JPH02187705A - 光導波構造 - 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） この発明は、光スィッチ、光集積回路等に代表される光
素子の、外部から光信号を受ける入力ポート部の光導波
構造に関するものである。

（従来の技術） 発光・受光素子、光スィッチ、光変調器、光アンプ等の
機能素子、さらにこれらをモノリシック化した光集積化
回路等（以下、光素子と総称することもある。）は、光
通信の附加価値をより高めることが出来る。このような
光素子のうち、光素子外部から光ファイバ等により伝送
されてきた信号光が光素子の入力ポート部を介し内部に
入力され処理されものについては、この入力ポート部に
おいても光素子内と同様、光信号を導波するための光導
波構造が必要とされる。

このような光導波構造の一例としては、例えば文献（第
４９回応用物理学会学術講演会講演予稿集第３分冊Ｔ）
、　３５０講演番号５ｐ−Ｓ−５）に開示されているス
トリ・ンブ装荷型のものかあった。第３図（Ａ）は、そ
の説明に供する図であり、光導波構造を導波路に直交す
る方向に切って示した断面図である。

この文献に開示されているストリップ装荷型の光導波構
造は、ＧａＡｓ基板１１と、このＧａＡｓ基板１１上に
順次に設けられた／ｌ！２ＧａＡｓ下側クラッド層１３
及びＧａＡｓ光導波層１５と、このＧａＡｓ光導波層１
５上に設けられ該光導波層１５の光導波路としたい部分
上かストリップ状とされそれ以外の部分かストリップ状
の部分１７ａより薄厚部分＋７ｂとされた＃ｊＧａＡｓ
上側クラッ上側９ヒ７８ 献に開示されたストリップ装荷型のものに類似するが、
上側クラッド層がストリップ状の部分１７ａのみとされ
ている第３図（Ｂ）に断面図を以って示すようなストリ
ップ装荷型の光導波構造も知られていた。

また、他の光導波路構造としでは第３図（Ｃ）に断面を
以って示すようなリブ型のものが知られていた。これは
、化合物半導体基板１１と、この基板１１上に設けられ
た下側クラッド層１３と、該下側クラッド層１３上に設
けられた光導波層１５と、この光導波層１５の光導波路
とし１とい部分上に設けられ該光導波層１５の材料と同
じ材料から成るストリップ状の層１５ａとで構成された
ものであった。

ストリップ装荷型、リブ型いずれのものも、次元のスラ
ブ導波路（光導波層１５）上に、ストリップ状の上側ク
ラット層部分１７ａ或いは光導波層１５の材料と同し材
料から成るストリップ状の層１５ａというような突起部
１７ａ．Ｉ５ａか設けられた構造であり、光導波層１５
の横方向の等価屈折率分布か突起部１７ａ，　１５ａ直
下では高くその両側では低くされている。そして、突起
部１７ａ，１５ａの幅Ｗと、光導波層１５の厚みＴとを
調整することにより、光導波層１５の突起部１５ａ．Ｉ
７ａに対応する領域（第３図（Ａ）〜（Ｃ）中に工て示
した領域）に３次元の分布を持つ光の導波（固有）モー
トを生しさせていた。

また、このような光導波構造を入力ボート部に具える光
素子を、外部装置とリンクさせて利用する場合は、例え
ば第４図（Ａ）及び（Ｂ）に斜視図及び側面図を以って
示すように、光ファイバ２３を用い光素子２１の外部が
ら光素子２１の光導波層１５のストリップ状の突起部１
５ａ直下の部分１５ｂ（第４図（Ａ）９照）に対し信号
光か入力されることになる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したようなストリップ装荷型、リブ
型いずれの光導波構造も、基板上側に次元のスラブ導波
路（光導波層１５）ヲ設は該光導波層１５の特定領域上
に突起部１５ａ，１７ａ　＠設けた構造となっている。

このため、光導波層１５の突起部１５ａ，１７ａ直下以
外の領ｔｆ２（第３図（Ａ）−　（Ｃ）の領域■）でも
、■の領域とは異なる２次元の分布を持つ導波モードが
存在する。

