(57)【要約】【課題】本発明は、高速・広波長帯域動作可能な小型の偏波制御素子を提供する。【解決手段】本発明の偏波制御素子は、（１１０）面方位基板と、前記（１１０）面方位基板上の［−１１０］ストライプ方向に積層され、閃亜鉛鉱型半導体結晶で構成されたハイメサ導波路構造であって、下部クラッド層、コア層、及び上部クラッド層、を含み、前記コア層が前記下部クラッド層と前記上部クラッド層とにより挟まれて構成されたハイメサ導波路構造と、前記導波路構造上に形成され、前記コア層に［１１０］方向の電界を印加する信号電極と、前記下部クラッド層上に形成された接地電極と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１１０）面方位基板と、
前記（１１０）面方位基板上の［−１１０］ストライプ方向に積層され、閃亜鉛鉱型半導体結晶で構成されたハイメサ導波路構造であって、
下部クラッド層、
コア層、及び
上部クラッド層、
を含み、前記コア層が前記下部クラッド層と前記上部クラッド層とにより挟まれて構成されたハイメサ導波路構造と、
前記導波路構造上に形成され、前記コア層に［１１０］方向の電界を印加する信号電極と、
前記下部クラッド層上に形成された接地電極と、
を備えたことを特徴とする偏波制御素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏波制御素子であって、前記コア層の材料と前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層の材料との屈折率差が４％以下であることを特徴とする偏波制御素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の偏波制御素子であって、前記コア層と前記下部クラッド層との間及び前記コア層と前記上部クラッド層との間にそれぞれ設けられた電子障壁層をさらに備えたことを特徴とする偏波制御素子。
【請求項４】
請求項３に記載の偏波制御素子が同一直線導波路上に少なくとも２つ以上直列に集積されており、
前記電子障壁層の各々はｐ型層であり、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層はｎ型層であることを特徴とする電極反転型偏波制御素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波制御素子に関し、より詳細には、高速かつ広波長帯域動作可能な偏波制御素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの大容量化に伴い、高度な光変調方式に対応した高速光変調器が求められている。特に、デジタルコヒーレント技術を用いた多値光変調器は、１００Ｇｂｐｓを超える大容量トランシーバ実現に大きな役割を果たしている。これら多値光変調器では、光の振幅及び位相にそれぞれ独立の信号を付加させるべく、マッハ・ツェンダー干渉型のゼロチャープ駆動が可能な光変調器（以下、ＭＺＭとする）が並列多段に内蔵されている。
【０００３】
ニオブ酸リチウム（以下、ＬＮとする）基板を用いたＭＺＭは、低光損失や低チャープ動作に優れていることから基幹系ネットワークを中心に実用化に至っており、１００Ｇｂｐｓコヒーレント光伝送で商用導入される多値変調器もＬＮ材料が用いられている。
【０００４】
近年、更なる通信容量増大が見込まれることを背景に、コヒーレント伝送技術が長距離間通信のみならず、中短距離通信にも取り入れられることが検討されている。それ故、更なる光デバイスの低コスト化、低消費電力化、サイズの小型化が要求される。ＩｎＰ材料を中心とした化合物半導体によるＭＺＭは、光波と電界との強い相互作用及び量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）等の量子効果を利用した高効率な電気光学効果を利用できることから、上記要求の解決材料として注目を集めている。
【０００５】
