JP6336113B2 - 光導波路素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低光損失、高速かつ低駆動電圧で屈折率変調を可能とする光導波路素子及びその製造方法に関する。

近年、基板型光導波路等の小型の光集積回路を、光ファイバ通信用のデバイス、とりわけ長距離またはメトロ系の波長多重光ファイバ通信で利用される光トランスポート装置、およびデータセンタなどで利用される光インタコネクト装置に応用することが検討されている。

特許文献１には、ＰＮ接合中のキャリア密度を変化させて屈折率を制御する単一モードのシリコンリブ導波路であって、横方向にＰＮ接合を有し、ＰＮ接合の境界の位置が光導波路のコア中を光が伝搬する方向に沿って波形状（ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ）に変化している光導波路が開示されている。

特許文献１のシリコンリブ導波路と類似する構成について、光学特性に関する技術情報が非特許文献１に開示されている。特許文献１に提示された構成およびそれと類似するシリコン光導波路からなる光変調器では、屈折率の周期分布によって生ずるブラッグ反射は無視できる程度であることが報告されている。さらに、非特許文献１には、ブラッグ波長よりも長波長側で動作する光変調器の設計例が開示されている。

特許文献２には、ＰＮ接合の空乏領域が第一および第二の真性領域にサンドイッチされた構成により光損失が低減された光変調器が開示されている。第一および第二の真性領域は、光導波路の二つの対向する側壁のそれぞれに隣接するように設置されている。

米国特許第７０８５４４３号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０１８９２３９号明細書

Ｚｈｉ−Ｙｏｎｇ Ｌｉ， Ｄａｎ−Ｘｉａ Ｘｕ， Ｗ． Ｒｏｓｓ ＭｃＫｉｎｎｏｎ， Ｓｉｅｇｆｒｉｅｄ Ｊａｎｚ， Ｊｅｎｓ Ｈ． Ｓｃｈｍｉｄ， Ｐａｖｅｌ Ｃｈｅｂｅｎ ａｎｄ Ｊｉｎ−Ｚｈｏｎｇ Ｙｕ， "Ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｒｒｉｅｒ ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｉｎ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ＰＮ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ，" Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．１７， ｎｏ．１８， ｐｐ．１５９４７−１５９５８ （２００９）

特許文献１に開示されたＰＮ接合の境界の位置が光導波路のコア中を光が伝搬する方向に沿って波形状に変化しているシリコンリブ導波路では、ＰＮ接合の実効的な長さが増大するため、駆動電圧が低減される。しかしこの場合、キャリアによる光吸収が増加することにより光損失が増加するという問題がある。また、リブ導波路の側部に存在するスラブ領域からのフリンジ電界による寄生容量を低減できず、高速動作が損なわれるという問題がある。このため、上記シリコンリブ導波路を用いた場合、低光損失かつ高速の屈折率変調が困難である。

非特許文献１に基づく設計では、高屈折率コントラストの波形状分布を有するリブ導波路を用いると、ブラッグ反射によりリターンロスが減少して光変調器への入射光を発生するレーザー光源への戻り光が強くなり、モードホップが発生してレーザー光源が不安定となる。その結果、安定した光変調信号を発生できないという問題がある。

特許文献２に開示された光変調器では、駆動電圧を低減すると屈折率変調が低下するため、駆動電圧を低減できないという問題がある。さらに、特許文献２では、加工誤差の影響が大きく、品質変動が少なく光変調器を提供できないという問題がある。

以上より、本発明で解決すべき課題は、光ファイバ通信用のデバイス、とりわけ長距離またはメトロ系の波長多重光ファイバ通信で利用される光トランスポート装置、およびデータセンタなどで利用される光インタコネクト装置への応用のために、低光損失、高速かつ低駆動電圧での屈折率変調を可能とする光変調器などの小型の光集積回路に適し、品質変動の少ない光導波路素子を実現することにある。

本発明の第一態様に係る光導波路素子は、基板と、前記基板上に設けられる下部クラッドと、前記下部クラッド上に設けられるスラブと前記スラブ上に接して設けられる単一のリブとを有するリブ導波路と、前記リブ導波路上に設けられる上部クラッドと、を備える。さらに、前記リブ導波路が、前記リブと前記スラブとにわたるＰ型の導電性を示す第一の導電性を有する第一のドープ領域と、前記第一のドープ領域と接し、前記リブと前記スラブとにわたるＮ型の導電性を示す第二の導電性を有する第二のドープ領域とを有し、前記第一のドープ領域と前記第二のドープ領域との境界は、前記基板の表面に垂直な方向に沿って形成されるＰＮ接合を形成し、かつ前記基板の平面視において前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に形成され、前記リブ導波路が、前記リブ中において前記第二のドープ領域とは反対側に接し、前記第二のドープ領域よりも低い導電性を示す第一の低導電領域と、前記リブにおいて前記第一のドープ領域とは反対側に接し、前記第一のドープ領域よりも低い導電性を示す第二の低導電領域とのうちの少なくとも一方を有する。

前記第一の低導電性領域及び前記第二の低導電性領域のうちの少なくとも一方が真性領域であることが好ましい。

前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有する場合には、前記スラブのうち前記第一の低導電領域直下の領域に、前記第二のドープ領域および前記第一の低導電領域と接して前記第二の導電性を有する第三のドープ領域が存在し、前記スラブのうちその上に前記リブが存在しない部分に前記第二の導電性を有する第四のドープ領域が前記第三のドープ領域と接して存在し、前記第一の低導電性領域のキャリア密度が前記第三のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第三のドープ領域のキャリア密度が前記第二のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第四のドープ領域のキャリア密度が前記第二のドープ領域のキャリア密度より高いか又は等しく、前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有する場合には、前記スラブのうち前記第二の低導電領域直下の領域に、前記第一のドープ領域および前記第一の低導電領域と接して前記第一の導電性を有する第七のドープ領域が存在し、前記スラブのうちその上に前記リブが存在しない部分に前記第一の導電性を有する第八のドープ領域が前記第七のドープ領域と接して存在し、前記第一の低導電性領域のキャリア密度が前記第三のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第七のドープ領域のキャリア密度が前記第一のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第八のドープ領域のキャリア密度が前記第一のドープ領域のキャリア密度より高いか又は等しくてもよい。

前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有する場合には、前記導波光の伝搬方向に沿って、前記第二のドープ領域の幅が実質的に一定であり、前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有する場合には、前記導波光の伝搬方向に沿って、前記第一のドープ領域の幅が実質的に一定であってもよい。

前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有しない場合には、前記境界に対して前記第一のドープ領域と同じ側の前記スラブのうちの前記スラブ上に前記リブが存在しない部分まで、前記第一のドープ領域が伸張され、前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有しない場合には、前記境界に対して前記第二のドープ領域と同じ側の前記スラブのうちの前記スラブ上に前記リブが存在しない部分まで、前記第二のドープ領域が伸張されていてもよい。

前記上部クラッド上に存在する第一の金属電極をさらに備え、前記ＰＮ接合境界に対して前記第二のドープ領域と同じ側の前記スラブ中、のうちの前記スラブ上に前記突起部リブが存在しない部分に、前記第二の導電性を有する第五のドープ領域が存在し、前記第五のドープ領域と前記上部クラッド上に存在する第一の金属電極とが第一の垂直貫通ビアを介して接続されていてもよい。

前記上部クラッド上に存在する第二の金属電極をさらに備え、前記ＰＮ接合境界に対して前記第一のドープ領域と同じ側の前記スラブ中、のうちの前記スラブ上に前記突起部リブが存在しない部分に、前記第一の導電性を有する第六のドープ領域が存在し、前記第六のドープ領域と前記上部クラッド上に存在する第二の金属電極とが第二の垂直貫通ビアを介して接続されていてもよい。

前記光導波路素子が、前記光導波路素子の幅方向に並列して配列される二つの前記リブ導波路である第一のリブ導波路と第二のリブ導波路とを備えてもよい。

前記第一のリブ導波路のスラブのうちの前記第一のリブ導波路の突起部リブよりも前記第二のリブ導波路に近い側の部分とが、第三の垂直貫通ビアを介して、前記上部クラッド上に存在する第三の金属電極に接続され、前記第二のリブ導波路のスラブのうちの前記第二のリブ導波路の突起部リブよりも前記第一のリブ導波路に近い側の部分とが、それぞれ第四の垂直貫通ビアを介して、前記上部クラッド上に存在する電気的に独立した第四の金属電極に接続されていてもよい。

前記第一のリブ導波路のスラブのうちの前記第一のリブ導波路の突起部リブよりも前記第二のリブ導波路に近い側の部分と、前記第二のリブ導波路のスラブのうちの前記第二のリブ導波路の突起部リブよりも前記第一のリブ導波路に近い側の部分とが、それぞれ第三及び第四の垂直貫通ビアを介して、前記上部クラッド上に存在する電気的に共通の第五の金属電極に接続されていてもよい。

本発明の第二態様に係る前記光導波路素子の製造方法は、前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有しかつ前記第二の低導電領域を有しない場合には、前記第一の低導電領域と前記第二のドープ領域との境界となる位置において水平面内でのレジスト側壁の位置が前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に変化し、前記第二のドープ領域となる領域を覆い、前記第一の低導電領域となる領域を露出させた第一のレジストを作製し、前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有しかつ前記第一の低導電領域を有しない場合には、前記第二の低導電領域と前記第一のドープ領域との境界となる位置において水平面内でのレジスト側壁の位置が前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に変化し、前記第一のドープ領域となる領域を覆い、前記第二の低導電領域となる領域を露出させた第二のレジストを作製し、前記リブ導波路が前記第一の低導電領域および前記第二の低導電領域を有する場合には、前記第一のレジストまたは前記第二のレジストを作製するレジスト作製工程と、前記レジスト作製工程の後で、前記第一のレジストまたは前記第二のレジストをトリミングすることにより、前記基板の平面視で前記ＰＮ接合となる位置において、水平面内でのレジスト側壁の位置が前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に変化するレジストを形成するトリミング工程を有する。

