JPH063541A - 導波路型グレーティング及びその作製法 - Google Patents

導波路型グレーティング及びその作製法

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JPH063541A
JPH063541A JP4166362A JP16636292A JPH063541A JP H063541 A JPH063541 A JP H063541A JP 4166362 A JP4166362 A JP 4166362A JP 16636292 A JP16636292 A JP 16636292A JP H063541 A JPH063541 A JP H063541A
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JP
Japan
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grating
silicon dioxide
core layer
dioxide film
clad layer
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Application number
JP4166362A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Shibata
泰夫 柴田
Masahiro Ikeda
正宏 池田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • B29C47/92

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結合係数の大きな導波路型グレーティングを
提供することにある。 【構成】 導波路型グレーティングにおいて、コア層
2、クラッド層3またはそれらの界面の少なくとも一部
に、導波路を構成する媒質の存在しない空洞4を光の伝
搬方向に周期的に形成することによって、大きな結合係
数が得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路型グレーティ
ング及びその作製法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】グレーティングは光回路の高機能化を実
現するために、最も重要な部品のひとつである。従来、
光導波路に用いるグレーティングとしては図2に示すも
のがある。また上記グレーティングの作製法としては図
3の(a) 〜(d) に示す方法がある。
【0003】図2において、1はInP基板、2はIn
0.72Ga0.28As0.590.41コア層、3はInPクラッ
ド層を示している。
【0004】ここで図3に示したグレーティングの作製
プロセスについて説明する。まず図3(a) に示すように
InP基板1上に光導波路のコアとなるInGaAsP
コア層2を成長し、その上にフォトレジスト5を塗布す
る。次に干渉露光法あるいは電子ビーム露光法によりグ
レーティングパターンを形成する(同図(b) )。このレ
ジストパターンを用いてInGaAsPコア層2にグレ
ーティングパターンをエッチングする。InGaAsP
コア層2のエッチングには臭化水素酸HBr等を用いた
ウェットエッチング法、またはハロゲン系あるいはメタ
ン系ガスを用いたドライエッチング法を用いる。次にフ
ォトレジスト5を除去する(同図(c) )。最後に光導波
路のクラッドとなるInPクラッド層3を成長し、同図
(d) に示したような光導波路用グレーティングが完成す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来は、上記のような
方法でグレーティングを作製するため、次のような欠点
がある。 (1) グレーティングの深さの制御が難しく、結合係数の
制御が困難である。 (2) 深いグレーティングを形成するのが難しく、結合係
数の大きなグレーティングが作製できない。
【0006】本発明の目的は、上記の課題に鑑み、結合
係数の大きなグレーティングを制御性よく作製すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、請求項1では光導波路のコア層またはクラ
ッド層の少なくとも一方に、導波信号光の伝搬方向に周
期構造を形成した導波路型グレーティングにおいて、コ
ア層、クラッド層またはそれらの界面の少なくとも一部
に、光導波路を構成する媒質の存在しない空洞が周期的
に形成されている導波路型グレーディングを提供する。
また請求項2では、半導体光導波路のコア上に、導波信
号光の伝搬方向に周期的に選択成長マスクを形成する工
程と、該選択成長マスクを用いて周期構造を有するクラ
ッドを成長する工程とを含む導波路型グレーディングの
作製法を提供する。また請求項3では、半導体基板上に
周期的に選択成長マスクを形成する工程と、該選択マス
クを用いて周期構造を有する光導波路のコアを形成する
工程とを含む導波路型グレーディングの作製法を提供す
る。また請求項4では、請求項2または3において選択
成長マスクが酸化シリコン、窒化シリコン、アルミナ等
の誘電体膜であるようにした。また請求項5では、請求
項2または3において選択成長マスクがAlを含む化合
物半導体であるようにした。
【0008】
【作用】請求項1によれば、一般に、結合係数kは、周
期構造を構成する媒質の屈折率の2乗の差に比例するた
めに、空洞の存在により、Δ[n2 ]=3.22 −1.
