JP2020056885A - 光学装置及びレーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造で、製造が容易であり、投光効率が良好な回折格子及び当該回折格子を用いたレーザレーダ装置を提供する。【解決手段】所定位置２８から入射した光を屈折させて上面から外界に出射する回折格子１４と、回折格子と所定距離で並行して配設されると共に回折格子を構成する物質よりも高屈折率な物質で構成され、回折格子の上面と逆側の下面から出射された光を反射して外界に出射する回折格子１２と、回折格子１４と回折格子１２との間隙及び周囲を被覆する、回折格子１４の構成物質よりも低屈折率な物質で構成されたクラッド１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置及びレーザレーダ装置に関する。

測定対象物との距離を測定するレーザレーダ装置で、レーザ光を外界に投光する光アンテナとして、回折格子を含む光学装置が用いられる場合がある。図１２は、回折格子１０２を含む光学装置１００の一例を示した概略図であり、図１２（Ａ）は光学装置１００において投光に係る上面を、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）で示した光学装置１００をＣ−Ｃ線で切断した場合の断面図である。

図１２（Ｂ）に示したように、光学装置１００は、Ｓｉで構成された回折格子１０２が、ＳｉＯ₂で構成されたクラッド１６で被覆されている。レーザ光源から導波路を介してレーザ光２０が光学装置１００に入射されると、回折効果により、出射光２４が図１２（Ａ）で示した上面（第1面）から投光される。

しかしながら、光学装置１００は、出射光２４のみならず、出射光２４が投光される面の裏面（第２面）からも出射光２６が出射される。その結果、導波路から導入されたレーザ光２０の一部分が意に反した方向に出射されることになり、光アンテナとしての投光効率を低下させるという問題があった。

非特許文献１には、下面からの放射を抑制する多層膜が施された回折格子が開示されている。

16 August 2010 / Vol. 18. No.17 / OPTICS EXPRESS 18280

しかしながら、非特許文献１に開示された回折格子は、多層膜の実装が技術的にもコスト的にも困難であり、回折格子の製造が困難かつ高コストになるというおそれがあった。

本発明は、上記に示した問題点を鑑みてなされたものであり、従来よりも簡便な構造で、製造が容易であり、投光効率が良好な光学装置及び当該光学装置を用いたレーザレーダ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定位置から入射した光が伝搬され、かつ、前記光を屈折させて第１面から外界に出射するように構成された第１回折格子を有する第１層と、前記第１回折格子と所定距離で並行して配設されると共に前記第１回折格子を構成する物質よりも高屈折率な物質で構成され、前記第１回折格子の前記第１面と逆側の第２面から出射された光を反射し、かつ、前記第１層を介して前記外界に出射するように構成された第２回折格子を有する第２層と、を備え、前記第１回折格子と前記第２回折格子との間隙及び周囲を、前記第１回折格子の構成物質よりも低屈折率な物質で被覆している。

請求項２に記載の発明は、前記第２格子のピッチは、前記第２回折格子の格子ピッチは、前記第１回折格子のピッチ以下の所定範囲である。

請求項３に記載の発明は、前記第１回折格子のピッチが０．８８μｍ〜１．２μｍであり、前記第２回折格子のピッチが０．５８μｍ〜０．８０μｍである。

また、請求項４に記載の発明のように、前記第２回折格子のピッチは、前記第１回折格子のピッチと略同じでもよい。

請求項５に記載の発明は、前記第１格子及び前記第２格子の各々のパターンは、前記第１回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る楕円弧状に形成された、中屈折率部材を、所定のピッチで並べたものであり、前記第２回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る楕円弧状に形成された、高屈折率部材を、所定のピッチで並べたものである。

また、請求項６に記載の発明のように、前記第１回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る円弧状に形成された、中屈折率部材を、所定のピッチで並べたものであり、前記第２回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る円弧状に形成された、高屈折率部材を、所定のピッチで並べたものである。

請求項７に記載の発明は、前記第１回折格子の物質は、ＳｉＮ及びＧａＮのいずれかのであり、前記第２回折格子の物質は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ及びＳｉＧｅのいずれかであり、前記被覆する物質はＳｉＯ₂である。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか1項に記載の光学装置を、レーザ光を外界に出射すると共に、該出射した光が対象物で反射されて生じた反射光を受信する光アンテナとして用いるレーザレーダ装置である。

