JPWO2023243045A5 - - Google Patents

Description

本開示に係る方向性結合器は、半導体基板と、前記半導体基板の上に並んで形成されたハイメサ構造の第１及び第２の光導波路と、前記第１及び第２の光導波路の周囲に形成された周囲クラッドとを備え、前記第１及び第２の光導波路は、前記第１及び第２の光導波路の一方を伝搬する光を前記第１及び第２の光導波路に所望の電力比率に分岐する光電力移行部と、前記光電力移行部の入力側に接続され前記光電力移行部に向かうほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を縮小させる第１の曲線導波路と、前記光電力移行部の出力側に接続され前記光電力移行部から遠ざかるほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を拡大させる第２の曲線導波路とを有し、前記光電力移行部において前記第１及び第２の光導波路の間隔は前記光の波長以下であり、前記第１及び第２の光導波路の各々は、前記半導体基板の上に順に形成された下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層を有するハイメサ構造であり、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は異なる幅を有し、前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の前記コア層の間において前記下部クラッド層の上にギャップコア層が形成され、前記ギャップコア層は、前記コア層と同じ材料からなり、高さが前記コア層よりも低く掘り込まれ、前記ギャップコア層は、高さが異なる第１及び第２の領域が前記光の波長の長さ以下のピッチで周期的に繰り返す構造であり、ｎ _ｃｏｒｅ は前記コア層と前記ギャップコア層の屈折率、ｎ _ｃｌａｄ は前記周囲クラッドの屈折率、ｋ _０ は真空中を伝搬する光の波数、ｗ _ｇａｐ は前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の近接距離、ｆは前記第１の領域が前記ギャップコア層の全体に対して占める光伝搬方向の長さの割合を示すフィリングファクターであり、高さ方向への前記光の漏れ出しを考慮した時の前記第１の領域の等価屈折率ｎ _ｇａｐ１ と前記第２の領域の等価屈折率ｎ _ｇａｐ２ が

を誤差１０％以下で満足することを特徴とする。

高さ方向への前光の漏れ出しを考慮した時の第１の領域１０ａの等価屈折率ｎ_ｇａｐ１と第２の領域１０ｂの等価屈折率ｎ_ｇａｐ２が以下の式（２）を誤差１０％以下で満足する。

ここで、ｎ_ｇａｐ１とｎ_ｇａｐ２はそれぞれ第１及び第２の領域１０ａ，１０ｂの等価屈折率、ｆは第１の領域１０ａがギャップコア層６ｃの全体に対して占める光伝搬方向の長さの割合を示すフィリングファクターである。第１の領域１０ａの長さをａ［ｕｍ］、第２の領域１０ｂの長さｗをｂ［ｕｍ］とするとｆ＝ａ／（ａ＋ｂ）となる。その他の構成は実施の形態１と同様である。

Claims (5)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上に並んで形成されたハイメサ構造の第１及び第２の光導波路と、
   前記第１及び第２の光導波路の周囲に形成された周囲クラッドとを備え、
   前記第１及び第２の光導波路は、前記第１及び第２の光導波路の一方を伝搬する光を前記第１及び第２の光導波路に所望の電力比率に分岐する光電力移行部と、前記光電力移行部の入力側に接続され前記光電力移行部に向かうほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を縮小させる第１の曲線導波路と、前記光電力移行部の出力側に接続され前記光電力移行部から遠ざかるほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を拡大させる第２の曲線導波路とを有し、
   前記光電力移行部において前記第１及び第２の光導波路の間隔は前記光の波長以下であり、
   前記第１及び第２の光導波路の各々は、前記半導体基板の上に順に形成された下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層を有するハイメサ構造であり、
   前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は異なる幅を有し、
   前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の前記コア層の間において前記下部クラッド層の上にギャップコア層が形成され、
   前記ギャップコア層は、前記コア層と同じ材料からなり、高さが前記コア層よりも低く掘り込まれ、
   前記ギャップコア層は、高さが異なる第１及び第２の領域が前記光の波長の長さ以下のピッチで周期的に繰り返す構造であり、
   ｎ _ｃｏｒｅ は前記コア層と前記ギャップコア層の屈折率、ｎ _ｃｌａｄ は前記周囲クラッドの屈折率、ｋ _０ は真空中を伝搬する光の波数、ｗ _ｇａｐ は前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の近接距離、ｆは前記第１の領域が前記ギャップコア層の全体に対して占める光伝搬方向の長さの割合を示すフィリングファクターであり、高さ方向への前記光の漏れ出しを考慮した時の前記第１の領域の等価屈折率ｎ _ｇａｐ１ と前記第２の領域の等価屈折率ｎ _ｇａｐ２ が
   

   

