(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料により形成される光導波路と、
前記光導波路の両側側面に各々接続され、半導体材料により形成される複数の接続構造部と、
前記接続構造部の各々に接続される電極部と、
を有し、
前記接続構造部は、前記電極部との接続部分に不純物元素がドープされた不純物領域を有しており、
前記複数の接続構造部のうちの１の接続構造部と前記光導波路との接続部分における前記光導波路に対し垂直方向の延長線上とはならない部分に、前記１の接続構造部における前記不純物領域が、形成されていることを特徴とする位相変調素子。
【請求項２】
前記接続構造部は、前記光導波路に接続される第１の接続領域と、前記第１の接続領域に接続される第２の接続領域と、前記第２の接続領域と前記電極部とを接続する第３の接続領域を有しており、
前記第３の接続領域は、前記不純物領域となるものであって、
前記第１の接続領域と前記第３の接続領域とは平行に形成されており、
前記第１の接続領域の延びる方向と、前記第３の接続領域の延びる方向とは重ならない形状であることを特徴とする請求項１に記載の位相変調素子。
【請求項３】
前記接続構造部は、前記光導波路と前記電極部との間で直線的に形成されており、
前記光導波路の延びる方向と、前記接続構造部の延びる方向のなす角度は、３０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の位相変調素子。
【請求項４】
前記光導波路及び前記接続構造部は、ＳｉまたはＳｉＧｅにより形成されているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の位相変調素子。
【請求項５】
前記光導波路は基板の上方にリング状に形成されているものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の位相変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相変調素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における情報通信の増大に伴い、光通信及び光伝送における超高速化と大容量化の検討がなされている。このような光通信においては、様々な光変調器や光スイッチが用いられている。
【０００３】
例えば、図１及び図２に示されるような構造の光の位相を変調することのできる位相変調素子（屈折率変調光素子）がある。この位相変調素子は、Ｓｉ（シリコン）からなる光導波路２１０の側面の両側に、櫛形構造部２２０及び２３０を有しており、櫛形構造部２２０及び２３０において光導波路２１０と接続されている側とは反対側に、電極２４０及び２５０が設けられている。
【０００４】
この位相変調素子では、櫛形構造部２２０における電極２４０との接続部分には、シリコンに対しｐ型となる不純物元素が高濃度にドープされており、ｐ型領域２２１が形成されている。また、櫛形構造部２３０において電極２５０との接続部分には、シリコンに対しｎ型となる不純物元素が高濃度にドープされており、ｎ型領域２３１が形成されている。
【０００５】
位相変調素子は、電極２４０及び２５０間に電圧を印加し、櫛形構造部２２０及び２３０を介し、光導波路２１０内にキャリアを注入することにより、光導波路２１０における屈折率を変化させ、光導波路２１０内を伝播する光の位相を変調するものである。
【０００６】
このような位相変調素子においては、電極２４０及び２５０間における抵抗は、櫛形構造部２２０及び２３０における幅と長さに依存する。従って、櫛形構造部２２０及び２３０の幅を広くし、長さを短くすれば、電極２４０及び２５０間における電気抵抗を低くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６４８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図１及び図２に示される位相変調素子では、光導波路２１０内を伝播する光は、櫛形構造部２２０及び２３０に漏れ出した光が、櫛形構造部２２０及び２３０におけるｐ型領域２２１及びｎ型領域２３１において吸収されるため、光の伝播損失が生じる。
【０００９】
従って、このような位相変調素子において、電極２４０及び２５０間における電気抵抗を下げるために、櫛形構造部２２０及び２３０の幅を広く、短くした場合、光導波路２１０内を伝播する光の伝播損失が多くなり、光導波路としての特性が低下してしまう。また、光導波路２１０内を伝播する光の伝播損失を抑えるため、櫛形構造部２２０及び２３０の幅を狭く、長くした場合、電極２４０及び２５０間における電気抵抗が高くなり、位相変調における変化が小さくなり、消費電力等も多くなってしまう。
【００１０】
