JP5658894B2 - Optical element - Google Patents

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Description

本発明は、半導体をコアとして用いた光導波路を有する光学素子に関するものである。   The present invention relates to an optical element having an optical waveguide using a semiconductor as a core.

光通信で伝送される情報量は増加の一途をたどっている。これに対しては、(I)信号の伝送速度を増す、(II)波長多重通信のチャンネル数を増す、といった対策が進められている。   The amount of information transmitted by optical communication is steadily increasing. To cope with this, measures are being taken such as (I) increasing the transmission speed of signals and (II) increasing the number of channels of wavelength division multiplexing communication.

光通信では光パルスを用いて光信号が伝送される。そこで、上記(I)に関しては、光パルス間の間隔が狭まるため、光パルスの時間波形を制御することが重要となる。伝送路である光ファイバ中では、光の波長によって伝搬速度が異なるという波長分散のため、光ファイバを伝搬するに伴い光パルスの時間幅が拡がってしまう。このため、光ファイバとは逆の符号の波長分散を持つ光学素子を光ファイバ伝送路中に設けて、伝送路を伝搬した後の光パルスの波長分散を除去するという波長分散補償技術が必要になる。   In optical communication, optical signals are transmitted using optical pulses. Therefore, regarding (I), since the interval between the optical pulses is narrowed, it is important to control the time waveform of the optical pulse. In an optical fiber that is a transmission path, the time width of an optical pulse is increased as it propagates through the optical fiber due to chromatic dispersion in which the propagation speed varies depending on the wavelength of light. For this reason, a chromatic dispersion compensation technique is required in which an optical element having a wavelength dispersion opposite in sign to that of an optical fiber is provided in the optical fiber transmission line, and the chromatic dispersion of the optical pulse after propagating through the transmission line is removed. Become.

一方、(II)の対策を進めると、光部品の数が増すとともに伝送経路も複雑になるため、光通信設備の大型化、複雑化、高額化につながるという問題が生じる。   On the other hand, if the countermeasure of (II) is advanced, the number of optical components increases and the transmission path becomes complicated, resulting in a problem that the optical communication equipment is increased in size, complexity, and cost.

光通信設備の大型化・複雑化を避けるには、設備を構成する装置の部品や回路など、構成要素の小型化、さらには小型化した構成要素を集積化して部品点数の増大を避けることが必要である。光部品の小型化を遂行するには、光部品を構成する基本要素である光学素子を小型化することが必須である。光通信用の光学素子は光導波路を用いて構成されることが多い。このため、光導波路を小型化することが、光部品の小型化を進める上で重要である。光導波路を小型化するには、シリコン(Si)などの屈折率の高い材料を用いることが必須である。これは、媒質中の光の波長はその媒質の屈折率に反比例するため、屈折率が高いほど光導波路のコア幅などの寸法が小さくなるからである。Siの屈折率は約3.5で、シリカ(SiO)の屈折率(約1.5)に比べて2.3倍以上である。Siなどの高屈折率材料は、平板の基板上に形成されるため、複数の光導波路を結合することが容易で、複数の光部品を集積化する目的に適している。 In order to avoid the increase in size and complexity of optical communication equipment, it is necessary to reduce the size of components such as equipment parts and circuits that make up the equipment, and also to reduce the number of components by integrating the miniaturized components. is necessary. In order to reduce the size of the optical component, it is essential to reduce the size of the optical element that is a basic element constituting the optical component. Optical elements for optical communication are often configured using optical waveguides. For this reason, downsizing the optical waveguide is important in promoting downsizing of optical components. In order to reduce the size of the optical waveguide, it is essential to use a material having a high refractive index such as silicon (Si). This is because the wavelength of light in the medium is inversely proportional to the refractive index of the medium, and the higher the refractive index, the smaller the dimensions such as the core width of the optical waveguide. The refractive index of Si is about 3.5, which is 2.3 times or more that of silica (SiO 2 ) (about 1.5). Since a high refractive index material such as Si is formed on a flat substrate, it is easy to couple a plurality of optical waveguides and is suitable for the purpose of integrating a plurality of optical components.

光部品の高額化を避けるには、光学素子の製造コストを低減することが重要である。光導波路が小型化されると、光学素子一個あたりに占める原材料コストが減少し、単価を削減することができる。Siなどの高屈折率材料は、平板の基板上に形成されるため、大面積基板を用いて多数の光学素子を一つの基板上に製造することができ、製造コストをさらに削減することが可能になる。   In order to avoid an increase in the cost of optical components, it is important to reduce the manufacturing cost of the optical element. If the optical waveguide is downsized, the raw material cost per optical element is reduced, and the unit price can be reduced. Since a high refractive index material such as Si is formed on a flat substrate, a large area substrate can be used to manufacture a large number of optical elements on a single substrate, thereby further reducing manufacturing costs. become.

このような中、特許文献1で示されるような、シリコン光導波路を用いた光学素子が提案されている。また、非特許文献1には、シリコン光導波路に電圧を加えて光学特性を電気的に制御することが開示されている。   Under such circumstances, an optical element using a silicon optical waveguide as shown in Patent Document 1 has been proposed. Non-Patent Document 1 discloses that a voltage is applied to a silicon optical waveguide to electrically control optical characteristics.

再公表WO2007−91465号公報Republished WO2007-91465

Richard A. Soref et. al. “Electrooptical Effects in Silicon”, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-23, No. 1, January 1987Richard A. Soref et. Al. “Electrooptical Effects in Silicon”, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-23, No. 1, January 1987

単一材料のコアからなるシングルモード光導波路において、その一部に、特許文献1に開示されているような、光導波路に電圧を加えることにより屈折率を変化させるなどの可変機構を備えた、光学特性が可変なデバイスが実現されている。この場合、電圧を印加することにより屈折率が可変な半導体コア領域と、それ以外の屈折率が可変ではないコア領域(同一集積回路上の他の機能部への伝送路や、素子外部の光学系へと接続するためのスポットサイズコンバータ部などを含む)との接続部において、屈折率が可変ではないコア領域を経由したリーク電流が発生してしまう。   In a single mode optical waveguide composed of a core of a single material, a part of the optical waveguide has a variable mechanism such as disclosed in Patent Document 1 to change the refractive index by applying a voltage to the optical waveguide. Devices with variable optical properties have been realized. In this case, a semiconductor core region whose refractive index is variable by applying a voltage, and a core region whose refractive index is not variable other than that (transmission path to other functional units on the same integrated circuit, optical elements outside the element, etc. In addition, a leakage current is generated via a core region where the refractive index is not variable.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、電圧を印加することにより屈折率が可変な半導体コア領域と屈折率が可変ではないコア領域との接続部において、屈折率が可変ではないコア領域を経由したリーク電流を低減することが可能な光学素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a refractive index is variable at a connection portion between a semiconductor core region whose refractive index is variable by applying a voltage and a core region whose refractive index is not variable. An object of the present invention is to provide an optical element capable of reducing a leakage current passing through a core region that is not.

上記の課題を解決するため、本発明は、光を導波する半導体のコアを有する光学素子であって、前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部を有し、前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、前記分離領域には、第1導電型の第1半導体コア領域と、前記第1半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された第2導電型の第2半導体コア領域と、前記第1半導体コア領域と光の導波方向において隣接する第2導電型の第3半導体コア領域と、前記第2半導体コア領域と光の導波方向において隣接し、前記第3半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された第1導電型の第4半導体コア領域と、が部分領域として含まれ、前記第2導電型は、前記第1導電型とは逆極性であり、前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とに電圧印加用の電極が接続されている光学素子を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an optical element having a semiconductor core for guiding light, and an insulating gap extending along the light guiding direction at the center in the width direction of the core. The core includes, as a partial region, a separation region that is electrically separated by the gap portion in a direction orthogonal to the light guiding direction, and the separation region includes a first conductivity type first portion. A semiconductor core region; a second semiconductor core region of a second conductivity type disposed opposite to the first semiconductor core region across the gap portion; and a first adjacent to the first semiconductor core region in a light guiding direction . a third semiconductor core region of the second conductivity type, adjacent in the guiding direction of the second semiconductor core region and a light, first of the first conductivity type disposed facing each other across the gap portion and the third semiconductor core region 4 semiconductor core region is a partial region Included, the second conductivity type, wherein the first conductivity type is the opposite polarity, the optical element wherein the first semiconductor core region and the second electrode for voltage application to the semiconductor core region is connected provide.

本発明は、光を導波する半導体のコアを有する光学素子であって、前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部を有し、前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、前記分離領域には、第1導電型の第1半導体コア領域と、前記第1半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された第2導電型の第2半導体コア領域と、前記第1半導体コア領域と光の導波方向において隣接する無極性の第3半導体コア領域と、前記第2半導体コア領域と光の導波方向において隣接し、前記第3半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された無極性の第4半導体コア領域と、が部分領域として含まれ、前記第2導電型は、前記第1導電型とは逆極性であり、前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とに電圧印加用の電極が接続されている光学素子を提供する。 The present invention is an optical element having a semiconductor core that guides light, and has an insulating gap portion extending along a light guiding direction at a central portion in the width direction of the core. , Including a separation region electrically separated in a direction orthogonal to the light guide direction by the gap portion, the separation region including a first semiconductor core region of a first conductivity type, and the first A second-conductivity-type second semiconductor core region disposed opposite to the semiconductor core region with the gap therebetween, and a non-polar third semiconductor core region adjacent to the first semiconductor core region in the light guiding direction; The non-polar fourth semiconductor core region adjacent to the second semiconductor core region in the light guiding direction and disposed opposite to the third semiconductor core region with the gap portion interposed therebetween is included as a partial region. and the second conductivity type, said first The conductivity type are opposite polarity, to provide an optical element wherein the first electrode of the voltage applied to the semiconductor core region and said second semiconductor core region are connected.

本発明の光学素子においては、前記コアは、前記分離領域と光導波方向において隣接する位置に、光の導波方向と直交する断面内に前記ギャップ部を含まない非分離領域を有することが望ましい。   In the optical element according to the aspect of the invention, it is preferable that the core has a non-separation region that does not include the gap portion in a cross section orthogonal to the light guide direction at a position adjacent to the separation region in the light guide direction. .

本発明の光学素子においては、前記コアは、第1導電型と第2導電型とが前記ギャップ部の外周に沿って交互に切り替わるように配置された複数の半導体コア領域からなる極性反転領域を部分領域として含むことが望ましい。   In the optical element of the present invention, the core includes a polarity inversion region including a plurality of semiconductor core regions arranged so that the first conductivity type and the second conductivity type are alternately switched along the outer periphery of the gap portion. It is desirable to include it as a partial area.

本発明の光学素子においては、前記極性反転領域は、前記ギャップ部の光の導波方向と平行な第1辺から前記ギャップ部の先端部を迂回して前記第1辺と対向する第2辺に至る前記ギャップ部の端部領域に設けられていることが望ましい。   In the optical element according to the aspect of the invention, the polarity inversion region may be a second side that bypasses the tip of the gap part from the first side parallel to the light guiding direction of the gap part and faces the first side. It is desirable that it is provided in the end region of the gap portion leading to

本発明の光学素子においては、前記極性反転領域は、前記第1半導体コア領域から前記ギャップ部の端部領域を介して前記第2半導体コア領域に至る前記ギャップ部の外周領域全体に設けられていることが望ましい。   In the optical element of the present invention, the polarity inversion region is provided in the entire outer peripheral region of the gap portion from the first semiconductor core region to the second semiconductor core region through the end region of the gap portion. It is desirable.

本発明の光学素子においては、前記コアは、前記極性反転領域と、前記極性反転領域と前記ギャップ部の外周に沿って隣接する無極性の半導体コア領域と、を部分領域として含むことが望ましい。   In the optical element according to the aspect of the invention, it is preferable that the core includes the polarity reversal region and the nonpolar semiconductor core region adjacent to the polarity reversal region and the outer periphery of the gap portion as partial regions.

本発明の光学素子においては、前記コアは、前記ギャップ部の光の導波方向と平行な第1辺から前記ギャップ部の先端部を迂回して前記第1辺と対向する第2辺に至る前記ギャップ部の端部領域に、無極性の半導体コア領域を部分領域として含むことが望ましい。   In the optical element of the present invention, the core extends from a first side parallel to the light guiding direction of the gap part to a second side that bypasses the tip part of the gap part and faces the first side. It is desirable that the end region of the gap portion includes a nonpolar semiconductor core region as a partial region.

本発明の光学素子においては、前記非分離領域は、光の導波方向と直交する方向に隣接した互いに逆極性の一対の半導体コア領域を部分領域として含むことが望ましい。   In the optical element of the present invention, it is desirable that the non-separation region includes a pair of semiconductor core regions having opposite polarities adjacent to each other in a direction orthogonal to the light guiding direction as partial regions.

本発明の光学素子においては、前記非分離領域は、無極性の半導体コア領域を有することが望ましい。   In the optical element of the present invention, it is desirable that the non-isolation region has a nonpolar semiconductor core region.

本発明の光学素子においては、前記分離領域には、前記ギャップ部を挟んで対向配置された互いに逆極性の一対の半導体コア領域からなる導電性ブロックが、その導電性ブロックの半導体コア領域の極性が光の導波方向に沿って交互に切り替わるように、光の導波方向に沿って複数設けられていることが望ましい。   In the optical element of the present invention, in the separation region, a conductive block composed of a pair of semiconductor core regions having opposite polarities arranged opposite to each other with the gap portion interposed therebetween has a polarity of the semiconductor core region of the conductive block. It is desirable that a plurality of light sources are provided along the light guiding direction so that the light sources are alternately switched along the light guiding direction.

本発明の光学素子においては、前記ギャップ部の前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とを隔てる部分は、前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とのいずれよりも屈折率が小さい材料で構成され、前記ギャップ部の前記第3半導体コア領域と前記第4半導体コア領域とを隔てる部分は、前記第3半導体コア領域と前記第4半導体コア領域とのいずれよりも屈折率が小さい材料で構成されていることが望ましい。   In the optical element of the present invention, the portion of the gap that separates the first semiconductor core region and the second semiconductor core region is refracted more than both the first semiconductor core region and the second semiconductor core region. A portion that is made of a material having a low rate and separates the third semiconductor core region and the fourth semiconductor core region of the gap portion is refracted more than any of the third semiconductor core region and the fourth semiconductor core region. It is desirable that the material is made of a material having a low rate.

本発明の光学素子においては、前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とは、それぞれ前記ギャップ部と接する部分の厚みが他の部分よりも厚く形成されたリブ型形状を有し、前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域の前記厚みの薄い部分に前記電極が接続されていることが望ましい。   In the optical element of the present invention, each of the first semiconductor core region and the second semiconductor core region has a rib shape in which a thickness of a portion in contact with the gap portion is formed to be thicker than other portions, It is desirable that the electrode is connected to the thin portions of the first semiconductor core region and the second semiconductor core region.

本発明の光学素子においては、前記ギャップ部は、絶縁体又は無極性の半導体によって構成されていることが望ましい。
本発明は、光を導波する半導体のコアを有する光学素子であって、前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部を有し、前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、前記分離領域は、光を導波する第1〜第4半導体領域を部分領域として含み、前記第1半導体領域が、第1導電型であり、前記第2半導体領域が、第1導電型と逆極性の第2導電型であり、前記第1半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、前記第3半導体領域が第2導電型であり、前記第1半導体領域と光の導波方向において隣接し、前記第4半導体領域が第1導電型であり、前記第2半導体領域と光の導波方向において隣接し、かつ前記第3半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に電圧印加可能である光学素子を提供する。
本発明は、光を導波する半導体のコアを有する光学素子であって、前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部を有し、前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、前記分離領域は、光を導波する第1〜第4半導体領域を部分領域として含み、前記第1半導体領域が、第1導電型であり、前記第2半導体領域が、第1導電型と逆極性の第2導電型であり、前記第1半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、前記第3半導体領域が無極性であり、前記第1半導体領域と光の導波方向において隣接し、前記第4半導体領域が無極性であり、前記第2半導体領域と光の導波方向において隣接し、かつ前記第3半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に電圧印加可能である光学素子を提供する。
In the optical element according to the aspect of the invention, it is preferable that the gap portion is formed of an insulator or a nonpolar semiconductor.
The present invention is an optical element having a semiconductor core that guides light, and has an insulating gap portion extending along a light guiding direction at a central portion in the width direction of the core. The separation region includes a separation region electrically separated in a direction perpendicular to the light guiding direction by the gap portion, and the separation region includes the first to fourth semiconductor regions that guide light as the partial region. The first semiconductor region is of a first conductivity type, the second semiconductor region is of a second conductivity type having a polarity opposite to that of the first conductivity type, and the first semiconductor region and the gap portion are interposed therebetween. Opposed, the third semiconductor region is of a second conductivity type , adjacent to the first semiconductor region in the light guiding direction, the fourth semiconductor region is of a first conductivity type , and the second semiconductor region Adjacent to each other in the light guiding direction and the third semiconductor region Across the gap portion and is opposed to provide an optical element which is a voltage can be applied between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
The present invention is an optical element having a semiconductor core that guides light, and has an insulating gap portion extending along a light guiding direction at a central portion in the width direction of the core. The separation region includes a separation region electrically separated in a direction perpendicular to the light guiding direction by the gap portion, and the separation region includes the first to fourth semiconductor regions that guide light as the partial region. The first semiconductor region is of a first conductivity type, the second semiconductor region is of a second conductivity type having a polarity opposite to that of the first conductivity type, and the first semiconductor region and the gap portion are interposed therebetween. Opposed, the third semiconductor region is nonpolar , adjacent to the first semiconductor region in the light guiding direction, the fourth semiconductor region is nonpolar , and the second semiconductor region is light-guided. Adjacent in the wave direction and the third semiconductor region and the It is opposed across the cap portion, to provide an optical element which is a voltage can be applied between the first semiconductor region and the second semiconductor region.

