CN107924075B

CN107924075B - 光调制器

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Publication number: CN107924075B
Application number: CN201680045508.0A
Authority: CN
Inventors: 都筑健; 才田隆志; 武田浩太郎; 本田健太郎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2036-08-03
Also published as: CN107924075A; EP3333619A4; EP3333619B1; JP6475838B2; US10317709B2; CA2994522C; CA2994522A1; EP3333619A1; SG11201800806WA; US20180239176A1; JPWO2017022246A1; WO2017022246A1

Abstract

提供一种抑制因由掩模板偏离等引起的pn结位置的偏离而产生的相位调制时的啁啾且波形品质良好的光调制器。光调制器具备：用于施加一对差动信号电压的两根RF电极；提供固定电位的至少一根固定电位用电极；与所述RF电极或固定电位用电极相接的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层；以及光调制部，形成有以从一根光波导分支出来并沿着作为所述第一和第二导电型半导体层的边界的pn结部的方式配置的两根光波导，其特征在于，所述半导体层和电极配置为：由所述两根光波导中的所述pn结部的位置与设计值的偏离导致的相位变化的积分量，在两根光波导之间相等。

Description

光调制器

技术领域

本发明涉及一种光通信系统、光信息处理系统中所使用的光调制器。特别涉及一种用于提供抑制光调制器的相位调制时所产生的啁啾(chirp)，并能输出波形品质良好的调制光的光调制器的构造。

背景技术

马赫-曾德尔(MZ：Mach-Zehnder)型光调制器具有如下构造：以1：1的强度将射入至输入侧的光波导的光分支至两个光波导(臂)，在使分支后的光传播固定的长度后，再次合波并输出。能通过设于分支为两个的光波导的相位调制部来使两束光的相位变化，从而改变合波时的光的干涉条件，对输出光的强度、相位进行调制。

作为构成相位调制部的光波导的材料，使用LiNbO₃等电介质、InP、GaAs、Si等半导体，通过向配置在这些光波导附近的电极输入调制电信号来对光波导施加电压，从而使在光波导中传输的光的相位变化。

作为使光的相位变化的原理，LiNbO₃主要利用普克尔效应，InP、GaAs主要利用普克尔效应、量子约束史塔克效应(Quantum Confined Stark Effect：QCSE)，Si则主要利用载体等离子体效应。

为了高速地进行低功耗的光通信，需要调制速度快且驱动电压低的光调制器。为了以10Gbps以上的高速在数伏的振幅电压下进行光调制，需要使高速的调制电信号与在光波导中传播的光的速度相匹配，并在使电信号传输的同时与光进行相互作用的行波电极。将行波电极的长度设为数毫米至数十毫米的光调制器已实现实用化。(例如非专利文献1)

在该行波电极型光调制器中，为了能不降低电信号、在波导中传播的光的强度地进行传输，要求低损耗且反射少的电极构造以及光波导构造。

此外，MZ型光调制器中存在由Si来构成光波导的Si光调制器。Si光调制器由在对Si基板的表面进行热氧化后得到的氧化膜(BOX)层上粘贴Si的薄膜而得到的SOI(Siliconon Insulator)基板构成。在为了能使SOI层对光进行导波而将Si薄膜加工成细线来作为光波导后，注入掺杂物，以成为p型·n型半导体，进行作为光的包层的SiO₂的堆积、电极的形成等，来制作Si光调制器。

此时，需要对光波导进行设计和加工，以减小光损耗。因此，在进行p型·n型的掺杂以及电极的制作时，需要进行设计和加工，以将光的损耗产生抑制得较小，并且将高速电信号的反射、损耗也抑制得较小。

图1中示出了作为以往的Si光调制器的基本的光波导的剖面构造图。在图1中，设为光沿垂直纸面方向传输。该Si光调制器的光波导由被上下的SiO₂包层1、3夹住的Si层2构成。Si层2的图中央的用于约束光的Si细线部采用与周围具有厚度差的被称为肋波导的剖面构造。

将该Si层2的中央的厚Si层201作为光波导的芯层，利用与周围的SiO₂包层1、3的折射率差，构成约束沿垂直纸面方向传输的光的光波导7。

在光波导7的两侧的平板区域202设有高浓度p型半导体层211以及高浓度n型半导体层214。而且，在光波导7的芯层中央部，通过掺杂而形成有包含中浓度p型半导体层212以及中浓度n型半导体层213构成的pn结构造，并从图1的左右两端被施加调制电信号和偏置电压。

由中浓度p型半导体层212、中浓度n型半导体层213实现的pn结构造也可以设为在它们之间夹着未进行掺杂的i型(本征)半导体的pin构造。

光波导7使光沿着该pn结部(沿垂直纸面方向)传播。图1中虽然没有示出，但还设有与两端的高浓度半导体层211、214相接的金属电极。通过该金属电极来对pn结部施加RF(高频)调制电信号以及反向偏置电场(图1中为从右向左的电场)。

利用这种构造，使光波导芯层201内部的载流子密度变化来改变光波导的折射率(载流子等离子体效应)，从而能对光的相位进行调制。

由于波导尺寸依赖于作为芯层/包层的材料的折射率，因此无法唯一地决定。当举出图1那样的具备光波导芯层部分201和两侧的平板区域202的肋型硅波导构造的情况下的尺寸为一例时，波导芯层宽度400～600(nm)×高度150～300(nm)×板厚50～200(nm)×长度数(mm)左右。

作为使用这种光波导的马赫-曾德尔型光调制器，公知有通过与以往相比电极构造的不同而被称为单电极和双电极的这两种构造的马赫-曾德尔型光调制器。

该电极沿着构成马赫-曾德尔型光调制器的两个臂的两根光波导设置，包含用于施加调制用的一对差动信号电压的两根RF电极以及提供固定电位的至少一根固定电位用电极。

固定电位用电极在单电极构造的情况下，配置在两根RF电极之间，由于提供DC偏置电位而被称为DC电极。在双电极构造的情况下，固定电位用电极配置在两根RF电极之间以及两根RF电极的外侧，由于提供0V的接地电位(GND电位)而被称为接地(GND)电极。

(以往的单电极型马赫-曾德尔调制器)

图2中示出了作为以往的单电极型的马赫-曾德尔调制器的Si光调制器的俯视图，图3中示出了其III-III剖面构造图。(例如参照非专利文献2)

在图2的俯视图中，来自左侧的光输入被分支至光波导7a、7b，在通过施加在上下的RF电极5a、5b与中央的DC电极6之间的调制电信号(RF信号)进行相位调制后进行耦合，从右端作为调制光进行光输出，从而构成单电极型的马赫-曾德尔调制器。

在图3的III-III剖面构造图中，采用左右对称地排列有两个具有与图1同样的剖面构造的光波导的基本构造。

包层3上的左右两侧具有用于输入一对差动调制电信号(RF信号)的两根高频线路(RF电极5a、5b)，包层3内的中央具有用于施加共用的偏压的DC电极6。

在两根RF电极5a、5b之间的Si层2，夹着DC电极6设有两个光波导7a、7b。在光波导7a、7b内，左右对称地形成有pn结构造。RF电极5a、5b通过过孔(via)4(贯通电极)分别与高浓度p型半导体层211电连接。

