でありながら、絶対値を等しくする必要がある。このため、第１領域と第２領域の長さをほぼ等しくさせる必要があり、各々の領域の全長に対する長さの割合を概ね１／２としている。
【０１１９】
一方、高周波信号はＲＦ電極を伝播する際に減衰するため、減衰による変調効率の減少が無視できない場合は、ＲＦ信号の入力側である第１領域の光の伝播方向についての長さを、出力側の第２領域の長さよりも短くする必要がある。これによって、ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺することができる。適切な長さの比率はＲＦ電極の減衰量や、第１領域と第２領域の電極と半導体層との間のコンタクト抵抗の差などによって変わるが、概ね１：３から１：１程度になる。ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を相殺する効果は、長さの比率が１：５から５：１の範囲でも確認することができる。
【０１２０】
この実施例の説明では、第１領域でＲＦ電極がｐ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接している例で示したが、第１領域でＲＦ電極がｎ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｐ型半導体層と接していても、同じ効果を得ることができる。
【０１２１】
また、ＲＦ電極は高周波信号の減衰を防止するため、抵抗率の低い金属を使用した配線が好ましいが、ＤＣ電極は金属ではなく、半導体層の導電性を利用した配線で置き換えることも可能である。その際ＤＣ電極は、第１領域または第２領域の全域に渡ってある必要はなく、一部に接触しているだけでも良い。
【０１２２】
（実施例４）
図１８に本発明の第４の実施形態として、シングル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の平面図を示す。図１８の実施例４は、図１０の実施例１と基本構造は同じであるが、第１領域および第２領域において、ＤＣ電極６ａ、６ｂに電圧を印加するための配線が、ＲＦ電極５ａ、５ｂと立体的に交差する構造を持つ。
【０１２３】
図１８のＤＣ電極６ａ、６ｂは、その引き出し部の配線においてＲＦ電極５ａ、５ｂと互いに接することなく立体的に交差する構造を持っており、電極間どうしでは電気的に接続されていない。ＤＣ電極とＲＦ電極が立体的に交差することで、電気配線の迂回を廃し、小型の光変調器を実現できる。
【０１２４】
また、実施例２（図１４）に挙げた、中央のＤＣ電極の周りをＲＦ電極が取り囲んでいる構造の光変調器に対しても、引き出し部の配線をこのようにすることによってＤＣ電極への給電が容易にでき、素子を利用する際の配線レイアウト等に不自由がない光変調器を提供することができる。
【０１２５】
（実施例１の効果説明）
図１９には、本発明の実施例１（図１０）のシングル電極構造の光変調器において、ｐｎ接合の位置がずれた際の光信号品質の劣化の改善の様子を、図８Ｂで定義した６４ＱＡＭの変調信号でのＦｏＤで示す。
【０１２６】
本実施例１では、シングル電極構造において、ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺するため、信号品質の良い光変調器の実現が可能である。このため、図１９に示すようにインプラ時のマスクずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）が３０ｎｍ発生したときでも、ＦｏＤは５％以下となり、シンボル間隔の３０％以上がコンスタレーションのＳ字歪で消費されていた従来技術（図９の（ａ））と比べて、大きな改善効果が得られることが示されている。
【０１２７】
図２０には、本発明の第１実施例による光変調器の、ＲＦ信号の透過特性と反射特性をＳパラメータで表示した結果を示す。本実施例１による光変調器では、ＲＦ電極が第１領域と第２領域の間で互いに接することなく立体的に交差する構造を持っている。このような構造では、ＲＦ信号の反射が増え、透過する信号が減少し、変調効率が劣化することが懸念される。しかし、適切な交差の形状を設計することで、反射の増加が１．５ｄＢ以下、透過信号減少がほとんど見られない、良好な特性を維持することができている。
【０１２８】
