特許 6467936 光入出力素子、光偏向装置および光放射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6467936

(24)【登録日】2019年1月25日

(45)【発行日】2019年2月13日

(54)【発明の名称】光入出力素子、光偏向装置および光放射装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20190204BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20190204BHJP

   G02B 6/14 20060101ALI20190204BHJP

   G02B 6/26 20060101ALI20190204BHJP

   G02F 1/295 20060101ALI20190204BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/122

   G02B6/12 361

   G02B6/14

   G02B6/26

   G02F1/295

【請求項の数】15

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-9491(P2015-9491)

(22)【出願日】2015年1月21日

(65)【公開番号】特開2016-133715(P2016-133715A)

(43)【公開日】2016年7月25日

【審査請求日】2016年4月1日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】井上 大介

(72)【発明者】

【氏名】市川 正

(72)【発明者】

【氏名】山下 達弥

(72)【発明者】

【氏名】中尾 朱里

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００１０２６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０４８０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３２０５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５２２７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２− ６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６− ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０− ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２− ６／４３

Ｇ０２Ｆ １／００− １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の端部を有する１本の第１の光導波路と、
前記第１の光導波路と第１の間隔で平行に設けられるとともに前記第１の端部に対し第２の間隔で突出した位置に配置された第２の端部を有し、かつ前記第１の光導波路との間隙に１つの光導波モードが形成される１本の第２の光導波路と、
前記間隙を伝搬する光が入力または出力される光入出力部と、を備え、
前記間隙を伝搬した光が前記光入出力部を境にして所定の偏向角で前記第２の光導波路側に屈折されるとともに、前記光入出力部は、前記第１の端部の中心と前記第２の端部の中心とを結ぶ直線を前記境とする
光入出力素子。

【請求項2】

前記光入出力部は、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を含む平面に垂直でありかつ前記第１の端部および前記第２の端部を含む平面を前記境とする
請求項１に記載の光入出力素子。

【請求項3】

前記偏向角が、前記第１の間隔および前記第２の間隔の少なくとも一方に応じて定まる 請求項１または請求項２に記載の光入出力素子。

【請求項4】

前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の一方が第１の長さのテーパ状の光導波路であり、かつ他方が前記第１の長さより長い第２の長さの光導波路であり、
前記一方の光導波路と前記他方の光導波路との間隙に前記１つの光導波モードが形成される
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光入出力素子。

【請求項5】

前記１つの光導波モードがスロット導波路モードである
請求項４に記載の光入出力素子。

【請求項6】

前記一方の光導波路および前記他方の光導波路が、前記他方の光導波路を伝搬してきた光の伝搬モードを前記スロット導波路モードに変換するモード変換器として機能する
請求項５に記載の光入出力素子。

【請求項7】

前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の断面形状が、前記光入出力部から出力される光にサイドローブが含まれるように設定された
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光入出力素子。

【請求項8】

前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の前記光入出力部側の端面がテーパ状にされた
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光入出力素子。

【請求項9】

前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と平行に設けられた第３の光導波路をさらに備える
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の光入出力素子。

【請求項10】

請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光入出力素子を複数備えるとともに、該複数の光入出力素子の各々が前記第１の光導波路の延伸方向に平行な軸を中心とし前記軸から等距離に配置された
光入出力素子。

【請求項11】

複数の請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光入出力素子と、
前記複数の光入出力素子の各々の前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の少なくとも一方に配置された複数の光位相変調器と、
を備えた光偏向装置。

【請求項12】

前記光位相変調器は、前記複数の光入出力素子の各々から出力される光の位相を変えることにより前記複数の光入出力素子の各々から出力される光が合波された光の波面の方向を変える
請求項１１に記載の光偏向装置。

【請求項13】

複数の請求項１１または請求項１２に記載の光偏向装置と、
前記光偏向装置の各々に設けられた複数の光スイッチと、
前記複数の光スイッチを制御する制御部と、
を備えた光放射装置。

【請求項14】

前記複数の光偏向装置の各々の複数の光入出力素子の前記偏向角は、前記光偏向装置ごとに異なる角度とされ、
前記制御部は、前記複数の光偏向装置の各々から順次異なる方向に光が放射されるように前記複数の光スイッチを走査制御する
請求項１３に記載の光放射装置。

【請求項15】

双方の間隙に１つの導波モードを形成する互いに長さの異なる２本の光導波路を有し、前記２本の光導波路の端部の位置をずらすことによって発生する偏向により前記２本の光導波路の前記間隙を伝搬する光の入射方向および出射方向の少なくとも一方を制御する光入出力素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光入出力素子、光偏向装置および光放射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術に係る光入出力素子の一例として、特許文献１には、グレーティングカプラが開示されている。グレーティングカプラは、導波路に設けられた周期的屈折率変調（導波路グレーティング）により、導波路に入射、出射するレーザ光と導波光を結入する素子である。

【0003】

また、従来技術に係る光入出力素子の他の例として、特許文献２には、スポットサイズ変換器が開示されている。スポットサイズ変換器は、たとえば、コア径がサブミクロンオーダーのシリコン細線導波路とコア径が１０μｍ程度の光ファイバとを接続する場合に、そのままのコア径同士で接続すると結合効率が非常に低くなるのを回避するために、両者の導波路の間に設けられるコア径を徐々に変換する素子である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−２８１８３４号公報

【特許文献2】特開２００１−２２１９２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたようなグレーティングカプラは、グレーティングの製造工程上精密な加工が要求されると同時にグレーティングには波長依存性があり、また効率的に改善の余地がある。

【0006】

また、特許文献２に開示されたようなスポットサイズ変換器では、１次元的な並列配列は可能であるが、２次元以上に、特に立体的に配列することができない。

【0007】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で立体的な配列が可能であり、しかも結合効率がよく波長依存性が抑制された光入出力素子、光偏向装置および光放射装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の光入出力素子は、第１の端部を有する１本の第１の光導波路と、前記第１の光導波路と第１の間隔で平行に設けられるとともに前記第１の端部に対し第２の間隔で突出した位置に配置された第２の端部を有し、かつ前記第１の光導波路との間隙に１つの光導波モードが形成される１本の第２の光導波路と、前記間隙を伝搬する光が入力または出力される光入出力部と、を備え、前記間隙を伝搬した光が前記光入出力部を境にして所定の偏向角で前記第２の光導波路側に屈折されるとともに、前記光入出力部は、前記第１の端部の中心と前記第２の端部の中心とを結ぶ直線を前記境とするものである。

【0009】

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光入出力部は、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を含む平面に垂直でありかつ前記第１の端部および前記第２の端部を含む平面を前記境とするものである。

【0010】

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記偏向角が、前記第１の間隔および前記第２の間隔の少なくとも一方に応じて定まるものである。