DC电极6同样地与中央的高浓度n型半导体层214连接，通过对DC电极6施加相对于RF电极5a、5b为正的电压，从而能对左右两个pn结部施加反向偏置电压。在这些电极和半导体层分别通过一至多个过孔4电连接这一点上，在下文也一样。

图4中示出了III-III剖面中的半导体的掺杂状态(a)和光调制时的能带图(b)。

在这种单电极的Si光调制器中，RF电极与DC电极电独立，在向pn结施加反向偏置电压时，无须向RF电极施加积极的偏压。因此，具有如下优点：无须用于向RF电极施加偏压的偏置器、设置在驱动IC与RF电极之间的DC块用的电容器等，能使结构简单。

需要说明的是，在此以RF电极与p型半导体层相接、DC电极与n型半导体层相接的例子进行了说明，但也可以反过来使RF电极与n型半导体层相接，使DC电极与p型半导体层相接。关于此时施加在DC电极上的偏压，通过施加相对于RF电极为负的电压，从而能对pn结部施加反向偏置电压。

(以往的双电极型马赫-曾德尔调制器)

图5中示出了构成以往的双电极型马赫-曾德尔调制器的Si光调制器的俯视图，图6中示出了图5的VI-VI局部剖面构造图。

在图5的俯视图中，来自左侧的光输入被分支至光波导7a、7b，在通过施加于上下的RF电极15a、15b调制电信号(RF信号)进行相位调制后进行耦合，从右端进行光输出，从而构成双电极型的马赫-曾德尔调制器。

在图6所示的图5的VI-VI局部剖面构造图中，示出了具有以下部分的剖面：与图1具有同样的剖面构造的光波导7a、用于输入差动调制电信号(RF信号)的高频线路的一方(RF电极15a)、以及设为夹着该RF电极15a的接地电极16a、16c。在设于RF电极15a与接地电极16a之间的Si层2的光波导7a内形成有pn结构造。包层3上的RF电极15a和接地电极16a分别通过过孔4而与Si层2的高浓度n型半导体层214、高浓度p型半导体层211电连接。

在该双电极型的情况下，在图5中，中央的接地电极16c(图6的右侧)不与半导体层直接相接，而是设为接地(GND)电位，通过RF电极15a和接地电极16a、16c形成GSG(Ground-Signal-Ground)构造的高频传输线路。通过该构造，能进行传输线路的特性阻抗的调整以及传输特性的提高。此外，由于RF信号线路被接地电极包围，因此信号的泄漏少，能形成交调失真和传播损耗少的光调制器。

虽然图6没有示出，但关于光波导7b，电极、半导体区域的构造也同样。由图5可知，光波导7b对应的半导体区域与光波导7a对应的半导体区域单独形成。相对于中央的接地电极16c的中心线，对称地配置在图5的上下(图6中为左右)，掺杂状态也是对称的配置。

Si层的pn结部的电容会对作为Si光调制器的高频传输线路的特性阻抗产生较大影响。在双电极的Si调制器中，通过调整RF电极15a与接地电极16c之间的电容(capacitance)，使得特性阻抗的调整比较容易，若是单端，则能为50Ω左右，若是差动驱动，则能为100Ω左右。

在这种双电极的Si光调制器中，由于对RF电极重复施加DC偏压，因此与单电极的Si调制器相比，在与驱动IC连接时，需要偏置器等设计麻烦。但是，具有如下优点：通过如上述那样控制与接地电极之间的电容(capacitance)，能使特性阻抗的调整变得比较容易，而且由于被接地电极包围，因此能形成信号的泄漏少、交调失真和传播损耗少的光调制器。

需要说明的是，在此通过RF电极与n型半导体层相接、接地电极与p型半导体层相接的例子进行了说明，但也可以反过来使RF电极与p型半导体层相接，使接地电极与n型半导体层相接。关于此时施加在RF电极上的RF信号以外的偏压，通过施加相对于接地电极为负的电压，从而能对pn结部施加反向偏置电压。

现有技术文献

专利文献

非专利文献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 Push-pull调制器的20Gbps二值相位调制特性》2012年电子信息通信学会Electronics Society大会,C-3-50,2012.

非专利文献2：Po Dong、Long Chen、Young-kai Chen，《High-speed low-voltagesingle-drive push-pull silicon Mach-Zehnder modulators》Opt.Express vol.20,no.6,pp.6163-6169,2012.

发明内容

为了获得波形品质良好、能长距离传输的光调制信号，需要能生成啁啾少的调制信号的光调制器。在此，MZ型光调制器的啁啾(chirp)主要是在相位调制部的两个光波导之间，信号光所受到的相位变化量、光的损耗存在差异时所产生的调制输出光的信号失真。

图7A中示出了没有啁啾失真情况下的星座映射图(Constellation Map)，图7B示出了有啁啾失真情况下的星座映射图。两图是表示在使电调制信号变化的情况下，分别通过MZ型光调制器的光波导7a、7b的两束光与来自7a、7b的光合波后的光调制器的输出光的相位与振幅的变化关系的图。

如图7A所示，当两个光波导7a、7b上的相位变化相等时，光调制器的输出光在星座映射图上从相位0直线地变化为π的状态。

另一方面，如图7B所示，当两个光波导7a、7b上的相位变化的效率不同时，在星座映射图上移动的光调制器的输出光的轨迹不再是直线，调制后的相位也变为从0、π偏离的相位状态。在光波导7a、7b之间光的损耗存在差异时也同样，振幅会偏离，在星座映射图上移动的光调制器的输出光不再是直线。这种相位、振幅的偏离即为啁啾失真。

在Si光调制器的制造工序中，在向Si层注入p型·n型掺杂物的注入(implantation)工序中，当产生由掩模板偏移等引起的pn结位置偏离(offset)时，会成为光调制特性劣化的主要原因。

在马赫-曾德尔调制器的制造工序中，在产生这种由掩模板偏离导致的pn结位置偏离(例如图2中为上下方向，图3中为左右方向)的情况下，由于构成马赫-曾德尔调制器的两根光波导路中掺杂构造对称，因此例如一个波导中p型层变大，另一个波导中p型层变小。因此，在两根波导之间产生调制效率的差异，合波后的调制光信号具有啁啾失真。

元件制作时的掩模板对准的精度为±30nm左右，一般也会引起该程度的掩模板偏离。数十nm的偏离难以测定，在通常的制造方法中，难以保证±50nm以下的制作精度。

图8A、图8B中示出了这种由注入掩模板偏离引起的光信号品质的劣化的情况。图8A表示存在劣化的64QAM调制信号的整体星座映射图，图8B是说明这种映射图中信号品质的劣化的指标FoD(Figure of Deterioration)的定义的图。

如图8B所示，FoD利用与星座上的标记的直线的偏离δ和标记间的最小间隔Δ，定义为FoD＝100×δ/Δ。通过将注入时的掩模板偏离设为offset量(nm)，计算此时的FoD的值，从而能比较信号品质的劣化状态。

图9的(a)中示出了从设定了pn结位置的位置偏离了offset量(nm)时的上述FoD值的曲线图。此外，图9的(b)示出了偏离10nm时64QAM信号整体的星座映射图，图9的(c)示出了偏离30nm时64QAM信号整体的星座映射图。由图9的(a)以及(c)可以判断，偏离30nm时，标记间隔的30％以上被星座的S型失真消耗，信号品质的劣化显著。

