JP2014137492A - Semiconductor optical waveguide element and method for manufacturing semiconductor optical waveguide element - Google Patents

Semiconductor optical waveguide element and method for manufacturing semiconductor optical waveguide element Download PDF

Info

Publication number
JP2014137492A
JP2014137492A JP2013006427A JP2013006427A JP2014137492A JP 2014137492 A JP2014137492 A JP 2014137492A JP 2013006427 A JP2013006427 A JP 2013006427A JP 2013006427 A JP2013006427 A JP 2013006427A JP 2014137492 A JP2014137492 A JP 2014137492A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveguide
substrate
mesa
semiconductor
waveguide structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013006427A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Furuya
章 古谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2013006427A priority Critical patent/JP2014137492A/en
Publication of JP2014137492A publication Critical patent/JP2014137492A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor optical waveguide element with a structure capable of correcting a positional displacement in a width direction of two optical waveguides to be aligned.SOLUTION: In a first waveguide structure 15, a twelfth waveguide mesa part 21g and a twenty-second waveguide mesa part 23g are aligned in a second axis Ax2 direction on a second portion 13b of a substrate 13, and thus the twelfth waveguide mesa part 21g is optically coupled to the twenty-second waveguide mesa part 23g via a second semiconductor layer 23a on the second portion 13b of the substrate 13. Optical coupling is formed in the twelfth waveguide mesa part 21g and the twenty-second waveguide mesa part 23g which have wide widths. This coupling structure can compensate for an increase in deterioration of optical coupling due to positional displacement between a first waveguide mesa 21b of the first waveguide structure 15 and a second waveguide mesa 23b of a second waveguide structure 17, by adjusting a coupling length of the twelfth waveguide mesa part 21g and the twenty-second waveguide mesa part 23g which have wide widths.

Description

本発明は、半導体光導波路素子、及び半導体光導波路素子を作製する方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor optical waveguide device and a method for manufacturing the semiconductor optical waveguide device.

非特許文献1は、SOI導波路に光学結合した光変調器を開示する。この光変調器は以下のように形成される。SOI基板上に受動型の導波路構造を形成する。この導波路構造の形成の後に、接合法を用いてInP系エピタキシャル層を当該基板上にSOI基板上に移載する。そして、下側のSOI導波路と光学結合を成すように、導波路構造の加工、電極形成等を行って光変調器を形成する。   Non-Patent Document 1 discloses an optical modulator optically coupled to an SOI waveguide. This optical modulator is formed as follows. A passive waveguide structure is formed on the SOI substrate. After the formation of the waveguide structure, the InP-based epitaxial layer is transferred onto the substrate and the SOI substrate using a bonding method. Then, the optical modulator is formed by processing the waveguide structure and forming electrodes so as to form an optical coupling with the lower SOI waveguide.

Optics express Vol.19, No.7, p5811, 28 March 2011Optics express Vol.19, No.7, p5811, 28 March 2011

受動型の光導波路構造が形成された半導体基板の上に、接合方法を用いて、機能素子を構成する半導体エピ層構造を形成する。その後、フォトリソグラフィーの法を用いて下の光導波路構造に位置合わせして、機能素子を構成する光導波路素子構造を形成する。   A semiconductor epilayer structure constituting a functional element is formed on a semiconductor substrate on which a passive optical waveguide structure is formed, using a bonding method. Thereafter, the optical waveguide device structure constituting the functional device is formed by aligning with the lower optical waveguide structure using a photolithography method.

上記のように、接合方法を利用して、積み立て構造(例えば2階立て構造)の光機能素子を構成する。1階部分に相当する光導波路と、2階部分の相当する光導波路構造との光学結合を実現するために、縦型の光方向性結合器構造を形成する。   As described above, an optical functional element having a stacked structure (for example, a two-story structure) is configured using a bonding method. In order to realize optical coupling between the optical waveguide corresponding to the first floor portion and the optical waveguide structure corresponding to the second floor portion, a vertical optical directional coupler structure is formed.

非特許文献1の方法では、光導波路構造を形成した半導体基板に半導体エピタキシャル層を接合により移設する。この後に、エピタキシャル層に加工を施す。   In the method of Non-Patent Document 1, a semiconductor epitaxial layer is transferred by bonding to a semiconductor substrate on which an optical waveguide structure is formed. Thereafter, the epitaxial layer is processed.

非特許文献1に記載されたような作製方法と異なる作製方法もある。非特許文献1の方法に代わる方法では、あらかじめ光導波路としての加工が施された2つのエピタキシャル積層片を互いに接合する。この方法により、非特許文献1と同様な構造を有する光機能素子を構成できる。ところが、この方法によれば、1枚のエピタキシャル基板にあらかじめ加工を行って光導波路を形成したエピタキシャル積層を含む半導体片を準備すると共にこの半導体片を複数の光導波路構造を形成した導体基板に接合していく手法を採用できるようになる。この手法によれば、光導波路構造を含む半導体基板ごとに行なわなくてはならなかった工程(エピタキシャル基板上に光導波路を形成する工程)を一括して行なえる。このため、製作工程を効率化できる。しかし、このような方法はこれまで取られてこなかった。その理由は以下の通りである。   There is a manufacturing method different from the manufacturing method described in Non-Patent Document 1. In an alternative method to the method of Non-Patent Document 1, two epitaxial multilayer pieces that have been processed as an optical waveguide in advance are bonded to each other. By this method, an optical functional element having a structure similar to that of Non-Patent Document 1 can be configured. However, according to this method, a semiconductor piece including an epitaxial stack in which an optical waveguide is formed by processing a single epitaxial substrate in advance is prepared, and the semiconductor piece is bonded to a conductor substrate having a plurality of optical waveguide structures. You will be able to adopt the method of doing. According to this method, a process (a process of forming an optical waveguide on an epitaxial substrate) that must be performed for each semiconductor substrate including an optical waveguide structure can be performed in a lump. For this reason, the manufacturing process can be made efficient. However, such a method has not been taken so far. The reason is as follows.

高い屈折率のコア層となる半導体層を低い屈折率のクラッド層で挟み込んだ半導体構造をメサストライプ又はリッジストライプ状に加工した半導体光導波路においては、縦型の光方向性結合器構造のための光導波路として、基本モードを安定して伝搬できる程度の狭いストライプ幅の光導波路を用いる。例えば、現在の光通信に用いられる光波長のために、2μm以下の光導波路幅が用いられる。   In a semiconductor optical waveguide in which a semiconductor structure in which a semiconductor layer serving as a core layer with a high refractive index is sandwiched between cladding layers with a low refractive index is processed into a mesa stripe or a ridge stripe, the structure for a vertical optical directional coupler structure As the optical waveguide, an optical waveguide with a narrow stripe width that can stably propagate the fundamental mode is used. For example, an optical waveguide width of 2 μm or less is used for an optical wavelength used in current optical communication.

2μm幅の半導体光導波路を導波路の幅方向の中心が一致するように上下に重ねて、光方向性結合器を構成する。しかしながら、上下に重ねる際に半導体光導波路の幅方向の中心に位置ズレが生じると、光導波路間における光透過の割合(透過率)が減少する。この割合は、幅2μmの半導体光導波路同士を重ね合わせる場合、位置ズレ0.4μmで約5%であり、位置ズレ0.6μmで約20%となり、位置ズレ1μmでは約75%に達する。ステッパ装置によるフォトリソグラフィーを使用する場合には、0.4μm以下の位置ズレを達成できるけれども、ウエハ同士もしくはウエハと半導体片を接合する装置を用いる作製工程では、位置ズレを1μm以下に抑えることは容易ではない。これ故に、ステッパ装置によるフォトリソグラフィー程度の高い精度を求める位置合わせは、接合のスループットを低下させる。   A semiconductor optical waveguide having a width of 2 μm is vertically stacked so that the centers in the width direction of the waveguide coincide with each other, thereby forming an optical directional coupler. However, if a positional shift occurs at the center in the width direction of the semiconductor optical waveguide when they are stacked one above the other, the light transmission ratio (transmittance) between the optical waveguides decreases. When the semiconductor optical waveguides having a width of 2 μm are overlapped, this ratio is about 5% when the positional deviation is 0.4 μm, about 20% when the positional deviation is 0.6 μm, and reaches about 75% when the positional deviation is 1 μm. When photolithography using a stepper device is used, a positional deviation of 0.4 μm or less can be achieved. However, in a manufacturing process using an apparatus for joining wafers or wafers and semiconductor pieces, the positional deviation can be suppressed to 1 μm or less. It's not easy. For this reason, alignment that requires a high degree of accuracy such as photolithography by a stepper device reduces the bonding throughput.

本発明は、上記の経緯を鑑みて為されたものであり、位置合わせされる2つの光導波路の幅方向の位置ズレを補償できる構造を有する半導体光導波路素子を提供することを目的とする。また、本発明は、この半導体光導波路素子を作製する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor optical waveguide device having a structure capable of compensating a positional shift in the width direction of two optical waveguides to be aligned. Another object of the present invention is to provide a method for producing this semiconductor optical waveguide device.

本発明に係る半導体光導波路素子は、(a)第1軸の方向に配列された第1部分、第2部分及び第3部分を含み、前記第1軸の方向に延在する溝と該溝を規定する第1テラス及び第2テラスとを有する基板と、(b)前記基板の主面上に設けられた第1導波路構造と、(c)前記基板の前記主面上に設けられた第2導波路構造とを備える。前記第1導波路構造は、前記基板の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持された第1半導体層と、該第1半導体層上に設けられた第1導波路メサとを含み、前記第2導波路構造は、前記第1導波路構造の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持された第2半導体層と、該第2半導体層上に設けられた第2導波路メサとを含み、前記第1導波路構造は、前記基板の前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第1部分、第2部分及び第3部分を含み、前記第2導波路構造は、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第1部分及び第2部分を含み、前記第1導波路構造の前記第1導波路メサは、前記基板の前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第12導波路メサ部及び第13導波路メサ部を含み、前記第12導波路メサ部の幅は前記第13導波路メサ部の幅より大きく、前記第2導波路構造の前記第2導波路メサは、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第21導波路メサ部及び第22導波路メサ部を含み、前記第22導波路メサ部の幅は前記第21導波路メサ部の幅より大きく、前記基板の前記第2部分において、前記溝、前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部は、前記基板の前記主面に交差する第2軸の方向に配列されている。   A semiconductor optical waveguide device according to the present invention includes: (a) a groove including a first portion, a second portion, and a third portion arranged in the direction of the first axis, and the groove extending in the direction of the first axis; (B) a first waveguide structure provided on the main surface of the substrate; and (c) provided on the main surface of the substrate. A second waveguide structure. The first waveguide structure includes a first semiconductor layer supported on the first terrace and the second terrace of the substrate, and a first waveguide mesa provided on the first semiconductor layer, The second waveguide structure includes the first terrace of the first waveguide structure, a second semiconductor layer supported on the second terrace, and a second waveguide mesa provided on the second semiconductor layer. The first waveguide structure includes a first portion, a second portion, and a third portion provided on the first portion, the second portion, and the third portion, respectively, of the substrate; The waveguide structure includes a first portion and a second portion provided on the first portion and the second portion of the first waveguide structure, respectively, and the first waveguide mesa of the first waveguide structure is included. Are twelfth waveguides respectively provided on the second portion and the third portion of the substrate. A width of the twelfth waveguide mesa portion is larger than a width of the thirteenth waveguide mesa portion, and the second waveguide mesa of the second waveguide structure includes: The first waveguide structure includes a twenty-first waveguide mesa portion and a twenty-second waveguide mesa portion provided on the first portion and the second portion, respectively, and the width of the twenty-second waveguide mesa portion is the twenty-first width. A second axis that is larger than a width of the waveguide mesa portion and in the second portion of the substrate, the groove, the twelfth waveguide mesa portion, and the twenty-second waveguide mesa portion intersect the main surface of the substrate; Are arranged in the direction of

この半導体光導波路素子によれば、第1導波路構造の第1導波路メサが、基板の溝に位置合わせされると共に第2導波路構造の第2導波路メサが第1導波路構造の第1導波路メサに位置合わせされる。第1導波路構造において第12導波路メサ部の幅が第13導波路メサ部の幅より大きいと共に、第2導波路構造において第22導波路メサ部の幅が第21導波路メサ部の幅より大きい。また、基板の第2部分において第12導波路メサ部及び第22導波路メサ部が第2軸の方向に配列されるので、基板の第2部分において第12導波路メサ部が第2半導体層を介して第22導波路メサ部に光学的に結合される。この結合構造においては、光学的結合が、幅広の第12導波路メサ部及び第22導波路メサ部において為されるので、第1導波路構造の第1導波路メサと第2導波路構造の第2導波路メサとの間の位置ズレに起因する光結合の低減の増大を、幅広の第12導波路メサ部及び第22導波路メサ部の結合長を調整することにより補償できる。   According to this semiconductor optical waveguide device, the first waveguide mesa having the first waveguide structure is aligned with the groove of the substrate, and the second waveguide mesa having the second waveguide structure is the first waveguide structure having the first waveguide structure. Aligned to one waveguide mesa. In the first waveguide structure, the width of the twelfth waveguide mesa portion is larger than the width of the thirteenth waveguide mesa portion, and in the second waveguide structure, the width of the twenty-second waveguide mesa portion is the width of the twenty-first waveguide mesa portion. Greater than. In addition, since the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion are arranged in the second axis direction in the second portion of the substrate, the twelfth waveguide mesa portion in the second portion of the substrate is the second semiconductor layer. Is optically coupled to the 22nd waveguide mesa portion. In this coupling structure, since optical coupling is performed in the wide twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion, the first waveguide mesa and the second waveguide structure of the first waveguide structure are formed. An increase in reduction in optical coupling due to a positional shift with the second waveguide mesa can be compensated by adjusting a coupling length of the wide twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion.

さらに、この光結合構造においては、第2導波路構造を第1導波路構造の第1テラス及び第2テラスに支持する構造において第1導波路構造の第1導波路メサと第2導波路構造の第2導波路メサとの位置ズレのマージンを拡大できる。   Further, in this optical coupling structure, the first waveguide mesa and the second waveguide structure of the first waveguide structure in the structure in which the second waveguide structure is supported on the first terrace and the second terrace of the first waveguide structure. The margin of misalignment with the second waveguide mesa can be increased.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第1導波路構造は前記基板に接合されており、前記第2導波路構造は前記第1導波路構造に接合されていることが好ましい。この半導体光導波路素子によれば、第1導波路構造を基板に接合すること、及び第2導波路構造を第1導波路構造に接合することにより作製可能である。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, it is preferable that the first waveguide structure is bonded to the substrate, and the second waveguide structure is bonded to the first waveguide structure. This semiconductor optical waveguide device can be manufactured by bonding the first waveguide structure to the substrate and bonding the second waveguide structure to the first waveguide structure.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第1導波路メサは、前記第12導波路メサ部と前記第13導波路メサ部との間に設けられた第1テーパ導波路部を含み、前記第12導波路メサ部は終端することが好ましい。この半導体光導波路素子によれば、第1テーパ導波路部は第12導波路メサ部の基底導波モードと第13導波路メサ部の基底導波モードとを断熱的に結合させることができる。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, the first waveguide mesa includes a first tapered waveguide portion provided between the twelfth waveguide mesa portion and the thirteenth waveguide mesa portion, The twelfth waveguide mesa portion is preferably terminated. According to this semiconductor optical waveguide device, the first tapered waveguide portion can adiabatically couple the fundamental waveguide mode of the twelfth waveguide mesa portion and the fundamental waveguide mode of the thirteenth waveguide mesa portion.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第2導波路メサは、記第21導波路メサ部と前記第22導波路メサ部との間に設けられた第2テーパ導波路部を含み、前記第12導波路メサ部は終端することが好ましい。この半導体光導波路素子によれば、第2テーパ導波路部は第22導波路メサ部の基底導波モードと第21導波路メサ部の基底導波モードとを断熱的に結合させることができる。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, the second waveguide mesa includes a second tapered waveguide portion provided between the twenty-first waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion, The twelfth waveguide mesa portion is preferably terminated. According to this semiconductor optical waveguide device, the second tapered waveguide section can adiabatically couple the fundamental waveguide mode of the twenty-second waveguide mesa section and the fundamental waveguide mode of the twenty-first waveguide mesa section.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第12導波路メサ部は前記第1導波路構造の前記第2部分の一端から他端まで延在し、前記第22導波路メサ部は前記第2導波路構造の前記第2部分の一端から他端まで延在し、前記基板の前記第2部分の長さは基準長より長いことが好ましい。前記基準長は、前記第1軸及び前記第2軸に交差する第3軸の方向に関して前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方が他方に対して軸ずれしていないときに前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方から他方への光の透過率が1になる長さである。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, the twelfth waveguide mesa portion extends from one end to the other end of the second portion of the first waveguide structure, and the twenty-second waveguide mesa portion is the second waveguide portion. Preferably, the second portion of the waveguide structure extends from one end to the other end, and the length of the second portion of the substrate is longer than a reference length. The reference length is determined when one of the first waveguide structure and the second waveguide structure is not misaligned with respect to the other in the direction of the third axis intersecting the first axis and the second axis. The length is such that the transmittance of light from one of the first waveguide structure and the second waveguide structure to the other is 1.

この半導体光導波路素子によれば、基板の第2部分の長さを基準長より長くすることによって、第12導波路メサ部と第22導波路メサ部との結合長の調整により、第3軸の方向の位置合わせズレによる透過率の変化幅を第1軸方向に係る結合長により低減できる。   According to this semiconductor optical waveguide device, the length of the second portion of the substrate is made longer than the reference length, thereby adjusting the coupling length between the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion, thereby adjusting the third axis. The change width of the transmittance due to the misalignment in the direction can be reduced by the coupling length in the first axis direction.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第13導波路メサ部はシングルモード導波路であり、前記第12導波路メサ部は4μm以上であることが好ましい。この半導体光導波路素子によれば、幅広の導波路部における光結合を行うので、第1導波路構造の第1導波路メサと第2導波路構造の第2導波路メサとの間の目合わせズレを相対的に緩和できる。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, it is preferable that the thirteenth waveguide mesa portion is a single mode waveguide and the twelfth waveguide mesa portion is 4 μm or more. According to this semiconductor optical waveguide device, since optical coupling is performed in the wide waveguide section, the alignment between the first waveguide mesa of the first waveguide structure and the second waveguide mesa of the second waveguide structure is performed. The displacement can be relatively relaxed.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第23導波路メサ部はシングルモード導波路であり、前記第22導波路メサ部は4μm以上であることが好ましい。この半導体光導波路素子によれば、幅広の導波路部における光結合を行うので、第1導波路構造の第1導波路メサと第2導波路構造の第2導波路メサとの間の目合わせズレを相対的に緩和できる。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, it is preferable that the twenty-third waveguide mesa portion is a single mode waveguide, and the twenty-second waveguide mesa portion is 4 μm or more. According to this semiconductor optical waveguide device, since optical coupling is performed in the wide waveguide section, the alignment between the first waveguide mesa of the first waveguide structure and the second waveguide mesa of the second waveguide structure is performed. The displacement can be relatively relaxed.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第22導波路メサ部の導波路幅は前記第12導波路メサ部の導波路幅に実質的に等しいことが好ましい。この半導体光導波路素子によれば、第12導波路メサ部及び第22導波路メサ部の一方から他方への効率的な光伝搬を可能にする。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, it is preferable that the waveguide width of the twenty-second waveguide mesa portion is substantially equal to the waveguide width of the twelfth waveguide mesa portion. This semiconductor optical waveguide device enables efficient light propagation from one of the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion to the other.

