(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路コア層を備えた埋め込み導波路構造を有する第１光導波路部と、
導波路コア層を備えたハイメサ導波路構造を少なくとも１つ有する第２光導波路部と、
前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造と光学的に接続された、導波路コア層を備えた埋め込み導波路構造を含むメサストライプ構造を有する第３光導波路部と、
前記第２光導波路部のハイメサ導波路構造と前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造とを光学的に接続する、導波路コア層を備えたハイメサ導波路構造を有する第４光導波路部と、
を備え、
前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造の、前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造との接続端における導波路幅は、前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造の導波路幅よりも広く、
前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造の、前記第２光導波路部の少なくとも１つのハイメサ導波路構造との接続端における導波路幅は、前記第２光導波路部が１つのハイメサ導波路構造からなる場合に前記１つのハイメサ導波路構造の導波路幅よりも広く、前記第２光導波路部が複数のハイメサ導波路構造からなる場合に前記複数のハイメサ導波路構造の導波路幅の合計よりも広く、
前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造は、前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造と同一構造であり、前記第３光導波路部のメサストライプ構造の幅は、前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造の、前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造との接続端における導波路幅と等しい
ことを特徴とする光導波路構造。
【請求項２】
前記第１光導波路部および前記第３光導波路部の各埋め込み導波路構造は、前記導波路コア層を含むメサ構造および前記メサ構造を埋め込む埋め込み部の上に形成されたｎ型またはｐ型の半導体からなる上部クラッド層を含み、前記各導波路構造の導波路コア層を含む埋め込まれたメサの深さは、前記第２光導波路部および前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造のメサの深さより浅い
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
【請求項３】
前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造に光学的に接続された、導波路構造を有し少なくとも一部が利得を発生させうる構成となっているコア層を備えた埋め込み導波路構造を有する第５光導波路部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
【請求項４】
前記第５光導波路部は回折格子を有しており、前記回折格子は前記利得を発生させうるコア層のうち、利得を発生させうる部分の近傍に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の光導波路構造。
【請求項５】
前記第５光導波路部は回折格子を有しており、前記回折格子は前記利得を発生させうるコア層のうち、利得を発生させうる部分に沿って設けられている
ことを特徴とする請求項３または４に記載の光導波路構造。
【請求項６】
前記第２光導波路部は、２つのハイメサ導波路構造を有する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光導波路構造。
【請求項７】
ハイメサ導波路構造を備えたリング状導波路部を有し、前記リング状導波路部が前記第２光導波路部のハイメサ導波路構造の少なくとも一つに光学的に接続されている第６光導波路部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波路構造。
【請求項８】
前記第２光導波路部の２つのハイメサ導波路構造を互いに光学的に接続する第７光導波路部をさらに備える
ことを特徴とする請求項６に記載の光導波路構造。
【請求項９】
前記第２光導波路部の２つのハイメサ導波路構造の両方に光学的に接続された光合波導波路部を有する第８光導波路部をさらに備える
ことを特徴とする請求項６に記載の光導波路構造。
【請求項１０】
前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造は多モード干渉導波路を構成している
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光導波路構造。
【請求項１１】
前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造に光学的に接続された、活性コア層を備えた埋め込み導波路構造を有する第５光導波路部をさらに備え、
前記第１光導波路部、前記第３光導波路部および前記第５光導波路部の各埋め込み導波路構造は、メサ導波路構造および埋め込み部の上に形成されたｐ型のドーパントを含む半導体からなる上部クラッド層を含み、
前記第１光導波路部および前記第３光導波路部の上部クラッド層に含まれるｐ型のドーパントが不活性になっている
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路構造。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光導波路構造を備えることを特徴とする光集積素子。
【請求項１３】
導波路コア層を含む半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、
前記半導体積層構造の表面に、ハイメサ構造を形成する領域に面状に広がるマスク部と、埋め込み導波路構造を形成するためのストライプ状のマスク部とを有する第１マスクを形成し、前記第１マスクをエッチングマスクとして前記半導体積層構造の一部を除去するエッチングを行う第１エッチング工程と、
前記第１マスクを選択成長マスクとして、前記第１エッチング工程において前記半導体積層構造を除去した領域に半導体層を形成し、埋め込み導波路構造を形成する埋め込み導波路構造形成工程と、
前記第１マスクを除去した半導体積層構造および前記形成した半導体層との表面に導電性半導体層を形成する導電性半導体層形成工程と、
前記導電性半導体層の表面に、前記埋め込み導波路構造を形成した領域に面状に広がるマスク部と、ハイメサ導波路構造とメサストライプ構造の形成のための形状を有するマスク部とを有する第２マスクを形成し、前記第２マスクをエッチングマスクとして前記半導体積層構造の一部を除去するエッチングを行ない、ハイメサ導波路構造とメサストライプ構造を形成する第２エッチング工程と、