このため、電極間における抵抗が低く、かつ、光の伝播損失が低い構造の位相変調素子が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施の形態の一観点によれば、半導体材料により形成される光導波路と、前記光導波路の両側側面に各々接続され、半導体材料により形成される複数の接続構造部と、前記接続構造部の各々に接続される電極部と、を有し、前記接続構造部は、前記電極部との接続部分に不純物元素がドープされた不純物領域を有しており、前記複数の接続構造部のうちの１の接続構造部と前記光導波路との接続部分における前記光導波路に対し垂直方向の延長線上とはならない部分に、前記１の接続構造部における前記不純物領域が、形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
開示の位相変調素子によれば、電極間における抵抗が低くすることができ、かつ、光の伝播損失を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の位相変調素子の斜視図
【図２】従来の位相変調素子の構造図
【図３】従来の位相変調素子の説明図
【図４】第１の実施の形態における位相変調素子の斜視図
【図５】第１の実施の形態における位相変調素子の構造図
【図６】第１の実施の形態における位相変調素子の説明図
【図７】位相変調素子における入射波長に対する透過光強度の特性図
【図８】第１の実施の形態における位相変調素子の製造方法の工程図（１）
【図９】第１の実施の形態における位相変調素子の製造方法の工程図（２）
【図１０】第１の実施の形態における位相変調素子の製造方法の工程図（３）
【図１１】第２の実施の形態における位相変調素子の斜視図
【図１２】第２の実施の形態における位相変調素子の構造図
【図１３】第３の実施の形態における位相変調素子の斜視図
【図１４】第３の実施の形態における位相変調素子の構造図
【図１５】第４の実施の形態における位相変調素子の斜視図
【図１６】第４の実施の形態における位相変調素子の構造図
【図１７】第５の実施の形態における位相変調素子の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
〔第１の実施の形態〕
（位相変調素子）
図１及び図２に示される位相変調素子では、光導波路２１０と電極２４０及び２５０の間に設けられている櫛形構造部２２０及び２３０は直線的に形成されている。従って、図３に示されるように、光導波路２１０より略垂直方向に延びる櫛形構造部２２０及び２３０に漏れ出した光は、直線的に形成された櫛形構造部２２０及び２３０内を伝播し、不純物元素が高濃度にドープされたｐ型領域２２１及びｎ型領域２３１まで到達する。このようにｐ型領域２２１及びｎ型領域２３１にまで到達した光は、ｐ型領域２２１及びｎ型領域２３１において吸収されるため、光の伝播損失が生じる。尚、図３では、この位相変調素子において光導波路２１０に光を伝播させた場合における光の強度分布を一点鎖線で示す。
【００１６】
次に、本実施の形態における屈折率変調素子について説明する。図４及び図５に示されるように、本実施の形態における屈折率変調素子は、光導波路１０と、光導波路１０の両側に接続された接続構造部２０及び３０と、接続構造部２０に接続された電極部４０と、接続構造部３０に接続された電極部５０を有している。即ち、光導波路１０と電極部４０及び５０との間に、接続構造部２０及び３０が形成されている構造のものである。光導波路１０、接続構造部２０及び３０は、Ｓｉ（シリコン）により形成されており、また、電極部４０及び５０は、光導波路１０にキャリアを注入するためのものであり、高濃度にドープしたＳｉ層上に、金属材料、例えば、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）等により形成されている。
【００１７】
接続構造部２０は、第１の接続領域２１、第２の接続領域２２及びｐ型領域２３を有している。第１の接続領域２１は、光導波路１０に接続されており、光導波路１０に対し略垂直に延びた形状で複数形成されている。第２の接続領域２２は、第１の接続領域２１と接続されており、第１の接続領域２１に沿う方向に対し略垂直に延びた形状で形成されている。ｐ型領域２３は、シリコンに対しｐ型となる不純物が高濃度にドープされた領域であり、第２の接続領域２２と電極部４０との間に形成されており、第２の接続領域２２に沿う方向に対し略垂直に延びた形状で複数形成されている。
【００１８】
接続構造部３０は、第１の接続領域３１、第２の接続領域３２及びｎ型領域３３を有している。第１の接続領域３１は、光導波路１０に接続されており、光導波路１０に対し略垂直に延びた形状で複数形成されている。第２の接続領域３２は、第１の接続領域３１と接続されており、第１の接続領域３１に沿う方向に対し略垂直に延びた形状で形成されている。ｎ型領域３３は、シリコンに対しｎ型となる不純物が高濃度にドープされた領域であり、第２の接続領域３２と電極部５０との間に形成されており、第２の接続領域３２に沿う方向に対し略垂直に延びた形状で複数形成されている。尚、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３を第３の接続領域という場合がある。
【００１９】