2 =9.24となり、図2のような通常の構造の場合
のΔ[n2 ]≒1と比べて大幅に増大する。請求項2乃
至5によれば、大きな結合係数を有するグレーティング
が容易に得られ、また結合係数の制御性も向上する。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の導波路型グレーティングの
一実施例を示すものであって、図中1、2、3はそれぞ
れ従来例と同一構成の基板、コア層、クラッド層を示し
ている。4はクラッド層3中に形成された空洞である。
本実施例のグレーティングでは、クラッド層(屈折率n
=3.2)3と空洞(n=1.0)4の周期構造が形成
される。結合係数kは、周期構造を構成する媒質の屈折
率の2乗の差に比例するために、本構造では Δ[n2 ]=3.22 −1.02 =9.24 となり、図2のような通常の構造の場合のΔ[n2 ]≒
1と比べて大幅に増大する。従って、本構造のグレーテ
ィングの結合係数は容易に大きくする事が可能である。
【0010】図4は本発明の導波路型グレーティング作
製法の第1の実施例を示した図であって、選択成長マス
クに二酸化シルコン膜を用いた場合を示している。図中
1はInP基板、2はIn0.72Ga0.28As0.590.41
コア層、3はInPクラッド層、4は空洞、5はフォト
レジスト、6は二酸化シリコン膜をそれぞれ示してい
る。ここで図4のプロセスについて説明する。まず図3
(a) に示すと同様にIP基板1上にInGaAsPコア
層2を成長し、二酸化シリコン膜6を堆積した後、フォ
トレジスト5を塗布する。次に干渉露光法あるいは電子
ビーム露光法によりグレーティングパターンを形成する
(同図(b) )。このレジストパターンを用いて二酸化シ
リコン膜6にグレーティングパターンをエッチングす
る。二酸化シリコン膜6のエッチングには弗酸系の溶液
を用いたウェットエッチング法、またはCF4 、C2
6 等弗素系ガスを用いたウェットエッチング法を用い
る。次にフォトレジストを除去する(同図(c) )。ここ
で次にInPクラッド層3を成長する。二酸化シリコン
膜6上には結晶が成長しないためにInPクラッド層3
はInGaAaPコア層2の露出している部分のみに成
長する。成長をはじめたInPクラッド層3は(11
1)面に沿って逆メサを形成するため、グレーティング
のピッチで決まる一定膜厚以上成長すると各逆メサは互
いに接続し、二酸化シリコン膜6は完全に埋め込まれた
形になる。この時、二酸化シリコン膜6上には結晶の存
在しない空洞4が形成され、同図(d) に示したような光
導波路用グレーティングが完成する。この作製法によれ
ば、InPクラッド層(屈折率n=3.2)と空洞(n
=1.0)の周期構造が形成されるためグレーティング
の結合係数は容易に大きくする事が可能である。また、
結晶の存在しない空洞の大きさは二酸化シリコングレー
ティングのライン幅により容易に制御することができ、
従って結合係数の制御も容易となる。
【0011】図5は本発明の光導波路型グレーティング
作製法の第2の実施例を示した図であって、図4と同じ
く選択成長マスクに二酸化シリコン膜を用いた場合を示
している。図中1はInP基板、2はIn0.72Ga0.28
As0.590.41コア層、3はInPクラッド層、4はコ
ア層2中に形成された空洞、5はフォトレジスト、6は
二酸化シリコン膜をそれぞれ示している。ここで図5の
プロセスについて説明する。まず図5(a) に示すように
InP基板1上に二酸化シリコン膜6を堆積した後、フ
ォトレジスト5を塗布する。次に干渉露光法あるいは電
子ビーム露光法によりグレーティングパターンを形成す
る。このレジストパターンを用いて二酸化シリコン膜6
にグレーティングパターンをエッチングする(同図(b)
)。二酸化シリコン膜6のエッチングには弗酸系の溶
液を用いたウェットエッチング法、またはCF4 、C2
6 等弗素系ガスを用いたドライエッチング法を用い
る。次にフォトレジストを除去する(同図(c) )。ここ
で次にInGaAsPコア層2を成長する(同図(d)
)。二酸化シリコン膜6上には結晶が成長しないため
にInGaAsPコア層2はInP基板1の露出してい
る部分のみに成長する。その結果図4のプロセスで説明
したものと同様な議論によりInGaAsPコア層2を
成長すると同図(e) の様なグレーティングが完成する。
この作製法の場合についても図3に示した作製法と同様
な議論が成立ち、大きな結合係数を有するグレーティン
グが容易に得られ、また結合係数の制御性も向上する。
【0012】以上選択成長マスクに二酸化シリコン膜を
用いた場合について説明してきたが、窒化シリコン、ア
ルミナ等の誘電体膜を用いた場合についても同様な議論