本発明の光学素子によれば、第1半導体コア領域と第2半導体コア領域との間には絶縁性のギャップ部が設けられている。ギャップ部は、屈折率が可変な第1半導体コア領域と第2半導体コア領域とが対向する部分よりも長く形成され、その一部が、屈折率が可変ではない第3半導体コア領域及び第4半導体コア領域の側に突出している。そのため、第1半導体コア領域と第2半導体コア領域との間に電圧を印加した場合に、ギャップ部を迂回して、すなわち第3半導体コア領域及び第4半導体コア領域を経由して第1半導体コア領域と第2半導体コア領域との間に発生するリーク電流を低減することができる。   According to the optical element of the present invention, an insulating gap is provided between the first semiconductor core region and the second semiconductor core region. The gap portion is formed longer than a portion where the first semiconductor core region and the second semiconductor core region whose refractive index is variable are opposed to each other, and a part of the gap portion includes the third semiconductor core region and the fourth semiconductor layer whose refractive index is not variable. Projecting to the semiconductor core region side. Therefore, when a voltage is applied between the first semiconductor core region and the second semiconductor core region, the first semiconductor bypasses the gap, that is, passes through the third semiconductor core region and the fourth semiconductor core region. Leakage current generated between the core region and the second semiconductor core region can be reduced.

第1実施形態の光学素子の説明図である。It is explanatory drawing of the optical element of 1st Embodiment. 複合コア光導波路を光の導波方向に垂直な平面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the composite core optical waveguide by the plane perpendicular | vertical to the waveguide direction of light. 第3コア内の光強度の分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows distribution of the light intensity in a 3rd core. 中間光導波路を基板と平行な面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut the intermediate | middle optical waveguide by the surface parallel to a board | substrate. 単一コア光導波路を光の導波方向に垂直な平面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut the single core optical waveguide by the plane perpendicular | vertical to the waveguide direction of light. 本発明の実施例と比較例のリーク特性を示す図である。It is a figure which shows the leak characteristic of the Example and comparative example of this invention. 光学素子をマッハツェンダー干渉計に適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the optical element to the Mach-Zehnder interferometer. 第2実施形態の光学素子の説明図である。It is explanatory drawing of the optical element of 2nd Embodiment. 第3実施形態の光学素子の説明図である。It is explanatory drawing of the optical element of 3rd Embodiment. 第4実施形態の光学素子の説明図である。It is explanatory drawing of the optical element of 4th Embodiment. 第5実施形態の光学素子の説明図である。It is explanatory drawing of the optical element of 5th Embodiment. グレーティング構造を採用した光学素子を光の導波方向に垂直な平面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut the optical element which employ | adopted the grating structure by the plane perpendicular | vertical to the light waveguide direction. 中間光導波路を基板と平行な面で切った断面図である。It is sectional drawing which cut the intermediate | middle optical waveguide by the surface parallel to a board | substrate. グレーティング構造を採用したコアを示す図であり、(a)は平面図、(b)は断面図、(c)は部分斜視図である。It is a figure which shows the core which employ | adopted the grating structure, (a) is a top view, (b) is sectional drawing, (c) is a fragmentary perspective view.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施形態は、シリコン(Si)をコア材料とした光導波路に対して本願の光学素子を適用した場合の実施形態である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the embodiment described below, the optical element of the present application is applied to an optical waveguide having silicon (Si) as a core material.

なお、以下の図面においては、XYZ直交座標系を設定し、XYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する場合がある。この場合においては、光の導波方向をY方向、該導波方向と直交する光導波路の幅方向をX方向、X方向及びY方向と直交する高さ方向をZ方向と称する。なお、光導波路は基板上に形成されるため、X方向とY方向は基板と平行な方向であり、Z方向は基板と垂直な方向である。なお、以下の実施形態では、光導波路をコアがY方向に延びる直線光導波路としているが、コアが湾曲した曲がり光導波路であっても良い。   In the following drawings, an XYZ orthogonal coordinate system may be set, and the positional relationship of each member may be described with reference to the XYZ orthogonal coordinate system. In this case, the light guiding direction is referred to as the Y direction, the width direction of the optical waveguide orthogonal to the waveguide direction is referred to as the X direction, and the height direction orthogonal to the X direction and the Y direction is referred to as the Z direction. Since the optical waveguide is formed on the substrate, the X direction and the Y direction are directions parallel to the substrate, and the Z direction is a direction perpendicular to the substrate. In the following embodiments, the optical waveguide is a straight optical waveguide whose core extends in the Y direction, but it may be a curved optical waveguide having a curved core.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1実施形態にかかる光学素子WG1の説明図である。光学素子WG1は、単一材料からなるコアを有するシングルモード光導波路である単一コア光導波路10と、ギャップ構造を有する複合コア光導波路30と、両者の中間に光学的に接続されて位置する中間光導波路20と、を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an optical element WG1 according to the first embodiment of the present invention. The optical element WG1 is optically connected between the single-core optical waveguide 10 which is a single-mode optical waveguide having a core made of a single material, the composite core optical waveguide 30 having a gap structure, and the optical element WG1. And an intermediate optical waveguide 20.

光導波路10,20,30のコア11,41,42は、それぞれ下部クラッド6上に形成されたコア1のY方向に連続した3つの部分領域を構成する。コア1は、Y方向に長手方向を有する帯状の半導体層として構成されており、その長手方向の一端面が第1の光入出射端面、他端面が第2の光入出射端面とされている。コア1の長手方向(光の導波方向;Y方向)の一端側には、コア1の幅方向(光の導波方向と直交する方向;X方向)の中央部に、コア1の長手方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部40が設けられており、そのギャップ部40によってコア1の一端側の領域が長手方向と直交する方向に2分割されている。コア1には、このようにギャップ部40によって光の導波方向と直交する方向に2分割された分離領域が部分領域として含まれており、この分離領域のうちコア1の長手方向の一端面(第1の光入出射端面)を含む一部の領域がコア42となっており、2分割された残りの領域を含む領域がコア41となっている。コア1の他端側はギャップ部40が設けられない非分離領域となっており、この非分離領域のうち、コア1の長手方向他端面(第2の光入出射端面)を含む一部の領域がコア11となっている。   The cores 11, 41, and 42 of the optical waveguides 10, 20, and 30 constitute three partial regions that are continuous in the Y direction of the core 1 that is formed on the lower cladding 6. The core 1 is configured as a band-shaped semiconductor layer having a longitudinal direction in the Y direction, and one end surface in the longitudinal direction is a first light incident / exit end surface, and the other end surface is a second light incident / exit end surface. . On one end side in the longitudinal direction of the core 1 (light guiding direction; Y direction), the longitudinal direction of the core 1 is in the center of the width direction of the core 1 (direction orthogonal to the light guiding direction; X direction). An insulating gap portion 40 extending along the core 1 is provided, and the gap portion 40 divides the region on one end side of the core 1 into two in a direction perpendicular to the longitudinal direction. The core 1 includes a separation region that is divided into two in the direction orthogonal to the light guiding direction by the gap 40 as described above, and one end surface in the longitudinal direction of the core 1 in the separation region. A part of the region including the (first light incident / exit end face) is the core 42, and a region including the remaining region divided into two is the core 41. The other end side of the core 1 is a non-separation region where the gap portion 40 is not provided, and a part of the non-separation region including the other end surface in the longitudinal direction of the core 1 (second light incident / exit end surface). The region is the core 11.

なお、「光入出射端面」とは、光入射端面又は光出射端面を意味する。光が単一コア光導波路10側から複合コア光導波路30側に導波される場合には、単一コア光導波路10側の光入出射端面は光入射端面であり、複合コア光導波路30側の光入出射端面は光出射端面である。光が複合コア光導波路30側から単一コア光導波路10側に導波される場合には、単一コア光導波路10側の光入出射端面は光出射端面であり、複合コア光導波路30側の光入出射端面は光入射端面である。本実施形態では、単一コア光導波路10側から複合コア光導波路30側に光が導波されるものとするが、この方向は逆でも良い。   The “light incident / exit end face” means a light incident end face or a light exit end face. When light is guided from the single core optical waveguide 10 side to the composite core optical waveguide 30 side, the light incident / exit end face on the single core optical waveguide 10 side is the light incident end face, and the composite core optical waveguide 30 side The light incident / exit end face is a light exit end face. When light is guided from the composite core optical waveguide 30 side to the single core optical waveguide 10 side, the light incident / exit end surface on the single core optical waveguide 10 side is the light output end surface, and the composite core optical waveguide 30 side The light incident / exit end face is a light incident end face. In the present embodiment, light is guided from the single core optical waveguide 10 side to the composite core optical waveguide 30 side, but this direction may be reversed.

本実施形態では、単一コア光導波路10と複合コア光導波路30とのインターフェースとして中間光導波路20を有し、複合コア光導波路30の第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した際に、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33とが光の導波方向と直交する方向において対向する面から第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に流れる第1のリーク電流、及び、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33とに隣接する中間光導波路20のコア41を経由して第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に流れる第2のリーク電流を低減した光導波路を提供するものである。   In the present embodiment, the intermediate optical waveguide 20 is provided as an interface between the single core optical waveguide 10 and the composite core optical waveguide 30, and the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductivity of the composite core optical waveguide 30 are provided. When a voltage is applied between the first and second composite core conductive portions 32 and 33, the first composite core from the surface facing the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 in a direction perpendicular to the light guiding direction. The first leakage current flowing between the conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 and the intermediate optical waveguide adjacent to the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 An optical waveguide in which the second leakage current flowing between the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 via the 20 cores 41 is reduced is provided.

ここでは、中間光導波路20の第1中間コア導電性部22及び第2中間コア導電性部23として、複合コア光導波路30の第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33とは逆の極性を有する半導体材料により構成されたものを例示するが、これは一例であり、本発明では、後に他の実施形態として示すような高抵抗体として真性半導体を利用するものや、3つ以上に分割された領域から構成されたものを用いることも可能である。   Here, as the first intermediate core conductive portion 22 and the second intermediate core conductive portion 23 of the intermediate optical waveguide 20, the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 of the composite core optical waveguide 30 are used. This is an example of a semiconductor material having a polarity opposite to that of the semiconductor material.This is an example, and the present invention uses an intrinsic semiconductor as a high-resistance material as shown in another embodiment later, It is also possible to use an area composed of three or more areas.

次に、各領域について概要を説明する。   Next, an outline of each area will be described.

単一コア光導波路10は、単一材料によるコアからなる光導波路である。単一コア光導波路10は、他の機能を有する部分から本発明のギャップ構造を有する複合コア光導波路30へ光を導波する役割を果たす。他の機能とは、受発光器、干渉計等、光を用いた機能であり、使用に当たって機能素子外へ光を入力又は出力することが必須となる機能のことである。また、ここには、モードフィールドコンバータ(MFC)(スポットサイズコンバータ)など、光学素子外部の光部品との接続に要する機能も挙げられる。構造としては、一般に知られているシリコン細線光導波路や、リブ型光導波路などが挙げられる。   The single core optical waveguide 10 is an optical waveguide composed of a core made of a single material. The single core optical waveguide 10 plays a role of guiding light from a portion having other functions to the composite core optical waveguide 30 having the gap structure of the present invention. The other function is a function using light, such as a light receiving and emitting device, an interferometer, and the like, and is a function that is essential to input or output light outside the functional element in use. This also includes functions required for connection with optical components outside the optical element, such as a mode field converter (MFC) (spot size converter). Examples of the structure include generally known silicon fine wire optical waveguides and rib optical waveguides.

ここで、「単一」とは、高屈折率な材料からなるコアと低屈折率な材料からなるクラッドにより構成される構造を示す。「複合コア光導波路」の「複合」と区別するために用いており、低屈折率材料によりコアが分離しない構造である。例えば、シリコンをコア材料とした構造では、矩形のシリコンがシリカの中に埋め込まれる構造や、シリコンをリブ構造とし、下部にシリカ、上部が空気又はシリカからなる構造が知られている。また、第1のコアの周囲に第1のコアよりも低い屈折率を有する第2のコアを有する構造も、また、コアが分離しないという点で、ここで言う「単一コア」に含めるものとする。   Here, “single” indicates a structure constituted by a core made of a material having a high refractive index and a clad made of a material having a low refractive index. It is used to distinguish it from “composite” in “composite core optical waveguide” and has a structure in which the core is not separated by a low refractive index material. For example, in a structure using silicon as a core material, a structure in which rectangular silicon is embedded in silica, or a structure in which silicon is a rib structure, a lower part is silica and an upper part is air or silica is known. Also, a structure having a second core having a lower refractive index than the first core around the first core is also included in the term “single core” in that the core is not separated. And

単一コアは一般的な構造の光導波路で多様な場所で使用されている。本発明の中間光導波路は、この単一コア光導波路と、ギャップ構造を有する複合コア光導波路とを接続する役割を有するものであり、両端がその接続対象の光導波路の形状となる。これにより、ギャップ構造を有する複合コア光導波路構造とギャップ構造を有しない単一コア光導波路構造とを融合したデバイスを実現することが可能となる。   A single core is an optical waveguide having a general structure and is used in various places. The intermediate optical waveguide of the present invention has a role of connecting the single core optical waveguide and the composite core optical waveguide having a gap structure, and both ends have the shape of the optical waveguide to be connected. As a result, it is possible to realize a device in which a composite core optical waveguide structure having a gap structure and a single core optical waveguide structure having no gap structure are fused.

複合コア光導波路30は、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33とが、それらの中央に位置する複合コアギャップ部31により分離され、これらの領域にまたがって光が伝播する、複合コア構造を有する光導波路である。コア42は、複合コアギャップ部31を挟んで分離された第1複合コア導電性部(第1半導体コア領域)(第1半導体領域)32と第2複合コア導電性部(第2半導体コア領域)(第2半導体領域)33とを部分領域として含む。複合コア光導波路30は、単一のモードが前記2つの部分領域にまたがって伝搬されるシングルモード光導波路となっている。   In the composite core optical waveguide 30, the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 are separated by the composite core gap portion 31 located in the center thereof, and light is spread across these regions. An optical waveguide having a composite core structure that propagates. The core 42 includes a first composite core conductive portion (first semiconductor core region) (first semiconductor region) 32 and a second composite core conductive portion (second semiconductor core region) that are separated with the composite core gap 31 interposed therebetween. ) (Second semiconductor region) 33 as a partial region. The composite core optical waveguide 30 is a single mode optical waveguide in which a single mode is propagated across the two partial regions.

複合コアギャップ部31は、絶縁体やドーピングされていない無極性の半導体などの、第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33よりも電気伝導率の低い絶縁性の材料から構成されている。第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33とは、高抵抗の複合コアギャップ部31によって電気的に分離されており、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に流れる第1のリーク電流が複合コアギャップ部31により低減されることにより、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に高い電圧をかけることが可能となっている。   The composite core gap portion 31 is made of an insulating material having a lower electrical conductivity than the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33, such as an insulator or an undoped nonpolar semiconductor. It is configured. The first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 are electrically separated by a high resistance composite core gap portion 31, and the first composite core conductive portion 32 and the second composite core Since the first leak current flowing between the conductive portion 33 and the composite core gap portion 31 is reduced, a high voltage is generated between the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33. It is possible to apply.

例えば、本実施形態では第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33としてP型およびN型のシリコンを用い、両者の間に電圧を加えることで、キャリアプラズマ効果による屈折率変化を利用して光学特性を可変に制御するデバイスを実現している。このとき、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間が電気伝導率の低い複合コアギャップ部31によって隔てられているので、第1のリーク電流の低減により、発熱増加による影響の減少や消費電力そのものの低減という効果が得られる。なお、キャリア密度変化による屈折率の変化については、非特許文献1に記載されている。   For example, in the present embodiment, P-type and N-type silicon are used as the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33, and a voltage is applied between the two, whereby the refractive index due to the carrier plasma effect is obtained. A device that variably controls optical characteristics by utilizing the change is realized. At this time, since the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 are separated by the composite core gap portion 31 having low electrical conductivity, the first leakage current is reduced, The effect of reducing the influence due to the increase in heat generation and reducing the power consumption itself can be obtained. Note that the change in refractive index due to the change in carrier density is described in Non-Patent Document 1.

また、複合コアギャップ部31が第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33よりも屈折率の低い材料から構成されている場合には、複合コアギャップ部31のない単一材料からなるコアの光導波路と比較して製造トレランスを広げる効果も得られる。   When the composite core gap portion 31 is made of a material having a refractive index lower than that of the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33, a single unit without the composite core gap portion 31 is provided. Compared with a core optical waveguide made of a material, the manufacturing tolerance can be increased.

中間光導波路20は、単一コア光導波路10と複合コア光導波路30との間に位置し、低損失で単一コア光導波路10と複合コア光導波路30とを接続するとともに、複合コア光導波路30の第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した際に、単一コア光導波路10又は中間光導波路20内に生じる第2のリーク電流を低減することを目的として形成される。   The intermediate optical waveguide 20 is located between the single core optical waveguide 10 and the composite core optical waveguide 30 and connects the single core optical waveguide 10 and the composite core optical waveguide 30 with low loss. When a voltage is applied between the 30 first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33, the second leakage current generated in the single core optical waveguide 10 or the intermediate optical waveguide 20 is reduced. It is formed for the purpose of reducing.

図2は、複合コア光導波路30のXZ平面による断面図である。本実施形態では、SOI基板を元に加工して作製した光導波路を示す。基板5は、光学素子WG1を作製する元になる基板である。本実施形態においては、シリコン(Si)からなる。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the composite core optical waveguide 30 taken along the XZ plane. In this embodiment, an optical waveguide manufactured by processing based on an SOI substrate is shown. The substrate 5 is a substrate from which the optical element WG1 is manufactured. In the present embodiment, it is made of silicon (Si).

基板5の上部に位置する下部クラッド6は、第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33よりも低い屈折率を有する材料であり、例えば、本実施形態においてはSOI基板の有する熱酸化膜(SiO)をそのまま利用している。上部クラッド7についても下部クラッド6と同様の条件を持つ。本実施形態においては、上部クラッド7にもSiOを使用している。下部クラッド6及び上部クラッド7の材料としては、窒酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)などを適用することも可能であり、例えば、窒酸化シリコンSiOでは、組成比x:yを制御することで、製造段階において屈折率を制御することが可能である。 The lower clad 6 positioned on the upper portion of the substrate 5 is a material having a refractive index lower than that of the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33. For example, in this embodiment, the lower clad 6 is an SOI substrate. The thermal oxide film (SiO 2 ) is used as it is. The upper clad 7 has the same conditions as the lower clad 6. In the present embodiment, SiO 2 is also used for the upper clad 7. As a material of the lower clad 6 and the upper clad 7, silicon oxynitride (SiO x N y ) or silicon nitride (Si x N y ) can be applied. For example, in silicon oxynitride SiO x N y By controlling the composition ratio x: y, it is possible to control the refractive index in the manufacturing stage.

