JPH07261047A

JPH07261047A - 二重マスキングを用いて集積光導波管構造を形成するための方法および付属するマスク・パターン対

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Publication number: JPH07261047A
Application number: JP7070341A
Authority: JP
Inventors: Der Tol Johannes J G M Van; ヤコブスジエラルダスマリアバンデルトールヨハネス
Original assignee: Koninklijke PTT Nederland NV
Current assignee: Koninklijke PTT Nederland NV
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1995-10-13
Anticipated expiration: 2015-03-06
Also published as: EP0668516A1; JP3016000B2; NL9400266A; US5528708A

Abstract

(57)【要約】【目的】二重マスキング技術を用いて、対称成分構造
と、非対称Ｘ接合のような非対称成分構造をもつ導波管
構造の整列容易な形成法を提供する。【構成】全導波管構造が、続けて乗せられ相互に重な
り合う位置に乗せられる２つの異なるマスク・パターン
Ｐ_１、Ｐ_２によって形成される。この２つのマスク・パ
ターンは対称成分構造の対称軸に平行（Ｚ軸）および垂
直（Ｘ軸）な整列方向に従って互いに整列される。各マ
スク・パターンは第１非対称成分パターン３２、３５と
第２非対称成分パターン３１、３３、３４、３６とから
なる。第１成分パターン３２、３５は各々、非対称成分
構造のセパレート部を形成する。第２成分パターン３
１、３３と３４、３６は互いに鏡像をなし、対称軸に垂
直（Ｘ軸）な整列方向の予め決められた整列正確さＷ_１
に依存する成分形状３３、３６からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集積光学に関するもので
ある。より詳しくは、二重マスキングを適用する、対称
部と非対称部を有する導波管構造の製造方法および、該
方法を用いる一対のマスク・パターンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術とその問題点】コヒーレントな受光器の光入
力部において局部発生レーザー光信号と入力光通信信号
とを混合するための混合部材がある。Ｄ．Ａ．スミ他
「コヒーレント受光器のためのモード発生型集積光ビー
ム結合器」ＩＥＥＥ光技術レター、第３巻第４号（１９
９１年４月）３３９〜３４１頁に、この型の光入力部の
集積形においてそのような混合部材は、単モード導波分
岐をもち二重モード接続路を通して結合する対称・非対
称Ｙ接合からなる非対称Ｘ接合として構成され得ること
が示されている。この型の非対称Ｘ接合は偏光にも波長
にも依存せず、高度の製造公差（許容範囲）を有し、そ
の作用は二重モード導波路の長さに依存しない。非対称
Ｙ接合の機能はモード・フィルターあるいはスプリッタ
ーの機能である。このように作用させるため、非対称Ｙ
接合の単モード分岐がたとえば幅の相違によって異なる
伝播定数をもつ。二重モード導波路において、基本導波
モードに従って非対称Ｙ接合の方向に伝播する光信号か
ら、最高の伝播定数をもつ非対称Ｙ接合の分岐に伝播し
続け、一方、二重モード導波路において１次導波モード
に従って伝播するそのような光信号はもう一方の分岐を
伝播し続ける。しかし、もしそのような非対称Ｙ接合の
交差部が、とくに製造工程の間不適切に限定されたフォ
トリソグラフィーの解像力によって十分鋭くなされてい
ないなら、フィルター（スプリット）作用は不十分とい
うのは公知の問題である。Ｙ．シャーニー他「ＩｎＰ上
の鋭角の交差部をもつ埋めリブ受動導波管Ｙ接合」ＩＥ
ＥＥ光技術レター、第３巻第３号（１９９１年３月）２
１０−２１２頁および、本発明の優先日には公開されて
いない本出願人のオランダ特許出願第９３０１０７１号
（１９９３年６月１８日出願）に、この問題に対する解
決策が二重マスキングの技術に基づいて開示されてい
る。これらの解によれば、鋭角の交差部をもつ非対称Ｙ
接合は、Ｙ接合の２つの分岐を互いに重なりあう異なる
マスク層に置くことによって得る。もし非対称Ｘ接合の
供与に適用するなら、第１マスク・パターンは対称Ｙ接
合、二重モード接続路および非対称Ｙ接合の分岐を形成
し、第２マスク・パターンは非対称Ｙ接合の残りの分岐
を形成する。上記オランダ特許出願はまた、９頁１〜６
行目に、２つのマスク・パターンが必要な配列形状をな
すが、２つの分岐相互の相対位置というよりも、非対称
Ｙ接合の２つの分岐の間の角度に関するものであるとい
うことを開示している。相互のマスク・パターンの方向
に対する位置配列公差は、製造工程の間、最も都合がよ
い。ビーム伝播法という名で知られている方法によれ
ば、非対称Ｙ接続のシミュレーションが、接続路の単一
伝播方向に従う方向において上記配列公差が確かに存在
するが、それに垂直な方向においては、互いに数μｍが
オーダーの２つのマスク・パターンの相対変位がモード
抑制の大きな変動になることを示している（典型的に
は、最も好ましい位置に対して、±１μｍのシフトに対
し、−１６ｄＢから−３０ｄＢの変動）。しかし、非対
称Ｘ接合の波長にも偏光にも存在しない作用に対し、概
して、そのような変動は、非対称Ｙ接合のモード抑制に
おいてのみのもとだとしても、受け入れ難い。非対称Ｘ
接合の配列公差のある製造を可能にするため、非対称Ｙ
接合のモード抑制は、しかし、全公差範囲にわたって、
設定値（典型的には−３０ｄＢ）よりも良くなければな
らない。その場合、Ｘ接合のスプリット比は、コヒーレ
ント受光器の混合部材として使われるとき、５０：５０
の分布から許容範囲（典型的には０．５ｄＢ）内で常に
偏位することにより、コヒーレント検出の低下を限界
（通常１ｄＢまで）内に保つ。

