(57)【要約】【課題】光偏向器に印加される電圧から強度の大きな電界を生成可能な半導体光偏向器を提供する。【解決手段】第１導電型の第１半導体領域３１を含む第１クラッド層３０、第２導電型の第１１半導体領域５１と第１１半導体領域５１より大きな比抵抗を有する分離領域６０とを含む第２クラッド層５０、及び第１クラッド層３０と第２クラッド層５０との間に設けられたコア層４０を備える積層体２０と、第１クラッド層３０に電気的に接続された第１電極７０と、第２クラッド層５０の第１１半導体領域５１に電気的に接続された第１１電極７１と、第１クラッド層３０、コア層４０及び第２クラッド層５０を搭載する主面１０Ａを有する基板１０と、を備える。【選択図】図１
2017072802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光偏向器であって、
第１導電型の第１半導体領域を含む第１クラッド層、第２導電型の第１１半導体領域と前記第１１半導体領域より大きな比抵抗を有する分離領域とを含む第２クラッド層、及び前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に設けられたコア層を備える積層体と、
前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、
前記第２クラッド層の前記第１１半導体領域に電気的に接続された第１１電極と、
前記第１クラッド層、前記コア層及び前記第２クラッド層を搭載する主面を有する基板と、
を備え、
前記積層体は、導波路軸の方向に延在し所定の幅を有する導波領域を含み、
前記第１１半導体領域は、前記導波路軸に対して第１１角度で交差する第１１軸に沿って延在する第１１境界を有し、
前記第１１半導体領域及び前記分離領域は、前記導波路軸に対して第１２角度で傾斜した第１２軸に沿って延在する第１２境界を成しており、前記第１２角度は鋭角及び鈍角の一方である、半導体光偏向器。
【請求項２】
前記第２クラッド層は、前記第２導電型の第１２半導体領域を含み、
前記分離領域及び前記第１２半導体領域は、前記導波路軸に対して傾斜した第１３軸に沿って延在する第１３境界を成しており、
当該半導体光偏向器は、前記第２クラッド層の前記第１２半導体領域に電気的に接続された第１２電極を更に備える、請求項１に記載の半導体光偏向器。
【請求項３】
前記第１３軸は前記導波路軸に対して第１３角度で傾斜し、
前記第１３角度は鋭角及び鈍角の他方であり、
前記分離領域は、前記導波路軸上を前記第１２境界から前記第１３境界まで延在する、請求項２に記載の半導体光偏向器。
【請求項４】
前記第２クラッド層は、前記第２導電型の第２１半導体領域を含み、
前記分離領域及び前記第２１半導体領域は、前記導波路軸に対して傾斜した第２１軸の方向に沿って延在する第２１境界において互いに接しており、
当該半導体光偏向器は、前記第２クラッド層の前記第２１半導体領域に電気的に接続された第２１電極を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の半導体光偏向器。
【請求項５】
前記第２１軸は前記導波路軸に対して第２１角度で傾斜し、
前記第２１角度は、鋭角及び鈍角の一方であり、
前記分離領域は、前記導波路軸上を前記第１２境界から前記第２１境界まで延在する、請求項４に記載の半導体光偏向器。
【請求項６】
前記分離領域は、樹脂体を備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の半導体光偏向器。
【請求項７】
前記分離領域は、ｉ型半導体を備える、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の半導体光偏向器。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の前記半導体光偏向器と、
前記半導体光偏向器に光学的に結合される入力光導波路と、
前記半導体光偏向器に光学的に結合される複数の出力光導波路と、
を備える、半導体光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光偏向器及び半導体光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、半導体光偏向器を開示する。この半導体光偏向器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の電気光学効果を用いた光偏向器を備える。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】D.  Djukie,  et  al.,  “Low-voltage  planar-waveguide  electrooptic  prism  scanner  in  Crystal-Ion-Sliced  thin-film  LiNbO3”  Optics  Express,  USA,  Dec.  2004,  Vol.12,  No.25,  pp.6159.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気光学材料を用いた光偏向部品を含む光偏向器は、印加された電界の大きさに応じて入射光の偏向角度を増大させる。電気光学材料としてＬｉＮｂＯ３を用いた光偏向器では、加工技術の制約によって、ＬｉＮｂＯ３の厚みの下限は１０μｍ程度であり、この大きな下限値に起因して、偏向角度を増大させるためには高い電圧を光偏向器に印加する必要がある。
【０００５】
本発明の一側面は、光偏向器に印加される電圧から強度の大きな電界を生成可能な半導体光偏向器を提供することを目的とする。本発明の別側面は、上記の半導体光偏向器を用いた半導体光スイッチ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】
【０００６】
本発明の一側面に係る半導体光偏向器は、第１導電型の第１半導体領域を含む第１クラッド層、第２導電型の第１１半導体領域と前記第１１半導体領域より大きな比抵抗を有する分離領域とを含む第２クラッド層、及び前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に設けられたコア層を備える積層体と、前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、前記第２クラッド層の前記第１１半導体領域に電気的に接続された第１１電極と、前記第１クラッド層、前記コア層及び前記第２クラッド層を搭載する主面を有する基板と、を備え、前記積層体は、導波路軸の方向に延在し所定の幅を有する導波領域を含み、前記第１１半導体領域は、前記導波路軸に対して第１１角度で交差する第１１軸に沿って延在する第１１境界を有し、前記第１１半導体領域及び前記分離領域は、前記導波路軸に対して第１２角度で傾斜した第１２軸に沿って延在する第１２境界を成しており、前記第１２角度は鋭角及び鈍角の一方である。
【０００７】
本発明の別側面に係る半導体光スイッチは、上記の一側面に係る半導体光偏向器と、前記半導体光偏向器に光学的に結合される入力光導波路と、前記半導体光偏向器に光学的に結合される複数の出力光導波路と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の一側面は、光偏向器に印加される電圧から強度の大きな電界を生成可能な半導体光偏向器を提供することすることができる。本発明の別側面は、上記の半導体光偏向器を用いた半導体光スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る半導体光偏向器における第１１半導体領域及びこの下のコア層並びに光路の一例を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施例に係る半導体光偏向器における光の偏向と印加電圧との関係を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る半導体光偏向器を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る半導体光偏向器の平面図を模式的に示す図である。
【図９】図９は、図８に示される半導体光偏向器の断面図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態に係る半導体光スイッチを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
引き続き、いくつかの具体例を説明する。本発明の一側面に係る半導体光偏向器は、第１導電型の第１半導体領域を含む第１クラッド層、第２導電型の第１１半導体領域と前記第１１半導体領域より大きな比抵抗を有する分離領域とを含む第２クラッド層、及び前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に設けられたコア層を備える積層体と、前記第１クラッド層に電気的に接続された第１電極と、前記第２クラッド層の前記第１１半導体領域に電気的に接続された第１１電極と、前記第１クラッド層、前記コア層及び前記第２クラッド層を搭載する主面を有する基板と、を備え、前記積層体は、導波路軸の方向に延在し所定の幅を有する導波領域を含み、前記第１１半導体領域は、前記導波路軸に対して第１１角度で交差する第１１軸に沿って延在する第１１境界を有し、前記第１１半導体領域及び前記分離領域は、前記導波路軸に対して第１２角度で傾斜した第１２軸に沿って延在する第１２境界を成しており、前記第１２角度は鋭角及び鈍角の一方である。
【００１１】
この半導体光偏向器によれば、コア層は、基礎コア部分及び第１１コア部分を有し、基礎コア部分は、第１クラッド層の第１半導体領域と第２クラッド層の分離領域との間に位置し、第１１コア部分は、第１クラッド層の第１半導体領域と第２クラッド層の第１１半導体領域との間に位置する。第１電極と第１１電極との間の電圧が第１１コア部分に印加され、印加電圧に応じた電界が第１１コア部分に電気光学効果を誘起して、この電気光学効果が第１１コア部分の屈折率を変化させる。その結果、第１１コア部分と基礎コア部分とのコア境界（第１１半導体領域と分離領域との第１２境界に対応する）において、第１１コア部分と基礎コア部分との間の屈折率差が変化して、コア境界を横切る光は、当該コア境界への入射方向に対して光伝播の向きを変える。
【００１２】
上記の半導体光偏向器では、前記第２クラッド層は、前記第２導電型の第１２半導体領域を含み、前記分離領域及び前記第１２半導体領域は、前記導波路軸に対して傾斜した第１３軸に沿って延在する第１３境界を成しており、当該半導体光偏向器は、前記第２クラッド層の前記第１２半導体領域に電気的に接続された第１２電極を更に備えてもよい。
