JP2014123044A - Optical waveguide circuit and fabrication method - Google Patents

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Takeshi Fujisawa
剛 藤澤
Hiroyuki Ishii
啓之 石井
Yuta Ueda
悠太 上田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such problems that when an optical directional coupler is constituted by using a high-mesa waveguide, confinement of light is so intense that the light is hardly coupled between waveguides, which increases a coupling length, and that even when a pseudo-ridge type configuration is employed to form a ridge structure in only a part between waveguides and to form a high-mesa structure outside both of the waveguides, a gap between the waveguides is required to be fabricated with accuracy of normally about sub-micrometers, and therefore, fluctuations in a circuit dimension due to a fabrication error greatly influence characteristics of the directional coupler.SOLUTION: An optical waveguide circuit is provided, which has a structure for compensating drawbacks of a high-mesa structure by leaving a thin clad (thin film clad layer) above a core of a directional coupler having a pseudo-ridge structure of conventional technology, wherein the thin film clad layer is made of the same material as a clad of the directional coupler. By forming the thin film clad above the core, the coupling length of the directional coupler is decreased, which improves tolerance to a fabrication error (an allowable error) of the circuit. A fabrication method of the optical waveguide circuit is also provided.

Description

本発明は光導波路回路に関し、より詳しくは、光の分岐比を変化させることのできる光方向性結合器に関する。   The present invention relates to an optical waveguide circuit, and more particularly to an optical directional coupler capable of changing a light branching ratio.

スマートフォンを初めとする新たなインターネット通信端末が幅広く普及する現在、携帯電話やインターネットを支える光通信の利用も爆発的に広がっている。光通信に対してはますますの高速化・大容量化が要請されており、光通信に用いられる光デバイスへの要求も多岐に渡っている。とりわけ、光信号を分岐するためのスプリッタ、MMI(Multi Mode Interference)回路、方向性結合器が、また、アレイ導波路回折格子(AWG)などの波長ごとに分波するための光導波路回路が重要となっている。   With the widespread use of new Internet communication terminals such as smartphones, the use of optical communication that supports mobile phones and the Internet has also exploded. There is a demand for higher speed and larger capacity for optical communication, and there are various demands for optical devices used for optical communication. In particular, splitters for branching optical signals, MMI (Multi Mode Interference) circuits, directional couplers, and optical waveguide circuits for demultiplexing each wavelength such as arrayed waveguide diffraction grating (AWG) are important. It has become.

光方向性結合器は、2本の光導波路を近接させることによって、光信号の分岐を行う回路である。2本の光導波路を近接させる長さを変化させることによって、分岐比を変化させることができる。光方向性結合器は単体で利用されるのはもちろんのこと、マッハ・ツェンダー干渉計など各種の光回路の基礎構成部品としても広く用いられている。   The optical directional coupler is a circuit that branches an optical signal by bringing two optical waveguides close to each other. The branching ratio can be changed by changing the length in which the two optical waveguides are close to each other. The optical directional coupler is used not only as a single unit but also as a basic component of various optical circuits such as a Mach-Zehnder interferometer.

上述の光通信の要請を背景に、光デバイスの小型化、光通信用光源チップの大容量化を目的に、各種光回路を1つの基板上に集積するモノリシック集積回路を実現する必要性が高まっている。半導体レーザや光変調器などの光アクティブデバイスと、光導波路回路などの光パッシブデバイスとを、一つの基板上に集積することによって、多種多様な機能の実現、通信容量の大容量化を実現することができる。これらのデバイスは、半導体レーザを容易に実現することのできる直接遷移半導体である、例えば、InP、GaAsなどの化合物半導体材料を用いて製造される。   Against the background of the above-mentioned demand for optical communication, there is an increasing need to realize a monolithic integrated circuit in which various optical circuits are integrated on a single substrate for the purpose of downsizing optical devices and increasing the capacity of a light source chip for optical communication. ing. Realizing various functions and increasing communication capacity by integrating optical active devices such as semiconductor lasers and optical modulators and optical passive devices such as optical waveguide circuits on a single substrate be able to. These devices are manufactured using a compound semiconductor material such as InP or GaAs, which is a direct transition semiconductor that can easily realize a semiconductor laser.

InPやGaAsなどのような化合物半導体の基板上に光パッシブデバイスを構成する場合に光を導波させる光導波路としては、大別して、埋め込み型導波路、リッジ型導波路およびハイメサ型導波路の3種類が利用されている。埋め込み型導波路は、屈折率の大きな半導体コアの周囲をそれよりも屈折率の低い半導体材料で囲んだ構造を持ち、多くの半導体レーザに採用されている。リッジ型導波路は、光の導波する部分の上部にのみ低屈折率クラッドを残す構造を持ち、基板および導波路コアの加工が不要なため、簡単に作成できるという利点がある。ハイメサ導波路は、上部クラッド、コアおよび下部クラッド(基板)まで突き抜けてエッチングを行い、高さの高いメサ構造を形成する導波路である。   When an optical passive device is formed on a compound semiconductor substrate such as InP or GaAs, optical waveguides for guiding light are roughly classified into three types: embedded waveguides, ridge waveguides, and high mesa waveguides. Types are used. The embedded waveguide has a structure in which a semiconductor core having a large refractive index is surrounded by a semiconductor material having a lower refractive index, and is employed in many semiconductor lasers. The ridge-type waveguide has a structure in which the low refractive index cladding is left only on the light guiding portion, and there is an advantage that the substrate and the waveguide core are not required to be processed. The high mesa waveguide is a waveguide that penetrates to the upper cladding, the core, and the lower cladding (substrate) and performs etching to form a high mesa structure.

これらの3種類の導波路はそれぞれに利点および不利点を有しているが、化合物半導体基板上で光信号を引き回すことを考えた場合、閉じ込めが強いために曲げ損失の小さな、ハイメサ導波路を用いることが好ましい。ハイメサ導波路を用いることによって、光パッシブデバイスの領域をより小さくすることが可能となり、集積化したデバイスの小型化が可能である。   Each of these three types of waveguides has advantages and disadvantages, but when considering optical signal routing on a compound semiconductor substrate, a high-mesa waveguide with low bending loss due to strong confinement is used. It is preferable to use it. By using a high mesa waveguide, the area of the optical passive device can be made smaller, and the integrated device can be miniaturized.