【０００３】上記シミュレーションはさらに、モード抑
制における変動は非対称Ｙ接合それ自身にはそれほど依
存せず、非対称Ｙ接合の頂点からできるだけ離れた二重
モード接続路の対称破壊遷移に依存するということを示
している。その対称破壊は、上記遷移において、ゼロ次
と１次の導波モードの間の結合を可能にすることによ
り、モード抑制が負に影響される。対称破壊の範囲は、
遷移の形状に密接に関係し、製造される間、互いに用い
られる２つのマスク・パターンの相対位置に対し、顕著
に変わり得る。図１を用いてこれを説明する。図１は平
面図で、処理される積層の上面１に対し、第１マスク・
パターン２と、それと重なる第２マスク・パターン３が
適用されて、共に非対称Ｙ接合を形成する。第１マスク
・パターン２は、それぞれ非対称Ｙ接合の二重モード幹
と側方分岐の一方とを形成するため、第一部２．１と第
二部２．２からなる。第２マスク・パターン３は、非対
称Ｙ接合のもう一方の側方分岐を形成する。第１マスク
・パターン２の第二部２．２と第２マスク・パターン３
との間の上面１の空間は、交差角αをもつ交差部Ｖ_１を
なす。上面１に対し、ＸＺ座標系が特定され、そのＺ軸
は第１マスク・パターン２の第一部２．１の対称軸と一
致する。Ｚ軸方向に見られるように、３つの部分が上面
１の適用範囲において区別され得る。すなわち、対称部
Ｓ_１、対称破壊遷移部Ｓ_２、および交差部Ｖ_１からの非
対称Ｙ接合それ自身である非対称部Ｓ_３である。Ｓ_２の
長さと形状は、第１マスク・パターンに関し、第２マス
ク・パターンの位置に強く依存する。すなわち、製造の
間、その正確さの度合いに応じ、マスク・パターンが互
いに整列される。モード・スプリッターとして機能する
非対称Ｙ接合に対し、交差角が小さい（一般にα≒５ｍ
ｒａｄ）ので、特に対称軸（Ｚ軸）に垂直な方向（Ｘ
軸）における配列の正確さは、対称軸方向におけるそれ
よりも重要である。そのような対称破壊遷移部の構成
は、特にＸ軸方向において互いに非常に高い配列の正確
さで位置している２つのマスク・パターンによって相殺
される。対称破壊遷移部が形成されないそのような配列
の正確さは実際には達成され得ない。あるいは、そのよ
うな対称破壊効果は非対称Ｙ接合およびその集積形にお
ける非対称Ｘ接合の好ましくない延長につれて、伴わな
ければならない交差角αの一層の減少によって小さくな
り得る。

