JP3409606B2 - Semiconductor polarization rotator - Google Patents
Semiconductor polarization rotatorInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信,光交換,
光情報処理等に用いる半導体偏波回転素子に関するもの
である。TECHNICAL FIELD The present invention relates to optical communication, optical switching,
The present invention relates to a semiconductor polarization rotating element used for optical information processing and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信,光交換,光情報処理といった光
を利用したシステムの構築を考えると、光ファイバや光
導波路,光スイッチ,光受光器,光増幅器等の光素子が
必要不可欠になる。しかしこれらの素子は、光ファイバ
と結合したり、集積化を行うことで実用的部品にする必
要がある。特に集積化することは、ミクロン精度で必要
とされる光ファイバと半導体素子との光軸合わせを省く
ことが出来るので、堅牢となり信頼性の増加が予想でき
る。2. Description of the Related Art Considering the construction of a system utilizing light such as optical communication, optical switching, and optical information processing, optical elements such as an optical fiber, an optical waveguide, an optical switch, an optical receiver, and an optical amplifier are indispensable. . However, these elements need to be used as practical parts by coupling with an optical fiber or by integrating them. In particular, the integration makes it possible to omit the optical axis alignment between the optical fiber and the semiconductor element, which is required with micron accuracy, so that it is robust and the reliability can be expected to increase.
【0003】ところで通常の光ファイバにおいては、光
源からの偏波面を維持する機能は有しておらず、半導体
光スイッチや半導体レーザ型光増幅器といった光機能素
子に入力されるときには、環境の変化に応じて信号光の
偏波状態が変動する可能性がある。By the way, an ordinary optical fiber does not have a function of maintaining the plane of polarization from the light source, and when it is input to an optical functional element such as a semiconductor optical switch or a semiconductor laser type optical amplifier, it is subject to environmental changes. Accordingly, the polarization state of the signal light may change.
【0004】しかしながら前記のような半導体デバイス
の導波路構造は、一般に導波層または活性層が等方的で
なく、幅が数ミクロンあるのに対して厚みがサブミクロ
ンオーダであることや、導波層のスイッチング特性また
は活性層の増幅特性が偏波状態によって異なる。そのた
め入力信号光の偏波状態によって出力特性が大きく変動
する。However, in the waveguide structure of the semiconductor device as described above, the waveguide layer or the active layer is generally not isotropic, and the width is several microns, but the thickness is on the order of submicron, and The switching characteristics of the wave layer or the amplification characteristics of the active layer differ depending on the polarization state. Therefore, the output characteristics greatly change depending on the polarization state of the input signal light.
【0005】そこで偏波依存性を解消する方法として、
偏波ダイバーシティの例(H.Heidrich,F.Fidorra,M.Ham
acher,K.Kaiser,K.Li,D.Trommer,and G.Unterbosch:”M
onolithically Integrated Heterodyne Receivers base
d on InP”,20th European Conference on Optical Com
munication(ECOC'94),pp.77-80,1994)が報告されてい
る。ここではTE成分で発振する局発光源の出力にTM
成分を持たせるため偏波回転素子を集積化している。Therefore, as a method of eliminating the polarization dependence,
Polarization diversity example (H. Heidrich, F. Fidorra, M. Ham
acher, K.Kaiser, K.Li, D.Trommer, and G.Unterbosch: ”M
onolithically Integrated Heterodyne Receivers base
d on InP ”, 20th European Conference on Optical Com
munication (ECOC'94), pp.77-80,1994) has been reported. Here, the output of the local light source oscillating with the TE component is TM
A polarization rotation element is integrated in order to have a component.
【0006】偏波回転素子としては、たとえば図10に
示すように、左右非対称な導波路が、その左右を反転さ
せた導波路と特定の周期を持って交互に並べられた構造
のものが知られている。As a polarization rotator, for example, as shown in FIG. 10, there is known one having a structure in which left and right asymmetric waveguides are alternately arranged with a left and right inverted waveguides with a specific period. Has been.
【0007】偏波回転素子は、InP基板11の主面上
に、バンドギャップ波長が1.1μm帯のInGaAs
P導波層12,InPサイドクラッド層13,InPリ
ッジ層14が順次積層形成された構造となっている。最
上層の前記InPリッジ層14は、その名称でもわかる
ように所定幅を有するリッジ構造(突条構造)となって
いる。The polarization rotation element is composed of InGaAs having a band gap wavelength of 1.1 μm on the main surface of the InP substrate 11.
It has a structure in which a P waveguide layer 12, an InP side cladding layer 13, and an InP ridge layer 14 are sequentially stacked. The uppermost InP ridge layer 14 has a ridge structure (protrusion structure) having a predetermined width as can be seen from the name.
【0008】前記InPリッジ層14の上面は、その中
央線を隔て、左右の面の高さ(幅員における高さ)が非
対称な面、すなわち、高い面1と低い面2となってい
る。前記高い面1と低い面2は、InPリッジ層14の
長手方向に沿って特定の周期で現れるようにもなってい
る。図11では高い面1は左側に現れるとともに低い面
2は右側に現れ、図12では高い面1は右側に現れると
ともに低い面2は左側に現れている。The upper surface of the InP ridge layer 14 is a surface having asymmetric heights (height in width) of the left and right surfaces, that is, a high surface 1 and a low surface 2, with the center line therebetween. The high surface 1 and the low surface 2 also appear in a specific cycle along the longitudinal direction of the InP ridge layer 14. In FIG. 11, the high surface 1 appears on the left side and the low surface 2 appears on the right side, and in FIG. 12, the high surface 1 appears on the right side and the low surface 2 appears on the left side.
【0009】一般的にTE偏波成分はX方向に、TM偏
波成分はy方向(x方向から見て90°の方向)に電界
を有しているので通常は直交しており、結合成分を有し
ていない。Generally, since the TE polarized wave component has an electric field in the X direction and the TM polarized wave component has an electric field in the y direction (direction of 90 ° when viewed from the x direction), they are normally orthogonal to each other, and thus the coupled component. Does not have.
【0010】そこで図11および図12に示されるよう
に、前記InGaAsP導波層12上のInPリッジ層
14を左右非対称にする構造を採ることで界分布にも非
対称性が生じ、境界部の接続条件でx方向とy方向の電
界成分が結合を起こすため、TE偏波成分とTM偏波成
分の結合が生じる。この結合、成分がTE偏波成分とT
M偏波成分との間で界分布の移行をもたらし、偏波面に
対する回転成分を生じさせる。Therefore, as shown in FIGS. 11 and 12, by adopting a structure in which the InP ridge layer 14 on the InGaAsP waveguide layer 12 is left-right asymmetrical, the field distribution also becomes asymmetrical, and the connection of the boundaries is made. Under the conditions, the electric field components in the x direction and the y direction are coupled, so that the TE polarized component and the TM polarized component are coupled. This coupling, the component is TE polarization component and T
This causes a transition of the field distribution with the M polarization component, and causes a rotation component with respect to the plane of polarization.
【0011】図11で示す構造とその反転した図12の
構造を1ブロックとして直線偏波光を入射した場合、こ
の1ブロックを通過後は入射状態から角度θだけ回転さ
れた直線偏波光に変換される。そこで図10の様に多段
にブロック(たとえばn個)を並べることでnθという
大きな回転角を得ることが出来る。When the structure shown in FIG. 11 and its inverted structure shown in FIG. 12 are used as one block and linearly polarized light is made incident, after passing through this one block, it is converted into linearly polarized light rotated by an angle θ from the incident state. It Therefore, by arranging blocks (for example, n pieces) in multiple stages as shown in FIG. 10, a large rotation angle of nθ can be obtained.
