JPH04283704A - 半導体光導波路 - Google Patents
半導体光導波路Info
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- JPH04283704A JPH04283704A JP4798591A JP4798591A JPH04283704A JP H04283704 A JPH04283704 A JP H04283704A JP 4798591 A JP4798591 A JP 4798591A JP 4798591 A JP4798591 A JP 4798591A JP H04283704 A JPH04283704 A JP H04283704A
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Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体光導波路に係り、
特に光通信及び光情報処理に用いる光ファイバと接続す
る光半導体導波路に関する。近年、光通信及び光情報処
理の高度化に伴い、半導体光導波路を用いた光集積回路
の開発が活発に行なわれている。従って、このような光
通信及び光情報処理に用いる光ファイバとの良好な光結
合が保障され、且つ光集積回路の高密度化に対応するこ
とができる半導体光導波路の開発が課題となっている。
特に光通信及び光情報処理に用いる光ファイバと接続す
る光半導体導波路に関する。近年、光通信及び光情報処
理の高度化に伴い、半導体光導波路を用いた光集積回路
の開発が活発に行なわれている。従って、このような光
通信及び光情報処理に用いる光ファイバとの良好な光結
合が保障され、且つ光集積回路の高密度化に対応するこ
とができる半導体光導波路の開発が課題となっている。
【０００２】
【従来の技術】従来のコヒーレント光通信に用いられる
光集積回路の一例として、半導体基板上にモノリシック
集積されたバランス型受光素子を図６に示す。図６（ａ
）において、ＩｎＰ基板６２上に、バンドギャップ波長
λｇ１．３μｍのＳ字形ＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａ、
６４ｂが形成されている。このＩｎＧａＡｓＰ導波路６
４ａ、６４ｂは、３ｄＢ方向性結合器６６を介して、Ｐ
ＩＮフォトダイオード６８ａ、６８ｂに光結合されてい
る。
光集積回路の一例として、半導体基板上にモノリシック
集積されたバランス型受光素子を図６に示す。図６（ａ
）において、ＩｎＰ基板６２上に、バンドギャップ波長
λｇ１．３μｍのＳ字形ＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａ、
６４ｂが形成されている。このＩｎＧａＡｓＰ導波路６
４ａ、６４ｂは、３ｄＢ方向性結合器６６を介して、Ｐ
ＩＮフォトダイオード６８ａ、６８ｂに光結合されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
光集積回路がＴＥ、ＴＭモードスプリッタ等の機能を備
えて高性能化していくに連れて、ＩｎＧａＡｓＰ導波路
６４ａ、６４ｂは複雑な導波路パターンが要求され、例
えばＳ字形導波路部分の長さを短くすること等が求めら
れる。また同時に、その光路変換部分や曲り部分での過
剰損失を小さくするという高性能化も要求される。従っ
て、このような要求を満たし光集積回路の高性能化を実
現するためには、光の閉じ込めの強い半導体導波路を用
いる必要がある。
光集積回路がＴＥ、ＴＭモードスプリッタ等の機能を備
えて高性能化していくに連れて、ＩｎＧａＡｓＰ導波路
６４ａ、６４ｂは複雑な導波路パターンが要求され、例
えばＳ字形導波路部分の長さを短くすること等が求めら
れる。また同時に、その光路変換部分や曲り部分での過
剰損失を小さくするという高性能化も要求される。従っ
て、このような要求を満たし光集積回路の高性能化を実
現するためには、光の閉じ込めの強い半導体導波路を用
いる必要がある。
【０００４】しかしながら、光閉じ込めの強い半導体導
波路として、コア層にＩｎＧａＡｓＰの単一層を用いた
ＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａ、６４ｂを用いると、光フ
ァイバと光結合させる場合にその結合部における結合損
失が大きくなる。即ち、図６（ｂ）に示されるように、
光ファイバ７０とＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａとをっ接
続すると、図中の破線で示す光ファイバ７０の導波モー
ドの広がりが１０μｍ程度と比較的大きいのに対して、
ＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａ、６４ｂの導波モードの広
がりは２μｍ程度と極めて小さい。このため、その結合
部において損失が大きくなってしまうという問題があっ
た。
波路として、コア層にＩｎＧａＡｓＰの単一層を用いた
ＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａ、６４ｂを用いると、光フ
ァイバと光結合させる場合にその結合部における結合損
失が大きくなる。即ち、図６（ｂ）に示されるように、
光ファイバ７０とＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａとをっ接