【0011】

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の一方が第１の長さのテーパ状の光導波路であり、かつ他方が前記第１の長さより長い第２の長さの光導波路であり、前記一方の光導波路と前記他方の光導波路との間隙に前記１つの光導波モードが形成されるものである。

【0012】

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記１つの光導波モードがスロット導波路モードであるものである。

【0013】

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記一方の光導波路および前記他方の光導波路が、前記他方の光導波路を伝搬してきた光の伝搬モードを前記スロット導波路モードに変換するモード変換器として機能するものである。

【0014】

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の断面形状が、前記光入出力部から出力される光にサイドローブが含まれるように設定されたものである。

【0015】

また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の前記光入出力部側の端面がテーパ状にされたものである。

【0016】

また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路と平行に設けられた第３の光導波路をさらに備えるものである。

【0017】

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光入出力素子を複数備えるとともに、該複数の光入出力素子の各々が前記第１の光導波路の延伸方向に平行な軸を中心とし前記軸から等距離に配置されたものである。

【0018】

さらに、上記の目的を達成するために、請求項１１に記載の光偏向装置は、複数の請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光入出力素子と、前記複数の光入出力素子の各々の前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の少なくとも一方に配置された複数の光位相変調器と、を備えたものである。

【0019】

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記光位相変調器は、前記複数の光入出力素子の各々から出力される光の位相を変えることにより前記複数の光入出力素子の各々から出力される光が合波された光の波面の方向を変えるものである。

【0020】

上記の目的を達成するために、請求項１３に記載の光放射装置は、複数の請求項１１または請求項１２に記載の光偏向装置と、前記光偏向装置の各々に設けられた複数の光スイッチと、前記複数の光スイッチを制御する制御部と、を備えたものである。

【0021】

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記複数の光偏向装置の各々の複数の光入出力素子の前記偏向角は、前記光偏向装置ごとに異なる角度とされ、前記制御部は、前記複数の光偏向装置の各々から順次異なる方向に光が放射されるように前記複数の光スイッチを走査制御するものである。

【0022】

上記の目的を達成するために、請求項１５に記載の光入出力素子は、双方の間隙に１つの導波モードを形成する互いに長さの異なる２本の光導波路を有し、前記２本の光導波路の端部の位置をずらすことによって発生する偏向により前記２本の光導波路の前記間隙を伝搬する光の入射方向および出射方向の少なくとも一方を制御するものである。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、簡易な構成で立体的な配列が可能であり、しかも結合効率がよく波長依存性が抑制された光入出力素子、光偏向装置および光放射装置を実現することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１の実施の形態に係る光入出力素子の構成の一例を示す断面図である。

【図2】第１の実施の形態に係る光入出力素子のシミュレーション条件を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る光入出力素子のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図4】第１の実施の形態に係る光入出力素子のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図5】第１の実施の形態に係る光入出力素子の作用を説明する模式図である。

【図6】実施の形態に係る光入出力素子の製造方法の一例を示す縦断面図の一部である。

【図7】実施の形態に係る光入出力素子の製造方法の一例を示す縦断面図の一部である。

【図8】実施の形態に係る光入出力素子の製造方法の一例を示す縦断面図の一部である。

【図9】第２の実施の形態に係る光偏向装置の構成の一例を示す平面図および断面図である。

【図10】第２の実施の形態に係る光偏向装置の位相変調部の構成の一例を示す断面図である。

【図11】第２実施の形態に係る光偏向装置の光出力部の構成の一例を示す斜視図である。

【図12】第２の実施の形態に係る光偏向装置の作用を説明する図である。

【図13】実施の形態に係る位相変調部の製造方法の一例を示す縦断面図である。

【図14】第３の実施の形態に係る光放射装置の構成の一例を示す平面図である。

【図15】第４の実施の形態に係る光入出力素子の構成一例を示す斜視図、および断面図である。

【図16】第４の実施の形態に係る光入出力素子のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図17】第５の実施の形態に係る光入出力素子の構成とシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図18】第６の実施の形態に係る光入出力素子の構成とシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図19】第７の実施の形態に係る光入出力素子の構成とシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図20】第８の実施の形態に係る光入出力素子の構成とシミュレーション結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

【0026】

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子１００について説明する。光入出力素子１００は、基板１０２、光導波路１０４ａ、光導波路１０４ｂ、および光導波路１０４ａ、光導波路１０４ｂの周囲に設けられたクラッド１０６を含んで構成されている。以下、光導波路１０４ａ、１０４ｂを総称する場合には、「光導波路１０４」という。

【0027】

光導波路１０４ａおよび光導波路１０４ｂは光を伝搬するスロット導波路として機能し、光導波路１０４ａおよび光導波路１０４ｂの組が、本実施の形態に係る光入出力素子の主要部を構成している。なお、図１では、本実施の形態に係る光入出力素子１００を光出力素子として機能させる形態を例示しているが、入射光Ｐｉおよび出射光Ｐｏの向きを逆にすればそのまま光入力素子として機能する。

【0028】

図１に示すように、光導波路１０４ａおよび光導波路１０４ｂで構成されるスロット導波路を伝搬してきた入射光Ｐｉは、光導波路１０４ａおよび光導波路１０４ｂの端部（端部ＰＡ、端部ＰＢ）に到達すると光路を曲げられ、出射光Ｐｏとして出射する。後述するように、出射光Ｐｏは、入射光Ｐｉに対し、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂの組のうちの長い方の光導波路１０４ａの側に曲げられる。

【0029】

つぎに、図２ないし図４を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子１００の作用に関するシミュレーション結果について説明する。

【0030】

本シミュレーションでは、基板１０２の材料をＳｉ（シリコン）とし、光導波路１０４ａおよび光導波路１０４ｂの一方の材料をＳｉＮ（窒化シリコン）とし、他方の材料をＳｉとし、クラッド１０６の材料をＳｉＯ２（二酸化珪素）としている。

【0031】

また、本シミュレーションにおいては、光入出力素子１００の図２に示す各部サイズを以下のように設定している。
光導波路１０４ａの幅ｄｈａ＝０．８μｍ
光導波路１０４ａの高さｄｖａ＝０．４５μｍ
光導波路１０４ｂの幅ｄｈｂ＝０．２５μｍ
光導波路１０４ｂの高さｄｖｂ＝０．２μｍ
光導波路の間隔（導波路間隔）ｄｓ＝０．２μｍ
端部ＰＡと端部ＰＢとの間隔（端部間隔）ｄｏ＝１μｍ

