(57)【要約】【課題】消費電力が従来よりも小さい半導体光集積回路を実現する。【解決手段】半導体光集積回路（１）は、加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３を含む光導波路（ＬＧ）とヒータ部Ｈ１〜Ｈ２と、が形成された半導体層（１３）を備えている。光導波路（ＬＧ）は、加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３が並列するように蛇行しており、各ヒータ部Ｈｉは、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の間に配置されている。【選択図】図１
2018200388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個（ｎは２以上の自然数）の加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎを含む光導波路が形成された半導体層と、
加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎを加熱するためのｎ−１個のヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１と、を備え、
上記光導波路は、加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎが並列するように蛇行しており、ヒータ部Ｈｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ−１）は、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の間に配置されている、
ことを特徴とする半導体光集積回路。
【請求項２】
上記光導波路とヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１とは、同一面上に形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【請求項３】
ヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１は、上記半導体層においてドーパントが注入された領域である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光集積回路。
【請求項４】
ヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１には、共通の電圧が印加されている、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体光集積回路。
【請求項５】
互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の中心間距離は、４μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体光集積回路。
【請求項６】
ヒータ部Ｈ０及びヒータ部Ｈｎを更に備えており、
各加熱対象区間Ｉｊ（ｊ＝１，２，…，ｎ）は、互いに隣接するヒータ部Ｈｊ−１，Ｈｊとの間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体光集積回路。
【請求項７】
上記半導体層は、シリコンにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体光集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光集積回路に関する。特に、熱光学効果を利用した光変調器を半導体層内に形成した半導体光集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光回路を半導体層内に形成した半導体光集積回路が広く用いられている。例えば、特許文献１には、熱光学効果を利用した光変調器を半導体層内に形成した半導体光集積回路が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体光集積回路６の構成を図６に示す。半導体光集積回路６は、シリコンからなる基板６１、シリカからなる下部クラッド層６２、シリコンからなる半導体層６３、シリカからなる上部クラッド層６４を備えている。半導体層６３の内部には、光導波路ＬＧとヒータ部Ｈ０〜Ｈ１とが形成されている。
【０００４】
半導体光集積回路６においては、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ１に電圧を印加してヒータ部Ｈ０〜Ｈ１を発熱させることにより、光導波路ＬＧを伝播する光の位相を変調することができる。これは、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ１の熱により光導波路ＬＧの温度が上昇すると、熱光学効果により光導波路ＬＧの屈折率が変化するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０６４４７２号（国際公開日２０１２年５月１８日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体光集積回路６においては、以下のような問題があった。