さらに、今後の伝送容量増大に対応すべく、光の振幅や位相のみならず偏光状態を高速に制御することで、周波数利用効率をより高める研究開発が盛んに行われている。偏波を高速に制御するためには、主に電気光学効果を有する結晶を基板材料とした導波路型光デバイスが用いられており、これらの導波路型光デバイスは、前述したＬＮ及び化合物半導体材料と共に偏波制御素子デバイスとして用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２８４３３１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Farnoosh Rahmatian 他,“An Ultrahigh-Speed AlGaAs-GaAs Polarization Converter Using Slow-Wave Coplanar Electrodes”、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS、１９９８年５月、VOL.10、NO.5、pp.675-677
【非特許文献２】Farnoosh Rahmatian 他, “An Ultrahigh-Speed AlGaAs-GaAs Polarization Converter Using Slow-Wave Coplanar Electrodes”, ELECTRONICS  LETTERS, １９９０年９月, VOL.26, NO.19, pp.1560-1561
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、偏波制御素子において誘電率の大きなＬＮ材料を用いて高速に偏波を制御するためには、印加する電圧が高くなってしまう、あるいは素子長が長くなってしまうといった課題がある。さらに、光の振幅制御機能や位相変調機能等を有する素子をモノリシックに集積させることは、結晶面方位上の課題も残る。
【０００９】
また、例えば非特許文献１に示されるように、ＧａＡｓをはじめとした化合物半導体の偏波制御素子の研究も進められてきたが、これらデバイスの多くは（１００）面方位にスライスされた基板を用いており、偏波を回転させるためには基板水平方向の電界を導波路に印加する必要がある。これは構造上、素子容量Ｃを増加させる恐れがあるため、高速応答するためには特殊な電極構造（例えば容量装荷型電極）が必要となり、結果として不要に素子サイズが増大してしまっている。
【００１０】
特許文献１及び非特許文献２に示されるように、（１１０）面にスライスされた基板を用いることで基板垂直方向の電界印加により偏波を回転させる検討も行われてきたが、導波路構造に起因した複屈折が大きいことから、高電圧のバイアス印加を行わなければ十分な偏波回転を実現することは困難となっていた。更に、これらデバイスは導波路加工精度の要求が比較的緩い埋め込み型導波路又はリッジ型導波路で形成されているため、寄生容量が大きくなる傾向にあり、高速動作に適した構造とは言えない。また、特許文献１及び非特許文献２をはじめとして、（１１０）面方位基板を用いた場合における高速動作に関する報告も未だない。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、低駆動電圧制御可能な高速偏波制御素子を小型に実現することを目的とする。さらに、当該偏波制御素子を直列に集積させて、それぞれの素子に逆符号電圧を印加させることで偏波変換効率を向上させ、より高速かつ低駆動電圧制御可能な偏波制御素子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】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の偏波制御素子は、（１１０）面方位基板と、前記（１１０）面方位基板上の［−１１０］ストライプ方向に積層され、閃亜鉛鉱型半導体結晶で構成されたハイメサ導波路構造であって、下部クラッド層、コア層、及び上部クラッド層、を含み、前記コア層が前記下部クラッド層と前記上部クラッド層とにより挟まれて構成されたハイメサ導波路構造と、前記導波路構造上に形成され、前記コア層に［１１０］方向の電界を印加する信号電極と、前記下部クラッド層上に形成された接地電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の偏波制御素子は、請求項１に記載の偏波制御素子であって、前記コア層の材料と前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層の材料との屈折率差が４％以下である。