【0032】

図３は、以上のような条件下、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用いて本実施の形態に係る光入出力素子１００をシミュレーションした結果を示している。ＦＤＴＤ法とは、解析する空間を細かいメッシュで切り、各メッシュポイントの電磁界の各成分を、マクセル方程式に基づいて時間的に解いていく手法である。なお、シミュレータには、ＲＳｏｆｔ社のＦｕｌｌＷＡＶＥを用いた。

【0033】

図３（ａ）および図３（ｂ）は、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとの長さ関係を互いに逆にしたもので、図３（ａ）は、基板側の光導波路１０４ｂを長くし、光導波路１０４ａを短くした光入出力素子１００−１を、図３（ｂ）は、基板側の光導波路１０４ｂを短くし、光導波路１０４ａを長くした光入出力素子１００−２を各々示している。なお、本実施の形態では、光導波路１０４ａをＳｉＮ、光導波路１０４ｂをＳｉとしている。

【0034】

図３（ａ）に示すように、光入出力素子１００−１では、入射光Ｐｉが左側に偏向された出射光Ｐｏが出射し、光入出力素子１００−２では、入射光Ｐｉが右側に偏向された出射光Ｐｏが出射することがわかる。すなわち、本実施の形態に係る光入出力素子では、入射光Ｐｉが相対的に長さの長い光導波路１０４側に偏向された出射光Ｐｏを出射することがわかる。

【0035】

ここで、図２に示すように、入射光Ｐｉの伝搬方向を基準にした出射光Ｐｏが偏向される角度を、「偏向角θｏ」と定義する。上記条件における偏向角θｏのシミュレーション結果は、図３（ａ）、図３（ｂ）ともに約３０°となった。

【0036】

図４（ａ）および（ｂ）は、図３に示すシミュレーション結果を等高線図で表した図であり、図４（ａ）は図３（ａ）に相当するシミュレーション結果を、図４（ｂ）は図３（ｂ）に相当するシミュレーション結果を、各々示している。図４（ｃ）は、図４（ａ）および（ｂ）に示す記号Ａを付した矢印の方向から見た、基板１０２、光導波路１０４ａ、および光導波路１０４ｂの配置を示している。光導波路１０４の各部サイズは図２に示したとおりであるが、基板１０２と光導波路１０４ｂとの間隔を２μｍとしている。

【0037】

図４からも、入射光Ｐｉの光路が偏向されて出射光Ｐｏとして出射されていることが明瞭にわかる。

【0038】

つぎに、図５を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子１００の作用について定性的に説明する。なお、光入出力素子１００−１と１００−２は同様の作用を示すので、以下では、光入出力素子１００−１で代表して説明する。

【0039】

図５に示すように、本実施の形態に係る光入出力素子１００−１は、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとがクラッド１０６中に並べて配置され、光導波路１０４ａの端部ＰＡと、光導波路１０４ｂの端部ＰＢとが紙面上下方向において間隔ｄｏだけずれている（すなわち、端部間隔がｄｏである）。また、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとの間隔（導波路間隔）はｄｓである。ここで、端部ＰＡの中心と端部ＰＢの中心とを結ぶ直線をｖとし、直線ｖと直交する直線をｈとし、直線ｖと直線ｈとの交点ＰＣに向けて入射光Ｐｉが入射するものとする。

【0040】

上記のような境界条件においては、直線ｖを境にして入射光Ｐｉが感じる屈折率が異なる。すなわち、直線ｖより光導波路（光導波路１０４ａ、光導波路１０４ｂ）側は、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとにより構成される、等価的な屈折率がｎｉであるスロット導波路と考えられる。一方、直線ｖに対して光導波路と反対側は、屈折率がクラッド１０６の屈折率ｎｏである境界のない自由空間と考えられる。

【0041】

この場合、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとにより形成されるスロット導波路を進行してきた入射光Ｐｉは、交点ＰＣにおいてスネルの法則により屈折する（偏向される）。すなわち、入射角Φｉ、出射角Φｏ、および屈折率ｎｉ、ｎｏの間に下記式（１）に示す関係が成立していると考えられる。
ｓｉｎΦｏ／ｓｉｎΦｉ＝ｎｉ／ｎｏ ・・・ （１）
上記式（１）を変形すると、下記式（２）のようになる。
ｓｉｎΦｏ＝（ｎｉ／ｎｏ）・ｓｉｎΦｉ ・・・ （２）

【0042】

したがって、入射角Φｉ一定の条件下で光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとの導波路間隔ｄｓを変えると、等価的な屈折率ｎｉが変わるので、出射角Φｏが変化する。

【0043】

また、導波路間隔ｄｓ一定の条件下で（つまり、屈折率ｎｉ一定の条件下で）端部間隔ｄｏを変えると入射角Φｉが変わるので、出射角Φｏが変化する。すなわち、端部間隔ｄｏを大きくすると入射角Φｉが大きくなるので、出射角Φｏも大きくなる。

【0044】

つぎに図６ないし図８を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子の製造方法について説明する。以下では、本実施の形態に係る光入出力素子をＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて製造する方法を例示して説明するが、本発明はこれに限定されず、他の公知のＳｉ半導体プロセスを用いて製造してもよい。

【0045】

まずＳｉの基板１０上にＳｉＯ２層１２とＳｉ層１４を積層させてウエハ状のＳＯＩ基板を作成する。精密な加工を可能とするために、Ｓｉ層１４は、一例として、約０．２μｍとする。（図６（ａ））

【0046】

つぎに、Ｓｉ層１４を光導波路１０４の形状にエッチングすべく、レジストを塗布した後露光して、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングしてマスク１６を形成する。（図６（ｂ））

【0047】

つぎに、マスク１６を用いてドライエッチングを行う。ドライエッチングは、一例として、ＳＦ６（六フッ化硫黄）とＯ２（酸素）の混合ガスによる反応性イオンエッチングを用いることができるが、これに限られず他のドライエッチング方法を用いてもよい。（図６（ｃ））

【0048】

エッチング後、不要なマスク１６（レジスト）は、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により剥離する。（図６（ｄ））

【0049】

つぎに、拡散領域２０を形成すべく、レジストを塗布した後露光し、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングして、ドーピングの必要のない部分を覆うマスク１８を形成する。（図６（ｅ））

【0050】

つぎに、Ｎ型またはＰ型不純物のイオン注入を行い、拡散領域２０を形成する。Ｎ型不純物としては、たとえばＡｓ（砒素）を用いることができ、Ｐ型不純物としては、たとえばＢ（ホウ素）を用いることができる。（図６（ｆ））

【0051】

つぎに、不要なマスク１８（レジスト）を、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により剥離する。その後ウエハを熱処理してアニーリングを施し、ドーピングによるＳｉ結晶のダメージを修復する。（図６（ｇ））

