马赫-曾德尔型光调制器的制作方法

本发明涉及一种马赫-曾德尔型光调制器。

背景技术：

正在运用一种以随着智能电话的普及所产生的信息终端的增加和大容量通信为前提的云服务。近年，通过该云服务的利用扩大等，正在推进使用电信号对光信号进行调制的光通信系统的大容量化。为了应对该大容量化，要求提高光收发器内的调制信号的比特率。在比特率的提高中，存在提高信号复用度的方法和提高调制速度的方法。

在作为波长啁啾非常小且用于长距离的基础系统的光调制器的主流的马赫-曾德尔型光调制器(mzm：mach-zehndermodulator)中，作为提高信号复用度的方法，广泛地有效利用pam4(pulseamplitudemodulation4：四电平脉冲振幅调制)等强度调制方式、qpsk(quadraturephaseshiftkeying：正交相移键控)和16qam(quadratureamplifiermodulation：正交振幅调制)等相位调制方式。但是，随着推进信号复用而抗噪声能力变低，因此信号传输距离变短。因此，需要实现基于调制速度的提高的比特率的提高。为了抑制消耗电力和信号质量的劣化并且使调制速度高速化，要求进行阻抗匹配以及高频折射率与光折射率之间的匹配(以下还有时记为“折射率匹配”)。

阻抗和高频折射率的式均能够用调制器(光调制器)的电容和电感来表现。因此，为了取得阻抗匹配和折射率匹配，需要进行调制器的电容和电感的最优化。调制器的电容是用传输线路的电容与光波导的电容之和来表示的。调制器的电感也同样地是用传输线路的电感与光波导的电感之和来表示的。然而，光波导的电感与传输线路的电感相比小，因此在调制器的电感中传输线路的电感占支配性地位。在马赫-曾德尔型光调制器中，通过调整将高频信号进行引导并对波导的光进行调制的行波电极的电极间距离和电极宽度，能够调整传输线路的电感和电容。然而，光波导的电容比较大，因此难以取得阻抗匹配和折射率匹配，因此还需要调整光波导的电容。

另外，在光调制器中，主要使用利用基于linbo3等电介质材料的电光效应的结构和利用半导体的电场吸收效应的结构。在半导体的电场吸收型光调制器中，具有如下优点：能够实现小型、高速、低驱动电压动作，能够将驱动用驱动器ic(integratedcircuit：集成电路)进行集成。在以inp系和gaas系等iii-v族半导体为材料的电场吸收型调制器中，具有还能够与半导体激光光源进行集成这样的特征，因此正在领先推进着开发。另外，与其不同地，在以主要是si的iv族半导体为材料的电场吸收型调制器中，能够利用在电子学领域中开发的加工技术和批量生产技术，因此能够以低成本制作精细的器件。

iii-v族半导体马赫-曾德尔型光调制器例如具备在半导体基板上将iii-v族半导体的包层、芯层、包层层叠而成的光波导以及行波电极部，行波电极部与光波导通过形成于光波导的正上方的电极被连接。特别是在专利文献1所公开的iii-v族半导体马赫-曾德尔型光调制器中，具有在平面视图中周期性地配置的多个t字型电极，由此形成了在光波导上将配置有电极的部分和未配置电极的部分交替地重复的周期绝缘构造。根据这样的构造，通过调整周期来能够降低光波导的电容等，因此能够取得阻抗匹配和折射率匹配。

另一方面，iv族半导体马赫-曾德尔型光调制器例如具备在半导体基板上将绝缘体的包层、iv族半导体的芯层、绝缘体的包层层叠而成的光波导以及包层的上部的行波电极部，行波电极与光波导经由将绝缘体的包层进行贯通的通孔被连接。特别是在专利文献2所公开的iv族半导体马赫-曾德尔型光调制器中，行波电极具有将与光波导的正上方的电极连接的部位以及与该电极分离的部位交替地重复的周期绝缘构造。根据这样的结构，通过调整周期来能够降低光波导的电容等，因此能够取得阻抗匹配和折射率匹配。另外，非专利文献1所公开的iv族半导体马赫-曾德尔型光调制器如在iii-v族半导体马赫-曾德尔型光调制器中先施行的那样，在行波电极的内侧形成t字型电极，仅在t字型电极部下作为通孔与光波导连接，由此构成周期绝缘构造，降低波导的电容。

专利文献1：日本特开2004-151590号公报

专利文献2：日本特开2015-69199号公报

非专利文献1：davidpatel，etal，“design，analysis，andtransmissionsystemperfomanceofa41ghzsiliconphotonicmodulator”，opticsexpress，2015，vol.23，no.11，p.14263-p.14287

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在专利文献1和非专利文献1所公开的半导体马赫-曾德尔型光调制器中，由于行波电极具有t字型电极，因此存在光调制器的尺寸大这样的问题。另外，在专利文献2所公开的半导体马赫-曾德尔型光调制器中，存在行波电极的形状复杂、光调制器的尺寸大这样的问题。

