JPH11109159A - Manufacture of semiconductor wavelength plate type polarization rotating element - Google Patents
Manufacture of semiconductor wavelength plate type polarization rotating elementInfo
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- JPH11109159A JPH11109159A JP26948197A JP26948197A JPH11109159A JP H11109159 A JPH11109159 A JP H11109159A JP 26948197 A JP26948197 A JP 26948197A JP 26948197 A JP26948197 A JP 26948197A JP H11109159 A JPH11109159 A JP H11109159A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信,光交換,
光情報処理等に用いる、半導体波長板型偏波回転素子の
製造方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to optical communication, optical switching,
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor wave plate type polarization rotation element used for optical information processing and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信,光交換,光情報処理といった光
を利用したシステムを構築する上で、波長板といった光
学素子はバルク部品のものが多く利用されている。2つ
の直交する直線偏波成分の位相差がπになる板厚を有し
た波長板をλ/2板と称している。このλ/2板は、直
線偏光の偏光面を回転させる機能を有している。2. Description of the Related Art In constructing a system using light such as optical communication, optical switching, and optical information processing, optical elements such as wave plates are often used in bulk components. A wavelength plate having a plate thickness at which the phase difference between two orthogonal linearly polarized components is π is called a λ / 2 plate. This λ / 2 plate has a function of rotating the plane of polarization of linearly polarized light.
【0003】しかし、通常用いられているバルクのλ/
2板のサイズは大きく、半導体材料との整合性が良好で
ないという問題を有していた。このような問題点を解決
するため、半導体基板上に作製された埋め込み構造を有
した半導体偏波回転素子は、図13及び14に示すよう
に、2つの導波路(第1のInGaAsP導波層(以
下、「第1導波路」という)121、第2のInGaA
sP導波層(以下、「第2導波路」という)122)か
ら構成され、第1導波路121と第2導波路122とは
平行に位置し、2つの導波路の中心を結ぶ直線と基板に
平行な直線とのなす角(θ’)を45°に設定してあ
り、2つの導波路が有する固有な導波モードの最低次か
ら数えて2つの等価屈折率をn1 及びn2 (n1 >
n2 )とすると、長さL2 が、下記「数1」で定義され
ており、第1導波路121のTE/TMモードに対する
光閉じ込め係数の比はほぼ1である。なお、図中、符号
111はInP基板及び112はInP埋め込み層を図
示する。However, the commonly used bulk λ /
The size of the two plates is large, and there is a problem that the matching with the semiconductor material is not good. In order to solve such a problem, a semiconductor polarization rotator having a buried structure manufactured on a semiconductor substrate includes two waveguides (a first InGaAsP waveguide layer) as shown in FIGS. (Hereinafter referred to as “first waveguide”) 121, second InGaAs
An sP waveguide layer (hereinafter, referred to as a “second waveguide”) 122), the first waveguide 121 and the second waveguide 122 are located in parallel, and a straight line connecting the centers of the two waveguides and a substrate The angle (θ ′) formed by a straight line parallel to is set to 45 °, and the two equivalent refractive indices counted from the lowest order of the unique waveguide modes of the two waveguides are n 1 and n 2 ( n 1 >
n 2 ), the length L 2 is defined by the following “Equation 1”, and the ratio of the light confinement coefficient of the first waveguide 121 to the TE / TM mode is almost 1. In the drawings, reference numeral 111 denotes an InP substrate and 112 denotes an InP buried layer.
【0004】[0004]
【数1】 (Equation 1)
【0005】この素子は、入射光偏波と波長板の結晶軸
との間のなす角度をθとすれば、出射光偏波を入射光偏
波より2θ回転させる機能を有している。これにより、
例えば半導体光増幅器の半端依存性の解消に有効な偏波
制御デバイスを実現することができる。This element has a function of rotating the output light polarization by 2θ from the incident light polarization, assuming that the angle between the incident light polarization and the crystal axis of the wave plate is θ. This allows
For example, it is possible to realize a polarization control device that is effective for eliminating odd-number dependence of a semiconductor optical amplifier.
【0006】次に、従来による回転素子の製造方法を示
す。図8〜図12は、従来技術による一連の回転素子の
製造工程を示した図である。Next, a conventional method for manufacturing a rotating element will be described. 8 to 12 are views showing a series of manufacturing processes of a rotary element according to the related art.