【００１３】
この半導体光偏向器によれば、コア層は、更に第１２コア部分を有し、第１２コア部分は、第１クラッド層の第１半導体領域と第２クラッド層の第１２半導体領域との間に位置し、第１電極と第１２電極との間の電圧が第１２コア部分に印加される。印加電圧に応じた電界が第１２コア部分に電気光学効果を誘起して、この電気光学効果が第１２コア部分の屈折率を変化させる。その結果、基礎コア部分と第１２コア部分との第１３境界において、基礎コア部分と第１２コア部分との間の屈折率差が変化して、第１３境界を横切る光は、当該第１３境界への入射方向に対して光伝播の向きを変える。
【００１４】
上記の半導体光偏向器では、前記第１３軸は前記導波路軸に対して第１３角度で傾斜し、前記第１３角度は鋭角及び鈍角の他方であり、前記分離領域は、前記導波路軸上を前記第１２境界から前記第１３境界まで延在してもよい。
【００１５】
この半導体光偏向器によれば、第１２角度が鋭角及び鈍角の一方であると共に、第１３角度が鋭角及び鈍角の他方であるとき、導波路軸に沿ってコア層に入射した入射光が導波路軸の右方向及び左方向のいずれか一方向に偏向されることができる。
【００１６】
上記の半導体光偏向器では、前記第２クラッド層は、前記第２導電型の第２１半導体領域を含み、前記分離領域及び前記第２１半導体領域は、前記導波路軸に対して傾斜した第２１軸の方向に沿って延在する第２１境界において互いに接しており、当該半導体光偏向器は、前記第２クラッド層の前記第２１半導体領域に電気的に接続された第２１電極を更に備えてもよい。
【００１７】
この半導体光偏向器によれば、コア層は、更に第２１コア部分を有し、第２１コア部分は、第１クラッド層の第１半導体領域と第２クラッド層の第２１半導体領域との間に位置し、第１電極と第２１電極との間の電圧は、第２１コア部分に印加される。印加電圧に応じた電界が第２１コア部分に電気光学効果を誘起して、この電気光学効果が第２１コア部分の屈折率を変化させる。その結果、基礎コア部分と第２１コア部分との第２１境界において、基礎コア部分と第２１コア部分との間の屈折率差が変化して、第２１境界を横切る光は、印加電圧の大きさに応じて当該第２１境界への入射方向を基準にして光伝播の向きを変える。
【００１８】
上記の半導体光偏向器では、前記第２１軸は前記導波路軸に対して第２１角度で傾斜し、前記第２１角度は、鋭角及び鈍角の一方であり、前記分離領域は、前記導波路軸上を前記第１２境界から前記第２１境界まで延在してもよい。
【００１９】
この半導体光偏向器によれば、第１２角度及び第２１角度が、共に鋭角及び鈍角の他方であるので、第２１半導体領域と第１１半導体領域とを互いに近づけて、第２１半導体領域と第１１半導体領域との間に位置する分離領域の幅を小さくすることができる。このため、第２クラッド層における第２導電型の半導体領域の配置密度が増大する。
【００２０】
上記の半導体光偏向器では、前記分離領域は、樹脂体を備えてもよい。
【００２１】
この半導体光偏向器によれば、樹脂体の絶縁性により、半導体領域に電界を閉じ込めることができる。
【００２２】
上記の半導体光偏向器では、前記分離領域は、ｉ型半導体を備えてもよい。
【００２３】
この半導体光偏向器によれば、ｉ型半導体の高比抵抗により半導体領域に電界を閉じ込めることができる。
【００２４】
別形態に係る半導体光スイッチは、前記半導体光偏向器と、前記半導体光偏向器に光学的に結合される入力光導波路と、前記半導体光偏向器に光学的に結合される複数の出力光導波路と、を備える。
【００２５】
この半導体光スイッチによれば、入力光導波路から半導体光偏向器に入射した光が、半導体光偏向器に印加された電圧に応じて複数の向きのうちいずれか１つの向きに偏向されて半導体光偏向器から出射される。具体的には、この半導体光スイッチは、半導体光偏向器からの出射光が出力光導波路に受光されるように配置された複数の出力光導波路を備えている。このため、一の入力光導波路から半導体光偏向器に提供された光が、複数の出力光導波路のうちの１つの出力光導波路に向けられる。この半導体光スイッチは、１つの入力光導波路から複数の出力光導波路への光路が半導体光偏向器への印加電圧の大きさに応じて切り替わる光スイッチ動作を行う。
【００２６】
いくつかの実施形態に係る半導体光偏向器及び半導体光スイッチを図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を模式的に示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を示す図である。図２の（ａ）部は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を示す平面図であり、図２の（ｂ）部は、図２の（ａ）部に示されるＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿ってとられた断面図である。図１及び図２には直交座標系ＳＲが描かれている。本実施例では、この直交座標系ＳＲのＸ軸が、導波路軸Ａｘ１に向き、Ｙ軸及びＺ軸が、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３に向いている。
【００２８】
半導体光偏向器１Ａは、基板１０、積層体２０、第１電極７０、及び第１１電極７１を備える。積層体２０は、基板１０の主面１０Ａ上に設けられ、第１クラッド層３０、コア層４０、及び第２クラッド層５０を有することができる。基板１０上において、第１クラッド層３０、コア層４０、及び第２クラッド層５０は、この順に第３軸Ａｘ３（Ｚ軸）の方向に配置されて、コア層４０は、第１クラッド層３０と第２クラッド層５０との間に設けられる。この配置は、第３軸Ａｘ３に光閉じ込めのための屈折率プロファイルを形成する。
【００２９】
第１クラッド層３０は、第１導電型の第１半導体領域３１を含み、第２クラッド層５０は、第１１半導体領域５１及び分離領域６０を含む。第１１半導体領域５１は、第１半導体領域３１の導電型に対して反対の第２導電型を有する。分離領域６０は、第１１半導体領域５１の比抵抗より大きな比抵抗を有し、実質的な絶縁性又は半絶縁性を有していてもよい。第１クラッド層３０の第１半導体領域３１は、第１搭載領域３０Ａ及び第２搭載領域３０Ｂを備え、第１搭載領域３０Ａ及び第２搭載領域３０Ｂは、導波路軸Ａｘ１に交差する方向（例えば、Ａｘ２方向）に基板１０の主面１０Ａに沿って配列される。第１搭載領域３０Ａ上にはコア層４０及び第２クラッド層５０が搭載される。第２搭載領域３０Ｂ上には、コア層４０及び第２クラッド層５０が設けられておらず、第１電極７０が搭載される。この第１電極７０は第１クラッド層３０に電気的に接続される。第１１半導体領域５１上には、第１１電極７１が設けられて、この第１１電極７１が第１１半導体領域５１に電気的に接続される。この結果、第２クラッド層５０の第１１半導体領域５１上に電圧が印加される。
【００３０】
半導体光偏向器１Ａでは、図２の（ａ）部に示されるように、積層体２０が導波領域ＷＧを備え、この導波領域ＷＧは、偏向された光が伝播できる程度の幅を有し、導波路軸Ａｘ１方向に延在する。導波領域ＷＧの幅Ｗ１は、例えば、２０μｍ〜２００μｍである。導波領域ＷＧは、コア層４０、第１クラッド層３０内の第１半導体領域３１及び第２クラッド層５０によって構成される。導波領域ＷＧにおいて、第１１半導体領域５１及び分離領域６０は、例えば、第１１境界Ｂ１１を有しており、この第１１境界Ｂ１１は、導波路軸Ａｘ１に対して第１１角度ＰＨＹ１１で交差する第１１軸Ｒ１１に沿って延在する。第１１半導体領域５１及び分離領域６０は、第１２境界Ｂ１２を成しており、この第１２境界Ｂ１２は、導波路軸Ａｘ１に対して第１２角度ＰＨＹ１２で傾斜した第１２軸Ｒ１２に沿って延在する。第１１角度ＰＨＹ１１は、導波路軸Ａｘ１と第１１軸Ｒ１１との交点を通る軸の回りに導波路軸Ａｘ１から時計回りの向きに規定され、同様に、第１２角度ＰＨＹ１２は、導波路軸Ａｘ１と第１２軸Ｒ１２との交点を通る軸の回りに導波路軸Ａｘ１から時計回りの向きに規定される。引き続く説明において、半導体領域と分離領域６０との境界と、導波路軸Ａｘ１との角度は同様に定義される。図２の（ａ）部に示されるように、本実施例では、例えば、第１１半導体領域５１の第１１角度ＰＨＹ１１は鋭角であり、第１２角度ＰＨＹ１２は鈍角であることができる。
【００３１】
半導体光偏向器１Ａでは、第２クラッド層５０は、更に、第２導電型の第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４を含み、第１１半導体領域５１、第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４が、例えば、この順に導波路軸Ａｘ１に沿って配置される。第１２半導体領域５２及び分離領域６０は、第１３境界Ｂ１３及び第１４境界Ｂ１４を成すことができて、第１３境界Ｂ１３は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１３角度ＰＨＹ１３で傾斜する第１３軸Ｒ１３に沿って延在し、第１４境界Ｂ１４は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１４角度ＰＨＹ１４で傾斜する第１４軸Ｒ１４に沿って延在する。同様に、第１３半導体領域５３及び分離領域６０は、第１５境界Ｂ１５及び第１６境界Ｂ１６を成し、第１５境界Ｂ１５は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１５角度ＰＨＹ１５で傾斜する第１５軸Ｒ１５に沿って延在し、第１６境界Ｂ１６は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１６角度ＰＨＹ１６で傾斜する第１６軸Ｒ１６に沿って延在する。第１４半導体領域５４及び分離領域６０は、第１７境界Ｂ１７及び第１８境界Ｂ１８を成し、第１７境界Ｂ１７は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１７角度ＰＨＹ１７で傾斜する第１７軸Ｒ１７に沿って延在し、第１８境界Ｂ１８は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１８角度ＰＨＹ１８で傾斜する第１８軸Ｒ１８に沿って延在する。導波領域ＷＧにおいて、第１３境界Ｂ１３、第１４境界Ｂ１４、第１５境界Ｂ１５、第１６境界Ｂ１６、第１７境界Ｂ１７、及び第１８境界Ｂ１８は、この順に導波路軸Ａｘ１の方向に配列する。
【００３２】
