JP5326456B2 - Optical waveguide device - Google Patents
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Description
本発明は、埋込導波路とハイメサ導波路とを含む光導波装置に関する。 The present invention relates to an optical waveguide device including a buried waveguide and a high mesa waveguide.
光エレクトロニクス技術の進歩に伴い、多機能の光素子が要望されている。省エネルギ、省スペースの観点から、半導体光素子の一層の集積化が求められている。発光素子としての半導体レーザ装置には、活性層へ電流を効率的に注入するために、埋込導波路が適している。また、発光素子や光変調器を接続する光回路としての導波路には、光回路をできるだけ小型化するために、導波路の曲がり損失が小さいハイメサ導波路が適している。 With the advancement of optoelectronic technology, multifunctional optical elements are demanded. From the viewpoint of energy saving and space saving, further integration of semiconductor optical devices is required. An embedded waveguide is suitable for a semiconductor laser device as a light emitting element in order to efficiently inject current into the active layer. Further, a high-mesa waveguide with a small bending loss of the waveguide is suitable for a waveguide as an optical circuit to which the light emitting element and the optical modulator are connected in order to make the optical circuit as small as possible.
埋込導波路の導波光と、ハイメサ導波路の導波光とは、その導波モードが異なる。このため、両者を接続した場合、光結合効率が低下する。結合しなかった成分は、迷光として導波路外に放射される。導波路構造によっては、迷光が導波路に再結合し、素子特性が低下する場合がある。 The guided light of the buried waveguide is different from the guided light of the high mesa waveguide. For this reason, when both are connected, optical coupling efficiency falls. The components that are not coupled are radiated out of the waveguide as stray light. Depending on the waveguide structure, stray light may recombine with the waveguide and the device characteristics may deteriorate.
また、埋込導波路とハイメサ導波路とでは、導波路の等価屈折率が異なるため、インピーダンスミスマッチングによる反射が発生する。入射側の導波路に戻された反射光によって、素子特性が低下する場合もある。 Further, since the equivalent refractive index of the waveguide is different between the buried waveguide and the high mesa waveguide, reflection due to impedance mismatching occurs. The element characteristics may be deteriorated due to the reflected light returned to the waveguide on the incident side.
埋込導波路とハイメサ導波路との接続部分に、スポットサイズ変換用導波路を介在させることにより、接続部分における反射を抑制することができる(特許文献1)。スポットサイズ変換用導波路の側面に、半導体からなるテーパ状のクラッドが配置されている。テーパ状クラッドの幅は、埋込導波路からハイメサ導波路へ向かって徐々に狭くなっている。テーパ状クラッドよりも外側には、ポリイミド等の低屈折率の媒質が充填される。 By interposing a spot size conversion waveguide in the connection portion between the buried waveguide and the high mesa waveguide, reflection at the connection portion can be suppressed (Patent Document 1). A tapered clad made of a semiconductor is disposed on the side surface of the spot size conversion waveguide. The width of the tapered cladding gradually decreases from the buried waveguide toward the high mesa waveguide. A medium having a low refractive index such as polyimide is filled outside the tapered clad.
テーパ状クラッドと、それよりも外側のポリイミド等の媒質との界面が反射面として作用する。界面で反射した光が導波路外へ放射されることにより、結合効率が低下する。また、反射光が導波路に再結合すると、素子特性の低下をもたらす場合がある。 An interface between the tapered clad and a medium such as polyimide on the outer side acts as a reflecting surface. The light reflected from the interface is radiated out of the waveguide, thereby reducing the coupling efficiency. Further, when the reflected light recombines with the waveguide, the device characteristics may be deteriorated.
上記課題を解決するための光導波装置は、
基板上に形成され、コアの両側が第1の媒質で埋め込まれている埋込導波路と、
前記基板の上に形成され、コアの両側に、前記第1の媒質よりも屈折率の小さな第2の媒質が配置されているハイメサ導波路と、
前記基板の上に形成され、前記埋込導波路と前記ハイメサ導波路とを光学的に接続する接続導波路と
を有し、前記接続導波路は、該接続導波路のコアの少なくとも一方の側に配置され、導波方向に並ぶ複数のフィンを含み、
相互に隣り合う前記フィンの間の間隙部の厚さが、前記埋込導波路から前記ハイメサ導波路に近づくにつれて厚くなるように変化している。
An optical waveguide device for solving the above problems is as follows.
An embedded waveguide formed on a substrate and embedded on both sides of the core with a first medium;
A high-mesa waveguide formed on the substrate and having a second medium having a refractive index smaller than that of the first medium on both sides of the core;
A connection waveguide formed on the substrate and optically connecting the buried waveguide and the high mesa waveguide; and the connection waveguide is at least one side of the core of the connection waveguide disposed, seen including a plurality of fins arranged in the guiding direction,
The thickness of the gap between the fins adjacent to each other changes so as to increase from the buried waveguide toward the high mesa waveguide.