   を誤差１０％以下で満足することを特徴とする方向性結合器。
2. 前記第１及び第２の光導波路の前記上部クラッド層の互いに向かい合う側面に、前記第１及び第２の領域と同じ周期かつ同じフィリングファクターで、前記第１及び第２の光導波路の幅以下の幅、かつ前記コア層に到達しない深さの掘り込み部が形成され、
   前記第２の領域の高さが前記第１の領域よりも低く、
   光伝搬方向において前記側面の掘り込み部の位置と前記第２の領域の位置が一致し、
   光伝搬方向において前記側面の非掘り込み部の位置と前記第１の領域の位置が一致することを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
3. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上に並んで形成されたハイメサ構造の第１及び第２の光導波路と、
   前記第１及び第２の光導波路の周囲に形成された周囲クラッドとを備え、
   前記第１及び第２の光導波路は、前記第１及び第２の光導波路の一方を伝搬する光を前記第１及び第２の光導波路に所望の電力比率に分岐する光電力移行部と、前記光電力移行部の入力側に接続され前記光電力移行部に向かうほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を縮小させる第１の曲線導波路と、前記光電力移行部の出力側に接続され前記光電力移行部から遠ざかるほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を拡大させる第２の曲線導波路とを有し、
   前記光電力移行部において前記第１及び第２の光導波路の間隔は前記光の波長以下であり、
   前記第１及び第２の光導波路の各々は、前記半導体基板の上に順に形成された下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層を有するハイメサ構造であり、
   前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は異なる幅を有し、
   前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の前記コア層の間において前記下部クラッド層の上にギャップコア層が形成され、
   前記ギャップコア層は、高さが前記コア層よりも低く掘り込まれ、高さが互いに同じで屈折率が互いに異なる第１及び第２の領域が前記光の波長の長さ以下のピッチで周期的に繰り返す構造であり、
   ｎ _ｃｏｒｅ は前記コア層と前記ギャップコア層の屈折率、ｎ _ｃｌａｄ は前記周囲クラッドの屈折率、ｋ _０ は真空中を伝搬する光の波数、ｗ _ｇａｐ は前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の近接距離、ｆは前記第１の領域が前記ギャップコア層の全体に対して占める光伝搬方向の長さの割合を示すフィリングファクターであり、高さ方向への前記光の漏れ出しを考慮した時の前記第１の領域の等価屈折率ｎ_ｇａｐ１と前記第２の領域の等価屈折率ｎ_ｇａｐ２が
   

   

   を誤差１０％以下で満足することを特徴とする方向性結合器。
4. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上に並んで形成されたハイメサ構造の第１及び第２の光導波路と、
   前記第１及び第２の光導波路の周囲に形成された周囲クラッドとを備え、
   前記第１及び第２の光導波路は、前記第１及び第２の光導波路の一方を伝搬する光を前記第１及び第２の光導波路に所望の電力比率に分岐する光電力移行部と、前記光電力移行部の入力側に接続され前記光電力移行部に向かうほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を縮小させる第１の曲線導波路と、前記光電力移行部の出力側に接続され前記光電力移行部から遠ざかるほど前記第１及び第２の光導波路の間隔を拡大させる第２の曲線導波路とを有し、
   前記光電力移行部において前記第１及び第２の光導波路の間隔は前記光の波長以下であり、
   前記第１及び第２の光導波路の各々は、前記半導体基板の上に順に形成された下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層を有するハイメサ構造であり、
   前記第１の光導波路と前記第２の光導波路は異なる幅を有し、
   前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の前記コア層の間において前記下部クラッド層の上にギャップコア層が形成され、
   前記ギャップコア層は、高さが前記コア層と同じで、屈折率が前記コア層よりも低い材料からなり、
   前記ギャップコア層は、屈折率が互いに異なる第１及び第２の領域が前記光の波長の長さ以下のピッチで周期的に繰り返す構造であり、
   ｎ _ｃｏｒｅ は前記コア層と前記ギャップコア層の屈折率、ｎ _ｃｌａｄ は前記周囲クラッドの屈折率、ｋ _０ は真空中を伝搬する光の波数、ｗ _ｇａｐ は前記光電力移行部の前記第１及び第２の光導波路の近接距離であり、ｆは前記第１の領域が前記ギャップコア層の全体に対して占める光伝搬方向の長さの割合を示すフィリングファクターであり、高さ方向への前記光の漏れ出しを考慮した時の前記第１の領域の等価屈折率ｎ_ｇａｐ１と前記第２の領域の等価屈折率ｎ_ｇａｐ２が
   

   

   を誤差１０％以下で満足することを特徴とする方向性結合器。
5. 請求項２に記載の方向性結合器を形成する方法であって、
   エッチング深さがマスクの開口率に依存するマイクロローディング効果を活用して、１回のディープエッチングで前記第１及び第２の光導波路を形成することを特徴とする方向性結合器の製造方法。