JPH05257018A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

光導波路及びその製造方法

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JPH05257018A
JPH05257018A JP5497892A JP5497892A JPH05257018A JP H05257018 A JPH05257018 A JP H05257018A JP 5497892 A JP5497892 A JP 5497892A JP 5497892 A JP5497892 A JP 5497892A JP H05257018 A JPH05257018 A JP H05257018A
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和利 加藤
Susumu Hata
進 秦
Junichi Yoshida
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 製作が容易でかつ導波損失の小さいテーパ状
の光導波路及びその製造方法を提供する。 【構成】 InP半導体基板101上にInP下部クラ
ッド層102、InGaAsPコア層103及びInP
上部クラッド層104が順次積層されてなる光導波路に
おいて、InP上部クラッド層104の一部を導波方向
に沿ってその幅及び高さが漸次増大したテーパ状リッジ
部106を形成してなり、このテーパ状に厚さが変化す
るテーパ状リッジ部106を有するInP上部クラッド
層104に光を導波させることで、基板垂直方向に導波
光が漸次増大又は減少する導波光分布を形成することが
でき、高効率な光結合を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体あるいは誘電体
基板上の光導波路に属するものであり、さらに具体的に
は上部クラッド層の厚さが導波路面内で徐々に変化した
構成を有する光導波路とその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ、変調器、方向性結合器、受光器
などの光素子を一つの結晶基板上に形成し、各素子間を
光導波路で光学的に結合した半導体光集積回路は、各素
子間を光ファイバなどで結合するハイブリッド光回路に
比べて、素子間の光軸合わせが不必要でかつ回路全体の
面積が極めて小さいという利点を有している。しかし各
素子の構造は互いに異なるため、光導波路による効率的
な光結合は困難であり、また半導体光集積回路への光入
力端あるいはここからの光出力端では光ファイバとの結
合による光損失が生じる。この問題を回避するため、コ
ア層の厚さを除々に変化させたテーパー導波路が用いら
れて提案されている(G.Muller他、Elect
ronics Letters, Vol.27,N
o.20,p1836(1991年)参照)。
【0003】この従来技術に係るコア層の厚さを徐々に
変化させたテーパー導波路の一例を図4に示す。同図に
示すように、従来のテーパ導波路はInP基板である下
部クラッド層11の上部にエッチングによって長手方向
の一端が他端より厚みを有し且つ導波方向に沿ってその
厚さが漸大するテーパ形状のInGaAsPコア12が
形成されており、さらにこのコア12の上面にはInP
上部クラッド層13を均一に再成長させている。
【0004】このテーパー導波路の入射端に入射された
光ビームは、導波路のコア層厚さの変化とともにその広
がりが変化して出射端より出射される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のテーパ
ー導波路は、コア層をテーパー形状にエッチングするこ
とが困難であるのみならず、上部クラッド層を再成長に
より形成するため、上部クラッド層の結晶性あるいは再
成長界面の平滑性が劣化しやすく、テーパー導波路内で
の導波損失が大きいという問題があった。
【0006】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、製作が容易でかつ導波損失の小さいテーパー状の光
導波路及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る光導波路の構成は、半導体あるいは誘電体基板
上に形成され、下部クラッド層、コア層及び上部クラッ
ド層の少なくとも三つの層が順次積層されてなる光導波
路において、上部クラッド層の厚さが導波路に沿った方
向に漸次変化していることを特徴とする。
【0008】また、一方の本発明に係る光導波路の製造
方法は、半導体あるいは誘電体基板上に下部クラッド
層、コア層及び上部クラッド層を順次積層し、次いで、
導波方向に亙って漸次その幅が変化してなるテーパ状の
エッチングマスクを用い、前記上部クラッド層を選択エ
ッチングし、当該上部クラッド層の一部を上記エッチン
グマスクと同形のテーパ状リッジ部に加工した後、該エ
ッチングマスクを除去し、その後、当該リッジ形状部を
有する上部クラッド層を無選択的にエッチング加工する
ことを特徴とする。
【0009】
【作用】基板上に下部クラッド層、コア層、上部クラッ
ド層を順次エピタキシャル成長する。次に、CVD法を
用いて上部クラッド層上部全面に窒化硅素膜を推積し、
その後テーパー状のエッチングマスクとしての窒化硅素
膜を形成する。さらにテーパ状エッチングマスクと同形
の、テーパ状リッジ部を有する上部クラッド層を形成す
る。その後、窒化硅素マスクを除去し、テーパ状リッジ
部を有する上部クラッド層の全面をエッチングし、リッ
ジの上面だけでなく側面からもエッチングを施し、リッ
ジの幅が狭い場所ほどエッチング量が増える結果、テー
パー状に厚さが変化する上部クラッド層を形成する。
【0010】
【実施例】以下、本発明に係る光導波路の好適な一実施
例を図面を参照して説明する。
【0011】図1及び図2は本実施例に係る光導波路の
形成過程を示す概略図を各々示す。図2に示すように、
本実施例に係る光導波路100は、InP半導体基板1