【0012】図13は別の偏波回転素子の報告例による
断面構造で、TE偏波成分とTM偏波成分との間の結合
をもたらすために、導波路の一部分をエッチングによっ
て段差を設け、導波路に斜めになった部分を持たせてい
る。それに伴い界分布の一番強い導波路部分で斜め成分
を有するため、TE偏波成分とTM偏波成分の結合効率
を高めることが出来る。FIG. 13 is a sectional structure according to another reported example of a polarization rotation element. In order to provide coupling between the TE polarization component and the TM polarization component, a part of the waveguide is stepped by etching. The waveguide has a slanted portion. Along with this, the waveguide having the strongest field distribution has an oblique component, so that the coupling efficiency of the TE polarization component and the TM polarization component can be increased.
【0013】すなわち、この構造では、導波路に斜めに
なった部分を持たせるために、InP基板11に段差を
設け、このInP基板11上に順次所定の厚さのバンド
ギャップ波長1.1μm帯のInGaAsP導波層1
2,InPサイドクラッド層13,InPリッジ層14
を積層した構造になっている。That is, in this structure, a step is provided on the InP substrate 11 in order to provide the waveguide with an inclined portion, and a bandgap wavelength of 1.1 μm band having a predetermined thickness is sequentially formed on the InP substrate 11. InGaAsP waveguiding layer 1
2, InP side cladding layer 13, InP ridge layer 14
It has a laminated structure.
【0014】図14は別の偏波回転素子の報告例(J.J.
G.M.van der Tol et.al:A new short and low-loss pas
sive polarization converter on InP,IEEE.Photon.tec
hnol.Lett., vol.7,no.1,pp.32-34(1995) またはibid,R
ealization of a short integrated optic passive pol
arization converter on InP,IEEE.Photon.technol.Let
t., vol.7,no.8,pp.32-34(1995)による断面図である。FIG. 14 is a report example of another polarization rotation element (JJ
GMvan der Tol et.al:A new short and low-loss pas
sive polarization converter on InP, IEEE.Photon.tec
hnol.Lett., vol.7, no.1, pp.32-34 (1995) or ibid, R
ealization of a short integrated optic passive pol
arization converter on InP, IEEE.Photon.technol.Let
It is a sectional view according to t., vol.7, no.8, pp.32-34 (1995).
【0015】すなわち、この構造では、InP基板11
の上にバンドギャップ波長1.1μm帯のInGaAs
P導波層12,InPサイドクラッド層13,InPリ
ッジ層14を順次所定の厚さに形成するとともに、前記
InPリッジ層14を部分的にエッチングして垂直壁を
有する台形状として偏波の回転を図っている。That is, in this structure, the InP substrate 11
With a bandgap wavelength of 1.1 μm on InGaAs
The P-waveguide layer 12, the InP side cladding layer 13, and the InP ridge layer 14 are sequentially formed to have a predetermined thickness, and the InP ridge layer 14 is partially etched to form a trapezoidal shape having a vertical wall to rotate polarization. I am trying to
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】従来の偏波回転素子に
おいて、図10の構造ではTE偏波成分とTM偏波成分
の結合効率が非常に小さいので直線偏波光の回転角度θ
も小さくなり、偏波回転素子の素子長が長くなってしま
う。In the conventional polarization rotation element, since the coupling efficiency of the TE polarization component and the TM polarization component is very small in the structure of FIG. 10, the rotation angle θ of the linearly polarized light is increased.
Becomes smaller and the element length of the polarization rotation element becomes longer.
【0017】図13の導波路に斜めになった部分を設け
た構造では、導波路の斜めになった部分の角度を制御よ
く形成できないため、製造歩留りを高くすることができ
ないという問題が生じていた。また、界分布の一番強い
導波路部分を加工するので導波路損失の増加が起こる。In the structure shown in FIG. 13 in which the slanted portion is provided in the waveguide, the angle of the slanted portion of the waveguide cannot be formed with good control, so that the manufacturing yield cannot be increased. It was Further, since the waveguide portion having the strongest field distribution is processed, the waveguide loss increases.
【0018】図14に示す偏波回転素子は、その製造に
おいてウエットエッチングを採用していることから、制
御性が非常に悪く理論通りの製造ができない。Since the polarization rotator shown in FIG. 14 employs wet etching in its manufacture, its controllability is very poor and it cannot be manufactured according to theory.
【0019】本発明の目的は、低損失で偏波を回転させ
ることができる半導体偏波回転素子を提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a semiconductor polarization rotator capable of rotating polarized waves with low loss.
【0020】本発明の他の目的は、TE偏波成分とTM
偏波成分の結合効率の高い短い素子長の半導体偏波回転
素子を提供することにある。Another object of the present invention is the TE polarization component and the TM.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor polarization rotator having a short element length and high coupling efficiency of polarization components.
【0021】本発明の他の目的は、製造歩留りを高くす
ることができる半導体偏波回転素子を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a semiconductor polarization rotator capable of increasing the manufacturing yield.
【0022】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。The outline of the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
【0024】(1)リッジ型の直線導波路を半導体基板
上に有する半導体偏波回転素子であって、前記所定直線
導波路部分に対して偏波を回転させるに可能な距離に、
前記直線導波路と同じ層構成からなる直方体形状の偏波
回転用側壁がその一面を前記直線導波路の側面に対面す
るように前記直線導波路の両側に沿って直線導波路に対
して非対称に1列ずつ設けられ、かつ前記直線導波路に
沿う方向の単位距離あたりの両偏波回転用側壁は、同一
周期で相互に異なる位相による関数で規定される存在確
率で配置されている。[0024] The (1) ridge type linear waveguide a semiconductor polarization rotation element having a semiconductor substrate, in a possible range to the pre-rotation polarized wave with respect Kisho Teijika ray waveguide portion,
A rectangular parallelepiped side wall for polarization rotation made of the same layer structure as the linear waveguide has one surface facing the side surface of the linear waveguide.
As described above, one row is provided asymmetrically with respect to the linear waveguide along both sides of the linear waveguide, and both polarization rotation side walls per unit distance in the direction along the linear waveguide have the same period. They are arranged with the existence probabilities specified by the functions based on mutually different phases.
【0025】具体的な構成としては、前記直線導波路の
両側の偏波回転用側壁は相互に対向しかつ等ピッチで配
設され、前記各偏波回転用側壁の直線導波路に沿う長さ
は前記存在確率を満足する関数によって規定される長さ
になり、前記関数の周期の位相は前記直線導波路の両側
の偏波回転用側壁列間で半周期分差を持たせた構成にな
っている。また、前記半導体基板上には前記直線導波路
の両側に沿って直線的に延在する直線側壁が設けられ、
該直線側壁と一体形成された前記偏波回転用側壁は、そ
の一面が前記直線導波路の側面に対向するように前記直
線側壁の一側縁から前記直線導波路に向かって突出する
櫛型形状となっている。As a concrete configuration, the polarization rotation side walls on both sides of the linear waveguide are opposed to each other and are arranged at equal pitches, and the length of each polarization rotation side wall along the linear waveguide is set. Is a length defined by a function that satisfies the existence probability, and the phase of the period of the function is such that there is a half-cycle difference between the polarization rotation side wall rows on both sides of the linear waveguide. ing. Further, linear sidewalls that linearly extend along both sides of the linear waveguide are provided on the semiconductor substrate,
Straight line sidewall and the polarization rotation for the side wall which is integrally formed, its
From one side edge of the linear sidewall as one side of the faces to a side surface of the linear waveguides projecting toward the straight waveguide
It has a comb shape .
