(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、電圧もしくは電流により光変調を行う半導体光変調器であって、前記光変調に供する電極間を電気的に接続する機能を有する電気的接続機能部を前記半導体基板上に備え、この電気的接続機能部が電気抵抗体として機能し、
且つ、前記電気的接続機能部の電気抵抗値が、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスの４倍以上で、且つ、逆方向バイアス時の変調器抵抗値の３０％以下であることを特徴とする半導体光変調器。
【請求項２】
半導体基板上に形成され、電圧もしくは電流により光変調を行う半導体光変調器であって、前記光変調に供する電極間を電気的に接続する機能を有する電気的接続機能部を前記半導体基板上に備え、この電気的接続機能部が直列接続された電気抵抗体と電気容量体として機能し、
且つ、前記電気的接続機能部の電気抵抗値が、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスの４倍以上で、且つ、逆方向バイアス時の変調器抵抗値の３０％以下であることを特徴とする半導体光変調器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体光変調器において、
前記電気的接続機能部は前記半導体基板上に設けた高抵抗半導体層を有してなるものであり、この高抵抗半導体層が前記電気抵抗体として機能することを特徴とする半導体光変調器。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体光変調器において、
前記高抵抗半導体層の電気抵抗率が、前記半導体基板の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする半導体光変調器。
【請求項５】
請求項３または４に記載の半導体光変調器において、
前記高抵抗半導体層が、ルテニウムドーピングを行った半絶縁半導体層であることを特徴とする半導体光変調器。
【請求項６】
請求項３または４に記載の半導体光変調器において、
前記高抵抗半導体層が、元素打ち込みにより高抵抗化した半導体層であることを特徴とする半導体光変調器。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体変調器において、
前記光変調に電気−光学効果による屈折率変化を利用することを特徴とする半導体光変調器。
【請求項８】
半導体基板上に形成され、電圧もしくは電流により光変調を行う半導体光変調器であって、
前記光変調に供する電極間を電気的に接続する機能を有する電気的接続機能部を前記半導体基板上に備え、この電気的接続機能部が電気抵抗体として機能し、且つ、前記電気的接続機能部の電気抵抗値が、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスの４倍以上で、且つ、逆方向バイアス時の変調器抵抗値の３０％以下であること、
前記半導体基板上に設けた光導波路を有し、前記電気的接続機能部が、この光導波路上に位置しないこと、
を特徴とする半導体光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体光変調器に関し、特に光ファイバ通信に使用する超高速の半導体光変調器に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
長距離波長多重光通信システムにおいて使用される光信号は、ファイバ分散効果の影響を抑えるため、波長チャープが小さいことが要求される。このような光信号は、通常、レーザダイオード光源と外部変調器を組み合わせた構成で発生される。この種の典型的な外部変調器は、ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）導波路で製作されるＬＮ変調器である。ＬＮ変調器の動作原理は、光導波路と電気導波路を結合させて、電気信号入力により電気−光学効果に基づく屈折率変化を誘起し、光信号に位相変化を与えることによるものである。このようなＬＮ変調器には、単純な光位相変調器の他に、マッハツェンダ干渉計を構成した光強度変調器、あるいは多数の導波路を結合させてより高機能の光強度／位相変調器として動作するデバイスなどがある。