上記態様に係る光導波路素子によれば、光ファイバ通信用のデバイス、とりわけ長距離またはメトロ系の波長多重光ファイバ通信で利用される光トランスポート装置、およびデータセンタなどで利用される光インタコネクト装置への応用のために、低光損失、高速かつ低駆動電圧での屈折率変調を可能とする光変調器などの小型の光集積回路に適し、品質変動の少ない光導波路素子を実現することができる。

リブ導波路のリブの一例を示す上面図である。 図１の一点鎖線ＡＡ’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図である。 図２の断面におけるフリンジ電界の分布模式図である。 図１の一点鎖線ＢＢ’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図である。 図１の一点鎖線ＣＣ’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図である。 図１〜図５の構成を有するリブ導波路の反射スペクトルを示すグラフである。 屈折率の周期分布がある場合（ｐｅｒｉｏｄｉｃ）とない場合（ｕｎｉｆｏｒｍ）の位相シフトの波長依存性を示すグラフである。 リブ導波路の形成を説明する断面図である。 Ｐ領域の形成を説明する断面図である。 Ｐ＋領域およびＰ−領域の形成を説明する断面図である。 Ｎ領域、低導電（真性）領域、Ｎ−領域、Ｎ＋領域およびＰ領域の形成を説明する断面図である。 真性領域、Ｐ−領域、Ｐ領域およびＰ領域の形成を説明する断面図である。 実施例１の光導波路素子（電極等を含む。）の断面模式図である。 第二の例のリブ導波路のリブの一例を示す上面図である。 図１４の一点鎖線Ａ_２Ａ_２’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図である。 図１４の一点鎖線Ｂ_２Ｂ_２’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図である。 図１４の一点鎖線Ｃ_２Ｃ_２’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図である。 実施例２の光導波路素子（電極等を含む。）の断面模式図である。 ＭＺ光変調器の構成のブロック図である。 実施例１の光導波路素子を用いた実施例３の位相シフタの断面模式図である。 実施例２の光導波路素子を用いた実施例３の位相シフタの断面模式図である。 実施例１の光導波路素子を用いた実施例４の位相シフタの断面模式図である。 実施例２の光導波路素子を用いた実施例４の位相シフタの断面模式図である。 実施例１の光導波路素子を用いた実施例５の位相シフタの断面模式図である。 実施例２の光導波路素子を用いた実施例５の位相シフタの断面模式図である。 トリミング前の光学レジストを示す模式的な斜視図である。 トリミング後の光学レジストを示す模式的な斜視図である。

低光損失、高速かつ低駆動電圧での屈折率変調に好適な光導波路素子の構成および原理について説明する。図１に、光導波路素子の一部を構成するリブ導波路（コア）のリブの上面図を模式的に示す。リブ導波路を含む光導波路素子の断面図を図２に模式的に示す。

図２に示すように、リブ導波路１００は平坦な平板基板１１１上に形成される。本実施形態では、基板の表面に平行な方向を水平方向、基板の表面に平行な平面を水平面、基板の表面に直交する方向を垂直方向、基板の表面に直交する平面を垂直面と定義する。また、水平方向に平行でかつ導波光の伝搬方向に直交する方向を幅方向と定義する。

図１の上面図はリブ導波路１００のリブ１１４の水平面内での構成を示す。光導波路素子を構成する要素において、幅は水平方向に沿って、高さは垂直方向に沿って、おのおの計測される。リブ導波路１００はリブ１１４およびスラブ１１５を有する導波路コアであり、結晶性シリコン（Ｓｉ）で形成される。リブ１１４は、導波光の伝搬方向に延びる単一の突起部（リッジともいう。）であり、スラブ１１５上の幅方向中央に位置している。リブ導波路は、一体のコアからリブの幅方向両側をエッチング等で除去して形成することができる。リブ導波路を多結晶シリコンで形成する場合は、スラブの厚みを有する結晶性シリコンの上に多結晶シリコンを堆積し、光学描画とエッチングによりリブを形成することもできる。

リブ導波路１００の周囲のクラッド、すなわち下部クラッド１１２および上部クラッド１１３は二酸化珪素すなわちシリカ（ＳｉＯ_２）で形成される。リブ導波路１００のリブ１１４の幅ｗ_ｒｉｂは一例として５００〜６００ｎｍである。リブ導波路中の導波光の伝搬方向は水平方向でかつ幅ｗ_ｒｉｂと直交する方向である。幅ｗ_ｒｉｂは導波光の伝搬方向に沿って一定である。

図１に示すように、Ｐ型ドーパントが添加されたＰ領域１０１およびＮ型ドーパントが添加されたＮ領域１０２は導波光の伝搬方向に沿って波形状に分布する。本実施形態では、Ｐ型ドーパントとしてホウ素を、Ｎ型ドーパントとして燐を一例として用いるが、これらに限られず、Ｐ型ドーパントとなる他の元素（窒素、砒素、アンチモン等）を用いてもよいし、Ｎ型ドーパントとなる他の元素（アルミニウム、インジウム等）を用いてもよい。

導波光の伝搬方向に沿って、波形状パターンの半周期をｄ、すなわち周期を２ｄとする。Ｐ領域１０１の幅ｗ_ＰおよびＮ領域１０２の幅ｗ_Ｎはおのおの導波光の伝搬方向に沿って実質的に一定である。Ｐ領域１０１とＮ領域１０２とが接する境界１０３にはＰＮ接合が形成される。後述するように、Ｐ領域１０１およびＮ領域１０２はリブ導波路１００中で、リブ１１４およびリブ１１４直下のスラブ１１５にわたる領域に存在している。垂直方向にはリブ１１４の頂上部１１６からスラブ１１５の底面１１７までＰ領域１０１およびＮ領域１０２が存在する。水平方向において、Ｐ領域１０１およびＮ領域１０２の合計の幅がリブ１１４の幅ｗ_ｒｉｂより狭い。また、Ｐ領域１０１およびＮ領域１０２が導波光の伝搬方向に拡がっている範囲は屈折率変調などの目的に合わせた有限の区間である。境界１０３は垂直方向にはリブ１１４の頂上部１１６からスラブ１１５の底面１１７まで形成され、水平方向には導波光の伝搬方向に延びる波形状の線となる。

図１の光導波路素子には逆バイアス電圧が印加されており、空乏領域１０４が境界１０３を含みＰＮ接合のＰ領域１０１側およびＮ領域１０２側に拡がって存在する。空乏領域１０４のＰ領域１０１側およびＮ領域１０２側への拡がり幅は、逆バイアス電圧の絶対値が大きくなるにともない増大する。ｗ_ｒｉｂに沿う方向で境界１０３の位置が変化する振幅を幅ｗ_Ｃとする。幅の値の例を挙げると、ｗ_ｒｉｂが５００ｎｍの場合、ｗ_Ｐは１２０ｎｍ、ｗ_Ｎは９０ｎｍ、ｗ_Ｃは１３０ｎｍである。

真性領域１０５は、Ｐ領域１０１より導電性が低減された低導電性領域である。また、真性領域１０６は、Ｎ領域１０２より導電性が低減された低導電性領域である。Ｐ型ドーパント濃度が低減された（Ｐ領域１０１よりも導電率が低い）真性領域１０５およびＮ型ドーパント濃度が低減された（Ｎ領域１０２よりも導電率が低い）真性領域１０６によって光損失の低減および寄生容量の低減が可能となる。真性領域１０５および真性領域１０６の水平方向の拡がりは伝搬方向に沿って波形状に変化する。その波形状の変化の周期はＰ領域１０１およびＮ領域１０２の周期と同一である。真性領域１０５の最大幅をｗ_ＩＰとし、真性領域１０６の最大幅をｗ_ＩＮとする。一例としてｗ_ＩＰおよびｗ_ＩＮはともに２１０ｎｍである。また、ｗ_ｒｉｂが６００ｎｍの場合には、ｗ_Ｃは２３０ｎｍである。ただし、各部の幅は上記の例に限られず、加工プロセスの寸法精度と同時に光損失、駆動電圧および動作速度を勘案して最適化すればよい。

加工精度の制限により、ｗ_Ｐ、ｗ_Ｎ、ｗ_ＩＰおよびｗ_ＩＮに対して、最大で約±８０ｎｍの加工誤差が生ずる。性能の変動を抑制し量産性を高めるには、加工プロセスの最適化を行なって加工精度を向上させ、加工誤差は約±４０ｎｍ以下であることが好ましい。本発明における実施例では、導波光の伝搬方向に沿ってｗ_Ｐおよびｗ_Ｎは実質的に一定としている。しかし、これに限られず、ｗ_ＩＰおよびｗ_ＩＮが導波光の伝搬方向に沿って実質的に一定となるように、ｗ_Ｐおよびｗ_Ｎを変化させてもよい。ＰＮ接合の境界の位置の波形状の変化に対して、山および谷の位置には上記の加工誤差が含まれる。山および谷の位置についても、加工誤差は約±４０ｎｍ以下であることが好ましい。