【０００４】

【課題を解決するための本発明の構成】本発明の目的
は、それ自身は公知である配列の容易な二重マスキング
技術にもとづいて非対称Ｘ接合の組立を可能にすること
にある。さらに一般的には、本発明の目的は、対称成分
構造と、該構造に隣接する非対称成分構造からなる導波
構造の配列容易な組立を可能にすることにある。本発明
はこれを、互いに相手の鏡像であり、最も臨界的な配列
方向の望ましい配列正確さに基づくことにより許容範囲
内で遷移部の対称破壊が起こらない形状と大きさをもつ
２つのマスク成分パターンによって形成れさる遷移部を
もつことにより達成する。そうすることにおいて、本発
明は互いに相手が鏡像である２つの形状が常に対称軸を
もつ１つの形状に結合され得るという事実を利用する。
本発明は導光層を含む積層上（内）の光導波管構造の製
造方法を提供する。その積層は以後、基板と呼び、導波
管構造は非対称分岐成分構造を有し、本発明の方法は、
導波管構造の一部を形成するため、第１マスク材料の第
１マスク・パターンを基板の表面に乗せ、第１マスク・
パターンと一緒に完全な導波管構造を形成するために第
２マスク材料の第２マスク・パターンを、第１マスク・
パターンを与えられている基板の表面に、一部第１マス
ク・パターンと重なる位置に乗せ、基板材料を部分的に
変える部材の助けを借りて、第１・第２マスク・パター
ンに覆われていない基板の表面部分を処理するステップ
からなり、前記導波管構造がさらに、対称テーパをもつ
中間導波管によって非対称分岐成分構造に結合される対
称分岐成分構造を有し、前記マスク・パターンがそれぞ
れ、第１非対称成分パターンと第２非対称成分パターン
を有し、第１成分パターンがそれぞれ非対称成分構造の
不可欠のセパレート成分を形成し、後者のすべてを一緒
に形成し、第２成分パターンが互いに相手の鏡像である
形状をもち、前記第２マスク・パターンを乗せるステッ
プが、組み立てられる導波管構造の対称分岐成分構造の
対称軸に平行および垂直な配列方向に従って、第２マス
ク・パターンが第１マスク・パターンに配列されるサブ
ステップを含み、第２成分パターンの形状が対称軸に垂
直な配列方向の予め定められた配列許容度に依存するこ
とを特徴とするものである。

【０００５】好ましい実施態様はサブクレームに要約さ
れている。

【０００６】本発明は導波管のＲＩＥ処理と完全互換性
があり、すべての３−５族半導体に対し適用され、他の
どんなエピタキシー層も要らず、非対称Ｘ線接合が非常
に良いスプリット比と安定な動作をもって得られ、偏光
にも波長にも依存せず、他の機能と容易に集積できる組
立方法を提供する。

【０００７】

【実施例】本出願人によるオランダ特許出願第９３０１
０７１号（１９９３年６月１８日出願）は、たとえばＩ
ｎＰのような３−５族半導体の基板上（内）の非対称Ｙ
接合のような分岐導波管構造の組立方法を開示してい
る。この公知の方法は、結合マスク・パターンを形成す
るため、２つの異なるマスク材料の２つの異なるマスク
・パターンが一部互いに重なり合う部分に乗せられる多
くのステップからなる。次のステップにおいて、結合マ
スク・パターンは所定の分岐導波構造を得るために使わ
れる。同一の方法がこの型の基板上（内）の非対称Ｘ接
合のようなチャンネル型導波管の一部対称分岐・一部非
対称分岐導波管構造を組み立てるために使われ得る。

【０００８】図２は、それ自身公知の非対称Ｘ接合を概
略的に表している。それは２つの同一の単モード収束入
力チャンネル１１、１２をもつ対称Ｙ接合と、２つの非
同一の単モード発散出力チャンネル１３、１４をもつ非
対称Ｙ接合、およびこの２つのＹ接合を「背中合せに」
つなぐ二重モード結合チャンネル１５からなっている。
出力チャンネル１３、１４の間の非対称Ｙ接合の交差部
はＶ_２で示されている。Ｚ軸が対称Ｙ接合の対称軸に一
致して選ばれている。正しく機能させるため、このよう
な非対称Ｘ接合は収束入力チャンネルが相互作用間隔ｄ
内で接近する所から非対称Ｙ接合の交差部Ｖ_２まで正確
に対称である必要がある。入・出力チャンネル幅は数μ
ｍのオーダーである。入力チャンネルが収束する角度は
２０ｍｒａｄのオーダーで、入力チャンネルの長さは数
十ｍｍのオーダーである。出力チャンネルが発散する角
度は５ｍｒａｄのオーダーで、出力チャンネルの長さは
数ｍｍのオーダーである。「入・出力チャンネル」とい
う用語は、このタイプの非対称Ｘ接合の機能が正確に両
方向に同一なので、「出・入力チャンネル」としてもよ
い。