上記の説明に限定されることなく、半導体光偏向器１Ａは、所望の量の偏向を提供するために更なる半導体領域を含むことができる。積層体２０は、第１ｎ半導体領域（ｎ＝１、２、３・・・）を含み、第１ｎ半導体領域及び分離領域６０は、第１ｎ境界（ｎ＝１、３、５・・・）及び第１ｎ境界（ｎ＝２、４、６・・・）を成す。導波領域ＷＧにおいて、第１ｎ境界（ｎ＝１、３、５・・・）は、導波路軸Ａｘ１に対して第１ｎ角度（ｎ＝１、３、５・・・）で交差する第１ｎ軸（ｎ＝１、３、５・・・）に沿って延在すると共に、第１ｎ境界（ｎ＝２、４、６・・・）は、導波路軸Ａｘ１に対して第１ｎ角度（ｎ＝２、４、６・・・）で傾斜する第１ｎ軸（ｎ＝２、４、６・・・）に沿って延在している。
【００３３】
図２の（ａ）部を参照すると、第１１半導体領域５１の第１２境界Ｂ１２と第１２半導体領域５２の第１３境界Ｂ１３との間に分離領域６０が設けられて、この分離領域６０が、第１１半導体領域５１と第１２半導体領域５２とを互いに絶縁させる。同様に、分離領域６０が、第１２半導体領域５２の第１４境界Ｂ１４と第１３半導体領域５３の第１５境界Ｂ１５との間に設けられて、この分離領域６０によって、第１２半導体領域５２と第１３半導体領域５３とが互いに絶縁される。また、分離領域６０が、第１３半導体領域５３の第１６境界Ｂ１６と第１４半導体領域５４の第１７境界Ｂ１７との間に設けられて、この分離領域６０によって、第１３半導体領域５３と第１４半導体領域５４とが互いに絶縁される。導波領域ＷＧ内においては、導波路軸Ａｘ１に沿って、分離領域６０、第１１半導体領域５１、分離領域６０、第１２半導体領域５２、分離領域６０、第１３半導体領域５３、分離領域６０、第１４半導体領域５４、及び分離領域６０が、この順に配列される。導波領域ＷＧよりも幅広の積層体２０においては、第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４は、導波領域ＷＧにおいて導波路軸Ａｘ１と上記の境界との交差又は傾斜を実現するように、例えば、三角形、台形などの四角形、又は五角形以上の多角形の形状を有することができる。
【００３４】
導波領域ＷＧ内においては、第１１半導体領域５１の第１１境界Ｂ１１は第１１軸Ｒ１１に沿って延在すると共に第１１半導体領域５１の第１２境界Ｂ１２は第１２軸Ｒ１２に沿って延在して、これらの境界（Ｂ１１、Ｂ１２）の傾斜は、これらの境界において所望の偏向を半導体光偏向器１Ａにおいて実現する。第１２半導体領域５２〜第１４半導体領域５４においても、個々の境界は同様に傾斜する。第１１半導体領域５１の平面形状を参照して、一例を示せば、第１１半導体領域５１の境界は、図２の（ａ）部に示される３つの頂点５１ａ、５１ｂ及び５１ｃを用いて容易に規定できる。第１１軸Ｒ１１は、頂点５１ａと頂点５１ｂとを通過し、導波路軸Ａｘ１に対して第１１角度ＰＨＹ１１で交差する。第１２軸Ｒ１２は、頂点５１ａと頂点５１ｃとを通過し、導波路軸Ａｘ１に対して第１２角度ＰＨＹ１２で交差する。この説明は、第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４の平面形状にも適用される。導波領域ＷＧの幅は、具体的には、例えば、第１１半導体領域５１の頂点５１ｂと頂点５１ｃとを通過する線と頂点５１ａとの距離で規定される。
【００３５】
図１及び図２の（ａ）部を参照すると、第１１電極７１は、第１１半導体領域５１直下の第１１コア部分４１に電界が高い均一性で生成されるように、第１１半導体領域５１と同様の平面形状を有することができ、第１１半導体領域５１と第１１電極７１とは、共に三角形の平面形状を有する。半導体光偏向器１Ａは、第１２電極７２〜第１４電極７４を更に備え、これらの第１２電極７２〜第１４電極７４は、それぞれ第１２半導体領域５２〜第１４半導体領域５４に電気的に接続される。また、第１２電極７２〜第１４電極７４も、それぞれ、第１２半導体領域５２〜第１４半導体領域５４と同様の平面形状を有することができる。
【００３６】
図２の（ａ）部を参照すると、第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４が三角形の平面形状として描かれている。これらの三角形は、導波領域ＷＧの幅において導波路軸Ａｘ１に対して傾斜した境界を第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４の各々に提供できて、具体的には、例えば、正三角形又は二等辺三角形といった形状を有することができる。第１２半導体領域５２の頂点５２ｂ、５２ｃ、第１３半導体領域５３の頂点５３ｂ、５３ｃ、及び第１４半導体領域５４の頂点５４ｂ、５４ｃは、基準直線５１Ｌ（第１１半導体領域５１の頂点５１ｂと頂点５１ｃとを通過する直線）に沿って配列することができる。
【００３７】
コア層４０は、基礎コア部分４０Ｓ及び第１１コア部分４１を有する。基礎コア部分４０Ｓは、第１クラッド層３０の第１半導体領域３１と第２クラッド層５０の分離領域６０との間に位置し、第１１コア部分４１は、第１クラッド層３０の第１半導体領域３１と第２クラッド層５０の第１１半導体領域５１との間に位置する。分離領域６０は、ｐ型クラッド層の導電性半導体、例えば、第１１半導体領域５１より大きな比抵抗を有するので、第１電極７０と第１１電極７１との間に印加された電圧は、第１１半導体領域５１を通して主に第１１コア部分４１に印加され、基礎コア部分４０Ｓには殆ど印加されない。このため、電気光学効果は、第１１コア部分４１で生じるけれども、基礎コア部分４０Ｓでは殆ど生じない。電気光学効果は第１１コア部分４１の屈折率を変化させて、この結果、第１１コア部分４１と基礎コア部分４０Ｓとのコア境界（第１１半導体領域５１と分離領域６０との第１２境界Ｂ１２に対応する）において、印加された電圧の大きさに応じて、第１１コア部分４１と基礎コア部分４０Ｓとの間の屈折率差（第１１コア部分４１の屈折率と基礎コア部分４０Ｓの屈折率との差）が変化する。第１１コア部分４１と基礎コア部分４０Ｓとの間の屈折率差は、第１１コア部分４１の屈折率と基礎コア部分４０Ｓの屈折率との差に対応する。コア境界を横切る光は、当該コア境界への入射方向に対して光伝播の向きを変える。
【００３８】
半導体光偏向器１Ａは、更に、第１２コア部分４２〜第１４コア部分４４を備え、第１２コア部分４２〜第１４コア部分４４は、それぞれ第１２半導体領域５２〜第１４半導体領域５４下に位置する。第１２コア部分４２〜第１４コア部分４４においても電気光学効果が誘起され、分離領域６０下の基礎コア部分４０Ｓには電気光学効果は誘起されない。第１２半導体領域５２〜第１４半導体領域５４の各々は分離領域６０によって囲まれているので、導波路軸Ａｘ１の方向に進む光は、第１２半導体領域５２〜第１４半導体領域５４の各々の境界を横切る毎に偏向する。
【００３９】
分離領域６０は、例えば、ｉ型半導体を備えていることができて、このｉ型半導体の高比抵抗により、分離領域６０は第１１半導体領域５１に電界を閉じ込めることができる。本実施例では、第１１半導体領域５１の電気抵抗は、例えば、数百ｋΩである一方で、分離領域６０の電気抵抗は、例えば、数ＭΩである。分離領域６０の電気抵抗が第１１半導体領域５１の電気抵抗に比べて一桁大きく、分離領域６０は、実質的な絶縁性又は半絶縁性を有している。或いは、分離領域６０は、例えば、樹脂体及び無機誘電体を備えてもよい。分離領域６０の樹脂体は、その樹脂体の絶縁性により、第１１半導体領域５１に電界を閉じ込めることができる。樹脂体は、例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド又はエポキシであり、無機誘電体は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ又はＳｉＯＮである。
【００４０】
本実施例では、第１１半導体領域５１に係る頂点５１ｂと頂点５１ｃとの距離は、例えば、４０μｍ〜４００μｍであり、頂点５１ｂと頂点５１ｃとを通過する線と頂点５１ａとの距離は、例えば、２０μｍ〜２００μｍであることができる。第１電極７０の幅Ｗ２は、例えば、１０μｍ〜１００μｍである。
【００４１】
第１実施形態に係る半導体光偏向器１Ａは、以下のものである。
基板１０：Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ。
第１クラッド層３０：ｎ型ＩｎＰ層、厚み０．５μｍ〜２μｍ。
コア層４０：アンドープＩｎＧａＡｓＰ／アンドープＩｎＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ）層、厚み０．１μｍ〜０．５μｍ。
第１ｎ半導体領域（ｎ＝１〜４）：ｐ型ＩｎＰ層、厚み１μｍ〜２μｍ。
分離領域６０：ｉ型ＩｎＰ層、厚み１μｍ〜２μｍ。
第１電極７０：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
第１ｎ電極（ｎ＝１〜４）：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
【００４２】
図３は、第１実施形態に係る半導体光偏向器における第１１半導体領域及びこの下のコア層並びに光路の一例を示す図である。図３を参照しながら、半導体光偏向器１の動作を説明する。第１１角度ＰＨＹ１１は、導波路軸Ａｘ１を基準として鋭角であり、第１２角度ＰＨＹ１２は鈍角である。既に説明したように、第１１半導体領域５１への電圧印加に応答して、第１１コア部分４１には電気光学効果が生じる一方で、分離領域６０下の基礎コア部分４０Ｓには電気光学効果が生じない。電圧印加の結果、分離領域６０下の基礎コア部分４０Ｓは屈折率ｎ１のままであり、第１１半導体領域５１下の第１１コア部分４１は、屈折率ｎ１と異なる屈折率ｎ２を有する。電圧印加中においては、屈折率の関係式ｎ２＞ｎ１が成り立つ。入射光Ｌ１は、導波路軸Ａｘ１の方向に沿って導波領域ＷＧ内の分離領域６０、基礎コア部分４０Ｓ及び第１半導体領域３１を伝播し、第１１境界Ｂ１１において屈折する。入射光Ｌ１の入射角をＴＨＥＴＡ１として参照し、入射光Ｌ１の屈折角をＴＨＥＴＡ２として参照する。スネルの法則を表す関係式ｎ１×ｓｉｎ（ＴＨＥＴＡ１）＝ｎ２×ｓｉｎ（ＴＨＥＴＡ２）が満たされる。電気光学効果に起因して、屈折率の関係式ｎ２＞ｎ１が成り立つので、入射角ＴＨＥＴＡ１は、屈折角ＴＨＥＴＡ２及び角度ＡＬＰＨＡ１を用いて、角度の関係式ＴＨＥＴＡ１＝ＴＨＥＴＡ２＋ＡＬＰＨＡ１として表される。この関係式は、入射光Ｌ１が第１１境界Ｂ１１での屈折により導波路軸Ａｘ１を基準にした角度ＡＬＰＨＡ１で伝播方向を変える。図３の平面図において、第１１境界Ｂ１１における屈折の結果、入射光Ｌ１は、導波路軸Ａｘ１を基準として右方向及び左方向のうち左方向に偏向される。引き続く説明において簡略のために屈折後の入射光Ｌ１を第１屈折光Ｌ２として参照する。