因此，本发明是鉴于如上所述的问题而完成的，目的在于提供能够实现马赫-曾德尔型光调制器的小型化的技术。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的马赫-曾德尔型光调制器是一种马赫-曾德尔型光调制器，具备：第一半导体区；第二半导体区，与所述第一半导体区邻接地配设；以及包层，通过覆盖所述第一半导体区和所述第二半导体区，来覆盖对应于所述第一半导体区与所述第二半导体区的邻接部分的光波导，且折射率低于所述光波导；在除所述光波导以外的所述第一半导体区上的所述包层中，多个第一通孔沿着所述光波导配设，在除所述光波导以外的所述第二半导体区上的所述包层中，多个第二通孔沿着所述光波导配设，所述马赫-曾德尔型光调制器还具备：第一行波电极，在截面视图中配设于所述多个第一通孔上，经由所述多个第一通孔来与所述第一半导体区连接，且在平面视图中沿着所述光波导具有宽度和长度地延伸，宽度大于所述多个第一通孔；以及第二行波电极，在截面视图中配设于所述多个第二通孔上，经由所述多个第二通孔来与所述第二半导体区连接，且在平面视图中沿着所述光波导具有宽度和长度地延伸，宽度大于所述多个第二通孔。

发明的效果

根据本发明，在平面视图中沿着光波导具有宽度和长度地延伸的第一及第二行波电极经由多个第一及第二通孔来与第一及第二半导体区连接。根据这样的结构，能够使马赫-曾德尔型光调制器小型化。

本发明的目的、特征、方式以及优点通过以下的详细的说明和附图而变得更清楚。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的平面图。

图2是表示实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的立体图。

图3是表示实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的截面图。

图4是表示实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的截面图。

图5是表示实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的平面图。

图6是表示实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的立体图。

图7是表示实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的截面图。

图8是表示实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的截面图。

图9是将实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器与非专利文献1的马赫-曾德尔型光调制器进行比较的图表。

图10是将实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器与非专利文献1的马赫-曾德尔型光调制器进行比较的图表。

图11是将实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器与非专利文献1的马赫-曾德尔型光调制器进行比较的图表。

图12是将实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器与非专利文献1的马赫-曾德尔型光调制器进行比较的图表。

图13是表示实施方式3所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的平面图。

图14是表示实施方式3所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的立体图。

图15是表示实施方式3所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的截面图。

图16是表示实施方式3所涉及的马赫-曾德尔型光调制器的结构的截面图。

(附图标记说明)

1：马赫-曾德尔型光调制器；4：分波器；5：合波器；7a：第一终端电阻；7b：第二终端电阻；8a：第一光波导；8b：第二光波导；9a：第一行波电极；9b：第二行波电极；9c：第三行波电极；9d：第四行波电极；10a：第一通孔；10b：第二通孔；12：下部包层；13：上部包层；14a：第一半导体区；14b：第二半导体区；14c：第三半导体区。

具体实施方式

<实施方式1>

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1(以下，还有时简记为“光调制器1”)的结构的平面图。首先，说明本实施方式1所涉及的光调制器1的结构的概要。

本实施方式1所涉及的光调制器1具备分波器4、合波器5、信号源6、终端电阻7、作为光波导的第一光波导8a、作为其它光波导的第二光波导8b、第一行波电极9a以及第二行波电极9b。

分波器4连接于作为第一光波导8a的一端的光输入部和作为第二光波导8b的一端的光输入部。分波器4将输入光2进行分支，将分支后的光输出到第一光波导8a的光输入部和第二光波导8b的光输入部。

从信号源6输出的电信号被输入到沿着在第一光波导8a的一个方向上延伸的部分配设的第一及第二行波电极9a、9b。第一行波电极9a是地电极，第二行波电极9b是信号电极。高频信号经由第一行波电极9a被施加到第一光波导8a，由此第一光波导8a的折射率发生变化，在第一光波导8a中传播的光信号的相位被调制。

合波器5连接于作为第一光波导8a的另一端的光输出部和作为第二光波导8b的另一端的光输出部。在对光信号的相位进行调制的结构中，合波器5将从第一光波导8a的光输出部输出的被相位调制的调制波与从第二光波导8b的光输出部输出的参照波进行干涉合成。然后，合波器5输出随着光的折射率差而产生相位变化的光信号来作为输出光3。另一方面，在对光信号的强度进行调制的结构中，合波器5将从第一光波导8a的光输出部输出的光与从第二光波导8b的光输出部输出的光进行合成，由此将光信号的相位的调制变换为光信号的强度的调制。然后，合波器5输出强度被调制后的光信号来作为输出光3。这样构成的本实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1能够对输入到马赫-曾德尔型光调制器1的光的相位和强度的至少一个进行调制。此外，在光的相位的调制中例如使用1组×2个马赫-曾德尔型光调制器1，在光的强度的调制中例如使用2组×2个马赫-曾德尔型光调制器1。