ここでＲＦ電極の交差は、Ｓｉ光変調器の通常の作製工程で導入できる、ＳｉＯ２層間の金属の多層配線技術を用いて実現している。この作製方法に関わらず、Ｓｉ光変調器の作製後に、ワイヤボンディングによる配線接続で形成しても良い。
【０１２９】
（デュアル電極構造のマッハツェンダ変調器の実施形態）
上述したシングル電極構造のマッハツェンダ変調器の実施例１〜４においては、従来技術に関連して述べたように、バイアスティなどの外部回路を簡単化できるというメリットがあるが、図３および各実施形態１〜４の平面図から明らかなように、もともと同じ層上に構成されたマッハツェンダ変調器の２つのアームに対応する２本のＲＦ電極どうしを、マスクずれ相殺のために立体的に交差した構造とする必要がある。実施形態３（図１６）においては、２本の光導波路についても立体交差が必要となる。
【０１３０】
このような立体交差構造の作成は、本来同一層にある２本のＲＦ電極または２本の光導波路の一方を、ＲＦ電極どうし、または光導波路どうしの立体交差のため一旦別の層に接続する必要があり、光変調器の製造工程の複雑化を招きがちであった。
【０１３１】
以下に述べるデュアル電極構造のマッハツェンダ変調器の実施形態においては、ＲＦ電極の外側および中央に存在するグラウンド電極を利用することにより、このような立体交差構造を不要とすることができる。
【０１３２】
（実施例５）
図２１は、本発明の第５の実施形態による、デュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【０１３３】
図２１に示すように、本発明の実施例５に係る光変調器は、その変調部がデュアル電極構造であり、光導波路の光の伝播方向の入力側に位置する第１領域（断面XXIIA−XXIIAの一点鎖線囲み部分、図２２Ａの部分断面図も参照）と、出力側に位置する第２領域（断面XXIIB−XXIIBの一点鎖線囲み部分、図２２Ｂの部分断面図を参照）とに分けられている。
【０１３４】
本発明の第５の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器では、例えば図２１の光導波路７ａに対応したマッハツェンダ型光変調器の上側のアームについて見ると、左側の第１領域（断面XXIIA−XXIIAは図２２Ａ）においては、光導波路７ａおよび対応する半導体領域は、ＲＦ電極１５ａと外側のグラウンド電極１６ａの間に配置されており、右側の第２領域（断面XXIIB−XXIIBは図２２Ｂ）においては、ＲＦ電極１５ａと中央のグラウンド電極１６ｃの間に配置されている。
【０１３５】
図２１に示すように、ＲＦ電極１５ａは直線構造であるが、これと併行する光導波路７ａは、第１領域と第２領域の接続部において、光の伝播方向に進み右折して、ＲＦ電極１５ａの下を交差した後に左折する、いわゆるクランク（crank）の形状となっている。同様に、ＲＦ電極１５ｂは直線構造であるが、これと併行する光導波路７ｂは、第１領域と第２領域の接続部において、光の伝播方向に進み左折して、ＲＦ電極１５ｂの下を交差した後に右折するクランク形状となっている。
【０１３６】
このような形状で配置することによって、第１領域と第２領域の接続部で、ＲＦ電極と光導波路が交差する構造を持つこととなるが、ＲＦ電極と光導波路は別の層の構造であるため作成上の困難はない。
【０１３７】
そして、図２１の面内の第１領域と第２領域で、１本のＲＦ電極に対する光導波路の位置関係、および半導体のドーピング状態（ｐ型、ｎ型などの半導体の極性、導電率）は、該ＲＦ電極と光導波路の交差点を中心として１８０度回転対称となるように配置されており、かつ、２本のＲＦ電極、光導波路を含む第１領域と第２領域の全体の構造は、中央のグラウンド電極１６ｃに対して図２１の上下に鏡映対称となるように配置されている。
【０１３８】
マッハツェンダ型光変調器を構成する２本の光導波路７ａ、７ｂは、左右の第１領域と第２領域の中間で、直線形状のＲＦ電極の片側からもう一方の側へ、クランク形状で途切れることなく遷移する構造で接続されており、ＲＦ電極と光導波路が立体的に交差する構造を持つが、光導波路どうし、ＲＦ電極どうしの立体交差はない。
【０１３９】