【０００３】
また、ＬＮ変調器と同様の動作原理を用いた半導体光変調器も存在する。例えば、半絶縁性のＧａＡｓにショットキー電極を配置し、光電子導波路としたＧａＡｓ光変調器や、ヘテロｐｎ接合を用いて、光の閉じ込めと共に導波路のコア部分に効果的に電圧が印加されるようにしたＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ光変調器などがある。
【０００４】
【非特許文献１】斎藤  冨士郎  他、「超高速光デバイス」第６章、共立出版（1998）
【非特許文献２】都築  健  他、「n-i-n 構造マッハツェンダ光変調器の開発」、電子情報通信学会論文誌  ＶＯＬ．Ｊ８８−Ｃ  No.2, p 83 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体光変調器は小型であるという利点を持つ反面、静電気が帯電した人体や装置と接触して電気サージを受けた場合により狭い領域にエネルギー集中が起こり、静電破壊を受け易いという問題があった。
【０００６】
図９に従来例として、電圧駆動型の半導体光変調器素子の模式図を示す。図９に示す半導体光変調器は、半導体基板１上に、光導波路２、変調信号入出力電極３、変調用電極４、グランド電極５を作製してなるものである。本例において半導体光変調器は、マッハツェンダ型干渉計を構成した光強度変調器となっている。光導波路２に導入された光は、途中で２分岐される。２分岐された光導波路２上に作製された変調用電極４は、光導波路２下にあるグランド層との間に変調信号に応じた電界を発生させ、電気−光学効果により位相変調を行う。分岐して位相変調された光は再び１つの光導波路２に合波され、干渉効果により位相変調から強度変調に変換されることとなる。
【０００７】
変調信号入出力電極３は変調用電極４に接続されており、変調信号を効率的に変調用電極４まで導く構造を採る。途中の信号損失を避けるために、変調信号入出力電極３とグランド電極５間は電気的には絶縁設計となっている。一方、変調用電極４は、電気・光の相互作用部に当たるため、グランド電極５との間は、高抵抗ではあるが（数ｋΩ〜数１０ＭΩ）電気的な相互作用を持つ。また、変調効率を高めるために狭い領域に電界が集中する構造となっている。その結果、変調信号入出力電極３もしくは変調用電極４と、グランド電極５との間に電気サージ入力があった場合、変調用電極４下において素子がダメージを受けることになる。サージ試験で、図９の矢印Ａのように変調信号入出力電極３からサージパルスを印加し、実際に図９のＢ部の変調用電極４下（変調領域）において素子ダメージを確認した。
【０００８】
従って、本発明では、電気サージによる変調領域の破壊を防止し、サージ耐性を向上した半導体光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】
【０００９】
上記目的を達成する第１発明の半導体光変調器は、半導体基板上に形成され、電圧もしくは電流により光変調を行う半導体光変調器であって、前記光変調に供する電極間を電気的に接続する機能を有する電気的接続機能部を前記半導体基板上に備え、この電気的接続機能部が電気抵抗体として機能し、
且つ、前記電気的接続機能部の電気抵抗値が、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスの４倍以上で、且つ、逆方向バイアス時の変調器抵抗値の３０％以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明の半導体光変調器は、半導体基板上に形成され、電圧もしくは電流により光変調を行う半導体光変調器であって、前記光変調に供する電極間を電気的に接続する機能を有する電気的接続機能部を前記半導体基板上に備え、この電気的接続機能部が直列接続された電気抵抗体と電気容量体として機能し、