第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33には、Siなどの半導体材料に適宜不純物を添加することにより、それぞれP型またはN型の導電性を付与したものとすることができる。例えば、第1複合コア導電性部32をP型領域として、第2複合コア導電性部33をN型領域としても良く、第1複合コア導電性部32をN型領域として、第2複合コア導電性部33をP型領域としても良い。P型とN型とのうちのいずれか一方を第1導電型、いずれか他方を第2導電型としたときに、第1複合コア導電性部32を第1導電型とし、第2複合コア導電性部33を第2導電型とすれば良い。   The first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 are each provided with P-type or N-type conductivity by appropriately adding impurities to a semiconductor material such as Si. Can do. For example, the first composite core conductive portion 32 may be a P-type region, the second composite core conductive portion 33 may be an N-type region, and the first composite core conductive portion 32 may be an N-type region. The conductive portion 33 may be a P-type region. When any one of the P-type and the N-type is the first conductivity type and the other is the second conductivity type, the first composite core conductive portion 32 is the first conductivity type, and the second composite core The conductive portion 33 may be the second conductivity type.

半導体からなる第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33に導電性を付与する不純物(ドーパント)は、母体媒質に応じて適宜選択して用いることができる。例えば、母体媒質がシリコン等のIV族半導体である場合には、P型極性を与える添加物としてホウ素(B)等のIII族元素が、また、N型極性を与える添加物としてリン(P)やヒ素(As)等のV族元素が挙げられる。   An impurity (dopant) that imparts conductivity to the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 made of a semiconductor can be appropriately selected and used according to the base medium. For example, when the base medium is a group IV semiconductor such as silicon, a group III element such as boron (B) is used as an additive that imparts P-type polarity, and phosphorus (P) is used as an additive that imparts N-type polarity. And V group elements such as arsenic (As).

複合コア光導波路30のコア42は、中央部の厚みの厚い部分と、その両側の厚みの薄い部分とを有するリブ型形状である。図2の例では、コア42は、第1のリブである第1複合コア導電性部32と、第2のリブである第2複合コア導電性部33と、の2つのリブを部分領域として含む。第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33は複合コアギャップ部31よりも高屈折率の材料からなる。   The core 42 of the composite core optical waveguide 30 has a rib shape having a thick portion at the center and thin portions on both sides. In the example of FIG. 2, the core 42 has two ribs, which are a first composite core conductive portion 32 that is a first rib and a second composite core conductive portion 33 that is a second rib, as partial regions. Including. The first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 are made of a material having a higher refractive index than the composite core gap portion 31.

第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33とは、それぞれ同一形状で且つ互いに水平方向に反転した形状を有する。具体的には、第1複合コア導電性部32は、厚みの薄い平板部(薄板部)32bと、平板部32bの複合コアギャップ31側の縁の上に位置し、平板部32bから上部クラッド7側に突出する厚みの厚い凸状部(厚板部)32aとから構成される。第2複合コア導電性部33は、厚みの薄い平板部(薄板部)33bと、平板部33bの複合コアギャップ31側の縁の上に位置し、平板部33bから上部クラッド7側に突出する厚みの厚い凸状部(厚板部)33aとから構成される。凸状部32aと凸状部33aは、複合コアギャップ部31の両側を挟んで対向配置され、複合コアギャップ部31の側面に接している。凸状部32a,33aを構成する材料と平板部32b、33bを構成する材料は同じである。   The first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 have the same shape and shapes reversed in the horizontal direction. Specifically, the first composite core conductive portion 32 is located on a thin flat plate portion (thin plate portion) 32b and an edge of the flat plate portion 32b on the side of the composite core gap 31 and extends from the flat plate portion 32b to the upper clad. It is comprised from the thick convex part (thick board part) 32a which protrudes in 7 side. The second composite core conductive portion 33 is located on the thin flat plate portion (thin plate portion) 33b and the edge of the flat plate portion 33b on the composite core gap 31 side, and protrudes from the flat plate portion 33b to the upper clad 7 side. It is comprised from the thick convex-shaped part (thick board part) 33a. The convex portion 32 a and the convex portion 33 a are arranged to face each other with the both sides of the composite core gap portion 31 therebetween, and are in contact with the side surface of the composite core gap portion 31. The material constituting the convex portions 32a and 33a and the material constituting the flat plate portions 32b and 33b are the same.

リブ型光導波路は、中央の厚みのある凸状部32a,33aよりも十分離れた領域においては、その構造は光の伝播特性に影響はなく、適宜その形状を加工することが可能である。例えば、本実施形態においては、この厚みの薄い平板部32b、33bを介して図示略の電極パッド(電極)を備え、電圧を印加するものとしている。
なお、上記実施形態では、平板部32b,33bにそれぞれ電極が接続される構成を示したが、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加するための構成は、これに限定されない。例えば、平板部32b,33bに電気的に接続された配線等により、複合コア導電性部32,33間に電圧を印加する構成も可能である。
具体的には、この光学素子WG1が集積化されたときに、複合コア導電性部32,33の平板部32b,33bに電気的に接続された他のデバイスによって複合コア導電性部32,33間に電圧が印加されてもよい。
The rib-type optical waveguide has a structure that does not affect the light propagation characteristics in a region sufficiently away from the thick convex portions 32a and 33a at the center, and the shape can be appropriately processed. For example, in this embodiment, an electrode pad (electrode) (not shown) is provided via the thin flat plate portions 32b and 33b, and a voltage is applied.
In the above embodiment, the configuration is shown in which the electrodes are connected to the flat plate portions 32b and 33b, respectively, but a voltage is applied between the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33. The configuration for this is not limited to this. For example, a configuration in which a voltage is applied between the composite core conductive portions 32 and 33 by wirings electrically connected to the flat plate portions 32b and 33b is also possible.
Specifically, when the optical element WG1 is integrated, the composite core conductive portions 32 and 33 are connected by other devices electrically connected to the flat plate portions 32b and 33b of the composite core conductive portions 32 and 33. A voltage may be applied between them.

複合コアギャップ部31は、第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33よりも電気伝導率の低い高抵抗材料から構成される。本実施形態においては、絶縁体であるSiOを用いる。こうすることにより、第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33の薄い平板部32b、33bを介して離隔した電極パッドに電気的に接続し、電極パッドに電圧を印加することによって複合コアギャップ部31を挟んだ第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33の両側領域に電荷を蓄え、キャリア密度変化により屈折率の変化を誘起し、光学素子WG1の光学特性を変化させることが可能となる。複合コアギャップ部31の材料については、前述した窒酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)、または無極性のSiも適用可能である。 The composite core gap portion 31 is made of a high resistance material having a lower electrical conductivity than the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33. In the present embodiment, SiO 2 that is an insulator is used. By doing so, the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 are electrically connected to the separated electrode pads via the thin flat plate portions 32b and 33b, and a voltage is applied to the electrode pads. As a result, electric charges are stored in both side regions of the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 across the composite core gap portion 31, and a change in refractive index is induced by a change in carrier density, so that the optical element WG1. It becomes possible to change the optical characteristics of the. As the material of the composite core gap portion 31, the above-described silicon oxynitride (SiO x N y ), silicon nitride (Si x N y ), or nonpolar Si can also be applied.

このように構成された複合コア光導波路30が光の導波方向(Y方向)に一様に続くとした場合について、モードソルバーにより計算したシミュレーション結果を図3に示す。図3は、上部クラッド7、下部クラッド6、及び、複合コアギャップ部31を屈折率1.45のSiO、第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33を屈折率3.48のSi、図2の各部の寸法をt=250nm、t=50nm、W=280nm、W=160nmとしたときの基本伝搬モードのシミュレーション結果の光強度分布を等高線図で表したものである。なお、参考のため各材料の界面を同時に記載した。このとき、基本伝搬モードの実効屈折率は2.1640であった。 FIG. 3 shows a simulation result calculated by the mode solver in the case where the composite core optical waveguide 30 configured as described above continues uniformly in the light guiding direction (Y direction). 3 shows that the upper clad 7, the lower clad 6, and the composite core gap portion 31 are made of SiO 2 having a refractive index of 1.45, and the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 are made of refractive index 3. 2 is a contour diagram showing the light intensity distribution of the simulation result of the basic propagation mode when the dimensions of each part in FIG. 2 are t 1 = 250 nm, t 2 = 50 nm, W 1 = 280 nm, and W 2 = 160 nm. It is a thing. In addition, the interface of each material was described simultaneously for reference. At this time, the effective refractive index of the fundamental propagation mode was 2.1640.

図3に示したように、複合コア光導波路を伝播する光は、主に複合コア導電性部の凸状部に閉じ込められている。光の一部が平板部や複合コアギャップ部にしみ出しているが、大部分は厚みの厚い凸状部に閉じ込められており、コアの幅方向(X方向)において十分な閉じ込めが行われることがわかる。そのため、電圧印加時にキャリア密度の変化する凸状部が、伝搬モードにおいて光強度の強い部分となり、凸状部の屈折率変動に対する伝搬モードの実効屈折率変化が増大される。また、複合コアギャップ部を挟んで対向する一対の複合コア導電性部の構造が、誘電体を導電性の平板で挟んだキャパシタ状の構造となることで、電圧印加によるキャリア密度の増加が図られる。   As shown in FIG. 3, the light propagating through the composite core optical waveguide is mainly confined in the convex portion of the composite core conductive portion. A part of the light oozes out to the flat plate part and the composite core gap part, but most of it is confined in the thick convex part, and sufficient confinement is performed in the width direction (X direction) of the core. I understand. For this reason, the convex portion whose carrier density changes when a voltage is applied becomes a portion where the light intensity is strong in the propagation mode, and the effective refractive index change in the propagation mode with respect to the refractive index fluctuation of the convex portion is increased. In addition, the structure of the pair of composite core conductive parts facing each other with the composite core gap part interposed therebetween has a capacitor-like structure in which a dielectric is sandwiched between conductive flat plates, thereby increasing the carrier density due to voltage application. It is done.

図3に示されるように、各複合コア導電性部(半導体コア領域)において、光が導波する範囲は各複合コア導電性部の全体でなくてもよい。すなわち、光が導波する範囲は、複合コア導電性部の全体であってもよいし、一部であってもよい。
複合コア導電性部(半導体コア領域)は、光の導波が少ない部分を含んでいてもよいのであるから、一般的に「全域にわたり光が伝播する領域」と認識される「コア」という語を含んでいるものの、この一般的な概念に限定して解釈するべきものではない。
すなわち、「コア領域」は「光を導波する部分を含む領域」であるから、「半導体コア領域」は、光を導波する部分を含む「半導体領域」と言うこともできる。
As shown in FIG. 3, in each composite core conductive portion (semiconductor core region), the range in which light is guided may not be the entire composite core conductive portion. That is, the range in which light is guided may be the entire composite core conductive portion or a part thereof.
Since the composite core conductive portion (semiconductor core region) may include a portion where light is not guided, the word “core” generally recognized as “a region where light propagates over the entire region”. Should not be construed as limited to this general concept.
That is, since the “core region” is a “region including a portion that guides light”, the “semiconductor core region” can also be referred to as a “semiconductor region” including a portion that guides light.

図4は、中間光導波路20の構成を説明する説明図である。図4(a)は、中間光導波路20のXY平面による断面図であり、図4(b)は、中間光導波路20の複合コア光導波路30側の領域20aをXZ平面で切った断面であり、図4(c)は、中間光導波路20の単一コア光導波路10側の領域20bをXZ平面で切った断面である。   FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the intermediate optical waveguide 20. 4A is a cross-sectional view of the intermediate optical waveguide 20 taken along the XY plane, and FIG. 4B is a cross-section obtained by cutting the region 20a on the composite core optical waveguide 30 side of the intermediate optical waveguide 20 along the XZ plane. FIG. 4C is a cross section of the intermediate optical waveguide 20 in which the region 20b on the single core optical waveguide 10 side is cut along the XZ plane.

図4(a)に示すように、中間光導波路20には、複合コアギャップ部31と連続する中間コアギャップ部21が設けられている。中間コアギャップ部21は、複合コアギャップ部31と共に、光学素子WG1の第1コア42及び第2コア41の一部若しくは全部を光の導波方向と直交する方向(X方向)に分離するギャップ部40を構成する。   As shown in FIG. 4A, the intermediate optical waveguide 20 is provided with an intermediate core gap portion 21 that is continuous with the composite core gap portion 31. The intermediate core gap portion 21, together with the composite core gap portion 31, separates part or all of the first core 42 and the second core 41 of the optical element WG1 in a direction (X direction) orthogonal to the light guiding direction. The unit 40 is configured.

本実施形態の中間コアギャップ部21は、コア41の複合コア光導波路30側の領域20aのみに存在する。中間コアギャップ部21の光の導波方向において対向する一対の端面を第1端面21a及び第2端面21bとすると、複合コア光導波路30側の第2端面21bは、中間光導波路20と複合コア光導波路30との接続界面に配置され、単一コア光導波路10側の第1端面21aは、中間光導波路20と単一コア光導波路10との接続界面よりも複合コア光導波路30側に配置されている。   The intermediate core gap portion 21 of the present embodiment exists only in the region 20a of the core 41 on the composite core optical waveguide 30 side. When a pair of end faces facing each other in the light guiding direction of the intermediate core gap portion 21 are a first end face 21a and a second end face 21b, the second end face 21b on the composite core optical waveguide 30 side is the intermediate optical waveguide 20 and the composite core. The first end face 21 a on the single core optical waveguide 10 side is disposed on the side of the composite core optical waveguide 30 with respect to the connection interface between the intermediate optical waveguide 20 and the single core optical waveguide 10. Has been.

図4(b)に示すように、中間光導波路20の複合コア光導波路30側の領域20aにおいては、複合コア光導波路30と同様に、中間光導波路20は中間コアギャップ部21によってコア41が2つに分離されたギャップ構造を有する。中間光導波路20は、中間コアギャップ部21と、その両側に位置する第1中間コア導電性部22と、第2中間コア導電性部23との3領域からなる構造を有する。コア41は、中間コアギャップ部21を挟んで分離された第1中間コア導電性部(第3半導体コア領域)(第3半導体領域)22と第2中間コア導電性部(第4半導体コア領域)(第4半導体領域)23とを部分領域として含む。中間光導波路20は、単一のモードが前記2つの部分領域にまたがって伝搬されるシングルモード光導波路となっている。   As shown in FIG. 4B, in the region 20 a on the side of the composite core optical waveguide 30 of the intermediate optical waveguide 20, the intermediate optical waveguide 20 is composed of the core 41 by the intermediate core gap portion 21, similarly to the composite core optical waveguide 30. It has a gap structure separated into two. The intermediate optical waveguide 20 has a structure composed of three regions of an intermediate core gap portion 21, a first intermediate core conductive portion 22 located on both sides thereof, and a second intermediate core conductive portion 23. The core 41 includes a first intermediate core conductive portion (third semiconductor core region) (third semiconductor region) 22 and a second intermediate core conductive portion (fourth semiconductor core region) separated with the intermediate core gap portion 21 therebetween. ) (Fourth semiconductor region) 23 as a partial region. The intermediate optical waveguide 20 is a single mode optical waveguide in which a single mode is propagated across the two partial regions.

中間光導波路20のコア41は、中央部の厚みの厚い部分と、その両側の厚みの薄い部分とを有するリブ型形状である。図4(b)の例では、コアは、第1のリブである第1中間コア導電性部22と、第2のリブである第2中間コア導電性部23と、の2つのリブを部分領域として含む。第1中間コア導電性部22及び第2中間コア導電性部23は中間コアギャップ部21よりも高屈折率の材料からなる。   The core 41 of the intermediate optical waveguide 20 has a rib shape having a thick portion at the center and thin portions on both sides thereof. In the example of FIG. 4B, the core partially includes two ribs, a first intermediate core conductive portion 22 that is a first rib and a second intermediate core conductive portion 23 that is a second rib. Include as an area. The first intermediate core conductive portion 22 and the second intermediate core conductive portion 23 are made of a material having a higher refractive index than the intermediate core gap portion 21.

第1中間コア導電性部22と第2中間コア導電性部23とは、それぞれ同一形状で且つ互いに水平方向に反転した形状を有する。具体的には、第1中間コア導電性部22は、厚みの薄い平板部(薄板部)22bと、平板部22bの中間コアギャップ21側の縁の上に位置し、平板部22bから上部クラッド7側に突出する厚みの厚い凸状部(厚板部)22aとから構成される。第2中間コア導電性部23は、厚みの薄い平板部(薄板部)23bと、平板部23bの中間コアギャップ21側の縁の上に位置し、平板部23bから上部クラッド7側に突出する厚みの厚い凸状部(厚板部)23aとから構成される。凸状部22aと凸状部23aとは、中間コアギャップ部21の両側を挟んで対向配置され、中間コアギャップ部21の側面に接している。凸状部22a,23aを構成する材料と平板部22b、23bを構成する材料は同じである。   The first intermediate core conductive portion 22 and the second intermediate core conductive portion 23 have the same shape and shapes reversed in the horizontal direction. Specifically, the first intermediate core conductive portion 22 is positioned on the thin flat plate portion (thin plate portion) 22b and the edge on the intermediate core gap 21 side of the flat plate portion 22b, and is formed from the flat plate portion 22b to the upper clad. 7 is formed of a thick convex portion (thick plate portion) 22a protruding to the 7th side. The second intermediate core conductive portion 23 is located on a thin flat plate portion (thin plate portion) 23b and an edge of the flat plate portion 23b on the intermediate core gap 21 side, and protrudes from the flat plate portion 23b to the upper clad 7 side. It is composed of a thick convex portion (thick plate portion) 23a. The convex portion 22 a and the convex portion 23 a are disposed to face each other with both sides of the intermediate core gap portion 21 therebetween, and are in contact with the side surface of the intermediate core gap portion 21. The material constituting the convex portions 22a and 23a and the material constituting the flat plate portions 22b and 23b are the same.