在图9的(a)的FoD的曲线图中，黑色圆圈的点所示的值(w/lin.)是利用进行其它信号处理的线性化器进行校正处理后的结果的值。由于信号品质的劣化大，因此与校正前的值(白色圆圈的点：wo/lin.)相比，校正处理几乎没有表现出效果。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种抑制由掩模板偏离等导致的相位调制时的啁啾且波形品质良好的光调制器。

为了达到该目的，本发明的特征在于具备以下那样的构成。

(发明的构成1)

一种光调制器，具备：用于施加一对差动信号电压的两根RF电极；提供固定电位的至少一根固定电位用电极；与所述RF电极或固定电位用电极相接的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层；以及光调制部，形成有从一根光波导分支出来并沿着作为所述第一和第二导电型半导体层的边界的pn结部的方式配置的两根光波导，其特征在于，所述半导体层和电极配置为：由所述两根光波导中的所述pn结部的位置与设计值的偏离导致的相位变化的积分量，在两根光波导之间相等。

(发明的构成2)

根据发明的构成1所述的光调制器，其特征在于，所述光调制器的调制部在所述两根光波导中，半导体的掺杂状态的位置关系相对于各个光波导一致。

(发明的构成3)

根据发明的构成1所述的光调制器，其特征在于，所述光调制器的调制部具有位于光传播方向的输入侧的第一区域和位于输出侧的第二区域，具有RF电极和光波导在第一区域与第二区域的连接部立体交叉的构造，所述两根光波导都配置为：在所述第一区域和第二区域，半导体的掺杂状态的位置关系相对于各个光波导的光传播方向相反。

(发明的构成4)

根据发明的构成3所述的光调制器，其特征在于，涉及所述第一区域的光传播方向的全长比涉及所述第二区域的光传播方向的全长短。

(发明的构成5)

根据发明的构成3所述的光调制器，其特征在于，所述第一区域和所述第二区域中的至少一方涉及光传播方向被分割为两个以上并交替配置。

(发明的构成6)

根据发明的构成5所述的光调制器，其特征在于，所述第一区域以夹着所述第二区域的方式被分割为两个，且涉及光传播方向的长度之比为1：2：1。

(发明的构成7)

根据发明的构成1至6中任一项所述的光调制器，其特征在于，所述固定电位用电极是包含配置在两根RF电极之间的DC电极的单电极构造。

(发明的构成8)

根据发明的构成1至6中任一项所述的光调制器，其特征在于，所述固定电位用电极是包含配置两根RF电极之间的接地电极以及配置在两根RF电极外侧的两根接地电极的双电极构造。

在本发明的光调制器中，由于配置为：由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离(offset量)对构成马赫-曾德尔调制器的两根波导中的调制效率的影响均等，因此能实现信号品质良好的光调制器。

而且，通过分成第一区域和第二区域，从而能正负抵消，因此也能减少两个波导中的调制效率之差。

此外，对于能抵消调制效率之差的效率因伴随高频电信号的传播而产生的衰减而在RF电极的输入侧和输出侧不同这一点，通过适当地设定第一区域和第二区域的长度，能实现调制效率的对称性良好的光调制器。因此，能提供抑制光调制时的啁啾且波形品质良好的光调制器。

附图说明

图1是以往的Si光调制器的光波导的剖面构造图。

图2是构成以往的单电极型马赫-曾德尔调制器的Si光调制器的俯视图。

图3是图2的Si光调制器的III-III剖面构造图。

图4(a)是图2的Si光调制器的剖面中的半导体的掺杂状态，图4(b)是光调制时的能带图。

图5是构成以往的双电极型马赫-曾德尔型调制器的Si光调制器的俯视图。

图6是图5的Si光调制器的VI-VI局部剖面构造图。

图7A是说明MZ型光调制器中无啁啾失真的情况下的星座映射图的图。

图7B是说明MZ型光调制器中有啁啾失真的情况下的星座映射图的图。

图8A是表示存在劣化的64QAM调制信号的整体星座映射图的图。

图8B是说明信号品质的劣化的指标FoD的定义的图。

图9是pn结偏离时的FoD值的曲线图图9(a)和两个偏离值下的星座映射图图9(b)、图9(c)。

图10是表示本发明的第一实施方式的单电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

图11A是图10的XIA-XIA剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图11B是图10的XIB-XIB剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图12是与现有技术同样没有RF电极交叉的情况下的光调制器的参考图。

图13A是图12的参考图的XIIIA-XIIIA剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图13B是图12的参考图的XIIIB-XIIIB剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图14是表示本发明的第二实施方式的单电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

图15A是表示图14的XVA-XVA剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图15B是表示图14的XVB-XVB剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图15C是表示图14的XVC-XVC剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图16是表示本发明的第三实施方式的单电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

图17A是表示图16的XVIIA-XVIIA剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图17B是表示图16的XVIIB-XVIIB剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

图18是表示本发明的第四实施方式的单电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

图19是表示本发明的第一实施方式的光调制器的光信号品质的劣化(FoD)的改善情况的图。

图20是用S参数来表示本发明的第一实施方式的光调制器的RF信号的透射特性和反射特性的图。

图21是表示本发明的第五实施方式的双电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

图22A是图21的XXIIA-XXIIA的局部剖面图。

图22B是图21的XXIIB-XXIIB的局部剖面图。

图23是表示本发明的第六实施方式的双电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

图24是表示本发明的第七实施方式的双电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

图25是表示本发明的第五实施方式的光调制器的光信号品质的劣化(FoD)的改善情况的图。

图26是用S参数来表示本发明的第五实施方式的光调制器的RF信号的透射特性和反射特性的图。

图27是表示本发明的第八实施方式的双电极构造的光调制器的构成的俯视图。

图28是表示本发明的第五实施方式的变形例的双电极构造的光调制器的构成的俯视图。

具体实施方式

以下，示出将本发明应用于单电极以及双电极构造的马赫-曾德尔调制器的Si光调制器的实施方式。

(单电极构造的马赫-曾德尔调制器的实施方式)

首先，利用一些优选例来详细说明单电极构造的马赫-曾德尔调制器的实施方式。

(实施例1)

如图10所示，在本发明的实施例1的光调制器中，其调制部分成位于光波导的光传播方向的输入侧的第一区域(剖面XIA-XIA的单点划线包围的部分)和位于输出侧的第二区域(剖面XIB-XIB的单点划线包围的部分)。

两个区域中，半导体的掺杂状态(p型、n型等半导体的导电型、极性)以相同的图案配置而掺杂为相反(例如与p型部分相对的为n型，与n型部分相对的为p型)。

然后，在左右的第一区域和第二区域的中间，用于施加一对差动信号电压的上下两根RF电极5a、5b通过互不相接地立体交叉的构造而连接。例如，如图10中央所示的X形的布线那样，RF电极5a直接从左上连接到右下，另一方面，RF电极5b先通过过孔(贯通电极)下降到RF电极5a的下层，从左下连接到右上，然后能再次通过过孔连接到上层。