続すると、図中の破線で示す光ファイバ７０の導波モー
ドの広がりが１０μｍ程度と比較的大きいのに対して、
ＩｎＧａＡｓＰ導波路６４ａ、６４ｂの導波モードの広
がりは２μｍ程度と極めて小さい。このため、その結合
部において損失が大きくなってしまうという問題があっ
た。
【０００５】この問題を解決するものとして、ダイリュ
ーテッド（ｄｉｌｕｔｅｄ）ＭＱＷ（多重量子井戸）構
造の半導体光導波路が提案されている（特願平１−１３
４７９５号参照）。即ち、図７に示されるように、Ｉｎ
Ｐ基板７２上に、ＩｎＧａＡｓＰ層とＩｎＰ層とが積層
された厚さ２μｍのＭＱＷコア層７４が形成されている
。また、このＭＱＷコア層７４上には、厚さ６μｍのＩ
ｎＰクラッド層７６が形成されている。そしてこのＩｎ
Ｐクラッド層７６及びＭＱＷコア層７４はメサ型にエッ
チングされ幅１２μｍのリッジ形状となっている。
ーテッド（ｄｉｌｕｔｅｄ）ＭＱＷ（多重量子井戸）構
造の半導体光導波路が提案されている（特願平１−１３
４７９５号参照）。即ち、図７に示されるように、Ｉｎ
Ｐ基板７２上に、ＩｎＧａＡｓＰ層とＩｎＰ層とが積層
された厚さ２μｍのＭＱＷコア層７４が形成されている
。また、このＭＱＷコア層７４上には、厚さ６μｍのＩ
ｎＰクラッド層７６が形成されている。そしてこのＩｎ
Ｐクラッド層７６及びＭＱＷコア層７４はメサ型にエッ
チングされ幅１２μｍのリッジ形状となっている。
【０００６】このような構造により、ＭＱＷコア層７４
とＩｎＰクラッド層７６との屈折率差を極めて小さくす
ることができ、従って伝搬する光に対する縦方向の閉じ
込めは緩和される。しかも、リッジ形状となっているた
め横方向の閉じ込めは強力になり、その結果光モードサ
イズ７８は図中の破線で示すようになり、単一モードの
光ファイバとの光結合を高い効率で実現することができ
る。
とＩｎＰクラッド層７６との屈折率差を極めて小さくす
ることができ、従って伝搬する光に対する縦方向の閉じ
込めは緩和される。しかも、リッジ形状となっているた
め横方向の閉じ込めは強力になり、その結果光モードサ
イズ７８は図中の破線で示すようになり、単一モードの
光ファイバとの光結合を高い効率で実現することができ
る。
【０００７】しかし、このダイリューテッドＭＱＷ光導
波路は、光ファイバとの結合損失は小さいものの、光の
閉じ込めが弱くなるため、導波路の曲り部分での過剰損
失が大きくなるという欠点がある。またＴＥ、ＴＭモー
ドスプリッタを作製する場合には寸法が大きくなるため
、光集積回路の導波路としては適当でない。そこで本発
明は、光ファイバとの結合損失の小さくし、且つ光閉じ
込めの強い光導波路を提供することを目的とする。
波路は、光ファイバとの結合損失は小さいものの、光の
閉じ込めが弱くなるため、導波路の曲り部分での過剰損
失が大きくなるという欠点がある。またＴＥ、ＴＭモー
ドスプリッタを作製する場合には寸法が大きくなるため
、光集積回路の導波路としては適当でない。そこで本発
明は、光ファイバとの結合損失の小さくし、且つ光閉じ
込めの強い光導波路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】図１は本発明による半導
体光導波路を説明するための原理説明図である。図１（
ａ）は本発明による半導体光導波路の断面を示す断面図
、図１（ｂ）はその平面図である。半導体基板２上に、
屈折率ｎ１ のコア層４を有する第１の導波路部６が形
成されている。また、屈折率ｎ１ よりも高い屈折率ｎ
２ のコア層８を有する第２の導波路部１０が形成され
、結合部１２においてコア層４、８が重なって光結合さ
れている。更に、屈折率ｎ２ よりも高い屈折率ｎ３
のコア層１４を有する第３の導波路部１６が形成され、
結合部１８においてコア層８、１４が重なって光結合さ
れている。そしてこれらのコア層４、８、１４上には、
屈折率ｎ１ よりも低い屈折率のクラッド層２０が形成
されている。
体光導波路を説明するための原理説明図である。図１（
ａ）は本発明による半導体光導波路の断面を示す断面図
、図１（ｂ）はその平面図である。半導体基板２上に、
屈折率ｎ１ のコア層４を有する第１の導波路部６が形
成されている。また、屈折率ｎ１ よりも高い屈折率ｎ
２ のコア層８を有する第２の導波路部１０が形成され
、結合部１２においてコア層４、８が重なって光結合さ
れている。更に、屈折率ｎ２ よりも高い屈折率ｎ３
のコア層１４を有する第３の導波路部１６が形成され、
結合部１８においてコア層８、１４が重なって光結合さ
れている。そしてこれらのコア層４、８、１４上には、
屈折率ｎ１ よりも低い屈折率のクラッド層２０が形成
されている。
【０００９】第１の導波路部６は、光ファイバ２２との
結合損失を小さくするために、そのコア層４の屈折率ｎ
１ は比較的小さく、また光ファイバ２２との結合部に
おけるその幅ｗ１ は比較的広く設定されている。また
、結合部１２におけるコア層４、８の幅ｗ２ は光ファ
イバ２２との結合部におけるコア層４の幅ｗ１ より狭
くなっている。即ち、第１の導波路部６のコア層４の幅
は、光ファイバ２２との結合部から結合部１２に向かっ
て幅ｗ１ から幅ｗ２ へとテーパ状に減少している。 そして結合部１２におけるコア層４の幅ｗ２ は、第１
の導波路部６がカットオフ状態になるように設定されて
いる。
結合損失を小さくするために、そのコア層４の屈折率ｎ
１ は比較的小さく、また光ファイバ２２との結合部に
おけるその幅ｗ１ は比較的広く設定されている。また