また、図２２Ａ，図２２Ｂの部分断面図に示されるように、ＲＦ電極と半導体層の電気的接続のためには１ないし複数のビア４（貫通電極）が設けられているが、図２１の第１領域と第２領域の接続部（光導波路との交差部分）では、ＲＦ電極１５ａから半導体層２１４に接続するビア４（貫通電極）が一旦途切れている。そして、光導波路７ａ（７ｂ）がＲＦ電極１５ａの下を、図２１では左上から右下（左下から右上）に遷移する交差領域を挟んで、再び第２領域でビア４によってＲＦ電極１５ａと半導体層２１４が接続されるという構造を取る。このような構造により、ビアと光導波路が近接して光が金属に吸収されて損失となることを防止している。
【０１４０】
ここで、第１および第２領域は、光の伝播方向について、各々の領域の全長に対する長さの割合が概ね１／２に設定されている。
【０１４１】
なお、以降の実施例６，７を含めデュアル電極構造の中央のグラウンド電極１６ｃは一体の電極として表記されているが、上下のアーム間におけるＲＦ信号の干渉、クロストークを避けるためには、グラウンド電極１６ｃはその中心線を挟んで上下に２分割した２本の電極構造（後述の実施例８、図２７の１６ｃ１、１６ｃ２を参照）として構成することもできる。
【０１４２】
上記の図２１の例では、中央のグラウンド電極１６ｃに対して図２１の上下に鏡映対称となるように配置されている例を示したが、第１領域と第２領域で、１本のＲＦ電極に対する光導波路の位置関係、および半導体のドーピング状態（ｐ型、ｎ型などの半導体の極性、導電率）は、該ＲＦ電極と光導波路の交差点を中心として１８０度回転対称となるように配置されておればよく、２本のＲＦ電極、光導波路を含む第１領域と第２領域の全体の構造は、中央のグラウンド電極１６ｃに対して必ずしも上下に鏡映対称となるように配置されていなくてもよい。そのため、第５の実施形態の変形例として、半導体のドーピング状態を各領域の上下２つのアーム部分の半導体領域で同じ配置として、全体の構造を一方のアームを他方に平行移動した、図２８に示すような配置でもよい。
【０１４３】
（実施例５のインプラマスクずれによる特性劣化の防止効果）
ここで、本発明の素子作製時にインプラを行う際の、インプラマスクずれによる特性劣化の防止効果について述べる。
【０１４４】
本実施例５の構造では、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）は、第１領域と第２領域で、プラスとマイナスで相殺できる。すなわち、第１領域でインプラマスクがｐ型層が多くなるようにずれてしまった場合、同一マスクで形成される第２領域ではｐ型層が少なくなるようにずれる。このため、マッハツェンダ変調器を構成する２本の光導波路での変調効率の差は少なくなり、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。
【０１４５】
本実施例５では第１および第２領域は、光の伝播方向について、各々の領域の全長に対する長さの割合が概ね１／２となっている。ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺するためには、変調特性の変化が第１領域と第２領域で逆方向でありながら、絶対値を等しくする必要がある。このため、第１領域と第２領域の長さをほぼ等しくさせる必要があり、各々の領域の全長に対する長さの割合を概ね１／２としている。
【０１４６】
一方、高周波信号はＲＦ電極を伝播する際に減衰するため、減衰による変調効率の減少が無視できない場合は、ＲＦ信号の入力側である第１領域の光の伝播方向についての長さを、出力側の第２領域の長さよりも短くする必要がある。これによって、ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺することができる。適切な長さの比率はＲＦ電極の減衰量や、第１領域と第２領域の電極と半導体層との間のコンタクト抵抗の差などによって変わるが、概ね１：３から１：１程度になる。
ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を相殺する効果は、長さの比率が１：５から５：１の範囲でも確認することができる。
【０１４７】
この実施例５の説明では、第１領域でＲＦ電極がｎ型半導体層と接しており、グラウンド電極はｐ型半導体層と接している例で示したが、第１領域でＲＦ電極がｐ型半導体層と接しており、グラウンド電極はｎ型半導体層と接していても、同じ効果を得ることができる。
【０１４８】
（実施例６）