中間コアギャップ部21は、絶縁体やドーピングされていない無極性の半導体などの、電気伝導率の小さい高抵抗材料からなる。本実施形態の場合、複合コア光導波路30の複合コアギャップ部31と同じ材料からなるが、複合コアギャップ部31と異なる材料によって構成しても良い。第1中間コア導電性部22及び第2中間コア導電性部23は、第1複合コア導電性部32及び第2複合コア導電性部33を構成するコア材料と同種の材料(本実施形態の場合はSi)からなる。第1中間コア導電性部22においては、光の導波方向において隣接する第1複合コア導電性部32とは反対の極性の不純物がドーピングされており、第2中間コア導電性部23においては、光の導波方向において隣接する第2複合コア導電性部33とは反対の極性の不純物がドーピングされている。すなわち、第1複合コア導電性部32がP型、第2複合コア導電性部33がN型である場合は、第1中間コア導電性部22はN型、第2中間コア導電性部23はP型であり、第1複合コア導電性部32がN型、第2複合コア導電性部33がP型である場合は、第1中間コア導電性部22はP型、第2中間コア導電性部23はN型である。   The intermediate core gap portion 21 is made of a high resistance material having a low electrical conductivity, such as an insulator or an undoped nonpolar semiconductor. In the case of the present embodiment, the composite core gap portion 31 of the composite core optical waveguide 30 is made of the same material, but may be made of a material different from the composite core gap portion 31. The first intermediate core conductive part 22 and the second intermediate core conductive part 23 are made of the same material as the core material constituting the first composite core conductive part 32 and the second composite core conductive part 33 (in the present embodiment). In this case, it is made of Si). In the first intermediate core conductive portion 22, an impurity having a polarity opposite to that of the first composite core conductive portion 32 adjacent in the light guiding direction is doped. In the second intermediate core conductive portion 23, An impurity having a polarity opposite to that of the second composite core conductive portion 33 adjacent in the light guiding direction is doped. That is, when the first composite core conductive portion 32 is P-type and the second composite core conductive portion 33 is N-type, the first intermediate core conductive portion 22 is N-type and the second intermediate core conductive portion 23 is. Is P-type, when the first composite core conductive portion 32 is N-type and the second composite core conductive portion 33 is P-type, the first intermediate core conductive portion 22 is P-type and second intermediate core The conductive portion 23 is N-type.

図4(c)に示すように、中間光導波路20の単一コア光導波路10側の領域20bにおいては、中間コアギャップ部が設けられておらず、ギャップ構造によってコア41が分離されない単一コア構造(非分離領域)となっている。領域20bのコア41は、第1中間コア導電性部22と同一材料からなり第1中間コア導電性部22と一体に形成される第3中間コア導電性部(第5半導体コア領域)(第5半導体領域)24と、第2中間コア導電性部23と同一材料からなり第2中間コア導電性部23と一体に形成される第4中間コア導電性部(第6半導体コア領域)(第6半導体領域)25とを部分領域として含み、これらがYZ平面と平行な接続界面を有して互いに接する構造となっている。   As shown in FIG. 4C, in the region 20b of the intermediate optical waveguide 20 on the single core optical waveguide 10 side, the intermediate core gap is not provided, and the single core in which the core 41 is not separated by the gap structure. It has a structure (non-separation region). The core 41 in the region 20b is made of the same material as that of the first intermediate core conductive portion 22, and is formed integrally with the first intermediate core conductive portion 22. The third intermediate core conductive portion (fifth semiconductor core region) (the fifth semiconductor core region) (5 semiconductor region) 24 and the fourth intermediate core conductive portion (sixth semiconductor core region) (the sixth semiconductor core region) made of the same material as the second intermediate core conductive portion 23 and formed integrally with the second intermediate core conductive portion 23 6 semiconductor regions) 25 as partial regions, which have a connection interface parallel to the YZ plane and are in contact with each other.

領域20bのコア41は、中央部の厚みの厚い部分と、その両側の厚みの薄い部分とを有するリブ型形状である。図4(c)の例では、コアは、第1のリブである第3中間コア導電性部24と、第2のリブである第4中間コア導電性部25と、の2つのリブを部分領域として含む。   The core 41 in the region 20b has a rib shape having a thick portion at the center and thin portions on both sides. In the example of FIG. 4C, the core partially includes two ribs, a third intermediate core conductive portion 24 that is a first rib and a fourth intermediate core conductive portion 25 that is a second rib. Include as an area.

第3中間コア導電性部24と第4中間コア導電性部25とは、それぞれ同一形状で且つ互いに水平方向に反転した形状を有する。具体的には、第3中間コア導電性部24は、厚みの薄い平板部(薄板部)24bと、平板部24bのコア中央側の縁の上に位置し、平板部24bから上部クラッド7側に突出する厚みの厚い凸状部(厚板部)24aとから構成される。第4中間コア導電性部25は、厚みの薄い平板部(薄板部)25bと、平板部25bのコア中央側の縁の上に位置し、平板部25bから上部クラッド7側に突出する厚みの厚い凸状部(厚板部)25aとから構成される。凸状部24a,25aを構成する材料と平板部24b、25bを構成する材料は同じである。   The third intermediate core conductive portion 24 and the fourth intermediate core conductive portion 25 have the same shape and shapes reversed in the horizontal direction. Specifically, the third intermediate core conductive portion 24 is located on a thin flat plate portion (thin plate portion) 24b and an edge on the core central side of the flat plate portion 24b, and is on the upper clad 7 side from the flat plate portion 24b. It is comprised from the thick convex-shaped part (thick board part) 24a which protrudes in this. The fourth intermediate core conductive portion 25 is positioned on the thin flat plate portion (thin plate portion) 25b and the edge of the flat plate portion 25b on the core center side, and has a thickness protruding from the flat plate portion 25b to the upper clad 7 side. It is comprised from the thick convex part (thick board part) 25a. The material constituting the convex portions 24a and 25a and the material constituting the flat plate portions 24b and 25b are the same.

第3中間コア導電性部24及び第4中間コア導電性部25は、第1中間コア導電性部22及び第2中間コア導電性部23を構成するコア材料と同種の材料(本実施形態の場合はSi)からなる。第3中間コア導電性部24においては、光の導波方向において隣接する第1中間コア導電性部22と同じ極性の不純物がドーピングされており、第4中間コア導電性部25においては、光の導波方向において隣接する第2中間コア導電性部23と同じ極性の不純物がドーピングされている。すなわち、第1中間コア導電性部22がP型、第2中間コア導電性部23がN型である場合は、第3中間コア導電性部24はP型、第4中間コア導電性部25はN型であり、第1中間コア導電性部22がN型、第2中間コア導電性部23がP型である場合は、第3中間コア導電性部24はN型、第4中間コア導電性部25はP型である。   The third intermediate core conductive portion 24 and the fourth intermediate core conductive portion 25 are made of the same material as the core material constituting the first intermediate core conductive portion 22 and the second intermediate core conductive portion 23 (in the present embodiment). In this case, it is made of Si). The third intermediate core conductive portion 24 is doped with an impurity having the same polarity as that of the first intermediate core conductive portion 22 adjacent in the light guiding direction, and the fourth intermediate core conductive portion 25 An impurity having the same polarity as that of the second intermediate core conductive portion 23 adjacent in the waveguide direction is doped. That is, when the first intermediate core conductive portion 22 is P-type and the second intermediate core conductive portion 23 is N-type, the third intermediate core conductive portion 24 is P-type and the fourth intermediate core conductive portion 25. Is N-type, where the first intermediate core conductive portion 22 is N-type and the second intermediate core conductive portion 23 is P-type, the third intermediate core conductive portion 24 is N-type and fourth intermediate core The conductive portion 25 is P-type.

上記のように構成された中間光導波路20及び複合コア光導波路30においては、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した場合に発生する第2のリーク電流の経路のうち、中間光導波路20を経由する経路は、第1複合コア導電性部32−第1中間コア導電性部22−第3中間コア導電性部24−第4中間コア導電性部25−第2中間コア導電性部23−第2複合コア導電性部33、またはこの逆となる。すなわち、中間コアギャップ部21の外周に沿って、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間を反時計回り若しくは時計回りに結ぶ経路である。   In the intermediate optical waveguide 20 and the composite core optical waveguide 30 configured as described above, the first occurrence occurs when a voltage is applied between the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33. Of the two leakage current paths, the path through the intermediate optical waveguide 20 is the first composite core conductive part 32 -the first intermediate core conductive part 22 -the third intermediate core conductive part 24 -the fourth intermediate core. Conductive portion 25-second intermediate core conductive portion 23-second composite core conductive portion 33, or vice versa. That is, it is a path that connects the first composite core conductive part 32 and the second composite core conductive part 33 counterclockwise or clockwise along the outer periphery of the intermediate core gap part 21.

ここで、第1中間コア導電性部22と第1複合コア導電性部32、及び、第2中間コア導電性部23と第2複合コア導電性部33とが、それぞれ同一の極性である場合には、中間光導波路20において第3中間コア導電性部24と第4中間コア導電性部25とが接触している領域は、PN接合となり、順方向に第2のリーク電流が流れる。しかし、本実施形のように第1中間コア導電性部22と第1複合コア導電性部32、及び、第2中間コア導電性部23と第2複合コア導電性部33とが、それぞれ反対の極性となっている場合には、上記の経路における半導体の極性は、PNPNまたはNPNPとなり、どちらの場合においても、第2のリーク電流の流れる経路に沿って、N型からP型へと極性の変化する接合を含む。P型とN型の接合においては、順方向に電圧を印加、すなわちP型側にN型側よりも高い電圧を印加した場合には、P型側からN型側へとリーク電流が流れることになるが、逆方向に電圧を印加、すなわちN型側にP型側よりも高い電圧を印加した場合には、N型側からP型側へのリーク電流は抑制される。このため、第2のリーク電流の流れる経路に沿ってN型からP型への変化を有する、すなわちP型とN型の接合において、N型側に、P型側に対して高い電位が印加されている状態において、N型からP型へ流れる第2のリーク電流は低減されることになる。   Here, when the first intermediate core conductive portion 22 and the first composite core conductive portion 32 and the second intermediate core conductive portion 23 and the second composite core conductive portion 33 have the same polarity, respectively. In the intermediate optical waveguide 20, the region where the third intermediate core conductive portion 24 and the fourth intermediate core conductive portion 25 are in contact is a PN junction, and the second leakage current flows in the forward direction. However, as in this embodiment, the first intermediate core conductive portion 22 and the first composite core conductive portion 32, and the second intermediate core conductive portion 23 and the second composite core conductive portion 33 are opposite to each other. In this case, the polarity of the semiconductor in the above path is PNPN or NPNP. In either case, the polarity from the N type to the P type along the path through which the second leakage current flows. Including changing joints. In the P-type and N-type junctions, when a voltage is applied in the forward direction, that is, a voltage higher than the N-type side is applied to the P-type side, a leakage current flows from the P-type side to the N-type side. However, when a voltage is applied in the opposite direction, that is, when a voltage higher than the P-type side is applied to the N-type side, the leakage current from the N-type side to the P-type side is suppressed. For this reason, there is a change from N-type to P-type along the path through which the second leakage current flows, that is, a high potential is applied to the N-type side with respect to the P-type side in the P-type and N-type junction. In this state, the second leakage current flowing from the N type to the P type is reduced.

この場合、中間コアギャップ部21が存在しない場合でも、原理的には同様の効果が得られる。すなわち、中間コアギャップ部21が存在しない場合でも、第1複合コア導電性部32と第2中間コア導電性部23、及び、第2複合コア導電性部33と第1中間コア導電性部22とが、複合コアギャップ部31で離間されるため、第2のリーク電流の経路は、第1複合コア導電性部32−第1中間コア導電性部22−第3中間コア導電性部24−第4中間コア導電性部25−第2中間コア導電性部23−第2複合コア導電性部33、またはこの逆となる。よって、上記の経路における半導体の極性は、PNPNまたはNPNPとなり、どちらの場合においても、第2のリーク電流の流れる経路に沿ってN型からP型へと極性の変化する接合を含む。   In this case, the same effect can be obtained in principle even when the intermediate core gap 21 is not present. That is, even when the intermediate core gap portion 21 does not exist, the first composite core conductive portion 32 and the second intermediate core conductive portion 23, and the second composite core conductive portion 33 and the first intermediate core conductive portion 22. Are separated by the composite core gap portion 31, the path of the second leakage current is the first composite core conductive portion 32-first intermediate core conductive portion 22-third intermediate core conductive portion 24- Fourth intermediate core conductive portion 25 -second intermediate core conductive portion 23 -second composite core conductive portion 33, or vice versa. Therefore, the polarity of the semiconductor in the above path is PNPN or NPNP, and in either case, includes a junction whose polarity changes from N-type to P-type along the path through which the second leakage current flows.

しかし、複合コア光導波路30における複合コアギャップ部31の幅が小さい場合には、第1中間コア導電性部22と第2複合コア導電性部33、及び、第2中間コア導電性部23と第1複合コア導電性部32が、それぞれ接近しているために、十分な空間電荷層が存在する場合と比較して、第2のリーク電流が増大する。   However, when the width of the composite core gap portion 31 in the composite core optical waveguide 30 is small, the first intermediate core conductive portion 22, the second composite core conductive portion 33, and the second intermediate core conductive portion 23 Since the first composite core conductive portions 32 are close to each other, the second leakage current is increased as compared with the case where there is a sufficient space charge layer.

一方、本実施形態のように中間コアギャップ21が第1中間コア導電性部22と第2中間コア導電性部23との間に配置されていると、各境界間を十分に空けることができるため、複合コアギャップ部31の幅が小さい場合でも確実に第2のリーク電流を低減することが可能となる。   On the other hand, when the intermediate core gap 21 is disposed between the first intermediate core conductive portion 22 and the second intermediate core conductive portion 23 as in the present embodiment, the boundaries can be sufficiently separated. Therefore, even when the width of the composite core gap portion 31 is small, the second leakage current can be reliably reduced.

なお、本形態例では、中間コアギャップ部21をコア41の長手方向(Y方向)の一部に設けたが、この構成は必須ではなく、中間光導波路20全体にわたって中間コアギャップ部21を有する構造、すなわち、第3中間コア導電性部24及び第4中間コア導電性部25のない構造も可能である。   In this embodiment, the intermediate core gap portion 21 is provided in a part of the longitudinal direction (Y direction) of the core 41. However, this configuration is not essential, and the intermediate core gap portion 21 is provided over the entire intermediate optical waveguide 20. A structure, that is, a structure without the third intermediate core conductive portion 24 and the fourth intermediate core conductive portion 25 is also possible.

例えば、中間光導波路20と接する単一コア光導波路10のコア11を不純物ドープの行われない無極性の半導体とすると、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した場合に発生する第2のリーク電流の経路のうち、中間光導波路を経由する経路は、第1複合コア導電性部32−第1中間コア導電性部22−コア11−第2中間コア導電性部23−第2複合コア導電性部33、またはこの逆となる。この経路においては、半導体コア領域の極性が2回変化することとなる。そのため、より第2のリーク電流を低減することができる。   For example, when the core 11 of the single core optical waveguide 10 in contact with the intermediate optical waveguide 20 is a nonpolar semiconductor that is not doped with impurities, the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 Of the second leakage current paths that occur when a voltage is applied between them, the path that passes through the intermediate optical waveguide is the first composite core conductive portion 32 -the first intermediate core conductive portion 22 -the core 11-. Second intermediate core conductive portion 23-second composite core conductive portion 33, or vice versa. In this path, the polarity of the semiconductor core region changes twice. Therefore, the second leakage current can be further reduced.

図5は、単一コア光導波路10のXZ平面による断面図である。単一コア光導波路10のコア11は、中央部の厚みの厚い部分と、その両側の厚みの薄い部分とを有するリブ型形状である。コア11は、厚みの薄い平板部11bと、平板部11bの中央部に位置し、平板部11bから上部クラッド7側に突出する凸状部11aとから構成される。凸状部11aを構成する材料と平板部11bを構成する材料は同じである。コア11においては、凸状部11aが低屈折率のギャップ部によって分離されておらず、単一材料によって構成された単一コア(非分離領域)となっている。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the single core optical waveguide 10 taken along the XZ plane. The core 11 of the single-core optical waveguide 10 has a rib shape having a thick portion at the center and thin portions on both sides. The core 11 includes a thin flat plate portion 11b and a convex portion 11a that is located at the center of the flat plate portion 11b and protrudes from the flat plate portion 11b to the upper clad 7 side. The material constituting the convex portion 11a and the material constituting the flat plate portion 11b are the same. In the core 11, the convex portion 11a is not separated by a gap portion having a low refractive index, but is a single core (non-separation region) made of a single material.

本実施形態においては、コア11はシリコンからなり、複合コア光導波路30のコア42(第1複合コア導電性部32、第2複合コア導電性部32)と、中間光導波路20のコア41(第1中間コア導電性部22、第2中間コア導電性部23、第3中間コア導電性部24、第4中間コア導電性部25)と同一幅(W=2W+W)及び高さ(t,t)を有して、一度に形成される。図5の単一コア光導波路10は、図4に示した中間光導波路20の単一コア光導波路側の領域20bと比較して、コア11が不純物のドーピングを必須としない点以外は、第3中間コア導電性部24及び第4中間コア導電性部25で構成された部分と同じである。 In the present embodiment, the core 11 is made of silicon, and the core 42 (first composite core conductive portion 32, second composite core conductive portion 32) of the composite core optical waveguide 30 and the core 41 ( The same width (W 3 = 2W 1 + W 2 ) and high as the first intermediate core conductive part 22, the second intermediate core conductive part 23, the third intermediate core conductive part 24, the fourth intermediate core conductive part 25) (T 1 , t 2 ) and formed at a time. The single core optical waveguide 10 of FIG. 5 is the same as the region 20b on the single core optical waveguide side of the intermediate optical waveguide 20 shown in FIG. 4 except that the core 11 does not require doping of impurities. This is the same as the portion constituted by the third intermediate core conductive portion 24 and the fourth intermediate core conductive portion 25.

本実施形態の場合、コア11は、SOI基板の表層部のシリコン層を用いて形成される。中間光導波路及び複合コア光導波路のコアは、P型又はN型の不純物をドーピングされているが、コア11の場合はこのような不純物がドーピングされておらず、無極性の半導体となっている。   In the case of this embodiment, the core 11 is formed using the silicon layer of the surface layer part of the SOI substrate. The cores of the intermediate optical waveguide and the composite core optical waveguide are doped with P-type or N-type impurities. However, in the case of the core 11, such impurities are not doped and are nonpolar semiconductors. .