、結合部１２におけるコア層４、８の幅ｗ２ は光ファ
イバ２２との結合部におけるコア層４の幅ｗ１ より狭
くなっている。即ち、第１の導波路部６のコア層４の幅
は、光ファイバ２２との結合部から結合部１２に向かっ
て幅ｗ１ から幅ｗ２ へとテーパ状に減少している。 そして結合部１２におけるコア層４の幅ｗ２ は、第１
の導波路部６がカットオフ状態になるように設定されて
いる。
【００１０】同様にして、第２の半導体光導波路１０の
コア層８の幅は結合部１２から結合部１８に向かって幅
ｗ２ から幅ｗ３ へとテーパ状に減少し、結合部１８
において第２の導波路部１０がカットオフ状態になるよ
うに幅ｗ３ が設定されている。
コア層８の幅は結合部１２から結合部１８に向かって幅
ｗ２ から幅ｗ３ へとテーパ状に減少し、結合部１８
において第２の導波路部１０がカットオフ状態になるよ
うに幅ｗ３ が設定されている。
【００１１】
【作用】光ファイバ２２からの単一モード光は第１の導
波路部６に入射され、そのコア層４を伝搬する。このと
き、第１の導波路部６のコア層４の屈折率ｎ１及び幅ｗ
１ は光ファイバ２２との結合損失が小さくなるように
設定されているため、図中の破線で示すように、第２の
半導体光導波路１０における導波モードの広がりは小さ
くて光の閉じ込めは弱いが、光ファイバ２２との光結合
においては結合損失の小さいものとすることができる。
波路部６に入射され、そのコア層４を伝搬する。このと
き、第１の導波路部６のコア層４の屈折率ｎ１及び幅ｗ
１ は光ファイバ２２との結合損失が小さくなるように
設定されているため、図中の破線で示すように、第２の
半導体光導波路１０における導波モードの広がりは小さ
くて光の閉じ込めは弱いが、光ファイバ２２との光結合
においては結合損失の小さいものとすることができる。
【００１２】そしてこの低結合損失導波路部としての第
１の導波路部６のコア層４を伝搬した単一モード光は、
結合部１２において第２の導波路１０のコア層８に移行
する。このとき、第１の導波路部６のコア層４の幅がテ
ーパ状に緩やかに減少して結合部１２において幅ｗ２
となり、カットオフ状態となるため、結合部１２におけ
る第２の導波路１０のコア層８に多モードが立つことは
ない。また、コア層８の屈折率ｎ２ はコア層４の屈折
率ｎ１ よりも大きいため、図中の破線で示すように、
第２の導波路１０における導波モードの広がりは小さく
なり、光の閉じ込めは強くなる。
１の導波路部６のコア層４を伝搬した単一モード光は、
結合部１２において第２の導波路１０のコア層８に移行
する。このとき、第１の導波路部６のコア層４の幅がテ
ーパ状に緩やかに減少して結合部１２において幅ｗ２
となり、カットオフ状態となるため、結合部１２におけ
る第２の導波路１０のコア層８に多モードが立つことは
ない。また、コア層８の屈折率ｎ２ はコア層４の屈折
率ｎ１ よりも大きいため、図中の破線で示すように、
第２の導波路１０における導波モードの広がりは小さく
なり、光の閉じ込めは強くなる。
【００１３】同様にして、第２の導波路１０のコア層８
を伝搬する単一モード光は、結合部１８において多モー
ドが立つことなく第３の導波路１６のコア層１４に移行
する。そしてコア層１４の屈折率ｎ３ はコア層８の屈
折率ｎ２ よりも大きいため、図中の破線で示すように
、第３の導波路１６における導波モードの広がりは更に
小さくなり、光の閉じ込めは更に強くなる。
を伝搬する単一モード光は、結合部１８において多モー
ドが立つことなく第３の導波路１６のコア層１４に移行
する。そしてコア層１４の屈折率ｎ３ はコア層８の屈
折率ｎ２ よりも大きいため、図中の破線で示すように
、第３の導波路１６における導波モードの広がりは更に
小さくなり、光の閉じ込めは更に強くなる。
【００１４】こうして低結合損失導波路部としての第１
の導波路部６から光の閉じ込めの強い第３の導波路１６
に単一モード光を移行させることができる。勿論、必要
であれば、第３の導波路１６以降において、より高い屈
折率のコア層を有する第４、第５の導波路部を多段階に
設けることが可能であり、所望の光閉じ込めの強い単一
モード光を実現することもできる。
の導波路部６から光の閉じ込めの強い第３の導波路１６
に単一モード光を移行させることができる。勿論、必要
であれば、第３の導波路１６以降において、より高い屈
折率のコア層を有する第４、第５の導波路部を多段階に
設けることが可能であり、所望の光閉じ込めの強い単一
モード光を実現することもできる。
【００１５】
【実施例】本発明の一実施例による半導体光導波路を、
図２に示す斜視図を用いて説明する。ＳＩ（半絶縁性）
ＩｎＰ基板３２上に、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層と
厚さ１４ｎｍのＩｎＰ層とが交互に積層されてなる厚さ
５μｍ、バンドギャップ波長λｇ１．１３μｍのＭＱＷ
コア層３４が形成されている。このＭＱＷコア層３４上
には、ＭＱＷコア層３４の屈折率ｎ１ よりも低い屈折
率を有する厚さ４μｍのＩｎＰクラッド層３６が形成さ
れている。このＩｎＰクラッド層３６はリッジ形状をな
し、その幅は光ファイバとの接合部たる端面部における
幅７μｍから、端面部から３００μｍ程度の所での幅５
μｍへ、更に端面部から６００μｍ程度の所での幅３μ
ｍへと緩やかなテーパ状に減少している。
図２に示す斜視図を用いて説明する。ＳＩ（半絶縁性）
ＩｎＰ基板３２上に、厚さ４ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層と
