JP7483159B1 - スポットサイズ変換器 - Google Patents

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涼子 鈴木
弘介 篠原
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Abstract

スポットサイズを垂直方向に制御可能なスポットサイズ変換器（１００）が得られる。スポットサイズ変換器（１００）は、コア層（１２０）と、クラッド層（１１０）とを備える。クラッド層（１１０）はコア層（１２０）を囲む。コア層（１２０）は、第１コア層（１２１）を含む。クラッド層（１１０）の屈折率は、第１コア層（１２１）の屈折率よりも低い。コア層（１２０）は高屈折率領域（１３１）を含む。高屈折率領域（１３１）は第１コア層（１２１）の屈折率よりも高い屈折率を有する。

Description

本開示は、スポットサイズ変換器に関する。
従来、半導体レーザに使用されるスポットサイズ変換器は、光導波路を伝播する光のスポットサイズを変換するために用いられる。スポットサイズが異なる導波路同士を接合すると、光の結合効率が低下する。接合する光導波路間にスポットサイズ変換器を配置してスポットサイズを合わせることで、光を効率良く伝搬することができる。光の結合効率を改善するために、スポットサイズ変換器のコア層の厚みを変更することで、スポットサイズを垂直方向に調整することができる。例えば、特開２０１５－２０６９６９号公報（特許文献１）に開示されるスポットサイズ変換器は、クラッド層と、コア層とを備える。
特開２０１５－２０６９６９号公報
しかし、スポットサイズを垂直方向に調整するために、上述のようにコア層を厚くすると製造プロセスが複雑になるといった問題がある。そのため、スポットサイズの垂直方向における調整に関してスポットサイズ変換器には改善の余地があった。
本開示は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、本開示の目的は、スポットサイズを垂直方向に制御可能なスポットサイズ変換器を提供することである。
本開示に従ったスポットサイズ変換器は、コア層と、クラッド層とを備える。クラッド層はコア層を囲む。コア層は、第１コア層を含む。クラッド層の屈折率は、第１コア層の屈折率よりも低い。コア層は高屈折率領域を含む。高屈折率領域は第１コア層の屈折率よりも高い屈折率を有する。
上記によれば、スポットサイズを垂直方向に制御可能なスポットサイズ変換器を得ることができる。
実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の斜視図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の平面図である。 図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 図２の線分ＩＶ－ＩＶに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法のフローチャートである。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図１３の線分ＸＩＶ－ＸＩＶに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図１５の線分ＸＶＩ－ＸＶＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図１７の線分ＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態１に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図１９の線分ＸＸ－ＸＸに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 比較例１に係るスポットサイズ変換器の斜視図である。 垂直方向の光の強度を示す分布図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の斜視図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の平面図である。 図２４の線分ＸＸＶ－ＸＸＶに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 図２４の線分ＸＸＶＩ－ＸＸＶＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法のフローチャートである。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図３４の線分ＸＸＸＶ－ＸＸＸＶに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図３６の線分ＸＸＸＶＩＩ－ＸＸＸＶＩＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図４１の線分ＸＬＩＩ－ＸＬＩＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 図４１の線分ＸＬＩＩＩ－ＸＬＩＩＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図４４の線分ＸＬＶ－ＸＬＶに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 図４４の線分ＸＬＶＩ－ＸＬＶＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図４８の線分ＸＬＩＸ－ＸＬＩＸに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図５０の線分ＬＩ－ＬＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 実施の形態２に係るスポットサイズ変換器の製造方法の一工程を示す平面図である。 図５２の線分ＬＩＩＩ－ＬＩＩＩに示すスポットサイズ変換器の断面図である。 比較例２に係るスポットサイズ変換器の斜視図である。 垂直方向の光の強度を示す分布図である。
以下、本開示の実施の形態を説明する。なお、特に言及しない限り、以下の図面において同一または対応する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
実施の形態１．
＜スポットサイズ変換器の構成＞
図１は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換器１００の斜視図である。図２は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換器１００の平面図である。図３は、図２の線分ＩＩＩ－ＩＩＩに示すスポットサイズ変換器１００の断面図である。図４は、図２の線分ＩＶ－ＩＶに示すスポットサイズ変換器１００の断面図である。なお、図１および図２において、高屈折率領域１３１とコア層１２０との境界線を点線で示している。
図１から図４に示すスポットサイズ変換器１００は、たとえば、半導体レーザに使用されるスポットサイズ変換器１００であって、基板１０１と、クラッド層１１０と、コア層１２０とを主に備える。光を伝搬するコア層１２０は、第１コア層１２１を含む。後述するように、第１コア層１２１の屈折率ｎ１ａはクラッド層１１０の屈折率ｎ２ａより高い。クラッド層１１０およびコア層１２０は、光導波路として機能する。クラッド層１１０は基板１０１上に接続されている。クラッド層１１０は、コア層１２０を囲む。コア層１２０は、光を伝搬する。なお、図１に示されるように、基板１０１からみてコア層１２０が配置されている方向を第１方向Ｘとする。コア層１２０において光が伝搬する方向を第２方向Ｙとする。第２方向Ｙは、第１方向Ｘに対して垂直な方向である。第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに対して垂直な方向を第３方向Ｚとする。
図１に示されるように、コア層１２０の形状は第２方向Ｙに伸びた四角柱である。つまり、第２方向Ｙに対して垂直な断面におけるコア層１２０の断面形状は、四角形である。コア層１２０は、第１端面１２１ｓ１と、第２端面１２１ｓ２と、側面１２１ｓ３とを有する。第１端面１２１ｓ１は、たとえば、出射面である。出射面は、光が出射され得る端面である。第２端面１２１ｓ２は、たとえば、入射面である。入射面は、光が入射され得る端面である。第１端面１２１ｓ１は、第２端面１２１ｓ２の反対側の面である。側面１２１ｓ３は、第２端面１２１ｓ２と第１端面１２１ｓ１とを接続する面である。つまり、側面１２１ｓ３は、第１端面１２１ｓ１および第２端面１２１ｓ２以外の面である。
クラッド層１１０はコア層１２０を囲む。クラッド層１１０がコア層１２０と接続している面は、側面１２１ｓ３のみである。つまり、クラッド層１１０は第２端面１２１ｓ２と第１端面１２１ｓ１とに接続されていない。具体的には、クラッド層１１０は、第１上部クラッド層１１３と、第１下部クラッド層１１１と、一対の第１側部クラッド層１１２とを含む。第１下部クラッド層１１１は、基板１０１と、コア層１２０と、第１側部クラッド層１１２とに接続されている。第１下部クラッド層１１１は、第１方向Ｘにおいてコア層１２０および基板１０１に挟まれるように配置されている。
