JPS63163407A - 光導波路構造及びその作製方法 - Google Patents
光導波路構造及びその作製方法Info
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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。
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、光ファイバとの良好な結合が得られるような
光導波路構造および光通信、光計測および光ディスク等
で利用される光集積回路における光導波路構造に係わシ
、特に素子間２部品間の高い光学結合を有する光導波路
構造に関する。
光導波路構造および光通信、光計測および光ディスク等
で利用される光集積回路における光導波路構造に係わシ
、特に素子間２部品間の高い光学結合を有する光導波路
構造に関する。
従来は、光ファイバと光導波路との結合効率を高めるた
めに、光導波路の巾を広げる工夫がされていたが、厚さ
を変える試みはほとんど行なわれていなかった。またこ
れまでの光集積回路の光学結合を保った状態で電気的分
離を行なう方法としては、昭和５９年度電子通信学会光
・電波部門全国大会講演論文集の１９項に記載のように
、光導波層の上部の低抵抗層を〜３０μｍ取り除くか。
めに、光導波路の巾を広げる工夫がされていたが、厚さ
を変える試みはほとんど行なわれていなかった。またこ
れまでの光集積回路の光学結合を保った状態で電気的分
離を行なう方法としては、昭和５９年度電子通信学会光
・電波部門全国大会講演論文集の１９項に記載のように
、光導波層の上部の低抵抗層を〜３０μｍ取り除くか。
特開昭６１−７６８２ に記載のようにプロトン打込み
による高抵抗化によりＩＫΩ程度の分離抵抗を得ていた
。
による高抵抗化によりＩＫΩ程度の分離抵抗を得ていた
。
上記従来技術は、素子間の分離抵抗が不充分でアリ、ダ
イオードの動作電流点の低い所ではその微分抵抗値が分
離抵抗と同程度か大きくなるため。
イオードの動作電流点の低い所ではその微分抵抗値が分
離抵抗と同程度か大きくなるため。
漏れ電流を生じていた。また、光導波路を伝搬する電界
分布の領域は屈折率が高い、いわゆるコア寸法に比べて
大きく、屈折率の低いクラッド巾に大きく浸入している
。このため、クラッドを除く方法は光学的な結合効率を
低下させていた。さらに分離域が３０１１ｍ、２５μｍ
と長く集積化素子の寸法を制限する要因にもなりかねな
いなどの問題があった。
分布の領域は屈折率が高い、いわゆるコア寸法に比べて
大きく、屈折率の低いクラッド巾に大きく浸入している
。このため、クラッドを除く方法は光学的な結合効率を
低下させていた。さらに分離域が３０１１ｍ、２５μｍ
と長く集積化素子の寸法を制限する要因にもなりかねな
いなどの問題があった。
従来、光ファイバと光導波路との結合は、軸合わせ、結
合効率などの点が問題となっており、良好な結合を得る
のがむずかしかった。光導波路の形状については、導波
路中を変化させることは可能であったが、導波路の厚さ
に関しては、なめらかに厚くしたシ、うずくすることは
困難であった。
合効率などの点が問題となっており、良好な結合を得る
のがむずかしかった。光導波路の形状については、導波
路中を変化させることは可能であったが、導波路の厚さ
に関しては、なめらかに厚くしたシ、うずくすることは
困難であった。
本発明の目的は、光ファイバや、各党デバイス間を容易
に、効率良く結合したシ、また光集積回路における素子
間の効率よく結合する光導波路構造を提供することにあ
る。
に、効率良く結合したシ、また光集積回路における素子
間の効率よく結合する光導波路構造を提供することにあ
る。
上記目的は、光導波路を光ファイバや素子との結合部で
端面の面積を大きくすることによシ、また、光集積回路
内の素子の平坦な端面の間隔の光路長が使用波長の半分
の整数倍程度になるように光導波路を除くことにより達
成される。
端面の面積を大きくすることによシ、また、光集積回路
