(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ変調器であって、
基板の主面上において第１軸の方向に延在する第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域上に設けられた第１半導体アームと、
前記第１導電型半導体領域上に設けられた第２半導体アームと、
前記第１半導体アームに印加される一方の差動駆動信号を受ける第１電極と、
前記第２半導体アームに印加される他方の差動駆動信号を受ける第２電極と、
当該マッハツェンダ変調器の一端部において、前記第１導電型半導体領域に接続された第１ＧＮＤ電極と、
当該マッハツェンダ変調器の他端部において、前記第１導電型半導体領域に接続されており前記第１ＧＮＤ電極から分離された第２ＧＮＤ電極と、
を備え、
前記第１ＧＮＤ電極は、前記第１導電型半導体領域の抵抗を介して前記第２ＧＮＤ電極に接続される、マッハツェンダ変調器。
【請求項２】
前記第１電極に第１電極パッドを接続する第１配線導体と、
前記第２電極に第２電極パッドを接続する第２配線導体と、
前記第１ＧＮＤ電極に第３電極パッドを接続する第３配線導体と、
を備え、
前記第１配線導体は、前記第３配線導体から離れて前記第３配線導体に沿って延在し、
前記第２配線導体は、前記第３配線導体から離れて前記第３配線導体に沿って延在し、
前記第３配線導体は前記第１配線導体と前記第２配線導体との間に設けられる、請求項１に記載されたマッハツェンダ変調器。
【請求項３】
前記第１電極は、前記第１半導体アームに接続されており前記第１軸の方向に配列された複数の第１電極体を含み、
前記第２電極は、前記第２半導体アームに接続されており前記第１軸の方向に配列された複数の第２電極体を含み、
当該マッハツェンダ変調器は、
前記第１半導体アームから離れて前記第１電極体の配列方向に延在する第１金属配線と、
前記第１金属配線を前記複数の第１電極体にそれぞれ接続する複数の第１ブリッジ金属体と、
前記第２半導体アームから離れて前記第２電極体の配列方向に延在する第２金属配線と、
前記第２金属配線を前記複数の第２電極体にそれぞれ接続する複数の第２ブリッジ金属体と、
を備え、
前記第１金属配線、前記第１半導体アーム、前記第２半導体アーム、及び前記第２金属配線は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に配列される、請求項１又は請求項２に記載されたマッハツェンダ変調器。
【請求項４】
前記基板の前記主面は、第１エリア、第２エリア及び第３エリアを有し、前記第３エリアは、前記第１エリアと前記第２エリアとの間に位置し、前記第３エリアは前記第１軸の方向に延在し、
前記第１導電型半導体領域は前記第３エリアを延在するストライプ形状を有し、
前記第１金属配線は前記第１エリア上に延在し、
前記第２金属配線は前記第２エリア上に延在する、請求項３に記載されたマッハツェンダ変調器。
【請求項５】
前記第１電極は、前記第１半導体アームに前記一方の差動駆動信号を印加する第１金属配線として前記第１半導体アーム上に延在し、
前記第２電極は、前記第２半導体アームに前記他方の差動駆動信号を印加する第２金属配線として前記第２半導体アーム上に延在する、請求項１又は請求項２に記載されたマッハツェンダ変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダ変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、マッハツェンダ変調器を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国公開２０１３／０２０９０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１におけるマッハツェンダ変調器は、差動信号により駆動される。このマッハツェンダ変調器では、一対の差動信号のための一対の信号配線が、それぞれ、一方のアーム導波路及び他方のアーム導波路に沿って延在する。一対の信号配線は、それぞれ、一方のアーム導波路の上部クラッド層及び他方のアーム導波路の上部クラッド層に接続される。一方のアーム導波路の下部クラッド層及び他方のアーム導波路の下部クラッド層は、共通の半導体層から構成される。この共通の半導体層は、ＧＮＤ電極に接続されることなく、フローティングである。差動信号の伝送のために、一対のＧＮＤ配線が、一対の信号配線の外側に並列して延在して、ＧＳＳＧ構造の伝送路を構成する。
【０００５】
発明者の知見によれば、特許文献１のＧＳＳＧ構造の伝送路では、外側のＧＮＤ線路のＡＣ電位が不安定となることにより、マッハツェンダ変調器の周波数応答を劣化させる。劣化した周波数応答には、周期的な落ち込みが生じる。この周波数特性は伝送品質上の問題となる。ＧＮＤ電位の不安定は、ＧＮＤ線路上におけるゼロではないインダクタンスにより引き起こされる。
【０００６】
また、変調器に係る高周波の差動信号は、差動成分だけでなく同相成分（コモンモード）も含む。この同相成分は、実装上の理由（例えば、終端抵抗の抵抗値のずれやボンディングワイヤの影響）に起因して変調器内で反射される。反射された同相成分は、マッハツェンダ変調器のＧＮＤ配線を介して最終的に駆動回路に戻る。発明者の知見によれば、同相成分の反射波は、駆動回路を不安定にする。
【０００７】
