JP6391451B2 - 光機能素子、光受信装置及び光送信装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光機能素子、光受信装置及び光送信装置に関するものである。
近年、安価で大規模集積が可能なシリコン電子回路製造技術を利用したシリコン基板上の光機能素子が注目を集めている。高性能サーバやスーパーコンピュータ等では要求される演算能力の増大に対し、ＣＰＵのマルチコア化等により高性能化が図られている。一方、チップ間、ボード間の通信においては、高速化する演算能力に対して電気信号での通信は物理的な距離の問題から限界を迎えつつある。低損失且つ小型なシリコン細線導波路をベースとした大規模なシリコン基板上光通信素子、所謂シリコンフォトニクスは、このような高速化する情報処理機器の通信容量不足の問題を解決する技術として期待されている。中でも通信用途として実用化されている波長多重(Wavelength Division Multiplexer：ＷＤＭ)技術のシリコンフォトニクスへの応用は伝送容量の高密度化や光ケーブルの削減の効果が見込まれ、広く研究開発が進められている。
シリコンフォトニクスを用いた光送受信機では、光送信機部が光源及び光変調器等から、光受信機部がフォトディテクタ等から構成される。光送信機部と光受信機部との間は、光ファイバで接続される。この場合、光ファイバに印加される応力の変化や温度の変化により、光受信機に入力される信号光は不定な偏波状態を持つことになる。これは特に、偏波依存性の大きい光分波器等を要するＷＤＭ伝送系で大きな問題となる。
上記の問題に対処すべく、例えば図１５（又は非特許文献１を参照）のような偏波ダイバーシティ光受信機が提案されている。
この偏波ダイバーシティ光受信機では、不定な偏波状態となっているＷＤＭ入力信号光が偏波ビームスプリッタ１０１に入力されると、信号光がＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離される。分離された各偏波の信号光のうち、ＴＭ偏波光は偏波ローテータ１０２に入力され、ＴＥ偏波光にローテートされる。このように２系統に分離された信号光は、それぞれＴＥ偏波光として光分波器に入力される。光分波器にはリング光共振器やＡＷＧフィルタが用いられるが、ここでは光分波器として双方向入力型のリング光共振器１０３を例示する。それぞれ別系統に分波された２つのＴＥ偏波光は、それぞれ別々の方向からリング光共振器１０３に入力され、リング光共振器１０３の共振波長に合うＴＥ偏波光がリング光共振器１０３と光学的に結合したドロップポート１０４に結合し、その先に形成されたフォトディテクタ１０５に入力される。このように、ＷＤＭ入力信号光を一度ＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離し、更にＴＭ偏波光をＴＥ偏波光にローテーションすることにより、入力信号光の偏波状態に無依存な光受信が達成される。
この偏波ダイバーシティ光受信機では、不定な偏波状態となっているＷＤＭ入力信号光が偏波ビームスプリッタ１０１に入力されると、信号光がＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離される。分離された各偏波の信号光のうち、ＴＭ偏波光は偏波ローテータ１０２に入力され、ＴＥ偏波光にローテートされる。このように２系統に分離された信号光は、それぞれＴＥ偏波光として光分波器に入力される。光分波器にはリング光共振器やＡＷＧフィルタが用いられるが、ここでは光分波器として双方向入力型のリング光共振器１０３を例示する。それぞれ別系統に分波された２つのＴＥ偏波光は、それぞれ別々の方向からリング光共振器１０３に入力され、リング光共振器１０３の共振波長に合うＴＥ偏波光がリング光共振器１０３と光学的に結合したドロップポート１０４に結合し、その先に形成されたフォトディテクタ１０５に入力される。このように、ＷＤＭ入力信号光を一度ＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離し、更にＴＭ偏波光をＴＥ偏波光にローテーションすることにより、入力信号光の偏波状態に無依存な光受信が達成される。
Long Chen, Christopher R. Doerr, and Young-kai Chen, OFC/NFOEC Technical Digest, 2012
Lucas B. Soldano and Erik C. M. Pennings, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 13, NO. 4, APRIL 1995
上述のように、偏波ダイバーシティ光受信機を用いることにより、入力信号光の偏波状態に無依存な光受信が得られるが、図１５のような構造では、フォトディテクタ１０５の双方向から信号光が入力される。そのため、フォトディテクタ長を十分長くしないと、透過光がそれぞれの対向する入力ポートに出力され、リング光共振器１０３を経て光受信機内外へ戻り光として出力されてしまい、ノイズや誤動作の原因となるという問題がある。一方、フォトディテクタ１０５からの透過光が十分小さくなるようにフォトディテクタ長を長くすると、容量が増加し応答帯域が悪化するという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、フォトディテクタの双方向から信号光が入力される場合に、フォトディテクタ長を長くすることなく、即ち応答帯域を悪化させることなく戻り光の発生を抑止し、ノイズや誤動作の発生を防止する信頼性の高い光機能素子、光受信装置及び光送信装置を提供することを目的とする。
光機能素子の一態様は、入力された光を吸収する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続された電極とを有する、多モード干渉計とされたフォトディテクタと、前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路とを含む光機能素子であって、前記第１の光導波路若しくは前記第２の光導波路又は前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が前記半導体層に吸収されて光電変換されることで生じた信号電荷が、前記電極から検知され、前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像する。
光受信装置の一態様は、入力された光をＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離する光分離部と、前記ＴＭ偏波光をＴＥ偏波光に変換する光変換部と、前記ＴＥ偏波光を波長に応じて分波する光分波部と、分波された前記ＴＥ偏波光を受信する光機能素子とを含む光受信装置であって、前記光機能素子は、入力された光を吸収する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続された電極とを有する、多モード干渉計とされたフォトディテクタと、前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路とを含む光機能素子であって、前記第１の光導波路若しくは前記第２の光導波路又は前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が前記半導体層に吸収されて光電変換されることで生じた信号電荷が、前記電極から検知され、前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像する。