【０００７】
すなわち、下部クラッド層６２及び上部クラッド層６４を構成するシリカは、半導体層６４を構成するシリコンよりも熱伝導率が低い。このため、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ１にて発生した熱は、図６に示すように、主にｙ軸正方向とｙ軸負方向に拡散する。ヒータ部Ｈ０にて発生した熱のうち、ｙ軸正方向に拡散する熱Ｑ０＋は、光導波路ＬＧの加熱に利用される。しかしながら、ヒータ部Ｈ０にて発生した熱のうち、ｙ軸負方向に拡散する熱Ｑ０−は、光導波路ＬＧの加熱に利用されることなく無駄になる。同様に、ヒータ部Ｈ１にて発生した熱のうち、ｙ軸負方向に拡散する熱Ｑ１−は、光導波路ＬＧの加熱に利用される。しかしながら、ｙ軸正方向に拡散する熱Ｑ１＋は、光導波路ＬＧの加熱に利用されることなく無駄になる。
【０００８】
このように、従来の半導体光集積回路６においては、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ１にて生じた熱を効率よく光導波路ＬＧの加熱に利用することができない。このため、従来の半導体光集積回路においては、消費電力（光導波路を伝播する光の位相を所定の量だけ変化させるために投入するべき電力）を削減する余地が残されていた。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力が従来よりも小さい半導体光集積回路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る半導体光集積回路は、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎを含む光導波路が形成された半導体層と、加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎを加熱するためのｎ−１個のヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１と、を備え、上記光導波路は、加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎが並列するように蛇行しており、ヒータ部Ｈｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ−１）は、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の間に配置されている、ことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、各ヒータ部Ｈｉは、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の間に配置されている。このため、ヒータ部Ｈｉにて生じた熱を効率よく光導波路の加熱に利用することができる。したがって、消費電力（光導波路を伝播する光の位相を所定の量だけ変化させるため投入するべき電力）を従来の半導体光集積回路よりも小さくすることができる。
【００１２】
本発明に係る半導体光集積回路において、上記光導波路とヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１とは、同一面上に形成されている、ことが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、上記光導波路とヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１とが異なる平面上に形成されている場合と比べて、ヒータ部Ｈｉにて生じた熱を効率よく光導波路の加熱に利用することができる。
【００１４】
本発明に係る半導体光集積回路において、ヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１は、上記半導体層においてドーパントが注入された領域である、ことが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、光導波路を加熱するためのヒータ部を簡単に実現することができる。
【００１６】
本発明に係る半導体光集積回路において、ヒータ部Ｈ１〜Ｈｎ−１には、共通の電圧が印加されている、ことが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、簡便なヒータ制御用回路を用いて、効率よく光導波路を加熱することができる。
【００１８】
本発明に係る半導体光集積回路において、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の中心間距離は、４μｍ以下である、ことが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、効率よく光導波路を加熱することができる。また、光集積回路の密度を向上させることもできる。
