JP2014219509A - コヒーレントミキサ、２×２マルチモード干渉器 - Google Patents

Abstract

【課題】チャネル間の偏差を低減できるコヒーレントミキサを提供する。【解決手段】マルチモード半導体導波路の第１側面１３ａが、マルチモード半導体導波路の第１側面１３ａに沿って延在する第１半導体領域１９の側面１９ａから基準値以下の間隔Ｗ１で延在すると共に、マルチモード半導体導波路の第２側面１３ｂが、マルチモード半導体導波路の第２側面１３ｂに沿って延在する第２半導体領域２１の側面２１ａから基準値以下の間隔Ｗ２で延在する。これ故に、マルチモード半導体導波路、第１群の半導体領域１５、第１半導体領域１９、及び第２半導体領域２１が、エッチングにより一括して加工される際に、マルチモード半導体導波路の第１側面１３ａ及び第２側面１３ｂの高さと第１〜第ｍ半導体導波路（例えば半導体領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）の高さとの差を低減でき、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。【選択図】図２

Description

本発明は、コヒーレントミキサ及び２×２マルチモード干渉器に関する。

非特許文献１は、９０度ハイブリット及びフォトダイオードをモノリシックに集積した集積素子を開示する。

R. Kunkel, H-G. Bach, D. Hoffmann, and C.M. Weinert, "First Monolithic InP-Based 90°-Hybrid OEIC Comprising Balanced Detectors for 100GE Coherent Frontends" IPRM2009, TuB2.2, IEEE

位相変調を用いる光通信方式における受信器では、信号光と局所発振光を混合させるコヒーレントミキサを使用して、信号光の位相情報を抽出する。コヒーレントミキサは、例えば化合物半導体及びＳｉ半導体を用いる導波路を含む。これらのコヒーレントミキサは、ＭＭＩ型、カプラ編み込み型の２種類に大別される。例えば、四位相偏移変調（Quadrature Phase Shift Keying：ＱＰＳＫ）方式におけるコヒーレントミキサは、主要部品として９０度ハイブリッドを含む。ＱＰＳＫ方式の光通信は、９０度ハイブリッドに、各チャネル間の位相差を９０度に、そして出力偏差をゼロに抑えることを求める。設計において所望の位相差及び出力偏差を達成できる平面パターンを得るだけでなく、製造においては、設計された平面パターンの寸法を達成する製造条件を見出す。これにより、製造に起因する設計からの位相ズレ及び偏差ズレを低減する。

本発明は、チャネル間の偏差を低減できるコヒーレントミキサを提供することを目的とする。本発明は、このコヒーレントミキサのための２×２マルチモード干渉器を提供することを目的とする。

本発明に係るコヒーレントミキサは、（ａ）第１軸の方向に延在する第１側面及び第２側面と、前記第１軸に交差する方向に延在する第１端及び第２端とを有するマルチモード半導体導波路と、（ｂ）前記第１端に接続される第１群の複数の半導体領域と、（ｃ）前記第２端に接続される第２群の複数の半導体領域と、（ｄ）前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面に沿って延在する側面を有する第１半導体領域と、（ｅ）前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面に沿って延在する側面を有する第２半導体領域と、（ｆ）前記第１群の半導体領域の一方の外側に設けられ、該外側から基準値以下の間隔で離れるように前記第１軸の方向に延在する側面を有する第１外側半導体領域と、（ｇ）前記第１群の半導体領域の他方の外側に設けられ、該外側から前記基準値以下の間隔で離れるように前記第１軸の方向に延在する側面を有する第２外側半導体領域とを備え、前記第１群の半導体領域はｍ本の第１〜第ｍ半導体導波路を含み、前記第２群の半導体領域はｎ本の第１〜第ｎ半導体導波路を含み、前記ｎ本は前記ｍ本以上であり、前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面と前記第１半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下であり、前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面と前記第２半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下であり、前記基準値は、前記第１群の複数の半導体領域にうち隣合う任意の半導体領域の間隔のうちの最大値である。

このコヒーレントミキサによれば、マルチモード半導体導波路の第１側面が、マルチモード半導体導波路の第１側面に沿って延在する第１半導体領域の側面から基準値以下の間隔で延在すると共に、マルチモード半導体導波路の第２側面が、マルチモード半導体導波路の第２側面に沿って延在する第２半導体領域の側面から基準値以下の間隔で延在する。これ故に、マルチモード半導体導波路、第１群の半導体領域、第１半導体領域、及び第２半導体領域が、エッチングにより一括して加工される際に、マルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さと第１〜第ｍ半導体導波路の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。

本発明に係るコヒーレントミキサでは、前記第１群の半導体領域は、第１１半導体導波路、第１２半導体導波路、第１３半導体導波路、及び第１４半導体導波路を含み、前記第１１半導体導波路、前記第１２半導体導波路、前記第１３半導体導波路、及び前記第１４半導体導波路は、前記第１端において順に配列されており、前記第２群の半導体領域は、第２１半導体導波路及び第２２半導体導波路を含み、前記第２１半導体導波路は、前記第２端に接続されると共に第１側面及び第２側面を有しており、前記第２２半導体導波路は、前記第２端に接続されると共に第１側面及び第２側面を有する。当該コヒーレントミキサは、前記第２１半導体導波路の前記第１側面に沿って延在する側面を有する第３半導体領域と、前記第２１半導体導波路の前記第２側面に沿って延在する第１側面と前記第２２半導体導波路の前記第１側面に沿って延在する第２側面とを有する第４半導体領域と、前記第２２半導体導波路の前記第２側面に沿って延在する側面を有する第５半導体領域とを更に備え、前記第２１半導体導波路の前記第２側面と前記第４半導体領域の前記第１側面との間隔は前記基準値以下であり、前記第２２半導体導波路の前記第１側面と前記第４半導体領域の前記第２側面との間隔は前記基準値以下である。前記第２１半導体導波路の前記第１側面と前記第３半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下である。前記第２２半導体導波路の前記第２側面と前記第５半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下である。

このコヒーレントミキサによれば、第３半導体領域の側面が、基準値以下の間隔で第２１半導体導波路の第１側面に沿って延在し、第４半導体領域の第１側面が、基準値以下の間隔で第２１半導体導波路の第２側面に沿って延在する共に、第４半導体領域の第２側面が、基準値以下の間隔で第２２半導体導波路の第１側面に沿って延在し、第５半導体領域の側面が、基準値以下の間隔で第２２半導体導波路の第２側面に沿って延在する。これ故に、マルチモード半導体導波路、第１群の半導体領域、第２群の半導体領域、第１半導体領域、第２半導体領域、第３半導体領域、第４半導体領域、及び第５半導体領域が、エッチングにより一括して加工される際に、第２１半導体導波路及び第２２半導体導波路の各々における第１側面及び第２側面の高さとマルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。

本発明に係るコヒーレントミキサでは、前記第４半導体領域の一端は前記第２端に接続され、前記第５半導体領域の一端は前記第２端に接続される。

このコヒーレントミキサによれば、第４半導体領域の一端が第２端に接続されると共に第５半導体領域の一端が第２端に接続されるようにしてもよい。第４半導体領域及び第５半導体領域は、第１群の半導体領域と同様の形状、例えば外部の光導波路に結合されない導波路形状の構造物として作製されることができる。