【００４３】
第１屈折光Ｌ２は、第１１半導体領域５１下の第１１コア部分４１内を伝播し、第１２境界Ｂ１２に到達する。第１２境界Ｂ１２において第１屈折光Ｌ２の入射角をＴＨＥＴＡ３として参照し、第１屈折光Ｌ２の屈折角をＴＨＥＴＡ４として参照する。電圧印加中においては、第１１半導体領域５１下の第１１コア部分４１は屈折率ｎ２を有するので、スネルの法則に従って、関係式ｎ２×ｓｉｎ（ＴＨＥＴＡ３）＝ｎ１×ｓｉｎ（ＴＨＥＴＡ４）が満たされる。第１１半導体領域５１から分離領域６０へ伝播する際の屈折においても、屈折率の関係式ｎ２＞ｎ１を用いて、屈折角ＴＨＥＴＡ４及び入射角ＴＨＥＴＡ３は、角度の関係式ＴＨＥＴＡ４＞ＴＨＥＴＡ３を満たす。屈折角ＴＨＥＴＡ４は、入射角ＴＨＥＴＡ３及び角度ＡＬＰＨＡ２を用いて、角度の関係式ＴＨＥＴＡ４＝ＴＨＥＴＡ３＋ＡＬＰＨＡ２として表される。この関係式は、第１屈折光Ｌ２が第１２境界Ｂ１２において、第１２境界Ｂ１２への入射方向を基準にして角度ＡＬＰＨＡ２で伝播方向を変えることを示す。第１屈折光Ｌ２は、導波路軸Ａｘ１を基準として右方向及び左方向のうち左方向に再び偏向される。第１２境界Ｂ１２において屈折された第１屈折光Ｌ２は、第２屈折光Ｌ３として参照される。図３では、第２屈折光Ｌ３の光路が、導波路軸Ａｘ１から基準直線５１Ｌに近づくように表される。第２屈折光Ｌ３は、第１１半導体領域５１と第１２半導体領域５２との間に位置する分離領域６０下の基礎コア部分４０Ｓ内を伝播する。
【００４４】
入射光Ｌ１の光路に関する上記説明によれば、第１１境界Ｂ１１での１回目の屈折により光路の向きが角度ＡＬＰＨＡ１で変わり、第１２境界Ｂ１２での２回目の屈折により光路の向きが角度ＡＬＰＨＡ２で変わる。この２回の屈折による合計の偏向角度は、ＡＬＰＨＡ１＋ＡＬＰＨＡ２として表される。半導体光偏向器１Ａは、他の導電性半導体領域を通過する際のさらなる屈折により、より大きな偏向角度を実現できる。実用的な半導体光偏向器は、２回の屈折よりも多くの回数の屈折を実現する。
【００４５】
図２の（ａ）部に示される具体例において、個々の半導体領域の２つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ｂ、５１ｃ）が、導波路軸Ａｘ１の左側エリアにおいて基準直線５１Ｌ上に配列され、他の１つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ａ）が、導波路軸Ａｘ１の右側エリアに位置している。第１１境界Ｂ１１、第１２境界Ｂ１２、第１３境界Ｂ１３、及び第１４境界Ｂ１４は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４で傾斜し、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鋭角、鈍角、鋭角、及び鈍角であることができる。
【００４６】
別の具体例（図２の（ａ）部に示される具体例において、導波路軸Ａｘ１を基準にして半導体領域を反転させた配列に係る具体例）では、個々の半導体領域の２つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ｂ、５１ｃ）が、導波路軸Ａｘ１の右側エリアにおいて基準直線５１Ｌ上に配列され、他の１つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ａ）が、導波路軸Ａｘ１の左側エリアに位置している。第１１境界Ｂ１１、第１２境界Ｂ１２、第１３境界Ｂ１３、及び第１４境界Ｂ１４は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４で傾斜し、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鈍角、鋭角、鈍角、及び鋭角であることができる。
【００４７】
これらの２つの具体例では、導波路軸Ａｘ１に沿って導波領域ＷＧに入射した入射光Ｌ１は、第１１半導体領域５１下及び第１２半導体領域５２下を伝播した結果、導波路軸Ａｘ１を基準として右方向及び左方向のうちの一方向に偏向される。第２クラッド層５０がｎ個の半導体領域を有する半導体光偏向器１Ａでは、導波領域ＷＧを伝播する光は、上記の一方向に偏向されることができる。２つの具体例に従って、半導体光偏向器１Ａでは、第１ｎ角度（ｎ＝２、４、６・・・）が、鋭角又は鈍角の一方であり、第１ｎ角度（ｎ＝１、３、５・・・）が、鋭角又は鈍角の他方であることができる。
【００４８】
図４は、第１の実施例に係る半導体光偏向器における光の偏向と印加電圧（例えば、第１電極と第１１電極との間に印加する電圧）との関係を示す図である。図４の（ａ）部は、入射光Ｌ１の総偏向角度と印加電圧との関係を示す図である。図４の（ｂ）部は、光偏向の感度を示す図であり、この感度は、図４の（ａ）部の結果を横軸の変数（印加電圧）で微分して得られる。入射光Ｌ１の波長は１５５０ｎｍである。図４の見積もりに用いられた半導体光偏向器は、図２の（ａ）に示したような三角形状の半導体領域を、導波路軸Ａｘ１の方向に一列に４０個配列している。
【００４９】
図４の見積もりのための半導体光偏向器のモデルは、以下のものである。
基板１０：Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ。
第１クラッド層３０：ｎ型ＩｎＰ層、厚み１．５μｍ。
コア層４０：ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰを含むｉ型多重量子井戸（ＭＱＷ）層、厚み０．５μｍ。
第１ｎ半導体領域（ｎ＝１〜４）：ｐ型ＩｎＰ層、厚み１．５μｍ。
分離領域６０：Ｆｅドープｉ型ＩｎＰ層、厚み１．５μｍ。
第１電極７０：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み４μｍ。
第１ｎ電極（ｎ＝１〜４）：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み４μｍ。
図４は、比較のために、ＬｉＮｂＯ３を用いた光偏向器における見積もりも示す。ＬｉＮｂＯ３光偏向器では、その光偏向器内の光学長が、半導体光偏向器内の光学長と同じである。図４では、ＬｉＮｂＯ３光偏向器におけるＬｉＮｂＯ３の厚みは、０．５μｍである。
【００５０】
図４を参照すると、半導体光偏向器では、印加される電圧値が大きくなるに従って、コア層に入力された光の偏向量が増大している。光の偏向量は、ＬｉＮｂＯ３光偏向器を半導体光偏向器と比較すると、以下の点で大きな相違がある。図４の（ａ）部に示されるように、印加電圧が、例えば７Ｖのとき、ＬｉＮｂＯ３光偏向器での偏向角度が１度であるのに対して、半導体光偏向器での偏向角度は１．８４度である。また、図４の（ｂ）部に示されるように、例えば、印加電圧が３．５Ｖのとき、ＬｉＮｂＯ３光偏向器での感度が０．１４５度／Ｖであるのに対して、半導体光偏向器での感度は０．２６度／Ｖである。本実施例の半導体光偏向器は、ＬｉＮｂＯ３光偏向器に比べて、同じ光学長において印加電圧を低減できる。
【００５１】
図４では、ＬｉＮｂＯ３光偏向器の偏向角度が印加電圧に対して概ね一次比例して増加する一方で、半導体光偏向器の偏向角度は印加電圧に対して一次比例の関係を超えて増加している。スネルの関係式より、偏向角度の大きさが微小な角度範囲では、偏向角度が屈折率に比例することが導かれる。図４の結果は、ＬｉＮｂＯ３光偏向器でのコア層の屈折率が、印加電圧に対して概ね一次比例して増加する一方で、半導体光偏向器でのコア層の屈折率が、印加電圧に対して一次比例の関係を超えて増加することを示している。ＬｉＮｂＯ３光偏向器では、その屈折率変化が印加電圧の一乗に比例するポッケルス効果に支配されている一方で、半導体光偏向器では、その屈折率変化が印加電圧の二乗に比例するカー効果に支配されていることが示される。
【００５２】
図５及び図６は、第１実施形態に係る半導体光偏向器を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図であり、個々の作製工程において形成される生産物を示している。図５の（ａ）部及び図６の（ａ）部は、生産物の平面図を示す図であり、図５の（ｂ）部は、図５の（ａ）部に示されるＶｂ−Ｖｂ線に沿ってとられた断面図であり、図６の（ｂ）部は、図６の（ａ）部に示されるＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿ってとられた断面図である。図５及び図６には、第１実施形態に係る図１の半導体偏向器の向きとの関連を示すために、直交座標系ＳＲが描かれている。図５及び図６を参照しながら、半導体光偏向器１Ａの作製方法を説明する。理解の容易のために、可能な場合には、半導体光偏向器１Ａの説明のために用いられた参照符号を用いる。
【００５３】
（基板の準備及び積層体の成長）
工程Ｓ１では、基板１０を準備する。工程Ｓ２では、基板１０の主面１０Ａ上に積層体２０のための半導体積層２０Ｐを成長する。具体的には、第１クラッド層３０Ｐのための導電性半導体層、コア層４０Ｐのためのアンドープ半導体層、及び第２クラッド層５０Ｐのための導電性半導体層をこの順で基板１０上に成長して、半導体積層２０Ｐを形成する。半導体積層の成長は、例えばＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により行われる。半導体積層２０Ｐの形成では、必要に応じて、第２クラッド層５０Ｐの上に、コンタクト層を形成することができる。
【００５４】
以下に、半導体積層２０Ｐの一例を示す。
基板１０：Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ。
第１クラッド層３０Ｐのための導電性半導体層：ｎ型ＩｎＰ層、厚み０．５μｍ〜２μｍ。
コア層４０Ｐのための半導体層：ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰを含むｉ型多重量子井戸（ＭＱＷ）層、厚み０．１μｍ〜０．５μｍ。
第２クラッド層５０Ｐのための導電性半導体層：ｐ型ＩｎＰ層、厚み１μｍ〜２μｍ。
コンタクト層：ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、厚み０．１μｍ〜０．３μｍ。
【００５５】
（分離領域の形成）
工程Ｓ３では、第２クラッド層５０Ｐのための導電性半導体層に分離領域６０Ｐを形成する。分離領域６０Ｐの形成は、埋込成長法又はイオン注入法によって行われる。埋込成長法及びイオン注入法の各々を用いた作製工程を説明する。
