JPH0580223A - オプトエレクトロニクデバイス - Google Patents

オプトエレクトロニクデバイス

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JPH0580223A
JPH0580223A JP4056180A JP5618092A JPH0580223A JP H0580223 A JPH0580223 A JP H0580223A JP 4056180 A JP4056180 A JP 4056180A JP 5618092 A JP5618092 A JP 5618092A JP H0580223 A JPH0580223 A JP H0580223A
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JP
Japan
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waveguide
wide
narrow
ridge
waveguides
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JP4056180A
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English (en)
Inventor
Bernhard Stegmueller
シユテークミユラー ベルンハルト
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて容易に製造可能で、異なる寸法の導波
路間の結合、特にガラスファイバとの結合を可能にする
オプトエレクトロニクデバイスを提供する。 【構成】 幅の狭い導波路２と幅の広い導波路３が設け
られ、これらの導波路が相互に平行に配置され、かつこ
れらの導波路の導波部が一つの領域Ａで重畳され、別の
領域Ｂで幅の狭い導波路２の積層方向寸法がテーパ部８
の形で連続的にゼロまで低減され、それにより長手方向
に隣接する領域Ｃでは幅の広い導波路３中に形成された
幅の広いリッジ５による幅の広い導波部だけが存在す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、異なる寸法の導波路
を結合するためのオプトエレクトロニクデバイスに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光通信技術のための重要な条件は、伝送
媒体としてのガラスファイバと送信又は受信要素として
のオプトエレクトロニクデバイスとの間の有効で安定し
かつ容易に調節可能な光結合である。この目的のために
ガラスファイバ中の光の伝播方向に対し直角な（上下及
び左右方向の）電磁界分布を、オプトエレクトロニクデ
バイス中の電磁界分布に整合させなければならない。一
般にオプトエレクトロニクデバイス中での導波は、内部
で光の伝播に対し直角な電磁界分布がガラスファイバ中
の電磁界分布とは著しく異なるような導波路により行わ
れる。オプトエレクトロニクデバイスとガラスファイバ
との間の導波の整合は断熱性のテーパ部により達成され
る。この種の断熱性のテーパ部は、モードの変換による
光学的損失が発生しないように、幅方向及び積層方向の
導波が光の伝播方向に沿って変化する導波路から成る。
従来はこの目的のためにオプトエレクトロニクデバイス
中の導波路の幾何学的形状が、光の伝播方向に沿って幅
方向ばかりでなく積層方向にも変更された（シャハー
（A. Shahar ）、トムリンソン（W.J. Tomlinson）、イ
ヤン（A. Yi-Yan ）、セト（M. Seto ）、デリ（R.J. D
eri ）の論文「テーパ形半導体光導波路及びその他の構
造を加工するための動的エッチマスク技術（Dynamic et
ch mask technique for fabricating tapered semicond
uctor optical waveguides and other structures ）」
アプライド フィジックス レターズ（Appl. Phys. Le
tt. ）、第５６巻、第１０９８〜１１００ページ（１９
９０年）参照）。このために光伝播に対し直角な両方向
に幾何学的寸法を変更するための技術的手段が必要であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、極
めて容易に製造可能であり、異なる寸法の導波路間の結
合、特にガラスファイバとの結合を可能にするオプトエ
レクトロニクデバイスを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、積層方向に幅の狭い導波部のための手段と幅の広
い導波部のための手段とを備える導波路を有し、幅の狭
い導波部のための手段と幅の広い導波部のための手段と