【0052】

つぎに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：プラズマ化学気相成長）などによりＳｉＯ２膜２２を堆積させ、クラッド１０６を形成する。本工程以降のフォトリソグラフィを正確に行うために、ＢやＰ（リン）等を該ＳｉＯ２膜に添加して軟化加熱する方法、あるいは、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学研磨）によって該ＳｉＯ２膜２２を平坦化しておくことが望ましい。（図６（ｈ））

【0053】

つぎに、ＣＶＤなどによりＳｉＯ２膜上にアモルファスシリコン層２４を堆積させる。
（図６（ｉ））

【0054】

つぎに、２層目の光導波路１０４を形成すべく、レジストを塗布した後露光して、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングし、マスク２６を形成する。（図６（ｊ））

【0055】

つぎに、マスク２６を用いてドライエッチングを行う。（図６（ｋ））

【0056】

つぎに、不要なマスク２６（レジスト）を、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により除去（剥離）する。（図６（ｌ））

【0057】

つぎに、ＣＶＤなどによりＳｉＯ２膜４８を堆積させ、２層目のクラッド１０６を形成する。本工程以降のフォトリソグラフィを正確に行うために、ＢやＰ等を該ＳｉＯ２膜に添加して軟化加熱する方法、あるいは、ＣＭＰによって該ＳｉＯ２膜４８を平坦化しておくことが望ましい。（図７（ａ））

【0058】

つぎに、スパッタ法等によりＴｉＮ（窒化チタン）膜２８を堆積させる。（図７（ｂ））

【0059】

つぎに、第１配線層を形成すべく、ＴｉＮ膜２８上にレジストを塗布した後露光して、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングし、マスク３０を形成する。（図７（ｃ））

【0060】

つぎに、マスク３０を用いてドライエッチングを行う。（図７（ｄ））

【0061】

つぎに、不要なマスク３０（レジスト）を、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により除去（剥離）する。（図７（ｅ））

【0062】

つぎに、ＣＶＤなどによりＳｉＯ２膜３２を堆積させる。本工程以降のフォトリソグラフィを正確に行うために、ＢやＰ等を該ＳｉＯ２膜に添加して軟化加熱する方法、あるいは、ＣＭＰによって該ＳｉＯ２膜３２を平坦化しておくことが望ましい。（図７（ｆ））

【0063】

つぎに、拡散領域２０およびＴｉＮ膜２８と接続するコンタクトを形成すべく、ＳｉＯ２膜３２上にレジストを塗布した後露光して、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングし、マスク３４を形成する。この際、マスク３４には、開孔Ｈ１およびＨ２が形成される（図７（ｇ））

【0064】

つぎに、マスク３４を用いてドライエッチングを行う。この際、拡散領域２０およびＴｉＮ膜２８に達するコンタクトホールＴ１、Ｔ２が形成される。（図７（ｈ））

【0065】

つぎに、不要なマスク３４（レジスト）を、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により除去（剥離）する。（図８（ａ））

【0066】

つぎに、スパッタ法等によりＡｌ（アルミニウム）膜３６を堆積させる。Ａｌ膜３６は、コンタクトホールＴ１、Ｔ２を埋め、コンタクト３８、４０を形成する。（図８（ｂ））

【0067】

つぎに、第２配線層（電極）を形成すべく、Ａｌ膜３６上にレジストを塗布した後露光して、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングし、マスク４２を形成する。（図８（ｃ））なお、電極を形成する金属はＡｌに限られずＡｕ（金）等を用いてもよい。

【0068】

つぎに、マスク４２を用いてドライエッチングを行う。この（図８（ｄ））

【0069】

つぎに、不要なマスク４２（レジスト）を、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により除去（剥離）する。Ａｌ薄膜の不純物残渣はＡｌドライエッチング残渣除去液などによって除去しておくことが好ましい。（図８（ｅ））

【0070】

以上の製造工程により、本実施の形態に係る光入出力素子が製造される。本実施の形態に係る製造方法は、斜めエッチングのような特殊な工程を含む製造方法と比較して、平面構造の工程みのでパターニングできる点で優れている。

【0071】

［第２の実施の形態］
図９ないし図１３を参照して、本実施の形態に係る光偏向装置２００について説明する。

【0072】

図９は光偏向装置２００の全体構成を示す図であり、図９（ａ）は光偏向装置２００の斜視図を、図９（ｂ）は、光偏向装置２００の平面図を、図９（ｃ）は、図９（ｂ）におけるＡ−Ａ’線に沿う断面図を、各々示している。

【0073】

図９に示すように、光偏向装置２００は、基板２０２、光出力部２０４、位相変調部２５０、および分岐部２６０を含んで構成されている。光出力部２０４、位相変調部２５０、および分岐部２６０の各々は、クラッド２１４で覆われている。そして、図示しない光源等からの光を、分岐部２６０の光入力部２２０より入射光Ｐｉとして入射させ、入射光Ｐｉの偏向方向を制御しつつ、光出力部２０４から出射光Ｐｏとして出射させる。後述するように、光出力部２０４は、本実施の形態に係る光入出力素子として機能すると同時に、モード変換器としても機能する。

【0074】

分岐部２６０は３個のＹ分岐２１２を備えており、入射された入射光Ｐｉを４分岐し、分岐された各々の光を光導波路２０８を介して伝搬させる。

【0075】

本実施の形態に係る位相変調部２５０は、一例として、熱光学効果に基づく位相変調器を用いている。図１０（ａ）に、熱光学効果に基づく位相変調器２７０の構成の一例を示す。図１０（ａ）に示すように、位相変調器２７０は、一例として、Ｓｉの基板２０２、Ｓｉの光導波路２０８、ＳｉＯ２のクラッド２１４、およびヒータ電極２１０を備えている。そして、４本に分岐された光導波路２０８の各々にヒータ電極２１０が配置され、直下の光導波路２０８の温度を調整することによって光導波路２０８を伝搬する光の位相を変えている。

【0076】

なお、本実施の形態では、熱光学効果に基づく位相変調器２７０により構成した位相変調部２５０を例示して説明するが、これに限られず、電流注入に基づく位相変調器２７０ａにより位相変調部２５０を構成してもよい。図１０（ｂ）に、当該電流注入に基づく位相変調器２７０ａの構成の一例を示す。

【0077】

位相変調器２７０ａは、一例として、Ｓｉの基板２０２、Ｓｉの光導波路２０８、光導波路２０８の両側に配置されたＳｉのＮ型拡散領域２１６ａ、ＳｉのＰ型拡散領域２１６ｂ、クラッド２１４、およびＮ電極２１８ａ、Ｐ電極２１８ｂを含んで構成されている。
光導波路２０８内には、Ｎ型拡散領域２１６ａおよびＰ型拡散領域２１６ｂによるＰＮ接合が形成されており、Ｎ電極２１８ａおよびＰ電極２１８ｂを介して該ＰＮ接合に電流を流すことにより、光導波路２０８を伝搬する光の位相を変える。

