[发明专利]半导体光波导、半导体光调制器以及半导体光调制系统

说明书

技术领域

本发明涉及形成有具有p型半导体区域和n型半导体区域的芯线的半导体光波导。另外，涉及具备这样的半导体光波导的半导体光调制器、以及具备这样的半导体光调制器的半导体光调制系统。

背景技术

公知有具有由半导体(例如硅)构成的芯线的半导体光波导。另外，公知有形成有具有p型半导体区域和n型半导体区域的芯线的半导体光波导作为在pn结的接合面附近对光进行相位调制的相位调制器发挥作用。在pn结的接合面附近传输的光根据从外部对pn结的两端施加的电压即调制电压，对其相位进行调制。这样的半导体光波导例如用于通信用收发器的发送部。

近年来，有想要针对通信用收发器实现低消耗电力化、宽频带化等的迫切期望。为了满足这样的迫切期望，希望相位调制器提高光的调制效率、提高高频特性等。

在专利文献1中记载有：通过采用在从上表面观察半导体光波导的情况下，p型半导体区域与n型半导体区域的边界面(pn结的接合面)成为锯片形状(参照专利文献1的图6)或者正弦波形状(参照专利文献1的图7)的pn结，来提高光的调制效率的pn二极管光调制器(相当于本申请的半导体光波导)。

根据这样的结构，由于pn结的接合面的总面积扩大，所以能够使形成于接合面附近的耗尽层的体积占据芯线整体的体积的比例增大。其结果，由于有助于相位调制的载流子数增大，所以能够提高调制效率(减小用于使光的相移量成为π所需要的电压即半波电压Vpi)。

然而，在专利文献1所记载的半导体光波导中存在难以避免高频特性的恶化的问题。在具备pn结的半导体光波导中，扩大pn结的接合面的总面积意味着增大pn结的静电电容。在专利文献1所记载的半导体光波导中，该增大的静电电容导致高频特性的恶化。换言之，由于专利文献1所记载的半导体光波导未进行与高频特性相关的考虑，所以虽然能够提高调制效率但不能避免高频特性的恶化，而很难使调制效率和高频特性兼得。

作为有利于该问题的解决的技术，在专利文献2中记载有采用了具有与专利文献1的图6以及图7所记载的pn结不同的构造的pn结的电-光硅调制器(相当于本申请的半导体光波导)。

专利文献2的图1以及图2所示的半导体光波导均为具备肋板型的芯线的半导体光波导。

专利文献2的图1所示的半导体光波导是形成在肋的内部的pn结，采用pn结的接合面由两个平面构成的pn结。构成pn结的接合面的两个平面中的、(1)第一平面是形成横向pn结的接合面的、下端到达肋的下表面的平面，(2)第二平面是形成纵向pn结的接合面的、左端与第一平面的上端连接，右端到达肋的右侧面的平面。即、图1所示的半导体光波导具有剖面L字型的pn结面。

专利文献2的图2所示的半导体光波导是横跨肋和板而形成的pn结，采用接合面由3个平面构成的pn结。构成接合面的3个平面中的、(1)第一平面是形成横向pn结的接合面的、上端到达板的上表面的平面，(2)第二平面是形成纵向pn结的接合面的、右端与第一平面的下端连接的平面，(3)第三平面是形成横向pn结的接合面的、上端与第二平面的左端连接，下端到达肋的下表面的平面。即、图2所示的半导体光波导所具备的相位调制部具有剖面曲柄型的pn结面。

如上所述，在沿着光在芯线中传输的方向按照箭头观察半导体光波导的情况下，专利文献2的图1所示的半导体光波导采用接合面的剖面为L字型的pn结，图2所示的半导体光波导采用接合面的剖面为曲柄型的pn结。

这些pn结在与p型半导体区域和n型半导体区域的边界面从肋的上表面到下表面的横向pn结、以及p型半导体区域和n型半导体区域的边界面从肋的左侧面到右侧面的纵向pn结相比较的情况下，认为不用大幅度地扩大pn结的接合面的总面积就能够提高调制效率。即、认为专利文献2的图1以及图2所示的半导体光波导是用于兼得调制效率和高频特性的有效的技术。

专利文献1：美国专利第7136544号说明书(2006年11月14日)

专利文献2：美国专利第8149493号说明书(2012年4月3日)

但是，在专利文献2的图1所示的半导体光波导的形成于肋的pn结上，成为纵向pn结的接合面的第二平面采用到达肋的右侧面的结构。因此，第二平面的右端附近不得不形成在肋的内部的区域中的光密度非常低的区域。这是因为在芯线中传输的光的宽度方向的光密度在肋的中央最高，随着远离肋的中央而降低。

如上所述，专利文献2的图1所示的半导体光波导通过使形成于肋的pn结的接合面成为L字型，虽然扩大了接合面的总面积，但并未能将该总面积的扩大有效地利用于改善调制效率。