在第一区域与第二区域的连接部，是RF电极与光波导也交叉的构造，但由于光波导和RF电极原本就是形成于不同层的构造，因此该交叉不会对光波导的制造面造成影响。

此外，两根RF电极间的用于施加偏压的DC电极6a、6b在两个区域中掺杂状态相反，因此需要设为相反的偏压极性，具备在第一区域和第二区域中电分离的独立构造。

两个区域中的光波导的剖面构造在图11A、图11B的上图中也以大致示出，除了掺杂状态(导电型、极性)相反以外，基本上与图3的构造相同。即，在第一区域中，两根RF电极5a、5b均与第一导电型(例如p型)的半导体层相接，DC电极6a与和第一导电型相反的第二导电型(例如与p型相对的是n型)的半导体层相接。

此外，在第二区域中，交叉后的两根RF电极5b、5a均与第二导电型(n型)半导体层相接，DC电极6b与第一导电型(p型)半导体层相接。

在作为第一、第二导电型半导体层的边界的两个pn结部形成有用于使光传播的Si光波导，从而成为单电极构造的Si光调制器。

如上述那样，两根RF电极具有分别在第一区域和第二区域中电连接的连续构造，DC电极具有在第一区域和第二区域中电分离的独立构造，两根RF电极具有在第一区域和第二区域之间互不相接地立体交叉的构造。

在此，关于光传播方向，第一和第二区域的各区域的长度相对于全长的比例大致设定为1/2。

图11A、图11B中示出了图10的XIA-XIA、XIB-XIB剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

在图11A所示的图10第一区域的XIA-XIA剖面中，两根RF电极均与p型半导体层相接，并被施加差动信号。此外，DC电极与n型半导体层相接，通过施加相对于RF电极为正的电压，从而向pn结部施加反向偏置电压。

在图11B所示的图10第二区域的XIB-XIB剖面中，两根RF电极均与n型半导体层相接，并被施加差动信号。此外，DC电极与p型半导体层相接，通过施加相对于RF电极为负的电压，从而向pn结部施加反向偏置电压。

RF电极是在第一区域和第二区域中电连接的连续构造，但在第一区域与第二区域之间互不相接地立体交叉，因此XIA-XIA、XIB-XIB剖面中为左右相反的电压施加状态。因此，即使施加在DC电极上的电压在第一区域和第二区域中正负相反，在设于光波导内的pn结部，在第一区域中施加大电压的状态时，第二区域中也施加大电压，在第一区域中施加小电压的状态时，第二区域中也施加小电压。

在马赫-曾德尔型光调制器中，使两根光波导内部的载流子密度变化来改变各个波导的折射率，从而进行光的相位调制，由于使光发生干涉，因此需要在光波导的整个区域中使其进行相同方向的相位变化。

例如，若如图12的参考图的光调制器那样，使两个区域中的掺杂状态相反，并且采用RF电极无交叉的与现有技术同样的直线的RF电极，则在第一区域和第二区域中，施加于pn结部的电位差的大小相反，在光调制器的整个区域中，两根光波导中的相位变化的差被消除(参照图13A、图13B)。

为了防止这一情况，需要如图10所示那样，采用使RF电极交叉且在光波导的整个区域中使施加于pn结部的电位差为相同状态的构造。

(实施例1的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果)

在此，对在制作本发明的元件时进行注入的情况下的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果进行阐述。

在本实施例1的构造中，由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离(offset量)能在第一区域和第二区域中正负抵消。即，在第一区域中，注入掩模板以p型层变多的方式偏离的情况下，在以相同掩模板形成的第二区域中，以p型层变少的方式偏离。因此，构成马赫-曾德尔调制器的两根波导中的调制效率的差变小，能实现信号品质良好的光调制器。

在本实施例1中，关于光传播方向，第一和第二区域的各区域的长度相对于全长的比例大致为1/2。为了使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消，需要调制特性的变化在第一区域和第二区域中为相反方向，同时使绝对值相等。因此，需要使第一区域和第二区域的长度大致相等，将各个区域的长度相对于全长的比例大致设为1/2。

另一方面，由于高频信号的RF电极传播时会衰减，因此在由衰减导致的调制效率的降低无法忽视的情况下，需要使作为RF信号的输入侧的第一区域的关于光传播方向的长度比输出侧的第二区域的长度短。由此，能使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消。合适的长度比例会根据RF电极的衰减量、第一区域和第二区域的电极与半导体层之间的接触电阻的差等而改变，但大致为1：3至1：1左右。由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化抵消的效果在长度比例为1：5至5：1的范围内也能得到确认。

在该实施例1的说明中，示出了第一区域中RF电极与p型半导体层相接、DC电极与n型半导体层相接的例子，但即使第一区域中RF电极与n型半导体层相接、DC电极与p型半导体层相接，也能获得相同的效果。

此外，为了防止高频信号的衰减，RF电极优选为使用了电阻率低的金属的布线，但DC电极也可以不是金属，能用利用了半导体层的导电性的布线来替换。此时，DC电极无须遍及第一区域或第二区域的整个区域，可以仅与一部分接触。

(实施例2)

如图14所示，在本发明的实施例2的光调制器中，将调制部分成位于光波导的光传播方向的输入侧的第一区域(剖面XVA-XVA的单点划线包围的部分)、位于输出侧的另一个第一区域(剖面XVC-XVC的单点划线包围的部分)、以及夹在两个第一区域间的第二区域(剖面XVB-XVB的单点划线包围的部分)这三个区域，半导体的掺杂状态(p型、n型等半导体的导电型)在第一和第二区域中相反，用于施加一对差动信号电压的两根RF电极在输入侧的第一区域与第二区域之间以及输出侧的第一区域与第二区域之间这两处立体交叉连接，在第一区域和第二区域中分别具备用于向两根RF电极之间施加偏压的DC电极，在第一区域中，两根RF电极均与第一导电型(例如p型)半导体层相接，DC电极与和第一导电型不同的第二导电型(例如n型)半导体层相接。此外，在第二区域中，两根RF电极均与第二导电型半导体层相接，DC电极与第一导电型半导体层相接。

此外，两根RF电极具有分别在第一区域和第二区域中电连接的连续构造，DC电极具有在第一区域和第二区域中电分离的独立构造，

两根RF电极具有在两个第一区域和第二区域之间的两处互不相接地立体交叉的构造。在此，关于光传播方向，第一和第二区域的长度比例设定为例如大约1：2：1。

图15A、图15B、图15C中分别示出了图14的XVA-XVA、XVB-XVB、XVC-XVC剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

在图15A所示的图14第一区域的XVA-XVA剖面中，两根RF电极均与p型半导体层相接，并被施加差动信号。此外，DC电极与n型半导体层相接，通过施加相对于RF电极为正的电压，从而向pn结部施加反向偏置电压。

在图15B所示的图14第二区域的XVB-XVB剖面中，两根RF电极均与n型半导体层相接，并被施加差动信号。此外，DC电极与p型半导体层相接，通过施加相对于RF电极为负的电压，从而向pn结部施加反向偏置电压。

而且，在图15C所示的图14输出侧的第一区域的XVC-XVC剖面中，与图15A的XVA-XVA剖面同样，两根RF电极均与p型半导体层相接，并被施加差动信号。此外，DC电极与n型半导体层相接，通过施加相对于RF电极为正的电压，从而向pn结部施加反向偏置电压。

RF电极是在第一区域和第二区域中电连接的连续构造，但在第一区域与第二区域之间互不相接地立体交叉，因此在XVA-XVA和XVB-XVB剖面中为左右相反的电压施加状态。此外，在XVB-XVB剖面和XVC-XVC剖面中也为左右相反的电压施加状态。在设于图14所示的光波导内的pn结部，在第一区域中施加大电压的状态时，第二区域中也施加大电压，在第一区域中施加小电压的状态时，第二区域中也施加小电压。