【０００９】２つのマスク・パターンを互いに整列させ
るため、両パターンは付加的に、整列する間互いに正し
く重ね合わせられねばならない整列形状をもっている。
これは常にある不正確さを伴っておこるので、非対称Ｘ
接合に必要な正確な対称は公知の方法で使われたマスク
・パターンによっては容易に達成され得ない。特に、対
称軸に垂直な方向の整列はこの場合、非常に困難であ
る。以後、上記非対称Ｘ接合のような一部対称・一部非
対称な分岐導波管構造の組立てに対し、特定ペアのマス
ク・パターンを説明する。このマスク・パターン対は、
公知のプロセスの助けを借りて、対称軸に垂直な方向の
実用的な整列許容差内で常に非対称二股の交差部まで正
確に対称な導波管構造を組立てさせ得る。

【００１０】図３は、Ｘ−Ｚ座標系の２つの平面パター
ンＰ_１とＰ_２を示している。Ｚ軸よりも上にある第１パ
ターンＰ_１は、長方形ＡＢＦＧで表される広帯状部３１
を有している。長方形ＡＢＦＧは辺ＢＦの上に、短辺Ｂ
Ｃの長さがＷ_１である平行四辺形ＢＣＱＰで表される狭
帯状突出部３２と、底辺ＤＦの長さもＷ_１である頂点
Ｄ、Ｅ、Ｆをもつ三角突出部３３を有している。第２パ
ターンＰ_２は、長方形ＨＪＭＮで表される広帯状部３４
を有している。長方形ＨＪＭＮは、辺ＪＭの上に短辺Ｊ
Ｋの長さがＷ_２の平行四辺形ＪＫＳＲで表される広帯状
突出部３５と、底辺ＫＭの長さがＷ_１で頂点Ｋ、Ｌ、Ｍ
をもつ三角突出部３６を有している。多角形ＡＢＤＥＦ
ＧとＨＪＫＬＭＮは、Ｚ軸を対称軸として互いに鏡像を
形成している。長方形ＡＢＦＧの辺ＡＢ、ＦＧおよび長
方形ＨＪＭＮの辺ＨＪ、ＭＮはＺ軸に平行である。三角
形ＤＥＦとＫＬＭは直角βをもつ二等辺三角形である。
三角形ＤＥＦ（ＫＬＭ）の辺ＤＥ（ＭＬ）は広帯状突出
部３５の辺ＫＳとＪＲに平行である。一方、他辺ＦＥ
（ＫＬ）は狭帯状突出部３２の辺ＣＱとＢＰに平行であ
る。辺ＡＧとＨＮは長さがＷ＝Ｗ_１＋Ｗ_２である。パタ
ーンＰ_１、Ｐ_２がＸ軸に平行にかつＺ軸に関し対称に、
三角形ＤＥＦの頂点Ｅと三角形ＫＬＭの頂点Ｌがそれぞ
れ広帯状突出部と狭帯状突出部内に入り込むまで互いに
重なり合うように滑るなら、適切に大きさを取られれ
ば、その結合パターンは非対称Ｙ接合の組立に対するマ
スク・パターンとして非常に適切に形成される。この結
合パターンが互いにパターンＰ_１、Ｐ_２の３つの異なる
位置に対してそれぞれ図４〜６に描かれている。区別す
るため、パターンＰ_１は破線、パターンＰ_２は実線で表
している。２つのパターンの外形（輪郭）が一致する点
においては、破線と実線が互いに隣り合うように描いて
ある。図４で三角形ＫＬＭの頂点Ｌは狭帯状突出部３２
内の１／２幅のところにある。パターンＰ_１の輪郭ＡＢ
ＰＱＣＤＥＦＧＡとパターンＰ_２の輪郭ＨＪＲＳＫＬＭ
ＮＨは、同一の垂直線で上にある３つの点Ｔ、Ｖ、Ｗで
交差している。またＶは、結合パターンにおいて、狭帯
状突出部３２と広帯状突出部３５が発散してもはや重な
り合わない点でもある。図４のそれと同じようにして、
図５及び６は、特に辺ＫＬが狭帯状突出部３２の一辺Ｃ
Ｑまたは他辺ＢＰと一致するように互いに極端な位置を
取っているパターンＰ_１、Ｐ_２を描いている。（注−輪
郭の一致点はこの場合、コンマで区切って各頂点を表す
英大文字で示してある）これらの図から、変位の間、垂
直方向にどんな位置を取っても図５及び６の極限の位置
取りの範囲内でパターンＰ_１とＰ_２は互いに相手を受け