【００２０】
本発明に係る半導体光集積回路は、ヒータ部Ｈ０及びヒータ部Ｈｎを更に備えており、各加熱対象区間Ｉｊ（ｊ＝１，２，…，ｎ）は、互いに隣接するヒータ部Ｈｊ−１，Ｈｊとの間に配置されている、ことが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、ヒータ部Ｈ０及びヒータ部Ｈｎにて生じた熱も光導波路の加熱に利用することができる。このため、消費電力が同一である、ヒータ部Ｈ０及びヒータ部Ｈｎを備えていない半導体光集積回路と比べて、光導波路を伝播する光の位相をより大きく変化させることができる。
【００２２】
なお、本発明に係る半導体光集積回路は、例えば、シリコン光集積回路として実現することができる。この場合、上記半導体層は、シリコンにより構成されることになる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、消費電力が従来よりも小さい半導体光集積回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係る半導体光集積回路を示す。（ａ）は、その半導体光集積回路の平面図であり、（ｂ）は、その半導体光集積回路の斜視図である。
【図２】第２の実施形態に係る半導体光集積回路を示す。（ａ）は、その半導体光集積回路の平面図であり、（ｂ）は、その半導体光集積回路の斜視図である。
【図３】図１、図２、図５に示す半導体光集積回路について、光導波路の加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎとヒータ部Ｈ０〜Ｈｎとからなる系Σｎの幅Ｗを変えながら、光の位相を１８０°回転させるために必要な電力Ｐｉｎを算出した結果を示すグラフである。
【図４】図１、図２、図５に示す半導体光集積回路について、光導波路の加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎとヒータ部Ｈ０〜Ｈｎとからなる系Σｎの幅Ｗを変えながら、光の位相を１８０°回転させるために必要な電圧Ｖｉｎを算出した結果を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、図１、図２に示す半導体光集積回路が備えるヒータ部の断面図であり、（ｂ）は、そのヒータ部の変形例を示す断面図である。
【図６】従来の半導体光集積回路の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積回路１について、図１を参照して説明する。図１において、（ａ）は、半導体光集積回路１の上面図であり、（ｂ）は、半導体光集積回路１の部分斜視図である。図１の（ｂ）に示す半導体光集積回路１の部分は、図１の（ａ）において破線にて囲まれた部分である。
【００２６】
半導体光集積回路１は、基板１１と、基板１１上に積層された下部クラッド層１２と、下部クラッド層１２上に積層された半導体層１３と、半導体層１３上に積層された上部クラッド層１４と、を備えている。半導体層１３には、光導波路ＬＧと、４つのヒータ部Ｈ０〜Ｈ３と、が形成されている。
【００２７】
本実施形態において、基板１１及び半導体層１３は、シリコンにより構成されており、下部クラッド層１２及び上部クラッド層１４は、シリカにより構成されている。すなわち、本実施形態に係る半導体光集積回路１は、シリコン光集積回路である。ただし、半導体光集積回路１を構成する各層の材料は、これに限定されない。下部クラッド層１２及び上部クラッド層１４の材料として、半導体層１３の材料よりも屈折率の低い材料が選択されていれば、シリコン光集積回路と同様に機能する。
【００２８】
光導波路ＬＧは、凸型（逆Ｔ字型）の断面を有するリブ・スラブ型光導波路であり、リブ部ＬＧ１と、２つのスラブ部ＬＧ２〜ＬＧ３と、により構成されている。リブ部ＬＧ１は、光導波路ＬＧの中央を占める、相対的に高さの高い（厚みの厚い）部分であり、スラブ部ＬＧ２〜ＬＧ３は、光導波路ＬＧの両端を占める、相対的に高さの低い（厚みの薄い）部分である。光導波路ＬＧを伝播する光の大部分は、リブ部ＬＧ１に存在する。換言すれば、一方の端面を介して光導波路ＬＧに入力された光は、光導波路ＬＧのリブ部ＬＧ１を伝播し、他方の端面を介して光導波路ＬＧから出力される。
【００２９】
本実施形態において、光導波路ＬＧは、入力区間Ｉａ、第１の加熱対象区間Ｉ１、第１の折り返し区間Ｒ１、第２の加熱対象区間Ｉ２、第２の折り返し区間Ｒ２、第３の加熱対象区間Ｉ３、及び出力区間Ｉｂにより構成され、これら３つの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３が並列するように蛇行している。これら３つの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３は、光導波路ＬＧのうち、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ３による加熱の対象となる区間である。入力区間Ｉａの始点側の端面から入力された光は、入力区間Ｉａ、第１の加熱対象区間Ｉ１、第１の折り返し区間Ｒ１、第２の加熱対象区間Ｉ２、第２の折り返し区間Ｒ２、第３の加熱対象区間Ｉ３、及び出力区間Ｉｂをこの順に伝播し、出力区間Ｉｂの終点側の端面から出力される。
