(57)【要約】【課題】導波路の長さが設計値からずれている場合に、光の損失量を大きくすること無く、しかもアイパターンを劣化させることなく、位相差を調整する。【解決手段】半導体基板２２の一方の主表面上に、導波路層３０及び半導体層２６を順次に積層して構成されていて、他方の主表面上に共通電極４６を備えている。導波路層３０は、入射導波路３２、光分波器３３、第１分岐導波路３４、第２分岐導波路３６、光合波器３７及び出射導波路３８に区分されている。第１分岐導波路の上側に変調電極４０が設けられていて、共通電極との間に変調電圧を印加して第１分岐導波路の屈折率を変える。第２分岐導波路の上側に、正バイアス電圧が印加されて、第２分岐導波路の屈折率を変える正バイアス電極５３と、負バイアス電圧が印加されて、キャリアを第２分岐導波路から半導体層に掃きだす、第１及び第２負バイアス電極５５及び５７を含む位相調整電極群５０を備えている。【選択図】図１
2007248850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の一方の主表面上に、導波路層及び第２導電型の半導体層を順次に積層して構成されていて、該半導体基板の他方の主表面上に共通電極を備えているマッハツェンダ型変調器であって、
前記導波路層は、
当該マッハツェンダ型変調器の外部から入射された入射光を導波する入射導波路と、
該入射導波路に接続されていて、前記入射光を第１分岐光と第２分岐光に２分岐する光分波器と、
該光分波器に接続されていて、前記第１分岐光を導波する第１分岐導波路と、
前記光分波器に接続されていて、前記第２分岐光を導波する第２分岐導波路と、
前記第１分岐導波路及び第２分岐導波路に接続されていて、前記第１分岐光と第２分岐光を合波して出射光を生成する光合波器と、
該光合波器に接続されていて、前記出射光を導波して、当該マッハツェンダ型変調器から出射する出射導波路と
に区分されており、
前記第１分岐導波路の上側に設けられている変調電極であって、前記共通電極との間に変調電圧を印加して該第１分岐導波路の屈折率を変えるための当該変調電極と、
前記第２分岐導波路の上側に、前記第２分岐光が導波される方向に順次にかつ互いに離間してそれぞれ設けられている、第１負バイアス電極、正バイアス電極及び第２負バイアス電極を含む位相調整電極群であって、前記共通電極との間に正バイアス電圧を印加して、前記第２分岐導波路にキャリアを注入して該第２分岐導波路の屈折率を変える正バイアス電極と、前記共通電極との間にそれぞれ第１及び第２負バイアス電圧を印加して、前記キャリアを前記第２分岐導波路から前記半導体層に掃きだす第１負バイアス電極及び第２負バイアス電極とを含む当該位相調整電極群と
を備えていることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子。
【請求項２】
第１導電型の半導体基板の一方の主表面上に、導波路層及び第２導電型の半導体層を順次に積層して構成されていて、該半導体基板の他方の主表面上に共通電極を備えているマッハツェンダ型変調器であって、
前記導波路層は、
当該マッハツェンダ型変調器の外部から入射された入射光を導波する入射導波路と、
該入射導波路に接続されていて、前記入射光を第１分岐光と第２分岐光に２分岐する光分波器と、
該光分波器に接続されていて、前記第１分岐光を導波する第１分岐導波路と、
前記光分波器に接続されていて、前記第２分岐光を導波する第２分岐導波路と、
前記第１分岐導波路及び第２分岐導波路に接続されていて、前記第１分岐光と第２分岐光を合波して出射光を生成する光合波器と、
該光合波器に接続されていて、前記出射光を導波して、当該マッハツェンダ型変調器から出射する出射導波路と
に区分されており、
前記第１分岐導波路の上側に設けられている変調電極であって、前記共通電極との間に変調電圧を印加して該第１分岐導波路の屈折率を変えるための当該変調電極と、
前記第１分岐導波路の上側に、前記第１分岐光が導波される方向に順次にかつ互いに離間してそれぞれ設けられている、第１負バイアス電極、第１正バイアス電極及び第２負バイアス電極を含む位相調整電極群であって、前記共通電極との間に第１正バイアス電圧を印加して、前記第１分岐導波路にキャリアを注入して該第１分岐導波路の屈折率を変える第１正バイアス電極と、前記共通電極との間にそれぞれ第１及び第２負バイアス電圧を印加して、前記キャリアを前記第１分岐導波路から前記半導体層に掃きだす第１負バイアス電極及び第２負バイアス電極とを含む第１位相調整電極群と、
前記第２分岐導波路の上側に、前記第２分岐光が導波される方向に順次にかつ互いに離間してそれぞれ設けられている、第３負バイアス電極、第２正バイアス電極及び第４負バイアス電極を含む位相調整電極群であって、前記共通電極との間に第２正バイアス電圧を印加して、前記第２分岐導波路にキャリアを注入して該第２分岐導波路の屈折率を変える第２正バイアス電極と、前記共通電極との間にそれぞれ第３及び第４負バイアス電圧を印加して、前記キャリアを前記第２分岐導波路から前記半導体層に掃きだす第３負バイアス電極及び第４負バイアス電極とを含む第２位相調整電極群と
を備えていることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子。
【請求項３】
前記第１位相調整電極群が、前記第１分岐導波路の上側の、前記光分波器と前記変調電極の間の領域に設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載のマッハツェンダ型半導体素子。
【請求項４】
第１導電型の半導体基板の一方の主表面上に、導波路層及び第２導電型の半導体層を順次に積層して構成されていて、該半導体基板の他方の主表面上に共通電極を備えているマッハツェンダ型変調器であって、
前記導波路層は、
当該マッハツェンダ型変調器の外部から入射された入射光を導波する入射導波路と、
該入射導波路に接続されていて、前記入射光を第１分岐光と第２分岐光に２分岐する光分波器と、
該光分波器に接続されていて、前記第１分岐光を導波する第１分岐導波路と、
前記光分波器に接続されていて、前記第２分岐光を導波する第２分岐導波路と、
前記第１分岐導波路及び第２分岐導波路に接続されていて、前記第１分岐光と第２分岐光を合波して出射光を生成する光合波器と、
該光合波器に接続されていて、前記出射光を導波して、当該マッハツェンダ型変調器から出射する出射導波路と
に区分されており、
前記第１分岐導波路の上側に設けられている変調電極であって、前記共通電極との間に第１変調電圧を印加して該第１分岐導波路の屈折率を変えるための第１変調電極と、
前記第２分岐導波路の上側に設けられている変調電極であって、前記共通電極との間に第２変調電圧を印加して該第２分岐導波路の屈折率を変えるための第２変調電極と、
前記第２分岐導波路の上側に、前記第２分岐光が導波される方向に順次にかつ互いに離間してそれぞれ設けられている、第１負バイアス電極、正バイアス電極及び第２負バイアス電極を含む位相調整電極群であって、前記共通電極との間に正バイアス電圧を印加して、前記第２分岐導波路にキャリアを注入して該第２分岐導波路の屈折率を変える正バイアス電極と、前記共通電極との間にそれぞれ第１及び第２負バイアス電圧を印加して、前記キャリアを前記第２分岐導波路から前記半導体層に掃きだす第１負バイアス電極及び第２負バイアス電極とを含む当該位相調整電極群と