【0078】

光出力部２０４は、４本の光導波路２０８の端部に配置された、光出力部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、および２０４ｄを備えて構成されており、光出力部２０４ａ〜２０４ｄの各々は、本発明に係る光入出力素子を構成している。光出力部２０４の詳細については後述する。

【0079】

つぎに、光偏向装置２００の動作について説明する。
光入力部２２０から入射した入射光Ｐｉは、分岐部２６０で４分岐され、各々光出力部２０４ａ〜２０４ｄに向かって光導波路２０８を進む。光導波路２０８を進む途中で、４分岐された光の各々は位相変調部２５０（位相変調器２７０ａ〜２７０ｄ）によって位相変調される。後述するように、この位相変調は、光出力部２０４ａ〜２０４ｄの各々から出射され、合波された光の波面の進行方向を制御するための変調である。

【0080】

図９および図１１を参照して、本実施の形態に係る光出力部２０４についてより詳細に説明する。本実施の形態に係る光出力部２０４は、先述した光入出力素子１００と同様の構成となっており、同様の機能を有する。すなわち、図９（ｃ）に示すように、光出力部２０４は、光導波路２０８およびテーパ光導波路２０６を備え、この光導波路２０８およびテーパ光導波路２０６が、光入出力素子１００の光導波路１０４ａおよび光導波路１０４ｂに相当する。そして、先述したように、光導波路２０８とテーパ光導波路２０６とでスロット導波路が構成されている。

【0081】

本実施の形態に係る光出力部２０４は、光入出力素子としての機能の他にモード変換器を兼ねている。つまり、光入力部２２０から入射した入射光Ｐｉは、まず、単一の光導波路２０８を伝搬するモード（単一導波路モード）で伝搬する。そして、光出力部２０４に到達すると、スロット導波路により伝搬するモード（スロット導波路モード）に変換されて伝搬する。

【0082】

より具体的には、図９（ｃ）に示すように、単一の光導波路である光導波路２０８を伝搬してきた単一導波路モードの光Ｗ１は、光出力部２０４においてスロット導波路モードの光Ｗ２に変換される。すなわち、図１１に示すように、光導波路２０８を伝搬してきた単一導波路モードの光Ｗ１は、単一の光導波路２０８から光導波路２０８とテーパ光導波路２０６とで構成されるスロット導波路に乗り換えることにより、スロット導波路モードの光Ｗ２に変換される。

【0083】

そして、スロット導波路モードの光Ｗ２は、光導波路２０８とテーパ光導波路２０６との端部間隔ｄｏ、光導波路２０８とテーパ光導波路２０６との導波路間隔ｄｓに応じた偏向角θｏで光出力部２０４から出射される。

【0084】

なお、本実施の形態では、光出力部２０４が、光入出力素子とモード変換器を備える形態を例示して説明したが、これに限られない。たとえば、光出力部２０４がさらに、スポットサイズの変換も行うような形態としてもよい。すなわち、光偏向装置２００は光導波路技術によって構成されており、光偏向装置２００の内部の光導波路２０８のサイズ（以下、「内部コア径」という場合がある）は、たとえば幅０．４μｍ×厚み０．２μｍと小さい。一方、光出力部２０４に結合させる光ファイバ等のコア径（以下、「外部コア径」という場合がある）は、１０μｍと大きくなっている。したがって、そのまま光偏向装置２００と光ファイバを接続すると結合損失が大きくなるので、光出力部２０４にスポットサイズ変換器の機能を設け、内部コア径を徐々に拡大して外部コア径に近づけ、接続部における結合損失を極力減らすようにしてもよい。

【0085】

つぎに、図１２を参照して、本実施の形態に係る光偏向装置２００の作用について説明する。図１２は、光出力部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、および２０４ｄの各々に対応する位相変調器２７０ａ、２７０ｂ、２７０ｃ、および２７０ｄ（図示省略）における移相量を各々Δφａ、Δφｂ、Δφｃ、およびΔφｄとした場合の、光偏向装置２００から出射される光の波面の方向を図示している。

【0086】

図１２（ａ）は、一例として、Δφａ＝０°、Δφｂ＝１０°、Δφｃ＝２０°、Δφｄ＝３０°とした場合の光出力部２０４から出射される光の波面を示している。図１２（ａ）において、Ｐｏａ、Ｐｏｂ、Ｐｏｃ、およびＰｏｄは、各々光出力部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、および２０４ｄから出射される出射光Ｐｏの方向を示している。出射光Ｐｏの方向は上記の偏向角θｏで定まり、本実施の形態に係る光偏向装置２００では、光出力部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、および２０４ｄの偏向角θｏは等しく設定されている。しかしながら、光出力部２０４ａないし２０４ｄの偏向角θｏは、光偏向装置２００の用途等に応じて各々異なるように設定してもよい。

【0087】

各々移相量が調整された４系統の光が光出力部２０４に到達すると、図１２（ａ）に示すように、出射光ＰｏａないしＰｏｄは、各々の移相量に応じた時間差をもって光出力部２０４ａないし２０４ｄから出射される。このとき、出射光ＰｏａないしＰｏｄを合成した波面ＷＰは、ＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３、ＷＰ４・・・のように一定の傾きをもって伝搬する。

【0088】

つぎに、位相変調器２７０ａ〜２７０ｄにおける４系統の光の各々に対する移相量を変え、たとえば、Δφａ＝２０°、Δφｂ＝３０°、Δφｃ＝４０°、Δφｄ＝５０°とすると、光出力部２０４ａないし２０４ｄから出射される出射光ＰｏａないしＰｏｄの相対的な時間差が拡大するので、出射光ＰｏａないしＰｏｄを合成した波面ＷＰは、ＷＰ１’、ＷＰ２’、ＷＰ３’、ＷＰ４’・・・のように変化し、波面の伝搬方向が変化する。この際、偏向角θｏは変わらないので、出射光ＰｏａないしＰｏｄの方向は変化しない。

【0089】

つぎに、図１３を参照して、本実施の形態に係る位相変調器の製造方法について説明する。以下では、本実施の形態に係る位相変調器２７０ａをＳＯＩ基板を用いて製造する方法を例示して説明するが、本発明はこれに限定されず、他の公知のＳｉ半導体プロセスを用いて製造してもよい。

【0090】

まずＳｉの基板２０２上にＳｉＯ２層２２２とＳｉ層２２４を積層させてウエハ状のＳＯＩ基板を作成する。精密な加工を可能とするために、Ｓｉ層２２４は、一例として、約０．２μｍとする。（図１３（ａ））