T. Fujisawa, S. Kanazawa, H. Ishii, N. Nunoya, Y. Kawaguchi, A. Ohki, N. Fujiwara, K. Takahata, R. Iga, F. Kano, and H. Oohashi, “1.3μm, 4×25-Gbit/s, monolithically integrated light source for metro area 100-Gbit/s Ethernet,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 23, no. 6, pp.356-358, Mar. 2011.T. Fujisawa, S. Kanazawa, H. Ishii, N. Nunoya, Y. Kawaguchi, A. Ohki, N. Fujiwara, K. Takahata, R. Iga, F. Kano, and H. Oohashi, “1.3μm, 4 × 25-Gbit / s, monolithically integrated light source for metro area 100-Gbit / s Ethernet, ”IEEE Photonics Technology Letters, vol. 23, no. 6, pp.356-358, Mar. 2011.

しかしながら、ハイメサ導波路を用いて光方向性結合器を構成する場合、光の閉じ込めが強いことは問題となる。光の閉じ込めが強いために、光がほとんど導波路間で結合せず、結合長が逆に大きくなってしまい、ハイメサ導波路を用いた小型化の利点が少なくなってしまう。その1つの解決法としては、方向性結合器の結合部のみをリッジ型構造にすること、または、導波路間のみをリッジ型構造にして両方の導波路の外側をハイメサ型構造にする擬リッジ型の構成が考えられる。このような構造を採用しても、導波路間のギャップは通常サブミクロン程度の精度で作製しなければならず、作製誤差による回路の寸法の少しのゆらぎが方向性結合器の特性(例えば、結合長)の大きな差となって表れてしまう。   However, when an optical directional coupler is configured using a high mesa waveguide, the strong light confinement becomes a problem. Since light confinement is strong, light is hardly coupled between the waveguides, and the coupling length is increased, and the advantage of downsizing using the high mesa waveguide is reduced. One solution is a ridge structure in which only the coupling part of the directional coupler is formed, or a pseudo ridge in which only the waveguide is formed with a ridge structure and the outside of both waveguides is formed with a high mesa structure. A configuration of the mold can be considered. Even if such a structure is adopted, the gap between the waveguides usually has to be produced with an accuracy of about submicron, and a slight fluctuation in the circuit dimensions due to the production error causes the characteristics of the directional coupler (for example, It appears as a large difference in bond length.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、擬リッジ型の方向性結合器を作製する際に、従来技術よりも結合長をより短くし、さらに作製誤差に対する方向性結合器の特性のトレランスを向上した光導波路回路およびその作製方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and in manufacturing a quasi-ridge type directional coupler, the coupling length is made shorter than that of the prior art, and a directional coupler against manufacturing errors is provided. An object of the present invention is to provide an optical waveguide circuit having improved tolerance of characteristics and a manufacturing method thereof.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は 基板上に、コア層およびクラッド層が順次積層された積層構造に構成された光導波路回路において、前記基板の一部から構成されたリッジ部分の上に形成され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第1の光導波路と、前記リッジ部分の上に前記第1の光導波路に概ね平行に配置され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第2の光導波路とを備え、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に前記クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッドを備えており、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っていることを特徴とする光導波路回路である。   In order to achieve such an object, the present invention provides an optical waveguide circuit having a laminated structure in which a core layer and a cladding layer are sequentially laminated on a substrate. A first optical waveguide formed on a ridge portion composed of a part and having a waveguide core composed of the core layer and an upper clad composed of the clad layer; and A first optical waveguide disposed substantially parallel to the first optical waveguide, the second optical waveguide having a waveguide core composed of the core layer and an upper clad composed of the cladding layer, and Each waveguide core of the second optical waveguide is continuous, and a thin film clad made of the same material as the cladding layer is provided at least on a part of the pre-continuous waveguide core. The first optical waveguide and the second optical waveguide are etched in such a manner that each side surface on the opposite side forms a surface substantially perpendicular to the laminated surface through the cladding layer and the core layer, respectively. An optical waveguide circuit characterized by having a structure.

好ましくは、基板としては、例えば、InP、GaAsなどの化合物半導体材料を用いて製造される。また、本発明の光導波路回路は、各種光回路を1つの基板上に集積するモノリシック集積回路の中に含めることもできる。   Preferably, the substrate is manufactured using a compound semiconductor material such as InP or GaAs. The optical waveguide circuit of the present invention can also be included in a monolithic integrated circuit in which various optical circuits are integrated on one substrate.

請求項2に記載の発明は、請求項1の光導波路回路であって、前記薄膜クラッドと、前記クラッド層との間に、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の前記クラッド層をエッチングするために使用されるエッチングストップ層をさらに備えることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2の光導波路回路であって、前記エッチングストップ層の厚さは、5〜50nmの範囲にあることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the optical waveguide circuit according to claim 1, wherein the clad layer of the first optical waveguide and the second optical waveguide is provided between the thin film clad and the clad layer. It further comprises an etching stop layer used for etching the substrate.
The invention according to claim 3 is the optical waveguide circuit according to claim 2, wherein the thickness of the etching stop layer is in the range of 5 to 50 nm.

請求項4に記載の発明は、請求項2または3の光導波路回路であって、前記エッチングストップ層は、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention is the optical waveguide circuit according to the second or third aspect, wherein the etching stop layer is formed by being laminated between the core layer and the clad layer. .

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4いずれかの光導波路回路であって、前記薄膜クラッドは、前記クラッド層とは別個に、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention is the optical waveguide circuit according to any one of the first to fourth aspects, wherein the thin film clad is laminated between the core layer and the clad layer separately from the clad layer. It is characterized by being formed.

請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5いずれかの光導波路回路であって、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、擬リッジ型光方向性結合器を構成することを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the optical waveguide circuit according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first optical waveguide and the second optical waveguide constitute a pseudo-ridge type optical directional coupler. It is characterized by that.