【００３０】
入力区間Ｉａは、直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。また、第１の加熱対象区間Ｉ１は、入力区間Ｉａの終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。また、第１の折り返し区間Ｒ１は、第１の加熱対象区間Ｉ１の終点を始点とする区間であり、光導波路ＬＧの延伸方向を、図示した座標系においてｘ軸正方向からｘ軸負方向に変えるための曲線部を含む。また、第２の加熱対象区間Ｉ２は、第１の折り返し区間Ｒ１の終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸負方向に延伸する。また、第２の折り返し区間Ｒ２は、第２の加熱対象区間Ｉ２の終点を始点とする区間であり、光導波路ＬＧの延伸方向を、図示した座標系においてｘ軸負方向からｘ軸正方向に変えるための曲線部を含む。また、第３の加熱対象区間Ｉ３は、第２の折り返し区間Ｒ２の終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。また、出力区間Ｉｂは、第３の加熱対象区間Ｉ３の終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。
【００３１】
ヒータ部Ｈｉ（ｉ＝０〜３）は、半導体層１３においてドーパントを含む領域である。ドーパントを含まない光導波路ＬＧが導電性を持たないのに対して、ヒータ部Ｈｉは、導電性を持つ。このため、図１の（ａ）に示すように、ヒータ部Ｈｉの一端をグランドに接続し、ヒータ部Ｈｉの他端に電圧Ｖを印加すると、ヒータ部Ｈｉに電流が流れ、ヒータ部Ｈｉにてジュール熱が発生する。ヒータ部Ｈｉの両端をグランドに接続し、ヒータ部Ｈｉの中央に電圧Ｖを印加してもよい。なお、各ヒータ部Ｈｉに導電性を持たせるために半導体層１３にドープされるドーパントは、Ｎ型ドーパントであってもよいし、Ｐ型ドーパントであってもよい。
【００３２】
本実施形態において、第１のヒータ部Ｈ１は、光導波路ＬＧの第１の加熱対象区間Ｉ１と第２の加熱対象区間Ｉ２との間に配置されている。同様に、第２のヒータ部Ｈ２は、光導波路ＬＧの第２の加熱対象区間Ｉ２と第３の加熱対象区間Ｉ３との間に配置されている。このため、第１のヒータ部Ｈ１にて発生したジュール熱、及び、第２のヒータ部Ｈ２にて発生したジュール熱を、効率よく光導波路ＬＧの加熱に利用することができる。
【００３３】
実際、第１のヒータ部Ｈ１にて発生したジュール熱は、ｙ軸正方向とｙ軸負方向とに向かって拡散する。そして、ｙ軸正方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第２の加熱対象区間Ｉ２を加熱するために利用され、ｙ軸負方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第１の加熱対象区間Ｉ１を加熱するために利用される。同様に、第２のヒータ部Ｈ２にて発生したジュール熱は、ｙ軸正方向とｙ軸負方向とに向かって拡散する。そして、ｙ軸正方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第３の加熱対象区間Ｉ３を加熱するために利用され、ｙ軸負方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第２の加熱対象区間Ｉ２を加熱するために利用される。
【００３４】
また、本実施形態においては、さらに２つのヒータ部Ｈ０，Ｈ３が半導体層１３に追加されている。そして、光導波路ＬＧの第１の加熱対象区間Ｉ１は、第１のヒータ部Ｈ１と追加されたヒータ部Ｈ０との間に配置されており、光導波路ＬＧの第３の加熱対象区間Ｉ３は、第２のヒータ部Ｈ２と追加されたヒータ部Ｈ３との間に配置されている。このため、ヒータ部Ｈ０にて発生したジュール熱のうち、ｙ軸正方向に向かって拡散するジュール熱、及び、ヒータ部Ｈ３にて発生したジュール熱のうち、ｙ軸負方向に向かって拡散するジュール熱も、光導波路ＬＧの加熱に利用することができる。
【００３５】