図２３は、本発明の第６の実施形態による、デュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【０１４９】
図２３に示すように、本発明の実施例６に係る光変調器は、その変調部がデュアル電極構造であり、光導波路の光の伝播方向の入力側に位置する第１領域（断面XXIIA−XXIIAの一点鎖線囲み部分、部分断面図は図２２Ａと同様）と、出力側に位置するもう一つの第１領域（出力側の断面XXIIA−XXIIAの一点鎖線囲み部分、部分断面図は図２２Ａと同様）、２つの第１領域に挟まれた第２領域（断面XXIIB−XXIIBの一点鎖線囲み部分、部分断面図は図２２Ｂと同様）の３つの領域とに分けられている。
【０１５０】
本発明の第６の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器では、例えば図２３の光導波路７ａに対応したマッハツェンダ型光変調器の上側のアームについて見ると、左側の第１領域においては、光導波路７ａおよび対応する半導体領域は、ＲＦ電極１５ａと外側のグラウンド電極１６ａの間に配置されており、中央の第２領域においては、ＲＦ電極１５ａと中央のグラウンド電極１６ｃの間に配置されており、更に右側の第１領域においては、再びＲＦ電極１５ａと外側のグラウンド電極１６ａの間に配置されている。
【０１５１】
ＲＦ電極１５ａは直線構造であるが、光導波路７ａは、いわゆる２重にクランクする形状となっている。このような形状で配置することによって、左右２つの第１領域と第２領域の間の２つの接続部で、ＲＦ電極と光導波路が交差する構造を持つこととなるが、ＲＦ電極と光導波路は別の層の構造であるため作成上の困難はない。
【０１５２】
そして、図２３の面内の第１領域と第２領域で、１本のＲＦ電極に対する光導波路の位置関係、および半導体のドーピング状態（ｐ型、ｎ型などの半導体の極性、導電率）は、該ＲＦ電極と光導波路の２つの交差点を中心として部分的にそれぞれ１８０度回転対称となるように配置されており、かつ、２本のＲＦ電極、光導波路を含む第１領域と第２領域の全体の構造は、中央のグラウンド電極１６ｃに対して上下に鏡映対称となるように配置されている。
【０１５３】
そして、マッハツェンダ型光変調器を構成する２本の光導波路７ａ、７ｂは、左右２つの第１領域と中央の第２領域の中間でそれぞれ、直線形状のＲＦ電極の片側からもう一方の側へ、クランク形状で途切れることなく遷移する構造で接続されており、ＲＦ電極と光導波路が立体的に交差する構造を持つが、光導波路どうし、ＲＦ電極どうしの立体交差はない。
【０１５４】
また、図２３の左右２つの第１領域と中央の第２領域の間の２つの接続部では、ＲＦ電極１５ａから半導体層２１４に接続するビア４（貫通電極）が一旦途切れている。そして、光導波路７ａ（７ｂ）がＲＦ電極１５ａ（１５ｂ）の下を、図２３では左上から右下（左下から右上）に遷移する交差領域を挟んで、再び第２領域でビア４によってＲＦ電極１５ａと半導体層２１４が接続されるという構造を取る。このような構造により、ビアと光導波路が近接して光が金属に吸収されて損失となることを防止している。
【０１５５】
ここで、第１および第２領域は、光の伝播方向について、長さの割合が例えばおおむね１：２：１に設定されている。
【０１５６】
（実施例６のインプラマスクずれによる特性劣化の防止効果）
ここで、本発明の素子作製時にインプラを行う際の、インプラマスクずれによる特性劣化の防止効果について述べる。
【０１５７】
本実施例６の構造でも、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）は、左右２つの第１領域と中央の第２領域で、プラスとマイナスで相殺できる。すなわち、第１領域でインプラマスクがｐ型層が多くなるようにずれてしまった場合、同一マスクで形成される第２領域ではｐ型層が少なくなるようにずれる。このため、マッハツェンダ変調器を構成する２本の導波路での変調効率の差は少なくなり、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。
【０１５８】
本実施例６では左右２つの第１領域および中央の第２領域は、光の伝播方向について、長さの割合が概ね１：２：１となっている。ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺するためには、変調特性の変化が第１領域と第２領域で逆方向でありながら、絶対値を等しくする必要がある。高周波信号はＲＦ電極を伝播する際に減衰するため、長さの割合を１：２：１とすることで、減衰による変調効率の減少も相殺することができる。
