JP2017156648A - Optical modulator - Google Patents

Optical modulator Download PDF

Info

Publication number
JP2017156648A
JP2017156648A JP2016041593A JP2016041593A JP2017156648A JP 2017156648 A JP2017156648 A JP 2017156648A JP 2016041593 A JP2016041593 A JP 2016041593A JP 2016041593 A JP2016041593 A JP 2016041593A JP 2017156648 A JP2017156648 A JP 2017156648A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
optical modulator
semiconductor region
electrodes
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016041593A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6353474B2 (en
Inventor
健 都築
Takeshi Tsuzuki
健 都築
清史 菊池
Kiyoshi Kikuchi
清史 菊池
百合子 川村
Yuriko Kawamura
百合子 川村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2016041593A priority Critical patent/JP6353474B2/en
Publication of JP2017156648A publication Critical patent/JP2017156648A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6353474B2 publication Critical patent/JP6353474B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the resonance phenomenon of a high-frequency signal propagating through a high-frequency electrode of an optical modulator with an electrode near the high-frequency electrode.SOLUTION: The present invention is an optical modulator comprising two RF electrodes for applying an RF signal, at least one DC electrode arranged between the two RF electrodes in the direction of propagation of an RF signal, two first conductive semiconductor areas in contact with the two RF electrodes, a second conductive semiconductor area in contact with the DC electrode, and an optical waveguide formed between the first conductive semiconductor areas and the second conductive semiconductor area. A length of at least one or more disposed DC electrodes in which resonance occurs is shorter than 1/2 the shortest wavelength of RF signals applied to the RF electrodes.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は光変調器に関し、より詳細には、高速の光変調動作において、周波数特性に優れた光変調器を提供するための構造に関する。   The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to a structure for providing an optical modulator having excellent frequency characteristics in high-speed optical modulation operation.

マッハツェンダ（ＭＺ）型光変調器は、光導波路に入射した光を２つの導波路に１：１の強度で分岐し、分岐した光を一定の長さ伝搬させた後に、再度合波させる構造を持つ。２つに分岐された光導波路に設けられた位相変調部により、光導波路に入射した２つの光の位相を変化させ、２つの光が合波されるときの光の干渉条件を変え、光の強度及び位相を変調することができる。   A Mach-Zehnder (MZ) type optical modulator has a structure in which light incident on an optical waveguide is split into two waveguides at an intensity of 1: 1, the branched light is propagated for a certain length, and then multiplexed again. Have. The phase modulation unit provided in the optical waveguide branched into two changes the phase of the two lights incident on the optical waveguide, changes the interference condition of the light when the two lights are combined, The intensity and phase can be modulated.

ＭＺ型光変調器において、光導波路を構成する材料として、ＬｉＮｂＯ3等の誘電体、又はＩｎＰ、ＧａＡｓ及びＳｉ（シリコン）等の半導体が用いられる。これらの材料により構成された光導波路近傍に電極を配置して、電極に変調電気信号を入力して光導波路に電圧を印加することで、光導波路を伝搬する光の位相を変化させる。 In the MZ type optical modulator, a dielectric such as LiNbO 3 or a semiconductor such as InP, GaAs, and Si (silicon) is used as a material constituting the optical waveguide. An electrode is arranged in the vicinity of an optical waveguide made of these materials, and a phase of light propagating through the optical waveguide is changed by inputting a modulated electric signal to the electrode and applying a voltage to the optical waveguide.

光の位相を変化させる原理としては、ＬｉＮｂＯ3においてはポッケルス効果、ＩｎＰ，ＧａＡｓにおいてはポッケルス効果や量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ： ＱＣＳＥ）が主に用いられ、Ｓｉにおいてキャリアプラズマ効果が主に用いられる。 As the principle of changing the phase of light, the Pockels effect is mainly used in LiNbO 3 , the Pockels effect and the quantum confined Stark effect (QCSE) are mainly used in InP and GaAs, and the carrier plasma effect is mainly used in Si. Used for.

高速で低消費電力な光通信を行うためには、変調速度が速く、駆動電圧の低い光変調器が必要となる。１０Ｇｂｐｓ以上の高速で、数ボルトの振幅電圧での光変調を行うためには、高速の電気信号と位相変調器の中を伝搬する光の速度とを整合させ、伝搬させながら相互作用を行うようにする進行波電極が必要となる。進行波電極で電極の長さを数ミリメートルから数十ミリメートルにした光変調器が実用化されている（例えば非特許文献１）。進行波電極を使用した光変調器においては、電気信号や導波路を伝搬する光の強度を落とさずに伝搬することができるよう、低損失で反射の少ない電極構造および光導波路構造が求められる。   In order to perform optical communication with high speed and low power consumption, an optical modulator having a high modulation speed and a low driving voltage is required. In order to perform optical modulation with an amplitude voltage of several volts at a high speed of 10 Gbps or more, the high-speed electrical signal and the speed of light propagating in the phase modulator are matched, and the interaction is performed while propagating. A traveling wave electrode is required. An optical modulator using a traveling wave electrode having an electrode length of several millimeters to several tens of millimeters has been put into practical use (for example, Non-Patent Document 1). In an optical modulator using a traveling wave electrode, an electrode structure and an optical waveguide structure with low loss and low reflection are required so that an electric signal or light propagating through a waveguide can be propagated without decreasing.

また、ＭＺ型光変調器には、光導波路をＳｉにより構成したＳｉ光変調器がある。Ｓｉ光変調器は、Ｓｉ基板の表面を熱酸化した酸化膜（ＢＯＸ）層上にＳｉの薄膜を張り付けたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板から構成される。ＳＯＩ層を光が導波できるように、酸化膜（ＢＯＸ）層上にＳｉ薄膜を細線に加工した後、ｐ型及びｎ型の半導体となるように細線のＳｉ薄膜にドーパントを注入し、光のクラッド層となるＳｉＯ2の堆積、電極の形成等を行い作製する。このとき、光導波路は光損失が小さくなるように設計・加工する必要がある。光の損失発生を小さく抑えるとともに、高速電気信号の反射や損失を小さく抑えるように、ｐ型及びｎ型のドーピング、並びに電極の作成を行う必要がある。 Further, the MZ type optical modulator includes a Si optical modulator in which an optical waveguide is made of Si. The Si optical modulator is composed of an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a Si thin film is pasted on an oxide film (BOX) layer obtained by thermally oxidizing the surface of a Si substrate. After the Si thin film is processed into a thin line on the oxide film (BOX) layer so that light can be guided through the SOI layer, a dopant is injected into the thin Si thin film so as to become p-type and n-type semiconductors. It is fabricated by depositing SiO 2 which will be the cladding layer of this, forming electrodes, and the like. At this time, the optical waveguide needs to be designed and processed so as to reduce the optical loss. It is necessary to perform p-type and n-type doping and to create an electrode so as to suppress the generation of light loss and to suppress reflection and loss of high-speed electrical signals.

図１は、従来のＳｉ光変調器の基本となる光導波路１００の光の導波方向に垂直の方向の断面を示す図である。図１の光導波路１００は、ＳｉＯ2クラッド層１１０と、ＳｉＯ2クラッド層１１０上に形成されたＳｉ層１２０と、Ｓｉ層１２０上に形成されたＳｉＯ2クラッド層１３０を備える。 FIG. 1 is a diagram showing a cross section in a direction perpendicular to the light guiding direction of an optical waveguide 100 which is the basis of a conventional Si optical modulator. The optical waveguide 100 in FIG. 1 includes a SiO 2 cladding layer 110, a Si layer 120 formed on the SiO 2 cladding layer 110, and a SiO 2 cladding layer 130 formed on the Si layer 120.

Ｓｉ層１２０は、光を閉じ込めるために厚さに差があるリブ導波路と呼ばれる構造を取っており、中央の厚い部分のコア層となるリブ部１０１と、リブ部１０１の両側のスラブ部１０２及びスラブ部１０３とから構成される。リブ部１０１は、周囲のＳｉＯ2クラッド層１１０及び１３０との屈折率差を利用して紙面垂直方向に伝搬する光を閉じ込めている。 The Si layer 120 has a structure called a rib waveguide having a difference in thickness in order to confine light, and includes a rib portion 101 serving as a core layer at a central thick portion, and slab portions 102 on both sides of the rib portion 101. And a slab portion 103. The rib portion 101 confines light propagating in the direction perpendicular to the paper surface by utilizing the difference in refractive index with the surrounding SiO 2 cladding layers 110 and 130.

Ｓｉ層１２０のスラブ部１０２の、リブ部１０１と反対側の端部は、高濃度ｐ型半導体領域１２３となり、Ｓｉ層１２０のスラブ部１０３の、リブ部１０１と反対側の端部は、高濃度ｎ型半導体領域１２４となる。また、Ｓｉ層１２０のスラブ部１０２のリブ部１０１側と、リブ部１０１のスラブ部１０２側とは、中濃度ｐ型半導体領域１２１となる。また、Ｓｉ層１２０のスラブ部１０３のリブ部１０１側と、リブ部１０１のスラブ部１０３側とは、中濃度ｎ型半導体領域１２２となる。   The end of the slab portion 102 of the Si layer 120 opposite to the rib portion 101 is a high-concentration p-type semiconductor region 123, and the end of the slab portion 103 of the Si layer 120 opposite to the rib portion 101 is high. A concentration n-type semiconductor region 124 is formed. In addition, the rib portion 101 side of the slab portion 102 of the Si layer 120 and the slab portion 102 side of the rib portion 101 form a medium concentration p-type semiconductor region 121. In addition, the rib portion 101 side of the slab portion 103 of the Si layer 120 and the slab portion 103 side of the rib portion 101 form an intermediate concentration n-type semiconductor region 122.

高濃度ｐ型半導体領域１２３と中濃度ｐ型半導体領域１２１との境界は接しており、高濃度ｎ型半導体領域１２４と中濃度ｎ型半導体領域１２２との境界も接している。これらの境界は重なり合ってドーピングがなされていても良い。また、リブ部１０１は、中濃度ｐ型半導体領域１２１と中濃度ｎ型半導体領域１２２とが接するｐｎ接合構造となる。また、他の例として中濃度ｐ型半導体領域１２１と中濃度ｎ型半導体領域１２２との間にｉ型（真性）半導体領域が挟まれたｐｉｎ接合構造としてもよい。   The boundary between the high-concentration p-type semiconductor region 123 and the medium-concentration p-type semiconductor region 121 is in contact, and the boundary between the high-concentration n-type semiconductor region 124 and the medium-concentration n-type semiconductor region 122 is also in contact. These boundaries may overlap and be doped. The rib portion 101 has a pn junction structure in which the medium concentration p-type semiconductor region 121 and the medium concentration n-type semiconductor region 122 are in contact with each other. As another example, a pin junction structure in which an i-type (intrinsic) semiconductor region is sandwiched between a medium-concentration p-type semiconductor region 121 and a medium-concentration n-type semiconductor region 122 may be employed.

