JPS62231204A - 集積光回路用の波形導波フイルタとその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、集積光回路（：対する層又はストライブ導
波路上のレリーフ状表面格子の形の波形導波フィルタに
関するものである。

〔従来の技術〕

一様な厚さをもつ層又はストライプ形導波路上に一定の
波高と波周期をもって設けられたレリーフ状表面格子の
形のフィルタに比べて側波帯抑圧性が勝れている波形導
波フィルタは、文献［オプチーツクｙ、−ｖターズ（Ｑ
ｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔ、　）　ｊ　］　（１９７７）ｐ
、４３以下に発表され公知である。この公知のフィルタ
では側波帯抑圧性の改善が格子の波高と波周期を特定の
数学関数に応じて変化させることによって達成される。

上記の波形フィルタは光通信用の集積光波長マルチプレ
クス回路に対して問題になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明の目的は、冒頭に挙げた種類の波形導波フィル
タとして製作が簡単容易なものを提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は特許請求の範囲第１項に特徴として挙げた構
造とすることによって達成される。

〔作用効果〕

この発明によるフィルタでは上記の波形フィルタの特性
が導波路の薄くされている区域に格子を形成させること
によって達成される。干渉フィルタの理論から波形フィ
ルタは周囲の媒質の屈折率をフィルタ層ζ；対比して上
昇又は下降させることによって実現されることが示され
る（文献「オプチカ・アクタ（０ｐｔｉｃａ　Ａｃｔａ
　）　２８　（１９８１）ｐ、２９参照）。この場合フ
ィルタの構造にも重要な意味がある。この発明は導波路
の薄くされた区域に格子を形成させることにより冒頭に
挙げた種類のフィルタ（＝おいても格子区域の実効屈折
率を格子の前後の区域のものより小さくすることができ
るという知見に基くものである。

この発明による波形導波フィルタの簡単な製作は一定波
高の格子と導波路の薄（された区域が後で述べるように
単一の工程段において簡単に作ることができることに基
いて可能となるものであム格子は導波路の１つの平面内
又は一様な厚さに薄くされた区域に形成させるのが有利
である。

導波路に作られたくぼみによって画定された薄層区域に
格子を形成させると効果的である。この場合格子は（ぼ
みの底面に作るのが有利であり、くぼみはほぼ台形又は
箱形断面とするのが有利である。

この発明の１つの有利な実施態様においては、基板上に
設けられた層形又はストライプ形導波路の格子を含む薄
（された区域が基板と共に導波路よりも小さい屈折率を
示す１つの層で覆われる。

この実施態様の場合基板と導波路を覆う層はＩｎＰとし
、導波路自体はＩｎＧａＡｓ、Ｐ　　とするのが特に有
利である。

この発明によるフィルタの製作は次のようにするのが有
利である。すなわち窓がありこの窓内に格子構造が作ら
れているエッチング・マスクによって層又はストライプ
形導波路をαつだ後導波路の厚さが所望の値に減少する
まで異方性エツチング剤を作用させる。その際格子の形
成と導波路層の厚さの低減が同時に自動的に実現する。

窓を備えこの窓内に格子構造が作られているエッチング
・マスクは次のように製作するのが有利である。すなわ
ち導波路の表面に窓を持つ薄い金属層を設け、その上（
：フオトレジスト層を設ける。金属層の窓の上（＝なる
フォトレジスト層区域を所定の格子の格子構造ζ；対応
する光パターンをもって照射した後フォトレジスト層像
する。

エッチング・マスクの長方形の窓は、異方性エツチング
によって作られる格子線がその一辺に平行するよ５（：
配向するのが有利である。

〔実施例〕

次に図面を参照してこの発明とその利点を更に詳細に説
明する。

第１図に示した実施例において２は一部分が薄くなって
いる層又はストライプ形導波路であって、例工ばＩｎＰ
の基板ｌの表面にエピタキシャル成長したＩｎＧａＡｓ
ｐ　　層から成りエピタキシャル成長したＩｎＰ層３Ｃ
二よって覆われる。導波路２はその区域Ｌｃ（ぼみ５が
あり、その厚さＤがここでｄまで薄くされている。この
ｄは第１図において紙面１：垂直な基板表面１１とそれ
に平行する平面Ｅとの間の間隔になっている。この平面
Ｅはレリーフ状の表面格子４が形成されるくぼみ５の底
面を規定するものである。格子４の格子線は、くぼみ５
の底面に作られ紙面に垂直Ｃ：伸びほぼ三角形断面を持
つ溝４１によって決められるものである。この溝の深さ
すなわち格子構造の波高ｔは溝の最下点と平面Ｅの間の
間隔によって決められ、格子の総ての格子線Ｃ：おいて
等しくなっている。