入れ、垂直線での左側の結合パターンの輪郭すなわちＴ
ＭＮＧＦＷは常に対称で、一方、垂直線での右側では両
帯状突出部３２と３５が発散するということが分かる。
非対称Ｘ接合の組立用にこのようなパターンＰ_１、Ｐ_２
を使うため、Ｐ_１、Ｐ_２はさらに、結合して対称Ｙ接合
を形成し得る部分をもって拡張されなければならない。
このような拡張は２つの仕方で可能である。第１の可能
性を図７に示す。図７は、Ｚ軸に関し互いに他の鏡像に
なっている非対称パターンＰ_３（破線）、Ｐ_４（実線）
を示している。パターンＰ_３、Ｐ_４は図４のパターンＰ
_１、Ｐ_２の各点ＡとＧ、ＨとＮにおける、それぞれパタ
ーンＰ_１、Ｐ_２の直接の続き部分を形成している。パタ
ーンＰ_３、Ｐ_４の各々は、それぞれＺ軸に平行な広帯状
部５１、５２を有し、該部５１、５２はそれぞれＺ軸に
対し＋１／２γ、−１／２γの角度をもった狭帯状突出
部５３、５４と合体している。完全な非対称Ｘ接合を形
成するためのこの第１拡張可能性の利点は、つなげるこ
との簡単さと対称Ｙ接合の鋭角の交差部である。しかし
欠点は、２つの連続するマスキング・ステップを使う場
合には、対称Ｙ接合の入力チャンネル（図２の１１、１
２）の形成に対する狭帯状突出部５３、５４の大きさが
異なり、その結果、対称が壊されたままだということで
ある。第２の可能性を図８に示す。図８は互いに鏡像を
なし、対称部と非対称部とからなる２つのパターンＰ_５
（破線）、Ｐ_６（実線）を表している。パターンＰ_５の
対称部は２つの収束する狭帯状突出部６２、６３と合体
する広帯状部６１からなり、パターンＰ_６の対称部は２
つの収束する狭帯状突出部６５、６６と合体する広帯状
部６４からなる。これら２つの対称部はともに、それぞ
れが対称Ｙ接合を形成することができる。パターン
Ｐ_５、Ｐ_６は、図４のようにパターンＰ_１、Ｐ_２が互い
に中間位置にあるとき、パターンＰ_５、Ｐ_６の対称位置
が正確に重ね合わせられるように、パターンＰ_１、Ｐ_２
の続き部を形成しなければならない。上記中間位置にお
いて、図４のパターンＰ_１、Ｐ_２の点ＡとＮ、ＨとＧが
一致していないので、パターンＰ_５、Ｐ_６の広帯状部６
１、６４はパターンＰ_１、Ｐ_２の長方形ＡＢＦＧとＨＪ
ＭＮの直接のつながり（続き部）を形成することができ
ず、その代わりに非対称調整が必要になる。パターンＰ
_５に対し、その調整は広帯状部６１と負のＸ方向の長方
形ＡＢＦＧの辺ＡＧとの間にある非対称片６７からな
り、一方パターンＰ_６に対する調整は、広帯状部６４と
正のＸ方向の長方形ＨＪＭＮの辺ＨＮとの間にある非対
称片６８からなる。両片６７、６８はＺ軸に関し互いに
鏡像をなしている。該片のＸ方向の絶対長さは、互いに
中間位置にあるパターンＰ_１、Ｐ_２における点ＮとＡの
間の距離の半分、すなわち１／４Ｗ_１に等しい。片６
７、６８はパターンＰ_１、Ｐ_２の極限位置内で、少なく
とも断熱導波テーパ片を共に形成できるようなＺ軸方向
の長さをもっている。これはつまり、Ｚ軸方向の導波テ
ーパ片の幅の変化はモード変換が起こらないように、徐
々に生じなければならないということである。従って、
片６７、６８の各方向の間の角δは最大値になるべきで
ある。狭帯状突出部６２、６３、６５、６６の各幅は、
結合パターンにおいて、極限位置内で、パターンＰ_５、
Ｐ_６のどんな位置に対しても常に、突出部６２、６５と
６３、６６が単モード導波管を形成するように選ばれね
ばならない。

