特開 2025-12051 位相シフタアレイおよび光フェーズドアレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025012051

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】位相シフタアレイおよび光フェーズドアレイ

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20250117BHJP

   G02F 1/295 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

G02F1/025

G02F1/295

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023114587

(22)【出願日】2023-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 達弥

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA17

2K102BA01

2K102BA07

2K102BB01

2K102BB04

2K102BB08

2K102BC04

2K102BD09

2K102CA20

2K102DB04

2K102DD03

2K102EA08

2K102EA17

2K102EA18

2K102EA25

2K102EB08

(57)【要約】

【課題】制御部の大型化を抑制する位相シフタアレイおよび光フェーズドアレイを提供する。
【解決手段】光フェーズドアレイの位相シフタアレイは、第１位相シフタ３０１と、第２位相シフタ３０２と、第３位相シフタ３０３と、を含むサブアレイ３００を有し、第１位相シフタ３０１は、ＤＡＣ２０からの第１電圧Ｖ１が印加されることによって、光の位相を変化させ、第２位相シフタ３０２は、ＤＡＣ２０からの第２電圧Ｖ２が印加されることによって、光の位相を変化させ、第３位相シフタ３０３は、第１電圧Ｖ１が印加される第１シフタ部３１１と、第２電圧Ｖ２が印加される第２シフタ部３１２と、第１シフタ部３１１および第２シフタ部３１２の間を絶縁する絶縁層３１３と、を含み、第３位相シフタ３０３は、第１電圧Ｖ１が第１シフタ部３１１に印加されるとともに、第２電圧Ｖ２が第２シフタ部３１２に印加されることによって、光の位相を変化させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相シフタアレイであって、
第１位相シフタ（３０１）と、前記第１位相シフタと並んでいる第２位相シフタ（３０２）と、前記第１位相シフタおよび前記第２位相シフタの間にて前記第１位相シフタおよび前記第２位相シフタとともに並んでいる少なくとも１つの第３位相シフタ（３０３）と、を有する少なくとも１つのサブアレイ（３００）を備え、
前記第１位相シフタは、前記サブアレイに電圧を印加する制御部（２０）からの第１電圧（Ｖ１）が印加されることによって、前記第１位相シフタに入射する光の位相を変化させ、
前記第２位相シフタは、前記制御部からの第２電圧（Ｖ２）が印加されることによって、前記第２位相シフタに入射する光の位相を変化させ、
前記第３位相シフタは、
前記第１電圧が印加される第１シフタ部（３１１）と、
前記第２電圧が印加される第２シフタ部（３１２）と、
を含み、
前記第３位相シフタは、前記第１電圧が前記第１シフタ部に印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２シフタ部に印加されることによって、前記第３位相シフタに入射する光の位相を変化させる位相シフタアレイ。

【請求項2】

前記第３位相シフタは、前記第１位相シフタおよび前記第２位相シフタの並列方向（Ｄｐ）に複数並んでおり、
前記第１位相シフタと隣り合う前記第３位相シフタから前記第２位相シフタと隣り合う前記第３位相シフタに向かって、順に、前記第１シフタ部の長さは、小さくなっており、
前記第１位相シフタと隣り合う前記第３位相シフタから前記第２位相シフタと隣り合う前記第３位相シフタに向かって、順に、前記第２シフタ部の長さは、大きくなっている請求項１に記載の位相シフタアレイ。

【請求項3】

前記第１位相シフタの長さと、前記第２位相シフタの長さと、互いに対応する前記第１シフタ部の長さおよび前記第２シフタ部の長さの和とは、等しくなっている請求項１に記載の位相シフタアレイ。

【請求項4】

前記第１位相シフタおよび前記第２位相シフタの並列方向（Ｄｐ）における前記第１位相シフタから前記第２位相シフタまでの長さをＷｓとし、
前記並列方向における前記第１位相シフタから前記第３位相シフタまでの距離をＤ（Ｓ）とし、
前記第１シフタ部の長さをＬａ（Ｓ）とし、
前記第２シフタ部の長さをＬｂ（Ｓ）とすると、
前記第１シフタ部は、

【数1】

の関係式（１）が成り立つように形成されており、
前記第２シフタ部は、

【数2】

の関係式（２）が成り立つように形成されている請求項１に記載の位相シフタアレイ。

【請求項5】

前記第１位相シフタは、第１導波路（４２１）を有し、
前記第２位相シフタは、第２導波路（４２２）を有し、
前記第１シフタ部は、第３導波路（４２３）を含み、
前記第２シフタ部は、第４導波路（４２４）を含み、
前記第１位相シフタに入射する光は、前記第１導波路を伝搬し、
前記第２位相シフタに入射する光は、前記第２導波路を伝搬し、
前記第３位相シフタに入射する光は、前記第３導波路および前記第４導波路を伝搬し、
前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路および前記第４導波路は、ＰＮ接合を含み、
前記第３位相シフタは、電気絶縁性を有しており、前記第１シフタ部および前記第２シフタ部の間を絶縁する絶縁部（３１３）を含み、
前記絶縁部の不純物濃度は、前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路および前記第４導波路の不純物濃度よりも低くなっている請求項１に記載の位相シフタアレイ。

【請求項6】

前記位相シフタアレイは、半導体基板（４００）をさらに備え、
前記第１位相シフタは、第１導波路（４２１）を有し、
前記第２位相シフタは、第２導波路（４２２）を有し、
前記第１シフタ部は、第３導波路（４２３）と、第１電極（４３５、４３６）と、第１配線（４４５、４４６）と、を含み、
前記第２シフタ部は、第４導波路（４２４）と、第２電極（４３７、４３８）と、第２配線（４４７、４４８）と、を含み、
前記第１位相シフタに入射する光は、前記第１導波路を伝搬し、
前記第２位相シフタに入射する光は、前記第２導波路を伝搬し、
前記第３位相シフタに入射する光は、前記第３導波路および前記第４導波路を伝搬し、
前記第１電極は、前記第３導波路と接続されているとともに、前記半導体基板の厚み方向に延びており、
前記第１配線は、前記第１電極および前記制御部と接続されており、
前記第２電極は、前記第４導波路と接続されているとともに、前記厚み方向に延びており、
前記第２配線は、前記第２電極および前記制御部と接続されており、
前記第１配線は、前記厚み方向と交差する方向に前記第１電極と接続されている第１配線層（６６１、６６３）を含み、
前記第２配線は、前記厚み方向と交差する方向に前記第２電極と接続されている第２配線層（６６５、６６８）を含み、
前記厚み方向における前記第３導波路から前記第１電極と前記第１配線層との境界部までの距離（Ｔ１）と、前記厚み方向における前記第４導波路から前記第２電極と前記第２配線層との境界部までの距離（Ｔ２）とは異なっている請求項１または２に記載の位相シフタアレイ。

【請求項7】

前記位相シフタアレイは、前記サブアレイを複数有する請求項１または２に記載の位相シフタアレイ。

【請求項8】

光フェーズドアレイであって、
入射光（Ｌｉ）を複数の光に分岐させるスプリッタツリー（１０）と、
電圧を印加する制御部（２０）と、
前記制御部からの電圧が印加されることによって、前記スプリッタツリーからの光の位相を変化させる位相シフタアレイ（３０）と、
前記位相シフタアレイによって変化した光の位相に応じた角度で光を射出するアンテナアレイ（７０）と、
を備え、
前記位相シフタアレイは、
第１位相シフタ（３０１）と、前記第１位相シフタと並んでいる第２位相シフタ（３０２）と、前記第１位相シフタおよび前記第２位相シフタの間にて前記第１位相シフタおよび前記第２位相シフタとともに並んでいる少なくとも１つの第３位相シフタ（３０３）と、を含む少なくとも１つのサブアレイ（３００）を有し、
前記第１位相シフタは、前記制御部からの第１電圧（Ｖ１）が印加されることによって、前記第１位相シフタに入射する光の位相を変化させ、
前記第２位相シフタは、前記制御部からの第２電圧（Ｖ２）が印加されることによって、前記第２位相シフタに入射する光の位相を変化させ、
前記第３位相シフタは、
前記第１電圧が印加される第１シフタ部（３１１）と、
前記第２電圧が印加される第２シフタ部（３１２）と、
を含み、
前記第３位相シフタは、前記第１電圧が前記第１シフタ部に印加されるとともに、前記第２電圧が前記第２シフタ部に印加されることによって、前記第３位相シフタに入射する光の位相を変化させる光フェーズドアレイ。

【請求項9】

前記制御部は、
前記第１位相シフタに入射する光および前記第１位相シフタから射出される光の位相差に基づいて、前記第１電圧を制御し、
前記第２位相シフタに入射する光および前記第２位相シフタから射出される光の位相差に基づいて、前記第２電圧を制御する請求項８に記載の光フェーズドアレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、位相シフタアレイおよび光フェーズドアレイに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に記載されているように、入射する光の位相を変化させる複数の位相シフタをグルーピングしたサブアレイを備える光フェーズドアレイが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第１０６１３４１０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された光フェーズドアレイでは、１つのサブアレイにおけるそれぞれの位相シフタに、位相シフタに入射する光の位相を変化させるための電圧信号が制御部から出力される。このため、１つのサブアレイにおける位相シフタの数が増加すると、増加した分、制御部から電圧信号の数が多くなることから、制御部の配線等の数が多くなる。したがって、制御部が大型化する。

【0005】

本開示は、制御部の大型化を抑制する位相シフタアレイおよび光フェーズドアレイを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の発明は、位相シフタアレイであって、第１位相シフタ（３０１）と、第１位相シフタと並んでいる第２位相シフタ（３０２）と、第１位相シフタおよび第２位相シフタの間にて第１位相シフタおよび第２位相シフタとともに並んでいる少なくとも１つの第３位相シフタ（３０３）と、を有する少なくとも１つのサブアレイ（３００）を備え、第１位相シフタは、サブアレイに電圧を印加する制御部（２０）からの第１電圧（Ｖ１）が印加されることによって、第１位相シフタに入射する光の位相を変化させ、第２位相シフタは、制御部からの第２電圧（Ｖ２）が印加されることによって、第２位相シフタに入射する光の位相を変化させ、第３位相シフタは、第１電圧が印加される第１シフタ部（３１１）と、第２電圧が印加される第２シフタ部（３１２）と、を含み、第３位相シフタは、第１電圧が第１シフタ部に印加されるとともに、第２電圧が第２シフタ部に印加されることによって、第３位相シフタに入射する光の位相を変化させる位相シフタアレイである。