以上説明したように、従来よりも簡便な構造で、製造が容易であり、投光効率が良好な光学装置及び当該光学装置を用いたレーザレーダ装置を提供できる、という効果を奏する。

（Ａ）はレーザ光を外界に投光する本発明の実施の形態に係る光学装置の上面を示した概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）で示した光学装置をＡ−Ａ線で切断した場合の断面図である。 （Ａ）は、回折格子が１層の光学装置の回折の態様を、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る光学装置の回折の態様を、各々示した説明図である。 （Ａ）は、回折格子が１層の光学装置におけるレーザ光の波長と、回折格子のピッチと、回折格子の実効屈折率と、ＳｉＯ₂で構成されたクラッドのクラッド屈折率と、伝搬方向の法線に対する角度との関係を、（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る光学装置におけるレーザ光の波長と、回折格子のピッチと、回折格子の実効屈折率と、ＳｉＯ₂で構成されたクラッドのクラッド屈折率と、伝搬方向の法線に対する角度との関係を、各々示した説明図である。 反射層である回折格子のピッチ（Ｓｉピッチ）と伝搬層である回折格子のピッチ（ＳｉＮピッチ）との対応を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る光学装置の製造工程を示した説明図である。 伝搬層である回折格子と反射層である回折格子とを備えた本実施の形態の変形例に係る光学装置を用いた光偏向素子の構成例を示す図である。 図６に示した回折格子の概略図である。 （Ａ）は、伝搬層である回折格子と反射層である回折格子とを備えた本実施の形態の他の変形例に係る光学装置の平面図であり、（Ｂ）は光学装置の拡大図である。 図８に示した光学装置の生成原理を示した説明図である。 図６〜８に示した光フェーズドアレイアンテナで受信したレーザ光の強度を検出するフォトダイオードの詳細な構造を示した概略図である。 図１０のフォトダイオードが、Ｂ−Ｂ線に沿って切断された状態を示す断面図である。 （Ａ）は回折格子を用いた光学装置において投光に係る上面を示した概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）で示した光学装置をＣ−Ｃ線で切断した場合の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る光学装置１０の構成例を示す図である。光学装置１０は、レーザレーダ装置の光フェーズドアレイアンテナ等に用いられる素子である。

図１（Ａ）は光学装置１０のレーザ光２０を外界に投光する上面（第１面）を、図１（Ｂ）は図１（Ａ）で示した光学装置１０をＡ−Ａ線で切断した場合の断面図である。

図１（Ａ）に示したように、光学装置１０の回折格子のパターンは、レーザ光２０が入射される所定位置２８を中心とした同心円の円弧状を呈する。回折格子のパターンは、所定位置２８を中心とする同心楕円の楕円弧状でもよい。

図１（Ｂ）に示したように、光学装置１０は、ＳｉＮで構成された回折格子１４とＳｉで構成された回折格子１２が、ＳｉＯ₂で構成されたクラッド１６で被覆されている。レーザ光源から導波路を介してレーザ光２０が光学装置１０に入射されると、回折効果により、出射光２２が図１（Ａ）で示した上面から投光される。

図２（Ａ）は、回折格子１８が1層の光学装置１００の、回折の態様を、図２（Ｂ）は、本実施の形態に係る光学装置１０の回折の態様を、各々示した説明図である。

図２（Ａ）に示した光学装置１００の回折格子１８は、屈折率３．４のＳｉで構成され、導波路から入射されたレーザ光２０を出射光２４として外界に出射する。しかしながら、回折格子１８は、出射光２４とは逆方向にも出射光２６を出射するので、光アンテナとしての投光効率を低下させる。