図１の一点鎖線ＡＡ’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図を図２に示す。一点鎖線ＡＡ’は、導波光の伝搬方向に沿う直線軸上で境界１０３がｗ_ｒｉｂの中点に位置する点のひとつを通り、ｗ_ｒｉｂと平行に描かれている。図２では、リブ導波路１００を含む光導波路素子の内部構成の一部、基板１１１、下部クラッド１１２および上部クラッド１１３が示されており、金属電極および金属電極に接するドープ領域は図示されていない。基板１１１上に下部クラッド１１２が設けられ、下部クラッド１１２上にリブ導波路１００が設けられ、リブ導波路１００上に上部クラッド１１３が設けられている。基板１１１には結晶性Ｓｉ、下部クラッド１１２および上部クラッド１１３にはＳｉＯ_２を用いる。下部クラッド１１２および上部クラッド１１３は実質的に平板状である。

Ｐ領域１０１とＮ領域１０２の境界１０３上にＰＮ接合が形成され、逆バイアス電圧下では境界１０３上および境界１０３のＰ領域１０１側とＮ領域１０２側とに拡がって空乏領域１０４が形成される。リブ１１４は、幅方向両側にそれぞれ側壁１１８および１１９を有する。リブ１１４の側壁のうちＮ領域１０２よりもＰ領域１０１に近い方の側壁１１８とＰ領域１０１との間には、真性領域１０５が位置する。真性領域１０５はリブ導波路１００のリブ１１４の一方の側壁１１８と境界を接している。リブ１１４の側壁のうちＰ領域１０１よりもＮ領域１０２に近い方の側壁１１９とＮ領域１０２との間には、真性領域１０６が位置する。真性領域１０６はリブ導波路１００のリブ１１４の他方の側壁１１９と境界を接している。

図１に示すように、真性領域１０５は、Ｐ領域１０１と接していて、リブ１１４中のＰ領域１０１に対してＰＮ接合とは反対側の領域に広がり、側壁１１８と接している。同様に、真性領域１０６は、Ｎ領域１０２と接していて、リブ１１４中のＮ領域１０２に対してＰＮ接合とは反対側の領域に広がり、側壁１１９と接している。すなわち、真性領域１０５と側壁１１８との間及び、真性領域１０６と側壁１１９との間には、ドープ領域を有していない。真性領域１０５とＰ領域１０１との間、及び真性領域１０６とＮ領域１０２との間におけるキャリア密度の変化は、不連続的、一段階的、多段階的、あるいは連続的であり得る。

真性領域１０５の下側のスラブ１１５にはＰ−領域１０７が存在する。Ｐ−領域１０７は、真性領域１０５直下でのスラブ１１５を含む領域に、Ｐ領域１０１および真性領域１０５と接して存在する。真性領域１０５のキャリア密度はＰ−領域１０７のキャリア密度より低い。Ｐ−領域１０７の導電性はＰ領域１０１と同じくＰ型であり、Ｐ−領域１０７のキャリア密度はＰ領域１０１のキャリア密度より低い。Ｐ−領域１０７の外側（Ｐ領域１０１と反対側）のスラブ１１５には、Ｐ領域１０８が存在する。Ｐ領域１０８はＰ−領域１０７に接しているが、Ｐ領域１０１には接していない。Ｐ領域１０８の導電性はＰ領域１０１と同じくＰ型である。Ｐ領域１０８のキャリア密度はＰ領域１０１のキャリア密度に等しい。Ｐ領域１０８は、スラブ１１５の上にリブ１１４が存在しない部分に設けられ、スラブ１１５の頂上部１２０に接している。

一方、真性領域１０６の下側のスラブ１１５にはＮ−領域１０９が存在する。Ｎ−領域１０９は、真性領域１０６直下でのスラブ１１５を含む領域に、Ｎ領域１０２および真性領域１０６と接して存在する。真性領域１０６のキャリア密度はＮ−領域１０９のキャリア密度より低い。Ｎ−領域１０９の導電性はＮ領域１０２と同じくＮ型であり、Ｎ−領域１０９のキャリア密度はＮ領域１０２のキャリア密度より低い。Ｎ−領域１０９の外側（Ｎ領域１０２と反対側）のスラブ１１５には、Ｎ＋領域１１０が存在する。Ｎ＋領域１１０は、Ｎ−領域１０９に接しているが、Ｎ領域１０２には接していない。Ｎ＋領域１１０の導電性はＮ領域１０２と同じくＮ型であり、Ｎ＋領域１１０のキャリア密度はＮ領域１０２のキャリア密度より高い。Ｎ＋領域１１０は、スラブ１１５の上にリブ１１４が存在しない部分に設けられ、スラブ１１５の頂上部１２０に接している。

なお、Ｎ−領域１０９の外側にＮ＋領域１１０を設けたのと同様に、Ｐ−領域１０７の外側には、Ｐ領域１０８に代えて、キャリア密度がＰ領域１０１のキャリア密度より高いＰ＋領域を設けることもできる。また、Ｐ−領域１０７の外側にＰ領域１０８を設けたのと同様に、Ｎ−領域１０９の外側には、Ｎ＋領域１１０に代えて、キャリア密度がＮ領域１０２のキャリア密度に等しいＮ領域を設けることもできる。

本実施形態では、Ｐ型ドーパントの有する導電性（Ｐ型の導電性）およびＮ型ドーパントの有する導電性（Ｎ型の導電性）から互いに異なるように選択されるいずれか一方の導電性を第一の導電性とし、他方の導電性を第二の導電性と定義する。本発明のある実施形態では、単一のリブ導波路（コア）に対して、水平方向に沿って、第一の導電性を有する領域がそのリブ導波路（コア）におけるリブの幅方向の中心から左側に、第二の導電性を有する領域がリブ導波路（コア）におけるリブの幅方向の中心から右側に、それぞれ配置される。他の実施形態では、この配置が水平方向（幅方向）に反転されるが、単一のリブ導波路（コア）を有する光導波路素子として得られる効果は同等である。また、前述の定義において、第一の導電性と第二の導電性とが入れ替えられても、同様の効果が得られる。つまり、Ｐ型の導電性を第一の導電性とし、Ｎ型の導電性を第二の導電性とするか、Ｎ型の導電性を第一の導電性とし、Ｐ型の導電性を第二の導電性とするかは任意である。

スラブ１１５の上にリブ１１４が存在しない領域のうち、リブ１１４から水平方向（幅方向）に離れた外側の部分には、キャリア密度が非常に高く、金属電極との電気的接続に適したＰ＋＋領域およびＮ＋＋領域が設けられる（図１３のＰ＋＋領域２５１およびＮ＋＋領域２５２を参照）。バイアス電圧は、Ｐ＋＋領域およびＮ＋＋領域の間で水平方向（幅方向）に印加される。

図１に模式的に示した波形状のＰＮ接合の境界１０３を有する光導波路素子では、直線状のＰＮ接合の境界を有する光導波路素子と比較して、導波光の伝搬方向に沿うＰＮ接合の実効的な長さを伸張することができ、駆動電圧を低減することができる。境界１０３を形成するための光リソグラフィにおいて、光学マスクの位置あわせ誤差が波形状のＰＮ接合の分布により平均化され解消する。これにより、チップごとの特性の変動を低減することができる。ＰＮ接合の実効的な長さが伸張すると、光損失が増大し、かつ寄生容量が増して抵抗・容量（ＲＣ）時定数が増大し動作速度が低下する。よって、これらを回避する機構を導入する必要がある。本実施形態によれば、以下に記述するように、光損失の増大および寄生容量の増大をともに回避することが可能となる。

リブ導波路１００のリブ１１４の両方のリブ側壁１１８および１１９に隣接する領域では、バイアス電圧を変化させてもキャリア密度は実質的に変化しない。これらの領域を真性領域１０５および真性領域１０６とすることにより、リブ導波路の光損失を低減することができる。コアの下部のスラブにおいて、真性領域１０５および真性領域１０６おのおのの直下付近では、バイアス電圧の変化にともなうキャリア密度の変化は小さい。これらの領域をキャリア密度の低いＰ−領域１０７およびＮ−領域１０９とすることにより、リブ導波路の光損失を低減できる。バイアス電圧を印加する際、Ｐ−領域１０７およびＮ−領域１０９はおのおの直列抵抗の要因となるので、高速動作を損なわないよう、おのおのの抵抗値を最適化する必要がある。

キャリア密度が低減するとクーロン相互作用が低下するので、真性領域１０５と真性領域１０６との間でのフリンジ容量およびＰ−領域１０７とＮ−領域１０９との間でのフリンジ容量は無視できる程度になる。図３に、図２の断面におけるフリンジ電界の分布を模式的に示した。曲線はフリンジ電界に対応する電気力線である。これら電気力線を明示するため、構成要素の符号は省略している。電気力線が密に分布する領域はクーロン相互作用が強く容量が高い。Ｐ領域１０１とＮ領域１０２とのフリンジ容量が主となる。フリンジ容量は寄生容量となり、高速動作を損なう要因である。真性領域１０５、真性領域１０６、Ｐ−領域１０７およびＮ−領域１０９をリブ導波路（コア）に導入することにより寄生容量を低減することができ、本実施形態の光導波路素子の高速屈折率変調が可能となる。

図１の一点鎖線ＢＢ’を含む垂直面でのリブ導波路の断面模式図を図４に示す。図４では、各構成要素の符号は図２と同一である。一点鎖線ＢＢ’は、導波光の伝搬方向に沿う直線軸上での周期２ｄの範囲内において、Ｐ領域１０１が境界１０３と反対側にあるリブ１１４の側壁１１８に最も接近する点を通り、ｗ_ｒｉｂと平行に描かれている。この点では、一点鎖線ＢＢ’に沿う方向での真性領域１０６の幅は最大となる。この幅をｗ_ＩＮとする。