複数のフィンにより、接続導波路の等価屈折率が緩やかに変化する。これにより、埋込導波路とハイメサ導波路との接続箇所における反射を抑制することができる。 Due to the plurality of fins, the equivalent refractive index of the connection waveguide gradually changes. Thereby, the reflection in the connection location of a buried waveguide and a high mesa waveguide can be suppressed.
図1〜図18を参照しながら、実施例1〜11について説明する。 Examples 1 to 11 will be described with reference to FIGS.
図1に、実施例1による光導波装置の斜視図を示す。n型InPからなる基板20の表面に、埋込導波路領域50Aとハイメサ導波路領域52Aとが、ある間隔を隔てて画定されている。両者の間に、接続導波路領域51Aが画定される。基板20の上に、メサ41が形成されている。メサ41は、埋込導波路領域50Aから、接続導波路領域51Aを横切って、ハイメサ導波路領域52Aまで達する。メサ41の幅は、例えば1.3μmである。
FIG. 1 is a perspective view of the optical waveguide device according to the first embodiment. On the surface of the
埋込導波路領域50Aにおいては、メサ41は、基板20の表層部、コア層21、上部クラッド層22、及びコンタクト層23がこの順番に積層された積層構造を有する。コア層21は、GaInAsP系混晶半導体で形成された多重量子井戸構造を有する。その厚さは、例えば200nmである。上部クラッド層22は、p型InPで形成されており、その厚さは、例えば2.5μmである。コンタクト層23は、p型GaInAsで形成されており、その厚さは、例えば0.3μmである。
In the embedded
埋込導波路領域50Aのメサ41の両側に、電流ブロック層45が埋め込まれている。電流ブロック層45は、Feがドープされた半絶縁性のInPで形成されている。その上面の高さは、コンタクト層23の上面の高さとほぼ等しい。コア層21、基板20、上部クラッド層22、及び電流ブロック層45により、埋込導波路50が構成される。コア層21の両側に、コア層21よりも等価屈折率の小さな化合物半導体材料からなる電流ブロック層45が配置されていることにより、埋込導波路50の導波光が横方向に関して閉じ込められる。
埋込導波路領域50Aのコンタクト層23の上に、上部電極70が形成されている。上部電極70は、Au/Zn/Auの3層構造を有する。基板20の背面に、背面電極71が形成されている。背面電極71は、AuGe/Auの2層構造を有する。埋込導波路50は、1.3μm帯の半導体レーザ素子として機能する。
An
接続導波路領域51A及びハイメサ導波路領域52Aのメサ41は、基板20の表層部、コア層31、及び上部クラッド層32がこの順番に積層された積層構造を有する。コア層31は、GaInAsP系混晶半導体からなるバルク構造を有し、その厚さは、例えば200nmである。上部クラッド層32はn型または半絶縁性のInPで形成され、その厚さは、例えば2.8μmである。ハイメサ導波路領域52Aの基板20、コア層31、及び上部クラッド層32が、ハイメサ導波路52を構成する。
The
接続導波路領域51Aのメサ41の両側に、導波方向に並んだ複数の薄板状のフィン45aが配置されている。基板20、コア層31、上部クラッド層32、及びフィン45aが、接続導波路51を構成する。接続導波路51は、埋込導波路50とハイメサ導波路52とを光学的に接続する。
A plurality of thin plate-
フィン45aの各々は、メサ41の長手方向に直交し、1つの端面がメサ41の側面に接触する姿勢で配置される。フィン45aの各々の厚さD1は、例えば20nmである。相互に隣り合うフィン45aの間の間隙部の厚さD2は、埋込導波路50からハイメサ導波路52に近づくに従って、20nmから160nmまで、5nm刻みで厚くなるように変化している。すなわち、メサ41の片側に配置されるフィン45aは29枚になる。フィン45aの各々の、メサ41から横方向に延びる長さLは、導波光のビーム断面の広がりに比べて十分大きい。例えば、長さLは、5μm以上に設定される。
Each of the
フィン45aは、コア層31よりも屈折率の小さな材料で形成される。製造プロセスを簡単化するという観点から、フィン45aを電流ブロック層45と同一の材料で形成することが好ましい。
The
ハイメサ導波路領域52Aのメサ41の両側、及び接続導波路領域51Aのフィン45aの間の間隙部は、大気で満たされている。なお、大気以外に、埋込導波路領域50Aのメサ41の両側に埋め込まれた電流ブロック層45の屈折率よりも小さな屈折率を有する媒質を配置してもよい。このような媒質として、ポリイミド、ベンゾシクロブテン(BCB)等の樹脂が挙げられる。電流ブロック層45の屈折率よりも小さな屈折率を持つ媒質、例えば大気、樹脂等を配置すれば、ハイメサ導波路52において、埋込導波路50に比べて、横方向に関して高い閉じ込め効果を得ることができる。
The gaps between both sides of the
次に、図2〜図5を参照して、実施例1による光導波装置の製造方法について説明する。 Next, with reference to FIGS. 2 to 5, a method of manufacturing the optical waveguide device according to the first embodiment will be described.