此外，输入到第一及第二行波电极9a、9b的电信号在终端电阻7处被终止。在本实施方式1中，为了进行单层驱动，终端电阻7的电阻值例如优选为50ω，但是也可以是其它电阻值。

接着，说明本实施方式1所涉及的光调制器1的结构的详情。图2是表示本实施方式1所涉及的光调制器1的结构的立体图。图3是沿着图1的a-a线的截面图，图4是沿着图1的b-b线的截面图。

本实施方式1所涉及的光调制器1除了上述的第一及第二行波电极9a、9b等以外，还具备基板11、下部包层12、上部包层13、芯层14以及dc电源16。如图3和图4所示，芯层14包括n型的第一半导体区14a、p型的第二半导体区14b以及n型的第三半导体区14c。此外，n型和p型也可以相反。也就是说，芯层14也可以包括p型的第一半导体区14a、n型的第二半导体区14b以及p型的第三半导体区14c。第二半导体区14b与第一半导体区14a邻接地配设，第三半导体区14c在与第一半导体区14a相反的一侧与第二半导体区14b邻接地配设。

下部包层12配设于基板11上，芯层14选择性地配设于下部包层12上，上部包层13配设于下部包层12和芯层14上。

如图3和图4所示，第一半导体区14a包括平板(slab)14as和厚度比平板14as大的肋14al。同样地，第二半导体区14b包括平板14bs和2个肋14bl，第三半导体区14c包括平板14cs和肋14cl。

第一半导体区14a与第二半导体区14b的邻接部分对应于第一光波导8a。此外，在将此处所说的邻接部分设为肋14al和肋14bl的情况下，第一光波导8a既可以是邻接部分本身，也可以是邻接部分的一部分，还可以是对邻接部分加上平板和包层的部分。同样地，第二半导体区14b与第三半导体区14c的邻接部分对应于第二光波导8b。此外，在将此处所说的邻接部分设为其它肋14bl和肋14cl的情况下，第二光波导8b既可以是邻接部分本身，也可以是邻接部分的一部分，还可以是对邻接部分加上平板和包层的部分。上述的包括下部包层12和上部包层13的包层通过覆盖芯层14的第一～第三半导体区14a～14c，来覆盖第一及第二光波导8a、8b。此外，下部包层12和上部包层13的折射率低于第一及第二光波导8a、8b的折射率。

以下，还有时将第一及第二光波导8a、8b简记为“光波导”来进行说明。另外，以下还有时将下部包层12和上部包层13简记为“包层”来进行说明。

在本实施方式1中，通过肋14al与肋14bl连接来形成pn结，通过其它肋14bl与肋14cl连接来形成pn结。因此，对应于第一半导体区14a与第二半导体区14b的邻接部分的第一光波导8a包括p型半导体和n型半导体，对应于第二半导体区14b与第三半导体区14c的邻接部分的第二光波导8b包括p型半导体和n型半导体。

在使用dc电源16对pn结施加了反向偏压的情况下，在pn结中形成耗尽层，因此载流子能够高速移动，进而能够使光的调制速度高速化。

另外，如果对pn结施加电压则产生载流子密度变化，引起载流子等离子体色散，因此折射率发生变化。在载流子密度增大的情况下折射率减小，在载流子密度减小的情况下折射率增大。例如，在对第一行波电极9a施加了高频信号的情况下，在由肋14al和肋14bl构成的pn结中耗尽层宽度减小，因此第一光波导8a的载流子密度下降而折射率增大。利用这样的现象，通过控制pn结的载流子密度，来对第一光波导8a的折射率、进而对在该第一光波导8a中传播的光信号的相位进行调制。另外，在本实施方式1中，肋14al与肋14bl的pn结以及肋14bl与肋14cl的pn结分别背对背地串联连接，因此能够降低pn结的电容，进而能够提高带宽。

以上说明了包层和光波导的结构的一例。然而，本实施方式1所涉及的包层和光波导的结构不限于上述情况。例如，既可以将soi(silicononinsulator：绝缘体上硅结构)基板的box(buriedoxide：隐埋氧化物)设为下部包层12，也可以不使用soi基板而在si基板上形成氧化层来作为下部包层12。另外，在本实施方式1中，设基板11和芯层14的材料是si，但是该材料只要是iv族半导体即可。另外，在本实施方式1中，设包层的材料为sio2，但是该材料只要是折射率低于芯层14的材料即可。另外，在图3所示的截面图中，设为pn结的接合面为相对于基板垂直的方向的构造，但是即使是水平方向的构造也得到同样的效果。另外，光波导不限于上述的肋型且pn结型的光波导，例如既可以是mos(metaloxidesemiconductor：金属氧化物半导体)电容器型的光波导，也可以是pin型的光波导。