【００１１】第２可能性の例を図９〜１１を参照してさ
らに詳しく説明する。図９〜１１の各々は非対称Ｘ接合
の組立用のパターンＰ_７（破線）、Ｐ_８（実線）から形
成される結合パターンを示している。この結合パターン
において、パターンＰ_７、Ｐ_８の輪郭は実線部において
のみ一致するということに注意しなければならない。パ
ターンＰ_７はパターンＰ_１（図３）、Ｐ_５（図８）に対
応する２つのパターンからなり、パターンＰ_８はパター
ンＰ_２（図３）、Ｐ_６（図８）に対応する２つのパター
ンからなる。この２つのパターンＰ_７、Ｐ_８は、マスキ
ング・パターンとしての二重マスキングの公知技術に従
って、非対称Ｘ接合に適切な導波管構造をその上（内）
に形成するため、処理層に続けて、一部は互いに重ね合
わせて乗せられる。図９〜１１は互いに異なる３つの配
列位置におけるパターンＰ_７、Ｐ_８を示している。これ
らの位置はそれぞれ、図４〜６のパターンＰ_１、Ｐ_２に
おける中間位置と２つの極限位置に対応する。パターン
Ｐ_７、Ｐ_８の各部はパターンＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_５、Ｐ_６の
各部に対応して番号を付けられている。パターンＰ_７、
Ｐ_８は処理層すなわち基板７０の上面に乗せられてお
り、図９〜１１で長方形部は上面から表されている。ま
た、ＸＺ座標系はＺ軸が各結合パターンの対称部の対称
軸に一致するように選ばれている。パターンＰ_７はそれ
に付加される４つの整列形状７１−７４をもち、パター
ンＰ_８はそれに付加される４つの整列形状７５−７８を
もっている。そのような整列形状は、それらが付加され
るパターンと同時に基板に乗せられる。整列形状の位置
は、整列の間、パターンＰ_７、Ｐ_８が中間位置にあると
き、互いに正確に重ね合わせられるようにされる。非対
称Ｘ接合の形成に適切な結合マスク・パターンを達成す
るため、整列形状７１−７４を含むパターンＰ_７は、第
１マスク材料において基板７０の上面にまず置かれる。
次にパターンＰ_８が、一部パターンＰ_７と重ね合わされ
て第２マスク材料内に乗せられる。その際、整列形状７
５−７８は整列形状７１−７４とできるだけ正確に、す
なわち所定の整列精度内で、重ね合わせられなければな
らない。図１を参照すると、臨界部を演じるＸ方向にお
ける整列精度しか示していない。パターンＰ_７、Ｐ_８は
Ｚ方向の正確な整列のみならず、Ｘ方向の整列域（以
後、垂直整列域という）内においても示している。この
垂直整列域は狭帯状突出部３２の幅Ｗ_１によって決定さ
れる。三角突出部３６の頂点Ｌが突出部３２の側方境界
の外に出ない限り、パターンＰ_７、Ｐ_８から形成される
結合パターンは、図４〜６および図８を用いてすでに詳
述したように、常にＺ軸方向に関し、垂直線Ｖの左側は
完全に対称である。