【００１４】
請求項３に記載の偏波制御素子は、請求項１又は２に記載の偏波制御素子であって、前記コア層と前記下部クラッド層との間及び前記コア層と前記上部クラッド層との間にそれぞれ設けられた電子障壁層をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の電極反転型偏波制御素子は、請求項３に記載の偏波制御素子が同一直線導波路上に少なくとも２つ以上直列に集積されており、前記電子障壁層の各々はｐ型層であり、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層はｎ型層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、偏波変換効率が高く、且つ広波長帯域動作可能な小型の偏波制御素子を歩留り高く作製することが可能である。また、当該偏波制御素子を直列に配置することで、更なる偏波変換効率の向上及び高速・低駆動電圧化が可能となる。さらに、当該偏波回転においては、振幅変位に伴う位相変化、即ち変調チャープが原理的に生じないため、当該偏波制御素子を用いて多値変調器への応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係る偏波制御素子の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る偏波制御素子の他の例の断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る偏波制御素子のさらに他の例の断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る偏波制御素子の断面図である。
【図５】閃亜鉛鉱型結晶において（１１０）面方位基板上の所定のストライプ方向に導波路を形成した場合における、［１１０］方向の電界の印加の有無による屈折率楕円体の変化を示す図である。
【図６】コア／クラッド比屈折率差の違いによる複屈折Δｎ（ＴＥ−ＴＭ）の導波路幅依存性を示す図である。
【図７】作製加工トレランスの導波路屈折率差依存性と光閉じ込め係数の導波路屈折率依存性とを示す図である。
【図８】偏波制御素子を直列に配置することにより構成された電極反転型偏波制御素子を示す図である
【図９】電極反転位相整合により変換効率が増大することを示す図である。
【図１０】素子容量が異なる導波路構造における高速動作特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すとする。
【００１９】
偏波制御素子の広波長帯域動作では、伝搬するＴＥモード光及びＴＭモード光の位相速度を広波長帯域において整合させることが要求される。また、偏波制御素子の小型化には、光と電界の強い相互作用が要求される。当該要求を満たすべく、本発明に係る偏波制御素子では、（１１０）面方位の基板を用いて基板垂直方向の［１１０］方向に電界印加するとともに、導波路構造としてハイメサ構造を利用することにより導波路コア層に高電界を印加することができるため、素子容量Ｃが増加せず高速応答可能であることに加えて、十分な偏波回転を実現することができる。
【００２０】
図１０を用いて、高周波応答特性の導波路構造（寄生容量）依存性について説明する。図１０は、素子容量が異なる導波路構造における高速動作特性を示す。図１０では、コア層厚及び上部クラッド幅が等しいハイメサ導波路構造及び埋め込み型導波路構造において、進行波型電極（５０Ω終端）を用いて高周波応答特性を算出した。
【００２１】
一般に、半導体光デバイスにおいては、素子の特性インピーダンスが５０Ωを下回る場合が多いため、インピーダンス整合を満足するには特性インピーダンスを上げる（素子容量Ｃを低下させる）必要がある。リッジ導波路構造や埋め込み型導波路構造と比べて素子容量Ｃがより小さなハイメサ導波路構造では、素子の特性インピーダンスが５０Ωにより近づくため、図１０に示されるように、ＲＦ反射が低減され、ＲＦ透過特性が向上する結果となる。そのため、ハイメサ導波路構造は、リッジ導波路構造や埋め込み型導波路構造と比較して、高速応答性に優れている。