内の素子の平坦な端面の間隔の光路長が使用波長の半分
の整数倍程度になるように光導波路を除くことにより達
成される。
本発明による光導波路を光スィッチ等の光デバイスの入
射端または出射端に設けて、光ファイバと結合させると
、導波路が光ファイバとの結合部で厚さ方向に広がって
いるため、結合が容易である。
射端または出射端に設けて、光ファイバと結合させると
、導波路が光ファイバとの結合部で厚さ方向に広がって
いるため、結合が容易である。
光導波路を除くことによシ、完全に電気的に素子が分離
されることは容易に理解できる。このときの光の結合に
ついて述べる。素子の光導波路の実効的な屈折率ｆ：３
．２とする。光学結合した素子の実効的な屈折率も同程
度に合わせる。そうすると、この２素子の光導波路間の
空隙はエタロンとなシ一般的な多重反射の扱いから、こ
の空隙の光路長が波長の半分の整数倍のとき、平面波で
は反射率が０とな、９１００％の結合−率を得ることに
なる。光路長のずれに対する結合効率を第１図に示す。
されることは容易に理解できる。このときの光の結合に
ついて述べる。素子の光導波路の実効的な屈折率ｆ：３
．２とする。光学結合した素子の実効的な屈折率も同程
度に合わせる。そうすると、この２素子の光導波路間の
空隙はエタロンとなシ一般的な多重反射の扱いから、こ
の空隙の光路長が波長の半分の整数倍のとき、平面波で
は反射率が０とな、９１００％の結合−率を得ることに
なる。光路長のずれに対する結合効率を第１図に示す。
しかし、実際には光束は光導波路のコアを中心にガウス
分布状に電界が分布している。そこでガウス分布状の光
束の一つの光導波路の端面での径２ω０とするとガウシ
アンビームの取シ扱い≠五できる。この端面からの距離
ｒに対し、波長λの光のビーム径の広がり２ωは端面で
ビームウェストを形成するため。
分布状に電界が分布している。そこでガウス分布状の光
束の一つの光導波路の端面での径２ω０とするとガウシ
アンビームの取シ扱い≠五できる。この端面からの距離
ｒに対し、波長λの光のビーム径の広がり２ωは端面で
ビームウェストを形成するため。
と表わされる。今ｒ＝Ｎ×λ／２とおくととなり、Ｎ＝
ｏのときωユωＯで結合効率〜１００チ、Ｎ＝１のとき
ω０−λ／２で〜８０％、ωＯ＝２λ／３で〜９４％と
なる。Ｎ＝２のときω。
ｏのときωユωＯで結合効率〜１００チ、Ｎ＝１のとき
ω０−λ／２で〜８０％、ωＯ＝２λ／３で〜９４％と
なる。Ｎ＝２のときω。
＝λで〜９５％となる。
以下１本発明の詳細な説明する。
実施例１
第２図を用いて説明する。回折格子の刻まれたｎ型Ｉｎ
Ｐ１０基板上にバンドギャップ波長が１．３μｍからな
るＩｎＧａＡＳＰガイド層２４．同波長１．５３μｍの
活性層２３，１．３μｍのアンチメトバック層２２及び
ｐ型ＩｎＰ層積層する１２゜この一部の上記多層膜をす
べて除去し、その除去した領域の回折格子を除いた後に
１．３μｍのバンドギャップ波長を有するＩｎＧａＡＳ
Ｐ層３２．ｐ型ＩｎＰ層１２を積層する。この後に幅１
〜２μｍのストライブが残るように他の部分を基板１０
までエツチングし、電流阻止層としてｐ−ｎ−ｐＯＩｎ
Ｐ層を積層する。この後に、８ｉ（ｈをマスクにしてＲ
ＩＢＢにより２つの光導波路間を幅０．７７５μｍで深
さ〜３．５μｍで分離する溝を形成した。このとき、分
布帰還型レーザの活性層下〜１μｍまで電気的分離の溝
を掘った。このときのレーザから光導波路（位相変調器
）への光の結合は〜７０チであった。電気的には完全に
分離され、変調電流の漏れによるレーザの変調は認めら
れなかった。尚、変調器には出射端からρ反射を防ぐた
めＡＲコード３３を行った。また、レーザのビーム半径
は〜１μｍで発振波長は１．５５μｍであった。
Ｐ１０基板上にバンドギャップ波長が１．３μｍからな
るＩｎＧａＡＳＰガイド層２４．同波長１．５３μｍの
活性層２３，１．３μｍのアンチメトバック層２２及び
ｐ型ＩｎＰ層積層する１２゜この一部の上記多層膜をす
べて除去し、その除去した領域の回折格子を除いた後に
１．３μｍのバンドギャップ波長を有するＩｎＧａＡＳ
Ｐ層３２．ｐ型ＩｎＰ層１２を積層する。この後に幅１