第１図の波形フィルタの平面図である第２図においてＡ
は格子軸であり、これは溝４１に垂直であり第１図の平
面ＥＣ：平行（；拡がっている。Ｒは第１図の導波路２
中を平面Ｅに平行Ｃ：導かれ入射、角αをもって格子４
≦二当たる波長λの光を表わしている。破線５１はくぼ
み５の周縁を示すのに対して、点破線６１０は格子４の
拡がりを決める窓６１の縁を表わす。これについては後
で詳細Ｃ：説明する。

一例として三角形断面の溝の格子４に波長λ＝１５００
ｎｍ　の光が入射角α＝６００で入射するとする。Ｉｎ
Ｐの被覆層３の厚さＤＡは２μｍに選ばれる。これに対
して導波路２がなお単−横モードである限界の厚さは０
．９μｍである。導波路の格子４の区域において薄くな
った厚さは０．２５μｍに選ばれ波高【は０．１μｍに
、格子定数すは０．５μｍ　＋二連ばれる。ＩｎＰの屈
折率ｎ、は３１７５であり、ＩｎＧａＡｓＰ　の屈折率
ｎ！は３．２９である。導波路２のギャップ波長は１ｌ
１００ｎである。

この材料種と特性値ならびに寸法の下で厚さ０９μｍの
導波路区域すなわち格子４の外側においてＴＭモードに
対する実効屈折率の値は３．２５１３となるのに対して
、格子４の区域では３．１８２７と３．１９３８の間で
変動する。

導波路２のくぼみ５によって生ずる挿入損は一般に適当
な屈折率の被覆層３によっである限度内Ｃ二保持される
。理論計算によれば上記の実例Ｃ：おいて１乃至２ｄＢ
の挿入損が予期される。この計算によれば更に１５００
ｎｍより短い波長λにおいて、格子４の反射能がくぼみ
５内で冒頭に挙げた０２５μｍの一様な厚さｄの導波路
上に格子が形成されているフィルタの場合よりも急激に
低下することが示される。従って上記例のフィルタによ
り波長λ＝１５００ｎｍの低域通過フィルタが実現する
。

２０　ｄＢの漏話減衰が要求されているとき最小チャネ
ル間隔は冒頭に挙げた公知のフィルタにおいて４５１ｍ
であるのに対して、上記の実施例では３０　ｎｍであり
、同時に阻止帯域の幅は実施例の方がいくらか広いこと
も検討の結果明らかとなった。

上記の結果はＴＭモードに対して求められたものである
が、ＩｎＰの被覆層３のためＴＭモードとＴＥモードの
実効屈折率の差が僅がであるから偏極（：無関係なフィ
ルタも可能である。

第１図、第２図に示した波形フィルタは次の工程で作る
ことができる。すなわち出発材料はＩｎＰの基板１であ
り、その表面１１に層又はストライプ導波路を厚さＤの
ＩｎＧａＡｓＰ　層の形に析出させる。この厚さＤは後
で格子４の外で導波路（：所望される厚さである。導波
路２の自由表面２］に例えば金の薄層６が例えば約５ｎ
ｍの厚さに設けられる。これはスパッタリングによるこ
とができる。この金属層６の上に感光塗料を遠心沈着さ
せた後マスクを使用する光照射と例えばヨウ素９゜り、
ヨウ化カリウム２００り、水２０（ｌの混合溶液を使用
する湿化学処理により金属層６に後で格子４を形成させ
る窓６１をエッチする。この長方形の窓６１は、後で行
われる異方性エツチングによって作られる三角形断面の
溝４１が窓６１の１つの周辺に平行となるように導波路
２の表面２１上で配向される。この配向状態は第２図に
示されている。

金属層６と窓６１の区域で露出した導波路表面２］に改
めてフォトレジスト層を遠心沈着させて第３図に示した
構造とする。ここで沈着フォトレジスト層は７として示
されている。このフォトレジスト層７の窓６１内の区域
に例えばレーザー元で作られた格子形の干渉図形を投射
する。この図形は平行光帯から成りその格子定数は後で
作られる格子構造の格子定数すに等しい。次いでフォト
レジスト層７を現像すると第４図に示した構造となる。

光照射区域Ｂには多数の細いフォトレジスト帯７１が残
り、狭い間隔７２を保って平行に配列される。使用する
フォトレジストの種類に応じて間隔帯７２とフォトレジ
スト帯７１のいずれかが光照射帯位置に形成される。フ
ォトレジスト帯７１で描成される格子構造の格子定数は
目的とする格子４の格子定数すに等しい。