図２（Ｂ）に示した本実施の形態に係る光学装置１０は、屈折率２のＳｉＮで構成された回折格子１４の下層にＳｉで構成された回折格子１２を備え、回折格子１４に導波路からレーザ光２０が入射される。入射されたレーザ光２０の一部は回折格子１４の上面（第１面）及び下面（第２面）から出射されるが、回折格子１４の下面から出射された光は、回折格子１４の下層に設けられた回折格子１２によって反射され、回折格子１２の上面に出射された光と共に、出射光２２として回折格子１４の上面から光学装置１０の外界に出射される。従って、本実施の形態に係る光学装置１０では、回折格子１４はレーザ光の伝搬層として機能し、回折格子１２はレーザ光の反射層として機能する。

反射層として機能する回折格子１２は、Ｓｉのほかに、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ及びＳｉＧｅ等の屈折率が高い物質が用いられる。

伝搬層として機能する回折格子１４は、ＳｉＮのほかに、中程度の屈折率を有する物質が使用可能で、例えば、ＧａＮ等が用いられる。

本実施の形態に係る光学装置１０では、回折格子１２、１４の各々のピッチも重要な要素となる。図３（Ａ）は、回折格子１８が1層の光学装置１００におけるレーザ光２０の波長λと、回折格子１８のピッチΛと、回折格子１８の実効屈折率ｎ_effと、ＳｉＯ₂で構成されたクラッド１６のクラッド屈折率ｎ_cと、伝搬方向の法線に対する角度θとの関係を、図３（Ｂ）は、本実施の形態に係る光学装置１０におけるレーザ光２０の波長λと、回折格子１４のピッチΛと、回折格子１４の実効屈折率ｎ_effと、ＳｉＯ₂で構成されたクラッド１６のクラッド屈折率ｎ_cと、伝搬方向の法線に対する角度θとの関係を、各々示した説明図である。

図３（Ａ）に示したように、導波路からレーザ光２０が入射されると、レーザ光２０は回折格子１８によって回折されて、伝搬方向と放射方向とに分離する。図３（Ａ）に示した放射方向の光が外界へ投光される出射光であり、出射光は、角度θをもって外界に投光される。

レーザ光２０の波長λと、回折格子１８のピッチΛと、回折格子１８の実効屈折率ｎ_effと、ＳｉＯ₂で構成されたクラッド１６のクラッド屈折率ｎ_cと、角度θとの関係は、下記の通りである。
ｎ_eff：実効屈折率
ｎ_c：クラッド屈折率
Λ：回折格子１８のピッチ
λ：波長
ｋ₀＝２π/λ
ｋ₀ｎ_csinθ＝ｋ₀ｎ_eff ＋ ｑ（２π/Λ）
ｑ：０、±１、±２等の整数

上記の関係式から、レーザ光２０の波長に応じた回折格子１８のピッチΛを算出する。

図３（Ｂ）に示した本実施の形態に係る光学装置１０についても、上記の関係式から、レーザ光２０の波長に応じた回折格子１４のピッチΛが算出され、設計される。算出する回折格子のピッチは、屈折率が高く、反射層として機能する回折格子１２のピッチではなく、屈折率が中程度で、伝搬層として機能する回折格子１４のピッチである。なお、回折格子１２と回折格子１４との間隔は、レーザ光２０の波長にもよるが、０．３μｍ〜０．４μｍである。

図３（Ｂ）に示したように、本実施の形態に係る光学装置１０の回折格子１２、１４の各々のピッチは、回折格子１２、１４で略同じとする。また、回折格子１２、１４のパターンは、所定位置２８を中心とした同心円に係る円弧状、又は所定位置２８を中心とした同心楕円に係る楕円弧状の中屈折率部材、高屈折率部材を、略同じピッチで並べたものである。しかしながら、以下のように回折格子１２、１４の各々のピッチを異ならせて設定してもよい。

図４は、反射層である回折格子１２のピッチ（Ｓｉピッチ）に対する、伝搬層である回折格子１４のピッチ（ＳｉＮピッチ）のそれぞれにおける投光効率の関係を示した説明図である。

図４に示したように、導波路を介して光学装置１０に入射されたレーザ光２０を外界に出射する投光効率が高い点が特異点３０として存在する。特異点３０では、概ねＳｉＮピッチとＳｉピッチとが一致している。従って、図２（Ｂ）に示したように、本実施の形態に係る光学装置１０の回折格子１２、１４の各々のピッチを略同じとすることにより、高い投光効率を担保できる。