另外，如图2和图3所示，在除第一光波导8a以外的第一半导体区14a上的包层中，作为将第一行波电极9a与第一半导体区14a进行连接的多个贯通孔的多个第一通孔10a沿着第一光波导8a配设。同样地，在除第一光波导8a以外的第二半导体区14b上的包层中，作为将第二行波电极9b与第二半导体区14b进行连接的多个贯通孔的多个第二通孔10b沿着第一光波导8a配设。

在本实施方式1中，多个第一通孔10a沿着第一光波导8a进而沿着第一行波电极9a周期性地(按固定距离间隔)配设于除肋以外的第一半导体区14a上的上部包层13。同样地，多个第二通孔10b沿着第一光波导8a进而沿着第二行波电极9b周期性地(按固定距离间隔)配设于除肋以外的第二半导体区14b上的上部包层13。根据这样的多个第一及第二通孔10a、10b的配置，能够简化构造设计和制作工艺。

另外，在本实施方式1中，在平面视图中多个第一通孔10a分别具有在第一行波电极9a的延伸方向上延伸的形状。同样地，在平面视图中多个第二通孔10b分别具有在第二行波电极9b的延伸方向上延伸的形状。根据这样的多个第一及第二通孔10a、10b的形状，能够简化构造设计和制作工艺。

第一行波电极9a在截面视图中配设于多个第一通孔10a正上方，经由多个第一通孔10a来与第一半导体区14a连接。同样地，第二行波电极9b在截面视图中配设于多个第二通孔10b正上方，经由多个第二通孔10b来与第二半导体区14b连接。也就是说，第一行波电极9a通过多个第一通孔10a内的未图示的导电构件来与第一半导体区14a电连接，第二行波电极9b通过多个第二通孔10b内的未图示的导电构件来与第二半导体区14b电连接。通过这样的第一及第二行波电极9a、9b，能够对第一光波导8a施加用于对在第一光波导8a中传播的光信号进行调制的电压。

第一行波电极9a在平面视图中沿着第一光波导8a具有宽度和长度地延伸，宽度大于多个第一通孔10a。同样地，第二行波电极9b在平面视图中沿着第一光波导8a具有宽度和长度地延伸，宽度大于多个第二通孔10b。

第一及第二行波电极9a、9b不具有如专利文献1和非专利文献1那样的t字型电极。平面视图中的第一及第二行波电极9a、9b的形状中例如包括在内部不具有空白的矩形形状或该矩形形状的角具有圆角的大致矩形形状的实心形状等。此外，在本实施方式1中，设第一及第二行波电极9a、9b的形状关于第一光波导8a彼此线对称，第一行波电极9a的宽度与第二行波电极9b的宽度彼此相同。根据这样的第一及第二行波电极9a、9b的线对称的形状，能够使构造设计容易。

以上说明了第一及第二通孔10a、10b以及第一及第二行波电极9a、9b的结构的一例。然而，本实施方式1所涉及的第一及第二通孔10a、10b以及第一及第二行波电极9a、9b的结构不限于上述情况。

例如在以上的说明中，多个第一及第二通孔10a、10b在包层中周期性地配设，但是该配置不是必须的。另外，例如在以上的说明中，设多个第一及第二通孔10a、10b的形状是在第一及第二行波电极9a、9b的延伸方向上延伸的形状，但是该形状不是必须的。另外，例如在以上的说明中，第一及第二行波电极9a、9b的形状以第一光波导8a的延伸部分为中心彼此线对称，但是该形状不是必须的。

接着，说明本实施方式1所涉及的光调制器1中的构造设计。为了实现通信容量增大，进而实现比特率提高，要求抑制消耗电力和信号质量的劣化来提高调制速度。为了实现这一点，要求进行用于降低电信号的反射的阻抗匹配和用于使电信号与光信号的相位速度一致使得不依赖于时间常数的折射率匹配。

阻抗z0和高频折射率nμ的式均能够如下式(1)和(2)那样使用光调制器1(以下还有时简记为“调制器”)的电感和电容来表现。因此，为了进行阻抗匹配和折射率匹配，需要进行调制器的电容和电感的最优化。

[数学式1]

[数学式2]

在此，l0是调制器的电感，c0是调制器的电容，c是光速。例如，使阻抗z0接近50ω、使高频折射率nμ接近光折射率nopt的值即3.7、换言之使式(1)和(2)的电感l0接近617nh/m、使电容c0接近246ph/m成为最优化的目标。

如下式(3)～(5)那样表示调制器的电感l0和调制器的电容c0。

[数学式3]

[数学式4]

c0＝copt+ctl...(4)

[数学式5]