【０１５９】
これによって、ＲＦ電極の減衰量や、第１領域と第２領域の電極と半導体層との間のコンタクト抵抗の差などを測定しなくても容易に、ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺することができる。
【０１６０】
この実施例６の説明では、第１領域でＲＦ電極がｐ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｎ型半導体層と接している例で示したが、第１領域でＲＦ電極がｎ型半導体層と接しており、ＤＣ電極はｐ型半導体層と接していても、同じ効果を得ることができる。
【０１６１】
さらに、第１領域だけではなく第２領域も分割され、第１および第２領域が、光の伝播方向について、複数箇所に渡り、交互に設けられていても、同じ効果を得ることができる。
【０１６２】
（実施例７）
図２４は、本発明の第７の実施形態による、デュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【０１６３】
図２４に示すように、本発明の実施例７に係る光変調器は、その変調部がデュアル電極構造であり、光導波路の光の伝播方向の入力側に位置する第１領域（断面XXIIA−XXIIAの一点鎖線囲み部分、部分断面図は図２２Ａと同様）と、出力側に位置する第２領域（断面XXIIB−XXIIBの一点鎖線囲み部分、部分断面図は図２２Ｂと同様）とに分けられている。
【０１６４】
本発明の第７の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器では、図２４に示すように、光導波路７ａ、７ｂおよび対応する各２つの半導体領域は、第１領域から第２領域へかけて遷移することなく直線状に配置されている。一方、２つのＲＦ電極１５ａ、１５ｂと外側のグラウンド電極１６ａ、１６ｂは、第１領域から第２領域にかけて遷移して接続され、互いの間隔を広げて位置している。
【０１６５】
これに合わせて中央のグラウンド電極１６ｃも、右側の第２領域においては左側の第１領域よりも幅広に形成されている。結果として、光導波路７ａおよび対応する半導体領域は、第１領域から第２領域へかけて直線上に配置されていながら、左側の第１領域においては、ＲＦ電極１５ａと外側のグラウンド電極１６ａの間に配置され、右側の第２領域においては、ＲＦ電極１５ａと中央のグラウンド電極１６ｃの間に配置されている構造となっている。
【０１６６】
この実施例７では、光導波路７ａは直線構造であるが、ＲＦ電極と外側のグラウンド電極は、いわゆるクランク形状となっている。このような形状で配置することによって、第１領域と第２領域の接続部で、ＲＦ電極と光導波路が交差する構造を持つこととなるが、ＲＦ電極と光導波路は別の層の構造であるため作成上の困難はない。
【０１６７】
そして、図２４の面内の第１領域と第２領域で、それぞれの領域での１本のＲＦ電極に対する光導波路の位置関係、および半導体のドーピング状態（ｐ型、ｎ型などの半導体の極性、導電率）は、該ＲＦ電極と光導波路の交差点を中心として１８０度回転対称となるように配置されており、かつ、２本のＲＦ電極、光導波路を含む第１領域と第２領域の全体の構造は、中央のグラウンド電極１６ｃに対して上下に鏡映対称となるように配置されている。
【０１６８】
そして、マッハツェンダ型光変調器を構成する２本のＲＦ電極１５ａ、１５ｂは、左右の第１領域と第２領域の中間で、直線形状の光導波路の片側からもう一方の側へ途切れることなく遷移する構造で接続されており、ＲＦ電極と光導波路が立体的に交差する構造を持つが、光導波路どうし、ＲＦ電極どうしの立体交差はない。
【０１６９】
また、ＲＦ電極と半導体層の電気的接続のためにはビア４（貫通電極）が設けられているが、図２４の第１領域と第２領域の接続部では、ＲＦ電極１５ａから半導体層２１４に接続するビア４（貫通電極）が一旦途切れている。そして、ＲＦ電極１５ａ（１５ｂ）が光導波路７ａ（７ｂ）の上を、図２４では左下から右上（左上から右下）に遷移する領域を挟んで、再び第２領域でビア４によってＲＦ電極１５ａと半導体層２１４が接続されるという構造を取る。このような構造により、ビアと光導波路が近接して光が金属に吸収されて損失となることを防止している。