また、図４には、０．８８μｍ〜１．２μｍのＳｉＮピッチに対して、安定して高い投光効率を示す高効率範囲３２が存在する。高効率範囲３２は、０．５８μｍ〜０．８０μｍである。本実施の形態では、光学装置１０の回折格子１２、１４の各々のピッチを略同じとすることのみならず、０．８８μｍ〜１．２μｍのＳｉＮピッチに対して、Ｓｉピッチを０．５８μｍ〜０．８０μｍとすることによっても、高い投光効率を得ることができる。ただし、回折格子１２、１４の各々のパターンは、各々のピッチが異なる場合でも、同じパターンとする。例えば、回折格子１２、１４のパターンは、所定位置２８を中心とした同心円に係る円弧状、又は所定位置２８を中心とした同心楕円に係る楕円弧状の中屈折率部材、高屈折率部材を、それぞれのピッチで並べたものである。

図５は、本実施の形態に係る光学装置１０の製造工程を示した説明図である。図５（Ａ）に示したように第１Ｓｉ層５０に第１ＳｉＯ₂層５２と第２Ｓｉ層５４とを積層させてウエハ状の基板を作成する。次に、図５（Ｂ）に示したように、第２Ｓｉ層５４上の一部をフォトレジスト５６でマスクする。さらに、図５（Ｃ）に示したように、ドライエッチングでフォトレジスト５６によって保護されていない第２Ｓｉ層５４を除去する。

図５（Ｄ）に示した工程では、フォトレジスト５６を除去し、基板を加熱するアニーリングにより、残存するフォトレジスト５６を完全に除去する。図５（Ｅ）に示した工程では、第２Ｓｉ層５４、第１ＳｉＯ₂層５２上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：プラズマ化学気相成長）等によって第２ＳｉＯ₂層５８を堆積させ、さらに第２ＳｉＯ₂層５８の上にＳｉＮ層６０を堆積させる。

図５（Ｆ）に示した工程では、ＳｉＮ層６０上の一部をフォトレジスト６２でマスクし、図５（Ｇ）に示した工程では、ドライエッチングでフォトレジスト６２によって保護されていないＳｉＮ層６０を除去する。図５（Ｈ）に示した工程では、フォトレジスト６２を除去する。可能であれば、基板を加熱するアニーリングにより、残存するフォトレジスト６２を完全に除去した後、ＳｉＮ層６０、第２ＳｉＯ₂層５８上に、第３ＳｉＯ₂層６４を堆積させて、光学装置１０を製造する。残存する第２Ｓｉ層５４は、回折格子１２となり、同ＳｉＮ層６０は、回折格子１４となる。

図６は、伝搬層である回折格子と反射層である回折格子とを備えた本実施の形態の変形例に係る光学装置３６を用いた光偏向素子４０の構成例を示す図である。光偏向素子４０は、レーザレーダ装置の光フェーズドアレイアンテナ等を構成する。図６の光学装置３６は、レーザ光２０を外界に出射すると共に、出射した光が対象物で反射されて生じた反射光を受信する光アンテナとして用いられる。レーザレーダ装置は、図６に示した光アンテナのほかに、レーザ光源（図示せず）、後述するフォトダイオード等を備える。

図６に示すように、光偏向素子４０は、レーザ光源から照射されたレーザ光２０を本実施の形態に係る光学装置３６まで導く導波路４２と、光学装置３６の導波路部分３６−１〜３６−８を加熱するヒータ４８Ａ、４８Ｂと、回折効果により散乱させたレーザ光を測定対象物（図示せず）に投光する光学装置３６と、を含む。以下、レーザ光を外界に投光する場合の光偏向素子４０について説明する。

導波路４２は、ヒータ４８Ａ、４８Ｂの手前で複数の導波路４２−１〜４２−８に分岐し、レーザ光を分配する分配器として機能する。以下では、導波路４２−１から導波路４２−８を一括して「導波路４２」と称する場合がある。