【００５６】
（分離領域の形成：埋込成長法による作製）
埋込成長法によって分離領域６０Ｐを形成する工程を説明する。埋込成長法を用いる作製では、第２クラッド層５０Ｐのための導電性半導体層を結晶成長した後に、図５に示されるように、第１１半導体領域５１のためのパターンを有するマスク６３を形成する。本実施例では、マスク６３の残しパターンは、第２クラッド層５０Ｐのための複数の導電性半導体領域の形状を規定しており、例えば、三角形の形状であることができる。マスク６３の材料は、例えば、シリコン系無機物、具体的にはＳｉＯ２又はＳｉＮを含む。このマスク６３を用いて、例えば、ドライエッチング法によって、第１１半導体領域５１のための領域に代表される半導体領域を残すように第２クラッド層５０Ｐのための導電性半導体層を部分的に除去する。エッチングの後において、マスク６３の開口には、コア層４０Ｐのための半導体層の表面が露出される。マスク６３によって覆われたエリアには、第１１半導体領域５１のための孤立した複数の導電性半導体領域が残される。これらの導電性半導体領域は、導電性半導体から成る側面を有している。
【００５７】
マスク６３を残したまま、例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いた選択成長により、分離領域６０Ｐのための半導体層を形成する。この半導体層は、露出したコア層４０Ｐ上に選択成長され、例えば、ｉ型ＩｎＰ層を備える。ｉ型ＩｎＰ層の成長は、例えば、Ｆｅ、Ｔｉ又はＣｏといったドーパントを原料ガスに添加しながら行われる。ｉ型ＩｎＰ層内におけるＦｅ濃度は、例えば、５×１０１４ｃｍ−３〜５×１０１６ｃｍ−３であり、Ｆｅドープｉ型ＩｎＰ層は、数ＭΩ以上である１０７Ωｃｍ以上の高い電気抵抗率を有する。分離領域６０Ｐのためのｉ型ＩｎＰ層は、導電性半導体領域を埋め込んでおり、個々の導電性半導体領域を絶縁する。埋込成長によって、ｉ型ＩｎＰ層は、導電性半導体領域の側面に接して境界を成すように成長される。マスク６３は、選択成長の後に、例えばバッファードフッ酸を用いて除去される。これにより、埋込成長法による分離領域６０Ｐの形成工程が完了する。
【００５８】
（分離領域の形成：イオン注入法による作製）
イオン注入法によって分離領域６０Ｐを形成する工程を説明する。イオン注入法では、第２クラッド層５０Ｐのための導電性半導体層を結晶成長した後に、第１１半導体領域５１として導電性を残すべきエリアを覆うパターンを有するマスク６４を形成する。マスク６４は、第１１半導体領域５１のための半導体領域を規定する残しパターン（例えば、三角形の残しパターン）を有する。マスク６４の材料は、例えば、フォトレジストを含む。
【００５９】
本実施例では、マスク６４を用いて、第２クラッド層５０Ｐのための半導体層に例えばプロトンをイオン注入して、マスク６４の開口パターンによって規定される分離領域６０Ｐのためのｉ型ＩｎＰ層を形成する。水素のイオン注入のドーズ量は、例えば、１×１０１４ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２であり、加速エネルギーは、例えば、１００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶである。ｉ型ＩｎＰ層内の水素濃度は、例えば、５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３である。
【００６０】
イオン注入後にマスク６４を除去して、熱処理を行う。熱処理温度は、例えば、２００℃〜５００℃である。加熱後のｉ型ＩｎＰ層は、例えば、１０７Ω／ｓｑ以上のシート抵抗値を有する。このシート抵抗値は、分離領域６０において数ＭΩ以上の電気抵抗値に相当する。マスク６４を用いたイオン注入により、導電性半導体領域と分離領域との境界が形成される。イオン注入後に、マスク６４は、例えばアッシング装置を用いて除去される。
【００６１】
（半導体積層の加工）
工程Ｓ３では、半導体積層２０Ｐに選択成長法又はイオン注入法によって分離領域６０Ｐを形成した。工程Ｓ４では、この半導体積層２０Ｐの加工を行う。加工のためのマスクを第２クラッド層５０Ｐのための分離領域及び導電性半導体層上に形成する。このマスクは、第１搭載領域３０Ａを覆うと共に第２搭載領域３０Ｂ上に開口を有するパターンを備える。該マスクを用いて、コア層４０Ｐ及び第２クラッド層５０Ｐのための半導体層をエッチングする。第２搭載領域３０Ｂ上には、第１クラッド層３０Ｐのための導電性半導体層の表面が露出される。第１搭載領域３０Ａ上には、コア層４０Ｐ及び第２クラッド層５０Ｐのための半導体層が、エッチングされずに残される。加工のためのマスクは、例えば、ＳｉＯ２又はＳｉＮなどのシリコン系無機物を含む。エッチング後に、マスクは、例えばバッファードフッ酸を用いて除去される。この加工によって、導波領域ＷＧが形成される。
【００６２】
（電極の形成）
工程Ｓ５では、図６に示されるように、第１クラッド層３０Ｐの第２搭載領域３０Ｂ上に第１電極７０を形成すると共に、第１クラッド層３０Ｐの第１搭載領域３０Ａ上に設けられた第２クラッド層５０Ｐのｐ型ＩｎＰ層上に第１１電極７１を形成する。電極の形成は、例えば、フォトリソグラフィ、蒸着を用いたリフトオフプロセス、及び金属メッキ法による。第１電極７０及び第１１電極７１は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金を含む。これらの工程により、半導体光偏向器１Ａのための基板生産物が作製される。へき開及び／又はダイシングにより、基板生産物から半導体光偏向器１Ａを形成する。
【００６３】
（第２の実施の形態）
図７は、第２実施形態に係る半導体光偏向器を示す図である。図７の（ａ）部は、第２実施形態に係る半導体光偏向器の平面図を示し、図７の（ｂ）部は、図７の（ａ）部に示されるＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿ってとられた断面図である。図７には、第１実施形態に係る図１と同様に、直交座標系ＳＲが描かれている。
【００６４】
図７の（ｂ）部に示されるように、第２実施形態に係る半導体光偏向器１Ｂは、第３軸Ａｘ３（Ｚ軸）の方向の構造に関して、基板１０と、基板１０の主面１０Ａ上に設けられた積層体２０を備える。積層体２０は、第１クラッド層３０、コア層４０、及び第２クラッド層５０を有する。第１クラッド層３０、コア層４０、及び第２クラッド層５０は、この順に基板１０上に搭載される。
【００６５】
第１クラッド層３０は、第１導電型の第１半導体領域３１を含み、第２クラッド層５０は、例えば、第２導電型の第１１半導体領域５１、第２導電型の第１２半導体領域５２、第２導電型の第１３半導体領域５３、及び第２導電型の第１４半導体領域５４を含む。第１１半導体領域５１、第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４は、この順に導波路軸Ａｘ１に沿って配置され、第１群の配列Ａ１を構成する。また、第２クラッド層５０は、例えば、第２導電型の第２１半導体領域５６、第２導電型の第２２半導体領域５７、第２導電型の第２３半導体領域５８、及び第２導電型の第２４半導体領域５９を含む。第２１半導体領域５６、第２２半導体領域５７、第２３半導体領域５８、及び第２４半導体領域５９は、この順に導波路軸Ａｘ１に沿って配置され、第２群の配列Ａ２を構成する。導波領域ＷＧの第２クラッド層５０は、第１群の配列Ａ１に加えて第２群の配列Ａ２を含む。
【００６６】
図７の（ａ）部に示されるように、半導体光偏向器１Ｂの導波領域ＷＧにおいて、第２１半導体領域５６は、第１１半導体領域５１と第１２半導体領域５２との間に配置され、分離領域６０が、第２１半導体領域５６、第１１半導体領域５１、及び第１２半導体領域５２の各々を囲む。分離領域６０は、第１１半導体領域５１の第１２境界Ｂ１２と第２１半導体領域５６の第２１境界Ｂ２１との間に延在する第１ストライプ部分を有する。この第１ストライプ部分によって、第１１半導体領域５１及び第２１半導体領域５６は互いに隔てられる。また、分離領域６０は、第２１半導体領域５６の第２２境界Ｂ２２と第１３半導体領域５３の第１３境界Ｂ１３との間に延在する第２ストライプ部分を有する。この第２ストライプ部分によって、第２１半導体領域５６及び第１３半導体領域５３は互いに隔てられる。導波路軸Ａｘ１上において、第１１半導体領域５１、分離領域６０の第１ストライプ部分、第２１半導体領域５６、分離領域６０の第２ストライプ部分、及び第１２半導体領域５２がこの順に並ぶ。
【００６７】
第２２半導体領域５７は、第１２半導体領域５２と第１３半導体領域５３との間に配置され、分離領域６０が、第２２半導体領域５７、第１２半導体領域５２、及び第１３半導体領域５３の各々を囲む。分離領域６０は、第１２半導体領域５２の第１４境界Ｂ１４と第２２半導体領域５７の第２３境界Ｂ２３との間に延在する第３ストライプ部分を有する。この第３ストライプ部分によって、第１２半導体領域５２及び第２２半導体領域５７は互いに隔てられる。また、分離領域６０は、第２２半導体領域５７の第２４境界Ｂ２４と第１３半導体領域５３の第１５境界Ｂ１５との間に延在する第４ストライプ部分を有する。この第４ストライプ部分によって、第２２半導体領域５７及び第１３半導体領域５３は互いに隔てられる。導波路軸Ａｘ１上において、第１２半導体領域５２、分離領域６０の第３ストライプ部分、第２２半導体領域５７、分離領域６０の第４ストライプ部分、及び第１３半導体領域５３がこの順に並ぶ。
【００６８】
第１群の配列Ａ１内では、分離領域６０が第１１半導体領域５１、第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４の各々を囲み、この囲い込みによって、第１１半導体領域５１、第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４は互いに絶縁される。絶縁のために、分離領域６０は、第１１半導体領域５１、第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４より大きな比抵抗を有する。第１１半導体領域５１は、分離領域６０と第１１境界Ｂ１１を成して、この第１１境界Ｂ１１は、導波路軸Ａｘ１に対して第１１角度ＰＨＹ１１で交差する第１１軸Ｒ１１に沿って延在する。また、第１１半導体領域５１は、分離領域６０と第１２境界Ｂ１２を成して、この第１２境界Ｂ１２は、導波路軸Ａｘ１に対して第１２角度ＰＨＹ１２で傾斜した第１２軸Ｒ１２に沿って延在する。
【００６９】