【0026】(2)前記手段(1)の具体的構成におい
て、前記直線導波路の両側の各偏波回転用側壁の直線導
波路に沿う長さは一定となり、前記直線導波路の両側の
偏波回転用側壁列のピッチは前記存在確率を満足する関
数によって規定される長さになり、前記関数の周期の位
相は前記直線導波路の両側の偏波回転用側壁列間で半周
期分差を持たせた構成になっている。(2) In the specific construction of the above-mentioned means (1), the lengths of the polarization rotating side walls on both sides of the linear waveguide along the linear waveguide are constant, and the polarization on both sides of the linear waveguide is constant. The pitch of the wave rotation side wall row has a length defined by a function satisfying the existence probability, and the phase of the cycle of the function is a half cycle difference between the polarization rotation side wall rows on both sides of the linear waveguide. It is configured to have.
【0027】(3)前記手段(1)および手段(2)の
構成において、前記半導体偏波回転素子は、半導体基板
と、前記半導体基板上に設けられる導波層と、前記導波
層上に設けられるスペーサ層と、前記スペーサ層上全域
に設けられるエッチングストップ層と、前記エッチング
ストップ層上に設けられ前記直線導波路と偏波回転用側
壁または前記直線導波路と偏波回転用側壁と直線側壁を
構成するクラッド層と、前記クラッド層上に設けられる
キャップ層とからなっている。(3) In the configurations of the means (1) and the means (2), the semiconductor polarization rotator includes a semiconductor substrate, a waveguide layer provided on the semiconductor substrate, and a waveguide layer on the semiconductor substrate. A spacer layer provided, an etching stop layer provided on the entire area of the spacer layer, and the linear waveguide and the side wall for polarization rotation or the linear waveguide and the side wall for polarization rotation provided on the etching stop layer. It is composed of a clad layer forming a side wall and a cap layer provided on the clad layer.
【0028】前記(1)の手段によれば、リッジ型直線
導波路に偏波回転用側壁を近接配置する構造になってい
ることから、偏波回転用側壁に対面する直線導波路部分
では、導波路界分布が偏波回転用側壁側の斜め上方に引
き上げられるため、TE偏波とTM偏波との結合効果を
大きくすることができ、偏波を回転させることができ
る。According to the above-mentioned means (1), since the side wall for polarization rotation is arranged close to the ridge type straight waveguide, in the straight waveguide portion facing the side wall for polarization rotation, Since the waveguide field distribution is pulled obliquely upward on the side wall for polarization rotation, the coupling effect of TE polarization and TM polarization can be increased and the polarization can be rotated.
【0029】偏波を回転するための周期的構造非対称の
導入は、前記直線導波路に沿う方向の単位距離あたりの
両偏波回転用側壁を、同一周期で相互に異なる位相によ
る関数で規定される存在確率で配置、かつ両側の偏波回
転用側壁列間で半周期分差を持たせることによって得ら
れる。The introduction of the periodic structure asymmetry for rotating the polarization is defined by the functions of the two polarization rotation side walls per unit distance in the direction along the straight waveguide in the same period and different phases. It is obtained by arranging with a certain existence probability, and by providing a half-cycle difference between the side walls for polarization rotation on both sides.
【0030】前記周期を表す関数は、偏波回転用側壁の
長さや間隔(ピッチ)を変えることによって、任意に設
定することができる。したがって、導波路構造に最適な
周期関数を与えることにより、より効果的に偏波回転を
行うことができる。The function representing the period can be arbitrarily set by changing the length and spacing (pitch) of the polarization rotation side wall. Therefore, by giving an optimum periodic function to the waveguide structure, the polarization rotation can be performed more effectively.
【0031】また、本発明の半導体偏波回転素子は、光
が導波するための一本のリッジ型直線導波路と、構造的
非対称性を与える偏波回転用側壁とを位置的に分離する
ことにより、製造時の加工精度やダメージの影響を受け
難く導波路の伝搬損失の増加を防止することができる。Further, the semiconductor polarization rotating element of the present invention positionally separates a single ridge type linear waveguide for guiding light and a side wall for polarization rotation which gives structural asymmetry. As a result, it is possible to prevent an increase in propagation loss of the waveguide because it is unlikely to be affected by processing accuracy and damage during manufacturing.
【0032】また、リッジ型直線導波路と偏波回転用側
壁ならびに直線側壁は同じ層構成となることから、共に
確立されたフォトリソグラフィ技術とフォトエッチング
技術によって高精度にかつ再現性良く形成できるため製
造歩留りの向上が図れる。Further, since the ridge type linear waveguide, the side wall for polarization rotation and the linear side wall have the same layer structure, they can be formed with high accuracy and reproducibility by the photolithography technology and the photoetching technology established together. The manufacturing yield can be improved.
【0033】(2)前記手段(2)によれば、偏波を回
転するための周期的構造非対称の導入は、直線導波路の
両側の各偏波回転用側壁の直線導波路に沿う長さを一定
とし、前記直線導波路の両側の偏波回転用側壁列のピッ
チを前記存在確率を満足する関数によって規定される長
さにし、かつ両側の偏波回転用側壁列間で半周期分差を
持たせることによって得られる。(2) According to the above-mentioned means (2), the introduction of the periodic structural asymmetry for rotating the polarized wave is achieved by the length of each polarization rotation side wall on both sides of the linear waveguide along the linear waveguide. And the pitch of the side walls for polarization rotation on both sides of the linear waveguide is set to a length defined by a function that satisfies the existence probability, and a difference of half period between the side walls for polarization rotation on both sides. It is obtained by having.
【0034】前記周期を表す関数は、偏波回転用側壁の
長さや間隔(ピッチ)を変えることによって、任意に設
定することができる。したがって、導波路構造に最適な
周期関数を与えることにより、より効果的に偏波回転を
行うことができる。The function representing the period can be arbitrarily set by changing the length and spacing (pitch) of the polarization rotation side wall. Therefore, by giving an optimum periodic function to the waveguide structure, the polarization rotation can be performed more effectively.
【0035】前記(3)の手段によれば、前記手段
(1)の効果に加え、偏波回転用側壁の高さおよび幅を
高精度に形成することができる。According to the above-mentioned means (3), in addition to the effect of the above-mentioned means (1), the height and width of the polarization rotation side wall can be formed with high accuracy.
【0036】すなわち、導波層上にスペーサ層を介して
エッチングストップ層を設けるとともに、クラッド層上
にキャップ層を設けることから、エッチングをウエット
エッチングで行うことができる。この結果、前記キャッ
プ層によってエッチング時の偏波回転用側壁の幅の細り
を抑止でき、かつエッチングストップ層によってエッチ
ング深さを一定にすることができ、偏波回転用側壁の断
面寸法を高精度に形成することができる。That is, since the etching stop layer is provided on the waveguide layer via the spacer layer and the cap layer is provided on the cladding layer, the etching can be performed by wet etching. As a result, the width of the polarization rotation side wall during etching can be suppressed by the cap layer, and the etching depth can be made constant by the etching stop layer, so that the cross-section size of the polarization rotation side wall is highly accurate. Can be formed.