図2に示すメサ41を形成するまでの工程について説明する。n型InPからなる基板20の上に、多重量子井戸構造のコア層21、上部クラッド層22、及びコンタクト層23を形成する。これらの層は、例えば有機金属化学気相成長(MOVPE)により形成される。In原料としてトリメチルインジウム、Ga原料としてトリメチルガリウム、P原料としてフォスフィン、及びAs原料としてアルシンを用いることができる。
Processes until the
埋込導波路領域50Aを酸化シリコン等のマスクパターンで覆い、接続導波路領域51A及びハイメサ導波路領域52Aのコンタクト層23、上部クラッド層22、及びコア層21をエッチング除去する。これらの層のエッチングには、メタン系または塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を用いることができる。
The buried
次に、エッチングによって露出した基板20の上に、バルク型のコア層31、及び上部クラッド層32を選択成長させる。これらの層の形成には、MOVPEを用いることができる。コア層31の上面は、コア層21の上面とほぼ同一の高さになり、上部クラッド層32の上面は、コンタクト層23の上面とほぼ同一の高さになる。上部クラッド層32を形成した後、エッチング用のマスク及び選択成長用のマスクとして用いたマスクパターンを除去する。これにより、埋込導波路領域50Aに、コンタクト層23が露出する。
Next, a bulk
コンタクト層23及び上部クラッド層32の上に、酸化シリコンからなる第1のマスクパターン40を形成する。第1のマスクパターン40は、埋込導波路領域50A内から、接続導波路領域51Aを横切って、ハイメサ導波路領域52Aまで達する帯状の平面パターンを有する。第1のマスクパターン40の幅は、例えば1.3μmである。
A
第1のマスクパターン40をエッチングマスクとして、基板20の表層部までエッチングする。これにより、メサ41が形成される。
Using the
図3に示すように、メサ41の両側に、FeドープのInPからなる半絶縁性の電流ブロック層45を、MOVPEにより選択成長させる。電流ブロック層45の上面は、第1のマスクパターン40の底面とほぼ同一の高さになる。電流ブロック層45の形成後、第1のマスクパターン40を除去する。
As shown in FIG. 3, on both sides of the
図4に示すように、メサ41及び電流ブロック層45の上に、酸化シリコンからなる第2のマスクパターン48を形成する。第2のマスクパターン48は、埋込導波路領域50Aの全域、ハイメサ導波路領域52Aのメサ41の上面、接続導波路領域51Aのメサ41及びフィン45aの上面を覆う。第2のマスクパターン48の形成には、例えば電子ビーム露光を用いたリソグラフィ技術を適用することができる。
As shown in FIG. 4, a
図5に示すように、第2のマスクパターン48をエッチングマスクとして、電流ブロック層45をエッチングし、基板20の表面まで達した時点でエッチングを停止させる。このエッチングには、RIE等が用いられる。エッチング後、第2のマスクパターン48を除去する。その後、図1に示した上部電極70及び背面電極71を形成する。
As shown in FIG. 5, the
図6に、メサ41の長手方向に関する等価屈折率の分布を示す。実施例1による光導波装置の透過屈折率を実線pで示す。埋込導波路50の等価屈折率が、ハイメサ導波路52の等価屈折率よりも高い。
FIG. 6 shows an equivalent refractive index distribution in the longitudinal direction of the
相互に隣り合うフィン45aの中心間距離が、波長1.3μm帯の導波光の管内波長よりも短いため、フィン45aは反射面または回折格子として作用しない。導波光は、フィン45aと、その間の間隙部とで生ずる局所的な平均屈折率を感じることになる。フィン45aの間の間隙部の厚さが、埋込導波路50からハイメサ導波路52に近づくにつれて厚くなるように変化しているため、埋込導波路50からハイメサ導波路52に向かって、接続導波路51の等価屈折率が低下する。接続導波路51とハイメサ導波路52との界面においては、1枚のフィン45aに起因する屈折率の小さな段差が生ずる。この段差は、埋込導波路50の等価屈折率とハイメサ導波路52の等価屈折率との差に比べて、十分小さい。
Since the distance between the centers of the
図6に示したように、接続導波路51内においては、等価屈折率が緩やかに変化する。埋込導波路50とハイメサ導波路52との間に、接続導波路51を配置したことにより、等価屈折率の大きな段差の発生を抑制することができる。これにより、埋込導波路50とハイメサ導波路52との接続箇所における導波光の反射を抑制することができる。
As shown in FIG. 6, the equivalent refractive index gradually changes in the
接続導波路51が短すぎると、等価屈折率の不連続を緩和する十分な効果が得られなくなる。等価屈折率の不連続を緩和する十分な効果を得るために、接続導波路51の長さを、導波光の管内波長の50倍以上にすることが好ましい。また、接続導波路51を長くしすぎると、装置の大型化につながる。接続導波路51の長さは、導波光の管内波長の250倍にすれば十分である。ここで、単一波長の導波光が伝搬する場合には、導波光のスペクトルの中心波長を基準に接続導波路51の長さを設定すればよい。また、波長多重された複数のチャンネルの導波光が伝搬する場合には、最も波長の長いチャンネルの導波光のスペクトルの中心波長を基準に、接続導波路51の長さを設定すればよい。
If the connecting
また、フィン45aは、横方向に関して導波光のビーム断面を内包する大きさを有する。導波光のビーム径を変化させるために、接続導波路51のコアの側方に、幅が徐々に変化するテーパ状のクラッドを配置すると、テーパ状のクラッドの外側の側面が反射面として作用してしまう。実施例1においては、フィン45aがビーム断面を内包しているため、導波路の側方には、反射面として作用する境界面が存在しない。このため、予期せぬ反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。
Further, the
実施例1では、基板20にn型半導体材料を用いたが、半絶縁性の半導体材料を用いてもよい。半絶縁性の基板を用いる場合には、基板の背面に電極を形成することができないため、電極構造にコプレーナ型を採用することが好ましい。コプレーナ型の電極は、後述する実施例6による光導波装置に採用されている。また、基板20に、p型半導体材料を用い、埋込導波路50の上部クラッド層に、n型半導体材料を用いてもよい。
In the first embodiment, the n-type semiconductor material is used for the
コア層21、31に、AlGaInAs系混晶半導体材料を用いることによって、1.55μm帯の導波路を形成することも可能である。この場合には、フィン45aの中心間距離を、波長1.55μmの導波光の管内波長よりも短くすればよい。このように、フィン45aの中心間距離は、導波光の管内波長に基づいて調整することが好ましい。
By using an AlGaInAs mixed crystal semiconductor material for the core layers 21 and 31, it is also possible to form a 1.55 μm band waveguide. In this case, the distance between the centers of the
コア層21を、多重量子井戸構造に代えて、バルク構造としてもよい。基板20として、InP基板に代えて、ドライバ回路等が形成されたシリコン基板上に、InPのエピタキシャル構造を貼り合わせた複合基板を用いてもよい。半絶縁性の電流ブロック層45に代えて、pnpnサイリスタ構造の電流ブロック層を用いてもよい。
The
ハイメサ導波路52を能動素子として機能させる場合には、上部クラッド層32の導電型を基板20の導電型とは反対のp型としてもよい。
When the
埋込導波路50は、半導体レーザ素子として機能させる必要はなく、光変調器として機能させてもよいし、能動素子ではなく、単なる光回路として機能させてもよい。能動素子として機能させない場合には、基板、コア層、クラッド層等に、化合物半導体材料を用いる必要はない。基板、コア層、クラッド層等に、有機物を用いてもよいし、シリコン系材料を用いてもよい。
The buried
図7に、実施例2による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図7に示した構成は、実施例1の図5に示した構成に対応する。実施例1では、フィン45aの間の間隙部の深さが揃っていたが、実施例2では、薄い間隙部の深さが、厚い間隙部の深さよりも浅くされている。これは、エッチング時のマイクロローディング効果が大きく現れたためである。
FIG. 7 is a perspective view of the optical waveguide device according to the second embodiment in the middle of manufacturing. The configuration shown in FIG. 7 corresponds to the configuration shown in FIG. In the first embodiment, the depth of the gap between the
フィン45aの間の間隙部の厚さは、ハイメサ導波路52に近づくにつれて厚くなるように変化しているため、間隙部は、埋込導波路50からハイメサ導波路52に近づくにつれて深くなる。
Since the thickness of the gap between the
図6に、実施例2による光導波構造の透過屈折率分布を、破線qで示す。埋込導波路50に近い領域では、メサ41の両側に、大気よりも屈折率の高い電流ブロック層45の基板側の部分が残っているため、接続導波路51の等価屈折率は、実施例1の接続導波路51の等価屈折率よりも高い。ハイメサ導波路52に近づくにしたがって、等価屈折率は、実施例1の等価屈折率に近づく。
FIG. 6 shows a transmission refractive index distribution of the optical waveguide structure according to the second embodiment with a broken line q. In the region close to the buried
実施例2においても、接続導波路51の等価屈折率が緩やかに変化する。また、フィン45aが、横方向に関して導波光のビーム断面よりも十分大きい。このため、実施例1と同様の効果が得られる。
Also in the second embodiment, the equivalent refractive index of the
図8に、実施例3による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図8は、実施例1の図5に示した第2のマスクパターン48を除去した後の状態に対応する。実施例1では、接続導波路領域51A及びハイメサ導波路領域52Aにおいて、第2のマスクパターンの側方の縁が、メサ41の縁に一致していた。このため、接続導波路領域51Aにおいては、フィン45aの間の間隙部に、コア層31及び上部クラッド層32の側面が露出していた。ハイメサ導波路領域52Aにおいては、コア層31及び上部クラッド層32の側面の全域が露出していた。
FIG. 8 is a perspective view of the optical waveguide device according to the third embodiment in the middle of manufacturing. FIG. 8 corresponds to the state after removing the
実施例3においては、図5に示した第2のマスクパターン48に相当するパターンが、メサ41の縁よりもやや外側まで広がっている。このため、電流ブロック層45をエッチングした後、メサ41の側面に、電流ブロック層45と同一の半絶縁性InPからなる側面被覆膜60が残る。
In Example 3, a pattern corresponding to the
側面被覆膜60は、コア層31及び上部クラッド層32の側面を保護する役割を担う。これにより、側面の界面準位の密度を低減させることができる。
The side
側面被覆膜60が厚すぎると、ハイメサ導波路52と埋込導波路50との差がなくなってしまう。一般的に、埋込導波路50内の導波光のビーム断面は、メサ41の側面よりも2μm程度外側まで広がっている。側面被覆膜60の厚さを、メサ41から側方へのビーム断面の広がりの寸法の1/10以下にすると、ハイメサ導波路52の横方向閉じ込めの十分な機能が維持されると考えられる。従って、側面被覆膜60の厚さは、0.2μm以下にすることが好ましい。側面被覆膜60の厚さの好適範囲の下限値は、特に限定されない。原理的には、1モノレイヤ分の厚さがあればよい。
If the side
なお、接続導波路領域51Aに、側面被覆膜60を配置し、ハイメサ導波路領域52Aには、側面被覆膜60を配置しない構成としてもよい。
The
図9に、実施例4による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例3では、側面被覆膜60の厚さが、導波光の伝搬方向に関してほぼ一定であったが、実施例4では、接続導波路領域51Aの側面被覆膜60が、埋込導波路50からハイメサ導波路52に向かって薄くなっている。その他の構成は、実施例3と同一である。
FIG. 9 is a perspective view of the optical waveguide device according to the fourth embodiment in the middle of manufacturing. In the third embodiment, the thickness of the side
実施例4においても、実施例3と同様の効果が得られる。 In the fourth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.
図10に、実施例5による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例1では、図2に示した埋込導波路50側のコア層21とハイメサ導波路52側のコア層31との境界が、埋込導波路50と接続導波路51との境界に一致していた。実施例5では、コア層21とコア層31との境界65が、埋込導波路50と接続導波路51との境界66から、接続導波路51内にわずかに入り込んでいる。
FIG. 10 is a perspective view of the optical waveguide device according to the fifth embodiment in the middle of manufacturing. In Example 1, the boundary between the
図11に、実施例5の変形例による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。この変形例では、コア層21とコア層31との境界65が、埋込導波路50と接続導波路51との境界66から、埋込導波路50内にわずかに入り込んでいる。
FIG. 11 is a perspective view of an optical waveguide device according to a modification of the fifth embodiment in the middle of manufacturing. In this modification, the
このように、コア層21とコア層31との境界65が、埋込導波路50と接続導波路51との境界66に厳密に一致しなくても、実施例1と同様の効果が得られる。図4に示した第2のマスクパターン48を形成する際の位置合わせ時に、埋込導波路50と接続導波路51との境界66が、コア層21とコア層31との境界65から導波方向にずれても、そのずれ量が5μm以下であれば、光導波装置の動作上問題はない。
Thus, even if the
図12及び図13を参照して、実施例6による光導波装置の製造方法について説明する。基本的な製造工程は、実施例1による光導波装置の製造工程と同一である。以下、実施例1の製造方法と異なる点に着目して説明する。 With reference to FIG.12 and FIG.13, the manufacturing method of the optical waveguide device by Example 6 is demonstrated. The basic manufacturing process is the same as the manufacturing process of the optical waveguide device according to the first embodiment. Hereinafter, the description will be given focusing on differences from the manufacturing method of the first embodiment.
図12に示す基板20には、半絶縁性のInPが用いられる。基板20の上に、n型InPからなる下部クラッド層25を形成する。下部クラッド層25の厚さは、例えば0.5μmである。その後の工程は、実施例1の場合と同様である。第2のマスクパターン48をエッチングマスクとして電流ブロック層45をエッチングする際には、下部クラッド層25と基板20との界面でエッチングを停止させる。
Semi-insulating InP is used for the
フィン45aの各々の厚さD1は80nmである。フィン45aの間の間隙部の厚さD2は、埋込導波路50からハイメサ導波路52に近づくにつれて、80nmから160nmまで、5nm刻みで厚くなるように変化している。相互に隣り合うフィン45aの中心間の距離は、160nm〜240nmの範囲内になる。この寸法は、波長1.3μm帯の導波光の管内波長とほぼ等しいため、複数のフィン45aが回折格子として作用する。ただし、その周期が緩やかに変化しているため、特定の波長の導波光のみが強く回折されるのではなく、波長1100nm〜1500nmの導波光が、十数%〜数十%程度の弱い回折を受ける。電流ブロック層45のエッチング後、第2のマスクパターン48を除去する。
The thickness D1 of each
図13に示すように、埋込導波路50のコア層21の側方の電流ブロック層45に、下部クラッド層25まで達する凹部を形成する。この凹部の底面に、下部電極72を形成する。コンタクト層23の上に、上部電極70を形成する。実施例6では、半絶縁性の基板が用いられるため、図13に示したように、コプレーナ型の電極構造が採用される。
As shown in FIG. 13, a recess reaching the
実施例6においても、フィン45aの間の間隙部の厚さが、埋込導波路50からハイメサ導波路52に近づくにつれて、段階的に厚くなるように変化しているため、導波光に対する等価屈折率の変化を緩やかにすることができる。これにより、屈折率の不連続に起因する反射の増大を抑制することができる。
Also in the sixth embodiment, the thickness of the gap between the
導波光がハイメサ導波路52から埋込導波路50に向かって進行する場合について考察する。導波光は、複数のフィン45aからなる回折格子によって回折される。この回折光は、ハイメサ導波路52側に進行する。ハイメサ導波路52のコア層31の両側には、半導体材料からなる埋込層(電流ブロック層)が配置されていないため、回折光は、ほとんどハイメサ導波路52に再結合しない。
Consider the case where guided light travels from the high-
実施例6では、基板20に半絶縁性の半導体材料を用いたが、実施例1と同様に、n型半導体材料を用いてもよい。この場合は、下部電極72に代えて、基板20の背面に背面電極を形成すればよい。
In the sixth embodiment, a semi-insulating semiconductor material is used for the
実施例6による光導波装置を、1.55μm帯の導波光に適用する場合には、相互に隣り合うフィン45aの中心間距離が、190nm〜290nmの範囲内で変化するようにフィン45aを配置すればよい。
When the optical waveguide device according to the sixth embodiment is applied to 1.55 μm band guided light, the
図14に、実施例7による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図14は、図12に示した実施例6の第2のマスクパターン48を除去した後の状態に対応する。第2のマスクパターン48の平面形状は、図12に示したものと同一である。
FIG. 14 is a perspective view of the optical waveguide device according to Example 7 in the middle of manufacturing. FIG. 14 corresponds to the state after the
実施例2では、フィン45aが、メサ41の長手方向と直交する姿勢で配置されていた。実施例7では、フィン45aが、基板20の表面に対して傾斜する姿勢で配置されている。すべてのフィン45aについて、傾斜方向及び傾斜角は等しい。一例として、ハイメサ導波路52側を向くフィン45aの表面が、基板20の上方を向くように傾斜している。傾斜角は、例えば75°である。このような構造は、電流ブロック層45のエッチング時に、RIE装置内に基板を傾けて装填することにより形成することができる。
In the second embodiment, the
実施例7においても、実施例6と同様の効果が得られる。さらに、ハイメサ導波路52から埋込導波路50に向かう導波光が複数のフィン45aで回折されると、その回折光は、基板表面に対して斜め上方に向かう。このため、実施例6に比べて、さらに、回折光がハイメサ導波路52に再結合しにくくなる。
In Example 7, the same effect as in Example 6 can be obtained. Further, when the guided light from the
埋込導波路50からハイメサ導波路52に向かう導波光は、基板表面に対して斜め下方に向けて回折される。このため、実施例6に比べて、回折光が埋込導波路50に再結合しにくくなる。
The guided light from the embedded
図15に、実施例8による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。基本的な製造工程は、実施例1の場合と同一である。図15は、図5に示した第2のマスクパターン48を除去した後の状態に相当する。実施例1では、フィン45aの厚さD1を一定にし、間隙部の厚さD2を変化させた。実施例8では、間隙部の厚さD2を一定にし、フィン45aの厚さD1を変化させている。
FIG. 15 is a perspective view of the optical waveguide device according to Example 8 in the middle of manufacturing. The basic manufacturing process is the same as in the first embodiment. FIG. 15 corresponds to a state after the
例えば、間隙部の厚さD2は40nmである。フィン45aの厚さD1は、埋込導波路50からハイメサ導波路52に近づくにつれて、140nmから40nmまで、5nm刻みで段階的に薄くなるように変化している。
For example, the gap thickness D2 is 40 nm. The thickness D1 of the
相互に隣り合うフィン45aの中心間距離は、1.55μm帯の導波光の管内波長に比べて短い。このため、1.55μm帯の導波光は、実施例1の場合と同様に、フィン45aと間隙部とに基づく局所的な平均屈折率を感じる。これにより、等価屈折率の大きな不連続に起因する反射を抑制することができる。
The distance between the centers of the
図16に、実施例9による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例9による光導波装置を、実施例8による光導波装置と対比すると、フィン45aの厚さD1及び間隙部の厚さD2が異なる。さらに、実施例9では、コア層21がAlGaInAs系混晶半導体で形成された多重量子井戸構造を有する。その他の構成は、実施例8による光導波装置の構成と同一である。
FIG. 16 is a perspective view of the optical waveguide device according to Example 9 in the middle of manufacturing. When the optical waveguide device according to the ninth embodiment is compared with the optical waveguide device according to the eighth embodiment, the thickness D1 of the
実施例9においては、間隔D2が80nm、厚さD1が、埋込導波路50からハイメサ導波路52に向かって、200nmから80nmまで、5nm刻みで段階的に薄くなっている。フィン45aの中心間距離が、1.55μm帯の導波光の管内波長に近いため、複数のフィン45aが回折格子として機能する。この回折格子により、波長1400nm〜1700nmの光が、十数%〜数十%程度の弱い回折を受ける。
In the ninth embodiment, the distance D2 is 80 nm, and the thickness D1 is gradually reduced from 200 nm to 80 nm in steps of 5 nm from the buried
実施例9においても、実施例8と同様に、埋込導波路50とハイメサ導波路52との等価屈折率の不連続に起因する反射を抑制することができる。また、実施例6と同様に、ハイメサ導波路52から埋込導波路50に向かう導波光が回折を受けるが、この回折光は、ハイメサ導波路に、ほとんど再結合しない。
Also in the ninth embodiment, similarly to the eighth embodiment, it is possible to suppress the reflection caused by the discontinuity of the equivalent refractive index between the buried
図17に、実施例10による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。実施例10においては、基板20の表面に垂直で、かつ導波方向に平行な仮想平面(メサ41の側面に平行な仮想平面)に対して傾斜している。その他の構成は、実施例9による光導波装置の構成と同一である。このような構造は、図4に示した第2のマスクパターン48のうち、フィン45aに対応する枝の部分をメサ41の長手方向から傾けることにより形成される。
FIG. 17 is a perspective view of the optical waveguide device according to Example 10 in the middle of manufacturing. In the tenth embodiment, the
フィン45aの、ハイメサ導波路52側を向く表面の法線ベクトルが、メサ41から遠ざかる方を向くように傾いている。メサ41の長手方向と法線ベクトルとのなす角度は、例えば30°(仮想平面に対する傾斜角は60°)である。
The normal vector of the surface of the
ハイメサ導波路52から埋込導波路50に向かう導波光の一部が複数のフィン45aで回折される。その回折光の進行方向は、ハイメサ導波路52側を向き、かつ進行するに従ってコア層31から遠ざかる。このため、ハイメサ導波路52に再結合しにくくなる。
A portion of the guided light from the
埋込導波路50からハイメサ導波路52に導波光を伝搬させる用途に用いる場合には、フィン45aの、埋込導波路50側を向く表面の法線ベクトルが、メサ41(またはコア層21)から遠ざかる方を向くように、フィン45aの傾斜方向を設定すればよい。この場合、埋込導波路50からハイメサ導波路52に向かう導波光の一部が回折されると、その回折光は、メサ41から遠ざかる向きに伝搬する。このため、回折光の、埋込導波路50への再結合を抑制することができる。
When used for the purpose of propagating guided light from the embedded
図18に、実施例11による光導波装置の製造途中段階における斜視図を示す。図18は、実施例1の図5に示した第2のマスクパターン48を除去した後の状態に相当する。実施例11では、フィン45aの厚さD1及び間隙部の厚さD2の双方が変化する。厚さD1は、埋込導波路50からハイメサ導波路52に近づくにつれて、180nmから20nmまで、5nm刻みで段階的に薄くなるように変化し、間隙部の厚さD2は、20nmから180nmまで、5nm刻みで段階的に広くなるように変化する。相互に隣り合うフィン45aの厚さ方向の中心間距離D3は200nmで一定である。
FIG. 18 is a perspective view of the optical waveguide device according to Example 11 in the middle of manufacturing. FIG. 18 corresponds to a state after the