厚さ１４ｎｍのＩｎＰ層とが交互に積層されてなる厚さ
５μｍ、バンドギャップ波長λｇ１．１３μｍのＭＱＷ
コア層３４が形成されている。このＭＱＷコア層３４上
には、ＭＱＷコア層３４の屈折率ｎ１ よりも低い屈折
率を有する厚さ４μｍのＩｎＰクラッド層３６が形成さ
れている。このＩｎＰクラッド層３６はリッジ形状をな
し、その幅は光ファイバとの接合部たる端面部における
幅７μｍから、端面部から３００μｍ程度の所での幅５
μｍへ、更に端面部から６００μｍ程度の所での幅３μ
ｍへと緩やかなテーパ状に減少している。
【００１６】また端面部から３００μｍ以遠においては
、ＭＱＷコア層３４とＩｎＰクラッド層３６との間に、
ＭＱＷコア層３４の屈折率ｎ１ よりも高い屈折率ｎ２
を有する厚さ１．５μｍのＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ
ｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．８９、ｙ＝０．２１）コア層
４０が設けられている。また端面部から６００μｍ以遠
には、ＩｎＧａＡｓＰコア層４０とＩｎＰクラッド層３
６との間に、ＩｎＧａＡｓＰコア層４０の屈折率ｎ２
よりも高い屈折率ｎ３ を有する厚さ０．３μｍのＩｎ
ｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．８３、
ｙ＝０．３７５）コア層４２が設けられている。なお、
図示しないが、端面部側面にＳｉＮ膜からなるＡＲコー
トが形成されている。
、ＭＱＷコア層３４とＩｎＰクラッド層３６との間に、
ＭＱＷコア層３４の屈折率ｎ１ よりも高い屈折率ｎ２
を有する厚さ１．５μｍのＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ
ｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．８９、ｙ＝０．２１）コア層
４０が設けられている。また端面部から６００μｍ以遠
には、ＩｎＧａＡｓＰコア層４０とＩｎＰクラッド層３
６との間に、ＩｎＧａＡｓＰコア層４０の屈折率ｎ２
よりも高い屈折率ｎ３ を有する厚さ０．３μｍのＩｎ
ｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．８３、
ｙ＝０．３７５）コア層４２が設けられている。なお、
図示しないが、端面部側面にＳｉＮ膜からなるＡＲコー
トが形成されている。
【００１７】次に、図２の半導体光導波路の製造方法を
、図３及び図４に示す工程図を用いて説明する。ＳＩ．
ＩｎＰ基板３２上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さ４ｎ
ｍのＩｎＧａＡｓＰ層と厚さ１４ｎｍのＩｎＰ層とを交
互に積層して厚さ５μｍ、バンドギャップ波長λｇ１．
１３μｍのＭＱＷコア層３４を成長した後、続けてＭＱ
Ｗコア層３４の屈折率ｎ１ よりも高い屈折率ｎ２ を
有する厚さ１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰコア層４０、厚
さ０．０５μｍのＩｎＰエッチングストップ層４４、Ｉ
ｎＧａＡｓＰコア層４０の屈折率ｎ２ よりも高い屈折
率ｎ３ を有する厚さ０．３μｍのＩｎＧａＡｓＰコア
層４２を連続的に成長する（図３（ａ）参照）。
、図３及び図４に示す工程図を用いて説明する。ＳＩ．
ＩｎＰ基板３２上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さ４ｎ
ｍのＩｎＧａＡｓＰ層と厚さ１４ｎｍのＩｎＰ層とを交
互に積層して厚さ５μｍ、バンドギャップ波長λｇ１．
１３μｍのＭＱＷコア層３４を成長した後、続けてＭＱ
Ｗコア層３４の屈折率ｎ１ よりも高い屈折率ｎ２ を
有する厚さ１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰコア層４０、厚
さ０．０５μｍのＩｎＰエッチングストップ層４４、Ｉ
ｎＧａＡｓＰコア層４０の屈折率ｎ２ よりも高い屈折
率ｎ３ を有する厚さ０．３μｍのＩｎＧａＡｓＰコア
層４２を連続的に成長する（図３（ａ）参照）。
【００１８】次いで、端面部から６００μｍ以遠のＩｎ
ＧａＡｓＰコア層４２上にＳｉＮ膜を堆積した後、この
ＳｉＮ膜をマスクとしてＩｎＧａＡｓＰコア層４２をエ
ッチング除去する。このときＩｎＰエッチングストップ
層４４が設けられているため、ＩｎＧａＡｓＰコア層４
０のエッチングは防止される。同様にして、端面部から
３００μｍ以遠のＩｎＰエッチングストップ層４４及び
ＩｎＧａＡｓＰコア層４２上にＳｉＮ膜４６を堆積した
後、このＳｉＮ膜４６をマスクとしてＩｎＧａＡｓＰコ
ア層４０をエッチング除去する。このようにして、図３
（ｂ）の断面図及び図３（ｃ）の平面図に示されるよう
に、ＭＱＷコア層３４上にＩｎＧａＡｓＰコア層４０及
びＩｎＧａＡｓＰコア層４２を階段状に形成する。
ＧａＡｓＰコア層４２上にＳｉＮ膜を堆積した後、この
ＳｉＮ膜をマスクとしてＩｎＧａＡｓＰコア層４２をエ
ッチング除去する。このときＩｎＰエッチングストップ
層４４が設けられているため、ＩｎＧａＡｓＰコア層４
０のエッチングは防止される。同様にして、端面部から
３００μｍ以遠のＩｎＰエッチングストップ層４４及び
ＩｎＧａＡｓＰコア層４２上にＳｉＮ膜４６を堆積した