を含むことを特徴とする光導波路構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路構造、光集積素子、および光導波路構造の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に形成する光機能素子は、その種類によって好適な導波路構造が異なる。例えば電流注入により導波光に対して利得を発生させるような光機能素子については埋め込み導波路構造が好適である。光の導波方向を大きく曲げたり、屈折率を変化させて導波光を変調したりするような光機能素子についてはハイメサ導波路構造が好適である。近年、光機能素子の機能の高度化に伴い、異種の光機能素子をモノリシックに集積したような光集積素子が開発されており、それに伴い埋め込み導波路とハイメサ導波路との接続が必要になる（特許文献１〜４）。
【０００３】
しかし、埋め込み導波路とハイメサ導波路とでは、その導波モードが互いに異なるため、そのまま接続すると導波モードの不整合から光の反射や損失が生じてしまう。これらの問題は、接続部にテーパ構造や多モード干渉（Multi-Mode  Interference）導波路の構造を導入することで解決できる（特許文献５、６）。特に、ＭＭＩ導波路の構造を用いると、１×Ｎ分岐のような光分岐機能を接続部に持たせることができるので、素子長を短くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２９５２号公報
【特許文献２】特開平１１−６４６５６号公報
【特許文献３】特開２００２−１１８３２４号公報
【特許文献４】特開平１０−３３２９６４号公報
【特許文献５】特開２００２−３１１２６７号公報
【特許文献６】特開２０１０−２２６０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献６の構造では、埋め込み導波路とハイメサ導波路とを集積する際に、埋め込み導波路部およびハイメサ導波路部ともにハイメサ導波路を先に形成したのちに、そのハイメサ導波路に対して埋め込み成長を行うことで埋め込み導波路を形成する構造であるために、埋め込み導波路領域側に電流注入により利得を発生させる素子（利得素子）を配置する場合、電流注入経路がハイメサ導波路構造により制限され、結果として電気抵抗が高くなってしまう懸念がある。
【０００６】
一方、ＭＭＩ導波路を、ＭＭＩ導波路の途中で埋め込み導波路構造とハイメサ導波路構造とが接合している構造で形成する場合、導波路構造同士の位置ずれトレランスが厳しく、構造のメリットを損ねてしまう懸念がある。
【０００７】
他方、埋め込み導波路領域側に配置する利得素子の電気抵抗を下げるために、メサの深さが浅い埋め込みメサ構造上に導電性のクラッド層を再成長させた構造としたうえで、特許文献６のようにＭＭＩ導波路の途中で埋め込み導波路とハイメサ導波路との接続を行う構造とした場合、その製造誤差に対するトレランスは特許文献６で企図しているほど良好にならず、当該接続構造にしているメリットを損ねてしまう懸念がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる導波路構造の接続部における損失が少なく、製造誤差に対するトレランスが高い構造を有する光導波路構造、光集積素子、および光導波路構造の製造方法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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光導波路構造は、導波路コア層を備えた埋め込み導波路構造を有する第１光導波路部と、導波路コア層を備えたハイメサ導波路構造を少なくとも１つ有する第２光導波路部と、前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造と光学的に接続された、導波路コア層を備えた埋め込み導波路構造を含むメサストライプ構造を有する第３光導波路部と、前記第２光導波路部のハイメサ導波路構造と前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造とを光学的に接続する、導波路コア層を備えたハイメサ導波路構造を有する第４光導波路部と、を備え、前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造の、前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造との接続端における導波路幅は、前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造の導波路幅よりも広く、前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造の、前記第２光導波路部の少なくとも１つのハイメサ導波路構造との接続端における導波路幅は、前記第２光導波路部が１つのハイメサ導波路構造からなる場合に前記１つのハイメサ導波路構造の導波路幅よりも広く、前記第２光導波路部が複数のハイメサ導波路構造からなる場合に前記複数のハイメサ導波路構造の導波路幅の合計よりも広く、前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造は、前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造と同一構造であり、前記第３光導波路部のメサストライプ構造の幅は、前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造の、前記第３光導波路部の埋め込み導波路構造との接続端における導波路幅と等しいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第１光導波路部および前記第３光導波路部の各埋め込み導波路構造は、前記導波路コア層を含むメサ構造および前記メサ構造を埋め込む埋め込み部の上に形成されたｎ型またはｐ型の半導体からなる上部クラッド層を含み、前記各導波路構造の導波路コア層を含む埋め込まれたメサの深さは、前記第２光導波路部および前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造のメサの深さより浅いことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造に光学的に接続された、導波路構造を有し少なくとも一部が利得を発生させうる構成となっているコア層を備えた埋め込み導波路構造を有する第５光導波路部をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第５光導波路部は回折格子を有しており、前記回折格子は前記利得を発生させうるコア層のうち、利得を発生させうる部分の近傍に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第５光導波路部は回折格子を有しており、前記回折格子は前記利得を発生させうるコア層のうち、利得を発生させうる部分に沿って設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第２光導波路部は、２つのハイメサ導波路構造を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、ハイメサ導波路構造を備えたリング状導波路部を有し、前記リング状導波路部が前記第２光導波路部のハイメサ導波路構造の少なくとも一つに光学的に接続されている第６光導波路部をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第２光導波路部の２つのハイメサ導波路構造を互いに光学的に接続する第７光導波路部をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第２光導波路部の２つのハイメサ導波路構造の両方に光学的に接続された光合波導波路部を有する第８光導波路部をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第４光導波路部のハイメサ導波路構造は多モード干渉導波路を構成していることを特徴とする。