【００２２】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る偏波制御素子の断面図である。図１には、（１１０）面方位の基板結晶で構成された基板１０１と、基板１０１上に積層されたｎ−クラッド層１０２と、ｎ−クラッド層１０２上に積層されたｉ−コア層１０３と、ｎ−クラッド層１０２上でｉ−コア層１０３の両脇に形成された２つの接地電極１０４と、ｉ−コア層１０３上に積層されたｐ−クラッド層１０５と、ｐ−クラッド層１０５上に積層されたｐ−コンタクト層１０６と、ｐ−コンタクト層１０６上に形成された信号電極１０７とを備えた偏波制御素子が示されている。図１に示されるように、ｎ−クラッド層１０２、ｉ−コア層１０３、ｐ−クラッド層１０５及びｐ−コンタクト層１０６により、閃亜鉛鉱型半導体結晶を用いたハイメサ導波路構造が構成されている。実施例１に係る偏波制御素子では、導波路構造として、（１１０）面方位の基板１０１上の
【００２３】
【数１】
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【００２４】
ストライプ方向（以下、［−１１０］ストライプ方向とする）にコア導波路となるｉ−コア層１０３を形成し、ｉ−コア層１０３が少なくともｎ−クラッド層１０２及びｐ−クラッド層１０５によって上下方向から挟まれた、閃亜鉛鉱型半導体結晶で構成されたハイメサ導波路構造を採用し、信号電極１０７より基板垂直方向の［１１０］方向に電界印加するように構成されている。
【００２５】
本発明に係る偏波制御素子において、結晶成長は、結晶再成長プロセスに適した有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法によって行うことができる。光変調領域におけるｉ−コア層１０３は、ノンドープ層であり、動作光波長で電気光学効果が有効に作用しかつ光吸収が問題とならないように、バンドギャップ波長や構造を決定することができる。
【００２６】
また、後述するように、ｉ−コア層１０３と上下クラッド層１０２及び１０５との屈折率差が４％以下となるように、ｉ−コア層１０３と上下クラッド層１０２及び１０５とを構成する半導体材料を選択することができる。例えば１．５５μｍ帯のデバイスとする場合には、コア層にはバンドギャップ波長が１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰを用い、上下クラッド層にはＩｎＰ材料を用いることができる。本実施例では、ｉ−コア層１０３を構成する材料としてＩｎＧａＡｓＰを用い、上下クラッド層１０２及び１０５を構成する材料としてＩｎＰを用いた。また、本実施例では、基板１０１を構成する材料としてＳｉ−ＩｎＰを用い、ｐ−コンタクト層１０６を構成する材料としてＩｎＧａＡｓＰを用いた。
【００２７】
なお、ｉ−コア層１０３と上下クラッド層１０２及び１０５の半導体材料は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰに限定されず、例えばＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓなどを用いてもよいことは明らかである。
【００２８】
ノンドープ層であるｉ−コア層１０３で効率良く電圧降下が生じるように、ｎ−クラッド層１０２及びｐ−クラッド層１０５のドーピング濃度を５×１０１７ｃｍ−３以上とすることが望ましい。また、十分なオーミック接触が得られるように、信号電極１０７のコンタクト用のｐ−コンタクト層１０６のドーピング濃度を１×１０１９ｃｍ−３以上とすることが望ましい。例えば、本実施例では、ｎ−クラッド層１０２及びｐ−クラッド層１０５のドーピング濃度を１×１０１８ｃｍ−３とし、ｐ−コンタクト層１０６のドーピング濃度を２×１０１９ｃｍ−３とした。
【００２９】