光送信装置の一態様は、光源と、一端が前記光源から出射した光の入力部とされ、他端が信号光の出力部とされた光導波路と、前記光導波路と接続された光変調器と、前記光変調器と接続された光機能素子とを含む光送信装置であって、前記光機能素子は、入力された光を吸収する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続された電極とを有する、多モード干渉計とされたフォトディテクタと、前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路とを含む光機能素子であって、前記第１の光導波路若しくは前記第２の光導波路又は前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が前記半導体層に吸収されて光電変換されることで生じた信号電荷が、前記電極から検知され、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像する。
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像する。
上記の諸態様によれば、フォトディテクタの双方向から信号光が入力する場合に、フォトディテクタ長を長くすることなく、即ち応答帯域を悪化させることなく戻り光の発生を抑止し、ノイズや誤動作の発生が防止される。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態によるフォトディテクタを備えた光機能素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
以下、第１の実施形態によるフォトディテクタを備えた光機能素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
−光機能素子の構成−
図１は、第１の実施形態による光機能素子を示す概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。
この光機能素子は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１０に形成されており、フォトディテクタ１、フォトディテクタ１の一方の端面に接続された第１の光導波路２、フォトディテクタ１の他方の端面に接続された第２の光導波路３を備えている。
図１は、第１の実施形態による光機能素子を示す概略図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。
この光機能素子は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１０に形成されており、フォトディテクタ１、フォトディテクタ１の一方の端面に接続された第１の光導波路２、フォトディテクタ１の他方の端面に接続された第２の光導波路３を備えている。
ＳＯＩ基板１０は、シリコン（Ｓｉ）基板１０ａ上にＳｉ酸化層１０ｂを介してＳＯＩ層１０ｃが形成されてなる。
フォトディテクタ１は、後述するように、当該フォトディテクタ１に入力された信号光が複数の伝播モードに分離され、吸収・減衰しながら伝播し、モード間干渉を起こして特定の点で結像されるものである。本実施形態においては、このフォトディテクタ１を多モード干渉型（Multi-Mode Interference：ＭＭＩ型）のフォトディテクタと呼ぶ（非特許文献２を参照）。フォトディテクタ１は、ＳＯＩ層１０ｃの表層部分にｐ型不純物が導入されてなるｐ型Ｓｉ領域１１ａと、その上に形成されたｉ−ゲルマニウム（Ｇｅ）層１２と、ｉ−Ｇｅ層１２の表層部分にｎ型不純物が導入されてなるｎ型Ｇｅ領域１２ａとを有して構成される。
フォトディテクタ１は、後述するように、当該フォトディテクタ１に入力された信号光が複数の伝播モードに分離され、吸収・減衰しながら伝播し、モード間干渉を起こして特定の点で結像されるものである。本実施形態においては、このフォトディテクタ１を多モード干渉型（Multi-Mode Interference：ＭＭＩ型）のフォトディテクタと呼ぶ（非特許文献２を参照）。フォトディテクタ１は、ＳＯＩ層１０ｃの表層部分にｐ型不純物が導入されてなるｐ型Ｓｉ領域１１ａと、その上に形成されたｉ−ゲルマニウム（Ｇｅ）層１２と、ｉ−Ｇｅ層１２の表層部分にｎ型不純物が導入されてなるｎ型Ｇｅ領域１２ａとを有して構成される。
第１の光導波路２は、ＳＯＩ層１０ｃのｐ型Ｓｉ領域１１ａ以外の部分であり、ｐ型不純物がｐ型Ｓｉ領域１１ａよりも低濃度に導入されてなるｐ-型Ｓｉ領域１１ｂがエッチングされて形成されている。第１の光導波路２は、フォトディテクタ１の一方の端面に接続されるよう形成されており、第1の光導波路２から入力された信号光は、フォトディテクタ１の一方の端面からフォトディテクタ１に入力され、１１ａのｐ型Ｓｉ層を伝搬するに従いｉ−Ｇｅ層１２にエヴァネッセント結合され、ｉ−Ｇｅ層１２に吸収される。ここで、第１の光導波路２をフォトディテクタ１の一方の端面とバットジョイント結合するように形成しても良い。
第２の光導波路３は、ＳＯＩ層１０ｃのｐ型Ｓｉ領域１１ａ以外の部分であり、ｐ型不純物がｐ型Ｓｉ領域１１ａよりも低濃度に導入されてなるｐ-型Ｓｉ領域１１ｂがエッチングされて形成されている。第２の光導波路３は、フォトディテクタ１の他方の端面に接続されるよう形成されており、第２の光導波路３から入力された信号光は、フォトディテクタ１の他方の端面からフォトディテクタ１に入力され、１１ａのｐ型Ｓｉ層を伝搬するに従いｉ−Ｇｅ層１２にエヴァネッセント結合され、ｉ−Ｇｅ層１２に吸収される。ここで、第２の光導波路３をフォトディテクタ１の他方の端面とバットジョイント結合するように形成しても良い。
第１の光導波路２及び第２の光導波路３は、Ｓｉよりも屈折率の高いＧｅのフォトディテクタ１に信号光を入力するための入力導波路であり、フォトディテクタ１を介して対向する位置に形成されている。
第１の光導波路２及び第２の光導波路３は、Ｓｉよりも屈折率の高いＧｅのフォトディテクタ１に信号光を入力するための入力導波路であり、フォトディテクタ１を介して対向する位置に形成されている。
この光機能素子では、ＳＯＩ層１０ｃ及びフォトディテクタ１を覆うシリコン酸化物等のクラッド層１３が形成されている。クラッド層１３には、ｐ型Ｓｉ領域１１ａの表面の一部を露出する一対のコンタクト孔１３ａ，１３ｂと、ｎ型Ｇｅ領域１２ａの表面の一部を露出するコンタクト孔１３ｃとが形成されている。コンタクト孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）で埋め込まれ、電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃが形成されている。一対の電極１４ａ，１４ｂがｐ型Ｓｉ領域１１ａと、電極１４ｃがｎ型Ｇｅ領域１２とそれぞれ電気的に接続されている。ｐ型Ｓｉ領域１１ａと接続される電極として、一対の電極１４ａ，１４ｂを電極１４ｃについて対象位置に配置することにより、フォトディテクタ１における電流の流れを均一にすることができる。一対の電極１４ａ及び１４ｂと、電極１４ｃとには、それぞれ不図示の引き出し線が接続される。
光機能素子では、第１の光導波路２（又は第２の光導波路３）から入力された光は、フォトディテクタ１により光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は、一対の電極１４ａ，１４ｂと、電極１４ｃとから検知される。
図２は、第１の実施形態による光機能素子の動作を説明するための概略平面図である。図２では、説明の便宜上、ｎ型Ｇｅ領域や電極の図示を省略する。
フォトディテクタ１の長辺の長さ（フォトディテクタ長Ｌ）は、以下のとおり決定される。先ず、フォトディテクタ１の短辺の長さ（フォトディテクタ幅）をＷとしたとき、その実効的なフォトディテクタ幅Ｗeは以下の式（１）で表される。
ここで、λ0は真空中での信号光波長、ｎcはクラッド層の屈折率、ｎrはフォトディテクタ部の等価屈折率、σは信号光の偏波を示しており、ＴＥ偏波で１、ＴＭ偏波で０である。このとき、モード次数ｖの伝搬定数βvは以下の式（２）で表される。
ここで、ｋ0は波数である。このとき、最小次と１次のモードのビート長Ｌπは、以下の式（３）で表される。
モード間干渉による結像位置はこのＬπで表される。光がフォトディテクタ１の一方の端面の幅方向中央から入力されたとき、当該一方の端面から、モード間干渉による最初のＮ個の結像までの距離Ｌは以下の式（４）で表される。