を備えていることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子。
【請求項５】
前記位相調整電極群が、前記第２分岐導波路の上側の、前記光分波器と前記第２変調電極の間の領域に設けられている
ことを特徴とする請求項４に記載のマッハツェンダ型半導体素子。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板の一方の主表面上に、導波路層及び第２導電型の半導体層を順次に積層して構成されていて、該半導体基板の他方の主表面上に共通電極を備えているマッハツェンダ型変調器であって、
前記導波路層は、
当該マッハツェンダ型変調器の外部から入射された入射光を導波する入射導波路と、
該入射導波路に接続されていて、前記入射光を第１分岐光と第２分岐光に２分岐する光分波器と、
該光分波器に接続されていて、前記第１分岐光を導波する第１分岐導波路と、
前記光分波器に接続されていて、前記第２分岐光を導波する第２分岐導波路と、
前記第１分岐導波路及び第２分岐導波路に接続されていて、前記第１分岐光と第２分岐光を合波して出射光を生成する光合波器と、
該光合波器に接続されていて、前記出射光を導波して、当該マッハツェンダ型変調器から出射する出射導波路と
に区分されており、
前記第１分岐導波路の上側に設けられている変調電極であって、前記共通電極との間に第１変調電圧を印加して該第１分岐導波路の屈折率を変えるための第１変調電極と、
前記第１分岐導波路の上側に、前記第１分岐光が導波される方向に順次にかつ互いに離間してそれぞれ設けられている、第１負バイアス電極、第１正バイアス電極及び第２負バイアス電極を含む位相調整電極群であって、前記共通電極との間に第１正バイアス電圧を印加して、前記第１分岐導波路にキャリアを注入して該第１分岐導波路の屈折率を変える第１正バイアス電極と、前記共通電極との間にそれぞれ第１及び第２負バイアス電圧を印加して、前記キャリアを前記第１分岐導波路から前記半導体層に掃きだす第１負バイアス電極及び第２負バイアス電極とを含む第１位相調整電極群と、
前記第２分岐導波路の上側に設けられている変調電極であって、前記共通電極との間に第２変調電圧を印加して該第２分岐導波路の屈折率を変えるための第２変調電極と、
前記第２分岐導波路の上側に、前記第２分岐光が導波される方向に順次にかつ互いに離間してそれぞれ設けられている、第３負バイアス電極、第２正バイアス電極及び第４負バイアス電極を含む位相調整電極群であって、前記共通電極との間に第２正バイアス電圧を印加して、前記第２分岐導波路にキャリアを注入して該第２分岐導波路の屈折率を変える第２正バイアス電極と、前記共通電極との間にそれぞれ第３及び第４負バイアス電圧を印加して、前記キャリアを前記第２分岐導波路から前記半導体層に掃きだす第３負バイアス電極及び第４負バイアス電極とを含む第２位相調整電極群と
を備えていることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子。
【請求項７】
前記第１位相調整電極群が、前記第１分岐導波路の上側の、前記光分波器と前記第１変調電極の間の領域に設けられ、及び
前記第２位相調整電極群が、前記第２分岐導波路の上側の、前記光分波器と前記第２変調電極の間の領域に設けられている
ことを特徴とする請求項６に記載のマッハツェンダ型半導体素子。
【請求項８】
請求項１に記載のマッハツェンダ型半導体素子に対して、
連続光を前記入射導波路に入射する過程と、
前記変調電極にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第１電圧を印加する過程と、
前記正バイアス電極に正バイアス電圧を印加して、当該マッハツェンダ型半導体素子の前記出射導波路から出射される光強度を最小にする過程と、
前記第１負バイアス電極及び前記第２負バイアス電極にそれぞれ、前記負の直流バイアス電圧よりも小さい第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧を印加する過程と
を備えることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子の制御方法。
【請求項９】
請求項２又は３に記載のマッハツェンダ型半導体素子に対して、
連続光を前記入射導波路に入射する過程と、
前記変調電極にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第１電圧を印加する過程と、
前記第１正バイアス電極及び前記第２正バイアス電極にそれぞれ、第１正バイアス電圧及び第２正バイアス電圧を印加して、当該マッハツェンダ型半導体素子の前記出射導波路から出射される光強度を最小にする過程と、
前記第１〜４負バイアス電極にそれぞれ、前記負の直流バイアス電圧よりも小さい第１〜４負バイアス電圧を印加する過程と
を備えることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子の制御方法。
【請求項１０】
請求項４又は５に記載のマッハツェンダ型半導体素子に対して、
連続光を前記入射導波路に入射する過程と、
前記第１変調電極にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第１電圧を印加する過程と、
前記第２変調電極にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第２電圧を印加する過程と、
前記正バイアス電極に正バイアス電圧を印加して、当該マッハツェンダ型半導体素子の前記出射導波路から出射される光強度を最小にする過程と、
前記第１負バイアス電極及び前記第２負バイアス電極にそれぞれ、前記第１電圧及び第２電圧にそれぞれ含まれる負の直流バイアス電圧の中で最小のものよりも小さい第１及び第２負バイアス電圧を印加する過程と
を備えることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子の制御方法。
【請求項１１】
請求項６又は７に記載のマッハツェンダ型半導体素子に対して、
連続光を前記入射導波路に入射する過程と、
前記第１変調電極にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第１電圧を印加する過程と、
前記第２変調電極にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第２電圧を印加する過程と、
前記第１正バイアス電極及び前記第２正バイアス電極にそれぞれ、第１正バイアス電圧及び第２正バイアス電圧を印加して、当該マッハツェンダ型半導体素子の前記出射導波路から出射される光強度を最小にする過程と、
前記第１〜４負バイアス電極にそれぞれ、前記第１電圧及び第２電圧にそれぞれ含まれる負の直流バイアス電圧の中で最小のものよりも小さい第１〜４負バイアス電圧を印加する過程と