ここで、「無極性」とは、シリコン層に外部から不純物ドーピングを行っていないということを意味し、シリコン層が真性半導体からなる場合だけでなく、SOI基板にもともと含まれている微量な導電性不純物によってシリコン層に微量な導電性不純物が含まれている場合も含む。例えば、チョクラルスキー法等の製法で作製されたシリコン基板には、P型又はN型の導電性不純物が微量に含まれているのが一般的である。そのようなシリコン基板を用いてSOI基板を作製した場合には、SOI基板の内部に存在する導電性不純物によって、得られるコア11の内部にも微量な導電性不純物が含まれることとなる。   Here, “non-polar” means that the silicon layer is not doped with impurities from the outside, and not only when the silicon layer is made of an intrinsic semiconductor but also with a small amount of conductivity contained in the SOI substrate. This includes the case where a trace amount of conductive impurities is contained in the silicon layer due to the conductive impurities. For example, a silicon substrate manufactured by a manufacturing method such as the Czochralski method generally contains a small amount of P-type or N-type conductive impurities. When an SOI substrate is manufactured using such a silicon substrate, a small amount of conductive impurities are also contained in the obtained core 11 due to the conductive impurities present in the SOI substrate.

なお、コア11の材料、形状は特にこれに限らず、上部クラッド7及び下部クラッド6が光導波路を形成するという条件のもと適宜選択することができる。また、半導体を材料として用いた場合の極性に関して、必ずしも無極性の半導体である必要はなく、中間コア導電性部において使用されているN型及びP型の極性を有する半導体材料の使用も可能である。   The material and shape of the core 11 are not limited to this, and can be appropriately selected under the condition that the upper cladding 7 and the lower cladding 6 form an optical waveguide. Moreover, regarding the polarity when a semiconductor is used as a material, it is not necessarily a nonpolar semiconductor, and it is possible to use a semiconductor material having N-type and P-type polarities used in the intermediate core conductive portion. is there.

[実施例]
図6は、本発明の効果を説明するための説明図である。図6において、「実施例」とは、図1の構造、すなわち、複合コア光導波路をギャップ構造とし、且つ、複合コア光導波路と単一コア光導波路との間に中間光導波路を設けた構造であり、「比較例」とは、複合コア光導波路を単一コア構造とし、且つ、複合コア光導波路と単一コア光導波路との間に中間光導波路を設けない構造である。また、図6の横軸は第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に印加する電圧であり、縦軸は第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に流れる第1のリーク電流及び第2のリーク電流の合計の総リーク電流を示している。
[Example]
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the effect of the present invention. In FIG. 6, the “example” refers to the structure of FIG. 1, that is, a structure in which the composite core optical waveguide is a gap structure and an intermediate optical waveguide is provided between the composite core optical waveguide and the single core optical waveguide. The “comparative example” is a structure in which the composite core optical waveguide has a single core structure, and no intermediate optical waveguide is provided between the composite core optical waveguide and the single core optical waveguide. Further, the horizontal axis of FIG. 6 is a voltage applied between the first composite core conductive part 32 and the second composite core conductive part 33, and the vertical axis is the first composite core conductive part 32 and the second composite core. The total leakage current of the first leakage current and the second leakage current flowing between the core conductive portion 33 is shown.

図6に示すように、本実施例の光学素子では比較例の光学素子に比べて総リーク電流が少ない。比較例の光学素子では、印加電圧を大きくしていくと、複合コア導電性部間に発生する総リーク電流も大きくなる。印加電圧を10Vにすると36.2mAという大きな総リーク電流が発生する。それに対して、本実施例の光学素子では、印加電圧を大きくしても総リーク電流の大きさは殆ど変化しない。10Vの印加電圧をかけた場合でも11.9μAという極めて小さな総リーク電流しか発生しない。   As shown in FIG. 6, the optical element of this example has a smaller total leakage current than the optical element of the comparative example. In the optical element of the comparative example, as the applied voltage is increased, the total leakage current generated between the composite core conductive portions is also increased. When the applied voltage is 10 V, a large total leakage current of 36.2 mA is generated. On the other hand, in the optical element of this example, the magnitude of the total leakage current hardly changes even when the applied voltage is increased. Even when an applied voltage of 10 V is applied, only a very small total leakage current of 11.9 μA is generated.

[光学素子の利用例]
本発明の光学素子をマッハツェンダー干渉計(Mach-Zehnder Interferometer;MZI)の一部として利用する場合について、図7を用いて説明する。図7は、マッハツェンダー干渉計を基板に水平な面(XY平面)で切断した断面を示す概略図である。
[Examples of using optical elements]
A case where the optical element of the present invention is used as a part of a Mach-Zehnder Interferometer (MZI) will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view showing a cross section of the Mach-Zehnder interferometer taken along a plane (XY plane) horizontal to the substrate.

MZI光導波路101は、本実施形態における単一コア光導波路と同一の断面構造により構成され、SOI基板上にシリコンリブ光導波路として形成される。
位相調整部102は、マッハツェンダー干渉計の2本のアームの片側に設置され、本実施形態における複合コア光導波路と同一の断面構造により構成される。
位相調整部102の両側の第1接続部103及び第2接続部104は、本実施形態の光学素子によって構成される。
第1接続部103及び第2接続部104においては、それぞれ光学素子の複合コア光導波路が位相調整部102と接続され、光学素子の単一コア光導波路がMZI光導波路101と接続される。これにより、MZI光導波路101と位相調整部102とが接続される。
The MZI optical waveguide 101 has the same cross-sectional structure as the single core optical waveguide in the present embodiment, and is formed as a silicon rib optical waveguide on the SOI substrate.
The phase adjustment unit 102 is installed on one side of the two arms of the Mach-Zehnder interferometer, and has the same cross-sectional structure as the composite core optical waveguide in the present embodiment.
The first connection unit 103 and the second connection unit 104 on both sides of the phase adjustment unit 102 are configured by the optical element of this embodiment.
In the first connection unit 103 and the second connection unit 104, the composite core optical waveguide of the optical element is connected to the phase adjustment unit 102, and the single core optical waveguide of the optical element is connected to the MZI optical waveguide 101. Thereby, the MZI optical waveguide 101 and the phase adjustment unit 102 are connected.

具体例として、図1に示す光学素子WG1を第1接続部103及び第2接続部104に用いた場合について説明する。
第1接続部103においては、複合コア導電性部32、33の端部が位相調整部102の一方の端部に接続され、単一コア光導波路10の端部がMZI光導波路101に接続される。第2接続部104においては、複合コア導電性部32、33の端部が位相調整部102の他方の端部に接続され、単一コア光導波路10の端部がMZI光導波路101に接続される。
これによって、位相調整部102の一方の端部は第1接続部103を介してMZI光導波路101に接続され、他方の端部は第2接続部104を介してMZI光導波路101に接続される。
As a specific example, a case where the optical element WG1 illustrated in FIG. 1 is used for the first connection unit 103 and the second connection unit 104 will be described.
In the first connection portion 103, the end portions of the composite core conductive portions 32 and 33 are connected to one end portion of the phase adjustment portion 102, and the end portion of the single core optical waveguide 10 is connected to the MZI optical waveguide 101. The In the second connection portion 104, the end portions of the composite core conductive portions 32 and 33 are connected to the other end portion of the phase adjustment portion 102, and the end portion of the single core optical waveguide 10 is connected to the MZI optical waveguide 101. The
Accordingly, one end of the phase adjusting unit 102 is connected to the MZI optical waveguide 101 through the first connection unit 103, and the other end is connected to the MZI optical waveguide 101 through the second connection unit 104. .

位相調整部102においては、外部より電極を通じて複合コア導電性部に電圧を印加することにより、複合コア導電性部に屈折率変化を誘起し、光の伝搬速度を変える。そして、位相調整部102の設けられていない反対側のアームを通過する光に対して位相差を発生させることにより、出力端における光の強度を制御する。   The phase adjustment unit 102 induces a refractive index change in the composite core conductive part by applying a voltage from the outside to the composite core conductive part through the electrode, thereby changing the propagation speed of light. Then, the light intensity at the output end is controlled by generating a phase difference with respect to the light passing through the arm on the opposite side where the phase adjusting unit 102 is not provided.

[第2の実施の形態]
図8は、本発明の第2実施形態にかかる光学素子WG2の説明図である。図8の光学素子WG2において、図1に示した第1実施形態の光学素子WG1と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram of an optical element WG2 according to the second embodiment of the present invention. In the optical element WG2 of FIG. 8, the same reference numerals are given to the same components as those of the optical element WG1 of the first embodiment shown in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted.

図1に示した第1実施形態の光学素子WG1では、中間光導波路20のコアをそれぞれ逆の極性を持つ2つの半導体コア領域(中間コア導電性部22,24と中間コア導電性部23,25)によって構成した。しかし、中間光導波路20の構造はこの例に限らない。例えば、光の導波方向に従ってP型とN型の半導体コア領域が2回以上交互に切り替わるように配置されても良い。具体例として、P型とN型の半導体コア領域が2回繰り返される場合を図8に示す。   In the optical element WG1 of the first embodiment shown in FIG. 1, the core of the intermediate optical waveguide 20 is divided into two semiconductor core regions (intermediate core conductive portions 22, 24 and intermediate core conductive portions 23, 25). However, the structure of the intermediate optical waveguide 20 is not limited to this example. For example, the P-type and N-type semiconductor core regions may be arranged so as to alternately switch twice or more according to the light guiding direction. As a specific example, FIG. 8 shows a case where the P-type and N-type semiconductor core regions are repeated twice.

図8の光学素子WG2において、中間コアギャップ部201は、その両端部が単一コア光導波路30から複合コア光導波路30まで達するように、中間光導波路20のコア45の長手方向全体に設けられている。すなわち、中間コアギャップ部21の光の導波方向において対向する一対の端面を第1端面201a及び第2端面201bとすると、複合コア光導波路30側の第2端面201bは、中間光導波路20と複合コア光導波路30との接続界面に配置され、単一コア光導波路10側の第1端面201aは、中間光導波路20と単一コア光導波路10との接続界面に配置されている。   In the optical element WG2 of FIG. 8, the intermediate core gap portion 201 is provided in the entire longitudinal direction of the core 45 of the intermediate optical waveguide 20 so that both ends thereof reach from the single core optical waveguide 30 to the composite core optical waveguide 30. ing. That is, when the pair of end faces facing each other in the light guiding direction of the intermediate core gap portion 21 are the first end face 201a and the second end face 201b, the second end face 201b on the composite core optical waveguide 30 side is the same as the intermediate optical waveguide 20. The first end surface 201 a on the single core optical waveguide 10 side is disposed at the connection interface between the intermediate optical waveguide 20 and the single core optical waveguide 10.

中間光導波路20のコア45は、中間コアギャップ部201を挟んで分離された第1分離領域45aと第2分離領域45bとを部分領域として含む。第1分離領域45aは、光の導波方向に沿ってP型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された第1中間コア導電性部202と第3中間コア導電性部204とからなる第1極性反転領域206を部分領域として含む。第2分離領域45bは、光の導波方向に沿ってP型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された第2中間コア導電性部203と第4中間コア導電性部205とからなる第2極性反転領域207を部分領域として含む。第2中間コア導電性部203と第3中間コア導電性部204とは、第1複合コア導電性部32と同一の極性を有する半導体材料から構成され、第1中間コア導電性部202と第4中間コア導電性部205とは、第2複合コア導電性部33と同一の極性を有する半導体材料から構成されている。コア11は、無極性の半導体からなる。   The core 45 of the intermediate optical waveguide 20 includes a first separation region 45a and a second separation region 45b separated with the intermediate core gap 201 interposed therebetween as partial regions. The first isolation region 45a includes a first intermediate core conductive portion 202 and a third intermediate disposed so that the P-type and the N-type are alternately switched along the light guiding direction along the light guiding direction. A first polarity inversion region 206 composed of the core conductive portion 204 is included as a partial region. The second isolation region 45b includes a second intermediate core conductive portion 203 and a fourth intermediate disposed so that the P-type and the N-type are alternately switched along the light guiding direction along the light guiding direction. A second polarity inversion region 207 including the core conductive portion 205 is included as a partial region. The second intermediate core conductive portion 203 and the third intermediate core conductive portion 204 are made of a semiconductor material having the same polarity as the first composite core conductive portion 32, and the first intermediate core conductive portion 202 and the first intermediate core conductive portion 202 The 4 middle core conductive part 205 is made of a semiconductor material having the same polarity as the second composite core conductive part 33. The core 11 is made of a nonpolar semiconductor.

第1中間コア導電性部202、第2中間コア導電性部203、第3中間コア導電性部204、及び、第4中間コア導電性部205、は中間コアギャップ部201よりも高屈折率の材料からなる。また、中間コアギャップ部201は、絶縁体やドーピングされていない無極性の半導体などの、第1中間コア導電性部202、第2中間コア導電性部203、第3中間コア導電性部204、及び、第4中間コア導電性部205よりも電気伝導率の小さい高抵抗材料からなる。   The first intermediate core conductive portion 202, the second intermediate core conductive portion 203, the third intermediate core conductive portion 204, and the fourth intermediate core conductive portion 205 have a higher refractive index than the intermediate core gap portion 201. Made of material. In addition, the intermediate core gap portion 201 includes a first intermediate core conductive portion 202, a second intermediate core conductive portion 203, a third intermediate core conductive portion 204, such as an insulator or an undoped nonpolar semiconductor. And it consists of a high resistance material whose electric conductivity is smaller than the 4th intermediate | middle core electroconductive part 205. FIG.

光学素子WG2では、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した場合に発生する第2のリーク電流の経路のうち、中間光導波路を経由する経路は、第1複合コア導電性部32−第1中間コア導電性部202−第3中間コア導電性部204−コア11−第4中間コア導電性部205−第2中間コア導電性部203−第2複合コア導電性部33、またはこの逆となる。この経路においては、半導体コア領域の極性が4回変化することとなる。コア11考慮しなければ、このとき、第2のリーク電流の流れる経路に沿って、N型からP型へと変わる極性の変化が、2回現れることになり、一定の電圧を印加した場合に、N型からP型への変化が1回のみの場合と比較して1箇所あたりに印加される電圧は低くなる。コア11の材料により程度の差はあるものの、この接合において流れる第2のリーク電流をより低減することが可能となる。   In the optical element WG2, the second leak current path generated when a voltage is applied between the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 passes through the intermediate optical waveguide. The route is: first composite core conductive portion 32 -first intermediate core conductive portion 202 -third intermediate core conductive portion 204 -core 11 -fourth intermediate core conductive portion 205 -second intermediate core conductive portion 203. The second composite core conductive portion 33, or vice versa. In this path, the polarity of the semiconductor core region changes four times. If the core 11 is not taken into account, at this time, the change in polarity that changes from the N-type to the P-type appears along the path through which the second leakage current flows, and when a constant voltage is applied, As compared with the case where the change from the N-type to the P-type is performed only once, the voltage applied per location is lower. Although there is a difference depending on the material of the core 11, the second leakage current flowing in this junction can be further reduced.

なお、図8の例では、中間光導波路20のコア45には、中間コアギャップ部201を挟んで対向配置された一対の逆極性の中間コア導電性部からなる導電性ブロック208,209が光の導波方向に沿って2組設けられている。この数は2組に限らず、3組以上としても良い。すなわち、中間コアギャップ部201の外周に沿う第2のリーク電流の経路中に、P型半導体コア領域とN型半導体コア領域との接続界面が2回現れるが、その回数は2回に限らず、4回以上とすることも可能である。こうすることで、より第2のリーク電流を低減することが可能となる。   In the example of FIG. 8, conductive blocks 208 and 209 made up of a pair of reverse-polarity intermediate core conductive portions disposed opposite to each other with the intermediate core gap 201 sandwiched between the cores 45 of the intermediate optical waveguide 20 are light beams. Two sets are provided along the waveguide direction. This number is not limited to two, and may be three or more. That is, the connection interface between the P-type semiconductor core region and the N-type semiconductor core region appears twice in the second leakage current path along the outer periphery of the intermediate core gap portion 201, but the number of times is not limited to twice. It is also possible to make it four or more times. By doing so, the second leakage current can be further reduced.

[第3の実施の形態]
図9は、本発明の第3実施形態にかかる光学素子WG3の説明図である。図9の光学素子WG3において、図8に示した第2実施形態の光学素子WG2と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is an explanatory diagram of an optical element WG3 according to the third embodiment of the present invention. In the optical element WG3 of FIG. 9, the same reference numerals are given to the same components as those of the optical element WG2 of the second embodiment shown in FIG. 8, and detailed description thereof is omitted.

図8に示した第2実施形態の光学素子WG2では、中間コアギャップ部201が中間光導波路のコア45の長手方向全体に及ぶ構造となっている。しかし、中間光導波路20の構造はこの例に限らない。例えば、中間コアギャップ部201の単一コア光導波路10側の端面201aが中間光導波路20と単一コア光導波路10との接続界面よりも複合コア光導波路30側に配置される構造とすることも可能である。具体例を図9に示す。   The optical element WG2 of the second embodiment shown in FIG. 8 has a structure in which the intermediate core gap 201 extends over the entire longitudinal direction of the core 45 of the intermediate optical waveguide. However, the structure of the intermediate optical waveguide 20 is not limited to this example. For example, the single core optical waveguide 10 side end surface 201 a of the intermediate core gap portion 201 is configured to be disposed closer to the composite core optical waveguide 30 than the connection interface between the intermediate optical waveguide 20 and the single core optical waveguide 10. Is also possible. A specific example is shown in FIG.

図9の光学素子WG3において、中間コアギャップ部211は、複合コア光導波路30側のみに存在する。中間コアギャップ部211の光の導波方向において対向する一対の端面を第1端面211a及び第2端面211bとすると、複合コア光導波路30側の第2端面211bは、中間光導波路20と複合コア光導波路30との接続界面に配置され、単一コア光導波路10側の第1端面211aは、中間光導波路20と単一コア光導波路10との接続界面よりも複合コア光導波路30側に配置されている。   In the optical element WG3 of FIG. 9, the intermediate core gap 211 exists only on the composite core optical waveguide 30 side. When a pair of end faces facing each other in the light guiding direction of the intermediate core gap portion 211 are a first end face 211a and a second end face 211b, the second end face 211b on the composite core optical waveguide 30 side is the intermediate optical waveguide 20 and the composite core. The first end surface 211a on the single core optical waveguide 10 side is disposed on the side of the composite core optical waveguide 30 with respect to the connection interface between the intermediate optical waveguide 20 and the single core optical waveguide 10. Has been.