本発明の一側面は、このような事情を鑑みて為されたものであり、同相成分の反射の影響を低減できるマッハツェンダ変調器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】
【０００８】
本発明の一側面に係るマッハツェンダ変調器は、基板の主面上において第１軸の方向に延在する第１導電型半導体領域と、前記第１導電型半導体領域上に設けられた第１半導体アームと、前記第１導電型半導体領域上に設けられた第２半導体アームと、前記第１半導体アームに印加される一方の差動駆動信号を受ける第１電極と、前記第２半導体アームに印加される他方の差動駆動信号を受ける第２電極と、前記第１導電型半導体領域に接続された第１ＧＮＤ電極と、前記第１導電型半導体領域に接続されており前記第１ＧＮＤ電極から分離された第２ＧＮＤ電極とを備える。
【０００９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、同相成分の反射の影響を低減できるマッハツェンダ変調器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示されたマッハツェンダ変調器のための一実施例に係る構造を示す図面である。
【図３】図３は、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器を含む光集積素子を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器を含む光通信装置を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施例に係るマッハツェンダ変調器のアーム導波路及び金属配線の配置を示す図面である。
【図６】図６は、特許文献１に記載された変調器の構造、等価回路及び特性を示す図面である。
【図７】図７は、実施例に係る終端構造、コモンモードの伝搬損失特性、及び反射特性を示す図面である。
【図８】図８は、マッハツェンダ変調器を含む光通信装置の一実施例のための等価回路を示す図面である。
【図９】図９は、図８に示された実施例に係る透過特性を示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器のための終端構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、いくつかの具体例を説明する。
【００１３】
一形態に係るマッハツェンダ変調器は、（ａ）基板の主面上において第１軸の方向に延在する第１導電型半導体領域と、（ｂ）前記第１導電型半導体領域上に設けられた第１半導体アームと、（ｃ）前記第１導電型半導体領域上に設けられた第２半導体アームと、（ｄ）前記第１半導体アームに印加される一方の差動駆動信号を受ける第１電極と、（ｅ）前記第２半導体アームに印加される他方の差動駆動信号を受ける第２電極と、（ｆ）前記第１導電型半導体領域に接続された第１ＧＮＤ電極と、（ｇ）前記第１導電型半導体領域に接続されており前記第１ＧＮＤ電極から分離された第２ＧＮＤ電極と、を備える。
【００１４】
このマッハツェンダ変調器によれば、第１半導体アーム上の第１電極及び第２半導体アームの第２電極が、差動駆動のための駆動信号を受ける。駆動回路からの駆動信号は、第１電極及び第２電極に印加される際には、差動成分だけでなく同相成分も含む。マッハツェンダ変調器では、マッハツェンダ変調器の配線や終端処理に応じて駆動信号の反射が生じる。反射した同相成分は、マッハツェンダ変調器を介して駆動回路に戻る。終端で反射した同相成分は、入力端に戻る際に、第１ＧＮＤ電極と第２ＧＮＤ電極との間において第１導電型半導体領域を伝搬する。第１導電型半導体領域の抵抗は、終端で反射し入力端に戻る同相成分の振幅を低減する。第１導電型半導体領域の抵抗によって、駆動回路に到達する反射の同相成分によって駆動回路の動作が不安定になることを低減できる。
【００１５】
一形態に係るマッハツェンダ変調器では、前記第１電極に第１電極パッドを接続する第１配線導体と、前記第２電極に第２電極パッドを接続する第２配線導体と、前記第１ＧＮＤ電極に第３電極パッドを接続する第３配線導体と、を備え、前記第１配線導体は、前記第３配線導体から離れて前記第３配線導体に沿って延在し、前記第２配線導体は、前記第３配線導体から離れて前記第３配線導体に沿って延在し、前記第３配線導体は前記第１配線導体と前記第２配線導体との間に設けられる。
【００１６】
このマッハツェンダ変調器によれば、第１配線導体は、第１電極パッドからの一方の差動駆動信号を第１電極に伝える。第２配線導体は、第２電極パッドからの他方の差動駆動信号を第２電極に伝える。第１、第２及び第３配線導体は、ＳＧＳ構造の伝送路を構成して、この伝送路は高周波差動信号を低損失で伝送することを可能にする。マッハツェンダ変調器では、終端で反射した同相成分は、入力端に戻る際に、第１ＧＮＤ電極と第２ＧＮＤ電極との間において第１導電型半導体領域を伝搬する。第１導電型半導体領域の抵抗は、終端で反射し入力端に戻る同相成分の振幅を低減する。減衰した同相成分が、第３配線導体を介して第３電極パッドに到達する。
【００１７】