【0007】

また、請求項８に記載の発明は、光フェーズドアレイであって、入射光（Ｌｉ）を複数の光に分岐させるスプリッタツリー（１０）と、電圧を印加する制御部（２０）と、制御部からの電圧が印加されることによって、スプリッタツリーからの光の位相を変化させる位相シフタアレイ（３０）と、位相シフタアレイによって変化した光の位相に応じた角度で光を射出するアンテナアレイ（７０）と、を備え、位相シフタアレイは、第１位相シフタ（３０１）と、第１位相シフタと並んでいる第２位相シフタ（３０２）と、第１位相シフタおよび第２位相シフタの間にて第１位相シフタおよび第２位相シフタとともに並んでいる少なくとも１つの第３位相シフタ（３０３）と、を含む少なくとも１つのサブアレイ（３００）を有し、第１位相シフタは、制御部からの第１電圧（Ｖ１）が印加されることによって、第１位相シフタに入射する光の位相を変化させ、第２位相シフタは、制御部からの第２電圧（Ｖ２）が印加されることによって、第２位相シフタに入射する光の位相を変化させ、第３位相シフタは、第１電圧が印加される第１シフタ部（３１１）と、第２電圧が印加される第２シフタ部（３１２）と、を含み、第３位相シフタは、第１電圧が第１シフタ部に印加されるとともに、第２電圧が第２シフタ部に印加されることによって、第３位相シフタに入射する光の位相を変化させる光フェーズドアレイである。

【0008】

これにより、制御部からの１つのサブアレイに出力される電圧の数が、２つになる。このため、制御部からの電圧の数は、位相シフタの全数に対応するＮの２倍を、１つのサブアレイの第３位相シフタの数に対応するＳに２を加算した値で除算した値、すなわち、２×Ｎ／（Ｓ＋２）となる。したがって、位相シフタの数が増加しても、第３位相シフタの数が増加することから、制御部からの電圧の数が増加することが抑制される。よって、制御部の配線等の数が増加することが抑制されることから、制御部の大型化が抑制される。

【0009】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の位相シフタアレイを備える光フェーズドアレイの構成図。

【図2】位相シフタアレイのサブアレイの構成図。

【図3】第３位相シフタの数が２つであるときのサブアレイの構成図。

【図4】サブアレイの上面レイアウト図。

【図5】図４のＶ－Ｖ線断面図。

【図6】図４のＶＩ－ＶＩ線断面図。

【図7】図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図。

【図8】図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図。

【図9】図４のＩＸ－ＩＸ線断面図。

【図10】図４のＸ－Ｘ線断面図。

【図11】図４のＸＩ－ＸＩ線断面図。

【図12】図４のＸＩＩ－ＸＩＩ線断面図。

【図13】図４のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図。

【図14】図４のＸＩＶ－ＸＩＶ線断面図。

【図15】位相シフタアレイにおける各位相差を説明するための図。

【図16】射出角および放射角を説明するための図。

【図17】第２実施形態の光フェーズドアレイにおける第１テーブルおよび第２テーブルの生成を説明するための構成図。

【図18】第３実施形態の光フェーズドアレイの構成図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

【0012】

（第１実施形態）
本実施形態の位相シフタアレイを備える光フェーズドアレイは、制御部の大型化を抑制するところ、例えば、Lidarに用いられる。なお、Lidarは、Light Detection and Ranging/Laser Imaging Detection and Rangingの略である。

【0013】

具体的には、図１に示すように、光フェーズドアレイ５は、スプリッタツリー１０、ＤＡＣ２０、位相シフタアレイ３０およびアンテナアレイ７０を備える。

【0014】

スプリッタツリー１０は、光を分岐させる複数のスプリッタ１００を用いることにより、図示しない光源からの入射光ＬｉをＮ個の光に分岐させる。例えば、光を２つに分岐させるスプリッタ１００が直列に接続されている。これにより、スプリッタツリー１０は、入射光ＬｉをＮ個の光に分岐させる。なお、後述するように、Ｎは、３以上の自然数である。

【0015】

ＤＡＣ２０は、制御部に相当しており、後述の位相シフタアレイ３０に電圧を印加する。なお、ＤＡＣは、Digital-to-Analog Converterの略である。

【0016】

位相シフタアレイ３０は、スプリッタツリー１０からの光の位相を変化させる。具体的には、位相シフタアレイ３０は、少なくとも１つのサブアレイ３００と、後述する半導体基板４００と、を有する。

【0017】

サブアレイ３００は、ここでは、複数並べられている。また、サブアレイ３００は、図２に示すように、１つの第１位相シフタ３０１、１つの第２位相シフタ３０２および少なくとも１つの第３位相シフタ３０３を含む。

【0018】

第１位相シフタ３０１は、スプリッタツリー１０から位相シフタアレイ３０を介して後述のアンテナアレイ７０に向かう方向に延びている。さらに、第１位相シフタ３０１には、ＤＡＣ２０からの第１電圧Ｖ１が印加される。これにより、第１位相シフタ３０１は、スプリッタツリー１０から第１位相シフタ３０１に入射する光の位相を変化させる。なお、第１位相シフタ３０１の詳細な構造については後述する。

【0019】

第２位相シフタ３０２は、スプリッタツリー１０から位相シフタアレイ３０を介して後述のアンテナアレイ７０に向かう方向に延びているとともに、第１位相シフタ３０１と並んでいる。また、第２位相シフタ３０２には、ＤＡＣ２０からの第２電圧Ｖ２が印加される。これによって、第２位相シフタ３０２は、スプリッタツリー１０から第２位相シフタ３０２に入射する光の位相を変化させる。なお、第２位相シフタ３０２の詳細な構造については後述する。

【0020】

第３位相シフタ３０３は、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２の間にて、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２とともに並んでいる。また、第３位相シフタ３０３は、第１シフタ部３１１、第２シフタ部３１２および絶縁層３１３を有する。

【0021】

第１シフタ部３１１および第２シフタ部３１２は、スプリッタツリー１０から位相シフタアレイ３０を介して後述のアンテナアレイ７０に向かう方向に延びている。さらに、第１シフタ部３１１には、第１電圧Ｖ１が印加される。また、第２シフタ部３１２には、第２電圧Ｖ２が印加される。これらによって、第３位相シフタ３０３は、スプリッタツリー１０から第３位相シフタ３０３に入射する光の位相を変化させる。したがって、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３によって、スプリッタツリー１０による分岐数が３つ以上となることから、Ｎは、３以上の自然数とされている。

【0022】

絶縁層３１３は、絶縁部に相当しており、電気絶縁性を有する。さらに、絶縁層３１３は、第１シフタ部３１１および第２シフタ部３１２の間を絶縁する。なお、第３位相シフタ３０３の詳細な構造については後述する。

【0023】

ここで、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２が並ぶ方向を並列方向Ｄｐとする。また、第３位相シフタ３０３の数をＳとする。さらに、ここでは、Ｓは、２以上であり、第３位相シフタ３０３は、並列方向Ｄｐに複数並んでいる。第１位相シフタ３０１の長さをＬａ（０）とする。第２位相シフタ３０２の長さをＬｂ（０）とする。さらに、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第１シフタ部３１１の長さを、Ｌａ（１）、Ｌａ（２）、Ｌａ（３）、・・・、Ｌａ（Ｓ－１）、Ｌａ（Ｓ）とする。また、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第２シフタ部３１２の長さを、Ｌｂ（１）、Ｌｂ（２）、Ｌｂ（３）、・・・、Ｌｂ（Ｓ－１）、Ｌｂ（Ｓ）とする。このとき、互いに対応する第１シフタ部３１１の長さおよび第２シフタ部３１２の長さの和は、Ｌａ（Ｓ）＋Ｌｂ（Ｓ）で表される。なお、ここでは、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２、第１シフタ部３１１および第２シフタ部３１２の長さとは、スプリッタツリー１０から位相シフタアレイ３０を介して後述のアンテナアレイ７０に向かう方向の長さである。

【0024】

さらに、並列方向Ｄｐにおける第１位相シフタ３０１の中心から第２位相シフタ３０２の中心までの距離をＷｓとする。また、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、並列方向Ｄｐにおける第１位相シフタ３０１から第３位相シフタ３０３までの距離を、Ｄ（１）、・・・、Ｄ（Ｓ）とする。なお、並列方向Ｄｐにおける第１位相シフタ３０１から第３位相シフタ３０３までの距離とは、例えば、並列方向Ｄｐにおける第１位相シフタ３０１の中心から第３位相シフタ３０３の中心までの距離である。

【0025】

そして、Ｌａ（０）、Ｌｂ（０）、および、Ｌａ（Ｓ）＋Ｌｂ（Ｓ）は、Ｌｓと等しくなっている、すなわち、Ｌａ（０）＝Ｌｂ（０）＝Ｌａ（Ｓ）＋Ｌｂ（Ｓ）＝Ｌｓとされている。なお、ここでは、「等しい」は、製造誤差範囲を含むものとする。

【0026】

また、Ｌａ（１）、Ｌａ（２）、Ｌａ（３）、・・・、Ｌａ（Ｓ－２）、Ｌａ（Ｓ－１）、Ｌａ（Ｓ）は、順に、小さくなっている、すなわち、Ｌａ（１）＞Ｌａ（２）＞Ｌａ（３）＞・・・＞Ｌａ（Ｓ－２）＞Ｌａ（Ｓ－１）＞Ｌａ（Ｓ）とされている。さらに、Ｌｂ（１）、Ｌｂ（２）、Ｌｂ（３）、・・・、Ｌｂ（Ｓ－２）、Ｌｂ（Ｓ－１）、Ｌｂ（Ｓ）は、順に、大きくなっている、すなわち、Ｌｂ（１）＜Ｌｂ（２）＜Ｌｂ（３）＜・・・＜Ｌｂ（Ｓ－２）＜Ｌｂ（Ｓ－１）＜Ｌｂ（Ｓ）とされている。

【0027】

また、Ｌａ（Ｓ）は、下記関係式（１）に示すように、ＷｓからＤ（ｓ）を減算した値をＷｓで除算した値とされている。さらに、Ｌｂ（Ｓ）は、下記関係式（２）に示すように、Ｄ（ｓ）をＷｓで除算した値とされている。

【0028】

【数1】

【0029】

また、ここで、図３に示すように、例えば、第３位相シフタ３０３の数に対応するＳを２とする。さらに、並列方向Ｄｐにおける第１位相シフタ３０１の中心から、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３の中心までの距離をｄ１とする。また、並列方向Ｄｐにおける第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３の中心から、第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３の中心までの距離をｄ２とする。さらに、並列方向Ｄｐにおける第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３の中心から、第２位相シフタ３０２の中心までの距離をｄ３とする。