中間光導波路20の複合コア光導波路30側においては、コア46が中間コアギャップ部211によって分離されたギャップ構造を有する。コア46は、中間コアギャップ部211を挟んで分離された第1分離領域46aと第2分離領域46bとを部分領域として含む。第1分離領域46aは、光の導波方向に沿ってP型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された第1中間コア導電性部212と第3中間コア導電性部214とからなる第1極性反転領域228を部分領域として含む。第2分離領域46bは、光の導波方向に沿ってP型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された第2中間コア導電性部213と第4中間コア導電性部215とからなる第2極性反転領域229を部分領域として含む。第2中間コア導電性部213と第3中間コア導電性部214とは、第1複合コア導電性部32と同一の極性を有する半導体材料から構成され、第1中間コア導電性部212と第4中間コア導電性部215とは、第2複合コア導電
性部33と同一の極性を有する半導体材料から構成されている。コア11は、無極性の半導体からなる。
On the composite core optical waveguide 30 side of the intermediate optical waveguide 20, the core 46 has a gap structure separated by the intermediate core gap portion 211. The core 46 includes, as partial regions, a first separation region 46a and a second separation region 46b separated with the intermediate core gap 211 therebetween. The first separation region 46a includes a first intermediate core conductive portion 212 and a third intermediate portion arranged so that the P-type and the N-type are alternately switched along the light guiding direction along the light guiding direction. A first polarity inversion region 228 including the core conductive portion 214 is included as a partial region. The second isolation region 46b includes a second intermediate core conductive portion 213 and a fourth intermediate disposed so that the P-type and the N-type are alternately switched along the light guiding direction along the light guiding direction. A second polarity inversion region 229 formed of the core conductive portion 215 is included as a partial region. The second intermediate core conductive portion 213 and the third intermediate core conductive portion 214 are made of a semiconductor material having the same polarity as the first composite core conductive portion 32, and the first intermediate core conductive portion 212 and the first intermediate core conductive portion 212 The 4 middle core conductive portion 215 is made of a semiconductor material having the same polarity as the second composite core conductive portion 33. The core 11 is made of a nonpolar semiconductor.

中間光導波路20の単一コア光導波路10側においては、コア46が中間コアギャップ部211によって分離されない単一コア構造(非分離領域)を有する。コア46は、第3中間コア導電性部214と同一材料からなり第3中間コア導電性部214と一体に形成される第5中間コア導電性部(第5半導体コア領域)216と、第4中間コア導電性部215と同一材料からなり第4中間コア導電性部215と一体に形成される第6中間コア導電性部(第6半導体コア領域)217とを部分領域として含み、これらがYZ平面と平行な接続界面を有して互いに接触する構造となっている。   On the single core optical waveguide 10 side of the intermediate optical waveguide 20, the core 46 has a single core structure (non-isolation region) that is not separated by the intermediate core gap portion 211. The core 46 includes a fifth intermediate core conductive portion (fifth semiconductor core region) 216 made of the same material as the third intermediate core conductive portion 214 and formed integrally with the third intermediate core conductive portion 214, and a fourth core 46. A sixth intermediate core conductive portion (sixth semiconductor core region) 217 made of the same material as the intermediate core conductive portion 215 and formed integrally with the fourth intermediate core conductive portion 215 is included as a partial region. It has a connection interface parallel to the plane and in contact with each other.

第1中間コア導電性部212、第2中間コア導電性部213、第3中間コア導電性部214、第4中間コア導電性部215、第5中間コア導電性部216、及び、第6中間コア導電性部217は中間コアギャップ部211よりも高屈折率の材料からなる。また、中間コアギャップ部211は、絶縁体やドーピングされていない無極性の半導体などの、第1中間コア導電性部212、第2中間コア導電性部213、第3中間コア導電性部214、第4中間コア導電性部215、第5中間コア導電性部216、及び、第6中間コア導電性部217よりも電気伝導率の小さい高抵抗材料からなる。   First intermediate core conductive portion 212, second intermediate core conductive portion 213, third intermediate core conductive portion 214, fourth intermediate core conductive portion 215, fifth intermediate core conductive portion 216, and sixth intermediate The core conductive portion 217 is made of a material having a higher refractive index than that of the intermediate core gap portion 211. The intermediate core gap 211 includes a first intermediate core conductive portion 212, a second intermediate core conductive portion 213, a third intermediate core conductive portion 214, such as an insulator or an undoped nonpolar semiconductor. The fourth intermediate core conductive portion 215, the fifth intermediate core conductive portion 216, and the sixth intermediate core conductive portion 217 are made of a high resistance material having a smaller electric conductivity.

光学素子WG3では、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した場合に発生する第2のリーク電流の経路のうち、中間光導波路を経由する経路は、第1複合コア導電性部32−第1中間コア導電性部212−第3中間コア導電性部214−第5中間コア導電性部216−第6中間コア導電性部217−第4中間コア導電性部215−第2中間コア導電性部213−第2複合コア導電性部33、またはこの逆となる。この経路においては、半導体コア領域の極性は3回変化することとなる。そのため、より第2のリーク電流を低減することができる。また、中間コアギャップ部211がコア11まで達していないため、コア11に対する第2のリーク電流の侵入を低減することができる。   In the optical element WG3, the second leak current path that occurs when a voltage is applied between the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 passes through the intermediate optical waveguide. The route is the first composite core conductive portion 32 -the first intermediate core conductive portion 212 -the third intermediate core conductive portion 214 -the fifth intermediate core conductive portion 216 -the sixth intermediate core conductive portion 217 -the fourth. Intermediate core conductive portion 215-second intermediate core conductive portion 213-second composite core conductive portion 33, or vice versa. In this path, the polarity of the semiconductor core region changes three times. Therefore, the second leakage current can be further reduced. In addition, since the intermediate core gap 211 does not reach the core 11, the intrusion of the second leak current into the core 11 can be reduced.

なお、図9の例では、中間光導波路20のコア46には、中間コアギャップ部211を挟んで対向する一対の逆極性の中間コア導電性部からなる導電性ブロック218,219が光の導波方向に沿って2組設けられている。この数は2組に限らず、3組以上としても良い。3組以上とした場合において、中間コアギャップ部211の単一コア光導波路10側の端面211aは、コア11とコア46との接続界面よりも複合コア光導波路30側に配置されていれば良い。すなわち、中間コアギャップ部211の外周に沿う第2のリーク電流の経路中に、P型半導体コア領域とN型半導体コア領域との接続界面が3回現れるが、その回数は3回に限らず、5回以上とすることも可能である。こうすることで、より第2のリーク電流を低減することが可能となる。   In the example of FIG. 9, the core 46 of the intermediate optical waveguide 20 has conductive blocks 218 and 219 formed of a pair of opposite-polarity intermediate core conductive portions opposed to each other with the intermediate core gap portion 211 interposed therebetween. Two sets are provided along the wave direction. This number is not limited to two, and may be three or more. In the case of three or more sets, the end surface 211 a on the single core optical waveguide 10 side of the intermediate core gap portion 211 only needs to be disposed on the composite core optical waveguide 30 side with respect to the connection interface between the core 11 and the core 46. . That is, the connection interface between the P-type semiconductor core region and the N-type semiconductor core region appears three times in the second leakage current path along the outer periphery of the intermediate core gap 211, but the number of times is not limited to three. It is also possible to make it 5 times or more. By doing so, the second leakage current can be further reduced.

[第4の実施の形態]
図10は、本発明の第4実施形態にかかる光学素子WG4の説明図である。図10の光学素子WG4において、図1に示した第1実施形態の光学素子WG1と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is an explanatory diagram of an optical element WG4 according to the fourth embodiment of the present invention. In the optical element WG4 of FIG. 10, the same reference numerals are given to the same components as those of the optical element WG1 of the first embodiment shown in FIG. 1, and detailed description thereof is omitted.

図1に示した第1実施形態の光学素子WG1では、中間光導波路20において、第1中間コア導電性部22と第2中間コア導電性部23とはそれぞれ逆の極性を持った構造となっているが、この部分に無極性の半導体を用いることも可能である。具体例を図10に示す。   In the optical element WG1 of the first embodiment shown in FIG. 1, in the intermediate optical waveguide 20, the first intermediate core conductive portion 22 and the second intermediate core conductive portion 23 have structures having opposite polarities, respectively. However, it is also possible to use a nonpolar semiconductor for this part. A specific example is shown in FIG.

図10の光学素子WG4において、中間コアギャップ部221は、複合コア光導波路30側のみに存在する。すなわち、中間コアギャップ部221の光の導波方向において対向する一対の端面を第1端面221a及び第2端面221bとすると、複合コア光導波路30側の第2端面221bは、中間光導波路20と複合コア光導波路30との接続界面に配置され、単一コア光導波路10側の第1端面221aは、中間光導波路20と単一コア光導波路10との接続界面よりも複合コア光導波路30側に配置されている。   In the optical element WG4 of FIG. 10, the intermediate core gap portion 221 exists only on the composite core optical waveguide 30 side. That is, when the pair of end faces facing each other in the light guiding direction of the intermediate core gap portion 221 are the first end face 221a and the second end face 221b, the second end face 221b on the composite core optical waveguide 30 side is the same as the intermediate optical waveguide 20. The first end surface 221a on the single core optical waveguide 10 side is disposed at the connection interface with the composite core optical waveguide 30 and the composite core optical waveguide 30 side is closer to the connection interface between the intermediate optical waveguide 20 and the single core optical waveguide 10 Is arranged.

中間光導波路20の複合コア光導波路30側の領域においては、中間光導波路20は、コア47が中間コアギャップ部221によって分離されたギャップ構造を有する。コア47は、中間コアギャップ部221を挟んで分離された第1中間コア無極性部(第3半導体コア領域)222と第2中間コア無極性部(第4半導体コア領域)223とを部分領域として含む。中間光導波路20は、中間コアギャップ部221によって分離された2つの部分領域にまたがって光が伝播する複合コア構造を有する光導波路である。   In the region of the intermediate optical waveguide 20 on the composite core optical waveguide 30 side, the intermediate optical waveguide 20 has a gap structure in which the core 47 is separated by the intermediate core gap portion 221. The core 47 is a partial region of the first intermediate core nonpolar part (third semiconductor core region) 222 and the second intermediate core nonpolar part (fourth semiconductor core region) 223 separated with the intermediate core gap part 221 interposed therebetween. Include as. The intermediate optical waveguide 20 is an optical waveguide having a composite core structure in which light propagates across two partial regions separated by the intermediate core gap portion 221.

中間光導波路20の単一コア光導波路10側の領域においては、中間光導波路20は、コア47が中間コアギャップ部によって分離されない単一コア構造(非分離領域)を有する。コア47は、第1中間コア無極性部222及び第2中間コア無極性部223と同一材料からなり、第1中間コア無極性部222及び第2中間コア無極性部223と一体に形成される無極性の半導体からなる第3中間コア無極性部(非分離領域)224を部分領域として含む。   In the region of the intermediate optical waveguide 20 on the single core optical waveguide 10 side, the intermediate optical waveguide 20 has a single core structure (non-isolated region) in which the core 47 is not separated by the intermediate core gap portion. The core 47 is made of the same material as the first intermediate core nonpolar part 222 and the second intermediate core nonpolar part 223, and is formed integrally with the first intermediate core nonpolar part 222 and the second intermediate core nonpolar part 223. A third intermediate core nonpolar part (non-separation region) 224 made of a nonpolar semiconductor is included as a partial region.

第1中間コア無極性部222及び第2中間コア無極性部223は中間コアギャップ部221よりも高屈折率の材料からなる。また、中間コアギャップ部221は、絶縁体やドーピングされていない無極性の半導体などの、第1中間コア無極性部222及び第2中間コア無極性部223よりも電気伝導率の小さい高抵抗材料からなる。   The first intermediate core nonpolar part 222 and the second intermediate core nonpolar part 223 are made of a material having a higher refractive index than that of the intermediate core gap part 221. The intermediate core gap portion 221 is a high-resistance material having a lower electrical conductivity than the first intermediate core nonpolar portion 222 and the second intermediate core nonpolar portion 223, such as an insulator or an undoped nonpolar semiconductor. Consists of.

この構成においては、第1複合コア導電性部32と中間コア無極性部222との境界、及び、第2複合コア導電性部33と中間コア無極性部223との境界に、中間コア無極性部222,223に対するキャリアの拡散が起こる。そのため、中間コアギャップ部221が設けられない場合には、第1複合コア導電性部32−第1中間コア無極性部222−第3中間コア無極性部224−第2中間コア無極性部223−第2複合コア導電性部33を最短で結ぶ経路については、無極性の半導体領域が短いために十分な低リーク電流とはならないことが考えられる。しかし、複合コア導電性部32,33からのキャリアの拡散の少ない材料により中間コア無極性部222,223,224を構成し、中間コアギャップ部221の長さ(Y方向の長さ)を前記経路上の拡散領域よりも十分長くとった場合には、前記経路中に電気抵抗の高い無極性の半導体領域を含むことになり、その結果、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した際に中間光導波路を通過して流れる第2のリーク電流を低減することが可能となる。   In this configuration, the intermediate core nonpolarity is present at the boundary between the first composite core conductive portion 32 and the intermediate core nonpolar portion 222 and at the boundary between the second composite core conductive portion 33 and the intermediate core nonpolar portion 223. Carrier diffusion to the parts 222 and 223 occurs. Therefore, when the intermediate core gap part 221 is not provided, the first composite core conductive part 32 -the first intermediate core nonpolar part 222 -the third intermediate core nonpolar part 224 -the second intermediate core nonpolar part 223 -It is conceivable that the path connecting the second composite core conductive portion 33 in the shortest is not a sufficiently low leakage current because the nonpolar semiconductor region is short. However, the intermediate core nonpolar portions 222, 223, and 224 are made of a material with less carrier diffusion from the composite core conductive portions 32 and 33, and the length of the intermediate core gap portion 221 (the length in the Y direction) is the same as that described above. When the length is sufficiently longer than the diffusion region on the path, the path includes a nonpolar semiconductor region having a high electrical resistance. As a result, the first composite core conductive portion 32 and the second composite core are included. It is possible to reduce the second leakage current that flows through the intermediate optical waveguide when a voltage is applied to the conductive portion 33.

[第5の実施の形態]
図11は、本発明の第5実施形態にかかる光学素子WG5の説明図である。図11の光学素子WG5において、図10に示した第4実施形態の光学素子WG4と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 is an explanatory diagram of an optical element WG5 according to the fifth embodiment of the present invention. In the optical element WG5 of FIG. 11, the same reference numerals are given to the same components as those of the optical element WG4 of the fourth embodiment shown in FIG. 10, and detailed description thereof is omitted.

図10に示した第4実施形態の光学素子WG4では、第1複合コア導電性部32と中間コア無極性部222、及び、第2複合コア導電性部33と中間コア無極性部223とが、直接接するような構造とした。しかし、中間光導波路20の構造はこの例に限らない。例えば、第1複合コア導電性部32と中間コア無極性部222との間、及び、第2複合コア導電性部33と中間コア無極性部223との間には、それぞれP型とN型の半導体コア領域が少なくとも2回以上切り替わるように交互に配置される構造としても良い。具体例として、P型とN型の半導体コア領域が2回繰り返される場合を図11に示す。   In the optical element WG4 of the fourth embodiment shown in FIG. 10, the first composite core conductive portion 32 and the intermediate core nonpolar portion 222, and the second composite core conductive portion 33 and the intermediate core nonpolar portion 223 are included. The structure is in direct contact. However, the structure of the intermediate optical waveguide 20 is not limited to this example. For example, between the first composite core conductive part 32 and the intermediate core nonpolar part 222 and between the second composite core conductive part 33 and the intermediate core nonpolar part 223, respectively, P type and N type Alternatively, the semiconductor core regions may be alternately arranged so as to be switched at least twice. As a specific example, FIG. 11 shows a case where the P-type and N-type semiconductor core regions are repeated twice.

図11の光学素子WG5において、中間コアギャップ部231は、複合コア光導波路30側のみに存在する。すなわち、中間コアギャップ部231の光の導波方向において対向する一対の端面を第1端面231a及び第2端面231bとすると、複合コア光導波路30側の第2端面231bは、中間光導波路20と複合コア光導波路30との接続界面に配置され、単一コア光導波路10側の第1端面231aは、中間光導波路20と単一コア光導波路10との接続界面よりも複合コア光導波路30側に配置されている。   In the optical element WG5 of FIG. 11, the intermediate core gap portion 231 exists only on the composite core optical waveguide 30 side. That is, when the pair of end faces facing each other in the light guiding direction of the intermediate core gap portion 231 are a first end face 231a and a second end face 231b, the second end face 231b on the composite core optical waveguide 30 side is The first end surface 231a on the single core optical waveguide 10 side is disposed on the connection interface with the composite core optical waveguide 30 and the composite core optical waveguide 30 side is closer to the connection interface between the intermediate optical waveguide 20 and the single core optical waveguide 10 Is arranged.

中間光導波路20の複合コア光導波路30側の領域においては、コア48が中間コアギャップ部231によって分離されたギャップ構造を有する。コア48は、中間コアギャップ部231を挟んで分離された第1分離領域48aと第2分離領域48bとを部分領域として含む。第1分離領域48aは、光の導波方向に沿ってP型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された第1中間コア導電性部232と第3中間コア導電性部234とからなる第1極性反転領域251と、第3中間コア導電性部234の単一コア光導波路10側の光入射端面に接続された無極性の半導体からなる第1中間コア無極性部236と、を部分領域として含む。第2分離領域48bは、光の導波方向に沿ってP型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された第2中間コア導電性部233と第4中間コア導電性部235とからなる第2極性反転領域252と、第4中間コア導電性部235の単一コア光導波路10側の光入射端面に接続された無極性の半導
体からなる第2中間コア無極性部237と、を部分領域として含む。第2中間コア導電性部233と第3中間コア導電性部234とは、第1複合コア導電性部32と同一の極性を有する半導体材料から構成され、第1中間コア導電性部232と第4中間コア導電性部235とは、第2複合コア導電性部33と同一の極性を有する半導体材料から構成されている。コア11は、無極性の半導体からなる。
In the region of the intermediate optical waveguide 20 on the composite core optical waveguide 30 side, the core 48 has a gap structure separated by the intermediate core gap portion 231. The core 48 includes a first separation region 48a and a second separation region 48b separated with the intermediate core gap portion 231 interposed therebetween as partial regions. The first separation region 48a includes a first intermediate core conductive portion 232 and a third intermediate portion arranged so that the P-type and the N-type are alternately switched along the light guiding direction along the light guiding direction. A first polarity reversal region 251 comprising a core conductive portion 234, and a first intermediate core comprising a nonpolar semiconductor connected to the light incident end face of the third intermediate core conductive portion 234 on the single core optical waveguide 10 side And a nonpolar portion 236 as a partial region. The second isolation region 48b includes a second intermediate core conductive portion 233 and a fourth intermediate disposed so that the P-type and the N-type are alternately switched along the light guiding direction along the light guiding direction. A second polarity reversal region 252 composed of the core conductive portion 235, and a second intermediate core composed of a nonpolar semiconductor connected to the light incident end face of the fourth intermediate core conductive portion 235 on the single core optical waveguide 10 side. And a nonpolar portion 237 as a partial region. The second intermediate core conductive portion 233 and the third intermediate core conductive portion 234 are made of a semiconductor material having the same polarity as the first composite core conductive portion 32, and the first intermediate core conductive portion 232 and the second intermediate core conductive portion 234 The 4 middle core conductive part 235 is made of a semiconductor material having the same polarity as the second composite core conductive part 33. The core 11 is made of a nonpolar semiconductor.

中間光導波路20の単一コア光導波路10側の領域においては、コア48が中間コアギャップ部によって分離されない単一コア構造(非分離領域)を有する。コア48は、第1中間コア無極性部236及び第2中間コア無極性部237と同一材料からなり第1中間コア無極性部236及び第2中間コア無極性部237と一体に形成される第3中間コア無極性部238を部分領域として含む。   In the region of the intermediate optical waveguide 20 on the single core optical waveguide 10 side, the core 48 has a single core structure (non-isolated region) that is not separated by the intermediate core gap portion. The core 48 is made of the same material as the first intermediate core nonpolar part 236 and the second intermediate core nonpolar part 237, and is formed integrally with the first intermediate core nonpolar part 236 and the second intermediate core nonpolar part 237. 3 middle core nonpolar part 238 is included as a partial region.

第1中間コア導電性部232、第2中間コア導電性部233、第3中間コア導電性部234、第4中間コア導電性部235、第1中間コア無極性部236、及び、第2中間コア無極性部237は、中間コアギャップ部231よりも高屈折率の材料からなる。また、中間コアギャップ部231は、絶縁体やドーピングされていない無極性の半導体などの、第1中間コア導電性部232、第2中間コア導電性部233、第3中間コア導電性部234、第4中間コア導電性部235、第1中間コア無極性部236、第2中間コア無極性部237よりも電気伝導率の小さい高抵抗材料からなる。   The first intermediate core conductive portion 232, the second intermediate core conductive portion 233, the third intermediate core conductive portion 234, the fourth intermediate core conductive portion 235, the first intermediate core nonpolar portion 236, and the second intermediate The core nonpolar part 237 is made of a material having a higher refractive index than that of the intermediate core gap part 231. In addition, the intermediate core gap part 231 includes a first intermediate core conductive part 232, a second intermediate core conductive part 233, a third intermediate core conductive part 234, such as an insulator or an undoped nonpolar semiconductor. The fourth intermediate core conductive portion 235, the first intermediate core nonpolar portion 236, and the second intermediate core nonpolar portion 237 are made of a high resistance material having a smaller electric conductivity.

光学素子WG5では、第1複合コア導電性部32と第2複合コア導電性部33との間に電圧を印加した場合に発生する第2のリーク電流の経路のうち、中間光導波路を経由する経路は、第1複合コア導電性部32−第1中間コア導電性部232−第3中間コア導電性部234−第1中間コア無極性部236−第3中間コア無極性部238−第2中間コア無極性部237−第4中間コア導電性部235−第2中間コア導電性部233−第2複合コア導電性部33、またはこの逆となる。この経路においては、半導体コア領域の極性は5回変化することとなる。そのため、第2のリーク電流をより低減することが可能となる。   In the optical element WG5, the second leak current path generated when a voltage is applied between the first composite core conductive portion 32 and the second composite core conductive portion 33 passes through the intermediate optical waveguide. The path is the first composite core conductive part 32-the first intermediate core conductive part 232-the third intermediate core conductive part 234-the first intermediate core nonpolar part 236-the third intermediate core nonpolar part 238-second. Intermediate core nonpolar part 237-fourth intermediate core conductive part 235-second intermediate core conductive part 233-second composite core conductive part 33, or vice versa. In this path, the polarity of the semiconductor core region changes five times. Therefore, the second leakage current can be further reduced.

なお、図11の例では、中間光導波路20のコア48には、中間コアギャップ部231を挟んで対向する一対の逆極性の中間コア導電性部からなる導電性ブロック241,242が光の導波方向に沿って2組設けられている。この数は2組に限らず、3組以上としても良い。3組以上とした場合において、中間コアギャップ部231の単一コア光導波路10側の端面231aは、コア11とコア48との接続界面よりも複合コア光導波路30側に配置されていれば良い。すなわち、中間コアギャップ部231の外周に沿う第2のリーク電流の経路中に、P型半導体コア領域とN型半導体コア領域との接続界面が2回現れるが、その回数は2回に限らず、4回以上とすることも可能である。こうすることで、より第2のリーク電流を低減することが可能となる。   In the example of FIG. 11, the conductive block 241 and 242 composed of a pair of reverse-polarity intermediate core conductive portions opposed to each other with the intermediate core gap portion 231 sandwiched between the cores 48 of the intermediate optical waveguide 20 are guided light. Two sets are provided along the wave direction. This number is not limited to two, and may be three or more. In the case of three or more sets, the end surface 231a on the single core optical waveguide 10 side of the intermediate core gap portion 231 may be disposed on the composite core optical waveguide 30 side with respect to the connection interface between the core 11 and the core 48. . That is, the connection interface between the P-type semiconductor core region and the N-type semiconductor core region appears twice in the second leakage current path along the outer periphery of the intermediate core gap portion 231, but the number of times is not limited to two. It is also possible to make it four or more times. By doing so, the second leakage current can be further reduced.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、Siをコア材料として用いたが、コア材料はこれに限らず、GeやSiGeなどの他の半導体材料を用いても良い。   For example, in the above embodiment, Si is used as the core material, but the core material is not limited to this, and other semiconductor materials such as Ge and SiGe may be used.

また、第1、第2、第3、第5実施形態では、複合コア光導波路30のコアの光入出射端面と接続する部分の中間光導波路20のコアを互いに反対の極性を有する半導体コア領域とし、第4実施形態では、この部分を無極性の半導体コア領域とした。しかし、中間光導波路20の構成はこれに限らない。例えば、第1中間コア導電性部を無極性の半導体コア領域とし、第2中間コア導電性部を第2複合コア導電性部33と反対の極性の半導体コア領域としても良い。逆に、第2中間コア導電性部を無極性の半導体コア領域とし、第1中間コア導電性部を第1複合コア導電性部32と反対の極性の半導体コア領域としても良い。   In the first, second, third, and fifth embodiments, the core of the intermediate optical waveguide 20 that is connected to the light incident / exit end surface of the core of the composite core optical waveguide 30 has a polarity opposite to each other. In the fourth embodiment, this portion is a nonpolar semiconductor core region. However, the configuration of the intermediate optical waveguide 20 is not limited to this. For example, the first intermediate core conductive portion may be a nonpolar semiconductor core region, and the second intermediate core conductive portion may be a semiconductor core region having a polarity opposite to that of the second composite core conductive portion 33. Conversely, the second intermediate core conductive portion may be a nonpolar semiconductor core region, and the first intermediate core conductive portion may be a semiconductor core region having a polarity opposite to that of the first composite core conductive portion 32.

また、第1、第2、第3、第5実施形態では、中間コアギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に分離された一対の分離領域に、それぞれ同じ数のP型半導体コア領域とN型半導体コア領域とを設けた。しかし、中間光導波路20の構成はこれに限らない。例えば、一方の分離領域にi個ずつP型半導体コア領域とN型半導体コア領域を設け、他方の分離領域にj(≠i)個ずつP型半導体コア領域とN型半導体コア領域を設けても良い。また、いずれか一方の分離領域には、P型半導体コア領域又はN型半導体コア領域を設けずに、無極性の半導体コア領域のみで構成していても良い。また、P型半導体コア領域とN型半導体コア領域とが光の導波方向に沿って交互に配置された領域を1つの極性反転領域としたときに、複数の極性反転領域を光の導波方向に沿って配置すると共に、極性反転領域同士の間に無極性の半導体コア領域を設けても良い。   In the first, second, third, and fifth embodiments, the same number of P-type semiconductor core regions are provided in the pair of separation regions separated in the direction orthogonal to the light guiding direction by the intermediate core gap portion. And an N-type semiconductor core region. However, the configuration of the intermediate optical waveguide 20 is not limited to this. For example, i P-type semiconductor core regions and N-type semiconductor core regions are provided in one isolation region, and j (≠ i) P-type semiconductor core regions and N-type semiconductor core regions are provided in the other isolation region. Also good. Further, either one of the isolation regions may be configured only with a nonpolar semiconductor core region without providing the P-type semiconductor core region or the N-type semiconductor core region. Further, when a region where the P-type semiconductor core region and the N-type semiconductor core region are alternately arranged along the light guiding direction is used as one polarity inversion region, the plurality of polarity inversion regions are guided by the light. While arranging along a direction, you may provide a nonpolar semiconductor core area | region between polarity inversion area | regions.

すなわち、上記実施形態においては、一対の分離領域のうちの少なくとも一方は、P型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された複数の半導体コア領域を部分領域として含むもの、若しくは、一対の分離領域のうちの少なくとも一方は、P型とN型とが光の導波方向に沿って交互に切り替わるように配置された複数の半導体コア領域からなる極性反転領域と、前記極性反転領域の光入出射端面に接続された無極性の半導体コア領域と、を部分領域として含むものであれば良い。   That is, in the above-described embodiment, at least one of the pair of separation regions includes a plurality of semiconductor core regions arranged so that the P-type and the N-type are alternately switched along the light guiding direction. Or at least one of the pair of isolation regions is a polarity inversion region composed of a plurality of semiconductor core regions arranged so that P-type and N-type are alternately switched along the light guiding direction And a non-polar semiconductor core region connected to the light incident / exit end face of the polarity reversal region.

[第6の実施の形態]
図12〜図14は、本発明の第5実施形態にかかる光学素子WG6の説明図であり、グレーティング構造を採用したものである。
図14はコア50を示すもので、ここではコア50のみを図示するが、クラッドがコア50の周囲を囲んでいるものとする。また、クラッドの下には基板(図示せず)が存在し、コア50の底面54は基板面に平行である。水平方向とは基板面に平行な方向をいい、垂直方向とは基板面に垂直な方向をいう。
[Sixth Embodiment]
12-14 is explanatory drawing of the optical element WG6 concerning 5th Embodiment of this invention, and employs a grating structure.
FIG. 14 shows the core 50, and only the core 50 is illustrated here, but it is assumed that the cladding surrounds the core 50. A substrate (not shown) exists under the cladding, and the bottom surface 54 of the core 50 is parallel to the substrate surface. The horizontal direction means a direction parallel to the substrate surface, and the vertical direction means a direction perpendicular to the substrate surface.

図14(a)はコア50の一部の平面図である。符号Cはコア50の水平面内での単一の中心軸を表し、光は光導波路中を中心軸Cに沿って伝搬する。この光導波路は、ブラッググレーティングパターン(詳しくは後述)を有しており、この光導波路のスペクトルには少なくとも一つの反射帯が現れる。
反射帯の中心波長λは、ブラッググレーティングの周期をp、光導波路の実効屈折率をneffとするとき、λ=p/neffにより与えられる。ここで実効屈折率neffは、光導波路のコア50の幅を平均幅wとした場合の値である。
FIG. 14A is a plan view of a part of the core 50. The symbol C represents a single central axis in the horizontal plane of the core 50, and light propagates along the central axis C in the optical waveguide. This optical waveguide has a Bragg grating pattern (described later in detail), and at least one reflection band appears in the spectrum of the optical waveguide.
The center wavelength λ 0 of the reflection band is given by λ 0 = p G / n eff where the period of the Bragg grating is p G and the effective refractive index of the optical waveguide is n eff . Here, the effective refractive index n eff is a value when the width of the core 50 of the optical waveguide is the average width w 0 .

コア50の平均幅wは、コア50の横幅woutの一周期での平均値に等しい。
コア50の側壁52には、凹部52aと凸部52bが光の導波方向に交互に形成され、横幅woutが一周期pごとに増減して第1のブラッググレーティングパターンが形成される。
The average width w 0 of the core 50 is equal to the average value in one cycle of the horizontal width w out of the core 50.
The side wall 52 of the core 50, recesses 52a and protrusions 52b are alternately formed in the waveguide direction of the light, the first Bragg grating pattern width w out is increased or decreased for each one period p G is formed.

矩形断面の光導波路では、光の直線偏光した電界が主として水平方向に沿う場合(以下TE型偏光)と、主として垂直方向に沿う場合(以下TM型偏光)に対して、それぞれ固有の導波モードが存在する。そして、おのおのの導波モードに固有の実効屈折率が存在するという偏光依存性が存在する。   An optical waveguide having a rectangular cross section has its own waveguide mode when the linearly polarized electric field of light is mainly along the horizontal direction (hereinafter referred to as TE-type polarization) and mainly along the vertical direction (hereinafter referred to as TM-type polarization). Exists. Then, there is a polarization dependency that an effective refractive index inherent to each waveguide mode exists.

TE型偏光での固有モードの実効屈折率neff TEは、TM型偏光での固有モードの実効屈折率neff TMに比べ、光導波路の幅の変化に対して敏感に変化する。
TM型偏光での固有モードの実効屈折率neff TMは、TE型偏光での固有モードの実効屈折率neff TEに比べ、光導波路の高さ(すなわち厚み)の変化に対して敏感に変化する。
よってブラッググレーティングの偏光依存性を低減するには、光導波路の幅を周期的に変化させるのみならず、光導波路の高さも周期的に変化させるのが好適である。
The effective refractive index n eff TE of the eigen mode in the TE-type polarized light changes more sensitively to changes in the width of the optical waveguide than the effective refractive index n eff TM of the eigen mode in the TM-type polarized light.
The effective refractive index n eff TM of the eigenmode in the TM-type polarization changes more sensitively to changes in the height (ie, thickness) of the optical waveguide than the effective refractive index n eff TE of the eigenmode in the TE-type polarization. To do.
Therefore, in order to reduce the polarization dependence of the Bragg grating, it is preferable not only to periodically change the width of the optical waveguide but also to periodically change the height of the optical waveguide.

矩形光導波路(断面が略矩形状の光導波路)への適用を考慮すると、第1のブラッググレーティングパターンをコアの一方または両方の側壁に設け、第2のブラッググレーティングパターンをコアの上面と底面のうち一方または両方に設けることが好ましい。
第1のブラッググレーティングパターンと第2のブラッググレーティングパターンとの組み合わせによって、TE型偏光への作用とTM型偏光への作用を等化し、偏光依存性を低減することができる。
図示例では、第1のブラッググレーティングパターンをコアの両側壁に設け、第2のブラッググレーティングパターンをコアの上面に設けている。
コア50の形状は、中心軸Cを含む垂直方向の平面に対して水平方向に対称(図14(a)では中心軸Cに対して上下に対称)となっている。
Considering application to a rectangular optical waveguide (optical waveguide having a substantially rectangular cross section), the first Bragg grating pattern is provided on one or both side walls of the core, and the second Bragg grating pattern is provided on the top and bottom surfaces of the core. It is preferable to provide one or both of them.
By combining the first Bragg grating pattern and the second Bragg grating pattern, it is possible to equalize the action on the TE-type polarization and the action on the TM-type polarization, thereby reducing the polarization dependence.
In the illustrated example, the first Bragg grating pattern is provided on both side walls of the core, and the second Bragg grating pattern is provided on the upper surface of the core.
The shape of the core 50 is symmetrical in the horizontal direction with respect to the vertical plane including the central axis C (symmetric in the vertical direction with respect to the central axis C in FIG. 14A).

図14(b)に示すように、コア50では、コア上部に設けた溝(トレンチ)53の幅winが光の導波方向に周期的に変化している。コアの高さはtoutであり、溝53の深さはtinである。図14(a)に示すように、溝53は中心軸Cに沿う方向に延在し、溝53の幅winの中点の水平方向の座標は、中心軸C上に位置する。
この構造により、コア50の高さを周期的に変化させるのと等価的に実効屈折率を変化させることができる。
溝53の側壁には凹部53aと凸部53bが交互に形成され、溝幅winは一周期pごとに増減して第2のブラッググレーティングパターンを形成する。
溝53は、例えば光学マスクを用いた描画(リソグラフィ)とエッチングにより形成することができる。
As shown in FIG. 14 (b), the core 50, the width w in the groove provided in the core upper (trench) 53 is periodically changed in the light propagation direction. The height of the core is t out, the depth of the groove 53 is t in. As shown in FIG. 14 (a), the groove 53 extends in a direction along the central axis C, the horizontal coordinate of the midpoint of the width w in the groove 53, located on the central axis C.
With this structure, the effective refractive index can be changed equivalently to changing the height of the core 50 periodically.
Recess 53a and the convex portion 53b on the side walls of the groove 53 are formed alternately, the groove width w in the form a second Bragg grating pattern is increased or decreased for each one period p G.
The groove 53 can be formed, for example, by drawing (lithography) using an optical mask and etching.

図14(a)に示すように、コア50では、光の導波方向において、側壁52のコア幅woutの広い部分(凸部52b)と溝53内側壁の溝幅winの狭い部分(凸部53b)とが対応し、かつ側壁52のコア幅woutの狭い部分(凹部52a)と溝53内側壁の溝幅winの広い部分(凹部53a)とが対応している。このように、第1のブラッググレーティングパターンの凹凸と第2のブラッググレーティングパターンの凹凸とが同期しており、それぞれの局所周期pが一致している。これにより、光導波路寸法の設計が容易になる。 As shown in FIG. 14 (a), the core 50, in the light propagation direction, narrow groove width w in the wide portion of the core width w out of the side wall 52 (projecting portions 52 b) and the groove 53 inner wall section ( protrusion 53b) and correspond, and is the core width w out, narrow portion of the side wall 52 (the recess 52a) and the groove 53 groove width w in a wide portion of the inner wall (recess 53a) correspond. Thus, unevenness of the first Bragg grating pattern and the unevenness of the second Bragg grating pattern is synchronized, each local period p G match. This facilitates the design of the optical waveguide dimensions.