図１の一点鎖線ＣＣ’を含む垂直面でのリブ導波路の断面模式図を図５に示す。図５では、各構成要素の符号は図２と同一である。一点鎖線ＣＣ’は、導波光の伝搬方向に沿う直線軸上での周期２ｄの範囲内において、Ｎ領域１０２が境界１０３と反対側にあるリブ１１４の側壁１１９に最も接近する点を通り、ｗ_ｒｉｂと平行に描かれている。この点では、一点鎖線ＣＣ’に沿う方向での真性領域１０５の幅は最大となる。この幅をｗ_ＩＰとする。

ＳｉにＰ型もしくはＮ型ドーパントを添加してキャリアを分布させると、屈折率が減少する。図１〜図５の構成を有するリブ導波路では、導波光の伝搬方向に屈折率が周期分布するためブラッグ反射の影響が無視できない。母体媒質であるＳｉ中にドーパントの周期分布による低屈折率の周期分布が生ずるため、負性屈折率コントラストを有するブラッググレーティングが形成される。導波光の伝搬方向に急峻な界面を有する矩形波状の屈折率分布を想定し、ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ（ＴＭＭ）により反射スペクトルを求めると、図６に示すグラフのようの表される。ここで、ブラッグ波長は１５７０．１ｎｍである。導波光の伝搬方向に沿うリブ導波路の長さは３ｍｍである。

図６に示すように、ブラッグ波長を中心に反射が強く、ストップバンドが生じている。真性領域１０５、真性領域１０６、Ｐ−領域１０７およびＮ−領域１０９をリブ導波路（コア）に導入することにより、リブ導波路中の屈折率の周期変化のコントラストが高まり、強い反射が生じている。反射を抑えてリターンロスを３０ｄＢ以上とするにはブラッグ波長を使用する波長帯から５ｎｍ以上離す必要がある。図１の波形状分布では、物理構造上の周期は２ｄであるが、ｗ_ＩＰ＝ｗ_ＩＮである等、一点鎖線ＢＢ’を含む垂直面での実効屈折率と一点鎖線ＣＣ’を含む垂直面での実効屈折率が実質的に等しいため、導波光の伝搬方向に沿う軸上に射影した屈折率分布の周期、すなわちブラッググレーティングの周期ｄ_Ｇはｄおよび２ｄの二通りとなる。上記ＴＭＭを用いた反射スペクトルの導出では、ｄ_Ｇをｄに設定している。ｄ_Ｇ＝２ｄに対応するストップバンドは、ｄ_Ｇ＝ｄに対応したストップバンドにおける波長の倍の波長で生ずるので、ｄ_Ｇ＝ｄに対応したストップバンド付近の波長領域では、実質的に無視できる。なお、条件によっては、高次のストップバンドの影響が強くなるなどの現象が生じ、リブの幅方向両側に真性領域を有するとしても、ブラッググレーティングの周期ｄ_Ｇが物理構造上の周期２ｄに等しくなり、ｄがブラッググレーティングの周期ｄ_Ｇにならない場合もある。

本発明の光導波路素子は光通信の波長帯であるＣおよびＬバンドで好適に使用できる。この場合、ＣおよびＬバンドがストップバンドの短波長側の波長領域に対応するよう、ｄ_Ｇを調節する。ストップバンドの短波長側を使用する理由は後述する。ｗ_ｒｉｂを５００ｎｍ、スラブ１１５の底面１１７からリブ１１４の頂上部１１６までの高さｈ_ｒｉｂを２２０ｎｍ、スラブ１１５の底面１１７からスラブ１１５の頂上部１２０までの高さｈ_ｓｌａｂを９５ｎｍ、波長を１５５０ｎｍとすると、本発明のリブ導波路（Ｓｉコア）とＳｉＯ_２クラッドとを有する光導波路の実効屈折率ｎ_ｅｆｆは２．６となる。ｗ_ｒｉｂの変動によるｎ_ｅｆｆの変動は１％より小さい。Ｌバンドの長波長端の波長（１６２０ｎｍ）にリターンロス３０ｄＢ以上を確保するためのマージン５ｎｍを加えて１６２５ｎｍとし、この波長をブラッグ波長λ_Ｇとすると、式（１）よりｄ_Ｇは３１３ｎｍとなる。

ｄ_Ｇ＝ｄであるので、ｄ≧３１３ｎｍであれば、ＣおよびＬバンドでのリターンロスを３０ｄＢ以上とすることができる。また、ｗ_ｒｉｂを６００ｎｍとすると、ｎ_ｅｆｆは２．６より大きくなるので、同じｄに対してλ_Ｇはさらに長波長側にシフトし、リターンロスはさらに増加し、ブラッグ反射の発生を抑制できる。高精度の加工プロセスを使用すると変動マージンは必要でなく、所望の波長帯の長波長端を上記ブラッグ波長に設定してよい。

導波光の伝搬方向に屈折率が周期分布すると、図７のように位相シフトの波長依存性を低減することができる。これは波長多重伝送への応用では好ましい。図７の屈折率の周期分布がある場合（ｐｅｒｉｏｄｉｃ）の特性は、図６の反射スペクトルと同じモデルを用いて導出した。比較のために、ＰＮ接合の境界が波形状に変化せず一様な直線状である場合（ｕｎｉｆｏｒｍ）の特性を図７にプロットしている。ストップバンドの両側の波長帯で位相シフトの波長依存性が低減している。ｕｎｉｆｏｒｍの場合、一定の位相シフトを発生するのに必要な導波路長は導波光の波長に比例するため、位相シフトは波長増加にともない減少している。ｐｅｒｉｏｄｉｃの場合、多重反射による位相増強が発生し、位相シフトの波長依存性が低減する。これは負性コントラストを有するブラッググレーティングを用いることによる利点である。

伝送波長としてストップバンドの短波長側を利用すると、周期２ｄに対応するストップバンドの波長帯からの分離が大きくなるので、目的がリターンロスを増加してブラッグ反射を低減することである場合に有効である。さらに、短波長側を利用すると、ブラッグ波長がＣおよびＬバンドより長波長となる。そのため、加工誤差に対してｄがより大きくなって加工精度がさらに向上し、品質変動を低減することがより容易になる。

＜実施例１＞
前述の構成および原理に基づいて機能する光導波路素子の作製方法および構成の詳細について、図２の断面構成を例として説明する。ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）ウエファを用い、光リソグラフィとエッチングによりＳＯＩ層中に図８に示したリブ導波路２００を形成する。ＳＯＩウエファの基板が基板２１１となり、ＳＯＩウエファの埋め込み酸化層が下部クラッド２１２となる。下部クラッド２１２の垂直方向の厚みは２μｍである。

リブ導波路２００上に光学レジストを塗布し、光リソグラフィにより図９に示した断面形状の光学レジスト２２１を得る。リブ導波路２００の中央のリブ２１４の頂上部２１６および両側の側壁２１８，２１９と、スラブ２１５のうちリブ２１４の幅方向片側（リブ２１４の左側）の頂上部２２０Ａ全域およびこの頂上部２２０Ａに対しリブ２１４をはさんで幅方向逆側に位置する頂上部２２０Ｂのリブ２１４と接する領域の上の光学レジストが除去され露出されている。スラブ２１５のうち、頂上部２２０Ａおよび２２０Ｂは、その上にリブ２１４が存在しないで露出した部分である。

ｗ_ｒｉｂの中心すなわちリブ２１４の水平面内での幅方向の中心から光学レジスト２２１の側壁２２２までの水平距離ｗ_１は７００ｎｍである。イオン注入によりリブ導波路２００の表面が露出した領域にＰ型ドーパントであるホウ素を露出部に注入し、Ｐ領域２２３が形成される。光学レジスト２２１直下はアンドープ領域２２４である。

光学レジスト２２１を除去後、光学レジストを塗布し、図１０の断面形状を有する光学レジスト２３１を形成する。光学レジスト２３１の側壁２３２は、図２６に示すように波形状である。光学レジスト２３１はリブ２１４の左側に位置するスラブ２１５の頂上部２２０Ａ全域とリブ２１４の一部を被覆している。リブ導波路２００の表面が露出した領域から内部にホウ素をイオン注入し、Ｐ＋領域２３３を得る。イオン注入は２ステップで行なわれる。スラブ部の表面を境界として、Ｐ＋領域２３３において、その境界よりも上側の領域におけるキャリア密度はその境界よりも下側の領域のキャリア密度よりも高い。イオンの拡散により、その境界でのキャリア密度変化は急峻（ａｂｒｕｐｔ）でなく、緩やか（ｇｒａｄｅｄ）である。後述のキャリア密度の関係式が満足されるように、各ステップでのイオン加速電圧を調整する。図９のアンドープ領域２２４はＰ−領域２３４へと転化される。光学レジスト２３１直下のＰ領域２２３の電気特性は変化しない。

光学レジスト２３１は除去されずにトリミング（図２７参照）を施されることによって、図１１に示した断面形状を得る。リブ２１４の頂上部２１６上で光学レジスト２３１の側壁２３５の位置が後退し、トリミング前に比べてより広い範囲の頂上部２１６が露出される。図２６および図２７では、リブ導波路２００の断面においてドープ領域の区別を省略し、単一のハッチングを施している。図１０および図２６におけるトリミング前の側壁２３２の形状は、図１１〜１３におけるＮ領域２３６と真性領域２３７とにおける波形状の境界に対応する。図１１および図２７におけるトリミング後の側壁２３５の形状は、図１２および図１３における波形状のＰＮ接合の境界に対応する。この２種類の波形状の境界が１つの光学レジスト２３１により形成できるので、レジストの除去及び形成を繰り返した場合に比べて、波形状パターンの位置ずれを抑制することができる。トリミングの方法としては、Ｏ_２プラズマ等によりレジストを部分的に酸化除去する方法が挙げられる。レジスト側壁の後退量（変位）は、処理の強さ及び時間等により調整可能である。光学レジストの厚さがトリミング時に減少する場合、あらかじめ十分な光学レジストの厚さを確保する。

