特許 7567671 位相シフタ

(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】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】位相シフタ

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

G02F1/025

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021096415

(22)【出願日】2021-06-09

(65)【公開番号】P2022188411

(43)【公開日】2022-12-21

【審査請求日】2023-09-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【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】岩橋 清太

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第１０１０１６３０（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００５９５０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０８１６８３２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－０２８６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３２１２４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１７３２３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】T． Tanemura et. al.，InP-InGaAsP Integrated 1×5 Optical Switch Using Arrayed Phase Shifters，IEEE Photonics Technology Letters，IEEE，2008年06月15日，Vol. 20, No.12，pp.1063-1065

【文献】T． Nobuoka et. al.，Two-dimensional beam-steering achieved using photonic-crystal lasers，Conference on lasers and Electro-Optics (CLEO) 2013，IEEE，2013年06月，CTh3G.3，pp. 1-2

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－１／３９

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｇ０１Ｓ ７／４８－７／５１

ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板（１１）に形成された導波路（１８）にキャリアを蓄積することにより、前記導波路を伝搬する光の位相を変調する位相シフタであって、
前記導波路を含む複数の光導波領域（１ａ）と、
キャリアを前記導波路に注入するための電極に前記導波路を接続するコンタクト部（２０、２２）を含む複数のコンタクト領域（１ｂ）と、
前記導波路と前記コンタクト部とを電気的に接続する配線部（１３、１６）と、
２つの絶縁層（１２、１５）と、を備え、
前記光導波領域は、２つの前記導波路を含み、
前記導波路の長手方向をｘ方向とし、
前記ｘ方向に垂直でかつ前記基板の表面に平行な方向をｙ方向として、
前記光導波領域と前記コンタクト領域とは、前記ｙ方向において交互に並んでおり、
前記光導波領域に含まれる２つの前記導波路のうち、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の一方側から隣接する導波路を第１導波路（１８ａ）とし、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の他方側から隣接する導波路を第２導波路（１８ｂ）として、
前記コンタクト領域は、
前記第１導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第１ｐ型コンタクト部（２０ａ）、および、ｎ型半導体で構成された第１ｎ型コンタクト部（２２ａ）と、
前記第２導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第２ｐ型コンタクト部（２０ｂ）、および、ｎ型半導体で構成された第２ｎ型コンタクト部（２２ｂ）と、を含み、
前記２つの絶縁層のうち一方の絶縁層は前記基板の上面に形成されており、他方の絶縁層は該一方の絶縁層との間に前記配線部の一部を挟んで該一方の絶縁層の上面側に形成されており、
前記第１ｐ型コンタクト部および前記第２ｐ型コンタクト部と、前記第１ｎ型コンタクト部および前記第２ｎ型コンタクト部とは、一方が前記２つの絶縁層の間に配置されており、他方が前記２つの絶縁層よりも前記基板から遠い位置に配置されている位相シフタ。

【請求項2】

基板（１１）に形成された導波路（１８）にキャリアを蓄積することにより、前記導波路を伝搬する光の位相を変調する位相シフタであって、
前記導波路を含む複数の光導波領域（１ａ）と、
キャリアを前記導波路に注入するための電極に前記導波路を接続するコンタクト部（２０、２２）を含む複数のコンタクト領域（１ｂ）と、
前記導波路と前記コンタクト部とを電気的に接続する配線部（１３、１６）と、を備え、
前記光導波領域は、２つの前記導波路を含み、
前記導波路の長手方向をｘ方向とし、
前記ｘ方向に垂直でかつ前記基板の表面に平行な方向をｙ方向として、
前記光導波領域と前記コンタクト領域とは、前記ｙ方向において交互に並んでおり、
前記光導波領域に含まれる２つの前記導波路のうち、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の一方側から隣接する導波路を第１導波路（１８ａ）とし、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の他方側から隣接する導波路を第２導波路（１８ｂ）として、
前記コンタクト領域は、
前記第１導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第１ｐ型コンタクト部（２０ａ）、および、ｎ型半導体で構成された第１ｎ型コンタクト部（２２ａ）と、
前記第２導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第２ｐ型コンタクト部（２０ｂ）、および、ｎ型半導体で構成された第２ｎ型コンタクト部（２２ｂ）と、を含み、
前記コンタクト領域は、前記第１ｐ型コンタクト部、前記第１ｎ型コンタクト部、前記第２ｐ型コンタクト部、前記第２ｎ型コンタクト部をそれぞれ複数含み、
前記第１ｐ型コンタクト部と前記第１ｎ型コンタクト部とは、前記ｘ方向において交互に一列に並んでおり、
前記第２ｐ型コンタクト部と前記第２ｎ型コンタクト部とは、前記ｘ方向において交互に一列に並んでいる位相シフタ。