在马赫-曾德尔型光调制器中，使两根光波导内部的载流子密度变化来改变各个波导的折射率，从而进行光的相位调制，使光发生干涉，因此需要在光波导的整个区域中使其发生相同方向的相位变化。

当RF电极不交叉时，第一区域和第二区域中施加于pn结部的电位差的大小相反，在光调制器的整个区域中，两根光波导中相位变化之差会被消除，因此需要采用使RF电极交叉且使施加于pn结部的电位差在光波导的整个区域中为相同的状态的构造。

(实施例2的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果)

在本实施例2的构造中，由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离(offset量)也能在第一区域和第二区域中正负抵消。即，在第一区域中，注入掩模板以p型层变多的方式偏离的情况下，在以相同掩模板形成的两个第二区域中，以p型层变少的方式偏离。因此，构成马赫-曾德尔调制器的两根波导中的调制效率的差变小，能实现信号品质良好的光调制器。

在本实施例2中，关于光传播方向，第一区域及第二区域的长度比例大约为1：2：1。为了使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消，需要调制特性的变化在第一区域和第二区域中为相反方向，同时使绝对值相等。由于高频信号在RF电极传播时会衰减，因此通过使长度比例为1：2：1，使得由衰减导致的调制效率的降低也能抵消。

由此，即使不测定RF电极的衰减量、第一区域和第二区域的电极与半导体层之间的接触电阻的差等，也能容易地使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消。

在该实施例2的说明中，示出了第一区域中RF电极与p型半导体层相接、DC电极与n型半导体层相接的例子，但即使第一区域中RF电极与n型半导体层相接、DC电极与p型半导体层相接，也能获得相同的效果。

另外，在不仅第一区域，而是第二区域也被分割且第一和第二区域关于光传播方向在多处交替设置的情况下，也能获得相同效果。

(实施例3)

图16是表示本发明的第三实施方式的单电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。在本实施例3中，与实施例1同样，RF电极采用交叉构造，但其特征在于，两个区域中半导体的掺杂构造相同，取而代之，光波导采用交叉构造。

如图16所示，在本发明的实施例3的光调制器中，将调制部分成位于光波导的光传播方向的输入侧的第一区域(剖面XVIIA-XVIIA的单点划线包围的部分)和位于输出侧的第二区域(剖面XVIIB-XVIIB的单点划线包围的部分)，半导体的掺杂状态(p型、n型等半导体的导电型)在两个区域中相同，用于施加一对差动信号电压的两根RF电极在第一区域与第二区域之间立体交叉连接，具备用于向两根RF电极之间施加偏压的DC电极，在第一区域中，两根RF电极均与p型半导体层相接，DC电极与作为掺杂为极性与RF电极不同的掺杂的n型的n型半导体层相接。

此外，第二区域中，两根RF电极也均与p型半导体层相接，DC电极与作为掺杂为极性与RF电极不同的掺杂的n型的n型半导体层相接。

在作为p型半导体层与n型半导体层的边界的两个pn结部形成有用于使光传播的Si光波导，从而成为单电极构造的Si光调制器。

此外，两根RF电极具有分别在第一区域和第二区域中电连接的连续构造，DC电极具有在第一区域和第二区域中电连接的连续构造或者电分离的独立构造，两根RF电极具有在第一区域和第二区域之间互不相接地立体交叉的构造，然后，两根Si光波导具有在第一区域与第二区域之间交叉的构造。在此，关于光传播方向，第一和第二区域的各个区域的长度相对于全长的比例例如大致设定为1/2。

图17A、图17B中示出了图16的XVIIA-XVIIA、XVIIB-XVIIB剖面中的半导体的掺杂状态和光调制时的能带图。

在图17A所示的图16第一区域的XVIIA-XVIIA剖面中，两根RF电极均与p型半导体层相接，并被施加差动信号。此外，DC电极与n型半导体层相接，通过施加相对于RF电极为正的电压，从而向pn结部施加反向偏置电压。

在图17B所示的图16第二区域的XVIIB-XVIIB剖面中也同样，两根RF电极均与p型半导体层相接，并被施加差动信号。此外，DC电极与n型半导体层相接，通过施加相对于RF电极为正的电压，从而向pn结部施加反向偏置电压。

RF电极是在第一区域和第二区域中电连接的连续构造，但在第一区域与第二区域之间互不相接地立体交叉，因此在XVIIA-XVIIA、XVIIB-XVIIB剖面中为左右相反的电压施加状态。

但是，由于Si光波导也在第一区域与第二区域之间交叉，因此在XVIIA-XVIIA、XVIIB-XVIIB剖面中，在Si光波导中传播的光所受到的电压施加状态不会变化。因此，在设于光波导内的pn结部，在第一区域中施加大电压的状态时，第二区域中也施加大电压，在第一区域中施加小电压的状态时，第二区域中也施加小电压。

在实施例1的光调制器中，关于第一区域和第二区域中施加于DC电极的电压，需要准备相对于RF电极为正和为负的两个电压，但在本实施例3的光调制器中，通过使Si光波导交叉，使得两个区域中的掺杂构造相同，因此能使施加在DC电极上的电压为一个。或者，通过将DC电极设为在第一区域和第二区域中电分离的构造，从而能在第一区域和第二区域中使偏压保持相同极性的情况下精细地进行控制。

(实施例3的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果)

在此，对在制作元件时进行注入的情况下的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止进行阐述。

本实施例3的构造也与实施例1、2同样，由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离(offset量)也能在第一区域和第二区域中正负抵消。即，由于两个区域的掺杂构造相同，且两根RF电极与光波导均相互交叉，因此在第一区域的一方(例如图16的上侧)的光波导中注入掩模板以p型层变多的方式偏离的情况下，在该光波导中传播的光在由相同掩模板形成的第二区域中，因光波导的交叉从而在以p型层变少的方式偏离的另一方(例如图16的下侧)光波导中传播。因此，构成马赫-曾德尔调制器的两根波导中的调制效率的差变小，能实现信号品质良好的光调制器。

在本实施例中，关于光传播方向，第一和第二区域的各个区域的长度相对于全长的比例大致为1/2。为了使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消，需要调制特性的变化在第一区域和第二区域中为相反方向，同时使绝对值相等。因此，需要使第一区域和第二区域的长度大致相等，且将各个区域的长度相对于全长的比例大致设为1/2。

在该实施例的说明中，示出了第一区域中RF电极与p型半导体层相接、DC电极与n型半导体层相接的例子，但即使第一区域中RF电极与n型半导体层相接、DC电极与p型半导体层相接，也能获得相同的效果。

(实施例4)

图18中示出了单电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的俯视图来作为本发明的第四实施方式。图18的实施例4的基本构造与图10的实施例1相同，但具有在第一区域及第二区域中，用于向DC电极6a、6b施加电压的布线与RF电极5a、5b立体交叉的构造。

图18的DC电极6a、6b具有在其引出部的布线处与RF电极5a、5b互不相接地立体交叉的构造，电极彼此之间不电连接。通过DC电极与RF电极立体交叉，从而能消除电气布线的绕行，能实现小型的光调制器。