本発明に係る半導体光導波路素子では、前記第1半導体層はInPを備え、前記第1導波路メサは光導波路のコアのためのInGaAsPを備え、前記第2半導体層はInPを備え、前記第2導波路メサは光導波路のコアのためのInGaAsPを備えることができる。この半導体光導波路素子によれば、第2軸の方向に係る屈折率分布に関しては、第2半導体層におけるInP層が、第1導波路メサの光導波路コアと第2導波路メサの光導波路コアとを光学的に分離すると共に光学的に結合させる。   In the semiconductor optical waveguide device according to the present invention, the first semiconductor layer comprises InP, the first waveguide mesa comprises InGaAsP for the core of the optical waveguide, the second semiconductor layer comprises InP, The two-waveguide mesa can comprise InGaAsP for the core of the optical waveguide. According to this semiconductor optical waveguide device, regarding the refractive index distribution in the direction of the second axis, the InP layer in the second semiconductor layer is composed of the optical waveguide core of the first waveguide mesa and the optical waveguide core of the second waveguide mesa. Are optically separated and optically coupled.

本発明に係る発明は半導体光導波路素子を作製する方法に係る。この作製方法は、(a)第1軸の方向に配置された第1部分、第2部分及び第3部分を含み、前記第1方向に延在する溝と該溝を規定する第1テラス及び第2テラスとを有する支持基板を準備する工程と、(b)導波路構造のための第1半導体積層を第1基板上に備える第1エピタキシャル基板を準備する工程と、(c)前記第1エピタキシャル基板の前記第1半導体積層を前記支持基板の前記第1テラス及び前記第2テラスが支持するように、前記第1エピタキシャル基板の前記第1半導体積層を前記基板に接合する工程と、(d)前記第1エピタキシャル基板の前記第1半導体積層を前記支持基板に接合した後に、前記第1エピタキシャル基板から前記第1基板を除去する工程と、(e)前記第1エピタキシャル基板から前記第1基板を除去した後に、前記第1半導体積層を加工して、前記支持基板の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持された第1半導体層と該第1半導体層上に設けられた第1導波路メサとを含む第1導波路構造を含む第1基板生産物を形成する工程と、(f)導波路構造のための第2半導体積層を第2基板上に備える第2エピタキシャル基板を準備する工程と、(g)前記第1導波路構造の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持された第2半導体層と該第2半導体層上に設けられた第2導波路メサとを含む第2導波路構造を前記第2エピタキシャル基板から形成する工程とを備える。前記第2導波路構造は前記第2半導体積層から作製され、前記第1導波路構造は、前記基板の前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第1部分、第2部分及び第3部分を含み、前記第2導波路構造は、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第1部分及び第2部分を含み、前記第1導波路構造の前記第1導波路メサは、前記基板の前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第12導波路メサ部及び第13導波路メサ部を含み、前記第12導波路メサ部の幅は前記第13導波路メサ部の幅より大きく、前記第2導波路構造の前記第2導波路メサは、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第21導波路メサ部及び第22導波路メサ部を含み、前記第22導波路メサ部の幅は前記第21導波路メサ部の幅より大きく、前記第1導波路メサの前記第12導波路メサ部の延在方向は、前記基板の前記第2部分において前記溝の延在方向に合わせされており、前記第2導波路メサの前記第22導波路メサ部の延在方向は、前記第1導波路メサの前記第12導波路メサ部の延在方向に合わせされている。   The invention according to the present invention relates to a method of fabricating a semiconductor optical waveguide device. The manufacturing method includes (a) a first portion, a second portion, and a third portion arranged in the direction of the first axis, a groove extending in the first direction, a first terrace that defines the groove, and Preparing a support substrate having a second terrace; (b) preparing a first epitaxial substrate having a first semiconductor stack for a waveguide structure on the first substrate; and (c) the first Bonding the first semiconductor stack of the first epitaxial substrate to the substrate such that the first terrace and the second terrace of the support substrate support the first semiconductor stack of the epitaxial substrate; ) Removing the first substrate from the first epitaxial substrate after bonding the first semiconductor stack of the first epitaxial substrate to the support substrate; and (e) removing the first substrate from the first epitaxial substrate. The After leaving, the first semiconductor layer is processed to form a first semiconductor layer supported on the first terrace and the second terrace of the support substrate, and a first waveguide provided on the first semiconductor layer Forming a first substrate product including a first waveguide structure including a mesa; and (f) preparing a second epitaxial substrate including a second semiconductor stack for the waveguide structure on the second substrate. And (g) a second semiconductor layer supported on the first terrace and the second terrace of the first waveguide structure, and a second waveguide mesa provided on the second semiconductor layer. Forming a waveguide structure from the second epitaxial substrate. The second waveguide structure is fabricated from the second semiconductor stack, and the first waveguide structure is provided on the first portion, the second portion, and the third portion of the substrate, respectively. The second waveguide structure includes a first part and a second part respectively provided on the first part and the second part of the first waveguide structure. The first waveguide mesa of the first waveguide structure includes a twelfth waveguide mesa portion and a thirteenth waveguide mesa portion provided on the second portion and the third portion of the substrate, respectively. The width of the twelfth waveguide mesa portion is larger than the width of the thirteenth waveguide mesa portion, and the second waveguide mesa of the second waveguide structure includes the first portion of the first waveguide structure and the second portion of the first waveguide structure. A twenty-first waveguide mesa portion and a twenty-second waveguide provided on the second portion, respectively. A width of the twenty-second waveguide mesa portion is larger than a width of the twenty-first waveguide mesa portion, and an extending direction of the twelfth waveguide mesa portion of the first waveguide mesa The second portion is aligned with the extension direction of the groove, and the extension direction of the twenty-second waveguide mesa portion of the second waveguide mesa is the twelfth waveguide mesa of the first waveguide mesa. It is matched with the extending direction of the part.

本発明に係る作製方法では、前記第2導波路構造を前記第2エピタキシャル基板から形成する前記工程は、前記第2エピタキシャル基板を加工して、前記第2導波路構造を含む第1半導体生産物を形成する工程と、前記第1半導体生産物の前記第2導波路構造上に支持体を固定して、第2半導体生産物を形成する工程と、前記第2半導体生産物から前記第2基板を除去して前記第2半導体層を露出させて、第3半導体生産物を形成する工程と、前記第3半導体生産物の前記第2半導体層が前記第1導波路構造の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持されるように、前記第2導波路構造を前記第1導波路構造に貼り合わせて、第3基板生産物を形成する工程と、前記第3基板生産物から前記支持体を除去する工程と、を含むことができる。前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部のいずか一方は端部を有することができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the step of forming the second waveguide structure from the second epitaxial substrate includes the step of processing the second epitaxial substrate to include a first semiconductor product including the second waveguide structure. Forming a second semiconductor product by fixing a support on the second waveguide structure of the first semiconductor product, and forming the second substrate from the second semiconductor product. Removing the second semiconductor layer to form a third semiconductor product, and the second semiconductor layer of the third semiconductor product includes the first terrace of the first waveguide structure and Bonding the second waveguide structure to the first waveguide structure to be supported by the second terrace to form a third substrate product; and from the third substrate product to the support Removing. One of the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion may have an end portion.

本発明に係る作製方法は、前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部の長さに関して、基準長を見積もる工程を更に備えることができる。前記基準長は、前記第1軸及び前記第2軸に交差する第3軸の方向に関して前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方が他方に対して軸ずれしていないときに前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方から他方への光の透過率が1になる長さであり、前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部の長さは基準長より長い。   The manufacturing method according to the present invention may further include a step of estimating a reference length with respect to the lengths of the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion. The reference length is determined when one of the first waveguide structure and the second waveguide structure is not misaligned with respect to the other in the direction of the third axis intersecting the first axis and the second axis. The length of the twelfth waveguide mesa section and the twenty-second waveguide mesa section is such that the transmittance of light from one of the first waveguide structure and the second waveguide structure to 1 is one. Is longer than the reference length.

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。   The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

以上説明したように、本発明によれば、位置合わせされる2つの光導波路の幅方向の位置ズレを補償できる構造を有する半導体光導波路素子を提供できる。また、本発明によれば、この半導体光導波路素子を作製する方法を提供できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor optical waveguide device having a structure capable of compensating for a positional deviation in the width direction between two optical waveguides to be aligned. Moreover, according to this invention, the method of producing this semiconductor optical waveguide element can be provided.

図1は、本実施の形態における半導体光導波路素子の構造を模試的に示す図面である。FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a semiconductor optical waveguide device according to the present embodiment. 図2は、本実施の形態における半導体光導波路素子の構造を模試的に示す図面である。FIG. 2 is a drawing schematically showing the structure of the semiconductor optical waveguide device in the present embodiment. 図3は、層構造及び導波路幅が共に同じである2つの導波路構造体を上下に重ね合わせて構成された光方向性結合器を示す図面である。FIG. 3 is a drawing showing an optical directional coupler configured by vertically stacking two waveguide structures having the same layer structure and the same waveguide width. 図4は、規格化結合長と透過率との関係を示す図面である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the normalized coupling length and the transmittance. 図5は、結合係数の成分κ(垂直)及び成分κ(水平)に係る光結合を示す図面である。FIG. 5 is a diagram illustrating optical coupling according to the component κ (vertical) and the component κ (horizontal) of the coupling coefficient. 図6、導波路オフセット割合と、透過率1となる規格化導波路長との関係を示す図面である。6 is a drawing showing the relationship between the waveguide offset ratio and the normalized waveguide length at which the transmittance is 1. FIG. 図7は、導波路オフセット割合と、結合係数κ(水平)との関係を示す図面である。FIG. 7 is a drawing showing the relationship between the waveguide offset ratio and the coupling coefficient κ (horizontal). 図8は、導波路オフセット割合と、透過率の関係を示す図面である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the waveguide offset ratio and the transmittance. 図9は、いくつかの導波路オフセット割合に関して、規格化導波路長と、透過率との関係を示す図面である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the normalized waveguide length and the transmittance with respect to several waveguide offset ratios. 図10は、いくつかの結合長に関して、導波路オフセット割合と、透過率との関係を示す図面である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the waveguide offset ratio and the transmittance for several coupling lengths. 図11は、半導体光導波路素子を作製する方法おける主要な工程を示す図面である。FIG. 11 is a drawing showing major steps in a method for producing a semiconductor optical waveguide device. 図12は、半導体光導波路素子を作製する方法おける主要な工程を示す図面である。FIG. 12 is a drawing showing major steps in a method for producing a semiconductor optical waveguide device. 図13は、半導体光導波路素子を作製する方法おける主要な工程を示す図面である。FIG. 13 is a drawing showing major steps in a method for producing a semiconductor optical waveguide device. 図14は、半導体光導波路素子を作製する方法おける主要な工程を示す図面である。FIG. 14 is a drawing showing major steps in a method for producing a semiconductor optical waveguide device. 図15は、半導体光導波路素子を作製する方法おける主要な工程を示す図面である。FIG. 15 is a drawing showing major steps in a method for producing a semiconductor optical waveguide device. 図16は、半導体光導波路素子を作製する方法おける主要な工程を示す図面である。FIG. 16 is a drawing showing major steps in a method for producing a semiconductor optical waveguide device. 図17は、いくつかの幅広の導波路に関して、結合係数と透過率との関係を示す図面である。FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the coupling coefficient and the transmittance for several wide waveguides. 図18は、導波路幅とオフセット割合ゼロのときの結合長との関係を示す図面である。FIG. 18 is a drawing showing the relationship between the waveguide width and the coupling length when the offset ratio is zero. 図19は、本実施の形態に係る半導体光導波路素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。FIG. 19 is a drawing showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor optical waveguide device according to the present embodiment.

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光導波路素子、及び半導体光導波路素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the semiconductor optical waveguide device and the method of manufacturing the semiconductor optical waveguide device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本実施の形態における半導体光導波路素子の構造を模試的に示す図面である。図2は、本実施の形態における半導体光導波路素子の構造を模試的に示す図面である。半導体光導波路素子11の構成部材は大きく分けて部材A、部材B及び部材Cを備える。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a semiconductor optical waveguide device according to the present embodiment. FIG. 2 is a drawing schematically showing the structure of the semiconductor optical waveguide device in the present embodiment. The constituent members of the semiconductor optical waveguide element 11 are roughly divided into a member A, a member B, and a member C.

半導体光導波路素子11は基板13を備える。基板13は第1部分13a、第2部分13b及び第3部分13cを含み、第1部分13a〜第3部分13cは第1軸Ax1の方向に配列されている。基板13は、第1軸Ax1の方向に延在する溝19aと該溝19aを規定する第1テラス19b及び第2テラス19cとを有する。   The semiconductor optical waveguide device 11 includes a substrate 13. The substrate 13 includes a first portion 13a, a second portion 13b, and a third portion 13c, and the first portion 13a to the third portion 13c are arranged in the direction of the first axis Ax1. The substrate 13 includes a groove 19a extending in the direction of the first axis Ax1, and a first terrace 19b and a second terrace 19c that define the groove 19a.

半導体光導波路素子11は第1導波路構造15を備え、第1導波路構造15は基板13の主面13d上に設けられる。第1導波路構造15は、基板11の第1部分13a、第2部分13b及び第3部分13c上にそれぞれ設けられた第1部分15a、第2部分15b及び第3部分15cを含む。第1導波路構造15は、第1半導体層21a、第1導波路メサ21b、第1テラス21c及び第2テラス21dを含む。第1半導体層21aは、基板11の第1テラス19b及び第2テラス19cに支持される。第1導波路メサ21bは第1半導体層21a上に設けられる。第1テラス21c及び第1導波路メサ21bは第1溝21eを規定し、第2テラス21d及び第1導波路メサ21bは第2溝21fを規定する。本実施例では、第1部分15aでは、溝21e及び溝21fが合体して単一の溝になる。第2部分15b及び第3部分15cにおいて、第1溝21e及び第2溝21fは第1導波路メサ21bを規定する。   The semiconductor optical waveguide device 11 includes a first waveguide structure 15, and the first waveguide structure 15 is provided on the main surface 13 d of the substrate 13. The first waveguide structure 15 includes a first portion 15a, a second portion 15b, and a third portion 15c provided on the first portion 13a, the second portion 13b, and the third portion 13c of the substrate 11, respectively. The first waveguide structure 15 includes a first semiconductor layer 21a, a first waveguide mesa 21b, a first terrace 21c, and a second terrace 21d. The first semiconductor layer 21a is supported by the first terrace 19b and the second terrace 19c of the substrate 11. The first waveguide mesa 21b is provided on the first semiconductor layer 21a. The first terrace 21c and the first waveguide mesa 21b define the first groove 21e, and the second terrace 21d and the first waveguide mesa 21b define the second groove 21f. In the present embodiment, in the first portion 15a, the groove 21e and the groove 21f are combined into a single groove. In the second portion 15b and the third portion 15c, the first groove 21e and the second groove 21f define the first waveguide mesa 21b.

第1導波路構造15の第1導波路メサ21bは第12導波路メサ部21g及び第13導波路メサ部21hを含み、第12導波路メサ部21g及び第13導波路メサ部21hは基板13の第2部分13b(15b)及び第3部分13c(15c)上にそれぞれ設けられる。第12導波路メサ部21gの導波路幅は第13導波路メサ部21hの導波路幅より大きい。第12導波路メサ部21gは第13導波路メサ部21hに光学的に結合されている。第12導波路メサ部21gの幅WG1(W)は第13導波路メサ部21hの幅WG1(N)より大きい。第12導波路メサ部21gは第1軸Ax1の方向に直線的に延在し、第13導波路メサ部21hは第1軸Ax1の方向に延在する部分を含むことができる。   The first waveguide mesa 21b of the first waveguide structure 15 includes a twelfth waveguide mesa portion 21g and a thirteenth waveguide mesa portion 21h, and the twelfth waveguide mesa portion 21g and the thirteenth waveguide mesa portion 21h are the substrate 13. Are provided on the second part 13b (15b) and the third part 13c (15c), respectively. The waveguide width of the twelfth waveguide mesa portion 21g is larger than the waveguide width of the thirteenth waveguide mesa portion 21h. The twelfth waveguide mesa portion 21g is optically coupled to the thirteenth waveguide mesa portion 21h. The width WG1 (W) of the twelfth waveguide mesa portion 21g is larger than the width WG1 (N) of the thirteenth waveguide mesa portion 21h. The twelfth waveguide mesa portion 21g may extend linearly in the direction of the first axis Ax1, and the thirteenth waveguide mesa portion 21h may include a portion extending in the direction of the first axis Ax1.