導波方向に沿った等価屈折率は、実施例1の場合と同様に緩やかに変化する。このため、等価屈折率の大きな不連続に起因した反射を抑制することができる。また、実施例11では、複数のフィン45aが、管内波長1310nmの導波光に対して回折格子として作用する。波長1310nmの導波光が、ハイメサ導波路52から埋込導波路50に向かう場合、導波光は、フィン45aで構成される回折格子によって、入射方向とは反対向きに有効に回折される。ハイメサ導波路52のコア31の側方には、半導体材料等の埋込層が配置されていないため、回折光は、ほとんどハイメサ導波路52に再結合しない。
The equivalent refractive index along the waveguide direction changes gently as in the first embodiment. For this reason, the reflection resulting from the discontinuity with a large equivalent refractive index can be suppressed. In the eleventh embodiment, the plurality of
複数のフィン45aからなる回折格子の周期が、埋込導波路50からハイメサ導波路52に向かって徐々に長くなるような構成としてもよい。
The period of the diffraction grating composed of the plurality of
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
20 基板
21 コア層
22 上部クラッド層
23 コンタクト層
25 下部クラッド層
31 コア層
32 上部クラッド層
40 第1のマスクパターン
41 メサ
45 電流ブロック層
45a フィン
48 第2のマスクパターン
50 埋込導波路
50A 埋込導波路領域
51 接続導波路
51A 接続導波路領域
52 ハイメサ導波路
52A ハイメサ導波路領域
60 側面被覆膜
65 コア層の境界
66 埋込導波路と接続導波路との境界
70 上部電極
71 背面電極
72 下部電極
20
Claims (5)
前記基板の上に形成され、コアの両側に、前記第1の媒質よりも屈折率の小さな第2の媒質が配置されているハイメサ導波路と、
前記基板の上に形成され、前記埋込導波路と前記ハイメサ導波路とを光学的に接続する接続導波路と
を有し、前記接続導波路は、該接続導波路のコアの少なくとも一方の側に配置され、導波方向に並ぶ複数のフィンを含み、
相互に隣り合う前記フィンの間の間隙部の厚さが、前記埋込導波路から前記ハイメサ導波路に近づくにつれて厚くなるように変化している光導波装置。 An embedded waveguide formed on a substrate and embedded on both sides of the core with a first medium;
A high-mesa waveguide formed on the substrate and having a second medium having a refractive index smaller than that of the first medium on both sides of the core;
A connection waveguide formed on the substrate and optically connecting the buried waveguide and the high mesa waveguide; and the connection waveguide is at least one side of the core of the connection waveguide disposed, seen including a plurality of fins arranged in the guiding direction,
An optical waveguide device in which the thickness of a gap between the fins adjacent to each other changes so as to increase from the buried waveguide toward the high mesa waveguide .
前記基板の上に形成され、コアの両側に、前記第1の媒質よりも屈折率の小さな第2の媒質が配置されているハイメサ導波路と、
前記基板の上に形成され、前記埋込導波路と前記ハイメサ導波路とを光学的に接続する接続導波路と
を有し、前記接続導波路は、該接続導波路のコアの少なくとも一方の側に配置され、導波方向に並ぶ複数のフィンを含み、
前記フィンの厚さが、前記埋込導波路から前記ハイメサ導波路に近づくにつれて薄くなるように変化している光導波装置。 An embedded waveguide formed on a substrate and embedded on both sides of the core with a first medium;
A high-mesa waveguide formed on the substrate and having a second medium having a refractive index smaller than that of the first medium on both sides of the core;
A connection waveguide formed on the substrate and optically connecting the buried waveguide and the high mesa waveguide; and the connection waveguide is at least one side of the core of the connection waveguide disposed, seen including a plurality of fins arranged in the guiding direction,
An optical waveguide device in which the thickness of the fin changes so as to become thinner from the buried waveguide toward the high mesa waveguide .
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