【０１７０】
ここで、第１および第２領域は、光の伝播方向について、各々の領域の全長に対する長さの割合が概ね１／２に設定されている。
【０１７１】
（実施例７のインプラマスクずれによる特性劣化の防止効果）
実施例７においても、インプラマスクずれによる特性劣化の防止については、実施例５と同様な効果が得られることは明らかであるので説明は省略する。
【０１７２】
実施例７に示すように、光の導波路を曲げる実施例５の形態ではなく、ＲＦ伝送線路を曲げる構造でも、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれを相殺することができ、マッハツェンダ変調器を構成する２本の導波路での変調効率の差が少なく、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。
【０１７３】
（実施例５の効果説明）
図２５には、本発明の実施例５（図２１）のデュアル電極構造の光変調器において、ｐｎ接合の位置がずれた際の光信号品質の劣化の改善の様子を、図８Ｂで定義した６４ＱＡＭの変調信号でのＦｏＤで示す。
【０１７４】
本実施例５では、デュアル電極構造において、ｐｎ接合位置のずれによる変調特性の変化を、第１領域と第２領域で相殺するため、信号品質の良い光変調器の実現が可能である。このため、図２５に示すようにインプラ時のマスクずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）が３０ｎｍ発生したときでも、ＦｏＤは５％以下となり、図１９に示した実施例１のシングル電極構造の場合と同様に、シンボル間隔の３０％以上がコンスタレーションのＳ字歪で消費されていた従来技術（図９の（ａ））と比べて、大きな改善効果が得られることが示されている。
【０１７５】
図２６には、本発明の第５実施例による光変調器の、ＲＦ信号の透過特性と反射特性をＳパラメータで表示した結果を示す。本実施例５による光変調器では、デュアル電極構造であるため、ＲＦ電極が第１領域と第２領域の間で光導波路と交差する構造を持っている。しかしながら、ＲＦ信号の伝播を妨げない、適切な形状を設計することで、従来技術と比べても、反射の増加や透過信号の減衰がほとんど見られない、良好な特性を維持することができている。
【０１７６】
（本発明の基本的な考え方）
以上、本発明の実施例について、シングル電極（実施例１〜４）とデュアル電極（実施例５〜７）の場合を述べた。これらの各実施例に共通する本願発明の基本的な考え方は、マッハツェンダ型の光変調器を構成する２本のアームの光導波路において、光導波路における半導体領域のｐｎ接合部の位置の設計値からのずれによる位相変化の積分量が、２本のＲＦ電極で変調される光導波路の間で等しくなるように半導体層と導波路が配置されて、マスクずれなどによる信号品質の劣化を防いでいる点にある。
【０１７７】
すなわち、マッハツェンダ型の光変調器の基本構成において、上下２本のアームを添え字ａ，ｂで区別して、各アームの位相変調部の入力側から測った光伝送路の距離をｘとして、位置ｘの微小区間ｄｘにおける光導波路の半導体領域のｐｎ接合部の位置の設計値からのずれによる位相変化をｆa（ｘ）、ｆb（ｘ）と表すと、下記の式（１）
∫ｆa（ｘ）ｄｘ＝∫ｆb（ｘ）ｄｘ                （１）
が成立することが、合波後の光変調器出力のマスクずれによる信号品質の劣化を防ぐための基本となる条件である。
【０１７８】
ここで、各アームそれぞれで位相変化をキャンセルすることは必ずしも必要ではなく、両アームの変調出力光の位相変化積分量が等しければ、変調器出力側で合波後の変調出力光の歪みはキャンセルされるので、両アームの半導体領域のドーピング状態が鏡映対称・回転対称であることや、複数の領域に分割されることは、必ずしも本発明の必要条件ではない。
【０１７９】
そうではあるが、基本的に２本のアームの光変調部において、ＲＦ電極に対する光導波路の位置関係、および半導体のドーピング状態が一様で一定であることが、より精密に信号劣化を防ぐためには望ましい。
【０１８０】
したがって、例えばデュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器であれば、下記のような構造とした実施例も可能である。