在此，lopt是光波导的电感，ltl是传输线路的电感，copt是光波导的电容，ctl是传输线路的电容，ε0是真空的介电常数，εr是材料的相对介电常数，s是pn结面积，d是耗尽层厚度。在马赫-曾德尔型光调制器中，第一及第二行波电极9a、9b(以下还有时简记为“行波电极”)对应于传输线路。在此，能够利用行波电极的电极间距离、行波电极的电极宽度、介电常数以及电介质的高度调整传输线路的电感ltl和电容ctl。能够利用与第一及第二通孔10a、10b(以下还有时简记为“通孔”)的配置有关的通孔因数k调整光波导的电容copt。

在本实施方式1中，进行使用通孔的周期与无通孔的区域的长度之比来取得阻抗z0的匹配和折射率nμ的匹配的构造设计。此处的长度之比是图1的长度la相对于长度la与长度lb之和的比，定义为通孔填充因数。

此外，在本实施方式1所涉及的光调制器1以外的光调制器、例如在行波电极与波导的连接中使用了利用焊料或空气桥等的断续性的接触的光调制器中，能够调整接触部分与非接触部分的比率来取得阻抗匹配和折射率匹配。但是，根据使用通孔的本实施方式1所涉及的光调制器1，如以下说明的那样，具有如下效果：与这些光调制器相比能够进行精密的设计，能够使光调制器1的尺寸小型化。

另外，在本实施方式1所涉及的光调制器1的构造设计中，例如使用ansys公司制的高频三维电磁场分析软件hfss制作临时状态的构造来计算s参数，计算出调制器的电感l0和调制器的电容c0、调制器的阻抗z0、高频折射率nμ等参数。接着，将得到的参数与目标值(调制器的阻抗z0为50ω，高频折射率nμ为3.7，调制器的电感l0为617nh/m，电容c0为246ph/m)进行比较，反复进行调整s参数、进而调整构造的作业直到得到期望的特性为止。例如，在增大行波电极的电极间距离的情况或减小电极宽度的情况下，阻抗z0变大，在减小了通孔填充因数的情况下，电容c0变小。

以下，说明根据s参数求出调制器的电感l0和调制器的电容c0的计算例。对从hfss的计算得到的s参数(s11，s12，s21，s22)使用下式(6)～(9)来计算f参数(a，b，c，d)。

[数学式6]

[数学式7]

[数学式8]

[数学式9]

在此，zr是基准阻抗，在本实施方式1中，设基准阻抗zr与终端电阻7的电阻值相同，为50ω。对求出的f参数(a，b，c，d)使用下式(10)和(11)来求出阻抗z0和复数微波透过常数γ。对求出的阻抗z0和复数微波透过常数γ使用下式(12)和(13)来计算调制器的电感l0和调制器的电容c0。在此，ω是角频率。

[数学式10]

[数学式11]

[数学式12]

[数学式13]

<实施方式1的汇总>

在如以上那样的本实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1中，多个第一及第二通孔10a、10b配设于包层，第一及第二行波电极9a、9b经由多个第一及第二通孔10a、10b来与第一及第二半导体区14a、14b连接。根据这样的结构，通过调整多个第一及第二通孔10a、10b，能够取得调制器的电感和电容的匹配。由此，例如能够使电光变换增益的-3db带宽高频化，由此得到高调制带宽，因此能够实现高调制效率，能够实现高速化。另外，由于行波电极不具有t字型电极，因此能够实现马赫-曾德尔型光调制器的小型化。另外，由于电感变小，因此也容易取得匹配。并且，包括iv族半导体的马赫-曾德尔型光调制器相比于包括iii-v族半导体的马赫-曾德尔型光调制器而言，一般来说成本低，并且发现了能够制作通孔的绝缘体，因此能够期待元件制作工艺的简化和成本降低。

另外，在本实施方式1中，与邻接部分对应的第一光波导8a包括p型半导体和n型半导体，因此能够使构造设计容易。

另外，如果将本实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器应用于相位调制方式的马赫-曾德尔型光调制器，则能够进行多值调制，能够增加信息发送费。另外，如果将本实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器应用于强度调制方式的马赫-曾德尔型光调制器，则能够减小波长啁啾，因此对长距离用途是有效的。

<实施方式2>

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1(以下还有时简记为“光调制器1”)的结构的平面图。以下，对本实施方式2所涉及的结构要素中的与上述的结构要素相同或类似的结构要素附加相同的参照符号。

本实施方式2所涉及的光调制器1与实施方式1所涉及的光调制器1同样地具备分波器4、合波器5、信号源6、终端电阻7、第一光波导8a、第二光波导8b、第一行波电极9a以及第二行波电极9b。

分波器4连接于作为第一光波导8a的一端的光输入部和作为第二光波导8b的一端的光输入部。分波器4将输入光2进行分支，将分支后的光输出到第一光波导8a的光输入部和第二光波导8b的光输入部。

在本实施方式2中，第一行波电极9a沿着在第一光波导8a的一个方向上延伸的部分配设，第二行波电极9b沿着在第二光波导8b的一个方向上延伸的部分配设。也就是说，在平面视图中，第一及第二行波电极9a、9b以隔着第一及第二光波导8a、8b的方式配设。