【0037】また、ウエットエッチングはドライエッチ
ングに比較してエッチング面が滑らかになるため、残留
するエッチングストップ層の表面も滑らかになり、エッ
チングストップ層の表面での光の散乱に起因する半導体
基板への光の逃げ量も減り、損失の低減を図ることがで
きる。In addition, since the etching surface of wet etching is smoother than dry etching, the surface of the remaining etching stop layer is also smoothed and the surface of the etching stop layer is scattered to the semiconductor substrate due to light scattering. It is possible to reduce the amount of light escaped and reduce the loss.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0039】なお、実施形態を説明するための全図にお
いて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
【0040】(実施形態1)図1〜図3は本発明の実施
形態1の半導体偏波回転素子に係わる図であって、図1
は半導体偏波回転素子の平面図、図2は図1のA−A線
に沿う一部の拡大断面図、図3は半導体偏波回転素子の
製造状態を示す一部の拡大断面図である。(Embodiment 1) FIGS. 1 to 3 are views relating to a semiconductor polarization rotator according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a plan view of the semiconductor polarization rotator, FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view showing a manufacturing state of the semiconductor polarization rotator. .
【0041】本実施形態1の半導体偏波回転素子は、図
1に示すように、細長矩形の半導体基板30の上面に中
央線に沿ってリッジ型の直線導波路40を有する。ま
た、リッジ型の偏波回転用側壁41が前記直線導波路4
0の両側に沿って直線導波路40に対して非対称にそれ
ぞれ一列ずつ設けられている。前記偏波回転用側壁41
は矩形状となり、一辺(一面)を前記直線導波路40の
側面に対面させる構成になっている。As shown in FIG. 1, the semiconductor polarization rotator of the first embodiment has a ridge-type linear waveguide 40 along the center line on the upper surface of an elongated rectangular semiconductor substrate 30. In addition, the ridge-type side wall 41 for polarization rotation is the linear waveguide 4 described above.
One line is provided asymmetrically with respect to the straight waveguide 40 along both sides of 0. The polarization rotation side wall 41
Has a rectangular shape, and one side (one surface) faces the side surface of the linear waveguide 40.
【0042】また、前記偏波回転用側壁41は、半導体
基板30の両側縁に沿って設けられるリッジ型の直線側
壁42に連結されて支持された構造となっている。Further, the polarization rotation side wall 41 is connected to and supported by a ridge-type straight side wall 42 provided along both side edges of the semiconductor substrate 30.
【0043】後述するが、前記偏波回転用側壁41と直
線側壁42は、エッチング技術によって形成されて一体
構造となっている。したがって、前記偏波回転用側壁4
1は直線側壁42の一側縁から前記直線導波路40に向
かって一定間隔に突出する形状になり、あたかも櫛のよ
うな形状になっている。そして、その先端面が前記直線
導波路40の側面に対向する。As will be described later, the polarization rotation side wall 41 and the straight side wall 42 are formed by an etching technique and have an integrated structure. Therefore, the polarization rotation side wall 4
1 has a shape protruding from one side edge of the linear side wall 42 toward the linear waveguide 40 at a constant interval, and has a shape like a comb. Then, the tip end surface faces the side surface of the linear waveguide 40.
【0044】前記偏波回転用側壁41は、図2に示すよ
うに、前記直線導波路40と同じ層構成からなり、所定
の高さとなっている。偏波回転用側壁41の高さは直線
導波路40と同じで、たとえば、1.4μm程度となっ
ている。As shown in FIG. 2, the polarization rotation side wall 41 has the same layer structure as the linear waveguide 40 and has a predetermined height. The height of the polarization rotation side wall 41 is the same as that of the linear waveguide 40, and is, for example, about 1.4 μm.
【0045】前記偏波回転用側壁41は、直線導波路4
0を挟んで対向するとともに、それぞれ等ピッチ
(d1)で配列されている。たとえば、d1は10μmで
ある。The polarization rotation side wall 41 is formed by the linear waveguide 4
They are opposed to each other with 0 in between, and are arranged at equal pitches (d 1 ). For example, d 1 is 10 μm.
【0046】また、前記偏波回転用側壁41の直線導波
路40の長さ方向に沿う長さL1は、たとえば、0.5
μmから9.5μmまで変化させてある。この変化を表
す関数はL1=4.5sin(aZ)+5とした。な
お、周期aZ=100μmである。周期の位相は、前記
直線導波路40の両側の偏波回転用側壁列間で半周期分
差を持たせてある。The length L 1 of the polarization rotation side wall 41 along the lengthwise direction of the linear waveguide 40 is, for example, 0.5.
It is changed from μm to 9.5 μm. The function expressing this change was L 1 = 4.5 sin (aZ) +5. The period aZ = 100 μm. The phase of the period has a difference of a half period between the polarization rotating side wall rows on both sides of the linear waveguide 40.
【0047】前記直線導波路40と偏波回転用側壁41
との間隔cは、偏波を回転させるに可能な狭い間隔にな
っている。前記距離cは、たとえば、1.5μmになっ
ている。偏波を回転させるためには、距離cは短い程良
いが、エッチングによって直線導波路40と偏波回転用
側壁41を形成する際の両者間に形成される溝(トレン
チ)間隔の形成の再現性等によって自ずから決定され
る。The linear waveguide 40 and the polarization rotation side wall 41.
The distance c between and is a narrow distance that can rotate the polarized wave. The distance c is, for example, 1.5 μm. In order to rotate the polarized wave, the shorter the distance c is, the better. However, when the linear waveguide 40 and the polarized wave rotation side wall 41 are formed by etching, the reproduction of the formation of the groove (trench) interval between them is reproduced. It is decided by nature.
【0048】また、偏波の回転は、偏波回転用側壁41
が直線導波路40から5μm程度も離れると起きなくな
る。したがって、本実施形態1では、直線導波路40と
直線側壁42との間隔は5μmが選択されている。Further, the polarization rotation is performed by the polarization rotation side wall 41.
Does not occur when the distance from the linear waveguide 40 is about 5 μm. Therefore, in the first embodiment, the distance between the straight waveguide 40 and the straight sidewall 42 is selected to be 5 μm.
【0049】偏波を回転するための周期的構造非対称の
導入は、前記直線導波路40に沿う方向の単位距離あた
りの両偏波回転用側壁41を、同一周期で相互に異なる
位相による関数で規定される存在確率で配置、かつ両側
の偏波回転用側壁列間で半周期分差を持たせることによ
って得られる。The introduction of the periodic structural asymmetry for rotating the polarized wave is a function of the side walls 41 for rotating both polarizations per unit distance in the direction along the straight waveguide 40, which are functions of different phases in the same period. It is obtained by arranging with a specified existence probability and by providing a half-cycle difference between the polarization rotation side wall rows on both sides.
【0050】図5は光の伝搬方向Z(図1参照)に対す
る単位長さあたりの直線導波路40に近接した偏波回転
用側壁41の長さ割合を図示したものである。伝搬する
光は、前記関数〔L1 =4.5sin(aZ)+5〕で
表されるような形で、マクロ的に両側の偏波回転用側壁
(すなわち左側壁と右側壁)の存在を感ずる。ここで、
左右の偏波回転用側壁の存在確率の位相が180度ずれ
ていることから、マクロ的な導波構造の非対称性が実現
され、TE偏波成分とTM偏波成分の結合が生じる(T
E偏波成分とTM偏波成分の境界部の接続条件でx方向
とy方向の電界成分が結合を起こす)。この結合成分
が、TE偏波成分とTM偏波成分との間で界分布の移行
をもたらし、偏波面に対する回転成分を生じさせる。FIG. 5 shows the length ratio of the polarization rotation side wall 41 close to the linear waveguide 40 per unit length with respect to the light propagation direction Z (see FIG. 1). The propagating light senses the presence of side walls for polarization rotation (that is, the left side wall and the right side wall) on both sides macroscopically in the form represented by the function [L1 = 4.5 sin (aZ) +5]. here,
Since the phase of the existence probability of the left and right polarization rotation side walls is shifted by 180 degrees, a macroscopic asymmetry of the waveguide structure is realized, and the TE polarization component and the TM polarization component are coupled (T
The electric field components in the x direction and the y direction cause coupling under the connection conditions at the boundary between the E polarization component and the TM polarization component). This coupling component causes a transition of the field distribution between the TE polarization component and the TM polarization component, and causes a rotation component with respect to the plane of polarization.
【0051】前記周期を表す関数は、偏波回転用側壁の
長さや間隔(ピッチ)を変えることによって、任意に設
定することができる。したがって、導波路構造に最適な
周期関数を与えることにより、より効果的に偏波回転を
行うことができる。The function representing the period can be arbitrarily set by changing the length and spacing (pitch) of the polarization rotation side wall. Therefore, by giving an optimum periodic function to the waveguide structure, the polarization rotation can be performed more effectively.
【0052】本実施形態1の半導体偏波回転素子は、図
2に示すような断面構造になっている。すなわち、半導
体偏波回転素子は、InP基板30の上面に、厚さが
0.3μmとなるバンドギャップ波長1.3μm帯のI
nGaAsP導波層31,厚さが1.5μmとなるIn
Pクラッド層32が順次積層形成された構造となってい
る。The semiconductor polarization rotator of the first embodiment has a sectional structure as shown in FIG. That is, the semiconductor polarization rotator is formed on the upper surface of the InP substrate 30 with a band gap wavelength of 1.3 μm and an I of 0.3 μm.
nGaAsP waveguide layer 31, In having a thickness of 1.5 μm
It has a structure in which the P clad layer 32 is sequentially laminated.
【0053】また、前記InPクラッド層32は、所定
の形状にエッチング処理されて、前記のように、高さ
1.4μmで幅が2μmとなる直線導波路40および偏
波回転用側壁41ならびに直線側壁42が形成されてい
る。Further, the InP clad layer 32 is etched into a predetermined shape, and as described above, the linear waveguide 40 and the polarization rotation side wall 41 and the linear waveguide 40 having the height of 1.4 μm and the width of 2 μm are formed. The side wall 42 is formed.
【0054】このような半導体偏波回転素子は以下の方
法によって製造される。Such a semiconductor polarization rotator is manufactured by the following method.
【0055】図3に示すように、まず、表面の結晶面が
(001)になるInP基板30を用意した後、前記I
nP基板30上に厚さが0.3μmとなるバンドギャッ
プ波長1.3μm帯のInGaAsP導波層31、厚さ
が1.5μmとなるInPクラッド層32をMOCVD
法によって形成する。As shown in FIG. 3, first, an InP substrate 30 having a crystal surface of (001) is prepared, and then the I
On the nP substrate 30, an InGaAsP waveguide layer 31 having a band gap wavelength of 1.3 μm and a thickness of 0.3 μm, and an InP clad layer 32 having a thickness of 1.5 μm are formed by MOCVD.
Form by the method.
【0056】つぎに、プラズマCVD法によって前記I
nPクラッド層32の全面にSiO2膜35を蒸着す
る。Next, by the plasma CVD method, the above I
A SiO 2 film 35 is deposited on the entire surface of the nP clad layer 32.
【0057】つぎに、前記SiO2膜35上にフォトレ
ジスト膜36を形成した後、常用のフォトリソグラフィ
技術によって前記フォトレジスト膜36をパターニング
するとともに、フォトエッチング技術によって前記パタ
ーニングされたフォトレジスト膜36をエッチング用マ
スクとして前記SiO2膜35をパターニングする。前
記InPクラッド層32上に残留するSiO2膜35
は、図1の直線導波路40,偏波回転用側壁41,直線
側壁42の部分である。Next, after forming a photoresist film 36 on the SiO 2 film 35, the photoresist film 36 is patterned by a conventional photolithography technique, and the patterned photoresist film 36 is patterned by a photoetching technique. The SiO 2 film 35 is patterned using the as a mask for etching. SiO 2 film 35 remaining on the InP clad layer 32
Are portions of the straight waveguide 40, the polarization rotation side wall 41, and the straight side wall 42 of FIG.
【0058】つぎに、CH4/H2を用いドライエッチン
グによって前記InPクラッド層32をエッチングす
る。前記InPクラッド層32は1.5μmの厚さであ
ることから、0.1μm程度の厚さが残留するようにト
レンチエッチングする。これは、エッチングによってI
nGaAsP導波層31をエッチングしないための製造
上の安全(余裕)のためである。Next, the InP clad layer 32 is etched by dry etching using CH 4 / H 2 . Since the InP clad layer 32 has a thickness of 1.5 μm, trench etching is performed so that a thickness of about 0.1 μm remains. This is due to the etching
This is for safety (margin) in manufacturing because the nGaAsP waveguide layer 31 is not etched.
【0059】本実施形態1の素子の特性について説明す
る。The characteristics of the element of the first embodiment will be described.
【0060】半導体偏波回転素子は、直線導波路40の
両側に非対称に偏波回転用側壁41を近接配設した構造
になっている。図4に示すように、直線導波路40に偏
波回転用側壁41を近接配設する結果、導波路の界分布
45が偏波回転用側壁41の方向、すなわち、斜め上方
向に引き上げられ偏波の回転作用が起きる。The semiconductor polarization rotator has a structure in which side walls 41 for polarization rotation are arranged asymmetrically on both sides of the linear waveguide 40. As shown in FIG. 4, as a result of arranging the polarization rotation side wall 41 close to the linear waveguide 40, the field distribution 45 of the waveguide is pulled up in the direction of the polarization rotation side wall 41, that is, diagonally upward. The wave rotation effect occurs.
【0061】図6は、本実施形態1の半導体偏波回転素
子における光の伝搬距離Zと光の各偏波の相対的光出力
との相関を示したグラフである。入射光はTE偏光であ
る。Zの増加に伴い、相対的にTE偏光が減少し、TM
偏光が増加してくる。Z=450μmのときにTM偏光
が最大になる。FIG. 6 is a graph showing the correlation between the propagation distance Z of light and the relative optical output of each polarization of light in the semiconductor polarization rotator of the first embodiment. Incident light is TE polarized. As the Z value increases, the TE polarization decreases,
The polarization increases. TM polarization becomes maximum when Z = 450 μm.