【０１８１】
（実施例８）
図２７は、本発明の第８の実施形態による、デュアル電極構造のマッハツェンダ型光変調器の構成を示す平面図である。
【０１８２】
この図２７に示される実施例８の特徴は、まず、ＲＦ電極１５ａ、１５ｂの上下にそれぞれグラウンド電極（１６ａと１６ｃ１、１６ｂと１６ｃ２）が配置されており、光導波路はそれぞれのＲＦ電極と上側のグラウンド電極（１６ａまたは１６ｃ２）との間にあることであり、半導体領域のドーピング状態は２本の光導波路で上下にそれぞれ同じ順番になるように配置されていることである。
【０１８３】
但し同じ順番であれば２本の光導波路でｐｎは逆になってもよい。
【０１８４】
同様に、光導波路の配置をＲＦ電極と下側のグラウンド電極（１６ｃ１または１６ｂ）との間にしても良い。
【０１８５】
なお、図２７には２本のＲＦ電極に挟まれる形で２本のグラウンド電極（１６ｃ１、１６ｃ２）が存在するが、下側は第１導電型（例えばｐ型）半導体層と接しており、上側は第２導電型（例えばｎ型）半導体層に近いため、１本にすると上下のＲＦ電極の影響を受けてしまうため２本に分ける必要がある。
【０１８６】
このような配置により、インプラ時にマスクずれがあったとしても２本の導波路の変調効率は同じ程度劣化するためチャープが発生することは無い。
【０１８７】
これらのことは、下記の式（２）
∫ｆa（ｘ）ｄｘ＝∫ｆb（ｘ）ｄｘ＝定数                （２）
が成立することを意味する。
【０１８８】
さらに、光変調器の変調部は、今までの実施例１〜７で述べたように光の伝播方向の入力側に位置する第１領域と出力側に位置する第２領域とを有するものとすることができ、第１領域と第２領域の接続部で、ＲＦ電極と光導波路が交差する構造として、これによりマスクずれによる位相変化を各アームごとに相殺、キャンセルすることができる。
【０１８９】
これは、下記の式（３）
∫ｆa（ｘ）ｄｘ＝∫ｆb（ｘ）ｄｘ＝０                （３）
が成立することを意味する。
【０１９０】
以上述べたように本発明に係る光変調器においては、シングル電極構造、デュアル電極構造のいずれにおいても、インプラ時のマスクずれによるｐｎ接合位置のずれ（ｏｆｆｓｅｔ量）に起因する位相変化を相殺できるため、マッハツェンダ変調器を構成する２本の導波路での変調効率の差が少なく、信号品質の良い光変調器の実現が可能となる。
【０１９１】
また、高周波電気信号の伝播に伴う減衰により、ＲＦ電極の入力側と出力側で、変調効率の差を相殺できる効率が異なることに対し、第１領域と第２領域の長さを適切に設定することで、変調効率の対称性の良い光変調器を実現することも可能である。
【０１９２】
このため、光変調時のチャープを抑制し、波形品質の良い、光変調器を提供することができる。
【符号の説明】
【０１９３】
１，３  ＳｉＯ２クラッド層
２  Ｓｉ層
２０１  光導波路コア部分
２０２  スラブ領域
２１１  高濃度ｐ型半導体層
２１２  中濃度ｐ型半導体層
２１３  中濃度ｎ型半導体層
２１４  高濃度ｎ型半導体層
４  ビア（貫通電極）
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ  ＲＦ電極
６、６ａ、６ｂ  ＤＣ電極
７、７ａ、７ｂ  光導波路
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｃ１、１６ｃ２  グラウンド電極
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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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２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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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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