本実施形態では、第１の光導波路２がフォトディテクタ１の一方の端面の幅方向中央に、第２の光導波路３がフォトディテクタ１の他方の端面の幅方向中央にそれぞれ形成されている。フォトディテクタ長を、（４）式でＮ＝２としたときの距離Ｌとすることにより、第１の光導波路２からフォトディテクタ１に入力された信号光が、第２の光導波路３から物理的に離れた位置、ここではフォトディテクタ１の他方の端面における第２の光導波路３の左右の２箇所に結像する。同様に、第２の光導波路３からフォトディテクタ１に入力された信号光が、第１の光導波路２から物理的に離れた位置、ここではフォトディテクタ１の一方の端面における第１の光導波路２の左右の２箇所に結像する。（１），（４）式より、具体的には、信号光の波長が例えば１．５５μｍの場合、フォトディテクタ１を例えば５μｍ幅、３４．７μｍ長に形成する。
本実施形態においては、フォトディテクタ１はＭＭＩ型のものであるため、フォトディテクタ１に入力された信号光は、複数の伝播モードに分離され、フォトディテクタ１で吸収されて減衰しながらフォトディテクタ１内を伝播する。複数のモードに分離された信号光はフォトディテクタ１内を伝播しながらモード間干渉を起こし特定の点で結像する。本実施形態では、第１の光導波路２からフォトディテクタ１に入力された信号光が第２の光導波路３から物理的に離れた位置に結像し、第１の光導波路２と対向する第２の光導波路３には結像しない。同様に、第２の光導波路３からフォトディテクタ１に入力された信号光が第１の光導波路２から物理的に離れた位置に結像し、第２の光導波路３と対向する第１の光導波路２には結像しない。結像した光は、その一部がフォトディテクタ１内で反射したり、フォトディテクタ１の一方の端面から外部へ透過したりするが、当該光は無視し得るものである。このように、例えば（１），（４）式の関係を満たすサイズにフォトディテクタ１を設計して結像点を制御することにより、フォトディテクタ１内で減衰しきれなかった信号光が対向する第１及び第２の光導波路２，３から離間した位置に結合し、戻り光の発生が抑制される。このことは、フォトディテクタ１の短尺化、動作帯域の改善にも繋がる。
−光機能素子の製造方法−
図３〜図９は、第１の実施形態による光機能素子の製造方法を工程順に説明する概略図である。図３、図５〜図９では、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。図４では、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図、（ｃ）が（ａ）中の破線ＩＩ−ＩＩ'に沿った断面図である。
図３〜図９は、第１の実施形態による光機能素子の製造方法を工程順に説明する概略図である。図３、図５〜図９では、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。図４では、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図、（ｃ）が（ａ）中の破線ＩＩ−ＩＩ'に沿った断面図である。
先ず、図３に示すように、ＳＯＩ基板１０を用意する。
ＳＯＩ基板１０は、Ｓｉ基板１０ａ上にＳｉ酸化層１０ｂを介してＳＯＩ層１０ｃが形成されてなる。Ｓｉ酸化層１０ｂは、３．０μｍ程度の厚みに形成されている。ＳＯＩ層１０ｃは、ｐ型不純物が低濃度に導入されており、０．３μｍ程度の厚みに形成されている。
ＳＯＩ基板１０は、Ｓｉ基板１０ａ上にＳｉ酸化層１０ｂを介してＳＯＩ層１０ｃが形成されてなる。Ｓｉ酸化層１０ｂは、３．０μｍ程度の厚みに形成されている。ＳＯＩ層１０ｃは、ｐ型不純物が低濃度に導入されており、０．３μｍ程度の厚みに形成されている。
続いて、図４に示すように、ＳＯＩ層１０ｃをエッチングして第１の光導波路２及び第２の光導波路３を形成する。
詳細には、ＳＯＩ層１０ｃ上にレジストを塗布し、ＥＢリソグラフィにより露光及び現像して、光導波路形状のレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、ＳＯＩ層１０ｃを例えばＩＣＰドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、ＳＯＩ層１０ｃの対向する両端面に第１の光導波路２及び第２の光導波路３が形成される。
詳細には、ＳＯＩ層１０ｃ上にレジストを塗布し、ＥＢリソグラフィにより露光及び現像して、光導波路形状のレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、ＳＯＩ層１０ｃを例えばＩＣＰドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、ＳＯＩ層１０ｃの対向する両端面に第１の光導波路２及び第２の光導波路３が形成される。
続いて、図５に示すように、ＳＯＩ層１０ｃにｐ型Ｓｉ領域１１ａを形成する。
詳細には、ＳＯＩ層１０ｃ上にレジストを塗布し、ｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、電極形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。この開口は、例えば幅２３μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とする。このレジストマスクを用いて、ＳＯＩ層１０ｃの電極形成予定部位の表層部分にｐ型不純物、ここではホウ素（Ｂ）をイオン注入する。イオン注入は、例えばドーズ量を６．０×１０14ｃｍ-2、注入エネルギーを３０ｋｅＶ程度の条件で行う。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。
詳細には、ＳＯＩ層１０ｃ上にレジストを塗布し、ｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、電極形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。この開口は、例えば幅２３μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とする。このレジストマスクを用いて、ＳＯＩ層１０ｃの電極形成予定部位の表層部分にｐ型不純物、ここではホウ素（Ｂ）をイオン注入する。イオン注入は、例えばドーズ量を６．０×１０14ｃｍ-2、注入エネルギーを３０ｋｅＶ程度の条件で行う。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。
次に、ＳＯＩ基板１０をアニール装置に投入し、例えば１０００℃で５秒間のアニールを施し、Ｂイオンを活性化させる。上記の一連のイオン注入工程及びアニール工程で１．０×１０19ｃｍ-3程度のキャリア濃度が得られる。以上により、ＳＯＩ層１０ｃにｐ型Ｓｉ領域１１ａが形成される。ｐ型Ｓｉ領域１１ａの形成により、ＳＯＩ層１０ｃは、ｐ型Ｓｉ領域１１ａと、ｐ型Ｓｉ領域１１ａ以外の部分であり、ｐ型不純物がｐ型Ｓｉ領域１１ａよりも低濃度に導入されてなるｐ-型Ｓｉ領域１１ｂとから構成される。
続いて、図６に示すように、Ｇｅ層を形成するためのＳｉＯ2マスク１５を形成する。
詳細には、例えばＬＰ−ＣＶＤ法により、全面にＳｉＯ2膜を形成する。ＳｉＯ2膜上にレジストを塗布し、例えばｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、Ｇｅ層形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、ＳｉＯ2膜を例えばＩＣＰドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、ｐ型Ｓｉ領域１１ａのＧｅ層形成予定部位を露出する開口１５ａを有するＳｉＯ2マスク１５が形成される。開口１５ａは、例えば幅５μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とされる。
詳細には、例えばＬＰ−ＣＶＤ法により、全面にＳｉＯ2膜を形成する。ＳｉＯ2膜上にレジストを塗布し、例えばｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、Ｇｅ層形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、ＳｉＯ2膜を例えばＩＣＰドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、ｐ型Ｓｉ領域１１ａのＧｅ層形成予定部位を露出する開口１５ａを有するＳｉＯ2マスク１５が形成される。開口１５ａは、例えば幅５μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とされる。
続いて、図７に示すように、ｉ−Ｇｅ層１２を形成する。
詳細には、ＬＰ−ＣＶＤ法により、Ｇｅのエピタキシャル成長を行う。ＳｉＯ2マスク１５が形成されたＳＯＩ基板１０を成長チャンバ内に導入し、ランプヒータを加熱させて、Ｈ2雰囲気下で温度を例えば９００℃程度まで昇温し、例えば5分間温度を保持し、表面に吸着したＯ2を取り除く。温度を６５０℃程度に降温し、安定した時点でＧｅＨ4を供給して、Ｇｅ層を成長する。成長条件は、例えば、成長圧力１０Torr、ＧｅＨ4の供給量を２０ｃｃｍ、Ｈ2キャリアガスの流量を１０ｃｃｍ、成長時間を３５分間とする。このとき、成長速度は３０ｎｍ／ｍｉｎ程度となり、Ｇｅの膜厚は１０００ｎｍ程度となる。以上により、ＳｉＯ2マスク１５の開口１５ａ内を埋め込むようにｉ−Ｇｅ層１２が形成される。
詳細には、ＬＰ−ＣＶＤ法により、Ｇｅのエピタキシャル成長を行う。ＳｉＯ2マスク１５が形成されたＳＯＩ基板１０を成長チャンバ内に導入し、ランプヒータを加熱させて、Ｈ2雰囲気下で温度を例えば９００℃程度まで昇温し、例えば5分間温度を保持し、表面に吸着したＯ2を取り除く。温度を６５０℃程度に降温し、安定した時点でＧｅＨ4を供給して、Ｇｅ層を成長する。成長条件は、例えば、成長圧力１０Torr、ＧｅＨ4の供給量を２０ｃｃｍ、Ｈ2キャリアガスの流量を１０ｃｃｍ、成長時間を３５分間とする。このとき、成長速度は３０ｎｍ／ｍｉｎ程度となり、Ｇｅの膜厚は１０００ｎｍ程度となる。以上により、ＳｉＯ2マスク１５の開口１５ａ内を埋め込むようにｉ−Ｇｅ層１２が形成される。
続いて、図８に示すように、ｉ−Ｇｅ層１２の表層部分にｎ型Ｇｅ領域１２ａを形成する。
詳細には、全面にレジストを塗布し、ｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、ｎ型Ｇｅ形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。この開口は、例えば幅４μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とする。このレジストマスクを用いて、ｎ型Ｇｅ形成予定部位の表層部分にｎ型不純物、ここではリン（Ｐ）をイオン注入する。イオン注入は、例えばドーズ量を６．０×１０14ｃｍ-2、注入エネルギーを３０ｋｅＶ程度の条件で行う。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。
詳細には、全面にレジストを塗布し、ｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、ｎ型Ｇｅ形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。この開口は、例えば幅４μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とする。このレジストマスクを用いて、ｎ型Ｇｅ形成予定部位の表層部分にｎ型不純物、ここではリン（Ｐ）をイオン注入する。イオン注入は、例えばドーズ量を６．０×１０14ｃｍ-2、注入エネルギーを３０ｋｅＶ程度の条件で行う。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。
次に、ＳＯＩ基板１０をアニール装置に投入し、例えば７００℃で５秒間のアニールを施し、Ｐイオンを活性化させる。上記の一連のイオン注入工程及びアニール工程で１．０×１０19ｃｍ-3程度のキャリア濃度が得られる。以上により、ｉ−Ｇｅ層１２の表層部分にｎ型Ｇｅ領域１２ａが形成される。
続いて、図９に示すように、コンタクト孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有するクラッド層１３を形成する。
詳細には、例えばプラズマ−ＣＶＤ法により、全面に例えば１０００ｎｍ程度の厚みにＳｉＯ2膜を形成する。ＳｉＯ2膜上にレジストを塗布し、例えばｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、コンタクト孔形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、ＳｉＯ2膜を例えばＩＣＰドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、ｐ型Ｓｉ領域１１ａの電極形成予定部位を露出するコンタクト孔１３ａ，１３ｂと、ｎ型Ｇｅ領域１２ａの電極形成予定部位を露出するコンタクト孔１３ｃとを有するクラッド層１３が形成される。コンタクト孔１３ａ，１３ｂは、例えば幅４μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とされる。コンタクト孔１３ｃは、例えば幅４μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とされる。
詳細には、例えばプラズマ−ＣＶＤ法により、全面に例えば１０００ｎｍ程度の厚みにＳｉＯ2膜を形成する。ＳｉＯ2膜上にレジストを塗布し、例えばｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、コンタクト孔形成予定部位を露出する開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、ＳｉＯ2膜を例えばＩＣＰドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、ｐ型Ｓｉ領域１１ａの電極形成予定部位を露出するコンタクト孔１３ａ，１３ｂと、ｎ型Ｇｅ領域１２ａの電極形成予定部位を露出するコンタクト孔１３ｃとを有するクラッド層１３が形成される。コンタクト孔１３ａ，１３ｂは、例えば幅４μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とされる。コンタクト孔１３ｃは、例えば幅４μｍ程度、長さ３４．７μｍ程度とされる。
続いて、図１に示したように、電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成する。
詳細には、クラッド層１３が形成されたＳＯＩ基板１０をスパッタリング装置に投入し、Ａｌ膜を、コンタクト孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを埋め込む５００ｎｍ程度の厚みに形成する。Ａｌ膜上にレジストを塗布し、例えばｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、電極形成予定部位をカバーするレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、Ａｌ膜をドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、コンタクト孔１３ａ，１３ｂをＡｌで埋め込みｐ型Ｓｉ領域１１ａと導通する電極１４ａ，１４ｂと、コンタクト孔１３ｃをＡｌで埋め込みｎ型Ｇｅ領域１２ａと導通する電極１４ｃとが形成される。
以上により、本実施形態による光機能素子が形成される。
詳細には、クラッド層１３が形成されたＳＯＩ基板１０をスパッタリング装置に投入し、Ａｌ膜を、コンタクト孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを埋め込む５００ｎｍ程度の厚みに形成する。Ａｌ膜上にレジストを塗布し、例えばｉ線リソグラフィ法により露光及び現像して、電極形成予定部位をカバーするレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、Ａｌ膜をドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、コンタクト孔１３ａ，１３ｂをＡｌで埋め込みｐ型Ｓｉ領域１１ａと導通する電極１４ａ，１４ｂと、コンタクト孔１３ｃをＡｌで埋め込みｎ型Ｇｅ領域１２ａと導通する電極１４ｃとが形成される。
以上により、本実施形態による光機能素子が形成される。
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトディテクタ１の双方向から信号光が入力する場合に、フォトディテクタ長を長くすることなく戻り光の発生を抑止し、応答帯域が向上するもノイズや誤動作の発生が防止される、信頼性の高い光機能素子が実現する。
なお、本実施形態では、基板としてＳＯＩ基板１０を用いているが、Ｓｉ基板上に窒化膜を介してシリコン層が形成されてなる基板を用いても良い。また、フォトディテクタ１の主材料としてＧｅを用いているが、ＳｉＧｅを用いることもできる。また、本発明の意図を逸脱しない限り、基板やフォトディテクタ、光導波路等の主材料として、ＩｎＰやＧａＡｓ等の他の半導体材料を用いても良い。電極のメタル材料についても特に制限は無くＣｕやＡｕ等を用いても構わない。また、光導波路の幅やフォトディテクタ幅等についても本発明の意図を逸脱しない範囲で自由に設計できる。また、第１及び第２の光導波路にテーパ構造等を適用しても良い。また、第１及び第２の光導波路を通過した信号光の結像点は必ずしもフォトディテクタの端面丁度である必要もなく、対向する入力光導波路への戻り光が問題にならない範囲であれば、結像点はフォトディテクタの端面からある程度ずれていても構わない。
（第２の実施形態）
次いで、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様にフォトディテクタを備えた光機能素子を開示するが、光導波路の構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。本実施形態では、第１の実施形態の光機能素子と同じ構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
次いで、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様にフォトディテクタを備えた光機能素子を開示するが、光導波路の構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。本実施形態では、第１の実施形態の光機能素子と同じ構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図１０は、第２の実施形態による光機能素子を示す概略平面図である。
この光機能素子は、第１の実施形態による光機能素子に加えて、第３の光導波路２１及び第４の光導波路２２と、第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４とが形成されている。
この光機能素子は、第１の実施形態による光機能素子に加えて、第３の光導波路２１及び第４の光導波路２２と、第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４とが形成されている。
第３の光導波路２１及び第４の光導波路２２は、フォトディテクタ１の他方の端面における第２の光導波路３の左右の２箇所に一端が接続された光終端用の出力光導波路である。第３の光導波路２１及び第４の光導波路２２は、その一端が第１の光導波路２から入力された信号光の結像点に位置するように形成されている。
第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４は、フォトディテクタ１の一方の端面における第１の光導波路２の左右の２箇所に一端が接続された光終端用の出力光導波路である。第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４は、その一端が第２の光導波路３から入力された信号光の結像点に位置するように形成されている。
第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４は、フォトディテクタ１の一方の端面における第１の光導波路２の左右の２箇所に一端が接続された光終端用の出力光導波路である。第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４は、その一端が第２の光導波路３から入力された信号光の結像点に位置するように形成されている。
第３〜第６の光導波路２１〜２４は、図１１のように略等幅で形成しても良いし、フォトディテクタ１の端面から離れるほど幅を徐々に狭め、光を基板側へ放出させるように形成しても良い。
第３の光導波路２１及び第４の光導波路２２と第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４は、第１の光導波路２及び第２の光導波路３と同一工程で形成される。即ち、ＳＯＩ層１０ｃ上にレジストを塗布し、ＥＢリソグラフィにより露光及び現像して、第１〜第６の光導波路形状のレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、ＳＯＩ層１０ｃを例えばＩＣＰドライエッチングする。レジストマスクはアッシング処理又はウェット処理により除去される。以上により、ＳＯＩ層１０ｃの一方の端面には第１の光導波路２、第５の光導波路２３及び第６の光導波路２４が、ＳＯＩ層１０ｃの他方の端面には第２の光導波路３、第３の光導波路２１及び第４の光導波路２２がそれぞれ形成される。
本実施形態による光機能素子では、第１の光導波路２から入力された信号光は第３及び第４の光導波路２１，２２に結像して出力される。第２の光導波路３から入力された信号光は第５及び第６の光導波路２３，２４に結像して出力される。第１の実施形態では、フォトディテクタ１の端面近傍に結像することで迷光が発生する可能性はごく僅かながら存在するが、本実施形態の構成により、当該迷光がより確実に除去され、動作に対する悪影響が更に抑止される。
図１１（図示の便宜上、ｎ型Ｇｅ領域や電極の図示を省略する。）に示すように、第３〜第６の光導波路２１〜２４の各他端に、第３〜第６の光導波路２１〜２４を通過した光を吸収する光吸収体２５をそれぞれ接続し、光終端部とするようにしても良い。光吸収体２５は、フォトディテクタ１と同様にＧｅ又はＳｉＧｅ等を材料として形成される。光吸収体２５を設けることにより、更に確実に迷光を除去することができる。
（第３の実施形態）
次いで、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態による光機能素子を備えた偏波ダイバーシティ光受信機を例示する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態の光機能素子と同じ構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
次いで、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態による光機能素子を備えた偏波ダイバーシティ光受信機を例示する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態の光機能素子と同じ構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図１２は、第３の実施形態による偏波ダイバーシティ光受信機の概略構成を示す模式図である。
この偏波ダイバーシティ光受信機は、入力光導波路３１、光分離部である偏波ビームスプリッタ３２、光変換部である偏波ローテータ３３、異なる波長（波長λ１〜λ４を例示）ごとに分波する光分波部である複数（４つを例示）のリング光共振器３４を備える。各リング光共振器３４には、ドロップポート３５を通じて第１又は第２の実施形態（図１、図１０又は図１１に例示する。）による光機能素子３０が接続されている。
この偏波ダイバーシティ光受信機は、入力光導波路３１、光分離部である偏波ビームスプリッタ３２、光変換部である偏波ローテータ３３、異なる波長（波長λ１〜λ４を例示）ごとに分波する光分波部である複数（４つを例示）のリング光共振器３４を備える。各リング光共振器３４には、ドロップポート３５を通じて第１又は第２の実施形態（図１、図１０又は図１１に例示する。）による光機能素子３０が接続されている。
この偏波ダイバーシティ光受信機では、不定な偏波状態となっているＷＤＭ入力信号光が入力光導波路３１に入力され、偏波ビームスプリッタ３２に入力されると、信号光がＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離される。分離された各偏波の信号光のうち、ＴＭ偏波光が偏波ローテータ３３に入力され、ＴＥ偏波光にローテートされる。このように２系統に分離された信号光は、それぞれＴＥ偏波光として光分波器であるリング光共振器３４に入力される。それぞれ別系統に分波された２つのＴＥ偏波光は、それぞれ別々の方向からリング光共振器３４に入力され、リング光共振器３４の共振波長に合うＴＥ偏波光がリング光共振器３４と光学的に結合したドロップポート３５に結合し、その先に形成された光機能素子３０に入力される。光機能素子３０では、第１及び第２の光導波路２，３からフォトディテクタ１に入力されて吸収される。フォトディテクタ１内で減衰しきれなかった信号光が対向する第１及び第２の光導波路２，３から離間した位置に結合し、戻り光の発生が抑制される。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１又は第２の実施形態による光機能素子３０を適用することにより、フォトディテクタ１の双方向から信号光が入力する場合に、フォトディテクタ長を長くすることなく戻り光の発生を抑止し、応答帯域が向上するもノイズや誤動作の発生が防止される、信頼性の高い光受信機が実現する。
なお、偏波ダイバーシティ光受信機の構造は、本実施形態で示した構造に限られるものではなく、例えば光分波器にＡＷＧフィルタを用いたものや、マッハツェンダ干渉計からなる光分波器を用いても構わない。
（第４の実施形態）
次いで、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態による光機能素子をモニタ用フォトディテクタとして用いた光送信機を例示する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態の光機能素子と同じ構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
次いで、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態による光機能素子をモニタ用フォトディテクタとして用いた光送信機を例示する。本実施形態では、第１又は第２の実施形態の光機能素子と同じ構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
通常、シリコンフォトニクスの光送信機はレーザ光源、光変調器、光合波器等を備えて構成される。レーザ光源はシリコンが直接遷移半導体ではないこともあり、現状ではＧａＡｓ系、ＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザに頼らざるを得ない状況にある。レーザ光のシリコンチップへの導入には、レーザ素子をシリコンチップの外部に設置したうえでファイバ結合により導入する方法と、レーザ素子をシリコンチップ上に実装してレーザ光の出力導波路とシリコンチップの光導波路とを直接結合させる方法とがある。外部からの光導入に比べ、シリコンチップ上へのレーザ素子の実装による直接結合方式は、ファイバアクセスが不要であるため、ファイバ実装のコストやモジュールサイズ、結合損等の面で有利である。また、シリコンチップ上に実装することで、シリコンチップに形成された光変調器や光合分波器等との温度乖離が小さく、動作制御の面でも有利である。
しかしながら、レーザ素子の実装による直接結合方式では、光送信機の検査の観点において、以下のような問題がある。
図１３は、従来の光送信機の概略構成を示す模式図である。ＣＷ（Continuous Wave）の信号光が入力されたリング光変調器１１１では、変調された信号光の一部をモニタフォトディテクタ１１２に取り込み、現在の信号光とリング光変調器１１１の共振波長を調整する。
リング光変調器１１１の光学特性検査を行う場合、図１３の構成では、信号光の入力側から検査光を導入する必要がある。信号光側から光を入力するにはレーザ素子を実装するか、レーザ素子を実装する部位から光を導入するしかないが、光学特性検査はレーザ素子の実装前に行うことが望ましく、またレーザ素子を実装する部位から光を導入することは難しい。レーザ素子を実装した後ではレーザ光が単波長光であるためにスペクトル検査ができないという問題もある。
図１３は、従来の光送信機の概略構成を示す模式図である。ＣＷ（Continuous Wave）の信号光が入力されたリング光変調器１１１では、変調された信号光の一部をモニタフォトディテクタ１１２に取り込み、現在の信号光とリング光変調器１１１の共振波長を調整する。
リング光変調器１１１の光学特性検査を行う場合、図１３の構成では、信号光の入力側から検査光を導入する必要がある。信号光側から光を入力するにはレーザ素子を実装するか、レーザ素子を実装する部位から光を導入するしかないが、光学特性検査はレーザ素子の実装前に行うことが望ましく、またレーザ素子を実装する部位から光を導入することは難しい。レーザ素子を実装した後ではレーザ光が単波長光であるためにスペクトル検査ができないという問題もある。
図１４は、第４の実施形態による光送信機の概略構成を示す模式図である。
この光送信機は、内部光源であるレーザ素子４１と、光導波路４２と、リング光変調器４３と、第１又は第２の実施形態による光機能素子４０とを備えて構成される。光導波路４２は、一端がレーザ素子４１のレーザ光の入力部４２ａとされ、他端が信号光の出力部４２ｂとされている。リング光変調器４３は光導波路４２の中央付近に接続されている。リング光変調器４３の代わりにマッハツェンダ変調器を用いても良い。光機能素子４０は、検査用のモニタフォトディテクタと、レーザ素子４１の実装後の通常動作時にリング光変調器４３の制御に使用するモニタフォトディテクタとを兼用しており、その第１及び第２の光導波路２，３がリング光変調器４３に接続されている。
この光送信機は、内部光源であるレーザ素子４１と、光導波路４２と、リング光変調器４３と、第１又は第２の実施形態による光機能素子４０とを備えて構成される。光導波路４２は、一端がレーザ素子４１のレーザ光の入力部４２ａとされ、他端が信号光の出力部４２ｂとされている。リング光変調器４３は光導波路４２の中央付近に接続されている。リング光変調器４３の代わりにマッハツェンダ変調器を用いても良い。光機能素子４０は、検査用のモニタフォトディテクタと、レーザ素子４１の実装後の通常動作時にリング光変調器４３の制御に使用するモニタフォトディテクタとを兼用しており、その第１及び第２の光導波路２，３がリング光変調器４３に接続されている。
この光送信機では、レーザ素子４１を実装する前に、光導波路４２の出力部４２ｂから検査光を導入し、光学特性検査を行う。例えば、波長可変光源からの光を検査光として、又は白色光源からの光を分光したものを検査光として導入することにより、リング光変調器４３のスペクトル検査を行うことができる。本実施形態では、第１又は第２の実施形態による光機能素子４０を備えており、光機能素子４０のフォトディテクタ１で吸収しきれなかった信号光が光送信機の内外へ戻ることが抑制される。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１又は第２の実施形態による光機能素子４０を適用することにより、フォトディテクタ１の双方向から信号光が入力する場合に、フォトディテクタ長を長くすることなく戻り光の発生を抑止し、応答帯域が向上するもノイズや誤動作の発生が防止される、信頼性の高い光送信機が実現する。
以下、光機能素子、光受信装置及び光送信装置の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
（付記１）電極を有する多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記電極は、前記第１の光導波路又は前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が光電変換されて生じた信号電荷を検知し、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光機能素子。
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記電極は、前記第１の光導波路又は前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が光電変換されて生じた信号電荷を検知し、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光機能素子。
（付記２）前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に結像することを特徴とする付記１に記載の光機能素子。
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に結像することを特徴とする付記１に記載の光機能素子。
（付記３）前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第３の光導波路及び第４の光導波路と、
前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第５の光導波路及び第６の光導波路と
を更に含み、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路に結像することを特徴とする付記２に記載の光機能素子。
前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第５の光導波路及び第６の光導波路と
を更に含み、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路に結像することを特徴とする付記２に記載の光機能素子。
（付記４）前記第３の光導波路の他端、前記第４の光導波路の他端、前記第５の光導波路の他端、及び前記第６の光導波路の他端に、それぞれ光吸収体が接続されていることを特徴とする付記３に記載の光機能素子。
（付記５）入力された光をＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離する光分離部と、
前記ＴＭ偏波光をＴＥ偏波光に変換する光変換部と、
前記ＴＥ偏波光を波長に応じて分波する光分波部と、
分波された前記ＴＥ偏波光を受信する光機能素子と
を含む光受信装置であって、
前記光機能素子は、
電極を有する多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記電極は、前記第１の光導波路又は前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が光電変換されて生じた信号電荷を検知し、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された前記ＴＥ偏波光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された前記ＴＥ偏波光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光受信装置。
前記ＴＭ偏波光をＴＥ偏波光に変換する光変換部と、
前記ＴＥ偏波光を波長に応じて分波する光分波部と、
分波された前記ＴＥ偏波光を受信する光機能素子と
を含む光受信装置であって、
前記光機能素子は、
電極を有する多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記電極は、前記第１の光導波路又は前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が光電変換されて生じた信号電荷を検知し、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された前記ＴＥ偏波光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された前記ＴＥ偏波光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光受信装置。
（付記６）前記光機能素子は、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に結像することを特徴とする付記５に記載の光受信装置。
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に結像することを特徴とする付記５に記載の光受信装置。
（付記７）前記光機能素子は、
前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第３の光導波路及び第４の光導波路と、
前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第５の光導波路及び第６の光導波路と
を更に含み、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路に結像することを特徴とする付記６に記載の光受信装置。
前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第３の光導波路及び第４の光導波路と、
前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第５の光導波路及び第６の光導波路と
を更に含み、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路に結像することを特徴とする付記６に記載の光受信装置。
（付記８）前記光機能素子は、前記第３の光導波路の他端、前記第４の光導波路の他端、前記第５の光導波路の他端、及び前記第６の光導波路の他端に、それぞれ光吸収体が接続されていることを特徴とする付記７に記載の光受信装置。
（付記９）光源と、
一端が前記光源から出射した光の入力部とされ、他端が信号光の出力部とされた光導波路と、
前記光導波路と接続された光変調器と、
前記光変調器と接続された光機能素子と
を含む光送信装置であって、
前記光機能素子は、
電極を有する多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記電極は、前記第１の光導波路又は前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が光電変換されて生じた信号電荷を検知し、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光送信装置。
一端が前記光源から出射した光の入力部とされ、他端が信号光の出力部とされた光導波路と、
前記光導波路と接続された光変調器と、
前記光変調器と接続された光機能素子と
を含む光送信装置であって、
前記光機能素子は、
電極を有する多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記電極は、前記第１の光導波路又は前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が光電変換されて生じた信号電荷を検知し、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光送信装置。
（付記１０）前記光機能素子は、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に結像することを特徴とする付記９に記載の光送信装置。
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に結像することを特徴とする付記９に記載の光送信装置。
（付記１１）前記光機能素子は、
前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第３の光導波路及び第４の光導波路と、
前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第５の光導波路及び第６の光導波路と
を更に含み、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路に結像することを特徴とする付記１０に記載の光送信装置。
前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第３の光導波路及び第４の光導波路と、
前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第５の光導波路及び第６の光導波路と
を更に含み、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路に結像することを特徴とする付記１０に記載の光送信装置。
（付記１２）前記光機能素子は、前記第３の光導波路の他端、前記第４の光導波路の他端、前記第５の光導波路の他端、及び前記第６の光導波路の他端に、それぞれ光吸収体が接続されていることを特徴とする付記１１に記載の光送信装置。
１，１０５ フォトディテクタ
２ 第１の光導波路
３ 第２の光導波路
１０ ＳＯＩ基板
１０ａ Ｓｉ基板
１０ｂ Ｓｉ酸化層
１０ｃ ＳＯＩ層
１１ａ ｐ型Ｓｉ領域
１１ｂ ｐ-型Ｓｉ領域
１２ ｉ−Ｇｅ層
１２ａ ｎ型Ｇｅ領域
１３ クラッド層
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ コンタクト孔
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 電極
１５ ＳｉＯ2マスク
１５ａ 開口
２１ 第３の光導波路
２２ 第４の光導波路
２３ 第５の光導波路
２４ 第６の光導波路模様
２５ 光吸収体
３０，４０ 光機能素子
３１ 入力光導波路
３２，１０１ 偏波ビームスプリッタ
３３，１０２ 偏波ローテータ
３４，１０３ リング光共振器
３５，１０４ ドロップポート
４１ レーザ素子
４２ 光導波路
４２ａ 入力部
４２ｂ 出力部
４３，１１１ リング光変調器
１１２ モニタフォトディテクタ
２ 第１の光導波路
３ 第２の光導波路
１０ ＳＯＩ基板
１０ａ Ｓｉ基板
１０ｂ Ｓｉ酸化層
１０ｃ ＳＯＩ層
１１ａ ｐ型Ｓｉ領域
１１ｂ ｐ-型Ｓｉ領域
１２ ｉ−Ｇｅ層
１２ａ ｎ型Ｇｅ領域
１３ クラッド層
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ コンタクト孔
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 電極
１５ ＳｉＯ2マスク
１５ａ 開口
２１ 第３の光導波路
２２ 第４の光導波路
２３ 第５の光導波路
２４ 第６の光導波路模様
２５ 光吸収体
３０，４０ 光機能素子
３１ 入力光導波路
３２，１０１ 偏波ビームスプリッタ
３３，１０２ 偏波ローテータ
３４，１０３ リング光共振器
３５，１０４ ドロップポート
４１ レーザ素子
４２ 光導波路
４２ａ 入力部
４２ｂ 出力部
４３，１１１ リング光変調器
１１２ モニタフォトディテクタ
Claims (6)
- 入力された光を吸収する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続された電極とを有する、多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記第１の光導波路若しくは前記第２の光導波路又は前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が前記半導体層に吸収されて光電変換されることで生じた信号電荷が、前記電極から検知され、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光機能素子。 - 前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記フォトディテクタの前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に結像することを特徴とする請求項１に記載の光機能素子。 - 前記他方の端面における前記第２の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第３の光導波路及び第４の光導波路と、
前記一方の端面における前記第１の光導波路の左右の２箇所に一端が接続された第５の光導波路及び第６の光導波路と
を更に含み、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第３の光導波路及び前記第４の光導波路に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が前記第５の光導波路及び前記第６の光導波路に結像することを特徴とする請求項２に記載の光機能素子。 - 前記第３の光導波路の他端、前記第４の光導波路の他端、前記第５の光導波路の他端、及び前記第６の光導波路の他端に、それぞれ光吸収体が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の光機能素子。
- 入力された光をＴＥ偏波光とＴＭ偏波光とに分離する光分離部と、
前記ＴＭ偏波光をＴＥ偏波光に変換する光変換部と、
前記ＴＥ偏波光を波長に応じて分波する光分波部と、
分波された前記ＴＥ偏波光を受信する光機能素子と
を含む光受信装置であって、
前記光機能素子は、
入力された光を吸収する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続された電極とを有する、多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記第１の光導波路若しくは前記第２の光導波路又は前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が前記半導体層に吸収されて光電変換されることで生じた信号電荷が、前記電極から検知され、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光受信装置。 - 光源と、
一端が前記光源から出射した光の入力部とされ、他端が信号光の出力部とされた光導波路と、
前記光導波路と接続された光変調器と、
前記光変調器と接続された光機能素子と
を含む光送信装置であって、
前記光機能素子は、
入力された光を吸収する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続された電極とを有する、多モード干渉計とされたフォトディテクタと、
前記フォトディテクタの一方の端面に接続された第１の光導波路と、
前記フォトディテクタの他方の端面に接続された第２の光導波路と
を含む光機能素子であって、
前記第１の光導波路若しくは前記第２の光導波路又は前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が複数の伝播モードの光に分離され、干渉しながら前記フォトディテクタ内を伝播し、当該光が前記半導体層に吸収されて光電変換されることで生じた信号電荷が、前記電極から検知され、
前記第１の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第２の光導波路から物理的に離れた位置に結像し、
前記第２の光導波路から前記フォトディテクタに入力された光が、前記第１の光導波路から物理的に離れた位置に結像することを特徴とする光送信装置。
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