且つ、前記電気的接続機能部の電気抵抗値が、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスの４倍以上で、且つ、逆方向バイアス時の変調器抵抗値の３０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、第３発明の半導体光変調器は、第１または第２発明の何れかの半導体光変調器において、
前記電気的接続機能部は前記半導体基板上に設けた高抵抗半導体層であり、この高抵抗半導体層が前記電気抵抗体として機能することを特徴とする。
【００１３】
また、第４発明の半導体光変調器は、第３発明の半導体光変調器において、
前記高抵抗半導体層の電気抵抗率が、前記半導体基板の電気抵抗率よりも低いことを特徴とする。
【００１４】
また、第５発明の半導体光変調器は、第３または第４発明の半導体光変調器において、
前記高抵抗半導体層が、ルテニウムドーピングを行った半絶縁半導体層であることを特徴とする。
【００１５】
また、第６発明の半導体光変調器は、第３または第４発明の半導体光変調器において、
前記高抵抗半導体層が、元素打ち込みにより高抵抗化した半導体層であることを特徴とする。
【００１６】
また、第７発明の半導体光変調器は、第１〜第６発明の何れかの半導体変調器において、前記光変調に電気−光学効果による屈折率変化を利用することを特徴とする。
【００１７】
また、第８発明の半導体光変調器は、半導体基板上に形成され、電圧もしくは電流により光変調を行う半導体光変調器であって、
前記光変調に供する電極間を電気的に接続する機能を有する電気的接続機能部を前記半導体基板上に備え、この電気的接続機能部が電気抵抗体として機能し、且つ、前記電気的接続機能部の電気抵抗値が、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスの４倍以上で、且つ、逆方向バイアス時の変調器抵抗値の３０％以下であること、
前記半導体基板上に設けた光導波路を有し、前記電気的接続機能部が、この光導波路上に位置しないこと、
を特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体光変調器によれば、光変調に供する電極間を電気的に接続しかつ電気抵抗体として機能する電気的接続機能部、または、光変調に供する電極間を電気的に接続しかつ直列接続された電気抵抗体と電気容量体として機能する電気的接続機能部を、前記半導体基板上に備え、且つ、前記電気的接続機能部の電気抵抗値が、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスの４倍以上で、且つ、逆方向バイアス時の変調器抵抗値の３０％以下であることにより、電気サージ耐力の高い光半導体変調器を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態例に係る半導体光変調器素子の構成図である。この図１には請求項１及び請求項７に係る発明の実施形態を示す。
【００２１】
本半導体光変調器の基本となる構成および動作原理は、図９に示す従来例の半導体光変調器と同様である。概要を説明すると、本実施形態例の半導体光変調器も、半導体基板１上に、光導波路２、変調信号入出力電極３、変調用電極４、グランド電極５を作製してなるものであり、マッハツェンダ型干渉計を構成した光強度変調器となっている。変調信号入出力電極３は変調用電極４に接続されており、変調信号を効率的に変調用電極４まで導く構造となっている。光導波路２に導入された光は、途中で２分岐され、この２分岐された光導波路２上に作製された変調用電極４は、光導波路２下にあるグランド層との間に変調信号に応じた電界を発生させ、電気−光学効果により位相変調を行う。分岐して位相変調された光は再び１つの光導波路２に合波され、干渉効果により位相変調から強度変調に変換されることとなる。
【００２２】