後、このＳｉＮ膜４６をマスクとしてＩｎＧａＡｓＰコ
ア層４０をエッチング除去する。このようにして、図３
（ｂ）の断面図及び図３（ｃ）の平面図に示されるよう
に、ＭＱＷコア層３４上にＩｎＧａＡｓＰコア層４０及
びＩｎＧａＡｓＰコア層４２を階段状に形成する。
【００１９】次いで、ＳｉＮ膜４６を除去した後、ＬＰ
Ｅ法を用いて、全面にＩｎＰクラッド層３６を成長させ
、段差を埋め込む（図４（ａ）参照）。次いで、ＩｎＰ
クラッド層３６上にＳｉＮ４８膜を堆積した後、所定の
形状にパターニングする。このＳｉＮ４８膜のパターン
は、図４（ｂ）の平面図に示されるように、端面部にお
いて幅７μｍをなし、端面部から３００μｍ程度の所で
の幅５μｍへ、更に端面部から６００μｍ程度の所での
幅３μｍへと緩やかなテーパ状に減少している。
Ｅ法を用いて、全面にＩｎＰクラッド層３６を成長させ
、段差を埋め込む（図４（ａ）参照）。次いで、ＩｎＰ
クラッド層３６上にＳｉＮ４８膜を堆積した後、所定の
形状にパターニングする。このＳｉＮ４８膜のパターン
は、図４（ｂ）の平面図に示されるように、端面部にお
いて幅７μｍをなし、端面部から３００μｍ程度の所で
の幅５μｍへ、更に端面部から６００μｍ程度の所での
幅３μｍへと緩やかなテーパ状に減少している。
【００２０】次いで、このＳｉＮ膜４８をマスクとして
、ＭＱＷコア層３４表面に達するまでエッチングを行な
い、リッジ形状のＩｎＰクラッド層３６を形成する。 このとき、ＭＱＷコア層３４とＩｎＰクラッド層３６と
に挟まれたＩｎＧａＡｓＰコア層４０及びＩｎＧａＡｓ
Ｐコア層４２も、ＩｎＰクラッド層３６と一体となって
同様のテーパ状のパターンとなる。続いて、劈開された
端面部側面にＳｉＮ膜からなるＡＲコート５０を形成す
る（図４（ｃ）参照）。
、ＭＱＷコア層３４表面に達するまでエッチングを行な
い、リッジ形状のＩｎＰクラッド層３６を形成する。 このとき、ＭＱＷコア層３４とＩｎＰクラッド層３６と
に挟まれたＩｎＧａＡｓＰコア層４０及びＩｎＧａＡｓ
Ｐコア層４２も、ＩｎＰクラッド層３６と一体となって
同様のテーパ状のパターンとなる。続いて、劈開された
端面部側面にＳｉＮ膜からなるＡＲコート５０を形成す
る（図４（ｃ）参照）。
【００２１】次に、動作を説明する。光ファイバとの結
合部になる端面部に、ＭＱＷコア層３４を設けているた
め、光ファイバとの光結合は極めて良好である。従って
、光ファイバからの単一モード光は低結合損失でＭＱＷ
コア層３４に入射され、伝搬する。そしてＭＱＷコア層
３４を伝搬する単一モード光は、端面部から３００μｍ
近傍において、より高い屈折率を有するＩｎＧａＡｓＰ
コア層４０に移行する。
合部になる端面部に、ＭＱＷコア層３４を設けているた
め、光ファイバとの光結合は極めて良好である。従って
、光ファイバからの単一モード光は低結合損失でＭＱＷ
コア層３４に入射され、伝搬する。そしてＭＱＷコア層
３４を伝搬する単一モード光は、端面部から３００μｍ
近傍において、より高い屈折率を有するＩｎＧａＡｓＰ
コア層４０に移行する。
【００２２】このとき、ＩｎＰクラッド層３６の幅が、
端面部から３００μｍ近傍に至る間に７μｍから幅５μ
ｍへと緩やかなテーパ状に減少していることにより、Ｍ
ＱＷコア層３４がカットオフ状態となるため、単一モー
ド光が移行するＩｎＧａＡｓＰコア層４０に多モードが
立つことはない。同様にして、更に３００μｍ程度進ん
だ所では更に高い屈折率を有するＩｎＧａＡｓＰコア層
４２に移行する。
端面部から３００μｍ近傍に至る間に７μｍから幅５μ
ｍへと緩やかなテーパ状に減少していることにより、Ｍ
ＱＷコア層３４がカットオフ状態となるため、単一モー
ド光が移行するＩｎＧａＡｓＰコア層４０に多モードが
立つことはない。同様にして、更に３００μｍ程度進ん
だ所では更に高い屈折率を有するＩｎＧａＡｓＰコア層
４２に移行する。
【００２３】このようにして、ＭＱＷコア層３４からＩ
ｎＧａＡｓＰコア層４０へ、更にＩｎＧａＡｓＰコア層
４２へと次第に屈折率の高いコア層に移行してくため、
光閉じ込めが強くなっていく。このように本実施例によ
れば、光ファイバとの結合部に、ＭＱＷコア層３４を有
する低結合損失のダイリューテッドＭＱＷ光導波路を設
けているため、導波モードの広がりは大きく光の閉じ込
めは弱いが、低結合損失で光ファイバとの結合すること
ができる。そしてＭＱＷコア層３４から、より高い屈折
率を有するＩｎＧａＡｓＰコア層４０へ、更により高い
屈折率を有するＩｎＧａＡｓＰコア層４２へという具合
に屈折率の異なるコア層を多段階に設け、低結合損失で
ＭＱＷコア層３４に入射された単一モード光を次第によ
り屈折率の高いコア層に移行させていくことにより、導
波モードの広がりを小さくし、光の閉じ込めを強くして
いくことができる。
ｎＧａＡｓＰコア層４０へ、更にＩｎＧａＡｓＰコア層
４２へと次第に屈折率の高いコア層に移行してくため、
光閉じ込めが強くなっていく。このように本実施例によ
れば、光ファイバとの結合部に、ＭＱＷコア層３４を有
する低結合損失のダイリューテッドＭＱＷ光導波路を設
けているため、導波モードの広がりは大きく光の閉じ込
めは弱いが、低結合損失で光ファイバとの結合すること
ができる。そしてＭＱＷコア層３４から、より高い屈折
率を有するＩｎＧａＡｓＰコア層４０へ、更により高い
屈折率を有するＩｎＧａＡｓＰコア層４２へという具合
に屈折率の異なるコア層を多段階に設け、低結合損失で
ＭＱＷコア層３４に入射された単一モード光を次第によ