01上にInP下部クラッド層102、InGaAsP
コア層103及びInP上部クラッド層104が順次積
層されてなる光導波路において、InP上部クラッド層
104の一部を導波方向に沿ってその幅及び高さが漸次
増大したテーパ状リッジ部106に形成してなるもので
ある。
【0012】よって、InP上部クラッド層104の一
部を導波方向に沿ったテーパ状リッジ部106とするこ
とにより、導波路の両端(A端及びB端)における導波
光の基板垂直方向の強度分布が大小異なるものとしてい
る。この結果、テーパ状に厚さが変化するテーパ状リッ
ジ部106を有するInP上部クラッド層104に光を
導波させることで、基板垂直方向に導波光が漸次増大又
は減少する導波光分布を形成することができ、高効率な
光結合を可能としている。
【0013】以下、本実施例に係る光導波路の形成方法
を説明する。
【0014】工程1 図1(A)に示すように、InP基板101上にMOV
PE(有機金属気相エピタキシャル法)法を用いて厚さ
0.5μmのInPからなる下部クラッド層102、厚
さ0.1μmのInGaAsPからなるコア層103、
厚さ5μmのInPからなる上部クラッド層104を順
次エピタキシャル成長する。
【0015】工程2 図1(B)に示すように、CVD法を用いて上部クラッ
ド層104の上部全面に厚さ0.2μmの窒化硅素膜1
05を推積し、その後のフォトプロセスおよびフッ素系
RIE法により、長さ(L)500μm,一方の端(A
端)での幅(D 1)10μm、他方の端(B端)での幅
(D2)2μmのテーパー状のエッチングマスクとしての
窒化硅素膜105を形成する。さらに図1(C)に示す
ように、塩素系RIE法を用いてInP上部クラッド層
104をエッチングし、テーパ状エッチングマスク10
5と同形の、テーパ状リッジ部106を有するInP上
部クラッド層104を形成する。
【0016】工程3 図2(A)に示すように、緩衝フッ酸により窒化硅素マ
スクを除去した後、塩素系RIE法を用いてテーパ状リ
ッジ部106を有する上部クラッド層104の全面をエ
ッチングする。上記工程(3)におけるエッチングで
は、工程(2)のエッチングと異なりエッチングマスク
を用いないため、リッジの上面だけでなく側面からのエ
ッチングが顕著になる。したがってリッジの幅が狭い場
所(図中B端側)ほどエッチング量が増えるため、テー
パー状に厚さが変化する(リッジ部の高さが漸次変化す
ると共に、リッジ部上面106bが屋根型で且つ傾斜が
変化する)テーパ状リッジ部106を有する上部クラッ
ド層が形成される。
【0017】この結果、導波路のA点のリッジ部の高さ
(H1 )が3μmでB点のリッジ部の高さ(H2 )が
0.1μmとなる幅及び高さ並びにそのリッジ部上面1
06bがB端からA端に向って漸次増大したテーパ状リ
ッジ部106が形成される。
【0018】この光導波路の端部A端とB端における導
波光の基板垂直方向の強度分布を図2に示す。端面Aで
は上部クラッド層が厚いため導波光が上部クラッド層側
に広く分布しているのに対して、端面Bでは上部クラッ
ド層が薄いため導波光の分布は狭くなっており、この導
波路AからBへあるいはBからAへ光を導波させること
で基板垂直方向に導波光の分布の分布を大小させる機能
を有している。
【0019】このように本実施例に係る光導波路は、光
の導波方向に沿って厚さがテーパ状に変化した上部クラ
ッド層を有する光導波路の構成を特徴とするものであ
り、従来の厚さがテーパ状に変化したコア層を有する光
導波路と比べて、上部クラッド層を再成長する必要がな
いため、製作が容易でかつ導波損失が小さいという利点
がある。
【0020】本実施例においては、上部クラッド層の加
工に二回のエッチングを用いた例を示したが、これを、
サイドエッチング効果、あるいは結晶方位に依存したエ
ッチングの異方性を利用した一回のエッチングで行なう
ことも可能である。またマスクとしては窒化硅素以外に
も例えば酸化硅素やレジストなどを用いることができ
る。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上あるいは誘電体基板上に、テーパ状に上部ク
ラッド層の厚さが変化する光導波路を形成することによ
り、製作が容易でかつ高性能な光集積回路を実現できる
という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る光導波路の形成過程を示す概略
図である。
【図2】本実施例に係る光導波路の形成過程を示す概略
図である。
【図3】本実施例に係る光導波路の導波光分布図であ
る。
【図4】従来技術に係る光導波路の斜視図である。
【符号の説明】
100 光導波路 101 InP半導体基板 102 InP下部クラッド層 103 InGaAsPコア層 104 InP上部クラッド層 105 窒化硅素膜 106 テーパ状リッジ部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体あるいは誘電体基板上に形成さ
    れ、下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層の少な
    くとも三つの層が順次積層されてなる光導波路におい
    て、上部クラッド層の厚さが導波路に沿った方向に漸次
    変化していることを特徴とする光導波路。
  2. 【請求項2】 半導体あるいは誘電体基板上に下部クラ
    ッド層、コア層及び上部クラッド層を順次積層し、次い
    で、導波方向に亙って漸次その幅が変化してなるテーパ
    状のエッチングマスクを用い、前記上部クラッド層を選
    択エッチングし、当該上部クラッド層の一部を上記エッ
    チングマスクと同形のテーパ状リッジ部に加工した後、
    該エッチングマスクを除去し、その後、当該テーパ状リ
    ッジ部を有する上部クラッド層を無選択的にエッチング
    加工することを特徴とする光導波路の製造方法。
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