【００１９】
本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記第１光導波路部の埋め込み導波路構造に光学的に接続された、活性コア層を備えた埋め込み導波路構造を有する第５光導波路部をさらに備え、前記第１光導波路部、前記第３光導波路部および前記第５光導波路部の各埋め込み導波路構造は、メサ導波路構造および埋め込み部の上に形成されたｐ型のドーパントを含む半導体からなる上部クラッド層を含み、前記第１光導波路部および前記第３光導波路部の上部クラッド層に含まれるｐ型のドーパントが不活性になっていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の一態様に係る光集積素子は、本発明の一態様に係る光導波路構造を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の一態様に係る光導波路構造の製造方法は、導波路コア層を含む半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、前記半導体積層構造の表面に、ハイメサ構造を形成する領域に面状に広がるマスク部と、埋め込み導波路構造を形成するためのストライプ状のマスク部とを有する第１マスクを形成し、前記第１マスクをエッチングマスクとして前記半導体積層構造の一部を除去するエッチングを行う第１エッチング工程と、前記第１マスクを選択成長マスクとして、前記第１エッチング工程において前記半導体積層構造を除去した領域に半導体層を形成し、埋め込み導波路構造を形成する埋め込み導波路構造形成工程と、前記第１マスクを除去した半導体積層構造および前記形成した半導体層との表面に導電性半導体層を形成する導電性半導体層形成工程と、前記導電性半導体層の表面に、前記埋め込み導波路構造を形成した領域に面状に広がるマスク部と、ハイメサ導波路構造とメサストライプ構造の形成のための形状を有するマスク部とを有する第２マスクを形成し、前記第２マスクをエッチングマスクとして前記半導体積層構造の一部を除去するエッチングを行ない、ハイメサ導波路構造とメサストライプ構造を形成する第２エッチング工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、異なる導波路構造の接続部における損失が少なく、製造誤差に対するトレランスが高い光導波路構造を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施形態１に係る光導波路構造の模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示す光導波路構造の模式的な断面図である。
【図３】図３は、実施形態２に係る光集積素子の模式的な平面図である。
【図４】図４は、図３に示す光集積素子の第５光導波路部の模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施形態３に係る光集積素子の模式的な平面図である。
【図６】図６は、実施形態４に係る光集積素子の模式的な平面図である。
【図７】図７は、実施形態５に係る光集積素子の模式的な平面図である。
【図８】図８は、実施形態６に係る光集積素子の模式的な平面図である。
【図９】図９は、実施形態７に係る光集積素子の模式的な平面図である。
【図１０】図１０は、図１に示す光導波路構造の製造方法の一例を説明する図である。
【図１１】図１１は、図１に示す光導波路構造の製造方法の一例を説明する図である。
【図１２】図１２は、図１に示す光導波路構造の製造方法の一例を説明する図である。
【図１３】図１３は、図１に示す光導波路構造の製造方法の一例を説明する図である。
【図１４】図１４は、図１に示す光導波路構造の製造方法の一例を説明する図である。
【図１５】図１５は、実施形態１の変形例に係る光導波路構造の模式的な平面図である。
【図１６】図１６は、参考例としての光導波路構造の模式的な平面図である。
【図１７】図１７は、オフセット量と損失との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路構造、光集積素子、および光導波路構造の製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光導波路構造の模式的な平面図である。図２は、図１に示す光導波路構造の模式的な断面図である。図２（ａ）がＡ−Ａ線断面、図２（ｂ）がＢ−Ｂ線断面、図２（ｃ）がＣ−Ｃ線断面、図２（ｄ）がＤ−Ｄ線断面である。
【００２６】
光導波路構造１００は、１．５５μｍ帯の光を導波するものであり、第１光導波路部１０と、第２光導波路部２０と、第３光導波路部３０と、第４光導波路部４０と、を備えている。これらの導波路は、長手方向（光導波方向）において、第１光導波路部１０、第３光導波路部３０、第４光導波路部４０、第２光導波路部２０の順に配列している。
【００２７】
第１光導波路部１０は、半導体からなる埋め込み導波路構造１１を有する。具体的には、図２（ｄ）に示すように、第１光導波路部１０は、ｎ型ドーパントを含むＩｎＰ（ｎ型ＩｎＰ）からなる基板１０１上に、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層１０２と、バンドギャップ波長が１．２５μｍである組成（以下、１．２５Ｑと呼ぶ）であり、ＩｎＰよりも屈折率が高いＩｎＧａＡｓＰからなる導波路コア層１１３と、ｐ型ドーパントを含むＩｎＰ（ｐ型ＩｎＰ）からなる上部クラッド層１０４とが順次積層した構造を有する。上部クラッド層１０４、導波路コア層１１３、および下部クラッド層１０２の一部は、深さｈ１のメサ導波路構造を有しており、このメサ導波路構造の両側がｐ型ＩｎＰからなる下部埋め込み層１０７と、下部埋め込み層１０７上に積層したｎ型ＩｎＰからなる上部埋め込み層１０８とからなる埋め込み部で埋め込まれることにより、埋め込み導波路構造１１となっている。埋め込み部は導波路コア層１１３に対して幅方向におけるクラッド領域として機能する。なお、メサ導波路構造の上面と埋め込み部の上面とは、基板１０１からの高さが略等しくなっている。さらに、第１光導波路部１０では、埋め込み導波路構造１１のメサ導波路構造および埋め込み部の上に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層１０５と、ｐ型ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１０６とが順次積層している。