一対の第１側部クラッド層１１２は、第３方向Ｚにおいて互いに離れて配置されている。一対の第１側部クラッド層１１２は、コア層１２０と第１上部クラッド層１１３とを挟むように配置されている。第１側部クラッド層１１２の第２方向Ｙから見た形状は、Ｌ字状である。具体的には、第１側部クラッド層１１２は、突出部１１２ａを有する。突出部１１２ａは、第１下部クラッド層１１１に接続されている。第１側部クラッド層１１２がコア層１２０と接続している面からみて、突出部１１２ａはコア層１２０が配置されている領域の反対側に配置されている。
第１上部クラッド層１１３は、コア層１２０の上面に接続されている。つまり、第１方向Ｘにおいて、コア層１２０は第１下部クラッド層１１１および第１上部クラッド層１１３に挟まれている。第３方向Ｚにおいて、コア層１２０は一対の第１側部クラッド層１１２に挟まれている。このようにして、クラッド層１１０はコア層１２０を囲む。なお、第３方向Ｚにおける第１上部クラッド層１１３の幅は、第３方向Ｚにおけるコア層１２０の幅と同じである。第３方向Ｚにおける第１下部クラッド層１１１の幅は、第３方向Ｚにおけるコア層１２０の幅よりも大きい。このように、図１および図３に示されるように、本実施の形態１に係るスポットサイズ変換器１００の構造は、ストライプ状のメサ構造である。
ここで、コア層１２０の屈折率をｎ１ａとする。具体的には、第１コア層１２１の屈折率がｎ１ａである。クラッド層１１０の屈折率をｎ２ａとする。コア層１２０の屈折率ｎ１ａは、クラッド層１１０の屈折率ｎ２ａよりも大きい。なお、クラッド層１１０の屈折率ｎ２ａとは、クラッド層１１０が複数の部材により構成されている場合に、複数の部材の屈折率の内最も大きい屈折率に該当する。光が屈折率の高い媒体から屈折率の低い媒体へ進む時、屈折率が低い媒体への光の入射角が臨界角を超える場合、屈折率が低い媒体へ光は進まない。つまり、屈折率が低い媒体への光の入射角が臨界角を超える場合、光の全ては屈折率の高い媒体に反射する全反射が生じる。このように、コア層１２０をクラッド層１１０によって囲むことで、光を伝搬することができる。
ここで、従来のスポットサイズ変換器１００における問題点について説明する。第２端面１２１ｓ２は、他の光デバイス（たとえば、半導体変調器、シリコン光導波路、光ファイバなど）に接続される。スポットサイズが異なる光導波路同士を結合すると、光の結合効率が低下する。特に、スポットサイズが小さい場合、高精度に光デバイスを実装する必要がある。つまり、スポットサイズが小さい場合は、高い実装技術が要求され、結果的に高い製造コストが必要となる。そのため、スポットサイズは大きいことが好ましい。スポットサイズ変換器１００は、第２端面１２１ｓ２から入射される光のスポットサイズを結合先の光デバイスのスポットサイズに合うように、スポットサイズを調整する。具体的には、スポットサイズ変換器１００は第１端面１２１ｓ１から出射される光のスポットサイズを大きくすることができる。
スポットサイズは、コア層１２０の厚みおよび幅によって決定される。つまり、コア層１２０の厚みおよび幅を変更することで、スポットサイズは調整される。または、コア層１２０の屈折率とクラッド層１１０の屈折率との差を小さくすることで、光をクラッド層１１０に染み出すことができる。コア層１２０の第３方向Ｚにおける幅は、一般的なリソグラフィ技術およびドライ加工技術によって比較的容易に調整される。
一方、コア層１２０の第１方向Ｘにおける厚みを大きくする場合、製造プロセスが煩雑になる問題がある。具体的には、スポットサイズ変換器１００の製造プロセスに半導体デバイスの製造プロセスを適用する場合、エピタキシャル成長によってコア層１２０となるべき結晶膜を厚くする。その後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によるドライエッチングを実施する。ドライエッチングの深さは、精度良く制御される必要がある。ドライエッチングの深さを精度良く制御するためには、予めＥＳＬ（Ｅｔｃｈ－Ｓｔｏｐ Ｌａｙｅｒ）を光デバイス内に形成する必要がある。そのため、コア層１２０の第１方向Ｘにおける厚みを大きくする場合、製造プロセスが煩雑になる。
スポットサイズ変換器１００は、単体で使用されることはない。スポットサイズ変換器１００は半導体レーザなどの光デバイスとモノリシックに集積して用いられる。そのため、結合先の光デバイスが半導体レーザである時、コア層１２０を厚くすると、結合先の光デバイスの上部クラッド層を厚くする必要がある。上部クラッド層を厚くすると、半導体レーザの素子抵抗が増加する。その結果、半導体レーザの特性が悪化する。選択成長技術によって、スポットサイズ変換器１００のクラッド層１１０のみを厚膜化することも可能である。ただし、この場合には高度な選択成長技術が要求される。つまり、コア層１２０の厚膜化は特性面において制約が生じ得る。上述の理由から、スポットサイズ変換器１００においては、スポットサイズを垂直方向に調整することに関して改善の余地がある。
ここで、本実施の形態に係るスポットサイズ変換器１００の特徴は、図１から図４に示されるように、コア層１２０が高屈折率領域１３１を含む点である。高屈折率領域１３１の屈折率をｎ３ａとする。屈折率ｎ３ａは、第１コア層１２１の屈折率ｎ１ａよりも大きい。第１方向Ｘにおいて、高屈折率領域１３１はコア層１２０の第１方向Ｘにおける厚みの中心よりも、第１上部クラッド層１１３側に配置されてもよいが、基板１０１側に配置されていることが好ましい。このようにすることで、コア層１２０内を伝搬する光は高屈折率領域１３１が配置されている方向に広がる。特に、高屈折率領域１３１が基板１０１側に配置されていることで、図１に示す第１下部クラッド層１１１側に基板１０１にまで光が広がる。その結果、結合先の光デバイスのクラッド層を厚膜化させることなく、当該光デバイスの性能を維持したまま第１方向Ｘに沿ってスポットサイズを拡大することができる。
図２に示されるように、第１方向Ｘからみた平面視において、高屈折率領域１３１の形状は、たとえば三角形状であってもよい。第１端面１２１ｓ１において高屈折率領域１３１の第３方向Ｚにおける幅は、コア層１２０の第３方向Ｚにおける幅と同じである。高屈折率領域１３１の第３方向Ｚにおける幅は、第２端面１２１ｓ２に近づくほど狭くなっている。異なる観点から言えば、高屈折率領域１３１は、第１高屈折領域１３１ａと第２高屈折領域１３１ｂとを含む。第２方向Ｙにおいて、第１高屈折領域１３１ａは第２高屈折領域１３１ｂよりも第２端面１２１ｓ２から遠い位置に配置されている。第３方向Ｚにおける第２高屈折領域１３１ｂの幅は、第３方向Ｚにおける第１高屈折領域１３１ａの幅よりも小さい。つまり、高屈折率領域１３１は、平面視において、高屈折率領域１３１の２つの側面が鋭角に交わる先端部１３１ｔを有する。平面視において、高屈折率領域１３１の先端部１３１ｔは、当該高屈折率領域１３１において最も第２端面１２１ｓ２側に配置されている部分である。高屈折率領域１３１の底辺は第１端面１２１ｓ１に配置されている。このように、第２端面１２１ｓ２から第１端面１２１ｓ１に向かって、高屈折率領域１３１の第３方向Ｚの幅が大きくなることで、光の伝搬する方向に沿ってスポットサイズは断熱的に拡大する。
なお、平面視において、高屈折率領域１３１の形状は、必ずしも三角形である必要はない。平面視において、高屈折率領域１３１の形状は、任意の形状を採用し得る。たとえば、平面視において、高屈折率領域１３１の外周は曲線で構成されてもよい。具体的には、第１端面１２１ｓ１における高屈折率領域１３１の両端から先端部１３１ｔまでを接続する辺は曲線であってもよい。たとえば、平面視において、高屈折率領域１３１の形状は四角形でもよい。具体的には、高屈折率領域１３１の第３方向Ｚにおける幅は、第１端面１２１ｓ１から第２端面１２１ｓ２までにおいて一律にコア層１２０の幅と同じであってもよい。このように、平面視において、高屈折率領域１３１の形状は多角形でもよい。
＜スポットサイズ変換器の製造方法＞
図５は、実施の形態１に係るスポットサイズ変換器１００の製造方法のフローチャートである。図５および図６に示されるように、本実施の形態に係るスポットサイズ変換器１００の製造方法では、まず基板１０１を準備する工程（Ｓ１ａ）を実施する。基板１０１は、たとえば、ＩｎＰ（インジウムリン）基板１０１であってもよい。基板１０１の導電型はｐ型でもよい。基板１０１の導電型はｎ型でもよい。基板１０１は半絶縁性基板であってもよい。
次に、クラッド層１１０を形成する工程（Ｓ２ａ）を実施する。この工程（Ｓ２ａ）では、図７に示されるように、第１下部クラッド層１１１を基板１０１上に形成する。第１下部クラッド層１１１は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の結晶成長方法によって形成される。第１下部クラッド層１１１は、後述するコア層１２０の屈折率ｎ１ａよりも低い屈折率ｎ２ａを有する材料である。第１下部クラッド層１１１を構成する材料は、コア層１２０と格子整合する材料であればよく、たとえば、ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓＰであってもよい。