図１に図示はないが高濃度ｐ型半導体領域１２３に接する金属電極及び高濃度ｎ型半導体領域１２４に接する金属電極を設け、ｐｎ接合部に金属電極よりＲＦ（高周波）の変調電気信号とともに逆バイアス電界（図１では右から左）を印加する。これにより、光導波路１００のコア層内部のキャリア密度を変化させ（キャリアプラズマ効果）、光導波路の屈折率を変えて、光の位相を変調することができる。   Although not shown in FIG. 1, a metal electrode in contact with the high-concentration p-type semiconductor region 123 and a metal electrode in contact with the high-concentration n-type semiconductor region 124 are provided, and the pn junction is reversed together with an RF (high frequency) modulated electric signal from the metal electrode. A bias electric field (from right to left in FIG. 1) is applied. Thereby, the carrier density inside the core layer of the optical waveguide 100 can be changed (carrier plasma effect), and the refractive index of the optical waveguide can be changed to modulate the phase of light.

導波路寸法はコア／クラッドとなる材料の屈折率に依存するため、一意には決定できないが、図１に記載のような光導波路１００のリブ部（コア層）とスラブ部１０２及び１０３を備えるリブ導波路の構造とした場合の一例を挙げると、リブ部１０１の幅（導波路コア幅）４００〜６００（ｎｍ）×高さ１５０〜３００（ｎｍ）×スラブ部の厚さ５０〜２００（ｎｍ）×長さ数（ｍｍ）程度になる。   Since the waveguide dimension depends on the refractive index of the material to be the core / cladding, it cannot be uniquely determined, but includes the rib portion (core layer) and the slab portions 102 and 103 of the optical waveguide 100 as shown in FIG. As an example of a rib waveguide structure, the rib part 101 width (waveguide core width) 400 to 600 (nm) × height 150 to 300 (nm) × slab part thickness 50 to 200 ( nm) × number of lengths (mm).

図２は、従来のＳｉ光変調器２００を示す上面透視図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ´における断面図である。図２のＳｉ光変調器２００は、シングル電極と呼ばれる構造のマッハツェンダ変調器であり（例えば非特許文献２参照）、入力光導波路２１１と、入力光導波路２１１からの光が分岐されて道破される光導波路２１２及び２１３と、光導波路２１２からの光と光導波路２１３からの光とを合波する出力光導波路２１４とを備える。光導波路２１２の基板縁側の脇には差動の変調電気信号（ＲＦ信号）を入力するための高周波線路（ＲＦ電極）２２１が形成され、光導波路２１３の基板縁側の脇にも差動のＲＦ信号）を入力するためのＲＦ電極２２２が形成され、光導波路２１２と２１３との間には共通のバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極２２３が形成される。光導波路２１２及び２１３は、図１の光導波路１００と同様の断面構造を持つ光導波路を左右対称に２つ並べた構造をしている。   FIG. 2 is a top perspective view showing a conventional Si optical modulator 200. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The Si optical modulator 200 of FIG. 2 is a Mach-Zehnder modulator having a structure called a single electrode (see, for example, Non-Patent Document 2), and light from the input optical waveguide 211 and the input optical waveguide 211 are branched and broken. Optical waveguides 212 and 213, and an output optical waveguide 214 that combines light from the optical waveguide 212 and light from the optical waveguide 213 are provided. A high-frequency line (RF electrode) 221 for inputting a differential modulation electric signal (RF signal) is formed on the side of the substrate edge side of the optical waveguide 212, and a differential RF is also formed on the side of the substrate side of the optical waveguide 213. Signal) is formed, and a DC electrode 223 for applying a common bias voltage is formed between the optical waveguides 212 and 213. The optical waveguides 212 and 213 have a structure in which two optical waveguides having the same cross-sectional structure as the optical waveguide 100 in FIG.

入力光導波路２１１からの光が、光導波路２１２と２１３とに分岐される。光導波路２１２を導波する光は、ＲＦ電極２２１とＤＣ電極２２３との間に印加される変調電気信号（ＲＦ信号）により位相変調され、光導波路２１３を導波する光は、ＲＦ電極２２２とＤＣ電極２２３の間に印加される変調電気信号（ＲＦ信号）により位相変調される。光導波路２１２及び光導波路２１３を道破する位相変調された光は、結合されて出力光導波路２１４から出力される。   Light from the input optical waveguide 211 is branched into optical waveguides 212 and 213. The light guided through the optical waveguide 212 is phase-modulated by a modulated electric signal (RF signal) applied between the RF electrode 221 and the DC electrode 223, and the light guided through the optical waveguide 213 is Phase modulation is performed by a modulated electric signal (RF signal) applied between the DC electrodes 223. The phase-modulated light that breaks through the optical waveguide 212 and the optical waveguide 213 is combined and output from the output optical waveguide 214.

図３を参照すると、Ｓｉ光変調器２００は、ＳｉＯ2クラッド層１１０と、ＳｉＯ2クラッド層１１０上に形成されたＳｉ層１２０と、Ｓｉ層１２０上に形成されたＳｉＯ2クラッド層１３０を備える。 Referring to FIG. 3, the Si optical modulator 200 includes a SiO 2 cladding layer 110, a Si layer 120 formed on the SiO 2 cladding layer 110, and a SiO 2 cladding layer 130 formed on the Si layer 120. .

Ｓｉ層１２０は、第１のコア層となる第１のリブ部１０１−１と、第２のコア層となる第２のリブ部１０１−２と、第１のリブ部１０１−１の第２のリブ部１０１−２とは反対側に配置された第１のスラブ部１０２−１と、第２のリブ部１０１−２の第１のリブ部１０１−１とは反対側に配置された第２のスラブ部１０２−２と、第１のリブ部１０１−１と第２のリブ部１０１−２との間に配置された第３のスラブ部１０３とから構成される。   The Si layer 120 includes a first rib portion 101-1 serving as a first core layer, a second rib portion 101-2 serving as a second core layer, and a second rib portion 101-1. The first slab portion 102-1 disposed on the opposite side of the rib portion 101-2 and the first slab portion 102-1 disposed on the opposite side of the second rib portion 101-2 from the first rib portion 101-2. 2 slab portions 102-2, and a third slab portion 103 disposed between the first rib portion 101-1 and the second rib portion 101-2.

Ｓｉ層１２０の第１のスラブ部１０２−１の、第１のリブ部１０１−１と反対側は、高濃度ｐ型半導体領域１２３−１となり、第３のスラブ部１０３の、第１のリブ部１０１−１と反対側は、高濃度ｎ型半導体領域１２４となる。また、第１のスラブ部１０２−１の第１のリブ部１０１−１側と、第１のリブ部１０１−１の第１のスラブ部１０２−１側とは、中濃度ｐ型半導体領域１２１−１となる。また、第３のスラブ部１０３の第１のリブ部１０１−１側と、第１のリブ部１０１−１の第３のスラブ部１０３側とは、中濃度ｎ型半導体領域１２２−１となる。   The opposite side of the first slab part 102-1 of the Si layer 120 to the first rib part 101-1 is a high-concentration p-type semiconductor region 123-1, and the first rib of the third slab part 103 is the first rib. The side opposite to the portion 101-1 is a high concentration n-type semiconductor region 124. Also, the first rib portion 101-1 side of the first slab portion 102-1 and the first slab portion 102-1 side of the first rib portion 101-1 are in the medium concentration p-type semiconductor region 121. -1. Further, the first rib portion 101-1 side of the third slab portion 103 and the third slab portion 103 side of the first rib portion 101-1 become the intermediate concentration n-type semiconductor region 122-1. .

一方で、Ｓｉ層１２０の第２のスラブ部１０２−２の、第２のリブ部１０１−２と反対側の端部は、高濃度ｐ型半導体領域１２３−２となり、第３のスラブ部１０３の、第２のリブ部１０１−２と反対側の端部は、高濃度ｎ型半導体領域１２４となる。また、第２のスラブ部１０２−２の第２のリブ部１０１−２側と、第２のリブ部１０１−２の第２のスラブ部１０２−２側とは、中濃度ｐ型半導体領域１２１−２となる。また、第３のスラブ部１０３の第２のリブ部１０１−２側と、第２のリブ部１０１−２の第３のスラブ部１０３側とは、中濃度ｎ型半導体領域１２２−２となる。   On the other hand, the end of the second slab portion 102-2 of the Si layer 120 opposite to the second rib portion 101-2 becomes the high-concentration p-type semiconductor region 123-2, and the third slab portion 103 is formed. The end opposite to the second rib portion 101-2 becomes a high-concentration n-type semiconductor region 124. In addition, the second rib portion 101-2 side of the second slab portion 102-2 and the second slab portion 102-2 side of the second rib portion 101-2 include the medium concentration p-type semiconductor region 121. -2. Further, the second rib portion 101-2 side of the third slab portion 103 and the third slab portion 103 side of the second rib portion 101-2 become the intermediate concentration n-type semiconductor region 122-2. .

ＲＦ電極２２１は、高濃度ｐ型半導体領域１２３−１に接しており、ＲＦ電極２２２は高濃度ｐ型半導体領域１２３−２に接しており、ＤＣ電極２２３は高濃度ｎ型半導体領域１２４に接している。ＤＣ電極２２３にＲＦ電極２２１及び２２２に対してプラスの電圧を印加することで、ＤＣ電極２２３の両脇の２つのｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができる。   The RF electrode 221 is in contact with the high-concentration p-type semiconductor region 123-1, the RF electrode 222 is in contact with the high-concentration p-type semiconductor region 123-2, and the DC electrode 223 is in contact with the high-concentration n-type semiconductor region 124. ing. By applying a positive voltage to the DC electrode 223 relative to the RF electrodes 221 and 222, a reverse bias can be applied to the two pn junctions on both sides of the DC electrode 223.

図４は、図３のＳｉ層１２０の半導体のドーピング状態と光変調時のバンドダイヤグラムとの関係を示す図であり、図４（ａ）はＡ−Ａ´断面におけるＳｉ層１２０の半導体のドーピング状態を示し、図４（ｂ）は、光変調時のバンドダイヤグラムを示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the semiconductor doping state of the Si layer 120 of FIG. 3 and the band diagram during light modulation. FIG. 4A shows the semiconductor doping of the Si layer 120 in the AA ′ cross section. FIG. 4B shows a band diagram at the time of optical modulation.

シングル電極のＳｉ光変調器２００では、ＲＦ電極とＤＣ電極が電気的に独立しており、ｐｎ接合に逆バイアスを印加する際、ＲＦ電極への積極的なバイアス電圧印加が必要ではなくなる。このため、ＲＦ電極にバイアスを印加させるためのバイアスティや、ドライバＩＣとＲＦ電極との間に設置するＤＣブロックのためのコンデンサなどが不要になるなど、構成が簡単にできるというメリットを持つ。   In the single-electrode Si optical modulator 200, the RF electrode and the DC electrode are electrically independent, and it is not necessary to apply a positive bias voltage to the RF electrode when applying a reverse bias to the pn junction. For this reason, there is an advantage that the configuration can be simplified such that a bias tee for applying a bias to the RF electrode and a capacitor for a DC block installed between the driver IC and the RF electrode are not necessary.