【００１２】上記結合パターンを用いて組み立てられる
非対称Ｘ接合用の導波管構造は、狭帯状突出部３２の幅
によって決定される垂直整列域にわたってシミュレート
されている。このシミュレーションは、ビーム伝播法と
呼ばれる公知のシミュレーション法を用いて実行され
た。その際、ＩｎＰのような３−５族半導体基板におけ
る「リッジ負荷型」チャンネル導波管を含んで実行され
た。図１２はＩｎＰからなる上記タイプのチャンネル型
導波管の断面を示している。ともにＩｎＰからなる基板
８１と上層８２との間に、厚さｔ_１でＩｎＧａＡｓＰか
らなる導光層８３がある。上層８２は導波管の長さにわ
たって、高さｈ、幅Ｗのリッジ状突起８２．１を部分的
に有している。この突起は、たとえば初めから厚さｔ_２
で上層を作っておき、不要部分をエッチングで除去する
ことにより作られる。

【００１３】図９〜１１は非対称Ｘ接合に対する上記結
合パターンを段階的に示している。該パターンの長さは
Ｚ軸方向に〔ｍｍ〕で示され、パターンの幅はＸ軸方向
に〔μｍ〕で示されている。このような結合パターンに
よって作られた導波管構造が信号スプリット動作につい
てシミュレートされた。このシミュレーションは次のデ
ータを用いた：光信号の波長λ：１．５μｍ屈折率：ＩｎＰは３．１７５１ＩｎＧａＡｓＰは３．
４１１６導光層８３（ＩｎＧａＡｓＰ）の厚さｔ_１：４６０ｎｍ上層８２（ＩｎＰ）の厚さ（ｔ_２−ｈ）：２５０ｎｍ上層８２の上のリッジ高さｈ：２５０ｎｍ狭帯状突出部６２、６３、６５、６６の幅：２．２μｍ突出部６２と６３、６５と６６の間の収束角γ：２６．
３ｍｒａｄ（＝１．５°）広帯状部３１、３４、６１、６４の幅Ｗ＝５．２μｍ片６７、６８の各方向の間の角δ：１７．５ｍｒａｄ
（＝１゜）狭帯状突出部３２の幅Ｗ_１（三角突出部３３、３６の底
辺の長さ）：２μｍ広帯状突出部３５の幅Ｗ_２：３．２μｍ突出部３２、３３の間の発散角β（三角突出部３３、３
６の頂角）：４．９ｍｒａｄ（＝０．２８°）ここで、広帯状突出部３１、３４、６１、６４の長さは
問題でなく、実用上は、非対称Ｘ接合の全長をできる限
り小さく押さえるため、上記長さは実質的にゼロに選ば
れるということに注意しなければならない。

【００１４】Ｘ方向の整列域は２μｍの長さである。す
なわち、パターンＰ_７、Ｐ_８の中間位置における正確な
整列から高さ±１μｍの変位が許される。

【００１５】図１３はシミュレーション結果を表してい
る。横軸に沿って、正・負のＸ方向における正確な整列
（０μｍ）からの変位がプロットされている。縦軸に沿
って、シミュレートされた非対称Ｘ接合の入力チャンネ
ル（図２の入力チャンネル１１、１２に相当）の１つに
入力した光信号の場合における、出力チャンネル（図２
の出力チャンネル１３、１４に相当）における２つの出
力信号のスプリット比が〔ｄＢ〕単位でプロットされて
いる。実線（ＴＥ）は純粋なＴＥ偏光信号が入射したと
きの整列域にわたるスプリット比の変動を示し、一方破
線（ＴＭ）は純粋のＴＭ偏光信号が入射したときの同変
動を示している。この２つの線は、全整列域にわたっ
て、スプリット比の絶対値が常に０．５ｄＢ以下である
ことを示している。

【００１６】非対称Ｘ接合における入力チャンネルと出
力チャンネルの双方が、たとえばＳ字状のような曲線状
に形成し得るということに注意しなければならない。こ
の終端に、マスク・パターンの帯状突出部が対応する曲
線状に与えられなければならず、さらに三角突出部がこ
れに合う形状を得なければならない。

【００１７】入ってくる、そして出ていくチャンネル型
導波管の相互作用域の外側を、また集積されるべき他の
導波管構造に接続することは、適切に選んだテーパ片に
よって簡単に実行できるということにも注意しなければ
ならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による基板処理の上面図である。