【請求項3】

基板（１１）に形成された導波路（１８）にキャリアを蓄積することにより、前記導波路を伝搬する光の位相を変調する位相シフタであって、
前記導波路を含む複数の光導波領域（１ａ）と、
キャリアを前記導波路に注入するための電極に前記導波路を接続するコンタクト部（２０、２２）を含む複数のコンタクト領域（１ｂ）と、
前記導波路と前記コンタクト部とを電気的に接続する配線部（１３、１６）と、を備え、
前記光導波領域は、２つの前記導波路を含み、
前記導波路の長手方向をｘ方向とし、
前記ｘ方向に垂直でかつ前記基板の表面に平行な方向をｙ方向として、
前記光導波領域と前記コンタクト領域とは、前記ｙ方向において交互に並んでおり、
前記光導波領域に含まれる２つの前記導波路のうち、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の一方側から隣接する導波路を第１導波路（１８ａ）とし、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の他方側から隣接する導波路を第２導波路（１８ｂ）として、
前記コンタクト領域は、
前記第１導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第１ｐ型コンタクト部（２０ａ）、および、ｎ型半導体で構成された第１ｎ型コンタクト部（２２ａ）と、
前記第２導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第２ｐ型コンタクト部（２０ｂ）、および、ｎ型半導体で構成された第２ｎ型コンタクト部（２２ｂ）と、を含み、
前記第１ｐ型コンタクト部、前記第１ｎ型コンタクト部、前記第２ｐ型コンタクト部、前記第２ｎ型コンタクト部は、前記ｘ方向において、前記第１ｐ型コンタクト部、前記第２ｐ型コンタクト部、前記第１ｎ型コンタクト部、前記第２ｎ型コンタクト部の順に、一列に並んでいる位相シフタ。

【請求項4】

基板（１１）に形成された導波路（１８）にキャリアを蓄積することにより、前記導波路を伝搬する光の位相を変調する位相シフタであって、
前記導波路を含む複数の光導波領域（１ａ）と、
キャリアを前記導波路に注入するための電極に前記導波路を接続するコンタクト部（２０、２２）を含む複数のコンタクト領域（１ｂ）と、
前記導波路と前記コンタクト部とを電気的に接続する配線部（１３、１６）と、を備え、
前記光導波領域は、２つの前記導波路を含み、
前記導波路の長手方向をｘ方向とし、
前記ｘ方向に垂直でかつ前記基板の表面に平行な方向をｙ方向として、
前記光導波領域と前記コンタクト領域とは、前記ｙ方向において交互に並んでおり、
前記光導波領域に含まれる２つの前記導波路のうち、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の一方側から隣接する導波路を第１導波路（１８ａ）とし、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の他方側から隣接する導波路を第２導波路（１８ｂ）として、
前記コンタクト領域は、
前記第１導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第１ｐ型コンタクト部（２０ａ）、および、ｎ型半導体で構成された第１ｎ型コンタクト部（２２ａ）と、
前記第２導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第２ｐ型コンタクト部（２０ｂ）、および、ｎ型半導体で構成された第２ｎ型コンタクト部（２２ｂ）と、を含み、
前記第１ｐ型コンタクト部と前記第２ｐ型コンタクト部とは、前記ｘ方向において交互に一列に並んでおり、
前記第１ｎ型コンタクト部は、前記第１導波路と、前記第１ｐ型コンタクト部および前記第２ｐ型コンタクト部の列との間に配置されており、
前記第２ｎ型コンタクト部は、前記第２導波路と、前記第１ｐ型コンタクト部および前記第２ｐ型コンタクト部の列との間に配置されており、
前記第１ｎ型コンタクト部および前記第２ｎ型コンタクト部は、前記第１導波路および前記第２導波路よりも前記基板から遠い位置に配置されている位相シフタ。

【請求項5】

基板（１１）に形成された導波路（１８）にキャリアを蓄積することにより、前記導波路を伝搬する光の位相を変調する位相シフタであって、
前記導波路を含む複数の光導波領域（１ａ）と、
キャリアを前記導波路に注入するための電極に前記導波路を接続するコンタクト部（２０、２２）を含む複数のコンタクト領域（１ｂ）と、
前記導波路と前記コンタクト部とを電気的に接続する配線部（１３、１６）と、を備え、
前記光導波領域は、２つの前記導波路を含み、
前記導波路の長手方向をｘ方向とし、
前記ｘ方向に垂直でかつ前記基板の表面に平行な方向をｙ方向として、
前記光導波領域と前記コンタクト領域とは、前記ｙ方向において交互に並んでおり、
前記光導波領域に含まれる２つの前記導波路のうち、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の一方側から隣接する導波路を第１導波路（１８ａ）とし、前記コンタクト領域に前記ｙ方向の他方側から隣接する導波路を第２導波路（１８ｂ）として、
前記コンタクト領域は、
前記第１導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第１ｐ型コンタクト部（２０ａ）、および、ｎ型半導体で構成された第１ｎ型コンタクト部（２２ａ）と、
前記第２導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第２ｐ型コンタクト部（２０ｂ）、および、ｎ型半導体で構成された第２ｎ型コンタクト部（２２ｂ）と、を含み、
前記第１ｎ型コンタクト部と前記第２ｎ型コンタクト部とは、前記ｘ方向において交互に一列に並んでおり、
前記第１ｐ型コンタクト部は、前記第１導波路と、前記第１ｎ型コンタクト部および前記第２ｎ型コンタクト部の列との間に配置されており、
前記第２ｐ型コンタクト部は、前記第２導波路と、前記第１ｎ型コンタクト部および前記第２ｎ型コンタクト部の列との間に配置されており、
前記第１ｐ型コンタクト部および前記第２ｐ型コンタクト部は、前記第１導波路および前記第２導波路よりも前記基板から遠い位置に配置されている位相シフタ。

【請求項6】

前記配線部のうち、前記導波路と前記第１ｐ型コンタクト部、前記第２ｐ型コンタクト部とを接続する部分は、ｐ型シリコンまたはｐ型ＳｉＧｅで構成されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の位相シフタ。

【請求項7】

前記配線部のうち、前記導波路と前記第１ｎ型コンタクト部、前記第２ｎ型コンタクト部とを接続する部分は、ｎ型のIII－V族半導体で構成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の位相シフタ。

【請求項8】

前記配線部のうち、前記導波路と前記第１ｎ型コンタクト部、前記第２ｎ型コンタクト部とを接続する部分は、ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓＰで構成されている請求項７に記載の位相シフタ。

【請求項9】

前記配線部のうち、前記導波路と前記第１ｎ型コンタクト部、前記第２ｎ型コンタクト部とを接続する部分は、ｎ型シリコンで構成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の位相シフタ。

【請求項10】

前記導波路はリブ導波路とされている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の位相シフタ。

【請求項11】

前記導波路を分割するクラッド層（１４）はエアクラッドとされている請求項１０に記載の位相シフタ。

【請求項12】

前記導波路は、ｐ型半導体およびｎ型半導体と、該ｐ型半導体およびｎ型半導体の間に配置された絶縁層（１５）とで構成されている請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の位相シフタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光の位相を変調する位相シフタに関するものである。

【背景技術】

【0002】

複数並んだ導波路から出射する光の位相をそれぞれ調整して、全体での光の指向性を制御するＬｉＤＡＲ等のレーザ装置では、例えば、導波路の屈折率を変化させることによって光の位相を調整する位相シフタが用いられる。ＬｉＤＡＲはLight Detection And Rangingの略である。このような位相シフタを用いたレーザ装置では、導波路のピッチが小さいほど、出射角度の上限が大きくなる。

【0003】

例えば特許文献１では、導波路に接続された電極に電圧を印加することにより、導波路にキャリアを蓄積させて、導波路の屈折率を変化させる位相シフタが提案されている。この位相シフタでは、導波路を含む導波領域と、電極および電極を導波路に接続するためのコンタクト部を含むコンタクト領域とが交互に並んでいる。そして、複数の導波領域にはそれぞれ導波路が１つのみ形成されており、各コンタクト領域では電極が導波路に沿って一列に並んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第１０１０１６３０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

導波路と電極との距離は、導波路を伝搬する光が隣接する電極に吸収されるのを抑制するために、ある程度大きくする必要がある。したがって、このように導波路と電極とが交互に並んだ構成では、導波路のピッチが大きくなり、出射角度の上限が小さくなる。

【0006】

本発明は上記点に鑑みて、導波路のピッチを小さくすることが可能な位相シフタ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】

【0007】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１１）に形成された導波路（１８）にキャリアを蓄積することにより、導波路を伝搬する光の位相を変調する位相シフタであって、導波路を含む複数の光導波領域（１ａ）と、キャリアを導波路に注入するための電極に導波路を接続するコンタクト部（２０、２２）を含む複数のコンタクト領域（１ｂ）と、導波路とコンタクト部とを電気的に接続する配線部（１３、１６）と、２つの絶縁層（１２、１５）と、を備え、光導波領域は、２つの導波路を含み、導波路の長手方向をｘ方向とし、ｘ方向に垂直でかつ基板の表面に平行な方向をｙ方向として、光導波領域とコンタクト領域とは、ｙ方向において交互に並んでおり、光導波領域に含まれる２つの導波路のうち、コンタクト領域にｙ方向の一方側から隣接する導波路を第１導波路（１８ａ）とし、コンタクト領域にｙ方向の他方側から隣接する導波路を第２導波路（１８ｂ）として、コンタクト領域は、第１導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第１ｐ型コンタクト部（２０ａ）、および、ｎ型半導体で構成された第１ｎ型コンタクト部（２２ａ）と、第２導波路にキャリアを注入するための電極に接続された、ｐ型半導体で構成された第２ｐ型コンタクト部（２０ｂ）、および、ｎ型半導体で構成された第２ｎ型コンタクト部（２２ｂ）と、を含み、２つの絶縁層のうち一方の絶縁層は基板の上面に形成されており、他方の絶縁層は該一方の絶縁層との間に配線部の一部を挟んで該一方の絶縁層の上面側に形成されており、第１ｐ型コンタクト部および第２ｐ型コンタクト部と、第１ｎ型コンタクト部および第２ｎ型コンタクト部とは、一方が２つの絶縁層の間に配置されており、他方が２つの絶縁層よりも基板から遠い位置に配置されている。

【0008】

導波路間の光結合による光損失は、電極への光吸収による光損失に比べて小さいため、導波路間の距離は導波路と電極との距離よりも小さくすることが可能である。したがって、このように２つの導波路が隣接するように導波路、ｐ型コンタクト部、ｎ型コンタクト部を並べることで、１つの導波路あたりのピッチを小さくすることが可能となる。

【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実施形態にかかる位相シフタの上面図である。

【図2】図１のII－II断面図である。

【図3】図１のIII－III断面図である。

【図4】比較例の上面図である。

【図5】縦型の比較例における図４のV－V断面図である。

【図6】横型の比較例における図４のV－V断面図である。

【図7】第２実施形態にかかる位相シフタの上面図である。

【図8】図７のVIII－VIII断面図である。

【図9】図７のIX－IX断面図である。

【図10】第３実施形態にかかる位相シフタの上面図である。

【図11】図１０のXI－XI断面図である。

【図12】図１０のXII－XII断面図である。

【図13】他の実施形態における位相シフタの断面図である。

【図14】他の実施形態における位相シフタの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。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、同一符号を付して説明を行う。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示す本実施形態の位相シフタ１は、導波路にキャリアを蓄積することによって導波路の屈折率を変化させ、導波路を伝搬する光の位相を調整するものであって、ＬｉＤＡＲ等のレーザ装置において射出光の向きを調整するために用いられる。

【0013】

位相シフタ１は、シリコン基板上に、光を伝搬させる導波路と、導波路にキャリアを注入するための電極とが形成された構成とされている。図１に示すように、位相シフタ１は、導波路が形成された光導波領域１ａと、該電極に導波路を接続するためのコンタクト部が形成されたコンタクト領域１ｂとを備えている。

【0014】

図２、図３に示すように、位相シフタ１は、基板１１、絶縁層１２、ｐ型半導体層１３、クラッド層１４、絶縁層１５、ｎ型半導体層１６、絶縁層１７、導波路１８、ｐ電極１９、ｐ型コンタクト部２０、ｎ電極２１、ｎ型コンタクト部２２を備えている。

【0015】

基板１１は、シリコンで構成されている。基板１１の上面には、ＳｉＯ_２等で構成された絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２の上面には、ｐ型半導体層１３が形成されている。ｐ型半導体層１３は、シリコンにｐ型不純物をドープすることで形成されたｐ型シリコンで構成されている。あるいは、ｐ型半導体層１３は、ｐ型のＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）で構成されている。

【0016】

ｐ型半導体層１３は、間にクラッド層１４を挟んで複数の領域に分割されており、ｐ型半導体層１３の各領域は、基板１１の上面に平行な一方向（以下、ｘ方向という）に延設されている。クラッド層１４は、エアクラッドとされている。

【0017】

ｐ型半導体層１３の各領域には、ｘ方向に垂直な断面が矩形状とされたリブが設けられている。図２に示す断面では、ｐ型半導体層１３の各領域の両端部にリブが形成されている。両端のリブのうち、一方のリブはｘ方向に延設されており、他方のリブはｘ方向に沿って点在するように形成されている。この一方のリブをリブ１３ａとし、他方のリブをリブ１３ｂとする。ｐ型半導体層１３の上面には、リブ１３ａ、リブ１３ｂに支持されるように絶縁層１５が形成されている。絶縁層１５は例えばＡｌ_２Ｏ_３で構成されている。

【0018】

絶縁層１５の上面には、ｎ型半導体層１６が形成されている。ｎ型半導体層１６は、ｎ型のIII－V族半導体で構成されている。例えば、ｎ型半導体層１６は、ＩｎＰ（インジウムリン）またはＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン）で構成されている。あるいは、ｎ型半導体層１６は、ｎ型シリコンで構成されている。

【0019】

ｎ型半導体層１６は、ｐ型半導体層１３に対応して複数の領域に分割されており、絶縁層１５の上面の一部は、ｎ型半導体層１６から露出している。ｎ型半導体層１６の上面および側面と、ｎ型半導体層１６から露出した絶縁層１５の上面には、ＳｉＯ_２等で構成された絶縁層１７が形成されており、ｎ型半導体層１６の各領域は、絶縁層１７によって絶縁されている。ｎ型半導体層１６の各領域は、絶縁層１５を挟んでｐ型半導体層１３の各領域に対向しており、ｘ方向に延設されている。

【0020】

図２に示すように、ｎ型半導体層１６の一部は、絶縁層１５を挟んでリブ１３ａに対向している。そして、リブ１３ａと、リブ１３ａとｎ型半導体層１６とに挟まれた絶縁層１５と、ｎ型半導体層１６のうちリブ１３ａに対向する部分とによって、光が伝搬する導波路１８が、ｘ方向が長手方向となるように構成されている。このように、導波路１８は、リブ１３ａによって構成されたリブ導波路とされている。

【0021】

絶縁層１５のうちリブ１３ｂの上部に位置する部分には、リブ１３ｂを露出させる開口部が形成されている。絶縁層１７には、この開口部を露出させるトレンチが形成されている。このトレンチにはアルミニウム等の導電性材料が充填されており、これによりｐ電極１９が形成されている。

