JP3278591B2 - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JP3278591B2 JP3278591B2 JP22142197A JP22142197A JP3278591B2 JP 3278591 B2 JP3278591 B2 JP 3278591B2 JP 22142197 A JP22142197 A JP 22142197A JP 22142197 A JP22142197 A JP 22142197A JP 3278591 B2 JP3278591 B2 JP 3278591B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、曲線受動光導波路
の曲率半径の微小化に適した光導波路に関する。
の曲率半径の微小化に適した光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日光ファイバーを用いた光通信技術
は、大容量高速伝送を実現する技術として発展してい
る。この光通信技術を支える様々な種類の光集積素子の
うち、半導体受動光導波路は光通信技術のキーデバイス
として研究開発が行われている。
は、大容量高速伝送を実現する技術として発展してい
る。この光通信技術を支える様々な種類の光集積素子の
うち、半導体受動光導波路は光通信技術のキーデバイス
として研究開発が行われている。
【０００３】この受動光導波路は、特に光に信号を乗せ
て情報を伝搬させる場合、シングルモード条件を満た
す、あるいは、擬似的にシングルモード導波路となるよ
うに、その導波路構造が設計されることが一般的であ
る。これは、マルチモード信号光を用いると、マルチモ
ード分散の影響により長距離伝送に適さないといった問
題があるからである。
て情報を伝搬させる場合、シングルモード条件を満た
す、あるいは、擬似的にシングルモード導波路となるよ
うに、その導波路構造が設計されることが一般的であ
る。これは、マルチモード信号光を用いると、マルチモ
ード分散の影響により長距離伝送に適さないといった問
題があるからである。
【０００４】ところで、光の直進性のため、曲線受動導
波路において放射損失を生じさせないためには、その曲
率半径はある程度制限される。受動光導波路の光の閉じ
込め強さと、その曲線導波路の放射損失が生じないため
の最小曲率半径との間には相関関係があって、光の閉じ
込め強さが強いほど曲率半径を小さくすることができ
る。さらに、この光の閉じ込め強さがシングルモード条
件によって制限される。例えば、「アイトリプルイー・
フォトニクス・テクノロジー・レターズ（IEEE Photoni
cs Technology Letters） Ｖｏｌ．７ １９９５」第
１２９１〜１２９３頁（著者：Winvan Berloなど）に、
曲線光導波路と半導体光アンプとを集積した４×４光ス
イッチが報告されている。
波路において放射損失を生じさせないためには、その曲
率半径はある程度制限される。受動光導波路の光の閉じ
込め強さと、その曲線導波路の放射損失が生じないため
の最小曲率半径との間には相関関係があって、光の閉じ
込め強さが強いほど曲率半径を小さくすることができ
る。さらに、この光の閉じ込め強さがシングルモード条
件によって制限される。例えば、「アイトリプルイー・
フォトニクス・テクノロジー・レターズ（IEEE Photoni
cs Technology Letters） Ｖｏｌ．７ １９９５」第
１２９１〜１２９３頁（著者：Winvan Berloなど）に、
曲線光導波路と半導体光アンプとを集積した４×４光ス
イッチが報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来例の光スイッ
チに使われている曲線導波路の曲率半径は１ｍｍであ
り、この光スイッチは、面積の殆どが曲線光導波路領域
で占められている。このように、シングルモード条件を
満たすための制約によって、曲線光導波路の曲率半径が
制限され、素子長が長くなり、単位ウェハ当りの収量が
少なくなるという問題がある。さらに、素子長が長くな
ってしまうために導波路損失が大きくなり、内部損失補
償のための消費電力が大きくなってしまうという問題が
ある。
チに使われている曲線導波路の曲率半径は１ｍｍであ
り、この光スイッチは、面積の殆どが曲線光導波路領域
で占められている。このように、シングルモード条件を
満たすための制約によって、曲線光導波路の曲率半径が
制限され、素子長が長くなり、単位ウェハ当りの収量が
少なくなるという問題がある。さらに、素子長が長くな
ってしまうために導波路損失が大きくなり、内部損失補
償のための消費電力が大きくなってしまうという問題が
ある。
【０００６】そこで本発明の目的は、従来よりも曲率半
径が小さくできる曲線状の光導波路を提供することにあ
る。
径が小さくできる曲線状の光導波路を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、シング
ルモード光の入射および出射が可能な光導波路であっ