なお、Ｓｉ光変調器２００においてはＲＦ電極（２２１及び２２２）が高濃度ｐ型半導体領域（１２１−１及び１２１−２）に、ＤＣ電極（２２３）は高濃度ｎ型半導体領域（１２４）に接する例で説明をしたが、ＲＦ電極がｎ型半導体領域に、ＤＣ電極がｐ型半導体領域に接していても良い。このときＤＣ電極に印加するバイアス電圧は、ＲＦ電極に対してマイナスの電圧を印加することで、ｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができる。   In the Si optical modulator 200, the RF electrodes (221 and 222) are in the high-concentration p-type semiconductor regions (121-1 and 121-2), and the DC electrode (223) is in the high-concentration n-type semiconductor region (124). As described in the example of contact, the RF electrode may be in contact with the n-type semiconductor region, and the DC electrode may be in contact with the p-type semiconductor region. At this time, a reverse voltage can be applied to the pn junction by applying a negative voltage to the RF electrode.

シングル電極のＳｉ光変調器２００においては、ＲＦ電極（２２１及び２２２）はコプレーナ・ストリップ・ライン（Ｃｏｐｌａｎａｒ Ｓｔｒｉｐ Ｌｉｎｅ：ＣＰＳ線路）で形成されている。図５は、ＣＰＳ線路の構造を示す平面図である。図５のＣＰＳ線路５００においては、２本の高周波電極（５０１及び５０２）に、差動の電気信号が入力され伝搬する。電磁気学的には高周波信号は、高周波伝搬線路を電荷の密な部分が波のように移動する際、クーロン相互作用により、グラウンド電極または差動線路の対となる電極に、正負が逆の電荷が密な部分が誘起され、高周波信号と同様に移動するというモデルで理解することができる。ＣＰＳ線路は、差動線路の対になる２本の電極で正と負の電荷が釣り合う、平衡線路の一つである。   In the single-electrode Si optical modulator 200, the RF electrodes (221 and 222) are formed of coplanar strip lines (CPS lines). FIG. 5 is a plan view showing the structure of the CPS line. In the CPS line 500 of FIG. 5, a differential electric signal is input and propagated to two high-frequency electrodes (501 and 502). Electromagnetically, a high-frequency signal is generated when a dense portion of charge moves like a wave in a high-frequency propagation line. Can be understood by a model in which a dense portion is induced and moves in the same manner as a high-frequency signal. The CPS line is one of balanced lines in which positive and negative charges are balanced by two electrodes that form a pair of differential lines.

図６は、図２に記載のＳｉ光変調器２００のＣＰＳ線路の構造を示す平面図である。Ｓｉ光変調器２００においては、ＣＰＳ線路である２本のＲＦ電極（２２１及び２２２）の間にＤＣ電極（２２３）が挿入されており、高周波信号からクーロン相互作用によって誘起される正・負の電荷は、ＤＣ電極（２２３）にも発生している。   FIG. 6 is a plan view showing the structure of the CPS line of the Si optical modulator 200 shown in FIG. In the Si optical modulator 200, a DC electrode (223) is inserted between two RF electrodes (221 and 222) that are CPS lines, and positive and negative induced by a Coulomb interaction from a high-frequency signal. Electric charges are also generated at the DC electrode (223).

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プッシュプル変調器の２０Ｇｂｐｓ二値位相変調特性」２０１２年電子情報通信学会ソサイエティ大会，Ｃ−３−５０，２０１２．Kazuhiro Goi, Kenji Oda, Hiroyuki Kusaka, Kensuke Ogawa, Tsung-Yang Liow, Xiaoguang Tu, Guo-Qiang Lo, Dim-Lee Kwong, “20 Gbps binary phase modulation characteristics of Si Mach-Zehnder push-pull modulator” 2012 IEICE Society Conference, C-3-50, 2012. Po Dong,Long Chen,and Young-kai Chen,「High-speed low-voltage single-drive push-pull silicon Mach-Zehnder modulators」 Opt. Express vol.20, no.6, pp.6163-6169, 2012.Po Dong, Long Chen, and Young-kai Chen, `` High-speed low-voltage single-drive push-pull silicon Mach-Zehnder modulators '' Opt.Express vol.20, no.6, pp.6163-6169, 2012.

大容量の光通信を行うためには、高速で光を変調することが可能な光変調器が必要となる。高速な光変調を行うためには、数百ｋＨｚから数十ＧＨｚの広い周波数帯域に渡って動作可能な周波数特性が必要とされる。   In order to perform large-capacity optical communication, an optical modulator capable of modulating light at high speed is required. In order to perform high-speed optical modulation, frequency characteristics that can operate over a wide frequency band from several hundred kHz to several tens GHz are required.

Ｓ１光変調器のＲＦ電極付近に、別のＲＦ電極あるいはＤＣ電極などの導電性の構造物があると、ＲＦ電極を伝搬する高周波信号に誘起されて、ＲＦ電極に近接した構造体内に正または負の電荷が密な箇所が発生する。図７は、Ｓｉ光変調器のＲＦ電極付近に他の電極が存在した場合の説明図である。   If there is a conductive structure such as another RF electrode or a DC electrode in the vicinity of the RF electrode of the S1 optical modulator, it is induced by a high-frequency signal propagating through the RF electrode, and is positive or negative in the structure close to the RF electrode. Places where negative charges are dense. FIG. 7 is an explanatory diagram when another electrode exists in the vicinity of the RF electrode of the Si optical modulator.

別のＲＦ電極あるいはＤＣ電極を有する構造体７０１内に誘起される電荷は、ＲＦ電極を伝搬する高周波信号の伝搬と共に波のように位置を移動していくが、構造体７０１のサイズが高周波信号の波長の１／２の倍数に近いと、誘起された電荷分布の波が構造体７０１内部で共振する場合がある。構造体７０１内部で共振が起きた場合、ＲＦ電極（２２１及び２２２）を伝搬する高周波信号には、構造体７０１へのエネルギーの漏洩、反射の増大や透過損失の増大などの伝搬特性の劣化が生じる。この高周波信号の伝搬特性の劣化が、光変調器の周波数応答特性の劣化による、高速変調時の波形品質の劣化、送信光信号内あるいは送信・受信間の信号のクロストークの増大などの悪影響をもたらす。   The charge induced in the structure 701 having another RF electrode or DC electrode moves in a wave-like position along with the propagation of the high-frequency signal propagating through the RF electrode, but the size of the structure 701 is high-frequency signal. When the wavelength is close to a multiple of 1/2 of the wavelength, the induced charge distribution wave may resonate inside the structure 701. When resonance occurs in the structure 701, the high-frequency signal propagating through the RF electrodes (221 and 222) has deterioration in propagation characteristics such as leakage of energy to the structure 701, increased reflection, and increased transmission loss. Arise. This deterioration in the propagation characteristics of high-frequency signals has adverse effects such as deterioration in waveform quality during high-speed modulation due to deterioration in the frequency response characteristics of the optical modulator, and increased crosstalk of signals within the transmission optical signal or between transmission and reception. Bring.

このような悪影響を防止するために、ＲＦ電極の周辺には、別のＲＦ電極あるいはＤＣ電極などの導電性の構造物を配置しないなどの対策が必要となる。一方、シングル電極のＳｉ光変調器では、２本のＲＦ電極の間にＤＣ電極が挿入されているため、ＤＣ電極の高周波信号の伝搬方向の長さが高周波信号の波長の１／２の倍数に近いと、同様に、誘起された電荷分布の波がＤＣ電極内部で共振する場合がある。シングル電極のＳｉ変調器ではＤＣ電極が無ければｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができないため、ＤＣ電極の設置は必須であるが、ＤＣ電極内で共振が起きた場合、ＲＦ電極を伝搬する高周波信号には、エネルギーの漏洩、反射の増大や透過損失の増大などの伝搬特性の劣化が生じる。この高周波信号の伝搬特性の劣化が、光変調器の周波数応答特性の劣化による、高速変調時の波形品質の劣化、送信光信号内あるいは送信・受信間の信号のクロストークの増大などの悪影響をもたらす。   In order to prevent such an adverse effect, it is necessary to take measures such as not disposing a conductive structure such as another RF electrode or a DC electrode around the RF electrode. On the other hand, in a single-electrode Si optical modulator, since a DC electrode is inserted between two RF electrodes, the length of the DC electrode in the propagation direction of the high-frequency signal is a multiple of 1/2 of the wavelength of the high-frequency signal. , The induced charge distribution wave may resonate inside the DC electrode as well. In a single-electrode Si modulator, if there is no DC electrode, a reverse bias cannot be applied to the pn junction, so installation of the DC electrode is essential, but if resonance occurs in the DC electrode, it propagates through the RF electrode. In the high frequency signal, propagation characteristics such as energy leakage, increased reflection, and increased transmission loss occur. This deterioration in the propagation characteristics of high-frequency signals has adverse effects such as deterioration in waveform quality during high-speed modulation due to deterioration in the frequency response characteristics of the optical modulator, and increased crosstalk of signals within the transmission optical signal or between transmission and reception. Bring.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光変調器の高周波電極を伝搬する高周波信号の、高周波電極近傍の電極との間の共振現象を抑制することで、周波数応答特性の劣化を抑えた光変調器の構造を提供することにある。この構造によって、高速変調時の波形品質が良く、送信光信号内あるいは送信・受信間の信号のクロストークを低減した光変調器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to suppress a resonance phenomenon between a high-frequency signal propagating through a high-frequency electrode of an optical modulator and an electrode near the high-frequency electrode. Thus, an object of the present invention is to provide an optical modulator structure in which deterioration of frequency response characteristics is suppressed. With this structure, an object of the present invention is to provide an optical modulator that has good waveform quality during high-speed modulation and that reduces crosstalk of signals within a transmission optical signal or between transmission and reception.

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ＲＦ信号を印加するための２本のＲＦ電極と、少なくとも１つの給電ラインを有し、前記２本のＲＦ電極の間に、ＲＦ信号の伝搬方向に対して配置された少なくとも１つのＤＣ電極と、前記２本のＲＦ電極と接する２つの第１導電型半導体領域と、前記ＤＣ電極と接する第２導電型半導体領域と、前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型半導体領域の間に形成された光導波路とを備える光変調器であって、前記少なくとも１つ以上配置されたＤＣ電極において共振が発生する長さが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする。   In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention has two RF electrodes for applying an RF signal and at least one power supply line, and is provided between the two RF electrodes. And at least one DC electrode disposed in the propagation direction of the RF signal, two first conductive semiconductor regions in contact with the two RF electrodes, and a second conductive semiconductor region in contact with the DC electrodes, An optical modulator comprising an optical waveguide formed between the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region, wherein resonance occurs in the at least one DC electrode disposed. Is shorter than ½ of the shortest wavelength of the RF signal applied to the RF electrode.