次いで第４図に示した窓６１内の間隔帯７２において導
波路２の表面２１に作用する異方性エツチング剤を使用
してＩｎＧａＡｓＰ　　結晶の（１１１）面を露出させ
る。このエツチング剤としては４８％ＨＢｒ　ｌｏ部、
飽和臭素水１部、Ｈ，０４０部の混合液が適している。

このエツチング処理により導波路２の表面２１に第５図
に示す格子４ｏが形成される。この格子の溝４０１は断
面がＶ形又は三角形であり、格子定数は所定のｂに等し
い。フォトレジスト帯７１とフォトレジスト層７自体は
第５図では除かれているが、この時点でこれが必要であ
るものではな（ゝ。

第５図の格子４ｏは上記のエツチング剤を長時間作用さ
せることにより形を変えることな（深部に移される。こ
の過程は別の特許願に詳細≦二説明されているものであ
る。この場合エッチング・マスクとして窓６］を持つ金
属層６が使用され、窓６１が作られる格子の拡がりと導
波路２に形成されるくぼみの拡がりを画定する。上記の
エツチング剤は格子４０が所定の厚さｄまで薄くなり、
第６図に示すようにＶ字形の溝４１を持つ格子４が（ぼ
み５の底面に形成されるまで作用させる。

金属層６を除去した後導波路２の表面にＩｎＰ層３をエ
ピタキシャル成長させて第１図に示した構造とする。こ
の工程段において格子構造の一定の波高ｔがいくらか減
少する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による波形導波フィルタの断面図、第
２図はその平面図であり、第３図乃至第６図は第１図、
第２図のフィルタの製造工程の種々の段階においてのデ
バイスの断面を示す。 各図面において、 １−ＩｎＰ基板、　　２　＝　ＩｎＧａＡｓＰ　ｘピタ
キシャル成長導波路、　　　３＝ＩｎＰ工ピタキシヤル
成長層、　　４・・・レリーフ状表面格子。 １Ｆ１１１８１代理人り「埋士冨村　！　′３しにｙｌ
−、−ｉ ＩＧＩ ＩＧ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）格子（４）が導波路（２）の薄くされた区域（Ｌ）
   に形成され、一定の波高（ｔ）を示すことを特徴とする
   層又はストライプ形導波路上のレリーフ状表面格子の形
   の集積光回路用波形導波フィルタ。 ２）格子（４）が１つの平面（Ｅ）内に作られているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフィルタ。 ３）格子（４）が一定の厚さ（ｄ）に薄くされた導波路
   区域（Ｌ）に形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載のフィルタ。 ４）格子（４）が導波路（２）に設けられたくぼみ（５
   ）によつて画定された区域（Ｌ）内に拡がつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の１つに
   記載のフィルタ。 ５）格子（４）がくぼみ（５）の底面に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のフィルタ
   。 ６）くぼみ（５）が台形又は箱形断面のものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第４項又は第５項記載のフ
   ィルタ。 ７）基板（１）上に設けられたストライプ又は層形導波
   路（２）の格子（４）を含む薄くされた区域（Ｌ）が層
   （３）で覆われ、この層の屈折率が基板の屈折率と共に
   導波路（２）の屈折率より小さく選ばれていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項の１つに記載
   のフィルタ。 ８）基板（１）とストライプ又は層形導波路（２）の被
   覆層（３）がＩｎＰから成り、ストライプ又は層形導波
   路（２）自体はＩｎＧａＡｓＰから成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載のフィルタ。 ９）層又はストライプ形導波路（２）を、窓（６１）と
   この窓内部に格子構造（７１、７２）を持つエッチング
   ・マスク（６）で覆つた後、異方性エッチング剤による
   エッチング処理を導波路（２）の層厚が所望の値（ｄ）
   となるまで続けることを特徴とする層又はストライプ形
   導波路上のレリーフ状表面格子の形の集積光回路用フィ
   ルタの製造方法。 １０）窓（６１）とこの窓内に格子構造（７１、７２）
   を持つエッチング・マスクを作るため導波路（２）上に
   窓（６１）を持つ薄い金属層（６）を置き、その上にフ
   ォトレジスト層（７）を設けること、このフォトレジス
   ト層（７）の金属層（６）の窓（６１）の上にある区域
   を格子（４）の格子構造に対応する光パターンをもつて
   照射した後フォトレジストを現像することを特徴とする
   特許請求の範囲第９項記載の製造方法。 １１）エッチング・マスク（６）の長方形窓（６１）の
   方位を、異方性エッチングによつて作られた格子線（４
   １）がこの長方形の一辺に平行になるように決めること
   を特徴とする特許請求の範囲第９項又は第１０項記載の
   製造方法。