【００２８】
第２光導波路部２０は、半導体からなる２つのハイメサ導波路構造２１、２２を有する。具体的には、図２（ａ）に示すように、第２光導波路部２０において、ハイメサ導波路構造２１は、基板１０１上に、下部クラッド層１０２と、１．２５ＱのＩｎＧａＡｓＰからなる導波路コア層１２３１と、上部クラッド層１０４、１０５と、コンタクト層１０６とが順次積層し、かつコンタクト層１０６の表面から下部クラッド層１０２の一部までがハイメサ構造とされることにより形成されている。同様に、ハイメサ導波路構造２２は、基板１０１上に、下部クラッド層１０２と、１．２５ＱのＩｎＧａＡｓＰからなる導波路コア層１２３２と、上部クラッド層１０４、１０５と、コンタクト層１０６とが順次積層し、かつコンタクト層１０６の表面から下部クラッド層１０２の一部までがハイメサ構造とされることにより形成されている。なお、ハイメサ導波路構造２１、２２は深さｈ１より大きい深さｈ２を有する。
【００２９】
第３光導波路部３０は、半導体からなる埋め込み導波路構造３１を含むメサストライプ構造３２を有している。具体的には、図２（ｃ）に示すように、第３光導波路部３０は、基板１０１上に、下部クラッド層１０２と、１．２５ＱのＩｎＧａＡｓＰからなる導波路コア層１３３と、上部クラッド層１０４とが順次積層した構造を有する。上部クラッド層１０４、導波路コア層１１３、および下部クラッド層１０２の一部は、メサ導波路構造を有している。このメサ導波路構造の深さは第１光導波路部１０の場合と同様に深さｈ１である。そして、このメサ導波路構造の両側が下部埋め込み層１０７と上部埋め込み層１０８とからなる埋め込み部で埋め込まれることにより、埋め込み導波路構造３１となっている。なお、メサ導波路構造の上面と埋め込み部の上面とは、基板１０１からの高さが略等しくなっている。
【００３０】
この埋め込み導波路構造３１は、第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１と同一の構造である。すなわち、メサ導波路構造と埋め込み部の構造とは両者で同一である。また、埋め込み導波路構造３１における幅方向の光の閉じ込めは主に埋め込み部により規定され、メサストライプ構造３２の幅方向両側に存在する媒質の光閉じ込めへの影響は無視できるほど小さくなるように、第３光導波路部３０の設計がなされている。
【００３１】
さらに、第３光導波路部３０では、埋め込み導波路構造３１のメサ導波路構造および埋め込み部の上に、上部クラッド層１０５と、コンタクト層１０６とが順次積層している。そして、コンタクト層１０６の表面から下部クラッド層１０２の一部までがメサストライプ構造とされることにより、メサストライプ構造３２が形成されている。メサストライプ構造３２の深さは第２光導波路部２０の場合と同様に深さｈ２である。
【００３２】
また、図１に示すように、第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１と第３光導波路部３０の埋め込み導波路構造３１とは、導波路コア層１１３と導波路コア層１３３とが接続することにより、光学的に接続されている。
【００３３】
第４光導波路部４０は、半導体からなるハイメサ導波路構造４１を有する。具体的には、図２（ｂ）に示すように、第４光導波路部４０において、ハイメサ導波路構造４１は、基板１０１上に、下部クラッド層１０２と、１．２５ＱのＩｎＧａＡｓＰからなる導波路コア層１４３と、上部クラッド層１０４、１０５と、コンタクト層１０６とが順次積層し、かつコンタクト層１０６の表面から下部クラッド層１０２の一部までがハイメサ構造とされることにより形成されている。なお、ハイメサ導波路構造４１は第２光導波路部２０の場合と同様に深さｈ２を有する。なお、第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１は、１×２または２×１のＭＭＩ導波路を構成するようにそのサイズ等が設計されている。
【００３４】
第２光導波路部２０の各ハイメサ導波路構造２１、２２および第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１の幅方向両側は、導波路コア層よりも屈折率が低い材料、たとえばＳｉＯ２、空気、ポリイミドなどが存在する。
【００３５】
下部クラッド層１０２の厚さは１．０μｍ、導波路コア層１１３、１２３１、１２３２、１３３、１４３の厚さはいずれも２００ｎｍ、上部クラッド層１０４の厚さは３００ｎｍ、上部クラッド層１０５の厚さは１．５μｍ、コンタクト層１０６の厚さは０．３μｍである。なお、これらの値は例示であり、本発明の実施形態がこれらに限定されるものではない。
【００３６】
また、図１に示すように、第４光導波路部４０は、第２光導波路部２０の２つのハイメサ導波路構造２１、２２と、第３光導波路部３０の埋め込み導波路構造３１とを光学的に接続する。具体的には、第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１の、第３光導波路部３０の埋め込み導波路構造３１との接続端における導波路幅Ｗ４１（導波路コア層１４３の幅）は、第３光導波路部３０の埋め込み導波路構造３１の導波路幅Ｗ３１（導波路コア層１３３の幅）よりも広くなっている。なお、第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１の導波路幅Ｗ１１は導波路幅Ｗ３１と同じである。また、ハイメサ導波路構造４１の、第２光導波路部２０の２つのハイメサ導波路構造２１、２２との接続端における導波路幅Ｗ４２は、２つのハイメサ導波路構造２１、２２の導波路幅Ｗ２１、Ｗ２２の合計よりも広い。そして、ハイメサ導波路構造４１の一方の端部において導波路コア層１４３が導波路コア層１２３１、１２３２と接続し、ハイメサ導波路構造４１の他方の端部において導波路コア層１４３が導波路コア層１３３と接続することにより、ハイメサ導波路構造２１、２２と埋め込み導波路構造３１とが光学的に接続される。
【００３７】
また、光導波路構造１００において、第３光導波路部３０のメサストライプ構造３２の幅Ｗ３２は、第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１の導波路幅Ｗ４１と等しい。すなわち、第４光導波路部４０の第３光導波路部３０との接続側は、ハイメサ導波路構造ではなく、埋め込み導波路構造３１となっている。
【００３８】
なお、導波路幅Ｗ１１、Ｗ３１、Ｗ２１、Ｗ２２はいずれも２．０μｍであり、これらの導波路は１．５５μｍ帯の光をシングルモードで導波する。導波路幅Ｗ４１、Ｗ４２はいずれも６．０μｍであり、第４光導波路部においては１．５５μｍ帯の光をマルチモードで導波する。第４光導波路部４０の長手方向における長さは、１×２あるいは２×１のＭＭＩ導波路として動作するような結合長に設定されている。２つのハイメサ導波路構造２１、２２の間隔は１．０μｍである。なお、これらの値は例示であり、本発明の実施形態がこれらに限定されるものではない。
【００３９】