また、本発明の第２の態様は、第１の態様の光変調器であって、前記ＤＣ電極は、少なくとも２つ以上直列に配置され、前記２つ以上のＤＣ電極の最長の長さが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする。   A second aspect of the present invention is the optical modulator according to the first aspect, wherein at least two of the DC electrodes are arranged in series, and the longest length of the two or more DC electrodes is The RF signal applied to the RF electrode is shorter than 1/2 of the shortest wavelength of the RF signal.

また、本発明の第３の態様は、第１の態様の光変調器であって、前記少なくとも１つのＤＣ電極端と、前記電極端に最近接する給電ライン接続部の間の長さのうち、最も長いものが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする。   Further, a third aspect of the present invention is the optical modulator according to the first aspect, wherein the length between the at least one DC electrode end and the power supply line connecting portion closest to the electrode end is: The longest is shorter than ½ of the shortest wavelength of the RF signal applied to the RF electrode.

また、本発明の第４の態様は、第１の態様の光変調器であって、前記少なくとも１つのＤＣ電極内において、隣り合う前記給電ライン間の長さのうちで最も長いものが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to the first aspect, wherein in the at least one DC electrode, the longest length between adjacent feed lines is the It is characterized by being shorter than 1/2 of the shortest wavelength of the RF signal applied to the RF electrode.

また、本発明の第５の態様は、第１乃至第４のいずれか１つの態様の光変調器であって、前記ＤＣ電極と前記第２導電型半導体領域のドーピング範囲が、前記ＲＦ信号の伝搬方向に対して２つ以上の領域にそれぞれ分割されている構造を持つことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to any one of the first to fourth aspects, wherein a doping range of the DC electrode and the second conductive type semiconductor region is the RF signal. It has a structure that is divided into two or more regions with respect to the propagation direction.

また、本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれか１つの態様の光変調器であって、前記少なくとも１つのＤＣ電極は、複数本の前記給電ラインを備えることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to any one of the first to fifth aspects, wherein the at least one DC electrode includes a plurality of the feeding lines. To do.

また、本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれか１つの態様の光変調器であって、前記光導波路は、シリコンで形成されていることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to any one of the first to sixth aspects, wherein the optical waveguide is made of silicon.

以上述べたように、本発明に係る光変調器においてはＲＦ電極の間に位置するＤＣ電極で共振する高周波信号の周波数を変調器の動作周波数よりも高い周波数とすることが可能となる。このため、光変調器の周波数応答特性の劣化による、高速変調時の波形品質の劣化、送信光信号内あるいは送信・受信間の信号のクロストークの増大などの悪影響を改善することができ、高周波特性に優れた、波形品質の良い、光変調器を提供することが可能となる。   As described above, in the optical modulator according to the present invention, the frequency of the high-frequency signal that resonates with the DC electrode positioned between the RF electrodes can be set higher than the operating frequency of the modulator. For this reason, it is possible to improve adverse effects such as waveform quality degradation during high-speed modulation due to degradation of the frequency response characteristics of the optical modulator, and increase in crosstalk of signals within the transmission optical signal or between transmission and reception. It is possible to provide an optical modulator having excellent characteristics and good waveform quality.

従来のＳｉ光変調器の基本となる光導波路の光の導波方向に垂直の方向の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the direction perpendicular | vertical to the light-guiding direction of the light of the optical waveguide used as the basis of the conventional Si optical modulator. 従来のＳｉ光変調器を示す平面透視図である。It is a plane perspective view which shows the conventional Si light modulator. 図２のＡ−Ａ´における断面図である。It is sectional drawing in AA 'of FIG. 図３のＳｉ層の半導体のドーピング状態と光変調時のバンドダイヤグラムとの関係を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ´断面におけるＳｉ層の半導体のドーピング状態を示し、（ｂ）は、光変調時のバンドダイヤグラムを示す図である。It is a figure which shows the relationship between the doping state of the semiconductor of the Si layer of FIG. 3, and the band diagram at the time of light modulation, (a) shows the doping state of the semiconductor of the Si layer in an AA 'cross section, (b) is It is a figure which shows the band diagram at the time of optical modulation. ＣＰＳ線路の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a CPS track | line. 図２に記載のＳｉ光変調器のＣＰＳ線路の構造を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a structure of a CPS line of the Si optical modulator shown in FIG. 2. Ｓｉ光変調器のＲＦ電極付近に他の電極が存在した場合の説明図である。It is explanatory drawing when another electrode exists in the RF electrode vicinity of Si optical modulator. 本発明の第１の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。1 is a top perspective view showing a Si optical modulator according to a first embodiment of the present invention. 図８のＳｉ光変調器の光の導波方向と垂直方向の断面図であり、（ａ）は、図８のＢ−Ｂ´における断面図であり、（ｂ）は、図８のＣ−Ｃ´における断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the light guiding direction of the Si optical modulator of FIG. 8, (a) is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 8, and (b) is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing in C '. 第１の実施形態の変形例に係るＳｉ光変調器を示す図である。It is a figure which shows the Si optical modulator which concerns on the modification of 1st Embodiment. 本発明の第２の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。It is a top perspective view showing a Si optical modulator according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第３の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。It is a top perspective view showing a Si optical modulator according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第４の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。It is a top perspective view showing a Si optical modulator according to a fourth embodiment of the present invention.

以下、本発明の光変調器の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the optical modulator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

［第１の実施形態］
図８は、本発明の第１の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。図８のＳｉ光変調器８００は、マッハツェンダ変調器であり、入力光導波路８０１と、入力光導波路８０１からの光が分岐されて道破される光導波路８０２及び８０３と、光導波路８０２からの光と光導波路８０３からの光とを合波する出力光導波路８０４とを備える。 [First Embodiment]
FIG. 8 is a top perspective view showing the Si optical modulator according to the first embodiment of the present invention. An Si optical modulator 800 in FIG. 8 is a Mach-Zehnder modulator, and includes an input optical waveguide 801, optical waveguides 802 and 803 where light from the input optical waveguide 801 is branched and broken, and light from the optical waveguide 802 And an output optical waveguide 804 that multiplexes the light from the optical waveguide 803.

光導波路８０２の基板縁側の脇には差動の変調電気信号（ＲＦ信号）を入力するための高周波線路（ＲＦ電極）８１１が形成され、光導波路８０３の基板縁側の脇にも差動のＲＦ信号を入力するためのＲＦ電極８１２が形成される。また、光導波路８０２と８０３との間には共通のバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極８１３及び８１４が、各光導波路の光の導波方向と同一の方向に直列に形成される。本発明の第１の実施形態に係るＳｉ光変調器８００は、２本のＲＦ電極（８１１及び８１２）の間に配置されたＤＣ電極が、２つのＤＣ電極８１３及び８１４に分割されている。なお、ＤＣ電極８１３の入力光導波路８０１側及びＤＣ電極８１４の出力光導波路８０４側には、電圧を印加するための配線である給電線が接続されている。   A high-frequency line (RF electrode) 811 for inputting a differential modulation electric signal (RF signal) is formed on the side of the substrate edge side of the optical waveguide 802, and a differential RF is also provided on the side of the substrate side of the optical waveguide 803. An RF electrode 812 for inputting a signal is formed. Also, DC electrodes 813 and 814 for applying a common bias voltage are formed in series between the optical waveguides 802 and 803 in the same direction as the light guiding direction of each optical waveguide. In the Si optical modulator 800 according to the first embodiment of the present invention, a DC electrode disposed between two RF electrodes (811 and 812) is divided into two DC electrodes 813 and 814. Note that a feeding line which is a wiring for applying a voltage is connected to the input optical waveguide 801 side of the DC electrode 813 and the output optical waveguide 804 side of the DC electrode 814.

図９は、Ｓｉ光変調器８００の光の導波方向と垂直方向の断面図であり、図９（ａ）は、図８のＢ−Ｂ´における断面図であり、図９（ｂ）は、図８のＣ−Ｃ´における断面図である。図８のＢ−Ｂ´の部分は、光導波路８０２及び８０３のＤＣ電極８１３が形成されている部分である。図９（ａ）を参照すると、Ｓｉ光変調器８００は、ＳｉＯ2クラッド層９１０と、ＳｉＯ2クラッド層９１０上に形成されたＳｉ層９２０と、Ｓｉ層９２０上に形成されたＳｉＯ2クラッド層９４０とを備える。 9 is a cross-sectional view in the direction perpendicular to the light guiding direction of the Si optical modulator 800, FIG. 9A is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 8, and FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 8 is a part where the DC electrodes 813 of the optical waveguides 802 and 803 are formed. Referring to FIG. 9 (a), Si light modulator 800 includes a SiO 2 cladding layer 910, an Si layer 920 formed on the SiO 2 cladding layer 910, SiO 2 cladding layer formed on the Si layer 920 940.

また、Ｓｉ層９２０は、第１のコア層となる第１のリブ部９２１−１と、第２のコア層となる第２のリブ部９２１−２と、第１のリブ部９２１−１の第２のリブ部９２１−２とは反対側に配置された第１のスラブ部９２２−１と、第２のリブ部９２１−２の第１のリブ部９２１−１とは反対側に配置された第２のスラブ部９２２−２と、第１のリブ部９２１−１と第２のリブ部９２１−２との間に配置された第３のスラブ部９２３とから構成される。   In addition, the Si layer 920 includes a first rib portion 921-1 serving as a first core layer, a second rib portion 921-2 serving as a second core layer, and a first rib portion 921-1. The 1st slab part 922-1 arrange | positioned on the opposite side to the 2nd rib part 921-2, and the 1st rib part 921-1 of the 2nd rib part 921-2 are arrange | positioned on the opposite side. The second slab portion 922-2, and the third slab portion 923 disposed between the first rib portion 921-1 and the second rib portion 921-2.

また、Ｓｉ光変調器８００のＳｉ層９２０の第１のスラブ部９２２−１の、第１のリブ部９２１−１と反対側は、高濃度ｐ型半導体領域８２３−１となり、第３のスラブ部９２３の、第１のリブ部９２１−１と反対側は、高濃度ｎ型半導体領域８２４となる。また、第１のスラブ部９２２−１の第１のリブ部９２１−１側と、第１のリブ部９２１−１の第１のスラブ部９２２−１側とは、中濃度ｐ型半導体領域８２１−１となる。また、第３のスラブ部９２３の第１のリブ部９２１−１側と、第１のリブ部９２１−１の第３のスラブ部９２３側とは、中濃度ｎ型半導体領域８２２−１となる。   The first slab portion 922-1 of the Si layer 920 of the Si optical modulator 800 on the side opposite to the first rib portion 921-1 is a high-concentration p-type semiconductor region 823-1, and the third slab The portion 923 opposite to the first rib portion 921-1 is a high-concentration n-type semiconductor region 824. Further, the first rib portion 921-1 side of the first slab portion 922-1 and the first slab portion 922-1 side of the first rib portion 921-1 are an intermediate concentration p-type semiconductor region 821. -1. Further, the first rib portion 921-1 side of the third slab portion 923 and the third slab portion 923 side of the first rib portion 921-1 become the intermediate concentration n-type semiconductor region 822-1. .