請求項7に記載の発明は、擬リッジ型光方向性結合器を含む光導波路回路を作製する方法において、基板上に、コア層、薄膜クラッド層、エッチングストップ層、クラッド層を順次積層して、積層基板を作製する第1のステップと、前記クラッド層をエッチングして、前記エッチングストップ層まで光方向性結合器の結合部分を画定する第2のステップと、前記エッチングストップ層を除去する第3のステップと、前記結合部分を含む領域を覆うように、ハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスクを形成する第4のステップと、前記マスクを介してエッチングすることによって、概ね平行に配置された第1の光導波路および第2の光導波路を形成する第5のステップであって、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている、第5のステップとを備え、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に、前記クラッド層と同じ材料で構成された前記薄膜クラッドを備えていることを特徴とする光導波路回路を作製する方法である。   According to a seventh aspect of the present invention, in a method of manufacturing an optical waveguide circuit including a pseudo-ridge type optical directional coupler, a core layer, a thin film cladding layer, an etching stop layer, and a cladding layer are sequentially stacked on a substrate. A first step of fabricating a laminated substrate; a second step of etching the cladding layer to define a coupling portion of an optical directional coupler to the etching stop layer; and a second step of removing the etching stop layer. And a fourth step of forming a mask for patterning the high-mesa waveguide so as to cover the region including the coupling portion, and etching through the mask. A first step of forming a first optical waveguide and a second optical waveguide, wherein the first optical waveguide and the second optical waveguide are opposed to each other. Each of the non-side surfaces has a mesa structure etched to form a plane generally perpendicular to the stacking plane through the cladding layer and the core layer, respectively. Each of the waveguide cores of the first optical waveguide and the second optical waveguide is continuous, and the thin film cladding made of the same material as the cladding layer is formed on at least a part of the preceding continuous waveguide core. A method for producing an optical waveguide circuit comprising:

請求項8に記載の発明は、請求項7の光導波路回路の作製方法であって、前記エッチングストップ層の厚さは、5〜50nmの範囲にあり、前記第3のステップは、ウェットエッチングによることを特徴とする。前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、擬リッジ型光方向性結合器を構成する。   The invention according to claim 8 is the method of manufacturing the optical waveguide circuit according to claim 7, wherein the thickness of the etching stop layer is in a range of 5 to 50 nm, and the third step is performed by wet etching. It is characterized by that. The first optical waveguide and the second optical waveguide constitute a pseudo-ridge type optical directional coupler.

本発明によって、より製造が簡単で小型な光導波路回路を構成することができる。光通信のさらなる高速化・大容量化を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to construct a small-sized optical waveguide circuit that is easier to manufacture. It is possible to realize further increase in speed and capacity of optical communication.

図1は、本発明の光方向性結合器で使用される半導体の積層構造を示す図である。FIG. 1 is a view showing a laminated structure of semiconductors used in the optical directional coupler of the present invention. 図2は、本発明の光方向性結合器の構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of the optical directional coupler of the present invention. 図3は、本発明の光方向性結合器の製造方法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing an optical directional coupler according to the present invention. 図4は、本発明および従来技術の擬リッジ構造を持つ光方向性結合器の断面構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical directional coupler having a pseudo-ridge structure according to the present invention and the prior art. 図5は、本発明の光方向性結合器における薄膜クラッド厚と結合長との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the thin film cladding thickness and the coupling length in the optical directional coupler of the present invention. 図6は、本発明で薄膜クラッド層が極端に厚い場合の(MMI導波路)の断面構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of an (MMI waveguide) when the thin-film clad layer is extremely thick in the present invention. 図7は、擬リッジ構造の光方向性結合器における間隔部のエッチングを説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the etching of the interval portion in the optical directional coupler having a pseudo-ridge structure. 図8は、従来構造および本発明の光方向性結合器における結合長のgap長依存性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the gap length dependence of the coupling length in the conventional structure and the optical directional coupler of the present invention.

本発明の光導波路回路は、従来技術の擬リッジ構造の方向性結合器の結合部分のコア上方にクラッドと同じ材料の薄いクラッド(薄膜クラッド層)を残すことによって、ハイメサ構造の欠点を補う構造を備えている点に特徴がある。コア上部に薄膜クラッドを備えることによって、方向性結合器の結合長をより短くし回路のサイズを小型化し、回路の作製誤差に対する光方向性結合器特性のトレランス(許容誤差)を向上させる。   The optical waveguide circuit of the present invention has a structure that compensates for the shortcomings of the high mesa structure by leaving a thin clad (thin clad layer) of the same material as the clad above the core of the coupling portion of the directional coupler of the prior art pseudo-ridge structure. It is characterized by having By providing the thin film cladding on the core, the coupling length of the directional coupler is further shortened, the circuit size is reduced, and the tolerance (allowable error) of the optical directional coupler characteristic to the circuit fabrication error is improved.

本発明の光導波路回路は、基板上に、コア層およびクラッド層が順次積層された積層構造に構成された光導波路回路において、前記基板の一部から構成されたリッジ部分の上に形成され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第1の光導波路と、前記リッジ部分の上に前記第1の光導波路に概ね平行に配置され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第2の光導波路とを備えている。前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に前記クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッドを備えており、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている。   The optical waveguide circuit of the present invention is formed on a ridge portion formed from a part of the substrate in an optical waveguide circuit configured in a laminated structure in which a core layer and a cladding layer are sequentially laminated on a substrate, A first optical waveguide having a waveguide core made of the core layer and an upper clad made of the clad layer; and disposed substantially parallel to the first optical waveguide on the ridge portion; And a second optical waveguide having a waveguide core composed of layers and an upper clad composed of the cladding layer. Each of the waveguide cores of the first optical waveguide and the second optical waveguide is continuous, and a thin film cladding made of the same material as the cladding layer is formed on at least a part of the previous continuous waveguide core. And the first optical waveguide and the second optical waveguide are configured such that the side surfaces that are not opposed to each other form surfaces that are substantially perpendicular to the stacked surface through the cladding layer and the core layer, respectively. It has an etched mesa structure.

上記の薄膜クラッドは、クラッド層とは別個に、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されても良い。また、クラッド層から直接形成されても良い。   The thin film clad may be formed by being laminated between the core layer and the clad layer separately from the clad layer. Moreover, you may form directly from a clad layer.

以下、本発明の光方向性結合器を含む光導波路回路の構成および作製方法について、詳細に説明する。以下の説明では、簡単のため光方向性結合器の発明として説明を行うが、本発明の特徴は光方向性結合器を含む光導波路回路に適用可能であって、他の機能を持つ受動回路、能動回路を組み合わせた光集積回路にも適用できる。   Hereinafter, the configuration and manufacturing method of an optical waveguide circuit including the optical directional coupler of the present invention will be described in detail. In the following description, the invention will be described as an invention of an optical directional coupler for the sake of simplicity. However, the characteristics of the present invention can be applied to an optical waveguide circuit including an optical directional coupler, and are passive circuits having other functions. The present invention can also be applied to an optical integrated circuit combined with an active circuit.