が成り立つことは言うまでもない。
【0013】さらにInAlAs、InGaAlAs、
AlGaAs等Alを含む化合物半導体の場合でも、A
lを含む化合物半導体は空気中で酸化し、その上には結
晶は成長しないために前述の誘電体膜と全く同様な議論
が成り立つ。従って、選択成長マスクとしてAlを含む
化合物半導体を用いた場合についても結合係数の制御性
が向上し、また大きな結合係数を有するグレーティング
の作製が容易となる。
【0014】図6にInGaAs/InAlAs多重量
子井戸構造を選択マスクとして作製したグレーティング
の概略図を示す。InGaAs/InAlAs多重量子
井戸構造をエッチングし、量子井戸の側壁にAlを含む
半導体(InAlAs)を露出させてInPクラッド層
3を成長することにより側壁に結晶が成長するのを防
ぎ、クラッド層3とコア層2との界面に空洞4を有する
周期構造を形成した。この構造では空洞が三角形ではな
くひし形になるために光の電界分布と空洞の空間的重な
りが大きくなり結合係数は非常に大きくなる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば導
波路型グレーティングを、コア層、クラッド層またはそ
れらの界面の少なくとも一部に、導波路を構成する媒質
の存在しない空洞を周期的に形成することにより構成し
たため、以下のような利点がある。 (1) 結合係数が大きくとれる。
【0016】また、グレーティングの作製に選択成長を
用いたために以下のような利点がある。 (1) 大きな結合係数を有するグレーティングの作製が容
易になる。 (2) 結合係数の制御性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導波路型グレーティングの構成図
【図2】従来のグレーティングの構成図
【図3】従来のグレーティングの作製法の説明図
【図4】本発明のグレーティングの作製法の第1の実施
例を示す図
【図5】本発明のグレーティング作製法の第2の実施例
を示す図
【図6】本発明の他の作製法によるグレーティングの概
略図
【符号の説明】
1…InP基板、2…InGaAsPコア層、3…In
Pクラッド層、4…空洞、5…フォトレジスト、6…二
酸化シリコン膜。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光導波路のコア層またはクラッド層の少
    なくとも一方に、導波信号光の伝搬方向に周期構造を形
    成した導波路型グレーティングにおいて、 コア層、クラッド層またはそれらの界面の少なくとも一
    部に、光導波路を構成する媒質の存在しない空洞が周期
    的に形成されていることを特徴とする導波路型グレーテ
    ィング。
  2. 【請求項2】 半導体光導波路のコア層上に、導波信号
    光の伝搬方向に周期的に選択成長マスクを形成する工程
    と、 該選択成長マスクを用いて周期構造を有するクラッド層
    を成長する工程とを含むことを特徴とする導波路型グレ
    ーティングの作製法。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に周期的に選択成長マスク
    を形成する工程と、 該選択マスクを用いて周期構造を有する光導波路のコア
    層を形成する工程とを含むことを特徴とする導波路型グ
    レーティングの作製法。
  4. 【請求項4】 選択成長マスクが酸化シリコン、窒化シ
    リコン、アルミナ等の誘電体膜であることを特徴とする
    請求項2または請求項3記載の導波路型グレーティング
    の作製法。
  5. 【請求項5】 選択成長マスクがAlを含む化合物半導
    体であることを特徴とする請求項2または請求項3記載
    の導波路型グレーティングの作製法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1394578A3 (en) * 2002-08-01 2004-06-16 Northrop Grumman Corporation Fabrication of high index-contrast gratings using a regrowth-over-dielectric process
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WO2016031712A1 (ja) * 2014-08-26 2016-03-03 日本碍子株式会社 グレーティング素子

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