半導体光導波路素子11は第2導波路構造17を備え、第2導波路構造17は基板13の主面13dの上に設けられる。第2導波路構造17は、第1導波路構造15の第1部分15a(第1部分13a)及び第2部分15b(第2部分13b)上にそれぞれ設けられた第1部分17a及び第2部分17bを含み、必要な場合には、第1導波路構造15の第3部分15c(第3部分13c)上に設けられた第3部分17cを含むことができる。第2導波路構造17は、第1導波路構造15の第1テラス21c及び第2テラス21dに支持された第2半導体層23aと、第2半導体層23a上に設けられた第2導波路メ23bと、第1テラス23c及び第2テラス23dとを含む。第1テラス23c及び第2導波路メサ23bは第1溝23eを規定し、第2テラス23d及び第1導波路メサ23bは第2溝23fを規定する。第1溝23e及び第2溝23fは第1導波路メサ23bを規定する。第2導波路構造17の第2導波路メサ23bは第21導波路メサ部23h及び第22導波路メサ部23gを含み、第21導波路メサ部23h及び第22導波路メサ部23gは、それぞれ、第1導波路構造15の第1部分15a(17a)及び第2部分15b(17b)上に設けられる。第22導波路メサ部23gは第21導波路メサ部23hに光学的に結合される。第22導波路メサ部23gの幅WG2(W)は第21導波路メサ部23hの幅WG2(N)より大きい。第22導波路メサ部23gは第1軸Ax1の方向に直線的に延在し、第13導波路メサ部23hは第1軸Ax1の方向に延在する部分を含むことができる。   The semiconductor optical waveguide device 11 includes a second waveguide structure 17, and the second waveguide structure 17 is provided on the main surface 13 d of the substrate 13. The second waveguide structure 17 includes a first portion 17a and a second portion provided on the first portion 15a (first portion 13a) and the second portion 15b (second portion 13b) of the first waveguide structure 15, respectively. 17b, and may include a third portion 17c provided on the third portion 15c (third portion 13c) of the first waveguide structure 15 if necessary. The second waveguide structure 17 includes a second semiconductor layer 23a supported on the first terrace 21c and the second terrace 21d of the first waveguide structure 15, and a second waveguide member provided on the second semiconductor layer 23a. 23b, and a first terrace 23c and a second terrace 23d. The first terrace 23c and the second waveguide mesa 23b define the first groove 23e, and the second terrace 23d and the first waveguide mesa 23b define the second groove 23f. The first groove 23e and the second groove 23f define the first waveguide mesa 23b. The second waveguide mesa 23b of the second waveguide structure 17 includes a twenty-first waveguide mesa portion 23h and a twenty-second waveguide mesa portion 23g. The twenty-first waveguide mesa portion 23h and the twenty-second waveguide mesa portion 23g are respectively The first waveguide structure 15 is provided on the first portion 15a (17a) and the second portion 15b (17b). The twenty-second waveguide mesa portion 23g is optically coupled to the twenty-first waveguide mesa portion 23h. The width WG2 (W) of the 22nd waveguide mesa portion 23g is larger than the width WG2 (N) of the 21st waveguide mesa portion 23h. The twenty-second waveguide mesa portion 23g may extend linearly in the direction of the first axis Ax1, and the thirteenth waveguide mesa portion 23h may include a portion extending in the direction of the first axis Ax1.

基板13の第2部分13bにおいて、溝19a、第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gが基板13の主面13dに交差する第2軸Ax2の方向に配列されている。   In the second portion 13b of the substrate 13, the grooves 19a, the twelfth waveguide mesa portion 21g, and the twenty-second waveguide mesa portion 23g are arranged in the direction of the second axis Ax2 intersecting the main surface 13d of the substrate 13.

この半導体光導波路素子11によれば、第1導波路構造15の第1導波路メサ21bは、基板13の溝19aに位置合わせされると共に第2導波路構造17の第2導波路メサ23bは第1導波路構造15の第1導波路メサ21bに位置合わせされる。第1導波路構造に15おいて第12導波路メサ部21gの幅が第13導波路メサ部21hの幅より大きいと共に、第2導波路構造17において第22導波路メサ部23gの幅が第21導波路メサ部23hの幅より大きい。また、基板13の第2部分13bにおいて第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gが第2軸Ax2の方向に配列されるので、基板13の第2部分13b上において第12導波路メサ部21gが第2半導体層23aを介して第22導波路メサ部23gに光学的に結合される。この結合構造においては、光学的結合が、幅広の第12導波路メサ部21g及び幅広の第22導波路メサ部23gにおいて為されるので、第2導波路構造17を第1導波路構造15の第1テラス21c及び第2テラス21dに支持する構造において第1導波路構造15の第1導波路メサ21bと第2導波路構造23の第2導波路メサ23bとの位置ズレのマージンを拡大できる。   According to this semiconductor optical waveguide device 11, the first waveguide mesa 21b of the first waveguide structure 15 is aligned with the groove 19a of the substrate 13, and the second waveguide mesa 23b of the second waveguide structure 17 is The first waveguide structure 15 is aligned with the first waveguide mesa 21b. In the first waveguide structure 15, the width of the twelfth waveguide mesa portion 21g is larger than the width of the thirteenth waveguide mesa portion 21h, and the width of the twenty-second waveguide mesa portion 23g in the second waveguide structure 17 is the first. It is larger than the width of the 21 waveguide mesa portion 23h. Further, since the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g are arranged in the direction of the second axis Ax2 in the second portion 13b of the substrate 13, the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g are arranged on the second portion 13b of the substrate 13. The waveguide mesa unit 21g is optically coupled to the twenty-second waveguide mesa unit 23g via the second semiconductor layer 23a. In this coupling structure, since the optical coupling is performed in the wide twelfth waveguide mesa portion 21g and the wide twenty-second waveguide mesa portion 23g, the second waveguide structure 17 is connected to the first waveguide structure 15. In the structure supported by the first terrace 21c and the second terrace 21d, the margin of positional deviation between the first waveguide mesa 21b of the first waveguide structure 15 and the second waveguide mesa 23b of the second waveguide structure 23 can be enlarged. .

さらに、この光結合構造においては、第1導波路構造15の第1導波路メサ21bと第2導波路構造17の第2導波路メサ23bとの間の位置ズレに起因する光結合の変化幅を、幅広の第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gの結合長を長くすることにより調整できる。   Further, in this optical coupling structure, the change width of the optical coupling due to the positional deviation between the first waveguide mesa 21b of the first waveguide structure 15 and the second waveguide mesa 23b of the second waveguide structure 17. Can be adjusted by increasing the coupling length of the wide twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g.

半導体光導波路素子11では、第1導波路構造15は基板13の主面13dに接合J1を成しており、第2導波路構造17は第1導波路構造15の主面15dに接合J2を成している。矢印AR1に従って第1導波路構造15を基板13に接合すること、及び矢印AR2に従って第2導波路構造17を第1導波路構造15に接合することにより作製可能である。   In the semiconductor optical waveguide device 11, the first waveguide structure 15 forms a junction J1 with the main surface 13 d of the substrate 13, and the second waveguide structure 17 has a junction J2 with the main surface 15 d of the first waveguide structure 15. It is made. It can be manufactured by bonding the first waveguide structure 15 to the substrate 13 according to the arrow AR1 and bonding the second waveguide structure 17 to the first waveguide structure 15 according to the arrow AR2.

半導体光導波路素子11が方向性結合器であるときは、第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gのいずか一方は端部を有する。本実施例では、第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gの両方が端部21j、23jを有する。第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gが終端しないときは、第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gの間の光学的結合を避けるために、第2軸Ax2に係る重なりを形成しないように、第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gのいずれか一方又は両方が、曲がり導波路を構成することができる。   When the semiconductor optical waveguide device 11 is a directional coupler, one of the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g has an end portion. In the present embodiment, both the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g have end portions 21j and 23j. When the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g are not terminated, the second axis is used to avoid optical coupling between the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g. One or both of the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g can form a bent waveguide so as not to form an overlap related to Ax2.

第1導波路メサ21bは第12導波路メサ部21gと第13導波路メサ部21hとの間に設けられた第1テーパ導波路部21iを含むことができる。この半導体光導波路素子11によれば、第1テーパ導波路部21iは第12導波路メサ部21gの基底導波モードと第13導波路メサ部21hの基底導波モードとを断熱的に結合させることができる。また、第12導波路メサ部は終端することが好ましい。第1テーパ導波路部21iの幅は第13導波路メサ部21hから第12導波路メサ部21gへの方向に単調に変化している。より具体的には、第1テーパ導波路部21iは、第13導波路メサ部21hに接続される一端と、第12導波路メサ部21gに接続される他端とを有する。第1テーパ導波路部21iの一端は第13導波路メサ部21hの導波路幅に実質的に等しい導波路幅を有し、また第1テーパ導波路部21iの他端は第12波路メサ部21gの導波路幅に実質的に等しい導波路幅を有する。好適な実施例では、第1テーパ導波路部21iは、その一端から他端への方向に単調に増加する。   The first waveguide mesa 21b can include a first tapered waveguide portion 21i provided between the twelfth waveguide mesa portion 21g and the thirteenth waveguide mesa portion 21h. According to this semiconductor optical waveguide device 11, the first tapered waveguide portion 21i adiabatically couples the fundamental waveguide mode of the twelfth waveguide mesa portion 21g and the fundamental waveguide mode of the thirteenth waveguide mesa portion 21h. be able to. The twelfth waveguide mesa portion is preferably terminated. The width of the first tapered waveguide portion 21i monotonously changes in the direction from the thirteenth waveguide mesa portion 21h to the twelfth waveguide mesa portion 21g. More specifically, the first tapered waveguide portion 21i has one end connected to the thirteenth waveguide mesa portion 21h and the other end connected to the twelfth waveguide mesa portion 21g. One end of the first taper waveguide portion 21i has a waveguide width substantially equal to the waveguide width of the thirteenth waveguide mesa portion 21h, and the other end of the first taper waveguide portion 21i is the twelfth waveguide mesa portion. It has a waveguide width substantially equal to the waveguide width of 21 g. In the preferred embodiment, the first tapered waveguide portion 21i increases monotonously in the direction from one end to the other end.

また、第2導波路メサ23bは、第21導波路メサ部23hと第22導波路メサ部23gとの間に設けられた第2テーパ導波路部23iを含む。第2テーパ導波路部23iは第22導波路メサ部23gの基底導波モードと第21導波路メサ部23hの基底導波モードとを断熱的に結合させることができる。第12導波路メサ部は終端することが好ましい。   The second waveguide mesa 23b includes a second tapered waveguide portion 23i provided between the twenty-first waveguide mesa portion 23h and the twenty-second waveguide mesa portion 23g. The second tapered waveguide portion 23i can adiabatically couple the fundamental waveguide mode of the twenty-second waveguide mesa 23g and the fundamental waveguide mode of the twenty-first waveguide mesa 23h. The twelfth waveguide mesa portion is preferably terminated.

第2テーパ導波路部23iの幅は第21導波路メサ部23hから第22導波路メサ部23gへの方向に単調に変化している。より具体的には、第2テーパ導波路部23iは、第21導波路メサ部23hに接続される一端と、第22導波路メサ部23gに接続される他端とを有する。第2テーパ導波路部23iの一端は第21導波路メサ部23hの導波路幅に実質的に等しい導波路幅を有し、また第2テーパ導波路部23iの他端は第22導波路メサ部23gの導波路幅に実質的に等しい導波路幅を有する。好適な実施例では、第2テーパ導波路部23iは、その一端から他端への方向に単調に増加する。   The width of the second tapered waveguide portion 23i monotonously changes in the direction from the 21st waveguide mesa portion 23h to the 22nd waveguide mesa portion 23g. More specifically, the second tapered waveguide portion 23i has one end connected to the 21st waveguide mesa portion 23h and the other end connected to the 22nd waveguide mesa portion 23g. One end of the second tapered waveguide portion 23i has a waveguide width substantially equal to the waveguide width of the twenty-first waveguide mesa portion 23h, and the other end of the second tapered waveguide portion 23i is the twenty-second waveguide mesa. The waveguide width is substantially equal to the waveguide width of the portion 23g. In a preferred embodiment, the second tapered waveguide portion 23i increases monotonously in the direction from one end to the other end.

半導体光導波路素子11に係る好適な実施例では、第12導波路メサ部21gは第1導波路構造15の第2部分15bの一端から他端までの全体にわたって延在し、第22導波路メサ部23gは第2導波路構造17の第2部分17b(13b、15b)の一端から他端までの全体にわたって延在する。基板13の第2部分13bの長さは基準長より長く、この基準長は、第1軸Ax1及び第2軸Ax2に交差する第3軸Ax3の方向に関して、第1導波路構造15及び第2導波路構造17の一方が他方に対して軸ずれしていないときに、第1導波路構造15及び第2導波路構造17の、一方から他方への光の透過率が1になる長さであることが好ましい。この半導体光導波路素子によれば、基板13の第2部分13b(15b、17b)の長さを基準長より長くすることによって、第12導波路メサ部21gと第22導波路メサ部23gとの結合長の調整により、第3軸Ax3の方向の位置合わせズレによる透過率の低下を第1軸Ax1の方向に係る結合長の増加により補うことができる。   In a preferred embodiment according to the semiconductor optical waveguide device 11, the twelfth waveguide mesa portion 21g extends over the whole from one end to the other end of the second portion 15b of the first waveguide structure 15, and the twenty-second waveguide mesa. The portion 23g extends over the entire length from one end to the other end of the second portion 17b (13b, 15b) of the second waveguide structure 17. The length of the second portion 13b of the substrate 13 is longer than the reference length, and this reference length is related to the first waveguide structure 15 and the second waveguide with respect to the direction of the third axis Ax3 intersecting the first axis Ax1 and the second axis Ax2. When one of the waveguide structures 17 is not off-axis with respect to the other, the first waveguide structure 15 and the second waveguide structure 17 have such a length that the transmittance of light from one to the other becomes 1. Preferably there is. According to this semiconductor optical waveguide device, the length of the second portion 13b (15b, 17b) of the substrate 13 is made longer than the reference length, so that the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g are formed. By adjusting the coupling length, it is possible to compensate for a decrease in transmittance due to misalignment in the direction of the third axis Ax3 by increasing the coupling length in the direction of the first axis Ax1.

第13導波路メサ部21hはシングルモード導波路であり、第12導波路メサ部21gの幅は4μm以上であることが好ましく、このとき、幅広の導波路部における光結合を行うので、第1導波路構造15の第1導波路メサ21bと第2導波路構造17の第2導波路メサ23bとの間の目合わせズレを相対的に緩和できる。但し、第12導波路メサ部21の幅が広すぎると、構造上の摂動がある場合に第12導波路メサ部21を伝搬する光モードを単峰性に保つことが難しくなるため、第12導波路メサ部21gは10μm以下であることが好ましい。   The thirteenth waveguide mesa portion 21h is a single mode waveguide, and the width of the twelfth waveguide mesa portion 21g is preferably 4 μm or more. At this time, optical coupling is performed in the wide waveguide portion. The misalignment between the first waveguide mesa 21b of the waveguide structure 15 and the second waveguide mesa 23b of the second waveguide structure 17 can be relatively relaxed. However, if the width of the twelfth waveguide mesa portion 21 is too wide, it becomes difficult to keep the optical mode propagating through the twelfth waveguide mesa portion 21 unimodal when there is structural perturbation. The waveguide mesa portion 21g is preferably 10 μm or less.

また、第23導波路メサ部23hはシングルモード導波路であり、第22導波路メサ部23gは4μm以上であることが好ましく、このとき、幅広の導波路部における光結合を行うので、第1導波路構造15の第1導波路メサ21bと第2導波路構造17の第2導波路メサ23bとの間の目合わせズレを相対的に緩和できる。但し、第12導波路メサ部21の幅が広すぎると、構造上の摂動がある場合に第12導波路メサ部21を伝搬する光モードを単峰性に保つことが難しくなるため、第23導波路メサ部21gは10μm以下であることが好ましい。   The 23rd waveguide mesa portion 23h is a single mode waveguide, and the 22nd waveguide mesa portion 23g is preferably 4 μm or more. At this time, optical coupling is performed in the wide waveguide portion. The misalignment between the first waveguide mesa 21b of the waveguide structure 15 and the second waveguide mesa 23b of the second waveguide structure 17 can be relatively relaxed. However, if the width of the twelfth waveguide mesa portion 21 is too wide, it becomes difficult to keep the optical mode propagating through the twelfth waveguide mesa portion 21 unimodal when there is structural perturbation. The waveguide mesa portion 21g is preferably 10 μm or less.

より好ましくは、第22導波路メサ部21gの導波路幅が第12導波路メサ部23gの導波路幅に実質的に等しいとき、第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gの一方から他方への効率的な光伝搬を可能にする。各々の導波路を伝搬する光の伝搬定数が同一となるためである。   More preferably, when the waveguide width of the 22nd waveguide mesa portion 21g is substantially equal to the waveguide width of the 12th waveguide mesa portion 23g, the 12th waveguide mesa portion 21g and the 22nd waveguide mesa portion 23g Enables efficient light propagation from one to the other. This is because the propagation constant of light propagating through each waveguide is the same.

半導体光導波路素子11では、第1半導体層21aは例えばInPを備えることができる。第1導波路メサ21bは、例えば光導波路のためのInGaAsPコア層及びこれを挟むInPクラッド層を備えることができる。第2半導体層23aは例えばInPを備えることができる。第2導波路メサ23bは、例えば光導波路のためのInGaAsPコア層及びこれを挟むInPクラッド層を備えることができる。この積層構造によれば、第2軸Ax2の方向に係る屈折率分布に関しては、第2半導体層23aにおけるInP層が、第1導波路メサ21bの光導波路コアと第2導波路メサ23bの光導波路コアとを光学的に分離すると共に光学的に結合させることができる。   In the semiconductor optical waveguide device 11, the first semiconductor layer 21a can include, for example, InP. The first waveguide mesa 21b can include, for example, an InGaAsP core layer for an optical waveguide and an InP cladding layer sandwiching the InGaAsP core layer. The second semiconductor layer 23a can comprise InP, for example. The second waveguide mesa 23b can include, for example, an InGaAsP core layer for an optical waveguide and an InP cladding layer sandwiching the InGaAsP core layer. According to this stacked structure, regarding the refractive index distribution in the direction of the second axis Ax2, the InP layer in the second semiconductor layer 23a is formed by the optical waveguide core of the first waveguide mesa 21b and the optical waveguide of the second waveguide mesa 23b. The waveguide core can be optically separated and optically coupled.

本実施の形態における好適な実施例に係る半導体光導波路素子は、モード形状が単峰性のモードが安定して伝搬するような狭い光導波路幅を有する光導波路と、これより広い導波路幅を有する光導波路を含む複合光導波路構造を採用する。この複合光導波路構造では、これら幅の異なる光導波路を連続的に(または階段状に)光導波路幅が変化する光導波路で連結することが好ましい。   A semiconductor optical waveguide device according to a preferred example of the present embodiment has an optical waveguide having a narrow optical waveguide width that allows a mode having a single-modal mode to stably propagate, and a waveguide width wider than this. A composite optical waveguide structure including an optical waveguide is employed. In this composite optical waveguide structure, it is preferable to connect these optical waveguides having different widths with an optical waveguide whose optical waveguide width changes continuously (or stepwise).

複合光導波路構造を、基板上に設けられる第1光導波路構造15とこの上に貼り合わせられる第2光導波路構造17の双方に適用する。複合光導波路構造では、広い導波路幅を有する方向性結合器を構成する光導波路部分を互いに光学的に結合させ、一方の光導波路から他方の光導波路に光が伝達される。   The composite optical waveguide structure is applied to both the first optical waveguide structure 15 provided on the substrate and the second optical waveguide structure 17 bonded thereon. In the composite optical waveguide structure, optical waveguide portions constituting a directional coupler having a wide waveguide width are optically coupled to each other, and light is transmitted from one optical waveguide to the other optical waveguide.

再び図2を参照すると、半導体光導波路素子の構成部材は大きく分けて部材A、部材B及び部材Cを備える。   Referring to FIG. 2 again, the constituent members of the semiconductor optical waveguide device are roughly divided into a member A, a member B, and a member C.

部材Aは、例えばSi基板に加工を施して溝を形成した支持基板である。   The member A is a support substrate in which, for example, a Si substrate is processed to form a groove.