【0007】 図8に示すように、InP基板14上
にInP層13を1μmと第2導波路として波長1.3 μ
mに相当する組成のInGaAsP12を0.5μm成長
させ、厚さ0.2μmのSiO2 膜11を形成する。 次に、図9に示すように、SiO2 膜11をドライ
エッチングを用いて0.5μm幅にパターンニングし、マ
スクとする。そして、第2導波路12とIn層13をド
ライエッチングにより、0.5μm幅に加工する。 その後、図10のように、ストライプの影響を低減
するためにInP層15を第2導波路12の高さまで埋
め込み、マスクであるSiO2 膜11を除去する。 そして、その上に再度、InP層16を1μmと第
1導波路として1.3 μmInGaAsP層17を0.5μ
m成長し、マスクとなるSiO2 膜18を0.2μm形成
する。 さらに、図11に示すように、SiO2 膜18を0.
5μm幅に加工し、それをマスクにドライエッチングに
より第1導波路17を0.5μmにパターニングをする。 そして、最後に、SiO2 膜18を取り去り、図1
2のように、InP層19を埋め込み完成させる。As shown in FIG. 8, an InP layer 13 of 1 μm and a wavelength of 1.3 μm are formed on an InP substrate 14 as a second waveguide.
InGaAsP12 having a composition corresponding to m is grown to 0.5 μm to form an SiO 2 film 11 having a thickness of 0.2 μm. Next, as shown in FIG. 9, the SiO 2 film 11 is patterned to a width of 0.5 μm by dry etching to be used as a mask. Then, the second waveguide 12 and the In layer 13 are processed to a width of 0.5 μm by dry etching. Thereafter, as shown in FIG. 10, the InP layer 15 is buried to the height of the second waveguide 12 to reduce the influence of the stripe, and the SiO 2 film 11 serving as a mask is removed. Then, an InP layer 16 of 1 μm and a 1.3 μm InGaAsP layer 17 of 0.5 μm as a first waveguide are again formed thereon.
Then, an SiO 2 film 18 serving as a mask is formed to a thickness of 0.2 μm. Furthermore, as shown in FIG. 11, the SiO 2 film 18 0.
The first waveguide 17 is processed to a width of 5 μm, and the first waveguide 17 is patterned to 0.5 μm by dry etching using the mask as a mask. Finally, the SiO 2 film 18 is removed, and FIG.
2, the InP layer 19 is buried and completed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
製造方法においては、波長板型半導体偏波回転素子を実
現するためには、合計4回の結晶成長工程を行う必要が
あり、結晶成長回数が多いことによって、製造工程の長
期化、コストの増加といった問題があった。また、結晶
成長時、或いは他の工程で付着した塵などが、次段階の
結晶成長時に異常成長の原因となりやすく、素子作製の
歩留りを劣化させる、という問題がある。However, in the conventional manufacturing method, it is necessary to perform a total of four crystal growth steps in order to realize a wave plate type semiconductor polarization rotating element. Due to the large number, there were problems such as a prolonged manufacturing process and an increase in cost. Further, there is a problem that dust or the like adhered during crystal growth or in another process is likely to cause abnormal growth during the next stage of crystal growth, thereby deteriorating the yield of element fabrication.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の請求項1の半導体波長板型偏波回転素子の製造方法
は、半導体基板上に形成され、該基板面から異なる高さ
に平行に配置された2本の半導体導波路からなる半導体
波長板型偏波回転素子の製造方法において、半導体基板
に段差を形成する工程と、上記半導体基板上に、導波路
のコアとなる半導体層を成長する工程と、上記コア層と
なる半導体層を矩形断面を有する相互に平行なストライ
プ状に加工して、上記半導体基板上の段差の上段部及び
下段部のそれぞれの部分に一本ずつ導波路コアを形成す
る工程と、上記半導体基板上に、上記2本の導波路コア
を埋め込むように、半導体基板と同一の半導体材料を成
長する工程とを含むことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor wave plate type polarization rotator which is formed on a semiconductor substrate and is parallel to different heights from the substrate surface. Forming a step on a semiconductor substrate, and forming a semiconductor layer serving as a core of the waveguide on the semiconductor substrate. Growing step, processing the semiconductor layer to be the core layer into mutually parallel stripes having a rectangular cross-section, and forming a waveguide on each of the upper and lower steps of the step on the semiconductor substrate. The method includes a step of forming a core and a step of growing the same semiconductor material as the semiconductor substrate so as to embed the two waveguide cores on the semiconductor substrate.