【0030】

この場合、Ｄ（１）は、ｄ１である。また、Ｄ（２）は、ｄ１＋ｄ２である。さらに、Ｗｓは、ｄ１＋ｄ２＋ｄ３である。したがって、Ｌａ（１）、Ｌａ（２）、Ｌｂ（１）、Ｌｂ（２）は、下記関係式（３）～（６）のように表される。

【0031】

【数2】

【0032】

図１に戻って、アンテナアレイ７０は、Ｎ個のアンテナ７００を有する。また、アンテナ７００には、位相シフタアレイ３０によって位相が変化した光が入射する。さらに、アンテナ７００は、回折格子等を含む。これにより、アンテナアレイ７０は、位相シフタアレイ３０によって変化した光の位相に応じた角度で光を射出する。

【0033】

以上のように、第１実施形態の位相シフタアレイ３０を備える光フェーズドアレイ５は、構成されている。次に、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３の構造の詳細について、図４～図１４を参照して説明する。なお、これらの構造をわかりやすくするため、Ｓ＝２であるとする。

【0034】

第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３は、例えば、ＳＯＩ基板等の半導体基板４００上に形成されている。なお、ＳＯＩは、Silicon on Insulatorの略である。

【0035】

また、第１位相シフタ３０１は、第１導波路４２１、第１電極４３１、第２電極４３２、第１配線４４１および第２配線４４２を有する。

【0036】

第１位相シフタ３０１に入射する光は、第１導波路４２１を伝搬する。さらに、第１導波路４２１は、半導体基板４００の活性層から形成されており、例えば、ＰＮ接合を有するシリコン導波路である。また、第１導波路４２１は、半導体基板４００のＢＯＸ４１０および第１層間絶縁膜４１１に覆われている。なお、ＢＯＸは、Buried OXideの略であって、埋め込み絶縁膜を意味する。

【0037】

具体的には、第１導波路４２１は、図５に示すように、第１リブ部４５１、第２リブ部４５２、第１接続部４６１、第２接続部４６２、第１コンタクト部４７１および第２コンタクト部４７２を含む。

【0038】

第１リブ部４５１は、Ｎ型とされている。また、第１リブ部４５１は、半導体基板４００の面方向における一方向に延びている。例えば、図４中では、紙面左右方向が一方向となる。また、半導体基板４００の厚み方向を単に厚み方向と記載する。さらに、ここで、一方向および厚み方向と直交する方向を幅方向とする。また、幅方向は、厚み方向と交差する方向に対応する。

【0039】

図５に戻って、第２リブ部４５２は、Ｐ型とされている。さらに、第２リブ部４５２は、一方向に延びている。また、第２リブ部４５２は、第１リブ部４５１と幅方向に接合されている。これにより、ＰＮ接合が構成されている。さらに、第２リブ部４５２の厚みは、第１リブ部４５１の厚みと等しくされている。

【0040】

第１接続部４６１は、不純物濃度が第１リブ部４５１よりも高くされたＮ^＋型とされている。また、第１接続部４６１は、第１リブ部４５１のうち第２リブ部４５２とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第１接続部４６１の厚みは、第１リブ部４５１の厚みよりも小さくされている。

【0041】

第２接続部４６２は、不純物濃度が第２リブ部４５２よりも高くされたＰ^＋型とされている。また、第２接続部４６２は、第２リブ部４５２のうち第１リブ部４５１とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第２接続部４６２の厚みは、第２リブ部４５２の厚みよりも小さくされている。

【0042】

第１コンタクト部４７１は、不純物濃度が第１接続部４６１よりも高くされたＮ^＋＋型とされている。また、第１コンタクト部４７１は、第１接続部４６１のうち第１リブ部４５１とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第１コンタクト部４７１の厚みは、例えば、第１接続部４６１の厚みと等しくされている。このため、第１コンタクト部４７１の厚みは、第１リブ部４５１の厚みよりも小さくされている。

【0043】

第２コンタクト部４７２は、不純物濃度が第２接続部４６２よりも高くされたＰ^＋＋型とされている。また、第２コンタクト部４７２は、第２接続部４６２のうち第２リブ部４５２とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第２コンタクト部４７２の厚みは、例えば、第２接続部４６２の厚みと等しくされている。このため、第２コンタクト部４７２の厚みは、第２リブ部４５２の厚みよりも小さくされている。

【0044】

第１電極４３１は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第１電極４３１は、第１ビアホール５０１、第１ビア５５１、第１電極層６０１、第２ビアホール５０２、第２ビア５５２および第２電極層６０２を含む。

【0045】

第１ビアホール５０１は、第１コンタクト部４７１につながっている。さらに、第１ビアホール５０１は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0046】

第１ビア５５１は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１ビア５５１は、第１ビアホール５０１に埋め込まれていることにより、第１コンタクト部４７１と厚み方向に接続されている。さらに、第１ビア５５１は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0047】

第１電極層６０１は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１電極層６０１は、第１ビア５５１と厚み方向に接続されている。さらに、第１電極層６０１は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。なお、第２層間絶縁膜４１２は、第１層間絶縁膜４１１上に形成されている。

【0048】

第２ビアホール５０２は、第１電極層６０１につながっている。さらに、第２ビアホール５０２は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0049】

第２ビア５５２は、タングステン等の金属で形成されている。また、第２ビア５５２は、第２ビアホール５０２に埋め込まれていることにより、第１電極層６０１と厚み方向に接続されている。さらに、第２ビア５５２は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0050】

第２電極層６０２は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第２電極層６０２は、第２ビア５５２と厚み方向に接続されている。さらに、第２電極層６０２は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。なお、第３層間絶縁膜４１３は、第２層間絶縁膜４１２上に形成されている。

【0051】

第２電極４３２は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第２電極４３２は、第３ビアホール５０３、第３ビア５５３、第３電極層６０３、第４ビアホール５０４、第４ビア５５４および第４電極層６０４を含む。

【0052】

第３ビアホール５０３は、第２コンタクト部４７２につながっている。さらに、第３ビアホール５０３は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0053】

第３ビア５５３は、タングステン等の金属で形成されている。また、第３ビア５５３は、第３ビアホール５０３に埋め込まれていることにより、第２コンタクト部４７２と厚み方向に接続されている。さらに、第３ビア５５３は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0054】

第３電極層６０３は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第３電極層６０３は、第３ビア５５３と厚み方向に接続されている。さらに、第３電極層６０３は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0055】

第４ビアホール５０４は、第３電極層６０３につながっている。さらに、第４ビアホール５０４は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0056】

第４ビア５５４は、タングステン等の金属で形成されている。また、第４ビア５５４は、第４ビアホール５０４に埋め込まれていることにより、第３電極層６０３と厚み方向に接続されている。さらに、第４ビア５５４は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0057】

第４電極層６０４は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第４電極層６０４は、第４ビア５５４と厚み方向に接続されている。さらに、第４電極層６０４は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0058】

第１配線４４１は、第１配線層６５１、第５ビアホール５０５、第５ビア５５５および第２配線層６５２を含む。

【0059】

第１配線層６５１は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１配線層６５１は、第２電極層６０２の一部と幅方向に接続されているとともに、第２電極層６０２との境界部から幅方向に延びている。さらに、第１配線層６５１は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0060】

第５ビアホール５０５は、第１配線層６５１につながっている。さらに、第５ビアホール５０５は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0061】

第５ビア５５５は、タングステン等の金属で形成されている。また、第５ビア５５５は、第５ビアホール５０５に埋め込まれていることにより、第１配線層６５１と厚み方向に接続されている。さらに、第５ビア５５５は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0062】

第２配線層６５２は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第２配線層６５２は、第５ビア５５５と厚み方向に接続されている。さらに、第２配線層６５２は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第２配線層６５２は、ＤＡＣと接続されている。

【0063】

第２配線４４２は、図１４に示すように、第３配線層６５３、第６ビアホール５０６、第６ビア５５６および第４配線層６５４を含む。

【0064】

第３配線層６５３は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第３配線層６５３は、第４電極層６０４の一部と幅方向に接続されているとともに、第４電極層６０４との境界部から幅方向に延びている。さらに、第３配線層６５３は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0065】

第６ビアホール５０６は、第３配線層６５３につながっている。さらに、第６ビアホール５０６は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0066】

第６ビア５５６は、タングステン等の金属で形成されている。また、第６ビア５５６は、第６ビアホール５０６に埋め込まれていることにより、第３配線層６５３と厚み方向に接続されている。さらに、第６ビア５５６は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0067】

第４配線層６５４は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第４配線層６５４は、第６ビア５５６と厚み方向に接続されている。さらに、第４配線層６５４は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第４配線層６５４は、ＤＡＣ２０と接続されている。さらに、上記したように、第２配線層６５２は、ＤＡＣ２０と接続されている。したがって、第１位相シフタ３０１は、ＤＡＣ２０と電気的に接続されている。

【0068】

また、第２位相シフタ３０２は、図４等に示すように、第２導波路４２２、第３電極４３３、第４電極４３４、第３配線４４３および第４配線４４４を有する。なお、図４において、第３配線４４３および第４配線４４４は、第１配線４４１および第２配線４４２と区別しやすくするため、破線で示されている。

【0069】

第２位相シフタ３０２に入射する光は、第２導波路４２２を伝搬する。さらに、第２導波路４２２は、半導体基板４００の活性層から形成されており、例えば、ＰＮ接合を有するシリコン導波路である。また、第２導波路４２２は、半導体基板４００のＢＯＸ４１０および第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0070】

具体的には、第２導波路４２２は、図５に示すように、第３リブ部４５３、第４リブ部４５４、第３接続部４６３、第４接続部４６４、第３コンタクト部４７３および第４コンタクト部４７４を含む。

【0071】

第３リブ部４５３は、Ｎ型とされている。また、第３リブ部４５３は、一方向に延びている。

【0072】

第４リブ部４５４は、Ｐ型とされている。さらに、第４リブ部４５４は、一方向に延びている。また、第４リブ部４５４は、第３リブ部４５３と幅方向に接合されている。これにより、ＰＮ接合が構成されている。さらに、第４リブ部４５４の厚みは、第３リブ部４５３の厚みと等しくされている。

【0073】

第３接続部４６３は、不純物濃度が第３リブ部４５３よりも高くされたＮ^＋型とされている。また、第３接続部４６３は、第３リブ部４５３のうち第４リブ部４５４とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第３接続部４６３の厚みは、第３リブ部４５３の厚みよりも小さくされている。

【0074】

第４接続部４６４は、不純物濃度が第４リブ部４５４よりも高くされたＰ^＋型とされている。また、第４接続部４６４は、第４リブ部４５４のうち第３リブ部４５３とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第４接続部４６４の厚みは、第４リブ部４５４の厚みよりも小さくされている。