〜２μｍのストライブが残るように他の部分を基板１０
までエツチングし、電流阻止層としてｐ−ｎ−ｐＯＩｎ
Ｐ層を積層する。この後に、８ｉ（ｈをマスクにしてＲ
ＩＢＢにより２つの光導波路間を幅０．７７５μｍで深
さ〜３．５μｍで分離する溝を形成した。このとき、分
布帰還型レーザの活性層下〜１μｍまで電気的分離の溝
を掘った。このときのレーザから光導波路（位相変調器
）への光の結合は〜７０チであった。電気的には完全に
分離され、変調電流の漏れによるレーザの変調は認めら
れなかった。尚、変調器には出射端からρ反射を防ぐた
めＡＲコード３３を行った。また、レーザのビーム半径
は〜１μｍで発振波長は１．５５μｍであった。
実施例２
実施例１において１位相変調器部のかわりに。
レーザよりもバンドギャップが狭い光導波層を有する光
受光器を構成した。この素子間に幅１．１μｍで深さ〜
３．５μｍの溝をＲＩＢＥで形成した後、３μｍの８ｉ
０ｚで埋めた。これによシレーザからの漏れ電流は測定
限界以下になった。
受光器を構成した。この素子間に幅１．１μｍで深さ〜
３．５μｍの溝をＲＩＢＥで形成した後、３μｍの８ｉ
０ｚで埋めた。これによシレーザからの漏れ電流は測定
限界以下になった。
実施例３
第３図を用いて説明する。
ＬＰＥ法を用いてＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡＳＰから成
る光導波路を形成する場合に、ＩｎＰ基板をヘキ開によ
シ任意の大きさく例２０Ｘ１４ｍｍ）に切シ出す。Ｉｎ
Ｐ基板を、ブロム：メタノール（＝１ ： １００）な
るエッチャントで比較的長く（＝３分）エツチングする
とＩｎＰ基板の周辺部は第４図のような形状となる（（
ａ）は斜視図、（ｂ）は基板１の端部の拡大横断面図で
ある。）。この基板上に、ＬＰＥ法によりバンドギャッ
プエネルギー１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰの光導波層
を比較的厚く（平たん部で５μｍ）成長すると、基板周
辺は第５図のようにもり上がった形状になる（最高部で
３０μｍ程度）。（（ａ）は斜視図、（ｂ）は端部の拡
大横断面図である。）端部をヘキ開すれば、第３図のよ
うに、ファイバ３との結合が容易な形状を持った光導波
路２を得ることができる。本導波路と１，３μｍ光フア
イバとの結合効率は８０％である。
る光導波路を形成する場合に、ＩｎＰ基板をヘキ開によ
シ任意の大きさく例２０Ｘ１４ｍｍ）に切シ出す。Ｉｎ
Ｐ基板を、ブロム：メタノール（＝１ ： １００）な
るエッチャントで比較的長く（＝３分）エツチングする
とＩｎＰ基板の周辺部は第４図のような形状となる（（
ａ）は斜視図、（ｂ）は基板１の端部の拡大横断面図で
ある。）。この基板上に、ＬＰＥ法によりバンドギャッ
プエネルギー１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰの光導波層
を比較的厚く（平たん部で５μｍ）成長すると、基板周
辺は第５図のようにもり上がった形状になる（最高部で
３０μｍ程度）。（（ａ）は斜視図、（ｂ）は端部の拡
大横断面図である。）端部をヘキ開すれば、第３図のよ
うに、ファイバ３との結合が容易な形状を持った光導波
路２を得ることができる。本導波路と１，３μｍ光フア
イバとの結合効率は８０％である。
実施例４
実施例３で形成した光導波層をホトリソグラフィを用い
て第６図に示すような、すその広がった形状にすること
により、巾、厚さ共になめらかに変化する入射端、およ
び出射端を持っ九光導波路３２が得られる。本光導波路
と１．３μｍ光フアイバとの結合効率は９０％である。
て第６図に示すような、すその広がった形状にすること
により、巾、厚さ共になめらかに変化する入射端、およ
び出射端を持っ九光導波路３２が得られる。本光導波路
と１．３μｍ光フアイバとの結合効率は９０％である。
実施例５
実施例３または実施例４に示したよりな光導波路を光ス
ィッチ等の入射端および出射端に用いることによって、
光ファイバと良好に結合する光デバイスが得られる。