上記ｐ−ｉ−ｎ層を堆積後、偏波制御素子を光導波路として機能させるべく、［−１１０］ストライプ方向に導波路形状が模られた例えばＳｉＯ２マスクを用いて、ドライエッチングによりｎ−クラッド層１０２が露出するまで加工し、ハイメサ構造を作製する。ＳｉＯ２マスクを除去後、図１に示すように、ｐ−コンタクト層１０６及びｎ−クラッド層１０２上に例えばＴｉを介してＡｕを形成することにより、接地電極１０４及び信号電極１０７を形成する。なお、ｎ−クラッド層１０２と接地電極１０４との間にｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層を設けたとしても本発明の有用性は失われない。後述する実施例２に係る偏波制御素子においても同様である。
【００３０】
図２は、実施例１に係る偏波制御素子の他の例を示す。図１に示す偏波制御素子では、ｉ−コア層１０３の上層及び下層にそれぞれｎ−クラッド層１０２及びｐ−クラッド層１０５を設けているが、図２に示す偏波制御素子のように、ｉ−コア層１０３の上層及び下層にそれぞれｎ−クラッド層１０２及びｐ−クラッド層１０５が設けられ、ｎ−クラッド層１０２上にｎ−コンタクト層１０８が積層された構成となったとしても問題はない。後述する実施例２に係る偏波制御素子でも同様である。
【００３１】
また、図３は、実施例１に係る偏波制御素子のさらに他の例を示す。図３に示す偏波制御素子は、図２に示す偏波制御素子のｉ−コア層１０３とｎ−クラッド層１０２との間にｐ−電子障壁層１０９が形成された構成となっている。ｐ−電子障壁層１０９は、例えばＩｎＡｌＡｓで構成することができる。図３に示す偏波制御素子のように、上層から順にｎ−ｐ−ｉ−ｎ型と積層されていたとしてもｉ−コア層１０３のコア導波路に電界を印加することができるため、本発明の有用性は失われないことは明らかである。また、図２に示す偏波制御素子のｉ−コア層１０３とｐ−クラッド層１０５との間にｐ−電子障壁層１０９を設けた構成として、ｎ−ｉ−ｐ−ｎ型の偏波制御素子としてもよい。後述する実施例２に係る偏波制御素子でも同様である。
【００３２】
本発明に係る偏波制御素子の原理について、図５〜図７を用いてより詳しく説明する。図５は、閃亜鉛鉱型結晶において（１１０）面方位基板上の所定のストライプ方向に導波路を形成した場合における、［１１０］方向の電界の印加の有無による屈折率楕円体の変化を示す。
【００３３】
閃亜鉛鉱型結晶において、（１１０）面方位の基板の［−１１０］ストライプ方向に導波路を形成した場合、当該導波路断面の屈折率楕円体は図５に示すようになる。図５（ａ）に示すように、外部から導波路に電圧印加等を行わなければ、閃亜鉛鉱型結晶は等方性結晶であることが知られている。
【００３４】
一方で、導波路に電界を［１１０］方向に印加した場合には、図５（ｂ）に示すように屈折率楕円体の主軸が４５度傾いて歪むことも知られている。すなわち、この主軸傾きを活用することにより、例えば光電界が基板水平方向に偏光したＴＥモード光を、半波長板と同様の原理で基板垂直方向のＴＭモード光に変換することができる。以下の３式は、ＴＥ偏光入射に対してＴＭモードに偏波変換される割合をモード結合理論に基づいて表した式である。
【００３５】
【数２】
2015108777.tif 000004
【００３６】
【数３】
2015108777.tif 000005
【００３７】
【数４】
2015108777.tif 000006
【００３８】
ここで、κは電界強度によって定まる結合係数であり、ＴＥモードとＴＭモードとの間のパワー移行のしやすさを表している。また、Ｐ0は全光出力パワーであり、ＰＴＭはＴＭモードの光出力パワーであり、Δｎ（ＴＥ−ＴＭ）は、ＴＥモード−ＴＭモード間の実効屈折率差（複屈折）であり、ｚは伝搬方向の変数であり、αは光と電界の重なり合い（１≧α≧０）によって定まる係数であり、ｒはポッケルス定数であり、ｎｏは媒質屈折率であり、Ｅは電界強度である。
【００３９】
上記３式より、ＴＭモード変換効率を高めるためには、Δｎ（ＴＥ−ＴＭ）を小さくするか、又はκを大きくする必要があることが理解される。κを大きくするためには、光と相互作用する電界強度Ｅを大きくすることが有効である。電界強度Ｅを大きくするためには印加電圧を大きくすることも考えられるが、運用上、印加電圧はできる限り低く抑えることが要請されているため、印加電圧を大きくしていくことはできない。
【００４０】