【0075】

第３コンタクト部４７３は、不純物濃度が第３接続部４６３よりも高くされたＮ^＋＋型とされている。また、第３コンタクト部４７３は、第３接続部４６３のうち第３リブ部４５３とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第３コンタクト部４７３の厚みは、例えば、第３接続部４６３の厚みと等しくされている。このため、第３コンタクト部４７３の厚みは、第３リブ部４５３の厚みよりも小さくされている。

【0076】

第４コンタクト部４７４は、不純物濃度が第４接続部４６４よりも高くされたＰ^＋＋型とされている。また、第４コンタクト部４７４は、第４接続部４６４のうち第４リブ部４５４とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第４コンタクト部４７４の厚みは、例えば、第４接続部４６４の厚みと等しくされている。このため、第４コンタクト部４７４の厚みは、第４リブ部４５４の厚みよりも小さくされている。

【0077】

第３電極４３３は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第３電極４３３は、第７ビアホール５０７、第７ビア５５７および第５電極層６０５を含む。

【0078】

第７ビアホール５０７は、第３コンタクト部４７３につながっている。さらに、第７ビアホール５０７は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0079】

第７ビア５５７は、タングステン等の金属で形成されている。また、第７ビア５５７は、第７ビアホール５０７に埋め込まれていることにより、第３コンタクト部４７３と厚み方向に接続されている。さらに、第７ビア５５７は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0080】

第５電極層６０５は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第５電極層６０５は、第７ビア５５７と厚み方向に接続されている。さらに、第５電極層６０５は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0081】

第４電極４３４は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第４電極４３４は、第８ビアホール５０８、第８ビア５５８および第６電極層６０６を含む。

【0082】

第８ビアホール５０８は、第４コンタクト部４７４につながっている。さらに、第８ビアホール５０８は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0083】

第８ビア５５８は、タングステン等の金属で形成されている。また、第８ビア５５８は、第８ビアホール５０８に埋め込まれていることにより、第４コンタクト部４７４と厚み方向に接続されている。さらに、第８ビア５５８は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0084】

第６電極層６０６は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第６電極層６０６は、第８ビア５５８と厚み方向に接続されている。さらに、第６電極層６０６は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0085】

第３配線４４３は、第５配線層６５５、第９ビアホール５０９、第９ビア５５９、第６配線層６５６、第１０ビアホール５１０、第１０ビア５６０および第７配線層６５７を含む。

【0086】

第５配線層６５５は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第５配線層６５５は、第５電極層６０５の一部と幅方向に接続されているとともに、第５電極層６０５との境界部から幅方向に延びている。さらに、第５配線層６５５は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0087】

第９ビアホール５０９は、第５配線層６５５につながっている。さらに、第９ビアホール５０９は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0088】

第９ビア５５９は、タングステン等の金属で形成されている。また、第９ビア５５９は、第９ビアホール５０９に埋め込まれていることにより、第５配線層６５５と厚み方向に接続されている。さらに、第９ビア５５９は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0089】

第６配線層６５６は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第６配線層６５６は、第９ビア５５９と厚み方向に接続されている。さらに、第６配線層６５６は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0090】

第１０ビアホール５１０は、第６配線層６５６につながっている。さらに、第１０ビアホール５１０は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0091】

第１０ビア５６０は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１０ビア５６０は、第１０ビアホール５１０に埋め込まれていることにより、第６配線層６５６と厚み方向に接続されている。さらに、第１０ビア５６０は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0092】

第７配線層６５７は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第７配線層６５７は、第１０ビア５６０と厚み方向に接続されている。さらに、第７配線層６５７は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第７配線層６５７は、ＤＡＣ２０と接続されている。

【0093】

第４配線４４４は、図１４に示すように、第８配線層６５８、第１１ビアホール５１１、第１１ビア５６１、第９配線層６５９、第１２ビアホール５１２、第１２ビア５６２および第１０配線層６６０を含む。

【0094】

第８配線層６５８は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第８配線層６５８は、第６電極層６０６の一部と幅方向に接続されているとともに、第６電極層６０６との境界部から幅方向に延びている。さらに、第８配線層６５８は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0095】

第１１ビアホール５１１は、第８配線層６５８につながっている。さらに、第１１ビアホール５１１は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0096】

第１１ビア５６１は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１１ビア５６１は、第１１ビアホール５１１に埋め込まれていることにより、第８配線層６５８と厚み方向に接続されている。さらに、第１１ビア５６１は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0097】

第９配線層６５９は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第９配線層６５９は、第１１ビア５６１と厚み方向に接続されている。さらに、第９配線層６５９は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0098】

第１２ビアホール５１２は、第９配線層６５９につながっている。さらに、第１２ビアホール５１２は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0099】

第１２ビア５６２は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１２ビア５６２は、第１２ビアホール５１２に埋め込まれていることにより、第９配線層６５９と厚み方向に接続されている。さらに、第１２ビア５６２は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0100】

第１０配線層６６０は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１０配線層６６０は、第１２ビア５６２と厚み方向に接続されている。さらに、第１０配線層６６０は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第１０配線層６６０は、ＤＡＣ２０と接続されている。さらに、上記したように、第７配線層６５７は、ＤＡＣ２０と接続されている。したがって、第２位相シフタ３０２は、ＤＡＣ２０と電気的に接続されている。

【0101】

また、第３位相シフタ３０３の第１シフタ部３１１は、図５および図７等に示すように、第３導波路４２３、第５電極４３５、第６電極４３６、第５配線４４５および第６配線４４６を有する。

【0102】

第３位相シフタ３０３に入射する光、ここでは、第２シフタ部３１２に入射し、第２シフタ部３１２を伝搬した光が、第３導波路４２３を伝搬する。さらに、第３導波路４２３は、半導体基板４００の活性層から形成されており、例えば、ＰＮ接合を有するシリコン導波路である。また、第３導波路４２３は、半導体基板４００のＢＯＸ４１０および第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0103】

具体的には、第３導波路４２３は、第５リブ部４５５、第６リブ部４５６、第５接続部４６５、第６接続部４６６、第５コンタクト部４７５および第６コンタクト部４７６を含む。

【0104】

第５リブ部４５５は、Ｎ型とされている。また、第５リブ部４５５は、一方向に延びている。

【0105】

第６リブ部４５６は、Ｐ型とされている。さらに、第６リブ部４５６は、一方向に延びている。また、第６リブ部４５６は、第５リブ部４５５と幅方向に接合されている。これにより、ＰＮ接合が構成されている。さらに、第６リブ部４５６の厚みは、第５リブ部４５５の厚みと等しくされている。

【0106】

第５接続部４６５は、不純物濃度が第５リブ部４５５よりも高くされたＮ^＋型とされている。また、第５接続部４６５は、第５リブ部４５５のうち第６リブ部４５６とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第５接続部４６５の厚みは、第５リブ部４５５の厚みよりも小さくされている。

【0107】

第６接続部４６６は、不純物濃度が第６リブ部４５６よりも高くされたＰ^＋型とされている。また、第６接続部４６６は、第６リブ部４５６のうち第５リブ部４５５とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第６接続部４６６の厚みは、第６リブ部４５６の厚みよりも小さくされている。

【0108】

第５コンタクト部４７５は、不純物濃度が第５接続部４６５よりも高くされたＮ^＋＋型とされている。また、第５コンタクト部４７５は、第５接続部４６５のうち第５リブ部４５５とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第５コンタクト部４７５の厚みは、例えば、第５接続部４６５の厚みと等しくされている。このため、第５コンタクト部４７５の厚みは、第５リブ部４５５の厚みよりも小さくされている。

【0109】

第６コンタクト部４７６は、不純物濃度が第６接続部４６６よりも高くされたＰ^＋＋型とされている。また、第６コンタクト部４７６は、第６接続部４６６のうち第６リブ部４５６とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第６コンタクト部４７６の厚みは、例えば、第６接続部４６６の厚みと等しくされている。このため、第６コンタクト部４７６の厚みは、第６リブ部４５６の厚みよりも小さくされている。

【0110】

第５電極４３５は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第５電極４３５は、第１３ビアホール５１３、第１３ビア５６３、第７電極層６０７、第１４ビアホール５１４、第１４ビア５６４および第８電極層６０８を含む。

【0111】

第１３ビアホール５１３は、第５コンタクト部４７５につながっている。さらに、第１３ビアホール５１３は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0112】

第１３ビア５６３は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１３ビア５６３は、第１３ビアホール５１３に埋め込まれていることにより、第５コンタクト部４７５と厚み方向に接続されている。さらに、第１３ビア５６３は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0113】

第７電極層６０７は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第７電極層６０７は、第１３ビア５６３と厚み方向に接続されている。さらに、第７電極層６０７は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0114】

第１４ビアホール５１４は、第７電極層６０７につながっている。さらに、第１４ビアホール５１４は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0115】

第１４ビア５６４は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１４ビア５６４は、第１４ビアホール５１４に埋め込まれていることにより、第７電極層６０７と厚み方向に接続されている。さらに、第１４ビア５６４は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0116】

第８電極層６０８は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第８電極層６０８は、第１４ビア５６４と厚み方向に接続されている。さらに、第８電極層６０８は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0117】

第６電極４３６は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第６電極４３６は、第１５ビアホール５１５、第１５ビア５６５、第９電極層６０９、第１６ビアホール５１６、第１６ビア５６６および第１０電極層６１０を含む。

【0118】

第１５ビアホール５１５は、第６コンタクト部４７６につながっている。さらに、第１５ビアホール５１５は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0119】

第１５ビア５６５は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１５ビア５６５は、第１５ビアホール５１５に埋め込まれていることにより、第６コンタクト部４７６と厚み方向に接続されている。さらに、第１５ビア５６５は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0120】

第９電極層６０９は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第９電極層６０９は、第１５ビア５６５と厚み方向に接続されている。さらに、第９電極層６０９は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0121】

第１６ビアホール５１６は、第９電極層６０９につながっている。さらに、第１６ビアホール５１６は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0122】

第１６ビア５６６は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１６ビア５６６は、第１６ビアホール５１６に埋め込まれていることにより、第９電極層６０９と厚み方向に接続されている。さらに、第１６ビア５６６は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0123】

第１０電極層６１０は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１０電極層６１０は、第１６ビア５６６と厚み方向に接続されている。さらに、第１０電極層６１０は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0124】

第５配線４４５は、第１１配線層６６１、第１７ビアホール５１７、第１７ビア５６７および第１２配線層６６２を含む。

【0125】

第１１配線層６６１は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１１配線層６６１は、第８電極層６０８の一部と幅方向に接続されているとともに、第８電極層６０８との境界部から幅方向に延びている。さらに、第１１配線層６６１は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0126】