ィッチ等の入射端および出射端に用いることによって、
光ファイバと良好に結合する光デバイスが得られる。
実施例６
本発明による光導波路及びその製造方法はＧ ａ Ａ
Ｓ系でも同様に、光ファイバと高効率で結合する光導波
路を得る。
Ｓ系でも同様に、光ファイバと高効率で結合する光導波
路を得る。
実施例７
ＩｎＰ基板１に、ドライエツチングで第７図に示すよう
な溝を形成する。（巾２００μｍ、深さ５０μｍ）。こ
の基板を用いて実施例３または。
な溝を形成する。（巾２００μｍ、深さ５０μｍ）。こ
の基板を用いて実施例３または。
実施例４と同様に光導波路を形成すれば、初めの溝の位
置を決めることによシ任意の場所に任意の長さの光導波
路を作製できる。
置を決めることによシ任意の場所に任意の長さの光導波
路を作製できる。
実施例８
上記、実施例７の溝形成方法で、ドライエツチングの代
わシにｉ Ｂ ｒ ：メタノー／’＝１ ： １００゜
ＨＢｒ ：Ｂｒ ：Ｈｚ ０＝５０：１ ：５０等のエ
ラ／Ｑ） チャントを用い、クエットエッチングで初めの溝を形成
してもよい。
わシにｉ Ｂ ｒ ：メタノー／’＝１ ： １００゜
ＨＢｒ ：Ｂｒ ：Ｈｚ ０＝５０：１ ：５０等のエ
ラ／Ｑ） チャントを用い、クエットエッチングで初めの溝を形成
してもよい。
実施例９
ＩｎＰ基板上にＤＦＢレーザ６と光導波路を集積化する
場合に、まず初めにＤＦＢＶ−ザを形成し１次に上記の
実施例７のように溝部を形成してから液相成長法を用い
て、レーザ部以外に光導波層を選択成長すると、光ファ
イバとの結合が良い集積化光素子を得る。
場合に、まず初めにＤＦＢＶ−ザを形成し１次に上記の
実施例７のように溝部を形成してから液相成長法を用い
て、レーザ部以外に光導波層を選択成長すると、光ファ
イバとの結合が良い集積化光素子を得る。
本発明によれば、光スィッチ、半導体レーザなどの光デ
バイスと光ファイバの結合を容易に、かつ高効率で実現
できるため、光デバイスの応用が従来よりもかんたんに
なる。
バイスと光ファイバの結合を容易に、かつ高効率で実現
できるため、光デバイスの応用が従来よりもかんたんに
なる。
また、本発明によれば、光集積回路の素子間の光結合効
率をそれほど低下させることなく、電気的な分離が完全
に行なえ、漏れ電流を完全に防げるので、光集積回路の
各々の素子の制御が容易になり信頼性も高まる。
率をそれほど低下させることなく、電気的な分離が完全
に行なえ、漏れ電流を完全に防げるので、光集積回路の
各々の素子の制御が容易になり信頼性も高まる。
第１図は空隙の幅と結合効率を示す図、第２図は実施例
１に示す光集積回路の断面図、第３図は光導波路と光フ
ァイバとの結合を示す図、第４図はエツチング後のＩｎ
Ｐ基板周辺端部を示す図。 第５図は導波層をエピタキシャル成長した後の周辺端部
を示す図、第６図は光導波層の巾と厚さを変えた実施例
を示す図、第７図は任意の位置に溝を設けて光導波路を
任意の位置につくる実施例を示す図、および第８図はＤ
ＦＢＶ−ザと光導波層の結合方法を示す図である。 １・・・ＩｎＰ基板、２・・・光導波層、３・・・光フ
ァイバ。 ４・・・入射光、５・・・光導波路、６・・・ＤＦＢノ
ーザ。 １Ｏ−ＩｎＰ基板、１１−ｎ電極、１２・Ｉ）−１０２
層、２１・・・ＤＦＢレーザのｐ電極、２２・・・アン
チメルトバック層、２３・・・活性層、２４・・・ガイ
ド層、３１・・・位相変調器用ｐ電極、３２・・・光導
波層、３３・・・ＡＲココ−，１００・・・結合効率の
理論曲線。
１に示す光集積回路の断面図、第３図は光導波路と光フ
ァイバとの結合を示す図、第４図はエツチング後のＩｎ
Ｐ基板周辺端部を示す図。 第５図は導波層をエピタキシャル成長した後の周辺端部
を示す図、第６図は光導波層の巾と厚さを変えた実施例
を示す図、第７図は任意の位置に溝を設けて光導波路を
任意の位置につくる実施例を示す図、および第８図はＤ
ＦＢＶ−ザと光導波層の結合方法を示す図である。 １・・・ＩｎＰ基板、２・・・光導波層、３・・・光フ
ァイバ。 ４・・・入射光、５・・・光導波路、６・・・ＤＦＢノ