り屈折率の高いコア層に移行させていくことにより、導
波モードの広がりを小さくし、光の閉じ込めを強くして
いくことができる。
【００２４】本発明の他の実施例による半導体光導波路
を、図５に示す斜視図を用いて説明する。ｎ＋ 型Ｉｎ
Ｐ基板５２上に、厚さ２μｍのｎ− 型ＩｎＰコア層５
４が形成されている。このｎ− 型ＩｎＰコア層５４上
には、厚さ２μｍのリッジ形状のＩｎＰクラッド層５６
が形成されている。このＩｎＰクラッド層５６の幅は、
上記図２のＩｎＰクラッド層３６と同様に、光ファイバ
との接合部たる端面部における幅７μｍから、端面部か
ら３００μｍ程度の所での幅５μｍへ、更に端面部から
６００μｍ程度の所での幅３μｍへと緩やかなテーパ状
に減少している。
を、図５に示す斜視図を用いて説明する。ｎ＋ 型Ｉｎ
Ｐ基板５２上に、厚さ２μｍのｎ− 型ＩｎＰコア層５
４が形成されている。このｎ− 型ＩｎＰコア層５４上
には、厚さ２μｍのリッジ形状のＩｎＰクラッド層５６
が形成されている。このＩｎＰクラッド層５６の幅は、
上記図２のＩｎＰクラッド層３６と同様に、光ファイバ
との接合部たる端面部における幅７μｍから、端面部か
ら３００μｍ程度の所での幅５μｍへ、更に端面部から
６００μｍ程度の所での幅３μｍへと緩やかなテーパ状
に減少している。
【００２５】そしてまた、上記図２と同様にして、端面
部から３００μｍ以遠においてはｎ− 型ＩｎＰコア層
５４とＩｎＰクラッド層５６との間に、ｎ− 型ＩｎＰ
コア層５４の屈折率よりも高い屈折率を有する厚さ１μ
ｍのＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ（ｘ＝０．
８９、ｙ＝０．２１）コア層５８が設けられ、更に端面
部から６００μｍ以遠のＩｎＧａＡｓＰコア層５８とＩ
ｎＰクラッド層５６との間に、ＩｎＧａＡｓＰコア層４
０の屈折率よりも高い屈折率を有する厚さ０．３μｍの
ＩｎｘＧａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．８３
、ｙ＝０．３７５）コア層６０が設けられている。なお
、図示しないが、端面部側面にＳｉＮ膜からなるＡＲコ
ートが形成されているのも同様である。
部から３００μｍ以遠においてはｎ− 型ＩｎＰコア層
５４とＩｎＰクラッド層５６との間に、ｎ− 型ＩｎＰ
コア層５４の屈折率よりも高い屈折率を有する厚さ１μ
ｍのＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ（ｘ＝０．
８９、ｙ＝０．２１）コア層５８が設けられ、更に端面
部から６００μｍ以遠のＩｎＧａＡｓＰコア層５８とＩ
ｎＰクラッド層５６との間に、ＩｎＧａＡｓＰコア層４
０の屈折率よりも高い屈折率を有する厚さ０．３μｍの
ＩｎｘＧａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝０．８３
、ｙ＝０．３７５）コア層６０が設けられている。なお
、図示しないが、端面部側面にＳｉＮ膜からなるＡＲコ
ートが形成されているのも同様である。
【００２６】本実施例においても、上記図２に示した場
合と同様の効果を奏することができる。本実施例のｎ−
型ＩｎＰコア層５４は、上記図２のＭＱＷコア層３４
ほど光ファイバとの光結合が良好ではないが、ＭＱＷコ
ア層３４よりもその製造が簡単かつ容易であるという特
徴を有している。
合と同様の効果を奏することができる。本実施例のｎ−
型ＩｎＰコア層５４は、上記図２のＭＱＷコア層３４
ほど光ファイバとの光結合が良好ではないが、ＭＱＷコ
ア層３４よりもその製造が簡単かつ容易であるという特
徴を有している。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、光ファイ
バとの結合損失が小さい第１の導波路と、第１の導波路
に光結合され、第１の導波路部の屈折率よりも高い屈折
率を有する第２の導波路とを有し、第１の導波路の幅が
光ファイバとの結合部から第２の導波路との結合部に向
かってテーパ状に減少していることにより、光ファイバ
との結合損失は小さいが光の閉じ込めの弱い第１の光導
波路から次第に閉じ込めの強い導波路に光ファイバから
の単一モード光を移行することができるため、光ファイ
バとの結合損失を小さくし、且つ光閉じ込めも強いこと
によって変換部や曲り部での過剰損失を小さくする半導
体導波路を実現することができる。
バとの結合損失が小さい第１の導波路と、第１の導波路
に光結合され、第１の導波路部の屈折率よりも高い屈折
率を有する第２の導波路とを有し、第１の導波路の幅が
光ファイバとの結合部から第２の導波路との結合部に向
かってテーパ状に減少していることにより、光ファイバ
との結合損失は小さいが光の閉じ込めの弱い第１の光導
波路から次第に閉じ込めの強い導波路に光ファイバから
の単一モード光を移行することができるため、光ファイ
バとの結合損失を小さくし、且つ光閉じ込めも強いこと
によって変換部や曲り部での過剰損失を小さくする半導
体導波路を実現することができる。
【００２８】これにより、コヒーレント通信に用いる光
集積回路に要求される光ファイバとの低結合損失化、高
性能化及び高集積化の実現に寄与することができる。
集積回路に要求される光ファイバとの低結合損失化、高
性能化及び高集積化の実現に寄与することができる。
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例による半導体光導波路を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図３】図２の光半導体導波路の製造方法を説明するた