導波路４２−１〜４２−８の端部には光学装置３６が各々設けられている。導波路４２を伝播した送信光は、光学装置３６から測定対象物に向けて放射される。図７は、光学装置３６の概略図である。光学装置３６は、電流Ｉが通電される半導体薄膜３８上に設けられた反射層として機能する第１回折格子３６Ａの上に第１回折格子３６Ａより屈折率が低く、かつ第１回折格子３６Ａに対応するピッチを有する伝搬層として機能する第２回折格子３６Ｂが設けられている。第１回折格子３６Ａ及び第２回折格子３６Ｂの各々は、角柱状のグレーチングがアレイ状に配設されている。一例として、第１回折格子３６Ａは屈折率３．４のＳｉで構成され、第２回折格子３６Ｂは屈折率２のＳｉＮで構成される。第２回折格子３６Ｂには導波路部分３６−１〜３６−８からレーザ光が入射される。入射されたレーザ光の一部は第２回折格子３６Ｂの上面（第１面）及び下面（第２面）から出射されるが、第２回折格子３６Ｂの下面から出射された光は、第２回折格子３６Ｂの下層に設けられた第１回折格子３６Ａによって反射され、第１回折格子３６Ａの上面に出射された光と共に、出射光として第２回折格子３６Ｂの上面から光学装置３６の外界に出射される。

また、ヒータ４８Ａ、４８Ｂに通電して導波路部分３６−１〜３６−８を加熱することにより、導波路部分３６−１〜３６−８を伝播する光の屈折率を変化させ、光学装置３６から放射される光の方向を変えることができる。

ヒータ４８Ａは、導波路部分３６−１から導波路部分３６−８に向かうに従って、導波路部分３６−１〜３６−８を加熱する面積が大きくなるような形状を有する。逆に、ヒータ４８Ｂは、導波路部分３６−１から導波路部分３６−８に向かうに従って、導波路部分３６−１〜３６−８を加熱する面積が小さくなるような形状を有する。一例として、図６ではヒータ４８Ａ、４８Ｂが逆三角形の形状である場合について示した。ヒータ４８Ａ、４８Ｂは、Ｓｉ基板上にチタン、白金等の導電率が比較的低い金属を蒸着して生成してもよいし、Ｐ型半導体又はＮ型半導体等の不純物半導体で構成してもよい。

導波路部分３６−１〜３６−８を構成するＳｉＯ₂の光の屈折率は、導波路部分３６−１〜３６−８に供給される熱量（ヒータ４８Ａ、４８Ｂの発熱量）に比例して増大する。従って、ヒータ４８Ａ、４８Ｂにより導波路部分３６−１〜３６−８が加熱されると、ヒータ４８Ａ、４８Ｂの発熱量に対して導波路部分３６−１〜３６−８を通過する光の位相が線形的に変化し、結果的に、ヒータ４８Ａ、４８Ｂは光の位相を変化させる移相器として機能する。その結果、導波路部分３６−１〜３６−８の各々から放射されるレーザ光は、加熱によって増大した屈折率に応じて伝播方向が変化する。

光学装置３６の基部（第１回折格子３６Ａの下層）には、Ｓｉ単結晶にホウ素又はアルミニウム等の微量の三価元素を添加（ドープ）して得たＰ型半導体の薄膜が設けられており、Ｐ型半導体の薄膜上に光学装置３６が設けられている。当該薄膜に電流Ｉが通電されると、薄膜にはジュール熱が生じる。かかるジュール熱により、光学装置３６の屈折率は光学装置３６を構成する回折格子のピッチが変化した場合と同様に変化し、レーザ光の伝播方向が変化する。電流Ｉの通電方向は、図６の方向に限定されず、図６とは逆方向の通電でもよい。

光学装置３６の基部に設けられる不純物半導体の薄膜は、Ｎ型半導体でもよい。かかる場合には、Ｓｉ単結晶にリン又はヒ素等の微量の五価元素をドープすることにより、Ｎ型半導体の薄膜を得る。

図８（Ａ）は、伝搬層である回折格子と反射層である回折格子とを備えた本実施の形態の他の変形例に係る光学装置１２０の平面図であり、図８（Ｂ）は光学装置１２０の拡大図である。光学装置１２０は、投光したレーザ光２０が対象物に反射して生じた光を受信する光フェーズドアレイアンテナに用いられる。

