JP2010072401A - 光導波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 埋込導波路とハイメサ導波路との接続箇所で反射が生じるため、結合効率が低下する。
【解決手段】 基板上に、コアの両側が第１の媒質で埋め込まれている埋込導波路が形成されている。さらに、基板の上に、コアの両側に、第１の媒質よりも屈折率の小さな第２の媒質が配置されているハイメサ導波路が形成されている。さらに、基板の上に、埋込導波路とハイメサ導波路とを光学的に接続する接続導波路が形成されている。接続導波路は、接続導波路のコアの少なくとも一方の側に配置され、導波方向に並ぶ複数のフィンを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、埋込導波路とハイメサ導波路とを含む光導波装置に関する。

光エレクトロニクス技術の進歩に伴い、多機能の光素子が要望されている。省エネルギ、省スペースの観点から、半導体光素子の一層の集積化が求められている。発光素子としての半導体レーザ装置には、活性層へ電流を効率的に注入するために、埋込導波路が適している。また、発光素子や光変調器を接続する光回路としての導波路には、光回路をできるだけ小型化するために、導波路の曲がり損失が小さいハイメサ導波路が適している。

埋込導波路の導波光と、ハイメサ導波路の導波光とは、その導波モードが異なる。このため、両者を接続した場合、光結合効率が低下する。結合しなかった成分は、迷光として導波路外に放射される。導波路構造によっては、迷光が導波路に再結合し、素子特性が低下する場合がある。

また、埋込導波路とハイメサ導波路とでは、導波路の等価屈折率が異なるため、インピーダンスミスマッチングによる反射が発生する。入射側の導波路に戻された反射光によって、素子特性が低下する場合もある。

埋込導波路とハイメサ導波路との接続部分に、スポットサイズ変換用導波路を介在させることにより、接続部分における反射を抑制することができる（特許文献１）。スポットサイズ変換用導波路の側面に、半導体からなるテーパ状のクラッドが配置されている。テーパ状クラッドの幅は、埋込導波路からハイメサ導波路へ向かって徐々に狭くなっている。テーパ状クラッドよりも外側には、ポリイミド等の低屈折率の媒質が充填される。

特開２００２−３１１２６７号公報

テーパ状クラッドと、それよりも外側のポリイミド等の媒質との界面が反射面として作用する。界面で反射した光が導波路外へ放射されることにより、結合効率が低下する。また、反射光が導波路に再結合すると、素子特性の低下をもたらす場合がある。

上記課題を解決する光導波装置は、
基板上に形成され、コアの両側が第１の媒質で埋め込まれている埋込導波路と、
前記基板の上に形成され、コアの両側に、前記第１の媒質よりも屈折率の小さな第２の媒質が配置されているハイメサ導波路と、
前記基板の上に形成され、前記埋込導波路と前記ハイメサ導波路とを光学的に接続する接続導波路と
を有し、前記接続導波路は、該接続導波路のコアの少なくとも一方の側に配置され、導波方向に並ぶ複数のフィンを含む。

複数のフィンにより、接続導波路の等価屈折率が緩やかに変化する。これにより、埋込導波路とハイメサ導波路との接続箇所における反射を抑制することができる。

図１〜図１８を参照しながら、実施例１〜１１について説明する。

図１に、実施例１による光導波装置の斜視図を示す。ｎ型ＩｎＰからなる基板２０の表面に、埋込導波路領域５０Ａとハイメサ導波路領域５２Ａとが、ある間隔を隔てて画定されている。両者の間に、接続導波路領域５１Ａが画定される。基板２０の上に、メサ４１が形成されている。メサ４１は、埋込導波路領域５０Ａから、接続導波路領域５１Ａを横切って、ハイメサ導波路領域５２Ａまで達する。メサ４１の幅は、例えば１．３μｍである。

埋込導波路領域５０Ａにおいては、メサ４１は、基板２０の表層部、コア層２１、上部クラッド層２２、及びコンタクト層２３がこの順番に積層された積層構造を有する。コア層２１は、ＧａＩｎＡｓＰ系混晶半導体で形成された多重量子井戸構造を有する。その厚さは、例えば２００ｎｍである。上部クラッド層２２は、ｐ型ＩｎＰで形成されており、その厚さは、例えば２．５μｍである。コンタクト層２３は、ｐ型ＧａＩｎＡｓで形成されており、その厚さは、例えば０．３μｍである。

埋込導波路領域５０Ａのメサ４１の両側に、電流ブロック層４５が埋め込まれている。電流ブロック層４５は、Ｆｅがドープされた半絶縁性のＩｎＰで形成されている。その上面の高さは、コンタクト層２３の上面の高さとほぼ等しい。コア層２１、基板２０、上部クラッド層２２、及び電流ブロック層４５により、埋込導波路５０が構成される。コア層２１の両側に、コア層２１よりも等価屈折率の小さな化合物半導体材料からなる電流ブロック層４５が配置されていることにより、埋込導波路５０の導波光が横方向に関して閉じ込められる。

埋込導波路領域５０Ａのコンタクト層２３の上に、上部電極７０が形成されている。上部電極７０は、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕの３層構造を有する。基板２０の背面に、背面電極７１が形成されている。背面電極７１は、ＡｕＧｅ／Ａｕの２層構造を有する。埋込導波路５０は、１．３μｍ帯の半導体レーザ素子として機能する。

接続導波路領域５１Ａ及びハイメサ導波路領域５２Ａのメサ４１は、基板２０の表層部、コア層３１、及び上部クラッド層３２がこの順番に積層された積層構造を有する。コア層３１は、ＧａＩｎＡｓＰ系混晶半導体からなるバルク構造を有し、その厚さは、例えば２００ｎｍである。上部クラッド層３２はｎ型または半絶縁性のＩｎＰで形成され、その厚さは、例えば２．８μｍである。ハイメサ導波路領域５２Ａの基板２０、コア層３１、及び上部クラッド層３２が、ハイメサ導波路５２を構成する。

接続導波路領域５１Ａのメサ４１の両側に、導波方向に並んだ複数の薄板状のフィン４５ａが配置されている。基板２０、コア層３１、上部クラッド層３２、及びフィン４５ａが、接続導波路５１を構成する。接続導波路５１は、埋込導波路５０とハイメサ導波路５２とを光学的に接続する。

フィン４５ａの各々は、メサ４１の長手方向に直交し、１つの端面がメサ４１の側面に接触する姿勢で配置される。フィン４５ａの各々の厚さＤ１は、例えば２０ｎｍである。相互に隣り合うフィン４５ａの間の間隙部の厚さＤ２は、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に近づくに従って、２０ｎｍから１６０ｎｍまで、５ｎｍ刻みで厚くなるように変化している。すなわち、メサ４１の片側に配置されるフィン４５ａは２９枚になる。フィン４５ａの各々の、メサ４１から横方向に延びる長さＬは、導波光のビーム断面の広がりに比べて十分大きい。例えば、長さＬは、５μｍ以上に設定される。

フィン４５ａは、コア層３１よりも屈折率の小さな材料で形成される。製造プロセスを簡単化するという観点から、フィン４５ａを電流ブロック層４５と同一の材料で形成することが好ましい。

ハイメサ導波路領域５２Ａのメサ４１の両側、及び接続導波路領域５１Ａのフィン４５ａの間の間隙部は、大気で満たされている。なお、大気以外に、埋込導波路領域５０Ａのメサ４１の両側に埋め込まれた電流ブロック層４５の屈折率よりも小さな屈折率を有する媒質を配置してもよい。このような媒質として、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の樹脂が挙げられる。電流ブロック層４５の屈折率よりも小さな屈折率を持つ媒質、例えば大気、樹脂等を配置すれば、ハイメサ導波路５２において、埋込導波路５０に比べて、横方向に関して高い閉じ込め効果を得ることができる。

次に、図２〜図５を参照して、実施例１による光導波装置の製造方法について説明する。

図２に示すメサ４１を形成するまでの工程について説明する。ｎ型ＩｎＰからなる基板２０の上に、多重量子井戸構造のコア層２１、上部クラッド層２２、及びコンタクト層２３を形成する。これらの層は、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）により形成される。Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム、Ｐ原料としてフォスフィン、及びＡｓ原料としてアルシンを用いることができる。

埋込導波路領域５０Ａを酸化シリコン等のマスクパターンで覆い、接続導波路領域５１Ａ及びハイメサ導波路領域５２Ａのコンタクト層２３、上部クラッド層２２、及びコア層２１をエッチング除去する。これらの層のエッチングには、メタン系または塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることができる。

次に、エッチングによって露出した基板２０の上に、バルク型のコア層３１、及び上部クラッド層３２を選択成長させる。これらの層の形成には、ＭＯＶＰＥを用いることができる。コア層３１の上面は、コア層２１の上面とほぼ同一の高さになり、上部クラッド層３２の上面は、コンタクト層２３の上面とほぼ同一の高さになる。上部クラッド層３２を形成した後、エッチング用のマスク及び選択成長用のマスクとして用いたマスクパターンを除去する。これにより、埋込導波路領域５０Ａに、コンタクト層２３が露出する。

コンタクト層２３及び上部クラッド層３２の上に、酸化シリコンからなる第１のマスクパターン４０を形成する。第１のマスクパターン４０は、埋込導波路領域５０Ａ内から、接続導波路領域５１Ａを横切って、ハイメサ導波路領域５２Ａまで達する帯状の平面パターンを有する。第１のマスクパターン４０の幅は、例えば１．３μｍである。

第１のマスクパターン４０をエッチングマスクとして、基板２０の表層部までエッチングする。これにより、メサ４１が形成される。

図３に示すように、メサ４１の両側に、ＦｅドープのＩｎＰからなる半絶縁性の電流ブロック層４５を、ＭＯＶＰＥにより選択成長させる。電流ブロック層４５の上面は、第１のマスクパターン４０の底面とほぼ同一の高さになる。電流ブロック層４５の形成後、第１のマスクパターン４０を除去する。

図４に示すように、メサ４１及び電流ブロック層４５の上に、酸化シリコンからなる第２のマスクパターン４８を形成する。第２のマスクパターン４８は、埋込導波路領域５０Ａの全域、ハイメサ導波路領域５２Ａのメサ４１の上面、接続導波路領域５１Ａのメサ４１及びフィン４５ａの上面を覆う。第２のマスクパターン４８の形成には、例えば電子ビーム露光を用いたリソグラフィ技術を適用することができる。

図５に示すように、第２のマスクパターン４８をエッチングマスクとして、電流ブロック層４５をエッチングし、基板２０の表面まで達した時点でエッチングを停止させる。このエッチングには、ＲＩＥ等が用いられる。エッチング後、第２のマスクパターン４８を除去する。その後、図１に示した上部電極７０及び背面電極７１を形成する。

図６に、メサ４１の長手方向に関する等価屈折率の分布を示す。実施例１による光導波装置の透過屈折率を実線ｐで示す。埋込導波路５０の等価屈折率が、ハイメサ導波路５２の等価屈折率よりも高い。

相互に隣り合うフィン４５ａの中心間距離が、波長１．３μｍ帯の導波光の管内波長よりも短いため、フィン４５ａは反射面または回折格子として作用しない。導波光は、フィン４５ａと、その間の間隙部とで生ずる局所的な平均屈折率を感じることになる。フィン４５ａの間の間隙部の厚さが、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に近づくにつれて厚くなるように変化しているため、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に向かって、接続導波路５１の等価屈折率が低下する。接続導波路５１とハイメサ導波路５２との界面においては、１枚のフィン４５ａに起因する屈折率の小さな段差が生ずる。この段差は、埋込導波路５０の等価屈折率とハイメサ導波路５２の等価屈折率との差に比べて、十分小さい。

図６に示したように、接続導波路５１内においては、等価屈折率が緩やかに変化する。埋込導波路５０とハイメサ導波路５２との間に、接続導波路５１を配置したことにより、等価屈折率の大きな段差の発生を抑制することができる。これにより、埋込導波路５０とハイメサ導波路５２との接続箇所における導波光の反射を抑制することができる。

接続導波路５１が短すぎると、等価屈折率の不連続を緩和する十分な効果が得られなくなる。等価屈折率の不連続を緩和する十分な効果を得るために、接続導波路５１の長さを、導波光の管内波長の５０倍以上にすることが好ましい。また、接続導波路５１を長くしすぎると、装置の大型化につながる。接続導波路５１の長さは、導波光の管内波長の２５０倍にすれば十分である。ここで、単一波長の導波光が伝搬する場合には、導波光のスペクトルの中心波長を基準に接続導波路５１の長さを設定すればよい。また、波長多重された複数のチャンネルの導波光が伝搬する場合には、最も波長の長いチャンネルの導波光のスペクトルの中心波長を基準に、接続導波路５１の長さを設定すればよい。

また、フィン４５ａは、横方向に関して導波光のビーム断面を内包する大きさを有する。導波光のビーム径を変化させるために、接続導波路５１のコアの側方に、幅が徐々に変化するテーパ状のクラッドを配置すると、テーパ状のクラッドの外側の側面が反射面として作用してしまう。実施例１においては、フィン４５ａがビーム断面を内包しているため、導波路の側方には、反射面として作用する境界面が存在しない。このため、予期せぬ反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。

実施例１では、基板２０にｎ型半導体材料を用いたが、半絶縁性の半導体材料を用いてもよい。半絶縁性の基板を用いる場合には、基板の背面に電極を形成することができないため、電極構造にコプレーナ型を採用することが好ましい。コプレーナ型の電極は、後述する実施例６による光導波装置に採用されている。また、基板２０に、ｐ型半導体材料を用い、埋込導波路５０の上部クラッド層に、ｎ型半導体材料を用いてもよい。

コア層２１、３１に、ＡｌＧａＩｎＡｓ系混晶半導体材料を用いることによって、１．５５μｍ帯の導波路を形成することも可能である。この場合には、フィン４５ａの中心間距離を、波長１．５５μｍの導波光の管内波長よりも短くすればよい。このように、フィン４５ａの中心間距離は、導波光の管内波長に基づいて調整することが好ましい。

コア層２１を、多重量子井戸構造に代えて、バルク構造としてもよい。基板２０として、ＩｎＰ基板に代えて、ドライバ回路等が形成されたシリコン基板上に、ＩｎＰのエピタキシャル構造を貼り合わせた複合基板を用いてもよい。半絶縁性の電流ブロック層４５に代えて、ｐｎｐｎサイリスタ構造の電流ブロック層を用いてもよい。

ハイメサ導波路５２を能動素子として機能させる場合には、上部クラッド層３２の導電型を基板２０の導電型とは反対のｐ型としてもよい。

埋込導波路５０は、半導体レーザ素子として機能させる必要はなく、光変調器として機能させてもよいし、能動素子ではなく、単なる光回路として機能させてもよい。能動素子として機能させない場合には、基板、コア層、クラッド層等に、化合物半導体材料を用いる必要はない。基板、コア層、クラッド層等に、有機物を用いてもよいし、シリコン系材料を用いてもよい。

図７に、実施例２による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図７に示した構成は、実施例１の図５に示した構成に対応する。実施例１では、フィン４５ａの間の間隙部の深さが揃っていたが、実施例２では、薄い間隙部の深さが、厚い間隙部の深さよりも浅くされている。これは、エッチング時のマイクロローディング効果が大きく現れたためである。

フィン４５ａの間の間隙部の厚さは、ハイメサ導波路５２に近づくにつれて厚くなるように変化しているため、間隙部は、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に近づくにつれて深くなる。

図６に、実施例２による光導波構造の透過屈折率分布を、破線ｑで示す。埋込導波路５０に近い領域では、メサ４１の両側に、大気よりも屈折率の高い電流ブロック層４５の基板側の部分が残っているため、接続導波路５１の等価屈折率は、実施例１の接続導波路５１の等価屈折率よりも高い。ハイメサ導波路５２に近づくにしたがって、等価屈折率は、実施例１の等価屈折率に近づく。

実施例２においても、接続導波路５１の等価屈折率が緩やかに変化する。また、フィン４５ａが、横方向に関して導波光のビーム断面よりも十分大きい。このため、実施例１と同様の効果が得られる。

図８に、実施例３による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図８は、実施例１の図５に示した第２のマスクパターン４８を除去した後の状態に対応する。実施例１では、接続導波路領域５１Ａ及びハイメサ導波路領域５２Ａにおいて、第２のマスクパターンの側方の縁が、メサ４１の縁に一致していた。このため、接続導波路領域５１Ａにおいては、フィン４５ａの間の間隙部に、コア層３１及び上部クラッド層３２の側面が露出していた。ハイメサ導波路領域５２Ａにおいては、コア層３１及び上部クラッド層３２の側面の全域が露出していた。

実施例３においては、図５に示した第２のマスクパターン４８に相当するパターンが、メサ４１の縁よりもやや外側まで広がっている。このため、電流ブロック層４５をエッチングした後、メサ４１の側面に、電流ブロック層４５と同一の半絶縁性ＩｎＰからなる側面被覆膜６０が残る。

側面被覆膜６０は、コア層３１及び上部クラッド層３２の側面を保護する役割を担う。これにより、側面の界面準位の密度を低減させることができる。

側面被覆膜６０が厚すぎると、ハイメサ導波路５２と埋込導波路５０との差がなくなってしまう。一般的に、埋込導波路５０内の導波光のビーム断面は、メサ４１の側面よりも２μｍ程度外側まで広がっている。側面被覆膜６０の厚さを、メサ４１から側方へのビーム断面の広がりの寸法の１／１０以下にすると、ハイメサ導波路５２の横方向閉じ込めの十分な機能が維持されると考えられる。従って、側面被覆膜６０の厚さは、０．２μｍ以下にすることが好ましい。側面被覆膜６０の厚さの好適範囲の下限値は、特に限定されない。原理的には、１モノレイヤ分の厚さがあればよい。

なお、接続導波路領域５１Ａに、側面被覆膜６０を配置し、ハイメサ導波路領域５２Ａには、側面被覆膜６０を配置しない構成としてもよい。

図９に、実施例４による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例３では、側面被覆膜６０の厚さが、導波光の伝搬方向に関してほぼ一定であったが、実施例４では、接続導波路領域５１Ａの側面被覆膜６０が、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に向かって薄くなっている。その他の構成は、実施例３と同一である。

実施例４においても、実施例３と同様の効果が得られる。

図１０に、実施例５による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例１では、図２に示した埋込導波路５０側のコア層２１とハイメサ導波路５２側のコア層３１との境界が、埋込導波路５０と接続導波路５１との境界に一致していた。実施例５では、コア層２１とコア層３１との境界６５が、埋込導波路５０と接続導波路５１との境界６６から、接続導波路５１内にわずかに入り込んでいる。

図１１に、実施例５の変形例による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。この変形例では、コア層２１とコア層３１との境界６５が、埋込導波路５０と接続導波路５１との境界６６から、埋込導波路５０内にわずかに入り込んでいる。

このように、コア層２１とコア層３１との境界６５が、埋込導波路５０と接続導波路５１との境界６６に厳密に一致しなくても、実施例１と同様の効果が得られる。図４に示した第２のマスクパターン４８を形成する際の位置合わせ時に、埋込導波路５０と接続導波路５１との境界６６が、コア層２１とコア層３１との境界６５から導波方向にずれても、そのずれ量が５μｍ以下であれば、光導波装置の動作上問題はない。

図１２及び図１３を参照して、実施例６による光導波装置の製造方法について説明する。基本的な製造工程は、実施例１による光導波装置の製造工程と同一である。以下、実施例１の製造方法と異なる点に着目して説明する。

図１２に示す基板２０には、半絶縁性のＩｎＰが用いられる。基板２０の上に、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層２５を形成する。下部クラッド層２５の厚さは、例えば０．５μｍである。その後の工程は、実施例１の場合と同様である。第２のマスクパターン４８をエッチングマスクとして電流ブロック層４５をエッチングする際には、下部クラッド層２５と基板２０との界面でエッチングを停止させる。

フィン４５ａの各々の厚さＤ１は８０ｎｍである。フィン４５ａの間の間隙部の厚さＤ２は、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に近づくにつれて、８０ｎｍから１６０ｎｍまで、５ｎｍ刻みで厚くなるように変化している。相互に隣り合うフィン４５ａの中心間の距離は、１６０ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲内になる。この寸法は、波長１．３μｍ帯の導波光の管内波長とほぼ等しいため、複数のフィン４５ａが回折格子として作用する。ただし、その周期が緩やかに変化しているため、特定の波長の導波光のみが強く回折されるのではなく、波長１１００ｎｍ〜１５００ｎｍの導波光が、十数％〜数十％程度の弱い回折を受ける。電流ブロック層４５のエッチング後、第２のマスクパターン４８を除去する。

図１３に示すように、埋込導波路５０のコア層２１の側方の電流ブロック層４５に、下部クラッド層２５まで達する凹部を形成する。この凹部の底面に、下部電極７２を形成する。コンタクト層２３の上に、上部電極７０を形成する。実施例６では、半絶縁性の基板が用いられるため、図１３に示したように、コプレーナ型の電極構造が採用される。

実施例６においても、フィン４５ａの間の間隙部の厚さが、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に近づくにつれて、段階的に厚くなるように変化しているため、導波光に対する等価屈折率の変化を緩やかにすることができる。これにより、屈折率の不連続に起因する反射の増大を抑制することができる。

導波光がハイメサ導波路５２から埋込導波路５０に向かって進行する場合について考察する。導波光は、複数のフィン４５ａからなる回折格子によって回折される。この回折光は、ハイメサ導波路５２側に進行する。ハイメサ導波路５２のコア層３１の両側には、半導体材料からなる埋込層（電流ブロック層）が配置されていないため、回折光は、ほとんどハイメサ導波路５２に再結合しない。

実施例６では、基板２０に半絶縁性の半導体材料を用いたが、実施例１と同様に、ｎ型半導体材料を用いてもよい。この場合は、下部電極７２に代えて、基板２０の背面に背面電極を形成すればよい。

実施例６による光導波装置を、１．５５μｍ帯の導波光に適用する場合には、相互に隣り合うフィン４５ａの中心間距離が、１９０ｎｍ〜２９０ｎｍの範囲内で変化するようにフィン４５ａを配置すればよい。

図１４に、実施例７による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図１４は、図１２に示した実施例６の第２のマスクパターン４８を除去した後の状態に対応する。第２のマスクパターン４８の平面形状は、図１２に示したものと同一である。

実施例２では、フィン４５ａが、メサ４１の長手方向と直交する姿勢で配置されていた。実施例７では、フィン４５ａが、基板２０の表面に対して傾斜する姿勢で配置されている。すべてのフィン４５ａについて、傾斜方向及び傾斜角は等しい。一例として、ハイメサ導波路５２側を向くフィン４５ａの表面が、基板２０の上方を向くように傾斜している。傾斜角は、例えば７５°である。このような構造は、電流ブロック層４５のエッチング時に、ＲＩＥ装置内に基板を傾けて装填することにより形成することができる。

実施例７においても、実施例６と同様の効果が得られる。さらに、ハイメサ導波路５２から埋込導波路５０に向かう導波光が複数のフィン４５ａで回折されると、その回折光は、基板表面に対して斜め上方に向かう。このため、実施例６に比べて、さらに、回折光がハイメサ導波路５２に再結合しにくくなる。

埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に向かう導波光は、基板表面に対して斜め下方に向けて回折される。このため、実施例６に比べて、回折光が埋込導波路５０に再結合しにくくなる。

図１５に、実施例８による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。基本的な製造工程は、実施例１の場合と同一である。図１５は、図５に示した第２のマスクパターン４８を除去した後の状態に相当する。実施例１では、フィン４５ａの厚さＤ１を一定にし、間隙部の厚さＤ２を変化させた。実施例８では、間隙部の厚さＤ２を一定にし、フィン４５ａの厚さＤ１を変化させている。

例えば、間隙部の厚さＤ２は４０ｎｍである。フィン４５ａの厚さＤ１は、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に近づくにつれて、１４０ｎｍから４０ｎｍまで、５ｎｍ刻みで段階的に薄くなるように変化している。

相互に隣り合うフィン４５ａの中心間距離は、１．５５μｍ帯の導波光の管内波長に比べて短い。このため、１．５５μｍ帯の導波光は、実施例１の場合と同様に、フィン４５ａと間隙部とに基づく局所的な平均屈折率を感じる。これにより、等価屈折率の大きな不連続に起因する反射を抑制することができる。

図１６に、実施例９による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例９による光導波装置を、実施例８による光導波装置と対比すると、フィン４５ａの厚さＤ１及び間隙部の厚さＤ２が異なる。さらに、実施例９では、コア層２１がＡｌＧａＩｎＡｓ系混晶半導体で形成された多重量子井戸構造を有する。その他の構成は、実施例８による光導波装置の構成と同一である。

実施例９においては、間隔Ｄ２が８０ｎｍ、厚さＤ１が、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に向かって、２００ｎｍから８０ｎｍまで、５ｎｍ刻みで段階的に薄くなっている。フィン４５ａの中心間距離が、１．５５μｍ帯の導波光の管内波長に近いため、複数のフィン４５ａが回折格子として機能する。この回折格子により、波長１４００ｎｍ〜１７００ｎｍの光が、十数％〜数十％程度の弱い回折を受ける。

実施例９においても、実施例８と同様に、埋込導波路５０とハイメサ導波路５２との等価屈折率の不連続に起因する反射を抑制することができる。また、実施例６と同様に、ハイメサ導波路５２から埋込導波路５０に向かう導波光が回折を受けるが、この回折光は、ハイメサ導波路に、ほとんど再結合しない。

図１７に、実施例１０による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例１０においては、基板２０の表面に垂直で、かつ導波方向に平行な仮想平面（メサ４１の側面に平行な仮想平面）に対して傾斜している。その他の構成は、実施例９による光導波装置の構成と同一である。このような構造は、図４に示した第２のマスクパターン４８のうち、フィン４５ａに対応する枝の部分をメサ４１の長手方向から傾けることにより形成される。

フィン４５ａの、ハイメサ導波路５２側を向く表面の法線ベクトルが、メサ４１から遠ざかる方を向くように傾いている。メサ４１の長手方向と法線ベクトルとのなす角度は、例えば３０°（仮想平面に対する傾斜角は６０°）である。

ハイメサ導波路５２から埋込導波路５０に向かう導波光の一部が複数のフィン４５ａで回折される。その回折光の進行方向は、ハイメサ導波路５２側を向き、かつ進行するに従ってコア層３１から遠ざかる。このため、ハイメサ導波路５２に再結合しにくくなる。

埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に導波光を伝搬させる用途に用いる場合には、フィン４５ａの、埋込導波路５０側を向く表面の法線ベクトルが、メサ４１（またはコア層２１）から遠ざかる方を向くように、フィン４５ａの傾斜方向を設定すればよい。この場合、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に向かう導波光の一部が回折されると、その回折光は、メサ４１から遠ざかる向きに伝搬する。このため、回折光の、埋込導波路５０への再結合を抑制することができる。

図１８に、実施例１１による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図１８は、実施例１の図５に示した第２のマスクパターン４８を除去した後の状態に相当する。実施例１１では、フィン４５ａの厚さＤ１及び間隙部の厚さＤ２の双方が変化する。厚さＤ１は、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に近づくにつれて、１８０ｎｍから２０ｎｍまで、５ｎｍ刻みで段階的に薄くなるように変化し、間隙部の厚さＤ２は、２０ｎｍから１８０ｎｍまで、５ｎｍ刻みで段階的に広くなるように変化する。相互に隣り合うフィン４５ａの厚さ方向の中心間距離Ｄ３は２００ｎｍで一定である。

導波方向に沿った等価屈折率は、実施例１の場合と同様に緩やかに変化する。このため、等価屈折率の大きな不連続に起因した反射を抑制することができる。また、実施例１１では、複数のフィン４５ａが、管内波長１３１０ｎｍの導波光に対して回折格子として作用する。波長１３１０ｎｍの導波光が、ハイメサ導波路５２から埋込導波路５０に向かう場合、導波光は、フィン４５ａで構成される回折格子によって、入射方向とは反対向きに有効に回折される。ハイメサ導波路５２のコア３１の側方には、半導体材料等の埋込層が配置されていないため、回折光は、ほとんどハイメサ導波路５２に再結合しない。

複数のフィン４５ａからなる回折格子の周期が、埋込導波路５０からハイメサ導波路５２に向かって徐々に長くなるような構成としてもよい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

実施例１による光導波装置の斜視図である。 実施例１による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例１による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例１による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例１による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 導波方向に関する等価屈折率の分布の例を示すグラフである。 実施例２による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例３による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例４による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例５による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例５の変形例による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例６による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例６による光導波装置の斜視図である。 実施例７による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例８による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例９による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例１０による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。 実施例１１による光導波装置の製造途中段階における斜視図である。

符号の説明

２０ 基板
２１ コア層
２２ 上部クラッド層
２３ コンタクト層
２５ 下部クラッド層
３１ コア層
３２ 上部クラッド層
４０ 第１のマスクパターン
４１ メサ
４５ 電流ブロック層
４５ａ フィン
４８ 第２のマスクパターン
５０ 埋込導波路
５０Ａ 埋込導波路領域
５１ 接続導波路
５１Ａ 接続導波路領域
５２ ハイメサ導波路
５２Ａ ハイメサ導波路領域
６０ 側面被覆膜
６５ コア層の境界
６６ 埋込導波路と接続導波路との境界
７０ 上部電極
７１ 背面電極
７２ 下部電極

Claims (5)

1. 基板上に形成され、コアの両側が第１の媒質で埋め込まれている埋込導波路と、
   前記基板の上に形成され、コアの両側に、前記第１の媒質よりも屈折率の小さな第２の媒質が配置されているハイメサ導波路と、
   前記基板の上に形成され、前記埋込導波路と前記ハイメサ導波路とを光学的に接続する接続導波路と
   を有し、前記接続導波路は、該接続導波路のコアの少なくとも一方の側に配置され、導波方向に並ぶ複数のフィンを含む光導波装置。
2. 前記フィンは、前記第１の媒質と同一の媒質で形成されている請求項１に記載の光導波装置。
3. 前記接続導波路の等価屈折率が、前記埋込導波路から前記ハイメサ導波路に向かって低下している請求項１または２に記載の光導波装置。
4. 相互に隣り合う前記フィンの間の間隙部の厚さが、前記埋込導波路から前記ハイメサ導波路に近づくにつれて厚くなるように変化している請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光導波装置。
5. 前記フィンの厚さが、前記埋込導波路から前記ハイメサ導波路に近づくにつれて薄くなるように変化している請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光導波装置。

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