リブ導波路２００の表面が露出した領域にＮ型ドーパントである燐がイオン注入され、Ｐ領域２２３の表面が露出した部分はＮ領域２３６へと転化される。図１０のＰ＋領域２３３は真性領域２３７とＮ−領域２３８へと転化される。図１０のＰ−領域２３４はＮ＋領域２３９へと転化される。真性領域２３７はリブ２１４の右側の側壁と境界を接している。真性領域２３７直下のスラブ部にＮ−領域２３８が形成される。Ｎ領域２３６、真性領域２３７およびＮ−領域２３８は互いに境界を接している。Ｎ−領域２３８とＮ＋領域２３９とは境界を接している。光学レジスト２３１直下のＰ領域２２３の電気特性は変化しない。Ｐ領域２２３とＮ領域２３６との境界２４０にＰＮ接合が形成される。図１１の断面図では、ゼロバイアス電圧でのＰＮ接合が示されている。空乏領域の幅は無視できるため、表示されていない。

光学レジスト２３１を除去後、光学レジスト塗布および光リソグラフィにより、図１２に示した断面形状を有する光学レジスト２４１および２４２を得る。リブ２１４の水平面内で幅方向の中心から光学レジスト２３１の側壁２４３までの水平距離ｗ_２は７００ｎｍである。光学レジスト２４２の側壁２４４は、波形状である。リブ導波路２００の表面が露出した領域から内部にＮ型ドーパントである燐が二段階でイオン注入され、Ｐ領域２２３の表面が露出した部分の直下は真性領域２４５とＰ−領域２４６とに転化される。真性領域２４５はリブ２１４の左側の側壁に境界を接している。真性領域２４５直下のスラブ２１５にＰ−領域２４６が形成される。光学レジスト２４１および２４２直下にあたるＰ領域２２３のおのおのの部分の電気特性は変化しないが、区別のため、光学レジスト２４１直下にあたる部分をＰ領域２４７、光学レジスト２４２直下にあたる部分をＰ領域２４８とする。Ｐ領域２４８、真性領域２４５およびＰ−領域２４６は互いに境界を接している。Ｐ−領域２４６およびＰ領域２４７は境界を接している。

光学レジスト２４１および２４２が除去された後、電気的接続における接触抵抗を低減するため、図１３に示すように、Ｐ領域２４７の一部の領域にイオン注入によりＰ＋＋領域２５１が形成される。さらに、Ｎ＋領域２３９の一部の領域にイオン注入によりＮ＋＋領域２５２が形成される。Ｐ領域２４７およびＮ＋領域２３９の残りの部分の電気特性は変化しない。Ｐ＋＋領域２５１およびＮ＋＋領域２５２が形成される順序は逆転されてもよい。

真性領域２４５、Ｐ−領域２４６、Ｐ領域２４８およびＰ＋＋領域２５１のキャリア密度をそれぞれｐ_ＩＰ、ｐ_Ｐ−、ｐ_Ｐおよびｐ_Ｐ＋＋と表し、真性領域２３７、Ｎ−領域２３８、Ｎ領域２３６、Ｎ＋領域２３９、およびＮ＋＋領域２５２のキャリア密度をそれぞれ、ｎ_ＩＮ、ｎ_Ｎ−、ｎ_Ｎ、ｎ_Ｎ＋およびｎ_Ｎ＋＋とあらわすと、以下の関係式が成り立つ。

ｐ_ＩＰ＜ｐ_Ｐ−＜ｐ_Ｐ＜ｐ_Ｐ＋＋ （２）

ｎ_ＩＮ＜ｎ_Ｎ−＜ｎ_Ｎ＜ｎ_Ｎ＋＜ｎ_Ｎ＋＋ （３）

例えば、ｐ_ＩＰおよびｎ_ＩＮは１×１０^１７ｃｍ^−３より小さく、好ましくは１×１０^１６ｃｍ^−３以下である。ｐ_Ｐおよびｎ_Ｎは例えば１×１０^１８ｃｍ^−３から５×１０^１８ｃｍ^−３であり、ｐ_Ｐ＋＋およびｎ_Ｎ＋＋は１×１０^１９ｃｍ^−３以上である。Ｐ領域２４７のキャリア密度はｐ_Ｐに等しい。以下の実施例でも同様の関係式が成り立つ。しかし、キャリア密度の値は必ずしも例示した値の範囲に限られず、低電圧駆動、低光損失および高速駆動に適するように設定すればよい。

リブ導波路２００上にＳｉＯ_２を積層することで、垂直方向の厚み２μｍの上部クラッド２１３が形成される。上部クラッド２１３中には貫通孔が形成され、垂直貫通接続（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ａｃｃｅｓｓ）のためのビア電極（ｖｉａ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）２５３および２５４が形成される。上部クラッド２１３上には進行波電極２５５および２５６が形成される。進行波電極２５５および２５６は、例えばコプレナ導波路あるいはコプレナストリップ線路など高周波電気信号を伝搬する進行波電極の一部である。ビア電極２５３および２５４と進行波電極２５５および２５６とはアルミニウムで形成されている。進行波電極２５５もしくは２５６に高周波電気信号を印加することで、逆バイアス下の境界２４０においてＰＮ接合の空乏層の幅、あるいは順バイアス下の境界２４０においてＰＮ接合に流れる電流が変調され、リブ導波路の屈折率が高速変調される。

＜実施例２＞
本実施例では、本発明の光導波路素子の第二の構成について説明する。図１４に、本実施例におけるリブリブの上面図を模式的に示す。リブ導波路を含む光導波路素子の断面図を図１５に模式的に示す。基板３１１、下部クラッド３１２、上部クラッド３１３、リブ導波路３００のリブ３１４及びスラブ３１５の構成は、それぞれ実施例１の基板１１１、下部クラッド１１２、上部クラッド１１３、リブ導波路１００のリブ１１４及びスラブ１１５と同様であるので、重複する説明は省略する。

Ｐ型ドーパントが添加されたＰ領域３０１およびＮ型ドーパントが添加されたＮ領域３０２は導波光の伝搬方向に沿って波形状に分布する。Ｎ領域３０２の幅ｗ_Ｎ２は導波光の伝搬方向に沿って実質的に一定であり、ｗ_Ｎ２＝ｗ_Ｎ（図１参照）である。例えば、ｗ_ｒｉｂ２が５００ｎｍに対して、ｗ_Ｎ２は９０ｎｍである。一方、Ｐ領域３０１の幅は導波光の伝搬方向に沿ってｗ_Ｐ２からｗ_Ｐ３までの範囲で変化する。

Ｐ領域３０１とＮ領域３０２とが接する境界３０３には、ＰＮ接合が形成される。本実施例においても、光導波路素子には逆バイアス電圧が印加されており、空乏領域３０４が境界３０３からＰＮ接合のＰ領域３０１およびＮ領域３０２に向けて拡がって存在する。波形状パターンの周期は２ｄ_２である。Ｐ領域３０１およびＮ領域３０２はリブ導波路３００中で、リブ３１４およびリブ３１４直下のスラブ３１５にわたる領域に存在している。垂直方向にはリブ３１４の頂上部３１６からスラブ３１５の底面３１７までＰ領域３０１およびＮ領域３０２が存在する。水平方向にはＰ領域３０１およびＮ領域３０２が導波光の伝搬方向に拡がっている範囲は屈折率変調などの目的に合わせた有限の区間である。実施例１と同様に、境界３０３は垂直方向にはリブ３１４の頂上部３１６からスラブ３１５の底面３１７まで形成され、水平方向には導波光の伝搬方向に延びた波形状の線となる。

リブ３１４の幅ｗ_ｒｉｂ２は実施例１の場合（図１参照）に等しく、ｗ_ｒｉｂ２＝ｗ_ｒｉｂである。ｗ_ｒｉｂ２に沿う方向で境界３０３の位置が変化する振幅を幅ｗ_Ｃ２とする。ｗ_Ｃ２は実施例１におけるｗ_Ｃの値に等しい。例えば、ｗ_ｒｉｂ２が５００ｎｍに対して、ｗ_Ｃ２は１３０ｎｍである。Ｐ領域３０１の幅の最小値および最大値をｗ_Ｐ２およびｗ_Ｐ３とすると、ｗ_Ｐ２＝２００ｎｍおよびｗ_Ｐ３＝３３０ｎｍである。この場合、ｗ_Ｐ３は、ｗ_Ｐ２とｗ_Ｃ２との和に等しい。

本実施例のリブ導波路においても、導波光の伝搬方向に屈折率が周期分布してブラッグ反射が生じ、負性屈折率コントラストを有するブラッググレーティングが形成される。本実施例では、リブの幅方向片側のみに真性領域を有し、一点鎖線Ｂ_２Ｂ_２’を含む垂直面での実効屈折率と一点鎖線Ｃ_２Ｃ_２’を含む垂直面での実効屈折率が異なるため、ブラッググレーティングの周期ｄ_Ｇは物理構造上の周期２ｄ_２に等しい。つまり、ｄ_Ｇ＝２ｄ_２である。よって、２ｄ_２≧３１３ｎｍであれば、ＣおよびＬバンドでのリターンロスを３０ｄＢ以上とすることができる。