は、少なくとも導波路の長手方向の一つの部分に沿って
幅の狭い導波部及び幅の広い導波部が層を成して重なる
ように相互に平行に配置され、この部分に沿って導波部
のための手段のうちの一つが連続的に積層方向へ低減さ
れ、それによりこの部分の一方の側には長手方向に隣接
して幅の狭い導波部が設けられ、この部分の他方の側に
は長手方向に隣接して幅の広い導波部が設けられること
を特徴とするオプトエレクトロニクデバイスにより解決
される。この発明の実施態様は請求項２以下に記載され
ている。
【０００５】
【作用効果】導波のために用いられるガラスファイバの
内側部分は一般に半導体デバイス中の導波路の幅方向寸
法より大きい直径を有する。従って少なくともデバイス
中の導波路の長手方向へガラスファイバを結合するため
に導波部の拡幅が必要である。導かれたモードを変換せ
ずにこの拡幅を達成するために、また同時にデバイスの
容易な加工性を実現するために、この発明に基づき一方
向にだけ薄くなる断熱性テーパ部が用いられる。この発
明に相応する構造によれば、導波部の長手方向の一つの
部分では同時に幅の狭い導波が例えば周囲を囲んで低屈
折率の材料中に埋め込まれた帯状導波路層により行わ
れ、また寸法についてガラスファイバ中の導波に相応す
る幅の広い導波がリッジ導波路により行われ、この部分
に沿って幅の狭いストリップ導波路がテーパ状に連続的
に積層方向にだけ厚さを低減される。この導波路は同じ
く光の伝播のために適した半導体材料中で終わり、かつ
この半導体材料中では幅の広い導波がこの材料中に形成
されたリッジ導波路により行われる。同様に幅の広い導
波部の幅の狭い導波部への逆の整合も可能である。幅方
向の構造が変更されないことがこの発明に基づく構造に
とって重要である。従ってテーパ状の構成が積層方向に
だけ生じ、それゆえにこの発明に基づく構成は従来技術
から知られたデバイスより著しく容易に製造可能であ
る。
【０００６】この発明に基づくデバイスは少なくとも約
１００μｍの長さにわたり相互にほぼ同心に配置された
二つの異なる導波路構造を備え、それによりこれらの構
造は一緒に一つの導波路を形成する。これらの導波路構
造のうちの一つは少なくとも約５００μｍ、できれば１
０００〜１５００μｍの長さ以内で、この導波路構造の
寸法の一次元の連続的な低減により消去されるか又は挿
入される。導波路構造は埋め込みヘテロ構造又はリッジ
導波路とすることができる。加工はウェット化学エッチ
ング又はイオンビームエッチング又は選択性エピタキシ
ーにより行うことができる。
【０００７】
【実施例】次にこの発明に基づくオプトエレクトロニク
デバイスの複数の実施例を示す図面により、この発明を
詳細に説明する。
【０００８】図１は、基板又は半導体層とすることがで
きるベース１上に幅の広い導波路３を形成する半導体材
料から成る層を示す。この幅の広い導波路３中には幅の
狭い導波路２が埋め込まれている。同じ装置が図２に平
面図で示されている。図２には幅の狭い導波路２の幅方
向寸法１２及び幅の広い導波路３の幅方向寸法１３が記
入されている。図１に示すように幅の狭い導波路２の積
層方向寸法１０は、幅の狭い導波路２が埋め込まれた幅
の広い導波路３の積層方向寸法１１より相応に小さい。
導波は幅の広い導波路３の層の中では表面に形成された
幅の広いリッジ５により行われる。図１の領域Ａでは両
方の導波部が同時に存在する。図１の領域Ｂでは幅の狭
い導波路２は積層方向の寸法においてすなわちベース１
の成長面に対し直角な方向において連続的に厚さが低減
される。領域Ｂの端部で幅の狭い導波路２が終わってい
るので、隣接する領域Ｃでは幅の広いリッジ５による導
波部だけが幅の広い導波路３の中に存在する。領域Ｂで
は幅の狭い導波路２は積層方向にだけくさび形に薄くな
るテーパ部８の形状を有する。
【０００９】図３にはこの発明に基づく別の構造が長手
方向断面図で示されている。この場合には幅の広い導波
部が領域Ｄ中で連続的に低減される。例えば図１の領域
Ａに相応する領域Ａでは両導波部が同時に存在する。領
域Ｄでは幅の広い導波路３の表面上の幅の広いリッジ５
の高さが連続的にゼロまで低減される。隣接する領域Ｅ
では幅の広い導波路３の表面が平らであり、幅方向の導
波は専ら幅の狭い導波路２により行われる。この装置が
図４に平面図で示されている。
【００１０】図５は、図１に示す領域Ｂ又は図３に示す
領域Ｄの断面図を示す。
【００１１】幅の広い導波路３のための材料として例え
ばＩｎＰ及びＧａＡｓが用いられる。幅の狭い導波路２
は例えばＩｎＧａＡｓＰ又はＧａＡｌＡｓとすることが
できる。幅の広い導波路３は幅の狭い導波路２の組成と
は異なる組成を有するＩｎＧａＡｓＰ又はＧａＡｌＡｓ
とすることも可能である。幅の広い導波路又は幅の広い
リッジ５の表面は誘電体例えば酸化物により覆うことが
できる。幅の狭い導波路２の材料の屈折率はこの実施例
