JP3084416B2 - 光結合デバイスの製造方法 - Google Patents
光結合デバイスの製造方法Info
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- mask
- coupling device
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2077—Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を伝わる光波
のスポット径を低損失で変換する光結合デバイスの製造
方法に関するものである。
のスポット径を低損失で変換する光結合デバイスの製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザダイオード（ＬＤ）と単一
モードファイバとの間を光結合させる場合、ＬＤ素子端
面とファイバとを直接突合わせ結合（バットジョイン
ト）させると、互いの光導波路光波スポットサイズが異
なっているために直接突合わせ部の結合損失が問題にな
る。通常、ＬＤの光波スポットサイズ（モード半径：
Ｗ）は１μｍ程度であり、ファイバのスポットサイズは
約５μｍであるので、この場合の結合損失は、約１０ｄ
Ｂになる。そこで、レンズにより、スポットサイズを変
換することによって結合損失を低減化する方法が一般に
とられている。
モードファイバとの間を光結合させる場合、ＬＤ素子端
面とファイバとを直接突合わせ結合（バットジョイン
ト）させると、互いの光導波路光波スポットサイズが異
なっているために直接突合わせ部の結合損失が問題にな
る。通常、ＬＤの光波スポットサイズ（モード半径：
Ｗ）は１μｍ程度であり、ファイバのスポットサイズは
約５μｍであるので、この場合の結合損失は、約１０ｄ
Ｂになる。そこで、レンズにより、スポットサイズを変
換することによって結合損失を低減化する方法が一般に
とられている。
【０００３】複数のレーザダイオード（ＬＤ）を形成し
た光機能素子とアレーファイバとの間を１個のレンズで
光結合させる場合について、従来の構成例を図６に示
す。図６において、６０４は半導体基板、６０５はＬＤ
の活性領域（光導波路部）、６１４はレンズ、６０６は
ファイバ、６０７はファイバ６０６を一定間隔で固定す
るためのＶ−グルーブアレーである。
た光機能素子とアレーファイバとの間を１個のレンズで
光結合させる場合について、従来の構成例を図６に示
す。図６において、６０４は半導体基板、６０５はＬＤ
の活性領域（光導波路部）、６１４はレンズ、６０６は
ファイバ、６０７はファイバ６０６を一定間隔で固定す
るためのＶ−グルーブアレーである。
【０００４】このような構成においては、ＬＤの集積規
模が大きくなるにしたがってレンズの収差などの影響に
より結合損失が大きくなるために１個の半導体基板に集
積できるＬＤの個数に制限があった。
模が大きくなるにしたがってレンズの収差などの影響に
より結合損失が大きくなるために１個の半導体基板に集
積できるＬＤの個数に制限があった。
【０００５】図７に示すようなテーパ状の光導波路によ
り光のスポットサイズを変換する光結合デバイスを、レ
ンズの代わりとして用いることにより、ＬＤとファイバ
との間を低損失に光結合させる方法がある。図７（ａ）
は従来の光結合デバイスの上から見た平面図，図７
（ｂ）は断面図，図７（ｃ）は動作原理を説明するため
の図である。すなわち図７（ｃ）から分かるように光導
波路のコアー層７０９の屈折率差Δｎ［＝（ｎ2 −ｎ
1 ）／ｎ1、ｎ1 ：クラッド層７０１，７１０の屈折
率、ｎ2 ：コアー層７０９の屈折率である］を一定の大
きさに固定した場合、コアー層７０９の大きさ、つまり
厚さｔ，幅ｗを０から次第に大きくしていくと、導波光
（基本モード光）のスポットサイズＷは、無限の大きさ
から次第に小さくなり、極小値をとった後、再び大きく
なる関係がある。ここで厚さｔ，幅ｗが大きくなる過ぎ
ると、多モード導波路になり、高次モード変換による損
失が大きくなるために通常この領域の寸法は用いられな
い。この関係を利用して光結合デバイスのコアー層７０
９のを大きさ、つまり厚さｔ，幅ｗの設計においては、
光入射端側（ＬＤとの結合側）では、ＬＤ光のスポット
サイズ（約１μｍ）と同程度のスポットサイズＷi を与
える寸法ｗi ，厚さｔi （＝数１００ｎｍ〜数μｍ）
に、光出射端側では、ファイバのスポットサイズ（約５
μｍ）と同程度の大きさＷo を与える寸法ｔo ，ｗo
（＝数１０〜数１００ｎｍ）に設定される。また、コア
ー層７０９の大きさがテーパ状になる領域の長さｌは、
放射による損失を低減するために数１００μｍから数ｍ
ｍ以上の長さにする必要がある。
り光のスポットサイズを変換する光結合デバイスを、レ
ンズの代わりとして用いることにより、ＬＤとファイバ
との間を低損失に光結合させる方法がある。図７（ａ）
は従来の光結合デバイスの上から見た平面図，図７
（ｂ）は断面図，図７（ｃ）は動作原理を説明するため
の図である。すなわち図７（ｃ）から分かるように光導
波路のコアー層７０９の屈折率差Δｎ［＝（ｎ2 −ｎ
1 ）／ｎ1、ｎ1 ：クラッド層７０１，７１０の屈折
率、ｎ2 ：コアー層７０９の屈折率である］を一定の大
きさに固定した場合、コアー層７０９の大きさ、つまり
厚さｔ，幅ｗを０から次第に大きくしていくと、導波光
（基本モード光）のスポットサイズＷは、無限の大きさ
から次第に小さくなり、極小値をとった後、再び大きく
なる関係がある。ここで厚さｔ，幅ｗが大きくなる過ぎ
ると、多モード導波路になり、高次モード変換による損
失が大きくなるために通常この領域の寸法は用いられな
い。この関係を利用して光結合デバイスのコアー層７０
９のを大きさ、つまり厚さｔ，幅ｗの設計においては、
光入射端側（ＬＤとの結合側）では、ＬＤ光のスポット
サイズ（約１μｍ）と同程度のスポットサイズＷi を与
える寸法ｗi ，厚さｔi （＝数１００ｎｍ〜数μｍ）
に、光出射端側では、ファイバのスポットサイズ（約５
μｍ）と同程度の大きさＷo を与える寸法ｔo ，ｗo
（＝数１０〜数１００ｎｍ）に設定される。また、コア
ー層７０９の大きさがテーパ状になる領域の長さｌは、
放射による損失を低減するために数１００μｍから数ｍ
ｍ以上の長さにする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のフォトリソグラフィ・エッチング技術を用いた
場合、製作上の分解能の制約から、特に出射端側の寸法
つまり厚さｔo ，幅ｗoを設計値どうりに充分小さくす
ることが困難なために低損失の光結合デバイスを実現で
きなかった。
た従来のフォトリソグラフィ・エッチング技術を用いた
場合、製作上の分解能の制約から、特に出射端側の寸法
つまり厚さｔo ，幅ｗoを設計値どうりに充分小さくす
ることが困難なために低損失の光結合デバイスを実現で
きなかった。
【０００７】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、前
述した異なる２つの光機能素子、特に複数のデバイスを
集積化した光機能素子間を低損失で光結合させることが
できる光結合デバイスの製造方法を提供することにあ
る。
を解決するためになされたものであり、その目的は、前
述した異なる２つの光機能素子、特に複数のデバイスを
集積化した光機能素子間を低損失で光結合させることが
できる光結合デバイスの製造方法を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、光導波路になる半導体層をエピタキ
シャル成長させる際、テーパ状の間隔幅を有する選択成
長マスクを用い、半導体基板の（１００）結晶面で［０
１１］結晶方向に延在させようとしたものである。
るために本発明は、光導波路になる半導体層をエピタキ
シャル成長させる際、テーパ状の間隔幅を有する選択成
長マスクを用い、半導体基板の（１００）結晶面で［０
１１］結晶方向に延在させようとしたものである。
【０００９】
【作用】本発明においては、半導体基板の（１００）結
晶面で［０１１］結晶方向に延在する選択成長マスクを
用いることにより、コアー部の光導波方向の断面が半導
体基板から離れるほど幅が狭くなるテーパ状に形成され
る。
晶面で［０１１］結晶方向に延在する選択成長マスクを
用いることにより、コアー部の光導波方向の断面が半導
体基板から離れるほど幅が狭くなるテーパ状に形成され
る。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明係わる光結合デバイスの一適
用例であり、アレーＬＤ素子とファイバとの間に本発明
に係わる光結合デバイスを挿入し、低損失に光結合をと
る場合の構成を示す図である。図２は図１に示した本発
明に係わる光結合デバイスの構成を説明する図である。
図１（ａ）は上から見た平面図，図１（ｂ）は断面図で
ある。同図において、１０１は本発明に係わる光結合デ
バイスの半導体基板、１０２はスポットサイズ変換導波
路、１０３は反射防止膜、１０４は半導体レーザ基板、
１０５はＬＤ活性層（光導波路部）、１０６は単一モー
ド光ファイバ、１０７はＶ−グルーブアレーである。
に説明する。図１は本発明係わる光結合デバイスの一適
用例であり、アレーＬＤ素子とファイバとの間に本発明
に係わる光結合デバイスを挿入し、低損失に光結合をと
る場合の構成を示す図である。図２は図１に示した本発
明に係わる光結合デバイスの構成を説明する図である。
図１（ａ）は上から見た平面図，図１（ｂ）は断面図で
ある。同図において、１０１は本発明に係わる光結合デ
バイスの半導体基板、１０２はスポットサイズ変換導波
路、１０３は反射防止膜、１０４は半導体レーザ基板、
１０５はＬＤ活性層（光導波路部）、１０６は単一モー
ド光ファイバ、１０７はＶ−グルーブアレーである。
【００１１】このような構成において、光結合デバイス
の光導波路によってＬＤの光波スポットサイズから、フ
ァイバのスポットサイズに変換されるので、ＬＤと単一
モード光ファイバ１０６とを低損失に光結合させること
ができる。
の光導波路によってＬＤの光波スポットサイズから、フ
ァイバのスポットサイズに変換されるので、ＬＤと単一
モード光ファイバ１０６とを低損失に光結合させること
ができる。
【００１２】図２（ａ）は本発明に係わる光結合デバイ
スの上から見た平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−
Ａ′線部（光入射端部）の断面図，図２（ｃ）は図２
（ａ）のＢ−Ｂ′線部（光出射端部）の断面図である。
同図において、２０１はＩｎＰよりなる半導体基板であ
り、光導波路のクラッド部になる。２０８はＩｎＰやＩ
ｎＧａＡｓＰなどからなるクラッド層、２０９はＩｎＧ
ａＡｓＰ，ＩｎＡｌＡｓなどからなるコアー層、２１０
はＩｎＰなどからなるクラッド層である。２１１は入射
光、２１２は出射光である。コアー層２０９の幅ｗ，厚
さｔは、光入射部ではそれぞれｗi ，ｔi であり、光出
射部ではそれぞれｗo ，ｔo である。また、クラッド層
２０８の幅ｗ，厚さｔは、光入出射部ではそれぞれ
ｗmi，ｔc ，ｗmo，ｔc である。クラッド層２０８，コ
アー層２０９の屈折率の大きさは、それぞれｎ1 ，ｎ2
である。クラッド層２０８にＩｎＰを用いる場合、波長
λ＝１．５５μｍ帯の光に対してはｎ1＝３．１６６で
ある。また、ＩｎＧａＡｓＰの屈折率は、その組成によ
って約３．２から３．５程度まで任意の大きさに設定で
きる。
スの上から見た平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−
Ａ′線部（光入射端部）の断面図，図２（ｃ）は図２
（ａ）のＢ−Ｂ′線部（光出射端部）の断面図である。
同図において、２０１はＩｎＰよりなる半導体基板であ
り、光導波路のクラッド部になる。２０８はＩｎＰやＩ
ｎＧａＡｓＰなどからなるクラッド層、２０９はＩｎＧ
ａＡｓＰ，ＩｎＡｌＡｓなどからなるコアー層、２１０
はＩｎＰなどからなるクラッド層である。２１１は入射
光、２１２は出射光である。コアー層２０９の幅ｗ，厚
さｔは、光入射部ではそれぞれｗi ，ｔi であり、光出
射部ではそれぞれｗo ，ｔo である。また、クラッド層
２０８の幅ｗ，厚さｔは、光入出射部ではそれぞれ
ｗmi，ｔc ，ｗmo，ｔc である。クラッド層２０８，コ
アー層２０９の屈折率の大きさは、それぞれｎ1 ，ｎ2
である。クラッド層２０８にＩｎＰを用いる場合、波長
λ＝１．５５μｍ帯の光に対してはｎ1＝３．１６６で
ある。また、ＩｎＧａＡｓＰの屈折率は、その組成によ
って約３．２から３．５程度まで任意の大きさに設定で
きる。
【００１３】このような構成において、光導波路におけ
る光波スポットサイズは、図７（ｃ）に示したようにク
ラッド層２０８およびコアー層２０８の各寸法ｗ，ｔと
屈折率ｎとの大きさに依存するので、例えばＬＤと光フ
ァイバとの光結合をとる場合、例えば図２の構成におい
て、光入射側のスポットサイズが、ＬＤのスポットサイ
ズ（通常、モード半径Ｗは約１μｍ）と同程度の大きさ
になるようにｗi ，ｔ i の大きさを設定しており、光出
射側では、ファイバのスポットサイズ（Ｗ〜５μｍ）と
同程度のスポットサイズを与えるｗo ，ｔo を設定して
いる。例えばコアー層の屈折率差Δｎが５〜１０％程度
の場合、ｗi ，ｔi は数１００ｎｍから数μｍ程度にな
り、ｗo ，ｔo は数１０から数１００ｎｍ程度の大きさ
になる。また、導波層がテーパ状になる領域の長さｌ
は、モードサイズ変換に伴う放射損失が充分小さくなる
ような大きさにしている。例えばｌ＝数１００μｍ〜数
ｍｍ程度になる。また、この領域において、導波路層の
大きさｗ，ｔは、階段状にｗi ，ｔi からｗo ，ｔo に
変えても良い。
る光波スポットサイズは、図７（ｃ）に示したようにク
ラッド層２０８およびコアー層２０８の各寸法ｗ，ｔと
屈折率ｎとの大きさに依存するので、例えばＬＤと光フ
ァイバとの光結合をとる場合、例えば図２の構成におい
て、光入射側のスポットサイズが、ＬＤのスポットサイ
ズ（通常、モード半径Ｗは約１μｍ）と同程度の大きさ
になるようにｗi ，ｔ i の大きさを設定しており、光出
射側では、ファイバのスポットサイズ（Ｗ〜５μｍ）と
同程度のスポットサイズを与えるｗo ，ｔo を設定して
いる。例えばコアー層の屈折率差Δｎが５〜１０％程度
の場合、ｗi ，ｔi は数１００ｎｍから数μｍ程度にな
り、ｗo ，ｔo は数１０から数１００ｎｍ程度の大きさ
になる。また、導波層がテーパ状になる領域の長さｌ
は、モードサイズ変換に伴う放射損失が充分小さくなる
ような大きさにしている。例えばｌ＝数１００μｍ〜数
ｍｍ程度になる。また、この領域において、導波路層の
大きさｗ，ｔは、階段状にｗi ，ｔi からｗo ，ｔo に
変えても良い。
【００１４】次に前述したｔ，ｗを設計値の大きさに製
作するための原理を、図３に示す半導体基板の断面図に
より説明する。図３に示すように半導体基板３０１の結
晶（１００）面上に形成したＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶
縁体よりなる選択成長マスク３１３のストライプ状の間
隙部に半導体層３０８，３０９をエピタキシャル成長さ
せる場合、例えばストライプ方向を［０１１］方向にと
ったとき、半導体層３０８，３０９は基板面に対して角
度θが約５５度になるような形状で成長が進み、その厚
さが図中に示すｈmax に到達した後は、成長速度が極め
て遅くなるので、実質的には成長が停止した状態になる
ことが知られている。したがって成長時間を充分長くと
った場合、半導体層３０８，３０９の厚さｈmax は、 ｈmax ＝ｗm ・ｔａｎθ／２ 程度の大きさになり、マスクの間隙幅ｗm により決ま
る。
作するための原理を、図３に示す半導体基板の断面図に
より説明する。図３に示すように半導体基板３０１の結
晶（１００）面上に形成したＳｉＯ2やＳｉＮなどの絶
縁体よりなる選択成長マスク３１３のストライプ状の間
隙部に半導体層３０８，３０９をエピタキシャル成長さ
せる場合、例えばストライプ方向を［０１１］方向にと
ったとき、半導体層３０８，３０９は基板面に対して角
度θが約５５度になるような形状で成長が進み、その厚
さが図中に示すｈmax に到達した後は、成長速度が極め
て遅くなるので、実質的には成長が停止した状態になる
ことが知られている。したがって成長時間を充分長くと
った場合、半導体層３０８，３０９の厚さｈmax は、 ｈmax ＝ｗm ・ｔａｎθ／２ 程度の大きさになり、マスクの間隙幅ｗm により決ま
る。
【００１５】一方、マスク間隙幅ｗm の製作可能な最小
幅は、使用するフォトリソグラフィ技術の空間分解能に
より制限され、例えば通常の紫外線露光技術を利用した
場合、その大きさは１μｍ前後となり、電子ビーム露光
描画技術の場合、１００ｎｍ前後になる。しかし、製作
したマスクの間隙幅ｗmに対して図２に示すようにクラ
ッド層２０８を適当な厚さｔc （＜ｈmax ）だけエピタ
キシャル成長させた後、コアー層２０９を形成すること
によってコアーの厚さｔは、 ｔ＝ｗm ・ｔａｎθ／２−ｔc になる。したがって製作可能な幅ｗm に対して厚さｔc
を適当な厚さにすることにより、ｔ，ｗの大きさを原理
的にいくらでも小さくすることが可能になる。
幅は、使用するフォトリソグラフィ技術の空間分解能に
より制限され、例えば通常の紫外線露光技術を利用した
場合、その大きさは１μｍ前後となり、電子ビーム露光
描画技術の場合、１００ｎｍ前後になる。しかし、製作
したマスクの間隙幅ｗmに対して図２に示すようにクラ
ッド層２０８を適当な厚さｔc （＜ｈmax ）だけエピタ
キシャル成長させた後、コアー層２０９を形成すること
によってコアーの厚さｔは、 ｔ＝ｗm ・ｔａｎθ／２−ｔc になる。したがって製作可能な幅ｗm に対して厚さｔc
を適当な厚さにすることにより、ｔ，ｗの大きさを原理
的にいくらでも小さくすることが可能になる。
【００１６】図４は本発明による光結合デバイスの製造
方法の一実施例による工程を説明する図であり、図４
（ａ）は光結合デバイスの上方から見た平面図，図４
（ｂ）〜図４（ｄ）は断面図である。同図において、ま
ず、図４（ａ），（ｂ）に示すようにＩｎＰ半導体基板
４０１の（１００）面上にＳｉＯ2 選択成長マスク４１
３を形成する。このとき、マスク間隙のストライプ方向
（光導波路の光伝搬方向）を［０１１］方向に設定す
る。次に図４（ｃ）に示すようにクラッド層４０８を厚
さｔc だけエピタキシャル成長法により選択成長させ
る。さらにコアー層４０９を成長させる。次に図４
（ｄ）に示すように選択成長マスク４１３を除去した
後、半導体基板４０１の全面にクラッド層４１０を形成
する。
方法の一実施例による工程を説明する図であり、図４
（ａ）は光結合デバイスの上方から見た平面図，図４
（ｂ）〜図４（ｄ）は断面図である。同図において、ま
ず、図４（ａ），（ｂ）に示すようにＩｎＰ半導体基板
４０１の（１００）面上にＳｉＯ2 選択成長マスク４１
３を形成する。このとき、マスク間隙のストライプ方向
（光導波路の光伝搬方向）を［０１１］方向に設定す
る。次に図４（ｃ）に示すようにクラッド層４０８を厚
さｔc だけエピタキシャル成長法により選択成長させ
る。さらにコアー層４０９を成長させる。次に図４
（ｄ）に示すように選択成長マスク４１３を除去した
後、半導体基板４０１の全面にクラッド層４１０を形成
する。
【００１７】図５は本発明による光結合デバイスの製造
方法の他の実施例による工程を説明する図であり、図５
（ａ）は光結合デバイスの上方から見た平面図，図５
（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′線部（光入射端部）の断
面図，図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ′線部（光出射
端部）の断面図である。同図において、この光結合デバ
イスは、図５（ｂ）に示すように光入射端部のコアー層
５０９の厚さをｔi′ をｈmax より小さい時点でエピタ
キシャル成長を止めることで製作できる。このコアー層
５０９は台形状になるので、導波光のフィールドパター
ンは楕円状になる。なお、図２の実施例では、導波光の
フィールドパターンは円状になる。通常、ＬＤからの出
力光のフィールドパターンは楕円状になっているので、
本構造にすることにより、フィールドパターン偏差によ
る結合損失を低減できる効果が得られる。
方法の他の実施例による工程を説明する図であり、図５
（ａ）は光結合デバイスの上方から見た平面図，図５
（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′線部（光入射端部）の断
面図，図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ′線部（光出射
端部）の断面図である。同図において、この光結合デバ
イスは、図５（ｂ）に示すように光入射端部のコアー層
５０９の厚さをｔi′ をｈmax より小さい時点でエピタ
キシャル成長を止めることで製作できる。このコアー層
５０９は台形状になるので、導波光のフィールドパター
ンは楕円状になる。なお、図２の実施例では、導波光の
フィールドパターンは円状になる。通常、ＬＤからの出
力光のフィールドパターンは楕円状になっているので、
本構造にすることにより、フィールドパターン偏差によ
る結合損失を低減できる効果が得られる。
【００１８】また、本発明において、例えばコアー層５
０９を選択成長した後に通常のエッチング技術によって
コアー幅ｗi を任意の大きさに製作することも可能であ
る。
０９を選択成長した後に通常のエッチング技術によって
コアー幅ｗi を任意の大きさに製作することも可能であ
る。
【００１９】以上では、ＩｎＰ基板上にスポットサイズ
変換用導波層を形成する場合について説明したが、他の
半導体材料、例えばＧａＡｓ系に対しても同様に製作で
きることは自明である。
変換用導波層を形成する場合について説明したが、他の
半導体材料、例えばＧａＡｓ系に対しても同様に製作で
きることは自明である。
【００２０】また、この光結合デバイスは、半導体材料
より構成されるので、例えば半導体材料を用いたＬＤ素
子や光スイッチなどの光機能素子の光入出射端部に本結
合デバイスを同一基板上にモノリシック集積化した光デ
バイスを、本発明により製作することも可能である。例
えば半導体基板上に光機能素子導波路を形成するとき、
本結合用導波路を同時に形成するあるいは光機能素子部
を形成した後、互いの導波路を直接突き合わせるように
光結合導波路を形成しても良い。
より構成されるので、例えば半導体材料を用いたＬＤ素
子や光スイッチなどの光機能素子の光入出射端部に本結
合デバイスを同一基板上にモノリシック集積化した光デ
バイスを、本発明により製作することも可能である。例
えば半導体基板上に光機能素子導波路を形成するとき、
本結合用導波路を同時に形成するあるいは光機能素子部
を形成した後、互いの導波路を直接突き合わせるように
光結合導波路を形成しても良い。
【００２１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
光導波路のコアー部になる半導体層をエピタキシャル成
長させるときにテーパ状の間隙幅を有する選択成長マス
クを用いることにより、コアー部の幅，厚さをテーパ状
に形成できる。また、マスク形成に用いるフォトリソグ
ラフィ技術の空間分解能の制限を受けることなく、極め
て微小の導波路を形成できる。このことから、異なる２
つの光機能素子、特に複数のデバイスを集積化した光機
能素子間を低損失で光結合をとる光結合デバイスを製作
することが可能となるなどの極めて優れた効果が得られ
る。
光導波路のコアー部になる半導体層をエピタキシャル成
長させるときにテーパ状の間隙幅を有する選択成長マス
クを用いることにより、コアー部の幅，厚さをテーパ状
に形成できる。また、マスク形成に用いるフォトリソグ
ラフィ技術の空間分解能の制限を受けることなく、極め
て微小の導波路を形成できる。このことから、異なる２
つの光機能素子、特に複数のデバイスを集積化した光機
能素子間を低損失で光結合をとる光結合デバイスを製作
することが可能となるなどの極めて優れた効果が得られ
る。
【図１】本発明に係わる光結合デバイスをアレーＬＤ素
子とファイバとの間に挿入した構成例を示す図である。
子とファイバとの間に挿入した構成例を示す図である。
【図２】本発明に係わる光結合デバイスの構成を説明す
る図である。
る図である。
【図３】図２に示す光結合デバイスの製作方法の原理を
説明する図である。
説明する図である。
【図４】本発明による光結合デバイスの製造方法の一実
施例を説明する工程の図である。
施例を説明する工程の図である。
【図５】本発明による光結合デバイスの製造方法の他の
実施例を説明する工程の図である。
実施例を説明する工程の図である。
【図６】従来の光機能素子とアレーファイバとの光結合
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図７】従来の光結合デバイスの構成を示す図である。
１０１ 半導体基板 １０２ スポットサイズ変換導波路 １０３ 反射防止膜 １０４ 半導体レーザ基板 １０５ ＬＤ活性層 １０６ 光ファイバ １０７ Ｖ−グルーブアレー ２０１ 半導体基板 ２０８ クラッド層 ２０９ コアー層 ２１０ クラッド層 ２１１ 入射光 ２１２ 出射光 ３０１ 半導体基板 ３０８ 半導体層 ３０９ 半導体層 ３１３ 選択成長マスク ４０１ 半導体基板 ４０８ クラッド層 ４０９ コアー層 ４１０ クラッド層 ４１３ 選択成長マスク ５０１ 半導体基板 ５０８ クラッド層 ５０９ コアー層 ５１０ クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁体よりなる選択成長マスクが形成さ
れた半導体基板上に光導波層をエピタキシャル選択成長
させる光結合デバイスの製造方法において、前記選択成
長マスクは前記半導体基板の（１００）結晶面に形成
し、前記選択成長マスクにより形成するマスク間隙のス
トライプ方向を前記半導体基板の結晶の［０１１］方向
とし、さらに、前記マスク間隙幅をテーパ状とすること
で、前記光導波層の厚さを制御し、かつ、前記半導体基
板の前記選択成長マスクが形成された面の法線方向と前
記マスク間隙のストライプ方向がなす平面における前記
光導波層の断面形状が、光伝搬方向に沿ってテーパ状の
部分を有するように形成することを特徴とする光結合デ
バイスの製造方法。 - 【請求項２】 絶縁体よりなる選択成長マスクが形成さ
れた半導体基板上にクラッド層と光導波層を順次エピタ
キシャル選択成長させる光結合デバイスの製造方法にお
いて、前記選択成長マスクは前記半導体基板の（１０
０）結晶面に形成し、前記選択成長マスクにより形成す
るマスク間隙のストライプ方向を前記半導体基板の結晶
の［０１１］方向とし、さらに、前記マスク間隙幅をテ
ーパ状とし、前記クラッド層を所定の厚さに結晶成長し
て前記光導波層の厚さを制御し、かつ、前記半導体基板
の前記選択成長マスクが形成された面の法線方向と前記
マスク間隙のストライプ方向がなす平面における前記光
導波層の断面形状が、光伝搬方向に沿ってテーパ状の部
分を有するように形成することを特徴とする光結合デバ
イスの製造方法。 - 【請求項３】 半導体基板の（１００）結晶面上に、こ
の半導体基板の結晶の［０１１］方向に延在して徐々に
幅が変化するストライプ状のスペースを有した絶縁体よ
りなる選択成長マスクを形成し、 前記選択成長マスクのスペースに露出した前記半導体基
板の主面に、前記半導体基板主面の法線方向に徐々に幅
が狭くなり断面が台形となるように、前記選択成長マス
クのスペースと同一の方向に延在するクラッド層を所定
の厚さに結晶成長し、 このクラッド層上に光導波路層を結晶成長する ことを特
徴とする光結合デバイスの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP29962491A JP3084416B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 光結合デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29962491A JP3084416B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 光結合デバイスの製造方法 |
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|---|---|
| JPH05114767A JPH05114767A (ja) | 1993-05-07 |
| JP3084416B2 true JP3084416B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=17875017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29962491A Expired - Lifetime JP3084416B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 光結合デバイスの製造方法 |
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| JP (1) | JP3084416B2 (ja) |
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-
1991
- 1991-10-21 JP JP29962491A patent/JP3084416B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH05114767A (ja) | 1993-05-07 |
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