【0062】図7は、本実施形態1の半導体偏波回転素
子における光の伝搬距離Zと素子の挿入損失との相関を
示したグラフである。リファレンス(偏波回転用側壁を
有しないリッジ型直線導波路)の損失は6dBであっ
た。損失の内訳は5dBがファイバとの結合損失、残り
の1dBは導波路内の伝搬損失である。FIG. 7 is a graph showing the correlation between the propagation distance Z of light and the insertion loss of the element in the semiconductor polarization rotating element of the first embodiment. The loss of the reference (ridge-type linear waveguide having no side wall for polarization rotation) was 6 dB. The breakdown of the loss is 5 dB as the coupling loss with the fiber, and the remaining 1 dB as the propagation loss in the waveguide.
【0063】光が伝搬するにつれて損失が若干増加する
傾向が見られるが、TE偏光からTM偏光への完全な偏
波回転が得られるZ=450μmにおいても損失の増加
量は0.4dBほどであり、伝搬損失は8.9dB/c
mであり、十分実用に供しえる低い値となっている。Although the loss tends to increase a little as the light propagates, the loss increase amount is about 0.4 dB even at Z = 450 μm where complete polarization rotation from TE polarized light to TM polarized light can be obtained. , The propagation loss is 8.9 dB / c
m, which is a sufficiently low value for practical use.
【0064】(実施形態2)図8は本発明の実施形態2
である半導体偏波回転素子の平面図である。(Second Embodiment) FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the semiconductor polarization rotation element that is
【0065】直線導波路の両側の偏波回転用側壁は、同
一周期で相互に異なる位相による関数で規定される存在
確率の基に配置されるが、本実施形態2では、偏波回転
用側壁41の直線導波路40に沿う長さL2を一定長さ
(たとえば、10μm)とし、かつ偏波回転用側壁41
のピッチ(d2)を変化させる構成になっている。前記
d2は0.5μmから9.5μmまで変化させてある。
この変化を表す関数はd2=4.5sin(aZ)+5
とした。なお、周期aZ=100μmである。周期の位
相は、前記直線導波路40の両側の偏波回転用側壁列間
で半周期分差を持たせてある。前記直線導波路40と偏
波回転用側壁41との間隔は約1.5μmである。The polarization rotation side walls on both sides of the linear waveguide are arranged on the basis of the existence probabilities defined by the functions of different phases in the same period, but in the second embodiment, the polarization rotation side walls are arranged. The length L 2 along the straight waveguide 40 of 41 is a fixed length (for example, 10 μm), and the polarization rotation side wall 41 is provided.
The pitch (d 2 ) is changed. The d 2 is changed from 0.5 μm to 9.5 μm.
The function expressing this change is d 2 = 4.5 sin (aZ) +5
And The period aZ = 100 μm. The phase of the period has a difference of a half period between the polarization rotating side wall rows on both sides of the linear waveguide 40. The distance between the linear waveguide 40 and the polarization rotation side wall 41 is about 1.5 μm.
【0066】本実施形態2も図6および図7のグラフで
示す特性となる。The second embodiment also has the characteristics shown in the graphs of FIGS. 6 and 7.
【0067】したがって、効果的な偏波回転が達成でき
る。Therefore, effective polarization rotation can be achieved.
【0068】(実施形態3)図9は本発明の実施形態3
である半導体偏波回転素子の平面図である。(Third Embodiment) FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the semiconductor polarization rotation element that is
【0069】本実施形態3の半導体偏波回転素子は、図
9に示すように、InP基板30の上面に、厚さが0.
3μmとなるバンドギャップ波長1.3μm帯のInG
aAsP導波層31,InPスペーサ層46,厚さが
0.01μmとなるバンドギャップ波長1.3μm帯の
InGaAsPエッチングストップ層47,厚さが1.
5μmとなるInPクラッド層32,InGaAsキャ
ップ層49が順次積層形成された構造となっている。As shown in FIG. 9, the semiconductor polarization rotator according to the third embodiment has a thickness of 0.
InG with a bandgap wavelength of 1.3 μm and a band of 3 μm
aAsP waveguide layer 31, InP spacer layer 46, InGaAsP etching stop layer 47 having a band gap wavelength of 1.3 μm and a thickness of 0.01 μm, and a thickness of 1.
The InP clad layer 32 and the InGaAs cap layer 49 having a thickness of 5 μm are sequentially laminated.
【0070】また、前記InPクラッド層32およびI
nGaAsキャップ層49は、前記実施形態1の場合と
同様にパターニングされて、直線導波路40および偏波
回転用側壁41ならびに直線側壁42が形成されてい
る。Further, the InP clad layer 32 and I
The nGaAs cap layer 49 is patterned in the same manner as in the case of the first embodiment to form the linear waveguide 40, the polarization rotation side wall 41, and the linear side wall 42.
【0071】なお、リッジ型直線導波路40の延在方向
は(011)方向である。The extending direction of the ridge type linear waveguide 40 is the (011) direction.
【0072】このような半導体偏波回転素子は以下の方
法によって製造される。Such a semiconductor polarization rotator is manufactured by the following method.
【0073】まず、表面の結晶面が(001)になるI
nP基板30を用意した後、前記InP基板30上に厚
さが0.3μmとなるバンドギャップ波長1.3μm帯
のInGaAsP導波層31、InPスペーサ層46、
厚さが0.01μmとなるバンドギャップ波長1.3μ
m帯のInGaAsPエッチングストップ層47、厚さ
が1.5μmとなるInPクラッド層32、InGaA
sキャップ層49をMOCVD法によって形成する。First, the crystal plane of the surface becomes (001) I
After preparing the nP substrate 30, an InGaAsP waveguide layer 31 having a band gap wavelength of 1.3 μm and a thickness of 0.3 μm, an InP spacer layer 46, and
Bandgap wavelength 1.3μ with thickness of 0.01μm
m-band InGaAsP etching stop layer 47, InP clad layer 32 having a thickness of 1.5 μm, InGaA
The s cap layer 49 is formed by the MOCVD method.
【0074】つぎに、プラズマCVD法によって前記I
nPクラッド層32の全面にSiO2膜を蒸着する。Then, the above-mentioned I is formed by the plasma CVD method.
A SiO 2 film is deposited on the entire surface of the nP clad layer 32.
【0075】つぎに、前記実施形態1の場合と同様に、
前記SiO2膜上にフォトレジスト膜を形成した後、常
用のフォトリソグラフィ技術によって前記フォトレジス
ト膜をパターニングするとともに、フォトエッチング技
術によって前記パターニングされたフォトレジスト膜を
エッチング用マスクとして前記SiO2膜をパターニン
グする。前記SiO2膜はC2F2/SF2によってエッチ
ングする。Next, as in the case of the first embodiment,
After forming a photoresist film on the SiO 2 film, with patterning the photoresist film by photolithography conventional, the SiO 2 film photoresist film said patterned by photoetching technique as an etching mask Pattern. The SiO 2 film is etched with C 2 F 2 / SF 2 .
【0076】つぎに、Cl2ガスを用いたRIBEによ
って最上層のInGaAsキャップ層49をエッチング
し、続いてInPクラッド層32(1.5μm厚)を塩
酸とりん酸の混合液を用いたウエットエッチングによっ
て1.5μmの深さに亘ってエッチングを行い、前記実
施形態1の場合と同様にそれぞれリッジ型の直線導波路
40,偏波回転用側壁41,直線側壁42を形成する。Next, the uppermost InGaAs cap layer 49 was etched by RIBE using Cl 2 gas, and then the InP clad layer 32 (1.5 μm thick) was wet-etched using a mixed solution of hydrochloric acid and phosphoric acid. Etching is performed to a depth of 1.5 μm to form a ridge type linear waveguide 40, a polarization rotation side wall 41, and a linear side wall 42, respectively, as in the case of the first embodiment.