一点鎖線Ａ_２Ａ_２’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の構成の一部を図１５の断面模式図に示す。一点鎖線Ａ_２Ａ_２’は、導波光の伝搬方向に沿う直線軸上で境界３０３がｗ_ｒｉｂ２の中点に位置する点のひとつを通り、ｗ_ｒｉｂ２と平行に描かれている。基板３１１上に下部クラッド３１２、リブ導波路３００および上部クラッド３１３が設けられる。リブ導波路３００中に、Ｐ領域３０１、Ｎ領域３０２、Ｐ領域３０１およびＮ領域３０２の境界３０３、境界３０３上のＰＮ接合の空乏領域３０４、リブ導波路３００のリブ３１４の側壁３１９に境界を接する真性領域３０６、真性領域３０６の直下のスラブ３１５に位置するＮ−領域３０９、その外側のＮ＋領域３１０が形成される。Ｐ領域３０１は、スラブ３１５上にリブ３１４が存在しない部分まで、伸張されている。

一点鎖線Ｂ_２Ｂ_２’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図を図１６に示す。一点鎖線Ｂ_２Ｂ_２’は、導波光の伝搬方向に沿う直線軸上での周期２ｄ_２の範囲内において、Ｎ領域３０２が境界３０３と反対側にあるリブ３１４の側壁３１９から最も離れる点を通り、ｗ_ｒｉｂ２と平行に描かれている。この点では、一点鎖線Ｂ_２Ｂ_２’に沿う方向での真性領域３０６の幅は最大となる。この幅をｗ_ＩＮ２とする。ｗ_ＩＮ２＝ｗ_ＩＮ（図１参照）である。例えば、ｗ_ｒｉｂ２が５００ｎｍに対して、ｗ_ＩＮ２は２１０ｎｍである。

一点鎖線Ｃ_２Ｃ_２’を含む垂直面でのリブ導波路を含む光導波路素子の断面模式図を図１７に示す。一点鎖線Ｃ_２Ｃ_２’は、導波光の伝搬方向に沿う直線軸上での周期２ｄの範囲内において、Ｎ領域３０２が境界３０３と反対側にあるリブ３１４の側壁３１９に最も接近する点を通り、ｗ_ｒｉｂ２と平行に描かれている。

本実施例の光導波路素子の断面模式図を図１８に示す。本素子の作製においては、図１１におけるＮ領域２３６、真性領域２３７、Ｎ−領域２３８、Ｎ＋領域２３９およびＰ領域２２３の形成段階まで、実施例１と同一の加工プロセスが用いられる。その後、イオン注入により、Ｐ＋＋領域２５１およびＮ＋＋領域２５２が形成される。リブ導波路２００上にＳｉＯ_２が積層され、垂直方向の厚み２μｍの上部クラッド２１３が形成される。上部クラッド２１３中に貫通孔が形成され、ビア電極２５３および２５４が形成される。上部クラッド２１３上に進行波電極２５５および２５６が形成される。ｗ_Ｐ４はｗ_Ｐ２＝２００ｎｍおよびｗ_Ｐ３＝３３０ｎｍの中間値であり、ｗ_Ｐ４＝２６５ｎｍである。

本実施例の光導波路素子では、図１８のように、リブの側壁のうちＮ領域２３６よりもＰ領域２２３リブに近い方の側壁に隣接する真性領域が存在せず、より簡便な作製が可能である。よって、加工誤差による光学特性の変動が実施例１の素子より小さくなり、より品質変動の少ない光導波路素子を提供することができる。

＜実施例３＞
実施例１もしくは実施例２に記載された光導波路素子を用いて、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ（ＭＺ）光変調器として機能する光導波路素子の構成について説明する。ＭＺ光変調器の構成のブロック図を図１９に示す。ＭＺ光変調器は以下の構成からなる：
入射導波路１９０５；
１×２分波部１９０３；
導波路１９０６、位相シフタ１９０１および導波路１９０８からなる第１のアーム；
導波路１９０７、位相シフタ１９０２および導波路１９０９からなる第２のアーム；
２×１合波部１９０４；
出射導波路１９１０。

１×２分波部１９０３の１つの入力部は入射導波路１９０５に接続され、１×２分波部１９０３の２つの出力部はそれぞれ２つのアームに接続されている。２×１合波部１９０４の２つの入力部はそれぞれ２つのアームに接続され、２×１合波部１９０４の１つの出力部は出射導波路１９１０に接続されている。

入射導波路１９０５、導波路１９０６、１９０７、１９０８および１９０９、出射導波路１９１０はＳｉ矩形コアを有する。矩形コアの幅は実施例１もしくは実施例２に記載されたリブ導波路のリブの幅に等しい。矩形コアの高さはリブ導波路の高さ（図８のｈ_ｒｉｂ）に等しい。矩形コアとリブ導波路との接続部では、矩形コアの上部がリブ導波路のリブに接続され、矩形コアの下部とリブ導波路のスラブとに接続される。

図１９におけるＭＺ光変調器はＳＯＩウエファ上にモノリシック集積化により作製される。位相シフタ１９０１および１９０２はおのおの単一のリブ導波路（コア）を有し、ＳＯＩ基板上に互いに隣接して形成される。図１９のＭＺ光変調器は複数のリブ導波路（コア）を有する光導波路素子である。

図２０に、実施例１に記載された光導波路素子を用いて構成された位相シフタ１９０１および１９０２の一点鎖線ＤＤ’を含む垂直面における断面模式図を示す。断面模式図の左側半分が位相シフタ１９０１に、右側半分が位相シフタ１９０２に対応する。

基板２０３７上に下部クラッド２０３８が設けられる。下部クラッド２０３８上には、位相シフタ１９０１の導波路のコアとなるリブ導波路２００１および位相シフタ１９０２の導波路のコアとなるリブ導波路２０２１が設けられる。リブ導波路２００１および２０２１上に、上部クラッド２０３９が設けられる。リブ導波路２００１とリブ導波路２０２１との間のＳＯＩ層は除去され、シリカが充填される。位相シフタ１９０１と位相シフタ１９０２との間で、ＳＯＩ層を介した電気的コンダクタンスが無視できる場合には、ＳＯＩ層は除去される必要はない。ＳＯＩ層の除去にかかるこの議論は、以下でも同様に適用される。

図２０における位相シフタ１９０１および位相シフタ１９０２おのおのの構成は実施例１と同様である。

リブ導波路２００１中には、Ｐ領域２００２、Ｎ領域２００３、境界２００６、真性領域２００４、真性領域２００５、Ｐ−領域２００７、Ｎ−領域２００８、Ｐ領域２００９、Ｎ＋領域２０１０、Ｐ＋＋領域２０１１およびＮ＋＋領域２０１２が形成される。ビア電極２０１３を介して進行波電極２０１５とＰ＋＋領域２０１１とが電気的に接続され、ビア電極２０１４を介して進行波電極２０１６とＮ＋＋領域２０１２とが電気的に接続される。

リブ導波路２０２１中には、Ｐ領域２０２２、Ｎ領域２０２３、境界２０２６、真性領域２０２４、真性領域２０２５、Ｐ−領域２０２７、Ｎ−領域２０２８、Ｐ領域２０２９、Ｎ＋領域２０３０、Ｐ＋＋領域２０３１およびＮ＋＋領域２０３２が形成される。ビア電極２０３３を介して進行波電極２０３５とＰ＋＋領域２０３１が、ビア電極２０３４を介して進行波電極２０３６とＮ＋＋領域２０３２が電気的に接続される。

図２１に、実施例２に記載された光導波路素子を用いて構成された位相シフタ１９０１および１９０２の一点鎖線ＤＤ’を含む垂直面における断面模式図を示す。基板２１３７上に下部クラッド２１３８が設けられる。下部クラッド２１３８上には、位相シフタ１９０１の導波路のコアとなるリブ導波路２１０１および位相シフタ１９０２の導波路のコアとなるリブ導波路２１２１が設けられる。リブ導波路２１０１および２１２１上に、上部クラッド２１３９が設けられる。位相シフタ１９０１および位相シフタ１９０２おのおのの構成は実施例２と同様である。

リブ導波路２１０１中には、Ｐ領域２１０２、Ｎ領域２１０３、境界２１０６、真性領域２１０５、Ｎ−領域２１０８、Ｎ＋領域２１１０、Ｐ＋＋領域２１１１およびＮ＋＋領域２１１２が形成される。ビア電極２１１３を介して進行波電極２１１５とＰ＋＋領域２１１１とが電気的に接続され、ビア電極２１１４を介して進行波電極２１１６とＮ＋＋領域２１１２とが電気的に接続される。

リブ導波路２１２１中には、Ｐ領域２１２２、Ｎ領域２１２３、境界２１２６、真性領域２１２５、Ｎ−領域２１２８、Ｎ＋領域２１３０、Ｐ＋＋領域２１３１およびＮ＋＋領域２１３２が形成される。ビア電極２１３３を介して進行波電極２１３５とＰ＋＋領域２１３１とが電気的に接続され、ビア電極２１３４を介して進行波電極２１３６とＮ＋＋領域２１３２とが電気的に接続される。

本実施例における上記二つの構成では、位相シフタ１９０１と位相シフタ１９０２とが独立しているので、両者の間で、電気的クロストークを低減され、高消光比もしくは高Ｑ値を達成することが容易である。

＜実施例４＞
実施例１もしくは実施例２に記載された光導波路素子を用いて、図１９のブロック図に示されたＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ（ＭＺ）光変調器として機能する光導波路素子の他の構成について説明する。