後述するように、コア層１２０内を伝搬する光は第１下部クラッド層１１１に染み出してよい。第１下部クラッド層１１１の屈折率とコア層１２０の屈折率ｎ１ａとの差が、第１上部クラッド層１１３若しくは第１側部クラッド層１１２の屈折率とコア層１２０の屈折率ｎ１ａとの差よりも小さくすることで、コア層１２０内を伝搬する光は第１下部クラッド層１１１に染み出すことができる。
次に、コア層１２０を形成する工程（Ｓ３ａ）を実施する。この工程（Ｓ３ａ）では、図８に示されるように、コア層１２０（第１コア層１２１）を第１下部クラッド層１１１上に形成する。第１下部クラッド層１１１を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いてコア層１２０が形成されてもよい。コア層１２０を構成する材料は、たとえば、ＩｎＰであってもよい。光の吸収率の観点から、ＩｎＰで構成されているコア層１２０はアンドープであることが好ましい。コア層１２０は、半絶縁性であってもよい。コア層１２０の材料は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、あるいはＩｎＧａＡｓであってもよい。コア層１２０は、ｎ型ＩｎＰあるはｐ型ＩｎＰであってもよい。コア層１２０は、単一の材料のみで構成されてもよい。コア層１２０は、屈折率が各々異なる複数の材料で構成されてもよい。
次に、高屈折率領域１３１を形成する工程（Ｓ４ａ）を実施する。この工程（Ｓ４ａ）では、図９に示されるように、高屈折率領域１３１をコア層１２０上に形成する。第１下部クラッド層１１１を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いて高屈折率領域１３１が形成されてもよい。高屈折率領域１３１を構成する材料は、コア層１２０の屈折率ｎ１ａよりも高い屈折率ｎ３ａを有する材料である。コア層１２０を構成する材料がアンドープのＩｎＰである場合、高屈折率領域１３１を構成する材料は、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、あるいはＩｎＧａＡｓであってもよい。コア層１２０を構成する材料がｎ型ＩｎＰである場合、高屈折率領域１３１を構成する材料は、たとえば、アンドープのＩｎＰ、半絶縁性ＩｎＰ、ｐ型ＩｎＰであってもよい。このようにすれば、プラズマ効果を利用することができる。屈折率が各々異なる複数の材料でコア層１２０が構成されている場合、高屈折率領域１３１の屈折率ｎ３ａが、コア層１２０の実効屈折率ｎ１ａよりも高くなるように材料を選定する必要がある。このようにして、基板１０１上に、第１下部クラッド層１１１、コア層１２０、高屈折率領域１３１が順に有機金属気相成長法によって形成されてもよい。
次に、エッチングする工程（Ｓ５ａ）を実施する。この工程（Ｓ５ａ）では、図１０に示されるように、第１加工用マスク１４１を高屈折率領域１３１上に形成する。第１加工用マスク１４１は、たとえば、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜のいずれかである。ＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜の成膜方法は、たとえば、化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。第１加工用マスク１４１は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、所望の形状にパターニングしてよい。図１１に示されるように、平面視において、第１加工用マスク１４１の形状は三角形であってもよい。平面視において、第１加工用マスク１４１の形状は、必ずしも、三角形である必要はない。たとえば、平面視において、第１端面１２１ｓ１における第１加工用マスク１４１の両端から、第２端面１２１ｓ２側の先端部までを接続する辺は曲線であってもよい。たとえば、平面視において、第１加工用マスク１４１の形状は四角形でもよい。具体的には、第１加工用マスク１４１の第３方向Ｚにおける幅は、第１端面１２１ｓ１から第２端面１２１ｓ２までにおいて同じであってもよく、たとえばコア層１２０の幅と同じであってもよい。
次に、上記第１加工用マスク１４１をマスクとして用いて、高屈折率領域１３１をドライエッチングする。具体的には、平面視において第１加工用マスク１４１が配置されている領域における高屈折率領域１３１はエッチングされない。一方、平面視において第１加工用マスク１４１が配置されていない領域における高屈折率領域１３１はエッチングされる。その結果、図１２に示されるように、コア層１２０の一部が露出するように高屈折率領域１３１の一部がエッチングされる。この時、第１方向Ｘにおいてコア層１２０の一部がエッチングされてもよい。エッチングは、ウェットエッチングでもよい。高屈折率領域１３１をエッチングした後は、ウェットエッチングにより第１加工用マスク１４１を除去する。このようにして、所望の形状の高屈折率領域１３１を形成する。
次に、コア層１２０を形成する工程（Ｓ６ａ）を実施する。この工程（Ｓ６ａ）では、図１３および図１４に示されるように、コア層１２０を高屈折率領域１３１上および露出したコア層１２０の一部上に形成する。図１４は、図１３の線分ＸＩＶ－ＸＩＶに示すスポットサイズ変換器１００の断面図である。第１下部クラッド層１１１を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いてコア層１２０が形成されてもよい。
コア層１２０内の第１方向Ｘにおける高屈折率領域１３１の位置は、コア層１２０を形成する工程（Ｓ３ａ）におけるコア層１２０の第１方向Ｘの厚みと、コア層１２０を形成する工程（Ｓ６ａ）におけるコア層１２０の第１方向Ｘの厚みとによって決定される。
たとえば、コア層１２０を形成する工程（Ｓ３ａ）において、コア層１２０を第１方向Ｘにおいて１μｍ形成する。高屈折率領域１３１を形成する工程（Ｓ４ａ）において、高屈折率領域１３１を第１方向Ｘにおいて１００ｎｍ形成する。コア層１２０を形成する工程（Ｓ６ａ）において、コア層１２０を第１方向Ｘにおいて１μｍ形成する。この場合、高屈折率領域１３１は、コア層１２０の第１方向Ｘの厚みの中心に配置される。
たとえば、コア層１２０を形成する工程（Ｓ３ａ）において、コア層１２０を第１方向Ｘにおいて５００ｎｍ形成する。高屈折率領域１３１を形成する工程（Ｓ４ａ）において、高屈折率領域１３１を第１方向Ｘにおいて１００ｎｍ形成する。コア層１２０を形成する工程（Ｓ６ａ）において、コア層１２０を第１方向Ｘにおいて１５００ｎｍ形成する。この場合、第１方向Ｘにおいて、高屈折率領域１３１はコア層１２０の第１方向Ｘにおける厚みの中心よりも、基板１０１側に配置される。
たとえば、コア層１２０を形成する工程（Ｓ３ａ）を実施しなくてもよい。つまり、クラッド層１１０を形成する工程（Ｓ２ａ）の後に、高屈折率領域１３１を形成する工程（Ｓ４ａ）を実施してもよい。高屈折率領域１３１を形成する工程（Ｓ４ａ）において、高屈折率領域１３１を第１方向Ｘにおいて１００ｎｍ形成する。コア層１２０を形成する工程（Ｓ６ａ）において、コア層１２０を第１方向Ｘにおいて２μｍ形成する。この場合、第１方向Ｘにおいて、高屈折率領域１３１はコア層１２０において最も第１下部クラッド層１１１に近い位置に配置される。
このようにして、コア層１２０内の第１方向Ｘにおける高屈折率領域１３１の位置は容易に制御できる。
次に、エッチングする工程（Ｓ７ａ）を実施する。この工程（Ｓ７ａ）では、図１５および図１６に示されるように、第２加工用マスク１４２をコア層１２０上に形成する。図１６は、図１５の線分ＸＶＩ－ＸＶＩに示すスポットサイズ変換器１００の断面図である。第２加工用マスク１４２は、たとえば、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜のいずれかである。ＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜の成膜方法は、たとえば、化学気相成長法である。第２加工用マスク１４２は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、所望の形状にパターニングしてよい。図１５に示されるように、平面視において、第２加工用マスク１４２の形状は四角形である。第２加工用マスク１４２は、第１端面１２１ｓ１から第２端面１２１ｓ２まで延在するように形成される。コア層１２０の縁部が露出するように、第３方向Ｚにおいてコア層１２０の幅の中心に第２加工用マスク１４２が形成される。つまり、第２加工用マスク１４２の第３方向Ｚにおける幅は、一律にコア層１２０の幅より小さい。
次に、第２加工用マスク１４２をマスクとして用いてコア層１２０をドライエッチングする。具体的には、平面視において第２加工用マスク１４２が配置されている領域におけるコア層１２０はエッチングされない。一方、平面視において第２加工用マスク１４２が配置されていない領域におけるコア層１２０がエッチングされる。その結果、第２加工用マスク１４２の第３方向Ｚにおける両側に位置していたコア層１２０のみがエッチングされる。この時、図１７および図１８に示されるように、第１下部クラッド層１１１の一部が露出するように、コア層１２０が第１方向Ｘにエッチングされてもよい。また、コア層１２０は、第１方向Ｘに高屈折率領域１３１よりも下方までエッチングされていればよい。そのため、たとえば、エッチングが基板１０１まで到達していてもよい。エッチングは、ウェットエッチングでもよいが、コア層１２０の形状を制御する観点から、ドライエッチングが好ましい。コア層１２０をエッチングした後は、ウェットエッチングにより第２加工用マスク１４２を除去する。このようにして図１８に示されるように、所望の形状のメサ構造１５１の光導波路が形成される。
次に、クラッド層１１０を形成する工程（Ｓ８ａ）を実施する。この工程（Ｓ８ａ）では、図１９および図２０に示されるように、クラッド層１１０をコア層１２０上および露出した第１下部クラッド層１１１の一部上に形成する。図２０は、図１９の線分ＸＸ－ＸＸに示すスポットサイズ変換器１００の断面図である。具体的には、図２０で示されるように、コア層１２０上に第１上部クラッド層１１３が形成される。コア層１２０を挟むように一対の第１側部クラッド層１１２が第１下部クラッド層１１１上に形成される。第１上部クラッド層１１３および第１側部クラッド層１１２を構成する材料は、コア層１２０の屈折率ｎ１ａよりも低い屈折率ｎ２ａを有する材料であってもよい。コア層１２０を構成する材料がＩｎＰである場合、第１上部クラッド層１１３および第１側部クラッド層１１２を構成する材料は、たとえば、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜の少なくともいずれかであってもよい。ＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜の成膜方法は、たとえば、化学気相成長法である。コア層１２０を構成する材料がＩｎＧａＡｓＰおよびＡｌＧａＩｎＡｓの少なくともいずれかである場合、第１上部クラッド層１１３および第１側部クラッド層１１２を構成する材料は、ＩｎＰであってもよい。ＩｎＰの成膜方法は、たとえば、有機金属気相成長法である。
コア層１２０は、当該コア層１２０の屈折率ｎ１ａよりも低い屈折率を有する媒体と接していればよい。そのため、第１上部クラッド層１１３および第１側部クラッド層１１２の少なくともいずれかは空気であってもよい。つまり、コア層１２０の側面１２１ｓ３は露出してもよい。この場合、エッチングする工程（Ｓ７ａ）を実施した後は、メサ構造１５１の保護膜としてＳｉＯ２膜を形成してもよいが、何も形成しなくてもよい。
第１上部クラッド層１１３および第１側部クラッド層１１２の屈折率ｎ２ａは、第１下部クラッド層１１１の屈折率よりも小さくてもよい。こうすることで、コア層１２０内を伝搬する光は、第１上部クラッド層１１３および第１側部クラッド層１１２に染み出すことなく、基板１０１に染み出すことができる。このように、第１上部クラッド層１１３および第１側部クラッド層１１２を構成する材料は、第１下部クラッド層１１１と異なる材料を採用してもよい。
このようにして、図１から図４に示されるような、スポットサイズを垂直方向に制御可能なスポットサイズ変換器１００を得ることができる。
＜動作＞
次に、スポットサイズ変換器１００の動作について説明する。
スポットサイズ変換器１００は、光源あるいは変調器などの光デバイスと接続される。たとえば、光源である半導体レーザにスポットサイズ変換器１００が接続されている場合を想定する。スポットサイズ変換器１００は、第２端面１２１ｓ２にて半導体レーザと接続される。光は半導体レーザから伝搬してくる。光はコア層１２０に入射する。前述のように、コア層１２０は、当該コア層１２０の屈折率より低い屈折率を有するクラッド層１１０に囲まれている。そのため、光は、コア層１２０に閉じ込められる。光は、第２方向Ｙに沿ってコア層１２０内を伝搬する。光は高屈折率領域１３１が配置されている方向に広がる。特に、高屈折率領域１３１が基板１０１側に配置されていることで、光は垂直方向（図１に示す第１方向Ｘ）に広がる。光は第１端面１２１ｓ１から出射する。このようにして、光は、当該スポットサイズ変換器１００を備えた半導体装置の外部に出射される。
＜作用効果＞
本開示に従ったスポットサイズ変換器１００は、コア層１２０と、クラッド層１１０とを備える。クラッド層１１０は、コア層１２０を囲む。コア層１２０は第１コア層１２１を含む。クラッド層１１０の屈折率は、第１コア層１２１の屈折率よりも低い。コア層１２０は、高屈折率領域１３１を含む。高屈折率領域１３１は、第１コア層１２１の屈折率よりも高い屈折率を有する。
このようにすることで、コア層１２０内を伝搬する光は、高屈折率領域１３１が配置されている方向に広がる。特に、第１方向Ｘにおける高屈折率領域１３１の配置箇所を適宜変更することで、スポットサイズを垂直方向（図１に示す第１方向Ｘ）に調整できる。
上記スポットサイズ変換器１００は、基板１０１をさらに備える。基板１０１は、クラッド層１１０に接続されている。基板１０１からコア層１２０を見た方向を第１方向Ｘとする。高屈折率領域１３１は、コア層１２０の第１方向Ｘにおける厚みの中心よりも、基板１０１側に配置されている。このようにすることで、光は垂直方向に広がる。垂直方向に広がった光は、基板１０１側に染み出すことができる。
上記スポットサイズ変換器１００において、高屈折率領域１３１は、第１高屈折領域１３１ａと第２高屈折領域１３１ｂとを含む。第２方向Ｙにおいて、第１高屈折領域１３１ａは第２高屈折領域１３１ｂよりも第２端面１２１ｓ２から遠い。第２方向Ｙに対して垂直な方向（第３方向Ｚ）における第２高屈折領域１３１ｂの幅は第１高屈折領域１３１ａの幅よりも小さい。このようにすることで、光の伝搬する方向に沿ってスポットサイズは断熱的に拡大する。その結果、効率的にスポットサイズは拡大される。
図２１は、比較例１に係るスポットサイズ変換器３００の斜視図である。図２１は、図１に対応する。図２１に示されたスポットサイズ変換器３００は、基本的には図１から図４に示されたスポットサイズ変換器３００と同様の構成を備えるが、コア層１２０が高屈折率領域１３１を含まない点で異なる。図２２は、第１端面１２１ｓ１における垂直方向の光の強度を示す分布図である。当該分布図は、近視野像（ＮＦＰ：Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）における光の強度分布を示す。図２２における実線は実施例１における光の強度分布を示す。実施例１は、基本的に本実施の形態１に係るスポットサイズ変換器１００と同様の構成を備える。図２２において、点線は比較例１における光の強度分布を示す。図２２において、横軸は垂直方向のコア層の高さを示し、具体的には第１下部クラッド層１１１からの距離（単位：μｍ）を示している。図２２において、縦軸は垂直方向における光の相対的な強度（単位：－）を示す。なお、図２２の横軸において、第１下部クラッド層１１１がコア層１２０と接続されている面を基準（＝０μｍ）としている。第１下部クラッド層１１１からみて第１上部クラッド層１１３がある方向が横軸の正の方向である。一方、第１下部クラッド層１１１からみて基板１０１がある方向が横軸の負の方向である。図２２に示される分布図は、第１方向Ｘ（垂直方向）における光の強度が最も大きい値で規格化されている。
図２２から分かるように、光の強度が０．５となる第１下部クラッド層１１１からの距離は２点ある。当該２点における第１下部クラッド層１１１からの距離の差が半値幅となる。比較例１における半値幅は、１．８７μｍである。実施例１における半値幅は、２．１３μｍである。つまり、実施例１における半値幅は、比較例１における半値幅より大きい。以上の結果より、コア層１２０は高屈折率領域１３１を含むことで、第１方向Ｘにおおけるスポットサイズが大きくなったことが分かる。
実施の形態２．
＜スポットサイズ変換器の構造＞
図２３は、実施の形態２に係るスポットサイズ変換器２００の斜視図である。図２３は、図１に対応する。図２４は、実施の形態２に係るスポットサイズ変換器２００の平面図である。図２４は、図２に対応する。図２５は、図２４の線分ＸＸＶ－ＸＸＶに示すスポットサイズ変換器２００の断面図である。図２５は、図３に対応する。図２６は、図２４の線分ＸＸＶＩ－ＸＸＶＩに示すスポットサイズ変換器２００の断面図である。図２６は、図４に対応する。なお、図２３および図２４において、高屈折率領域２３１および第２コア層２４１の境界線を点線で示している。
図２３から図２６に示されたスポットサイズ変換器２００は、基本的には図１から図４に示されたスポットサイズ変換器１００と同様の構成を備えるが、コア層２２０は、高屈折率領域２３１とは別に、他のコア層２２０の領域よりも高い屈折率を有する領域を含む点で異なる。具体的には、コア層２２０は、第１コア層２２１と第２コア層２４１とを含む。第１コア層２２１は、実施の形態１のコア層２２０に対応する。第２コア層２４１の屈折率ｎ２ｂは第１コア層２２１の屈折率ｎ１ｂよりも高い。このようにすることで、光は、低損失に第２コア層２４１内を伝搬する。
特に、第２コア層２４１の屈折率ｎ２ｂは高屈折率領域２３１の屈折率ｎ３ｂよりも高い方がより好ましい。第１コア層２２１の屈折率をｎ１ｂとする。第２コア層２４１の屈折率をｎ２ｂとする。高屈折率領域２３１の屈折率をｎ３ｂとする。クラッド層２５０の屈折率をｎ４ｂとする。スポットサイズ変換器２００は、ｎ２ｂ＞ｎ３ｂ＞ｎ１ｂ＞ｎ４ｂという関係を満たす。このようにすれば、光は効率よく第２コア層２４１から第１コア層２２１に伝搬することができる。
なお、説明の便宜上、図２４に示されるように、平面視において高屈折率領域２３１が配置されていない第２方向Ｙにおける領域を第１領域２８１とする。具体的には、第１領域２８１は、第１端面２２１ｓ１から高屈折率領域２３１の先端部２３１ｔまでの第２方向Ｙにおける領域である。一方、高屈折率領域２３１が配置されている第２方向Ｙにおける領域を第２領域２８２する。具体的には、第２領域２８２は、第１端面２２１ｓ１から高屈折率領域２３１の先端部２３１ｔまでの第２方向Ｙにおける領域である。
図２３および図２４に示されるように、第２コア層２４１は、第３方向Ｚにおいて、コア層２２０の中心に配置されている。また、第２コア層２４１は、第２方向Ｙにおいて第２端面２２１ｓ２から高屈折率領域２３１と重なる領域まで延在している。具体的には、図２４に示されるように、平面視において、第２コア層２４１は第２端面２２１ｓ２から第２領域２８２にまで延在している。このようにして、高屈折率領域２３１が配置されている第２方向Ｙにおける領域に、第２コア層２４１の一部が配置されている。平面視において、第１領域２８１における第２コア層２４１の形状は四角形である。具体的には、第１領域２８１において、第３方向Ｚにおける第２コア層２４１の幅は一律である。なお、第１領域２８１において、第２コア層２４１の第３方向Ｚにおける幅は、第２領域２８２での第１コア層２２１の第３方向Ｚにおける幅よりも小さい。
平面視において、第２領域２８２における第２コア層２４１の形状は三角形である。第２領域２８２において、第２コア層２４１の第３方向Ｚにおける幅は、第１端面２２１ｓ１に向かって徐々に小さくなる。具体的には、第２コア層２４１は、第１コア領域２４１ａと、第２コア領域２４１ｂとを含む。第２方向Ｙにおいて、第２コア領域２４１ｂは、第１コア領域２４１ａよりも第２端面２２１ｓ２から遠い。第３方向Ｚにおける、第２コア領域２４１ｂの幅は、第１コア領域２４１ａの幅よりも小さい。第２領域２８２において、第２コア層２４１は先端部２４１ｔを有する。第２コア層２４１において、先端部２４１ｔは第２方向Ｙにおいて最も第１端面２２１ｓ１に近い位置に配置されている。第２領域２８２において、第２コア層２４１の底辺は第１領域２８１と第２領域２８２との境界２８３に配置されている。第２コア層２４１の底辺の両端から先端部２４１ｔを結ぶ辺は、直線である。このように、平面視において、第２コア層２４１の形状は、四角形と三角形とを組み合わせた五角形である。
このようにすることで、第２コア層２４１内を伝搬してきた光が第１端面２２１ｓ１に近づくに伴い、第２コア層２４１は、当該光を閉じ込められなくなる。光は、徐々に第２コア層２４１から第１コア層２２１に染み出る。第２コア層２４１の第３方向Ｚにおける幅が十分小さくなると、光の全ては第２コア層２４１から第１コア層２２１に移行する。
なお、平面視において、第２コア層２４１の形状は、必ずしも、五角形である必要はない。平面視において、第２コア層２４１の形状は、任意の形状を採用し得る。第２コア層２４１の形状は、三角形あるいは四角形などの多角形であってもよい。たとえば、平面視において、第２コア層２４１の底辺の両端と先端部２４１ｔとを結ぶ辺は、曲線であってもよい。
図２５に示されるように、高屈折率領域２３１は、第１方向Ｘにおいて第２コア層２４１よりも基板２０１に近い位置に配置されていてもよい。具体的には、第１方向Ｘにおいて、第２コア層２４１は高屈折率領域２３１および第１上部クラッド層２５１に挟まれた位置に配置されていてもよい。このようにすることで、第２コア層２４１から染み出た光は垂直方向（図２５に示される第１方向Ｘ）に広がる。
平面視において、高屈折率領域２３１は任意の形状を採用し得る。本実施の形態２に係るスポットサイズ変換器２００における高屈折率領域２３１の形状は、図２４に示されるように、四角形と２つの三角形とを組み合わせた形状である。具体的には、高屈折率領域２３１は第１端面２２１ｓ１から第１領域２８１と第２領域２８２との境界２８３まで延在している。平面視において、高屈折率領域２３１における四角形の部分は第２方向Ｙにおいて第１端面２２１ｓ１側に配置されている。第２方向Ｙにおいて、高屈折率領域２３１における四角形の部分は、第１端面２２１ｓ１と高屈折率領域２３１における三角形の部分との間に配置されている。第１端面２２１ｓ１から高屈折率領域２３１における三角形の部分が配置されている領域まで、高屈折率領域２３１における四角形の部分の第３方向Ｚにおける幅は一律である。高屈折率領域２３１における四角形の部分の第３方向Ｚにおける幅は、第１コア層２２１の第３方向Ｚにおける幅と一致している。
高屈折率領域２３１における三角形の部分は、第１領域２８１と第２領域２８２との境界２８３と、高屈折率領域２３１における四角形の部分との間に配置されている。高屈折率領域２３１における三角形の部分の第３方向Ｚにおける幅は、高屈折率領域２３１における四角形の部分から第２端面２２１ｓ２に向かって徐々に小さくなっている。具体的には、高屈折率領域２３１における三角形の部分は、第１高屈折領域２３１ａと、第２高屈折領域２３１ｂとを含む。第２方向Ｙにおいて、第１高屈折領域２３１ａは、第２高屈折領域２３１ｂよりも第２端面２２１ｓ２から遠い。第３方向Ｚにおける、第２高屈折領域２３１ｂの幅は、第１高屈折領域２３１ａの幅よりも小さい。なお、図２４に示されるように、高屈折率領域２３１における三角形の部分が第３方向Ｚに２つ並んでいる場合、高屈折率領域２３１の幅は、二つの三角形の部分の各々の第３方向Ｚにおける幅の総和である。高屈折率領域２３１における三角形の部分は先端部２３１ｔを有する。先端部２３１ｔは第１領域２８１と第２領域２８２との境界２８３に配置されている。高屈折率領域２３１における三角形の部分の底辺にて、高屈折率領域２３１における三角形の部分と高屈折率領域２３１における四角形の部分とが接続されている。高屈折率領域２３１における三角形の部分の底辺の両端と先端部２３１ｔとを結ぶ辺は直線である。高屈折率領域２３１における三角形の部分の底辺の両端と先端部２３１ｔとを結ぶ辺は曲線であってもよい。
図２４に示されるように、平面視において、第２コア層２４１の先端部２４１ｔは、高屈折率領域２３１における２つの三角形の部分が接続している点ｐ１と同じ位置に配置されている。具体的には、高屈折率領域２３１における２つの三角形の部分は、第１コア層２２１の第３方向Ｚにおける幅の中心から、同じ距離だけ互いに離れている。つまり、点ｐ１は第１コア層２２１の第３方向Ｚにおける幅の中心に配置されている。第２コア層２４１の先端部２４１ｔは、第３方向Ｚにおいて、第１コア層２２１の第３方向Ｚにおける幅の中心に配置されている。第２方向Ｙにおいて、高屈折率領域２３１における三角形の部分の底辺が配置されている位置に、第２コア層２４１の先端部２４１ｔが配置されている。
第１領域２８１におけるコア層２２０の機能は、第２領域２８２におけるコア層２２０の機能と異なる。第２コア層２４１の屈折率ｎ２ｂは、第１コア層２２１の屈折率ｎ１ｂより高い。そのため、第１領域２８１において、第２コア層２４１に接続している第１コア層２２１は、第２コア層２４１にとってクラッド層として機能する。
＜スポットサイズ変換器の製造方法＞
図２７は、実施の形態２に係るスポットサイズ変換器２００の製造方法のフローチャートである。図２８から図５３は、図２７に示された実施の形態２に係るスポットサイズ変換器２００の製造方法を説明するための断面図または平面図である。図２７および図２８に示されるように、本実施の形態２に係るスポットサイズ変換器２００の製造方法では、まず基板２０１を準備する工程（Ｓ１ｂ）を実施する。基板２０１は、たとえば、ＩｎＰ（インジウムリン）基板２０１であってもよい。基板２０１の導電型はｐ型でもよい。基板２０１の導電型はｎ型でもよい。基板２０１は半絶縁性基板であってもよい。
次に、クラッド層２５０を形成する工程（Ｓ２ｂ）を実施する。この工程（Ｓ２ｂ）では、図２９に示されるように、第１下部クラッド層２５３を基板２０１上に形成する。第１下部クラッド層２５３は、有機金属気相成長法等の結晶成長方法によって形成される。第１下部クラッド層２５３を構成する材料は、後述するように第１コア層２２１の屈折率ｎ１ｂよりも低い屈折率を有する材料である。第１下部クラッド層２５３を構成する材料は、コア層２２０と格子整合する材料であればよく、たとえば、ＩｎＰあるいはＩｎＧａＡｓＰであってもよい。
後述するように、第１コア層２２１内を伝搬する光は第１下部クラッド層２５３に染み出してよい。このとき、第１下部クラッド層２５３の屈折率と第１コア層２２１の屈折率ｎ１ｂとの差が、第１上部クラッド層２５１若しくは第１側部クラッド層２５２の屈折率とコア層２２０の屈折率ｎ１ｂとの差よりも小さくすることで、コア層２２０内を伝搬する光は第１下部クラッド層２２１に染み出すことができる。
次に、コア層２２０を形成する工程（Ｓ３ｂ）を実施する。この工程（Ｓ３ｂ）では、図３０に示されるように、コア層２２０を構成する第１コア層２２１を第１下部クラッド層２５３上に形成する。第１下部クラッド層２５３を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いて第１コア層２２１が形成されてもよい。第１コア層２２１を構成する材料は、たとえば、ＩｎＰであってもよい。光の吸収の観点から、ＩｎＰで構成されている第１コア層２２１はアンドープであることが好ましい。第１コア層２２１は、半絶縁性であってもよい。第１コア層２２１の材料は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、あるいはＩｎＧａＡｓであってもよい。第１コア層２２１を構成する材料は、ｎ型ＩｎＰあるはｐ型ＩｎＰであってもよい。第１コア層２２１は、単一の材料のみで構成されてもよい。第１コア層２２１は、屈折率が各々異なる複数の材料で構成されてもよい。なお、第１下部クラッド層２５３および第１コア層２２１を構成する材料は、同一の材料であってもよい。つまり、第１下部クラッド層２５３および第１コア層２２１は、有機金属気相成長法によって同時に形成されてもよい。ただし、第１領域２８１における第１コア層２２１は第２領域２８２における第１コア層２２１と機能が異なる。つまり、第１領域２８１における第１コア層２２１は第２コア層２４１（図２３参照）に対するクラッド層として機能する。第２領域２８２における第１コア層２２１は第２コア層２４１から染み出した光を伝搬させるコア層として機能する。
次に、高屈折率領域２３１を形成する工程（Ｓ４ｂ）を実施する。この工程（Ｓ４ｂ）では、図３１に示されるように、高屈折率領域２３１を第１コア層２２１上に形成する。第１下部クラッド層２５３を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法方法を用いて高屈折率領域２３１が形成されてもよい。高屈折率領域２３１を構成する材料は、第１コア層２２１の屈折率ｎ１ｂよりも高い屈折率ｎ３ｂを有する材料である。第１コア層２２１を構成する材料がアンドープのＩｎＰである場合、高屈折率領域２３１を構成する材料は、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、あるいはＩｎＧａＡｓであってもよい。第１コア層２２１を構成する材料がｎ型ＩｎＰである場合、高屈折率領域２３１を構成する材料は、たとえば、アンドープのＩｎＰ、半絶縁性ＩｎＰ、ｐ型ＩｎＰであってもよい。このようにすれば、プラズマ効果を利用することができる。屈折率が各々異なる複数の材料で第１コア層２２１が構成されている場合、高屈折率領域２３１の屈折率ｎ３ｂが、第１コア層２２１の実効屈折率ｎ１ａよりも高くなるように材料を選定する必要がある。このようにして、基板２０１上に、第１下部クラッド層２５３、第１コア層２２１、高屈折率領域２３１が順に有機金属気相成長法によって形成されてもよい。
次に、エッチングする工程（Ｓ５ｂ）を実施する。この工程（Ｓ５ｂ）では、図３２に示されるように、第１加工用マスク２６１を高屈折率領域２３１上に形成する。第１加工用マスク２６１は、たとえば、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜のいずれかである。ＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜の成膜方法は、たとえば、化学気相成長法である。図３３に示されるように、第１加工用マスク２６１は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、所望の形状にパターニングされてもよい。図３３に示されるように、平面視において、第１加工用マスク２６１の形状は三角形と四角形を組み合わせた形状であってもよい。平面視において、第１加工用マスク２６１における三角形の部分の、底辺の両端から先端部までを接続する辺は曲線であってもよい。たとえば、平面視において、第１加工用マスク２６１の形状は四角形でもよい。具体的には、第１加工用マスク２６１の第３方向Ｚにおける幅は、第１端面２２１ｓ１（図２４参照）から第２端面２２１ｓ２（図２４参照）までにおいて一律に第１コア層２２１の幅と同じであってもよい。
次に、第１加工用マスク２６１をマスクとして用いて、高屈折率領域２３１をドライエッチングする。具体的には、平面視において第１加工用マスク２６１が配置されている領域における高屈折率領域２３１はエッチングされない。一方、平面視において第１加工用マスク２６１が配置されていない領域における高屈折率領域２３１はエッチングされる。その結果、図３４および図３５に示されるように、第１コア層２２１の一部が露出するように高屈折率領域２３１のみがエッチングされる。この時、第１方向Ｘにおいて第１コア層２２１の一部がエッチングされてもよい。エッチングは、ウェットエッチングでもよい。高屈折率領域２３１をエッチングした後は、ウェットエッチングにより第１加工用マスク２６１を除去する。このようにして、所望の形状の高屈折率領域２３１を形成する。
次に、コア層２２０を形成する工程（Ｓ６ｂ）を実施する。この工程（Ｓ６ｂ）では、図３６および図３７に示されるように、第１コア層２２１を高屈折率領域２３１および第１コア層２２１の一部上に形成する。図３７は、図３６の線分ＸＸＸＶＩＩ－ＸＸＸＶＩＩに示すスポットサイズ変換器２００の断面図である。第１下部クラッド層２５３を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いて第１コア層２２１が形成されてもよい。
次に、図３８に示されるように、第２コア層２４１を第１コア層２２１上に形成する。第２コア層２４１を構成する材料は、第１コア層２２１の屈折率ｎ１ｂよりも高い屈折率ｎ２ｂを有する材料である。第２コア層２４１を構成する材料は、高屈折率領域２３１の屈折率ｎ３ｂよりも高い屈折率ｎ２ｂを有する材料であることがより好ましい。屈折率が各々異なる複数の材料で第２コア層２４１が構成されている場合、第２コア層２４１の実効屈折率ｎ２ｂが、第１コア層２２１および高屈折率領域２３１の実効屈折率よりも高くなるように、上記複数の材料が選定されることが好ましい。第２コア層２４１を構成する材料は、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰあるいはＡｌＧａＩｎＡｓ等であってもよい。
次に、図３９に示されるように、第１コア層２２１を第２コア層２４１上に形成する。第１下部クラッド層２５３を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いて第１コア層２２１が形成されてもよい。このとき、第１領域２８１における第１コア層２２１は第２上部クラッド層２１３として形成される。
次に、エッチングする工程（Ｓ７ｂ）を実施する。この工程（Ｓ７ｂ）では、図４０に示されるように、第２加工用マスク２６２を第１コア層２２１上に形成する。第２加工用マスク２６２は、たとえば、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜のいずれかである。ＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜の成膜方法は、たとえば、化学気相成長法である。第２加工用マスク２６２は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、所望の形状にパターニングされる。図４０に示されるように、平面視において、第２加工用マスク２６２の形状はたとえば五角形である。第２加工用マスク２６２は、第２端面２２１ｓ２から第２領域２８２にまで延在するように形成される。第３方向Ｚにおいて第１コア層２２１の幅の中心に第２加工用マスク２６２が形成される。第２加工用マスク２６２の第３方向Ｚにおける幅は、コア層２２０の幅より小さい。
次に、第１コア層２２１および第２コア層２４１をドライエッチングする。具体的には、平面視において第２加工用マスク２６２が配置されている領域における第１コア層２２１および第２コア層２４１はエッチングされない。一方、平面視において第２加工用マスク２６２が配置されていない領域における第１コア層２２１および第２コア層２４１がエッチングされる。このドライエッチング工程では、第１方向Ｘにおける第２コア層２４１と高屈折率領域２３１との間の位置まで、第１コア層２２１がエッチングされる。つまり、図４１および図４２に示されるように、第１コア層２２１（第２領域２８２における第１コア層２２１および第１領域２８１において第２下部クラッド層２１１としての機能を有する第１コア層２２１の部分）の一部が露出するように、第１コア層２２１が第１方向Ｘにエッチングされてもよい。図４２は、図４１の線分ＸＬＩＩ－ＸＬＩＩに示すスポットサイズ変換器２００の断面図である。図４２に示されるように、第２コア層２４１の側面は露出している。高屈折率領域２３１は露出せず、第１コア層２２１によって囲まれている。エッチングは、ウェットエッチングでもよいが、コア層２２０の形状を制御する観点から、ドライエッチングが好ましい。このようにして図４３に示されるように、所望の形状のリッジ構造の光導波路が形成される。
次に、コア層２２０を形成する工程（Ｓ８ｂ）を実施する。この工程（Ｓ８ｂ）では、図４４に示されるように、コア層２２０を第２下部クラッド層２１１上および第１コア層２２１上に形成する。図４５は、図４４の線分ＸＬＶ－ＸＬＶに示すスポットサイズ変換器２００の断面図である。図４６は、図４４の線分ＸＬＶＩ－ＸＬＶＩに示すスポットサイズ変換器２００の断面図である。図４５に示されるように、第１コア層２２１は、第１方向Ｘにおいて、第２加工用マスク２６２の下面の位置まで形成されている。つまり、第１コア層２２１は第２コア層２４１を覆うように形成される。第２加工用マスク２６２は露出している。第１下部クラッド層２５３を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いて第１コア層２２１が形成されてもよい。このとき、図４４に示されるように、第１領域２８１における第１コア層２２１は第２側部クラッド層２１２として形成される。第１コア層２２１を形成した後は、ウェットエッチングにより第２加工用マスク２６２を除去する。
第１領域２８１における第２側部クラッド層２１２が、半導体レーザ等の光デバイスと接続されることを考慮すると、第２側部クラッド層２１２は電流狭窄機能を有することが好ましい。そのため、第２側部クラッド層２１２は、たとえば、ｐ型ＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＰ層、ｐ型ＩｎＰ層の順に積層された３層構造でもよい。第２側部クラッド層２１２は、たとえば、ｐ型ＩｎＰ層、半絶縁性ＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＰ層の順に積層された３層構造でもよい。第２側部クラッド層２１２は、半絶縁性ＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＰ層の順に積層された２層構造でもよい。第２側部クラッド層２１２は電流狭窄機能を有していれば、前述の組み合わせ以外の構造でもよい。
次に、コア層２２０を形成する工程（Ｓ９ｂ）を実施する。この工程（Ｓ９ｂ）では、図４７に示されるように、第１コア層２２１を第２上部クラッド層２１３上、第２側部クラッド層２１２上、および第１コア層２２１上に形成する。第１下部クラッド層２５３を形成する方法と同様に、有機金属気相成長法を用いて第１コア層２２１が形成されてもよい。このとき、図４７に示されるように、第１領域２８１における第１コア層２２１は第２上部クラッド層２１３として形成される。
第１領域２８１における第２上部クラッド層２１３が、半導体レーザ等の光デバイスと結合されることを考慮すると、この工程（Ｓ９ｂ）で形成される第１コア層２２１の上面は、第２上部クラッド層２１３、および電極とオーミック接合するための低抵抗なコンタクト層になる場合が考えられる。コンタクト層の形成材料には、例えばＩｎＧａＡｓ等の吸収係数が大きい材料が用いられる。そのため、コンタクト層が導波路上にあることは、伝搬する光にとっては損失となる。コンタクト層を形成後、選択的にスポットサイズ変換器２００のコンタクト層のみをエッチングしてもよい。コンタクト層を構成する材料としてＩｎＧａＡｓが用いられる場合、たとえば、酒石酸を含んだ混合溶液などを用いてウェットエッチングによって選択的にコンタクト層を除去することができる。混合溶液は、たとえば、酒石酸、過酸化水素、および水などを含んでもよい。
コア層２２０内の第１方向Ｘにおける高屈折率領域２３１の位置は、コア層２２０を形成する工程（Ｓ３ｂ）における第１コア層２２１の第１方向Ｘの厚みと、コア層２２０を形成する工程（Ｓ６ｂ）における第１コア層２２１の第１方向Ｘの厚みと、コア層２２０を形成する工程（Ｓ８ｂ）における第１コア層２２１の第１方向Ｘの厚みと、コア層２２０を形成する工程（Ｓ９ｂ）における第１コア層２２１の第１方向Ｘの厚みとによって決定される。
たとえば、コア層２２０を形成する工程（Ｓ３ｂ）において、第１コア層２２１を第１方向Ｘにおいて１μｍ形成する。高屈折率領域２３１を形成する工程（Ｓ４ｂ）において、高屈折率領域２３１を第１方向Ｘにおいて１００ｎｍ形成する。コア層２２０を形成する工程（Ｓ６ｂ）において、第１コア層２２１を第１方向Ｘにおいて１μｍ形成する。コア層２２０を形成する工程（Ｓ８ｂ）において、第１コア層２２１を第１方向Ｘにおいて５００ｎｍ形成する。コア層２２０を形成する工程（Ｓ９ｂ）において、第１コア層２２１を第１方向Ｘにおいて２μｍ形成する。この場合、コア層２２０の第１方向Ｘにおける厚みは、４μｍである。高屈折率領域２３１は、第１下部クラッド層２５３から第１方向Ｘに１μｍ離れた位置に配置される。このようにして、第１方向Ｘにおいて、高屈折率領域２３１はコア層２２０の第１方向Ｘにおける厚みの中心よりも、基板２０１側に配置される。
このようにして、コア層２２０内の第１方向Ｘにおける高屈折率領域２３１の位置は容易に制御でできる。
次に、エッチングする工程（Ｓ１０ｂ）を実施する。この工程（Ｓ１０ｂ）では、図４８および図４９に示されるように、第３加工用マスク２６３を第１コア層２２１上に形成する。図４９は、図４８の線分ＸＬＩＸ－ＸＬＩＸに示すスポットサイズ変換器２００の断面図である。第３加工用マスク２６３は、たとえば、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜のいずれかである。ＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜の成膜方法は、たとえば、化学気相成長法である。第３加工用マスク２６３は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、所望の形状にパターニングされてもよい。図４８に示されるように、平面視において、第３加工用マスク２６３の形状は四角形である。第３加工用マスク２６３は、第１端面２２１ｓ１から第２端面２２１ｓ２まで延在するように形成される。第１コア層２２１の縁部が露出するように、第３方向Ｚにおいて第１コア層２２１の幅の中心に第３加工用マスク２６３が形成される。つまり、第３加工用マスク２６３の第３方向Ｚにおける幅は、一律に第１コア層２２１の幅より小さい。
次に、コア層２２０をドライエッチングする。具体的には、平面視において第３加工用マスク２６３が配置されている領域における第１コア層２２１はエッチングされない。一方、平面視において第３加工用マスク２６３が配置されていない領域における第１コア層２２１がエッチングされる。その結果、第１コア層２２１の第３方向Ｚにおける縁部のみがエッチングされる。この時、図５０および図５１に示されるように、第１下部クラッド層２５３の一部が露出するように、第１コア層２２１が第１方向Ｘにエッチングされてもよい。あるいは、基板２０１の一部が露出するように、第１コア層２２１および第１下部クラッド層２５３が第１方向Ｘにエッチングされてもよい。エッチングは、ウェットエッチングでもよいが、コア層２２０の形状を制御する観点から、ドライエッチングが好ましい。コア層２２０をエッチングした後は、ウェットエッチングにより第３加工用マスク２６３を除去する。このようにして、図５１に示されるように、所望の形状のメサ構造２５４の光導波路が形成される。
次に、クラッド層２５０を形成する工程（Ｓ１１ｂ）を実施する。この工程（Ｓ１１ｂ）では、図５２および図５３に示されるように、クラッド層２５０（図２３参照）をコア層２２０上および露出した第１下部クラッド層２５３の一部上に形成する。具体的には、図５３に示されるように、第１コア層２２１上に第１上部クラッド層２５１が形成される。第１下部クラッド層２５３上に一対の第１側部クラッド層２５２が形成される。コア層２２０を挟むように一対の第１側部クラッド層２５２は配置される。クラッド層２５０の構成要素である第１上部クラッド層２５１および第１側部クラッド層２５２を構成する材料は、コア層２２０の屈折率ｎ１ｂ、ｎ２ｂよりも低い屈折率ｎ４ｂを有する材料であってもよい。コア層２２０を構成する材料がＩｎＰである場合、第１上部クラッド層２５１および第１側部クラッド層２５２を構成する材料は、たとえば、ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜の少なくともいずれかであってもよい。ＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜の成膜方法は、たとえば、化学気相成長法である。コア層２２０を構成する材料がＩｎＧａＡｓＰおよびＡｌＧａＩｎＡｓの少なくともいずれかである場合、第１上部クラッド層２５１および第１側部クラッド層２５２を構成する材料は、ＩｎＰであってもよい。ＩｎＰの成膜方法は、たとえば、有機金属気相成長法である。
コア層２２０は、当該コア層２２０の屈折率よりも低い屈折率を有する媒体と接していればよい。そのため、第１上部クラッド層２５１および第１側部クラッド層２５２の少なくともいずれかは空気であってもよい。つまり、コア層２２０の側面２２１ｓ３は露出してもよい。この場合、エッチングする工程（Ｓ７ａ）を実施した後は、メサ構造２５４の保護膜としてＳｉＯ２膜を形成してもよいが、何も形成しなくてもよい。
第１上部クラッド層２５１および第１側部クラッド層２５２の屈折率は、第１下部クラッド層２５３の屈折率よりも小さくてもよい。こうすることで、コア層２２０内を伝搬する光は、第１上部クラッド層２５１および第２側部クラッド層２１２に染み出すことなく、基板２０１に染み出すことができる。このように、第１上部クラッド層２５１および第１側部クラッド層２５２を構成する材料としては、第１下部クラッド層２５３と異なる材料を採用してもよい。
このようにして、図２３から図２６に示されるような、スポットサイズを垂直方向に制御可能なスポットサイズ変換器２００を得ることができる。
＜動作＞
次に、スポットサイズ変換器２００の動作について説明する。
スポットサイズ変換器２００は、光源あるいは変調器などの光デバイスと接続される。ここでは、光源である半導体レーザにスポットサイズ変換器２００が接続されている場合を想定する。半導体レーザは、たとえば埋め込みヘテロ構造（Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有している。埋め込みヘテロ構造は、当該半導体レーザの活性層（コア層）を上下からバンドギャップの異なる材料で挟み、かつ、当該半導体レーザの活性層を側面からバンドギャップの異なる電流狭窄機能を有する層で挟む構造である。スポットサイズ変換器２００は、第２端面２２１ｓ２にて半導体レーザと接続される。光は半導体レーザから伝搬してくる。光は第２コア層２４１に入射する。第２コア層２４１は、半導体レーザと同様に、埋め込みヘテロ構造を有する。したがって、半導体レーザから伝搬してきた光は伝搬モードが極力変化することなく、第２コア層２４１に伝搬する。その結果、低損失に光が第２コア層２４１に伝搬する。第２コア層２４１は、当該第２コア層２４１の屈折率ｎ２ｂより低い屈折率ｎ１ｂを有する第２上部クラッド層２１３、第２側部クラッド層２１２、および第２下部クラッド層２１１（第１コア層２２１に該当）に囲まれている。そのため、光は、第１領域２８１において第２コア層２４１に閉じ込められる。
第２コア層２４１内において、光が第２領域２８２に到達する。第２領域２８２において、第２コア層２４１の第３方向Ｚにおける幅は、第１端面２２１ｓ１に向かって徐々に小さくなる。そのため、第２コア層２４１内を伝搬してきた光が第１端面２２１ｓ１に近づくに伴い、第２コア層２４１は当該光を閉じ込められなくなる。光は、徐々に第２コア層２４１から第１コア層２２１に染み出す。第２コア層２４１の第３方向Ｚにおける幅が十分小さくなると、光のすべては第２コア層２４１から第１コア層２２１に移行する。
光は、第２方向Ｙに沿って第１コア層２２１内を伝搬する。光は高屈折率領域２３１が配置されている方向に広がる。特に、高屈折率領域２３１が基板２０１側に配置されていることで、光は垂直方向（図２３に示す第１方向Ｘ）に広がる。光は第１端面２２１ｓ１から出射する。このようにして、光は当該スポットサイズ変換器２００を備えた半導体装置の外部に出射される。
＜作用効果＞
上記スポットサイズ変換器２００において、コア層２２０は、第２コア層２４１を含む。第２コア層２４１の屈折率ｎ２ｂは第１コア層２２１の屈折率ｎ１ｂよりも高い。このようにすれば、光は、低損失に伝搬モードが変化することなく第２コア層２４１内を伝搬する。
上記スポットサイズ変換器２００において、高屈折率領域２３１は、第１方向Ｘにおいて第２コア層２４１よりも基板２０１側に近い位置に配置されている。このようにすれば、第２コア層２４１から染み出た光は垂直方向（第１方向Ｘ）に広がる。
上記スポットサイズ変換器２００において、コア層２２０は、第１端面２２１ｓ１と第２端面２２１ｓ２とを有する。第２端面２２１ｓ２から第１端面２２１ｓ１を見た方向を第２方向Ｙとする。高屈折率領域２３１が配置されている第２方向Ｙにおける領域に、第２コア層２４１の一部が配置される。第２コア層２４１は、第１コア領域２４１ａと第２コア領域２４１ｂとを含む。第２方向Ｙにおいて、第２コア領域２４１ｂは第１コア領域２４１ａよりも第２端面２２１ｓ２から遠い。第２方向Ｙに対して垂直な方向における、第２コア領域２４１ｂの幅は、第１コア領域２４１ａの幅よりも小さい。
このようにすれば、第２コア層２４１内を伝搬してきた光が第１端面２２１ｓ１に近づくに伴い、第２コア層２４１は、当該光を閉じ込められなくなる。光は、徐々に第２コア層２４１から第１コア層２２１に染み出していくことができる。第２コア層２４１の第３方向Ｚにおける幅が十分小さくなると、光のすべては第２コア層２４１から第１コア層２２１に移行することができる。
上記スポットサイズ変換器２００において、第１コア層２２１の屈折率をｎ１ｂとする。第２コア層２４１の屈折率をｎ２ｂとする。高屈折率領域２３１の屈折率をｎ３ｂとする。クラッド層２５０の屈折率をｎ４ｂとする。スポットサイズ変換器２００は、ｎ２ｂ＞ｎ３ｂ＞ｎ１ｂ＞ｎ４ｂという関係を満たす。このようにすれば、光は効率よく第２コア層２４１から第１コア層２２１に伝搬することができる。
図５４は、比較例２に係るスポットサイズ変換器４００の斜視図である。図５４は、図２３に対応する。図５４に示されたスポットサイズ変換器４００は、基本的には図２３から図２６に示されたスポットサイズ変換器２００と同様の構成を備えるが、コア層２２０が高屈折率領域２３１を含まない点で異なる。図５５は、第１端面２２１ｓ１における垂直方向の光の強度を示す分布図である。図５５は図２２に対応する。図５５において、実線は実施例２における光の強度分布を示す。実施例２は、基本的に本実施の形態２に係るスポットサイズ変換器２００と同様の構成を備える。図５５において、点線は比較例２における光の強度分布を示す。図５５において、横軸は垂直方向のコア層の高さを示し、具体的には第１下部クラッド層２５３からの距離（単位：μｍ）を示している。図５５において、縦軸は垂直方向における光の相対的な強度（単位：－）を示す。なお、図５５の横軸において、第１下部クラッド層２５３が第１コア層２２１と接続されている面を基準（＝０μｍ）としている。第１下部クラッド層２５３からみて第１コア層２２１がある方向が横軸の正の方向である。一方、第１下部クラッド層２５３からみて基板２０１がある方向が横軸の負の方向である。図５５に示される分布図は、第１方向Ｘ（垂直方向）における光の強度が最も大きい値で規格化されている。
図５５から分かるように、比較例２における半値幅は、２．６７μｍである。実施例２における半値幅は、３．３７μｍである。つまり、実施例２における半値幅は、比較例２における半値幅より大きい。以上の結果より、コア層２２０が高屈折率領域２３１を含むことで、スポットサイズが大きくなったことが分かる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本開示の基本的な範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
１００，２００，３００，４００ スポットサイズ変換器、１０１，２０１ 基板、１１０，２５０ クラッド層、１１１，２５３ 第１下部クラッド層、１１２，２５２ 第１側部クラッド層、１１２ａ 突出部、１１３，２５１ 第１上部クラッド層、１２０，２２０ コア層、１２１，２２１ 第１コア層、１２１ｓ２，２２１ｓ２ 第２端面、１２１ｓ１，２２１ｓ１ 第１端面、１２１ｓ３，２２１ｓ３ 側面、１３１，２３１ 高屈折率領域、１３１ａ，２３１ａ 第１高屈折領域、１３１ｂ，２３１ｂ 第２高屈折領域、１３１ｔ，２３１ｔ，２４１ｔ 先端部、１４１，２６１ 第１加工用マスク、１４２，２６２ 第２加工用マスク、１５１，２５４ メサ構造、２１１ 第２下部クラッド層、２１２ 第２側部クラッド層、２１３ 第２上部クラッド層、２４１ 第２コア層、２４１ａ 第１コア領域、２４１ｂ 第２コア領域、２６３ 第３加工用マスク、２８１ 第１領域、２８２ 第２領域、２８３ 境界、Ｘ 第１方向、Ｙ 第２方向、Ｚ 第３方向、ｎ１ａ，ｎ１ｂ，ｎ２ａ，ｎ２ｂ，ｎ３ｂ，ｎ３ａ，ｎ４ｂ 屈折率、ｐ１ 点。

Claims (6)

  1. 入射面から入射された光のスポットサイズを変換して出射面から前記光が出射されるスポットサイズ変換器であって、
    コア層と、
    前記コア層を囲むクラッド層とを備え、
    前記コア層は、第１コア層を含み、
    前記クラッド層の屈折率は、前記第１コア層の屈折率よりも低く、
    前記コア層は、前記第１コア層の屈折率よりも高い屈折率を有し、前記第１コア層に接触している高屈折率領域を含み、
    前記高屈折率領域は、前記入射面から離隔して配置しており、
    前記高屈折率領域の幅は、前記出射面から前記入射面に近づくほど狭くなっている、スポットサイズ変換器。
  2. 基板をさらに備え、
    前記基板は前記クラッド層に接続されており、
    前記基板から前記コア層を見た方向を第１方向とすると、
    前記高屈折率領域は、前記コア層の前記第１方向における厚みの中心よりも、前記基板側に配置されている、請求項１に記載のスポットサイズ変換器。
  3. 前記コア層は第２コア層を含み、
    前記第２コア層の屈折率は、前記第１コア層の屈折率よりも高い、請求項２に記載のスポットサイズ変換器。
  4. 前記高屈折率領域は、前記第１方向において前記第２コア層よりも前記基板側に近い位置に配置されている、請求項３に記載のスポットサイズ変換器。
  5. 前記コア層は、第１端面と第２端面とを有し、
    前記第２端面から前記第１端面を見た方向を第２方向とすると、
    前記高屈折率領域が配置されている前記第２方向における領域に、前記第２コア層の一部が配置され、
    前記第２コア層は、第１コア領域と第２コア領域とを含み、
    前記第２方向において、前記第２コア領域は、前記第１コア領域よりも前記第２端面から遠く、
    前記第２方向に対して垂直な方向における、前記第２コア領域の幅は、前記第１コア領域の幅よりも小さい、請求項３または請求項４に記載のスポットサイズ変換器。
  6. 前記第１コア層の屈折率をｎ１ｂとし、
    前記第２コア層の屈折率をｎ２ｂとし、
    前記高屈折率領域の屈折率をｎ３ｂとし、
    前記クラッド層の屈折率をｎ４ｂとすると、
    ｎ２ｂ＞ｎ３ｂ＞ｎ１ｂ＞ｎ４ｂという関係を満たす、請求項３または請求項４に記載のスポットサイズ変換器。
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