本発明に係るコヒーレントミキサでは、前記第３半導体領域の一端は前記第２端に接続される。

このコヒーレントミキサによれば、第３半導体領域の一端が第２端に接続されるようにしてもよい。第１群の半導体領域と同様の形状、例えば外部の光導波路に結合されない導波路形状の構造物として第３半導体領域を作製することができる。

本発明に係るコヒーレントミキサは、前記第１２半導体導波路の一側面に沿って延在する第１側面と前記第１３半導体導波路の一側面に沿って延在する第２側面を有する第６半導体領域を更に備えることができる。前記第６半導体領域は、前記第１２半導体導波路の一側面と前記第１３半導体導波路の一側面との間に設けられ、前記第６半導体領域の前記第１側面と前記第１２半導体導波路の前記一側面との間隔は前記基準値以下であり、前記第６半導体領域の前記第２側面と前記第１３半導体導波路の前記一側面との間隔は前記基準値以下である。

このコヒーレントミキサによれば、第１２半導体導波路の一側面と第１３半導体導波路の一側面との間に設けられる第６半導体領域は、基準値以下の間隔で第１２半導体導波路の一側面に沿って延在する第１側面と、基準値以下の間隔で第１３半導体導波路の一側面に沿って延在する第２側面を有する。第１２半導体導波路の一側面の高さ及び第１３半導体導波路の一側面の高さとマルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。

本発明に係るコヒーレントミキサは、前記第１１半導体導波路の他端及び前記第１２半導体導波路の他端に接続される別のマルチモード半導体導波路を更に備えることができる。前記別のマルチモード半導体導波路の第１側面は、前記第６半導体領域の前記第１側面に沿って延在し、前記別のマルチモード半導体導波路の前記第１側面と前記第６半導体領域の前記第１側面との間隔は前記基準値以下である。

このコヒーレントミキサによれば、第１１半導体導波路の他端及び第１２半導体導波路の他端に接続される別のマルチモード半導体導波路の第１側面が、基準値以下の間隔で第６半導体領域の第１側面に沿って延在する。別のマルチモード半導体導波路の第１側面の高さとマルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。

本発明に係る２×２マルチモード干渉器は、（ａ）第１軸の方向に延在する第１側面及び第２側面と、前記第１軸に交差する方向に延在する第１端及び第２端とを有するマルチモード半導体導波路と、（ｂ）前記第１端に接続される一端を有する第１１半導体導波路と、（ｃ）前記第１端に接続される一端を有する第１２半導体導波路と、前記第２端に接続される一端を有する第２１半導体導波路と、（ｃ）前記第２端に接続される一端を有する第２２半導体導波路と、（ｄ）前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面に沿って延在する側面を有する第７半導体領域と、（ｅ）前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面に沿って延在する側面を有する第８半導体領域とを備え、前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面と前記第９半導体領域の前記側面との間隔は基準値以下であり、前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面と前記第８半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下であり、前記第１端において前記第１１半導体導波路と前記第１２半導体導波路との間隔は第１間隔値であり、前記第２端において前記第２１半導体導波路と前記第２２半導体導波路との間隔は第２間隔値であり、前記基準値は、前記第１間隔値及び前記第２間隔値のうちの小さくない方の値である。

この２×２マルチモード干渉器によれば、マルチモード半導体導波路の第１側面と第９半導体領域の側面との間隔は基準値以下である共にマルチモード半導体導波路の第２側面と第８半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下であるので、マルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さと、第１１半導体導波路、第１２半導体導波路、第２１半導体導波路、及び第２２半導体導波路の高さとの差を低減できる。マルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面にそれぞれ沿って延在する第９半導体領域及び第１０半導体領域は、この高さの違いがマルチモード半導体導波路における干渉に与える影響を低減できる。

本発明に係る２×２マルチモード干渉器では、前記第７半導体領域の前記側面は、前記第１１半導体導波路（或いは前記第２１半導体導波路）の一側面に沿って延在し、前記第８半導体領域の前記側面は、前記第１２半導体導波路（或いは前記第２２半導体導波路）の一側面に沿って延在することができる。前記第７半導体領域の前記側面と前記第１１半導体導波路（或いは前記第２１半導体導波路）の前記一側面との間隔は前記基準値以下であり、前記第８半導体領域の前記側面と前記第１２半導体導波路（或いは前記第２２半導体導波路）の前記一側面との間隔は前記基準値以下である。

この２×２マルチモード干渉器によれば、第７半導体領域の側面が基準値以下の間隔で第１１半導体導波路（或いは前記第２１半導体導波路）の一側面に沿って延在するので、第１１半導体導波路（或いは前記第２１半導体導波路）の一側面の高さとマルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。また、第８半導体領域の側面が基準値以下の間隔で第１２半導体導波路（或いは前記第２２半導体導波路）の一側面に沿って延在するので、第１２半導体導波路（或いは前記第２２半導体導波路）の一側面の高さとマルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。

本発明に係るコヒーレントミキサは、（ａ）第１１半導体導波路を第１接続導波路及び第２接続導波路に分岐する分岐導波路と、（ｂ）第１２半導体導波路に接続された第１端並びに第３接続導波路及び第４接続導波路に接続された第２端を有する第１の２×２マルチモード干渉器と、（ｃ）前記第１接続導波路及び前記第３接続導波路に接続された第１端並びに第２１半導体導波路及び第２２半導体導波路に接続された第２端を有する第２の２×２マルチモード干渉器と、（ｄ）前記第２接続導波路及び前記第４接続導波路に接続された第１端並びに第２３半導体導波路及び第２４半導体導波路に接続された第２端を有する第３の２×２マルチモード干渉器と、（ｅ）前記第２接続導波路及び前記第３接続導波路を互いに交差させる交差導波路とを備え、前記第１の２×２マルチモード干渉器、前記第２の２×２マルチモード干渉器及び前記第３の２×２マルチモード干渉器は、上記の２×２マルチモード干渉器を含む。

このコヒーレントミキサによれば、第１の２×２マルチモード干渉器、第２の２×２マルチモード干渉器、第３の２×２マルチモード干渉器の各々において、マルチモード半導体導波路の第１側面及び第２側面の高さと、第１１半導体導波路、第１２半導体導波路、第２１半導体導波路、及び第２２半導体導波路の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。

以上説明したように、本発明によれば、チャネル間の偏差を低減できるコヒーレントミキサが提供される。また、本発明によれば、チャネル間の偏差を低減できるコヒーレントミキサのための２×２マルチモード干渉器が提供される。

図１は、本実施の形態に係るコヒーレントミキサの一形態を示す図面である。 図２は、コヒーレントミキサのマルチモード干渉器の一形態を示す図面である。 図３は、ＱＰＳＫ信号を受信したＭＭＩ型９０度ハイブリッドにおけるコンスタレーションを示す図面である。 図４は、２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドを示す図面である。 図５は、図４に示された２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドの入力ポートＬから光を入射したときのＩチャネル間偏差（Ｉ１−Ｉ２の絶対値）特性を示す図面である。 図６は、図４に示された２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドのＭＭＩ近傍の入出力導波路の断面形状を示す図面である。 図７は、追加の導波路を設ける形態と、追加の導波路を設けない形態とにおける導波路側面の高さ及び導波路の幅を測定した結果を示す図面である。 図８は、追加の導波路を設ける形態における断面を走査型電子顕微鏡で観察した像を示す図面である。 図９は、本実施の形態に係るマルチモード干渉器の構造を示す図面である。 図１０は、本実施の形態に係るコヒーレントミキサの変形例を示す図面である。 図１１は、本実施の形態に係るコヒーレントミキサの変形例を示す図面である。 図１２は、光カプラ編み込み型９０度ハイブリッドを示す図面である。 図１３は、導波路形状の追加半導体領域と本来に導波路とのギャップに対する偏差の変化を示す図面である。 図１４は、図１３の特性を測定したＭＭＩを示す図面である。