【0010】また、請求項2の発明は、半導体基板上に
形成され、該基板面から異なる高さに平行に配置された
2本の半導体導波路からなる半導体波長板型偏波回転素
子の製造方法において、半導体基板に段差を形成する工
程と、上記段差の上段部及び下段部のそれぞれの部分に
1本ずつ相互に平行なストライプ状開口部を有する選択
成長マスクを上記段差を有する半導体基板上に形成する
工程と、上記段差の上段部及び下段部のそれぞれ開口部
に、矩形断面を有するストライプ状の半導体導波路コア
を選択成長する工程と、上記選択成長マスクを除去する
工程と、上記半導体基板上に、上記導波路コアを埋め込
むように、半導体基板と同一の半導体材料を成長する工
程とを含むことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor wave plate type polarization rotating element comprising two semiconductor waveguides formed on a semiconductor substrate and arranged in parallel at different heights from the substrate surface. Forming a step on a semiconductor substrate, and selectively forming a selective growth mask having stripe-shaped openings parallel to each other on each of an upper portion and a lower portion of the step on the semiconductor substrate having the step. Forming a stripe-shaped semiconductor waveguide core having a rectangular cross section in each of the upper and lower openings of the step; removing the selective growth mask; Growing the same semiconductor material as the semiconductor substrate so as to bury the waveguide core on the substrate.
【0011】本発明によれば、結晶成長工程の回数を2
回に低減することができ、これにより、従来技術のよう
に4回成長工程により半導体波長板型偏波回転素子を形
成際に問題となっていた製造工程の長期化,コストの増
加等が抑制される。また、結晶成長時、或いは他の工程
で付着した塵等によって、段階の結晶成長時に異常成長
の原因となって劣化していた素子作製の歩留りを向上さ
せることが可能となる。According to the present invention, the number of crystal growth steps is set to 2
This makes it possible to suppress the prolongation of the manufacturing process and the increase in cost, which are problems when forming the semiconductor wave plate type polarization rotating element by the four growth processes as in the prior art. Is done. In addition, it is possible to improve the yield of device fabrication that has been deteriorated due to abnormal growth during crystal growth at a stage during crystal growth or dust attached in another process.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
【0013】(実施例1)本実施例は、本発明の[請求
項1]の半導体波長板型偏波回転素子の製造方法の一実
施例を示している。(Embodiment 1) This embodiment shows one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor wave plate type polarization rotating element according to claim 1 of the present invention.
【0014】図1〜図4は本発明の第1の実施例を示し
ている。 先ず、図1に示すように、InP基板21上に0.2
μmのSiO2 膜22を形成し、ドライエッチングを用
いてパターニングする。そして、それをマスクとし、ド
ライエッチングでInP基板21に1.5μmの段差を形
成する。 その後、SiO2 膜22を取り去り、図2のように
第1導波路と第2導波路となる1.3 μmInGaAsP
層23を厚さ0.5μmで成長する。さらに、マスクとな
るSiO2 膜24を0.2μmの厚さで形成する。 次に、図3に示すように、第1導波路と第2導波路
を形成するためにSiO 2 膜24をドライエッチングに
より0.5μm幅に加工する。その後、第1導波路と第2
導波路とを形成するためにこのマスクを用いて、ドライ
エッチングにより幅0.5μmに加工し、第1導波路23
aと第2導波路23bを形成する。 最後に、図4に示すように、マスクであるSiO2
膜24を除去し、InP層25を埋め込むことにより半
導体波長板型偏波回転素子を完成させる。1 to 4 show a first embodiment of the present invention.
ing. First, as shown in FIG.
μm SiOTwoForm film 22 and use dry etching
And patterning. And use it as a mask,
Form 1.5μm step on InP substrate 21 by light etching
To achieve. After that, the SiOTwoRemove the film 22 and as shown in FIG.