一形態に係るマッハツェンダ変調器では、前記第１電極は、前記第１半導体アームに接続されており前記第１軸の方向に配列された複数の第１電極体を含み、前記第２電極は、前記第２半導体アームに接続されており前記第１軸の方向に配列された複数の第２電極体を含む。当該マッハツェンダ変調器は、前記第１半導体アームから離れて前記第１電極体の配列方向に延在する第１金属配線と、前記第１金属配線を前記複数の第１電極体にそれぞれ接続する複数の第１ブリッジ金属体と、前記第２半導体アームから離れて前記第２電極体の配列方向に延在する第２金属配線と、前記第２金属配線を前記複数の第２電極体にそれぞれ接続する複数の第２ブリッジ金属体と、を備え、前記第１金属配線、前記第１半導体アーム、前記第２半導体アーム、及び前記第２金属配線は、前記第１軸に交差する第２軸の方向に配列される。
【００１８】
このマッハツェンダ変調器によれば、第１電極の第１電極体が第１金属配線と別個に設けられると共に第２電極の第２電極体が第２金属配線と別個に設けられる。第１金属配線を第１半導体アームから離すことができると共に第２金属配線を第２半導体アームから離すことができる。
【００１９】
一形態に係るマッハツェンダ変調器では、前記基板の前記主面は、第１エリア、第２エリア及び第３エリアを有し、前記第３エリアは、前記第１エリアと前記第２エリアとの間に位置し、前記第３エリアは前記第１軸の方向に延在し、前記第１導電型半導体領域は前記第３エリア内において前記第１軸の方向に延在するストライプ形状を有し、前記第１金属配線は前記第１エリア上に延在し、前記第２金属配線は前記第２エリア上に延在する。
【００２０】
このマッハツェンダ変調器によれば、第１金属配線は第１エリア上に延在すると共に第２金属配線は第２エリア上に延在し、また第１導電型半導体領域は、第１エリア及び第２エリア上に設けられてない。第１導電型半導体領域は、第３エリアにおいて第１軸の方向に延在するストライプ形状を有する。これ故に、第１金属配線及び第２金属配線と第１導電型半導体領域との結合が低減される。したがって、マッハツェンダ変調器の差動モードの伝送特性の低下を避けることができる。
【００２１】
一形態に係るマッハツェンダ変調器では、前記第１電極は、前記第１半導体アームに前記一方の差動駆動信号を印加する第１金属配線として前記第１半導体アーム上に延在し、前記第２電極は、前記第２半導体アームに前記一方の差動駆動信号を印加する第２金属配線として前記第２半導体アーム上に延在する。
【００２２】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、マッハツェンダ変調器、マッハツェンダ変調器を含む光変調器に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器を模式的に示す平面図である。マッハツェンダ変調器１０は、第１導電型半導体領域１３、第１半導体アーム１５、第２半導体アーム１７、第１電極１９、第２電極２０、第１ＧＮＤ電極２３、及び第２ＧＮＤ電極２５を含む。第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７は、第１導電型半導体領域１３上に設けられる。第１電極１９は、第１半導体アーム１５に印加される一方の差動駆動信号を受けると共に、第２電極２０は、第２半導体アーム１７に印加される他方の差動駆動信号を受ける。第１ＧＮＤ電極２３及び第２ＧＮＤ電極２５は、第１導電型半導体領域１３に接続されると共に、第２ＧＮＤ電極２５は第１ＧＮＤ電極２３から分離されている。
【００２４】
このマッハツェンダ変調器１０によれば、第１半導体アーム１５上の第１電極１９及び第２半導体アーム１７の第２電極２０が、差動駆動のための駆動信号を受ける。駆動素子（例えば駆動回路ＤＲＶ）からの駆動信号は、第１電極１９及び第２電極２０に印加される際には、差動成分だけでなく同相成分も含む。マッハツェンダ変調器１０では、マッハツェンダ変調器１０の配線や終端処理に応じて駆動信号の反射が生じる。反射された同相成分は、マッハツェンダ変調器１０を介して駆動回路ＤＲＶに戻る。終端で反射した同相成分は、入力端に戻る際に、第１ＧＮＤ電極２３と第２ＧＮＤ電極２５との間において第１導電型半導体領域１３（第１ＧＮＤ電極２３と第２ＧＮＤ電極２５とを接続する第１導電型半導体領域１３の部分）を伝搬する。第１導電型半導体領域１３の部分における抵抗は、終端で反射し入力端に戻る同相成分の振幅を低減する。第１導電型半導体領域１３の抵抗によれば、駆動回路ＤＲＶの動作が駆動回路ＤＲＶへの同相成分の反射波によって不安定になることを低減できる。
【００２５】
第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７は半導体メサ２９を含む。第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７の各々は、活性層２９ａ及び第２導電型半導体層２９ｂを含み、活性層２９ａは第２導電型半導体層２９ｂと第１導電型半導体領域１３との間に設けられる。必要な場合には、第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７は、第１導電型半導体領域１３の一部を含むことができる。
【００２６】
マッハツェンダ変調器１０では、図１に示されるように、第１電極１９は、第１軸Ａｘ１の方向に配列された複数の第１電極体１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを含み、第１電極体１９ａ〜１９ｄは第１半導体アーム１５の上面に接続されている。第２電極２０は、第１軸Ａｘ１の方向に配列された複数の第２電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを含み、第２電極体２０ａ〜２０ｄは第２半導体アーム１７の上面に接続されている。