引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のコヒーレントミキサ及び２×２マルチモード干渉器に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、コヒーレントミキサの一形態を示す図面である。コヒーレントミキサ１１は、マルチモード干渉器１と、マルチモード干渉器１の入力端１ａに接続される第１入力導波路２及び第２入力導波路３と、マルチモード干渉器１の出力端１ｂに接続される第１出力導波路４、第２出導波路５、第３出力導波路６、及び第４入力導波路７と、これらの導波路（第１出力導波路４、第２出導波路５、第３出力導波路６及び第４入力導波路７）を介して光信号を受ける受光素子８を備える。マルチモード干渉器１、第１入力導波路２、第２入力導波路３、第１出力導波路４、第２出導波路５、第３出力導波路６及び第４入力導波路７は９０度ハイブリッドを構成しており、半導体基板９上に設けられることができる。また、この９０度ハイブリッドに加えてと、受光素子８も半導体基板９上に設けられることができる。受光素子８は例えば４個のフォトダイオード８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを備えることができる。

図２は、コヒーレントミキサのマルチモード干渉器の一形態を示す図面である。コヒーレントミキサ１１は、マルチモード半導体導波路１３と、第１群の半導体領域１５と、第２群の半導体領域１７と、第１半導体領域１９と、第２半導体領域２１とを備える。マルチモード半導体導波路１３は、第１軸Ａｘの方向に延在する第１側面１３ａ及び第２側面１３ｂと、第１軸Ａｘに交差する方向に延在する第１端１３ｃ及び第２端１３ｄとを有する。第１群の半導体領域１５はマルチモード半導体導波路１３の第１端１３ｃに接続される。第２群の半導体領域１７はマルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｄに接続される。第１半導体領域１９は側面１９ａを有しており、この側面１９ａは、マルチモード半導体導波路１３の第１側面１３ａに沿って延在する。第２半導体領域２１は側面２１ａを有しており、側面２１ａはマルチモード半導体導波路１３の第２側面１３ｂに沿って延在する。第１群の半導体領域１５はｍ本の第１〜第ｍ半導体導波路（例えば半導体領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）を含む。第２群の半導体領域１７はｎ本の第１〜第ｎ半導体導波路（例えば半導体領域１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）を含む。ｎ本はｍ本以上（ｎ≧ｍ）であることができ、好ましくはｎ本はｍ本に等しい（ｎ＝ｍ）。マルチモード半導体導波路１３の第１側面１３ａと第１半導体領域１９の側面１９ａとの間隔Ｗ１は基準値ＷＲ以下であり、マルチモード半導体導波路１３の第２側面１３ｂと第２半導体領域２１の側面２１ａとの間隔Ｗ２は基準値ＷＲ以下である。この基準値ＷＲは、第１群の複数の半導体領域にうち隣合う任意の半導体領域の間隔のうちの最大値であり、最大値を与える間隔は２つ以上あるときには、この値を基準値として用いる。また、第１〜第ｍ半導体導波路のうち隣合う任意の２本の半導体導波路の間隔のうちの最小値である。図２に示された実施例では、第１〜第ｍ半導体導波路として４つの半導体領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを含む。コヒーレントミキサ１１を構成する、又はコヒーレントミキサ１１に接続される半導体構造物の側面から上記の基準値以下の間隔で追加の半導体領域を設ける。

本実施例では、第１群の複数の半導体領域の全てがマルチモード半導体導波路１３の一端に接続されているけれども、複数の半導体領域うち少なくとも一本がマルチモード半導体導波路１３の一端１３ａに接続されていればよい。このとき、第１群の複数の半導体領域の各々は第１軸Ａｘの方向に延在する部分を有している。第１群の複数の半導体領域は、好ましくは、マルチモード半導体導波路１３の一端１３ａにおいて、あるピッチで配列されている。ここでは第１群の複数の半導体領域について説明したけれども、この説明は第２群の複数の半導体領域にも適用されることが好ましい。

コヒーレントミキサ１１は第１外側半導体領域３７及び第２外側半導体領域３９を備える。第１外側半導体領域３７は、第１群の半導体領域１５の一方の外側に設けられており、この側の最外の半導体側面（縁）から基準値ＷＲ以下の間隔で離れるように第１軸Ａｘの方向に延在する側面３７ａを有する。第２外側半導体領域３９は、第１群の半導体領域１５の他方の外側に設けられ、この側の最外の半導体側面（縁）から基準値ＷＲ以下の間隔で離れるように第１軸Ａｘの方向に延在する側面３９ａを有する。

このコヒーレントミキサ１１によれば、マルチモード半導体導波路１３の第１側面１３ａが、この第１側面１３ａに沿って延在する第１半導体領域１９の側面１９ａから基準値ＷＲ以下の間隔で延在すると共に、マルチモード半導体導波路１３の第２側面１３ｂが、この第２側面１３ｂに沿って延在する第２半導体領域２１の側面２１ａから基準値ＷＲ以下の間隔で延在する。これ故に、マルチモード半導体導波路１３、第１群の半導体領域１５、第１半導体領域１９、及び第２半導体領域２１が、一括してエッチングにより加工される際に、マルチモード半導体導波路１３の第１側面１３ａ及び第２側面１３ｂの高さと第１〜第ｍ半導体導波路（例えば半導体領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサ１１の偏差を低減できる。

マルチモード干渉器の一端に接続される隣接の２本の半導体導波路の間隔は、マルチモード干渉器の他端に接続される隣接の半導体導波路の間隔に等しいは或いは小さい。半導体領域１５ａと半導体領域１５ｂとの間隔Ｗ１ｍ、半導体領域１５ｂと半導体領域１５ｃとの間隔Ｗ２ｍ、半導体領域１５ｃと半導体領域１５ｄとの間隔Ｗ３ｍは、設計として同じ値になるように設定される。しかし、製造の結果としては、同じ形状には加工されない。このため、間隔Ｗ１ｍ、間隔Ｗ２ｍ及び間隔Ｗ３ｍは、僅かな差であるかもしれないが同一の値ではない。このようなマルチモード干渉器において、間隔Ｗ１ｍ、間隔Ｗ２ｍ及び間隔Ｗ３ｍのうち最大値を基準値ＷＲとして規定することができ、また間隔Ｗ１ｍ、間隔Ｗ２ｍ及び間隔Ｗ３ｍのうち最小値を基準値ＷＲとして規定するようにしてもよい。

この実施例では、コヒーレントミキサ１１の第１外側半導体領域３７が第１半導体領域１９から離れて別体のものとして設けられているけれども、第１外側半導体領域３７が第２半導体領域１９と一体のものとして作製されていてもよい。また、コヒーレントミキサ１１の第２外側半導体領域３９が第２半導体領域２１から離れて別体のものとして設けられているけれども、第２外側半導体領域３９が第２半導体領域２１と一体のものとして作製されていてもよい。