此外，对于实施例2(图14)中举出的RF电极包围中央的DC电极四周的构造的光调制器，通过像这样配置引出部的布线，能容易地向DC电极供电，能提供利用元件时的布线布局等不存在不自由的光调制器。

(实施例1的效果说明)

图19中示出了用图8B来定义本发明的实施例1(图10)的单电极构造的光调制器中pn结的位置偏离时的光信号品质的劣化的改善情况得到的64QAM的调制信号的FoD。

在本实施例1中，由于在单电极构造中由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消，因此能实现信号品质良好的光调制器。因此，即使如图19所示那样在注入时产生30nm的掩模板偏离(offset量)，FoD也在5％以下，与被星座的S型失真消耗标记间隔的30％以上的现有技术(图9(a))相比，表现出较大的改善效果。

图20中示出了本发明的第一实施例的光调制器的用S参数来表示RF信号的透射特性和反射特性的结果。在本实施例1的光调制器中，具有RF电极在第一区域与第二区域之间互不相接地立体交叉的构造。在这种构造中，RF信号的反射增加，透射的信号减少，调制效率可能会劣化。但是，通过设计适当的交叉形状，能维持反射的增加为1.5dB以下、几乎看不到透射信号减少这样的良好的特性。

在此，RF电极的交叉能利用在Si光调制器通常的制作工序中所能导入的SiO₂层间的金属的多层布线技术来实现。也可以与该制作方法无关，在制作Si光调制器之后利用由引线接合实现的布线连接来形成。

(双电极构造的马赫-曾德尔调制器的实施方式)

在上述单电极构造的马赫-曾德尔调制器的实施例1～4中，如与现有技术关联地阐述的那样，具有能简化偏置器等外部电路的优点，但由图3及各实施方式1～4的俯视图明确可知，为了实现掩模板偏离抵消，需要采用使原本构成在相同层上的马赫-曾德尔调制器的两个臂所对应的两根RF电极彼此立体交叉的构造。在实施方式3(图16)中，需要使两根光波导也立体交叉。

在制作这种立体交叉构造时，为了使RF电极彼此或者光波导彼此立体交叉，需要使原本位于相同层的两根RF电极或两根光波导的一方暂时与其它层连接，容易导致光调制器的制造工序复杂化。

在以下所述的双电极构造的马赫-曾德尔调制器的实施方式中，能通过利用存在于RF电极的外侧及中央的接地电极来省去这种立体交叉构造。

(实施例5)

如图21所示，在本发明的实施例5的光调制器中，其调制部为双电极构造，分成位于光波导的光传播方向的输入侧的第一区域(剖面XXIIA-XXIIA的单点划线包围的部分，也参照图22A的部分剖面图)和位于输出侧的第二区域(剖面XXIIB-XXIIB的单点划线包围的部分，也参照图22B的部分剖面图)。

在本发明的第五实施方式的马赫-曾德尔型光调制器中，例如，当观察图21的光波导7a所对应的马赫-曾德尔型光调制器的上侧的臂时，在左侧的第一区域(剖面XXIIA-XXIIA为图22A)中，光波导7a以及对应的半导体区域配置在RF电极15a与外侧的接地电极16a之间，在右侧的第二区域(剖面XXIIB-XXIIB为图22B)中，配置在RF电极15a与中央的接地电极16c之间。

如图21所示，RF电极15a为直线构造，而与之并行的光波导7a为光传播方向在第一区域和第二区域的连接部向右弯折行进、在RF电极15a的下方交叉之后向左弯折的所谓的曲柄(crank)形状。同样，RF电极15b为直线构造，而与之并行的光波导7b为光传播方向在第一区域和第二区域的连接部向左弯折行进、在RF电极15b的下方交叉之后向右弯折的曲柄形状。

通过以这种形状进行配置，从而具有RF电极与光波导在第一区域与第二区域的连接部交叉的构造，但由于RF电极与光波导是不同层的构造，因此制造上没有困难。

然后，在图21的平面内的第一区域和第二区域中，光波导相对于一根RF电极的位置关系、以及半导体的掺杂状态(p型、n型等半导体的极性、导电率)配置为该RF电极与光波导的交叉点为中心成180度旋转对称，并且，包含两根RF电极以及光波导的第一区域和第二区域的整体构造配置为相对于中央的接地电极16c在图21的上下成镜面对称。

构成马赫-曾德尔型光调制器的两根光波导7a、7b在左右的第一区域和第二区域的中间以曲柄形状且不中断地转移的构造从直线形状的RF电极的一侧连接到另一侧，虽然具有RF电极和光波导立体交叉的构造，但光波导彼此以及RF电极彼此不立体交叉。

此外，如图22A、图22B的局部剖面图所示，为了RF电极与半导体层的电连接，而设有一个乃至多个过孔4(贯通电极)，在图21的第一区域和第二区域的连接部(与光波导的交叉部分)，从RF电极15a连接到半导体层214的过孔4(贯通电极)暂时断开。然后，采用如下构造：光波导7a(7b)从RF电极15a的下方，夹着图21中从左上向右下(从左下向右上)转移的交叉区域，再次在第二区域中通过过孔4使RF电极15a与半导体层214相连接。通过这种构造，会防止过孔与光波导靠近，使得光被金属吸收从而成为损耗。

在此，关于光传播方向，第一和第二区域的各个区域的长度相对于全长的比例大致设定为1/2。

需要说明的是，包含之后的实施例6、7在内，将双电极构造的中央的接地电极16c记为一体的电极，但为了避免上下臂之间的RF信号的干扰和交调失真，接地电极16c也能构成为夹着其中心线上下一分为二的两根电极构造(参照后述的实施例8、图27的16c1、16c2)。

在上述图21的示例中，示出了相对于中央的接地电极16c在图21的上下部成镜面对称配置的例子，但在第一区域和第二区域中，光波导相对于一根RF电极的位置关系、以及半导体的掺杂状态(p型、n型等半导体的极性、导电率)以该RF电极与光波导的交叉点为中心成180独旋转对称的方式配置即可，包含两根RF电极以及光波导的第一区域和第二区域的整体构造不一定要相对于中央的接地电极16c呈上下镜面对称配置。因此，作为第五实施方式的变形例，也可以是图28所示的配置，即，在各区域的上下两个臂部分的半导体区域中，对半导体的掺杂状态采用相同配置，并使整体构造从一方的臂向另一方的臂平行移动。

(实施例5的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果)

在此，对在制作本发明的元件时进行注入的状态下的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果进行阐述。

在本实施例5的构造中，由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离(offset量)能在第一区域和第二区域中正负抵消。即，在第一区域中，注入掩模板以p型层变多的方式偏离的情况下，在以相同掩模板形成的第二区域中，以p型层变少的方式偏离。因此，构成马赫-曾德尔调制器的两根光波导中的调制效率的差变小，能实现信号品质良好的光调制器。

在本实施例5中，关于光传播方向，第一和第二区域的各个区域的长度相对于全长的比例大致为1/2。为了使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消，需要调制特性的变化在第一区域和第二区域中为相反方向，同时使绝对值相等。因此，需要使第一区域和第二区域的长度大致相等，将各个区域的长度相对于全长的比例大致设为1/2。