そして、本半導体光変調器の従来例との比較における特徴は、変調信号入出力電極３とグランド電極５の間に、これらを電気的に接続する高抵抗領域６を設けていることにある。すなわち、この高抵抗領域６が、光変調に供する電極間を電気的に接続しかつ電気抵抗体として機能する電気的接続機能部となっている。ここで、高抵抗領域とは「高電気抵抗の領域」を意味し、請求項記載の「変調に供する電極」には、変調信号入出力電極３、変調用電極４、ならびに、グランド電極５が該当する。すなわち、変調信号入出力電極３および変調用電極４と、グランド電極５との間が、高抵抗領域６により、電気抵抗を持って接続されることになる。
【００２３】
図１では、高抵抗領域６の様々な実施形態の例として３種類の高抵抗領域形状を示している（高抵抗領域６−１，６−２，６−３）。高抵抗領域６−１は、変調信号伝達の経路となる変調信号入出力電極３（入力）、変調用電極４、変調信号入出力電極３（出力）の全てに渡って、グランド電極５との接続を行っているものである。
【００２４】
請求項８に係る発明を具体化した実施形態例として、変調信号入出力電極３とグランド電極５間のみを接続し、変調用電極４とは接触しない高抵抗領域６−２，６−３を示す。これらの高抵抗領域６−２，６−３は光導波路２上に位置しないため、これらの高抵抗領域６−２，６−３とは独立して変調領域（変調用電極４およびその下部構造）の最適化設計が可能であり、仮にサージや経年劣化により高抵抗領域が変化した場合にも変調領域への影響回避が可能となる効果が得られる。高抵抗領域は、最適な抵抗値となるように材料や形状の設計を行い、変調信号入出力電極３の途中までカバーする高抵抗領域６−２、変調信号入出力電極３のパッド部に相当する一部分３ａとその両側にあるグランド電極５の一方とをつなぐ高抵抗領域６−３のように形状が決定される。特に高抵抗領域６−３は、高周波の変調信号への影響が非常に少ない構造となっている。
【００２５】
以上に関し、請求項３に係る発明の実施形態例として、本半導体光変調器の断面構造を図２（図１のＣ−Ｃ´線矢視断面図）に示す。図２の断面構造においては、まず、半絶縁性の半導体基板１上に有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、高抵抗領域６−２を形成するための高抵抗半導体層６Ａ、ｎ型半導体層８Ａの順に積層する。ｎ型半導体層８Ａは抵抗を低く抑えるべくｎ型ドーパントを高濃度でドーピングした層である。その後、高抵抗半導体層６Ａ及びｎ型半導体層８Ａをインピーダンス整合を考慮して決められた寸法（ｎ型半導体層８Ａ−１、および８Ａ−１と８Ａ−２間の距離）となるようエッチング加工する。すなわち、高抵抗半導体層６Ａは高抵抗半導体層６Ａ−１と高抵抗半導体層６Ａ−２とに分離し、ｎ型半導体層８Ａは高抵抗半導体層６Ａ−１上のｎ型半導体層８Ａ−１と高抵抗半導体層６Ａ−２上のｎ型半導体層８Ａ−２とに分離する。更に、高抵抗半導体層６Ａ−２上部に積層されたｎ型半導体層８Ａ−２は、高抵抗半導体層６Ａ−２よりも短い幅の形状となるようにエッチング加工を行う。これらの加工では、半導体基板１、高抵抗半導体層６Ａ、ｎ型半導体層８Ａの半導体組成によるエッチング速度の違いを利用してエッチング深さの制御を行っている。
【００２６】
続いて、ｎ型半導体層８Ａ−１上からｎ型半導体層８Ａ−１の側部（高抵抗半導体層６Ａ−１，６Ａ−２間）にわたって、絶縁膜７Ａの堆積加工をした後、変調信号入出力電極３およびグランド電極５を形成した。ここで、グランド電極５はｎ型半導体層８Ａ−１上に形成されており、変調信号入出力電極３は絶縁膜７Ａ上から絶縁膜７Ａの側部にわたって形成され、グランド電極５の層下にｎ型半導体層８Ａ−２を介して連なる高抵抗半導体層６Ａ−２と接続されている。その結果、電気抵抗体（サージ保護回路）として機能する図２のＥ部の高抵抗半導体層６Ａ−２を介して、変調信号用電極３とグランド電極５とが電気的に接続されている。
【００２７】
すなわち、この高抵抗半導体層６Ａ−２（Ｅ部）が、光変調に供する電極３，５間を電気的に接続しかつ電気抵抗体として機能する電気的接続機能部（高抵抗領域６−２）となっている。なお、高抵抗領域６−１，６−３も、この高抵抗領域６−２と同様に形成することができる。
【００２８】