【0091】

つぎに、Ｓｉ層２２４を光導波路２０８の形状にエッチングすべく、マスクを用いてドライエッチングを行う。ドライエッチングは、一例として、ＳＦ６とＯ２の混合ガスによる反応性イオンエッチングを用いることができるが、これに限られず他のドライエッチング方法を用いてもよい。エッチング後、不要なマスクは、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により剥離する。（図１３（ｂ））

【0092】

つぎに、ドーピングの必要のない部分をマスクで覆い、イオン注入によって、Ｎ型不純物をドーピングしてＮ型拡散領域２１６ａを形成し、Ｐ型不純物をドーピングしてＰ型拡散領域２１６ｂを形成する。Ｎ型不純物としては、たとえばＡｓを用いることができ、Ｐ型不純物としては、たとえばＢを用いることができる。

【0093】

ドーピング後、不要なマスクは、酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチング等により剥離する。その後ウエハを熱処理してアニーリングを施し、ドーピングによるＳｉ結晶のダメージを修復する。（図１３（ｃ））

【0094】

つぎに、ＣＶＤなどによりＳｉＯ２膜を堆積させ、クラッド２１４を形成する。本工程以降のフォトリソグラフィを正確に行うために、ＢやＰ等を該ＳｉＯ２膜に添加して軟化加熱する方法、あるいは、化学研磨による方法によって該ＳｉＯ２膜を平坦化しておくことが望ましい。（図１３（ｄ））

【0095】

つぎに、マスクを用いて、Ｎ型拡散領域２１６ａおよびＰ型拡散領域２１６ｂに接続する電極を形成するためのコンタクトホールを、クラッド２１４をＳｉ層２２４まで貫通させて形成する。その後、電極を形成する金属、たとえばＡｌをスパッタリングすることによって、該コンタクトホールを埋めるとともにクラッド２１４上にＡｌ薄膜を形成する。
その後、電極として残したい部分をマスクで覆い、フォトリソグラフィなどによってパターニングし、Ｃｌ（塩素）プラズマを用いたドライエッチングなどによりＡｌ薄膜をエッチングして、Ｎ電極２１８ａおよびＰ電極２１８ｂを形成する。Ａｌ薄膜の不純物残渣はＡｌドライエッチング残渣除去液などによって除去しておくことが好ましい。（図１３（ｅ））
なお、電極を形成する金属はＡｌに限られずＡｕ等を用いてもよい。

【0096】

以上のような工程で、位相変調器２７０ａが製造されるが、位相変調器２７０を製造する場合には、不純物のドーピングの代わりに、以下に示すヒータ電極２１０を形成する工程が含まれる。

【0097】

すなわち、ヒータ電極２１０を形成するためのフォトグラフィーを行い、レジストを残した状態にする。つぎに、Ｔｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）薄膜を蒸着する。つぎに、アセトンなどで洗浄してレジストを除去する（リフトオフする）。
以上の製造工程を付加して、位相変調器２７０が製造される。

【0098】

［第３の実施の形態］
図１４を参照して、本実施の形態に係る光放射装置３００について説明する。図１４（ａ）に示すように、光放射装置３００は、光導波路２０８、複数のＹ分岐２１２、アレイ状に配置された光出力部２０４、および光出力部２０４ごとに設けられた位相変調部２５０を含んで構成されている。本実施の形態に係る光放射装置３００では４×３＝１２個の光出力部２０４を配置した形態を例示して説明するが、配置する光出力部２０４の数は光放射装置３００から放射される光の光出力パワー等に応じて適宜な数だけ配置してよい。
光放射装置３００は、たとえば先述の光入出力素子１００と同様、光導波路技術によって製造され、各々の光出力部２０４からの出射光Ｐｏは、光出力部２０４を覆うクラッド２１４を介して出射される。

【0099】

本実施の形態に係る光放射装置３００は、先述した光偏向装置２００を３系統集積したものとなっており、その意味で光放射装置３００は光偏向装置２００の応用形態である。
つまり、出射光Ｐｏ１で示された光出力部２０４と同じ列の合計４個の光出力部２０４が、光偏向装置２００と同等の偏向部ＤＦ１となっている。同様に、出射光Ｐｏ２で示された光出力部２０４と同じ列の合計４個の光出力部２０４が偏向部ＤＦ２、出射光Ｐｏ３で示された光出力部２０４と同じ列の合計４個の光出力部２０４が偏向部ＤＦ３となっている。

【0100】

本実施の形態に係る光放射装置３００では、偏向部ＤＦ１ないしＤＦ３の各々の偏向角θｏを異なる値としている。すなわち、偏向部ＤＦ１の偏向角はθｏ１とし、偏向部ＤＦ２の偏向角はθｏ２とし、偏向部ＤＦ３の偏向角θｏ３としている。偏向部ＤＦ１ないしＤＦ３の偏向角θｏをこのように設定することにより、各偏向部ＤＦごとに図１２に示す波面ＷＰを異なる方向に出射することができる。したがって、たとえば偏向部ＤＦ１ないしＤＦ３ごとに光スイッチを設けてスキャン（走査）することにより、レーザレーダ装置の光送信部（投光部）を構成することができる。

【0101】

図１４（ｂ）は、光放射装置３００の要部の斜視図を示している。図１４（ｂ）に示すように、偏向部ＤＦ１ないしＤＦ３から斜め上方に出射された出射光Ｐｏ１ないしＰｏ３は、クラッド２１４を突き抜けて光放射装置３００の外部に出射される。

【0102】

なお、本実施の形態では、光放射装置３００を、偏向部ＤＦ１ないしＤＦ３を組み合わせた投光部の形態を例示して説明したが、これに限られず、用途等に応じて、各位相変調部２５０の移相量を個々独立に調整する形態としてもよい。

【0103】

［第４の実施の形態］
図１５および図１６を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子４００、４００ａについて説明する。光入出力素子４００、４００ａは、光入出力素子１００を偏光無依存型にした形態である。以下の説明では、光入出力素子４００、４００ａを光出力素子として用いた場合を例示して説明するが、入射光Ｐｉおよび出射光Ｐｏの向きを逆にすればそのまま光入力素子として機能する。

【0104】

図１５（ａ）は、光入出力素子４００の斜視図を、図１５（ｂ）は光入出力素子４００の断面図を示している。図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、光入出力素子４００は、図１に示す光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂの組を２組平行に配置している。その際、各々の組の導波路間隔ｄｓおよび端部間隔ｄｏは同じ値とされている。

【0105】

光入出力素子４００では、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂの組により囲まれた導波路（スロット導波路の一種と考えることができる）が、入射光Ｐｉに対して等方的なので、偏光に対する依存性が抑制される。