を備えることを特徴とするマッハツェンダ型半導体素子の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マッハツェンダ型半導体素子及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システム及び光情報処理システムで用いられるマッハツェンダ型の光変調器として、ＬｉＮｂＯ３結晶を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これに対し、半導体材料を用いたマッハツェンダ型の光変調器（以下、マッハツェンダ型半導体素子又はＭＺ型半導体素子と称することもある。）は、ＬｉＮｂＯ３結晶を用いたものに比べて、素子長が数十分の１になるため、小型化に優れる。また、ＭＺ型半導体素子は、他の光素子との集積化が可能であるという利点を有している。
【０００４】
図を参照して、従来のＭＺ型半導体素子について説明する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、従来のＭＺ型半導体素子を説明するための概略図である。図７（Ａ）は、平面図であり、及び図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って取った部分的断面の切り口を示している。
【０００６】
非特許文献１に開示されている従来のＭＺ型半導体素子１００は、半導体基板として、ｎ型のＩｎＰ基板（ｎ−ＩｎＰ基板）２２に、ＭＺ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型変調器１１０と分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ１２０を備えて構成されている。ＤＦＢレーザ１２０で生成されたレーザ光は、ＭＺ型変調器１１０に入射する。
【０００７】
ＭＺ型変調器１１０は、ｎ−ＩｎＰ基板２２上に、導波路層３０と、ｐ型の半導体層としてのｐ−ＩｎＰ層２６とを順次に積層して構成されている。なお、図７（Ａ）では、図示の便宜のため、ｐ−ＩｎＰ層２６の図示を省略してある。また、図７（Ａ）及び（Ｂ）では、素子を保護するためのキャップ層等の図示を省略してある。
【０００８】
導波路層３０は、入射導波路３２と、光分波器３３と、第１分岐導波路３４と、第２分岐導波路３６と、光合波器３７と、出射導波路３８とに区分される。入射導波路３２は、入射光として、ＤＦＢレーザ１２０から入射されたレーザ光を導波して光分波器３３に送る。光分波器３３は、入射導波路３２に接続されていて、入射導波路３２を伝播したレーザ光を第１分岐光と第２分岐光に２分岐する。第１分岐導波路３４は、光分波器３３及び光合波器３７に接続されていて、光分波器３３から受け取った第１分岐光を光合波器３７に送る。第２分岐導波路３６は、光分波器３３及び光合波器３７に接続されていて、光分波器３３から受け取った第２分岐光を光合波器３７に送る。光合波器３７は、第１分岐導波路３４及び第２分岐導波路３６から受け取った第１分岐光と第２分岐光を合波して、出射光を生成する。出射導波路３８は、光合波器３７に接続されていて、光合波器３７から受け取った出射光を伝播させる。出射導波路３８を伝播した出射光は、当該ＭＺ型変調器１１０から出射する。
【０００９】
以下、ＭＺ型変調器１１０の第１分岐導波路３４と第２分岐導波路３６の経路長が互いに等しい場合について説明する。ここで、経路長は、幾何学的な長さを示す。このとき、光分波器３３で分波された第１分岐光及び第２分岐光は、それぞれ第１分岐導波路３４及び第２分岐導波路３６を伝播して光合波器３７で合波される。この合波の際の両分岐光の位相差は０度である。
【００１０】
第１分岐導波路３４上には、第１変調電極４２が設けられている。第１変調電極４２に電圧を印加すると、第１分岐導波路３４の、第１変調電極４２の下の領域部分の屈折率が変化する。同様に、第２分岐導波路３６上には、第２変調電極４４が設けられている。第２変調電極４４に電圧を印加すると、第２分岐導波路３６の、第２変調電極４４の下の領域部分の屈折率が変化する。
【００１１】
第１変調電極４２と第２変調電極４４の一方に電圧を印加するか、又は、第１変調電極４２と第２変調電極４４に互いに異なる電圧を印加して、第１変調電極４２と第２変調電極４４に電位差を与える。この場合、第１分岐導波路３４と第２分岐導波路３６の屈折率が異なる値に変化する。第１分岐光及び第２分岐光がそれぞれ伝播する第１分岐導波路３４と第２分岐導波路３６のそれぞれの光路長は、周知の通り、経路長と屈折率の積の形で表される。従って、第１分岐導波路と第２分岐導波路の屈折率が異なれば、光合波器３７で合波される際の第１分岐光と第２分岐光に位相差が生じ、この結果、第１分岐光と第２分岐光とが光合波器３７で合波されて生成された出射光の光強度は、位相差に応じて変化する。
【００１２】
第１分岐光と第２分岐光の位相差が１８０度の状態で合波されると、出射光の光強度は最小、すなわち、ＭＺ型変調器１１０はＯＦＦ状態になる。一方、第１分岐光と第２分岐光の位相差が０度の状態では、出射光の強度は最大、すなわち、ＭＺ型変調器１１０はＯＮ状態になる。このように、第１変調電極４２及び第２変調電極４４の一方又は双方に電圧を印加することにより、ＭＺ型変調器１１０のＯＮ状態及びＯＦＦ状態の切換を行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２８９７９号公報
【非特許文献１】Ｃｌａｕｄｅ  Ｒｏｌｌａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．，“ＩｎＧａＡｓＰ−ｂａｓｅｄ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ”，  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  １９８８  （ＯＦＣ  ９８），  ｐａｐｅｒ  ＴｈＨ１，  ｐ．２８３−２８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、第１分岐導波路と第２分岐導波路の経路長が異なる場合、ＭＺ型変調器をＯＮ状態又はＯＦＦ状態にする変調電圧が、第１分岐導波路と第２分岐導波路の経路長に応じて、ばらついてしまう。例えば、波長１．５５μｍの光に対して、半導体で形成された導波路の代表的な屈折率３．２とすると、１８０度の位相差に対応する導波路の経路長、が１．５５／３．２／２＝０．２４２μｍである。デバイスの変調電圧特性のばらつきを抑えるためには、導波路の経路長の差ΔＬを、１８０度の位相変化を生ずる長さの１０分の１程度、すなわち、０．０２４μｍ程度に抑える必要がある。一般に、光分波器から光合波器までの経路長が６００μｍ以上であるので、経路長の差を０．０２４μｍで形成することは、導波路の経路長を０．０４％よりも高い精度で形成することを意味し、極めて困難である。
【００１４】
従って、従来、変調電圧に直流（ＤＣ）バイアス電圧を加えたものを変調電極に印加することにより、経路長差ΔＬがある２本の導波路をそれぞれ導波する光間の位相のばらつきの調整を図っている。
【００１５】
図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、従来の位相調整効果について説明する。図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、位相調整効果について説明するための特性図であって、第１変調電極及び第２変調電極に印加される変調電圧と、出射光の光強度との関係を示している。図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）では、横軸に第１変調電極に変調電圧として印加される第１電圧Ｖ１を電圧（Ｖ）を単位として取って示し、及び縦軸に光強度を損失量（ｄＢ）を単位として取って示している。また、図８（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、第２変調電極に変調電圧として印加される第２電圧Ｖ２を０Ｖ（曲線Ｉ）、−０．５Ｖ（曲線ＩＩ）、−１Ｖ（曲線ＩＩＩ）及び−１．５Ｖ（曲線ＩＶ）とした各場合について、変調電圧−光強度特性を示している。なお、ここでは、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とがともに０ＶであるときにＭＺ型変調器がＯＦＦ状態になり、第１電圧Ｖ１が−４Ｖであって、かつ第２電圧Ｖ２が０Ｖであるときに、ＭＺ型変調器がＯＮ状態になるように、第１分岐導波路及び第２分岐導波路の経路長が設計されているものとする。
【００１６】
図８（Ａ）は、２つの導波路が設計どおりに形成されている場合を示している。Ｖ２＝０Ｖ（曲線Ｉ）の場合、第１電圧Ｖ１が０Ｖ近傍のときに、光強度の損失量が約−３０ｄＢの最大値、すなわち、ＭＺ型変調器がＯＦＦ状態になっていることを示す。一方、第１電圧Ｖ１が−４Ｖ近傍のときに、光強度の損失量は約−１０ｄＢの最小値、すなわち、ＭＺ型変調器がＯＮ状態になっていることを示す。ここで、第２電圧Ｖ２を負の方向に大きくすると、ＯＦＦ状態になる第１電圧Ｖ１の値も大きくなる（図８（Ａ）中、矢印Ｖで示す）。このように、第２電圧Ｖ２の値を調整することで、ＯＦＦ状態になる第１電圧Ｖ１の値を所望の値にすることができる。
【００１７】
ただし、このように、第１変調電極及び第２変調電極に印加される電圧を大きくすると、電気吸収効果によって、導波路の電圧を印加した部分での光の損失が大きくなってしまうという問題がある。図９は、光強度の電圧依存性を示す特性図であって、横軸に第１電圧Ｖ１（Ｖ）を取って示し、及び縦軸に光強度として、光の損失量（ｄＢ）を取って示している。図９は、素子長が６００μｍの場合の、第１電圧Ｖ１に対する、光強度の損失量について見積もった計算結果を示している。第１電圧Ｖ１を０Ｖから負の方向に変化させると、光強度の損失量は徐々に大きくなり、−４Ｖを超えたあたりから急激に大きくなる。従って、位相差のずれが大きいほど、そのずれを調整すると、光の損失が大きくなり、従って、ＯＮ状態での光の損失が大きくなってしまう。図８（Ａ）では、第２電圧Ｖ２を負の方向にその絶対値を大きくすると、Ｖ１＝−４Ｖ近傍にあるＯＮ状態の光強度の損失が大きくなっていることがわかる（図８（Ａ）中、符号ＶＩで示す部分）。
【００１８】
図８（Ｂ）は、第１分岐導波路及び第２分岐導波路の経路長が設計値からずれて形成されている場合の、第１変調電極及び第２変調電極に印加される変調電圧と、出射光の光強度の関係を示している。第２電圧Ｖ２が０Ｖ（曲線Ｉ）のとき、ＯＦＦ状態、すなわち、光の損失量が最大になるのは、第１電圧Ｖ１が正の領域（図８（Ｂ）では図示されていない。）にある場合である。この場合、第２電圧Ｖ２を負の方向に大きくしていけば、ＯＦＦ状態を与える第１電圧Ｖ１の値も負の方向に大きくなる。例えば、第２電圧Ｖ２を−１．５Ｖ（曲線ＩＶ）にすれば、第１電圧Ｖ１が０Ｖの近傍でＭＺ型変調器がＯＦＦ状態になり、第１電圧Ｖ１が−４Ｖの近傍でＭＺ型変調器がＯＮ状態になる。このように、第２電圧Ｖ２を好適な値に設定すれば、ＭＺ型変調器として使用可能である。
【００１９】
ただし、この場合、第２電圧Ｖ２を−１．５Ｖにしていることで、第２電圧が印加されている光導波路の領域での光の損失が、電気吸収効果により大きくなる。このため、ＭＺ変調器がＯＮ状態での損失が図８（Ａ）に示した場合に比べて大きくなっている。
【００２０】
図８（Ｃ）は、２つの導波路の経路長の差が、図８（Ｂ）に示した場合よりもさらに大きい場合の、第１変調電極及び第２変調電極に印加される変調電圧と、出射光の光強度の関係を示している。この場合、位相差を調整するためには、第２電圧Ｖ２を−３〜−４Ｖ（図８（Ｃ）では図示されていない。）にする必要がある。従って、ＭＺ型変調器がＯＮ状態のときの光の損失が非常に大きくなってしまい、実用的ではなくなってしまう。
【００２１】
このように、ある程度以上大きく位相差がずれてしまったデバイスは、不良品となり、歩留まりを悪化させることになる。
【００２２】
上述の問題を解決するために、この出願に係る発明者が鋭意研究を行ったところ、変調電圧として、正バイアス電圧を加えたものを印加することで、効率よく位相調整を実現できることを見出した。
【００２３】
図１０を参照して、正バイアス電圧を印加した場合の位相調整効果について説明する。図１０は、図７を参照して説明したＭＺ型半導体素子１００について、第１変調電極４２に第１電圧Ｖ１を印加し、かつ第２変調電極に第２電圧Ｖ２を印加した場合の位相調整効果を説明するための特性図である。図１０では、横軸に第２電圧Ｖ２（Ｖ）を取って示し、及び縦軸にＭＺ型変調器１００がＯＦＦ状態になるときの第１電圧Ｖ１（Ｖ）を取って示している。
【００２４】
第２電圧Ｖ２が−３Ｖのとき、ＭＺ型変調器１００がＯＦＦ状態になる第１電圧は約−４．７Ｖである。第２電圧Ｖ２を、正の方向に変化させていくと、すなわち、０に近づけていくと、ＭＺ型変調器１００がＯＦＦ状態になる第１電圧Ｖ１も０に近づいていく。さらに第２電圧Ｖ２を変化させて、正になると、第２電圧Ｖ２が約０．５Ｖを越える辺りから、ＭＺ型変調器１００がＯＦＦ状態になる第１電圧Ｖ１の変化量が急に大きくなる。この現象は、導波路層に注入されたキャリアが引き起こすプラズマ効果に起因するものである。
【００２５】
一般的に、電気光学効果による屈折率変化よりもプラズマ効果による屈折率変化の方が大きい。従って、正バイアス電圧を印加すれば、ＭＺ型変調器がＯＦＦ状態になる第１電圧Ｖ１の変化量が大きい、すなわち、位相調整機能が高い。さらに、負バイアス電圧を印加する場合は、電気吸収効果による光の損失が生じるが、正バイアス電圧を印加する場合は、電気吸収効果による、光の損失が生じないので、効率よく位相調整を実現できる。
【００２６】
しかしながら、正バイアス電圧を印加するだけでは、正バイアス電圧により導波路に注入されたキャリアが、正バイアス電圧が印加された領域から流れ出てしまい、変調電圧のアイパターンの劣化を引き起こす場合がある。
【００２７】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、正バイアス電圧によるキャリア注入を説明するための図である。図１１（Ａ）はキャリア注入を模式的に示し、図１１（Ｂ）は、横軸に光の伝播方向の位置を取って示し、縦軸に電位Ｖを取って示している。図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、図１０と同様に、図７を参照して説明したＭＺ型半導体素子の従来例について、第１変調電極４２に正バイアス電圧を印加した場合を示している。正バイアス電圧が印加された結果、導波路層３０の第１変調電極４２の下の領域に注入されたキャリアは、第１分岐導波路３４の第１変調電極４２下の領域外へ移動する。このキャリアが例えば、第２変調電極４４に印加された第２変調電圧で、変調されると出射光のアイパターンを乱してしまう。
【００２８】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、２つの導波路の長さが設計値からずれている場合でも、光の損失量を大きくすること無く、しかもアイパターンの劣化を生じることなく、位相差を調整できるマッハツェンダ型半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上述した目的を達成するために、この発明のマッハツェンダ型半導体素子は、第１導電型の半導体基板の一方の主表面上に、導波路層及び第２導電型の半導体層を順次に積層して構成されていて、該半導体基板の他方の主表面上に共通電極を備えている。
【００３０】
導波路層は、入射導波路と、光分波器と、第１分岐導波路と、第２分岐導波路と、光合波器と、出射導波路とに区分されている。入射導波路は、当該マッハツェンダ型変調器の外部から入射された入射光を導波する。光分波器は、入射導波路に接続されていて、入射光を第１分岐光と第２分岐光に２分岐する。第１分岐導波路は、光分波器に接続されていて、第１分岐光を導波する。第２分岐導波路は、光分波器に接続されていて、第２分岐光を導波する。光合波器は、第１分岐導波路及び第２分岐導波路に接続されていて、第１分岐光と第２分岐光を合波して出射光を生成する。出射導波路は、光合波器に接続されていて、出射光を導波して、当該マッハツェンダ型変調器から出射する。
【００３１】
第１分岐導波路の上側に変調電極が設けられていて、共通電極との間に変調電圧を印加して第１分岐導波路の屈折率を変える。また、第２分岐導波路の上側に、第２分岐光が導波される方向に順次にかつ互いに離間してそれぞれ設けられている、第１負バイアス電極、正バイアス電極及び第２負バイアス電極を含む位相調整電極群を備えている。正バイアス電極は、共通電極との間に正バイアス電圧を印加して、第２分岐導波路にキャリアを注入して第２分岐導波路の屈折率を変える。第１負バイアス電極及び第２負バイアス電極は、共通電極との間に負バイアス電圧を印加して、キャリアを第２分岐導波路から半導体層に掃きだす。
【００３２】
また、この発明のマッハツェンダ型半導体素子の制御方法は、上述したマッハツェンダ型半導体素子に対して実施される、以下の過程を備えている。先ず、連続光を入射導波路に入射する。次に、変調電極にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第１電圧を印加する。次に、正バイアス電極に正バイアス電圧を印加して、当該マッハツェンダ型半導体素子の出射導波路から出射される光強度を最小にする。次に、第１負バイアス電極及び第２負バイアス電極にそれぞれ、負の直流バイアス電圧よりも小さい第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧を印加する。
【発明の効果】
【００３３】
この発明のマッハツェンダ型半導体素子は、第１分岐導波路の上側に、変調電極を備えているとともに、第２分岐導波路の上側に、第１負バイアス電極、正バイアス電極、及び、負バイアス電圧を印加する第２負バイアス電極を含む位相調整電極群を備えている。共通電極を接地電位として、正バイアス電極と共通電極との間に正バイアス電圧を印加することにより、第２分岐導波路の両電極間の領域にキャリアが注入される。当該キャリアのプラズマ効果によって、当該領域に屈折率変化が起こるので、当該領域を伝播する光の位相調整が可能になる。
【００３４】
また、正バイアス電極を挟む位置に設けられた第１負バイアス電極及び第２負バイアス電極と共通電極の間にそれぞれ第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧を印加することにより、共通電極とこれら第１及び第２負バイアス電極との間の第２分岐導波路の領域の各々に注入されたキャリアを第２分岐導波路外の半導体層に掃きだすことが可能になる。この結果、正バイアス電圧の印加により注入されたキャリアに起因するアイパターンの劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００３６】
（第１実施形態のＭＺ型半導体素子の構成）
図１を参照して、この発明の第１実施形態のＭＺ型変調器として用いられる、ＭＺ型半導体素子の構成について説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態のＭＺ型半導体素子を説明するための概略図である。図１（Ａ）は、ＭＺ型半導体素子の平面図であり、及び図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った面で切った断面の切り口を示す図である。
【００３７】
なお、ここでは、第１導電型の半導体基板をｎ型の半導体基板とし、第２導電型の半導体層をｐ型の半導体層として説明するが、この構成に限定されない。第１導電型の半導体基板をｐ型の半導体基板とし、第２導電型の半導体層をｎ型の半導体層とした構成でも、同様の効果が期待できる。
【００３８】
ＭＺ型半導体素子１０は、ｎ型の半導体基板として用意されたｎ−ＩｎＰ基板２２と、その一方の主表面、すなわち上面上に順次に積層して構成されている、導波路層３０及びｐ型の半導体層としてｐ−ＩｎＰ層２６を備えている。導波路層３０は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を用いた多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造で構成されている。なお、用いられる半導体材料は、上記の例に限定されない。この半導体材料として、使用する波長等に応じて、例えば、ＩｎＡｌＡｓ等を用いてもよい。なお、図１（Ａ）では、図示の便宜のため、ｐ−ＩｎＰ層２６の図示を省略してある。また、図１（Ａ）及び（Ｂ）では、素子を保護するためのキャップ層等の図示を省略してある。
【００３９】
導波路層３０は、入射導波路３２と、光分波器３３と、第１分岐導波路３４と、第２分岐導波路３６と、光合波器３７と、出射導波路３８の各領域に区分されている。入射導波路３２は、当該ＭＺ型半導体素子１０の外部から入射された入射光を導波して光分波器３３に送る。
【００４０】
光分波器３３は、入射導波路３２に接続されていて、入射導波路３２を伝播した入射光を第１分岐光と第２分岐光に２分岐する。
【００４１】
第１分岐導波路３４は、光分波器３３及び光合波器３７に接続されていて、光分波器３３から受け取った第１分岐光を導波して光合波器３７に送る。
【００４２】
第２分岐導波路３６は、光分波器３３及び光合波器３７に接続されていて、光分波器３３から受け取った第２分岐光を導波して光合波器３７に送る。
【００４３】
光合波器３７は、第１分岐光と第２分岐光を合波して、出射光を生成する。
【００４４】
出射導波路３８は、光合波器３７に接続されていて、出射光を導波する。出射導波路３８を伝播した出射光は、当該ＭＺ型半導体素子１０から出射される。
【００４５】
ＭＺ型半導体素子１０は、第１分岐導波路３４の上側に、変調電極４０を備えているとともに、第２分岐導波路３６の上側に、第１負バイアス電極５５、正バイアス電極５３及び第２負バイアス電極５７を互いに離間してかつ第２分岐光が導波される方向に順次に設けられている。
【００４６】
また、ｎ−ＩｎＰ基板２２の導波路層３０が形成される一方の主表面と対向する他方の主表面上に、共通電極４６が設けられている。共通電極４６は例えば、接地電位に維持される。
【００４７】
変調電極４０は、この変調電極４０と共通電極４６との間に変調電圧を印加して、両電極４０及び４６間の第１分岐導波路３４の領域の屈折率を変える機能を有している。正バイアス電極５３は、共通電極４６との間に正バイアス電圧を印加して、第２分岐導波路３６にキャリアを注入して屈折率を変える機能を有している。第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７は、共通電極４６との間にそれぞれ第１及び第２負バイアス電圧を印加して、キャリアを第２分岐導波路３６から半導体層としてのｐ−ＩｎＰ層２６に掃きだす機能を有している。これら電極５３、５５及び５７は、位相調整電極群５０を構成している。なお、これら電極４０、５３、５５及び５７へ印加する電圧の大きさは、これら電極４０、５３、５５及び５７の長さなどによって異なるが、具体的な数値例については後述する。
【００４８】
また、半導体基板へのＭＺ型変調器の導波路の形成方法は、任意好適な従来周知の方法を用いれば良く、ここでは説明を省略する。また、図１では、リッジ型導波路について示しているが、導波路の構造はこの例に限定されない。例えば、半導体埋め込み（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造にしても良い。
【００４９】
（第１実施形態のＭＺ型半導体素子の動作）
図１〜５を参照して、第１実施形態のＭＺ型半導体素子１０の動作について説明する。
【００５０】
変調電極４０に第１電圧Ｖ１が印加される。第１電圧Ｖ１は、第１分岐光を変調する変調電圧と、ＤＣバイアス電圧の和の電圧として与えられる。変調電圧は、例えば、オフ（ＯＦＦ）状態を示すロー（Ｌ）レベルの電圧値と、オン（ＯＮ）状態を示すハイ（Ｈ）レベルの電圧値を取るＲＺ（Return to Zero）信号などで与えられる。ＤＣバイアス電圧は、０又は負の直流電圧である。
【００５１】
変調電極４０に第１電圧Ｖ１を印加すると、変調電圧がＬレベルであるかＨレベルであるかに応じて、第１分岐導波路３４の、変調電極４０の下の領域部分の屈折率が変化する。この結果、第１分岐光は変調される。
【００５２】
正バイアス電極５３には正のバイアス電圧が印加される。
【００５３】
正バイアス電極５３に正バイアス電圧を印加することにより、第２分岐導波路３６の、正バイアス電極５３と共通電極４６との間の領域にキャリアが注入される。第２分岐導波路３６に注入されたキャリアのプラズマ効果によって、屈折率変化が起こる。このプラズマ効果による屈折率変化を利用して、第２分岐導波路３６の光路長を変化させることができ、この結果、第２分岐光の位相調整が可能になる。
【００５４】
一方、この発明の第１実施形態のＭＺ型半導体素子１０によれば、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７には、第１及び第２負バイアス電圧がそれぞれ印加される。これら負バイアス電圧を印加する理由は、正バイアス電極５３への正バイアス電圧の印加により、第２分岐導波路３６に注入されたキャリアが、出射光のアイパターンを劣化させることを防止するためである。
【００５５】
図２は、第１実施形態のＭＺ型半導体素子１０の動作を説明するための図である。図２（Ａ）は、第１実施形態のＭＺ型半導体素子１０の動作を模式的に示し、図２（Ｂ）は、横軸に光の伝播方向の位置（任意の単位）を取って示し、縦軸に電位Ｖ（任意の単位）を取って示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７と共通電極４６との間に、第１及び第２負バイアス電圧をそれぞれ印加した場合の、正バイアス電極５３と共通電極４６との間への正バイアス電圧の印加によるキャリア注入を示している。第１及び第２負バイアス電圧の印加により、注入されたキャリアが導波路層３０から上側の半導体層２６へと掃きだされ、導波路層３０の位相調整電極群５０の下の領域外に移動することはない。
【００５６】
図３は、正バイアス電圧を印加した場合のアイパターン例を示している。横軸は時間を取って示し、及び縦軸は出射光の強度を取って示している。横軸、縦軸とも任意単位（ａ．ｕ．）である。図３（Ａ）は、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７に充分な大きさの負バイアス電圧が印加されていない状態を示している。また、図３（Ｂ）は、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７に充分な大きさの負バイアス電圧が印加されている状態を示している。
【００５７】
図３（Ａ）に示すアイパターンから判断すると、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７に充分な大きさの負バイアス電圧が印加されておらず、キャリアの掃きだしが不充分であることが理解できる。一方、図３（Ｂ）に示すアイパターンから判断すると、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７に充分な大きさの負バイアス電圧が印加されており、キャリアが充分に掃きだされ、開口が図３（Ａ）のアイパターンの開口に比べて大きくなっていることが理解できる。
【００５８】
第１実施形態のＭＺ型半導体素子１０によれば、既に説明したように第１分岐導波路３４上に、変調電極４０が設けられているとともに、第２分岐導波路３６上に、第１負バイアス電極５５、正バイアス電極５３及び第２負バイアス電極５７を含む位相調整電極群５０が設けられている。
【００５９】
正バイアス電極５３と共通電極４６との間に正バイアス電圧を印加することにより、両電極５３及び４６間の第２分岐導波路３６の領域部分にキャリアが注入される。当該キャリアのプラズマ効果によって、第２分岐導波路３６のその領域部分に屈折率変化が起こるので、第２分岐導波路３６を伝播する第２分岐光の位相調整が可能になる。
【００６０】
また、正バイアス電極５３を挟む位置に設けられた第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７に第１及び第２負バイアス電圧をそれぞれ印加することにより、第２分岐導波路３６に注入されたキャリアを第２分岐導波路３６外に掃きだすことが可能になる。この結果、正バイアス電圧の印加により注入されたキャリアに起因するアイパターンの劣化を防ぐことができる。
【００６１】
この発明のマッハツェンダ型半導体素子の制御方法、すなわち、第１負バイアス電圧、正バイアス電圧、第２負バイアス電圧の設定方法は以下の過程を備えている。
【００６２】
先ず、半導体レーザ等で生成された、連続光を入射導波路３２に入射する。
【００６３】
次に、変調電極４０にオフ状態を示すローレベルの変調電圧と負の直流バイアス電圧の和として与えられる第１電圧を印加する。ここで、負の直流バイアス電圧は、正の電圧でなければ良く、電圧値が０でも良い。
【００６４】
次に、出射導波路から出射される光強度を、任意好適な周知の測定器で測定しながら、正バイアス電極に正バイアス電圧を印加して、当該マッハツェンダ型半導体素子１０の出射導波路３８から出射される光強度を最小にする。
【００６５】
次に、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７にそれぞれ、小さい第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧を印加する。ここで、第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧は、図３を参照して説明したアイパターンをモニタしながら、アイパターンの劣化が起こらない電圧にすればよい。第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧は、変調電極４０に印加される第１電圧に含まれる、負の直流バイアス電圧よりも小さく設定するのが良い。
【００６６】
なお、後述するように、例えば、第１及び第２負バイアス電極の長さが、正バイアス電極に比べて短く設定される場合は、第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧を印加することによる、光路長の変化は無視できる。なお、第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧を印加することによる、光路長の変化が無視できない場合は、第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧を印加した後、正バイアス電圧の調整を行えば良い。
【００６７】
（実施例）
ＭＺ型半導体素子を製造するに当たり、素子長Ｌは、できるだけ短くすることが好ましい。すなわち、正バイアス電極、第１及び第２負バイアス電極のそれぞれの光の伝播方向の長さは、短くするのがよい。
【００６８】
一方、正バイアス電極５３に印加される正バイアス電圧は、正バイアス電極５３の長さに反比例し、正バイアス電極５３が長ければ印加される正バイアス電圧は、小さくなり、また、正バイアス電極５３が短ければ印加される正バイアス電圧は、大きくなる。すなわち、正バイアス電圧を小さくするためには、正バイアス電極５３を長くする必要がある。
【００６９】
例えば、正バイアス電極５３の長さを１００μｍ程度にすると、図２を参照して説明した位相調整効果が得られる。従って、正バイアス電極５３の長さは１００μｍ程度に設定するのが良い。このとき、ＭＺ型半導体素子を使用するにあたり、正バイアス電圧を最大でも３．３Ｖ以下とすることができ、他の光素子と電源を共有することができるなど好適である。
【００７０】
また、正バイアス電極５３に印加される正バイアス電圧は、例えば、図１０を参照して、変調電極４０に印加される第１電圧Ｖ１に含まれるＤＣバイアス電圧の値を、当該半導体素子の使用条件に応じて所望の値にする値を選択すればよい。例えば、第１電圧Ｖ１に含まれるＤＣバイアス電圧を０としても良いし、−１Ｖ程度の負の電圧にしても良い。
【００７１】
一方、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７の長さは、第２分岐導波路３６に注入されたキャリアが、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７下の領域を越えて、位相調整電極群５０の外側の第２分岐導波路３６の領域に漏れ出さないために必要な長さで規定される。このため、これら電極５５及び５７の長さを、キャリアの拡散長に相当する長さとするのが好ましく、よって、５〜１０μｍ程度にするのが良い。このような範囲内の電極長とすれば、キャリアの漏出を防げるので、アイパターンの劣化も防止できる。また、正バイアス電極５３と第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７の間隔は、１０μｍ程度であることが好ましい。
【００７２】
このとき、第１負バイアス電極５５及び第２負バイアス電極５７に印加される第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧は、いずれも負のバイアス電圧であって、その絶対値が第１電圧Ｖ１に含まれるＤＣバイアス電圧よりも大きくするのが良い。また、第１負バイアス電圧及び第２負バイアス電圧は、必ずしも等しい電圧としなくても良いが、使用上は、等しい電圧とすると電圧の印加が容易になるなど好適である。
【００７３】
なお、上述した数値条件は単なる例示であって、これらに限定されない。電極の長さや間隔は、要求される素子長や、使用可能なバイアス電圧等に応じて、選択すればよい。
【００７４】
（第１実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例）
図４を参照して、第１実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例について説明する。図４は、第１実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例を説明するための概略図であって、平面図で示している。
【００７５】
図４に示したＭＺ型半導体素子１１は、第１分岐導波路３４の上側に、第１分岐導波路３４に変調電圧を印加する変調電極として、第１変調電極４２を備えているとともに、第２分岐導波路３６の上側に、第２分岐導波路３６に変調電圧を印加する変調電極として、第２変調電極４４を備えている点が、図１を参照して説明したＭＺ型半導体素子１０と異なっている。それ以外の点は、同様なので重複する説明を省略する。
【００７６】
第１分岐導波路と第２分岐導波路の双方に、変調電極を設ける構成にすると、逆相変調電圧で変調することができる。逆相変調電圧を用いることで、変調電圧をより小さくまた、伝送特性をより優れたものにすることができる。
【００７７】
また、位相調整電極群５０が、入射側、すなわち、第２変調電極４４と光分波器３３の間の領域の第２分岐導波路３６上に設けられる構成にすると、第２変調電極４４で変調された分岐光が、位相調整電極群５０が設けられている領域で、導波路３０に注入されたキャリアによる屈折率揺らぎの影響を受けないので好適である。
【００７８】
なお、第１実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例のように、変調電極を複数備える場合は、第１及び第２負バイアス電圧は、第１変調電極及び第２変調電極にそれぞれ印加されるＤＣバイアス電圧の中で、絶対値が最も大きいものよりも、その絶対値が大きい、負のバイアス電圧とするのが良い。
【００７９】
（第２実施形態のＭＺ型半導体素子の構成）
図５を参照して、第２実施形態のＭＺ型半導体素子の構成について説明する。図５は、第２実施形態のＭＺ型半導体素子を説明するための概略図であって、平面図で示してある。
【００８０】
第２実施形態のＭＺ型半導体素子１２は、第１分岐導波路３４の上側に、変調電極４０と、位相調整電極群として第１位相調整電極群５１とを備えている。また、第２分岐導波路３６上に、位相調整電極群として第２位相調整電極群５２を備えている。
【００８１】
第２実施形態のＭＺ型半導体素子１２は、第１分岐導波路３４上に、変調電極４０と第１位相調整電極群５１とを備えている点を除いて、第１実施形態のＭＺ型半導体素子１０と同様の構成なので、重複する説明を省略する。
【００８２】
変調電極４０は、第１分岐導波路３４に変調電圧を印加するために用いられる。第１位相調整電極群５１は、図１を参照して説明した位相調整電極群（図１（Ａ）中、符号５０で示した部分）と同様の構成であり、第１分岐光が導波される方向に順次に、第１負バイアス電圧を印加する第１負バイアス電極５５ａ、第１正バイアス電圧を印加する第１正バイアス電極５３ａ、及び、第２負バイアス電圧を印加する第２負バイアス電極５７ａが設けられている。また、第２位相調整電極群５２は、第１位相調整電極群５１と同様の構成であり、第２分岐光が導波される方向に順次に、第３負バイアス電圧を印加する第３負バイアス電極５５ｂ、第２正バイアス電圧を印加する第２正バイアス電極５３ｂ、及び、第４負バイアス電圧を印加する第４負バイアス電極５７ｂが設けられている。
【００８３】
第１分岐導波路３４と第２分岐導波路３６の双方に、位相調整電極群を備える構成にすると、第１分岐導波路３４と第２分岐導波路３６のいずれか一方、例えば、経路長が長い方にのみ、正バイアス電圧を印加すればよく、より小さいバイアス電圧で位相調整を実現することができる。
【００８４】
なお、第１正バイアス電極５３ａ及び第２正バイアス電極５３ｂの一方にのみ正バイアス電圧が印加されている場合、正バイアス電圧が印加されていない正バイアス電極を含む位相調整電極群については、負バイアス電圧を印加しなくても良い。例えば、第１正バイアス電極５３ａにのみ、正バイアス電圧が印加されて、第２正バイアス電極５３ｂには、正バイアス電圧が印加されない場合は、第２位相調整電極群５２に含まれる、第３及び第４負バイアス電極５５ｂ及び５７ｂには、負バイアス電圧を印加しなくても良い。
【００８５】
（第２実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例）
図６を参照して、第２実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例について説明する。図６は、第２実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例を説明するための概略図であって、平面図で示してある。
【００８６】
図６に示したＭＺ型半導体素子１３は、第１分岐導波路３４上に、第１分岐導波路３４に変調電圧を印加する変調電極として、第１変調電極４２が設けられているとともに、第２分岐導波路上に、第２分岐導波路に変調電圧を印加する変調電極として、第２変調電極４４が設けられている点が、図５を参照して説明した第２実施形態のＭＺ型半導体素子と異なっている。それ以外の点は、同様なので重複する説明を省略する。
【００８７】
なお、第２実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例のように、変調電極を複数備える場合は、第１〜４負バイアス電圧は、第１変調電極及び第２変調電極にそれぞれ印加されるＤＣバイアス電圧の中で、絶対値が最も大きいものよりも、その絶対値が大きい、負のバイアス電圧とするのが良い。
【００８８】
第１分岐導波路と第２分岐導波路の双方に、変調電極を設ける構成にすると、逆相変調電圧で変調することができる。逆相変調電圧を用いることで、変調電圧をより小さくまた、伝送特性をよりすぐれたものにすることができる。
【００８９】
また、位相調整電極群が、入射側、すなわち、変調電極と光分波器の間に設けられる構成にすると、変調された分岐光が、位相調整電極群が設けられている領域で、導波路に注入されたキャリアによる屈折率揺らぎの影響を受けないので好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１実施形態のＭＺ型半導体素子を説明するための概略図である。
【図２】第１実施形態のＭＺ型半導体素子の動作を説明するための図である。
【図３】正バイアス電圧を印加した場合のアイパターン例を示している。
【図４】第１実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例を説明するための概略図である。
【図５】第２実施形態のＭＺ型半導体素子を説明するための概略図である。
【図６】第２実施形態のＭＺ型半導体素子の他の構成例を説明するための概略図である。
【図７】従来のＭＺ型半導体素子を説明するための概略図である。
【図８】位相調整効果について説明するための特性図である。
【図９】光強度の電圧依存性を示す図である。
【図１０】バイアス電圧を印加した場合の位相調整効果を説明するための特性図である。
【図１１】正バイアス電圧の印加によるキャリア注入を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０、１１、１２、１３、１００    ＭＺ型半導体素子
２２    ｎ−ＩｎＰ基板
２６    ｐ−ＩｎＰ層（半導体層）
３０    導波路層
３２    入射導波路
３３    光分波器
３４    第１分岐導波路
３６    第２分岐導波路
３７    光合波器
３８    出射導波路
４０    変調電極
４２    第１変調電極
４４    第２変調電極
４６    共通電極
５０    位相調整電極群
５１    第１位相調整電極群
５２    第２位相調整電極群
５３    正バイアス電極、
５３ａ    第１正バイアス電極
５３ｂ    第２正バイアス電極
５５、５５ａ    第１負バイアス電極
５５ｂ    第３負バイアス電極
５７、５７ａ    第２負バイアス電極
５７ｂ    第４負バイアス電極
１１０    ＭＺ型変調器
１２０    ＤＦＢレーザ
【図１】
2007248850.tif 000003
【図２】
2007248850.tif 000004
【図３】
2007248850.tif 000005
【図４】
2007248850.tif 000006
【図５】
2007248850.tif 000007
【図６】
2007248850.tif 000008
【図７】
2007248850.tif 000009
【図８】
2007248850.tif 000010
【図９】
2007248850.tif 000011
【図１０】
2007248850.tif 000012
【図１１】
2007248850.tif 000013