第１７ビアホール５１７は、第１１配線層６６１につながっている。さらに、第１７ビアホール５１７は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0127】

第１７ビア５６７は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１７ビア５６７は、第１７ビアホール５１７に埋め込まれていることにより、第１１配線層６６１と厚み方向に接続されている。さらに、第１７ビア５６７は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0128】

第１２配線層６６２は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１２配線層６６２は、第１７ビア５６７と厚み方向に接続されている。さらに、第１２配線層６６２は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第１２配線層６６２は、ＤＡＣ２０と接続されているとともに、第１位相シフタ３０１の第２配線層６５２と並列接続されている。

【0129】

第６配線４４６は、図７および１０に示すように、第１３配線層６６３、第１８ビアホール５１８、第１８ビア５６８および第１４配線層６６４を含む。

【0130】

第１３配線層６６３は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１３配線層６６３は、第１０電極層６１０の一部と幅方向に接続されているとともに、第１０電極層６１０との境界部から幅方向に延びている。さらに、第１３配線層６６３は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0131】

第１８ビアホール５１８は、第１３配線層６６３につながっている。さらに、第１８ビアホール５１８は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0132】

第１８ビア５６８は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１８ビア５６８は、第１８ビアホール５１８に埋め込まれていることにより、第１３配線層６６３と厚み方向に接続されている。さらに、第１８ビア５６８は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0133】

第１４配線層６６４は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１４配線層６６４は、第１８ビア５６８と厚み方向に接続されている。さらに、第１４配線層６６４は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第１４配線層６６４は、ＤＡＣ２０と接続されているとともに、第１位相シフタ３０１の第４配線層６５４と並列接続されている。したがって、第１シフタ部３１１には、第１電圧Ｖ１が印加される。

【0134】

また、第３位相シフタ３０３の第２シフタ部３１２は、図９等に示すように、第４導波路４２４、第７電極４３７、第８電極４３８、第７配線４４７および第８配線４４８を有する。

【0135】

第３位相シフタ３０３に入射する光は、第４導波路４２４を伝搬する。さらに、第４導波路４２４は、半導体基板４００の活性層から形成されており、例えば、ＰＮ接合を有するシリコン導波路である。また、第４導波路４２４は、半導体基板４００のＢＯＸ４１０および第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0136】

具体的には、第４導波路４２４は、第７リブ部４５７、第８リブ部４５８、第７接続部４６７、第８接続部４６８、第７コンタクト部４７７および第８コンタクト部４７８を含む。

【0137】

第７リブ部４５７は、Ｎ型とされている。また、第７リブ部４５７は、一方向に延びている。

【0138】

第８リブ部４５８は、Ｐ型とされている。さらに、第８リブ部４５８は、一方向に延びている。また、第８リブ部４５８は、第７リブ部４５７と幅方向に接合されている。これにより、ＰＮ接合が構成されている。さらに、第８リブ部４５８の厚みは、第７リブ部４５７の厚みと等しくされている。

【0139】

第７接続部４６７は、不純物濃度が第７リブ部４５７よりも高くされたＮ^＋型とされている。また、第７接続部４６７は、第７リブ部４５７のうち第８リブ部４５８とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第７接続部４６７の厚みは、第７リブ部４５７の厚みよりも小さくされている。

【0140】

第８接続部４６８は、不純物濃度が第８リブ部４５８よりも高くされたＰ^＋型とされている。また、第８接続部４６８は、第８リブ部４５８のうち第７リブ部４５７とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第８接続部４６８の厚みは、第８リブ部４５８の厚みよりも小さくされている。

【0141】

第７コンタクト部４７７は、不純物濃度が第７接続部４６７よりも高くされたＮ^＋＋型とされている。また、第７コンタクト部４７７は、第７接続部４６７のうち第７リブ部４５７とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第７コンタクト部４７７の厚みは、例えば、第７接続部４６７の厚みと等しくされている。このため、第７コンタクト部４７７の厚みは、第７リブ部４５７の厚みよりも小さくされている。

【0142】

第８コンタクト部４７８は、不純物濃度が第８接続部４６８よりも高くされたＰ^＋＋型とされている。また、第８コンタクト部４７８は、第８接続部４６８のうち第８リブ部４５８とは反対側と幅方向に接続されている。さらに、第８コンタクト部４７８の厚みは、例えば、第８接続部４６８の厚みと等しくされている。このため、第８コンタクト部４７８の厚みは、第８リブ部４５８の厚みよりも小さくされている。

【0143】

第７電極４３７は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第７電極４３７は、第１９ビアホール５１９、第１９ビア５６９および第１１電極層６１１を含む。

【0144】

第１９ビアホール５１９は、第７コンタクト部４７７につながっている。さらに、第１９ビアホール５１９は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0145】

第１９ビア５６９は、タングステン等の金属で形成されている。また、第１９ビア５６９は、第１９ビアホール５１９に埋め込まれていることにより、第７コンタクト部４７７と厚み方向に接続されている。さらに、第１９ビア５６９は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0146】

第１１電極層６１１は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１１電極層６１１は、第１９ビア５６９と厚み方向に接続されている。さらに、第１１電極層６１１は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0147】

第８電極４３８は、一方向に延びているとともに、厚み方向に延びている。また、第８電極４３８は、第２０ビアホール５２０、第２０ビア５７０および第１２電極層６１２を含む。

【0148】

第２０ビアホール５２０は、第８コンタクト部４７８につながっている。さらに、第２０ビアホール５２０は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0149】

第２０ビア５７０は、タングステン等の金属で形成されている。また、第２０ビア５７０は、第２０ビアホール５２０に埋め込まれていることにより、第８コンタクト部４７８と厚み方向に接続されている。さらに、第２０ビア５７０は、第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0150】

第１２電極層６１２は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１２電極層６１２は、第２０ビア５７０と厚み方向に接続されている。さらに、第１２電極層６１２は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0151】

第７配線４４７は、図９および図１２に示すように、第１５配線層６６５、第２１ビアホール５２１、第２１ビア５７１、第１６配線層６６６、第２２ビアホール５２２、第２２ビア５７２および第１７配線層６６７を含む。

【0152】

第１５配線層６６５は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１５配線層６６５は、第１１電極層６１１の一部と幅方向に接続されているとともに、第１１電極層６１１との境界部から幅方向に延びている。さらに、第１５配線層６６５は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0153】

第２１ビアホール５２１は、第１５配線層６６５につながっている。さらに、第２１ビアホール５２１は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0154】

第２１ビア５７１は、タングステン等の金属で形成されている。また、第２１ビア５７１は、第２１ビアホール５２１に埋め込まれていることにより、第１５配線層６６５と厚み方向に接続されている。さらに、第２１ビア５７１は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0155】

第１６配線層６６６は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１６配線層６６６は、第２１ビア５７１と厚み方向に接続されている。さらに、第１６配線層６６６は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0156】

第２２ビアホール５２２は、第１６配線層６６６につながっている。さらに、第２２ビアホール５２２は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0157】

第２２ビア５７２は、タングステン等の金属で形成されている。また、第２２ビア５７２は、第２２ビアホール５２２に埋め込まれていることにより、第１６配線層６６６と厚み方向に接続されている。さらに、第２２ビア５７２は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0158】

第１７配線層６６７は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１７配線層６６７は、第２２ビア５７２と厚み方向に接続されている。さらに、第１７配線層６６７は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第１７配線層６６７は、ＤＡＣ２０と接続されているとともに、第２位相シフタ３０２の第７配線層６５７と並列接続されている。

【0159】

第８配線４４８は、図１４に示すように、第１８配線層６６８、第２３ビアホール５２３、第２３ビア５７３、第１９配線層６６９、第２４ビアホール５２４、第２４ビア５７４および第２０配線層６７０を含む。

【0160】

第１８配線層６６８は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１８配線層６６８は、第１２電極層６１２の一部と幅方向に接続されているとともに、第１２電極層６１２との境界部から幅方向に延びている。さらに、第１８配線層６６８は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0161】

第２３ビアホール５２３は、第１８配線層６６８につながっている。さらに、第２３ビアホール５２３は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0162】

第２３ビア５７３は、タングステン等の金属で形成されている。また、第２３ビア５７３は、第２３ビアホール５２３に埋め込まれていることにより、第１８配線層６６８と厚み方向に接続されている。さらに、第２３ビア５７３は、第２層間絶縁膜４１２に覆われている。

【0163】

第１９配線層６６９は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第１９配線層６６９は、第２３ビア５７３と厚み方向に接続されている。さらに、第１９配線層６６９は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0164】

第２４ビアホール５２４は、第１９配線層６６９につながっている。さらに、第２４ビアホール５２４は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0165】

第２４ビア５７４は、タングステン等の金属で形成されている。また、第２４ビア５７４は、第２４ビアホール５２４に埋め込まれていることにより、第１９配線層６６９と厚み方向に接続されている。さらに、第２４ビア５７４は、第３層間絶縁膜４１３に覆われている。

【0166】

第２０配線層６７０は、アルミニウム等の金属で形成されている。また、第２０配線層６７０は、第２４ビア５７４と厚み方向に接続されている。さらに、第２０配線層６７０は、第３層間絶縁膜４１３上に形成されていることにより、第３層間絶縁膜４１３の外部に露出している。また、第２０配線層６７０は、ＤＡＣ２０と接続されているとともに、第２位相シフタ３０２の第１０配線層６６０と並列接続されている。したがって、第２シフタ部３１２には、第２電圧Ｖ２が印加される。

【0167】

また、第３位相シフタ３０３の絶縁層３１３は、図８および図１１に示すように、半導体基板４００の活性層に不純物がドープされないことにより形成されている。このため、絶縁層３１３の不純物濃度は、第１導波路４２１、第２導波路４２２、第３導波路４２３および第４導波路４２４の不純物濃度よりも低くなっている。さらに、絶縁層３１３は、ＢＯＸ４１０および第１層間絶縁膜４１１に覆われている。

【0168】

また、ここで、図５に示すように、厚み方向における第３導波路４２３から第７電極層６０７と第１１配線層６６１との境界部までの最小距離を第１距離Ｔ１とする。図９に示すように、厚み方向における第４導波路４２４から第１１電極層６１１と第１５配線層６６５との境界部までの最小距離を第２距離Ｔ２とする。

【0169】

そして、第１距離Ｔ１と、第２距離Ｔ２とは、異なっている、すなわち、Ｔ１≠Ｔ２とされている。ここでは、第１距離Ｔ１は、第２距離Ｔ２よりも大きくなっている、すなわち、Ｔ１＞Ｔ２とされている。なお、第１距離Ｔ１は、第２距離Ｔ２よりも小さくなっていてもよい、すなわち、Ｔ１＜Ｔ２とされてもよい。