通常、高抵抗半導体層６Ａ（６Ａ−２）は、様々な実現法が考えられ、ドーピング無しとする構成の他に、キャリア補償のための不純物を加えたり、低濃度のｎ型もしくはｐ型ドーパントを加えて作製してもよい。特に、高抵抗半導体層６Ａ（６Ａ−２）を、ルテニウムドーピングを行った半絶縁半導体層としたものが請求項５に係る発明の実施形態例に該当し、プロトンなどを元素打ち込み（インプランテーション）して高抵抗化した場合が請求項６に係る発明の実施形態例となる。
【００２９】
また、高抵抗半導体層６Ａ（６Ａ−２）の電気抵抗率を半導体基板１の抵抗率よりも低く設定したものが、請求項４に係る発明の実施形態例に相当する。このように高抵抗半導体層６Ａ（高抵抗領域６）の電気抵抗率を半導体基板１の抵抗率よりも低く設定することにより、半導体基板１を介した電流リークが低減されることで、サージ保護回路における電気抵抗体の抵抗値は高抵抗半導体層６Ａ（６Ａ−２）に大きく依存することとなる。その結果、高抵抗半導体層６Ａ（６Ａ−２）の設計に基づいて制御性よくサージ保護回路の電気抵抗体を作製することが可能となる。
【００３０】
図３は本発明の他の実施形態例に係る半導体光変調器の構成図である。この図３には請求項２、請求項７、および、請求項８に係る発明の実施形態例を示す。
【００３１】
本半導体光変調器の基本となる構成および動作原理も、図９，図１に示す半導体光変調器と同様である。概要を説明すると、本実施形態例の半導体光変調器も、半導体基板１上に、光導波路２、変調信号入出力電極３、変調用電極４、グランド電極５を作製してなるものであり、マッハツェンダ型干渉計を構成した光強度変調器となっている。変調信号入出力電極３は変調用電極４に接続されており、変調信号を効率的に変調用電極４まで導く構造となっている。光導波路２に導入された光は、途中で２分岐され、この２分岐された光導波路２上に作製された変調用電極４は、光導波路２下にあるグランド層との間に変調信号に応じた電界を発生させ、電気−光学効果により位相変調を行う。分岐して位相変調された光は再び１つの光導波路２に合波され、干渉効果により位相変調から強度変調に変換されることとなる。
【００３２】
そして、本半導体光変調器の従来例との比較における特徴は、変調信号入出力電極３とグランド電極５の間に、これらを電気的に接続する、直列接続された高抵抗領域６と電気容量領域１０（図３中の破線領域）を設けていることにある。すなわち、この直列接続された高抵抗領域６と電気容量領域１０が、光変調に供する電極間を電気的に接続しかつ直列接続された電気抵抗体として機能する電気的接続機能部となっている。即ち、本半導体光変調器では、図１の実施形態例と同様のサージ保護回路の電気抵抗体と直列に電気容量体を集積している。なお、図３には図１の高抵抗領域６−３と同種形状の高抵抗領域６に電気容量領域１０を直列接続した例を示しているが、これに限らず、高抵抗領域６−１，６−２と同種形状の高抵抗領域６に高抵抗領域１０を直列接続してもよい。
【００３３】
より詳しくは、請求項３に係る発明の実施形態例として、本半導体光変調器の断面構造を図４（図３のＤ−Ｄ′線矢視断面図）に示す。図４の断面構造においては、図２の実施形態例と同様に、まず、半絶縁性の半導体基板１上に有機気相堆積（ＭＯＶＰＥ）法を用いて高抵抗半導体層６Ｂ、ｎ型半導体層８Ｂの順に積層する。ｎ型半導体層８Ｂは抵抗を低く抑えるべくｎ型ドーパントを高濃度でドーピングした層である。その後、高抵抗半導体層６及びｎ型半導体層８をインピーダンス整合を考慮して決められた寸法（ｎ型半導体層８Ｂ−１、および８Ｂ−１と８Ｂ−２間の距離）となるようエッチング加工する。すなわち、高抵抗半導体層６Ｂは高抵抗半導体層６Ｂ−１と高抵抗半導体層６Ｂ−２と高抵抗半導体層６Ｂ−３とに分離し、ｎ型半導体層８Ｂは高抵抗半導体層６Ｂ−１上のｎ型半導体層８Ｂ−１と高抵抗半導体層６Ｂ−２上のｎ型半導体層８Ｂ−２と高抵抗半導体層６Ｂ−３上のｎ型半導体層８Ｂ−３とに分離する。更に、高抵抗半導体層６Ｂ−２上部に積層されたｎ型半導体層８Ａ−２は、高抵抗半導体層６Ｂ−２よりも短い幅の形状となるようエッチング加工を行う。これらの加工では、半導体基板１、高抵抗半導体層６Ｂ、ｎ型半導体層８Ｂの半導体組成によるエッチング速度の違いを利用してエッチング深さの制御を行っている。