【００２７】
マッハツェンダ変調器１０は、第１金属配線３１及び複数の金属ブリッジ（例えば、第１ブリッジ金属体３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ）を含み、第１金属配線３１は、第１ブリッジ金属体３３ａ〜３３ｄを介してそれぞれ第１電極体１９ａ〜１９ｄに接続される。また、マッハツェンダ変調器１０は、第２金属配線３５及び複数の金属ブリッジ（例えば、第２ブリッジ金属体３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ）を含み、第２金属配線３５は、第２ブリッジ金属体３７ａ〜３７ｄを介してそれぞれ第２電極体２０ａ〜２０ｄに接続される。第１金属配線３１、第１半導体アーム１５、第２半導体アーム１７、及び第２金属配線３５は、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向に配列される。
【００２８】
このマッハツェンダ変調器１０によれば、第１電極１９の第１電極体１９ａ〜１９ｄが第１金属配線３１と別個に設けられると共に第２電極２０の第２電極体２０ａ〜２０ｄが第２金属配線３５と別個に設けられる。第１金属配線３１を第１半導体アーム１５から離すことができると共に第２金属配線３５を第２半導体アーム１７から離すことができる。
【００２９】
マッハツェンダ変調器１０は、分岐導波路として第１合分波器３９ａ及び第２合分波器３９ｂを備える。第１半導体アーム１５の一端及び第２半導体アーム１７の一端は第１合分波器３９ａに接続されており、第１半導体アーム１５の他端及び第２半導体アーム１７の他端は第２合分波器３９ｂに接続されている。第１合分波器３９ａ及び第２合分波器３９ｂは、例えば多モード干渉器（例えばＭＭＩ）であることができる。マッハツェンダ変調器１０は、光入出力に係る第１導波路４１ａ及び第２導波路４１ｂを備える。第１導波路４１ａは、第１合分波器３９ａを介して第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７に光学的に結合されている。第２導波路４１ｂは、第２合分波器３９ｂを介して第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７に光学的に結合されている。図１には、ＧＮＤ電極のための接続構造４５ａが示されている。接続構造４５ａのための一実施例では、第１ＧＮＤ電極２３は、第１合分波器３９ａ又は第１導波路４１ａの隣に設けられることができ、また第２ＧＮＤ電極２５は、第２合分波器３９ｂ又は第２導波路４１ｂの隣に設けられることができる。
【００３０】
マッハツェンダ変調器１０は、第１配線導体４７ａ、第２配線導体４７ｂ、及び第３配線導体４７ｃ、並びに第１電極パッド４９ａ、第２電極パッド４９ｂ及び第３電極パッド４９ｃを備える。第１電極パッド４９ａは、第１配線導体４７ａを介して第１金属配線３１（第１電極１９）の一端に接続されている。第２電極パッド４９ｂは、第２配線導体４７ｂを介して第２金属配線３５（第２電極２０）の一端に接続されている。第３電極パッド４９ｃは、第３配線導体４７ｃを介して第１ＧＮＤ電極２３に接続されている。第１配線導体４７ａは、第３配線導体４７ｃから離れて第３配線導体４７ｃに並んで延在し、第２配線導体４７ｂは、第３配線導体４７ｃから離れて第３配線導体４７ｃに並んで延在し、第３配線導体４７ｃは第１配線導体４７ａと第２配線導体４７ｂとの間に設けられる。
【００３１】
このマッハツェンダ変調器１０によれば、第１配線導体４７ａは、第１電極パッド４９ａからの一方の差動駆動信号を第１電極１９に伝える。第２配線導体４７ｂは、第２電極パッド４９ｂからの他方の差動駆動信号を第２電極２０に伝える。第１配線導体４７ａ、第２配線導体４７ｂ及び第３配線導体４７ｃは、Ｓ−Ｇ−Ｓ構造の伝送路を構成して、この伝送路は高周波差動信号を低損失で伝送することを可能にする。マッハツェンダ変調器１０では、終端で反射した同相成分は、入力端に戻る際に、第１ＧＮＤ電極２３と第２ＧＮＤ電極２５との間において、金属ではない第１導電型半導体領域１３を伝搬する。第１導電型半導体領域１３の抵抗は、終端で反射した後に入力端に戻る同相成分の振幅を低減する。減衰した同相成分が、もし存在する場合には、第３配線導体４７ｃを介して第３電極パッド４９ｃに到達する。
【００３２】
マッハツェンダ変調器１０では、第１導電型半導体領域１３は、２つの第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７によって３つの部分、例えば第１部分１３ａ、第２部分１３ｂ及び第３部分１３ｃに分けられる。第２部分１３ｂは第１部分１３ａと第３部分１３ｃとの間に位置する。第１部分１３ａは、第１半導体アーム１５における底部のエッジと第１導電型半導体領域１３の一縁１３ｄとの間に位置する。第３部分１３ｃは、第２半導体アーム１７における底部のエッジと第１導電型半導体領域１３の他縁１３ｅとの間に位置する。第２部分１３ｂは、第１半導体アーム１５における底部のエッジと第２半導体アーム１７における底部のエッジとの間に位置する。第２部分１３ｂは、第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７が合流することによって終端する。第１部分１３ａ、第２部分１３ｂ及び第３部分１３ｃは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第１ＧＮＤ電極２３は、例えば第１導電型半導体領域１３の第１部分１３ａに接続される。第２ＧＮＤ電極２５は、例えば第１導電型半導体領域１３の第１部分１３ａ又は第３部分１３ｃに接続される。