【0170】

また、ここでは、図５に示すように、第１距離Ｔ１は、厚み方向における第１導波路４２１から第２電極層６０２と第１配線層６５１との境界部までの最小距離と等しくなっている。さらに、図１４に示すように、第１距離Ｔ１は、厚み方向における第１導波路４２１から第４電極層６０４と第３配線層６５３との境界部までの最小距離と等しくなっている。また、図７および図１０に示すように第１距離Ｔ１は、厚み方向における第３導波路４２３から第１０電極層６１０と第１３配線層６６３との境界部までの最小距離と等しくなっている。

【0171】

さらに、ここでは、図５に示すように、第２距離Ｔ２は、厚み方向における第２導波路４２２から第５電極層６０５と第５配線層６５５との境界部までの最小距離と等しくなっている。また、図１４に示すように、第２距離Ｔ２は、厚み方向における第２導波路４２２から第６電極層６０６と第８配線層６５８との境界部までの最小距離と等しくなっている。さらに、第２距離Ｔ２は、厚み方向における第４導波路４２４から第１２電極層６１２と第１８配線層６６８との境界部までの最小距離と等しくなっている。したがって、厚み方向における第４導波路４２４から第１２電極層６１２と第１８配線層６６８との境界部までの最小距離は、厚み方向における第３導波路４２３から第１０電極層６１０と第１３配線層６６３との境界部までの最小距離と異なっている。

【0172】

以上のように、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３は、構成されている。次に、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３の製造方法について説明する。

【0173】

ＳＯＩ等の半導体基板４００が準備される。続いて、エッチングにより、半導体基板４００の活性層が、絶縁層３１３、第１導波路４２１、第２導波路４２２、第３導波路４２３および第４導波路４２４に対応する形状に形成される。続いて、第１導波路４２１、第２導波路４２２、第３導波路４２３および第４導波路４２４に対応する形状の活性層にイオン注入等することにより、第１導波路４２１、第２導波路４２２、第３導波路４２３および第４導波路４２４が形成される。このとき、絶縁層３１３に対応する形状の活性層にイオン注入しないことにより、不純物がドープされないことで、絶縁層３１３が形成される。

【0174】

続いて、ＣＶＤ等により、第１層間絶縁膜４１１が形成される。これにより、絶縁層３１３、第１導波路４２１、第２導波路４２２、第３導波路４２３および第４導波路４２４が、第１層間絶縁膜４１１に覆われる。なお、ＣＶＤは、Chemical Vapor Depositionの略である。

【0175】

続いて、エッチングにより、第１層間絶縁膜４１１内に、第１ビアホール５０１、第３ビアホール５０３、第７ビアホール５０７および第８ビアホール５０８が形成される。また、第１層間絶縁膜４１１内に、第１３ビアホール５１３、第１５ビアホール５１５、第１９ビアホール５１９および第２０ビアホール５２０が形成される。

【0176】

その後、ＣＶＤ等により、第１ビア５５１、第３ビア５５３、第７ビア５５７、第８ビア５５８、第１３ビア５６３、第１５ビア５６５、第１９ビア５６９および第２０ビア５７０が形成される。

【0177】

また、ＣＶＤおよびエッチング等により、第１電極層６０１、第３電極層６０３、第５電極層６０５、第６電極層６０６、第７電極層６０７、第９電極層６０９、第１１電極層６１１および第１２電極層６１２が、第１層間絶縁膜４１１上に形成される。さらに、このとき、図５、図９、図１２および図１４に示すように、第５配線層６５５、第８配線層６５８、第１５配線層６６５および第１８配線層６６８が形成される。

【0178】

続いて、ＣＶＤ等により、第２層間絶縁膜４１２が形成される。これにより、第１電極層６０１、第３電極層６０３、第５電極層６０５、第６電極層６０６、第７電極層６０７、第９電極層６０９、第１１電極層６１１および第１２電極層６１２が、第２層間絶縁膜４１２に覆われる。また、第５配線層６５５、第８配線層６５８、第１５配線層６６５、第１８配線層６６８が、第２層間絶縁膜４１２に覆われる。

【0179】

続いて、エッチングにより、第２層間絶縁膜４１２内に、第２ビアホール５０２、第４ビアホール５０４、第９ビアホール５０９、第１１ビアホール５１１、第１４ビアホール５１４、第１６ビアホール５１６、第２３ビアホール５２３が形成される。

【0180】

その後、ＣＶＤ等により、第２ビア５５２、第４ビア５５４、第９ビア５５９、第１１ビア５６１、第１４ビア５６４、第１６ビア５６６、第２３ビア５７３が形成される。

【0181】

また、ＣＶＤおよびエッチング等により、第２電極層６０２、第４電極層６０４、第８電極層６０８および第１０電極層６１０が、第２層間絶縁膜４１２上に形成される。さらに、このとき、図５、図７、図９、図１０、図１２、図１４に示すように、第１配線層６５１、第３配線層６５３、第６配線層６５６、第９配線層６５９、第１１配線層６６１、第１３配線層６６３、第１６配線層６６６および第１９配線層６６９が形成される。

【0182】

続いて、ＣＶＤ等により、第３層間絶縁膜４１３が形成される。これにより、第２電極層６０２、第４電極層６０４、第８電極層６０８および第１０電極層６１０が、第３層間絶縁膜４１３に覆われる。また、第１配線層６５１、第３配線層６５３、第６配線層６５６、第９配線層６５９、第１１配線層６６１、第１３配線層６６３、第１６配線層６６６および第１９配線層６６９が、第３層間絶縁膜４１３に覆われる。

【0183】

続いて、エッチングにより、第３層間絶縁膜４１３内に、第５ビアホール５０５、第６ビアホール５０６、第１０ビアホール５１０、第１２ビアホール５１２が形成される。また、第１７ビアホール５１７、第１８ビアホール５１８、第２２ビアホール５２２、第２４ビアホール５２４が形成される。

【0184】

その後、ＣＶＤ等により、第５ビア５５５、第６ビア５５６、第１０ビア５６０、第１２ビア５６２、第１７ビア５６７、第１８ビア５６８、第２２ビア５７２および第２４ビア５７４が形成される。

【0185】

また、ＣＶＤおよびエッチング等により、第２配線層６５２、第４配線層６５４、第７配線層６５７、第１０配線層６６０、第１２配線層６６２、第１４配線層６６４、第１７配線層６６７および第２０配線層６７０が、第３層間絶縁膜４１３上に形成される。したがって、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３が完成する。

【0186】

以上のように、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３は、製造される。また、本実施形態の位相シフタアレイ３０を備える光フェーズドアレイ５は、Lidarに用いられるところ、次に、Lidarに用いられるときの光フェーズドアレイ５の作動について、図１５を参照して説明する。

【0187】

スプリッタツリー１０は、図示しない光源からの入射光ＬｉをＮ個の光に分岐させる。分岐したそれぞれの光は、サブアレイ３００の第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３のそれぞれに入射する。このとき、図１５に示すように、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３に入射する光の位相がΦ０となるように、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３の配置等が調整されている。

【0188】

ここで、並列方向Ｄｐにおける位相シフタアレイ３０の一端側の第１位相シフタ３０１を、１番目の位相シフタとする。また、並列方向Ｄｐにおける位相シフタアレイ３０の他端側の第２位相シフタ３０２を、Ｎ番目の位相シフタとする。並列方向Ｄｐにおける一端側の第１位相シフタ３０１から他端側の第２位相シフタ３０２に向かって数えて、ｉ番目の第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２または第３位相シフタ３０３を、ｉ番目の位相シフタとする。

【0189】

そして、１番目の位相シフタである第１位相シフタ３０１には、第１電圧Ｖ１がＤＡＣ２０から印加される。例えば、ここでは、第１電圧Ｖ１は、逆バイアスとされている。このとき、第１導波路４２１のＰＮ接合に空乏層が形成されるため、第１導波路４２１のキャリア濃度が低下する。これにより、第１導波路４２１の屈折率が増加する。このため、１番目の位相シフタを伝搬する光の光路長が大きくなる。したがって、光路差が大きくなることから、１番目の位相シフタに入射する光と１番目の位相シフタから射出される光との位相差は、大きくなる。さらに、１番目の位相シフタに入射する光と、１番目の位相シフタから射出される光との位相差がΔΦとなるように、第１電圧Ｖ１等が調整されている。よって、１番目の位相シフタから射出される光の位相は、Φ０＋ΔΦとされている。

【0190】

また、Ｎ番目の位相シフタである第２位相シフタ３０２には、第２電圧Ｖ２がＤＡＣ２０から印加される。例えば、ここでは、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１と同様に、逆バイアスとされている。このとき、第２導波路４２２のＰＮ接合に空乏層が形成されるため、第２導波路４２２のキャリア濃度が低下する。これにより、第２導波路４２２の屈折率が増加する。このため、Ｎ番目の位相シフタを伝搬する光の光路長が大きくなる。したがって、光路差が大きくなることから、Ｎ番目の位相シフタに入射する光と、Ｎ番目の位相シフタから射出される光との位相差が大きくなる。さらに、Ｎ番目の位相シフタに入射する光と、Ｎ番目の位相シフタから射出される光との位相差がＮ×ΔΦとなるように、第２電圧Ｖ２等が調整されている。よって、Ｎ番目の位相シフタから射出される光の位相は、Φ０＋Ｎ×ΔΦとされている。

【0191】

また、ｉ番目の位相シフタが第１位相シフタ３０１であれば、ｉ番目の位相シフタに第１電圧Ｖ１がＤＡＣ２０から印加される。このとき、１番目の位相シフタの場合と同様に、ｉ番目の位相シフタに入射する光と、ｉ番目の位相シフタから射出される光との位相差が大きくなる。さらに、ｉ番目の位相シフタに入射する光と、ｉ番目の位相シフタから射出される光との位相差がｉ×ΔΦとなるように、第１電圧Ｖ１等が調整されている。よって、ｉ番目の位相シフタが第１位相シフタ３０１であれば、ｉ番目の位相シフタから射出される光の位相は、Φ０＋ｉ×ΔΦとされている。

【0192】

また、ｉ番目の位相シフタが第２位相シフタ３０２であれば、ｉ番目の位相シフタに第２電圧Ｖ２がＤＡＣ２０から印加される。このとき、Ｎ番目の位相シフタの場合と同様に、ｉ番目の位相シフタに入射する光と、ｉ番目の位相シフタから射出される光との位相差が大きくなる。さらに、ｉ番目の位相シフタに入射する光と、ｉ番目の位相シフタから射出される光との位相差がｉ×ΔΦとなるように、第２電圧Ｖ２等が調整されている。よって、ｉ番目の位相シフタが第２位相シフタ３０２であれば、ｉ番目の位相シフタから射出される光の位相は、Φ０＋ｉ×ΔΦとされている。