めの工程図（その１）である。
めの工程図（その１）である。
【図４】図２の光半導体導波路の製造方法を説明するた
めの工程図（その２）である。
めの工程図（その２）である。
【図５】本発明の他の実施例による半導体光導波路を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図６】従来のバランス型受光素子及びその導波路と光
ファイバとの接合を説明するための図である。
ファイバとの接合を説明するための図である。
【図７】ＭＱＷ光導波路を説明するための断面斜視図で
ある。
ある。
２…半導体基板
４、８、１４…コア層
６…第１の導波路部
１０…第２の導波路部
１２、１８…結合部
１６…第３の導波路部
２０…クラッド層
２２…光ファイバ
３２…ＳＩ．ＩｎＰ基板
３４…ＭＱＷコア層
３６…ＩｎＰクラッド層
４０…Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝
０．８９、ｙ＝０．２１）コア層 ４２…Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝
０．８３、ｙ＝０．３７５）コア層 ４４…ＩｎＰエッチングストップ層 ４６、４８…ＳｉＮ膜 ５０…ＡＲコート ５２…ｎ＋ 型ＩｎＰ基板 ５４…ｎ− 型ＩｎＰコア層 ５６…ＩｎＰクラッド層 ５８…Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝
０．８９、ｙ＝０．２１）コア層 ６０…Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝
０．８３、ｙ＝０．３７５）コア層 ６２…ＩｎＰ基板 ６４ａ、６４ｂ…ＩｎＧａＡｓＰ導波路６６…３ｄＢ方
向性結合器 ６８ａ、６８ｂ…ＰＩＮフォトダイオード７２…ＩｎＰ
基板 ７４…ＭＱＷコア層 ７６…ＩｎＰクラッド層
０．８９、ｙ＝０．２１）コア層 ４２…Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝
０．８３、ｙ＝０．３７５）コア層 ４４…ＩｎＰエッチングストップ層 ４６、４８…ＳｉＮ膜 ５０…ＡＲコート ５２…ｎ＋ 型ＩｎＰ基板 ５４…ｎ− 型ＩｎＰコア層 ５６…ＩｎＰクラッド層 ５８…Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝
０．８９、ｙ＝０．２１）コア層 ６０…Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓｙ Ｐ１−ｙ （ｘ＝
０．８３、ｙ＝０．３７５）コア層 ６２…ＩｎＰ基板 ６４ａ、６４ｂ…ＩｎＧａＡｓＰ導波路６６…３ｄＢ方
向性結合器 ６８ａ、６８ｂ…ＰＩＮフォトダイオード７２…ＩｎＰ
基板 ７４…ＭＱＷコア層 ７６…ＩｎＰクラッド層
Claims (3)
- 【請求項１】 光ファイバと光結合される端面部にお
ける幅及び屈折率が前記光ファイバとの結合損失が小さ
くなるように設定されている第１の導波路と、前記第１
の導波路に光結合され、前記第１の導波路部の屈折率よ
りも高い屈折率を有する第２の導波路とを有し、前記第
１の導波路の幅が、前記第１の導波路の端面部から前記
第２の導波路との結合部に向かってテーパ状に減少して
なることを特徴とする半導体光導波路。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体光導波路におい
て、前記第２の導波路に光結合され、前記第２の導波路
の屈折率よりも高い屈折率を有する第３の導波路部を有
し、前記第２の導波路の幅が前記第１の導波路との結合
部から前記第３の導波路との結合部に向かってテーパ状
に減少してなることを特徴とする半導体光導波路。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体光導波路
において、前記第１の導波路部が、多重量子井戸構造の
コア層と、前記コア層上に形成されたリッジ形状のクラ
ッド層とを有していることを特徴とする半導体光導波路
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4798591A JPH04283704A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4798591A JPH04283704A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04283704A true JPH04283704A (ja) | 1992-10-08 |
Family
ID=12790612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4798591A Withdrawn JPH04283704A (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04283704A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07110415A (ja) * | 1993-10-13 | 1995-04-25 | Kyocera Corp | 光導波路、光導波路と光ファイバの接続装置 |