本実施の形態における位相変調素子では、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３は、第１の接続領域２１及び３１と略平行となるように形成されている。また、第１の接続領域２１が延びる方向の延長線上には、ｐ型領域２３が存在しないように形成されており、同様に、第１の接続領域３１が延びる方向の延長線上には、ｎ型領域３３が存在しないように形成されている。即ち、第１の接続領域２１及び３１の延びる方向と、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３の延びる方向とは重ならないように形成されている。言い換えるならば、光導波路１０と第１の接続領域２１との接続部分において、光導波路１０に対し垂直方向には、ｐ型領域２３が存在しない形状で形成されている。同様に、第１の接続領域３１との接続部分において、光導波路１０に対し垂直方向には、ｎ型領域３３が存在しない形状で形成されている。
【００２０】
図６に示されるように、本実施の形態における位相変調素子は、光導波路１０内を伝播する光は、光導波路１０に対し略垂直方向に接続された第１の接続領域２１及び３１から第２の接続領域２２及び３２までは漏れ出す。しかしながら、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３までは殆ど漏れ出すことはないため、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３において吸収される光を減らすことができる。即ち、光導波路１０より第１の接続領域２１及び３１まで漏れ出した光は、第２の接続領域２２及び３２を取り囲む低屈折率材料との境界面で光の染み出しが遮断され、光導波路１０、第１の接続領域２１及び３１内に光が閉じ込められる。よって、不純物がドープされている領域に光が染み出すことはなくなるため、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３における光の吸収を減らすことができ、光導波路１０を伝播する光の伝播損失を低減させることができる。尚、図６において、一点鎖線は、本実施の形態における位相変調素子において、光導波路１０に光を伝播させた場合における光の強度分布を示す。
【００２１】
更に、本実施の形態における位相変調素子では、第１の接続領域２１及び３１、第２の接続領域２２及び３２、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３を太く短く形成することができるため、電極部４０及び５０間における低抵抗化が可能となる。
【００２２】
以上より、本実施の形態における位相変調素子では、光導波路１０を伝播する光の伝播損失を低減することができ、更には、電極部４０及び５０間における抵抗を低くすることができる。よって、光の伝播損失が低く、消費電力の低い位相変調素子を得ることができる。
【００２３】
尚、本実施の形態における位相変調素子は、例えば、入射する光の波長が１．５５μｍに対応しているものであり、光導波路１０は、幅が約５００ｎｍ、高さが約２５０ｎｍで形成されている。また、接続構造部２０及び３０における第１の接続領域２１及び３１は、光導波路１０の側面の両側に、光導波路１０に対し略垂直方向に延びた形状で、約２９０ｎｍ周期で複数形成されている。第１の接続領域２１及び３１における幅は約９０ｎｍ、長さは約３００ｎｍとなるように形成されており、第２の接続領域２２及び３２は、第１の接続領域２１及び３１の光導波路１０と接続されており、光導波路１０と略平行となるように形成されている。
【００２４】
第２の接続領域２２及び３２は、第１の接続領域２１及び３１において光導波路１０と接続されている側とは反対側が各々接続されるように形成されている。ｐ型領域２３は、第２の接続領域２２に対し略垂直に延びた形状で形成されており、ｎ型領域３３は、第２の接続領域３２に対し略垂直に延びた形状で形成されている。即ち、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３は、第１の接続領域２１及び２２と略平行となるように形成される。
【００２５】
また、ｐ型領域２３は、幅が約９０ｎｍ、第２の接続領域２２と電極部４０との間における長さが、約１００ｎｍとなるように形成されており、第１の接続領域２１の延長上には重ならないように形成されている。即ち、第１の接続領域２１の延長線上にはｐ型領域２３が存在していない形状となるように形成されている。同様に、ｎ型領域３３は、幅が約９０ｎｍ、第２の接続領域３２と電極部５０との間における長さが、約１００ｎｍとなるように形成されており、第１の接続領域３１の延長上には重ならないように形成されている。即ち、第１の接続領域３１の延長線上にはｎ型領域３３が存在していない形状となるように形成されている。更に、より一層伝播損失を低減させるため、隣接する第１の接続領域２１に沿った２つの延長線の略中間の位置にｐ型領域２３が形成され、隣接する第１の接続領域３１に沿った２つの延長線の略中間の位置にｎ型領域３３が形成されていることが好ましい。
【００２６】
