JPS62246005A - 光導波路の製造方法 - 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 本発明は、光導波路の製造方法、特に光導波路を結晶基
板上に液相エピタキシャル成長させて作製する方法に関
するものである。

従来の技術 周囲の物質の屈折率よりわずかに高い部分を設けて光を
とじ込める事が光導波路の基本概念である。光導波路の
代表的なものであるスラブ形二次元光導波路の基本的構
造を第３図に示す。光導波層の屈折率ｎ、は、クラッド
層の屈折率ｎ２及びＢ３に対して、ｎ、）Ｂ２１　Ｂ２
＞ｎｓの条件を満している。

従来の光導波路の作製方法は種々なものがあり、まだ基
板及び光導波路部に使用される材料によっても違ってく
る。希土類ガーネット結晶を用いる場合にも、基板中に
不純物を注入する方法と、組成の異なる物質を重ねてエ
ピタキシャル成長させる方法がある。

発明が解決しようとする問題点 希土類ガーネットに不純物を注入することにより屈折率
差を設けて光導波路を作製する方法には、イオンインブ
ランティジョンや熱拡散によるものがある。この場合、
結晶のダメージが量産となり、伝搬損失の悪化の原因と
なっている。又この方法によれば、屈折率差が大きくと
れないという欠点がある。またイオンインブランティジ
ョン装置が高価である事は低コスト化に対して問題とな
る。

また、組成の異なる物質を重ねてエピタキシャル成長さ
せる方法には、基板１に希土類ガリウムガーネットを用
い光導波層２に希土類鉄ガーネット結晶をエピタキシャ
ル成長させ、クラッド層３は空気とする方法が一般的で
ある。又、この方法による光導波路におけるＴ　Ｅ　−
Ｔ　Ｍモードの位相整合は、基板１と光導波層２に用い
る結晶の格子定数を異ならしめ、格子不整合による複屈
折効果を用いる。しかし基板１に用いる希土類ガリウム
ガーネットの屈折率はｎ＝１．９であり、光導波層２の
希土類鉄ガーネット結晶の屈折率はｎ＝２．２であり、
その屈折率差は大きい。従って単一モード伝搬のための
光導波層２の膜厚は、１〜２μｍと限定される。しかし
ながら、単一モード光ファイバのコア径は数μｍ程度で
あり、光導波路との結合効率は、かなり小さくなる。こ
の結合効率の低下の問題点に対しての解決方法は、例え
ば、昭和６６年度電子通信学会総合全国大会了５１にみ
られるように、基板１と光導波層２の間に、中間層を設
ける事によって、単一モードが伝搬する光導波層２の膜
厚を増加させるというものである。

しかしながら、その膜厚は、３．３９μｍと単一モード
ファイバのコア径数μｍに対して依然としてかなり小さ
く、まだ、格子不整合によるＴＥ−ＴＭモードの位相整
合は、変換効率９６係を得ているものの、屈折率によっ
て結晶組成が一義的に決まるために組成の制御が不可能
となっている。

以上述べてきた様に、希土類ガーネント結晶を用いだ光
導波路において、単一モード光ファイバとの高効率結合
を考慮した光導波層の屈折率と膜厚の制御及び格子不整
合によるＴＥ−ＴＭモードの位相整合の制御を同時に行
なう事が不可能であった。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、上記問題点を解決するために、希土類ガーネ
ット結晶からなる光導波路を結晶基板上に液相エピタキ
シャル成長させて作製するに際し、前記希土類ガーネッ
ト結晶は一般式Ａ３Ｂ５０．２で示され、Ａは希土類元
素あるいはＢｉ元素の２種類以上の元素からなり、Ｂは
Ｆｅ元素あるいはＡｌ。

Ｇａ　、　Ｓｃ元素の２種類以上の元素から構成される
ものであり、かつ液相エピタキシャル成長時に成長温度
を変化させるものである。さらに望むらくは、液相エピ
タキシャル成長時に、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３及びＦｅ２Ｏ３
からなるフラックスを用いるものである。

作用 本発明は、上記した方法により、光導波層の屈折率と膜
厚を任意に制御して、単一モード光ファイバとの高い結
合効率が得られ、同時に格子不整合を任意に制御してＴ
Ｅ−ＴＭモードの位相整合がはかられた、光導波路を与
えるものであり、以下にその理由を述べる。

本発明は、希土類ガーネット結晶を、ＰｂＯ−５２ｏ３
−Ｆｅ２０５からなるフラックスから液相エピタキシャ
ル成長時において、成長速度を成長温度を変化させる事
によって変化させ、希土類間、又はＢで示した元素間の
平衡偏析係数を制御する事ができる事を利用している。