【0106】

図１５（ｃ）は、別の形態の偏光無依存の光入出力素子４００ａを示している。光入出力素子４００ａでは、４組の光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂを配置している。このような形態の光入出力素子４００ａによれば、スロット導波路の等方性がより強固なものとなるので、より偏光依存性を抑制することができる。

【0107】

図１６に、光入出力素子４００の偏向特性のシミュレーション結果を示す。図１６（ａ）は光入出力素子４００の側面図を、図１６（ｂ）は、光入出力素子４００を、図１６（ａ）における符号Ａが付された矢印の方向から見た正面図を示している。ただし、図１６では、図１５（ａ）に対して、光導波路１０４ａ、１０４ｂの長短を逆にしている。また、本シミュレーションでは、基板１０２、光導波路１０４ａ、１０４ｂをすべてＳｉとし、クラッドをＳｉＯ２としている。

【0108】

図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、光入出力素子４００では図２で定義された各部サイズを以下のように設定している。
光導波路１０４ａの幅ｄｈａ＝０．２μｍ
光導波路１０４ａの高さｄｖａ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｂの幅ｄｈｂ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｂの高さｄｖｂ＝０．２μｍ
光導波路の間隔（導波路間隔）ｄｓ＝０．２μｍ
端部ＰＡと端部ＰＢとの間隔（端部間隔）ｄｏ＝１μｍ

【0109】

図１６（ｃ）は、入射光Ｐｉが光入出力素子４００に入射し出射光Ｐｏとして出射されるまでの光の電磁界解析を、等高線図形式で表した図である。図１６（ｃ）に示すように、光入出力素子４００によっても、入射光Ｐｉの光路が偏向されて出射光Ｐｏとして出射されていることが明瞭にわかる。

【0110】

［第５の実施の形態］
図１７を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、本発明を、単峰性スロットモードの光入出力素子に適用した形態である。本実施の形態において単峰性スロットモードとは、出射光Ｐｏにサイドローブ（副次モード）が発生せず、光束が基本的に１つのスロットモードをいう。本実施の形態においては、サイドローブの発生するスロットモードを二峰性スロットモードというが、二峰性スロットモードについては後述する。なお、本実施の形態（第８の実施の形態まで同様）では、基板、光導波路１０４ａおよび１０４ｂをすべてＳｉとし、クラッドＳｉＯ２としている。

【0111】

図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、各々、光導波路１０４ａと１０４ｂの長短を入れ替えた２つの光入出力素子１００ａ−１と１００ａ−２（以下、総称する場合は、光入出力素子「１００ａ」という）の側面図である。図１７（ｃ）は、図１７（ａ）、（ｂ）において符号Ａを付した矢印の方向から見た光入出力素子１００ａの正面図である。

【0112】

図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように、光入出力素子１００ａでは図２で定義された各部サイズを以下のように設定している。
光導波路１０４ａの幅ｄｈａ＝０．２μｍ
光導波路１０４ａの高さｄｖａ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｂの幅ｄｈｂ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｂの高さｄｖｂ＝０．２μｍ
光導波路の間隔（導波路間隔）ｄｓ＝０．２μｍ
端部ＰＡと端部ＰＢとの間隔（端部間隔）ｄｏ＝１μｍ
基板１０２と光導波路１０４ｂとの間隔＝２μｍ

【0113】

図１７には、光入出力素子１００ａの偏向特性のシミュレーション結果を併せて示している。図１７（ａ）、（ｂ）の各々に示すグラフは、入射光Ｐｉが光入出力素子１００ａに入射し出射光Ｐｏとして出射されるまでの光の電磁界解析を、等高線図形式で表した図である。図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、光入出力素子１００ａによっても、入射光Ｐｉの光路が偏向されて出射光Ｐｏとして出射されていることが明瞭にわかる。

【0114】

［第６の実施の形態］
図１８を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、本発明を、二峰性スロットモードの光入出力素子に適用した形態である。先述したように、単峰性スロットモードに対し、二峰性スロットモードは出射光Ｐｏにおいてサイドローブが発生するという特徴がある。サイドローブ自体は、通常直接利用する光束ではないが、二峰性スロットモードは単峰性スロットモードより偏向角を大きくすることができるというメリットがある。なお、本実施の形態では、基板、光導波路１０４ａおよび１０４ｂをすべてＳｉとし、クラッドＳｉＯ２としている。

【0115】

図１８（ａ）および図１８（ｃ）は、各々、光導波路１０４ａと１０４ｂの長短を入れ替えた２つの光入出力素子１００ｂ−１と１００ｂ−２（以下、総称する場合は、光入出力素子「１００ｂ」という）の側面図である。図１８（ｄ）は、図１８（ａ）、（ｃ）において符号Ａを付した矢印の方向から見た光入出力素子１００ｂの正面図である。図１８（ｂ）は、比較のために検討した、光導波路１０４ａと１０４ｂの長さを等しくした場合の光入出力素子１００ｃのシミュレーション結果である。

【0116】

図１８（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、光入出力素子１００ｂでは図２で定義された各部サイズを以下のように設定している。
光導波路１０４ａの幅ｄｈａ＝０．３μｍ
光導波路１０４ａの高さｄｖａ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｂの幅ｄｈｂ＝０．３μｍ
光導波路１０４ｂの高さｄｖｂ＝０．２μｍ
光導波路の間隔（導波路間隔）ｄｓ＝０．２μｍ
端部ＰＡと端部ＰＢとの間隔（端部間隔）ｄｏ＝１μｍ
基板１０２と光導波路１０４ｂとの間隔＝２μｍ

【0117】

図１７に示す単峰性スロットモードとの相違は、光導波路１０４の幅ｄｈのサイズである。すなわち、単峰性スロットモードではｄｈ＝０．２μｍと設定したのに対し、二峰性スロットモードではｄｈ＝０．３μｍとしている。このように、本実施の形態に係る光入出力素子では、一例として、光導波路の断面形状を変えることによって単峰性スロットモードあるいは二峰性スロットモードを選択することができる。

【0118】

図１８（ａ）、（ｃ）に光入出力素子１００ｂの偏向特性のシミュレーション結果を示す。図１８（ａ）に示すように、光入出力素子１００ｂ−１では、出射光Ｐｏにおいて、本来の光束Ｌ１の他にサイドローブＳＬ１が発生している。また、図１８（ｃ）に示すように、光入出力素子１００ｂ−２では、出射光Ｐｏにおいて、本来の光束Ｌ２の他にサイドローブＳＬ２が発生している。