本発明の光方向性結合器の構成は、後述する図4の(b)の従来技術による光方向性結合器の構成と対比しながら、図4の(a)に示されている。本発明の光方向性結合器400は、コア層402の上部に薄膜クラッド層405を有している。さらに、薄膜クラッド層405を形成するためのエッチングストップ層406も備えている。本発明の光方向性結合器の構成を説明する前に、まず、基本とする半導体積層構造について説明する。   The configuration of the optical directional coupler of the present invention is shown in FIG. 4A, in contrast to the configuration of the prior art optical directional coupler of FIG. 4B described later. The optical directional coupler 400 of the present invention has a thin film clad layer 405 on the core layer 402. Further, an etching stop layer 406 for forming the thin film cladding layer 405 is also provided. Before describing the configuration of the optical directional coupler of the present invention, first, a basic semiconductor multilayer structure will be described.

図1は、本発明の光方向性結合器で使用される半導体の積層構造を示す図である。図1は、光方向性結合器を作製する前の半導体積層構造を、積層面の側面から見た断面図である。n型のInP基板101上に、厚さ300nmで、バンドギャップ波長1.15μmの、基板101に格子整合するInGaAsPバルクコア102と、厚さΔ1のInP薄膜クラッド103と、厚さΔ2のInGaAsPエッチングストップ層104と、コンタクト層(図示せず)を含む厚さ2μmのInP上部クラッド層105とからなっている。エッチングストップ層104のInGaAsPの組成は、バルクコア102のものと同じとする。 FIG. 1 is a view showing a laminated structure of semiconductors used in the optical directional coupler of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor laminated structure before producing an optical directional coupler, as viewed from the side of the laminated surface. On an n-type InP substrate 101, an InGaAsP bulk core 102 having a thickness of 300 nm and a band gap wavelength of 1.15 μm, lattice-matched to the substrate 101, an InP thin film cladding 103 having a thickness Δ 1 , and an InGaAsP having a thickness Δ 2 The etching stop layer 104 and an InP upper cladding layer 105 having a thickness of 2 μm including a contact layer (not shown). The composition of InGaAsP in the etching stop layer 104 is the same as that of the bulk core 102.

図2は、本発明の光方向性結合器の構造図を示す。図2の(a)は、基板面(x−y面)に垂直な方向から見た上面図であり、(b)は、光導波路の光進行方向(x軸)を見た断面図である。図2の(a)に示すように、光方向性結合器は、入力導波路部201、方向性結合器部202および出力導波路部203からなる。尚、図2の(a)では、入力導波路部201から出力導波路部203までを貫く2本のハイメサ導波路204、205の両脇は空間のようにも見えるが、基板面101が存在していることに注意されたい。図2の(b)には、入力導波路部201におけるa―a´部の断面図(y−z面)、および、方向性結合器部202におけるb−b´部の断面図(y−z面)がそれぞれ示されている。b−b´部の断面図から分かるように、方向性結合器部202では2つの導波路は擬リッジ構造となっている。さらに、方向性結合器部202では、2つのリッジ導波路の間の結合部において、コア層207は2つの導波路に渡って連続している。さらに、コア層の上には、2つの導波路間に渡って本発明の光方向性結合器に特有の薄膜クラッド層206を備えている。   FIG. 2 shows a structural diagram of the optical directional coupler of the present invention. 2A is a top view viewed from a direction perpendicular to the substrate surface (xy plane), and FIG. 2B is a cross-sectional view of the light traveling direction (x axis) of the optical waveguide. . As shown in FIG. 2A, the optical directional coupler includes an input waveguide section 201, a directional coupler section 202, and an output waveguide section 203. In FIG. 2A, both sides of the two high mesa waveguides 204 and 205 that penetrate from the input waveguide section 201 to the output waveguide section 203 appear to be a space, but the substrate surface 101 exists. Please note that. 2B shows a cross-sectional view (yz plane) of the aa ′ portion in the input waveguide portion 201 and a cross-sectional view of the bb ′ portion in the directional coupler portion 202 (y−). z planes) are shown respectively. As can be seen from the cross-sectional view of the bb ′ section, in the directional coupler section 202, the two waveguides have a pseudo-ridge structure. Further, in the directional coupler unit 202, the core layer 207 is continuous over the two waveguides at the coupling portion between the two ridge waveguides. Furthermore, on the core layer, a thin film clad layer 206 unique to the optical directional coupler of the present invention is provided between two waveguides.

図3は、本発明の光方向性結合器の製造方法を説明する図である。図3の(a)から(e)の順に工程(ステップ)は進み、各工程において、右側が上面図(x−y面)を左側が入力導波路部側から光進行方向(x軸方向)を見たa−a´線を含む断面図(y−z面)を示している。本発明の光方向性結合器は、図1に示した半導体積層構造に基づいて、以下の手順で作製される。図3における半導体積層構造は、n型のInP基板301上に、エピタキシャル成長によって、n型のInP301基板上に、コア層302、薄膜クラッド層303、エッチングストップ層304および上部クラッド層305が、この順に積層して形成されている。   FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing an optical directional coupler according to the present invention. Steps (steps) proceed in the order of (a) to (e) in FIG. 3. In each step, the right side is a top view (xy plane) and the left side is a light traveling direction (x-axis direction) from the input waveguide portion side. The sectional view (yz plane) containing the aa 'line which looked at is shown. The optical directional coupler of the present invention is manufactured by the following procedure based on the semiconductor laminated structure shown in FIG. The semiconductor stacked structure in FIG. 3 is obtained by epitaxially growing an n-type InP substrate 301 on a n-type InP 301 substrate, and a core layer 302, a thin-film cladding layer 303, an etching stop layer 304, and an upper cladding layer 305 in this order. It is formed by stacking.

図3の(a)に示すように、まず、フォトリソグラフィーにより、擬リッジ構造の方向性結合器部をパターニングするため、上部クラッド層305上にマスク306を形成する。次に、ドライエッチングにより、上部クラッド層305の途中までエッチングをして、その後、塩酸系の溶液を用いたウェットエッチングにより、(エッチングストップ層304までエッチングして図3の(b)の状態に至る。   As shown in FIG. 3A, first, a mask 306 is formed on the upper cladding layer 305 in order to pattern the directional coupler portion of the pseudo-ridge structure by photolithography. Next, the upper cladding layer 305 is etched halfway by dry etching, and then wet etching using a hydrochloric acid-based solution (etching up to the etching stop layer 304 to obtain the state shown in FIG. 3B). It reaches.