平衡偏析係数の変化は、元来偏析係数が１に近い希土類
間の有効偏析係数をも変化を与える事ができ、Ｆｅ　、
　Ｇａ　、人β、Ｓｉ間の偏析も大きく変化する。偏析
の変化にともなう組成変化は、屈折率の差及び格子定数
の差を生じ、任意の屈折率差と膜厚を持ち、かつ位相整
合のとれだ光導波路を一回の成長で任意に得られる事に
なるＯ 実施例 以下に本発明による一実施例で詳しく説明する、。

本実施例で作製した光導波路の構造を第２図に示す。こ
れは第３図に示す構成に中間層４を新だに設けだもので
あり、屈折率の関係は、ｎ２＜ｎ、ｉ＜ｎ１＋ｎ３＜ｎ
ｌとなっている。基板１にはＧｄ５Ｇａ５０，２結晶、
導波層２、クラッド層３、中間層４には（Ｙ＋　−ｘ　
Ｅｕｘ　’）ｓ　（Ｆｅ１−ｙ　Ｇａｙ　）ｓ　ｏ＋２
結晶のｘ、ｙ値の異なったものを用いている。

ｎ２＜　ｎ４＜ｎ＋　、　ｎ５（ｎｌとなっているため
に、光導波層２の厚みｔは数μｍ程度でも単一モード導
波路となっている。また、中間層４及びクラッド層３の
格子定数と、光導波層２の格子定数の差によって、光導
波層２における位相整合は完全にとれており、ＴＫ−Ｔ
Ｍモード変換効率は１００％に近いものとなっている。

第１図に、実施例の様な良好な光導波路を得る方法の原
理を示す。（２Ｌ）は成長温度に対する、Ｅｕ−Ｙ間の
偏析、及びＧａ　−Ｆ　ｅ間の偏析を示す。Ｅｕ−Ｙ間
の様に希土類間の平衡偏析係数は、１に近いものとされ
ているが、フラックスに用いるＢ２Ｏ５の量、又はＦｅ
２Ｏ３の量を増加させると、成長温度に対して平衡偏析
係数も変化し、有効偏析係数に成長温度依存性が発生す
る。

又Ｇａの偏析係数は１より大きく、成長温度に対して図
の様に変化する。Ｇ＆元素の取り込み量は屈折率の値を
決定するが、希土類の種類によって、ガーネット結晶の
屈折率は変化しない。従って、希土類の種類及び混合比
は格子定数を決定する。

従って、出発原料の混合比を適当に設定する事によって
、第１図（ｂ）に示す屈折率、第１図（Ｃ）に示す格子
定数を独立に成長温度に対して決定する事ができるｏ　
　（Ｙ＋−Ｘ”ｕＸ）３（Ｆｅｌ−ｙ（ｒ２Ｌｙ）５０
１２からなる光導波路を作製する場合は、基板１上に最
初に成長温度Ｔ１で成長を行なって中間層４を設け、次
に続けて成長温度Ｔ２で成長を行ない、導波層２を作製
し、さらに続けて成長温度Ｔ５でクラッド層３を設ける
事によって得られる。又、成長温度Ｔ、　＝’ｌ”、で
も良いが、Ｔ２〆Ｔ１かつＴ２〆Ｔ５とする必要が有る
。

又、成長温度Ｔを連続的に変化させる事によっても、同
様な効果を持つダレイブイド型層折率分布を持つ光導波
路を作成する事ができる。

発明の効果 以上述べたことから明らかな様に、本発明によれば、単
一モード光ファイバとの高効率結合が得られ、格子不整
合による位相整合が独立にとれる光導波路の製造方法を
与えるものであり、その工業的測置は高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光導波路を得る方法の原理を示す
図、第２図は本発明の一実施例による光１・・・・・・
基板、２・・・・・・光導波層、３・川・・クラッド層
、４・・・・・・中間層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＋２１３１１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）希土類ガーネット結晶からなる光導波路を結晶基
   板上に液相エピタキシャル成長させて作製するに際し、
   前記希土類ガーネット結晶は一般式Ａ＿３Ｂ＿５Ｏ＿１
   ＿２で示され、Ａは希土類元素あるいはＢｉ元素の２種
   類以上の元素からなり、ＢはＦｅ元素あるいはＡｌ、Ｇ
   ａ、Ｓｃ元素の２種類以上の元素から構成されるもので
   あり、液相エピタキシャル成長時に成長温度を変化させ
   る事を特徴とする光導波路の製造方法。
2. （２）液相エピタキシャル成長時に、ＰｂＯ、Ｂ＿２Ｏ
   ＿３及びＦｅ＿２Ｏ＿３からなるフラックスを用いる事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導波路の製
   造方法。