ーザ。 １Ｏ−ＩｎＰ基板、１１−ｎ電極、１２・Ｉ）−１０２
層、２１・・・ＤＦＢレーザのｐ電極、２２・・・アン
チメルトバック層、２３・・・活性層、２４・・・ガイ
ド層、３１・・・位相変調器用ｐ電極、３２・・・光導
波層、３３・・・ＡＲココ−，１００・・・結合効率の
理論曲線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、同じ光軸上に配置された厚さが次第にうすくなる入
射端、あるいは厚さが次第に厚くなる出射端を有するこ
とを特徴とする光導波路構造。 ２、上記光導波路構造を、基板端部を中心部よりも低く
するエッチング工程、その上に液相成長を行なって形成
する工程を少なくとも有する光導波路構造の作製方法。 ３、同じ光軸上に配された２つの光導波路の間隔の光路
長が波長の半分の整数倍程度としたことを特徴とする光
導波路構造。 ４、上記間隔を高抵抗物で埋めたことを特徴とする特許
請求の範囲第４項記載の光導波路構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30850986A JPS63163407A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 光導波路構造及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30850986A JPS63163407A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 光導波路構造及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63163407A true JPS63163407A (ja) | 1988-07-06 |
Family
ID=17981879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30850986A Pending JPS63163407A (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 光導波路構造及びその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63163407A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997008757A1 (en) * | 1995-08-29 | 1997-03-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Waveguide type photodetector |
| JP2002111129A (ja) * | 2000-10-02 | 2002-04-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体光素子 |
| US6442315B1 (en) | 1997-11-18 | 2002-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical waveguide chip and method of formation thereof |
| JP2005216954A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体光素子 |
| JP2010118517A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Mitsubishi Electric Corp | 光半導体装置 |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP30850986A patent/JPS63163407A/ja active Pending
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