以上のように構成された半導体光集積回路１は、光の位相を調整可能な位相変調器として機能する。すなわち、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ３に電圧を印加すると、ヒータ部Ｈ０〜３に電流が流れ、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ３にてジュール熱が発生する。このジュール熱により、光導波路ＬＧの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３の温度が上昇すると、熱光学効果により光導波路ＬＧの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３の屈折率が上昇する。そうすると、光導波路ＬＧの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３を伝播する光の速度が低下し、その結果、光導波路ＬＧから出力される光の位相が遅延する。このとき、光導波路ＬＧから出力される光の位相遅延量は、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ３に印加する電圧に応じて決まる。すなわち、半導体光集積回路１によれば、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ３に印加する電圧Ｖを制御することにより、光導波路ＬＧから出力される光の位相を変調することができる。
【００３６】
本実施形態に係る半導体光集積回路１においては、上述したように、ヒータ部Ｈ１〜Ｈ２にて発生したジュール熱を従来よりも効率的に光導波路ＬＧの加熱に利用することができる。このため、与えられた位相遅延量を得るためにヒータ部Ｈ０〜Ｈ３に印加するべき電圧Ｖを従来よりも小さく抑えることができる。換言すれば、与えられた位相遅延量を得るためにヒータ部Ｈ０〜Ｈ３に投入するべき電力を従来よりも小さく抑えることができる。なお、与えられた位相遅延量を２つのヒータ部Ｈ１〜Ｈ２のみを用いて得ることができる場合には、ヒータ部Ｈ０，Ｈ３を省略しても構わない。
【００３７】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る半導体光集積回路２について、図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は、半導体光集積回路２の上面図であり、（ｂ）は、半導体光集積回路２の部分斜視図である。図１の（ｂ）に示す半導体光集積回路２の部分は、図１の（ａ）において破線にて囲まれた部分である。
【００３８】
半導体光集積回路２は、基板２１と、基板２１上に積層された下部クラッド層２２と、下部クラッド層２２上に積層された半導体層２３と、半導体層２３上に積層された上部クラッド層２４と、を備えている。半導体光集積回路２の備える基板２１、下部クラッド層２２、半導体層２３、及び上部クラッド層２４は、それぞれ、第１の実施形態に係る半導体光集積回路１の備える基板１１、下部クラッド層１２、半導体層１３、及び上部クラッド層１４と同様に構成されている。ただし、半導体層２３には、光導波路ＬＧと、５つのヒータ部Ｈ０〜Ｈ４と、が形成されている。第１の実施形態と同様、光導波路ＬＧは、凸型の断面を有するリブ・スラブ型光導波路であり、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ４は、半導体層２３においてドーパントを含む領域である。
【００３９】
本実施形態において、光導波路ＬＧは、入力区間Ｉａ、第１の加熱対象区間Ｉ１、第１の折り返し区間Ｒ１、第２の加熱対象区間Ｉ２、第２の折り返し区間Ｒ２、第３の加熱対象区間Ｉ３、第３の折り返し区間Ｒ３、第４の加熱対象区間Ｉ４、第４の折り返し区間Ｒ４、及び出力区間Ｉｂにより構成され、これら４つの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ４が並列するように蛇行している。これら４つの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ４は、光導波路ＬＧのうち、ヒータ部Ｈ０〜Ｈ４による加熱の対象となる区間である。入力区間Ｉａの始点側の端面から入力された光は、入力区間Ｉａ、第１の加熱対象区間Ｉ１、第１の折り返し区間Ｒ１、第２の加熱対象区間Ｉ２、第２の折り返し区間Ｒ２、第３の加熱対象区間Ｉ３、第３の折り返し区間Ｒ３、第４の加熱対象区間Ｉ４、第４の折り返し区間Ｒ４、及び出力区間Ｉｂをこの順に伝播し、出力区間Ｉｂの終点側の端面から出力される。
【００４０】
入力区間Ｉａは、直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。また、第１の加熱対象区間Ｉ１は、入力区間Ｉａの終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。また、第１の折り返し区間Ｒ１は、第１の加熱対象区間Ｉ１の終点を始点とする区間であり、光導波路ＬＧの延伸方向を、図示した座標系においてｘ軸正方向からｘ軸負方向に変えるための曲線部を含む。また、第２の加熱対象区間Ｉ２は、第１の折り返し区間Ｒ１の終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸負方向に延伸する。また、第２の折り返し区間Ｒ２は、第２の加熱対象区間Ｉ２の終点を始点とする区間であり、光導波路ＬＧの延伸方向を、図示した座標系においてｘ軸負方向からｘ軸正方向に変えるための曲線部を含む。また、第３の加熱対象区間Ｉ３は、第２の折り返し区間Ｒ２の終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。また、第３の折り返し区間Ｒ３は、第３の加熱対象区間Ｉ３の終点を始点とする区間であり、光導波路ＬＧの延伸方向を、図示した座標家においてｘ軸正方向からｘ軸負方向に変えるための曲線部を含む。また、第４の加熱対象区間Ｉ４は、第３の折り返し区間Ｒ３の終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸負方向に延伸する。また、第４の折り返し区間Ｒ４は、第４の加熱対象区間Ｉ４の終点を始点とする区間であり、光導波路ＬＧの延伸方向を、図示した座標系においてｘ軸負方向からｘ軸正方向に変えるための曲線部を含む。また、出力区間Ｉｂは、第４の折り返し区間Ｒ４の終点を始点とする直線状の区間であり、図示した座標系においてｘ軸正方向に延伸する。