另一方面，由于高频信号的RF电极传播时会衰减，因此在由衰减导致的调制效率的降低无法忽视的情况下，需要使作为RF信号的输入侧的第一区域的关于光传播方向的长度比输出侧的第二区域的长度短。由此，能使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消。合适的长度比例会根据RF电极的衰减量、第一区域和第二区域的电极与半导体层之间的接触电阻的差等而改变，但大致为1：3至1：1左右。

使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化抵消的效果在长度比例为1：5至5：1的范围内也能得到确认。

在该实施例5的说明中，示出了第一区域中RF电极与n型半导体层相接、接地电极与p型半导体层相接的例子，但即使第一区域中RF电极与p型半导体层相接、接地电极与n型半导体层相接，也能获得相同的效果。

(实施例6)

如图23所示，在本发明的实施例6的光调制器中，其调制部为双电极构造，分成位于光波导的光传播方向的输入侧的第一区域(剖面XXIIA-XXIIA的单点划线包围的部分，局部剖面图与图22A相同)、位于输出侧的另一个第一区域(输出侧的剖面XXIIA-XXIIA的单点划线包围的部分，局部剖面图与图22A相同)、以及夹在两个第一区域间的第二区域(剖面XXIIB-XXIIB的单点划线包围的部分，局部剖面图与图22B相同)这三个区域。

在本发明的第六实施方式的马赫-曾德尔型光调制器中，例如当观察图23的光波导7a所对应的马赫-曾德尔型光调制器的上侧臂时，在左侧的第一区域中，光波导7a以及对应的半导体区域配置在RF电极15a与外侧的接地电极16a之间，在中央的第二区域中，配置在RF电极15a与中央的接地电极16c之间，而且在右侧的第一区域中，再次配置在RF电极15a与外侧的接地电极16a之间。

RF电极15a为直线构造，而光波导7a则为所谓的双重曲柄形状。通过以这种形状进行配置，从而具有RF电极与光波导在左右两个第一区域与第二区域之间的两个连接部交叉的构造，但由于RF电极与光波导是不同层的构造，因此制造上没有困难。

然后，在图23的平面内的第一区域和第二区域中，光波导相对于一根RF电极的位置关系、以及半导体的掺杂状态(p型、n型等半导体的极性、导电率)以该RF电极与光波导的两个交叉点为中心，局部分别成180度旋转对称配置，并且，包含两根RF电极以及光波导的第一区域和第二区域的整体构造相对于中央的接地电极16c在上下部成镜面对称配置。

然后，构成马赫-曾德尔型光调制器的两根光波导7a、7b在左右两个第一区域和第二区域的中间分别以曲柄形状且不中断地转移的构造从直线形状的RF电极的一侧连接到另一侧，具有RF电极和光波导立体交叉的构造，但光波导彼此以及RF电极彼此不立体交叉。

此外，在图23的左右两个第一区域与中央的第二区域之间的两个连接部，从RF电极15a连接到半导体层214的过孔4(贯通电极)发生一次中断。并且，采用如下构造：光波导7a(7b)从RF电极15a(15b)的下方，夹着图23中从左上向右下(从左下向右上)转移的交叉区域，再次在第二区域中通过过孔4使RF电极15a与半导体层214相连接。通过这种构造，会防止过孔与光波导靠近，使得光被金属吸收从而成为损耗。

在此，关于光传播方向，第一和第二区域的长度比例设定为例如大约1：2：1。

(实施例6的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果)

在本实施例6的构造中，由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离(offset量)也能在左右两个第一区域和中央的第二区域中正负抵消。即，在第一区域中，注入掩模板以p型层变多的方式偏离的情况下，在以相同掩模板形成的第二区域中，以p型层变少的方式偏离。因此，构成马赫-曾德尔调制器的两根波导中的调制效率的差变小，能实现信号品质良好的光调制器。

在本实施例6中，关于光传播方向，左右两个第一区域及中央的第二区域的长度比例大约为1：2：1。为了使由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消，需要调制特性的变化在第一区域和第二区域中为相反方向，同时使绝对值相等。由于高频信号在RF电极传播时会衰减，因此通过将长度比例设为1：2：1，使得衰减引起的调制效率的降低也能抵消。

在该实施例6的说明中，示出了第一区域中RF电极与p型半导体层相接、DC电极与n型半导体层相接的例子，但即使第一区域中RF电极与n型半导体层相接、DC电极与p型半导体层相接，也能获得相同的效果。

(实施例7)

如图24所示，在本发明的实施例7的光调制器中，其调制部为双电极构造，分成位于光波导的光传播方向的输入侧的第一区域(剖面XXIIA-XXIIA的单点划线包围的部分，局部剖面图与图22A相同)和位于输出侧的第二区域(剖面XXIIB-XXIIB的单点划线包围的部分，局部剖面图与图22B局部)。

在本发明的第七实施方式的马赫-曾德尔型光调制器中，如图24所示，光波导7a、7b以及对应的各自两个半导体区域配置为直线状，而不从第一区域转移到第二区域。另一方面，两个RF电极15a、15b和外侧的接地电极16a、16b从第一区域转移到第二区域连接，扩大相互的间隔地存在。

与此相匹配，中央的接地电极16c也形成为右侧的第二区域中的宽度大于左侧的第一区域中的宽度。其结果是，成为如下构造：光波导7a以及对应的半导体区域在第一区域到第二区域的范围内配置在直线上，并且在左侧的第一区域中配置在RF电极15a与外侧的接地电极16a之间，在右侧的第二区域中配置在RF电极15a与中央的接地电极16c之间。

在该实施例7中，光波导7a为直线构造，而RF电极和外侧的接地电极则成为所谓的曲柄形状。通过以这种形状进行配置，从而具有RF电极与光波导在第一区域与第二区域的连接部交叉的构造，但由于RF电极与光波导是不同层的构造，因此制造上没有困难。

然后，在图24的平面内的第一区域和第二区域中，各个区域中的光波导相对于一根RF电极的位置关系、以及半导体的掺杂状态(p型、n型等半导体的极性、导电率)以该RF电极和光波导的交叉点为中心成180度旋转对称配置，并且包含两根RF电极以及光波导的第一区域和第二区域的整体构造相对于中央的接地电极16c在上下部成镜面对称配置。

然后，构成马赫-曾德尔型光调制器的两根光波导15a、15b在左右的第一区域和第二区域的中间，以不中断地转移的构造从直线形状的光波导的一侧连接到另一侧，具有RF电极和光波导立体交叉的构造，但光波导彼此以及RF电极彼此不立体交叉。

此外，为了RF电极与半导体层的电连接而设有过孔4(贯通电极)，但在图24的第一区域与第二区域的连接部，从RF电极15a连接到半导体层214的过孔4(贯通电极)发生一次中断。并且，采用如下构造：RF电极15a(15b)从光波导7a(7b)的上方，夹着图24中从左下向右上(从左上向右下)转移的区域，再次在第二区域中通过过孔4使RF电极15a与半导体层214相连接。通过采用这种构造，会防止过孔与光波导靠近，使得光被金属吸收从而成为损耗。

(实施例7的由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止效果)

实施例7中，关于由注入掩模板偏离导致的特性劣化的防止，由于显然能获得与实施例5同样的效果，因此省略说明。

如实施例7所示，即使不是使光波导弯折的实施例5的形态，而采用使RF传输线路弯折的构造，也能使由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离相抵消，能实现构成马赫-曾德尔调制器的两根波导中的调制效率的差较小且信号品质良好的光调制器。

(实施例5的效果说明)

图25中示出了在本发明的实施例5(图21)的双电极构造的光调制器中，用图8B来定义pn结的位置偏离时的光信号品质的劣化的改善情况而得到的64QAM的调制信号的FoD。

在本实施例5中，在双电极构造中，由pn结位置的偏离导致的调制特性的变化在第一区域和第二区域中抵消，因此能实现信号品质良好的光调制器。因此，即使如图25所示那样注入时产生30nm的掩模板偏离(offset量)，FoD也在5％以下，与图19所示的实施例1的单电极构造的情况同样，与被星座的S型失真消耗标记间隔的30％以上的现有技术(图9(a))相比，表现出较大的改善效果。

图26中示出了本发明的第五实施例的光调制器的用S参数来表示RF信号的透射特性和反射特性的结果。在本实施例5的光调制器中，由于是双电极构造，因此具有RF电极在第一区域与第二区域之间与光波导交叉的构造。然而，通过设计不会妨碍RF信号传播的适当的形状，能维持与现有技术相比几乎看不到反射的增加、透射信号的衰减这样的良好的特性。

(本发明的基本思想)

以上，关于本发明的实施例，对单电极(实施例1～4)和双电极(实施例5～7)的情况进行了阐述。这些各实施例中共通的本申请发明的基本思想在于，在构成马赫-曾德尔型光调制器的两根臂的光波导中，半导体层和波导配置为：由光波导中的半导体区域的pn结部的位置与设计值的偏离导致的相位变化的积分量在通过两根RF电极进行调制的光波导之间相等，从而防止由掩模板偏离等导致的信号品质的劣化。

即，在马赫-曾德尔型光调制器的基本构成中，当用添标a、b来区别上下两根臂，将从各臂的相位调制部的输入侧测得的光传输路的距离设为x，并将由位置x的微小区间dx中的光波导的半导体区域的pn结部的位置与设计值的偏离导致的相位变化表示为fa(x)、fb(x)时，下述算式(1)成立：

∫fa(x)dx＝∫fb(x)dx (1)。

这是用于防止合波后的光调制器输出的由掩模板偏离导致的信号品质的劣化的基本条件。

在此，并不一定要在各个臂中消除相位变化，如果两条臂的调制输出光的相位变化积分量相等，则由于合波后的调制输出光的失真在调制器输出侧被消除，因此两条臂的半导体区域的掺杂状态为镜面对称/旋转对称或分割成多个区域并不一定是本发明的必要条件。

然而，基本上，为了更精密地防止信号劣化，理想的是：在两根臂的光调制部，光波导相对于RF电极的位置关系以及半导体的掺杂状态同样且固定。

因此，如果是例如双电极构造的马赫-曾德尔型光调制器，则也能是采用下述构造的实施例。

(实施例8)

图27是表示本发明的第八实施方式的双电极构造的马赫-曾德尔型光调制器的构成的俯视图。

该图27所示的实施例8的特征在于，首先，在RF电极15a、15b的上下方分别配置有接地电极(16a和16c1、16b和16c2)，光波导位于各个RF电极与上侧的接地电极(16a或16c2)之间，半导体区域的掺杂状态配置为在两根光波导中在上下分别为相同的顺序。

不过，如果是相同的顺序，则在两根光波导中pn可以相反。

同样，也可以将光波导设于RF电极与下侧的接地电极(16c1或16b)之间。

需要说明的是，在图27中以被两根RF电极夹着的形式存在着两根接地电极(16c1、16c2)，但由于下侧与第一导电型(例如p型)半导体层相接，上侧靠近第二导电型(例如n型)半导体层，因此当设为一根时，会受到上下RF电极的影响，所以需要分成两根。

通过这种配置，即使在注入时存在掩模板偏离，由于两根波导的调制效率会以相同程度劣化，因此也不会产生啁啾。

这意味着下述算式(2)成立：

∫fa(x)dx＝∫fb(x)dx＝常数 (2)。

而且，光调制器的调制部能如之前通过实施例1～7所阐述的那样，具有位于光传输方向的输入侧的第一区域和位于输出侧的第二区域，能采用RF电极和光波导在第一区域与第二区域的连接部交叉的构造，由此使由掩模板偏离导致的相位变化在各条臂抵消并消除。

这意味着下述算式(3)成立：

∫fa(x)dx＝∫fb(x)dx＝0 (3)。

如上所述，在本发明的光调制器中，无论是单电极构造还是双电极构造，都能使由注入时的掩模板偏离导致的pn结位置的偏离(offset量)所引起的相位变化相抵消，因此能实现构成马赫-曾德尔调制器的两根波导中的调制效率的差小且信号品质良好的光调制器。

此外，对于能抵消调制效率之差的效率因伴随高频电信号的传播而产生的衰减而在RF电极的输入侧和输出侧不同这一点，也能通过适当地设定第一区域和第二区域的长度，来实现调制效率的对称性良好的光调制器。

因此，能提供抑制光调制时的啁啾且波形品质良好的光调制器。

附图标记说明：

1、3 SiO₂包层

2 Si层

201 光波导芯层部分

202 平板区域

211 高浓度p型半导体层

212 中浓度p型半导体层

213 中浓度n型半导体层

214 高浓度n型半导体层

4 过孔(贯通电极)

5a、5b、15a、15b RF电极

6、6a、6b DC电极

7、7a、7b 光波导

16a、16b、16c、16c1、16c2 接地电极

Claims

1.一种光调制器，具备：用于施加一对差动信号电压的两根RF电极；提供固定电位的至少一根固定电位用电极；与所述RF电极和固定电位用电极相接的第一导电型半导体层和极性与所述第一导电型半导体层相反的第二导电型半导体层；以及光调制部，形成有从一根光波导分支出来并以沿着作为所述第一和第二导电型半导体层的边界的pn结部的方式配置的两根光波导，其特征在于，

所述光调制器的调制部具有位于光传播方向的输入侧的第一区域和位于输出侧的第二区域，连接所述第一区域和所述第二区域的连接部具有与所述光波导相同一侧的所述RF电极和所述光波导立体交叉的构造，所述两根光波导均配置为：所述第一区域中的半导体的掺杂状态的位置关系和第二区域中的半导体的掺杂状态的位置关系相反，

所述两根光波导是彼此不立体交叉的构造，并且所述两根RF电极是彼此不立体交叉的构造。

2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述光调制器的调制部，分别在所述两根光波导中具有一处或两处的所述立体交叉的构造。

3.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述光调制器的调制部，在所述立体交叉的构造的部分，连接所述RF电极和半导体层的过孔中断。

4.根据权利要求3所述的光调制器，其特征在于，

涉及所述第一区域的光传播方向的全长比涉及所述第二区域的光传播方向的全长短。

5.根据权利要求3所述的光调制器，其特征在于，

所述第一区域和所述第二区域中的至少一方涉及光传播方向被分割为两个以上并交替配置。

6.根据权利要求5所述的光调制器，其特征在于，

所述第一区域以夹着所述第二区域的方式被分割为两个，

且涉及光传播方向的长度之比为1：2：1。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光调制器，其特征在于，

所述固定电位用电极是包含配置在两根RF电极之间的接地电极以及配置在两根RF电极外侧的两根接地电极的双电极构造。