【００３４】
続いて、ｎ型半導体層８Ｂ−１上からｎ型半導体層８Ｂ−１の側部（高抵抗半導体層６Ｂ−１，６Ｂ−２間）にわたって、絶縁膜７Ｂ−１を堆積加工し、かつ、ｎ型半導体層８Ｂ−２上からｎ型半導体層８Ｂ−２の側部（変調信号入出力電極３とｎ型半導体層８Ｂ−２の間と、高抵抗半導体層６Ｂ−２およびｎ型半導体層８Ｂ−２と高抵抗半導体層６Ｂ−３およびｎ型半導体層８Ｂ−３の間）にわたって、絶縁膜７Ｂ−２を堆積加工する。これらの絶縁膜７Ｂ−１，７Ｂ−２の領域形成の後、変調信号入出力電極３およびグランド電極５を形成した。ここで、グランド電極５は絶縁膜７Ｂ−１上からｎ型半導体層８Ｂ−３上にわたって形成されており、変調信号入出力電極３は絶縁膜７Ｂ−１上から絶縁膜７Ｂ−１の側部にわたって形成され、グランド電極５の層下に絶縁膜７Ｂ−２及びｎ型半導体層８Ｂ−２を介して連なる高抵抗半導体層６Ｂ−２と接続されている。
【００３５】
その結果、電気抵抗体（サージ保護回路）として機能する図４のＦ部の高抵抗半導体層６Ｂ−２と、これに直列接続された電気容量体として機能する図４のＧ部の領域を介して、変調信号用電極３とグランド電極５とが電気的に接続されている。Ｇ部の電気容量体は、グランド電極５とｎ型半導体層８Ｂ−２とを２つの電極とし、これらの電極間に挟まれた絶縁層７Ｂ−２を中間誘電体とする平行平板コンデンサを構成している。
【００３６】
すなわち、この直列接続された高抵抗半導体層６Ｂ−２（Ｆ部）と平行平板コンデンサ（Ｇ部）が、光変調に供する電極３，５間を電気的に接続しかつ直列接続された電気抵抗体と電気容量体として機能する電気的接続機能部（高抵抗領域６及び電気容量領域１０）となっている。サージ保護回路の電気抵抗体と直列に電気容量体が配置されることで、サージ保護回路の電気抵抗体を介した電流リークを抑制することが可能となる。
【００３７】
なお、高抵抗半導体層６Ｂ（６Ｂ−２）も、前述の高抵抗半導体層６Ａ（６Ａ−２）と同様、様々な実現法が考えられ、ドーピング無しとする構成の他に、キャリア補償のための不純物を加えたり、低濃度のｎ型もしくはｐ型ドーパントを加えて作製してもよく、特に、高抵抗半導体層６Ｂ（６Ｂ−２）を、ルテニウムドーピングを行った半絶縁半導体層としたものが請求項５に係る発明の実施形態例に該当し、プロトンなどを元素打ち込み（インプランテーション）して高抵抗化した場合が請求項６に係る発明の実施形態例となる。また、高抵抗半導体層６Ｂ（６Ｂ−２）の電気抵抗率を半導体基板１の抵抗率よりも低く設定したものが、請求項４に係る発明の実施形態例に相当する。
【００３８】
次に、図１および図３に示す実施形態例の半導体光変調器素子のサージ対策効果についてシミュレーション実験を行った結果を示す。サージ源として人体モデル（１００ｐＦのコンデンサと１．５ｋΩの抵抗を直列接続したモデル）を採用した。以下ではサージ保護回路に含まれる電気抵抗体を保護抵抗、電気容量体を保護容量と呼ぶ。実用的な値を考慮し、本計算においては、保護抵抗値１０ｋΩ、保護容量値１００ｐＦを採用した。サージ保護回路なしの場合に、時間０において半導体光変調器素子に加わるサージ電圧、もしくは、サージパワーを基準に規格化したサージ電圧およびサージパワーをそれぞれ図５と図６に示す。サージ保護回路によるサージ電圧／パワーのピーク値低減、および、サージパルス幅の大幅な短縮が認められ、サージ対策効果が確認された。
【００３９】
半導体光変調器素子が破壊されるに至るエネルギーが一定との仮定の下に見積もったサージ耐圧の保護抵抗依存性を図７に示す。図７の縦軸は、サージ保護回路なしの場合のサージ耐圧を１とし、その何倍のサージ電圧に耐えられるかを示している。図７の横軸は、保護抵抗なしの場合の変調器抵抗値で規格化した保護抵抗値を示す。サージ保護回路なしの場合に比べて２倍のサージ耐圧を得るためには、サージ保護回路なしの場合の変調器抵抗値の３０％以下となるように保護抵抗値を選ぶ必要がある。例えば、変調器抵抗が１ＭΩの場合は、３００ｋΩ以下とする必要がある。半導体光変調器は、何らかのダイオード特性を持ち、順方向では十分にインピーダンスが低いため、サージ保護が不要な場合がある。このときには、逆方向バイアス時の変調器抵抗の３０％以下とすればよい（請求項１，２，８）。