図８（Ａ）に示したように、光学装置１２０を構成する回折格子は、各々底面が十字型の柱状をしており、当該回折格子により、受信光をＴＥ波（直交偏波：Transverse Electric Wave）と、ＴＭ波（平行偏波：Transverse Magnetic Wave）とに分離する。光学装置１２０で分離されたＴＭ波は、導波路１４２Ｍを介して、同ＴＥ波は、導波路１４２Ｅを介して、各々後述するフォトダイオードに入力される。

光学装置１２０は、図８（Ｂ）に示したように、回折格子１２２の下層に回折格子１２４が設けられている。上層の回折格子１２２は屈折率が中程度のＳｉＮで構成され、下層の回折格子１２４は屈折率が高いＳｉで構成されている。従って、上述の光学装置１０と同様に、回折格子１２２は伝搬層として、回折格子１２４は反射層として、各々機能し、回折格子１２２を透過した受信光を回折格子１２４で反射して、回折格子１２２に戻すことにより、受信光を効率よく導波路１４２Ｅ、１４２Ｍに導くことができる。

図９は、図８に示した光学装置１２０の生成原理を示した説明図である。図９に示したように、光学装置１２０は、ＴＭ波用の回折格子１１０と、ＴＥ波用の回折格子１１２とを重ね合わせた回折格子１１４を基にしている。回折格子１１４を、回折格子１２２、１２４のように十字型の柱状とすることにより、光学装置１２０を得る。

底面が十字型の回折格子１２２、１２４は、ＴＥ波及びＴＭ波の各々に対応した回折格子１１４を基にしているので、偏光依存性が少ないという特性を有する。従って、ＴＥ波又はＴＭ波等の特定の偏光を、他の偏光よりも効率よく分離するという現象が抑制され、ＴＥ波及びＴＭ波の各々が略等しい分離効率で分離されて導波路１４２Ｅ、１４２Ｍに各々導かれる。

仮に、光学装置１２０の回折格子１２２、１２４を十字型の柱状ではなく、略円柱状（〇）又は角柱状（□）にした場合、レーザ光２０の波長依存性は低下する、すなわち、特定の波長以外のレーザ光も受光できるが、偏光依存性が強くなるので、偏光を分離する光フェーズドアレイアンテナには適しない。

図１０は、図６〜８に示した光フェーズドアレイアンテナで受信したレーザ光の強度を検出するフォトダイオード１３０の詳細な構造を示した概略図である。フォトダイオード１３０は、ＳｉＯ₂基板１３８上に、Ｓｉで構成されたシリコン導波路１３６が帯状に形成され、シリコン導波路１３６の上にはＧｅ吸収層１３４が形成され、Ｇｅ吸収層１３４の上にはＮ電極１３２Ｎが、シリコン導波路１３６の上にはＰ電極１３２Ｐが、各々形成されている。シリコン導波路１３６及びＧｅ吸収層１３４は、一例として、ヘテロエピタキシャルにより、各々形成される。

図１１は、図１０のフォトダイオード１３０が、Ｂ−Ｂ線に沿って切断された状態を示す断面図である。図１１は、説明を簡略化するために、図１０で示したＳｉＯ₂基板１３８等は省略している。

フォトダイオード１３０のシリコン導波路１３６は、Ｓｉにホウ素等の不純物をドーピングしたＰ型半導体で構成され、シリコン導波路１３６の表面にはＰ電極１３２Ｐが電気的に接続されている。

シリコン導波路１３６の上に形成されたＧｅ吸収層１３４は、Ｇｅにヒ素又はリン等の不純物をドーピングしたＮ型半導体で構成されている。Ｇｅ吸収層１３４の表面にはＮ電極１３２Ｎが電気的に接続されている。

図１１に示したように、Ｐ電極１３２ＰとＮ電極１３２Ｎとの間には、Ｐ型半導体であるシリコン導波路１３６及びＮ型半導体であるＧｅ吸収層３４が介在している。Ｐ型半導体であるシリコン導波路１３６は正孔が生じやすく、当該正孔に電子が移動しやすい。また、Ｎ型半導体であるＧｅ吸収層３４は、Ｐ型半導体等に移動容易な自由電子が豊富である。図１１に示したフォトダイオード１３０は、Ｇｅ吸収層３４からシリコン導波路１３６への自由電子の移動により、受信光の信号を電気信号に変換する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＳｉＮを用いた伝搬層である回折格子１４と、回折格子１２の下層にＳｉを用いた反射層である回折格子１２とを備えることにより、投光効率が良好な光学装置１０を得ることができる。