本実施例では、第１２半導体領域５２及び分離領域６０は、第１３境界Ｂ１３及び第１４境界Ｂ１４を成す。第１３境界Ｂ１３は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１３角度ＰＨＹ１３で傾斜する第１３軸Ｒ１３に沿って延在し、第１４境界Ｂ１４は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１４角度ＰＨＹ１４で傾斜する第１４軸Ｒ１４に沿って延在する。同様に、第１３半導体領域５３及び分離領域６０は、第１５境界Ｂ１５及び第１６境界Ｂ１６を成す。第１５境界Ｂ１５は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１５角度ＰＨＹ１５で傾斜する第１５軸Ｒ１５に沿って延在し、第１６境界Ｂ１６は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１６角度ＰＨＹ１６で傾斜する第１６軸Ｒ１６に沿って延在する。第１４半導体領域５４及び分離領域６０は、第１７境界Ｂ１７及び第１８境界Ｂ１８を成す。第１７境界Ｂ１７は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１７角度ＰＨＹ１７で傾斜する第１７軸Ｒ１７に沿って延在し、第１８境界Ｂ１８は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１８角度ＰＨＹ１８で傾斜する第１８軸Ｒ１８に沿って延在する。導波領域ＷＧにおいて、第１３境界Ｂ１３、第１４境界Ｂ１４、第１５境界Ｂ１５、第１６境界Ｂ１６、第１７境界Ｂ１７、及び第１８境界Ｂ１８は、この順に導波路軸Ａｘ１の方向に配列する。
【００７０】
第２群の配列Ａ２内では、分離領域６０が第２１半導体領域５６、第２２半導体領域５７、第２３半導体領域５８、及び第２４半導体領域５９の各々を囲み、この囲い込みによって、第２１半導体領域５６、第２２半導体領域５７、第２３半導体領域５８、及び第２４半導体領域５９は互いに絶縁される。絶縁のために、分離領域６０は、第２１半導体領域５６、第２２半導体領域５７、第２３半導体領域５８、及び第２４半導体領域５９より大きな比抵抗を有する。第２１半導体領域５６は、分離領域６０と第２１境界Ｂ２１を成して、この第２１境界Ｂ２１は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２１角度ＰＨＹ２１で交差する第２１軸Ｒ２１に沿って延在する。また、第２１半導体領域５６は、分離領域６０と第２２境界Ｂ２２を成して、この第２２境界Ｂ２２は、導波路軸Ａｘ１に対して第２２角度ＰＨＹ２２で傾斜した第２２軸Ｒ２２に沿って延在する。
【００７１】
本実施例では、第２２半導体領域５７及び分離領域６０は、第２３境界Ｂ２３及び第２４境界Ｂ２４を成す。第２３境界Ｂ２３は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２３角度ＰＨＹ２３で傾斜する第２３軸Ｒ２３に沿って延在し、第２４境界Ｂ２４は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２４角度ＰＨＹ２４で傾斜する第２４軸Ｒ２４に沿って延在する。同様に、第２３半導体領域５８及び分離領域６０は、第２５境界Ｂ２５及び第２６境界Ｂ２６を成す。第２５境界Ｂ２５は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２５角度ＰＨＹ２５で傾斜する第２５軸Ｒ２５に沿って延在し、第２６境界Ｂ２６は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２６角度ＰＨＹ２６で傾斜する第２６軸Ｒ２６に沿って延在する。第２４半導体領域５９及び分離領域６０は、第２７境界Ｂ２７及び第２８境界Ｂ２８を成す。第２７境界Ｂ２７は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２７角度ＰＨＹ２７で傾斜する第２７軸Ｒ２７に沿って延在し、第２８境界Ｂ２８は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２８角度ＰＨＹ２８で傾斜する第２８軸Ｒ２８に沿って延在する。導波領域ＷＧにおいて、第２３境界Ｂ２３、第２４境界Ｂ２４、第２５境界Ｂ２５、第２６境界Ｂ２６、第２７境界Ｂ２７、及び第２８境界Ｂ２８は、この順に導波路軸Ａｘ１の方向に配列する。
【００７２】
導波領域ＷＧにおいては、既に説明したように、第１群の配列Ａ１内で、第１１半導体領域５１は、分離領域６０と第１２境界Ｂ１２を成して、この第１２境界Ｂ１２は、導波路軸Ａｘ１に対して第１２角度ＰＨＹ１２で交差する第１２軸Ｒ１２に沿って延在する。第２群の配列Ａ２内で、第２１半導体領域５６は、分離領域６０と第２１境界Ｂ２１を成して、この第２１境界Ｂ２１は、導波路軸Ａｘ１を基準として第２１角度ＰＨＹ２１で交差する第２１軸Ｒ２１に沿って延在する。本実施例では、例えば、第１１半導体領域５１の第１２角度ＰＨＹ１２が鈍角であり、第２１半導体領域５６の第２１角度ＰＨＹ２１も鈍角であることができる。同様に、第２群の配列Ａ２内で、第２１半導体領域５６は、分離領域６０と第２２境界Ｂ２２を成して、この第２２境界Ｂ２２は、導波路軸Ａｘ１に対して第２２角度ＰＨＹ２２で交差する第２２軸Ｒ２２に沿って延在する。第１群の配列Ａ１内で、第１２半導体領域５２は、分離領域６０と第１３境界Ｂ１３を成して、この第１３境界Ｂ１３は、導波路軸Ａｘ１を基準として第１３角度ＰＨＹ１３で交差する第１３軸Ｒ１３に沿って延在する。
【００７３】
半導体光偏向器１Ｂは、所望の偏向を達成するためにより多くの半導体領域を有することができる。第１群の配列Ａ１の半導体領域は、第１ｎ半導体領域（ｎ＝１、２、３・・・）として表され、第２群の配列Ａ２の半導体領域は、第２ｎ半導体領域（ｎ＝１、２、３・・・）として表される。これら第１群の配列Ａ１の半導体領域及び第２群の配列Ａ２の半導体領域は、導波領域ＷＧ内において交互に並び、この配列は、纏めて第ｍｎ半導体領域（ｍ＝１、２；ｎ＝１、２、３・・・）として表される。第ｍｎ半導体領域（ｍ＝１、２；ｎ＝１、２、３・・・）は、第１実施形態の半導体光偏向器１Ａの導電性半導体領域と同様に、例えば、三角形、台形などの四角形、又は五角形以上の多角形の平面形状を有することができる。
【００７４】
第１ｎ半導体領域（ｎ＝１、２、３・・・）の各々は、第１ｊ境界（ｊ＝２ｎ−１；奇数番目の境界）及び第１ｋ境界（ｋ＝２ｎ；偶数番目の境界）において分離領域６０に接する。導波領域ＷＧの全体において、「ｎ」を用いて表すとき、第１ｎ境界の各々は、導波路軸Ａｘ１に対して第１ｎ角度で交差する第１ｎ軸に沿って延在する。また、第２ｎ半導体領域（ｎ＝１、２、３・・・）の各々は、第２ｊ境界（ｊ＝２ｎ−１）及び第２ｋ境界（ｋ＝２ｎ）において分離領域６０に接する。第２ｎ境界は、導波路軸Ａｘ１に対して第２ｎ角度で交差する第２ｎ軸に沿って延在する。
【００７５】
図７の（ａ）部に示される具体例において、第１群の配列Ａ１では、個々の半導体領域の２つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ｂ、５１ｃ）が、導波路軸Ａｘ１の左側エリアにおいて基準直線５１Ｌ上に配列され、他の１つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ａ）が、導波路軸Ａｘ１の右側エリアに位置している。第１１境界Ｂ１１、第１２境界Ｂ１２、第１３境界Ｂ１３、及び第１４境界Ｂ１４は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４で傾斜し、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鋭角、鈍角、鋭角、及び鈍角であることができる。
【００７６】
第２群の配列Ａ２では、個々の半導体領域の２つの頂点（第２１半導体領域５６では頂点５６ｂ、５６ｃ）が、導波路軸Ａｘ１の右側エリアにおいて基準直線５６Ｌ（第２１半導体領域５６の頂点５６ｂと頂点５６ｃとを通過する直線）上に配列され、他の１つの頂点（第２１半導体領域５６では頂点５６ａ）が、導波路軸Ａｘ１の左側エリアに位置している。第２１境界Ｂ２１、第２２境界Ｂ２２、第２３境界Ｂ２３、及び第２４境界Ｂ２４は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第２１角度ＰＨＹ２１、第２２角度ＰＨＹ２２、第２３角度ＰＨＹ２３、及び第２４角度ＰＨＹ２４で傾斜し、第２１角度ＰＨＹ２１、第２２角度ＰＨＹ２２、第２３角度ＰＨＹ２３、及び第２４角度ＰＨＹ２４は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鈍角、鋭角、鈍角、及び鋭角であることができる。
【００７７】
第１群の配列Ａ１と第２群の配列Ａ２とからなる半導体領域の配置においては、第１１境界Ｂ１１、第１２境界Ｂ１２、第２１境界Ｂ２１、及び第２２境界Ｂ２２は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第２１角度ＰＨＹ２１、及び第２２角度ＰＨＹ２２で傾斜する。特に、第１２角度ＰＨＹ１２及び第２１角度ＰＨＹ２１は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鈍角及び鈍角であることができる。
【００７８】
別の具体例（図７の（ａ）部に示される具体例において、導波路軸Ａｘ１を基準にして半導体領域を反転させた配列に係る具体例）では、第１群の配列Ａ１では、個々の半導体領域の２つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ｂ、５１ｃ）が、導波路軸Ａｘ１の右側エリアにおいて基準直線５１Ｌ上に配列され、他の１つの頂点（第１１半導体領域５１では頂点５１ａ）が、導波路軸Ａｘ１の左側エリアに位置している。第１１境界Ｂ１１、第１２境界Ｂ１２、第１３境界Ｂ１３、及び第１４境界Ｂ１４は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４で傾斜し、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第１３角度ＰＨＹ１３、及び第１４角度ＰＨＹ１４は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鈍角、鋭角、鈍角、及び鋭角であることができる。
【００７９】