1.3 μm InGaAsP to be the first waveguide and the second waveguide
Layer 23 is grown to a thickness of 0.5 μm. In addition, a mask
SiOTwoThe film 24 is formed with a thickness of 0.2 μm. Next, as shown in FIG. 3, the first waveguide and the second waveguide
To form SiO TwoFilm 24 for dry etching
It is further processed to a width of 0.5 μm. Then, the first waveguide and the second waveguide
Use this mask to form a waveguide and dry
The first waveguide 23 is processed to a width of 0.5 μm by etching.
a and the second waveguide 23b are formed. Finally, as shown in FIG.Two
By removing the film 24 and embedding the InP layer 25,
The conductor wave plate type polarization rotating element is completed.
【0015】(実施例2)本実施例は、本発明の[請求
項2]の半導体波長板型偏波回転素子の製造方法の一実
施例を示している。(Embodiment 2) This embodiment shows an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor wave plate type polarization rotating element according to [claim 2] of the present invention.
【0016】図5〜7は本発明の第2の実施例を示して
いる。 第1の実施例と同様に、図5に示すように、InP
基板31上に、0.2μmのSiO2 膜32を形成し、ド
ライエッチングを用いてパターニングする。 そして、それをマスクとし、ドライエッチングでI
nP基板31に1.5μmの段差を形成する。 その後、SiO2 膜32を取り去り、図6に示すよ
うに、再び、0.2μmのSiO2 膜34を形成する。そ
して選択成長マスクとするために、SiO2 膜34の任
意の部分をドライエッチングを用いて取り除く。 その後、選択領域に第1導波路と第2導波路として
1.3 μmInGaAsP層33a,33bを選択成長さ
せる。 最後に、図7に示すように、マスクであるSiO2
膜34を除去し、InP層35を埋め込むことにより半
導体波長板型偏波回転素子を完成させる。FIGS. 5 to 7 show a second embodiment of the present invention. As in the first embodiment, as shown in FIG.
A 0.2 μm SiO 2 film 32 is formed on a substrate 31 and is patterned by using dry etching. Then, using it as a mask, dry etching
A 1.5 μm step is formed on the nP substrate 31. Thereafter, the SiO 2 film 32 is removed, and a 0.2 μm SiO 2 film 34 is formed again as shown in FIG. Then, in order to use it as a selective growth mask, an arbitrary portion of the SiO 2 film 34 is removed by dry etching. Then, a first waveguide and a second waveguide are formed in the selected region.
The 1.3 μm InGaAsP layers 33a and 33b are selectively grown. Finally, as shown in FIG. 7, SiO 2 is the mask
By removing the film 34 and embedding the InP layer 35, a semiconductor wave plate type polarization rotator is completed.
【0017】[0017]
【発明の効果】上記説明したように、本発明による製造
方法を用いることによって、半導体波長板型偏波回転素
子の製造において、結晶成長工程を2回に低減すること
が可能となる。これにより、これまでの4回成長よりも
製造工程の長期化、コストの増加を抑制することができ
る。また、結晶成長時、或いは他の工程で付着して塵等
によって、段階の結晶成長時に異常成長の原因となって
劣化していた素子作製の歩留りを向上させることが可能
となる。As described above, the use of the manufacturing method according to the present invention makes it possible to reduce the number of crystal growth steps to two in the manufacture of a semiconductor wave plate type polarization rotator. As a result, it is possible to suppress a longer manufacturing process and an increase in cost than in the conventional four-time growth. In addition, it is possible to improve the yield of element fabrication that has been deteriorated due to abnormal growth during crystal growth at a stage during crystal growth or due to dust or the like adhered in another process.
【図1】第1の実施例を示す製造工程図である。FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a first embodiment.
【図2】第1の実施例を示す製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram showing a first embodiment.
【図3】第1の実施例を示す製造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing the first embodiment.
【図4】第1の実施例を示す製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram showing the first embodiment.
【図5】第2の実施例を示す製造工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram showing a second embodiment.
【図6】第2の実施例を示す製造工程図である。FIG. 6 is a manufacturing process diagram showing a second embodiment.
【図7】第2の実施例を示す製造工程図である。FIG. 7 is a manufacturing process diagram showing a second embodiment.