| EP1400822A2 (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-24 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Mode-field transforming planar optical waveguide device and manufacturing method |
| WO2005064371A1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-07-14 | Pirelli & C. S.P.A. | Optical coupling device |
| JP2007052328A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Ricoh Co Ltd | 複合光導波路 |
| JP2010217845A (ja) * | 2009-03-19 | 2010-09-30 | Anritsu Corp | 吸収型半導体光変調器 |
| JP2015191110A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路結合構造および光導波路結合構造の製造方法 |
| US20170131472A1 (en) * | 2014-08-15 | 2017-05-11 | Corning Optical Communications LLC | Methods for coupling of waveguides with dissimilar mode field diameters, and related apparatuses, components, and systems |
-
1991
- 1991-03-13 JP JP4798591A patent/JPH04283704A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07110415A (ja) * | 1993-10-13 | 1995-04-25 | Kyocera Corp | 光導波路、光導波路と光ファイバの接続装置 |
| EP1400822A2 (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-24 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Mode-field transforming planar optical waveguide device and manufacturing method |
| EP1400822A3 (en) * | 2002-09-20 | 2004-04-21 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Mode-field transforming planar optical waveguide device and manufacturing method |
| US7076135B2 (en) | 2002-09-20 | 2006-07-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical module and manufacturing method therefor |
| WO2005064371A1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-07-14 | Pirelli & C. S.P.A. | Optical coupling device |
| JP2007052328A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Ricoh Co Ltd | 複合光導波路 |
| JP2010217845A (ja) * | 2009-03-19 | 2010-09-30 | Anritsu Corp | 吸収型半導体光変調器 |
| JP2015191110A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路結合構造および光導波路結合構造の製造方法 |
| US20170131472A1 (en) * | 2014-08-15 | 2017-05-11 | Corning Optical Communications LLC | Methods for coupling of waveguides with dissimilar mode field diameters, and related apparatuses, components, and systems |
| US10209450B2 (en) * | 2014-08-15 | 2019-02-19 | Corning Optical Communications LLC | Methods for coupling of waveguides with dissimilar mode field diameters, and related apparatuses, components, and systems |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |