特表 2024-524256 光偏光変換器及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-05

(54)【発明の名称】光偏光変換器及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/126 20060101AFI20240628BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20240628BHJP

   G02B 6/13 20060101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

G02B6/126

G02B6/122

G02B6/13

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023579226

(86)(22)【出願日】2022-07-11

(85)【翻訳文提出日】2024-02-14

(86)【国際出願番号】 EP2022069358

(87)【国際公開番号】W WO2023285403

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】2110288.4

(32)【優先日】2021-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522074936

【氏名又は名称】スマート フォトニクス ホールディングス ビー．ブイ．

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ミラン－メヒア，アロンソ ヘスス

【テーマコード（参考）】

2H147

【Ｆターム（参考）】

2H147AB21

2H147BA11

2H147BA15

2H147BD16

2H147DA08

2H147EA12A

2H147EA12C

2H147EA13C

2H147FA04

2H147FA07

2H147FC02

2H147FC03

2H147FD09

(57)【要約】

フォトニック集積回路用の光偏光変換器は、基板と導波路とを含む。基板は、第１の表面と第２の表面とを含む。導波路は、第１の表面と接触する第１の導波路部分と、第２の表面と接触する第２の導波路部分とを含む。第２の表面は、第１の軸及び第２の軸に沿って第１の表面からオフセットしている。各軸は、光の偏光を変換するための光伝搬方向に垂直である。第２の導波路部分は、第１の導波路部分からオフセットしている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォトニック集積回路用の光偏光変換器であって、
第１の表面と第２の表面とを含む基板と、
前記第１の表面と接触する第１の導波路部分と、前記第２の表面と接触する第２の導波路部分とを含む導波路と、を含み、
前記第２の表面は、前記光の偏光を変換するための光伝搬方向にそれぞれ垂直な第１の軸及び第２の軸に沿って前記第１の表面からオフセットしており、
前記第２の導波路部分は、前記第１の導波路部分からオフセットしている、光偏光変換器。

【請求項2】

前記基板は、前記第１の表面と前記第２の表面との間に第３の表面を含み、
前記第３の表面は、前記第１の表面に対して傾いている、請求項１に記載の光偏光変換器。

【請求項3】

前記第３の表面は、前記第１の表面に対して実質的に９０度の角度である、請求項２に記載の光偏光変換器。

【請求項4】

前記第１の軸は、前記第１の表面の平面に実質的に平行であり、
前記第３の表面は、前記第１の表面に対して９０度未満の角度であり、
前記第２の表面は、前記第１の軸に沿った前記第１の表面の幅よりも大きい量だけ、前記第１の軸に沿って前記第１の表面からオフセットし、
前記導波路は、前記第３の表面と接触する中間導波路部分であって、前記第１の導波路部分と前記第２の導波路部分との間にある中間導波路部分を含む、請求項２に記載の光偏光変換器。

【請求項5】

前記光偏光変換器は、所与の波長の光の第１の直線偏光と前記所与の波長の光の第２の直線偏光との間で変換するためのものであり、
前記光伝搬方向における前記導波路の長さは、奇整数に前記所与の波長の光に対するビート長の半分を乗じたものに実質的に等しい、請求項１～４のいずれか１項に記載の光偏光変換器。

【請求項6】

前記光伝搬方向における前記導波路の長さは、奇整数に前記所与の波長の光に対するビート長の４分の１を乗じたものに実質的に等しい、請求項１～４のいずれか１項に記載の光偏光変換器。

【請求項7】

前記基板は、第１の基板層と第２の基板層とを含み、
前記第１の基板層は前記第１の表面を含み、
前記第２の基板層は前記第２の表面を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の光偏光変換器。

【請求項8】

前記基板は、前記第１の基板層と前記第２の基板層との間に第３の層を含み、
前記第１、第２、及び第３の層は、前記第１の層が前記第３の層と接触し、前記第３の層が前記第２の層と接触するように積層され、
前記第３の層は、前記第１の基板層及び前記第２の基板層とは異なる材料を含む、請求項７に記載の光偏光変換器。

【請求項9】

前記導波路を覆う１つ以上のクラッド層を含み、
前記１つ以上のクラッド層は、第２の側と反対側の第１の側に不均一な表面を含み、
前記第２の側は、前記第１の側よりも前記導波路に近い、請求項１～８のいずれか１項に記載の光偏光変換器。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載の光偏光変換器を含む、フォトニック集積回路。

【請求項11】

フォトニック集積回路用の光偏光変換器を製造する方法であって、
第１の表面と第２の表面とを含む基板を少なくとも部分的に形成することと、
前記第１の表面と接触する第１の導波路部分と、前記第２の表面と接触する第２の導波路部分とを含む導波路を、少なくとも部分的に形成することと、を含み、
前記第２の表面は、前記光の偏光を変換するための光伝搬方向にそれぞれ垂直な第１の軸及び第２の軸に沿って前記第１の表面からオフセットしており、
前記第２の導波路部分は、前記第１の導波路部分からオフセットしている、方法。

【請求項12】

前記基板を少なくとも部分的に形成することは、
第１の基板層を少なくとも部分的に形成することと、
第２の基板層を少なくとも部分的に形成することと、を含み、
前記第１の基板層は前記第１の表面を含み、前記第２の基板層は前記第２の表面を含む、
請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の基板層の上面上に停止層として機能する第３の層を堆積させることを含み、
前記第２の基板層を少なくとも部分的に形成することは、
前記第３の層上に基板材料を堆積させることと、
前記第３の層上に前記基板材料の第１の部分を覆うマスク層を堆積させることと、
前記第１の部分とは異なり、前記マスク層によって覆われていない前記基板材料の第２の部分から材料を除去して、前記停止層の露出部分をもたらすウェットエッチ手順を行うことと、
前記停止層の前記露出部分と前記マスク層とを除去することと、
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第２の基板層を少なくとも部分的に形成することは、
前記第１の基板層の上面の一部を覆い、前記上面の露出部分を残すように、マスク層を堆積させることと、
前記上面の前記露出部分上に基板材料を堆積させて、前記第２の基板層を少なくとも部分的に形成することと、
前記マスク層を除去することと、
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記基板を少なくとも部分的に形成することは、
基板材料の層の上面の第１の部分を覆うように、マスク層を堆積させることと、
前記第１の部分とは異なり、前記マスク層によって覆われていない前記基板材料の層の第２の部分から材料を除去して、前記第１の表面を含む前記第１の基板層をもたらすことと、
前記マスク層を除去して、前記第２の表面を含む前記第２の基板層をもたらすことと、
を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記光伝搬方向における前記導波路の長さが、奇整数に所与の波長の光に対するビート長の半分を乗じたものに実質的に等しくなるように、前記光偏光変換器を製造することを含む、請求項１１～１５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項17】

前記光伝搬方向における前記導波路の長さが、奇整数に所与の波長の光に対するビート長の４分の１を乗じたものに実質的に等しくなるように、前記光偏光変換器を製造することを含む、請求項１１～１５のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

半導体構造をフォトニック集積回路（ＰＩＣ）内で使用して、種々の機能を行うことができる。半導体構造は、ＰＩＣ内の特定の用途で使用するために製造される場合がある。ＰＩＣで使用する半導体構造は、材料を含み、そのＰＩＣ内の半導体構造の対照とする用途に従って製造される。たとえば、ＰＩＣは、光がＰＩＣのある部分から他の部分に所望の方法で伝搬できるようにする導波路構造を含む場合がある。

【図面の簡単な説明】

【0002】

【図1】例による第１の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。

【図2A】光の第１の偏光を例示する図である。

【図2B】光の第２の偏光を例示する図である。

【図3】第１の光偏光変換器の第２の側断面を概略的に例示する図である。

【図4】例による第２の光偏光変換器の側断面を概略的に例示する図である。

【図5】例による光偏光変換器を製造する方法の一部としての第１の組のステップを例示するフロー図である。

【図6】例による光偏光変換器を製造する方法の一部としての第２の組のステップを例示するフロー図である。

【図7】図７Ａ～図７Ｇは、それぞれ、例による製造中の連続的な段階における第１の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。

【図8】例による光偏光変換器を製造する方法の一部としての第３の組のステップを例示するフロー図である。

【図9】図９Ａは、第１の組の例による製造中の第１の段階における第２の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。図９Ｂは、第１の組の例による製造中の第２の段階における第２の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。図９Ｃは、第１の組の例による製造中の第３の段階における第２の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。

【図10】例によるポアンカレ球の赤道面を例示する図である。

【図11】例による第３の光偏光変換器の側断面を概略的に例示する図である。

【図12】導波路幅の関数としての第１のハイブリッドモードの傾斜角を示すグラフである。

【図13】導波路幅の関数としての実効屈折率差を示すグラフである。

【図14】例による光偏光変換器を製造する方法の一部として第４の組のステップを例示するフロー図である。

【図15】図１５Ａは、第２の組の例による製造中の第１の段階における第２の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。図１５Ｂは、第２の組の例による製造中の第２の段階における第２の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。図１５Ｃは、第２の組の例による製造中の第３の段階における第２の光偏光変換器の第１の側断面を概略的に例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0003】

本明細書に記載の例は、ＰＩＣ用の半導体構造に関する。より具体的には、本明細書に記載の例ＰＩＣ用の光偏光変換器に関する。

【0004】

いくつかの例では、ＰＩＣは、ＰＩＣの構築を目的とした基本的な構築ブロックから構築される。基本的な構築ブロックは、それぞれ特定の機能を有する種々のコンポーネントを含む。基本的な構築ブロックの例は、導波路構造である。基本的な構築ブロックは、そこに入射する光に対して特定の効果を有し得る。本明細書に記載の例は、ＰＩＣ用の基本的な構築ブロックとして使用することができる光偏光変換器に関する。

【0005】

光偏光変換器は、光の異なる偏光間で変換する光学システム（ＰＩＣなど）用のコンポーネントである。たとえば、好適に構成された光偏光変換器を使用して、第１の直線偏光の光と第２の直線偏光の光との間で変換することができる（たとえば、水平偏光を垂直偏光に変換し、逆もまた同様である）。別の例では、好適に構成された光偏光変換器使用して、直線偏光と円偏光との間で変換することができる。光偏光変換器は、光偏光回転子または複屈折回転子と言ってもよい。

【0006】

光偏光変換器は、たとえば、導波路をウェットエッチングして角度がついた側壁を有することにより、ＰＩＣ用の基本的な構築ブロックとして製造することができる。しかし、ウェットエッチング技術を使用して角度がついた表面を得るために、導波路の１つ以上の境界を形成することは、不都合な場合がある。これは、表面を形成するためのエッチングによって、その表面内に小さい不規則が生じる場合があるからである。不規則さは、導波路内の光伝搬に影響を及ぼす可能性がある。さらに、導波路に対するエッチング技術を用いた製造プロセスの制御は、光偏光変換器に対する所望の製造公差を得るには十分でない場合がある。たとえば、ウェットエッチングが、導波路が支持される基板内の特定の深さまで続くことが望ましい場合がある。しかし、このエッチング深さは、所望のレベルに制御可能でない場合がある。

【0007】

導波路内に光伝搬に対するより良好な制御と、より良好な製造公差を得るために、光偏光変換器として、たとえば、角度がついた側壁を画定するために導波路がウェットエッチングされることがないものが望ましい。

【0008】

図１に、例による光偏光変換器１００の側断面を概略的に例示する。光偏光変換器１００はＰＩＣ用である。光偏光変換器１００は基板１０２を含む。基板１０２は、第１の表面１０４と第２の表面１０６とを含む。いくつかの例では、基板１０２は、いわゆるＩＩＩ－Ｖ族半導体化合物、たとえば、インジウムリン（ＩｎＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはガリウムアンチモン化物（ＧａＳｂ）を含む。他の例では、基板は、窒化物ベースの材料またはシリコンベースの材料を含む。

【0009】

光偏光変換器１００は、導波路１０８を含む。導波路１０８は、第１の表面１０４と接触する第１の導波路部分１１０と、第２の表面１０６と接触する第２の導波路部分１１２とを含む。

【0010】

第２の表面１０６は、光の偏光を変換するための光伝搬方向にそれぞれ垂直な第１の軸１１４及び第２の軸１１６に沿って第１の表面１０４からオフセットして、第２の導波路部分１１２が第１の導波路部分１１０からオフセットしている。第１の軸１１４は、第２の軸１１６に垂直である。

【0011】

図１の例では、符号１１８によって示すように、光伝搬方向がページ内に入るように、側断面を示している。第１の軸１１４は、図１に示す配向に対する水平軸であり、第２の軸１１６は、図１に示す配向に対する垂直軸である。たとえば、第１の軸１１４は、第１の表面１０４から第２の表面１０６に向かう方向に延びている。本明細書で言及するように、光偏光変換器１００の一部の幅は、第１の軸１１４に沿っている。本明細書で言及するように、本明細書に記載の種々の部分の長さは、符号１１８によって示す光伝搬方向に沿っている。本明細書で言及するように、高さ、上側、及び下側という用語は、第２の軸１１６に対するものである。図１に示す配向では、第１の表面１０４は基板１０２の下面であり、第２の表面１０６は基板１０２の上面である。上面１０６は、下面１０４から上向きの段差（垂直軸に平行な方向）を与える。したがって、これらの例では、第１の表面１０４と第２の表面１０６とが、垂直軸１１６に沿って位置がオフセットしているため、たとえば、第１の表面と第２の表面とは、互いから変位され及び／または垂直方向に離間に配置されている。

【0012】

導波路１０８が、第１の表面１０４と接触する第１の導波路部分１１０と、第２の表面１０６と接触する第２の導波路部分１１２とを有するということは、光が、垂直軸１１６に平行な方向に互いからオフセットする異なる部分を有して、符号１１８によって示す光伝搬方向に伝搬することができる単一の導波路１０８が設けられることを意味する。

【0013】

垂直軸１１６に平行な方向にオフセットする部分を有する単一の導波路によって、以下でさらに詳細に説明するように、光の偏光の変換が得られる。

【0014】

垂直軸１１６に平行な方向にオフセットする第１及び第２の表面を有する基板１０２の構造により、導波路１０８を、導波路１０８に対してウェットエッチングを行うことなく偏光変換のための配置を有するように画定し、たとえば、角度がついた側壁を画定することができる。たとえば、導波路１０８用の１種以上の材料を、基板１０２上にエピタキシャル成長させることができ、また基板１０２のオフセット配置のために、垂直軸１１６に平行な方向にオフセットする部分を有する導波路１０８が形成される。

【0015】

導波路１０８は、基板１０２の材料より高い屈折率を有する材料を含む。たとえば、導波路１０８は、インジウムガリウムヒ素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）を含む。より一般的には、いくつかの例では、導波路１０８は（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を含む。カッコ内に示した元素は交換可能とすることができ、異なる元素の組成は所望の機能に応じて選択される。たとえば、ＩｎＧａＡｓにおけるＧａ及びＡｓの組成は、所望のバンドギャップに応じて選択することができる。いくつかの例では、導波路１０８は、（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）の層である。他の例では、導波路１０８は、複数の副層を含む。いくつかのこのような例では、導波路１０８は、基板１０２と接触する（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／（Ａｌ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）多重量子井戸構造を含む。いくつかの例では、副層は５～３０ナノメートル厚である。導波路１０８の副層スタックは、光偏光変換器１００の所望の用途に従って選択されたバンドギャップを有する。

【0016】

バンドギャップ、したがって当業者であれば分かるように、たとえばＩｎＧａＡｓＰの屈折率は、調整することができる。いくつかの例では、導波路１０８のＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップは、波長１２５０ナノメートル（たとえば、波長１５５０ナノメートルの光の伝搬に対して）または１１００ナノメートル（たとえば、波長１３１０ナノメートルの光の伝搬に対して）に合わせて調整される。他の例では、バンドギャップが調整される波長は異なる。

【0017】

導波路１０８は、光を導くためである。使用中、光は、導波路１０８内を伝搬し、導波路１０８の境界における反射により、導波路１０８内に閉じ込められる。導波路１０８の屈折率は、光の閉じ込めが望まれる境界において導波路１０８と接触する材料の屈折率よりも高い。たとえば、光の閉じ込めが望まれる境界におけるこの屈折率差により、導波路１０８のこれらの境界における入射角が臨界角よりも大きいときに、全反射が起こる。このようにして、導波路１０８は光の伝搬を導く。導波路１０８内を伝搬する特定の光学モードに対して、当業者によって理解されるように、導波路１０８の境界において反射された光が、強め合う干渉のための条件を満たすことが望ましい。

【0018】

たとえば、光の特定の光学モードは、光偏光変換器１００の所望の用途に応じて、導波路１０８を伝搬することが望ましい。光学モードが導波路１０８内を伝搬する方向は、本明細書では、光伝搬方向と言う。光伝搬方向は、光学モードのエネルギーが導波路１０８を通って移動する大まかな方向であり、たとえば、導波路１０８の境界において入射角によって規定される方向では必ずしもない。

【0019】

図１の例では、基板１０２は、第１の表面１０４と第２の表面１０６との間に第３の表面１２０を含む。第３の表面１２０は、第１の表面１０４及び／または第２の表面１０６に対して傾いている。本明細書で言及するように、１つの表面が他の表面に対して傾いているということは、当該の２つの表面間に非ゼロ角度が存在することを意味する。こうして、１つの表面が他の表面に対して傾いているという状況において、他の表面に対して特定の角度にある１つのこのような表面を参照することができる。このような状況では、他の表面に対して傾斜している表面を参照することができる。用語「傾斜」、「角度」、及び「傾き」は、他の実体に対するかまたは所与の軸に対する実体の角度を指すために、本明細書では交換可能に使用される。本明細書で言及するように、第３の表面１２０が第１の表面１０４と第２の表面１０６と「の間にある」とは、たとえば、第３の表面１２０が、第１の表面１０４と第２の表面１０６との間に置かれて、たとえば、第１の表面１０４と第２の表面１０６とのそれぞれに直接隣接していることを意味する。そのため、例では、第１、第２、及び第３の表面は一緒に、導波路の上面を構成すると考えることができる。

【0020】

図１の例では、第１の軸１１４（水平軸１１４とも言う）は、第１の表面１０４の平面に対して実質的に平行（たとえば、許容範囲内で平行）である。これらの例では、第３の表面１２０は、第１の表面１０４に対して９０度未満の角度である。これらの例では、第２の表面１０６は、第１の軸１１４に沿った第１の表面１０４の幅１２２よりも大きい量だけ、第１の軸１１４に沿って第１の表面１０４からオフセットしている。本明細書で言及するように、軸に平行な方向におけるオフセットは、当該の実体のエッジ（その軸に沿った最も早い位置に位置するエッジ）が位置する、その軸に沿った位置に対するものである。たとえば、図１では、第１の表面１０４のエッジは、第１の軸１１４に沿った位置１２４に位置する。第１の軸１１４に沿って第１の表面１０４からゼロオフセットであるとは、第１及び第２の表面１０４、１０６それぞれのエッジが、第１の軸１１４に沿った同じ位置（位置１２４）に位置することを意味することが理解される。図１の例では、第１の軸１１４に沿ったオフセットは、第２の表面１０６が第１の表面１０４と重ならず、第３の表面１２０が（図１の配向に対して）上方に傾くようなものである。これらの例では、第２の表面１０６のエッジが位置する第１の軸１１４に沿った位置１２６は、位置１２４から離れる第１の表面１０４の幅１２２よりも大きい距離である。

【0021】

図１の例では、導波路１０８は、第３の表面１２０と接触する中間導波路部分１２８であって、第１の導波路部分１１０と第２の導波路部分１１２との間にある中間導波路部分１２８を含む。いくつかの例では、第２の軸１１６に平行な方向にオフセットしている表面と、説明したような傾いた第３の表面１２０とを有する基板１０２は、基板１０２の上の導波路１０８の前に少なくとも部分的に形成される。このようにして、傾いた第３の表面１２０により、基板の傾いた第３の表面１２０の角度に対応する角度で、導波路の中間部分が形成される。そのため、例では、第１の導波路部分、第２の導波路部分、及び中間導波路部分は、一緒に導波路を構成すると考えることができる。

【0022】

説明したように、図１の例では、第１の導波路部分１１０は、基板１０２の第１の表面１０４と接触している。他方で、第２の導波路部分１１２は、第１の表面１０４から第２の軸１１６に平行な方向にオフセットしている第２の表面１０６と接触している。これは、導波路１０８が、第２の軸１１６に平行な方向に互いからオフセットしている２つの部分を含むことを意味する。説明したように、これらの例では、導波路１０８は、図１に示したように、第２の導波路部分１１２と第１の導波路部分１１０とに対して角度をなす中間導波路部分１２８も含む。

【0023】

導波路１０８のこの配置によって、光の偏光の変換が得られる。以下の説明は、符号１１８によって示すように光偏光変換器１００に入射する直線偏光の状況においてである。

【0024】

図２に、横方向電気（ＴＥ）偏光軸２０２及び横方向磁気（ＴＭ）偏光軸２０４を例示する。符号１１８は、ページ内に入る（ＴＥ偏光軸２０２及びＴＭ偏光軸２０４両方に垂直な）光伝搬方向を示すために図２に含まれている。図１の断面に関して、ＴＥ偏光軸２０２は第１の軸１１４と平行であり、ＴＭ偏光軸２０４は第２の軸１１６と平行である。

【0025】

直線偏光の場合、符号１１８によって示すように伝搬する光の電界の方向は、ＴＥ偏光軸２０２及びＴＭ偏光軸２０４に対して示すことができる。矢印２０６は、ＴＥ偏光される直線偏光を示す。

【0026】

第２の軸１１６に平行な方向（したがって、ＴＭ軸２０４に平行な方向）にオフセットする部分を有する導波路１０８と、第２の導波路部分１１２と第１の導波路部分１１０とに対して角度をなす中間導波路部分１２８とによって、第２の軸１１６に平行な方向にオフセットする部分を有する単一の導波路が得られる。これによって、導波路１０８内にハイブリッドモードが生じる。導波路１０８のこの配置によって、導波路１０８内を伝搬する光に対して「傾斜した」または傾いた境界条件が与えられて、ハイブリッドモードが得られる。これは、光が、垂直軸１１６に平行な方向にオフセットする部分を有する単一の導波路内を伝搬しているからである。

【0027】

傾斜した境界条件によって、第２の軸１１６に平行な方向にオフセットする部分を有する導波路１０８の幾何学的形状のために、ＴＥ軸に対して傾斜した電界を有する第１のハイブリッドモードが生じる。第１のハイブリッドモードは、第１の導波路部分１１０、第２の導波路部分１１２、及び中間導波路部分１２８を占める。用語「傾斜」、「角度」、及び「傾き」は、ＴＥ軸２０２に対する第１のハイブリッドモードの角度を指すために、本明細書では交換可能に使用される。第１のハイブリッドモードと直交する第２のハイブリッドモードも存在する。ハイブリッドモードは、本明細書で言及するように、ＴＥ偏光軸２０２に沿った非ゼロ成分と、ＴＭ偏光軸２０４に沿った非ゼロ成分とを有する電界を有する光のモードである。

【0028】

図２の例では、第１のハイブリッドモード２０８及び第２のハイブリッドモード２１０を示す。第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０は、光が導波路１０８内を伝搬しているときに導波路１０８内に存在し得るハイブリッドモードの例を例示する。この例では、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０は、矢印２０６によって示すように、導波路１０８を通る伝搬のために光偏光変換器１００に入射するＴＥ偏光を有する光（ＴＥ偏光軸２０２に沿った電界を有する）から生じる。

【0029】

図２の例では、第１のハイブリッドモード２０８に対する傾斜角（ＴＥ軸２０２に対する）は、４５度であると仮定する。第１のハイブリッドモード２０８に対するこのような傾斜角は、たとえば、第２の軸１１６に対する第１及び第２の導波路部分１１０、１１２の特定の配置、ならびに傾いた第３の表面１２０の角度の結果として生じる。これらの例では、第２のハイブリッドモード２１０のＴＥ軸２０２に対する角度も４５度であり、第１及び第２のモード２０８、２１０の電界は大きさが等しい。当業者であれば分かるように、４５度の傾斜角と図２Ａに示す位相関係とを有する第１及び第２のモード２０８、２１０は、ＴＭ偏光軸２０４に沿って等しく反対の成分を有し、組み合わせてＴＥ偏光に対応する。

【0030】

さらに、導波路１０８の説明した配置によって、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０に対して異なる伝搬定数が生じる。導波路１０８の配置によって、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０が、導波路１０８内を伝搬しているときに互いに異なる実効屈折率を経験するような複屈折が生じる。これは、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０が導波路１０８を通って伝搬するにつれて、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０間の位相差が変化することを意味する。言い換えれば、第１及び第２のモード２０８、２１０の位相は、第１及び第２のモード２０８、２１０が導波路１０８内を伝搬するにつれて、異なって進展する。ハイブリッドモード及びそれらの異なる伝搬定数の存在によって、導波路１０８の配置を、光偏光変換器１００内に入力する光の偏光を変換するために使用できることが得られる。偏光が変換される方法について、以下により詳細に説明する。

【0031】

いくつかの例では、光偏光変換器１００は、所与の波長の光の第１の直線偏光と、所与の波長の光の第２の直線偏光との間で変換するためである。いくつかのこのような例では、光伝搬方向における導波路１０８の長さは、奇整数に所与の波長の光に対するビート長の半分を乗じたものに実質的に等しい。

【0032】

図３に、例による光偏光変換器１００の側断面を概略的に例示する。図３の例は図１の例に対応している。図３の断面は、図１に示す線Ａ－Ａにおいて取っている。図３は、概略図であり、やはり概略図である図１に対する正確な比率を示すものと解釈してならないことに留意されたい。これらの例では、導波路１０８は、図３に示すような長さ３０２を有する。光伝搬方向は、矢印３０４によって示す。

【0033】

復元するべきその中を伝搬する光のモードの位相に対する導波路１０８の長さを、ビート長と言う。たとえば、第１及び第２のモード２０８、２１０が、導波路１０８内でのそれらの伝搬を同相で開始した場合、モードは、導波路１０８内をビート長の整数倍だけ伝搬した後に同相で戻る。ビート長に基づいて光偏光変換器１００における導波路長を選択することによって、その中を伝搬する光のモードの相対位相を、光偏光変換器１００から出力される光に対して制御することができる。

【0034】

前述したように、導波路１０８の説明した配置によって、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０に対する異なる伝搬定数が生じる。導波路１０８の説明した配置（垂直軸１１６に平行な方向にオフセットする部分を有する）によって、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０が互いに異なる実効屈折率を経験するような複屈折が生じる。導波路１０８における第１のハイブリッドモード２０８の伝搬定数は、β_２０８によって表すことができ、第２のハイブリッドモード２１０の伝搬定数は、β_２１０によって表すことができる。これらの伝搬定数の差は、Δβ_２０８－β_２１０と表すことができる。以下の数式１は、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０に対する導波路１０８に対するビート長Ｌ_λを示す。当業者であれば分かるように、βは位相伝搬を表す。以下の数式（１）において、λは所与の波長であり、Δｎは、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０の実効屈折率の差：Δｎ＝ｎ_２０８－ｎ_２１０を表す。

【数1】

【0035】

いくつかの例では、光偏光変換器１００は、所与の波長の光の直線偏光を回転させるためのものである。前述したように、いくつかのこのような例では、導波路長３０２は、奇整数にビート長の半分を乗じたものに実質的に（許容範囲内で）等しい。これは、第１のモード２０８の傾斜角がＴＥ軸２０２に対して４５度である例における場合である。傾斜を決定する因子について、以下でさらに説明する。言い換えれば、導波路長は、以下の数式２によって示すように、ビート長の１／２、ビート長の３／２、長さの５／２などとすることができる。数式２において、ｍは、１、３、５、７、９などの奇整数を表す。

【数2】

【0036】

これは、導波路１０８を通って伝搬した後の第１及び第２のモード２０８、２１０の相対位相がπラジアンだけシフトされることを意味する。当業者であれば分かるように、矢印２０６によって示すＴＥ偏光が導波路１０８に入射し、第１及び第２のモード２０８、２１０が導波路１０８の初めにおいて生じるとき、第１及び第２のモード２０８、２１０は互いに同相である。言い換えれば、導波路長が１／２ビート長（または３／２ビート長、またはビート長の５／２など）の導波路１０８を通って伝搬した後、第１及び第２のモード２０８、２１０は、互いに１８０度だけ位相がずれている。

【0037】

図２Ｂに、図２Ａに示したＴＥ及びＴＭ偏光軸２０２、２０４を例示する。図２Ｂは、図２Ａによって示すように直線ＴＥ偏光が導波路１０８に入射し、ＴＥ軸２０２に対する第１のハイブリッドモード２０８の傾斜角が４５度である例に関する。図２Ｂに、ビート長の半分の整数倍に対して、符号１１８によって示す方向に導波路１０８を通って伝搬した後の第１及び第２のモード２０８、２１０を例示する。当業者であれば分かるように、光に対する電界が、ＴＥ及びＴＭ偏光軸２０２、２０４によって示される空間の対向する象限の間で振動する。したがって、図２Ａに示す状態と比較して、図２Ｂでは、第１のモード２０８はその電界振動の整数倍を完了しているが、一方で、第２のモード２１０はその電界振動の半分の奇整数倍を完了している（左上象限で終わる）。

【0038】

当業者であれば分かるように、図２Ｂに示す位相関係を有する第１及び第２のモード２０８、２１０は、ＴＥ偏光軸２０２に沿って等しく反対の成分を有する。図２Ｂに示す位相関係を有する第１及び第２のモード２０８、２１０は、第１及び第２のモード２０８、２１０が、図２Ｂに示す位相関係を伴って導波路１０８を出た場合、矢印２１２によって示すＴＭ偏光をもたらす。言い換えれば、第１及び第２のモード２０８、２１０の位相が、もはや、図２Ｂに示す点と異なって進展しない場合、結果はＴＭ偏光である。図２Ｂの例では、第１及び第２のモード２０８、２１０が、ＴＭ軸２０４に対して４５度の角度を有することに留意されたい。

【0039】

これらの例では、第１のハイブリッドモード２０８がＴＥ軸２０２に対して４５度の角度を有する場合、奇整数にビート長の半分を乗じたものとなるように導波路長を選択することによって、所与の波長の光の直線偏光を前述したように回転することができる。たとえば、第１の直線偏光（前述の例ではＴＥ偏光）を、第２の直線偏光（前述の例ではＴＭ偏光）に変換することができる。

【0040】

前述の例は、第１のハイブリッドモード２０８がＴＥ軸２０２に対して４５度の傾斜を有する状況においてである。いくつかの例では、基板１０２及び導波路１０８の配置は、ハイブリッドモードが導波路１０８内で生じたときに、第１のハイブリッドモード２０８（たとえば、中間導波路部分１２８と実質的に位置合わせされたハイブリッドモード）が、ＴＥ軸２０２に対して４５度の角度を有しないようなものである。第１のハイブリッドモードの傾斜に影響を及ぼす因子について、以下でさらに説明する。このような例では、偏光の９０度回転（たとえば、ＴＥ偏光からＴＭ偏光へ）は、奇整数にビート長の半分を乗じたものに等しい長さ３０２を通って伝搬する際に生じない。

【0041】

いくつかの例では、導波路１０８の長さ３０２が、奇整数にビート長の４分の１を乗じたものに等しい光偏光変換器（たとえば光偏光変換器１００）が提供される。以下に説明するように、９０度の直線偏光回転を得るために、傾斜が４５度でない場合に、１対のこのような光偏光変換器を使用することができる。１対のうちの第１の光偏光変換器は、第１及び第２のハイブリッドモードの間で９０度（π／２ラジアン）の位相差を達成する導波路１０８の長さ３０２を有する。これは、長さ３０２を、ビート長の１／４、ビート長の５／４、ビート長の９／４などにできることを意味する。１対のうちの第２の光偏光変換器は、第１及び第２のハイブリッドモードの間で２７０度（３／２πラジアン）の位相差を達成する導波路１０８の長さ３０２を有する。これは、第２の光偏光変換器における導波路の長さ３０２を、ビート長の３／４、ビート長の７／４、ビート長の１１／４などにできることを意味する。

【0042】

図１０は、ポアンカレ球の赤道面のスケッチである。当業者であれば分かるように、すべての偏光状態を、いわゆるポアンカレ球の表面上にマッピングすることができる。ポアンカレ球の赤道上に位置する点は、直線偏光の全ての角度を表す。ポアンカレ球の極は、時計回り及び反時計回りの円偏光を表す。ＴＥ偏光及びＴＭ偏光に対応する点を、図１０に見ることができる。

【0043】

第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０に対応する点が、ポアンカレ球の赤道上に位置する。赤道上のハイブリッドモードの位置は、ＴＥ軸２０２に対する第１のハイブリッドモードの傾斜、言い換えれば角度に依存する。

【0044】

第１のハイブリッドモードがＴＥ軸２０２に対して４５度の角度を有する場合、第１のハイブリッドモードは点Ｍ１に対応し、第２のハイブリッドモードは点Ｍ２に対応する。Ｍ１及びＭ２と交差する軸は、ポアンカレ球の赤道上のＴＥ及びＴＭ偏光点と交差する軸に垂直である。導波路１０８を通るハイブリッドモードの伝搬は、それらの位相が互いに異なって進展し、Ｍ１及びＭ２と交差する軸の周りの、ハイブリッドモードが再結合するときの偏光を表す点の回転に対応する。Ｍ１及びＭ２と交差する軸の周りの１８０度回転は、たとえば、ＴＥ偏光からＴＭ偏光への偏光変換をもたらす。

【0045】

第１のハイブリッドモードがＴＥ軸２０２に対して４５度とは異なる鋭角を有する場合、第１及び第２のハイブリッドモードに対応する点は、点Ｍ１及びＭ２ではない。いくつかの例では、第１のハイブリッドモード２０８は点１００２に対応し、第２のハイブリッドモード２１０は点１００４に対応する。これらの例では、点１００２及び１００４と交差する軸の周りの１８０度回転は、ＴＭ偏光点に到達しない。前述したように、傾斜角が４５度と異なるとき、第１及び第２のハイブリッドモード間の１８０度の位相差は、直線偏光の９０度回転をもたらさない。

【0046】

しかし、点１００２及び１００４と交差する軸の周りの９０度回転は、点１００６に到達する。点１００６は、図１０のページの上方のポアンカレ球の表面上の点である。いくつかの例では、第１の光偏光変換器は、ポアンカレ球上の点１００６に対応する偏光を得るために使用される。これらの例では、第１の光偏光変換器は、点１００２及び１００４に対応する偏光を有するハイブリッドモードをもたらす。言い換えれば、第１の偏光変換器は、ハイブリッドモードが点１００２及び１００４に対応する偏光を有するような傾斜をもたらす。

【0047】

説明した例の第２の偏光変換器は、第２の光偏光変換器におけるハイブリッドモードが点１００８及び１０１０に対応するように、反対方向における傾斜をもたらす。これは、第２の偏光変換器の側断面（図１に示す側断面に対応する）が、第１の光偏光変換器の側断面（図１に示す側断面に対応する）の鏡像であることによって実現することができる。たとえば、図１では、第１の表面１０４（下面）は図１の左側であり、第２の表面１０６は右側である。側断面に対して使用する場合、鏡像は、第１の表面１０４（下面）が代わりに左側にあり、第２の表面１０６（上面）が右側にあり、光伝搬方向が同じまま（符号１１８によって示すページ内）であることを意味する。図１が第１の光偏光変換器の側断面を表す例では、図１１は、第２の光偏光変換器の例１１００に対する図１のそれと同じ側断面を概略的に例示する。図１に示す特徴に対応する特徴は、図１１における最後に追加の数字「－１１」を加えた同様の参照数字によってラベル付けされている。

【0048】

点１００８及び１０１０と交差する軸は、点Ｍ１及びＭ２と交差する軸に対する、点１００２及び１００４と交差する軸の鏡像である。線１０１２は、点１００２及び１００４と交差する軸の周りの９０度回転の後のＴＥ点から点１００６までの軌道を表す。線１０１２は、ポアンカレ球の表面に従うポアンカレ球上の軌道の直線投影であることに留意されたい。

【0049】

点１００６を含む、点１００８及び１０１０と交差する軸の周りの回転は、ＴＭ点と交差するポアンカレ球の表面上の円を描く。点１００６から反対方向への、点１００８及び１０１０と交差する軸の周りの回転を使用して、ＴＭ点に到達することができる。鏡面の側断面を有する第２の偏光変換器によって、第１の光偏光変換器とは反対方向の、ポアンカレ球に対する回転が得られる。線１０１４は、点１００６から始まる軌道の直線投影を表す。これは、説明した９０度回転とは反対方向における、点１００８及び１０１０と交差する軸の周りの回転に対応し、点１００６に到達する。軌道１０１４は、点１００８及び１０１０と交差する軸の周りの２７０度回転の後にＴＭ点と交差する。

【0050】

このようにして、第１のハイブリッドモードの傾斜が４５度ではない例においても、第１の光偏光変換器、そして第２の光偏光変換器を通る伝搬光によって、直線偏光の９０度回転を達成することができる。

【0051】

いくつかの例では、光偏光変換器１００は、所与の波長の光の直線偏光と円偏光との間で変換するためである。このような例では、導波路長３０２は、奇整数にビート長の４分の１を乗じたものに実質的に（許容範囲内で）等しい。このような例では、第１のハイブリッドモードの傾斜は、ＴＥ軸２０２に対して４５度である。このような例による導波路長３０２は、以下の数式３によって表される。

【数3】

【0052】

第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０が、導波路１０８内をビート長の４分の１の奇整数倍だけ伝搬すると、１／２πラジアン（または９０度）の位相差が生じる。当業者であれば分かるように、点Ｍ１及びＭ２と交差する軸の周りに９０度の位相差を導入することによって、直線偏光と円偏光との間の変換が得られる。導波路１０８に入射する、図２Ａに示したような水平方向における直線偏光の例を取ると、数式３による導波路長３０２を有する光偏光変換器１００は、ＴＥ偏光を円偏光に偏光する。直線偏光と円偏光との間で変換するために円偏光が光偏光変換器に入射する例では、円偏光は直線偏光に変換される。

【0053】

図１の例では、基板１０２は、第１の基板層１３４と第２の基板層１３６とを含む。第１の基板層１３４は第１の表面１０４を含み、第２の基板層１３６は第２の表面１０６を含む。いくつかの例では、第１の基板層１３４及び第２の基板層１３６の両方が、同じ材料を含む。図１の例では、基板１０２は、第１の基板層１３４と第２の基板層１３６との間に第３の層１３８を含む。基板１０２の第１、第２、及び第３の層は、第１の層１３４が第３の層１３８と接触し、第３の層１３８が第２の層１３６と接触するように積層される。言い換えれば、図１に示す配向に対して、第２の層１３６は第３の層１３８上にあり、第３の層１３８は第１の層１３４上にある。第３の層１３８は、第１の基板層１３４及び第２の基板層１３６の材料とは異なる材料を含む。

【0054】

これらの例では、第２の軸１１６に平行な方向における第１の表面１０４からの第２の表面１０６のオフセットは、第３の層１３８及び第２の基板層１３６の全厚さによって画定される。第３の層１３８及び第２の基板層１３６の全厚さは、段差厚さと言ってもよい。第２の軸１１６に平行な方向における第１の表面１０４からの第２の表面１０６のオフセットを画定するどちらかの層の全厚さを、段差厚さと言うことができる。

【0055】

前述したように、第１のハイブリッドモード２０８は、第１の導波路部分１１０、第２の導波路部分１１２、及び中間導波路部分１２８を占める。いくつかの例では、第１のハイブリッドモード２０８は、中間導波路部分１２８の角度と同様の、ＴＥ軸に対する傾斜を有するように、中間導波路部分１２８と実質的に位置合わせされている。第１のハイブリッドモード２０８の傾斜は、導波路１０８の幅及び段差厚さ（第３の表面１２０に対して一定の所与の角度を仮定する）に依存することに留意されたい。例では、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０の実効屈折率Δｎの差も、導波路１０８の幅及び段差厚さ（第３の表面１２０に対して一定の所与の角度を仮定する）に依存する。したがって、導波路１０８の幅及び段差厚さは、所望の傾斜角及び実効屈折率差を得るように選択することができる。数式（１）から明らかなように、実効屈折率差はビート長Ｌ_λに関係し、したがって、所望の用途に応じて導波路１０８の長さ３０２に影響を及ぼす。

【0056】

図１及び３の例では、光偏光変換器は、導波路１０８を覆う１つ以上のクラッド層１３０を含む。いくつかの例では、１つ以上のクラッド層１３０は、第２の側と反対側の第１の側に不均一な表面を含み、第２の側は第１の側よりも導波路１０８に近い。たとえば、導波路１０８の各部分の上面と接触するクラッド層１３０がある。１つ以上のクラッド層は、導波路１０８により近い、たとえば導波路１０８と対向する第２の側と反対側の第１の側に不均一な表面１４０を含む。光偏光変換器１００は、クラッド層１３０の上（図１の配向に対して）に電気コンタクト層１３２などの他の層を含んでいてもよい。図１の例から分かるように、基板１０２及び導波路１０８の垂直軸１１６に平行な方向におけるオフセットの結果として、光偏光変換器１００の上面は完全に平坦ではない。

【0057】

図１２は、導波路幅Ｗ（図１を参照）の関数としての第１のハイブリッドモードの傾斜角を示すグラフ１２００である。導波路幅は第１の軸１１４に沿っていることに留意されたい。垂直軸は、ＴＥ軸２０２に対する第１のハイブリッドモード２０８の傾斜角を示し、水平軸は導波路幅Ｗを示す。グラフ１２００は、複数の段差厚さのそれぞれに対する複数の関係を示す。段差厚さは、ナノメートルの単位で図１２に示している。線１２０２は、第１のハイブリッドモードの傾斜角が４５度であることを示す。グラフ１２００に示す関係は、図１の例の光偏光変換器１００と同様の光偏光変換器の例に対するものである。第３の層１３８及び電気コンタクト層１３２は含まれていなかった。導波路１０８の厚さ（図１に示す配向に対して垂直方向において）は５００ナノメートルであり、基板１０２の屈折率は３．１７であり、クラッド層１３０の屈折率は３．１７であった。導波路１０８の屈折率は３．３６４であり、光偏光変換器の両側（図１に示す配向において）の屈折率は１．５であった。中間導波路部分の角度は３５度であった。

【0058】

図１３は、導波路幅の関数としてのΔｎを示すグラフ１３００である。垂直軸はΔｎを示し、水平軸は導波路幅を示した。グラフ１３００は、示したように複数の段差厚さそれぞれに対する複数の関係を示す。グラフ１３００に示す関係は、図１２に関して前述したものと同じパラメータに対するものである。

【0059】

当業者であれば分かるように、光偏光変換器の所望の特性は、たとえば図１２及び１３に示すようなデータに基づいて、たとえば導波路幅、段差厚さなどを選択することによって得ることができる。

【0060】

図４に、例による光偏光変換器４００の側断面を概略的に例示する。図４では、図１に示す特徴に対応する特徴は、最後に追加の数字「－４」を加えた同様の参照数字によってラベル付けされている。

【0061】

光偏光変換器４００は、以下の違いを除いて、光偏光変換器１００に対応する（また、光偏光変換器１００に関連して前述した特徴の任意の組み合わせを含み得る）。光偏光変換器４００の基板１０２－４は、第１の表面１０４－４と第２の表面１０６－４との間に第３の基板表面１２０－４を有し、第３の基板表面１２０－４は、第１の表面１０４－４に対して傾いている。第３の表面１２０－４は、第１の表面１０４－４に対して実質的に９０度の角度である（許容範囲内で）。これらの例では、第３の基板表面１２０－４は、第２の基板層１３６－４の側壁に対応する。図４の例では、前述した第３の層１３８に対応する第３の層はない。

【0062】

これらの例における第３の表面１２０－４の角度の結果として、図４の光偏光変換器４００は、中間導波路部分を含まない。第１の導波路部分１１０－４は第２の導波路部分１１２－４と、それらの間に中間の傾いた導波路部分を有する代わりに、連続している。図１の例の場合と同様に、光偏光変換器４００の導波路１０８－４は、光を伝搬するための単一の導波路である。

【0063】

図４の例の導波路１０８－４は、図４に示すように、第２の導波路部分１１２－４を含み、第２の導波路部分１１２－４は、第２の軸１１６－４に平行な方向において第１の導波路部分１１０－４に対してオフセットし、第１の導波路部分１１０－４と連続している。

【0064】

導波路１０８－４の配置によって、導波路１０８－４内にハイブリッドモードが生じる。図１の例の導波路１０８と同様に、導波路１０８－４のこの配置によって、導波路１０８－４内を伝搬する光に対する「傾斜した」または傾いた境界条件が与えられて、ハイブリッドモードが得られる。これは、導波路１０８－４内を伝搬する光が、第２の軸１１６に平行な方向においてオフセットする互いに連続する導波路領域を占めるからである。加えて、導波路１０８－４の説明した配置によって、異なるハイブリッドモードに対して異なる伝搬定数が生じる。導波路１０８－４の配置によって、第１及び第２のハイブリッドモードが導波路１０８－４内で互いに異なる屈折率を経験するような複屈折が生じる。たとえば、導波路１０８－４を通る伝搬のために光偏光変換器４００に入射する、図２Ａの矢印２０６によって示すようなＴＥ偏光を有する光に対して、第１及び第２のハイブリッドモード２０８、２１０は、異なる伝搬定数（及び結果として異なる位相進展）を伴って生じる。

【0065】

図１の例の導波路１０８及び図４の例の導波路１０８－４の両方において、ハイブリッドモード及びハイブリッドモードに対する異なる伝搬定数が生じる。前述したように、ハイブリッドモード及びそれらの異なる伝搬定数の存在によって、光の偏光の変換が得られる。したがって、図１の例の光偏光変換器１００と同様に、図４の例の光偏光変換器４００は、入射光の偏光を変換するために使用することができる。

【0066】

図１の例または図４の例のいずれかを、製造の複雑さ及びコスト、ならびにハイブリッドモード及びそれらの伝搬定数に対する所望の制御レベルなどの種々の要因に応じて、使用してもよい。たとえば、中間導波路部分１２８の存在が角度をなしている（傾いている）ことにより、ハイブリッドモードの特性（傾斜など）のより細かい調整が得られる。しかし、図４の例の方が、製造する傾いた面がないため、製造が単純で及び／または安価であり得る。

【0067】

図５は、ＰＩＣ用の光偏光変換器を製造する方法５００を例示するブロック図である。方法５００は、たとえば、前述した例のいずれかによる光偏光変換器を製造する方法である。方法５００のブロック５０２において、第１の表面及び第２の表面を含む基板を、少なくとも部分的に形成する。第２の表面は、光の偏光を変換するための光伝搬方向にそれぞれ垂直な第１の軸及び第２の軸に沿って第１の表面からオフセットしている。基板は、たとえば、基板１０２、基板１０２－４、または基板１０２－１１である。

【0068】

方法５００のブロック５０４において、第１の表面と接触する第１の導波路部分と、第２の表面と接触する第２の導波路部分とを含む導波路を、少なくとも部分的に形成する。第２の導波路部分が第１の導波路部分からオフセットするように、第２の表面は第１の表面からオフセットしている。導波路は、たとえば、前述した導波路１０８、導波路１０８－４、または導波路１０８－１１である。方法５００のより多くの具体的な態様について、以下でさらに説明する。

【0069】

いくつかの例では、基板を少なくとも部分的に形成することは、第１の基板層を少なくとも部分的に形成することと、第２の基板層を少なくとも部分的に形成することと、を含み、第１の基板層は第１の表面を含み、第２の基板層は第２の表面を含む。図６は、方法６００を例示するブロック図である。方法６００は、図１、３、及び１１の例に関し、図１及び図１１にそれぞれ示す第２の基板層１１０または第２の基板層１１０－１１を少なくとも部分的に形成するために使用することができる。方法６００の以下の説明は、図１及び３の例を参照するが、対応するブロックを、図１１の例に対して行うことができる。

【0070】

方法６００のブロック６０２において、第３の層（たとえば第３の層１３８）を第１の基板層１３４の上面上に堆積させて、停止層として機能させる。方法６００の文脈において、第２の基板層を少なくとも部分的に形成することは、以下を含む。ブロック６０４において、停止層１３８の上に基板材料を堆積させる。基板材料は、基板１０２に関して前述した任意の材料である。基板材料は、たとえば、第１の基板層１３４に含まれる同じ材料である。

【0071】

図７Ａに、ブロック６０２及び６０４を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。図７Ａは概略図であり、前述した例に対する正確な比率を表すものと考えてはならない。

【0072】

方法６００のブロック６０６において、停止層１３８の上の基板材料の第１の部分を覆うように、マスク層を堆積させる。図７Ｂに、ブロック６０６を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。図７Ｂの例では、基板材料の第１の部分７０４を覆うように堆積されたマスク層７０２を示している。いくつかの例では、マスク層７０４は誘電体材料を含む。いくつかの例では、マスク層７０２は、ＳｉＮｘまたはＳｉＯｘを含むハードマスクであり、「ｘ」は、種々の組成、たとえば、Ｓｉ_３Ｎ_４を使用してもよいことを示す。いくつかの例では、マスク層７０２はフォトレジストである。

【0073】

方法６００のブロック６０８において、ウェットエッチ手順を行って、第１の部分７０４とは異なり、マスク層によって覆われていない基板材料の第２の部分７０６から材料を除去する。例では、停止層１３４は、マスク層によって覆われていない材料を除去するためのエッチングに使用されるエッチング液によってエッチング可能でない材料を含む。いくつかの例では、停止層１３４は四元材料を含む。図７Ｃに、ブロック６０８を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。ブロック６０８は、第２の部分７０６から材料を除去して、停止層１３８の露出部分７０８をもたらすために行う。

【0074】

方法６００のブロック６１０において、停止層１３８の露出部分７０８を除去する。図７Ｄに、ブロック６１０を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。停止層１３８の露出部分７０８を除去する結果、基板の第２の表面１０６が少なくとも部分的に形成される。図７Ｄの特定の例では、停止層１３８のすべての露出部が除去されている。

【0075】

いくつかの例では、基板材料はＩｎＰである。いくつかのこのような例では、ウェットエッチ手順は、ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏを使用して行う。いくつかの例では、ＨＣＬ、Ｈ３ＰＯ４、及びＨ２Ｏの混合物を選択して、所望の材料（これらの例では、ＩｎＰ）をエッチングする。他の例では、ＨＣＬ及びＨ２Ｏのみの混合物をエッチング液として使用する。説明したように、ウェットエッチ手順を行うことで、第１の表面１０４に対して９０度未満の角度である中間の基板表面（第３の基板表面１２０など）が得られる。当業者であれば分かるように、第３の基板表面１２０の角度は、基板材料の結晶構造、エッチング化学物質、及び使用する手順の詳細の組み合わせに依存する。

【0076】

いくつかの例では、導波路１０８を少なくとも部分的に形成するためのブロック５０４の例を、方法６００から得られる構造上で使用する。いくつかの例では、マスク層７０２を、図７Ｅの概略図に示したように除去する。マスク層７０２の除去によって、第２の基板層１３６に含まれる第２の表面１０６が得られる。

【0077】

このような例では、導波路１０８用の１つ以上の材料を、基板１０２の上に堆積させる。たとえば、導波路１０８を、導波路に関して前述した材料を使用してエピタキシャル成長させる。基板１０２の配置により（たとえば図７Ｅに示すように）、導波路１０８は、第２の軸１１６に平行な方向においてオフセットする部分を有し、第３の基板表面１２０が前述したような角度を有する結果として、ある角度を有する中間導波路部分を有する。

【0078】

いくつかの例では、１つ以上のクラッド層１３０及び電気コンタクト層１３２などの他の層を、導波路１０８の上に堆積させる。これらの層を、図７Ｇの概略図に見ることができる。

【0079】

例では、図７Ｇの構造は、たとえばドライエッチング手順を経て、対照とする用途に従って要求される特定の深さまで、構造の両側から材料を除去する。たとえば、ドライエッチング手順を行って、材料を除去し、図１及び３の例の光偏光変換器１００を形成する。図７Ａ～７Ｇに、結果として生じる光偏光変換器１００に対して図１に示したものと同じ断面を示す。

【0080】

図８は、第２の基板層を少なくとも部分的に形成するための方法８００を例示するブロック図である。方法８００は、図４の例に関し、図４に示す第２の基板層１３６－４を少なくとも部分的に形成するために使用することができる。方法８００の以下の説明は、図４の例を参照する。本明細書で使用する場合、層は、垂直軸１１６－４に関する所与の範囲の値内の体積を占有する材料を指す。

【0081】

図９Ａに、方法８００に関連する構造の側断面を概略的に例示する。方法８００のブロック８０２において、第１の基板層（たとえば、第１の基板層１３４－４）の上面９０６の部分９０４を覆うように、また上面９０６の露出部分９０８を残すように、マスク層９０２を堆積させる。図９Ａに、ブロック８０２を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。

【0082】

方法８００のブロック８０４において、基板材料を、上面９０６の露出部分９０８上に堆積させて、第２の基板層１３６－４を少なくとも部分的に形成する。基板材料は、基板１０２または基板１０２－４に対して前述した任意の材料である。基板材料は、たとえば、第１の基板層１３４－４に含まれるものと同じ材料である。図９Ｂに、ブロック８０４を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。方法８００のブロック８０６において、マスク層９０２を除去する。図９Ｃに、ブロック８０６を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。マスク層９０２を除去することで、第１の基板層１３４－４の表面の一部が露出し、第１の表面１０４－４が少なくとも部分的に形成される。

【0083】

図１４は、基板を少なくとも部分的に形成するための方法１４００を例示するブロック図である。方法１４００は、図４の例に関し、図４に示す第１の基板層１３４－４及び第２の基板層１３６－４を少なくとも部分的に形成するために使用することができる。方法１４００の以下の説明は、図４の例を参照する。方法１４００は、前述した方法８００に対する代替案である。このような文脈で使用する場合、層は、垂直軸１１６－４に関する所与の範囲の値内の体積を占有する材料を指す。

【0084】

図１５Ａに、方法１４００に関連する構造の側断面を概略的に例示する。方法１４００のブロック１４０２において、基板材料１４０８の層の上面１４０６の第１の部分１４０４を覆うように、マスク層１４０２を堆積させる。図１５Ａに、ブロック１４０２を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。

【0085】

方法１４００のブロック１４０４において、第１の部分１４０４とは異なり、マスク層１４０２によって覆われていない基板材料１４０８の層の第２の部分１４１０からの材料を除去して、第１の表面１０４－４を含む第１の基板層１３４－４をもたらす。図１５Ｂに、ブロック１４０４を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。

【0086】

方法１４００のブロック１４０６において、マスク層１４０２を除去して、第２の表面１０６－４を含む第２の基板層１３６－４をもたらす。図１５Ｃに、ブロック１４０６を行うことから到達した構造の側断面を概略的に例示する。

【0087】

第１及び第２の基板層１３４－４、１３６－４は、基板材料１４０８の層から得られることが理解される。方法１４００の開始点は、第１の基板層１３４－４及び第２の基板層１３６－４の合計の所望の厚さに対応する厚さの基板材料１４０８の層であることが理解される。

【0088】

いくつかの例では、導波路１０８を少なくとも部分的に形成するためのブロック５０４の例を、方法８００または方法１４００から得られる構造上で使用する。このような例では、導波路１０８－４用の１つ以上の材料を、基板１０２－４の上に堆積させる。たとえば、導波路１０８－４を、導波路に関して前述した材料を使用して、エピタキシャル成長させる。基板１０２－４の配置により（たとえば図９Ｃに示すように）、導波路１０８－４は、導波路１０８－４に関して前述したように、垂直軸１１６－４に平行な方向においてオフセットし、互いに接触する部分を有する。たとえば、１つ以上のクラッド層（たとえばクラッド層１３０）及び電気コンタクト層１３２を、導波路１０８－４の上に堆積させる。

【0089】

例では、ドライエッチング手順を行って、対照とする用途に応じて要求される特定の深さまで、構造の両側から材料を除去する。たとえば、ドライエッチング手順を行って、材料を除去し、図４の例の光偏光変換器４００を形成する。

【0090】

例では、図５に例示した方法５００は、導波路が、導波路における所与の波長の光に対するビート長（前述したような）の関数として導波路長を有するように、光偏光変換器を製造することを含み、導波路長は、導波路内の光伝搬方向に平行な軸に沿っている。いくつかの例では、導波路長は、奇整数にビート長の半分を乗じたものに実質的に等しい。いくつかの例では、導波路長は、実質的に奇整数にビート長の４分の１を乗じたものに等しい。説明した方法を用いて製造した１つ以上の偏光変換器を、前述したように使用して、要望に応じて偏光変換を達成することができる。

【0091】

いくつかの例では、説明した例のいずれかによる光偏光変換器を含むＰＩＣが提供される。

【0092】

上述の説明では、層を少なくとも部分的に形成すること等を参照している。いくつかの例では、このように参照される層は、さらなるステップを必要とすることなく、関連する材料を堆積させることによって単純に形成される。他の例では、さらなるステップを行って層の形成を完了する（たとえば、硬化ステップ、層の範囲を画定するエッチングステップなど）。いくつかの例では、層の形成を完了するためのさらなるステップを、当該の層の上にさらなる材料を堆積させる前に行う。他の例では、層の形成を完了するためのさらなるステップを、当該の層の上にさらなる材料を堆積させた後に行う。

【0093】

記載した図において、破線が、特定の部品の縁部に、図に概略的に例示したものを越える当該の部品の連続を示すために含まれる。図は、光偏光変換器の説明した例に関連する構造の概略図を含む。どの図も、任意の他の図に対する正確な比率を示すと解釈すべきではない。

【0094】

当業者であれば分かるように、本明細書に記載の例による半導体材料の層を堆積させるために、種々の技術を使用してもよい。このような技術は再成長技術として既知な場合があり、たとえば、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）プロセスを使用してもよい。

【0095】

前述の例は、本発明の説明のための例として理解すべきである。当然のことながら、いずれか一つの例に関連して説明した任意の特徴は、単独で使用してもよいし、説明した他の特徴と組み合わせて使用してもよく、また、任意の他の例または任意の他の例の任意の組み合わせの１つ以上の特徴と組み合わせて使用してもよい。さらに、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、前述していない均等物及び変更を使用してもよい。

【図1】

【図2A-2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7-1】

【図7-2】

【図7-3】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【国際調査報告】