特許 7562045 光変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】光変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

G02F1/025

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024520553

(86)(22)【出願日】2023-12-01

(86)【国際出願番号】 JP2023043047

【審査請求日】2024-04-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山路 和樹

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１１５７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／２６９７７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０２９７６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１１５３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０３８８７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０５６８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０７０２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３４１４９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００５／０７１８０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２２／１３８８４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１５６２６８８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－１／３９

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の端部に設けられ、外部から光が入射する光入力部と、
前記基板上に設けられ、前記光入力部と光導波路を介して接続され、入射した光の位相を変調する複数の位相変調器と、
前記基板上に設けられ、前記複数の位相変調器と前記光導波路を介してそれぞれ接続され、前記位相変調器から出射した光の位相を調整する複数の位相調整器と、
前記基板の端部に設けられ、前記複数の位相調整器から出力された光を、前記光導波路を介して外部に出射する光出力部と、
前記基板の端部に沿って配置された複数の信号電極パッドと、
前記複数の信号電極パッドと前記位相調整器とを電気的に接続し、前記光導波路と交差する交差部を有する信号配線路と、を備え、
前記光導波路は、前記基板上に形成された導電層と、絶縁層と、第１クラッド層と、光導波層と、第２クラッド層とからなり、
前記交差部において、前記導電層と信号配線路用導電層が埋込層を介して交差することを特徴とする光変調器。

【請求項2】

前記埋込層は、絶縁性半導体層からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。

【請求項3】

前記埋込層はｐ型半導体層からなり、前記導電層はｎ型半導体層からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。

【請求項4】

前記信号配線路用導電層の端部と前記信号配線路の端部が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調器。

【請求項5】

前記信号配線路用導電層は前記信号配線路の一部であり、前記導電層及び前記信号配線路は高濃度のｎ型半導体層からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調器。

【請求項6】

少なくとも前記光導波路及び前記信号配線路が表面保護膜で被覆されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調器。

【請求項7】

前記複数の位相調整器はそれぞれ第１位相調整器及び前記第１位相調整器に前記光導波路を介して接続される第２位相調整器からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光変調器に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンに代表される移動体通信端末の普及、クラウドサービスの拡張によるデータサービスの多様化などにより、近年、通信トラフィックは急速に増大している。これにともない、さらなる光通信システムの高速化及び大容量化が要求されている。

【0003】

光通信システムの高速化及び大容量化の要求に対応するために、光ファイバ中を強度及び位相の両方を変調した光信号が偏波多重されて伝送されるデジタルコヒーレント通信技術を用いた多値化技術が進展している。多値光変調器においては、光の振幅及び位相をそれぞれ制御でき、ゼロチャープの光変調信号が生成可能なマッハツェンダ型光変調器が用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０２２／１３８８４５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

マッハツェンダ型光変調器では、単一の基板上に、多数の部品が光導波路及び信号配線路を介して相互に接続されている。したがって、光導波路と信号配線路が交差する部分が不可避的に発生する。

【0006】

かかる交差部では、光導波路の上方側で交差する信号配線路から下方側の光導波路に、信号配線路を流れる信号電流に起因して発生する電界がかかる。交差部の光導波路を伝搬する光の位相は、電界の影響を受けて、わずかではあるが変化する。つまり、信号配線路で発生する電界は光導波路を伝搬する光の位相を意図せずに変調する。また、信号配線路に起因して発生する応力が光導波路にかかることによっても、光導波路を伝搬する光の位相が意図せずに変調する。

【0007】

交差部において、信号配線路に起因する電界及び応力の影響によって、交差する光導波路内で信号光の位相変調が発生する。光導波路を伝搬する信号光に対する交差部での意図しない位相変調は雑音となり、光変調動作を擾乱するおそれがある。このような交差部において発生する意図しない位相変調は、擾乱変調と呼ばれる。

【0008】

特許文献１に記載の光導波路素子では、光導波路と信号電極（信号配線路）の交差部において、中間層の層厚を厚くすることにより、光導波路にかかる電界を低減している。この結果、凸部光導波路と電気信号を伝搬する信号電極（信号配線路）との交差部における擾乱変調の発生を効果的に抑制する。

【0009】

しかしながら、特許文献１に記載の光導波路素子における凸部光導波路と信号電極の交差部の構成では、凸部光導波路にかかる電界は低減されるものの応力はむしろ増大する。この結果、信号光が導波する凸部光導波層の屈折率の本来の数値からのずれが依然として発生するため、光導波路素子の光学特性、具体的には光変調特性に悪影響を及ぼすおそれがある。

【0010】

本開示は上記のような問題点を解消するためになされたもので、光導波路と信号配線路の交差部において光導波層にかかる電界及び応力が緩和され、光変調特性に優れた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】

【0011】

本開示に係る光変調器は、
基板と、
前記基板の端部に設けられ、外部から光が入射する光入力部と、
前記基板上に設けられ、前記光入力部と光導波路を介して接続され、入射した光の位相を変調する複数の位相変調器と、
前記基板上に設けられ、前記複数の位相変調器と前記光導波路を介してそれぞれ接続され、前記位相変調器から出射した光の位相を調整する複数の位相調整器と、
前記基板の端部に設けられ、前記複数の位相調整器から出力された光を、前記光導波路を介して外部に出射する光出力部と、
前記基板の端部に沿って配置された複数の信号電極パッドと、
前記複数の信号電極パッドと前記位相調整器とを電気的に接続し、前記光導波路と交差する交差部を有する信号配線路と、を備え、
前記光導波路は、前記基板上に形成された導電層と、絶縁層と、第１クラッド層と、光導波層と、第２クラッド層とからなり、
前記交差部において、前記導電層と信号配線路用導電層が埋込層を介して交差することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本開示に係る光変調器によれば、信号配線路の交差部分を半導体材料によって構成し、かつ光導波路の下方側に設けたので、光導波路と信号配線路の交差部において光導波層にかかる電界及び応力が緩和されるため、光変調特性に優れた光変調器を得ることができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１から４に係る光変調器の上面図である。

【図2】実施の形態１に係る光変調器において、光導波路と信号配線路が交差する交差部の概観図である。

【図3】実施の形態１に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路の断面図である。

【図4】実施の形態１に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、交差部における光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路の断面図である。

【図5】実施の形態１に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、交差部における光の伝搬方向に沿った光導波路の断面図である。

【図6】比較例である光変調器において、光導波路と信号配線路が交差する交差部の概観図である。

【図7】比較例である光変調器の一部を構成する光導波路において、光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路の断面図である。

【図8】比較例である光変調器において、交差部における光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路の断面図である。

【図9】実施の形態２に係る光変調器において、光導波路と信号配線路が交差する交差部の概観図である。

【図10】実施の形態２に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、交差部における光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路の断面図である。

【図11】実施の形態２に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、交差部における光の伝搬方向に沿った光導波路の断面図である。

【図12】実施の形態３に係る光変調器において、光導波路と信号配線路が交差する交差部の概観図である。

【図13】実施の形態３に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、交差部における光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路の断面図である。

【図14】実施の形態３に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、交差部における光の伝搬方向に沿った光導波路の断面図である。

【図15】実施の形態４に係る光変調器において、光導波路と信号配線路が交差する交差部の概観図である。

【図16】実施の形態４に係る光変調器の一部を構成する光導波路において、交差部における光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施の形態１．
＜実施の形態１に係る光変調器の構成＞
図１は、実施の形態１に係る光変調器５００の上面図である。
実施の形態１に係る光変調器５００は、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１と、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１の端部に設けられ、外部から光が入射する光入力部２と、光入力部２と光導波路１０を介して接続され、入射した光を位相変調する８つの位相変調器２０と、８つの位相変調器２０と光導波路１０を介してそれぞれ接続され位相変調器２０から出射した光の位相を調整する８つの第１位相調整器３０と、８つの第１位相調整器３０と光導波路１０を介してそれぞれ接続され８つの第１位相調整器３０から出射した光の位相をさらに調整する４つの第２位相調整器４０と、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１の端部に設けられ４つの第２位相調整器４０から出力された光を光導波路１０を介して外部に出射する２つの光出力部３と、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１の端部に沿って配置された複数の信号電極パッド５０と、複数の信号電極パッド５０と第１位相調整器３０及び第２位相調整器４０とを電気的に接続し、光導波路１０と交差する交差部７０を有する信号配線路６０と、を備える。

【0015】

位相変調器２０は、２つの位相変調器が一対のペアとなってそれぞれマッハツェンダ型位相変調器を構成する。図１に示す光変調器５００の一例では、位相変調器２０は、ＸＩチャネルに対応する第１マッハツェンダ型位相変調器と、ＸＱチャネルに対応する第２マッハツェンダ型位相変調器と、ＹＩチャネルに対応する第３マッハツェンダ型位相変調器と、ＹＱチャネルに対応する第４マッハツェンダ型位相変調器と、で構成される。

【0016】

図２は、実施の形態１に係る光変調器５００における、光導波路１０と信号配線路６０が交差する交差部７０の概観図である。図３は、実施の形態１に係る光変調器５００の一部を構成する光導波路１０において、光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路１０の断面図である。図４は、実施の形態１に係る光変調器５００の一部を構成する光導波路１０において、交差部７０における光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路１０の断面図である。図５は、実施の形態１に係る光変調器５００の一部を構成する光導波路１０において、交差部７０における光の伝搬方向に沿った光導波路１０の断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、表面保護膜６１は省略している。

【0017】

光導波路１０は、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１に形成されたｎ型ＩｎＰ導電層１１０と、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０と、ｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０と、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：多重量子井戸）光導波層１４０と、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１５０と、を備える。Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１の表面が露出した部分、及び光導波路１０の表面及び両側面は、表面保護膜６１で覆われている。表面保護膜６１の一例としてＳｉＯ₂膜が挙げられる。しかしながら、表面保護膜６１はＳｉＯ₂膜以外でも良く、例えば、ＳｉＮ膜でも良い。

【0018】

なお、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０は導電層の一例であり、また、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０は絶縁層の一例であり、他の半導体材料からなる導電層、絶縁層であっても良い。また、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０を構成するｎ型ＩｎＰ層は、ｎ型半導体層の一例であり、他のｎ型半導体層で構成されても良い。

【0019】

光の伝搬方向に垂直な方向における光導波路１０の断面形状は、図３に示すように、メサ形状を呈している。半導体基板の一例として、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板を挙げたが、半導体基板は、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板以外であっても良い。さらには、半導体材料以外の材料からなる基板であっても良い。

【0020】

＜実施の形態１に係る光変調器の交差部の構成＞
図２及び図５に示すように、交差部７０では、光導波路１０のｎ型ＩｎＰ導電層１１０と、交差部７０に特化して設けられたｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００が、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０とｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００とを電気的に絶縁するために設けられたＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０を介して交差する。

【0021】

ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００は、光導波路１０と重複する部位、及び、光導波路１０の両側面側に延在する部位を有する。ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の端部、つまり、光導波路１０の両側面側に延在する部位の端部と信号配線路６０の端部とは、電気的に接続されている。信号配線路６０を構成する金属膜の一例として、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の２層からなる金属膜が挙げられる。

【0022】

信号配線路用導電層と信号配線路６０とを電気的に接続する構造として、例えば、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の端部において信号配線路６０に対向する側面及び先端部から予め設定された距離までｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の表面上に、信号配線路６０を構成する金属膜を形成する構造が挙げられる。なお、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の表面上を延在する金属膜からなる信号配線路６０は、光導波路１０側のＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０には接触しないように形成される。

【0023】

図２及び図５に示すように、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の両側面にはＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０が設けられている。つまり、交差部７０において、導電層であるｎ型ＩｎＰ導電層１１０とｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００が、埋込層であるＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０を介して交差している。なお、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０は、絶縁性半導体層の一例であり、他の半導体材料からなる埋込層であっても良い。

【0024】

また、光導波路１０と交差するｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の上方側には、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０が設けられているため、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００は、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０及びｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０とは電気的に絶縁されている。したがって、信号配線路６０からｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００に流れる信号電流は、光導波路１０を構成するｎ型ＩｎＰ導電層１１０及びｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０の側には流れない。

【0025】

＜実施の形態１に係る光変調器の動作＞
実施の形態１に係る光変調器５００の動作について、以下に説明する。
光変調器５００の外部から光入力部２に入射した光は、光導波路１０によって導波及び分岐され、８つの位相変調器２０、すなわち４組のマッハツェンダ型位相変調器にそれぞれ入射して、位相変調器２０によって光の位相が変調される。

【0026】

位相変調された光は、光導波路１０を介して８つの第１位相調整器３０に入射する。第１位相調整器では、信号電極パッド５０に入力した信号電流が信号配線路６０を流れ、さらに信号配線路６０と電気的に接続された第１位相調整器３０に流れることにより、入射した光の位相調整が行われる。

【0027】

第１位相調整器３０によって位相が調整された光は、光導波路１０を介して４つの第２位相調整器４０にそれぞれ入射する。第２位相調整器４０では、信号電極パッド５０に入力された信号電流が信号配線路６０を流れ、さらに信号配線路６０と電気的に接続された第２位相調整器４０に流れることにより、入射した光を再度、位相調整する。

【0028】

第２位相調整器４０によって再度、位相調整された光は、光導波路１０を介して２つの光出力部３から、光変調器５００の外部に出力される。
以上が、実施の形態１に係る光変調器５００の動作の概要である。

【0029】

＜実施の形態１に係る光変調器の作用及び効果＞
実施の形態１に係る光変調器５００の作用及び効果を説明する前に、比較例の光変調器５５０における、光導波路１０ａと信号配線路６０ａが交差する交差部７０ａについて、以下に説明する。

【0030】

図６は、比較例である光変調器５５０において、光導波路１０ａと信号配線路６０ａが交差する交差部７０ａの概観図である。図７は、比較例である光変調器５５０の一部を構成する光導波路１０ａにおいて、光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路１０ａの断面図である。図８は、比較例である光変調器５５０において、交差部７０ａにおける光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路１０ａの断面図である。

【0031】

比較例である光変調器５５０の光導波路１０ａは、図７に示すように、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１ａに形成されたｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ａと、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ａと、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１５０ａと、を備える。Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１ａの表面が露出した部分、及び光導波路１０ａの表面及び両側面は、表面保護膜６１ａで覆われている。光の伝搬方向に垂直な方向における光導波路１０ａの断面形状は、図７に示すように、メサ形状を呈している。

【0032】

比較例である光変調器５５０の光導波路１０ａは、図６及び図８に示すように、光導波路１０ａと信号配線路６０ａが交差する交差部７０ａでは、光導波路１０ａの上方側及び両側面に信号配線路６０ａが形成されている。すなわち、信号配線路６０ａが光導波路１０ａを跨ぐ状態で形成されている。

【0033】

上述したように、このような交差部７０ａでは、光導波路１０ａの上方側で交差する信号配線路６０ａから下方側の光導波路１０ａのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ａに、信号配線路６０ａから発生する電界及び応力の両方がかかる。ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ａに電界がかかるのは、信号配線路６０ａとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ａの間に電位差が発生するが、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ａは、信号配線路６０ａとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ａの間に位置しているため、両者の電位差により発生した電界がかかるからである。

【0034】

交差部７０ａの光導波路１０ａを伝搬する光の位相は、電界及び応力の影響を受けて、わずかではあるが意図せずに変化する。つまり、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ａにかかる電界及び応力は、光導波路１０ａを伝搬する光の位相を意図せずに変調する。

【0035】

交差部７０ａにおいて、信号配線路６０ａに起因する電界及び応力の影響によって、交差する光導波路１０ａ内で信号光の位相変調が発生する。光導波路１０ａを伝搬する信号光に対する交差部７０ａでの意図しない位相変調は雑音となり、光変調動作を擾乱するおそれがある。

【0036】

一方、実施の形態１に係る光変調器５００では、図２、図４、及び図５に示すように、交差部７０では、光導波路１０のｎ型ＩｎＰ導電層１１０と、交差部７０に特化して設けられたｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００が、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０とｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００とを電気的に絶縁するために設けられたＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０を介して交差する。

【0037】

Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１の表面に垂直な方向において、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００とｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０との間には、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０が設けられている。Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０は、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００とｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０とを電気的に絶縁するように機能する。ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００を流れる信号電流が、光導波路側に流れないようにするためである。

【0038】

また、図５に示すように、交差部７０における光の伝搬方向に沿って、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の両側面にはＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０がそれぞれ設けられている。したがって、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００は、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０と電気的に絶縁されている。

【0039】

交差部７０においては、信号配線路を兼ねるｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００とｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０の間に電位差が発生するが、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０は、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００とｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０の間に位置してはいないため、両者の電位差により発生した電界はｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０には直接かからない。

【0040】

さらに、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００とｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０の間に設けられたＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０によって電界が低減されるため、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０に間接的にかかる電界を弱める効果も生じるので、結果的に、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０にかかる電界は著しく低減される。つまり、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０は、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００において信号電流が流れるにともない発生する電界のうち、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０にかかる電界を低減するように機能する。

【0041】

また、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００を構成する半導体材料の熱膨張係数は、光導波路１０を構成するｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０を構成する半導体材料の熱膨張係数と極めて近い。ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００及びｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０を構成する半導体材料は、共通するＩｎＰ系化合物半導体材料であるからである。よって、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００を設けることによって発生する応力は著しく小さい。

【0042】

つまり、信号配線路６０は、光導波路１０の下方側に設けられたｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００を経由することにより光導波路１０を貫通するように配置されているので、比較例のような信号配線路６０ａが光導波路１０ａの上方側で交差するような構成と比べて、信号配線路６０からｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０にかかる電界及び応力が著しく低減できる。

【0043】

なお、実施の形態１に係る光変調器５００の一部である、光導波路１０と信号配線路６０が交差する交差部７０は、公知の製造方法によって形成される。

【0044】

＜実施の形態１の効果＞
以上、実施の形態１に係る光変調器によると、光導波路に交差する信号配線路を半導体材料からなる信号配線路用導電層を介して接続し、かつ光導波路の下方側に設けたので、光導波路と信号配線路の交差部において光導波層にかかる電界及び応力が緩和されるため、光変調特性に優れた光変調器を得ることができる効果を奏する。

【0045】

実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る光変調器６００における、光導波路１０ｂと信号配線路６０ｂが交差する交差部７０ｂの概観図である。図１０は、実施の形態２に係る光変調器６００の一部を構成する光導波路１０ｂにおいて、交差部７０ｂにおける光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路１０ｂの断面図である。図１１は、実施の形態２に係る光変調器６００の一部を構成する光導波路１０ｂにおいて、交差部７０ｂにおける光の伝搬方向に沿った光導波路１０ｂの断面図である。なお、図９では、説明の便宜上、表面保護膜６１ｂは省略している。

【0046】

＜実施の形態２に係る光変調器の交差部の構成＞
実施の形態２に係る光変調器６００と実施の形態１に係る光変調器５００の構成上の相違点は、実施の形態１に係る光変調器５００のｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の両側面に設けられたＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０の代りに、実施の形態２に係る光変調器６００のｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂの両側面には、ｐ型ＩｎＰ埋込層２１０ｂが設けられている点である。なお、ｐ型ＩｎＰ埋込層２１０ｂは埋込層の一例であり、他の半導体材料からなる埋込層であっても良い。また、ｐ型ＩｎＰ埋込層２１０ｂを構成するｐ型ＩｎＰ層はｐ型半導体層の一例であり、他のｐ型の半導体材料であっても良い。

【0047】

図１１に示すように、実施の形態２に係る光変調器６００の交差部７０ｂでは、光の伝搬方向に沿って、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂの両側面にｐ型ＩｎＰ埋込層２１０ｂがそれぞれ設けられている。つまり、交差部７０ｂでは、光の伝搬方向に沿って、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０ｂ、ｐ型ＩｎＰ埋込層２１０ｂ、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂ、ｐ型ＩｎＰ埋込層２１０ｂ、及びｎ型ＩｎＰ導電層１１０ｂの順序で配置されている。ｎ型ＩｎＰ導電層１１０ｂとｐ型ＩｎＰ埋込層２１０ｂとｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂとは、導電型を鑑みると、ｎ－ｐ－ｎ構造となっている。よって、ｎ型ＩｎＰ導電層１１０ｂからｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂの間では、逆バイアスとなるため電流が流れない。

【0048】

交差部７０ｂにおいては、信号配線路を兼ねるｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ｂの間に電位差が発生するが、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｂは、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ｂの間に位置してはいないため、両者の電位差により発生した電界はｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｂには直接かからない。

【0049】

さらに、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００ｂとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ｂの間に設けられたＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０ｂによって電界が低減されるため、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｂに間接的にかかる電界を弱める効果も生じるので、結果的に、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｂにかかる電界は著しく低減される。

【0050】

＜実施の形態２の効果＞
以上、実施の形態２に係る光変調器によると、光導波路に交差する信号配線路を半導体材料からなる信号配線路用導電層を介して接続し、かつ光導波路の下方側に設けたので、光導波路と信号配線路の交差部において光導波層にかかる電界及び応力が緩和されるため、光変調特性に優れた光変調器を得ることができる効果を奏する。

【0051】

実施の形態３．
図１２は、実施の形態３に係る光変調器７００における、光導波路１０ｃと信号配線路６０ｃが交差する交差部７０ｃの概観図である。図１３は、実施の形態３に係る光変調器７００の一部を構成する光導波路１０ｃにおいて、交差部７０ｃにおける光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路１０ｃの断面図である。図１４は、実施の形態３に係る光変調器７００の一部を構成する光導波路１０ｃにおいて、交差部７０ｃにおける光の伝搬方向に沿った光導波路１０ｃの断面図である。なお、図１２では、説明の便宜上、表面保護膜６１ｃは省略している。

【0052】

＜実施の形態３に係る光変調器の交差部の構成＞
実施の形態３に係る光変調器７００と実施の形態１に係る光変調器５００の構成上の相違点を、以下に説明する。

【0053】

実施の形態１に係る光変調器５００では、光導波路１０と交差する部分にはｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００が設けられ、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００と金属膜からなる信号配線路６０とは、ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の先端部から予め設定された距離までｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００の表面に信号配線路６０を構成する金属膜を形成する構造となっている。

【0054】

一方、実施の形態３に係る光変調器７００では、図１２及び図１４に示すように、信号配線路６０ｃ自体が、ｎ型ドーパントの濃度が高いｎ型ＩｎＰからなる高濃度ｎ型ＩｎＰ配線層で構成されている。すなわち、信号配線路６０ｃの一部が、実施の形態１及び２のような信号配線路用導電層としての機能を兼ねている。信号配線路６０ｃは、実施の形態１のｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００と同様、光導波路１０ｄの下方側に設けられる。つまり、信号配線路６０ｃが、実施の形態１のｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層２００と同様の機能を果たしている。

【0055】

信号配線路６０ｃを構成する高濃度ｎ型ＩｎＰ配線層中のｎ型ドーパントのドーピング濃度は、例えば１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上が望ましい。信号配線路として、配線抵抗をなるべく低減する必要があるからである。

【0056】

交差部７０ｃにおける信号配線路６０ｃの両側面には、実施の形態１と同様に、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０ｃのような絶縁性半導体層からなる埋込層を設けている。なお、実施の形態２のように、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層２１０ｃの代りに、ｐ型ＩｎＰ埋込層のようなｐ型半導体層からなる埋込層を設けても良い。

【0057】

交差部７０ｃにおいては、信号配線路６０ｃとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ｃの間に電位差が発生するが、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｃは、信号配線路６０ｃとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ｃの間に位置してはいないため、両者の電位差により発生した電界はｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｃには直接かからない。

【0058】

さらに、信号配線路６０ｃとｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１３０ｃの間に設けられたＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層１２０ｃによって電界が低減されるため、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｃに間接的にかかる電界を弱める効果も生じるので、結果的に、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層１４０ｃにかかる電界は著しく低減される。

【0059】

実施の形態３に係る光変調器７００では、信号配線路６０ｃとしてＩｎＰ系化合物半導体で構成された高濃度ｎ型ＩｎＰ配線層を適用したので、材料的には、光導波路１０ｃとほぼ同一の半導体材料で構成される。したがって、実施の形態１及び２のような信号配線路を形成するために金属膜を成膜及び所望の形状にパターニングするといったプロセスを省略することができる。この結果、よりコストダウンが図られ、かつ光変調特性に優れた光変調器が得られる。

【0060】

＜実施の形態３の効果＞
以上、実施の形態３に係る光変調器によると、信号配線路を半導体材料で構成し、かつ光導波路の下部に設けたので、光導波路と信号配線路の交差部において光導波層にかかる電界及び応力が緩和されるため、よりコストダウンが図られ、かつ光変調特性に優れた光変調器を得ることができるという効果を奏する。

【0061】

実施の形態４．
図１５は、実施の形態４に係る光変調器８００における、光導波路１０ｄと信号配線路６０ｄが交差する交差部７０ｄの概観図である。図１６は、実施の形態４に係る光変調器７００の一部を構成する光導波路１０ｄにおいて、交差部７０ｄにおける光の伝搬方向に垂直な方向の光導波路１０ｄの断面図である。なお、図１５では、説明の便宜上、表面保護膜６１ｄは省略している。

【0062】

＜実施の形態４に係る光変調器の交差部の構成＞
実施の形態４に係る光変調器８００では、図１５及び図１６に示すように、光導波路１０ｄと信号配線路６０ｄが交差する交差部７０ｄの光導波路１０ｄの両側面側に、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１ｄの表面側から裏面側に貫通する二つのビアホール２２０ｄが設けられている。また、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１ｄの裏面側に、二つのビアホール２２０ｄ間を電気的に接続する裏面電極２３０ｄが設けられている。

【0063】

Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１ｄの表面側に露出した二つのビアホール２２０ｄは、信号配線路６０ｄに電気的にそれぞれ接続されている。

【0064】

実施の形態４に係る光変調器８００の構成では、光導波路１０ｄと、光導波路１０ｄと交差する信号配線路の一部である裏面電極２３０ｄは、両者の間にＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板１ｄが存在するため、信号配線路に起因する電界の発生及び応力の発生が著しく低減する。よって、光変調特性に優れた光変調器を得ることができる。

【0065】

＜実施の形態４の効果＞
以上、実施の形態４に係る光変調器によると、交差部の光導波路の両側面側に、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板の表面側から裏面側に貫通し信号配線路に電気的に接続する二つのビアホールを設け、また、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板の裏面側に二つのビアホールを接続することにより信号配線路として機能する裏面電極を設けたので、より光変調特性に優れた光変調器を得ることができるという効果を奏する。

【0066】

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。

【0067】

従って、例示されていない無数の変形例が、本開示の技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0068】

１、１ａ、１ｄ Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板、２ 光入力部、３ 光出力部、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 光導波路、２０ 位相変調器、３０ 第１位相調整器、４０ 第２位相調整器、５０ 信号電極パッド、６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 信号配線路、６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ 表面保護膜、７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ 交差部、１１０、１１０ｂ ｎ型ＩｎＰ導電層、１２０、１２０ｂ、１２０ｃ Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁層、１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ ｎ型ＩｎＰ第１クラッド層、１４０、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ－ＭＱＷ光導波層、１５０、１５０ａ ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層、２００、２００ｂ ｎ型ＩｎＰ信号配線路用導電層、２１０、２１０ｃ Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ絶縁性埋込層、２１０ｂ ｐ型ＩｎＰ埋込層、２２０ｄ ビアホール、２３０ｄ 裏面電極、 ５００、５５０、６００、７００、８００ 光変調器

【要約】

本開示の光変調器（５００）は、基板（１）と、基板（１）の端部に設けられた光入力部（２）と、光入力部（２）と光導波路（１０）を介して接続された複数の位相変調器（２０）と、複数の位相変調器（２０）と光導波路（１０）を介してそれぞれ接続された複数の位相調整器（３０、４０）と、基板（１）の端部に設けられ、複数の位相調整器（３０、４０）から出力された光を外部に出射する光出力部（３）と、基板（１）の端部に沿って配置された複数の信号電極パッド（５０）と、複数の信号電極パッド（５０）と位相調整器（３０、４０）とを電気的に接続し、光導波路（１０）と交差する交差部（７０）を有する信号配線路（６０）と、を備え、交差部（７０）において、導電層（１１０）と信号配線路用導電層（２００）が埋込層（２１０）を介して交差することを特徴とする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】