【0193】

また、ｉ番目の位相シフタが第３位相シフタ３０３であれば、ｉ番目の位相シフタの第１シフタ部３１１に第１電圧Ｖ１が印加される。このとき、第３導波路４２３のＰＮ接合に空乏層が形成されるため、第３導波路４２３のキャリア濃度が低下する。これにより、第３導波路４２３の屈折率が増加する。このため、ｉ番目の位相シフタを伝搬する光の光路長が大きくなる。また、ｉ番目の位相シフタの第２シフタ部３１２に第２電圧Ｖ２が印加される。このとき、第４導波路４２４のＰＮ接合に空乏層が形成されるため、第４導波路４２４のキャリア濃度が低下する。これにより、第４導波路４２４の屈折率が増加する。このため、ｉ番目の位相シフタを伝搬する光の光路長が大きくなる。したがって、光路差が大きくなることから、ｉ番目の位相シフタに入射する光とｉ番目の位相シフタから射出される光との位相差が大きくなる。さらに、ｉ番目の位相シフタに入射する光と、ｉ番目の位相シフタから射出される光との位相差がｉ×ΔΦとなるように、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第１シフタ部３１１の長さおよび第２シフタ部３１２の長さ等が調整されている。よって、ｉ番目の位相シフタが第３位相シフタ３０３であれば、ｉ番目の位相シフタから射出される光の位相は、Φ０＋ｉ×ΔΦとされている。

【0194】

そして、１～Ｎ番目の位相シフタから射出される光は、対応するアンテナ７００に入射する。また、アンテナアレイ７０は、位相シフタアレイ３０によって変化した光の位相、すなわち、１～Ｎ番目の位相シフタによって変化した光の位相に応じた角度で光を射出する。具体的には、アンテナアレイ７０は、Φ０、・・・、Φ０＋ｉ×ΔΦ、・・・、Φ０＋Ｎ×ΔΦに応じた角度で光を射出する。

【0195】

また、ここで、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３が並列方向Ｄｐに等間隔に並んでおり、並列方向Ｄｐにおける互いに隣り合う位相シフタ同士の距離をｄとする。さらに、位相シフタが延びている方向と直交する方向であって、１番目の位相シフタからＮ番目の位相シフタに向かう方向を、Ｘ軸の正方向とする。また、Ｘ軸と直交する方向であって、位相シフタアレイ３０からアンテナアレイ７０に向かう方向をＺ軸の正方向とする。さらに、Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸の正方向とする。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、右手系で表されている。

【0196】

このとき、図１６に示すようなアンテナアレイ７０から射出される光の角度である射出角ψは、下記関係式（７）のように表される。なお、ここでは、射出角ψは、Ｚ軸周りの角度である。また、下記関係式（７）において、λは、アンテナアレイ７０から射出される光の波長であって、図示しない光源からの光の波長に対応する。さらに、πは、円周率である。

【0197】

【数3】

【0198】

また、このとき、図１６に示すようなアンテナアレイ７０から射出される光の放射角Δψは、下記関係式（８）のように表される。したがって、放射角Δψは、Ｎが増加することに伴って、大きくなる。なお、ここでは、放射角Δψは、Ｚ軸周りの角度範囲である。

【0199】

【数4】

【0200】

また、アンテナアレイ７０から射出される光は、図示しない対象物で反射される。対象物で反射された光は、アンテナアレイ７０に入射する。アンテナアレイ７０に入射した反射光は、位相シフタアレイ３０およびスプリッタツリー１０を経由して、図示しない受光器に入射する。さらに、図示しない測定装置は、光源からの入射光Ｌｉおよび受光器に入射した反射光の情報を用いて、光フェーズドアレイ５から対象物までの距離や対象物の形状を測定する。

【0201】

以上のように、光フェーズドアレイ５は、Lidarに用いられる。次に、本実施形態の位相シフタアレイ３０を備える光フェーズドアレイ５では、制御部に相当するＤＡＣ２０の大型化が抑制されることについて説明する。

【0202】

ここで、特許文献１では、１６個の位相シフタをグルーピングしたサブアレイが記載されている。また、このサブアレイの数は、４つである。この場合、位相シフタの全数は、６４個である。さらに、サブアレイにおける１６個の位相シフタのそれぞれに、位相シフタに入射する光の位相を変化させるための電圧信号が制御部から出力されることから、制御信号の数は、１６個である。この場合、サブアレイにおける位相シフタの数が増加すると、増加した分、制御部から電圧信号の数が多くなることから、制御部の配線の数等が多くなる。したがって、制御部が大型化する。

【0203】

これに対して、本実施形態の位相シフタアレイ３０を備える光フェーズドアレイ５では、サブアレイ３００は、第１位相シフタ３０１と、第２位相シフタ３０２と、第３位相シフタ３０３と、を有する。第１位相シフタ３０１は、ＤＡＣ２０からの第１電圧Ｖ１が印加されることによって、第１位相シフタ３０１に入射する光の位相を変化させる。第２位相シフタ３０２は、ＤＡＣ２０からの第２電圧Ｖ２が印加されることによって、第２位相シフタ３０２に入射する光の位相を変化させる。第３位相シフタ３０３は、第１シフタ部３１１と、第２シフタ部３１２と、を含む。第１シフタ部３１１には、第１電圧Ｖ１が印加される。第２シフタ部３１２には、第２電圧Ｖ２が印加される。また、第３位相シフタ３０３は、第１電圧Ｖ１が第１シフタ部３１１に印加されるとともに、第２電圧Ｖ２が第２シフタ部３１２に印加されることによって、第３位相シフタ３０３に入射する光の位相を変化させる。

【0204】

これにより、ＤＡＣ２０から１つのサブアレイ３００に出力される電圧の数が、２つになる。このため、ＤＡＣ２０からの電圧の数は、位相シフタの全数に対応するＮの２倍を、１つのサブアレイ３００の第３位相シフタ３０３の数に対応するＳに２を加算した値で除算した値、すなわち、２×Ｎ／（Ｓ＋２）となる。したがって、位相シフタの数が増加しても、１つのサブアレイ３００の第３位相シフタ３０３の数が増加することから、ＤＡＣ２０からの電圧の数が増加することが抑制される。

【0205】

例えば、位相シフタの全数に対応するＮが６４であるとする。また、１つのサブアレイ３００における第３位相シフタ３０３の数に対応するＳが１４であるとする。この場合、１つのサブアレイ３００における位相シフタの数は、１４に、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２の数を加算した数であるため、１６である。このとき、ＤＡＣ２０からの電圧の数は、２×６４／１６であることから、８個となる。よって、本実施形態の位相シフタアレイ３０を備える光フェーズドアレイ５では、制御信号の数が特許文献１に記載された光フェーズドアレイと比較して、減少している。したがって、ＤＡＣ２０の配線等の数が増加することが抑制されることから、ＤＡＣ２０の大型化が抑制される。

【0206】

また、ＤＡＣ２０の大型化が抑制されることから、ＤＡＣ２０の大型化を抑制した分、位相シフタの全数に対応するＮを増やすことができる。Ｎが増加すると、上記関係式（８）に示すように、放射角Δψが小さくなる。よって、光フェーズドアレイ５の空間分解能を向上させることもできる。

【0207】

また、第１実施形態の位相シフタアレイ３０を備える光フェーズドアレイ５では、以下に記載する効果も奏する。

【0208】

［１－１］第３位相シフタ３０３は、並列方向Ｄｐに複数並んでいる。また、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第１シフタ部３１１の長さは、小さくなっている。すなわち、Ｌａ（１）＞Ｌａ（２）＞Ｌａ（３）＞・・・＞Ｌａ（Ｓ－２）＞Ｌａ（Ｓ－１）＞Ｌａ（Ｓ）とされている。さらに、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第２シフタ部３１２の長さは、大きくなっている。すなわち、Ｌｂ（１）＜Ｌｂ（２）＜Ｌｂ（３）＜・・・＜Ｌｂ（Ｓ－２）＜Ｌｂ（Ｓ－１）＜Ｌｂ（Ｓ）とされている。

【0209】

これにより、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第１シフタ部３１１に入射する光の光路長が短くなる。また、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第２シフタ部３１２に入射する光の光路長が長くなる。これらによって、第３位相シフタ３０３に入射する光の光路長の調整がしやすくなることから、第３位相シフタ３０３に入射する光と第３位相シフタ３０３から射出される光との位相差が調整されやすくなる。このため、１番目の位相シフタから、順に、位相シフタアレイ３０の各位相差が、ΔΦ、２×ΔΦ、・・・、ｉ×ΔΦ、・・・、Ｎ×ΔΦとされやすくなり、線形関係にされやすくなる。したがって、ΔΦの精度が向上することから、射出角ψの精度が向上する。

【0210】

［１－２］第１位相シフタ３０１の長さと、第２位相シフタ３０２の長さと、互いに対応する第１シフタ部３１１の長さおよび第２シフタ部３１２の長さの和とは、等しくなっている。すなわち、Ｌａ（０）＝Ｌｂ（０）＝Ｌａ（Ｓ）＋Ｌｂ（Ｓ）＝Ｌｓとされている。

【0211】

これにより、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が印加されていないときの光路長が等しくなる。このため、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が印加されていないときの光路長が異なることによって生じる、位相シフタ同士の間の位相差が抑制される。したがって、位相シフタアレイ３０の各位相差が、ΔΦ、２×ΔΦ、・・・、ｉ×ΔΦ、・・・、Ｎ×ΔΦとされやすくなり、線形関係にされやすくなる。よって、ΔΦの精度が向上することから、射出角ψの精度が向上する。

【0212】

［１－３］第１シフタ部３１１は、上記関係式（１）が成り立つように形成されている。また、第２シフタ部３１２は、上記関係式（２）が成り立つように形成されている。

【0213】

これにより、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第１シフタ部３１１に入射する光の光路長が短くなる。また、第１位相シフタ３０１と隣り合う第３位相シフタ３０３から第２位相シフタ３０２と隣り合う第３位相シフタ３０３に向かって、順に、第２シフタ部３１２に入射する光の光路長が長くなる。これらによって、上記と同様に、位相シフタアレイ３０の各位相差が、ΔΦ、２×ΔΦ、・・・、ｉ×ΔΦ、・・・、Ｎ×ΔΦとされやすくなり、線形関係にされやすくなる。したがって、ΔΦの精度が向上することから、射出角ψの精度が向上する。