光導波路構造１００は、第１光導波路部１０から入力された波長１．５５μｍ帯の光を、第４光導波路部４０によりマルチモードで導波し、かつ第２光導波路部２０の２つのハイメサ導波路構造２１、２２のそれぞれとの接続部に光のスポットを結像させ、２分岐して出力するように動作する。同様に、光導波路構造１００は、第２光導波路部２０の２つのハイメサ導波路構造２１、２２のそれぞれから入力された波長１．５５μｍ帯の光を、第４光導波路部４０によりマルチモードで導波し、合波して第３光導波路部３０の埋め込み導波路構造３１との接続部に光のスポットを結像させ、第１光導波路部１０から出力するように動作する。
【００４０】
この光導波路構造１００は、上記構造を有することにより、製造誤差等により、第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１の導波路コア層１４３の長手方向に垂直な方向（幅方向）における中心軸と、第３光導波路部３０の埋め込み導波路構造３１の導波路コア層１３３の幅方向における中心軸および第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１の導波路コア層１１３の幅方向における中心軸とが、幅方向で位置ずれしてしまったとしても、この位置ずれにより発生する過剰損失を小さくすることができる。すなわち、光導波路構造１００は、異なる導波路構造の接続部における損失が少なく、製造誤差に対するトレランスが高いものである。
【００４１】
上記効果を参考例との比較により説明する。図１６は、参考例としての光導波路構造１００Ｘの模式的な平面図である。この光導波路構造１００Ｘは、光導波路構造１００と略同一の構成を有するが、第３光導波路部３０を、ハイメサ導波路構造３１Ｘを有する第３光導波路部３０Ｘに置き換えたものである。すなわち、光導波路構造１００Ｘは、第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１が第３光導波路部３０Ｘのハイメサ導波路構造３１Ｘを介して第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１に接続する構造を有する。
【００４２】
光導波路構造１００と光導波路構造１００Ｘとで生じる導波光の損失のシミュレーションを行った。その結果を図１７に示す。破線は、参考例の光導波路構造１００Ｘで、第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１の幅方向における中心軸と、第３光導波路部３０Ｘのハイメサ導波路構造３１Ｘの幅方向における中心軸と、第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１の幅方向における中心軸とが完全に一致している（すなわち、オフセット量が０μｍ）場合に発生する損失を示している。仮に第３光導波路部３０Ｘのハイメサ導波路構造３１Ｘの幅方向における中心軸と、第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１の幅方向における中心軸とが一致していない場合、発生する損失はさらに増大することになる。一方、実施例は、実施形態１に係る光導波路構造１００で、導波路コア層１４３の幅方向における中心軸と、導波路コア層１３３および１１３の幅方向における中心軸とが、０〜１μｍ程度のオフセット量で位置ずれした場合に発生する損失を示している。図１７に示すように、実施形態１に係る光導波路構造１００では、１μｍ程度のオフセット量で位置ずれが発生した場合でも、その損失はオフセット量が０μｍの場合より０．２ｄＢ程度しか増加せず、製造誤差に対するトレランスが高いことが確認された。
【００４３】
なお、同様に、光導波路構造１００は、上記構造を有することにより、製造誤差等により、第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１の、第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１に接続する側の端部の位置が長手方向でずれてしまったとしても、この位置ずれにより発生する過剰損失を小さくすることができる。この点は後に詳述する。
【００４４】
また、光導波路構造１００では、ハイメサ導波路構造と埋め込み導波路構造との接続部が、光分岐・合成機能を持たせたＭＭＩ導波路を構成するハイメサ導波路構造４１となっているため、光導波路構造１００の長さを短くできる。
【００４５】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る光集積素子の模式的な平面図である。図３に示すように、光集積素子１０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００に、第５光導波路部２００を接続した光導波路構造を備える。
【００４６】
第５光導波路部２００は、半導体からなる埋め込み導波路構造２０１を有する。具体的には、図４に断面図で示すように第５光導波路部２００は、光導波路構造１００と共通の基板１０１上に、下部クラッド層１０２と、電流注入により１．５５μｍ帯で発光する組成のＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と、障壁層とが交互に積層した多重量子井戸構造である導波路活性コア層２０３と、上部クラッド層１０４とが順次積層した構造を有する。上部クラッド層１０４、導波路活性コア層２０３、および下部クラッド層１０２の一部は、メサ導波路構造を有している。このメサ導波路構造の深さは第１光導波路部１０の場合と同様に深さｈ１である。そして、このメサ導波路構造の両側が下部埋め込み層１０７と上部埋め込み層１０８とからなる埋め込み部で埋め込まれることにより、埋め込み導波路構造２０１となっている。なお、メサ導波路構造の上面と埋め込み部の上面とは、基板１０１からの高さが略等しくなっている。さらに、第５光導波路部２００では、埋め込み導波路構造２０１のメサ導波路構造および埋め込み部の上に、上部クラッド層１０５とコンタクト層１０６とが順次積層している。さらに、基板１０１の裏面全面にはｎ側電極２１１が形成されており、コンタクト層１０６の表面には、導波路活性コア層２０３の幅より広い幅のｐ側電極２１２が形成されている。
【００４７】
また、図３に示すように、第１光導波路部１０の埋め込み導波路構造１１と第５光導波路部２００の埋め込み導波路構造２０１とは、導波路コア層１１３と導波路活性コア層２０３とが接続することにより、光学的に接続されている。
【００４８】
上記のように、導波路活性コア層２０３は利得を発生させうる構成となっている。この光集積素子１０００は、発光素子として機能する。具体的には、外部の制御装置から第５光導波路部２００のｐ側電極２１２とｎ側電極２１１との間に電圧を印加し、電流を注入すると、導波路活性コア層２０３は電流が注入されて光を発生する。なお、注入された電流は埋め込み部が電流狭窄構造として機能することにより、その電流密度が高められる。第５光導波路部２００は発生した光を光導波路構造１００に出力する。光導波路構造１００においてＭＭＩ導波路として構成されているハイメサ導波路構造４１は入力された光を２分岐する。ハイメサ導波路構造２１、２２は２分岐された光をそれぞれ出力する。
【００４９】
