[發明專利]光波導元件以及光調制器

有效

• 申請號: 201380067837.1
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN104885003B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 小川憲介;五井一宏;日下裕幸
• 申請（專利權）人: 株式會社藤倉
• 主分類號: G02F1/025
• 分類號: G02F1/025;G02B6/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 舒艷君,李洋

技術領域

本發明涉及高速且光損失低的光波導元件以及具備該光波導元件的光調制器。

本申請主張于2012年12月27日在日本申請的日本特愿2012-283964號的優先權，并在此引用其內容。

背景技術

近年來，研究將基板型光波導等光集成電路用于光纖通信用的器件，特別是用于長距離的波分復用光纖通信。

在專利文獻1中公開了在橫向具有PIN結，使PIN結中的載流子密度改變來控制折射率的單模的硅脊形波導。

在專利文獻2中記載了如下的光調制器，該光調制器是在橫向具有PN二極管的硅脊形波導，P區域以及N區域的摻雜密度不一樣而是呈非線形變化，在P區域以及N區域的與各個電極鄰接的部分摻雜密度為最高值，在波導模式的中心摻雜密度為最低值。

在非專利文獻1中公開了使用馬赫-曾德爾型波導的10Gbps(千兆比特每秒)的高速的光調制器作為相位調制部，并報告消光比為10dB以上，光損失為10.5dB以下，其中馬赫-曾德爾型波導具有在橫向具有PN二極管的硅脊形波導。

專利文獻1：國際公開第95/08787號

專利文獻2：美國專利第7085443號說明書

非專利文獻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號、pp.B26-B31

專利文獻1的光電元件利用單模的硅波導的折射率控制。但是若使用芯層的寬度以及厚度為亞微米級的硅波導，則光損失因由波導芯層的側壁粗糙度產生的光散射而增大，從而無法實現針對長距離的波分復用光纖通信用的光集成電路所要求的較低的光損失。

若基于專利文獻2公開的PN二極管的摻雜密度的分布，則為了降低由波導芯層的側壁粗糙度導致的光損失，在擴展芯層寬度的情況下，產生高次模式。其結果，若高次模式成分重疊于強度調制信號或相位調制信號，則強度調制的消光比或者相位調制的Q值(Q-factor)降低，從而比特誤碼率增大，從而無法構建良好的光通信系統。

在非專利文獻1所公開的具有PN二極管的硅馬赫-曾德爾型波導中，在包含C頻段(1530～1565nm)以及L頻段(1565～1625nm)的波長區域中，使光損失低于10dB是很困難的。因此無法實現針對長距離的波分復用光纖通信用的光部件所要求的較低的光損失。

發明內容

據此，本發明提供一種在用于長距離的波分復用光纖通信的全波長區域中，具有強度調制的較高的消光比，或者相位調制的較高的Q值，從而適于高速且光損失低的光調制器等的光集成電路的光波導元件。

本發明的第1方式是一種光波導元件，其中，具備具有芯層的脊形波導，所述芯層具有：脊部、和以夾持所述脊部的方式分別連接于所述脊部的兩側的包含第1平板部以及第2平板部的一對平板部，所述脊部具有預先設定的能夠傳播處于單一的偏振光狀態的基本模式以及高次模式的剖面尺寸，還具有形成PN結的第1P型半導體部以及第1N型半導體部，所述第1平板部具有相互連接的第2P型半導體部以及P型導體部，所述第2P型半導體部與所述脊部的第1P型半導體部連接，所述第2平板部具有相互連接的第2N型半導體部以及N型導體部，所述第2N型半導體部與所述脊部的第1N型半導體部連接，所述第1P型半導體部以及所述第2P型半導體部由含有P型摻雜劑的半導體材料構成，所述第1N型半導體部以及所述第2N型半導體部由含有N型摻雜劑的半導體材料構成，所述P型導體部由含有比所述第1P型半導體部以及所述第2P型半導體部的濃度高的P型摻雜劑的半導體材料構成，所述P型導體部與第1電極電連接，并配置于能夠傳播所述高次模式的區域，所述N型導體部由含有比所述第1N型半導體部以及所述第2N型半導體部的濃度高的N型摻雜劑的半導體材料構成，所述N型導體部與第2電極電連接，并配置于能夠傳播所述高次模式的區域。

本發明的第2方式在第1方式的光波導元件的基礎上，優選所述半導體材料為硅。