【００３３】
マッハツェンダ変調器１０は、第４配線導体４７ｄ、第５配線導体４７ｅ、及び第６配線導体４７ｆ、並びに第４電極パッド４９ｄ、第５電極パッド４９ｅ及び第６電極パッド４９ｆを備える。第４電極パッド４９ｄは、第４配線導体４７ｄを介して第１金属配線３１（第１電極１９）の他端に接続されている。第５電極パッド４９ｅは、第５配線導体４７ｅを介して第２金属配線３５（第２電極２０）の他端に接続されている。第６電極パッド４９ｆは、第６配線導体４７ｆを介して第２ＧＮＤ電極２５に接続されている。第４配線導体４７ｄは、第６配線導体４７ｆから離れて第６配線導体４７ｆに並んで延在し、第５配線導体４７ｅは、第６配線導体４７ｆから離れて第６配線導体４７ｆに並んで延在し、第６配線導体４７ｆは第４配線導体４７ｄと第５配線導体４７ｅとの間に設けられる。
【００３４】
一実施例では、第１電極パッド４９ａ、第２電極パッド４９ｂ及び第３電極パッド４９ｃは、駆動回路ＤＲＶからの差動信号を受ける。また、第４電極パッド４９ｄ、第５電極パッド４９ｅ及び第６電極パッド４９ｆは、終端抵抗デバイスに接続されることができる。
【００３５】
必要な場合には、マッハツェンダ変調器１０は、第４電極パッド４９ｄ及び第５電極パッド４９ｅを備えることなく、基板２７上に設けられた終端抵抗を更に備えることができる。この終端抵抗は、第４配線導体４７ｄ及び第５配線導体４７ｅの間に接続される。
【００３６】
図２は、図１に示されたマッハツェンダ変調器のための一実施例に係る構造を示す。図２の（ａ）部は、図１に示されたマッハツェンダ変調器のための一実施例に係る構造を示す平面図である。図２の（ｂ）部は、図２の（ａ）部に示されたＩＩｂ−ＩＩｂ線にそって取られた断面を示す。基板２７の主面２７ａは、第１エリア２７ｂ、第２エリア２７ｃ及び第３エリア２７ｄを有しており、第３エリア２７ｄは第１エリア２７ｂと第２エリア２７ｃとの間に位置する。第３エリア２７ｄは第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第１導電型半導体領域１３は、基板２７の主面２７ａ上において第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第１導電型半導体領域１３はストライプ形状を有し、また第１エリア２７ｂ及び第２エリア２７ｃには無く第３エリア２７ｄ内において第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第１金属配線３１は第１エリア２７ｂ上に延在すると共に、第２金属配線３５は第２エリア２７ｃ上に延在する。マッハツェンダ変調器１０では、第１半導体アーム１５、第２半導体アーム１７、第１合分波器３９ａ、第２合分波器３９ｂ、第１導波路４１ａ、及び第２導波路４１ｂは、埋込領域４３によって埋め込まれている。
【００３７】
このマッハツェンダ変調器１０によれば、第１金属配線３１が第１エリア２７ｂ上に延在すると共に第２金属配線３５が第２エリア２７ｃ上に延在する。また、第３エリア２７ｄ上の第１導電型半導体領域１３は、第１軸Ａｘ１の方向に延在するストライプ形状を有する。これ故に、第１金属配線３１及び第２金属配線３５と第１導電型半導体領域１３との結合が低減される。したがって、マッハツェンダ変調器１０の差動モードの伝送特性の低下を避けることができる。第１金属配線３１と第２金属配線３５との間隔ＤＩは、第１導電型半導体領域１３のストライプ幅ＷＤより大きい。
【００３８】
半導体素子の一例。
基板２７：半絶縁性ＩｎＰ基板。
第１導電型半導体領域１３：Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰ、厚さ１．０マイクロメートル、メサ部におけるＳｉドープのｎ型ＩｎＰ領域の厚さ０．５マイクロメートル。
活性層２９ａ：ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体の量子井戸構造、厚さ０．５マイクロメートル。
第２導電型半導体層２９ｂ：Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰ、厚さ１．０マイクロメートル。
埋込領域４３：ＢＣＢ樹脂。
電極（１９、２０、３１、３５）：Ａｕ、厚さ５マイクロメートル。
幅Ｗ１：２５０マイクロメートル。
幅Ｗ２：１２５マイクロメートル。
幅Ｗ３：５０マイクロメートル。
幅Ｗ４：１００マイクロメートル。
幅Ｗ５：５マイクロメートル。
【００３９】
再び図１を参照すると、ＧＮＤ電極のための接続構造は、接続構造４５ａに限定されることなく、他の構造を有することができる。
【００４０】
ＧＮＤ電極のための接続構造４５ｂを説明する。接続構造４５ｂにおいては、第１ＧＮＤ電極２３は、例えば第１導電型半導体領域１３の第１部分１３ａに接続される。この構造では、ＧＮＤ電極を設けるために、第１導電型半導体領域１３の全体にわたって、２つの半導体アーム、第１半導体アーム１５と第２半導体アーム１７との間隔を広げることを求められない。第２ＧＮＤ電極２５は、例えば第１導電型半導体領域１３の第１部分１３ａに接続されることができる。