尚、本実施の形態における位相変調素子は、第１の接続領域２１及び３１に沿った方向の延長上に、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３が形成されていない構造であればよい。即ち、第１の接続領域２１及び３１に沿った方向の延長上に、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３が設けられていると、光導波路１０より漏れ出した光が、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３まで伝播し吸収されるため光の伝播損失が大きくなる。従って、第１の接続領域２１及び３１に沿った方向の延長上に、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３が形成されていない構造であれば、このような光の伝播損失を低減させることができる。
【００２７】
また、第１の接続領域２１及び３１における幅及び長さは、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３における幅及び長さと異なっていてもよい。抵抗を低くするためには、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３における幅は、第１の接続領域２１及び３１における幅よりも広く形成されていることが好ましい。また、本実施の形態における説明に用いた図面では、第１の接続領域２１及び３１、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３は周期的な構造のものが記載されているが、第１の接続領域２１及び３１、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３は周期的に形成されている必要はない。更に、ｐ型領域２３は、ｐ型領域２３が延びる方向において、第２の接続領域２２の一部に入り込むように形成され、ｎ型領域３３は、ｎ型領域３３が延びる方向において、第２の接続領域３２の一部に入り込むように形成されていることが好ましい。このように形成することにより、より一層抵抗を低くすることができるからである。
【００２８】
ｐ型領域２３は、シリコンに対しｐ型となる不純物元素が、１×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲内でドープされており、ｎ型領域３３は、シリコンに対しｎ型となる不純物元素が、１×１０１７〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲内でドープされている。本実施の形態における位相変調素子では、電極部４０及び５０間に、約１Ｖの電圧を印加することにより、光導波路１０内を伝播する光の位相を変調することができる。
【００２９】
（光の伝播特性）
次に、本実施の形態における位相変調素子の光の伝播特性について説明する。図７は、計算により得られた結果を示すものであり、従来構造の位相変調素子と、本実施の形態における位相変調素子とにおいて、入射波長と透過光強度の関係を示すものである。従来の構造の位相変調素子とは、図２に示す構造の位相変調素子において、光導波路２１０の全長が約６０ｎｍであって、幅が約９０ｎｍの櫛形構造部２２０及び２３０が光導波路２１０の側面に約２９５ｎｍの周期で接続されているものである。また、本実施の形態における位相変調素子とは、図５に示す位相変調素子において、光導波路１０の全長が約６０ｎｍ、接続構造部２０及び３０の幅は約９０ｎｍ、接続構造部２０及び３０が光導波路１０の側面に約２９５ｎｍの周期で接続されているものである。尚、光導波路１０と電極部４０及び５０との間の長さは、約５５０ｎｍとなるように形成されている。
【００３０】
図７に示されるように、ストップバンドの長波長領域、具体的には、入射波長が１．６μｍ〜２．０μｍにおいては、透過光強度は、本実施の形態における位相変調素子の方が、図２に示す従来の構造の位相変調素子よりも損失が小さい。よって、ストップバンドよりも長波長の光を入射させた場合には、本実施の形態における位相変調素子の方が、光導波路を伝播する光の吸収を低く抑えることができる。
【００３１】
また、図７に示されるように、位相変調素子では、１．５５μｍにおいて入射した光の大部分が反射されるストップバンド領域が出現する。このストップバンドのバンドエッジ付近では、共振器の遅延作用を得ることができる。この遅延作用により、バンドエッジ付近における入射波長において変調器動作を行なうと、一定の光導波路の屈折率変化に対する光の位相変化を増大させることができる。これにより、より少ない電力で、より高い変調効率を得ることができる。この場合においても、図２等に示す従来の位相変調素子では、ｎ型領域及びｐ型領域における光の吸収が大きいため、バンドエッジは、本実施の形態における位相変調素子に比べて緩やかなものとなる。即ち、本実施の形態における位相変調素子では、バンドエッジ付近の光を用いることにより、変調効率が高く、電極間抵抗が低く、かつ、光の損失を少なくすることができる。
【００３２】
尚、上述した説明では、Ｓｉ系の材料を用いた位相変調素子について説明したが、メンブレン状の化合物半導体光導波路等、他の半導体材料を用いた場合においても、同様の効果を得ることができる。
【００３３】
（他の半導体材料を用いた位相変調素子）
次に、他の半導体材料を用いた位相変調素子について説明する。他の半導体材料を用いた位相変調素子としては、ＳｉＧｅを用いた位相変調素子が挙げられ、例えば、ＳｉＧｅを用いて光導波路１０、接続構造部２０及び３０が形成されているものが挙げられる。
【００３４】
ＳｉＧｅを用いた位相変調素子では、光導波路１０内にキャリアを導入することなく、光導波路における屈折率を変調することができる。即ち、Franz-Keldysh効果を用いて光の位相の変調を行なことができる。従って、この位相変調素子は、電圧を印加することにより位相変調を行なうものであり、ｐ型領域及びｎ型領域を形成する必要がない。しかしながら、ＳｉＧｅを用いた位相変調素子においても、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３を形成することにより、光導波路１０に、より効率よく電圧を印加することができるため、低電圧で位相変調等を行なうことができ、特性を向上させることができる。
【００３５】
尚、上記説明では、ＳｉＧｅを用いた位相変調素子について説明したが、Franz-Keldysh効果を得ることのできる材料であれば、ＳｉＧｅ以外の材料を用いた場合においても同様である。
【００３６】
（位相変調素子の製造方法）
次に、本実施の形態における位相変調素子の製造方法について、図８から図１０に基づき説明する。
【００３７】
最初に、図８（ａ）に示すようにＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を準備する。具体的には、シリコン基板６０上に、酸化シリコンであるＳｉＯ２ボックス層６１が形成され、更にＳｉＯ２ボックス層６１上にＳｉ層６２が積層形成されているＳＯＩ基板を準備する。
【００３８】
次に、図８（ｂ）に示すように、Ｓｉ層６２上に、ＳｉＯ２膜６３を形成する。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、Ｓｉ層６２上に、ＳｉＯ２膜６３を成膜することにより形成する。
【００３９】
次に、図８（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜６３上にレジストパターン６４を形成する。このレジストパターン６４は、光導波路１０、接続構造部２０及び３０を除いた領域に開口部を有するものであり、ＳｉＯ２膜６３上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより形成する。
【００４０】
次に、図９（ａ）に示すように、レジストパターン６４の形成されていない領域におけるＳｉＯ２膜６３をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により除去し、更に、レジストパターン６４を除去する。これによりＳｉＯ２マスク６３ａを形成する。このＳｉＯ２マスク６３ａは、光導波路１０、接続構造部２０及び３０が形成される領域におけるＳｉ層６２上に形成される。
【００４１】
次に、図９（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２マスク６３ａの形成されていない領域のＳｉ層６２をＲＩＥにより除去し、更に、ＳｉＯ２マスク６３ａを除去する。これにより、光導波路１０、第１の接続領域２１及び３１、第２の接続領域２１及び３２が形成される。この際、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３となる領域におけるＳｉ層６２も残存する。
【００４２】
次に、図９（ｃ）に示すように、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３となる領域におけるＳｉ層６２に、不純物元素をイオン注入することにより、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３を形成する。具体的には、ｐ型領域２３となる領域に開口部を有するレジストパターンを作製し、ｐ型の不純物元素であるＢ（ボロン）をイオン注入する。これにより、レジストパターンの形成されていない領域にはＢがイオン注入され、ｐ型領域２３を形成することができる。この後、ｎ型領域３３の形成される領域に開口部を有するレジストパターンを作製し、ｎ型の不純物元素であるＰ（リン）をイオン注入する。これにより、レジストパターンの形成されていない領域にはＰがイオン注入され、ｎ型領域３３を形成することができる。
【００４３】
次に、図１０に示すように、所望の領域にＣＶＤ等により酸化シリコンであるＳｉＯ２膜６５を形成した後、ｐ型領域２３に電気的に接続される金属部４０ａと、ｎ型領域３３に電気的に接続される金属部５０ａとをスパッタリング等により形成する。尚、図１０は、作製された位相変調素子の断面構造を示すものであり、図１０（ａ）は、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３が形成されている部分における断面図であり、図１０（ｂ）は、第１の接続領域２１及び３１が形成されている部分における断面図である。以上により、本実施の形態における位相変調素子を作製することができる。この位相変調素子の製造方法により製造される位相変調素子は、金属部４０ａ及び金属部５０ａが、ｐ型領域２３及びｎ型領域３３の上部に形成されるものであるが、本実施の形態における位相変調素子は、このような構造のものも含むものである。
【００４４】
また、本実施の形態における位相変調素子の製造方法においては、前述した製造方法において、Ｓｉ層６２のエッチング工程と、イオン注入の工程との順序を逆にした製造方法であってもよい。具体的には、図９（ａ）に示す状態、即ち、ＳｉＯ２マスク６３ａが形成されている状態において、Ｓｉ層６２においてｐ型領域２３及びｎ型領域３３が形成される領域に、各々の領域を形成するための不純物元素のイオン注入を行なう。この際、ＳｉＯ２マスク６３ａを介してイオン注入が行なわれるが、ＳｉＯ２マスク６３ａの膜厚が２０ｎｍであるため、ＳｉＯ２マスク６３ａを透過しＳｉ層６２におけるｐ型領域２３及びｎ型領域３３となる領域に、不純物元素のイオン注入を行なうことができる。イオン注入を行なった後、ＳｉＯ２マスク６３ａの形成されていない領域におけるＳｉ層６２をＲＩＥにより除去し、ＳｉＯ２マスク６３ａを除去することにより、図９（ｃ）に示されるものと同様の構造のものを作製することができる。
【００４５】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態とは異なる構造の位相変調素子である。
【００４６】
図１１及び図１２に基づき本実施の形態における位相変調素子について説明する。本実施の形態における位相変調素子は、光導波路１０の両側に電極部４０及び５０が配置されており、光導波路１０と電極部４０との間には、接続構造部１２０が形成されており、光導波路１０と電極部５０との間には、接続構造部１３０が形成されているものである。
【００４７】
接続構造部１２０は、光導波路１０の側面に接続された第１の接続領域１２１と、第１の接続領域１２１に接続された第２の接続領域１２２と、第２の接続領域１２２に接続されたｐ型領域１２３を有している。第１の接続領域１２１は光導波路１０に対し略垂直方向に延びた形状で形成されており、第２の接続領域１２２は第１の接続領域１２１に対し略垂直方向に延びた形状で形成されている。ｐ型領域１２３は第２の接続領域１２２に対し略垂直方向に延びた形状で形成されている。従って、第１の接続領域１２１とｐ型領域１２３とは略平行となるように形成され、光導波路１０と第２の接続領域１２２とは略平行となるように形成されている。
【００４８】
同様に、接続構造部１３０は、光導波路１０の側面に接続された第１の接続領域１３１と、第１の接続領域１３１に接続された第２の接続領域１３２と、第２の接続領域１３２に接続されたｐ型領域１３３を有している。第１の接続領域１３１は光導波路１０に対し略垂直方向に延びた形状で形成されており、第２の接続領域１３２は第１の接続領域１３１に対し略垂直方向に延びた形状で形成されている。ｎ型領域１３３は第２の接続領域１３２に対し略垂直方向に延びた形状で形成されている。従って、第１の接続領域１３１とｎ型領域１３３とは略平行となるように形成され、光導波路１０と第２の接続領域１３２とは略平行となるように形成されている。
【００４９】
本実施の形態における位相変調素子は、接続構造部１２０及び１３０において、第１の接続領域１２１及び１３１に沿った延長部分には、ｐ型領域１２３及びｎ型領域１３３が形成されていない。従って、光導波路１０内を伝播する光は、光導波路１０及び接続構造部１２０及び１３０における第１の接続領域１２１及び１３１内に閉じ込めることができる。これにより、光の伝播損失を減少させることができ、また、電極部４０及び５０間における電気抵抗を低くすることができる。
【００５０】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態とは異なる構造の位相変調素子である。
【００５２】
図１３及び図１４に基づき本実施の形態における位相変調素子について説明する。本実施の形態における位相変調素子は、光導波路１０の両側に電極部４０及び５０が配置されており、光導波路１０と電極部４０との間には、接続構造部１６０が形成されており、光導波路１０と電極部５０との間には、接続構造部１７０が形成されているものである。
【００５３】
接続構造部１６０は、光導波路１０の側面に接続された第１の接続領域１６１と、第１の接続領域１６１に接続されたｐ型領域１６２を有している。第１の接続領域１６１は光導波路１０に対し略垂直方向に延びた形状で形成されており、ｐ型領域１６２の延長方向と光導波路１０の延長方向とのなす角の角度θが３０°以下となるように、第１の接続領域１６１とｐ型領域１６２とが接続されている。
【００５４】
同様に、接続構造部１７０は、光導波路１０の側面に接続された第１の接続領域１７１と、第１の接続領域１７１に接続されたｎ型領域１７２を有している。第１の接続領域１７１は光導波路１０に対し略垂直方向に延びた形状で形成されており、ｎ型領域１７２の延長方向と光導波路１０の延長方向とのなす角の角度θが３０°以下となるように、第１の接続領域１７１とｎ型領域１７２とが接続されている。