【0022】

ｐ電極１９は、ｐ型半導体層１３を図示しない電源に接続するためのものであり、この電源からｐ電極１９に電圧が印加されることにより、導波路１８に正孔が蓄積される。ｐ型半導体層１３のうち、リブ１３ｂと、リブ１３ｂの下部は、ｐ型不純物が高濃度にドープされたｐ型コンタクト部２０とされている。ｐ型コンタクト部２０は、導波路１８をｐ電極１９に接続するためのものである。ｐ型半導体層１３のうち導波路１８とｐ型コンタクト部２０とを接続する部分は、これらを電気的に接続する配線部とされている。

【0023】

図３に示すように、絶縁層１７には、ｎ型半導体層１６の一部を露出させるトレンチが形成されている。このトレンチにはアルミニウム等の導電性材料が充填されており、これによりｎ電極２１が形成されている。ｎ電極２１は、基板１１上のｐ電極１９から離された部分に形成されている。

【0024】

ｎ電極２１は、ｎ型半導体層１６を図示しない電源に接続するためのものであり、この電源からｎ電極２１に電圧が印加されることにより、導波路１８に電子が蓄積される。ｎ型半導体層１６のうちｎ電極２１の下部に位置する部分は、ｎ型不純物が高濃度にドープされたｎ型コンタクト部２２とされている。ｎ型コンタクト部２２は、導波路１８をｎ電極２１に接続するためのものである。ｎ型半導体層１６のうち導波路１８とｎ型コンタクト部２２とを接続する部分は、これらを電気的に接続する配線部とされている。

【0025】

このような構成の位相シフタ１では、ｐ電極１９とｎ電極２１とに電圧を印加すると、導波路１８において、リブ１３ａのうち絶縁層１５に接する部分と、ｎ型半導体層１６のうち絶縁層１５に接する部分に、それぞれ正孔と電子が蓄積される。これにより、導波路１８の屈折率が変化し、導波路１８を伝搬する光の位相が変化する。

【0026】

図１に示すように、位相シフタ１は、導波路１８を含む光導波領域１ａと、ｐ電極１９、ｐ型コンタクト部２０、ｎ電極２１、ｎ型コンタクト部２２を含むコンタクト領域１ｂとを、それぞれ複数備えている。なお、図１では、絶縁層１７、ｐ電極１９、ｎ電極２１等の図示を省略している。

【0027】

複数の光導波領域１ａは、それぞれ、平行に並んだ２つの導波路１８を備えている。光導波領域１ａとコンタクト領域１ｂは、基板１１の上面に平行でかつｘ方向に垂直な方向（以下、ｙ方向という）において、交互に並んでいる。

【0028】

光導波領域１ａが備える２つの導波路１８のうち、ｙ方向においてコンタクト領域１ｂに一方側から隣接する導波路１８を第１導波路１８ａとし、ｙ方向においてコンタクト領域１ｂに他方側から隣接する導波路１８を第２導波路１８ｂとする。

【0029】

第１導波路１８ａにキャリアを蓄積するためのｐ電極１９、ｎ電極２１に接続されたｐ型コンタクト部２０、ｎ型コンタクト部２２を、それぞれ第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第１ｎ型コンタクト部２２ａとする。第２導波路１８ｂにキャリアを蓄積するためのｐ電極１９、ｎ電極２１に接続されたｐ型コンタクト部２０、ｎ型コンタクト部２２を、それぞれ第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂとする。

【0030】

図１において、導波路１８上の丸印は、光が変調される領域を示している。また、この領域とｐ型コンタクト部２０、ｎ型コンタクト部２２とを結ぶ矢印は、キャリアの流れを示している。

【0031】

複数のコンタクト領域１ｂは、それぞれ、第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂを備えている。

【0032】

コンタクト領域１ｂは、第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂをそれぞれ複数備えている。そして、１つのコンタクト領域１ｂにおいて、第１ｐ型コンタクト部２０ａと第１ｎ型コンタクト部２２ａとは、ｘ方向において交互に一列に並んでいる。また、第２ｐ型コンタクト部２０ｂと第２ｎ型コンタクト部２２ｂとは、第１ｐ型コンタクト部２０ａおよび第１ｎ型コンタクト部２２ａの列にｙ方向の上記他方側から隣接するように、ｘ方向において交互に一列に並んでいる。

【0033】

本実施形態の効果について説明する。図４に示す比較例の位相シフタ１００では、複数の光導波領域１００ａがそれぞれ１つの導波路１１８を備えている。また、１つのコンタクト領域１００ｂにおいて、ｐ型コンタクト部１２０、ｎ型コンタクト部１２２が交互に一列に並んでいる。そして、１つの導波路１１８に対応するｐ型コンタクト部１２０とｎ型コンタクト部１２２が、それぞれ該導波路１１８の一方側と他方側に配置されている。