さらに、図3の(c)に示すように、作製の途中の2つの導波路305a、305bの間の結合部のエッチングストップ層303を、硫酸系の溶液を用いて除去する。次に、図3の(d)に示すように、結合部を覆う形でハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスク307を形成する。その後、図3の(e)に示すように、ドライエッチングによって、擬リッジ構造の方向性結合器部、その入力ハイメサ導波路および出力ハイメサ導波路を形成する。   Further, as shown in FIG. 3C, the etching stop layer 303 at the joint between the two waveguides 305a and 305b in the process of production is removed using a sulfuric acid-based solution. Next, as shown in FIG. 3D, a mask 307 for patterning the high mesa waveguide is formed so as to cover the coupling portion. Thereafter, as shown in FIG. 3E, a directional coupler portion having a pseudo-ridge structure, its input high mesa waveguide, and its output high mesa waveguide are formed by dry etching.

したがって、本発明は、光導波路回路の作製方法としての側面も持つことになる。すなわち、本発明の異なる側面として、擬リッジ型光方向性結合器を含む光導波路回路を作製する方法を提供する。この方法は、基板上に、コア層、薄膜クラッド層、エッチングストップ層、クラッド層を順次積層して、積層基板を作製する第1のステップと、前記クラッド層をエッチングして、前記エッチングストップ層まで光方向性結合器の結合部分を画定する第2のステップと、前記エッチングストップ層を除去する第3のステップと、前記結合部分を含む領域を覆うように、ハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスクを形成する第4のステップを備える。   Therefore, the present invention also has a side as a method for manufacturing an optical waveguide circuit. That is, as a different aspect of the present invention, a method for producing an optical waveguide circuit including a pseudo-ridge type optical directional coupler is provided. In this method, a core layer, a thin film clad layer, an etching stop layer, and a cladding layer are sequentially laminated on a substrate to produce a laminated substrate, and the cladding layer is etched to form the etching stop layer. A second step of defining a coupling portion of the optical directional coupler, a third step of removing the etching stop layer, and patterning the high mesa waveguide so as to cover the region including the coupling portion A fourth step of forming the mask.

さらに本方法の発明は、前記マスクを介してエッチングすることによって、概ね平行に配置された第1の光導波路および第2の光導波路を形成する第5のステップであって、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている、第5のステップを備える。前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に、前記クラッド層と同じ材料で構成された前記薄膜クラッドを備えている。   Furthermore, the present invention is a fifth step of forming a first optical waveguide and a second optical waveguide arranged substantially in parallel by etching through the mask, wherein the first optical waveguide is formed. The waveguide and the second optical waveguide have a mesa structure that is etched so that each side surface on the opposite side forms a surface substantially perpendicular to the laminated surface through the cladding layer and the core layer, respectively. A fifth step. Each of the waveguide cores of the first optical waveguide and the second optical waveguide is continuous, and the thin film is made of the same material as the cladding layer on at least a part of the preceding continuous waveguide core It has a cladding.

ここで、エッチングストップ層304の厚さは、エピタキシャル成長プロセスにおいて制御可能な値が最小値となる。エピタキシャル成長によって再現性良く形成できる最小の厚さは概ね5nm程度となる。ただし、制御可能な厚さをさらに薄くすることが可能であれば、さらに薄くても良い。また逆に、エッチングストップ層304が余りに厚いと、本来コア層302に集中するべき光が、エッチングストップ層304にも漏れることになり、光方向性結合器の結合長を長くしてしまう。したがって、エッチングストップ層304の厚さは、次に具体的に述べるように、光のモードフィールドに影響を与えない程度であることが望ましい。   Here, the thickness of the etching stop layer 304 has a minimum value that can be controlled in the epitaxial growth process. The minimum thickness that can be formed with good reproducibility by epitaxial growth is about 5 nm. However, if the controllable thickness can be further reduced, the thickness may be further reduced. On the other hand, if the etching stop layer 304 is too thick, light that should be concentrated on the core layer 302 leaks to the etching stop layer 304, thereby increasing the coupling length of the optical directional coupler. Therefore, it is desirable that the thickness of the etching stop layer 304 be a level that does not affect the mode field of light, as will be specifically described below.

エッチングストップ層304の厚さがコア層302の厚さに比べて無視できるほどに薄ければ、エッチングストップ層304への光の漏れ出しは少なく、モードフィールドに影響を与えない。全光パワーのコア層302への閉じ込めの割合に対して、エッチングストップ層304における閉じ込めの割合の比率が10%以下であれば、モードフィールドに対するエッチングストップ層304の影響は無視できる。本実施例においては、エッチングストップ層304の厚さが50nmのとき、コア層302への光閉じ込めの割合は50%、エッチングストップ層304への光閉じ込めの割合は5%である。このとき、コア層に対する光閉じ込めと、エッチングストップ層への光閉じ込めとの比率は10%となる。したがって、エッチングストップ層の厚さの上限は、50nmとなる。結局、エッチングストップ層の厚さは、具体的に5nm〜50nm程度の範囲が良い。本明細書の実施例において、エッチングストップ層の厚さΔ2を5nmとする。尚、方向性結合器の結合長の定義については、後述する。 If the thickness of the etching stop layer 304 is negligibly small compared to the thickness of the core layer 302, light leakage to the etching stop layer 304 is small and the mode field is not affected. If the ratio of the confinement ratio in the etching stop layer 304 is 10% or less with respect to the confinement ratio of the total optical power in the core layer 302, the influence of the etching stop layer 304 on the mode field can be ignored. In this embodiment, when the thickness of the etching stop layer 304 is 50 nm, the ratio of light confinement to the core layer 302 is 50%, and the ratio of light confinement to the etching stop layer 304 is 5%. At this time, the ratio of light confinement to the core layer and light confinement to the etching stop layer is 10%. Therefore, the upper limit of the thickness of the etching stop layer is 50 nm. After all, the thickness of the etching stop layer is specifically in the range of about 5 nm to 50 nm. In the examples of the present specification, the thickness Δ 2 of the etching stop layer is 5 nm. The definition of the coupling length of the directional coupler will be described later.