【0214】

［１－４］第３位相シフタ３０３は、絶縁層３１３を含む。絶縁層３１３は、電気絶縁性を有しており、第１シフタ部３１１および第２シフタ部３１２の間を絶縁する。絶縁層３１３の不純物濃度は、第１導波路４２１、第２導波路４２２、第３導波路４２３および第４導波路４２４の不純物濃度よりも低くなっている。

【0215】

これにより、イオン注入等によって第１導波路４２１、第２導波路４２２、第３導波路４２３および第４導波路４２４を形成するとき、イオン注入しないことにより、不純物がドープされないことで、絶縁層３１３を形成することができる。このため、絶縁層３１３を形成するための別工程を追加することがなくなる。したがって、絶縁層３１３の形成が容易になる。

【0216】

［１－５］第１距離Ｔ１と、第２距離Ｔ２とは異なっている。これにより、第５配線４４５と、第７配線４４７とがねじれの位置関係になりやすくなる。このため、第５配線４４５と、第７配線４４７とが導通することが抑制される。

【0217】

また、厚み方向における第３導波路４２３から第１０電極層６１０と第１３配線層６６３との境界部までの距離と、厚み方向における第４導波路４２４から第１２電極層６１２と第１８配線層６６８との境界部までの距離とは、異なっている。これにより、第６配線４４６と、第８配線４４８とがねじれの位置関係になりやすくなる。このため、第６配線４４６と、第８配線４４８とが導通することが抑制される。

【0218】

［１－６］位相シフタアレイ３０は、複数のサブアレイ３００を有する。

【0219】

これにより、位相シフタの全数に対応するＮを固定した場合に、サブアレイ３００の数が増加すると、１つのサブアレイ３００における位相シフタの数が減少する。また、１つのサブアレイ３００における位相シフタの数が減少すると、１つのサブアレイ３００の大きさが小さくなる。このため、１つのサブアレイ３００内における製造バラつきが、１つのサブアレイ３００の大きさが比較的大きい場合と比較して、小さくなる。したがって、第１位相シフタ３０１、第２位相シフタ３０２および第３位相シフタ３０３に入射する光の位相に対応するΦ０および各位相差に対応するｉ×ΔΦのバラつきが小さくなる。よって、射出角ψのバラつきが小さくなる。

【0220】

（第２実施形態）
第２実施形態では、光フェーズドアレイ５は、図１７に示すように、第１グレーティングカプラ７１、第２グレーティングカプラ７２および位相差モニタ回路８０を備える。また、ＤＡＣ２０は、記憶媒体をさらに有する。さらに、ＤＡＣ２０の処理が第１実施形態と異なる。これら以外は、第１実施形態と同様である。

【0221】

第１グレーティングカプラ７１は、第１位相シフタ３０１についての光の入出力を行う素子である。第２グレーティングカプラ７２は、第２位相シフタ３０２についての光の入出力を行う素子である。位相差モニタ回路８０は、例えば、光の位相差を光の強度差に変換するマハチェンダ型干渉計等を有する。また、位相差モニタ回路８０は、第１グレーティングカプラ７１および第２グレーティングカプラ７２に接続されている。ＤＡＣ２０の記憶媒体には、第１電圧Ｖ１と、第１位相シフタ３０１に入射する光および第１位相シフタ３０１から射出される光の位相差との関係を示した第１テーブルが記憶されている。また、ＤＡＣ２０の記憶媒体には、第２電圧Ｖ２と、第２位相シフタ３０２に入射する光および第２位相シフタ３０２から射出される光の位相差との関係を示した第２テーブルが記憶されている。

【0222】

ここで、第１位相シフタ３０１に入射する光および第１位相シフタ３０１から射出される光の位相差は、第１グレーティングカプラ７１および位相差モニタ回路８０を用いて検出される。さらに、ＤＡＣ２０は、第１グレーティングカプラ７１および位相差モニタ回路８０によって得られた位相差と、第１電圧Ｖ１とを用いて、第１テーブルを生成する。また、第２位相シフタ３０２に入射する光および第２位相シフタ３０２から射出される光の位相差は、第２グレーティングカプラ７２および位相差モニタ回路８０を用いて検出される。さらに、ＤＡＣ２０は、第２グレーティングカプラ７２および位相差モニタ回路８０によって得られた位相差と、第２電圧Ｖ２とを用いて、第２テーブルを生成する。

【0223】

そして、これらの生成された第１テーブルおよび第２テーブルがＤＡＣ２０の記憶媒体に記憶される。また、ＤＡＣ２０は、この記憶された第１テーブルおよび第２テーブルと、所望の位相差とを用いて、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２を算出する。さらに、ＤＡＣ２０は、算出した第１電圧Ｖ１を第１位相シフタ３０１および第１シフタ部３１１に印加する。また、ＤＡＣ２０は、算出した第２電圧Ｖ２を第２位相シフタ３０２および第２シフタ部３１２に印加する。

【0224】

以上のように、第２実施形態の光フェーズドアレイ５は、構成されている。この第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第２実施形態では、以下に記載する効果も奏する。

【0225】

［２］ＤＡＣ２０は、第１テーブルと所望の位相差とを用いて第１電圧Ｖ１を算出するとともに、第２テーブルと所望の位相差とを用いて第２電圧Ｖ２を算出する。

【0226】

これにより、位相シフタアレイ３０の各位相差が、ΔΦ、２×ΔΦ、・・・、ｉ×ΔΦ、・・・、Ｎ×ΔΦとされやすくなり、線形関係にされやすくなる。したがって、ΔΦの精度が向上することから、射出角ψの精度が向上する。

【0227】

（第３実施形態）
第３実施形態では、光フェーズドアレイ５は、図１８に示すように、位相差モニタ回路８０をさらに備える。また、ＤＡＣ２０の処理が第１実施形態と異なる。これら以外は、第１実施形態と同様である。

【0228】

位相差モニタ回路８０は、光の位相差を光の強度差に変換するマハチェンダ型干渉計等を有する。また、位相差モニタ回路８０は、アンテナ７００を介して、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２と接続されている。さらに、位相差モニタ回路８０は、第１位相シフタ３０１に入射する光および第１位相シフタ３０１から射出される光の位相差を検出する。また、位相差モニタ回路８０は、第２位相シフタ３０２に入射する光および第２位相シフタ３０２から射出される光の位相差を検出する。さらに、位相差モニタ回路８０は、これらの検出した位相差に応じた信号を、ＤＡＣ２０に出力する。なお、位相差モニタ回路８０は、アンテナ７００を介して、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２と接続されているところ、これに限定されない。位相差モニタ回路８０は、アンテナ７００に代えて導波路を介して、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２と接続されてもよい。この場合、位相差モニタ回路８０は、導波路を介して、第１位相シフタ３０１および第２位相シフタ３０２による位相差を検出する。

【0229】

また、ＤＡＣ２０は、位相差モニタ回路８０から取得した第１位相シフタ３０１に入射する光および第１位相シフタ３０１から射出される光の位相差に基づいて、第１電圧Ｖ１を制御する。例えば、ＤＡＣ２０は、第１位相シフタ３０１に入射する光および第１位相シフタ３０１から射出される光の位相差が所望の位相差よりも大きいとき、第１電圧Ｖ１を小さくする。これにより、第１導波路４２１および第３導波路４２３のキャリア濃度が上昇する。このため、第１導波路４２１および第３導波路４２３の屈折率が減少する。したがって、第１位相シフタ３０１および第１シフタ部３１１を伝搬する光の光路長が小さくなる。よって、ＤＡＣ２０は、位相シフタアレイ３０の各位相差を小さくさせることで、位相シフタアレイ３０の各位相差を所望の位相差にさせる。

【0230】

さらに、ＤＡＣ２０は、位相差モニタ回路８０から取得した第２位相シフタ３０２に入射する光および第２位相シフタ３０２から射出される光の位相差に基づいて、第２電圧Ｖ２を制御する。例えば、ＤＡＣ２０は、第２位相シフタ３０２に入射する光および第２位相シフタ３０２から射出される光の位相差が所望の位相差よりも大きいとき、第２電圧Ｖ２を小さくする。これにより、第２導波路４２２および第４導波路４２４のキャリア濃度が上昇する。このため、第２導波路４２２および第４導波路４２４の屈折率が減少する。したがって、第２位相シフタ３０２および第２シフタ部３１２を伝搬する光の光路長が小さくなる。よって、ＤＡＣ２０は、位相シフタアレイ３０の各位相差を小さくさせることで、各位相差を所望の位相差にさせる。

【0231】

以上のように、第３実施形態の光フェーズドアレイ５は、構成されている。この第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第３実施形態では、以下に記載する効果も奏する。

【0232】

［３］ＤＡＣ２０は、第１位相シフタ３０１に入射する光および第１位相シフタ３０１から射出される光の位相差に基づいて、第１電圧Ｖ１を制御する。また、ＤＡＣ２０は、第２位相シフタ３０２に入射する光および第２位相シフタ３０２から射出される光の位相差に基づいて、第２電圧Ｖ２を制御する。

【0233】

これにより、位相シフタアレイ３０の各位相差が、ΔΦ、２×ΔΦ、・・・、ｉ×ΔΦ、・・・、Ｎ×ΔΦとされやすくなり、線形関係にされやすくなる。したがって、ΔΦの精度が向上することから、射出角ψの精度が向上する。

【0234】

（他の実施形態）
本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態に対して、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

【0235】

本開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部およびその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【0236】

上記各実施形態では、スプリッタツリー１０からの光は、第２シフタ部３１２に入射し、第２シフタ部３１２を伝搬した光が第１シフタ部３１１に入射する。また、第１シフタ部３１１からの光がアンテナ７００に入射する。これに対して、スプリッタツリー１０からの光は、第１シフタ部３１１に入射してもよく、第１シフタ部３１１を伝搬した光が第２シフタ部３１２に入射してもよい。このとき、第２シフタ部３１２からの光がアンテナ７００に入射する。

【0237】

上記各実施形態では、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、逆バイアスとされているところ、これに限定されない。第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２は、順バイアスとされてもよい。

【0238】

上記各実施形態では、１つのサブアレイ３００における第３位相シフタ３０３の数が２以上である。これに対して、１つのサブアレイ３００における第３位相シフタ３０３の数は、１つであってもよい。

【符号の説明】

【0239】

１０ スプリッタツリー
２０ ＤＡＣ
３０ 位相シフタアレイ
７０ アンテナアレイ
３００ サブアレイ
３０１ 第１位相シフタ
３０２ 第２位相シフタ
３０３ 第３位相シフタ
３１１ 第１シフタ部
３１２ 第２シフタ部

【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】