部材Bは、例えばInP系半導体のエピタキシャル積層(2つのクラッド層と該クラッド層の間に設けられるコア層とを含む積層体)に、リッジ状又はメサ状の構造物を加工により作製した導波路構造体である。下側の導波路構造体15は、シングルモード光導波路のための半導体メサ及びテーパ形状に幅を変化させたテーパ導波路のための半導体メサとこれらのメサ形状を規定する一対の溝とを含む第3部分15c、シングルモード光導波路よりも広い幅の光導波路のための半導体メサとこのメサ形状を規定する一対の溝とを含む第2部分15b、及び半導体メサを含むことなく一対の溝の合体により構成される単一溝を含む第1部分15aを含む。第3部分15cにおける半導体メサ及び第2部分15bにおける半導体メサは第1軸Ax1の方向に延在し、第3部分15c及び第2部分15bにおける一対の溝と第1部分15aにおける単一の溝も第1軸Ax1の方向に延在する。第1部分15aにおける単一の溝により、第2部分15bにおける半導体メサ21gは、第3部分15cにおける半導体メサ21h、21iに接続される一端と、終端する他端とを含む。   The member B is, for example, a waveguide obtained by processing a ridge-like or mesa-like structure in an epitaxial stack of InP-based semiconductor (a laminate including two clad layers and a core layer provided between the clad layers). It is a structure. The lower waveguide structure 15 includes a semiconductor mesa for a single mode optical waveguide, a semiconductor mesa for a tapered waveguide whose width is changed to a tapered shape, and a pair of grooves that define these mesa shapes. A third portion 15c, a second portion 15b including a semiconductor mesa for an optical waveguide having a width wider than that of the single mode optical waveguide, and a pair of grooves defining the mesa shape, and a pair of grooves without including the semiconductor mesa. A first portion 15a including a single groove constituted by a combination is included. The semiconductor mesa in the third portion 15c and the semiconductor mesa in the second portion 15b extend in the direction of the first axis Ax1, and a pair of grooves in the third portion 15c and the second portion 15b and a single groove in the first portion 15a. Also extends in the direction of the first axis Ax1. Due to the single groove in the first portion 15a, the semiconductor mesa 21g in the second portion 15b includes one end connected to the semiconductor mesas 21h and 21i in the third portion 15c and the other end terminated.

部材Cは、例えばInP系半導体のエピタキシャル積層(2つのクラッド層と該クラッド層の間に設けられるコア層とを含む積層体)に、リッジ状又はメサ状の構造物を加工により作製した導波路構造体である。上側の導波路構造体17は、シングルモード光導波路のための半導体メサ及びテーパ形状に幅を変化させたテーパ導波路のための半導体メサとこれらのメサ形状を規定する一対の溝とを含む第1部分17a、シングルモード光導波路よりも広い幅の光導波路のための半導体メサとこのメサ形状を規定する一対の溝とを含む第2部分17b、及び半導体メサを含むことなく一対の溝の合体により構成される単一溝を含む第3部分17cを含む。第1部分17aにおける半導体メサ及び第2部分17bにおける半導体メサは第1軸Ax1の方向に延在し、第2部分17b及び第1部分17aにおける一対の溝と第3部分17cにおける単一の溝も第1軸Ax1の方向に延在する。第3部分17cにおける単一の溝により、第2部分17bにおける半導体メサ23gは、第1部分17aにおける半導体メサ23h、23iに接続される一端と、終端する他端とを含む。   The member C is, for example, a waveguide obtained by processing a ridge-like or mesa-like structure in an epitaxial layer of an InP-based semiconductor (a layered body including two clad layers and a core layer provided between the clad layers). It is a structure. The upper waveguide structure 17 includes a semiconductor mesa for a single mode optical waveguide, a semiconductor mesa for a tapered waveguide whose width is changed to a tapered shape, and a pair of grooves defining these mesa shapes. 1 part 17a, 2nd part 17b including the semiconductor mesa for the optical waveguide wider than the single mode optical waveguide, and a pair of grooves defining the mesa shape, and a combination of the pair of grooves without including the semiconductor mesa A third portion 17c including a single groove constituted by The semiconductor mesa in the first portion 17a and the semiconductor mesa in the second portion 17b extend in the direction of the first axis Ax1, and a pair of grooves in the second portion 17b and the first portion 17a and a single groove in the third portion 17c. Also extends in the direction of the first axis Ax1. Due to the single groove in the third portion 17c, the semiconductor mesa 23g in the second portion 17b includes one end connected to the semiconductor mesas 23h and 23i in the first portion 17a and the other end terminated.

上側の導波路構造体17の第1部分17a、第2部分17b及び第3部分17cが、それぞれ、下側の導波路構造体15の第1部分15a、第2部分15b及び第3部分15c上に設けられている。下側の導波路構造体15の第1部分15a、第2部分15b及び第3部分15cが、それぞれ、支持基板13の第1部分13a、第2部分13b及び第3部分13c上に設けられている。この重ね合わせ構造のため、下側の導波路構造体15の第2部分15bにおける幅広の光導波路21gが上側の導波路構造体17の第2部分17bにおける幅広の光導波路23gに光学的に結合される。下側の導波路構造体15の第2部分15bにおける幅広の光導波路21gの下には、支持基板13の溝19aが延在している。これ故に、部材Aは、下側の導波路構造体15の第1部分15a〜第3部分15cの下側に位置する中空の構造を有しており、この中空部分を含めて縦方向の導波路層の屈折率分布が規定されている。部材Bは、上側の導波路構造体17の第1部分17aの下側に位置する中空の構造(単一の溝)を有しており、この中空部分を含めて縦方向の導波路層の屈折率分布が規定されている。上側の導波路構造体17及び下側の導波路構造体15の導波路構造における上下方向の屈折率分布を所望のプロファイル規定するために、上記のような中空構造を有している。   The first portion 17a, the second portion 17b, and the third portion 17c of the upper waveguide structure 17 are on the first portion 15a, the second portion 15b, and the third portion 15c of the lower waveguide structure 15, respectively. Is provided. The first portion 15a, the second portion 15b, and the third portion 15c of the lower waveguide structure 15 are provided on the first portion 13a, the second portion 13b, and the third portion 13c of the support substrate 13, respectively. Yes. Because of this overlapping structure, the wide optical waveguide 21g in the second portion 15b of the lower waveguide structure 15 is optically coupled to the wide optical waveguide 23g in the second portion 17b of the upper waveguide structure 17. Is done. A groove 19 a of the support substrate 13 extends below the wide optical waveguide 21 g in the second portion 15 b of the lower waveguide structure 15. Therefore, the member A has a hollow structure located below the first portion 15a to the third portion 15c of the lower waveguide structure 15 and includes the hollow portion. The refractive index distribution of the waveguide layer is defined. The member B has a hollow structure (single groove) located on the lower side of the first portion 17a of the upper waveguide structure 17 and includes the hollow portion. A refractive index distribution is defined. In order to define a desired profile of the refractive index distribution in the vertical direction in the waveguide structure of the upper waveguide structure 17 and the lower waveguide structure 15, the hollow structure as described above is provided.

重ね合わせ構造により光方向性結合器が構成されるとき、上側の導波路構造体17及び下側の導波路構造体15における第2部分17b、15bには、幅広の光導波路部21g、23gが上下に重なり合うように配置される。この配置により、この重なり接合部分において、半導体光導波路同士の幅方向の位置ズレが生じても、上側の導波路構造体17及び下側の導波路構造体15に係る縦方向の光導波路間の光透過率の減少を抑えることができる。   When the optical directional coupler is configured by the superposition structure, the wide optical waveguide portions 21g and 23g are formed in the second portions 17b and 15b in the upper waveguide structure 17 and the lower waveguide structure 15. Arranged so as to overlap vertically. With this arrangement, even if a positional deviation in the width direction between the semiconductor optical waveguides occurs in the overlapping junction portion, the longitudinal waveguides related to the upper waveguide structure 17 and the lower waveguide structure 15 are arranged. A decrease in light transmittance can be suppressed.

本実施の形態における半導体光導波路素子の動作原理を説明する。発明者は、縦型の光方向性結合器において、導波路幅方向(導波路の延在方向に直交する方向)の位置合わせズレが生じた素子において、光の透過率が減少する原因について検討する。   The operation principle of the semiconductor optical waveguide device in this embodiment will be described. The inventor examined the cause of the decrease in light transmittance in an element in which the alignment misalignment occurred in the waveguide width direction (direction orthogonal to the waveguide extending direction) in the vertical optical directional coupler. To do.

図3に示すように、層構造及び導波路幅が共に同じである2つの導波路構造体を上下に重ね合わせて光方向性結合器を構成する。この光方向性結合器において、例えば下側の光導波路から上側の光導波路に光を透過させる際に、上下に重ね合わせた2つの導波路構造体に横方向の位置ズレ(オフセット)が生じたとき、光方向性結合器の光透過率が変化する。下側の光導波路と上側の光導波路との重なり部分の長さLcは、方向性結合器を構成する部分の結合導波路長である。図4を参照すると、規格化結合長に対する光方向性結合器の光透過率の変化が示されている。オフセット割合は、導波路幅に対するズレ(オフセット)の割合を示している。横軸は、規格化結合長を示し、この規格化結合長は、オフセット割合ゼロ(ズレなし)であるときに、一方の導波路から他方の導波路に100%の光移行(透過)が発生する結合長で規格化した導波路の長さである。この光方向性結合器における下側の光導波路の一端から入射した光は、下側の光導波路を伝搬する。この導波光は、光方向性結合器における下側の光導波路を伝搬するうちに上側の光導波路に透過していく。規格化導波路長1のところで完全に透過することになる。さらに、これを超えて結合導波路が長いとき、今度は、上側の導波路から下側の導波路への移行が発生する。これ故に、規格化導波路長2のところで透過率が0になる。   As shown in FIG. 3, two waveguide structures having the same layer structure and the same waveguide width are stacked one above the other to constitute an optical directional coupler. In this optical directional coupler, for example, when light is transmitted from the lower optical waveguide to the upper optical waveguide, a lateral misalignment (offset) is generated in the two waveguide structures superimposed one above the other. Sometimes, the light transmittance of the optical directional coupler changes. The length Lc of the overlapping portion between the lower optical waveguide and the upper optical waveguide is the coupled waveguide length of the portion constituting the directional coupler. Referring to FIG. 4, the change in the light transmittance of the optical directional coupler with respect to the normalized coupling length is shown. The offset ratio indicates the ratio of deviation (offset) with respect to the waveguide width. The horizontal axis indicates the normalized coupling length. When this normalized coupling length is zero offset (no deviation), 100% light transition (transmission) occurs from one waveguide to the other. It is the length of the waveguide normalized by the coupling length. Light incident from one end of the lower optical waveguide in this optical directional coupler propagates through the lower optical waveguide. The guided light is transmitted through the upper optical waveguide while propagating through the lower optical waveguide in the optical directional coupler. The light is completely transmitted at the normalized waveguide length of 1. Furthermore, when the coupled waveguide is long beyond this, a transition from the upper waveguide to the lower waveguide occurs. Therefore, the transmittance becomes 0 at the normalized waveguide length of 2.

次に、導波路幅方向にズレ(オフセット)が発生すると、透過率のピークが100%になる規格化結合長はあるけれども、その規格化結合長(光の移行が100%になる長さ)は、単位の値1よりも大きくなる。つまり、完全な移行に必要な導波路長(結合長)が長くなる。この長くなる割合は、オフセット量が多くなればなるほど大きくなる。   Next, when a deviation (offset) occurs in the waveguide width direction, there is a normalized coupling length at which the transmittance peak reaches 100%, but the normalized coupling length (the length at which the light transition becomes 100%). Is greater than the unit value of 1. That is, the waveguide length (coupling length) required for complete transition becomes longer. This ratio of increasing becomes larger as the offset amount increases.

オフセットがゼロである場合に最大の透過率を与える長さ(規格化導波路長1)に結合導波路長を設定する方向性結合器では、ゼロより大きいオフセットにより最大透過を与える導波路長が長くなるので、上側の導波路に光が完全に透過する前に方向性結合器を構成する結合する光導波路が終端する。これ故に、残りの未透過光が、透過ロスとなる。   In a directional coupler in which the coupling waveguide length is set to a length that gives the maximum transmittance when the offset is zero (standardized waveguide length 1), the waveguide length that gives the maximum transmission with an offset larger than zero is Since the length becomes longer, the optical waveguide to be coupled constituting the directional coupler is terminated before the light is completely transmitted to the upper waveguide. Therefore, the remaining untransmitted light becomes a transmission loss.

ここで、発明者は、オフセット量、光導波路幅(2μm以上)、および光導波路に関していくつかの層構造を用いて、単峰性のモードが導波路を伝搬する際に、光方向性結合器の透過率1を与える光導波路長(結合長)を調べると、これにより、2つの導波路の光学的な結合の程度を示す結合係数κの構造依存性に関する知見が得られた。   Here, the inventor uses an offset amount, an optical waveguide width (2 μm or more), and several layer structures with respect to the optical waveguide, so that when the unimodal mode propagates through the waveguide, the optical directional coupler When the optical waveguide length (coupling length) that gives a transmittance of 1 was investigated, knowledge on the structure dependence of the coupling coefficient κ indicating the degree of optical coupling between the two waveguides was obtained.

結合係数κは実質的に、上下の光導波路の縦方向の光の重なり具合によって決まる成分κ(垂直)と、上下の光導波路の横方向の光の重なり具合によって決まる成分κ(水平)との積により与えられる。   The coupling coefficient κ is substantially a component κ (vertical) determined by the vertical light overlap of the upper and lower optical waveguides, and a component κ (horizontal) determined by the horizontal light overlap of the upper and lower optical waveguides. Given by the product.

図5は、結合係数の2成分、つまり垂直成分κ(垂直)及び水平成分κ(水平)に係る光結合を示す図面である。図5の(a)部及び(b)部に示されるように、上下の結合係数κ(垂直)は、上下の光導波路の上下方向での導波光の染み出しの、重なり積分で決まる。上下の導波路でのオフセットがない場合、横方向での導波光の重なりは一致しているので重なり積分により決まるκ(水平)は1になる。   FIG. 5 is a diagram showing optical coupling relating to two components of the coupling coefficient, that is, a vertical component κ (vertical) and a horizontal component κ (horizontal). As shown in FIGS. 5A and 5B, the upper and lower coupling coefficients κ (vertical) are determined by the overlap integral of the oozing of the guided light in the vertical direction of the upper and lower optical waveguides. When there is no offset in the upper and lower waveguides, the overlap of guided light in the horizontal direction is the same, so κ (horizontal) determined by the overlap integral is 1.

次に、オフセットが生じているとき、上下方向の結合係数κ(垂直)は変化しないけれども、横方向の重なり積分は小さくなるので、κ(平行)は1より小さくなり、結合係数κもそれに比例して減少し、透過率1を与える光導波路長が長くなる。   Next, when an offset occurs, the vertical coupling coefficient κ (vertical) does not change, but the lateral overlap integral is small, so κ (parallel) is smaller than 1, and the coupling coefficient κ is proportional to it. As a result, the length of the optical waveguide giving the transmittance of 1 is increased.

図5の(c)部及び(d)部は、上下の光導波路の層構造は変化しないけれども、図5の(a)部及び(b)部導波路より広い導波路幅を有する導波路の結合構造を示す。上下の導波路でのオフセットがないとき、図5の(c)部を示されるように、上下方向での結合定数κ(垂直)に変化がなく、また横方向の結合係数κ(水平)も1である。これ故に、両方の結合を考慮した総合の結合係数κは図5の(a)部に示される結合構造と変化がなく、透過率1を与える光導波路長も同じとなる。次に、オフセットが発生すると、上下方向の結合係数κ(垂直)は変化しないけれども、図5の(d)部に示されるように、横方向の重なり積分は小さくなる。   5 (c) and 5 (d), the layer structure of the upper and lower optical waveguides does not change, but the waveguide having a wider waveguide width than the waveguides (a) and (b) in FIG. The bond structure is shown. When there is no offset in the upper and lower waveguides, there is no change in the coupling constant κ (vertical) in the vertical direction as shown in FIG. 5C, and the horizontal coupling coefficient κ (horizontal) is also 1. Therefore, the total coupling coefficient κ considering both couplings is the same as the coupling structure shown in the part (a) of FIG. 5, and the optical waveguide length giving the transmittance 1 is the same. Next, when the offset occurs, the vertical coupling coefficient κ (vertical) does not change, but the horizontal overlap integral becomes small as shown in FIG. 5D.

ここで、半導体導波路において、基本モードのみが安定して励振されて伝搬される光導波路幅の上限、例えば2μmを超えて光導波路幅を広くする構造では、横方向の単峰性の光モードは光導波路内にほぼ完全に閉じ込められている(その形はほぼraised cosine型を有する)。光導波路幅が変化しても、その導波路幅方向の光強度分布は相似形になる。これ故に、導波路幅で規格化したオフセット割合が同じであるとき、導波路幅の絶対値にはよらず、κ(水平)の値は同じになることの知見が得られる。   Here, in the structure in which only the fundamental mode is stably excited and propagated in the semiconductor waveguide, the width of the optical waveguide exceeds the upper limit of, for example, 2 μm, and the optical waveguide width is widened. Is almost completely confined in the optical waveguide (its shape has a nearly raised cosine type). Even if the optical waveguide width changes, the light intensity distribution in the waveguide width direction is similar. For this reason, when the offset ratio normalized by the waveguide width is the same, the knowledge that the value of κ (horizontal) is the same regardless of the absolute value of the waveguide width is obtained.

図6及び図7は、オフセット割合を変化させたときの透過率1を与える光導波路長、およびκ(水平)への依存性を示す。   6 and 7 show the optical waveguide length that gives the transmittance 1 when the offset ratio is changed, and the dependency on κ (horizontal).

図5の(e)部に示されるように、上下の導波路の層構造が変化すると共に上下の導波路間でオフセットはゼロである場合、上下方向の光の重なり積分が変化するので、上下方向の結合係数κ(垂直)が変化して、この結果、結合定数κが変化すると共に透過率1を与える光導波路長の絶対値も変化する。これに、図5の(f)部に示されるように、更にゼロでないオフセットが加わるとき、横方向の光モードの重なり積分で決まる横方向の結合係数κ(水平)は、上下方向の結合係数κ(垂直)の変化と独立して変化する。   As shown in part (e) of FIG. 5, when the layer structure of the upper and lower waveguides is changed and the offset between the upper and lower waveguides is zero, the overlap integral of the light in the vertical direction changes. The coupling coefficient κ (vertical) in the direction changes, and as a result, the coupling constant κ changes and the absolute value of the optical waveguide length giving the transmittance 1 also changes. As shown in FIG. 5 (f), when a non-zero offset is further applied, the horizontal coupling coefficient κ (horizontal) determined by the overlap integral of the horizontal optical mode is the vertical coupling coefficient. It changes independently of the change in κ (vertical).