【００４１】
ＧＮＤ電極のための接続構造４５ｃを説明する。接続構造４５ｃにおいては、第１ＧＮＤ電極２３及び第２ＧＮＤ電極２５は、第１導電型半導体領域１３の第２部分１３ｂに接続される。この構造では、ＧＮＤ電極を設けるために、第１半導体アーム１５と第１導電型半導体領域１３の一縁との間の第１部分１３ａの幅、及び第２半導体アーム１７と第１導電型半導体領域１３の他縁との間の第３部分１３ｃの幅を第１導電型半導体領域１３の全体にわたって広げることを求められない。
【００４２】
ＧＮＤ電極のための接続構造４５ｄを説明する。接続構造４５ｄにおいては、第１導電型半導体領域１３の第１部分１３ａに延出部分１３ｆが設けられる。この延出部分１３ｆは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する一縁１３ｄ又は他縁１３ｅから外側に突出する。第１ＧＮＤ電極２３は、延出部分１３ｆにおいて第１導電型半導体領域１３に接続される。延出部分１３ｆの外縁１３ｇは、一縁１３ｄに対して鈍角を成すことができる。第１ＧＮＤ電極２３からの金属配線は、第１軸Ａｘ１に対して鈍角を成す軸の方向に延出する。この金属配線は、第１金属配線３１と第２金属配線３５との間に位置する。延出部分１３ｆをストライプ形状の第１導電型半導体領域１３に追加することは、追加の電気抵抗を生じさせる。しかしながら、本実施例に係るマッハツェンダ変調器１０では、２つのＧＮＤ電極間に第１導電型半導体領域１３の抵抗を付与するので、追加の電気抵抗を生じさせる延出部分１３ｆは受入可能である。この構造では、ＧＮＤ電極を設けるために、第１導電型半導体領域１３の全体にわたって、２つの第１半導体アーム１５及び第２半導体アーム１７の間隔を広げることを求められない。また、この構造では、ＧＮＤ電極を設けるために、２つの第１部分１３ａ及び第３部分１３ｃの幅を第１導電型半導体領域１３の全体にわたって広げることを求められない。
【００４３】
図３は、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器を含む光集積素子を模式的に示す図面である。この実施例の光集積素子５１は、４つのマッハツェンダ変調器１１ａ〜１１ｄを含む。マッハツェンダ変調器１１ａ〜１１ｄの各々は、マッハツェンダ変調器１０と実質的に同じ構造を有することができる。
【００４４】
光集積素子５１は、第１軸Ａｘ１の方向に延在する第１エッジ５１ａ及び第２エッジ５１ｂと、第２軸Ａｘ２の方向に延在する第３エッジ５１ｃ及び第４エッジ５１ｄとを備える。本実施例では、第１エッジ５１ａには、変調されるべき光を受ける入力ポート５１ｅが設けられ、第４エッジ５１ｄには、変調された光を送出する出力ポート５１ｆが設けられる。入力ポート５１ｅからの入力光ＬＩＮは、分岐器を介してマッハツェンダ変調器１１ａ〜１１ｄの各々に到達する。第３エッジ５１ｃには、光変調のための電気信号ＭＳ１〜ＭＳ４を受けるパッド５３ａ〜５３ｄが位置する。電気信号ＭＳ１〜ＭＳ４は、それぞれ、パッド５３ａ〜５３ｄからＳ−Ｇ−Ｓ構造の金属配線群ＳＧＳを介してマッハツェンダ変調器１１ａ〜１１ｄの電極の一端に伝えられる。本実施例では、金属配線群ＳＧＳは、一又は複数の直線部分ＬＮと、該直線部分ＬＮを接続する屈曲部ＢＴとを含む。多くの光集積素子では、マッハツェンダ変調器に変調信号を伝える金属配線は、不可避的に屈曲する。屈曲部ＢＴは、該部分における電気信号の反射により、変調信号に同相成分を増加させることがある。マッハツェンダ変調器１１ａ〜１１ｄは、入力ポート５１ｅからの光を電気信号ＭＳ１〜ＭＳ４に応じて変調して、それぞれ、光信号ＭＬ１〜ＭＬ４を生成する。これらの光信号ＭＬ１〜ＭＬ４は、合波器を介して合波されて出力ポート５１ｆに到達する。出力ポート５１ｆからは、出力光ＬＯＵＴが提供される。第１エッジ５１ａ及び第２エッジ５１ｂには、終端抵抗に接続されるパッド５５ａ〜５５ｄが位置する。パッド５５ａ〜５５ｄには、それぞれ、終端抵抗５７ａ〜５７ｄに接続される。この接続のためには、本実施例では、接続のためにボンディングワイヤが用いられる。
【００４５】
図４は、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器を含む光通信装置を模式的に示す図面である。光通信装置６１は、一又は複数のマッハツェンダ変調器を含む光集積素子５１と、光集積素子５１を収容するハウジング６３と、駆動回路６５とを備える。ハウジング６３には、入力光ファイバＦＩＮ及び出力光ファイバＦＯＵＴが接続される。入力光ファイバＦＩＮ（入力光ＬＩＮ）は、コリメートレンズ６７ａ、ミラー６７ｂ及びコリメートレンズ６７ｃを介して入力ポート５１ｅに結合される。出力ポート５１ｆ（出力光ＬＯＵＴ）は、コリメートレンズ６７ｄ、及びコリメートレンズ６７ｅを介して出力光ファイバＦＯＵＴに結合される。ハウジング６３は、ＲＦ入力信号を受ける。ＲＦ入力信号ＲＦは、中継基板６９上の駆動回路６５を介して光集積素子５１に印加される。
【００４６】