また、ストリップ装荷型、リブ型いずれの光導波構造も
その各部の寸法は、モノリシック化させようとする光ス
ィッチ等の大きさに依存するが、例えば方向性結合器型
光スイッチを集積化させる例を考えると、光導波層１５
の厚みＴは０．５ｕｍ、ストリップ状の突起１５ａ，１
７ａの幅Ｗは３ｕｍ程度になる。一方、このような光導
波構造を具える光素子２１に信号光を送るための単一モ
ート光ファイバ２３（以下、光ファイバ２３と略称する
。）のコア径φ（第４図参照）は、現在のところはＩＯ
ｕｍ程度である。即ち、コア径φは、光素子２１の導波
路の断面＋５ｂに比し３〜２０倍というような非常に大
きなものになる。

従って、このような状況で光ファイバ２３と光素子２１
との光学的結合を行なわせようとすると、３次元的光分
布を有している光ファイバ２１から出射される信号光は
、第５図に示すように、領域■のみならす領域ＩＩにも
照射されるようになる。この結果、光素子２１内では、
領域Ｉ％導波する正規のモードの光Ｓ。と、領域Ｉ＋を
導波する２次元のモードの光（第５図中Ｓ，で示すもの
。以下、スラブ導波光と称することもある。）とが伝搬
するようになる。このスラブ導波光は、光素子２１に多
数備わる素子のうちの所望の素子２１ａ以外の他の素子
２１ｂ，２＋ｃに光導波層１５ヲ通し入り込みこれらの
素子２１ｂ、２１ｃの動作を狂わせることになるので、
本来は除去されるべきものであった。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、光素子の入力ポート部に設ける
光導波構造であってスラブ導波光の影響を低減すること
が出来る光導波構造を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、光素子
の入力ポート部に設けられる光導波構造であって、少な
くとも基板と、この基板上側に設けられた光導波層と、
この光導波層上に設けられ光導波路を画成するストリッ
プ状の層とにより構成される屈折率分布による光導波構
造において、 入力ポート部の入力側端部領域であってストリップ状の
層の両側の所定領域に少なくとも光導波層部分を除去し
て形成した凹部をそれぞれ具えたことを特徴とする。

なお、前述のストリップ状の層は、ストリ・ンブ状の上
側クラッド層、又は光導波層の材料と同じ材料を用いた
ストリップ状の層を以って構成することが出来る。

また、前述の基板と前述の光導波層の間に下側クラッド
層を具えた構成としても良い。

（作用） このような構成によれば、ストリップ状の層の両側に設
けた凹部においては少なくとも光導波層か無い構造にな
る。従って、光フアイバ径が光導波層のストリ・ンブ状
の層直下の部分の断面積に比し大きいために、光導波層
のストリップ状の層直下の部分に信号光を入れる際にそ
の周辺のスラブ導波構造部分１こまで信号光が入っても
、凹部によってスラブ導波光の損失が増加しスラブ導波
光か光素子内を伝搬し難くなる。

（実施例） 以下、図面′＠参照してこの発明の光導波構造の実施例
につき説明する。しかしながら以下の説明に用いる各図
は、この発明が理解出来る程度に概略的に示してあるに
すぎず、従って、各構成成分の寸法、形状、配買閉係及
び各構成成分間の寸法比等も概略的であり、この発明が
図示例のみに限定されるものでないことは理解されたい
。また、以下の実施例の説明は、第３図（Ｂ）を用いで
説明したストリップ装荷型の光導波構造にこの発明を適
用した例により行なう。

−の８０ 第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、第一実施例の光導波構造の
説明に供する図であり、第１図（Ａ）はこの光導波構造
を入力ポート部に具える光素子２１（例えば光スィッチ
や光集積回路等）の入力ポート部付近に着目して示した
斜視図、第１図（Ｂ）はこれを第１図（Ａ）にＰで示し
た方向から見て示した平面図である。