【００５５】
以上のように、本実施の形態における位相変調素子は、光導波路１０の延長方向とｐ型領域１６２及びｎ型領域１７２の延長方向となす角の角度θが３０°以下となるように形成したものである。光導波路１０の延長方向とｐ型領域１６２及びｎ型領域１７２の延長方向とのなす角の角度θが３０°以下とすることにより、第１の接続領域１６１及び１７１よりも奥に形成されているｐ型領域１６２及びｎ型領域１７２までは殆ど光は伝播しなくなる。このことは発明者の検討の結果、知見として得られたものである。従って、光導波路１０を伝播する光は第１の接続領域１６１を介しｐ型領域１６２までは漏れ出すことなく、また、第１の接続領域１７１からｎ型領域１７２までは漏れ出すことがない。これにより、光の伝播損失を低減させることができる。また、第１の接続領域１６１とｐ型領域１６２とが斜めに接続されており、第１の接続領域１７１とｎ型領域１７２とが斜めに接続されているため、電極部４０及び５０間における電気抵抗を低くすることができる。更には、接続構造部１７０及び１８０においては、直線的な形状に近い形状になるため位相変調素子の製造がしやすくなる。
【００５６】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態とは異なる構造の位相変調素子である。
【００５８】
図１５及び図１６に基づき本実施の形態における位相変調素子について説明する。本実施の形態における位相変調素子は、光導波路１０の両側に電極部４０及び５０が配置されており、光導波路１０と電極部４０との間には、接続構造部１８０が形成されており、光導波路１０と電極部５０との間には、接続構造部１９０が形成されているものである。
【００５９】
接続構造部１８０は、光導波路１０の側面に接続された第１の接続領域１８１及び、第１の接続領域１８１に接続されたｐ型領域１８２を有している。第１の接続領域１８１及びｐ型領域１８２は連続して直線的に形成されており、接続構造部１８０は、光導波路１０に対する角度ψが、３０°以下となるように接続されている。また、第１の接続領域１８１及びｐ型領域１８２は、光導波路１０から垂直方向に漏れ出した光が、直接ｐ型領域１８２まで到達することのない形状で形成されている。即ち、ｐ型領域１８２は、光導波路１０と接続構造部１８０との接続部分において、光導波路１０に対し略垂直方向の延長線上とはならない部分に形成されている。言い換えるならば、ｐ型領域１８２は、光導波路１０と接続構造部１８０との接続部分において、光導波路１０に対し略垂直方向の延長線上には形成されていない。
【００６０】
同様に、接続構造部１９０は、光導波路１０の側面に接続された第１の接続領域１９１及び、第１の接続領域１９１に接続されたｎ型領域１９２を有している。第１の接続領域１９１及びｎ型領域１９２は連続して直線的に形成されており、接続構造部１９０は、光導波路１０に対する角度ψが、３０°以下となるように接続されている。また、第１の接続領域１９１及びｐ型領域１９２は、光導波路１０から垂直方向に漏れ出した光が、直接ｎ型領域１９２まで到達することのない形状で形成されている。即ち、ｎ型領域１９２は、光導波路１０と接続構造部１９０との接続部分における光導波路１０に対し略垂直方向の延長線上とはならない部分に形成されている。言い換えるならば、ｎ型領域１９２は、光導波路１０と接続構造部１９０との接続部分において、光導波路１０に対し略垂直方向の延長線上には形成されていない。
【００６１】
本実施の形態における位相変調素子では、光導波路１０の延びる方向と接続構造部１８０及び１９０の延びる方向とのなす角の角度ψを３０°以下で形成することにより、光導波路１０を伝播する光が漏れ出し難い構造となる。よって、第１の接続領域１８１及び１９１を介し、ｐ型領域１８２及びｎ型領域１９２における光の吸収を減らすことができ、伝播損失を低減させることができる。また、第１の接続領域１８１とｐ型領域１８２及び第１の接続領域１９１とｎ型領域１９２は、各々直線的に形成されているため、より一層製造しやすいという利点を有している。
【００６２】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第４の実施の形態における位相変調素子を有する位相変調素子である。
【００６４】
具体的に、図１７に基づき本実施の形態における位相変調素子として、第１の実施の形態における位相変調素子を有する構造のものについて説明する。図１７に示す位相変調素子は、光導波路２１０が繋がった形状、即ち、リング状で形成されており共振器を形成しているものであり、光導波路２１０の領域２１１においては、直線状に形成された光導波路２００と近接するように配置されている。光導波路２１０の周囲には、第１の実施の形態における位相変調素子２２１、２２２、２２３が配置されており、各々の位相変調素子２２１、２２２、２２３は、電極部２４０及び２５０と接続されている。本実施の形態における位相変調素子では、電極部２４０及び２５０間に電圧を印加することにより、光導波路２１０における共振周波数を変化させることができ、光導波路２００を伝播する光の位相を変調することができる。また、本実施の形態における位相変調素子では、第１の実施の形態における位相変調素子を有しているため、低い消費電力で、光導波路２１０を伝播する光の伝播損失が低く、変調効率の高い位相変調素子を得ることができる。尚、上記説明では、第１の実施の形態における位相変調素子を有するものについて説明したが、第１の実施の形態における位相変調素子に代えて、第２から第４の実施の形態における位相変調素子を用いた場合においても同様である。