換言すれば、発明者の検討によれば、上下の導波路の層構造が変化しても、そのときのオフセットがゼロの場合の透過率1を与える結合長を用いて導波路長を規格化するとき、透過率1を与える規格化導波路長や結合定数κ(水平)の、導波路オフセット割合に対する依存性は全て図6及び図7と同様となる。   In other words, according to the inventor's study, even if the layer structure of the upper and lower waveguides changes, the waveguide length is normalized using a coupling length that gives a transmittance of 1 when the offset at that time is zero When this is done, the dependence of the normalized waveguide length or coupling constant κ (horizontal) that provides transmittance 1 on the waveguide offset ratio is all the same as in FIGS. 6 and 7.

図4を参照しながら説明したように、方向性結合器を構成する部分の導波路長(下側の光導波路と上側の光導波路とが重なっている部分)が規格化導波路長1(オフセットがゼロの場合に最大の透過率を与える長さ)であるとき、接合により方向性結合器を構成する際にオフセットが生じると、透過率1を与える導波路長が長くなる。このため、一方の導波路から他方の導波路に光が完全に透過する前に方向性結合器を構成する部分の導波路が終端してしまって、透過していな光が透過ロスとなる。   As described with reference to FIG. 4, the waveguide length of the portion constituting the directional coupler (the portion where the lower optical waveguide and the upper optical waveguide overlap) is the normalized waveguide length 1 (offset). If the offset is generated when the directional coupler is formed by the junction, the length of the waveguide that gives the transmittance of 1 becomes long. For this reason, before the light is completely transmitted from one waveguide to the other waveguide, a portion of the waveguide constituting the directional coupler is terminated, and light that is not transmitted becomes a transmission loss.

図8は、導波路オフセット割合と透過率との関係を示す。図8を参照すると、透過率の減少について5%以内(95%以上の透過)を得るためには、導波路オフセット割合の許容値は18%となる。   FIG. 8 shows the relationship between the waveguide offset ratio and the transmittance. Referring to FIG. 8, in order to obtain within 5% (95% or more transmission) for the decrease in transmittance, the allowable value of the waveguide offset ratio is 18%.

透過率は導波路オフセット割合のみに依存するので、方向性結合器を構成する部分に広い導波路幅を用いる構造では、許容されるオフセットの絶対値も導波路幅に比例して大きくできる。このため、広い導波路幅を有する光導波路に単峰性の単一モードが伝搬するときは、接合工程において許容される導波路オフセットの絶対値を広い部分の導波路幅に比例して大きくすることが可能となる。   Since the transmittance depends only on the waveguide offset ratio, the absolute value of the allowable offset can be increased in proportion to the waveguide width in a structure using a wide waveguide width in the portion constituting the directional coupler. For this reason, when a monomodal single mode propagates in an optical waveguide having a wide waveguide width, the absolute value of the waveguide offset allowed in the bonding process is increased in proportion to the waveguide width of the wide portion. It becomes possible.

このような方向性結合器は、例えば以下のような複合光導波路構造により構成される。複合光導波路構造は、単峰性のモードを安定して伝搬可能な狭い光導波路幅を有する光導波路を、これより広い導波路幅を有する光導波路に、連続的に光導波路幅が変化する光導波路を介して光学的に結合させる導波路構造を多層に(例えば2層に)重ねて、広い導波路幅を有する光導波路部分を介して上下に光学結合させる。この構成により、方向性結合器を構成できる。この方向性結合器においては、接合時に許容される導波路オフセットの絶対値も、広い部分の導波路幅に比例して大きくすることが可能となる。   Such a directional coupler is composed of, for example, the following composite optical waveguide structure. In the composite optical waveguide structure, an optical waveguide having a narrow optical waveguide width capable of stably propagating a unimodal mode is changed to an optical waveguide having a wider waveguide width. Waveguide structures that are optically coupled via a waveguide are stacked in multiple layers (for example, in two layers), and optically coupled vertically through optical waveguide portions having a wide waveguide width. With this configuration, a directional coupler can be configured. In this directional coupler, the absolute value of the waveguide offset allowed at the time of joining can be increased in proportion to the waveguide width in a wide portion.

この複合光導波路構造では、オフセットがゼロでないとき、透過率1を与える結合長が長くなる。ゼロオフセットにおいて透過率1を与える結合導波路の長さよりも、許容するオフセット量に合わせて方向性結合器部分の光結合部の長さを大きくする方向性結合器では、許容オフセット割合を大きくすると共に許容レベル以上の透過率を達成しながら、当該許容オフセット量内の最大光結合は同じ(つまり1)に保つことが可能となる。   In this composite optical waveguide structure, when the offset is not zero, the coupling length giving the transmittance of 1 becomes long. In the directional coupler in which the length of the optical coupling portion of the directional coupler portion is made larger than the length of the coupling waveguide that gives a transmittance of 1 at zero offset, the allowable offset ratio is increased. At the same time, the maximum optical coupling within the permissible offset amount can be kept the same (that is, 1) while achieving a transmittance exceeding the permissible level.

図9は、方向性結合器部分の光結合部の長さを1.14倍(オフセットはない場合に最大結合を与える結合長の値の1.14倍)に設定した複合光導波路構造において、規格化導波路長と透過率との関係を示す。方向性結合器部分の光結合部の長さを1.14倍に設定することにより、導波路オフセット割合0には透過率が0.95である一方で、オフセット割合が増加するとき透過率が1まで上昇し、オフセット割合が更に大きくなると次第に透過率は減少していく。   FIG. 9 shows a composite optical waveguide structure in which the length of the optical coupling portion of the directional coupler portion is set to 1.14 times (1.14 times the coupling length value that gives the maximum coupling when there is no offset). The relationship between the normalized waveguide length and the transmittance is shown. By setting the length of the optical coupling portion of the directional coupler portion to 1.14 times, the transmittance is 0.95 for the waveguide offset ratio 0, while the transmittance is increased when the offset ratio increases. As the offset ratio increases to 1 and the offset ratio further increases, the transmittance gradually decreases.

図10は、方向性結合器部分の光結合部の長さを、オフセットがない場合に最大結合を与える結合長の1倍、1.14倍、1.21倍、1.26倍に設定した複合光導波路構造において、導波路オフセット割合と透過率との関係を示す。割合が1.14倍であるとき、結合率の最大は1に保ちながら、方向性結合器部分の光結合0.95以上を与える導波路オフセット割合を、0.18から0.25に向上できる。このときにも、方向性結合器の導波路幅を広く取るほど、実際の許容導波路オフセット量を大きくできる。   FIG. 10 shows that the length of the optical coupling part of the directional coupler part is set to 1, 1, 14, 1.21, and 1.26 times the coupling length that gives the maximum coupling when there is no offset. In the composite optical waveguide structure, the relationship between the waveguide offset ratio and the transmittance is shown. When the ratio is 1.14 times, the waveguide offset ratio giving the optical coupling of 0.95 or more in the directional coupler portion can be improved from 0.18 to 0.25 while keeping the maximum coupling ratio at 1. . Also in this case, the actual allowable waveguide offset can be increased as the waveguide width of the directional coupler is increased.

上記の説明により、以下のことが理解される。つまり、方向性結合器部分の光結合部の長さを、オフセットがない場合に最大結合を与える結合長より長くすることにより、結合率の最大を1に保ちながら、方向性結合器部分の光結合を所望の値より大きくできるオフセット量を大きくすることができる。   From the above description, the following can be understood. In other words, by making the length of the optical coupling portion of the directional coupler portion longer than the coupling length that gives the maximum coupling when there is no offset, the light of the directional coupler portion is maintained while keeping the maximum coupling rate at 1. The amount of offset by which the coupling can be made larger than the desired value can be increased.

(実施例)
まず、貼り合わせの手法を用いて、光導波路素子を作製する方法を説明する。光導波路素子として方向性結合器の作製を行う。引き続く説明は、方向性結合器の2つの光導波路の延在方向に交差する方向にとられた断面を参照しながら行われる。図11の(a)部に示されるように、基板を準備する。この基板として、例えばシリコン基板、InP基板等を用いることができる。図11の(b)部に示されるように、シリコン(Si)基板上に、溝を規定するためのマスクを形成する。マスクは、マスク膜の成膜、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いた加工により作製される。このマスクの材料は、SiN、SiO2等を使用できる。マスク膜の成膜は、例えば気相成長法を適用できる。
(Example)
First, a method for manufacturing an optical waveguide device using a bonding method will be described. A directional coupler is manufactured as an optical waveguide element. The following description will be made with reference to a cross section taken in a direction crossing the extending direction of the two optical waveguides of the directional coupler. As shown in FIG. 11A, a substrate is prepared. As this substrate, for example, a silicon substrate, an InP substrate, or the like can be used. As shown in part (b) of FIG. 11, a mask for defining a groove is formed on a silicon (Si) substrate. The mask is manufactured by forming a mask film, processing using photolithography and etching. The mask material can be SiN, SiO 2 or the like. For example, a vapor deposition method can be applied to form the mask film.

Si基板上にSiN層のマスクを形成した後に、図11の(c)部に示されるように、Si基板をエッチングして溝を形成する。溝の深さは例えば0.5μmである。エッチングガスとして例えば塩素ガス等が用いられる。Si基板に溝を形成した後に、図11の(d)部に示されるように、バッファードフッ酸を用いてSiNマスクを除去して、Si加工基板を準備する。Si加工基板は、第1軸の方向に延在する溝と該溝を規定する第1テラス及び第2テラスとを有し、第1軸は溝の延在方向である。Si加工基板は第1部分、第2部分及び第3部分を含み、第1部分、第2部分及び第3部分は第1軸の方向に配列されている。   After a SiN layer mask is formed on the Si substrate, the Si substrate is etched to form grooves as shown in FIG. 11 (c). The depth of the groove is, for example, 0.5 μm. For example, chlorine gas or the like is used as the etching gas. After forming the groove in the Si substrate, as shown in FIG. 11D, the SiN mask is removed using buffered hydrofluoric acid to prepare a Si processed substrate. The Si processed substrate has a groove extending in the direction of the first axis, and a first terrace and a second terrace that define the groove, and the first axis is an extending direction of the groove. The Si processed substrate includes a first portion, a second portion, and a third portion, and the first portion, the second portion, and the third portion are arranged in the direction of the first axis.

次に、III−V半導体基板上に成長された導波路構造のためのエピタキシャル積層を含むエピタキシャル基板(基板生産物)を準備する。エピタキシャル基板は例えば以下のように作製される。InP基板上に、厚さ0.2μmのInGaAs層、厚さ0.6μmのInP層、厚さ0.5μm厚のInGaAsP層(室温でのPL波長λpが1.35μmの半導体)、厚さ0.6μmのInP層を順にエピタキシャルに成長して、エピタキシャル基板を作製する。   Next, an epitaxial substrate (substrate product) including an epitaxial stack for a waveguide structure grown on a III-V semiconductor substrate is prepared. For example, the epitaxial substrate is manufactured as follows. On an InP substrate, an InGaAs layer having a thickness of 0.2 μm, an InP layer having a thickness of 0.6 μm, an InGaAsP layer having a thickness of 0.5 μm (a semiconductor having a PL wavelength λp of 1.35 μm at room temperature), a thickness of 0 An epitaxial substrate is fabricated by sequentially epitaxially growing a 6 μm InP layer.

図12の(a)部に示されるように、このエピタキシャル基板をSi加工基板上に接合する。この接合に際して、ICPプラズマ発生装置を用いて、Si加工基板及びエピタキシャル基板のプラズマ処理を行う。Si加工基板のプラズマ処理は、例えば励起されたN2プラズマを用いて行われる。このプラズマ処理としては、ガス圧0.3Pa及びICP励起電力300Wの条件を用いる。Si加工基板のためのプラズマ処理時間は例えば2分間である。エピタキシャル基板のためのプラズマ処理時間は例えば6分間である。このプラズマ処理により、半導体表面を親水化させることができる。この親水化された基板生産物同士を室温(例えば25℃)の空気中で軽く圧接することにより、両基板を接合する(これを仮接合と記す)。この仮接合の後に、仮接合された基板生産物に熱処理を施して堅固に固着して、合体された基板生産物を形成する。この熱処理の温度は、例えば摂氏350度程度であり、この熱処理のためにホットプレートを用いることができ、熱処理時間は例えば2時間程度である。   As shown in part (a) of FIG. 12, the epitaxial substrate is bonded onto the Si processed substrate. At the time of this bonding, plasma processing is performed on the Si processed substrate and the epitaxial substrate using an ICP plasma generator. The plasma processing of the Si processed substrate is performed using, for example, excited N2 plasma. For this plasma treatment, conditions of gas pressure 0.3 Pa and ICP excitation power 300 W are used. The plasma processing time for the Si processed substrate is, for example, 2 minutes. The plasma processing time for the epitaxial substrate is, for example, 6 minutes. By this plasma treatment, the semiconductor surface can be hydrophilized. The hydrophilic substrate products are lightly pressed together in air at room temperature (for example, 25 ° C.) to bond both substrates (this is referred to as temporary bonding). After this temporary bonding, the temporarily bonded substrate product is heat-treated and firmly fixed to form a combined substrate product. The temperature of this heat treatment is, for example, about 350 degrees Celsius, a hot plate can be used for this heat treatment, and the heat treatment time is, for example, about 2 hours.

その後、図12の(b)部に示されるように、接合された基板生産物からエピタキシャル基板のIII−V半導体基板を除去する。この除去では、例えばInP基板の除去のために濃塩酸によるエッチングを用いることができる。この処理により、Si加工基板を残すと共にInP基板を選択的にエッチングすることができる。具体的には、エピタキシャル積層内のInGaAs層は濃塩酸には不溶であるので、InGaAs層の表面でエッチングが停止する。III−V半導体基板を除去した後に、図12の(c)部に示されるように、別のエッチャント(硫酸:過酸化水素:純水の混合液)を用いて、残されたInGaAs層を選択的にエッチングする。残されたInGaAs層の下に位置するInP層は、上記のエッチャント(硫酸:過酸化水素:純水の混合液)に不溶であるので、InP層の表面でエッチングが停止する。これらの工程の後に、接合された基板生産物の表面にはInP層が露出されている。   Thereafter, as shown in part (b) of FIG. 12, the III-V semiconductor substrate of the epitaxial substrate is removed from the bonded substrate product. In this removal, for example, etching with concentrated hydrochloric acid can be used to remove the InP substrate. By this process, the Si processed substrate can be left and the InP substrate can be selectively etched. Specifically, since the InGaAs layer in the epitaxial stack is insoluble in concentrated hydrochloric acid, the etching stops on the surface of the InGaAs layer. After removing the III-V semiconductor substrate, the remaining InGaAs layer is selected using another etchant (mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide: pure water) as shown in FIG. 12 (c). Etch. Since the InP layer located under the remaining InGaAs layer is insoluble in the above etchant (mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide: pure water), the etching stops on the surface of the InP layer. After these steps, an InP layer is exposed on the surface of the bonded substrate product.

図12の(d)部に示されるように、接合された基板生産物のエピタキシャル積層に第1導波路構造を形成するためのマスクを形成する。このマスクは例えばSiNからなることができる。SiNマスクは、既に説明した方法と同様に作製されるけれども、これに限定されるものではない。   As shown in part (d) of FIG. 12, a mask for forming the first waveguide structure is formed in the epitaxial stack of the bonded substrate products. This mask can be made of SiN, for example. The SiN mask is manufactured in the same manner as described above, but is not limited to this.

その後に、この絶縁膜マスクを用いて、Si加工基板上に移載されたエピタキシャル積層を加工して、図13の(a)部に示されるように、第1導波路構造を形成する。この絶縁膜マスクは、エピタキシャル積層によって構成される光導波路を規定するパターンを有する。絶縁膜マスクのパターンは、図1及び図2に示されるように、Si加工基板の第2部分及び第3部分上にそれぞれの第12導波路部及び第13導波路部の平面形状を規定する。絶縁膜マスクを除去して、第1導波路構造を含む基板生産物を作製する。図13の(b)部に示されるように、Si加工基板の溝の上に位置する半導体メサ構造を有する。第1導波路構造は、Si加工基板の第1テラス及び第2テラスに支持された第1半導体層(InP層)と、該第1半導体層上に設けられた第1導波路メサと、該第1導波路メサを規定する第1溝及び第2溝とを含む。第1導波路構造は、Si加工基板の第1部分、第2部分及び第3部分上にそれぞれ設けられた第1部分、第2部分及び第3部分を含む。第1導波路構造の第1導波路メサは、Si加工基板の第2部分及び第3部分上にそれぞれ設けられた第12導波路メサ部及び第13導波路メサ部を含み、第12導波路メサ部の幅は第13導波路メサ部の幅より大きい。   Thereafter, using this insulating film mask, the epitaxial layer transferred on the Si processed substrate is processed to form a first waveguide structure as shown in FIG. 13 (a). The insulating film mask has a pattern that defines an optical waveguide configured by epitaxial lamination. As shown in FIGS. 1 and 2, the insulating mask pattern defines the planar shapes of the twelfth and thirteenth waveguide portions on the second and third portions of the Si processed substrate, respectively. . The insulating film mask is removed to produce a substrate product including the first waveguide structure. As shown in part (b) of FIG. 13, the semiconductor mesa structure is located on the groove of the Si processed substrate. The first waveguide structure includes a first semiconductor layer (InP layer) supported on the first terrace and the second terrace of the Si processed substrate, a first waveguide mesa provided on the first semiconductor layer, A first groove defining a first waveguide mesa; and a second groove. The first waveguide structure includes a first portion, a second portion, and a third portion provided on the first portion, the second portion, and the third portion of the Si processed substrate, respectively. The first waveguide mesa having the first waveguide structure includes a twelfth waveguide mesa portion and a thirteenth waveguide mesa portion provided on the second portion and the third portion of the Si processed substrate, respectively. The width of the mesa portion is larger than the width of the thirteenth waveguide mesa portion.

SiNマスクは、狭い幅の光導波路及び広い幅の光導波路を規定する。狭い光導波路は幅1.5μmを有し、広い光導波路は幅8μmを有する、必要な場合には、狭い光導波路及び広い光導波路の間の光学的な結合を中間導波路を介して構成されることができる。中間導波路して、連続的に変化する導波路幅を有するテーパー導波路を採用できる。テーパー導波路の幅は、導波路幅1.5μmから8μmまでを長さ450μmの間に直線的に変化する。このときには、SiNマスクは、狭い幅の光導波路、テーパー光導波路、および広い幅の光導波路を規定する。   The SiN mask defines a narrow optical waveguide and a wide optical waveguide. The narrow optical waveguide has a width of 1.5 μm and the wide optical waveguide has a width of 8 μm. If necessary, the optical coupling between the narrow optical waveguide and the wide optical waveguide is configured via an intermediate waveguide. Can. A tapered waveguide having a continuously varying waveguide width can be employed as the intermediate waveguide. The width of the tapered waveguide varies linearly between a waveguide width of 1.5 μm and 8 μm and a length of 450 μm. At this time, the SiN mask defines a narrow-width optical waveguide, a tapered optical waveguide, and a wide-width optical waveguide.