図12および図13は、前記グレーティング構造を採用した光学素子の断面図である。
以下の説明においては、既出の構成については同一符号を付してその説明を省略することがある。
本実施形態の光学素子は、内側コア60と、外側コア64とからなる複合コアを有する。
内側コア60は、ギャップ部21、31、コア導電性部22、32、およびコア導電性部23、33を備えている。
外側コア64は、コア導電性部22、32、23、33より低屈折率の材料からなる。外側コア64の屈折率は、上部クラッド7の屈折率より高い。外側コア64の厚みはtoutで、溝64cの深さはtinである。
12 and 13 are cross-sectional views of an optical element employing the grating structure.
In the following description, the same components as those described above may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
The optical element of this embodiment has a composite core composed of an inner core 60 and an outer core 64.
The inner core 60 includes gap portions 21 and 31, core conductive portions 22 and 32, and core conductive portions 23 and 33.
The outer core 64 is made of a material having a lower refractive index than the core conductive portions 22, 32, 23, and 33. The refractive index of the outer core 64 is higher than the refractive index of the upper cladding 7. The thickness of the outer core 64 at t out, the depth of the groove 64c is t in.

ギャップ部21、31を形成することによって、単一偏光状態に単一モードしか存在しないという条件を保持しながら、内側コア60に光が閉じ込められる領域の断面積を拡大することができる。また、外側コア64に形成されたブラッググレーティング(後述)の加工誤差による実効屈折率の精度劣化を低減することができるので、実効屈折率の偏光依存性を低減するのにも有効である。   By forming the gap portions 21 and 31, the cross-sectional area of the region where light is confined in the inner core 60 can be increased while maintaining the condition that only a single mode exists in a single polarization state. In addition, since it is possible to reduce the accuracy deterioration of the effective refractive index due to a processing error of a Bragg grating (described later) formed in the outer core 64, it is also effective to reduce the polarization dependence of the effective refractive index.

各構成の構成材料としては、例えばコア導電性部22、32、23、33がシリコン(Si)、ギャップ部21、31がシリカ(SiO)、窒酸化シリコン(SiO)、または窒化シリコン(Si)、外側コア64が窒酸化シリコン(SiO)または窒化シリコン(Si)、基板5がシリコン(Si)、下部クラッド6および上部クラッド7がシリカ(SiO)とすることができる。 For example, the core conductive portions 22, 32, 23, and 33 are silicon (Si), the gap portions 21 and 31 are silica (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiO x N y ), or nitridation. Silicon (Si x N y ), outer core 64 is silicon oxynitride (SiO x N y ) or silicon nitride (Si x N y ), substrate 5 is silicon (Si), lower cladding 6 and upper cladding 7 are silica (SiO 2). 2 ).

コア導電性部22、32、23、33の導電型は、P型とN型とのうちのいずれか一方を第1導電型、他方を第2導電型としたときに、コア導電性部22、33を第1導電型とし、コア導電性部23、32を第2導電型とすることができる。
コア導電性部22の平板部22bに第1電極(図示略)を接続し、コア導電性部23の平板部23bに第2電極(図示略)を接続し、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、コア導電性部22、23の屈折率を可変に制御できる。
コア導電性部32の平板部32bに第1電極(図示略)を接続し、コア導電性部33の平板部33bに第2電極(図示略)を接続し、第1電極と第2電極との間に電圧を印加することにより、コア導電性部32、33の屈折率を可変に制御できる。
The core conductive portions 22, 32, 23, 33 have a conductivity type when one of the P type and the N type is the first conductivity type and the other is the second conductivity type. , 33 can be the first conductivity type, and the core conductive portions 23 and 32 can be the second conductivity type.
A first electrode (not shown) is connected to the flat plate portion 22b of the core conductive portion 22, a second electrode (not shown) is connected to the flat plate portion 23b of the core conductive portion 23, and the first and second electrodes are connected to each other. By applying a voltage between the two, the refractive indexes of the core conductive portions 22 and 23 can be variably controlled.
The first electrode (not shown) is connected to the flat plate portion 32b of the core conductive portion 32, the second electrode (not shown) is connected to the flat plate portion 33b of the core conductive portion 33, the first electrode and the second electrode, The refractive index of the core conductive portions 32 and 33 can be variably controlled by applying a voltage between them.

外側コア64は、コア導電性部22、32、23、33の上に設けられる。
外側コア64の上面64aと側壁64bには、それぞれ図14のコア50と同様な第1および第2のブラッググレーティングパターンが形成されている。
具体的には、外側コア64の幅woutを周期的に変化させた第1のブラッググレーティングパターンと、外側コア64の上面64aに形成された溝(トレンチ)64cの幅winを周期的に変化させた第2のブラッググレーティングパターンを備えている。
この構成の光学素子によれば、ギャップ部40によって、コア導電性部22、32とコア導電性部23、33との間に発生する、導波方向と直交する方向の電流を低減することが可能である。また、ブラッググレーティングの採用により、光導波路の実効屈折率を変化させることができる。
The outer core 64 is provided on the core conductive portions 22, 32, 23, 33.
First and second Bragg grating patterns similar to the core 50 of FIG. 14 are formed on the upper surface 64a and the side wall 64b of the outer core 64, respectively.
Specifically, a first Bragg grating pattern, the width w in the groove (trench) 64c formed on the upper surface 64a of the outer core 64 periodically with a width w out of the outer core 64 is periodically changed A changed second Bragg grating pattern is provided.
According to the optical element having this configuration, the gap 40 can reduce the current generated between the core conductive portions 22 and 32 and the core conductive portions 23 and 33 in the direction orthogonal to the waveguide direction. Is possible. In addition, by adopting the Bragg grating, the effective refractive index of the optical waveguide can be changed.

1…コア、11…単一コア(非分離領域)、22…第1中間コア導電性部(第3半導体コア領域)、23…第2中間コア導電性部(第4半導体コア領域)、24…第3中間コア導電性部(非分離領域)、25…第4中間コア導電性部(非分離領域)、32…第1複合コア導電性部(第1半導体コア領域)、32a,32b…平板部(コアの厚みの薄い部分)、33…第2複合コア導電性部(第2半導体コア領域)、40…ギャップ部、45a,45b,46a,46b,48a,48b…分離領域、202〜205,212〜217,222〜224,232〜238…半導体コア領域、208,209,218,219,241,242…導電性ブロック、206,207,228,229,251,252…極性反転領域、WG1,WG2,WG3,WG4,WG5…光学素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Core, 11 ... Single core (non-separation area | region), 22 ... 1st intermediate | middle core electroconductive part (3rd semiconductor core area | region), 23 ... 2nd intermediate | middle core electroconductive part (4th semiconductor core area | region), 24 ... 3rd intermediate core conductive part (non-isolation region), 25 ... 4th intermediate core conductive part (non-isolation region), 32 ... 1st composite core conductive part (1st semiconductor core region), 32a, 32b ... Flat part (thin part with thin core), 33 ... second composite core conductive part (second semiconductor core region), 40 ... gap part, 45a, 45b, 46a, 46b, 48a, 48b ... separation region, 202 ~ 205, 212 to 217, 222 to 224, 232 to 238 ... semiconductor core region, 208, 209, 218, 219, 241, 242 ... conductive block, 206, 207, 228, 229, 251, 252 ... polarity inversion region, WG1, WG , WG3, WG4, WG5 ... optical element

Claims (15)

光を導波する半導体のコア(1)を有する光学素子であって、
前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部(40)を有し、
前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、
前記分離領域には、第1導電型の第1半導体コア領域(32)と、前記第1半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された第2導電型の第2半導体コア領域(33)と、前記第1半導体コア領域と光の導波方向において隣接する第2導電型の第3半導体コア領域(22)と、前記第2半導体コア領域と光の導波方向において隣接し、前記第3半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された第1導電型の第4半導体コア領域(23)と、が部分領域として含まれ、
前記第2導電型は、前記第1導電型とは逆極性であり、
前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とに電圧印加用の電極が接続されていることを特徴とする光学素子。
An optical element having a semiconductor core (1) for guiding light,
An insulating gap portion (40) extending along the light guiding direction at the center in the width direction of the core;
The core includes, as a partial region, a separation region that is electrically separated by the gap portion in a direction orthogonal to a light guide direction,
The isolation region includes a first conductivity type first semiconductor core region (32), and a second conductivity type second semiconductor core region (33) disposed opposite to the first semiconductor core region with the gap therebetween. ), The third semiconductor core region (22) of the second conductivity type adjacent to the first semiconductor core region in the light guiding direction, and adjacent to the second semiconductor core region in the light guiding direction, A third semiconductor core region and a fourth semiconductor core region (23) of the first conductivity type disposed opposite to each other across the gap portion are included as partial regions;
The second conductivity type is opposite in polarity to the first conductivity type,
An electrode for applying a voltage is connected to the first semiconductor core region and the second semiconductor core region.
光を導波する半導体のコア(1)を有する光学素子であって、
前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部(40)を有し、
前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、
前記分離領域には、第1導電型の第1半導体コア領域(32)と、前記第1半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された第2導電型の第2半導体コア領域(33)と、前記第1半導体コア領域と光の導波方向において隣接する無極性の第3半導体コア領域(22)と、前記第2半導体コア領域と光の導波方向において隣接し、前記第3半導体コア領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置された無極性の第4半導体コア領域(23)と、が部分領域として含まれ、
前記第2導電型は、前記第1導電型とは逆極性であり、
前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とに電圧印加用の電極が接続されていることを特徴とする光学素子。
An optical element having a semiconductor core (1) for guiding light,
An insulating gap portion (40) extending along the light guiding direction at the center in the width direction of the core;
The core includes, as a partial region, a separation region that is electrically separated by the gap portion in a direction orthogonal to a light guide direction,
The isolation region includes a first conductivity type first semiconductor core region (32), and a second conductivity type second semiconductor core region (33) disposed opposite to the first semiconductor core region with the gap therebetween. ), A nonpolar third semiconductor core region (22) adjacent to the first semiconductor core region in the light guiding direction, and adjacent to the second semiconductor core region in the light guiding direction, A non-polar fourth semiconductor core region (23) disposed opposite to the semiconductor core region with the gap portion interposed therebetween, is included as a partial region;
The second conductivity type is opposite in polarity to the first conductivity type,
An electrode for applying a voltage is connected to the first semiconductor core region and the second semiconductor core region.
前記コアは、前記分離領域と光導波方向において隣接する位置に、光の導波方向と直交する断面内に前記ギャップ部を含まない非分離領域(11)を有することを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子。   The said core has the non-separation area | region (11) which does not contain the said gap part in the cross section orthogonal to the optical waveguide direction in the position adjacent to the said isolation | separation area | region in an optical waveguide direction. Or the optical element of 2. 前記コアは、第1導電型と第2導電型とが前記ギャップ部の外周に沿って交互に切り替わるように配置された複数の半導体コア領域からなる極性反転領域(206)を部分領域として含むことを特徴とする請求項3に記載の光学素子。   The core includes, as a partial region, a polarity inversion region (206) including a plurality of semiconductor core regions arranged so that the first conductivity type and the second conductivity type are alternately switched along the outer periphery of the gap portion. The optical element according to claim 3. 前記極性反転領域は、前記ギャップ部の光の導波方向と平行な第1辺から前記ギャップ部の先端部を迂回して前記第1辺と対向する第2辺に至る前記ギャップ部の端部領域に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の光学素子。   The polarity inversion region is an end portion of the gap portion that extends from a first side parallel to the light guide direction of the gap portion to a second side that bypasses the tip portion of the gap portion and faces the first side. The optical element according to claim 4, wherein the optical element is provided in a region. 前記コアは、前記極性反転領域と、前記極性反転領域と前記ギャップ部の外周に沿って隣接する無極性の半導体コア領域と、を部分領域として含むことを請求項4又は5に記載の光学素子。   6. The optical element according to claim 4, wherein the core includes the polarity reversal region, and a nonpolar semiconductor core region adjacent to the polarity reversal region along the outer periphery of the gap portion as a partial region. . 前記コアは、前記ギャップ部の光の導波方向と平行な第1辺から前記ギャップ部の先端部を迂回して前記第1辺と対向する第2辺に至る前記ギャップ部の端部領域に、無極性の半導体コア領域を部分領域として含むことを特徴とする請求項3に記載の光学素子。   The core is provided in an end region of the gap portion that extends from a first side parallel to the light guide direction of the gap portion to a second side that bypasses the tip portion of the gap portion and faces the first side. The optical element according to claim 3, comprising a nonpolar semiconductor core region as a partial region. 前記非分離領域は、光の導波方向と直交する方向に隣接した互いに逆極性の一対の半導体コア領域を部分領域として含むことを特徴とする請求項4に記載の光学素子。   5. The optical element according to claim 4, wherein the non-separating region includes a pair of semiconductor core regions having opposite polarities adjacent to each other in a direction orthogonal to the light guiding direction as partial regions. 前記非分離領域は、無極性の半導体コア領域を有することを特徴とする請求項3に記載の光学素子。   The optical element according to claim 3, wherein the non-isolation region has a nonpolar semiconductor core region. 前記分離領域には、前記ギャップ部を挟んで対向配置された互いに逆極性の一対の半導体コア領域からなる導電性ブロックが、その導電性ブロックの半導体コア領域の極性が光の導波方向に沿って交互に切り替わるように、光の導波方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項4に記載の光学素子。   In the separation region, a conductive block composed of a pair of semiconductor core regions having opposite polarities arranged opposite to each other with the gap portion interposed therebetween, and the polarity of the semiconductor core region of the conductive block is along the light guiding direction. The optical element according to claim 4, wherein a plurality of the optical elements are provided along a light guiding direction so as to be switched alternately. 前記ギャップ部の前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とを隔てる部分は、前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とのいずれよりも屈折率が小さい材料で構成され、前記ギャップ部の前記第3半導体コア領域と前記第4半導体コア領域とを隔てる部分は、前記第3半導体コア領域と前記第4半導体コア領域とのいずれよりも屈折率が小さい材料で構成されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の光学素子。 A portion that separates the first semiconductor core region and the second semiconductor core region of the gap portion is made of a material having a refractive index smaller than any of the first semiconductor core region and the second semiconductor core region, The portion of the gap that separates the third semiconductor core region and the fourth semiconductor core region is made of a material having a refractive index smaller than that of any of the third semiconductor core region and the fourth semiconductor core region. the optical element according to any one of claims 1 to 10, characterized in that there. 前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域とは、それぞれ前記ギャップ部と接する部分の厚みが他の部分よりも厚く形成されたリブ型形状を有し、前記第1半導体コア領域と前記第2半導体コア領域の前記厚みの薄い部分に前記電極が接続されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光学素子。 Each of the first semiconductor core region and the second semiconductor core region has a rib shape in which a thickness of a portion in contact with the gap portion is thicker than other portions, and the first semiconductor core region and the second semiconductor core region The optical element according to any one of claims 1 to 11 , wherein the electrode is connected to the thin portion of the second semiconductor core region. 前記ギャップ部は、絶縁体又は無極性の半導体によって構成されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光学素子。 The gap portion, the optical element according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it is constituted by an insulator or non-polar semiconductor. 光を導波する半導体のコア(1)を有する光学素子であって、
前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部(40)を有し、
前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、
前記分離領域は、光を導波する第1〜第4半導体領域(32,33,22,23)を部分領域として含み、
前記第1半導体領域(32)が、第1導電型であり、
前記第2半導体領域(33)が、第1導電型と逆極性の第2導電型であり、前記第1半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、
前記第3半導体領域(22)が第2導電型であり、前記第1半導体領域と光の導波方向において隣接し、
前記第4半導体領域(23)が第1導電型であり、前記第2半導体領域と光の導波方向において隣接し、かつ前記第3半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に電圧印加可能であることを特徴とする光学素子。
An optical element having a semiconductor core (1) for guiding light,
An insulating gap portion (40) extending along the light guiding direction at the center in the width direction of the core;
The core includes, as a partial region, a separation region that is electrically separated by the gap portion in a direction orthogonal to a light guide direction,
The isolation region includes first to fourth semiconductor regions (32, 33, 22, 23) for guiding light as partial regions,
The first semiconductor region (32) is of a first conductivity type;
The second semiconductor region (33) is a second conductivity type having a polarity opposite to that of the first conductivity type, and is disposed opposite to the first semiconductor region with the gap portion interposed therebetween.
The third semiconductor region (22) is of a second conductivity type, and is adjacent to the first semiconductor region in a light guiding direction;
The fourth semiconductor region (23) is of the first conductivity type, is adjacent to the second semiconductor region in the light guiding direction, and is disposed opposite to the third semiconductor region with the gap portion in between.
An optical element, wherein a voltage can be applied between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
光を導波する半導体のコア(1)を有する光学素子であって、
前記コアの幅方向中央部に、光の導波方向に沿って延びる絶縁性のギャップ部(40)を有し、
前記コアは、前記ギャップ部によって光の導波方向と直交する方向に電気的に分離された分離領域を部分領域として含み、
前記分離領域は、光を導波する第1〜第4半導体領域(32,33,22,23)を部分領域として含み、
前記第1半導体領域(32)が、第1導電型であり、
前記第2半導体領域(33)が、第1導電型と逆極性の第2導電型であり、前記第1半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、
前記第3半導体領域(22)が無極性であり、前記第1半導体領域と光の導波方向において隣接し、
前記第4半導体領域(23)が無極性であり、前記第2半導体領域と光の導波方向において隣接し、かつ前記第3半導体領域と前記ギャップ部を挟んで対向配置され、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に電圧印加可能であることを特徴とする光学素子。
An optical element having a semiconductor core (1) for guiding light,
An insulating gap portion (40) extending along the light guiding direction at the center in the width direction of the core;
The core includes, as a partial region, a separation region that is electrically separated by the gap portion in a direction orthogonal to a light guide direction,
The isolation region includes first to fourth semiconductor regions (32, 33, 22, 23) for guiding light as partial regions,
The first semiconductor region (32) is of a first conductivity type;
The second semiconductor region (33) is a second conductivity type having a polarity opposite to that of the first conductivity type, and is disposed opposite to the first semiconductor region with the gap portion interposed therebetween.
The third semiconductor region (22) is nonpolar, and is adjacent to the first semiconductor region in a light guiding direction;
The fourth semiconductor region (23) is non-polar, adjacent to the second semiconductor region in the light guiding direction, and opposed to the third semiconductor region across the gap;
An optical element, wherein a voltage can be applied between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
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