【００４１】
また、本実施形態において、第１のヒータ部Ｈ１は、光導波路ＬＧの第１の加熱対象区間Ｉ１と第２の加熱対象区間Ｉ２との間に配置されている。同様に、第２のヒータ部Ｈ２は、光導波路ＬＧの第２の加熱対象区間Ｉ２と第３の加熱対象区間Ｉ３との間に配置されている。同様に、第３のヒータ部Ｈ３は、光導波路ＬＧの第３の加熱対象区間Ｉ３と第４の加熱対象区間Ｌ４との間に配置されている。このため、第１のヒータ部Ｈ１にて発生したジュール熱、、第２のヒータ部Ｈ２にて発生したジュール熱、及び、第３のヒータ部Ｈ３にて発生したジュール熱を、効率よく光導波路ＬＧの加熱に利用することができる。
【００４２】
実際、第１のヒータ部Ｈ１にて発生したジュール熱は、ｙ軸正方向とｙ軸負方向とに向かって拡散する。そして、ｙ軸正方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第２の加熱対象区間Ｉ２を加熱するために利用され、ｙ軸負方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第１の加熱対象区間Ｉ１を加熱するために利用される。同様に、第２のヒータ部Ｈ２にて発生したジュール熱は、ｙ軸正方向とｙ軸負方向とに向かって拡散する。そして、ｙ軸正方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第３の加熱対象区間Ｉ３を加熱するために利用され、ｙ軸負方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第２の加熱対象区間Ｉ２を加熱するために利用される。同様に、第３のヒータ部Ｈ３にて発生したジュール熱は、ｙ軸正方向とｙ軸負方向とに向かって拡散する。そして、ｙ軸正方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第４の加熱対象区間Ｉ４を加熱するために利用され、ｙ軸負方向に向かって拡散したジュール熱は、光導波路ＬＧの第３の加熱対象区間Ｉ３を加熱するために利用される。
【００４３】
また、本実施形態においては、さらに２つのヒータ部Ｈ０，Ｈ４が半導体層２３に追加されている。そして、光導波路ＬＧの第１の加熱対象区間Ｉ１は、第１のヒータ部Ｈ１と追加されたヒータ部Ｈ０との間に配置されており、光導波路ＬＧの第４の加熱対象区間Ｉ４は、第３のヒータ部Ｈ３と追加されたヒータ部Ｈ４との間に配置されている。このため、ヒータ部Ｈ０にて発生したジュール熱のうち、ｙ軸正方向に向かって拡散するジュール熱、及び、ヒータ部Ｈ４にて発生したジュール熱のうち、ｙ軸負方向に向かって拡散するジュール熱も、光導波路ＬＧの加熱に利用することができる。
【００４４】
本実施形態に係る半導体光集積回路２においては、上述したように、ヒータ部Ｈ１〜Ｈ３にて発生したジュール熱を従来よりも効率的に光導波路ＬＧの加熱に利用することができる。このため、与えられた位相遅延量を得るためにヒータ部Ｈ０〜Ｈ４に印加するべき電圧Ｖを従来よりも小さく抑えることができる。換言すれば、与えられた位相遅延量を得るためにヒータ部Ｈ０〜Ｈ４に投入するべき電力を従来よりも小さく抑えることができる。なお、与えられた位相遅延量を２つのヒータ部Ｈ１〜Ｈ３のみを用いて得ることができる場合には、ヒータ部Ｈ０，Ｈ４を省略しても構わない。
【００４５】
〔効果の検証〕
第１の実施形態の半導体光集積回路１及び第２の実施形態の半導体光集積回路２の効果について、図３〜図４を参照して説明する。
【００４６】
第１の実施形態の半導体光集積回路１（図１）は、光導波路ＬＧの３つの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉ３と４つのヒータ部Ｈ０〜Ｈ３とからなる系Σ３を有している。また、第２の実施形態の半導体光集積回路２（図２）は、光導波路ＬＧの４つの加熱対象区間Ｉ１〜４と５つのヒータ部Ｈ０〜Ｈ４とからなる系Σ４を有している。これらを一般化すると、光導波路ＬＧのｎ個の加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎとｎ＋１個のヒータ部Ｈ０〜Ｈｎとからなる系Σｎを有する半導体光集積回路を考えることができる。従来の半導体光集積回路６（図６）は、１個の加熱対象区間Ｉと２個のヒータ部Ｈ０〜Ｈ１とからなる系Σ１を有する半導体光集積回路と見做すことができる。
【００４７】