電界強度Ｅを大きくする最も有効な手段の１つは、ｐｎ接合により光導波路を形成することが挙げられる。さらに、電界強度Ｅを大きくするためには、電界降下領域をできる限り狭くすることが望ましいが、導波路形状は一般にアスペクト比が大きく横長形状となっていることから、基板水平方向から電圧を印加するよりも基板積層方向から電圧を印加させた方が、電圧降下領域が狭いため、低印加電圧でも高いκを得ることができる。この点において、本発明では、ｐｎ接合及び基板積層方向電圧印加のハイメサ導波路構造を採用しているため、偏波制御素子として優位な構成となっている。
【００４１】
一方で、Δｎ（ＴＥ−ＴＭ）を小さくするためには、導波路コア形状のアスペクト比を調整することが直接的である。しかし、図６に示すように、コア／クラッド比屈折率差の違いによってΔｎ（ＴＥ−ＴＭ）が小さくなる導波路幅の範囲が異なることが計算から導き出される。図６は、コア／クラッド比屈折率差の違いによる複屈折Δｎ（ＴＥ−ＴＭ）の導波路幅依存性を示す。図６に示されるように、コア／クラッド比屈折率差２．５％Δの場合のほうが４％Δの場合よりも許容される加工誤差が大きい。
【００４２】
ここで、実際に偏波制御素子を作製した場合には、作製誤差によって導波路幅もばらつくことが想定される。そのため、より作製誤差の影響が小さい素子を作製しようとする場合には、コア／クラッド比屈折率差が小さい導波路を形成する必要がある。例えば、上記３式より、素子長３ｍｍ（ｚ＝３ｍｍ）において変換効率８５％以上を得るためには、Δｎ（ＴＥ−ＴＭ）が０．０００１以下である必要がある。
【００４３】
コア／クラッド比屈折率差を２．５％Δに設定した場合には、図６に示されるようにΔｎ（ＴＥ−ＴＭ）が０．０００１以下で±０．１μｍ以上の加工誤差が許容されるため、ステッパ露光精度（±０．０５μｍ）を駆使することで十分に歩留り高く作製できることを示している。コア／クラッド比屈折率差を４％Δに設定した場合には、図６に示されるようにΔｎ（ＴＥ−ＴＭ）が０．０００１以下で±０．０５μｍの加工誤差が許容される。この加工誤差はステッパ露光精度（±０．０５μｍ）の限界である。
【００４４】
図７は、図６から見積もられた作製加工トレランスの導波路屈折率差依存性と、光閉じ込め係数の導波路屈折率依存性とを重ねてプロットしたものである。図７に示されるように、両者にはトレードオフの関係があることがわかる。高い変調効率（光―電気の相互作用）の観点から、光閉じ込め係数は８０％以上あることが望ましく、製造トレランス（ステッパ露光精度限界）の観点から、導波路幅の製造トレランスは５０ｎｍ以上あることが望ましい。すなわち、図７に示すように、ｉ−コア層１０３の材料と下部クラッド層及び上部クラッド層の材料との屈折率差Δとしては４％以下、より具体的には２〜４％の範囲において高効率且つ製造トレランスの広い素子を作製することができる。
【００４５】
（実施例２）
図８は、偏波制御素子を直列に配置することにより構成された電極反転型偏波制御素子を示す図である。導波路構造の僅かな異方性に起因してΔｎ（ＴＥ−ＴＭ）が生じた場合には、偏波変換効率が低下する恐れがある。また、Δｎ（ＴＥ−ＴＭ）を完全に０とすることは作製技術上容易ではない。このような偏波変換効率の低下を抑制してより高効率に偏波を変換させたい場合には、図８に示す電極反転型偏波制御素子のように、偏波制御素子を直列に配置して、各信号電極を介して各々の隣接する偏波制御素子に符号反転させた電圧を印加すればよい。この場合には、各々の信号電極に正電圧又は負電圧を印加する必要があるため、電圧の極性に依らずにコア層に電圧降下が生じる（電流が流れない）構造が求められる。
【００４６】
図４は、本発明の実施例２に係る偏波制御素子の断面図である。図４には、（１１０）面方位の基板結晶で構成された基板２０１と、基板２０１上に積層されたｐ−クラッド層２０２と、ｐ−クラッド層２０２上に積層されたｐ−下部電子障壁層２０８と、ｐ−下部電子障壁層２０８上に積層されたｉ−コア層２０３と、ｐ−クラッド層２０２上でｉ−コア層２０３の両脇に形成された２つの接地電極２０４と、ｉ−コア層２０３上に積層されたｐ−上部電子障壁層２０９と、ｐ−上部電子障壁層２０９上に積層されたｎ−クラッド層２０５と、ｎ−クラッド層２０５上に積層されたｎ−コンタクト層２０６と、ｎ−コンタクト層２０６上に形成された信号電極２０７とを備えた偏波制御素子が示されている。
