JPS6344604A - 導波路型光フイルタおよびその製造方法 - 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〕 本発明は波長選択性と有する導波路型光フィルタおよび
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光フアイバ通信における光波長多重伝送技術は通信シス
テムの経済化をはかる上で重要であり。

上記光波長多重伝送において、光合外ｅ、器は必須のデ
バイスである。

従来、光合分波器は、干渉膜フィルタを用いる構成、回
折格子と用いる構成、プリズムを用いる構成などの個別
部品型が主流会しめていた（柳井大義者「光通信ハンド
ブック」初音書店発行。

１９８２年９月１日、　Ｐ、　３２４〜３３１参照）。

最近になり、光集積化をめざした導波路型が検討される
ようになってきた。その−例は特開昭６０−２９０６号
公報に示されて％、　ｊ）、第６図および第７図のよう
な構成になっている。すなわち、第６図において、基板
１上に光導波路（バッファ層２゜コアＩ→３．クラッド
ｊｊ４）！＆膜形成る工届と、その光導波路にフィルタ
５模形成部（すなわち、溝部）５を形成する工程と、前
記フィルタ膜形成部５に膜形成原料の気相化学反応によ
りフィルタ膜６と形成する工程とから成るフィルタ付光
導波路の製造方法である。そして第７図は具体的な光分
波器の構成例である。これは石英ガラス基板１′上にバ
ッファ層２ａ、２ｂ、２ｃおよびコア層３ａ。

３ｂ、３ｃをパターン化し、その上にクラッド層４ａを
形成する。次いで、フォトリングラフィの技術と用いて
フィルタ膜用の溝を切り、この溝中にフィルタ膜６ａｉ
−形成したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

個別部品型の光合分波器は、構造が複雑で部品点数が多
く１組立て加工、光軸′Ａ整に時間がかかり、かつ量産
化が困難という問題があった。

第６図および第７図のフィルタ付光導波路および光分波
器は溝５に高屈折率膜と低屈折率膜を交互ＫＩＯ数゛−
から数１０１層形成させる構成であるが、溝５の・ｉ福
は数μｍで、その深さも数μＩ１１〜数１０　ｔｔｍも
あるため、２７！３（ｂ）ｆｃ示すよう）て、溝内に均
一なｊｌｌさの模を形成することは極めてむずかしい。

このそれぞれの膜厚が数φ以上変動すると、フィルタ特
性が全くくるってくるという問題点がある。たとえば、
ある波長で通過域特性となるように設計したものが、こ
のような膜厚変動によって阻止域特性をもつようになっ
たり、また大きな振幅変動をともなうリップル特性をも
ったシしてフィルタとしての性能を失ったりする。また
第７図（ｂ）かられかるように膜を積層（７Ｂ）するに
つれて溝内の幅が狭くなってくるので、ますます均一な
厚さの膜と形成することはむずかしい。

さらに、最後の層７ｂを埋め込むことは極めて困難であ
る。また光はバッファ層、クラッド層）′ζかこまれた
コア内を伝搬していくが、第６図のように、伝搬方向と
垂直に細長い溝をつくり、これに多層膜を埋込む構成で
は、この部分でフィールド分布が拡がりを生じ、多層膜
を出た後、ふたたびコア層内を伝搬する光の量が減衰し
てしまうという問題点がある。すなわち、導波路部と多
層膜部の光のフィールド分布が異なることによって、多
層膜部からの不要な放射損が生じたり１反射波が発生し
たりする。

本発明の目的は、低損失で、所望のフィルタ特性分もっ
た導波路型光フィルタを得ることにある。

また、高哨度な模厚をもった多層膜を簡単に、再現性良
く形成することが可能な製造方法の逼倶により、導波路
型光フィルタ、およびそれを用いた光合分ｅ、素子、さ
らには半導体発光素子、受光素子を搭載した光モジュー
ルを低コストで実現することが可能になる。

〔問題点分解決するための手段〕

上記目的は、多層膜フィルタをコアＪｆ４のみに形成さ
せるか、あるいはバッファ・鰻の一部も含んで形成させ
、かつ上記多ｔｍＨフィルタ？バッファ層。

クラッド層で被覆することによって達成される。

なお、この場合に、バッファ層、クラッド層の屈折率は
コア層の屈折率よりも低いものとする。また、製造方法
は、基板上にあらかじめバッファ層。

コア層と途中まで形成しておく。そして途中まで形成し
たバッファ層、コア層端面を垂直に刀ロエ後。

その垂直端面に高屈折率膜と低屈折率膜を交互に順次形
成させる。その後に残りのバッファ層、コア偕を形成さ
せることにより、多層膜フィルタｔサンドイッチ状には
さんだ光導波路が実現される。

なお、バッファ層は少なくとも２層からなり、一層目は
多層膜フィルタを形成する前に形成しておく。クラッド
層は一番最後に形成させる。

〔作用〕

本発明の導波路型光フィルタは、多層膜フィルタがコア
層のみか、あるいはバッファ層の一部と含んで形成され
、そして囲りを低屈折率のバッファ層、クラッド層で覆
うことによシ、多層膜フィルタ部での光のフィールド分
布の拡がりを出来る限り少なくし、効率よく透過および
反射作用を行わせるようにしたものである。特に光導波
路がシングルモード導波路、またはモード数が１０個以
下低次モード導波路）て有効である。すなわち、上記の
ような光導波路はコアとクラッドの屈折率差が小さく、
形状寸法も小さいので、屈折率の不連続性によるフィー
ルド分布の乱れにより放射損失が起き易い。本発明のよ
うＫ、フィールド分布の拡がりと小さくするような構造
であると、上記放射損失を小さく抑えられる。また製造
方法として、片端開放端面に一層ずつ積層させてハくの
で、従来のような溝内に積り一、埋込む方法よりも、膜
厚の制御性が良い。

〔実施例〕

第１図に本発明の導波路型光フィルタの実施例と示す。

同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ　−
Ａ’ｉ＃？而図、（面）は側面図である。これはチャネ
ル４改路に光フィルタを構成した例である。１０は基板
であり、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＮｂ２Ｏ３１ガ
ラス、などを用いることができる。１１は第１のバッフ
ァ層であり、その屈折率ｎｌｌ＋はコア層１３の屈折率
ｎｃよりも低い値である。１２は第２のバッファ層であ
り、その屈折率ｎｌｚも口Ｃよりも低く１ｎ８１と同じ
かそれよりも低い値が好ま゛しい。１４はクラッドＩ−
であり、その屈折率ｎｌもｎｃよりも低い値である。１
５は多層膜フィル、Ｐ 、１２Ｔあり、光学的膜ｊｖカフｆｉ長（Ｐ＝１．　３
．　　ｓ。

・・・・・・）の高屈折率膜ｎＨと低屈折率膜ｎＬを交
互に積層させたもの、あるいは上記交互層の間て、光学
的膜厚が！波長のキャビティ層を挿入したもの、などか
らなる。この多層膜フィルター５の膜の構成は、低域通
過型、帯域通過型、帯域阻止型、あるいは高域通過型フ
ィルタによって異なる。多層膜フィルター５は第１のバ
ッファ層１１とクラッド層１４によって囲まれている。

各々の層の寸法は、シングルモードあるいは低次モード
導波路の場合には、コア層１３の厚み１幅ともに数μｍ
〜１０μｍ、第１および第２バッファ層１１および１２
の厚みは数μｍ、クランド層１４の厚みも数μｍ程度で
ある。

第２図（′ｉ不発明の導波路型光フィルタの別の実施例
である。これは、多層膜フィルター５を′ｄＸ２バッフ
ァ層１２の一部分にまで形成させたものである。理想的
にはｄが０となるようンこすればよい。

しかし、コア層１３の厚みが１０μｍ以下の場合には、
コア層１３の底部付近の多層膜フィルタの膜厚が不均一
になり易いので、ｄと有限の値にとってコア層１３断面
内の多層膜フィルタの膜厚を均一に保つようにしたもの
である。

次に本発明の導波路型光フィルタの製造方法の実施例に
ついて説明する。

第３図に本発明の導波路型光フィルタの製造方法の実施
例を示す。まず同図（ａ）に示すように、基板（この場
合、５ｉ）１０上に第１バッファ層（この場合、５Ｉ０
２＋１１と熱酸化により形成させる。ついで％第２バッ
ファ層１２ａｌ　　コア層１３ａを形成させる。端面１
７ば、たとえば反応性イオンビームエツチングにより垂
直端面状に形成させる。次に同図（ｂ）　Ｋ示すように
、上記垂直端面部に多層膜フィルタ１５を順次積層させ
る。その後同図（Ｃ）に示すように、第２バッファ層１
２ｂ。

コア層１３ｂを形成させ、さら（でその上にクラッド層
１４を形成させる。なお、最後のクラッド層１４は酸化
摸を形成させる以外に、空気で代用してもよい。

Ｍ４図は本発明の導波路型光フィルタの製造方法の別の
実施例を示したものである。これは、まず同図（ａ）　
Ｋ示すよって、基板（Ｓ　ｉ　）　１０上Ｋｇ２バッフ
ァ層１２ａ、コア、ｉ！　１３　ａを形成させる。

次に端部１７１エツチングし、溝部１６を形成させる。

この溝部１６は端部１７に多層膜フィルタ１５を形成さ
せた場合に、第２バッファ層１２ａと基板１０の界面で
の膜厚の乱れを抑えるために設けたものである。この溝
部１６により、コアを替１３ａと名２バッファ１１２ａ
の端面上へは膜厚全均−に形成することが可能となる。

溝部１６を形成後、基ｉｔｓ酸化により第１バッファ層
（Ｓｉ０２　）　１１　ａ’ｆｒ：形成させる。次に同
図（ｃ）　Ｋ　示すように、多、’ｍ　、！フィルタ１
５？形成する。そして同図（ｄ）　Ｋ：示すように、第
２バツフア＋！１２ｂ。

コア偏１３ｂ、クラッド層１４を形成させて完了する。

本発明は上記実施例に限定されない。たとえば、第５図
（ただし、第５図は基板上面図である。）に示すよう、
（、導波路型光フィルタの他に、基板ＩＯ上に半導体発
光素子１９．受光素子１８と搭載するようにして、光モ
ジュールを構成してもよい。すなわち、多１４１１フイ
ルタ１５ば、この場合、波長λｌの光信号と反射させ、
彼曵λ２の光信号を透過させる特性をもたせである。波
長λｌの光信号を発光する半導体発光素子１９からの出
射光は導波路２１を通って多層１漠フイルタ１５で反射
され、導波路２０を通って矢印２３方向へ伝搬していく
。逆に、矢印２４方向より伝搬してきて、導波路２０内
に入射した波長λ２の光信号は多層膜フィルタ１５と通
過して受光素子１８で受光される。半導体発光素子１９
．受光素子１８はエピタキシャル成長によ［Ｓｉ基板上
に形成してもよく、外付けで取付けてもよい。半導体発
光素子。

受光素子はさらに多く搭載してもかまわない。また波長
多重数は３波以上でもよい。導波路の構造はチャネル型
以外に、埋込み型、リッジ型、装荷型なども用いること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低損失で、所望のフィルタ特性＋ｆｃ
とえば、帯域通過型特性）をもった導波路型光フィルタ
と潜ることができる。また高晴度：Ｉ：：膜厚をもった
多層膜を簡単て、再現性良く形成することができる。さ
らに、光合分波素子、半導体発光素子、受光素子と塔載
した光モジュールを低コストで実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の１波路型光フイルタの実
施例を示す図、第３メンよび第４図は本発明の導波路型
光フィルタの製造方法の一実施例を示す図、第５図は光
合分波モジュールの実施例と示す図、４６図は従来のフ
ィルタ付光導波路の製造方法を示す図、第７図は従来の
光分波器の構成を示す図である。 １．１０−・・基板、２．２ａ　〜２ｃ、１１．ｌｌａ
。 １２．１２ａ、１２ｂ−バッファ、ａ、３，３ａ〜３ｃ
、１３，１３ａ、１３ｂ−＝コア層、４，４ａ。 １４・・・クラッド層、６．６ａ、１５・・・多層膜フ
ィルタ、５．１６・・・溝、７ａ、７ｂ・・・膜、１７
・・・端部、１８・・・受光素子、１９・・・半導体発
光素子、２０．２１．２２・・・導波路、２３．２４・
・・光の伝第　７　２ （α） ＩＯ・基板 Ｈ第１ベノフア層 １２　・１珂２１マツフア」ｉ １３・コア層 ／４　・クラッド１ １５・・３Ｌ儀ｇ黄 弔２虐 （αつ ρ　基極 ／ｌ　−第Ｊｒｖ　ソファ・七に ／２　第２へ、ファ層 ７３コア層 ｇ・クラッド４ ／♂・・り１１裏 第　３　　回 １０　基　破 ／ｌ　４−ミ１）Ｖ、ファー−１ ／２Ｑ１２シ　１ミ２ノｖノファ層 １３ζ／３ｂ・コアｉ μ　クラ、ト層 だ　ｌ侯 （（Ｊ ムー・々／を嗅 ん・溝部 ／７−ｔ＆沓ｐ 第　５１；４ １０・・・基磁 ４・・・７ランド層 ／、５　、汐層侯 ／８・・・受り素多 ／９・・・半導体発尤素多 ２０〜２２・・−導シ灸尋 苓　　ろ　　　ロ 第　７２ （α） ６α ｌ　基板 ２ａ、ｊｃ　　八゛・ノフ７４ ｙ、へＣ・コア１ １賢　・７ラノド１ ５　・フィルタ喰形族那

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にバッファ層、コア層、クラッド層からなる
   導波路の光伝搬方向の途中のコア層断面のみか、あるい
   はバッファ層断面の一部も含んで屈折率の異なる膜を多
   層に形成し、該多層膜をバッファ層、クラッド層で覆つ
   たことを特徴とする導波路型光フィルタ。 ２、特許請求の範囲第１項において、クラッド層が空気
   であることを特徴とする導波路型光フィルタ。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、多層膜
   をＹ分岐導波路の分岐部に設け、その多層膜の透過方向
   および反対方向に半導体発光素子、あるいは受光素子を
   配置したことを特徴とする導波路型光フィルタ。 ４、基板上にあらかじめバッファ層、コア層を途中まで
   形成し、その途中まで形成したバッファ層、コア層端面
   を垂直に加工後、その垂直端面に多層膜を形成し、つい
   で残りのバッファ層、コア層を形成するようにしたこと
   を特徴とする導波路型光フィルタの製造方法。