図4は、本発明および従来技術の擬リッジ構造の光方向性結合器の断面構造を示す図である。(a)は、本発明の光方向性結合器を示し、(b)は従来技術の光方向性結合器を示す。図4の(b)の従来技術の構成では、基板401の上部にはリッジ部があり、さらに2つの導波路の各コアは連続している。連続するコアの上には、さらに、クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッド403を備えている。各導波路メサの幅をW、2つのメサ間のギャップをgapとする。図4の(b)の従来技術の構造は、本発明の方向性結合器の構造において特有の薄膜クラッド403およびエッチングストップ層404を有していない。   FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of the optical directional coupler having a pseudo-ridge structure according to the present invention and the prior art. (A) shows the optical directional coupler of this invention, (b) shows the optical directional coupler of a prior art. In the configuration of the prior art in FIG. 4B, the ridge portion is provided on the substrate 401, and the cores of the two waveguides are continuous. A thin film clad 403 made of the same material as the clad layer is further provided on the continuous core. The width of each waveguide mesa is W, and the gap between the two mesas is gap. The prior art structure of FIG. 4B does not have the thin film cladding 403 and the etching stop layer 404 that are characteristic in the structure of the directional coupler of the present invention.

図5は、本発明の光方向性結合器における薄膜クラッド層の厚さと結合長との関係を示す図である。横軸に、図4(a)における薄膜クラッド層403の厚さΔ1を、縦軸に結合長を取っている。ここで、各導波路のメサ幅Wを1.5μm、gapを0.5μm、使用波長を1.3μmとした。結合長とは、方向性結合器の入力導波路の一方のポートから入力された光が、出力導波路の反対のポートに完全に出力されるような方向性結合器の長さとして定義され(完全結合長とも呼ばれる)、次式(1)によって求めることができる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the thickness of the thin-film cladding layer and the coupling length in the optical directional coupler of the present invention. The horizontal axis represents the thickness Δ 1 of the thin film cladding layer 403 in FIG. 4A, and the vertical axis represents the coupling length. Here, the mesa width W of each waveguide is 1.5 μm, the gap is 0.5 μm, and the wavelength used is 1.3 μm. Coupling length is defined as the length of a directional coupler such that light input from one port of the input waveguide of the directional coupler is completely output to the opposite port of the output waveguide ( (Also called complete bond length), which can be obtained by the following equation (1).

Figure 2014123044
Figure 2014123044

ここで、Δneffは、基本モードの実効屈折率および第1高次モードの実効屈折率の間の差を示す。図5からわかるように、薄膜クラッド層403の厚さΔ1をより大きくすることにより、結合長は短くなる。したがって、薄膜クラッド層403をより厚くしていくことで、方向性結合器のサイズを小さくできることがわかる。但し、あまりに薄膜クラッド層403の厚さが大きくする場合、結合する2つハイメサ導波路の構成は図6に示すような多モード干渉型(MMI)導波路に近づいていく。 Here, Δn eff represents a difference between the effective refractive index of the fundamental mode and the effective refractive index of the first higher-order mode. As can be seen from FIG. 5, the coupling length is shortened by increasing the thickness Δ 1 of the thin film cladding layer 403. Therefore, it can be seen that the size of the directional coupler can be reduced by increasing the thickness of the thin-film cladding layer 403. However, when the thickness of the thin film clad layer 403 is too large, the configuration of the two high mesa waveguides to be coupled approaches a multimode interference type (MMI) waveguide as shown in FIG.

MMI導波路では、2つの出力導波路への分岐比の調整が困難となってしまう。したがって、光方向性結合器を構成しようとする場合、薄膜クラッド層403の厚さは本実施例の光方向性結合器の構成の場合、0.1μm以下であることが望ましい。薄膜クラッド層の厚さが0.1μm以下である場合には、従来構造の光方向性結合器に比べて結合長を半分程度にすることが可能であって、モノリシック集積回路に光方向性結合器を含む場合に回路の小型化に大きな効果がある。   In the MMI waveguide, it is difficult to adjust the branching ratio to the two output waveguides. Therefore, when an optical directional coupler is to be configured, the thickness of the thin-film cladding layer 403 is desirably 0.1 μm or less in the configuration of the optical directional coupler of this embodiment. When the thickness of the thin clad layer is 0.1 μm or less, the coupling length can be reduced to about half that of the conventional optical directional coupler, and the optical directional coupling to the monolithic integrated circuit is possible. Including a device has a great effect on circuit miniaturization.

上述の説明では、薄膜クラッド層403の厚さを0.1μm以下の範囲とすることにより、結合長を短くすることができる効果について述べた。しかしながら、実際に使用される方向性結合器における2つの導波路の結合部分の長さは、結合長の定義の状態(完全結合長)よりも短い状態で使用されることが多い。このように、光方向性結合器における2つの導波路が結合している部分の長さが、結合長よりも短い場合であっても、本発明の薄膜クラッド層を備えた構成によって、同様に光集積回路などの小型が可能である。   In the above description, the effect that the coupling length can be shortened by setting the thickness of the thin film cladding layer 403 to a range of 0.1 μm or less has been described. However, the length of the coupling portion of the two waveguides in the directional coupler actually used is often used in a state shorter than the state of the definition of coupling length (complete coupling length). Thus, even when the length of the portion where the two waveguides are coupled in the optical directional coupler is shorter than the coupling length, the configuration including the thin-film cladding layer of the present invention similarly applies. An optical integrated circuit or the like can be miniaturized.

上述のように、本発明の効果は、2本のハイメサ導波路の間の結合部分において、連続するコア層の上に、薄膜クラッド層を備えている点にある。図2、図3および図4では、いずれもエッチングストップ層を含むものとして説明してきたが、連続するコア層の上に薄膜クラッド層を形成できる他の製作方法によれば、エッチングストップ層は必ずしも必要ではない点に留意されたい。例えば、図3の(b)のドライエッチングの段階で、薄膜クラッド層303相当の厚さを残して、必要な深さまでクラッド層305を除去することで、ウェットエッチングを行わない場合には、エッチングストップ層304は不要である。また、クラッド層305をドライエッチング後、段差を測定しながら、ウェットエッチングによって薄膜クラッド層相当の所望の厚さを残すまでエッチングすることもできる。   As described above, the effect of the present invention resides in that a thin film cladding layer is provided on a continuous core layer in a coupling portion between two high mesa waveguides. 2, 3, and 4 have all been described as including an etch stop layer, but according to other fabrication methods that can form a thin film cladding layer on a continuous core layer, the etch stop layer is not necessarily Note that this is not necessary. For example, in the dry etching stage of FIG. 3B, the thickness corresponding to the thin-film cladding layer 303 is left and the cladding layer 305 is removed to a necessary depth, so that etching is performed when wet etching is not performed. The stop layer 304 is not necessary. Further, after the clad layer 305 is dry-etched, the step can be measured and wet etching can be performed until a desired thickness corresponding to the thin-film clad layer remains.