第1導波路メサは、本実施例ではInP/InGaAsP/InPのエピタキシャル積層を1.5μmの深さでエッチングする。残されたInP層(第1半導体層)は0.2μmである。第1導波路メサの加工のために、例えばHIガスを用いることができる。エッチングにより第1導波路構造を形成した後に、バッファードフッ酸を用いてSiNマスクを除去する。これらの工程により、Si加工基板とこのSi加工基板上に設けられた第1導波路構造とを含む第1基板生産物又は第1導波路生産物が作製される。   In this embodiment, the first waveguide mesa etches an epitaxial layer of InP / InGaAsP / InP at a depth of 1.5 μm. The remaining InP layer (first semiconductor layer) is 0.2 μm. For processing the first waveguide mesa, for example, HI gas can be used. After forming the first waveguide structure by etching, the SiN mask is removed using buffered hydrofluoric acid. By these steps, the first substrate product or the first waveguide product including the Si processed substrate and the first waveguide structure provided on the Si processed substrate is manufactured.

次に、上記導波路の形成された基板上に貼り合わせする第2導波路生産物を作製する。第2導波路生産物は例えば半導体素子片を備えることができる。半導体素子片は、機能素子及びそれに接続する光導波路を含むことができる。   Next, a second waveguide product to be bonded onto the substrate on which the waveguide is formed is produced. The second waveguide product can comprise, for example, a semiconductor element piece. The semiconductor element piece may include a functional element and an optical waveguide connected to the functional element.

次に、III−V半導体基板上に成長された導波路構造のためのエピタキシャル積層を含む別のエピタキシャル基板(基板生産物)を準備する。エピタキシャル基板は例えば以下のように作製される。InP基板上に、厚さ0.2μmのInGaAs層、厚さ0.6μmのInP層、厚さ0.5μm厚のInGaAsP層(室温でのPL波長λpが1.35μmの半導体)、厚さ0.6μmのInP層を順にエピタキシャルに成長して、図14の(a)部に示されるように、エピタキシャル基板を作製する。   Next, another epitaxial substrate (substrate product) including an epitaxial stack for the waveguide structure grown on the III-V semiconductor substrate is prepared. For example, the epitaxial substrate is manufactured as follows. On an InP substrate, an InGaAs layer having a thickness of 0.2 μm, an InP layer having a thickness of 0.6 μm, an InGaAsP layer having a thickness of 0.5 μm (a semiconductor having a PL wavelength λp of 1.35 μm at room temperature), a thickness of 0 A 6 μm InP layer is epitaxially grown in order to produce an epitaxial substrate as shown in FIG.

エピタキシャル基板を用いて第2光導波路構造を作製する。第2光導波路構造は、第1光導波路構造に光学的に結合される幅広い光導波路とこの光導波路に結合される幅狭い光導波路を含み、さらにこの光導波路には、モノリシックに形成された受光素子や発光素子等の機能素子が結合されることができる。これらの機能素子のためのエピタキシャル層構造を上記のエピタキシャル層構造とは別に成長することができる。これら導波路構造及び機能素子のためのエピ構造はInGaAs層上に成長されている。   A second optical waveguide structure is produced using the epitaxial substrate. The second optical waveguide structure includes a wide optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide structure and a narrow optical waveguide coupled to the optical waveguide. Further, the optical waveguide has a monolithic light receiving structure. Functional elements such as elements and light emitting elements can be combined. The epitaxial layer structure for these functional elements can be grown separately from the above epitaxial layer structure. Epi structures for these waveguide structures and functional elements are grown on InGaAs layers.

図14は、広い光導波路に交差するようにとられた断面を示す。図14の(a)部に示されるように、第2光導波路構造のためのエピタキシャル積層上に、第2光導波路構造を規定するマスクを形成する。このマスクは、SiNからなることができ、このSiNマスクは、既に説明した方法と同様に作製されることができるけれども、これに限定されるものではない。   FIG. 14 shows a cross section taken to intersect a wide optical waveguide. As shown in part (a) of FIG. 14, a mask for defining the second optical waveguide structure is formed on the epitaxial stack for the second optical waveguide structure. The mask can be made of SiN, and the SiN mask can be manufactured in the same manner as described above, but is not limited thereto.

このSiNマスクは、少なくとも広い光導波路および連続的に導波路幅が変化する光導波路部分の両方の導波路幅を規定する。広い幅の光導波路は例えば8μmであり、狭い幅の光導波路は例えば1.5μmであることができる。   This SiN mask defines the waveguide width of at least the wide optical waveguide and the optical waveguide portion where the waveguide width continuously changes. The wide optical waveguide can be 8 μm, for example, and the narrow optical waveguide can be 1.5 μm, for example.

第2導波路構造は、III−V化合物半導体基板に支持された第2半導体層と、該第2半導体層上に設けられた第2導波路メサと、該第2導波路メサを規定する第1テラス及び第2テラスとを含む。第2導波路構造は、Si加工基板の第1部分、第2部分及び第3部分の位置に合わせるように配列された第1部分、第2部分及び第3部分を含むことができる。   The second waveguide structure includes a second semiconductor layer supported on the III-V compound semiconductor substrate, a second waveguide mesa provided on the second semiconductor layer, and a second waveguide mesa that defines the second waveguide mesa. Includes 1 terrace and 2nd terrace. The second waveguide structure may include a first part, a second part, and a third part arranged to align with the first part, the second part, and the third part of the Si processed substrate.

第2導波路構造の第2導波路メサは、Si加工基板の第1部分及び第2部分に合わせるようにそれぞれ設けられた第21導波路メサ部及び第22導波路メサ部を含む。第22導波路メサ部の幅は第21導波路メサ部の幅より大きい。   The second waveguide mesa having the second waveguide structure includes a twenty-first waveguide mesa portion and a twenty-second waveguide mesa portion provided to match the first portion and the second portion of the Si processed substrate, respectively. The width of the 22nd waveguide mesa portion is larger than the width of the 21st waveguide mesa portion.

SiNマスクは、狭い幅の光導波路及び広い幅の光導波路を規定する。狭い光導波路は幅1.5μmを有し、広い光導波路は幅8μmを有する、必要な場合には、狭い光導波路及び広い光導波路の間の光学的な結合を中間導波路を介して構成されることができる。中間導波路して、連続的に変化する導波路幅を有するテーパー導波路を採用できる。テーパー導波路の幅は、導波路幅1.5μmから8μmまでを長さ450μmの間に直線的に変化する。このときには、SiNマスクは、狭い幅の光導波路、テーパー光導波路、および広い幅の光導波路を規定する。   The SiN mask defines a narrow optical waveguide and a wide optical waveguide. The narrow optical waveguide has a width of 1.5 μm and the wide optical waveguide has a width of 8 μm. If necessary, the optical coupling between the narrow optical waveguide and the wide optical waveguide is configured via an intermediate waveguide. Can. A tapered waveguide having a continuously varying waveguide width can be employed as the intermediate waveguide. The width of the tapered waveguide varies linearly between a waveguide width of 1.5 μm and 8 μm and a length of 450 μm. At this time, the SiN mask defines a narrow-width optical waveguide, a tapered optical waveguide, and a wide-width optical waveguide.

図14の(b)部に示されるように、第2導波路メサは、本実施例ではInP/InGaAsP/InPのエピタキシャル積層を1.5μmの深さでエッチングすることにより作製される。残されたInP層(第1半導体層)は0.2μmである。第2導波路メサの加工のために、例えばHIガスを用いることができる。エッチングにより第2導波路構造を形成した後に、図14の(c)部に示されるように、バッファードフッ酸を用いてSiNマスクを除去する。これらの工程により、III−V化合物半導体基板とこの基板上に設けられた第2導波路構造とを含む第2基板生産物が作製される。   As shown in part (b) of FIG. 14, the second waveguide mesa is produced by etching an epitaxial layer of InP / InGaAsP / InP at a depth of 1.5 μm in this embodiment. The remaining InP layer (first semiconductor layer) is 0.2 μm. For processing the second waveguide mesa, for example, HI gas can be used. After the second waveguide structure is formed by etching, the SiN mask is removed using buffered hydrofluoric acid as shown in FIG. 14 (c). By these steps, a second substrate product including a III-V compound semiconductor substrate and a second waveguide structure provided on the substrate is produced.

本実施例では、この第2基板生産物から、第1基板生産物に貼り合わせるべき第2導波路生産物(例えば半導体素子片)を作製する。第2導波路生産物は、第2基板生産物であっても良いが、好適な実施例では、機能素子及びそれに接続する光導波路を含む半導体素子片であることができる。例えば第2基板生産物を切断して、半導体素子片を作製できる。   In this embodiment, a second waveguide product (for example, a semiconductor element piece) to be bonded to the first substrate product is produced from the second substrate product. The second waveguide product may be a second substrate product, but in a preferred embodiment, it may be a semiconductor device piece that includes a functional device and an optical waveguide connected thereto. For example, a semiconductor element piece can be produced by cutting the second substrate product.

図14の(d)部に示されるように、接合材を用いて半導体素子片をサポート基板に貼り合わせる。本実施例では、サポート基板としてサファイア基板を用いる。サファイア支持基板に仮接合材(例えばテルペンフェノール樹脂を主成分とするワックス材)を用いて、半導体素子片を仮固定する。サファイア支持基板に第2導波路構造を向けて仮固定を行って、III―V化合物半導体基板の裏面を露出させる。   As shown in FIG. 14D, the semiconductor element piece is bonded to the support substrate using a bonding material. In this embodiment, a sapphire substrate is used as the support substrate. The semiconductor element piece is temporarily fixed to the sapphire support substrate using a temporary bonding material (for example, a wax material containing terpene phenol resin as a main component). Temporary fixing is performed with the second waveguide structure facing the sapphire support substrate, and the back surface of the III-V compound semiconductor substrate is exposed.

支持基板に第2導波路構造を仮固定した後に、図15の(a)部に示されるように、III―V化合物半導体基板(例えばInP基板)を除去する。InP基板の除去には、濃塩酸を用いることができる。InP基板のエッチングは、InGaAs層で停止する。この後に、図15の(b)部に示されるように、別のエッチャント(例えば硫酸:過酸化水素:純水の混合液)を用いてInGaAs層を除去する。これらの選択エッチングの後に、第2導波路構造は支持基板に逆さに仮固定されるので、第2導波路構造は仮固定材に埋め込まれて第2導波路構造の第2半導体層の裏面が露出される。より具体的には、第2半導体層上に設けられた第2導波路メサ並びに該第2導波路メサを規定する第1溝及び第2溝は、仮固定材に埋め込まれている。これらの工程により、支持基板と該支持基板に固定された第2導波路生産物、例えば半導体素子片、とを含む中間生産物が作製される。   After temporarily fixing the second waveguide structure to the support substrate, the III-V compound semiconductor substrate (for example, InP substrate) is removed as shown in FIG. Concentrated hydrochloric acid can be used to remove the InP substrate. Etching of the InP substrate stops at the InGaAs layer. Thereafter, as shown in FIG. 15B, the InGaAs layer is removed using another etchant (for example, a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide: pure water). After these selective etchings, the second waveguide structure is temporarily fixed to the support substrate upside down, so that the second waveguide structure is embedded in the temporary fixing material and the back surface of the second semiconductor layer of the second waveguide structure is Exposed. More specifically, the second waveguide mesa provided on the second semiconductor layer and the first groove and the second groove defining the second waveguide mesa are embedded in the temporary fixing material. By these steps, an intermediate product including a support substrate and a second waveguide product fixed to the support substrate, for example, a semiconductor element piece, is produced.

図16の(a)部に示されるように、この第2導波路生産物を第1導波路生産物に接合する。この接合に際して、ICPプラズマ発生装置を用いて、第1導波路生産物及び第2導波路生産物のプラズマ処理を行う。このプラズマ処理は、例えば励起されたN2プラズマを用いて行われる。このプラズマ処理としては、ガス圧0.3Pa及びICP励起電力300Wの条件を用いる。両生産物のためのプラズマ処理時間は例えば6分間である。プラズマ処理により、半導体表面を親水化させることができる。この親水化された半導体生産物同士を室温空気中で接触させる(例えば軽く圧接する)ことにより、両基板が接合される(これを仮接合と記す)。この仮接合の後に、加温したアセトン中に、仮接合された生産物を浸し、仮接合材料をアセトン中に溶解することにより、図16の(a)部に示されるように、仮固定されたサポート基板を取り外す。   As shown in part (a) of FIG. 16, this second waveguide product is joined to the first waveguide product. At the time of joining, plasma processing is performed on the first waveguide product and the second waveguide product using an ICP plasma generator. This plasma treatment is performed using, for example, excited N2 plasma. For this plasma treatment, conditions of gas pressure 0.3 Pa and ICP excitation power 300 W are used. The plasma treatment time for both products is for example 6 minutes. The semiconductor surface can be hydrophilized by plasma treatment. By bringing these hydrophilized semiconductor products into contact with each other in air at room temperature (for example, lightly press-contacting), both substrates are bonded (this is referred to as temporary bonding). After this temporary bonding, the temporarily bonded product is immersed in heated acetone, and the temporary bonding material is dissolved in acetone, thereby temporarily fixing as shown in part (a) of FIG. Remove the support board.

仮接合された生産物に熱処理を施して堅固に固着して、合体された基板生産物を形成する。この熱処理の温度は、例えば摂氏350度程度であり、この熱処理のためにホットプレートを用いることができ、熱処理時間は例えば2時間程度である。この熱処理することより、接合したエピ層(機能素子を含む)を堅固に固着できる。このようにして、半導体光導波路素子が作製される。   The temporarily bonded product is heat treated and firmly fixed to form a combined substrate product. The temperature of this heat treatment is, for example, about 350 degrees Celsius, a hot plate can be used for this heat treatment, and the heat treatment time is, for example, about 2 hours. By this heat treatment, the bonded epi layer (including the functional element) can be firmly fixed. In this way, a semiconductor optical waveguide device is manufactured.

本実施例において製作される半導体光導波路素子では、第1基板生産物における狭い導波路の幅WG1(N)及び第2導波路生産物における狭い導波路の幅W2(N)は共に2μm以下であり、シングルモード導波路の幅である。テーパ導波路の長さLtは450μmである。波長1.55μmの光をこれらの光導波路の結合部を伝搬させるとき、本実施例で示された層構造における透過率1を提供する光方向性結合器の結合長Lcは335μmである。したがって、透過率0.95以上を補償する導波路オフセットのトレランスは、広い幅の光導波路部分が335μmの長さを有する素子では、狭い導波路のまま導波路間を光が透過する場合の1.5μm×0.18=0.27μmから、8μm×0.18=1.44μmに改善される。また、広い光導波路部分の長さLcが335μm×1.14=381.9μmである素子では、透過率0.95以上を補償する導波路オフセットのトレランスは、1.5μm×0.18=0.27μmから8μm×0.25=2μmに増大される。   In the semiconductor optical waveguide device manufactured in this example, the narrow waveguide width WG1 (N) in the first substrate product and the narrow waveguide width W2 (N) in the second waveguide product are both 2 μm or less. Yes, the width of the single mode waveguide. The length Lt of the tapered waveguide is 450 μm. When light having a wavelength of 1.55 μm is propagated through the coupling portion of these optical waveguides, the coupling length Lc of the optical directional coupler that provides the transmittance 1 in the layer structure shown in the present embodiment is 335 μm. Therefore, the tolerance of the waveguide offset that compensates the transmittance of 0.95 or more is 1 in the case where light is transmitted between the waveguides while the narrow waveguide is used in an element having a wide optical waveguide portion having a length of 335 μm. It is improved from 5 μm × 0.18 = 0.27 μm to 8 μm × 0.18 = 1.44 μm. Further, in an element in which the length Lc of the wide optical waveguide portion is 335 μm × 1.14 = 381.9 μm, the tolerance of the waveguide offset for compensating the transmittance of 0.95 or more is 1.5 μm × 0.18 = 0. Increased from 27 μm to 8 μm × 0.25 = 2 μm.

次に、導波路オフセットが存在する場合に、下側の光導波路から上側の光導波路に移行した光が、テーパ状の部分を伝搬する場合について検討する。   Next, consider the case where light that has shifted from the lower optical waveguide to the upper optical waveguide propagates through the tapered portion when there is a waveguide offset.

方向性結合器部分が、作製時の位置合わせのオフセットがゼロではないことに起因して、上側の導波路に伝達される光が、導波路幅方向の電界分布に関して非対称になる。光導波路は厚さ0.6μmのInPクラッド層、0.4μm厚さのInGaAsP(λp=1.35μm)コア層を含み、光方向性結合器部における広い導波路幅WG1(W)、WG2(W)が8μm、上側の狭い幅の光導波路幅WG2(N)が2μmであり、テーパ導波路長Ltが450μmであり、導波路オフセット割合0.3であるとき、上側の導波路を伝達する導波光は、導波路オフセットに起因して、導波路の中央から外れて光強度のピークが位置する。光強度ピークは、派生した導波路オフセットの向きに依存して、導波路の中央から左右どちらかに偏りながらテーパ状の部分を伝搬するとともに、左右に振れていく。これは、オフセットの存在に起因して、上側の導波路構造における光導波路の屈折率分布が摂動を受けるので、導波路幅方向で左右対称の単峰性のモードに加えて、導波路幅方向で偶数個のピークを持つモードが方向性結合器で励振される。単峰性のモードと偶数個のピークを持つモードでは伝搬定数が異なるので、それらの重ね合わせで決まる伝搬光の光電界の分布が、導波路幅方向で左右に振れる。導波路幅方向に関して偶数個のピークを持つモードは、高次のモードであるため、幅広のテーパ導波路において導波路幅が狭くなるにつれて、高次モードの一部はカットオフとなり、カットオフのモードは導波路外に放射されて導波路ロスとなる。   The light transmitted to the upper waveguide is asymmetric with respect to the electric field distribution in the waveguide width direction due to the fact that the alignment offset during fabrication of the directional coupler portion is not zero. The optical waveguide includes an InP cladding layer having a thickness of 0.6 μm and an InGaAsP (λp = 1.35 μm) core layer having a thickness of 0.4 μm, and has a wide waveguide width WG1 (W), WG2 ( When W) is 8 μm, the upper narrow optical waveguide width WG2 (N) is 2 μm, the taper waveguide length Lt is 450 μm, and the waveguide offset ratio is 0.3, the upper waveguide is transmitted. Waveguide light has a peak of light intensity that deviates from the center of the waveguide due to the waveguide offset. The light intensity peak propagates in a tapered portion while being shifted to the left or right from the center of the waveguide depending on the direction of the derived waveguide offset, and swings to the left and right. This is because the refractive index distribution of the optical waveguide in the upper waveguide structure is perturbed due to the presence of the offset, so that in addition to the unimodal mode bilaterally symmetric in the waveguide width direction, the waveguide width direction A mode having an even number of peaks is excited by a directional coupler. Since the propagation constant differs between the unimodal mode and the mode having an even number of peaks, the distribution of the optical field of the propagating light determined by the superposition of these modes fluctuates left and right in the waveguide width direction. Since a mode having an even number of peaks in the waveguide width direction is a higher-order mode, as the waveguide width becomes narrower in a wide tapered waveguide, a part of the higher-order mode is cut off, and the cutoff The mode is radiated out of the waveguide and becomes a waveguide loss.