この光集積素子１０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００を備えているので、製造誤差に対するトレランスが高く、かつ素子長を短くできる。さらに、埋め込み導波路構造２０１のメサ導波路構造および埋め込み部の上に、上部クラッド層１０５とコンタクト層１０６とが順次積層しているので、ｐ側電極２１２から導波路活性コア層２０３への電流パスの幅が、導波路活性コア層２０３をハイメサ導波路構造として形成した場合よりも広くなる。具体的には、第２光導波路部２０のような深さｈ１のハイメサ導波路構造２１、２２の場合、上部クラッド層１０５およびコンタクト層１０６もメサ構造なので、電流パスの幅が狭いが、埋め込み導波路構造２０１のメサ導波路構造の深さは深さｈ１であり、その上にはメサ幅よりも幅が広い上部クラッド層１０５とコンタクト層１０６とが順次積層しているので、上部クラッド層１０５およびコンタクト層１０６の部分では電流パスの幅が広い。したがって、第５光導波路部２００では、電流注入の際の電気抵抗が低くなり、電流注入量に対する発光量の割合が大きくなる。したがって、光集積素子１０００は、より電力効率が高い発光素子となる。
【００５０】
なお、光集積素子１０００において、第１光導波路部１０および前記第３光導波路部３０の上部クラッド層１０４、１０５に含まれるｐ型ドーパントは不活性になっていてもよい。これらの光導波路部では電流注入を行わないので、上部クラッド層１０４、１０５に含まれるｐ型ドーパントを不活性にすることで、ｐ型ドーパントが導波されている光を吸収し、光損失が発生することを抑制できる。
【００５１】
なお、光集積素子１０００において、第５光導波路部２００は回折格子を備えてもよい。回折格子は導波路活性コア層２０３の近傍に設けられる。回折格子層を導波路活性コア層２０３に沿って設けることで、第５光導波路部２００はＤＦＢ（Distributed  FeedBack）型レーザ構造となる。また、たとえば、光導波路構造１００とは反対側において導波路活性コア層２０３と接続する導波路コア層を設け、当該導波路コア層の直上に回折格子層を設けることで、第５光導波路部２００はＤＢＲ（Distributed  Bragg  Reflector）型レーザ構造となる。
【００５２】
（実施形態３）
図５は、実施形態３に係る光集積素子の模式的な平面図である。図５に示すように、光集積素子２０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００に、第６光導波路部３００を接続した光導波路構造を備える。
【００５３】
第６光導波路部３００は、ハイメサ導波路構造２１と同様のハイメサ導波路構造を有する２つのアーム導波路部３０１、３０２およびリング状導波路部３０３とを備える。アーム導波路部３０１は光導波路構造１００のハイメサ導波路構造２１に光学的に接続し、アーム導波路部３０２はハイメサ導波路構造２２に光学的に接続している。リング状導波路部３０３は、アーム導波路部３０１、３０２のそれぞれに光学的に接続している。したがって、リング状導波路部３０３は、ハイメサ導波路構造２１、２２の両方に光学的に接続されている。
【００５４】
光集積素子２０００は、リング共振器フィルタまたはリング共振器反射ミラーとして機能する。具体的には、光集積素子２０００は、第１光導波路部１０側から入力された光に対して、所定の光の周波数間隔で反射ピークを有する反射特性を有しており、入力された光の波長が反射ピークに一致する場合は、その光の進行方向を反転させ第１光導波路部１０から出力し、一致しない場合は、光は略透過してアーム導波路部３０１、３０２の紙面上側の端部から出力する。
【００５５】
この光集積素子２０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００を備えているので、製造誤差に対するトレランスが高く、かつ素子長を短くできる。
【００５６】
（実施形態４）
図６は、実施形態４に係る光集積素子の模式的な平面図である。図６に示すように、光集積素子３０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００に、第７光導波路部４００を接続した光導波路構造を備える。
【００５７】
第７光導波路部４００は、ハイメサ導波路構造２１と同様のハイメサ導波路構造を有するループ状導波路部４０１を備える。ループ状導波路部４０１は光導波路構造１００の２つのハイメサ導波路構造２１、２２を互いに光学的に接続している。
【００５８】
光集積素子３０００は、ループミラーとして機能する。具体的には、光集積素子３０００は、第１光導波路部１０側から入力された光の進行方向を反転させ、再び第１光導波路部１０から出力する。
【００５９】
この光集積素子３０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００を備えているので、製造誤差に対するトレランスが高く、かつ素子長を短くできる。
【００６０】
（実施形態５）
図７は、実施形態５に係る光集積素子の模式的な平面図である。図７に示すように、光集積素子４０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００に、第８光導波路部５００を接続した光導波路構造を備える。
【００６１】
第８光導波路部５００は、ハイメサ導波路構造２１と同様のハイメサ導波路構造を有する２つのアーム導波路部５０１、５０２と、アーム導波路部５０１、５０２の両方に光学的に接続された、ハイメサ導波路構造４１と同様のハイメサ導波路構造を有し、１×２のＭＭＩ導波路として構成されている光合波導波路部５０３と、光合波導波路部５０３に光学的に接続された、ハイメサ導波路構造２１と同様のハイメサ導波路構造を有する光導波路部５０４と、を備える。２つのアーム導波路部５０１、５０２はそれぞれ光導波路構造１００の２つのハイメサ導波路構造２１、２２のそれぞれに光学的に接続している。したがって、光合波導波路部５０３は２つのハイメサ導波路構造２１、２２の両方に光学的に接続されている。
【００６２】
光集積素子４０００は、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）として機能する。具体的には、光集積素子４０００は、第１光導波路部１０側から入力された光を、２つのハイメサ導波路構造２１、２２の光路差に依存した強度で光導波路部５０４から出力する。
【００６３】
この光集積素子４０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００を備えているので、製造誤差に対するトレランスが高く、かつ素子長を短くできる。
【００６４】
（実施形態６）
図８は、実施形態６に係る光集積素子の模式的な平面図である。図８に示すように、光集積素子５０００は、図３に示す第５光導波路部２００の両端のそれぞれに、図５に示す光集積素子２０００を接続した構成を有する。
【００６５】
光集積素子５０００では、２つの光集積素子２０００が光共振器の反射ミラーとして機能し、第５光導波路部２００が利得部として機能することで、全体として半導体レーザ素子として機能する。そして、たとえばアーム導波路部３０１の紙面上側の一端からレーザ光Ｌ１を出力する。
【００６６】