上記のいずれの場合も、予め積層構造の中に薄膜クラッド304層を作製する必要がなく、クラッド層305から直接薄膜クラッド層相当部分を形成すれば良い。ただし、薄膜クラッド層の厚さの制御性の点では、エッチングストップ層304を備えているほうがより好ましい。   In any of the above cases, it is not necessary to previously form the thin film clad 304 layer in the laminated structure, and the portion corresponding to the thin film clad layer may be formed directly from the clad layer 305. However, it is more preferable to provide the etching stop layer 304 in terms of controllability of the thickness of the thin film cladding layer.

また、図2の上面図(a)において、方向性結合器部202の2つの導波路204、205の間のすべての領域に薄膜クラッド層206があるものとして説明してきた。しかしながら、2本のハイメサ導波路204、205の間の少なくとも一部の領域に薄膜クラッド層206がある場合でも、従来構造の光方向性結合器に比べて結合長を短縮することが可能である。モノリシック集積回路に光方向性結合器を含む場合に回路の小型化に一定の効果がある。   Further, in the top view (a) of FIG. 2, it has been described that the thin-film cladding layer 206 is present in all regions between the two waveguides 204 and 205 of the directional coupler unit 202. However, even when the thin clad layer 206 is present in at least a part of the region between the two high mesa waveguides 204 and 205, the coupling length can be shortened as compared with the optical directional coupler having the conventional structure. . When a monolithic integrated circuit includes an optical directional coupler, there is a certain effect on circuit miniaturization.

方向性結合器においては、出力ポートにおける分岐比を制御するために、結合部における2つのハイメサ導波路間の間隔部の距離(以下、gap長)を制御することが極めて重要である。   In the directional coupler, in order to control the branching ratio at the output port, it is extremely important to control the distance (hereinafter, gap length) between the two high mesa waveguides in the coupling portion.

図7は、擬リッジ構造の光方向性結合器における間隔部のエッチングを説明する図である。本発明の方向性結合器では、gapの大きさが0.5μm程度と非常に小さく、また、図3の(c)で説明したように、結合部における端面の作製にウェットエッチングを用いる。このために、図7に示したように、2つのメサ構造702、704の対向する側面で、メサの横方向にもエッチングが進み、結合部の実際のgapの幅が広くなってしまう。   FIG. 7 is a diagram for explaining the etching of the interval portion in the optical directional coupler having a pseudo-ridge structure. In the directional coupler of the present invention, the gap is as small as about 0.5 μm, and wet etching is used to produce the end face at the joint as described with reference to FIG. For this reason, as shown in FIG. 7, the etching proceeds in the lateral direction of the mesa on the opposite side surfaces of the two mesa structures 702 and 704, and the actual gap width of the coupling portion becomes wide.

図8は、従来技術および本発明の光方向性結合器における結合長のgap長依存性をそれぞれ示す図である。(a)と表示した曲線は、従来技術の光方向性結合器について、(b)と表示した曲線は、本発明の光方向性結合器について、それぞれ、横軸にgap長を縦軸に結合長を取っている。(a)の従来技術の光方向性結合器については、gap長が大きくなるにつれ、結合長は2次関数的に増加していることがわかる。   FIG. 8 is a diagram showing the gap length dependence of the coupling length in the prior art and the optical directional coupler of the present invention. The curve labeled (a) is for the prior art optical directional coupler, and the curve labeled (b) is for the optical directional coupler of the present invention, with the gap length coupled on the horizontal axis and the vertical axis on the vertical axis, respectively. Taking a long. As for the conventional optical directional coupler (a), it can be seen that as the gap length increases, the coupling length increases in a quadratic function.

一方、(b)の本発明の光方向性結合器であって、薄膜クラッドの厚さが0.1μmの場合では、結合長のgap長依存性は(a)の従来技術に比べて小さい。gap長が大きくなるにつれ、結合長は概ね線形に増加している。gap長の値が0.5μmから1μmまで変化した場合の結合長の増加は、従来技術の光方向性結合器で2.8倍であったのに対し、本発明の光方向性結合器では1.94倍と、結合長の変化率は小さい。したがって、メサ構造の製作時のエッチング工程などにおいてgap長の誤差が生じる場合であっても、本発明の光方向性結合器によれば、結合長の変動感度が従来技術による構成よりも抑えられる。すなわち、導波路間のギャップの作製誤差による光回路の寸法のゆらぎが、光方向性結合器の特性(例えば、結合長)に与える影響を、抑えることができる。作製誤差に対する光回路特性のトレランスを向上させた光導波路回路を提供することができる。   On the other hand, in the optical directional coupler of the present invention of (b), when the thickness of the thin film cladding is 0.1 μm, the gap length dependence of the coupling length is smaller than that of the prior art of (a). As the gap length increases, the bond length increases approximately linearly. The increase in the coupling length when the gap length value is changed from 0.5 μm to 1 μm was 2.8 times in the conventional optical directional coupler, whereas in the optical directional coupler of the present invention, The rate of change in bond length is small, 1.94 times. Therefore, even when a gap length error occurs in the etching process during the production of the mesa structure, according to the optical directional coupler of the present invention, the coupling length variation sensitivity can be suppressed as compared with the configuration according to the prior art. . That is, it is possible to suppress the influence of fluctuations in the dimensions of the optical circuit due to the manufacturing error of the gap between the waveguides on the characteristics (for example, the coupling length) of the optical directional coupler. An optical waveguide circuit with improved tolerance of optical circuit characteristics against fabrication errors can be provided.

以上詳細に述べてきたように、本発明の光方向性結合器を光集積回路に用いることで、従来技術の構造による擬リッジ型方向性結合器と比べて、より小型でより製造の簡単な方向性結合器を提供し、作製誤差による光方向性結合器の特性変動に対するトレランスを向上させることが可能である。   As described above in detail, by using the optical directional coupler of the present invention in an optical integrated circuit, it is smaller and easier to manufacture than the pseudo-ridge type directional coupler having the structure of the prior art. It is possible to provide a directional coupler and improve the tolerance against the characteristic variation of the optical directional coupler due to manufacturing errors.