図17は、導波路層中のコア層厚とクラッド層厚を変化させて上下方向の結合係数κ(垂直)を変化させた各々の層構造について、導波路オフセット割合を変化させた場合に、透過率の低下の変化を、光導波路幅毎に示す図面である。横軸は、導波路オフセット割合が0の場合のκ(垂直)の値を示し、縦軸は透過率を示す。この構造において、透過率は導波路外に光の一部が放射されることにより低下する。   FIG. 17 shows a case where the waveguide offset ratio is changed for each layer structure in which the core layer thickness and the cladding layer thickness in the waveguide layer are changed to change the vertical coupling coefficient κ (vertical). It is drawing which shows the change of the fall of the transmittance | permeability for every optical waveguide width | variety. The horizontal axis indicates the value of κ (vertical) when the waveguide offset ratio is 0, and the vertical axis indicates the transmittance. In this structure, the transmittance is reduced when a part of the light is emitted outside the waveguide.

上側の光導波路構造において狭い幅の導波路幅WG2(N)は2μmである。透過率が1であるとき光学ロスなく伝搬されることを示し、透過率が小さいほどテーパ導波路における光学ロスが大きいことを示す。   In the upper optical waveguide structure, the narrow waveguide width WG2 (N) is 2 μm. When the transmittance is 1, it indicates that the light is propagated without an optical loss, and as the transmittance is smaller, the optical loss in the tapered waveguide is larger.

導波路幅毎、結合係数κが大きくなるにつれて、上側の導波路が下側の導波路から受ける屈折率分布の摂動が大きくなる。このとき、透過率が小さいことは、高次モードが励振されやすくなることを示している。図17に示されるように、透過率0.95を確実に与えるために必要な結合係数κは導波路幅が大きいほど小さく、導波路幅W(透過率0.95)は、導波路幅4μm、6μm、8μm、10μmについて、それぞれ、105cm−1、67.5cm−1, 45cm−1,30cm−1である。光導波路の幅が狭いほど、高次モードが励振されにくくなるので、高いκ値までテーパ部における光学ロスなく伝搬できることを示している。 As the coupling coefficient κ increases for each waveguide width, the perturbation of the refractive index distribution that the upper waveguide receives from the lower waveguide increases. At this time, the low transmittance indicates that the higher-order mode is easily excited. As shown in FIG. 17, the coupling coefficient κ required to reliably provide the transmittance of 0.95 decreases as the waveguide width increases, and the waveguide width W (transmittance of 0.95) is 4 μm. , 6 μm, 8 μm, and 10 μm are 105 cm −1 , 67.5 cm −1 , 45 cm −1 , and 30 cm −1 , respectively. As the width of the optical waveguide is narrower, higher-order modes are less likely to be excited, and therefore, it is possible to propagate up to a high κ value without optical loss in the tapered portion.

この説明から、結合係数κ(垂直)の値は直接、光方向性結合器部分で透過率1を与える光導波路長(結合長z)に変換できる(κz=π/2のとき透過率1を与えることより結合長はπ/2κとなる)。この具体例では、図18に示されるように、結合係数κ=105cm−1、67.5cm−1, 45cm−1,30cm−1に対して、光方向性結合器部分の結合長は、149.6μm、232.7μm、349.1μm、523μmになる。この関係は、この具体例では導波路幅x(μm)の関するとして、結合長yμmは、以下の関係式で表される。
y=5.7139x−18.077x+131.73。
導波路幅xに対し、光方向性結合器部分の結合長が上式で与えられる以上の結合長となるように、導波路層中のコア層厚とクラッド層厚を適宜選ぶことにより、テーパ部における光学ロスなく伝搬できることになる。本実施の形態に係る半導体光導波路素子によれば、光方向性結合器部での導波路オフセットマージン拡大を図りながらテーパ部での逸散ロスを低減可能な構造を提供できる。
From this explanation, the value of the coupling coefficient κ (vertical) can be directly converted into the optical waveguide length (coupling length z) that gives the transmittance 1 at the optical directional coupler portion (the transmittance 1 when κz = π / 2). The bond length is π / 2κ. In this embodiment, as shown in FIG. 18, the coupling coefficient κ = 105cm -1, 67.5cm -1, 45cm -1, relative to 30 cm -1, coupling length of the optical directional coupler moiety, 149 .6 μm, 232.7 μm, 349.1 μm, and 523 μm. In this specific example, this relationship relates to the waveguide width x (μm), and the coupling length y μm is expressed by the following relational expression.
y = 5.7139x < 2 > -18.077x + 131.73.
By appropriately selecting the core layer thickness and the clad layer thickness in the waveguide layer so that the coupling length of the optical directional coupler portion is greater than that given by the above equation with respect to the waveguide width x, the taper It is possible to propagate without optical loss in the part. According to the semiconductor optical waveguide device according to the present embodiment, it is possible to provide a structure capable of reducing the dissipation loss at the tapered portion while increasing the waveguide offset margin at the optical directional coupler portion.

以上説明したように、本実施の形態によれば、縦型の光方向性結合器を構成する半導体光導波路同士の幅方向の位置ズレが大きくても、光導波路間の透過率の減少が少ない光方向性結合器を実現できる。また本実施の形態によれば、テーパ光導波路部分での光逸散の少ない光導波路構成をとることができる。   As described above, according to this embodiment, even if the positional deviation in the width direction between the semiconductor optical waveguides constituting the vertical optical directional coupler is large, the decrease in the transmittance between the optical waveguides is small. An optical directional coupler can be realized. Further, according to the present embodiment, it is possible to adopt an optical waveguide configuration with little light dissipation at the tapered optical waveguide portion.

図19は、本実施の形態に係る半導体光導波路素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。理解を容易にするために、可能な場合には、図11〜図16に示された工程の模式断面を参照すると共に、図1及び図2に付された参照符号を用いる。   FIG. 19 is a drawing showing main steps in the method of manufacturing the semiconductor optical waveguide device according to the present embodiment. For ease of understanding, reference is made to the schematic cross sections of the steps shown in FIGS. 11 to 16 and reference numerals attached to FIGS. 1 and 2 when possible.

工程S101では、支持基板13を準備する(図11の(a)部〜(d)部)。支持基板13は、第1軸Ax1の方向に配置された第1部分13a、第2部分13b及び第3部分13cを含み、また第1軸Ax1の方向に延在する溝19aと該溝19aを規定する第1テラス19b及び第2テラス19cとを有する。   In step S101, the support substrate 13 is prepared (part (a) to (d) in FIG. 11). The support substrate 13 includes a first portion 13a, a second portion 13b, and a third portion 13c arranged in the direction of the first axis Ax1, and includes a groove 19a extending in the direction of the first axis Ax1 and the groove 19a. The first terrace 19b and the second terrace 19c are defined.

工程S102では、導波路構造のための第1半導体積層SS1を第1基板(図12の(a)部に示されたInP基板)上に備える第1エピタキシャル基板E1を準備する。   In step S102, a first epitaxial substrate E1 including a first semiconductor multilayer SS1 for a waveguide structure on a first substrate (InP substrate shown in FIG. 12A) is prepared.

工程S103では、第1エピタキシャル基板E1の第1半導体積層SS1を支持基板の第1テラス19b及び第2テラス19bが支持するように、第1エピタキシャル基板E1の第1半導体積層SS1を支持基板に接合する(図12の(a)部)。   In step S103, the first semiconductor stack SS1 of the first epitaxial substrate E1 is bonded to the support substrate so that the first terrace 19b and the second terrace 19b of the support substrate support the first semiconductor stack SS1 of the first epitaxial substrate E1. (Part (a) in FIG. 12).

工程S104では、第1エピタキシャル基板E1の第1半導体積層SS1を支持基板に接合した後に、第1エピタキシャル基板E1から第1基板(図12の(a)部に示されたInP基板)を除去する(図12の(b)部及び(c)部)。   In step S104, after bonding the first semiconductor stack SS1 of the first epitaxial substrate E1 to the support substrate, the first substrate (InP substrate shown in FIG. 12A) is removed from the first epitaxial substrate E1. (Part (b) and (c) of FIG. 12).

工程S105では、第1エピタキシャル基板E1から第1基板を除去した後に、第1半導体積層SS1を加工して、支持基板の第1テラス19b及び第2テラス19cに支持された第1半導体層21aと該第1半導体層21a上に設けられた第1導波路メサ21bとを含む第1導波路構造15を含む第1基板生産物を形成する(図12の(b)部及び(c)部並びに図13の(a)部及び(b)部)。第1導波路構造15は、基板13の第1部分13a、第2部分13b及び第3部分13c上にそれぞれ設けられた第1部分15a、第2部分15b及び第3部分15cを含む。第1導波路構造15の第1導波路メサ21bは基板13の第2部分13b及び第3部分13c上にそれぞれ設けられた第12導波路メサ部21g及び第13導波路メサ部21hを含む。第12導波路メサ21g部の幅は第13導波路メサ部21hの幅より大きい。基板13及び第1導波路構造15の間の位置合わせに関しては、第1導波路メサ21bの第12導波路メサ部21gの延在方向は、基板13の第2部分13bにおいて溝19aの延在方向に合わせされている。   In step S105, after removing the first substrate from the first epitaxial substrate E1, the first semiconductor stacked layer SS1 is processed, and the first semiconductor layer 21a supported on the first terrace 19b and the second terrace 19c of the support substrate A first substrate product including a first waveguide structure 15 including a first waveguide mesa 21b provided on the first semiconductor layer 21a is formed (portions (b) and (c) in FIG. 12 and (A) part and (b) part of Drawing 13). The first waveguide structure 15 includes a first portion 15a, a second portion 15b, and a third portion 15c provided on the first portion 13a, the second portion 13b, and the third portion 13c of the substrate 13, respectively. The first waveguide mesa 21b of the first waveguide structure 15 includes a twelfth waveguide mesa portion 21g and a thirteenth waveguide mesa portion 21h provided on the second portion 13b and the third portion 13c of the substrate 13, respectively. The width of the twelfth waveguide mesa 21g is larger than the width of the thirteenth waveguide mesa 21h. Regarding the alignment between the substrate 13 and the first waveguide structure 15, the extending direction of the twelfth waveguide mesa portion 21g of the first waveguide mesa 21b is the extension of the groove 19a in the second portion 13b of the substrate 13. It is aligned with the direction.

工程S106では、導波路構造のための第2半導体積層SS2を第2基板上に備える第2エピタキシャル基板E2を準備する(図14の(a)部)。   In step S106, a second epitaxial substrate E2 including the second semiconductor multilayer SS2 for the waveguide structure on the second substrate is prepared (part (a) of FIG. 14).

工程S107では、第1導波路構造15の第1テラス21c及び第2テラス21dに支持された第2半導体層23aと該第2半導体層23a上に設けられた第2導波路メサ23bとを含む第2導波路構造17を第2エピタキシャル基板E2から形成して、支持基板13、第1導波路構造15及び第2導波路構造17の第2軸の方向に関する配列を形成する(図16の(b)部)。第2エピタキシャル基板E2を加工して、第2半導体積層SS2から第2導波路構造17を形成するので、第2導波路構造17は第2半導体積層SS2から作製される。第2導波路構造17は、第1導波路構造15の第1部分15a及び第2部分15b上にそれぞれ設けられた第1部分17a及び第2部分17bを含む。第2導波路構造17の第2導波路メサ21bは、第1導波路構造15の第1部分15a及び第2部分15b上にそれぞれ設けられた第21導波路メサ部23h及び第22導波路メサ部23gを含む。第22導波路メサ部23gの幅は第21導波路メサ部23hの幅より大きい。第1導波路構造15及び第2導波路構造17の間の位置合わせに関しては、第2導波路メサ23bの第22導波路メサ部23gの延在方向は、第1導波路メサ21bの第12導波路メサ部21gの延在方向に合わせされている。   Step S107 includes a second semiconductor layer 23a supported by the first terrace 21c and the second terrace 21d of the first waveguide structure 15, and a second waveguide mesa 23b provided on the second semiconductor layer 23a. The second waveguide structure 17 is formed from the second epitaxial substrate E2, and the support substrate 13, the first waveguide structure 15 and the second waveguide structure 17 are arranged in the direction of the second axis (FIG. 16 ( b) part). Since the second waveguide structure 17 is formed from the second semiconductor multilayer SS2 by processing the second epitaxial substrate E2, the second waveguide structure 17 is fabricated from the second semiconductor multilayer SS2. The second waveguide structure 17 includes a first portion 17a and a second portion 17b provided on the first portion 15a and the second portion 15b of the first waveguide structure 15, respectively. The second waveguide mesa 21b of the second waveguide structure 17 includes a twenty-first waveguide mesa portion 23h and a twenty-second waveguide mesa provided on the first portion 15a and the second portion 15b of the first waveguide structure 15, respectively. Part 23g. The width of the 22nd waveguide mesa portion 23g is larger than the width of the 21st waveguide mesa portion 23h. Regarding the alignment between the first waveguide structure 15 and the second waveguide structure 17, the extending direction of the 22nd waveguide mesa portion 23g of the second waveguide mesa 23b is the twelfth of the first waveguide mesa 21b. It is matched with the extending direction of the waveguide mesa portion 21g.

本実施の形態に係る好適な実施例では、第1導波路構造15及び第2導波路構造17の作製に先立って、工程S108において、作製されるべき第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gの長さに関して、基準長を見積もる。この基準長は、第1軸Ax1及び第2軸Ax2に交差する第3軸Ax3の方向に関して第1導波路構造15及び第2導波路構造17の一方が他方に対して軸ずれしていないときに第1導波路構造15及び第2導波路構造17の一方から他方への光の透過率が1になる長さとして規定される。第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gの長さは基準長より長い。この見積もりにより、上記の軸ずれがゼロより大きいときに、ある軸ズレの範囲において、軸ズレに起因する透過率の減少を、上記の基準長に対して延在された部分を含む第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gを用いることにより補償できるようになる。   In a preferred example according to the present embodiment, prior to the production of the first waveguide structure 15 and the second waveguide structure 17, in step S108, the twelfth waveguide mesa part 21g and the twenty-second waveguide to be produced. A reference length is estimated for the length of the waveguide mesa portion 23g. This reference length is determined when one of the first waveguide structure 15 and the second waveguide structure 17 is not shifted from the other axis with respect to the direction of the third axis Ax3 intersecting the first axis Ax1 and the second axis Ax2. Is defined as a length at which the transmittance of light from one of the first waveguide structure 15 and the second waveguide structure 17 to 1 is 1. The lengths of the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g are longer than the reference length. According to this estimation, when the above-described axial deviation is larger than zero, a decrease in the transmittance due to the axial deviation in a certain axial deviation range is caused by the twelfth guide including the portion extended with respect to the above-mentioned reference length. Compensation can be achieved by using the waveguide mesa portion 21g and the 22nd waveguide mesa portion 23g.

工程S107(第2導波路構造17を第2エピタキシャル基板E2から形成する工程)は、以下の工程を含むことができる。工程S109では、第2エピタキシャル基板E2を加工して、第2導波路構造17を含む第1半導体生産物を形成する(図14の(a)部〜(c)部)。工程S110では、この第1半導体生産物を支持体(サポート基板)に固定して、第2半導体生産物を形成する(図14の(d)部)。工程S111では、この第2半導体生産物から第2基板(図14の(d)部に示されたInP基板)を除去して第2半導体層23aを露出させて、第3半導体生産物を形成する(図15の(a)部及び(b)部)。工程S112では、この第3半導体生産物の第2半導体層23aが第1導波路構造15の第1テラス21c及び第2テラス21dに支持されるように、第2導波路構造17を第1導波路構造15に貼り合わせて、第3基板生産物を形成する(図16の(a)部)。工程S113では、この第3基板生産物から支持体(サポート基板及び仮固定材)を除去する(図16の(b)部)。本作製方法を用いて、方向性結合器を作製するときには、第12導波路メサ部21g及び第22導波路メサ部23gの少なくともいずか一方が端部を有するように、第1導波路構造15及び/又は第2導波路構造17を作製することができる。   Step S107 (a step of forming the second waveguide structure 17 from the second epitaxial substrate E2) can include the following steps. In step S109, the second epitaxial substrate E2 is processed to form a first semiconductor product including the second waveguide structure 17 (parts (a) to (c) in FIG. 14). In step S110, the first semiconductor product is fixed to a support (support substrate) to form a second semiconductor product (part (d) of FIG. 14). In step S111, the second substrate (InP substrate shown in FIG. 14D) is removed from the second semiconductor product to expose the second semiconductor layer 23a, thereby forming a third semiconductor product. (Parts (a) and (b) in FIG. 15). In step S112, the second waveguide structure 17 is first guided so that the second semiconductor layer 23a of the third semiconductor product is supported by the first terrace 21c and the second terrace 21d of the first waveguide structure 15. A third substrate product is formed by bonding to the waveguide structure 15 (part (a) of FIG. 16). In step S113, the support (support substrate and temporary fixing material) is removed from the third substrate product (part (b) of FIG. 16). When a directional coupler is manufactured using this manufacturing method, the first waveguide structure is formed such that at least one of the twelfth waveguide mesa portion 21g and the twenty-second waveguide mesa portion 23g has an end portion. 15 and / or the second waveguide structure 17 can be made.

本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment.

以上説明したように、本実施の形態によれば、位置合わせされる2つの光導波路の幅方向の位置ズレを補償できる構造を有する半導体光導波路素子を提供できる。また、本実施の形態によれば、この半導体光導波路素子を作製する方法を提供できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor optical waveguide device having a structure capable of compensating for a positional deviation in the width direction between two optical waveguides to be aligned. Moreover, according to this Embodiment, the method of producing this semiconductor optical waveguide element can be provided.