図２２に、実施例１に記載された光導波路素子を用いて構成された位相シフタ１９０１および１９０２の一点鎖線ＤＤ’を含む垂直面における断面模式図を示す。基板２２３７上に下部クラッド２２３８が設けられる。下部クラッド２２３８上には、位相シフタ１９０１の導波路のコアとなるリブ導波路２２０１および位相シフタ１９０２の導波路のコアとなるリブ導波路２２２１が設けられる。リブ導波路２２０１および２２２１上に、上部クラッド２２３９が設けられる。

リブ導波路２２０１中には、Ｐ領域２２０２、Ｎ領域２２０３、境界２２０６、真性領域２２０４、真性領域２２０５、Ｐ−領域２２０７、Ｎ−領域２２０８、Ｐ領域２２０９、Ｎ＋領域２２１０、Ｐ＋＋領域２２１１およびＮ＋＋領域２２１２が形成される。ビア電極２２１３を介して進行波電極２２１５とＰ＋＋領域２２１１とが電気的に接続され、ビア電極２２１４を介して進行波電極２２１６とＮ＋＋領域２２１２とが電気的に接続される。

リブ導波路２２２１中には、Ｐ領域２２２２、Ｎ領域２２２３、境界２２２６、真性領域２２２４、真性領域２２２５、Ｐ−領域２２２７、Ｎ−領域２２２８、Ｐ領域２２２９、Ｎ＋領域２２３０、Ｐ＋＋領域２２３１およびＮ＋＋領域２２３２が形成される。ビア電極２２３３を介して進行波電極２２１６とＰ＋＋領域２２３１とが電気的に接続され、ビア電極２２３４を介して進行波電極２２３６とＮ＋＋領域２２３２とが電気的に接続される。

図２３に、実施例２に記載された光導波路素子を用いて構成された位相シフタ１９０１および１９０２の一点鎖線ＤＤ’を含む垂直面における断面模式図を示す。基板２３３７上に下部クラッド２３３８が設けられる。下部クラッド２３３８上には、位相シフタ１９０１の導波路のコアとなるリブ導波路２３０１および位相シフタ１９０２の導波路のコアとなるリブ導波路２３２１が設けられる。リブ導波路２３０１および２３２１上に、上部クラッド２３３９が設けられる。

リブ導波路２３０１中には、Ｐ領域２３０２、Ｎ領域２３０３、境界２３０６、真性領域２３０５、Ｎ−領域２３０８、Ｎ＋領域２３１０、Ｐ＋＋領域２３１１およびＮ＋＋領域２３１２が形成される。ビア電極２３１３を介して進行波電極２３１５とＰ＋＋領域２３１１とが電気的に接続され、ビア電極２３１４を介して進行波電極２３１６とＮ＋＋領域２３１２とが電気的に接続される。

リブ導波路２３２１中には、Ｐ領域２３２２、Ｎ領域２３２３、境界２３２６、真性領域２３２５、Ｎ−領域２３２８、Ｎ＋領域２３３０、Ｐ＋＋領域２３３１およびＮ＋＋領域２３３２が形成される。ビア電極２３３３を介して進行波電極２３１６とＰ＋＋領域２３３１とが電気的に接続され、ビア電極２３３４を介して進行波電極２３３６とＮ＋＋領域２３３２とが電気的に接続される。

本実施例における上記二つの構成では、位相シフタ１９０１のＮ＋＋領域２２１２もしくは２３１２と位相シフタ１９０２のＰ＋＋領域２２３１もしくは２３３１とがおのおの進行波電極２２１６もしくは２３１６によって電気的に接続され、簡便な進行波電極の構成になり、小型のＭＺ光変調器を提供することができる。また、進行波電極２２１６もしくは２３１６に高周波電気信号を印加することにより、ＭＺ光変調器をプッシュ‐プル駆動できる。よって、単一の高周波信号源によるゼロチャープ変調が可能となり、高周波電気駆動回路を簡易にすることができる。

＜実施例５＞
実施例１もしくは実施例２に記載された光導波路素子を用いて、図１９のブロック図に示されたＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ（ＭＺ）光変調器として機能する光導波路素子のさらに他の構成について説明する。

図２４に、実施例１に記載された光導波路素子を用いて構成された位相シフタ１９０１および１９０２の一点鎖線ＤＤ’を含む垂直面における断面模式図を示す。基板２４３７上に下部クラッド２４３８が設けられる。下部クラッド２４３８上には、位相シフタ１９０１の導波路のコアとなるリブ導波路２４０１および位相シフタ１９０２の導波路のコアとなるリブ導波路２４２１が設けられる。リブ導波路２４０１および２４２１上に、上部クラッド２４３９が設けられる。

リブ導波路２４０１中には、Ｐ領域２４０２、Ｎ領域２４０３、境界２４０６、真性領域２４０４、真性領域２４０５、Ｐ−領域２４０７、Ｎ−領域２４０８、Ｐ領域２４０９、Ｎ＋領域２４１０、Ｐ＋＋領域２４１１およびＮ＋＋領域２４１２が形成される。ビア電極２４１３を介して進行波電極２４１５とＰ＋＋領域２４１１とが電気的に接続され、ビア電極２４１４を介して進行波電極２４１６とＮ＋＋領域２４１２とが電気的に接続される。

リブ導波路２４２１中には、Ｐ領域２４２２、Ｎ領域２４２３、境界２４２６、真性領域２４２４、真性領域２４２５、Ｐ−領域２４２７、Ｎ−領域２４２８、Ｐ領域２４２９、Ｎ＋領域２４３０、Ｐ＋＋領域２４３１およびＮ＋＋領域２４３２が形成される。ビア電極２４３３を介して進行波電極２４１６とＮ＋＋領域２４３２とが、ビア電極２４３４を介して進行波電極２４３６とＰ＋＋領域２４３１とが電気的に接続される。

位相シフタ１９０２では、位相シフタ１９０１に対して境界２４２６に沿う垂直軸周りにドーパントを分布させた各領域の配置が反転されている。

実施例２に記載された光導波路素子を用いて構成された位相シフタ１９０１および１９０２の一点鎖線ＤＤ’を含む垂直面における断面模式図を図２５に示す。基板２５３７上に下部クラッド２５３８が設けられる。下部クラッド２５３８上には、位相シフタ１９０１の導波路のコアとなるリブ導波路２５０１および位相シフタ１９０２の導波路のコアとなるリブ導波路２５２１が設けられる。リブ導波路２５０１および２５２１上に、上部クラッド２５３９が設けられる。

リブ導波路２５０１中には、Ｐ領域２５０２、Ｎ領域２５０３、境界２５０６、真性領域２５０５、Ｎ−領域２５０８、Ｎ＋領域２５１０、Ｐ＋＋領域２５１１およびＮ＋＋領域２５１２が形成される。ビア電極２５１３を介して進行波電極２５１５とＰ＋＋領域２５１１とが電気的に接続され、ビア電極２５１４を介して進行波電極２５１６とＮ＋＋領域２５１２とが電気的に接続される。

リブ導波路２５２１中には、Ｐ領域２５２２、Ｎ領域２５２３、境界２５２６、真性領域２５２５、Ｎ−領域２５２８、Ｎ＋領域２５３０、Ｐ＋＋領域２５３１およびＮ＋＋領域２５３２が形成される。ビア電極２５３３を介して進行波電極２５１６とＮ＋＋領域２５３２とが電気的に接続され、ビア電極２５３４を介して進行波電極２５３６とＰ＋＋領域２５３１とが電気的に接続される。

位相シフタ１９０２では、位相シフタ１９０１に対して境界２５２６に沿う垂直軸周りにドーパントを分布させた各領域の配置が反転されている。

本実施例における上記二つの構成では、位相シフタ１９０１のＮ＋＋領域２４１２もしくは２５１２と位相シフタ１９０２のＮ＋＋領域２４３２もしくは２５３２とがおのおの進行波電極２４１６もしくは２５１６によって電気的に接続され、簡便な進行波電極の構成になり、小型のＭＺ光変調器を提供することができる。また、進行波電極を介して接続される二つのドーパント領域（Ｎ＋＋領域２４１２もしくは２５１２とＮ＋＋領域２４３２もしくは２５３２）は同一の導電性を有するので、進行波電極２４１６もしくは２５１６のＤＣ電位のドリフトを低減することができ、安定に動作するＭＺ光変調器を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

実施例１、２では、ＰＮ接合に接するドープ領域とリブ側壁との間に低導電性領域を設けた例を示したが、Ｎ領域よりもＰ領域に近い側のリブ側壁に接してＰ領域より導電性が低減した低導電性領域を設けてもよく、Ｐ領域よりもＮ領域に近い側のリブ側壁に接してＮ領域より導電性が低減した低導電性領域を設けてもよい。

実施例１、２では、低導電性領域（特に真性領域）の直下にはＰＮ接合に接するドープ領域よりもキャリア密度の低いドープ領域を設けた例を示したが、ＰＮ接合に接するドープ領域（それと同程度のキャリア密度を有するドープ領域）を低導電性領域（特に真性領域）の直下まで伸張すること、さらには、ＰＮ接合に接するドープ領域をスラブ上にリブが存在しない部分まで伸張することも可能である。

実施例２では、Ｐ型の導電性を有する側でＰＮ接合とリブ側壁との間に低導電性領域（特に真性領域）を設けた例を示したが、それとは逆に、Ｎ型の導電性を有する側でＰＮ接合とリブ側壁との間に低導電性領域（特に真性領域）を設けることも可能である。