一方で、Ｓｉ層９２０の第２のスラブ部９２２−２の、第２のリブ部９２１−２と反対側の端部は、高濃度ｐ型半導体領域８２３−２となり、第３のスラブ部９２３の、第２のリブ部９２１−２と反対側の端部は、高濃度ｎ型半導体領域８２４となる。また、第２のスラブ部９２２−２の第２のリブ部９２１−２側と、第２のリブ部９２１−２の第２のスラブ部９２２−２側とは、中濃度ｐ型半導体領域８２１−２となる。また、第３のスラブ部９２３の第２のリブ部９２１−２側と、第２のリブ部９２１−２の第３のスラブ部９２３側とは、中濃度ｎ型半導体領域８２２−２となる。   On the other hand, the end of the second slab portion 922-2 of the Si layer 920 opposite to the second rib portion 921-2 is a high-concentration p-type semiconductor region 823-2, and the third slab portion 923 is formed. The end opposite to the second rib portion 921-2 is a high-concentration n-type semiconductor region 824. Further, the second rib portion 921-2 side of the second slab portion 922-2 and the second slab portion 922-2 side of the second rib portion 921-2 are the medium concentration p-type semiconductor region 821. -2. In addition, the second rib portion 921-2 side of the third slab portion 923 and the third slab portion 923 side of the second rib portion 921-2 become the intermediate concentration n-type semiconductor region 822-2. .

また、ＲＦ電極８１１は、高濃度ｐ型半導体領域８２３−１に接しており、ＲＦ電極８１２は高濃度ｐ型半導体領域８２３−２に接しており、ＤＣ電極８１３は高濃度ｎ型半導体領域８２４に接している。ＤＣ電極８１３にＲＦ電極８１１及び８１２に対してプラスの電圧を印加することで、ＤＣ電極８１３の両脇の２つのｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができる。   The RF electrode 811 is in contact with the high-concentration p-type semiconductor region 823-1, the RF electrode 812 is in contact with the high-concentration p-type semiconductor region 823-2, and the DC electrode 813 is in the high-concentration n-type semiconductor region 824. Is in contact with By applying a positive voltage to the DC electrode 813 relative to the RF electrodes 811 and 812, a reverse bias can be applied to the two pn junctions on both sides of the DC electrode 813.

図８のＣ−Ｃ´の部分は、光導波路８０２及び８０３のＤＣ電極８１４が形成されている部分である。図９（ｂ）を参照すると、Ｓｉ光変調器８００は、ＳｉＯ2クラッド層９１０と、ＳｉＯ2クラッド層９１０上に形成されたＳｉ層９３０と、Ｓｉ層９３０上に形成されたＳｉＯ2クラッド層９４０とを備える。 A portion CC ′ in FIG. 8 is a portion where the DC electrodes 814 of the optical waveguides 802 and 803 are formed. Referring to FIG. 9 (b), Si light modulator 800 includes a SiO 2 cladding layer 910, an Si layer 930 formed on the SiO 2 cladding layer 910, SiO 2 cladding layer formed on the Si layer 930 940.

また、Ｓｉ層９３０は、第１のコア層となる第１のリブ部９３１−１と、第２のコア層となる第２のリブ部９３１−２と、第１のリブ部９３１−１の第２のリブ部９３１−２とは反対側に配置された第１のスラブ部９３２−１と、第２のリブ部９３１−２の第１のリブ部９３１−１とは反対側に配置された第２のスラブ部９３２−２と、第１のリブ部９３１−１と第２のリブ部９３１−２との配置された第３のスラブ部９３３とから構成される。   In addition, the Si layer 930 includes a first rib portion 931-1 serving as a first core layer, a second rib portion 931-2 serving as a second core layer, and a first rib portion 931-1. The 1st slab part 932-1 arrange | positioned on the opposite side to the 2nd rib part 931-2, and the 1st rib part 931-1 of the 2nd rib part 931-2 are arrange | positioned on the opposite side. The second slab part 932-2, and the third slab part 933 in which the first rib part 931-1 and the second rib part 931-2 are arranged.

また、Ｓｉ光変調器８００のＳｉ層９３０の第１のスラブ部９３２−１の、第１のリブ部９３１−１と反対側は、高濃度ｐ型半導体領域８３３−１となり、第３のスラブ部９３３の、第１のリブ部９３１−１と反対側は、高濃度ｎ型半導体領域８３４となる。また、第１のスラブ部９３２−１の第１のリブ部９３１−１側と、第１のリブ部９３１−１の第１のスラブ部９３２−１側とは、中濃度ｐ型半導体領域８３１−１となる。また、第３のスラブ部９３３の第１のリブ部９３１−１側と、第１のリブ部９３１−１の第３のスラブ部９３３側とは、中濃度ｎ型半導体領域８３２−１となる。   The first slab portion 932-1 of the Si layer 930 of the Si optical modulator 800 on the opposite side to the first rib portion 931-1 is a high-concentration p-type semiconductor region 833-1, and the third slab The side of the portion 933 opposite to the first rib portion 931-1 is a high-concentration n-type semiconductor region 834. The first rib portion 931-1 side of the first slab portion 932-1 and the first slab portion 932-1 side of the first rib portion 931-1 are the medium concentration p-type semiconductor region 831. -1. Further, the first rib portion 931-1 side of the third slab portion 933 and the third slab portion 933 side of the first rib portion 931-1 become the intermediate concentration n-type semiconductor region 832-1. .

一方で、Ｓｉ層９３０の第２のスラブ部９３２−２の、第２のリブ部９３１−２と反対側の端部は、高濃度ｐ型半導体領域８３３−２となり、第３のスラブ部９３３の、第２のリブ部９３１−２と反対側の端部は、高濃度ｎ型半導体領域８３４となる。また、第２のスラブ部９３２−２の第２のリブ部９３１−２側と、第２のリブ部９３１−２の第２のスラブ部９３２−２側とは、中濃度ｐ型半導体領域８３１−２となる。また、第３のスラブ部９３３の第２のリブ部９３１−２側と、第２のリブ部９３１−２の第３のスラブ部９３３側とは、中濃度ｎ型半導体領域８３２−２となる。   On the other hand, the end of the second slab portion 932-2 of the Si layer 930 opposite to the second rib portion 931-2 is a high-concentration p-type semiconductor region 833-2, and the third slab portion 933 is formed. The end opposite to the second rib portion 931-2 is a high-concentration n-type semiconductor region 834. In addition, the second rib portion 931-2 side of the second slab portion 932-2 and the second slab portion 932-2 side of the second rib portion 931-2 are the medium concentration p-type semiconductor region 831. -2. Further, the second rib portion 931-2 side of the third slab portion 933 and the third slab portion 933 side of the second rib portion 931-2 become the intermediate concentration n-type semiconductor region 832-2. .

また、ＲＦ電極８１１は、高濃度ｐ型半導体領域８３３−１に接しており、ＲＦ電極８１２は高濃度ｐ型半導体領域８３３−２に接しており、ＤＣ電極８１４は高濃度ｎ型半導体領域８３４に接している。ＤＣ電極８１３にＲＦ電極８１１及び８１２に対してプラスの電圧を印加することで、ＤＣ電極８１３の両脇の２つのｐｎ接合部に逆バイアスを印加することができる。   The RF electrode 811 is in contact with the high-concentration p-type semiconductor region 833-1, the RF electrode 812 is in contact with the high-concentration p-type semiconductor region 833-2, and the DC electrode 814 is in the high-concentration n-type semiconductor region 834. Is in contact with By applying a positive voltage to the DC electrode 813 relative to the RF electrodes 811 and 812, a reverse bias can be applied to the two pn junctions on both sides of the DC electrode 813.

ここで、各ＤＣ電極（８１３及び８１４）が接している高濃度ｎ型半導体領域もＤＣ電極の分断箇所で２つに分割され、高濃度ｎ型半導体領域８２４上にはＤＣ電極８１３が、高濃度ｎ型半導体領域８３４上にはＤＣ電極８１４が形成されている。本実施形態のＳｉ光変調器８００においては、ＲＦ電極８１１及び８１２に接している高濃度ｐ型半導体領域も２つに分割されている（高濃度ｐ型半導体領域８２３−１及び８２３−２、並びに８３３−１及び８３３−２）が、ＲＦ電極に接している高濃度ｐ型半導体領域は分割されずに繋がっていても良い。   Here, the high-concentration n-type semiconductor region with which each DC electrode (813 and 814) is in contact is also divided into two at the DC electrode dividing point, and the DC electrode 813 is formed on the high-concentration n-type semiconductor region 824 with a high density. A DC electrode 814 is formed on the concentration n-type semiconductor region 834. In the Si optical modulator 800 of this embodiment, the high-concentration p-type semiconductor region in contact with the RF electrodes 811 and 812 is also divided into two (high-concentration p-type semiconductor regions 823-1 and 823-2, In addition, 833-1 and 833-2) may be connected without dividing the high-concentration p-type semiconductor region in contact with the RF electrode.

従来のＳｉ光変調器においては、ＲＦ電極を伝搬する高周波信号に誘起されて、ＤＣ電極内には正・負の電荷が密な箇所が発生する。ＤＣ電極内に誘起される電荷は、ＲＦ電極における高周波信号の伝搬と共に位置を移動していく。このとき、ＤＣ電極のサイズが高周波信号の波長の１／２の倍数に近いと、誘起された電荷分布の波がＤＣ電極内部で共振する場合がある。ＤＣ電極内部で共振が起きた場合、ＲＦ電極を伝搬する高周波信号には、エネルギーの漏洩、反射の増大や透過損失の増大などの伝搬特性の劣化が生じる。この高周波信号の伝搬特性の劣化が、光変調器の周波数応答特性の劣化による、高速変調時の波形品質の劣化、送信光信号内あるいは送信・受信間の信号のクロストークの増大などの悪影響をもたらす。   In a conventional Si optical modulator, a portion where positive and negative charges are dense is generated in a DC electrode, induced by a high-frequency signal propagating through an RF electrode. The charge induced in the DC electrode moves in position with the propagation of the high frequency signal at the RF electrode. At this time, if the size of the DC electrode is close to a half of the wavelength of the high-frequency signal, the induced charge distribution wave may resonate inside the DC electrode. When resonance occurs within the DC electrode, the high-frequency signal propagating through the RF electrode suffers from deterioration of propagation characteristics such as energy leakage, increased reflection, and increased transmission loss. This deterioration in the propagation characteristics of high-frequency signals has adverse effects such as deterioration in waveform quality during high-speed modulation due to deterioration in the frequency response characteristics of the optical modulator, and increased crosstalk of signals within the transmission optical signal or between transmission and reception. Bring.