【図２】それ自身は公知の非対称Ｘ接合の上面図であ
る。

【図３】本発明によるＸＺ面の第１パターン対を示す上
面図である。

【図４】図３のパターン対の第１重なり位置を示す上面
図である。

【図５】図３のパターン対の第２重なり位置を示す上面
図である。

【図６】図３のパターン対の第３重なり位置を示す上面
図である。

【図７】図４の位置につながって一部重なり合う第２パ
ターン対を示す上面図である。

【図８】図４の位置につながって一部重なり合う第３パ
ターン対を示す上面図である。

【図９】非対称Ｘ接合の形成のための第１整列位置にあ
る一対のマスク・パターンを有する基板の上面図であ
る。

【図１０】非対称Ｘ接合の形成のための第２整列位置に
ある一対のマスク・パターンを有する基板の上面図であ
る。

【図１１】非対称Ｘ接合の形成のための第３整列位置に
ある一対のマスク・パターンを有する基板の上面図であ
る。

【図１２】リッジ型導波管の横断面図である。

【図１３】信号スプリット比に関するシミュレーション
結果を示すグラフである。

【符号の簡単な説明】

Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４、Ｐ_５、Ｐ_６、Ｐ_７、Ｐ_８：
（マスク）パターン３１、３４、６１、６４：広帯状部３２、５３、５４、６２、６３、６５、６６：狭帯状突
出部３５：広帯状突出部３３、３６：三角突出部６７、６８：非対称片７０、８１：基板８２：上層８２．１：リッジ状突起８３：導光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波管構造の一部を形成するため、第１
マスク材料からなる第１マスク・パターンを基板の表面
に乗せ、第１マスク・パターンとともに全導波管構造を
形成するため、第２マスク材料からなる第２マスク・パ
ターンを、一部第１マスク・パターンと重なり合う位置
に、すでに第１マスク・パターンが乗せられている基板
の表面に乗せ、基板材料を変形させる手段を用いて、第
１・第２マスク・パターンがまだ乗っていない基板の表
面部分を処理するステップからなり、前記導波管構造が
さらに、対称テーパ部をもつ中間導波管によって、非対
称分岐成分構造に結合される対称分岐成分構造を有し、
前記マスク・パターンがそれぞれ、第１非対称成分パタ
ーンと第２非対称成分パパーンを有し、第１成分パター
ンはそれぞれ非対称成分構造の必須セパレート成分を形
成するとともに、後者のすべてをともに形成し、第２成
分パターンが互いに鏡像である形状をもち、前記第２マ
スク・パターンを乗せるステップが、形成されるべき導
波管構造の対称分岐成分構造の対称軸に平行および垂直
な整列方向に従う第１マスク・パターンに関し第２マス
ク・パターンが整列されるサブステップを含み、第２成
分パターンの形状が対称軸に垂直な整列方向の予め定め
られた整列許容度に依存することを特徴とする。導光層
を処理層（上記基板をいう）上または内の非対称分岐成
分構造を含む光導波管構造の形成方法。
【請求項２】前記導波管構造が、チャンネル型接続ガ
イドによって結合された対称Ｙ接合と非対称Ｙ接合から
なり、該接続ガイドを形成する第２成分パターンの一部
が形状をもつことにより、対称軸に関し接続ガイドが拡
張と締め付けを示し、断熱的に進んで整列許容度に達す
るだけであることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】前記非対称Ｙ接合を形成する２つのマス
ク・パターンの第１非対称成分パターンが、異なる幅を
もつ帯状パターンによって形成され、直交整列許容度が
２つの帯状パターンの最も狭いものの幅によって決定さ
れることを特徴とする、請求項２の方法。
【請求項４】前記第２非対称成分パターンがそれぞ
れ、底辺が最狭帯状パターンの幅によって決定され、頂
角がＹ接合の所定のスプリット角に等しい二等辺三角形
拡張辺を含むことを特徴とする、請求項３の方法。
【請求項５】前記第１・第２マスク・パターンの第２
非対称成分パターンが、それぞれ対称Ｙ接合のセパレー
ト分岐を形成することを特徴とする、請求項２、３又は
４の方法。
【請求項６】前記第１・第２マスク・パターンの第２
非対称成分パターンが、それぞれ対称Ｙ接合の両分岐を
形成することを特徴とする、請求項２、３又は４の方
法。
【請求項７】請求項１〜６の方法による光導波管構造
の形成用の可変換形状における基板上のマスク・パター
ン対。
【請求項８】請求項２−６の方法によって得られる光
導波管構造と同一の、非対称Ｘ接合を含む光導波管構
造。