では幅の広い導波路３の材料の屈折率より大きい。幅の
広い導波路３の材料の屈折率は同じくベース１の屈折率
より大きく、ベース１の屈折率は同じく場合により表面
上に被覆される酸化物の屈折率より大きい。
【００１２】図６は図５に相応の断面を示し、この場合
には幅の広いリッジ５は幅の広い導波路３の表面上では
なく別個のカバー層９中に形成されている。このカバー
層９は同様にＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰあるいはＧａＡ
ｓ又はＧａＡｌＡｓとすることができる。
【００１３】図７及び図８には変形された実施例が断面
図で示され、この場合には内部に形成された幅の狭いリ
ッジ導波路２を備える導波路層７が幅の広い導波路３中
に埋め込まれている。図７では幅の狭い導波路２がベー
ス１と反対側に形成され、図８では導波路層７のベース
１に向かう側に形成されている。
【００１４】図９では幅の広いリッジ５がベース１に達
するまで形成されている。幅の広い導波路３の二つの部
分の間には、内部に設けられた幅の狭いリッジ導波路２
を備える導波路層７が設けられている。幅の広いリッジ
５の表面はこの実施例では誘電体層１４により覆われて
いる。
【００１５】図１０に示すように、幅の広い導波はリッ
ジによる代わりに閉じ込め層６中に埋め込まれた幅の広
い導波路３を備える埋め込みヘテロ構造の中でも行うこ
とができる。屈折率は、閉じ込め層６からその内部に設
けられた幅の広い導波路３を経て、幅の広い導波路３中
にほぼ同心に延びる幅の狭い導波路２までそれぞれ増
す。これらの異なる屈折率によりそれぞれ幅方向の（及
び積層方向の）導波がもたらされる。図１の実施例と同
様に図１０の実施例でも、領域Ｇにおいて（図１３参
照）幅の狭い導波路２が厚さすなわち積層方向寸法を連
続的に低減されるので、隣接する領域Ｈでは幅の広い導
波路３だけが存在する。図１３に示された両導波路２、
３が存在する領域Ｆは図１０に示された断面を有する。
【００１６】重畳された両導波部をリッジ導波路により
実現することも可能である。図１１には幅の広い導波路
３中に設けられた導波路層７が示されている。幅の広い
導波路３の表面は幅方向の導波のための幅の狭いリッジ
４を備える。その上方に幅の広い導波部のための内部に
形成された幅の広いリッジ５を備える別の層が設けられ
ている。図１４に示すように領域Ｉでは両方の導波部が
同時に存在できる。隣接する領域Ｋでは幅の狭いリッジ
４の高さが連続的にゼロまで低減される。隣接する領域
Ｌでは幅の広いリッジ５従って幅の広い導波部だけが存
在する。変形案として幅の広いリッジ５の高さをこの領
域Ｋでゼロまで低減することもでき、そのときは領域Ｌ
では幅の狭いリッジ４による幅の狭い導波部だけが存在
する。どちらの導波部が中央の領域Ｋでそれぞれ低減さ
れるかは、この発明に基づくデバイスのそれぞれの用途
に関係する。
【００１７】デバイスの平らな表面を実現するために、
幅の狭いリッジ４及び幅の広いリッジ５をデバイスの表
面上に形成する代わりに、これらのリッジ導波路をベー
ス１中に設けることもできる。この場合にはベース１
（例えば基板）中に幅の広いリッジ５のための帯状の溝
がエッチングされる。幅の広いリッジ５中には幅の狭い
リッジ４を収容する別の溝が設けられる。導波路層７が
同様に全面に成長させられ別の層により覆われる。前記
実施例と同様に領域Ｎにおいて（図１５参照）幅の広い
リッジ５の高さが連続的に低減されるので、隣接する領
域Ｍ又はＯにおいて両導波部又は狭いリッジ４による狭
い導波部だけが存在する。
【００１８】前記すべての実施例及び容易に考えられる
これらの実施例の組み合わせとにおいては、専ら積層方
向に行われる導波路の修正により異なる寸法の導波部間
の整合を実現するための簡単な可能性を説明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に基づくオプトエレクトロニクデバイ
スの一実施例の長手方向断面図である。
【図２】図１に示すデバイスの平面図である。
【図３】デバイスの異なる実施例の長手方向断面図であ
る。
【図４】図３に示すデバイスの平面図である。
【図５】図１に示す領域Ｂ又は図３に示す領域Ｄの横断
面図である。
【図６】図５に示す断面の変形例の断面図である。
【図７】図５に示す断面の異なる変形例の断面図であ
る。
【図８】同じく異なる変形例の断面図である。
【図９】同じく異なる変形例の断面図である。
【図１０】同じく異なる変形例の断面図である。
【図１１】同じく異なる変形例の断面図である。
【図１２】同じく異なる変形例の断面図である。
【図１３】図１０に示すデバイスの長手方向断面図であ
る。
【図１４】図１１に示すデバイスの長手方向断面図であ
る。
【図１５】図１２に示すデバイスの長手方向断面図であ
る。
【符号の説明】