从信号源6输出的电信号被输入到第一及第二行波电极9a、9b。第一行波电极9a是地电极，第二行波电极9b是信号电极。高频信号经由第一行波电极9a被施加到第一光波导8a，由此第一光波导8a的折射率发生变化，在第一光波导8a中传播的光信号的相位被调制。

合波器5连接于作为第一光波导8a的另一端的光输出部和作为第二光波导8b的另一端的光输出部。在对光信号的相位进行调制的结构中，合波器5将从第一光波导8a的光输出部输出的被相位调制的调制波与从第二光波导8b的光输出部输出的参照波进行干涉合成。然后，合波器5输出随着光的折射率差而产生相位变化的光信号来作为输出光3。另一方面，在对光信号的强度进行调制的结构中，合波器5将从第一光波导8a的光输出部输出的光与从第二光波导8b的光输出部输出的光进行合成，由此将光信号的相位的调制变换为光信号的强度的调制。然后，合波器5输出强度被调制后的光信号来作为输出光3。这样构成的本实施方式1所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1能够对输入到马赫-曾德尔型光调制器1的光的相位和强度的至少一个进行调制。此外，在光的相位的调制中例如使用1组×2个马赫-曾德尔型光调制器1，在光的强度的调制中例如使用2组×2个马赫-曾德尔型光调制器1。

此外，输入到第一及第二行波电极9a、9b的电信号在终端电阻7处被终止。在本实施方式2中，为了进行单层驱动，终端电阻7的电阻值例如优选为50ω，但是也可以是其它电阻值。

接着，说明本实施方式2所涉及的光调制器1的结构的详情。图6是表示本实施方式2所涉及的光调制器1的结构的立体图。图7是沿着图5的a-a线的截面图，图8是沿着图5的b-b线的截面图。

本实施方式2所涉及的光调制器1除了上述的第一及第二行波电极9a、9b等以外，还具备基板11、下部包层12、上部包层13、芯层14以及dc电源16。如图7和图8所示，芯层14包括n型的第一半导体区14a、p型的第二半导体区14b以及n型的第三半导体区14c。此外，n型和p型也可以相反。也就是说，芯层14也可以包括p型的第一半导体区14a、n型的第二半导体区14b以及p型的第三半导体区14c。第二半导体区14b与第一半导体区14a邻接地配设，第三半导体区14c在与第一半导体区14a相反的一侧与第二半导体区14b邻接地配设。

下部包层12配设于基板11上，芯层14选择性地配设于下部包层12上，上部包层13配设于下部包层12和芯层14上。

如图7和图8所示，第一半导体区14a包括平板14as和肋14al，第二半导体区14b包括平板14bs和2个肋14bl，第三半导体区14c包括平板14cs和肋14cl。

第一半导体区14a与第二半导体区14b的邻接部分对应于第一光波导8a。此外，在将此处所说的邻接部分设为肋14al和肋14bl的情况下，第一光波导8a既可以是邻接部分本身，也可以是邻接部分的一部分，还可以是对邻接部分加上平板和包层的部分。同样地，第二半导体区14b与第三半导体区14c的邻接部分对应于第二光波导8b。此外，在将此处所说的邻接部分设为其它肋14bl和肋14cl的情况下，第二光波导8b既可以是邻接部分本身，也可以是邻接部分的一部分，还可以是对邻接部分加上平板和包层的部分。上述的包括下部包层12和上部包层13的包层通过覆盖芯层14的第一～第三半导体区14a～14c，来覆盖第一及第二光波导8a、8b。此外，下部包层12和上部包层13的折射率低于第一及第二光波导8a、8b的折射率。

在本实施方式2中，通过肋14al与肋14bl连接来形成pn结，通过其它肋14bl与肋14cl连接来形成pn结。因此，对应于第一半导体区14a与第二半导体区14b的邻接部分的第一光波导8a包括p型半导体和n型半导体，对应于第二半导体区14b与第三半导体区14c的邻接部分的第二光波导8b包括p型半导体和n型半导体。

在使用dc电源16对pn结施加了反向偏压的情况下，在pn结中形成耗尽层，因此载流子能够高速移动，进而能够使光的调制速度高速化。

另外，如果对pn结施加电压则产生载流子密度变化，引起载流子等离子体色散，因此折射率发生变化。在载流子密度增大的情况下折射率减小，在载流子密度减小的情况下折射率增大。例如，在对第一及第二行波电极9a、9b施加了高频信号的情况下，在由肋14al和肋14bl构成的pn结中耗尽层宽度减小，因此第一光波导8a的载流子密度下降而折射率增大。然而，在由肋14bl和肋14cl构成的pn结中耗尽层宽度增大，因此第二光波导8b的载流子密度增大而折射率下降。利用这样的现象，通过控制pn结的载流子密度，来对第一光波导8a的折射率、进而对在该第一光波导8a中传播的光信号的相位进行调制。另外，在本实施方式1中，肋14al与肋14bl的pn结以及肋14bl与肋14cl的pn结分别背对背地串联连接，因此能够降低pn结的电容，进而能够提高带宽。

以上说明了包层和光波导的结构的一例。然而，在本实施方式2中，也能够应用在实施方式1中说明的各种结构。

如图6和图7所示，在除第一光波导8a以外的第一半导体区14a上的包层中，作为将第一行波电极9a与第一半导体区14a进行连接的多个贯通孔的多个第一通孔10a沿着第一光波导8a配设。同样地，在除第二光波导8b以外的第三半导体区14c上的包层中，作为将第二行波电极9b与第三半导体区14c进行连接的多个贯通孔的多个第二通孔10b沿着第二光波导8b配设。

在本实施方式2中，多个第一通孔10a沿着第一光波导8a进而沿着第一行波电极9a周期性地(按固定距离间隔)配设于除肋以外的第一半导体区14a上的上部包层13。同样地，多个第二通孔10b沿着第二光波导8b进而沿着第二行波电极9b周期性地(按固定距离间隔)配设于除肋以外的第三半导体区14c上的上部包层13。根据这样的多个第一及第二通孔10a、10b的配置，能够简化构造设计和制作工艺。

另外，在本实施方式2中，在平面视图中多个第一通孔10a分别具有在第一行波电极9a的延伸方向上延伸的形状。同样地，在平面视图中多个第二通孔10b分别具有在第二行波电极9b的延伸方向上延伸的形状。根据这样的多个第一及第二通孔10a、10b的形状，能够简化构造设计和制作工艺。

第一行波电极9a在截面视图中配设于多个第一通孔10a正上方，经由多个第一通孔10a来与第一半导体区14a连接。同样地，第二行波电极9b在截面视图中配设于多个第二通孔10b正上方，经由多个第二通孔10b来与第三半导体区14c连接。也就是说，第一行波电极9a通过多个第一通孔10a内的未图示的导电构件来与第一半导体区14a电连接，第二行波电极9b通过多个第二通孔10b内的未图示的导电构件来与第三半导体区14c电连接。通过这样的第一及第二行波电极9a、9b，能够对第一及第二光波导8a、8b施加用于对在第一及第二光波导8a、8b中传播的光信号进行调制的电压。

第一行波电极9a在平面视图中沿着第一光波导8a具有宽度和长度地延伸，宽度大于多个第一通孔10a。同样地，第二行波电极9b在平面视图中沿着第二光波导8b具有宽度和长度地延伸，宽度大于多个第二通孔10b。

第一及第二行波电极9a、9b不具有如专利文献1和非专利文献1那样的t字型电极。在平面视图中的第一及第二行波电极9a、9b的形状中例如与实施方式1同样地包括实心形状等。此外，在本实施方式2中，设第一及第二行波电极9a、9b的形状关于第一及第二光波导8a、8b之间的中心线彼此线对称，第一行波电极9a的宽度与第二行波电极9b的宽度彼此相同。根据这样的第一及第二行波电极9a、9b的线对称的形状，能够使构造设计容易。

以上说明了第一及第二通孔10a、10b以及第一及第二行波电极9a、9b的结构的一例。然而，在本实施方式2中，也能够应用在实施方式1中说明的各种结构。

接着，说明本实施方式2所涉及的光调制器1中的构造设计。在本实施方式2所涉及的光调制器1中，也与实施方式1同样地，为了进行阻抗匹配和折射率匹配，进行调制器的电容和电感的最优化。例如，使阻抗z0接近50ω、使高频折射率nμ接近光折射率nopt的值即3.7、换言之使式(1)和(2)的电感l0接近617nh/m、使电容c0接近246ph/m成为最优化的目标。此外，本实施方式2所涉及的构造设计的具体的式、过程与实施方式1大致相同，因此在此省略其说明。

图9～图12是表示通过本实施方式2所涉及的光调制器1的设计所得到的计算结果(粗线)、通过非专利文献1所涉及的光调制器的设计所得到的计算结果(细线)以及目标值(虚线)的图表。

如图9所示，本实施方式2所涉及的光调制器1的电感l0相比于非专利文献1所涉及的光调制器而言降低。推测其原因是由于不具有t字型电极而本实施方式2所涉及的光调制器1中的电极间距离能够相比于非专利文献1所涉及的光调制器而言变短。

如图10所示，本实施方式2所涉及的光调制器1的电容c0相比于非专利文献1所涉及的光调制器而言降低。推测其原因是在本实施方式2所涉及的光调制器1中去除了起因于t字型电极的电容。

如图11所示，本实施方式2所涉及的光调制器1的信号强度的损耗相比于非专利文献1所涉及的光调制器而言降低。推测这是因为在本实施方式2所涉及的光调制器1中能够降低调制器的电感l0和调制器的电容c0。