【0119】

図１８（ａ）と図１７（ａ）とを、図１８（ｃ）と図１７（ｂ）とを比較して明らかなように、本実施の形態に係る光入出力素子１００ｂによれば、サイドローブが発生するものの、偏向角θｏをより大きくすることが可能である。一方、図１８（ｂ）に示すように、光導波路１０４ａと１０４ｂとの長さを等しくした光入出力素子１００ｃでは、出射光Ｐｏに有意な偏向が認められない。なお、本実施の形態において、出射光ＰｏにおけるサイドローブＳＬ１あるいはＳＬ２を用いる必要がない場合には、波長フィルタ等で遮断するようにしてもよい。

【0120】

［第７の実施の形態］
図１９を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、２本の光導波路で構成された上記実施の形態に係る光入出力素子に対し、さらにもう１本の光導波路を追加した３層構造のスロット導波路を有する形態である。図１９（ａ）は、本実施の形態に係る光入出力素子１００ｄの側面図を、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す付号Ａが付された矢印の方向から見た光入出力素子１００ｄの正面図を示している。なお、本実施の形態では、基板、光導波路１０４ａ、１０４ｂおよび１０４ｃをすべてＳｉとし、クラッドＳｉＯ２としている。

【0121】

図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、光入出力素子１００ｄでは図２で定義された各部サイズを以下のように設定している。
光導波路１０４ａの幅ｄｈａ＝０．３μｍ
光導波路１０４ａの高さｄｖａ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｂの幅ｄｈｂ＝０．３μｍ
光導波路１０４ｂの高さｄｖｂ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｃの幅ｄｈｃ＝０．３μｍ
光導波路１０４ｃの高さｄｖｃ＝０．２μｍ
光導波路１０４ｃの長さ＝１μｍ
光導波路の間隔（導波路間隔）ｄｓ＝０．２μｍ
光導波路１０４ａの端部ＰＡと光導波路１０４ｂの端部ＰＢとの間隔（端部間隔）ｄｏ＝１μｍ
基板１０２と光導波路１０４ｂとの間隔＝２μｍ

【0122】

本実施の形態に係る光入出力素子１００ｄは、図１８（ａ）に示す光入出力素子１００ｂ−１における基板１０２と光導波路１０４ｂとの間に、長さ１μｍの光導波路１０４ｃをさらに追加した３層構造のスロット導波路となっている。光入出力素子１００ｄ入射された入射光Ｐｉは、基本的に光導波路１０４ａと１０４ｂによるスロット導波路を伝搬するが、該スロット導波路から出射する際に光導波路１０４ｃの側に偏移し、出射光Ｐｏとして出射する。

【0123】

図１９（ｃ）に、光入出力素子１００ｄの偏向特性のシミュレーション結果を示す。対応する２層構造のスロット導波路による光入出素子１００ｂ−１の偏向特性である図１８（ａ）と比較して、さらに偏向角θｏが大きくなっていることがわかる。

【0124】

［第８の実施の形態］
図２０を参照して、本実施の形態に係る光入出力素子について説明する。本実施の形態は、スロット導波路を構成する光導波路の入射側または出射側の先端をテーパ状に整形することにより、光入出力素子における透過率の向上（伝搬損失の低減）を図った形態である。

【0125】

図２０（ａ）は、本実施の形態に係る光入出力素子１００ｅの斜視図を示している。図２０（ａ）に示すように、光入出力素子１００ｅでは、スロット導波路を構成する長さの異なる光導波路１０４ａと１０４ｂの先端をテーパ状に整形している。

【0126】

図２０（ｂ）は比較対象としての光入出力素子１００ａ−１を示す図であり、図１７（ａ）および（ｃ）を再掲したものである。図２０（ｃ）の下側の図は、本実施の形態に係る光入出力素子１００ｅの側面図を示し、上側の図は、符号Ａが付された矢印の方向から見た光入出力素子１００ｅの正面図を示している。そして、光入出力素子１００ｅでは、光入出力素子１００ａ−１に対し、光導波路１０４ａおよび１０４ｂの先端が図２０（ｄ）に示すように整形されている。

【0127】

図２０（ｃ）に示す光入出力素子１００ｅと、比較対象の図２０（ｂ）に示す光入出力素子１００ａ−１について、各々偏向特性のシミュレーションを行った結果、光入出力素子１００ａ−１の透過率が９７．１％であるのに対し、光入出力素子１００ｅの透過率は９８．４％となり、約１．３％の改善が図れることがわかった。

【0128】

これは、スロット導波路を構成する光導波路のテーパ状の先端部が、光入出力素子内外の屈折率整合の働きをしているためと考えられる。すなわち、テーパ状の先端部によって屈折率が徐々に変化することが、屈折率の整合作用を発揮しているためと考えられる。クラッドに埋設された光導波路の端面に、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎ：反射防止）コートを設けることは一般に困難であるが、本実施の形態に係る光入出力素子によれば、光導波路の加工により透過率の向上を図ることができるので、特に光導波路デバイスにおける透過率の向上に有効である。

【符号の説明】

【0129】

１０ 基板
１２ ＳｉＯ２層
１４ Ｓｉ層
１６ マスク
１８ マスク
２０ 拡散領域
２２ ＳｉＯ２膜
２４ アモルファスシリコン層
２６ マスク
２８ ＴｉＮ膜
３０ マスク
３２ ＳｉＯ２膜
３４ マスク
３６ Ａｌ膜
３８、４０ コンタクト
４２ マスク
４４、４６ 電極
４８ ＳｉＯ２膜
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ 光入出力素子
１０２ 基板
１０４ａ 光導波路
１０４ｂ 光導波路
１０６ クラッド
２００ 光偏向装置
２０２ 基板
２０４、２０４ａ〜２０４ｄ 光出力部
２０６ テーパ光導波路
２０８ 光導波路
２１０ ヒータ電極
２１２ Ｙ分岐
２１４ クラッド
２１６ａ Ｎ型拡散領域
２１６ｂ Ｐ型拡散領域
２１８ａ Ｎ電極
２１８ｂ Ｐ電極
２２０ 光入力部
２２２ ＳｉＯ２層
２２４ Ｓｉ層
２５０ 位相変調部
２６０ 分岐部
２７０、２７０ａ 位相変調器
３００ 光放射装置
４００、４００ａ 光入出力素子
ＤＦ１〜ＤＦ３ 偏向部
Ｈ１、Ｈ２ 開孔
Ｌ１、Ｌ２ 光束
ＰＣ 交点
ＰＡ、ＰＢ 端部
Ｐｉ 入射光
Ｐｏ 出射光
ＳＬ１、ＳＬ２ サイドローブ
Ｔ１、Ｔ２ コンタクトホール
Ｗ１ 単一導波路モードの光
Ｗ２ スロット導波路モードの光
ＷＰ 波面
θｏ 偏向角

【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】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】