【0034】

このような光導波領域１００ａおよびコンタクト領域１００ｂの配置では、図５、図６に示す構造が可能である。図５に示す比較例は、本実施形態と同様に、導波路にキャリアを蓄積させて導波路の屈折率を変化させる縦型の位相シフタである。この位相シフタ１００は、基板１１１、絶縁層１１２、ｐ型半導体層１１３、クラッド層１１４、絶縁層１１５、ｎ型半導体層１１６、絶縁層１１７、導波路１１８、ｐ電極１１９、ｐ型コンタクト部１２０、ｎ電極１２１、ｎ型コンタクト部１２２を備えている。

【0035】

絶縁層１１２は基板１１１の上面に形成されており、絶縁層１１２の上面にはｐ型半導体層１１３が形成されている。ｐ型半導体層１１３は、間にクラッド層１１４を挟んで複数の領域に分割されており、各領域は、基板１１１の上面に平行な一方向に延設されている。ｐ型半導体層１１３の各領域には、リブ１１３ａ、１１３ｂが形成されている。ｐ型半導体層１１３の上面には、リブ１１３ａ、１１３ｂに支持されるように絶縁層１１５が形成されている。

【0036】

絶縁層１１５の上面には、ｎ型半導体層１１６が形成されている。ｎ型半導体層１１６は、ｐ型半導体層１１３に対応して複数の領域に分割されている。ｎ型半導体層１１６の上面および側面と、ｎ型半導体層１１６から露出した絶縁層１１５の上面には、絶縁層１１７が形成されており、ｎ型半導体層１１６の各領域は、絶縁層１１７によって絶縁されている。ｎ型半導体層１１６の各領域は、絶縁層１１５を挟んでｐ型半導体層１１３の各領域に対向しており、上記一方向に延設されている。リブ１１３ａと、リブ１１３ａとｎ型半導体層１１６とに挟まれた絶縁層１１５と、ｎ型半導体層１１６のうちリブ１１３ａに対向する部分とによって、導波路１１８が構成されている。

【0037】

リブ１１３ｂの上部にはｐ電極１１９が形成されている。ｐ型半導体層１１３のうち、リブ１１３ｂと、リブ１１３ｂの下部は、ｐ型コンタクト部１２０とされている。基板１１１上のｐ電極１１９から離された部分には、ｎ電極１２１が形成されている。ｎ型半導体層１１６のうちｎ電極１２１の下部に位置する部分は、ｎ型コンタクト部１２２とされている。

【0038】

図６に示す比較例は、導波路からキャリアを引き抜いて導波路の屈折率を変化させる横型の位相シフタである。この位相シフタ１００では、ｐ型半導体層１１３およびｎ型半導体層１１６が絶縁層１１２上に形成されている。ｐ型半導体層１１３、ｎ型半導体層１１６はそれぞれ複数の領域に分割されており、ｐ型半導体層１１３、ｎ型半導体層１１６の各領域は、それぞれ基板１１１の上面に平行でかつ上記一方向に垂直な他方向の両端にリブを備えている。

【0039】

ｐ型半導体層１１３の一方のリブとｎ型半導体層１１６の一方のリブは連結されており、この連結部によって導波路１１８が形成されている。ｐ型半導体層１１３のうち導波路１１８とは反対側に形成されたリブの上部にはｐ電極１１９が形成されており、このリブの一部はｐ型コンタクト部１２０とされている。ｎ型半導体層１１６のうち導波路１１８とは反対側に形成されたリブの上部にはｎ電極１２１が形成されており、このリブの一部はｎ型コンタクト部１２２とされている。

【0040】

このような構成の位相シフタでは、図示しない電源によってｐ電極１１９とｎ電極１２１とに電圧を印加すると、導波路１１８からキャリアが引き抜かれる。これにより、導波路１１８の屈折率が変化し、導波路１１８を伝搬する光の位相が変化する。

【0041】

図５および図６のいずれにおいても、導波路のピッチＴは、Ｔ＝２ｄ_１＋Ｍとなる。ｄ_１は上記他方向における導波路と電極との距離であり、位相シフタ１００では、ｄ_１は導波路１１８とｐ電極１１９またはｎ電極１２１との距離である。Ｍは上記他方向における電極の幅であり、位相シフタ１００では、Ｍはｐ電極１１９およびｎ電極１２１の幅である。

【0042】

これに対して、本実施形態では、１つの導波路１８あたりのピッチＴは、Ｔ＝ｄ_１＋Ｍ＋（ｄ_２＋Δ）／２となる。本実施形態では、ｄ_１はｙ方向における導波路１８とｐ電極１９またはｎ電極２１との距離である。ｄ_２は、１つの光導波領域１ａに含まれる第１導波路１８ａと第２導波路１８ｂとのｙ方向における距離である。Δは、１つのコンタクト領域１ｂに含まれる第１ｐ型コンタクト部２０ａ上のｐ電極１９または第１ｎ型コンタクト部２２ａ上のｎ電極２１と、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ上のｐ電極１９または第２ｎ型コンタクト部２２ｂ上のｎ電極２１とのｙ方向における距離である。

【0043】

距離ｄ_１は、導波路を伝搬する光が隣接する電極に吸収されるのを抑制するために、ある程度大きくする必要があり、例えば１０００ｎｍ程度とされる。一方、導波路間の光結合による光損失は、電極への光吸収による光損失に比べて小さいため、距離ｄ_２は距離ｄ_１よりも小さくすることが可能であり、例えば８００ｎｍ程度とされる。また、距離Δは、プロセス要因で下限が定まるが、これも距離ｄ_１より小さくすることが可能であり、例えば数１００ｎｍとされる。幅Ｍは、プロセス要因で下限が定まり、例えば１００ｎｍ程度とされる。

【0044】

したがって、本実施形態では、ピッチＴを、比較例におけるピッチＴよりも小さくすることができる。複数並んだ導波路から出射する光の位相をそれぞれ調整して、全体での光の指向性を制御するＬｉＤＡＲ等のレーザ装置では、光の出射角度の上限をψとし、光の波長をλとすると、ｓｉｎψ＝λ／２Ｔとなる。すなわち、ピッチＴが小さいほど、出射角度の上限ψが大きくなるため、本実施形態では、比較例に比べて上限ψを大きくすることができる。

【0045】

以上説明したように、本実施形態では、１つの光導波領域１ａが、平行に並んだ２つの導波路１８を含んでいる。また、１つのコンタクト領域１ｂが、第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂを含んでいる。このように、２つの導波路１８が隣接するように導波路１８、ｐ型コンタクト部２０、ｎ型コンタクト部２２を並べることで、１つの導波路１８あたりのピッチＴを小さくすることが可能となり、光の射出角度の範囲を広げることができる。

【0046】

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0047】

（１）コンタクト領域１ｂは、第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂをそれぞれ複数備えている。そして、第１ｐ型コンタクト部２０ａと第１ｎ型コンタクト部２２ａとは、ｘ方向において交互に一列に並んでおり、第２ｐ型コンタクト部２０ｂと第２ｎ型コンタクト部２２ｂとは、ｘ方向において交互に一列に並んでいる。例えばこのような構成により、２つの導波路１８を隣接するように並べることが可能となる。

【0048】

（２）導波路１８と第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂとを接続するｐ型半導体層１３は、ｐ型ＳｉＧｅで構成されている。これにより、高速変調が可能となる。

【0049】

（３）導波路１８と第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂとを接続するｎ型半導体層１６は、ｎ型のIII－V族半導体、具体的には、ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓＰで構成されている。これにより、ｎ型半導体層１６をシリコンで構成する場合に比べて、光損失を低減し、変調効率を向上させることができる。

【0050】

あるいは、ｎ型半導体層１６は、ｎ型シリコンで構成されている。これにより、量産性を向上させることができる。

【0051】

（４）導波路１８はリブ導波路とされている。そして、導波路１８を複数の導波路に分割するクラッド層１４はエアクラッドとされている。クラッド層１４をエアクラッドとすることにより、導波路１８からの光漏れを低減することができる。

【0052】

（５）導波路１８は、ｐ型半導体で構成されたｐ型半導体層１３と、ｎ型半導体で構成されたｎ型半導体層１６と、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１６の間に配置された絶縁層１５とで構成されている。このように、導波路１８にキャリアを蓄積することで導波路１８の屈折率を変化させる構成により、位相シフタ１の消費電力を低減することができる。

【0053】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対しｐ電極１９、ｐ型コンタクト部２０、ｎ電極２１、ｎ型コンタクト部２２の配置を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0054】

図７に示すように、本実施形態では、１つのコンタクト領域１ｂにおいて、第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂは、ｘ方向において、この順に、一列に並んでいる。

【0055】

そして、図７～図９に示すように、第１導波路１８ａと第２導波路１８ｂとが、ｙ方向において１つの電極を挟むように配置されている。このような構成により、１つの導波路１８あたりのピッチＴは、Ｔ＝ｄ_１＋Ｍ／２＋ｄ_２／２となり、第１実施形態のピッチＴよりも小さくなる。

【0056】

本実施形態は、第１実施形態と同様の構成および作動からは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0057】

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0058】

（１）第１、第２ｐ型コンタクト部２０ａ、２０ｂ、第１、第２ｎ型コンタクト部２２ａ、２２ｂは、ｘ方向において、第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂの順に、一列に並んでいる。これにより、ピッチＴをさらに小さくすることができる。

【0059】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対してｐ電極１９、ｐ型コンタクト部２０、ｎ電極２１、ｎ型コンタクト部２２の配置を変更したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0060】

図１０に示すように、本実施形態では、第１ｐ型コンタクト部２０ａと第２ｐ型コンタクト部２０ｂとは、ｘ方向において、交互に一列に並んでいる。

【0061】

そして、第１ｎ型コンタクト部２２ａは、第２ｐ型コンタクト部２０ｂにｙ方向の一方側から隣接するように、第１導波路１８ａと、第１ｐ型コンタクト部２０ａおよび第２ｐ型コンタクト部２０ｂの列との間に配置されている。