第一実施例の光導波構造は、基板としての例えばＧａＡ
ｓ基板１１と、このＧａＡｓ基板１１上に設けられた下
側クラッド層としての例えばＡＬＩＧａＡｓ下側クラッ
ド層１３及び光導波層としてのＧａＡｓ光導波層１５と
、このＧａＡｓ光導波層１５の光導波路としたい部分上
に設けられ光導波路を画成するストリップ状の上側クラ
ッド層１７ａとを具えると共に、光素子２１の入力ポー
ト部の入力側端部領域であってストリップ状の上側クラ
ッド層１７ａの両側の所定領域１゛ト光導波層１５表面
から基板１１に至るまで光導波層１５、下側クラッド層
１３及び基板１１各々の一部分を除去して形成した凹部
３１ヲそれぞれ具えた構成になっている。さらにこの場
合の凹部３１は、第１図（Ｂ）に示すように、ＷＩ　Ｘ
Ｗ２の面積を有する四角形状のものとしてあり、ストリ
ップ状の上側クラ・ンド層１７ａから！、たけ離間させ
、光素子２１の入力側端面２１ａからβ２だけ離間させ
た位置に設けである。なお、下側クラッド層１３、光導
波層１５及びストリップ状の上側クラッド層冒ａは、屈
折率分布による光導波構造を構成出来るように、それぞ
れ所定の屈折率を示す組成及び層厚としてあり、ストリ
ップ状の上側クラッド層１？ａの幅Ｗ（第１図（Ｂ）参
照）は所定の幅としてある。

第一実施例の光導波構造によれば、第１図ＣＢ）に示す
ように、光素子の入力側端面２１ａから入射された信号
光しは、領域■てはストリ・ンブ状の上側クラッド層１
７ａに沿って伝搬していく。

方、信号光りのうちの領域ＩＩ　ｕ伝搬しようとするス
ラブ導波光は、凹部３１ヲ介し導波することになるのて
導波構造の無い領域を経ることになり、光素子端面２Ｉ
ａ付近の光導波層部分から凹部３１に入ると上下方向に
広がる。このため、スラブ導波光は、損失を受け、その
一部のみか凹部３０から光導波層に再び入る。そしてそ
の損失は２０ｄＢ以上にもなる。従って、スラブ導波光
か光素子に与える悪影響か低減できる。

次に、この発明の理解を深めるため、第１図（Ａ）及び
（Ｂ）％用いて説明した光導波構造の作製方法の一例に
つき説明する。

先す、ＧａＡｓ基板１１上に、ｘ＝０．３としたＡＬｌ
ｘＧａＸＡｓ下側ウラット層１３を１日ｍの厚みに、さ
らにＧａＡｓ光導波層１５を０．５ｕｍの厚みに、ざら
にＸ＝０．３としたＡ＋ｊｙＧａ＋−ｘ＾Ｓ上側上側９
卜９１させる。

次に、このＡＱＧａＡｓ上側クラット層を以下に説明す
るように加工しストリップ状の上側クラッド層１７ａ　
％形成する。先ず、Ａ９ＧａＡｓ上側クラット層上にス
トライブ幅か例えば３ｕｍであるストライブ状のレジス
トパタンを形成し、次いて、／ｌ！ｊＧａＡｓ上側クラ
ッド層のこのレジストバタンから露出している部分を、
例えば則，ガスを用いた反応性イオンエツチング（ＲＩ
Ｅ）により除去し、幅か３ｕｍで高さが１ｕｍの直線状
の突起、即ちストリップ状のＡ＋ｊＧａＡｓ上側クラッ
ド層１７ａ　＠形成する。

次に、第１図（Ｂ）に示したように、ストリップ状の上
側クラ・ンド層１７ａからβ１だけ離間し、光素子の端
面からρまたけ離間した位置に凹部３１の２辺がくるよ
うに、光導波層１５から基板に至る領域にＷ＋　ＸＷ２
の面積の凹部３１ヲ例えばフォトリソグラフィ技術及び
ＲＩＥ技術により形成する。

このようにして第一実施例の光導波構造を形成した。な
お、第−実施例の光導波構造の各部の寸法は、ｗ＝３ｕ
ｍ．ｗ＋　＝Ｗ２　＝５０ｕｍ，ｕ＋　＝３ｇｍ．ρ２
＝ｌＯｕｍとしている。しかし、これら寸法は単なる一
例にすぎず、設計に応した値に変更出来ること明らかで
ある。

第一Ｊ（厄七子■λ明 第２図は、第二実施例の光導波構造の説明に供する図で
あり、この光導波構造を第１図（Ｂ）に対応させて示し
た平面図である。

この第二実施例の光導波構造は、凹部３１か光素子の端
面２１ａにかかって設けであることか特徴である。それ
以外の構成は、第一実施例のものと同してあるのでその
説明を省略する。

この第二実施例の光導波構造においては、領域■での光
ファイバから素子端面２１ａまでの距離と、領域ＩＩて
の光ファイバから凹部３１の壁面３１ａまての距離とは
Ｗ２だけ後者の方が長くなる。このため、光ファイバと
光素子との結合効率は領域ＩＩの方が悪くなるので、領
域１１　％導波するスラブ光は小なくなりその悪影響を
低減出来る。

変」条例ｆｉ説朋 なお、この発明は上述の実施例に限定されるものではな
く以下に説明するような種々の変更を加えることか出来
る。

上述の実施例は、第３図（Ｂ）に示したストリップ装荷
型の光導波構造にこの発明を適用した例であった。しか
し、この発明を第３図（Ａ）！用いて説明したストリッ
プ装荷型の光導波構造、第３図（Ｃ）％用いで説明した
リブ型の光導波構造にそれぞれ適用しでも実施例と同様
な効果を得ることが出来る。

また、実施例では凹部３１ヲ四角形状のものとして説明
した。しかし、その形状はこれに限られるものではなく
、三角、丸等、設計に応した形状に変更出来る。

また、実施例では凹部３１を光導波層１５表面から基板
１１に至る深さのものとしているが、凹部３１は少なく
とも光導波層１５ヲ実質的に貫通しているものであれば
良い。

また、実施例では凹部３１をストリップ状の上側クラッ
ド層１７ａを挟んで対称に配冒している。しかし、設計
によっては非対称な配置としても良い。またストリップ
状の上側クラッド層両側の各凹部３１の形状及び大きざ
は必ずしも一致していなくとも良く、ざらに、凹部の個
数を２個以上としても良く、また、ストリップ状の上側
クラッド層両側の凹部の個数は互いに異なっていても良
い。

さらに、上述の実施例ては、／ｌ９ＧａＡｓ／ＧａＡｓ
系材料を用いた例で説明しているか、用い得る材料はこ
れに限られるものではなく、他の好適な材料であっても
同様な効果を期待出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の光導波
構造によれば、ストリップ状の層の両側に設けた凹部に
おいては少なくとも光導波層が無い構造になる。従って
、光集積回路等の入カポト部にこの発明の光導波構造を
用いると、光導波層のストリップ状の層面下の部分に信
号光を入れる際にその周辺のスラブ導波構造部分にまで
信号光が入っても、この凹部によってスラブ導波光の損
失が増加しスラブ導波光が光素子内を伝搬し難くなる。

これかため、スラブ導波光の悪影響を低減することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、第一実施例の光導波構造を示す斜視図
。 第１図（Ｂ）は、第一実施例の光導波構造を示す平面図
、 第２図は、第二実施例の光導波構造を示す平面図、 第３図（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の光導波構造の説明に供
する断面図、 第４図は、従来及びこの発明の説明に供する図、 第５図は、従来技術の問題点の説明に供する斜視図であ
る。 １１・・・基板、　　　　　　　１３・・・下側クラッ
ド層１５・・・光導波層 １７ａ・・・ストリップ状の上側クラッド層２１・・・
光素子 ２１ａ・・・光素子の入力側端面 ２３・・・光ファイバ、　　　３１・・・凹部３１ａ・
・・凹部壁面の一部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）光素子の入力ポート部に設けられる光導波構造で
   あって、少なくとも基板と、該基板上側に設けられた光
   導波層と、該光導波層上に設けられ光導波路を画成する
   ストリップ状の層とにより構成される屈折率分布による
   光導波構造において、入力ポート部の入力側端部領域で
   あってストリップ状の層の両側の所定領域に少なくとも
   光導波層部分を除去して形成した凹部をそれぞれ具えた
   こと を特徴とする光導波構造。
2. （２）前記ストリップ状の層を上側クラッド層を以って
   構成してある請求項１に記載の光導波構造。
3. （３）前記ストリップ状の層を前記光導波層の材料と同
   じ材料を以って構成してある請求項１に記載の光導波構
   造。
4. （４）前記基板と前記光導波層の間に下側クラッド層を
   具える請求項１に記載の光導波構造。