光学装置１０は、上述のように、回折格子１２、１４の単純な２層構造であり、非特許文献１に記載の回折格子のように、多層膜を配設するような技術的に困難な加工技術を要しない簡素な構造である。

また、製造は、図５に示したように、ドライエッチング及びＣＶＤ等の、既知の半導体装置の製造方法を用いて行うので、既存の半導体装置の製造設備を用いて容易に行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能であることはいうまでもない。

１０ 光学装置
１２、１４ 回折格子
１６ クラッド
１８ 回折格子
２０ レーザ光
２２、２４、２６ 出射光
２８ 所定位置
３０ 特異点
３２ 高効率範囲
３４ 吸収層
３６ 光学装置
３６−１〜３６−８ 導波路部分
３６Ａ 第１回折格子
３６Ｂ 第２回折格子
３８ 半導体薄膜
４０ 光偏向素子
４２、４２−１〜４２−８ 導波路
４８Ａ、４８Ｂ ヒータ
５０ 第１Ｓｉ層
５２ 第１ＳｉＯ₂層
５４ 第２Ｓｉ層
５６ フォトレジスト
５８ 第２ＳｉＯ₂層
６０ ＳｉＮ層
６２ フォトレジスト
６４ 第３ＳｉＯ₂層
１００ 光学装置
１０２、１１０、１１２、１１４ 回折格子
１２０ 光学装置
１２２、１２４ 回折格子
１３０ フォトダイオード
１３２Ｎ Ｎ電極
１３２Ｐ Ｐ電極
１３４ Ｇｅ吸収層
１３６ シリコン導波路
１３８ ＳｉＯ₂基板
１４２Ｅ、１４２Ｍ 導波路

Claims (8)

1. 所定位置から入射した光が伝搬され、かつ、前記光を屈折させて第１面から外界に出射するように構成された第１回折格子を有する第１層と、
   前記第１回折格子と所定距離で並行して配設されると共に前記第１回折格子を構成する物質よりも高屈折率な物質で構成され、前記第１回折格子の前記第１面と逆側の第２面から出射された光を反射し、かつ、前記第１層を介して前記外界に出射するように構成された第２回折格子を有する第２層と、を備え、
   前記第１回折格子と前記第２回折格子との間隙及び周囲を、前記第１回折格子の構成物質よりも低屈折率な物質で被覆した光学装置。
2. 前記第２回折格子の格子ピッチは、前記第１回折格子のピッチ以下の所定範囲である請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１回折格子のピッチが０．８８μｍ〜１．２μｍであり、前記第２回折格子のピッチが０．５８μｍ〜０．８０μｍである請求項２に記載の光学装置。
4. 前記第２回折格子のピッチは、前記第１回折格子のピッチと略同じである請求項２に記載の光学装置。
5. 前記第１回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る楕円弧状に形成された、中屈折率部材を、所定のピッチで並べたものであり、
   前記第２回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る楕円弧状に形成された、高屈折率部材を、所定のピッチで並べたものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記第１回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る円弧状に形成された、中屈折率部材を、所定のピッチで並べたものであり、
   前記第２回折格子のパターンは、前記所定位置を中心とした同心楕円に係る円弧状に形成された、高屈折率部材を、所定のピッチで並べたものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学装置。
7. 前記第１回折格子の物質は、ＳｉＮ及びＧａＮのいずれかのであり、前記第２回折格子の物質は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ及びＳｉＧｅのいずれかであり、前記被覆する物質はＳｉＯ₂である請求項１〜６のいずれか1項に記載の光学装置。
8. 請求項１〜７のいずれか1項に記載の光学装置を、レーザ光を外界に出射すると共に、該出射した光が対象物で反射されて生じた反射光を受信する光アンテナとして用いるレーザレーダ装置。