２×４マルチモード干渉器を含むコヒーレントミキサ１１では、第１群の半導体領域１５は、第１１半導体導波路２５ａ、第１２半導体導波路２５ｂ、第１３半導体導波路２５ｃ及び第１４半導体導波路２５ｄを含むことができる。第１１半導体導波路２５ａ、第１２半導体導波路２５ｂ、第１３半導体導波路２５ｃ及び第１４半導体導波路２５ｄは、マルチモード半導体導波路１３の第１端１３ｃにおいてこの順に配置されており、好ましくはあるピッチで配列されることができる。第２群の半導体領域１７は、第２１半導体導波路２７ａ（１７ａ）及び第２２半導体導波路２７ｂ（１７ｃ）を含む。第２１半導体導波路２７ａは、マルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｄに接続される。第２１半導体導波路２７ａは第１側面２６ａ及び第２側面２６ｂを有する。
第２２半導体導波路２７ｂは、マルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｄに接続される。第２２半導体導波路２７ｂは第１側面２８ａ及び第２側面２８ｂを有する。

コヒーレントミキサ１１は第３半導体領域３１を備え、第３半導体領域３１は側面３１ａを有する。この側面３１ａは、第２１半導体導波路２７ａの第１側面２６ａに沿って延在しており、本実施例では第１軸Ａｘの方向に延在する。

コヒーレントミキサ１１は第４半導体領域３３を備え、第４半導体領域３３は、第１側面３３ａ及び第２側面３３ｂを有する。第１側面３３ａは、第２１半導体導波路２７ａの第２側面２６ｂに沿って延在しており、本実施例では第１軸Ａｘの方向に延在する。第２側面３３ｂは、第２２半導体導波路２７ｂの第１側面２８ａに沿って延在しており、本実施例では第１軸Ａｘの方向に延在する。

コヒーレントミキサ１１は第５半導体領域３５を備え、第５半導体領域３５は側面３５ａを有する。側面３５ａは第２２半導体導波路２７ｂの第２側面２８ｂに沿って延在しており、本実施例では第１軸Ａｘの方向に延在する。

このコヒーレントミキサ１１によれば、第３半導体領域３１の側面３１ａが、基準値ＷＲ以下の間隔で第２１半導体導波路２７ａの第１側面２６ａに沿って延在する。第４半導体領域３３の第１側面３３ａが、基準値ＷＲ以下の間隔で第２１半導体導波路２７ａの第２側面２６ｂに沿って延在する。第４半導体領域３３の第２側面３３ｂが、基準値ＷＲ以下の間隔で第２２半導体導波路２７ｂの第１側面２８ａに沿って延在する。第５半導体領域３５の側面３５ａが、基準値ＷＲ以下の間隔で第２２半導体導波路２７ｂの第２側面２８ｂに沿って延在する。これ故に、マルチモード半導体導波路１３、第１群の半導体領域１５、第２群の半導体領域１７、第１半導体領域１９、第２半導体領域２１、第３半導体領域３１、第４半導体領域３３、及び第５半導体領域３５が、エッチングにより一括して加工される際に、第２１半導体導波路２７ａ及び第２２半導体導波路２７ｂの各々における第１側面２６ａ、２８ａ及び第２側面２６ｂ、２８ｂの高さとマルチモード半導体導波路１３の第１側面１３ａ及び第２側面１３ｂの高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサ１１の偏差を低減できる。

本実施例に係るコヒーレントミキサ１１では、第４半導体領域３３の一端はマルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｄに接続され、第５半導体領域３５の一端はマルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｄに接続されることができる。第４半導体領域３３及び第５半導体領域３５を、第１群の半導体領域１７内の第１〜第ｎ半導体導波路（例えば半導体領域１７ａ、１７ｃ）と同様な形態で、つまり、外部の導波路に結合されない形状として導波路の形を有するように作製することができる。

或いは、第４半導体領域３３の一端がマルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｄから離れるように、第４半導体領域３３を設けることができる。第５半導体領域３５の一端がマルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｄから離れるように、第５半導体領域３３を設けることができる。また、本実施例では、第３半導体領域３１が第１半導体領域１９から離れるように設けられているが、第３半導体領域３１及び第１半導体領域１９は互いに接続されて、一体の半導体領域として作製されることができる。

ＭＭＩ型９０度ハイブリッドは、図１に示されるポート２から入力された信号光Ｓとポート３から入力された局所発振光Ｌを干渉させ、４つの出力ポートにおける光の位相をそれぞれ９０度ずつずらされた出力光を生成するように動作する。ＭＭＩ型９０度ハイブリッドは、信号光Ｓと局所発振光Ｌとの位相差に応じて変化する光強度を有する光を出力ポートに生成し、これらの光は導波路４、５、６、７を伝搬する。ＭＭＩ型９０度ハイブリッドは、信号光のもつ位相情報を強度情報に変換することができ、信号光の位相情報を強度として有する干渉光を受光素子９が受ける。マルチモード干渉器（ＭＭＩ）やその接続導波路が、所望の形状と異なる形状を持つ構造物として作製されとき、信号光と局所発振光との位相差が正確に光強度に変換されず、クロストークや受信感度の低下につながる。図３は、ＱＰＳＫ信号を受信したＭＭＩ型９０度ハイブリッドにおけるコンスタレーションを示す。図３の（ａ）部に示されるように、理想的なＱＰＳＫ信号を受信した場合、コンスタレーションは各シンボルが等間隔かつ、座標中心からの距離も等しくなる。各座標軸からの距離が大きいほど、高い受信感度を意味する。チャネル間で偏差が発生すると、図３の（ｂ）部に示されるように、各シンボルは理想的な位置からずれシンボル間距離も不均一になる。チャネル間で位相ズレが発生すると、図３の（ｃ）部に示されるように、各シンボルは理想的な位置からずれシンボル間距離も不均一になる。これらの不均一は、受信感度を低下させる。

図４は、２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドを示す。図４において、入力ポート名をＳ，Ｌ、出力ポート名をＩ１，Ｉ２，Ｑ１，Ｑ２とする。特性比較を容易にするために、図４の２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドは、実施例と同様のデバイス構造を有しており、それは以下のものである。
基板：半絶縁ＩｎＰ基板。
導波路構造：ｉ−ＩｎＰ：１．２μｍ／ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ：０．３μｍ（λｇ＝１．２μｍ）／ｉ−ＩｎＰ：１．０μｍ。
導波路幅：２．５μｍ。
メサ高さ：２．２μｍ。
ＭＭＩ構造：層構造はメサ高さは導波路と同じ。
幅：２０μｍ。
長さ：８０６μｍ。
フォトダイオードを集積するときは以下の導波路型構造を用いる。
ＩｎＰ基板上にメサ構造を設ける。メサ構造は、ｎ−ＩｎＰ層、アンドープＩｎＧａＡｓ受光層、ｐ−ＩｎＰ、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層を含む。メサ構造の側面はｉ−ＩｎＰで覆う。

図５は、図４に示された２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドの入力ポートＬから光を入射したときのＩチャネル間偏差（Ｉ１−Ｉ２の絶対値）特性を示す。理想的には、この偏差は０ｄＢである。図４に示された２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドの作製（エッチングによる加工）においては、設計による平面パターン寸法を十分に再現できるように十分な注意をもって行われた。しかしながら、Ｃバンド内で偏差が揺らいでおり最大１ｄＢある。

図６は、図４に示された２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドのＭＭＩ近傍の入出力導波路の断面形状を示す。発明者らの検討によれば、この断面形状において、導波路の左側面のメサ高さと右側面のメサ高さに差が生じている。発明者らの見積もりによれば、メサ高さ２．２μｍに対して、１００〜２００ｎｍ程度の高さの差異が生成されている。そのため、導波路形状が、左右非対称になっている。同様な差異は、ＭＭＩの側面の高さとメサ導波路の側面の高さとの間にも生じている。

発明者は、その検討から以下のように考えている。つまり、ＭＭＩの特性を理論値と異なるものにさせた原因は、ＭＭＩの側面の高さと、このＭＭＩに接続された導波路の高さとに違いがあるとき、導波路及び／又はＭＭＩにおいて、非対称な導波路形状によって不安定なモードが励振される。このように、導波路形状が非対称であると９０度ハイブリッドの出力偏差が理論値からずれる。より具体的には、非対称な導波路形状によって励振されたモードがＭＭＩに入射し、ＭＭＩの出力端における結像が乱されて出力導波路への結合効率のバランスが崩れる可能性がある。或いは、ＭＭＩ出力端に結像された光が導波路に結合する際に、非対称な導波路形状のモード形状と一致しないことにより結合効率のバランスが崩れたことにあると考えられる。

発明者は、図２に示される２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドを作製する際に、第１半導体領域から第５半導体領域１９、２１、３１、３３、３５並びに第１及び第２外側半導体領域３７、３９に加えて、全体の対称性を考慮して、半導体領域４１を含むような追加のパターン領域を、本来の２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドの周囲に配置した。半導体領域３１、４１は、第２群の半導体領域１７に対する一対の外側半導体領域として作用する。この試みの２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドでは、その導波路の半導体の組成とその膜厚として、追加パターンを含まない２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドと同じでものを用いる。ＭＭＩの入力導波路及び出力導波路並びにＭＭＩのマルチモード半導体導波路と追加の半導体パターンとの間隔が、ＭＭＩの入力及び出力導波路における隣接導波路間のギャップの最小値と同じ幅である。導波路外側に設けた使用しない半導体導波路の幅は、ＭＭＩの入力及び出力導波路と同じ値に設計したけれども、使用しない半導体導波路の幅はこれに限定されるものでではなく、発明者の実験によれば、上記ギャップが大きな役割を有する。

図７は、追加の導波路を設ける形態と、追加の導波路を設けない形態とにおける導波路側面の高さ及び導波路の幅を測定した結果を示す。まず、この測長によれば、導波路形状の追加した半導体領域により導波路幅ばらつきが、平均値において１８０ｎｍから３０ｎｍに低減される。また、図８は、追加の導波路を設ける形態における断面を走査型電子顕微鏡で観察した像を示す。追加の半導体領域を適用することにより、シングルモード導波路の側面の高さ及びマルチモード半導体導波路の側面の高さは同じような値になり、単一の導波路における左右対称を向上できることに加えて、異なる導波路間の側面の高さの均一性も高められる。発明者の走査型電子顕微鏡観察によれば、追加の半導体領域を適用することにより、導波路の側面の高さのばらつきが１８０ｎｍから０ｎｍ程度まで低減される。

このような追加の半導体パターンを有する２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドにおいては、Ｃバンド内でのＩチャネル間偏差が最大０．４ｄＢに低減された。この偏差低減は、均一化された幅の導波路及び左右対称な側面高を有する導波路の形状によって、不安定なモードの励振が低減されたことによると考えられる。

これまで説明した、２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッド内の導波路の隣りに追加の半導体領域を設けるという形態は、図２に示された特定の構造に限定されるものではない。

図９は、ＭＭＩ型９０度ハイブリッドの構造を示す図面である。図９の（ａ）部において、同一又は類似の機能を有する半導体領域には、図２のＭＭＩ型９０度ハイブリッドと同一の符号を付する。図９の（ｂ）部にデバイスの全体を示し、図９の（ｃ）部に追加パターンを含まないＭＭＩ型９０度ハイブリッドを示す。コヒーレントミキサ１１ａでは、第３半導体領域３１の一端がマルチモード半導体導波路１３の第２端１３ｂに接続されるようにしてもよい。第３半導体領域３１を、第２群の半導体領域１７と同様の形状で作製することができる。このとき、コヒーレントミキサ１１ａは、内側面４１ａを有する外側半導体領域４１及び内側面４３ａを有する外側半導体領域４３を備えることができ、これらの外側半導体領域４１及び外側半導体領域４３を設けることは、マルチモード半導体導波路１３の周囲において、他端側１３ｄに、一端側１３ａにおける他の半導体領域３７、３９の配置に合わせて追加の半導体領域を設けることを実現する。

コヒーレントミキサ１１ａでは、第１２半導体導波路２５ｂは一側面２２ａ及び他側面２２ｂを有し、第１３半導体導波路２５ｃは一側面２４ａ及び他側面２４ｂを有する。コヒーレントミキサ１１ａは、第６半導体領域４５を備えることができる。第６半導体領域４５は第１側面４５ａ及び第２側面４５ｂを有する。
第６半導体領域４５は、第１２半導体導波路２５ｂの側面２２ｂと第１３半導体導波路２５ｂの側面２４ａとの間に設けられ、第１側面４５ａは、第１２半導体導波路２５ｂの他側面２２ｂに沿って延在しており、第２側面４５ｂは、第１３半導体導波路２５ｃの一側面２４ａに沿って延在する。第６半導体領域４５の第１側面４５ａと第１２半導体導波路２５ｂの側面２２ｂとの間隔は基準値ＷＲ以下であり、第６半導体領域４５の第２側面４５ｂと第１３半導体導波路２５ｃの一側面２４ａとの間隔は基準値ＷＲ以下である。

このコヒーレントミキサ１１ａによれば、第１２半導体導波路２５ｂの側面２２ｂと第１３半導体導波路２５ｃの側面２４ａとの間に設けられる第６半導体領域４５は、基準値ＷＲ以下の間隔で第１２半導体導波路２５ｂの側面２２ｂに沿って延在する第１側面４５ａと、基準値ＷＲ以下の間隔で第１３半導体導波路２５ｃの側面２４ａに沿って延在する第２側面４５ｂを有する。第１２半導体導波路２５ａの側面２４ｂの高さ及び第１３半導体導波路２５ｃの側面２４ａの高さと他の導波路の側面の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサの偏差を低減できる。

コヒーレントミキサ１１ａは別のマルチモード半導体導波路４７を更に備えることができる。第１１半導体導波路２５ａの一端及び第１２半導体導波路２５ｂの一端がマルチモード半導体導波路４７の一端４７ａに接続される。また、マルチモード半導体導波路４７ａの他端４７ｂには、第１５半導体導波路２５ｅの一端及び第１６半導体導波路２５ｆの一端が接続される。この形態では、第１１半導体導波路２５ａは位相シフタとして働く。第１５半導体導波路２５ｅと第１６半導体導波路２５ｆとの間隔は、基準値ＷＲ以下である。マルチモード半導体導波路４７の側面４７ｃは、半導体領域３７の側面３７ａに沿って延在し、マルチモード半導体導波路４７の側面４７ｄは第６半導体領域４５の側面４５ａに沿って延在する。マルチモード半導体導波路４７の側面４７ｃは、半導体領域３７の側面３７ａに基準値ＷＲ以下の間隔で隔置され、マルチモード半導体導波路４７の側面４７ｄは、半導体領域４５の側面４５ａに基準値ＷＲ以下の間隔で隔置される。マルチモード半導体導波路４７の側面４７ｃの高さとマルチモード半導体導波路の側面４７ｄの高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサ１１ａの偏差を低減できる。

図９に示された２×４ＭＭＩ及び２×２ＭＭＩ型９０度ハイブリッドを含むコヒーレントミキサを同様に作製する。この９０度ハイブリッドはＩチャネル側に位相シフタが設けられている。位相シフタは隣接導波路との幅または導波路長を変えることで、４５度の位相遅延を与える役割を持つ。位相遅延量が４５度からずれると、２×２ＭＭＩを通過したときに出力偏差が発生してしまう。本実施例での位相シフタではその導波路幅を他の導波路に比べて３０ｎｍ細くしているが、このわずかな導波路幅の差を正確に作製することは容易ではない。追加の導波路を設けないＭＭＩの偏差は最大１．２ｄＢであったのに対し、追加の導波路を設けたＭＭＩは０．６ｄＢである。追加の導波路によってＭＭＩの導波路幅および形状の均一性を向上できたので、作製された９０度ハイブリッドにおける位相遅延量を所望の位相遅延量に近づけることができたと考えられる。

図１０に示されるコヒーレントミキサ１１ｂは、これまでに説明した複数の追加の半導体領域１９、２１、３１、３３、３５、３７、３９、４１の一部又は全部の外側に間隔ＷＲで隔置された更なる追加の半導体領域４９ａ〜４９ｆを備える。この更なる追加の半導体領域４９ａ〜４９ｆは、コヒーレントミキサ１１ｂの偏差の低減に寄与できる。このように、追加の半導体領域の更に外側に、更なる追加の半導体領域を設ける２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッドは、先の実施例（追加の半導体パターンを有する２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッド）と同様に、Ｃバンド内でのＩチャネル間偏差が最大０．４ｄＢに低減された。なお、更なる追加の半導体領域は少なくとも１本あれば良い。また、更なる追加の半導体領域は、導波路と同じ幅でもより、これよりも広い幅を有することができる。

図１１に示されるコヒーレントミキサ１１ｃは、これまでに説明した複数の追加の半導体領域１９、２１、３１、３５、３７、３９、４１の一部又は全部を一体の半導体領域として備える別の半導体領域（テラス半導体領域）５１ａ、５１ｂを備える。更なる追加の半導体領域５１ａ、５１ｂの側面は、コヒーレントミキサ１１ｃの導波路１３、２５ａ〜２５ｄ、２７a、２７ｂの側面に対して基準値WR以下の間隔で隔置されている。この更なる追加の半導体領域５１ａ、５１ｂは、コヒーレントミキサ１１ｂの偏差の低減に寄与できる。２×４ＭＭＩの周囲に基準値ＷＲ以下の間隔をとってテラス半導体領域を設けるコヒーレントミキサは、先の実施例（追加の半導体パターンを有する２×４ＭＭＩ型９０度ハイブリッド）と同様に、Ｃバンド内でのＩチャネル間偏差が最大０．４ｄＢに低減された。コヒーレントミキサ１１ｂの偏差の低減に寄与できる。このように、図１１に示すように、テラスをＭＭＩ近傍にギャップ幅を保つように設置すると共に導波路間に導波路形状の半導体領域を設けた形態も、同様の特性を示す。

図１２は、コヒーレントミキサを示す図面である。図１２の（ａ）部を参照すると、このコヒーレントミキサ１１ｄは、分岐導波路６１と、第１の２×２マルチモード干渉器６３と、第２の２×２マルチモード干渉器６５と、第３の２×２マルチモード干渉器６７と、交差導波路６９を備える。分岐導波路６１は、第２１半導体導波路２７ａを第１接続導波路７１ａ及び第２接続導波路７１ｂに分岐する。第１の２×２マルチモード干渉器６３は、第１端６３ａ及び第２端６３ｂ並びに第１側面６３ａ及び第２側面６３ｂを有する。第２２半導体導波路２７ｂは、第１端６３ａに接続され、第３接続導波路７３ａ及び第４接続導波路７３ｂは第２端６３ｂに接続される。第２の２×２マルチモード干渉器６５は、第１端６５ａ及び第２端６５ｂ並びに第１側面６５ａ及び第２側面６５ｂを有する。第１接続導波路７１ａ及び第３接続導波路７３ａが第１端６５ａに接続される。第２端６５ｂには、第１１半導体導波路２５ａ及び第１２半導体導波路２５ｂが接続される。第３の２×２マルチモード干渉器６７は、第１端６７ａ及び第２端６７ｂ並びに第１側面６７ａ及び第２側面６７ｂを有する。第１端６７ａには、第２接続導波路７１ｂ及び第４接続導波路７３ｂが接続される。第２３半導体導波路２５ｃ及び第２４半導体導波路２５ｄが第２端６７ｂに接続される。交差導波路６９は、第２接続導波路７１ｂ及び第３接続導波路７３ａを互いに交差させる。第１の２×２マルチモード干渉器６３、第２の２×２マルチモード干渉器６５及び第３の２×２マルチモード干渉器６７の少なくとも一つは、以下の２×２マルチモード干渉器を含むことができる。本実施例では、第１の２×２マルチモード干渉器６３、第２の２×２マルチモード干渉器６５及び第３の２×２マルチモード干渉器６７は、以下の２×２マルチモード干渉器を含む。

図１２の（ｂ）部を参照すると、２×２マルチモード干渉器８１は、マルチモード半導体導波路８３、第１＿１半導体導波路８５、第１＿２半導体導波路８７、第２＿１半導体導波路８９、第２＿２半導体導波路９１、及び第７半導体領域９３、及び第８半導体領域９５を備える。マルチモード半導体導波路８３は、第１軸Ａｘの方向に延在する第１側面８３ａ及び第２側面８３ｂと、第１軸Ａｘ１に交差する方向に延在する第１端８３ｃ及び第２端８３ｄとを有する。第１＿１半導体導波路８５は第１端８３ａに接続される一端を有する。第１＿２半導体導波路８７は第１端８３ａに接続される一端を有する。第２＿１半導体導波路８９は第２端８３ｂに接続される一端を有する。第２＿２半導体導波路９１は第２端８３ｂに接続される一端を有する。第７半導体領域９３は、マルチモード半導体導波路８３の第１側面８３ａに沿って延在する側面９３ａを有する。第８半導体領域９５は、マルチモード半導体導波路８３の第２側面８３ｂに沿って延在する側面９５ａを有する。マルチモード半導体導波路８３の第１側面８３ａと第７半導体領域９３の側面９３ａとの間隔は基準値ＷＲ以下であり、マルチモード半導体導波路８３の第２側面８３ｂと第８半導体領域９５の側面９５ａとの間隔は基準値ＷＲ以下である。第１端８３ｃにおいて第１＿１半導体導波路８５と第１＿２半導体導波路８７との間隔は第１間隔値であり、第２端８３ｄにおいて第２＿１半導体導波路８９と第２２半導体導波路９１との間隔は第２間隔値である。ここで、基準値ＷＲは、第１間隔値及び第２間隔値のうちの最小では（小さく）ない方の値であることができ、具体的には、第１間隔値は第２間隔値より大きいときは、基準値ＷＲとして第１間隔値を用い、第１間隔値は第２間隔値より小さいときは、基準値ＷＲとして第２間隔値を用い、第１間隔値は第２間隔値に等しいときは、その値を基準値ＷＲとして用いる。

この２×２マルチモード干渉器（ＭＭＩ）８１によれば、マルチモード半導体導波路８３の第１側面８３ａと第９半導体領域９３の側面９３ａとの間隔は基準値ＷＲ以下である共にマルチモード半導体導波路８３の第２側面８３ｂと第８半導体領域９５の側面９５ａとの間隔は基準値ＷＲ以下である。また、第７半導体領域９３の側面９３ａは、マルチモード半導体導波路８３の一端及び他端に接続される導波路に沿って基準値得ＷＲ以下の間隔で延在する。第８半導体領域９５の側面９５ａは、マルチモード半導体導波路８３の一端及び他端に接続される導波路に沿って基準値得ＷＲ以下の間隔で延在する。これ故に、マルチモード半導体導波路８３の第１側面８３ａ及び第２側面８３ｂの高さと、第１＿１半導体導波路８５、第１＿２半導体導波路８７、第２＿１半導体導波路８９、及び第２＿２半導体導波路９１の高さとの差を低減できる。マルチモード半導体導波路８３の第１側面８３ａ及び第２側面８３ｂにそれぞれ沿って延在する第７半導体領域９３及び第８半導体領域９５は、この高さの違いがマルチモード半導体導波路８３における干渉に与える影響を低減できる。

この２×２マルチモード干渉器８１を用いるコヒーレントミキサ１１ｄによれば、第１の２×２マルチモード干渉器６３、第２の２×２マルチモード干渉器６５、第３の２×２マルチモード干渉器６７の各々において、マルチモード半導体導波路８３の第１側面８３ａ及び第２側面８３ｂの高さと、第１＿１半導体導波路８５、第１＿２半導体導波路８７、第２＿１半導体導波路８９、及び第２＿２半導体導波路９１の高さとの差を低減できる。これにより、コヒーレントミキサ１１ｄの偏差を低減できる。

図１２の（ｃ）部を参照すると、コヒーレントミキサ１１ｄでは、分岐導波路６１において、第２１半導体導波路２７ａの第１側面３２ａは第１接続導波路７１ａの第１側面７０ａに接続されており、第２１半導体導波路２７ａの第２側面３２ｂは第２接続導波路７１ｂの第２側面７２ｂに接続されている。第１接続導波路７１ａ第２側面７０ｂは第２接続導波路７１ｂの第１側面７２ａに接続されている。コヒーレントミキサ１１ｃは、第１０半導体領域８５を備え、第１０半導体領域８５の側面８５ａは、第２１半導体導波路２７ａの第１側面３２ａに沿って基準値ＷＲ以下の間隔で延在し、また第１接続導波路７１ａの第１側面７０ａに沿って、分岐導波路６１から第３の２×２マルチモード干渉器６５まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在する。コヒーレントミキサ１１ｄは、第１１半導体領域８６を備え、第１１半導体領域８６の側面８６ａは、第２１半導体導波路２７ａの第２側面３２ｂに沿って基準値ＷＲ以下の間隔で延在し、また第２接続導波路７１ｂの第２側面７２ｂ及び第３接続導波路７３ａの第１側面７４ａに沿って、分岐導波路６１から第２の２×２マルチモード干渉器６５まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在する。コヒーレントミキサ１１ｄは、第１２半導体領域８７を備え、第１２半導体領域８７の側面８７ａは、第１接続導波路７１ａの第２側面７０ｂに沿って分岐導波路６１から第２の２×２マルチモード干渉器６５まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在し、また接続導波路７１ｂの側面７２ａ及び接続導波路７３ａの側面７４ａに沿って分岐導波路６１から第３の２×２マルチモード干渉器６５まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在する。

図１２の（ｄ）部を参照すると、コヒーレントミキサ１１ｄは、第１３半導体領域８８を備え、第１３半導体領域８６の側面８８ａは、第２接続導波路７１ｂの第１側面７２ａ及び第３接続導波路７３ａの第２側面７４ｂに沿って、第３の２×２マルチモード干渉器６５から第４の２×２マルチモード干渉器６７まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在する。

コヒーレントミキサ１１ｄは、第１４半導体領域９０を備え、第１４半導体領域９０の側面９０ａは、第２接続導波路７１ｂの第２側面７２ｂ及びに第３接続導波路７３ａの第１側面７４ｂ沿って第２の２×２マルチモード干渉器６３から第４の２×２マルチモード干渉器６９まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在し、また第４接続導波路７３ｂの一側面に沿って第３の２×２マルチモード干渉器６７から第４の２×２マルチモード干渉器６９まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在する。

コヒーレントミキサ１１ｄは、第１５半導体領域を備え、第１４半導体領域８５の側面は、第４接続導波路７３ｂの他側面（一側面の反対側）に沿って第３の２×２マルチモード干渉器６７から第４の２×２マルチモード干渉器６９まで基準値ＷＲ以下の間隔で延在する。

図１２に示される光カプラ編み込み型９０度ハイブリッドを作製した。この９０度ハイブリッドは、ＭＭＩおよび近傍の導波路形状のみならず、前段と後段の光カプラを接続する４本の接続導波路の長さと形状をすべて揃える。換言すれば、これらの接続導波路の等価屈折率を同一にする。４本の接続導波路のうち２本は交差している。交差部の形状が揺らいでも位相が変化してしまう。上記のような追加の半導体領域を備える光カプラ編み込み型９０度ハイブリッドの偏差は最大０．４ｄＢであり、追加の半導体領域を備えない光カプラ編み込み型９０度ハイブリッドの偏差は最大１．０ｄＢである。追加の半導体領域又は追加の導波路形状の半導体領域によって、導波路幅および形状の均一性が向上され、４本すべての導波路の等価屈折率をほぼ同じように揃えることができる。

図１３は、導波路形状の追加半導体領域と本来に導波路とのギャップに対する偏差の変化を示す図面である。この特性は、図１４に示されるＭＭＩを用いて測定される。図１３を参照すると、ギャップが広がるほど偏差が大きくなっており、本来の導波路の幅程度までギャップが広がると、偏差は飽和する。これは、ギャップが広がることにより、追加の半導体領域（追加の導波路路）による影響が小さくなり、追加の半導体領域がないＭＭＩの特性に近づいていくことを意味する。追加の半導体領域とＭＭＩの導波路とのギャップは、本導波路の幅以下であることが好ましい。一方で、ギャップが本導波路間のギャップよりも狭くなっても偏差が大きくなる傾向にある。ＭＭＩの導波路の左右のギャップが異なるので、この導波路の左側面及び右側面の高さに差が出ることで、導波路形状が非対称になったためと考えられる。また、ギャップの下限はフォトリソグラフィの性能で決まり、この実験時においては０．５μｍ程度まで狭くなるとメサが形成できない。この実験によれば、ギャップは、例えば６μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上であることが好ましい。また、半導体導波路の幅は、例えば６μｍ以下であることが好ましく、また、０．５ μｍ以上であることが好ましい。

本実施の形態によれば、製造時の外乱による設計における所望の値からの位相ズレおよび偏差ズレを低減することができる。本実施の形態に係るＭＭＩは、コヒーレントミキサに限定されることなく、他の用途にも適用される。また、コヒーレントミキサを用いた位相ズレおよび偏差ズレの評価は、ＭＭＩの評価に便利である。

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。

以上説明したように、本実施の形態によれば、チャネル間の偏差を低減できるコヒーレントミキサを提供できる。また、本実施の形態によれば、チャネル間の偏差を低減できるコヒーレントミキサのための２×２マルチモード干渉器を提供できる。