【００４０】
図７が示すように、保護抵抗が低いほど、サージ保護の効果は高い。しかしながら、保護抵抗が低い場合、回路インピーダンスが小さくなるため、電気反射が起こり変調信号が変調領域に到達しにくくなる問題がある。図８は、保護抵抗値の下限を見積もるために実施したシミュレーション実験の結果である。図８の縦軸は、サージ保護回路なしの場合を基準として示した変調領域まで到達する信号強度比を示し、図８の横軸は、高周波線路の特性インピーダンスで規格化した保護抵抗値である。信号の損失を１ｄＢ以内に抑えるためには、駆動電圧もしくは駆動電流の給電に用いる高周波線路の特性インピーダンスに対して４倍以上の保護抵抗値を選ぶ必要がある（請求項１，２，８）。請求項１，２，８記載の「給電に用いる高周波線路」とは、光半導体変調器素子に変調信号（高周波信号）を供給するための、同軸ケーブル、コプレーナ型電気導波路、マイクロストリップライン型電気導波路、導波管等の高周波信号線路等を指す。さらには、光半導体変調器素子上に高周波線路が設置されている場合にはその高周波線路も含まれるが、全てほぼ同じ値となるように設計するため、これらのいずれかの特性インピーダンスの４倍以上とすればよい。例えば、一般的に用いられる特性インピーダンス５０Ωの系では、２００Ω以上の保護抵抗値とする必要がある。
【００４１】
以上、本発明について具体的にいくつかの実施形態例に基づいて説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。以上の実施形態例では、チップ作製までしか示していないが、実際の光通信応用においては、入出力用の光ファイバを取り付けた光モジュールの形に実装して使用することが想定される。また、同一モジュール内に半導体光変調器素子と波長可変レーザ素子を内蔵した波長可変変調光源モジュールとしての使用も期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態例に係る半導体光変調器素子（電気抵抗体を設けた場合の例）の構成図である。
【図２】前記半導体光変調器素子の断面構造を示す図（図１のＣ−Ｃ´線矢視断面図）である。
【図３】本発明の他の実施形態例に係る半導体光変調器素子（電気抵抗体＋電気容量体を設け場合の例）の構成図である。
【図４】前記半導体光変調器素子の断面構造を示す図（図２のＤ−Ｄ´線矢視断面図）である。
【図５】半導体光変調器素子における規格化サージ電圧の時間応答を示す図である。
【図６】半導体光変調器素子における規格化サージパワーの時間応答を示す図である。
【図７】半導体光変調器素子における保護回路抵抗と規格化サージ耐圧の関係を示す図である。
【図８】半導体光変調器素子における保護回路抵抗と信号到達率の関係を示す図である。
【図９】従来例の半導体光変調器素子の構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  半導体基板
２  光導波路
３  変調信号入出力電極
３ａ  変調信号入出力電極の一部分（パッド部）
４  変調用電極
５  グランド電極
６，６−１，６−２，６−３  高抵抗領域
６Ａ，６Ａ−１，６Ａ−２，６Ｂ，６Ｂ−１，６Ｂ−２，６０Ｂ−３  高抵抗半導体層
７Ａ，７Ｂ，７Ｂ−１，７Ｂ−２  絶縁膜
８Ａ，８Ａ−１，８Ａ−２，８Ｂ，８Ｂ−１，８Ｂ−２，８Ｂ−３  ｎ型半導体層
１０  電気容量領域
【図１】
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【図２】
0004750764.tif 000003
【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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