ｎ個の加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎとｎ＋１個のヒータ部Ｈ０〜Ｈｎとからなる系Σｎについて、熱回路方程式を考える。この熱回路方程式において、系Σｎの温度変化ΔＴは、下記（１）式により与えられる。下記（１）式において、θは系Σｎの熱抵抗であり、Ｐはヒータ部Ｈ０〜Ｈｎへの投入電力である。
【００４８】
【数１】
2018200388.tif 000003
【００４９】
系Σｎの熱抵抗θは、下記（２）式により与えられる。下記（２）式において、κは系Σｎの熱伝導率であり、Ｓは系Σｎの面積であり、ｔは系Σｎから熱的に安定な面までの距離（半導体層１３，２３から基板１１，２１の上面までの距離）である。
【００５０】
【数２】
2018200388.tif 000004
【００５１】
また、光導波路ＬＧがシリコンにより構成されている場合、系Σｎの温度変化ΔＴと加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎにおける光導波路ＬＧの屈折率変化Δｎとの間には、下記（３）式に示す関係が成り立つことが実験的に知られている。
【００５２】
【数３】
2018200388.tif 000005
【００５３】
（１）〜（３）式を用いると、半導体光集積回路の加熱効率Ｅは、下記（４）により与えられる。下記（４）式において、ηは光導波路ＬＧの光閉じ込め率であり、Ｌは光導波路ＬＧの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎの長さの和であり、ｎｇは光導波路ＬＧの群屈折率であり、λ０は光導波路ＬＧに入力する光の真空中の波長である。
【００５４】
【数４】
2018200388.tif 000006
【００５５】
加熱効率Ｅを用いると、光導波路ＬＧの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎにおいて光の位相を１８０°回転させるために必要な電力Ｐｉｎが、下記（５）式により与えられる。また、電力Ｐｉｎを用いると、光導波路ＬＧの加熱対象区間Ｉ１〜Ｉｎにおいて光の位相を１８０°回転させるために必要な電圧Ｖｉｎが、下記（６）式により与えられる。下記（６）式において、Ｒは各ヒータ部Ｈｉの抵抗値である。
【００５６】
【数５】
2018200388.tif 000007
【００５７】
【数６】
2018200388.tif 000008
【００５８】
上記（６）式に現れるヒータ部Ｈｉの抵抗Ｒは、下記（７）式により与えられる。下記７式において、Ｒｓはヒータ部Ｈｉのシート抵抗であり、ＷHeaterはヒータ部Ｈｉの幅である。
【００５９】
【数７】
2018200388.tif 000009
【００６０】
以上のように定義された電力Ｐｉｎ及び電圧Ｖｉｎは、半導体光集積回路の省電力性を表す指標として用いることができる。そこで、第１の実施形態に係る半導体光集積回路１、第２の実施形態に係る半導体光集積回路２、及び、従来の半導体光集積回路６について、電力Ｐｉｎ及び電圧Ｖｉｎを系Σｎの幅Ｗを変えながら算出した。なお、電力Ｐｉｎ及び電圧Ｖｉｎの算出に際しては、κを１．９Ｗ／Ｋ／ｍとし、ｔを３μｍとし、ηを０．７とし、ｎｇを３．８とし、λ０を１．５５μｍとし、Ｌを１００μｍとし、Ｒｓを６０Ω／□とし、ＷHeaterを１．５μｍとした。また、系Σｎの面積Ｓは、下記（８）式により算出した。下記（８）式において、αは熱の拡がりを考慮に入れるための補正係数である。ここではαを１０μｍとした。
【００６１】
【数８】
2018200388.tif 000010
【００６２】
図３は、系Σｎの幅Ｗを変えながら電力Ｐｉｎを算出した結果を示すグラフである。図３によれば、第１の実施形態の半導体光集積回路１（ｎ＝３）及び第２の実施形態の半導体光集積回路２（ｎ＝４）における電力Ｐｉｎは、従来の半導体光集積回路６（ｎ＝１）における電力Ｐｉｎよりも小さいことが見て取れる。
【００６３】
なお、第１の実施形態の半導体光集積回路１における系Σ３の幅Ｗ、第２の実施形態の半導体光集積回路２における系Σ４の幅Ｗ、及び、従来の半導体光集積回路６における系Σ１の幅Ｗは、互いに異なる点に留意されたい。例えば、光導波路ＬＧのリブ幅を０．５μｍ、光導波路ＬＧのスラブ幅を１μｍ、ヒータ部Ｈｉの幅を１．５μｍとする。このとき、第１の実施形態の半導体光集積回路１において、系Σ３の幅Ｗは、３×（０．５μｍ＋２×１μｍ）＋４×１．５μｍ＝１３．５μｍとなり、電力Ｐｉｎは、１０ｍＷとなる。また、第２の実施形態の半導体光集積回路１において、系Σ４の幅Ｗは、４×（０．５μｍ＋２×１μｍ）＋５×１．５μｍ＝１７．５μｍとなり、電力Ｐｉｎは、１０ｍＷとなる。一方、従来の半導体光集積回路６において、系Σ１の幅Ｗは、１×（０．５μｍ＋２×１μｍ）＋２×１．５μｍ＝５．５μｍとなり、電力Ｐｉｎは、１７ｍＷとなる。このようにして、第１の実施形態の半導体光集積回路１及び第２の実施形態の半導体光集積回路２における電力Ｐｉｎは、従来の半導体光集積回路６における電力Ｐｉｎよりも小さいことが確かめられる。なお、ここでは、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の中心間距離が４μｍとなる場合について、半導体光集積回路１，２が奏する効果を確認したが、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の中心間距離が４μｍ以下となる場合についても、同様の効果が得られる。
