[发明专利]光波导元件以及光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及高速且光损失低的光波导元件以及具备该光波导元件的光调制器。

本申请主张于2012年12月27日在日本申请的日本特愿2012-283964号的优先权，并在此引用其内容。

背景技术

近年来，研究将基板型光波导等光集成电路用于光纤通信用的器件，特别是用于长距离的波分复用光纤通信。

在专利文献1中公开了在横向具有PIN结，使PIN结中的载流子密度改变来控制折射率的单模的硅脊形波导。

在专利文献2中记载了如下的光调制器，该光调制器是在横向具有PN二极管的硅脊形波导，P区域以及N区域的掺杂密度不一样而是呈非线形变化，在P区域以及N区域的与各个电极邻接的部分掺杂密度为最高值，在波导模式的中心掺杂密度为最低值。

在非专利文献1中公开了使用马赫-曾德尔型波导的10Gbps(千兆比特每秒)的高速的光调制器作为相位调制部，并报告消光比为10dB以上，光损失为10.5dB以下，其中马赫-曾德尔型波导具有在横向具有PN二极管的硅脊形波导。

专利文献1：国际公开第95/08787号

专利文献2：美国专利第7085443号说明书

非专利文献1：Kensuke Ogawa,Kazuhiro Goi,Yong Tsong Tan,Tsung-Yang Liow,Xiaoguang Tu,Qing Fang,Guo-Qiang Lo,and Dim-Lee Kwong,“Silicon Mach-Zehnder modulator of extinction ratio beyond 10dB at 10.0-12.5Gbps”,Optics Express,2011年、第19卷、第26号、pp.B26-B31

专利文献1的光电元件利用单模的硅波导的折射率控制。但是若使用芯层的宽度以及厚度为亚微米级的硅波导，则光损失因由波导芯层的侧壁粗糙度产生的光散射而增大，从而无法实现针对长距离的波分复用光纤通信用的光集成电路所要求的较低的光损失。

若基于专利文献2公开的PN二极管的掺杂密度的分布，则为了降低由波导芯层的侧壁粗糙度导致的光损失，在扩展芯层宽度的情况下，产生高次模式。其结果，若高次模式成分重叠于强度调制信号或相位调制信号，则强度调制的消光比或者相位调制的Q值(Q-factor)降低，从而比特误码率增大，从而无法构建良好的光通信系统。

在非专利文献1所公开的具有PN二极管的硅马赫-曾德尔型波导中，在包含C频段(1530～1565nm)以及L频段(1565～1625nm)的波长区域中，使光损失低于10dB是很困难的。因此无法实现针对长距离的波分复用光纤通信用的光部件所要求的较低的光损失。

发明内容

据此，本发明提供一种在用于长距离的波分复用光纤通信的全波长区域中，具有强度调制的较高的消光比，或者相位调制的较高的Q值，从而适于高速且光损失低的光调制器等的光集成电路的光波导元件。

本发明的第1方式是一种光波导元件，其中，具备具有芯层的脊形波导，所述芯层具有：脊部、和以夹持所述脊部的方式分别连接于所述脊部的两侧的包含第1平板部以及第2平板部的一对平板部，所述脊部具有预先设定的能够传播处于单一的偏振光状态的基本模式以及高次模式的剖面尺寸，还具有形成PN结的第1P型半导体部以及第1N型半导体部，所述第1平板部具有相互连接的第2P型半导体部以及P型导体部，所述第2P型半导体部与所述脊部的第1P型半导体部连接，所述第2平板部具有相互连接的第2N型半导体部以及N型导体部，所述第2N型半导体部与所述脊部的第1N型半导体部连接，所述第1P型半导体部以及所述第2P型半导体部由含有P型掺杂剂的半导体材料构成，所述第1N型半导体部以及所述第2N型半导体部由含有N型掺杂剂的半导体材料构成，所述P型导体部由含有比所述第1P型半导体部以及所述第2P型半导体部的浓度高的P型掺杂剂的半导体材料构成，所述P型导体部与第1电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域，所述N型导体部由含有比所述第1N型半导体部以及所述第2N型半导体部的浓度高的N型掺杂剂的半导体材料构成，所述N型导体部与第2电极电连接，并配置于能够传播所述高次模式的区域。

本发明的第2方式在第1方式的光波导元件的基础上，优选所述半导体材料为硅。