実施例３〜５のＭＺ光変調器として、上述の説明では、低導電性領域（特に真性領域）をリブの幅方向両側に設けたリブ導波路（実施例１）を２つ並列した場合と、低導電性領域（特に真性領域）をリブの幅方向片側のみに設けたリブ導波路（実施例２）を２つ並列した場合とを説明した。しかし、１つのＭＺ光変調器において、低導電性領域（特に真性領域）をリブの幅方向両側に設けたリブ導波路（実施例１）と、低導電性領域（特に真性領域）をリブの幅方向片側のみに設けたリブ導波路（実施例２）とを１つずつ並列させることも可能である。

本発明は、低光損失、高速かつ低駆動電圧で屈折率変調を可能とする光導波路素子に利用することができる。

１００，２００，３００，２００１，２０２１，２１０１，２１２１，２２０１，２２２１，２３０１，２３２１，２４０１，２４２１，２５０１，２５２１…リブ導波路、
１１０，２３９，３１０，２０１０，２０３０，２１１０，２１３０，２２１０，２２３０，２３１０，２３３０，２４１０，２４３０，２５１０，２５３０…Ｎ＋領域、
１１１，２１１，３１１，２０３７，２１３７，２２３７，２３３７，２４３７，２５３７…基板、
１１２，２１２，３１２，２０３８，２１３８，２２３８，２３３８，２４３８，２５３８…下部クラッド、
１１３，２１３，３１３，２０３９，２１３９，２２３９，２３３９，２４３９，２５３９…上部クラッド、
１１４，２１４，３１４…リブ、１１５，２１５，３１５…スラブ、
１１６，２１６，３１６…頂上部、１１７，３１７…底面、
１１８，２１８，３１８…Ｐ領域に近い側壁、１１９，２１９，３１９…Ｎ領域に近い側壁、
１２０，２２０Ａ，２２０Ｂ…スラブの頂上部、
２２１，２３１，２４１，２４２…光学レジスト、
２２２，２３２，２３５，２４３，２４４…レジスト側壁、
２２４…アンドープ領域、２３３…Ｐ＋領域、
２５１，２０１１，２０３１，２１１１，２１３１，２２１１，２２３１，２３１１，２３３１，２４１１，２４３１，２５１１，２５３１…Ｐ＋＋領域、
２５２，２０１２，２０３２，２１１２，２１３２，２２１２，２２３２，２３１２，２３３２，２４１２，２４３２，２５１２，２５３２…Ｎ＋＋領域、
２５３，２５４，２０１３，２０１４，２０３３，２０３４，２１１３，２１１４，２１３３，２１３４，２２１３，２２１４，２２３３，２２３４，２３１３，２３１４，２３３３，２３３４，２４１３，２４１４，２４３３，２４３４，２５１３，２５１４，２５３３，２５３４…ビア電極、
２５５，２５６，２０１５，２０１６，２０３５，２０３６，２１１５，２１１６，２１３５，２１３６，２２１５，２２１６，２２３６，２３１５，２３１６，２３３６，２４１５，２４１６，２４３６，２５１５，２５１６，２５３６…進行波電極。

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられる下部クラッドと、
   前記下部クラッド上に設けられるスラブと前記スラブ上に接して設けられる単一のリブとを有するリブ導波路と、
   前記リブ導波路上に設けられる上部クラッドと、
   を備える光導波路素子であって、
   前記リブ導波路が、前記リブと前記スラブとにわたるＰ型の導電性を示す第一の導電性を有する第一のドープ領域と、前記第一のドープ領域と接し、前記リブと前記スラブとにわたるＮ型の導電性を示す第二の導電性を有する第二のドープ領域とを有し、
   前記第一のドープ領域と前記第二のドープ領域との境界は、前記基板の表面に垂直な方向に沿って形成されるＰＮ接合を形成し、かつ前記基板の平面視において前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に形成され、
   前記リブ導波路が、前記リブ中において前記第二のドープ領域とは反対側に接し、前記第一のドープ領域よりも低い導電性を示す第一の低導電領域と、前記リブ中において前記第一のドープ領域とは反対側に接し、前記第二のドープ領域よりも低い導電性を示す第二の低導電領域とのうちの少なくとも一方を有し、
   前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有する場合には、前記導波光の伝搬方向に沿って、前記第一のドープ領域の幅が実質的に一定であり、
   前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有する場合には、前記導波光の伝搬方向に沿って、前記第二のドープ領域の幅が実質的に一定である、光導波路素子。
2. 請求項１に記載の光導波路素子において、
   前記第一の低導電領域及び前記第二の低導電領域のうちの少なくとも一方が真性領域であることを特徴とする光導波路素子。
3. 請求項１または２に記載の光導波路素子であって、
   前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有する場合には、前記スラブのうち前記第一の低導電領域直下の領域に、前記第二のドープ領域および前記第一の低導電領域と接して前記第二の導電性を有する第三のドープ領域が存在し、前記スラブのうちその上に前記リブが存在しない部分に前記第二の導電性を有する第四のドープ領域が前記第三のドープ領域と接して存在し、前記第一の低導電領域のキャリア密度が前記第三のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第三のドープ領域のキャリア密度が前記第二のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第四のドープ領域のキャリア密度が前記第二のドープ領域のキャリア密度より高いか又は等しく、
   前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有する場合には、前記スラブのうち前記第二の低導電領域直下の領域に、前記第一のドープ領域および前記第一の低導電領域と接して前記第一の導電性を有する第七のドープ領域が存在し、前記スラブのうちその上に前記リブが存在しない部分に前記第一の導電性を有する第八のドープ領域が前記第七のドープ領域と接して存在し、前記第一の低導電領域のキャリア密度が前記第三のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第七のドープ領域のキャリア密度が前記第一のドープ領域のキャリア密度より低く、前記第八のドープ領域のキャリア密度が前記第一のドープ領域のキャリア密度より高いか又は等しい光導波路素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光導波路素子であって、
   前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有しない場合には、前記境界に対して前記第一のドープ領域と同じ側の前記スラブのうちの前記スラブ上に前記リブが存在しない部分まで、前記第一のドープ領域が伸張され、
   前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有しない場合には、前記境界に対して前記第二のドープ領域と同じ側の前記スラブのうちの前記スラブ上に前記リブが存在しない部分まで、前記第二のドープ領域が伸張されている光導波路素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光導波路素子であって、
   前記上部クラッド上に存在する第一の金属電極をさらに備え、
   前記境界に対して前記第二のドープ領域と同じ側の前記スラブのうちの前記スラブ上に前記リブが存在しない部分に、前記第二の導電性を有する第五のドープ領域が存在し、前記第五のドープ領域と前記第一の金属電極とが第一の垂直貫通ビアを介して接続されている光導波路素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光導波路素子であって、
   前記上部クラッド上に存在する第二の金属電極をさらに備え、
   前記境界に対して前記第一のドープ領域と同じ側の前記スラブのうちの前記スラブ上に前記リブが存在しない部分に、前記第一の導電性を有する第六のドープ領域が存在し、前記第六のドープ領域と前記第二の金属電極とが第二の垂直貫通ビアを介して接続されている光導波路素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光導波路素子であって、
   前記光導波路素子の幅方向に並列して配列される二つの前記リブ導波路である第一のリブ導波路と第二のリブ導波路とを備える光導波路素子。
8. 請求項７に記載の光導波路素子であって、
   前記第一のリブ導波路のスラブのうちの前記第一のリブ導波路のリブよりも前記第二のリブ導波路に近い部分が、第三の垂直貫通ビアを介して、前記上部クラッド上に存在する第三の金属電極に接続され、
   前記第二のリブ導波路のスラブのうちの前記第二のリブ導波路のリブよりも前記第一のリブ導波路に近い部分が、第四の垂直貫通ビアを介して、前記上部クラッド上に存在する第四の金属電極に接続されている光導波路素子。
9. 請求項７に記載の光導波路素子であって、
   前記第一のリブ導波路のスラブのうちの前記第一のリブ導波路のリブよりも前記第二のリブ導波路に近い部分と、前記第二のリブ導波路のスラブのうちの前記第二のリブ導波路のリブよりも前記第一のリブ導波路に近い部分とが、それぞれ第三及び第四の垂直貫通ビアを介して、前記上部クラッド上に存在する電気的に共通の第五の金属電極に接続されている光導波路素子。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法であって、
    前記リブ導波路が前記第一の低導電領域を有しかつ前記第二の低導電領域を有しない場合には、前記第一の低導電領域と前記第二のドープ領域との境界となる位置において水平面内でのレジスト側壁の位置が前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に変化し、前記第二のドープ領域となる領域を覆い、前記第一の低導電領域となる領域を露出させた第一のレジストを作製し、
    前記リブ導波路が前記第二の低導電領域を有しかつ前記第一の低導電領域を有しない場合には、前記第二の低導電領域と前記第一のドープ領域との境界となる位置において水平面内でのレジスト側壁の位置が前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に変化し、前記第一のドープ領域となる領域を覆い、前記第二の低導電領域となる領域を露出させた第二のレジストを作製し、
    前記リブ導波路が前記第一の低導電領域および前記第二の低導電領域を有する場合には、前記第一のレジストまたは前記第二のレジストを作製するレジスト作製工程と、
    前記レジスト作製工程の後で、前記第一のレジストまたは前記第二のレジストをトリミングすることにより、前記基板の平面視で前記ＰＮ接合となる位置において、水平面内でのレジスト側壁の位置が前記リブ導波路における導波光の伝搬方向に沿って波形状に変化するレジストを形成するトリミング工程を有する光導波路素子の製造方法。

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