１…マルチモード干渉器、２…第１入力導波路、３…第２入力導波路、４…第１出力導波路、５…第２出導波路、６…第３出力導波路、７…第４入力導波路、８…受光素子、９…半導体基板、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…フォトダイオード、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…コヒーレントミキサ、１３…半導体導波路、１３ａ、１３ｂ…側面、１３ｃ…第１端、１３ｄ…第２端、１５…第１群の半導体領域、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ…半導体領域、１７…第２群の半導体領域、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…半導体領域、１９…第１半導体領域、１９ａ…側面、２１…第２半導体領域、２１ａ…側面、２５ａ…第１１半導体導波路、２５ｂ…第１２半導体導波路、２５ｃ…第１３半導体導波路、２５ｄ…第１４半導体導波路、２７ａ…第２１半導体導波路、２７ｂ…第２２半導体導波路、Ａｘ…第１軸、Ｗ１…間隔、ＷＲ…基準値、Ｗ２…間隔、３７…第１外側半導体領域、３９…第２外側半導体領域。

Claims (8)

1. コヒーレントミキサであって、
   第１軸の方向に延在する第１側面及び第２側面と、前記第１軸に交差する方向に延在する第１端及び第２端とを有するマルチモード半導体導波路と、
   前記第１端に接続される第１群の複数の半導体領域と、
   前記第２端に接続される第２群の複数の半導体領域と、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面に沿って延在する側面を有する第１半導体領域と、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面に沿って延在する側面を有する第２半導体領域と、
   前記第１群の半導体領域の一方の外側に設けられ、前記第１群の半導体領域の一方の縁から基準値以下の間隔で離れるように延在する側面を有する第１外側半導体領域と、
   前記第１群の半導体領域の他方の外側に設けられ、前記第１群の半導体領域の他方の縁から前記基準値以下の間隔で離れるように延在する側面を有する第２外側半導体領域と、
   を備え、
   前記第１群の半導体領域はｍ本の第１〜第ｍ半導体導波路を含み、前記第２群の半導体領域はｎ本の第１〜第ｎ半導体導波路を含み、ここで、ｎはｍ以上であり、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面と前記第１半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下であり、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面と前記第２半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下であり、
   前記基準値は、前記第１群の複数の半導体領域にうち隣合う任意の半導体領域の間隔のうちの最大値である、コヒーレントミキサ。
2. 前記第１群の半導体領域は、第１１半導体導波路、第１２半導体導波路、第１３半導体導波路、及び第１４半導体導波路を含み、
   前記第１１半導体導波路、前記第１２半導体導波路、前記第１３半導体導波路、及び前記第１４半導体導波路は、前記第１端において順に配列されており、
   前記第２群の半導体領域は、第２１半導体導波路及び第２２半導体導波路を含み、
   前記第２１半導体導波路は、前記第２端に接続されると共に第１側面及び第２側面を有しており、
   前記第２２半導体導波路は、前記第２端に接続されると共に第１側面及び第２側面を有しており、
   当該コヒーレントミキサは、
   前記第２１半導体導波路の前記第１側面に沿って延在する側面を有する第３半導体領域と、
   前記第２２半導体導波路の前記第１側面に沿って延在する第１側面と前記第２１半導体導波路の前記第２側面に沿って延在する第２側面とを有する第４半導体領域と、
   前記第２２半導体導波路の前記第２側面に沿って延在する側面を有する第５半導体領域と、
   を更に備え、
   前記第２１半導体導波路の前記第２側面と前記第４半導体領域の前記第１側面との間隔は前記基準値以下であり、
   前記第２２半導体導波路の前記第２側面と前記第４半導体領域の前記第２側面との間隔は前記基準値以下であり、
   前記第２１半導体導波路の前記第１側面と前記第３半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下である、
   前記第２２半導体導波路の前記第２側面と前記第５半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下である、請求項１に記載されたコヒーレントミキサ。
3. 前記第４半導体領域の一端は前記第２端に接続され、
   前記第５半導体領域の一端は前記第２端に接続される、請求項２に記載されたコヒーレントミキサ。
4. 前記第３半導体領域の一端は前記第２端に接続される、請求項２又は請求項３に記載されたコヒーレントミキサ。
5. 前記第１２半導体導波路の一側面と前記第１３半導体導波路の一側面との間に設けられる第６半導体領域を更に備え、
   前記第６半導体領域は、前記第１２半導体導波路の前記一側面に沿って延在する第１側面と前記第１３半導体導波路の前記一側面に沿って延在する第２側面を有しており、
   前記第６半導体領域の前記第１側面と前記第１２半導体導波路の前記一側面との間隔は前記基準値以下であり、
   前記第６半導体領域の前記第２側面と前記第１３半導体導波路の前記一側面との間隔は前記基準値以下である、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載されたコヒーレントミキサ。
6. 前記第１１半導体導波路の他端及び前記第１２半導体導波路の他端に接続される別のマルチモード半導体導波路を更に備え、
   前記別のマルチモード半導体導波路の第１側面は、前記第６半導体領域の前記第１側面に沿って延在し、
   前記別のマルチモード半導体導波路の前記第１側面と前記第６半導体領域の前記第１側面との間隔は前記基準値以下である、請求項５に記載されたコヒーレントミキサ。
7. ２×２マルチモード干渉器であって、
   第１軸の方向に延在する第１側面及び第２側面と、前記第１軸に交差する方向に延在する第１端及び第２端とを有するマルチモード半導体導波路と、
   前記第１端に接続される一端を有する第１＿１半導体導波路と、
   前記第１端に接続される一端を有する第１＿２半導体導波路と、
   前記第２端に接続される一端を有する第２＿１半導体導波路と、
   前記第２端に接続される一端を有する第２＿２半導体導波路と、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面に沿って前記第１端から前記第２端への方向に延在する側面を有する第７半導体領域と、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面に沿って前記第１端から前記第２端への方向に延在する側面を有する第８半導体領域と、
   を備え、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第１側面と前記第７半導体領域の前記側面との間隔は基準値以下であり、
   前記マルチモード半導体導波路の前記第２側面と前記第８半導体領域の前記側面との間隔は前記基準値以下であり、
   前記第１端において前記第１＿１半導体導波路と前記第１＿２半導体導波路との間隔は第１間隔値であり、
   前記第２端において前記第２＿１半導体導波路と前記第２＿２半導体導波路との間隔は第２間隔値であり、
   前記基準値は、前記第１間隔値及び前記第２間隔値のうちの最小ではない方の値である、２×２マルチモード干渉器。
8. コヒーレントミキサであって、
   第２１半導体導波路を第１接続導波路及び第２接続導波路に分岐する分岐導波路と、
   第２２半導体導波路に接続された第１端並びに第３接続導波路及び第４接続導波路に接続された第２端を有する第１の２×２マルチモード干渉器と、
   前記第１接続導波路及び前記第３接続導波路に接続された第１端並びに第１２半導体導波路及び第１２半導体導波路に接続された第２端を有する第２の２×２マルチモード干渉器と、
   前記第２接続導波路及び前記第４接続導波路に接続された第１端並びに第１３半導体導波路及び第１４半導体導波路に接続された第２端を有する第３の２×２マルチモード干渉器と、
   前記第２接続導波路及び前記第３接続導波路を互いに交差させる交差導波路と、
   を備え、
   前記第１の２×２マルチモード干渉器、前記第２の２×２マルチモード干渉器及び前記第３の２×２マルチモード干渉器の少なくとも一つは、請求項７に記載された２×２マルチモード干渉器を含む、コヒーレントミキサ。