【００４７】
図４に示される実施例２に係る偏波制御素子では、実施例１に係る偏波制御素子と同様に、（１１０）面方位の基板２０１上の［−１１０］ストライプ方向に、閃亜鉛鉱型半導体結晶で構成されたハイメサ導波路構造を形成し、信号電極２０７より基板垂直方向の［１１０］方向に電界印加するように構成されている。また、実施例２に係る偏波制御素子のハイメサ導波路構造は、ｐ−下部電子障壁層２０８及びｐ−上部電子障壁層２０９をｉ−コア層２０３の上下に設けたｎ−ｐ−ｉ−ｐ−ｎ構造を有している。
【００４８】
実施例２に係る偏波制御素子では、ｉ−コア層２０３に電圧降下が生じさせるために、ｉ−コア層２０３の上下にｐ−下部電子障壁層２０８及びｐ−上部電子障壁層２０９をそれぞれ設けている。それにより、図８に示すような電極反転型偏波制御素子において、隣接する偏波制御素子に対して、各々の信号電極から互いに符号反転させた正電圧又は負電圧を印加することができる。
【００４９】
また、各偏波制御素子間の電気的分離が必要となるため、各素子間の電圧印加に寄与しない領域の上層クラッドをエッチング加工により除去後、抵抗率の高い半絶縁性又はノンドープのクラッド層で埋め戻す必要がある。本実施例では、図８に示すように、Ｆｅ（密度５×１０１６ｃｍ−３）をドーパントとした半絶縁抵抗のＳｉ−クラッド層８０１により、素子間の電気分離を行った。Ｓｉ−クラッド層８０１は、例えばＩｎＰで構成することができる。
【００５０】
図９は、電極反転位相整合により変換効率が増大することを示す図である。図８に示す電極反転型偏波制御素子を構成することにより、図９に示すように疑似的にＴＥ−ＴＭ間の位相を整合させることで変換効率を１００％にすることができる。この疑似位相整合技術は、従来から方向性光結合器の高効率化を行う際に用いられてきた手法と原理は同じである。
【００５１】
なお、実施例２に係る偏波制御素子では、ｎ−ｐ−ｉ−ｐ−ｎ構造を使用することが望ましいが、ｐ−ｎ−ｉ−ｎ−ｐ構造を使用してもよく、ｉ−コア層２０３の上下に設けられた層の導電型が、ｉ−コア層２０３を中心に上下対称となればよい。
【００５２】
このように、本発明によれば、偏波変換効率が高く、且つ広波長帯域動作可能な小型の偏波制御素子を歩留り高く作製することができる。また、隣接する偏波制御素子について互いに符号反転した正電圧又は負電圧を印加可能なｎ−ｐ−ｉ−ｐ−ｎ構造を形成し、当該偏波制御素子を直列に配置することで、更なる偏波変換効率の向上及び高速・低駆動電圧化が可能となる。
【００５３】
ここで、上記実施例１及び２に係る偏波制御素子においては、基板材料はＩｎＰ以外にも同構造を有する、例えばＧａＡｓ、ＧａＰ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅを用いた場合においてもその有用性は変わらないことは明らかである。なお、上記実施例１及び２に係る偏波制御素子においては、１．５５μｍ波長帯に対応する光変調素子を用いたが、１．３μｍ波長帯に対応するものを用いてもよい。例えば、ＧａＡｓ基板を用いれば０．６〜１．３μｍ波長帯にも対応することができる。
【００５４】
上記実施例１及び２に係る偏波制御素子においては、電極コンタクト層は十分な伝導性が確保できれば問題ないため、ｐ型の不純物がドーピングされる半導体は上記ＩｎＧａＡｓに限定されず、例えば、ＩｎＧａＡｓＰなどを用いてもよい。
【００５５】
なお、上記実施例１及び２に係る偏波制御素子においては、信号電極は進行波型電極構造であることが望ましいが、この他にも例えば集中定数型及び共振型の電極構造でもよい。
【符号の説明】
【００５６】
基板  １０１、２０１
ｎ−クラッド層  １０２、２０５
ｉ−コア層  １０３、２０３
接地電極  １０４、２０４
ｐ−クラッド層  １０５、２０２
ｐ−コンタクト層  １０６
ｎ−コンタクト層  ２０６
信号電極  １０７、２０７
ｐ−下部電子障壁層  ２０８
ｐ−上部電子障壁層  ２０９
Ｓｉ−クラッド層  ８０１
【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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