【0077】本実施形態3の半導体偏波回転素子は、前
記実施形態1の半導体偏波回転素子と同様の効果を有す
るとともに、以下の効果を有する。The semiconductor polarization rotator of the third embodiment has the same effects as the semiconductor polarization rotator of the first embodiment and the following effects.
【0078】(1)InGaAsP導波層31上にIn
Pスペーサ層46を介してInGaAsPエッチングス
トップ層47を設けるとともに、InPクラッド層32
上にInGaAsキャップ層49を設けることから、I
nGaAsキャップ層49およびInPクラッド層32
のエッチングをウエットエッチングで行うことができ
る。この結果、前記InGaAsキャップ層49によっ
てエッチング時の偏波回転用側壁の幅の細りを抑止で
き、かつInGaAsPエッチングストップ層47によ
ってエッチング深さを一定にすることができ、偏波回転
用側壁の断面寸法を高精度に形成することができる。(1) In on the InGaAsP waveguide layer 31
The InGaAsP etching stop layer 47 is provided via the P spacer layer 46, and the InP clad layer 32 is formed.
Since the InGaAs cap layer 49 is provided on the
nGaAs cap layer 49 and InP clad layer 32
Can be performed by wet etching. As a result, the width of the polarization rotation side wall during etching can be suppressed by the InGaAs cap layer 49, and the etching depth can be made constant by the InGaAsP etching stop layer 47. The dimensions can be formed with high precision.
【0079】(2)ウエットエッチングはドライエッチ
ングに比較してエッチング面が滑らかになるため、残留
するInGaAsPエッチングストップ層47の表面も
滑らかになり、エッチングストップ層47の表面での光
の散乱に起因する半導体基板への光の逃げ量も減り、損
失の低減を図ることができる。(2) Since the etching surface of wet etching is smoother than dry etching, the surface of the remaining InGaAsP etching stop layer 47 is also smoothed and is caused by light scattering on the surface of etching stop layer 47. The amount of light that escapes to the semiconductor substrate is reduced and the loss can be reduced.
【0080】[0080]
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
【0081】(1)本発明の半導体偏波回転素子は、近
接した偏波回転用側壁の存在により、導波路界分布を斜
め上方に引き上げることができるため、TE偏波とTM
偏波との結合効果を大きくすることができる。(1) In the semiconductor polarization rotator of the present invention, since the waveguide field distribution can be raised obliquely upward due to the presence of the adjacent polarization rotation side wall, the TE polarization and the TM polarization can be obtained.
The coupling effect with polarized waves can be increased.
【0082】(2)本発明によれば、偏波を回転させる
ための周期的構造非対称性の導入に関しては、直線導波
路の両側の偏波回転用側壁の導波方向に対する長さが、
同一周期でかつ異なる位相で変化すること、または二つ
の偏波回転用側壁列それぞれの導波方向に対する間隔
(ピッチ)が、同一周期でかつ異なる位相で変化するこ
とによって実現できる。この結果、低損失でかつ450
μmという短い区間で偏波回転を実現でき、素子長の短
縮化を図ることができる。また、この周期を表す関数
は、偏波回転用側壁の長さや間隔を変えることによっ
て、任意に設定することができるといったメリットもあ
る。したがって、導波路構造に最適な周期関数を与える
ことにより、より効果的に偏波回転を行うことができ
る。(2) According to the present invention, regarding the introduction of the periodic structural asymmetry for rotating the polarization, the lengths of the polarization rotation side walls on both sides of the linear waveguide in the waveguide direction are as follows.
It can be realized by changing in the same cycle and different phase, or by changing the interval (pitch) of each of the two polarization rotation side wall rows with respect to the waveguide direction in the same cycle and different phase. As a result, low loss and 450
Polarization rotation can be realized in a short section of μm, and the element length can be shortened. Further, there is an advantage that the function representing this period can be arbitrarily set by changing the length and the interval of the polarization rotation side wall. Therefore, by giving an optimum periodic function to the waveguide structure, the polarization rotation can be performed more effectively.
【0083】(3)本発明の半導体偏波回転素子は、そ
の製造において、エッチングパターンを変更するだけ
で、従来のリッジ型直線導波路を有する半導体偏波回転
素子の製造技術で製造できるため、製造歩留りの向上を
図ることができる。(3) The semiconductor polarization rotator of the present invention can be manufactured by the conventional technology for manufacturing a semiconductor polarization rotator having a ridge-type linear waveguide simply by changing the etching pattern in manufacturing the semiconductor polarization rotator. The manufacturing yield can be improved.
【0084】(4)エッチングストップ層やキャップ層
を有する半導体偏波回転素子は、その製造においてエッ
チングストップ層の作用によってリッジの高さを制御で
きるとともに、キャップ層によって直線導波路の幅をエ
ッチング時の細りを防止できるため、高精度寸法のリッ
ジ型直線導波路や偏波回転用側壁を形成できる。本発明
に係わる半導体偏波回転素子は、リッジ形状(特に深
さ)に大きく依存するため、この構造および製法は重要
である。(4) The semiconductor polarization rotator having the etching stop layer and the cap layer can be manufactured by controlling the height of the ridge by the action of the etching stop layer, and at the same time, the width of the straight waveguide is etched by the cap layer. Since it is possible to prevent thinning, it is possible to form a ridge type linear waveguide and a polarization rotation side wall with high precision. Since the semiconductor polarization rotating element according to the present invention largely depends on the ridge shape (particularly the depth), this structure and manufacturing method are important.
【0085】(5)本発明の半導体偏波回転素子は、光
の導波がリッジ型直線導波路となるため、損失の増加も
殆ど無視してよい。したがって、本発明によれば、低損
失で偏波を回転することができるとともに、歩留りの高
い半導体偏波回転素子を実現することができる。(5) In the semiconductor polarization rotator of the present invention, since the waveguide of light is a ridge type straight waveguide, an increase in loss can be almost ignored. Therefore, according to the present invention, it is possible to rotate a polarized wave with low loss and to realize a semiconductor polarization rotating element having a high yield.
【図1】本発明の実施形態1である半導体偏波回転素子
の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a semiconductor polarization rotation element that is Embodiment 1 of the present invention.
【図2】図1のA−A線に沿う一部の拡大断面図であ
る。FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
【図3】本実施形態1の半導体偏波回転素子の製造状態
を示す一部の拡大断面図である。FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view showing a manufacturing state of the semiconductor polarization rotation element according to the first embodiment.
【図4】本実施形態1の半導体偏波回転素子において、
偏波回転用側壁によって光の界分布が斜め上方に引き上
げられた状態を示す模式図である。FIG. 4 shows a semiconductor polarization rotator according to the first embodiment,
It is a schematic diagram which shows the state where the field distribution of light was pulled up diagonally upward by the side wall for polarization rotation.
【図5】単位距離あたりの側壁の存在確率と光の伝搬方
向に対する距離との相関を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a correlation between a sidewall existence probability per unit distance and a distance with respect to a light propagation direction.
【図6】相対光出力と光の伝搬距離との相関を示すグラ
フである。FIG. 6 is a graph showing a correlation between relative light output and light propagation distance.
【図7】光損失と光の伝搬距離との相関を示すグラフで
ある。FIG. 7 is a graph showing a correlation between optical loss and light propagation distance.
【図8】本発明の実施形態2である半導体偏波回転素子
の平面図である。FIG. 8 is a plan view of a semiconductor polarization rotation element that is Embodiment 2 of the present invention.
【図9】本発明の実施形態3である半導体偏波回転素子
の一部拡大断面図である。FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view of a semiconductor polarization rotation element that is Embodiment 3 of the present invention.
【図10】従来の半導体偏波回転素子を示す斜視図であ
る。FIG. 10 is a perspective view showing a conventional semiconductor polarization rotator.
【図11】図10のA−A線に沿う模式的断面図であ
る。11 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
【図12】図10のB−B線に沿う模式的断面図であ
る。12 is a schematic cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
【図13】従来の他の半導体偏波回転素子の概略を示す
模式的断面図である。FIG. 13 is a schematic sectional view showing an outline of another conventional semiconductor polarization rotator.
【図14】従来の他の半導体偏波回転素子の概略を示す
模式的断面図である。FIG. 14 is a schematic sectional view showing the outline of another conventional semiconductor polarization rotator.
1…高い面、2…低い面、11…InP基板、12…I
nGaAsP導波層、13…InPサイドクラッド層、
14…InPリッジ層、30…InP基板、31…In
GaAsP導波層、32…InPクラッド層、35…S
iO2膜、36…フォトレジスト膜、40…直線導波
路、41…偏波回転用側壁、42…直線側壁、45…界
分布、46…InPスペーサ層、47…InGaAsP
エッチングストップ層、49…InGaAsキャップ
層。1 ... High surface, 2 ... Low surface, 11 ... InP substrate, 12 ... I
nGaAsP waveguide layer, 13 ... InP side cladding layer,
14 ... InP ridge layer, 30 ... InP substrate, 31 ... In
GaAsP waveguide layer, 32 ... InP clad layer, 35 ... S
iO 2 film, 36 ... Photoresist film, 40 ... Straight waveguide, 41 ... Polarization rotating side wall, 42 ... Straight side wall, 45 ... Field distribution, 46 ... InP spacer layer, 47 ... InGaAsP
Etching stop layer, 49 ... InGaAs cap layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−147114(JP,A) 特開 平4−241304(JP,A) 特開 平5−82908(JP,A) 特開 平5−341231(JP,A) 特開 平7−168045(JP,A) 特開 平8−271842(JP,A) 特開 平7−221387(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/126 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-63-147114 (JP, A) JP-A-4-241304 (JP, A) JP-A-5-82908 (JP, A) JP-A-5- 341231 (JP, A) JP-A 7-168045 (JP, A) JP-A 8-271842 (JP, A) JP-A 7-221387 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/126
Claims (5)
有する半導体偏波回転素子であって、前記所定直線導波
路部分に対して偏波を回転させるに可能な距離に、前記
直線導波路と同じ層構成からなる直方体形状の偏波回転
用側壁がその一面を前記直線導波路の側面に対面するよ
うに前記直線導波路の両側に沿って直線導波路に対して
非対称に1列ずつ設けられ、かつ前記直線導波路に沿う
方向の単位距離あたりの両偏波回転用側壁は、同一周期
で相互に異なる位相による関数で規定される存在確率で
配置されていることを特徴とする半導体偏波回転素子。1. A semiconductor polarization rotation element having a straight waveguide of the ridge type semiconductor substrate, before Kisho Teijika ray possible distance to rotate the polarization relative to waveguide section, said
A rectangular parallelepiped side wall for polarization rotation composed of the same layer structure as the linear waveguide faces one side of the side wall of the linear waveguide.
As described above, one row is provided asymmetrically with respect to the linear waveguide along both sides of the linear waveguide, and both polarization rotation side walls per unit distance in the direction along the linear waveguide are mutually in the same cycle. A semiconductor polarization rotator characterized by being arranged with a probability of existence that is defined by a function of different phases.
は相互に対向しかつ等ピッチで配設され、前記各偏波回
転用側壁の直線導波路に沿う長さは前記存在確率を満足
する関数によって規定される長さになり、前記関数の周
期の位相は前記直線導波路の両側の偏波回転用側壁列間
で半周期分差を持たせてあることを特徴とする請求項1
に記載の半導体偏波回転素子。2. The polarization-rotating side walls on both sides of the linear waveguide face each other and are arranged at equal pitches, and the length of each of the polarization-rotating sidewalls along the linear waveguide is equal to the existence probability. The length is defined by a satisfying function, and the phase of the period of the function has a difference of a half period between the side walls for polarization rotation on both sides of the linear waveguide. 1
The semiconductor polarization rotator according to.
壁の直線導波路に沿う長さは一定となり、前記直線導波
路の両側の偏波回転用側壁列のピッチは前記存在確率を
満足する関数によって規定される長さになり、前記関数
の周期の位相は前記直線導波路の両側の偏波回転用側壁
列間で半周期分差を持たせてあることを特徴とする請求
項1に記載の半導体偏波回転素子。3. The length of each polarization rotating side wall on both sides of the linear waveguide along the linear waveguide is constant, and the pitch of the polarization rotating side wall rows on both sides of the linear waveguide is equal to the existence probability. The length is defined by a satisfying function, and the phase of the period of the function has a difference of a half period between the side walls for polarization rotation on both sides of the linear waveguide. 1. The semiconductor polarization rotation element according to 1.
両側に沿って直線的に延在する直線側壁が設けられ、該
直線側壁と一体形成された前記偏波回転用側壁は、その
一面が前記直線導波路の側面に対向するように前記直線
側壁の一側縁から前記直線導波路に向かって突出する櫛
型形状となっていることを特徴とする請求項1乃至請求
項3のいずれか1項に記載の半導体偏波回転素子。Wherein said straight side wall that linearly extends along both sides of the straight waveguide on the semiconductor substrate is provided, the
Straight side walls and the polarization rotation for the side wall which is integrally formed, the
A comb protruding from one side edge of the straight side wall toward the straight waveguide so that one surface faces a side surface of the straight waveguide.
The semiconductor polarization rotator according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor polarization rotator has a mold shape .
られる導波層と、前記導波層上に設けられるスペーサ層
と、前記スペーサ層上全域に設けられるエッチングスト
ップ層と、前記エッチングストップ層上に設けられ前記
直線導波路と偏波回転用側壁または前記直線導波路と偏
波回転用側壁と直線側壁を構成するクラッド層と、前記
クラッド層上に設けられるキャップ層とからなることを
特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載
の半導体偏波回転素子。5. A semiconductor substrate, a waveguide layer provided on the semiconductor substrate, a spacer layer provided on the waveguide layer, an etching stop layer provided on the entire region of the spacer layer, and the etching stop layer. A cladding layer provided on the linear waveguide and the polarization rotation side wall or forming the linear waveguide, the polarization rotation side wall and the straight side wall, and a cap layer provided on the cladding layer. The semiconductor polarization rotator according to any one of claims 1 to 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP26623396A JP3409606B2 (en) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | Semiconductor polarization rotator |
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JPH10111425A JPH10111425A (en) | 1998-04-28 |
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