光集積素子５０００の動作についてより具体的に説明する。２つの光集積素子２０００においてリング状導波路部３０３の半径は互いに異なるように構成されている。これにより、各リング状導波路部３０３の反射特性は、周期的な反射ピークの周波数間隔が互いに異なる物となる。また、２つのリング状導波路部３０３の少なくとも一方の表面には、たとえばＴｉなどの金属からなるリング状のヒータが形成されている。ヒータによりリング状導波路部３０３を加熱することにより、導波路コア層の屈折率が変化し、リング状導波路部３０３の周期的な反射ピークが光の周波数軸上で全体的にシフトする。これにより、バーニア効果を有する光共振器を構成することができるので、光集積素子５０００は波長可変レーザ素子として機能する。
【００６７】
また、利得部である第５光導波路部２００を導波した光は、リング共振器反射ミラーとしての光集積素子２０００に入力される。ここで、利得部からリング共振器反射ミラーに光が進む過程を往路、リング共振器反射ミラーから利得部に光が戻る過程を復路と呼称し、その動作を説明する。往路において、ＭＭＩ導波路である第４光導波路部４０のハイメサ導波路構造４１に入力された光は、第２光導波路部２０の２つのハイメサ導波路構造２１、２２に分岐され、リング共振器反射ミラーのアーム導波路部３０１、３０２にそれぞれ入力される。ここで、アーム導波路部３０１にｚ方向の正の向きに入力された、リング共振器の共振周波数と同一の周波数を持つ光は、アーム導波路部３０２にz方向の負の向きに向かって出力される。アーム導波路部３０２にｚ方向の正の向きに入力された、リング共振器の共振周波数と同一の周波数を持つ光も同様に、アーム導波路部３０１にｚ方向の負の向きに向かって出力される。すなわち、２つのハイメサ導波路構造２１、２２側から往路方向に導波する光は、同じ光路を互いに逆向きに伝搬して２つのハイメサ導波路構造２１、２２に戻ってくる。したがって、２つのハイメサ導波路構造２１、２２から第４光導波路部４０に入力される２つの光の位相関係は、第４光導波路部４０から２つのハイメサ導波路構造２１、２２に出力されたときの光の位相関係と同一（同相）であり、かつその強度の相対関係も同一になっている。そのため、第４光導波路部４０を往路方向に導波して１つのビームから２つのビームへと変換された光は、復路方向でも２つのビームから１つのビームへと変換されることとなる。
【００６８】
この光集積素子５０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００を備えているので、製造誤差に対するトレランスが高く、かつ素子長を短くできる。さらに、第５光導波路部２００では、電流注入の際の電気抵抗が低くなり、電流注入量に対する発光量の割合が大きくなるので、光集積素子５０００の電力効率が高くなり、より低しきい値電流かつ高光出力の半導体レーザ素子となる。
【００６９】
（実施形態７）
図９は、実施形態７に係る光集積素子の模式的な平面図である。図９に示すように、光集積素子６０００は、図７に示す光集積素子４０００のアーム導波路部５０１、５０２上に電極５１１、５１２をそれぞれ設け、さらに第８光導波路部５００の裏面にも電極を設け、さらに図３に示す第５光導波路部２００および第９光導波路部６００を順次、第１光導波路部１０側に接続した構成を有する。第９光導波路部６００は埋め込み導波路構造６１を有する。
【００７０】
ここで、本実施形態７では、第５光導波路部２００は、ＤＦＢレーザ素子として機能するように、その導波路活性コア層２０３に沿って不図示の回折格子層が形成されている。また、第８光導波路部５００に設けられた各電極に変調電流を流すことにより、アーム導波路部５０１、５０２の導波路コア層の屈折率を変調することで、第８光導波路部５００はＭＺＩ変調器として機能する。その結果、光集積素子６０００は、ＭＺＩ変調器集積型のＤＦＢレーザ素子として機能する。そして、光導波路部５０４の紙面上側の一端から変調されたレーザ光Ｌ２を出力する。
【００７１】
この光集積素子６０００は、実施形態１に係る光導波路構造１００を備えているので、製造誤差に対するトレランスが高く、かつ素子長を短くできる。さらに、第５光導波路部２００では、電流注入の際の電気抵抗が低くなり、電流注入量に対する発光量の割合が大きくなるので、光集積素子５０００の電力効率が高くなり、より低しきい値電流かつ高光出力の半導体レーザ素子となる。
【００７２】
（製造方法）
つぎに、実施形態１に係る光導波路構造１００の製造方法の一例を図１０〜図１４を参照して説明する。
はじめに、図１０（ａ）に示すように、半導体積層構造形成工程として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、基板１０１上に、下部クラッド層１０２、１．２５ＱのＩｎＧａＡｓＰからなる導波路コア層１０３、上部クラッド層１０４を順次成長し、半導体積層構造を形成する。導波路コア層１０３は導波路コア層１１３、１２３１、１２３２、１３３、１４３となる層である。
【００７３】
つづいて、第１エッチング工程を行う。すなわち、まず上部クラッド層１０４上に、誘電体である窒化シリコンを、たとえばプラズマＣＶＤ法などにより厚さ１００ｎｍで堆積したのち、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、埋め込み導波路形成エッチング用兼選択成長用の第１ハードマスクＭ１を形成する。第１ハードマスクＭ１形成のためのエッチングには、例えば四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などが選択される。また、この第１ハードマスクＭ１により，埋め込み導波路を形成する領域と、その後ハイメサ導波路を形成する領域が規定される。第１ハードマスクＭ１はハイメサ導波路構造とメサストライプ構造を形成する領域に面状に広がるマスク部Ｍ１１と、埋め込み導波路構造を形成するためのストライプ状のマスク部Ｍ１２とを有する。マスク部Ｍ１１とマスク部Ｍ１２との長手方向における境界位置は位置Ｐ１である。また、マスク部Ｍ１２の中心軸は中心軸Ｘ１である。
【００７４】
つづいて、たとえばウエットエッチングなどのエッチングにより、上部クラッド層１０４、導波路コア層１０３、および下部クラッド層１０２の一部をエッチングし、第１光導波路部１０および第３光導波路部３０におけるメサ導波路構造を形成する。図１０（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、エッチング後の図１０（ｂ）におけるＥ−Ｅ線断面図、Ｆ−Ｆ線断面図である。
【００７５】
つづいて、埋め込み導波路構造形成工程として、ＭＯＣＶＤ法により、下部埋め込み層１０７と上部埋め込み層１０８とを順次成長し、埋め込み部を形成する。図１１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、埋め込み部形成後の図１０（ｂ）におけるＥ−Ｅ線断面図、Ｆ−Ｆ線断面図である。その後、第１ハードマスクＭ１をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）などにより除去する。
【００７６】
つづいて、導電性半導体層形成工程として、ＭＯＣＶＤ法により、全面に、導電性を有する上部クラッド層１０５とコンタクト層１０６とを順次成長する。上部クラッド層１０５におけるｐ型ドーパントのドープ濃度は、光導波路を導波する光に対する吸収の影響と、上部クラッド層１０５を層厚方向に流れる電流に対する電気抵抗の影響を考慮し、層厚方向において複数段で濃度が変化するように構成することができる。
【００７７】