て、マルチモード導波路領域を有することにある。
ルモード光の入射および出射が可能な光導波路であっ
て、マルチモード導波路領域を有することにある。
【０００８】これは、前記マルチモード導波路領域の少
なくとも一部が曲線導波路であるときに効果的である。
なくとも一部が曲線導波路であるときに効果的である。
【０００９】前記マルチモード導波路領域が１×１マル
チモード干渉型光導波路である場合もある。
チモード干渉型光導波路である場合もある。
【００１０】この場合、前記マルチモード導波路領域
と、該マルチモード導波路領域の両端部に接続されてい
る１対のシングルモード導波路領域とから構成されてい
てもよい。
と、該マルチモード導波路領域の両端部に接続されてい
る１対のシングルモード導波路領域とから構成されてい
てもよい。
【００１１】そして、前記マルチモード導波路領域が、
前記シングルモード導波路領域よりも導波路幅が広い。
前記シングルモード導波路領域よりも導波路幅が広い。
【００１２】また、前記マルチモード導波路領域が、１
×ＮまたはＮ×Ｎ（Ｎは正の整数）スターカップラーを
含む場合もある。
×ＮまたはＮ×Ｎ（Ｎは正の整数）スターカップラーを
含む場合もある。
【００１３】その場合、前記スターカップラーが、１×
ＮまたはＮ×Ｎ（Ｎは正の整数）マルチモード干渉型導
波路からなるものであってもよい。
ＮまたはＮ×Ｎ（Ｎは正の整数）マルチモード干渉型導
波路からなるものであってもよい。
【００１４】このような構成とすることにより、極めて
強い光の閉じ込め構造を有する受動光導波路が提供でき
る。
強い光の閉じ込め構造を有する受動光導波路が提供でき
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【００１６】図１は、本発明の実施形態である半導体曲
線受動光導波路の概略斜視図である。この光導波路は、
マルチモード導波路領域１と、その両端に接続されたシ
ングルモード導波路領域２、３とから構成される。各領
域の長さは、マルチモード導波路領域１が５００μｍ程
度、シングルモード導波路領域２および３がそれぞれ５
０μｍ程度、合計で素子長は６００μｍ程度となってい
る。図２には、図１の１点鎖線Ａ−Ａ’（マルチモード
導波路領域１内の位置）およびＢ−Ｂ’（シングルモー
ド導波路領域２内の位置）での断面の層構造を示す。図
２（ａ）に示すように、マルチモード導波路領域１は、
光の閉じこめ強さを強くするためにハイメサ構造となっ
ている。図２（ｂ）は通常の埋め込み構造シングルモー
ド導波路となっている。図２（ａ）のマルチモード導波
路領域の導波路幅Ｗ１および図２（ｂ）のシングルモー
ド導波路領域の導波路幅Ｗ２は、それぞれＷ１＝１５μ
ｍ、Ｗ２＝１．５μｍとなっている。
線受動光導波路の概略斜視図である。この光導波路は、
マルチモード導波路領域１と、その両端に接続されたシ
ングルモード導波路領域２、３とから構成される。各領
域の長さは、マルチモード導波路領域１が５００μｍ程
度、シングルモード導波路領域２および３がそれぞれ５
０μｍ程度、合計で素子長は６００μｍ程度となってい
る。図２には、図１の１点鎖線Ａ−Ａ’（マルチモード
導波路領域１内の位置）およびＢ−Ｂ’（シングルモー
ド導波路領域２内の位置）での断面の層構造を示す。図
２（ａ）に示すように、マルチモード導波路領域１は、
光の閉じこめ強さを強くするためにハイメサ構造となっ
ている。図２（ｂ）は通常の埋め込み構造シングルモー
ド導波路となっている。図２（ａ）のマルチモード導波
路領域の導波路幅Ｗ１および図２（ｂ）のシングルモー
ド導波路領域の導波路幅Ｗ２は、それぞれＷ１＝１５μ
ｍ、Ｗ２＝１．５μｍとなっている。
【００１７】以下、図３〜７を参照しながら本実施形態
の半導体光導波路の製造方法を説明する。図３に示すよ
うにｉ−ＩｎＰ基板上４３に、ｉ−ＩｎＰバッファ層４
４と、１．４μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層４９と、ｉ−Ｉ
ｎＰクラッド層４６とが、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相
成長法）により順番に積層形成されている。各層の層厚
は、ｉ−ＩｎＰバッファ層４４が２００ｎｍ程度、１．
４μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層４９が１５０ｎｍ程度、ｉ
−ＩｎＰクラッド層４６が２００ｎｍ程度である。
の半導体光導波路の製造方法を説明する。図３に示すよ
うにｉ−ＩｎＰ基板上４３に、ｉ−ＩｎＰバッファ層４
４と、１．４μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層４９と、ｉ−Ｉ
ｎＰクラッド層４６とが、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相
成長法）により順番に積層形成されている。各層の層厚
は、ｉ−ＩｎＰバッファ層４４が２００ｎｍ程度、１．
４μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層４９が１５０ｎｍ程度、ｉ
−ＩｎＰクラッド層４６が２００ｎｍ程度である。
【００１８】次に、図４に示すように、通常のフォトリ
ソグラフィ法により、ｉ−ＩｎＰクラッド層４６上にエ
ッチング用マスク３１が形成される。形成されたエッチ
ング用マスク３１の曲線形状のマルチモード領域での曲
率半径ＲはＲ＝０．５ｍｍである。その後、反応性イオ
ンエッチング法（ＲＩＥ法）により、図５に示すよう
に、ｉ−ＩｎＰクラッド層４６と、１．４μｍ組成Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層４９と、ｉ−ＩｎＰバッファ層４４とが、
部分的に（マスク３１が形成されていない部分のみ）除
去され、メサ構造が形成される。
ソグラフィ法により、ｉ−ＩｎＰクラッド層４６上にエ
ッチング用マスク３１が形成される。形成されたエッチ
ング用マスク３１の曲線形状のマルチモード領域での曲
率半径ＲはＲ＝０．５ｍｍである。その後、反応性イオ
ンエッチング法（ＲＩＥ法）により、図５に示すよう
に、ｉ−ＩｎＰクラッド層４６と、１．４μｍ組成Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層４９と、ｉ−ＩｎＰバッファ層４４とが、
部分的に（マスク３１が形成されていない部分のみ）除
去され、メサ構造が形成される。
【００１９】次に、通常の熱ＣＶＤ法でＳｉＯ2膜が全
面に形成された後に、通常のフォトリソグラフィ法によ
り、図６に示すように、メサ周囲に選択的結晶成長法に
よる埋め込み層形成のためのＳｉＯ2マスク３２が形成
される。その後、ＭＯＶＰＥ法により、図７に示すよう
に、ｉ−ＩｎＰ埋め込み層４７が形成される。ｉ−Ｉｎ
Ｐ埋め込み層４７は２μｍ程度の厚さである。
面に形成された後に、通常のフォトリソグラフィ法によ
り、図６に示すように、メサ周囲に選択的結晶成長法に
よる埋め込み層形成のためのＳｉＯ2マスク３２が形成
される。その後、ＭＯＶＰＥ法により、図７に示すよう
に、ｉ−ＩｎＰ埋め込み層４７が形成される。ｉ−Ｉｎ
Ｐ埋め込み層４７は２μｍ程度の厚さである。
【００２０】そして、図示しないが、素子裏面に研磨が
施され、素子劈開後の両端面に通常の無反射（ＡＲ）コ
ーティングが施されて、半導体素子の製造が完了する。
以上が、本実施形態の半導体曲線受動光導波路の製造方
法の一例である。
施され、素子劈開後の両端面に通常の無反射（ＡＲ）コ
ーティングが施されて、半導体素子の製造が完了する。
以上が、本実施形態の半導体曲線受動光導波路の製造方
法の一例である。
【００２１】このような半導体曲線受動光導波路の特性
について次に説明する。元来、光には直進性という性質
があるため、従来、曲線受動光導波路の曲率半径は放射
損失を生じさせない程度の大きさを持つように制限され
ていた。受動光導波路の光の閉じ込め強さと、その光導
波路の放射損失が生じないための最小曲率半径との間に
は相関関係があり、光の閉じ込め強さが強いほど曲率半
径を小さくすることができる。そして、従来はシングル
モード条件によって光の閉じ込め強さが制限されていた
ため、結局このシングルモード条件に基づいて導波路の
曲率半径はある程度の大きさに制限され、あまり小さく
することは出来なかった。
について次に説明する。元来、光には直進性という性質
があるため、従来、曲線受動光導波路の曲率半径は放射
損失を生じさせない程度の大きさを持つように制限され
ていた。受動光導波路の光の閉じ込め強さと、その光導
波路の放射損失が生じないための最小曲率半径との間に
は相関関係があり、光の閉じ込め強さが強いほど曲率半
径を小さくすることができる。そして、従来はシングル
モード条件によって光の閉じ込め強さが制限されていた
ため、結局このシングルモード条件に基づいて導波路の
曲率半径はある程度の大きさに制限され、あまり小さく
することは出来なかった。
【００２２】しかしながら、本実施形態の光導波路は、
曲線導波路領域にマルチモード導波路領域を含む構造で
あるので、従来のようにシングルモード条件に影響され
ず、光の閉じ込め強さを極めて強くすることが出来る。
このため、従来の曲線導波路の曲率半径に比べて極めて
小さな曲率半径を実現することが可能である。従って、
例えば光スイッチなどの光集積素子に集積した場合、従
来に比べて素子長を短くすることが出来、単位ウェハ当
たりの収量を向上することが出来る。また、光アンプを
集積した光スイッチにおいては、素子長が短くなるため
に導波路損失も小さくなり、内部損失補償のための消費
電力を低減することができる。
曲線導波路領域にマルチモード導波路領域を含む構造で
あるので、従来のようにシングルモード条件に影響され
ず、光の閉じ込め強さを極めて強くすることが出来る。
このため、従来の曲線導波路の曲率半径に比べて極めて
小さな曲率半径を実現することが可能である。従って、
例えば光スイッチなどの光集積素子に集積した場合、従
来に比べて素子長を短くすることが出来、単位ウェハ当
たりの収量を向上することが出来る。また、光アンプを
集積した光スイッチにおいては、素子長が短くなるため
に導波路損失も小さくなり、内部損失補償のための消費
電力を低減することができる。
【００２３】なお、本実施形態においては、半導体曲線
受動導波路のマルチモード導波路領域をハイメサ構造と
したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、他の
層構造に対しても適用可能である。また本実施形態にお
いては、マルチモード導波路領域を１×１−ＭＭＩ光導
波路として設計しているが、１×１−ＭＭＩ光導波路に
限るわけではなく、例えばこの領域はＮ×Ｎ光導波路と
し、光導波路の両端部に受動１×Ｎ−ＭＭＩ光導波路お
よび受動Ｎ×１−ＭＭＩ光導波路を集積した構成とする
ことも可能である。また、このマルチモード導波路領域
１はＭＭＩ光導波路に限定されるわけではなく、通常の
１×Ｎ分岐スターカップラーとＮ×１合流スターカップ
ラーを導波方向に接続した構造を、本発明のマルチモー
ド導波路領域１として適用することも可能である。ま
た、本実施形態の受動導波路の波長帯は１．５５μｍ帯
であるが、もちろんこれに限るわけではなく、可視光帯
域であっても良いし、近赤外光帯であっても、本発明は
適用可能である。
受動導波路のマルチモード導波路領域をハイメサ構造と
したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、他の
層構造に対しても適用可能である。また本実施形態にお
いては、マルチモード導波路領域を１×１−ＭＭＩ光導
波路として設計しているが、１×１−ＭＭＩ光導波路に
限るわけではなく、例えばこの領域はＮ×Ｎ光導波路と
し、光導波路の両端部に受動１×Ｎ−ＭＭＩ光導波路お
よび受動Ｎ×１−ＭＭＩ光導波路を集積した構成とする
ことも可能である。また、このマルチモード導波路領域
１はＭＭＩ光導波路に限定されるわけではなく、通常の
１×Ｎ分岐スターカップラーとＮ×１合流スターカップ
ラーを導波方向に接続した構造を、本発明のマルチモー
ド導波路領域１として適用することも可能である。ま
た、本実施形態の受動導波路の波長帯は１．５５μｍ帯
であるが、もちろんこれに限るわけではなく、可視光帯
域であっても良いし、近赤外光帯であっても、本発明は
適用可能である。
【００２４】製造方法として、本実施形態では結晶成長
法にＭＯＶＰＥ法が、メサ形成方法にＲＩＥ法がそれぞ
れ採用されているが、もちろんこれに限定されるわけで
はなく、結晶成長方法として、例えばＭＢＥ法を用いる
ことも可能であり、また、メサ形成方法として、ウエッ
トエッチング法を用いても構わない。
法にＭＯＶＰＥ法が、メサ形成方法にＲＩＥ法がそれぞ
れ採用されているが、もちろんこれに限定されるわけで
はなく、結晶成長方法として、例えばＭＢＥ法を用いる
ことも可能であり、また、メサ形成方法として、ウエッ
トエッチング法を用いても構わない。
【００２５】
【発明の効果】以上説明した通り、従来はシングルモー
ド条件によって曲線光導波路の最小曲率半径が制限され
ていたが、本発明によるとこの最小曲率半径の制限が緩
和され、光スイッチなどの集積素子に用いる場合、従来
に比べて素子長が短くなり、単位ウェハ当りの収量が改
善される。さらに、素子長が短くなるために導波路損失
が小さくなり、例えば半導体アンプ集積型光スイッチな
どに用いると、内部損失補償のための消費電力が少なく
て済む。
ド条件によって曲線光導波路の最小曲率半径が制限され
ていたが、本発明によるとこの最小曲率半径の制限が緩
和され、光スイッチなどの集積素子に用いる場合、従来
に比べて素子長が短くなり、単位ウェハ当りの収量が改
善される。さらに、素子長が短くなるために導波路損失
が小さくなり、例えば半導体アンプ集積型光スイッチな
どに用いると、内部損失補償のための消費電力が少なく
て済む。
【図１】本発明の実施形態である半導体曲線受動光導波
路の概略斜視図である。
路の概略斜視図である。
【図２】図１に示す光導波路の断面図である。
【図３】図１に示す光導波路の第１の製造工程を示す説
明図である。
明図である。
【図４】図１に示す光導波路の第２の製造工程を示す説
明図である。
明図である。
【図５】図１に示す光導波路の第３の製造工程を示す説
明図である。
明図である。
【図６】図１に示す光導波路の第４の製造工程を示す説
明図である。
明図である。
【図７】図１に示す光導波路の第５の製造工程を示す説
明図である。
明図である。
１ マルチモード導波路領域 ２ シングルモード導波路領域 ３ シングルモード導波路領域 ３１ エッチング用マスク ３２ ＳｉＯ2マスク ４３ ｉ−ＩｎＰ基板 ４４ ｉ−ＩｎＰバッファー層 ４６ ｉ−ＩｎＰクラッド層 ４７ ｉ−ＩｎＰ埋め込み層 ４９ １．４μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層 Ｗ１ マルチモード導波路領域の幅 Ｗ２ シングルモード導波路領域の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−57457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−280202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−31832（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−179168（ＪＰ，Ａ) Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗ ａｖｅ Ｊｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｖｏ ｌ．13（４）（1995），ｐｐ．615−627 ８ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆ ｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔ ｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ（ＥＣＩＯ’97）, ＰＤ５−１〜ＰＤ５−４ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14
Claims (5)
- 【請求項１】 シングルモード光の入射および出射が可
能で、少なくとも一部が曲線導波路である光導波路であ
って、前記曲線導波路がマルチモード干渉型導波路であ
ることを特徴とする光導波路。 - 【請求項２】 前記マルチモード干渉型導波路と、該マ
ルチモード干渉型導波路の両端部に接続されている１対
のシングルモード導波路とからなることを特徴とする請
求項１に記載の光導波路。 - 【請求項３】 前記マルチモード干渉型導波路が、前記
シングルモード導波路よりも導波路幅が広いことを特徴
とする請求項２に記載の光導波路。 - 【請求項４】 前記マルチモード干渉型導波路は、１×
ＮまたはＮ×Ｎ（Ｎは正の整数）スターカップラーを含
むことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。 - 【請求項５】 前記スターカップラーが、１×Ｎまたは
Ｎ×Ｎ（Ｎは正の整数）マルチモード干渉型導波路であ
ることを特徴とする請求項４に記載の光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22142197A JP3278591B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22142197A JP3278591B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1164656A JPH1164656A (ja) | 1999-03-05 |
| JP3278591B2 true JP3278591B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=16766484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22142197A Expired - Fee Related JP3278591B2 (ja) | 1997-08-18 | 1997-08-18 | 光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3278591B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005022223A1 (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-10 | Nec Corporation | 導波路型光デバイスおよびその製造方法 |
| JP5268733B2 (ja) | 2009-03-25 | 2013-08-21 | 富士通株式会社 | 光導波素子とその製造方法、半導体素子、レーザモジュール及び光伝送システム |
-
1997
- 1997-08-18 JP JP22142197A patent/JP3278591B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ８ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ（ＥＣＩＯ’９７），ＰＤ５−１〜ＰＤ５−４ |
| Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｊｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｖｏｌ．１３（４）（１９９５），ｐｐ．６１５−６２７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1164656A (ja) | 1999-03-05 |
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