【0062】

また、第２ｎ型コンタクト部２２ｂは、第１ｐ型コンタクト部２０ａにｙ方向の他方側から隣接するように、第２導波路１８ｂと、第１ｐ型コンタクト部２０ａおよび第２ｐ型コンタクト部２０ｂの列との間に配置されている。

【0063】

また、図１１、図１２に示すように、第１ｎ型コンタクト部２２ａおよび第２ｎ型コンタクト部２２ｂは、第１導波路１８ａおよび第２導波路１８ｂよりも基板１１から遠い位置に配置されている。具体的には、ｎ型半導体層１６のうち導波路１８とは反対側の端部には、リブ１６ａが形成されており、このリブ１６ａの上面に第１、第２ｎ型コンタクト部２２ａ、２２ｂが形成されている。

【0064】

このような構成では、図１０に示すように１つのコンタクト領域１ｂにおけるコンタクト部の配置が３列になる。しかしながら、図１１、図１２に示すように、ｎ型コンタクト部２２を導波路１８の上部であって導波路１８とｐ型コンタクト部２０との間に位置する部分に配置することで、ピッチＴを第２実施形態と同様にＴ＝ｄ_１＋Ｍ／２＋ｄ_２／２とすることができる。

【0065】

さらに、コンタクト部の配置を３列にすることで、１組の第１ｐ型コンタクト部２０ａ、第２ｐ型コンタクト部２０ｂ、第１ｎ型コンタクト部２２ａ、第２ｎ型コンタクト部２２ｂのｘ方向の幅を、第２実施形態の半分程度に縮小することができる。

【0066】

本実施形態は、第１、第２実施形態と同様の構成および作動からは第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0067】

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0068】

（１）第１ｐ型コンタクト部２０ａと第２ｐ型コンタクト部２０ｂとは、ｘ方向において交互に一列に並んでいる。そして、第１ｎ型コンタクト部２２ａは、第１導波路１８ａと、第１ｐ型コンタクト部２０ａおよび第２ｐ型コンタクト部２０ｂの列との間に配置されている。また、第２ｎ型コンタクト部２２ｂは、第２導波路１８ｂと、第１ｐ型コンタクト部２０ａおよび第２ｐ型コンタクト部２０ｂの列との間に配置されている。また、第１ｎ型コンタクト部２２ａおよび第２ｎ型コンタクト部２２ｂは、第１導波路１８ａおよび第２導波路１８ｂよりも基板１１から遠い位置に配置されている。

【0069】

このように、ｎ型コンタクト部２２を導波路１８の上部に配置することで、導波路１８とｎ電極２１との距離を長くして電極への光吸収による光損失を低減しつつ、１組のｐ型コンタクト部２０、ｎ型コンタクト部２２のｘ方向の幅を縮小して位相シフタ１を小型化することができる。

【0070】

なお、ｎ型半導体層１６のｙ方向の幅は、例えば５００～１０００ｎｍとされ、厚さは例えば１００～２５０ｎｍとされる。このようにｎ型半導体層１６の横幅に対して厚さが薄い場合にも、リブ１６ａを形成し、リブ１６ａ上にｎ型コンタクト部２２を形成することで、導波路１８とｎ電極２１との距離を長くすることができる。

【0071】

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、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。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、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特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

【0072】

第１～第３実施形態において、ｐ型半導体層１３、ｐ電極１９、ｐ型コンタクト部２０と、ｎ型半導体層１６、ｎ電極２１、ｎ型コンタクト部２２の配置が逆になっていてもよい。すなわち、絶縁層１２の上面にｎ型半導体層１６が形成され、絶縁層１５の上面にｐ型半導体層１３が形成されていてもよい。この場合、第３実施形態においては、第１ｎ型コンタクト部２２ａと第２ｎ型コンタクト部２２ｂとが、ｘ方向において交互に一列に並ぶ。そして、第１ｐ型コンタクト部２０ａは、第１導波路１８ａと、第１ｎ型コンタクト部２２ａおよび第２ｎ型コンタクト部２２ｂの列との間に配置される。また、第２ｐ型コンタクト部２０ｂは、第２導波路１８ｂと、第１ｎ型コンタクト部２２ａおよび第２ｎ型コンタクト部２２ｂの列との間に配置される。また、第１ｐ型コンタクト部２０ａおよび第２ｐ型コンタクト部２０ｂは、第１導波路１８ａおよび第２導波路１８ｂよりも基板１１から遠い位置に配置される。

【0073】

第３実施形態において、ｎ型半導体層１６にリブ１６ａが形成されていなくてもよい。すなわち、図１３、図１４に示すように、ｎ型半導体層１６のうち導波路１８とは反対側の端部の上面が平坦な形状とされ、この端部にｎ型コンタクト部２２が形成されていてもよい。

【符号の説明】

【0074】

１ａ 光導波領域
１ｂ コンタクト領域
１３ ｐ型半導体層
１６ ｎ型半導体層
１８ａ 第１導波路
１８ｂ 第２導波路
２０ａ 第１ｐ型コンタクト部
２０ｂ 第２ｐ型コンタクト部
２２ａ 第１ｎ型コンタクト部
２２ｂ 第２ｎ型コンタクト部

【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】