なお、上部クラッド層１０４、１０５に含まれるｐ型ドーパントを不活性にする場合は、ここでコンタクト層１０６上にイオン注入用のマスクを形成し、マスクの上から水素イオンを注入してｐ型ドーパントを不活性化し、その後マスクを除去する。
【００７８】
つづいて、第２エッチング工程を行う。すなわち、まず、図１２に示すように、コンタクト層１０６上に、誘電体である窒化シリコンを、たとえばプラズマＣＶＤ法などにより堆積したのち、ステッパなどの高解像度パターンが作製できるようなフォトリソグラフィ技術を用いて、ハイメサ導波路構造とメサストライプ構造形成エッチング用の第２ハードマスクＭ２を形成する。第２ハードマスクＭ２は、ハイメサ導波路構造とメサストライプ構造形成エッチングの際の半導体とのエッチング選択比、およびハイメサ導波路構造とメサストライプ構造のエッチング深さを勘案して，エッチングの途中で消失しないような厚さ、たとえば５００ｎｍの厚さで堆積する。第２ハードマスクＭ２は、埋め込み導波路構造を形成した領域に面状に広がるマスク部Ｍ２１と、ハイメサ導波路構造とメサストライプ構造形成のための形状を有するマスク部Ｍ２２とを有する。マスク部Ｍ２２の中心軸は中心軸Ｘ２である。マスク部Ｍ２１とマスク部Ｍ２２との長手方向における境界位置は位置Ｐ２であり、マスク部Ｍ１１とマスク部Ｍ１２との境界位置である位置Ｐ１よりも紙面上側に位置する。これにより、埋め込み導波路構造３１を含むメサストライプ構造３２を有する第３光導波路部３０が形成される。このように第３光導波路部３０が形成されるようにすることで、製造誤差によるマスク部Ｍ１１とマスク部Ｍ１２の境界位置の長手方向における境界位置とマスク部Ｍ２１とマスク部Ｍ２２との長手方向における境界位置との位置ずれや、マスク部Ｍ１２の中心軸Ｘ１とマスク部Ｍ２２の中心軸Ｘ２との位置ずれが起こったとしても、第３光導波路部３０と第４光導波路部４０との接続損失の増大が抑制される。その結果、光導波路構造１００は、異なる導波路構造の接続部における損失が少なく、製造誤差に対するトレランスが高い。
【００７９】
なお、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、第２ハードマスクＭ２形成後の図１２におけるＧ−Ｇ線断面図、Ｈ−Ｈ線断面図、Ｉ−Ｉ線断面図、Ｊ−Ｊ線断面図である。
【００８０】
つづいて、たとえば誘導結合型ＲＩＥ（ＩＣＰ−ＲＩＥ）などのエッチング手段を用いてコンタクト層１０６、上部クラッド層１０５、導波路コア層１０３、および下部クラッド層の一部をエッチングし、第２光導波路部２０および第４光導波路部４０における垂直性の高いハイメサ導波路構造、および第３光導波路部３０における垂直性の高いメサストライプ構造を形成する。図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、エッチング後の図１２におけるＧ−Ｇ線断面図、Ｈ−Ｈ線断面図、Ｉ−Ｉ線断面図、Ｊ−Ｊ線断面図である。その後、第２ハードマスクＭ２をＢＨＦなどにより除去する。その後、誘電体からなる保護膜の作製や素子分離などの必要な工程を行い、光導波路構造１００が完成する。なお、このエッチングは、例えばローディング効果、マイクロローディング効果などのエッチング状態の不均一性をもたらす諸現象によって、必ずしもすべての箇所で同じエッチング深さにはならないことがあるため、特に第２光導波路部２０のうち２つのハイメサ導波路構造に挟まれた領域などは、他の箇所とは深さが異なることがありうることに留意すべきである。
【００８１】
なお、図１５は、実施形態１の変形例に係る光導波路構造の模式的な平面図である。この光導波路構造１００Ａは、光導波路構造１００の第２光導波路部２０に替えて逆テーパ型のハイメサ導波路構造２１Ａ、２２Ａを有する第２光導波路部２０Ａを備え、第３光導波路部３０に替えてテーパ型の埋め込み導波路構造３１Ａを有する第２光導波路部２０Ａを備えるものである。このようなテーパ型や逆テーパ型のハイメサ導波路構造とすることにより、導波路部間の接続損失を低減する構成としてもよい。また、テーパ型や逆テーパ型の導波路構造のテーパ形状は、直線的、２次関数的、指数関数的、などに代表される任意の単調増加あるいは単調減少の関数で表現される形状を取りうる。
【００８２】
また、上記実施形態では、第２光導波路部２０は２つのハイメサ導波路構造２１、２２を有するが、第２光導波路部が有するハイメサ導波路構造の数は２つに限られず、少なくとも１つであればよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、リング状導波路部３０３は２つのハイメサ導波路構造２１、２２の両方に接続しているが、本発明はこれに限らず、リング状導波路部が第２光導波路部のハイメサ導波路構造の少なくとも一つに光学的に接続されている構成を備えることができる。
【００８４】
また、上記実施形態では、半導体積層構造において、導波路コア層よりも基板側がｎ型半導体からなり、導波路コア層の基板と反対側はｐ型半導体からなっているが、導波路コア層よりも基板側がｐ型半導体からなり、導波路コア層の基板と反対側がｎ型半導体からなる構造としてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態について例示した電極材料、半導体材料や半導体層の厚さ、導波路のサイズ等の特性は、光導波構造が波長１．５５μｍ帯の光を導波する場合のものである。これらの特性は導波する光の波長に対応させて適宜設定される。
【００８６】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  第１光導波路部
１１、３１、３１Ａ、６１、２０１  埋め込み導波路構造
２０、２０Ａ  第２光導波路部
２１、２１Ａ、２２、２２Ａ、４１  ハイメサ導波路構造
３０  第３光導波路部
３２  メサストライプ構造
４０  第４光導波路部
１００、１００Ａ  光導波路構造
１０１  基板
１０２  下部クラッド層
１０３、１１３、１２３１、１２３２、１３３、１４３  導波路コア層
１０４  上部クラッド層
１０５  上部クラッド層
１０６  コンタクト層
１０７  下部埋め込み層
１０８  上部埋め込み層
２００  第５光導波路部
２０３  導波路活性コア層
２１１  ｎ側電極
２１２  ｐ側電極
３００  第６光導波路部
３０１、３０２、５０１、５０２  アーム導波路部
３０３  リング状導波路部
４００  第７光導波路部
４０１  ループ状導波路部
５００  第８光導波路部
５０３  光合波導波路部
５０４  光導波路部
５１１、５１２  電極
６００  第９光導波路部
１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００  光集積素子
ｈ１、ｈ２  深さ
Ｌ１、Ｌ２      レーザ光
Ｍ１  第１ハードマスク
Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ２１、Ｍ２２  マスク部
Ｍ２  第２ハードマスク
Ｗ１１、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ３１、Ｗ４１、Ｗ４２  導波路幅
Ｘ１、Ｘ２  中心軸
【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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