【００６４】
図４は、系Σｎの幅Ｗを変えながら電圧Ｖｉｎを算出した結果を示すグラフである。図４によれば、第１の実施形態の半導体光集積回路１（ｎ＝３）及び第２の実施形態の半導体光集積回路２（ｎ＝４）における電圧Ｖｉｎは、従来の半導体光集積回路６（ｎ＝１）における電圧Ｖｉｎよりも小さいことが見て取れる。
【００６５】
例えば、光導波路ＬＧのリブ幅を０．５μｍ、光導波路ＬＧのスラブ幅を１μｍ、ヒータ部Ｈｉの幅を１．５μｍとする。このとき、第１の実施形態の半導体光集積回路１において、系Σ３の幅Ｗは、１３．５μｍとなり、電圧Ｖｉｎは、１．８Ｖとなる。また、第２の実施形態の半導体光集積回路１において、系Σ４の幅Ｗは、１７．５μｍとなり、電圧Ｖｉｎは、１．４Ｖとなる。一方、従来の半導体光集積回路６において、系Σ１の幅Ｗは、５．５μｍとなり、電圧Ｖｉｎは、５．８Ｖとなる。このようにして、第１の実施形態の半導体光集積回路１及び第２の実施形態の半導体光集積回路２における電圧Ｖｉｎは、従来の半導体光集積回路６における電圧Ｖｉｎよりも小さいことが確かめられる。なお、ここでは、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の中心間距離が４μｍとなる場合について、半導体光集積回路１，２が奏する効果を確認したが、互いに隣接する加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の中心間距離が４μｍ以下となる場合についても、同様の効果が得られる。
【００６６】
以上のように、第１の実施形態の半導体光集積回路１及び第２の実施形態の半導体光集積回路２においては、光の位相を１８０°回転させるために必要な電力Ｐｉｎ及び電圧Ｖｉｎを、従来の半導体光集積回路６よりも小さく抑えることができる。このような効果を奏する主たる理由は、上述したとおり、ヒータ部Ｈ１〜Ｈｎにて発生した熱を効率よく光導波路ＬＧの加熱に利用することができるからである。また、ヒータ部Ｈ１〜Ｈｎが並列に接続されていることも、このような効果を奏する一因である。
【００６７】
〔付記事項〕
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６８】
例えば、上述した各実施形態においては、図５の（ａ）に示すヒータ部Ｈｉが採用されていた。すなわち、断面形状が長方形であり、高さが光導波路ＬＧのスラブ部ＬＧ２〜ＬＧ３の高さと等しいヒータ部Ｈｉが採用されていた。この場合、ヒータ部Ｈｉ及び光導波路ＬＧは、同一面（下部クラッド層１２，２２の上面）上に形成され、ヒータ部Ｈｉの上面は、光導波路ＬＧのスラブ部ＬＧ２〜ＬＧ３の上面と面一になる。しかしながら、本発明は、これに限定されない。すなわち、図５の（ａ）に示すヒータ部Ｈｉの代わりに、図５の（ｂ）に示すヒータ部Ｈｉを採用してもよい。すなわち、断面形状が逆凸型（Ｔ字型）であり、光導波路ＬＧのスラブ部ＬＧ２〜ＬＧ３に被さるヒータ部Ｈｉを採用しても良い。この場合、ヒータ部Ｈｉ及び光導波路ＬＧは、同一面（下部クラッド層１２，２２の上面）上に形成され、ヒータ部Ｈｉの上面は、光導波路ＬＧのリブ部ＬＧ１の上面と面一になる。
【００６９】
また、上述した各実施形態においては、半導体層１３，２３の一部分にドーパントを添加し、当該部分をヒータ部Ｈｉとする構成が採用されていた。すなわち、ヒータ部Ｈｉは、半導体層１３，２３の一部であった。しかしながら、本発明は、これに限定されない。すなわち、ヒータ部Ｈｉは、加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の間に配置されていればよく、半導体層１３，２３の一部であることを要さない。例えば、ニッケルクローム（ＮｉＣｒ）合金などの高抵抗材料からなる薄膜を加熱対象区間Ｉｉ，Ｉｉ＋１の間に形成し、当該薄膜をヒータ部Ｈｉとする構成を採用することも可能である。この場合、高抵抗材料からなる薄膜は、例えば、下部クラッド層１２，２２もしくは光導波路ＬＧを構成する半導体層１３，２３に接するように形成される。
【符号の説明】
【００７０】
１、２          半導体光集積回路
１１、２１          基板
１２、２２          下部クラッド層
１３、２３          半導体層
１４、２４          上部クラッド層
ＬＧ            光導波路
Ｉ１〜Ｉｎ          加熱対象区間
Ｈ０〜Ｈｎ      ヒータ部
【図１】
2018200388.tif 000011
【図２】
2018200388.tif 000012
【図３】
2018200388.tif 000013
【図４】
2018200388.tif 000014
【図５】
2018200388.tif 000015
【図６】
2018200388.tif 000016