図５は、本実施例に係るマッハツェンダ変調器のアーム導波路及び金属配線の配置を示す。図５の（ｃ）部及び（ｄ）部は、図５の（ａ）部及び（ｂ）部に対比すると理解できるように、第１電極１９は、第１半導体アーム１５に一方の差動駆動信号を印加する第１金属配線として第１半導体アーム１５を延在することができ、第２電極２０は、第２半導体アーム１７に他方の差動駆動信号を印加する第２金属配線として第２半導体アーム１７を延在する。図５の（ｃ）部及び（ｄ）部に示されるマッハツェンダ変調器では、図５の（ａ）部及び（ｂ）部と同様に、マッハツェンダ変調器の一端部において、第１導電型半導体領域１３には第１ＧＮＤ電極２３が接続されており、マッハツェンダ変調器の他端部において、第１導電型半導体領域１３には第２ＧＮＤ電極２５が接続されている。
【００４７】
次いで、差動駆動の技術的意義を説明する。マッハツェンダ型の光変調器（ＭＺＩ）は、２本の光導波路が対を成す構成を有する。これらの光導波路を駆動する方式には、単相駆動方式及び差動駆動方式がある。単相駆動方式は、光導波路対の片方の光導波路のみに変調電気信号を印加する。特許文献１の図２に示される変調器は、この単相駆動方式により駆動される。差動駆動方式は、光導波路対の両方の光導波路に互いに逆相の電気信号を印加する。特許文献１の図６、７及び８に示される変調器は、差動駆動方式により駆動される。差動駆動方式では、駆動信号のコモンモードが、変調器からの光信号に劣化を引き起こす。コモンモードは、駆動回路自身において発生することに加えて、駆動回路と変調器との間の中継基板、さらには、光集積素子上の差動信号用伝送路における幾何学的な対称性が崩れる配線曲がり部においても発生する。
【００４８】
図６は、特許文献１の図７に記載された変調器の構造、等価回路及び特性を示す。図６の（ａ）部は、特許文献１に記載された変調器を模式的に示す平面図である。この図面に示されるように、一対のアーム導波路は一対の信号線（＋Ｓ、−Ｓ）によって駆動される。これらの信号線（＋Ｓ、−Ｓ）の外側に信号線（＋Ｓ、−Ｓ）に並んで一対のＧＮＤ配線（Ｇ、Ｇ）が延在している。２本のアーム導波路に共通にありこれらのアーム導波路を接続する導電性半導体層ＣＯＭには金属配線が接続されていない。図６の（ｂ）部は、図６の（ａ）部のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿ってとられた断面を示す。変調器の断面において、信号線及びＧＮＤ線の配列は、Ｇ−Ｓ−Ｓ−Ｇ構造を有する。図６の（ｃ）部は、特許文献１に記載された変調器の等価回路を示す図面である。この等価回路は、発明者によって作成されたものである。発明者は、この等価回路を用いてＥＥ透過特性をシミュレーションにより求めた。図６の（ｄ）部は、このＥＥ透過特性を示す。ＥＥ透過特性の周波数応答において、周期的な落ち込みが見られる。このような傾向は、Ｅ／Ｏ変調波の周波数応答にも見られる。
【００４９】
実際に測定する際には、実装された変調器チップにおいて、ＧＳＳＧ差動伝送路の左端と右端にそれぞれ高周波プローブ（ＧＳＳＧ配置のプローブ針を備える）を当てて、ベクトル・ネットワーク・アナライザを用いてこの二つの高周波プローブ間の小信号の透過特性（一方の高周波プローブからチップに入力した高周波信号の電圧振幅と、他方の高周波プローブから出てくる高周波信号の電圧振幅との差分）として、特性Ｓｄｄ２１を測る。図６の（ｄ）部は、シミュレーションにより求めた特性Ｓｄｄ２１を表し、横軸が高周波信号の周波数、縦軸が透過特性である。図６の（ｄ）部には、特許文献１の図１０にも対応する落ち込みが現れている。このような周波数特性は、伝送品質上の問題となるので、好ましくない。この悪い特性は、発明者の解析によれば、１００マイクロメートル程度の外側のＧＮＤ線路のＡＣ電位が不安定となることに起因する。
【００５０】
差動駆動による変調器において、アーム導波路に加わる電気信号に差動成分だけでなくコモンモード成分も含まれる。このコモンモード成分は、上記の変調器の終端において反射して、電気信号の入力側に戻ってくる。反射されたコモンモード成分（反射波）は、ＧＮＤのための金属配線上をほとんど減衰せず伝搬して、駆動回路に到達する。反射波は、駆動回路の動作を不安定にして、駆動回路からの信号の波形を劣化させる可能性がある。
【００５１】
この信号劣化を避けるには、変調器の終端抵抗からのコモンモード成分の反射波を十分に抑える必要がある。このためには、発明者の検討によれば、差動線路間の結合により２５オームより高くなるコモンモードの特性インピーダンスが抵抗値と一致する終端構造の追加が有効であって、ＧＮＤが、電位を安定できる程度の大面積であることが好ましい。図６の（ｃ）部の等価回路では、特性インピーダンスが互いに異なる差動モードとコモンモードとを終端する。しかし、この構造の作製は、高い難易度、部品数の増加、更には実装面の負荷（接続のためのワイヤの増加）といった不具合を伴う。
【００５２】
図７は、簡易的な終端構造、コモンモードの伝搬損失特性、及び反射特性を示す。図７の（ａ）部を参照すると、簡易的な終端構造が示されている、この構造では、信号線路(Ｓ−Ｓ)を変調器チップ上の薄膜抵抗により接続する。この終端では、差動モードのみが適切に終端されて、コモンモードは終端側でオープンとなる。この構成では、終端抵抗チップの必要がなく、個々のＧＮＤ線は１本のワイヤを介して接続される。この実装は比較的容易である一方で、特性面ででは限定的である。図７の（ｂ）部及び（ｃ）部を参照すると、コモンモードの伝搬損失特性、及び反射特性が示されている。これらの特性は、発明者によるモデルの作成と、そのモデルを用いたシミュレーションとによって得られたものである。伝搬損失特性を実際に測定する際には、変調器チップにおいて、Ｇ−Ｓ−Ｓ−Ｇ差動伝送路の左端と右端に高周波プローブを当てて、このプローブ間の小信号透過Ｓｃｃ２１特性を測る。反射特性の測定では、変調器チップにおいて、Ｇ−Ｓ−Ｓ−Ｇ差動伝送路の左端に高周波プローブを当てて、このプローブ間の小信号反射特性、Ｓｃｃ１１を測る。コモンモードでは、図７の（ｃ）部に示される反射特性に示される差動モードと異なり、周期的な落ち込みは無い。コモンモードの伝搬損失が低いので、終端からの反射波は変調器中をほとんど減衰せずに入力側に戻る。これ故に、図７の（ｃ）部に示される反射率は高くなる。