本発明は、一般的に光通信システムに利用することができる。特に、光導波路回路に利用することができる。   The present invention is generally applicable to an optical communication system. In particular, it can be used for an optical waveguide circuit.

101、301、401、601、701 基板
102、207、302、402 コア層
103、206、303、403 薄膜クラッド層
104、304、404 エッチングストップ層
105、305、405 上部クラッド層
201 入力導波路部
202 方向性結合器部
203 出力導波路部
204、205、305a、305b ハイメサ導波路
306、307 マスク
400 光方向性結合器
101, 301, 401, 601, 701 Substrate 102, 207, 302, 402 Core layer 103, 206, 303, 403 Thin film cladding layer 104, 304, 404 Etching stop layer 105, 305, 405 Upper cladding layer 201 Input waveguide section 202 Directional coupler 203 Output waveguide 204, 205, 305a, 305b High mesa waveguide 306, 307 Mask 400 Optical directional coupler

Claims (8)

基板上に、コア層およびクラッド層が順次積層された積層構造に構成された光導波路回路において、
前記基板の一部から構成されたリッジ部分の上に形成され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第1の光導波路と、
前記リッジ部分の上に前記第1の光導波路に概ね平行に配置され、前記コア層から構成された導波路コアおよび前記クラッド層から構成された上部クラッドを有する第2の光導波路とを備え、
前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に前記クラッド層と同じ材料で構成される薄膜クラッドを備えており、
前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っていること
を特徴とする光導波路回路。
In an optical waveguide circuit configured in a laminated structure in which a core layer and a cladding layer are sequentially laminated on a substrate,
A first optical waveguide formed on a ridge portion constituted by a part of the substrate, and having a waveguide core constituted by the core layer and an upper clad constituted by the clad layer;
A second optical waveguide disposed on the ridge portion substantially in parallel with the first optical waveguide and having a waveguide core composed of the core layer and an upper clad composed of the cladding layer;
Each of the waveguide cores of the first optical waveguide and the second optical waveguide is continuous, and a thin film cladding made of the same material as the cladding layer is formed on at least a part of the previous continuous waveguide core. With
The first optical waveguide and the second optical waveguide are etched so that the side surfaces that are not opposed to each other form surfaces that are substantially perpendicular to the stacked surface through the cladding layer and the core layer, respectively. An optical waveguide circuit characterized by having a mesa structure.
前記薄膜クラッドと、前記クラッド層との間に、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の前記クラッド層をエッチングするために使用されるエッチングストップ層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光導波路回路。   An etching stop layer used for etching the cladding layer of the first optical waveguide and the second optical waveguide is further provided between the thin film cladding and the cladding layer. Item 4. The optical waveguide circuit according to Item 1. 前記エッチングストップ層の厚さは、5〜50nmの範囲にあることを特徴とする請求項2に記載の光導波路回路。   The optical waveguide circuit according to claim 2, wherein the thickness of the etching stop layer is in the range of 5 to 50 nm. 前記エッチングストップ層は、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする請求項2または3に記載の光導波路回路。   The optical waveguide circuit according to claim 2, wherein the etching stop layer is formed by being laminated between the core layer and the clad layer. 前記薄膜クラッドは、前記クラッド層とは別個に、前記コア層と前記クラッド層との間に積層して形成されることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の光導波路回路。   5. The optical waveguide circuit according to claim 1, wherein the thin film cladding is formed by being laminated between the core layer and the cladding layer separately from the cladding layer. 6. 前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、擬リッジ型光方向性結合器を構成することを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の光導波路回路。   6. The optical waveguide circuit according to claim 1, wherein the first optical waveguide and the second optical waveguide constitute a pseudo-ridge type optical directional coupler. 擬リッジ型光方向性結合器を含む光導波路回路を作製する方法において、
基板上に、コア層、薄膜クラッド層、エッチングストップ層、クラッド層を順次積層して、積層基板を作製する第1のステップと、
前記クラッド層をエッチングして、前記エッチングストップ層まで光方向性結合器の結合部分を画定する第2のステップと、
前記エッチングストップ層を除去する第3のステップと、
前記結合部分を含む領域を覆うように、ハイメサ導波路のパターニングを行うためのマスクを形成する第4のステップと、
前記マスクを介してエッチングすることによって、概ね平行に配置された第1の光導波路および第2の光導波路を形成する第5のステップであって、前記第1の光導波路および前記第2の光導波路は、対向していない側の各側面が、それぞれ、前記クラッド層および前記コア層を通して積層面に概ね垂直な面を形成するようにエッチングされたメサ構造を持っている、第5のステップと
を備え、
前記第1の光導波路および前記第2の光導波路の各導波路コアは連続しており、前連続した導波路コアの上の少なくとも一部に、前記クラッド層と同じ材料で構成された前記薄膜クラッドを備えていること
を特徴とする光導波路回路を作製する方法。
In a method of manufacturing an optical waveguide circuit including a pseudo-ridge type optical directional coupler,
A first step in which a core layer, a thin film clad layer, an etching stop layer, and a clad layer are sequentially laminated on the substrate to produce a laminated substrate;
Etching the cladding layer to define a coupling portion of an optical directional coupler to the etch stop layer;
A third step of removing the etch stop layer;
A fourth step of forming a mask for patterning the high mesa waveguide so as to cover the region including the coupling portion;
Etching through the mask is a fifth step of forming the first optical waveguide and the second optical waveguide arranged substantially in parallel, wherein the first optical waveguide and the second optical waveguide are formed. The waveguide has a mesa structure in which each side surface on the non-opposite side is etched so as to form a surface substantially perpendicular to the laminated surface through the cladding layer and the core layer, respectively, With
Each of the waveguide cores of the first optical waveguide and the second optical waveguide is continuous, and the thin film is made of the same material as the cladding layer on at least a part of the preceding continuous waveguide core A method for producing an optical waveguide circuit comprising a clad.
前記エッチングストップ層の厚さは、5〜50nmの範囲にあり、前記第3のステップは、ウェットエッチングによることを特徴とする請求項7に記載の作製する方法。   The method according to claim 7, wherein the etching stop layer has a thickness in a range of 5 to 50 nm, and the third step is performed by wet etching.
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