２、３ 導波路 ４、５ リッジ ７ 導波路層

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 積層方向に幅の狭い導波部のための手段
    と幅の広い導波部のための手段とを備える導波路（２、
    ３）を有し、幅の狭い導波部のための手段と幅の広い導
    波部のための手段とは、少なくとも導波路（２、３）の
    長手方向の一つの部分（Ｂ、Ｄ、Ｇ、Ｋ、Ｎ）に沿って
    幅の狭い導波部及び幅の広い導波部が層を成して重なる
    ように相互に平行に配置され、この部分（Ｂ、Ｄ、Ｇ、
    Ｋ、Ｎ）に沿って導波部のための手段のうちの一つが連
    続的に積層方向へ低減され、それによりこの部分（Ｂ、
    Ｄ、Ｇ、Ｋ Ｎ）の一方の側には長手方向に隣接して幅
    の狭い導波部が設けられ、この部分（Ｂ、Ｄ、Ｇ、Ｋ、
    Ｎ）の他方の側には長手方向に隣接して幅の広い導波部
    が設けられることを特徴とするオプトエレクトロニクデ
    バイス。
  2. 【請求項２】 幅の狭い導波部のための手段が幅の広い
    導波路（３）中に埋め込まれた高屈折率の幅の狭い導波
    路（２）であり、幅の広い導波部のための手段が幅の広
    い導波路（３）中に形成された幅の広いリッジ（５）で
    あることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
  3. 【請求項３】 幅の狭い導波部のための手段が導波路中
    に形成された幅の狭いリッジであり、幅の広い導波部の
    ための手段が導波路中に埋め込まれた高屈折率の幅の広
    い導波路であることを特徴とする請求項１記載のデバイ
    ス。
  4. 【請求項４】 幅の狭い導波部のための手段が導波路
    （３）中に埋め込まれた導波路層（７）の中に形成され
    た幅の狭いリッジ（２）であり、幅の広い導波部のため
    の手段が導波路（３）の中に形成された幅の広いリッジ
    （５）であることを特徴とする請求項１記載のデバイ
    ス。
  5. 【請求項５】 幅の狭い導波部のための手段が幅の広い
    導波路（３）中に埋め込まれた高屈折率の幅の狭い導波
    路（２）であり、幅の広い導波部のための手段が低屈折
    率の材料による幅の広い導波路（３）の幅方向の制限で
    あることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
  6. 【請求項６】 幅の狭い導波部のための手段が幅の狭い
    リッジ（４）であり、幅の広い導波部のための手段が少
    なくとも層を成して重ねられた導波部を備える部分
    （Ｋ、Ｎ）中で幅の狭いリッジ（４）を囲む幅の広いリ
    ッジ（５）であることを特徴とする請求項１記載のデバ
    イス。
  7. 【請求項７】 幅の狭い導波部のための手段は、幅の狭
    い導波路（２）の積層方向の厚さが連続的に減少するこ
    とにより連続的に低減されることを特徴とする請求項２
    ないし５の一つに記載のデバイス。
  8. 【請求項８】 幅の広い導波部のための手段は、幅の広
    いリッジ（５）の高さが連続的に減少することにより連
    続的に低減されることを特徴とする請求項２又は４又は
    ６の一つに記載のデバイス。
  9. 【請求項９】 幅の狭い導波部のための手段は、幅の狭
    いリッジ（２、５）の高さが連続的に減少することによ
    り連続的に低減されることを特徴とする請求項３又は４
    の一つに記載のデバイス。
  10. 【請求項１０】 幅の広い導波部のための手段は、幅の
    広い導波路（２）の積層方向の厚さが連続的に減少する
    ことにより連続的に低減されることを特徴とする請求項
    ３又は５記載のデバイス。
  11. 【請求項１１】 幅の狭いリッジ（４）と幅の広いリッ
    ジ（５）とが異なる屈折率を有し、幅の狭い導波部のた
    めの手段は、幅の狭いリッジ（４）の高さが連続的に減
    少することにより連続的に低減されることを特徴とする
    請求項６記載のデバイス。
JP4056180A 1991-02-08 1992-02-05 オプトエレクトロニクデバイス Pending JPH0580223A (ja)

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DE4103929 1991-02-08
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EP (1) EP0498170B1 (ja)
JP (1) JPH0580223A (ja)
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