一方で、ＤＣ電極は、高周波信号の伝搬方向の長さが、高周波信号の波長の１／２以下の長さであれば、その波長以上の領域（対応する周波数以下の領域）では共振を起こさない。ここで、真空中の電磁波の速度をＣ０、高周波信号の周波数をｆ、ＲＦ電極を伝搬する高周波信号の実効屈折率をｎｅｆｆ、ＲＦ電極を伝搬する高周波信号の波長をλ、とすると、伝搬する高周波信号の１／２の長さは、λ／２＝Ｃ０／（２×ｆ×ｎｅｆｆ）、で表すことができる。真空中の電磁波の伝搬速度は３×１０8ｍ／ｓであり、Ｓｉ光変調器のＲＦ電極を伝搬する高周波信号の実効屈折率を約ｎeff＝３とすると、１０ＧＨｚの高周波信号の波長は１０ｍｍ、４０ＧＨｚの高周波信号の波長は２．５ｍｍ程度となる。このため、ＤＣ電極の長さが波長の１／２の長さである、５ｍｍ以下であれば１０ＧＨｚまで、１．２５ｍｍ以下であれば４０ＧＨｚの信号まで共振を起こさない光変調器を実現することができる。 On the other hand, if the length of the DC electrode in the propagation direction of the high-frequency signal is ½ or less of the wavelength of the high-frequency signal, resonance will occur in the region above that wavelength (the region below the corresponding frequency). Absent. Here, if the velocity of the electromagnetic wave in vacuum is C0, the frequency of the high-frequency signal is f, the effective refractive index of the high-frequency signal propagating through the RF electrode is neff, and the wavelength of the high-frequency signal propagating through the RF electrode is λ, it propagates. The half length of the high-frequency signal can be expressed by λ / 2 = C0 / (2 × f × neff). The propagation speed of the electromagnetic wave in vacuum is 3 × 10 8 m / s, and the effective refractive index of the high frequency signal propagating through the RF electrode of the Si optical modulator is about n eff = 3, the wavelength of the high frequency signal of 10 GHz is The wavelength of the high-frequency signal of 10 mm and 40 GHz is about 2.5 mm. For this reason, the length of the DC electrode is ½ of the wavelength, and an optical modulator that does not resonate up to a signal of 10 GHz if it is 5 mm or less and 40 GHz if it is 1.25 mm or less is realized. Can do.

本実施形態においては、ＤＣ電極が２つに分割されているため（ＤＣ電極８１３及び８１４）、共振する高周波信号の波長が短くなる。すなわち共振する周波数は、波長が短くなることにより高くなっているため、高い周波数の領域まで共振による特性の劣化無しに、変調器を使用することが可能となっている。このため、高速な光変調を行うのに必要な、数百ｋＨｚから数十ＧＨｚのより広い周波数帯域に渡って動作可能な、光変調器を実現することが可能となる。   In this embodiment, since the DC electrode is divided into two (DC electrodes 813 and 814), the wavelength of the resonating high-frequency signal is shortened. That is, since the resonant frequency is increased by shortening the wavelength, it is possible to use the modulator without deterioration of characteristics due to resonance up to a high frequency region. For this reason, it is possible to realize an optical modulator that can operate over a wider frequency band of several hundred kHz to several tens of GHz, which is necessary for performing high-speed optical modulation.

図１０は、第１の実施形態の変形例に係るＳｉ光変調器１０００を示す図である。本実施形態においては、ＤＣ電極１０１４に電圧を印加するための配線である給電線が、ＤＣ電極１０１４の両端に配置された構造である。本実施形態によるＳｉ光変調器は、図８のＳｉ光変調器８００及び図１０のＳｉ光変調器１０００のように２本のＲＦ電極の間に配置されたＤＣ電極の給電ラインが、分割されたそれぞれのＤＣ電極の片端に配置されている構造でも、両端に配置されている構造でも採ることが可能である。共振を起こす条件は、共振を起こす線路の端が固定端であるか、自由端であるかにより異なるが、実施形態に係るＳｉ光変調器では２本のＲＦ電極に差動信号が印加されているため、ＤＣ電極に誘起された正・負の電荷は、自由端まで伝搬すると互いに結合して消滅する。このため、自由端であっても固定端と同じように端が節になる周波数で共振を起こすことになる。   FIG. 10 is a diagram showing a Si optical modulator 1000 according to a modification of the first embodiment. In the present embodiment, a feed line that is a wiring for applying a voltage to the DC electrode 1014 is arranged at both ends of the DC electrode 1014. In the Si optical modulator according to the present embodiment, the DC electrode feeding line arranged between the two RF electrodes is divided as in the Si optical modulator 800 in FIG. 8 and the Si optical modulator 1000 in FIG. In addition, it is possible to adopt either a structure arranged at one end of each DC electrode or a structure arranged at both ends. The condition for causing resonance differs depending on whether the end of the line causing resonance is a fixed end or a free end. However, in the Si optical modulator according to the embodiment, a differential signal is applied to two RF electrodes. Therefore, the positive and negative charges induced in the DC electrode are combined and disappear when they propagate to the free end. For this reason, even at the free end, resonance occurs at a frequency at which the end becomes a node as in the fixed end.

さらには、ＤＣ電極の給電ラインは分割されたそれぞれのＤＣ電極の中央付近に配置することも可能である。給電ライン近傍では印加されているバイアス電圧に電位が設定され、誘起された正・負の電荷により発生する電位差がキャンセルされるため、ＤＣ電極の共振は給電ラインとＤＣ電極端の間隔の長さで発生することになり、給電ラインをＤＣ電極の中央付近に配置することによって、共振する高周波信号の波長をより短くすることができる。   Furthermore, the DC electrode power supply line can be arranged near the center of each of the divided DC electrodes. Since the potential is set to the applied bias voltage in the vicinity of the power supply line and the potential difference generated by the induced positive and negative charges is canceled, the resonance of the DC electrode is the length of the gap between the power supply line and the DC electrode end. Therefore, by arranging the power supply line near the center of the DC electrode, the wavelength of the resonant high frequency signal can be further shortened.

すなわち先の例では、給電ラインがＤＣ電極の中央付近に配置されていれば、１０ＧＨｚまでの信号で共振を起こさないためには、給電ラインとＤＣ電極端（又は他方の給電ライン）の間隔が波長の１／２の長さである５ｍｍ以下、２つのＤＣ電極の全長が１０ｍｍ以下、４０ＧＨｚまでの信号で共振を起こさないためには、給電ラインとＤＣ電極端（又は他方の給電ライン）の間隔が波長の１／２の長さである１．２５ｍｍ以下、２つのＤＣ電極の全長が２．５ｍｍ以下であれば、共振による特性劣化を起こさない光変調器を実現することができる。   That is, in the previous example, if the power supply line is arranged near the center of the DC electrode, in order not to cause resonance with a signal up to 10 GHz, the distance between the power supply line and the DC electrode end (or the other power supply line) is In order not to cause resonance with a signal up to 40 GHz, the total length of the two DC electrodes is 10 mm or less, which is half the wavelength, which is ½ mm, the feed line and the end of the DC electrode (or the other feed line) If the interval is 1.25 mm or less, which is a length of ½ of the wavelength, and the total length of the two DC electrodes is 2.5 mm or less, an optical modulator that does not cause characteristic deterioration due to resonance can be realized.

本実施形態においては、Ｓｉ光変調器８００及び１０００ともに、ＲＦ電極８１１及び８１２（１０１１及び１０１２）が高濃度ｐ型半導体領域８２３−１及び８２３−２、並びに８３３−１及び８３３−２（１０２３−１及び１０２３−２、並びに１０３３−１及び１０３３−２）と接しており、ＤＣ電極８１３及び８１４（１０１３及び１０１４）は高濃度ｎ型半導体領域８２４及び８３４（１０２４及び１０３４）と接している例で示したが、ＲＦ電極が高濃度ｎ型半導体領域と接しており、ＤＣ電極は高濃度ｐ型半導体領域と接していても、同じ効果を得ることができる。   In this embodiment, in both the Si optical modulators 800 and 1000, the RF electrodes 811 and 812 (1011 and 1012) are high-concentration p-type semiconductor regions 823-1 and 823-2, and 833-1 and 833-2 (1023). -1 and 1023-2, and 1033-1 and 1033-2), and the DC electrodes 813 and 814 (1013 and 1014) are in contact with the high-concentration n-type semiconductor regions 824 and 834 (1024 and 1034). As shown in the example, the same effect can be obtained even when the RF electrode is in contact with the high-concentration n-type semiconductor region and the DC electrode is in contact with the high-concentration p-type semiconductor region.

また、ＲＦ電極は高周波信号の減衰を防止するため、抵抗率の低い金属を使用した配線が好ましいが、ＤＣ電極は金属ではなく、半導体領域の導電性を利用した配線で置き換えることも可能である。その際ＤＣ電極は、ＲＦ電極が存在する変調器部分、全域に渡ってある必要はなく、一部に接触しているだけでも良い。   In addition, the RF electrode is preferably a wiring using a metal having a low resistivity in order to prevent attenuation of a high-frequency signal, but the DC electrode is not a metal but can be replaced by a wiring using the conductivity of the semiconductor region. . In this case, the DC electrode does not need to be over the entire modulator portion where the RF electrode is present, and may be in contact with only a part.

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。図１１のＳｉ光変調器１１００は、マッハツェンダ変調器であり、入力光導波路１１０１と、入力光導波路１１０１からの光が分岐されて導波される光導波路１１０２及び１１０３と、光導波路１１０２からの光と光導波路１１０３からの光とを合波する出力光導波路１１０４とを備える。 [Second Embodiment]
FIG. 11 is a top perspective view showing the Si optical modulator according to the second embodiment of the present invention. 11 is a Mach-Zehnder modulator, and includes an input optical waveguide 1101, optical waveguides 1102 and 1103 from which light from the input optical waveguide 1101 is branched, and light from the optical waveguide 1102. And an output optical waveguide 1104 that combines the light from the optical waveguide 1103.

光導波路１１０２の基板縁側の脇には差動の変調電気信号（ＲＦ信号）を入力するためのＲＦ電極１１１１が形成され、光導波路１１０３の基板縁側の脇にも差動のＲＦ信号を入力するためのＲＦ電極１１１２が形成される。また、光導波路１１０２と１１０３との間には共通のバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極１１１３、１１１４及び１１１５が、各光導波路の光の導波方向と同一の方向に直列に形成される。本発明の第２の実施形態に係るＳｉ光変調器１１００は、２本のＲＦ電極（１１１１及び１１１２）の間に配置されたＤＣ電極が、２つ以上の複数のＤＣ電極（ＤＣ電極１１１３、１１１４及び１１１５の３つ）に分割されている。   An RF electrode 1111 for inputting a differential modulation electric signal (RF signal) is formed on the side of the substrate edge side of the optical waveguide 1102, and a differential RF signal is also input on the side of the substrate side of the optical waveguide 1103. For this purpose, an RF electrode 1112 is formed. In addition, DC electrodes 1113, 1114, and 1115 for applying a common bias voltage are formed in series between the optical waveguides 1102 and 1103 in the same direction as the light guiding direction of each optical waveguide. In the Si optical modulator 1100 according to the second embodiment of the present invention, a DC electrode disposed between two RF electrodes (1111 and 1112) has two or more DC electrodes (DC electrodes 1113, 1114 and 3115).

ここで、各ＤＣ電極（１１１３、１１１４及び１１１５）が接している高濃度ｎ型半導体領域もＤＣ電極の分断箇所で複数（３つ）に分割され、高濃度ｎ型半導体領域１１２４上にはＤＣ電極１１１３が、高濃度ｎ型半導体領域１１３４上にはＤＣ電極１１１４が、高濃度ｎ型半導体領域１１４４上にはＤＣ電極１１１５が形成されている。本実施形態のＳｉ光変調器１１００においては、ＲＦ電極１１１１及び１１１２に接している高濃度ｐ型半導体領域も３つに分割されている（高濃度ｐ型半導体領域１１２３−１及び１１２３−２、１１３３−１及び１１３３−２、並びに１１４３−１及び１１４３−２）が、ＲＦ電極に接している高濃度ｐ型半導体領域は分割されずに繋がっていても良い。   Here, the high-concentration n-type semiconductor region with which each DC electrode (1113, 1114, and 1115) is in contact is also divided into a plurality (three) at the DC electrode division point, and a DC is formed on the high-concentration n-type semiconductor region 1124. In the electrode 1113, a DC electrode 1114 is formed on the high concentration n-type semiconductor region 1134, and a DC electrode 1115 is formed on the high concentration n-type semiconductor region 1144. In the Si optical modulator 1100 of the present embodiment, the high-concentration p-type semiconductor region in contact with the RF electrodes 1111 and 1112 is also divided into three (high-concentration p-type semiconductor regions 1123-1 and 1123-2, 1133-1 and 1133-2 and 1143-1 and 1143-2) may be connected without dividing the high-concentration p-type semiconductor region in contact with the RF electrode.

複数箇所に分割されたＤＣ電極に電圧を印加するための配線である給電ラインは、図１１に示すようにＲＦ電極と高さの異なる多層配線で形成されていても良いし、ワイヤボンディングにより形成されていても良い。また、ＲＦ電極は高周波信号の減衰を防止するため、抵抗率の低い金属を使用した配線が好ましいが、ＤＣ電極は金属ではなく、半導体領域の導電性を利用した配線で置き換えることも可能である。その際ＤＣ電極は、ＲＦ電極が存在する変調器部分、全域に渡ってある必要はなく、一部に接触しているだけでも良い。   The power supply line, which is a wiring for applying a voltage to the DC electrodes divided into a plurality of locations, may be formed of a multilayer wiring having a height different from that of the RF electrode as shown in FIG. 11, or formed by wire bonding. May be. In addition, the RF electrode is preferably a wiring using a metal having a low resistivity in order to prevent attenuation of a high-frequency signal, but the DC electrode is not a metal but can be replaced by a wiring using the conductivity of the semiconductor region. . In this case, the DC electrode does not need to be over the entire modulator portion where the RF electrode is present, and may be in contact with only a part.

本実施形態ではＤＣ電極が複数に分割されているため、共振する高周波信号の波長が短くなる。すなわち共振する周波数は、波長が短くなることにより高くなるため、高い周波数の領域まで共振による特性の劣化無しに、変調器を使用することが可能となっている。このため、高速な光変調を行うために必要な、数百ｋＨｚから数十ＧＨｚのより広い周波数帯域に渡って動作可能な、光変調器を実現することが可能となる。   In this embodiment, since the DC electrode is divided into a plurality of parts, the wavelength of the resonating high frequency signal is shortened. That is, the resonant frequency becomes higher as the wavelength becomes shorter, so that it is possible to use the modulator without deterioration of characteristics due to resonance up to a high frequency region. For this reason, it is possible to realize an optical modulator that can operate over a wider frequency band of several hundred kHz to several tens of GHz, which is necessary for performing high-speed optical modulation.

高速な光変調を行うために必要な光変調器は、１０ＧＨｚ以上の高速動作が求められるため、ＤＣ電極の長さ、およびＤＣ電極端と給電ラインの間隔は５ｍｍ以下である必要がある。   Since an optical modulator necessary for performing high-speed optical modulation is required to operate at a high speed of 10 GHz or more, the length of the DC electrode and the distance between the DC electrode end and the feed line must be 5 mm or less.

［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。図１２のＳｉ光変調器１２００は、マッハツェンダ変調器であり、入力光導波路１２０１と、入力光導波路１２０１からの光が分岐されて道破される光導波路１２０２及び１２０３と、光導波路１２０２からの光と光導波路１２０３からの光とを合波する出力光導波路１２０４とを備える。 [Third Embodiment]
FIG. 12 is a top perspective view showing the Si optical modulator according to the third embodiment of the present invention. 12 is a Mach-Zehnder modulator, and includes an input optical waveguide 1201, optical waveguides 1202 and 1203 from which light from the input optical waveguide 1201 is branched, and light from the optical waveguide 1202. And an output optical waveguide 1204 that combines the light from the optical waveguide 1203.

光導波路１２０２の基板縁側の脇には差動の変調電気信号（ＲＦ信号）を入力するためのＲＦ電極１２１１が形成され、光導波路１２０３の基板縁側の脇にも差動のＲＦ信号を入力するためのＲＦ電極１２１２が形成され、光導波路１２０２と１２０３との間には共通のバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極１２１３が形成される。ここで、本実施形態においては、ＤＣ電極１２１３には電圧を印加するための配線である給電ラインが３本以上（図１２では４本）設置されている。   An RF electrode 1211 for inputting a differential modulation electric signal (RF signal) is formed on the side of the substrate edge side of the optical waveguide 1202, and a differential RF signal is also input on the side of the substrate side of the optical waveguide 1203. An RF electrode 1212 is formed, and a DC electrode 1213 for applying a common bias voltage is formed between the optical waveguides 1202 and 1203. Here, in this embodiment, the DC electrode 1213 is provided with three or more power supply lines (four in FIG. 12) that are wires for applying a voltage.

本実施形態においては、ＤＣ電極の途中に電圧を印加するための配線である給電ラインが複数本設置されている。このため、給電ライン近傍では印加されているバイアス電圧に電位が設定され、誘起された正・負の電荷により発生する電位差がキャンセルされるため、ＤＣ電極の共振は給電ラインの間隔の長さで発生することになり、共振する高周波信号の波長は短くなる。すなわち共振する周波数は、波長が短くなることにより高くなっているため、高い周波数の領域まで共振による特性の劣化無しに、変調器を使用することが可能となっている。   In the present embodiment, a plurality of power supply lines, which are wires for applying a voltage, are installed in the middle of the DC electrode. For this reason, the potential is set to the bias voltage applied in the vicinity of the power supply line, and the potential difference generated by the induced positive and negative charges is canceled. Therefore, the resonance of the DC electrode is caused by the length of the interval between the power supply lines. The wavelength of the resonating high frequency signal is shortened. That is, since the resonant frequency is increased by shortening the wavelength, it is possible to use the modulator without deterioration of characteristics due to resonance up to a high frequency region.

このため、高速な光変調を行うために必要な、数百ｋＨｚから数十ＧＨｚのより広い周波数帯域に渡って動作可能な、光変調器を実現することが可能となる。   For this reason, it is possible to realize an optical modulator that can operate over a wider frequency band of several hundred kHz to several tens of GHz, which is necessary for performing high-speed optical modulation.

［第４の実施形態］
図１３は、本発明の第４の実施形態に係るＳｉ光変調器を示す上面透視図である。図１３のＳｉ光変調器１３００は、マッハツェンダ変調器であり、入力光導波路１３０１と、入力光導波路１３０１からの光が分岐されて道破される光導波路１３０２及び１３０３と、光導波路１３０２からの光と光導波路１３０３からの光とを合波する出力光導波路１３０４とを備える。 [Fourth Embodiment]
FIG. 13 is a top perspective view showing the Si optical modulator according to the fourth embodiment of the present invention. 13 is a Mach-Zehnder modulator, and includes an input optical waveguide 1301, optical waveguides 1302 and 1303 from which light from the input optical waveguide 1301 is branched, and light from the optical waveguide 1302. And an output optical waveguide 1304 that multiplexes the light from the optical waveguide 1303.

光導波路１３０２の基板縁側の脇には差動の変調電気信号（ＲＦ信号）を入力するためのＲＦ電極１３１１が形成され、光導波路１３０３の基板縁側の脇にも差動のＲＦ信号を入力するためのＲＦ電極１３１２が形成され、光導波路１３０２と１３０３との間には共通のバイアス電圧を印加するためのＤＣ電極１３１３が形成される。ここで、本実施形態においては、ＤＣ電極１３１３には電圧を印加するための配線である給電ラインが１本以上設置され、ＤＣ電極１３１３の電極端と給電ラインとの間、および給電ライン間の２つ以上の領域に分割された構造を持ち、電極端と給電ラインの間の領域、及び給電ライン間の領域の長さが５ｍｍ以下となっている。   An RF electrode 1311 for inputting a differential modulation electric signal (RF signal) is formed on the side of the substrate edge side of the optical waveguide 1302, and a differential RF signal is also input on the side of the substrate side of the optical waveguide 1303. An RF electrode 1312 for forming a common bias voltage is formed between the optical waveguides 1302 and 1303. Here, in the present embodiment, the DC electrode 1313 is provided with one or more power supply lines that are wiring for applying a voltage, between the electrode end of the DC electrode 1313 and the power supply line, and between the power supply lines. It has a structure divided into two or more regions, and the length of the region between the electrode end and the power supply line and the region between the power supply lines is 5 mm or less.

本実施形態においては、ＤＣ電極に電圧を印加するための配線である給電ラインが１本以上設置され、ＤＣ電極端と給電ライン、および給電ライン間の間隔が５ｍｍ以下となっている。このため、給電ライン近傍では印加されているバイアス電圧に電位が設定され、誘起された正・負の電荷により発生する電位差がキャンセルされるため、ＤＣ電極の共振はＤＣ電極端と給電ラインの間隔、および給電ライン通しの間隔の長さで発生することになり、共振する高周波信号の波長は短くなる。すなわち共振する周波数は、波長が短くなることにより高くなっているため、高い周波数の領域まで共振による特性の劣化無しに、変調器を使用することが可能となっている。   In the present embodiment, one or more power supply lines that are wirings for applying a voltage to the DC electrode are installed, and the distance between the DC electrode end, the power supply line, and the power supply line is 5 mm or less. For this reason, the potential is set to the applied bias voltage in the vicinity of the power supply line, and the potential difference generated by the induced positive and negative charges is canceled, so that the resonance of the DC electrode is the distance between the DC electrode end and the power supply line. And the length of the interval between the feed lines, the wavelength of the resonating high frequency signal is shortened. That is, since the resonant frequency is increased by shortening the wavelength, it is possible to use the modulator without deterioration of characteristics due to resonance up to a high frequency region.

このため、高速な光変調を行うために必要な、数百ｋＨｚから数十ＧＨｚのより広い周波数帯域に渡って動作可能な、光変調器を実現することが可能となる。   For this reason, it is possible to realize an optical modulator that can operate over a wider frequency band of several hundred kHz to several tens of GHz, which is necessary for performing high-speed optical modulation.

１００ 光導波路
１１０、１３０、９１０、９４０ ＳｉＯ2クラッド層
１２０、９２０、９３０ Ｓｉ層
１０１、１０１−１、１０１−２、９２１−１、９２１−２、９３１−１、９３１−２ リブ部
１０２、１０２−１、１０２−２、１０３、９２３−１、９２３−２、９２４、９３３−１、９３３−２、９３４ スラブ部
１２１、１２１−１、１２１−２、８２１−１、８２１−２、１０２１−１、１０２１−２、１１２１−１、１１２１−２、１２２１−１、１２２１−２、１３２１−１、１３２１−２ 中濃度ｐ型半導体領域
１２２、１２２−１、１２２−２、８２２−１、８２２−２、１０２２−１、１０２２−２、１１２２−１、１１２２−２、１２２２−１、１２２２−２、１３２２−１、１３２２−２ 中濃度ｎ型半導体領域
１２３、１２３―１、１２３−２、８２３−１、８２３−２、１０２３−１、１０２３−２、１１２３−１、１１２３−２、１２２３−１、１２２３−２、１３２３−１、１３２３−２ 高濃度ｐ型半導体領域
１２４、８２４、１０２４、１１２４、１２２４、１３２４ 高濃度ｎ型半導体領域
２００、８００、１０００、１１００、１２００、１３００ Ｓｉ光変調器
２２１、２２２、５０１、５０２、８１１、８１２、１０１１、１０１２、１１１１、１１１２、１２１１、１２１２ ＲＦ電極
２２３、８１３、８１４、１０１３、１０１４、１１１３、１１１４、１１１５、１２１３、１３１３ ＤＣ電極
２１１、２１２、２１３、２１４、８０１、８０２、８０３、８０４、１００１、１００２、１００３、１００４、１１０１、１１０２、１１０３、１１０４、１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１３０１、１３０２、１３０３、１３０４ 光導波路
７０１ 構造体 100 Optical waveguide 110, 130, 910, 940 SiO 2 cladding layer 120, 920, 930 Si layer 101, 101-1, 101-2, 921-1, 921-2, 931-1, 931-2 Rib portion 102, 102-1, 102-2, 103, 923-1, 923-2, 924, 933-1, 933-2, 934 Slab parts 121, 121-1, 121-2, 821-1, 821-2, 1021 -1, 1021-2, 1121-1, 1121-2, 1221-1, 1221-2, 1321-1, 1321-2 Medium-concentration p-type semiconductor regions 122, 122-1, 122-2, 822-1, 822-2, 1022-1, 1022-2, 1122-1, 1122-2, 1222-1, 1222-2, 1322-1, 1322-2 Medium-concentration n-type semiconductor region 123 123-1, 123-2, 823-1, 823-2, 1023-1, 1022, 1123-1, 1123-1, 1223-1, 1223-2, 1323-1, 1323-3 High concentration p Type semiconductor regions 124, 824, 1024, 1124, 1224, 1324 high-concentration n-type semiconductor regions 200, 800, 1000, 1100, 1200, 1300 Si optical modulators 221, 222, 501, 502, 811, 812, 1011, 1012 1111, 1112, 1211, 1212 RF electrodes 223, 813, 814, 1013, 1014, 1113, 1114, 1115, 1213, 1313 DC electrodes 211, 212, 213, 214, 801, 802, 803, 804, 1001, 1002 , 1003, 1004, 1101, 1102, 110 3, 1104, 1201, 1202, 1203, 1204, 1301, 1302, 1303, 1304 Optical waveguide 701 Structure

Claims (7)

ＲＦ信号を印加するための２本のＲＦ電極と、
少なくとも１つの給電ラインを有し、前記２本のＲＦ電極の間に、ＲＦ信号の伝搬方向に対して配置された少なくとも１つのＤＣ電極と、
前記２本のＲＦ電極と接する２つの第１導電型半導体領域と、
前記ＤＣ電極と接する第２導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型半導体領域の間に形成された光導波路と
を備える光変調器であって、
前記少なくとも１つ以上配置されたＤＣ電極において共振が発生する長さが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする光変調器。 Two RF electrodes for applying an RF signal;
At least one DC electrode having at least one power supply line and disposed between the two RF electrodes with respect to the propagation direction of the RF signal;
Two first conductive semiconductor regions in contact with the two RF electrodes;
A second conductivity type semiconductor region in contact with the DC electrode;
An optical modulator comprising: an optical waveguide formed between the first conductive semiconductor region and the second conductive semiconductor region,
An optical modulator, wherein a length at which resonance occurs in the at least one DC electrode is shorter than ½ of the shortest wavelength of an RF signal applied to the RF electrode. 前記ＤＣ電極は、少なくとも２つ以上直列に配置され、前記２つ以上のＤＣ電極の最長の長さが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。   At least two or more DC electrodes are arranged in series, and the longest length of the two or more DC electrodes is shorter than ½ of the shortest wavelength of the RF signal applied to the RF electrode. The optical modulator according to claim 1. 前記少なくとも１つのＤＣ電極端と、前記電極端に最近接する給電ライン接続部の間の長さのうち、最も長いものが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。   The longest length between the at least one DC electrode end and the power supply line connecting portion closest to the electrode end is shorter than ½ of the shortest wavelength of the RF signal applied to the RF electrode. The optical modulator according to claim 1, wherein 前記少なくとも１つのＤＣ電極内において、隣り合う前記給電ライン間の長さのうちで最も長いものが、前記ＲＦ電極に印加されるＲＦ信号の最短波長の１／２より短くなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。   In the at least one DC electrode, the longest length between adjacent feed lines is shorter than ½ of the shortest wavelength of the RF signal applied to the RF electrode. The optical modulator according to claim 1. 前記ＤＣ電極と前記第２導電型半導体領域のドーピング範囲が、前記ＲＦ信号の伝搬方向に対して２つ以上の領域にそれぞれ分割されている構造を持つことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光変調器。   5. The structure according to claim 1, wherein a doping range of the DC electrode and the second conductive type semiconductor region is divided into two or more regions with respect to a propagation direction of the RF signal. The optical modulator according to any one of claims. 前記少なくとも１つのＤＣ電極は、複数本の前記給電ラインを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光変調器。   The optical modulator according to any one of claims 1 to 5, wherein the at least one DC electrode includes a plurality of the power supply lines. 前記光導波路は、シリコンで形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the optical waveguide is made of silicon.
JP2016041593A 2016-03-03 2016-03-03 Light modulator Active JP6353474B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016041593A JP6353474B2 (en) 2016-03-03 2016-03-03 Light modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016041593A JP6353474B2 (en) 2016-03-03 2016-03-03 Light modulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017156648A true JP2017156648A (en) 2017-09-07
JP6353474B2 JP6353474B2 (en) 2018-07-04

Family

ID=59809747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016041593A Active JP6353474B2 (en) 2016-03-03 2016-03-03 Light modulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6353474B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019202894A1 (en) * 2018-04-19 2019-10-24 日本電信電話株式会社 Optical modulator

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234391A (en) * 1994-02-24 1995-09-05 Nec Corp Device for controlling light
US6646776B1 (en) * 2002-11-23 2003-11-11 Jds Uniphase Corporation Suppression of high frequency resonance in an electro-optical modulator
JP2006065085A (en) * 2004-08-27 2006-03-09 Fujitsu Ltd Semiconductor mach-zehnder optical modulator and method for manufacturing the same
JP2010211012A (en) * 2009-03-11 2010-09-24 Seikoh Giken Co Ltd Optical modulator
JP2010536062A (en) * 2007-08-08 2010-11-25 エージェンシー フォー サイエンス，テクノロジー アンド リサーチ ELECTRO-OPTICAL DEVICE AND ELECTRO-OPTICAL DEVICE MANUFACTURING METHOD
WO2013062096A1 (en) * 2011-10-26 2013-05-02 株式会社フジクラ Optical element and mach-zehnder optical waveguide element
JP2015127704A (en) * 2013-12-18 2015-07-09 テクトロニクス・インコーポレイテッドＴｅｋｔｒｏｎｉｘ，Ｉｎｃ． Electro-optic modulator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07234391A (en) * 1994-02-24 1995-09-05 Nec Corp Device for controlling light
US6646776B1 (en) * 2002-11-23 2003-11-11 Jds Uniphase Corporation Suppression of high frequency resonance in an electro-optical modulator
JP2006065085A (en) * 2004-08-27 2006-03-09 Fujitsu Ltd Semiconductor mach-zehnder optical modulator and method for manufacturing the same
JP2010536062A (en) * 2007-08-08 2010-11-25 エージェンシー フォー サイエンス，テクノロジー アンド リサーチ ELECTRO-OPTICAL DEVICE AND ELECTRO-OPTICAL DEVICE MANUFACTURING METHOD
JP2010211012A (en) * 2009-03-11 2010-09-24 Seikoh Giken Co Ltd Optical modulator
WO2013062096A1 (en) * 2011-10-26 2013-05-02 株式会社フジクラ Optical element and mach-zehnder optical waveguide element
JP2015127704A (en) * 2013-12-18 2015-07-09 テクトロニクス・インコーポレイテッドＴｅｋｔｒｏｎｉｘ，Ｉｎｃ． Electro-optic modulator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019202894A1 (en) * 2018-04-19 2019-10-24 日本電信電話株式会社 Optical modulator
JP2019191246A (en) * 2018-04-19 2019-10-31 日本電信電話株式会社 Optical modulator

Also Published As

Publication number Publication date
JP6353474B2 (en) 2018-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6586223B2 (en) Light modulator
JP6434991B2 (en) Light modulator
US10852618B2 (en) Optical modulator having interconnecting ground electrodes for coplanar waveguides
TWI638464B (en) Semiconductor light modulation element
JP2009537871A (en) Transmitter / receiver having integrated modulator array and hybrid junction multi-wavelength laser array
US8676017B2 (en) Light control element and optical waveguide circuit
JP6781618B2 (en) Light modulator
JP3839710B2 (en) Semiconductor optical modulator, Mach-Zehnder optical modulator, and optical modulator integrated semiconductor laser
JP6926499B2 (en) Light modulator
JP2017173365A (en) Optical modulator
JP6348880B2 (en) Semiconductor Mach-Zehnder optical modulator
JP6353474B2 (en) Light modulator
JP6823619B2 (en) Light modulator
US11275287B2 (en) Semiconductor Mach-Zehnder optical modulator and IQ optical modulator using same
JP6431493B2 (en) Light modulator
WO2023238399A1 (en) Optical modulator
WO2023238403A1 (en) Optical modulator
WO2023248490A1 (en) Optical modulator
WO2023248489A1 (en) Optical modulator
JP4209357B2 (en) Semiconductor optical modulator
JP2015069199A (en) Optical waveguide device, traveling-wave electrode and optical modulator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170726

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180525

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180605

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180608

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6353474

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150