別の具体例における第２群の配列Ａ２では、個々の半導体領域の２つの頂点（第２１半導体領域５６では頂点５６ｂ、５６ｃ）が、導波路軸Ａｘ１の左側エリアにおいて基準直線５６Ｌ上に配列され、他の１つの頂点（第２１半導体領域５６では頂点５６ａ）が、導波路軸Ａｘ１の右側エリアに位置している。第２１境界Ｂ２１、第２２境界Ｂ２２、第２３境界Ｂ２３、及び第２４境界Ｂ２４は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第２１角度ＰＨＹ２１、第２２角度ＰＨＹ２２、第２３角度ＰＨＹ２３、及び第２４角度ＰＨＹ２４で傾斜し、第２１角度ＰＨＹ２１、第２２角度ＰＨＹ２２、第２３角度ＰＨＹ２３、及び第２４角度ＰＨＹ２４は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鋭角、鈍角、鋭角、及び鈍角であることができる。
【００８０】
別の具体例における第１群の配列Ａ１と第２群の配列Ａ２とからなる半導体領域の配置では、第１１境界Ｂ１１、第１２境界Ｂ１２、第２１境界Ｂ２１、及び第２２境界Ｂ２２は、導波路軸Ａｘ１に対して、それぞれ、第１１角度ＰＨＹ１１、第１２角度ＰＨＹ１２、第２１角度ＰＨＹ２１、及び第２２角度ＰＨＹ２２で傾斜する。特に、第１２角度ＰＨＹ１２及び第２１角度ＰＨＹ２１は、それぞれ、導波路軸Ａｘ１に対して、鋭角及び鋭角であることができる。
【００８１】
以上、具体例及び別の具体例から理解されるように、半導体光偏向器１Ｂでは、第１ｎ角度（ｎ：偶数）は、鋭角又は鈍角の一方であり、第２ｎ角度（ｎ：奇数）は、鋭角又は鈍角の一方であることができる。第１ｎ角度（ｎ：奇数）は、鋭角又は鈍角の他方であり、第２ｎ角度（ｎ：偶数）は、鋭角又は鈍角の他方であることができる。具体例及び別の具体例から理解されるように、第１ｎ角度（ｎ：偶数）は、鋭角又は鈍角の一方であり、第１ｎ角度（ｎ：奇数）は、鋭角又は鈍角の他方であることができる。また、第２ｎ角度（ｎ：奇数）は、鋭角又は鈍角の一方であり、第２ｎ角度（ｎ：偶数）は、鋭角又は鈍角の他方であることができる。
【００８２】
本実施例の半導体領域の配置では、第１２角度ＰＨＹ１２が鈍角であると共に、第２１角度ＰＨＹ２１も鈍角であることができるので、第２１半導体領域５６の第２１軸Ｒ２１と第１１半導体領域５１の第１２軸Ｒ１２との間に位置する分離領域６０は、ストライプ形状となることができる。分離領域６０のストライプ幅を小さくすることによって、第２１半導体領域５６と第１１半導体領域５１とを互いに近づけることが可能となる。本実施例の半導体領域の配置では、他の半導体領域も、その隣に位置する半導体領域との間の分離領域６０のストライプ幅を小さくすることによって、当該隣に位置する半導体領域に近づけることが可能となる。この結果、半導体光偏向器１Ｂは、第２クラッド層５０における第２導電型の半導体領域の配置密度を高めることができる。好適な半導体領域の配列では、分離領域６０のストライプ幅は、例えば、５μｍ〜５０μｍである。
【００８３】
第１クラッド層３０は、第１搭載領域３０Ａ及び第２搭載領域３０Ｂを備え、第１搭載領域３０Ａ及び第２搭載領域３０Ｂは、導波路軸Ａｘ１に交差する方向（例えば、Ａｘ２方向）に基板１０の主面１０Ａに沿って配列される。第１搭載領域３０Ａ上にはコア層４０及び第２クラッド層５０が搭載され、コア層４０、第１クラッド層３０内の第１半導体領域３１、及び第２クラッド層５０内が導波領域ＷＧを構成する。導波領域ＷＧ内の第１１半導体領域５１上には第１１電極７１が設けられ、第２１半導体領域５６上には第２１電極７６が設けられる。第１１電極７１及び第２１電極７６は、それぞれ第１１半導体領域５１及び第２１半導体領域５６に電気的に接続される。第２搭載領域３０Ｂ上には、コア層４０及び第２クラッド層５０が設けられておらず、第１電極７０が搭載される。この第１電極７０は第１クラッド層３０に電気的に接続される。
【００８４】
第２クラッド層５０の第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４上には、それぞれ第１２電極７２、第１３電極７３、及び第１４電極７４が設けられる。第１２電極７２、第１３電極７３、及び第１４電極７４は、それぞれ第１２半導体領域５２、第１３半導体領域５３、及び第１４半導体領域５４に電気的に接続される。第２１半導体領域５６、第２２半導体領域５７、第２３半導体領域５８、及び第２４半導体領域５９上には、それぞれ第２１電極７６、第２２電極７７、第２３電極７８、及び第２４電極７９が設けられる。第２１電極７６、第２２電極７７、第２３電極７８、及び第２４電極７９は、それぞれ第２１半導体領域５６、第２２半導体領域５７、第２３半導体領域５８、及び第２４半導体領域５９に電気的に接続される。
【００８５】
コア層４０は、基礎コア部分４０Ｓ、第１１コア部分４１、及び第２１コア部分４６を有する。基礎コア部分４０Ｓは、分離領域６０の直下に位置し、第１１コア部分４１は、第２クラッド層５０の第１１半導体領域５１の直下に位置し、第２１コア部分４６は、第２１半導体領域５６の直下に位置する。基礎コア部分４０Ｓ、第１１コア部分４１、及び第２１コア部分４６は、同じ半導体を備える。第１１コア部分４１及び第２１コア部分４６は、それぞれ、第１電極７０と第１１電極７１との間に印加される電圧、及び第１電極７０と第２１電極７６との間に印加される電圧を受ける。その一方で、基礎コア部分４０Ｓは電圧を受けない。この電圧印加により、第１１コア部分４１及び第２１コア部分４６の屈折率が変化する一方で、基礎コア部分４０Ｓの屈折率は変わらない。第２クラッド層５０の所望の区画への電圧印加により、コア層４０のコア境界（第１１半導体領域５１と分離領域６０との第１２境界Ｂ１２、及び第２１半導体領域５６と分離領域６０との第２１境界Ｂ２１の直下の対応部分）において屈折率差（第１１コア部分４１の屈折率と基礎コア部分４０Ｓの屈折率との差、及び第２１コア部分４６の屈折率と基礎コア部分４０Ｓの屈折率との差）が変化する。基礎コア部分４０Ｓの直上に位置する第２クラッド層５０の分離領域６０と、第１１コア部分４１及び第２１コア部分４６の直上にそれぞれ位置する第２クラッド層５０の第１１半導体領域５１及び第２１半導体領域５６との導電性の有無によって、コア層４０の境界において屈折率差が生じる。入射光Ｌ１が第１２境界Ｂ１２及び第２１境界Ｂ２１を通過する際に、入射光Ｌ１の光路が導波路軸Ａｘ１方向から偏向する。
【００８６】
第２実施形態に係る半導体光偏向器１Ｂは、以下のものである。
基板１０：Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ。
第１クラッド層３０：ｎ型ＩｎＰ層、厚み０．５μｍ〜２μｍ。
コア層４０：ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰを含むｉ型多重量子井戸（ＭＱＷ）層、厚み０．１μｍ〜０．５μｍ。
第１ｎ半導体領域：ｐ型ＩｎＰ層、厚み１μｍ〜２μｍ。
分離領域６０：ｉ型ＩｎＰ層、厚み１μｍ〜２μｍ。
第１電極７０：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
第１ｎ電極及び第２ｎ電極：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
上記の分離領域６０は、ｉ型ＩｎＰのほかに、例えば、樹脂体、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）、又はシリコン窒化物（例えば、ＳｉＮ）を含むことができる。
【００８７】
図７の（ａ）部を参照すると、第２実施形態では、第２クラッド層５０のための導電性半導体領域の平面形状は、第１実施形態と同様に、導波領域ＷＧにおいて導波路軸Ａｘ１に対して所望の角度で傾斜する境界を実現できる形状を有することができる。本実施例では、第１１半導体領域５１の頂点５１ｂと頂点５１ｃとの距離は、例えば、４０μｍ〜４００μｍであり、頂点５１ａから頂点５１ｂと頂点５１ｃとを通過する線への距離は、例えば、２０μｍ〜２００μｍであることができる。第１１半導体領域５１と第２１半導体領域５６とに挟まれた分離領域６０の幅は、例えば、５μｍ〜５０μｍである。第１１半導体領域５１〜第２４半導体領域５９のための平面形状は、第１実施形態の第２クラッド層５０の導電性半導体領域の平面形状と同様に、正三角形又は二等辺三角形といった形状であることができる。
【００８８】
第２実施形態では、光の偏向の一形態を実現するために、例えば、第１群の配列Ａ１内の第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４に第１電圧(＝ＶＤＣ＋Ｖ１)を印加すると共に、第２群の配列Ａ２内の第２１半導体領域５６〜第２４半導体領域５９にＶＤＣ−Ｖ１の電圧を印加することができる。半導体光偏向器１Ｂでは、例えば、第１群の配列Ａ１への第１電圧の印加が、第１群の配列Ａ１内の第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４下の第１１コア部分４１〜第１４コア部分４４に電気光学効果を引き起こして、第１１コア部分４１〜第１４コア部分４４の屈折率が変化する。導波路軸Ａｘ１に沿って導波領域ＷＧに入射した入射光Ｌ１は、第１１境界Ｂ１１〜第１８境界Ｂ１８の全てを通過した結果、導波路軸Ａｘ１を基準にして角度ＢＥＴＡで傾斜した向きに伝播する。図７の（ａ）部において、角度ＢＥＴＡは、導波路軸Ａｘ１を基準として左方向に規定される。
【００８９】
光の偏向の別形態では、例えば、第２群の配列Ａ２内の第２１半導体領域５６〜第２４半導体領域５９に第２電圧(＝ＶＤＣ−Ｖ２＞０)を印加すると共に、第１群の配列Ａ１内の第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４にＶＤＣ＋Ｖ２の電圧を印加することができる。半導体光偏向器１Ｂでは、例えば、第２群の配列Ａ２への第２電圧の印加が、第２群の配列Ａ２内の第２１半導体領域５６〜第２４半導体領域５９下の第２１コア部分４６〜第２４コア部分４９に電気光学効果を引き起こして、第２１コア部分４６〜第２４コア部分４９の屈折率が変化する。導波路軸Ａｘ１に沿って導波領域ＷＧに入射した入射光Ｌ１は、第２１境界Ｂ２１〜第２８境界Ｂ２８の全てを通過した結果、導波路軸Ａｘ１を基準にして角度ＧＡＭＭＡで傾斜した向きに伝播する。角度ＧＡＭＭＡは、導波路軸Ａｘ１を基準として右方向に規定される。
【００９０】
本実施例では、第１群の配列Ａ１への電圧印加と第２群の配列Ａ２への電圧印加とを切り替えることにより、半導体光偏向器１Ｂは、導波路軸Ａｘ１の右方向及び左方向のいずれか一方向に入射光Ｌ１を偏向させることを選択可能である。必要な場合には、２つの電圧印加を組み合わせることや、２つの電圧印加を同時に行うことが可能である。Ｖ１の大きさ（＝｜Ｖ１｜）がＶ２の大きさ（＝｜Ｖ２｜）に比べて大きいような電圧の印加方式では、第１群の配列Ａ１の第１１コア部分４１における屈折率変化は、第２群の配列Ａ２の第１１コア部分４１における屈折率変化に比べて大きく、角度ＢＥＴＡは角度ＧＡＭＭＡに比べて大きい。
【００９１】
（第３の実施の形態）
図８は、第３実施形態に係る半導体光偏向器の平面図を模式的に示す図である。図９は、半導体光偏向器の断面図を示す図であり、図９の（ａ）部は、図８に示されるＩＸａ−ＩＸａ線に沿ってとられた断面図であり、図９の（ｂ）部は、図８に示されるＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿ってとられた断面図である。図８及び図９には、第１実施形態に係る図１と同様に、直交座標系ＳＲが描かれている。
【００９２】
図９の（ａ）部に示されるように、図８のＩＸａ−ＩＸａ線に沿ってとられた断面では、半導体光偏向器１Ｃは、第２実施形態に係る半導体光偏向器１Ｂと同様に、基板１０と、基板１０の主面１０Ａ上に設けられた積層体２０とを備える。積層体２０は、第１クラッド層３０、コア層４０、及び第２クラッド層５０を有する。第１クラッド層３０、コア層４０、及び第２クラッド層５０は、この順に基板１０上に搭載される。第１クラッド層３０は、第１導電型の第１半導体領域３１を含み、第２クラッド層５０は、例えば、第２導電型の第１２半導体領域５２を含む。基板１０上に分離領域６０が設けられ、この分離領域６０は、第１半導体領域３１、コア層４０、及び第１２半導体領域５２の側面を覆っている。絶縁のために、分離領域６０は、例えば、樹脂体を含むことができ、第１２半導体領域５２より大きな比抵抗を有する。
【００９３】
図９の（ｂ）部に示されるように、図８のＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿ってとられた断面では、半導体光偏向器１Ｃは、基板１０と、基板１０の主面１０Ａ上に設けられた積層体２０Ｃを備える。積層体２０Ｃは、第１クラッド層３０及びコア層４０を有する。第１クラッド層３０及びコア層４０は、この順に基板１０上に搭載される。第１クラッド層３０は、第１導電型の第１半導体領域３１を含み、第１クラッド層３０上にバイアス電極８０が設けられる。バイアス電極８０が設けられる理由は、バイアス電圧（ＶＤＣ）を印加するためである。基板１０上に分離領域６０が設けられ、この分離領域６０は、第１半導体領域３１、コア層４０、及びバイアス電極８０を覆っている。
【００９４】
半導体光偏向器１Ｃは、第２クラッド層５０の導電性半導体領域に関しては、第２実施形態に係る半導体光偏向器１Ｂと同様に、第１群の配列Ａ１及び第２群の配列Ａ２を備える。半導体光偏向器１Ｃは、第１群の配列Ａ１の第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４に電圧を印加するための第１の進行波型電極８１Ｓと、第２群の配列Ａ２の第２１半導体領域５６〜第２４半導体領域５９に電圧を印加するための第２の進行波型電極８２Ｓと、第１の進行波型電極８１Ｓ及び第２の進行波型電極８２Ｓの一端に接続された信号源８３とを備える。第１の進行波型電極８１Ｓ及び第２の進行波型電極８２Ｓは、これらの電極を伝播する高周波信号（マイクロ波帯の電気信号）の速度が導波領域ＷＧ内のコア層４０を伝播する入射光Ｌ１の伝播速度に同じになるような電極構造を備えている。
【００９５】
第１１電極７１〜第１４電極７４は、第１の進行波型電極８１Ｓに接続され、第１１半導体領域５１〜第１４半導体領域５４に電気的に接触される。第２１電極７６〜第２４電極７９は、第２の進行波型電極８２Ｓに接続され、第２１半導体領域５６〜第２４半導体領域５９に電気的に接触される。半導体光偏向器１Ｃは、第１の進行波型電極８１Ｓ及び第２の進行波型電極８２Ｓの外側に、それぞれ、第１のグランド電極８１Ｇ及び第２のグランド電極８２Ｇを備える。第１の進行波型電極８１Ｓ、第２の進行波型電極８２Ｓ、第１のグランド電極８１Ｇ、及び第２のグランド電極８２Ｇは、分離領域６０上に設けられる。
【００９６】
第１の進行波型電極８１Ｓ、第１のグランド電極８１Ｇ、第２の進行波型電極８２Ｓ、及び第２のグランド電極８２Ｇの各幅は、例えば、１０μｍ〜１００μｍである。第１の進行波型電極８１Ｓと第１のグランド電極８１Ｇとの間隔及び第２の進行波型電極８２Ｓと第２のグランド電極８２Ｇとの間隔の各々は、例えば、２０μｍ〜２００μｍである。第１の進行波型電極８１Ｓと第２の進行波型電極８２Ｓとの間隔は、例えば、４０μｍ〜４００μｍである。半導体光偏向器１Ｃは、終端抵抗８４を有し、この終端抵抗８４は、第１の進行波型電極８１Ｓ、第２の進行波型電極８２Ｓ、第１のグランド電極８１Ｇ、及び第２のグランド電極８２Ｇの他端に接続される。終端抵抗８４は、例えば１００Ωを有する。
【００９７】
第１の進行波型電極８１Ｓ、第２の進行波型電極８２Ｓ、第１のグランド電極、第２のグランド電極、及びバイアス電極８０の具体例を示す。
第１の進行波型電極８１Ｓ：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
第２の進行波型電極８２Ｓ：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
第１のグランド電極８１Ｇ：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
第２のグランド電極８２Ｇ：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１μｍ〜１０μｍ。
バイアス電極８０：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金、厚み１０μｍ〜１００μｍである。
【００９８】
（第４の実施の形態）
図１０は、第４実施形態に係る半導体光スイッチを模式的に示す図である。図１０の（ａ）部は、第４実施形態に係る半導体光スイッチの平面図を示し、図１０の（ｂ）部は、図１０の（ａ）部に示されるＸｂ−Ｘｂ線に対応する断面図であり、入力光導波路の断面図を示す。図１０には、第１実施形態に係る図１と同様に、直交座標系ＳＲが描かれている。
【００９９】
図１０の（ａ）部に示されるように、半導体光スイッチ２は、第１導波路デバイス３、半導体光偏向器１Ｄ、及び第２導波路デバイス４を備える。第１導波路デバイス３は半導体光偏向器１Ｄの入力に光学的に結合され、半導体光偏向器１Ｄの出力は第２導波路デバイス４に光学的に結合される。本実施例では、第１導波路デバイス３は、一又は複数の入力光導波路（具体的には、１つの入力光導波路３Ａ）を備え、また、第２導波路デバイス４は、複数の出力光導波路（具体的には、４つの出力光導波路４Ａ〜４Ｄ）を備える。半導体光スイッチ２では、入力光導波路３Ａからの入射光ＬＩＮが半導体光偏向器１Ｄに入力される。半導体光偏向器１Ｄは、入射光ＬＩＮを偏向して、光ＬＯＵＴを生成する。光ＬＯＵＴは、４つの出力光導波路４Ａ〜４Ｄのうちの１つの出力光導波路（例えば、出力光導波路４Ｂ）に到達する。この半導体光スイッチ２は、半導体光偏向器１Ｄへの印加電圧の強度調整によって、１つの入力光導波路から４つの出力光導波路への光路が切り替わる１×４光スイッチ動作を行うことができる。
【０１００】
本実施例では、入力光導波路３Ａは光出力端を有し、この光出力端は、例えば、レンズ形状を有することができる。また、出力光導波路４Ａ〜４Ｄの各々は、それぞれ光入力端を有し、この光入力端も、例えば、レンズ形状を有することができる。半導体光偏向器１Ｄでは、図１０の（ａ）部に示されるように、第１１半導体領域５１Ｄ〜第１４半導体領域５４Ｄ、及び第２１半導体領域５６Ｄ〜第２４半導体領域５９Ｄのサイズが次第に大きくなっている。半導体光スイッチ２は、半導体光偏向器１Ｄに替えて、第１実施形態に係る半導体光偏向器１Ａ、第２実施形態に係る半導体光偏向器１Ｂ及び第３実施形態に係る半導体光偏向器１Ｃの少なくともいずれか１つを備えることができる。
【０１０１】
図１０の（ｂ）部に示されるように、入力光導波路３Ａは、基板３ａと、基板３ａの主面上に設けられた半導体積層３ｂを備える。半導体積層３ｂは、下部クラッド層３ｃ、コア層３ｄ、及び上部クラッド３ｅを有する。下部クラッド層３ｃ、コア層３ｄ、及び上部クラッド３ｅは、この順に基板３ａ上に搭載される。入射光ＬＩＮは、コア層３ｄから生成される。入力光導波路３Ａは、以下のものである。
基板３ａ：Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ。
下部クラッド層３ｃ：ｎ型ＩｎＰ層、厚み０．５μｍ〜２μｍ。
コア層３ｄ：ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰを含むｉ型多重量子井戸（ＭＱＷ）層、厚み０．１μｍ〜０．５μｍ。
上部クラッド３ｅ：ｐ型ＩｎＰ層、厚み０．５μｍ〜２μｍ。
【０１０２】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来る全ての修正及び変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本実施形態の一側面によれば、光偏向器に印加される電圧から強度の大きな電界を生成可能な半導体光偏向器を提供することを目的とする。本実施形態の別側面によれば、上記の半導体光偏向器を用いた半導体光スイッチを提供することを目的とする。
【符号の説明】
【０１０４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…半導体光偏向器、２…半導体光スイッチ、３Ａ…入力光導波路、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…出力光導波路、１０…基板、１０Ａ…主面、２０…積層体、３０…第１クラッド層、４０…コア層、５０…第２クラッド層、５１…第１１半導体領域、５２…第１２半導体領域、５６…第２１半導体領域、６０…分離領域、７０…第１電極、７１…第１１電極、７２…第１２電極、７６…第２１電極、Ａｘ１…導波路軸、Ｂ１１…第１１境界、Ｂ１２…第１２境界、Ｂ１３…第１３境界、Ｂ２１…第２１境界、ＰＨＹ１１…第１１角度、ＰＨＹ１２…第１２角度、ＰＨＹ１３…第１３角度、ＰＨＹ２１…第２１角度、Ｒ１１…第１１軸、Ｒ１２…第１２軸、Ｒ１３…第１３軸、Ｒ２１…第２１軸、ＷＧ…導波領域。
【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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