【００５３】
発明者は、図６及び図７に示されるような等価回路における不具合を解消することを検討した。この検討において、信号を伝搬する差動モードの伝搬損失は増やさずにコモンモードのみの伝搬損失を増すという知見に到達した。コモンモードの伝搬損失を増すことによって、終端からの反射波の大小に関係なく、駆動回路へ達する戻り反射波が低減される。主にコモンモードのみの伝搬損失を高められる構造のために、コモンモードのリターンパスを特定した。
【００５４】
このような知見に基づき、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器の構造に到達した。この構造では、金属に比べて抵抗率の高い導体（ｎ型半導体またはｐ型半導体）をコモンモードのリターンパス上に適用し、また電位が不安定となる外側のＧＮＤ線路を用いない。図８は、マッハツェンダ変調器を含む光通信装置のいくつかの実施例に係る等価回路を示す図面である。図８を参照すると、光通信装置の実施例に係る等価回路が示されている。等価回路においては、必要な場合には、理解を容易にするために図１の参照符合が用いられると共に、煩雑さを避けるためにマッハツェンダ変調器内の詳細な図示を控えている。
【００５５】
図９の（ａ）部及び（ｂ）部は、それぞれ、図８に示される等価回路を基本モデルとして用いて発明者によって行われたシミュレーションにおける伝搬特性及び反射特性を示す。図８に示されるモデルは、変調器チップ上には終端抵抗を設けず、終端抵抗キャリアを変調器チップと同じキャリア上に実装する形態に対応している。変調器チップを終端抵抗チップに接続するワイヤＷＩＲＥＳが必要であり、これは追加の寄生インダクタンスを生じさせる。マッハツェンダ変調器はＳ−Ｇ−Ｓ構造を有する。図９の（ａ）部の伝搬特性においては、信号源（駆動回路ＤＲＶ）からの印加信号が高い周波数になるにつれて、損失が徐々に増加する。図９の（ｂ）部の反射特性においては、信号源（駆動回路ＤＲＶ）からの印加信号が高い周波数になるにつれて、全体として反射が低くなる傾向にある。
【００５６】
コモンモードのリターンパス上に金属に比べて抵抗率の高い半導体を適用すると共に、不安定な電位の原因となる外側のＧＮＤ線路を用いない。これ故に、図９の（ｃ）部に示される差動ＥＥモードの反射特性では、図６の（ｄ）部に示されるような、透過特性における周期的な落ち込みが回避される。
【００５７】
図８において、終端構造の一例を示したが、ＳＧＳ構造に適用できる終端構造はこれに限定されることなく、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器に図１０に示される終端構造を適用してもよい。これは、本実施形態に係るマッハツェンダ変調器に有効で簡便な終端構造である。図１０に示される終端構造では、ＳＧＳ構造の終端のために薄膜抵抗を変調器チップ上に設けて、差動モードに対して抵抗終端を行う。これ故に、コモンモードに対しては抵抗を設けず終端されている。信号源からＳ−Ｇ−Ｓ構造の伝送路が、マッハツェンダ変調器の一端において一対のアーム導波路及び一方のＧＮＤ電極に接続される。マッハツェンダ変調器の他端では、一対のアーム導波路は、変調器チップ上の終端抵抗Ｒを介して接続され、他方のＧＮＤ電極はパッドに引き出されてワイヤＷＩＲＥを介して接地される。終端抵抗Ｒは、半導体素子として提供されるマッハツェンダ変調器のための基板上に薄膜抵抗として形成される。この薄膜抵抗は、例えばＮｉＣｒとして作製されることができ、例えば７５Ω〜１００Ω程度の値を有することができる。一方のＧＮＤ電極は他方のＧＮＤ電極から別個に設けられるので、コモンモードの伝搬損失が大きくできる。終端部において生成される反射波があるとき、この反射波は、マッハツェンダ変調器の他端から一端まで伝搬する際に減衰しながら逆方向に進行する。この故に、反射率の振幅は、マッハツェンダ変調器の一端において小さくなっている。この結果、駆動回路は、戻り同相反射波に攪乱されることなく安定に動作し、駆動回路からの信号の波形劣化が抑えられることができる。
【００５８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、同相成分の反射の影響を低減できるマッハツェンダ変調器が提供される。
【符号の説明】
【００６０】
１０…マッハツェンダ変調器、１３…第１導電型半導体領域、１５…第１半導体アーム、１７…第２半導体アーム、１９…第１電極、２０…第２電極、２３…第１ＧＮＤ電極、２５…第２ＧＮＤ電極、２７…基板、Ａｘ１…第１軸。
【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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