【図8】従来技術に係る一連の製造工程図である。FIG. 8 is a series of manufacturing process diagrams according to the prior art.
【図9】従来技術に係る一連の製造工程図である。FIG. 9 is a series of manufacturing process diagrams according to a conventional technique.
【図10】従来技術に係る一連の製造工程図である。FIG. 10 is a series of manufacturing process diagrams according to a conventional technique.
【図11】従来技術に係る一連の製造工程図である。FIG. 11 is a series of manufacturing process diagrams according to a conventional technique.
【図12】従来技術に係る一連の製造工程図である。FIG. 12 is a series of manufacturing process diagrams according to the related art.
【図13】半導体偏波回転素子の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor polarization rotation element.
【図14】半導体偏波回転素子の斜視図である。FIG. 14 is a perspective view of a semiconductor polarization rotation element.
21 InP基板 22 SiO2 膜 23 InGaAsP層 23a 第1導波路 23b 第2導波路 24 SiO2 膜 25 InP層 31 InP基板 32 SiO2 膜 33 InGaAsP 33a 第1導波路 33b 第2導波路 34 SiO2 膜 35 InP層Reference Signs List 21 InP substrate 22 SiO 2 film 23 InGaAsP layer 23a First waveguide 23b Second waveguide 24 SiO 2 film 25 InP layer 31 InP substrate 32 SiO 2 film 33 InGaAsP 33a First waveguide 33b Second waveguide 34 SiO 2 film 35 InP layer
Claims (2)
異なる高さに平行に配置された2本の半導体導波路から
なる半導体波長板型偏波回転素子の製造方法において、 半導体基板に段差を形成する工程と、 上記半導体基板上に、導波路のコアとなる半導体層を成
長する工程と、 上記コア層となる半導体層を矩形断面を有する相互に平
行なストライプ状に加工して、上記半導体基板上の段差
の上段部及び下段部のそれぞれの部分に一本ずつ導波路
コアを形成する工程と、 上記半導体基板上に、上記2本の導波路コアを埋め込む
ように、半導体基板と同一の半導体材料を成長する工程
とを含むことを特徴とする半導体波長板型偏波回転素子
の製造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor wave plate type polarization rotating element comprising two semiconductor waveguides formed on a semiconductor substrate and arranged in parallel at different heights from the substrate surface, wherein a step is formed on the semiconductor substrate. Forming a semiconductor layer serving as a core of the waveguide on the semiconductor substrate; and processing the semiconductor layer serving as the core layer into mutually parallel stripes having a rectangular cross section. A step of forming one waveguide core at each of an upper portion and a lower portion of a step on the semiconductor substrate; and forming the same waveguide substrate on the semiconductor substrate so as to embed the two waveguide cores. And a step of growing a semiconductor material.
異なる高さに平行に配置された2本の半導体導波路から
なる半導体波長板型偏波回転素子の製造方法において、 半導体基板に段差を形成する工程と、 上記段差の上段部及び下段部のそれぞれの部分に1本ず
つ相互に平行なストライプ状開口部を有する選択成長マ
スクを上記段差を有する半導体基板上に形成する工程
と、 上記段差の上段部及び下段部のそれぞれ開口部に、矩形
断面を有するストライプ状の半導体導波路コアを選択成
長する工程と、 上記選択成長マスクを除去する工程と、 上記半導体基板上に、上記導波路コアを埋め込むよう
に、半導体基板と同一の半導体材料を成長する工程とを
含むことを特徴とする半導体波長板型偏波回転素子の製
造方法。2. A method for manufacturing a semiconductor wave plate type polarization rotator comprising two semiconductor waveguides formed on a semiconductor substrate and arranged in parallel at different heights from the substrate surface, wherein a step is formed on the semiconductor substrate. Forming a selective growth mask having a stripe-shaped opening parallel to each other in each of the upper and lower steps of the step on the semiconductor substrate having the step; Selectively growing a stripe-shaped semiconductor waveguide core having a rectangular cross-section in each of the upper and lower openings of the step; removing the selective growth mask; and forming the waveguide on the semiconductor substrate. Growing a semiconductor material identical to that of the semiconductor substrate so as to bury the core.
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- 1997-10-02 JP JP26948197A patent/JP3411797B2/en not_active Expired - Fee Related
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