11…半導体光導波路素子、13…基板、13a…第1部分、13b…第2部分、13c…第3部分、13d…基板主面、15…第1導波路構造、15a…第1部分、15b…第2部分、15c…第3部分、17…第2導波路構造、17a…第1部分、17b…第2部分、17c…第3部分、19a…溝、19b、19c…テラス、21a…第1半導体層、21b…第1導波路メサ、21c…第1テラス、21d…第2テラス、21e…第1溝、21f…第2溝、21g…第12導波路メサ部、21h…第13導波路メサ部、23a…第2半導体層、23b…第2導波路メサ、23c…第1テラス、23d…第2テラス、23e…第1溝、23f…第2溝、23g…第22導波路メサ部、23h…第21導波路メサ部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor optical waveguide element, 13 ... Board | substrate, 13a ... 1st part, 13b ... 2nd part, 13c ... 3rd part, 13d ... Substrate main surface, 15 ... 1st waveguide structure, 15a ... 1st part, 15b 2nd part, 15c ... 3rd part, 17 ... 2nd waveguide structure, 17a ... 1st part, 17b ... 2nd part, 17c ... 3rd part, 19a ... Groove, 19b, 19c ... Terrace, 21a ... 1st DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor layer, 21b ... 1st waveguide mesa, 21c ... 1st terrace, 21d ... 2nd terrace, 21e ... 1st groove | channel, 21f ... 2nd groove | channel, 21g ... 12th waveguide mesa part, 21h ... 13th conductor Waveguide mesa, 23a ... second semiconductor layer, 23b ... second waveguide mesa, 23c ... first terrace, 23d ... second terrace, 23e ... first groove, 23f ... second groove, 23g ... 22nd waveguide mesa Part, 23h... 21st waveguide mesa part.

Claims (12)

半導体光導波路素子であって、
第1軸の方向に配列された第1部分、第2部分及び第3部分を含み、前記第1軸の方向に延在する溝と該溝を規定する第1テラス及び第2テラスとを有する基板と、
前記基板の主面上に設けられた第1導波路構造と、
前記基板の前記主面上に設けられた第2導波路構造と、
を備え、
前記第1導波路構造は、前記基板の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持された第1半導体層と、該第1半導体層上に設けられた第1導波路メサとを含み、
前記第2導波路構造は、前記第1導波路構造の第1テラス及び第2テラスに支持された第2半導体層と、該第2半導体層上に設けられた第2導波路メサとを含み、
前記第1導波路構造は、前記基板の前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第1部分、第2部分及び第3部分を含み、
前記第2導波路構造は、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第1部分及び第2部分を含み、
前記第1導波路構造の前記第1導波路メサは、前記基板の前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第12導波路メサ部及び第13導波路メサ部を含み、前記第12導波路メサ部の幅は前記第13導波路メサ部の幅より大きく、
前記第2導波路構造の前記第2導波路メサは、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第21導波路メサ部及び第22導波路メサ部を含み、前記第22導波路メサ部の幅は前記第21導波路メサ部の幅より大きく、
前記基板の前記第2部分において、前記溝、前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部は、前記基板の前記主面に交差する第2軸の方向に配列されている、半導体光導波路素子。
A semiconductor optical waveguide element,
A first portion, a second portion, and a third portion arranged in the direction of the first axis, the groove extending in the direction of the first axis, and the first terrace and the second terrace that define the groove. A substrate,
A first waveguide structure provided on a main surface of the substrate;
A second waveguide structure provided on the main surface of the substrate;
With
The first waveguide structure includes a first semiconductor layer supported on the first terrace and the second terrace of the substrate, and a first waveguide mesa provided on the first semiconductor layer,
The second waveguide structure includes a first terrace of the first waveguide structure, a second semiconductor layer supported on the second terrace, and a second waveguide mesa provided on the second semiconductor layer. ,
The first waveguide structure includes a first portion, a second portion, and a third portion provided on the first portion, the second portion, and the third portion of the substrate, respectively.
The second waveguide structure includes a first part and a second part respectively provided on the first part and the second part of the first waveguide structure;
The first waveguide mesa of the first waveguide structure includes a twelfth waveguide mesa portion and a thirteenth waveguide mesa portion provided on the second portion and the third portion of the substrate, respectively. The width of the twelfth waveguide mesa portion is larger than the width of the thirteenth waveguide mesa portion,
The second waveguide mesa of the second waveguide structure includes a twenty-first waveguide mesa portion and a twenty-second waveguide mesa portion provided on the first portion and the second portion of the first waveguide structure, respectively. And the width of the 22nd waveguide mesa portion is larger than the width of the 21st waveguide mesa portion,
In the second portion of the substrate, the groove, the twelfth waveguide mesa portion, and the twenty-second waveguide mesa portion are arranged in a direction of a second axis that intersects the main surface of the substrate. Optical waveguide element.
前記第1導波路構造は前記基板に接合されており、
前記第2導波路構造は前記第1導波路構造に接合されており、
前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部のいずか一方は端部を有する、請求項1に記載された半導体光導波路素子。
The first waveguide structure is bonded to the substrate;
The second waveguide structure is joined to the first waveguide structure;
2. The semiconductor optical waveguide device according to claim 1, wherein one of the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion has an end portion.
前記第1導波路メサは、前記第12導波路メサ部と前記第13導波路メサ部との間に設けられた第1テーパ導波路部を含み、
前記第12導波路メサ部は終端する、請求項1又は請求項2に記載された半導体光導波路素子。
The first waveguide mesa includes a first taper waveguide portion provided between the twelfth waveguide mesa portion and the thirteenth waveguide mesa portion;
The semiconductor optical waveguide device according to claim 1, wherein the twelfth waveguide mesa portion is terminated.
前記第2導波路メサは、前記第21導波路メサ部と前記第22導波路メサ部との間に設けられた第2テーパ導波路部を含み、
前記第22導波路メサ部は終端する、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された半導体光導波路素子。
The second waveguide mesa includes a second tapered waveguide portion provided between the twenty-first waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion,
The semiconductor optical waveguide device according to any one of claims 1 to 3, wherein the 22nd waveguide mesa portion is terminated.
前記第12導波路メサ部の幅は前記第22導波路メサ部の幅に実質的に等しい、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された半導体光導波路素子。   5. The semiconductor optical waveguide device according to claim 1, wherein a width of the twelfth waveguide mesa portion is substantially equal to a width of the twenty-second waveguide mesa portion. 6. 前記第12導波路メサ部は前記第1導波路構造の前記第2部分の一端から他端まで延在し、
前記第22導波路メサ部は前記第2導波路構造の前記第2部分の一端から他端まで延在し、
前記第1導波路構造の前記第2部分の長さは基準長より長く、
前記第2導波路構造の前記第2部分の長さは基準長より長く、
前記基準長は、前記第1軸及び前記第2軸に交差する第3軸の方向に関して前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方が他方に対して軸ずれしていないときに前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方から他方への光の透過率が1になる長さである、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された半導体光導波路素子。
The twelfth waveguide mesa portion extends from one end to the other end of the second portion of the first waveguide structure;
The 22nd waveguide mesa portion extends from one end to the other end of the second portion of the second waveguide structure;
A length of the second portion of the first waveguide structure is longer than a reference length;
A length of the second portion of the second waveguide structure is longer than a reference length;
The reference length is determined when one of the first waveguide structure and the second waveguide structure is not misaligned with respect to the other in the direction of the third axis intersecting the first axis and the second axis. 6. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the semiconductor optical waveguide has a length that allows a light transmittance from one of the first waveguide structure and the second waveguide structure to be one. Waveguide element.
前記第13導波路メサ部はシングルモード導波路であり、
前記第12導波路メサ部は4μm以上である、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された半導体光導波路素子。
The thirteenth waveguide mesa portion is a single mode waveguide,
The semiconductor optical waveguide device according to claim 1, wherein the twelfth waveguide mesa portion is 4 μm or more.
前記第21導波路メサ部はシングルモード導波路であり、
前記第22導波路メサ部は4μm以上である、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された半導体光導波路素子。
The twenty-first waveguide mesa portion is a single mode waveguide;
The semiconductor optical waveguide device according to claim 1, wherein the 22nd waveguide mesa portion is 4 μm or more.
前記第1半導体層はInPを備え、
前記第1導波路メサは、光導波路のコアのためのInGaAsPを備え、
前記第2半導体層はInPを備え、
前記第2導波路メサは光導波路のコアのためのInGaAsPを備える、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された半導体光導波路素子。
The first semiconductor layer comprises InP;
The first waveguide mesa comprises InGaAsP for the core of the optical waveguide;
The second semiconductor layer comprises InP;
The semiconductor optical waveguide device according to claim 1, wherein the second waveguide mesa includes InGaAsP for a core of the optical waveguide.
半導体光導波路素子を作製する方法であって、
第1軸の方向に配置された第1部分、第2部分及び第3部分を含み、前記第1軸の方向に延在する溝と該溝を規定する第1テラス及び第2テラスとを有する支持基板を準備する工程と、
導波路構造のための第1半導体積層を第1基板上に備える第1エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記第1エピタキシャル基板の前記第1半導体積層を前記支持基板の前記第1テラス及び前記第2テラスが支持するように、前記第1エピタキシャル基板の前記第1半導体積層を前記支持基板に接合する工程と、
前記第1エピタキシャル基板の前記第1半導体積層を前記支持基板に接合した後に、前記第1エピタキシャル基板から前記第1基板を除去する工程と、
前記第1エピタキシャル基板から前記第1基板を除去した後に、前記第1半導体積層を加工して、前記支持基板の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持された第1半導体層と該第1半導体層上に設けられた第1導波路メサとを含む第1導波路構造を含む第1基板生産物を形成する工程と、
導波路構造のための第2半導体積層を第2基板上に備える第2エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記第1導波路構造の第1テラス及び第2テラスに支持された第2半導体層と該第2半導体層上に設けられた第2導波路メサとを含む第2導波路構造を前記第2エピタキシャル基板から形成して、前記支持基板、前記第2導波路構造及び前記第2導波路構造の第2軸の方向に関する配列を形成する工程と、
を備え、
前記第2導波路構造は前記第2半導体積層から作製され、
前記第1導波路構造は、前記基板の前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第1部分、第2部分及び第3部分を含み、
前記第2導波路構造は、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第1部分及び第2部分を含み、
前記第1導波路構造の前記第1導波路メサは、前記基板の前記第2部分及び前記第3部分上にそれぞれ設けられた第12導波路メサ部及び第13導波路メサ部を含み、前記第12導波路メサ部の幅は前記第13導波路メサ部の幅より大きく、
前記第2導波路構造の前記第2導波路メサは、前記第1導波路構造の前記第1部分及び前記第2部分上にそれぞれ設けられた第21導波路メサ部及び第22導波路メサ部を含み、前記第22導波路メサ部の幅は前記第21導波路メサ部の幅より大きく、
前記第1導波路メサの前記第12導波路メサ部の延在方向は、前記支持基板の前記第2部分において前記溝の延在方向に合わせされており、前記第2導波路メサの前記第22導波路メサ部の延在方向は、前記第1導波路メサの前記第12導波路メサ部の延在方向に合わせされている、半導体光導波路素子を作製する方法。
A method for producing a semiconductor optical waveguide device, comprising:
A first portion, a second portion, and a third portion that are disposed in the direction of the first axis, and each includes a groove that extends in the direction of the first axis, and a first terrace and a second terrace that define the groove. Preparing a support substrate;
Providing a first epitaxial substrate comprising a first semiconductor stack for a waveguide structure on a first substrate;
Bonding the first semiconductor stack of the first epitaxial substrate to the support substrate such that the first terrace and the second terrace of the support substrate support the first semiconductor stack of the first epitaxial substrate. When,
Removing the first substrate from the first epitaxial substrate after bonding the first semiconductor stack of the first epitaxial substrate to the support substrate;
After removing the first substrate from the first epitaxial substrate, the first semiconductor stack is processed to form a first semiconductor layer supported on the first terrace and the second terrace of the support substrate and the first semiconductor layer. Forming a first substrate product including a first waveguide structure including a first waveguide mesa provided on the semiconductor layer;
Providing a second epitaxial substrate comprising a second semiconductor stack for a waveguide structure on a second substrate;
A second waveguide structure including a second semiconductor layer supported on the first terrace and the second terrace of the first waveguide structure, and a second waveguide mesa provided on the second semiconductor layer is provided in the second waveguide structure. Forming an array with respect to the direction of the second axis of the support substrate, the second waveguide structure and the second waveguide structure, formed from an epitaxial substrate;
With
The second waveguide structure is fabricated from the second semiconductor stack;
The first waveguide structure includes a first portion, a second portion, and a third portion provided on the first portion, the second portion, and the third portion of the substrate, respectively.
The second waveguide structure includes a first part and a second part respectively provided on the first part and the second part of the first waveguide structure;
The first waveguide mesa of the first waveguide structure includes a twelfth waveguide mesa portion and a thirteenth waveguide mesa portion provided on the second portion and the third portion of the substrate, respectively. The width of the twelfth waveguide mesa portion is larger than the width of the thirteenth waveguide mesa portion,
The second waveguide mesa of the second waveguide structure includes a twenty-first waveguide mesa portion and a twenty-second waveguide mesa portion provided on the first portion and the second portion of the first waveguide structure, respectively. And the width of the 22nd waveguide mesa portion is larger than the width of the 21st waveguide mesa portion,
The extending direction of the twelfth waveguide mesa portion of the first waveguide mesa is aligned with the extending direction of the groove in the second portion of the support substrate, and the second waveguide mesa has the first extending direction. 22. A method of manufacturing a semiconductor optical waveguide device, wherein an extending direction of a 22 waveguide mesa portion is matched with an extending direction of the twelfth waveguide mesa portion of the first waveguide mesa.
前記配列を形成する前記工程では、
前記第2エピタキシャル基板を加工して、前記第2導波路構造を含む第1半導体生産物を形成する工程と、
前記第1半導体生産物を支持体に固定して、第2半導体生産物を形成する工程と、
前記第2半導体生産物から前記第2基板を除去して前記第2半導体層を露出させて、第3半導体生産物を形成する工程と、
前記第3半導体生産物の前記第2半導体層が前記第1導波路構造の前記第1テラス及び前記第2テラスに支持されるように、前記第2導波路構造を前記第1導波路構造に貼り合わせて、第3基板生産物を形成する工程と、
前記第3基板生産物から前記支持体を除去する工程と、
を含み、
前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部のいずか一方は端部を有する、請求項10に記載された半導体光導波路素子を作製する方法。
In the step of forming the array,
Processing the second epitaxial substrate to form a first semiconductor product including the second waveguide structure;
Fixing the first semiconductor product to a support to form a second semiconductor product;
Removing the second substrate from the second semiconductor product to expose the second semiconductor layer to form a third semiconductor product;
The second waveguide structure is changed to the first waveguide structure so that the second semiconductor layer of the third semiconductor product is supported by the first terrace and the second terrace of the first waveguide structure. Bonding and forming a third substrate product;
Removing the support from the third substrate product;
Including
The method of manufacturing a semiconductor optical waveguide device according to claim 10, wherein one of the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion has an end portion.
前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部の長さに関して、基準長を見積もる工程を更に備え、
前記基準長は、前記第1軸及び前記第2軸に交差する第3軸の方向に関して前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方が他方に対して軸ずれしていないときに前記第1導波路構造及び前記第2導波路構造の一方から他方への光の透過率が1になる長さであり、
前記第12導波路メサ部及び前記第22導波路メサ部の長さは基準長より長い、請求項10又は請求項11に記載された半導体光導波路素子を作製する方法。
A step of estimating a reference length for the lengths of the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion;
The reference length is determined when one of the first waveguide structure and the second waveguide structure is not misaligned with respect to the other in the direction of the third axis intersecting the first axis and the second axis. A length at which the transmittance of light from one of the first waveguide structure and the second waveguide structure to one is 1,
12. The method of manufacturing a semiconductor optical waveguide device according to claim 10, wherein lengths of the twelfth waveguide mesa portion and the twenty-second waveguide mesa portion are longer than a reference length.
JP2013006427A 2013-01-17 2013-01-17 Semiconductor optical waveguide element and method for manufacturing semiconductor optical waveguide element Pending JP2014137492A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013006427A JP2014137492A (en) 2013-01-17 2013-01-17 Semiconductor optical waveguide element and method for manufacturing semiconductor optical waveguide element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013006427A JP2014137492A (en) 2013-01-17 2013-01-17 Semiconductor optical waveguide element and method for manufacturing semiconductor optical waveguide element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014137492A true JP2014137492A (en) 2014-07-28

Family

ID=51415021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013006427A Pending JP2014137492A (en) 2013-01-17 2013-01-17 Semiconductor optical waveguide element and method for manufacturing semiconductor optical waveguide element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014137492A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016212415A (en) * 2015-05-05 2016-12-15 華為技術有限公司Huawei Technologies Co.,Ltd. Optical coupling scheme
JP2017211550A (en) * 2016-05-26 2017-11-30 住友電気工業株式会社 Mach-zehnder modulator and method for fabricating mach-zehnder modulator
JP2019518987A (en) * 2016-05-16 2019-07-04 フィニサー コーポレイション Thermally coupled optical system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016212415A (en) * 2015-05-05 2016-12-15 華為技術有限公司Huawei Technologies Co.,Ltd. Optical coupling scheme
JP2019518987A (en) * 2016-05-16 2019-07-04 フィニサー コーポレイション Thermally coupled optical system
JP2017211550A (en) * 2016-05-26 2017-11-30 住友電気工業株式会社 Mach-zehnder modulator and method for fabricating mach-zehnder modulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102059891B1 (en) Integrated waveguide coupler
US10191217B2 (en) Structure for coupling a photonic circuit to an external device
US20150043867A1 (en) Semiconductor optical device and method for manufacturing semiconductor optical device
US20050185889A1 (en) Polarization insensitive semiconductor optical amplifier
JP5681277B2 (en) Optical grating coupler
JP2010263153A (en) Semiconductor integrated optical device, and method of making the same
US9742150B1 (en) Optical amplifier devices and silicon photonic circuit devices comprising such optical amplifier devices
US20170214216A1 (en) Hybrid semiconductor lasers
WO2012114866A1 (en) Spot size converter and manufacturing method thereof
CN210123485U (en) Silicon-based optical coupling structure and silicon-based monolithic integrated optical device
US9435950B2 (en) Semiconductor optical device
US20140328363A1 (en) Ridge waveguide semiconductor laser diode and method for manufacturing the same
JP6206247B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4857702B2 (en) Manufacturing method of integrated optical semiconductor device
JP2014137492A (en) Semiconductor optical waveguide element and method for manufacturing semiconductor optical waveguide element
JP2006091880A (en) Method and apparatus for low parasitic capacitance butt-joint passive waveguide connected to active structure
US11888290B2 (en) Supermode filtering waveguide emitters
JP2009021454A (en) Semiconductor optical element
US8948224B2 (en) Semiconductor laser device and method of fabricating the same
JP5730702B2 (en) Optical element manufacturing method and optical element
JP6156161B2 (en) Optical semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2016164945A (en) Integrated type semiconductor optical device
WO2020146279A1 (en) Quantum dot slab-coupled optical waveguide emitters
CN112180502A (en) Silicon-based optical coupling structure, silicon-based monolithic integrated optical device and manufacturing method thereof
WO2024100782A1 (en) Optical integrated device and optical integrated device manufacturing method