如图12所示，本实施方式2所涉及的光调制器1的高频(例如-3db带宽)下的电光变换增益eo的降低相比于非专利文献1所涉及的光调制器而言得到了抑制。推测这是因为在本实施方式2所涉及的光调制器1中能够使阻抗z0和高频折射率nμ分别接近作为目标值的50ω和3.7。

<实施方式2的汇总>

在如以上那样的本实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1中，多个第一及第二通孔10a、10b配设于包层，第一及第二行波电极9a、9b经由多个第一及第二通孔10a、10b来与第一及第三半导体区14a、14c连接。根据这样的结构，与实施方式1同样地，通过调整多个第一及第二通孔10a、10b，能够取得调制器的电感和电容的匹配。另外，由于行波电极不具有t字型电极，因此能够实现马赫-曾德尔型光调制器的小型化。另外，由于电感变小，因此也容易取得匹配。并且，包括iv族半导体的马赫-曾德尔型光调制器相比于包括iii-v族半导体的马赫-曾德尔型光调制器而言，一般来说成本低，并且发现了能够制作通孔的绝缘体，因此能够期待元件制作工艺的简化和成本降低。

另外，在本实施方式2中，与邻接部分对应的第一光波导8a以及与邻接部分对应的第二光波导8b分别包括p型半导体和n型半导体，因此能够使构造设计容易。

另外，如果将本实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器应用于相位调制方式的马赫-曾德尔型光调制器，则能够进行多值调制，能够增加信息发送费。另外，如果将本实施方式2所涉及的马赫-曾德尔型光调制器应用于强度调制方式的马赫-曾德尔型光调制器，则能够减小波长啁啾，因此对长距离用途是有效的。

<实施方式3>

图13是表示本发明的实施方式3所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1(以下还有时简记为“光调制器1”)的结构的平面图。图14是表示本实施方式3所涉及的光调制器1的结构的立体图。图15是沿着图13的a-a线的截面图，图16是沿着图13的b-b线的截面图。以下，对本实施方式3所涉及的结构要素中的与上述的结构要素相同或类似的结构要素附加相同的参照符号，主要说明不同的结构要素。

本实施方式3所涉及的光调制器1在实施方式2的光调制器(图5)的基础上，还具备第三行波电极9c和第四行波电极9d，具备第一及第二终端电阻7a、7b以代替实施方式2的终端电阻7。

第三行波电极9c在平面视图中配设于关于第一行波电极9a与第一光波导8a相反侧的包层上，经由第一终端电阻7a来与第一行波电极9a连接。第四行波电极9d在平面视图中配设于关于第二行波电极9b与第二光波导8b相反侧的包层上，经由第二终端电阻7b来与第二行波电极9b连接。

从信号源6输出的电信号被输入到沿着在第一光波导8a的一个方向上延伸的部分配设的第一及第二行波电极9a、9b。第一及第二行波电极9a、9b是施加一对差动信号的信号电极，第三及第四行波电极9c、9d是地电极。

在这样构成的本实施方式3中，为了进行差动驱动，第一及第二终端电阻7a、7b的电阻值例如优选为100ω，但是也可以是其它电阻值。另外，本实施方式3所涉及的光调制器1由于进行差动驱动，能够将本实施方式3所涉及的光调制器1的消耗电力降低为进行单层驱动的实施方式2所涉及的光调制器1的消耗电力的一半。此外，在本实施方式3中，为了简化构造设计，第一及第三行波电极9a、9c的形状与第二及第四行波电极9b、9d的形状关于第一及第二光波导8a、8b之间的虚拟的中心线彼此线对称，但是该线对称的形状不是必须的。此外，本实施方式3所涉及的其它结构与实施方式1、2大致相同，因此在此省略其说明。

接着，说明本实施方式3所涉及的光调制器1中的构造设计。在本实施方式3所涉及的光调制器1中也与实施方式1、2同样地，为了进行阻抗匹配和折射率匹配，进行调制器的电容和电感的最优化。但是，在本实施方式3中，例如使阻抗z0接近100ω、使高频折射率nμ接近光折射率nopt的值即3.7成为最优化的目标。此外，本实施方式3所涉及的构造设计的具体的式、过程与实施方式1、2大致相同，因此在此省略其说明。

<实施方式3的汇总>

如以上那样的本实施方式3所涉及的马赫-曾德尔型光调制器1能够得到与实施方式2同样的效果。另外，本实施方式3所涉及的光调制器1由于具备第三及第四行波电极9c、9d，因此能够进行差动驱动，作为其结果能够降低消耗电力。

此外，本发明能够在其发明的范围内将各实施方式自由地进行组合、或者将各实施方式适当变形、省略。

详细地说明了本发明，但是上述的说明在所有方式中均是例示的，本发明不限定于此。应被理解为在不脱离本发明的范围的情况下可设想未例示的无数个变形例。