【００６５】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の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された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００６６】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体材料により形成される光導波路と、
前記光導波路の両側側面に各々接続され、半導体材料により形成される接続構造部と、
前記接続構造部の各々に接続される電極部と、
を有し、
前記接続構造部は、前記電極部との接続部分に不純物元素がドープされた不純物領域を有しており、
前記不純物領域は、前記光導波路と前記接続構造部との接続部分における前記光導波路に対し垂直方向の延長線上とはならない部分に形成されていることを特徴とする位相変調素子。
（付記２）
前記接続構造部は、前記光導波路に接続される第１の接続領域と、前記第１の接続領域に接続される第２の接続領域と、前記第２の接続領域と前記電極部とを接続する第３の接続領域を有しており、
前記第３の接続領域は、前記不純物領域となるものであって、
前記第１の接続領域と前記第３の接続領域とは平行に形成されており、
前記第１の接続領域の延びる方向と、前記第３の接続領域の延びる方向とは重ならない形状であることを特徴とする付記１に記載の位相変調素子。
（付記３）
前記第１の接続領域は複数設けられており、隣接する２つの前記第１の接続領域に沿った２つの延長線の中間の位置に、前記第３の接続領域が形成されていることを特徴とする付記２に記載の位相変調素子。
（付記４）
前記第２の接続領域は、前記第１の接続領域及び前記第３の接続領域に垂直に形成されているものであることを特徴とする付記２または３に記載の位相変調素子。
（付記５）
前記接続構造部は、前記光導波路と前記電極部との間で直線的に形成されており、
前記光導波路の延びる方向と、前記接続構造部の延びる方向のなす角度は、３０°以下であることを特徴とする付記１に記載の位相変調素子。
（付記６）
前記接続構造部は、前記光導波路に接続された第１の接続領域と、前記第１の接続領域と前記電極部との間に形成された第４の接続領域とを有しており、
前記第４の接続領域は、前記不純物領域となるものであって、
前記第４の領域の延びる方向の延長線と前記光導波路の延びる方向とのなす角度は、３０°以下であることを特徴とする付記１に記載の位相変調素子。
（付記７）
前記接続構造部は、前記光導波路の側面に一定の間隔で複数形成されていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の位相変調素子。
（付記８）
前記光導波路及び前記接続構造部は、ＳｉまたはＳｉＧｅにより形成されているものであることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の位相変調素子。
（付記９）
前記光導波路は、前記接続構造部が形成されている部分を除き酸化シリコンにより囲まれていることを特徴とする付記８に記載の位相変調素子。
（付記１０）
前記光導波路は基板の上方にリング状に形成されているものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の位相変調素子。
（付記１１）
前記光導波路に近接して設けられた他の光導波路を有することを特徴とする付記１０に記載の位相変調素子。
【符号の説明】
【００６７】
１０        光導波路
２０        接続構造部
２１        第１の接続領域
２２        第２の接続領域
２３        ｐ型領域（第３の接続領域）
３０        接続構造部
３１        第１の接続領域
３２        第２の接続領域
３３        ｎ型領域（第３の接続領域）
４０        電極部
４０ａ      電極部
５０        電極部
５０ａ      電極部
６０        シリコン基板
６１        ＳｉＯ２ボックス層
６２        Ｓｉ層
６３        ＳｉＯ２膜
６３ａ      ＳｉＯ２マスク
６４        レジストパターン
６５        ＳｉＯ２膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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